JP3946507B2 - 基板の厚さを測定するためのオンライン測定装置及びその測定方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の厚さ測定装置に関し、特に、製造工程中に基板の厚さをオンラインで正確に測定できる測定装置及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、基板の製作の際に多くの欠陥が発生することがあるため、欠陥の発生を防止するために、多様な段階の測定または検査が製作工程に追加される。すなわち、基板の厚さ、撓み、平坦度、透過率、気泡、異物、擦傷などを製作工程中に選択的に測定または検査することである。
【０００３】
基板の厚さは、通常、レーザー測定装置を使用して測定する。一般に、レーザー測定装置は、レーザー光源、レンズ、及び検出センサーを含むレーザー干渉計である。レーザー光源、レンズ、及び検出センサーは、それぞれ、基板に対して精密に配列される必要があり、このような配列は極めて難しい。更に、レーザー測定装置の検出センサーは、通常、物理的振動に極めて敏感である。従って、基板が測定中に移動又は振動すると、レーザー測定装置はその厚さを正確に測定することができず、測定自体が不可能になる場合もある。
【０００４】
従って、レーザー測定装置で基板の厚さを測定しようとすると、まず測定しようとする基板を工程ラインから搬出し、測定が終わった後に再度工程ラインに投入し、次の段階を進行する必要がある。すなわち、レーザー測定装置は、オフライン測定に用いられるが、オンライン測定には用いられない。
【０００５】
しかし、オフライン測定の場合、測定における人力や時間が極めて多くかかるため、高費用や低効率の不都合が発生する。従って、オフライン測定よりオンライン測定を望んでおり、柔軟生産システム（Flexible manufacturing system）を実現するために多様なオンライン測定装置が開発されているが、従来のオンライン測定装置では正確な測定が難しい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、本発明の主な目的は、製作工程中に基板の厚さをオンラインで測定できる厚さ測定装置及びその方法を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、基板の移送速度や高さの変動値を用いて基板の厚さを正確に測定できる厚さ測定装置及びその方法を提供することにある。
【０００８】
本発明の更に他の目的は、基板の厚さの測定結果を実時間で提供し、柔軟性生産システムを効率良く運営できる厚さ測定装置及びその方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の一態様によれば、移送中の基板の厚さを測定するためのオンライン測定装置であって、前記基板の下部面の高さの変化を検出する第１画像検出器と、２つの向合うエッジを有する前記下部面の画像を撮像する第２画像検出器と、前記第２画像検出器を前記下部面に対して直角方向に動かす昇降手段であって、前記昇降手段は前記下部面の高さの変化によって制御され、前記下部面と前記第２画像検出器との間の垂直距離を一定に維持する前記昇降手段と、前記下部面の画像を処理して前記下部面の前記２つの向合うエッジ間の距離を計算することにより、前記基板の厚さを求める制御部とを含むことを特徴とするオンライン測定装置が提供される。
【００１０】
本発明の他の態様によれば、前記昇降手段は、前記基板の前記下部面の高さの変化によって制御される昇降モータと、前記昇降モータによって回転するネジ軸と、前記ネジ軸に結合され、前記第２画像検出器を取付けるホルダーと、前記ホルダーが前記ネジ軸に沿って直線運動をするように、前記ホルダーをガイドするガイドケースとを含むことを特徴とする請求項１に記載のオンライン測定装置が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１乃至図８に基づいて、本発明の好適な実施例によるオンライン厚さ測定装置１００を詳細に説明する。前記図面において、同一符号は同一部品を示す。
【００１２】
図１で、前記厚さ測定装置１００は、第１画像検出器４０、第２画像検出器５０、及び昇降手段６０を含み、基板１の厚さを測定する。前記基板１は透明基板又は不透明基板である。特に、基板１は液晶表示装置の上部基板或いは下部基板として使われる基板である可能性がある。コンベヤー１０を使用して前記基板１を製作工程の前段階から現段階に移送する。
【００１３】
前記第１画像検出器４０は、前記基板１の下部近傍に位置し、前記基板１の下部面２（図２を参照）の高さの変化を検出するために下部の画像を撮像する。前記第２画像検出器５０は、前記下部面２（図３を参照）の下に位置し、前記基板１の厚さを検出するために前記下部面２（図３を参照）の画像を撮像する。昇降手段６０は、第２画像検出器５０を基板１の下部面２に対して垂直に移動させる。このとき、前記下部面２の高さの変化によって前記昇降手段６０を制御することにより、前記第２画像検出器５０と前記下部面２との間の垂直距離が一定に維持されるようにする。
【００１４】
前記コンベヤー１０は、移送軸１２と、少なくとも１つのキャリジ１４を含み、前記キャリジ１４は前記基板１を取付けたまま、矢視の方向に前記移送軸１２に沿って移動する。前記キャリジ１４のうちの少なくとも１つは、前記キャリジ１４を駆動させるためのモータ（図示せず）を有する。望ましくは、前記モータの駆動軸（図示せず）にピニオンギア（図示せず）が結合されており、前記移送軸１２は前記ピニオンギアに対応するラックギア（図示せず）を有する。
【００１５】
望ましくは、前記厚さ測定装置１００は、更に速度検出センサー２０と基板検出センサー３０を含む。前記速度検出センサー２０は、前記基板１の移送速度を検出し、前記基板検出センサー３０は、前記基板１の開始点を検出する。基板検出センサー３０が前記基板１の開始点を検出した後、前記第１画像検出器４０及び第２画像検出器５０は、撮像を開始する。前記第１及び第２画像検出器４０、５０の撮像インターバル及び撮像速度を前記基板１の移送速度によって持続的に調整することにより、鮮明で、且つ正確な画像が撮像されるようにする。
【００１６】
便宜上、前記速度検出センサー２０は前記キャリジ１４から分離して示されており、前記速度検出センサー２０は少なくとも１つのキャリジ１４に付着して、前記キャリジ１４と共に動く。例えば、前記速度検出センサー２０は、前記モータ（図示せず）の前記駆動軸（図示せず）に付着された回転速度計である可能性がある。この場合、前記回転速度計は、前記ピニオンギア（図示せず）の回転速度を測定し、前記ピニオンの回転速度は、キャリジ１４の速度に容易に変換されるため、前記キャリジ１４又は基板１の移送速度を求めることができる。
【００１７】
前記基板検出センサー３０は、前記基板１の主表面の近傍に位置し、互いに対向する発光素子３２と受光素子３４を含む。前記基板１が前記発光素子３２と受光素子３４との間を通過するとき、前記基板１の開始点が検出される。前記基板１が透明である場合、望ましくは、前記基板検出センサー３０は、赤外線を利用して前記基板１の開始点を検出する。
【００１８】
前記基板検出センサー３０、前記第１画像検出器４０、及び第２画像検出器５０は、順に配列されており、前記順は前記基板１の移動方向と一致する。従って、前記基板１が矢印方向に沿って前段階から現段階に移送されるとき、前記基板１は、前記基板検出センサー３０、前記第１画像検出器４０、及び第２画像検出器５０を順に通過することになる。
【００１９】
前記昇降手段６０は、ガイドケース６８、ネジ軸６４、昇降モータ６２、及びホルダー６６を含み、前記ホルダー６６は、前記第２画像検出器５０を取付けている。前記第１画像検出器４０は、第１光源４２と第１ＣＣＤカメラ４４を含んでおり、前記第２画像検出器５０は、第２光源５２と第２ＣＣＤカメラ５４を含む。望ましくは、前記第１及び第２ＣＣＤカメラ４４、５４は、それぞれ、２次元ＣＣＤカメラまたは１次元ＣＣＤカメラであるが、画像を撮像して画像信号に替えられるものであればいずれのものも前記第１及び第２ＣＣＤカメラ４４、５４として使用することができる。更に、前記第１画像検出器４０の代わりにハイト・センサー（height sensor）を使用することができ、前記ハイト・センサーは前記基板１の下部面２の高さの変化を精密に検出することができるものである必要がある。
【００２０】
図２及び図３を参照して、前記第１画像検出器４０、第２画像検出器５０、及び昇降手段６０の構成及び作用を詳細に説明する。
【００２１】
図２に示されているように、前記第１画像検出器４０の第１ＣＣＤカメラ４４及び第１光源４２は、前記基板１の下部に位置し、前記基板１は下部面２を有する。前記第１光源４２と前記第１ＣＣＤカメラ４４は向合っており、前記基板１は前記第１光源４２と前記第１ＣＣＤカメラ４４との間を通過する。前記第１光源４２は前記基板１の下部の周辺に光を投射して、前記下部面の位置により前記第１ＣＣＤカメラ４４に入射する光の光量を変化させる。前記入射光の光量の変化を利用して、前記第１ＣＣＤカメラ４４は前記基板１の下部の画像を撮像する。続いて、前記第１ＣＣＤカメラ４４は撮像した画像をエッジ画像信号に変換する。
【００２２】
図３に示されているように、前記第２光源５２と前記第２ＣＣＤカメラ５４は、前記基板１の下部面２の下に位置する。前記第２光源５２は、前記第２ＣＣＤカメラ５４に組み立てられており、前記第２ＣＣＤカメラ５４は、前記昇降手段６０のホルダー６６に付着されている。前記第２光源５２は、前記基板１の下部面２の周辺に光を投射する。前記下部面２は前記投射光を反射させて、その厚さおよび下部面の位置に応じて第２ＣＣＤカメラ５４に入射する光の光量を変化させる。前記入射光の光量の変化を利用して、前記第２ＣＣＤカメラ５４は、前記下部面２の画像を撮像する。続いて、前記第２ＣＣＤカメラ５４は、撮像した画像を厚さ画像信号に変換する。
【００２３】
前記昇降手段６０のネジ軸６４及び昇降モータ６２は、ガイドケース６８内に位置し、前記ホルダー６６は前記ガイドケース６８を貫通し、ガイドケース６８によってガイドされる。前記ネジ軸６４は、直接又は間接に前記昇降モータ６２の駆動軸（図示せず）に結合され、よって、前記昇降モータ６２は、前記ネジ軸６４を回転させることできる。前記ホルダー６６は、前記ネジ軸６４に対応するネジ孔（図示せず）を有し、前記ガイドケース６８の外側で前記第２画像検出器５０を取付ける。前記ホルダー６６は、前記ネジ孔を介して前記ネジ軸６４と結合され、且つ前記ガイドケース６８によってガイドされるため、前記ネジ軸６４が回転すると、前記ホルダー６６は前記ネジ軸６４に沿って直線運動をする。
【００２４】
図４は、前述のオンライン厚さ測定装置１００（図１）の制御ブロック図である。前記速度検出センサー２０、基板検出センサー３０、第１画像検出器４０、第２画像検出器５０、昇降手段６０、及びスクリーン７２は、制御部７０と電気的に連結されている。ここで、前記スクリーン７２は、画像表示装置である。前記制御部７０は、入力されているプログラムを通して前記オンライン厚さ測定装置１００を制御する。
【００２５】
図２乃至図４を参照して、前記制御部７０の作用について詳細に説明する。
【００２６】
前記基板検出センサー３０が前記基板１の開始点を検出すると、前記制御部７０は開始点検出信号によって前記第１画像検出器４０を作動させるための制御信号を出力する。前記制御信号によって、前記第１光源４２が点灯され、前記第１ＣＣＤカメラ４４は前記基板１の下部の画像を撮像する。前記第１ＣＣＤカメラ４４は、撮像した画像をエッジ画像信号に変換して、前記制御部７０に送信する。前記制御部７０は、前記エッジ画像信号をエッジ画像に処理すると共に、前記スクリーン７２に前記エッジ画像を表示する。
【００２７】
前記第１ＣＣＤカメラ４４は制限された視界を有しているため、カメラから送信されるエッジ画像信号は、前記基板１のエッジ画像の一部に対する情報のみを有している。従って、前記制御部７０は、順次撮像された多数の部分エッジ画像を順に連結することにより、前記基板１の全エッジ画像を表示する。前記第１ＣＣＤカメラ４４が２次元ＣＣＤカメラである場合、それぞれの部分エッジ画像は２次元平面上に表示される。これに比較して、前記第１ＣＣＤカメラ４４が１次元ＣＣＤカメラである場合、それぞれの部分エッジ画像は１次元線上に表示され、このとき、前記１次元線は前記基板１の移送方向に対して直角をなしている。
【００２８】
図５及び図６には隣接の部分エッジ画像の連結を示しており、前記第１ＣＣＤカメラ４４（図２）は２次元ＣＣＤカメラである。
【００２９】
隣接の部分エッジ画像である第１ライン「Ｉ_１」と第２ライン「Ｉ_２」が図５に示されているスクリーン７２上に表示されている。前記第１及び第２ライン「Ｉ_１、Ｉ_２」は、それぞれ、前段階のエッジ画像信号及び現段階のエッジ画像信号を順次処理して得られる。基板１（図１）の移送速度によってカメラの撮像インターバルを適切に調節すると、前記第１及び第２ライン「Ｉ_１、Ｉ_２」は、それぞれ、互いに対応する重畳部「Ａ」を含む。前記第１及び第２ライン「Ｉ_１、Ｉ_２」は、便宜上、間隔をおいて示されているが、前記重畳部「Ａ」において互いに一致する同一の形状を有する。
【００３０】
その後、前記制御部７０（図４）は、前記第１及び第２ライン「Ｉ_１、Ｉ_２」を前記重畳部Ａで連結させて、図６に示されているように、連続的な第３ライン「Ｉ_３」が前記スクリーン７２上に表示されるようにする。前記第３ライン「Ｉ_３」は、下部面２（図２）の実際の高さの変化によって変動する。前記第３ライン「Ｉ_３」の下に基準線が位置していると仮定すると、前記第３ライン上に位置するそれぞれの点は前記基準線に対して対応する高さを有する。
【００３１】
図２乃至図４に戻って、前記制御部７０は、前記高さをエッジ画像信号から計算する。前記高さの計算値が対応する実際値と一致するように、前記エッジ画像の高さ計算には較正（calibration）が適用されることが望ましい。ここで、前記実際値は、前記基板１の下部面２と基準面との間の垂直距離を実測して得られる値であり、前記基準面は、前記第２画像検出器５０が位置した仮想面である。
【００３２】
前記制御部７０は、前記第１画像検出器４０から出力される前記エッジ画像信号によって前記昇降モータ６２を駆動させて、前記昇降手段６０が前記エッジ画像の高さによって前記第２画像検出器５０を上下に移動させるようにする。ここで、前記基板１が前記第１画像検出器４０から前記第２画像検出器５０に向かって移動するため、前記第１画像検出器４０の撮像時点及び前記昇降手段６０の動作時点を前記基板１の移送速度に対して同期化させることが望ましい。従って、前記第２画像検出器５０と前記下部面２との間の垂直距離は一定に維持される。前記第２ＣＣＤカメラ５４が最適焦点を示すように前記垂直距離を予め調整すると、前記下部面２の高さの変化に関係なく前記第２ＣＣＤカメラ５４は常に最適焦点を維持することになる。
【００３３】
その後、前記制御部７０は、前記第２画像検出器５０を作動させるための制御信号を出力する。前記制御信号によって前記第２光源５２が点灯され、前記第２ＣＣＤカメラ５４は、前記基板１の下部面２の画像を撮像する。前記第２ＣＣＤカメラ５４は、撮像した画像を厚さ画像信号に変換して前記制御部７０に送信する。前記制御部７０は、前記厚さ画像信号を厚さ画像に処理すると共に、前記スクリーン７２を制御して前記厚さ画像を表示する。
【００３４】
前記第２ＣＣＤカメラ５４もやはり制限された視界を有しているため、カメラから送信される厚さ画像信号は前記基板１の厚さ画像の一部に対する情報のみを有している。従って、前記制御部７０は、順次撮像された多数の部分厚さ画像を順に連結することにより、前記基板１の全厚さ画像を表示する。
【００３５】
図７及び図８は、スクリーン７２上に表示される第１及び第２厚さ画像の連結を示しており、このとき、第２ＣＣＤカメラ５４は２次元ＣＣＤカメラである。前記第１厚さ画像は、第４ライン「Ｉ_４」と第５ライン「Ｉ_５」を含み、前記第２厚さ画像は、第６ライン「Ｉ_６」と第７ライン「Ｉ_７」を含む。前記第１及び第２厚さ画像は部分厚さ画像であり、重畳部「Ｂ」において互いに重なり合う。前記第４及び第６ライン「Ｉ_４、Ｉ_６」または前記第５及び第７「Ｉ_５、Ｉ_７」は、便宜上、互いに間隔をおいて示されているが、前記重畳部「Ｂ」において同一形状で重なり合う。
【００３６】
前記制御部７０（図４）は、前記第４及び第６ライン「Ｉ_４、Ｉ_６」を前記重畳部「Ｂ」で連結し、連続的な第８ライン「Ｉ_８」が前記スクリーン７２上に表示されるようにする。同時に、前記制御部７０は、前記第５及び第７ライン「Ｉ_５、Ｉ_７」を前記重畳部「Ｂ」で連結し、連続的な第９ライン「Ｉ_９」が前記スクリーン７２上に表示されるようにする。前記第８及び第９ライン「Ｉ_８、Ｉ_９」は、それぞれ、前記下部面２（図３）の第１及び第２エッジを示す。よって、前記第８及び第９ライン「Ｉ_８、Ｉ_９」間の垂直距離は、前記基板１（図３）の厚さを示す。
【００３７】
図３及び図４に戻って、前記制御部７０は、前記厚さ画像信号から前記垂直距離を計算する。前記垂直距離の計算値に対応する実際の厚さと一致するように、前記垂直距離の計算には較正が適用されることが望ましい。前記基板１が移送されることにより、前記厚さ画像だけでなく、前記厚さをも、実時間で連続的に前記スクリーン７２上に表示される。
【００３８】
上記において、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明の請求範囲を逸脱することなく、当業者は種々の改変をなし得るであろう。
【００３９】
【発明の効果】
従って、本発明による基板厚さ測定装置及びその方法によれば、製造工程中に基板の厚さをオンラインで極めて簡便に測定することができる。また、基板の移送速度や基板の高さの変化値を更に測定して基板の厚さ撮像時に同期化することにより、測定の正確性や信頼性を向上させることができる。また、基板厚さの測定結果を実時間に提供することにより、測定結果の合格の可否を迅速で、且つ正確に判定可能であるだけでなく、基板の測定結果に異常がある場合にも製造現場で迅速な措置を取ることができ、製造工程上の損失を最小化することができる。この結果、極めて効率よく柔軟性生産システムを運営することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による厚さ測定装置の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明による厚さ測定装置の第１画像検出手段の構成を示す図である。
【図３】本発明による厚さ測定装置の第２画像検出手段の構成を示す正面図である。
【図４】本発明による厚さ測定装置を示す制御ブロック図である。
【図５】本発明の第１画像検出手段によって獲得された部分エッジ画像の連結を説明するために示す画面である。
【図６】図５の連結により獲得されたエッジの画像を示す画面である。
【図７】本発明の第２画像検出手段により獲得された部分厚さの画像の連結を説明するために示す画面である。
【図８】図７の連結によって獲得された厚さの画像を示す画面である。
【符号の説明】
１ 基板
２ 下端部
１０ 移送装置
１２ 移送軸
２０ 速度検出センサー
３０ 位置検出センサー
４０ 第１画像検出手段
４２ 第１光源
４４ 第１ＣＣＤカメラ
５０ 第２画像検出手段
５２ 第２光源
５４ 第２ＣＣＤカメラ
６０ 昇降手段
６２ 昇降モータ
６４ ネジ軸
６６ ホルダー
７０ 制御部
７２ 画面

Claims (13)

1. 移送中の基板の厚さを測定するためのオンライン測定装置であって、
   前記基板の下部面の高さの変化を検出する第１画像検出器と、
   ２つの向合うエッジを有する前記下部面の画像を撮像する第２画像検出器と、
   前記第２画像検出器を前記下部面に対して直角方向に動かす昇降手段であって、前記昇降手段は前記下部面の高さの変化によって制御され、前記下部面と前記第２画像検出器との間の垂直距離を一定に維持する前記昇降手段と、
   前記下部面の画像を処理して前記下部面の前記２つの向合うエッジ間の距離を計算することにより、前記基板の厚さを求める制御部とを含むことを特徴とするオンライン測定装置。
2. 更に前記基板の開始点を検出する基板検出センサーを含むことを特徴とする請求項１に記載のオンライン測定装置。
3. 更に前記基板の移送速度を検出する速度検出センサーを含み、
   前記第２画像検出器の撮像インターバル及び撮像速度が前記基板の移送速度によって決定され、且つ前記昇降手段の動作時点と前記高さの変化の検出時点を前記基板の移送速度に対して同期化することを特徴とする請求項１に記載のオンライン測定装置。
4. 前記第１画像検出器は第１光源と第１ＣＣＤカメラとを含み、
   前記第１光源は前記基板の下部に光を投射し、前記第１ＣＣＤカメラは前記基板の前記下部面の高さの変化を検出するために前記基板の下部を撮像することを特徴とする請求項１に記載のオンライン測定装置。
5. 前記第１ＣＣＤカメラは１次元ＣＣＤカメラであることを特徴とする請求項４に記載のオンライン測定装置。
6. 前記第１ＣＣＤカメラは２次元ＣＣＤカメラであることを特徴とする請求項４に記載のオンライン測定装置。
7. 前記第２画像検出器は第２光源と第２ＣＣＤカメラとを含み、
   前記第２光源は前記基板の下部面に光を投射し、前記第２ＣＣＤカメラは前記下部面の画像を撮像することを特徴とする請求項１に記載のオンライン測定装置。
8. 前記第２ＣＣＤカメラは１次元ＣＣＤカメラであることを特徴とする請求項７に記載のオンライン測定装置。
9. 前記第２ＣＣＤカメラは２次元ＣＣＤカメラであることを特徴とする請求項７に記載のオンライン測定装置。
10. 前記第１画像検出器はハイト・センサーであることを特徴とする請求項１に記載のオンライン測定装置。
11. 前記昇降手段は、
    前記基板の前記下部面の高さの変化によって制御される昇降モータと、
    前記昇降モータによって回転するネジ軸と、
    前記ネジ軸に結合され、前記第２画像検出器を取付けるホルダーと、
    前記ホルダーが前記ネジ軸に沿って直線運動をするように、前記ホルダーをガイドするガイドケースとを含むことを特徴とする請求項１に記載のオンライン測定装置。
12. 更に前記基板の厚さを表示する画像表示装置を含むことを特徴とする請求項１に記載のオンライン測定装置。
13. 移送中の基板の厚さ測定方法であって、
    前記基板の移送速度を検出する段階と、
    前記基板の下部面の高さの変化を検出する段階と、
    前記基板の下部面の画像を撮像する段階と、ここで前記画像撮像時の撮像インターバルと撮像速度が前記基板の移送速度によって決定され、前記画像撮像時の撮像焦点は２つの向合うエッジを有する前記下部面の高さの変化によって決定される段階と、
    前記画像を処理して前記下部面の向合うエッジ間の距離を計算することにより、前記基板の厚さを求める段階とを含むことを特徴とする厚さ測定方法。

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