CN106482649A - 透明基板的厚度测量 - Google Patents

Abstract

一种在透明基板上的一点处确定该透明基板厚度的方法，其中透明基板在该点处的相对主表面不平行。所述方法包括比较具有至少一个特征的目标的图像，该特征沿着目标的维度变化。可进行多种厚度计算，以在透明基板的所需维度上获得透明基板的厚度分布。所述方法可用来例如获得玻璃带的厚边部分的厚度。厚度分布可用来计算厚边部分的厚度，然后计算厚边部分的重量。然后，可利用重量确定熔融玻璃流速，将实际流速与所需流速作比较时，该熔融玻璃流速又可用来控制流速。

Description

透明基板的厚度测量

本申请依据35U.S.C.§119要求于2015年9月2日提交的美国临时申请系列第62/213204号的优先权，本文以该申请的内容为基础并通过引用全文将其纳入本文。

技术领域

本发明总体涉及表征透明基板，更具体地涉及评估具有不平行主表面的玻璃片的厚度。

背景技术

在LCD玻璃基板的生产中，玻璃基板厚度是特别重要的属性。例如，工艺控制和品质保证都需要准确的在线厚度测量。为了控制从其上切割玻璃片的玻璃带的连续生产，必须知道熔融玻璃的流速。熔融玻璃的流速决定了应向熔化容器供给原料的速度等。若厚度分布(厚度随玻璃带宽度的变化)和玻璃带拉制速率均测得，则可确定熔融玻璃的流速。

陈等人的US7516628B2公开了一种在线厚度量规和在线厚度测量方法，该量规包含Y型导轨和稳定单元，它们分别捕捉和稳定玻璃基板。该量规包括通过光学三角测量法测量移动玻璃的厚度的仪器。

测量厚度的常规光学方法假定玻璃带具有平行表面。若楔角(wedge angle)超过特定值，则这些方法会失效。如本文所用，楔角是指玻璃带的相对主表面之间的局部角。因此，楔角可能在拉制方向和跨带(横向)方向随着玻璃带中的位置变化。熔合下拉法在品质区产生具有低楔角的玻璃带，所述品质区是指最终要从玻璃带上切割下来出售的玻璃带中间部分。另一方面，在厚边区(或者简称厚边，是玻璃带的增厚边缘部分)，从玻璃带最外边缘向内形成200-300mm的区域，对于标称厚度为0.6mm的玻璃带，玻璃厚度在该区域增加到约2毫米至约3毫米的厚度，虽然较薄的玻璃带的厚边厚度可小一些。厚边通常从玻璃带去除，废弃或者用作碎玻璃。在拉制薄玻璃时，厚边厚度的测量甚至变得更有意义，因为熔融玻璃流量在厚边区的部分相对于品质区增加。

为了克服无法准确评估厚边区厚度的问题，可周期性称量从玻璃带切下的厚边区样品的重量，以估计熔融玻璃流量。根据在线厚度量规获得的厚度测量结果计算品质区的重量。那么，熔融玻璃的总流量就是厚边区的流量与品质区的流量之和，例如品质区与厚边区的重量之和。

上文所述的厚边重量法的缺点是必须取样，因而测量的响应时间可能太长。当玻璃带不切成一块块玻璃片，或者厚边不必立即去除时，例如在将长玻璃带卷到各个卷轴上的辊-辊工艺中，就会产生另外的困难。这样就需要另外想办法获取厚边区样品进行称重。

发明内容

本文描述了当基板的至少一部分的相对主表面基本上不平行时，用来测量透明基板例如透明玻璃带的厚度的光学厚度测量装置。这种装置可用来确定例如透明基板(如玻璃片或玻璃带)的厚边区的厚度分布。该测量装置包括光学传感器(例如照相机)，其配置成获取透过透明基板观察到的目标的图像，由此解析图像，提取有关局部基板楔(wedge)造成的目标属性出现偏差的信息。然后，可利用局部基板楔角的分布和已知厚度(例如通过常规测量方法在邻近不平行区的包括平行表面的区域得到的厚度)计算目标区域宽度上的透明基板厚度。若透明基板相对于测量装置移动，则该测量方法可用来确定基板在相对运动方向上的厚度分布。但应当指出，根据本文进行的测量可在移动或静止透明基板上进行。也就是说，不需要相对运动。

因此，本文公开了一种表征透明基板的方法，包括测量透明基板在第一位置的第一厚度和确定透明基板在第二位置的局部楔角，其中透明基板在第一位置的相对表面基本上平行，而第二位置的相对表面基本上不平行。确定局部楔角包括：用成像系统透过透明基板对目标进行成像，以获取目标图像，所述目标包含至少一个沿着目标的第一维度变化的属性，然后确定从目标图像获得的所述至少一个属性相对于目标的空间偏移。该空间偏移可用来计算透射过透明基板的光线的偏转角。所述方法还包括利用目标与目标图像之间的所述至少一个属性的空间偏移(以及由此获得的偏转角)来计算第二位置的局部楔角；还包括利用局部楔角和第一厚度计算玻璃片在第二位置的第二厚度。

所述方法还包括至少一个实施方式，其中通过成像系统成像的区域包括所述第一位置。

在一些实施方式中，所述至少一个属性是色相。在其他实施方式中，所述至少一个属性是色调。

在一些实施方式中，所述方法还可包括在透明基板与目标之间产生相对运动。例如，透明基板可以是玻璃带，如在玻璃制造工艺中由熔融玻璃流形成并沿着拉制方向移动的玻璃带。第二位置可包括玻璃带的厚边区，包括玻璃带的增厚边缘部分。

在本文所述的实施方式中，所述至少一个属性在垂直于相对运动方向(例如垂直于拉制方向)的方向上变化。

所述方法还可包括：在垂直于拉制方向的方向上确定玻璃带厚边区内多个位置的多个局部楔角；计算所述多个位置的厚边区厚度，获得厚边区的厚度分布；利用该厚度分布获得厚边区的重量；利用该厚边区的重量获得熔融玻璃的计算流速；根据该计算流速控制熔融玻璃的实际流速。

另一方面，本文描述了一种表征玻璃带的方法，包括在拉制方向上由一定体积的熔融玻璃拉制玻璃带；在第一位置测量玻璃带的第一厚度，其中玻璃带在该第一位置的相对表面基本上平行；在垂直于拉制方向的方向上，在多个位置测量玻璃带的楔角，以获取多个楔角，其中所述多个位置的相对表面基本上不平行。根据该方面，测量楔角包括：用成像系统透过玻璃带对目标进行成像，以获取目标图像，所述目标包含至少一个属性，所述属性在垂直于拉制方向的方向上沿着目标变化，然后确定从目标图像获得的所述至少一个属性相对于目标的空间偏移。该空间偏移可用来计算透射过透明基板的光线的偏转角。所述方法还包括利用所述空间偏移(以及由此获得的偏转角)计算局部楔角；还包括利用所述多个楔角和第一厚度计算玻璃带的厚度分布。

所述多个位置可相对于玻璃带中间部分位于玻璃带增厚边缘部分(厚边)内。

所述第一位置可与所述多个位置处于一条线上。例如，所述第一位置可与所述多个位置中的至少一个位置相邻，并且穿过所述多个位置和所述第一位置画的线是直线。

在一些实施方式中，所述至少一个属性是色相。在其他实施方式中，所述至少一个属性是色调。

在以下的详细描述中提出了本文所述的实施方式的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的本发明而被认识。

应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都只是呈现本发明的实施方式，用来提供理解要求保护的本发明的性质和特性的总体评述或框架。所附附图提供了对本发明的进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了本发明的各种实施方式，并与描述一起用来解释本发明的原理和操作。

附图说明

图1是示例性玻璃制造工艺的示意图；

图2是从图1所示的玻璃制造设备拉制的玻璃带的横截面视图，显示了中间“品质”区和包含不平行表面的增厚边缘部分(厚边)；

图3是用于测量透明基板厚度分布的光学系统的示意图，所示透明基板包含不平行主表面，如图2所示的玻璃带的厚边，该图显示了来自目标并穿过光学系统的入射光线和反射光线的光线径迹；

图4是根据本发明实施方式的目标，其中目标包括至少一个属性，即沿着目标的至少一个维度变化的色相(示为灰度图)，与之并列显示的是呈现用来产生目标的红、绿、蓝(RGB)强度变化的图示；

图5是显示由图3所示光学系统捕捉到的图4中目标的图像的色相随色相变化方向上的距离变化的图示；

图6是显示由图3所示光学系统捕捉到的图4中目标的图像在该光学系统经校正产生线性色相响应后在色相变化方向上随距离变化的图示；

图7是光从图4所示目标通过玻璃带厚边部分后由图3所示光学系统捕捉到的实际目标图像的图示，该图相应地显示了用来计算局部楔角的色相位移；

图8是厚度随距离变化的图示，该距离沿着垂直于图7所示玻璃带厚边的拉制方向的方向，该厚边叠加在图上相应位置，该图显示了用本文所述方法得到的厚边的厚度分布(虚线)和通过手工测量所示图像得到的厚度分布；

图9描绘了本文所述目标的另一实施方式，其中色调在该图从右到左的方向上(双模态)变化；

图10是利用图3所示的光学系统，通过图7中玻璃带的厚边区得到的图9所示目标的实际目标图像；以及

图11描绘了图10所示目标图像通过强度阈值过滤器之后的图像。

具体实施方式

下面将参考附图更完整地描述装置和方法，附图中显示了本发明的示例性实施方式。只要有可能，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或类似的部分。但是，本发明可以以许多不同的方式实施，不应被解读成限于在此提出的实施方式。

本文中，范围可以表示为从“大约”一个具体值开始和/或至“大约”另一个具体值终止。表述这样的范围时，另一种实施方式包括自所述一个具体值始和/或至所述另一具体值止。类似地，用先行词“约”将数值表示为近似值时，应理解该具体值构成另一个实施方式。还应理解的是，每个范围的端点值在与另一个端点值有关以及与另一个端点值无关的情况下都是有意义的。

本文所用的方向术语，例如上、下、左、右、前、后、顶、底，仅仅是参照绘制的附图而言，并不用来暗示绝对的取向。

除非另有明确说明，否则本文所述的任何方法不应理解为其步骤需要按具体顺序进行，或者对于任何装置，需要具体的取向。因此，如果方法权利要求没有实际叙述其步骤要遵循的顺序，或者任何装置没有实际叙述各组件的顺序或取向，或者权利要求书或说明书中没有另外具体陈述步骤限于具体顺序，或者没有叙述装置组件的具体顺序或取向，那么在任何方面都不应推断顺序或取向。这适用于解释上的任何可能的非表达性基础，包括：涉及步骤安排的逻辑问题；组件的顺序或组件的取向问题；由语法组织或标点派生的明显含义问题；说明书中描述的实施方式的数量或类型问题。

如本文所用，单数形式的“一个”、“一种”和“该”包括复数指代形式，除非文中另有明确说明。因此，例如，提到的“一种”组件包括具有两种或更多种这类组件的方面，除非文本中有另外的明确表示。

虽然以下内容是就连续玻璃带形式或者单个离散玻璃片或玻璃板形式的玻璃基板进行描述的，但应当理解，本文所述的装置和方法可应用于至少一部分具有不平行主表面的其他透明基板，例如聚合物材料板。

图1所示为示例性玻璃制造设备10。在一些示例中，玻璃制造设备10可包含玻璃熔炉12，该玻璃熔炉12可包含熔化容器14。除了熔化容器14外，玻璃熔炉12可任选包含一个或多个其他组件，如加热元件(例如燃烧器或电极)，其构造成加热一种或多种原料(以下称批料)，并将批料转化为熔融玻璃。在进一步的示例中，玻璃熔炉12可包含热管理装置(例如绝热组件)，其构造成减少熔化容器附近的热损失。在更进一步的示例中，玻璃熔炉12可包含电子装置和/或机电装置，其构造成辅助批料熔化为玻璃熔体。更进一步，玻璃熔炉12可包含支承结构(例如支承底座、支承件等)或其他组件。

玻璃熔化容器14通常包含难熔材料，如难熔陶瓷材料，例如包含氧化铝或氧化锆的难熔陶瓷材料。在一些示例中，玻璃熔化容器14可用难熔陶瓷砖建造。

在一些示例中，玻璃熔炉可作为一个组件纳入玻璃制造设备，该玻璃制造设备构造用来制造玻璃基板，例如连续长度的玻璃带。在一些示例中，本文所述的玻璃熔炉可作为一个组件纳入玻璃制造设备，该设备包括狭缝拉制设备、浮槽设备、下拉设备(例如熔合设备)、上拉设备、压辊设备、拉管设备或者将会受益于本文所述各方面的其他任何玻璃制造设备。举例而言，图1示意性说明了作为熔合下拉玻璃制造设备10的一个组件的玻璃熔炉12，该制造设备10用于熔融拉制玻璃带，该玻璃带随后加工成单个玻璃片。

玻璃制造设备10(例如熔合下拉设备10)可任选包含上游玻璃制造设备16，该上游玻璃制造设备16位于玻璃熔化容器14和由其流出的熔融玻璃的上游。在一些实例中，玻璃制造设备16的一部分或者整个上游玻璃制造设备16可作为玻璃熔炉12的一部分纳入。

如图示的示例所示，上游玻璃制造设备16可包含储料仓18、批料输送装置20和连接至该批料输送装置的发动机22。储料仓18可构造成储存一定量的批料24，该批料24可喂入玻璃熔炉12的熔化容器14，如箭头26所示。批料24通常包含一种或多种形成玻璃的金属氧化物和一种或多种改性剂。在一些实例中，批料输送装置20可由发动机22提供动力，使得批料输送装置20将预定量的批料24从储料仓18送入熔化容器14。在进一步的示例中，发动机22可为批料输送装置20提供动力，根据熔化容器14下游检测到的熔融玻璃水平以受控速率加入批料24。此后，可加热熔化容器14内的批料24，形成熔融玻璃28。

玻璃制造设备10还可任选包含位于玻璃熔炉12下游的下游玻璃制造设备30。在一些实例中，下游玻璃制造设备30的一部分可作为玻璃熔炉12的一部分纳入。然而，在一些情况下，如下文所讨论的第一连接导管32，或者下游玻璃制造设备30的其他部分，可作为玻璃熔炉12的一部分纳入。包括第一连接导管32在内的下游玻璃制造设备的元件可由贵金属形成。合适的贵金属包括选自下组金属的铂族金属：铂、铱、铑、锇、钌和钯，或其合金。例如，玻璃制造设备的下游组件可由铂-铑合金形成，该铂-铑合金包含约70-90重量％的铂和约10-30重量％的铑。然而，其他合适的金属可包括钼、钯、铼、钽、钛、钨或其合金。

下游玻璃制造设备30可包含第一调理(即处理)容器，如澄清容器34，其位于熔化容器14下游并通过上述第一连接导管32与熔化容器14连接。在一些示例中，熔融玻璃28可借助重力自熔化容器14经第一连接导管32喂入澄清容器34。例如，重力可驱动熔融玻璃28通过第一连接导管32的内部通路，从熔化容器14到达澄清容器34。但应理解，其他调理容器可位于熔化容器14下游，例如在熔化容器14与澄清容器34之间。在一些实施方式中，可在熔化容器与澄清容器之间采用调理容器，其中来自主熔化容器的熔融玻璃可进一步加热，以延续熔融过程，或者可冷却到比熔化容器中熔融玻璃的温度更低的温度，然后进入澄清容器。

在澄清容器34内，可通过各种技术清除熔融玻璃28中的气泡。例如，批料24可包含多价化合物(即澄清剂)，例如但不限于氧化砷、氧化锑、氧化铈、氧化铁或氧化锡，它们在加热时发生化学还原反应并释放氧气。将澄清容器134加热到高于熔化容器温度的温度，由此加热澄清剂。由温度引发的澄清剂化学还原反应所产生的氧气泡上升通过澄清容器内的熔融玻璃，其中熔炉内产生的熔体中的气体可聚并到澄清剂所产生的氧气泡中。然后，增大的气泡可上升到澄清容器中熔融玻璃的自由表面，随后排出。氧气泡可进一步引发澄清容器中熔融玻璃的机械混合。

下游玻璃制造设备30可进一步包含另一调理容器，如用于混合熔融玻璃的混合容器36，其可位于澄清容器34下游。混合容器36可用来提供均匀的玻璃熔体组成，从而减少或消除化学不均匀或热不均匀造成的波筋(cord)，否则，波筋会存在于离开澄清容器的经过澄清的熔融玻璃中。如图所示，澄清容器34可通过第二连接导管38与熔融玻璃混合容器36连接。在一些示例中，熔融玻璃28可借助重力自澄清容器34经第二连接导管38喂入混合容器36。例如，重力可驱动熔融玻璃28通过第二连接导管38的内部通路，从澄清容器34到达混合容器36。应当指出，虽然图中显示混合容器36处于澄清容器34下游，但混合容器36可位于澄清容器34上游。在一些实施方式中，下游玻璃制造设备30可包含多个混合容器，例如位于澄清容器34上游的混合容器和位于澄清容器34下游的混合容器。这多个混合容器可具有相同设计，或者它们可具有彼此不同的设计。

下游玻璃制造设备30可进一步包含另一调理容器，如输送容器40，其可位于混合容器36下游。输送容器40可调理要喂入下游成形装置的熔融玻璃28。例如，输送容器40可起蓄积器和/或流量控制器的作用，用来调整通过出口导管44的熔融玻璃28的流量并向成形主体42提供恒定流量的熔融玻璃28。如图所示，混合容器36可通过第三连接导管46连接至输送容器40。在一些示例中，熔融玻璃28可借助重力自混合容器36经第三连接导管46喂入输送容器40。例如，重力可驱动熔融玻璃28通过第三连接导管46的内部通路，从混合容器36到达输送容器40。

下游玻璃制造设备30可进一步包含成形装置48，该成形装置48包含上述成形主体42，并包括入口导管50。出口导管44可设置成将熔融玻璃28从输送容器40送入成形装置48的入口导管50。在熔合成形法中，成形主体42可包含位于成形主体上表面的槽52和在拉制方向沿着成形主体底部边缘(根部)56会合的会合成形表面54。经由输送容器40、出口导管44和入口导管50送至成形主体槽的熔融玻璃从槽壁溢流，作为分开的熔融玻璃流沿会合成形表面54下行。分开的熔融玻璃流沿着根部在根部下方结合，产生单一的玻璃带58，通过对玻璃带58施加张力[例如借助于重力、边缘辊和牵拉辊(未示出)]沿着拉制方向60从根部56拉制玻璃带58，从而随着玻璃冷却和玻璃黏度增加而控制玻璃带尺寸。因此，玻璃带58经历黏弹转变，获得机械性质，赋予玻璃带58稳定的尺寸特征。在一些实施方式中，利用玻璃分离装置(未示出)，可在玻璃带58的弹性区将玻璃带分离成单独的玻璃片。在其他实施方式中，玻璃带可卷绕到卷轴上。

应当指出，表面张力和其他作用力可在玻璃带的宽度方向(垂直于拉制方向60)上造成玻璃带收缩。当玻璃带在宽度方向上收缩时，质量守恒决定了玻璃带的一部分增厚。这种厚度增加通常沿着玻璃带纵向边缘部分发生，产生厚度基本上均匀的中间区或品质区和厚度增加的边缘部分。设计成从成形主体根部引导和/或牵拉玻璃带的辊(例如边缘辊和/或牵拉辊)沿着厚边抓住玻璃带。图2是沿着玻璃带宽度截取的示例性玻璃带58的程式化横截面视图，显示了品质区62和厚边区64(图中显示厚边没有边缘辊和/或牵拉辊造成的变形)。品质区的厚度可以是例如约0.1-1毫米，约0.1-0.7毫米，约0.1-0.5毫米，包括它们之间的所有范围和子范围。玻璃带包含两个相对主表面，其中品质区的主表面基本上平行，而厚边区的主表面不平行。

图3是用来测量透明基板102的厚度的示例性装置100的示意图，该透明基板102是例如玻璃带58，如从成形主体42拉制的玻璃带58。图3显示了透明基板102的一部分，其包含第一主表面104和第二主表面106，其中在图示的透明基板102的局部区域，第一主表面104与第二主表面106不平行。对于图3所示的透明基板102，出于讨论而非限制的目的，点划线108显示为与第一主表面104相交并平行于竖直x轴，而点划线110显示为与第二主表面106相交，也平行于x轴。在图3所示示例中，第一主表面与第二主表面之间的夹角记作楔角ω。在图3所示示例中，透明基板102显示为关于x轴对称，使得x轴形成基板的中央平面，但不是必须如此。拉制方向垂直于该图所在平面。因此，在图3中，每个主表面104,106与其对应的相交点划线108,110之间的夹角等于ω/2。

装置110还包含目标112、聚焦透镜114和光学传感器116，例如照相机传感器。线118代表从目标112上的点O延伸出来并入射到第二主表面106上的光线，线120代表穿过第一主表面104离开透明基板102、延伸通过聚焦透镜114并在点I入射到光线传感器116上的折射光线，其中角α是入射到第二主表面106上的光线118与经透明基板102折射并离开透明基板102的第一表面104的光线120之间的夹角(即折射角α)。点划线119是光线120的延长线。点划线122是第一主表面104的法线，角β是第一主表面104的法线122与折射光线120之间的夹角。此外，线124代表聚焦透镜114的光轴，并记作z轴，短划线126是平行于光轴124的线。光轴124在x＝0处与x轴相交。角A_t是入射线118与线126之间的夹角。因此，角A_t是入射线118与光轴124之间的夹角。类似的，角A_s是折射线120与线126之间的夹角。因此，角A_s是折射线120与光轴124之间的夹角。此外，x_s代表在平行于x轴的方向上从光轴124上x＝0处到折射线120在点I与光学传感器116相交处的距离，F是聚焦透镜114的投影点(光轴124与聚焦透镜的平面125的交点)与光学传感器116之间的距离。T是目标112与x轴之间的距离，在图中，x轴是横截面图所示的透明基板102的中线。若透明基板102相对于光学系统中的其他距离较薄(厚度小)，例如在等于或小于约1毫米的量级上，距离T可简单地视为目标与透明基板之间的距离。距离x_t代表沿着x轴从光轴起算的距离，对应于入射线118在目标112上的表观原点到光轴的距离；距离x_g代表沿着x轴从光轴124到(来自入射光线118并)在透明基板内传播的光线与x轴相交的点的距离。

大致平行于透明基板102的平面，例如与x轴相交的平面，可通过聚焦透镜112聚焦于传感器114。

如图3所示，目标112自点O发射(或反射)的光线118入射到第二表面106上，在第二表面106与周围气氛(出于讨论而非限制的目的，周围气氛将被假定为空气气氛)之间的界面处发生折射，其中光线118在第二表面106处的偏折很容易利用斯涅耳定律确定。在玻璃基板102内传播的光线在第一表面104与周围空气的界面处再次发生折射，作为折射光线120传播通过聚焦透镜114，然后在点I入射到光学传感器116上。聚焦透镜114引入的任何光学畸变效应均可在下面将更详细讨论的校正步骤中消除。

目标112包含一个或多个视觉属性，用来识别目标112上点O处的光线118原点的位置，它是光学传感器116所观察到的目标112上看上去发出光线118的位点。光线118可在目标112处产生，或者光线118可以是源自光源(未示出)的反射光线，该光线在被目标112反射之前不在目标112上。例如，在一些实施方式中，目标112可以是显示面板，例如LCD显示面板、有机发光二极管(OLED)显示面板或其他任何显示合适目标112的合适显示器。在其他实施方式中，目标112可以是包含适合环境的材料的平板，例如金属板，它具有压印在其表面上的选定视觉属性。因此，远离目标产生的光被目标反射，而反射光被装置10成像。总折射角α(或者偏转角)，即入射光线118与折射光线120之间的夹角，取决于透明基板的表面之间的夹角，即局部楔角ω。相对于光学系统内的其他距离，例如与目标112至透明基板102的距离相比，假定透明基板102的厚度τ较小。因此，楔角ω的正切可表达为：

其中n是透明基板102的折射率。对于小角度，即α＜＜1°且β＜＜1°，一阶楔角表达式可简化为：

在此小角度限制情况中，如方程式(2)所示，楔角ω不依赖于入射光线118在第二表面106上的入射角。

应当认识到，对于上述光学成像系统所涉及的光程长度，透明基板102内的空隙不会对偏转角α产生显著作用，因此，不会对测得的总基板材料厚度(不是几何基板厚度)产生显著作用。因此，折射幅度主要由局部楔角ω限定。结果，本文所述的方法对透明基板102的倾斜度和透明基板102相对于光学传感器116的位置都具有高容限。

对于对称情况的光线径迹的示例示于图3，其中如上文所述，A_t是入射线118与光轴124之间的夹角，A_s是离开第一表面104的折射线120与光轴124之间的夹角，T是目标112与透明基板102之间的距离，F是聚焦透镜114的投影点与光学传感器116之间的距离(非对称情况将需要两次测量以重新得到两个表面)。角α和β的数值可表达为：

1)将方程式(3)代入方程式(1)，得到

对于图像中给定的点和目标中的相应点，A_s和A_t可确定如下：

因此，角A_t可直接由距离x_t计算，角A_s可直接由光线120入射到光学传感器116上的位置I与光轴124之间的距离x_s计算。局部楔角ω可通过用A_s和A_t解方程(4)得到。

透明基板厚度τ(x)可通过局部楔角ω随透明基板上的位置的变化来重新得到，这将在下文更详细描述。应当指出，对于透明基板102的成像区域中的至少一个位置，透明基板102的厚度τ(x)必须是已知的，这要借助于独立测量，例如通过任何合适的常规方法进行测量。

目标112应当比透明基板平面中所关注的区域更宽，以便为准确厚度分布的确定提供所有有意义的点。目标112的具体尺寸取决于透明基板的楔角ω。更大的楔角将需要更宽的目标。在垂直于拉制方向60(在透明基板是拉制工艺中的玻璃带的示例中)的方向上，目标112相对于透明基板102的最佳相对位置取决于正楔角和负楔角的存在。在实践中，系统的布置可通过目标图像中色饱和度较低的区域的存在来测试。若除目标光源外没有其他光源对目标图像的形成起作用，在目标图像中明显呈黑色的区域对应于离开目标区域，例如离开透明基板。

根据本文所述的示例，目标112通常设置成平行于透明基板的邻近要确定厚度的区域的主表面。如上文所述，一种这样的区域是拉制工艺中的玻璃带的厚边区。因此，在一些实施方式中，合适的目标112设置成沿着正被拉制的玻璃带的边缘部分靠近厚边区，目标的取向通常平行于邻近目标的主表面。在这种情况下，变化的目标属性这样取向，使它在垂直于透明基板(玻璃带)与目标之间相对运动方向(例如垂直于拉制方向)的方向上变化。

在一种实施方式中，如图4所示，目标112包括色相(颜色)属性，该属性在垂直于拉制方向60的方向上变化，或者更一般地，在垂直于基板表面的母线的方向上变化。该方法适用于其表面可在数学上描述为广义圆柱表面[即多条直线平行于给定直线(母线)，并通过平面中的曲线(准线或表面轮廓)]的基板。对于基本上接近于上面定义的广义圆柱表面的一些表面，求平均值(例如在拉制方向)可对确定玻璃流量产生可接受的准确性。图4是梯度色相目标的一个示例，尽管在图中表示为灰度图；图4还以图形显示了红R(短划线)、绿G(实线)和蓝B(点划线)颜色成分随色轮位置(度)的变化，以得到图4所示的色相梯度目标112。因此，目标112的最左侧边缘142构造成仅具有最高强度的红色相。参见图4中的图像，红色强度恒定保持在最大值，而绿色强度在从左到右的方向上增加，直至达到H＝60°的最大值，其中H在这里表示色相。然后，红色强度减小，同时绿色强度恒定保持在最大值，直到H＝120°，此时红色强度达到最小值。在从H＝0到H＝120°的跨度上，蓝色成分保持为最小值。从H＝120°到H＝180°，绿色成分恒定保持在最小值，而蓝色成分增加到最大值。在H＝180°与H＝240°之间，蓝色成分恒定保持在其最大值，而绿色成分减小到最小值。在H＝120°与H＝240°之间的跨度上，红色成分保持在其最小值。在H＝240°与H＝300°之间，红色成分增加到最大值，而蓝色成分保持恒定在其最大值，绿色成分保持恒定在在其最小值。最后，在H＝300°与H＝360°之间，红色成分恒定保持在其最大值，绿色成分恒定保持在其最小值，蓝色成分从其最大值减小到其最小值。因此，在目标右侧边缘144的色相是纯红色。可以看到，在本示例中，目标112是RGB颜色目标，它包含具有约360度圆周的色轮的色相。然而，应当理解，本文所表达的目标112是平坦目标，因而其变化发生在线性方向上。还应指出，在附图中以及上述提供的色相变化仅仅是一个示例。只要属性变化是已知的，可以采用许多其他的属性变化的示例。事实上，在一些示例中，变化的属性可以简单地是色调变化(即在颜色理论中也称作明度或数值)。例如，目标可从一个边缘的黑色变到相对边缘的白色，并且在从一个边缘到相对边缘的区域在灰度范围变化。然而，色调的连续灰阶变化会插入测量误差，因为主变化是强度变化，并且光学系统的光学特性(例如作为透明基板的特性的结果)会影响从系统透射的光的强度，因而影响测量结果。

若目标是色相梯度目标，则用构造成记录颜色的光学传感器116获取光线在通过透明基板102之后产生的图像，所述光线携带来自目标112的色相信息。为了确定目标的色相变化与所捕集的图像的色相变化之间的对应关系，可进行校正程序。在校正程序中，在不存在透明基板的情况下获取目标图像。依据此图像，针对色相的图像位置,在目标位置x_t与相应色相值H之间建立对应关系，例如采用内插函数x_t(H)的形式。若目标与图像之间的关系是线性的，则这种对应关系可变得更简单，虽然并不要求必须是线性关系。例如，图5显示了通过光学传感器116获取的初始色相模式。如图所示，图5中色相对位置的依赖关系明显是非线性的，这会损害低斜率区域中位置的准确性。然而，可补偿色相位置的依赖性，使色相梯度恒定。例如，在一些实施方式中，可调整光学传感器电路的增益和偏压。作为附加或替代方式，这种补偿可用控制器或计算机中的软件实施，所述控制器或计算机构造成控制测量过程。图6显示了经过校正的色相图像模式的图像，这种情况说明了所获取的色相图像与像素位置之间的线性关系，色相通过光学传感器116在像素位置获取，同样不存在透明基板102。

在测量过程中，对于通过光学传感器116获取的图像中的多个点，确定光学传感器上的色相值H，并计算对应的目标位置和透明基板平面位置。然后，利用方程式(4)和(5)确定局部楔角ω随透明基板平面位置的变化关系。楔角ω的正切表示玻璃厚度对x坐标的偏导数。从厚度已知的点开始，对关于x的导数求积分，得到透明基板在成像区域的厚度分布。也就是说，随位置变化的多个厚度(按顺序集合)提供厚度分布。例如，在对沿拉制方向60由玻璃制造设备拉制的玻璃带的厚边区64进行厚度测量的一些实施方式中，可沿着垂直于拉制方向60的直线进行多次厚度测量。已知厚度的测量也可在该直线上，例如在品质区62中，但仍然在通过光学传感器116成像的区域内。

图7显示了通过光学传感器116获取的目标图像的示例，用来产生目标图像的玻璃带的厚边部分的实际横截面图对齐置于目标图像下方。区域146中所示的竖直的系列短划线表示厚边区上边缘辊的滚花表面造成的厚度的陡然变化。从横截面图可以看到，样品包含的空隙148被排除在厚度分布的厚度值之外，因为它们对穿过透明基板的光线偏折没有显著作用。可以观察到，色相的各区域(在图中再次示为灰度图)出现在图像中，这些区域不对应于该色相在目标中的位置(参见图4中的目标以资比较)，显示了局部楔角的影响。例如，区域150中所示的色相与相对于目标112的正常位置明显偏离。

由图7中所获取的目标图像得到的玻璃厚度分布示于图8，同样将成像厚边区的横截面图与厚度分布对齐。短划线152代表根据本发明方法获得的厚边区的厚度分布随“x”的变化，而实线154代表通过手工测量厚边区横截面图像得到的厚度分布。已知厚度在图线极右侧(即从玻璃带边缘起x＝27毫米处)获得。数据显示了两种测量结果之间良好的一致性。事实上，根据本公开内容进行的光学测量似乎比手工测量更完整地表达了厚边区的滚花区域。应当指出，在“y”方向(平行于拉制方向60)的光学数据未经求平均值来获得图7中线152所示的厚度分布，尽管在“y”方向上求平均值可以进行(例如在拉制方向上)。也就是说，图6中的色相图可想象为由行和列组成，其中“y”列存在于所获取的每个“x”位置。每个“x”位置代表“y”方向上的多个厚度值。因此，在“y”方向上的计算的厚度值可针对每个“x”位置求平均值。“x”方向上的步长可由使用者选择。例如，可在光学传感器的每个像素处获取数据。根据系统的噪声，可对若干像素计算数据的平均值，例如，每2个像素、每5个像素等求平均值，具体取决于沿着玻璃带宽度所需的厚度分辨率等。若已知厚度表达为τ(x₀,y₀)，其中y轴在图3中纸面之外，则在相邻的“x₀+Δx”位置(位于“y₀”位置的交点)的厚度τ(x₀+Δx,y₀)可计算为：

τ(x₀+Δx,y₀)＝τ(x₀,y₀)+Δx·tanω₀ (6)

其中Δx是在“x”方向上的已知厚度点与所需厚度点之间的距离，ω₀是根据光学传感器116获取的图像，利用方程式(4)和(5)确定的在此x位置的基板楔角。不过，也可利用其他数字积分方法计算厚度分布。对于基板的基本上呈圆柱形的表面，厚度数值可在y方向上求平均值。

如上文所表明，可对目标112加以选择，使另一种不同的视觉属性发生变化。因此，目标模式不限于色相变化。例如，在另一种实施方式中，目标112可包含色调不同的两个区域，例如黑色与白色，或者黑色与灰色，或者两种数值的灰色，或者它们的组合。两种色调之间的边界可以有角度，例如相对于目标与玻璃基板之间的相对运动方向，例如在垂直于拉制方向的方向上。在与所追求的厚度分布的方向相反的方向上，例如在目标与移动的玻璃带之间的相对运动方向上，如果厚度分布不显著改变，那么根据光学传感器116在相应竖直位置获取的图像的色调，可推断来自各个点的起始光线。在此情况下，光学传感器116可构造成记录黑色和白色(和/或灰色度)而不是彩色。

在上文所述两种色调目标的情况下，分析与前文所述用于色相目标的分析相同，不同之处在于厚度变化表现为一种色调侵入另一种色调的区域。图9显示了合适的目标212的一个示例，其中视觉属性是色调。如图9所示，采用两种色调区域，黑色区域160和灰色区域162。黑色区域160和灰色区域162沿着对角线164分开。因此，与前面的色相目标不同，本实施方式的目标间断变化而不是连续变化。如前文所述，目标相对于透明基板102定位，靠近并总体上平行于透明基板上要分析厚度的部分。

与前述实施方式一样，首先进行校正，以确定不存在透明基板102时通过光学传感器116获取的目标图像与色调目标112之间的对应关系。然后，可分析所获取的图像，利用校正步骤获得的对应关系，确定所获取的目标图像上的每个点对目标上的竖直线的偏移(x_t)。可对所获取的目标图像应用强度阈值，以更好地区分目标图像中一种色调侵入另一种色调的区域。例如，图10呈现了通过光学传感器116获取的目标图像，而图11呈现了应用强度阈值过滤器之后的目标图像。可以看出，在应用阈值过滤器之后，一种色调侵入其他色调区域的区域更加清晰可见。

通过考虑图11中的峰“A”，可以更形象地看到前面所述的情况，峰“A”代表目标图像上一种色调已经侵入另一种色调空间的位置。峰可结合行-列网格理解，其中峰A对应于特定的竖列“C”与特定的横行“M”的交点。根据前面确定的不存在透明基板102时目标与目标图像之间的对应关系，峰A沿着行“M”与目标图像上横行“M”跟对角线164’相交的位置A’之间的水平距离决定了x_t。更简单地说，该对应关系是目标与目标图像之间的映射函数。一旦确定目标图像上的点A’(例如A与A’之间的距离)，即可利用映射函数确定相对于目标的对应距离x_t。然后，可按照前文所述相同的方式，根据方程式1-5，利用数值x_t计算局部楔角ω，所述局部楔角又可用于计算透明基板在x_t处的厚度，该计算同样采用前文所述的方法。通过计算图像上多个位置的厚度，可按照前文所述的相同方式确立厚度分布。

根据前面公开的内容应当显而易见的是，透明基板(如拉制过程中玻璃带的厚边区)的厚度分布，可用来确定所测区域的重量。例如，将玻璃带拉过装置100时，可进行连续厚度测量，使沿着厚边区宽度的厚度分布随拉制方向上距离的变化是已知的。不仅如此，在玻璃带移动通过测量装置10时进行的连续测量可形成随玻璃带上竖直距离变化的厚度分布。利用玻璃的密度和所测区域的尺寸，可确定每单位玻璃带长度的重量。然后，可利用该重量连同拉制速率来计算玻璃的流速(即形成玻璃带的熔融玻璃的流速)。

还应指出，可利用沿着两个维度变化的属性建立二维目标。例如，可利用基于Lab色空间(有时记作L*a*b或L-a-b)的目标提供两个维度上的色相变化。Lab色空间包括代表亮度的“L”维度，以及代表对抗颜色维度的“a”和“b”，例如沿着“a”轴的红-绿和沿着“b”轴的黄-蓝。Lab色空间基于CIE 1976色空间，有充分的文献记载，不再赘述。因此，前面的分析可沿多个维度进行，以获得区域厚度分布。

对本领域的技术人员而言显而易见的是，可以在不偏离本公开内容的精神和范围的前提下对本发明的实施方式进行各种修改和变动。因此，本发明人的意图是使本公开内容覆盖这些修改和变动，只要这些修改和变动在所附权利要求和其等同内容的范围之内。

Claims (18)

1.一种表征透明基板的方法，所述方法包括：

在第一位置测量透明基板的第一厚度，其中透明基板在该第一位置的相对表面基本上平行；

在第二位置确定透明基板的局部楔角，其中在该第二位置的相对表面基本上不平行，其中确定局部楔角包括：

用成像系统透过透明基板对目标成像，以获得目标图像，所述目标包含至少一个属性，该属性沿着目标的第一维度变化；

确定由目标图像获得的所述至少一个属性相对于目标的空间偏移；

利用目标与目标图像之间的所述至少一个属性的空间偏移计算第二位置的局部楔角；以及

利用所述局部楔角和第一厚度计算玻璃基板在第二位置的第二厚度。

2.如权利要求1所述的方法，其中通过成像系统成像的区域包括第一位置。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述至少一个属性是色相。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述至少一个属性是色调。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括在透明基板与目标之间产生相对运动。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述透明基板是玻璃带。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述第二位置包含玻璃带的厚边区。

8.如权利要求6所述的方法，其中所述玻璃带沿拉制方向移动。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述至少一个属性在垂直于拉制方向的方向上变化。

10.如权利要求1所述的方法，其中所述利用所述至少一个属性的空间偏移计算第二位置的局部楔角的步骤包括利用该空间偏移计算所述至少一个属性的角偏差。

11.如权利要求1所述的方法，其中所述目标包含沿着目标的第二维度变化的第二属性。

12.如权利要求8所述的方法，其中所述玻璃带由熔融玻璃流形成，所述方法还包括：

在垂直于拉制方向的方向上，在玻璃带厚边区内的多个位置确定多个局部楔角；

计算厚边区在所述多个位置的厚度，获得厚边区的厚度分布；

利用厚度分布获得厚边区的重量；

利用厚边区的重量获得计算的熔融玻璃流速；以及

根据计算的流速控制熔融玻璃的实际流速。

13.一种表征玻璃带的方法，所述方法包括：

在拉制方向上由一定体积的熔融玻璃拉制玻璃带；

在第一位置测量玻璃带的第一厚度，其中玻璃带在该第一位置的相对表面基本上平行；

在垂直于拉制方向的方向上，测量玻璃带在多个位置的楔角，以获得多个楔角，其中所述多个位置的相对表面基本上不平行，其中测量楔角包括：

用成像系统透过玻璃带对目标成像，以获得目标图像，所述目标包含至少一个特征，该特征在垂直于拉制方向的方向上沿着目标变化；

确定由目标图像获得的所述至少一个特征相对于目标的空间偏移；

利用所述空间偏移计算楔角；以及

利用所述多个楔角和所述第一厚度计算玻璃带的厚度分布。

14.如权利要求13所述的方法，其中相对于玻璃带的中间部分，所述多个位置位于玻璃带的增厚边缘部分内。

15.如权利要求13所述的方法，其中所述第一位置与所述多个位置处于一条线上。

16.如权利要求13所述的方法，其中所述至少一个特征是色相。

17.如权利要求13所述的方法，其中所述至少一个特征是色调。

18.如权利要求13所述的方法，其中所述方法还包括：

利用厚度分布获得厚边区的重量；

利用厚边区的重量获得计算的熔融玻璃流速；以及

根据计算的流速控制熔融玻璃的实际流速。