用于检查透明物体的表面的装置及相应方法与流程

1.本发明涉及箔片型透明物体(例如，薄平板玻璃或透明膜)的表面检查及其相应方法。


背景技术：

2.例如0.01毫米至几毫米厚的薄平板玻璃或透明膜主要用于光学、电子和显示行业，例如用于制造液晶显示器或液晶屏幕。薄平板玻璃也称为薄玻璃、显示玻璃或微片。薄平板玻璃或薄膜具有在顶侧的表面和在与顶侧相反的底侧的表面，这两个表面相对于物体的厚度具有相对大的扩展。在生产这种物体时，这些表面的纯度是重要标准。因此，在平板玻璃的生产过程中，例如，要监测玻璃表面是否有颗粒以及颗粒在表面如何分布。这种颗粒可以非常小，即，它们的直径可以只有几微米。
3.近来，人们已经了解了玻璃和薄膜的光学检查。通常，使用具有强的暗场照明的基于相机的方法来检测污染。该方法同时检测薄平板玻璃顶部和底部的颗粒。这种方法被称为ab侧(ab-side)。然而，其无法区分顶侧和底侧的颗粒。
4.然而，为了对透明物体进行进一步处理，例如对平板玻璃进行有针对性的清洁，希望能够确定污染物在两侧中的一者(即，顶侧或底侧)上。


技术实现要素：

5.因此，本发明的目的在于提供一种装置，利用该装置可以分别确定仅在透明制品的一侧(即顶侧或底侧)的颗粒的尺寸和分布。类似地，任务在于提供相应方法。
6.以上任务通过具有权利要求1的特征的装置和具有权利要求9的特征的方法来解决。
7.根据本发明的用于检查箔片型透明物体的装置特别地包括相机和至少一个光源，箔片型透明物体具有在透明物体的顶侧的第一表面和在透明物体的底侧的第二表面。箔片型透明物体可以具有例如0.1毫米至几毫米的厚度(尺寸)。这里，透明物体的顶侧和底侧是具有最大扩展的两个相对侧。因此，“上方”是指顶侧上方的空间，“下方”是指底侧下方的空间。厚度是物体的顶部和底部之间的材料尺寸。
8.术语“透明度”用于描述物品材料的光学特性，即其对电磁辐射的透射率。特别地，本发明适用于具有以下特性的物体：该物体至少在300nm至3μm之间的波长范围的子区域中，优选在380nm至780nm之间的波长范围内(可见光)对电磁辐射的透明度至少为50％。光源被布置为使得由光源发射的电磁辐射从上方照射物体的第一表面的线形区域或从下方照射物体的第二表面的线形区域。光源所使用的电磁辐射的波长例如在300nm至3μm之间的波长范围内，优选在380nm至780nm之间的波长范围内(可见光)。因此，光源在线形区域中照射透明物体的面对光源的表面，该线形区域例如可以在沿着线的方向上具有从1cm到10m的范围内的尺寸(长度)，并且在横向于线的方向上可以具有从几μm到几mm的范围内的尺寸(宽度)。由光源照射的线形区域相对于相机的检测区域稍大或具有相同的尺寸，相机例如
被设计为线扫描相机并且检测从线形区域反射回来的电磁辐射。在这种情况下，以与相应的照射表面成预定角度地进行照射，相机被设置成使得其检测反射回来的电磁辐射的强度(即，在线形区域的至少一个部分中在光源的方向上反射的电磁辐射的强度)。因此，相机布置在物体的同一侧，即，面向光源的一侧。预定角度进一步设置为小于或等于15
°
，并且电磁辐射主要是线性偏振和s偏振的(即，横向电偏振)。优选地，预定角度在3
°
至12
°
的范围内，更优选地在5
°
至10
°
的范围内。这里，是指电场矢量的偏振方向，其振荡方向是恒定的(线性偏振)。这里，s偏振是指电磁辐射的电场垂直于入射平面。表述“主要是s偏振”是指偏振度(s偏振辐射的比例)为至少75％，优选至少90％，特别优选至少95％。由于从未污染表面反射的电磁辐射被远离光源反射，因此相机仅检测从表面上的颗粒朝向相机或光源反射回来的电磁辐射的强度。特别地，相机检测在至少一个光源的方向上从表面的照射的线形区域反射回来的电磁辐射的强度。如果相机在线形区域的子区域中检测到高的回来反射的强度，则假定在表面上存在污染该表面的颗粒。
9.根据本发明的装置具有的优点是，由于使用极小的照射角度(小于或等于15
°
的预定角度)，因此只有相对少的光穿透透明物体。反射的光的比例取决于照射角度。在照射角度小的情况下，大部分入射光在远离光源(从而远离相机)的方向上被反射，并且非常小的比例穿透透明物体。在透明物体的与照射表面的相对侧也出现同样的效果。只有非常非常小的一部分入射光到达位于照射表面的相对表面上的污染颗粒。
10.另外，已知电磁辐射在两种介质的界面处(即，此处在透明物体的照射表面处)被部分反射，并被部分折射到第二介质(此处为透明材料)中。这里，s偏振光的反射辐射以及折射辐射的比例与p偏振光不同。该定律以创造性的方式使用，使得主要是s偏振电磁辐射用于照射。如目前的情况那样，在小照射角度下，大比例的s偏振电磁辐射被反射，透射的比例相对小。对于p偏振光而言，也会出现这种效果，但该效果仅在极小的角度发生，由于空间的原因，这在实践中只有花费大量努力才能实现。在较小的角度下，p偏振光的反射部分减少得非常快。如果只照射s偏振光，则入射的电磁辐射中的p偏振部分非常小，并且折射到透明体中的总照射部分非常小。相比之下，入射的s偏振辐射的大部分被反射，只有一小部分被折射到透明体中。因此，只有极小的一部分光到达透明物体的与照射表面相对的表面。
11.从上述两种效果可以看出，穿过透明物体的电磁辐射的比例非常小。因此，很少的光到达照射表面的相对侧的污染物。因此，在对应的相机图像中，面对相机的表面上的各个颗粒以比背对相机的一侧上的颗粒明显大的强度被检测到，从而可以将面对相机的表面上的污染颗粒与位于物体的相对侧的颗粒区分开。由相机检测在至少一个光源的方向上反射回来的光，并且其用作确定该表面污染颗粒位于何处以及它们多大的基础。
12.在一个实施例中，相机的在与相应表面的照射的线形区域相邻的物体侧端部中的光路与光源发射的电磁辐射的光路成小于20
°
、优选地小于10
°
、特别优选地小于5
°
的角度。光源和相机通过以相同的角度或所述非常小的角度布置，在很大程度上防止了由相机焦点上物体表面的位置变化和照射强度对检查造成的负面影响。材料中的高度变化不会导致照射表面的照射的线形区域移出相机的检测范围。在本实施例中，相机的光路与光源发射的电磁辐射的光路(即与入射光的辐射)之间具有小于5
°
的角度。优选地，该角度小于3
°
，更优选地小于1
°
。在一个实施例中，相机的光路可以被布置为使得其在与相应表面的照射的线形区域相邻的端部中与光源的光路在平面中传播。
13.根据本发明的装置和根据本发明的方法特别适用于由玻璃(例如，硅酸盐玻璃)或塑料制成的物体。物体可以具有带状构造，即以预定速度通过根据本发明的装置，或者作为单件进行检查。
14.在一个实施例中，提供了两个或多个光源。在另一个实施例中，一个或两个或更多个光源是具有线性光学器件的激光器的形式，其中线性光学器件将离开激光器的光束扩展以形成线。由此产生的线形激光束以高强度(例如，以每线毫米1mw至10mw范围内的光功率)从上方照射第一表面的线形区域或从下方照射第二表面的线形区域。由于线性光学器件而使得光源发射的电磁辐射在物体的方向上扩展，使得光源和发射的辐射在面向光源的一侧具有小的空间要求。例如，频率在可见光波长范围内的激光器(例如，二极管激光器)可以用作激光器，其还具有其自身仅发射偏振光的优点。然后，其只需要以光相对于在表面上的入射方向为s偏振的方式排列即可。
15.在一个实施例中，可以提供两个光源，每个光源照射表面的线形区域的一部分。在该实施例中，提供了观察线形区域的两个部分的单个相机。还可以提供一个以上的相机。
16.在一个实施例中，相机的光路的物体侧端部在一端由偏转镜界定，在相对端由物体的照射表面界定。换言之，相机的光路的物体侧端部形成在物体的面向相机的表面和偏转镜之间，其中，相机的光路在偏转镜处成角度。例如，偏转镜将相机的视角方向偏转90
°
，也可以想到在20
°
到170
°
的角度范围内的其他角度。这使得能够节省相机的空间布置，并且还可以在相机的光路中布置另外的偏转镜。
17.该装置的极简构造可以通过将至少一个光源放置在上述偏转镜旁边来实现，该偏转镜布置在相机的光路上。这里，“相邻”是指在照射表面的线形区域和相机的光路所跨越的平面内在横向于相机的光路的方向上以小距离放置该至少一个光源。这允许来自至少一个光源的光在旁边通过偏转镜，并且从偏转镜开始，相机和光源的光路在共同平面内或以上述小角度(小于5
°
)传播。因此，光源的照射方向和相机的视角方向是相同的。在另一实施例中，在偏转镜旁边的每一侧布置一个光源。
18.可替换地或附加地，偏转镜可以被设计为部分透明，并且当从透明物体观察时，至少一个光源可以被布置在偏转镜后面。然后，由光源发射的电磁辐射穿过偏转镜并随后与相机的光路在一个平面内，例如，相机和光源在偏转镜和透明物体的表面之间的光路是相同的。因此，在这种情况下，照射的方向和相机的视角方向也是相同的。
19.在一个实施例中，相机被设计为线扫描相机，其逐像素地并沿着照射的线形区域检测反射的电磁辐射的强度。线扫描相机可以具有ccd、nmos、ingaas和/或cmos传感器。与具有多条线的二维传感器相比，线扫描相机对于根据本发明的装置是有利的。尽管线传感器与区域传感器具有大致相同的像素尺寸，但是线长度可以大得多。线扫描相机可以具有17000个像素或更多像素，而不是区域传感器的最大1000至4000像素宽度。因此，线扫描相机为给定物场提供更好的空间分辨率。此外，行的读取速度比区域的读取速度快得多。特别地，如果为了实现与区域扫描相机相比通常显著更高的时钟速率，提供更高的光源辐射强度，则线扫描相机是有利的。另一个主要优点是在纵向方向(即横向于物体的线/宽度)上，在每行的合成图像中使用完全相同的照射几何形状。
20.根据本发明的用于检查箔片型透明物体的方法特别是利用包括相机和至少一个光源的装置来实现，箔片型透明物体具有在透明物体的顶侧的第一表面和在透明物体的底
侧的第二表面。通过由至少一个光源发射的电磁辐射，从上方照射物体的第一表面的线形区域或从下方照射物体的第二表面的线形区域，并且以与相应的照射表面成预定角度地进行照射。另外，通过相机，在线形区域的至少一部分中检测朝向至少一个光源反射回来的电磁辐射的强度，其中预定角度小于或等于15
°
，并且由光源发射的电磁辐射主要是线性偏振和s偏振，其中，基于由相机检测的反射电磁辐射的强度(即，根据检测的强度数据)来确定照射表面的污染程度。该过程基于发明人的上述关于电磁辐射在小入射角下的有利的反射行为的发现，由此电磁辐射主要是线性偏振和s偏振。
21.在具有上述优点的实施例中，相机被定向为使得相机的在与相应表面的照射的线形区域相邻的物体侧端部中的光路与光源发射的电磁辐射的光路成小于5
°
的角度。上面给出的光源和相机的光路的布置的实施例以相同的方式应用于根据本发明的方法。
22.在一个实施例中，例如通过线扫描相机逐像素地检测从表面的照射的线形区域反射的电磁辐射的强度。
23.在另一实施例中，通过连接到相机并且被发送有所确定的强度数据的数据处理装置，根据上述强度数据(即，由相机从线形区域确定的电磁辐射的反射回来的强度的数据)来确定在透明物体的照射表面上的引起污染的颗粒的位置和/或尺寸。例如，相机针对每个像素确定介于值0和最大强度值(例如，值255)之间的光强度。此外，可以为相机的每个像素分配透明物体的照射侧的表面(即第一表面或第二表面)上的位置。例如，这可以通过定义二维坐标并将其分配给物体表面上的对应位置来实现。通过相应的校准，数据处理装置知晓具有哪个坐标的哪个位置当前被光源照射，并且因此相应地知晓相机当前检测到电磁辐射的反射回来的强度是来自哪个位置。这尤其归因于光源和/或相机的布置、透明物体的带的(初始)位置及(当检查带状透明物体时)其进给速度。由于相机检测到的反射回来的电磁辐射位于照射区域中，因此可以为每个像素分配物体表面上的位置或坐标。如果检测到的强度高于第一预定的第一强度阈值，则得出结论，污染表面的颗粒在与光源和相机相关联的表面上存在于相应的分配位置(由二维坐标表示)处。为了更精确地说明污染颗粒的尺寸，可以评估反射回来的光的强度。例如，可以预先定义强度子范围，第一强度阈值和最大强度值之间的强度范围被划分成强度子范围。例如，可以定义四个强度子范围。通过将测量的强度分配给每个像素，可以由此确定相应颗粒的尺寸，假定较大的污染颗粒会产生更高的测量强度。因此，数据处理装置(例如微处理器)可以确定污染颗粒在任一表面上的位置和/或其尺寸。就这一点而言，颗粒或多个颗粒的集合体可以在多个像素上延伸。
24.当对箔片型透明物体(例如，平板玻璃的薄板)的表面在其纵向(即横向于物体宽度)上的整个延伸上进行检查时，例如，该过程是相对于装置移动物体。在横向于物体移动方向的方向上，照射的线形区域被布置为如果可能的话覆盖物体的整个宽度。如果需要，根据本发明的几个装置彼此相邻地布置，以便覆盖透明物体的整个宽度。通过移动物体，可以检查物体一侧的整个表面。可替代地，该装置可以沿着物体移动以进行检查。
25.通过这种检查，可以很好地分别检查平面物体(即，具有连续形成的表面的物体)的相应顶侧或底侧的污染。
附图说明
26.在下文中，参照优选实施例和附图描述本发明的进一步优点、特征和可能的应用。
由此描述和/或说明的所有特征构成本发明的主题，而无论它们在权利要求书中的概述及其参考文献如何。
27.图中示出了：
28.图1是在检查箔片型透明物体期间根据本发明的装置的第一实施例的一部分的侧面透视图；
29.图2是根据图1的示例的正面的透视图；
30.图3是根据图1的实施例的侧面的另一透视图；以及
31.图4是根据图1的实施例的相机和光源的光路的进程以及透明物体的侧视图。
具体实施方式
32.图1至图4示出了根据本发明的用于检查透明物体的装置的第一实施例。例如，物体是透明平板玻璃10，其以具有例如1m的宽度b的无头带形式在方向r上以恒定速度通过该装置。平板玻璃10具有在顶侧的第一表面11和在底侧的第二表面12。平板玻璃10的厚度(尺寸)d可以是例如0.1mm至几毫米。
33.为了检查平板玻璃的第一表面11的颗粒污染，该装置包括并排布置的两个激光器20(例如二极管激光器，激光器的波长例如在可见光的波长范围内)，激光器具有线性光学器件并在第一表面11上照射长度为50cm的线形区域15。线形区域的宽度(横向于长度)在上述范围内。两个激光器均发射s偏振的线性偏振光。激光器20安装在支撑板17上，支撑板17附接到悬置在平板玻璃带上的框架。由于线性光学器件而使离开激光器20的光各自被扩散成宽线状光束22，使得当光束击中平板玻璃10的第一表面11时，仅线形区域15被照射。在这种情况下，两个激光器20彼此相邻地布置，使得每个激光器20分别照射线形区域15的一半长度的部分。
34.图4示出了每个光20的光束22与平板玻璃的第一表面11成角度α，该角度例如小于15
°
，优选在3
°
至12
°
之间，特别优选在5
°
至10
°
之间。由于角度α的小尺寸和入射光22的s偏振，当第一表面11上不存在污染颗粒时，至少85％的比例的入射电磁辐射在表面11处被反射。远离光源20反射的光24与平板玻璃的表面11之间也具有角度α。
35.对于平板玻璃10的整个表面11的检查，也可以仅设置一个根据本发明的装置，或者可以并排布置两个以上的根据本发明装置，从而在平板玻璃的整个宽度上检测平板玻璃。
36.两个激光器20进一步布置成使得在每种情况下光在旁边经过偏转镜30。该偏转镜30与线扫描相机40一起作用，该线扫描相机附接到平板玻璃的第一表面11上方的保持板17。相机的可视光束41被偏转镜30反射，例如以90
°
的角度反射，使得光路然后与两个光20的光束22平行且在一个平面中传播，并且也在照射的线形区域中击中平板玻璃的表面11。换句话说，相机40观察第一表面11的线形区域15，其中相机40的光路的物体侧端部42与光20的两个光束22在一个平面内。因此，如图4所示，物体侧端部42与表面11之间也具有角度α。可替代地，相机40的物体侧端部42与表面11之间所成的角度可以与角度α相差小于5
°
。通过将光源20和相机40放置在相同或大致相同的角度，在很大程度上防止了由于相机焦点上平板玻璃10的表面11的位置变化和激光器20的照射强度造成的负面影响。
37.如果在第一表面11的照射的线形区域11中存在一个或多个污染颗粒，则该污染颗
粒将激光反射回到相机20中。电磁辐射被污染颗粒反射回相机中，并被相机感知为亮点，并由相机线的至少一个像素检测为亮度信息(反射光的强度)
38.连接到相机40的数据处理装置50(见图2)接收相机检测到的强度数据，强度数据连同每个像素的分配一起传输到线扫描相机。此外，数据处理装置50知晓照射的射线形区域15在平板玻璃10的第一表面11上的位置，并且数据处理装置由此计算属于线扫描相机的被检测到的明亮区域的污垢颗粒的位置。例如，检测到的强度在每个相机像素处可以在0到255之间的范围内。例如，如果在某像素处强度大于或等于第一强度阈值21，则数据处理装置50推断出颗粒位于照射的线形区域的相关联的位置处。不同的强度可以分配给不同尺寸的颗粒直径，下表对其进行举例说明。
39.强度颗粒直径21-802μm81-1404μm141-2006μm201-2558μm
40.在评估反射回来的电磁辐射的所获得的强度值的另一种可能性中，可替代地或附加地以这样的方式进行，即，如果相邻像素具有预定的强度值(例如，在上述范围内)，则假设颗粒延伸超过两个像素。然后，例如，可以将这些相邻像素的所确定的颗粒直径相加在一起。同样在方向r上，如果在相邻像素处确定了高于第一强度阈值的强度值，则可以将所确定的颗粒直径相加。也可以想到的是，对反射回来的电磁辐射的所确定的强度值的其他评估。在这种情况下，相机40的扫描速度适合于平板玻璃带在方向r上移动的速度，使得在针对相机的一行的检测之后，平板玻璃带恰好已经在方向r上移动了由线扫描相机检测的曝光的线形区域的宽度，使得在下一次检测中，恰好检测紧挨着先前线形区域的下一个线形区域。
41.在未示出的可替代实施例中，激光器20未布置在偏转镜30旁边，而是布置在其后面。激光器20的光穿过偏转镜30并通过偏转镜30到达第一表面11。为此，偏转镜被设计为部分透明镜。
42.如果要确定第二表面12上的污染，则相机、偏转镜和光源在平板玻璃下方以镜面倒置的方式布置，并且以与第二表面12成角度α地实现线形区域的照射。相机的光路在第二表面12上传播。相机的光路在物体的端部也以与第二表面12成角度α地传播。
43.通过根据本发明的装置或根据本发明的装置，可以在平板玻璃或其他箔片型透明物体的单侧表面上有针对性地确定污染。

技术特征：
1.一种用于检查箔片型透明物体(10)的装置，所述箔片型透明物体具有在所述透明物体的顶侧的第一表面(11)和在所述透明物体的底侧的第二表面(12)，其中所述装置具有相机(40)和至少一个光源(20)，其中所述光源(20)被设置为使得由所述光源发射的电磁辐射从上方照射所述物体的所述第一表面(11)的线形区域(15)或从下方照射所述物体的所述第二表面(12)的线形区域(15)，其中所述照射以与相应的所述照射表面(11)成预定角度(α)地进行，其中所述相机(40)被布置为检测所述线形区域(15)的至少一部分中反射回来的电磁辐射的强度，其特征在于，所述预定角度(α)小于或等于15
°
，所述光源(20)发射的所述电磁辐射主要是线性偏振和s偏振的。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述相机(40)的在与相应的所述表面(11)的照射的所述线形区域相邻的物体侧端部中的光路(41，42)与所述光源(20)发射的所述电磁辐射(20)的光路(22)成小于20
°
的角度。3.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述相机(40)的所述光路的所述物体侧端部(42)在一端由偏转镜(30)限定，并且在相对端由所述物体的所述照射表面(11)限定。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述至少一个光源(20)布置在所述偏转镜(30)旁边。5.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于，所述偏转镜是部分透明的，并且从所述透明物体(10)观察时，所述至少一个光源布置在所述偏转镜的后面。6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述光源(20)被设计为具有线性光学器件的激光器，并且发射具有例如在可见光范围内的波长的电磁辐射。7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述相机(40)被设置为逐像素地检测反射的所述电磁辐射的强度。8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，设置有数据处理单元(50)，所述数据处理单元连接到所述相机(40)并且所确定的所述强度数据能够被发送到所述数据处理单元，其中所述数据处理单元(50)被设置为使得其根据所述强度数据来确定在所述透明物体(10)的所述照射表面(11)上的颗粒的位置和/或尺寸。9.一种用装置检查箔片型透明物体(10)的方法，所述箔片型透明物体具有在所述透明物体(10)的顶侧的第一表面(11)和在所述透明物体的底侧的第二表面(12)，其中所述装置包括相机(40)和至少一个光源(20)，其中通过由所述光源(20)发射的电磁辐射从上方照射所述物体的所述第一表面(11)的线形区域(15)或从下方照射所述物体的所述第二表面(12)的线形区域(15)，其中所述照射以与相应的所述照射表面(11)成预定角度(α)地进行，其中通过所述相机(40)检测所述线形区域(15)的至少一部分中反射回来的所述电磁辐射的强度，其中所述预定角度(α)小于或等于15
°
，所述光源(20)发射的所述电磁辐射主要是线性偏振和s偏振的，其中基于由所述相机(40)检测的所述强度来确定所述照射表面(11)的污染程度。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述相机(40)以使得所述相机(40)的在与相应的所述表面(11)的照射的所述线形区域相邻的物体侧的端部中的光路(41，42)与由所述光源(20)发射的所述电磁辐射(20)的光路(22)成小于20
°
的角度的方式对准。11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述相机逐像素地检测反射的所述
电磁辐射的强度。12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其特征在于，通过连接到所述相机(40)并且被发送有所确定的所述强度的数据处理单元(50)，根据所确定的所述强度来确定在所述透明物体(10)的所述照射表面(11)上的颗粒的位置和/或尺寸。

技术总结
本发明涉及一种用于检查箔片型透明物体(10)以分别确定物体顶侧或底侧上颗粒的分布和尺寸的装置，箔片型透明物体具有在透明物体的顶侧的第一表面(11)和在透明物体的底侧的第二表面(12)。为此，装置包括相机(40)和至少一个光源(20)，其中光源(20)被设计为使得由光源发射的电磁辐射从上方照射物体的第一表面(11)的线形区域(15)或从下方照射物体的第二表面(12)的线形区域(15)，其中照射以与相应照射表面(11)成预定角度(α)地进行，其中相机(40)被设计为检测线形区域(15)的至少一部分中反射回来的电磁辐射的强度。预定角度(α)小于或等于15


技术研发人员：约瑟夫
受保护的技术使用者：伊斯拉视像有限责任公司
技术研发日：2021.12.13
技术公布日：2023/8/14