KR20210143743A - 자동이동수단과 상기 자동이동수단에 배치된 비접촉 검출수단 간의 시간적 동기화 방법 - Google Patents

자동이동수단과 상기 자동이동수단에 배치된 비접촉 검출수단 간의 시간적 동기화 방법 Download PDF

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아드리앙 카르루
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Abstract

본 발명은 측정할 복수의 재료들의 표면들을 따라 정의된 적어도 하나의 동일한 궤적을 따라 물리적 파라미터를 측정하기 위해 자동이동수단과 상기 자동이동수단 상에 배열된 비접촉 검출수단 사이의 시간적 동기화를 위한 방법에 관한 것이다.

Description

자동이동수단과 상기 자동이동수단에 배치된 비접촉 검출수단 간의 시간적 동기화 방법
본 발명은 평가할 복수의 재료 표면들을 따라 정의된 적어도 하나의 동일한 궤적을 따라 물리적 파라미터를 측정하기 위해 자동이동수단과 상기 자동이동수단에 배치된 비접촉 검출수단 사이의 시간적 동기화 방법에 관한 것이다.
유리 패널과 같은 유리 제품에 대한 품질 관리의 맥락에서, 생산 종료 시 특정 매개변수 또는 특정 물리화학적 및/또는 광학적 특성을 측정하기 위해 생산 라인에 통합된 검출수단을 사용하여 이러한 매개변수 또는 특성들에 대한 목표값을 충족하지 않는 제품을 분리하고 제거하는 것이 일반적이다.
이러한 검출수단들은 어떤 식으로든 제품의 표면을 오염시키거나 변경하는 것을 피하기 위해 제품과 물리적으로 접촉하지 않는 경우가 더 많다. 검출수단들은 고정되거나 이동할 수 있다. 그들이 이동식일 경우, 제품의 표면이나 외피를 따라 정의된 특정 궤적을 이동하기 위해 자동이동수단에 고정될 수 있다.
이러한 유형의 시스템에서 한 가지 어려움은 이동수단의 이동과 검출수단에 의해 방출된 신호 사이의 시간 동기화의 문제이다. 구체적으로, 각각의 수단은 일반적으로 그것에 전용되고 서로 독립적인 제어모듈에 의해 다루어진다. 자동이동수단의 제어모듈은 예를 들어 특정 전송주파수에서 실시간으로 공간좌표들을 전송할 컴퓨터 컴플렉스와 같은 프로그래머블 디바이스(programmable device)를 사용하여 다루어질 수 있다. 동일한 프로그래버블 디바이스가 비접촉 감지수단의 제어모듈과 인터페이스될 수 있지만, 획득된 신호는 또 다른 주파수에서 독립적으로 전송된다. 검출수단에 의해 측정된 파라미터 또는 특성들 값들의 샘플링 레이트(sampling rate)는 두 주파수 사이의 비율에 따라 달라질 것이다. 공간좌표들의 전송주파수가 검출주파수보다 낮으면 샘플링 레이트가 높아지므로 일반적으로 주어진 시간에 이동수단의 제어모듈에 의해 전송되는 공간좌표에 해당하는 매개변수나 특성의 실제 값을 결정하기 어렵다. 한편, 공간좌표들의 전송주파수가 높으면 샘플링 레이트가 너무 낮아 일반적으로 측정된 파라미터 또는 특성 값에 해당하는 공간좌표를 결정하는 것이 어렵다.
자동이동수단과 비접촉 검출수단 사이의 시간의 기원이 상이할 때 추가적인 어려움이 발생한다. 시간적 기준 프레임이 부족하면 공간좌표들과 측정된 매개변수 또는 특성 값들 사이의 일치를 이루어지지 않는다. 그러면 해당 제품이 제품의 외피 표면을 따라 측정 지점에서 설정된 품질기준을 실제로 충족하는지 여부를 결정할 수 없기 때문에 측정이 부정확하거나 심지어 소용 없다.
본 발명은 이러한 문제를 해결한다. 본 발명에 따른 방법은 유리 패널이 성형된 후에 가질 수 있는 것과 같은 표면들, 특히 곡면들 상의 궤적을 따라 물리적 파라미터를 측정하기 위한 시스템에 특히 적합하다. 이 방법은 특히 기준재료의 표면과 평가될 복수의 재료들의 표면들 사이의 기하학적 불일치를 결정하기 위해 광학 파라미터를 측정하는 장치에 사용될 수 있다.
도 1은 자동 이동수단 및 비접촉 검출수단을 포함하는 예시적인 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 대한 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 방법의 일 실시예에 따른 흐름도이다.
본문의 나머지 부분에서, 다양한 관점에서 도면의 요소를 참조한다.
도 1은 자동이동수단 및 비접촉 검출수단을 포함하는 예시적인 시스템을 개략적으로 도시한다. 이 예는 아래에 설명된 본 발명을 더 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위해 순전히 예시로 제공된다. 본 발명은 당업자에게 특별한 노력을 요구하지 않고 유사한 시스템의 임의의 유형에 적용될 수 있으며, 이는 또한 본 발명의 이점이다.
도 1에 예시된 시스템은 복수의 평가대상재료들(1001)의 곡면들(1001a)과 기준재료(1001)의 곡면(1001a) 사이의 고도의 기하학적 모양 또는 곡률 측면에서 불일치를 자동으로 측정하는 시스템이다.
상기 시스템은
- 곡면들(1001a)을 따라 정의된 적어도 하나의 궤적(1001b)을 이동하도록 설계된 적어도 하나의 자동이동수단(1003), 및
- 자동이동수단(1003) 상에 배열되고 상기 자동이동수단(1003)의 움직임과 동기화된, 곡면(1001a)의 높이 또는 곡률을 측정하도록 설계된 적어도 하나의 비접촉 검출수단(1002)에 의해 형성된 조립체를 포함한다.
상기 시스템은 일반적으로 다음을 수행하기 위해 구성된다.
- 정의된 궤적(1001b)을 따라 선택된 측정 지점에서 기준재료(1001)의 곡면(1001a)의 고도 높이 프로파일 또는 곡률 프로파일을 측정,
- 동일한 궤적(1001b)을 따라 선택된 동일한 측정 지점들에서, 자동이동수단(1003)에 의해 상기 궤적(1001b)의 경로와 동일한 조건 하에서 및 기준재료(1001)의 곡면(1001a)에 대해서와 동일한 측정 포인트에서 비접촉 검출수단(1002)에 의한 동일한 획득 각도에 따라, 평가할 각 재료(1001)의 곡면(1001a)의 높이 프로파일 또는 곡률 프로파일을 측정.
비접촉 검출수단(1002)은 고정수단을 사용하여 자동이동수단(2003) 상에 배치되거나 고정된다. 임의의 적절한 고정수단을 사용할 수 있다. 고정수단은 바람직하게는 비접촉 센서의 가열과 관련된 열을 배출하는 것을 가능하게 하는 열전도성을 가질 수 있다. 그러한 가열은 특히 전자검출수단인 경우 신호를 방해하는 전자 노이즈의 발생을 통해 그 작동을 방해하기 쉽다.
자동이동수단(1003)은 6 자유도가 제공된 관절형 로봇암(robot arm)일 수 있다. 이러한 관절형 암을 사용하는 것은 곡면의 모든 유형 및 곡률 정도에 적응할 수 있을 만큼 충분히 유연하다는 점에서 유리하다. 곡면에 대한 비접촉 검출수단의 위치 결정이 용이해진다.
비접촉 검출수단(1002)은 색 공초점 센서일 수 있다.
도입부에서 설명된 바와 같이, 도 1의 예에 예시된 시스템 유형에서 직면하는 첫 번째 어려움은 이동수단의 움직임과 검출수단에 의해 방출된 신호 사이의 시간적 동기화의 문제이다. 두 번째 어려움은 공간좌표들과 측정된 매개변수 또는 특성 값들 간의 일치를 허용하지 않는 시간적 기준 프레임의 부족일 수 있다.
본 발명은 도 2의 흐름도에 의해 예시된다.
본 발명은 측정할 복수의 재료(1001)의 표면(1001a) 상에 정의된 적어도 하나의 동일한 궤적(1001b)을 따라 물리적 파라미터를 측정하기 위해 자동이동수단(1003)과 상기 자동이동수단(1003) 상에 배열된 비접촉 검출수단(1002) 사이의 시간적 동기화를 위한 방법에 관한 것으로서, 자동이동수단(1003)의 공간좌표들(S2001) 및 비접촉 검출수단(1002)에 의해 획득된 신호(S2002)는 자동이동수단(1003)이 움직일 때 각각의 시간 스케일(time scale)로 기록 수단에 의해 연속적으로 기록되며(E2001), 상기 방법은 다음 단계를 포함한다:
(a) 기록수단을 통해, 상기 궤적(1001b)을 따라 적어도 하나의 미리 정의된 기준공간위치(S2003)로부터의 신호 및 비접촉 검출수단(1002)에 의해 검출될 수 있는 특성신호(S2004)(상기 기준공간위치(S2003)와 연관되는)를 기록하는 단계(E2001);
(b) 비접촉 검출수단(1002)에 의해 시간의 함수로 획득된 신호들의 집합(B2001)에서, 기준공간위치(S2003)과 관련된 특성신호(S2004)의 검출에 대응하는 순간(S2005)를 컴퓨터에 의해서 검색하는 단계(E2002);
(c) 시간의 함수로 기록된 자동이동수단의 공간 위치들의 집합(B2002)에서 기준공간위치(S2003)에 해당하는 시간의 순간(S2006)을 컴퓨터에 의해 검색하는 단계(E2003);
(d) 단계(b) 및 단계(c)에서 얻은 시간의 순간들(S2003 및 S2004)이 서로 일치하도록 자동이동수단(1003) 및 비접촉 검출수단(1002)의 각 시간 스케일들을 컴퓨터에 의해 번역하는 단계(E2004).
따라서, 본 발명의 방법은 자동이동수단의 공간좌표들과 검출수단에 의해 획득된 신호들의 시간적 동기화를 달성한다.
위에 설명되고 도 1에 예시된 것과 같은 시스템을 사용할 때 드리프트(drift)가 더 짧거나 더 긴 시간에 걸쳐 발생하는 것이 가능하고 일반적으로 일반적인데, 그 결과 자동이동수단의 공간좌표들과 검출수단에 의해 획득된 신호들은 더 이상 충분한 정확도로 동기화되지 않는다.
이러한 결점을 완화하기 위해, 드리프트의 영향을 제거하거나 적어도 최소화하도록 상기 시스템을 사용하는 동안 필요한 만큼 상술한 방법의 실행을 반복하는 것이 가능하다. 그러면, E2001, 상기 방법을 매번 실행할 때, 상기 궤적(1001b)을 따라 미리 정의된 기준공간위치(S2003), 및 비접촉 검출수단(1002)에 의해 검출될 수 있는 특성신호(S2004)를 기록하는 것이 필요하다. 그러나 상기 방법을 매번 실행할 때, 상기 궤적(1001b)을 따라 이전에 정의된 또 다른 기준공간위치 및 비접촉 검출수단(1002)에 의해 검출될 수 있는 또 다른 특성신호 (또 다른 신호가 상기 기준공간위치와 연관되는)를 기록하는 것이 가능하다. 이 두 가지 대안을 결합할 수 있다.
일부 경우에, 특히 생산 및/또는 품질 관리 비율이 높을 때, 각 반복에서 단계(a) 내지 (c)를 반복하는 것은 시간 손실이 되기 쉽다. 그러면 상기 방법은, 매 반복 시, 기록단계(a) 및 후속 단계들(b) 및 (c)를 자동으로 요구하지 않고 자동이동수단(1003)의 공간좌표들과 검출수단(1002)에 의해 얻어진 신호들을 시간적으로 재동기하기 위한 추가 단계를 포함하는 것이 유리할 수 있다.
이러한 추가 단계의 한 예가 도 3의 흐름도에 의해 도시된 실시예에 의해 예시된다. 이 실시예에서, 방법은 단계(d) 이후에 자동이동수단(1003)과 비접촉 검출수단(1002)의 각각의 시간 스케일들 사이의 통계적 상관함수(F2001)를 컴퓨터에 의해 계산(E2005)하는 단계(e)를 더 포함하고, 단계(d)에서의 번역(E2004)이 단계(b) 및 (c)에서 얻은 시간의 순간들보다는 이 상관함수(F2001)에 의해 후속적으로 수행되도록 한다.
따라서, 상기 방법의 첫 번째 실행(1) 후에, 각각의 후속 반복 실행(2)에서, 단계 E2001-E2003 ((a) 내지 (c))를 반복하는 것보다, 단계 E2004(d)는 단계 E2005(e)에서 얻은 상관함수(F2001)를 사용하여 실행된다. 이 실시예는 단계 E2004(d)만이 후속적으로 실행되기 때문에 시간을 절약하는 것이 가능하다.
위에서 설명되고 도 1에 도시된 것과 같은 시스템을 사용할 때, 드리프트가 자동이동수단 및 비접촉 검출수단의 각각의 제어 모듈들에 영향을 미칠 수 있다. 이 경우, 상관함수는 자동이동수단의 공간좌표들과 검출수단에 의해 획득된 신호들을 아주 정확하게 시간적으로 재동기화하기에 더 이상 충분하지 않을 수 있다. 그러면, 상술한 제2 실시예에 따른 방법의 모든 단계를 다시 실행할 필요가 있다. 이 실행은 특히 특정 시간에, 예를 들어 규칙적인 시간 간격으로, 또는 지나치게 큰 드리프트가 관찰될 때 수행될 수 있다.
상관함수는 스케일 인자, 선형 관계, 또는 통계적 학습 모델일 수 있다.
본 발명의 방법의 다른 실시예들에 따르면, 공간 위치는 평가될 표면들 상의 하나의 동일한 위치에 배열된 마커에 대응할 수 있고, 특성신호는 상기 마커로부터의 신호일 수 있다. 마커를 사용하는 이점은 특성신호가 평가될 재료들의 표면들(1001b)에서 나오는 신호와 다르도록 마커를 선택할 수 있다는 것이다. 이것은 비접촉 검출수단(1002)에 의해 시간의 함수로서 획득된 신호들의 세트(B2001) 중에서 상기 신호에 대한 정확하고 빠른 탐색(E2003)을 가능하게 한다. 예를 들어, 마커는 반사기 또는 전자기 신호방출기일 수 있다.
일부 재료들의 경우, 특히 마커의 요소에 의해 허용할 수 없는 표면오염 가능성 때문에 또는 마커가 탐지하기에 적합한 방법으로 놓일 수 없는 표면의 형상으로 인해 마커를 사용하는 것이 적절하지 않은 경우일 수 있다. 그러면, 기준 위치는 유리하게는 표면들의 가장자리에 위치한 하나의 동일한 지점에 대응할 수 있으며 특성신호는 부재 신호일 수 있다.
이 마지막 실시예를 마커의 추가 사용과 결합하는 것이 가능하다.
본 발명의 다른 주제는 자동이동수단, 자동이동수단 상에 배치된 비접촉 검출수단, 자동이동수단의 공간좌표들 및 검출수단에 의해 획득된 신호들을 기록하기 위한 수단, 및 데이터처리 수단을 포함하는 측정 시스템이며, 상기 모든 수단들은 전술한 바와 같은 시간적 동기화 방법의 단계를 실행하도록 설계된다.
예시적인 측정 시스템은 자동이동수단의 공간좌표들 및 검출수단에 의해 획득된 신호들을 기록하기 위한 수단, 및 데이터처리 수단을 더 포함하는, 상술되고 도 1에 도시된 것일 수 있으며, 상기 모든 수단은 전술한 바와 같은 시간적 동기화 방법의 단계를 실행하도록 설계된다. 적절한 데이터처리 수단의 예는 컴퓨터 또는 마이크로컨트롤러일 수 있다. 기록수단은 또한 신호 기록 인터페이스를 갖는 컴퓨터 또는 마이크로컨트롤러일 수 있다.
검출수단은 유리하게는 광학 검출수단, 특히 색 공초점 센서(chromatic confocal sensor)일 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 표면, 특히 유리 패널들이 가질 수 있는 것과 같은 곡면들 상의 궤적을 따라 광학 파라미터를 측정하기 위한 시스템들에 특히 적합하다.
본 발명은 또한 명령어들을 포함하고 전술한 시스템이 전술한 바와 같은 시간적 동기화 방법의 단계를 실행할 수 있게 하는 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
바이너리(binary) 형태로 컴파일되거나 직접 해석되는 임의의 유형의 프로그래밍 언어는 컴퓨터 또는 프로그래밍 가능한 정보처리시스템에 의해 실행될 수 있는 일련의 산술 또는 논리 명령을 통해서 본 발명에 따른 방법의 단계들을 구현하는데 사용될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 소프트웨어 항목의 일부를 형성할 수 있다. 즉 실행 가능한 명령어 세트 및/또는 하나 이상의 데이터 또는 데이터베이스 세트일 수 있다.
컴퓨터 프로그램은 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 기록될 수 있다. 이 저장매체는 비휘발성 컴퓨터 메모리, 예를 들어 대용량 자기메모리 또는 반도체 메모리(솔리드 스테이트 드라이브, 플래시 메모리)가 바람직하다. 그것은 제거 가능하거나 컴퓨터에 통합되어 그 내용을 해독하고 그 안의 명령을 실행한다.
저장매체는 "클라이언트"라고 하는 명령을 실행하는 컴퓨터와는 다른 "서버"라고 하는 원격 컴퓨터에 통합될 수 있다. 저장매체에 포함된 명령을 실행하기 위해 "클라이언트" 컴퓨터는 적절한 물리적 및/또는 무선통신 수단을 사용하여 컴퓨터 프로그램이 기록된 "서버" 컴퓨터의 메모리 공간에 액세스한다. "서버" 컴퓨터는 또한 컴퓨터 프로그램이 저장된 저장매체를 해독하고 임의의 통신수단을 통해 "클라이언트" 컴퓨터에 바이너리 형식의 명령어를 전달할 수 있다.
본 발명이 사용될 가능성이 있는 곳들에 본 발명을 더 쉽게 배포할 수 있도록 저장매체는 이동식 매체이거나 원격 통신 수단을 통해 원격으로 액세스할 수 있는 것이 유리할 수 있다.
1001 기준재료
1001a 곡면
1001b 정의된 궤적
1002 비접촉 검출수단
1003, 2003 자동 이동수단

Claims (12)

  1. 측정할 복수의 재료들의 표면들 상에 정의된 적어도 하나의 동일한 궤적을 따라 물리적 파라미터를 측정하기 위해 자동이동수단과 상기 자동이동수단 상에 배열된 비접촉 검출수단 사이의 시간적 동기화를 위한 방법으로서, 자동이동수단의 공간좌표들 및 비접촉 검출수단에 의해 획득된 신호들은 자동이동수단이 움직일 때 각각의 시간 스케일들로 기록 수단에 의해 연속적으로 기록되며, 상기 방법은
    (a) 기록수단을 통해, 상기 궤적을 따라 적어도 하나의 미리 정의된 기준공간위치 및 비접촉 검출수단에 의해 검출될 수 있는 특성신호 (상기 기준공간위치와 연관되는)를 기록하는 단계;
    (b) 비접촉 검출수단에 의해 시간의 함수로 획득된 신호들의 집합에서, 기준공간위치와 관련된 특성신호의 검출에 대응하는 시간의 순간을 검색하는 단계;
    (c) 시간의 함수로 기록된 자동이동수단의 공간 위치들의 집합에서 기준공간위치에 해당하는 시간의 순간을 검색하는 단계;
    (d) 단계(b) 및 단계(c)에서 얻은 시간의 순간들이 서로 일치하도록 자동이동수단 및 비접촉 검출수단의 각 시간 스케일들을 번역하는 단계를 포함하는, 시간적 동기화 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    시간적 동기화 방법은 단계(d) 이후에 자동이동수단과 비접촉 검출수단의 각각의 시간 스케일들 사이의 통계적 상관함수를 계산하는 단계(e)를 더 포함하고, 단계(d)에서의 번역이 단계(b) 및 (c)에서 얻은 시간의 순간들보다는 이 상관함수에 의해 후속적으로 수행되도록 하는, 시간적 동기화 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    통계적 상관함수는 스케일 인자인, 시간적 동기화 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    기준공간위치는 표면들의 가장자리에 위치한 하나의 동일한 지점에 대응하며 특성신호는 부재 신호인, 시간적 동기화 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    기준공간위치는 평가될 표면들 상의 하나의 동일한 위치에 배열된 마커에 대응하며 특성신호는 상기 마커로부터의 신호인, 시간적 동기화 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    마커는 반사기 또는 전자기 신호방출기인, 시간적 동기화 방법.
  7. 자동이동수단, 자동이동수단 상에 배치된 비접촉 검출수단, 자동이동수단의 공간좌표들 및 비접촉 검출수단에 의해 획득된 신호들을 기록하기 위한 수단, 및 데이터처리 수단을 포함하는 측정 시스템으로서, 상기 모든 수단들은 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 시간적 동기화 방법의 단계들을 실행하도록 설계된, 측정 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    비접촉 검출수단은 광학 검출수단인, 측정 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    복수의 기준 재료들의 표면들은 곡면들인, 측정 시스템.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    기준 재료들은 유리 패널들인, 측정 시스템.
  11. 프로그램이 컴퓨터에서 실행될 때 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 측정 시스템이 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 시간적 동기화 방법의 단계들을 실행하게 하는 명령어들을 포함하는 컴퓨터 프로그램.
  12. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 측정 시스템이 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 시간적 동기화 방법의 단계들을 실행하게 하는 프로그램 코드 명령어들을 포함하는 컴퓨터 프로그램들이 기록되는 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.
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