JP7516422B2 - Edge strength test method and device - Google Patents
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Description
本出願は、米国特許法第119条の下で、2019年5月15日出願の米国仮特許出願第62/848091号、2019年5月24日出願の米国仮特許出願第62/852677号、及び2020年1月10日出願の米国仮特許出願第62/959559号の優先権の利益を主張するものであり、各上記仮特許出願の内容は依拠され、参照によりその全体が本出願に援用される。 This application claims the benefit of priority under 35 U.S.C. § 119 to U.S. Provisional Patent Application No. 62/848,091, filed May 15, 2019, U.S. Provisional Patent Application No. 62/852,677, filed May 24, 2019, and U.S. Provisional Patent Application No. 62/959,559, filed January 10, 2020, the contents of each of which are relied upon and incorporated by reference in their entirety into this application.
本開示は一般に、ガラス及び/又はガラスセラミックを試験するための装置、並びにガラス及び/又はガラスセラミックを試験する方法に関する。 The present disclosure generally relates to an apparatus for testing glasses and/or glass ceramics and a method for testing glasses and/or glass ceramics.
液晶ディスプレイ(LCD)及びプラズマディスプレイ等の高性能ディスプレイデバイスは、携帯電話、ラップトップ、電子タブレット、テレビ、及びコンピュータモニタ等の様々な電子機器に一般に使用されている。現在市販されているディスプレイデバイスは、1つ以上の高精度ガラスシートを、例えばいくつかの用途を挙げると電子回路構成部品として、又は色フィルタとして、採用できる。このような高精度ガラス基板を作製するための主要な技術は、Corning Incorporated社によって開発され、例えば参照によりその全体が本出願に援用される特許文献1及び2に記載されている、フュージョンドロープロセスであるが、本明細書に記載の実施形態は、スロットドロー、リドロー、フロート等を含むいずれの成形プロセスに適用可能である。 High performance display devices such as liquid crystal displays (LCDs) and plasma displays are commonly used in a variety of electronic devices such as mobile phones, laptops, electronic tablets, televisions, and computer monitors. Current commercially available display devices may employ one or more precision glass sheets, for example as electronic circuit components or as color filters, to name a few applications. The primary technology for making such precision glass substrates is the fusion draw process developed by Corning Incorporated and described, for example, in U.S. Pat. Nos. 5,399,623 and 5,433,363, which are incorporated herein by reference in their entireties, although the embodiments described herein are applicable to any forming process, including slot draw, redraw, float, and the like.
これらの用途それぞれについて、ガラスシートは典型的には、あるサイズにカットされ、その後、結果として生じるガラスシートの鋭利な縁部は、研削及び/又は研磨によって面取り加工される。切断、縁部機械加工、研削、及び他の処理ステップは、欠け又は割れ等のきずをガラスシートの表面及び縁部に導入する可能性がある。これらのきずは、特に上記きずが引張応力を受けるようにガラスが曲げられている場合に、破砕の原因として機能して、シートの強度を低下させる場合がある。ディスプレイデバイスは何らかの曲げを受けるため、これらのきずの存在が懸念される場合がある。可撓性ディスプレイデバイスはその性質上、製造プロセス中又は使用中に、1つ以上のディスプレイ基板内に大きな応力を生成する場合がある。従ってガラスシート内に存在し得る残留したきずは、ガラスシートが十分に大きな応力を受けたときにガラスシートに割れを生じさせる可能性がある。典型的なディスプレイ製造は、個々のディスプレイを形成するためのガラスの切断を伴い、切断は切断縁部に沿ってガラス内に多数のきずを形成することが知られているため、ガラス基板ベースの可撓性ディスプレイデバイスは、ガラスシートが最終製品となった後に、許容できないほど高い破砕の蓋然性を有する可能性がある。 For each of these applications, the glass sheets are typically cut to size and then the resulting sharp edges of the glass sheets are beveled by grinding and/or polishing. Cutting, edge machining, grinding, and other processing steps can introduce defects, such as chips or cracks, into the surfaces and edges of the glass sheets. These defects can act as a source of fracture and reduce the strength of the sheet, especially if the glass is bent such that the defects are under tensile stress. The presence of these defects can be of concern because display devices undergo some bending. Flexible display devices, by their very nature, can generate significant stresses in one or more display substrates during the manufacturing process or during use. Thus, residual defects that may be present in the glass sheets can cause the glass sheets to crack when the glass sheets are subjected to a sufficiently large stress. Because typical display manufacturing involves cutting glass to form individual displays, and cutting is known to create numerous flaws in the glass along the cut edges, glass substrate-based flexible display devices may have an unacceptably high probability of fracture after the glass sheet becomes a final product.
ガラスシートの縁部のきずを軽減するための試みとしては、レーザ切断、研削、研磨等が挙げられ、これらの試みは全て、ガラスシートをあるサイズに切断する際に形成されるきずを除去する、又は最小限に抑えるためのものである。しかしながら、これらのアプローチの多くは、該技法が予想される応力に対してきずを必要なサイズまで除去できないため、又は該技法をこのような薄いガラスシート(厚さ約0.4mm未満)に適用するのが困難であるため、満足できないものである。ガラス縁部の酸エッチングも使用できるが、これは基板上に配置されたディスプレイデバイスを劣化させる恐れがある。よって、製造後のガラスシートの、特にシートの縁部には、ある程度のきずが存在し続けることになり、所望の縁部強度未満のガラスシートをふるい落とすために、当該業界では、このようなガラスシート及びこのようなガラスシートを用いたパネル又は積層構造体の縁部強度を正確に試験することが必要である。 Attempts to reduce flaws on the edges of glass sheets include laser cutting, grinding, polishing, etc., all of which are aimed at removing or minimizing the flaws formed when cutting glass sheets to size. However, many of these approaches are unsatisfactory because the techniques are unable to remove flaws to the size required for the expected stresses, or because the techniques are difficult to apply to such thin glass sheets (less than about 0.4 mm thick). Acid etching of the glass edges can also be used, but this can degrade the display device disposed on the substrate. Thus, some flaws will continue to exist in glass sheets after manufacture, especially at the edges of the sheets, and there is a need in the industry to accurately test the edge strength of such glass sheets and panels or laminate structures using such glass sheets in order to screen out glass sheets that have less than the desired edge strength.
従来の検査方法では、100名を超える常勤の従業員が、ガラス縁部サンプルに対するV4PTB測定の実施に専念する。このように多大なマンパワーを費やしても、総生産のごく一部しか試験できない。これは、試験の頻度の低さに由来する、顧客に届く不良製品の形態での品質漏れにつながる。また、割り当てられるリソースの略全てが品質要件の維持に注がれるため、製品の品質の改善に役立つプロセス最適化の研究を行う機会はほとんど又は全くない。よって従来の方法は、不良製品が製造される可能性があるものの、その出荷前にこの製品を取り除くための、又は問題を解決する方法を確認するための余裕がないという、不安定な状況を生み出す。しかしながら、例示的実施形態は、縁部品質の制御に費やされる時間量の劇的な削減、製造されるガラスに対する試験されるガラスの合計の劇的な増加、試験される周縁部のパーセンテージの劇的な上昇、及び製品の改善の追求に使用するための同時プロセスフィードバックのための手段をもたらす。 In conventional inspection methods, over 100 full-time employees are dedicated to performing V4PTB measurements on glass edge samples. Even with this significant manpower, only a small percentage of the total production can be tested. This leads to quality leakage in the form of defective products reaching customers due to infrequent testing. Also, with nearly all of the allocated resources being directed to maintaining quality requirements, there is little or no opportunity to perform process optimization studies that would help improve product quality. Thus, conventional methods create a precarious situation where defective products may be produced, but there is no time to remove the products or identify ways to resolve the issues before they are shipped. However, the exemplary embodiments provide a dramatic reduction in the amount of time spent controlling edge quality, a dramatic increase in the total glass tested relative to the glass produced, a dramatic increase in the percentage of perimeters tested, and a means for simultaneous process feedback to be used in pursuit of product improvements.
ガラス縁部の破壊強度を、上記縁部から離間した位置の応力が各位置における破壊強度より大幅に低くなるように上記縁部を応力下に置くことによって連続測定するための方法を対象とする、例示的実施形態を説明する。更に、例示的実施形態を用いて、測定中に1つの縁部の両側に略同一の引張応力を印加できる。更に、例示的実施形態は、処理速度を少なくとも30倍上昇させ、試験対象のサンプル縁部の個数、及び試験対象の縁部のサンプルで囲まれるガラスシートの集団のサイズの大きさを、少なくとも3倍増加させる、連続的な高速の性質を提供する。このようにして、このような統計的サンプリングの増加により、顧客への欠陥の漏れの減少を保証でき、またこれはオンライン構成で処理できる。 An exemplary embodiment is described that is directed to a method for continuously measuring the breaking strength of a glass edge by subjecting the edge to stress such that the stress at locations spaced from the edge is significantly lower than the breaking strength at each location. Moreover, the exemplary embodiment can be used to apply substantially the same tensile stress to both sides of an edge during measurement. Moreover, the exemplary embodiment provides a continuous, high speed nature that increases the processing speed by at least 30 times, and increases the size of the number of sample edges to be tested and the size of the cluster of glass sheets surrounded by the sample edges to be tested by at least 3 times. In this way, such an increase in statistical sampling can ensure a reduction in defect leakage to customers, and can be processed in an online configuration.
いくつかの実施形態では、材料のシートの縁部強度を試験するための装置が開示される。上記装置は:上記装置の試験領域内の上記材料のシートの縁部に沿って、3点曲げ荷重を選択的に印加するよう構成された、複数のアセンブリを備え、上記複数のアセンブリは、上記3点曲げ荷重を印加することによって、上記試験領域内の上記材料のシート上で荷重印加状態を確立でき、また上記3点曲げ荷重を印加しないことによって、上記試験領域内の上記材料のシート上で無荷重状態を確立できる。上記装置はまた、上記材料のシートが上記無荷重状態である場合及び上記材料のシートが上記荷重印加状態である場合に、上記試験領域内の上記材料のシートの歪みを光学測定するよう構成された、検出機構を含む。上記荷重印加状態は、上記3点曲げ荷重によって生成される。上記装置はまた、測定された上記歪みに基づいて上記材料のシート内の応力を決定するよう構成された、プロセッサを含む。 In some embodiments, an apparatus for testing edge strength of a sheet of material is disclosed. The apparatus includes: a plurality of assemblies configured to selectively apply a three-point bend load along an edge of the sheet of material in a test area of the apparatus, the plurality of assemblies being capable of establishing a loaded condition on the sheet of material in the test area by applying the three-point bend load and an unloaded condition on the sheet of material in the test area by not applying the three-point bend load. The apparatus also includes a detection mechanism configured to optically measure a strain of the sheet of material in the test area when the sheet of material is in the unloaded condition and when the sheet of material is in the loaded condition. The loaded condition is generated by the three-point bend load. The apparatus also includes a processor configured to determine a stress in the sheet of material based on the measured strain.
材料のシートを試験するための上記装置の別の実施形態では、上記装置は、上記材料のシートを、上記装置の試験領域を通して連続的に前進させるよう構成された、複数のアセンブリを、上記シートの縁部に沿って含むことができる。上記複数のアセンブリは更に、上記試験領域を通過する上記材料のシートの上記縁部に3点曲げ荷重を選択的に印加するよう構成される。上記装置はまた、上記試験領域を通過する上記シートの表面上の歪みを光学測定するよう構成された、検出機構を含み、上記試験領域では、印加された上記荷重によって上記歪みが生成される。上記装置はまた、印加された上記荷重に起因する、上記試験領域を通過する上記シート内の応力を決定するための、プロセッサを含み、上記試験領域では、測定された上記歪みに基づいて上記応力が決定される。上記試験領域に対して印加される上記荷重は、この荷重が上記材料のシートの上記試験領域を曲げるため、上記試験領域の上記表面に歪みを生成する。 In another embodiment of the apparatus for testing a sheet of material, the apparatus can include a plurality of assemblies configured to continuously advance the sheet of material through a test area of the apparatus along an edge of the sheet. The plurality of assemblies are further configured to selectively apply a three-point bending load to the edge of the sheet of material passing through the test area. The apparatus also includes a detection mechanism configured to optically measure a strain on a surface of the sheet passing through the test area, where the strain is generated by the applied load. The apparatus also includes a processor for determining a stress in the sheet passing through the test area due to the applied load, where the stress is determined based on the measured strain. The load applied to the test area generates a strain on the surface of the test area as the load bends the test area of the sheet of material.
材料のシートの縁部強度を、上記シートの縁部に沿って試験する方法も開示される。上記方法は:上記シートの上記縁部に沿った関心対象領域において、上記シートの表面上に視覚的マーカーの表面パターンを適用するステップ;上記関心対象領域に3点曲げ荷重を全く印加することなく、上記関心対象領域における上記シートの上記表面の第1の光学画像を取得するステップ;3点曲げ荷重を、上記シートの上記縁部に沿った上記関心対象領域に印加するステップ;上記3点曲げ荷重を上記関心対象領域に印加している間に、上記関心対象領域における上記シートの上記表面の第2の光学画像を取得するステップ;並びに上記第1の光学画像及び上記第2の光学画像に基づいて、上記3点曲げ荷重の印加に起因する、上記シートの上記縁部に沿った上記関心対象領域の上記表面に対する応力を決定するステップを含む。 A method of testing edge strength of a sheet of material along an edge of the sheet is also disclosed. The method includes: applying a surface pattern of visual markers onto a surface of the sheet in an area of interest along the edge of the sheet; acquiring a first optical image of the surface of the sheet in the area of interest without applying any three-point bend load to the area of interest; applying a three-point bend load to the area of interest along the edge of the sheet; acquiring a second optical image of the surface of the sheet in the area of interest while applying the three-point bend load to the area of interest; and determining a stress on the surface of the area of interest along the edge of the sheet due to application of the three-point bend load based on the first optical image and the second optical image.
いくつかの実施形態によると、試験領域を備えた試験装置を用いて、材料のシートの縁部強度を、上記シートの縁部に沿って試験する、別の方法が開示される。上記方法は:上記シートの上記縁部に沿った関心対象領域において、上記シートの表面上に視覚的マーカーの表面パターンを適用するステップ;上記試験装置を通して上記材料のシートを連続的に前進させるステップであって、上記シートの上記縁部は、上記試験領域を通過する上記シートの部分に対して3点曲げ荷重が印加されている間に、上記試験領域を通って前進する、ステップ;上記シートの上記縁部が上記試験領域を通って連続的に前進する間に、ただし上記関心対象領域が上記試験領域に到達する前に、上記関心対象領域における上記シートの上記表面の第1の光学画像を取得するステップ;上記3点曲げ荷重を印加している間に上記関心対象領域が上記試験領域内へと前進したときに、上記関心対象領域における上記シートの上記表面の第2の光学画像を取得するステップ;並びに上記第1の光学画像及び上記第2の光学画像に基づいて、上記3点曲げ荷重の印加に起因する、上記シートの上記縁部に沿った上記関心対象領域の上記表面に対する応力を決定するステップを含む。 According to some embodiments, another method is disclosed for testing edge strength of a sheet of material along an edge of the sheet using a testing apparatus with a test area. The method includes: applying a surface pattern of visual markers on a surface of the sheet in an area of interest along the edge of the sheet; continuously advancing the sheet of material through the testing apparatus, the edge of the sheet advancing through the test area while a three-point bend load is applied to a portion of the sheet passing through the test area; acquiring a first optical image of the surface of the sheet in the area of interest while the edge of the sheet advances continuously through the test area, but before the area of interest reaches the test area; acquiring a second optical image of the surface of the sheet in the area of interest as the area of interest advances into the test area while applying the three-point bend load; and determining a stress on the surface of the area of interest along the edge of the sheet due to application of the three-point bend load based on the first optical image and the second optical image.
本開示の更なる特徴及び利点は、以下の「発明を実施するための形態」に記載され、その一部は、当業者には「発明を実施するための形態」から容易に明らかになるか、又は以下の「発明を実施するための形態」、特許請求の範囲及び添付の図面を含む本明細書に記載の方法を実行することによって認識されるだろう。 Additional features and advantages of the present disclosure are described in the Detailed Description below, some of which will be readily apparent to those skilled in the art from the Detailed Description or will be recognized by practicing the methods described herein, including the Detailed Description below, the claims, and the accompanying drawings.
上述の「発明の概要」及び以下の「発明を実施するための形態」はいずれも、本開示の様々な実施形態を提示しており、請求対象の主題の性質及び特徴を理解するための概観又は枠組みを提供することを意図したものであることを理解されたい。添付の図面は、本開示の更なる理解を提供するために含まれており、本明細書に組み込まれて本明細書の一部を構成する。これらの図面は、本開示の様々な実施形態を図示しており、本記載と併せて、本開示の原理及び動作を説明する役割を果たす。 It should be understood that both the above Summary of the Invention and the following Detailed Description of the Invention present various embodiments of the present disclosure and are intended to provide an overview or framework for understanding the nature and features of the claimed subject matter. The accompanying drawings are included to provide a further understanding of the present disclosure and are incorporated in and constitute a part of this specification. The drawings illustrate various embodiments of the present disclosure and, together with the description, serve to explain the principles and operation of the present disclosure.
以下の「発明を実施するための形態」は、以下の図面と併せて読むと最もよく理解でき、以下の図面では、同様の構造は可能であれば同様の参照符号で示す。 The following Detailed Description is best understood when read in conjunction with the following drawings, in which like structures are designated with like reference numerals wherever possible.
ディスプレイ用途のガラスシートの製造では例えば、あるサイズに切断されたガラスシートを仕上げ加工に供し、研削及び/又は研磨によって鋭利な縁部を除去し、面取りされた縁部を作製する。これらの仕上げ加工、取り扱い、又は他の操作ステップの間、残留応力がガラスシートの縁部に残る場合がある。このような残留応力、及び不適切な取り扱いによって、後にガラスシートが破壊される恐れがある。ガラスシートを顧客へと出荷する前に破壊が発生すると、ガラスの製造歩留まりが低下し、ガラス製造プロセスが中断される。典型的には上記ガラスシートを用いたディスプレイデバイスの製造元である顧客の所有下で破壊が発生すると、これらの破壊によって、顧客の製造プロセスに歩留まりの損失及び中断が発生することになる。このような後の時点での破壊がいつ発生するかにかかわらず、これは望ましくない。 In the manufacture of glass sheets for display applications, for example, glass sheets cut to size are subjected to finishing processes, such as grinding and/or polishing to remove sharp edges and create chamfered edges. During these finishing, handling, or other manipulation steps, residual stresses may remain at the edges of the glass sheets. Such residual stresses and improper handling may result in the glass sheets being broken at a later time. If breaks occur before the glass sheets are shipped to a customer, they reduce glass production yields and interrupt the glass manufacturing process. If breaks occur in the possession of a customer, who is typically a manufacturer of display devices using the glass sheets, they will cause yield losses and interruptions to the customer's manufacturing process. Regardless of when such later breaks occur, they are undesirable.
そのため、ガラスシートを顧客へと出荷する前に、ガラス製造プラントにおいてガラスシートの縁部強度を試験する。従来の縁部強度試験方法は、垂直4点曲げ(vertical four point bending:V4PTB)法である。V4PTB試験は、製造の終端においてガラスシートから切断されたガラスの小さな試験片サンプルに対して実施される。これらの試験片の寸法はおよそ150mm×10mmであり、これらの試験片は個別に試験される。試験片を切り出すためにガラスシートを破壊するため、ごく少数のガラスシートしか試験されず、このごく少数のガラスシートが、製造されたガラスシートの集合の統計的代表であると仮定する。 Therefore, glass sheets are tested for edge strength at the glass manufacturing plant before they are shipped to customers. The traditional edge strength testing method is the vertical four point bending (V4PTB) method. V4PTB testing is performed on small specimen samples of glass cut from the glass sheets at the end of production. These specimens have dimensions of approximately 150 mm x 10 mm and are tested individually. Because the glass sheets are broken to cut the specimens, only a small number of glass sheets are tested, and it is assumed that this small number of glass sheets is statistically representative of the set of glass sheets produced.
V4PTBによるサンプル試験片の試験は、1つのガラスシートからの複数のサンプルを処理するために約1日を要する、手動での集中的なプロセスであるため、例えば製造されるシート22000枚毎に約3枚のシートといったオーダーの、ごく少数のガラスシートしか試験されない。更にこのような方法は、積層構造体又はパネルを評価できない。これらの欠点は、不良品が顧客に届くという形の、重大な漏れを発生させる恐れがある。 Testing of sample specimens with the V4PTB is a manually intensive process that requires approximately one day to process multiple samples from one glass sheet, so only a small number of glass sheets are tested, for example on the order of approximately 3 sheets for every 22,000 sheets produced. Furthermore, such methods cannot evaluate laminated structures or panels. These shortcomings can result in significant leakage in the form of defective products reaching customers.
Corning社の米国特許出願第15/557,991号明細書(米国公開特許第2018/0073967号明細書として公開)では、試験片を切り出すことなくガラスシートの縁部強度を非破壊試験する、縁部強度測定システム(ESMS)及び関連する方法が開示されている。上記ESMSシステムは、3点曲げ試験又は4点曲げ試験をガラスシートの縁部に対して直接実施するため、ガラスシートを切断する必要なしに製造時に試験でき、従って、製造されたガラスシートの集合のうちの更に大部分を試験できる。 Corning Incorporated's U.S. Patent Application Serial No. 15/557,991 (published as U.S. Patent Publication No. 2018/0073967) discloses an edge strength measurement system (ESMS) and related methods for non-destructively testing the edge strength of glass sheets without cutting test specimens. The ESMS system performs three-point or four-point bend tests directly on the edges of the glass sheets, allowing testing during production without the need to cut the glass sheets, thus allowing a larger proportion of the manufactured glass sheet population to be tested.
図1A~1Dは、縁部強度についてガラスシートの縁部に対する3点又は4点曲げ試験を実施するための既存のESMSシステムのハードウェア構成のいくつかの例の概略図である。図1A及び1Bはそれぞれ、ガラスシート204の縁部205に対する3点曲げ試験を可能とした例示的構成の斜視図及び平面図である。関連付けられた3つのローラ215、即ちガラスシート204の上側面226(図1Eを参照)上の1つのローラ、及びガラスシート204の下側面上の2つのローラによる、ローラアセンブリ207b及び213bは、3点曲げ試験構成を提供する。関連付けられた3つのローラ215、即ちガラスシート204の上側面上の2つのローラ、及びガラスシート204の下側面上の1つのローラによる、ローラアセンブリ207c及び213cは、3点曲げ試験構成を提供する。図1Bに示されているように、ガラスシート204を曲げる垂直荷重が、ローラを用いて上記上側面に印加される。図1Dに示されているように、ローラ215及びガラスシート204は、ローラ215が上部ローラと下部ローラとの間にガラスシート204の縁部205を受け止めて、垂直荷重力を縁部205に印加するように、位置決めされる。
1A-1D are schematic diagrams of some examples of existing ESMS system hardware configurations for performing three-point or four-point bend testing on the edges of a glass sheet for edge strength. FIGS. 1A and 1B are perspective and plan views, respectively, of an exemplary configuration that allows three-point bend testing on the
図1Cは、ガラスシート204の縁部205に対する4点曲げ試験を可能とした例示的構成の側面図である。関連付けられた4つのローラ215、即ちガラスシート204の上側面上の2つのローラ、及びガラスシート204の下側面上の2つのローラによる、ローラアセンブリ207d及び213dは、4点曲げ試験構成を提供する。ガラスシート204を曲げる垂直荷重が、ローラアセンブリ207dを用いて上記上側面に印加される。
1C is a side view of an exemplary configuration that allows four-point bend testing on the
ESMSシステムは、フラットパネルディスプレイの製造に使用されるガラスの試験に有用となり得る。というのは、このようなガラスシートは、縁部から離れたガラスシートの中央部分であることが多いディスプレイエリアにおいて、厳格な表面品質要件を満たさなければならないためである。ガラスシートの実用可能な、又は「クオリティ(quality)」エリアとの接触は、表面の欠陥を生じさせる可能性があり、これによりガラスシートが使用不可能になる。図1A~1Dに示されている例示的構成のローラ215の配置により、ガラスシート204の両側の表面品質が保持される。
ESMS systems can be useful in testing glass used in the manufacture of flat panel displays because such glass sheets must meet stringent surface quality requirements in the display area, which is often the central portion of the glass sheet away from the edges. Contact with the usable or "quality" area of the glass sheet can cause surface defects that render the glass sheet unusable. The exemplary configuration of
ESMSシステムは、図示されている例で示されているガラスシート204以外の試験シート材料を利用できる。例えばESMSシステムを用いて、他の剛性又は半剛性材料の積層構造体(パネルとも呼ばれる)の強度を試験できる。積層構造体又はパネルは、1つ以上の中間ポリマー層と積層された複数のガラスシートを含むことができ、あるいは代替実施形態では、薄膜トランジスタガラス基板及び色フィルタガラス基板を有する構造体も含むことができ、上記基板は、これらの間に、又はこれらの基板のうちの一方若しくは両方に隣接して、1つ以上のフィルムを有する。ESMSシステム及びESMSシステムの使用方法に関する本開示の目的のために、用語「(1つ以上の)シート」及び「(1つ以上の)パネル」は相互交換可能なものとして使用される。特に区別されていない限り、1つ以上のシート又は1つ以上のパネルのいずれがESMSシステムによって試験されているかは、ESMSシステムを用いた縁部強度試験方法を根本的に変化させない。
The ESMS system can utilize test sheet materials other than the
ESMSで試験できるパネルの一例の構造について説明する。異なる複数の設計を有するパネルの試験が可能である。図38はパネルの概略図を示し、これはいくつかの設計パラメータを特定している。W及びLはそれぞれパネルの幅及び長さである。(1)は終端縁部の突出長さであり、(2)はシーラントとパネル縁部との距離であり、(3)はシーラント幅であり、(4)及び(5)はそれぞれCFガラス厚さ及びTFTガラス厚さである。 The structure of one example of a panel that can be tested with the ESMS is described below. Panels with different designs can be tested. Figure 38 shows a schematic diagram of a panel, which specifies several design parameters. W and L are the width and length of the panel, respectively. (1) is the protruding length of the termination edge, (2) is the distance between the sealant and the panel edge, (3) is the sealant width, and (4) and (5) are the CF glass thickness and the TFT glass thickness, respectively.
ESMSで試験を行うために、パネルの寸法及びシーラント特性についていくつかの優先事項がある。それは以下の通りである:長さ(L)及び/又は幅(W)が600mm以下の、サイズが小さな長方形のパネルを試験できる。より大きなサイズのパネルも測定できる。好ましくは、終端縁部の突出長さ(1)は、0.5~2mmであり得るローラ係合よりも長い。好ましくは、シーラントとパネル縁部との間の距離(2)は1mm未満である。好ましくは、シーラント幅(3)は500μm以上である。好ましくは、シーラントは厚さが≦10μmであり、ヤング率が1Gpa以上である。好ましくは、脆性材料とシールとの間の界面結合強度は、縁部強度試験中に層間剥離が発生しないよう、十分なものである必要がある。好ましくは、CFガラス厚さ(4)+TFTガラス厚さ(5)の合計の厚さは、≧0.2mmであり、ただし≦0.5mmである。CFガラス厚さ(4)とTFTガラス厚さ(5)とは、同一であっても異なっていてもよい。好ましくは、TFT表面上に堆積したディスプレイ層の機械的剛性は無視できる。 There are some priorities for panel dimensions and sealant properties to perform testing with the ESMS. They are as follows: Small rectangular panels with length (L) and/or width (W) of 600 mm or less can be tested. Larger panels can also be measured. Preferably, the protruding length (1) of the terminal edge is longer than the roller engagement, which may be 0.5-2 mm. Preferably, the distance (2) between the sealant and the panel edge is less than 1 mm. Preferably, the sealant width (3) is 500 μm or more. Preferably, the sealant has a thickness of ≦10 μm and a Young's modulus of ≧1 Gpa. Preferably, the interfacial bond strength between the brittle material and the seal should be sufficient so that delamination does not occur during edge strength testing. Preferably, the total thickness of the CF glass thickness (4) + TFT glass thickness (5) is ≧0.2 mm, but ≦0.5 mm. The CF glass thickness (4) and the TFT glass thickness (5) can be the same or different. Preferably, the display layer deposited on the TFT surface has negligible mechanical stiffness.
パネルの非終端縁部及び終端縁部をいずれも試験できる。図39は、非終端側縁部及び終端側縁部の両方においてローラと係合しているパネルの側面図及び上面図を示す。パネルの終端縁部とは、TFTガラスがCFガラス縁部に対して突出している箇所である。 Both non-terminated and terminated edges of the panel can be tested. Figure 39 shows a side view and a top view of a panel engaged with rollers at both the non-terminated and terminated edges. The terminated edge of the panel is where the TFT glass protrudes relative to the CF glass edge.
上で参照した米国公開特許第2018/0073967号明細書に記載のESMSシステムの欠点のうちの1つは、縁部強度試験中の応力測定が、ガラスシートに試験荷重を印加するために使用される上側ローラアセンブリ207b、207cに取り付けられたロードセルを用いて実施される点である。これは縁部の応力を検出する間接的な方法である。試験対象のガラスシートが受ける応力を測定する、より直接的な方法が望まれている。
One of the drawbacks of the ESMS system described in U.S. Patent Publication 2018/0073967 referenced above is that the stress measurements during edge strength testing are performed using load cells attached to the
3点曲げ構成を用いて超薄型ガラスシートの縁部応力及び強度を測定するための過去の技法は、極めて変動性の高い結果を生成するものであった。これらの結果は、特に以下を含むがこれらに限定されない様々な因子に基づいて、相当なレベルの変動性を有していた:(a)試験前の破損;(b)システム内の残渣又は塵芥;(c)製品のばらつき(例えばパネル厚さ、接着特性/位置の変化)、及び(d)位置合わせ。変動性のこれらの要因は、不正確な強度測定をもたらし、また現場での予想外の製品の破損をもたらした。図2及び図3は、接着位置及びローラ係合の変化が応力値の変動性にどのようにつながるかを示す。図2は、パネル間の接着位置の変化による、試験パネルの張力側における荷重‐応力の変動のプロットである。図3は、ローラ係合位置の変化による、試験パネルの張力側における荷重‐応力の変動のプロットである。変動性の更なる要因は、従来の3点曲げ構成が、問題となっているガラスシートの領域の表面上の歪みの直接的な測定ではなく、ガラスシートのモデルに基づく結果を得るものであったことである。 Previous techniques for measuring edge stress and strength of ultra-thin glass sheets using a three-point bend configuration have produced highly variable results. These results had a significant level of variability based on a variety of factors, including but not limited to: (a) pre-test breakage; (b) residue or debris in the system; (c) product variability (e.g., panel thickness, adhesive properties/location variations), and (d) alignment. These sources of variability have resulted in inaccurate strength measurements and unexpected product failures in the field. Figures 2 and 3 show how changes in adhesive location and roller engagement lead to variability in stress values. Figure 2 is a plot of the load-stress variation on the tension side of a test panel with changes in adhesive location between panels. Figure 3 is a plot of the load-stress variation on the tension side of a test panel with changes in roller engagement location. An additional source of variability is that the conventional three-point bend configuration obtains results based on a model of the glass sheet, rather than a direct measurement of strain on the surface of the area of the glass sheet in question.
対照的に、本開示の測定装置及び方法は、デジタル画像相関(DIC)全視野撮像技法を用いて試験されているシート204内の応力分布に関するリアルタイムの情報を提供する。DICを使用すると、シート204の表面上の歪みを、時間の関数として、両方の面内直交方向において同時に測定できる。そして、測定された歪みから応力を決定でき、この応力はシートの応力場マップを生成できる。本明細書で開示される直接測定技法は、従来の技法よりも正確であり、ガラスシート/パネルの再設計又は再構成毎に新たな較正用等式及びモデルを導出する必要を回避する。
In contrast, the measurement apparatus and method disclosed herein provides real-time information on the stress distribution within the
本明細書に記載のESMSの使用の例としては、限定するものではないが:(a)DIC性能を有しない既存の縁部強度テスターを較正すること;(b)試験システムが、ローラ係合、シート/パネル角度、ローラ直径、荷重印加速度等の様々な試験パラメータを変化させる柔軟性を有する際に、新たなガラスシート/パネル設計の破損モードを調査すること;及び(c)製造プラントに好適な動的かつ連続的な縁部強度試験中に、直接歪測定を光学的に実施することが挙げられる。 Examples of uses of the ESMS described herein include, but are not limited to: (a) calibrating existing edge strength testers that do not have DIC capabilities; (b) investigating failure modes of new glass sheet/panel designs when the test system has the flexibility to vary various test parameters such as roller engagement, sheet/panel angle, roller diameter, load application speed, etc.; and (c) optically performing direct strain measurements during dynamic and continuous edge strength testing suitable for manufacturing plants.
本明細書に記載のデバイスの利益及び利点の例としては、限定するものではないが:
・超薄型ガラスパネルに対する直接全視野(光学)歪み測定;
・全視野応力マッピングと共に検出を行うための光学撮像により、破損モードへの洞察を提供する;
・製造プラントでの展開に好適な、動的かつ連続的な縁部試験中のリアルタイムでの応力の可視化;
・測定された歪みから応力を取得するための、改善された解析方程式;
・上述の応力測定を可能にする強化された光学的可視性を提供する、新たな材料取り扱い用アセンブリ;
・既存の縁部強度試験デバイスのための較正ベンチとして動作する機能;
・新たなパネル設計を開発するために、ローラ直径、係合面積、ローラ厚さ等といった試験パラメータを変更する機能;
・測定された応力に対して±10%の精度での、正確な応力測定
が挙げられる。
Examples of benefits and advantages of the devices described herein include, but are not limited to:
Direct full-field (optical) distortion measurement on ultra-thin glass panels;
Optical imaging for detection along with full-field stress mapping provides insight into failure modes;
Real-time stress visualization during dynamic and continuous edge testing, suitable for deployment in manufacturing plants;
- Improved analytical equations for obtaining stresses from measured strains;
A new material handling assembly that provides enhanced optical visibility to enable the above-mentioned stress measurements;
Ability to act as a calibration bench for existing edge strength testing devices;
Ability to vary test parameters such as roller diameter, engagement area, roller thickness, etc. to develop new panel designs;
Accurate stress measurement with an accuracy of ±10% for the measured stress.
図4~7、9B、及び9Cを参照すると、材料のシート204の縁部強度を試験するための装置200が開示される。本明細書に記載の装置200の構造は、シートが無荷重状態のとき及びシート204が荷重印加状態のときにシート204の歪みを光学的に測定するよう構成された、例示的実施形態である。荷重印加状態は3点曲げ荷重によって生成される。
With reference to Figures 4-7, 9B, and 9C, an
装置200は、試験領域208内の材料のシート204の縁部に沿って、3点曲げ荷重を選択的に印加するよう構成された、複数のアセンブリ206a、206bを備える。「3点曲げ荷重を選択的に印加する」とは、複数のアセンブリ206a、206bが、3点曲げ荷重を必要に応じて印加したり印加しなかったりし、また印加される荷重の量を制御するように構成されることを意味する。装置200はまた、材料のシート204が無荷重状態である場合及び材料のシート204が荷重印加状態である場合に、試験領域208内のシート204の歪みを光学測定するよう構成された、検出機構を含む。荷重印加状態における歪みは、印加された3点曲げ荷重によって生成される。装置200はまた、測定された歪みに基づいてシート204内の応力を決定するためのプロセッサ214(図9Cを参照)を含む。印加された3点曲げ荷重がシート204を曲げるため、シート204に印加された3点曲げ荷重はシート204の表面上に歪みを生成する。
The
複数のアセンブリ206a、206b(図7を参照)は、2つの対向するアセンブリ206a及び206bで構成され、これら2つの対向するアセンブリのうちの第1のもの206aは、シート204の第1の側面と係合するための単一のアーチ状部材218を備える。これら2つの対向するアセンブリのうちの第2のもの206bは、上記第1の側面の反対側のシート204の第2の側面226と係合するための、2つの離間したアーチ状部材220a、220bを備える。2つの離間したアーチ状部材220a、220bは、これら2つの離間したアーチ状部材の間に、試験領域208を画定する。
The plurality of
アーチ状部材218、220a、及び220bは、図9Aに示されているような、回転可能に設置されたローラ、ベルトローラ、ベアリングローラ、又は固定ブッシュであってよい。固定ブッシュ(例えば非回転)構造体が図4及び5Bに示されている。固定ブッシュは、摩擦係数が低い材料(例えばフルオロポリマー樹脂)から形成されたアーチ状表面を有するように構成される。DIC機能が組み込まれた本開示の試験装置200のある好ましい実施形態では、2つの離間したアーチ状部材220a及び220bは、図4及び5Bに示されているようにシート204の第2の側面226に係合するための固定ブッシュ構造体である。これらの非回転ブッシュ構造体は、回転ローラの実施形態よりも狭い幅を有するように構成されるため、ブッシュ構造体は、試験シート204の表面上の2つの接点を同一の距離だけ離間させた状態で、2つのアーチ状部材の間により広い空間を提供する。
The
いくつかの実施形態では、検出機構は、試験領域208内の試験シート204の表面上の歪みを決定するための第1の光学系222を備える。第1の光学系222は、DIC技法を用いて歪みを決定する。DIC技法については以下で詳述するが、基本的には、DICは、試験シート204の関心対象領域の2つの画像、即ち無荷重状態で得られる第1の画像と、荷重印加状態の、即ち本開示の文脈における3点曲げ荷重下の、試験シートの関心対象領域を用いて得られる第2の画像とを取得することによって、歪みを決定する。関心対象領域の表面にはいくつかの視覚的マーカーが設けられ、これにより、上記2つの画像を比較する際に、歪み(変形)によって生じた、荷重印加状態の画像における視覚的マーカーのいずれの変位を検出できる。
In some embodiments, the detection mechanism comprises a first
上述のように、シート204は、ガラス又はガラスセラミック等の脆性材料であってよい。3点曲げ荷重は、材料のシート204を変形させるために十分なものである。図4~5B及び7に示されているように、いくつかの実施形態では、複数のアセンブリ206a、206bは:シート204の第1の側面(下側面)に係合するための単一のアーチ状部材218を備える、シート204の下方に位置決めされた第1のアセンブリ206a;及び第1の側面の反対側のシート204の第2の側面(上面/上側面)226(図11A、11Bを参照)に係合するための2つのアーチ状部材220a、220bを備える、シート204の上方に位置決めされた第2のアセンブリ206bで構成される。2つのアーチ状部材220a、220bは、試験領域208の明瞭な視野を光学系に提供するための最小間隔Sによって隔てられる。最小間隔Sの実際の寸法は、カメラの特定のタイプと、アーチ状部材220a、220b、及び218の特定の配置によって決定される試験領域208のサイズとに左右されることになる。
As mentioned above, the
アーチ状部材218、220a、及び220bは好ましくは、アーチ状部材及びシートが互いに対して移動している間に、接触面に低い摩擦を付与しながらシート204に接触する、構造体である。このようなアーチ状部材のいくつかの例は、図7、9A~9C、及び11A~11Dに示されているような円筒状のローラ、並びに図13に示されているようなベアリングローラである。
The
図12に示されているもののようなベルトローラの実施形態では、アーチ状部材218、220a、220bはベルトローラ240c、240a、240bであってよい。このベルトローラの実施形態では、ベルト240a、240b、240cは、駆動シャフト242a、242b、242c及びアーチ状テンショナー244a、244b、244cの周りに延在する。いくつかの実施形態では、アーチ状テンショナーは、円筒状のローラ、又は静的なアーチ状テンショナー(例えばベルトに接触するアーチ状部分を備えた、研磨された金属製指状部材)であってよい。図13に示されているもののようなベアリングローラの実施形態では、アーチ状部材218、220a、220bはベアリングローラ246a、246b、246cである。このような実施形態では、ベアリングローラ246a、246b、246cは、ソケット250a、250b、250c内に配置されて保持されたローラボール248a、248b、248cから形成される。
In a belt roller embodiment such as that shown in FIG. 12, the
いくつかの実施形態では、図9Aに示されているように、単一のアーチ状部材218が、2つの離間したアーチ状部材220a、220bの間に垂直に整列される。本明細書中で使用される場合、「長手方向に(longitudinally)」は、試験装置200を通過するシート204の運動の方向(例えば機械方向)を指す。
In some embodiments, as shown in FIG. 9A, a single
図9Bを参照すると、いくつかの実施形態では、光学系222は、2つの離間したアーチ状部材220a、220bの間の試験領域208内のシート204の表面を検査するために、シート204の第2の側面226の上方に位置決めされた、ステレオ(即ち対になった)CCDカメラ222a、222bの第1のセットを備える。試験領域208は、2つのカメラ222a、222bの下の、アーチ状部材220a、220bの間の領域であり、ここで2つのカメラ222a、222bは、光学測定を行うためにデジタル画像を撮影することを目的としている。換言すれば、試験領域208は2つのカメラ222a、222bの視野を表す。また試験領域208は、3つのアーチ状部材220a、220b、及び218が3点曲げ試験荷重を印加できる領域である。よって試験領域208は、試験サンプルに3点曲げ試験を適用するための試験装置の標的エリアを表す。試験対象の試験シート204を、縁部強度試験のために、試験領域208に持ち込む必要がある。カメラ222a、222bのペア。
9B, in some embodiments, the
いくつかの実施形態では、試験装置200を動的モードで動作させることができる。動的モードでは、試験装置200の試験領域208にシート204を通すことによって、シート204の縁部強度試験を実施する。あるいは、シート204を静止状態に維持し、試験装置をシート204上で横断させることによって、シート204の縁部強度試験を実施するように、試験装置200を構成できる。
In some embodiments, the
装置200は、材料のシートを、試験領域208を通して連続的に前進させるよう構成された、複数のアセンブリ206a、206bを、シート204の縁部に沿って含むことができる。複数のアセンブリ206a、206bは更に、試験領域208を通過する材料のシートの縁部に3点曲げ荷重を印加するよう構成される。装置200はまた、試験領域208を通過するシートの表面上の歪みを光学測定するよう構成された、検出機構を含み、上記試験領域では、印加された3点曲げ荷重によって歪みが生成される。装置200はまた、印加された荷重に起因する、試験領域208を通過するシート204内の応力を決定するための、プロセッサ214を含む。応力は、測定された上記歪みに基づいて決定される。試験領域208に対して印加される荷重は、印加された3点曲げ荷重が試験領域208内のシート204を曲げるため、試験領域208の表面に歪みを生成する。
The
[デジタル画像相関(DIC)]
これより、図9B及び9Cを参照して、試験装置200のDIC機能について更に詳細に説明する。DICは点の追跡を含む。これは、変位を取得し、それによって歪みを取得するための、全視野光学技法である。いくつかの実施形態では、第2の側面226の表面に、無荷重状態及び荷重印加状態の両方における歪み測定を容易にするための視覚的マーカーとして表面パターン230を適用する。荷重印加状態測定モードでは、試験領域208内のシート204に加えられた荷重は、シート204の第2の側面226の表面を変形させ、この変形は、シート204の第2の側面226上の表面パターン230を歪ませて変位させる。表面パターン230は、監視されている表面上に適用される複数のドット又は点のアレイとすることができ、これは、シート204の歪みを測定するための視覚的マーカーとして作用することになる。このドット又は点のアレイは、規則的又はランダムないずれのパターンとすることができる。無荷重状態で撮影されるシート204上の表面パターン230の画像は、基準点として作用し、これら基準点は、後に3点曲げ荷重を印加することによる表面パターン230の歪みによって引き起こされるこれらの基準点の変位を決定するためのものである。光学系222内のステレオカメラ222a、222bの第1のセットは、表面パターン230の歪みを観察し、画像データを用いてシート204の歪みの量を決定できる。
Digital Image Correlation (DIC)
The DIC functionality of the
表面パターン230の歪みから、シート204の歪みの量を決定するために、歪みの量を定量化する必要がある。これは、シート204の上面226上に歪んだ表面パターン230を有する画像を、表面パターン230が歪んでいない無荷重状態の第2の側面226の基準/登録画像と比較することによって達成される。
To determine the amount of distortion in the
装置200が静的モード又は動的モードのいずれで動作しているかにかかわらず、無荷重状態の表面パターン230の画像は、光学系222を用いて、基準又はベースライン状態として記録される。基準画像は、表面パターン230の様々な点の原位置を登録するために使用される。そして、登録された点の新しい位置を、荷重印加状態画像において追跡する。印加された荷重応力によって上面226が歪んでいる場合、上面226上の登録された点の多くが、その原位置から変位することになる。2つの画像データ内の登録された点を相関させることにより、プロセッサ214は、変形、即ち歪みを決定して定量化できる。このようなデジタル画像相関を実施するためのアルゴリズムは当該技術分野で公知であり、更に詳細な議論はここでは不要である。
Regardless of whether the
表面パターン230は、上面226上に印刷してもよく、又は上面226上に画像として投影してもよく、又は上面226上にランダムパターンとして噴霧してもよく、又は上面226上に化学処理を用いてエッチングしてもよく、又は上面226上にパターンを有する製造済み薄膜を用いて貼り付けてもよい。エアブラシを用いて上面226上にナノ粒子を噴霧できる。パターン230は、スペックルパターン又はグリッドパターンであってよい。
The
いくつかの実施形態では、表面パターン230は、スペックルパターンを形成するための黒色ドットと白色ドットとの混合物、即ちブレンドのコーティングで構成できる。適切なレンズを備えたステレオカメラ222a、222b及び/又は224a、224bを用いて、試験中に表面パターン230の画像を記録する。スペックルパターン230のコーティングは、各スペックルが5~7μmをカバーするスペックルをもたらす微細な霧を生成する、油系黒色及び白色スプレーを用いて作製できる。この塗料層は確実に数マイクロメートル未満であり、従って結果に影響しない。白色光LEDランプを用いて、ステレオカメラでの光学検査のために関心対象領域を照明する。
In some embodiments, the
DICを用いた縁部強度測定には2つの方法が存在する。一方は、サンプルの上面上の歪みを測定するものであり、もう一方は、端面上の歪みを測定するものである。図9Dの図は、試験シート204上の上面226及び端面204eを特定している。両方のアプローチで測定される縁部強度は同一になるはずである。というのは、応力は縁部境界において連続しているためである。これは、試験シートの端面及び上面上の3D応力プロットを示す図9Eに図示されている。陰影の暗さの違いによって表される画像内の勾配は、上面及び端面上の応力が連続していることを示している。勾配の陰影の暗さは、異なる複数の応力レベルを表しているが、本開示の目的にとって実際の応力値は重要ではない。
There are two methods for measuring edge strength using DIC. One measures the strain on the top surface of the sample, and the other measures the strain on the edge surface. The diagram in FIG. 9D identifies the
[スペックルコーティングの別の方法と、その動的DICを実施する方法]
試験シート204を視認可能なスペックルドット表面パターン230でコーティングすると、このガラスシートは、仮に縁部強度試験スクリーニングに合格したとしても、消費者向け用途に使用できなくなる。これを回避するためには、装置が採用している専用の光学系(例えば紫外光、蛍光撮像、赤外光、又は電磁スペクトルの別の不可視部分)のみにとって視認可能な、不可視スペックルを使用してよい。あるいは、レーザを用いて試験シート204上にスペックルドットを投影でき、試験中にはカメラでこれらのスペックルドットを追跡できる。ドットパターンはランダムであってよい。
Alternative methods of speckle coating and implementing dynamic DIC thereof
Coating the
ガラス縁部の破壊強度を、上記縁部から離間した位置の応力が各位置における破壊強度より大幅に低くなるように縁部のみを応力下に置くことによって連続測定するための方法を対象とする、例示的実施形態を説明した。更に、例示的実施形態を用いて、測定中に1つの縁部の両側に略同一の引張応力を印加できる。この連続的な応力を提供するための1つの方法を詳述した(例えば対向するオフセットされたローラ)が、本明細書に添付された特許請求の範囲は、そのように限定されないものとする。というのは、音響エネルギ及び/又は赤外エネルギ(コヒーレント及びインコヒーレントの両方)も、ガラスシートの縁部に応力を誘発するという同一の目的のために使用できるためである。例えば、集束させた超音波を用いてガラス縁部に応力を誘発でき、そこから本開示の装置及び方法を用いて測定値を得ることができる。更に、レーザ又は他の手段を用いた(各ガラス材料によるかなりの吸収が可能なスペクトルの)IR照射も、ガラス縁部に応力を誘発するために使用でき、そこから本開示の装置及び方法を用いて例示的な測定値を得ることができる。更に、例示的実施形態は、処理速度を少なくとも30倍上昇させ、試験対象の縁部の量、並びに処理及び試験対象のシートの大きさを、従来の方法よりも少なくとも3倍増加させる、連続的な高速の性質を提供する。このようにして、このような統計的サンプリングの増加により、顧客への欠陥の漏れの減少を保証でき、またこれはオンライン構成で処理できる。 Exemplary embodiments have been described that are directed to a method for continuously measuring the breaking strength of a glass edge by placing only the edge under stress such that the stress at locations spaced from the edge is significantly lower than the breaking strength at each location. Moreover, exemplary embodiments can be used to apply substantially the same tensile stress to both sides of an edge during measurement. Although one method for providing this continuous stress has been detailed (e.g., opposing offset rollers), the claims appended hereto are not intended to be so limited, as acoustic and/or infrared energy (both coherent and incoherent) can also be used for the same purpose of inducing stress at the edge of a glass sheet. For example, focused ultrasound can be used to induce stress at the glass edge from which measurements can be obtained using the apparatus and methods of the present disclosure. Additionally, IR irradiation (in a spectrum that allows for significant absorption by the respective glass material) using a laser or other means can also be used to induce stress at the glass edge from which exemplary measurements can be obtained using the apparatus and methods of the present disclosure. Moreover, the exemplary embodiment provides a continuous high speed nature that increases the processing speed by at least 30 times, and increases the amount of edges to be tested, as well as the size of the sheets to be processed and tested, by at least 3 times over conventional methods. In this way, such increased statistical sampling can ensure a reduction in defect leakage to customers, and can be handled in an on-line configuration.
[上面DIC]
DICの光学的方法論の基礎を図3Aに示す。(荷重の増大中、又は荷重の印加前及び印加中の)各時間間隔における画像を比較することによって、スペックルドットの変位を追跡できる。これは変位マップを提供し、この変位マップを微分することによって歪みを得ることができる。この3D DIC技法を用いて、3D歪み場を得ることができる。2つの(x方向及びy方向)面内歪み場を用いると、曲げ応力を、式(1):
[Upper surface DIC]
The basis of the optical methodology of DIC is shown in Figure 3A. By comparing images at each time interval (during increasing load or before and during load application), the displacement of the speckle dots can be tracked. This provides a displacement map, which can be differentiated to obtain the strain. Using this 3D DIC technique, a 3D strain field can be obtained. Using the two in-plane strain fields (x and y directions), the bending stress can be calculated using Equation (1):
を用いて決定でき、ここでEは弾性率であり、Εxxは曲げ方向(x)に沿った歪みであり、Εyyは他の面内主軸(y)に沿った歪みであり、νはポアソン比である。従来の応力変換の慣行では、応力状態の2軸性が無視され、1軸応力条件に関するフックの法則が使用される。これは、提供される情報が本明細書中で説明されるDIC技法より少なく、結果が過剰に簡略化される。 where E is the elastic modulus, εxx is the strain along the bending direction (x), εyy is the strain along the other in-plane principal axis (y), and ν is the Poisson's ratio. Conventional stress transformation practice ignores the biaxiality of the stress state and uses Hooke's law for uniaxial stress conditions. This provides less information than the DIC technique described herein and oversimplifies the results.
[垂直端面DIC]
図14を参照すると、DICを用いて各試験シート204の垂直端面204eを監視しながら、一連の3点曲げ試験が試験シート204に対して実施されている。これらの試験では、試験シート204はディスプレイパネル等の積層構造を有していた。試験シートの厚さは約200μmであった。スペックルパターン230を、試験シート204の垂直端面204e上に作製した。積層構造を有するもの等の特定のタイプの試験シート204を試験する際、試験シート204の上面(水平面)ではなく垂直端面204eに対する光学的監視を実施することが、より望ましい場合がある。
[Vertical end face DIC]
Referring to FIG. 14, a series of three-point bending tests were performed on the
図14は、ある実施形態による3点曲げ試験中に、垂直端面204eに沿って歪みを光学的に測定できるDICを可能とする、試験装置200の光学系222のためにカメラ構成のある実施形態の概略図を示す。試験装置200のこの実施形態では、試験シート204の垂直端面204eを目標とする少なくとも1つのカメラ222c、222dの第2のセットが設けられている。少なくとも1つのカメラ222c、222dは、2つの離間したアーチ状部材220a、220bの間の試験領域208の垂直端面204eを目標としている。試験装置200の静的動作モードでは、少なくとも1つのカメラ222c、222dを用いて、無荷重状態及び荷重印加状態の両方の垂直端面204eの光学画像を取得できる。試験領域208の垂直端面204eを観察するカメラ222c、222dのペアが図14に示されているが、3点曲げ荷重が印加されていても垂直端面204eは平坦であるため、垂直端面204eを観察する際には単一のカメラを使用できる。垂直端面204eが平坦であるため、2つのカメラを用いた3Dビューは不要である。
14 shows a schematic diagram of an embodiment of a camera configuration for the
図14はまた、垂直端面204eではあるものの試験領域208から離れた位置を目標としている、少なくとも1つのカメラ224c、224dの第2のセットを示す。カメラ224a、224bのペアと同様、少なくとも1つのカメラ224c、224dの第2のセットを用いて、試験装置200が動的モードで動作しているときに、無荷重状態の垂直端面204eの光学画像を得ることができる。ここでもまた、カメラ224c、224dのペアが図14に示されているが、垂直端面204eの観察には単一のカメラを使用できる。プロセッサ214はカメラ222c、222d、224c、及び224dに接続され、プロセッサ214はカメラを制御でき、またカメラから光学画像を受け取ってこれらを処理できる。
14 also shows a second set of at least one
本発明者らは、微細なスペックルパターンを作製する2つの方法を開発した。第1の方法では、本発明者らは、端面上に塗料の層を作製するために、微細なブラシを液体塗料と共に使用した。続いてレンズ用紙を用いて端面上にパターンを作製した。上記レンズ用紙はマイクロスケールの微細なランダムパターンを有し、繊維を有するエリアが塗料を吸収し、繊維を有しないエリアが端面上に塗料を残す。この技法は、撮像のための良好なスペックルパターンを提供する。微細なスペックルパターンを作製するための別の技法は、スペックルパターンの製造にナノ粒子を使用するものである。しかしながら、凝集がスペックルパターンの品質に影響を及ぼす。品質はあまり信頼できるものでなく、またあまり安定したものでもない。 We developed two methods to create fine speckle patterns. In the first method, we used a fine brush with liquid paint to create a layer of paint on the edge. Then, lens paper was used to create a pattern on the edge. The lens paper has a microscale fine random pattern, where areas with fibers absorb the paint and areas without fibers leave the paint on the edge. This technique provides a good speckle pattern for imaging. Another technique to create fine speckle patterns is to use nanoparticles to make the speckle pattern. However, agglomeration affects the quality of the speckle pattern. The quality is not very reliable and not very stable.
図3Bは、荷重サイクル中の同一位置におけるDICの再現性の研究を示す。これは、縁部に対するDICの再現性が安定していることを示している。無荷重状態で確認できるように、DICの精度は±10MPaである。端面DICを用いて、パネルの破損モードは大半が応力の集中を原因とすることが観察された。図3Cは、3点曲げ中の上縁部に沿った応力分布を示す。個々の曲線は、異なる荷重における上縁部に沿った応力分布である。図3Cは、荷重印加から試験シート204が破壊される点までの応力分布を示している。これらの曲線から、縁部に沿った欠陥が応力分布に影響を及ぼすことを確認できる。図3Dは、試験サンプルの全体的な荷重‐応力曲線を示す。なお、端面DICは高倍率で行われる。1ピクセルの解像度は約0.5μmであり、応力は頂点の位置に局在する。変動は、縁部の欠陥、頂点位置の精度、並びに厚さ、侵入、層の差異、封止の段階等といったサンプルのばらつきによるものである。
Figure 3B shows a repeatability study of DIC at the same location during the load cycle. It shows that the repeatability of DIC on the edge is stable. As can be seen in the unloaded state, the accuracy of DIC is ±10 MPa. Using edge DIC, it was observed that the failure mode of the panel is mostly due to stress concentration. Figure 3C shows the stress distribution along the top edge during three-point bending. The individual curves are the stress distribution along the top edge at different loads. Figure 3C shows the stress distribution from the load application to the point where the
いくつかの実施形態では、従来のアクリル系塗料を用いて、ガラスシート204上に超薄型(数マイクロメートル)のスペックル表面パターン230のコーティングを形成できる。塗料の弾性率はガラスシート204より少なくとも1桁低く、その厚さはガラスシート204より2桁小さいため、測定値に対するパターンの影響は無視できる。デジタル画像相関におけるこのような表面パターンの使用は当該技術分野で公知であり、更に詳細な議論はここでは不要である。
In some embodiments, a conventional acrylic paint can be used to form an ultra-thin (a few micrometers) coating of the
上面及び端面DICは、静的又は動的に実施できる。静的DICは、試験シート204の縁部に沿ったある固定位置における荷重‐応力相関を測定する。動的DICは、試験シート204の縁部の長さ全体に沿った荷重‐応力相関を測定する。静的DICは実施が容易であるが、一度に1つの位置しか測定できない。動的DICは実施が比較的複雑であるが、試験シート204の縁部の全長を測定できる。静的DICは、相関が縁部位置に関して変化しないモノリシックガラス等のサンプルについて最も良好に機能する。動的DICは、相関が変化し得る、積層構造を有するパネル等のサンプルについて最も良好に機能する。
Top and edge DIC can be performed statically or dynamically. Static DIC measures the load-stress correlation at a fixed location along the edge of the
[ESMS静的モード‐リアルタイム応力測定を伴う縁部強度テスター]
静的モードの実施形態では、ステレオカメラ222a、222bの第1のセットを用いて、無荷重状態の測定と荷重印加状態の測定との両方を段階的に得る。視覚的マーカーの表面パターン230を、試験シート204の上面226上に設ける。試験シート204は試験装置の試験領域208を通って段階的に移動し、試験対象のシート204の特定の領域が試験領域208に入ると停止して、無荷重状態の測定及び荷重印加状態の測定を実施できる。
[ESMS Static Mode - Edge Strength Tester with Real Time Stress Measurement]
In a static mode embodiment, a first set of
この例では、シート204を図9Bに示されているような右から左への運動で移動させることによって、シート204の縁部に沿った4つの異なる試験対象領域(領域1、2、3、及び4)が試験領域208に入れられる。シート204の下縁部の最も左側の部分にある試験対象領域1を試験するために、この試験対象領域1が試験領域208に入れられる。領域1よりもわずかに右にある試験対象領域2を試験するためには、シート204を、図9Bの矢印の方向に、左に移動させる。同様のステップを試験対象領域3及び4に対して繰り返す。この初期ステップは、上側アーチ状部材220a、220bによる垂直荷重が全く印加されない状態で実施される。3点曲げ試験のために、印加される荷重を、所定の荷重に到達するまで、又はシート204の破損が検出されるまで、増大させる。第1の光学系222は、無荷重状態の測定及び荷重印加状態の測定におけるシートの変形を光学的に検査して検出するために、少なくとも2つのカメラ222a、222bを含む。
In this example, four different test target areas (
各試験対象領域1~4に関する試験装置の荷重印加状態が、図9Cに示されている。荷重印加状態では、2つの上側アーチ状部材220a、220bによって、又は1つの下側アーチ状部材218によって、垂直荷重が印加される。いずれの方法でも、印加された荷重は、アーチ状部材の間のシートを曲げる。領域1~4に対応する4つの荷重印加状態はそれぞれ、変形1、2、3、及び4として標識される。
The loading conditions of the test apparatus for each of the test target areas 1-4 are shown in FIG. 9C. In the loading conditions, a vertical load is applied by either the two upper
静的モードでは、無荷重状態の測定及び荷重印加状態の測定を、4つの試験対象領域それぞれにおいて連続して実施できる。あるいは、4つの領域1~4に関する無荷重状態の測定を初めに実施でき、続いてシート204を初期位置に戻すことができ、その後、試験領域208を通してシート204を移動させることによって、変形1、2、3、4の状態それぞれについて荷重印加状態の測定を実施できる。
In static mode, unloaded and loaded measurements can be performed consecutively for each of the four test regions. Alternatively, unloaded measurements for the four regions 1-4 can be performed first, followed by returning the
3点曲げをベースとした縁部強度試験技法、及びDICの光学的方法を、適切な設計修正と組み合わせることにより、超薄型モノリシック又は積層ガラス構造体(例えば材料のシート)の縁部の強度を試験しながら、リアルタイムの応力測定を行うことができる。 Three-point bend based edge strength testing techniques and DIC optical methods, combined with appropriate design modifications, can provide real-time stress measurements while testing the edge strength of ultra-thin monolithic or laminated glass structures (e.g., sheets of material).
DIC機能を含むいずれの形態の光学的測定は、測定のために、試験領域208内の試験シート204上の関心対象領域の、明瞭で直接的な光学的ビューを必要とする。以前のシステム(例えば米国特許出願第2018‐0073967号明細書)では、直接的な応力測定はなく、またこれらの設計では、ローラが経路を遮断するため、関心対象領域への明瞭な光経路が不可能であった。DICが実装された試験装置200の実施形態に関する本開示によると、アーチ状部材220a、220bを修正して、カメラのための関心対象領域への明瞭な光経路を可能としている。図4~7、9A~9C、及び11A~11Dを参照されたい。この修正、及び結果として得られる改善はまた、装置が静的DICモードで動作するか動的DICモードで動作するかに関わらず、試験装置200に存在する。主な設計上の考慮事項は以下の通りであった:
・上部ローラ(アーチ状部材)220a、220bを、ホイールから部分的セクションへと変更した。具体的には、ガラスシート204に対するローラ全体の必要な接触面積を維持しながら、最大の光経路を得るために、上記部分的セクションの幅を最小化した。図5A及び5Bを参照。
Any form of optical measurement, including DIC capabilities, requires a clear and direct optical view of the area of interest on the
The upper rollers (arch-like members) 220a, 220b were modified from wheels to partial sections, specifically, the width of said partial sections was minimized to obtain maximum light path while maintaining the required contact area of the entire rollers against the
・係合の効果を研究するために、ローラ/上側部分的セクションに対するガラスの正確な整列を可能とするためのx、y、z軸の制御のための、微小マイクロメートルレベルアジャスタ232を組み込んだ。図5A及び5Bを参照。
- To study the effect of engagement, we have incorporated a miniature
・斜行の効果を研究するために、ローラ/上側部分的セクションに対するガラスの正確な整列を可能とするための軸の制御のための、微小マイクロメートルレベルアジャスタ234を組み込んだ。図5A及び5Bを参照。 - To study the effect of skew, we have incorporated a miniature micrometer level adjuster 234 for axial control to allow precise alignment of the glass to the roller/upper partial section. See Figures 5A and 5B.
・初期の試験の整列を保証するために、取付具の2つの半体と部分的セクションとを、全てダボ236a、236bで固定した。図5A及び5Bを参照。 - To ensure initial test alignment, the two halves of the fixture and the partial section were all secured together with dowels 236a, 236b. See Figures 5A and 5B.
試験領域208への明瞭な光経路が利用可能となったことにより、リアルタイムでの直接的な応力測定を行うためのDICの技法を採用した光学系が設計された。専用のレンズ系が取り付けられた、2つの4メガピクセルの市販のモノクロカメラを用いて、ガラスシート204の縁部付近の7mm×7mmの試験領域208を観察した。ドットのサイズが約5~7ピクセルとなり、コーティングの厚さが数マイクロメートルを超えないように、サンプルをランダムな黒色及び白色のドット表面パターン230でコーティングした。ステレオカメラシステムを用いて、縁部試験実験中に一連の画像(1秒あたり4つのフレームで150~200ペアの画像)を記録した。上記一連の画像を相関させて歪み場を得た後、式(1)を用いて応力を得た。6Nの荷重ステップで得られた応力場の一例を、試験全体を通しての最大応力の履歴と共に、図8Cに示す。この種の応力の可視化/測定は過去に行われていないと考えられる。これらの結果を数的シミュレーション(例えば有限要素解析)と相関させると、図8Cに示されているように良好な一致が確認される。
With a clear light path to the
図40のフローチャート500を参照して、材料のシート204の縁部に沿った材料のシートの縁部強度を試験する方法の例を、以下のように概説できる:上記方法は:(a)視覚的マーカーの表面パターン230を、シート204の縁部に沿った関心対象領域内のシート204の表面226(第2の側面)に適用するステップ(ボックス510を参照);(b)関心対象領域に3点曲げ荷重を全く印加することなく、シートの縁部に沿った関心対象領域内のシート204の表面の第1の光学画像を取得するステップ(ボックス520を参照);(c)3点曲げ荷重を、シートの縁部に沿った関心対象領域に印加するステップ(ボックス530を参照);(d)関心対象領域に3点曲げ荷重を印加しながら、シートの縁部に沿った関心対象領域の表面の第2の光学画像を取得するステップ(ボックス540を参照);並びに(e)第1の光学画像及び第2の光学画像に基づいて、3点曲げ荷重の印加に起因する、シートの縁部に沿った関心対象領域の表面上の応力を決定するステップ(ボックス550を参照)を含む。
With reference to
フローチャート500の方法のいくつかの実施形態では、シートの縁部に沿った関心対象領域の表面上の応力を決定するステップ(e)は:第1の光学画像に基づいて、無荷重状態の関心対象領域内の材料のシート204の歪みを測定するステップ;第2の光学画像に基づいて、3点曲げ荷重が印加されている荷重印加状態の関心対象領域内の材料のシートの歪みを測定するステップ;及び無荷重状態での測定された歪みを、荷重印加状態での測定された歪みと比較することによって、印加された3点曲げ荷重によって誘発されたシートの歪みを決定するステップを含む。
In some embodiments of the method of
上記方法のいくつかの実施形態では、第2の光学画像に基づいて、荷重印加状態の関心対象領域内の材料のシートの歪みを測定する上記ステップは、第1の光学画像内の視覚的マーカーの位置と比較した、第2の光学画像内の視覚的マーカー230の変位を決定するステップを含む。いくつかの実施形態では、シートの縁部に沿った関心対象領域の表面上の応力を決定する上記ステップは、関心対象領域内の材料のシートの測定された歪みを生成するために必要となる応力を計算するステップを含む。
In some embodiments of the method, measuring the strain of the sheet of material in the region of interest under load based on the second optical image includes determining a displacement of the
上記方法のいくつかの実施形態では、視覚的マーカーの表面パターンを印加する上記ステップは、シートの表面上に画像を印刷、コーティング、噴霧、エッチング、貼付、又は投影するステップを含む。 In some embodiments of the method, applying a surface pattern of visual markers includes printing, coating, spraying, etching, attaching, or projecting an image onto the surface of the sheet.
上記方法のいくつかの実施形態では、第1の光学画像及び第2の光学画像は、少なくとも1つのカメラ222a、222bを備える光学系を用いて取得される。
In some embodiments of the above method, the first optical image and the second optical image are acquired using an optical system that includes at least one
[動的モード‐リアルタイム応力測定を伴う縁部強度テスター]
図9Cを参照すると、いくつかの実施形態では、装置200は動的モードで動作でき、上記動的モードでは、装置200は、試験装置200を通して試験シート204を一時停止させることなく連続的に移動させながら、無荷重状態の測定及び荷重印加状態の測定の両方を得ることができる。好ましい実施形態では、無荷重状態の測定及び荷重印加状態の測定はいずれも、試験シート204を試験装置200に1回通す間に実施される。これを達成するために、光学系222は更に、3点曲げ荷重が全く印加されていない試験シート204の画像を記録することによって無荷重状態の測定を得るために、試験領域208の前方に位置決めされたステレオカメラ224a、224bの第2のセットを備えることができる。
[Dynamic Mode - Edge Strength Tester with Real Time Stress Measurement]
9C, in some embodiments, the
ステレオカメラ224a、224bの第2のセットは、試験シート204の第2の(上)側面226の上方に位置決めされ、これらは、試験領域208の前方の試験シート204のセクションを、試験シート204が試験領域208内へと移動する前に通過する際に視認しているため、カメラ224a、224bの第2のセットは、無荷重状態の試験シート204の上記セクションの画像を記録できる。これは、図9Cの最も左側の図である変形1の場合によって示されている。
A second set of
アーチ状部材220a、220b、及び218によって付与される、図示されている3点曲げ試験構成では、試験シート204の第2の側面226は、シートが上側のアーチ状部材220a、220bの下かつ下側のアーチ状部材218の上を通過する際に張力を受ける。いくつかの実施形態では、図9A、9B、及び9Cに示されているように、アーチ状部材218、220a、220bはローラである。
In the illustrated three-point bend test configuration, imparted by
動的モードで動作する試験装置200を用いて、材料のシート204の縁部強度をシートの縁部に沿って試験する方法は、図41のフローチャート600を用いて要約できる。上記方法は:(a)視覚的マーカーの表面パターン230を、シート204の縁部に沿った関心対象領域内のシートの表面に適用するステップ(ボックス610を参照);(b)試験装置200を通して材料のシートを連続的に前進させるステップであって、試験領域208を通過するシートの部分に3点曲げ荷重を印加しながら、試験領域を通してシートの縁部を前進させる、ステップ(ボックス620を参照);(c)試験領域208を通してシートの縁部を連続的に前進させながら、ただし関心対象領域が試験領域に到達する前に、関心対象領域内のシートの表面の第1の光学画像を取得するステップ(ボックス630を参照);(d)3点曲げ荷重を印加しながら、関心対象領域が試験領域内へと前進するときの、シートの関心対象領域の表面の第2の光学画像を取得するステップ(ボックス640を参照);並びに(e)第1の光学画像及び第2の光学画像に基づいて、3点曲げ荷重の印加に起因する、シートの縁部に沿った関心対象領域の表面上の応力を決定するステップ(ボックス650を参照)を含む。
A method for testing the edge strength of a sheet of
フローチャート600に要約されている方法のいくつかの実施形態では、シート204の縁部に沿った関心対象領域の表面上の応力を決定する上記ステップは:第1の光学画像に基づいて、無荷重状態の関心対象領域内の材料のシートの歪みを測定するステップ;第2の光学画像に基づいて、3点曲げ荷重が印加されている荷重印加状態の関心対象領域内の材料のシートの歪みを測定するステップ;及び無荷重状態での測定された歪みを、荷重印加状態での測定された歪みと比較することによって、印加された3点曲げ荷重によって誘発されたシートの歪みを決定するステップを含む。
In some embodiments of the method summarized in
フローチャート600の方法のいくつかの実施形態では、第2の光学画像に基づいて、荷重印加状態の関心対象領域内の材料のシートの歪みを測定する上記ステップは、第1の光学画像内の視覚的マーカーの位置と比較した、第2の光学画像内の視覚的マーカー230の変位を決定するステップを含む。
In some embodiments of the method of
上記方法のいくつかの実施形態では、シートの縁部に沿った関心対象領域の表面上の応力を決定する上記ステップは、関心対象領域内の材料のシートの測定された歪みを生成するために必要となる応力を計算するステップを含む。 In some embodiments of the method, determining the stress on the surface of the region of interest along the edge of the sheet includes calculating the stress required to produce the measured distortion of the sheet of material in the region of interest.
フローチャート600の方法のいくつかの実施形態では、第1の光学画像及び第2の光学画像は、少なくとも2つのカメラ222a、222b、224a、224bを備える光学系によって取得される。いくつかの実施形態では、視覚的マーカーの表面パターン230を印加する上記ステップは、シートの表面上に画像を印刷、コーティング、噴霧、エッチング、貼付、又は投影するステップを含む。
In some embodiments of the method of
上述の方法のいくつかの実施形態では、応力は少なくとも2次元で決定される。2次元応力は表面プロットとして表示される。図8Aは、3点接触によって荷重が印加されたときの、シート上の2次元表面歪みを示す。216は、応力が高いピーク歪み位置を指し、217は、応力が低い遠方場位置を指す。図8Bは、複数回測定された、試験シート上の最大応力に対する印加された応力を示す例示的なプロットである。また図8Cは、3点接触によって荷重が印加されたときの、シート上の2次元表面応力場である。左側の図はDICによって測定されたものであり、右側の図はFEAによってモデル化されたものである。図8Dは、ピーク応力位置から(黒色の矢印で示されている)シート内側方向への垂直方向距離の関数としての、正規化された応力値を示す。応力は、印加された果汁の関数として増大する。 In some embodiments of the above method, the stress is determined in at least two dimensions. The two-dimensional stress is displayed as a surface plot. FIG. 8A shows the two-dimensional surface strain on a sheet when loaded by three-point contact. 216 indicates the peak strain location where the stress is high, and 217 indicates the far-field location where the stress is low. FIG. 8B is an exemplary plot showing the applied stress versus the maximum stress on a test sheet measured multiple times. And FIG. 8C is the two-dimensional surface stress field on a sheet when loaded by three-point contact. The plot on the left is measured by DIC, and the plot on the right is modeled by FEA. FIG. 8D shows the normalized stress value as a function of the vertical distance from the peak stress location toward the inside of the sheet (indicated by the black arrow). The stress increases as a function of the applied juice.
このシステムのある実施形態は、静的状態の較正ユニットであることは別として、動的モードで連続的な縁部試験を行う製造環境(又はその他)で使用することもできる。本明細書全体を通して記載されているように、試験される材料の表面に対する直接の光経路により、本発明が依存する、より正確な歪みの直接的測定が容易になる。 Apart from being a static calibration unit, certain embodiments of the system may also be used in a manufacturing environment (or otherwise) for continuous edge testing in a dynamic mode. As described throughout this specification, a direct optical path to the surface of the material being tested facilitates the more accurate direct measurement of distortion on which the present invention relies.
動的モードでの測定を実施する能力は、既存の縁部測定技法に対する設計上の改善であり、またこれはリアルタイムでの直接的な応力測定の能力も付与するものである。いくつかの実施形態では、上述の構成は、部分ローラ(例えばアーチ状部材)を、図9A~9C及び11A~11Dに示されているように連続的に供給されるサンプルを取り込むことができる3つの完全に機能するローラと切り替えることによって、修正できる。このようなシステムは、入ってくるガラス縁部が必要な曲げ/荷重を連続的に受けることになるような位置に、ローラを有することになる。このようなシステムでは、ローラ間の間隔及びローラの直径は、カメラが検査を行うための明瞭な光経路が存在するよう、2つのローラ220a、220bの間に最小間隔Sが設けられるように制御される。
The ability to perform measurements in dynamic mode is a design improvement over existing edge measurement techniques and also provides the capability of direct stress measurement in real time. In some embodiments, the above configuration can be modified by switching the partial rollers (e.g., arched members) with three fully functional rollers that can capture a continuously fed sample as shown in Figures 9A-9C and 11A-11D. Such a system would have the rollers in a position such that the incoming glass edge would be continuously subjected to the required bending/loading. In such a system, the spacing between the rollers and the diameter of the rollers are controlled to provide a minimum spacing S between the two
図9B~9Cは、上述のような動的タイプの縁部強度試験構成でのリアルタイム応力測定を達成するための方法論を説明している。縁部強度テスターは、既存の破壊を検出できるように、試験前に縁部を予備検査する(荷重/曲げが全く存在しない状態で、サンプルがローラを通過する)必要がある。このような破壊が検出されない場合、システムが誤動作しているか、又は縁部強度を過大に推定している。このような検査の間に、ステレオカメラ222a、222bは、図9Bに示されているように、縁部の長さに沿った一連の写真を撮影できる。そして、サンプル縁部に対して荷重が印加されているときの2回目の通過において、カメラは、図9Cに示されているように、第1の一連の画像と全く同じ縁部上の位置において、別の画像のセットを撮影し、同一位置からの対応する画像をペアリングして相関させることによって(即ち図9B及び9Cの同じ番号の画像を相関させることによって)、歪み場を得ることができ、またこれによって上述のように応力を得ることができる。
9B-9C illustrate a methodology for achieving real-time stress measurements in a dynamic type edge strength testing setup as described above. The edge strength tester needs to pre-inspect the edge before testing (the sample passes through rollers without any load/bending) so that existing fractures can be detected. If such fractures are not detected, the system is malfunctioning or over-estimating the edge strength. During such an inspection, the
あるいは、2セットのステレオカメラ222a、222b及び224a、224bを備える試験装置200の実施形態を用いて、1回の通過で動的測定を実施できる。このような実施形態の一例が、図9Cの最も左側の概略図に示されている。上記システムは、ステレオカメラ222a、222bの第1のセットと、ステレオカメラ224a、224bの第2のセットとを含む。このようなシステムでは、ステレオカメラの両方のセットがプロセッサ214に接続され、このプロセッサ214は、カメラ222a、222b、224a、224bを制御し、またこれらのカメラからの画像データを処理する。上記システムはまた、シート204内の測定された応力に関するいずれの分析情報を表示し、またカメラが視認した対象の画像を表示するための、ディスプレイ228を含むことができる。
Alternatively, dynamic measurements can be performed in a single pass using an embodiment of the
ここで生じる明らかな疑問は、アルゴリズム及び画像相関が、中間画像(静的試験のための150~200個の画像)を用いることなく、ゼロ応力からピーク応力までの歪みを得ることができるかどうかである。図10A及び10Bは、この概念のプルーフテストから得られた結果を示しており、これらは、中間画像を用いずに正確な結果を得ることができることを確認するものである。11Nの荷重での静的試験中に撮影された150~200個の画像を相関させることにより、図10Aに示されている応力分布マップが得られた。その一方で図10Bは、いずれの中間画像を用いずに、1個目の画像を200個目の画像と相関させることによって得られた応力分布マップを示す。これら2つの応力分布マップは同一であり、これは、中間ステップの不在が結果に影響しないことを示している。よって本実施形態は、リアルタイムでの応力可視化による、超薄型モノリシック及び積層ガラスサンプルに関する縁部強度測定の動的システムを説明している。 An obvious question that arises is whether the algorithm and image correlation can obtain the strain from zero stress to peak stress without using intermediate images (150-200 images for static testing). Figures 10A and 10B show results obtained from a proof test of this concept, which confirm that accurate results can be obtained without intermediate images. The stress distribution map shown in Figure 10A was obtained by correlating 150-200 images taken during a static test at a load of 11 N. Meanwhile, Figure 10B shows the stress distribution map obtained by correlating the first image with the 200th image without any intermediate images. These two stress distribution maps are identical, indicating that the absence of an intermediate step does not affect the results. Thus, the present embodiment describes a dynamic system of edge strength measurement on ultra-thin monolithic and laminated glass samples with real-time stress visualization.
本明細書に記載の試験装置200を用いて、上記方法を実施できる。これは動的DIC方法を指している。動的DICとは、3つの点が縁部に沿って「転がる(roll)」間に歪み測定をリアルタイムで得ることを指している。このようなシナリオでは、無荷重状態の測定の後に歪みを取得する必要がある。
The
試験領域208を備える試験装置200を用いて、材料のシート204の縁部強度をシートの縁部に沿って試験する、動的な方法の一例は、以下のように概説できる。上記方法は:視覚的マーカーの表面パターン230を、シートの縁部を含むシート204の表面226上に設けるステップ;試験装置を通して材料のシートを連続的に前進させるステップであって、試験領域を通過するシートの部分に3点曲げ荷重を印加しながら、試験装置の試験領域208を通してシートの縁部を前進させる、ステップ;試験装置の試験領域208を通してシートの縁部を連続的に前進させながら、ただし関心対象領域が試験領域208に到達する前に、シートの縁部に沿った関心対象領域内の表面の第1の光学画像を取得するステップ;3点曲げ荷重を印加しながら、関心対象領域が試験領域208内で前進したときの、シートの関心対象領域の表面226の第2の光学画像を取得するステップ;並びに第1の光学画像と第2の光学画像とを比較することによって、3点曲げ荷重の印加に起因する、シートの縁部に沿った関心対象領域の表面上の応力を決定するステップを含む。
An example of a dynamic method for testing the edge strength of a sheet of
いくつかの実施形態では、応力は時間分解ドメインで決定でき、即ち応力の進展の履歴が得られる。これは、試験シート204が静止している間に、試験シート204の縁部に沿ったある位置において測定を行う静的モードにも、また所定の荷重を印加しながら、試験シート204が試験装置200を通して連続的に供給されている間に試験シート204の縁部の長さに沿って測定を行う動的モードにも、当てはまり得る。
In some embodiments, the stress can be determined in a time-resolved domain, i.e. a history of the stress evolution is obtained. This can be true both in a static mode, where measurements are taken at a position along the edge of the
いくつかの実施形態が、ガラスで形成されたシート204に関して説明されているが、本明細書に添付されている特許請求の範囲はそのように限定されないことに留意されたい。というのは、本明細書に記載の試験装置200は、積層構造体又はパネルを受承又は収容して分析するために使用できるためである。好適な積層構造体としては、1つ以上の中間ポリマー層を有する複数のガラスシートが挙げられ、あるいは代替実施形態では薄膜トランジスタガラス基板及び色フィルタガラス基板を有し、またこれらの間に、又はこれらの基板のうちの一方若しくは両方に隣接して、1つ以上のフィルムを有する構造体も挙げられる。よって、本明細書中でシート204又はガラスシートに言及する場合、この言及は、ガラス、ガラスセラミック、プラスチック、並びに積層構造体及び他のパネルについても当てはまり得る。簡潔にするために、本明細書中ではシート204のみに言及する。
It should be noted that although some embodiments are described with respect to a
試験装置200は、様々なサイズのシートを試験できる。例えば試験シート204は、約5mm/5mmから約100mm/100mmまで、約600mm/600mmまで、約1000mm/1000mmまで、約2300mm/2600mmまで、約4000mm/4000mmまで、及びこれらの間の全ての部分範囲内の、長さ/幅寸法を有することができる。パネル又は積層構造体内のガラスシートはまた、約5mm/5mmから約100mm/100mmまで、約600mm/600mmまで、約2300mm/2600mmまで、約4000mm/4000mmまで、及びこれらの間の全ての部分範囲内の、長さ/幅寸法を有してよい。更に、パネル又は積層構造体内の隣接するガラスシートは異なる長さ/幅寸法を有してよく、これにより、一方のシートがもう一方のシートの上に、及びこれらのシートの1つ以上の側面上に、重なることができる。単一のガラスシートの試験、又はパネル若しくは積層構造体に含まれる個々のガラスシートに関する、例示的なガラスの厚さは、0.1mm未満(例えばわずか10マイクロメートル)から5mm超、0.1mm~3mm、0.4mm~2mm、0.5mm~1mm、0.5mm~0.7mmの厚さとすることができる。
The
テーブル202は、測定サイクルを開始するための、又は動的モード試験のために試験領域208を通してガラスシート204を連続的に前進させるための、所定の位置へとガラスシート204を移動させるよう構成された、複数の駆動機構を含んでよい。
The table 202 may include multiple drive mechanisms configured to move the
ガラスシート204の縁部の所定の部分を試験できる。この所定の部分の幅は、約1mm~約5mm、約1.5mm~約3.5mm、約2mm~約3mm、及びこれらの間の全ての部分範囲内とすることができる。ガラスシート204を試験する主な目的は、シート材料の、その縁部に沿った強度を試験することであるため、一般的には縁部に可能な限り近いエリアを試験することが望ましい。この目的のために、上述の寸法を有するガラスシートについて、ガラスシート204のその縁部に沿った表面の最後の2mmをアーチ状部材220a、220b、及び218と係合させることにより、応力の集中がガラスシート縁部にあることが全体として保証される。この構成は、望ましくない表面の割れを導入する恐れがあるガラスシート204とアーチ状部材220a、220b、及び218との間の外来粒子(例えば塵芥)を補足してしまういずれの機会を最小限に抑えるという点でも有益である。シート204が縁部強度を測定されるパネル又は積層構造体であり、またこれらのパネル又は積層構造体内の隣接するガラスシートが異なるものである(例えば上記構造体の1つ以上の縁部が重なり合った特徴部分を有する)実施形態では、上記所定の部分は、上記構造体内のガラスシートのうちの小さい方(即ち重なり合っていないシート)について測定される。
A predetermined portion of the edge of the
いくつかの実施形態では、各アセンブリ206内又はいずれのアセンブリ206内のアーチ状部材220a、220b、及び218は、(例えば最大応力を評価しない)非破壊試験中にガラスシート204の破壊を引き起こすリスクを最小限に抑えるために、順応性のある材料で作製できる。アーチ状部材又はローラは、十分な順応性を有しながら、保守及びダウンタイムを最小限に抑えるための長寿命と、ローラがガラス表面上を自由に転がることができるようにするための十分な摩擦とを提供できるように、選択できる。例示的なアーチ状部材の材料としては、硬化鋼製ローラ、鋼鉄製ローラ、ウレタン製ローラ、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)製ローラ、ショア80硬度ウレタン製ローラ、ポリカーボネート(PC)製ローラ(例えばLexan等)、高密度ポリエチレン(HPDE)製ローラ、ショア90硬度ウレタン製ローラ、ウレタンコーティングローラ等を挙げることができる。例示的なウレタン製ローラを採用することによって、システムが使用するいずれの信号、フィードバック等を汚染する可能性がある転がりのノイズを低減することもできる。更に、ウレタン製又はウレタンコーティングローラを用いて、ローラの経路内の破片に適応でき、またy方向の応力プロファイルに、内部応力の集中が存在しないようにすることができる。パネル及び積層構造体の縁部強度を測定するために使用される実施形態では、十分な縁部強度試験結果を達成するためには、順応性が比較的低いローラ(例えばPC、HPDE等)が必要とされることが分かった。
In some embodiments, the
各アーチ状部材又はローラに関する例示的な寸法は、本発明の主題の特定の実施形態に応じて様々であってよい。例えばローラの寸法は、5mm~15mmの外径(outside diameter:OD)、7mm~12mmのOD、9mm~10mmのODとすることができる。いくつかの実施形態では、例示的なローラの寸法は、応力をほとんど全てガラスシートの隅(顧客の多くの問題はこのエリアで発生するため、これは重要である)に印加できるよう、約9mmのODとすることができる。例示的なシステムは、5mm/秒から500mm/秒以上、又は2mm/秒から400mm/秒以上の速度でガラス縁部を横断することもできる。例示的なシステムは堅牢であり、ローラに使用されるポリマー材料の耐久性に応じて、わずか0.1mmから1mmもの厚さを有するガラスに対して使用できる。 Exemplary dimensions for each arched member or roller may vary depending on the particular embodiment of the present subject matter. For example, roller dimensions may be 5 mm to 15 mm outside diameter (OD), 7 mm to 12 mm OD, 9 mm to 10 mm OD. In some embodiments, exemplary roller dimensions may be approximately 9 mm OD so that the stress is applied almost entirely to the corners of the glass sheet (this is important since many customer issues occur in this area). Exemplary systems may also traverse the glass edge at speeds of 5 mm/sec to 500 mm/sec or more, or 2 mm/sec to 400 mm/sec or more. Exemplary systems are robust and can be used on glass having thicknesses as low as 0.1 mm to 1 mm, depending on the durability of the polymeric material used for the rollers.
いくつかの実施形態では、高速閉ループ応力制御機構を採用して、割れを検出でき、また印加される応力が所定の目標値、例えば2MPaの目標以内となることを保証できる。例えば、単一のアーチ状部材218を用いて荷重をガラスシート204に印加でき、これにより、ロードセル信号を、連続的に割れを監視する高速コントローラ(図示せず)に送信できる。このロードセル信号を用いて、所定の速度(例えば5mm/秒から100mm/秒以上)で縁部を横断する間に印加される荷重を制御することもできる。
In some embodiments, a high speed closed loop stress control mechanism can be employed to detect cracks and ensure that the applied stress is within a predetermined target, e.g., a target of 2 MPa. For example, a single
縁部強度試験装置200の使用は、縁部の特徴部分だけの調査に限定されない。複数の実施形態が、製造ラインでの欠陥のスクリーニングを実施するために、表面の特徴部分も同様に調査することも想定できる。例えば、ガラスシートの表面上の何らかの特徴部分、例えば粒子による汚染及び/又はくぼみ、欠け、若しくは擦傷といった視認可能なタイプの表面欠陥を、本発明の主題の実施形態と共に採用できる。しかしながらこのような実施形態では、強度分布を提供するのではなく、これらの実施形態は上記表面欠陥のサイズ、形状、及び/又は深さの分布、即ち寸法に関する計量を利用することになる。例示的かつ非限定的な表面特徴部分としては、表面近接領域(例えば縁部から約20mm内側)及び境界領域(表面が縁部と出会う場所)、並びに表面欠陥のいずれのサイズ、形状、又は深さの特徴が挙げられる。 このような寸法に関する計量は、単独で使用することも、縁部特徴部分から得られた強度の計量と共に使用することもできる。
The use of the edge
いくつかの実施形態では、試験される長さはガラスシートの縁部全体に及んでもよく、又はガラスシートの縁部の1つ以上の部分に対して試験を実施してもよい。よって試験される長さは、ガラス縁部の長さに応じて、わずか約1mm~5mmから約2600mm、3000mm、4000mm以上もの大きさにまで及んでよい。 In some embodiments, the tested length may span the entire edge of the glass sheet, or the test may be performed on one or more portions of the edge of the glass sheet. Thus, the tested length may range from as little as about 1-5 mm to as much as about 2600 mm, 3000 mm, 4000 mm or more, depending on the length of the glass edge.
3点曲げをベースとした縁部強度試験
図4~7B、9A~9C、及び11A~11Dは、3点曲げ法を用いる縁部強度試験装置200の概略図を示す。破壊的な破損試験モードでは、試験サンプルガラスパネル204を、破損まで増大する荷重下に置き、破損点のピーク荷重を記録する。このピーク荷重を、歪みゲージから事前に経験的に作成された較正曲線に基づいて、応力に対してマッピングする。この技法は、2次元(x軸及びy軸)に沿った歪み/応力を提供し、これは、歪みゲージによって曲げ方向に沿った歪みのみを使用する現在の慣行に対する大幅な改善である。
3-Point Bend Based Edge Strength Testing Figures 4-7B, 9A-9C, and 11A-11D show a schematic diagram of an edge
[光学系(カメラ)の較正]
図11A~11Dを参照すると、システムの較正は、ガラスパネルに対して実際の試験を実施する前に完了する。この作業を実施することによって、画像相関ソフトウェアは、試験サンプルに対してカメラが位置決めされる角度及び距離を把握する。これは、画像ピクセルに関するドットパターンの移動を3D空間内の物理的寸法に変換するのに役立つ。この較正ステップが、図11A~11Dに概略的に説明されている。図11Aは、カメラ(222a、222b)、ローラ、及び試験パネルの相対位置を示す。試験がまだ開始されていないため、上部ローラはパネルから比較的離間している。そして試験パネルを、平坦な面に印刷された所定の(画像相関ソフトウェアが把握している)パターンと切り替える。カメラはこのパターンの一連の写真を撮影し、ここで上記パターンは、図11B~11Dに示されているように、カメラの焦点範囲内にあるまま、3D空間内で旋回している。一連の画像と、適切なソフトウェアとを用いて較正ファイルを作成でき、これを、歪みを得るためのパネルに対する実際の試験中に使用する。
[Calibration of the optical system (camera)]
With reference to Figures 11A-11D, the calibration of the system is completed before performing the actual test on the glass panel. By performing this operation, the image correlation software knows the angle and distance at which the camera is positioned relative to the test sample. This helps to translate the movement of the dot pattern with respect to the image pixels into physical dimensions in 3D space. This calibration step is illustrated diagrammatically in Figures 11A-11D. Figure 11A shows the relative positions of the camera (222a, 222b), rollers, and test panel. The upper roller is relatively far away from the panel since the test has not yet started. The test panel is then switched to a predefined pattern (known to the image correlation software) printed on a flat surface. The camera takes a series of pictures of this pattern, where the pattern is pivoted in 3D space while remaining within the focal range of the camera, as shown in Figures 11B-11D. Using the series of images and appropriate software, a calibration file can be created, which is used during the actual test on the panel to obtain the distortion.
[静的試験構成の能力]
静的モードは、他のパラメータ研究と共にパネル/積層シートの設計を研究するための較正デバイス(又はベンチマークデバイス)として静的モードを機能させるのに役立つ、以下の設計上の特徴を有する。
a)交換可能なローラ(ローラの材料及び直径)。
b)供給角度を変更する能力。これは、長方形でないディスプレイパネルの縁部試験に対処するのに役立つ。
c)試験される縁部に近づくような、又は試験される縁部から離れるような、ローラアセンブリの調整。これにより、比較的小さなパネル(モバイルデバイス)の試験と共に、縁部の特定の領域を検査できる。
d)ローラを部分的なローラプロファイルと交換できる。これは、特に接触点の付近において、視認可能なエリアを増大させ、またローラからの追加の応力を用いずに、その領域の応力分布の研究を可能とする。
[Static test configuration capabilities]
The static mode has the following design features that help it act as a calibration device (or benchmark device) for studying panel/laminate designs along with other parametric studies:
a) Interchangeable rollers (roller material and diameter).
b) Ability to change the feed angle, which helps to address edge testing of non-rectangular display panels.
c) Adjustment of the roller assembly closer to or further away from the edge being tested, allowing testing of smaller panels (mobile devices) as well as inspecting specific areas of the edge.
d) The roller can be replaced with a partial roller profile, which increases the visible area, especially near the contact point, and allows the study of the stress distribution in that area without additional stress from the roller.
これには、様々な構成部品を正確に整列させる整列ピン236a、236b等の整列技法が組み込まれ、上記整列は、試験を正確なものとするために非常に重要である。 This incorporates alignment techniques such as alignment pins 236a, 236b that precisely align the various components, which is very important for accurate testing.
[非DIC ESMS試験における応力測定精度の改善]
[ロードセルの位置]既存のESMSでは、ロードセルは、上側のローラアセンブリと隣接して位置決めされる。本発明者らは、ロードセルを下側のローラ218の下方に移動させることによって、荷重の制御の改善を達成できることを発見した。図15は、ロードセルの新たな位置を示す概略図である。この新たな構成では、ロードセルのドリフトは観察されなかった。
[Improving Stress Measurement Accuracy in Non-DIC ESMS Tests]
Load Cell Location In the existing ESMS, the load cell is positioned adjacent to the upper roller assembly. The inventors have discovered that improved control of the load can be achieved by moving the load cell below the
[速度の制御]シート204上の応力は、シート204に印加される荷重の関数である。よって応力の測定の精度は、荷重の測定の精度に左右される。試験サンプルシート204がテスターの試験領域208に連続的に供給される非DIC ESMS試験における、精度の改善の1つの因子は、試験領域208を通して試験シート204を移動させる速度である。試験シート204の搬送は、アーチ状部材218、220a、220bにローラを使用することによって達成される。よって、ローラの材料は、ローラと試験シートとの間の摩擦に影響を及ぼす可能性があり、この摩擦は、試験シート204を移動させるローラの能力に影響を及ぼす可能性がある。順応性のあるローラは、試験シート204に対して回転する際に伸縮し、下部ローラ218によって印加される荷重の変動を引き起こす場合がある。試験シートがローラを通って迅速に移動しているとき、ESMS試験システム200には、荷重の変動を調整する時間がほとんどない。本発明者らは、試験シート204がローラ上を移動する速度の、荷重制御に対する影響を、市販の荷重フレームInstronを用いて調査した。結果を、図17及び18のプロットに示す。このデータは、10個の試験片を用いて生成された。図17のプロットは、10mm/秒の速度で測定された荷重を経時的に示す。図18のプロットは、1mm/秒の速度で測定された荷重を経時的に示す。速度を10mm/秒から1mm/秒に低下させると、荷重の制御は有意に改善された。荷重の制御は、ESMS試験システムのソフトウェアを荷重の変動に対して調整できる速度及び精度にも左右される。よって、最適な速度は、これらの因子を考慮して選択する必要がある。本発明の改善されたESMS構成を用いて、本発明者らは、1mm/秒~40mm/秒の速度で、良好な荷重制御を達成できた。5mm/秒の速度を用いると、0.2mmのモノリシックガラスの場合、本発明者らは、2Nの目標に対して±0.1N以下の荷重の変動を達成できた。これは100±5MPaの応力変動に相当する。速度が速いほど試験時間は短くなるが、荷重を制御する能力を損なわないよう、何らかの最大値の制限が必要である。
Speed Control The stress on the
[ローラに対するポリマーコーティング]アーチ状部材218、220a、220bがローラである実施形態では、ローラは好ましくは、試験シート204の移動を支援するために、試験シート204と接触する転がり面上にポリマーコーティングを有する。ポリマーは粘弾性であるため、この材料は転がる間に伸縮し得る。従って本発明者らは、ローラ上のポリマーコーティングが薄いほど、試験シート204に印加される圧力の制御が良好になると予想した。しかしながら予想外にも、本発明者らは、厚いポリマーコーティングほど、良好な荷重の制御を提供し、印加される荷重の変動が小さくなることを発見した。ローラ全体の直径(ローラのベアリング+ポリマーコーティング)は9mmであった。ポリマーコーティングの厚さは1.32mmであった。
Polymer Coating on Rollers In embodiments where the
本発明者らは更に、動的測定における潜在的な変動性を理解するために、ローラの直径及びポリマーコーティングの厚さの、荷重‐応力相関に対する影響を調査した。モデル化の結果により、所与のローラ内径L2及び外径L1に関して、ローラ内径を4mmから14mmまで変化させ、ポリマー厚さを0.5mmから2.5mmまで変化させたときに、相関の変化を400MPaまで無視できることが示された。図24は、FEAによって決定された、ローラ外径L1/ローラ内径L2の関数としての荷重‐応力相関のプロットである。相関は、広範囲のL1及びL2に関して、400MPaまで変動しない。この研究から、本発明者らは、荷重‐応力相関の潜在的な変動が動的測定について最小限であることを理解できた。 The inventors further investigated the effect of roller diameter and polymer coating thickness on the load-stress correlation to understand potential variability in dynamic measurements. Modeling results showed that for a given roller inner diameter L2 and outer diameter L1, the change in correlation is negligible up to 400 MPa when the roller inner diameter is varied from 4 mm to 14 mm and the polymer thickness is varied from 0.5 mm to 2.5 mm. Figure 24 is a plot of the load-stress correlation as a function of roller outer diameter L1/roller inner diameter L2 as determined by FEA. The correlation does not vary up to 400 MPa for a wide range of L1 and L2. From this study, the inventors could see that the potential variation in the load-stress correlation is minimal for dynamic measurements.
[ソフトウェアの改良]
ESMSシステム200の制御ソフトウェアに対して改良を行い、試験作業をより信頼できるものにするために、システムの動作を完全に自動化した。上記システムは、小型の、即ち~200×130×0.2mmの試験シート/パネルを標的としている。厚さわずか0.2mmの試験サンプルは、応力を正確に測定するために、極めて正確な荷重の制御を必要とする。というのは、荷重のわずかな変化でさえ、比較的大きな応力の変化を誘発するためである。従って、より良好な荷重の制御を維持するために、制御ループを改善することによって、制御ソフトウェアに対する改良を行う必要があった。この制御ソフトウェアにより、ESMSは、以下の自動化された手順を実施できるようになった。縁部強度試験手順の初期ステップのうちの1つは、試験シート204の整列である。望ましいローラ係合は、試験シート204の縁部Eから距離Dにおける(典型的には約2mmにおける)ものである。このローラ係合位置を図19Bに示す。
[Software Improvements]
Improvements were made to the control software of the
縁部強度試験を開始できる前に、いくつかの予備スキャンルーチンを実行する。このようなルーチンは、試験対象の試験シート204の縁部の厚さプロファイルを生成するステップを含む。図19Aを参照すると、試験シート204の長さを、厚さセンサ410a、410bのペアを通ってゆっくりと移動させ、この厚さセンサ410a、410bのペアは、試験シート204の厚さを測定して、試験対象の試験シート204の縁部の厚さプロファイルを生成する。この厚さデータにより、試験シート204が割れている場合に、破損応力の正確な測定後分析が可能になる。このルーチンはまた、試験シート204の前縁部EL及び後縁部ET、並びにサンプルシートの長さを明らかにするため、縁部強度試験中に仕様書の寸法ではなく実際の寸法を使用できる。試験シート204は、縁部強度試験手順の開始時に前縁部ELが下部ローラ218の頂点の上方に位置決めされるように、配置される。図19Cはこの構成を示す。
Before edge strength testing can begin, several pre-scanning routines are performed. Such routines include generating a thickness profile of the edge of the
次にESMSは、下部ローラ218の頂点が開始オフセット位置と整列するまで、矢印Mで示されている方向に試験シート204を駆動する。上記開始オフセット位置は、図19Cに示されているような、水平な縁部の整列を指す。図20は、到着ゾーン、測定長、及び離脱ゾーンを特定する、試験シート204の一例の図である。縁部強度試験手順を開始するために、ESMSは、上部ローラ220a、220bが試験シート204と接触したことを意味する小さな力が検出されるまで、上部ローラアセンブリ220a、220bを、試験シート204の上面に向かってゆっくりと下向きに駆動する。
The ESMS then drives the
次に、荷重印加力及びガラス試験シートの速度は、指定された時間枠内で、指定された到着距離にわたる到着ゾーンを通して、同期して上昇する。荷重印加力は、離脱ゾーンに到達するまで、測定長に沿って維持される。離脱ゾーンの長さは離脱距離によって画定され、荷重印加力及びガラス試験シートの速度が低下して試験手順を完了する。図21は、上側ローラ220a、220bの下降中の初期期間から始まり、到着ゾーン、測定長、及び離脱ゾーンへと続く、荷重プロファイルの一例を示すプロットである。
The load application force and the velocity of the glass test sheet are then synchronously increased through the arrival zone over the specified arrival distance within a specified time frame. The load application force is maintained along the measurement length until the take-off zone is reached. The length of the take-off zone is defined by the take-off distance, and the load application force and the velocity of the glass test sheet are decreased to complete the test procedure. FIG. 21 is a plot showing an example of a load profile starting from an initial period during the descent of the
[割れの検出]アップデートされた制御ソフトウェアの下で、ESMSは、以下の割れ検出手順を実行する。ユーザは、目標荷重付近の閾値を指定する。閾値が突破されると、ESMSは即座にローラ218、220a、220bの係合を解除し、試験シート204を停止させる。試験シート204が印加された応力下となる下側ローラ218の位置(即ちローラ218の頂点)が、新たな割れの位置として定義される。ユーザが定義した割れオフセットを考慮して、試験シート204の縁部に沿って十分な空間が残されている場合は、縁部強度試験は続行される。図22は、検出された新たな割れの位置を示す、試験シート204の概略図である。割れオフセット(crack offset)とは、動的試験を再開するためにローラが試験シートの縁部と再係合できる前に、検出された割れの位置からローラを離すように移動させる距離を指す。割れオフセットが短すぎると、割れが伝播して測定を妨害することになる。割れオフセットが大きすぎると、物的資産としての試験可能な縁部が無駄になる可能性がある。応力場のモデル化された大きさ及び形状に従って、本発明者らは、割れオフセットとして最小25mmの距離を使用した。
Crack Detection Under the updated control software, the ESMS performs the following crack detection procedure: The user specifies a threshold value around the target load. If the threshold value is breached, the ESMS immediately disengages the
試験シート204を再係合した後、十分な長さの試験シートの縁部領域が試験対象として残っている限り、ESMSは、ユーザが定義した荷重印加力の全てについてループする。ESMSは、縁部に沿って横断する際に一定の力を印加する。破壊が発生したとき、試験シート204の強度は、0と、印加された力に対応する応力との間となり得る。従って、シートの強度を正確に決定するためには、強度の下限をより良好に理解するために、多段階の荷重を漸増させながら印加しなければならない。ユーザはこれらの段階的な力を、ユーザが望む測定精度のレベルに基づいて定義できる。システムは、破壊が発生するまで、ユーザが定義した段階的な荷重の全てについてループしなければならない。
After re-engaging the
[荷重の制御]ローラ218、220a、220bによって試験シート204に印加される3点曲げ応力荷重を制御するために、ファントムモータ技法(カスケードサーボループ(Cascading Servo Loop)としても公知)をESMS制御ソフトウェアに組み込んだ。ファントムモータ技法は、ロードセルのアナログ入力に適用された。この技法によって、ESMSは、ロードセルの入力信号を読み取り、移動するサンプルステージ202に変更を加えて、試験シート204に印加されている荷重をリアルタイムで制御することが可能となった。
[Load Control] A phantom motor technique (also known as a cascading servo loop) was incorporated into the ESMS control software to control the three-point bending stress load applied to the
図23Aは、ファントムモータ技法を示す概略図である。Delta Tau製Power PMACモーションコントローラは、ある独立したサーボループの出力を別のサーボループの入力として使用できるように構成できる。これによりシステムは、両方のループの機能を単一のアクチュエータにおいて結合でき、またエンジニアは、運動の制御を特に意図していなかったデバイスに関して、コントローラの微調整パラメータを最大限活用できる。この場合、ロードセルの出力を、そのアナログ出力がコントローラ内のサーボループの出力に向けられるように、上記モーションシステムに統合した。これは「内部ループ(inner loop)」として公知である。次に、アクチュエータの物理的なモーションを実際に制御するサーボループに物理的な運動を命令するための内部ループの出力が供給される。2つのループと、Delta Tau製のシステムによって供給されるモータ微調整パラメータとの間の関係をスケーリングすることにより、モーションコントローラが目標荷重からのリアルタイムの偏差に応答して必要な補正を適用できるようにする最適なバランスが達成され、これはサンプルにわたる安定した荷重の印加に役立つ。 Figure 23A is a schematic diagram showing the phantom motor technique. The Delta Tau Power PMAC motion controller can be configured to allow the output of one independent servo loop to be used as the input of another servo loop. This allows the system to combine the functionality of both loops in a single actuator and allows engineers to make the most of the controller's fine tuning parameters for a device that was not specifically intended to control motion. In this case, the load cell's output was integrated into the motion system such that its analog output was directed to the output of a servo loop in the controller. This is known as the "inner loop." The output of the inner loop is then fed to the servo loop that actually controls the physical motion of the actuator to command the physical motion. By scaling the relationship between the two loops and the motor fine tuning parameters provided by the Delta Tau system, an optimal balance is achieved that allows the motion controller to apply the necessary corrections in response to real-time deviations from the target load, which aids in the application of a stable load across the sample.
図23B及び23Cは、1回の試験実行からのロードセルの読み取り値を比較する時間に対する、ロードセルからの測定された荷重の読み取り値のプロットを示す。図23Bのプロットは、ファントムモータ技法による修正を行わずに得られた、測定された荷重の読み取り値に関するものであり、図23Cのプロットは、ファントムモータ技法を用いて得られた、測定された荷重の読み取り値に関するものである。図23Cのプロットは、ファントムモータ技法を実装した場合のロードセルの読み取り値の変動が大幅に小さくなることを示している。 Figures 23B and 23C show plots of measured load readings from a load cell versus time comparing load cell readings from one test run. The plot in Figure 23B is for measured load readings obtained without the phantom motor technique correction, and the plot in Figure 23C is for measured load readings obtained with the phantom motor technique. The plot in Figure 23C shows that the variation in the load cell readings is significantly reduced when the phantom motor technique is implemented.
[パネルのバッチの強度を推定する方法]
いくつかの実施形態によると、同一の設計を有するが製造公差を有する個別に製造された複数のパネルの平均強度を測定する方法が開示される。複数のパネルの強度を測定してバッチの平均強度を得るには、以下の2つの方法が存在し得る:
・本発明で開示されている光学歪み測定技法を用いて、個々のパネル全ての強度を直接測定する;
・上記光学歪み測定技法を用いていくつかのサンプルを測定することによって決定された、公称荷重‐応力相関を用いて、バッチを構成する残りの全てのパネルの強度を推定する。
Method for estimating the strength of a batch of panels
According to some embodiments, a method is disclosed for measuring the average strength of multiple individually manufactured panels having the same design but manufacturing tolerances. There can be two ways to measure the strength of multiple panels to obtain the average strength of a batch:
- Directly measure the strength of every individual panel using the optical distortion measurement technique disclosed in this invention;
- Using the nominal load-stress relationship, determined by measuring several samples using the optical strain measurement technique described above, estimate the strength of all remaining panels that make up the batch.
第1の方法は、第2の方法よりも精度が高いという利点を有するが、複数のプロセスステップを有し比較的長い時間がかかる可能性がある光学歪み測定技法を用いて全てのサンプルを測定しなければならないため、時間がかかる可能性がある。第2の方法は、荷重を用いて強度を直接推定できるため、処理時間は比較的短いが、特定の製造公差を有するパネルに対して同一の公称相関が採用されるため、推定にエラーバーが生じる。それでも実際には、第1の方法の利用によって得られる更なる精度よりも、試験時間が短いことが利点となるため、第2の方法が好まれる。ここでは第2の方法について更に詳述する。 The first method has the advantage of being more accurate than the second method, but can be time consuming since all samples must be measured using optical distortion measurement techniques, which have multiple process steps and can be relatively time consuming. The second method has a relatively short processing time since the load can be used to directly estimate the strength, but the same nominal correlation is employed for panels with specific manufacturing tolerances, resulting in error bars in the estimation. Nevertheless, in practice, the second method is preferred since the advantage of the shorter test time outweighs the additional accuracy gained by utilizing the first method. The second method is described in further detail herein.
公称荷重‐応力相関は、静的又は動的DICアプローチを用いて、複数回の光学歪み測定(即ちDIC)を複数のパネルに対して実施することによって、得ることができる。測定の回数が多いほど、公称相関のより正確な推定が提供されることになる。測定の回数が増大すると、パネルの製造公差により、エラーバーもまた増大する。 A nominal load-stress correlation can be obtained by performing multiple optical distortion measurements (i.e., DIC) on multiple panels using either a static or dynamic DIC approach. A larger number of measurements will provide a more accurate estimate of the nominal correlation. As the number of measurements increases, the error bars also increase due to the manufacturing tolerances of the panels.
例えば図25は、DICによって測定され、FEAによってモデル化された、0.2mm及び0.3mmの平均厚さを有するパネルの2つの異なるバッチに関する、応力に対する荷重のプロットを示す。DIC測定結果には、パネルの製造公差によるばらつきがあるが、FEAモデルは公称のパネル設計パラメータを計算に用いたため、単一の結果しか示さない。 For example, Figure 25 shows a plot of stress versus load for two different batches of panels with average thicknesses of 0.2 mm and 0.3 mm, measured by DIC and modeled by FEA. The DIC measurement results have variability due to the manufacturing tolerances of the panels, but the FEA model only shows a single result because the nominal panel design parameters were used in the calculation.
全てのパネルに公称荷重‐応力相関を用いることによる誤差を最小限に抑えるため、各パネルの測定された変動性に基づいて、補正係数を各パネルの公称荷重‐応力相関に適用できる。 To minimize the error from using the nominal load-stress correlation for all panels, a correction factor can be applied to the nominal load-stress correlation for each panel based on the measured variability of each panel.
[パネル補正係数]
厚さ‐例えば、平均厚さが0.3mmのパネルのバッチから導出された公称荷重‐応力相関を、厚さ0.29mmのパネルに適用する場合、応力は過小に推定される可能性がある。従って、測定された厚さである0.29mmに基づいて、補正係数を適用できる。この場合補正係数は、測定されたパネル厚さ、及びパネルバッチの平均厚さの関数である。補正係数の数学的形式は、DIC及び/又はFEAモデル化によって実施される感度の研究から導出できる。
[Panel correction coefficient]
Thickness - For example, if a nominal load-stress correlation derived from a batch of panels with an average thickness of 0.3 mm is applied to a panel with a thickness of 0.29 mm, the stress may be underestimated. Therefore, a correction factor can be applied based on the measured thickness of 0.29 mm. In this case, the correction factor is a function of the measured panel thickness and the average thickness of the panel batch. The mathematical form of the correction factor can be derived from sensitivity studies performed by DIC and/or FEA modeling.
パネルの製造公差の影響を、上記公差が小さい場合にDIC等の実験方法を用いて特性決定するのは、困難である場合がある。このような場合、FEAモデル化を用いて感度を理解し、補正係数を導出できる。図26Aは、0.1、0.2、0.21、0.22、及び0.25mmという異なる厚さを有するパネルに関する、モデル化された荷重‐応力相関を示し、図26Bは、これらの異なる厚さに関する、荷重(N)に対する応力の正規化された変化を示す。これらのグラフを使用し、各パネルの厚さの変動を測定することにより、適切な補正係数を公称荷重‐応力相関に適用できる。 The effect of panel manufacturing tolerances can be difficult to characterize using experimental methods such as DIC when the tolerances are small. In such cases, FEA modeling can be used to understand the sensitivity and derive correction factors. Figure 26A shows the modeled load-stress relationship for panels with different thicknesses of 0.1, 0.2, 0.21, 0.22, and 0.25 mm, and Figure 26B shows the normalized change in stress versus load (N) for these different thicknesses. Using these graphs and measuring the variation in thickness for each panel, appropriate correction factors can be applied to the nominal load-stress relationship.
同様に、補正係数を、特定の製造公差を有する他のパネル設計パラメータに適用してよい。 Similarly, correction factors may be applied to other panel design parameters that have specific manufacturing tolerances.
[測定プロセス補正係数]
測定位置‐測定プロセスもまた、補正係数として考慮されるべき測定の変動性を伴う場合がある。例えば図27A及び27Bは、一定の荷重で動的ESMSで試験した場合の、0.1、0.15、0.2、及び0.5mm厚のガラスシートに関する、時間に対する力及び変位の曲線を示す。力は全ての厚さに関して一定に維持されていたが、変位曲線は、時間が経過するに従って上昇する挙動によって示されているように、ローラが隅に近づくにつれて大幅に異なる挙動を示した。これは、ガラスの厚さが薄くなるにつれて隅における剛性が低くなることを示し、これは、縁部に沿った測定位置について、荷重‐応力相関を補正しなければならないことを暗示している。図28を参照すると、パネルの縁部の中央Cから、図28に「X」の印が付けられている試験領域208の中央までの、パネル204の縁部に沿った測定位置dが測定されている。
[Measurement process correction factor]
Measurement location-measurement process may also involve measurement variability that should be taken into account as a correction factor. For example, Figures 27A and 27B show force and displacement curves versus time for glass sheets with thicknesses of 0.1, 0.15, 0.2, and 0.5 mm when tested with a dynamic ESMS at constant load. Although the force remained constant for all thicknesses, the displacement curves showed significantly different behavior as the roller approached the corner, as shown by the increasing behavior over time. This indicates that the stiffness at the corner decreases as the glass thickness decreases, which implies that the load-stress correlation must be corrected for measurement locations along the edge. Referring to Figure 28, a measurement location d along the edge of a
ローラ係合‐ローラ係合の変動性も、補正係数として考慮できる。ローラ係合(roller engagement)とは、ローラとパネル縁部との間の係合長さを指す。ローラ係合は典型的には公称値に設定されるが、縁部の直線性及び整列プロセスに応じて変動し得る。図29は、荷重‐応力相関に対するローラ係合の影響の一例を示す。上記係合が0.7mmと1.7mmとの間で変動する場合、これは、荷重‐応力相関に対して10%の影響を有していた。 Roller engagement - Variability in roller engagement can also be considered as a correction factor. Roller engagement refers to the engagement length between the roller and the panel edge. Roller engagement is typically set to a nominal value, but can vary depending on the edge straightness and alignment process. Figure 29 shows an example of the effect of roller engagement on the load-stress correlation. When the engagement varies between 0.7mm and 1.7mm, this had a 10% effect on the load-stress correlation.
頂点外破損(静的ESMSのみ)‐静的ESMSに関して、正確な応力測定のために、頂点外破損位置を補正係数として考慮しなければならない。というのは、応力はローラの頂点から離れるにつれて急激に降下するためである。図30Aは、試験パネルの頂点外破壊の一例の写真であり、図30Bは、頂点外破壊位置に関する応力プロファイルのプロットである。 Off-Apex Failure (Static ESMS only) - For static ESMS, the off-apex failure location must be considered as a correction factor for accurate stress measurements since the stress drops rapidly away from the apex of the roller. Figure 30A is a photograph of an example of an off-apex failure on a test panel, and Figure 30B is a plot of the stress profile for the off-apex failure location.
数学的には、補正係数は例えば以下のように公称荷重‐応力相関に適用できる:
応力=F(N)×C1(t)×C2(x)×C3(R)×C4(L)×…
ここで、Fは公称荷重‐応力相関であり、C1~C4は、個々の変数、即ち厚さ(t)、測定位置(x)、ローラ係合(R)、及び頂点外破壊位置(L)のそれぞれを考慮する補正係数である。
Mathematically, a correction factor can be applied to the nominal load-stress relationship, for example as follows:
Stress=F(N)×C1(t)×C2(x)×C3(R)×C4(L)×…
where F is the nominal load-stress relationship and C1-C4 are correction factors that take into account each of the individual variables: thickness (t), measurement location (x), roller engagement (R), and off-apex failure location (L).
エラーバー‐実際的な理由で容易に測定できない特定のパネル設計パラメータ又は測定プロセスにおける変動性は、エラーバーとして考慮できる。例えば、シーラント幅、位置、又はパネルを構成する個々のガラスの厚さの変動性を、エラーバーとして考慮できる。更に、ロードセル、オペレータ等からの誤差といった測定プロセスの変動性もまた、エラーバーとして考慮できる。補正係数及びエラーバーの両方を考慮した最終的な荷重‐応力相関を以下に示す:
応力=F(N)×C1(t)×C2(x)×C3(R)×C4(L)×…±エラーバー
[パネルの破損確率を推定する方法]
[1.ESMSに基づく強度分布の導出及び製品の信頼性の予測]
特定の用途におけるガラスの信頼性を予測する従来の方法は、強度試験に基づいて強度分布を導出するステップ、及びそれに続いて破損の確率を所与の基準サイズから生産サイズ全体へとスケーリングするステップを含む。このアプローチは長年にわたって良好に使用されてきたが、これは、所与のサイズを基準にした強度分布に依存するものである。十分な厚さを有するガラス試験片に対して実施される、4点曲げ及びリング・オン・リングのような、ガラス強度を試験する従来の手段は、試験されるエリアの応力場が一定であるという利点を有する。従って、このデータから強度分布を得る場合、結果として得られる分布は、試験されたエリア(リング・オン・リング試験の内側リングの内側、及び4点曲げ試験の内側ナイフの内側)を基準にしたものとなる。信頼性の予測のためにこれらの分布を使用するのは、この場合正しい。というのは、製品サイズに対する強度分布の基準サイズが分かっており、従って、ワイブルスケーリング(又はクロージャー)特性を利用して破損の確率を製品サイズへと容易にスケーリングできるためである。このアプローチを利用するためには、ワイブル強度分布を適用する基準サイズを把握する必要がある。
Error Bars - Variability in certain panel design parameters or measurement process that cannot be easily measured for practical reasons can be accounted for as error bars. For example, variability in sealant width, position, or thickness of the individual pieces of glass that make up the panel can be accounted for as error bars. Additionally, variability in the measurement process such as errors from load cells, operators, etc. can also be accounted for as error bars. The final load-stress relationship that accounts for both the correction factors and error bars is shown below:
Stress = F(N) x C1(t) x C2(x) x C3(R) x C4(L) x ... ± error bar [Method to estimate the probability of panel failure]
[1. Derivation of strength distribution based on ESMS and prediction of product reliability]
Traditional methods for predicting the reliability of glass in a particular application include deriving a strength distribution based on strength tests, and then scaling the probability of failure from a given reference size to the entire production size. This approach has been used successfully for many years, but it relies on the strength distribution being referenced to a given size. Traditional means of testing glass strength, such as four-point bending and ring-on-ring, performed on glass specimens with sufficient thickness, have the advantage that the stress field in the tested area is constant. Therefore, when deriving a strength distribution from this data, the resulting distribution is referenced to the tested area (inside the inner ring in the ring-on-ring test, and inside the inner knife in the four-point bending test). Using these distributions for reliability prediction is correct in this case, since the reference size of the strength distribution relative to the product size is known, and therefore the probability of failure can be easily scaled to the product size using the Weibull scaling (or closure) property. To use this approach, it is necessary to know the reference size to which the Weibull strength distribution applies.
ESMS等の様々な新しい試験アプローチは、薄型ガラスの強度測定に使用されている。ESMSは薄型ガラス縁部強度の評価に好適であるが、これは一定の応力場を有しない。静的ESMS試験では、応力場は中央のローラの周りで対称であり、パネル/シートの縁部に沿った応力を示す図31に示されている。ここでは、破損部位の位置及び応力が星型で示されている。一般的な誤りは、破損位置の応力のみに基づいて強度分布を生成するというものである。このアプローチによる問題は、以下のようなものである:
・応力は中央のローラの位置において最大となり、この位置から離れると単調減少するため、結果として得られる強度は、「中央±破損部位から中央までの距離」の位置の中の最も弱い部位によって決まる。従って上記分布は、破損の部位の中の最も弱いきずのものとなる。この最も弱いきずの位置は変動するため、上記分布が得られる試験される長さも変動する。従って、分布は特定の長さを基準としないものとなる。
Various new testing approaches, such as ESMS, are being used to measure the strength of thin glass. Although ESMS is suitable for evaluating thin glass edge strength, it does not have a constant stress field. In static ESMS testing, the stress field is symmetric around the center roller and is shown in Figure 31, which shows the stress along the edge of the panel/sheet, where the location and stress of the failure site are shown as stars. A common mistake is to generate a strength distribution based only on the stress at the failure location. The problems with this approach are as follows:
- Because the stress is maximum at the center roller and decreases monotonically away from this location, the resulting strength is determined by the weakest point among the "center ± distance from break to center". The distribution is therefore that of the weakest flaw among the break. Since the location of the weakest flaw varies, the tested length from which the distribution is obtained also varies. The distribution is therefore not based on a specific length.
・破損応力より高い応力に耐える縁部の長さは、強度分布に劇的な影響を及ぼす場合があるため、考慮する必要がある。 The length of the edge that can withstand stresses higher than the failure stress must be considered as this can have a dramatic effect on the strength distribution.
結果として、破損部位の応力のみに基づく分布は、製品の信頼性の予測には使用できない。従って、確実な強度分布を導出するために、特別な方法が必要である。ESMSについて強度分布を適切に決定するためには、長さ及び応力の影響をデコンボリューションしなければならず、また分布は特定の単位長を基準としなければならない。これを達成するための方法論が開発された。この方法論は:短い基準長(又は表面の信頼性の場合は基準面積)を定義するステップ;並びに破損した特定の基準長(又は面積)、破損時の応力、及び残存した特定の基準長(又は面積)が受けた応力を特定するステップを含む。次に、結果として得られたデータを統計的に分析して、既知の長さ(又は面積)に関する確実な強度分布を導出する。続いてこの分布を、信頼性を予測する目的で使用できる。このアプローチの詳細は本明細書では提供しない。 As a result, a distribution based solely on the stress at the break cannot be used to predict product reliability. Therefore, special methods are required to derive a robust strength distribution. To properly determine the strength distribution for an ESMS, the effects of length and stress must be deconvoluted and the distribution must be referenced to a specific unit length. A methodology was developed to achieve this. This methodology includes: defining a short reference length (or reference area in the case of surface reliability); and identifying the specific reference length (or area) that broke, the stress at break, and the stress experienced by the specific reference length (or area) that survived. The resulting data is then statistically analyzed to derive a robust strength distribution for a known length (or area). This distribution can then be used for reliability prediction purposes. Details of this approach are not provided here.
[動的ESMSのデータ分析のための「簡略化された方法(Simplified method)」]
動的ESMSに関して、本発明者らは、第1の破損データを用いることによって強度分布を導出するための簡略化された方法も実装した。この簡略化された方法は、応力プロファイルが全試験エリアにわたる動的ESMSに関して一定であると仮定する。図32は、「簡略化された方法」又は上述のセクションで概説した「特別な(Special)」方法によって分析された、パネルのバッチの強度分布を示す、応力に対する確率のプロットを示す。両方の方法からの結果には有意差がない。というのは、各段階的荷重において、全試験長における計測エリアの応力が略同一であり、段階的応力が小さいためである。これにより本発明者らは、動的ESMSデータ分析において「特別な」方法に依存せず、従来のワイブル統計を使用できた。
"Simplified method" for dynamic ESMS data analysis
For dynamic ESMS, we also implemented a simplified method to derive the strength distribution by using the first failure data. This simplified method assumes that the stress profile is constant for dynamic ESMS over the entire test area. Figure 32 shows a stress vs. probability plot showing the strength distribution of a batch of panels analyzed by the "simplified method" or the "special" method outlined in the above section. There is no significant difference between the results from both methods because at each step load, the stresses in the measured area over the entire test length are nearly the same and the step stresses are small. This allowed us to use traditional Weibull statistics in dynamic ESMS data analysis without relying on the "special" method.
[パネル破損モード]
パネル破損モードは、ESMSで試験した場合にパネルが破壊され得る様々な様式又は位置を指す。一般的には、破壊を分類するために、パネル上に一定の又は予測可能な破壊位置を有することが好ましい。しかしながら、パネル構造及びきずの集合の複雑さにより、破壊位置の特定、及び正確な破損応力の理解が困難である場合がある。ここでは、パネルに見られる破損モード、及びパネルの破損応力を推定する方法の例を提供する。
[Panel damage mode]
Panel failure modes refer to the various ways or locations where a panel can fail when tested with an ESMS. In general, it is preferable to have a consistent or predictable failure location on a panel in order to classify the failure. However, due to the complexity of panel construction and flaw collection, it can be difficult to identify the failure location and understand the exact failure stress. Here we provide examples of failure modes found in panels and methods to estimate the failure stress of a panel.
縁部破損‐縁部破損は、表面1の縁部が張力下で破壊される場合のものである(図33)。張力下での表面1の縁部破損は、ESMS試験から得ることを意図された破損モードである。しかしながら、この破損モードを得るためには、パネルを構成する2枚のガラスが、単一のガラスのように集合的に挙動することが必要となる。パネルを構成する2枚のガラスが2枚の別個のガラスのように挙動する場合、縁部破損が表面3の縁部にも発生する可能性があり、破壊位置の特定が複雑になる。単一のガラスとしてのパネルの挙動は、2枚のガラスを接着するシーラントが十分に硬化しており、また十分な幅を有し、測定されるパネル縁部に十分に近接していることを保証することによって、達成できる。例えばシーラントは、試験によって印加されるせん断応力による層間剥離を起こしてはならず、シーラントの弾性率は十分高い、典型的には1GPaを超える必要があり、またシーラントは、荷重が印加される縁部の周りのエリアを十分に接着しなければならない。
Edge failure - Edge failure is when the edge of
シーラントの特性に対するパネルのこのような挙動は、シーラント‐縁部間の距離の変動に対する表面1及び3上の応力プロファイルの変化によって、より良好に説明できる。図35は、シーラントとガラス縁部との間の空隙が0mmである場合の、表面1及び表面3上の応力プロファイルを示す。シーラントの幅は約1mmであり、剛性は3Gpaである。ピーク応力は表面1の縁部にあり、表面3上の縁部応力は半分未満である。これは破壊が表面1のみに発生することになることを暗示している。図36は、シーラントとガラス縁部との間の距離が2mmに増大した場合の、表面1及び表面3上の応力プロファイルを示す。シーラントが荷重印加エリアから離れるように移動しているため、ピーク応力はこの場合、表面1及び3の縁部両方に存在する。表面3の縁部で破損が起きる確率はこの場合、表面1と同一である。
This behavior of the panel with respect to the sealant properties can be better explained by the change in the stress profile on
場合によっては、表面1及び3の縁部両方を同時に試験することが好ましいことがある。そのような場合、シーラントが上述の特性を有しないパネルを設計してよい。図36に示されているように、ガラスが2枚の同一のガラスのように挙動するため、両方の縁部に関する破損応力は同一の相関に基づいて計算されることになる。
In some cases, it may be preferable to test both edges of
表面破損‐表面破損(surface failure)は、縁部付近、典型的には縁部の3mm以内において、張力下で表面1の表面に発生する破壊である(図33)。パネルが2枚の別個のガラスのように挙動する場合、破損は表面3の表面にも発生し得る。縁部破損と同様、表面1及び3の両方を同時に試験することが好ましい場合、シーラントが上述の特性を有しないパネルを設計して、同一の相関を用いて応力を推定してよい。
Surface failure - Surface failure is a fracture that occurs on the surface of
圧縮側表面からの破損‐圧縮側表面からの破損(failure from compressive side surface)は、2つの外側ローラによって小さな引張応力が印加されていることによって、表面4の縁部又は表面に発生する破損を指す(図33)。力の平衡により、各外側ローラの下の引張応力は、中央のローラが印加する応力の半分である。表面4上の応力は比較的小さいにもかかわらず、大きなきずが存在すれば、依然として表面4の縁部又は表面で破壊が発生し得る。一般的には表面1のみで破壊が起こることが依然として望ましいものの、これを利用して、表面1及び4の両方のきずを同時に試験することもできる。これは潜在的に、A側及びB側の両方を試験するために2セットのローラを用いる必要を排除する。
Failure from compressive side surface - Failure from compressive side surface refers to failure at the edge or surface of
隣接割れ‐隣接割れ(adjacent crack)とは、既存の割れが荷重印加エリアへと伸長した場合に発生するものである(図34)。実際において、既存の割れは隣接する試験領域内へと伝播し、後に破損の起点となる。この破損モードは多くの場合、試験領域間の距離が近すぎる場合に発生する。この破損モードを緩和する方法は、隣接する破壊の間及び試験位置の間に十分な距離が設けられていることを保証することである。
[計測器故障モード]計測器故障モード(gauge failure mode)は、計測器がパネル上の破壊の検出に失敗する、又はパネル上の破壊を誤って検出する可能性がある様式を説明する。
Adjacent crack-adjacent crack occurs when a pre-existing crack extends into the load application area (Figure 34). In effect, the pre-existing crack propagates into the adjacent test area and subsequently initiates failure. This failure mode often occurs when the test areas are too close together. The way to mitigate this failure mode is to ensure that there is sufficient distance between adjacent fractures and between test locations.
Gauge Failure Modes Gauge failure modes describe the manner in which a gauge may fail to detect a breach on a panel or may falsely detect a breach on a panel.
破壊検出漏れ‐破壊検出漏れ(missed break detection)は、ESMSがパネル上の破壊の検出に失敗した場合を指す。本発明者らは、これが多くの場合、割れからの破壊エネルギがロードセルの感度に対して小さい場合に発生することを発見した。場合によっては、2枚のガラスを一体に接着する下層のシーラントによって、割れが接着されたままとなることがある。 Missed break detection - Missed break detection refers to when the ESMS fails to detect a break on a panel. The inventors have found that this often occurs when the fracture energy from the crack is small relative to the sensitivity of the load cell. In some cases, the crack may remain bonded by the underlying sealant that bonds the two pieces of glass together.
破壊誤検出‐破壊誤検出(false break detection)は、実際に破壊が発生していないときにESMSが破壊を検出する場合を指す。本発明者らは、これが多くの場合、ロードセルの感度が環境からのノイズに対して高すぎる場合に発生することを発見した。 False break detection - A false break detection refers to when the ESMS detects a break when in fact no break has occurred. The inventors have found that this often occurs when the load cell is too sensitive to noise from the environment.
破壊を識別するための機械学習
ESMSでの割れの検出において、パネルサンプルを、異なる複数の照明及び倍率で、カメラを用いてキャプチャする。画像フレームからパネルの割れを画定するために、手作業で形成された特徴を識別するのは困難である。キャプチャされたビデオサンプルは、大半の画像フレームを、割れの無いガラスとして有している。収集したデータからは、割れたガラスの画像フレームはごく限られた数しかない。この問題は、教師なし学習を用いた異常検出として処理される。換言すれば、機械学習モデルは、正常な画像を用いて訓練され、共通の特徴を発見する。次にエンコーダ及びデコーダを用いて外れ値を検出し、外れ値の画像を異常画像として扱う。この場合では、割れを有する画像が異常画像として検出されることになる。図37は機械学習モデルを示す。
Machine Learning to Identify Fractures In crack detection in ESMS, panel samples are captured using a camera with different illuminations and magnifications. It is difficult to identify manually created features to define panel cracks from image frames. The captured video samples have most image frames as glass without cracks. From the collected data, there are only a limited number of image frames of broken glass. This problem is treated as anomaly detection using unsupervised learning. In other words, the machine learning model is trained using normal images to find common features. Then, an encoder and a decoder are used to detect outliers and treat the outlier images as abnormal images. In this case, the images with cracks will be detected as abnormal images. Figure 37 shows the machine learning model.
3つの畳み込みニューラルネットワークが存在する。ネットワークのうちの2つ、G及びDは、訓練データを用いた敵対的な教師なし学習であり、上記訓練データは標的クラスのみで構成される。具体的には、Gは正のサンプルを再構築することを学習し、特徴重み付けz及びG(z)を用いて検出器Dを騙そうとする。一方でDは、オリジナルの(正の)サンプルを再構築されたサンプルから区別することを学習する。このように、Dは、全ての正のサンプルの空間によって特徴づけられる概念のみを学習するため、正のクラスと新規のクラスとの区別に使用できる。別のニューラルネットワークEも存在し、これは、画像から正確な特徴重み付けを抽出できるGの挙動をミラーリングするように訓練されたものである。その一方でGは、正のサンプルを効率的に再構築することを学習し、負の(即ち新規の)サンプルについては入力を正確に再構築できないため、負のサンプルに関してデシメータ(又は非公式にはディストータ)として機能する。試験段階では、Dは実際の新規性検出器として動作し、その一方でGは、正の、即ち目標のサンプルを十分に再構築して、いずれの所与の負の、即ち新規のサンプルを間引く(又は歪める)ことにより、検出器の性能を向上させる。 There are three convolutional neural networks. Two of the networks, G and D, are adversarially unsupervised learning with training data that consists only of the target class. Specifically, G learns to reconstruct positive samples and tries to fool detector D using feature weights z and G(z). D, on the other hand, learns to distinguish original (positive) samples from reconstructed samples. In this way, D can be used to distinguish between positive and novel classes since it only learns concepts characterized by the space of all positive samples. There is also another neural network E, which is trained to mirror the behavior of G, which is able to extract accurate feature weights from images. G, on the other hand, learns to efficiently reconstruct positive samples and acts as a decimator (or informally a distorter) for negative (i.e. novel) samples, since it cannot accurately reconstruct the input for them. In the testing phase, D acts as the actual novelty detector, while G improves the detector's performance by fully reconstructing the positive, or target, samples and decimating (or distorting) any given negative, or novel, sample.
本発明者らのESMSの場合について、入力画像がx(画像)である場合、これはニューラルネットワークEに入り、特徴重み付けE(x)を生成することになる。E(x)に等しいZを定義すると、ZはニューラルネットワークGを通過してG(z)(画像)となる。(G(z),z)及び(x,E(x))がニューラルネットワークDを通って同様のスコアを達成し、(G(z),z)がDを通って高いスコアを達成する場合、入力xは正常/正の場合である。それ以外の場合は異常/負の場合である。 For our ESMS case, if the input image is x (image), this will go into neural network E to produce feature weights E(x). Define Z equal to E(x), then Z will be passed through neural network G to become G(z) (image). If (G(z),z) and (x,E(x)) are passed through neural network D and achieve similar scores, and (G(z),z) is passed through D and achieves a higher score, then the input x is normal/positive; otherwise it is abnormal/negative.
本明細書に記載の実施形態及び機能的動作は、本明細書で開示されている構造及びその構造的均等物を含む、デジタル電子回路、又はコンピュータソフトウェア、ファームウェア若しくはハードウェア、又はこれらのうちの1つ以上の組み合わせに実装できる。本明細書に記載の実施形態は、1つ以上のコンピュータプログラム製品、即ちデータ処理装置による実行又はデータ処理装置の動作の制御のために有形プログラムキャリア上でエンコードされるコンピュータプログラム命令の1つ以上のモジュールとして、実装できる。有形プログラムキャリアは、コンピュータ可読媒体とすることができる。コンピュータ可読媒体は、機械可読記憶デバイス、機械可読記憶基板、メモリデバイス、又はこれらのうちの1つ以上の組み合わせとすることができる。 The embodiments and functional operations described herein may be implemented in digital electronic circuitry, or computer software, firmware, or hardware, or a combination of one or more of these, including the structures disclosed herein and structural equivalents thereof. The embodiments described herein may be implemented as one or more computer program products, i.e., one or more modules of computer program instructions encoded on a tangible program carrier for execution by or control of the operation of a data processing apparatus. The tangible program carrier may be a computer-readable medium. The computer-readable medium may be a machine-readable storage device, a machine-readable storage substrate, a memory device, or a combination of one or more of these.
用語「プロセッサ(processor)」又は「コントローラ(controller)」は、例えばプログラマブルプロセッサ、コンピュータ又は複数のプロセッサ若しくはコンピュータを含む、データを処理するための全ての装置、デバイス及び機械を包含できる。プロセッサとしては、ハードウェアに加えて、問題となっているコンピュータプログラムのための実行環境を構築するコード、例えばプロセッサファームウェア、プロトコルスタック、データベース管理システム、オペレーティングシステム、又はこれらのうちの1つ以上の組み合わせを構成するコードが挙げられる。 The term "processor" or "controller" can encompass all apparatus, devices, and machines for processing data, including, for example, a programmable processor, a computer, or multiple processors or computers. A processor can include hardware as well as code that establishes an execution environment for the computer program in question, such as code that constitutes processor firmware, a protocol stack, a database management system, an operating system, or a combination of one or more of these.
(プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、スクリプト又はコードとしても知られる)コンピュータプログラムは、コンパイラ型言語又はインタープリタ型言語を含む任意の形式のプログラミング言語で書くことができ、スタンドアロンプログラムとして、又はモジュール、コンポーネント、サブルーチン若しくは計算環境での使用に適した他のユニットとして展開できる。コンピュータプログラムは、ファイルシステム内の1つのファイルに必ずしも対応しない。プログラムは、他のプログラム若しくはデータ(例えばマークアップ言語文書中に格納された1つ以上のスクリプト)を保持するファイルの一部分に、又は複数の協調したファイル(例えば1つ以上のモジュール、サブプログラム若しくはコードの一部分を格納したファイル)に、格納できる。コンピュータプログラムは、1つのコンピュータ上で、又は、1箇所にある、若しくは複数の場所に分散され通信ネットワークによって相互接続された、複数のコンピュータ上で、実行されるように展開できる。 A computer program (also known as a program, software, software application, script, or code) can be written in any type of programming language, including compiled or interpreted languages, and can be deployed as a standalone program or as a module, component, subroutine, or other unit suitable for use in a computing environment. A computer program does not necessarily correspond to a single file in a file system. A program can be stored in part of a file that holds other programs or data (e.g., one or more scripts stored in a markup language document), or in multiple coordinated files (e.g., a file that contains one or more modules, subprograms, or code portions). A computer program can be deployed to be executed on one computer or on multiple computers, either at one location or distributed across multiple locations and interconnected by a communications network.
本明細書に記載のプロセスは、入力データを操作して出力を生成することによって機能を実行するために1つ以上のコンピュータプログラムを実行する、1つ以上のプログラム可能なプロセッサによって実行できる。プロセス及び論理フローは、専用の論理回路、一例を挙げるとFPGA(フィールドプログラマブルゲートアレイ)又はASIC(特定用途向け集積回路)によって実行することもでき、装置は、そのような専用の論理回路として実装してよい。 The processes described herein may be performed by one or more programmable processors executing one or more computer programs to perform functions by manipulating input data and generating output. The processes and logic flows may also be performed by, and an apparatus may be implemented as, special purpose logic circuitry, for example an FPGA (field programmable gate array) or an ASIC (application specific integrated circuit).
コンピュータプログラムの実行に適したプロセッサは、例として、汎用及び専用のマイクロプロセッサの両方、並びに任意の種類のデジタルコンピュータの任意の1つ以上のプロセッサを含む。一般に、プロセッサは、読み出し専用メモリ又はランダムアクセスメモリ又はその両方から、命令及びデータを受信する。コンピュータの必須要素は、命令を実行するための少なくとも1つのプロセッサ、並びに命令及びデータを記憶するための1つ以上のデータメモリデバイスである。一般に、コンピュータは、データを記憶するための1つ以上の大容量記憶装置(例えば磁気ディスク、光磁気ディスク若しくは光ディスク)を含むことになるか、又は大容量記憶装置に対してデータを送受信するために動作可能に結合することになるか、又はその両方となる。しかしながら、コンピュータはこれらのデバイスを有する必要はない。更にコンピュータは、別のデバイス、一例を挙げると携帯電話、パーソナルデジタルアシスタント(PDA)に、埋め込むこともできる。 Processors suitable for executing a computer program include, by way of example, both general purpose and special purpose microprocessors, as well as any one or more processors of any kind of digital computer. Typically, a processor receives instructions and data from a read-only memory or a random access memory, or both. The essential elements of a computer are at least one processor for executing instructions, and one or more data memory devices for storing instructions and data. Typically, a computer will include one or more mass storage devices (e.g., magnetic, magneto-optical, or optical disks) for storing data, or will be operatively coupled to receive data from and transmit data to the mass storage devices, or both. However, a computer need not have these devices. Additionally, a computer can be embedded in another device, a mobile phone, a personal digital assistant (PDA), to name a few.
コンピュータプログラム命令及びデータの記憶に好適なコンピュータ可読媒体は、不揮発性メモリ、媒体及びメモリデバイスを含む全ての形態のデータメモリ、例えば半導体メモリデバイス(例えばEPROM、EEPROM及びフラッシュメモリデバイス)、磁気ディスク(例えば内蔵ハードディスク又は取り外し可能なディスク)、光磁気ディスク、並びにCD‐ROMディスク及びDVD‐ROMディスク等を含む。プロセッサ及びメモリは、専用論理回路によって補完でき、又は専用論理回路に組み込むことができる。 Computer-readable media suitable for storing computer program instructions and data include all forms of data memory, including non-volatile memory, media and memory devices, such as semiconductor memory devices (e.g., EPROM, EEPROM and flash memory devices), magnetic disks (e.g., internal hard disks or removable disks), magneto-optical disks, and CD-ROM and DVD-ROM disks. The processor and the memory can be supplemented by, or incorporated in, special purpose logic circuitry.
ユーザとの対話を提供するために、本明細書に含まれる図面に示されているように、本明細書に記載の実施形態は、情報をユーザに表示するための表示装置(例えばCRT(ブラウン管)又はLCD(液晶ディスプレイ)モニタ等)と、ユーザがコンピュータに入力するための手段であるキーボード及びポインティングデバイス(例えばマウス又はトラックボール又はタッチスクリーン)とを有するコンピュータ上で実装できる。他の種類のデバイスを用いて、ユーザとの対話を提供することもできる。例えばユーザからの入力は、音響入力、音声入力又は触覚入力を含むいずれの形態で受信できる。 To provide for user interaction, as shown in the drawings included herein, the embodiments described herein can be implemented on a computer having a display device (e.g., a CRT (cathode ray tube) or LCD (liquid crystal display) monitor, etc.) for displaying information to a user, and a keyboard and pointing device (e.g., a mouse or trackball or touch screen) for providing input to the computer by the user. Other types of devices can also be used to provide for user interaction. For example, input from the user can be received in any form, including acoustic, speech, or tactile input.
本明細書に記載の実施形態は、バックエンドコンポーネント(例えばデータサーバ)を含む、又はミドルウェアコンポーネント(例えばアプリケーションサーバ)を含む、又はフロントエンドコンポーネント(例えば、それを通してユーザが本明細書に記載の主題の実装形態と対話できるグラフィカルユーザインターフェース若しくはウェブブラウザを有する、クライアントコンピュータ)を含む、又は1つ以上の上述のバックエンドコンポーネント、ミドルウェアコンポーネント、若しくはフロントエンドコンポーネントのいずれの組み合わせを含む、計算システム内で実装できる。システムのコンポーネントは、デジタルデータ通信のいずれの形態又は媒体(例えば通信ネットワーク)によって相互接続できる。通信ネットワークの例としては、ローカルエリアネットワーク(LAN)及び広域ネットワーク(WAN)(例えばインターネット)が挙げられる。 The embodiments described herein can be implemented in a computing system that includes a back-end component (e.g., a data server), or includes a middleware component (e.g., an application server), or includes a front-end component (e.g., a client computer having a graphical user interface or web browser through which a user can interact with an implementation of the subject matter described herein), or includes any combination of one or more of the above-mentioned back-end components, middleware components, or front-end components. The components of the system can be interconnected by any form or medium of digital data communication (e.g., a communication network). Examples of communication networks include a local area network (LAN) and a wide area network (WAN) (e.g., the Internet).
計算システムは、クライアント及びサーバを含むことができる。クライアント及びサーバは一般に、互いから離れており、典型的には通信ネットワークを介して対話する。クライアントとサーバとの関係は、各コンピュータ上で実行される、互いに対してクライアント‐サーバ関係を有する複数のコンピュータプログラムによって生成される。 A computing system may include clients and servers. Clients and servers are generally remote from each other and typically interact through a communication network. The relationship of client and server is created by virtue of computer programs running on the respective computers and having a client-server relationship to each other.
本開示の様々な実施形態は、当該特定の実施形態に関連して記載されている特定の特徴、要素又はステップを伴い得ることが理解されるだろう。また、ある特定の特徴、要素又はステップは、ある特定の実施形態に関連して記載されていても、例示されていない組み合わせ又は順列で、相互交換してよく、又は代替実施形態と組み合わせてよいことが理解されるだろう。 It will be understood that various embodiments of the present disclosure may involve specific features, elements, or steps that are described in connection with a particular embodiment. It will also be understood that certain features, elements, or steps, although described in connection with a particular embodiment, may be interchanged or combined with alternative embodiments in combinations or permutations not illustrated.
また本明細書中で使用される場合、用語「上記(the)」、「ある(a又はan)」は「少なくとも1つの(少なくとも1つの)」を意味し、そうでないことが明示されていない限り、「唯一の(only one)」に限定されてはならないことも理解されたい。従って例えば「ある構成部品(a component)」に関する言及は、文脈によってそうでないことが明示されていない限り、2つ以上のこのような構成部品を有する例を含む。 It should also be understood that, as used herein, the terms "the," "a," or "an" mean "at least one" and should not be limited to "only one," unless expressly stated otherwise. Thus, for example, reference to "a component" includes examples having two or more such components, unless the context clearly indicates otherwise.
本明細書において、範囲は、「約(about)」ある特定の値から、及び/又は「約」別の特定の値までとして表現され得る。このような範囲が表現されている場合、その例は、上記ある特定の値から、及び/又は上記別の特定の値までを含む。同様に、先行詞「約」を用いることにより、値が概数として表現されている場合、上記特定の値は別の態様を形成することが理解されるだろう。更に、各範囲の端点は、他方の端点との関連でも、他方の端点とは独立しても、重要であることが理解されるだろう。 As used herein, ranges may be expressed as from "about" one particular value and/or to "about" another particular value. When such a range is expressed, examples include from the one particular value and/or to the other particular value. Similarly, when values are expressed as approximations, by use of the antecedent "about," it will be understood that the particular value forms another aspect. It will be further understood that the endpoints of each of the ranges are significant both in relation to the other endpoint, and independently of the other endpoint.
本明細書中で使用される場合、用語「略(substantial)」、「実質的に、略(substantially)」及びこれらの変形形態は、記載されている特徴が、ある値又は記載と等しいか又はおおよそ等しいことを記述することを意図している。更に、「略同様の(substantially similar)」は、2つの値が等しいか又はおおよそ等しいことを指すことを意図している。いくつかの実施形態では、「略同様の」は、互いの約10%以内、例えば互いの約5%以内又は互いの約2%以内の値を指すことができる。 As used herein, the terms "substantially," "substantially," and variations thereof are intended to describe that a described feature is equal or approximately equal to a value or description. Additionally, "substantially similar" is intended to refer to two values being equal or approximately equal. In some embodiments, "substantially similar" can refer to values within about 10% of each other, e.g., within about 5% of each other, or within about 2% of each other.
そうでないことが言明されていない限り、本明細書に記載のいずれの方法が、そのステップを特定の順序で実施することを必要とするものとして解釈されることは、全く意図されていない。従って、ある方法クレームが、そのステップが従うべき順序を実際に列挙していない場合、又はステップをある特定の順序に限定するべきであることが、特許請求の範囲若しくは説明中で具体的に言明されていない場合、いずれの特定の順序が推定されることは全く意図されていない。 Unless expressly stated otherwise, it is not intended that any method described herein be construed as requiring that its steps be performed in a particular order. Thus, if a method claim does not actually recite the order in which its steps are to be followed, or it is not specifically stated in the claim or description that the steps are to be limited to a particular order, no particular order is intended to be inferred.
特定の実施形態の様々な特徴、要素又はステップが、移行句「…を含む/備える(comprising)」を用いて開示される場合があるが、移行句「…からなる(consisting of)」又は「…から本質的になる(consisting essentially of)」を用いて記載され得るものを含む代替実施形態も含意されていることを理解されたい。従って例えば、A+B+Cを含む装置に対して含意されている代替実施形態は、装置がA+B+Cからなる実施形態、及び装置がA+B+Cから本質的になる実施形態を含む。 Although various features, elements, or steps of a particular embodiment may be disclosed using the transitional phrase "comprising," it should be understood that alternative embodiments are also implied, including those that may be described using the transitional phrase "consisting of" or "consisting essentially of." Thus, for example, alternative embodiments implied for a device comprising A+B+C include embodiments in which the device consists of A+B+C, and embodiments in which the device consists essentially of A+B+C.
本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な修正及び変形を本開示に対して実施できることは、当業者には理解されるだろう。本開示の精神及び内容を組み込んだ、本開示の実施形態の修正、組み合わせ、部分的組み合わせ及び変形が、当業者には想起され得るため、本開示は、添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲内にある全てを含むものとして解釈されるものとする。 It will be understood by those skilled in the art that various modifications and variations can be made to the present disclosure without departing from the spirit and scope of the present disclosure. Since modifications, combinations, subcombinations and variations of the embodiments of the present disclosure that incorporate the spirit and content of the present disclosure may occur to those skilled in the art, the present disclosure is to be construed as including all that are within the scope of the appended claims and their equivalents.
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。 The following describes preferred embodiments of the present invention.
実施形態1
材料のシートの縁部強度を試験するための装置であって、上記装置は:
上記装置の試験領域内の上記材料のシートの縁部に沿って、3点曲げ荷重を選択的に印加するよう構成された、複数のアセンブリであって、上記複数のアセンブリは、上記3点曲げ荷重を印加することによって、上記試験領域内の上記材料のシート上で荷重印加状態を確立でき、また上記3点曲げ荷重を印加しないことによって、上記試験領域内の上記材料のシート上で無荷重状態を確立できる、複数のアセンブリ;
上記材料のシートが上記無荷重状態である場合及び上記材料のシートが上記荷重印加状態である場合に、上記試験領域内の上記材料のシートの歪みを光学測定するよう構成された、検出機構であって、上記荷重印加状態における歪みは、上記3点曲げ荷重によって生成される、検出機構;並びに
測定された上記歪みに基づいて上記材料のシート内の応力を決定するよう構成された、プロセッサ
を備える、装置。
1. An apparatus for testing edge strength of sheets of material, the apparatus comprising:
a plurality of assemblies configured to selectively apply a three-point bend load along an edge of the sheet of material in a test area of the apparatus, the plurality of assemblies being capable of establishing a loaded condition on the sheet of material in the test area by applying the three-point bend load and of establishing an unloaded condition on the sheet of material in the test area by not applying the three-point bend load;
11. An apparatus comprising: a detection mechanism configured to optically measure a strain in the sheet of material in the test area when the sheet of material is in the unloaded state and when the sheet of material is in the loaded state, the strain in the loaded state being produced by the three-point bending load; and a processor configured to determine a stress in the sheet of material based on the measured strain.
実施形態2
上記複数のアセンブリは、2つの対向するアセンブリを備え、上記2つの対向するアセンブリのうちの第1のアセンブリは、上記シートの第1の側面に係合するための単一のアーチ状部材を備え、上記2つの対向するアセンブリのうちの第2のアセンブリは、上記第1の側面と対向する上記シートの第2の側面に係合するための2つの離間したアーチ状部材を備え、
上記2つの離間したアーチ状部材は、上記2つの離間したアーチ状部材の間に上記試験領域を画定する、実施形態1に記載の装置。
the plurality of assemblies comprises two opposing assemblies, a first of the two opposing assemblies comprising a single arched member for engaging a first side of the sheet, and a second of the two opposing assemblies comprising two spaced apart arched members for engaging a second side of the sheet opposite the first side;
2. The apparatus of
実施形態3
上記単一のアーチ状部材は、上記2つの離間したアーチ状部材の間で垂直に整列される、実施形態2に記載の装置。
3. The apparatus of
実施形態4
上記検出機構は、上記2つの離間したアーチ状部材の間の上記試験領域内の上記シートの上記第2の側面の表面の1つ以上の画像を取得するように位置決めされた、カメラの第1のペアを備え、
上記検出機構は、上記カメラの第1のペアを用いて取得された、上記シートの上記第2の側面の上記表面の上記画像から、上記材料のシート内の上記歪みを光学的に測定する、実施形態1に記載の装置。
the detection mechanism includes a first pair of cameras positioned to capture one or more images of a surface of the second side of the sheet within the test area between the two spaced apart arcuate members;
2. The apparatus of
実施形態5
上記アーチ状部材は、非回転式ブッシュ、円筒状ローラ、ベルトローラ、又はベアリングローラである、実施形態2に記載の装置。
3. The apparatus of
実施形態6
上記試験領域内の上記シートの上記表面上に設けられたパターンは、上記材料のシート内の上記歪みの光学的な測定を促進する、実施形態1に記載の装置。
2. The apparatus of
実施形態7
上記検出機構は、上記試験領域以外の領域の上記シートの上記第2の側面の上記表面の画像を取得するように位置決めされた、カメラの第2のペアを更に備える、実施形態4に記載の装置。
5. The apparatus of
実施形態8
上記検出機構は、上記2つの離間したアーチ状部材の間の上記試験領域内の上記シートの垂直端面の1つ以上の画像を取得するように位置決めされた、少なくとも1つのカメラを備え、
上記検出機構は、上記少なくとも1つのカメラを用いて取得された、上記シートの上記垂直端面の上記画像から、上記材料のシート内の上記歪みを光学的に測定する、実施形態1に記載の装置。
the detection mechanism includes at least one camera positioned to capture one or more images of a vertical edge of the sheet within the test area between the two spaced apart arcuate members;
2. The apparatus of
実施形態9
上記検出機構は、上記試験領域以外の領域の上記シートの垂直端面の画像を取得するように位置決めされた、少なくとも1つの追加のカメラを更に備える、実施形態8に記載の装置。
9. The apparatus of
実施形態10
材料のシートの縁部強度を、上記シートの縁部に沿って試験する方法であって、上記方法は:
上記シートの上記縁部に沿った関心対象領域において、上記シートの表面上に視覚的マーカーの表面パターンを適用するステップ;
上記関心対象領域に3点曲げ荷重を全く印加することなく、上記関心対象領域における上記シートの上記表面の第1の光学画像を取得するステップ;
3点曲げ荷重を、上記シートの上記縁部に沿った上記関心対象領域に印加するステップ;
上記3点曲げ荷重を上記関心対象領域に印加している間に、上記関心対象領域における上記シートの上記表面の第2の光学画像を取得するステップ;並びに
上記第1の光学画像及び上記第2の光学画像に基づいて、上記3点曲げ荷重の印加に起因する、上記シートの上記縁部に沿った上記関心対象領域の上記表面に対する応力を決定するステップ
を含む、方法。
1. A method for testing edge strength of a sheet of material along an edge of said sheet, said method comprising:
applying a surface pattern of visual markers onto a surface of the sheet in an area of interest along the edge of the sheet;
obtaining a first optical image of the surface of the sheet in the region of interest without applying any three-point bending load to the region of interest;
applying a three-point bending load to the area of interest along the edge of the sheet;
acquiring a second optical image of the surface of the sheet at the area of interest while applying the three-point bending load to the area of interest; and determining a stress on the surface of the area of interest along the edge of the sheet due to application of the three-point bending load based on the first optical image and the second optical image.
実施形態11
上記シートの上記縁部に沿った上記関心対象領域の上記表面上の応力を決定する上記ステップは:
上記第1の光学画像に基づいて、無荷重状態の上記関心対象領域内の上記材料のシートの歪みを測定するステップ;
上記第2の光学画像に基づいて、上記3点曲げ荷重が印加されている荷重印加状態の上記関心対象領域内の上記材料のシートの歪みを測定するステップ;及び
上記無荷重状態での測定された上記歪みを、上記荷重印加状態での測定された上記歪みと比較することによって、印加された上記3点曲げ荷重によって誘発された上記シートの上記歪みを決定するステップ
を含む、実施形態10に記載の方法。
The step of determining stress on the surface of the area of interest along the edge of the sheet comprises:
measuring a strain in the sheet of material in the region of interest in an unloaded state based on the first optical image;
11. The method of
実施形態12
上記第2の光学画像に基づいて、上記荷重印加状態の上記関心対象領域内の上記材料のシートの上記歪みを測定する上記ステップは:
上記第1の光学画像内の上記視覚的マーカーの位置と比較した、上記第2の光学画像内の上記視覚的マーカーの変位を決定するステップ
を含む、実施形態11に記載の方法。
The step of measuring the strain of the sheet of material in the region of interest under the applied load based on the second optical image comprises:
12. The method of
実施形態13
上記シートの上記縁部に沿った上記関心対象領域の上記表面上の上記応力を決定する上記ステップは:
上記関心対象領域内の上記材料のシートの測定された上記歪みを生成するために必要となる応力を計算するステップ
を含む、実施形態12に記載の方法。
The step of determining the stress on the surface of the area of interest along the edge of the sheet comprises:
13. The method of
実施形態14
上記視覚的マーカーの上記表面パターンを印加する上記ステップは、上記シートの上記表面上に画像を印刷、コーティング、噴霧、エッチング、貼付、又は投影するステップを含む、実施形態10に記載の方法。
11. The method of
実施形態15
上記第1の光学画像及び上記第2の光学画像は、少なくとも1つのカメラを備える光学系を用いて取得される、実施形態10に記載の方法。
11. The method of
実施形態16
試験領域を備えた試験装置を用いて、材料のシートの縁部強度を、上記シートの縁部に沿って試験する方法であって、上記方法は:
上記シートの上記縁部に沿った関心対象領域において、上記シートの表面上に視覚的マーカーの表面パターンを適用するステップ;
上記試験装置を通して上記材料のシートを連続的に前進させるステップであって、上記シートの上記縁部は、上記試験領域を通過する上記シートの部分に対して3点曲げ荷重が印加されている間に、上記試験領域を通って前進する、ステップ;
上記シートの上記縁部が上記試験領域を通って連続的に前進する間に、ただし上記関心対象領域が上記試験領域に到達する前に、上記関心対象領域における上記シートの上記表面の第1の光学画像を取得するステップ;
上記3点曲げ荷重を印加している間に上記関心対象領域が上記試験領域内へと前進したときに、上記シートの上記関心対象領域の上記表面の第2の光学画像を取得するステップ;並びに
上記第1の光学画像及び上記第2の光学画像に基づいて、上記3点曲げ荷重の印加に起因する、上記シートの上記縁部に沿った上記関心対象領域の上記表面に対する応力を決定するステップ
を含む、方法。
1. A method for testing edge strength of a sheet of material along an edge of said sheet using a testing device having a test area, said method comprising:
applying a surface pattern of visual markers onto a surface of the sheet in an area of interest along the edge of the sheet;
continuously advancing the sheet of material through the testing apparatus, the edge of the sheet advancing through the testing area while a three-point bending load is applied to the portion of the sheet passing through the testing area;
acquiring a first optical image of the surface of the sheet at the area of interest while the edge of the sheet continues to advance through the test area, but before the area of interest reaches the test area;
acquiring a second optical image of the surface of the area of interest of the sheet as the area of interest advances into the test area while applying the three-point bend load; and determining a stress on the surface of the area of interest along the edge of the sheet due to application of the three-point bend load based on the first optical image and the second optical image.
実施形態17
上記シートの上記縁部に沿った上記関心対象領域の上記表面上の応力を決定する上記ステップは:
上記第1の光学画像に基づいて、無荷重状態の上記関心対象領域内の上記材料のシートの歪みを測定するステップ;
上記第2の光学画像に基づいて、上記3点曲げ荷重が印加されている荷重印加状態の上記関心対象領域内の上記材料のシートの歪みを測定するステップ;及び
上記無荷重状態での測定された上記歪みを、上記荷重印加状態での測定された上記歪みと比較することによって、印加された上記3点曲げ荷重によって誘発された上記シートの上記歪みを決定するステップ
を含む、実施形態16に記載の方法。
The step of determining stress on the surface of the area of interest along the edge of the sheet comprises:
measuring a strain in the sheet of material in the region of interest in an unloaded state based on the first optical image;
17. The method of
実施形態18
上記第2の光学画像に基づいて、上記荷重印加状態の上記関心対象領域内の上記材料のシートの歪みを測定する上記ステップは:
上記第1の光学画像内の上記視覚的マーカーの位置と比較した、上記第2の光学画像内の上記視覚的マーカーの変位を決定するステップ
を含む、実施形態17に記載の方法。
EMBODIMENT 18
The step of measuring the strain of the sheet of material in the region of interest under the applied load based on the second optical image comprises:
18. The method of
実施形態19
上記シートの上記縁部に沿った上記関心対象領域の上記表面上の応力を決定する上記ステップは、上記関心対象領域内の上記材料のシートの測定された上記歪みを生成するために必要となる応力を計算するステップを含む、実施形態18に記載の方法。
EMBODIMENT 19
20. The method of claim 18, wherein determining the stress on the surface of the area of interest along the edge of the sheet comprises calculating the stress required to produce the measured distortion of the sheet of material in the area of interest.
実施形態20
上記第1の光学画像及び上記第2の光学画像は、ステレオカメラのペアを備える光学系によって取得される、実施形態16に記載の方法。
17. The method of
実施形態21
上記視覚的マーカーの上記表面パターンを印加する上記ステップは、上記シートの上記表面上に画像を印刷、コーティング、噴霧、エッチング、貼付、又は投影するステップを含む、実施形態16に記載の方法。
EMBODIMENT 21
17. The method of
200 装置、試験装置
202 テーブル、サンプルステージ
204 試験シート、試験サンプルシート、ガラスシート、シート、材料のシート
204e 端面、垂直端面
205 縁部
206 アセンブリ
206a アセンブリ、第1のアセンブリ
206b アセンブリ、第2のアセンブリ
207b、207c、207d、213b、213c、213d ローラアセンブリ
208 試験領域
214 プロセッサ
215 ローラ
216 ピーク歪み位置
217 遠方場位置
218 下部ローラ、下側のローラ、アーチ状部材、ローラ
220a、220b 上側ローラ、上部ローラ、アーチ状部材、ローラ
222 第1の光学系、光学系
222a、222b CCDカメラ、カメラ、ステレオカメラ
222c、222d カメラ
224a、224b ステレオカメラ、カメラ
224c、224d カメラ
226 シート204の上側面、第2の側面、上面、表面
228 ディスプレイ
230 表面パターン、スペックルドット表面パターン、スペックルパターン
232、234 微小マイクロメートルレベルアジャスタ
236a、236b ダボ、整列ピン
240a、240b、240c ベルトローラ、ベルト
242a、242b、242c 駆動シャフト
244a、244b、244c アーチ状テンショナー
246a、246b、246c ベアリングローラ
248a、248b、248c ローラボール
250a、250b、250c ソケット
410a、410b 厚さセンサ
200 Apparatus,
Claims (15)
前記装置の試験領域内の前記材料のシートの縁部に沿って、3点曲げ荷重を選択的に印加するよう構成された、複数のアセンブリであって、前記複数のアセンブリは、前記3点曲げ荷重を印加することによって、前記試験領域内の前記材料のシート上で荷重印加状態を確立でき、また前記3点曲げ荷重を印加しないことによって、前記試験領域内の前記材料のシート上で無荷重状態を確立できる、複数のアセンブリ;
前記材料のシートが前記無荷重状態である場合及び前記材料のシートが前記荷重印加状態である場合に、前記試験領域内の前記材料のシートの歪みを光学測定するよう構成された、検出機構であって、前記荷重印加状態における歪みは、前記3点曲げ荷重によって生成される、検出機構;並びに
測定された前記歪みに基づいて前記材料のシート内の応力を決定するよう構成された、プロセッサ
を備え、
前記材料はガラスである、装置。 1. An apparatus for testing edge strength of sheets of material, the apparatus comprising:
a plurality of assemblies configured to selectively apply a three-point bend load along an edge of the sheet of material in a test area of the apparatus, the plurality of assemblies being capable of establishing a loaded condition on the sheet of material in the test area by applying the three-point bend load and of establishing an unloaded condition on the sheet of material in the test area by not applying the three-point bend load;
a detection mechanism configured to optically measure a strain in the sheet of material in the test area when the sheet of material is in the unloaded state and when the sheet of material is in the loaded state, the strain in the loaded state being produced by the three-point bending load; and a processor configured to determine a stress in the sheet of material based on the measured strain ,
The device, wherein the material is glass .
前記2つの離間したアーチ状部材は、前記2つの離間したアーチ状部材の間に前記試験領域を画定する、請求項1に記載の装置。 the plurality of assemblies comprises two opposing assemblies, a first of the two opposing assemblies comprising a single arched member for engaging a first side of the sheet, and a second of the two opposing assemblies comprising two spaced apart arched members for engaging a second side of the sheet opposite the first side;
The apparatus of claim 1 , wherein the two spaced apart arcuate members define the test area between the two spaced apart arcuate members.
前記検出機構は、前記カメラの第1のペアを用いて取得された、前記シートの前記第2の側面の前記表面の前記画像から、前記材料のシート内の前記歪みを光学的に測定する、請求項2に記載の装置。 the detection mechanism comprises a first pair of cameras positioned to capture one or more images of a surface of the second side of the sheet within the test area between the two spaced apart arcuate members;
3. The apparatus of claim 2, wherein the detection mechanism optically measures the distortion in the sheet of material from the image of the surface of the second side of the sheet acquired with the first pair of cameras.
前記検出機構は、前記少なくとも1つのカメラを用いて取得された、前記シートの前記垂直端面の前記画像から、前記材料のシート内の前記歪みを光学的に測定する、請求項2に記載の装置。 the detection mechanism comprises at least one camera positioned to capture one or more images of a vertical edge of the sheet within the test area between the two spaced apart arcuate members;
The apparatus of claim 2 , wherein the detection mechanism optically measures the distortion in the sheet of material from the image of the vertical edge of the sheet acquired with the at least one camera.
前記シートの前記縁部に沿った関心対象領域において、前記シートの表面上に視覚的マーカーの表面パターンを適用するステップ;
前記関心対象領域に3点曲げ荷重を全く印加することなく、前記関心対象領域における前記シートの前記表面の第1の光学画像を取得するステップ;
3点曲げ荷重を、前記シートの前記縁部に沿った前記関心対象領域に印加するステップ;
前記3点曲げ荷重を前記関心対象領域に印加している間に、前記関心対象領域における前記シートの前記表面の第2の光学画像を取得するステップ;並びに
前記第1の光学画像及び前記第2の光学画像に基づいて、前記3点曲げ荷重の印加に起因する、前記シートの前記縁部に沿った前記関心対象領域の前記表面に対する応力を決定するステップ
を含み、
前記材料はガラスである、方法。 1. A method for testing edge strength of a sheet of material along an edge of said sheet, said method comprising:
applying a surface pattern of visual markers onto a surface of the sheet in an area of interest along the edge of the sheet;
acquiring a first optical image of the surface of the sheet in the region of interest without applying any three-point bending load to the region of interest;
applying a three-point bending load to the area of interest along the edge of the sheet;
acquiring a second optical image of the surface of the sheet at the area of interest while applying the three-point bending load to the area of interest; and determining a stress on the surface of the area of interest along the edge of the sheet due to application of the three-point bending load based on the first optical image and the second optical image .
The method according to claim 1, wherein the material is glass .
前記第1の光学画像に基づいて、無荷重状態の前記関心対象領域内の前記材料のシートの歪みを測定するステップ;
前記第2の光学画像に基づいて、前記3点曲げ荷重が印加されている荷重印加状態の前記関心対象領域内の前記材料のシートの歪みを測定するステップ;及び
前記無荷重状態での測定された前記歪みを、前記荷重印加状態での測定された前記歪みと比較することによって、印加された前記3点曲げ荷重によって誘発された前記シートの前記歪みを決定するステップ
を含む、請求項10に記載の方法。 The step of determining stress on the surface of the region of interest along the edge of the sheet comprises:
measuring a strain of the sheet of material in the region of interest in an unloaded state based on the first optical image;
11. The method of claim 10, comprising: measuring a strain in the sheet of material in the region of interest in a loaded state where the three-point bending load is applied based on the second optical image; and determining the strain in the sheet induced by the applied three-point bending load by comparing the measured strain in the unloaded state to the measured strain in the loaded state.
前記第1の光学画像内の前記視覚的マーカーの位置と比較した、前記第2の光学画像内の前記視覚的マーカーの変位を決定するステップ
を含む、請求項11に記載の方法。 The step of measuring the strain of the sheet of material in the region of interest under the applied load based on the second optical image includes:
The method of claim 11 , comprising determining a displacement of the visual marker in the second optical image compared to a position of the visual marker in the first optical image.
前記関心対象領域内の前記材料のシートの測定された前記歪みを生成するために必要となる応力を計算するステップ
を含む、請求項12に記載の方法。 The step of determining the stress on the surface of the region of interest along the edge of the sheet comprises:
The method of claim 12 , comprising calculating the stress required to produce the measured strain of the sheet of material in the region of interest.
The method of claim 10 , wherein the first optical image and the second optical image are acquired using an optical system that includes at least one camera.
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