KR20210033030A - 윤곽형 유리 시트의 표면을 측정하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

윤곽형 유리 시트의 표면을 측정하기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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제이슨 씨. 애딩턴
벤자민 엘. 모란
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Abstract

유리 시트로 지향하는 평면형 레이저 시트를 형성하는 자외선 레이저 및 연관된 광학 장치를 위한 광학 검사 시스템을 제공한다. 평면형 레이저 시트는, 유리 시트의 표면과 교차하여, 유리 시트의 표면이 형광되게 하며 표면 상에 가시 파장 라인을 형성하게 한다. 카메라는 가시 파장 라인을 검출하기 위한 이미지 센서를 구비한다. 제어 시스템은, 가시 파장 라인을 나타내는 이미지 데이터를 수신하고, 데이터를 분석 및 삼각 측량하여 가시 파장 라인에 연관된 일련의 좌표를 결정하고, 유리 시트의 표면의 3차원 맵을 일련의 좌표의 함수로서 생성하도록 구성된다. 광학 검사 시스템을 이용하여 표면을 계측하고, 광학 검사 시스템을 이용하여 표면에 대한 광반사율 정보를 제공하도록, 광학 검사 시스템을 이용하기 위한 방법도 제공한다.

Description

윤곽형 유리 시트의 표면을 측정하기 위한 시스템 및 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본원은, 2018년 7월 24일자로 출원된 미국 가특허출원번호 제62/702,617호의 이점을 주장하며, 그 개시 내용의 전문은 본원에 참고로 원용된다.
기술분야
다양한 실시예는 윤곽형 유리 시트의 표면을 측정하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
유리 시트, 특히, 자동차의 윈드쉴드, 백라이트, 및 사이드라이트로서 사용하기 위해 다양한 곡선 형상으로 형성된 유리 시트의 제조업체는 유리 시트의 표면을 측정하고 평가하는 데 관심이 있다. 제조업체는 유리 시트가 미리 정의된 계측 사양 내에 있는지를 결정하고자 할 수 있다. 제조업체는, 또한, 유리가 윈드쉴드, 백라이트, 또는. 사이드라이트 등으로서 장착될 수 있는 차량의 외부 관찰자 또는 운전자 또는 승객과 같은 사람이 인지할 수 있는 형성된 시트의 반사된 광학 왜곡의 양을 측정하고 평가하고자 할 수 있다. 예를 들어, 차량 응용분야에서의 헤드업 디스플레이와 같은 기술의 사용이 증가함에 따라 계측 메트릭 및 반사된 왜곡 임계값이 점점 더 엄격해지고 있다. 제조업체는, 또한, 형성된 유리 시트의 표면에 보이는 작은 마크 혹은 기타 결함을 식별하고자 한다.
일 실시예에서, 광학 검사 시스템에는, 자외선 레이저 및 유리 시트로 지향하는 평면형 레이저 시트를 형성하는 연관된 광학 장치를 제공한다. 평면형 레이저 시트는, 유리 시트의 표면과 교차하여 유리 시트의 표면이 형광되게 하고 표면 상에 가시 파장 라인을 형성하게 한다. 카메라는, 시트 폭의 적어도 일부에 걸쳐 가시 파장 라인을 검출하기 위한 이미지 센서를 구비한다. 제어 시스템은, (i) 카메라로부터의 가시 파장 라인을 나타내는 이미지 데이터를 수신하고, (ii) 카메라로부터의 데이터를 분석하여 가시 파장 라인에 연관된 일련의 좌표에서의 제1 좌표와 제2 좌표를 결정하고, (iii) 일련의 좌표에서의 제1 좌표와 제2 좌표의 각각에 연관된 제3 좌표를 삼각 측량하고, (iv) 유리 시트의 표면의 3차원 맵을 일련의 좌표의 함수로서 생성하도록 구성된다.
다른 일 실시예에서는, 광학 검사 시스템을 이용하는 방법을 제공한다. 평면형 레이저 시트는, 자외선 레이저 및 연관된 광학 장치로부터 형성되어 유리 시트의 표면으로 지향한다. 유리 시트의 표면은 평면형 레이저 시트와 표면의 교차점에서 여기되어 유리 시트의 표면 상에 가시 파장 라인을 형성한다. 가시 파장 라인은 카메라를 이용하여 촬상된다. 가시 파장 라인에 연관된 일련의 좌표에서의 제1 좌표와 제2 좌표는, 카메라로부터의 촬상 데이터를 분석함으로써 결정된다. 가시 파장 라인에 연관된 일련의 좌표에서의 제1 좌표와 제2 좌표의 각각에 연관된 제3 좌표는 삼각 측량에 의해 결정된다. 유리 시트의 표면의 3차원 맵은 일련의 좌표의 함수로서 생성된다.
또 다른 일 실시예에서는, 광학 검사 시스템을 이용하여 표면을 계측(gauge)하는 방법을 제공한다. 유리 시트의 표면 상의 로케이션에 대응하는 좌표들의 세트를 포함하는 데이터세트는, 카메라를 이용하여 촬상된 표면 상의 형광된 라인의 위치를 삼각 측량함으로써 계산되며, 형광된 라인은, 자외선 레이저로부터의 평면형 레이저 시트와 표면의 교차점에서 생성된다. 표면의 3차원 맵은 일련의 데이터세트의 함수로서 생성된다. 불변 메트릭은, 표면에 대한 계측 모델과 비교하여 데이터세트를 이용하여 계산된다. 불변 메트릭이 출력된다.
또 다른 일 실시예에서는, 광학 검사 시스템을 이용하여 표면에 대한 광반사율 정보를 제공하는 방법을 제공한다. 유리 시트의 표면 상의 로케이션에 대응하는 좌표들의 세트를 포함하는 데이터세트는, 카메라를 이용하여 촬상된 표면 상의 형광된 라인의 위치를 삼각 측량함으로써 계산되며, 형광된 라인은, 자외선 레이저로부터의 평면형 레이저 시트와 표면의 교차점에서 생성된다. 표면의 3차원 맵은 일련의 데이터세트의 함수로서 생성된다. 표면의 3차원 맵은 잡음제거(denoise)된다. 불변 메트릭은, 유리 시트(G)의 표면에 대해 지정된 광반사율 사양과 비교하여 잡음제거된 맵으로부터의 데이터세트를 사용하여 계산된다. 불변 메트릭이 출력된다.
도 1은 일 실시예에 따른 유리 시트 검사 시스템의 일 실시예의 개략도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 도 1의 검사 시스템과 함께 사용하기 위한 광학 시스템의 개략도이다.
도 3은 도 1과 도 2의 시스템에서 사용하기 위한 유리 시트의 광투과율을 예시하는 그래프이다.
도 4는 도 1의 검사 시스템과 함께 사용하기 위한 다른 광학 시스템의 개략도이다.
도 5는 도 1의 검사 시스템과 함께 사용하기 위한 또 다른 광학 시스템의 개략도이다.
도 6은 일 실시예에 따라 도 1, 도 2, 도 4, 및 도 5의 시스템을 사용하여 유리 시트의 표면을 측정하는 방법의 흐름도이다.
도 7은 도 2의 시스템을 이용하여 촬상된 유리 시트 표면의 가시 스펙트럼 이미지의 일부이다.
도 8a와 도 8b는 제3 좌표를 삼각 측량하는 데 사용하기 위한 도 1과 도 2의 광학 검사 시스템의 개략도이다.
도 9는 일 실시예에 따라 도 7의 방법과 함께 사용하기 위한 다중-카메라 시스템에 대한 데이터 정렬 단계 시퀀스를 예시하는 개략도이다.
도 10은 도 6의 방법으로부터 결정된 바와 같이 표면 맵을 사용하여 표면을 계측하는 방법의 흐름도이다.
도 11a와 도 11b는 도 10의 방법을 사용하여 결정된 바와 같이 사용자에게 표시하기 위한 대표적인 시스템 출력이다.
도 12는 도 6의 방법으로부터 결정된 바와 같이 표면 맵을 사용하여 표면의 광반사율 및 왜곡을 모델링하고 결정하는 방법의 흐름도이다.
도 13은 도 12의 방법을 이용하여 결정된 바와 같이 사용자에게 표시하기 위한 대적인 시스템 출력이다.
필요에 따라, 본 개시 내용의 상세한 실시예들을 여기에 제공하지만, 개시된 실시예들은 예일 뿐이며 다양한 대체 형태로 구현될 수 있다는 점을 이해해야 한다. 수치는 반드시 비례하지는 않으며, 일부 기능은 특정 구성요소의 세부 정보를 나타내도록 과장되거나 최소화될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 특정한 구조적 및 기능적 세부 사항은, 제한적인 것으로서 해석해서는 안 되며, 단지 당업자에게 본 개시 내용을 다양하게 사용하도록 교시하기 위한 대표적인 기초로서 해석해야 한다.
본 명세서에 개시된 임의의 회로 또는 기타 전기 장치는, 임의의 수의 마이크로프로세서, 집적 회로, 메모리 장치(예를 들어, FLASH, RAM, ROM, EPROM, EEPROM, 또는 이들의 다른 적절한 변형) 및 본 명세서에 개시된 동작(들)을 수행하도록 서로 협력하는 소프트웨어를 포함할 수 있음을 인식할 수 있다. 또한, 본 명세서에 개시된 바와 같은 전기 장치들 중 임의의 하나 이상은, 본 명세서에 개시된 바와 같은 임의의 수의 기능을 수행하도록 프로그래밍된, 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체에 구현된 컴퓨터 프로그램을 실행하도록 구성될 수 있다.
도 1은 온라인 유리 시트 광학 검사 시스템(10)을 예시한다. 검사 시스템(10)은, 유리 시트의 제1 치수에 대략 평행한 제1 방향으로 유리 시트(G)를 운반하는 컨베이어(12)를 포함한다. 도시된 예에서, 윤곽형 유리 시트(G)는 대략 직사각형의 차량 윈드쉴드 또는 백라이트이며, 상대적으로 작은 치수인 제1 치수(대안으로, 높이라고도 함) 및 상대적으로 큰 제2 치수(다르게는, 폭이라고도 함)를 갖는다. 유리 시트(G)는 3차원의 두께를 가지며, 두께는 폭과 높이보다 작다. 유리 시트(G)는, 제1 방향에 대략 평행한 하나 이상의 곡률 축을 중심으로 휘어진다. 다른 예에서, 유리 시트(G)는, 다른 곡률 축을 가질 수 있거나, 편평하거나 실질적으로 편평한 시트로서 제공될 수 있다.
컨베이어(12)는, 독립형 광학 검사 시스템으로서 구성되고/되거나 동작될 수 있는 검사 시스템(10)을 통해 유리 시트(G)만을 전용으로 운반하기 위한 단일 컨베이어일 수 있다. 다른 예에서, 컨베이어(12)는, 예를 들어, 전형적인 자동차, 건축, 및/또는 태양광 유리 시트 제조 시스템에서 찾을 수 있는 가열, 형성, 및 어닐링 또는 템퍼링 스테이션과 같은 다양한 프로세스 스테이션을 통해 유리 시트를 운반하는 일련의 컨베이어 중 하나일 수 있다. 유리 시트(G)를 위한 컨베이어는, 유리를 전술한 방식으로 처리하기 위해 롤러, 에어-플로트, 또는 벨트 컨베이어, 포지셔너, 및 로봇 암과 같은 다양한 기술에 의해 제공될 수 있다. 또한, 시스템(10) 전체에 걸쳐 유리 시트의 흐름 및 처리를 효율적으로 제어하는 속도로 상이한 처리 스테이션들을 통해 유리 시트를 이동시키도록 각각 독립적으로 제어될 수 있는 복수의 컨베이어를 인식할 것이다.
대안으로, 검사 시스템(10)은 컨베이어 없이 별도의 독립형 시스템 또는 장치로서 제공될 수 있다. 검사 시스템(10)에는, 예를 들어, 유리 패널(G)에 대해 평행이동(translate)하도록 구성된 검사 시스템(14), 예컨대, 컨베이어 시스템 상에 장착된 광학 시스템(14)과 함께, 유리 패널(G)을 위한 고정구가 또한 제공될 수 있다. 검사 시스템(10)에는 유리 패널(G) 및 광학 시스템(14)이 서로에 대해 고정되어 제공될 수 있으며, 광학 시스템은 유리 패널(G)의 표면을 스캐닝하도록 구성된 광학 요소들을 갖는다.
검사 시스템(10)은, 유리 시트의 표면을 식별 및 측정하는 데 사용되는 광학 시스템(14)을 가지며, 또한, 시트를 계측하고, 시트의 작은 결함을 식별 및 측정하고/하거나 반사 광학 왜곡을 측정하는 데 사용될 수 있다. 검사 시스템(14)을 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다.
일반적으로, 광학 시스템(14)은, 유리 시트(G)의 광학적 특성에 기초하여 적어도 부분적으로 선택된 파장을 갖는 레이저 또는 다른 광원을 포함한다. 광원으로부터의 광은 광학 시스템(14)에 의해 유리 시트(G)로 지향한다. 일례로, 광원은, 유리 시트(G)가 불투명하거나 일반적으로 비투과성인 조정된 협대역에서 파장 λ1을 갖도록 선택된다. 광원은, 또한, 광원의 파장 λ1이 유리 시트(G)의 표면이 광원과는 다른 파장 λ2에서 광을 방출하는 것을 유도하거나 야기하도록 선택된다. 예를 들어, 광원은, 광원의 파장 λ1이 유리 시트(G)의 표면이 광원의 파장 λ1보다 긴 파장 λ2에서 형광 또는 발광하는 것을 유도하거나 야기하도록 선택된다.
광학 시스템(14)은 유리 시트(G)로부터 방출되는 광을 검출하기 위해 적어도 하나의 카메라 또는 다른 검출기를 갖는다. 광학 시스템(14)은, 또한, 광원으로부터 유리 시트(G)로 그리고 유리 시트(G)로부터 검출기로 광을 제어하고 지향하기 위한 다양한 광학 요소를 포함한다.
광학 시스템(14)은, 광원과 검출기를 포함하는 광학 시스템을 제어하고, 각 유리 시트에 대해 검출기로부터 데이터를 획득하고, 유리 시트에 대한 데이터를 분석하고, 표면 형상, 반사 광학 왜곡, 또는 유리 시트에 대한 다른 표면 정보나 결함에 관한 정보를 제공하는 로직을 실행하게 하는 적어도 하나의 프로세서 프로그램을 포함하는 적어도 하나의 컴퓨터 및/또는 제어 유닛을 갖는다. 컴퓨터는, 도시된 바와 같이 검사 시스템(10)을 위한 제어 시스템(16)과 통합될 수 있거나, 제어 시스템(16)과 통신하는 별도의 장치로서 제공될 수 있다.
따라서, 광학 시스템(14)은, 특히, 유리 시트(G)가 휘어짐, 냉각, 또는 다른 가공 동작들 사이에 또는 후에 컨베이어(12) 상에서 운반될 때, 유리 시트(G)의 표면에 대응하는 상세 데이터를 신속하게 획득하고 획득된 표면 데이터를 분석하여 유리 시트(G)의 표면 형상 및 유리 시트(G)의 광학적 특징에 관한 특성을 평가하고 보고하는 비접촉 검사 시스템을 제공한다.
검사 시스템(10)은, 본 실시예에서 컴퓨터로서 도시된 프로그래밍가능 제어 유닛(16)을 포함한다. 컴퓨터(16)는 광학 시스템(14)의 컴퓨터와 통신할 수 있거나 광학 시스템과 통합될 수 있다. 컴퓨터(16)는, 유리 시트가 컨베이어 상에서 전진할 때 유리 시트를 검출하고 컨베이어(12)의 이동 및 속도를 제어하기 위해 모터(들)를 제어하도록 프로그래밍된 적어도 하나의 프로세서를 포함한다.
컨베이어(12)는, 광학 시스템(14)을 지나 여기서 y 방향으로서 도시된 방향 또는 경로를 따라 유리 시트(G)를 이동시킨다. 컨베이어(12)는 하나 이상의 모터 및 지지 롤러 또는 다른 장치를 사용하여 이동한다.
검사 시스템(10)은, 컨베이어가 검사 시스템(10)을 통해 이동할 때 광학 시스템(14)을 사용하여 유리 시트(G)를 분석하는 데 사용하기 위한 컨베이어(12)의 로케이션과 타이밍을 결정하기 위한 하나 이상의 위치 센서(18)를 갖는다. 위치 센서(들)(18)는 디지털 인코더, 광학 인코더 등에 의해 제공될 수 있다. 컨베이어(12)와 유리 시트(G)의 속도는, 광학 시스템(14)의 광원으로부터의 광이 유리 시트(G)의 표면 영역 상으로 충분히 체류하는 시간을 허용하여 유리 시트(G)에 대한 라인 동작을 유지하면서 해당 표면이 형광되도록 선택될 수 있다. 일례로, 컨베이어(12)는, 0.1 m/초 내지 0.2 m/초의 속도로 또는 유리 패널(G)의 특정 이동, 예컨대, 1 mm 내지 4 mm 범위 내의 이동에 기초하여 데이터를 획득하도록 광학 시스템(14)과 조정되는 속도로 연속적으로 이동한다. 다른 예에서, 컨베이어(12)는, 유리 패널(G)이 대략 10초 내지 15초의 시간 프레임 내에 검사될 수 있도록 이동한다. 다른 일례로, 컨베이어는, 유리 패널(G)의 대략 5 mm 이하의 이동에 기초하여 데이터를 획득하도록 0.01 m/초 이상의 속도로 연속적으로 이동한다. 유리 시트로부터의 데이터는, 격자 크기에 해당하는 유리 패널(G)의 다양한 이동에 기초하여 획득될 수 있으며, 5 mm 미만, 2 mm 미만, 1 mm 정도, 또는 다른 값일 수 있다. 추가 예에서, 컨베이어의 속도는, 예를 들어 5 mm 초과 또는 10 mm 초과의 그리드 크기를 갖는 유리 패널(G)의 대략 5 mm 초과의 이동에 기초하여 데이터가 획득되도록 증가될 수 있다. 컨베이어의 속도가 감소함에 따라, 패널(G)을 스캐닝하는 시간이 증가하고, 예를 들어, 몇 초, 수십 초, 또는 몇 분, 예컨대, 2분 정도일 수 있다. 더 작은 그리드 크기를 사용하여 해상도를 높여야 할 수 있으므로, 복잡한 표면 윤곽을 갖는 유리 패널(G)의 경우에는 패널을 스캐닝하는 시간이 마찬가지로 증가할 수 있다. 위치 센서(18)는, 예를 들어, 데이터 획득을 위한 타이밍을 결정하도록 광학 시스템(14)에 대한 입력으로서, 예를 들어, 카메라에 대한 트리거로서 사용될 수 있다.
검사 시스템(10)에는, 유리 시트(G)가 컨베이어(12) 상의 적절한 위치에 있다고 결정하거나 광학 시스템(14)으로 전진하였음을 결정하기 위해 제어 시스템(16)과 통신하는 광전 센서 등의 추가 센서가 제공될 수 있다. 이어서, 컴퓨터(16)는 광학 시스템(14)과 통신하여 시스템(14)을 활성화하고 시트(G)의 표면 측정을 시작한다. 다른 예에서, 광학 시스템(14)은, 연속적으로 동작할 수 있으며, 시스템(14) 검출기가 광원이 유리 시트(G)와 상호 작용하기 시작했음을 나타내는 적절한 신호를 등록하는 것에 응답하여, 유리 시트(G)에 관한 데이터의 획득 및 처리를 시작할 수 있다.
이제 도 2 내지 도 4를 참조하여, 광학 시스템(14)을 다양한 실시예에 따라 더욱 상세하게 설명한다. 개시된 실시예에서, 광원은, 레이저(50)에 의해 제공되고, 다이오드 레이저일 수 있다. 레이저(50)는, 시준된 빔을 제공하도록 적절한 마운트 및 렌즈를 갖는 다이오드 레이저와 함께 패키징될 수 있고, 히트 싱크를 추가로 구비할 수 있다. 다른 실시예에서, 레이저(50)는, 원하는 레이저 강도 및 다른 빔 파라미터에서 원하는 파장의 레이저 광을 제공하도록 구성된 다른 레이저 또는 레이저들의 조합에 의해 제공될 수 있다. 추가 실시예에서, 광원은, 유리 시트(G)로 지향하는 광 시트를 제공하도록 연관된 필터 및 광학 요소와 함께 자외선 광원으로서 제공될 수 있다. 추가 실시예에서, 시스템(14)에는 하나보다 많은 레이저(50)가 제공될 수 있다.
소다 라임 실리케이트 유리로 형성된 유리 시트(G)의 의도된 용도에 기초하여, 레이저(50)는, 자외선 범위의 파장을 갖도록, 혹은 유리 시트(G)가 불투명하거나 비투과성인 또는 유리 시트(G)가 실질적으로 비투과성인, 예컨대, 레이저 출력에 대한 투과율이 5% 또는 2% 미만인 특정 파장에 대하여 선택된다. 개시된 예에서, 레이저(50)는 중심 파장 λ 1에서 광을 출력하도록 조정된 펄스 다이오드 고체 레이저에 의해 제공된다. 중심 파장은, 유리 시트(G)의 불투명도 또는 비투과율에 대응하도록 선택될 수 있고, 비가시 파장일수 있으며, 또한, 유리 시트(G) 표면의 형광 또는 발광을 유도하도록 선택된다. 중심 파장은, 350 nm 미만일 수 있으며, 일례로, 자외선 범위에서 266 nm로서 제공된다.
일례로, 레이저는 15 KHz에서 150마이크로줄의 출력을 갖는다. 추가 예에서, 레이저(50)는 다른 전력 출력 및 반복률로 제공될 수 있고, 500마이크로줄 내지 100마이크로줄 및 1KHz 이상에서 중심 파장이 266 nm인 레이저를 고려할 수 있다. 시스템(10, 14)은, 시트의 크기 및 모델의 원하는 해상도에 기초하여 다른 시간도 고려할 수 있지만, 특정된 기간 내에, 예를 들어, 시트당 10초 정도에 유리 시트(G)를 측정하도록 구성될 수 있다. 물론, 유리 시트(G)의 조성에 따라 다른 파장을 선택할 수 있다.
도 3은, 투과율이 입사광의 파장에 대해 플롯팅된 소다 라임 실리케이트 유리에 대한 차트를 예시한다. 도면에서 알 수 있듯이, 유리 시트(G)의 투과율은, 입사광의 파장이 감소함에 따라 급격한 감소를 나타내고 불투명 물질에 접근한다. 레이저(50)의 파장도 차트에 플롯팅되며, 유리 시트(G)는 이 파장에서 불투명한 것으로 도시된다. 다른 벌크 물질 조성을 갖는 유리 시트(G)의 경우, 광학 검사 시스템(14)과 함께 사용하기 위해 다른 파장으로 조정된 레이저(50)가 선택될 수 있으며, 이때, 선택된 파장은, 시트(G)를 통해 비투과성이고, 시트(G)에서 발광 또는 형광을 유도한다.
다시 도 2를 참조하면, 광학 요소(54)는, 레이저(50)의 하류측에 제공되어 레이저 빔과 상호작용하고, 레이저 빔을 성형(shape)하고, 유리 시트(G)를 향해 지향한다. 광학 요소(54)는 하나 이상의 빔 성형기, 렌즈, 미러 등을 포함할 수 있다. 개시된 실시예에서, 빔 성형기(55)는, 내부 레이저 포커싱 없이 레이저 빔의 시준된 가우시안 빔 프로파일을 더욱 균일한 강도 분포를 갖는 시준된 플랫 탑 프로파일 빔으로 변환함으로써 레이저 강도의 균일성을 증가시키도록 제공되며, 이에 따라 유리 시트(G)의 표면에 걸쳐 레이저 라인 강도의 균일성이 증가된다. 레이저 빔(52)으로부터 평면형 레이저 시트를 형성하기 위해 제1 렌즈(56)가 제공된다. 개시된 실시예에서, 제1 렌즈(56)는, 컨베이어 및 유리 시트에 대한 레이저(50)의 위치결정 또는 레이저(50)로부터 유리 시트(G)까지의 거리(D1)에 기초하여 선택된 초점 길이를 갖는 원통형 평면 오목 렌즈이다. 평면형 레이저 시트를 추가로 포커싱하기 위해, 제2 렌즈(58)도 제공될 수 있다. 개시된 실시예에서, 제2 렌즈(58)는 평면형 레이저 시트를 추가로 포커싱하도록 원통형 평면 오목 렌즈일 수 있다. 레이저 시트를 좁히고 포커싱하도록 추가 포커싱 렌즈(57)가 제공될 수 있다. 제2 렌즈(58)가 제1 렌즈(56)에 후속하거나 하류측에 있는 것으로서 도시되어 있지만, 다른 실시예에서, 렌즈(56, 57, 58)의 위치결정은, 제2 렌즈(58)가 제1 렌즈(56) 앞에 있도록 가변되거나 반전될 수 있다. 렌즈(56, 57, 58)는, 유리 시트(G)를 형성하는 물질의 불투명도에 기초하여 266 nm의 조정된 중심 파장 λ1에서 유리 시트(G)의 제1 표면(62)으로 지향하는 포커싱된 평면형 레이저 시트(60)를 형성하는 데 사용된다. 도시된 예에서, 광학 요소들(56, 57, 58)은, f=-8 mm 평면 오목 원통형 렌즈, f=1000 mm 평면 볼록 원통형 포커싱 렌즈, 및 f=-25 mm 평면 오목 원통형 렌즈에 의해 각각 제공된다. 광학 요소들(54)은, 유리 시트(G)의 표면 상에 1 mm 내지 2 mm의 빔 폭을 갖는 평면형 레이저 시트를 형성하도록 협력한다. 다른 예에서, 광학 요소들은 상이한 초점 거리를 가질 수 있고, 초점 거리 및 렌즈 선택은 패널(G)의 크기에 부분적으로 기초할 수 있다. 다른 실시예에서는, 필터, 초퍼 등의 추가 광학 요소들이 레이저(50)와 유리 시트(G) 사이에 제공될 수 있다.
대안으로 또는 추가로, Powell 렌즈 등의 다른 광학 요소는, 평면형 레이저 시트를 따라 레이저 강도의 더욱 균일한 분포를 제공하는 데 사용될 수 있다. 또한, 하나의 레이저(50)가 도 2 내지 도 4에 도시되어 있지만, 다른 실시예에서는 시스템(14)에 하나보다 많은 레이저(50)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 시스템(14)은, 유리 시트(G)에 걸쳐 공통 시트를 형성하도록 정렬된 빔들을 갖거나 유리 시트(G)의 상이한 영역으로 지향하는 2개의 레이저(50)를 구비할 수 있다. 레이저 시트의 강도는, 하나의 레이저로부터의 레이저 시트 전체에 걸쳐, 예를 들어, 분포로서 가변되며, 다수의 레이저를 사용하여 유리 시트(G)의 표면에 걸쳐 더욱 균일한 강도를 제공하거나 다수의 개별 카메라에 형광 라인을 제공할 수 있다.
유리 시트(G)는, 유리 시트(G)의 제1 및 제2 측을 형성하는 제1 및 제2 표면(62, 64)을 갖는다. 제1 및 제2 표면(62, 64)은 유리 시트(G)의 두께만큼 서로 이격되어 있다. 유리 시트(G)가 레이저 시트(60)의 파장 λ1에 대해 불투명하거나 실질적으로 비투과성이므로, 레이저 시트(60)는, 시트(G)를 통하지 않고 또는 제2 표면(64)으로 이동하지 않고서 제1 표면(62)과 상호작용하며, 이에 따라 제1 표 면(62)에서만 유리 시트(G)를 여기한다. 유리 시트(G)의 두께 또는 제1 및 제2 표 면(62, 64) 사이의 거리는, 가변될 수 있으며, 일부 예에서는 1.2 mm 초과 또는 1.6 mm 초과이며, 비제한적인 일례에서는 1.6 mm 내지 25 mm의 범위 내에 있다.
평면형 레이저 시트(60)는 벨트를 가로 질러 또는 x-방향으로 연장하도록 배향될 수 있다. 레이저 시트(60)는, 경로(66)를 따라 또는 레이저 시트(60)와 유리 시트(G)의 제1 표면(62)의 교차점을 따라 유리 시트(G)의 제1 표면(62)과 상호 작용한다. 평면형 유리 시트(G)의 경우, 경로(66)는 라인형이다. 곡면형 유리 시트(G)의 경우, 경로(66)는, 레이저 시트(60)가 곡면과 상호작용할 때 표면(62)을 따른 시트(G)의 곡률에 따라 가변될 수 있다.
레이저 시트(60)는 제1 표면(62)에서 유리 시트(G)의 재료를 여기하고 제1 표면(62)에서 발광을 야기한다. 유리 시트(G)는 레이저 라인(66) 여기를 따라 형광되어 λ1보다 긴 파장 λ2를 방출한다. 본 예에서, 유리 시트(G)로부터 방출되는 광(70)은, 가시 범위 또는 근자외선 범위에 있는 파장 λ2에 있고, 여기 표면(62) 및 라인(66)을 따라 라인(68)으로서 보인다.
방출 광(70)은 카메라(72)와 같은 검출기에 의해 검출된다. 카메라에는, CCD 이미지 센서 또는 CMOS 이미지 센서가 제공될 수 있다. 본 예에서 그리고 도 2에 도시된 바와 같이, 검출기(72)는, CMOS 센서를 갖고, 유리 시트(G) 또는 x-방향의 유리 시트의 전체 폭이 이미지로 캡처되도록 위치한다. 도시된 예에서, 카메라는, 일례로 5496ⅹ1836 또는 5496ⅹ1000 픽셀의 관심 영역으로 설정된 5496ⅹ3672 픽셀의 CMOS 센서 카메라에 의해 제공되거나, 다른 일례로 5120ⅹ5120 픽셀의 CMOS 센서이다. 다양한 카메라 설정은 레이저 파라미터, 컨베이어 속도, 및 기타 시스템 인자에 기초하여 제어될 수 있으며, 이러한 카메라 설정은 렌즈 초점 거리, 조리개, 이득, 및 노출 시간을 포함한다. 일례로, 카메라는 고정 렌즈, 예컨대, 16 mm 또는 25 mm 렌즈를 사용하며, 심도를 증가시키도록 f2.4이상의 조리개로 설정되며, 15밀리초 내지 20밀리초의 노출 시간 및 2데시벨 내지 15데시벨의 이득을 이용한다. 다른 일례로, 카메라 설정은, 다른 노출 시간을 이용할 수 있는데, 예를 들어, 10밀리초 내지 300밀리초 이상의 범위 내의 노출 시간을 이용할 수 있으며, 이득은 마찬가지로 2데시벨 내지 30데시벨 범위 내의 다른 값으로 설정될 수 있다. 다른 일례로, 카메라(72)는 시트(G)의 선택된 영역만을 촬상하도록 위치할 수 있다. 추가 예에서, 검출기는 다른 광 검출기 또는 광 감지 요소로서 제공될 수 있다. 추가 예에서, 필터와 같은 추가 광학 요소는, 신호 대 잡음비를 더욱 증가시키도록 유리 시트(G)와 검출기(72) 사이에 제공될 수 있다.
다른 예들에서 그리고 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이, 광학 시스템(14)은 하나보다 많은 카메라(72)를 사용할 수 있다. 도 4와 도 5는 개략도이며 광학 요소, 컨트롤러 등의 다양한 시스템(14) 구성요소를 예시하지 않는다. 도 4에서, 한 쌍의 카메라(72A, 72B)는 레이저 시트(60)의 일측에 위치한다. 각각의 카메라(72A, 72B)는 유리 시트(G)의 영역들(73A, 73B)을 촬상하고, 이러한 영역들은 예를 들어 약 10 cm만큼 서로 중첩된다. 도 3의 시스템에서 하나보다 많은 카메라를 사용함으로써, 광학 왜곡에 의해 도입되는 오류가, 각 카메라에 대한 더욱 긴 초점 거리에 기초하여 유리 시트(G) 표면의 최종 표면 맵에서 감소될 수 있다. 또한, 2개 이상의 카메라와 함께 광학 시스템(14)을 사용하면, 유리 표면의 더욱 높은 해상도의 촬상도 제공할 수 있으며, 예를 들어, 카메라들이 유리 시트(G)에 물리적으로 더 가깝게 위치함에 따라 유리 시트(G)의 단위 표면적당 픽셀 증가, 및 정확도와 감도 증가를 제공할 수 있다.
도 5에서, 한 쌍의 카메라(72A, 72B)가 제공되고, 레이저 시트(60)는 카메라들(72A, 72B) 사이에 위치한다. 각각의 카메라(72A, 72B)는 유리 시트(G)의 영역들(73A, 73B)을 촬상하고, 이들 영역은 예를 들어 약 10 cm만큼 서로 중첩된다. 도 3의 시스템에서 하나보다 많은 카메라를 사용함으로써, 광학 왜곡에 의해 도입되는 오류가 유리 시트(G) 표면의 최종 표면 맵에서 감소될 수 있다. 또한, 카메라들(72A, 72B)은, 예를 들어, 하나의 카메라(72A)가 도 4의 시트(G) 표면의 좌측면에 대해 시야가 차단되거나 입사각이 작거나 좌측면에 대하여 비스듬한 각도에 있을 때, 높은 곡률로 유리 시트(G)를 촬상하도록 위치한다. 추가 실시예에서, 시스템(14)은 2개보다 많은 카메라를 가질 수 있다. 예를 들어, 4개의 카메라(72)가 제공될 수 있으며, 이때, 레이저 시트(60)의 각 측에 2개가 제공되고, 4개의 카메라 모두의 영역이 서로 중첩되는 것을 고려할 수 있다. 다른 예에서는, 4개보다 많은 카메라(72)가 존재할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 레이저(50) 및 카메라(72)는 제어 유닛에서 적어도 하나의 컴퓨터(80)와 통신한다. 컴퓨터(80)는 제어 시스템(16) 또는 검사 시스템(10)에 연결되거나 통합될 수 있다. 컴퓨터(80)는 이미지 프로세서 유닛(82)을 가지며 또한 메모리에 연결된다. 컴퓨터(80)는, 도 2, 도4 및 도 5의 카메라(들)(72)에 트리거 신호를 전송할 때를 결정하는 데 사용하기 위한 정보를 제어 시스템(16) 및 위치 센서로부터 수신할 수 있다. 예를 들어, 카메라(들)는, 유리 시트(G)에 대해 1밀리미터 내지 4밀리미터의 대응하는 이동에 기초하여 최대 80 fps 또는 최대 160 fps의 프레임 속도로 데이터를 획득할 수 있다.
컴퓨터(80)는 카메라(72)로부터 이미지 데이터를 수신한다. 컴퓨터(80)는, 이미지로부터의 데이터, 예컨대, 유리 시트의 표면(62) 상의 위치에 연관된 매트릭스 내의 셀을 사용하여 또는 유리 시트의 표면(62) 상의 위치에 연관된 포인트 클라우드의 포인트들의 어레이로서 매트릭스 또는 포인트 클라우드를 형성한다. 이미지 데이터는, 일련의 그레이스케일 값으로서 제공될 수 있으며, 이때, 8비트 그레이스케일을 기반으로 하는 경우 각 값은 0 내지 255이다. 다른 예에서, 이미지 데이터는, 카메라 센서에 의해 검출될 때 적색, 녹색, 및 청색 세그먼트 또는 컬러 성분 각각에 대응하는 일련의 RGB 신호로서 제공될 수 있고, 상이한 색 공간 및 색 모델을 기반으로 제공될 수 있으며, 또는 다른 비트 값으로서 제공될 수 있다. 데이터 획득 및 데이터 프리-클라우드 및 포스트-클라우드에 대한 자세한 추가 상세는 도 6 내지 도 13을 참조하여 아래에 제공된다.
도 6은, 유리 시트(G) 표면의 3차원 맵을 결정하기 위한 일 실시예에 따른 광학 검사 시스템을 사용하기 위한 방법(200)의 흐름도를 도시한다. 다양한 실시예에서, 방법(200)은 도 1과 도 2 및 도 4와 도 5의 시스템(10, 14)과 함께 각각 사용될 수 있으며, 다양한 실시예에 따라 단계들이 재배열되거나 생략되거나 추가 단계들이 추가될 수 있다.
단계(202)에서는, 자외선 파장과 같은 제1 파장을 유리 시트의 투과율에 기초하여 선택하고, 이때, 제1 파장은 유리 시트를 통해 실질적으로 비투과성이도록 선택된다. 단계(204)에서는, 예를 들어, 자외선 레이저를 사용하여 제1 파장에서 평면형 광 시트를 형성한다.
단계(206)에서는, 광학 시스템(14)을 교정한다. 카메라(들)와 레이저(들)를 각각 교정한다. 체커보드 차트 또는 기타 알려진 평면형 교정면이, 유리 시트(G) 대신 유리 시트(G)의 대략 z거리에 제공되거나 카메라(들)에 대해 정의된 경계 박스의 중앙에 제공된다. 카메라의 경계 박스는, 고정물의 임의의 기저 표면을 생략하면서 유리 시트(G)의 상한값과 하한값을 포함하는 데 충분한 수직 깊이 또는 심도를 허용하는 3차원 공간으로서 정의된다. 일례로, 경계 박스의 깊이는 약 10 cm 내지 15 cm이지만, 부품의 사양에 따라 다른 치수를 고려할 수 있다.
따라서, 교정 차트의 위치는 알려져 있으며 경계 박스에 대한 전역 좌표계의 기초를 제공한다. 카메라는 고정된 교정 차트를 기반으로 교정되며, 초점 거리, 노출, 조리개, 이득 등을 포함한 카메라 설정이 선택된다.
레이저를 또한 교정한다. z축 또는 x-z 평면을 따라 연장되는 레이저 시트로 배향된 레이저의 경우, 카메라(들)는 교정 차트에 대하여 레이저 시트의 위치를 검출하고 이 위치를 전역 좌표계와 연관짓는다. x-z 평면에 있지 않는 레이저의 경우, 레이저 시트 위치를 전역 좌표계에 제공하기 위해 추가 계측 단계가 필요할 수 있다. 강도와 주파수를 포함한 레이저 설정이 선택된다. 교정 차트 및 전역 좌표계에 대한 카메라 및 레이저 교정은, 나중에 단계(214)에서 표면의 z좌표 결정과 관련하여 사용된다.
단계(208)에서는, 평면형 광 시트가, 예를 들어, 연관된 광학 장치를 사용하여 유리 시트로 지향하고, 유리 시트의 표면은, 광이 평면형 광 시트와 광원에 대면하는 유리 시트의 표면 간의 교차 경로를 따라 가시 파장과 같은 제2 파장에서 방출되도록 여기된다.
단계(210)에서는, 일련의 가시 파장 라인을 나타내는 일련의 데이터를 하나 이상의 카메라를 사용하여 측정 또는 검출하고, 이때, 각 카메라는 유리 시트(G)의 관심 영역을 촬상한다. 단일 카메라 시스템(14)의 경우, 카메라(72)는 패널을 가로질러 또는 패널 상의 관심 영역에서 검출되는 각 라인을 검출할 수 있다. 다중 카메라 시스템(14)의 경우, 각 카메라(72)는, 유리 시트(G)의 중첩되는 개별 관심 영역들로 지향할 수 있고, 관심 영역 내의 각 라인을 검출할 수 있다.
단계(212)에서는, 각각의 가시 파장 라인을 처리하고 분석하여 제1 좌표와 제2 좌표, 예컨대, 각 라인에 연관된 일련의 좌표에서의 (x, y) 좌표를 결정하고, 좌표들은 카메라에 연관된 매트릭스 또는 포인트 클라우드에 저장된다.
컴퓨터(80)는 이미지 프로세서 유닛(82)을 사용하여 이미지를 처리한다. 대표적인 샘플 이미지의 섹션은, 아래에 설명된 이미지 처리를 기반으로 하는 연관된 개략적 오버레이와 함께 도 7에 제공된다.
컴퓨터(80) 및 이미지 프로세서(82)는, 예를 들어, 이미지에 임계값을 적용하고, 이미지를 정규화하고, 고속 푸리에 변환 등을 사용하여 이미지를 변환함으로써, 이미지를 처리하여 잡음을 감소시킬 수 있다. 일례로, 이미지는 스펙클 잡음을 포함한 잡음 감소를 위해 중앙값 필터를 사용하여 필터링된다. 카메라 이득 설정이 증가하면, 잡음 감소 단계가 더 많이 필요할 수 있다.
컴퓨터(80) 및 이미지 프로세서(82)는, 표시된 라인 폭 크기 입력 및 최소 강도에 기초하여 이미지에서 라인 폭 영역을 선택한다. 라인 폭 영역을 선택함으로써, 이미지의 축소된 영역은 이후 단계들에서 좌표를 처리하고 결정하는 데 사용된다. 예를 들어, 표시된 라인 폭은 공차 인자를 갖는 공칭 값으로서 선택될 수 있다. 일례로, 공칭 라인 폭은 3 픽셀 내지 10 픽셀의 범위에서 선택되고, 공차는 1 픽셀 내지 5 픽셀의 범위에서 선택된다. 다른 일례로, 공칭 라인 폭은 4 픽셀 내지 6 픽셀의 범위에서 선택되고, 공차는 2 픽 셀 내지 3 픽 셀의 범위에서 선택된다. 추가 예에서, 표시된 라인 폭은 최소 1 픽셀의 폭을 갖는 것으로서 선택된다. 강도는, 또한, 입력으로서 선택되고, 연관된 프레임 속도에서 형광 라인의 예상 강도에 부분적으로 기초할 수 있으며, 배경 잡음을 포함하는 픽셀이 불필요하게 포함되는 것을 제거할 수 있다. 다양한 예에서, 최소 강도는 5/255, 10/255, 20/255, 30/255, 또는 다른 값의 그레이스케일로 선택된다. 선택된 라인 폭 영역의 일례는 도 7에서 영역(250)으로서 도시되어 있다.
유리 시트(G)는 가시광인 제2 파장 λ2에서 방출되는 광에 투명하고 표면(62)으로부터 방출되는 광은 다른 표면(64)을 통과 및/또는 반사할 수 있지만, 실험 결과, 후면(64)으로부터의 모든 반사는 매우 낮은 신호를 가지며 일반적으로 잡음으로서 손실될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 예를 들어, 후면(64)으로부터 방출되는 라인(68)의 반사는 캡처된 이미지의 그레이스케일에서 255개 중 5개 정도이며, 주 방출 라인(68)은, 반사된 신호가 잡음으로 간주될 수 있도록 255개 중 20개 내지 100개 정도이다. 또한, 이미지에서 반사된 라인의 위치 및 주 가시 라인과의 간격에 기초하여, 반사된 라인은, 데이터 처리에서 더이상 고려되지 않도록 선택된 라인 폭 영역(250)의 경계로부터 또는 이러한 경계의 외부에서 배제될 수 있다. 반사된 라인이 방출 라인(68)에 충분히 가까워서 라인 폭 영역(250)을 사용하여 합리적으로 배제될 수 없는 경우, 반사된 라인은 데이터 처리에 포함될 수 있지만, 반사된 라인의 낮은 신호로 인해 데이터 처리가 큰 영향을 받지는 않는다. 대안으로 그리고 제2 반사된 라인의 존재 하에, 데이터 처리는, 카메라의 기하학적 형상, 패널에 기초한 라인의 로케이션, 반사된 라인에 비해 형광 라인의 높은 밝기, 및 기타 인자를 고려함으로써 형광 라인을 선택할 수 있다. 데이터 처리는 패널(G)의 재료에 관한 입력을 추가로 수신할 수 있다. 예를 들어, 주석측 플로트 유리의 이미지에는 반사된 라인이 예상될 수 있는 반면, 에어측 플로트 유리의 이미지에는 반사된 라인이 없을 수 있다.
컴퓨터(80) 및 이미지 프로세서(82)는, 가시적 형광 라인에서 픽셀의 그레이스케일 레벨 및 이미지 데이터에 기초하여 모델 라인을 따른 포인트를 결정하거나 계산한다. 샘플 이미지에서 알 수 있는 바와 같이, 표면(62)으로부터 방출되는 광은, 영역(250) 내에서 y-방향으로 다중 픽셀에 걸쳐 연장되는 것으로서 캡처될 수 있다. 이와 같이, 컴퓨터(80)는, 일련의 좌표 또는 (x, y) 데이터세트로서 픽셀의 그레이스케일 값에 기초하여 모델 라인에 대한 포인트를 계산한다. 모델 라인(100)에서 계산된 포인트들은, 예를 들어, 도 4에서 중첩되어 있다.
일례로, 컴퓨터 및 이미지 프로세서는, 모델 라인의 추정된 중심으로서 각 포인트 및 (x, y) 데이터세트를 찾기 위해 인접 픽셀들의 그룹들을 평균화할 수 있으며, 이미지의 x-방향으로 각 픽셀에 대하여 하나의 (x, y) 데이터세트를 제공할 수 있다. 다른 예에서, 컴퓨터 및 이미지 프로세서는, 라인의 추정된 중심으로서 각 포인트 및 (x, y) 데이터 세트를 찾기 위해 픽셀들의 가중 평균을 수행할 수 있다. 컴퓨터 및 이미지 프로세서는, 가우시안 분포, 평균(average) 또는 중간(mean) 폭, 또는 기타 수학 함수와 같은 픽셀 값을 갖는 분포 함수를 사용하여 포인트 및 (x, y) 데이터세트를 계산할 수 있다. 컴퓨터 및 이미지 프로세서는, 픽셀 데이터를 사용하여 데이터세트에 대한 값을 결정하기 위해 알려진 상업적으로 이용가능한 촬상 라이브러리 처리 도구 또는 소프트웨어를 대안으로 사용할 수 있다.
이어서, 컴퓨터(80)는 일련의 (x, y) 데이터세트를 매트릭스의 연관된 셀 또는 포인트 클라우드에 입력한다. 데이터세트는 이미지로부터 결정된 바와 같이 모델 라인으로부터의 일련의 좌표를 포함할 수 있다. 각 데이터세트는, 모델 라인(100)을 집합적으로 정의하고 전역 좌표계에 링크되는 x-y 평면에서 유리 시트(G)의 표면(62)의 로케이션에 대응하는 (x, y) 값을 포함할 수 있다.
매트릭스는 라인스캔 이미지와 유사하게 채워질 수 있으며, 이때, 매트릭스의 각 행은 유리 시트(G)로부터의 각 이미지로부터의 모델 라인의 좌표를 사용하여 채워지고, 후속 이미지가 후속 행을 채운다. 마찬가지로, 유리 시트(G)의 순차적 이미지들로부터 포인트 클라우드가 구성될 수 있다. 일례로, 매트릭스는 이미지로부터 x-방향으로 각 픽셀에 연관된 좌표들의 세트 및 셀을 가질 수 있다. 다른 예에서, 매트릭스는 하나의 셀 및 다수의 인접 픽셀에 연관된 좌표들의 세트를 가질 수 있으며, 컴퓨터는 데이터를 입력하기 전에 평균화 단계 등을 수행한다. 일부 예에서, 매트릭스 또는 포인트 클라우드는, 예를 들어, 수집된 n번째 데이터세트마다 생략됨으로써 얇아질 수 있다.
단계(214)에서는, (z) 좌표와 같은 제3 좌표를, 레이저의 위치, 카메라의 위치, 제1 좌표 및 제2 좌표를 사용하여 삼각 측량하고, 매트릭스 또는 포인트 클라우드에 저장한다. 이어서, 컴퓨터(80)는 유리 시트(G)의 표면(62) 상의 좌표들의 세트의 z-로케이션에 연관된 (x, y) 좌표들의 각 세트에 대한 z-값을 계산한다. z-값은, 도 8a와 도 8b를 참조하여 후술하는 바와 같이 삼각 측량 계산시의 검사 시스템(14)으로부터의 레이저와 카메라의 위치결정뿐만 아니라 각 셀의 좌표들의 세트로부터의 (x, y) 값들을 사용하여 계산된다. 컴퓨터는, 표면(62)의 맵을 완성하기 위해 대응하는 (x, y) 좌표와 함께 매트릭스의 연관 셀에 (z) 값을 입력한다. 컴퓨터 및 이미지 프로세스는, 이미지가 단계(212)에서 처리될 때 좌표들의 각 세트에 대한 (z) 값을 계산할 수 있거나, 유리 시트가 완전히 촬상된 후 매트릭스 또는 포인트 클라우드의 모든 데이터세트에 대한 (z) 값을 계산할 수 있다.
도 8a와 도 8b는, 도 4에 도시된 바와 같이 이미지로부터 계산된 각 라인에 대한 일련의 좌표에서의 데이터세트 D의 제1 및 제2 (x, y) 좌표와의 연관성을 위한 제3 (z) 좌표의 삼각 측량과 관련된 여러 도를 도시한다. 레이저(50)와 카메라(72)는 서로에 대해 고정될 수 있으며, 레이저 빔과 이에 따른 평면형 레이저 시트도 고정되어, 유리 시트(G)가 광학 시스템(14)에 대해 그리고 평면형 레이저 시트를 통해 y 방향으로 상대적으로 이동하거나 평행이동한다. 레이저 시트와 카메라의 위치가 교정되고 전역 좌표계에 링크되었으므로, z좌표를 계산할 수 있다.
도 8a는 교정 차트(C)가 유리 시트(G)와 중첩된 광학 시스템(14)의 측면 개략도이며, 경계 박스(B)도 도시한다. 레이저 시트(60)는 교정 차트(C) 및 전역 좌표계에 대해 참조된다. 마찬가지로, 카메라의 각 픽셀은 교정 차트(C) 및 전역 좌표계에 대하여 참조되며, 각 픽셀은 (x, y, z) 공간에서 연관된 벡터를 갖는다. 데이터세트(D)에 대한 (x, y) 좌표는, 상술한 단계(212)를 사용하여 결정될 수 있고, 도 8b에 도시된 개략도에 기초하여 전역 좌표계에 연결될 수 있다. 이어서, 전역 좌표계에서 데이터세트(D)에 대한 z 좌표는, 도 8a의 개략도를 참조하고 삼각 측량 기술을 이용하여 픽셀과 벡터가 교정 차트(C)와 교차하는 곳과 비교하여 레이저 시트(60)와 연관 픽셀에 대한 벡터의 교차점을 사용하여 계산될 수 있다. 따라서, z 값은 라인을 따른 일련의 좌표에서 각 (x, y) 좌표에 대해 계산되고, 이어서, 제어 시스템(80)은 이러한 z 좌표를 (x, y) 값들이 라인의 각 포인트에 대하여 미리 존재하는 매트릭스 셀 또는 포인트 클라우드에 입력한다.
단계(216)에서는, 이어서, 유리 시트 표면의 3차원 맵을, 매트릭스 또는 포인트 클라우드로부터 카메라를 위한 유리 시트(G)에 대한 일련의 가시 파장 라인 각각에 대한 일련의 좌표의 함수로서 생성한다.
영역(218)에 의해 표시된 단계들은 각 카메라 또는 각 카메라로부터의 데이터에 대하여 수행된다. 단일 카메라 시스템의 경우, 단계(216)는 유리 패널(G)의 표면에 대한 최종 매트릭스 또는 포인트 클라우드를 생성한다.
다중 카메라 시스템 (214)의 경우, 상이한 카메라들로부터의 매트릭스들 또는 포인트 클라우드들을 유리 시트(G)를 나타내는 단일 매트릭스 또는 포인트 클라우드로 결합하기 위해 추가 단계(220)가 제공된다. 도 9는, 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 2개의 카메라 시스템을 사용하여 다중 매트릭스 또는 포인트 클라우드를 정렬하도록 단계(220)에서 사용되는 서브-루틴의 개략도를 예시한다. 도 5에 도시된 바와 같은 2-카메라 시스템 또는 다른 수의 카메라를 갖는 시스템에 대한 다중 매트릭스 또는 포인트 클라우드를 정렬하기 위한 서브-루틴은, 유사하며, 본원에 설명된 바와 같은 방법(220) 및 도 9에 도시된 예에 기초하여 당업자에게 명백할 것이다.
도 9는 방법(200)의 단계(220)에 대한 개략도를 예시한다. 컴퓨터(80)는, 유리 시트(G)의 스캔으로부터 2개의 카메라(72A, 72B)로부터 각각 획득되는 바와 같은 2개의 매트릭스 또는 포인트 클라우드(M1, M2)를 로딩한다. 다른 예에서, 2개보다 많은 매트릭스 또는 포인트 클라우드는 본원에 설명된 것과 유사한 기술을 사용하여 결합될 수 있다. 도 9a에서 알 수 있는 바와 같이, 매트릭스들(M1, M2)은 카메라(72A, 72B) 시야가 서로 중첩됨에 따라 중첩된다. 또한, 시스템은, 각 카메라 영역(73A, 73B)에 제공된 교정 차트에서 적어도 하나의 포인트로 교정되었고, 매트릭스들(M1, M2)이 서로 중첩될 때 영역들 간의 중첩 정도를 갖는 것이 바람직하지만, 중첩 부분의 포인트들 사이에 작은 정도의 오프셋이 있을 수 있다. 유리 시트(G)의 표면을 나타내는 최종 매트릭스를 형성하기 위해, 컴퓨터는 매트릭스들(M1, M2)을 처리하여 오프셋을 해결한다. 일례로, 해결되는 오프셋은 천분의 1인치 정도로 작을 수 있다. 또한, 오프셋은 중첩된 영역에 걸쳐 가변될 수 있다.
도 9b에서, 컴퓨터는 매트릭스 또는 포인트 클라우드(M1, M2) 중 하나 또는 모두를 이동시킨다. 일례로, 컴퓨터(80)는, 두 개의 중첩 영역이 도시된 바와 같이 서로 정렬되고 오류 또는 오정렬이 감소되도록, 매트릭스들 중 하나를 나머지 매트릭스에 대해 평행이동 및/또는 회전시키기 위해 강체 변환을 사용하여 그 하나를 이동시킨다.
도 9c에서, 이어서, 컴퓨터(80)는 유리 시트(G)에 대한 최종 매트릭스 또는 포인트 클라우드(M3)를 생성한다. 일례로, 컴퓨터는 하나 또는 다른 매트릭스로부터 중첩 영역의 포인트를 제거한다. 다른 일례로 그리고 도시된 것처럼, 컴퓨터는, 매트릭스에 대한 공통 교정 포인트와 상관되는 라인 L을 사용하고 한 매트릭스의 포인트들을 사용하여 라인 L의 일측에 있는 최종 매트릭스를 서브 매트릭스 M1*로서 채우고, 다른 매트릭스의 포인트들을 사용하여 라인 L의 타측에 있는 최종 매트릭스를 서브 매트릭스 M2*로서 채운다.
레이저 광은 유리 시트(G)를 통과하지 않으므로, 검사 시스템에 대면하는 표면(62)만이 발광한다. 이와 같이, 일련의 좌표를 갖는 매트릭스는, 일련의 (x, y, z) 좌표를 통해 유리 시트(G)의 표면(62)의 3차원, 고 해상도, 수학적 모델을 제공한다. 일례로, 매트릭스는, 시트(G)에 대해 좌표들의 세트가 백만 개를 초과하는 수학적 모델을 제공한다. 예를 들어, 모델은, 시트 표면(62)의 제곱미터당 좌표들의 1,000,000개 세트 또는 시트 표면(62)의 제곱밀리미터당 좌표들의 대략 한 세트의 포인트 밀도를 가질 수 있다.
도 1 및 도 2와 관련하여 설명된 예에서, 유리 시트(G)는 광학 시스템(14)에 대하여 컨베이어 상에서 이동한다. 이 시나리오에서, 레이저(50)와 카메라(72)는 서로에 대해 고정되고, 유리 시트(G)는 아래를 통과한다. 다른 예에서, 유리 시트(G)는 고정될 수 있고, 레이저(50)로부터 방출되는 레이저 빔은, 1축 또는 2축 미러 검류계 등에 의해 유리 시트(G)의 제1 표면(62)에 걸쳐 스캐닝될 수 있다. 이 시나리오에서, 컴퓨터(80)는, 또한, 유리 시트를 따라 이동하는 라인들(66, 68)의 로케이션에 연관된 거리 D1, D2에 연관된 각도를 결정하기 위해 검류계에 의해 제공되는 빔 조향 각도를 나타내는 입력을 수신한다.
추가 예에서, 광학 검사 시스템(14)은, 유리 시트(G)의 제2 면(64)을 검사하고 시트(G)의 표면(64)을 나타내는 대응하는 3차원 매트릭스 또는 포인트 클라우드를 생성하는 데 사용될 수 있다.
유리 시트(G)에 대한 매트릭스 또는 포인트 클라우드는 유리 시트(G)의 표면의 고 해상도 3차원 맵을 제공한다. 매트릭스의 좌표들은, 유리 시트의 형상이 형상, 예를 들어, 곡률에 대한 사양 내에 있는지를 결정하기 위해 유리 시트(G)의 수학적 모델과 비교하여 사용될 수 있다. 또한, 매트릭스의 좌표들은, 유리 시트(G)의 표면이 그 표면으로부터의 광반사율에 대한 사양 또는 표준 내에 있는지를 결정하기 위해 유리 시트(G)의 수학적 모델과 비교하여 사용될 수 있다.
매트릭스 및 이에 따른 모델은, 제조 프로세스의 드리프트를 보정하거나 시스템(10)이 사양을 벗어나는 것을 방지하여 유리 시트(G)에 대한 광반사율 모델을 생성하도록 합격/불합격 검사 시스템으로서 유리 시트(G)에 대한 계측을 제공하는 시스템(10)과 함께 사용될 수 있다.
컴퓨터(들)(16, 80)는, 매트릭스로부터 3차원 맵과 관련된 정보를 그래픽(예를 들어, 색-코딩된 이미지) 및/또는 통계적 형태로 제시하도록 프로그래밍될 수 있다. 다양한 예에서, z거리, 표준 편차, 및 기타 표면 페어링(fairing) 또는 광반사율 메트릭을 포함하는, 유리 시트 또는 유리 시트의 미리 정의된 영역에 대한 통계 데이터가 유도 및 보고될 수 있다.
검사 시스템(14)은, 또한, 유리 시트를 컴퓨터(80)의 메모리에 저장된 알려진 부품 형상들의 세트 중의 하나로서 식별하도록 카메라(72) 또는 다른 요소에 의해 식별될 수 있는 유리 시트 부품 식별자를 포함할 수 있고, 각각의 알려진 부품은 매트릭스의 맵과 비교하기 위한 연관된 형상 표준 및 광반사율 표준을 갖는다. 시스템(10, 14)은, 예를 들어, 산업 표준에 가장 관련된 표시, 또는 형성 및 제조되는 유리 시트의 광반사율 품질의 분석에 있어서 산업에 관련된 것으로 간주되는 다른 표시를 비롯하여, 사용자 인터페이스 및 디스플레이 스크린(20)을 통해 장치(14)에 의해 검출되는 유리 시트(G)의 다양한 광학적 또는 형상 표시(shape indicia)를 그래픽으로 및/또는 수치적으로 표시하도록, 사용자에 의해 프로그래밍될 수 있다. 시스템(10)은, 또한, 장치(14)에 의해 식별되는 작은 결함의 로케이션을 표시하도록 프로그래밍될 수 있다.
개시된 인라인 광학 검사 시스템(10, 14)에 의해 출력되는 선택된 데이터는, 또한, 유리 시트 시스템의 하나 이상의 스테이션에 대한 제어부(들)가 자신의(해당) 동작 파라미터를 이전에 처리된 유리 시트로부터 개발된 광학 데이터의 함수로서 수정할 수 있도록, 연관된 유리 시트 가열, 굽힘, 및 템퍼링 시스템(또는 자동차 윈드쉴드 제조 시스템)을 위한 제어 로직에 대한 입력으로서 제공될 수 있다.
도 10은, 광학 시스템(14)을 사용하는 컴퓨터(80)에 의해 결정되는 바와 같이 유리 시트의 표면에 대한 매트릭스 또는 포인트 클라우드를 사용하여 유리 시트(G) 등의 부품을 계측하는 데 사용되는 방법(300)에 대한 흐름도이다. 다양한 실시예에서, 방법(300)의 단계들은 생략되거나 재배열될 수 있고, 또는 추가 단계들이 제공될 수 있다.
단계(302)에서는, 광학 시스템 및 방법(200)을 사용하여 위에서 결정된 바와 같은 유리 시트(G)의 표면에 대한 매트릭스 또는 포인트 클라우드를 컴퓨터(80)에 의해 프로세서 유닛에 입력한다. 매트릭스는, 유리 시트(G)의 제1 표면 전체를 나타낼 수 있거나, 유리 시트(G)의 선택된 표면 영역에 대한 데이터세트만을 포함할 수 있다.
단계(304)에서, 컴퓨터(80)는 유리 시트(G)에 대한 적절한 계측 모델을 참조한다. 계측 모델은, CAD 모델 및/또는 데이터, 혹은 기타 수학적 모델 또는 치수나 형상의 표현을 사용하여 제공될 수 있다. 컴퓨터는, 다양한 형상 및/또는 크기의 유리 시트(G)에 대해 메모리에 저장된 여러 모델 중 한 모델로부터 사용할 올바른 계측 모델을 결정할 수 있다. 이어서, 컴퓨터(80)는 선택된 계측 모델을 프로세서에 입력한다.
단계(306)에서, 컴퓨터(80)는 계측 모델과 비교하여 유리 시트에 대한 불변 메트릭 데이터를 결정한다. 일례로, 컴퓨터는, 계측 모델과 비교하여 유리 시트(G)의 표면 또는 데이터세트에 대한 z축 거리를 결정할 수 있다. 컴퓨터는, 각 데이터세트 또는 시트(G)의 표면으로부터 계측 모델까지의 법선 벡터 거리를 계산할 수 있다. 대안으로, 컴퓨터는, 시트(G)의 각 데이터세트 또는 표면으로부터 계측 모델까지의 수직 거리 또는 z-거리를 계산할 수 있다.
컴퓨터는 매트릭스 또는 포인트 클라우드를 참조하여 전체 유리 시트(G)를 계측하도록 구성될 수 있다. 다른 예에서, 컴퓨터는, 유리 시트(G)의 선택된 영역(들) 또는 일부(들)만을 계측할 수 있으며, 또는 특정 영역, 예를 들어, 주변 영역, 혹은 예컨대 헤드업 디스플레이 또는 카메라 또는 기타 센서와 함께 광학적으로 사용하도록 의도된 영역에 추가 계측 포인트를 가질 수 있다. 일례로, 컴퓨터는 유리 시트(G)의 선택된 영역을 사용하여 접촉 계측 방법을 시뮬레이션한다.
추가 예에서 그리고 파선으로 선택적 블록(308)으로서 도시된 바와 같이, 컴퓨터는, 포인트들의 이웃에 대해 계산 또는 서브-루틴을 수행하여, 불변 메트릭을 결정하는 데 사용하기 위한 후처리된 표면 데이터포인트 또는 데이터세트를 제공할 수 있다. 일례로, 컴퓨터는, 인접 포인트들 또는 데이터세트들에 대해 보간, 평균화, 또는 임계값 처리(thresholding) 등의 다른 수학적 기능을 수행하여, 해당 이웃에 대한 후처리된 데이터세트를 계산한다. 이는 표면 먼지 등으로 인한 데이터세트와 같은 이상치 데이터세트를 제거함으로써 개선된 계측 및 불변 메트릭을 제공할 수 있다.
다른 예에서, 컴퓨터는, z-거리의 표준 편차, 또는 계산된 곡률 반경 등의 표면 및 유리 시트(G)에 대한 다른 불변 메트릭, 또는 기타 형상 계측 메트릭을 결정할 수 있다. 불변 메트릭은, 유리 시트(G)에 대한 계측 매트릭스 또는 포인트 클라우드에 입력될 수 있다.
단계(310)에서, 컴퓨터(80)는, 임의의 불변 메트릭, 예를 들어, 계측 메트릭을 포함하여 표면의 계측과 관련된 정보를 출력한다. 컴퓨터는, 하나 이상의 메트릭이 임계값을 초과하는지 여부를 결정하기 위해 계측 매트릭스의 정보를 추가로 분석할 수 있다. 컴퓨터는, 예를 들어, 유리 시트의 색-코딩된 맵을 통해 또는 테이블과 같은 수치 또는 다른 형태의 프리젠테이션을 통해 계측과 관련된 정보를 사용자에게 추가로 제공할 수 있다. 컴퓨터는, 계측으로부터의 정보를 유리 시트(G)에 대한 제조 공정 단계에 제어 피드백 루프의 일부로서 추가로 제공할 수 있다.
도 11a와 도 11b는, 사용자에게 표시하기 위한 방법(300)으로부터의 출력의 대표적인 예를 도시한다. 도 11a는, 유리 시트(G) 또는 유리 시트(G)의 영역에 대한 단순화된 포인트 맵을 예시하고, 시스템 출력의 대표적인 예를 제공한다. 계측 포인트는, 법선 거리, 수직 거리, 또는 계측값으로부터의 기타 거리를 기반으로 한 차분값과 같이 열거되는 연관된 불변 메트릭을 갖는다. 차분값은, 특정된 임계값을 초과하거나 허용가능한 공차를 벗어난 경우, 사용자가 쉽게 알 수 있도록 플래그 표시될 수 있다. 도시한 예에서, 값들은, 계측 모델로부터의 법선 수직 거리에 해당하며, 밀리미터 단위로 제공되지만, 다른 단위를 고려할 수 있다. 또한, 밑줄 친 값들은, 임계값 또는 허용 범위 밖에 있으며, 사용자를 위해 플래그 표시될 수 있다.
도 11b는, 계측값으로부터의 정상 거리, 수직 거리, 또는 다른 거리에 기초한 차분값의 상이한 범위에 대응하는 상이한 음영을 갖는 유리 시트(G) 또는 유리 시트(G)의 영역에 대한 맵을 도시하고, 시스템 출력의 다른 대표적인 예를 제공한다. 차분값은, 특정된 임계값을 초과하거나 허용가능한 공차를 벗어난 경우, 사용자가 쉽게 알 수 있도록 플래그 표시될 수 있다. 공차 또는 임계값은, 시트의 용도 및 요구 사항에 기초하여 패널의 상이한 영역에 대해 상이한 값으로 설정될 수 있다. 도시한 예의 경우에는, 차분이 밀리미터로 제공되어 있지만, 다른 단위도 고려할 수 있다.
방법(300)은, 표면과 유리 시트(G)의 비접촉 계측을 제공하고, 부품의 온라인 감시 및 검사를 가능하게 하고, 일련의 상이한 부품들 또는 다수의 계측 모델의 사용을 빠르고 쉽게 계측할 수 있다. 또한, 방법(300)을 통한 비접촉 계측은, CAD 데이터를 사용하여 계측 모델이 쉽게 생성, 변경, 또는 업데이트될 수 있으므로, 부품 계측에 연관된 시간과 비용을 감소시키고, 부품별 접촉 계측을 위한 정밀 측정 계측 도구를 사용할 필요가 없다.
도 12는, 광학 시스템(14)을 사용하여 컴퓨터(80)에 의해 결정된 바와 같이 유리 시트의 표면에 대한 매트릭스 또는 포인트 클라우드를 사용하여 유리 시트(G)와 같은 부품의 광반사율을 결정하고 모델링하는 데 사용하기 위한 방법(350)의 흐름도이다. 다양한 실시예에서, 방법(300)의 단계들은 생략되거나 재배열될 수 있고, 또는 추가 단계들이 제공될 수 있다.
단계(352)에서는, 광학 시스템 및 방법(200)을 사용하여 위에서 결정된 바와 같이 유리 시트(G)의 표면에 대한 매트릭스 또는 포인트 클라우드를 컴퓨터(80)에 의해 프로세서 유닛에 입력한다. 매트릭스는, 유리 시트(G)의 제1 표면 전체를 나타낼 수 있거나, 유리 시트(G)의 선택된 표면 영역에 대한 데이터세트만을 포함할 수 있다.
단계(354)에서, 컴퓨터(80)는 매트릭스 또는 포인트 클라우드에 대한 후처리 동작(들)을 수행한다. 일례로, 컴퓨터(80)는, 매트릭스 또는 포인트 클라우드를 수정하거나 잡음제거하여 포인트 클라우드로부터 소정의 포인트 또는 아티팩트를 제거한다. 예를 들어, 컴퓨터(80)는, 패널(G)의 에지의 특정된 거리, 예를 들어, 1 mm 내지 2 mm 내에 있거나 인접하는 포인트 클라우드의 포인트들을 제거하거나 수정하여, 예를 들어, 빔 조향 효과에 의해 야기되는 측정된 해당 로케이션에서의 에지 효과 또는 바이어스를 갖는 포인트들, 및/또는 레이저 라인 또는 시트에 수직하지 않게 이어지는 패널의 에지와 함께 레이저 라인 또는 가시광선의 폭에 기초하여 도입되는 계산된 라인 중심의 바이어스를 제거할 수 있다. 또한, 형광 가시 광선은, 패널(G)의 바로 외부에 나타날 수 있으며, 예를 들어, 광의 전파를 유발하는 패널의 연삭 또는 기타 파라미터에 의해 발생할 수 있으며, 이로 인해 포인트 클라우드 또는 매트릭스에 추가 아티팩트 포인트가 발생할 수 있다. 일례로, 이러한 부정확한 또는 아티팩트 포인트들은, 인접 패널(G)과는 반대되는 곡률 부호를 갖는 곡선을 형성하거나, 부정확한 또는 아티팩트 포인트들과 인접 패널(G) 사이에 곡선의 무릎이 형성되어, 컴퓨터(80)가, 변곡점 또는 무릎을 경계로서 사용하여 포인트 클라우드 또는 매트릭스로부터 이러한 포인트를 절단 또는 삭제한다. 이러한 잡음제거 단계는, 레이저 시트로부터의 형광 가시광선을 사용하여 유리 시트(G)의 표면을 측정할 때 생성되는 포인트 클라우드를 잡음제거하는 것과 관련하여 설명되지만, 잡음제거 단계는 에지 효과의 잡음제거에 사용하기 위한 다른 비전 및 측정 시스템에도 적용될 수 있다.
컴퓨터(80)는, 또한, 단계(354)에서 포인트 클라우드 또는 매트릭스에 대해 잡음제거 알고리즘을 수행한다. 일례에 따르면, 잡음제거는, 데이터세트들의 주변의 법선 벡터들을 평균화한 다음 평균화된 법선 벡터들을 사용하여 데이터세트들을 업데이트하여 법선의 변화와 일치하는 후처리 데이터세트를 생성함으로써, 제공될 수 있다. 비제한적인 일례에서, 데이터세트들의 포인트 클라우드는, 각 데이터세트가 꼭지점 역할을 하는 삼각형으로 메싱(mesh)된다. 다른 예에서는, 다른 메시 형상을 사용할 수 있다. 각 메시 삼각형에 대해, 법선 벡터를 계산한다. 발산하는 법선 벡터는 포인트 클라우드의 잡음을 나타낼 수 있는 반면, 수렴하는 법선 벡터는 포인트 클라우드의 더욱 매끄러운 표면을 나타낼 수 있다. 포인트 클라우드는, 메시 삼각형들의 이웃 또는 그룹화에 대한 법선 벡터를 평균화하거나 그 외에는 수학적으로 결합함으로써 평활화되며, 이웃은 공통 꼭지점을 공유하거나 공통 에지(들)를 공유하는 메시로서 정의될 수 있다. 각각의 평균화된 법선 벡터는, 연관된 꼭지점의 좌표를 조정하여 후처리되고 잡음제거된 포인트 클라우드 또는 매트릭스에 후처리된 꼭지점 또는 데이터세트를 생성하는 데 사용된다. 다른 예에서는, 다른 잡음제거 알고리즘이, 제공될 수 있고, Gabriel Taubin "A signal processing approach to fair surface design" SIGGRAPH '95 Proceedings of the 22nd annual conference; Hirokazu Yagou, et al "Mesh Smoothing via Mean and Median Filtering Applied to Face Normals" GMP '02 Proceedings of the Geometric Modeling and Processing ― Theory and Applications (GMP'02); Shachar Fleishman, et al "Bilateral mesh denoising" SIGGRAPH '03 ACM SIGGRAPH 2003 Papers; and Thouis R. Jones, et al "Non-iterative, feature-preserving mesh smoothing" SIGGRAPH '03 ACM SIGGRAPH 2003 Papers에 의해 개시된 바와 같은 표면 페어링 기술들에 연관된 수학적 알고리즘에 기초할 수 있다.
비제한적인 다른 예에 따르면, 컴퓨터(80)는, 데이터를 평활화 및 보간하기 위해 이동 최소 제곱법(moving least squares method)을 사용하여 포인트 클라우드 또는 매트릭스에 대하여 잡음제거 알고리즘을 수행한다.　 본 개시 내용에 따르면, 포인트 클라우드 내의 주어진 데이터 포인트에 대해, 포인트 클라우드 내의 다수의 인접 포인트가 컴퓨터(80)에 의한 함수에 맞는 최소 제곱이다. 일례로, 함수는 다항식일 수 있다. 후처리된 데이터 포인트는, 포인트 클라우드의 주어진 원래 포인트를 결정된 다항식 표면으로 이동시킴으로써 결정된다.　컴퓨터(80)는, 포인트 클라우드를 통해 잡음제거를 반복하여 후처리된 잡음제거된 포인트 클라우드 또는 매트릭스를 생성한다. 이동 최소 제곱법 및 이의 표면에 대한 적용 예는, Lancaster, Peter, and Kes Salkauskas, "Surfaces generated by moving least squares methods," Mathematics of computation 37.155 (1981): 141-158; 및 Alexa, Marc, et al. "Computing and rendering point set surfaces." IEEE Transactions on visualization and computer graphics 9.1 (2003): 3-15에서 찾을 수 있다.
단계(356)에서, 컴퓨터(80)는, 잡음제거된 매트릭스 또는 포인트 클라우드의 후처리된 데이터세트로부터 또는 표면의 하나 이상의 선택된 영역에 대해 표면의 하나 이상의 불변 메트릭을 결정하거나 계산한다. 불변 메트릭은, 수평 곡률, 수직 곡률, 곡률 반경, 주 곡률, 가우시안 곡률, 중간 곡률, 곡률, 디옵터 또는 광학 파워 메트릭 중 하나 이상의 미분 또는 변화율 등을 포함할 수 있다.
단계(358)에서, 컴퓨터는, 표면의 광반사율을 나타내는 불변 메트릭이 유리 시트(G)의 표면 또는 표면 영역에 대해 설계된 광반사율 사양 내에 있는지 여부를 결정할 수 있다. 컴퓨터는 하나 이상의 불변 메트릭을 유리 시트(G)에 대한 대응하는 설계 메트릭과 비교할 수 있다. 예를 들어, 광반사율 사양은 유리 시트(G)에 대한 표준 또는 임계 불변 메트릭일 수 있다. 일례로, 사양은, CAE 모델로부터 계산된 곡률 또는 유리 시트(G)에 대한 기타 모델 데이터와 같은 메트릭을 포함한다. 컴퓨터는, 불변 메트릭을 임계값과 비교하거나 색-코딩된 맵 또는 기타 시각적 출력을 생성하여, 유리 시트 또는 유리 시트의 영역이 미리 결정된 사양 내에 있는지 여부를 나타내거나 표면을 미리 결정된 사양과 비교할 수 있다. 추가 예에서, 컴퓨터는, 하나보다 많은 불변의 수학적 함수를 사용하여, 광학 반사율과 관련되어 있으므로 표면의 상이한 불변 및 영역을 가중치 부여하거나 그 외에는 인자 지정하는 사양과 비교하여 광반사율의 점수 또는 기타 표시를 제공할 수 있다.
단계(360)에서, 일부 실시예에서, 컴퓨터(80)는 유리 시트(G)에 대한 변형 메트릭을 결정하거나 계산한다. 일례로, 컴퓨터(80)는, 광반사율 및 임의의 왜곡의 시뮬레이션된 시각적 표현을 위해 시뮬레이션된 반사된 그리드, 지브라보드, 또는 다른 이미지를 생성한다. 시뮬레이션된 반사된 이미지를 생성하는 데 사용되는 컴퓨터 알고리즘은, 잡음제거된 매트릭스의 후처리된 꼭지점 및 각각의 후처리된 꼭지점으로부터 계산된 법선 벡터를 사용하는 광선 추적과 같은 기술을 사용할 수 있다. 예를 들어, 광선 추적의 사용과 관련하여, 잡음제거된 포인트 클라우드의 후처리된 꼭지점으로부터의 광선은, 법선 벡터에 대하여 비스듬한 각도로 픽셀에서 가상 카메라를 비추고, 입사각이 반사각과 같으므로, 따라서 포인트 클라우드 상의 동일한 후처리된 꼭지점으로부터의 광선은 알려져 있으며, 가상 그리드보드와의 교차점이 결정될 수 있다. 이어서, 반사된 그리드보드 또는 지브라보드와 같은 반사된 이미지는, 가상 카메라 상의 픽셀 및 가상 그리드보드 상의 포인트가 일대일로 대응하므로, 이러한 픽셀과 포인트를 사용하여 구축될 수 있다. 컴퓨터가 반사된 그리드 또는 지브라보드를 시뮬레이션하기 위해 사용하는 알고리즘은, 알고리즘에서 사용된 바와 동일한 입사각, 카메라 설정 등에서 그리드 또는 지브라보드의 실제 반사된 이미지를 사용함으로써 조정되거나 교정할 수 있다. 추가 예에서, 컴퓨터는, 예를 들어, 다양한 입사각에서 취해진 일련의 시뮬레이션된 그리드 또는 시뮬레이션된 지브라보드를 조립하여, 지브라보드에 대하여 위치를 변경하는 것으로부터 지브라보드를 스캔하는 것을 시뮬레이션하기 위해 시각적 표시를 위한 지브라보드의 플립북 또는 영화를 사용자에게 제공할 수 있다.
단계(362)에서, 컴퓨터(80)는, 임의의 변형 또는 불변 메트릭, 불변 데이터 또는 시뮬레이션된 지브라보드의 맵핑 또는 시각적 표현, 또는 다른 계산이나 시뮬레이션을 포함하여, 시뮬레이션된 광반사율 및 표면의 왜곡과 관련된 정보를 출력한다. 일례로, 컴퓨터(80)는 디스플레이 스크린 또는 다른 사용자 인터페이스에 정보를 표시한다. 도 13은, 본 명세서에 설명된 바와 같은 방법(200, 350)을 사용하여 구축된 바와 같은 그리드보드의 시뮬레이션된 반사된 광학 이미지의 대표적인 예를 도시한다. 컴퓨터는, 이 정보를 유리 시트(G)에 대한 제조 공정 단계에 제어 피드백 루프의 일부로서 추가로 제공할 수 있다.
방법(350)은, 광반사율 및 표면과 유리 시트(G)의 임의의 왜곡의 비접촉 검사 및 결정을 제공하고, 부품의 온라인 감시 및 검사를 가능하게 하며, 일련의 상이한 부품의 빠르고 쉬운 검사를 가능한다. 또한, 방법(350)을 통한 비접촉 광학 반사 검사는, 부품 검사에 연관 시간 및 비용을 감소시키고, 부품이 사양을 통과했는지를 결정하는 데 사용하기 위한 비주관적 메트릭을 추가로 제공할 수 있다.
다른 예에서, 유리 시트를 형성하는 데 사용되는 제조 기술에 따라, 제1 및 제2 표면(62, 64)은 레이저(50)로부터의 여기에 응답하여 상이한 파장에서 광을 방출할 수 있다. 일례로, 유리 시트(G)는, 플로트 유리 공정을 사용하여 형성되고, 한 표면에서의 농도가 다른 표면에 비해 보다 높은 주석을 갖는다. 이 시나리오에서, 주석 농도가 높은 표면은 다른 표면과는 상이한 강도 및/또는 파장에서 형광되고, 검사 시스템은, 또한, 방출되는 광의 상이한 강도 및/또는 파장 λ2에 기초하여 시트의 일측을 시트의 타측으로부터 식별하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 표면이 제2 표면보다 높은 주석 농도를 갖는 유리 시트의 경우, 제1 표면은 제2 표면과는 다른 강도 및/또는 파장에서 형광될 수 있고, 또한, 제1 표면은 고 강도 및/또는 제2 표면보다 짧은 파장에서 형광될 수 있다. 또한, 제어 유닛 및 컴퓨터(80)는, 레이저에 대면하는 유리 시트의 표면에 기초하여 레이저(50)의 강도를 수정할 수 있고/있거나 이득 또는 이미지 처리 설정과 같은 카메라 설정을 조정할 수 있다. 예를 들어, 제2 표면보다 높은 주석 농도를 갖는 제1 표면을 갖는 유리 시트의 경우, 레이저 강도는, 예를 들어, 카메라 센서의 과포화를 방지하도록 제2 표면에 비해 제1 표면에 대해 감소될 수 있다. 대안으로 또는 추가적으로, 이득은 제2 측에 대해 증가될 수 있고, 또는 잡음 감소를 위한 추가 이미지 처리 단계가 제2 측에 대해 필요할 수 있다.
또한, 시스템(10)에는, 예를 들어, 더 큰 유리 시트(G)와 함께 사용하거나, 스캐닝 시간을 감소시키거나, 측정 정확도를 높이기 위해 하나보다 많은 광학 검사 시스템(14)이 제공될 수 있다.
유리 시트(G)에 대하여 비투과성의 광원을 갖는 시스템(14)을 사용함으로써, 시트(G)의 표면 측정이 제공될 수 있으며, 가시광을 사용하여 유리 시트를 조사하는 다른 시스템에서 발생하는 문제 및 이에 따라 전후면(62, 64) 모두로부터의 산란 또는 반사도 방지한다. 유사하게, 유리 시트(G)로부터 방출되는 광의 측정은, 자외선 센서가 필요하지 않도록 가시 스펙트럼에 있음으로써 단순화된다.
추가 실시예에서, 광학 시스템은 유리 시트(G) 이외의 물체에 대한 3차원 표면 맵을 형성하는 데 사용될 수 있다. 비제한적인 일례로, 가시 파장 등의 다른 파장의 광을 방출하는 레이저를 갖는 광학 시스템이 확산 표면을 갖는 물체를 스캐닝하는 데 사용될 수 있다. 광학 시스템은, 전술한 바와 같은 방법과 함께 하나 이상의 카메라(들)를 사용하여 확산 표면의 3차원 표면 맵을 결정한다.
본 개시 내용의 다양한 예가 위에서 설명되었지만, 이들 실시예가 본 발명의 모든 가능한 형태를 설명하려는 의도는 아니다. 오히려, 본 명세서에서 사용된 단어는 제한적이지 않은 설명하기 위한 단어이며, 본 개시 내용의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경이 가능함을 이해할 수 있다. 또한, 다양한 구현 실시예의 기능들을 결합하여 추가 실시예들을 형성할 수 있다.

Claims (30)

  1. 광학 검사 시스템으로서,
    유리 시트로 향하는 평면형 레이저 시트를 형성하는 자외선 레이저 및 연관된 광학 장치로서, 상기 평면형 레이저 시트는 상기 유리 시트의 표면과 교차하여 상기 유리 시트의 표면이 형광되게 하고 상기 표면 상에 가시 파장 라인을 형성하게 하는, 자외선 레이저 및 연관된 광학 장치;
    상기 시트의 폭의 적어도 일부에 걸쳐 상기 가시 파장 라인을 검출하기 위한 이미지 센서를 갖는 카메라; 및
    제어 시스템을 포함하고, 상기 제어 시스템은, (i) 상기 카메라로부터 상기 가시 파장 라인을 나타내는 이미지 데이터를 수신하고, (ii) 상기 카메라로부터의 데이터를 분석하여 상기 가시 파장 라인에 연관된 일련의 좌표에서의 제1 좌표와 제2 좌표를 결정하고, (iii) 상기 일련의 좌표에서의 상기 제1 좌표와 상기 제2 좌표의 각각에 연관된 제3 좌표를 삼각 측량하고, (iv) 상기 유리 시트의 표면의 3차원 맵을 상기 일련의 좌표의 함수로서 생성하도록 구성된, 광학 검사 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 레이저, 상기 평면형 레이저 시트, 및 상기 카메라는 서로 고정된, 광학 검사 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 유리 시트와 상기 레이저 중 적어도 하나를 서로에 대하여 평행이동시키도록 구성된 컨베이어를 더 포함하는, 광학 검사 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어 시스템은, 또한, 상기 시트의 폭에 걸쳐 측정될 때 상기 카메라로부터 일련의 가시 파장 라인을 나타내는 일련의 데이터를 수신하도록 구성되고, 각 라인은 상기 유리 시트의 표면을 따라 상이한 로케이션에 대응하며,
    상기 제어 시스템은, 또한, 상기 일련의 가시 파장 라인의 각각을 분석하여 각 라인에 연관된 각 일련의 좌표에서의 제1 좌표와 제2 좌표를 결정하고, 상기 일련의 좌표의 각각에서의 상기 제1 좌표와 상기 제2 좌표의 각각에 연관된 제3 좌표를 삼각 측량하고, 상기 일련의 좌표의 각각으로부터 상기 유리 시트의 표면의 3차원 맵을 생성하도록 구성된, 광학 검사 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어 시스템은, 또한, 데이터의 수신 전에 공통 교정(calibration) 차트를 이용하여 상기 이미지 센서와 상기 레이저를 교정하도록 구성된, 광학 검사 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 시트의 폭의 다른 일부에 걸쳐 상기 가시 파장 라인을 검출하기 위한 다른 이미지 센서를 갖는 다른 카메라를 더 포함하고,
    상기 카메라와 상기 다른 카메라는, 상기 유리 시트의 표면 상에 및 상기 교정 차트 상에 중첩 시야(field of view)들을 갖고,
    상기 제어 시스템은, 또한, 상기 다른 카메라로부터 상기 가시 파장 라인을 나타내는 데이터를 수신하고, (ii) 상기 다른 카메라로부터의 데이터를 분석하여 상기 라인에 연관된 다른 일련의 좌표에서의 제1 좌표와 제2 좌표를 결정하고, (iii) 상기 다른 일련의 좌표에서의 상기 제1 좌표와 상기 제2 좌표의 각각에 연관된 제3 좌표를 삼각 측량하고, (iv) 상기 유리 시트의 표면의 다른 3차원 맵을 상기 다른 일련의 좌표의 함수로서 생성하도록 구성된, 광학 검사 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제어 시스템은, 상기 맵과 상기 다른 3차원 맵을 이용하여 결합된 맵을 형성하도록 구성된, 광학 검사 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어 시스템은, 또한, 강체 변환을 이용하여 상기 맵을 상기 다른 맵에 대하여 이동시켜 상기 맵을 상기 다른 맵과 정렬하고, 상기 맵과 상기 다른 맵 중 하나의 상기 중첩 시야들로부터 일련의 좌표를 후속 제거하여 상기 결합된 맵을 형성하도록 구성된, 광학 검사 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 자외선 레이저의 파장은 상기 유리 시트를 통한 투과성이 없도록 선택되는, 광학 검사 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 파장은 260 nm 내지 270 nm 범위에 있도록 선택되는, 광학 검사 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제어 시스템은, 또한, 미리 결정된 라인 폭 영역을 이용하여 상기 데이터를 분석하여 상기 라인에 연관된 일련의 좌표에서의 상기 제1 좌표와 상기 제2 좌표를 결정하도록 구성되고, 상기 일련의 좌표에서의 상기 제1 좌표와 상기 제2 좌표는 상기 라인 폭 영역 내에 놓이는, 광학 검사 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 라인 폭 영역은 픽셀 및/또는 그레이스케일 임계값의 함수인, 광학 검사 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 상기 유리 시트의 표면은 제1 표면이고,
    상기 유리 시트는 상기 제1 표면의 반대측인 제2 표면을 갖고,
    상기 제어 시스템은, 또한, 상기 제1 표면과 상기 제2 표면 중 하나가 상기 제1 표면과 상기 제2 표면 중 나머지 하나보다 높은 농도의 주석을 포함하는 것에 응답하여, 상기 레이저의 강도를 조정하도록 구성된, 광학 검사 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제어 시스템은, 또한, 상기 제1 표면이 상기 높은 농도의 주석을 포함할 때 저 강도로 상기 레이저를 조작하도록 구성된, 광학 검사 시스템.
  15. 제1항에 있어서, 상기 카메라의 이미지 센서는 CCD 센서와 CMOS 센서 중 하나인, 광학 검사 시스템.
  16. 제1항에 있어서, 상기 제어 시스템은, 또한, 상기 표면의 3차원 맵을 이용하여 상기 표면의 시뮬레이션된 광반사율을 결정하도록 구성된, 광학 검사 시스템.
  17. 제1항에 있어서, 상기 제어 시스템은, 또한, 상기 표면의 3차원 맵을 이용하여 상기 유리 시트를 계측하도록 구성된, 광학 검사 시스템.
  18. 제1항에 있어서, 상기 일련의 좌표에서의 상기 제3 좌표는 단일 카메라 위치를 사용하여 삼각 측량되는, 광학 검사 시스템.
  19. 광학 검사 시스템을 이용하는 방법으로서,
    자외선 레이저 및 연관된 광학 장치로부터 평면형 레이저 시트를 형성하고 유리 시트의 표면으로 지향시키는 단계;
    상기 평면형 레이저 시트와 상기 표면의 교차점에서 상기 유리 시트의 표면을 여기하여 상기 유리 시트의 표면 상에 가시 파장 라인을 형성하는 단계;
    카메라를 이용하여 상기 가시 파장 라인을 촬상하는 단계;
    상기 카메라로부터의 촬상 데이터를 분석함으로써, 상기 가시 파장 라인에 연관된 일련의 좌표에서의 제1 좌표와 제2 좌표를 결정하는 단계;
    상기 가시 파장 라인에 연관된 상기 일련의 좌표에서의 상기 제1 좌표와 상기 제2 좌표의 각각에 연관된 제3 좌표를 삼각 측량에 의해 결정하는 단계; 및
    상기 유리 시트의 표면의 3차원 맵을 상기 일련의 좌표의 함수로서 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 유리 시트를 상기 레이저, 상기 평면형 레이저 시트, 및 상기 카메라에 대하여 이동시키는 단계; 및
    상기 유리 시트가 상기 평면형 레이저 시트에 대하여 이동함에 따라 상기 카메라를 이용하여 일련의 가시 파장 라인을 촬상하는 단계를 더 포함하고,
    상기 표면의 3차원 맵은 함수로서 상기 일련의 가시 파장 라인에서의 일련의 좌표의 함수로서 생성되는, 방법.
  21. 광학 검사 시스템을 이용하여 표면을 계측하는 방법으로서,
    카메라를 이용하여 촬상된 유리 시트의 표면 상의 형광된 라인의 위치를 삼각 측량함으로써, 상기 표면 상의 로케이션에 대응하는 좌표들의 세트를 포함하는 데이터세트를 계산하는 단계로서, 상기 형광된 라인은 자외선 레이저로부터의 평면형 레이저 시트와 상기 표면과의 교차점에 생성되는, 단계;
    상기 표면의 3차원 맵을 일련의 상기 데이터세트의 함수로서 생성하는 단계;
    상기 표면에 대한 계측 모델과 비교하여 상기 데이터세트를 이용하여 불변 메트릭을 계산하는 단계; 및
    상기 불변 메트릭을 출력하는 단계를 포함하는, 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 불변 메트릭은 법선 거리와 수직 거리 중 하나인, 방법.
  23. 제21항에 있어서, 상기 계측 모델과 비교하여 상기 데이터세트를 이용하여 일련의 불변 메트릭을 계산하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  24. 제21항에 있어서, 테이블과 맵 중 하나를 이용하여 일련의 불변 메트릭을 표시하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  25. 광학 검사 시스템을 이용하여 표면에 대한 광반사율 정보를 제공하는 방법으로서,
    카메라를 이용하여 촬상된 유리 시트의 표면 상의 형광된 라인의 위치를 삼각 측량함으로써, 상기 표면 상의 로케이션에 대응하는 좌표들의 세트를 포함하는 데이터세트를 계산하는 단계로서, 상기 형광된 라인은 자외선 레이저로부터의 평면형 레이저 시트와 상기 표면과의 교차점에 생성되는, 단계;
    상기 표면의 3차원 맵을 일련의 상기 데이터세트의 함수로서 생성하는 단계;
    상기 표면의 3차원 맵을 잡음제거(denoise)하는 단계;
    상기 유리 시트(G)의 표면에 대하여 설계된 광반사율 사양과 비교하여 상기 잡음제거된 맵으로부터의 데이터세트를 이용하여 불변 메트릭을 계산하는 단계; 및
    상기 불변 메트릭을 출력하는 단계를 포함하는, 방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 3차원 맵은, 상기 일련의 데이터세트를 메싱(mesh)하고, 메시 이웃들에 대한 법선 벡터들을 평균화하고, 상기 데이터세트들의 위치를 조정하여 일련의 후처리된 데이터세트를 생성함으로써 잡음제거되는, 방법.
  27. 제25항에 있어서, 상기 3차원 맵은 이동 최소 제곱 알고리즘(moving least squares algorithm)을 적용함으로써 잡음제거되는, 방법.
  28. 제25항에 있어서, 상기 3차원 맵은, 변곡점과 무릎 중 하나를 이용하여 상기 3차원의 맵의 에지에 인접한 지점들을 제거함으로써 잡음제거되는, 방법.
  29. 제25항에 있어서, 상기 불변 메트릭은 수평 곡률과 수직 곡률 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
  30. 제25항에 있어서, 상기 잡음제거된 맵으로부터의 데이터세트들을 광선 추적함으로써, 그리드보드와 지브라보드 중 하나의 시뮬레이션된 반사된 광학 이미지를 구축하는 단계; 및
    상기 시뮬레이션된 이미지를 출력하는 단계를 더 포함하는, 방법.
KR1020217004917A 2018-07-24 2019-07-24 윤곽형 유리 시트의 표면을 측정하기 위한 시스템 및 방법 KR20210033030A (ko)

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