TW202117276A - System and method for measuring a surface in contoured glass sheets - Google Patents
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各種具體實施例係有關於用於測量弧曲玻璃片之表面的系統及方法。Various specific embodiments relate to systems and methods for measuring the surface of curved glass sheets.
玻璃片的製造商感興趣於玻璃片表面的測量及評估,特別是形成為有各種彎曲形狀以用作汽車擋風玻璃、後擋玻璃(backlite)及側擋玻璃(sidelite)的玻璃片。製造商可能想要判定玻璃片是否在規測(gauging)的預定規格內。製造商也可能想要測量及評估成形片由人類觀察者察覺的反射光學失真數量,例如外面觀察者或車輛中的操作者或乘客,其中玻璃可能安裝為擋風玻璃、後擋玻璃或側擋玻璃、或其類似者。例如,規測指標及反射失真閾值隨著車輛應用增加使用例如抬頭顯示器的技術而變得越來越嚴緊。製造商也想要識別在成形玻璃片表面可看見的小痕跡或其他缺陷。Manufacturers of glass sheets are interested in the measurement and evaluation of the surface of the glass sheets, especially glass sheets formed into various curved shapes for use as automobile windshields, backlites and sidelites. The manufacturer may want to determine whether the glass sheet is within the predetermined specifications of the gauge. The manufacturer may also want to measure and evaluate the amount of reflected optical distortion of the formed sheet as perceived by human observers, such as outside observers or operators or passengers in a vehicle, where the glass may be installed as a windshield, rear windshield, or side shield Glass, or the like. For example, the regulatory indicators and reflection distortion thresholds become more and more stringent as vehicle applications increase the use of technologies such as head-up displays. Manufacturers also want to identify small traces or other defects visible on the surface of the formed glass sheet.
在一具體實施例中,一種光學檢測系統設有一紫外線雷射與相關光件,其形成指向一玻璃片之一平面雷射切頁(planer laser sheet)。該平面雷射切頁與玻璃片的表面相交藉此造成該玻璃片表面發螢光且形成可見光波長線於表面上。攝影機有影像感測器用於偵測跨越該片之一寬度之至少一部份的可見光波長線。控制系統經組配為可(i)從該攝影機接收表示該可見光波長線的影像資料,(ii)分析來自該攝影機的該資料以判定一座標系列中與該線關聯的第一及第二座標,(iii)三角測量(triangulate)各與該座標系列中之該第一及第二座標關聯的一第三座標,以及(iv)建立該玻璃片之該表面的作為該座標系列之函數的一三維圖(three-dimensional map)。In a specific embodiment, an optical detection system is provided with an ultraviolet laser and related optical elements, which form a planer laser sheet directed to a glass sheet. The plane laser cut sheet intersects the surface of the glass sheet to cause the surface of the glass sheet to fluoresce and form visible light wavelength lines on the surface. The camera has an image sensor for detecting wavelength lines of visible light that span at least a part of the width of the film. The control system is configured to (i) receive image data representing the visible light wavelength line from the camera, and (ii) analyze the data from the camera to determine the first and second coordinates associated with the line in a series of symbols , (Iii) triangulate a third coordinate each associated with the first and second coordinates in the coordinate series, and (iv) establish a function of the surface of the glass sheet as a function of the coordinate series Three-dimensional map.
在另一具體實施例中,提供一種使用光學檢測系統的方法。一平面雷射切頁從一紫外線雷射及相關光件形成且指向一玻璃片之一表面。該玻璃片表面在該平面雷射切頁與該表面的一交叉處被激發以形成一可見光波長線於該玻璃片的該表面上。該可見光波長線使用一攝影機成像。判定在一座標系列中與該可見光波長線相關的第一及第二座標係藉由分析來自該攝影機的成像資料。在與該可見光波長線關聯的該座標系列中,藉由三角測量來判定與該第一及第二座標中之各者關聯的一第三座標。建立該玻璃片之該表面的作為該座標系列之函數的一三維圖。In another specific embodiment, a method of using an optical detection system is provided. A flat laser cutting page is formed from an ultraviolet laser and related optical elements and is directed to a surface of a glass sheet. The surface of the glass sheet is excited at an intersection of the planar laser cutting sheet and the surface to form a visible light wavelength line on the surface of the glass sheet. The visible wavelength line is imaged using a camera. The first and second coordinates related to the visible light wavelength line in a series of landmarks are determined by analyzing the imaging data from the camera. In the coordinate series associated with the visible light wavelength line, a third coordinate associated with each of the first and second coordinates is determined by triangulation. Create a three-dimensional map of the surface of the glass sheet as a function of the coordinate series.
在另一具體實施例中,提供一種使用光學檢測系統來規測表面的方法。藉由三角測量使用一攝影機在該表面上成像之一螢光線(fluoresced line)的一位置,算出包含對應至在一玻璃片之一表面上之一位置之一座標集合的一資料集,其中該螢光線建立在來自一紫外線雷射的平面雷射切頁與該表面的一交叉處。建立該表面的作為一系列之資料集之函數的一三維圖。使用該資料集比較該表面之一規測模型(gauge model),算出一不變量指標。該不變量指標為輸出。In another specific embodiment, a method of using an optical inspection system to gauge a surface is provided. Using a camera to image a position of a fluorescent line on the surface by triangulation, a data set containing a set of coordinates corresponding to a position on a surface of a glass sheet is calculated, wherein the The fluorescent light is created at an intersection of a flat laser cut sheet from an ultraviolet laser and the surface. Create a three-dimensional map of the surface as a function of a series of data sets. Use the data set to compare a gauge model of the surface to calculate an invariant index. The invariant indicator is output.
在另一具體實施例中,提供一種使用光學檢測系統來提供表面之光學反射率資訊的方法。藉由三角測量使用一攝影機在該表面上成像之一螢光線的一位置,算出包含對應至在一玻璃片之一表面上之一位置之一座標集合的一資料集,其中該螢光線建立在來自一紫外線雷射的平面雷射切頁與該表面的一交叉處。建立該表面的作為一系列之資料集之函數的一三維圖。去雜訊(denoising)該表面之該三維圖。使用來自該去雜訊圖的資料集比較被指定用於該玻璃片G表面之一光學反射率規格,算出一不變量指標。該不變量指標為輸出。In another embodiment, a method of using an optical inspection system to provide information on the optical reflectance of a surface is provided. Using a camera to image a position of a fluorescent ray on the surface by triangulation, a data set containing a set of coordinates corresponding to a position on a surface of a glass sheet is calculated, wherein the fluorescent ray is established in The intersection of the plane laser cut sheet from an ultraviolet laser and the surface. Create a three-dimensional map of the surface as a function of a series of data sets. Denoising the three-dimensional image of the surface. Use the data set from the denoising map to compare an optical reflectance specification designated for the surface of the glass sheet G to calculate an invariant index. The invariant indicator is output.
按要求,在此提供本揭示內容的數個詳細具體實施例;不過,應瞭解,所揭露的具體實施例僅為實施例且可用不同及替代的形式體現。附圖不一定按比例繪製;有些特徵可能被誇大或最小化以圖示特定組件的細節。因此,揭露於此的特定結構及功能細節不應被解釋為限制,反而僅僅作為代表性基礎供教導熟諳此藝者以各種方式運用本揭示內容。As required, several detailed specific embodiments of the present disclosure are provided here; however, it should be understood that the specific embodiments disclosed are only embodiments and may be embodied in different and alternative forms. The drawings are not necessarily drawn to scale; some features may be exaggerated or minimized to illustrate the details of specific components. Therefore, the specific structure and function details disclosed here should not be construed as limitations, but merely serve as a representative basis for teaching those familiar with the art to use the present disclosure in various ways.
事實證明,揭露於此的任何電路或其他電子裝置可包括任意多個微處理器、積體電路、記憶體裝置(例如,FLASH、隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、電子可程式唯讀記憶體(EPROM)、電子可抹除可程式唯讀記憶體(EEPROM)、或彼等之其他合適變體)以及互相一起起用以執行揭露於此之運作(s)的軟體。此外,揭露於此的電子裝置中之任一或多個可經組配為可執行體現於非暫時性電腦可讀媒體中經編程為可執行揭露於此之任意多個功能的電腦程式。Facts have proved that any circuits or other electronic devices disclosed here can include any number of microprocessors, integrated circuits, memory devices (for example, FLASH, random access memory (RAM), read-only memory (ROM)) , Electronic Programmable Read-Only Memory (EPROM), Electronically Erasable Programmable Read-Only Memory (EEPROM), or other suitable variants of them) and work together to perform the operations disclosed here (s) software. In addition, any one or more of the electronic devices disclosed herein can be configured to execute a computer program embodied in a non-transitory computer-readable medium and programmed to execute any number of functions disclosed herein.
圖1圖示線上玻璃片光學檢測系統10。檢測系統10包括在與玻璃片之第一尺寸大體平行之第一方向輸送玻璃片G的輸送器12。在圖示實施例中,弧曲玻璃片G為大體矩形的車輛擋風玻璃或後擋玻璃,其具有相對較小尺寸的第一尺寸(且替換地可稱為高度)與第二相對較大尺寸(替換地可稱為寬度)。玻璃片G在第三維有厚度,該厚度小於寬度及高度。玻璃片G相對於與第一方向大體平行的一或多個曲率軸線彎曲。在其他實施例中,玻璃片G可具有其他曲率軸線,或提供作為平坦或實質平坦的片體。FIG. 1 illustrates an in-line glass sheet
輸送器12可為單一輸送器,其單獨專門運送玻璃片G通過可作為獨立光學檢測系統組配及/或運作的檢測系統10。在其他實施例中,輸送器12可為輸送玻璃片通過各種製程工作站的一系列輸送器中之一者,例如,出現在典型汽車、建築及/或太陽能玻璃片製造系統中的加熱、塑形及退火或回火工作站。為了用所述方式處理玻璃,玻璃片G的輸送器可由例如輥輪、氣墊、或皮帶輸送器、定位器、及機器人手臂的各種技術提供。也應瞭解,可獨立控制複數個輸送器中之各者以使玻璃片高速移動通過不同加工工作站以有效支配玻璃片在系統10中的流動及加工。The
替換地,檢測系統10可提供作為無輸送器的個別獨立系統或設備。檢測系統10也可設有玻璃面板G的夾具,其中檢測系統14經組配為相對於面板G可平移,例如裝在輸送器系統上的光學系統14。檢測系統10可設有互相固定的玻璃面板G與光學系統14,其中該光學系統有經組配為可掃描玻璃面板G表面的數個光學元件。Alternatively, the
檢測系統10有用來識別及測量玻璃片表面的光學系統14,且可進一步用來規測片體、識別及測量片體中的小缺陷、及/或測量反射光學失真。參考圖2詳述檢測系統14。The
大體上,光學系統14包括有至少部份基於玻璃片G之光學性質來選定之波長的雷射或其他光源。來自光源的光線被光學系統14引導至玻璃片G。在一實施例中,該光源經選定成在諧調窄頻帶中有對於該玻璃片G為不透明或大體不透射的波長λ1
。該光源也經選定成該光源的波長λ1
可誘發或導致玻璃片G的表面以不同於光源的波長λ2
發光。例如,該光源也經選定成該光源的波長λ1
可誘發或導致玻璃片G的表面以比該光源之波長λ1
長的波長λ2
發螢光或發光。Generally, the
光學系統14有偵測從玻璃片G射出之光線的至少一攝影機或其他偵測器。光學系統14也包括各種光學元件以控制及引導從光源到玻璃片G以及從玻璃片G到偵測器的光線。The
光學系統14有至少一電腦及/或控制單元,其包括至少一處理器,其經程式化為可執行邏輯用以控制包括該光源及該偵測器的該光學系統,獲取來自各個玻璃片之偵測器的資料,分析玻璃片的資料,且提供與表面形狀有關的資訊、反射光學失真、或玻璃片的其他表面資訊或缺陷。電腦可與檢測系統10的控制系統16集成,如圖示,或可提供作為與控制系統16通訊的個別裝置。The
光學系統14因此提供非接觸檢測系統用於快速獲取對應至玻璃片G表面的詳細資料以及分析獲取的表面資料以評定及報告玻璃片G的表面形狀和與玻璃片G之光學特性有關的性質,特別是,在彎曲、冷卻或其他加工運作之間或之後在輸送器12上運送的玻璃片G。The
檢測系統10包括可程式控制單元16,在此具體實施例描繪為電腦。電腦16可與光學系統14的電腦通訊或集成。電腦16包括至少一處理器,其經程式化為可在玻璃片於輸送器上前進時偵測它,且控制馬達(s)以控制輸送器12的移動及速度。The
輸送器12使玻璃片G沿著一路徑或在一方向移動,在此圖示為y方向,通過光學系統14。輸送器12的移動使用一或多個馬達及支承輥輪或其他裝置。The
檢測系統10有一或多個位置感測器18以判定輸送器12的位置及時序以在玻璃片G移動通過系統10時使用光學系統14分析玻璃片G。位置感測器(s)18可由數位編碼器、光學編碼器或其類似者提供。可選擇輸送器12的速度及玻璃片G的速度以允許來自光學系統14光源的光線在玻璃片G表面之一區域上有充分的滯留時間以造成該表面發螢光,同時維持玻璃片G的直線運行。在一實施例中,輸送器12以0.1至0.2米/秒的速度連續移動,或以與光學系統14協調的速率移動以基於玻璃面板G的指定移動來獲取資料,例如在1至4毫米範圍內的移動。在進一步的實施例中,輸送器12的移動致使在約10至15秒的時框內可檢測玻璃面板G。在另一實施例中,使該輸送器以0.01米/秒或更多的速度連續移動以基於玻璃面板G約5毫米或更小的移動來獲取資料。來自玻璃片的資料的獲取可基於玻璃面板G對應至網格大小(grid size)的變化移動,且可小於5毫米,小於2毫米,約1毫米,或另一數值。又在另一實施例中,可增加輸送器的速度藉此基於玻璃面板G約5毫米以上的移動來獲取資料,例如有5毫米以上的網格大小,或10毫米以上。當輸送器的速度減少時,掃描面板G的時間增加,且可約數秒、數十秒、或數分鐘,例如兩分鐘。對於有複雜表面外形的玻璃面板G,掃描面板的時間同樣可能增加,因為使用較小的網格大小可能需要增加解析度。位置感測器18可用作光學系統14的輸入以判定資料獲取的時序,例如作為攝影機的觸發器。The
檢測系統10可設有附加感測器,例如光電感測器或其類似者,其與控制系統16通訊以判定玻璃片G在輸送器12上的適當位置,或已前進到光學系統14。電腦16隨後與光學系統14通訊以激活系統14且開始測量片G的表面。在其他實施例中,光學系統14可持續運作且開始獲取及處理與玻璃片G有關的資料以響應系統14偵測器記錄到表示光源已開始與玻璃片G相互作用的適當訊號。The
請參考圖2至圖4,詳述根據各種具體實施例的光學系統14。在揭露的具體實施例中,光源由雷射50提供,且可為二極體雷射。雷射50可以二極體雷射封裝成有適當基座及透鏡以提供準直光束,且另外可設有散熱器。在其他具體實施例中,雷射50可由另一雷射或雷射組合提供,其經組配為在所欲雷射強度及其他光束參數可提供有所欲波長的雷射光。在進一步的具體實施例中,該光源可提供作為紫外線光源,其具有相關濾波器及光學元件以提供引導至玻璃片G的光切頁(light sheet)。在進一步的具體實施例中,系統14可設有一個以上的雷射50。Please refer to FIGS. 2 to 4 for a detailed description of the
基於由鈉鈣矽酸鹽玻璃形成之玻璃片G的所欲用途,雷射50經選定成有在紫外線範圍中的波長,且在對於玻璃片G不透明或不透射或對於玻璃片G實質不透射的特定波長有例如小於5%或2%的雷射輸出透射率。在揭露的實施例中,雷射50由脈衝二極體固態雷射提供,其經諧調為可輸出有中心波長λ1
的光線。可選擇中心波長以與玻璃片G的不透明度或不透射率對應,且可為非可見光波長,而且也被選定成可誘發玻璃片G表面發螢光或發光。該中心波長可小於350奈米,且在一實施例中,提供在紫外線範圍中的266奈米。Based on the intended use of the glass sheet G formed of soda lime silicate glass, the
在一實施例中,該雷射在15千赫有150微焦耳的功率輸出。在進一步的實施例中,可提供有其他功率輸出及重複率的雷射50,以及可考慮在266奈米中心波長有500-100微焦耳及一千赫或更多的雷射。系統10、14可經組配為在指定時段內可測量玻璃片G,例如,每片約10秒,然而基於片體大小及模型的所欲解析度,也可考慮其他時間。當然,基於玻璃片G的組合物,可選擇其他波長。In one embodiment, the laser has a power output of 150 microjoules at 15 kHz. In a further embodiment, a
圖3圖示鈉鈣矽酸鹽玻璃之透射率相對於入射光波長的曲線圖。由該圖可見,玻璃片G的透射率隨著入射光的波長遞減而銳減且近似不透明材料。雷射50的波長也繪於圖上,且顯示玻璃片G在此波長不透明。對於有另一塊材組合物的玻璃片G,可選擇諧調至另一波長的雷射50供使用於光學檢測系統14致使選定波長不透射穿過玻璃片G,且在玻璃片G中誘發發光或發螢光。Figure 3 is a graph showing the transmittance of soda lime silicate glass versus the wavelength of incident light. It can be seen from this figure that the transmittance of the glass sheet G decreases sharply as the wavelength of the incident light decreases and is similar to an opaque material. The wavelength of the
請再參考圖2,數個光學元件54設在雷射50下游以與雷射光束相互作用,塑形及引導雷射光束朝向玻璃片G。光學元件54可包括一或多個光束整形器、透鏡、反射鏡及其類似者。在揭露具體實施例中,藉由把雷射光束的準直高斯光束輪廓轉換為有更均勻強度分布且無內部雷射聚焦的準直平頂輪廓光束,提供光束整形器55以提高雷射強度的均勻度,藉此導致雷射線強度在玻璃片G表面上的均勻度增加。提供第一透鏡56以從雷射光束52形成平面雷射切頁(planar laser sheet)。在揭露具體實施例中,第一透鏡56為柱狀平凹透鏡,其焦距係基於雷射50相對於輸送器及玻璃片的定位來選定,或從雷射50到玻璃片G的距離D1。為了進一步聚焦平面雷射切頁,也可提供第二透鏡58。在揭露具體實施例中,第二透鏡58可為柱狀平凹透鏡以進一步聚焦平面雷射切頁。可提供附加聚焦透鏡57以窄化及聚焦雷射切頁。雖然圖示第二透鏡58在第一透鏡56之後或其下游,然而在其他具體實施例中,可改變或顛倒透鏡56、57、58的定位致使第二透鏡58在第一透鏡56之前。基於形成玻璃片G之材料的不透明度,透鏡56、57、58用來以266奈米的諧調中心波長λ1
形成引導至玻璃片G之第一表面62的聚焦平面雷射切頁60。在圖示實施例中,光學元件56、57、58各自由f=-8毫米平凹柱狀透鏡,f=1000毫米平凸柱狀聚焦透鏡,及f=-25毫米平凹柱狀透鏡提供。光學元件54合作形成在玻璃片G表面上有1至2毫米束寬的平面雷射切頁。在另一實施例中,該等光學元件可具有不同的焦距,且焦距及透鏡選擇可部份基於面板G的大小。在其他具體實施例中,在雷射50、玻璃片G之間可裝設例如濾波器、截波器(chopper)及其類似者的附加光學元件。Please refer to FIG. 2 again. Several
替換地或另外,例如鮑爾透鏡(Powell lens)的其他光學元件可用來提供雷射強度在平面雷射切頁上的更均勻分布。此外,儘管一個雷射50圖示於圖2至圖4,然而在其他具體實施例中,系統14可設有一個以上的雷射50。例如,系統14可具有引導至玻璃片G之不同區域的兩個雷射50,或光束經對齊成可在玻璃片G上形成共用切頁(common sheet)。雷射切頁的強度在來自一雷射的雷射切頁上例如隨著分布而有所不同,且多個雷射可用來在玻璃片G的表面上提供更均勻的強度,或提供各自用於多個攝影機的螢光線。Alternatively or in addition, other optical elements such as Powell lenses can be used to provide a more uniform distribution of laser intensity on a flat laser cutting sheet. In addition, although one
玻璃片G有形成玻璃片G之第一及第二面的第一及第二表面62、64。第一及第二表面62、64互相分開有玻璃片G的厚度。由於雷射切頁60的波長λ1
對於玻璃片G不透明或實質不透射,雷射切頁60與第一表面62相互作用而不行進穿過玻璃片G或至第二表面64,且因此只在第一表面62激發玻璃片G。可改變玻璃片G的厚度,亦即第一及第二表面62、64的距離,且在有些實施例中,其大於1.2毫米或大於1.6毫米,且在一非限定性實施例中,落在1.6至25毫米的範圍內。The glass sheet G has first and
平面雷射切頁60可經定向成它橫向或在x方向延伸到皮帶。雷射切頁60與玻璃片G的第一表面62沿著路徑66(或雷射切頁60與玻璃片G第一表面62的交叉處)相互作用。以平面玻璃片G而言,路徑66為直線。就彎曲玻璃片G而言,在雷射切頁60與彎曲表面相互作用時,路徑66可隨著玻璃片G沿著表面62的曲率而改變。The flat
雷射切頁60在第一表面62激發玻璃片G的材料且造成在第一表面62發光。玻璃片G沿著激發的雷射線66發螢光以放射比λ1
長的波長λ2
。在本實施例中,來自玻璃片G的放射光70有在可見光範圍中或在近紫外線範圍中的波長λ2
,且顯現為沿著表面62的線68與激發的線66。The
放射光70用例如攝影機72的偵測器偵測。該攝影機可設有電荷耦合裝置(CCD)影像感測器或互補金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器。在本實施例中以及如圖2所示,偵測器72設有CMOS感測器且經定位成,可將玻璃片G的全寬,或在x方向的玻璃片,攝入影像。在圖示實施例中,該攝影機由有5496x3672像素的CMOS感測器攝影機提供,在一實施例中,它設定在有5496x1836或5496x1000像素的感興趣區,或在另一實施例中,為有5120x5120像素的CMOS感測器。各種攝影機設定的控制可基於雷射參數、輸送器速度、及其他系統因子,而且這些攝影機設定包括透鏡焦距、孔徑,增益、與曝光時間。在一實施例中,該攝影機使用固定透鏡,例如16毫米或25毫米透鏡,且設定至f2.4孔徑或更高的孔徑用於增加景深,且使用15-20毫秒的曝光時間和2-15分貝的增益。在另一實施例中,該等攝影機設定可使用另一曝光時間,例如在10毫秒至300毫秒或更多之間,且增益同樣可設定至2至30分貝之間的另一數值。在其他實施例中,攝影機72可經定位以只拍照玻璃片G的選定區域。在進一步的實施例中,該偵測器可裝設為另一光偵測器或光感測元件。在進一步的實施例中,例如濾波器的附加光學元件可設在玻璃片G、偵測器72之間以進一步提高訊號雜訊比。The emitted light 70 is detected by a detector such as a
在其他實施例中且如圖4至圖5所示,光學系統14可使用一個以上的攝影機72。圖4至圖5為示意圖且未圖示各種系統14組件,例如光學元件、控制器等等。在圖4中,一對攝影機72A、72B位在雷射切頁60的一側上。各攝影機72A、72B拍照玻璃片G的區域73A、73B,且該等區域互相重疊例如約10厘米。利用圖3系統中一個以上的攝影機,基於各攝影機的較長焦距,玻璃片G表面的最終表面圖可減少由光學失真引進的誤差。此外,使用有兩個或多個攝影機的光學系統14也可提供用於玻璃表面的較高解析度成像,例如增加玻璃片G每單位表面積的像素,以及在攝影機實體比較靠近玻璃片G時提高準確度及靈敏度。In other embodiments and as shown in FIGS. 4 to 5, the
在圖5中,裝設一對攝影機72A、72B,其中雷射切頁60位在攝影機72A、72B之間。各攝影機72A、72B拍照玻璃片G的區域73A、73B,且該等區域互相重疊例如約10厘米。利用圖3系統中一個以上的攝影機,玻璃片G表面的最終表面圖可減少由光學失真引進的誤差。此外,攝影機72A、72B經定位以,例如在一個攝影機72A在圖4中對於玻璃片G表面左邊有受阻視線或有小入射角或掠射角時,拍照有高度曲率的玻璃片G。在又一具體實施例中,系統14可具有兩個以上的攝影機。例如,可想到,可裝設在雷射切頁60兩邊各有兩個的4個攝影機72,且所有4個攝影機的區域互相重疊。在其他實施例中,可存在4個以上的攝影機72。In Fig. 5, a pair of
請再參考圖2,雷射50及攝影機72與控制單元中的至少一電腦80通訊。電腦80可連接至控制系統16或檢測系統10或與其集成。電腦80有影像處理器單元82而且也連接至記憶體。電腦80可接收來自控制系統16及位置感測器的資訊以用來判定何時送出觸發訊號給圖2及圖4至圖5的攝影機(s)72。例如,基於玻璃片G的1-4毫米對應移動,該(等)攝影機可以達80 fps的框速率(frame rate)來獲取資料,或達160 fps。Please refer to FIG. 2 again, the
電腦80接收來自攝影機72的影像資料。電腦80使用來自影像的資料形成矩陣或點雲,例如矩陣中的單元(cell)與玻璃片表面62上的位置關聯,或點雲中的點陣列與玻璃片表面62上的位置關聯。影像資料可提供作為一系列灰階值,其中各值在0至255之間,如果基於8位元灰階的話。在其他實施例中,該影像資料可提供作為各自對應至如攝影機感測器所偵測之紅、綠、藍區塊或色彩分量的一系列RGB訊號,可基於不同的色彩空間及色彩模型來提供,或可提供作為另一位元值。以下參考圖6至圖13提供資料獲取以及雲前(pre-cloud)及雲後(post-cloud)資料處理的進一步細節。The
圖6的流程圖根據一具體實施例使用光學檢測系統的方法200用於判定玻璃片G表面的三維圖。在各種具體實施例中,方法200可各自與圖1至圖2及圖4至圖5之系統10、14一起使用,且根據各種具體實施例,可重新排列或省略數個步驟,或可添加附加步驟。The flowchart of FIG. 6 is used to determine the three-dimensional image of the surface of the glass sheet G according to a specific embodiment using a
在步驟202,基於玻璃片的透射率,選擇例如紫外線波長的第一波長,其中選擇實質不透射穿過玻璃片的第一波長。在步驟204,例如,使用紫外線雷射,以該第一波長形成一平面光切頁。In
在步驟206,校準光學系統14。各自校準該(等)攝影機及該(等)雷射。提供棋盤圖表或其他習知平面校準表面而不是玻璃片G,且大約位在玻璃片G的中間z-距離,或在界定用於該(等)攝影機之定界框(bounding box)的中間。用於該等攝影機的定界框被定義為一立體空間,其考慮到足夠的垂直深度或景深以包含玻璃片G的上界及下界,同時忽略任何底下的夾具支承表面。在一實施例中,該定界框有約10-15厘米的深度,然而基於該部件的細節,可設想其他的尺寸。In
校準圖的位置因此為已知且提供該定界框之全域座標系統的基礎。該攝影機的校準基於靜止不動的校準圖,且選擇包括焦距、曝光、孔徑、增益及其類似者的攝影機設定。The position of the calibration chart is therefore known and provides the basis for the global coordinate system of the bounding box. The camera is calibrated based on a stationary calibration chart, and camera settings including focal length, exposure, aperture, gain, and the like are selected.
也校準該雷射。對於經定向成有雷射切頁沿著z軸延伸或在x-z平面中的雷射,該(等)攝影機偵測雷射切頁相對於校準圖的位置且使此一位置與全域座標系統關聯。對於不在x-z平面中的雷射,需要額外規測步驟以提供雷射切頁位置給全域座標系統。選擇包括強度及頻率的雷射設定。稍後參考在步驟214表面之z座標的判定,會使用相對於校準圖及全域座標系統的攝影機及雷射校準。The laser is also calibrated. For a laser oriented such that the laser cut sheet extends along the z axis or in the xz plane, the camera(s) detects the position of the laser cut sheet relative to the calibration chart and associates this position with the global coordinate system . For lasers that are not in the x-z plane, additional measurement steps are required to provide the laser cutting page position to the global coordinate system. Choose laser settings including intensity and frequency. Later, referring to the determination of the z-coordinate of the surface in
在步驟208,例如使用相關光件引導平面光切頁至玻璃片,且激發玻璃片的表面致使它以例如可見光波長的第二波長沿著平面光切頁與玻璃片面向光源之表面的交叉處的路徑放射光線。In
在步驟210,使用一或多個攝影機測量或偵測表示一系列之可見光波長線(visible wavelength line)的一系列資料,其中各攝影機拍照玻璃片G的感興趣區。對於單一攝影機系統14,攝影機72可偵測跨越面板或在面板上的感興趣區中偵測到的各條線。對於多攝影機系統14,各攝影機72可指向玻璃片G的重疊個別感興趣區且偵測感興趣區內的各條線。In
在步驟212,處理及分析各可見光波長線以判定在與各條線關聯之一座標系列中的第一及第二座標,例如(x,y)座標,且將座標存入與攝影機關聯的矩陣或點雲。In
電腦80使用影像處理器單元82處理影像。圖7提供一段代表性示範影像以及基於下述影像處理的相關示意重疊區。The
電腦80及影像處理器82可處理影像以減少雜訊,例如,藉由應用閾值於影像,歸一化該影像,使用快速傅立葉轉換來轉換影像,及其類似者。在一實施例中,使用用於去雜訊的中數濾波器(median filter)來過濾影像,包括斑點雜訊(speckle noise)。去雜訊步驟的需要可能隨著攝影機增益設定的增加而增加。The
電腦80及影像處理器82基於指示線寬大小輸入及最小強度來選擇影像中的線寬區域(line width region)。藉由選擇線寬區域,在隨後步驟的處理及判定座標中使用影像的縮小區域。例如,可選擇指示線寬作為有公差因子的標稱值。在一實施例中,選擇在3-10像素之間的標稱線寬,且選擇在1-5像素之間的公差。在另一實施例中,選擇在4-6像素之間的標稱線寬,且選擇在2-3像素之間的公差。又在另一實施例中,選擇有一個像素之最小寬度的指示線寬。也選擇強度作為輸入且可部份基於螢光線在相關框速率的預期強度,且排除含有不必要地包括在內之背景雜訊的像素。在各種實施例中,在5/255、10/255、20/255、30/255或另一數值的灰階上選擇最小強度。圖7中的區域250為選定線寬區域的一實施例。The
在玻璃片G對於以第二波長λ2
放射的可見光是透明且從表面62射出的光線可穿過及/或從另一表面64反射時,實驗顯示,後表面64的任何反射有極低訊號且大體可作為雜訊丟掉。例如,放射線68在後表面64上的反射在獲取影像中的灰階約為5/255,同時原放射線(primary emission line)68的灰階約為20至100/255,致使反射訊號可視為雜訊。此外,基於反射線在影像中的位置以及與原可見光線(primary visible line)的間隔,反射線可排除在外或在選定線寬區域250的範圍外,致使資料處理時不再考慮它。在反射線充分靠近放射線68致使使用線寬區域250無法合意地排除在外的情形下,資料處理時可包括該反射線;不過,資料處理由於反射線的低訊號而不被大幅影響。替換地以及在第二反射線存在下,資料處理可選擇發螢光線(fluorescing line)以考慮到攝影機幾何,諸線基於面板的位置,比反射線高的螢光線亮度,及其他因子。資料處理可進一步接收關於面板G材料的輸入。例如,可預期錫側浮製玻璃(tin-side float glass)的影像有反射線,同時空氣側浮製玻璃的影像可能不存在反射線。When the glass sheet G is transparent to the visible light emitted at the second wavelength λ 2 and the light emitted from the
電腦80及影像處理器82基於影像資料和可見光螢光線中之像素的灰階位準來判定或計算模型線上的點。由示範影像可見,可獲取在區域250內沿著y方向延伸跨越多個像素的表面62放射光。同樣地,電腦80基於像素之灰階值來計算用於模型線的點作為一座標或(x,y)資料集系列。例如,將模型線100計算得到的點覆蓋於圖4上。The
在一實施例中,電腦及影像處理器可平均相鄰像素的群組以找出各點及(x,y)資料集作為模型線的估計中心,且可為該影像中在x方向的各個像素提供一個(x,y)資料集。在其他實施例中,電腦及影像處理器可執行像素的加權平均以找出各點及(x,y)資料集作為該線的估計中心。電腦及影像處理器使用該等像素值的分布函數可計算該等點及(x,y)資料集,例如高斯分布,平均或中值寬度,或其他數學函數。電腦及影像處理器替換地可使用已知市售影像程式庫處理工具或軟體使用像素資料來判定用於該等資料集的數值。In one embodiment, the computer and the image processor can average the groups of adjacent pixels to find each point and the (x, y) data set as the estimated center of the model line, and it can be each of the image in the x direction The pixel provides an (x, y) data set. In other embodiments, the computer and the image processor can perform a weighted average of pixels to find each point and the (x, y) data set as the estimated center of the line. Computers and image processors use the distribution functions of the pixel values to calculate the points and (x, y) data sets, such as Gaussian distribution, average or median width, or other mathematical functions. Computers and image processors can alternatively use known commercially available image library processing tools or software to use pixel data to determine the values used in these data sets.
然後,電腦80輸入該等(x,y)資料集系列於矩陣的相關單元中,或於點雲中。該資料集可包括來自如從影像判定之模型線的一座標系列。各資料集可包括玻璃片G表面62在x-y平面中之位置的(x,y)值,彼等集體界定模型線100且連結至全域座標系統。Then, the
該矩陣同樣可填充至一線掃描影像(linescan image),其中使用來自出於各個玻璃片G影像之模型線的座標填充矩陣中的各個橫列,以及後續的影像填充後續的橫列。同樣,可從玻璃片G的順序影像構成一點雲。在一實施例中,該矩陣可具有一單元和與來自該影像在x方向之各像素關聯的座標集。在其他實施例中,該矩陣可具有一單元和與多個相鄰像素關聯的座標集,致使電腦在進入該資料之前執行平均步驟或其類似者。在有些實施例中,可疏化該矩陣或點雲,例如,藉由刪去編號為n之倍數的收集資料集。The matrix can also be filled into a line scan image, in which each row in the matrix is filled with coordinates from the model line of each glass sheet G image, and subsequent rows are filled with subsequent images. Similarly, a cloud can be formed from the sequential images of the glass sheet G. In one embodiment, the matrix may have a unit and a coordinate set associated with each pixel in the x direction from the image. In other embodiments, the matrix may have a unit and a set of coordinates associated with multiple adjacent pixels, causing the computer to perform an averaging step or the like before entering the data. In some embodiments, the matrix or point cloud can be thinned out, for example, by deleting the collection data set numbered as a multiple of n.
在步驟214,使用雷射的位置、攝影機的位置、與第一及第二座標來三角測量例如(z)座標的第三座標,且存入矩陣或點雲。然後,電腦80計算各個(x,y)座標集的z值,其係與該座標集在玻璃片G表面62上的z-位置關聯。該z值的計算使用來自各單元之座標集的(x,y)值以及來自檢測系統14之雷射及攝影機在如以下在說明圖8A至圖8B時所述之三角測量計算中的定位。該電腦輸入(z)值於有對應(x,y)座標之矩陣中的相關單元以完成表面62的地圖。當在步驟212處理影像時,電腦及影像程序可計算各個座標集的(z)值,或在玻璃片已全部成像後,可計算矩陣或點雲中所有資料集的(z)值。In
圖8A至圖8B的視圖圖示在從如圖4所示之影像算出之每條線的座標系列中有關於與資料集D中之第一及第二(x,y)座標關聯之第三(z)座標的三角測量。雷射50與攝影機72可互相固定,以及雷射光束與所產生之平面雷射切頁也固定,致使玻璃片G在相對於光學系統14的方向y平移或移動且通過平面雷射切頁。由於雷射切頁及攝影機的位置已校準且連結至全域座標系統,因此可算出z座標。8A to 8B are views illustrating that the coordinate series of each line calculated from the image shown in FIG. 4 is related to the third associated with the first and second (x, y) coordinates in the data set D (z) Triangulation of coordinates. The
圖8A的側面示意圖圖示有上覆玻璃片G之校準圖C的光學系統14,而且也圖示定界框B。雷射切頁60的參照相對於校準圖C及全域座標系統。同樣,攝影機中的各像素參照校準圖C及全域座標系統,致使各像素在(x,y,z)空間中有相關向量。用於資料集D的(x,y)座標可使用上述步驟212判定且綁定至基於圖示於圖8B之示意圖的全域座標系統。然後,參考圖8A的示意圖且使用三角測量技術,使用雷射切頁60與相關像素向量的交叉處,比較像素及向量會與校準圖C相交處,可算出全域座標系統中用於資料集D的z座標。因此,可算出座標系列中沿著該線之各個(x,y)座標的z值,且控制系統80隨後將此z座標輸入到矩陣單元或點雲中,其中已存在線中各點的(x,y)值。The side view of FIG. 8A shows the
在步驟216,隨後,針對玻璃片G在攝影機中一系列之可見光波長線之各者,從矩陣或點雲建立出玻璃片表面的作為座標系列之函數的三維圖。In
執行由區域218指示用於各攝影機來自各攝影機之資料的步驟。對於單一攝影機系統,步驟216產生玻璃面板G表面的最終矩陣或點雲。Perform the steps instructed by
對於多攝影機系統214,提供附加步驟220以把來自不同攝影機的矩陣或點雲組合成代表玻璃片G的單一矩陣或點雲。圖9示意圖示用在步驟220的副程式以對齊多個矩陣或點雲,例如,使用圖示於圖4的雙攝影機系統。至於如圖5所示之雙攝影機系統或有許多攝影機的系統,用於對齊多個矩陣或點雲的副程式相似,且本技藝一般技術人員基於如本文所述及圖9實施例的方法220會明白。For the
圖9示意圖示方法200的步驟220。電腦80載入各自從兩個攝影機72A、72B掃描玻璃片G所獲取的兩個矩陣或點雲M1、M2。在其他實施例中,使用類似描述於本文的技術,可組合兩個以上的矩陣或點雲。由圖9A可見,在攝影機72A、72B的景深互相重疊時,矩陣M1、M2重疊。此外,然而該系統已用設在各攝影機區域73A、73B中之校準圖中的至少一點校準,且最好該等區域有一定程度的重疊,在矩陣M1、M2互相重疊時,重疊區段中的點之間可有程度很小的偏差。為了形成代表玻璃片G表面的最終矩陣,該電腦處理矩陣M1、M2以解決偏差。在一實施例中,被解決的偏差可小到約千分之一英吋。此外,偏差在重疊區可不同。FIG. 9 schematically illustrates
在圖9B中,該電腦移動矩陣或點雲M1、M2中之一者或兩者。在一實施例中,電腦80使用剛性變換來移動矩陣中之一者使它相對於另一矩陣平移及/或旋轉致使兩個重疊區如圖示互相對齊且減少誤差或失準。In FIG. 9B, the computer movement matrix or one or both of the point clouds M1 and M2. In one embodiment, the
在圖9C中,電腦80隨後建立玻璃片G的最終矩陣或點雲M3。在一實施例中,該電腦從一或另一矩陣移除重疊區的點。在另一實施例中,且如圖示,該電腦使用與矩陣之共用校準點相關的線L且使用來自一矩陣的點填充在線L之一側上的最終矩陣作為子矩陣M1*,且使用來自另一矩陣的點填充在線L之另一側上的最終矩陣作為子矩陣M2*。In FIG. 9C, the
在雷射光不穿過玻璃片G時,只有面向檢測系統的表面62發光。同樣地,有座標系列的矩陣經由該等(x,y,z)座標系列提供玻璃片G表面62的三維高解析度數學模型。在一實施例中,該矩陣提供有用於玻璃片G超過一百萬個座標集的數學模型。例如,該模型可具有片表面62之每平方米有1,000,000個座標集的點密度,或片表面62之每平方毫米有約一個座標集。When the laser light does not pass through the glass sheet G, only the
在說明圖1至圖2時提及的實施例中,玻璃片G在輸送器上相對於光學系統14移動。在此情節中,雷射50與攝影機72互相相對固定,且玻璃片G在底下經過。在另一實施例中,玻璃片G可固定,且從雷射50射出的雷射光束用一軸或兩軸反射鏡電流計或其類似者可掃描遍及玻璃片G的第一表面62。在此情節中,為了判定和與沿著玻璃片移動之線66、68之位置關聯的距離D1、D2關聯的角度,電腦80也接收表示由電流計提供之光束轉向角的輸入。In the embodiment mentioned in the description of FIGS. 1 to 2, the glass sheet G moves relative to the
在進一步的實施例中,光學檢測系統14可用來檢測玻璃片G的第二面64,且建立代表玻璃片G之表面64的對應三維矩陣或點雲。In a further embodiment, the
玻璃片G的矩陣或點雲提供玻璃片G表面的高解析度三維圖。矩陣中的座標可用來比較玻璃片G的數學模型以判定玻璃片的形狀是否在形狀的規格內,例如曲率。此外,矩陣中的座標可用來比較玻璃片G的數學模型以判定玻璃片G的表面是否在該表面之光學反射率的規格或標準內。The matrix or point cloud of the glass sheet G provides a high-resolution three-dimensional image of the surface of the glass sheet G. The coordinates in the matrix can be used to compare the mathematical model of the glass sheet G to determine whether the shape of the glass sheet is within the specifications of the shape, such as curvature. In addition, the coordinates in the matrix can be used to compare the mathematical model of the glass sheet G to determine whether the surface of the glass sheet G is within the specifications or standards of the optical reflectance of the surface.
該矩陣及所產生之模型可與系統10一起用來提供玻璃片G的規測,作為通過/失敗檢測系統以修正製程的偏移或防止系統10偏離規格,以建立玻璃片G的光學反射率模型。The matrix and the generated model can be used with the
電腦(s)16、80可經程式化為可以圖畫(例如,顏色編碼影像)及/或統計形式呈現與來自矩陣之三維圖有關的資訊。在各種實施例中,可導出及報告玻璃片或玻璃片之預定義區的統計資料,包括z-距離、標準差、與其他表面整形或光學反射率指標。The computer(s) 16, 80 can be programmed to display information related to the three-dimensional map from the matrix in a graphical (for example, color-coded image) and/or statistical form. In various embodiments, statistical data of the glass sheet or predefined area of the glass sheet can be derived and reported, including z-distance, standard deviation, and other surface shaping or optical reflectance indicators.
檢測系統14也可包括可由攝影機72或另一元件提供的玻璃片部件識別器,以識別玻璃片為存入電腦80之記憶體的一組已知部件形狀中之一者,其中各個已知部件有相關形狀標準,以及用於比較矩陣中之地圖的光學反射率標準。系統10、14可由使用者程式化為可以圖畫及/或數值方式顯示由設備14偵測之玻璃片G的各種光學或形狀標記,例如,經由使用者介面及顯示螢幕20,包括與工業標準最相關的標記,或工業中被視為與分析成形及製成玻璃片之光學反射率品質相關的的其他標記。也可將系統10程式化為可顯示被設備14識別的小缺陷位置。The
由所揭露的線內光學檢測系統10、14輸出的選定資料,也可提供作為用於相關玻璃片加熱、彎曲及回火系統(或汽車擋風玻璃製造系統)之控制邏輯的輸入,以允許玻璃片系統之一或多個工作站的控制器(s)依據從先前加工玻璃片開發的光學資料來修改工作參數。The selected data output by the disclosed in-line
圖10的流程圖圖示使用如電腦80使用光學系統14所判定之玻璃片表面的矩陣或點雲來規測例如玻璃片G之部件的方法300。在各種具體實施例中,可省略或重新排列方法300的步驟,或可提供附加步驟。The flowchart of FIG. 10 illustrates a
在步驟302,如上述使用光學系統及方法200所判定之玻璃片G表面的矩陣或點雲由電腦80輸入到處理器單元中。該矩陣可表示玻璃片G的整個第一表面,或可以只包括玻璃片G之選定表面區域的資料集。In
在步驟304,電腦80涉及玻璃片G的合適規測模型。使用電腦輔助設計(CAD)模型及/或資料可提供該規測模型,或其他數學模型或尺寸或形狀的再現。該電腦可從儲存於記憶體中有各種形狀及/或大小之玻璃片G的數個模型中之一個決定使用正確的規測模型。然後,電腦80使選定的規測模型輸入到處理器。In
在步驟306,電腦80判定與該規測模型比較的玻璃片不變量指標資料。在一實施例中,該電腦可判定資料集或玻璃片G表面與該規測模型比較的z-距離。該電腦可計算從各個資料集或玻璃片G表面到規測模型的法向量距離。替換地,該電腦可計算從各個資料集或玻璃片G表面到規測模型的垂直距離或z-距離。In
該電腦可經組配為參照該矩陣或點雲可規測整個玻璃片G。在其他實施例中,該電腦可以只規測玻璃片G的選定區域(s)或部份(s)或在規定區域中有附加規測點,例如周邊區域,或打算用於例如抬頭顯示器或攝影機或其他感測器之光學用途的區域。在一實施例中,該電腦使用玻璃片G的選定區域模擬接觸規測方法。The computer can be configured to measure the entire glass sheet G with reference to the matrix or point cloud. In other embodiments, the computer may only measure a selected area (s) or part (s) of the glass sheet G or have additional measurement points in a specified area, such as the peripheral area, or it may be used for, for example, a head-up display or The area where cameras or other sensors are used for optical purposes. In one embodiment, the computer uses the selected area of the glass sheet G to simulate the contact gauge method.
在進一步的實施例中,且如以虛線圖示的視需要區塊308所示,該電腦可對數個點的鄰域執行計算或副程式以提供後處理過之表面資料點或資料集以用來判定不變量指標。在一實施例中,該電腦對相鄰點或資料集執行內插,平均,或另一數學函數,例如定限(thresholding)或其類似者,以算出該鄰域的後處理過之資料集。這可藉由排除由表面灰塵等等造成的離群資料集(outlier dataset)來提供改良的規測及不變量指標。In a further embodiment, and as shown by the
在其他實施例中,該電腦可判定z-距離的標準差,或表面與玻璃片G的另一不變量指標,例如計算曲率半徑,或其他形狀規測指標。可輸入該等不變量指標於玻璃片G的規測矩陣或點雲中。In other embodiments, the computer can determine the standard deviation of the z-distance, or another invariant index between the surface and the glass sheet G, such as calculating the radius of curvature, or other shape measurement indexes. These invariant indexes can be input into the measurement matrix or point cloud of the glass sheet G.
在步驟310,電腦80輸出與表面之規測有關的資訊,包括任何不變量指標,例如規測矩陣。該電腦可進一步分析規測矩陣中的資訊以判定一或多個指標是否超過臨界值。該電腦另外可提供與規測有關的資訊給使用者,例如,經由玻璃片的彩色編碼圖(color-coded map)或經由數值或其他表現形式,例如表格。該電腦另外可提供來自規測的資訊給玻璃片G的製程步驟作為控制反饋回路的一部份。In
圖11A及圖11B圖示來自方法300之輸出顯示給使用者的代表性實施例。圖11A圖示玻璃片G或玻璃片G之區域的簡化點圖(simplified point map),且提供系統輸出的代表性實施例。規測點已與列出的不變量指標相關,例如基於法線、垂直或其他距離與規測值的微分值。如果微分值超過規定閾值或在允許公差外,則可加上旗標讓使用者容易明白。在圖示實施例中,該等數值對應至與規測模型的法線垂直距離且以毫米為單位,然而可想到其他的單元。此外,加底線的數值落在閾值或裕度之外且加上旗標給使用者。Figures 11A and 11B illustrate a representative embodiment where the output from the
圖11B圖示玻璃片G或玻璃片G之區域的地圖,其中不同的陰影基於與規測值的法線、垂直或其他距離對應至不同微分值範圍,且提供系統輸出的另一代表性實施例。如果微分值超過規定閾值或在允許公差外,則可加上旗標讓使用者容易明白。基於該片的所欲用途及要求,不同面板區域的公差或閾值可設定不同的數值。以圖示實施例而言,該等微分以毫米為單位,然而也可想到其他的單元。FIG. 11B illustrates a map of the area of the glass sheet G or the glass sheet G, in which different shadows correspond to different differential value ranges based on the normal, vertical, or other distance from the measured value, and provide another representative implementation of the system output example. If the differential value exceeds the specified threshold or is outside the allowable tolerance, a flag can be added to make it easy for users to understand. Based on the intended use and requirements of the film, the tolerances or thresholds of different panel areas can be set to different values. In the illustrated embodiment, the differentials are in millimeters, but other units are also conceivable.
方法300提供用於表面及玻璃片G的非接觸規測,其允許用於部件的線上監控及檢測,且允許快速便利地規測一系列的不同部件,或使用多個規測模型。此外,經由方法300的非接觸規測提供用於減少與規測部件相關的時間及費用,因為使用CAD資料可輕易建立、改變或更新規測模型,且不需要使用部件專用之接觸規測的精密測量規測工具。The
圖12的流程圖圖示方法350,如由使用光學系統14之電腦80所判定的,其使用玻璃片表面的矩陣或點雲用來判定及建模例如玻璃片G之部件的光學反射率。在各種具體實施例中,可省略或重新排列方法300中的步驟,或可提供附加步驟。The flowchart of FIG. 12 illustrates a
在步驟352,玻璃片G表面如上述使用光學系統及方法200所判定的矩陣或點雲由電腦80輸入到處理器單元中。該矩陣可表示玻璃片G的整個第一表面,或可以只包括玻璃片G之選定表面區域的資料集。In
在步驟354,電腦80對該矩陣或點雲執行後處理運作(s)。在一實施例中,電腦80修改或去雜訊矩陣或點雲以從點雲移除某些點或假影(artifact)。例如,電腦80可移除或修改點雲中與面板G邊緣鄰接或在例如1到2毫米之規定距離內的點以移除在測量位置有邊緣效應或偏差的點,例如由光束轉向效應造成,及/或計算線心基於雷射線或可見光的寬度結合面板邊緣不與該線或片垂直而被引進的偏差。另外,及螢光的可見光可能緊接著出現在面板G外且可能由例如面板的研磨或其他參數造成導致光線散播,從而在點雲或矩陣中產生額外的假影點。在一實施例中,這些不準確或假影點形成曲率符號與相鄰面板G相反的曲線,或在不準確或假影點與相鄰面板G之間形成曲線的曲折點(knee),致使電腦80可能使用拐點(inflection point)或曲折點作為邊界從點雲或矩陣截斷或刪除這些點。雖然此去雜訊步驟的描述涉及去雜訊在使用來自雷射切頁之可見螢光測量玻璃片G表面時建立的點雲,然而該去雜訊步驟也可應用於用來去雜訊邊緣效應的其他視域及測量系統。In
電腦80也在步驟354對點雲或矩陣執行去雜訊演算法。根據一實施例,藉由平均在資料集鄰域中的法向量可提供去雜訊,然後使用平均法向量更新資料集以建立與法線變化匹配的後處理過之資料集。在一非限定性實施例中,由資料集組成的點雲有以各個資料集作為頂點的三角網孔(triangular mesh)。在其他實施例中,可使用其他的網孔形狀。計算每個網孔三角形的法向量。發散法向量可表示點雲中的雜訊,同時收歛法向量可表示點雲的較平滑表面。該點雲的平滑化係藉由平均或以其他方式數學組合網孔三角形之鄰域或群組的法向量,且該等鄰域可定義為共享公用頂點或共享公共邊緣(s)的網孔。各個平均法向量用來調整相關頂點的座標以建立在後處理過之去雜訊點雲或矩陣中的後處理過之頂點或資料集。在其他實施例中,可提供其他去雜訊演算法且可基於與表面整形技術相關的數學演算法,例如描述以下文獻的:作者Gabriel Taubin在SIGGRAPH '95 Proceedings of the 22nd annual conference發表的「A signal processing approach to fair surface design」;Hirokazu Yagou等人在GMP '02 Proceedings of the Geometric Modeling and Processing — Theory and Applications (GMP'02)發表的「Mesh Smoothing via Mean and Median Filtering Applied to Face Normals」;Shachar Fleishman等人在SIGGRAPH '03 ACM SIGGRAPH 2003 Papers發表的「Bilateral mesh denoising」;以及Thouis R. Jones等人在SIGGRAPH '03 ACM SIGGRAPH 2003 Papers發表的「Non-iterative,feature-preserving mesh smoothing」。The
根據另一非限定性實施例,電腦80對點雲或矩陣執行去雜訊演算法,其使用移動最小平方法(moving least squares method)以平滑化及內插資料。根據本揭示內容以及對於點雲中的給定資料點,用電腦80以最小平方方式擬合(least squares fit)點雲中的許多相鄰點至一函數。在一實施例中,該函數可為多項式。後處理過之資料點的判定係藉由使點雲中的原始給定點移到判定的多項式表面。電腦80迭代點雲的去雜訊以建立後處理過之去雜訊點雲或矩陣。移動最小平方方法的實施例及其表面應用在作者Lancaster, Peter, and Kes Salkauskas在Mathematics of computation 37.155 (1981):141-158的著作「Surfaces generated by moving least squares methods」;以及作者Alexa, Marc等人在IEEE Transactions on visualization and computer graphics 9.1 (2003): 3-15的著作「Computing and rendering point set surfaces」可找到。According to another non-limiting embodiment, the
在步驟356,電腦80從去雜訊矩陣或點雲的後處理過之資料集判定或算出該表面或該表面之一或多個選定區域的一或多個不變量指標。不變量指標可包括水平曲率、垂直曲率、曲率半徑、主曲率、高斯曲率、平均曲率、該等曲率中之一或多個的導數或變化率、屈光度或光學功率指標及其類似者。In
在步驟358,該電腦可判定表示該表面之光學反射率的不變量指標是否在被指定用於玻璃片G表面或該表面之區域的光學反射率規格內。該電腦可比較該等不變量指標中之一或多個與玻璃片G的對應設計指標。例如,該光學反射率規格可為玻璃片G的標準或定限不變量指標(thresholded invariant metric)。在一實施例中,該規格包括例如來自電腦輔助工程(CAE)模型之計算曲率或用於玻璃片G之其他模型資料的指標。該電腦可比較不變量指標與臨界值,或建立彩色編碼圖或其他視覺輸出以表示玻璃片或玻璃片的區域是否在預定規格內,或比較該表面與預定規格。在進一步的實施例中,該電腦可使用一個以上不變量的數學函數以提供光學反射率評分或其他讀數與規格比較,該規格在它與光學反射率有關時,以加權或其他方式加入不同的不變量及表面區域。In
在步驟360,且在一些具體實施例中,電腦80判定或計算玻璃片G的變量指標。在一實施例中,電腦80建立用於光學反射率及任何失真之模擬視覺表現的模擬反射網格、斑馬板、或其他影像。用來建立模擬反射影像的電腦演算法可使用例如射線追蹤(ray tracing)的技術,其使用去雜訊矩陣中的後處理過之頂點與從每個後處理過之頂點算出的法向量。例如且參考射線追蹤的用法,來自去雜訊點雲中之後處理過之頂點的射線對於該法向量在一像素處以一角度打擊一虛擬攝影機,且由於入射角等於反射角,來自點雲上同一後處理過之頂點的射線因此為已知且可判定與虛擬格子板的交叉處。使用虛擬攝影機上的像素及虛擬格子板上的點可構建例如反射格子板或斑馬板的反射影像,因為它們一對一對應。使用入射角、攝影機設定等等與使用於演算法一樣之網格或斑馬板的真實反射影像,可調諧或校準電腦用來模擬反射網格或斑馬板的演算法。又在另一實施例中,該電腦可組合例如以不同入射角取得的一系列模擬網格或模擬斑馬板,以提供斑馬板的影片或活頁簿供視覺顯示給使用者以從相對於斑馬板改變的位置來模擬掃描斑馬板。In
在步驟362,電腦80輸出與表面之模擬光學反射率及失真有關的資訊,包括任何變量或不變量指標、不變量資料或模擬斑馬板的視覺表現或映射、或其他計算或模擬。在一實施例中,電腦80顯示資訊於顯示螢幕或其他使用者介面上。圖13圖示使用如本文所述方法200、350所構建之格子板的模擬反射光學影像的代表性實施例。該電腦另外可提供此資訊給玻璃片G的製程步驟作為控制反饋回路的一部份。In
方法350提供用於非接觸檢測及判定玻璃片G表面的光學反射率及任何失真,其允許線上監控及檢測部件,且允許快速便利地檢測一系列的不同部件。此外,經由方法350的非接觸光學反射檢測提供用於減少與檢測部件相關的時間及費用,且另外可提供非主觀指標用來判定部件是否已通過規格。The
在其他實施例中,且取決於用來形成玻璃片的製造技術,第一及第二表面62、64可放射不同波長的光線以響應來自雷射50的激活。在一實施例中,玻璃片G使用浮製玻璃製程形成且在一表面上有比另一表面高的錫濃度。在此情節中,有較高錫濃度的表面以與另一表面不同的強度及/或波長發螢光,且檢測系統可進一步基於放射光的不同強度及/或波長λ2
用來識別該片的一面與另一面。例如,以第一表面有高於第二表面之錫濃度的玻璃片而言,第一表面可以與第二表面不同的強度及/或波長發螢光,此外,第一表面以比第二表面高的強度及/或較短的波長發螢光。此外,控制單元及電腦80可基於玻璃片面向雷射的表面來修改雷射50的強度,及/或調整攝影機設定,例如增益或影像處理設定。例如,以第一表面有高於第二表面之錫濃度的玻璃片而言,相較於第二表面,可減少第一表面的雷射強度,例如以防止攝影機感測器過飽和。替換地或附加地,可增加第二面的增益,或第二面可能需要用於去雜訊的附加影像處理步驟。In other embodiments, and depending on the manufacturing technology used to form the glass sheet, the first and
此外,例如,為了使用於較大的玻璃片G,減少掃描時間,或增加測量準確度,系統10可設有一個以上的光學檢測系統14。In addition, for example, in order to use a larger glass sheet G, reduce scanning time, or increase measurement accuracy, the
利用有不透射玻璃片G之光源的系統14,可提供玻璃片G表面的測量,也避免使用可見光之其他系統查詢玻璃片引起以及來自前、後表面62、64兩者之合成散射及反射率的問題。同樣,藉由使從玻璃片G射出的光線在可見光譜中可簡化測量致使不需要紫外線感測器。The
在進一步的具體實施例中,該光學系統可用來形成物件而不是玻璃片G的三維表面圖。在一限定性實施例中,有雷射以例如可見光波長之另一波長發光的光學系統可用來掃描有漫射表面的物件。該光學系統使用有如上述之方法的一或多個攝影機(s)以判定漫射表面的三維表面圖。In a further specific embodiment, the optical system can be used to form a three-dimensional surface map of the object instead of the glass sheet G. In a limited embodiment, an optical system in which a laser emits light at another wavelength, such as a visible light wavelength, can be used to scan an object with a diffuse surface. The optical system uses one or more cameras(s) as described above to determine the three-dimensional surface map of the diffuse surface.
儘管以上描述本揭示內容的各種實施例,然而非旨在這些具體實施例描述本發明的所有可能形式。反而,使用於專利說明書的字彙為描述而不是限制字彙,且應瞭解,可做出各種變更而不脫離本揭示內容的精神及範疇。另外,可組合各種實現具體實施例的特徵以形成其他具體實施例。Although various embodiments of the present disclosure are described above, it is not intended that these specific embodiments describe all possible forms of the present invention. On the contrary, the vocabulary used in the patent specification is a description rather than a limitation vocabulary, and it should be understood that various changes can be made without departing from the spirit and scope of the present disclosure. In addition, the features of various implementation specific embodiments may be combined to form other specific embodiments.
10:(線上玻璃片光學)檢測系統/系統
12:輸送器
14:檢測系統/光學系統/單/雙/多攝影機系統
16:可程式控制單元
18:位置感測器
20:使用者介面及顯示螢幕
50:雷射
52:雷射光束
54:光學元件
55:光束整形器
56:第一透鏡
57:附加聚焦透鏡
58:第二透鏡
60:(平面)雷射切頁
62:第一表面
64:第二表面
66:路徑/雷射線
68:原放射(線)
70:放射光
72、72A、72B:攝影機
73A、73B:區域
80:電腦/控制系統
82:影像處理器單元
100:模型線
200:方法
202-220:步驟
250:區域
300:方法
302-310:步驟
350:方法
352-362:步驟
B:定界框
C:校準圖
D:資料集
D1、D2:距離
G:玻璃片/玻璃面板
L:線
M1、M2:兩個矩陣或點雲
M1*、M2*:子矩陣
M3:最終矩陣或點雲
λ1
、λ2
:波長10: (Online glass sheet optics) detection system/system 12: conveyor 14: detection system/optical system/single/dual/multi-camera system 16: programmable control unit 18: position sensor 20: user interface and display Screen 50: Laser 52: Laser beam 54: Optical element 55: Beam shaper 56: First lens 57: Additional focusing lens 58: Second lens 60: (planar) laser cut page 62: First surface 64: Second surface 66: path/lightning ray 68: original radiation (line) 70:
圖1根據一具體實施例示意圖示玻璃片檢測系統的一具體實施例;Fig. 1 schematically illustrates a specific embodiment of a glass sheet detection system according to a specific embodiment;
圖2根據一具體實施例示意圖示與圖1檢測系統一起使用的光學系統;Fig. 2 schematically illustrates an optical system used with the detection system of Fig. 1 according to a specific embodiment;
圖3的曲線圖圖示供使用於圖1及圖2系統之玻璃片的光學透射率;The graph of FIG. 3 illustrates the optical transmittance of the glass sheet used in the systems of FIGS. 1 and 2;
圖4示意圖示與圖1檢測系統一起使用的另一光學系統;Fig. 4 schematically shows another optical system used with the detection system of Fig. 1;
圖5示意圖示與圖1檢測系統一起使用的另一光學系統;Fig. 5 schematically shows another optical system used with the detection system of Fig. 1;
圖6的流程圖根據一具體實施例圖示使用圖1、圖2、圖4及圖5系統來測量玻璃片之表面的方法;The flowchart of FIG. 6 illustrates a method of measuring the surface of a glass sheet using the systems of FIG. 1, FIG. 2, FIG. 4, and FIG. 5 according to a specific embodiment;
圖7圖示玻璃片表面使用圖2系統取得的可見光譜影像之一部份;Fig. 7 shows a part of the visible spectrum image obtained on the surface of a glass sheet using the system of Fig. 2
圖8A及圖8B示意圖示供使用於三角測量第三座標的圖1至圖2光學檢測系統;8A and 8B are schematic diagrams showing the optical detection system of FIGS. 1 to 2 for use in triangulating the third coordinate;
圖9根據一具體實施例示意圖示與圖7方法一起使用之多攝影機系統的資料調正步驟順序(data alignment step sequence);Fig. 9 schematically illustrates a data alignment step sequence of a multi-camera system used with the method of Fig. 7 according to a specific embodiment;
圖10的流程圖圖示使用如從圖6方法判定之表面圖來規測表面的方法;The flowchart of FIG. 10 illustrates the method of using the surface map as determined from the method of FIG. 6 to measure the surface;
圖11A及圖11B為在使用圖10方法判定時顯示給使用者的代表性系統輸出;Figures 11A and 11B are representative system outputs displayed to the user when the method of Figure 10 is used to determine;
圖12的流程圖圖示使用如從圖6方法判定之表面圖來建模及判定表面之光學反射率及失真的方法;與The flowchart of FIG. 12 illustrates the method of modeling and determining the optical reflectivity and distortion of the surface using the surface map as determined from the method of FIG. 6; and
圖13為在使用圖12方法判定時顯示給使用者的代表性系統輸出。Fig. 13 is a representative system output displayed to the user when the method of Fig. 12 is used to determine.
10:(線上玻璃片光學)檢測系統/系統10: (Online glass sheet optics) detection system/system
12:輸送器12: Conveyor
14:檢測系統/光學系統/單/雙/多攝影機系統14: Inspection system/optical system/single/dual/multi-camera system
16:可程式控制單元16: Programmable control unit
18:位置感測器18: position sensor
20:使用者介面及顯示螢幕20: User interface and display screen
G:玻璃片/玻璃面板G: Glass sheet/glass panel
λ 1、λ 2:波長
Claims (30)
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---|---|---|---|
TW108137112A TW202117276A (en) | 2019-10-15 | 2019-10-15 | System and method for measuring a surface in contoured glass sheets |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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TW108137112A TW202117276A (en) | 2019-10-15 | 2019-10-15 | System and method for measuring a surface in contoured glass sheets |
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TW108137112A TW202117276A (en) | 2019-10-15 | 2019-10-15 | System and method for measuring a surface in contoured glass sheets |
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