CN101542228A - 在钉床形状测量中的针高度调整 - Google Patents

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Abstract

系统、方法、装置以及产品涉及钉床形状测量量规内的针高度相对于诸如玻璃基板之类的所测量物体的调整的系统性计算和执行，并且尤其涉及使用用于测量物体的表面的无重力形状的钉床量规，该物体包括用于制造液晶显示器(LCD)玻璃板的玻璃基板。一个或多个实施例可包括多个可操作成在测量期间支承表面的针。每一针包括可操作成传送测量信号的测力传感器，以及可操作成接收调整信号并在接收调整信号后执行针高度调整的高度调整器。针高度调整的执行系统性地定位针，以使表面将接近与无重力形状相对应的目标力的所测得力施加在每一针上。

Description

在钉床形状测量中的针高度调整
背景
发明领域
本发明一般涉及关于钉床形状测量量规内的针高度相对于诸如玻璃基板之类的所测量物体基板的调整的计算和执行的方法、系统、装置以及产品，且尤其涉及使用用于诸如液晶显示器(LCD)玻璃板之类的玻璃基板的系统性形状测量的钉床量规。
相关领域的描述
生产用于诸如LCD之类的显示器的平面产品玻璃涉及许多挑战。在此工艺中的关键需要是最小化由大产品玻璃板中的内部应力引起的产品畸变的能力。通常的大产品玻璃板范围在尺寸上高达3.3平方米。
产品畸变可例如使用光学方法和量规方法进行测量，这些方法已在过去的若干年被发展到能经由光学装置进行畸变测量。在玻璃剪切工艺之前和之后，畸变测量可通过将产品玻璃上的划线基准标记与精确划线玻璃母版上的划线基准标记进行比较来进行。在这些划线标记之间所测得的差异能与产品玻璃中的应力水平有关。
当产品玻璃尺寸增大时，残余应力和形状变形的测量和控制变得更加困难。然而，更大的玻璃产品尺寸是需要的，并且因而有必要开发实现具有在可接受范围内的残余应力和形状变形的更大尺寸产品玻璃的新产品和方法。
发明概要
根据本发明的一个或多个实施例，系统、方法、装置以及产品涉及钉床形状测量量规内的针高度相对于诸如玻璃基板之类的所测量物体基板的调整的系统性计算和执行，且尤其涉及使用用于诸如液晶显示器(LCD)玻璃板之类的玻璃基板的形状测量的钉床量规。
根据本发明的一个或多个实施例，一种测量物体的表面的无重力形状的方法可包括从测力传感器接收测量信号，系统性地计算针高度调整，以及将调整信号传送至高度调整器；藉此针高度调整的执行可定位多个针，以使表面在每一针上施加接近与无重力形状相对应的目标力的所测得力，并且针高度最终值的数组指示表面的无重力形状的测量值。
根据本发明的一个或多个实施例，一种用于测量物体的表面的无重力形状的装置可包括钉床形状测量量规，其具有多个在测量期间可操作成支承表面的针，并且每一针可包括测力传感器以及高度调整器。此外，该装置可包括处理器，该处理器可操作成接收测量信号，系统性地计算针高度调整，以及将调整信号传送至高度调整器。该装置可按照根据本发明的实施例的针高度调整过程计算针高度调整。
根据本发明的一个或多个实施例，用于测量物体的表面的无重力形状的计算机化系统包括计算机可执行指令，其可操作成使处理器接收来自测力传感器的测量信号、系统性地计算针高度调整、以及将调整信号传送至高度调整器。该系统可进一步包括计算机，该计算机包括处理器和数据存储介质。计算机可执行指令可包括与测力传感器通信的测量驱动器；控制高度传感器的调整驱动器；以及执行计算的计算引擎。计算机可执行指令可进一步包括数据库；输入/输出驱动器；逻辑接口；以及图形用户界面。系统可按照根据本发明的实施例的针高度调整过程计算针高度调整。
根据本发明的一个或多个实施例，一种在钉床形状测量量规内的系统性针高度调整的方法可包括从测力传感器接收测量信号；系统性地计算针高度调整；以及将调整信号传送到高度调整器；藉此针高度调整的执行定位多个针以使表面在每一针上施加接近与无重力形状相对应的目标力的所测得力。
根据本发明的一个或多个实施例，本发明的产品可包括用于在钉床形状测量量规内的系统性针高度调整的计算机程序产品。该产品可包括计算机可执行指令，其确实地存储在计算机可用介质上并可操作成使处理器接收来自测力传感器的测量信号；系统性地计算对于针的针高度调整，所述针包括测力传感器以及可操作成在接收调整信号之后执行针高度调整的高度调整器；以及将调整信号传送到高度调整器。系统可按照根据本发明的实施例的针高度调整过程计算针高度调整。
在本发明的各种实施例中，测力传感器和高度调整器可包括针；多个针可操作成在测量期间支承表面；处理器，其可操作成接收测量信号，系统性地计算针高度调整，以及将调整信号传送到高度调整器；测力传感器可经由第一电路耦合到处理器并且可操作成将测量信号发送到处理器；以及高度调整器，其可经由第二电路耦合到处理器并且可操作成接收来自处理器的调整信号。
此外在本发明的各实施例中，系统性地计算针高度调整可包括与针高度调整过程相关联的动作，其可包括计算在每一针上的目标力；确定在针上的目标力的数组{Ft}；计算关于高度变化的力变化的矩阵[K]以及矩阵的逆[K]-1；通过接收表示在每一针上所测得力的测量信号开始Fm周期；确定在针上的所测得力的数组{Fm}；从所测得力的数组和目标力的数组计算力差值数组{ΔF}；确定力差值数组{ΔF}是否在可接受差值的范围内；如果是，退出Fm周期和针高度调整过程，且具有针高度最终值的数组{H}；如果否，则然后通过计算对于每一针的针高度调整继续当前Fm周期；将针高度调整作为调整信号传送；以及开始新的Fm周期。
在本发明的各种其它实施例中，针高度调整过程可替换地包括以下动作：计算每一针上的目标力；确定针上的目标力的数组{Ft}；开始CG周期的回路，CG周期包括开始CG子周期的回路，CG子周期包括传送作为第一调整信号的第一针高度调整以改变第一针j的高度；接收对于每一针的作为测量信号的所测得力；计算对于每一针的载荷变化；计算每一针i的相对于针j的第一针高度调整的共轭梯度CGij；如果不是所有针已被选择，则将j加1(例如，j＝j+1)以便于选择第二针j，并且在CG子周期的回路中开始新的CG子周期；如果已选择所有针，则已对于每一针计算CGij，从而确定共轭梯度的矩阵[CG]；计算共轭梯度矩阵的逆[CG]-1以退出CG子周期的回路；开始Fm周期的回路，Fm周期包括接收表示每一针上所测得力的测量信号；确定针上所测得力的数组{Fm}；从所测得力的数组和目标力的数组计算力差值数组{ΔF}；将先前Fm周期的力差值数组的值赋予变量{ΔF}(先前)；将当前Fm周期的力差值数组{ΔF}的值赋予变量{ΔF}(当前)；确定力差值数组{ΔF}是否在可接受差值的范围内；如果是，退出当前Fm周期，退出CG周期，并且退出针高度调整过程，且具有针高度最终值的数组{H}；如果否，通过计算对于每一针的针高度调整继续当前Fm周期；传送作为调整信号的针高度调整；确定当前Fm周期的力差值数组{ΔF}(当前)是否小于先前Fm周期的力差值{ΔF}(先前)；如果是，开始新的Fm周期的同时使用当前[CG]在当前CG周期中继续；如果否，退出当前Fm周期，并且开始新的CG周期。
在阅读详细技术描述之后并相关于现有玻璃质量控制工艺可最佳地理解本发明的优点。尽管如此，以下突出优点中的一些。
在其它优点中，表面的无重力形状可系统性地确定。无重力形状的确定可被加速和自动化。同时进行多针高度调整，而非每次一个。此外，无重力形状的确定的精确度和可能性增大。所增大的效率和效力降低与无重力形状确定相关联的耗时和成本。
当结合附图对本发明进行描述时，对本领域普通技术人员而言其它方面、特征、优点等将变得显而易见。
附图简述
为了示出本发明的各方面，其中相同的附图标记指示相同的元件，在附图中示出可采用的简化的形式，然而，可以理解本发明不限于所示的精确排列和手段，但仅受所公开的权利要求限制。附图可以不成比例，且附图的各方面可能相互不成比例。
图1是示出根据本发明的一个或多个实施例的示例性钉床形状测量量规的框图。
图2是示出根据本发明的一个或多个实施例的可进行成计算和执行针高度调整的示例性过程动作的流程图。
图3是示出根据本发明的一个或多个实施例的可进行成计算和执行针高度调整的进一步示例性过程动作的流程图。
图4是根据本发明的一个或多个实施例的示出与针高度调整的计算和执行有关的系统的框图。
本发明的发明详述
本发明涉及关于钉床形状测量量规内的针高度相对于所测量物体基板的调整的计算和执行的方法、系统、装置和产品，所测量物体基板诸如是在熔融拉机器(FDM)中制造的玻璃基板。特别地，本发明涉及使用用于诸如液晶显示器(LCD)玻璃板之类的玻璃基板的形状测量的钉床量规。
康宁有限公司已开发称为熔融工艺(例如，下拉工艺)的工艺来形成可用在类似平板显示器的各种器件中的高质量的薄玻璃板。熔融工艺是用于生产用在平板显示器中的玻璃板的优选技术，因为通过此工艺生产的玻璃板与通过其它方法生产的玻璃板相比具有较优平坦度和光滑度的表面。通常的熔融工艺在诸如美国专利No.3,338,696和3,682,609之类的各种公开中被描述，并且在本领域中是已知的。
熔融工艺的一个实施例涉及使用熔融拉机器(FDM)来形成玻璃板，且然后在两个辊之间拉玻璃板以将玻璃板伸展到所需厚度。移动式砧机器(TAM)用来将玻璃板切割成传送至给消费者的较小的玻璃板。
作为示例，产品玻璃可包括康宁有限公司玻璃合成物No.1737或康宁有限公司玻璃合成物NO.EAGLE2000TM。这些玻璃材料具有很多用途，尤其例如液晶显示器的生产。
已发现在FDM与TAM之间的玻璃板的运动是导致玻璃板中的应力(翘曲)的原因。还已发现，玻璃板因为它在被TAM切割时会运动而被进一步施加应力。无论何时玻璃板被施加应力都存在可发生的若干问题。例如，被施加应力的玻璃板可扭曲超过2微米，这对于消费者而言不是期望的情况。作为另一示例，大的玻璃板可被施加应力而未扭曲，但是然后在它被切割成较小的玻璃板时会扭曲。
在熔融拉技术中，隔离管(isopipe)传递大的、薄的、粘性的玻璃熔化板。在粘性板冷却下来时，大而薄的玻璃带首先形成于凝固温度。带的连续冷却导致带上的温度梯度。更进一步地，沿玻璃板的任一边缘的边(bead)厚度比玻璃板的中心质量区域的厚度要大得多。边的冷却速率与质量区域中的不同。因此存在下拉(down-the-draw)和跨拉(across-the-draw)温度变化。温度变化导致热机械应力。带具有2米量级的典型宽度以及从2变化至6米的长度。带的厚度是0.7mm或更小。
对于这种薄而大的带，非常小的平面内压应力导致带屈曲。如果压应力比临界屈曲应力(buckling stress)大得多，则可引发多模式的不稳定性。当使用FDM时，带冷却可生成数百psi量级的压应力，这比临界屈曲应力大得多。这种大的热应力可导致平面外变形、多模式屈曲、弓形弹出(bow pop-ups)。
在液晶显示器(LCD)玻璃板的下流拉动以及所得熔融中，非常重要的是制造商实现在高流动密度和大带尺寸下具有最小化残余应力和形状变形的LCD玻璃板的稳定生产。为降低LCD平板制造成本，平板制造商需要越来越大的玻璃板，诸如第7代、第8代以及其他。当板尺寸对于未来生产增大时，对于板形状和扭曲控制的需要变得更加严格。
存在有助于残余应力和形状畸变的多种因素，诸如热-机械应力、弓形弹出、带屈曲、板运动、拉力、重力、TAM应用以及带切割动力。因为玻璃带是大而薄的，所以非常小的压应力可以导致带屈曲。屈曲导致不稳定性，并且屈曲模式或弓形弹出的跳跃导致高水平的应力和形状变形。
虽然若干有利技术已被开发以使应力和形状变形最小化，但是控制应力和形状变形的必然结果是形状变形的测量，这提供内部应力的指示。大多数用于测量形状变形的现有技术涉及用于成像所测量物体的表面的光学方法和装置。这种光学设备的示例包括以上所讨论的光学畸变量规。光学技术具有诸如玻璃基板之类的所测量物体与量规作最小化接触的优点，这减小在测量过程中损坏玻璃基板的可能性。然而，光学方法通常不在“无重力”情况下测量基板，并且因此基板的无重力形状未被测量。
相反地，本发明使用钉床(BoN)量规来测量柔性板状物体的无重力形状。示例性的柔性板状物体是由熔融拉工艺形成的玻璃基板。在这些板被用来制造LCD面板之前，它们需要满足质量控制指标，这包括最小化的形状畸变。基本上，基板被支承在通常分别称为针的钉床上；针能够垂直运动并且还可测量来自基板的支承力。
针的高度被调整直到每个针支承具体目标重量。例如，搁置在均匀分布针上的均匀且平坦基板的目标重量可以是基板的总重量的相同分数。然而，每个目标重量可能将与下一个不同，并且目标重量可使用基于有限元分析的应力分析法来确定。当所有针处于它们的具体重量时，它们以其无重力形状支承特定基板。在针阵列在它们的无重力位置的情况下，无重力形状可使用光学装置进行测量，该光学装置扫描基板表面并且测量在整个表面上、在针上与针之间的高度。
使用BoN量规的问题是改变单个针的高度潜在地改变所有其它针上的重量。例如，在单个针被举起足够高以将基板举起高过各类针的顶部的极端示例中，各类针由于它们不接触基板将不再承受任何重量。因此，如果一个针的高度被调整以使目标重量瞬间被支承，则所支承的重量将在另一针的高度被改变时被改变。如果系统被手动调整，则将采用极大量时间来调整针。如果系统是自动化的，则需要算法来调整针。
在手动调整的前一系统中，每个针被分别调整。每个针高度被调整直到实现目标重量。此单个调整动作每次一针地进行，从第一针到最后一针。然而，因为调整一针改变所有其它针上的载荷，所以此过程必需一遍又一遍地重复，每一周期校正引入上一周期的较小偏差。
根据一个或多个实施例，本发明包括用于调整针高度以同时支承所有针的目标重量的方法。特别地，本发明提供针阵列的适当针高度调整的系统性计算和执行。当所有针处于它们具体重量时，它们的高度在对于那个特定基板的无重力高度。处于它们的无重力高度的针阵列提供无重力形状、以及潜在的形状畸变(如果有的话)的测量。针的高度调整器还跟踪针的高度，从而排除对于诸如光学扫描器之类的附加的高度测量装置的需要。
然而，按照本发明，所有针可被同时调整。针力(pin force)的评估是不必要的，直到所有针被调整为止。如果针不处于运动状态，则针力是针的向上力，这等于由针支承的向下力。通过将针作为一组进行调整，该过程考虑到调整一个针影响所有其它针的因素。结果，本发明可在几乎每一种情况中具有在所有针上实现目标针力的优点。
参考图1，框图示出根据本发明的一个或多个实施例的示例性钉床形状测量量规100。BoN量规100可包括多个针110(具有至少三个针110)、量规基座120、以及处理器130。柔性板状物体用作测量物体140，这在此描绘为玻璃基板140。基板140搁置在多个针110的顶部，并且在测量物体140在重力下弯曲时，每个针110承受具体重量。每个针110包括测力传感器(load cell)112以测量由针110所支承的具体重量。测力传感器112可安装在高度调整器114的顶部，该高度调整器114是(可能机动化的)按已知方式调整针110的高度的设备。其它排列是可设想的，诸如使测力传感器112在下面，并且考虑到高度调整器114的重量。
每个测力传感器112可经由电路116将与所测量针力有关的测量信号132传送给处理器130，并且处理器130然后可执行算法以计算对于每个针110的必要的高度调整。处理器130可经由电路116将调整信号134传送给每个高度调整器114以执行所算得的高度调整。作为经常情况，算法越佳，则测力传感器112将越快地读取目标载荷。
本发明利用了改变单个针110的针高度通常会改变所有针110上的载荷的因素。假定有N个针110用在量规100中。目标是找到针高度以使每个针110上的力在具体值。例如，对于相对均匀厚度和密度的基本平面的基板140，假设均匀分布的N个针110，可假定近似均匀分布的质量以使具体重量值可等于基板重量的1/N。
根据本发明的实施例，针110中的三个将不被调整并且因而它们对于每一调整周期是固定的。三个固定针110选定基准平面，为此这些针110不应位于一条线上。对于每一周期，三个针将维持固定。这些可在后续周期中进行调整。其后，所有剩余的N-3个针110可按以下计算进行调整从而也支承具体重量。
计算对于剩余N-3个针110的针高度调整可考虑一联立方程式组，有N-3个方程式以及使针高度中的变化与针重量的变化相关的N-3个未知数。三个针被固定以定义方程式相对于其有关的基准平面。从物理角度来看，力的总和、关于一个轴的力矩的总和以及关于另一个轴的力矩的总和表示必需满足的三个方程式。通过固定这三个针，这些针通过调整其它针来系统性地使它们的目标重量被满足，其它针也将使它们的目标重量被满足。从几何观点来看，不固定这三个点，刚性运动将是可能的，虽然是不期望的。刚性运动可平移基板并且绕两个不同的轴旋转它，这将对于针高度调整方程组获得不止一个解。因而，三点被固定，以使对于针高度调整方程式仅有一个解。然而，方程式不是必然已知的。本发明给出一种解这些方程式而无需实际知道它们的方法。
参考图2，流程图示出根据本发明的一个或多个实施例的可进行成计算和执行钉床形状测量量规100内的针高度相对于所测量的物体140的调整的过程动作。示例性的调整过程200可包括所列举动作的部分或全部。
在过程200中，主要的假定是将成形基板140近似为平坦的。假定仅有很小的偏差，线弹性平面理论以及系统的有限元模型可用来计算在所有其它针110保持固定的情况下，对于针110之一的高度中的每一单元变化的每一测力传感器112上的载荷中的变化。这可对于每一支承针110一次一针110地进行。因为假定小的偏差，所以线弹性平面理论叠加(super-positioning)被假定为正确的。即，如果所有N-3个针110被移动不同的量，则所有那些针110上的载荷中的变化可被计算。针i上的载荷变化可由方程式1表达：
方程式1： ΔF i = Σ j = 1 j = N k ij ΔH j
其中ΔFi是针i上的力的变化；kij是对于针j上高度的单元变化的针i上力的变化；并且ΔHj是针j上高度的变化。在矩阵形式中，可得出以下表达方程式(方程式2)：
方程式2：{ΔF}＝[K]{ΔH}
如上所述，kij可对于平面从有限元分析算得。在算得[K]分量之后，处理器130可得出支承针高度调整。在基板140被放置在量规100上之后，处理器130从相应的测力传感器112读取所有针110上的力。处理器130可将这些力测量值与目标力的具体值进行比较，其差值是{ΔF}，使用以下方程式3给出。
方程式3：{ΔF}＝{Ft-Fm}
其中Ft是包含N-3个针110的每一个上的目标力值的数组；并且Fm是包含N-3个针110的每一个的所测得力值的数组。通过求[K]的逆，处理器130可解出{ΔH}。以下方程式4总结计算：
方程式4：{ΔH}＝[K]-1({Ft-Fm})
如果在第一针高度调整周期上所测得值不在目标力的可接受误差范围之内，则针高度调整的周期可被重复直到在可接受的误差界限内获得目标值。
以下动作描述过程200：
在过程200的动作210，计算N-3个针110的每一个上的目标力的数组，即{Ft}。
在过程200的动作220，例如使用方程式1和2计算力变化关于高度变化的矩阵[K]、其逆[K]-1。
在动作230，通过测量每一针110上的力确定N-3个针110的每一个上所测得力的数组(即{Fm})来开始Fm周期。
在动作240，例如使用方程式3来计算所测得值与目标针力之间的差值。
在动作250，确定力差值{ΔF}是否在可接受差值的范围内。如果是，则进入动作280以退出Fm周期。如果否，则进入动作260以继续当前Fm周期。
在动作260，例如使用方程式4来计算对于每一针110的针高度调整。
在动作270，执行针高度调整并且返回动作230以开始新的Fm周期。
在动作280，具有指示基板140的所测量表面的形状的针高度最终值的数组{H}，并退出针高度调整过程200。
参考图3，流程图示出根据本发明的一个或多个实施例的可进行成系统性地计算和执行钉床形状测量量规100内的针高度相对于所测量的物体140的调整的过程动作。示例性的调整过程300可包括以下动作的部分或全部。
如以上所提及地，该任务可表征为具有N-3个未知数的N-3个联立方程组。然而，与过程200相反地，线性平面理论的假定在大的偏差下可以是不正确的。然而有限元分析法(FEA)可用来计算对于平坦基板140的[K]矩阵，然而，对于不平坦的基板，相同的矩阵可能是不精确的。
在过程300中，主要的假定是将成形基板140近似为不平坦的。过程300可使用共轭梯度分析法来求解非线性联立方程的系统。类似于过程200，过程300可使用类似于方程式1-4的如以下所修改的方程式。例如，方程式5可用来解出针支承高度变化。
方程式5：{ΔH}＝[CG]-1({Ft-Fm})
其中[CG]是包含对于N-3个支承针110的每一个的共轭梯度的矩阵。
共轭梯度(CGij)从以下得出：相对于针j的高度的针i上的力。对于复杂的非线性联立方程式的系统，导出梯度是不便利的，但是可在计算机上进行，其中对一变量进行稍微变化并且算得响应。梯度是响应中的变化除以变量中的变化，诸如以下方程式6中所示。
方程式6：CGij＝ΔFi/ΔHj
此变化/测量/计算组合对所有的变量(i，j＝1至N-3)进行以计算矩阵[CG]。
在过程300中，处理器130可调整一个针110(针j)上的高度，并且基于在针j的高度调整之前和之后的所测得力值计算在所有N-3个针110上的载荷中的变化。如在以上方程式6中，针(i)上的载荷中的变化除以针(j)的高度中的变化将获得CGij。对于所有的N-3个针110执行这种共轭梯度分析将使我们能计算[CG]。一旦获得[CG]，则[CG]-1可被确定并且处理器130可例如使用以上所示的方程式5来计算{ΔH}，并且据此执行针高度调整。
由于计算共轭梯度可能是耗时的，并且可能对于每一周期不是必要的，所以相同的[CG]矩阵可用于若干周期。一般而言，可使用给定的[CG]矩阵直到处理器130确定基于该给定[CG]的进一步针高度调整不再使所测得力值集中在目标值上，此时可计算新的[CG]。
以下动作描述过程300：
在过程300的动作310，计算N-3个针110的每一个上的目标力的数组，即{Ft}。
在动作320，通过例如使用动作321至329来计算共轭梯度的矩阵[CG]、以及其逆[CG]-1来开始CG周期。
在动作321，通过改变一个针110(即针j)的高度来开始CG子周期。
在动作323，测量所有针110(即，对于针i，其中i＝1至N-3)上的载荷并且计算其载荷变化。
在动作325，例如使用方程式6计算每一针110(针i)相对于针j的针高度调整的共轭梯度CGij。
在动作327中，如果j＜N-3，则进入动作321以开始新的CG子周期，诸如通过将j的值加一(例如j＝j+1)选择不同的针110，以及改变不同针110(针j)的高度。CG子周期应继续直到j＝N-3。当所有的针110(j＝1至N-3)已被选择以使[CG]的所有分量CGij被计算时，则进入动作329。
在动作329中，计算共轭梯度矩阵[CG]的逆(即[CG]-1)。
在动作330，通过测量每一针110上的力确定N-3个针110的每一个上所测得力的数组(即{Fm})来开始Fm周期。
在动作340，例如使用方程式3来计算所测得值与目标针力之间的差值{ΔF}。将先前Fm周期的差值赋予变量{ΔF}(先前)，并且将当前Fm周期的差值(例如，{ΔF})赋予变量{ΔF}(当前)。
在动作350，确定力差值{ΔF}(当前)是否在可接受差值的范围内。如果是，则进入动作390以退出Fm周期回路。如果否，则进入动作360以继续当前Fm周期。
在动作360，例如使用方程式5来计算对于每一针110的针高度调整。
在动作370，执行针高度调整。
在动作380，确定当前Fm周期的力差值{ΔF}(当前)是否小于先前Fm周期的力差值{ΔF}(先前)。如果是，则进入动作330以开始新的Fm周期而同时使用当前[CG]在当前CG周期中继续，因为当前[CG]继续使所测得力值集中在目标力值。如果否，则然后进入动作320以计算新的[CG]并且开始新的CG周期。
在动作390，具有指示基板140的所测量表面的形状的针高度最终值{H}的数组，并退出针高度调整过程。
参考图4，框图示出根据本发明的一个或多个实施例的系统400。系统400是在一方面计算和执行在钉床形状测量量规100中的针高度调整、以及在另一方面测量物体的表面的无重力形状的系统。系统400可包括计算机软件410，其可以是确实地存储在计算机可用介质420上的计算机程序产品。计算机可用介质420可包括各种确实的数据存储技术，诸如光盘、磁性可编程介质、半导体存储器(例如，闪存)、磁光存储器、穿孔卡、全息照相存储器、分子存储器、相变存储器等。软件410包括可操作成控制诸如在计算机430中的处理器130的计算机可执行指令。此外，系统400可包括一个或多个硬件部分，诸如处理器130、计算机430、针110、测力传感器112、高度调整器114、以及使处理器130与测力传感器112和高度调整器114连接的电路116。例如，测力传感器112以及高度调整器114可连接到计算机430。在其它实施例中，处理器130可在数据存储介质上存储软件410，诸如直接在存储器440中或间接地在硬盘驱动器450上，在计算机430内侧或外侧。
由于本发明的所有计算机的以及有关信号的方面可以通过常规计算机430或具有适当软件410的计算机系统执行，所以诸如假定值、所测得力值、目标力值、针高度调整等之类的各种数据点可被输入并使用软件410进行跟踪。软件410可包括软件部件，诸如与测力传感器112通信的测量驱动器412；控制高度调整器114的调整驱动器414；用于数据存储的数据库415；与电路116相互作用的输入/输出驱动器416；存储逻辑、规则和条件的逻辑接口417；与计算机操作员相互作用的图形用户界面418；以及使用计算机430的处理器130执行必要计算的计算引擎419。经由与计算机430的相互作用，软件410可设计成自动地指令计算机430接收和处理来自测力传感器112的测量信号132，执行计算(例如，过程200和300)，以及将调整信号134传送到高度调整器114。与所有硬件部分协作，系统400可配置成使过程200和/或过程300自动化。
尽管在此参照特定实施例描述了本发明，但是应当理解，这些实施例仅仅是对本发明的原理和应用的说明。因此应当理解，可对这些说明性实施例作出许多修改，并且可设计其它安排而不背离由所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (36)

1.一种方法，其包括：
(a)接收所测得力{Fm}，每一个所测得力Fm指示由物体的表面施加到钉床测量量规的多个高度可调整的针中的相关联的一个的力，所述钉床测量量规可操作成配合和支承所述物体的表面；
(b)计算每一针的目标力{Ft}与每一针的所测得力{Fm}之间的差值力{ΔF}；
(c)对于所述针的每一个，计算因变于所述差值力{ΔF}的关于高度的高度变化{ΔH}；以及
(d)传送调整信号以根据关于新高度的高度变化{ΔH}调整作为一组的所述针的所有高度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括重复步骤(a)-(d)直到所述目标力{Ft}基本获得以使所述针的新高度指示所述物体的表面的无重力形状。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述物体是柔性基板。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，计算新高度的矩阵的步骤包括：
确定对于每一针的关系矩阵[Δf/Δh]，其指示由其它针的高度中的变化引起的该针上的力中的变化；以及
根据以下矩阵方程式计算所述高度变化{ΔH}，所述方程式为：{ΔH}＝[Δf/Δh]-1{Ft-Fm}。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，使用线弹性平面理论获得所述关系矩阵[Δf/Δh]以获得[K]＝[Δf/Δh]。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，通过采用所述针的给定一个上的力相对于所述针的另一个的高度的导数获得所述矩阵[Δf/Δh]＝[CG]的值的每一个。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，确定[CG]的步骤包括：
(a)响应于改变所述针的给定一个的高度来测量所述针的每一个上的载荷中的变化；
(b)基于步骤(a)中的所述测量值计算对于所述给定针的矩阵[CG]的值；以及
(c)重复步骤(a)-(b)以完成所述矩阵[CG]。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，根据以下矩阵方程式获得计算所述高度变化{ΔH}的步骤，所述方程式为：{ΔH}＝[CG]-1{Ft-Fm}。
9.一种测量物体的表面的无重力形状的方法，所述方法包括：
从在测量期间可操作成支承所述表面的多个针接收测量信号，每一针包括测力传感器以及高度调整器，所述高度调整器响应于调整信号可操作相关联的针的高度；
系统性地计算针高度调整并且从中产生所述调整信号，以使所述多个针的高度导致所述表面在每一针上施加接近与所述无重力形状相对应的目标力的所测得力，并且针高度最终值的数组指示所述表面的无重力形状的测量值。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，计算针高度调整包括：
(a)计算每一针上的目标力；
(b)确定所述针上的目标力的数组{Ft}；
(c)计算关于高度变化的力变化的矩阵[K]以及逆矩阵[K]-1；
(d)接收表示在每一针上所测得力的测量信号；
(e)确定所述针上所测得力的数组{Fm}；
(f)从所述所测得力的数组和所述目标力的数组计算力差值数组{ΔF}；
(g)确定所述力差值数组{ΔF}是否在可接受差值的范围内，如果所述确定是肯定的则移向步骤(i)，并且如果所述确定是否定的则移向步骤(h)；
(h)计算因变于所述力差值数组{ΔF}的针高度调整值的数组{ΔH}并且基于其产生作为调整信号的针高度调整，以及开始步骤(d)-(g)的新周期；？
(i)具有所述针高度最终值的数组{H}，退出所述Fm周期以及所述针高度调整过程。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，计算针高度调整包括：
(a)计算每一针上的目标力；
(b)确定所述针上的目标力的数组{Ft}；
(c)传送作为第一调整信号的第一针高度调整以改变第一针j的高度；
(d)接收作为对于每一针的测量信号的所测得力；
(e)计算对于每一针的载荷变化；
(f)计算每一针i的相对于针j的所述针高度调整的共轭梯度CGij；
(g)对于每一针重复步骤(c)-(f)，以使已对于每一针计算CGij、并且基于其确定共轭梯度的矩阵[CG]；
(h)计算共轭梯度矩阵的逆[CG]-1；
(i)接收表示每一针上所测得力的测量信号，并且确定所述针上所测得力的数组{Fm}；
(j)从所测得力的数组和所述目标力的数组计算力差值数组{ΔF}；
(k)确定所述力差值数组{ΔF}是否在可接受差值的范围内，如果所述确定是肯定的则移向步骤(n)，并且如果所述确定是否定的，则移向步骤(l)；
(l)计算因变于所述力差值数组{ΔF}的针高度调整值的数组{ΔH}，并且基于其产生作为调整信号的所述针高度调整；以及
(m)确定步骤(i)-(k)的当前周期的力差值数组是否小于步骤(i)-(k)的先前周期的力差值，如果所述确定是肯定的则开始步骤(i)-(k)的新周期，并且如果所述确定是否定的，则开始步骤(c)-(m)的新周期；
(n)具有所述针高度最终值的数组{H}，退出所述Fm周期以及所述针高度调整过程。
12.一种用于测量物体的表面的形状的装置，所述装置包括：
钉床测量量规，其具有可操作成配合所述表面并支承所述物体的多个针；
至少一个测力传感器，其耦合到每个针并且可操作成产生指示通过所述表面施加到所述给定针的力的载荷信号；
至少一个高度调整器，其耦合到每一针并且可操作成响应于高度调整信号设置所述给定针的高度；以及
处理电路，其可操作成计算对于作为一组的所有针的高度调整信号{ΔH}，其中{ΔH}因变于对于每一针的目标力{Ft}与来自所述测力传感器的每一针的所测得力{Fm}之间的差值力{ΔF}，并且所述针的所得新高度指示所述物体的表面的无重力形状。
13.一种用于测量物体的表面的无重力形状的装置，所述装置包括：
钉床形状测量量规，其具有可操作成在测量期间支承所述表面的多个针；
测力传感器，其被放置在每一针中并且可操作成指示通过所述表面施加在相关联的针上的力的测量信号；
高度调整器，其被放置在每一针中并且可操作成响应于调整信号执行针高度调整，
藉此所述针高度调整的执行定位所述多个针，以使所述表面在每一针上施加基本上等于与所述无重力形状相对应的目标力的所测得力，并且针高度最终值的数组指示所述表面的所述无重力形状的测量值。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，还包括处理器，其可操作成接收所述测量信号以计算所述针高度调整，并且产生所述调整信号。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述处理器可操作成通过执行下列步骤计算所述针高度调整，其包括：
(a)计算每一针上的目标力；
(b)确定所述针上的目标力的数组{Ft}；
(c)计算关于高度变化的力变化的矩阵[K]以及逆矩阵[K]-1；
(d)接收表示在每一针上所测得力的测量信号；
(e)确定所述针上所测得力的数组{Fm}；
(f)从所述所测得力的数组和所述目标力的数组计算力差值数组{ΔF}；
(g)确定所述力差值数组{ΔF}是否在可接受差值的范围内，如果所述确定是肯定的则移向步骤(i)，并且如果所述确定是否定的，则移向步骤(h)；
(h)计算因变于所述力差值数组{ΔF}的针高度调整值的数组{ΔH}，并且基于其产生作为调整信号的所述针高度调整，并且开始步骤(d)-(g)的新周期；
(i)具有所述针高度最终值的数组{H}，退出所述Fm周期以及所述针高度调整过程。
16.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述处理器可操作成通过执行下列步骤计算所述针高度调整，其包括：
(a)计算每一针上的目标力；
(b)确定所述针上的目标力的数组{Ft}；
(c)传送作为第一调整信号的第一针高度调整以改变第一针j的高度；
(d)接收作为对于每一针的测量信号的所测得力；
(e)计算对于每一针的载荷变化；
(f)计算每一针i的相对于针j的所述针高度调整的共轭梯度CGij；
(g)对于每一针重复步骤(c)-(f)，以使已对于每一针计算CGij、并且基于其确定共轭梯度的矩阵[CG]；
(h)计算共轭梯度矩阵的逆[CG]-1；
(i)接收表示每一针上所测得力的测量信号，并且确定所述针上所测得力的数组{Fm}；
(j)从所测得力的数组和所述目标力的数组计算力差值数组{ΔF}；
(k)确定所述力差值数组{ΔF}是否在可接受差值的范围内，如果所述确定是肯定的则移向步骤(n)，并且如果所述确定是否定的，则移向步骤(l)；
(l)计算因变于所述力差值数组{ΔF}的针高度最终值的数组{ΔH}，并且基于其产生作为调整信号的所述针高度调整；以及
(m)确定步骤(i)-(k)的当前周期的力差值数组是否小于步骤(i)-(k)的先前周期的力差值，如果所述确定是肯定的则开始步骤(i)-(k)的新周期，并且如果所述确定是否定的，则开始步骤(c)-(m)的新周期；
(n)具有所述针高度最终值的数组{H}，退出所述Fm周期以及所述针高度调整过程。
17.一种用于测量物体的表面的无重力形状的计算机化系统，所述系统包括可操作成使处理器执行动作的计算机可执行指令，其包括：
(a)接收所测得力{Fm}，每一个所测得力Fm指示由物体的表面施加到钉床测量量规的多个高度可调整的针的相关联的一个的力，所述钉床测量量规可操作成配合和支承所述物体的表面；
(b)计算对于每一针的目标力{Ft}与在每一针所测得力{Fm}之间的差值力{ΔF}；
(c)对于所述针的每一个，计算因变于所述差值力{ΔF}的关于高度的高度变化{ΔH}；以及
(d)根据关于新高度的高度变化{ΔH}产生用于调整作为一组的所述针的所有高度的调整信号。
18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述计算机可执行指令进一步可操作成使所述处理器执行动作，其包括：重复步骤(a)-(d)直到所述目标力{Ft}基本获得以使所述针的新高度指示所述物体的表面的无重力形状。
19.如权利要求18所述的系统，其特征在于，计算新高度的矩阵的步骤包括：
确定对于每一针的关系矩阵[Δf/Δh]，其指示由其它针的高度中的变化引起的该针上的力中的变化；以及
根据以下矩阵方程式计算所述高度变化{ΔH}，所述方程式为：{ΔH}＝[Δf/Δh]-1{Ft-Fm}。
20.如权利要求19所述的系统，其特征在于，使用线弹性平面理论获得关系矩阵[Δf/Δh]以获得[K]＝[Δf/Δh]。
21.如权利要求19所述的系统，其特征在于，通过采用所述针的给定一个上的力相对于所述针的另一个的高度的导数获得所述矩阵[Δf/Δh]＝[CG]的值的每一个。
22.如权利要求21所述的系统，其特征在于，确定[CG]的步骤包括：
(a)响应于改变所述针的给定一个的高度来测量所述针的每一个上的载荷中的变化；
(b)基于步骤(a)中的所述测量值计算对于给定针的矩阵[CG]的值；以及
(c)重复步骤(a)-(b)以完成所述矩阵[CG]。
23.如权利要求22所述的系统，其特征在于，根据以下矩阵方程式获得计算所述高度变化{ΔH}的步骤，所述方程式为：{ΔH}＝[CG]-1{Ft-Fm}。
24.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述计算机可执行指令包括：
测量驱动器，其与所述测力传感器通信；
调整驱动器，其控制所述高度调整器；以及
计算引擎，其执行计算。
25.如权利要求24所述的系统，其特征在于，所述计算机可执行指令进一步包括：
数据库；
输入/输出驱动器；
逻辑接口；以及
图形用户界面。
26.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述计算机可执行指令可操作成通过执行下列步骤使所述处理器计算所述针高度调整，所述步骤包括：
(a)计算每一针上的目标力；
(b)确定所述针上的目标力的数组{Ft}；
(c)计算关于高度变化的力变化的矩阵[K]以及逆矩阵[K]-1；
(d)接收表示在每一针上所测得力的测量信号；
(e)确定所述针上所测得力的数组{Fm}；
(f)从所述所测得力的数组和所述目标力的数组计算力差值数组{ΔF}；
(g)确定所述力差值数组{ΔF}是否在可接受差值的范围内，如果所述确定是肯定的则移向步骤(i)，并且如果所述确定是否定的，则移向步骤(h)；
(h)计算因变于所述力差值数组{ΔF}的针高度调整值的数组{ΔH}，并且基于其产生所述调整信号，并且开始步骤(d)-(g)的新周期；
(i)具有所述针高度最终值的数组{H}，退出所述Fm周期以及所述针高度调整过程。
27.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述计算机可执行指令可操作成通过执行下列步骤使所述处理器计算所述针高度调整，所述步骤包括：
(a)计算每一针上的目标力；
(b)确定所述针上的目标力的数组{Ft}；
(c)传送作为第一调整信号的第一针高度调整以改变第一针j的高度；
(d)接收作为对于每一针的测量信号的所测得力；
(e)计算对于每一针的载荷变化；
(f)计算每一针i的相对于针j的所述针高度调整的共轭梯度CGij；
(g)对于每一针重复步骤(c)-(f)，以使已对于每一针计算CGij、并且基于其确定共轭梯度的矩阵[CG]；
(h)计算共轭梯度矩阵的逆[CG]-1；
(i)接收表示每一针上所测得力的测量信号，并且确定所述针上所测得力的数组{Fm}；
(j)从所测得力的数组和所述目标力的数组计算力差值数组{ΔF}；
(k)确定所述力差值数组{ΔF}是否在可接受差值的范围内，如果所述确定是肯定的则移向步骤(n)，并且如果所述确定是否定的，则移向步骤(l)；
(l)计算因变于所述力差值数组{ΔF}的针高度最终值的数组{ΔH}，并且基于其产生所述调整信号；
(m)确定步骤(i)-(k)的当前周期的力差值数组是否小于步骤(i)-(k)的先前周期的力差值，如果所述确定是肯定的则开始步骤(i)-(k)的新周期，并且如果所述确定是否定的，则开始步骤(c)-(m)的新周期；
(n)具有所述针高度最终值的数组{H}，退出所述Fm周期以及所述针高度调整过程。
28.一种包含计算机可执行介质的存储介质，所述计算机可执行介质可操作成使处理器执行动作，其包括：
(a)接收所测得力{Fm}，每一个所测得力Fm指示由物体的表面施加到钉床测量量规的多个高度可调整的针的相关联的一个的力，所述钉床测量量规可操作成配合和支承所述物体的表面；
(b)计算对于每一针的目标力{Ft}与在每一针所测得力{Fm}之间的差值力{ΔF}；
(c)对于所述针的每一个，计算因变于差值力{ΔF}的关于高度的高度变化{ΔH}；以及
(d)根据关于新高度的高度变化{ΔH}产生用于调整作为一组的所述针的所有高度的调整信号。
29.如权利要求28所述的存储介质，其特征在于，所述计算机可执行指令进一步可操作成使所述处理器执行动作，其包括：重复步骤(a)-(d)直到目标力{Ft}基本获得以使所述针的新高度指示所述物体的表面的无重力形状。
30.如权利要求29所述的存储介质，其特征在于，计算新高度的矩阵的步骤包括：
确定对于每一针的关系矩阵[Δf/Δh]，其指示由其它针的高度中的变化引起的该针上的力中的变化；以及
根据以下矩阵方程式计算所述高度变化{ΔH}，所述方程式为：{ΔH}＝[Δf/Δh]-1{Ft-Fm}。
31.如权利要求30所述的存储介质，其特征在于，使用线弹性平面理论获得关系矩阵[Δf/Δh]以获得[K]＝[Δf/Δh]。
32.如权利要求30所述的存储介质，其特征在于，通过采用所述针的给定一个上的力相对于所述针的另一个的高度的导数获得所述矩阵[Δf/Δh]＝[CG]的值的每一个。
33.如权利要求32所述的存储介质，其特征在于，确定[CG]的步骤包括：
(a)响应于改变所述针的给定一个的高度来测量所述针的每一个上的载荷中的变化；
(b)基于步骤(a)中的所述测量值计算对于给定针的矩阵[CG]的值；以及
(c)重复步骤(a)-(b)以完成所述矩阵[CG]。
34.如权利要求33所述的存储介质，其特征在于，根据以下矩阵方程式获得计算所述高度变化{ΔH}的步骤，所述方程式为：{ΔH}＝[CG]-1{Ft-Fm}。
35.如权利要求28所述的存储介质，其特征在于，所述计算机可执行指令可操作成通过执行下列步骤使所述处理器计算所述针高度调整，所述步骤包括：
(a)计算每一针上的目标力；
(b)确定所述针上的目标力的数组{Ft}；
(c)计算关于高度变化的力变化的矩阵[K]以及逆矩阵[K]-1；
(d)接收表示在每一针上所测得力的测量信号；
(e)确定所述针上所测得力的数组{Fm}；
(f)从所述所测得力的数组和所述目标力的数组计算力差值数组{ΔF}；
(g)确定所述力差值数组{ΔF}是否在可接受差值的范围内，如果所述确定是肯定的则移向步骤(i)，并且如果所述确定是否定的，则移向步骤(h)；
(h)计算因变于所述力差值数组{ΔF}的针高度最终值的数组{ΔH}，并且基于其产生所述调整信号，并且开始步骤(d)-(g)的新周期；
(i)具有所述针高度最终值的数组{H}，退出所述Fm周期以及所述针高度调整过程。
36.如权利要求28所述的系统，其特征在于，所述计算机可执行指令可操作成通过执行下列步骤使所述处理器计算所述针高度调整，所述步骤包括：
(a)计算每一针上的目标力；
(b)确定所述针上的目标力的数组{Ft}；
(c)传送作为第一调整信号的第一针高度调整以改变第一针j的高度；
(d)接收作为对于每一针的测量信号的所测得力；
(e)计算对于每一针的载荷变化；
(f)计算每一针i的相对于针j的所述针高度调整的共轭梯度CGij；
(g)对于每一针重复步骤(c)-(f)，以使已对于每一针计算CGij、并且基于其确定共轭梯度的矩阵[CG]；
(h)计算共轭梯度矩阵的逆[CG]-1；
(i)接收表示每一针上所测得力的测量信号，并且确定所述针上所测得力的数组{Fm}；
(j)从所测得力的数组和所述目标力的数组计算力差值数组{ΔF}；
(k)确定所述力差值数组{ΔF}是否在可接受差值的范围内，如果所述确定是肯定的则移向步骤(n)，并且如果所述确定是否定的，则移向步骤(l)；
(l)计算因变于所述力差值数组{ΔF}的针高度最终值的数组{ΔH}，并且基于其产生所述调整信号；以及
(m)确定步骤(i)-(k)的当前周期的力差值数组是否小于步骤(i)-(k)的先前周期的力差值，如果所述确定是肯定的则开始步骤(i)-(k)的新周期，并且如果所述确定是否定的，则开始步骤(c)-(m)的新周期；
(n)具有所述针高度最终值的数组{H}，退出所述Fm周期以及所述针高度调整过程。
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