JP3946507B2 - 基板の厚さを測定するためのオンライン測定装置及びその測定方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の厚さ測定装置に関し、特に、製造工程中に基板の厚さをオンラインで正確に測定できる測定装置及びその方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、基板の製作の際に多くの欠陥が発生することがあるため、欠陥の発生を防止するために、多様な段階の測定または検査が製作工程に追加される。すなわち、基板の厚さ、撓み、平坦度、透過率、気泡、異物、擦傷などを製作工程中に選択的に測定または検査することである。
【0003】
基板の厚さは、通常、レーザー測定装置を使用して測定する。一般に、レーザー測定装置は、レーザー光源、レンズ、及び検出センサーを含むレーザー干渉計である。レーザー光源、レンズ、及び検出センサーは、それぞれ、基板に対して精密に配列される必要があり、このような配列は極めて難しい。更に、レーザー測定装置の検出センサーは、通常、物理的振動に極めて敏感である。従って、基板が測定中に移動又は振動すると、レーザー測定装置はその厚さを正確に測定することができず、測定自体が不可能になる場合もある。
【0004】
従って、レーザー測定装置で基板の厚さを測定しようとすると、まず測定しようとする基板を工程ラインから搬出し、測定が終わった後に再度工程ラインに投入し、次の段階を進行する必要がある。すなわち、レーザー測定装置は、オフライン測定に用いられるが、オンライン測定には用いられない。
【0005】
しかし、オフライン測定の場合、測定における人力や時間が極めて多くかかるため、高費用や低効率の不都合が発生する。従って、オフライン測定よりオンライン測定を望んでおり、柔軟生産システム(Flexible manufacturing system)を実現するために多様なオンライン測定装置が開発されているが、従来のオンライン測定装置では正確な測定が難しい。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、本発明の主な目的は、製作工程中に基板の厚さをオンラインで測定できる厚さ測定装置及びその方法を提供することにある。
【0007】
本発明の他の目的は、基板の移送速度や高さの変動値を用いて基板の厚さを正確に測定できる厚さ測定装置及びその方法を提供することにある。
【0008】
本発明の更に他の目的は、基板の厚さの測定結果を実時間で提供し、柔軟性生産システムを効率良く運営できる厚さ測定装置及びその方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の一態様によれば、移送中の基板の厚さを測定するためのオンライン測定装置であって、前記基板の下部面の高さの変化を検出する第1画像検出器と、2つの向合うエッジを有する前記下部面の画像を撮像する第2画像検出器と、前記第2画像検出器を前記下部面に対して直角方向に動かす昇降手段であって、前記昇降手段は前記下部面の高さの変化によって制御され、前記下部面と前記第2画像検出器との間の垂直距離を一定に維持する前記昇降手段と、前記下部面の画像を処理して前記下部面の前記2つの向合うエッジ間の距離を計算することにより、前記基板の厚さを求める制御部とを含むことを特徴とするオンライン測定装置が提供される。
【0010】
本発明の他の態様によれば、前記昇降手段は、前記基板の前記下部面の高さの変化によって制御される昇降モータと、前記昇降モータによって回転するネジ軸と、前記ネジ軸に結合され、前記第2画像検出器を取付けるホルダーと、前記ホルダーが前記ネジ軸に沿って直線運動をするように、前記ホルダーをガイドするガイドケースとを含むことを特徴とする請求項1に記載のオンライン測定装置が提供される。
【0011】
【発明の実施の形態】
図1乃至図8に基づいて、本発明の好適な実施例によるオンライン厚さ測定装置100を詳細に説明する。前記図面において、同一符号は同一部品を示す。
【0012】
図1で、前記厚さ測定装置100は、第1画像検出器40、第2画像検出器50、及び昇降手段60を含み、基板1の厚さを測定する。前記基板1は透明基板又は不透明基板である。特に、基板1は液晶表示装置の上部基板或いは下部基板として使われる基板である可能性がある。コンベヤー10を使用して前記基板1を製作工程の前段階から現段階に移送する。
【0013】
前記第1画像検出器40は、前記基板1の下部近傍に位置し、前記基板1の下部面2(図2を参照)の高さの変化を検出するために下部の画像を撮像する。前記第2画像検出器50は、前記下部面2(図3を参照)の下に位置し、前記基板1の厚さを検出するために前記下部面2(図3を参照)の画像を撮像する。昇降手段60は、第2画像検出器50を基板1の下部面2に対して垂直に移動させる。このとき、前記下部面2の高さの変化によって前記昇降手段60を制御することにより、前記第2画像検出器50と前記下部面2との間の垂直距離が一定に維持されるようにする。
【0014】
前記コンベヤー10は、移送軸12と、少なくとも1つのキャリジ14を含み、前記キャリジ14は前記基板1を取付けたまま、矢視の方向に前記移送軸12に沿って移動する。前記キャリジ14のうちの少なくとも1つは、前記キャリジ14を駆動させるためのモータ(図示せず)を有する。望ましくは、前記モータの駆動軸(図示せず)にピニオンギア(図示せず)が結合されており、前記移送軸12は前記ピニオンギアに対応するラックギア(図示せず)を有する。
【0015】
望ましくは、前記厚さ測定装置100は、更に速度検出センサー20と基板検出センサー30を含む。前記速度検出センサー20は、前記基板1の移送速度を検出し、前記基板検出センサー30は、前記基板1の開始点を検出する。基板検出センサー30が前記基板1の開始点を検出した後、前記第1画像検出器40及び第2画像検出器50は、撮像を開始する。前記第1及び第2画像検出器40、50の撮像インターバル及び撮像速度を前記基板1の移送速度によって持続的に調整することにより、鮮明で、且つ正確な画像が撮像されるようにする。
【0016】
便宜上、前記速度検出センサー20は前記キャリジ14から分離して示されており、前記速度検出センサー20は少なくとも1つのキャリジ14に付着して、前記キャリジ14と共に動く。例えば、前記速度検出センサー20は、前記モータ(図示せず)の前記駆動軸(図示せず)に付着された回転速度計である可能性がある。この場合、前記回転速度計は、前記ピニオンギア(図示せず)の回転速度を測定し、前記ピニオンの回転速度は、キャリジ14の速度に容易に変換されるため、前記キャリジ14又は基板1の移送速度を求めることができる。
【0017】
前記基板検出センサー30は、前記基板1の主表面の近傍に位置し、互いに対向する発光素子32と受光素子34を含む。前記基板1が前記発光素子32と受光素子34との間を通過するとき、前記基板1の開始点が検出される。前記基板1が透明である場合、望ましくは、前記基板検出センサー30は、赤外線を利用して前記基板1の開始点を検出する。
【0018】
前記基板検出センサー30、前記第1画像検出器40、及び第2画像検出器50は、順に配列されており、前記順は前記基板1の移動方向と一致する。従って、前記基板1が矢印方向に沿って前段階から現段階に移送されるとき、前記基板1は、前記基板検出センサー30、前記第1画像検出器40、及び第2画像検出器50を順に通過することになる。
【0019】
前記昇降手段60は、ガイドケース68、ネジ軸64、昇降モータ62、及びホルダー66を含み、前記ホルダー66は、前記第2画像検出器50を取付けている。前記第1画像検出器40は、第1光源42と第1CCDカメラ44を含んでおり、前記第2画像検出器50は、第2光源52と第2CCDカメラ54を含む。望ましくは、前記第1及び第2CCDカメラ44、54は、それぞれ、2次元CCDカメラまたは1次元CCDカメラであるが、画像を撮像して画像信号に替えられるものであればいずれのものも前記第1及び第2CCDカメラ44、54として使用することができる。更に、前記第1画像検出器40の代わりにハイト・センサー(height sensor)を使用することができ、前記ハイト・センサーは前記基板1の下部面2の高さの変化を精密に検出することができるものである必要がある。
【0020】
図2及び図3を参照して、前記第1画像検出器40、第2画像検出器50、及び昇降手段60の構成及び作用を詳細に説明する。
【0021】
図2に示されているように、前記第1画像検出器40の第1CCDカメラ44及び第1光源42は、前記基板1の下部に位置し、前記基板1は下部面2を有する。前記第1光源42と前記第1CCDカメラ44は向合っており、前記基板1は前記第1光源42と前記第1CCDカメラ44との間を通過する。前記第1光源42は前記基板1の下部の周辺に光を投射して、前記下部面の位置により前記第1CCDカメラ44に入射する光の光量を変化させる。前記入射光の光量の変化を利用して、前記第1CCDカメラ44は前記基板1の下部の画像を撮像する。続いて、前記第1CCDカメラ44は撮像した画像をエッジ画像信号に変換する。
【0022】
図3に示されているように、前記第2光源52と前記第2CCDカメラ54は、前記基板1の下部面2の下に位置する。前記第2光源52は、前記第2CCDカメラ54に組み立てられており、前記第2CCDカメラ54は、前記昇降手段60のホルダー66に付着されている。前記第2光源52は、前記基板1の下部面2の周辺に光を投射する。前記下部面2は前記投射光を反射させて、その厚さおよび下部面の位置に応じて第2CCDカメラ54に入射する光の光量を変化させる。前記入射光の光量の変化を利用して、前記第2CCDカメラ54は、前記下部面2の画像を撮像する。続いて、前記第2CCDカメラ54は、撮像した画像を厚さ画像信号に変換する。
【0023】
前記昇降手段60のネジ軸64及び昇降モータ62は、ガイドケース68内に位置し、前記ホルダー66は前記ガイドケース68を貫通し、ガイドケース68によってガイドされる。前記ネジ軸64は、直接又は間接に前記昇降モータ62の駆動軸(図示せず)に結合され、よって、前記昇降モータ62は、前記ネジ軸64を回転させることできる。前記ホルダー66は、前記ネジ軸64に対応するネジ孔(図示せず)を有し、前記ガイドケース68の外側で前記第2画像検出器50を取付ける。前記ホルダー66は、前記ネジ孔を介して前記ネジ軸64と結合され、且つ前記ガイドケース68によってガイドされるため、前記ネジ軸64が回転すると、前記ホルダー66は前記ネジ軸64に沿って直線運動をする。
【0024】
図4は、前述のオンライン厚さ測定装置100(図1)の制御ブロック図である。前記速度検出センサー20、基板検出センサー30、第1画像検出器40、第2画像検出器50、昇降手段60、及びスクリーン72は、制御部70と電気的に連結されている。ここで、前記スクリーン72は、画像表示装置である。前記制御部70は、入力されているプログラムを通して前記オンライン厚さ測定装置100を制御する。
【0025】
図2乃至図4を参照して、前記制御部70の作用について詳細に説明する。
【0026】
前記基板検出センサー30が前記基板1の開始点を検出すると、前記制御部70は開始点検出信号によって前記第1画像検出器40を作動させるための制御信号を出力する。前記制御信号によって、前記第1光源42が点灯され、前記第1CCDカメラ44は前記基板1の下部の画像を撮像する。前記第1CCDカメラ44は、撮像した画像をエッジ画像信号に変換して、前記制御部70に送信する。前記制御部70は、前記エッジ画像信号をエッジ画像に処理すると共に、前記スクリーン72に前記エッジ画像を表示する。
【0027】
前記第1CCDカメラ44は制限された視界を有しているため、カメラから送信されるエッジ画像信号は、前記基板1のエッジ画像の一部に対する情報のみを有している。従って、前記制御部70は、順次撮像された多数の部分エッジ画像を順に連結することにより、前記基板1の全エッジ画像を表示する。前記第1CCDカメラ44が2次元CCDカメラである場合、それぞれの部分エッジ画像は2次元平面上に表示される。これに比較して、前記第1CCDカメラ44が1次元CCDカメラである場合、それぞれの部分エッジ画像は1次元線上に表示され、このとき、前記1次元線は前記基板1の移送方向に対して直角をなしている。
【0028】
図5及び図6には隣接の部分エッジ画像の連結を示しており、前記第1CCDカメラ44(図2)は2次元CCDカメラである。
【0029】
隣接の部分エッジ画像である第1ライン「I1」と第2ライン「I2」が図5に示されているスクリーン72上に表示されている。前記第1及び第2ライン「I1、I2」は、それぞれ、前段階のエッジ画像信号及び現段階のエッジ画像信号を順次処理して得られる。基板1(図1)の移送速度によってカメラの撮像インターバルを適切に調節すると、前記第1及び第2ライン「I1、I2」は、それぞれ、互いに対応する重畳部「A」を含む。前記第1及び第2ライン「I1、I2」は、便宜上、間隔をおいて示されているが、前記重畳部「A」において互いに一致する同一の形状を有する。
【0030】
その後、前記制御部70(図4)は、前記第1及び第2ライン「I1、I2」を前記重畳部Aで連結させて、図6に示されているように、連続的な第3ライン「I3」が前記スクリーン72上に表示されるようにする。前記第3ライン「I3」は、下部面2(図2)の実際の高さの変化によって変動する。前記第3ライン「I3」の下に基準線が位置していると仮定すると、前記第3ライン上に位置するそれぞれの点は前記基準線に対して対応する高さを有する。
【0031】
図2乃至図4に戻って、前記制御部70は、前記高さをエッジ画像信号から計算する。前記高さの計算値が対応する実際値と一致するように、前記エッジ画像の高さ計算には較正(calibration)が適用されることが望ましい。ここで、前記実際値は、前記基板1の下部面2と基準面との間の垂直距離を実測して得られる値であり、前記基準面は、前記第2画像検出器50が位置した仮想面である。
【0032】
前記制御部70は、前記第1画像検出器40から出力される前記エッジ画像信号によって前記昇降モータ62を駆動させて、前記昇降手段60が前記エッジ画像の高さによって前記第2画像検出器50を上下に移動させるようにする。ここで、前記基板1が前記第1画像検出器40から前記第2画像検出器50に向かって移動するため、前記第1画像検出器40の撮像時点及び前記昇降手段60の動作時点を前記基板1の移送速度に対して同期化させることが望ましい。従って、前記第2画像検出器50と前記下部面2との間の垂直距離は一定に維持される。前記第2CCDカメラ54が最適焦点を示すように前記垂直距離を予め調整すると、前記下部面2の高さの変化に関係なく前記第2CCDカメラ54は常に最適焦点を維持することになる。
【0033】
その後、前記制御部70は、前記第2画像検出器50を作動させるための制御信号を出力する。前記制御信号によって前記第2光源52が点灯され、前記第2CCDカメラ54は、前記基板1の下部面2の画像を撮像する。前記第2CCDカメラ54は、撮像した画像を厚さ画像信号に変換して前記制御部70に送信する。前記制御部70は、前記厚さ画像信号を厚さ画像に処理すると共に、前記スクリーン72を制御して前記厚さ画像を表示する。
【0034】
前記第2CCDカメラ54もやはり制限された視界を有しているため、カメラから送信される厚さ画像信号は前記基板1の厚さ画像の一部に対する情報のみを有している。従って、前記制御部70は、順次撮像された多数の部分厚さ画像を順に連結することにより、前記基板1の全厚さ画像を表示する。
【0035】
図7及び図8は、スクリーン72上に表示される第1及び第2厚さ画像の連結を示しており、このとき、第2CCDカメラ54は2次元CCDカメラである。前記第1厚さ画像は、第4ライン「I4」と第5ライン「I5」を含み、前記第2厚さ画像は、第6ライン「I6」と第7ライン「I7」を含む。前記第1及び第2厚さ画像は部分厚さ画像であり、重畳部「B」において互いに重なり合う。前記第4及び第6ライン「I4、I6」または前記第5及び第7「I5、I7」は、便宜上、互いに間隔をおいて示されているが、前記重畳部「B」において同一形状で重なり合う。
【0036】
前記制御部70(図4)は、前記第4及び第6ライン「I4、I6」を前記重畳部「B」で連結し、連続的な第8ライン「I8」が前記スクリーン72上に表示されるようにする。同時に、前記制御部70は、前記第5及び第7ライン「I5、I7」を前記重畳部「B」で連結し、連続的な第9ライン「I9」が前記スクリーン72上に表示されるようにする。前記第8及び第9ライン「I8、I9」は、それぞれ、前記下部面2(図3)の第1及び第2エッジを示す。よって、前記第8及び第9ライン「I8、I9」間の垂直距離は、前記基板1(図3)の厚さを示す。
【0037】
図3及び図4に戻って、前記制御部70は、前記厚さ画像信号から前記垂直距離を計算する。前記垂直距離の計算値に対応する実際の厚さと一致するように、前記垂直距離の計算には較正が適用されることが望ましい。前記基板1が移送されることにより、前記厚さ画像だけでなく、前記厚さをも、実時間で連続的に前記スクリーン72上に表示される。
【0038】
上記において、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明の請求範囲を逸脱することなく、当業者は種々の改変をなし得るであろう。
【0039】
【発明の効果】
従って、本発明による基板厚さ測定装置及びその方法によれば、製造工程中に基板の厚さをオンラインで極めて簡便に測定することができる。また、基板の移送速度や基板の高さの変化値を更に測定して基板の厚さ撮像時に同期化することにより、測定の正確性や信頼性を向上させることができる。また、基板厚さの測定結果を実時間に提供することにより、測定結果の合格の可否を迅速で、且つ正確に判定可能であるだけでなく、基板の測定結果に異常がある場合にも製造現場で迅速な措置を取ることができ、製造工程上の損失を最小化することができる。この結果、極めて効率よく柔軟性生産システムを運営することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による厚さ測定装置の構成を示す斜視図である。
【図2】本発明による厚さ測定装置の第1画像検出手段の構成を示す図である。
【図3】本発明による厚さ測定装置の第2画像検出手段の構成を示す正面図である。
【図4】本発明による厚さ測定装置を示す制御ブロック図である。
【図5】本発明の第1画像検出手段によって獲得された部分エッジ画像の連結を説明するために示す画面である。
【図6】図5の連結により獲得されたエッジの画像を示す画面である。
【図7】本発明の第2画像検出手段により獲得された部分厚さの画像の連結を説明するために示す画面である。
【図8】図7の連結によって獲得された厚さの画像を示す画面である。
【符号の説明】
1 基板
2 下端部
10 移送装置
12 移送軸
20 速度検出センサー
30 位置検出センサー
40 第1画像検出手段
42 第1光源
44 第1CCDカメラ
50 第2画像検出手段
52 第2光源
54 第2CCDカメラ
60 昇降手段
62 昇降モータ
64 ネジ軸
66 ホルダー
70 制御部
72 画面
Claims (13)
- 移送中の基板の厚さを測定するためのオンライン測定装置であって、
前記基板の下部面の高さの変化を検出する第1画像検出器と、
2つの向合うエッジを有する前記下部面の画像を撮像する第2画像検出器と、
前記第2画像検出器を前記下部面に対して直角方向に動かす昇降手段であって、前記昇降手段は前記下部面の高さの変化によって制御され、前記下部面と前記第2画像検出器との間の垂直距離を一定に維持する前記昇降手段と、
前記下部面の画像を処理して前記下部面の前記2つの向合うエッジ間の距離を計算することにより、前記基板の厚さを求める制御部とを含むことを特徴とするオンライン測定装置。 - 更に前記基板の開始点を検出する基板検出センサーを含むことを特徴とする請求項1に記載のオンライン測定装置。
- 更に前記基板の移送速度を検出する速度検出センサーを含み、
前記第2画像検出器の撮像インターバル及び撮像速度が前記基板の移送速度によって決定され、且つ前記昇降手段の動作時点と前記高さの変化の検出時点を前記基板の移送速度に対して同期化することを特徴とする請求項1に記載のオンライン測定装置。 - 前記第1画像検出器は第1光源と第1CCDカメラとを含み、
前記第1光源は前記基板の下部に光を投射し、前記第1CCDカメラは前記基板の前記下部面の高さの変化を検出するために前記基板の下部を撮像することを特徴とする請求項1に記載のオンライン測定装置。 - 前記第1CCDカメラは1次元CCDカメラであることを特徴とする請求項4に記載のオンライン測定装置。
- 前記第1CCDカメラは2次元CCDカメラであることを特徴とする請求項4に記載のオンライン測定装置。
- 前記第2画像検出器は第2光源と第2CCDカメラとを含み、
前記第2光源は前記基板の下部面に光を投射し、前記第2CCDカメラは前記下部面の画像を撮像することを特徴とする請求項1に記載のオンライン測定装置。 - 前記第2CCDカメラは1次元CCDカメラであることを特徴とする請求項7に記載のオンライン測定装置。
- 前記第2CCDカメラは2次元CCDカメラであることを特徴とする請求項7に記載のオンライン測定装置。
- 前記第1画像検出器はハイト・センサーであることを特徴とする請求項1に記載のオンライン測定装置。
- 前記昇降手段は、
前記基板の前記下部面の高さの変化によって制御される昇降モータと、
前記昇降モータによって回転するネジ軸と、
前記ネジ軸に結合され、前記第2画像検出器を取付けるホルダーと、
前記ホルダーが前記ネジ軸に沿って直線運動をするように、前記ホルダーをガイドするガイドケースとを含むことを特徴とする請求項1に記載のオンライン測定装置。 - 更に前記基板の厚さを表示する画像表示装置を含むことを特徴とする請求項1に記載のオンライン測定装置。
- 移送中の基板の厚さ測定方法であって、
前記基板の移送速度を検出する段階と、
前記基板の下部面の高さの変化を検出する段階と、
前記基板の下部面の画像を撮像する段階と、ここで前記画像撮像時の撮像インターバルと撮像速度が前記基板の移送速度によって決定され、前記画像撮像時の撮像焦点は2つの向合うエッジを有する前記下部面の高さの変化によって決定される段階と、
前記画像を処理して前記下部面の向合うエッジ間の距離を計算することにより、前記基板の厚さを求める段階とを含むことを特徴とする厚さ測定方法。
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