JP2007205724A

JP2007205724A - ガラス基板の形状測定装置および測定方法

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Publication number: JP2007205724A
Application number: JP2006021451A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Okamura; 真一岡村
Original assignee: Central Glass Co Ltd
Current assignee: Central Glass Co Ltd
Priority date: 2006-01-30
Filing date: 2006-01-30
Publication date: 2007-08-16

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

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。

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Ｐ_１〜Ｐ_１２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Ｐ_１〜Ｐ_１２の合計１２点のエッジ位置について、測定ポイントＰ_１から測定ポイントＰ_１２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Ｐ_１〜Ｐ_１２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Ｐ_１〜Ｐ_１２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Ｐ_７〜Ｐ_９の座標から求めた辺Ｌ_３と、同じく３箇所のエッジ位置Ｐ_１０〜Ｐ_１２の座標から求めた辺Ｌ_４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Ｑ_１〜Ｑ_４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Ｑ_１および孔径を算出し、該中心座標Ｑ_１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。

本発明の形状測定装置の全体正面図。本発明の形状測定装置の全体側面図。本発明の形状測定装置の全体概念図。本発明の形状測定装置のカメラ、光源、ガラス基板エッジの位置関係を示す図。本発明の形状測定装置のカメラ、光源、ガラス基板の穿孔部の位置関係を示す図。本発明の形状測定方法によって測定されるガラス基板の測定位置の一例を示す図。ガラス基板のエッジ部の測定方法の説明図。ガラス基板の四隅の直角度の測定方法の説明図。ガラス基板の穿孔部中心の測定方法の説明図。

符号の説明

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
４１Ｘ軸の位置読取装置
４２Ｙ軸の位置読取装置
５０ヘッド移動手段
５１Ｘ軸フレーム
５２Ｘ軸レール
５３Ｘ軸ガイド
５４Ｘ軸モーター
５５ラック＆ピニオン
６１Ｙ軸フレーム
６２Ｙ軸レール
６３ヘッド（Ｙ軸ガイド）
６４Ｙ軸モーター
６５連結シャフト

Claims

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。