专利名称：表面形状的检查方法及检查装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于检查以具有镜面性的玻璃为代表的物体的平坦度等表面形状的特性的检查方法及检查装置。
背景技术：
作为物体的表面形状的检查方法，有对被检查物体照射具有周期性的明暗的条纹图案，基于在被检查物体的表面反射而形成的反射图像的明暗周期的偏移，对被检查物体的表面形状进行评价的方法(例如，参照专利文献1)。但是，将这种方法应用于像玻璃板那样的透明板状体时，不仅透明板状体的表面形成的反射图像，同时也会拍摄到透明板状体的背面形成的反射图像。下面，将透明板状体的表面形成的反射图像叫做表面反射图像，将透明板状体的背面形成的反射图像叫做背面反射图像。图16是表示同时形成表面反射图像和背面反射图像的形态的说明图。如图16所示，从条纹图案上的点5发出的光被透明板状体3的表面3a反射，经由光路8在照相机的受光面7上的拍摄点10成像。另外，透过了透明板状体3的光被透明板状体3的背面北反射，经由光路9在受光面7上的拍摄点11成像。在此，由于条纹图案的周期或宽度不同，在拍摄的图像信号中，有时产生下面所示的问题。图17是表示照相机输出的图像信号例的波形图。(a)表示表面反射图像的图像信号，(b)表示背面反射图像的图像信号。另外，低的水平表示基于条纹图案中的暗部的图像信号的水平，高的水平表示基于条纹图案中的明部的图像信号的水平。当条纹图案中的暗部的宽度宽时，图像信号中的低的水平部分的宽度也变大，有时表面反射图像的图像信号中的低的水平和背面反射图像的图像信号中的低的水平重叠。于是，从照相机输出的图像信号往往会变为如图17(c)所示的信号，基于和本来需要的表面反射图像的图像信号(图 17(a))不同的信号进行表面形状的检查。另外，如图18所示，即使条纹图案中的暗部的宽度非常窄，表面反射图像的图像信号中的暗部的位置和背面反射图像的图像信号中的暗部的位置之差T接近于条纹图案中的明暗周期的整数倍时，也从照相机输出如图18(c)所示的图像信号。另外，在图18中， (a)表示表面反射图像的图像信号，(b)表示背面反射图像的图像信号。该情况下，也是基于和表面反射图像的图像信号不同的信号，进行表面形状的检查，产生不能进行正确的表面形状的检查之类的问题。作为解决上述的问题的方法，有将背面反射图像变弱或将其除去的方法。例如，使用紫外线的方法也是其方法之一(参照非专利文献1。)。由于紫外线被玻璃吸收，与表面反射图像的对比度相比，背面反射图像的对比度变得非常低，即使背面反射图像和表面反射图像重叠，也能够抑制背面反射图像的影响。专利文献1 (日本)特开平11-148813号(段落0082-0083，图24)非专利文献1 “光技术接触”(社团法人日本才/卜乂力卜π 二夕^协会发行，第 39 卷，第 2 号(2001 年)，第 103-110 页)
但是，在要实现使用紫外线的方法的情况下，必须使用紫外线光源，用使紫外线透过的特殊的部件构成照相机，检查装置造价提高。另外，并不是只要是紫外线，怎样的波长都可以，为使背面反射图像变弱，需要选择被玻璃充分地吸收的波长区域。根据玻璃的组成不同，也有难以吸收的种类，有时不能简单地采用该方法。
发明内容
于是，本发明的目的在于提供能够以廉价的装置构成除去背面反射图像的影响， 高精度地检查表面形状的特性的检查方法及检查装置。本发明的表面形状的检查方法，向透明板状体照射条纹图案，拍摄由该透明板状体的表面形成的条纹图案的反射图像，基于通过拍摄得到的图像信号检查所述透明板状体的表面形状，其特征在于，包括条纹图案决定工序，决定具有明暗图案的条纹图案，所述明暗图案以由所述透明板状体的表面形成的反射图像和由所述透明板状体的背面形成的反射图像在通过所述拍摄得到的图像信号中分离的方式设定；及表面形状检查工序，只使用通过拍摄得到的图像信号所包含的反射图像中的、由所述透明板状体的表面形成的所述条纹图案的反射图像，检查所述透明板状体的表面形状。在本发明的检查方法的优选实施方式中，对作为透明板状体的用于平面显示面板的玻璃基板进行检查。在本发明的检查方法的另一优选实施方式中，对作为透明板状体的用于汽车玻璃的原板进行检查。在本发明的检查方法的优选实施方式中，在表面形状检查工序中，得到反射图像相对于透明板状体的表面为理想平面时的理想反射图像的偏移量，使用所述偏移量、条纹图案的位置信息及拍摄单元的透镜中心位置信息来求出所述透明板状体的表面形状的倾斜度，将所述透明板状体的表面大致平坦作为约束条件，对所述表面形状的倾斜度进行积分以求出所述透明板状体的表面形状。本发明的表面形状的检查装置，具备拍摄单元，该拍摄单元拍摄向透明板状体照射的条纹图案的由该透明板状体的表面形成的反射图像，基于通过所述拍摄单元的拍摄得到的图像信号检查所述透明板状体的表面形状，其特征在于，设置具有明暗图案的条纹图案，所述明暗图案以由所述透明板状体的表面形成的反射图像和由所述透明板状体的背面形成的反射图像在通过所述拍摄单元得到的图像信号中分离的方式设定，所述表面形状的检查装置具备分离单元，从通过所述拍摄单元得到的图像信号中分离出由所述透明板状体的表面形成的所述条纹图案的反射图像；及运算单元，使用所述分离单元分离出的所述反射图像来检查所述透明板状体的表面形状。在本发明的检查装置的优选实施方式中，运算单元包括偏移量计算单元，算出反射图像相对于透明板状体的表面为理想平面时的理想反射图像的偏移量；倾斜度计算单元，使用所述偏移量计算单元算出的偏移量、条纹图案的位置信息及拍摄单元的透镜中心位置信息来算出所述透明板状体的表面形状的倾斜度；及表面形状决定单元，将所述透明板状体的表面大致平坦作为约束条件，对所述倾斜度计算单元算出的表面形状的倾斜度进行积分以求出所述透明板状体的表面形状。根据本发明，决定条纹图案，所述条文图案能够从拍摄单元得到的图像信号中仅将由透明板状体的表面形成的反射图像分离，所以能够以廉价的装置结构除去背面反射图像的影响，高精度地检查表面形状的特性。
图1是表示用于检查透明板状体的表面的平坦度的检查装置的概要的模式图；图2是表示条纹图案之一例的说明图；图3是表示本发明的表面形状的检查方法的整体流程的流程图；图4是表示CXD照相机的输出信号例的波形图；图5是表示决定条纹图案的处理之一例的流程图；图6是表示使用在第一步骤中所决定的条纹图案时的CCD照相机的输出信号的波形图；图7是表示使用在第一步骤中所决定的条纹图案时的CCD照相机的输出信号的波形图；图8是表示实施表面形状检查的形态的说明图；图9是表示第二步骤的概略工序的流程图；图10是表示反射图像的图像信号之一例的波形图；图11是表示所观测到的反射图像的轨迹相对由理想平面形成的反射图像提前的状况的说明图；图12是表示所观测到的反射图像的轨迹相对由理想平面形成的反射图像延迟的状况的说明图；图13是表示所观测到的反射图像的轨迹相对由理想平面形成的反射图像提前时的提前的程度和起伏形状的倾斜度之间的关系的说明图；图14是表示所观测到的反射图像的轨迹相对由理想平面形成的反射图像延迟时的延迟的程度和起伏形状的倾斜度之间的关系的说明图；图15是表示χ轴及y轴的定义的说明图16是表示同时形成表面反射图像和背面反射图像的形态的说明图
图17是表示照相机输出的图像信号例的波形图18是表示照相机输出的图像信号例的波形符号说明
1条纹图案
2CCD照相机
3透明板状体
3a表面
3b背面
4计算机
5条纹图案上的点
7受光面
19，26反射图像
31，32反射点
具体实施例方式下面，参照
本发明的实施方式。图1是表示用于检查玻璃板等透明板状体的表面的平坦度的检查装置的概要的模式图。如图1所示，检查装置如下构成用作为拍摄单元的照相机2，拍摄放在载置台(未图示)上的检查对象(被检查物体)，即玻璃板等透明板状体3的表面映出的条纹图案1。 条纹图案1设在光源(未图示)的发光面上。图2是表示条纹图案1的一例的说明图。在图2中，L1表示暗部的宽度，L2表示明部的宽度。LJL2相当于明暗的周期。在透明树脂薄膜上着以黑色部分而实现条纹图案1的情况下，明部相当于透明部分，暗部相当于黑色部分。由CXD照相机2拍摄的图像被取入作为运算单元的个人计算机等计算机4，通过计算机4进行图像分析。需要说明的是，在此，以CXD照相机2为例，但也可以代替CXD照相机2，使用面阵相机、线阵相机、摄像机、静物相机等任何方式的照相机。另外，只要是将光传感器排列而成的照相机等能够对反射图像进行特定的照相机，可以使用任何受光装置以CCD照相机2的光轴和条纹图案1 (具体地说，条纹图案1存在的平面)的法线， 以自透明板状体3的表面3A的法线方向起成相同的角度θ的方式，设置CCD照相机2的光轴和条纹图案1。角度θ优选为45°。图3是表示本发明的表面形状的检查方法的整体流程的流程图。如图3所示，本发明的检查方法中，作为第一步骤，执行条纹图案决定工序，其决定作为被检查物体的透明板状体3适合的条纹图案1 ；接着，在第二步骤中，执行表面形状检查工序，其使用在第一步骤中所决定的条纹图案1，基于条纹图案1的在透明板状体3形成的反射图像，通过图像分析对透明板状体3的表面形状进行评价。需要说明的是，在第二步骤中，只使用在第一步骤中所决定的条纹图案1在透明板状体3的表面3a及背面北形成的反射图像中的、在透明板状体3的表面3a形成的反射图像。图4(c)是表示使用了在第一步骤中所决定的条纹图案1的情况下的CCD照相机 2的输出信号例的波形图。在图4中，(a)表示表面反射图像的图像信号，(b)表示背面反射图像的图像信号，如图4(c)所示，CXD照相机2和图17及图18所示的情况一样，输出将表面反射图像的图像信号和背面反射图像的图像信号重叠得到的信号。但是，本发明中，通过将条纹图案的暗部的宽度(相当于信号宽度W1,W2)和明暗的周期(相当于周期T1, T2)最适化，在CCD照相机2输出的图像信号中，以表面反射图像中的暗部和背面反射图像中的暗部不重合的方式进行调整。因此计算机4进行图像分析时，能够容易地抽取表面反射图像的图像信号，能够实施精密的表面形状检查。接着，对决定条纹图案的第一步骤的处理进行说明。图5是表示决定条纹图案的处理之一例的流程图。在其处理中，首先准备每一个印刷有不同的图案的多个条纹图案 (步骤Si)。即，准备条纹的周期、宽度不同的多个条纹图案。条纹图案例如通过用喷墨印刷，在透明树脂薄膜上印刷图案而形成。接着，将一个条纹图案贴在光源上(步骤S2)。然后，用CCD照相机2拍摄透明板状体3对条纹图案的反射图像(步骤S3)。接着，计算机4输入由CXD照相机2所拍摄的图像的图像信号，按照图像分析处理程序，执行对图像信号进行分析的图像分析处理(步骤S4)。在图像分析处理中，判断CCD照相机2的输出信号，即从CCD照相机2输入的图像信号是否为图4(c)所示的状态。具体地说，判断与两个暗部相对应的水平是否为不重叠的状态。在图像信号未显示这种状态的情况下(NG的情况)，将另一个条纹图案贴在光源上，再次执行步骤S2、S3的处理。需要说明的是，如后述，在根据振幅不同，要区分表面反射图像和背面反射图像的情况下，优选各自的暗部相背离的形式。例如，优选在图像信号中，背面反射图像的暗部位于表面反射图像的两个暗部的中间在确认图像信号中与两个暗部相对应的水平为不重叠的状态之后，计算机4决定此时贴在光源上的条纹图案，作为在透明板状体3的表面形状的检查中使用的条纹图案 1 (步骤S7)。如以上进行操作，作为适合透明板状体3的表面形状的检查的条纹图案1，以在通过CCD照相机2所得到的图像信号中分离的方式设定的具有明暗图案的条纹图案1被决定。作为非检查物体的透明板状体3，为一般的板厚Imm左右的液晶显示面板或PDP用的玻璃基板的情况下，在图2所示的例中，例如，决定透明部分的宽度L2约为0. 9 1. 3mm、 黑色部分的宽度L1约为0. 05 0. Imm的条纹图案，作为在这种玻璃基板的检查中使用的条纹图案1。接着，对在第二步骤中所使用的表面反射图像的辨认方法进行说明。图6是表示使用在第一步骤中所决定的条纹图案时的CCD照相机2的输出信号的波形图。玻璃板等透明板状体3的表面的条纹图案的条纹，具有由表面形成的条纹(与图6中的振幅12相对应)这一方，比由背面形成的条纹(与图6中的振幅13相对应)强的倾向。因此，从拍摄的图像信号发现了定期出现的低水平的部分(低亮度部分)，并且可以将其振幅大的部分作为表面反射图像的图像信号进行检查。图7也是表示使用在第一步骤中所决定的条纹图案时的CCD照相机2的输出信号的波形图，但图7所示的间隔14表示从表面反射图像的图像信号中的低亮度部分到背面反射图像的图像信号中的低亮度部分的间隔，间隔15表示从背面反射图像的图像信号中的低亮度部分到表面反射图像的图像信号中的低亮度部分的间隔间隔14和间隔15，通常，根据(1)透明板状体3的厚度、O)CXD照相机2的光轴和透明板状体3的法所成的角及(3)条纹图案1中的明暗的周期来决定。以使得间隔14 和间隔15的长度存在明确的差的方式，在第一步骤中决定条纹图案1，由此来容易地区分表面反射图像和背面反射图像。即，将形成长的间隔14的两个低亮度部分中的一方(例如位于前面的一方)的低亮度部分，看作表面反射图像的图像信号中的低亮度部分。这种表面反射图像的辨认方法，在表面反射图像和背面反射图像的条纹中没有大的差异的情况下是有效的。第二步骤是从CXD照相机2向计算机4输入表面反射图像和背面反射图像双方的图像信号的步骤，如上所述，可以通过辨认表面反射图像，只抽取表面反射图像的图像信号，实施精密的表面形状检查。(实施例)接着，说明第一步骤的实施例。对于如表1的左栏所示的各个板厚的作为透明板状体3的玻璃板，通过实验决定了可以使表面反射图像中的暗部和背面反射图像中的暗部不重合的条纹图案1。在表1中，例如板厚为0. 35mm的透明板状体3中，明暗的周期(间
7距)为0. 9mm、1. Imm或1. 3mm，表示可以作为适合板厚为0. 35mm的透明板状体3的表面形状的检查的条纹图案1使用。在各个情况下，暗部的宽度为50 μ m或100 μ m。[表 1]
权利要求
1.一种表面形状的检查方法，向透明板状体照射条纹图案，拍摄由该透明板状体的表面形成的条纹图案的反射图像，基于通过拍摄得到的图像信号检查所述透明板状体的表面形状，其特征在于，包括条纹图案决定工序，决定具有明暗图案的条纹图案，所述明暗图案以由所述透明板状体的表面形成的反射图像和由所述透明板状体的背面形成的反射图像在通过所述拍摄得到的图像信号中分离的方式设定；及表面形状检查工序，只使用通过拍摄得到的图像信号所包含的反射图像中的、由所述透明板状体的表面形成的所述条纹图案的反射图像，检查所述透明板状体的表面形状。
2.如权利要求1所述的表面形状的检查方法，其中，对作为透明板状体的用于平面显示面板的玻璃基板进行检查。
3.如权利要求1所述的表面形状的检查方法，其中，对作为透明板状体的用于汽车玻璃的原板进行检查。
4.如权利要求1、2或3所述的表面形状的检查方法，其中，在表面形状检查工序中，得到反射图像相对于透明板状体的表面为理想平面时的理想反射图像的偏移量，使用所述偏移量、条纹图案的位置信息及拍摄单元的透镜中心位置信息来求出所述透明板状体的表面形状的倾斜度，将所述透明板状体的表面大致平坦作为约束条件，对所述表面形状的倾斜度进行积分以求出所述透明板状体的表面形状。
5.一种表面形状的检查装置，具备拍摄单元，该拍摄单元拍摄向透明板状体照射的条纹图案的由该透明板状体的表面形成的反射图像，基于通过所述拍摄单元的拍摄得到的图像信号检查所述透明板状体的表面形状，其特征在于，设置具有明暗图案的条纹图案，所述明暗图案以由所述透明板状体的表面形成的反射图像和由所述透明板状体的背面形成的反射图像在通过所述拍摄单元得到的图像信号中分离的方式设定，所述表面形状的检查装置具备分离单元，从通过所述拍摄单元得到的图像信号中分离出由所述透明板状体的表面形成的所述条纹图案的反射图像；及运算单元，使用所述分离单元分离出的所述反射图像来检查所述透明板状体的表面形状。
6.如权利要求5所述的表面形状的检查装置，其中，运算单元包括偏移量计算单元，算出反射图像相对于透明板状体的表面为理想平面时的理想反射图像的偏移量；倾斜度计算单元，使用所述偏移量计算单元算出的偏移量、条纹图案的位置信息及拍摄单元的透镜中心位置信息来算出所述透明板状体的表面形状的倾斜度；及表面形状决定单元，将所述透明板状体的表面大致平坦作为约束条件，对所述倾斜度计算单元算出的表面形状的倾斜度进行积分以求出所述透明板状体的表面形状。
全文摘要
本发明提供一种以廉价的装置结构，能够除去背面反射图像的影响，高精度地检查表面形状的特性的检查方法及检查装置。首先，作为透明板状体(3)(被检查物体)适用的条纹图案，决定以透明板状体的表面形成的反射图像和透明板状体的背面形成的反射图像在通过拍摄而得到的图像信号分离的方式设定的、具有明暗图案的条纹图案(1)。其后，使用所决定的条纹图案(1)，只用条纹图案(1)的由透明板状体(3)的表面形成的反射图像，通过图像分析对透明板状体(3)的表面形状进行评价。
文档编号G01B11/24GK102445168SQ20101050272
公开日2012年5月9日 申请日期2010年9月30日 优先权日2010年9月30日
发明者加藤宗寿, 城山厚, 大音仁昭, 尊田嘉之 申请人:旭硝子株式会社