专利名称：制造和加工过程中确定板位置的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明总地涉及由基于玻璃的材料制成的大尺寸板的制造和加工。更具体地，本发明涉及在板的制造和加工过程中用于测量材料板的选定区域的位置的方法和装置。
背景技术：
熔化抽拉工艺用来从例如熔融玻璃之类的熔融材料制造材料板。在授权给 Dockerty的美国专利No. 3，338，696和3，682，609中，描述了常见的熔化抽拉工艺。典型地，熔化抽拉工艺涉及将熔融材料送入料槽并使熔融材料以可控方式沿料槽的边向下溢流。沿料槽的边向下流动的不同材料流在料槽底部聚合成单股材料流，它被抽拉成连续的材料板。连续的材料板在熔化抽拉机的底部被分割成多个分立的材料片。这道工艺的关键优势在于，材料板的表面不与料槽或其它成形设备的边接触并因此是原始形态的。这道工艺的另一优势在于，材料板非常平整并具有均一的厚度。通过熔化抽拉工艺制成的大玻璃板是制造大型平板显示器的关键部件。替代地， 它们可被切片以制造其它设备，例如有源电子设备、光电设备和生物序列。然而，随着对更大材料板的需求日益增加，制造和加工这些板的困难也随之增大。例如，在熔化抽拉机 (FDM)底部的板刻划和分离工艺明显有助于板在FDM的成形区的运动。板在成形区的运动会对板中的应力水平和应力变化产生负面影响，可能导致最终产品的扭曲。所加工的板越大，则板运动对板中应力水平和应力变化的影响越明显。本发明的受让人康宁公司已研发出许多技术来使抽拉底部的板运动最小。其中一种技术涉及通过激光器对玻璃板进行刻划，由此避免可能导致板运动的与玻璃板的物理接触，如美国专利申请No. 12/008, 949中描述的那样。另一技术涉及使用适应性突缘装置而在对玻璃板刻划的同时咬合玻璃板，由此减少玻璃板在刻划过程中的运动，如美国专利申请公开No. US2008/0276646中记载的那样。另一种技术包括分离玻璃板而不弯曲玻璃板， 如美国专利申请公开No. US2007/0039990中记载的那样。这些技术要求有关玻璃板选定区域相对于基准平面的位置的实时信息。在FDM不同高度的这种信息也有益于细调和优化抽拉工艺。发明概述在本发明的第一方面，提供一种确定材料板的选定区域相对于基准平面的位置的方法。该方法包括在材料板的选定区域投射第一入射光束，以使第一入射光束在第一位置并以第一角度碰撞选定区域，由此产生第一反射光束。该方法包括在材料板的选定区域投射第二入射光束，以使第二入射光束在第二位置并以第二角度碰撞选定区域，由此产生第二反射光束，其中第二位置和第二角度分别不同于第一位置和第一角度。该方法包括在基准平面拦截第一反射光束和第二反射光束。该方法包括接收与拦截反射光束的位置和投射入射光束的角度相关的信息。该方法包括将该信息与选定区域相对于基准平面的位置相关联。在本发明的第一方面的某些实施例中，该方法还包括使用该信息来控制无弯曲板分离工艺。在本发明的第一方面的某些实施例中，将信息关联的步骤包括从该信息确定选定区域和基准平面之间的距离以及选定区域相对于基准平面的方位。在本发明第一方面的某些实施例中，将信息关联的步骤包括对Pn = b(2 θ η+2 θ 0) 求解，其中Pn是在基准平面上拦截反射光束的位置，θ η是入射光束碰撞选定区域的角度， b是从选定区域至基准平面的距离，而θ ^是选定区域相对于基准平面的方位。在本发明第一方面的某些实施例中，9 和θ ^中的每一个的绝对值小于约12°。在本发明第一方面的某些实施例中，第一入射光束和第二入射光束是狭长的光束ο在本发明第一方面的某些实施例中，投射第一入射光束和第二入射光束包括使第一入射光束的长轴和第二入射光束的长轴分别对准与材料板平移方向基本上平行的方向。在本发明第一方面的某些实施例中，该方法还包括产生光束和将光束分束成第一入射光束和第二入射光束。在本发明第一方面的某些实施例中，该方法还包括产生光束和在扫描光学反射镜处定向光束以产生第一入射光束和第二入射光束。在本发明第一方面的某些实施例中，扫描反射镜与选定区域呈相对关系地定位并沿材料板的平移方向转动。在本发明第一方面的某些实施例中，该方法还包括用第一光源产生第一入射光束并用第二光源产生第二入射光束。在本发明第一方面的某些实施例中，拦截第一反射光束和第二反射光束包括用线性阵列检测器来拦截第一反射光束。在本发明第一方面的某些实施例中，拦截第一反射光束和第二反射光束包括有选择地平移光接收器以拦截第一反射光束和第二反射光束。在本发明第一方面的某些实施例中，拦截第一反射光束和第二反射光束包括在投射第二入射光束前拦截第一反射光束。在本发明的第二方面，提供一种确定材料板的选定区域相对于基准平面的位置的装置。该装置包括光源，用于分别以第一角度和第二角度在材料板的选定区域投射第一入射光束和第二入射光束，所述第一角度不同于第二角度。该装置包括光接收器，用来拦截来自材料板的选定区域的第一反射光束和第二反射光束，其中第一反射光束和第二反射光束沿不同光路行进。该装置包括数据采集器，用来采集关于拦截反射光束的位置和投射入射光束的角度的信息。该装置包括数据分析器，用来从采集的数据确定选定区域相对于基准平面的位置。在本发明的第二方面的某些实施例中，光源包括工作在范围从400nm至1700nm的波长下的光发生器。
在本发明第二方面的某些实施例中，光源还包括被定位成从光发生器接收光束的扫描光学反射镜。在本发明第二方面的某些实施例中，光源还包括光束整形器，用来将来自光发生器的光束整形为具有至少10的纵横比的狭长光束。在本发明第二方面的某些实施例中，光源还包括分束器，用来将来自光发生器的光束分束成第一入射光束和第二入射光束。在本发明第二方面的某些实施例中，光源包括用于提供第一入射光束的第一光发生器和用于提供第二入射光束的第二光发生器。在本发明第二方面的某些实施例中，光接收器包括用于拦截反射光束的检测器阵列。在本发明第二方面的某些实施例中，数据分析器对Pn = b(2 θ η+2 θ 0)求解，其中 Pn是在基准平面上拦截反射光束的位置，θ η是入射光束碰撞选定区域的角度，b是从选定区域至基准平面的距离，而θ ^是选定区域相对于基准平面的方位。在本发明的第三方面，提供一种玻璃板制造系统。该玻璃板制造系统包括用来形成材料板的熔化抽拉机以及如本发明第二方面描述那样确定材料板选定区域相对于基准平面的位置的装置。本发明的其它特征和优点根据所下面的说明书和所附权利要求将变得显而易见。附图简述下面对附图进行说明。在附图中，附图不一定按比例绘制，并且为了清楚和简洁， 附图的某些特征和某些视图以放大比例示出或示意性地示出。

图1示出测量材料板上的选定区域相对于基准平面的位置的方法。图2是用于测量材料板上的选定区域相对于基准平面的位置的装置的框图。图3是图2的装置的第一详细框图。图4是图2的装置的第二详细框图。图5是图2的装置的第三详细框图。图6示出沿板部署的用于测量板形状轮廓的多个测量单元。图7示出无弯曲玻璃板分离过程。
图8示出玻璃板制造过程。详细说明现在参照如图所示的一些示例性实施例对本发明进行详细说明。在对示例性实施例的描述中，将阐述众多具体细节来提供对本发明的透彻理解。然而，对本领域技术人员将显而易见的是，在没有这些具体细节的一些或全部的情况下也可实践本发明。在其它情形中，众所周知的特征和/或工艺并未予以详细描述以免不必要地混淆本发明。另外，相同或相似的附图标记可用来标识相同或相似的要素。图1示出测量材料板上的选定区域相对于基准平面的位置的方法。在一些示例中，材料板可以由玻璃或基于玻璃的材料制成。基准平面可以是拦截来自材料板的反射光束的测量平面，如下文中所述。替代地，基准平面可基本平行于拦截来自材料板的反射光束的测量平面。在图1中，曲线C代表板而P代表曲线C上的一个点。此外，0代表源光束向板投射的点，而Pn代表拦截来自板的反射光束的点，其中当源光束碰撞板时产生反射光束。下面对用于投射源光束和拦截反射光束的装置进行说明。初始光束OP可描述如下y = kx(1)其中k = cot θ n(2)对于大型板(例如沿χ方向的宽度> 2的板)，点P周围的局部区域是基本平整的。因此，足以使用直线来描绘板在点P周围的局部区域中的横截面。在一个示例中，将点 P处对曲线C的切线T选为该直线并表示成y = ax+b(3)其中a是切线T的斜率，而b是切线T在y轴上的截距。斜率可表示如下a = tan θ 0从等式(3)
权利要求
1.一种确定材料板选定区域相对于基准平面的位置的方法，包括在材料板的选定区域投射第一入射光束，以使所述第一入射光束在第一位置并以第一角度碰撞选定区域，由此产生第一反射光束；在材料板的选定区域投射第二入射光束，以使第二入射光束在第二位置并以第二角度碰撞选定区域，由此产生第二反射光束，所述第二位置和第二角度分别不同于第一位置和第一角度；在基准平面拦截第一反射光束和第二反射光束；接收与拦截反射光束的位置和投射入射光束的角度相关的信息；以及将所述信息与所述选定区域相对于基准平面的位置相关联。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括使用所述信息来控制无弯曲板分离工艺。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述信息关联的步骤包括从所述信息确定选定区域和基准平面之间的距离以及选定区域相对于基准平面的方位。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述信息关联的步骤包括对Pn= b(2 0n+2 0o)求解，其中Pn是在基准平面上拦截反射光束的位置，θ n是入射光束碰撞所述选定区域的角度，b是从选定区域至基准平面的距离，而θ ^是选定区域相对于基准平面的方位。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，9 和θ^中的每一个的绝对值小于约12°。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一入射光束和所述第二入射光束是具有至少10的纵横比的狭长光束，并且投射所述第一入射光束和第二入射光束包括分别使所述第一入射光束的长轴和所述第二入射光束的长轴沿基本平行于材料板平移方向的方向对准。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括产生光束并将所述光束分束成第一入射光束和第二入射光束。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括产生光束并在扫描光学反射镜处定向所述光束以产生第一入射光束和第二入射光束。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述扫描光学反射镜与所述选定区域呈相对关系定位，并沿所述材料板的平移方向转动。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括用第一光源产生第一入射光束以及用第二光源产生第二入射光束。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，拦截所述第一反射光束和所述第二反射光束包括用线性阵列检测器来拦截所述第一反射光束。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，拦截所述第一反射光束和所述第二反射光束包括有选择地平移光接收器以拦截所述第一反射光束和所述第二反射光束。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，拦截所述第一反射光束和所述第二反射光束包括在投射第二入射光束前拦截所述第一反射光束。
14.一种确定材料板选定区域相对于基准平面的位置的装置，包括光源，用于分别以第一角度和第二角度在材料板的选定区域投射第一入射光束和第二入射光束，所述第一角度不同于第二角度；光接收器，用来拦截来自材料板的选定区域的第一反射光束和第二反射光束，所述第一反射光束和第二反射光束沿不同光路行进；数据采集器，用来采集关于拦截反射光束的位置和投射入射光束的角度的信息；以及数据分析器，用来从采集的数据确定所述选定区域相对于基准平面的位置。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述光源包括工作在从400nm至1700nm 范围内的波长下的光发生器。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述光源还包括定位成接收来自所述光发生器的光束的扫描光学反射镜。
17.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述光源还包括光束整形器，用来将来自所述光发生器的光束整形为狭长的光束。
18.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述光源还包括分束器，用来将来自所述光发生器的光束分束成所述第一入射光束和所述第二入射光束。
19.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述光源包括用来提供所述第一入射光束的第一光发生器以及用来提供所述第二入射光束的第二光发生器。
20.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述光接收器包括用于拦截反射光束的检测器阵列。
21.如权利要求14所述的装置，其特征在于，光耦合于所述光接收器以从拦截的反射光束中去除噪声的至少一个窄带通滤光器。
22.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述数据分析器对Pn= b (2 θ J2Qtl)求解，其中Pn是在基准平面上拦截反射光束的位置，θ η是入射光束碰撞所述选定区域的角度，b是从所述选定区域至基准平面的距离，而θ ^是所述选定区域相对于基准平面的方位。
23.一种玻璃板制造系统，包括用于形成材料板的熔化抽拉机；以及用于确定材料板选定区域相对于基准平面的位置的装置，所述装置包括光源，用于分别以第一角度和第二角度在材料板的选定区域投射第一入射光束和第二入射光束，所述第一角度不同于所述第二角度；光接收器，用来拦截来自材料板的选定区域的第一反射光束和第二反射光束，所述第一反射光束和第二反射光束沿不同光路行进；数据采集器，用来采集关于横断反射光束的位置和投射入射光束的角度的信息；以及数据分析器，用来从采集的数据确定所述选定区域的位置。
全文摘要
一种确定材料板的选定区域相对于基准平面的位置的方法，包括在材料板的选定区域投射第一入射光束以使第一入射光束在第一位置和第一角度碰撞选定区域，由此产生第一反射光束。在材料板的选定区域投射第二入射光束以使第二入射光束在第二位置和第二角度碰撞选定区域，由此产生第二反射光束。第二位置和第二角度不同于第一位置和第一角度。在基准平面拦截第一反射光束和第二反射光束。接收关于拦截反射光束的位置和投射入射光束的角度的信息并将其与选定区域相对于基准平面的位置相关联。
文档编号G01B11/03GK102246000SQ200980151569
公开日2011年11月16日 申请日期2009年12月14日 优先权日2008年12月16日
发明者A·刘, X·陈, 周乃越 申请人:康宁股份有限公司