CN203053888U - 用于确定玻璃表面的表面质量的表面评估装置 - Google Patents

用于确定玻璃表面的表面质量的表面评估装置 Download PDF

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P·R·勒布朗
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Abstract

本实用新型涉及用于确定玻璃表面的表面质量的表面评估装置。该装置包括：支撑玻璃板的支撑组件；在由支撑组件支撑的玻璃表面上沉积一滴剂图案的滴剂分配装置，其中，相邻的滴剂具有预定的沉积尺寸和预定的沉积间隔；产生滴剂图案的滴剂信息及提供滴剂信息到控制器的视觉装置；其中所述控制器基于所述滴剂信息来确定参数之外的条件的存在。

Description

用于确定玻璃表面的表面质量的表面评估装置
相关申请的交叉引用
根据美国法典第35章第120条，本申请要求于2011年11月30日提交的美国申请第13/307,418号的优先权，该申请的内容通过参考全文结合于此并作为本文的依据。
技术领域
本说明书总体涉及用于确定玻璃表面的表面质量的装置和方法。
背景技术
用做显示器(例如LCD和有机发光二极管(OLED)显示器)的基底的玻璃板，需要具有干净的表面和没有微粒、薄膜等。在整理工序的末尾，经常通过大规模的清洗和烘干来清洁玻璃板。相应地，已经采取努力来发现检查玻璃板表面的有效方式以确定玻璃板的表面质量。
在清洗步骤后留在玻璃上的非常薄的残渣层可在纳米级上被测量，这些残渣不能足够地改变光的反射、折射、散射、偏振而使用传统的光电传感器来测量。目前没有定量的测量技术来用于大容量高速度的表面区域清洁度的检查。
实用新型内容
这里公开了本实用新型的几个方面。可以理解的是这些方面也许彼此重叠，也许不彼此重叠。因而，一个方面的某个部分可能落入另一个方面的范围，反之亦然。
通过许多实施方式对每一方面进行了说明，每一方面反过来可包括一个或多个特定实施方式。应当理解，实施方式可能彼此重叠，或者可能不彼此重叠。因而，一个实施方案的一部分或者其特定实施方案可能落入或者可能未落入另一实施方案或其特定实施方案的界限内，反之亦然。
本实用新型公开的第一方面涉及一种用于确定玻璃表面的表面质量的表面评估装置，该装置包括：
支撑玻璃板的支撑组件；
在由支撑组件支撑的玻璃表面上沉积滴剂图案的滴剂分配装置，其中，相邻的滴剂具有预定的沉积尺寸和预定的沉积间隔；
产生滴剂图案的滴剂信息以及提供滴剂信息到控制器的视觉装置；
其中所述控制器基于所述滴剂信息来确定参数之外的条件的存在。
在本实用新型公开的所述第一方面的某些实施例中，所述视觉装置包括一个或多个用于探测玻璃表面上滴剂图案存在的相机。
在本实用新型公开的所述第一方面的某些实施例中，所述滴剂包括墨水，并且滴剂分配装置包括喷墨印刷单元。
在本实用新型公开的所述第一方面的某些实施例中，使用照亮装置照亮所述滴剂图案。
在本实用新型公开的所述第一方面的某些实施例中，所述滴剂每滴具有在大约1皮升到大约80皮升之间的预定体积。
玻璃基底和制造玻璃基底的方法的其它特点和优势将会在下面进行详细描述，其中的一部分对本领域的熟练技术人员通过这里的描述之后将会是显而易见的，或者通过实施这里描述的实施方式，包括下面的详细描述，权利要求书以及附图从而认识到。
应当理解，前面的概括描述和后面的详细描述都描述了多个实施方式，并且都是为了提供一个总的看法或者框架，从而有助于理解所要求保护的主题的本质和特点。附图也是为了更好的理解多个实施方式，附图被加进来并组成了本说明书的一部分。附图示出了这里描述的不同实施例，它和文字说明一起阐述了要保护的主题的原理和具体操作。
附图说明
图1是表面评估装置的一实施例的透视图；
图2是用于图1中表面评估装置的宏视觉相机的实施例的示意图；
图3示出了用于确定液体滴剂在刚性平面上的接触角的杨氏方程；
图4示出了由于玻璃表面上界面化学的变化而导致的自由空间滴剂所产生的在刚性平面上不同滴剂形状的示例；
图5是一个暗场，低放大率图像，其是使用图1中表面评估装置的宏视觉相机装置获得的图像的示例；
图6是图1中表面评估装置中使用的宏视觉相机装置的实施例的示意图；
图7是一个亮场显微图像，其是使用图1中表面评估装置的宏视觉相机装置获得的图像的示例；
图8示出了利用一图像处理算法过滤后的图7中的图像，该法则高亮了感兴趣的区域；
图9是图1中的表面评估装置的示意图；
图10示出了使用图1中的表面评估装置来确定玻璃表面的表面质量的方法的实施例。
具体实施方式
康宁公司开发了一种被称为融合工艺(例如下拉法)的工艺，该工艺形成能用于像平板显示器之类的多种装置上的高质量的薄玻璃板。所述的融合工艺是一种用于生产用在平板显示器上的玻璃板的技术，因为这些玻璃板比用其它方法生产的玻璃板具有更优良的平整度和平滑度的表面。关于所述的融合工艺的的详细说明，可以参考美国专利US3338696和US3682609。这些专利的内容作为参考合并在这里。
使用融合工艺或其它任何合适的玻璃形成工艺形成的玻璃板在形成后可在一个或多个清洗工位被清洗。微粒、薄膜和/或涂层可通过单独使用大量清洁剂包或与刷洗和/或超声清洗相结合的方式从玻璃板上被清除。水基超声清洗或刷洗或它们的结合适合于从玻璃表面清除污染物或其它材料。清洁剂可用来清除例如油污材料和微粒的污染物。水性清洁剂溶液可在2-8％的浓度下使用并且具有碱性的PH值。清洁温度在约20℃到75℃之间是合适的，更高的温度通常会更有效地去除涂层、微粒和有机污染物。清洁时间可在2到15分钟。
玻璃表面残留的污点，例如在清洗过程后剩下的，可引起贯穿玻璃表面的显著的表面张力的变化。这里描述的表面评估装置通过使用机器视觉和图像处理来提供确定玻璃表面的表面质量从而对残留污点的存在进行量化和说明。
参考图1，表面评估装置10包括水平支撑组件12、滴剂分配装置14和视觉装置16。所述的水平支撑组件12可由框架支撑并且包括前部18、后部20和侧部22和24。一支撑表面26位于前部18、后部20及侧部22和24之间，并且可由传送装置28形成，传送装置包括例如气动工作台29和可移动的玻璃夹持机构31或其它例如传送带、滚轮等能够沿着支撑表面26精确地移动玻璃板的传送部件。在其它实施例中，所述的支撑表面26可不包括任何传送部件，并且可由一个或多个面板、条棒等组成。水平支撑组件12在水平方向上支撑玻璃板(未示出)在滴剂分配装置14和视觉装置16之下。
所述的滴剂分配装置14可包括印刷头单元32，例如包括一个或多个印刷头的喷墨印刷头单元。所述的印刷头单元32可沿着横杆支撑36在垂直于送料方向(用箭头38表示)的方向上移动。横向电动机可用于所述印刷头单元32沿着横杆支撑36的移动。在一些实施例中，例如那些使用传送装置28的，当包括玻璃夹持机构31的传送装置28在送料方向38上移动玻璃板时，横杆支撑36可以是固定的。在另一些实施例中，所述的印刷头单元32可在送料方向上移动。例如，横杆支撑36在轨道上可移动地设置在水平支撑组件12上。来自气动工作台29的空气可用于维持玻璃板和支撑表面26之间的空间。马达或其它致动装置可用于在送料方向38上移动横杆支撑36和印刷头单元32。螺杆传动装置例如可用于控制横杆支撑36和/或印刷头单元32的移动。
所述的印刷头单元32可被控制为允许印刷头的操作在玻璃板的玻璃表面上选择性地印刷滴剂图案。任何合适的印刷推进方法可被使用，例如热敏DOD(按需喷墨方法)喷墨和压电按需喷墨技术。用于印刷头单元32和传送装置28的驱动和印刷头的操作可通过控制器44(图9，例如计算机)程序控制从而在玻璃板的玻璃表面的预定位置来打印滴剂图案，所述的控制器包括用于存储编程图案、机械控制程序和关于在支撑平面26上的玻璃板106(图2)的性质及纵向位置及横向位置的实时数据的存储器。
[[0045]所述的印刷头单元32通过使用压电按需喷墨技术沉积墨水到玻璃板上。滴剂尺寸范围在大约1到大约80皮升，例如大约14到大约42皮升，相邻滴剂间的间隔为大约100到大约200微米。玻璃板106的厚度可达到大约50mm。比较大的玻璃板106可被使用，例如达到大约3.5m×3.5m或更大的玻璃板。可使用很多商业上可用的印刷头单元例如佳能公司和赛尔公司的。
视觉装置16可用于产生由印刷头单元32沉积的滴剂图案的滴剂信息。这里使用的，用于产生滴剂信息的术语“滴剂”包括湿滴剂、干滴剂以及湿滴剂和干滴剂之间的滴剂组成物的连续统一体。视觉装置16的细节在下面更详细地描述。滴剂信息可包括一个或多个图案信息，滴剂位置信息和滴剂尺寸信息。视觉装置16可与包括用于分析滴剂信息的逻辑电路的控制器44相连。
在一个示范性的实施例中，所述的视觉装置16包括一个或多个相机装置，例如宏视觉相机装置50和微视觉相机装置52。参照图2，所述的宏视觉相机装置50可包括一个或多个行扫描相机54和暗场照亮装置56。暗场照亮装置56可包括与所述行扫描相机54位于玻璃板106的同一边的线性光源58，线性光源朝向玻璃板106发射一与垂直方向具有倾斜角度(例如在大约0到大约10度间的角α，例如大约5度)的光束60(或者与相机的视轴成一角度)。所述的宏视觉相机装置50可用于识别玻璃板106的玻璃表面上仅仅一部分或多部分上滴剂图案中感兴趣的区域。这些感兴趣的区域可通过由玻璃板106的表面的界面化学的变化引起的滴剂图案的光散射和/或反射的变化来指示。为了识别那些感兴趣的区域，行扫描相机54和暗场照亮装置56可选择为显现和照亮一横跨玻璃板106的玻璃表面的整个宽度的区域。多个行扫描相机54可被使用。在一些实施例中，只需要玻璃板106在进料方向的移动来显现玻璃板106的整个玻璃表面。然而，宏视觉相机装置50可利用其它扫描模式，例如玻璃表面的光栅扫描。
参照图3，行扫描相机54用于确定由于玻璃板106的玻璃表面的化学变化出现的感兴趣的区域，这导致了滴剂形状的改变。图3示出了液体滴剂(如墨水滴剂)润湿到刚性固体表面(例如玻璃板的表面)的接触角。当液体滴剂滴到这样的表面上时，形成了特征接触角θc并通过杨氏方程来确定
γSG＝γSL+γLG cosθc，
这里γSG、γSL和γLG分别表示固体和液体间的界面张力、液体和气体间的界面张力和固体和气体间的界面张力。滴剂与表面形成的平衡接触角用θc表示。杨氏方程可用于从涉及到的三种界面能的知识中预测液体滴剂在固体表面上的接触角。
图4示出了自由空间滴剂Df由于玻璃表面的表面化学变化引起的不同滴剂形状的实施例。对于一干净的玻璃表面区域C，滴剂D1具有可预知的形状，包括接触角和覆盖区P1。S1表示一区域，该区域内滴剂D2具有在污点上比在干净玻璃上要小的润湿能力，具有比滴剂D1更小面积的覆盖区P2和更大的接触角。相反的，S2表示一区域，该区域内滴剂D3具有在污点上比在干净玻璃上要强的润湿能力，具有比滴剂D1更大面积的覆盖区P3和更小的接触角。然而，这两种情况都能产生在校验和量化中需要的形态对比度。当与干净玻璃表面区域C相比时，能够通过使用宏视觉相机装置50来探测到一个或多个区域内的大量滴剂的这些变化。在一些实施例中，至少部分地依赖于墨水配方和污点类型，大约有约10％到75％的直径区别。
参照图5，一暗场、低放大率图片150被示出，该图片是使用宏视觉相机装置50获得的滴剂图案(参见图7中显示了滴剂图案的显微照片160)的图像的实例。所述的低放大率图片150仅仅是由宏视觉相机装置50获得的整个图像的一部分。部分地由于在干净的和有污点的区域的光散射和反射的不同，在图像150中有污点的区域S显示为相对亮区域并且提供一由这些感兴趣区域内的滴剂的光散射和/或反射特性表征的潜在的参数之外条件的指示。
一旦在滴剂图案内玻璃板106的玻璃表面上，有污点的区域S被识别出来，所述的微视觉相机装置52以更高的放大率来观察那些已知的位置。参照图6，微视觉相机装置52包括一个或多个面扫描相机62和亮场背光装置64。亮场背光装置64包括一在玻璃板106的与所述面扫描相机62相对的一侧的线性光源66，该光源发出一束穿过水平支撑表面26的开口并在垂直方向上(或者沿着面扫描相机62的视轴)朝向玻璃板106的光束68。所述的微视觉相机装置52可用于对滴剂尺寸和形状的高分辨率确认。面扫描相机62和亮场背光装置64可选择为显示和照亮仅仅横跨玻璃板106的玻璃表面宽度的一部分的分散滴剂的一相对小的区域。在一些实施例中，需要微视觉相机装置52和/或玻璃板106的横向与进料方向的移动来显现位于玻璃板106的玻璃表面上的滴剂图案。在一个实施例中，面扫描相机62可与印刷头单元32相连以便与其一起移动。
参照图7，一由低放大率图像150所获得的区域的亮场显微图像160被示出，这是一个通过使用微视觉相机装置52获得的图像的示例。图像160可以是滤波图像以形成示出的二元图像。如示例区域S所见，可以看到成群的具有不同尺寸、形状和/或间距的滴剂D，这可以通过微视觉相机装置52探测到。图8示出了进一步由基于预先选择的标准例如滴剂尺寸、滴剂形状、滴剂密度来消除滴剂图像的图像处理算法来过滤过的图像160，这高亮了感兴趣的区域S，指示了参数之外的条件。图像160被过滤以去除落在预先选择的标准之外的滴剂，以便当有污点区域的滴剂被去除时干净区域内的滴剂被保留。所述的过滤可通过控制器44或其它计算机装置完成。
参照图9，表面评估装置10的示意图包括水平支撑组件12、包含印刷头单元32的滴剂分配装置14，和包括行扫描相机54及面扫描相机62的视觉装置16。面扫描相机62和印刷头单元32都利用了同一驱动装置70(例如包括图1中的横杆支撑36)。行扫描相机54利用了同一驱动装置70或不同的驱动装置72或没有驱动装置。在一些实施例中，驱动装置70和72可以是同一驱动装置的一部分。在一些实施例中，驱动装置72可以与传送装置28相关联。暗场照亮装置56可与行扫描相机54相关联以及亮场背光装置64可以与面扫描相机62相关联。如上所述的，暗场照亮装置56可设置在与玻璃板106相同的一侧，亮场背光装置64设置在玻璃板106的与面扫描相机62相对的一侧。
控制器44(例如计算机)控制驱动装置70、72，印刷头32和视觉装置16的操作。控制器44也接收反馈自印刷头32和视觉装置16的信息。控制器44也接收来自多个传感器的信息，例如，用于定位玻璃板106在水平支撑表面26上的传感器。刻度线和制动器也用于水平支撑表面26的预定位置来探测玻璃板106的边缘极限。吸盘或其它机构或材料可用于牢牢地抓住玻璃板106。
参照图10，用于确定玻璃表面的表面质量的方法200包括在步骤202中将玻璃板106定位在水平支撑表面26上。所述的定位可以是手动的或自动的，例如使用机器人末端执行器、传送机等。在步骤204中，滴剂图案通过使用印刷头单元32被沉积在玻璃板106的玻璃表面。控制器44可以命令印刷头单元32以预定的尺寸和预定的相互间距来沉积滴剂。图案可以是很多形式中的一种，例如是具有成列成行的滴剂的矩阵。在步骤206中，视觉装置16中的行扫描相机54，利用暗场照亮装置56，通过有污点区域和干净区域的对比来探测玻璃板106上感兴趣区域的存在，并且发送图案和位置信息给控制器44。在步骤208中，所述的控制器44，通过使用图案和位置信息，可指引面扫描相机62到感兴趣的区域。在步骤210中，视觉装置16的面扫描相机62，利用亮场背光装置64，产生滴剂信息，滴剂信息可包括滴剂尺寸信息、滴剂形状信息和包括图案间距及光散射和/或反射信息的图案信息中的一个或多个。在其它实施例中，宏视觉系统50可用于产生滴剂信息，而不使用微视觉系统52。滴剂信息在步骤212中传送给控制器44。在步骤214中，控制器44分析所述的滴剂信息。在一些实施例中，控制器44对比滴剂信息的区域。在一些实施例中，控制器44将滴剂信息与存储在存储器中预定的滴剂外形进行对比。如果滴剂信息落在预定的滴剂外形之外和/或与其它的滴剂图案的区域形成对照，在步骤218中控制器44可提供一参数之外的条件的指示。如果滴剂信息落在了预定滴剂外形之内和/或没有与其它的滴剂图案的区域形成对照，在步骤220中控制器44可提供一参数之内的指示。任何合适的指示可被提供，例如光、声音、报告或者它们的组合。
许多液体材料可用于提供所述的滴剂。具有相对高表面张力(例如大于大约50dyne/cm)的墨水可使用。具有与污点的表面张力有很大不同的表面张力的墨水可放大图案区域间的对比度。更高表面张力的滴剂材料可产生更大的在滴剂尺寸上的形态对比度。具有高光学密度的墨水也可被使用，这些墨水可产生滴剂图像和周围区域间的更大的对比度。要考虑的其它参数可包括流体的喷射能力、流体的粘度和板状材料的表面特性。
以上描述的表面评估装置10可用于将预定表面张力的滴剂以高空间密度(100-200微米间距)精确地沉积在整张玻璃表面从而基于滴剂图案内的区域对比来评价清洗后的玻璃表面的清洁度。这是由于玻璃表面干净和有污点区域之间的表面张力不同。基于这种表面张力的不同来提供一对比机构。尺寸、形态、散射和反射对比以及滴剂的间距可通过使用表面评估装置10的视觉装置和图像处理来量化。
在一些实施例中，在清洗前和/或清洗后，一个或多个涂层可应用于玻璃板106上。在一些实例中，所述涂层在清洗步骤中会被清除，清除的效果可通过使用表面评估装置10来确定。当通过使用所述的表面评估装置10来完成玻璃表面清洁度的评估时，上述的表面评估装置10和方法可一般用于表征表面化学成分。作为一个例子，表面评估装置10可用于确定特殊表面涂层(例如用于粘附到表面上)的适应性。这里描述的方法和装置也可在一些表面上来确定表面粗糙度的变化。这些确定可至少部分地通过大量玻璃表面的表面能的分析来完成。上述的系统和工艺也可适用于非玻璃表面，例如一些金属和塑料表面。
本领域的技术人员显而易见的是，可以在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下对本实用新型进行各种修改和变动。因此，本文所述的各种实施方式的改良和变化，只要包括在所附权利要求书及其等同内容的范围之内，都包括在本实用新型范围之内。
C1.一种用于确定玻璃表面的表面质量的方法，该方法包括：使用滴剂分配装置在玻璃表面上沉积一滴剂图案，其中，相邻的滴剂具有预定的沉积尺寸和预定的沉积间距；使用视觉装置产生滴剂图案的滴剂信息；通过分析所述滴剂信息来确定参数之外的条件；并且提供参数之外的条件的指示。
C2.如C1所述的方法进一步包括使用视觉装置探测玻璃表面上滴剂图案的存在。
C3.如C1所述的方法，其中滴剂包括墨水以及滴剂分配装置包括喷墨印刷单元。
C4.如C1所述的方法，进一步包括：使用照亮装置照亮所述滴剂图案。
C5.如C4所述的方法，其中照亮装置是暗场照亮装置，并且所述滴剂信息包括来自滴剂图案的光反射和散射信息。
C6.如C4所述的方法，其中照亮装置是亮场背光装置，并且所述滴剂信息包括滴剂尺寸和形状信息。
C7.如C1所述的方法，其中所述滴剂每滴具有在大约1皮升到大约80皮升的预定体积。
C8.一种用于确定玻璃表面的表面质量的方法，所述方法包括：使用滴剂分配装置来在玻璃表面上沉积一个或多个滴剂图案，所述玻璃表面具有一干净、没有污点的区域和一有污点的区域，一个或多个滴剂的图案沉积在没有污点的区域和有污点的区域上；使用视觉装置来产生所述一个或多个滴剂图案的滴剂信息；并且使用控制器基于所述的滴剂信息来探测无污点区域中的滴剂与有污点区域中的滴剂的不同。
C9.如C8所述的方法，进一步包括当探测到无污点区域中的滴剂与有污点区域中的滴剂的不同时，提供参数之外的条件的指示。
C10.如C8所述的方法，进一步包括使用视觉装置探测玻璃表面上滴剂图案的存在。
C11.如C8所述的方法，其中滴剂包括墨水以及滴剂分配装置包括喷墨印刷单元。
C12.如C8所述的方法，进一步包括：使用照亮装置照亮所述滴剂图案。
C13.如C12所述的方法，其中照亮装置是暗场照亮装置，并且所述滴剂信息包括来自滴剂图案的光反射和散射信息。
C14.如C12所述的方法，其中照亮装置是亮场背光装置，并且所述滴剂信息包括滴剂尺寸和形状信息。
C15.如C8所述的方法，其中所述滴剂每滴具有在大约1皮升到大约80皮升的预定体积。
C16.一种用于确定玻璃表面的表面质量的表面评估装置，该装置包括：支撑玻璃板的支撑组件；在由支撑组件支撑的玻璃表面上沉积滴剂图案的滴剂分配装置，其中，相邻的滴剂具有预定的沉积尺寸和预定的沉积间隔；产生滴剂图案的滴剂信息及提供滴剂信息到控制器的视觉装置；其中所述控制器基于所述滴剂信息来确定参数之外的条件的存在。
C17.如C16所述的装置，其中所述视觉装置包括一个或多个探测玻璃表面的滴剂图案存在的相机。
C18.如C16所述的装置，其中滴剂包括墨水以及滴剂分配装置包括喷墨印刷单元。
C19.如C16所述的装置，进一步包括照亮所述滴剂图案的照亮装置。
C20.如C16所述的装置，其中所述滴剂每滴具有在大约1皮升到大约80皮升的预定体积。

Claims (5)

1.一种用于确定玻璃表面的表面质量的表面评估装置，其特征在于，所述装置包括：
支撑玻璃板的支撑组件；
在由支撑组件支撑的玻璃表面上沉积一滴剂图案的滴剂分配装置，其中，相邻的滴剂具有预定的沉积尺寸和预定的沉积间隔；
产生滴剂图案的滴剂信息及提供滴剂信息到控制器的视觉装置；
其中所述控制器基于所述滴剂信息来确定参数之外的条件的存在。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述视觉装置包括一个或多个探测玻璃表面上滴剂图案存在的相机。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，滴剂包括墨水，并且滴剂分配装置包括喷墨印刷单元。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括照亮所述滴剂图案的照亮装置。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述滴剂每滴具有在大约1皮升到大约80皮升的预定体积。
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