專利名稱：用于測(cè)量基底厚度的在線測(cè)量系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測(cè)量基底厚度的測(cè)量系統(tǒng)及其方法，特別涉及一種在制造過(guò)程中精確測(cè)量基底厚度的在線測(cè)量系統(tǒng)及其方法。
通常采用激光設(shè)備測(cè)量基底的厚度。激光設(shè)備是一種干涉計(jì)，一般包括激光源、鏡頭和探測(cè)傳感器。每個(gè)激光源、鏡頭和探測(cè)傳感器相對(duì)于基底被精確地布置，其布置是相當(dāng)困難的。另外，激光設(shè)備的探測(cè)傳感器通過(guò)對(duì)機(jī)械振動(dòng)相當(dāng)敏感。于是，如果基底在測(cè)量過(guò)程中移動(dòng)或振動(dòng)，激光設(shè)備就不能精確地測(cè)量基底的厚度，甚至不能進(jìn)行測(cè)量操作。
因此，為了使用激光設(shè)備測(cè)量基底的厚度，通過(guò)基底在測(cè)量之前需要從生產(chǎn)線上取下，在測(cè)量之后再返回到生產(chǎn)線上進(jìn)行下一步的加工。這就是說(shuō)，激光設(shè)備可以用于下線測(cè)量，而不能用于在線測(cè)量。
可以下線測(cè)量需要更多的人力和花費(fèi)更多的時(shí)間，造成了高成本和低效率。于是，在線測(cè)量?jī)?yōu)于下線測(cè)量，現(xiàn)在開(kāi)發(fā)了不同的在線測(cè)量系統(tǒng)以使制造相同更加柔性?？墒?，傳統(tǒng)的在線測(cè)量系統(tǒng)在進(jìn)行精確測(cè)量方面存在很多困難。
本發(fā)明簡(jiǎn)述因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種在制造基底的生產(chǎn)線上測(cè)量基底厚度的在線測(cè)量系統(tǒng)及其方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種在線測(cè)量系統(tǒng)及其方法，其中進(jìn)一步測(cè)量基底的厚度變化和移動(dòng)速度和反饋測(cè)量值以用于基底厚度的精確測(cè)量。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種可以實(shí)時(shí)提供測(cè)量結(jié)果的在線測(cè)量系統(tǒng)及其方法，以便可以得到一個(gè)柔性制造系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于測(cè)量傳送中的基底的厚度的在線測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括第一圖象探測(cè)器，用于探測(cè)上述基底的底表面的垂直高度變化；第二圖象探測(cè)器，用于獲取上述基底的底表面的圖象，上述底表面具有兩個(gè)相對(duì)的邊緣；一個(gè)升降裝置，用于相對(duì)于玻璃基底的底表面垂直地移動(dòng)上述第二圖象探測(cè)器，根據(jù)底表面的垂直高度的變化控制上述升降裝置，于是使在上述底表面和上述第二圖象探測(cè)器之間的垂直距離保持恒定；以及一個(gè)控制器，用于處理底表面的圖象以計(jì)算在底表面的兩個(gè)邊緣之間的距離，于是獲得上述基底的厚度。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種測(cè)量傳送中的基底的厚度的方法，該方法包括以下步驟探測(cè)上述基底的傳送速度；探測(cè)上述基底的底表面的垂直高度的變化；獲取基底的底表面的圖象，其中根據(jù)上述傳送速度來(lái)確定獲取圖象的獲取速度和獲取間隔，同時(shí)根據(jù)上述垂直高度的變化來(lái)確定獲取的焦距，上述底表面具有相對(duì)的邊緣；以及處理上述圖象以計(jì)算在上述底表面的相對(duì)邊緣之間的距離，于是獲得上述基底的厚度。
在

圖1中，在線厚度測(cè)量系統(tǒng)100包括第一圖象探測(cè)器40、第二圖象探測(cè)器50和一個(gè)升降裝置60以測(cè)量基底1的厚度。基底1是透明的或不透明的基底。具體來(lái)說(shuō)，基底1可以是用于液晶顯示(LCD)的上基底或下基底的玻璃基底。傳送裝置10用于將基底1從一個(gè)在先的制造基底1的步驟移動(dòng)到下一個(gè)制造基底1的步驟。
第一圖象探測(cè)器40位于靠近基底1的下部的位置和獲得下部的一個(gè)圖象以估計(jì)地指示基底1的底表面2(圖2)的垂直高度的變化。第二圖象探測(cè)器60位于基底1的底表面2(圖3)下面和獲得基底1的底表面2的圖象以指示基底1的厚度。升降裝置60使第二圖象探測(cè)器50相對(duì)于基底的底表面2垂直地移動(dòng)，其中根據(jù)下部的高度高度的變化來(lái)控制升降裝置60，于是在第二圖象探測(cè)器50和底表面2之間保持恒定的垂直距離。
傳送裝置10包括一個(gè)傳送軸12和至少一個(gè)承載件14，該承載件14夾持住基底1并且朝向箭頭的方向沿著傳送軸12移動(dòng)。至少有一個(gè)承載件14具有一個(gè)電動(dòng)機(jī)(未示出)以驅(qū)動(dòng)承載件14。優(yōu)選的是，電極具有一個(gè)連接到其驅(qū)動(dòng)軸(未示出)上的小齒輪(未示出)，而傳送軸12具有一個(gè)對(duì)應(yīng)于小齒輪的齒條。
厚度測(cè)量系統(tǒng)100優(yōu)選進(jìn)一步包括一個(gè)速度探測(cè)傳感器20和一個(gè)基底探測(cè)傳感器30。速度探測(cè)傳感器20指示基底1移動(dòng)的速度，而基底探測(cè)傳感器30只是基底1的起點(diǎn)。在基底探測(cè)傳感器指示出基底1的起點(diǎn)之后，第一和第二圖象探測(cè)器40和50可是工作獲取圖象?？梢愿鶕?jù)基底1的移動(dòng)速度來(lái)連續(xù)調(diào)節(jié)第一和第二圖象探測(cè)器40和50的圖象獲取間隔以及獲取速度，以便可以獲得一個(gè)清晰和準(zhǔn)確的圖象。
盡管為了方便起見(jiàn)，在圖中顯示的速度探測(cè)傳感器20與承載件14是分離的，優(yōu)選速度圖象傳感器與至少一個(gè)承載件14相結(jié)合，以便可以與承載件14一起移動(dòng)。例如，速度探測(cè)傳感器20可以是一個(gè)與電機(jī)(未示出)的驅(qū)動(dòng)軸(未示出)相連接的轉(zhuǎn)速計(jì)以測(cè)量小齒輪(未示出)的角速度。因?yàn)樾↓X輪的角速度可以方便地轉(zhuǎn)換為承載件14的線速度，于是可以得到基底1或承載件14的移動(dòng)速度。
基底探測(cè)傳感器30位于靠近基底1的主表面的位置和包括相互面對(duì)的一個(gè)光發(fā)射裝置32和一個(gè)光接受裝置34。當(dāng)基底1經(jīng)過(guò)在光發(fā)射裝置32和光接受裝置34之間的空間時(shí)，可以探測(cè)到基底1的起點(diǎn)。如果基底1是透明的，基底探測(cè)傳感器30優(yōu)選使用紅外線探測(cè)基底1的起點(diǎn)。
基底探測(cè)傳感器30、第一圖象探測(cè)器40和第二圖象探測(cè)器50按照對(duì)應(yīng)于基底1的傳送方向的次序被依次布置。于是，當(dāng)基底1按照箭頭的方向從在先步驟上被移動(dòng)時(shí)，它便依次經(jīng)過(guò)基底探測(cè)傳感器30、第一圖象探測(cè)器40和第二圖象探測(cè)器50。
升降裝置60包括一個(gè)引導(dǎo)殼體68、一個(gè)螺桿64、一個(gè)升降電機(jī)62和一個(gè)保持住第二圖象探測(cè)器50的保持器66。第一圖象探測(cè)器40包括一個(gè)第一光源42和一個(gè)第一CCD攝像機(jī)44，而第二圖象探測(cè)器50包括一個(gè)第二光源52和第二CCD攝像機(jī)54。優(yōu)選一個(gè)兩維CCD攝像機(jī)或一個(gè)一維CCD攝像機(jī)被用作第一和第二CCD攝像機(jī)，然而第一和第二CCD攝像機(jī)也可以分別使用其它的設(shè)備，只要它們能夠獲得圖象并將圖象轉(zhuǎn)換為圖象信號(hào)。另外，對(duì)于第一圖象探測(cè)器40也可以用一個(gè)高度探測(cè)器來(lái)替代，只要該高度探測(cè)器能夠精確地測(cè)量基底1的底表面2的垂直位置的變化。
參考圖2和3，下面將詳細(xì)說(shuō)明第一圖象探測(cè)器40、第二圖象探測(cè)器50和升降裝置60的結(jié)構(gòu)和操作。
在圖2中，第一圖象探測(cè)器40的第一CCD攝像機(jī)44和第一光源42位于靠近具有底表面2的基底1的下部的位置。第一光源42和第一CCD攝像機(jī)44彼此相對(duì)，基底1經(jīng)過(guò)在第一光源42和第一CCD攝像機(jī)44之間的空間。第一光源42向基底1的下部的周圍發(fā)射光線，于是入射到第一CCD攝像機(jī)44中的光線的強(qiáng)度就會(huì)出現(xiàn)區(qū)別。通過(guò)使用這個(gè)入射光線的強(qiáng)度的區(qū)別，第一CCD攝像機(jī)44就會(huì)獲取一個(gè)基底1的下部的圖象。第一CCD攝像機(jī)44然后將圖象轉(zhuǎn)換為一個(gè)邊緣的影象信號(hào)。
在圖3中，第二光源52和第二CCD攝像機(jī)54位于基底1的底表面2的下面。第二光源52被安裝在第二CCD攝像機(jī)54上，第二CCD攝像機(jī)54被連接在升降裝置60的保持器66上。第二光源52向基底1的底表面2的周邊發(fā)生光線。因?yàn)榈妆砻?將發(fā)射的光線反射回來(lái)，于是入射到第二CCD攝像機(jī)54中的入射光線的強(qiáng)度就會(huì)出現(xiàn)差別。通過(guò)利用這個(gè)入射光線的強(qiáng)度的差別，第二CCD攝像機(jī)54獲取了底表面2的圖象。接著第二CCD攝像機(jī)54將獲取得圖象轉(zhuǎn)換為厚度影象信號(hào)。
仍然參考圖3，升降裝置60的螺桿64和升降電機(jī)62位于引導(dǎo)殼體68的內(nèi)部，保持器66進(jìn)入引導(dǎo)殼體68中并被引導(dǎo)殼體68所引導(dǎo)。螺桿64直接或間接地與升降電機(jī)62的驅(qū)動(dòng)軸(未示出)相連接，于是升降電機(jī)62可以旋轉(zhuǎn)螺桿64。保持器66在引導(dǎo)殼體68的外面保持第二圖象探測(cè)器50并具有一個(gè)和螺桿64相對(duì)應(yīng)的螺孔(未示出)。因?yàn)楸３制?6通過(guò)螺孔被連接在螺桿64上并被引導(dǎo)殼體68所引導(dǎo)，螺桿64的旋轉(zhuǎn)使保持器66沿著螺桿64進(jìn)行線性的移動(dòng)。
在圖4中描述了上述的在線厚度控制系統(tǒng)100(圖1)的控制框圖。一個(gè)控制器70被電連接到速度探測(cè)傳感器20、基底探測(cè)傳感器30、第一圖象探測(cè)器40、第二圖象探測(cè)器50、升降電機(jī)62和一個(gè)屏幕72上，該屏幕72是一個(gè)顯示裝置?？刂破?0優(yōu)選是一個(gè)具有預(yù)先設(shè)置程序的微處理器，以控制在線厚度控制系統(tǒng)100(圖1)。
現(xiàn)在參考圖2到圖4，將詳細(xì)解釋控制器70的工作。
當(dāng)基底探測(cè)傳感器30指示出基底1的起點(diǎn)時(shí)，控制器70相應(yīng)地輸出一個(gè)控制信號(hào)以操作第一圖象探測(cè)器40。根據(jù)該控制信號(hào)，第一光源42被接通，第一CCD攝像機(jī)44獲取基底1的下部的圖象。第一CCD攝像機(jī)44將圖象轉(zhuǎn)換為邊緣影象信號(hào)并將該邊緣影象信號(hào)傳送到控制器70中?？刂破?0將該邊緣影象信號(hào)處理成為一個(gè)邊緣圖象，同時(shí)控制屏幕顯示出該邊緣圖象。
因?yàn)榈谝籆CD攝像機(jī)44具有有限的視角范圍，從其傳送的每個(gè)邊緣影象信號(hào)只是基底的邊緣圖象的一部分。因此，為了顯示全部的基底1的邊緣圖象，控制器70接著將現(xiàn)在的部分邊緣圖象和前面的部分邊緣圖象相匹配。如果選擇兩維CCD攝像機(jī)用作第一CCD攝像機(jī)44，每個(gè)部分邊緣圖象被顯示在一個(gè)兩維的平面上。另外，如果選擇一維CCD攝像機(jī)用作第一CCD攝像機(jī)44，每個(gè)部分邊緣圖象被顯示在一個(gè)一維的線上，其與基底1的傳送方向垂直。
圖5和6描述了在選擇兩維CCD攝像機(jī)用作第一CCD攝像機(jī)44時(shí)。相鄰的部分邊緣圖象的上述匹配。
在圖5中的屏幕72上顯示的第一線“I1”和第二線“I2”是相鄰的部分邊緣圖象，它們是分別從一個(gè)在先的邊緣影象信號(hào)和一個(gè)現(xiàn)在的邊緣影象信號(hào)相繼處理獲取。如果攝像機(jī)的獲取得間隔是根據(jù)基底1(圖2)的傳送速度被正確的確定，第一線“I1”和第二線“I2”具有一個(gè)對(duì)應(yīng)于彼此的重合部分“A”。盡管為了方便起見(jiàn)，第一線“I1”和第二線“I2”彼此相互間隔分離，但是在重合部分“A”，它們彼此相互對(duì)應(yīng)一致。
于是控制器70(圖4)將第一線“I1”和第二線“I2”在重合部分“A”相匹配，于是在圖6的屏幕72上顯示出一個(gè)連續(xù)的第三線“I3”。第三線“I3”根據(jù)實(shí)際的底表面2(圖2)的垂直的變化而上下起伏。如果一個(gè)基準(zhǔn)線位于第三線“I3”的下面，則第三線“I3”的每個(gè)點(diǎn)具有一個(gè)對(duì)應(yīng)于基準(zhǔn)線的相應(yīng)高度。
返回到圖2到圖4，上述的高度可以從在控制器70中的邊緣影象信號(hào)中計(jì)算得出。優(yōu)選對(duì)邊緣的高度的計(jì)算進(jìn)行校準(zhǔn)，于是高度的計(jì)算值與實(shí)際的高度大小相一致，其中實(shí)際的大小是從一個(gè)放置第二圖象探測(cè)器50的基準(zhǔn)平面到基底1的底表面2的手工測(cè)量得出的垂直距離。
控制器70根據(jù)從第二圖象探測(cè)器40輸出的邊緣影象信號(hào)驅(qū)動(dòng)升降電機(jī)62，于是升降裝置60使第二圖象探測(cè)器50根據(jù)邊緣的高度上下移動(dòng)。在這點(diǎn)上，因?yàn)榛?從第一圖象探測(cè)器40連續(xù)地移動(dòng)到第二圖象探測(cè)器50，第一圖象探測(cè)器40的獲取定時(shí)和升降裝置60的移動(dòng)定時(shí)優(yōu)選相對(duì)于基底1的移動(dòng)速度相互同步。于是，在底表面2和第二圖象探測(cè)器50之間保持一個(gè)恒定的垂直距離?？梢灶A(yù)選設(shè)置在二者之間的這個(gè)恒定的垂直距離，以對(duì)第二CCD攝像機(jī)54提供一個(gè)最優(yōu)的焦距，于是第二CCD攝像機(jī)54可以不管底表面2的垂直高度的變化而保持最優(yōu)的焦距。
接著控制器70輸出另一個(gè)控制信號(hào)以操作第二圖象探測(cè)器50。根據(jù)該控制信號(hào)，第二光源52被接通，第二CCD攝像機(jī)54獲取基底1的底表面2的圖象。第二CCD攝像機(jī)54將圖象轉(zhuǎn)換為厚度影象信號(hào)并將該厚度影象信號(hào)傳送到控制器70中?？刂破?0將該厚度影象信號(hào)處理成為一個(gè)厚度圖象，同時(shí)控制屏幕72顯示出該厚度圖象。
因?yàn)榈诙﨏CD攝像機(jī)54具有有限的視角范圍，從其傳送的每個(gè)厚度影象信號(hào)只是基底的厚度圖象的一部分。因此，為了顯示全部的基底1的厚度圖象，控制器70接著將現(xiàn)在的部分厚度圖象和前面的部分厚度圖象相匹配。
圖7和8描述了在選擇兩維CCD攝像機(jī)用作第二CCD攝像機(jī)54時(shí)。相鄰的部分邊緣圖象的上述匹配。第一厚度包括第四線“I4”和第五線“I5”，而第二厚度圖象包括第六線“I6”和第七線“I7”。第一厚度圖象和第二厚度圖象是相鄰的部分厚度圖象，并具有另一個(gè)對(duì)應(yīng)于彼此的重合部分“B”。盡管為了方便起見(jiàn)，第四線“I4”和第六線“I6”或第七線“I7”和第五線“I5”彼此相互間隔分離，但是在重合部分“B”，它們彼此相互對(duì)應(yīng)一致。
于是控制器70(圖4)將第四線“I4”和第六線“I6”在重合部分“B”相匹配，于是在圖8的屏幕72上顯示出一個(gè)連續(xù)的第八線“I8”。同時(shí)，控制器70(圖4)將第七線“I7”和第五線“I5”在重合部分“B”相匹配，于是在圖8的屏幕72上顯示出一個(gè)連續(xù)的第九線“I9”。第八線“I8”和第九線“I9”分別代表底表面2(圖3)的第一和第二邊緣。因此，在第八線“I8”和第九線“I9”之間的垂直距離代表了底表面2(圖3)的厚度。
返回到圖3和圖4，上述的垂直距離可以從在控制器70中的厚度緣影象信號(hào)中計(jì)算得出。優(yōu)選對(duì)厚度的計(jì)算進(jìn)行校準(zhǔn)，于是垂直的距離對(duì)應(yīng)于基底1的真實(shí)厚度。當(dāng)基底1被傳送時(shí)，基底1的厚度圖象以及厚度值被實(shí)時(shí)顯示在屏幕72上。
上面根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，對(duì)于本發(fā)明技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以不脫離本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍地情況下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種用于測(cè)量傳送中的基底的厚度的在線測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括第一圖象探測(cè)器，用于探測(cè)上述基底的底表面的垂直高度變化；第二圖象探測(cè)器，用于獲取上述基底的底表面的圖象，上述底表面具有兩個(gè)相對(duì)的邊緣；一個(gè)升降裝置，用于相對(duì)于玻璃基底的底表面垂直地移動(dòng)上述第二圖象探測(cè)器，根據(jù)底表面的垂直高度的變化控制上述升降裝置，于是使在上述底表面和上述第二圖象探測(cè)器之間的垂直距離保持恒定；以及一個(gè)控制器，用于處理底表面的圖象以計(jì)算在底表面的兩個(gè)邊緣之間的距離，于是獲得上述基底的厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括一個(gè)基底探測(cè)傳感器，用于探測(cè)基底的起點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括一個(gè)速度探測(cè)傳感器。用于指示基底的傳送速度，其中根據(jù)上述基底的傳送速度來(lái)確定第二圖象探測(cè)器的獲取間隔和獲取速度，上述升降裝置的定時(shí)和另一個(gè)指示垂直高度變化的定時(shí)相對(duì)于上述基底的傳送速度保持同步。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，第一圖象探測(cè)器包括第一光源和第一CCD攝像機(jī)，第一光源將光線發(fā)射到基底的下部的周圍，第一CCD攝像機(jī)獲取上述下部的圖象以指示上述基底的底表面的垂直高度的變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，第一CCD攝像機(jī)是一個(gè)一維CCD攝像機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，第一CCD攝像機(jī)是一個(gè)兩維CCD攝像機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，第二圖象探測(cè)器包括第二光源和第二CCD攝像機(jī)，第二光源將光線發(fā)射到基底的底表面上，第一CCD攝像機(jī)獲取上述底表面的圖象。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，第二CCD攝像機(jī)是一個(gè)一維CCD攝像機(jī)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，第二CCD攝像機(jī)是一個(gè)兩維CCD攝像機(jī)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，第一圖象探測(cè)器是一個(gè)高度傳感器。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，上述升降裝置包括一個(gè)升降電機(jī)，可以根據(jù)基底的底表面的垂直高度的變化控制上述升降電機(jī)；一個(gè)被升降電機(jī)旋轉(zhuǎn)的螺桿；一個(gè)連接到上述螺桿的保持器，上述保持器保持上述第二圖象探測(cè)器；以及一個(gè)引導(dǎo)上述保持器的引導(dǎo)殼體，于是保持器沿著上述螺桿線性移動(dòng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括一個(gè)顯示基底的厚度的顯示裝置。
13.一種測(cè)量傳送中的基底的厚度的方法，該方法包括以下步驟探測(cè)上述基底的傳送速度；探測(cè)上述基底的底表面的垂直高度的變化；獲取基底的底表面的圖象，其中根據(jù)上述傳送速度來(lái)確定獲取圖象的獲取速度和獲取間隔，同時(shí)根據(jù)上述垂直高度的變化來(lái)確定獲取的焦距，上述底表面具有相對(duì)的邊緣；以及處理上述圖象以計(jì)算在上述底表面的相對(duì)邊緣之間的距離，于是獲得上述基底的厚度。
全文摘要
一個(gè)用于測(cè)量傳送中的基底的厚度的在線測(cè)量系統(tǒng),包括第一圖象探測(cè)器、第二圖象探測(cè)器、升降裝置、以及一個(gè)顯示裝置。在第一圖象探測(cè)器指示基底的底表面的垂直高度的變化之后,第二圖象探測(cè)器獲取基底的底表面的圖象。根據(jù)底表面的垂直高度的變化,升降裝置相對(duì)于玻璃基底的底表面垂直地移動(dòng)第二圖象探測(cè)器,于是在底表面和第二圖象探測(cè)器之間的垂直距離保持恒定。接著,一個(gè)控制器處理底表面的圖象以計(jì)算在底表面的相對(duì)邊緣之間的距離,而獲得上述基底的厚度。
文檔編號(hào)G01B11/06GK1357745SQ0114049
公開(kāi)日2002年7月10日 申請(qǐng)日期2001年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月8日
發(fā)明者河鐘垠, 金澤天, 白柱烈, 崔宰碩, 崔長(zhǎng)洙 申請(qǐng)人:三星科英株式會(huì)社