JP2007205724A - ガラス基板の形状測定装置および測定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】大寸法の液晶基板やプラズマディスプレイ基板等の表示ディスプレイ基板に用いる方形のガラス基板の縦横の寸法、四隅の直角度等の形状測定装置および測定方法に関する。
【解決手段】ガラス基板を傾斜姿勢にして支持するガラス検査台上で、該ガラス基板面を照射する光源と該光源によって照射された領域を撮像するカメラとからなる撮像手段と、該撮像手段を有するヘッドをXY軸両方向に移動自在とするヘッド移動手段と、該ヘッドのXY座標を検出自在なヘッド位置検出手段と、カメラで撮像したガラス基板周辺エッジ部の画像を処理する画像処理装置と、前記ヘッド位置検出手段によるXY軸の位置情報、該画像処理装置によって算出したガラス基板の複数箇所の周辺エッジ位置座標情報により、ガラス基板の寸法と四隅の直角度、またはガラス基板の寸法と四隅の直角度に加えて孔位置および/又は孔径を演算測定する演算処理装置とからなる。
【選択図】 図1
【解決手段】ガラス基板を傾斜姿勢にして支持するガラス検査台上で、該ガラス基板面を照射する光源と該光源によって照射された領域を撮像するカメラとからなる撮像手段と、該撮像手段を有するヘッドをXY軸両方向に移動自在とするヘッド移動手段と、該ヘッドのXY座標を検出自在なヘッド位置検出手段と、カメラで撮像したガラス基板周辺エッジ部の画像を処理する画像処理装置と、前記ヘッド位置検出手段によるXY軸の位置情報、該画像処理装置によって算出したガラス基板の複数箇所の周辺エッジ位置座標情報により、ガラス基板の寸法と四隅の直角度、またはガラス基板の寸法と四隅の直角度に加えて孔位置および/又は孔径を演算測定する演算処理装置とからなる。
【選択図】 図1
Description
本発明は、液晶基板やプラズマディスプレイ基板等の表示ディスプレイ基板に用いる方形のガラス基板の縦横の寸法と四隅の直角度、穿孔部の位置、及び該穿孔部の孔径等の形状測定装置および測定方法に関する。
矩形状で所望のサイズに切断されたガラス板は、建築、鏡、家具、自動車用等各種の用途に使用されるが、使用用途目的によっては切断後のガラス板の縦横の寸法、四隅の直角度、穿孔部の位置、及び該穿孔部の孔径等の形状について、高い精度の寸法、直角度、孔位置精度の要求される場合がある。
特に、液晶ディスプレイ用ガラス基板やプラズマディスプレイ用ガラス基板、フィールドエミッションディスプレイ基板、有機EL等のフラットディスプレイパネル等の表示用基板においては、このような要求が顕著である。
しかも、近年1枚の大きなサイズのガラス基板で多数枚の最終製品サイズを採寸できる多面採りで大寸法化傾向にあるフラットディスプレイパネル等の表示用基板の素板の寸法や孔位置等の測定を高精度で行なう場合に、従来行なってきたようなノギスや直角定規等を用いて人手で測定を行なうことは、作業性も悪く、測定誤差も大きくなるという問題があった。このため、各種の自動測定装置や、測定の補助装置が考えられるようになった。
このような方形ガラス板の縦横の寸法や4隅の直角度を測定する方法、装置としては、例えば、特開2003−75121号公報には、ベース上に設けられ、水平方向へ直線的に往復移動可能な移動テーブルと、移動テーブル上に垂直軸回りに可逆回転可能に設けられ、方形ガラス板を水平に載置する回転テーブルと、移動テーブルの移動経路の一方の端部においてベース上に設けられ、回転テーブルに載置された方形ガラス板の中心を回転テーブルの回転中心に位置決めする位置決め手段と、移動テーブルの移動経路の両側方に対向配置してベース上に設けられ、回転テーブルに載置された方形ガラス板の側面との間の距離を測定する2つのレーザ距離計と、移動テーブル、回転テーブル、位置決め手段及び両レーザ距離計の動作を制御し、かつ、両レーザ距離計のデータから方形のガラス板の縦、横の寸法及び4隅の直角度を演算する制御・演算手段とを備えることを特徴とする方形ガラス板の形状測定装置が開示されている(特許文献1)。
あるいは、特開2004−257754公報には、測定すべき物品の片側から投光手段により光束を照射し、前記物品の他側に配列し前記投光手段からの透過光を検出する多数の受光素子を用いて、前記物品を光走査しその寸法を測定する装置において、前記物品に対し前記受光素子を前記受光素子の配列方向と直交する方向に相対的に往復動する駆動手段と、前記往動と復動において前記物品に対し前記複数の受光素子をその配列方向に相対的にずらして前記受光素子の位置を異ならせる移動手段とを備えたことを特徴とする物品の寸法測定装置が開示されている(特許文献2)。
特開2003−75121号公報
特開2004−257754号公報
前記特許文献1に記載の発明は、比較的小寸法のフォトマスク用の方形のガラス板の寸法、角度の測定装置であって、方形のガラス板の対向する2辺の外方側に固定された一対のレーザー距離計にガラス板を通過移動させて対向2辺の寸法を測定し、残りの2辺の寸法を測定する為に回転テーブルを90度正確に回転させなければならないという手段は、近年ますます大寸法化傾向にあるフラットパネルディスプレイ用の素板ガラス基板の寸法測定に適用させる場合には、設備が大型化となり、ガラス板を回転させる時の周辺部との干渉を考慮すると、スペース的にも合理的ではない。
また、前記特許文献2に記載の発明については、透明なガラス板上に物品Wを載置し、該ガラス板の下方のY軸方向に一列に配置した投光素子と、物品の上方で投光素子に対向するY軸方向の位置に一列に配置した受光素子を設けて、投光素子と受光素子をX軸方向に移動させて物品によって遮られた部分の長さを測定するものであるが、受光素子のmmオーダーの配列間隔によって分解能が左右され、μm単位の寸法精度を要求される場合には適用が困難である。
また、物品が透明なガラス板であると、投光素子の光を通過させて遮ることはないので、本方式で測定することはできない。さらに、一辺が2mを越すような大寸法のフラットパネルディスプレイ用ガラス板に適用しようとした場合には、設備の大型化は避けられないといった問題点があった。
本発明は、上記問題点、すなわち、液晶ディスプレイ用ガラス基板やプラズマディスプレイ用ガラス基板、フィールドエミッションディスプレイ基板、有機EL等のフラットディスプレイパネル等の表示用ガラス基板の寸法と四隅の直角度、または寸法と四隅の直角度に加えて孔位置および/又は孔径を、非接触で、短時間に、高精度で効率的に測定できる測定方法および測定装置の提供を目的とするものであり、特に大寸法のガラス基板を対象としたものである。
すなわち、本発明は、方形のガラス基板の寸法形状を測定する装置において、該ガラス基板を傾斜姿勢にして支持するガラス検査台上で、該ガラス基板面を照射する光源と該光源によって照射された領域を撮像するカメラとからなる撮像手段と、該撮像手段を有するヘッドをXY軸両方向に移動自在とするヘッド移動手段と、該ヘッドのXY座標を検出自在なヘッド位置検出手段と、カメラで撮像したガラス基板周辺エッジ部の画像を処理する画像処理装置と、前記ヘッド位置検出手段によるXY軸の位置情報、該画像処理装置によって算出したガラス基板の複数箇所の周辺エッジ位置座標情報により、ガラス基板の寸法と四隅の直角度、またはガラス基板の寸法と四隅の直角度に加えて孔位置および/又は孔径を演算測定する演算処理装置、とからなることを特徴とするガラス基板の形状測定装置である。
あるいはまた、本発明は、前記ヘッド位置検出手段として、ヘッド移動手段のX軸方向に延設し、X座標を検出自在なX軸の位置読取装置と、該ヘッド移動手段のY軸方向に延設し、Y座標を検出自在なY軸の位置読取装置とからなることを特徴とする上述の記載のガラス基板の形状測定装置である。
あるいはまた、本発明は、上述のガラス基板の形状測定装置を用いて、方形のガラス基板の寸法形状を測定する方法において、予めティーチングによって測定位置を記憶させたガラス基板の四辺の各辺の少なくとも2点に順次ヘッドを移動させ、ヘッド位置検出手段によるヘッドの位置座標を測定し、さらに該ヘッド位置でカメラが撮像した画像データにより画像処理装置によって算出したエッジ位置の座標によって、四辺の各辺を直線で近似して外形寸法を特定するとともに、隣り合う2辺のなす角度を算出するようにしたことを特徴とするガラス基板の形状測定方法である。
あるいはまた、本発明は、上述のガラス基板の形状測定装置を用いて、方形のガラス基板の寸法形状を測定する方法において、予めガラス基板の所望のエッジ位置と穿孔部をカメラで撮像可能な位置となるようにヘッド位置をティーティングさせておき、該ティーチング情報に基づき、前記ヘッドを前記エッジ位置と穿孔部に移動させて、該位置におけるヘッドの位置座標と、前記カメラで撮像した画像より求めたガラス端面エッジと穿孔部エッジの座標情報より穿孔部位置および/又は孔径を算出するようにしたことを特徴とするガラス基板の形状測定方法である。
あるいはまた、本発明は、測定環境の雰囲気温度をセンサーで測定し、ヘッド位置検出手段とガラス基板の熱膨張係数の差を考慮して、所望の温度に換算する温度補正を行なうことを特徴とする上述のガラス基板の形状測定方法である。
ガラスサイズの大小を問わず、長方形のフラットディスプレイパネル等の表示用ガラス基板の寸法、四隅の直角度、孔位置、孔径を、短時間でスムーズに、非接触でガラス基板にキズをつけることもなく、高精度、効率的かつ自動的に測定できる。
図1、図2に示すように、本発明のガラス基板2の寸法形状測定装置1の構成としては、ガラス搬送手段30によって傾斜姿勢で搬入されるガラス基板をガラス検査台上で支持し、該ガラス基板2の所望のエッジまたは穿孔部2aに照明光を照射する光源12と該光源12によって照射された領域を撮像するカメラ11とからなる撮像手段10と、該撮像手段10を有するヘッド63をXY軸両方向に移動自在とするヘッド移動手段50と、該ヘッド63のXY座標を検出自在なヘッド位置検出手段40と、カメラ11で撮像したガラス基板周辺エッジ部の画像を処理する画像処理装置21と、前記ヘッド位置検出手段40によるXY軸の位置情報、該画像処理装置21によって算出したガラス基板2の複数箇所の周辺エッジ位置座標情報により、ガラス基板2の寸法と四隅の直角度、あるいは寸法と四隅の直角度に加えて孔位置および/又は孔径を演算測定する演算処理装置22とからなる。
前記撮像手段10は、図4、図5に示すように、方形のガラス基板2の所望のエッジ部、または穿孔部2a近傍のいずれかに照明光が照射されるように複数個のLED素子(発光ダイオード素子)12a、12a、・・等をリング状に構成した光源12と、該光源12によって照射された前記領域を撮像するCCD撮像素子等からなるカメラ11をヘッド(Y軸ガイド)63の側面部に取付部材を介して配置固定する。
カメラ11と光源12の位置関係は、カメラ11の光軸が、ガラス基板2の撮像対象であるエッジの上面部、または穿孔部2aの中心位置の法線方向、すなわちガラス基板2の上面に対して上面側の直角方向となるようにし、複数個のLED素子12a、12a、・・を同心円状に配設したリング照明12はカメラ11とガラス基板2間に配置して、カメラ11の光軸とリング照明12の中心軸とを略一致させ、カメラ11が、リング照明12の中心軸を通してガラス基板2のエッジ、または穿孔部を撮像できるように配置した。
尚、カメラ11のレンズとしては、小型のテレセントリックレンズを用いると、カメラ11の光軸位置と測定目標位置間に僅かな位置ずれが発生することによる、エッジ端面や、穿孔部の端面を僅かながらも斜めから撮像することによる誤判読に影響されず、真上からの精密な撮像が可能である。
つまり、該テレセントリックレンズは、カメラの視野内を平行に撮像するもので、ガラス基板の丸みを帯びたエッジ端面を真上方向から撮像させるもので、斜めから端面(ガラス面の直角な面)を撮像したり、穿孔部2aを斜めから撮像した時に円形の端面の一部を撮像したりすることがなく、エッジ端面や、穿孔部の端面を僅かながらも斜めから撮像することによる誤判読に影響されず、真上からの精密な撮像が可能である。
つまり、該テレセントリックレンズは、カメラ11の視野内を並行に撮像するもので、ガラス基板の丸みを帯びたエッジ端面を真上方向から撮像するもので、斜めから端面(ガラス面の直角な面)を撮像したり、穿孔部2aを斜めから撮像した時に円形の端面の一部を撮像したりすることがない。
前記ガラス搬送手段30は、図1、図2に示したように、ガラス基板2の下端辺エッジ部を、断面V字状の複数個の搬送受ロール31、31、・・のV溝部内で支持しながら、ガラス基板の背面を縦横に配設した複数個のフリー背ロール32、32、・・に凭れ掛けるように傾斜姿勢で支持して、ガラス基板2をガラス検査台3内に搬入、またはガラス検査台3よりガラス基板2を搬出させるものであり、複数個の搬送受ロール31、31、・・は、図示しない搬送モーターによって駆動される。
前記ヘッド移動手段50は、図1、図2にガラス検査台3の下辺近傍、および上辺近傍に水平方向に設けたX軸フレーム51、51の夫々にX軸レール52、52を固設し、該X軸レール52、52に嵌合、かつX軸方向に摺動自在なX軸ガイド53、53を前記X軸レール52、52に沿って設けた。
図2に示したように、前記X軸ガイド53、53のいずれか片方は、X軸の駆動モーター54の駆動によってラック&ピニオンギア55等により前記レール上を移動させるようにすれば良いが、X軸の駆動モーター54の駆動をボールネジや、タイミングベルト等の伝達機構によってX軸ガイド53、53を駆動するようにしても良い。
前記2つのX軸ガイド53、53は、垂直方向に配設するY軸フレーム61、および連結シャフト65によって連結固定される。該Y軸フレーム61には、該Y軸フレーム61の全長に亘ってY軸レール62を固設し、該Y軸レール62に嵌合、かつY軸方向に摺動自在なY軸ガイドを兼ねたヘッド63を設けた。
該ヘッド63には、前記光源12とカメラ11からなる撮像手段10を取り付け、方形のガラス基板の各辺のエッジ部の少なくとも2箇所、および各穿孔部のそれぞれの位置にヘッド63をヘッド移動手段50によって順次移動させるものである。
前記ヘッド位置検出手段40は、ヘッド移動手段50のX軸フレーム51の側部でX軸方向に延設して固設したX軸の位置読取装置41と、Y軸フレーム61の側部に固設してY軸方向に延設したY軸の位置読取装置51とからなる。前記位置読取装置41、51は、磁気式または光学式の位置読み取り装置があり、磁気式のものとしては、例えば、ソニー・プレシジョン・テクノロジー株式会社製のマグネスケール(登録商標)を用いることができる。
下部側のX軸ガイド53は、下部側のX軸モーター54の駆動によってX軸方向に駆動されるが、上部側のX軸ガイド53は、下部側のX軸ガイド53が移動するときに、これに垂直に連結固定したY軸フレーム61、及び連結シャフト65との連結によって追従して移動する。
このため、Y軸フレーム61、及び連結シャフト65垂直姿勢を保ったまま上部側X軸ガイド53と共に水平方向に移動するのが望ましいが、ガラス基板2の大サイズに対応できるような長さの長いY軸フレーム61や連結シャフト65については、僅かながらも傾斜して水平方向に移動する場合がある。
このため、下部側のX軸ガイド53の移動位置の測定においては、下部側のX軸ガイド53の移動位置を測定できるX軸の位置読取装置41だけでなく、上部側のX軸ガイド53の移動位置をも測定できるX軸の位置読取装置41を配置して、上下2つの位置読取装置41、41によって、Y軸フレーム61の角度を補正して行なうのが好ましい。
前記X軸の位置読取装置41によって、X軸ガイド53のX座標位置を検出でき、これによって、ヘッド63のX座標の絶対移動量を精密に測定できる。また、前記Y軸の位置読取装置42によって、ヘッド(Y軸ガイド)63のY座標の絶対量を精密に検出できる。
ヘッド移動手段50を駆動するモーターとしてサーボモーターを用いると、ヘッド63の位置のX座標、Y座標を求めることが可能ではあるが、本発明においては、高い測定精度が要求されるので、ヘッド63の停止位置の測定にマグネスケール等の位置読取装置41、42を用いて、マグネスケールによる絶対量を取り込む。
ヘッド63の所望の停止位置においては、カメラ11の撮像したエリア内にガラス基板2の所望のエッジ部や穿孔部2aが撮像されていれば、位置ずれがあったとしてもカメラが撮像した画像データとカメラ原点座標とにより補正が可能であるため問題ない。
前記光源12で照射されたガラス基板2の各辺のエッジ部および各穿孔部2aをカメラ11で順次撮像し、原画像は画像処理装置21によって所望の設定レベルで二値化され、二値化画像によりエッジ位置のX座標とY座標が求められ、視野内の原点からの距離とヘッド63の位置座標を合せて、ガラス基板の各エッジ位置の座標、四隅の直角度、さらには各穿孔部2aの中心位置の座標を演算処理装置22で算出する。
次いで、本発明のガラス基板2の寸法形状の測定方法について説明する。
ガラス基板2の寸法測定に先立ち、予め、ヘッド(Y軸ガイド)63を基準となるガラス基板の各辺の少なくとも2点、および複数の穿孔部位置にティーチングによって順次移動させ、各位置のX座標、Y座標についてヘッド63を移動させるヘッド移動手段のコントローラー等に記憶させておく。
測定点は、ガラス基板2の4辺の各辺のエッジ部については少なくとも2箇所とし、さらに複数箇所に設けた各穿孔部2a、2a、・・の円状のエッジ部全体がカメラの視野内に納まるようにヘッドを順次移動させてカメラで撮像する。
尚、ガラス基板2の各辺毎の2箇所の測定位置は、互いに極力離した位置とすると、これらの測定点を平均させて結んだ直線がガラス基板2の一辺となるため、測定精度が向上するので望ましい。
次いで、未測定のガラス基板2をガラス搬送手段30によってガラス支持台3上の所定の位置に搬入させ、前記ティーチング情報に基づいて、ヘッド移動手段50によってヘッド63をガラス基板2の各辺の少なくとも2箇所の測定ポイント、および各穿孔部2aの中心位置近傍に順次移動させ、各測定位置にヘッド63を移動させ停止した状態でリング照明等の光源12からの照明光を該エッジ部に照射して、カメラ11でガラス基板2のエッジ部を撮像する。
同時に、ヘッド位置検出手段40のX軸位置読取装置41とY軸位置読取装置42によって測定ポイントと穿孔部2aの中心に順次移動したヘッド63のX座標とY座標を測定する。
前記カメラ11が撮像した原画像は、画像処理装置21によって一旦二値化され、該画像の範囲内におけるエッジ位置と原点位置との位置ずれ量、および前記マグネスケール等の位置読取装置から読み取ったヘッド63の位置座標とをあわせた位置情報を演算記憶装置に記憶させ、ガラス基板2の一辺あたり測定した少なくとも2箇所の位置座標により直線近似させる。
ガラス基板2の各辺毎に、各辺の測定点を連結して直線で近似させ、該各直線によって形成される四角形の交点から交点迄の座標情報より各辺の長さを算出することができ、さらに、図8に示すように、隣り合う2辺のなす角度θも算出できる。
円形の穿孔部2aの位置および/又は孔径の測定については、予めティーティングによって穿孔部2aの円形状全体がカメラ11の視野内に納まるようにしておき、測定時には、図9に示すように、画像処理装置によって穿孔部2aの中心位置座標Q1を求めることができ、該カメラで撮像した穿孔部2aの画像の中心位置座標Q1と、ヘッド63の位置のマグネスケールから読み取った座標、さらには四角形の各辺の座標からの距離を演算装置により算出することができる。
また、本発明の測定対象であるガラス基板2の寸法精度をより精度の高いシビアなものとするために、図3に示したように、測定環境の雰囲気温度を温度センサー5で測定し、ヘッド63の位置検出手段40の位置読取装置41としてマグネスケールを用いた場合の熱膨張係数((11±1)×10−6/℃)と、ガラス基板2の熱膨張係数(8.5×10−6/℃)との差(2.5×10−6/℃)を考慮して、所望の温度、例えばマグネスケールの精度の保証のできる常温20℃に換算する温度補正を行なう。ちなみに、2000mmの長さで温度が5℃変化すると、25μmの補正量が必要となる。
前記光源12としてのリング照明は、サークライン(登録商標)状の高周波蛍光灯等でも良いが、寿命、衝撃等による破損等を考慮すると、多数のLED素子12a、12a、・・を複数列同心円状に配列し、各LED素子12a、12a、・・の照射方向がリング照明12の中心軸上のほぼ同一部分に照射可能に配列した同心円形状の照明とし、LED素子12a、12a、・・の各光軸による形状が円錐形状とするのが良い。
前記カメラ11は、2次元のエリアカメラとするのが望ましい。ラインカメラを使用する場合には、走査した画像データを演算処理装置22に記憶させ、2次元のエリアに組み立てて処理するようにしなければならないため、穿孔部2aの中心を算出する画像処理装置21を使う場合には非効率的である。
前記対象となるガラス基板2は、端縁部に面取り加工や端面研磨を施したガラス基板全般を対象とするが、特に端面が丸みを帯びた断面形状とする液晶ディスプレイ用ガラス基板やプラズマディスプレイ用ガラス基板、フィールドエミッションディスプレイ基板、有機EL等のフラットディスプレイパネル等の矩形状の各種ディスプレイ基板に対して有効である。
検査対象のガラス基板2は、例えば、板厚が0.5mm〜3mmで、縦辺800mm×横辺900mm程度の小寸法のガラス基板から、縦辺2200mm×横辺2400mm程度の大寸法の矩形状のガラス基板であり、ガラス基板2の端面部2aは丸みを帯びた断面円弧形状に端面加工され、穿孔部を有しているものも対象である。
ガラス基板2の各辺について数多くの測定点によって測定した場合には、まず最小二乗法により直線近似させた後、この直線から大きく外れた測定点のばらつきにより、該ガラス基板の一辺毎の直線度の合否を判定することも可能である。
以下、本発明の作用について説明する。
ガラス基板2の縦横の各辺の寸法を測定するにあたり、ヘッド63をX軸、Y軸方向に駆動するヘッド移動手段50のコントローラ4だけによって、ヘッド63を所望の位置に移動させようとすると、ヘッド63はコントローラ4によってほぼ所定位置まで移動することはできるが、厳密に言うと最終的に停止した位置は絶対量として測定した長さではなく、パルス信号のカウント量によって計算上指定した位置で止まるはずの位置であるため、僅かながらも停止位置に誤差が生じる可能性がある。
すなわち、ヘッド移動手段50のコントローラ4によるヘッド63の停止位置精度は、絶対量ではなく、要求するガラス基板の寸法精度の目標値である±0.1mmを下回る精度となる可能性がある。
このため、本発明においては、ヘッド移動手段50のコントローラ4により、ティーティング時に記憶した位置にヘッド63を移動させ、コントローラ4から得られる座標位置を取り出すのではなく、別途設けたマグネスケール等の位置の絶対量を測定できる位置読取装置41、42を用いてヘッド63の位置座標を絶対量として実測するので、ヘッド位置の停止位置に誤差があっても本当の停止位置を精度良く正確に測定できる。
さらにヘッド63に取付固定したカメラ11でガラス基板2のエッジ位置を撮像して、カメラ原点からの位置を算出するので、μm単位の高精度な寸法測定ができる。
カメラ11の光軸を、ガラス基板2のエッジ部よりガラス基板面の法線方向としたのは、ガラス基板2の端部の最外周エッジ部位置を検出するためである。
また、カメラ11の光軸と、前記光源12であるリング照明の光軸と一致させるようにしたので、カメラ11はリング照明12の開口部内を通過するようにしてガラス基板2のエッジ部を撮像でき、リング照明12が邪魔にならない。また、リング照明12のLED素子12a、12a、・・はガラス基板2のエッジ側方向のみに照射され、カメラ11側には遮光カバー12bが設けられているので、リング照明12の照明光が直接カメラ11に入射することはない。
また、ガラス基板2の端部や穿孔部2aの中心位置に、複数個のLED素子12a、12a、・・を同心円状に配列したリング照明12の光軸の中心を一致するように設けたので、該端部や穿孔部2aのエッジ部に影ができたりすることもなく、端面の各部分に照明光が比較的同一条件で均等に照射されることになる。
さらにまた、カメラ11のレンズとして、小型のテレセントリックレンズを用いたので、カメラ11の光軸位置と測定目標位置間に僅かな位置ずれが発生することによる、エッジ端面や、穿孔部の端面を僅かながらも斜めから撮像することによる誤判読に影響されず、あたかもカメラ11の光軸が測定ポイントの真上位置にあるかのような精密な撮像が可能となった。
すなわち、該テレセントリックレンズによってガラス基板の丸みを帯びたエッジ端面を真上方向から撮像することができ、斜めから端面(ガラス面の直角な面)を撮像したり、穿孔部2aを斜めから撮像した時に円形の端面の一部を撮像したりすることによるトラブルがない。
さらにまた、X軸の位置読取装置41を上方と下方に2箇所設けたのは、片側のX軸ガイド53がX軸モーターによって駆動され、他方のX軸ガイド53が追従してX軸方向に移動しようとするが、Y軸フレーム61と連結シャフト65の長さが長くなって垂直姿勢で追従しようとしてもできないケースがあり、Y軸フレーム61と連結シャフト65が傾斜姿勢となって、上下2つのX軸ガイドの位置がずれるケースがあるためである。
[実施例1]
まず、図1、図2に示したように、傾斜姿勢の矩形状のガラス基板2がガラス搬送手段30によって傾斜姿勢のガラス検査台3上に搬入され、図示しない位置センサーにより所定の位置で停止する。ガラス基板2は、ガラス検査台3上では下辺エッジを断面V溝状部を有する搬送受ロール31、31、・・で支持し、背面は縦横に複数個配設したフリー背ロール32、32、・・で支持されている。
まず、図1、図2に示したように、傾斜姿勢の矩形状のガラス基板2がガラス搬送手段30によって傾斜姿勢のガラス検査台3上に搬入され、図示しない位置センサーにより所定の位置で停止する。ガラス基板2は、ガラス検査台3上では下辺エッジを断面V溝状部を有する搬送受ロール31、31、・・で支持し、背面は縦横に複数個配設したフリー背ロール32、32、・・で支持されている。
続いて、図6に示すようなガラス基板2の各辺毎に3点づつ、ガラス基板の全周囲で合計12点の測定ポイントP1〜P12と、所望位置に設けた穿孔部の中心部位置にヘッドを移動するようにティーチングし、この位置座標を記憶させておく。
図4、図5に示すように、撮像手段であるカメラ11はCCDのエリアカメラとし、カメラ11とガラス基板2間に配置する光源12としては、夫々の光軸を極力一致させるようにした市販のリング照明12とした。
すなわち該光源12は、リング照明であって、複数個のLED素子12a、12a、・・を2列で等ピッチで同心円状に並べて設け、照射方向はガラス基板2側のみであり、カメラ11側にはリング照明の遮蔽カバー12bによって照明の直遮光が照射されないようにした市販品であり、各LED素子12a、12a、・・の照射方向は中心軸に対して例えば15度傾斜させており、各LED素子12a、12a、・・の複数の光軸によって円錐形状となっている。
また、カメラ11はリング照明の中心部の空間を通して、図4に示すようなガラス基板2のエッジ部を撮像し、あるいは図5に示すように穿孔部2aの全体を撮像するように設定される。カメラ11とリング照明12間の距離は、一実施例として150mm、リング照明12とガラス基板2間の距離は30mmとしたが、これに限定されるものではない。
前記撮像手段10は、ヘッド移動手段50によってX軸、Y軸に移動自在なヘッド63に固定され、ヘッド移動手段50の上下2つのX軸フレーム51、51にそれぞれX軸マグネスケール41、41を、Y軸フレーム61にY軸マグネスケール42が設けられ、ヘッド63の停止時にX、Y軸の各マグネスケール41、41、42によってヘッドの位置座標を読み取り、コントローラを経由して演算処理装置22で記憶しておく。
図6に示されるように、ガラス基板2の各辺について3点づつ、全周囲でP1〜P12の合計12点のエッジ位置について、測定ポイントP1から測定ポイントP12に向けて順次ヘッド63を移動させて位置座標を測定する。
ガラス基板2の外周部の各測定ポイントP1〜P12の位置において、図7に示したように、ガラス基板2のエッジ位置をカメラ11で撮像し、画像処理装置(図3参照)によって、エッジ位置P点の座標を求め、該位置情報を演算装置に送り、演算装置内で、測定時の座標とティーチング時の座標との差、さらにヘッドの位置情報によりP1〜P12の各P点の正確なエッジ位置を算出できる。
図6に示したように、一つの辺あたり3箇所のエッジ位置を測定した結果、その座標から最小二乗法により各辺を直線近似させ、さらに、対向する二辺間の距離を順次求めて、四辺の長さを求め、各辺の長さが基準値の±0.4mm以内であればOKであり、0.4mmを越えるとNGである。
四隅の直角度については、図8に示したように、3箇所のエッジ位置P7〜P9の座標から求めた辺L3と、同じく3箇所のエッジ位置P10〜P12の座標から求めた辺L4から、二辺が交わる角度θを求め、該角度θが90±0.01度以内であればOKとするものである。
さらに、図6に示す穿孔部2a、2a、・・の中心座標Q1〜Q4および孔径については、図5に示したようなCCDカメラ11と光源12を穿孔部2aの中心軸の法線方向に配置して穿孔部2aのエッジを撮像した画像が、図9に示したようになっている。画像処理装置によって穿孔部の中心座標Q1および孔径を算出し、該中心座標Q1がガラス基板のX軸方向の一辺と、Y軸方向の一辺までの距離を演算処理装置によって算出し、穿孔部位地が基準位置と比較して±0.4mm以内ならOK、この範囲を超えたらNGとするものである。
このようにして、本発明の寸法形状測定方法及び装置によって、ガラス基板2の4辺の寸法、四隅の直角度、穿孔部2aの位置、及び孔径を測定し、これらのデータを上位コンピュータ23に送信すれば、検査成績書、検査日報等のアウトプットの作成を自動出力し、またデータの管理も容易である。
本発明は、一辺が2mを越すような大寸法の液晶ディスプレイ用ガラス基板やプラズマディスプレイ用ガラス基板、フィールドエミッションディスプレイ基板、有機EL等のフラットディスプレイパネル等の表示用ガラス基板であっても、その寸法と四隅の直角度、あるいは寸法と四隅の直角度に加えて孔位置および/又は孔径を、非接触で、短時間に、μm単位の高精度で効率的に測定できる測定方法および測定装置の提供を目的とするものである。
1 形状測定装置
2 ガラス基板
2a 穿孔部
3 ガラス検査台
4 コントローラ
5 温度センサー
6 温度ロガー
10 撮像手段
11 カメラ
12 光源
21 画像処理装置
22 演算処理装置
23 上位コンピュータ
30 ガラス搬送手段
31 搬送受ロール
32 フリー背ロール
40 ヘッド位置検出手段
41 X軸の位置読取装置
42 Y軸の位置読取装置
50 ヘッド移動手段
51 X軸フレーム
52 X軸レール
53 X軸ガイド
54 X軸モーター
55 ラック&ピニオン
61 Y軸フレーム
62 Y軸レール
63 ヘッド(Y軸ガイド)
64 Y軸モーター
65 連結シャフト
2 ガラス基板
2a 穿孔部
3 ガラス検査台
4 コントローラ
5 温度センサー
6 温度ロガー
10 撮像手段
11 カメラ
12 光源
21 画像処理装置
22 演算処理装置
23 上位コンピュータ
30 ガラス搬送手段
31 搬送受ロール
32 フリー背ロール
40 ヘッド位置検出手段
41 X軸の位置読取装置
42 Y軸の位置読取装置
50 ヘッド移動手段
51 X軸フレーム
52 X軸レール
53 X軸ガイド
54 X軸モーター
55 ラック&ピニオン
61 Y軸フレーム
62 Y軸レール
63 ヘッド(Y軸ガイド)
64 Y軸モーター
65 連結シャフト
Claims (5)
- 方形のガラス基板の寸法形状を測定する装置において、該ガラス基板を傾斜姿勢にして支持するガラス検査台上で、該ガラス基板面を照射する光源と該光源によって照射された領域を撮像するカメラとからなる撮像手段と、該撮像手段を有するヘッドをXY軸両方向に移動自在とするヘッド移動手段と、該ヘッドのXY座標を検出自在なヘッド位置検出手段と、カメラで撮像したガラス基板周辺エッジ部の画像を処理する画像処理装置と、前記ヘッド位置検出手段によるXY軸の位置情報、該画像処理装置によって算出したガラス基板の複数箇所の周辺エッジ位置座標情報により、ガラス基板の寸法と四隅の直角度、またはガラス基板の寸法と四隅の直角度に加えて孔位置および/又は孔径を演算測定する演算処理装置、とからなることを特徴とするガラス基板の形状測定装置。
- 前記ヘッド位置検出手段として、ヘッド移動手段のX軸方向に延設し、X座標を検出自在なX軸の位置読取装置と、該ヘッド移動手段のY軸方向に延設し、Y座標を検出自在なY軸の位置読取装置とからなることを特徴とする請求項1記載のガラス基板の形状測定装置。
- 請求項1または2記載のガラス基板の形状測定装置を用いて、方形のガラス基板の寸法形状を測定する方法において、予めティーチングによって測定位置を記憶させたガラス基板の四辺の各辺の少なくとも2点に順次ヘッドを移動させ、ヘッド位置検出手段によるヘッドの位置座標を測定し、さらに該ヘッド位置でカメラが撮像した画像データにより画像処理装置によって算出したエッジ位置の座標によって、四辺の各辺を直線で近似して外形寸法を特定するとともに、隣り合う2辺のなす角度を算出するようにしたことを特徴とするガラス基板の形状測定方法。
- 請求項1または2記載のガラス基板の形状測定装置を用いて、方形のガラス基板の寸法形状を測定する方法において、予めガラス基板の所望のエッジ位置と穿孔部をカメラで撮像可能な位置となるようにヘッド位置をティーティングさせておき、該ティーチング情報に基づき、前記ヘッドを前記エッジ位置と穿孔部に移動させて、該位置におけるヘッドの位置座標と、前記カメラで撮像した画像より求めたガラス端面エッジと穿孔部エッジの座標情報より穿孔部位置および/又は孔径を算出するようにしたことを特徴とするガラス基板の形状測定方法。
- 測定環境の雰囲気温度をセンサーで測定し、ヘッド位置検出手段とガラス基板の熱膨張係数の差を考慮して、所望の温度に換算する温度補正を行なうことを特徴とする請求項3または4記載のガラス基板の形状測定方法。
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- 2006-01-30 JP JP2006021451A patent/JP2007205724A/ja active Pending
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