CN102305593A - 一种高精度大量程tft基板玻璃几何要素测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高精度大量程TFT基板玻璃几何要素测量方法及装置,该测量方法为:1)激光探针在XY平面内沿规划路径运动;2)测量过程中,计算机实时连续采集激光探针的数据;3)实时比较、计算激光探针的数据与量程中心的差值;4)将计算所得的差值实时传递给CNC控制系统;5)CNC系统控制激光探针,使其在Z轴方向与被测工件做相对移动,使在量程之外的被测工件,运动到激光探针量程范围内。本发明可以自动调节被测工件与激光探针的相对位置,使被测工件在测量过程中始终位于激光探针测量范围内,从而对高精度、大量程的TFT基板玻璃厚度和翘曲度进行快速、准确、自动测量。
Description
技术领域
本发明属于精密测量、控制技术领域,涉及一种高精度大量程TFT基板玻璃几何要素测量方法,该方法通过采用当代最新的数字化测量技术、高精度机械机构,激光探针与CNC空间测量成熟的数据处理技术一起,实现对高精度大量程的TFT基板玻璃几何要素的测量。
背景技术
TFT基板玻璃是液晶平板显示器的主要零部件,是超薄、超平滑、超精细的玻璃,基板玻璃的生产技术高度复杂与高深,因此全世界只有很少的几家公司能够制造基板玻璃。分别是美国康宁、日本旭硝子、日本电气硝子、日本板硝子。
2008年9月,彩虹集团凭借先进的生产技术和管理经验,建成了国内第一条具有自主知识产权的液晶基板玻璃生产线,打破了基板玻璃外资垄断的现状。
TFT基板玻璃的翘曲度和厚度的不均匀性会损害光掩膜,从而影响图像的整体效果,因此,对于基板玻璃厚度、翘曲度的快速、准确检测和评价是非常重要的,是基板玻璃质量控制环节中非常重要的一个环节。
目前TFT基板玻璃的翘曲度和厚度利用千分尺和塞规通过手工进行测量,存在测量效率低、测量误差大、可靠性差的确定。
可以通过激光探针对TFT基板玻璃的厚度进行自动测量,检索目前的激光探针,测量范围1mm,精度为0.5um;测量范围3mm,精度为1um;测量范围10mm,精度为4um;
TFT基板玻璃的厚度为0.7mm,但是由于受到玻璃翘曲度的影响,整版玻璃高度的变化范围达到5mm以上,而测量厚度的精度要求为1um。因此直接采用现有的激光探针,从技术上显然无法满足测试要求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点,提供一种高精度、大量程TFT基板玻璃几何要素测量方法,该方法可以自动调节被测工件与激光探针的相对位置,使被测工件在测量过程中始终位于激光探针测量范围内,从而对高精度、大量程的TFT基板玻璃厚度和翘曲度进行快速、准确、自动测量。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的:
该种高精度大量程TFT基板玻璃几何要素测量方法,包括以下步骤:
步骤一,建立XYZ坐标系,设XY平面为水平面,将待测TFT基板玻璃平放于XY平面内;设置与计算机连接的激光探针,使激光探针的轴向与Z轴平行,且所述激光探针受到CNC控制系统的控制,能够在X、Y、Z轴方向上进行位移;
步骤二,使激光探针在XY平面内跟据测量的要求,按照逐行渐进扫描的方式进行运动,对待测TFT基板玻璃进行测量;
步骤三,测量过程中,使计算机实时连续采集所述激光探针的数据;
步骤四,计算机实时计算激光探针采集的数据与激光探针的量程中心的差值Δz;
步骤五,将上述计算所得的差值Δz实时传递给CNC控制系统,CNC控制系统根据差值Δz以及上次激光探针的Z轴坐标确定本次激光探针的Z轴坐标;
步骤六,CNC系统控制激光探针,使激光探针在Z轴方向与被测TFT基板玻璃做相对移动,使在量程之外的被测TFT基板玻璃运动到激光探针的量程范围内。
在以上整个测量方法进行过程中,所述激光探针在Z轴方向进行连续的、动态的、闭环的调节,使得激光探针与被测TFT基板玻璃之间的相对距离保持恒定,使被测TFT基板玻璃始终处于激光探针测量范围内。
以上步骤四中,计算激光探针的数据与量程中心的差值的方法根据式(1):
Δz=D-1/2δ (1)
式中:Δz为上次激光探针采集的上表面距离值与量程中心的差值;D为激光探针采集的上表面距离值;δ为激光探针量程。
以上步骤五中,本次激光探针的Z轴坐标方法根据式(2):
Zi=Zi-1-Δz (2)
式中:Zi为第i次运动Z轴目标坐标;Zi-1为第i-1次运动Z轴坐标。
本发明还提出一种实现上述测量方法的装置,包括工作平台以及设置于工作台上的激光探针运动机构,所述激光探针运动机构由Y轴运动组件、X轴运动组件以及Z轴运动机构组成;所述Y轴运动组件、X轴导轨组件以及Z轴运动机构设置有位置传感器,所述位置传感器均采用高精度的长光栅。
上述Z轴运动机构采用高精度直线导轨与滚珠丝杠配合,并采用伺服电机驱动。
以上通过运动控制卡对Z轴运动机构进行闭环控制。
本发明相比于现有技术,具有以下有益效果:
1)整个测量实现自动化、数字化,有效减少了测量的劳动强度和精度;
2)提高了测量的精度;
3)采用非接触式激光探针;
4)测量范围覆盖整个基板玻璃区域,没有测量盲区;
5)厚度和翘曲度及尺寸等几何量测量一次完成;大大缩短了整个测试周期,提高了测量效率;
6)本发明的测量方法重复精度高。
附图说明
图1为本发明的测量方法示意图;
图2为本发明的测量装置结构示意图;
图3为本发明的测量装置控制系统示意框图。
其中:1为激光探针;2为待测TFT基板玻璃;3为Z轴运动机构;4为X轴运动导轨组件;5为工作台;6为Y轴运动导轨组件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述:
参见图1,本发明的TFT基板玻璃几何要素测量方法,具体包括以下步骤:
步骤一,建立XYZ坐标系,设XY平面为水平面,将待测TFT基板玻璃2平放于XY平面内;设置与计算机连接的激光探针1,使激光探针1的轴向与Z轴平行,且激光探针1受到CNC控制系统的控制,能够在X、Y、Z轴方向上进行位移;
步骤二,使激光探针1在XY平面内跟据测量的要求,按照逐行渐进扫描的方式进行运动,对待测TFT基板玻璃2进行测量;
步骤三,测量过程中,使计算机实时连续采集激光探针1的数据;
步骤四,计算机实时计算激光探针1采集的数据与激光探针1的量程中心的差值Δz;
计算激光探针1的数据与量程中心的差值的方法根据式(1):
Δz=D-1/2δ (1)
式中:Δz为上次激光探针采集的上表面距离值与量程中心的差值;D为激光探针采集的上表面距离值;δ为激光探针量程。
步骤五,将上述计算所得的差值Δz实时传递给CNC控制系统,CNC控制系统根据差值Δz以及上次激光探针的Z轴坐标确定本次激光探针的Z轴坐标;
本次激光探针的Z轴坐标方法根据式(2):
Zi=Zi-1-Δz (2)
式中:Zi为第i次运动Z轴目标坐标;Zi-1为第i-1次运动Z轴坐标。
步骤六,CNC系统控制激光探针,使激光探针在Z轴方向与被测TFT基板玻璃做相对移动,使在量程之外的被测TFT基板玻璃运动到激光探针的量程范围内。
在整个测量方法进行过程中,激光探针1在Z轴方向进行连续的、动态的、闭环的调节,使得激光探针与被测TFT基板玻璃之间的相对距离保持恒定,具体如图1所示,图中n0激光探针量程下限、n1激光探针量程中心、n2激光探针量程上限,G为激光探针1的探头运动轨迹线,由此可以看出,在对激光探针1的实时闭环调节过程中,激光探针1会根据TFT基板玻璃2的平面起伏在Z轴上下调节浮动,使被测TFT基板玻璃2始终处于激光探针1测量范围内。
本发明还提出一种该测量方法的装置,包括工作平台5以及设置于工作台5上的激光探针运动机构,所述激光探针运动机构由Y轴运动组件6、X轴运动组件4以及Z轴运动机构3组成;Y轴运动组件6、X轴导轨组件4以及Z轴运动机构3设置有位置传感器,位置传感器均采用高精度的长光栅。
Z轴运动机构3
Z轴运动机构3采用高精度直线导轨与滚珠丝杠,采用伺服步进电机作为驱动,位置传感器采用高精度的长光栅,分辨率为0.1μm。通过运动控制卡对Z轴运动机构进行闭环控制。Z轴的行程设计为10-50mm,可以在较大范围内调整激光探针的位置。在对被测工件进行扫描测量时,实际的运动调节跟随行程为0-5mm。
本发明的Y轴运动组件6和X轴运动组件4也都可以采用导轨式的运动机构来实现。
激光探针:
激光探针采用激光共聚集焦原理,在测量过程中,由光源发出的一束多色光(白色),通过探头中一系列光学镜片后产生光谱色散,由于每一种单色光波长不同,因而在空间形成一组连续的焦点。
被聚焦于被测物体表面的单色光,反射后经光纤电缆回传到控制器中的单色仪,从而确定此单色光的波长,每一个波长都对应着一个距离值。通过数据处理,得到其厚度,厚度变化量,对翘曲度,平面度等几何量进行评价
控制机构
本发明的测量装置的控制系统如图3所示,包括主计算机以及与其连接的控制计算机,由控制计算机分别连接激光探针模块、运动控制模块和控制盒,其中激光探针模块连接激光探针,运动控制模块分别连接通过驱动连接至各轴的驱动电机,另外运动控制模块还连接有光栅信号处理模块。由图可知,其采用多轴运动控制系统,独立运行运动控制与数据采集,控制计算机通过运动控制模块以及各轴上驱动器驱动电机驱动,对各轴上的驱动电机实行速度、位置控制。并且根据激光探针采集的数据与测量范围中心值的偏差,控制Z轴机构和激光探针的轨迹。同时运动控制模块通过光栅信号处理模块对光栅信号进行采样。这些测量信号一方面作为数控的位置输入,构成一个速度内环与位置外环的完整控制系统。另一方面作为测量的基准。
Claims (7)
1.一种高精度大量程TFT基板玻璃几何要素测量方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一,建立XYZ坐标系,设XY平面为水平面,将待测TFT基板玻璃平放于XY平面内;设置与计算机连接的激光探针,使激光探针的轴向与Z轴平行,且所述激光探针受到CNC控制系统的控制,能够在X、Y、Z轴方向上进行位移;
步骤二,使激光探针在XY平面内跟据测量的要求,按照逐行渐进扫描的方式进行运动,对待测TFT基板玻璃进行测量;
步骤三,测量过程中,使计算机实时连续采集所述激光探针的数据;
步骤四,计算机实时计算激光探针采集的数据与激光探针的量程中心的差值Δz;
步骤五,将上述计算所得的差值Δz实时传递给CNC控制系统,CNC控制系统根据差值Δz以及上次激光探针的Z轴坐标确定本次激光探针的Z轴坐标;
步骤六,CNC系统控制激光探针,使激光探针在Z轴方向与被测TFT基板玻璃做相对移动,使在量程之外的被测TFT基板玻璃运动到激光探针的量程范围内。
2.根据权利要求1所述的TFT基板玻璃几何要素测量方法,其特征在于,在整个测量方法进行过程中,所述激光探针在Z轴方向进行连续的、动态的、闭环的调节,使得激光探针与被测TFT基板玻璃之间的相对距离保持恒定,使被测TFT基板玻璃始终处于激光探针测量范围内。
3.根据权利要求1所述的TFT基板玻璃几何要素测量方法,其特征在于,步骤四中,计算激光探针的数据与量程中心的差值的方法根据式(1):
Δz=D-1/2δ (1)
式中:Δz为上次激光探针采集的上表面距离值与量程中心的差值;D为激光探针采集的上表面距离值;δ为激光探针量程。
4.根据权利要求1所述的TFT基板玻璃几何要素测量方法,其特征在于,步骤五中,本次激光探针的Z轴坐标方法根据式(2):
Zi=Zi-1-Δz (2)
式中:Zi为第i次运动Z轴目标坐标;Zi-1为第i-1次运动Z轴坐标。
5.一种实现权利要求1所述测量方法的装置,其特征在于,包括工作平台(5)以及设置于工作台(5)上的激光探针运动机构,所述激光探针运动机构由Y轴运动组件(6)、X轴运动组件(4)以及Z轴运动机构(3)组成;所述Y轴运动组件(6)、X轴导轨组件(4)以及Z轴运动机构(3)设置有位置传感器,所述位置传感器均采用高精度的长光栅。
6.根据权利要求5所述的装置,其特征在于,所述Z轴运动机构(3)采用高精度直线导轨与滚珠丝杠配合,并采用伺服电机驱动。
7.根据权利要求5所述的装置,其特征在于,通过运动控制卡对Z轴运动机构(3)进行闭环控制。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20120104 |