用于测量表面不均匀度的传感器的制造方法
【专利说明】用于测量表面不均匀度的传感器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本专利申请要求提交于2011年12月20日的美国临时专利申请N0.61/578，174的优先权，该专利申请的公开内容的全文以引用方式并入本文。
技术领域
[0003]本公开涉及材料检测系统，诸如，用于检测材料幅材移动的计算机化系统。
【背景技术】
[0004]在理想状况下，生产线可以制备完全均匀且没有波动的产品。然而，工艺变量和材料配方误差可造成在现实生活的制造中产品不均匀。例如，如果幅材状聚合物材料的片材旨在用于计算机或移动装置的显示器中，则在制造期间出现的变形或波形缺陷可强烈影响顾客对产品的视觉感知。
[0005]已将基于成像的检测系统用于在被制造的产品进入制造过程时监控产品的质量。检测系统使用诸如(例如)CCD相机的传感器捕集产品材料的所选部分的数字图像。检测系统中的处理器应用算法来快速评价所捕集的材料样本的数字图像，以确定样品或其所选区域对于客户而言是否是适宜地无销售缺陷的。
[0006]这些检测系统可以辨识“点”缺陷，其中，每个缺陷局限在制成材料的单个区域内。然而，幅材材料可包括大面积的不均匀，这种缺陷可包括例如斑点、波纹、成束、条痕和变形。相比于局部的点缺陷，计算机化检测系统对这些遍布的非局部缺陷的检测和定量可能更难。
【发明内容】
[0007]在一个方面，本公开涉及一种方法，该方法包括在表面的所选择样本区域上形成二维询问光束。用透镜阵列收集透射通过样本区域或者从样本区域反射的光，以形成焦点的样本阵列。通过成像透镜在传感器上将焦点的样本阵列成像，成像透镜可以是单元件透镜或多元件透镜组合，为了简便起见，在下文中称为成像透镜。将焦点的样本阵列的图像与焦点的基准阵列进行比较，以确定样本区域中的不均匀度的水平。
[0008]在另一个方面，本公开涉及一种设备，该设备包括至少一个光源，光源在表面的所选择样本区域上形成二维询问光束；小透镜阵列，其捕集透射通过表面的样本区域或者从样本区域反射的光，以形成焦点的样本阵列；成像透镜，其将小透镜阵列产生的焦点的样本阵列在传感器上成像；处理器，其确定相对于焦点的基准阵列的以下变化中的至少一种:
(I)样本阵列中的焦点在X-Y平面中的位移；(2)样本阵列中的焦点的尺寸；(3)样本阵列中的焦点的强度，其中变化代表样本区域中的不均匀度的水平。
[0009]在另一个方面，本公开涉及一种用于监控材料的表面上的所选择样本区域内的变形的系统。该系统包括:光源，其在表面的所选择样本区域上形成二维询问光束；小透镜阵列，其捕集透射通过表面的样本区域或者从表面的样本区域反射的光，以形成焦点的样本阵列；成像透镜，其用于将焦点的样本阵列在传感器上成像；和处理器，其测量样本阵列中的焦点相对于焦点的基准阵列在X-Y平面中的位移、尺寸和强度中的至少一者，以确定样本区域中的不均匀度的水平。
[0010]在又一个方面，本公开涉及一种方法，该方法包括:将光源定位成邻近柔性材料的非静止幅材的表面，其中光源在表面的所选择样本区域上形成二维询问光束。用小透镜阵列收集透射通过样本区域的光，其中所述小透镜阵列形成对应的焦点的样本阵列。通过成像透镜，将焦点的样本阵列在相机的传感器上成像。处理传感器上的图像，以测量样本阵列中的各焦点相对于焦点的基准阵列在X-Y方向上的位移，并且基于所测得的焦点的位移，计算样本区域中的不均匀度。
[0011]在又一个方面，本公开涉及一种用于在制造幅材材料时实时检测幅材材料以及计算幅材材料的表面中的所选择样本区域的变形水平的方法。该方法包括:将光源定位成邻近柔性材料的非静止幅材的表面，其中光源在表面的所选择样本区域上形成二维询问光束。用小透镜阵列收集透射通过样本区域的光，其中小透镜阵列形成对应的焦点的样本阵列。通过成像透镜，将焦点的样本阵列在相机的传感器上成像；以及处理传感器上的图像，以测量样本阵列中的各焦点相对于焦点的基准阵列在X-Y方向上的位移。然后，基于所测得的位移，计算样本区域中的不均匀度的水平。
[0012]在又一个方面，本公开涉及一种用于实时检测幅材材料的在线计算机化检测系统。该系统包括:光源，其在表面的所选择样本区域上形成二维询问光束；小透镜阵列，其捕集透射通过表面的样本区域的光，以形成焦点的样本阵列；成像透镜，其用于将焦点的样本阵列在传感器上成像；和计算机执行软件，其用于基于所测得的样本阵列中的各焦点相对于焦点的基准阵列的变化来确定样本区域中的不均匀度的水平。
[0013]在又一个方面，本公开涉及一种非瞬时性计算机可读介质，这种介质包括软件指令，软件指令用于使计算机处理器:利用在线计算机化检测系统接收在制造幅材材料期间所测得的幅材材料的表面上的一个或多个样本区域的焦点的样本阵列的图像；将焦点的样本阵列的图像与焦点的基准阵列进行比较；基于样本阵列中的焦点和基准阵列中的焦点之间的变化，计算幅材材料中的不均匀缺陷的严重性。
[0014]本发明的一个或多个实施例的细节在附图和以下【具体实施方式】中说明。通过【具体实施方式】和附图以及权利要求书，本发明的其他特征、目标和优点将显而易见。
【附图说明】
[0015]图1A和图1B是用于测量材料表面中的点缺陷的方法和设备的示意图。
[0016]图2是用于测量表面的样本区域的不均匀度的传感器的实施例的示意图。
[0017]图3是示出用于测量材料的样本区域中的不均匀度的水平的方法的实施例的流程图。
[0018]图4是示例性幅材制造厂中检测系统的示例性实施例的示意性框图。
[0019]图5是实例中使用的焦点的基准阵列的图像。
[0020]图6是实例中使用的焦点的样本阵列的图像。
[0021]图7是图6的图像数据的表面等高线图。
[0022]在这些附图中，类似的符号可表示类似的元件。
【具体实施方式】
[0023]在图1A和图1B中示出可用于测量制成材料中的缺陷的一种方法。参见图1A，诸如(例如)激光器的光源10将询问光束12投射到基准样本材料16的基准表面14上。基准表面14大体上是平坦的并且没有诸如变形、成束、条痕等不均匀缺陷。透射通过样本材料16的光束18经过傅立叶变换透镜20并且在传感器22上成像。光束18在传感器22上形成基准焦点24，该焦点是光源10、透镜20和基准表面14的角对准的特性。基准焦点24的所选择特性(诸如(例如)焦点在X-Y平面中的位置)接着被储存在计算机(图1A中未不出)的存储器中。
[0024]参见图1B，光源30将询问光束32投射到样本材料36的表面34上。表面34包括至少一个不均匀缺陷，诸如(例如)变形、成束、条痕等。透射通过样本材料36的光束38经过傅立叶变换透镜40并且投射到传感器42上。光束38在传感器42上形成焦点44，该焦点是样本材料36的表面34的特性。
[0025]如果将传感器42上的焦点44的所选择特性与存储器中存储的基准点24的特性进行比较，则表面34中的不均匀缺陷将造成焦点44的可测得的改变。例如，表面34中的某些不均匀缺陷将造成光束38的角偏差Θ以及焦点24和44的中心之间的对应的线性偏差Xo
[0026]图1A至图1B中示出的方法和设备只提供对样本材料的表面特性的单点测量。为了测量材料表面上的大样本区域内的不均匀缺陷，可以在整个样本区域的所选择部分上扫描激光束，这个过程是耗时的，并且会使得难以在制造材料时实时快速评价样本区域的表