JP5034891B2 - Apparatus for measuring shape of transparent plate and method for producing plate glass - Google Patents
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Description
本発明は、明部及び暗部の繰り返しからなるパターン画像を担持する光を透明板状体に照射し、透明板状体の面で反射した光のパターン画像を読み取り、読み取ったパターン画像の変形量から、透明板状体の断面形状を算出する透明板状体の形状測定装置及びこの形状測定装置を用いる板ガラスの製造方法に関する。 The present invention irradiates a transparent plate-like body with light carrying a pattern image consisting of repeated bright and dark portions, reads the pattern image of light reflected by the surface of the transparent plate-like body, and the deformation amount of the read pattern image From this, it is related with the manufacturing method of the plate glass using the shape measuring apparatus of a transparent plate-shaped body which calculates the cross-sectional shape of a transparent plate-shaped body, and this shape measuring apparatus.
従来より、物体の３次元形状を測定する装置には、触針式プローブ走査型方式や光学式非接触型走査型方式が用いられている。ガラス板等の透明板状体の表面の微小なうねり等の面形状を測定する方法として、上記触針式プローブ走査型方式や光学式非接触型走査型方式の他に、パターンを透明板状体に照射し、この透明板状体の表面によって形成されるパターンの反射像を撮像し、撮像によって得られた画像データに基づいて透明板状体の面形状を検査する方法が知られている。なお、物体の３次元形状の断面形状を測定する場合、ストライプパターンが好適に用いられる。ストライプパターンとは、一方向に直線状に延在した複数の暗部の線が一定間隔で並列配置したパターンをいう。
近年、厚さの薄い大面積のガラス板に対して、面の形状が極めて平坦なガラス板が求められている。このため、製造されたガラス板の表面の平坦度を容易に求めるために、上述のストライプパターンを利用した検査方法が好適に用いられる。
Conventionally, stylus type probe scanning type and optical non-contact type scanning type are used for apparatuses for measuring the three-dimensional shape of an object. As a method of measuring the surface shape such as minute undulations on the surface of a transparent plate-like body such as a glass plate, in addition to the stylus probe scanning method and the optical non-contact scanning method, the pattern is transparent A method is known in which a body is irradiated, a reflected image of a pattern formed by the surface of the transparent plate-like body is taken, and the surface shape of the transparent plate-like body is inspected based on image data obtained by the imaging. . When measuring the three-dimensional cross-sectional shape of an object, a stripe pattern is preferably used. The stripe pattern refers to a pattern in which a plurality of dark part lines extending linearly in one direction are arranged in parallel at regular intervals.
In recent years, there has been a demand for a glass plate having a very flat surface shape compared to a thin glass plate having a large area. For this reason, in order to obtain | require the flatness of the surface of the manufactured glass plate easily, the inspection method using the above-mentioned stripe pattern is used suitably.
下記特許文献１には、透明板状体の面形状を精度良く検査するために、透明板状体の裏面反射像の影響を除去する方法が記載されている。具体的には、撮像されるストライプパターンの像は、透明板状体の表面反射像ストライプパターンの画像データと、裏面反射像のストライプパターンの画像データとが分離されるようなストライプパターンを決定し、この決定したストライプパターンを用いて透明板状体の面形状を検査する。 Patent Document 1 listed below describes a method for removing the influence of a back surface reflection image of a transparent plate-like body in order to accurately inspect the surface shape of the transparent plate-like body. Specifically, the stripe pattern image to be imaged is determined so that the image data of the surface reflection image stripe pattern of the transparent plate and the image data of the stripe pattern of the back reflection image are separated. The surface shape of the transparent plate is inspected using the determined stripe pattern.
図１０（ａ）は、特許文献１に記載される方法を説明する図である。
面形状検査装置１００は、透明板状体１０２にストライプパターン情報を持つ光を照射する照明光学系１０４と、反射したストライプパターンの像を撮像するカメラ１１０と、撮像したストライプパターンの像のデータから透明板状体１０２の凹凸形状を算出するコンピュータ１１２とを有する。
照明光学系１０４は、照明光源１０６と、照明光源１０６の前面に設けられたストライプパターンを有するフィルムとを有する。照明光学系１０４によりストライプパターン情報を持つ光を透明板状体に照射し、透明板状体の面で反射したストライプパターン画像の暗部の線は、図１０（ａ）中のＡ方向に延在している。このＡ方向は、照明光学系の配置位置を透明板状体１０２の面に垂直に射影した位置と、カメラ１１０の配置位置を透明板状体１０２の面に垂直に射影した位置とを結ぶ方向（図１０（ａ）のＢ方向）に直交する方向である。
カメラ１１０は、例えば一方向に受光素子が並ぶラインセンサであり、ストライプパターン画像の暗部の線を横切るように読み取る。
FIG. 10A is a diagram for explaining the method described in Patent Document 1. FIG.
The surface shape inspection apparatus 100 includes an illumination optical system 104 that irradiates light having stripe pattern information to the transparent plate 102, a camera 110 that captures an image of the reflected stripe pattern, and data of the captured stripe pattern image. And a computer 112 that calculates the uneven shape of the transparent plate-like body 102.
The illumination optical system 104 includes an illumination light source 106 and a film having a stripe pattern provided on the front surface of the illumination light source 106. The light having the stripe pattern information is irradiated onto the transparent plate by the illumination optical system 104, and the dark line of the stripe pattern image reflected by the surface of the transparent plate extends in the A direction in FIG. is doing. This A direction is a direction connecting a position where the arrangement position of the illumination optical system is projected perpendicularly to the surface of the transparent plate-like body 102 and a position where the arrangement position of the camera 110 is projected perpendicularly to the surface of the transparent plate-like body 102. This is a direction orthogonal to (the B direction in FIG. 10A).
The camera 110 is, for example, a line sensor in which light receiving elements are arranged in one direction, and reads so as to cross a dark line of the stripe pattern image.
図１０（ｂ）は、カメラ１１０でストライプパターンの直線状の暗部の線を横切るように読み取るときのストライプパターン画像の反射像を示す図である。図に示すように、透明板状体１０２の表面で反射したストライプパターン画像の表面反射像（図中、太線で示されている像）と、裏面で反射した反射像（図中、細線で示されている像）は、位置ずれを起こす。この位置ずれにより、カメラ１１０で得られる画像信号は、図１０（ｃ）に示されるように、表面反射像の暗部の線と裏面反射像の暗部の線が離間し、又ある場合は、部分的に重なる。表面反射像の暗部の線と裏面反射像の暗部の線が部分的に重なるとき、表面反射像のデータは裏面反射像の影響を含み、例えば、Ｘ領域のデータのようになる。
このように、表面反射像の暗部の線と裏面反射像の暗部の線が部分的に重なる場合、ソフトウェア処理にて分離することは困難である。断面形状の検査方法として好適に用いられる上述の方法では、表面反射像の暗部の位置を数値として知ることによって表面の傾きの情報を得、この傾きの情報から透明板状体の断面形状を算出する。このため、裏面反射像の影響を含んだ表面反射像のデータを用いるのでは、精度の良い断面形状を求めることはできない。
FIG. 10B is a diagram showing a reflection image of the stripe pattern image when the camera 110 reads the stripe pattern so as to cross the straight dark portion line. As shown in the figure, the surface reflection image of the stripe pattern image reflected on the surface of the transparent plate-like body 102 (image indicated by a thick line in the figure) and the reflection image reflected on the back surface (indicated by a thin line in the figure). The image) is misaligned. Due to this misalignment, the image signal obtained by the camera 110 is separated from the dark line of the front-surface reflection image and the dark line of the back-surface reflection image, as shown in FIG. Overlap. When the line of the dark part of the front surface reflection image and the line of the dark part of the back surface reflection image partially overlap, the data of the front surface reflection image includes the influence of the back surface reflection image, and is, for example, data of the X region.
Thus, when the line of the dark part of the front-surface reflection image and the line of the dark part of the back-surface reflection image partially overlap, it is difficult to separate by software processing. In the above method, which is preferably used as a method for inspecting the cross-sectional shape, information on the surface inclination is obtained by knowing the position of the dark part of the surface reflection image as a numerical value, and the cross-sectional shape of the transparent plate-like body is calculated from the information on the inclination To do. For this reason, it is not possible to obtain an accurate cross-sectional shape by using the data of the front surface reflection image including the influence of the back surface reflection image.
引用文献１では、暗部の線間の距離が異なる種々のストライプパターンを用意し、表面反射像の暗部の線と裏面反射像の暗部の線が重なることのないように、ストライプパターンを取り替えながら検査を行う。しかし、透明板状体の板厚が薄い場合や、表面形状の平坦度によっては、表面反射像の暗部の線と裏面反射像の暗部の線が重ならないストライプパターンを見出すことは困難となる。 In Cited Document 1, various stripe patterns with different distances between lines in the dark part are prepared, and inspection is performed while changing the stripe pattern so that the dark part line in the front-surface reflection image and the dark part line in the back-surface reflection image do not overlap. I do. However, it is difficult to find a stripe pattern in which the dark line of the front-surface reflection image and the dark line of the back-surface reflection image do not overlap when the transparent plate-like body is thin or depending on the flatness of the surface shape.
そこで、本発明は、上記問題を解決するために、上述のように透明板状体の面の断面形状を算出するとき、透明板状体の表面反射像と裏面反射像とが重なることなく良好に分離でき、これにより透明板状体の断面形状を簡単に、効率よく、かつ精度良く、算出することができる透明板状体の形状測定装置及びこの形状測定装置を用いる板ガラスの製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, in order to solve the above-described problem, the present invention is good without the overlapping of the surface reflection image and the back surface reflection image of the transparent plate-like body when calculating the cross-sectional shape of the surface of the transparent plate-like body as described above. A transparent plate-shaped body shape measuring device and a method for producing a plate glass using the shape measuring device can be obtained, whereby the cross-sectional shape of the transparent plate-shaped body can be calculated easily, efficiently and accurately. The purpose is to do.
本願発明は、明部及び暗部の繰り返しからなるパターン情報を持つ光を透明板状体に照射する照明光学系と、前記パターン情報を持つ光が透明板状体の面で反射したパターン画像を読み取る撮像デバイスと、読み取った前記パターン画像のデータから、透明板状体の断面形状を算出する形状算出手段と、を有する透明板状体の形状測定装置であって、前記照明光学系は、照明光源と、この照明光源と透明板状体との間に配され、前記パターン画像をつくるように、明部及び暗部が繰り返すパターンフィルムと、を含み、前記パターンフィルムには、前記パターン画像の、透明板状体の表面で反射した表面反射パターンの像及び透明板状体の裏面で反射した裏面反射パターンの像の少なくとも一方の像を遮蔽するように、前記パターンフィルムの前記明部及び暗部の繰り返し方向と直交又は略直交する方向に対して角度を有する方向に延在するマスクが、前記マスクの延在方向と直交する方向に、一定の幅で、一定距離離間して周期的に複数設けられており、前記照明光学系の配置位置を透明板状体の面に垂直に射影した位置と、前記撮像デバイスの配置位置を透明板状体の面に垂直に射影した位置とを結ぶ方向を第１の方向というとき、前記照明光学系は、前記パターン画像の前記明部及び暗部の繰り返し方向が前記第１の方向に対して角度を有するように前記パターン画像を照射することにより、前記表面反射パターンの像と前記裏面反射パターンの像とを、前記第１の方向に少なくとも一部で分離させ、前記形状算出手段は、分離した前記表面反射パターンの像及び前記裏面反射パターンの像の少なくとも一方の像のデータを用いて透明板状体の断面形状を算出することを特徴とする透明板状体の形状測定装置を提供する。
ここで、前記明部及び暗部の繰り返し方向が前記第１の方向に対して角度を有するとは、この角度が０度でないことをいう。また、明部及び暗部の繰り返しからなるパターン画像とは、明部及び暗部が不規則的に繰り返されたものでもよく、明部及び暗部は直線形状のみならず、曲線形状のものも含まれるが、明部及び暗部は直線形状のものが好適に用いることができる。
The present invention is pattern image light having an illumination optical system, the pattern information of irradiating light having a pattern information consisting of a bright portion and a dark portion of the repetition to the transparent plate-shaped object is reflected by the surface of the transparent plate-shaped object A shape measuring means for calculating a cross-sectional shape of the transparent plate from the read pattern image data, and the illumination optical system comprises: An illumination light source, and a pattern film that is disposed between the illumination light source and the transparent plate and repeats a bright part and a dark part so as to form the pattern image. The pattern film so as to shield at least one of the image of the surface reflection pattern reflected by the surface of the transparent plate and the image of the back reflection pattern reflected by the back of the transparent plate. A mask extending in a direction having an angle with respect to a direction orthogonal or substantially orthogonal to the repeating direction of the bright part and the dark part is spaced apart by a fixed distance with a constant width in a direction orthogonal to the extending direction of the mask. And a plurality of positions where the illumination optical system is projected perpendicularly to the surface of the transparent plate-like body and a position where the imaging device is placed are projected perpendicularly to the surface of the transparent plate-like body. When the direction connecting the positions is referred to as a first direction, the illumination optical system irradiates the pattern image so that the repetitive direction of the bright and dark portions of the pattern image has an angle with respect to the first direction. by, the image of the image and the back reflection pattern of the surface reflection pattern, is separated at least in part in said first direction, said shape calculation means, separate image and the back surface of the surface reflection pattern Anti Providing a shape measuring apparatus of the transparent plate-shaped object, characterized in that to calculate the cross-sectional shape of the transparent plate-shaped object by using the data of at least one image of the pattern image of.
Here, that the repeating direction of the bright part and the dark part has an angle with respect to the first direction means that the angle is not 0 degree. In addition, the pattern image formed by repeating the bright and dark portions may be those in which the bright and dark portions are irregularly repeated, and the bright and dark portions include not only linear shapes but also curved shapes. The light part and the dark part are preferably linear.
前記照明光学系は、例えば、前記パターン画像の前記明部及び暗部の繰り返し方向が前記第１の方向に直交あるいは略直交するように前記パターン画像を照射する。
その際、前記パターン画像は、一方向に直線状に延在した複数の暗部の線が一定間隔で並列配置したストライプパターン情報を持つ光が透明板状体で反射したストライプパターン画像であり、前記撮像デバイスは、複数の受光素子が１次元に配列し、前記第１の方向の異なる複数の位置で前記暗部の線を横切るようにラインで読み取る複数のラインセンサを有し、前記複数のラインセンサのうち１つは、前記表面反射パターンの像をラインで読み取り、残りのラインセンサのうち１つは、前記裏面反射パターンの像をラインで読み取ることが好ましい。
For example, the illumination optical system irradiates the pattern image so that the repeating direction of the bright and dark portions of the pattern image is orthogonal or substantially orthogonal to the first direction.
At that time, the pattern image Ri stripe pattern image der light is reflected by the transparent plate-shaped object having a striped pattern information in which a plurality of dark lines extending linearly in one direction arranged in parallel at regular intervals, The imaging device includes a plurality of line sensors in which a plurality of light receiving elements are arranged in a one-dimensional manner and read by lines so as to cross the dark part line at a plurality of positions different in the first direction. Preferably, one of the sensors reads the image of the front surface reflection pattern with a line, and one of the remaining line sensors reads the image of the back surface reflection pattern with a line.
その際、前記パターンフィルムの前記マスクの前記一定の幅をＢ（ｍｍ）とし、前記一定距離をＷ（ｍｍ）、前記表面反射パターンの像又は前記裏面反射パターンの像上における前記複数のラインセンサのセンサの幅をＲ（ｍｍ）、前記複数のラインセンサにおける隣り合うラインセンサとの間のピッチをＰ（ｍｍ）、前記表面反射パターンの像と前記裏面反射パターンの像との分離距離をＴ（ｍｍ）としたとき、Ｂ（ｍｍ）、Ｗ（ｍｍ）、Ｐ（ｍｍ）、Ｒ（ｍｍ）及びＴ（ｍｍ）は、下記式（１）〜（３）を満足することが好ましい。
Ｗ ≧ Ｐ ＋ Ｒ （１）
Ｂ ≦ Ｐ×２ − Ｒ （２）
Ｐ ＋ Ｒ ≦ Ｔ ≦ Ｐ×２ −Ｒ×２ （３）
但し、Ｔ（ｍｍ）は、透明板状体の板厚をｔ（ｍｍ）、透明板状体の屈折率をｎ、前記ストライプパターン情報を持つ光が透明板状体の読み取り位置に入射する入射角度をθ（ラジアン）としたとき、Ｔ＝ｔ×ｔａｎ（ｓｉｎ-1（（１／ｎ）×ｓｉｎθ））×２で定まる値を表す。
なお、前記形状算出手段は、読み取った前記表面反射パターンの像と前記裏面反射パターンの像の少なくとも一方を用いて、透明板状体の表面の断面形状及び裏面の断面形状の少なくとも一方を算出することが好ましい。
前記透明板状体は、前記第１の方向に搬送され、この搬送中に透明板状体の面形状を測定することが好ましい。
In this case, the fixed width of the mask of the pattern film is B (mm), the fixed distance is W (mm), and the plurality of line sensors on the image of the front surface reflection pattern or the image of the back surface reflection pattern The width of the sensor is R (mm), the pitch between adjacent line sensors in the plurality of line sensors is P (mm), and the separation distance between the image of the front surface reflection pattern and the image of the back surface reflection pattern is T When (mm), B (mm), W (mm), P (mm), R (mm) and T (mm) preferably satisfy the following formulas (1) to (3).
W ≧ P + R (1)
B ≦ P × 2-R (2)
P + R ≦ T ≦ P × 2 −R × 2 (3)
Where T (mm) is the thickness of the transparent plate, t (mm), the refractive index of the transparent plate, n, and the light having the stripe pattern information incident on the reading position of the transparent plate. When the angle is θ (radian), it represents a value determined by T = t × tan (sin −1 ( (1 / n) × sin θ)) × 2.
The shape calculation means calculates at least one of the cross-sectional shape of the surface of the transparent plate and the cross-sectional shape of the back surface using at least one of the read image of the front surface reflection pattern and the image of the back surface reflection pattern. It is preferable.
The transparent plate is conveyed in the first direction, and it is preferable to measure the surface shape of the transparent plate during the conveyance.
さらに、本願発明は、板ガラスを製造する際、板ガラスを搬送する工程と、搬送する工程中、上記のいずれかに記載の透明板状体の形状測定装置を用いて面形状を測定する工程と、を有することを特徴とする板ガラスの製造方法を提供する。 Furthermore, the invention of the present application is a step of measuring the surface shape using the transparent plate-shaped shape measuring device according to any one of the above steps during the step of conveying the plate glass and the step of conveying the plate glass, The manufacturing method of the plate glass characterized by having is provided.
本発明の形状測定装置では、照明光学系は、透明板状体にパターン画像を照射するとき、パターン画像の明部及び暗部の繰り返し方向が第１の方向（照明光学系の配置位置を透明板状体の面に射影した位置と、撮像デバイスの配置位置を透明板状体の面に射影した位置とを結ぶ方向）に対して角度を有するようにパターン画像を照射する。このため、照射したパターン画像の表面反射パターンの像と、裏面反射パターンの像とが、第１の方向に位置ずれして少なくとも一部で分離する。したがって、板厚が薄くなっても、透明板状体の断面形状の測定が安定してでき、従来に比べて効率の良い測定ができる。又、表面反射パターンの像と、裏面反射パターンの像とが、第１の方向に位置ずれして少なくとも一部で分離するので、パターン画像の隣り合う暗部の間隔を狭くすることができ、透明板状体の表面形状又は裏面形状を精度良く算出することができる。 In the shape measuring apparatus of the present invention, when the illumination optical system irradiates the pattern image onto the transparent plate-like body, the repetitive direction of the bright part and the dark part of the pattern image is the first direction (the arrangement position of the illumination optical system is the transparent plate). The pattern image is irradiated so as to have an angle with respect to a direction connecting the position projected onto the surface of the body and the position where the arrangement position of the imaging device is projected onto the surface of the transparent plate. For this reason, the image of the front surface reflection pattern and the image of the back surface reflection pattern of the irradiated pattern image are displaced in the first direction and separated at least in part. Therefore, even when the plate thickness is reduced, the measurement of the cross-sectional shape of the transparent plate-like body can be stably performed, and the measurement can be performed more efficiently than in the past. In addition, since the image of the front surface reflection pattern and the image of the back surface reflection pattern are displaced in the first direction and separated at least in part, the interval between adjacent dark portions of the pattern image can be narrowed and transparent The surface shape or the back surface shape of the plate-like body can be calculated with high accuracy.
さらに、撮像デバイスとして、複数のラインセンサを有する場合、異なる読取位置でラインで読み取るので、透明板状体の面の板厚方向（高さ方向）の位置が変動したときでも、ラインセンサの１つは、必ず表面反射パターンの像を読み取り、さらに、他の１つのラインセンサは裏面反射パターンの像を読み取ることができる。これにより、安定した読み取りを行うことができる。特に、３つ以上のラインセンサを用いたとき、安定した読み取りができ、有効である。 Further, when the imaging device has a plurality of line sensors, since the lines are read at different reading positions, even when the position in the plate thickness direction (height direction) of the surface of the transparent plate-like body fluctuates, One can always read the image of the front surface reflection pattern, and the other one line sensor can read the image of the back surface reflection pattern. Thereby, stable reading can be performed. In particular, when three or more line sensors are used, stable reading is possible and effective.
以下、添付の図面に示す実施形態に基づいて、本発明の形状測定装置、この形状測定装置に用いるパターンフィルム及びこの形状測定装置を用いる板ガラスの製造方法を詳細に説明する。 Hereinafter, based on an embodiment shown in the accompanying drawings, a shape measuring device of the present invention, a pattern film used for the shape measuring device, and a method for producing a plate glass using the shape measuring device will be described in detail.
図１（ａ）は、本発明の形状測定装置の一実施形態である形状測定装置１０を示す概略図である。
形状測定装置１０は、ガラス板等の透明板状体Ｇにストライプパターン情報を持つ光を照射して、その反射したストライプパターン画像の反射像を読み取り、透明板状体Ｇの面の面形状を算出する装置である。透明板状体Ｇは、表面が鏡面反射し、かつ、透明性を有する板状物体であれば、いずれのものであってもよい。
FIG. 1A is a schematic diagram showing a shape measuring apparatus 10 which is an embodiment of the shape measuring apparatus of the present invention.
The shape measuring apparatus 10 irradiates a transparent plate G such as a glass plate with light having stripe pattern information, reads a reflected image of the reflected stripe pattern image, and determines the surface shape of the surface of the transparent plate G. It is a device to calculate. The transparent plate G may be any plate-like object as long as the surface is specularly reflected and has transparency.
形状測定装置１０は、照明光学系１２と、撮像デバイス１４と、形状算出手段を構成するコンピュータ１７と、を有する。図１（ａ）に示すＡ方向とは、照明光学系１２の配置位置を透明板状体Ｇの面に垂直に射影した位置と、撮像デバイス１４の配置位置を透明板状体Ｇの面に垂直に射影した位置とを結ぶ方向を表す。透明板状体Ｇは、図示されない搬送ローラによって一定速度で図中のＡ方向に搬送される。この搬送中に、形状測定装置１０は透明板状体Ｇの面形状を測定し算出する。
撮像デバイス１４は、後述するように撮像レンズの焦点位置を、照明光学系１２のストライプパターン画像をつくるパターンフィルム上に合せて撮像するが、このときの撮像範囲の中心位置を透明板状体Ｇの面に垂直に射影した位置、これが、照明光学系１２の配置位置を透明板状体Ｇの面に垂直に射影した位置である。撮像デバイス１４の配置位置を透明板状体の面に射影した位置とは、撮像デバイス１４の受光ラインの中心位置を透明板状体Ｇの面に射影した位置である。なお、本実施形態では形状測定装置１０を固定し、透明板状体１Ｇを搬送する他、透明板状体Ｇを固定し、形状測定装置１０を移動させて測定してもよい。
The shape measuring apparatus 10 includes an illumination optical system 12, an imaging device 14, and a computer 17 constituting a shape calculating unit. The direction A shown in FIG. 1A is a position obtained by projecting the arrangement position of the illumination optical system 12 perpendicularly to the surface of the transparent plate G, and the arrangement position of the imaging device 14 on the surface of the transparent plate G. Indicates the direction connecting the vertically projected position. The transparent plate G is conveyed in the direction A in the drawing at a constant speed by a conveyance roller (not shown). During the conveyance, the shape measuring device 10 measures and calculates the surface shape of the transparent plate-like body G.
As will be described later, the imaging device 14 captures the focal position of the imaging lens on the pattern film that forms the stripe pattern image of the illumination optical system 12, and the center position of the imaging range at this time is the transparent plate G. This is a position projected perpendicularly to the surface of the transparent plate G, which is a position projected perpendicularly to the surface of the transparent plate G. The position where the arrangement position of the imaging device 14 is projected onto the surface of the transparent plate-like body is the position where the center position of the light receiving line of the imaging device 14 is projected onto the surface of the transparent plate-like body G. In the present embodiment, the shape measuring device 10 may be fixed and the transparent plate 1G may be conveyed, or the transparent plate G may be fixed and the shape measuring device 10 may be moved for measurement.
照明光学系１２は、一定の光強度の光を平行光として略均一に照射する照明光源１５を有し、この照明光源１５の前面に、ストライプパターンの画像を形成するパターンフィルム１６が設けられた構成である。すなわち、パターンフィルム１６は、照明光源１５と透明板状体Ｇとの間に配され、ストライプパターン画像をつくる。ストライプパターンは、一方向に直線状に延在した複数の暗部の線が一定間隔で並列配置したパターンである。図１（ｂ）は、４本の暗部の線が一定間隔で並列配置したストライプパターンの一例を示している。
本実施形態では、４本の直線が一定間隔で並列配置したストライプパターン画像であるが、本発明では、暗部の線は直線に限定されず、曲線であってもよい。さらに、暗部の線の間隔は一定でなくてもよい。本発明のパターン画像はストライプパターン画像に限定されず、表面反射パターンの像と裏面反射パターンの像とが一部で分離可能であればよく、明部及び暗部の繰り返しが一方向に延びたパターン画像であればよい。
The illumination optical system 12 includes an illumination light source 15 that irradiates light of constant light intensity as parallel light substantially uniformly, and a pattern film 16 that forms an image of a stripe pattern is provided on the front surface of the illumination light source 15. It is a configuration. That is, the pattern film 16 is disposed between the illumination light source 15 and the transparent plate G to create a stripe pattern image. The stripe pattern is a pattern in which a plurality of dark part lines extending linearly in one direction are arranged in parallel at regular intervals. FIG. 1B shows an example of a stripe pattern in which four dark part lines are arranged in parallel at regular intervals.
In the present embodiment, the stripe pattern image includes four straight lines arranged in parallel at regular intervals. However, in the present invention, the dark line is not limited to a straight line and may be a curved line. Further, the interval between the lines in the dark portion may not be constant. The pattern image of the present invention is not limited to the stripe pattern image, and it is sufficient that the image of the front surface reflection pattern and the image of the back surface reflection pattern can be partially separated, and a pattern in which the repetition of the bright part and the dark part extends in one direction. Any image can be used.
照明光学系１２が透明板状体Ｇにストライプパターン情報を持つ光を照射するとき、ストライプパターン画像の直線状の暗部の線の延在方向が、図１（ａ）中のＡ方向に一致又は略一致するように、パターンフィルム１６は照明光源１５の前面に配置される。
このように、ストライプパターン画像の暗部の線の延在方向をＡ方向に一致又は略一致するようにストライプパターン情報を持つ光を照射するのは、透明板状体Ｇの表面で反射した表面反射ストライプパターンの像と、透明板状体の裏面で反射した裏面反射ストライプパターンの像とを、図中Ａ方向の位置ずれ（この位置ずれを、縦方向位置ずれという）によって少なくとも一部で分離させるためである。この点は、後述する。
なお、本実施形態では、ストライプパターン画像の直線状の暗部の線の延在方向が、図１（ａ）中のＡ方向に一致又は略一致するように、又、明部及び暗部の線の繰り返し方向がＡ方向に直交あるいは略直交するように、パターンフィルム１６を照明光源１５の前面に配置するが、本発明では、ストライプパターン画像の明部及び暗部の繰り返し方向がＡ方向に対して角度を有するようにパターンフィルム１６を配置すればよい。したがって、本実施形態では、ストライプパターン画像の直線状の暗部の線の延在方向が少なくともＡ方向と直交しない方向であればよい。
When the illumination optical system 12 irradiates the transparent plate-like body G with light having stripe pattern information, the extending direction of the straight dark line in the stripe pattern image coincides with the A direction in FIG. The pattern film 16 is disposed on the front surface of the illumination light source 15 so as to substantially match.
Thus, the surface reflection reflected on the surface of the transparent plate G is irradiated with light having stripe pattern information so that the extension direction of the dark line in the stripe pattern image coincides with or substantially coincides with the A direction. The image of the stripe pattern and the image of the back surface reflection stripe pattern reflected on the back surface of the transparent plate-like body are separated at least in part by a positional deviation in the A direction in the figure (this positional deviation is referred to as a vertical positional deviation). Because. This point will be described later.
In this embodiment, the extending direction of the straight dark line in the stripe pattern image matches or substantially coincides with the A direction in FIG. The pattern film 16 is disposed on the front surface of the illumination light source 15 so that the repeating direction is orthogonal or substantially orthogonal to the A direction. In the present invention, the repeating direction of the bright and dark portions of the stripe pattern image is an angle with respect to the A direction. What is necessary is just to arrange | position the pattern film 16 so that it may have. Therefore, in the present embodiment, the extending direction of the straight dark line in the stripe pattern image may be a direction that is not at least orthogonal to the A direction.
撮像デバイス１４は、透明板状体の面で反射した前記ストライプパターン画像を読み取るカメラである。カメラは、ＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラ等であり、一方向にラインで読み取るラインセンサが用いられる。ラインセンサは、１次元の画素配列、もしくは１次元の受光素子配列で構成されたセンサデバイスである。受光面で画像を面状で読み取るエリアセンサを用いてもよいが、好適にはラインセンサが用いられる。ラインセンサの場合、ストライプパターンの直線状の暗部の線を横切るようにライン読み取りを行う。又、カメラの撮像レンズの焦点は、パターンフィルム１６の位置に合せている。このため、透明板状体Ｇの表面に微小な塵が付着しても、読み取りが可能である。 The imaging device 14 is a camera that reads the stripe pattern image reflected by the surface of the transparent plate. The camera is a CCD camera, a CMOS camera, or the like, and a line sensor that reads a line in one direction is used. The line sensor is a sensor device configured by a one-dimensional pixel array or a one-dimensional light receiving element array. An area sensor that reads an image on the light receiving surface in a planar shape may be used, but a line sensor is preferably used. In the case of a line sensor, line reading is performed so as to cross the straight dark part of the stripe pattern. The focus of the imaging lens of the camera is adjusted to the position of the pattern film 16. For this reason, even if minute dust adheres to the surface of the transparent plate G, reading is possible.
図１（ｃ）は、撮像デバイス１４から透明板状体Ｇの反射画像を見たときの一例の画像を示している。上述したように、ストライプパターン画像の暗部の線の延在方向をＡ方向に一致又は略一致するように照射することにより、図１（ｃ）に示すように、透明板状体Ｇの表面で反射した表面反射ストライプパターンの像Ｏ（図中の太線の像）と、透明板状体Ｇの裏面で反射した裏面反射ストライプパターンの像Ｕ（図中の細線の像）とが、図中縦方向に縦方向位置ずれを起こす。この結果、透明板状体Ｇの表面で反射した表面反射ストライプパターンの像Ｏと、透明板状体の裏面で反射した裏面反射ストライプパターンの像Ｕとが、少なくとも一部で分離する。図中、表面反射ストライプパターンの像Ｏと裏面反射ストライプパターンの像Ｕは、縦方向のみならず、横方向にも位置ずれしている。図１（ｃ）において、表面反射ストライプパターンの像Ｏと裏面反射ストライプパターンの像Ｕが縦方向の位置ずれにより分離している部分を、各ストライプパターンの像と直交する方向にライン状に見た場合、表面反射ストライプパターンの像のみが存在する位置をＸ1、裏面反射ストライプパターンの像のみが存在する位置をＸ2とする。なお、この縦方向位置ずれは、図１（ｄ）に示すように、透明板状体Ｇの面で鏡面反射するとき、表面の高さ方向（Ｃ方向）の反射位置と裏面の高さ方向（Ｃ方向）の反射位置が異なることにより、撮像デバイス１４から見たときの像がＡ方向にずれることによるものである。図１（ｄ）中では、縦方向位置ずれ量がＴ（ｍｍ）として示されている。このように、ストライプパターン画像の暗部の線の延在方向をＡ方向に一致又は略一致するように照射するので、透明板状体Ｇの板厚ｔ（ｍｍ）の影響により、表面と裏面のＡ方向における反射位置が異なる。このため、図１（ｃ）に示す位置Ｘ1で横方向ラインに沿ってライン読み取りを行うことで、図２（ａ）に示すような表面反射ストライプパターンの像のデータが得られ、位置Ｘ2で横方向ラインに沿ってライン読み取りを行うことで、図２（ｂ）に示すような裏面反射ストライプパターンの像のデータが得られる。表面反射ストライプパターンの像及び裏面反射ストライプパターンの像のデータのうち、データ値が最も低い位置（以下、ボトムともいう）がストライプパターンの像の暗部の線に対応し、そのデータ値は、表面反射ストライプパターンの像の方が、裏面反射ストライプパターンの像に比べて低い。又、表面及び裏面の反射ストライプパターンの像は表面及び裏面の形状に依存して様々なケースが生じうるため、表面反射ストライプパターンの像のデータのボトムの位置が、ストライプパターンの同じ暗部の裏面反射ストライプパターンの像のデータのボトムの位置に対して、ずれることがある。 FIG. 1C shows an example of an image when the reflected image of the transparent plate G is viewed from the imaging device 14. As described above, by irradiating the extending direction of the dark line of the stripe pattern image so as to coincide with or substantially coincide with the A direction, as shown in FIG. A reflected image O of the front surface reflection stripe pattern (image of a thick line in the figure) and an image U of a back surface reflection stripe pattern reflected by the back surface of the transparent plate G (a thin line image in the figure) are vertically Causes vertical displacement in the direction. As a result, the image O of the surface reflection stripe pattern reflected on the surface of the transparent plate G and the image U of the back reflection stripe pattern reflected on the back surface of the transparent plate G are separated at least partially. In the drawing, the image O of the front surface reflection stripe pattern and the image U of the back surface reflection stripe pattern are displaced not only in the vertical direction but also in the horizontal direction. In FIG. 1C, the portion where the image O of the front surface reflection stripe pattern and the image U of the back surface reflection stripe pattern are separated due to the positional deviation in the vertical direction is seen in a line shape in a direction perpendicular to the image of each stripe pattern. In this case, the position where only the image of the front surface reflection stripe pattern exists is X 1 , and the position where only the image of the back surface reflection stripe pattern exists is X 2 . In addition, as shown in FIG. 1D, the vertical position deviation is reflected in the height direction (C direction) of the front surface and the height direction of the back surface when the surface of the transparent plate G is specularly reflected. This is because the image viewed from the imaging device 14 is shifted in the A direction due to the difference in the reflection position in the (C direction). In FIG. 1 (d), the amount of displacement in the vertical direction is shown as T (mm). In this way, since the extension direction of the dark line of the stripe pattern image is irradiated so as to coincide with or substantially coincide with the A direction, due to the influence of the plate thickness t (mm) of the transparent plate-like body G, The reflection position in the A direction is different. Therefore, by performing the line read along transverse lines at a position X 1 shown in FIG. 1 (c), the data of the image of the surface reflection stripe pattern as shown in FIG. 2 (a) is obtained, the position X By performing line reading along the horizontal line in step 2 , image data of the backside reflection stripe pattern as shown in FIG. 2B is obtained. Of the data of the front reflective stripe pattern image and the back reflective stripe pattern image, the lowest data value (hereinafter also referred to as the bottom) corresponds to the dark line of the stripe pattern image, and the data value is The image of the reflective stripe pattern is lower than the image of the back reflective stripe pattern. Also, since the images of the reflective stripe pattern on the front and back surfaces can occur in various cases depending on the shape of the front and back surfaces, the bottom position of the data of the front reflective stripe pattern image is the back surface of the dark part where the stripe pattern is the same. There may be a deviation from the bottom position of the data of the reflective stripe pattern image.
コンピュータ１７は、撮像デバイス１４で読み取られたストライプパターン画像のデータから、透明板状体の断面及び面形状を算出する部分である。撮像デバイス１４で読み取ったストライプパターン画像が、表面反射ストライプパターンの像であるとき、このデータに対して所定のデータ処理を施すことで、透明板状体Ｇの表面の断面形状を算出することができる。一方、撮像デバイス１４で読み取ったストライプパターン画像が、裏面反射ストライプパターンの像であるとき、このデータに対して所定のデータ処理を施すことで、透明板状体Ｇの裏面の断面形状を算出することができる。さらに、透明板状体Ｇは、一定速度で図中のＡ方向に搬送されるので、透明板状体Ｇの表面及び裏面の面形状を算出することができる。 The computer 17 is a part that calculates the cross section and the surface shape of the transparent plate-like body from the data of the stripe pattern image read by the imaging device 14. When the stripe pattern image read by the imaging device 14 is an image of a surface reflection stripe pattern, the cross-sectional shape of the surface of the transparent plate G can be calculated by performing predetermined data processing on this data. it can. On the other hand, when the stripe pattern image read by the imaging device 14 is an image of a back surface reflection stripe pattern, a predetermined data process is performed on this data to calculate the cross-sectional shape of the back surface of the transparent plate G. be able to. Furthermore, since the transparent plate-like body G is conveyed in the direction A in the drawing at a constant speed, the surface shapes of the front and back surfaces of the transparent plate-like body G can be calculated.
ここで、所定のデータ処理とは、例えば、特開２００５−３４５３８３号公報に記載される処理が例示される。簡単に説明すると、撮像されたストライプパターンの像の暗部の線の位置の、理想位置からの横方向位置ずれ量が、撮像デバイス１４から供給されたデータに基づいて算出される。この理想位置とは、透明板状体Ｇが理想的平面（傾斜のない水平面）である場合の透明板状体Ｇの目標板厚寸法を有する透明板状体Ｇにストライプパターン画像を照射したときの暗部の線の位置である。したがって、算出する横方向位置ずれ量は、目標板厚における表面反射像の理想的平面状態でのストライプパターン画像の暗部の線の位置からのずれ量である。
この横方向位置ずれ量に加えて、照明光学系１２及び撮像デバイス１４の配置位置及びパターンフィルム上のストライプパターンの寸法に関する既知の情報を用いて、幾何学的関係式に基づいて、透明板状体Ｇの撮像位置における表面の傾斜角度が算出される。この傾斜角度は、面形状の形状関数と一定の関係を有するので、この関係を用いて、算出された傾斜角度から形状関数を算出することによって、透明板状体Ｇの面形状を求めることができる。詳細については、特開２００５−３４５３８３号公報の〔００３８〕〜〔００５４〕に記載されている。
Here, the predetermined data processing is exemplified by processing described in JP-A-2005-345383. In brief, the amount of lateral displacement from the ideal position of the position of the dark part of the image of the captured stripe pattern is calculated based on the data supplied from the imaging device 14. This ideal position is when the transparent plate G having a target plate thickness of the transparent plate G when the transparent plate G is an ideal plane (horizontal plane without inclination) is irradiated with a stripe pattern image. This is the position of the dark line. Therefore, the calculated lateral displacement amount is the displacement amount from the position of the dark part line of the stripe pattern image in the ideal plane state of the surface reflection image at the target plate thickness.
In addition to the lateral displacement amount, a transparent plate shape is obtained based on a geometric relational expression using known information regarding the arrangement position of the illumination optical system 12 and the imaging device 14 and the size of the stripe pattern on the pattern film. The inclination angle of the surface at the imaging position of the body G is calculated. Since this inclination angle has a fixed relationship with the shape function of the surface shape, the surface shape of the transparent plate G can be obtained by calculating the shape function from the calculated inclination angle using this relationship. it can. Details are described in JP-A-2005-345383 [0038] to [0054].
したがって、表面反射ストライプパターンの像のデータに上記所定のデータ処理を施すことで、透明板状体Ｇの表面の断面及び面形状が算出され、裏面反射ストライプパターンの像のデータに上記所定のデータ処理を施すことで、透明板状体Ｇの裏面の断面及び面形状が算出される。 Therefore, by performing the predetermined data processing on the image data of the front reflection stripe pattern, the cross section and the surface shape of the surface of the transparent plate G are calculated, and the predetermined data is included in the image data of the back reflection stripe pattern. By performing the processing, the cross section and the surface shape of the back surface of the transparent plate G are calculated.
このような形状測定装置１０では、まず、パターンフィルム１６を介してストライプパターン情報を持つ光を、図１（ａ）中のＡ方向に搬送中の透明板状体Ｇに照射し、撮像デバイスから見たときのストライプパターンの反射画像のうち、例えば表面反射ストライプパターンの像のデータを撮像する。表面反射ストライプパターンの像と裏面反射ストライプパターンの像とは一部分で分離しているので、例えば図１（ｃ）中の位置Ｘ1を読み取り位置とすることによって表面反射ストライプパターンの像のみが撮像される。図１（ｃ）中の位置Ｘ2を読み取り位置とすることによって裏面反射ストライプパターンの像のみが撮像される。表面反射ストライプパターンの像を読み取るか、裏面反射ストライプパターンの像を読み取るかは、撮像デバイス１４の視野の向きに応じて変化する。
こうして、表面反射ストライプパターンの像又は裏面反射ストライプパターンの像のデータが撮像デバイス１４から出力され、コンピュータ１７でサンプリングされて、所定のデータ処理が施されて、透明板状体Ｇの断面及び面形状が算出される。
In such a shape measuring apparatus 10, first, light having stripe pattern information is irradiated to the transparent plate G being conveyed in the direction A in FIG. Of the reflected image of the stripe pattern when viewed, for example, image data of the surface reflection stripe pattern is captured. Since separate a portion from the image of the image and the back reflective stripes surface reflection stripe pattern, for example, only the image of the surface reflection stripe pattern by the position X 1 in FIG. 1 (c) and reading position imaging Is done. Only the image of the rear reflective stripe patterns are imaged by the reading position the position X 2 in FIG. 1 (c). Whether to read the image of the front surface reflection stripe pattern or the image of the back surface reflection stripe pattern varies depending on the direction of the visual field of the imaging device 14.
Thus, the data of the image of the front reflection stripe pattern or the image of the back reflection stripe pattern is output from the imaging device 14, sampled by the computer 17, and subjected to predetermined data processing, and the cross section and surface of the transparent plate G The shape is calculated.
形状測定装置１０は、このように、表面反射ストライプパターンの像と裏面反射ストライプパターンの像を分離してデータを取得することができるので、従来に比べて、透明板状体Ｇの断面及び面形状を精度良く、かつ効率よく算出することができる。例えば、ストライプパターン画像の暗部の線の間隔を狭くしても、従来のように表面反射ストライプパターンの像と裏面反射ストライプパターンの像とが重ならないので、透明板状体の面形状を細かく測定することができる。また、板厚が薄くて従来測定が困難であった透明板状体Ｇでも、ストライプパターン画像の暗部の線の間隔を狭くして精度良く測定することができる。
透明板状体Ｇは、搬送ローラ等の搬送手段で搬送されるため、機械的振動が発生する。しかし、撮像デバイス１４の画像の読み取り速度は、上記機械的振動に比べてはるかに高周波で、例えば１ｋＨｚ以上でデータのサンプリングを行うことができるので、透明板状体Ｇが搬送中であっても有効な断面及び面形状データを求めることができる。
Since the shape measuring apparatus 10 can acquire data by separating the image of the front surface reflection stripe pattern and the image of the back surface reflection stripe pattern in this way, the cross section and the surface of the transparent plate G can be compared with the conventional one. The shape can be calculated accurately and efficiently. For example, even if the interval between the lines in the dark part of the stripe pattern image is narrowed, the surface reflection stripe pattern image and the back reflection stripe pattern image do not overlap as in the past, so the surface shape of the transparent plate-like object is measured finely. can do. Further, even with a transparent plate G that has been difficult to measure in the past because of its thin plate thickness, it is possible to measure with high accuracy by narrowing the interval between the dark portions of the stripe pattern image.
Since the transparent plate G is transported by transport means such as a transport roller, mechanical vibrations are generated. However, since the image reading speed of the imaging device 14 is much higher than that of the mechanical vibration, for example, data sampling can be performed at 1 kHz or higher, even if the transparent plate G is being conveyed. Effective cross-section and surface shape data can be obtained.
図３（ａ）は、形状測定装置１０にて透明板状体Ｇに光を照射するときのストライプパターン画像の別の例を示す図である。図３（ａ）に示すストライプパターン画像は、撮像デバイス１４から見たときの像であり、裏面反射ストライプパターンの像が完全に遮蔽され、表面反射ストライプパターンの像Ｏのみが表されている。図中のハッチング領域が遮蔽領域である。
このような遮蔽は、図３（ｂ）に示すパターンフィルム１６ａの暗部の線の一部の領域にマスク１８を設けることによって作られる。マスク１８の図中の縦方向（ストライプパターン画像の暗部の延在する方向）の長さ及びその縦方向の位置は、測定対象とする透明板状体Ｇの板厚に応じて設定することができる。透明板状体Ｇの板厚によって、表面反射ストライプパターンの像と裏面反射ストライプパターンの像との間の縦方向位置ずれ量が定まるからである。
なお、図３（ａ）の例ではラインセンサは表面反射ストライプパターンの像及び裏面反射ストライプパターンの像の一方しか読み取らないので、撮像範囲内でマスク１８による遮蔽領域の位置とラインセンサの読み取るラインの位置とが変動して読み取りができない場合も生じる。したがって、このような場合を考慮して、後述するようなマスク１８ｂ（図４（ａ）参照）を用いることが好ましい。また、本形状測定装置１０は、照明光学系１２及び撮像デバイス１４の配置位置ずれ、および板厚の厚さ方向の位置変動は測定の許容範囲内にあるが、透明板状体Ｇの板厚偏差は測定値に影響する。このため、板厚偏差が例えば±０．５ｍｍ以内であり、かつ透明板状体Ｇの形状の反りも小さい場合、特に有効に用いることができる。
FIG. 3A is a diagram illustrating another example of a stripe pattern image when the transparent plate G is irradiated with light by the shape measuring apparatus 10. The stripe pattern image shown in FIG. 3A is an image when viewed from the imaging device 14, and the image of the back surface reflection stripe pattern is completely shielded, and only the image O of the front surface reflection stripe pattern is represented. The hatched area in the figure is the shielding area.
Such shielding is made by providing a mask 18 in a part of the dark line of the pattern film 16a shown in FIG. The length of the mask 18 in the drawing (the direction in which the dark portion of the stripe pattern image extends) and the position in the vertical direction can be set according to the thickness of the transparent plate G to be measured. it can. This is because the amount of displacement in the vertical direction between the image of the front surface reflection stripe pattern and the image of the back surface reflection stripe pattern is determined by the plate thickness of the transparent plate G.
In the example of FIG. 3A, the line sensor reads only one of the image of the front surface reflection stripe pattern and the image of the back surface reflection stripe pattern, so the position of the shielding area by the mask 18 and the line read by the line sensor within the imaging range. There are also cases where reading cannot be performed due to fluctuations in the position of. Therefore, in consideration of such a case, it is preferable to use a mask 18b (see FIG. 4A) described later. In addition, the shape measuring apparatus 10 has a displacement of the illumination optical system 12 and the imaging device 14 and a positional variation in the thickness direction of the plate thickness within the allowable range of measurement, but the plate thickness of the transparent plate G Deviation affects the measured value. For this reason, when the plate | board thickness deviation is less than +/- 0.5mm, and the curvature of the shape of the transparent plate-shaped body G is also small, it can use especially effectively.
次に、本発明の別の実施形態について説明する。
本実施形態では、図１（ａ）に示す装置構成と同様の装置構成が用いられる。異なる点は、ストライプパターン画像が、図１（ａ）〜（ｃ）及び図３（ａ），（ｂ）に示すストライプパターン画像と異なっていることと、撮像デバイス１４によるストライプパターン画像の読み取りが、一定の間隔で平行に配置された３つのラインセンサで行われることである。なお、本実施形態では３つのラインセンサを用いるが、本発明では２つ以上のラインセンサを用いればよい。しかし、３つあるいはそれ以上のラインセンサを用いることが好ましい。
Next, another embodiment of the present invention will be described.
In the present embodiment, a device configuration similar to the device configuration shown in FIG. The difference is that the stripe pattern image is different from the stripe pattern images shown in FIGS. 1A to 1C and FIGS. 3A and 3B, and the reading of the stripe pattern image by the imaging device 14 is different. This is performed by three line sensors arranged in parallel at regular intervals. In this embodiment, three line sensors are used. However, in the present invention, two or more line sensors may be used. However, it is preferable to use three or more line sensors.
図４（ａ）は、３つのラインセンサを用いて効率よく表面反射ストライプパターンの像と裏面反射ストライプパターンの像を読み取るときのストライプパターン画像をつくるパターンフィルム１６ｂのパターン図の一例である。図４（ａ）に示すように、直線状に延在した複数の暗部の線が一定間隔で図中横方向に並列配置し、その線を横切るようにマスク１８ｂが一定の幅で、一定間隔で縦方向に周期的に設けられている。このパターンフィルム１６ｂによって、図４（ｂ）に示すように、表面反射ストライプパターンの像Ｏと裏面反射ストライプパターンの像Ｕが交互に現れるストライプパターン画像が反射像として得られる。図４（ｂ）中の縦方向に延びる太線は、表面反射ストライプパターンの像Ｏであり、図中の縦方向に延びる細線は、裏面反射ストライプパターンの像Ｕであり、太線の領域と細線の領域の間は、遮蔽領域１９となっている。このようなストライプパターン情報を持つ光の照射は、透明板状体Ｇの既知の目標板厚と屈折率を用いて、パターンフィルム１６のパターンを調整することにより得られる。
なお、マスク１８ｂは、一定の幅で、一定間隔で図４（ａ）中の縦方向に周期的に設けられているが、本発明では、マスク１８ｂは、明部及び暗部の繰り返し方向と直交又は略直交するする方向に対して角度を有する方向に延在し、そのマスクの延在方向と直交する方向に、一定の幅で、一定距離離間して周期的に複数設けられていればよい。
FIG. 4A is an example of a pattern diagram of the pattern film 16b that creates a stripe pattern image when the image of the front surface reflection stripe pattern and the image of the back surface reflection stripe pattern are efficiently read using three line sensors. As shown in FIG. 4A, a plurality of dark lines extending in a straight line are arranged in parallel in the horizontal direction at regular intervals, and the mask 18b has a constant width and constant intervals so as to cross the lines. Are periodically provided in the vertical direction. With this pattern film 16b, as shown in FIG. 4B, a stripe pattern image in which the image O of the front surface reflection stripe pattern and the image U of the back surface reflection stripe pattern appear alternately is obtained as a reflection image. The thick line extending in the vertical direction in FIG. 4B is the image O of the front surface reflection stripe pattern, and the thin line extending in the vertical direction in the drawing is the image U of the back surface reflection stripe pattern. A shielding area 19 is formed between the areas. Irradiation with light having such stripe pattern information is obtained by adjusting the pattern of the pattern film 16 using the known target plate thickness and refractive index of the transparent plate G.
The mask 18b is periodically provided in the vertical direction in FIG. 4A with a constant width and a constant interval. However, in the present invention, the mask 18b is orthogonal to the repetition direction of the bright part and the dark part. Alternatively, it is only necessary to extend in a direction having an angle with respect to a substantially orthogonal direction, and to be periodically provided in a direction orthogonal to the extending direction of the mask with a constant width and a predetermined distance apart. .
このようなストライプパターン画像の照射に対して行われる反射像の読み取りは、３つのラインセンサが配置された撮像デバイス１４で行われる。３つのラインセンサ（第１のラインセンサ、第２のラインセンサ、第３のラインセンサ）は、一定の間隔で離間し、それぞれ図４（ａ）中の位置Ｘ11，Ｘ12，Ｘ13にて、ストライプパターン画像の暗部の線を横切るようにライン読み取りを行う。このライン読み取りは表面反射ストライプパターンの像の読み取り位置である。裏面反射ストライプパターンの像の読み取りの位置はＸ21，Ｘ22，Ｘ23である。すなわち、第１のラインセンサは、位置Ｘ11と位置Ｘ21の画像を読み取り、第２のラインセンサは、位置Ｘ12と位置Ｘ22の画像を読み取り、第３のラインセンサは、位置Ｘ13と位置Ｘ23の画像を読み取る。上述したように、透明板状体Ｇの板厚の影響により、表面反射ストライプパターンの像と裏面反射ストライプパターンの像とが縦方向位置ずれを起こすので、この縦方向位置ずれ分、同じラインセンサであっても、表面反射ストライプパターンの像と裏面反射ストライプパターンの像とで読み取り位置が変わる。このようなラインセンサとして、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３原色を別々のラインセンサで受光するＲＧＢ３ラインセンサが好適に用いられる。 Reading of the reflected image performed for irradiation of such a stripe pattern image is performed by the imaging device 14 in which three line sensors are arranged. The three line sensors (the first line sensor, the second line sensor, and the third line sensor) are spaced apart at regular intervals, and are respectively positioned at positions X 11 , X 12 , and X 13 in FIG. Then, line reading is performed so as to cross the dark line of the stripe pattern image. This line reading is the reading position of the image of the surface reflection stripe pattern. The reading positions of the back reflection stripe pattern image are X 21 , X 22 , and X 23 . That is, the first line sensor reads images at positions X 11 and X 21 , the second line sensor reads images at positions X 12 and X 22 , and the third line sensor reads positions X 13. reading an image of a position X 23 and. As described above, the image of the front surface reflection stripe pattern and the image of the back surface reflection stripe pattern cause a vertical position shift due to the influence of the plate thickness of the transparent plate-like body G. Even so, the reading position changes between the image of the front surface reflection stripe pattern and the image of the back surface reflection stripe pattern. As such a line sensor, an RGB three line sensor that receives light of three primary colors of R (red), G (green), and B (blue) by separate line sensors is preferably used.
ここで、図４（ｃ）に示すように、ストライプパターン画像上における３つのラインセンサのセンサの幅をＲ（ｍｍ）、隣り合うラインセンサとの間の距離であるピッチをＰ（ｍｍ）、マスク１８ｂによって作られる遮蔽領域１９の幅をＢ（ｍｍ）、隣り合う遮蔽領域Ｂとの間隔をＷ（ｍｍ）とし、さらに、同じラインセンサがパターンを読み取るときの、表面反射ストライプパターンの像と裏面反射ストライプパターンの像との縦方向位置ずれ量をＴ（ｍｍ）としたとき、下記式（１）、（２）及び（３）を満足するように、照明光学系１２、撮像デバイス１４及びパターンフィルム１６ｂが調整されている。
Ｗ ≧ Ｐ ＋ Ｒ （１）
Ｂ ≦ Ｐ×２ − Ｒ （２）
Ｐ ＋ Ｒ ≦ Ｔ ≦ Ｐ×２ − Ｒ×２ （３）
Here, as shown in FIG. 4C, the width of the sensors of the three line sensors on the stripe pattern image is R (mm), and the pitch that is the distance between adjacent line sensors is P (mm), The width of the shielding area 19 formed by the mask 18b is B (mm), the interval between adjacent shielding areas B is W (mm), and the image of the surface reflection stripe pattern when the same line sensor reads the pattern The illumination optical system 12, the imaging device 14, and the following are satisfied so that the following expressions (1), (2), and (3) are satisfied, where T (mm) is the amount of vertical positional deviation from the image of the back surface reflection stripe pattern: The pattern film 16b is adjusted.
W ≧ P + R (1)
B ≦ P × 2-R (2)
P + R ≦ T ≦ P × 2−R × 2 (3)
ここで、Ｐ（ｍｍ）は、下記式に示すように、実際の撮像デバイス１４におけるラインセンサ間の距離ｐ（μｍ）に、読み取り位置からラインセンサの受光素子までの距離Ｌ（ｍｍ）と、撮像デバイス１４の撮像レンズ（図示されない）の定数（倍率）とを乗算して得られる。
Ｐ ＝ ｐ × Ｌ × （撮像レンズの定数）
同様に、Ｒ（ｍｍ）は、下記式に示すように、実際の撮像デバイス１４におけるラインセンサの幅ｒ（μｍ）に、読取位置からラインセンサの受光素子までの距離Ｌ（ｍｍ）と、撮像デバイス１４の撮像レンズ（図示されない）の定数（倍率）とを乗算して得られる。
Ｒ ＝ ｒ × Ｌ × （撮像レンズの定数）
一方、表面反射ストライプパターンの像と裏面反射ストライプパターンの像との縦方向位置ずれ量Ｔ（ｍｍ）は、図１（ｄ）に示すように透明板状体Ｇの板厚をｔ（ｍｍ）、透明板状体Ｇの屈折率をｎとしたとき、光学における入射角度と及び屈折の式を用いて下記式にて表すことができる。θは、読み取り位置におけるストライプパターン情報を持つ光の入射角度（＝反射角度）である。
Ｔ ＝ ｔ × ｔａｎ（ｓｉｎ-1（１／ｎ×ｓｉｎθ）） × ２
Here, as shown in the following equation, P (mm) is a distance p (μm) between the line sensors in the actual imaging device 14, and a distance L (mm) from the reading position to the light receiving element of the line sensor, It is obtained by multiplying by a constant (magnification) of an imaging lens (not shown) of the imaging device 14.
P = p × L × (constant of imaging lens)
Similarly, as shown in the following formula, R (mm) is the line sensor width r (μm) in the actual imaging device 14, the distance L (mm) from the reading position to the light receiving element of the line sensor, and imaging. It is obtained by multiplying by a constant (magnification) of an imaging lens (not shown) of the device 14.
R = r × L × (imaging lens constant)
On the other hand, the vertical position shift amount T (mm) between the image of the front surface reflection stripe pattern and the image of the back surface reflection stripe pattern is obtained by setting the thickness of the transparent plate G to t (mm) as shown in FIG. When the refractive index of the transparent plate G is n, it can be expressed by the following formula using an incident angle and refraction formula in optics. θ is an incident angle (= reflection angle) of light having stripe pattern information at the reading position.
T = t × tan (sin −1 (1 / n × sin θ)) × 2
ラインセンサが読み取りを行う位置Ｘ11，Ｘ12，Ｘ13及びＸ21，Ｘ22，Ｘ23における、透明板状体Ｇの高さ方向の位置（図１（ｄ）に示すＣ方向（板厚の方向）の位置）は、搬送中の振動等によって変動するが、この変動が生じても、撮像デバイス１４は、表面反射ストライプパターンの像又は裏面反射ストライプパターンの像のライン読み取りを必ず行えることが必要である。
上記式（１）では、隣り合うラインセンサのうち、一方のラインセンサが必ず表面反射ストライプパターンの像又は裏面反射ストライプパターンの像のライン読み取りを行うための条件を表し、上記式（２）は、３つのラインセンサの読み取り位置が１つの遮蔽領域１９に同時に隠れないための条件、すなわち、３つのラインセンサの１つの読み取り位置が必ず、遮蔽領域１９の外に位置するための条件を表している。上記式（３）は、表面反射ストライプパターンの像と裏面反射ストライプパターンの像の縦方向位置ずれ量Ｔ（ｍｍ）（以下、縦方向位置ずれ量という）の分だけ、読み取り位置が異なっていても、いずれのラインセンサも表面反射ストライプパターンの像と裏面反射ストライプパターンの像のライン読み取りを同時に行わないための条件を表している。したがって、上記式（３）を満足するとき、３ラインセンサの読み取り位置は、図４（ｃ）に示されるように、ラインセンサ１で表面反射ストライプパターンの像を読み取る位置Ｘ11、ラインセンサ２で表面反射ストライプパターンの像を読み取る位置Ｘ12、ラインセンサ１で裏面反射ストライプパターンの像を読み取る位置Ｘ21、ラインセンサ３で表面反射ストライプパターンの像を読み取る位置Ｘ13の順番になる。
式（３）について細かく説明すると、縦方向位置ずれ量Ｔ（ｍｍ）だけ位置ずれした第１のラインセンサの読み取りの位置Ｘ11及びＸ21と、縦方向位置ずれ量Ｔ（ｍｍ）だけ位置ずれした第２のラインセンサの読み取りの位置Ｘ21及びＸ22と、縦方向位置ずれ量Ｔ（ｍｍ）だけ位置ずれした第３のラインセンサの読み取りの位置Ｘ13及びＸ31とが、いずれも表面反射ストライプパターンの像の領域に同時に位置せず、さらに裏面反射ストライプパターンの像の領域にも同時に位置しない条件は、下記式（４）で表される。
Ｗ ≦ Ｔ − Ｒ （４）
又、上記第１、第２及び第３のラインセンサが読み取りを行う位置Ｘ11及びＸ21、位置Ｘ21及びＸ22、位置Ｘ31及びＸ32がそれぞれ同時に遮蔽領域１９に含まれる場合が必ず存在する条件は、下記式（５）で表される。
Ｂ ≧ Ｔ ＋ Ｒ （５）
したがって、表面反射ストライプパターンの像と裏面反射ストライプパターンの像を同時に読み取らない条件を表す式（４）及び表面反射ストライプパターンの像の読み取り位置と裏面反射ストライプパターンの像の読み取り位置が同時に遮蔽領域１９に来る条件を表す式（５）と、上記式（１）及び（２）とを整理することにより、式（３）を得ることができる。特に、透明板状体Ｇの板厚の適用範囲を可能な限り拡げるために、縦方向位置ずれ量Ｔ（ｍｍ）の範囲を広くすることが好ましい。このため、式（１）及び（２）に変えて下記式（６）及び（７）を満たすことがより好ましい。
Ｗ ＝ Ｐ ＋ Ｒ （６）
Ｂ ＝ Ｐ×２ − Ｒ （７）
The position in the height direction of the transparent plate G at the positions X 11 , X 12 , X 13 and X 21 , X 22 , X 23 where the line sensor reads (C direction (plate thickness shown in FIG. 1 (d)) The position in the direction of) fluctuates due to vibrations during conveyance, etc. Even if this fluctuation occurs, the imaging device 14 can always read the line of the image of the front reflection stripe pattern or the image of the back reflection stripe pattern. is required.
In the above equation (1), one of the adjacent line sensors always represents a condition for performing line reading of the image of the front surface reflection stripe pattern or the image of the back surface reflection stripe pattern, and the above equation (2) is A condition for the reading positions of the three line sensors not to be simultaneously hidden in one shielding area 19, that is, a condition for one reading position of the three line sensors to be always located outside the shielding area 19. Yes. In the above formula (3), the reading position is different by the amount T (mm) (hereinafter, referred to as the vertical position shift amount) of the vertical reflection stripe pattern image and the back reflection stripe pattern image. In addition, any line sensor represents a condition for not simultaneously performing line reading of the image of the front surface reflection stripe pattern and the image of the back surface reflection stripe pattern. Therefore, when the above equation (3) is satisfied, the reading position of the 3-line sensor is the position X 11 where the line sensor 1 reads the image of the surface reflection stripe pattern, as shown in FIG. The position X 12 for reading the image of the front surface reflection stripe pattern at the position X 21 , the position X 21 for reading the image of the back surface reflection stripe pattern by the line sensor 1, and the position X 13 for reading the image of the front surface reflection stripe pattern by the line sensor 3.
The expression (3) will be described in detail. The reading positions X 11 and X 21 of the first line sensor displaced by the vertical displacement amount T (mm) and the displacement by the vertical displacement amount T (mm). The read positions X 21 and X 22 of the second line sensor and the read positions X 13 and X 31 of the third line sensor displaced by the vertical position deviation amount T (mm) are both surfaces. The condition of not being simultaneously positioned in the image area of the reflective stripe pattern and not simultaneously positioned in the image area of the backside reflective stripe pattern is expressed by the following formula (4).
W ≦ T−R (4)
In addition, the positions X 11 and X 21 , the positions X 21 and X 22 , and the positions X 31 and X 32 that are read by the first, second, and third line sensors are included in the shielding region 19 at the same time. The existing condition is represented by the following formula (5).
B ≧ T + R (5)
Therefore, the expression (4) representing the condition for not simultaneously reading the image of the front surface reflection stripe pattern and the image of the back surface reflection stripe pattern and the reading position of the image of the front surface reflection stripe pattern and the reading position of the image of the back surface reflection stripe pattern are simultaneously shielded. Formula (3) can be obtained by rearranging Formula (5) representing the condition coming to 19 and Formulas (1) and (2) above. In particular, in order to expand the application range of the plate thickness of the transparent plate G as much as possible, it is preferable to widen the range of the vertical direction displacement amount T (mm). For this reason, it is more preferable to satisfy the following formulas (6) and (7) instead of the formulas (1) and (2).
W = P + R (6)
B = P × 2-R (7)
このような式（１）〜（３）を満たすように照明光学系１２、撮像デバイス１４及びパターンフィルム１６ｂを調整することにより、Ｃ方向に透明板状体Ｇが変動しても３つのラインセンサの１つによって、表面反射ストライプパターンの像又は裏面反射ストライプパターンの像のライン読み取りが可能となる。図５（ａ）は、透明板状体Ｇの高さ方向の位置（高さＣ方向の位置）が上昇するとき、縦軸に撮像デバイス１４から出力されコンピュータ１７でサンプリングされる輝度のデータの模式図である。透明板状体Ｇが高さ方向のどの位置にあろうと、マスクパターンは周期的な繰り返しパターンであるので、ラインセンサ１，２，３のいずれかにおいて、表面反射ストライプパターンの像のデータ（図中では表面）及び裏面反射ストライプパターンの像のデータ（図中では裏面）が取得される。
なお、図５（ａ）では、表面反射ストライプパターンの像のデータ及び裏面反射ストライプパターンの像のデータをいずれも台形形状で表しているが、本来は、図５（ｂ）に示すように、ストライプパターン画像の暗部の線に対応して凹凸を繰り返す高周波信号からなり、図５（ａ）では、その信号の包絡線を台形形状で表している。
By adjusting the illumination optical system 12, the imaging device 14, and the pattern film 16b so as to satisfy the expressions (1) to (3), three line sensors can be used even if the transparent plate G changes in the C direction. One of these enables line reading of the image of the front surface reflection stripe pattern or the image of the back surface reflection stripe pattern. FIG. 5A shows the brightness data output from the imaging device 14 and sampled by the computer 17 on the vertical axis when the position in the height direction (position in the height C direction) of the transparent plate-shaped body G rises. It is a schematic diagram. Regardless of the position of the transparent plate G in the height direction, the mask pattern is a periodic repetitive pattern. Therefore, in any of the line sensors 1, 2, and 3, image data of the surface reflection stripe pattern (see FIG. The data of the image of the front surface and the back surface reflection stripe pattern (the back surface in the figure) are acquired.
In FIG. 5A, both the image data of the front surface reflection stripe pattern and the image data of the back surface reflection stripe pattern are represented in a trapezoidal shape, but originally, as shown in FIG. It consists of a high-frequency signal that repeats unevenness corresponding to the dark line of the stripe pattern image. In FIG. 5A, the envelope of the signal is represented by a trapezoidal shape.
このような３つのラインセンサを用いたライン読み取りを行うことにより、透明板状体Ｇの面の高さ方向の位置が変動しようとも、ラインセンサの１つは、必ず表面反射ストライプパターン画像を読み取り、さらに、他の１つのラインセンサは裏面反射ストライプパターン画像の読み取りを行うことができる。この場合、取得したデータが、表面反射ストライプパターン画像のデータか、裏面反射ストライプパターン画像のデータかは、図５（ａ）に示すような台形形状の波形を、コンピュータ１７のハイパスフィルター処理により、図２（ａ）に示すような信号を取り出し、このときの信号の、ストライプパターンの暗部の線に対応したボトムのデータ値の高低で判別する。データが表面反射ストライプパターンの像のデータの場合、裏面反射ストライプパターンの像の場合に比べて、ボトムのデータ値は低いことから、判別が可能である。表面反射像ストライプパターンの像と裏面反射ストライプパターンの像の強度差は、表面屈折による反射率の変化と表面反射及び透明板状体の吸収による光陵の減衰から予測される。例えば、表面反射する光が透明板状体Ｇの表面に、その法線に対して角度４５度で入射する場合、裏面反射する光は、上記法線に対して３０度未満の角度で裏面に入射するため裏面の反射率は表面の反射率より小さくなる。このように、入射角度が異なるので反射角度が異なり、裏面反射の方が反射角度が小さくなる。これより、裏面反射の光の強度は表反射に較べて弱くなる。さらに、透明板状体に色が付いている場合、透過率が低下して、表反射と裏面反射の光の強度の差は大きくなる。
このようにして、コンピュータ１７では、表面反射ストライプパターン画像のデータ、あるいは、裏面反射ストライプパターン画像のデータが取り出され、このデータに対して、上述した所定のデータ処理を施すことで、透明板状体Ｇの面の断面及び面形状を算出することができる。したがって、透明板状体Ｇが搬送ローラに支持されて搬送中であり、上下に振動しても、面形状を安定して測定することができる。
なお、本発明の透明板状体の形状測定装置を、例えばガラス板の製造設備に備え、製造され搬送される工程中、ガラス板の面形状を全検することができる。製造設備のライン内で製造されるガラス板の面形状を測定できるので効率が良い。例えば、面形状のうねりが所定の大きさを超える場合は、そのガラス板を製造ラインから取り除く、又はガラス板のランク付けを行うことができる。又、表面形状に問題がある場合、面形状が正常となるように、上流の工程にフィードバックをかけることも可能である。すなわち、本発明は、上述の形状測定装置を用いて板ガラスを製造する板ガラスの製造方法に好適に適用できる。
By performing line reading using these three line sensors, one of the line sensors always reads the surface reflection stripe pattern image even if the position of the surface of the transparent plate G changes in the height direction. In addition, another line sensor can read the back surface reflection stripe pattern image. In this case, whether the acquired data is the data of the front surface reflection stripe pattern image or the data of the back surface reflection stripe pattern image, a trapezoidal waveform as shown in FIG. A signal as shown in FIG. 2A is taken out, and the signal at this time is discriminated based on the level of the bottom data value corresponding to the dark part line of the stripe pattern. When the data is the image data of the front reflection stripe pattern, the bottom data value is lower than that of the image of the back reflection stripe pattern, so that the determination is possible. The difference in intensity between the image of the front-surface reflection image stripe pattern and the image of the back-surface reflection stripe pattern is predicted from the change in reflectance due to surface refraction and the attenuation of light intensities due to surface reflection and absorption of the transparent plate. For example, when the light reflected on the surface is incident on the surface of the transparent plate G at an angle of 45 degrees with respect to the normal line, the light reflected on the back surface is reflected on the back surface with an angle of less than 30 degrees with respect to the normal line. Because of incidence, the reflectance on the back surface is smaller than the reflectance on the front surface. Thus, since the incident angle is different, the reflection angle is different, and the reflection angle is smaller in the case of back surface reflection. Accordingly, the intensity of the light reflected from the back surface is weaker than that from the front reflection. Furthermore, when the transparent plate-like body is colored, the transmittance is lowered, and the difference in light intensity between the front reflection and the back reflection is increased.
In this way, the computer 17 takes out the data of the front surface reflection stripe pattern image or the data of the back surface reflection stripe pattern image, and performs the predetermined data processing described above on this data, thereby forming a transparent plate shape. The cross section and surface shape of the surface of the body G can be calculated. Therefore, even when the transparent plate G is being transported by being supported by the transport roller, the surface shape can be stably measured even if it vibrates up and down.
In addition, the shape measuring apparatus of the transparent plate-shaped body of the present invention is provided in, for example, a glass plate manufacturing facility, and the surface shape of the glass plate can be fully inspected during the process of manufacturing and transporting. Since the surface shape of the glass plate manufactured in the line of manufacturing equipment can be measured, it is efficient. For example, when the waviness of the surface shape exceeds a predetermined size, the glass plate can be removed from the production line, or the glass plate can be ranked. Also, if there is a problem with the surface shape, it is possible to provide feedback to the upstream process so that the surface shape becomes normal. That is, the present invention can be suitably applied to a plate glass manufacturing method for manufacturing plate glass using the above-described shape measuring apparatus.
板厚が０．４ｍｍ、サイズが３００ｍｍ×３００ｍｍのガラス板を透明板状体Ｇとして用い、このガラス板の面形状を測定した。ガラス板は、搬送ローラで搬送中（搬送速度１０ｍｍ／秒）のものである。
照明光学系１２の照明光源１５として、高周波蛍光灯ＳＦＣ社製ＳＬ１０００を用い、パターンフィルム１６として、図６（ａ），（ｂ）に示すパターンを透明フィルムに黒印刷したものを用いた。パターンのサイズ（有効範囲）は２５０ｍｍ×３０ｍｍとし、ストライプパターンの暗部の直線の幅ａを０．１５ｍｍ、直線のピッチｂを０．６ｍｍ、マスク幅ｃを０．４９ｍｍ、このマスクの離間距離を０．３５ｍｍとした。このｃは上記式（２）中のＢに対応するものであり、ｄは上記式（１）中のＷに対応するものである。このｃ（＝Ｂ）、ｄ（＝Ｗ）は、上述の式（１）〜（３）を満たす。このパターンにおける隣接する暗部の直線との間の距離は０．４５ｍｍであり、すなわち、ガラス板表面上で約０．５ｍｍのサンプリングに相当する。このサンプリングの間隔は、従来の方法において限界であった１．０ｍｍよりも短い。このサンプリングの間隔約０．５ｍｍは、上述したように、表面反射ストライプパターンの像のデータと裏面反射ストライプパターンの像のデータを分離することができることによって可能となっている。又、サンプリングの間隔は、暗部の線幅の２倍まで小さくできるので、本実施例では０．３ｍｍまで小さくすることができる。
A glass plate having a plate thickness of 0.4 mm and a size of 300 mm × 300 mm was used as the transparent plate G, and the surface shape of the glass plate was measured. The glass plate is being transported by a transport roller (transport speed of 10 mm / second).
As the illumination light source 15 of the illumination optical system 12, a high-frequency fluorescent lamp SFC SL1000 was used, and as the pattern film 16, the pattern shown in FIGS. 6A and 6B was printed black on a transparent film. The pattern size (effective range) is 250 mm × 30 mm, the straight line width a of the stripe pattern is 0.15 mm, the straight line pitch b is 0.6 mm, the mask width c is 0.49 mm, and the mask separation distance is 0.35 mm. This c corresponds to B in the above formula (2), and d corresponds to W in the above formula (1). These c (= B) and d (= W) satisfy the above-mentioned formulas (1) to (3). The distance between adjacent dark lines in this pattern is 0.45 mm, that is, it corresponds to about 0.5 mm sampling on the glass plate surface. This sampling interval is shorter than 1.0 mm, which was the limit in the conventional method. As described above, the sampling interval of about 0.5 mm is made possible by separating the image data of the front reflection stripe pattern and the image data of the back reflection stripe pattern. In addition, since the sampling interval can be reduced to twice the line width of the dark portion, it can be reduced to 0.3 mm in this embodiment.
撮像デバイス１４は、ＮＥＤ社製ＮＵＣＬi７３００（３ライン式カラーカメラ）を、撮影レンズはペンタックス株式会社製、ＰＥＮＴＡＸ６７ ２００ｍｍＦ４を用いた、コンピュータ１７による画像取り込みにはキャプチャーボードＭａｔｒｏｘ社製 ＳｏｌｉｏｓＸＣＬを用いた。
照明光学系１２は、図６（ｃ）に示すように、透明板状体Ｇの表面から１９８ｍｍの高さの位置に配置した。撮像デバイス１４は、透明板状体Ｇの表面から８８４ｍｍの高さの位置に配置して、透明板状体Ｇを斜め上方４５度の方向から画像読み取りを行うように配置した。そのとき、ストライプパターン画像の透明板状体Ｇ上の幅は２３０ｍｍであった（図６（ｄ）参照）。このときのレンズの絞りは１６とした。撮像デバイス１４による読み取り間隔は３ｍ秒とし、透明板状体Ｇについて２３０ｍｍの長さ分の読み取りを行った。
The imaging device 14 was a NED NUCLi7300 (3-line type color camera), the photographing lens was a PENTAX Corporation, PENTAX 67 200 mmF4, and the image capture by the computer 17 was a capture board Matrox Corporation SoliosXCL.
The illumination optical system 12 was disposed at a height of 198 mm from the surface of the transparent plate G as shown in FIG. The imaging device 14 was disposed at a height of 884 mm from the surface of the transparent plate-like body G, and the transparent plate-like body G was arranged so as to read an image from a direction of 45 degrees obliquely upward. At that time, the width of the stripe pattern image on the transparent plate G was 230 mm (see FIG. 6D). The aperture of the lens at this time was 16. The reading interval by the imaging device 14 was 3 milliseconds, and the transparent plate G was read for a length of 230 mm.
図７は、撮像デバイス１４から出力されたデータのうち、表面反射ストライプパターンの像のデータを用いて上述した所定の処理を施し、これにより得られた透明板状体Ｇの３次元表面形状の算出結果を示す鳥瞰図である。３次元表面形状の凹凸は、板厚が０．４ｍｍに対して、１μｍを下回る凹凸である。
図８は、その一部分の３次元表面形状の断面形状を示す図であり、実線は、本発明の方法により得られた結果であり、点線（従来方法）は従来技術である図１０（ａ）に示す方法で行った結果である。但し、従来方法では、０．４ｍｍのガラス板の表反射による像と裏面反射による像を分離することが困難であるので、裏面に反射防止用テープを貼り、裏面反射による像を消すことにより、表面反射による像を読み取って得たデータである。本発明の方法は、図１０（ａ）に示すように、ストライプパターンをＡ方向に延在させて計測を行う従来方法と同様の結果を示すことがわかる。本発明は、例えば透明板状体が０．４ｍｍの薄板であっても、表面形状の平坦度が悪くても、従来方法に比べて効率よく断面及び面形状を算出することができる。さらに、サンプリングの間隔を、従来に比べて短く設定できるので、精度良く断面及び面形状を測定できる。
FIG. 7 shows the three-dimensional surface shape of the transparent plate G obtained by performing the above-described predetermined processing using the image data of the surface reflection stripe pattern among the data output from the imaging device 14. It is a bird's-eye view which shows a calculation result. The unevenness of the three-dimensional surface shape is an unevenness of less than 1 μm with respect to a plate thickness of 0.4 mm.
FIG. 8 is a diagram showing a cross-sectional shape of a part of the three-dimensional surface shape, the solid line is the result obtained by the method of the present invention, and the dotted line (conventional method) is the prior art. It is the result performed by the method shown in. However, in the conventional method, since it is difficult to separate the image due to the front reflection and the image due to the back reflection of the 0.4 mm glass plate, by applying an antireflection tape on the back surface and erasing the image due to the back surface reflection, Data obtained by reading an image by surface reflection. As shown in FIG. 10A, it can be seen that the method of the present invention shows the same result as the conventional method in which measurement is performed by extending the stripe pattern in the A direction. For example, even if the transparent plate-like body is a thin plate of 0.4 mm or the flatness of the surface shape is poor, the present invention can calculate the cross section and the surface shape more efficiently than the conventional method. Furthermore, since the sampling interval can be set shorter than in the prior art, the cross section and the surface shape can be measured with high accuracy.
図９は、図５（ｂ）に示す、ストライプパターン画像の暗部の線に対応して凹凸を繰り返す高周波信号の波形に対応する本実施例の計測結果の一例である。透明板状体Ｇの面の高さ方向の位置が変動することによって、撮像デバイス１６の３つのラインセンサから出力されるデータの波形の例を示している。ここで、３個のラインセンサのいずれか１つが必ず表面反射ストライプパターンの像のデータを出力していることが判る。
また、ガラス板の製造設備に本発明の透明板状体の形状測定装置を備えれば、製造されるガラス板の面形状を製造設備のライン内で精度良く全検することができる。
FIG. 9 shows an example of the measurement result of the present embodiment corresponding to the waveform of the high-frequency signal that repeats unevenness corresponding to the dark line of the stripe pattern image shown in FIG. An example of a waveform of data output from the three line sensors of the imaging device 16 when the position in the height direction of the surface of the transparent plate G varies is shown. Here, it can be seen that any one of the three line sensors always outputs the image data of the surface reflection stripe pattern.
Moreover, if the glass plate manufacturing facility is equipped with the transparent plate-shaped body shape measuring device of the present invention, the surface shape of the glass plate to be manufactured can be fully inspected within the line of the manufacturing facility.
以上、本発明の透明板状体の形状測定装置及び板ガラスの製造方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。 As mentioned above, although the shape measuring apparatus and the manufacturing method of the sheet glass of the transparent plate-shaped body of the present invention have been described in detail, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements and modifications can be made without departing from the gist of the present invention. Of course, changes may be made.
１０，１００ 形状検査装置
１２，１０４ 照明光学系
１４ 撮像デバイス
１５，１０６ 照明光源
１６，１６ａ，１６ｂ，１０８ パターンフィルム
１７，１１２ コンピュータ
１８，１８ｂ マスク
１９ 遮蔽領域
１０２ 透明板状体
１１０ カメラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,100 Shape inspection apparatus 12,104 Illumination optical system 14 Imaging device 15,106 Illumination light source 16,16a, 16b, 108 Pattern film 17,112 Computer 18,18b Mask 19 Shielding area 102 Transparent plate 110 Camera
Claims (6)
前記照明光学系は、照明光源と、この照明光源と透明板状体との間に配され、前記パターン画像をつくるように、明部及び暗部が繰り返すパターンフィルムと、を含み、
前記パターンフィルムには、前記パターン画像の、透明板状体の表面で反射した表面反射パターンの像及び透明板状体の裏面で反射した裏面反射パターンの像の少なくとも一方の像を遮蔽するように、前記パターンフィルムの前記明部及び暗部の繰り返し方向と直交又は略直交する方向に対して角度を有する方向に延在するマスクが、前記マスクの延在方向と直交する方向に、一定の幅で、一定距離離間して周期的に複数設けられており、
前記照明光学系の配置位置を透明板状体の面に垂直に射影した位置と、前記撮像デバイスの配置位置を透明板状体の面に垂直に射影した位置とを結ぶ方向を第１の方向というとき、
前記照明光学系は、前記パターン画像の前記明部及び暗部の繰り返し方向が前記第１の方向に対して角度を有するように前記パターン画像を照射することにより、前記表面反射パターンの像と前記裏面反射パターンの像とを、前記第１の方向に少なくとも一部で分離させ、
前記形状算出手段は、分離した前記表面反射パターンの像及び前記裏面反射パターンの像の少なくとも一方の像のデータを用いて透明板状体の断面形状を算出することを特徴とする透明板状体の形状測定装置。 An imaging device that reads an illuminating optical system for irradiating light having a pattern information consisting of a bright portion and a dark portion of the repetition to the transparent plate-shaped object, the pattern image light is reflected by the surface of the transparent plate-shaped object with the pattern information And from the data of the read pattern image, a shape calculating means for calculating the cross-sectional shape of the transparent plate-like body, and a shape measuring device for the transparent plate-like body,
The illumination optical system includes an illumination light source, and a pattern film that is arranged between the illumination light source and the transparent plate and repeats bright and dark portions so as to form the pattern image,
The pattern film is configured to shield at least one of the image of the surface reflection pattern reflected from the surface of the transparent plate and the image of the back reflection pattern reflected from the back of the transparent plate of the pattern image. The mask extending in a direction having an angle with respect to the direction orthogonal or substantially orthogonal to the repeating direction of the bright and dark portions of the pattern film has a constant width in the direction orthogonal to the extending direction of the mask. , A plurality is periodically provided at a certain distance,
A first direction is a direction connecting a position obtained by projecting the arrangement position of the illumination optical system perpendicularly to the surface of the transparent plate-like body and a position obtained by projecting the arrangement position of the imaging device perpendicularly to the surface of the transparent plate-like body. When
The illumination optical system, by the bright portion and the dark portion of the repeat direction of the pattern image is illuminating the pattern image at an angle to the first direction, the image and the back surface of the surface reflection pattern Separating the image of the reflection pattern at least partially in the first direction;
The shape calculating means calculates a cross-sectional shape of the transparent plate-like body using data of at least one of the separated image of the front surface reflection pattern and the image of the back surface reflection pattern. Shape measuring device.
前記撮像デバイスは、複数の受光素子が１次元に配列し、前記第１の方向の異なる複数の位置で前記暗部の線を横切るようにラインで読み取る複数のラインセンサを有し、
前記複数のラインセンサのうち１つは、前記表面反射パターンの像をラインで読み取り、残りのラインセンサのうち１つは、前記裏面反射パターンの像をラインで読み取る請求項１に記載の透明板状体の形状測定装置。 The pattern image is a stripe pattern image in which light having a stripe pattern information in which a plurality of dark line lines extending linearly in one direction are arranged in parallel at a predetermined interval is reflected by a transparent plate.
The imaging device has a plurality of line sensors in which a plurality of light receiving elements are arranged in a one-dimensional manner and read by a line so as to cross the dark part line at a plurality of positions different in the first direction,
Wherein one of the plurality of line sensors read the image of the surface reflection pattern in the line, the one of the remaining line sensor, a transparent plate according to claim 1 for reading an image of the back reflection pattern lines Shape measuring device.
Ｗ ≧ Ｐ ＋ Ｒ （１）
Ｂ ≦ Ｐ×２ − Ｒ （２）
Ｐ ＋ Ｒ ≦ Ｔ ≦ Ｐ×２ −Ｒ×２ （３）
但し、Ｔ（ｍｍ）は、透明板状体の板厚をｔ（ｍｍ）、透明板状体の屈折率をｎ、前記ストライプパターン情報を持つ光が透明板状体の読み取り位置に入射する入射角度をθ（ラジアン）としたとき、Ｔ＝ｔ×ｔａｎ（ｓｉｎ-1（（１／ｎ）×ｓｉｎθ））×２で定まる値を表す。 The constant width of the mask of the pattern film is B (mm), the constant distance is W (mm), the sensors of the plurality of line sensors on the image of the front surface reflection pattern or the image of the back surface reflection pattern The width is R (mm), the pitch between adjacent line sensors in the plurality of line sensors is P (mm), and the separation distance between the image of the front surface reflection pattern and the image of the back surface reflection pattern is T (mm). The transparent plate according to claim 2 , wherein B (mm), W (mm), P (mm), R (mm), and T (mm) satisfy the following formulas (1) to (3). Shape measuring device.
W ≧ P + R (1)
B ≦ P × 2-R (2)
P + R ≦ T ≦ P × 2 −R × 2 (3)
Where T (mm) is the thickness of the transparent plate, t (mm), the refractive index of the transparent plate, n, and the light having the stripe pattern information incident on the reading position of the transparent plate. When the angle is θ (radian), it represents a value determined by T = t × tan (sin −1 ( (1 / n) × sin θ)) × 2.
板ガラスを搬送する工程と、
搬送する工程中、請求項１〜５のいずれか１項に記載の透明板状体の形状測定装置を用いて面形状を測定する工程と、を有することを特徴とする板ガラスの製造方法。 When manufacturing plate glass,
A step of conveying the plate glass;
A step of measuring the surface shape using the transparent plate-shaped body shape measuring device according to any one of claims 1 to 5 during the transporting step.
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