专利名称：用于测量基底厚度的在线测量系统及其方法
技术领域：
本发明涉及用于测量基底厚度的测量系统及其方法，特别涉及一种在制造过程中精确测量基底厚度的在线测量系统及其方法。
通常采用激光设备测量基底的厚度。激光设备是一种干涉计，一般包括激光源、镜头和探测传感器。每个激光源、镜头和探测传感器相对于基底被精确地布置，其布置是相当困难的。另外，激光设备的探测传感器通过对机械振动相当敏感。于是，如果基底在测量过程中移动或振动，激光设备就不能精确地测量基底的厚度，甚至不能进行测量操作。
因此，为了使用激光设备测量基底的厚度，通过基底在测量之前需要从生产线上取下，在测量之后再返回到生产线上进行下一步的加工。这就是说，激光设备可以用于下线测量，而不能用于在线测量。
可以下线测量需要更多的人力和花费更多的时间，造成了高成本和低效率。于是，在线测量优于下线测量，现在开发了不同的在线测量系统以使制造相同更加柔性。可是，传统的在线测量系统在进行精确测量方面存在很多困难。
本发明简述因此，本发明的一个目的是提供一种在制造基底的生产线上测量基底厚度的在线测量系统及其方法。
本发明的另一个目的是提供一种在线测量系统及其方法，其中进一步测量基底的厚度变化和移动速度和反馈测量值以用于基底厚度的精确测量。
本发明的又一个目的是提供一种可以实时提供测量结果的在线测量系统及其方法，以便可以得到一个柔性制造系统。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于测量传送中的基底的厚度的在线测量系统，该系统包括第一图象探测器，用于探测上述基底的底表面的垂直高度变化；第二图象探测器，用于获取上述基底的底表面的图象，上述底表面具有两个相对的边缘；一个升降装置，用于相对于玻璃基底的底表面垂直地移动上述第二图象探测器，根据底表面的垂直高度的变化控制上述升降装置，于是使在上述底表面和上述第二图象探测器之间的垂直距离保持恒定；以及一个控制器，用于处理底表面的图象以计算在底表面的两个边缘之间的距离，于是获得上述基底的厚度。
根据本发明的另一方面，提供了一种测量传送中的基底的厚度的方法，该方法包括以下步骤探测上述基底的传送速度；探测上述基底的底表面的垂直高度的变化；获取基底的底表面的图象，其中根据上述传送速度来确定获取图象的获取速度和获取间隔，同时根据上述垂直高度的变化来确定获取的焦距，上述底表面具有相对的边缘；以及处理上述图象以计算在上述底表面的相对边缘之间的距离，于是获得上述基底的厚度。
在
图1中，在线厚度测量系统100包括第一图象探测器40、第二图象探测器50和一个升降装置60以测量基底1的厚度。基底1是透明的或不透明的基底。具体来说，基底1可以是用于液晶显示(LCD)的上基底或下基底的玻璃基底。传送装置10用于将基底1从一个在先的制造基底1的步骤移动到下一个制造基底1的步骤。
第一图象探测器40位于靠近基底1的下部的位置和获得下部的一个图象以估计地指示基底1的底表面2(图2)的垂直高度的变化。第二图象探测器60位于基底1的底表面2(图3)下面和获得基底1的底表面2的图象以指示基底1的厚度。升降装置60使第二图象探测器50相对于基底的底表面2垂直地移动，其中根据下部的高度高度的变化来控制升降装置60，于是在第二图象探测器50和底表面2之间保持恒定的垂直距离。
传送装置10包括一个传送轴12和至少一个承载件14，该承载件14夹持住基底1并且朝向箭头的方向沿着传送轴12移动。至少有一个承载件14具有一个电动机(未示出)以驱动承载件14。优选的是，电极具有一个连接到其驱动轴(未示出)上的小齿轮(未示出)，而传送轴12具有一个对应于小齿轮的齿条。
厚度测量系统100优选进一步包括一个速度探测传感器20和一个基底探测传感器30。速度探测传感器20指示基底1移动的速度，而基底探测传感器30只是基底1的起点。在基底探测传感器指示出基底1的起点之后，第一和第二图象探测器40和50可是工作获取图象。可以根据基底1的移动速度来连续调节第一和第二图象探测器40和50的图象获取间隔以及获取速度，以便可以获得一个清晰和准确的图象。
尽管为了方便起见，在图中显示的速度探测传感器20与承载件14是分离的，优选速度图象传感器与至少一个承载件14相结合，以便可以与承载件14一起移动。例如，速度探测传感器20可以是一个与电机(未示出)的驱动轴(未示出)相连接的转速计以测量小齿轮(未示出)的角速度。因为小齿轮的角速度可以方便地转换为承载件14的线速度，于是可以得到基底1或承载件14的移动速度。
基底探测传感器30位于靠近基底1的主表面的位置和包括相互面对的一个光发射装置32和一个光接受装置34。当基底1经过在光发射装置32和光接受装置34之间的空间时，可以探测到基底1的起点。如果基底1是透明的，基底探测传感器30优选使用红外线探测基底1的起点。
基底探测传感器30、第一图象探测器40和第二图象探测器50按照对应于基底1的传送方向的次序被依次布置。于是，当基底1按照箭头的方向从在先步骤上被移动时，它便依次经过基底探测传感器30、第一图象探测器40和第二图象探测器50。
升降装置60包括一个引导壳体68、一个螺杆64、一个升降电机62和一个保持住第二图象探测器50的保持器66。第一图象探测器40包括一个第一光源42和一个第一CCD摄像机44，而第二图象探测器50包括一个第二光源52和第二CCD摄像机54。优选一个两维CCD摄像机或一个一维CCD摄像机被用作第一和第二CCD摄像机，然而第一和第二CCD摄像机也可以分别使用其它的设备，只要它们能够获得图象并将图象转换为图象信号。另外，对于第一图象探测器40也可以用一个高度探测器来替代，只要该高度探测器能够精确地测量基底1的底表面2的垂直位置的变化。
参考图2和3，下面将详细说明第一图象探测器40、第二图象探测器50和升降装置60的结构和操作。
在图2中，第一图象探测器40的第一CCD摄像机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摄像机44彼此相对，基底1经过在第一光源42和第一CCD摄像机44之间的空间。第一光源42向基底1的下部的周围发射光线，于是入射到第一CCD摄像机44中的光线的强度就会出现区别。通过使用这个入射光线的强度的区别，第一CCD摄像机44就会获取一个基底1的下部的图象。第一CCD摄像机44然后将图象转换为一个边缘的影象信号。
在图3中，第二光源52和第二CCD摄像机54位于基底1的底表面2的下面。第二光源52被安装在第二CCD摄像机54上，第二CCD摄像机54被连接在升降装置60的保持器66上。第二光源52向基底1的底表面2的周边发生光线。因为底表面2将发射的光线反射回来，于是入射到第二CCD摄像机54中的入射光线的强度就会出现差别。通过利用这个入射光线的强度的差别，第二CCD摄像机54获取了底表面2的图象。接着第二CCD摄像机54将获取得图象转换为厚度影象信号。
仍然参考图3，升降装置60的螺杆64和升降电机62位于引导壳体68的内部，保持器66进入引导壳体68中并被引导壳体68所引导。螺杆64直接或间接地与升降电机62的驱动轴(未示出)相连接，于是升降电机62可以旋转螺杆64。保持器66在引导壳体68的外面保持第二图象探测器50并具有一个和螺杆64相对应的螺孔(未示出)。因为保持器66通过螺孔被连接在螺杆64上并被引导壳体68所引导，螺杆64的旋转使保持器66沿着螺杆64进行线性的移动。
在图4中描述了上述的在线厚度控制系统100(图1)的控制框图。一个控制器70被电连接到速度探测传感器20、基底探测传感器30、第一图象探测器40、第二图象探测器50、升降电机62和一个屏幕72上，该屏幕72是一个显示装置。控制器70优选是一个具有预先设置程序的微处理器，以控制在线厚度控制系统100(图1)。
现在参考图2到图4，将详细解释控制器70的工作。
当基底探测传感器30指示出基底1的起点时，控制器70相应地输出一个控制信号以操作第一图象探测器40。根据该控制信号，第一光源42被接通，第一CCD摄像机44获取基底1的下部的图象。第一CCD摄像机44将图象转换为边缘影象信号并将该边缘影象信号传送到控制器70中。控制器70将该边缘影象信号处理成为一个边缘图象，同时控制屏幕显示出该边缘图象。
因为第一CCD摄像机44具有有限的视角范围，从其传送的每个边缘影象信号只是基底的边缘图象的一部分。因此，为了显示全部的基底1的边缘图象，控制器70接着将现在的部分边缘图象和前面的部分边缘图象相匹配。如果选择两维CCD摄像机用作第一CCD摄像机44，每个部分边缘图象被显示在一个两维的平面上。另外，如果选择一维CCD摄像机用作第一CCD摄像机44，每个部分边缘图象被显示在一个一维的线上，其与基底1的传送方向垂直。
图5和6描述了在选择两维CCD摄像机用作第一CCD摄像机44时。相邻的部分边缘图象的上述匹配。
在图5中的屏幕72上显示的第一线“I1”和第二线“I2”是相邻的部分边缘图象，它们是分别从一个在先的边缘影象信号和一个现在的边缘影象信号相继处理获取。如果摄像机的获取得间隔是根据基底1(图2)的传送速度被正确的确定，第一线“I1”和第二线“I2”具有一个对应于彼此的重合部分“A”。尽管为了方便起见，第一线“I1”和第二线“I2”彼此相互间隔分离，但是在重合部分“A”，它们彼此相互对应一致。
于是控制器70(图4)将第一线“I1”和第二线“I2”在重合部分“A”相匹配，于是在图6的屏幕72上显示出一个连续的第三线“I3”。第三线“I3”根据实际的底表面2(图2)的垂直的变化而上下起伏。如果一个基准线位于第三线“I3”的下面，则第三线“I3”的每个点具有一个对应于基准线的相应高度。
返回到图2到图4，上述的高度可以从在控制器70中的边缘影象信号中计算得出。优选对边缘的高度的计算进行校准，于是高度的计算值与实际的高度大小相一致，其中实际的大小是从一个放置第二图象探测器50的基准平面到基底1的底表面2的手工测量得出的垂直距离。
控制器70根据从第二图象探测器40输出的边缘影象信号驱动升降电机62，于是升降装置60使第二图象探测器50根据边缘的高度上下移动。在这点上，因为基底1从第一图象探测器40连续地移动到第二图象探测器50，第一图象探测器40的获取定时和升降装置60的移动定时优选相对于基底1的移动速度相互同步。于是，在底表面2和第二图象探测器50之间保持一个恒定的垂直距离。可以预选设置在二者之间的这个恒定的垂直距离，以对第二CCD摄像机54提供一个最优的焦距，于是第二CCD摄像机54可以不管底表面2的垂直高度的变化而保持最优的焦距。
接着控制器70输出另一个控制信号以操作第二图象探测器50。根据该控制信号，第二光源52被接通，第二CCD摄像机54获取基底1的底表面2的图象。第二CCD摄像机54将图象转换为厚度影象信号并将该厚度影象信号传送到控制器70中。控制器70将该厚度影象信号处理成为一个厚度图象，同时控制屏幕72显示出该厚度图象。
因为第二CCD摄像机54具有有限的视角范围，从其传送的每个厚度影象信号只是基底的厚度图象的一部分。因此，为了显示全部的基底1的厚度图象，控制器70接着将现在的部分厚度图象和前面的部分厚度图象相匹配。
图7和8描述了在选择两维CCD摄像机用作第二CCD摄像机54时。相邻的部分边缘图象的上述匹配。第一厚度包括第四线“I4”和第五线“I5”，而第二厚度图象包括第六线“I6”和第七线“I7”。第一厚度图象和第二厚度图象是相邻的部分厚度图象，并具有另一个对应于彼此的重合部分“B”。尽管为了方便起见，第四线“I4”和第六线“I6”或第七线“I7”和第五线“I5”彼此相互间隔分离，但是在重合部分“B”，它们彼此相互对应一致。
于是控制器70(图4)将第四线“I4”和第六线“I6”在重合部分“B”相匹配，于是在图8的屏幕72上显示出一个连续的第八线“I8”。同时，控制器70(图4)将第七线“I7”和第五线“I5”在重合部分“B”相匹配，于是在图8的屏幕72上显示出一个连续的第九线“I9”。第八线“I8”和第九线“I9”分别代表底表面2(图3)的第一和第二边缘。因此，在第八线“I8”和第九线“I9”之间的垂直距离代表了底表面2(图3)的厚度。
返回到图3和图4，上述的垂直距离可以从在控制器70中的厚度缘影象信号中计算得出。优选对厚度的计算进行校准，于是垂直的距离对应于基底1的真实厚度。当基底1被传送时，基底1的厚度图象以及厚度值被实时显示在屏幕72上。
上面根据优选的实施例对本发明进行了描述，对于本发明技术领域的普通技术人员可以不脱离本发明的精神和保护范围地情况下，对上述实施例进行进一步的改进。
权利要求
1.一种用于测量传送中的基底的厚度的在线测量系统，该系统包括第一图象探测器，用于探测上述基底的底表面的垂直高度变化；第二图象探测器，用于获取上述基底的底表面的图象，上述底表面具有两个相对的边缘；一个升降装置，用于相对于玻璃基底的底表面垂直地移动上述第二图象探测器，根据底表面的垂直高度的变化控制上述升降装置，于是使在上述底表面和上述第二图象探测器之间的垂直距离保持恒定；以及一个控制器，用于处理底表面的图象以计算在底表面的两个边缘之间的距离，于是获得上述基底的厚度。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括一个基底探测传感器，用于探测基底的起点。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括一个速度探测传感器。用于指示基底的传送速度，其中根据上述基底的传送速度来确定第二图象探测器的获取间隔和获取速度，上述升降装置的定时和另一个指示垂直高度变化的定时相对于上述基底的传送速度保持同步。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，第一图象探测器包括第一光源和第一CCD摄像机，第一光源将光线发射到基底的下部的周围，第一CCD摄像机获取上述下部的图象以指示上述基底的底表面的垂直高度的变化。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，第一CCD摄像机是一个一维CCD摄像机。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，第一CCD摄像机是一个两维CCD摄像机。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，第二图象探测器包括第二光源和第二CCD摄像机，第二光源将光线发射到基底的底表面上，第一CCD摄像机获取上述底表面的图象。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，第二CCD摄像机是一个一维CCD摄像机。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，第二CCD摄像机是一个两维CCD摄像机。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，第一图象探测器是一个高度传感器。
11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，上述升降装置包括一个升降电机，可以根据基底的底表面的垂直高度的变化控制上述升降电机；一个被升降电机旋转的螺杆；一个连接到上述螺杆的保持器，上述保持器保持上述第二图象探测器；以及一个引导上述保持器的引导壳体，于是保持器沿着上述螺杆线性移动。
12.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括一个显示基底的厚度的显示装置。
13.一种测量传送中的基底的厚度的方法，该方法包括以下步骤探测上述基底的传送速度；探测上述基底的底表面的垂直高度的变化；获取基底的底表面的图象，其中根据上述传送速度来确定获取图象的获取速度和获取间隔，同时根据上述垂直高度的变化来确定获取的焦距，上述底表面具有相对的边缘；以及处理上述图象以计算在上述底表面的相对边缘之间的距离，于是获得上述基底的厚度。
全文摘要
一个用于测量传送中的基底的厚度的在线测量系统,包括第一图象探测器、第二图象探测器、升降装置、以及一个显示装置。在第一图象探测器指示基底的底表面的垂直高度的变化之后,第二图象探测器获取基底的底表面的图象。根据底表面的垂直高度的变化,升降装置相对于玻璃基底的底表面垂直地移动第二图象探测器,于是在底表面和第二图象探测器之间的垂直距离保持恒定。接着,一个控制器处理底表面的图象以计算在底表面的相对边缘之间的距离,而获得上述基底的厚度。
文档编号G01B11/06GK1357745SQ0114049
公开日2002年7月10日 申请日期2001年12月10日 优先权日2000年12月8日
发明者河钟垠, 金泽天, 白柱烈, 崔宰硕, 崔长洙 申请人:三星科英株式会社