用於識別玻璃板表面缺陷和體缺陷的檢查系統和方法

2023-10-11 12:03:49

專利名稱：用於識別玻璃板表面缺陷和體缺陷的檢查系統和方法
技術領域：
本發明一般涉及用於識別玻璃板(例如液晶顯示器(LCD)玻璃基板)的表面上的或體內的缺陷(例如劃痕、顆粒、氣泡)的檢查系統和方法。
相關領域描述現在行業內所使用的常規檢查系統包括一起工作以幫助識別玻璃板表面上或體內缺陷(例如劃痕、顆粒、氣泡)的模擬相機和閃光燈。通常，閃光燈發射照亮玻璃板的一部分的光，同時置於玻璃板另一側的模擬相機對玻璃板的被照亮部分進行照相。然後，分析該相片以確定玻璃板的該部分上是否存在任何缺陷。為了檢查整個玻璃板，玻璃板和/或閃光燈/模擬相機需要以一種或另一種方式移動，使得模擬相機能拍攝足夠的相片來建立整個玻璃板的宏觀圖像映射。使用常規檢查系統存在若干缺點。首先，模擬相機具有相對較小的視場(例如12mm×16mm)，這表示需要拍攝多個相片以建立玻璃板的宏觀圖像映射，而這又表示需要更長的時間以檢查整個玻璃板。第二，閃光燈照明是受到限制的，這使其難於獲得玻璃板上所需的使模擬相機能拍攝指示玻璃板缺陷的照片的強度適當且均勻的光。因此，需要能克服上述缺點以及常規檢查系統的其它缺點的新檢查系統。該需要或其它需要可通過本發明的檢查系統和方法得到滿足。

發明內容
本發明包括使用照明系統(例如光源(閃光)和光銳化部件)以及成像系統(例如數位相機和計算機/軟體)來檢查和識別玻璃板(例如液晶顯示器(LCD)玻璃基板)的表面缺陷和體缺陷的方法和檢查系統。在較佳實施方式中，照明系統包括用於發射光的閃光燈以及用於反射發射光的一部分的球面反射器和主反射器。該照明系統也包括用於阻止發射光和反射光的一部分的暗場片(darkfield patch)以及漫射未被暗場片阻止的發射光和反射光的漫射器。該照明系統還包括用於通過阻止光的一部分在未在玻璃缺陷上散射的情況下到達相機透鏡來消除相機物鏡上的眩光的錐形聚光罩。然後，置於玻璃板另一側的成像系統，尤其是數位相機獲取圖像，該圖像由計算機分析以確定在玻璃板被照明的部分中是否存在缺陷。


結合附圖參考以下詳細描述可獲得對本發明更完全的理解，其中圖1是示出根據本發明的檢查系統的基本部件的示圖；圖2是作為圖1所示的檢查系統的一部分的照明系統的立體圖；圖3是用於固定圖2所示照明系統的閃光燈的安裝組件的立體圖；圖4是用於圖2所示照明系統的球面反射器的立體圖；圖5是用於圖2所示照明系統的主反射器的立體圖；以及圖6是示出根據本發明的用於識別玻璃板中的表面缺陷和體缺陷的較佳方法的基本步驟的流程圖。
具體實施例方式
參照圖1，它是示出根據本發明的檢查系統100的一較佳實施方式的基本部件的示圖。檢查系統100包括一起工作以識別玻璃板105的表面上和體內的缺陷(例如劃痕、顆粒、氣泡)的成像系統102(例如相機110(例如數位相機110)和計算機115)和照明系統120。工作時，計算機115發送觸發信號(觸發脈衝)到照明系統120和數位相機110，這使照明系統120發射光102，該光102照亮玻璃板105的一部分104同時置於玻璃板105另一側的數位相機110獲取玻璃板105的被照明部分104的圖像。然後，計算機115分析由數位相機110獲取的圖像以確定玻璃板105的該部分104上是否有任何缺陷。為了檢查整個玻璃板105，玻璃板105和/或數位相機110/照明系統120需要以一種或另一種方式移動，使得數位相機110可獲取足夠的圖像以建立整個玻璃板105的宏觀圖像映射。在一實施方式中，玻璃板105可置於氣動工作檯130上、並調節成垂直地對準數位相機110和照明系統120的位置。然後，數位相機110和照明系統120兩者通過滑動機構140從玻璃板105的一側水平地移動到另一側，同時數位相機110獲取圖像。然後，玻璃板105由氣動工作檯130在垂直方向上調節，且重複該過程直到檢查了整個玻璃板105。
如圖1-5所示，照明系統120的較佳實施方式包括照明器外殼121、安裝組件122(參見圖3)、閃光燈123、球面反射器124(參見圖4)、主反射器125(參見圖5)、暗場片126、漫射器127和照明器聚光罩128。如下文所詳述地，這些部件121、122、123、124、125、126、127和128彼此連接並工作，從而閃光燈123輻射光102，光102被反射並傳導到玻璃板105上與大面積掃描數位相機110的視場尺寸相同或基本上相同的斑點104。數位相機110可以是各種商用相機的任一種，例如由Basler Vision Technologies製造的每秒能獲取48幀的Basler A200系列相機。數位相機110甚至可以是每秒能獲取500-1000幀的CMOS數位相機110。
照明器外殼121容納安裝組件122。安裝組件122包括連接於支撐閃光燈123的閃光燈鎮流座(strobe ballast mount)130的燈泡接線柱(bulb stud)129(參見圖2和3)。閃光燈123具有置於球面反射器124的腔131內的一部分和從球面反射器124的腔131延伸出來的一部分(參見圖1和4)。球面反射器124具有連接於主反射器125中腔134(例如45°腔134)的內壁133的外緣132(參見圖5)。主反射器125也具有連接於照明器聚光罩128的大開口136的外緣135(參看圖1)。具有置於其上的暗場片126的漫射器127被固定在主反射器125和錐形反射器128之間(參見圖1)。照明器聚光罩128在與較大開口136相對的一端具有較小開口137。
如圖1和2所示，閃光燈光源123的中心與球面反射器124的中心重合，使得從球面反射器124反射的光102穿過閃光燈泡外殼(strobe bulb envelope)123、並進一步與閃光燈123在主反射器125的方向上輻射的光102一起從主反射器125反射。然後，輻射光和反射光102被暗場片126阻止、或以漫射光102均勻地照亮玻璃板105上期望部分或視場104的方式穿過漫射器127進入照明器聚光罩128。照明器聚光罩128阻止光的直接到達相機透鏡而未在玻璃缺陷上散射的部分，並且只允許穿過小開口136的漫射光102到達玻璃。
漫射器127均勻地將光102分布在照明器聚光罩128一端的小塊口137的整個面積上。漫射器127也有助於補償閃光燈123的外殼中以及球面反射器124和主反射器125的內表面中的瑕疵。在較佳實施方式中，漫射器127由具有最小光吸收的材料製成，且漫射角必須約為最大光入射角。可使用具有適當數值孔徑的微透鏡陣列。
暗場片126阻止發射光102的一部分照射在玻璃板105上，這使暗場圖像能由數位相機110捕捉。特別地，暗場片126阻止光102直接從閃光燈123到達數位相機110。結果在暗場圖像中，完美的玻璃板105看起來是暗場。並且，表面上或玻璃體內具有顆粒、劃痕、玻璃表面不連續、玻璃內的氣泡以及其它缺陷的非完美玻璃板105看起來是暗場圖像中的明亮斑點。
反射器124和125的形狀可考慮閃光燈123的特性來設計。特別地，方程組可數值求解以優化特定閃光燈123的輸出，從該輸出可得到隨後用於設計反射器124、125形狀的曲線。在較佳實施方式中，閃光燈123是被更改成包括例如使用兩個紅光發射二極體(LED)以一致地觸發選通脈衝的Perkin Elmer X-400閃光燈。照明器聚光罩128也可具有光吸收內表面，用來通過吸收由照明器聚光罩128的內表面在相機透鏡前元件方向上散射的光102來減少數位相機110的透鏡上的眩光(參見圖1)。照明器聚光罩可具有不同於錐形的其它形狀，但是它應該具有開口137。
參照圖6，它是示出根據本發明的用於識別玻璃板的表面缺陷和體缺陷的一較佳方法600的基本步驟的流程圖。從步驟602和604開始，數位相機110和照明系統120兩者被設置並放置於玻璃板105的相對兩側。在步驟606，數位相機110和成像系統120兩者都由計算機115控制，從而照明系統120運行以將漫射光102發射到玻璃板105的一部分104上，且數位相機110運行以產生玻璃板105的該部分104的暗場圖像，該圖像由計算機115分析以確定玻璃板105是否存在任何表面缺陷或體缺陷。為了檢查整個玻璃板105，玻璃板105和/或數位相機110/照明系統120需要以一種或另一種方式移動，使得數位相機110可獲得足夠的圖像以建立整個玻璃板105的宏觀圖像映射。在一實施方式中，玻璃板105可置於氣動工作檯130上並調節成垂直地對準數位相機110和照明系統120的位置。然後數位相機110和照明系統120兩者都由滑動機構140從玻璃板105的一側水平地移動到另一側，同時數位相機110獲取圖像。然後玻璃板105由氣動工作檯130在垂直方向上調節，且重複該過程直到計算機115檢查玻璃板105的整個面積。可由計算機115識別的缺陷類型包括例如(1)玻璃板105表面上的顆粒；(2)玻璃板105內的顆粒(例如二氧化矽顆粒)；(3)玻璃板105表面上的劃痕；(4)玻璃板105表面上的不連續；或(5)玻璃板105內的氣泡。
如上所述，本領域技術人員容易理解包括成像系統102(例如數位相機110和計算機115)和照明系統115(參見圖2-5)的檢查系統100可用於檢查和識別玻璃板105(例如LCD玻璃基板105)中的表面缺陷和體缺陷。在較佳實施方式中，照明系統120包括用於發射光102的閃光燈123以及反射了發射光102的一部分的球面反射器124和主反射器125。照明系統120也包括用於阻止發射光和發射光102一部分的暗場片126、以及用於漫射未被暗場片126阻止的發射光和反射光102的漫射器127。照明系統120還包括錐形反射器128，用於容納由漫射器127漫射的光102、並引導漫射光102通過開口137以照亮玻璃板105的一部分104。然後，置於玻璃板105另一側的成像系統102，尤其是數位相機110獲取圖像，該圖像由計算機115分析以確定玻璃板105的該部分104是否存在缺陷。
在較佳實施方式中，球面反射器124和主反射器125具有鏡面內表面，諸如(例如)通過電成型或金剛石車削然後塗敷以增強特定頻帶的反射率的增強鋁塗層。該塗層可對於具體入射角優化，其中例如球面反射器124可對直角優化而主反射器125可對45°優化。應該注意，球面反射器124不必通過聚集更多由閃光燈發射的光而增大FOV(視場)中的光強，但這是有幫助的。經增強的效率允許減小照明系統120的長度和直徑。
在再一實施方式中，照明系統120可以明場模式運行，其中去除了暗場片126、並且從閃光燈123發射的光102可直接傳輸到並穿過玻璃板105，這使得數位相機110可拍攝明場圖像。在明場模式中，諸如雜質或劃痕的缺陷顯示為暗斑點，因為該缺陷阻止了部分光102。導致玻璃折射係數局部變化的缺陷顯示為亮點或亮點和暗點的組合。然而，應該理解，以暗場模式運行的照明系統120使捕獲的圖像具有比明場圖像高得多的對比度和高得多的小缺陷敏感度。
本發明的檢查系統100使用大面積掃描數位相機110(例如Basler A200系列數位相機110)和照明系統120來替代常規模擬相機/照明系統。數位相機110可具有約30×30mm2的視場，與常規的模擬相機/照明系統相比這有效地將缺陷掃描面積增至三倍並減少一半的宏觀掃描成像時間。照明系統120由特別設計的反射器124和125、照明器聚光罩128、漫射器127和暗場片126組成。反射器124、125、照明器聚光罩128的獨特之處在於它們被設計成圍繞特定閃光燈123的光源，以提供對期望視場的均勻照明並最小化閃光燈123的損耗。以下列出本發明的一些示例性優點1)提供獲得玻璃板105中缺陷的準確暗場圖像所必需的足夠光強和均勻性。
2)有效地使視場增至常規檢查系統的三倍，因此減少檢查玻璃板105的時間。
3)降低運行閃光燈123所需的功率，這延長了閃光燈123的壽命。
4)消除對使用昂貴、壽命短的光纖束的需要。
5)當與具有相同視場的常規精簡光學器件相比時，允許緊湊型的照明器設計。
雖然本發明的一個實施方式在附圖中示出並在上述詳細描述中描述，但是應該理解本發明並不限於公開的實施方式，但能夠進行許多重新安排、更改和替換而不背離由以下權利要求書描述和限定的本發明的精神。
權利要求
1.一種用於識別玻璃板中缺陷的檢查系統，包括相機；以及照明系統，包括用於發射光的閃光燈；用於反射所發射光的一部分的主反射器；用於將所發射的光和所反射的光散布在所述玻璃板的一部分上的漫射器；以及置於所述玻璃板一側的所述相機產生一圖像，所述圖像指示所述玻璃板的由從置於所述玻璃板的相對一側的所述照明系統發射的漫射光照亮的一部分中是否有缺陷。
2.如權利要求1所述的檢查系統，還包括用於移動所述玻璃板的移動裝置；以及用於移動所述相機和所述照明系統使得所述相機能產生多個圖像以建立所述玻璃板的宏觀圖像映射的滑動裝置。
3.如權利要求1所述的檢查系統，其特徵在於，所述相機是數位相機。
4.如權利要求1所述的檢查系統，其特徵在於，所述照明系統包括用於通過阻止光的一部分在未在玻璃缺陷上散射的情況下到達相機透鏡而消除相機物鏡中的眩光的照明器聚光罩。
5.如權利要求1所述的檢查系統，其特徵在於，所述照明系統包括用於將從所述閃光燈發射的光的一部分導向所述主反射器和所述漫射器的球面反射器。
6.如權利要求1所述的檢查系統，其特徵在於，所述照明系統還包括用於阻止從所述閃光燈發射的光的一部分使得所述相機可產生所述玻璃板部分的暗場圖像的暗場片。
7.如權利要求1所述的檢查系統，其特徵在於，所述缺陷包括所述玻璃板表面上的顆粒；所述玻璃板內的顆粒；所述玻璃板表面上的劃痕；所述玻璃板表面的不連續；或所述玻璃板內的氣泡；稱為微透鏡或二氧化矽雜質的玻璃折射係數的局部偏差。
8.一種用於識別玻璃板中缺陷的方法，包括設置包括相機和計算機的成像系統；設置照明系統，所述照明系統包括用於發射光的閃光燈；用於反射所發射光的一部分的主反射器；用於將所述所發射的光和所反射的光散布在所述玻璃板的一部分上的漫射器；以及操作所述相機和所述照明系統使得置於所述玻璃板一側的所述相機可產生圖像，所述圖像由所述計算機分析以確定所述玻璃板的由從置於與所述相機相對的玻璃板另一側的所述照明系統發射的漫射光照亮的部分中是否有缺陷。
9.如權利要求8所述的方法，還包括移動所述玻璃板使得所述相機可產生多個圖像以建立所述玻璃板的宏觀圖像映射的步驟。
10.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述相機是數位相機。
11.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述照明系統包括用於將從所述閃光燈發射的光的一部分導向所述主反射器和所述漫射器的球面反射器。
12.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述照明系統還包括用於阻止從所述閃光燈發射的光的一部分使得所述相機能產生所述玻璃板部分的暗場圖像的暗場片。
13.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述缺陷包括所述玻璃板表面上的顆粒；所述玻璃板內的顆粒；所述玻璃板表面上的劃痕；所述玻璃板表面的不連續；或所述玻璃板內的氣泡；稱為微透鏡或二氧化矽雜質的玻璃折射係數的局部偏差。
14.一種用於識別玻璃板中缺陷的照明系統，包括用於發射光的閃光燈；用於反射所發射光的一部分的主反射器；以及用於將所發射的光和所反射的光散布在所述玻璃板的一部分上的漫射器，其中置於所述玻璃板一側的相機產生一圖像，所述圖像指示由穿過置於所述玻璃板的相對一側的所述漫射器的漫射光照亮的所述玻璃板部分中是否有缺陷。
15.如權利要求14所述的照明系統，還包括用於通過阻止光的一部分在未在玻璃缺陷上散射的情況下到達相機透鏡而消除相機物鏡中的眩光的照明器聚光罩。
16.如權利要求14所述的照明系統，還包括用於將從所述閃光燈發射的光的一部分導向所述主反射器和所述漫射器的球面反射器。
17.如權利要求14所述的照明系統，還包括用於阻止從所述閃光燈發射的光的一部分使得所述相機產生所述玻璃板部分的暗場圖像的暗場片。
18.如權利要求14所述的照明系統，其特徵在於，所述缺陷包括所述玻璃板表面上的顆粒；所述玻璃板內的顆粒；所述玻璃板表面上的劃痕；所述玻璃板表面的不連續；或所述玻璃板內的氣泡；稱為微透鏡或二氧化矽雜質的玻璃折射係數的局部偏差。
19.一種用於識別玻璃板中缺陷的檢查系統，包括數位相機；以及照明系統，包括用於發射光的閃光燈；用於反射所發射光的一部分的主反射器；用於反射所發射光的一部分的球面反射器；用於阻止所發射的光和所發射的光的一部分的暗場片；用於漫射未被所述暗場片阻止的所發射的光和所反射的光的漫射器；用於通過阻止光的一部分在未在玻璃缺陷上散射的情況下到達相機透鏡而消除相機物鏡中的眩光的照明器聚光罩；以及置於所述玻璃板一側的所述數位相機產生一暗場圖像，所述暗場圖像指示所述玻璃板的由從置於所述玻璃板相對一側的所述照明系統發射的漫射光照亮的部分中是否有缺陷。
20.如權利要求19所述的檢查系統，還包括用於移動所述玻璃板的移動裝置；以及用於移動所述數位相機和所述照明系統使得所述數位相機能獲取多個暗場圖像以建立所述玻璃板的宏觀圖像映射的滑動裝置。
全文摘要
本文描述了使用照明系統(例如光源(閃光)和光銳化部件)和成像系統(例如數位相機和計算機/軟體)來檢查和識別玻璃板(例如液晶顯示器(LCD)玻璃基板)中表面缺陷和體缺陷的檢查系統和方法。
文檔編號H04N9/47GK101049022SQ200580036950
公開日2007年10月3日 申請日期2005年10月24日 優先權日2004年10月28日
發明者J·A·阿里戈利歐, T·A·布朗利, D·C·達羅, V·W·豪威爾, S·波塔潘科, P·沙利文, P·M·沃特 申請人:康寧股份有限公司