用于检测玻璃板端面缺陷的装置和方法

专利名称：用于检测玻璃板端面缺陷的装置和方法
技术领域：
本发明涉及用于检测在其端面处被研磨成圆弧形或者具有磨边区域的玻璃板的端面及其 磨砂面和玻璃面之间的界线上的各种缺陷的装置和方法，所述缺陷尤指被称为刮伤，贝壳形 缺片(以下简称为"贝壳")，缺片，抛光遗漏，非抛光或污点瑕疵的各种缺陷。
背景技术：
以其条板形模制和运输的玻璃板被保存在诸如货仓板的贮藏容器中，或者在被切割为方 形和所需要尺寸的状态中运输。在此种情形中，根据使用目的，用例如金刚石砂轮对切割后 的玻璃板端面边缘进行倒角(磨边)，或者将端面抛光以使该端面的剖面成弧形，从而提供半 透明的抛光玻璃。结果，能防止在处理玻璃板时发生伤害，从而保证安全。此外，可以防止 由于玻璃板端面破碎引起的损坏或产品价值减损。
在执行此类磨边处理或端面处理时，作为可能发生的情形，在玻璃板边缘可能产生刮伤 或缺片，其原因是由于金刚石砂轮的刮擦导致的抛光不良或结块。
尤其是，在制造用作例如用于液晶显示器，等离子显示器，场发射显示器或有机EL显示 器的平面显示器面板的显示器基板的玻璃板的过程中，如果玻璃板端面的磨边区域存在微小 刮伤或缺片，则当高温热处理玻璃板时，可能会发生玻璃板破裂的问题。
对于检测玻璃板端面的缺陷存在诸多已披露的技术。举例来说，JP-A-2001-153816披露 了一种用于检测玻璃板边缘缺陷的方法，其中切割后被抛光的玻璃板边缘被放置在光源和相 机之间，来自光源的入射光被投射至该边缘以照亮边缘上的缺陷，由相机拍摄缺陷的图像， 对由此获取的图像进行处理以调查缺陷的存在与否。当从相机看去时光源设置在玻璃板之后， 因此该光源在相机的视野之外。从光源到达相机的光量受到限制，以致玻璃板表面和所述边 缘的共同面在图像中呈现暗，而边缘处存在的缺片呈现明，从而用光学的方法检测缺片。
此外，由本申请的申请人提交的JP-A-06-258231披露了一种在玻璃板水平放置的状态下 检测具有在边缘倒角的磨边面的玻璃板边缘上的缺陷的装置。该检测装置包括用于在与玻璃
板相对的一侧从上下两个倾斜方向向所述边缘发射光线的光源，和在玻璃板面和磨边面的光 源侧的一角通过玻璃板的透明区域从投射至所述边缘的光线光路延展区域的外侧和与光发射 方向相反的一侧拍摄所述边缘图像的至少两架相机。边缘处的缺陷由从相机拍摄图像获得的 亮度信号量识别。
此外，JP-A-2003-247953披露了一种用于检查液晶面板外观的方法和装置。在该用于检 查液晶面板外观的装置中，具有比液晶面板外围尺寸更大的直径的环照明源设置在液晶面板 的外围。用于检查液晶面板外观的方法包括将图像拍摄装置恰好设置在液晶面板上方的步骤； 从接通电源的环照明源向液晶面板的端面投射照明光以及由图像拍摄装置对反射自用照明光 照亮的液晶面板一侧的光线拍摄图像的步骤；由图像处理单元对由拍摄装置拍摄的图像进行 二进制数字化，基于图像中出现的框状白色图像检测液晶面板的外形，以及从其他白色图像 的存在与否检测液晶面板端面的缺片或破裂的步骤。
在上述JP-A-2001-153816披露的缺陷检测方法中，玻璃板底面通过从下经度方向到玻璃 板圆端面的照明照亮，以致仅有出现在玻璃板边缘的缺片发亮，而玻璃板的其他区域完全暗。 因此在诸多缺陷中能检测到发亮的缺片，但是不能检测到其他缺陷，诸如刮伤，非抛光或污 点瑕疵。
此外，在JP-A-06-25823l披露的装置中，从上下两个倾斜方向向玻璃板两个正反面的每 一个表面的边缘的脊线上对角磨切的磨边区域投射照明光。因此，可以在一定程度上检测到 玻璃板磨边区域中的刮伤或污点瑕疵。然而，在制造用于例如液晶显示器或等离子显示器的 具有圆端面的平面显示面板的玻璃板的过程中，玻璃板经过高温热处理，以致玻璃板端面或 磨边区域处存在的微小刮伤或缺片或许可能导致玻璃板破裂。因此，在制造平面显示面板的 玻璃板的步骤中，必须比JP-A-06-258231所披露的装置更复杂精密地检测微小缺陷，包括缺 片，非抛光以及刮伤和污点瑕疵。
此外，在JP-A-2003-247953披露的装置和方法中，具有比液晶面板外部尺寸更大的直径 的环照明源设置在液晶面板的外围，并且相机设置在液晶面板中央的上方。在此种安排中， 液晶面板表面上的刮伤，破裂和缺片以及端面上的破裂和缺片同时受到检查。因此，环照明 源必须根据液晶面板的尺寸变化而改变。
此外，因为液晶面板通常为方形，而环照明源设置在液晶面板的外围，液晶面板和环照 明源之间的间隙不恒定。因此，液晶面板端面上的照明强度也不恒定。此外，环照明源根据液晶面板的尺寸扩大而扩大，以致不可避免地要扩大设备的尺寸。 因为相机只设置在液晶面板中央的上方，端面的图像拍摄角度会改变。因此，作为可能发生 的情形，无法精确检测端面上的微小缺陷，诸如刮伤，抛光遗漏，非抛光或污点瑕疵。
此外，当玻璃板端面的整个外围被抛光为圆形时，如果环照明源设置在玻璃板的一侧并 且拍摄从中央到端面的区域，则端面的一部分将特别闪亮。所以，难以使端面上的照面强度 保持均匀恒定。也难以由同一个光学系统检测端面以及抛光面和玻璃面之间的界线上的缺陷。

发明内容
本发明的一个或多个实施例提供了用于检测玻璃板上的缺陷的方法和装置，该方法和装 置能够可靠和精确地同时检测例如液晶显示器，等离子显示器，场发射显示器或有机EL显示 器的平面显示面板所用的玻璃板的圆端面上的诸如刮伤，缺片，抛光遗漏，非抛光污点瑕疵 的各种缺陷，并能进一步检测玻璃板的通过研磨或抛光变圆的端面与上下表面之间的界线上 的"贝壳"或缺片。
根据本发明的一个或多个实施例，用于检测玻璃板端面缺陷的装置配备具有至少两架
CCD相机，用于从玻璃板外侧和以与玻璃板正反表面倾斜的两个方向拍摄玻璃板端面图像的图 像拍摄装置；具有近似C形的环照明源，能在其中心轴方向投射照明光并具有开口切口的照 明单元；用于处理从CCD相机获取的图像信号以确定端面质量的图像处理单元。玻璃板被宽 松地插入开口切口中，使端面与环照明源的中心轴对齐；照明单元将照明光投射到该端面； 以及由图像拍摄装置从端面的图像拍摄获取的端面图像信号由图像处理单元进行处理，从而 检测端面上的缺陷。
此外，根据本发明的一个或多个实施例，玻璃板可以有经倒角以构成弧形端面或光滑脊 部的端面。
此外，根据本发明的一个或多个实施例，照明单元可以是两个C形照明，该两个照明设 置在玻璃板端面的待缺陷检测区域的左右两侧附近。该待缺陷检测的区域被各个照明照亮。
此外，根据本发明的一个或多个实施例，照明单元可以具有漫射/透射光源，用于从与玻 璃板正反表面倾斜的两个方向向玻璃板的端面投射照明光。
此外，根据本发明的一个或多个实施例，环照明源可以具有多个同心配置的LED元件。
此外，根据本发明的一个或多个实施例，用于检测玻璃板端面缺陷的装置进一步包括用
于传送玻璃板以使玻璃板的两侧平行于传送方向的传送装置。照明单元和图像拍摄装置分别 设置在玻璃板两侧的每一侧的端面附近。
此外，根据本发明的一个或多个实施例，照明单元和图像拍摄装置可以附接至机器人的 机械手。该机械手可以沿玻璃板外围上的端面依次移动，以致玻璃板的端面被拍摄图像并且 这样获取的图像信号由图像处理单元依次进行处理。
此外，根据本发明的一个或多个实施例，用于检测玻璃板端面缺陷的装置可以包括用于 检测平行于正在传送的玻璃板的传送方向一侧的端面并相对于传送被固定的第一缺陷检测装 置；和用于检测垂直于正在传送的玻璃板的传送方向一侧的端面并相对于玻璃板可移动的第 二缺陷检测装置。第一缺陷检测装置和第二缺陷检测装置分别配备照明单元和图像拍摄装置。
此外，根据本发明的一个或多个实施例，用于检测玻璃板端面缺陷的方法包括以下步骤 宽松地将玻璃板端面插入到形成为C形的环照明源的开口切口中；向待检测端面的该端面的 位置与环照明源的中心轴重合的区域投射环照明源的照明光；由两架CCD相机拍摄端面的图
像；将图像拍摄所获取图像信号的灰度等级与预设的两个上下限等级进行比较；和根据高于 上限等级或低于下限等级的像素信号的位置，尺寸和形状检测缺陷的存在与否及其种类。
此外，根据本发明的一个或多个实施例，用于检测玻璃板端面缺陷的方法进一步包括以 下步骤由传送装置传送玻璃板以使玻璃的一侧平行于其传送方向；在玻璃板两侧的每一侧 的端面附近至少分别设置具有C形环照明源的照明单元和用于拍摄由照明单元照亮的端面的 图像的图像拍摄装置；由图像处理单元处理由图像拍摄装置拍摄图像的端面的图像信号；和 检测缺陷的存在与否。
此外，根据本发明的一个或多个实施例，用于检测玻璃板端面缺陷的方法进一步包括以 下步骤至少将具有C形环照明源的照明单元和用于拍摄由照明单元照亮的端面的图像的图 像拍摄装置附接至机器人的机械手；使该机械手依次沿玻璃板外围的端面移动；拍摄玻璃板 端面的图像；由图像处理单元依次处理这样获取的图像信号并检测缺陷的存在与否。
此外，根据本发明的一个或多个实施例，用于检测玻璃板端面缺陷的方法进一步包括以 下步骤由相对于传送固定的第一缺陷检测装置检测平行于正在传送的玻璃板的传送方向一 侧的端面；和由相对于玻璃板可移动的第二缺陷检测装置检测垂直于正在传送的玻璃板的传 送方向一侧的端面。第一缺陷检测装置和第二缺陷检测装置分别配备C形环照明源和两架CCD 相机。 根据本发明的一个或多个实施例，作为将要投射至玻璃板端面的光源的配置，取代光源 以玻璃板外围方向的与端面成上倾斜或下倾斜方向的有限角度投射的常规配置，玻璃板的端 面被宽松地垂直插入到C形环照明源的开口切口中，以使玻璃板的端面位于环照明源的中心 轴上。因此，光源可以从玻璃板的上表面到下表面均匀投射至弧形剖面的端面。在这样的照 明配置中，由CCD相机在与玻璃板成上下倾斜的两个方向拍摄用照明光均匀照亮的端面的图
像。因此，可以改进检测诸如刮伤，缺片，抛光遗漏，非抛光和污点瑕疵的各种缺陷的精确 性。
此外， 一组透射照明设置为从玻璃板上下方朝向端面的取向，以使该透射照明的光学系
统和环照明源的光学系统不会互相干涉。因此，可以由检测端面的CCD相机同时检测经研磨 或抛光形成弧形的端面与玻璃板上下表面之间的界线上产生的缺片或污点瑕疵。这样就使安 装该检测装置的空间最小化。
通过下文的说明和附后的权利要求，本发明的其他方面和优点将显而易见。


图1是显示照明单元和图像拍摄装置的配置的示意性侧视图2是显示设置两个环照明源的照明单元和图像拍摄装置的配置的示意性平面图3是显示设置单个环照明源的照明单元和图像拍摄装置的配置的示意性平面图4是显示设置三架CCD相机的图像拍摄装置的配置的示意侧视图5是环照明源的平面图6是环照明源的纵向剖面图7是根据第一实施例的缺陷检测装置的正视图； 图8是用于说明根据第一实施例的缺陷检测装置概要性整体图； 图9是显示根据本发明的缺陷检测装置的整体配置的示意图； 图10是由CCD相机拍摄的缺片缺陷的原始图像；
图11是对由CCD相机拍摄的缺片缺陷用"明"信号侧的上限等级进行二进制数字化的图
像；
图12是由CCD相机拍摄的"抛光遗漏"缺陷的原始图像；
图13是对由CCD相机拍摄的"抛光遗漏"缺陷用"暗"信号侧的下限等级进行二进制数字化
图14是根据第三实施例的缺陷检测装置的侧视图。
参考标号说明
1缺陷检测装置
2玻璃板
2a 端面
2b脊部(边缘)
2c玻璃面
3 CCD相机
4图像处理单元
5微处理单元(计算机)
6主计算机
8边缘缺陷
10照明单元
11环照明源
lla LED元件
12切口
13漫射/透射照明 20纵框 21附接构件 22， 23 横框 24， 25附接构件 26传输线
具体实施例方式
本发明的实施例提供用于检测水平状态下玻璃板2的端面缺陷的装置，该玻璃板的脊部 通过研磨或抛光玻璃板端面被平滑化，或者玻璃板2具有弧形端面的剖面形状。
尤其是，在诸如液晶显示器或等离子显示器的显示器所用的玻璃基板中，在很多情形下， 为了避免例如制造过程中的加热或冷却的严酷条件下的自我破坏，使玻璃板的端面具有比共 同端面更圆滑的弧形剖面。因此，必须通过用具有与端面的圆滑剖面形状对应的形状的照明 光均匀照亮圆滑端面检测缺陷，以致不存在检测遗漏。
将要由根据本发明的缺陷检测装置1检测的缺陷为玻璃板圆滑端面上产生的诸如刮伤， 缺片，抛光遗漏和污点瑕疵的表面缺陷8，以及通过研磨和抛光产生的圆滑端面与玻璃板上下 表面之间的界线附近产生的诸如"贝壳〃和裂纹的边缘缺陷9。
在缺陷8， 9中，缺片是边缘缺陷9，其中边缘2b中造成横向缺片。缺片产生在边缘2b 上并且可以具有任何形状。称为"贝壳〃的缺陷也是边缘缺陷9，该缺陷产生在边缘2b中并形 成贝壳形的同心半球弧形的缺片。当被照明单元10用照明光照亮时， 〃贝壳"完全闪亮呈白色 (见图10)。
"刮伤"是表面缺陷8，包括刮伤或线性剥落。 〃污点瑕疵"是表面缺陷8，呈现为玻璃板2 端面的白色不透明区域。污点瑕疵是在玻璃板的抛光面熔化时由于抛光过程中研磨工具和玻 璃板之间的摩擦热而产生的。这些缺陷都产生在玻璃板2端面2a的表面上。
"抛光遗漏"和"非抛光"的缺陷是指由于抛光不足或者未显示的抛光装置中的问题产生的 未抛光区域。这些缺陷是指即使在用照明光照亮时也不闪亮而呈白色，但其图像在由相机3 拍摄时呈现黑色的表面缺陷8。该缺陷只产生在端面上(见图12)。
如图1所示，每一个都至少为一架CCD相机3的图像拍摄装置设置在玻璃板2端面外侧 并与玻璃板2的上下面倾斜的两个方向上。设置在上下方向上的CCD相机3的设置位置使其 能拍摄玻璃板2端面的基本相同区域的图像。
当如图1所示使用两架CCD相机时，CCD相机的附接角度最好为在玻璃板的正反表面侧相 对于玻璃板面向外延长的方向成30到45度角。即，当玻璃板水平放置时，理想角度是上下 方向与水平面成30到45度角。
此外，如图5所示，具有切口状槽口的"C"形环照明源11被设置为使由相机3拍摄的玻 璃板2端面处的圆滑端面2a可以用照明光照亮。玻璃板2的端面2a宽松地插入到环照明源 11的开口切口 12中，以使经研磨或抛光形成弧形的玻璃板2的端面2a和环照明源11的中心 轴互相对齐。在该状态中，照明光从与端面2a的弧形剖面区域对应的环照明源11的各个区 域发出。在玻璃板2的端面处，玻璃板2的平面和环照明源11互相垂直。
在环照明源11和玻璃板2被配置的状态中设置图像处理单元4 (见图9)，该图像处理单 元4处理从由至少两架CCD相机3拍摄玻璃板2的端面图像产生的图像信号，以检测端面2a 上缺陷的存在与否，从而确定玻璃板的质量。
如图3所示，C形环照明源ll只设置在玻璃板2端面2a上的一点处。此外，在环照明源 ll的中心轴上，来自环照明源11的照明光被投射到稍许偏离环照明源11的位置，且由CCD 相机3拍摄用该照明光照亮的端面。然而，如图2所示，在玻璃板2端面2a的待缺陷检测区 域的左右两侧附近的两个位置，端面2a可以被插入两个环照明源11， 11中，以使被这些环 照明源照亮的位置大致互相对齐，并由CCD相机3拍摄图像。这样的配置消除了玻璃板2端 面2a上照明强度的变化，因此更可取。在该情形中，两个环照明源之间的间距最好为保证相 机视角的距拍摄点60到90mm。
通过这种方法，玻璃板2的圆滑端面2a被宽松地插入C形环照明源11的开口切口中， 以使端面2a与环照明源11的中心轴的位置大致互相对齐。因此，即使端面2a的剖面形状为 弧形，端面2a也能用照明光均匀地照亮(见图1至6)。
在该状态中，如上所述水平放置的玻璃板2的上下平面垂直于环照明源11的圆形虛拟平 面，即，垂直于由环照明源11在其LED照明附接侧上的外形形成的平面。此外，玻璃板2端 面的切线也垂直于环照明源11的圆形虚拟平面。
通过上述环照明源11的照明系统，对于由于玻璃板2端面2a的弧形平面上的抛光产生 的缺陷，照明光被大致均匀且充分地投射，从而能够检测诸如刮伤，缺片，抛光遗漏，非抛 光或污点瑕疵的缺陷。然而，对于作为通过研磨或抛光形成弧形剖面2a的端面2a和玻璃板2 的上下表面之间的界线2b的脊部处产生的缺片或"贝壳〃 (贝壳形缺片)，照明光的投射不充 分，从而使检测遗漏上升。
为了可靠地检测脊部2b处的缺陷，如图1和2所示，除了上述环照明源之外，还在从玻 璃板2的端面位置看去时的玻璃板2的上下位置和在上下两个倾斜位置设置漫射/透射照明 13， 13，以使漫射/透射照明13， 13的光轴位于稍许偏离CCD相机3的光轴的角度。因此， 来自漫射/透射的光源被投射到玻璃板弧形端面及其上下表面之间的界线上。
如图1至3所示，漫射/透射照明13被设定为使来自该照明的照明光进入远离玻璃板2 正反表面的倾斜方向，并被投射至玻璃板2的弧形端面2以及端面2a和玻璃表面之间的界线 (脊部)2b，并且每一个漫射/透射照明13的光发射平面占据设置在相对于玻璃板2的相反
侧的相机3的视野内大约1/5到1/4的区域。
其原因如下。即，如果漫射/透射照明13的光发射平面占据大于相机3视野的1/4的区
域，贝r贝壳"或缺片吸收漫射/透射照明光，以致无法互相区分。此外，当在传送玻璃板的同
时检测缺陷时，玻璃板可能被稍许曲折地传送。
另一方面，如果漫射/透射照明13的光发射平面占据小于相机3视野的1/5的区域，则 脊部2b处的"贝壳"或缺片不会发亮，从而无法检测缺陷。
下文对玻璃板2采取水平姿态的情形进行详细说明。举例来说，来自位于玻璃板2上方 的漫射/透射照明13的照明光主要投射至玻璃板2的端面2a以及玻璃板2的端面2a和下表 面2c之间的界线上。来自位于玻璃板2下方的漫射/透射照明13的照明光主要投射至玻璃板 2的端面2a以及玻璃板2的端面2a和上表面之间的界线上。
漫射/透射照明13可以是以矩阵形状二维配置的多个LED元件(发光二极管元件)。漫射 /透射照明13面对相机侧即其平行于所述端面的一侧的宽度最好为相机视野的两倍或更多。 其高度可以设计为使漫射/透射照明13的光发射平面占据设置在相对于玻璃板2相反侧的相 机3的视野内大约1/5到1/4的区域。
顺便提及，C形环照明源11可以具有半圆或更大的形状，给光源大于180或更多的角度。 其伸展范围最好较宽，以使除了玻璃板2的端面可以宽松插入的切口部分12以外的剩余部分 也构成光源。
此外，环照明源11可以是形成为C形的高频荧光灯。然而，出于制造简单，寿命，损坏 等的考虑，如图5和6所示，环照明源11最好是这样的C形照明，其中大量LED元件lla， lla，...最好如多个箭头所指地同心配置，以使从各个LED元件lla， lla，…发出的光线都 投射到环照明源11中心轴上大致相同的区域。在该情形中，由大量LED元件lla， lla，…的 光轴构成的形状为圆锥形。
考虑到两个环照明源11， 11在相对设置时两者之间60到90mm的理想间距，环照明源11 的LED元件的附接角度最好为与水平方向成10到45度。
如图1至3所示，通过两个照明系统，该两个照明系统又包括设置在玻璃板2端面2a处 的环照明源11的照明系统和与玻璃表面2c成上下倾斜方向上的漫射/透射照明13的照明系 统，被照亮的玻璃板2的圆滑端面2a及其上下表面2c的界线附近的区域被同时由至少两架
CCD相机3， 3拍摄图像。这样获取的图像由图像处理单元4处理(见图9)，从而确定缺陷的 存在与否。
位于玻璃板2的上倾斜侧的相机3将要拍摄玻璃板2端面处经研磨的圆滑端面2a的区域 以及玻璃板2的端面2a和上表面之间的界线附近的区域的图像。使用该相机3难以拍摄玻璃 板2的端面2a和下表面之间的界线附近的区域的图像，因为该相机的视野被圆滑端面2a的 经研磨的区域阻挡。
与此类似，位于玻璃板2的下倾斜侧的相机3将要拍摄玻璃板2端面处经研磨的圆滑端 面2a的区域以及玻璃板2的端面2a和下表面之间的界线附近的区域的图像。使用该相机3 难以拍摄玻璃板2的端面2a和上表面之间的界线附近的区域，因为该相机的视野被圆滑表面 2a的经研磨的区域阻挡。
由CCD相机3拍摄的图像将以下述方式进行处理。
玻璃板2端面处通过研磨或抛光变圆的端面2a上聚集了由磨蚀形成的微小刮痕，并呈现 为磨砂玻璃。由相机2拍摄的图像显示为灰色。对于由CCD相机3拍摄的端面2a的原始图像， 假设在例如256级灰度刻度中最暗的灰度等级为0，最亮的灰度等级为255，贝i厂刮伤〃，"贝 壳"，"缺片"或"污点瑕疵"的缺陷提供高于其灰度等级位于明一侧的等级A的"明"信号，并因 此如图10所示呈现白色。 〃非抛光"或"抛光遗漏"的缺陷呈现黑色，因为这样的缺陷提供低于 其灰度等级位于暗一侧的等级B的"暗"信号，如图12所示。
因此，所拍摄的原始图像(见图10)根据灰度刻度的上限等级二进制数字化。假设缺陷 区域"明"而正常区域"暗"，则由此获取的二进制数字化图像(图11)受到"标签化"处理。因 此，根据缺陷区域中明像素的位置或尺寸，可以确定"刮伤"或"污点瑕疵"的表面缺陷以及"贝 壳"或"缺片"的边缘缺陷的种类。
艮P，可以基于"明"信号的位置和端面处理区域距离边缘的距离指定缺陷的种类。举例来 说，如果缺陷包含在端面处理区域中，则该缺陷被视为"刮伤"或"污点瑕疵"的表面缺陷8。如 果缺陷跨越端面处理区域的边缘或位于边缘以外，则该缺陷被视为"贝壳"或"缺片"的边缘缺 陷9。
与此类似，所拍摄的原始图像(见图12)根据灰度刻度的下限等级二进制数字化并被转 换。假设不高于下限等级的缺陷区域"明"而正常区域〃暗"，则由此获取的二进制数字化图像 (图13)受到"标签化"处理。因此，根据缺陷区域中明像素的位置或尺寸，可以确定"非抛光
"和"抛光遗漏"的缺陷，从而确定缺陷的存在与否及其种类。
上述上下限等级根据玻璃板2的种类经验性地设定，且这些设定可以根据要求改变。 此外，除了设定确定表面缺陷8和边缘缺陷9的标准以外，还对由各个CCD相机拍摄的 玻璃板端面的图像视野设定用于检査诸如玻璃板抛光面的粗糙度的图像质量的另一个标准。 在该情形中，视野内亮度的累积值被除以视野内的像素数量(面积值)，从而获取平均密度。 该平均密度与预设定的参考值进行比较。如果平均密度不小于参考值，则确定相关图像质量 是有缺陷的。
在该情形中，如果抛光面粗糙并呈白色，则图像质量差并因此呈现为是有缺陷的。如果 抛光面精细并呈黑色，则图像质量在参考值内并因此呈现为良好。
如上所述，准备至少两架CCD相机3。在该情形中，获取由各个CCD相机3拍摄的原始图 像并将其传送到图像处理单元4中。这样获取的原始图像分别以〃暗"侧的下限等级和"明"侧 的上限等级的两个限度等级二进制数字化，从而确定缺陷的存在与否。
其灰度等级在下限等级和上限等级之间的像素被认为处在正常范围内。然而，即使灰度 等级超过上限等级，根据其位置或尺寸，作为可能的情形，该像素也可能被认为处在正常范 围内。在该情形中，图像质量可以基于根据产品预先设定的上限等级，下限等级和其他确定 标准确定。
上述CCD相机3是二维相机，但也可以是线性相机。在该情形中，按照要求，由线性相 机扫描的图像数据可以储存在微处理单元5 (见图9)中，以使其在二维组合的区域中受到处 理。
上述玻璃板2是指普通玻璃板，具有经倒角的端面边缘或经抛光的端面。然而，玻璃板2 可有效地用于例如液晶显示器，等离子显示器，场发射显示器或有机EL显示器的平面显示面 板的各种方形显示基板。此外，玻璃板2也可以是具有不同形状的玻璃板，诸如汽车车窗玻 璃板。
此外，玻璃板2端面2a整个外围上的缺陷检测可以通过以下的方法进行，如图8所示。 每一个都至少包括环照明源11和至少两架CCD相机3， 3的缺陷检测装置1固定设置在平行 于将要传送的玻璃板2的传送方向的两侧的位置上，以使其将玻璃板2夹在中间。当玻璃板2 通过缺陷检测装置1时，玻璃板2两侧的端面2a依次受到检测。玻璃板2的传送方向被转换 90度，以使玻璃板2未检测的两侧平行于传送方向。如上所述每一个都包括照明系统和相机
3的缺陷检测装置1设置在未检测两侧的位置上。当玻璃板2通过缺陷检测装置1时，玻璃板 2两侧的端面2a依次受到检测。
也可以采用以下方法。至少配备环照明源11的照明单元10和作为CCD相机3的图像拍 摄装置附接至多关节机器人(未显示)的机械手(未显示)上。该机械手沿玻璃板2外围的 端面依次移动，以使玻璃板2端面的整个外围被依次拍摄其图像。这样获取的图像信号由图 像处理单元4处理以确定端面2a上的缺陷。顺便提及，如果存在能移动照明单元和图像拍摄 装置的装置，这样的装置也可以附接至普通的机器人(例如线性运动系统)上。
此外，也可以采用以下方法。当传送玻璃板时，由第一缺陷检测装置检测平行于传送方 向的两侧端面。当玻璃板停止时，由第二缺陷检测装置检测垂直于上述两侧的剩余两侧端面。
当传送玻璃板的同时进行缺陷检测时，玻璃板最好以其在传送线上的水平姿态传送。然 而，也可以在玻璃板以其在倾斜传送器上的倾斜姿态传送时进行缺陷检测。
顺便提及，在上述详细说明中，玻璃板以其水平姿态传送的情形下玻璃板的竖直位置和 竖直方向应当被解释为玻璃板以其倾斜姿态传送情形下的正反位置和正反方向。
当作为图像拍摄装置设置三架CCD相机3时，假设如图4所示玻璃板被水平放置，则为 了拍摄端面的待检测区域的图像， 一架CCD相机3可以设置在当玻璃板平面向外延伸时0度 角的水平方向以及垂直于玻璃板2待检测一侧的方向上；而另两架相机可以设置在玻璃板平 面端部正上方和正下方的方向上。
在该情形中，设置在水平方向上的CCD相机3可以检测玻璃板的弧形端面上的缺陷，而 设置在竖直方向上的两架CCD相机3， 3可以分别检测端面2a和玻璃板平面之间的界线2b附 近的缺陷。
下文将说明本发明的操作。
如图5和6所示，环照明源ll被局部开设像切口的槽口以形成C形环照明源ll，并且玻 璃板2的端面2a被宽松地插入在切口状部分12中。因此，来自各个弧形配置的LED元件lla 的照明光在相对相同的条件下均匀投射到大致弧形剖面的端面的各个分段上。
具体而言，如图6所示，环照明源11被设计为使来自LED元件lla的照明光束同心地朝 向稍许偏离环照明源ll中心轴的方向投射，以使其形成圆锥形。因此，被环照明源lla照亮 的端面2a不会产生不均匀照明。因此，端面2a可以由CCD相机3在良好的照明条件下拍摄 图像，因此能进行检测遗漏少的缺陷检测。
顺便提及，来自环照明源11的照明光最好投射到稍许偏离环照明源11中心轴上环照明 源11中心的位置，但可以投射到对应于环照明源11中心的位置。在该情形中，相机可以远 离环照明源以在倾斜方向拍摄端面图像，因此端面可以从斜侧方看到。
此外，将要由照明照亮的位置必须与将要由CCD相机拍摄的视野对齐。此外，该位置处 在端面2a上，玻璃板2端部在该端面上的剖面为弧形。因此，玻璃板2的弧形端面2a可以 由环照明源ll均匀照亮。
此外，如图2和3所示，如果光源投射到稍许偏离环照明源ll中心的端面2a的位置上， 则所设置的相机3可以在垂直于玻璃板2端面2a的切线方向的方向上拍摄端面2a的图像。 该方式能提供高检测精确性并因此更可取。
当光源投射到对应于环照明源11的大致中心位置的端面2a位置上时，玻璃板2的端面 2a受到环照明源11的附接构件的阻碍。因此，相机3不能设置在垂直于端面2a切线方向的 方向上。所以，相机必须远离环照明源11,在倾斜方向拍摄端面图像，因此端面可以从斜侧 方看到。这样削弱了检测精确性并因此不可取。
还有当环照明源11如图3所示位于玻璃板2端面2a的单个点时，可以充分检测端面2a 上的缺陷。然而，如图2所示，环照明源最好位于两个点。在该情形中，如图2所示，玻璃 板2的端面2a被宽松地插入位于玻璃板2待检测区域的左右两侧附近的两个环照明源11中。 照明光被投射以使由环照明源照亮的位置与待缺陷检测并由CCD相机3待拍摄图像的区域大 致对齐。这样的安排消除了玻璃板2端面照明强度的不均匀并因此更可取。
此外，在根据本发明的缺陷检测装置1中，如图1至3所示，CCD相机3设置在垂直于由 至少形成为C形环照明源照亮的玻璃板2端面边缘的方向中，并且进一步该端面边缘和玻璃 板平面2c之间的界线由透射照明光照亮并由相机2拍摄。如果拍摄的图像不包含缺陷，则光 被分散，因为抛光区域是不透明的。因此入射在相机3上的光量被减少而图像呈灰色。另一 方面，如果拍摄的图像包含诸如"缺片"的任何缺陷，则抛光区域由于透镜效应而发出亮光， 并因此被拍摄为明信号。因此，可以确定上述界线是否良好。
实施例1
待检测的玻璃板2是具有从小到大的尺寸的玻璃板，举例来说，是每一侧都具有边长 300mm到2000,的方形玻璃板。玻璃板2的端面2a被处理为圆滑的弧形剖面。
如图8所示，在玻璃板传送线26的两侧设置如图7所示的缺陷检测装置。作为图像拍摄 装置的相机3，采用两架二维CCD面相机。各个相机3的视角大约为20mmX 20mm至50mmX 50mm。 相机3的附接角度在上下方向与水平平面成30到45度。相机3通过附接构件21附接至竖直 框20，以使玻璃板的边缘位于视野中央。调整角度自由可调。
如图2所示，用作照明单元10的环照明源11可以通过对商用环照明源11的一部分进行 处理，使其形成切口以提供C形来制备。多个LED元件lla， lla以有规则的间距同心地配置 为两或三列。各个LED元件的照明方向与照明11的中心轴成例如15度的倾斜，且LED元件 lla， lla，…的光轴构成圆锥形。两个环照明源ll， 11之间的间距被设定为例如80mm。
此外，如图7所示，垂直于上述竖直框20并水平延伸的两个横框23， 23被固定在玻璃 板上下的两个位置，且环照明源11通过附接构件24附接至上横框23。
具有切口状槽口的近似C形的环照明源11被设置为使由该照明发出的照明光均匀地投射 到玻璃板2端部的圆滑端面2a。玻璃板2的端面2a宽松地插入环照明源11的切口状部分12 中，以使端面2a位于环照明源11的中心轴上。
如图8所示，当玻璃板2由传送线传送时，其端面2a通过环照明源，以使其宽松地插入 设置在传送线26两侧的每一个环照明源11的开口切口 12中。当端面宽松地插入时，由CCD 相机3拍摄由环照明源ll的各个LEDlla， lla，…照亮的玻璃板2端部的图像。对各个相机 的图像进行处理，且基于灰度等级进行缺陷检测。
漫射/透射照明13被设定为在玻璃板2的上下方向与水平平面成一定角度，以使其照明 光透射至玻璃板的弧形端面以及该端面和玻璃板平面之间的界线上，并且漫射/透射照明13 的光发射平面占据相机3约1/5到1/4的视野。
顺便提及，如图7所示，漫射/透射照明13, 13分别通过附接构件25， 25附接至设置在 玻璃板2端部上下的横框23， 23上。
为了防止不均匀照明，漫射/透射照明13还具有附接到二维矩阵形状配置的LED元件上 的奶白色漫射板。取代LED元件，该照明可以用荧光灯制造。
玻璃板2以例如恒定速度在传送线26上传送。玻璃板2的端部由CCD相机3拍摄图像， 以使其以对应于相机视野宽度的节距单位被分段，并对各个拍摄的图像进行缺陷检测。
因为本实施例中使用了面相机3，因此拍摄图像的视野对应于作为分段区域的节距宽度。 然而，将要由相机3拍摄的区域被设定为稍许大于该节距宽度的区域，并所获取图像之间的
界线附近发生重叠，以防止检测遗漏，从而连续地检测所述端面。 下文将对检测玻璃板2的流程给出具体说明。
首先，如图8所示，方形玻璃板2由传送线26传送。当玻璃板2接近缺陷检测装置1时， 未显示的控制单元打开环照明源11和漫射/透射照明13。玻璃板2被传送到由CCD相机3拍 摄图像的视野内。因此，当检测玻璃板2端面2a的尖端角时，假设该角是端面2a检测区域 的开始位置，则从稍许从该角移位的位置获取图像并将其送到图像处理单元4中。
如图9所示，对于从CCD相机3获取并将其送到图像处理单元4中的图像，基于预先设 定并寄存的玻璃板2的板厚信息以及由一架相机3拍摄的一个边缘2b计算另一个边缘2b，从 而确定待计算的面积。作为将要计算的区域的具有256个灰度刻度等级的所拍摄图像根据先 期设定的"明"侧的上限等级即灰度刻度的上限等级二进制数字化。这样获取的二进制数字化 的图像受到"标签化"处理。基于所显示的〃明"信号的位置与被处理端面2a的边缘2b之间的 距离确定缺陷的种类。
举例来说，如果缺陷包含在被处理端面2a中，则认为是〃刮伤〃或〃污点瑕疵"的表面缺陷 8。如果缺陷跨越被处理端面2a的边缘2b或位于边缘2b之外，则认为是〃贝壳〃或〃缺片"的 边缘缺陷。该信息被储存在微处理单元(计算机)5中。
与此类似，被拍摄的原始图像根据先期设定的例如灰度刻度的下限等级的下限等级二进 制数字化，并在其后被转换。假设不高于下限等级的缺陷区域为〃明〃而正常区域为〃暗〃，这 样获取的二进制数字化的图像受到"标签化"处理。因此，根据缺陷区域中明像素的位置和尺 寸确定"非抛光"和"抛光遗漏"的缺陷，从而确定缺陷的存在与否和种类。
也对另一架相机3执行与上述相同的处理。
顺便提及，玻璃板2以恒定速度在传送线26上传送。玻璃板2的端部由CCD相机3拍摄 图像并检测，以使其以对应于相机视野宽度的节距单位被分段。在该情形中，由于各个图像 的前端和后端之间的界线附近被稍许重叠，检测被连续进行，直到检测后端端面的尖端角部 为止。
完成玻璃板2两侧的检测之后，传送方向被转换以使玻璃板2未检测的两侧平行于传送 方向。每一个都如上所述由照明系统和相机3组成的缺陷检测装置1分别设置在对应于未检 测两侧的位置上。当玻璃板2通过缺陷检测装置1时，可以顺序检测玻璃板2该两侧的端面 2a。
通过这种方式，如果对玻璃板的四侧执行缺陷检测并且这样获取的数据被储存在主计算 机中，则可以便于管理。
实施例2
实施例2不同于实施例1之处在于玻璃板被固定，而包括照明单元和图像拍摄装置的检 测装置在玻璃板的整个外围被驱动，以检测玻璃板2外围端面上的缺陷。
玻璃板2的照明单元10和图像拍摄装置的方向/角度的设置条件被设定为与第一实施例 相同的条件。对所获取图像的处理单元及其他装置与实施例1完全相同。
对于将要在玻璃板的整个外围被驱动的设备，照明单元和图像拍摄装置被附接至多关节 机器人(未显示)的机械手(未显示)，该机械手沿玻璃板2的外围端面依次移动。因此，玻 璃板的端面被拍摄图像，且这样获取的图像信号由图像处理单元识别，从而检测缺陷的存在 与否。
顺便提及，当在传送线的途中进行检测时，玻璃板必须停止一次来确保玻璃板整个外围 上的空间，以使包括照明单元和图像拍摄装置的检测装置可以移动。对此，可以设置用于提 升这些支撑在玻璃板中央附近的装置的机构。
实施例3
图14显示根据实施例3的用于玻璃板端面的缺陷检测装置。该缺陷检测装置包括用于检 查移动玻璃板102的第一和第三侧的第一缺陷检测装置101U， 101L，和用于检査静止玻璃板 102的第二和第四侧的可移动的第二缺陷检测装置201R, 201L。顺便提及，玻璃板102为矩 形，因此第一和第三侧互相平行，第二和第四侧互相平行，且第一和第三侧垂直于第二和第 四侧。
玻璃板102在传送装置120上传送。传送装置120可以是以倾斜姿态传送玻璃板102的 系统，或者以水平姿态传送玻璃板102的系统。在传送装置120传送路径的两侧设置用于检 测平行于玻璃板102传送方向的两侧(第一和第三侧)的第一缺陷检测装置IOIU和IOIL。当 玻璃板102以其倾斜姿态被传送时，第一缺陷检测装置是检测与第一侧对应的上侧的上缺陷 检测装置IOIU，和检测与第三侧对应的下侧的下缺陷检测装置101L。第一缺陷检测装置IOIU， 101L分别配备照明单元111和图像拍摄装置103。当玻璃板102通过与第一缺陷检测装置101U， 101L对应的位置时，第一缺陷检测装置101U， '101L检测平行于玻璃板102传送方向的 两侧中每一侧的端面。
由传送装置120传送的玻璃板102在对应于第二缺陷检测装置201R， 201L的位置停止。 静止玻璃板102的第二和第四侧由第二缺陷检测装置201R， 201L检测。第二缺陷检测装置 201R， 201L分别配备照明单元211和图像拍摄装置203。第二缺陷检测装置201R， 201L附接 至机器人(未显示)的机械臂(未显示)，并且可平行于玻璃板102的第二和第四侧移动。第 二缺陷检测装置201R， 201L沿玻璃板102的第二和第四侧移动，从而检测各个第二和第四侧 的端面。顺便提及，当以其倾斜姿态传送的玻璃板102在其倾斜姿态停止时，第二侧和第四 侧分别对应于右侧和左侧，且第二缺陷检测装置201R， 201L在倾斜方向竖直移动。完成传送 之后，玻璃板102可以从传送装置120移动至配备第二缺陷检测装置201R， 201L的检测装置。
顺便提及，在实施例3中，照明单元lll， 211和图像拍摄装置103， 203与实施例1和 实施例2中的照明单元11和图像拍摄装置3相同。正如实施例1和实施例2，使用照明单元 111， 211和图像拍摄装置103， 202检测玻璃板端面上的缺陷。
本发明已经参照具体实施例进行了详细说明。然而，对本领域的熟练技术人员显而易见 的是，能以诸多方式改变或修改本发明而不背离本发明的精神和范围。
本申请基于2005年2月10日提交的日本专利申请(专利申请号No. 2005-034238)，其内 容通过引用结合在本文中。
工业应用
根据本发明的一个或多个实施例的缺陷检测装置和缺陷检测方法用于检测在其端部具有 经研磨的弧形端面或磨边面的玻璃板的端面上的缺陷。
权利要求
1.一种用于检测玻璃板端面缺陷的装置，其特征在于，该装置包括具有至少两架从玻璃板外侧以与玻璃板的正反两面倾斜的两个方向拍摄玻璃板端面的CCD相机的图像拍摄装置；具有在其中心轴方向投射照明光且具有切口的大致呈C形的环照明源的照明单元；和处理从CCD相机获取的图像信号并确定所述端面质量的图像处理单元，其中，所述玻璃板被宽松地插入所述切口中，使所述端面与环照明源的中心轴对齐；所述照明单元将照明光投射到该端面；及图像处理单元处理所述图像拍摄装置获取的端面图像信号，以检测所述端面上的缺陷。
2. 如权利要求1所述的用于检测玻璃板端面缺陷的装置，其特征在于，其中玻璃板具有经 倒角构成的弧形端面或光滑脊部的端面。
3. 如权利要求1所述的用于检测玻璃板端面缺陷的装置，其特征在于，其中照明单元包括 两个C形照明，所述C形照明设置在玻璃板端面待检测缺陷区域的左右两侧附近；且各环照明源对待检测缺陷的区域照明。
4. 如权利要求1所述的用于检测玻璃板端面缺陷的装置，其特征在于，其中照明单元进一 步包括从与玻璃板正反表面倾斜的两个方向向玻璃板的端面投射照明光的漫射/透射光源。
5. 如权利要求3所述的用于检测玻璃板端面缺陷的装置，其特征在于，其中照明单元进一 步包括从与玻璃板正反表面倾斜的两个方向向玻璃板的端面投射照明光的漫射/透射光源。
6. 如权利要求1所述的用于检测玻璃板端面缺陷的装置，其特征在于，其中环照明源包括 多个同心配置的LED元件。
7. 如权利要求3所述的用于检测玻璃板端面缺陷的装置，其特征在于，其中环照明源包括 多个同心配置的LED元件。
8. 如权利要求l所述的用于检测玻璃板端面缺陷的装置，其特征在于，该装置进一步包括: 适合于传送玻璃板以使玻璃板的两侧平行于传送方向的传送装置，其中照明单元和图像拍摄装置设置在玻璃板两侧的每一侧端面附近。
9. 如权利要求1所述的用于检测玻璃板端面缺陷的装置，其特征在于，其中照明单元和图 像拍摄装置附接至机器人的机械手；以及该机械手沿玻璃板外围端面依次移动，以对玻璃板的端面拍摄图像，并且所获取的图像 信号由图像处理单元依次处理。
10. 如权利要求1所述的用于检测玻璃板端面缺陷的装置，其特征在于，该装置包括 检测平行于正在传送的玻璃板的传送方向一侧的端面并相对于所述传送被固定的第一缺陷检测装置；和检测垂直于正在传送的玻璃板的传送方向一侧的端面并相对于玻璃板可移动的第二缺陷 检测装置，其中第一缺陷检测装置和第二缺陷检测装置分别配备所述照明单元和所述图像拍摄装置。
11. 一种用于检测玻璃板端面缺陷的方法，其特征在于，该方法包括 宽松地将玻璃板端面插入到C形环照明源的开口切口中；向待检测端面的该端面位置与环照明源的中心轴重合的区域投射环照明源的照明光； 由两架CCD相机拍摄端面的图像；将图像拍摄所获取图像信号的灰度等级与预设的上下限等级进行比较；和 根据高于上限等级或低于下限等级的像素信号的位置、尺寸和形状检测缺陷的存在与否 及其种类。
12. 如权利要求11所述的用于检测玻璃板端面缺陷的方法，其特征在于，该方法进一步包 括由传送装置传送玻璃板以使玻璃的一侧平行于其传送方向；在玻璃板两侧的每一侧的端面附近至少设置包括C形环照明源的照明单元和用于拍摄由 照明单元照亮的端面的图像的图像拍摄装置；由图像处理单元处理由图像拍摄装置拍摄图像的端面的图像信号；和 检测缺陷的存在与否。
13. 如权利要求ll所述的用于检测玻璃板端面缺陷的方法，其特征在于，该方法包括-至少将包括C形环照明源的照明单元和用于拍摄由照明单元照亮的端面的图像的图像拍摄装 置附接至机器人的机械手；使该机械手依次沿玻璃板外围的端面移动； 拍摄玻璃板端面的图像；由图像处理单元依次处理所获取的图像信号，和 检测缺陷的存在与否。
14. 如权利要求ll所述的用于检测玻璃板端面缺陷的方法，其特征在于，该方法包括-由相对于所述传送固定的第一缺陷检测装置检测平行于正在传送的玻璃板的传送方向一侧的端面；和由相对于玻璃板可移动的第二缺陷检测装置检测垂直于正在传送的玻璃板的传送方向一 侧的端面，其中第一缺陷检测装置和第二缺陷检测装置各自配备C形环照明源和两架CCD相机。
全文摘要
用于检测玻璃板端面缺陷的装置配备具有至少两架CCD相机，用于从玻璃板外侧和以与玻璃板正反表面倾斜的两个方向拍摄玻璃板端面图像的图像拍摄装置；具有近似C形的环照明源，能在其中心轴方向投射照明光并具有开口切口的照明单元；和用于处理从CCD相机获取的图像信号以确定端面质量的图像处理单元。玻璃板被宽松地插入开口切口中，使端面与环照明源的中心轴对齐；照明光被投射到该端面；以及由图像拍摄装置拍摄端面图像。这样获取的图像信号由图像处理单元处理，从而检测端面上缺陷的存在与否。
文档编号G01B11/30GK101115988SQ20068000451
公开日2008年1月30日 申请日期2006年2月10日 优先权日2005年2月10日
发明者冈村真一 申请人:中央硝子株式会社