JP3231222U - 異形切断ガラス基板の分断縁検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像によるガラス基板の分断縁検査において、異形基板の分断縁においても、基板とカメラ等が干渉せず分断縁を検査することができる分断縁検査装置を提供する。【解決手段】異形切断ガラス基板Ａの分断面の撮像を捉えるカメラＣと、異形切断ガラス基板Ａの分断面に光を照射する照明Ｌと、カメラＣからのデーターを用いて分断面の判定を行う判定装置とからなり、カメラＣ及び照明Ｌを支持枠１１に固定し、支持枠１１又は異形切断ガラス基板Ａの一方又は両方を、少なくとも左右及び前後方向への移動及び上下方向を回転軸とした回動を自在とし、カメラＣと照明Ｌは異形切断ガラス基板Ａと同一平面を挟んで前後方向にずらして設置する。【選択図】図１

Description

この考案は、液晶パネル基板等の製造におけるガラス基板の切断工程後の、ガラス基板の分断縁を検査する装置に関し、更に詳しくは、異形に切断された異形切断ガラス基板のように分断縁が曲面であっても検査を容易にする異形切断ガラス基板の分断縁検査装置に関するものである。

液晶パネル基板等に用いられるガラス基板を高精度で切断するときは、図７（Ａ）で示すような半径２ｍｍ程のギザギザ形状の刃先２１ａを有するカッターホイール２１を用いており、図７（Ｂ）で示すように、カッターホイール２１が、ガラス３０の表面に２μｍ程食い込ませる状態で移動しつつ、刃先２１ａがガラス３０に衝突する時の衝撃によりリブ（リブマーク）３２と呼ばれる繰返し性のある波形状の断面が発生する。

また、図８は、図７（Ｂ）を断面方向から見た図であり、カッターホイール２１の刃先２１ａにより形成された割れ目の先端からガラス３０の内部に向かって高速に比較的平坦度の高い垂直クラックがはいる。この割れを浸透３３と呼んでいる。この浸透３３はカッター圧力をかける方向とほぼ同じ方向に進むため、ほとんどがガラス面におよそ直角となる。

なお、図８中、刃先２１ａの入り込んだ部分を刃先切り込み深さ３１ｄ、刃先切り込み深さ３１ｄより奥のリブ３２の深さをリブ深さ３２ｄ、浸透３３の深さを浸透深さ３３ｄ、ガラスが分断せず浸透３３が達していない領域の深さを浸透外領域深さ３４ｄとしている。

精度の良いガラス加工及び搬送を考えると、スクライブを行う工程と分断の工程を分離する必要がある。従って、浸透３３が発生してもガラス３０には割れていない部分は残す必要がある。

ところが浸透３３が浅い状態のガラス３０を負荷により分断すると、浸透３３先端からガラス３０内部にランダムに存在するマイクロクラックと負荷のかかり方の非再現性によって大きく斜めに割れる場合がある（図９中点線参照）。これは削げや欠けとなり、分断精度の低下をもたらす。

従って、浸透３３の深さをコントロールしてなるべく深く浸透３３を形成させ、ランダムにヒビが走る距離を少なくすることがガラスカットの品質向上に非常に重要となるが、浸透３３の安定した深さはリブ深さ３２ｄと関連しており、そのためカッターホイール２１の摩耗による不均一等によりリブ３２が安定して形成できていないと、浸透深さ３３ｄも安定せず、上記のような不具合が生じるおそれがある。

従来はラインからガラスを取り出し、小さく切ったガラス片に顕微鏡を使ってガラス断面の状態を監視したり撮像したりするのが一般的な方法である。ガラス搬送ラインから取り出さないために自動化する要望は以前より存在しており、それぞれガラス端面に対し様々な角度から光を当て、不具合の検出を行うものである（特許文献１乃至５参照）。

また、本件考案者は、先に他の方法として、レーザー変位計を用いて対象物の平面画像（明暗の画像データー）と、その対象物までの距離（対象物の高さ）を同時にデーターとして取り出すことができる３Ｄ変位計を用いてガラス断面を検査し、このデーターをディープラーニングにより学習済みデーターとの比較することでガラス基板のカッター圧入部、リブマーク部、浸透部の判定を行う方法を提案している（特許文献６参照）。

更に、本件考案者は、別の方法として、分断面に対して異なる方向から光を照射された複数の撮像を照度差ステレオ法を用いて得た分断面のテクスチャのデーターを用い、同様にディープラーニング等の手法を用いてガラス基板の分断面の様子を判定するガラス基板の分断縁検査装置をも提案した（特許文献７参照）。

特開２０１２−１８１０３２号公報 特開２０１８−１８７１７０号公報 国際公開ＷＯ２０１２／１５３７１８ 国際公開ＷＯ２０１７／０７３６２８ 特開２０１９−１３７６０６号公報 実用新案登録第３２２４０５４号 実用新案登録第３２２５９２２号

ところで、上記検査において、ガラス分断縁に沿って連続して撮像する際に、分断縁とカメラ及び照明が一定の角度と距離を保たず、場所によって分断縁とカメラや照明との角度や距離が変わってしまうと、得られた画像を不具合判断の判断材料とできないので、ガラス分断縁とカメラ及び照明の位置関係を一定に保つことが重要である。

また、通常ガラスの端面の計測においては、ガラス自体が正反射する性質があることと、ガラス断面が垂直方向からプラスマイナスの角度でずれる現象があるため、基本的にガラス断面に垂直にカメラを配置して、ガラス断面の方向ズレに広く対応させる構造をとるのが有利である。また、要求される分解能が高いため、比較的倍率が高いレンズを使用するため被写界深度が浅く、ガラス断面とレンズへの距離は一定距離を保つように検査前のアライメントが必要となる。

ここで、ガラス基板ａの周囲の分断面ｂを撮像するカメラＣと、分断面ｂを照射する照明Ｌは、お互いに干渉を避けるため、従来のガラス基板分断縁検査でのカメラＣと照明Ｌの一般的な配置は、図１０（（Ａ）平面図、（Ｂ）正面図）のように、ガラス基板ａと同一平面上にて少し横にずらせて配置している。

この分断縁の検査は、矩形状のガラス基板ａの場合は、分断縁部が直線状であるため、カメラＣや照明Ｌに対してガラス基板ａの分断縁を角度および距離を一定にした状態で、カメラＣ・照明Ｌ、又はガラス基板ａを載置固定したテーブルを相対的に直線に動かせばよく、例えばテレビ用の液晶などは四角形なので、分断面ｂに対し光学系を側面に垂直に配置しても実現上問題は発生しない。

また、四角形のコーナー部を斜めにカットした場合や、図１１に示すように、四角形のコーナー部を円弧状にカット（Ｒ ｃｕｔ）した場合でも、Ｇ−Ｃｏｄｅ等に従って移動する仕組みがあれば、カメラＣ及び照明Ｌを、規定されたラインＧに沿って移動させれば、この凸状の曲線部（以下、凸状部Ｅとする）に追随することができる。

しかし、近年液晶ガラス等はスマートフォン向けや車載用ディスプレイへの応用が進み、スマートフォンのデザインに応じたり車の内装やミラーの形状に合わせて周囲が矩形状ではなく曲面となった、いわゆる異形基板とされるものがあり、この異形基板の検査においても、撮像する分断縁とカメラ・照明との角度および距離を一定にしつつ分断縁に沿って撮像しなければならない。

ところで、異形基板はその形状が予め判明しているので、カメラ・照明、又は異形基板を載置固定したテーブルを、ｘ，ｙ方向に移動自在で、かつｙ軸を中心軸としたθ方向への回動自在とした移動体の上に設置し、予め異形基板の外観形状に合わせて移動体を相対移動させて撮像することで、ガラス基板の分断縁とカメラ・照明との角度および距離を一定に保つことで、分断縁全周にわたって連続した検査が可能となる。

この移動体のｘ，ｙ軸方向への移動およびｚ軸を回転軸としたθ方向への回動動作は、異形基板の外観形状に沿って移動する仕組みのプログラムされた数値制御の動作で自動的に行えるので、移動体を精度良く駆動できるのであれば問題は無い。

しかしながら、異形基板の形状では、図１１のような凸状部Ｅもあれば、図１２に示すように凹状に内側に入り込んだ曲線部（以下、凹状部Ｆという）がある場合もある。この凹状部Ｆにおいては、カメラＣと照明Ｌを縁部に沿って相対移動させる場合、凹状部ＦにてカメラＣや照明Ｌがガラス基板ａの縁部と干渉してしまう問題が生じることがある。

この考案の目的は、上記のような課題を解決し、撮像による異形切断ガラス基板の分断縁検査装置において、異形切断ガラス基板の分断縁においても、基板とカメラ等が干渉せず分断縁を検査することができる装置を提供するものである。

上記の課題を解決するため、この考案は、上面に異形切断済みのガラス基板の下面を荷受けするように設けたテーブルと、このテーブルに前記荷受けしたガラス基板を保持するように設けた吸引保持手段と、上記テーブルの辺縁外側に配置して前記ガラス基板の分断面の撮像を捉えるように設けたカメラと、前記ガラス基板の分断面に光を照射する照明と、前記ガラス基板の分断面に反射した前記照明の光を捉えるカメラからのデーターを用いて分断面の判定を行う判定装置とからなり、
前記カメラ及び前記照明を支持枠に固定し、前記支持枠又は前記テーブルのうち一方又は両方を、少なくともｘ、ｙ軸方向への移動及びｚ軸を回転軸としたθ方向への回動を自在とした１又は２つの移動台に固定し、前記移動台の移動により前記ガラス基板の分断面の撮像面からの前記カメラと前記照明の角度と距離を一定に保持しつつ前記ガラス基板の分断面を連続的に撮像可能とし、前記カメラと前記照明は前記テーブル上のガラス基板と同一平面を挟んでｙ軸方向にずらした位置になるように前記支持枠に設置している構成を採用した異形切断ガラス基板の分断縁検査装置である。

この考案のガラス基板の分断縁検査装置によれば、図４に示すように、カメラＣと照明Ｌの光学系がガラス基板ａを挟むようにして上下に配置するため、凹状部Ｆの計測においても、カメラＣと照明Ｌとの間をガラス基板ａが通るため光学系とガラス基板ａが干渉しないため、レンズの焦点距離をガラス分断面ｂとの間で一定に保つことができる。

なお、この考案の分断縁検査装置の検査手法としては、既知の種々の手法で判定され、カメラにより撮像された断面を熟練者が画像を見て判定したり、画像を装置による自動判定によるものでもかまわない。また、特許文献６のように、カメラに３Ｄ変位計を用い、得られた３Ｄ画像データーをディープラーニングによる自動判別で不具合を検出したり、特許文献７のように、照度差ステレオ法を用いた疑似３Ｄ画像で判定することができる。特許文献７の方法の場合は、カメラにより捉える被写体の明暗データーを、被写体に対する光源方向を変えながら複数枚の画像を取り込み、明暗の差から被写体の表面の凹凸を推定する手法であるため、照明は複数用意する。

以上のように、この考案によれば、周囲が曲面となった異形基板の分断縁の検査においても、異形基板の分断縁とカメラと照明が、基板と同一平面から上下にずれて設置されているので、異形基板の周囲がどのような形状の曲線であっても、特に内側に凹んだ凹状の曲面部であっても、カメラや照明が基板の縁部と干渉することがなく、スムーズに異形基板の全周において検査を行うことができる。

また、カメラが斜め方向から分断面を捉えるが、基板と干渉しない程度にずらせればよく、更に、光学系に照度差ステレオ法を応用すれば、分断面への角度変化はあまり影響を与えないことになる。

この考案の実施形態を示す正面図である。 この考案の実施形態を示す左側面図である。 同上の要部を示す斜視図である。 本願考案の光学的配置によるガラス断面検査を示す正面図である。 本願考案の光学系配置によるガラス断面の拡大写真である。 本願考案の光学系配置によるガラス分断面における被写界深度のズレ量を示す断面図である。 （Ａ）はカッターホイールの正面図、（Ｂ）はガラス分断時の分断面の拡大断面正面図である。 カッターホイールによるスクライブ時のガラスの側面図である。 スクライブ後のガラスの側面図である。 従来のガラス断面検査の光学系配置を示す図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。 異形切断ガラス基板の周囲凸状部の断面検査を示す平面図である。 異形切断ガラス基板の周囲凹状部の断面検査を示す平面図である。

次に、この考案の実施形態を添付図面の図１乃至図３に基づいて説明する。
まず、テーブル１の上面において、液晶ガラス基板である異形切断ガラス基板Ａを荷受けして保持している。

この実施形態の異形切断ガラス基板Ａは、車載用液晶パネル等に使用される、通常の矩形状のガラス基板ではなく、外形が曲線状となった異形の基板であり、既に先工程で異形に分断済みの基板である。

この異形切断ガラス基板Ａの保持方式は、既知の方法を用い、例えば中空のテーブル１内に接続されたホース（図示省略）を介しテーブル１内を吸引すると共に、テーブル１の頂壁に設けてある無数の小孔（図示せず）をへてテーブル１を吸引することで、頂壁上に荷受けしてある異形切断ガラス基板Ａを吸引保持するようにしてあるが、保持方法は限定されずその他の方式で保持することもある。

本考案において、テーブル１は、移動台２上に固定されるものであるが、この実施形態のように移動台２がテーブル１と一体のものであってもよい。この移動台２は、走行ガイド手段３により基台４に対してｘ方向（図１左右方向）に移動可能な第１ベース５上において、走行ガイド手段６によりｙ方向（図１前後方向）に移動可能な第２ベース７上のモーター等の回動手段８により中心のｚ軸（上下方向）を中心にしてθ方向への回動も自在となっている。

上記の走行ガイド手段３および走行ガイド手段６の具体的手段としては、例えば、レール等のガイド材に対してスライダを摺動可能に嵌合したりする方法が一般的であるが、その他の方法でガイドしてもよい。

前記テーブル１（移動台２）の動きは、基台４に対して走行ガイド手段３に沿って第１ベース５が適宜な走行手段によりｘ方向に進退移動し、この第１ベース５上の走行ガイド手段６に沿って第２ベース７が適宜な走行手段によりｙ方向に進退移動し、更に、この第２ベース７上に設置された回動手段８によりｚ軸を中心としたθ方向に回動する。

なお、基台４に対する第１ベースの進退移動および第１ベース５に対する第２ベース７の走行手段とその制御手段は、既知の種々の方法が利用でき、例えばリニアモーターにより制御自在に進退移動の制御が可能で、また、移動台２もモーター等の回動手段８により制御自在に回動可能となっている。

このような構成により、移動台２は、適宜制御手段によりｘ軸方向への進退移動、ｙ軸方向への進退移動、及びｙ軸を中心としたθ方向への回動が可能となっており、テーブル１も移動台２に従って移動するようになっている。

テーブル１の上側には，移動台１２が設けられている。この移動台１２は、走行ガイド手段１３により基柱１４に対してｙ方向（図１前後方法）に移動可能な第３ベース１５の下側において、走行ガイド手段１６によりｘ方向（図１左右方向）に移動可能な第４ベース１７の上に設置されたモーター等の回動手段１８により中心のｚ軸（上下方向）を中心にしてθ方向への回動も自在となっている。

なお、走行ガイド手段１３、１６や回動手段１８は、前記した走行ガイド手段３、４や回動手段８と同様、特に限定されず周知の方式でよく詳細な説明を省略し、第３ベース１５、第４ベース１７、移動台１２の動きと制御方式も、前記した第１ベース５、第２ベース７、移動台２と同様であり、詳細な説明を省略する。

更に、移動台１２には、一つの支持枠１１が接続固定され、この支持枠１１にカメラＣと照明Ｌが固定されている。

支持枠１１に固定されたカメラＣは、約３０°の角度で斜め下に向けて丁度テーブル１上に設置される異形切断ガラス基板Ａの分断面位置に焦点を合わすようになっており、同じく支持枠１１に固定された照明Ｌは、下方から上方斜め上向きに光を照射し、前記カメラＣの焦点位置を照らすような配置となっている。

当該実施形態では図示のように、支持枠１１に対し、上側がカメラＣ、下側が照明Ｌとなっているが、カメラＣと照明Ｌが上下逆の配置でもよい。

なお、支持枠１１のカメラＣのテーブル１を挟んで反対側には、テーブル１上に載置固定された異形切断ガラス基板Ａの位置や形状を確認するカメラやセンサー類からなるアライメント装置１９が設けてある。

上記のように構成すると、テーブル１上の異形切断ガラス基板Ａの分断面の撮像をカメラＣによって捉えることができると共に、２つの移動台２、１２の移動に伴う、テーブル１と支持枠１１のｘ、ｙ方向への移動とｙ軸を中心としたθ方向への回動の相互作用により、異形切断ガラス基板Ａの曲線に沿った分断面全面にわたってカメラＣがその分断面の様子の画像を捉えることができる。

もちろん、その動きは、カメラＣ及び照明Ｌが、異形切断ガラス基板Ａの外形に沿ってその分断面と一定の距離を保つと共に、分断面の水平接線方向と角度を一定に保ちながら移動するよう、ソフトウエアで制御される。

その制御方法としては、テーブル１側の移動台２と、カメラＣ及び照明Ｌ側の移動台１２の両方を協調制御して同時に動かすか、所定の範囲までカメラＣ及び照明Ｌ側の移動台１２を動かし、一定間隔で移動台１２を停め、テーブル１側の移動台２を動かして異形切断ガラス基板Ａの位置を少し変えてから、再度、移動台１２を動かす等して、異形切断ガラス基板Ａの周囲分断面を連続して撮影を行う等があるが、その手法は限定されない。

なお、この実施形態ではテーブル１を移動台２に設置し、カメラＣ及び照明Ｌを固定した支持枠１１を移動台１２に設置したが、テーブル１と支持枠１１のいずれか一方のみを移動台２又は１２に固定して移動させて、他方は動かさずに固定しておく構造であってもよい。

実施形態にて、実際に２枚のガラス基板を貼り合わせて形成された液晶用ガラス基板の約１ｍｍ厚さのガラス断面に対し、３０°に傾けた被写界深度１．７ｍｍのレンズを有するカメラＣと照明Ｌにより取り込んだ画像を図５に示す。

カメラＣは、斜め上からガラス断面を撮像しているが、図６に示すように、異形切断ガラス基板Ａのガラス断面の幅は約１ｍｍであり、斜め方向から撮像することによって生じる焦点距離の差Ｘは、１ｍｍ（ガラス厚さ）×ｃｏｓ（６０°）＝０．５ｍｍとなり、カメラの被写界深度１．７ｍｍの範囲内に十分に収まり、ほぼ問題にならない程度である。

図５の断面画像を見ると、上下の２枚のガラスのそれぞれにおいて、図８で示したリブ３２、浸透３３が目視確認できる程度に現れており、ここから浸透外領域深さ３４ｄも確認することができ、この判定に基づき、カッターホイールの交換や、切断時の各種調整によりリブ形成の安定化を図ることができる。

なお、画像情報は図示しない判定装置に送られて判定されるが、判定方法は、熟練者による判定でも、装置やソフトウェアに基づく自動判定でもかまわない。例えば、特許文献６の方式のようにカメラＣを３Ｄ変位計とし、ガラス断面の３Ｄデータを得て、蓄積データとの比較でディープラーニングにより自動判定を行ったり、又は、特許文献７のように、複数の方向から照明を当てて、照度差ステレオ法によりガラス断面の擬似的な３Ｄデータを得て、同様に判定してもよく、要するに、判定手法は種々の方法を採用することができる。

以上のように、本考案のシステムにより、如何なる外形を有する異形切断ガラス基板であっても、分断面の自動検査が可能となり、これからも進んでいくガラス加工精度向上を管理できる仕組みが実現できる。

ａ ガラス基板
Ａ 異形切断ガラス基板
ｂ 分断面
Ｃ カメラ
Ｅ 凸状部
Ｆ 凹状部
Ｌ 照明
１ テーブル
２ 移動台
３ 走行ガイド手段
４ 基台
５ 第１ベース
６ 走行ガイド手段
７ 第２ベース
８ 回動手段
１１ 支持枠
１２ 移動台
１３ 走行ガイド手段
１４ 基柱
１５ 第３ベース
１６ 走行ガイド手段
１７ 第４ベース
１８ 回動手段
１９ アライメント装置
２１ カッターホイール
２１ａ 刃先
３０ ガラス
３１ｄ 刃先切り込み深さ
３２ リブ
３２ｄ リブ深さ
３３ 浸透
３３ｄ 浸透深さ
３４ｄ 浸透外領域深さ

上記の課題を解決するため、この考案は、上面に異形切断済みのガラス基板の下面を荷受けするように設けたテーブルと、このテーブルに前記荷受けしたガラス基板を保持するように設けた吸引保持手段と、上記テーブルの辺縁外側に配置して前記ガラス基板の分断面の撮像を捉えるように設けたカメラと、前記ガラス基板の分断面に光を照射する照明と、前記ガラス基板の分断面に反射した前記照明の光を捉えるカメラからのデーターを用いて分断面の判定を行う判定装置とからなり、
前記カメラ及び前記照明を支持枠に固定し、前記支持枠又は前記テーブルのうち一方又は両方を、前記支持枠又は前記テーブルのうち一方又は両方を、基台上に設けた走行ガイド手段に沿ってｘ方向に進退移動自在な第１ベース上に設けた走行ガイド手段に沿ってｙ方向に進退移動自在な第２ベース上に設置された回動手段によりｚ軸を中心としたθ方向に回動する移動台に固定し、前記移動台の移動により前記ガラス基板の分断面の撮像面からの前記カメラと前記照明の角度と距離を一定に保持しつつ前記ガラス基板の分断面を連続的に撮像可能とし、前記カメラと前記照明は前記テーブル上のガラス基板と同一平面を挟んでｙ軸方向にずらした位置になるように前記支持枠に設置している構成を採用した異形切断ガラス基板の分断縁検査装置である。

Claims (1)

1. 上面に異形切断済みのガラス基板の下面を荷受けするように設けたテーブルと、
   このテーブルに前記荷受けしたガラス基板を保持するように設けた吸引保持手段と、
   上記テーブルの辺縁外側に配置して前記ガラス基板の分断面の撮像を捉えるように設けたカメラと、
   前記ガラス基板の分断面に光を照射する照明と、
   前記ガラス基板の分断面に反射した前記照明の光を捉えるカメラからのデーターを用いて分断面の判定を行う判定装置とからなり、
   前記カメラ及び前記照明を支持枠に固定し、
   前記支持枠又は前記テーブルのうち一方又は両方を、少なくともｘ、ｙ軸方向への移動及びｚ軸を回転軸としたθ方向への回動を自在とした１又は２つの移動台に固定し、
   前記移動台の移動により前記ガラス基板の分断面の撮像面からの前記カメラと前記照明の角度と距離を一定に保持しつつ前記ガラス基板の分断面を連続的に撮像可能とし、
   前記カメラと前記照明は前記テーブル上のガラス基板と同一平面を挟んでｙ軸方向にずらした位置になるように前記支持枠に設置していることを特徴とする異形切断ガラス基板の分断縁検査装置。

Images