專利名稱：制造和加工過程中確定板位置的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及由基于玻璃的材料制成的大尺寸板的制造和加工。更具體地，本發(fā)明涉及在板的制造和加工過程中用于測量材料板的選定區(qū)域的位置的方法和裝置。
背景技術(shù)：
熔化抽拉工藝用來從例如熔融玻璃之類的熔融材料制造材料板。在授權(quán)給 Dockerty的美國專利No. 3，338，696和3，682，609中，描述了常見的熔化抽拉工藝。典型地，熔化抽拉工藝涉及將熔融材料送入料槽并使熔融材料以可控方式沿料槽的邊向下溢流。沿料槽的邊向下流動的不同材料流在料槽底部聚合成單股材料流，它被抽拉成連續(xù)的材料板。連續(xù)的材料板在熔化抽拉機的底部被分割成多個分立的材料片。這道工藝的關(guān)鍵優(yōu)勢在于，材料板的表面不與料槽或其它成形設(shè)備的邊接觸并因此是原始形態(tài)的。這道工藝的另一優(yōu)勢在于，材料板非常平整并具有均一的厚度。通過熔化抽拉工藝制成的大玻璃板是制造大型平板顯示器的關(guān)鍵部件。替代地， 它們可被切片以制造其它設(shè)備，例如有源電子設(shè)備、光電設(shè)備和生物序列。然而，隨著對更大材料板的需求日益增加，制造和加工這些板的困難也隨之增大。例如，在熔化抽拉機 (FDM)底部的板刻劃和分離工藝明顯有助于板在FDM的成形區(qū)的運動。板在成形區(qū)的運動會對板中的應(yīng)力水平和應(yīng)力變化產(chǎn)生負面影響，可能導(dǎo)致最終產(chǎn)品的扭曲。所加工的板越大，則板運動對板中應(yīng)力水平和應(yīng)力變化的影響越明顯。本發(fā)明的受讓人康寧公司已研發(fā)出許多技術(shù)來使抽拉底部的板運動最小。其中一種技術(shù)涉及通過激光器對玻璃板進行刻劃，由此避免可能導(dǎo)致板運動的與玻璃板的物理接觸，如美國專利申請No. 12/008, 949中描述的那樣。另一技術(shù)涉及使用適應(yīng)性突緣裝置而在對玻璃板刻劃的同時咬合玻璃板，由此減少玻璃板在刻劃過程中的運動，如美國專利申請公開No. US2008/0276646中記載的那樣。另一種技術(shù)包括分離玻璃板而不彎曲玻璃板， 如美國專利申請公開No. US2007/0039990中記載的那樣。這些技術(shù)要求有關(guān)玻璃板選定區(qū)域相對于基準平面的位置的實時信息。在FDM不同高度的這種信息也有益于細調(diào)和優(yōu)化抽拉工藝。發(fā)明概述在本發(fā)明的第一方面，提供一種確定材料板的選定區(qū)域相對于基準平面的位置的方法。該方法包括在材料板的選定區(qū)域投射第一入射光束，以使第一入射光束在第一位置并以第一角度碰撞選定區(qū)域，由此產(chǎn)生第一反射光束。該方法包括在材料板的選定區(qū)域投射第二入射光束，以使第二入射光束在第二位置并以第二角度碰撞選定區(qū)域，由此產(chǎn)生第二反射光束，其中第二位置和第二角度分別不同于第一位置和第一角度。該方法包括在基準平面攔截第一反射光束和第二反射光束。該方法包括接收與攔截反射光束的位置和投射入射光束的角度相關(guān)的信息。該方法包括將該信息與選定區(qū)域相對于基準平面的位置相關(guān)聯(lián)。在本發(fā)明的第一方面的某些實施例中，該方法還包括使用該信息來控制無彎曲板分離工藝。在本發(fā)明的第一方面的某些實施例中，將信息關(guān)聯(lián)的步驟包括從該信息確定選定區(qū)域和基準平面之間的距離以及選定區(qū)域相對于基準平面的方位。在本發(fā)明第一方面的某些實施例中，將信息關(guān)聯(lián)的步驟包括對Pn = b(2 θ η+2 θ 0) 求解，其中Pn是在基準平面上攔截反射光束的位置，θ η是入射光束碰撞選定區(qū)域的角度， b是從選定區(qū)域至基準平面的距離，而θ ^是選定區(qū)域相對于基準平面的方位。在本發(fā)明第一方面的某些實施例中，9 和θ ^中的每一個的絕對值小于約12°。在本發(fā)明第一方面的某些實施例中，第一入射光束和第二入射光束是狹長的光束ο在本發(fā)明第一方面的某些實施例中，投射第一入射光束和第二入射光束包括使第一入射光束的長軸和第二入射光束的長軸分別對準與材料板平移方向基本上平行的方向。在本發(fā)明第一方面的某些實施例中，該方法還包括產(chǎn)生光束和將光束分束成第一入射光束和第二入射光束。在本發(fā)明第一方面的某些實施例中，該方法還包括產(chǎn)生光束和在掃描光學(xué)反射鏡處定向光束以產(chǎn)生第一入射光束和第二入射光束。在本發(fā)明第一方面的某些實施例中，掃描反射鏡與選定區(qū)域呈相對關(guān)系地定位并沿材料板的平移方向轉(zhuǎn)動。在本發(fā)明第一方面的某些實施例中，該方法還包括用第一光源產(chǎn)生第一入射光束并用第二光源產(chǎn)生第二入射光束。在本發(fā)明第一方面的某些實施例中，攔截第一反射光束和第二反射光束包括用線性陣列檢測器來攔截第一反射光束。在本發(fā)明第一方面的某些實施例中，攔截第一反射光束和第二反射光束包括有選擇地平移光接收器以攔截第一反射光束和第二反射光束。在本發(fā)明第一方面的某些實施例中，攔截第一反射光束和第二反射光束包括在投射第二入射光束前攔截第一反射光束。在本發(fā)明的第二方面，提供一種確定材料板的選定區(qū)域相對于基準平面的位置的裝置。該裝置包括光源，用于分別以第一角度和第二角度在材料板的選定區(qū)域投射第一入射光束和第二入射光束，所述第一角度不同于第二角度。該裝置包括光接收器，用來攔截來自材料板的選定區(qū)域的第一反射光束和第二反射光束，其中第一反射光束和第二反射光束沿不同光路行進。該裝置包括數(shù)據(jù)采集器，用來采集關(guān)于攔截反射光束的位置和投射入射光束的角度的信息。該裝置包括數(shù)據(jù)分析器，用來從采集的數(shù)據(jù)確定選定區(qū)域相對于基準平面的位置。在本發(fā)明的第二方面的某些實施例中，光源包括工作在范圍從400nm至1700nm的波長下的光發(fā)生器。
在本發(fā)明第二方面的某些實施例中，光源還包括被定位成從光發(fā)生器接收光束的掃描光學(xué)反射鏡。在本發(fā)明第二方面的某些實施例中，光源還包括光束整形器，用來將來自光發(fā)生器的光束整形為具有至少10的縱橫比的狹長光束。在本發(fā)明第二方面的某些實施例中，光源還包括分束器，用來將來自光發(fā)生器的光束分束成第一入射光束和第二入射光束。在本發(fā)明第二方面的某些實施例中，光源包括用于提供第一入射光束的第一光發(fā)生器和用于提供第二入射光束的第二光發(fā)生器。在本發(fā)明第二方面的某些實施例中，光接收器包括用于攔截反射光束的檢測器陣列。在本發(fā)明第二方面的某些實施例中，數(shù)據(jù)分析器對Pn = b(2 θ η+2 θ 0)求解，其中 Pn是在基準平面上攔截反射光束的位置，θ η是入射光束碰撞選定區(qū)域的角度，b是從選定區(qū)域至基準平面的距離，而θ ^是選定區(qū)域相對于基準平面的方位。在本發(fā)明的第三方面，提供一種玻璃板制造系統(tǒng)。該玻璃板制造系統(tǒng)包括用來形成材料板的熔化抽拉機以及如本發(fā)明第二方面描述那樣確定材料板選定區(qū)域相對于基準平面的位置的裝置。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點根據(jù)所下面的說明書和所附權(quán)利要求將變得顯而易見。附圖簡述下面對附圖進行說明。在附圖中，附圖不一定按比例繪制，并且為了清楚和簡潔， 附圖的某些特征和某些視圖以放大比例示出或示意性地示出。

圖1示出測量材料板上的選定區(qū)域相對于基準平面的位置的方法。圖2是用于測量材料板上的選定區(qū)域相對于基準平面的位置的裝置的框圖。圖3是圖2的裝置的第一詳細框圖。圖4是圖2的裝置的第二詳細框圖。圖5是圖2的裝置的第三詳細框圖。圖6示出沿板部署的用于測量板形狀輪廓的多個測量單元。圖7示出無彎曲玻璃板分離過程。
圖8示出玻璃板制造過程。詳細說明現(xiàn)在參照如圖所示的一些示例性實施例對本發(fā)明進行詳細說明。在對示例性實施例的描述中，將闡述眾多具體細節(jié)來提供對本發(fā)明的透徹理解。然而，對本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的是，在沒有這些具體細節(jié)的一些或全部的情況下也可實踐本發(fā)明。在其它情形中，眾所周知的特征和/或工藝并未予以詳細描述以免不必要地混淆本發(fā)明。另外，相同或相似的附圖標記可用來標識相同或相似的要素。圖1示出測量材料板上的選定區(qū)域相對于基準平面的位置的方法。在一些示例中，材料板可以由玻璃或基于玻璃的材料制成?；鶞势矫婵梢允菙r截來自材料板的反射光束的測量平面，如下文中所述。替代地，基準平面可基本平行于攔截來自材料板的反射光束的測量平面。在圖1中，曲線C代表板而P代表曲線C上的一個點。此外，0代表源光束向板投射的點，而Pn代表攔截來自板的反射光束的點，其中當源光束碰撞板時產(chǎn)生反射光束。下面對用于投射源光束和攔截反射光束的裝置進行說明。初始光束OP可描述如下y = kx(1)其中k = cot θ n(2)對于大型板(例如沿χ方向的寬度> 2的板)，點P周圍的局部區(qū)域是基本平整的。因此，足以使用直線來描繪板在點P周圍的局部區(qū)域中的橫截面。在一個示例中，將點 P處對曲線C的切線T選為該直線并表示成y = ax+b(3)其中a是切線T的斜率，而b是切線T在y軸上的截距。斜率可表示如下a = tan θ 0從等式(3)
權(quán)利要求
1.一種確定材料板選定區(qū)域相對于基準平面的位置的方法，包括在材料板的選定區(qū)域投射第一入射光束，以使所述第一入射光束在第一位置并以第一角度碰撞選定區(qū)域，由此產(chǎn)生第一反射光束；在材料板的選定區(qū)域投射第二入射光束，以使第二入射光束在第二位置并以第二角度碰撞選定區(qū)域，由此產(chǎn)生第二反射光束，所述第二位置和第二角度分別不同于第一位置和第一角度；在基準平面攔截第一反射光束和第二反射光束；接收與攔截反射光束的位置和投射入射光束的角度相關(guān)的信息；以及將所述信息與所述選定區(qū)域相對于基準平面的位置相關(guān)聯(lián)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括使用所述信息來控制無彎曲板分離工藝。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將所述信息關(guān)聯(lián)的步驟包括從所述信息確定選定區(qū)域和基準平面之間的距離以及選定區(qū)域相對于基準平面的方位。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將所述信息關(guān)聯(lián)的步驟包括對Pn= b(2 0n+2 0o)求解，其中Pn是在基準平面上攔截反射光束的位置，θ n是入射光束碰撞所述選定區(qū)域的角度，b是從選定區(qū)域至基準平面的距離，而θ ^是選定區(qū)域相對于基準平面的方位。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，9 和θ^中的每一個的絕對值小于約12°。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一入射光束和所述第二入射光束是具有至少10的縱橫比的狹長光束，并且投射所述第一入射光束和第二入射光束包括分別使所述第一入射光束的長軸和所述第二入射光束的長軸沿基本平行于材料板平移方向的方向?qū)省?br> 7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括產(chǎn)生光束并將所述光束分束成第一入射光束和第二入射光束。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括產(chǎn)生光束并在掃描光學(xué)反射鏡處定向所述光束以產(chǎn)生第一入射光束和第二入射光束。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述掃描光學(xué)反射鏡與所述選定區(qū)域呈相對關(guān)系定位，并沿所述材料板的平移方向轉(zhuǎn)動。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括用第一光源產(chǎn)生第一入射光束以及用第二光源產(chǎn)生第二入射光束。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，攔截所述第一反射光束和所述第二反射光束包括用線性陣列檢測器來攔截所述第一反射光束。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，攔截所述第一反射光束和所述第二反射光束包括有選擇地平移光接收器以攔截所述第一反射光束和所述第二反射光束。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，攔截所述第一反射光束和所述第二反射光束包括在投射第二入射光束前攔截所述第一反射光束。
14.一種確定材料板選定區(qū)域相對于基準平面的位置的裝置，包括光源，用于分別以第一角度和第二角度在材料板的選定區(qū)域投射第一入射光束和第二入射光束，所述第一角度不同于第二角度；光接收器，用來攔截來自材料板的選定區(qū)域的第一反射光束和第二反射光束，所述第一反射光束和第二反射光束沿不同光路行進；數(shù)據(jù)采集器，用來采集關(guān)于攔截反射光束的位置和投射入射光束的角度的信息；以及數(shù)據(jù)分析器，用來從采集的數(shù)據(jù)確定所述選定區(qū)域相對于基準平面的位置。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述光源包括工作在從400nm至1700nm 范圍內(nèi)的波長下的光發(fā)生器。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，所述光源還包括定位成接收來自所述光發(fā)生器的光束的掃描光學(xué)反射鏡。
17.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，所述光源還包括光束整形器，用來將來自所述光發(fā)生器的光束整形為狹長的光束。
18.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，所述光源還包括分束器，用來將來自所述光發(fā)生器的光束分束成所述第一入射光束和所述第二入射光束。
19.如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述光源包括用來提供所述第一入射光束的第一光發(fā)生器以及用來提供所述第二入射光束的第二光發(fā)生器。
20.如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述光接收器包括用于攔截反射光束的檢測器陣列。
21.如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，光耦合于所述光接收器以從攔截的反射光束中去除噪聲的至少一個窄帶通濾光器。
22.如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)分析器對Pn= b (2 θ J2Qtl)求解，其中Pn是在基準平面上攔截反射光束的位置，θ η是入射光束碰撞所述選定區(qū)域的角度，b是從所述選定區(qū)域至基準平面的距離，而θ ^是所述選定區(qū)域相對于基準平面的方位。
23.一種玻璃板制造系統(tǒng)，包括用于形成材料板的熔化抽拉機；以及用于確定材料板選定區(qū)域相對于基準平面的位置的裝置，所述裝置包括光源，用于分別以第一角度和第二角度在材料板的選定區(qū)域投射第一入射光束和第二入射光束，所述第一角度不同于所述第二角度；光接收器，用來攔截來自材料板的選定區(qū)域的第一反射光束和第二反射光束，所述第一反射光束和第二反射光束沿不同光路行進；數(shù)據(jù)采集器，用來采集關(guān)于橫斷反射光束的位置和投射入射光束的角度的信息；以及數(shù)據(jù)分析器，用來從采集的數(shù)據(jù)確定所述選定區(qū)域的位置。
全文摘要
一種確定材料板的選定區(qū)域相對于基準平面的位置的方法，包括在材料板的選定區(qū)域投射第一入射光束以使第一入射光束在第一位置和第一角度碰撞選定區(qū)域，由此產(chǎn)生第一反射光束。在材料板的選定區(qū)域投射第二入射光束以使第二入射光束在第二位置和第二角度碰撞選定區(qū)域，由此產(chǎn)生第二反射光束。第二位置和第二角度不同于第一位置和第一角度。在基準平面攔截第一反射光束和第二反射光束。接收關(guān)于攔截反射光束的位置和投射入射光束的角度的信息并將其與選定區(qū)域相對于基準平面的位置相關(guān)聯(lián)。
文檔編號G01B11/03GK102246000SQ200980151569
公開日2011年11月16日 申請日期2009年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月16日
發(fā)明者A·劉, X·陳, 周乃越 申請人:康寧股份有限公司