CN103698917A - 隔垫物检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隔垫物检测装置及方法。该方法包括：产生透过带有隔垫物的基板的X射线，接收透过基板的X射线并形成灰度图像；利用灰度图像测量隔垫物的高度。本发明采用X射线成像原理对彩膜基板上的隔垫物进行检测，利用X射线荧光转换装置产生可见光并生成灰度图像，对灰度图像进行识别处理，能准确测量隔垫物的高度，并且可以检测隔垫物的内部及连接状态。
Description
技术领域
本发明涉及液晶显示技术领域，尤其涉及隔垫物检测装置及方法。
背景技术
随着科技的发展，液晶显示已经频繁应用于各种设备中。目前，液晶显示器是常用的平板显示器，其中薄膜晶体管液晶显示器(ThinFilm Transistor-Liquid Crystal Display，简称TFT-LCD)是液晶显示器中的主流产品。TFT-LCD通常包括对盒设置的阵列基板和彩膜基板，在阵列基板和彩膜基板之间填充有液晶层。其中，在阵列基板和彩膜基板之间设置有隔垫物，隔垫物对阵列基板和彩膜基板起到支撑盒厚的作用。
隔垫物是液晶显示器的重要部件，隔垫物的高度决定了对盒后的阵列基板和彩膜基板需注入液晶的用量。隔垫物主要分为球形隔垫物及柱状隔垫物，其中，柱状隔垫物因为能很好地控制分布密度，从而能有效地保证液晶盒厚的均一性，成为现有普遍采用的方法。
现有技术中一般采用CCD图像矩形面阵传感器直接检测隔垫物，测量速度比较慢，对装置震动要求比较高，微小的异常都会引起测量不够准确，造成液晶盒厚的异常，对于液晶旋光性及液晶屏的显示效果都会有很大影响，并且会产生很多不良，如低温起泡（Bubble）等，影响了液晶显示器的质量；需要采用大理石基座、下部防震台等，对设备的安装的要求比较高；只能进行表面的检测，无法检测内部的损伤。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：提供简易的隔垫物检测装置及方法，对隔垫物进行准确的检测。
（二）技术方案
为解决上述问题，根据本发明的第一方面，提供了一种隔垫物检测装置，包括：X射线成像单元和图像处理单元，其中X射线成像单元包括X射线源和X射线敏感镜头；
X射线源，用于产生透过带有隔垫物的基板的X射线；
X射线敏感镜头，接收透过基板的X射线并形成灰度图像；
图像处理单元，利用灰度图像测量隔垫物的高度。
优选地，X射线源和X射线敏感镜头关于基板位置相对，X射线源为X射线阵列源，X射线敏感镜头为X射线敏感平板探测器。
优选地，X射线敏感镜头与基板之间设置有光阑。
优选地，所述X射线成像单元为两个，关于基板位置相对，其中任一个的X射线成像单元的X射线敏感镜头接收另一个X射线成像单元的X射线源透过基板的X射线，形成灰度图像。
优选地，所述两个X射线成像单元可以在圆弧轨道上移动，使得X射线入射基板的角度改变。
根据本发明的第二方面，提供了一种隔垫物检测方法，包括：
产生透过带有隔垫物的基板的X射线，接收透过基板的X射线并形成灰度图像；
利用灰度图像测量隔垫物的高度。
优选地，所述形成灰度图像包括：
将同一区域的反面灰度图像和正面灰度图像进行反转复合，得到用于测量隔垫物的高度的灰度图像。
优选地，该方法还包括：
若灰色图像某个区域的灰度值超过设定的阈值，则改变X射线的发射角度，再次对所述基板的对应区域进行检测。
优选地，所述利用灰度图像测量隔垫物的高度包括：
根据设定的对应关系将灰度图像像素的灰度值换算为隔垫物的高度值。
优选地，所述利用灰度图像测量隔垫物的高度包括：
灰度图像包括同一区域的不同深度的若干剖析图像，从中找到隔垫物的顶和底所在的剖析图像，两者之间的深度之差即为隔垫物的高度。
优选地，该方法还包括：
利用同一区域的不同深度的若干剖析图像进行组合形成隔垫物的立体图像
（三）有益效果
本发明采用X射线成像原理对彩膜基板上的隔垫物进行检测，利用X射线荧光转换装置产生可见光，并生成灰度图像，对灰度图像进行识别处理，，能准确测量隔垫物的高度，并且可以检测隔垫物的内部及连接状态。X射线扫描时可以去除由Rubbing（摩擦）工序带来的静电，从而不需要单独的去除静电工序，提高了生产效率；而且可以附带检查基板内部由Rubbing工序带来的微裂痕。本发明既可以检测柱状隔垫物，也可以检测球状隔垫物。X射线检测设备相对简单而且检测条件要求低，速度快。
附图说明
图1为根据本发明实施例一的隔垫物检测装置的组成示意图；
图2为根据本发明实施例二的隔垫物检测装置的组成示意图；
图3为根据本发明实施例二的隔垫物检测装置的X射线成像单元的光学结构示意图；
图4为根据本发明实施例三的隔垫物检测方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明如下。
实施例一：
本实施例提出了一种隔垫物检测装置，包括：X射线成像单元和图像处理单元，其中X射线成像单元包括X射线源和X射线敏感镜头；
X射线源，用于产生透过带有隔垫物的基板的X射线；
X射线敏感镜头，接收透过基板的X射线并形成灰度图像；
图像处理单元，利用灰度图像测量隔垫物的高度。
在本实施例中，X射线源为X射线阵列源，X射线敏感镜头为X射线敏感CCD平板探测器。具体的，如图1所示，被X射线控制器（图中未示出）控制的X射线阵列源11发射X射线到带有隔垫物的基板1。X射线敏感CCD平板探测器(Flat Panel Detector,FPD)21是一种间接获取图像的FPD，主要是由闪烁体或荧光体层加具有光电二极管作用的非晶硅层(amorphous Silicon,a-Si)再加TFT阵列构成的平板检测器组成。闪烁体或荧光体层经X射线曝光后，可以将X射线光子转换为可见光，而后由具有光电二极管作用的非晶硅层变为图像电信号，经过TFT阵列获得数字图像。图像处理单元31例如可以为计算机，X射线敏感CCD平板探测器21采集到的数字灰度图像传送到图像处理单元31，图像处理单元31利用灰度图像测量隔垫物的高度，当然中间还存在模数转换等信号处理模块。
在本实施例中，还可以包括光阑12，光阑12放置在带有隔垫物的基板1和X射线敏感CCD平板探测器21之间，用于调节通过的X射线的强弱，稳定X射线敏感CCD平板探测器21（以下简称CCD或X射线CCD）接收的辐射剂量。
在本实施例中，整个X射线成像单元的控制核心是PLC可编程逻辑控制器，负责各个部件协调工作。此外，PLC可编程逻辑控制器还用于与视频信号传输线接口芯片配合实现计算机和X射线成像单元的通信过程。该通信过程用来传递计算机发来的命令以及把图像传回到计算机。
PLC可编程逻辑控制器例如包括两片低功耗CPLD(ComplexProgrammable Logic Device)复杂可编程逻辑器件，以产生系统所需的各种时序。其中第一CPLD主要用于产生帧存储器控制所需的地址和读写控制信号,第二CPLD主要产生CCD需要的驱动时序。当然两片CPLD之间也有一些信号用于两者之间的通信。第二CPLD产生的驱动时序波形需要经过驱动器后才可以加到X射线CCD上，驱动的目的主要是产生CCD所需的脉冲电平，同时能够提供一定的驱动电流。因为CCD的各个栅级节电容都较大，而且驱动工作频率也较高,为了提高电荷的转移效率以保证图像质量，驱动器必须要有足够的驱动能力。
CCD的信号输出到模拟前端，模拟前端主要负责对X射线CCD输出的模拟信号进行处理。首先输出的模拟信号要经过前端跟随，然后经过电平搬移及低噪声放大电路，输出符合A/D转换器量化电平要求的信号。最后，信号进入A/D转换器内进行模数转换。
模数转换后的数字图像信号，在CPLD的控制下暂存到帧存储器中。当计算机要获取图像时，PLC可编程逻辑控制器和视频信号传输线接口芯片负责把帧存储器中的图像数据通过USB总线传送到计算机。
在本实施例中，使用计算机的图像处理软件来实现图像处理单元的功能。
计算机图像处理软件采用模块化结构设计，包括USB接口驱动模块、图像获取模块、图像处理模块、图像管理模块。图像处理软件例如基于Windows操作系统平台，可采用C++编程语言编制。各模块的主要功能如下：
(1)USB接口驱动模块：用于计算机与X射线成像单元的数据通讯。
(2)图像获取模块：控制X射线敏感探头的曝光，并读取图像数据流，然后合成为灰度图象，并将图像暂时存储到计算机。在该模块中，需要选择适合测量的带有隔垫物的感兴趣区域，具体包括：
第一步：生成包括感兴趣区域的灰度图像。
第二步：根据预设的灰度阈值对图像进行二值化分割，由于感兴趣区域的灰度值小，背景区域灰度值大，选取的灰度阈值就应该是两个波峰之间的最明显的交界值，根据灰度阈值从上一步中得到的灰度图像中提取出感兴趣区域。
第三步：采用双层投影法在感兴趣区域内确定检测区域，根据待测隔垫物的顶部投影图像和底部投影图像确定交集区域，该交集区域即为检测区域。
第四步：在检测区域内根据灰度特征值检测异物，若检测到异物，则对存在异物的图像区域进行标定并结束处理过程；在检测区域没有检测到异物的即说明此感兴趣区域为适合测量的感兴趣区域。
在上述选择方法中利用了X射线的物理特性，采用双层投影法，根据几何原理解决隔垫物感兴趣区域在X射线检测设备中进行自动区域屏蔽和异物检测的问题，在输入正确感兴趣区域参数（由于隔垫物在基板上的位置由于工艺的缘故是固定的，所以可以精确得到感兴趣区域的参数）的情况下可以自动判断感兴趣区域的流入位置，在感兴趣区域的图像中识别检测区域，而且识别方法简单，处理数据量少，算法简单，有利于在感兴趣区域生产过程中提高检测效率，因为在识别过程中涉及的都是固定的参量，根据感兴趣区域图像可以保证识别区域的高准确度，从而提高感兴趣区域检测的精度。
(3)图像处理模块：利用灰度图像测量隔垫物的高度等，具体方法将在实施例三中阐述。
(4)图像管理模块：用于对图像进行分类管理，建立PS柱高图像数据库。便于时间序列图像的搜索、浏览和对比，并将报告保存成电子文档供查阅。
实施例二
本实施例的隔垫物检测装置与实施例一的不同之处在于X射线成像单元，即装置的机械结构和X射线成像单元的光学结构。本实施例的X射线成像单元为两个，关于基板位置相对，其中任一个的X射线成像单元的X射线敏感镜头接收另一个X射线成像单元的X射线源透过基板的X射线，形成灰度图像。并且两个X射线成像单元可以在圆弧轨道上移动，使得X射线入射基板的角度改变。本实施例的隔垫物检测装置的具体结构如图2所示。一对X射线成像单元301安装在圆弧轨道302上，并且可以在圆弧轨道302上移动，但是始终相对设置成一条直线，以便于成像。圆弧轨道302被夹臂303夹持，夹臂303通过旋转机构304连接到滚珠丝杠305。旋转机构304转动夹臂303从而带动圆弧轨道302旋转或者平移。滚珠丝杠305可以上下移动从而带动夹臂303和圆弧轨道302上下移动。滚珠丝杠305安装到立架306上，立架306安装到基座307。基板201放置到检测搬送机械臂308上，检测搬送机械臂308连接到滚珠丝杠309，圆弧轨道309也可上下移动带动机械臂308和基板201一起移动。滚珠丝杠309安装到立架310上，立架310也放置到基座307上。滚珠丝杠和旋转机构的动作可以通过步进电机（图中未示出）实现。
本实施例的X射线成像单元的光学结构如图3所示，包括射线源101、柱面透镜102、高透三棱镜103、镜头驱动装置105、X射线转换屏106和CCD图像矩形面阵传感器107。射线源101发射的X射线经柱面透镜102调整为水平方向后被高透三棱镜103反射到基板201上，透过基板201的X射线入射到对置的X射线成像单元，穿过其高透三棱镜后被X射线转换屏106转换成可见光图像，每一点出射的可见光强度与入射的X射线辐射剂量成正比，X射线转换屏106直接贴在CCD的光敏面上，X射线转换屏106出射的可见光直接被CCD的光敏面接收，形成灰度图像。灰度图像经模数转换后传送到图像处理单元（图中未示出）进行处理，测量隔垫物的高度或进行其他分析，本实施例的图像处理单元与实施例一的图像处理单元基本类似。
实施例一和实施例二公开的隔垫物检测装置采用X射线成像原理对彩膜基板上的隔垫物进行检测，利用X射线荧光转换装置产生可见光并生成灰度图像，对灰度图像进行识别处理，能准确测量隔垫物的高度，并且可以检测隔垫物的内部及连接状态；X射线扫描时可以去除由Rubbing工序带来的静电，从而不需要单独的去除静电工序，提高了生产效率；而且可以附带检查基板内部由Rubbing工序带来的微裂痕；既可以检测柱状隔垫物，也可以检测球状隔垫物；X射线检测设备相对简单而且检测条件要求低，速度快。
实施例二提供的隔垫物检测装置可以通过将对置的X射线成像单元所成的同一位置的正反灰度图像进行翻转复合，排除由于信号出错带来的伪像，这是因为正反灰度图像中的一个出现伪像时，另一个不会出现，因此复合时就可以判断出错，从而排除伪像。同时，实施例二公开的隔垫物检测装置可以通过将对置的X射线成像单元变换角度进行检测，排除异物带来的干扰。
实施例三
本实施例提供了一种隔垫物检测方法，如图4的流程图所示，包括：
S1：产生透过带有隔垫物的基板的X射线，接收透过基板的X射线并形成灰度图像；
S2：利用灰度图像测量隔垫物的高度。
步骤S1中，形成灰度图像可以是将同一区域的反面灰度图像和正面灰度图像进行反转复合，得到用于测量隔垫物的高度的灰度图像。例如通过实施例二的隔垫物检测装置的对置X射线成像单元就可以得到同一区域的反面灰度图像和正面灰度图像，从而可以将其中一个翻转，并与另一个图像复合。这样可以排除因为信号错误带来的伪像。另外，若灰色图像某个区域的灰度值超过设定的阈值，说明存在BM、电极等成像障碍，此时可以改变X射线的发射角度，再次对基板对应区域进行检测。另外，也可采用实施例一中介绍的方法选定合适的具有隔垫物的感兴趣区域，形成包括一个感兴趣区域的灰度图像以便于步骤S2的测量。
步骤S2中，利用灰度图像测量隔垫物的高度可以有两种方式，一种是根据设定的对应关系将灰度图像像素的灰度值换算为高度值，这种对应关系可以通过多次试验预先测定，从而进行设置；一种是使灰度图像包括同一区域的不同深度的若干剖析图像，从中找到隔垫物的顶和底所在的剖析图像，两者之间的深度之差即为隔垫物的高度，这可以通过调节透镜的焦距得到同一区域的不同深度的若干剖析图像，然后通过二值化来识别图像，显然隔垫物的顶之上和底之下的剖析图像不会有隔垫物的影像，从而可以得到隔垫物的顶和底所在的剖析图像，焦距和成像深度之间的比例关系可以预先测定，因而很容易得到顶和底之间的深度差。同时还可以通过剖析图像进行组合形成隔垫物的立体图像，从而可以分析其外廓是否符合设计要求。
当然，除了利用灰度图像测量隔垫物的高度之外，实施例三的隔垫物检测方法还可以通过形成的灰度图像检测隔垫物内部的缺陷或玻璃基板内部的微小裂痕。可以将该方法应用在Rubbing（摩擦）工序前后，不仅可以实时的检测出Rubbing前后的隔垫物的高度变化，而且可以去除由Rubbing（摩擦）工序带来的静电，从而不需要单独的去除静电工序，提高了生产效率；既可以检测柱状隔垫物，也可以检测球状隔垫物。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (11)
1.一种隔垫物检测装置，其特征在于，包括：X射线成像单元和图像处理单元，其中X射线成像单元包括X射线源和X射线敏感镜头；
X射线源，用于产生透过带有隔垫物的基板的X射线；
X射线敏感镜头，接收透过基板的X射线并形成灰度图像；
图像处理单元，利用灰度图像测量隔垫物的高度。
2.权利要求1所述的隔垫物检测装置，其特征在于，X射线源和X射线敏感镜头关于基板位置相对，X射线源为X射线阵列源，X射线敏感镜头为X射线敏感平板探测器。
3.权利要求2所述的隔垫物检测装置，其特征在于，X射线敏感镜头与基板之间设置有光阑。
4.权利要求1所述的隔垫物检测装置，其特征在于，所述X射线成像单元为两个，关于基板位置相对，其中任一个的X射线成像单元的X射线敏感镜头接收另一个X射线成像单元的X射线源透过基板的X射线，形成灰度图像。
5.权利要求4所述的隔垫物检测装置，其特征在于，所述两个X射线成像单元可以在圆弧轨道上移动，使得X射线入射基板的角度改变。
6.一种隔垫物检测方法，其特征在于，包括：
产生透过带有隔垫物的基板的X射线，接收透过基板的X射线并形成灰度图像；
利用灰度图像测量隔垫物的高度。
7.权利要求6所述的隔垫物检测方法，其特征在于，所述形成灰度图像包括：
将同一区域的反面灰度图像和正面灰度图像进行反转复合，得到用于测量隔垫物的高度的灰度图像。
8.权利要求6所述的隔垫物检测方法，其特征在于，该方法还包括：
若灰色图像某个区域的灰度值超过设定的阈值，则改变X射线的发射角度，再次对所述基板的对应区域进行检测。
9.权利要求6-8任一项所述的隔垫物检测方法，其特征在于，所述利用灰度图像测量隔垫物的高度包括：
根据设定的对应关系将灰度图像像素的灰度值换算为隔垫物的高度值。
10.权利要求6-8任一项所述的隔垫物检测方法，所述利用灰度图像测量隔垫物的高度包括：
灰度图像包括同一区域的不同深度的若干剖析图像，从中找到隔垫物的顶和底所在的剖析图像，两者之间的深度之差即为隔垫物的高度。
11.权利要求6-8任一项所述的隔垫物检测方法，该方法还包括：
利用同一区域的不同深度的若干剖析图像进行组合形成隔垫物的立体图像。
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