CN101360985A - 用于检查玻璃片的斜传输照射检查系统和方法 - Google Patents

用于检查玻璃片的斜传输照射检查系统和方法 Download PDF

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Abstract

本文描述一种斜照射检查系统和方法，用于标识玻璃片上或玻璃片内(例如LCD玻璃基板)的缺陷(例如，内含物、表面杂质、划伤、污点、气泡、条痕或与表面突变或材料不均匀相关联的其它缺陷)。

Description

用于检查玻璃片的斜传输照射检查系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2005年11月21日提交的题为“Oblique Transmission IlluminationInspection System and Method for Inspecting a Glass Sheet(用于检查玻璃片的斜传输照射检查系统和方法)”的美国申请No.11/284,754的优先权，该申请通过引用结合于此。
发明背景
发明领域
本发明涉及用于标识玻璃片上或玻璃片内的缺陷的斜照射检查系统和方法。
相关技术描述
玻璃片制造商一直尝试设计能够用于标识玻璃片上或玻璃片内(例如液晶显示器(LCD)玻璃基板)的缺陷(例如划伤、污点、内含颗粒)的新型改进检查系统。当前使用的一类检查系统依赖于亮场照射技术来检测、标识和分类玻璃片上和玻璃片内的缺陷。
以下参照图1(现有技术)描述该类检查系统。
参照图1(现有技术)，示出当前用于检查玻璃片102并标识该玻璃片102上或玻璃片内的缺陷104(示出一个)的常规亮场照射检查系统100。该检查系统100包括光源106(例如光纤线光源106)和CCD相机108。光源106和CCD相机108位于玻璃片102的相反两侧，且光源106位于CCD相机108的光轴110上。在操作中，光源106发射光束112，该光束穿过玻璃片102的一部分。如图所示，CCD相机108，尤其是相机透镜109接收未偏离地穿过透明缺陷104的直接光112。此外，CCD相机108/相机透镜109接收由透明缺陷104衍射的光112a(D+)和112a(D-)。相机透镜109将光112、112a(D+)和112a(D-)聚焦到CCD相机108内的象平面111上。CCD相机108随后创建用于检测、表征和分类缺陷104的图像。
虽然这类光照能够提供紧凑型设计并采用产业标准光照技术，但是诸如二氧化硅、划伤和污点之类的特定透明玻璃缺陷的图像对比度相对较差(参见图5)。较差的图像对比度妨碍了透明缺陷104的表征和分类，这对检查过程的质量有负面影响。这种较差图像对比度主要是因为未偏离地穿过透明缺陷104的光112与由透明缺陷104衍射的光112a(D+)和112a(D-)之间的干涉。在这种配置中，光112a(D+)和112a(D-)分别具有正衍射级D+和负衍射级D-，两种衍射级与未偏离光112干涉，从而基本上抹去了图像中透明缺陷104的对比度。两个造成问题的衍射级D+和D-的出现是因为亮场光照技术的对称性(即光源106位于CCD相机108的光轴110上)。所得到的较差图像对比度和与亮场照射检查系统100相关联的其它缺点可由本发明来解决。
发明简述
本发明包括使用斜照射技术的检查系统，其中光源与CCD相机之间的照射对称性被打破。这增强了图像质量。此外，该类检查系统使人们能够间接从图像中提取玻璃表面突变的高度。因此，消除了对使用附加玻璃表面突变高度传感器的需要。
附图简述
结合附图，参考以下详细描述，可以获得对本发明的更完整的理解，附图中：
图1(现有技术)是示出常规亮场照射检查系统的基本部件的示图；
图2是示出根据本发明第一实施方式的斜照射检查系统的基本部件的示图；
图3是示出根据本发明第二实施方式的斜照射检查系统的基本部件的示图；
图4示出通过使用根据本发明的图3所示斜照射检查系统而获得的若干缺陷图像。
图5具有通过使用图1所示的常规亮场照射检查系统而获得的若干缺陷图像以及通过使用根据本发明的图3所示所示斜照射检查系统而获得的同样一些缺陷的若干图像；以及
图6是示出根据本发明用于检查玻璃片的较佳方法的基本步骤的流程图。
详细描述
本发明通过打破将光源106置于CCD相机108的光轴110上(参见图1)时所出现的光照对称性，解决了与已知亮场照射检查系统100相关联的图像对比度问题。可以通过使用斜照射技术(离轴照射技术)来打破对称性，其中一个或多个光源并未设置在CCD相机的光轴上。接下来参照图2和3描述两个示例性斜照射检查系统200和300。
参照图2，示出用于检查玻璃片202并标识该玻璃片202上或玻璃片内的缺陷204(示出一个)的斜照射检查系统200。该检查系统200包括光源206(例如光纤线光源206)和CCD相机208。光源206和CCD相机208位于玻璃片202的相反两侧，而光源206位于CCD相机208的光轴210之外(这打破照射对称性)。在操作中，光源206发射光束212，该光束穿过玻璃片202的一部分。CCD相机208，尤其是相机透镜209接收未偏离地穿过透明缺陷204的光212。此外，CCD相机208/相机透镜209接收由透明缺陷204衍射的光112a(D-)。然而，CCD相机208/相机透镜209并不接收光212a(D+)。相机透镜209将光212和212a(D-)聚焦到CCD相机208内的象平面211上。CCD相机108随后创建用于检测、表征和分类缺陷204的高对比度图像(参见图4和5)。
斜照射技术得到具有比已知亮场照射技术高得多的透明玻璃缺陷(诸如二氧化硅、划伤和污点)对比度的图像(参见图5)。如上参照图1(现有技术)所述，由于未偏离地穿过透明缺陷104的光112与由透明缺陷104衍射的光112a(D+)和112a(D-)之间的干涉，对称亮场照射检查系统100生成具有较差对比度的图像。具体而言，光112a(D+)和112a(D-)分别具有正衍射级D+和负衍射级D-，两种衍射级与未偏离光112干涉，从而基本上抹去了图像中透明缺陷104的对比度。
在斜照射技术中这并不是问题，因为照射对称性通过将光源206从CCD相机208的光轴210偏移而被打破。具体而言，在斜照射技术中，衍射光212a(D+)和212a(D-)的互补衍射级之一被抑制，只允许在本示例中示为光212a(D-)的剩余衍射级与未偏离光212a干涉。这样得到对比度比对称亮场照射检查系统100所获得图像高得多的生成图像(参见图5)。
参照图3，示出用于检查玻璃片302并标识该玻璃片302上或玻璃片内的缺陷304(示出一个)的另一斜照射检查系统300。检查系统300包括主光源306a(例如主光纤线光源306a)、辅光源306b(例如辅光纤线光源306b)和CCD相机308。主和辅光源306a和306b位于玻璃片302的一侧，而CCD相机308位于玻璃片302的相反侧。可以看出，光源306a和306b都从相机308的光轴310偏移。主光源306a比辅光源306b更靠近光轴310。结果，主光源306a在CCD相机308的视场314上提供慢方向梯度照射，并导致图像对比度增强的大部分。辅光源306b在CCD相机308的光场314上提供更均衡的照射，并导致缺陷304边缘的图像增强。
在操作中，光源306a和306b分别发射光束316和318，这些光束穿过玻璃片302的一部分。CCD相机308，尤其是相机透镜309接收未偏离地穿过透明缺陷304的光316。此外，CCD相机308/相机透镜309接收由透明缺陷204衍射的光316a(D1-)。此外，CCD相机308/相机透镜309接收由透明缺陷204衍射的光318a(D2+)。然而，CCD相机308/相机透镜309并不接收光316a(D1+)、318和318a(D2-)。相机透镜209随后将光316、316a(D1-)和318a(D2+)聚焦到CCD相机308内的象平面311上。CCD相机308随后创建用于检测、表征和分类缺陷304的高对比度图像(参见图4和5)。如果如同在斜照射检查系统200中只使用一个光源206，则在CCD相机208的视场214中会有强度梯度。这是产生对比度增强效应所必要的。然而，该梯度需要在图像处理过程中由软件移除。相反，如果如在斜照射检查系统300的情形中使用两个光源306a和306b，则该梯度被减小到在图像处理过程中软件无需将其移除的程度。
斜照射技术优于常规亮场照射技术之处在于图像对比度和分辨率得到增强。作为实例，诸如划伤、污点和表面杂质(onclusion)之类的玻璃表面缺陷204和304在标准亮场照射技术下呈现为二维，而如今在本发明的斜照射技术下呈现为三维。附加的维度允许检查玻璃片202和302的人类操作员进行更准确的缺陷分类判断。进而，更准确的缺陷分类判断造成更少玻璃片202和302被错误地作为残品而拒绝。因此，检查过程的质量得到提高。
参照图4，示出测试斜照射检查系统300时所获得的若干表面缺陷图像。可以看出，这些图像清晰表明各个缺陷304的三维特征。这些图像的质量比通过已知亮场照射技术所获得的污点和颗粒几乎不可见或模糊的图像好得多。通过常规亮场照射检查系统100所获得的图像与通过斜照射检查系统300所获得的图像之间的差异比较可以通过参看图5的照片进行。可以看出，在通过常规亮场照射检查系统100所获得的亮场图像中，二氧化硅/铂缺陷几乎不可见。而，在通过斜照射检查系统300所获得的梯度场图像中，相同的二氧化硅/铂缺陷清晰可见。
斜照射技术比常规亮场照射技术的另一优势在于，斜照射技术使人们能够定性测量由嵌入玻璃片202和302内的缺陷204和304导致的表面突变的高度。表面突变的高度可以通过分析表面缺陷图像(参见图5)中缺陷204和304周围的对比度变化(调制)来间接计算。具体而言，表面突变的高度可以如下测量：(1)确定表面缺陷图像中缺陷204和304左侧的光强；(2)确定表面缺陷图像中缺陷204和304右侧的光强；以及(3)比较第一强度和第二强度以确定与表面突变高度直接相关的强度差。
使用本发明能够定性测量表面突变高度的能力是对常规亮场照射检查系统100的显著进步，因为亮场照射检查系统100并不生成使人们能够定性测量表面突变高度的图像。相反，需要附加的离线表面突变高度传感器来进行这种高度测量，这拖慢了缺陷检测过程。斜照射检查系统200和300消除了对使用独立表面突变高度传感器的需要。这节省费用并加快了检查玻璃片202和302的速度。
参照图6，示出根据本发明用于检查玻璃片202和302的较佳方法600的基本步骤的流程图。在步骤602开始，光传感器206、306a和306b(形成斜照射系统)用于照射玻璃片202和302的至少一部分。在步骤604，CCD相机208和308用于生成玻璃片202和302所照射部分中至少一部分的图像。然后，对图像进行分析以检测、表征和分类玻璃片202和302中的缺陷204和304(如果存在)。在此较佳实施方式中，可以采用移除相机噪声(像素变化、尘埃等)和光照梯度的方式对图像进行分析。此外，可以对图像进行分析以移除不期望的颗粒(例如基于大小)并自动测量剩余缺陷204和304的大小。
以下是本发明的斜照射技术的某些附加特征、优点和使用：
●结合到LCD显示器产品中的玻璃片(玻璃基板)的制造商能够从斜照射检查系统200和300的使用中收益。因为这些玻璃板必须没有诸如划伤、污点和内含颗粒之类的缺陷。制造商可以使用检查系统200和300来在玻璃片被包装和运输到组装LCD显示器产品的顾客之前位于生产线上时对它们进行检查。
●本文所述的检查系统200和300使用斜传输照射技术来相对于常规亮场照射检查系统增强图像对比度。应该注意，除斜照射之外，存在能够使用的若干其它对比度增强技术。这些技术的一些如下：
■相干照射。
■相衬照射。
■差分干涉差照射。
■单边带边缘增强显微术。
●检查系统200和300可以检查、表征和分类许多不同类型的缺陷204和304，包括内含物、表面杂质、划伤、污点、气泡、条痕、或表面突变(例如)。
●上述玻璃片202和302可以根据美国专利No.3,338,696和3,682,60中所述的熔融过程而制得。这些专利的内容通过引用结合于此。
虽然根据附图示出并在以上详细描述中描述了本发明的两个实施方式，但是应该理解，本发明并不限于所公开的实施方式，而是能够进行许多重整、修改和替换而不背离由所附权利要求书所阐述和定义的本发明的精神。

Claims (26)

1.一种检查系统，包括：
斜照射系统，照射玻璃片至少一部分；以及
相机，生成所述玻璃片的所照射部分中至少一部分的图像，其中所述图像使人们能够检测、表征和分类所述玻璃片中的缺陷。
2.如权利要求1所述的检查系统，其特征在于，所述斜照射系统是单源的离轴传输光系统。
3.如权利要求1所述的检查系统，其特征在于，所述斜照射系统是双源的离轴传输光系统。
4.如权利要求1所述的检查系统，其特征在于，所述缺陷是：
内含物；
表面杂质；
划伤；
污点；
气泡；
条痕；或者
表面突变。
5.如权利要求1所述的检查系统，其特征在于，所述图像以三维方式指示所述缺陷。
6.如权利要求1所述的检查系统，其特征在于，所述图像使人们能够间接测量在所述缺陷嵌入所述玻璃片内的情况下导致的表面突变的高度。
7.一种斜照射检查系统，包括：
光源，能够发射穿过玻璃片至少一部分的光束；以及
相机，具有从所述光源偏移的光轴，能够生成所述玻璃片所照射部分的图像，其中所述图像用于检测、表征和分类所述玻璃片中的一个或多个缺陷。
8.如权利要求7所述的斜照射检查系统，其特征在于，如果所述玻璃片中存在缺陷，则所述相机从所述光源接收未偏离的光以及正衍射光或负衍射光。
9.如权利要求7所述的斜照射检查系统，其特征在于，所述缺陷是：
内含物；
表面杂质；
划伤；
污点；
气泡；
条痕；或者
表面突变。
10.如权利要求7所述的斜照射检查系统，其特征在于，所述图像以三维方式指示所述缺陷。
11.如权利要求7所述的斜照射检查系统，其特征在于，所述图像使人们能够间接测量在所述缺陷嵌入所述玻璃片内的情况下导致的表面突变的高度。
12.如权利要求11所述斜照射检查系统，其特征在于，所述表面突变的高度通过以下来间接测量：
确定所述图像中所述缺陷第一侧处的第一光强；
确定所述图像中所述缺陷第二侧处的第二光强；以及
比较所述第一光强和所述第二光强以确定与所述表面突变高度直接相关的强度差。
13.一种斜照射检查系统，包括：
主光源，能够发射穿过玻璃片一部分的第一光束；
辅光源，能够发射穿过所述玻璃片所述部分的第二光束；以及
相机，具有从所述主光源和所述辅光源偏移的光轴，能够生成所述玻璃片所照射部分的图像，其中所述图像用于检测、表征和分类所述玻璃片中的缺陷。
14.如权利要求13所述的斜照射检查系统，其特征在于，
所述主光源距所述相机的光轴相对较近；以及
所述辅光源距所述相机的光轴相对较远；
15.如权利要求14所述的斜照射检查系统，其特征在于，如果所述玻璃片中存在缺陷，则所述相机从所述主光源接收未偏离光和正衍射光或负衍射光，并且所述相机还从所述辅光源接收正衍射光或负衍射光。
16.如权利要求13所述的斜照射检查系统，其特征在于，
所述主光源在所述相机的视场中提供相对较慢的方向梯度照射；以及
所述辅光源在所述相机的视场中提供相对均衡的方向梯度照射。
17.如权利要求13所述的斜照射检查系统，其特征在于，所述缺陷是：
内含物；
表面杂质；
划伤；
污点；
气泡；
条痕；或者
表面突变。
18.如权利要求13所述的斜照射检查系统，其特征在于，所述图像以三维方式指示所述缺陷。
19.如权利要求13所述的斜照射检查系统，其特征在于，所述图像使人们能够间接测量在所述缺陷嵌入所述玻璃片内的情况下导致的表面突变的高度。
20.如权利要求19所述斜照射检查系统，其特征在于，所述表面突变的高度通过如下来间接测量：
确定所述图像中所述缺陷第一侧处的第一光强；
确定所述图像中所述缺陷第二侧处的第二光强；以及
比较所述第一光强和所述第二光强以确定与所述表面突变高度直接相关的强度差。
21.一种检查玻璃片的方法，所述方法包括以下步骤：
使用斜照射系统照射玻璃片至少一部分；
使用相机生成所述玻璃片所照射部分的至少一部分的图像；以及
分析所述图像，以检测、表征和分类所述玻璃片中的缺陷。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述斜照射系统是单源的离轴传输光系统。
23.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述斜照射系统是双源的离轴传输光系统。
24.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述缺陷是：
内含物；
表面杂质；
划伤；
污点；
气泡；
条痕；或者
表面突变。
25.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述图像以三维方式指示所述缺陷。
26.如权利要求21所述的方法，其特征在于，还包括分析所述图像以间接测量在所述缺陷嵌入所述玻璃片内的情况下导致的表面突变的高度的步骤，其中所述分析步骤还包括：
确定所述图像中所述缺陷第一侧处的第一光强；
确定所述图像中所述缺陷第二侧处的第二光强；以及
比较所述第一光强和所述第二光强以确定与所述表面突变高度直接相关的强度差。
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