用于确定材料板形状的方法和用于确定玻璃物品形状的方法[0001]本申请是申请日为2009年8月26日、申请号为200910205772.8、名称为“用于确定玻璃板的形状的系统和方法”的发明专利申请的分案申请。[0003]最近，重大关注已集中在用于各种应用的玻璃板的形状特征上，所述应用包括液晶显示器(LCD)应用。比如，用于LCD应用的玻璃板应当具有低的形状可变性和低的致密度。表征玻璃板形状的能力是一个有用的工艺手段，但是在形成过程中和之后测量玻璃板形状的现有技术受限于数据的质量和数量两者。[0004]不接触其表面，测量大块玻璃的形状，比如，具有一侧表面积超过9m2的玻璃板，因该玻璃的高的光透射和镜面反射而复杂化。目前用于物体形状测量的很多技术依靠基板表面的光的漫散射，但是由于玻璃的反射性质，这些技术不易适应于玻璃板形状的确定。另外，依靠反射光的方法通常受限于小的观察领域或非常大的传感器，所述传感器接近所测量的玻璃板的 大小。这些传感器通常必须放置在相对于该玻璃的反射角上才能有效运行。因此，一般需要一个传感器阵列或单个传感器追踪来确定该玻璃板的形状，从而增加了这些系统的成本和复杂性。而且，由于有限的空间和常遇到的恶劣环境，这样的系统常常太大，不能集成进玻璃形成工艺中。[0005]在形成玻璃板的传统的浮法工艺中，熔融的玻璃流到并布满熔融锡的池或浴的表面。该工艺已经应用了几十年，负责用于各种应用的高质量玻璃板的快速供应，特别是窗玻3? ο[0006]在某些应用中，玻璃板需要具有高于那些适于窗玻璃的特性的特性(比如，平整、薄、致密等等)。针对这些应用，已经找到熔融下拉工艺来生产异常高质量(如，表面光洁)的玻璃板，而不需要通常对浮法形成的玻璃板来说的后续表面调节(如，研磨)。[0007]在熔融下拉工艺中，熔融的玻璃基材料提供给一个包含槽的耐火物。该熔融材料溢出该槽，并且以分离的流束流过该耐火物，仅在该耐火物的底部重新聚合，形成具有原始表面的玻璃带。在熔融工艺中该玻璃带的形状是所制造的玻璃的质量特征的早期指示物，包括生成的玻璃板的尺寸稳定性，因此期望得到。


[0008]公知许多材料在以合适能量受激时会发出荧光。依照本发明，制得包括一个或多个荧光种类(如，离子)的玻璃，使其通过用合适波长的光照射该玻璃发出荧光。已知的引起荧光的材料(活化剂材料)包括，但不限于铀、猛、钥、钛、银、鹤、硼、锂、締、秘、锡、钙、锗、铟和铅。前述的任何一种或多种，或者导致玻璃材料中的荧光的其它任何材料，当包含进玻璃组合物中时都可以作为合适的荧光活化剂。导致玻璃中的荧光的必要的光波长依赖于特殊的材料，但是常常为紫外(UV)波长范围内的一个波长。
[0009]该玻璃体内的荧光可以用于通过几何三角测量确定该玻璃在荧光点的位置。在一个例子中，一个用于估算玻璃带形状定义内部体积的的系统可以包括一个光源、一个图像捕获装置和一个处理器。该光源可以配置成将光束以预定的角度沿着预定的发射向量发射在该玻璃板的选定部分上。该光束配置成在该玻璃板的选定部分的体积内引起该玻璃板发荧光，并且发射荧光能量。
[0010]图像捕获装置可以包括配置成从该玻璃带读出所发射的荧光能量的传感器。该图像捕获装置还可进一步产生基于映像到该传感器上的光能量的位置和幅度的信号。该处理器接收该传感器产生的该信号并确定该玻璃的发荧光部分和该图像捕获装置(如，照相机)之间的向量。给出两个向量(发射的和接收的)和其它固定的几何系统参数，该处理器可以通过三角测量确定荧光发射的位置。
[0011]通过改变出射光向量的角度，该处理器可以引起多个表示该玻璃的离散位置的发射点产生。从这些 离散点，该处理器可以确定该玻璃带或板的形状。或者，结构化的光可以射在该玻璃板上，引起多个发射点同时产生，大大加快该形状测量。
[0012]在一个实施方式中，公开了一种确定玻璃板形状的方法，包括提供一个玻璃板，利用光束照射该玻璃板的内部部分，其中该光束包括选来引起该玻璃板的内部部分发射荧光能量的波长，以及确定该发荧光的内部部分的能量质心的位置。
[0013]在另一个实施方式中，描述了一种确定玻璃板形状的方法，其包括提供一个玻璃板和将光束射在该玻璃板上的多个预定位置，其中该光束包括选来引起该玻璃板的内部部分发射荧光能量的波长。该内部部分发射的生成的荧光能量于是被映像到传感器上，从而确定该发荧光的内部部分的能量质心的位置。这些步骤可以重复执行于该玻璃板上的多个位置，从而得到多个能量质心位置，从中可以确定该玻璃板的形状。
[0014]在另外一个实施例中，公开了一个测量玻璃板形状的系统，其包括配置成将激光束以预定的角度沿着预定的发射向量发射在玻璃板上的激光器。该激光束具有选定波长，其足够引起该激光束传播透过的该玻璃板的内部部分发荧光和发射荧光能量，该发荧光的内部部分包括一个能量质心。该系统进一步包括图像捕获装置，其配置成接收该荧光能量且将该荧光能量映像到传感器上，其中该传感器产生基于该传感器上的该映像荧光能量的位置的位置信号。处理器配置成执行下面操作:从该图像捕获装置接收该位置信号，确定该图像捕获装置和该能量质心之间的接收向量，以及基于该发射向量和该接收向量，确定该能量质心在该玻璃板的发荧光内部部分中的位置。该系统可以配置为该玻璃板的多个内部部分发荧光，从而可以在一个或多个选定方向确定该板的形状。该多个内部部分可以制成顺序或同时地发荧光。
[0015]本发明的其它方面将部分阐述在


[0016]附图将一并结合，并作为这具体说明的一部分，图示出本发明的各个方面，并且结合描述，用作解释本发明的原理。
[0017]图1是部分切掉的透视图，其图示了依照本发明的一个实施方式的示范性熔融下
拉工艺。
[0018]图2是依照本发明的一个实施方式确定玻璃板形状的系统的示意图。
[0019]图3是表示发射向量的增加的入射角的影响的示意图。
[0020]图4是表示依照本发明的示范性三角测量方法的示意图。
[0021]图5是依照本发明利用第二荧光板确定玻璃板形状的另一个系统的示意图。
[0022]图6是表示当以波长248nm的光照射时具有不同浓度的锡(Sn)的各种玻璃板发射的荧光密度的图表，该锡均匀分布于整个玻璃。
[0023]图7是表示依照本发明的一个实施方式以一个尺寸测量的玻璃板的形状的图表。【具体实施方式】
[0024]本发明的不同实施方式的下列描述提供为本发明的辅助教导。为这个目的，相关【技术领域】的技术人员会认可和意识到，对于这里描述的不同实施方式可以做许多变化，而仍得到本发明的有益结果。同样显而易见的是，本发明的所期望的某些益处可以通过选择本发明的某些特征而不使用其它特征得到。因此，本领域技术人员将认可，对本发明的许多改进和适应是可能的，而且甚至可以是某些环境中所期望的，是本发明的一部分。因此，下列描述提供作为解释本发明的原理，且不限于此。
[0025]依照本发明的实施方式，描述了在形成过程中和/或之后确定玻璃板形状的系统和方法。如这里所用的，术语“玻璃板”意味着包括形成过程中或之后的玻璃，没有限制。因此，例如，术语“玻璃板”可以包括以各种状态(如，粘弹性的，弹性的，等等)从隔离管根部流下的玻璃带，以及可从玻璃带切下的最终玻璃板。
[0026]虽然这里比照熔融下拉工艺描述，但是可以预料到，这里描述的系统和方法可以用于确定利用各种已知的玻璃形成工艺中的任一个形成的玻璃带或板的形状，包括浮法工艺、槽拉工艺、上拉工艺和单边溢出下拉工艺。
[0027]在图1描述的形成玻璃板的示范性熔融下拉工艺中，供应管10将熔融玻璃11提供给耐火物，或隔离管，12，包括一个收集槽14。熔融玻璃从两侧溢出该槽的顶部，以形成两个独立的玻璃流束，其向下流动，然后沿着该隔离管的收缩外表面16向内流动，该收缩外表面在该隔离管的拉线或根部18结合。两个熔融玻璃流束在根部汇聚，在那里它们融在一起成为单个玻璃带20。该玻璃带然后可以送去拉制和其它最终产生玻璃板的下游工序设备。
[0028]玻璃带20在形成过程中经过多个物理状态。熔融玻璃以粘性状态溢出隔离管12的侧边。独立的流束然后在该隔离管的底部融合形成玻璃带，之后玻璃带从粘弹性状态转变为弹性状态。在玻璃已经转变为弹性材料之后，该玻璃带可以被划线和分离(如划线22所示)，形成最终的 玻璃板24。
[0029]依照一个实施方式，图2中所示的系统26可以用于在形成过程(如，下拉熔融过程)中确定玻璃带的形状，或者可以用于在该板已从该带(或从较大的板)分离出来后确定单个玻璃板的形状。系统26包括照明设备28、图象捕获装置30和处理器32。照明设备28可以配置成将光束沿着选定的发射向量34、以选定的波长射向玻璃板24，该选定的波长引起被该光束照射的该玻璃的内部部分36发荧光。内部部分意味着在该板的相对主表面之间(也就是，穿过该板的厚度)的玻璃的部分。因此，该玻璃从该玻璃的被照射的内部部分发射荧光能量。图像捕获装置30，联合处理器32，可以用于接收所发射的光，并确定发荧光的内部部分的能量质心(如，图3中的58a、58b)和图像捕获装置之间的向量37。给定一个主参考系、发射光向量34、接收光向量37和系统几何形状，处理器32可以计算发荧光的内部部分的能量质心在主参考系中的位置。
[0030]照明设备28包括光源38，比如激光器、发光二极管(LED)jnUV LED光源、灯等等，但不限于大功率UV灯，或者其它任何一个能够将窄束光以引发玻璃板的内部部分内的荧光的波长射在玻璃板上的光源。在一个实施方式中，照明设备28可以包括配置为发射具有紫外范围内波长的激光束40的激光器38。可选的是，该激光器可以配置成发射具有能够在激光束穿透玻璃传播时引发该玻璃的荧光的任意波长的光。比如，该激光器可以具有在大约150nm到大约500nm范围内的、在大约220nm到大约290nm范围内的、或者更优选的在大约260nm到大约270nm范围内的波长。示范性的激光器包括，但不限于，266nm四次谐波YAG激光器、248nm NeCu激光器、248nm ArF激光器或224nm HeAg激光器。
[0031]照明设备28可以进一步包括光学元件42，比如反射器或多面棱镜，其可以选择性地置于各种预定角度，以接收来自激光源的激光束，并将其射向玻璃板24上的预定位置。在一个具体的方式中，光学元件42可以包括现有技术中已知的常规镜式检流计。比如，该镜式检流计可包括双轴扫描镜式检流计，或者包括操作在分段模式的两个单轴描镜式检流计。更优选的是，该检流计可包括角位置传感器44，用于获得和向处理器32提供该镜的角位置，从而提供了从此反射的光束在该主参考系中的角位置。角位置传感器44可以并入反射镜致动器45。在不使 用检流计或其它扫描或指示装置的情况下，角位置传感器可以直接联合激光器或其它可用光源。如果必要的话，可以执行该结构的初始校准，以确定照相机和光源的位置，并定义它们在主坐标系中的位置。或者，照相机和光源两者都可以安装有位置感应装置，其在各自位置上向处理器32提供信息。
[0032]在图2所示的另外一个方面，照明设备28可以任选地包括空间滤波器或光束成形器46，以确保该光束的对称能量分布。照明设备28还可以包括光束扩展器48，以调节入射在玻璃板上的光束宽度(如，横截面)。
[0033]图像捕获装置30包括成像照相机50，其可以置于使得该玻璃板的至少一部分在该照相机的观察区域内。照相机50可以配置为将该照相机捕获的该荧光能量映像到传感器上，以确定从发荧光的内部部分的能量质心到照相机的向量。只需要使用单个照相机。但是，在某些实施方式中，如果玻璃板24大于单个照相机的观察区域，则使用多于一个的照相机。不必要重叠多个观察区域。
[0034]成像照相机50包括透镜系统52和传感器54。透镜系统52配置为接收发荧光玻璃发射的光，并将接收的光能量映像到传感器上。传感器54可以为，比如，模拟位置感应探测器(PSD)或像素化阵列传感器。在一个优选实施方式中，传感器54是像素化阵列传感器。将接收的光能量映像到传感器上是将所发射的荧光能量的角向量转化为传感器上的位置。传感器54将这个位置转化为模拟或数字输出信号，该模拟或数字输出信号通过线55提供给处理器32。
[0035]因为该荧光点的能量质心是在玻璃板的内部部分之内，系统26可以配置为补偿玻璃的体效应。如图3中所示，当激光束传播透过玻璃时，光束的光能量被吸收(被减弱)，由能量强度剖面表示。该减弱大致是指数式的。在第一个位置，假定在这个例子中采取垂直的，强度分布由包含能量质心58a的区域56a表示。当光束横跨玻璃板从第一(左)位置(向量34a)扫描至第二 (右)位置(34b)时，入射角α减小(相对于玻璃平面)，该光束穿过玻璃的光程长度增加，而且该光束被更多地减弱。因此，当光束扫描时，探测到的荧光能量质心向更接近玻璃的入射面59的方向移动，而且该板/带会显示出包括一个仅作为扫描伪迹的弓形。处理器32优选配置为补偿这个效应。
[0036]为确定玻璃板的形状，来自照明设备28的向量34a、34b和从玻璃板的发荧光的内部部分的能量质心到图像采集装置30的向量37a、37b的角方向都被处理器32用于三角测量能量质心在主参考系中的位置。比如，对于笛卡儿(Cartesian)主参考系，可以计算能量质心的X、Y、Z坐标。
[0037]通过移动发射光束越过该玻璃板，且引起该板的多个选定内部部分发荧光，可以确定玻璃形状图形。例如，依靠该移动的尺寸范围，一个一维或二维图形可以通过生成点云而产生。该传感器可以配置为感 测该点云中各个能量质心的每一个，并且处理器可以配置为确定各个能量质心的每一个的位置。
[0038]在一个方面，处理器32配置为确定每个能量质心和传感器54之间的各个的接收光向量，并且基于其各个的发射向量和接收光向量确定每个能量质心的位置。基于该顺序能量质心(例如，所述点云)的确定位置，可以非常接近该玻璃板的形状。
[0039]依照一个实施方式，确定玻璃板形状的方法如下进行。处理器32与激光器和镜式检流计电连接，而且配置为发射定位信号到镜式检流计(换句话说，光学元件42)的促动器。响应于该定位信号，该镜式检流计被置于第一位置，从而将激光束以预定的角度、沿着该镜式检流计和该板之间的发射向量34，反射向玻璃板24，而且该镜式检流计定义在该主参考系之内，且该检流计的位置信号沿着线61被导向处理器32。
[0040]激光束与玻璃交叉，并照射玻璃的内部部分，引起该玻璃板被照射的内部部分发射荧光能量。照相机50，或其他图像捕获设备，通过传感器54感应所发射的荧光能量(如，所发射光的能量质心)的角方向。基于成像在该传感器上的光的位置和幅度，传感器54沿着线55将电信号提供给处理器，从而确定了来自能量质心的向量。
[0041]该透镜系统可以利用对本领域技术人员来说熟知的方法校准，以确保所接收的荧光能量到光能量在传感器上的位置的精确转换。例如，一个或多个透镜效应可能需要这样校准，但不限于:焦距、径向对称的透镜畸变、标题透镜透视、非径向对称的畸变、由于离轴透镜像差导致的质心移动、和玻璃荧光体效应。
[0042]在一个示范性的方面，如果传感器是像素化的传感器，单个像素数据可以由传感器通过整体模拟增益和补偿功能处理，以得到所期望的信躁比。每个像素可以对于其单独的增益/补偿条件进行校准，以降低传感器上的图像噪声。生成的电信号然后可被送至处理器32。另外，该处理器可以执行帧间减法以减少设置中变化的背景图像的影响。一个与成像的能量质心的尺寸相匹配的标准空间滤波器可以在整个图像上操作以进一步降低噪声。该空间滤波器和其他的信号处理功能都可以被改变以最小化偏移误差。可以执行常规的点探测和像素质心算法，从而在像素空间内，计算能量质心在像素化传感器的参考系中的位置。随后，应用透镜转换算法，以得到实际能量质心和照相机之间的向量。
[0043]处理器32使用标准三角法、从检流计到板的发射向量和从板到照相机的荧光(接收到的)向量、以及已知的光源(如，检流计)和照相机的位置，以三角测量该玻璃板的发荧光的内部部分的能量质心的位置。图4示出了一个示范性的方法。依照图4的实施方式，主参考系由x、y和z轴定义。照明设备28 (更具体地，光学元件42)和图像捕获装置30的位置在该主参考系内被定义并且已知，而且发射和接收向量的角方向也是已知的。该玻璃板的发荧光的内部部分的能量质心(如，58a)的位置于是可以从下列方程确定: