KR20210019014A - 공간의 복잡한 표면에서 지점의 위치를 결정하기 위한 방법 및 플랜트 - Google Patents

Abstract

복잡한 공간 표면 상에 지점(예를 들어, 결함)을 위치 결정하기 위한 플랜트(10)는 결함 검출 스테이션(12), 위치 결정 스테이션(21)(검사 스테이션과 일치할 수 있음) 및 적용 가능한 경우, 수리 스테이션(22)을 포함한다. 검출 스테이션(12)에는 적절한 알고리즘에 의해 규정된 순간 "I"에서 경로를 따라 복잡한 표면의 2차원 이미지를 획득하도록 포지셔너(15)에 의해 복잡한 표면 상의 사전 결정된 경로를 따라 이동되는 이미지 획득 조립체(25)가 있다. 순간 "I"에서, 획득 조립체(25)의 사전 규정된 지점의 공간 좌표는 또한 2차원 이미지와 연관된다. 획득된 복수의 이미지에 대해 결함이 검색되고, 2차원 이미지의 해당 X, Y 좌표가 복잡한 표면 상의 공간 좌표 x, y, z로 변환된다(본원에서 "결함 위치 결정 프로세스"라고 칭함).

Description

공간의 복잡한 표면에서 지점의 위치를 결정하기 위한 방법 및 플랜트

본 발명은 복잡한 공간 표면 상의 특정 지점(본원에서 "중요 지점"이라고도 칭함)의 위치를 정확하게 결정하기 위한 방법 및 플랜트에 관한 것이다. 위치 결정할 지점은 특히 페인팅된 표면 상의 외관의 결함으로 구성될 수 있다. 간결함을 위해, 아래의 "중요 지점" 또는 "결함"이라는 용어가 구별 없이 사용될 것이지만, "결함"은 또한 그 특성 파라미터(예를 들어, 콘트라스트, 광도, 컬러 등)의 측면에서 단순히 인접 지점 또는 구역과 다른 복잡한 표면 상의 지점 또는 구역을 나타내며, 이러한 차이는 검출되어야 하며 일부 경우에 수정되어야 하는 차이인 것이 이해된다.

예를 들어, 페인팅된 표면 상에 존재하는 결함은 종종 3차원 특성을 가지며, 즉, 이는 단순히 컬러의 국부적인 편차가 아니라, 기복(relief), 누락된 재료 또는 임의의 경우에 표면 상의 불규칙성으로도 구성된다.

사용자가 이를 시각적으로 인지할 수 있으므로, 해당 분야의 전문 용어에서 이러한 결함은 "외관" 결함이라고 칭해진다. 일반적으로, 이는 적어도 10 내지 20 마이크론의 크기를 갖는다.

일부 공간의 표면은 오목한 표면과 볼록한 표면의 조합을 가질 수 있기 때문에 "복잡한" 것으로 규정되며, 둘 모두 또한 곡률 반경이 가변적이고 상기 표면을 형성하는 다른 부분 사이에 첨점과 곡선의 연결 섹션이 존재한다.

예를 들어, 차체(car body)는 상술한 특징을 가지고 있으므로 복잡한 표면으로 간주될 수 있다.

복잡한 표면 상의 결함의 위치를 결정하는 것은 최종 사용자에 의해 쉽게 인지될 수 있고 종종 전체 제품의 품질을 나타내는 것으로 간주되는 제품 외관의 결함이 식별되고 필요한 경우 보정될 수 있게 하므로, 산업 프로세스의 기본적인 단계이다.

현재의 기술 상태에 따르면, 복잡한 공간 표면 상의 외관 결함을 검출하기 위한 다양한 방법(수동 및 자동 모두)뿐만 아니라 이러한 검출 방법과 연관된, 특정 지점을 공간적으로 위치 결정하기 위한 방법이 존재한다.

특히, 시장에서 이용 가능한 결함 검출 시스템은 통상적으로 전자 카메라와 같은 광전자 디바이스와 다차원 매칭 및 획득 방법에 의해 결함의 가능한 존재와 위치를 검출하기 위한 기술에 기초한다. 광전자 표면 상에서 검출된 "결함"은 일반적으로 주어진 한계 내의 다른 인접 픽셀과 콘트라스트 및/또는 광도 측면에서 다른 획득 시스템의 감광성 2차원 표면 상의 픽셀 또는 픽셀 그룹의 위치로서, 그리고 사전 규정된 논리에 기초하여 규정된다.

가장 널리 사용되는 다차원 매칭 및 획득 방법은 스테레오스코픽 획득 및 매칭(stereoscopic acquisition and matching)이다. 예를 들어, 획득은 서로로부터 특정 거리에 배열된 2개의 카메라를 사용하여 수행되고, 이미지에 포함된 정보가 결합되어, 예를 들어, 객체가 위치된 거리를 결정하기 위해 양쪽 눈에 의해 취득된 시각적 정보를 사용하는 인간의 거동을 재현한다. 스테레오스코픽 프로세스의 사용은 상대적으로 복잡한 계산 절차와 이것이 생성하는 가능한 오류와 연관된 단점을 갖는다.

어떠한 획득 프로세스를 사용하든, 광전자 검출 디바이스 또는 디바이스들은 복잡한 표면 상의 지점을 검출하는 데 사용되는 방법에 따라, 확인되어야 할 복잡한 표면의 모든 지점을 실제로 포함할 수 있도록 시간이 지남에 따라 항상 반복 가능한, 규정되고 알려진 공간 지점에 배열된다.

실제로 발생하는 것은 매트릭스 카메라가 사용되는 경우에서와 같이, 외관에서의 결함의 존재가 확인되어야 하는 복잡한 3차원 표면이 획득 디바이스의 광전자 센서 또는 이미지 프로세싱 디바이스의 메모리에 형성되는 2차원 이미지로서 투사되는 것이다.

복잡한 3차원 표면과 2차원 이미지 사이의 관계는 복잡한 공간 표면 상에 존재하는 실제 지점과 표면 검출에 사용되는 광전자 표면 상에 투사되는 이미지를 포함하는 통상적으로 비선형 기하학적 변환의 산물이다.

스테레오스코피 방법이 사용되는 경우, 그에 따라 복잡한 표면의 실제 지점과 획득 시스템의 광-감지 표면 상에 투사된 이미지 사이의 최적의 연관성을 정확하게 달성할 수 있기 위하여 복잡한 공간 표면의 타겟 지점 상의 이미지 지점의 교정을 수행할 필요가 있다. 스테레오스코피 시스템에서, 교정은 만족스러운 정밀도를 얻기 위해 필요한 계산의 측면에서 어려움을 야기하는 복잡한 절차이다.

예를 들어, 페인팅된 자동차 몸체 상의 외관 결함의 위치 결정과 관련하여, 일반적으로 적어도 0.01 내지 0.02 mm의 치수를 갖는, 강조 표시될 결함은 수 밀리미터 미만의 반경을 갖는 이상적인 원(ideal circle) 내에서 발견될 수 있다.

명확하게, 광전자 디바이스로 수행되는 표면 획득 프로세스에 영향을 미치는 광학적 불규칙성과 교란을 또한 필터링할 필요가 있는데, 왜냐하면 이러한 불규칙성과 교란은 획득 프로세스의 다양한 요소에 의존하지만 임의의 결함의 실제 존재와는 관련이 없는 노이즈를 구성하기 때문이다. 이러한 목적으로 특별히 알려진 알고리즘과 수치 필터가 사용되며, 이는 감광 센서의 픽셀에 대한 프로세싱 중에 적용된다.

2차원 광전자 표면 상의 픽셀의 위치를 검출하기 위한 프로세싱을 수행한 후, 3차원의 복합 표면 상의 결함의 실제 위치 결정을 달성하기 위해, 수학적 역변환을 수행하고 고유하고 정밀한 방식으로 결함이 존재하는 광전자 디바이스의 픽셀과 결함이 실제로 위치된 복잡한 표면의 공간적 지점을 연관시킬 필요가 있다(본원에서 결함 위치 결정 프로세스라고 칭함).

이러한 수학적 역변환은 다양한 종류의 오류에 의해 영향을 받을 수 있으므로; 위치 결정 시스템은 실제 프로세스의 수용 가능한 한계 내에서 실제 결함의 위치 결정 오류를 포함하려고 시도한다.

복잡한 공간 표면 상에서 검출된 결함의 위치 결정은 산업 프로세스에서 매우 중요한 활동인데, 왜냐하면 임의의 알려진 방법을 사용하여 결함을 검출한 후, 그 속성에 따라 하나 이상의 결함이 존재하는 경우에 고안된 프로세스 절차를 적용할 수 있도록 공간 내에서 결함을 위치 결정한 후 생산 라인을 따라 작업자에게 또는 이러한 결함이 존재하는 공간에서의 지점의 하류에 연결된 기계에 특정의 정밀도로 시그널링하는 것이 또한 필요하기 때문이다. 이러한 시그널링 동작은 레이저 포인터와 같은 다른 자동 광학 신호 시스템, 특수 페인트를 사용하고 표시자로 포인팅하는 삭제할 수 있는 마킹(marking)과 같은 기계적 시그널링 시스템 또는 고해상도 스크린 상에 결함을 표시하는 것과 같은 컴퓨터 시그널링 시스템 및 결함의 공간 좌표 및 결함의 분류를 포함하는 데이터베이스를 사용하여 수행될 수 있다.

위에서 이미 언급한 바와 같이, 결함이 검출된 픽셀이 실제로 결함이 위치된 복잡한 표면 상의 공간적 지점과 고유한 방식으로 연관되는 역변환이 포함되기 때문에, 언급된 문제의 올바른 해결책을 허용할 수 없고 사전에 추정될 수 없는 정량적으로 매우 큰 오류로 귀결되는 것과 같은 수학적 오류가 발생할 수 있다.

실제로, 개별적으로 또는 서로 조합하여 사용될 수 있는 다른 기술 분야로부터 도출된 다른 수학적 기술과 방법을 사용하여 이러한 문제를 극복하려는 시도가 있었다.

하나의 기술은 광전자 시스템을 사용하여 검사될 표면과 관련된 몇몇 광학 데이터를 획득하는 것으로 구성되며, 상기 데이터는 예를 들어, 표면에 대해 감광 센서를 공간 내에 배치하고 적절하게 회전시킴으로써 서로 부분적으로 또는 전체적으로 다르다.

따라서, 감광 센서를 적절하게 지향시킴으로써, 검사될 복잡한 표면 및 광학 정보가 형성되는 감광성 2차원 표면에 적용될 비선형 수학적 변환을 단순화할 수 있다.

이러한 기술은 표면의 각각의 구역에 대해 단일 이미지 또는 몇몇 이미지 대신 다수의 이미지의 검사를 포함한다.

특히, 조명 시스템과 검출 시스템(결합 또는 분리될 수 있거나 임의의 경우에 이미지 획득 단계 중에 동기화될 수 있음)이 큰 치수를 갖는 경우, 복잡한 표면의 획득을 위해 최적의 지점, 즉, 표면을 올바르게 조명하기 위해 조명 시스템이 위치되어야 하는 이러한 지점과 동시에 상기 표면 상에 존재하는 결함을 검출하기 위해 적절한 광전자 특성(콘트라스트 레벨, 광도 및 정확한 광학 필드 깊이)을 가진 복잡한 표면의 기록을 얻기 위해 검출 시스템이 위치되어야 하는 이러한 지점에 도달하기가 어려울 것이다.

복잡한 표면의 광학적 검출을 위한 다수의 최적 지점에 도달할 수 있는 능력을 증가시키기 위해, 서로 독립적인 카메라의 개수를 증가시키는 것이 제안되었다. 그러나, 이는 결함 검출 시스템의 복잡성과 관련 제조 및 관리 비용을 비례하여 증가시킨다.

예를 들어, US2013/0057678호는 다수의 고정 카메라가 몸체의 각각의 부분을 지향하는 동안 차체를 따라 이동하는 복잡한 발광 아치를 갖는 시스템을 설명한다.

또 다른 기술은 상술한 비선형 기하학적 변환을 추가로 단순화하기 위하여 기록된 정보의 일부만을 사용하는 것으로 구성된다. 예를 들어, 수용 가능한 한계 내에서 변환의 선형화를 수행할 수 있다.

그러나, 이러한 기술은 복잡한 공간 표면에 대해 이전 기술에 필요한 것보다 훨씬 더 많은 다수의 이미지를 필요로 하므로, 결과적으로 자동 획득 시스템의 복잡성을 더욱 증가시키고, 결과적으로 검출 시스템의 하류(downstream)에 위치된 프로세싱 시스템의 계산 용량을 증가시킬 필요가 있다.

또 다른 기술은 자동 프로그래밍 가능한 포지셔너 상에 위치될 수 있거나 고정된 위치에 전부 또는 부분적으로 배열될 수 있는 이미지 기록 카메라의 개수를 증가시키는 것으로 구성된다.

이러한 방식으로, 충분한 개수의 카메라가 있고 이들이 적절하게 위치되면, 복잡한 표면 상의 실제 위치와 광학적 결함을 연관시키기 위하여 결함의 정확한 검출 및 정확한 역변환을 수행하기에 충분한 다수의 이미지를 획득하는 것이 가능하다.

그러나, 이러한 기술을 적용하기 위해서는, 다수의 조명 및 이미지 획득 시스템이 필요하며, 다른 형태를 갖는 복잡한 표면이 검사되어야 하는 경우 모든 시스템이 항상 정확하게 배치될 수 있는 것은 아니며; 예를 들어, 이는 동일한 생산 라인에서 다른 모델의 차체가 분석되는 경우에 발생한다.

또 다른 요건은 검사될 복잡한 표면과 광전자 2차원 정보 사이의 예비 교정, 즉, 광전자 센서에 의해 검출된 정보에 존재하는 픽셀과 표면 상에 존재하는 실제 지점 사이의 대응 관계를 사전에 규정하는 것이다.

샘플의 복잡한 표면 상에 사전에 적절하게 배열된 기준 타겟에 의해 이러한 연관성을 결정할 수 있다. 대안적으로, 복잡한 표면의 공간 기하 구조(예를 들어, CAD/CAM 시스템 또는 유사한 기기에 의해 공급되는 정보의 사용에 의해) 및 표면의 이미지가 획득되는 순간에서의 정확한 공간 위치(예를 들어, 3차원 공간에서 복잡한 표면의 위치를 검출하기 위해 센서에 의해 공급되는 데이터의 사용에 의해)를 높은 정밀도로 결정함으로써 이러한 연관성을 확립할 수 있다.

그러나, 이러한 기술은 표면의 기하학적 재구성에 필요한 정보의 상당한 증가, 복잡한 공간 표면의 정확한 위치를 적절한 시스템으로 검출하기 위한 비용의 증가, 그리고 마지막으로 프로세싱 복잡성의 상당한 증가로 귀결되는데, 그 이유는 결함이 잠재적으로 위치될 수 있는 실제 지점과 결함을 검색할 때 검사될 2차원 표면의 픽셀 사이의 관계 및 기하학적 변환의 대부분 또는 모두를 프로세서에 저장할 필요가 있기 때문이다.

따라서, 본 발명의 목적은 그 중에서도 상술한 단점을 극복할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

특히, 복잡한 표면 상에 특정 관심 지점을 정확하게 위치 결정하기 위한 방법을 제공하는 것이 목적이며, 이는 기술의 신뢰성과 특정 관심 지점의 위치를 결정하는 확률을 증가시키며, 그 위치는 사전에 알려지지 않는다.

또 다른 목적은 적절하고 일반적으로 다수의 유형의 복잡한 표면에서 기능하는 페인팅된 표면을 포함하여 표면 상의 외관의 결함을 위치 결정하기 위한 방법을 제공하는 것이다.

또 다른 목적은 결함 검출의 훨씬 더 큰 자유도와 검출된 결함을 위치 결정하는 더 큰 가능성을 갖는, 현재의 방법보다 더 간단한 방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적의 관점에서 발생한 아이디어는 본 발명에 따라 결함 검색 절차 이전에 다음 단계를 포함하는 객체의 복잡한 표면 상의 결함을 위치 결정하기 위한 방법을 제공하는 것이다:

- 전자기파 방출 디바이스 및 복잡한 표면에 의해 반사된 이러한 전자기파들을 검출하기 위한 광전자 디바이스를 갖는 획득 조립체를 구현하는 단계,

- 복잡한 표면으로부터의 일정 거리에서 스캐닝 조립체의 상당 지점의 스캔 경로를 규정하는 단계;

결함 검색 절차 중에:

- 자동 포지셔너로 스캔 경로를 따라 획득 조립체를 이동시키는 단계;

- 복잡한 표면의 이미지를 광전자 디바이스 2차원 픽셀 매트릭스로서 획득하기 위해 획득 조립체가 동작되는 경로를 따라 획득 조립체의 이동 동안의 순간들(instants) "i"를 규정하는 단계;

- 경로를 따라 순간들 "i"에서 취득된 복수의 연속적인 2차원 픽셀 매트릭스들을 제어 유닛에 저장하는 단계;

- 동일한 순간들 "i"에서 경로를 따라 획득 조립체의 좌표들을 저장하고 좌표들을 복수의 각각의 2차원 매트릭스들과 연관시키는 단계;

- 복수의 2차원 매트릭스들에서 결함들을 식별하고 대응하는 2차원 매트릭스에서 결함을 나타내는 픽셀들의 위치의 각각의 결함 좌표들(Xin, Yin)을 식별하는 단계로서, 인덱스 "i"는 i번째 매트릭스를 나타내고, 인덱스 "n"은 매트릭스에서 검출된 n번째 결함을 나타내는, 식별하는 단계;

- i번째 매트릭스에서 검출된 n번째 결함의 좌표들 Xin, Yin에 적용된 선형 또는 선형화 변환에 의해 i번째 매트릭스에서 검출된 결함 n의 질량 중심의 복잡한 표면 상의 공간 좌표 xn, yn, zn을 위치 결정하는 단계.

여전히 본 발명의 원리에 따르면, 또한 발생된 아이디어는 상술한 방법에 따라 동작하도록 구성된 플랜트를 제공하는 것이며, 이는 스테이션에 도착하는 객체의 복잡한 표면 상의 결함들을 검출하기 위한 스테이션을 포함하고, 스테이션에는 프로그램 가능한 포지셔너, 전자기파들의 방출을 위한 디바이스 및 복잡한 표면에 의해 반사된 이러한 전자기파들을 검출하기 위한 광전자 디바이스를 갖는 획득 조립체가 존재하고, 상기 획득 조립체는 객체의 복잡한 표면 상의 경로들을 따라 이동할 수 있도록 프로그램 가능한 포지셔너 상에 장착된다.

3차원 표면 상의 결함의 위치 결정을 위한 디바이스는 상술한 프로그램 가능한 포지셔너 또는 후속 스테이션에 존재하는 다른 프로그램 가능한 포지셔너 상에 장착될 수 있다.

종래 기술과 비교하여 본 발명의 혁신적인 원리 및 그 이점을 보다 명확하게 설명하기 위해, 이러한 원리를 적용하는 실시예의 예가 첨부 도면의 도움으로 아래에서 설명될 것이다. 도면에서:
- 도 1은 본 발명에 따라 제공된 플랜트의 개략도를 나타낸다.
- 도 2는 결함을 검출하기 위한 플랜트의 스테이션의 개략도를 나타낸다.
- 도 3은 본 발명에 따른 결함을 검출하기 위한 획득 조립체의 가능한 실시예의 개략도를 나타낸다.
- 도 4는 본 발명에 따른 획득 조립체의 가능한 이동의 개략도를 나타낸다.
- 도 5는 본 발명에 따른 획득 조립체의 이동을 위한 경로의 구성의 개략도를 나타낸다.
- 도 6은 본 발명에 따른 획득 조립체의 광전자 디바이스의 복잡한 표면과 2차원 표면 상의 지점들 사이의 변환의 개략도를 나타낸다.
- 도 7은 본 발명에 따른 플랜트를 형성하는 구성 요소의 가능한 연결 다이어그램을 나타낸다.

도면을 참조하면, 도 1은 객체(11), 예를 들어, 자동차의 페인팅된 몸체 상의 결함을 검출하기 위해 본 발명에 따라 제공되는 플랜트(10)를 나타낸다.

플랜트는 결함을 검출하기 위한 적어도 하나의 스테이션(12)을 포함한다. 유리하게는, 플랜트(10)는 또한 일련의 객체(11)를 스테이션으로 운반하고 임의의 결점을 검출하기 위한 동작 후에 스테이션으로부터 이를 제거하는 알려진 운송 시스템(20)을 포함할 수 있다. 운송 시스템은 예를 들어, 컨베이어일 수 있다. 객체(11)가 차체인 경우, 몸체는 또한 스키드 상에 장착될 수 있고, 컨베이어(20)는 알려진 스키드 컨베이어일 수 있다.

결함을 분류하기 위한 스테이션(21) 및 결함을 제거하기 위한 스테이션(22)은 유리하게 스테이션(12)의 하류에 존재할 수 있다. 스테이션(21)에서, 작업자는 스테이션(12)에서 자동으로 검출될 결함을 시각적으로 검사할 수 있고, 필요한 경우 이것이 제거되어야 할 크기인지 및/또는 스테이션(22)과 연관된 제거 절차를 사용하여 실제로 제거될 수 있는지 여부를 결정할 수 있다.

스테이션(21)의 작업자에게 스테이션(12)에서 검출된 결함의 몸체 표면 상의 위치를 나타내기 위해(상술한 단계를 "결함 위치 결정 단계"라고 칭함), 디바이스(21)는 표시자 디바이스(indicator device)(35)를 포함할 것이다. 이들 디바이스는 스테이션(12)에서 검출된 결함의 좌표를 수신하고, 결함이 존재하는 위치를 객체(11)의 표면 상에 나타낸다.

예를 들어, 디바이스(35)는 그 자체로 알려진 가시광 빔 프로젝터(예를 들어, 레이저 프로젝터)를 포함할 수 있으며, 이는 유닛(18)으로부터 프로젝터로 전송되는 공간 좌표에 따라 스테이션(21)의 공간 지점을 향해 빔을 지향시키도록 제어될 수 있다.

이러한 방식으로, 유닛(18)은 결함이 존재하는 객체의 표면 상의 지점을 조명하기 위해 스테이션(21)에 도착하는 객체(11) 주위에 적절하게 배열된 프로젝터의 동작을 제어할 수 있다. 결함의 조명은 예를 들어, 조명된 구역(예를 들어, 원형 광 스폿)에 의해 수행될 수 있으며, 스폿은 내부에 결함을 포함하거나 또한 조명된 주위(예를 들어, 원형 에지)로 결함을 둘러싼다.

대안적으로, 표시자 디바이스(35)는 작업자에 의해 착용되고 결함의 공간 좌표를 수신하고 안경에 의해 객체의 직접적인 시야에 중첩되는 결함을 강조 표시하기 위한 영역을 나타내는 증강 현실 안경과 같은 증강 현실 디바이스, 또는 검색 절차를 단순화하고 스캐닝된 영역의 재구성에 의해 결함의 위치를 스크린 상에서 식별하는 결함을 분류하기 위한 휴대용 태블릿 컴퓨터도 포함할 수 있다.

대안적으로, 표시자 디바이스(35)는 23과 같은 자동 디바이스 상에 적절하게 장착된 마커와 같은 차체 상의 결함을 삭제 가능하게 마킹하기 위한 시스템을 포함할 수 있다(예를 들어, 객체(11) 상에서 검출된 결함 상의 마커로 도달 및 동작할 수 있도록 적절한 수의 자유도를 갖는 23과 같은 하나 이상의 로봇 아암에 의해).

임의의 경우에, 작업자는 스테이션(12)에 의해 검출된 결함의 정밀한 표시를 갖게 될 것이며, 스테이션(22)에서 불가능한 임의의 추가 기계 가공 동작에 대한 필요성과 함께(예를 들어, 객체를 다시 페인팅할 필요가 있음), 각각의 결함에 대해 스테이션(22)에서 제거될 수 있는지, 무시될 수 있는지 또는 객체를 폐기할 필요가 있는지 여부를 결정할 수 있다.

결함을 제거하는 동작은 (예를 들어, 전기 샌딩/연마 도구로) 적절하게 장비된 작업자에 의해 수동으로 수행될 수 있거나, 자동 디바이스(23)로 자동화될 수 있다(예를 들어, 객체(11) 상에서 검출된 결함에 대해 자동 도구(24)로 도달하고 동작할 수 있도록 적절한 수의 자유도를 갖는 하나 이상의 로봇 암(23)에 의해).

수동 동작의 경우, 스테이션(22)은 스테이션(21)의 표시자 디바이스와 유사한 표시자 디바이스를 포함할 수 있으며, 이는 스테이션(21)에서 수행된 선택 후에 여전히 이와 같이 나타내어지는 결함의 몸체 상의 위치를 제거 동작 수행을 담당하는 작업자에게 나타내기 위한 것이다.

자동화된 동작의 경우, 디바이스(23)는 스테이션(21)에서 수행된 선택 후에도 여전히 존재하는 것으로 나타내어지고 객체의 표면으로부터 제거되어야 할 결함의 공간 좌표를 수신할 것이고, 적절한 도구(24)를 사용하여 이러한 결함에 대해 동작할 것이다.

필요한 경우, 스테이션(21 및 22)은 단일 검사 및 제거 스테이션으로 결합될 수 있거나, 불필요한 것으로 간주되는 경우 2개의 스테이션 중 하나가 완전히 생략될 수 있다.

예를 들어, 스테이션(21)을 참조하여 상술한 바와 같이 결함을 검사하는 동일한 작업자가 결함이 위치 결정되는 즉시 이를 제거하기 위해 결함에 대해 직접 작업하여, 스테이션(22)으로의 전달을 피할 수 있는 것으로 고안될 수 있다.

결함의 크기와 특성에 따라, 몇몇 제거 스테이션을 사용하여 2개 이상의 단계를 포함하는 제거 동작이 또한 고안될 수 있다.

또한, 작업자에 의해 결함이 선택되는 단계가 필요하지 않은 경우, 스테이션(21)이 생략되고 제거 스테이션에 직접 액세스될 수 있다. 예를 들어, 자동 제거의 경우, 자동 디바이스로 스테이션(22)만을 직접 사용하는 것을 생각할 수 있다.

결함을 검출하기 위해, 스테이션(12)은 유리하게는 전자파 방출 디바이스(13) 및 객체(11)에 의해 반사된 전자파의 검출을 위한 광전자 디바이스(14)를 포함한다.

디바이스(14)는 또한 아래에서 설명될 바와 같이, 예를 들어, 몇몇 카메라와 같이 적절히 함께 링크된 몇몇 광전자 디바이스 또는 광학 센서에 의해 형성될 수 있다.

전자기파는 결함이 식별될 객체(11)의 표면에 의해 반사되고 반사 후에 광전자 디바이스(14)에 의해 정확하게 검출되기에 적합하도록 선택되어야 한다.

특히, 방출 디바이스(13)는 필요 및 선호도에 따라 작은 대역폭 또는 단일 파장을 갖는 넓은 스펙트럼의 조명 디바이스일 수 있다.

전자기파는 인간의 눈에 보이거나 보이지 않는(예를 들어, 적외선) 전자기 방사의 범위 내에 있을 수 있다. 광전자 디바이스(14)는 소스에 의해 방출된 대역의 적어도 일부를 감지하도록 선택될 것이다.

이러한 광전자 디바이스(14)는 예를 들어, 또한 근적외선 방사 또는 임의의 경우에 조명 디바이스(13)에 의해 방출된 광의 파장을 감지하는 하나 이상의 통상적인 CMOS 기술 카메라를 포함할 수 있다.

유리하게는, 방출 디바이스(13) 및 광전자 디바이스(14)는 함께 가깝게 배열되고 결합되어 획득 조립체(25)를 형성한다.

바람직하게는, 방출 디바이스(13) 및 광전자 디바이스(14)는 객체(11)에 의해 모든 방향으로 반사 및 확산되는 전자기 방사가 더 나은 신호-노이즈 비율로, 그리고 그에 따라 결함을 정확하게 검출할 더 나은 확률로 표면적인 외관 결함 및 페인팅 결함이 검출될 수 있도록 획득 조립체(25)에서 실질적으로 서로 함께 가깝게 정렬되게 배열될 수 있다.

도 1에서 다시 볼 수 있는 바와 같이, 스테이션(12)은 또한 획득 조립체(25)가 장착되고, 후술하는 방법을 사용하여 결함이 검출될 객체의 3차원의 복잡한 표면의 단거리 스캐닝에 적절한 경로를 따라 진행할 수 있게 하는 자동 프로그램 가능한 포지셔너(15)를 포함한다.

특히, 포지셔너(15)는 유리하게는 보간된 방식으로 제어 가능한 6개의 축을 갖는 로봇일 수 있거나, 로봇의 손목에 장착된 획득 조립체를 갖는 인간형 로봇일 수 있다.

스테이션(12)(및 적용 가능한 경우 또한 스테이션(21, 22))은 바람직하게는 스테이션 내부의 객체(11)의 위치가 원하는 정밀도로 확립될 수 있게 하는 자체로 알려진 위치 시스템을 포함할 것이다. 이러한 위치 시스템은 물리적 포지셔닝 로케이터(16) 및/또는 위치 검출 센서(17)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 물리적 로케이터는 스테이션 내부의 객체를 정지시키기 위한 적절한 기계적 정지부 및/또는 객체가 스테이션에 도달할 때 객체 또는 객체와 함께 결합되어 이와 함께 이동되는 지지대의 대응 구멍 내부에 정밀하게 삽입되는 로케이팅 핀일 수 있다.

센서는 본 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 쉽게 상상될 수 있는 바와 같이, 예를 들어 광학 및/또는 전자 기계적 위치 센서일 수 있다. 위치 검출 센서는 또한 본 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 쉽게 상상될 수 있는 바와 같이, 객체의 표면 상에 배치되는 기준 타겟에 의해 지원될 수 있다. 실제 운송 시스템은 객체(11)가 스테이션 내부의 정확한 위치에서 정지할 수 있도록 설계될 수 있다.

임의의 경우에, 객체(11)는 정확한 위치 또는 임의의 경우에 알려진 위치에서 스테이션에 배열될 것이며, 객체의 표면 상에서 검출된 공간 좌표는 모두 이러한 위치를 참조할 것이며, 스테이션 내의 객체 표면 상의 지점의 공간 좌표의 세트는 다른 스테이션의 동일한 지점의 공간 좌표에 대응할 것이다(또는 임의의 경우에 이에 대응하도록 쉽게 변환될 수 있다).

플랜트(10)는 또한 후술할 방법을 사용하여 프로그램 가능한 포지셔너 및 획득 조립체의 동작을 제어할 전자 제어 유닛(18)(유리하게는 하나 이상의 적절하게 프로그램된 전자 프로세서)을 포함할 것이며, 객체 위치 시스템으로부터 임의의 신호를 수신할 것이다. 이러한 유닛(18)은 또한 아래에 명확하게 될 바와 같이, 필요한 데이터를 교환하기 위해 적절하게 상호 연결되는 몇몇 제어 서브-유닛(각각은 단일 로봇의 제어, 단일 결함 획득 및 식별 시스템, 단일 결함 시그널링 및/또는 제거 시스템 등과 같이 플랜트의 동작에 필요한 기능 중 하나에 할당됨)에 의해 실제로 형성될 수 있다.

도 2는 스테이션(12)의 가능한 실시예를 개략적인 형태로 그리고 보다 상세히 나타낸다.

이 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 자동 프로그램 가능 포지셔너(15)는 바람직하게는 획득 조립체(25)가 장착되는 결합 플랜지(27)를 갖는 손목(26)을 갖는 보간 방식으로 제어 가능한 7개의 축을 갖는 로봇(인간형 로봇)에 의해 형성된다.

결함이 검출될 객체(11)의 3차원의 복잡한 표면은 예를 들어, 순차적인 운송 디바이스(20)에 의해 스테이션으로 반입되는 자동차 몸체의 일부를 형성한다.

도 2에서 명확하게 알 수 있는 바와 같이, 획득 조립체(25)는 바람직하게는 객체의 복잡한 표면 상의 대응하는 긴(유리하게는 직사각형의) 구역(28)을 커버하는 것과 같이, 획득 조립체(25)의 이동 경로에 대해 가로지르는 축(도 2의 Y 축)을 따라 긴 형태로 제조되며, 여기서 방출 디바이스(13)에 의해 생성된 방사 빔이 투사된다.

예를 들어, 획득 조립체는 경로를 따른 이동 방향으로 수 밀리미터(예를 들어, 5 내지 30 mm)의 너비 및 가로지르는 방향으로 예를 들어, 수십 센티미터(예를 들어, 25 cm 내지 1 m)의 폭을 갖는 구역을 커버할 수 있다. 일반적으로, 커버되는 영역의 치수는 경로를 따른 치수와 경로를 가로지르는 치수에 대해 적어도 1:10의 비율이 될 것이다.

경로를 따라 이동하는 방향으로의 작은 너비로 인해, 검출된 이미지와 스캐닝된 표면의 일부 사이의 변환은 후술하는 바와 같이 실질적으로 선형이거나 임의의 경우에 충분히 작은 오차로 선형화 가능한 것으로 간주될 수 있다.

도 3은 전자기 빔이 방출되는 측에서 본 획득 조립체(25)의 가능한 실시예를 개략적인 형태로 나타낸다. 이러한 조립체(25)는 상기 직사각형 구역을 조명하기 위한 직사각형의 긴 조명기에 의해 형성된 방출 디바이스(13) 및 객체(11)에 의해 반사된 전자기파를 검출하기 위한 광전자 디바이스(14)를 형성하는 한 쌍의 카메라를 포함한다. 카메라(14)는 조명기에 고정되고, 복잡한 표면 상에서 조명기에 의해 조명된 전체 직사각형 구역을 정확하게 검출하기 위해 그 측면 상에 배열되고 그 축을 따라 이격된다.

임의의 경우에, 유리하게는, 방출 디바이스(13)를 인간형 로봇의 손목과 같은 프로그래밍 가능 포지셔너에 기계적으로 고정한 후에, 전자기 방사선 빔을 검사될 복잡한 표면의 적어도 일부에 투사하도록 광전자 디바이스는 검사될 표면에 의해 반사된 전자기 방사 빔을 정확하게 수신하기 위해 자동 프로그래밍 가능 포지셔너의 터미널 구역에 기계적으로 고정된다.

도 2 및 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 조명기는 바람직하게는 직사각형 이미지의 더 큰 축을 따라 연장되는 얇고, 교번하고, 밝고 어두운, 평행한 밴드에 의해 형성된 직사각형 이미지를 투사하도록 설계된다. 이러한 밴드는 복잡한 표면을 따라 획득 디바이스의 이동 경로에 대해 가로지르도록 연장될 것이다. 이는 결함의 검출을 향상시킬 수 있다. 임의의 경우에, 균일하게 조명된 구역이 또한 사용될 수 있다.

도 4는 객체(11)(예를 들어, 몸체의 루프)의 복잡한 표면 위의 경로(29)를 따라 거리 D에서 (포지셔너(15)에 의해) 이동되는 동안 구역(28)으로 이미지를 투사하는 획득 조립체(25)를 개략적인 형태로 나타낸다.

획득 조립체(25)의 연장은 일반적으로 직선이고 편평할 것이지만, 복잡한 표면은 일반적으로 비평면 연장부를 가질 것이기 때문에, 검사될 복잡한 표면으로부터 획득 조립체의 적어도 하나의 사전 결정된 지점의 알려진 거리는 거리 D인 것으로 간주될 수 있다. 경로(29)는 예를 들어, 이러한 사전 결정된 지점에 의해 공간 내에서 따르게 되는 것일 수 있다.

거리 D는 예를 들어, 표면 유형 및 검색된 결함 유형에 따를 수 있다. 일반적으로, 유리한 것으로 밝혀진 거리 D는 5 내지 50 cm일 수 있다.

도 5에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 연속적인 경로(29)는 지점 Pt_i의 이산 세트(여기서 "t"는 경로를 규정하는 데 필요한 지점이라는 것을 나타내고, "I"는 상기 경로를 규정하는 데 필요한 i번째 지점을 나타냄)에 의해 공간에서 규정될 수 있으며, 상기 지점은 바람직하게는 결함 검색을 위해 획득 조립체에 의한 표면의 스캐닝에 선행하는 설정 단계 동안 식별되고 저장된다.

그 자체로 알려진 적절한 알고리즘은 본 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 쉽게 상상될 수 있는 바와 같이, 지점 Pt_i의 이러한 이산 세트로부터 전체 경로를 계산할 수 있다. 경로(29)를 따라, 위치 Pr_i(여기서, "r"는 다양한 경로를 따른 표면의 검출 위치인 것을 나타내고, "I"는 상기 경로를 따른 "i번째" 검출 위치를 나타냄)를 또한 식별할 수 있으며, 후술하는 바와 같이, 이러한 위치는 결함 이미지의 검출이 수행되는 경로를 규정하는 지점 Pt_i에 추가된다.

객체(11)의 복잡한 표면에 의한 반사 후에, 광전자 디바이스에 의한 전자기 방사의 투사 및 그에 따른 검출은 전체 결함 검출 경로를 따라 정확하게 수행되어야 한다. 따라서, 경로를 따라 표면에 대한 획득 조립체의 정확한 기울기, 즉, 방출 디바이스(13) 및 검출 디바이스(14)의 정확한 상대적인 포지셔닝을 또한 보장하는 것이 필요하다. 즉, 복잡한 표면 상의 결함의 정확한 획득을 위해, 획득 조립체의 위치는 선택된 경로를 따라 공간에서 충분히 완전한 방식으로 규정되어야 한다.

임의의 경우에, 일단 경로가 규정되면, 공간 내에서의 실행을 위해 포지셔너(15)로 전송될 것이고, 획득 조립체는 이러한 경로를 따라 이동된다.

추가로 후술될 바와 같이, 결함 검색 절차 동안, 획득 조립체는 경로를 따라 이동하는 동안 사전 규정된 순간에 복잡한 표면의 이미지를 획득할 것이고, 이러한 순간에 경로를 따른 디바이스의 위치는 이러한 이미지와 연관될 것이다. 적절한 선형 또는 선형화 변환은 경로를 따라 특정 위치에 기록된 2차원 이미지의 좌표에 기초하여 복잡한 표면 상의 지점의 공간 좌표로의 후속 변환을 허용할 것이다. 이러한 방식으로, 기록된 2차원 이미지에서 결함의 위치가 일단 식별되면, 실제 복잡한 표면 상의 결함의 정확한 공간 위치가 취득될 것이다.

도 6은 스캐닝된 복잡한 표면의 구역(28)에서의 관심 지점(도 6a)과 일반적으로 2차원 픽셀 매트릭스에 대응할 광전자 디바이스(14)의 2차원 감지 표면(30) 상의 그 표시(도 6b) 사이의 대응 관계를 개략적인 형태로 나타낸다. mm로 측정된 복잡한 표면 상의 일반적인 세그먼트 DI는 픽셀로 측정된 디바이스(13)의 2차원 표면(30) 상의 세그먼트 DL에 대응한다.

X_i, Y_i는 광전자 디바이스의 2차원 표면(30)의 i번째 지점의 2차원 좌표를 규정하며, 좌표 x_i, y_i, z_i는 객체(11)의 복잡한 표면(28)의 임의의 i번째 지점의 공간 좌표를 규정한다.

따라서, 결함을 포함하는 복잡한 표면의 모든 지점에 대해 x_i, y_i, z_i로부터 X_i, Y_i로 그리고 그 반대로의 변환을 허용하는 변환 T(그리고 대응하는 역변환 T^-1)를 찾는 것이 필요하다.

유리하게는, 객체의 복잡한 표면 상에 존재할 수 있는 특정 관심 지점(단순함을 위해 본 설명에서 "결함"으로 지칭됨)의 정확한 위치 결정을 위해, 초기 시스템 설정 절차가 획득 조립체가 적절한 경로(29)를 따라 정확하게 동작할 준비가 되었는지를 보장하기 위해 유용할 수 있으며, 후술하는 바와 같이, 결함의 위치 결정 동안 사용될 적절한 변환 계수를 찾는다.

적절한 계수를 얻기 위해, 후술하는 초기 절차가 유리하게 채용될 수 있다.

초기 시스템 설정 절차는 각각의 표면 스캐닝 동작 동안 근사적으로 일정하게 유지되는(예를 들어, 상술한 거리 D) 검사될 복잡한 표면으로부터 알려진 거리에서 자동 프로그램 가능 포지셔너의 끝 구역에 고정되는 광전자 디바이스의 감지 표면의 적어도 하나의 지점을 제공한 후, 스캐닝된 표면의 구역의 모든 관심 지점이 광전자 디바이스(14)의 감지 2차원 표면(30)의 구역 상에 투사되도록 복잡한 표면에 대해 적절한 각도로 획득 조립체(또는 구분되는 경우, 광전자 디바이스)를 지향시키는 것을 고안할 수 있다.

유리하게는, 바람직하게 투사는 스캐닝된 표면의 구역의 관심 지점과 유리하게는 선형이고, 만일 선형이 아니라면 적어도 선형화 가능한 수학적 변환 T인 광전자 센서의 감지 2차원 표면의 한정된 구역의 지점 사이의 대응 관계를 야기한다.

일단 정확한 위치를 얻으면, 자동 프로그램 가능 포지셔너의 끝 구역의 3차원 공간에서의 절대 위치(즉, 획득 조립체로 포지셔너에 의해 도달된 위치)가 전자 제어 유닛(18)의 메모리에 지점 Pt_i로서 기록된다.

이러한 위치는 예를 들어, 인간형 로봇의 손목의 플랜지 중심과 관련될 수 있다.

그 후, 포지셔너는 객체 표면 상의 다른 관심 구역을 스캐닝하도록 이동되고, 복잡한 표면 상의 모든 지점의 광전자 디바이스(14)의 2차원 표면(30) 상의 지점(픽셀)으로의 변환을 허용하도록 복잡한 표면 전체가 적절한 간격으로 스캐닝될 때까지 상술한 동작이 반복되는 등의 동작이 있다.

프로세스의 끝에서, 전자 제어 유닛(18)의 상술한 메모리는 자동 프로그램 가능 포지셔너에 의한 스캐닝 동안 가정된 모든 절대 위치 Pt_i를 포함할 것이다. 저장된 위치의 수 "n"은 검사될 복잡한 표면의 완전한 점-대-점 스캐닝을 수행하기 위하여 필요한 위치의 수 "m"보다 또한 작을 수도 있다. 즉, n <= m이다.

초기 절차 중에, 획득 시스템에서 쉽게 식별될 수 있는 마커(예를 들어, 컬러 스티커)는 샘플 객체(일반적으로 스테이션에서 후속적으로 분석될 객체와 유사하거나 동일)의 복잡한 표면 상에 적절하게 배치될 것이며, 이러한 스티커는 경로를 따라 볼 수 있도록 서로로부터 적절한 거리 DI에서 쌍으로 배열된다. 이는 DI가 이러한 복잡한 표면 상의 2개의 지점 사이의 복잡한 표면(28) 상의 세그먼트를 나타내는 도 6에서 다시 개략적인 형태로 나타내어진다. mm로 측정될 수 있는 거리 DI에 배열된 복잡한 표면 상의 지점은 디바이스(13)의 2차원 표면(30) 상에서 픽셀로 측정될 수 있는 거리 DL에서의 지점으로서 획득 디바이스에 의해 검출될 것이다. 따라서, DL(X_i - X_i-1, Y_i - Y_i-1)은 복잡한 표면(28)의 세그먼트 DI(x_i -x_i-1, y_i - y_i-1, z_i - z_i-1)에 대응하는 2차원 표면(30) 상의 세그먼트이다.

예를 들어, 감지 표면의 원점(X_i-1 = 0, Y_i-1 = 0)과 관련될 수 있는 2차원 표면(30) 상의 지점과 포지셔너의 좌표의 원점(x = 0, y = 0, z = 0)과 모두 관련될 수 있는 복잡한 표면(28)의 지점 모두를 갖는 대응하는 세그먼트 사이의 변환은 그에 따라 i번째 검출에 존재하는 n번째 구역의 예를 들어 mm/픽셀로 표현되는 역변환에 적용될 수 있는 확장 계수라고 칭하는 변환 곱셈 계수를 사용할 수 있다.

C_ni = Dl_ni/DL_ni

가능하다면, 작은 수의 변환 계수 C_ni가 선택될 것이고, 또한 C_i라고 칭하는 복잡한 표면의 각각의 단일 i번째 검출에 대해서만 1로 근사화될 수 있으며, 변환 계수는 또한 광전자 디바이스로 획득된 복잡한 표면의 다른 부분에 대해 C라고 칭하는 동일한 값으로 다시 근사화될 수 있다.

적절한 경로 추적 알고리즘(그 자체로 실질적으로 알려져 있으므로 여기에서 추가로 설명하거나 나타내지 않음)에 의해, 이러한 지점을 통과하고 포지셔너에 의해 이동된 광전자 디바이스(14)에 의해 복잡한 표면의 완전한 스캔을 수행하는 데 유용한 경로(29)인 연속 경로를 형성하도록 저장된 지점 Pt_i를 논리적으로 함께 연결할 수 있다.

자동 프로그램 가능 포지셔너의 추가 위치 Pa_i를 규정하는 (예를 들어, 도 4에 나타낸 바와 같은) 추가 지점이 이렇게 형성된 경로(29)에 또한 추가될 수 있다. 이러한 위치 Pa_i("a"는 다른 경로를 함께 연결하는 데 필요한 액세서리 지점이고, "i"는 상기 경로를 연결하는 데 필요한 i번째 지점을 나타냄)는 복잡한 표면을 스캐닝하는 데 필요하지 않지만, 자동 프로그램 가능 포지셔너가 스캐닝 동작에서 초기 지점으로부터 끝 지점으로 진행할 수 있는 단일 경로를 규정하도록 위치 Pt_i에 가깝고 전체 경로를 따라 저장된 스캐닝 위치에 의해 형성된 경로의 다른 세그먼트를 함께 연결하는 위치로서 작용할 것이다.

프로그램 가능 포지셔너의 경로의 규정의 초기 절차가 일단 완료되면, 자동 결함 검색을 위해 복잡한 표면을 완전히 스캐닝할 수 있다.

이러한 검색 중에, 포지셔너는 복잡한 표면을 속도 V(예를 들어, 자동 포지셔너의 제어기에 대해 설정될 수 있음)로 완전히 스캐닝하도록 설정된 경로(29)를 따른다. 이러한 속도 V는 또한 일정할 수 있으며, 최소 속도 V_min과 최대 속도 V_max 사이에 포함될 수 있으며, 여기서 속도 범위는 100 mm/s로부터 1000 mm/s까지 변한다. 속도 V는 또한 설명된 방법에 사용된 디바이스의 실제 하드웨어 및 소프트웨어 특성에 따를 것이며, 이는 복잡한 표면의 정확한 스캐닝의 속도를 감소시키거나 증가시킬 수 있다.

위에서 언급한 바와 같이, 복잡한 표면 상의 지점의 검출이 수행되는 경로를 따른 검출 위치 Pr_i는 경로 규정 단계 중에 메모리에 저장된 위치와는 절대 위치 및 수 측면에서 다를 수 있다. 임의의 경우에, 복잡한 표면의 지점의 검출이 수행되는 경로를 따른 위치 Pr_i의 수는 복잡한 표면의 전체 스캔을 수행하기에 충분해야 한다. 본질적으로, 포지셔너는 경로를 따라 획득 조립체를 이동시키고, 사전 규정된 시간 간격으로, 해당 순간에 스캐닝되는 표면 구역의 이미지의 획득이 수행된다.

공식 T_i <= L_i/V_i는 복잡한 표면의 지점의 검출이 각각의 경로 세그먼트(29)를 따라 또한 일정한 속도 V_i로 경로 세그먼트를 따라 진행하는 자동 포지셔너(15) 상에 장착된 광전자 디바이스(14)에 의해 수행되어야 하는 자동 프로그램 가능 포지셔너의 위치 Pr_i를 적어도 확립하는 데 사용될 수 있다. 이러한 공식에서, T_i는 위치 Pr_i-1에서의 스캔과 위치 Pr_i에서의 후속 스캔 사이의 시간 간격이고; L_i는 광전자 디바이스에 의해 기록된 복잡한 표면의 이동 방향으로 영역(28)의 길이(즉, 예를 들어, 복잡한 표면 상에 투사된 첫번째와 마지막의 어두운 전자기 밴드 사이의 가로지르는 거리)이며, 상기 영역(28)은 광전자 스캐닝 디바이스의 2차원 표면(30) 상으로 투사되고; V_i는 자동 포지셔너가 경로를 따라 이동하는, 때로는 일정한 속도이다.

즉, 복잡한 표면의 구역의 위치 Pr_i-1에서의 하나의 검출 동작과 다른 구역의 다음 검출 Pr_i 사이에서, T_i 미만의 시간 주기(표면의 오버 샘플링) 또는 많아야 T_i와 동등한 시간 주기(이미지의 중첩 없는 표면의 샘플링)가 한번에 하나의 구역으로 전체 복잡한 표면 상의 각각의 지점을 완전하게 스캐닝하기 위하여 경과되어야 한다.

따라서, 획득은 순간 T_i에서 수행될 수 있으며, 여기서 |T_i+1 - T_i| <= L_i/V_i이고, "i"는 i번째 획득을 나타낸다.

예를 들어, 순간 T_i에서 복잡한 표면의 검출을 위해 광전자 디바이스에 명령하기 위하여 펄스 I_i, 즉, 검출 또는 트리거 펄스(여기서 "i"는 i번째 펄스를 나타냄)를 생성할 수 있다.

필요한 것으로 고려되는 경우, 유사한 펄스 또는 동일한 펄스가 또한 활성화되어야 할 때 복잡한 표면을 향한 전자기 방출을 위해 디바이스를 활성화하는 데 사용될 수 있지만, 반대로 짧은 지속 시간의 순간적인 전자기 방출("스트로브(strobe)"라고 칭함)을 수행하는 데 사용될 수 있다.

검출 펄스 I_i는 제어 유닛(18)에 의해 방출될 수 있거나, 또한 제어 유닛과 분리되고 또한 매우 짧을 수 있는 시간 간격으로 이러한 펄스를 방출할 수 있는 펄스 생성기에 의해 취득될 수 있다. 생성기 디바이스는 또한 획득 조립체에 포함될 수 있다.

획득 순간을 규정하기 위한 동일한 절차가 계수 C_in의 계산에 유용한 이미지의 검출을 위해 이미 상술한 초기 설정 단계 동안 사용될 수 있다.

도 7은 제공된 펄스 생성기(31)에 또한 시스템을 연결하기 위한 가능한 다이어그램을 개략적 형태로 나타낸다.

펄스는 이제 본 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 쉽게 상상될 수 있는 바와 같이, 전기 펄스를 직접 송신하는 단순한 전기 연결 또는 적절한 코딩을 갖는 명령의 형태로 전기 펄스를 송신하는 데이터 프로세싱 네트워크일 수 있는 연결(32)을 통해 획득 조립체로 전송될 수 있다.

획득 조립체(25), 생성기(31)(존재하는 경우) 및 포지셔너(15)(연관된 하위-레벨 제어 유닛(33)과 결합될 수 있음)는 또한 알려진 데이터 버스(34)를 통해 제어 유닛(18)에 연결될 수 있다.

순간 T_i(즉, 각각의 i번째 트리거 펄스 T_i(존재하는 경우))에서 각각의 i번째 획득 시, 복잡한 표면의 일부를 획득에 의해 해당 위치에서 취득된 자동 프로그램 가능 포지셔너의 절대 위치 Pr_i 및 광전자 디바이스의 픽셀 매트릭스(30)의 요소는 제어 유닛(18)(및/또는 플랜트의 다른 프로세싱 디바이스)에 저장된다.

매트릭스(30)의 픽셀은 자동 프로그램 가능 포지셔너의 절대 위치 Pr_i와 각각의 i번째 획득에 대한 픽셀 매트릭스 사이의 연관을 생성하도록 프로세싱될 수 있다.

이러한 정보의 프로세싱은 또한 자동 포지셔너의 동일한 제어 유닛 또는 다른 프로세싱 디바이스(예를 들어, 적절하게 프로그래밍된 적절한 프로세서)에서 수행될 수 있다.

결함을 식별하기 위한 픽셀의 프로세싱은 특정 선호도와 실제 요건 및 사용된 프로세싱 시스템의 전력에 따라 스캐닝 중, 스캐닝 종료 시 또는 부분적으로 스캐닝 중 및 부분적으로 스캐닝 종료 시에 수행될 수 있다.

광전자 디바이스(14)로 수행된 각각의 i-번째 획득에 대해, "중요 지점"(예를 들어, 외관의 결함뿐만 아니라 다른 유형의 결함), 즉, 이미지에서 인접 지점과는 사전 결정된 파라미터(예를 들어, 광도 및/또는 콘트라스트 및/또는 컬러 등)의 값의 측면에서 다르고 그 후 실제 복잡한 표면 상에 공간적으로 위치 결정될 수 있도록 이미지에서 검출되어야 하는 이러한 지점이 있는 2차원 표면(30)의 이미지에서 이러한 픽셀을 식별할 수 있다.

광전자 디바이스로 얻어진 2차원 픽셀 매트릭스(30)에서 중요 지점을 나타내는 픽셀의 위치는 광전자 디바이스의 표면(30)의 픽셀 매트릭스의 좌표 (X_in, Y_in)에 의해 표현될 수 있으며, 인덱스 "I"는 i번째 스캐닝을 나타내고, 인덱스 "n"은 매트릭스에서 검출된 n번째 중요 지점을 나타낸다.

유리하게는, 단일 픽셀 또는 지점 대신, 중요 지점이 인접 픽셀의 그룹에 대응하는 경우, 2차원 매트릭스(30)에서 중요 지점의 위치는 지점의 그룹의 질량 중심의 좌표, 즉, 가장 가까운 좌표에 근사화된 (X_inb, Y_inb)(여기서 "b"는 질량 중심을 나타냄)로 규정될 수 있다.

단순화를 위해, 2차원 매트릭스(30)에서 중요 지점의 위치 아래는 또한 중요 지점의 질량 중심의 좌표 (X_inb, Y_inb)의 경우에도 항상 (X_in, Y_in)으로 표시될 것이다.

2차원 이미지에서 중요 지점의 좌표 (X_in, Y_in)이 일단 얻어지면, 복잡한 표면 상에 이러한 중요 지점을 위치 결정할 필요가 있으며, 즉, 복잡한 표면 상에 지점의 공간 좌표 (x_n, y_n, z_n)을 결정할 필요가 있다.

이를 달성하기 위하여, 시스템의 전자 제어 유닛에 의해 수행되는 후속 절차를 유리하게 구현할 수 있다.

먼저, 변환될 중요 지점을 포함하는 광전자 디바이스의 2차원 매트릭스(30)의 인덱스가 결정되며, 예를 들어, i번째 트리거로 순간 "Ti"에서 중요 지점이 획득된 경우, 인덱스 "i"를 고려할 필요가 있다.

그 후, i번째 순간과 연관된 자동 프로그램 가능 포지셔너의 절대 i번째 위치(즉, i번째 순간에 포지셔너에 의해 이동된 획득 조립체의 위치)가 결정된다.

예를 들어, 파라미터(x_ri, y_ri, z_ri, rx_ri, ry_ri, rz_ri)가 있을 것이며, 여기서 "r"은 도 2에 나타낸 로봇(15)의 손목(26)의 플랜지 중심의 좌표를 나타내고, "i"는 i번째 트리거 순간을 나타낸다. 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 알려진 바와 같이, x, y, z는 포지셔너 끝의 공간 좌표를 나타내고, rz, ry, rz는 3개의 축에 대한 이러한 끝의 회전 각도를 나타내므로, 포지셔너(그리고 그에 따라 포지셔너에 의해 이동된 획득 조립체)의 위치와 방향이 완전히 규정된다.

위의 설명과 관련하여, 자동 프로그램 가능 포지셔너의 절대 i번째 위치는 또한 광전자 디바이스의 i번째 2차원 매트릭스와 연관된다.

그 후, i번째 검출에서 변환되고 존재하는 중요 지점의 2차원 매트릭스의 좌표 (X_in, Y_in)을 사용하여 복잡한 표면 상의 중요 지점을 검색하는 동안 수행할 보정의 결정이 후속된다. 이러한 보정은 이미 위에서 언급한 바와 같이, 초기 교정 중에 얻은 하나 이상의 적절한 교정 계수 C_in을 적용하고, 복잡한 표면 상에서 2개의 적절한 지점을 취하고, 획득 조립체에 의해 기록된 이미지의 매트릭스(30)에서 순간 T_i에서 이러한 2개의 지점을 추적하고, 복잡한 표면 상의 2개의 지점 사이의 거리 Dl_i(예를 들어, mm로 표현)와 광전자 디바이스의 2차원 표면(30)의 픽셀로 변환된 동일한 2개의 지점 사이의 거리 DL_i(예를 들어, 픽셀로 표현)를 측정함으로써 수행된다(도 6).

복잡한 표면의 중요 지점에 대한 자동 프로그램 가능 포지셔너의 끝의 절대 위치는 i번째 트리거 순간에 자동 프로그램 가능 포지셔너에 의해 가정된 절대 위치 P_i와 상기 i번째 트리거의 순간에 광전자 디바이스의 픽셀 매트릭스(30)에 존재하는 중요 지점 P_in의 픽셀의 좌표의 역변환 T^-1로 얻은 공간 좌표를 함께 추가함으로써 위치 결정된다.

예를 들어, X가 복잡한 표면의 스캐닝을 위한 경로가 뒤따르는 2차원 픽셀 매트릭스의 축을 규정하고, Y가 스캐닝 방향을 가로지르는 축을 규정하는 경우, 공간에서 i번째 스캔 동안 중요 지점 n의 좌표 (x_n, y_n, z_n)은 다음과 같을 것이다:

x_n = x_ri + c_in * (a₁₁ * X_in + a₁₂ * Y_in)

y_n = y_ri + c_in * (a₂₁ * X_in + a₂₂ * Y_in) (1)

z_n = z_ri + c_in * (a₃₁ * X_in + a₃₂ * Y_in)

여기서, 또한 음의 부호를 가질 수 있고 각각의 역변환에 대한 각각의 경우에 결정되는 계수 a_ij는 공간에서 복잡한 표면의 상대 위치와 공간에서 표면이 뒤따르는 방향에 국부적으로 의존하며 단순한 삼각 변환(trigonometric transformation)으로서 계산될 수 있으며, 이는 본 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 이제 쉽게 상상될 수 있으므로 여기서 추가로 설명하거나 나타내지 않을 것이다.

예를 들어, 복잡한 표면으로부터 거리 D에서 경로를 따라(축 Z에 평행) 좌표 (x_ri, y_ri, z_ri)를 갖는 지점 Pri에 기록된 i번째 이미지에서 지점 Px(좌표 X_i, Y_i를 가짐)로 기록된, 복잡한 표면 상의 좌표 (x_pn, y_pn, z_pn)를 갖는 지점 Pn을 고려하면, (본 기술 분야의 통상의 기술자에게 명확할 바와 같이) 다음과 같은 간단한 변환 관계가 얻어질 것이다:

x_pn = x_ri + c_in * (Xin cosα - Yin senα)

y_pn = y_ri + c_in * (Xin senα + Yin cosα)

z_pn = z_ri - D

여기서 α = 광전자 디바이스의 축 X, Y에 대해 복잡한 표면이 관련된 절대 축 x, y의 경사각.

따라서, 복잡한 표면 상의 결함의 원하는 공간 좌표가 얻어진다.

유리하게는, 상술한 계산은 "도구(tool)" 기능이라고 칭해지고 다수의 인간형 로봇에 존재하는 소위 자동 프로그램 가능 포지셔너의 동작 모드를 사용하여 추가로 단순화될 수 있다.

이러한 기능을 사용하기 위해, 자동 프로그램 가능 포지셔너의 절대 위치가 "z 도구", "x 도구" 및 "y 도구" 축으로서 기준 축을 적절하게 규정하는 소위 자동 프로그램 가능 포지셔너의 도구 기능 동작 모드에서 작업함으로써 표면의 중요 지점에 대해 위치 결정된다.

특히, 초기 설정 단계 중에 "z 도구" 축을 상기 플랜지에 수직을 따라 로봇 손목의 플랜지(27)의 이동 방향으로 규정할 수 있으며, 양의 부호는 표면을 향한 이동을 나타내고; "x 도구" 축을 경로를 따라 진행하는 방향으로 플랜지의 이동 방향으로서 규정할 수 있으며, 양의 부호는 스캐닝이 경로를 따라 전진되는 것을 나타내고; "y 도구" 축을 경로를 따라 진행하는 방향에 수직이고 상기 플랜지에 수직을 따라 플랜지의 이동 방향에 수직인 방향으로서 규정할 수 있으며, 양의 부호는 왼 나사 법칙에 대응한다.

i번째 트리거의 순간에 자동 프로그램 가능 포지셔너에 의해 가정된 절대 위치에 자동 프로그램 가능 포지셔너를 위치시키고 도구 기능 모드를 사용함으로써, 로봇의 플랜지 중심의 공간 위치가 상기 i번째 트리거의 순간에 광전자 매트릭스에 존재하는 중요 지점 "n"의 픽셀 좌표의 역변환에 의해 보정되며, 여기서 광전자 센서 표면의 축 X는 동일 방향으로 자동 포지셔너의 "x 도구" 축과 정렬되며, 광전자 센서의 표면의 축 Y는 동일한 방향으로 자동 포지셔너의 "y 도구" 축과 정렬된다.

따라서, i번째 검출에서 결정된 n번째 중요 지점에 대한 보정 "도구 모드의 델타 x" 및 "도구 모드의 델타 y"는 다음과 같다:

Dx_intool = c_in * X_in

Dy_intool = c_in * Y_in

i번째 검출에 존재하는 지점 "n"을 절대 좌표를 사용하여 위치 결정하기 위하여, 그에 따라 도구 모드에서 정확한 지점에 자동 프로그램 가능 포지셔너의 플랜지를 위치 결정하고 상기 프로그램 가능 포지셔너의 절대 좌표를 자동 프로그램 가능 포지셔너의 제어기로부터 획득하기만 하면 될 것이다. 이제 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백하게 될 바와 같이, 이는 계산의 추가적인 단순화로 귀결된다.

위에 "(1)"로 표시된 식이 사용되는 경우와 도구 기능이 사용되는 경우 모두에서, 표면의 중요 지점의 위치 결정은 획득 조립체가 적절하게 장착될 자동 프로그램 가능 포지셔너의 플랜지를 중요 지점의 영역에서 표면에 수직하게, 실질적으로 일정한 거리로 유지함으로써 실제로 수행된다.

임의의 경우에, 객체의 복잡한 표면 상의 결함의 공간적 위치가 일단 스테이션(12)에서 얻어지면, 이러한 데이터는 이미 위에서 설명한 바와 같이, 결함 평가 및 제거 동작을 위해 후속 스테이션으로 전달될 것이다.

이 점에서, 본 발명의 목적이 어떻게 달성되는지 분명하다.

본 발명에 따른 플랜트로 인해, 필요한 경우 결함의 위치 결정 및 제거가 빠르고 정확하며 효율적인 방식으로 수행된다. 또한, 플랜트의 복잡성이 감소된다.

명확하게 본 발명의 혁신적인 원리를 적용하는 실시예의 상술한 설명은 이러한 혁신적 원리의 예시의 방식으로만 제공되므로, 본원에서 청구되는 권리의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다.

예를 들어, 예시의 방식으로 나타내어지고 설명된 것과 다른 포지셔너가 사용될 수 있으며, 또한 획득 조립체는 상이한 전자기파 방출 디바이스 및 광전자 디바이스를 포함할 수 있다.

또한, 획득 조립체가 또한 포지셔너의 플랜지 중심의 위치와는 다른 위치에 배열될 수 있다. 이 경우, 본 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 이제 쉽게 상상될 수 있는 바와 같이, 조립체의 공간 위치에 대한 필요한 보정이 적용되어야 한다.

Claims (10)

1. 객체(11)의 복잡한 표면 상의 결함을 위치 결정하기 위한 방법으로서,
   - 전자기파 방출 디바이스(13) 및 상기 복잡한 표면에 의해 반사된 이러한 전자기파들을 검출하기 위한 광전자 디바이스(14)를 갖는 획득 조립체(25)를 구현하는 단계,
   - 상기 복잡한 표면으로부터의 일정 거리에서 스캔 경로(29)를 규정하는 단계;
   그리고 결함 검색 절차 중에:
   - 자동 포지셔너(15)로 상기 스캔 경로(29)를 따라 상기 획득 조립체(25)를 이동시키는 단계;
   - 상기 복잡한 표면의 이미지를 상기 광전자 디바이스의 2차원 픽셀 매트릭스(30)로서 획득하기 위해 상기 획득 조립체(25)가 동작되는 상기 경로(29)를 따라 상기 획득 조립체(25)의 이동 동안의 순간들 "i"를 규정하는 단계;
   - 상기 경로(29)를 따라 상기 순간들 "i"에서 취득된 복수의 연속적인 2차원 픽셀 매트릭스들을 제어 유닛(18)에 저장하는 단계;
   - 동일한 순간들 "i"에서 상기 경로(29)를 따라 상기 획득 조립체(25)의 좌표들을 저장하고 상기 좌표들을 복수의 각각의 2차원 매트릭스들(30)과 연관시키는 단계;
   - 상기 복수의 2차원 매트릭스들(30)에서 결함들을 위치 결정하고 대응하는 2차원 매트릭스(30)에서 상기 결함의 위치를 나타내는 픽셀들의 각각의 결함 좌표들 Xin, Yin을 식별하는 단계로서, 인덱스 "i"는 i번째 매트릭스를 나타내고, 인덱스 "n"은 상기 매트릭스에서 검출된 n번째 결함을 나타내는, 식별하는 단계;
   - i번째 매트릭스에서 검출된 결함의 좌표들 Xin, Yin 및 i번째 위치와 연관된 상기 획득 조립체의 좌표들에 적용된, 선형 또는 선형화 변환에 의해, 상기 i번째 매트릭스에서 검출된 결함 n의 복잡한 표면 상의 공간 좌표 xn, yn, zn을 결정하는 단계;를 포함하는, 방법.
2. 제1항에 있어서,
   각각의 순간 "i"에서 획득된 이미지는 상기 경로를 가로지르는 방향보다 상기 경로를 따른 방향으로 더 작은 치수를 갖는 것을 특징으로 하는, 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 순간 "i"는 시간 간격들 T_i <= L/V에서 취해지고,
   상기 L은 상기 경로(29)를 따른 방향으로 상기 순간 "i"에서 획득된 이미지의 치수이고, 상기 V는 상기 경로(29)를 따른 상기 획득 조립체(25)의 이동 속도인 것을 특징으로 하는, 방법.
4. 제1항에 있어서,
   초기 교정 단계들이 상기 검색 절차의 단계들 전에 수행되며, 상기 초기 교정 단계들은:
   - 상기 복잡한 표면 상의 제1 세그먼트들을 규정하는 복잡한 표면 지점들을 강조 표시하는 단계;
   - 상기 획득 조립체를 상기 경로(29)를 따라 상기 복잡한 표면 위로 이동시키고, 사전 결정된 순간들에서, 상기 광전자 디바이스의 2차원 픽셀 매트릭스(30)로서 상기 제1 세그먼트들을 갖는 상기 복잡한 표면의 이미지들을 획득하는 단계;
   - 상기 복잡한 표면의 상기 제1 세그먼트들에 대응하는 2차원 매트릭스에서 제2 세그먼트들을 검출하는 단계;
   - i번째 순간에 획득된 각각의 이미지의 각각의 제2 n번째 세그먼트(second n-th segment)에 대해, 계수들 Cni = DI/DL을 계산하고, 상기 DI는 상기 제1 세그먼트의 길이이고, 상기 DL은 대응하는 제2 세그먼트의 길이이며, 상기 결함 검색 절차 중에 동일한 순간들 "i"에서 이미지들에 대한 보정 계수들로서 이러한 계수들 Cni를 사용하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 i번째 매트릭스에서 좌표들 Xin, Yin으로 식별된 n번째 결함의 좌표들 (xn, yn, zn)은:
   xn = xri + cin * (a11 * Xin + a12 * Yin)
   yn = yri + cin * (a21 * Xin + a22 * Yin)
   zn = zri + cin * (a31 * Xin + a32 * Yin)으로 계산되고,
   aij는 삼각 변환들에 따르고, 상기 xri, 상기 yri 및 상기 zri는 대응 순간들 "i"에서 검출된 상기 획득 조립체의 공간 위치들인 것을 특징으로 하는, 방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 자동 포지셔너는 상기 획득 조립체가 고정되는 플랜지(27)가 제공된 손목을 갖는 인간형 로봇이고, 상기 복잡한 표면 상의 결함에 대한 상기 획득 조립체의 절대 위치는 "도구" 기능의 기준 축들을 "z 도구", "x 도구" 및 "y 도구" 축들로서 규정하는 상기 인간형 로봇의 상기 "도구" 기능을 사용하여 취득되고:
   - 상기 "z 도구" 축은 상기 플랜지 자체에 대해 수직을 따라 상기 로봇의 손목의 상기 플랜지(27)의 이동 방향이며, 양의 부호는 상기 표면을 향한 이동을 나타내고;
   - 상기 "x 도구" 축은 상기 경로(29)를 따른 진행 방향으로의 상기 플랜지의 이동 방향이며, 양의 부호는 상기 경로를 따라 전진하는 것을 나타내고;
   - 상기 "y 도구" 축은 상기 경로를 따른 상기 진행 방향에 수직이고, 상기 플랜지 자체에 대해 수직을 따른 상기 플랜지의 이동 방향에 수직인 방향이며, 양의 부호는 왼 나사 법칙에 대응하는 것을 특징으로 하는, 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 방법에 따라 동작하도록 구성된 플랜트로서,
   스테이션에 도착하는 상기 객체(11)의 복잡한 표면 상의 결함들(12)을 위치 결정하기 위한 상기 스테이션(12)을 포함하고, 상기 스테이션에는 프로그램 가능한 상기 포지셔너(15), 전자기파들의 방출을 위한 상기 디바이스(13) 및 상기 복잡한 표면에 의해 반사된 이러한 전자기파들을 검출하기 위한 상기 광전자 디바이스(14)를 갖는 상기 획득 조립체(25)가 존재하고, 상기 획득 조립체(25)는 상기 제어 유닛(18)의 제어 하에 상기 객체(11)의 복잡한 표면 상의 상기 경로들(29)을 따라 이동할 수 있도록 상기 프로그램 가능한 포지셔너(15) 상에 장착되는, 플랜트.
8. 제7항에 있어서,
   결함 검사 및 수리 스테이션들(21, 22)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 플랜트.
9. 제8항에 있어서,
   상기 위치 결정 스테이션(12)과 상기 결함 검사 및/또는 수리 스테이션들(21, 22) 사이에 객체 운송 라인(11)이 있는 것을 특징으로 하는, 플랜트.
10. 제7항에 있어서,
    상기 객체들은 자동차들의 몸체들인 것을 특징으로 하는, 플랜트.

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