KR101136804B1 - 투명 소재에서 결함을 탐지하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

투명 소재 내에서 결함을 탐지하기 위한 방법은 첫 번째 방사원을 이용하여 소재 내에서 한정된 부분 공간을 조사하는 것(irradiating)과 두 번째 광원으로부터 소재 내부로 빛을 커플링을 시키는 것을 포함한다. 상기 빛은 부분 공간 내에서 광학적 경로가 소재의 내부로 연장이 되도록 두 번째 광원으로부터 소재 내부로 커플링이 된다. 부분 공간 내에 있는 결함의 존재는 결함에 의한 첫 번째 광원의 빛의 산란, 밝은 영역 흡수 및/또는 빛의 굴절에 의하여 확인된다. 소재 내에서 결함을 탐지하기 위한 장치는 한정된 부분 공간을 조사하기(illuminating)하기 위한 첫 번째 방사원, 상기 부분 공간으로부터 전달되는 빛을 탐지하기 위한 탐지 장치 및 두 번째 방사원을 포함한다. 상기 두 번째 방사원은 부분 공간 내에서 관련된 광학적 경로가 소재 내부에서 배타적으로 통과하도록 소재과 관련하여 정렬된다.

한정된 부분 공간,방사원,결함,광학적 경로,밝은 영역 흡수, 플로트 유리

Description

투명 소재에서 결함을 탐지하기 위한 방법 및 장치{Method And Apparatus For Detecting Faults In Transparent Material}

도 1은 본 발명에 따른 투명 소재 내의 결함을 탐지하는 방법을 실행하기 위한 장치의 첫 번째 실시 형태를 예시하는 사시도를 도시한 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 투명 소재에 있어 결함을 탐지하는 방법을 실행하기 위한 장치의 두 번째 실시 형태를 예시하는 사시도를 도시한 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 투명 소재에 있어 결함을 탐지하는 방법을 실행하기 위한 장치의 또 다른 실시 형태를 예시하는 사시도를 도시한 것으로서, 도 2에 제시된 장치와 유사하다.

도 4는 버블의 형태로 있는 투명 소재 내의 결함의 개략적인 형태를 도시한 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 방법에 사용된 레이저와 LED 펄스의 시간 관계를 보여주는 펄스-시간 도표를 도시한 것이다.

본 발명은 투명 소재에서 결함을 탐지하기 위한 방법 및 장치와 관련된다. 본 발명의 목적은 투명 소재에서 광학적 성질(optical quality)을 결정하고 결함을 탐지하기 위한 것이다. 상기 투명한 소재는 고체 소재가 되며, 특히 유리 또는 플라스틱이 된다. 상기 플라스틱 소재는 예를 들어 폴리비닐 클로라이드(PVC), 폴리프로필렌(PP),폴리에틸렌(PE) 또는 다른 투명 듀로플라스틱(duroplastic) 또는 열경화성 플라스틱, 엘라스토메릭(elastomeric) 또는 열가소성 소재를 포함한다. 판유리 및 플로트유리(float glass)의 성질을 결정하기 위하여 본 발명을 사용하는 것이 적절하다.

WO99/49303에는 평면 유리에서 결함을 탐지하기 위한 방법 및 장치가 개시되어 있다. 상기 문헌에서 개시된 방법을 살펴보면, 카메라가 두 개의 동등한 조명 장치(lighting apparatus)의 경계 위에 있는 한 점을 관찰한다. 상기 조명 장치는 한쪽 반면에 적색 LED를 가지고 다른 쪽 반면에 녹색 LED를 가진 두 개의 부분 사이에 삽입된다. 카메라와 조명 장치 사이의 상대적인 운동이 탐지된다. 빔-편항 결함이 예를 들어 충분히 큰 방울과 같은 것이 판유리 내에 존재한다면, 이러한 결함은 조명 장치로부터 카메라로 유도된 빔을 휘어지도록 만든다. 이로 인하여 서로 다른 양의 붉은 색 및 녹색 빛이 편항 신호(a deflection signal)를 생성하기 위하여 파장에 민감한 카메라에 도달한다. 이러한 방법으로 상기 장치는 광 편항 결함을 탐지할 수 있다. 뿐만 아니라, 휘도 필드 신호가 해당하는 빔-굴절 또는 빔-편향 결함의 크기를 측정하기 위하여 사용된다.

일본 특허 공개 공보 H10-339795에는 판유리의 측면 모서리로 기울어진(inclined) 평행 광선 빔을 도입하는 것에 의하여 판유리 내의 결점을 탐지하는 것이 개시되어 있다. 광선 빔이 스트립-형태의 유리 소재의 내부로 유도되는 방법으로 인하여 전반사가 발생하고, 그로 인하여 상기 빛은 판유리의 한 쪽 면으로부터 다른 면으로 진행한다. 예를 들어 포함물(inclusion), 노트(knot) 또는 기포(a bubble)와 같은 유리 결함이 판유리의 내부에 존재한다면, 부피 내로 유도된 빛을 산란시킨다. 상기 산란된 빛은 이러한 방법으로 탐지된다.

2002년 5월 15일에 공개된 DE 102 21 954.1에는 상기 방법과 유사한 방법이 개시되어 있으며, 상기 문헌에서 개시된 방법에 따르면 레이저 빛은 옆면 또는 측면으로부터 평면 유리 피스(piece) 내부로 유도된다. 전반사로 인하여 상기 레이저 빛은 평면 유리의 한쪽 면으로부터 다른 쪽으로 면으로 전달된다. 상기와 같은 방법으로, 레이저빔은 물(water)을 통하여 유리 내부로 평면 유리의 측면 모서리에서 유도된다. 상기와 같은 방법으로 레이저빔이 유도가 되기 때문에 평면 유리 내에는 한정된 모서리의 기하학적 형태가 존재하지 않는다는 불리한 점이 극복된다. 상기와 같은 방법에서, 후자의 방법은 방사(radiation)가 한정된 방법으로 단지 어렵게 측면 모서리 내로 경사지게 유도되는 이미 언급한 일본 공개 공보에서 개시된 방법과 구별된다.

본 발명의 목적은 단지 투명 소재의 몇몇 일부 공간(a certain partial volume)으로부터의 신호만이 결함 탐지 및 결점 크기 결정을 위하여 참조가 되도록 투명 소재 내에서 결점을 탐지하기 위한 방법을 제공하는 것이다. 상기와 같은 목적은 주요 독립항에서 청구된 발명에 의하여 이루어진다. 추가적인 이점은 첨부된 종속 청구항 내에서 청구된 실시 형태에 의하여 이루어진다.

본 발명에 따르면, 투명 소재에서 결점을 탐지하기 위한 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다:

a) 첫 번째 방사원(radiation source)을 이용하여 투명한 소재의 한정된 일부 공간에 조사하는 단계(irradiation);

b) 상기 일부 공간 내에서 빛의 광학적 경로가 투명 소재의 내부에서 연장되도록 투명 소재 내부로 두 번째 방사원의 빛을 전파시키는 단계;및

c) 상기 일부 공간 내에 있는 결점의 존재를 탐지하기 위하여 일부 공간 내에 있는 결함으로부터 산란된 빛, 일부 공간 내에 있는 결함으로부터 밝은 영역 흡수 및/또는 일부 공간 내에 있는 결함에 의하여 첫 번째 방사원의 빛의 굴절을 탐지하는 단계를 포함한다.

본 발명의 명세서에 있어서, 투명한 소재의 "한정된 일부 공간(definite partial volume)"이란 용어는 한정된 경계를 가진 투명한 소재의 국지적 영역(localized region) 또는 일부를 의미하며, 보다 유리하게는 투명한 소재의 전체 공간 또는 부피에 비하여 현저하게 보다 작은 영역을 의미한다.

본 발명의 첫 번째 실시 형태는 투명한 소재에 있어 결함을 탐지하기 위한 밝은 영역 방법(bright field method)의 유용성과 관련된 선행 기술의 제한은 이러 한 방법에 있어서 결함의 공간적 분해능(resolution)의 부족으로 인한 것이라는 이해에 기초하고 있다. 현재까지 투명한 소재의 부피 또는 상기 소재의 표면 위에 존재하는 결함이 흡수로 인한 밝은 영역의 강도(intensity)의 국지적 감소에 비례하는지 여부에 대하여 결정되지 않았다. 상기 밝은 영역 흡수(the bright field absorption)는 유리 내부의 결함 또는 먼지와 같은 유리 표면 위에 존재하는 결함에 의하여 발생할 수 있다. 이러한 원인들 사이의 차이는 선행발명에 따른 밝은 영역 흡수에 의하여 결정될 수 없었다.

이러한 이해를 토대로 하여 만들어지면서 본 발명의 기초적 개념은 밝은 영역 방법은 두 번째 방법과 결합될 수 있으며, 상기 두 번째 방법은 단지 투명 소재 내부에 있는 결점에만 반응할 수 있다는 것이다. 양쪽 방법이 동일한 결함을 탐지할 수 있도록 하기 위하여 단지 투명 소재의 동일한 일부 공간만이 양쪽 방법에 의하여 테스트가 될 수 있다는 점에 주의를 하여야 한다. 양쪽 방법을 결합하는 것에 의하여, 밝은 영역 신호와 두 번째 방법의 신호가 일치하는 것을 시험하고 일치하는 경우에는 밝은 영역의 신호의 원인이 소재의 내부에 있다고 표시하는 것이 가능하다. 일치가 없다면, 결함은 측정된 부피 내부에 존재하지 아니하고 표면 위에 존재한다. 이러한 방법으로, 일치가 없는 경우에 대부분의 경우는 먼지 효과(a dirt effect)로 인한 것일 것이다.

위에서 기술된 사고에 기초하여, 투명 소재에서 결점을 탐지하여 상기에서 기술된 기술적 문제들을 해결하는 본 발명에 따른 방법의 한 가지 실시 형태는 한정된 부분 공간을 첫 번째 방사원(a first radiation source)을 이용하여 밝은 영 역 조명(a bright field illumination)의 영향을 받게하고 두 번째 방사원을 이용하여 투명 소재 내로 빛을 커플링을 시켜, 부분 공간 내의 광학적 경로가 투명 소재 내에 배타적으로 연장되도록 한다. 본 발명에 따른 방법의 이러한 실시 형태에 있어서, 그러한 결점을 나타내는 흡수가 밝은 영역에서 탐지되고 상기 결점에 의하여 산란된 두 번째 방사원의 빛이 탐지되는 경우 결점이 부분 공간 내에서 탐지된다.

결과적으로 빛 산란(light scattering)에 의하여 생성된 신호가 산란된 광 신호(scattered light signal)로 표시된다.

본 발명에 따른 두 번째 실시 형태는 투명 소재 내에서 결함을 탐지하기 위한 선행 기술로서의 방사 굴절(radiation deflection) 또는 왜곡(bending)은 투명 소재의 외부로부터 조사되고(irradiated) 소재의 결함이 유사하게 그 위에 작용하여 빛을 굴절시키거나 왜곡시키는 방법을 사용함으로서 소재의 내부에서 또는 소재 표면에서의 산란시키는 중심 또는 장소를 구별할 수 없다는 인식에 기초한다.

앞의 문단에서 개시된 것을 참조하면, 본 발명의 기초적 개념은 두 번째 방법을 이용하여 방사 굴절 또는 왜곡을 결합하는 것이며, 상기 두 번째 방법은 소재의 내부에 있는 결함에 대하여 배타적으로 반응하고, 달리 표현하면 소재의 용적(bulk) 또는 공간(volume) 내에 있는 결함에 대하여 배타적으로 반응한다.

추가적인 발명적 개념에 기초하여, 투명 소재 내에서 결함을 탐지하기 위한 방법의 또 다른 실시 형태는 첫 번째 방사원을 이용하여 한정된 부분 공간을 조사시키고(irradiating) 두 번째 방사원을 이용하여 소재 내로 빛을 유도하거나 커플 링시키는 것(coupling)을 포함하고, 이러한 방법은 상기 한정된 부분 공간을 통과하는 광학적 경로가 소재 내에서 배타적으로 되도록 하기 위함이다. 이러한 실시 형태에 있어서, 결함은 부분 공간 내에서 부분 공간으로부터 산란된 빛과 첫 번째 방사원의 빛에 의하여 생성된 굴절 또는 왜곡 양쪽을 탐지하는 것에 의하여 탐지된다.

굴절된 빛으로부터 생성된 신호는 굴절 신호(deflection signals)로서 아래에서 표시된다.

본 발명의 위에서 기술된 실시 형태의 양쪽은 대체적으로(alternatively) 또는 누적적으로(cumulatively) 실시될 수 있다. 추가적으로 본 발명에 따른 세 번째 실시 형태가 가능하며, 상기 방법은 결함으로부터 산란된 빛과 일부 공간 내에서 결함에 의하여 생성된 첫 번째 방사원의 빛의 산란을 탐지하고, 그에 의하여 방사 굴절 결함이 소재 내에서 시험된다.

요약하면, 상기에서 언급된 기술적 문제들에 대한 해결은 투명 소재 내에서 결함을 탐지하기 위한 방법이라는 결과에 이르도록 하고, 상기 방법에 따르면 소재의 한정된 부분 공간이 첫 번째 방사원에 의하여 조사되고 그리고 빛이 두 번째 방사원을 이용하여 소재 내부로 커플링이 되며, 이는 상기 부분 공간 내에서 광학적 경로가 소재의 내부를 배타적으로 관통하도록 하기 위함이다. 상기 방법에 있어서, 결함으로부터 산란된 빛, 결함에 의하여 생산된 밝은 영역에 있어서의 흡수 및/또는 결함에 의하여 생성된 첫 번째 방사원의 빛의 굴절이 탐지되는 경우 결함이 존재하는 것으로 결정된다.

위에서 언급한 기술적 문제들을 해결하고 본 발명에 따라 투명 소재 내에서 결함을 탐지하기 위한 방법을 실행하기 위한 장치는 투명 소재의 한정된 및/또는 미리 결정된 부분 공간을 조사하기 위한 첫 번째 방사원, 상기 부분 공간 내에 존재하는 빛을 탐지하기 위한 탐지 장치(a detector) 및 두 번째 방사원을 포함하고, 두 번째 방사원으로부터 빛의 광학적 경로가 소재 내부를 배타적으로 통과하도록 하기 위하여 상기 두 번째 방사원은 소재과 관련하여 배열된다.

이러한 실시 형태와 관련하여 부분 공간 내에서의 결함은 아래와 같은 것으로부터 탐지된다:

a) 결함으로부터 산란된 두 번째 방사원의 산란된 빛; 및/또는

b) 결함에 의하여 생성된 흡수와 관련된 밝은 빛 영역, 상기에서 흡수된 빛은 첫 번째 방사원으로부터 빛이 된다; 및/또는

c) 결함에 의하여 굴절된 첫 번째 방사원의 빛.

탐지 장치는 소재 내에 있는 결함(defect) 또는 흠(defect)에 의하여 산란되는 두 번째 방사원의 빛을 위하여 정렬된다. 상기 탐지 장치는 첫 번째 방사원의 빛을 탐지하는 탐지 장치와 동일하거나 또는 서로 다른 장치가 될 수 있다.

적절한 실시 형태에 있어서, 밝은 영역 빛은 국지적인 공간 분해능(spatial resolution)을 이용하여 측정된다. 상기 경우에 있어서, 부분 공간 내에 위치한 결함 또는 흠의 크기가 결정될 수 있다. 이러한 점은 유리 제조에 있어서 질적 제어에 대하여 상당히 중요한 것이다. 점차적으로 단지 작은 규모의 결점만이 높은 질의 생산물을 위하여 허용된다. 이와 같은 방식으로, 예를 들어, 50 마이크로 미 터(㎛)보다 더 큰 직경을 가진 결점의 방지가 TFT 유리의 제조에 있어서 점차 증가하여 요구되고 있고, 상기 TFT 유리는 평면 디스플레이 스크린을 위하여 사용된다. 제조 시에, 단지 50 마이크로 미터(㎛)보다 더 큰 결함 직경을 가진 한정된 수의 결점만이 허용될 수 있다. 제조된 생산물이 이러한 사양(specifications)을 만족시킬 수 있는 지 여부는 일치 신호의 수에 의하여 결정될 수 있다.

결함의 형태는 산란된 신호에 대한 밝은 영역 신호의 비(ratio)부터 추론될 수 있다. 예를 들어, 만약 공간 내의 버블이 본 발명에 따른 방법에 의하여 조사된다면(illuminated), 빛은 방사가 통과하는 버블의 측면에서 일부 버블 내에서 산란된다. 이와 대조적으로 함유 물질(inclusion)의 경우 산란은 함유 물질의 한 쪽 면에서 발생하고 전체적으로 산란되는 빛은 동일한 크기의 함유 물질을 위하여 버블과 비교할 때 거의 생성되지 않는다. 이러한 방식으로 결함이 버블(bubble) 또는 함유 물질(inclusion) 인지 여부가 상기와 같은 신호 비율로부터 결정될 수 있다. 또한, 결함의 형태가 산란된 광 신호에 대한 굴절 신호의 비율로부터 결정될 수 있다. 투명 소재 내에 존재하는 추가적인 결점은 일반적으로 고려될 수 있다. 본 발명에 따른 추가적인 시험에 있어서, 각각의 결점의 형태는 그 자신의 특징적인 삼차원적인 방사 형태를 가지고, 이로서 탐지된 결점의 형태는 이러한 특징적인 방사 형태로부터 결정될 수 있다.

특별히 유리한 실시 형태에 있어서, 두 번째 방사원은 단일 색채의 빛(monochromatic light), 즉 레이저를 방출한다. 이러한 실시 형태에 있어서, 두 번째 방사원으로부터의 단일 색채의 빛은 특별히 용이하게 측면 모서리를 통과하여 평면 유리 시트 내부로 유도되거나 결합된다(coupled). 추가적으로, 이러한 방법은 높은 광 강도(a high light intensity)가 이용 가능하다는 이점을 가진다. 평면 유리에 대하여, 예를 들어 상기 평면 유리는 할로겐 램프를 이용하여 조사되고, 입력 빛의 강도(intensity)는 시트의 중앙에서 상당한 양으로 감소되고, 이는 예를 들어 1.2 m의 시트에 대하여 입력 값의 약 5%의 흡수가 고려되어야 하기 때문이다.

상기와 같은 후자의 경우, 비용의 많이 드는 컴퓨터 보충이 산란된 빛으로부터 시트의 총 너비에 걸쳐 결함의 크기를 정확하게 판단하여 평가를 위하여 요구된다. 그러나, 레이저는 충분한 강도가 본 발명에 따른 방법의 이러한 실시 형태에 있어서 레이저빔을 따라 존재한다는 잠재력을 가진다.

본 발명에 따른 방법의 유리한 응용 예는 평면 유리 시트 내부로 각각의 방사(radiation)를 커플링시키고 결함에 따라 상기 방사를 시험하는 것을 포함한다. 이러한 평면 유리는 10m/min의 공급 속도를 가진 생산 조건 아래에서 방사원에 대하여 이동하고, 결과적으로 매분 당 약 26m²이 평면 유리의 너비에 기초하여 시험될 수 있다. 이러한 종류의 유리의 두께는 전형적으로 0.1 내지 1.1mm가 된다.

두 번째 방사원이 녹색 빛 또는 녹색 영역에 있는 빛을 방사하는 경우, 흡수 효과는 기술적 유리에 있어서 특별히 작아진다. 상기 유리는 이러한 녹색 파장 영역에서 흡수 최소가 되는 금속-함유 불순물을 가진다. 따라서, 이러한 경우는 선택된 레이저의 방사 주파수가 532nm가 되는 경우에 유리하다.

두 번째 방사원이 적색 빛을 방사하는 경우, 흡수 효과는 광학 유리에 있어 서 특별히 작아진다. 이러한 경우 헬륨-네온 레이저 또는 적색 파장 영역을 방사하는 LED 또는 다이오드 레이저가 방사원으로서 이용 가능하다. 일반적으로 가능한 작은 양의 빛이 흡수되도록 하기 위하여 방사원의 파장이 선택되도록 하는 것이 유리하다.

실험적으로, 두 번째 방사원에 의하여 소재 가장 자리 내부로 커플링된 빛의 강도가 중앙에서의 강도에 비하여 약 10배 높은 것이 유리한 것으로 나타났다. 평면 유리 내부로 커플링된 빛과 관련된 실험에 있어서, 입력 빛의 강도를 단순히 증가시키는 것은 유리 내에서 발생하는 제거되지 않은 흡수를 이용하여 빛의 강도가 약해지는 것을 보충하는 것에 대한 해결 방법이 되지 않는 것으로 밝혀졌다. 더욱이, 유리 표면에 있는 먼지(dirt)에 의하여 발생될 수도 있는 노이즈 신호가 발생한다. 표면에 존재하는 먼지가 조사되는 한, 신호 처리를 위하여 여러 가지 어려움이 발생한다. 상기에서 기술된 강도 비율은 충분히 높은 강도와 충분히 작은 노이즈 신호 사이에 좋은 균형을 발생시킨다. 이러한 강도 비율을 조정하기 위하여, 파장이 각각의 소재을 위하여 조절될 수 있고, 이는 흡수는 서로 다른 파장에 대하여 소재 의존적인 변화를 만들기 때문이다. 대안으로 또는 누적적으로, 강도 비율은 입력 레이저 빛의 변화된 초점에 의하여 제공될 수 있다.

시험되는 부분 공간 내에서 두 번째 방사원의 빛이 소재 내부에서 배타적으로 전달되는 것을 보장하기 위하여, 두 번째 방사원의 빛이 내부에서 전반사가 되는 방법으로 입력될 수 있다. 평면에 대하여 수직한 면과 관련하여 입사각이 투명 소재로부터 공기 중으로 전달되는 빛의 차후 전파에 있어서 전반사를 위한 임계각 또는 경계각보다 더 크기 위하여 상기 방법이 소재의 상부면 또는 하부 면에게 경사지도록 빛을 유도하는 것에 의하여 제공될 수 있다. 대안으로, 상기 빛은 소재의 측면 모서리로 경사지도록 입력될 수 있다. 이러한 전제 조건(pre-condition)이 평면 유리 또는 플로트 유리(float glass)의 시험을 위하여 특별히 적당하고, 상기 유리에서 빛은 이른바 광섬유 내에서와 같이 내부에 잡힌다(captured). 동시에 작은 부분 공간이 시험될 수 있을 뿐만 아니라, 또한 평면 유리가 유리 전체의 너비에 걸쳐서 시험될 수 있다. 따라서, 관련된 장치는 단일의 작은 부분 공간이 검증될(probe) 수 있을 뿐만 아니라 평면 유리의 공급 방향을 가로질러 다수개의 부분 공간이 또한 검증될 수 있도록 설계되어야 한다. 플로트 유리(float glass)가 본 발명에 따른 방법을 이용하여 결점이 시험되고 플로트 유리의 모서리에 한정된 모서리의 기하학적 형태를 가지지 않는 경우, 두 번째 방사원은 측면 모서리에 경사지도록 빛을 입력하기 위하여 사용될 수 있다. 물과 같은 투명한 액체가 두 번째 방사원과 플로트 유리 사이에 정렬될 수 있는 것이 유리하며, 이는 두 번째 방사원의 빛이 상기 투명 액체를 통하여 플로트 유리의 시트 또는 스트립 내부로 커플링이 되도록 하기 위함이다. 균일하지 않은 모서리와 접촉하는 투명 액체로 인하여, 기하학적 형태의 차이가 보충되고 레이저 빛의 입력이 가능하다.

두 개의 방사원이 펄스화된(pulsed) 빛을 방출하고, 그로 인하여 하나의 방사원이 다른 방사원의 펄스들 사이의 간격에서(in intervals) 배타적으로 빛을 방출하도록 하는 경우, 단일 탐지 장치가 투명 소재 내 결함의 탐지를 위하여 사용될 수 있다. 이러한 방법으로, 첫 번째 방사원의 방사로부터 밝은 영역 신호는 해당 하는 산란된 빛 신호로부터 일시적으로 변이가 되어(shifted) 탐지된다. 이러한 신호의 탐지는 변경된다. 다른 한편으로, 상기 시험은 동일한 부분 공간으로부터 수신된 신호에 의존하므로, 소재의 공급 속도는 방사원의 적당한 펄스 지속(pulse duration)에 대하여 조정이 이루어져야 한다. 이러한 방법으로, 두 개의 방사원은 동일한 부분 공간을 조사하는 것이 보장된다. 따라서, 일반적으로 멀티플렉싱 유니트(multiplexing unit)와 같은 전자 기기가 두 개의 방사원을 제어하기 위하여 설치되어야 하고, 상기 전자 기기는 방사원들이 배타적으로 시간-변이된 빛 펄스(time-shifted light pulses)를 방출하도록 형성된다.

본 발명에 따른 주요한 방법은 방사 흡수가 밝은 빛 영역에서 이루어지는 경우에만 일치성(coincidence)이 기록된다. 이러한 흡수가 너무 작거나 또는 흡수가 존재하지 않는 경우, 해당하는 결함은 발견되지 않는다. 그러나 후자의 경우, 방사 굴절 발생에 의하여 이러한 결점이 탐지될 수 있다. 만약 예를 들어 투명한 매개체가 카메라와 광원 사이에 위치하는 것과 같이 밝은 영역 조사(bright field illumination)가 전달 과정에서 수행된다면, 결함에 대하여 작용하는 빛은 방사-굴절 결함의 경우에 굴절된다. 이와 같은 방식으로 굴절된 빛은 이러한 굴절 효과를 가지지 않은 굴절되지 않은 빛과는 다른 위치에서 탐지 장치 위에 입사된다.

이러한 종류의 방사 굴절(radiation deflection)을 탐지하기 위하여, 첫 번째 방사원은 두-부분의 방사원(a two-part radiation source)이 될 수 있다. 서로 다른 강도(intensity) 또는 색(color)의 빛이 상기 방사원의 각각의 부분으로부터 방출될 수 있다. 예를 들어, 적색과 녹색과 같은 두 개의 색이 방출된다면, 결점 또는 흠에 대한 방사 굴절 발생은 탐지 장치에 도달하는 적색 또는 녹색 빛의 양을 변화시킨다. 만약 탐지 장치에서 각각의 전압 신호 U₁과 U₂가 해당하는 색과 상관 관계를 가진다면, 상기 전압 신호 U₁과 U₂는 방사의 굴절에 해당한다. 양 전압의 차이는 굴절 양에 대한 측정이다.

대안적으로, 아래와 같은 비율이 본 발명의 상기와 같은 실시 예에 의한 결점을 발견하기 위하여 적용될 수 있다:

U_pos = {U₁-U₂}/{U₁+U₂}.

이와 같은 방식으로, U_pos의 진폭은 결함 또는 흠에 의하여 발생된 굴절의 양에 대한 측정이 된다.

방사 왜곡 결함(radiation bending fault)의 추가적인 탐지에 의하여, 이와 같은 방식으로 여러 가지 형태의 결함이 측정 공학적 방법에 의하여 탐지된다. 제조 과정에서 허용될 수 있는 최대 크기를 가진 결점의 탐지에 대한 신뢰성은 증가된다.

산란된 광 신호, 방사 굴절 신호 및 밝은 영역 신호를 동시에 이용하여 작업을 하는 것이 가능하다. 표면에 대한 방사-굴절 위치가 이러한 방법으로 탐지될 수 있고 소재의 질 제어 시험의 과정에서 무시될 수 있다. 상기 세 개의 신호가 동시에 일치하거나 또는 양의 값으로 나타나는(positive) 경우, 이러한 경우는 소재의 내부 또는 용적에 있는 방사-굴절 및 방사-흡수 결함의 존재를 나타낸다. 이러한 결함이 방사를 굴절시키는 상황은 넓은 범위의 그리고 향상된 결점의 분류를 가능하도록 하고, 이러한 것은 위에서 언급한 바와 같다.

첫 번째 방사원의 두 부분을 위한 서로 다른 색의 준비가 서로 다른 색의 LED들이 양쪽 부분과 관련되도록 하기 위하여 만들어 질 수 있다. 다음 단계로서, CCD 카메라가 이러한 두-부분 광원으로부터 빛을 탐지할 수 있다.

한편으로 산란된 빛을 탐지하고 다른 한편으로 다른 탐지 장치를 사용하여 굴절된 방사 및/또는 밝은 영역 신호를 탐지하는 것이 가능하다.

값비싼 장치 비용을 낮추기 위하여, 첫 번째 방사원이 적절하게 펄스화된 방사원이 되도록 하기 위하여 양쪽 방사원이 펄스화되도록 하는 것이 유리하다. 예를 들어 레이저와 같이 펄스화된 두 번째 광원과 결합하여, 첫 번째 방사원이 다른 방사원으로부터 펄스들(pulses) 사이의 간격에서 배타적으로 펄스를 방출하는 것이 보장되어야 한다. 이러한 목적을 위하여, 장치는 양쪽 방사원을 제어하는 전자적 장치를 가지고, 상기 전자 장치는 양쪽 방사원이 시간-변이된 빛을 배타적으로 방출하도록 형성되어야 한다.

위에서 언급한 것처럼, 만약 두 부분으로 이루어진 첫 번째 방사원이 선택이 되면, 이는 세 개의 광원을 가진 실시 형태에 해당하고, 하나의 방사원이 다른 두 개의 방사원의 펄스들 사이 간격에서(in interval) 방출한다.

또한, 분석 또는 평가 장치가 밝은 영역 신호, 산란된 광 신호 및/또는 굴절 신호를 확인하기 위하여 탐지된 신호를 처리하기 위하여 제공된다.

본 발명의 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여, 적절한 실시 형태에 대한 아래의 기술을 이용하여 보다 상세하게 제시될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 방법을 보여주는 개략적인 표현을 도시한 것이며, 도 1에서 파장λ₁을 가진 첫 번째 방사원(1)은 아래쪽으로부터 판형 유리 몸체(3)에 빛을 방출한다. 빛이 두 번 판형 유리를 통과한 후에, 빛은 탐지 장치(4)에 도달한다. 방사원(1)은 유리 소재(3)의 내부에 있는 부분 공간(2)을 검증한다.

유리 부분(3)은 광 파장 λ₂를 가진 두 번째 광원(5)을 이용하여 경사지도록 또는 유리판(3)의 측면 가장 자리로부터 조사된다. 두 번째 광원으로부터의 빛은 주어진 부분 공간(3)에서 일부 산란되고, 상기 산란된 빛은 도 1의 좌측을 향하여 경사진 화살표로 표시되어 있다. 유리판(3)은 속도 v로 왼쪽에서 오른쪽으로 이동한다.

도 2는 다시 유리판(3)을 도시한 것이며, 도 2에서는 유리판(3) 아래에 막대 형상의 광원(1)이 설치되고, 상기 광원(1)은 면(side) 또는 판의 표면 아래에 대하여 수직으로 광 파장 λ₁을 방출한다. 도 2에 도시된 것처럼, 또한 방사 파장 λ₂는 다른 도시되지 않은 방사원으로부터 유리판(3)의 측면 가장 자리를 통과하여 영역(5)에 도달한다. 상기 파장 λ₂의 빛은 내부에서 전반사가 이루어지도록 하기 위하여 판유리(3) 내부로 커플링이 되고, 상기 빛은 영역(5)에서 지그-재그 선으로 표시되어 있다. 전 반사된 빛은 부분 공간(2)에서 부분적으로 산란되고 탐지 장치(4)에 도달한다. 산란되지 않고 유리판(3)을 통하여 통과하는 파장 λ₂의 빛은 유리판(3)의 다른 끝 또는 측면에서 표면(6)을 통과한다.

도 3은 도 2에 도시된 것과 유사한 장치를 도시한 것이다. 도 3에 도시된 실시 형태는 막대-형태의(bar-shaped) 광원(1)이 두 개의 부분을 가진다는 점에서 도 2의 광원과 구별되고, 첫 번째 광원은 1', 두 번째 광원은 1"로 표시되어 있다.

CCD 카메라(4)는 유리판(3) 내 부분 공간에 초점이 맞추어져 있다. 추가로 상기 방향에서, 탐지 장치(4)는 부분(1')과 다른 부분(1") 사이의 경계에서 펄스화된 빛을 방사하는 막대-형태 광원(1)의 표면의 일부를 탐지한다.

도 4는 버블 형태로서 유리 내의 공지된 결함의 개략적인 형태를 도시한 것이다. 크기와 개략적인 계란-형태의 구조는 밝은 영역 흡수의 평가에 의하여 얻어진다. 대안으로, CCD 칩은 광 LED1 및 광 LED2를 탐지한다, 즉 7', 8', 7", 8", 7"', 8"', 7"", 8""을 탐지한다. LED 1은 광원(1)의 첫 번째 부분(1")의 빛을 위하여 설치되고 LED2는 두 번째 부분(2")의 빛을 위하여 설치된다.

또한, 파장 λ₂의 빛이 도 3에서 왼쪽에서 오른쪽으로 경사지게 가장자리를 통과하여 유리판(3) 내로 커플링이 된다. 상기 모서리 빛은 오른쪽으로부터 왼쪽으로 버블(결함)을 통과하고, 상기 빛은 조사된(irradiated) 영역 내에서 산란되게 된다.

도 5에 도시된 것처럼, 레이저 펄스는 부분(1')과 다른 부분(1")의 펄스 타이밍으로 조정된다. 실행된 동기화(synchronization)는 도 5에 도시되어 있다.

첫 번째 부분(1')과 두 번째 부분(1")으로부터 각각의 광 펄스에 이어서 각각의 레이저 광 펄스로서 교대로 방출된다. 이러한 방식으로, 첫 번째 광원은 다른 광원으로부터 펄스 사이의 공통 정지 시간 간격(common pause interval) 동안 펄스를 방출한다. 신호 탐지 장치는 연속적으로 산란 영역에 있는 레이저 광(9'), LED1의 광(7"), 레이저 광(9"), LED2의 광(8"), 레이저 광(9") 및 LED1의 광(7"')을 탐지한다.

2003년 4월 4일 출원된 독일 특허 출원 103 16 707.2에 개시된 내용은 참조로서 본 발명에 결합된다. 상기 독일 출원은 위에서 언급되고 아래에 첨부된 청구항에서 청구된 발명을 기술하고, "35 U.S.C. 119"의 적용 하에 예시 발명의 우선성을 주장하기 위한 기초를 제공한다.

본 발명이 투명 소재에 있어서 결함을 탐지하기 위한 방법과 장치에서 실현된 것으로서 제시되고 기술된 반면, 본 발명은 제시된 발명의 상세한 기술에 제한되지 않으며, 이는 다양한 변형 및 수정이 본 발명의 사상으로부터 어떤 형태로든 벗어나지 않고 만들어질 수 있기 때문이다.

추가적인 분석이 이루어지지 않고, 선행하는 것은 본 발명의 요지를 충분히 밝혔으므로 현행의 지식을 적용하여 다른 사람들은 특징을 생략하지 않고 다양한 발명에 대하여 본 발명을 용이하게 적용할 수 있으며, 이러한 적용은 선행 기술의 관점에서 본 발명의 포괄적인 또는 구체적인 양상에 대한 기본적인 특징을 구성한다.

청구된 것은 신규한 것이며 아래의 첨부된 청구항에 개시되어 있다.

본 발명에 따른 방법 및 장치는 유리 제조에 있어서 질적 제어를 위하여 사용된다. 본 발명에 따르면 점차적으로 단지 작은 규모의 결점만이 높은 질의 생산물을 요구하는 생산물의 생산이 가능하도록 한다. 예를 들어, 50 마이크로 미터(㎛)보다 더 큰 직경을 가진 결점의 방지가 TFT 유리의 제조에 있어서 점차 증가하여 요구되고 있고, 상기 TFT 유리는 평면 디스플레이 스크린을 위하여 사용된다.

제조 시에, 단지 50 마이크로 미터(㎛)보다 더 큰 결함 직경을 가진 한정된 수의 결점만이 허용될 수 있다. 본 발명에 따른 방법 및 장치는 위와 같은 제조된 생산물이 이러한 사양(specifications)을 만족시키도록 보장하는 효과를 가진다.

Claims (26)

1. 투명 소재에 있어서 결함을 탐지하는 방법에 있어서,

   a) 두 개의 부분(1',1")으로 나뉘어졌으며 두개의 부분(1',1")이 서로 다른 색의 빛이 되거나 또는 교대로 광 펄스를 방출토록 한 첫 번째 방사원을 이용하여 투명 소재의 한정된 부분 공간(a definite partial volume)을 조사하는 단계(irradiating);

   b) 상기 부분 공간 내에서 상기 빛의 광학적 경로가 투명 소재 내에서 배타적으로 연장되도록 하기 위하여 투명 소재 내부로 두 번째 방사원의 빛을 커플링하는 단계; 및

   c) 투명 소재의 상기 부분 공간 내에서 상기 결함의 존재를 탐지하기 위하여 상기 부분 공간 내의 결함으로부터 두 번째 방사원의 산란된 빛, 상기 부분 공간 내의 결함으로부터 첫번째 방사원의 밝은 영역 흡수 및 상기 부분 공간 내의 결함에 의한 첫 번째 방사원의 빛의 굴절을 동시적으로 탐지하는 단계;

   d) 산란된 광 신호에 대한 밝은 영역 신호의 비율 또는 상기 산란된 광 신호에 대한 굴절 신호의 비율로부터 또는 산란된 광신호, 방사굴절신호 또는 밝은 영역신호와 동시적으로 작업하는 것으로 상기 결함의 결함형태를 결정하는 단계를 포함하는 결함을 탐지하는 방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   국지적인 공간적 분해능(local spatial resolution)을 이용하여 소재을 측정하는 것을 추가로 포함하는 결함을 탐지하는 방법.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 두 번째 방사원은 단일 색채 광(monochromatic light)을 방출하는 것을 특징으로 하는 결함을 탐지하는 방법.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 두 번째 방사원으로부터 빛은 평면 유리 시트 또는 평면 유리 판 내부로 커플링이 되는 것을 특징으로 하는 결함을 탐지하는 방법.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 두 번째 방사원은 녹색 빛(green light)을 방출하는 것을 특징으로 하는 결함을 탐지하는 방법.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 녹색 빛은 532 nm의 파장을 가지는 것을 특징으로 하는 결함을 탐지하는 방법.
7. 청구항 1에 있어서,

   상기 두 번째 방사원은 적색 빛(red light)을 방출하는 것을 특징으로 하는 결함을 탐지하는 방법.
8. 청구항 1에 있어서,

   투명 소재 내부에 커플링이 된 두 번째 방사원의 빛은 투명 소재의 중심 부분에 비하여 투명 소재의 가장 자리에서 10배 높은 강도(intensity)를 가지는 것을 특징으로 결함을 탐지하는 방법.
9. 청구항 4항 내지 8항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 두 번째 광원의 빛은 투명 액체를 통하여 투명 소재 내부로 커플링이 되는 것을 특징으로 하는 결함을 탐지하는 방법.
10. 청구항 1에 있어서,

    상기 첫 번째 방사원과 두 번째 방사원은 펄스화된 빛을 방출하고, 방사원 중의 하나는 방사원 중의 다른 것으로부터 방출된 펄스들 사이의 정지 시간 간격(pause intervals)에만 펄스화된 빛을 방출하는 것을 특징으로 하는 결함을 탐지하는 방법.
11. 청구항 제1,2,3,4,5,6,7,10 항중 어느 한 항에 있어서,

    상기 첫 번째 방사원은 두 개의 부분으로 나누어지고, 상기 두 개의 부분은 서로 다른 색의 빛 또는 두 개의 서로 다른 강도 또는 교대로 빛을 방출하는 것을 특징으로 하는 결함을 탐지하는 방법.
12. 청구항 11에 있어서,

    산란된 빛, 흡수 그리고 굴절될 빛이 상기 부분공간에 초점을 둔 탐지장치에 의해 탐지되며, 탐지장치는 부분(1')과 부분(1")사이의 경계에서 첫번째 방사원의 표면의 일부를 탐지하도록 한 것을 특징으로 하는 결함을 탐지하는 방법.
13. 투명 소재 내에서 결함을 탐지하는 장치에 있어서,

    상기 투명 소재의 한정된 부분 공간의 조사(illumination)를 위한 첫 번째 방사원;

    상기 부분 공간으로부터 발생된 빛을 위한 탐지 장치; 및

    관련된 광학적 경로가 상기 투명 소재의 내부에서 배타적으로 연장되도록 하기 위하여 투명 소재과 관련하여 정렬된 두 번째 방사원을 포함하는 것으로

    첫번째 방사원이 두 개의 방출 부분(1',1")으로 나뉘어졌으며 상기 두개의 부분(1',1")이 서로 다른 색의 빛이 되거나 또는 교대로 광 펄스를 방출토록 한 결함을 탐지하는 장치.
14. 청구항 13에 있어서,

    상기 첫 번째 방사원의 두 개의 부분은 서로 다른 색의 LED들이 되는 것을 특징으로 하는 결함을 탐지하는 장치.
15. 청구항 13항 또는 14항에 있어서,

    상기 탐지 장치는 상기 첫 번째 방사원의 두 개의 부분 양쪽 모두로부터 방출을 탐지하는 방법으로 밝은 영역 빛를 탐지하도록 정렬되는 것을 특징으로 하는 결함을 탐지하는 장치.
16. 청구항 13항 또는 14항에 있어서,

    상기 두 번째 방사원은 레이저가 되는 것을 특징으로 하는 결함을 탐지하는 장치.
17. 청구항 16에 있어서,

    상기 레이저는 532nm의 주파수의 빛을 방출하는 것을 특징으로 하는 결함을 탐지하는 장치.
18. 청구항 16에 있어서,

    상기 레이저는 펄스화된 레이저 인 것을 특징으로 하는 결함을 탐지하는 장치.
19. 청구항 13에 있어서,

    상기 첫 번째 방사원과 상기 두 번째 방사원은 단지 시간-변이된 빛(time-shifted light)을 방출하도록 상기 첫 번째 방사원과 두 번째 방사원을 제어하기 위한 전자 장치를 추가로 포함하는 결함을 탐지하는 장치.
20. 청구항 13에 있어서,

    상기 탐지 장치는 밝은 영역 신호, 산란된 광 신호 또는 굴절 신호(a deflection signal)를 탐지하는 것을 특징으로 하는 결함을 탐지하는 장치.
21. 청구항 13에 있어서,

    상기 탐지 장치는 CCD 카메라가 되는 것을 특징으로 하는 결함을 탐지하는 장치.
22. 삭제
23. 삭제
24. 삭제
25. 삭제
26. 삭제

Images