KR20100025496A - 유리 시트 형태 결정 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 형성 공정 동안 및/또는 후에 유리 시트의 형태를 결정하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 일예로서, 내부 용적의 범위를 규정하는 유리 시트의 형태를 결정하기 위한 시스템은 광원, 이미지 캡쳐 장치 및 유리 시트의 선택된 부분의 용적 내에서의 에너지 중심의 위치를 계산하도록 구성된 프로세서를 포함할 수 있다.
유리 리본, 확장기, 이미지 캡쳐 장치, 형광 에너지, 투사광 벡터

Description

유리 시트 형태 결정 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR DETERMINING THE SHAPE OF GLASS SHEETS}
본 발명은 유리 시트의 형태를 결정하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 특히, 퓨전 다운 드로우 공정에서 그 형성 동안 및/또는 후에 유리 시트의 형태를 결정하기 위한 시스템 및 방법이 제공된다.
최근, 액정표시장치(LCD) 응용을 포함한 다양한 응용에 사용된 유리 시트의 형태 특성에 상당한 관심이 모아지고 있다. 예컨대, LCD 응용에 사용된 유리 시트는 낮은 형태 가변성 및 낮은 압축성을 갖는다. 유리 시트의 형태를 특징짓기 위한 능력은 고가의 처리 도구인데, 형성 공정 동안 및 후에 유리의 형태를 측정하기 위한 현재의 기술은 데이터의 품질 및 양에 한계가 있다.
큰 조각의 유리, 예컨대 표면을 접촉하지 않고 9m2을 초과하는 한측면을 갖는 유리 시트를 측정하는 것은 유리 시트의 거울 같은 반사 및 높은 광학 전송으로 인해 까다롭다. 물체의 형태 측정을 위해 현재 사용된 많은 기술들은 기판 표면에 의한 광의 확산 산란에 달려 있으나, 거울 같은 특성의 유리 때문에, 이들 기술들은 유리 시트 형태 결정에 쉽게 적용할 수 없다. 더욱이, 반사광에 따른 방법들은 보통 측정되는 유리 시트의 크기에 가까운 아주 큰 센서 또는 작은 시계(field of view)로 제한된다. 이들 센서들은 통상 효과적으로 기능하기 위해 유리에 반사하는 각도로 위치되어야 한다. 따라서, 이들 시스템의 비용 및 복잡성을 증가시키는 어레이의 센서 또는 단일 센서의 트랙킹이 보통 유리 시트의 형태를 결정하는데 필요하다. 더욱이, 그와 같은 시스템은 종종 제한된 공간 및 당면한 호의적이지 않은 환경으로 인해 유리 형성 프로세스에 통합하기에는 너무 크다.
유리 시트를 형성하기 위한 기존의 플로트(float) 공정에 있어서, 용융 유리는 용융된 주석의 풀(pool) 또는 욕조(bath)의 표면 상으로 흘러 그 표면을 가로질러 퍼진다. 상기 공정은 수십년 동안 사용되어 왔고, 다양한 응용에 사용할 수 있는 고품질의 유리 시트, 특히 윈도우 글래스의 준비된 공급에 역할을 하고 있다.
어떤 응용에 있어서, 유리 시트는 이들 적합한 윈도우 글래스 외에, 예컨대, 평탄성, 박막성, 압축성 등과 같은 특성들을 필요로 한다. 그와 같은 응용에 있어서, 형성된 유리 시트의 플로트를 위한 연속하는 표면 조정(예컨대, 그라인딩)의 필요성 없이 뛰어난 고품질의 유리 시트를 제조하기 위해 퓨전 다운 드로우 공정이 개발되었다.
퓨전 다운 드로우 공정에 있어서, 용융된 유리-기반의 재료가 홈통을 포함하는 내열성의 몸체에 제공된다. 용융된 재료는 홈통을 흘러 넘쳐 청결한 표면을 갖는 유리 리본을 형성하기 위해 내열성 몸체의 하부에서만 재결합하는 각각의 스트림으로 내열성 몸체를 걸쳐 흐른다. 퓨전 공정 동안 유리 리본의 형태는 결과의 유리 시트의 치수 안정성을 포함한 제조되는 유리의 품질 특성의 초기 지표이기 때문에 알아내는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 유리 시트의 형태를 결정하기 위한 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
적절한 에너지로 자극하면 형광을 발하는 많은 재료가 공지되어 있다. 본 발명에 따르면, 하나 또는 그 이상의 형광 물질(예컨대, 이온들)을 포함하는 유리가 적절한 광 파장으로 유리를 조사함으로써 형광을 발하게 된다. 형광을 발하기 위한 공지의 물질(활성화 물질)들은 우라늄, 망간, 몰리브덴, 티타늄, 은, 텅스텐, 붕소, 리튬, 텔루르(tellurium), 비스무트(bismuth), 주석, 칼슘, 게르마늄, 인듐 및 납을 포함하나, 이들로 한정하지는 않는다. 상기의 하나 또는 그 이상의 물질, 또는 유리재료에 형광을 발하게 하는 또 다른 물질들은 유리의 구성 내에 포함되면 적절한 형광 방출 활성제로 기여한다. 유리에서 형광을 발하는데 필요한 광 파장은 특정 물질에 달려 있지만, 종종 자외선(UV) 파장 범위 내의 파장에 따른다.
기하학적 삼각화에 의해 형광방출 지점에 유리의 위치를 결정하는데 유리 몸체 내의 형광방출이 이용된다. 일예로서, 내부 용적의 범위를 규정하는 유리 리본의 형태를 추정하기 위한 시스템은 광원, 이미지 캡쳐 장치 및 프로세서를 포함할 수 있다. 광원은 미리 결정된 투사 벡터를 따라 미리 결정된 각도로 유리 시트의 선택된 부분으로 광선이 향하도록 구성될 수 있다. 광선은 유리 시트가 이 유리 시트 용적의 선택된 부분 내에서 형광이 발하여 형광 에너지를 방출하게 하도록 구성된다.
이미지 캡쳐 장치는 유리 리본으로부터 방출된 형광 에너지를 감지하도록 구성된 센서를 포함할 수 있다. 더욱이, 이미지 캡쳐 장치는 센서 상에 이미징된 광 에너지의 위치 및 진폭에 기초하여 신호를 생성할 수 있다. 프로세서는 센서에 의해 제공된 신호를 수신하여 유리의 형광방출 부분과 이미지 캡쳐 장치(예컨대, 카메라)간 벡터를 결정한다. 2개의 벡터(투사 및 수신된) 및 다른 고정된 기하학적 시스템 파라메터가 주어지면, 프로세서는 삼각화를 통해 형광방출의 위치를 결정할 수 있다.
투사광 벡터의 각도를 변경함으로써, 프로세서는 유리의 분리된 위치를 나타내는 다수의 방출 지점이 생성되게 할 수 있다. 이들 분리된 지점들로부터 유리 리본 또는 시트의 형태가 프로세서에 의해 결정될 수 있다. 선택적으로, 구축된 광은 다수의 방출 지점이 동시에 아주 빠른 속도로 형태 측정이 일어날 수 있도록 유리 시트로 향한다.
하나의 실시예에 있어서, 유리 시트 형태 결정 방법은 유리 시트를 제공하는 단계; 광선에 의해 유리 시트의 내부를 조사하는 단계; 및 형광방출 내부의 에너지 중심 위치를 결정하는 단계를 포함하며, 상기 광선은 유리 시트의 내부가 형광 에너지를 방출하게 하도록 선택된 파장을 포함한다.
다른 실시예에 있어서, 유리 시트 형태 결정 방법은 유리 시트를 제공하는 단계 및 유리 시트 상에 다수의 미리 결정된 위치에 광선을 향하게 하는 단계를 포함하며, 상기 광선은 유리 시트의 내부가 형광 에너지를 방출하게 하도록 선택된 파장을 포함한다. 다음에, 내부에 의해 방출된 결과의 형광 에너지는 형광방출 내부의 에너지 중심 위치를 결정하도록 센서 상에 이미징될 수 있다. 이들 단계는 다수의 에너지 중심 위치를 알아내기 위해 유리 시트 상의 다수의 위치에 대해 반복될 수 있으며, 이에 따라 유리 시트의 형태가 결정될 수 있다.
또 다른 실시예에 있어서, 유리 시트 형태 결정 방법은 미리 결정된 투사 벡터를 따라 미리 결정된 각도로 유리 시트에 레이저 빔이 향하도록 구성된 레이저를 포함한다. 레이저 빔은 이 레이저 빔이 전파되는 유리시트의 내부가 형광을 발하여 형광 에너지를 방출하게 하는데 충분한 선택된 파장을 포함하며, 형광방출 내부는 에너지 중심을 포함한다. 더욱이, 시스템은 형광 에너지를 수신하여 센서 상에 형광 에너지를 이미징하도록 구성된 이미지 캡쳐 장치를 포함하며, 상기 센서는 센서 상의 이미징된 형광 에너지의 위치에 기초하여 위치신호를 생성한다. 프로세서는 이미지 캡쳐 장치로부터 위치신호를 수신하는 단계, 이미지 캡쳐 장치와 에너지 중심간 수신 벡터를 결정하는 단계, 및 투사 벡터 및 수신 벡터에 기초하여 유리 시트의 형광방출 내부에 에너지 중심의 위치를 결정하는 단계를 실행하도록 구성된다. 시스템이 형광을 발하도록 유리 시트의 다수의 내부에 구성됨으로써 유리 시트의 형태가 선택된 방향 또는 방향들에서 결정될수 있다. 다수의 내부가 순차적으로 또는 동시에 형광을 발하도록 이루어질 수 있다.
본 발명의 추가의 양태가 특히 상세한 설명, 및 이하의 소정 청구항들에서 기술될 것이며, 특히 상세한 설명으로부터 유도되거나, 또는 본 발명의 실시에 의해 교시될 수 있다. 상기의 일반적인 설명 및 이하의 상세한 설명은 예시 및 설명일 뿐 기술된 그리고 청구된 바와 같은 발명으로 제한하지는 않는다.
상기와 같이 이루어진 본 발명은, 퓨전 다운 드로우 공정에서 그 형성 동안 및/또는 후에 유리 시트의 형태를 결정하기 위한 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예의 설명이 본 발명의 용이한 이해를 위해 제공된다. 이 때문에, 당업자들은 많은 변경들이 여기에 기술된 다양한 실시예들에 의해 이루어질 수 있고, 또 본 발명의 유효한 결과를 얻을 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것으로 평가된다. 또한, 본 발명의 몇몇 원하는 이점들이 다른 특징들을 이용하지 않고 본 발명의 몇몇 특징들을 선택함으로써 얻어질 수 있다는 것은 자명하다. 따라서, 당업자라면 본 발명에 대한 많은 변형 및 적용이 가능하고, 심지 어 임의 상황에도 유효할 수 있으며, 본 발명의 일부가 되리라는 것을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 이하의 설명은 본 발명의 원리를 기술하기 위해 제공될 뿐 한정하지는 않는다.
본 발명의 실시예 따르면, 형성 공정 동안 및/또는 후에 유리 시트의 형태를 결정하기 위한 시스템 및 방법이 기술된다. 여기에 사용된 바와 같이, 용어 "유리 시트"는 형성 공정 동안 또는 후의 유리를 포함하며, 한정하지는 않는다. 따라서, 일예로서, 용어 "유리 시트"는 여러 상태(예컨대, 점탄성, 탄성 등)로 아이소파이프의 루트로부터 하향하는 유리 리본 뿐만 아니라 유리 리본으로부터 절단되는 최종 유리 시트를 포함할 수 있다.
여기에 퓨전 다운 드로우 공정과 관련하여 기술했을 지라도, 플로트 공정, 슬롯 드로우 공정, 업 드로우 공정, 및 싱글-사이드 오버플로우 다운 드로우 공정을 포함하는 공지의 다수의 유리 형성 공정 중 어느 하나를 이용하여 형성된 유리 리본 또는 시트의 형태를 결정하기 위해 여기에 기술된 시스템 및 방법이 이용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
도 1에 나타낸 유리 시트를 형성하기 위한 예시의 퓨전 다운 드로우 공정에 있어서, 공급 파이프(10)는 내열성 몸체 또는 수집 홈통(14)을 포함하는 아이소파이프(12)에 용융 유리(11)를 제공한다. 용융 유리는 아이소파이프의 루트(18) 또는 인발 라인에서 합류되는 아이소파이프의 한데 모아지는 외면을 따라 아래로 흐른 후 안쪽으로 흐르는 2개의 분리된 유리의 스트림을 형성하기 위해 양측 홈통의 상부를 넘쳐 흐른다. 2개의 용융 유리 스트림은 루트에서 만나, 단일의 유리 리 본(20)으로 함께 융합된다. 다음에, 유리 리본은 최종적으로 유리 시트가 형성되는 인발 및 다른 다운스트림 처리 장비에 제공될 수 있다.
유리 리본(20)은 형성 공정 동안 여러번의 물리적인 상태를 거쳐 통과한다. 용융 유리는 점성 상태로 아이소파이프(12)의 측면을 넘쳐 흐른다. 다음에, 분리된 흐름은 아이소파이프의 하부에서 유리 리본을 형성하기 위해 융합된 후, 리본의 유리가 점탄성 상태에서 탄성 상태로 변이한다. 그 유리가 탄성물질로 변형된 후, 유리 리본은 최종 유리 시트(24)를 형성하기 위해 스코어(score)되어 분리될 수 있다(스코어 라인(22)으로 기술된 바와 같이).
하나의 실시예에 따르면, 도 2에 기술된 시스템(26)이 형성 공정(예컨대, 다운-드로우 퓨전 공정) 동안 유리 리본의 형태를 결정하기 위해 사용될 수 있으며, 또 시트가 리본으로부터(또는 보다 큰 시트로부터) 분리된 후 각각의 유리 시트의 형태를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 시스템(26)은 조명 장치(28), 이미지 캡쳐 장치(30) 및 프로세서(32)를 포함한다. 조명 장치(28)는 빔에 의해 조사되는 유리의 내부(36)가 형광을 발하게 하기 위해 선택된 파장으로 유리 시트(24) 쪽으로 선택된 투사 벡터(34)를 따라 광선이 향하도록 구성될 수 있다. 상기 내부는 시트의 대향하는 주 표면들 사이의 유리의 일부(즉, 시트의 두께에 걸친)를 의미한다. 결과적으로, 유리는 이 유리의 조사된 내부로부터 형광 에너지를 방출한다. 프로세서(32)와 연결된 이미지 캡쳐 장치(30)는 방출된 광을 수신하여 형광방출 내부의 에너지 중심(예컨대, 도 3의 58a, 58b)과 이미지 캡쳐 장치간 벡터(37)를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 마스터 기준 프레임, 투사광 벡터(34), 수신광 벡 터(37) 및 시스템 지오메트리(system geometry)가 주어지면, 프로세서(32)는 마스터 기준 프레임 내에서 형광방출 내부의 에너지 중심 위치를 계산할 수 있다.
조명 장치(28)는 광원(38), 예컨대 레이저, UV LED 광원과 같은 발광 다이오드(LED), 고출력 UV 램프와 같은 램프, 또는 유리 시트의 내부에서 형광을 발하게 하는 파장으로 유리 시트에 네로 빔(narrow beam)의 광을 향하게 할 수 있는 어떤 다른 광원을 포함하지만, 이들로 한정하지는 않는다. 하나의 실시예에 있어서, 조명 장치(28)는 자외선 범위의 파장을 갖는 레이저 빔(40)을 방출하도록 구성된 레이저(38)를 포함한다. 선택적으로, 레이저는 레이저 빔이 유리에 걸쳐 전파될 때 유리의 형광방출을 야기할 수 있는 소정의 파장을 갖는 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 레이저는 약 150nm에서 500nm의 범위, 약 220nm에서 290nm의 범위, 또는 그 이상의 범위, 바람직하게는 약 260nm에서 270nm의 범위의 파장을 갖는다. 예시의 레이저는 266nm 고조파 YAG 레이저, 248nm NeCu 레이저, 248 ArF 레이저, 또는 224nm HeAG 레이저 등을 포함하지만, 이들로 한정하지는 않는다.
더욱이, 조명 장치(28)는 레이저원으로부터 레이저 빔을 수신하여 유리 시트(24) 상의 미리 결정된 위치로 향하게 하도록 여러 미리 결정된 각도로 선택적으로 배치될 수 있는 미러 또는 다면 프리즘과 같은 광학요소(42)를 포함한다. 특정 양태에 있어서, 광학요소(42)는 공지된 기존의 미러 검류계를 포함한다. 예컨대, 미러 검류계는 2축 스캐닝 미러 검류계를 포함하거나, 또는 스탭 모드에서 동작하는 2개의 단일축 스캐닝 미러 검류계를 포함할 수 있다. 바람직하게, 미러 검류계는 미러의 각 위치를 알아내 프로세서에 제공하여 마스터 기준 프레임 내로 부터 반사된 빔의 각 방향을 제공하기 위한 각 위치 센서(44)를 포함한다. 각 위치 센서(44)는 미러의 엑츄에이터(45) 내에 통합된다. 검류계 또는 다른 스캐닝 또는 방향 메커니즘이 사용되지 않을 경우, 각 위치 센서는 사용된 바와 같은 레이저 또는 다른 광원과 직접 결합될 것이다. 필요할 경우, 카메라와 광원의 위치를 보정하여 마스터 좌표의 프레임 내에 그들 위치를 정하기 위해 구조의 초기 보정이 실행될 수 있다. 선택적으로, 카메라 및 광원 모두가 각 위치 상의 프로세서(32)에 정보를 제공하는 위치 감지 장치에 조립될 수 있다.
도 2에 나타낸 또 다른 양태에 있어서, 조명 장치(28)는 선택적으로 광선으로부터의 균일한 에너지 분배를 보장하기 위해 공간 필터 또는 빔 성형기(46)를 포함한다. 또한, 조명 장치(28)는 유리 시트에 입사하는 빔 폭(예컨대, 횡단 영역)을 조절하기 위해 빔 확장기(48)를 포함한다.
이미지 캡쳐 장치(30)는 적어도 유리 시트의 일부가 카메라의 시계 내에 있도록 위치될 수 있는 이미징 카메라(50)를 포함한다. 카메라(50)는 형광방출 내부의 에너지 중심에서 카메라까지의 벡터를 결정하기 위해 센서 상에 카메라에 의해 캡쳐된 형광 에너지를 이미징하도록 구성될 수 있다. 단일의 필요한 카메라만이 사용된다. 그러나, 몇몇 실시예에서는 유리 시트(24)가 단일 카메라의 시계보다 크면 다수의 카메라가 사용될 수 있다. 이는 다수의 시계를 오버랩할 필요는 없다.
이미징 카메라(50)는 렌즈 시스템(52) 및 센서(54)를 포함한다. 렌즈 시스템(52)은 형광방출 유리에 의해 방출된 광을 수신하여 센서 상에 수신된 광 에너지 를 이미징하도록 구성된다. 센서(54)는, 예컨대 아날로그 위치 감지 검출기(PSD) 또는 픽셀형 어레이 센서가 될 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 센서(54)는 픽셀형 어레이 센서이다. 센서 상에 수신된 광 에너지의 이미징은 방출된 형광 에너지의 각 벡터를 센서 상에 위치로 변환시킨다. 센서(54)는 이러한 위치를 라인(55)을 통해 프로세서(32)에 제공되는 아날로그 또는 디지털 출력신호로 변환시킨다.
형광방출 지점의 에너지 중심이 유리 시트의 내부에 있기 때문에, 시스템(26)은 유리의 벌크 효과(bulk effect)를 보상하도록 구성된다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 레이저 빔이 유리에 걸쳐 전파됨에 따라, 그 빔으로부터의 광 에너지는 흡수(감쇄)되며, 에너지 강도 프로파일로 나타난다. 그 감쇄는 거의 지수적이다. 제1위치에서, 본 예에서는 수직이라고 가정하면, 그 강도 분포는 에너지 중심(58a)을 포함하는 영역(56a)로 나타난다. 빔이 제1(좌측)위치(벡터 34a)에서 제2(우측)위치(벡터 34b)로 유리 시트를 가로질러 스캔됨에 따라, 유리에 걸친 빔의 통과길이가 증가하여 그 빔은 더 감쇄된다. 따라서, 빔이 스캔됨에 따라, 형광방출의 검출된 에너지 중심은 유리의 입사면(59)에 더 가깝게 이동하고 시트/리본은 인의적인 스캐닝에 따라 휘어짐을 포함하는 것으로 나타날 것이다.
유리 시트의 형태를 결정하기 위해, 조명 장치(28)로부터의 벡터(34a, 34b) 및 유리 시트의 형광방출 내부의 에너지 중심에서 이미지 수집 장치(30)까지의 벡터(37a, 37b)의 각 방향(angular direction)은 마스터 기준 프레임 내의 에너지 중심 위치를 삼각화하기 위해 프로세서(32)에 의해 사용된다. 예컨대, 에너지 중심 의 x, y, z축은 데카르트 마스터 기준 프레임을 위해 계산될 것이다.
유리 시트를 가로지르는 투사된 광선을 이동시켜 유리 시트의 다수의 선택된 내부가 형광을 발하게 함으로써, 유리 형태의 맵이 결정될 수 있다. 예컨대, 이동 범위에 따라, 지점들의 클라우드(cloud)를 생성함으로써 1차원 또는 2차원 크기 맵이 생성된다. 센서는 지점들의 클라우드에서 각각의 에너지 중심을 감지하도록 구성되고, 프로세서는 각각의 에너지 중심 위치를 결정하도록 구성된다.
하나의 양태에 있어서, 프로세서(32)는 각각의 에너지 중심과 센서(54)간 각각의 수신광 벡터를 결정하고, 각각의 투사 벡터 및 수신광 벡터에 기초하여 각각의 에너지 중심 위치를 결정하도록 구성된다. 결정된 순차의 에너지 중심 위치에 기초하여 유리 시트의 형태가 상당히 가까워질 수 있다(예컨대, 지점들의 클라우드).
하나의 실시예에 따르면, 유리 시트의 형태를 결정하는 방법은 다음과 같이 진행된다. 프로세서(32)는 레이저 및 미러 검류계와 전기적으로 소통되고 미러 검류계(즉, 광학요소)의 엑츄에이터에 위치신호를 송신하도록 구성된다. 위치신호에 따라 미러 검류계는 마스터 좌표 시스템에 규정되고 미러 검류계와 시트간 투사 벡터(34)를 따라 미리 결정된 각도로 유리 시트(24) 쪽으로 레이저 빔을 반사하기 위한 제1위치에 배치되며, 미러 검류계의 위치신호는 라인(61)을 따라 프로세서(32)로 향한다.
레이저 빔은 유리를 가로질러 유리의 내부를 조사함으로써, 유리 시트의 조사된 내부가 형광 에너지를 방출하게 한다. 카메라(50), 또는 다른 이미지 캡쳐 장치는 센서(54)를 통해 방출된 형광 에너지의 각 방향(예컨대, 방출광의 에너지 중심)을 감지한다. 센서(54)는 센서 상에 이미징된 광의 위치 및 진폭에 기초하여 라인(55)을 따라 프로세서에 전자신호를 제공하며, 이에 따라 에너지 중심으로부터의 벡터가 결정될 수 있다.
렌즈 시스템은 당업자에게 잘 알려진 방법을 이용하여 센서 상에 광 에너지의 위치로 상기 수신된 형광 에너지의 정확한 변환을 보장하도록 보정될 수 있다. 예컨대, 초점 길이, 방사 대칭 렌즈 왜곡량, 경사 렌즈 투시도, 비방사 대칭 왜곡량, 오프-축 렌즈 수차로 인한 중심 이동, 및 유리 형광방출 벌크 효과와 같이 하나 또는 그 이상의 렌즈 효과가 보정될 수 있으며, 이들로 한정하지는 않는다.
하나의 예시의 양태에 있어서, 센서가 픽셀형 센서이면, 각각의 픽셀 데이터는 원하는 신호 대 노이즈비를 얻기 위해 전체 아날로그 이득 및 오프셋 함수를 통해 센서에 의해 처리될 수 있다. 각각의 픽셀은 센서 상의 패턴 노이즈를 감소시키기 위해 각각의 이득/오프셋 간격이 보정될 수 있다. 이어서, 결과의 전자신호가 프로세서(32)로 전달될 수 있다. 또한, 프로세서는 셋업 중에 변하는 배경 이미지의 영향을 감소시키기 위해 프레임에 대한 감산을 실행할 수 있다. 이미지된 에너지 중심의 크기에 매칭된 표준 공간 필터는 노이즈를 더 감소시키기 위해 이미지에 걸쳐 실행될 수 있다. 공간 필터는 다른 신호 처리 기능 뿐만 아니라 바이어스 에러를 최소화하기 위해 변경될 수 있다. 기존의 얼룩-검출 및 픽셀-중심 알고리즘이 픽셀 공간에서 픽셀형 센서의 기준 프레임 내의 에너지 중심의 위치를 계산하기 위해 실행될 수 있다. 이 후, 렌즈 변환 알고리즘이 실제 에너지 중심 과 카메라간 벡터를 얻기 위해 적용될 것이다.
프로세서(32)는 표준 삼각법, 검류계에서 시트까지의 투사 벡터 및 시트에서 카메라까지의 형광방출 광(수신된) 벡터, 및 유리 시트 형광방출 내부의 에너지 중심 위치를 삼각화하기 위한 광원(예컨대, 검류계) 및 카메라의 공지된 위치를 이용한다. 예시의 방법이 도 4에 나타나 있다. 도 4의 실시예에 따르면, 마스터 기준 프레임이 x, y 및 z축으로 규정된다. 조명 장치(28; 다수의 특정 광학요소(42)) 및 이미지 캡쳐 장치(30)의 위치가 규정되어 마스터 기준 프레임 내에 공지되고, 투사 및 수신 벡터의 각 방향도 공지된다. 이어서, 유리 시트의 형광방출 내부의 에너지 중심 위치(예컨대, 58a)가 이하의 식으로부터 결정될 수 있다:
Figure 112009052618533-PAT00001
여기서
Figure 112009052618533-PAT00002
, 아래 첨자 "s"는 광원과 관련되고, 아래 첨자 "c"는 카메라와 관련되고, 아래 첨자 "t"는 에너지 중심과 관련된다. 따라서, 예컨대
Figure 112009052618533-PAT00003
는 카메라와 에너지 중심간 벡터의 각도이고, xt, yt 및 zt는 각각 에너지 중심의 x, y 및 z 좌표이다. 광원에서 시트까지의 벡터가 직선 경로의 광원의 위치로부터 결정되고, 따라서 광학요소(42; 예컨대 검류계 미러 또는 미러가 사용되지 않으면 다른 광학요소)에서 유리 시트까지의 벡터가 결정된다.
바람직하게, 프로세서는 유리 시트의 두께 효과를 보상하도록 구성된다. 하나의 양태에 있어서, 시스템은 초기에 보정될 수 있으며, 룩-업 테이블은 보정 동안 얻어진 값에 기초하여 생성될 수 있다. 하나의 양태에 있어서, 보정 알고리즘은 이들 값에 기초할 수 있다.
상술한 프로세스는 유리의 추가 형광방출 내부의 위치(예컨대, 중심(58b))를 결정하기 위해 순차 반복될 수 있다. 따라서, 프로세서(32)는 제2투사 벡터를 따라 유리 시트 쪽으로 레이저 빔을 반사하기 위해 미러 검류계를 재배치하도록 라인(61)을 통해 위치결정 신호를 송신하도록 구성될 수 있다. 이미지 캡쳐 장치는 방출된 형광 에너지를 제2에너지 중심으로부터 감지하여 대응하는 전기신호를 프로세서로 송신하도록 구성된다. 프로세서는 제2에너지 중심과 카메라간 형광방출 광 벡터를 결정하여 제2에너지 중심 위치를 결정한다. 유사하게, 다수의 형광방출 내부가 유리 내에 생성됨에 따라, 각각의 에너지 중심 위치들이 프로세서에 의해 계산되며, 그 각각의 에너지 중심 위치들에 기초하여 유리의 형태가 결정될 수 있다.
또 다른 실시예에 있어서, 다수의 형광방출 내부가 소위 "구축된" 광에 의해 동시에 형성될 수 있다. 예컨대, 광학요소(42)는 빔(40)을 유리 시트의 다수의 내부를 조사하는 다수의 빔으로 분할하는 다면 굴절요소가 될 것이다.
몇몇 실시예에 있어서는, 도 1의 형광방출 지점(60)의 라인으로 나타낸 바와 같이 리본의 폭을 가로지르는 것과 같이 이동하는 유리 리본에 대한 유리의 형태가 결정될 것이다. 예컨대, 퓨전 다운 드로우 공정에서 아이소파이프로부터 인발되는 이동하는 유리 리본의 형태는 유리의 탄성 영역에서와 같이 주어진 위치에서 시 트의 폭을 가로질러 결정될 수 있다. 통상의 제조 환경에서, 퓨전 드로우 머신(fusion draw machine)은 고온(예컨대, 800℃)에 도달하는 둘러싸인 공간이며, 그 공간에 대한 접근은 유리 리본을 에워싸는 공간의 범위 내에서 필요한 민감한 온도 균형을 유지하기 위해 제한된다. 따라서, 유리 리본을 조사하기 위해 윈도우를 통해 광원을 그 공간으로 향하게 할 필요가 있다. 그와 같은 예에서, 리본의 폭을 가로지르는 1차원 스캔이 유일한 실용적인 선택이 될 것이다. 물론, 시스템은 윈도우에 의해 야기된 왜곡을 없애기 위해 보정될 것이다. 다른 실시예에 있어서, 접근이 덜 제한되고, 2차원 측정이 이루어질 수 있으며, 리본은 다수의 지점(62)으로 나타난 바와 같이 2차원 형태 및/또는 틸트(tilt)를 얻기 위해 리본의 길이 아래 및 리본의 폭에 걸친 다수의 지점을 가로질러 광원에 의해 스캔된다. 다른 양태에 있어서, 시스템은 또한 전체 형태를 결정하여 요구된 명세서에 부합하는 것을 보장하기 위해 절단된 유리 시트를 2차원으로 스캔할 수 있다.
장점적으로, 본 발명은 조금이라도 유리가 규정된 형태(예컨대, 용융된)를 갖지 않게 되는 온도 이하의 온도를 갖는 유리의 형태를 측정하는데 사용될 수 있다. 예컨대, 시험에서는 본 발명이 800℃를 초과하는 온도를 갖는 유리의 형태 측정에 적용가능한 것을 나타냈다. 한편, 실온 또는 실온 이하에서 유리 시트의 형태 측정은 쉽게 이루어질 것이다. 따라서, 물질 자체의 물리적인 한계에 기초하여 측정되는 물품에 대한 가능한 온도는 광범위하다. 디스플레이 응용을 위해 사용된 유리의 경우, 형태 측정은, 예컨대 실온(즉, 23℃) 또는 그 이하에서, 100℃ 초과, 200℃ 초과, 300℃ 초과, 400℃ 초과, 500℃ 초과, 600℃ 초과, 700℃ 초 과 및 심지어 800℃ 초과의 유리 온도에서 이루어질 수 있다. 시험에서는 적어도 850℃의 온도에서 성공적으로 이루어졌다.
또 다른 실시예에 있어서, 제2공지(공지의 형태를 갖는)의 평면(64)이 도 5에 나타낸 바와 같이 유리 시트(24) 배후에 배치될 수 있다. 그 공지 평면은 레이저 빔이 부딪힐 때 형광을 발하도록 선택된 재료의 면이 될 수 있다. 레이저 빔이 미러 검류계로부터 반사되어 유리 시트 배후에 위치된 공지 평면에 의해 유리 시트로 향한다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 각각의 형광방출 지점은 유리 시트의 내부에서 그리고 공지 평면 상에서 방출되게 할 것이다. 유리 시트의 형광방출 내부의 중심으로 공지의 평면 상의 형광방출 영역의 중심을 참조함으로써, 알고리즘 처리를 통해 비교적 높은 정확도가 얻어질 수 있다. 예컨대, 공지 평면의 형태 및 위치가 공지되기 때문에, 공지 평면(다수의 형광방출 지점에 걸친)의 "측정된" 형태는 공지 평면의 실제 형태에서 뺄 수 있고, 공지 평면의 측정된 형태와 실제 형태간 차이가 결정될 수 있다. 이어서, 그 차이는 높은 정확도로 실제 유리 시트 형태를 결정하기 위해 보정 인자로서 그 측정된 유리 시트 형태에 적용될 수 있다.
이전 실시예의 대안으로서, 제2공지의 평면은 단지 높은 레벨의 산란이 그 면에서 발생하도록 확산면을 포함할 것이다. 제2시트의 표면 산란의 중심이 제2시트 상의 표면 형광방출의 중심 대신 사용될 수 있다.
예
무게당 약 0.5% 주석 농도를 갖는 3개의 유리 시트(샘플 A), 무게당 약 0.1% 주석 농도를 갖는 유리(샘플 B), 및 무게당 약 0.01% 주석 농도를 갖는 유리(샘플 C)에 대한 유리 방출 스펙트럼을 결정하기 위한 시험이 이루어졌다. 유리 시트들은 NeCu 레이저원으로부터 248nm 광으로 자극된다. 도 6에서 보는 바와 같이, 유리는 상대적인 주석 농도에 따른 강도로 350nm 내지 500nm 파장 범위에서, 또 그 범위 이하 및 이상의 파장 범위(예컨대, 약 250nm 내지 700nm 파장 범위)에서 형광방출한다. 나타낸 바와 같이, 보다 높은 주석 농도를 갖는 유리는 보다 낮은 주석 농도를 갖는 유리보다 높은 강도로 형광방출한다.
근사 가우시안 빔 형태의 펄스형 266nm 4차 고조파 YAG 레이저를 이용하는 도 2에 나타낸 바와 같은 시스템을 이용하여 유리 시트의 형태를 결정하기 위한 2차 시험이 이루어졌다.
2개의 보조시험이 행해진다: 즉, 첫번째 보조시험에서는 출력은 2배 이하이지만 레이저 빔의 균일성을 증대시키거나 유지시키는 공간 필터를 이용한다. 두번째 보조시험에서는 레이저 빔 형태의 균일성의 약간의 저하에도 불구하고 추가의 레이저 출력을 얻기 위해 공간필터가 제거된다. 상기 보조시험들에 있어서, 약 1mm 내지 5mm 크기 유리의 용적에서 결과의 형광방출 지점을 주기 위해 빔 확장기가 사용된다.
미러 검류계가 유리 시트 쪽으로 레이저 빔을 향하게 하기 위해 상기 보조시험들에 사용된다. 미러 검류계의 각 위치(angular position)는 타겟 유리 시트로 반사된 레이저 빔의 결과의 각을 결정하기 위해 사용된다. 상술한 바와 같은 기 능들을 수행하는 렌즈 시스템 및 센서를 포함하는 카메라가 결과의 형광방출 광을 수신하기 위해 사용된다.
유리 시트는 카메라 및 광원으로부터 약 1m 위치에 배치되고, 카메라 및 검류계는 서로 약 800mm에서 고정된다. 카메라 및 레이저에 대한 여러 위치 및 다양한 형태의 LCD 유리 시트들이 각각의 형태를 결정하기 위해 측정된다. 예컨대, 길이가 약 1m로 측정되는 보통 평평한 유리 시트는 한 면을 가로지르는 19개의 지점에서 스캔되고, 여러 지점에서의 유리 시트의 위치가 유리 시트의 전체적인 형태를 결정하기 위해 사용된다. 도 7의 커브(66)로 나타낸 바와 같은 측정된 유리 시트의 형태는 보통 평평하다. 또한, 그 측정 표준 편차는 커브(68)로 나타나 있다. 유리 시트는 X-Y 평면에서 여러 각도로 틸트(tilt)된다. 결과는 약 30㎛ 랜덤 에러만을 나타낸다. 유리 시트는 Z-Y 평면에서 여러 각도로 틸트된다. 결과는 다시 알 수 있는 약 30㎛ 랜덤 에러만으로 예상된다.
상술한 본 발명의 실시예들, 특히 "바람직한" 실시예들은 가능한 예시의 실시예일 뿐이고, 본 발명의 원리의 명확한 이해를 위한 것일 뿐이라는 것을 강조한다. 본 발명의 목적 및 원리로부터 벗어나지 않고 많은 다양한 변경 및 변형이 상술한 본 발명의 실시예들에서 이루어질 수 있다. 예컨대, 시트 크기가 크면, 다수의 광원 및 다수의 카메라가 채용되고, 따라서 도 2에 도시된 장치 또는 유닛이 되풀이하여 사용된다(프로세서를 이중으로 채용하기 보다는 그와 같은 모든 유닛을 제어하기 위해 중앙 프로세서가 채용될 지라도). 이러한 실시예에 따르면, 각각의 유닛은 미리 결정된 시트의 부분을 스캔하고, 그 결과가 전체 시트의 합성 이미지를 형성하기 위해 다른 유닛으로부터의 데이터와 통합된다. 시트의 견줄만한 적용범위를 보장하길 원하면 몇몇 오버랩이 도입될 지라도 각 카메라의 시계가 오버랩될 필요는 없다.
더욱이, 상기 설명이 유리 시트의 측정에 기초하지만, 적절한 파장 광으로 조명될 때 형광을 발하는 재료의 몸체를 제공하는 본 발명의 실시예에 따른 다른 재료들이 측정될 것이다. 예컨대, 어떤 플라스틱 시트가 유리 시트를 대신할 것이다. 모든 그와 같은 변형 및 변경들은 이러한 설명 및 본 발명의 범위 내에 포함되어 이하의 청구항들로 보호될 것이다.
따라서, 본 발명의 한정하지 않는 양태 및/또는 실시예는 이하의 방법을 포함한다.
C1. 유리 시트 형태 결정 방법은:
유리 시트를 제공하는 단계;
유리 시트의 내부가 형광 에너지를 방출하게 하기 위해 선택된 파장을 포함하는 광선에 의해 유리 시트의 내부를 조사하는 단계; 및
형광방출 내부의 에너지 중심 위치를 결정하는 단계를 포함한다.
C2. C1에 따른 방법은, 파장이 UV파장이다.
C3. C1 또는 C2에 따른 방법은, 광선이 레이저 빔이다.
C4. C1 내지 C3 중 어느 하나에 따른 방법은, 위치 결정 단계가 단일의 카메라에 의해 방출된 형광을 수집하고, 그 방출된 형광 에너지를 센서 상에 이미징하는 단계를 포함한다.
C5. C1 내지 C4 중 어느 하나에 따른 방법은, 유리 시트 제공 단계가 다운 드로우 공정을 이용하여 유리 시트를 인발하는 단계를 포함한다.
C6. C1 내지 C5에 따른 방법은, 광선에 의해 제2표면을 조사하는 단계를 더 포함하고, 상기 제2표면이 광선의 전파 방향에 대해 유리 시트의 이면이면서 형광을 방출한다.
C7. C1 내지 C5 중 어느 하나에 따른 방법은, 광선에 의해 제2표면을 조사하고, 산란된 광의 중심을 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 제2표면이 광선의 전파 방향에 대해 유리 시트의 이면이면서 광선을 산란시킨다.
C8. C1 내지 C7 중 어느 하나에 따른 방법은, 유리 시트의 온도가 100℃이거나 이 보다 높다.
C9. C1 내지 C8 중 어느 하나에 따른 방법은, 유리 시트가 그 두께에 걸쳐 분포된 주석을 포함한다.
C10. C1 내지 C9 중 어느 하나에 따른 방법은, 다수의 내부가 조사되고, 다수의 에너지 중심의 다수의 위치가 결정된다.
C11. C10에 따른 방법은, 다수의 내부가 순차 조사된다.
C12. C10에 따른 방법은, 다수의 내부가 동시에 조사된다.
C13. 유리 시트 형태 결정방법은:
a) 유리 시트를 제공하는 단계;
b) 유리 시트의 내부가 형광 에너지를 방출하게 하기 위해 선택된 파장을 포함하는 광선이 유리 시트 상의 미리 결정된 위치로 향하게 하는 단계;
c) 내부에 의해 방출된 형광 에너지를 이미징하는 단계;
d) 형광방출 내부의 에너지 중심 위치를 결정하는 단계;
e) 다수의 에너지 중심 위치를 알아내기 위해 유리 시트 상의 다수의 위치에 대해 단계 b) 내지 d)를 반복하는 단계; 및
f) 다수의 에너지 중심 위치로부터 유리 시트의 형태를 결정하는 단계를 포함한다.
C14. C13에 따른 방법은, 광선이 레이저 빔이다.
C15. C13 또는 C14에 따른 방법은, 광선이 UV광이다.
C16. C13 내지 C15에 따른 방법은, 단계 a)가 다운 드로우 공정을 이용하여 연속으로 이동하는 유리 리본인 유리 시트를 인발하는 단계를 포함한다.
C17. C13 내지 C16 중 어느 하나에 따른 방법은, 유리 시트의 온도가 100℃이거나 이 보다 높다.
C18. C13 내지 C17 중 어느 하나에 따른 방법은, 유리 시트가 그 두께에 걸쳐 분포된 주석을 포함한다.
C19. 유리 시트 형태 결정 시스템은:
미리 결정된 투사 벡터를 따라 미리 결정된 각도로 유리 시트에 레이저 빔이 향하도록 구성된 레이저;
형광 에너지를 수신하고, 그 형광 에너지를 센서 상에 이미징하도록 구성된 이미지 캡쳐장치; 및
이미지 캡쳐 장치로부터 위치신호를 수신하는 단계, 이미지 캡쳐 장치 와 에너지 중심간 수신 벡터를 결정하는 단계, 및 투사 벡터 및 수신 벡터에 기초하여 유리 시트의 형광방출 내부에 에너지 중심의 위치를 결정하는 단계를 실행하도록 구성된 프로세서를 포함하고,
상기 레이저 빔이 이 레이저 빔이 전파되는 유리 시트의 내부가 형광을 발하여 형광 에너지를 방출하게 하는데 충분한 선택된 파장을 갖고, 형광방출 내부가 에너지 중심을 포함하며,
상기 센서가 센서 상에 이미지된 형광 에너지의 위치에 기초하여 위치신호를 생성한다.
C20. C19의 시스템은, 이미지 캡쳐 장치가 단일의 이미지 캡쳐 장치이다.
C21. C19 또는 C20의 시스템은, 유리 시트의 다수의 내부가 형광을 발한다.
C22. C21의 시스템은, 다수의 내부가 동시에 형광을 발한다.
C23. 물품 형태 결정 방법은:
재료의 시트를 제공하는 단계;
유리 시트의 내부가 형광 에너지를 방출하게 하기 위해 선택된 파장을 포함하는 광선에 의해 유리 시트의 내부를 조사하는 단계; 및
형광방출 내부의 에너지 중심 위치를 결정하는 단계를 포함한다.
C24. C23에 따른 방법은, 이미징 시스템에 의해 방출된 형광 에너지를 검출하는 단계를 더 포함한다.
C25. C23 또는 C24에 따른 방법은, 다수의 내부를 조사하고, 다수의 에너지 중심 위치를 결정하는 단계를 더 포함한다.
C26. C23 내지 C25 중 어느 하나에 따른 방법은, 재료의 시트가 유리재료를 포함한다.
본 명세서의 일부에 통합되어 구성되는 첨부의 도면들은 본 발명의 원리를 설명하기 위해 상세한 설명과 함께 본 발명의 다양한 양태를 기술한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 예시의 퓨전 다운-드로우 공정을 기술하는 부분 단면 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유리 시트의 형태를 결정하기 위한 시스템의 개략도이다.
도 3은 투사 벡터의 감소 입사각의 효과를 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 예시의 삼각측정법을 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따른 제2형광방출 시트를 이용하여 유리 시트의 형태를 결정하기 위한 또 다른 시스템의 개략도이다.
도 6은 248nm의 파장으로 광이 조사될 때 유리 시트에 걸쳐 균일하게 분포된 주석(Sn)의 각기 다른 농도를 갖는 다수의 유리 시트에 의해 방출된 형광방출 광의 강도를 나타낸 플롯이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 하나의 크기로 측정된 유리 시트의 형태를 나타낸 플롯이다.

Claims (8)

  1. 유리 시트를 제공하는 단계;
    유리 시트의 내부가 형광 에너지를 방출하게 하기 위해 선택된 파장을 포함하는 광선에 의해 유리 시트의 내부를 조사하는 단계; 및
    형광방출 내부의 에너지 중심 위치를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 시트 형태 결정 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    위치 결정 단계는 단일의 카메라에 의해 방출된 형광을 수집하고, 그 방출된 형광 에너지를 센서 상에 이미징하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 시트 형태 결정 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    유리 시트 제공 단계는 다운 드로우 공정을 이용하여 유리 시트를 인발하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 시트 형태 결정 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    광선에 의해 제2표면을 조사하는 단계를 더 포함하고, 상기 제2표면은 광선의 전파 방향에 대해 유리 시트의 이면이면서 형광을 방출하는 것을 특징으로 하는 유리 시트 형태 결정 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    광선에 의해 제2표면을 조사하고, 산란된 광의 중심을 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 제2표면은 광선의 전파 방향에 대해 유리 시트의 이면이면서 광선을 산란시키는 것을 특징으로 하는 유리 시트 형태 결정 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    유리 시트는 그 두께에 걸쳐 분포된 주석을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 시트 형태 결정 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    다수의 내부가 조사되고, 다수의 에너지 중심의 다수의 위치가 결정되는 것을 특징으로 하는 유리 시트 형태 결정 방법.
  8. 미리 결정된 투사 벡터를 따라 미리 결정된 각도로 유리 시트에 레이저 빔이 향하도록 구성된 레이저;
    형광 에너지를 수신하고, 그 형광 에너지를 센서 상에 이미징하도록 구성된 이미지 캡쳐장치; 및
    이미지 캡쳐 장치로부터 위치신호를 수신하는 단계, 이미지 캡쳐 장치와 에 너지 중심간 수신 벡터를 결정하는 단계, 및 투사 벡터 및 수신 벡터에 기초하여 유리 시트의 형광방출 내부에 에너지 중심의 위치를 결정하는 단계를 실행하도록 구성된 프로세서를 포함하고,
    상기 레이저 빔은 이 레이저 빔이 전파되는 유리 시트의 내부가 형광을 발하여 형광 에너지를 방출하게 하는데 충분한 선택된 파장을 갖고, 형광방출 내부는 에너지 중심을 포함하며,
    상기 센서는 센서 상에 이미지된 형광 에너지의 위치에 기초하여 위치신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 유리 시트 형태 결정 시스템.
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