CN203190948U - 一种透明基板厚度检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及检测装置技术领域，公开了一种透明基板厚度检测装置，包括激光器、棱镜和图像传感器，其中：激光器发出的激光入射线与待检测透明基板呈设定夹角；棱镜设置于待检测透明基板和图像传感器之间，对待检测透明基板反射和折射出的多条激光出射线进行扩散；图像传感器检测经棱镜扩散后的多条激光出射线的间距信息，根据透明基板厚度与激光出射线扩散后间距的对应关系得到待检测透明基板的厚度。该方案图像传感器可以检测到相对较为精确的间距数据，计算出较为精确的透明基板厚度，该透明基板厚度检测装置具有较高的检测精度，可用于较薄透明基板的厚度检测。

Description

一种透明基板厚度检测装置

技术领域

本实用新型涉及检测装置技术领域，特别是涉及一种透明基板厚度检测装置。

背景技术

在平板显示装置中，薄膜晶体管液晶显示器（Thin Film Transistor LiquidCrystal Display，简称TFT-LCD）具有体积小、功耗低、制造成本相对较低和无辐射等特点，在当前的平板显示器市场占据了主导地位。

在TFT-LCD的制造过程中，为避免对设备和产品产生影响，需要对不同厚度的透明基板（例如玻璃基板）进行区分。目前，大部分厂家凭借经验和系统化的管理进行区分，一旦出现混淆，极易导致生产事故。

现有的一种透明基板厚度检测装置如图1所示，包括激光器1和CCD（Charge-coupled Device，电荷耦合元件，简称CCD）图像传感器3。激光器发出1的激光线以一定夹角射向透明基板10上表面，经过透明基板10的反射与折射形成多条平行的激光线从透明基板10上表面射出，图像传感器3对这些平行的激光线进行图像采集，得到激光线间距，然后根据激光线间距、透明基板10的折射率、入射角等数据计算得到透明基板10的厚度。

该现有技术存在的缺陷在于，当透明基板10的厚度较薄时图像传感器3所得到的激光线间距也较小，透明基板10厚度检测装置的检测结果误差较大，这对生产仍然存在一定的不良影响。

实用新型内容

本实用新型提供了一种透明基板厚度检测装置，用以提高透明基板厚度检测装置的检测精度。

本实用新型透明基板厚度检测装置，包括激光器、棱镜和图像传感器，其中：

所述激光器发出的激光入射线与待检测透明基板呈设定夹角；

所述棱镜设置于待检测透明基板和图像传感器之间，对待检测透明基板反射和折射出的多条激光出射线进行扩散；

所述图像传感器检测经棱镜扩散后的多条激光出射线的间距信息，根据透明基板厚度与激光出射线扩散后间距的对应关系得到待检测透明基板的厚度。

优选的，所述棱镜面向图像传感器的一侧具有V形凹槽，所述棱镜面向待检测透明基板的一侧为与多条激光出射线垂直的棱镜平面，所述多条激光出射线射入棱镜的棱镜平面，且其中一条从V形凹槽的顶角射出，至少一条从V形凹槽的槽壁射出。

优选的，所述棱镜面向图像传感器的一侧为与多条激光出射线垂直的棱镜平面，所述棱镜面向待检测透明基板的一侧具有V形凹槽，所述多条激光出射线中，其中一条射向V形凹槽的顶角；至少一条射向V形凹槽的槽壁。

较佳的，所述棱镜具有对称结构，对称轴为V形凹槽的顶角线，所述激光出射线为三条，其中位于中间的一条射向V形凹槽的顶角，所述透明基板厚度与激光出射线扩散后间距的对应关系为：

$\mathrm{\β}=\arcsin \left(\frac{\cos \frac{\mathrm{\α}}{2}}{n}\right)$

$\mathrm{\β}=\arcsin \left(\frac{\cos \frac{\mathrm{\α}}{2}}{n}\right)$

其中，D'为图像传感器检测得到的三条激光出射线经棱镜扩散后的最大间距；H为透明基板的厚度；L为棱镜平面至图像传感器的距离；U为透明基板的折射率；T₀为激光入射线的入射角；β为射向V形凹槽的槽壁的激光出射线在棱镜中的折射角；α为V形凹槽的顶角；

为射向V形凹槽的槽壁的激光出射线经过棱镜平面的出射角；n为棱镜的折射率。

优选的，所述图像传感器为线阵电荷耦合元件图像传感器。

优选的，所述激光器包括将散光汇聚成线光的准直透镜。

可选的，所述准直透镜为柱面镜或凸透镜。

在本实用新型技术方案中，设置于待检测透明基板和图像传感器之间的棱镜可以将待检测透明基板反射和折射出的多条激光出射线进行扩散，使激光出射线在扩散后间距放大，因此，相比于现有技术，图像传感器可以检测到相对较为精确的间距数据，计算出较为精确的透明基板厚度，该透明基板厚度检测装置具有较高的检测精度，可用于较薄透明基板的厚度检测。

附图说明

图1为现有透明基板厚度检测装置的工作原理示意图；

图2为本实用新型透明基板厚度检测装置第一实施例的工作原理示意图；

图2a为本实用新型透明基板厚度检测装置第一实施例的激光出射线经过棱镜的光路示意图；

图3为本实用新型透明基板厚度检测装置第二实施例的工作原理示意图。

附图标记：

10-透明基板         1-激光器         2-棱镜

3-图像传感器        4-V形凹槽        5-棱镜平面

6-准直透镜

具体实施方式

为了提高透明基板厚度检测装置的检测精度，本实用新型实施例提供了一种透明基板厚度检测装置。在本实用新型技术方案中，在待检测透明基板和图像传感器之间设置一棱镜，对待检测透明基板反射和折射出的多条激光出射线进行扩散，使激光出射线在扩散后间距放大，这样，图像传感器可以检测到相对较为精确的间距数据，计算出较为精确的透明基板厚度，该透明基板厚度检测装置具有较高的检测精度，可用于较薄透明基板的厚度检测。为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本实用新型作进一步详细说明。

如图2所示的实施例，本实用新型透明基板厚度检测装置，包括激光器1、棱镜2和图像传感器3，其中：

激光器1发出的激光入射线与待检测透明基板10呈设定夹角；

棱镜2设置于待检测透明基板10和图像传感器3之间，对待检测透明基板10反射和折射出的多条激光出射线进行扩散；

图像传感器3检测经棱镜2扩散后的多条激光出射线的间距信息，根据透明基板厚度与激光出射线扩散后间距的对应关系得到待检测透明基板10的厚度。

在本实用新型的各个实施例中，透明基板10的具体材质不限，透明基板厚度检测装置可以对玻璃基板、树脂基板等多种材质的基板进行厚度检测。激光器1发出的激光入射线与待检测透明基板10呈设定夹角，该设定夹角在0～90度之间，优选45度，可以根据具体的检测条件进行设定。

图像传感器3的具体类型不限，优选为线阵CCD图像传感器，即线阵电荷耦合元件图像传感器。线阵CCD图像传感器具有结构简单、成本较低的优点，广泛应用于产品尺寸测量和分类、非接触尺寸测量、条形码等众多领域。

激光器1包括将散光汇聚成线光的准直透镜6，准直透镜6可以将激光器1发出的散光汇聚成线光，以满足测量需要。准直透镜6可以为柱面镜或凸透镜等，可以安装于激光器1内部。

在本实用新型技术方案中，设置于待检测透明基板10和图像传感器3之间的棱镜2可以将待检测透明基板10反射和折射出的多条激光出射线进行扩散，使激光出射线在扩散后间距放大，因此，相比于现有技术，图像传感器3可以检测到相对较为精确的间距数据，计算出较为精确的透明基板厚度，该透明基板厚度检测装置具有较高的检测精度，可用于较薄透明基板的厚度检测。

棱镜2的具体结构形式不限，只要能够将待检测透明基板10反射和折射出的多条激光出射线进行扩散，使其间距放大即可，但优选具有较大放大倍数的棱镜结构。

如图2所示，在该实施例中，棱镜2的具体结构为：棱镜2面向图像传感器3的一侧为与多条激光出射线垂直的棱镜平面5，棱镜2面向待检测透明基板10的一侧具有V形凹槽4，多条激光出射线中，其中一条射向V形凹槽4的顶角；至少一条射向V形凹槽4的槽壁。

理论上，仅测量经棱镜2扩散后的相邻两条激光出射线的间距，通过一系列光学几何计算即可得到待检测透明基板10的厚度。但为了检测方便，节省运算时间并进一步提高检测精确度，可以选择三条激光出射线进行测量。

请继续参照图2所示，棱镜2具有对称结构，对称轴为V形凹槽4的顶角线，激光出射线为三条，其中位于中间的一条射向V形凹槽4的顶角，透明基板10厚度与激光出射线扩散后间距的对应关系为：

$\mathrm{\β}=\arcsin \left(\frac{\cos \frac{\mathrm{\α}}{2}}{n}\right)$

其中，D'为图像传感器3检测得到的三条激光出射线经棱镜2扩散后的最大间距；H为透明基板10的厚度；L为棱镜平面5至图像传感器3的距离；U为透明基板10的折射率；T₀为激光入射线的入射角；β为射向V形凹槽4的槽壁的激光出射线在棱镜2中的折射角；α为V形凹槽4的顶角；

为射向V形凹槽4的槽壁的激光出射线经过棱镜平面5的出射角；n为棱镜2的折射率。可以将U、T₀、L、β、α和n等参数存储入图像传感器3的控制器中。

参考图2所示，该透明基板厚度检测装置的工作原理为：激光器1发出的激光入射线P₀以设定夹角射入透明基板10，其中一小部分光束在透明基板的表面直接反射，即反射的激光出射线P₁，根据反射定律，反射角T₁与入射角T₀相等。大部分光束在空气与透明基板的界面发生折射，进入透明基板内部，然后一部分从透明基板的底面折射出（图中未示出），一部分（即P₂）在透明基板的底面发生反射并射向透明基板的顶面，射向透明基板顶面的光束一部分（即P₃）从透明基板的顶面折射出，一部分在透明基板的顶面发生反射并再次射向透明基板的底面，再次射向透明基板底面的激光束一部分从透明基板的底面折射出（图中未示出），一部分（即P₄）在透明基板的底面发生反射并射向透明基板的顶面，射向透明基板顶面的光束一部分（即P₅）从透明基板的顶面折射出。可见，依此类推，透明基板顶面共反射出一条激光出射线，折射出多条激光出射线，这些激光出射线的强度依次减弱，透明基板反射和折射出的多条激光出射线彼此平行且间距相等。

如图1所示，在现有技术中，图像传感器3直接检测透明基板10反射出的一条激光出射线和折射出的两条激光出射线，得到第一条激光出射线P₁和第三条激光出射线P₅的间距D。根据几何光学，该间距D与透明基板的厚度H呈线性关系，表达式为:

$D=\frac{2H*\sin \left({2T}_0\right)}{\sqrt{U^2-{\sin }^2\left(T_0\right)}}$

其中，D为图像传感器3检测得到的第一条激光出射线和第三条激光出射线的间距；H为透明基板10的厚度；U为透明基板3的折射率；T₀为激光入射线的入射角。

在现有技术中，如果透明基板10的厚度H较薄，则图像传感器3检测得到的第一条激光出射线P₁和第三条激光出射线P₅的间距D也较小，这对图像传感器3的检测精度提出了较高的要求。采用高精度的图像传感器无疑会增加设备成本，但采用低精度的图像传感器又无法准确检测。

本实用新型技术方案通过在待检测透明基板10和图像传感器3之间增设一棱镜2，可以改变激光出射线的角度，使之扩散，间距放大。如图2a所示，以一半棱镜为例，n为棱镜2的折射率，射向V形凹槽4的槽壁的激光出射线射入棱镜2的入射角为在棱镜2中的折射角为β，根据折射定律，入射角与出射角之间满足关系

从棱镜平面5射向空气的入射角

出射角为

，根据折射定律，入射角与出射角之间满足关系图像传感器3检测得到的三条激光出射线经棱镜2扩散后的最大间距

对比现有技术和本方案可以看出，图像传感器3所检测的间距值增大了

因此，本方案无需采用高精度的图像传感器即可检测较薄厚度的透明基板。

如图3所示，在该实施例中，棱镜2的具体结构也可以是：棱镜2面向图像传感器3的一侧具有V形凹槽4，棱镜2面向待检测透明基板10的一侧为与多条激光出射线垂直的棱镜平面5，多条激光出射线射入棱镜2的棱镜平面5，且其中一条从V形凹槽4的顶角射出，至少一条从V形凹槽4的槽壁射出。

从图3中可以看出，该结构的棱镜2同样可以将待检测透明基板10反射和折射出的多条激光出射线进行扩散，使激光出射线在扩散后间距放大，包括该棱镜2的透明基板厚度检测装置具有较高的检测精度，可用于较薄透明基板的厚度检测。

此外，本实用新型各实施例中，由于图像传感器3检测的是经棱镜2扩散后的多条激光出射线的间距信息，即使透明基板10在移动，也能够得到较为精确的检测数据，因此，本实用新型各实施例的透明基板厚度检测装置不但可以检测位于固定位置的透明基板的厚度，而且可以检测在线移动的透明基板的厚度，适用范围较广泛。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种透明基板厚度检测装置，其特征在于，包括激光器、棱镜和图像传感器，其中：

所述激光器发出的激光入射线与待检测透明基板呈设定夹角；

所述棱镜设置于待检测透明基板和图像传感器之间，对待检测透明基板反射和折射出的多条激光出射线进行扩散；

所述图像传感器检测经棱镜扩散后的多条激光出射线的间距信息，根据透明基板厚度与激光出射线扩散后间距的对应关系得到待检测透明基板的厚度。

2.如权利要求1所述的透明基板厚度检测装置，其特征在于，所述棱镜面向图像传感器的一侧具有V形凹槽，所述棱镜面向待检测透明基板的一侧为与多条激光出射线垂直的棱镜平面，所述多条激光出射线射入棱镜的棱镜平面，且其中一条从V形凹槽的顶角射出，至少一条从V形凹槽的槽壁射出。

3.如权利要求1所述的透明基板厚度检测装置，其特征在于，所述棱镜面向图像传感器的一侧为与多条激光出射线垂直的棱镜平面，所述棱镜面向待检测透明基板的一侧具有V形凹槽，所述多条激光出射线中，其中一条射向V形凹槽的顶角；至少一条射向V形凹槽的槽壁。

4.如权利要求3所述的透明基板厚度检测装置，其特征在于，所述棱镜具有对称结构，对称轴为V形凹槽的顶角线，所述激光出射线为三条，其中位于中间的一条射向V形凹槽的顶角，所述透明基板厚度与激光出射线扩散后间距的对应关系为：

$\mathrm{\β}=\arcsin \left(\frac{\cos \frac{\mathrm{\α}}{2}}{n}\right)$

其中，D'为图像传感器检测得到的三条激光出射线经棱镜扩散后的最大间距；H为透明基板的厚度；L为棱镜平面至图像传感器的距离；U为透明基板的折射率；T₀为激光入射线的入射角；β为射向V形凹槽的槽壁的激光出射线在棱镜中的折射角；α为V形凹槽的顶角；

为射向V形凹槽的槽壁的激光出射线经过棱镜平面的出射角；n为棱镜的折射率。

5.如权利要求1～4任一项所述的透明基板厚度检测装置，其特征在于，所述图像传感器为线阵电荷耦合元件图像传感器。

6.如权利要求5所述的透明基板厚度检测装置，其特征在于，所述激光器包括将散光汇聚成线光的准直透镜。

7.如权利要求6所述的透明基板厚度检测装置，其特征在于，所述准直透镜为柱面镜或凸透镜。

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