KR20240012553A - 비디오 익스텐소미터를 위한 오차 보정 시스템 및 오차 보정 방법 - Google Patents

Abstract

본 개시는 노이즈, 원근 변화 및/또는 구성요소 배치 및/또는 작동을 포함하는 비디오 익스텐소미터 시스템에서의 오차를 보상하는 시스템 및 방법을 설명한다.

Description

비디오 익스텐소미터를 위한 오차 보정 시스템 및 오차 보정 방법

관련출원

본 출원은 발명의 명칭이 “비디오 익스텐소미터를 위한 오차 보정 시스템 및 오차 보정 방법”인, 2021년 5월 27일자로 출원된 미국 가출원 제63/180,288호에 대한 이익 및 우선권을 주장한다. 미국 가출원 제63/180,288호의 완전한 보호대상 및 그 내용은 전체가 참조에 의해 여기에 포함된다.

카메라 기반 비전 시스템은 시편 변형 측정을 위한 재료 검사 시스템의 부분으로서 구현되었다. 이러한 시스템은 검사를 받는 시편의 하나 이상의 이미지를 수집하며, 이들 이미지는 검사를 위한 다른 관심 신호(예컨대, 시편 하중, 기계 액추에이터/크로스헤드 변위 등)와 동기화된다. 검사 시편의 이미지는 검사가 진행될 때에 시편의 고유한 피쳐를 로케이팅하고 추적하기 위해 분석될 수 있다. 시편의 하나 이상의 기준 피쳐의 상대 위치 변화와 같은 상기한 피쳐의 위치 변화로 인해, 국소 시편 변형을 산출할 수 있고, 이에 따라 시편 변형을 계산할 수 있다.

종래의 시스템은 검사 시편의 특징을 측정하는 이미지를 캡쳐하기 위해 카메라 또는 기타 이미징 시스템을 채용한다. 그러나, 감지된 기준 위치와 실제 위치의 이미징 및/또는 측정값 차이로 인해 판독치가 왜곡되어 측정이 부정확할 수 있다. 이에 따라, 상기한 오차를 보정하는 시스템이 요구된다.

여기에는 비디오 익스텐소미터 시스템에서의 이미징 오차를 보정 및/또는 보상하는 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 이들 피쳐(feature) 및 다른 피쳐와 장점은 첨부된 청구범위와 함께, 아래의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

본 발명의 이점 및 장점은 아래의 상세한 설명과 첨부도면을 검토하면 당업자에게 보다 용이하게 명백해질 것이다.
도 1은 본 개시의 양태에 따른 예시적인 익스텐소미터 시스템의 블럭선도이다.
도 2는 본 개시의 양태에 따른, 도 1의 익스텐소미터 시스템에서 측정하기 위한 예시적인 견본 블럭선도이다.
도 3은 본 개시의 양태에 따른, 도 1의 예시적인 익스텐소미터 시스템의 대안의 조망의 블럭선도이다.
도 4는 본 개시의 양태에 따른, 도 1의 익스텐소미터 시스템의 예시적인 구현에 관한 블럭선도이다.
도 5a 내지 도 5e는 본 개시의 양태에 따른 예시적인 익스텐소미터 시스템의 블럭선도이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 개시의 양태에 따른 예시적인 익스텐소미터 시스템의 블럭선도이다.
도 7a 내지 도 7h은 본 개시의 양태에 따른 예시적인 익스텐소미터 시스템의 블럭선도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 개시의 양태에 따른 예시적인 익스텐소미터 시스템의 블럭선도이다.
도면들이 반드시 실축척에 맞는 것은 아니다. 적절하다면, 유사하거나 동일한 구성요소를 인용하기 위해 유사하거나 동일한 참조부호가 사용된다.

본 개시는 노이즈, 원근 변화 및/또는 구성요소 배치 및/또는 작동을 포함하는 비디오 익스텐소미터 시스템에서의 오차를 보상하는 시스템 및 방법을 설명한다.

특히, 개시된 예는 비디오 익스텐소미터 시스템에서의 유체 전달 시스템, 진동 제어 시스템, 및/또는 포화 제어를 이용함으로써 노이즈를 해결하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 또한, 개시된 예는 비디오 익스텐소미터 시스템에서 다수의 카메라를 채용하는 것에 의해 이미징 난제들을 해결하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 더욱이, 개시된 예는 비디오 익스텐소미터 시스템에서 기준 패턴 및/또는 객체를 모니터링하는 것에 의해 검사 시편에서의 변화를 모니터링하는 시스템 및 방법을 제공한다. 또한, 개시된 예는 비디오 익스텐소미터 시스템에서의 능동, 수동, 및/또는 프로세싱을 포함하는 채용 보상 기술에 의해 열 및/또는 외부 진동을 완화하는 시스템 및 방법을 제공한다.

종래 시스템은 검사 시편의 하나 이상의 물리적 특징을 검사 및 측정하는 데 있어서 하나 이상의 오차를 대상으로 한다. 오차는 시스템 구성요소 제한(예컨대, 구성요소 물리적/작동적 제한, 연관된 구성요소에 대한 작동적 영향 등), (예컨대, 상이한 재료/시편을 측정하는) 시스템 교정, 및/또는 측정 및/또는 분석 제한(예컨대, 측정된 특징의 수집 및 분석 등)에 기인할 수 있다.

몇몇 종래의 검사 시스템은 (예컨대 검사 시편의 변형을 결정하기 위해) 재료 검사 프로세스 동안에 정보(예컨대, 하나 이상의 특징 또는 기하학적 변수의 측정값)을 캡쳐하는 카메라 기반 비전 시스템을 채용한다. 상기한 시스템은 검사 시편의 다수의 이미지를 캡쳐하고 이들 이미지를 검사 프로세스와 연관된 기타 정보(예컨대, 시편 하중, 기계 액추에이터/크로스헤드 변위 등)와 동기화할 수 있다. 그 후, 검사 시편의 이미지가, (기준 피쳐를 포함하는) 검사 시편의 고유한 피쳐를 식별 및/또는 로케이팅하고 검사 공정이 진행됨에 따라 상기한 피쳐를 추적하기 위해 하나 이상의 알고리즘을 통해 분석될 수 있다. 상기한 피쳐의 절대 및/또는 상대 위치의 변화로 인해, 국소 시편 변형을 산출할 수 있고, 이에 따라 시편 변형을 계산할 수 있다.

관심 시편 피쳐는 카메라(들)로 볼 수 있는 검사 시편의 표면에 적용된 마킹(예컨대, 기준 피쳐)으로 구성될 수 있다. 예컨대, 프로세서는 마킹의 위치 및/또는 기하 형상( 및 그 임의의 변화)을 결정하기 위해 그리고 이들 마킹이 검사 중에 서로에 대해 이동할 때에 이들 마킹을 추적하기 위해 이미지를 분석할 수 있다. 다수의 마킹 - 예컨대, 게이지 길이 기반 변형 측정값을 결정하기 위한 페어 그룹핑(pair grouping)(축방향 마크, 횡방향 마크 등) 또는 DIC(Digital Image Correlation) 기술과 함께 사용되는 스페클 패턴(speckle pattern) - 이 시편의 전방 페이스 상에 존재할 수 있다. 횡방향 시편 변형의 결정을 위한 관심 대상일 수 있는 대안의 피쳐 세트는 검사 시편의 에지이다.

단일 또는 다수의 카메라 측정 시스템의 경우, 교정 프로세스는 이미지 센서로부터 예정된 거리를 두고 배치된 선택된 교정면에서 수행될 수 있다. 교정 프로세스는 교정면 상에서의 이미징 디바이스에 의해 캡쳐된 하나 이상의 특징(예컨대, 크기, 위치, 폭 등)과 하나 이상의 물리적 특징(예컨대, 물리적 좌표계에서 결정됨) 간의 관계를 형성한다.

상기한 교정 프로세스는 교정면 상에 위치 설정된 교정 기준 디바이스를 채용할 수 있다. 기준 디바이스는 관심 FOV(Field of View)의 일부 또는 전부와 연관된 기지의 기하학적 치수를 지닌 예정된 물리적 특징을 포함한다. 교정 프로세스로 인해, 교정 디바이스의 이미지를 캡쳐하여 기지의 교정 디바이스 기하 형상과 비교할 수 있으며, 이때 픽셀 좌표 시스템으로부터의 이미지 좌표를 현실 세계의 물리적 좌표 시스템으로 변환하는 변환 함수가 성립된다.

종래의 비디오 익스텐소미터 시스템은 검사 시편의 표면 상에 있는 마킹의 치수 및/또는 상대 위치를 추적하고 측정한다. 검사 프로세스 동안, 이미지 처리 알고리즘이 (예컨대, 비디오 익스텐소미터 시스템의 프로세서를 통해) 실행되어, 시편 표면 상의 마킹의 위치를 결정한다. 결정된 위치에 기초하여, 프로세서는 초기 시편 게이지 길이와, 검사 시편의 초기의 상기 값(들)로부터의 시편 게이지 길이의 순간 변화(예컨대, 축방향 및/또는 횡방향 변형)를 산출할 수 있다. 비디오 익스텐소미터 시스템이 절대 및/또는 상대 위치 및/또는 마킹 위치의 변화를 측정할 수 있는 정확도는 적어도 부분적으로 시편 표면이 초기 교정면과 공통 평면상에 있는지의 여부에 좌우된다. (검사 시편의 표면에 대응하는) 측정면의 위치와 (기준면에 대응하는) 교정면의 위치의차는 측정 오차(예컨대, 원근 오차)를 생성할 것이다. (예컨대, 검사 시편과 카메라 사이의 Z축을 따른) 측정 평면과 기준 평면 사이의 편차가 증가함에 따라, 측정 오차 결과가 더 커진다.

몇몇 예에서, 다수의 검사 시편은 교정 프로세스에 후속하여 검사 프로세스를 겪으며, 이때 각각의 시편은 상이한 두께를 갖고/갖거나, 검사 중에 검사 시편의 두께가 변한다. 그 결과, 시편 표면과 이미징 디바이스 사이의 거리는 검사 프로세스 중에 및/또는 각 시편마다 변할 것이다.

상기한 원근 오차는, 예컨대 측정값이 선형(예컨대, 출력이 입력에 비례함) 변형을 결정하는 데 사용되는 검사 어플리케이션에 비해 절대 치수의 측정이 추구되는 재료 검사 어플리케이션에서 더 문제가 될 수 있다. 비례 변형 결정 시, 원근 오차로 인해 초기 게이지 길이 측정값 및/또는 변형 변위 측정값에서 유사한 선형 오차가 발생한다. 변형은 게이지 길이에 걸친 변위로서 산출되고, 원근 오차가 분자와 분모 모두에 존재하기 때문에, 원근 오차는 상쇄된다. 이들 원근 오차는 또한 더 작은 변형으로 정확도에 영향을 미칠 수 있으며, 여기서 원근 오차는 의도된 변형 측정 신호보다 우세해질 수 있다.

종래의 시스템은 다양한 기술에 의해 이러한 문제 중 몇몇을 완화하고자 하지만, 각각 중대한 결점을 갖고 있다. 한가지 옵션은, 원근 측정 오차가 상이한 두께의 시편 전체에 걸쳐 최적화되도록, 관심 대상인 모든 검사면의 평균 또는 중간 평면에 배치되는 교정면에 대한 것이다. 다른 옵션은 교정면과 동일한 단일 작동 거리를 유지하도록 상이한 검사 시편을 보상하기 위해 익스텐소미터의 검사 시편 장착 위치를 물리적으로 조정하는 것이다. 또 다른 옵션은 평면에서 벗어난 원근 오차에 훨씬 덜 민감한 텔레센트릭 광학계(telecentric optics)를 사용하는 것이지만, 더 비용이 많이 들고, 시계가 더 제한된다. 다른 옵션에서는, 상이한 각도로부터 원근 정보를 캡쳐하기 위해 다수의 카메라가 채용될 수 있다. 그러나, 비디오 익스텐소미터 시스템에서 직면하는 원근 오차를 완화시키는 기존의 솔루션은 모두 결점을 갖고 있다. 예컨대, 교정면을 위해 평균 거리를 사용하는 것 및/또는 정확도가 덜한 측정 장비를 사용하는 것은 반드시 정확도가 덜한 측정값을 야기한다. 익스텐소미터의 장착 위치를 수동 조정하여 상이한 시편 두께를 보상하는 것은 시간 소모적이고, 오퍼레이터로 하여금 개별 두께에 기초하여 각각의 시편에 대해 다수의 상이한 조정을 행할 것을 기억하기를 요구한다. 더욱이, 상기한 조정은 자동화하기 어렵다.

텔레센트릭 광학계는 대형이고 중량이며 고가이고, 제한된 FOV를 갖는다. 따라서, 다수의 카메라를 활용하는 비디오 익스텐소미터 시스템은 고가이고 복잡하며, 광범위한 3차원 교정 프로세스 및 장비를 필요로 한다.

개시된 시스템 및 방법은 비제한적인 예의 리스트로서 Z축 거리 변화, 교정 평면에 대한 측정 평면의 변화에서 비롯된 시스템 및 결정 오차, 열 및 진동을 포함하는 외부 노이즈로 인한 오차를 완화시킨다. 몇몇 예에서, 오차는 검사 프로세스 동안에 보정된다.

여기에서 설명하는 바와 같이, 장력, 압축력 및/또는 비틀림력을 가하는 재료 검사 시스템을 포함하는 재료 검사 시스템은 검사 시편에 대한 응력을 인가 및/또는 측정하기 위해 변위 및/또는 하중 거동을 일으키는 하나 이상의 구성요소를 포함한다. 몇몇 예에서, 비디오 익스텐소미터 시스템은 시편 변형 검사에서 채용되며, 고해상도의 이미지를 수집하는 것, 변위 또는 변형값에 대응하는 하나 이상의 시편 특징을 확인하기 위해 이미지 프로세스에 이미지를 제공하여 이미지를 분석하는 것 및 해당 특징에 대응하는 출력을 생성하는 것 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

익스텐소미터를 채용하는 비디오 프로세싱은, 프로세싱 시스템 또는 컴퓨팅 플랫폼 및/또는 비디오 프로세싱 하드웨어에 접속된 외부 머신 비전 이미징 디바이스를 포함할 수 있고, 카메라로부터의 데이터를 전기 신호로 변환하는 소프트웨어 및/또는 하드웨어를 사용하거나, 재료 검사 시스템과 호환 가능한 소프트웨어 인터페이스를 가질 수 있다.

여기에 개시하는 바와 같이, 카메라 기반 이미지 캡쳐(예컨대, 비전 또는 비디오) 시스템을 채용하는 이미지 디바이스는 검사 시편의 변형 측정을 위한 재료 검사 시스템에서 구현된다. 상기한 시스템은 검사를 받고 있는(즉, 검사 프로세스 동안에) 시편의 다수의 이미지를 수집하고, 이때 해당 이미지는 검사를 위한 관심 대상 기타 신호(예컨대, 시편 하중, 기계 액추에이터 및/또는 크로스헤드 변위 등)와 동기화된다. 시편의 이미지는 검사가 진행 중일 때에 고유한 시편 특징을 로케이팅하고 추적하기 위해 알고리즘에 의해 (예컨대, 실시간으로 및/또는 검사 후에) 분석된다. 예컨대, 상기한 특징의 위치, 크기 및 형상에서의 변화로 인해 검사 시편 변형을 산출할 수 있고, 이는 시편 변형의 분석 및 산출로 이어진다.

따라서, 여기에 개시된 시스템 및 방법은 노이즈, 원근 변화 및/또는 구성요소 배치 및/또는 작동을 포함하는 비디오 익스텐소미터 시스템에서의 오차를 보상한다.

개시된 예에는, 비디오 익스텐소미터 시스템에서의 검사 프로세스 동안에 오차를 보정하는 시스템으로서, 이 시스템은 검사 시편을 고정하는 검사 시스템; 검사 시편 표면의 이미지를 캡쳐하도록 구성된 이미징 디바이스; 검사 시편과 연관된 하나 이상의 파라메터를 측정하도록 구성된 하나 이상의 센서; 및 프로세싱 시스템을 포함하고, 프로세싱 시스템은 이미징 디바이스로부터 이미지 데이터를 수신하고, 하나 이상의 센서로부터 센서 데이터를 수신하며, 이미지 데이터 또는 센서 데이터를 하나 이상의 데이터 문턱값과 비교하고, 하나 이상의 데이터 문턱값을 위반하는 이미지 데이터 또는 센서 데이터에 응답하여, 적어도 부분적으로 이미지 데이터 또는 센서 데이터에 기초하여 보정 인자를 산출하며, 적어도 부분적으로 보정 인자에 기초하여 이미징 디바이스 및 시스템 구성요소의 조정을 명령하는 것인 시스템이 설명되어 있다.

몇몇 예에서, 시스템 구성요소는 능동 쿨러, 액추에이터 또는 이미징 디바이스 위치 설정 시스템이다. 예에서, 이미징 디바이스는 싱글 뷰 카메라이다. 예에서, 이미징 디바이스는 2개 이상의 카메라이다.

몇몇 예에서, 센서는 가속도계, 관성 측정 유닛, 온도 센서, 적외 센서, 발광 다이오드 센서, 초음파 센서 또는 레이저 지원 센서이다. 예에서, 하나 이상의 파라메터는 마킹의 형상 또는 위치, 검사 시편의 에지 위치 또는 검사 시편의 폭 중 하나 이상을 포함한다. 예에서, 보정 인자는 밀리미터, 인치 또는 픽셀 단위 중 어느 하나이다.

몇몇 예에서, 프로세싱 시스템은 원격 컴퓨팅 플랫폼이 검사 시스템이나 이미징 디바이스 중 하나 이상과 통신하도록 로케이팅된다. 예에서, 프로세싱 시스템은 이미징 디바이스 또는 검사 시스템 중 어느 하나와 일체화된다.

몇몇 개시된 예에는, 비디오 익스텐소미터 시스템에서의 검사 프로세스 동안에 오차를 보정하는 시스템으로서, 이 시스템은 검사 시편을 고정하는 검사 시스템; 검사 시편 표면의 이미지를 캡쳐하도록 구성된 이미징 디바이스; 비디오 익스텐소미터 시스템과 연관된 하나 이상의 이동 파라메터를 측정하도록 구성된 하나 이상의 센서; 이미징 디바이스의 위치 또는 배항을 조정하는 하나 이상의 액추에이터; 및 프로세싱 시스템을 포함하고, 프로세싱 시스템은 이미징 디바이스로부터 이미지 데이터를 수신하고, 하나 이상의 동작 센서로부터의 진동 측정값에 대응하는 센서 데이터를 수신하며, 이미지 데이터 또는 센서 데이터를 하나 이상의 데이터 문턱값과 비교하고, 하나 이상의 데이터 문턱값을 위반하는 센서 데이터에 응답하여, 적어도 부분적으로 이미지 데이터와 센서 데이터에 기초하여 보정 인자를 산출하며, 하나 이상의 액추에이터에 적어도 부분적으로 보정 인자에 기초하여 이미징 디바이스의 위치 및 배향을 조정하도록 명령하는 것인 시스템이 설명되어 있다.

몇몇 예에서, 하나 이상의 동작 센서는 가속도계, 관성 측정 유닛, 진동 센서 또는 틸트 센서를 포함한다. 예에서, 하나 이상의 동작 센서가 하나 이상의 이미지 센서 근처에 배치되어 하나 이상의 이미지 센서에서의 진동을 모니터링하고 측정한다.

몇몇 예에서, 하나 이상의 데이터 문턱값은 하나 이상의 데이터 문턱 진동값에 상응하고, 프로세싱 시스템은 하나 이상의 문턱 진동값을 위반하는 진동 측정값과 이미지 데이터를 상관시키도록 더욱 작동 가능하다. 예에서, 프로세싱 시스템은 과량의 진동을 보정하기 위해 하나 이상의 문턱 진동값을 초과하는 상관된 데이터 지점에서 이미지 데이터에 보상 인자를 적용하도록 더욱 작동 가능하다.

몇몇 예에서, 시스템은 하나 이상의 액추에이터를 제어하기 위해 프로세싱 시스템으로부터 명령을 수신하는 구동부와 제어 시스템을 포함한다. 예에서, 액추에이터는 기계식 증폭기를 지닌 압전 액추에이터를 포함할 수 있다.

몇몇 예에서, 측정값 및 보상 산출은 이미징 작동 중에 실시간으로 수행될 수 있다. 예에서, 능동 진동 제어는 이미지 데이터 보상과 함께 구현될 수 있다.

몇몇 예에서, 프로세싱 시스템은 원격 컴퓨팅 플랫폼이 검사 시스템이나 이미징 디바이스 중 하나 이상과 통신하도록 로케이팅된다. 예에서, 이미징 디바이스는 각각 검사 시편 표면의 이미지를 캡쳐하도록 작동 가능한 2개 이상의 이미징 디바이스를 포함한다.

이제 도면을 참고하면, 도 1은 기계적 특성 검사를 받는 검사 시편(16)의 하나 이상의 특징에 대한 변화를 측정하는 예시적인 익스텐소미터 시스템(10)을 보여준다. 예시적인 익스텐소미터 시스템(10)은, 예컨대 검사 시편(16)에 관한 기계적 검사가 가능한 검사 시스템(33)에 접속된다. 익스텐소미터 시스템(10)은, 예컨대 압축 강도 검사, 인장 강도 검사, 전단 강도 검사, 굴곡 강도 검사, 편향 강도 검사, 인열 강도 검사, 접착 강도 검사(예컨대, 접착제 접합의 강도), 비틀림 강도 검사 및/또는 임의의 기타 압축 및/또는 인장 검사를 받는 검사 시편(16)의 변화를 측정 및/또는 산출할 수 있다. 추가로 또는 대안으로서, 재료 익스텐소미터 시스템(10)은 동적 검사를 수행할 수 있다.

개시된 예에 따르면, 익스텐소미터 시스템(10)은 도 4에 더욱 도시한 바와 같이 검사 시편(16)을 조작 및 검사하는 검사 시스템(33) 및/또는 검사 시스템(33), 광원 및 또는 이미징 디바이스에 통신 가능하게 커플링되는 컴퓨팅 디바이스나 프로세싱 시스템(32)을 포함할 수 있다. 검사 시스템(33)은 검사 시편(16)에 하중을 가하여 검사 시편(16)의 변위 및/또는 검사 시편(16)에 인가되는 힘과 같은 검사 시편의 기계적 특성을 측정한다.

익스텐소미터 시스템(10)은 검사 시편(16) 및/또는 반사성 백스크린(18)을 조명하는 원격 및/또는 일체형 광원(14)(예컨대, LED 어레이)을 포함한다. 익스텐소미터 시스템(10)은 프로세싱 시스템(32)(도 4도 또한 참조)와 카메라 또는 이미징 디바이스(12)를 포함한다. 도 1의 예는 단일 카메라(12)를 예시하지만, 개시된 예는 다중 카메라 익스텐소미터 시스템(10)에도 적용 가능하다. 몇몇 예에서, 광원(14)과 이미징 디바이스(12)는 적외선(IR) 파장을 송수신하도록 구성되지만, 다른 조명원 및/또는 파장도 유사하게 적용 가능하다. 몇몇 예에서, 광원(14) 또는 이미징 디바이스(12) 중 어느 하나 또는 양자 모두는 하나 이상의 필터(예컨대, 편광 필터), 하나 이상의 렌즈를 포함한다. 몇몇 예에서, 검사 시편(16)의 하나 이상의 특징을 확인하기 위해 교정 루틴(예컨대, 2차원 교정 루틴)이 수행되고, 하나 이상의 마커(20)(마터의 패턴을 포함)가 추가로 사용된다.

개시된 예에서, 컴퓨팅 디바이스(32)는 검사 시스템(33)을 구성하고, 검사 시스템(33)을 제어하며/제어하거나, 프로세싱, 디스플레이, 보고 및/또는 임의의 다른 원하는 목적으로 위해 검사 시스템(33)으로부터 측정 데이터(예컨대, 힘 및 변위와 같은 변환기 측정값) 및/또는 검사 결과(예컨대, 피크 힘, 파괴 변위 등)를 수신하는 데 사용될 수 있다. 익스텐소미터 시스템(10)은 검사 시스템(33)과, 이더넷, 아날로그, 엔코더 또는 SPI를 포함하는 표준 인터페이스를 활용하는 소프트웨어에 접속된다. 이로 인해, 디바이스는 전용 통합 소프트웨어나 하드웨어를 필요로 하는 일 없이 기존 시스템에 플러깅되어 기존 시스템에 의해 사용될 수 있다. 익소텐소미터 시스템(10)은 실시간으로 축방향 및 횡방향 엔코더나 아날로그 정보를 재료 검사기(33)에 제공한다. 실시간 비디오 익스텐소미터 시스템(10)와 재료 검사기(33)는 외부 컴퓨터(32)와 신장/변형 데이터를 포함하는 실시간 검사 데이터를 교환하고, 이는 유선 및/또는 무선 통신 채널을 통해 구성될 수 있다. 익스텐소미터 시스템(10)은 재료 검사기(33)에서 검사를 받는 검사 시편(16)으로부터 캡쳐된 신장/변형 데이터의 측정값 및/또는 산출을 제공하고, 이어서 프로세서(32)에 응력 및 신장/변형 데이터를 제공한다.

여기에 개시된 바와 같이, 캡쳐된 이미지는 이미징 디바이스로부터 프로세서(32)에 입력되고, 프로세스에서 하나 이상의 알고리즘 및/또는 룩업 테이블이 검사 시편(16)을 위한 다축의 신장/변형값[즉, 검사 시편(16)에 고정되는 마커(20)의 이미지 모니터링에 의해 산출된 내부 목표 거리에서의 변화 또는 퍼센티지 변화]을 산출하기 위해 채용된다. 산출에 후속하여, 데이터는 메모리에 저장되거나 네트워크 및/또는 하나 이상의 디스플레이 디바이스, I/O 디바이스 등으로 출력될 수 있다(도 4도 또한 참조).

도 2는 도 1의 익스텐소미터 시스템(10)에서 측정하기 위한 예시적인 검사 시편(16)을 보여준다. 예컨대, 하나 이상의 마킹(20)(예컨대, 기준 피쳐)이 광원(14)과 이미징 디바이스(12)를 향하는 표면(28)에 적용된다. 파지 섹션(26)이 검사 시스템(33)의 파지부 내에 배치되도록 구성되고(도 4도 또한 참조), 검사 시편(16)에 힘을 가한다. 예컨대, 파지부가 검사 시편(16)을 검사 시스템(33)에 파지하거나 이와 달리 커플링하는 동안에, 크로스 부재 로더(loader)가 검사를 받는 시편(16)에 힘을 가한다. 모터와 같은 힘 적용기로 인해 크로스헤드가 프레임에 대하여 이동하게 되고, 이에 따라 이중 화살표(34)도 도시한 바와 같이 검사 시편(16)에 힘을 인가한다. 파지 섹션(26)을 서로 멀어지게 당기는 힘(34)은 검사 시편(16)을 늘일 수 있고, 그 결과 마킹이 제1 위치(20A)에서 제2 위치(B)로 이동된다. 추가로 또는 대안으로서, 마킹은 형상 또는 크기가 변화할 수 있으며, 이 형상 또는 크기는 캡쳐된 이미지의 관점에서 프로세싱 시스템(32)에 의해 측정될 수도 있다. 힘(34)은 또한 검사 시편의 에지가 제1 위치(22A)에서 제2 위치(22B)로 이동되게 할 수 있다. 예컨대, 제1 또는 초기 위치에서 에지는 폭(24A)를 갖고, 이 폭은 힘(34)의 인가 시에 폭(24B)으로 감소된다.

캡쳐된 이미지에 기초하여, 프로세싱 시스템(32)은 측정 프로세스 시에 신장/변형을 구현하도록 구성된다. 예컨대, 검사 시편(16)의 신장/변형을 검출하기 위해, 프로세싱 시스템(32)은 이미징 디바이스(12)를 통해 제공되는 이미지를 모니터링한다. 프로세싱 시스템(32)이 (예컨대, 크로스헤드의 이동 개시 시의 초기 위치와 비교하여) 검사 시편의 2개 이상의 마커 및/또는 에지들 간의 상대 위치에서의 변화를 확인하면, 프로세싱 시스템(32)은 변화량을 측정하여 검사 시편(16)의 신장 및/또는 변형량을 산출한다. 여기에 개시된 바와 같이, 마커는 광원으로부터의 광을 카메라로 반사하도록 구성되는 반면, 백스크린은 에지 분석을 위한 어두운 실루엣을 형성하도록 광을 반사한다.

여기에 개시한 바와 같이, 비디오 익스텐소미터 시스템(10)은 불투명 검사 시편(16)의 광학적 폭 측정을 수행하도록 구성된다. 이미징 디바이스(12)는 이 이미징 디바이스(12)를 향하는 검사 시편(16)의 표면(28)을 관찰하도록 배치되고, 표면(28)은 이미징 디바이스 광학계의 초점면에 근접한다(예컨대, 도 3 참조).

도 3에 도시한 바와 같이, 비디오 익스텐소미터 시스템(10)은 축방향 변형[검사 시편(16)의 정면(28) 상의 마커(20) 및/또는 마커 패턴의 변화에 기초함] 및 횡방향 변형[시편(16)의 폭 변화로부터 산출됨] 중 어느 하나 또는 양자 모두를 측정하도록 구성된다. 비디오 익스텐소미터 시스템(10)의 구성요소는 도 3에 평면도로 도시되어 있고, 각각의 구성요소의 일반적인 위치는 상대적인 것이다. 도시한 바와 같이, 구성요소는 (예컨대, 규칙적인 간격으로, 연속적으로, 및/또는 시간, 힘 또는 기타 적절한 검사 특징과 연관된 하나 이상의 문턱값에 기초한) 물리적인 검사 중에 검사 시편(16)의 하나 이상의 이미지를 캡쳐하도록 구성된 이미징 디바이스(12)(예컨대, 비디오 카메라)를 포함한다.

도시한 바와 같이, 이미징 디바이스(12)와 검사 시편(16)은 작동 거리 또는 Z축 거리(39)에 배치되고, 검사 프로세스 동안에 이 거리는 정적이고, 미리 정해지며, 및/또는 변할 수 있다.

검사 시편(16)은 이 검사 시편(16)의 정면(28) 상에 있는 적절한 마크 또는 기준 피쳐(20)를 특징으로 한다. 비디오 익스텐소미터 시스템(10)과 연관된 하나 이상의 이미지 분석은 프로세싱 시스템(32)을 통해 구현되어, 검사 프로세스 동안에 검사 시편(16)의 마킹(20)과 검사 시편의 에지(22) 모두가 계속해서 추적되고 측정되게 하는 확인 알고리즘을 수행한다.

도시한 예에서, 이미징 디바이스(12)는 단일 광축(50)을 갖는 단일 뷰 카메라이다. 몇몇 예에서, 검사 시편(16)의 상이한 조망각을 갖도록 공동 배치되고/배치되거나 배열될 수 있는 2개 이상의 이미징 디바이스가 채용될 수 있다. 스테레오 이미징 구성을 채용하는 것에 의해, 다수 치수의 검사 시편(16)의 원근 및/또는 깊이와 관련된 측정 변수도 또한 사용되어, 검사 시편(16)의 특징을 더욱 교정 및/또는 측정할 수 있다.

몇몇 예에서, 하나 이상의 에지의 측정값 및/또는 위치는 이미징 디바이스(12)에 의해 캡쳐될 때에 픽셀 좌표로 제공된다. 추가로 또는 대안으로서, 하나 이상의 에지의 측정값 및/또는 위치는 미터와 같은 다른 표준 좌표 시스템/단위로 제공된다. 상기한 예에서, 교정 프로세스는 측정 전에 검사 시편의 절대 및/또는 상대 위치 및/또는 치수를 결정하도록 구현될 수 있고, 유사한 좌표 시스템/단위가 검사 프로세스 동안에 채용될 수 있다.

도 4는 도 1의 예시적인 익스텐소미터 시스템(10)의 블럭선도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 익스텐소미터 시스템(10)은 검사 시스템(33) 및 컴퓨팅 디바이스(32)를 포함한다. 예시적인 컴퓨팅 디바이스(32)로는, 범용 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 모바일 디바이스, 서버, 올인원 컴퓨터 및/또는 임의의 기타 유형의 컴퓨팅 디바이스가 있을 수 있다. 도 4의 컴퓨팅 디바이스(32)는 범용 중앙 처리 유닛(CPU)일 수 있는 프로세서(202)를 포함한다. 몇몇 예에서, 프로세서(202)는 ARM 코어를 지닌 FPGA, RISC 프로세서, 그래픽 처리 유닛, 디지털 신호 프로세서 및/또는 SoC(System-on-Chips)와 같은 하나 이상의 전용 처리 유닛을 포함할 수 있다. 프로세서(202)는 기계 판독 가능 명령(204)을 실행하며, 이 명령은 프로세서에(포함된 캐시 또는 SoC에), RAM(Random Access Memory)(206)(또는 다른 휘발성 메모리)에, ROM(Read Only Memory)(208)(플래시 메모리와 같은 다른 비휘발성 메모리)에, 및/또는 대용량 저장 장치(210)에 국소 저장될 수 있다. 예시적인 대용량 저장 장치(210)는 하드 드라이브, 솔리드 스테이트 저장 드라이브, 하이브리드 드라이브, RAID 어레이 및/또는 임의의 기타 대용량 데이터 저장 장치일 수 있다. 버스(212)는 프로세서(202), RAM(206), ROM(208), 대용량 저장 장치(210), 네트워크 인터페이스(214) 및/또는 입출력 인터페이스(216) 간의 통신을 가능하게 한다.

예시적인 네트워크 인터페이스(214)는 컴퓨팅 디바이스(201)를 인터넷과 같은 통신 네트워크(218)에 연결하기 위해 하드웨어, 펌웨어, 및/또는 소프트웨어를 포함한다. 예컨대, 네트워크 인터페이스(214)는 송신 및/또는 수신을 위해 IEEE 202.X-컴플라이언트 무선 및/또는 유선 통신 하드웨어를 포함할 수 있다.

도 4의 예시적인 I/O 인터페이스(216)는 프로세서(202)에 입력을 제공하기 위해 및/또는 프로세서(202)로부터의 출력을 제공하기 위해 하나 이상의 입출력 디바이스(220)를 프로세서(202)에 접속시키는 하드웨어, 펌웨어 및/또는 소프트웨어를 포함한다. 예컨대, I/O 인터페이스(216)는 디스플레이트 디바이스와 인터페이싱하는 그래픽 처리 유닛, 하나 이상의 USB-컴플라이언트 디바이스와 인터페이싱하는 범용 시리얼 버스 포트, 파이어와이어(FireWire), 필드 버스, 및/또는 임의의 기타 유형의 인터페이스를 포함할 수 있다. 예시적인 익스텐소미터 시스템(10)은 I/O 인터페이스(216)에 커플링된 디스플레이 디바이스(224)(예컨대, LCD 스크린)를 포함한다. 다른 예시적인 I/O 인터페이스 디바이스(220)(들)은 키보드, 키패드, 물리적 버튼, 마우스, 트랙볼, 포인팅 디바이스, 마이크로폰, 오디오 스피커, 디스플레이 디바이스, 광매체 드라이브, 멀치터치식 터치 스크린, 동작 인식 인터페이스, 자기 매체 드라이드, 및/또는 임의의 기타 타입의 입력 및/또는 출력 디바이스를 포함할 수 있다.

컴퓨팅 디바이스(32)는 I/O 인터페이스(216) 및/또는 I/O 디바이스(들)(220)를 통해 비일시적 기계 판독 가능 매체(222)에 액세스할 수 있다. 도 4의 기계 판독 가능 매체(222)의 예로는 광 디스크[예컨대, 콤팩트 디스크(CD), 디지털 다기능/비디오 디스크(DVD), 블루레이 디스크 등], 자기 매체(예컨대, 플로피 디스크), 휴대용 저장 매체[예컨대, 휴대용 플래시 드라이브, SD(Secure digital) 카드 등] 및/또는 임의의 기타 유형의 제거 가능한 및/또는 인스톨형 기계 판독 가능 매체가 있다.

익스텐소미터 시스템(10)은 컴퓨팅 디바이스(32)에 커플링된 검사 시스템(33)을 더 포함한다. 도 4의 예에서, 검사 시스템(33)은 USB 포트, 썬더볼트 포트t, FireWire(IEEE 1394) 포트, 및/또는 임의의 기타 직렬 또는 병렬 데이터 포트와 같은 I/O 인터페이스(216)를 통해 컴퓨팅 디바이스에 커플링된다. 몇몇 예에서, 검사 시스템(33)은 유선이나 무선 접속부(예컨대, 이더넷, Wi-Fi 등)를 통해서나, 직접적으로나, 네트워크(218)를 통해서 네트워크 인터페이스(214) 및/또는 I/O 인터페이스(216)에 커플링된다.

검사 시스템(33)은 프레임(228), 로드 셀(230), 변위 변환기, 크로스 부재 로더(234), 재료 고정구(236) 및 제어 프로세서(238)를 포함한다. 프레임(228)은 검사를 수행하는 검사 시스템(33)의 다른 구성요소를 위한 강성의 구조적 지지체를 제공한다. 로드 셀(230)은 파지부(248)를 통해 검사 받는 재료에 인가되는 힘을 크로스 부재 로더(234)로 측정한다 크로스 부재 로더(234)는 검사 받는 재료에 힘을 인가하며, 그 동안 재료 고정구(236)(파지부라고도 함)는 검사 받는 재료를 크로스 부재 로터(234)에 파지하거나, 다른 방식으로 커플링한다. 예시적인 크로스 부재 로더(234)는 모터(242)(또는 기타 액추에이터) 및 크로스헤드(244)를 포함한다. 여기에서 사용되는 “크로스헤드”라는 용어는 방향성(축방향) 힘 및/또는 회전력을 시편에 인가하는 재료 검사 시스템의 구성요소를 일컫는다. 재료 검사 시스템은 하나 이상의 크로스헤드를 가질 수 있고, 크로스헤드(들)는 재료 검사 시스템에서 임의의 적절한 위치 및/또는 배향으로 위치할 수 있다. 크로스헤드(244)는 재료 고정구(236)를 프레임(228)에 커플링하고, 모터(242)로 인해 크로스헤드가 프레임에 대해 이동하여 재료 고정구(236)를 위치 설정하고, 및/또는 검사 받는 재료에 힘을 가한다. 힘 및/또는 익스텐소미터 시스템의 구성요소의 동작을 제공하는 데 사용될 수 있는 예시적인 액추에이터로는, 전기 모터, 공압 액추에이터, 유압 액추에이터, 압전 액추체치터, 릴레이 및/또는 스위치가 있다.

예시적인 검사 시스템(33)이 서보 또는 직접 구동 선형 모터와 같은 모터(242)를 사용하는 동안, 다른 시스템은 상이한 타입의 액추에이터를 사용할 수 있다. 예컨대, 시스템 요건에 기초하여, 유압 액추에이터, 공압 액추에이터 및/또는 임의의 기타 타입의 액추에이터가 사용될 수 있다.

예시적인 파지부(236)는 검사 대상 기계적 특성 및/또는 검사 받는 재료에 따라 가압판, 죠오(jaw) 또는 기타 타입의 고정구를 포함한다. 파지부(236)는 수동으로 구성되거나, 수동 입력을 통해 제어되거나, 및/또는 제어 프로세서(238)에 의해 자동 제어될 수 있다. 크로스헤드(244)와 파지부(236)는 오퍼레이터 접근 가능 구성요소이다.

익스텐소미터 시스템(10)은 하나 이상의 모드 스위치(252)를 포함하는 하나 이상의 제어 패널(250)을 더 포함할 수 있다. 모드 스위치(252)는 오퍼레이터 제어 패털 상에 위치하는 버튼, 스위치 및/또는 기타 입력 디바이스를 포함할 수 있다. 예컨대, 모드 스위치(252)는 프레임(228) 상의 특정 위치에 있는 크로스헤드(244)를 방향 전환(예컨대, 위치 설정하는)기 위해 모터(242)를 제어하는 버튼, 공압 파지부(248)를 개폐하기 위해 파지 액추에이터(246)를 제어하는 스위치(예컨대, 풋 스위치), 및/또는 검사 시스템(33)의 작동을 제어하는 기타 입력 디바이스를 포함할 수 있다.

예시적인 제어 프로세서(238)는, 예컨대 컴퓨팅 디바이스(32)로부터 검사 파라메터를 수신하고/수신하거나, 컴퓨팅 디바이스(32)에 측정값 및/또는 다른 결과를 보고하기 위해 컴퓨팅 디바이스(32)와 통신한다. 예컨대, 제어 프로세서(238)는 컴퓨팅 디바이스(32)와의 통신을 가능하게 하기 위해 하나 이상의 통신부 또는 I/O 인터페이스를 포함할 수 있다. 제어 프로세서(238)는 인가되는 힘을 증가 또는 감소시키기 위해 크로스 부재 로더(234)를 제어하고, 검사 받는 재료를 파지 또는 해제하도록 고정구(236)를 제어하며, 및/또는 변위 변환기(232), 로드 셀(230) 및/또는 기타 변환기로부터 측정값을 수신할 수 있다. 예시적인 제어 프로세서(238)는, 검사 시편(16)이 검사 시스템(33)에서 검사받을 때에 신장/변형 측정 프로세스를 구현하도록 구성된다. 예컨대, 검사 시편(16)의 신장/변형을 검출하기 위해, 제어 프로세서(238)는 이미징 디바이스(12)를 통해 제공되는 이미지를 모니터링한다. 제어 프로세서(238)가 [예컨대, 크로스헤드(244)의 이동 개시 시의 초기 위치와 비교하여) 검사 시편(16)의 에지(22)의 로케이션 및/또는 위치에서의 변화를 확인하면, 제어 프로세서(238)는 변화량을 측정하여 검사 시편(16)의 신장량 및/또는 변형량을 산출한다. 예컨대, 이미징 디바이스(12)에 의해 제공되는 실시간 비디오는 에지(22)의 절대 위치를 캡쳐하고, 다수의 이미지의 과정에 걸쳐 그 상대 이동을 모니터링하여, 실시간으로 신장/변형을 산출한다. 응력 데이터와 변형 데이터는, 실시간 비디오 익스텐소미터(10), 검사 시스템(33) 및 프로세싱 시스템(32) 사이에서 교환되고, 통상적으로 디스플레이 디바이스(224)를 통해 정리되고 표시된다.

유체 전달, 진동 제어, 진동 보상, 포화 제어

유체 제어

몇몇 예시적인 시스템은, 이미징 디바이스나 카메라, 조명, 검사 플랫폼 및 시편을 포함하는 환경에서 작동한다. 시스템의 작동은 열을 생성할 수 있고/있거나, 환경으로부터 열을 받아들일 수 있으며, 이로 인해 검사 환경 내에서 온도차가 형성될 수 있다. 예컨대, 열경계층은 렌즈 근처의 공기 내에(및/또는 렌즈와 검사 시편 사이의 하나 이상의 위치에서) 형성될 수 있으며, 그 결과 렌즈 바로 앞의 영역에서(및/또는 렌즈와 검사 시편 사이의 하나 이상의 위치에서) 다양한 밀도를 갖는 공기가 생성될 수 있다. 이는 결과적으로, 이미징 동작 중에 광 왜곡 효과(예컨대, "신기루" 오류, 광 굴절 등)로부터 발생하는 측정 오차의 가능성을 증가시킨다.

몇몇 개시된 예에서는, 도 5a에 도시한 바와 같이, 유도 가스 유출구(64)(예컨대, 유체 배출 디바이스, 공기/가스 노즐, 공기/가스 나이프 등)는 유체 공급원(62)로부터의 하나 이상의 가스/유체를 제공하여, 공기 및 결과적인 열경계층(고온 및/또는 저온)을 변위, 완화, 조절 및/또는 제거한다. 이러한 방식으로, 가스 유출구(64)는 렌즈 전방에서 검사 영역의 주위 공기와 혼합될 수 있다. 그 결과, 공기 밀도의 변화(예컨대, 온도 차이)가 줄어들어, 신기루 오차의 가능성을 감소시킨다.

몇몇 예에서, 렌즈 근처에서 또는 렌즈와 검사 시편 사이 등에서) 공기를 이동 및/또는 혼합시키는 것에 의해, 가스 유출구(64)의 채용은 이미징 작동 중에 관찰된 노이즈과 연관된 주파수를 증가시킬 수 있다. 증가된 주파수는 (예컨대, 디지털 필터, 소프트웨어 및/또는 하드웨어 필터 등을 통해) 처리된 데이터(예컨대, 이미징 측정 등)로부터 노이즈 효과를 제거하는 것을 용이하게 하는 필터링을 가능하게 한다.

몇몇 예에서, 가스 유출구(64)의 채용은, 주변 온도의 문턱량 내의 온도에서 가스/공기를 적용하는 것을 포함하여, 다양한 온도의 공기를 재분배하는 기능을 한다. 더욱이, 가스/공기의 적용은 렌즈로부터 렌즈에 부착될 수 있는 먼지, 미립자, 응축액, 및/또는 다른 물체(예컨대, 곤충)를 세정할 수 있다.

능동 진동 제어 - A

몇몇 예시적인 시스템은 냉각 팬뿐만 아니라, 카메라, 조명, 검사 플랫폼 및 시편과 같은 시스템 구성요소의 동작에 영향을 미칠 수 있는 외부 소스를 포함하는 환경에서 작동한다. 시스템의 작동은 진동을 형성할 수 있으며, 이는 시편에 대한 이미지 센서/렌즈의 이동을 초래할 수 있고, 이는 결국 검사 프로세스 중에 노이즈가 있는 이미지 데이터를 초래할 수 있다. 검사 데이터에 상당한 영향을 미치는 것은 공통 모드 효과를 생성하지 않는 진동 모드이다.

개시한 실시예에서는 도 5b에 도시한 바와 같이, 능동 진동 소거 유닛(68)이 시스템 내에 장착되어 이미지 센서(70)에 국한된 진동을 완화시킬 수 있고, 이에 따라 진동 및/또는 이미지 신호에 초래된 노이즈를 감소시킬 수 있다.

몇몇 예에서, 하나 이상의 선형 및/또는 회전축이 측정 및/또는 완화될 수 있다. 예컨대, 하나 이상의 센서가 (예컨대, 가속도, 광학 조정 등을 측정하기 위해) 채용될 수 있고, 이때 복수 개의 연관 액추에이터가 각각이 모니터링되는 축에서의 진동에 응답한다.

변형예 또는 추가의 예에서, 튜닝된 질량 댐퍼 시스템(예컨대, 수동 시스템)이 능동 진동 소거 모듈과 함께 채용(또는 이를 대체할 수 있음)될 수 있다.

능동 진동 제어 - B

추가의 예 또는 변형예에서는 도 5c에 도시한 바와 같이, 이미지 센서(70)가 장착되는 PCB(66) 자체가 다른 기판(72) 또는 하우징 벽에 장착된다. 능동 진동 소거 유닛(68)은 PCB(66), PCB 장착 파스너(74)에 의해 및/또는 PCB(66)와 PCB 장착 파스너(74) 사이에 장착될 수 있다. 개시된 예에 따르면, 능동 진동 소거 유닛(68)은 진동에 응답하여(예컨대, 동작 센서 피드백 등에 기초하여) 이미지 센서(70)에 국한된 진동을 완화하여 이미지 신호에 도입된 노이즈를 감소시킬 수 있다.

또한, 몇몇 예에서 능동 진동 소거 유닛(68)은 튜닝된 질량 댐퍼 시스템과 동시에 작동할 수 있고/있거나, 이에 의해 대체될 수 있다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 튜닝된 질량 댐퍼 시스템(예컨대, 고조파 흡수기 또는 진동 댐퍼)은 PCB(66) 및/또는 기판(72)에 연결될 수 있거나 또는 다른 방식으로 장착될 수 있는 디바이스 또는 시스템이며, 진동을 감소시키기 위해 사용된다. 튜닝된 질량 댐퍼 시스템은 작동 중에 시스템의 공진 주파수와 유사하게 튜닝된 발진 주파수를 갖는, 댐핑된 스프링 상에 장착된 거대 요소를 포함할 수 있다.

능동 진동 보상

추가의 예 또는 변형예에서는 도 5d에 도시한 바와 같이, 동작 센서(76)(예컨대, 관성 측정 유닛, 가속도계 등)에는 이미지 센서(70) 근처[예컨대, PCB(66)의 공통 표면, 반대측 표면 등)에 배열된 것과 같은 PCB(66)가 함께 탑재될 수 있다. 몇몇 예에서는, 동작 센서(76)로부터의 측정값이 회로 또는 다른 프로세서[예컨대, 프로세싱 시스템(32), 프로세서(202), 제어 프로세서(238) 등]에 제공된다. 프로세싱 시스템(32)은 이미징 프로세스의 타이밍을 동작 센서(76)로부터의 측정값에 상관시킨다. 예컨대 동작 센서(76)로부터의 측정값이 (예컨대, 물리적 이동, 데이터/이미지 수집 허용 오차 등에 기초한) 필터 문턱값을 초과하는 경우, 프로세싱 시스템(32)은 펌웨어, 소프트웨어, 및/또는 하드웨어 기술과 같은 과도한 이동으로부터의 오차를 보상할 수 있다.

조명 보상

몇몇 예시적인 시스템은 특정 조명 기준을 충족하도록 시스템에 적용된 조명을 최적화하도록 구성된다. 예컨대, 검사 시편에서의 충분한 조명은 이미징 동작 중에 노이즈 및/또는 이미징 에러를 감소시킨다.

몇몇 시스템에서, 조명량이 고정되고, 광원의 수동 조정으로 제한되고, 및/또는 이미징 작동 중에 조정될 수 없다. 이미지 정확도 및 정밀도의 감소는, 예컨대 이미지 포화를 포함하는 비최적 조명 조건으로 인해 상기 한계에 기인할 수 있다.

이들 결점을 해결하기 위해, A5에 도시한 바와 같은 개시된 시스템은 검사 작동 개시 이전에 각각의 검사 시편(16)의 이미지 포화를 측정하도록 구성된다. 이미지 작동이 진행됨에 따라, 이미지 데이터가 [예컨대, 이미지 센서(70)를 통해 카메라(12)에서, 프로세싱 시스템(32) 등에서] 분석되고, 하나 이상의 문턱값(예컨대, 이미지에서의 광 강도 등)과 비교된다. 문턱값 위반에 응답하여, 광원(14A)의 강도는 검사 받는 시편에 대한 이미지 포화의 원하는 수준을 제공하도록 자동으로 조정될 수 있다. 몇몇 예에서, 광원을 위한 조정값을 결정하기 위해, [예컨대, 검사 시편(16), 카메라(12) 등에] 프로세싱 시스템(32)에 의해 채용 가능한 광 강도를 측정하는 하나 이상의 감광성 센서가 채용된다.

Z축 이동

몇몇 비디오 익스텐소미터 시스템에서, 카메라로부터 측정되는 시편까지의 광축을 "Z축"이라고 칭하고, 검사 시편은 X-Y 평면에 이미징된다. 엔토센트릭 렌즈를 사용할 때, 카메라와 검사 시편 사이의 거리에 있어서 측정된 변화는 검사 시편의 이미징된 치수를 변경할 것이다. 다수의 기준 피쳐(예컨대, 2개, 4개 등)들 사이의 변위를 측정하는 비디오 익스텐소미터의 경우, 시편 Z-축 위치 변화는 검사 작동과 관련 없는 지점들 사이의 이미징된 치수 변화를 야기하여, 에컨대 스트레인 측정의 오차를 초래할 것이다. 그러나, 개시된 예는 Z-축 오차와 연관된 오차를 감소 및/또는 제거하는 복수 개의 방법 및 시스템을 제공한다.

텔레센트릭 렌즈

몇몇 예시적인 시스템에서, 비디오 익스텐소미터 시스템은 각도방향 시야를 지닌 하나 이상의 종래의 광학 렌즈를 채용한다. 그 결과, 이미징은 시차 오차로부터 어려움을 겪을 수 있고, 이에 따라 물체가 렌즈를 향해 또는 렌즈로부터 멀어질 때, 측정되는 검사 시편의 배율을 증가시키거나 감소시킬 수 있다. 개시된 예에서, 하나 이상의 텔레센트릭 렌즈를 채용하는 비디오 익스텐소미터 시스템은 비각도 방향의 일정한 시야를 갖는 것에 의해 이러한 오차를 완화시킨다.

몇몇 개시된 예에서, 비디오 익스텐소미터 시스템은 2개 이상의 카메라를 채ㅐ용하며, 이 경우 적어도 하나의 카메라에는 상대적으로 작은 시야(50-90 mm, 예컨대 도 7a의 카메라 12b)를 갖는 텔레센트릭 렌즈가 장착된다. 다른 카메라(들)(예컨대 도면에 도시한 바와 같은 카메라(12)는, 텔레센트릭 렌즈와 연관된 시야보다 클 수 있는 상이한 시야를 지닌 엔토센트릭 렌즈를 채용한다.

이미징 작동 중에, 검사 시편의 Z축 이동에 의해 야기되는 오차는 일반적으로 (후속 단계와는 대조적으로) 검사 프로세스의 초기 단계에서 더 두드러진다. 개시된 시스템에서, 텔레센트릭 렌즈를 사용하는 제1 카메라는 Z축 이동에 의해 야기되는 (예컨대, 하나 이상의 기준 피쳐에 대한) 이미지 치수의 변화를 경험하지 않을 것이다. 검사 시편에 인가된 스트레인이 (예컨대, 스트레인, 검사 시편의 팽창, 시간 문턱량을 넘어, 및/또는 명령에 응답하여) 증가함에 따라, 시스템은 엔토센트릭 렌즈를 사용하는 나머지 카메라로 취해진 측정값을 사용하는 분석으로 전환한다.

투명 패턴

몇몇 예에서, 비디오 익스텐소미터 시스템은 검사 시편의 변형과 독립적인 검사 시편의 피쳐와 연관된 변화를 분석하는 것에 의해 Z축 이동을 측정할 수 있다. 예컨대, 이미지 또는 다른 피쳐가 검사 받는 시편의표면 상에 투영될 수 있다. 예컨대, 레이저(78) 및/또는 다른 타입의 투영기가 도 6a에 제공된 바와 같은 피쳐(예컨대, 도트, 라인, 패턴 등)을 투영할 수 있다. 렌즈(150와 이미지 센서(70)는 투영된 광고 검사 시편의 표면 사이의 기지의 각도를 이용하는 것 등과 같이 투영된 피쳐의 변화 및/또는 변위를 측정함으로써 Z축 이동을 특정할 수 있다.

예컨대, 시스템(10)은 검사 시스템(10) 구성의 하나 이상의 피쳐를 측정하기 위해 센서(70)를 채용할 수 있다. 예컨대, 센서(70)는 이미징 디바이스(12)와 검사 시편(16) 사이의 Z축을 따른 측정 거리를 감지하기 위해 하나 이상의 기술[예컨대, 적외선(IR)광, 발광 다이오드(LED) 출력, 초음파 센서, 구조광 이미징, 비행 시간 산출, 레이저 활성화 센서 등]을 채용할 수 있다. 그 결과는 분석을 위해 센서(70)에서 프로세서 회로 또는 컴퓨팅 디바이스[예컨대, 인터페이스를 통해 프로세싱 디바이스]로 전송될 수 있다. 프로세싱 회로는 그 후에 Z축 상에서의 차이에 기초한 보정 인자를 생성하고 적용할 수 있다.

따라서, 카메라(12), 이미지 센서(70) 및 프로세싱 시스템(32)은 검사 시편의 기준 피쳐를 추적하고 투영된 피쳐/패턴의 측정값을 처리하기 위해 활용될 수 있다. 투영된 피쳐의 변화는 프로세싱 시스템(32)에서 산출되어, Z축 이동을 결정할 수 있다. 오차 보정값이 그 후에 (예컨대, 인자 등을 보tkdgksms 대응하는 Z축 변화의 목록을 참고하는 것에 의해) 산출 및/또는 결정되어, 검사 결과를 향상시키기 위해 기준 피쳐(들)에 대한 각각의 변화와 연관된 측정값에 적용될 수 있다.

구조화된 조명 프로젝터

일례에서, 검사 시편의 표면 상에 미리 결정된 패턴을 투영하기 위해 투영 방법(예컨대, 디지털 광 프로세싱 프로젝터)이 이용될 수 있다. 이미징 작동 중에, 시편의 Z축 이동은 패턴의 왜곡(예컨대, 그리드, 평행한 라인들의 그룹화 등)을 초래할 것이다. 따라서, 패턴의 기하학적 변형을 이미징 및 측정하는 것은 Z축 이동과 연관된 데이터를 제공한다. 유리하게는, 변형은 검사 시편의 휨과 같은, 검사 작동 중에 다른 변형과 연관된 정보를 제공할 수 있다.

레이저 삼각 측량 센서

몇몇 개시된 예에서, 도 6b에서 도시된 바와 같이, 검사 시편(16)의 Z축 이동을 검출하기 위해 레이저 삼각 측량 센서(들)(88)이 채용된다. 예컨대, 레이저 광원(82)은 하나 이상의 렌즈(84)를 통해 검사 시편(16)을 향하는 레이저광(87)을 생성할 수 있다. 반사된 레이저 광(87A)은 Z축 이동의 크기에 비례하는 신호를 생성하도록 구성된 수광 요소(88)(예컨대, 감광 센서)에서 수신된다.

수광 요소(88)로부터의 신호는 프로세싱 시스템(32)에서 분석되어 이 이동을 보정하기 위한 보상 인자를 산출한다.

예컨대, 수광의 하나 이상의 특징(에컨대, 위상, 강도, 주파수 등)이 Z축의 변화와 상관될 수 있다.

기준 객체

몇몇 예시적인 시스템에서, 기준 스케일 객체(90)는 도 6c에 도시한 바와 같이 검사 시편(16)에 대해 및/또는 검사 시편(16) 근처에 위치 설정될 수 있다. 검사 시편(16)이 검사를 받을 때, 기준 피쳐(14)의 절대 및/또는 상대 위치가 변경되는 반면, 기준 스케일 객체(90) 및 연관된 기준 피쳐(14A)는 정적 상태로 유지된다. 이미지 센서(70)는 이미징 작동 중에 검사 시편(16) 및/또는 기준 스케일 객체(90)에 대한 데이터를 캡쳐할 수 있다.

예컨대, 기준 스케일 객체(9)의 절대 및/또는 상대 크기의 임의의 변화는 Z축 이동에 의해 야기되어, 산출되고 보정될 수 있다. 더욱이, Z축 변화가 검사 시편(16)에서는 검출되지만 기준 스케일 객체(90)에서는 검출되지 않는 경우, 2개의 객체 사이의 상대적인 변화는 프로세싱 시스템(32)을 통해 산출될 수 있는 검사 시편(16)에 대한 Z축 변화를 나타낼 수 있다.

다중 카메라

높은 정확도의 결과를 제공하기 위한 툴로서, 비디오 익스텐소미터 시스템은은 다수의 난제에 직면한다. 일반적으로, 신장계 검사 중에 스트레인 산출은, 검사 중에 얻은 측정값이 (통상 2차원인) 검사 시편에 대한 변화의 정확한 측정값인 것으로 가정한다. 이들 치수는 시편의 형상이 축방향 치수(X축) 및 횡방향 치수(Y축)에서 어떻게 변화되는지이다. 비디오 신장계에서, 카메라는 검사 시편의 표면에 카메라를 위치시키고 포커싱하여 시편에서의 X축 및 Y축에 대한 변화를 직접 관찰함으로써 2차원 측정을 제공한다.

그러나, 실제 검사 환경에서, X 및 Y 측정의 정확도에 영향을 미칠 수 있는 Z축(예컨대, 카메라로부터 검사 시편까지의 거리)에 대한 변경이 있을 수도 있다.

예컨대, 도 7g에 도시된 바와 같이, 검사 시편(16)이 검사 시작 전에 설치될 때, 검사 시편은 카메라(12)가 마지막으로 교정되었던 Z 거리(39A)와는 상이한, 카메라120로부터의 Z 거리(39B)에 위치될 수 있다. 검사 시편이 검사의 시작 전에 설치될 때, 검사 시편의 상부 부분(97A)과 그 하부 부분(97B)은 도 7h에 도시한 바와 같이 카메라로부터 각각 상이한 Z 거리(39C, 39D)에 있도록, 검사 시편이 완벽하게 수직이 되지 않게 설치될 수 있다. 검사 시작 시에, 검사 시편 자체는 검사 시편의 페이스에 걸쳐 일정한 Z 거리/형상을 갖지 않을 수 있다. 예컨대, 시편이 어떻게 생성되었는지에 따라 또는 검사를 설정하는 동안 유도된 물리적 응력으로 인해 중간부가 휘어질 수 있다. 추적되는 기준 피쳐가 교정 평면에 대해 Z축으로 이동할 때, 원근 오차(예컨대, 팬텀 스트레인)가 초래될 수 있다. 이러한 원근 오차는 특히 작은 스트레인의 영역(예컨대, 비교적 강성 재료의 탄성 영역)에서 실제 데이터를 지배하여 부정확한 측정을 초래할 수 있다.

검사 중에, 물리적 조건, 검사 조건에 대한 시편의 반응, 및 검사 구성요소의 동작(예컨대, 시편을 유지하는 그립과의 상호 작용)과 같은 하나 이상의 요인은 검사 시편의 일부 또는 전부가 Z축에서 변화하게 할 수 있다.

몇몇 예에서는, 비디오 익스텐소미터 시스템에서의 정확도와 시야 사이의 균형이 있다. 비디오 익스텐소미터를 위해 사용되는 카메라는 특정의 고정된 기초 이미지 해상도를 갖는다. 이 해상도는 결국 이미지로부터 계산된 2차원 측정값의 정확도에 영향을 미칠 것이다. 시스템에서 사용되는 렌즈는 이러한 고정된 기초 이미지 해상도를 검사 공간의 시야 상에 매핑할 수 있다. 시야각의 크기를 증가시키는 배율을 사용하는 것은 정확도의 감소시키는 트레이드오프이다.

검사가 진행됨에 따라, 일부 시편은 검사 중에 상당히 충분히 변경될 수 있으며(예컨대, 하나 이상의 치수의 증가). 상기 검사의 종료 시에 전체 시편을 커버하기 위해 필요한 시야가 상기 검사의 시작 시의 시야보다 훨씬 더 크다. 이것은 종종 소위 "고신장" 재료의 경우이지만, 다양한 재료에 적용될 수 있다.

일부 재료 검사는 검사의 종료 시보다 검사의 시작 시에 정확도에 대한 더 높은 필요성을 갖는다. 그러나, 전체 검사의 더 큰 시야를 커버하기 위한 비디오 익스텐소미터 시스템에 대한 필요성은 검사의 시작 시에 더 작은 시야에 초점을 맞추는 경우에 가질 수 있는 것과 비교하여 이용 가능한 측정 정확도를 제한한다.

이들 및 다른 오차 소스를 해결하기 위해, 스트레인을 측정하기 위한, 다중 카메라를 이용하는 것과 같은 상이한 시스템 구성이 개시된다.

몇몇 예에서, 사중 카메라 비디오 익스텐소미터 시스템(10)은 하나 이상의 전방 카메라와 하나 이상의측방 카마레를 채용한다. 도 7a의 예에서, 전방 카메라(120는 여기에서 개시하는 바와 같이 기준 피쳐(20)에서의 변화를 측정하는 데 사용된다. 측방 카메라(12A)는 카메라(12)와 검사 시편(16) 사이 간의 Z축(39)에서의 변화를 추적하기 위해 추가된다.

이러한 방식으로, 전방 카메라(12A)는 전방 카메라(12)에 더 근접하거나 전방 카메라로부터 더욱 이격된 검사 시편(16)의 변위를 추적할 수 있다. 검사 시편(16)은 검사 작동 중에 기울어질 수 있고, 이에 따라 검사 시편의 제1 또는 상단 부분과 제2 또는 저부 부분이 전방 카메라(12)로부터 상이한 Z 거리(예컨대, 검사 동안 일정하거나 변화하는 각도)를 갖지만, 제1 부분과 제2 부분 사이의 선형 관계를 유지한다.

몇몇 예에서, 검사 시편(16) 형상은 검사 중에 Z축(39)에서 변화될 수 있고, 이에 따라 시편 형상이 검사 중에 내외측으로 휘어질 수 있고/있거나, 휨어져 시작됐을 수 있지만, 형상은 검사 동안 곧게 펴진다.

몇몇 예에서, 측방 측정값은 비제한적인 예의 리스트로서 검사 전 및/또는 검사 후에 작동 정확도를 검증 및/또는 무효화하는 데 사용되고; 설치를 안내하기 위해 시편을 로딩하는 동안, 오퍼레이터에게 상호작용 정보를 제공하며; 검사가 완료된 후에 전방 카메라에 의해 생성된 위치 데이터를 보정(또는 보상)하고; 검사 작동 중에 실시간으로 저방 카메라에 의해 행성된 위치 데이터를 보정(또는 보상)하며; 및/또는 직접적인 또는 실루엣 이미지 캡쳐를 위해 전방 또는 후방 조명 스킴과 함께 구성될 수 있다. 예컨대, 전방 카메라(12) 및 후방 카메라(12A) 모두로부터의 측정값이 검사 시편(16)의 스트레인을 측정하기 위해 프로세싱 회로(32)에 제공될 수 있다.

몇몇 예에서는, 예시적인 도 7b에 도시한 같이 비디오 익스텐소미터 시스템(10)은, 유사한 이미징 및/또는 감지 능력을 갖는 2개 이상의 전방 카메라(12, 12B)를 채용하고, 각각의 카메라는 서로로부터 약간 오프셋된 각도로 그러나 [예컨대, 검사 시편(16)에 관한] 동일한 시야로 장착된다. 도 7b는 2개의 카메라를 채용하는 것으로 예시하지만, 추가의 카메라(에컨대, 3대, 4대 이상)가 포함될 수 있다. 예컨대, 각각의 카메라는 다른 카메라 및/또는 검사 시편에 대해 다양한 거리, 다양한 각도로 배치될 수 있고/있거나, 다양한 광학적 특성(예컨대, 포커스, 배율, 광출력 등)을 가질 수 있다.

이 예에서, 다중 카메라는, 예컨대 오프라인 3차원(3D) 디지털 이미지 보정(Digital Image Correlation; DIC) 이미지 분석을 위해 스테리오 이미지를 수집할 수 있다. 예컨대, 제1 카메라는 X-Y 평면에서 기준 피쳐 위치를 이미징하는 데 사용될 수 있는 반면, 제2 카메라(및/또는 2개 이상의 카메라)로부터의 이미지는 크로스 체크로서 Z축 이동을 형성하는 데 사용될 수 있다. 크로스 체크는 X-Y 평면에서의 기준 피쳐 위치의 변화를 수정 및/또는 보상하기 위해, 프로세싱 회로[예컨대, 프로세싱 시스템(32)] 및/또는 오퍼레이터에게 피드백을 제공할 수 있다.

몇몇 예에서, 실시간 3D 기준 피쳐 추적을 위한 3D 스테레오 이미지를 수집하기 위해 2개 이상의 카메라가 동시에 사용된다. 예컨대, 각각의 카메라로부터의 뷰는 카메라 교정을 크로스 체크하고, 교정을 확인하고/확인하거나 필요한 재교정을 알리기 위한 통지를 제공하는 데 사용될 수 있다. 예시적인 도 7c에 도시한 바와 같이, [각각 상부 부분(97A)과 하부 부분(97B)에 대응하는] 시야 95A와 시야 95B 간의 중첩부는 노이즈를 알고리즘적으로 필터링하는 데이터를 추가로 제공하고, 이에 의해 이미징 정확도를 향상시킬 수 있다.

몇몇 예에서, 도 7f에 도시된 바와 같이, 2개의 전방 카메라(12, 12B)가 사용되고, 제1 카메라(12)는 넓은 시야(95C)를 갖고, 제2 카메라(12B)는 제1 카메라의 시야 내에 포함된 더 좁은 시야(95D)를 갖는다.

제1 광시야 카메라는 검사 작동 중에 시편 동작의 완전한 범위를 망라하도록 구성되지만, 제1 카메라에 비해 해상도가 낮다. 이에 따라, 제2 협소 시야 카메라는 검사의 시작 시에 시편의 게이지 길이 부분의 비교적 높은 해상도 뷰를 제공하며, 게이지 길이 부분의 일부는 검사 중에 이 카메라 시야 밖으로 이동할 수 있다.

제1 및 제2 카메라로부터의 이미지 데이터를 조합함으로써 검사 시편이 변할 때에 이미지 캡쳐가 최적화되고, 검사 중에, 특히 고신장 시편의 경우에 이미지 해상도와 변위 정확도를 측정이 가능하다.

또한, 각각의 시야의 중첩 부분을 비교함으로서 Z축 보정을 제공한다. 예컨대, 중첩 부분과 관련 Z축 보정은 초기 시편 로딩 및 검사 중에 Z축 동작의 부분에 관한 고해상도 이미징을 제공한다.

몇몇 예에서는, 예시적인 도 7c에 대체적으로 도시한 바와 같이, 2개 이상의 전방 케마라(12, 12B)가 채용되며, 이때 제1 시야와 제2 시야가 어느 정도 중첩되도록 제1 시야(95A)를 지닌 제1 카메라(12)는 검사 공간(또는 검사 시편)의 제1 또는 상부 부분(97A)을 50 % 약간 넘게 커버하고, 제2 시야(95B)를 지닌 제2 카메라(12B)는 검사 공간(또는 검사 시편)의 제2 또는 하부부분(97B)을 50 % 약간 넘게 커버한다.

이 예에서, 제1 시야와 제2 시야의 사용은 고신장 시편이 측정될 수 있는 거리량을 거의 2배로 한다.

더욱이, 2개의 카메라 사이의 2개의 시야의 중첩 부분은 스테레오 비전의 양을 제공하여, 여기에 개시된 바와 같이 Z축 측정 및 그에 따라 보정을 용이하게 한다. 중첩 부분은 검사 시편의 로딩 및/또는 검사 중의 측정 및/또는 보정을 가능하게 하는 Z축 동작에 대한 정보를 제공한다.

몇몇 예에서, 더 큰 신장 변위 시편은 각각의 인접한 시야가 어느 정도 중첩하도록 더 많은 수의 카메라(예컨대, 3개, 4개 이상의 카메라)로 시스템을 확장함으로써 커버될 수 있다.

몇몇 개시된 예에서는, 예시적인 도 7b에 도시한 바와 같이, 다수(예컨대, 2개 이상의) 전방 카메라가 채용되고, 이때 하나 이상의 카메라가 그 시야를 조정하도록 구성된다. 조정은 (예컨대, 센서 측정에 응답하여) 자동 및/또는 오퍼레이터에 의해 명령될 수 있고, 교정 단계 및/또는 검사 프로세스 중에 실시간으로 통합될 수 있다.

시야에 대한 조정은 비제한적인 예의 리스트로서 카메라 배율 변경, 카메라 또는 렌즈의 위치 및/또는 배향(예컨대, 수직 및/또는 수평 위치 설정) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

몇몇 예에서, 각각의 케마라는 단일 기준 피쳐(예컨대, 마킹, 도트 등)를 추적하도록 포커싱될 수 있다. 각각의 기준 피쳐는 고해상도(예컨대, 카메라 또는 관련 광학계에 의해 제공되는 최대치)로 이미징되어, 검사 중에 기준 피쳐가 이동 및/또는 변화할 때에 높은 정확도로 기준 피쳐의 위치를 추적할 것이다.

시편 유형 및/또는 재료 검사 요구에 따라, 시스템은 (예컨대, 광학적으로 및/또는 물리적으로) 조정을 위해 구성된 단일 카메라를 채용할 수 있고, 다른 카메라는 고정되어 있다(예를 들어, 고정된 배율, 위치, 및/또는 배향). 몇몇 예에서, 각각의 카메라는 여기에 개시한 바와 같이 조정을 위해 구성된다. 몇몇 예시적인 시스템은 제2 카메라를 채용하지 않고 조정(예컨대, 배율, 위치 및/또는 배향)을 위해 구성되는 단일 카메라를 채용할 수 있다.

2개 이상의 전방 카메라가 채용되는 몇몇 예에서는, 제1 시야와 제2 시야 사이의 중첩이 전혀 없도록 제1 시야를 지닌 제1 카메라는 검사 공간(또는 검사 시편)의 제1 또는 상부 부분을 커버하고, 제2 시야를 지닌 제2 카메라는 검사 공간(또는 검사 시편)의 제2 또는 하부 부분을 커버한다.

몇몇 예에서, 제1 카메라와 제2 카메라 각각은 고유한 제1 또는 제2 기준 피쳐(21A, 21B) 각각에 포커싱될 것이다. 예컨대, 제1 기준 피쳐(21A)는 상단 부분(97A)에 위치하고, 제2 기준 피쳐(21B)는 저부 부분(97B)에 위치한다.

각각의 기준 피쳐는 교정 단계 및/또는 검사 프로세스의 개시 시에 (검사 공간과 교정 절차의 한계 내에서) 다른 기준 피쳐에 비해 특별한 특징(에컨대, 크기, 형상, 배치, 위치 등)을 가질 수 있다. 이것은 비교적 큰 초기 게이지 길이를 지닌 검사 시편에 대해 고해상도 및 고정확도를 제공할 것이다. 각각의 카메라로부터의 측정값은 그 후 카메라들 간의 예정된 관계(예컨대, 검사 환경에서의 배치)에 관한 시야 분석을 위해 프로세서[예컨대, 프로세싱 시스템(32)]에 제공될 수 있다.

몇몇 예에서, 다수의 시야는 렌즈, 카메라 및/또는 이미지 센서의 다수 세트를 채용할 필요 없이 및/또는 이들을 훼손시키는 일 없이 다수의 카메라를 채용하는 시스템과 연관된 유사한 및/또는 상이한 장점을 제공하기 위해 단일 카메라에 의해 캡쳐될 수 있다.

예에서, 하나 이상의 외부 미러(92)는 도 7d에 도시한 바와 같이 검사 시편(16) 및/또는 카메라(12) 주변에 배치된다. 하나 이상의 미러(92)는, 단일 카메라(12)가 카메라(12)의 포커스 또는 위치 이동 및/또는 조정 없이 검사 시편(12)과 미러(92)를 조망할 수 있도록 배치된다. 검사 시편(12) 및/또는 미러(92)는 이에 따라 동시에(및/또는 주기적으로, 교대로, 및/또는 명령에 응답하여) 조망될 수 있다.

몇몇 예에서는, 도 7e에 도시한 바와 같이 다수의 미러(92A 및 92B)가 검사 시편(12)을 상이한 각도(예컨대, 시편의 측부, 시편의 반대측 페이스 등)에서 조망하기 위해 사용될 수 있다. 미러(들)(92)은 카메라의 시편(16)에 관한 12개의 직접 뷰와 동일한 배율 레벨, 또는 상이한 배율 레벨을 제공하도록 설계될 수 있다.

몇몇 예에서, 하나 이상의 내부 광학계(93)(예컨대, 프리즘, 미러, 회절 격자, 필터 등)가 수신된 광을 조작하기 위해 [예컨대, 카메라(12), 검사 시스템(33) 등 내에] 채용될 수 있다. 다수의 렌즈 또는 다른 광학계(예컨대, 미러)로부터의 광은 각각의 렌즈를 위한 전용 이미지 센서를 채용하기 보다는 단일 이미지 센서(70)의 상이한 부분으로 지향될 수 있다. 몇몇 예에서, 단일 렌즈(15)로부터 수신된 광은 노이즈를 개선하기 위해 다수의 이미지 센서로 복제(예컨대, 분할, 반사 등)될 수 있다.

몇몇 예에서, 단일 렌즈(15) 또는 카메라(12)로부터의 광은 노이즈를 개선하고 및/또는 Z축 정보를 제공하기 위해 광의 하나 이상의 특징 면에서(예컨대, 광 위상, 주파수 등) 동일한 이미지 센서의 상이한 부분 및/또는 상이한 이미지 센서로 분할되고 재지향될 수 있다. 예컨대, 다수의 렌즈를 채용하는 것에 의해 상이한 주파수 필터가 각각의 렌즈를 위해 사용될 수 있다. 정보는 그 후 프리즘에 의해 제공되는 공간적 주파수 분리와 같은 다른 광 데이터와 조합될 수 있다.

몇몇 예에서, 색상 이미지 센서가 단색 센서에 추가하여 또는 그에 대한 대안으로서 사용될 수 있다. 예컨대, 단색 센서를 컬러 이미지 센서로 교체하는 것은 동시에 다수의 광 주파수를 사용하여 검사 시편을 이미징 및 프로세싱할 수 있게 한다. 유리하게는, 단색 센서 대신에 색상 이미지 센서를 채용하는 것은 교정 프로세스를 단순화하고, 비용과 기준 피쳐 추적 알고리즘을 단순화한다. 다수의 광 주파수를 수신하도록 구성된 센서의 사용이 노이즈 완화를 더욱 개선할 수 있고/있거나, Z축 정보를 제공할 수 있다.

다수의 렌즈 및/또는 카메라를 채용하는 시스템에서, 상이한 주파수 필터를 각각의 렌즈와 페어링하는 것은 이미지 센서에 의해 제공되는 색상 분리와 조합되어 이미지 수집 및 정확도를 더욱 증가시킬 수 있다.

일례에서, 내부 광학계는 렌즈의 부분 및/또는 수신된 광의 특정 주파수를 부분적으로 차단하도록 구성된 액정 디스플레이(LCD)를 포함한다. 이 기술은 단일 렌즈 및/또는 이미지 센서를 사용하는 3D 이미지 프로세싱을 가능하게 한다.

노이즈 감소

일부 개시된 예시적인 시스템에서, 시스템 작동은 상당한 열을 생성할 수 있으며, 이는 하나 이상의 구성요소의 성능 및/또는 이미지 품질을 저하시킬 수 있다. 예컨대, 회로망, 이미지 센서 등과 같은 일부 시스템 구성요소는 열에 노출될 때에 부정적인 영향을 경험할 수 있다.

개시된 예에서는 도 8a에 도시한 바와 같이, 냉각 요소(96)가 인쇄 회로 기판(PCB)(94) 및/또는 이미지 센서(70) 중 하나 이상을 냉각하기 위해 배치될 수 있다. 예컨대, 냉각 요소(96)는 이미지 센서(80)(및/또는 제어 회로망)이 탑재되고, 이미지 센서(70)와 연관된 호로와 도전성 소통되는 PCB(94)에 부착되는 열전 전기(예컨대, 펠티에) 냉각기와 같은 능동 냉각기일 수 있다. 몇몇 예에서, 냉각 요소(96)는 추가의 또는 대안의 히트싱크에 접속된다.

온도 센서(98)는 이미지 센서(70) 및/또는 회로망에서의 온도를 측정하도록 구성될 수 있다. 측정값은 구성요소 냉각을 조절하기 위해 하나 이상의 시스템[예컨대, 냉각 요소(96)]을 제어하는 온도 제어기 회로(100) 및/또는 프로세싱 시스템(32)에 의해 사용될 수 있다.

유리하게는, 냉각 요소(96)의 사용은 기계식 송풍기를 채용하는 냉각 시스템과는 대조적으로 시스템 진동을 감소시키는 역할을 한다. 더욱이, 이미지 센서(70)에 대한 냉각 효과는 렌즈 온도를 주위 온도로 또는 주위 온도에 가깝게 낮추는 기능을 하고, 이에 따라 렌즈 전방에서 가능한 신기루 효과를 감소시킨다. 더욱이, 이미지 센서(70)의 냉각은, 예컨대 사용하지 않을 때와 같이 암전류 및/또는 연관된 배경 노이즈의 감소를 야기한다.

일부 개시된 예에서, 시스템 작동은 상당한 진동을 생성할 수 있으며, 이는 하나 이상의 구성요소의 성능 및/또는 이미지 품질을 저하시킬 수 있다. 이미지 센서(70)에서의 진동을 완화하기 위해, 도 8b에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 동작 센서(102)(예컨대, 가속도계, 관성 측정 유닛, 진동 센서, 틸트 센서 등 중 하나 이상)가 진동을 모니터링하고 측정하도록 이미지 센서(70)에 및/또는 그 근처에 배열될 수 있다.

몇몇 예에서, 측정된 데이터는 보상 인자를 산출하기 위해 구동 및 제어 시스템(106) 및/또는 프로세싱 시스템(32)에 제공될 수 있다. 예컨대, 이미지 데이터는 하나 이상의 문턱값을 위반하는 진동 측정값과 상관될 수 있다. 상관된 데이터 포인트에서, 과잉 진동(예컨대, 문턱 진동값을 초과함)을 보정하기 위해 보상 인자가 이미지 데이터에 적용될 수 있다.

추가의 예 또는 변형예에서, 하나 이상의 동작 센서(102)로부터의 측정값이 구동 및 제어 시스템(106) 및/또는 프로세싱 시스템(32)에 의해 분석될 수 있다. 분석에 기초하여, 구동 및 제어 시스템(106) 및/또는 프로세싱 시스템(32)은 하나 이상의 액추에이터(104)를 통해 이미지 센서(70)의 위치 또는 배향에 대한 조정을 명령하기 위해 하나 이상의 제어 신호를 생성할 수 있다. 예컨대, 액추에이터(104)는 기계식 증폭기를 지닌 압전 액추에이터를 포함할 수 있다. 몇몇 예에서, 측정값 및 보상 산출은 이미징 작동 중에 실시간으로 수행될 수 있다. 몇몇 예에서, 능동 진동 제어는 이미지 데이터 보상과 함께 구현될 수 있다.

유리하게는, 이미지 센서(70)의 진동이 노이즈를 도입할 수 있기 때문에, 시스템에 대한 진동의 영향을 능동적으로 완화하기 위해 설명된 액추에이터(104)의 사용은 이미징 센서(70)에 대한 외부 진동을 완화시키는 역할을 한다.

본 발명의 방법 및 시스템은 하드웨어, 소프트웨어, 및/또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 실현될 수 있다. 본 발명의 방법 및/또는 시스템은 적어도 하나의 컴퓨팅 시스템에서 중앙 집중 방식으로 또는 상이한 요소들이 다수의 상호 접속된 컴퓨팅 시스템에 걸쳐 분산되어 있는 분배 방식으로 실현될 수 있다. 임의의 유형의 컴퓨팅 시스템 또는 여기에서 설명한 방법을 실행하도록 되어 있는 다른 장치가 적합하다. 통상적인 하드웨어와 소프트웨어의 조합은, 로딩되거나 실행될 때에 컴퓨팅 시스템을 여기에서 설명한 방법을 실행하도록 제어하는, 프로그램 또는 코드를 지닌 다목적 컴퓨팅 시스템을 포함할 수 있다. 다른 통상적인 구현예는 어플리케이션 특정 집적 회로 또는 칩을 포함할 수 있다. 몇몇 구현예는 기계에 의해 실행 가능한 하나 이상의 코드 라인이 저장된 비일시적인 기계 판독 가능(예컨대, 컴퓨터 판독 가능) 매체(예컨대, 플래시 드라이브, 광디스크, 가지 저장 디스크 등)를 포함할 수 있고, 이에 의해 기계가 여기에서 설명한 바와 같은 프로세스를 실행하게 할 수 있다. 여기에서 사용되는 “비일시적인 기계 판독 가능 매체”라는 용어는 모든 타입의 기계 판독 가능 저장 매체를 포함하고 전파 신호를 배제하는 것으로 정의된다.

여기에서 활용되는 “회로” 및 “회로망”이라는 용어는, 물리적인 전자부품(예컨대, 하드웨어)과, 하드웨어를 구성할 수 있고, 하드웨어에 의해 실행될 수 있으며, 이와 달리 하드웨어와 관련될 수 있는 임의의 소프트웨어 및/또는 펌웨어(“코드”)를 일컫는다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 예컨대 특정 프로세서와 메모리는, 코드의 첫번째 이상의 라인을 실행할 때에 제1 “회로”를 포함할 수 있고, 코드의 두번째 이상의 라인을 실행할 때에 제2 “회로”를 포함할 수 있다. 여기에서 활용되는 “및/또는”이라는 용어는 “및/또는”으로 결합된 목록의 아이템들 중 하나 이상의 임의의 아이템을 의미한다. 일례로서, “x 및/또는 y”는 3개 요소 세트 {(x), (y), (x, y)} 중 임의의 요소를 의미한다. 즉, “x 및/또는 y”은 “x와 y 중 하나 이상을 의미한다. 다른 예로서, “x, y 및/또는 z”는 7개 요소 세트 {(x), (y), (z), (x, y), (x, z), (y, z), (x, y, z)} 중 임의의 요소를 의미한다. 즉, “x, y 및/또는 z”는 “x, y 및 z 중 하나 이상”을 의미한다. 여기에서 활용되는 바와 같은 “예시적인 “이라는 용어는 비제한적인 예, 경우 또는 예시로서의 역할을 한다는 것을 의미한다. 여기에서 활용되는 바와 같은 “예를 들어” 및 “예컨대”라는 용어는 하나 이상의 비제한적인 예, 경우 또는 예시의 목록을 제시한다. 여기에서 활용되는 바와 같은 회로망은, 회로가 기능의 수행이 (예컨대, 사용자 구성 가능 세팅, 설비 트림 등에 의해 ) 비활성화되거나 불가능한지의 여부와는 무관하게 기능을 수행하는 데 필요한 하드웨어와 코드(필요한 경우)를 포함하기만 하면 기능을 수행하도록 “작동 가능하다”.

특정 실시예를 참고로 하여 본 발명의 방법 및/또는 시스템을 설명하였지만, 당업자라면, 본 발명의 방법 및/또는 시스템의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변경이 이루어질 수 있고, 등가물로 대체될 수 있다는 점을 이해할 것이다. 추가로, 특정 조건 또는 재료를 본 개시의 교시에 맞추기 위해, 본 개시의 범위로부터 벗어나는 일 없이 많은 수정이 이루어질 수 있다. 예컨대, 개시된 예의 시스템, 블럭 및/또는 기타 구성요소는 조합, 분할, 재구성 및/또는 다른 방식으로 수정될 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법 및/또는 시스템은 개시된 특정 구현예로 제한되지 않는다. 대신에, 본 발명의 방법 및/또는 시스템은 실질적으로 그리고 균등론 하에서 첨부된 청구범위의 범위 내에 속하는 모든 구현예를 포함할 것이다.

Claims (20)

1. 비디오 익스텐소미터 시스템에서의 검사 프로세스 동안에 오차를 보정하는 오차 보정 시스템으로서,
   검사 시편을 고정하는 검사 시스템;
   검사 시편 표면의 이미지를 캡쳐하도록 구성된 이미징 디바이스;
   검사 시편과 연관된 하나 이상의 파라메터를 측정하도록 구성된 하나 이상의 센서; 및
   프로세싱 시스템
   을 포함하고, 프로세싱 시스템은
   이미징 디바이스로부터 이미지 데이터를 수신하고,
   하나 이상의 센서로부터 센서 데이터를 수신하며,
   이미지 데이터 또는 센서 데이터를 하나 이상의 데이터 문턱값과 비교하고,
   하나 이상의 데이터 문턱값을 위반하는 이미지 데이터 또는 센서 데이터에 응답하여, 적어도 부분적으로 이미지 데이터 또는 센서 데이터에 기초하여 보정 인자를 산출하며,
   적어도 부분적으로 보정 인자에 기초하여 이미징 디바이스 및 시스템 구성요소의 조정을 명령하는 것인 오차 보정 시스템.
2. 제1항에 있어서, 시스템 구성요소는 능동 쿨러, 액추에이터 또는 이미징 디바이스 위치 설정 시스템인 것인 오차 보정 시스템.
3. 제1항에 있어서, 이미징 디바이스는 싱글 뷰 카메라인 것인 오차 보정 시스템.
4. 제1항에 있어서, 이미징 디바이스는 2개 이상의 카메라인 것인 오차 보정 시스템.
5. 제1항에 있어서, 센서는 가속도계, 관성 측정 유닛, 온도 센서, 적외 센서, 발광 다이오드 센서, 초음파 센서 또는 레이저 지원 센서인 것인 오차 보정 시스템.
6. 제1항에 있어서, 하나 이상의 파라메터는 마킹의 형상 또는 위치, 검사 시편의 에지 위치 또는 검사 시편의 폭 중 하나 이상을 포함하는 것인 오차 보정 시스템.
7. 제1항에 있어서, 보정 인자는 밀리미터, 인치 또는 픽셀 단위 중 어느 하나인 것인 오차 보정 시스템.
8. 제1항에 있어서, 프로세싱 시스템은 원격 컴퓨팅 플랫폼이 검사 시스템이나 이미징 디바이스 중 하나 이상과 통신하도록 로케이팅되는 것인 오차 보정 시스템.
9. 제1항에 있어서, 프로세싱 시스템은 이미징 디바이스 또는 검사 시스템 중 어느 하나와 일체화되는 것인 오차 보정 시스템.
10. 비디오 익스텐소미터 시스템에서의 검사 프로세스 동안에 오차를 보정하는 오차 보정 시스템으로서,
    검사 시편을 고정하는 검사 시스템;
    검사 시편 표면의 이미지를 캡쳐하도록 구성된 이미징 디바이스;
    비디오 익스텐소미터 시스템과 연관된 하나 이상의 이동 파라메터를 측정하도록 구성된 하나 이상의 동작 센서;
    이미징 디바이스의 위치 또는 배향을 조정하는 하나 이상의 액추에이터; 및
    프로세싱 시스템
    을 포함하고, 프로세싱 시스템은
    이미징 디바이스로부터 이미지 데이터를 수신하고,
    하나 이상의 동작 센서로부터의 진동 측정값에 대응하는 센서 데이터를 수신하며,
    이미지 데이터 또는 센서 데이터를 하나 이상의 데이터 문턱값과 비교하고,
    하나 이상의 데이터 문턱값을 위반하는 센서 데이터에 응답하여, 적어도 부분적으로 이미지 데이터와 센서 데이터에 기초하여 보정 인자를 산출하며,
    하나 이상의 액추에이터에 적어도 부분적으로 보정 인자에 기초하여 이미징 디바이스의 위치 및 배향을 조정하도록 명령하는 것인 오차 보정 시스템.
11. 제10항에 있어서, 하나 이상의 동작 센서는 가속도계, 관성 측정 유닛, 진동 센서 또는 틸트 센서를 포함하는 것인 오차 보정 시스템.
12. 제10항에 있어서, 하나 이상의 동작 센서가 하나 이상의 이미지 센서 근처에 배치되어 하나 이상의 이미지 센서에서의 진동을 모니터링하고 측정하는 것인 오차 보정 시스템.
13. 제10항에 있어서, 하나 이상의 데이터 문턱값은 하나 이상의 데이터 문턱 진동값에 상응하고, 프로세싱 시스템은 하나 이상의 문턱 진동값을 위반하는 진동 측정값과 이미지 데이터를 상관시키도록 더욱 작동 가능한 것인 오차 보정 시스템.
14. 제13항에 있어서, 프로세싱 시스템은 과량의 진동을 보정하기 위해 하나 이상의 문턱 진동값을 초과하는 상관된 데이터 지점에서 이미지 데이터에 보상 인자를 적용하도록 더욱 작동 가능한 것인 오차 보정 시스템.
15. 제10항에 있어서, 하나 이상의 액추에이터를 제어하기 위해 프로세싱 시스템으로부터 명령을 수신하는 구동 및 제어 시스템을 더 포함하는 오차 보정 시스템.
16. 제10항에 있어서, 액추에이터는 기계식 증폭기를 지닌 압전 액추에이터를 포함할 수 있는 것인 오차 보정 시스템.
17. 제10항에 있어서, 측정값 및 보상 산출은 이미징 작동 중에 실시간으로 수행될 수 있는 것인 오차 보정 시스템.
18. 제10항에 있어서, 능동 진동 제어는 이미지 데이터 보상과 함께 구현될 수 있는 것인 오차 보정 시스템.
19. 제10항에 있어서, 프로세싱 시스템은 원격 컴퓨팅 플랫폼이 검사 시스템이나 이미징 디바이스 중 하나 이상과 통신하도록 로케이팅되는 것인 오차 보정 시스템.
20. 제10항에 있어서, 이미징 디바이스는 각각 검사 시편 표면의 이미지를 캡쳐하도록 작동 가능한 2개 이상의 이미징 디바이스를 포함하는 것인 오차 보정 시스템.

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