技術領域

本發(fā)明總體涉及表征透明基板，更具體地涉及評估具有不平行主表面的玻璃片的厚度。

背景技術：

在LCD玻璃基板的生產中，玻璃基板厚度是特別重要的屬性。例如，工藝控制和品質保證都需要準確的在線厚度測量。為了控制從其上切割玻璃片的玻璃帶的連續(xù)生產，必須知道熔融玻璃的流速。熔融玻璃的流速決定了應向熔化容器供給原料的速度等。若厚度分布(厚度隨玻璃帶寬度的變化)和玻璃帶拉制速率均測得，則可確定熔融玻璃的流速。

陳等人的US7516628B2公開了一種在線厚度量規(guī)和在線厚度測量方法，該量規(guī)包含Y型導軌和穩(wěn)定單元，它們分別捕捉和穩(wěn)定玻璃基板。該量規(guī)包括通過光學三角測量法測量移動玻璃的厚度的儀器。

測量厚度的常規(guī)光學方法假定玻璃帶具有平行表面。若楔角(wedge angle)超過特定值，則這些方法會失效。如本文所用，楔角是指玻璃帶的相對主表面之間的局部角。因此，楔角可能在拉制方向和跨帶(橫向)方向隨著玻璃帶中的位置變化。熔合下拉法在品質區(qū)產生具有低楔角的玻璃帶，所述品質區(qū)是指最終要從玻璃帶上切割下來出售的玻璃帶中間部分。另一方面，在厚邊區(qū)(或者簡稱厚邊，是玻璃帶的增厚邊緣部分)，從玻璃帶最外邊緣向內形成200-300mm的區(qū)域，對于標稱厚度為0.6mm的玻璃帶，玻璃厚度在該區(qū)域增加到約2毫米至約3毫米的厚度，雖然較薄的玻璃帶的厚邊厚度可小一些。厚邊通常從玻璃帶去除，廢棄或者用作碎玻璃。在拉制薄玻璃時，厚邊厚度的測量甚至變得更有意義，因為熔融玻璃流量在厚邊區(qū)的部分相對于品質區(qū)增加。

為了克服無法準確評估厚邊區(qū)厚度的問題，可周期性稱量從玻璃帶切下的厚邊區(qū)樣品的重量，以估計熔融玻璃流量。根據(jù)在線厚度量規(guī)獲得的厚度測量結果計算品質區(qū)的重量。那么，熔融玻璃的總流量就是厚邊區(qū)的流量與品質區(qū)的流量之和，例如品質區(qū)與厚邊區(qū)的重量之和。

上文所述的厚邊重量法的缺點是必須取樣，因而測量的響應時間可能太長。當玻璃帶不切成一塊塊玻璃片，或者厚邊不必立即去除時，例如在將長玻璃帶卷到各個卷軸上的輥-輥工藝中，就會產生另外的困難。這樣就需要另外想辦法獲取厚邊區(qū)樣品進行稱重。

技術實現(xiàn)要素：

本文描述了當基板的至少一部分的相對主表面基本上不平行時，用來測量透明基板例如透明玻璃帶的厚度的光學厚度測量裝置。這種裝置可用來確定例如透明基板(如玻璃片或玻璃帶)的厚邊區(qū)的厚度分布。該測量裝置包括光學傳感器(例如照相機)，其配置成獲取透過透明基板觀察到的目標的圖像，由此解析圖像，提取有關局部基板楔(wedge)造成的目標屬性出現(xiàn)偏差的信息。然后，可利用局部基板楔角的分布和已知厚度(例如通過常規(guī)測量方法在鄰近不平行區(qū)的包括平行表面的區(qū)域得到的厚度)計算目標區(qū)域寬度上的透明基板厚度。若透明基板相對于測量裝置移動，則該測量方法可用來確定基板在相對運動方向上的厚度分布。但應當指出，根據(jù)本文進行的測量可在移動或靜止透明基板上進行。也就是說，不需要相對運動。

因此，本文公開了一種表征透明基板的方法，包括測量透明基板在第一位置的第一厚度和確定透明基板在第二位置的局部楔角，其中透明基板在第一位置的相對表面基本上平行，而第二位置的相對表面基本上不平行。確定局部楔角包括：用成像系統(tǒng)透過透明基板對目標進行成像，以獲取目標圖像，所述目標包含至少一個沿著目標的第一維度變化的屬性，然后確定從目標圖像獲得的所述至少一個屬性相對于目標的空間偏移。該空間偏移可用來計算透射過透明基板的光線的偏轉角。所述方法還包括利用目標與目標圖像之間的所述至少一個屬性的空間偏移(以及由此獲得的偏轉角)來計算第二位置的局部楔角；還包括利用局部楔角和第一厚度計算玻璃片在第二位置的第二厚度。

所述方法還包括至少一個實施方式，其中通過成像系統(tǒng)成像的區(qū)域包括所述第一位置。

在一些實施方式中，所述至少一個屬性是色相。在其他實施方式中，所述至少一個屬性是色調。

在一些實施方式中，所述方法還可包括在透明基板與目標之間產生相對運動。例如，透明基板可以是玻璃帶，如在玻璃制造工藝中由熔融玻璃流形成并沿著拉制方向移動的玻璃帶。第二位置可包括玻璃帶的厚邊區(qū)，包括玻璃帶的增厚邊緣部分。

在本文所述的實施方式中，所述至少一個屬性在垂直于相對運動方向(例如垂直于拉制方向)的方向上變化。

所述方法還可包括：在垂直于拉制方向的方向上確定玻璃帶厚邊區(qū)內多個位置的多個局部楔角；計算所述多個位置的厚邊區(qū)厚度，獲得厚邊區(qū)的厚度分布；利用該厚度分布獲得厚邊區(qū)的重量；利用該厚邊區(qū)的重量獲得熔融玻璃的計算流速；根據(jù)該計算流速控制熔融玻璃的實際流速。

另一方面，本文描述了一種表征玻璃帶的方法，包括在拉制方向上由一定體積的熔融玻璃拉制玻璃帶；在第一位置測量玻璃帶的第一厚度，其中玻璃帶在該第一位置的相對表面基本上平行；在垂直于拉制方向的方向上，在多個位置測量玻璃帶的楔角，以獲取多個楔角，其中所述多個位置的相對表面基本上不平行。根據(jù)該方面，測量楔角包括：用成像系統(tǒng)透過玻璃帶對目標進行成像，以獲取目標圖像，所述目標包含至少一個屬性，所述屬性在垂直于拉制方向的方向上沿著目標變化，然后確定從目標圖像獲得的所述至少一個屬性相對于目標的空間偏移。該空間偏移可用來計算透射過透明基板的光線的偏轉角。所述方法還包括利用所述空間偏移(以及由此獲得的偏轉角)計算局部楔角；還包括利用所述多個楔角和第一厚度計算玻璃帶的厚度分布。

所述多個位置可相對于玻璃帶中間部分位于玻璃帶增厚邊緣部分(厚邊)內。

所述第一位置可與所述多個位置處于一條線上。例如，所述第一位置可與所述多個位置中的至少一個位置相鄰，并且穿過所述多個位置和所述第一位置畫的線是直線。

在一些實施方式中，所述至少一個屬性是色相。在其他實施方式中，所述至少一個屬性是色調。

在以下的詳細描述中提出了本文所述的實施方式的其他特征和優(yōu)點，其中的部分特征和優(yōu)點對本領域的技術人員而言，根據(jù)所作描述就容易看出，或者通過實施包括以下詳細描述、權利要求書以及附圖在內的本文所述的本發(fā)明而被認識。

應理解，前面的一般性描述和以下的詳細描述都只是呈現(xiàn)本發(fā)明的實施方式，用來提供理解要求保護的本發(fā)明的性質和特性的總體評述或框架。所附附圖提供了對本發(fā)明的進一步理解，附圖被結合在本說明書中并構成說明書的一部分。附圖例示了本發(fā)明的各種實施方式，并與描述一起用來解釋本發(fā)明的原理和操作。

附圖說明

圖1是示例性玻璃制造工藝的示意圖；

圖2是從圖1所示的玻璃制造設備拉制的玻璃帶的橫截面視圖，顯示了中間“品質”區(qū)和包含不平行表面的增厚邊緣部分(厚邊)；

圖3是用于測量透明基板厚度分布的光學系統(tǒng)的示意圖，所示透明基板包含不平行主表面，如圖2所示的玻璃帶的厚邊，該圖顯示了來自目標并穿過光學系統(tǒng)的入射光線和反射光線的光線徑跡；

圖4是根據(jù)本發(fā)明實施方式的目標，其中目標包括至少一個屬性，即沿著目標的至少一個維度變化的色相(示為灰度圖)，與之并列顯示的是呈現(xiàn)用來產生目標的紅、綠、藍(RGB)強度變化的圖示；

圖5是顯示由圖3所示光學系統(tǒng)捕捉到的圖4中目標的圖像的色相隨色相變化方向上的距離變化的圖示；

圖6是顯示由圖3所示光學系統(tǒng)捕捉到的圖4中目標的圖像在該光學系統(tǒng)經(jīng)校正產生線性色相響應后在色相變化方向上隨距離變化的圖示；

圖7是光從圖4所示目標通過玻璃帶厚邊部分后由圖3所示光學系統(tǒng)捕捉到的實際目標圖像的圖示，該圖相應地顯示了用來計算局部楔角的色相位移；

圖8是厚度隨距離變化的圖示，該距離沿著垂直于圖7所示玻璃帶厚邊的拉制方向的方向，該厚邊疊加在圖上相應位置，該圖顯示了用本文所述方法得到的厚邊的厚度分布(虛線)和通過手工測量所示圖像得到的厚度分布；

圖9描繪了本文所述目標的另一實施方式，其中色調在該圖從右到左的方向上(雙模態(tài))變化；

圖10是利用圖3所示的光學系統(tǒng)，通過圖7中玻璃帶的厚邊區(qū)得到的圖9所示目標的實際目標圖像；以及

圖11描繪了圖10所示目標圖像通過強度閾值過濾器之后的圖像。

具體實施方式

下面將參考附圖更完整地描述裝置和方法，附圖中顯示了本發(fā)明的示例性實施方式。只要有可能，在所有附圖中使用相同的附圖標記來表示相同或類似的部分。但是，本發(fā)明可以以許多不同的方式實施，不應被解讀成限于在此提出的實施方式。

本文中，范圍可以表示為從“大約”一個具體值開始和/或至“大約”另一個具體值終止。表述這樣的范圍時，另一種實施方式包括自所述一個具體值始和/或至所述另一具體值止。類似地，用先行詞“約”將數(shù)值表示為近似值時，應理解該具體值構成另一個實施方式。還應理解的是，每個范圍的端點值在與另一個端點值有關以及與另一個端點值無關的情況下都是有意義的。

本文所用的方向術語，例如上、下、左、右、前、后、頂、底，僅僅是參照繪制的附圖而言，并不用來暗示絕對的取向。

除非另有明確說明，否則本文所述的任何方法不應理解為其步驟需要按具體順序進行，或者對于任何裝置，需要具體的取向。因此，如果方法權利要求沒有實際敘述其步驟要遵循的順序，或者任何裝置沒有實際敘述各組件的順序或取向，或者權利要求書或說明書中沒有另外具體陳述步驟限于具體順序，或者沒有敘述裝置組件的具體順序或取向，那么在任何方面都不應推斷順序或取向。這適用于解釋上的任何可能的非表達性基礎，包括：涉及步驟安排的邏輯問題；組件的順序或組件的取向問題；由語法組織或標點派生的明顯含義問題；說明書中描述的實施方式的數(shù)量或類型問題。

如本文所用，單數(shù)形式的“一個”、“一種”和“該”包括復數(shù)指代形式，除非文中另有明確說明。因此，例如，提到的“一種”組件包括具有兩種或更多種這類組件的方面，除非文本中有另外的明確表示。

雖然以下內容是就連續(xù)玻璃帶形式或者單個離散玻璃片或玻璃板形式的玻璃基板進行描述的，但應當理解，本文所述的裝置和方法可應用于至少一部分具有不平行主表面的其他透明基板，例如聚合物材料板。

圖1所示為示例性玻璃制造設備10。在一些示例中，玻璃制造設備10可包含玻璃熔爐12，該玻璃熔爐12可包含熔化容器14。除了熔化容器14外，玻璃熔爐12可任選包含一個或多個其他組件，如加熱元件(例如燃燒器或電極)，其構造成加熱一種或多種原料(以下稱批料)，并將批料轉化為熔融玻璃。在進一步的示例中，玻璃熔爐12可包含熱管理裝置(例如絕熱組件)，其構造成減少熔化容器附近的熱損失。在更進一步的示例中，玻璃熔爐12可包含電子裝置和/或機電裝置，其構造成輔助批料熔化為玻璃熔體。更進一步，玻璃熔爐12可包含支承結構(例如支承底座、支承件等)或其他組件。

玻璃熔化容器14通常包含難熔材料，如難熔陶瓷材料，例如包含氧化鋁或氧化鋯的難熔陶瓷材料。在一些示例中，玻璃熔化容器14可用難熔陶瓷磚建造。

在一些示例中，玻璃熔爐可作為一個組件納入玻璃制造設備，該玻璃制造設備構造用來制造玻璃基板，例如連續(xù)長度的玻璃帶。在一些示例中，本文所述的玻璃熔爐可作為一個組件納入玻璃制造設備，該設備包括狹縫拉制設備、浮槽設備、下拉設備(例如熔合設備)、上拉設備、壓輥設備、拉管設備或者將會受益于本文所述各方面的其他任何玻璃制造設備。舉例而言，圖1示意性說明了作為熔合下拉玻璃制造設備10的一個組件的玻璃熔爐12，該制造設備10用于熔融拉制玻璃帶，該玻璃帶隨后加工成單個玻璃片。

玻璃制造設備10(例如熔合下拉設備10)可任選包含上游玻璃制造設備16，該上游玻璃制造設備16位于玻璃熔化容器14和由其流出的熔融玻璃的上游。在一些實例中，玻璃制造設備16的一部分或者整個上游玻璃制造設備16可作為玻璃熔爐12的一部分納入。

如圖示的示例所示，上游玻璃制造設備16可包含儲料倉18、批料輸送裝置20和連接至該批料輸送裝置的發(fā)動機22。儲料倉18可構造成儲存一定量的批料24，該批料24可喂入玻璃熔爐12的熔化容器14，如箭頭26所示。批料24通常包含一種或多種形成玻璃的金屬氧化物和一種或多種改性劑。在一些實例中，批料輸送裝置20可由發(fā)動機22提供動力，使得批料輸送裝置20將預定量的批料24從儲料倉18送入熔化容器14。在進一步的示例中，發(fā)動機22可為批料輸送裝置20提供動力，根據(jù)熔化容器14下游檢測到的熔融玻璃水平以受控速率加入批料24。此后，可加熱熔化容器14內的批料24，形成熔融玻璃28。

玻璃制造設備10還可任選包含位于玻璃熔爐12下游的下游玻璃制造設備30。在一些實例中，下游玻璃制造設備30的一部分可作為玻璃熔爐12的一部分納入。然而，在一些情況下，如下文所討論的第一連接導管32，或者下游玻璃制造設備30的其他部分，可作為玻璃熔爐12的一部分納入。包括第一連接導管32在內的下游玻璃制造設備的元件可由貴金屬形成。合適的貴金屬包括選自下組金屬的鉑族金屬：鉑、銥、銠、鋨、釕和鈀，或其合金。例如，玻璃制造設備的下游組件可由鉑-銠合金形成，該鉑-銠合金包含約70-90重量％的鉑和約10-30重量％的銠。然而，其他合適的金屬可包括鉬、鈀、錸、鉭、鈦、鎢或其合金。

下游玻璃制造設備30可包含第一調理(即處理)容器，如澄清容器34，其位于熔化容器14下游并通過上述第一連接導管32與熔化容器14連接。在一些示例中，熔融玻璃28可借助重力自熔化容器14經(jīng)第一連接導管32喂入澄清容器34。例如，重力可驅動熔融玻璃28通過第一連接導管32的內部通路，從熔化容器14到達澄清容器34。但應理解，其他調理容器可位于熔化容器14下游，例如在熔化容器14與澄清容器34之間。在一些實施方式中，可在熔化容器與澄清容器之間采用調理容器，其中來自主熔化容器的熔融玻璃可進一步加熱，以延續(xù)熔融過程，或者可冷卻到比熔化容器中熔融玻璃的溫度更低的溫度，然后進入澄清容器。

在澄清容器34內，可通過各種技術清除熔融玻璃28中的氣泡。例如，批料24可包含多價化合物(即澄清劑)，例如但不限于氧化砷、氧化銻、氧化鈰、氧化鐵或氧化錫，它們在加熱時發(fā)生化學還原反應并釋放氧氣。將澄清容器134加熱到高于熔化容器溫度的溫度，由此加熱澄清劑。由溫度引發(fā)的澄清劑化學還原反應所產生的氧氣泡上升通過澄清容器內的熔融玻璃，其中熔爐內產生的熔體中的氣體可聚并到澄清劑所產生的氧氣泡中。然后，增大的氣泡可上升到澄清容器中熔融玻璃的自由表面，隨后排出。氧氣泡可進一步引發(fā)澄清容器中熔融玻璃的機械混合。

下游玻璃制造設備30可進一步包含另一調理容器，如用于混合熔融玻璃的混合容器36，其可位于澄清容器34下游。混合容器36可用來提供均勻的玻璃熔體組成，從而減少或消除化學不均勻或熱不均勻造成的波筋(cord)，否則，波筋會存在于離開澄清容器的經(jīng)過澄清的熔融玻璃中。如圖所示，澄清容器34可通過第二連接導管38與熔融玻璃混合容器36連接。在一些示例中，熔融玻璃28可借助重力自澄清容器34經(jīng)第二連接導管38喂入混合容器36。例如，重力可驅動熔融玻璃28通過第二連接導管38的內部通路，從澄清容器34到達混合容器36。應當指出，雖然圖中顯示混合容器36處于澄清容器34下游，但混合容器36可位于澄清容器34上游。在一些實施方式中，下游玻璃制造設備30可包含多個混合容器，例如位于澄清容器34上游的混合容器和位于澄清容器34下游的混合容器。這多個混合容器可具有相同設計，或者它們可具有彼此不同的設計。

下游玻璃制造設備30可進一步包含另一調理容器，如輸送容器40，其可位于混合容器36下游。輸送容器40可調理要喂入下游成形裝置的熔融玻璃28。例如，輸送容器40可起蓄積器和/或流量控制器的作用，用來調整通過出口導管44的熔融玻璃28的流量并向成形主體42提供恒定流量的熔融玻璃28。如圖所示，混合容器36可通過第三連接導管46連接至輸送容器40。在一些示例中，熔融玻璃28可借助重力自混合容器36經(jīng)第三連接導管46喂入輸送容器40。例如，重力可驅動熔融玻璃28通過第三連接導管46的內部通路，從混合容器36到達輸送容器40。

下游玻璃制造設備30可進一步包含成形裝置48，該成形裝置48包含上述成形主體42，并包括入口導管50。出口導管44可設置成將熔融玻璃28從輸送容器40送入成形裝置48的入口導管50。在熔合成形法中，成形主體42可包含位于成形主體上表面的槽52和在拉制方向沿著成形主體底部邊緣(根部)56會合的會合成形表面54。經(jīng)由輸送容器40、出口導管44和入口導管50送至成形主體槽的熔融玻璃從槽壁溢流，作為分開的熔融玻璃流沿會合成形表面54下行。分開的熔融玻璃流沿著根部在根部下方結合，產生單一的玻璃帶58，通過對玻璃帶58施加張力[例如借助于重力、邊緣輥和牽拉輥(未示出)]沿著拉制方向60從根部56拉制玻璃帶58，從而隨著玻璃冷卻和玻璃黏度增加而控制玻璃帶尺寸。因此，玻璃帶58經(jīng)歷黏彈轉變，獲得機械性質，賦予玻璃帶58穩(wěn)定的尺寸特征。在一些實施方式中，利用玻璃分離裝置(未示出)，可在玻璃帶58的彈性區(qū)將玻璃帶分離成單獨的玻璃片。在其他實施方式中，玻璃帶可卷繞到卷軸上。

應當指出，表面張力和其他作用力可在玻璃帶的寬度方向(垂直于拉制方向60)上造成玻璃帶收縮。當玻璃帶在寬度方向上收縮時，質量守恒決定了玻璃帶的一部分增厚。這種厚度增加通常沿著玻璃帶縱向邊緣部分發(fā)生，產生厚度基本上均勻的中間區(qū)或品質區(qū)和厚度增加的邊緣部分。設計成從成形主體根部引導和/或牽拉玻璃帶的輥(例如邊緣輥和/或牽拉輥)沿著厚邊抓住玻璃帶。圖2是沿著玻璃帶寬度截取的示例性玻璃帶58的程式化橫截面視圖，顯示了品質區(qū)62和厚邊區(qū)64(圖中顯示厚邊沒有邊緣輥和/或牽拉輥造成的變形)。品質區(qū)的厚度可以是例如約0.1-1毫米，約0.1-0.7毫米，約0.1-0.5毫米，包括它們之間的所有范圍和子范圍。玻璃帶包含兩個相對主表面，其中品質區(qū)的主表面基本上平行，而厚邊區(qū)的主表面不平行。

圖3是用來測量透明基板102的厚度的示例性裝置100的示意圖，該透明基板102是例如玻璃帶58，如從成形主體42拉制的玻璃帶58。圖3顯示了透明基板102的一部分，其包含第一主表面104和第二主表面106，其中在圖示的透明基板102的局部區(qū)域，第一主表面104與第二主表面106不平行。對于圖3所示的透明基板102，出于討論而非限制的目的，點劃線108顯示為與第一主表面104相交并平行于豎直x軸，而點劃線110顯示為與第二主表面106相交，也平行于x軸。在圖3所示示例中，第一主表面與第二主表面之間的夾角記作楔角ω。在圖3所示示例中，透明基板102顯示為關于x軸對稱，使得x軸形成基板的中央平面，但不是必須如此。拉制方向垂直于該圖所在平面。因此，在圖3中，每個主表面104,106與其對應的相交點劃線108,110之間的夾角等于ω/2。

裝置110還包含目標112、聚焦透鏡114和光學傳感器116，例如照相機傳感器。線118代表從目標112上的點O延伸出來并入射到第二主表面106上的光線，線120代表穿過第一主表面104離開透明基板102、延伸通過聚焦透鏡114并在點I入射到光線傳感器116上的折射光線，其中角α是入射到第二主表面106上的光線118與經(jīng)透明基板102折射并離開透明基板102的第一表面104的光線120之間的夾角(即折射角α)。點劃線119是光線120的延長線。點劃線122是第一主表面104的法線，角β是第一主表面104的法線122與折射光線120之間的夾角。此外，線124代表聚焦透鏡114的光軸，并記作z軸，短劃線126是平行于光軸124的線。光軸124在x＝0處與x軸相交。角A_t是入射線118與線126之間的夾角。因此，角A_t是入射線118與光軸124之間的夾角。類似的，角A_s是折射線120與線126之間的夾角。因此，角A_s是折射線120與光軸124之間的夾角。此外，x_s代表在平行于x軸的方向上從光軸124上x＝0處到折射線120在點I與光學傳感器116相交處的距離，F(xiàn)是聚焦透鏡114的投影點(光軸124與聚焦透鏡的平面125的交點)與光學傳感器116之間的距離。T是目標112與x軸之間的距離，在圖中，x軸是橫截面圖所示的透明基板102的中線。若透明基板102相對于光學系統(tǒng)中的其他距離較薄(厚度小)，例如在等于或小于約1毫米的量級上，距離T可簡單地視為目標與透明基板之間的距離。距離x_t代表沿著x軸從光軸起算的距離，對應于入射線118在目標112上的表觀原點到光軸的距離；距離x_g代表沿著x軸從光軸124到(來自入射光線118并)在透明基板內傳播的光線與x軸相交的點的距離。

大致平行于透明基板102的平面，例如與x軸相交的平面，可通過聚焦透鏡112聚焦于傳感器114。

如圖3所示，目標112自點O發(fā)射(或反射)的光線118入射到第二表面106上，在第二表面106與周圍氣氛(出于討論而非限制的目的，周圍氣氛將被假定為空氣氣氛)之間的界面處發(fā)生折射，其中光線118在第二表面106處的偏折很容易利用斯涅耳定律確定。在玻璃基板102內傳播的光線在第一表面104與周圍空氣的界面處再次發(fā)生折射，作為折射光線120傳播通過聚焦透鏡114，然后在點I入射到光學傳感器116上。聚焦透鏡114引入的任何光學畸變效應均可在下面將更詳細討論的校正步驟中消除。

目標112包含一個或多個視覺屬性，用來識別目標112上點O處的光線118原點的位置，它是光學傳感器116所觀察到的目標112上看上去發(fā)出光線118的位點。光線118可在目標112處產生，或者光線118可以是源自光源(未示出)的反射光線，該光線在被目標112反射之前不在目標112上。例如，在一些實施方式中，目標112可以是顯示面板，例如LCD顯示面板、有機發(fā)光二極管(OLED)顯示面板或其他任何顯示合適目標112的合適顯示器。在其他實施方式中，目標112可以是包含適合環(huán)境的材料的平板，例如金屬板，它具有壓印在其表面上的選定視覺屬性。因此，遠離目標產生的光被目標反射，而反射光被裝置10成像?？傉凵浣铅?或者偏轉角)，即入射光線118與折射光線120之間的夾角，取決于透明基板的表面之間的夾角，即局部楔角ω。相對于光學系統(tǒng)內的其他距離，例如與目標112至透明基板102的距離相比，假定透明基板102的厚度τ較小。因此，楔角ω的正切可表達為：

其中n是透明基板102的折射率。對于小角度，即α＜＜1°且β＜＜1°，一階楔角表達式可簡化為：

在此小角度限制情況中，如方程式(2)所示，楔角ω不依賴于入射光線118在第二表面106上的入射角。

應當認識到，對于上述光學成像系統(tǒng)所涉及的光程長度，透明基板102內的空隙不會對偏轉角α產生顯著作用，因此，不會對測得的總基板材料厚度(不是幾何基板厚度)產生顯著作用。因此，折射幅度主要由局部楔角ω限定。結果，本文所述的方法對透明基板102的傾斜度和透明基板102相對于光學傳感器116的位置都具有高容限。

對于對稱情況的光線徑跡的示例示于圖3，其中如上文所述，A_t是入射線118與光軸124之間的夾角，A_s是離開第一表面104的折射線120與光軸124之間的夾角，T是目標112與透明基板102之間的距離，F(xiàn)是聚焦透鏡114的投影點與光學傳感器116之間的距離(非對稱情況將需要兩次測量以重新得到兩個表面)。角α和β的數(shù)值可表達為：

1)將方程式(3)代入方程式(1)，得到

對于圖像中給定的點和目標中的相應點，A_s和A_t可確定如下：

因此，角A_t可直接由距離x_t計算，角A_s可直接由光線120入射到光學傳感器116上的位置I與光軸124之間的距離x_s計算。局部楔角ω可通過用A_s和A_t解方程(4)得到。

透明基板厚度τ(x)可通過局部楔角ω隨透明基板上的位置的變化來重新得到，這將在下文更詳細描述。應當指出，對于透明基板102的成像區(qū)域中的至少一個位置，透明基板102的厚度τ(x)必須是已知的，這要借助于獨立測量，例如通過任何合適的常規(guī)方法進行測量。

目標112應當比透明基板平面中所關注的區(qū)域更寬，以便為準確厚度分布的確定提供所有有意義的點。目標112的具體尺寸取決于透明基板的楔角ω。更大的楔角將需要更寬的目標。在垂直于拉制方向60(在透明基板是拉制工藝中的玻璃帶的示例中)的方向上，目標112相對于透明基板102的最佳相對位置取決于正楔角和負楔角的存在。在實踐中，系統(tǒng)的布置可通過目標圖像中色飽和度較低的區(qū)域的存在來測試。若除目標光源外沒有其他光源對目標圖像的形成起作用，在目標圖像中明顯呈黑色的區(qū)域對應于離開目標區(qū)域，例如離開透明基板。

根據(jù)本文所述的示例，目標112通常設置成平行于透明基板的鄰近要確定厚度的區(qū)域的主表面。如上文所述，一種這樣的區(qū)域是拉制工藝中的玻璃帶的厚邊區(qū)。因此，在一些實施方式中，合適的目標112設置成沿著正被拉制的玻璃帶的邊緣部分靠近厚邊區(qū)，目標的取向通常平行于鄰近目標的主表面。在這種情況下，變化的目標屬性這樣取向，使它在垂直于透明基板(玻璃帶)與目標之間相對運動方向(例如垂直于拉制方向)的方向上變化。

在一種實施方式中，如圖4所示，目標112包括色相(顏色)屬性，該屬性在垂直于拉制方向60的方向上變化，或者更一般地，在垂直于基板表面的母線的方向上變化。該方法適用于其表面可在數(shù)學上描述為廣義圓柱表面[即多條直線平行于給定直線(母線)，并通過平面中的曲線(準線或表面輪廓)]的基板。對于基本上接近于上面定義的廣義圓柱表面的一些表面，求平均值(例如在拉制方向)可對確定玻璃流量產生可接受的準確性。圖4是梯度色相目標的一個示例，盡管在圖中表示為灰度圖；圖4還以圖形顯示了紅R(短劃線)、綠G(實線)和藍B(點劃線)顏色成分隨色輪位置(度)的變化，以得到圖4所示的色相梯度目標112。因此，目標112的最左側邊緣142構造成僅具有最高強度的紅色相。參見圖4中的圖像，紅色強度恒定保持在最大值，而綠色強度在從左到右的方向上增加，直至達到H＝60°的最大值，其中H在這里表示色相。然后，紅色強度減小，同時綠色強度恒定保持在最大值，直到H＝120°，此時紅色強度達到最小值。在從H＝0到H＝120°的跨度上，藍色成分保持為最小值。從H＝120°到H＝180°，綠色成分恒定保持在最小值，而藍色成分增加到最大值。在H＝180°與H＝240°之間，藍色成分恒定保持在其最大值，而綠色成分減小到最小值。在H＝120°與H＝240°之間的跨度上，紅色成分保持在其最小值。在H＝240°與H＝300°之間，紅色成分增加到最大值，而藍色成分保持恒定在其最大值，綠色成分保持恒定在在其最小值。最后，在H＝300°與H＝360°之間，紅色成分恒定保持在其最大值，綠色成分恒定保持在其最小值，藍色成分從其最大值減小到其最小值。因此，在目標右側邊緣144的色相是純紅色?？梢钥吹剑诒臼纠校繕?12是RGB顏色目標，它包含具有約360度圓周的色輪的色相。然而，應當理解，本文所表達的目標112是平坦目標，因而其變化發(fā)生在線性方向上。還應指出，在附圖中以及上述提供的色相變化僅僅是一個示例。只要屬性變化是已知的，可以采用許多其他的屬性變化的示例。事實上，在一些示例中，變化的屬性可以簡單地是色調變化(即在顏色理論中也稱作明度或數(shù)值)。例如，目標可從一個邊緣的黑色變到相對邊緣的白色，并且在從一個邊緣到相對邊緣的區(qū)域在灰度范圍變化。然而，色調的連續(xù)灰階變化會插入測量誤差，因為主變化是強度變化，并且光學系統(tǒng)的光學特性(例如作為透明基板的特性的結果)會影響從系統(tǒng)透射的光的強度，因而影響測量結果。

若目標是色相梯度目標，則用構造成記錄顏色的光學傳感器116獲取光線在通過透明基板102之后產生的圖像，所述光線攜帶來自目標112的色相信息。為了確定目標的色相變化與所捕集的圖像的色相變化之間的對應關系，可進行校正程序。在校正程序中，在不存在透明基板的情況下獲取目標圖像。依據(jù)此圖像，針對色相的圖像位置,在目標位置x_t與相應色相值H之間建立對應關系，例如采用內插函數(shù)x_t(H)的形式。若目標與圖像之間的關系是線性的，則這種對應關系可變得更簡單，雖然并不要求必須是線性關系。例如，圖5顯示了通過光學傳感器116獲取的初始色相模式。如圖所示，圖5中色相對位置的依賴關系明顯是非線性的，這會損害低斜率區(qū)域中位置的準確性。然而，可補償色相位置的依賴性，使色相梯度恒定。例如，在一些實施方式中，可調整光學傳感器電路的增益和偏壓。作為附加或替代方式，這種補償可用控制器或計算機中的軟件實施，所述控制器或計算機構造成控制測量過程。圖6顯示了經(jīng)過校正的色相圖像模式的圖像，這種情況說明了所獲取的色相圖像與像素位置之間的線性關系，色相通過光學傳感器116在像素位置獲取，同樣不存在透明基板102。

在測量過程中，對于通過光學傳感器116獲取的圖像中的多個點，確定光學傳感器上的色相值H，并計算對應的目標位置和透明基板平面位置。然后，利用方程式(4)和(5)確定局部楔角ω隨透明基板平面位置的變化關系。楔角ω的正切表示玻璃厚度對x坐標的偏導數(shù)。從厚度已知的點開始，對關于x的導數(shù)求積分，得到透明基板在成像區(qū)域的厚度分布。也就是說，隨位置變化的多個厚度(按順序集合)提供厚度分布。例如，在對沿拉制方向60由玻璃制造設備拉制的玻璃帶的厚邊區(qū)64進行厚度測量的一些實施方式中，可沿著垂直于拉制方向60的直線進行多次厚度測量。已知厚度的測量也可在該直線上，例如在品質區(qū)62中，但仍然在通過光學傳感器116成像的區(qū)域內。

圖7顯示了通過光學傳感器116獲取的目標圖像的示例，用來產生目標圖像的玻璃帶的厚邊部分的實際橫截面圖對齊置于目標圖像下方。區(qū)域146中所示的豎直的系列短劃線表示厚邊區(qū)上邊緣輥的滾花表面造成的厚度的陡然變化。從橫截面圖可以看到，樣品包含的空隙148被排除在厚度分布的厚度值之外，因為它們對穿過透明基板的光線偏折沒有顯著作用?？梢杂^察到，色相的各區(qū)域(在圖中再次示為灰度圖)出現(xiàn)在圖像中，這些區(qū)域不對應于該色相在目標中的位置(參見圖4中的目標以資比較)，顯示了局部楔角的影響。例如，區(qū)域150中所示的色相與相對于目標112的正常位置明顯偏離。

由圖7中所獲取的目標圖像得到的玻璃厚度分布示于圖8，同樣將成像厚邊區(qū)的橫截面圖與厚度分布對齊。短劃線152代表根據(jù)本發(fā)明方法獲得的厚邊區(qū)的厚度分布隨“x”的變化，而實線154代表通過手工測量厚邊區(qū)橫截面圖像得到的厚度分布。已知厚度在圖線極右側(即從玻璃帶邊緣起x＝27毫米處)獲得。數(shù)據(jù)顯示了兩種測量結果之間良好的一致性。事實上，根據(jù)本公開內容進行的光學測量似乎比手工測量更完整地表達了厚邊區(qū)的滾花區(qū)域。應當指出，在“y”方向(平行于拉制方向60)的光學數(shù)據(jù)未經(jīng)求平均值來獲得圖7中線152所示的厚度分布，盡管在“y”方向上求平均值可以進行(例如在拉制方向上)。也就是說，圖6中的色相圖可想象為由行和列組成，其中“y”列存在于所獲取的每個“x”位置。每個“x”位置代表“y”方向上的多個厚度值。因此，在“y”方向上的計算的厚度值可針對每個“x”位置求平均值。“x”方向上的步長可由使用者選擇。例如，可在光學傳感器的每個像素處獲取數(shù)據(jù)。根據(jù)系統(tǒng)的噪聲，可對若干像素計算數(shù)據(jù)的平均值，例如，每2個像素、每5個像素等求平均值，具體取決于沿著玻璃帶寬度所需的厚度分辨率等。若已知厚度表達為τ(x₀,y₀)，其中y軸在圖3中紙面之外，則在相鄰的“x₀+Δx”位置(位于“y₀”位置的交點)的厚度τ(x₀+Δx,y₀)可計算為：

τ(x₀+Δx,y₀)＝τ(x₀,y₀)+Δx·tanω₀ (6)

其中Δx是在“x”方向上的已知厚度點與所需厚度點之間的距離，ω₀是根據(jù)光學傳感器116獲取的圖像，利用方程式(4)和(5)確定的在此x位置的基板楔角。不過，也可利用其他數(shù)字積分方法計算厚度分布。對于基板的基本上呈圓柱形的表面，厚度數(shù)值可在y方向上求平均值。

如上文所表明，可對目標112加以選擇，使另一種不同的視覺屬性發(fā)生變化。因此，目標模式不限于色相變化。例如，在另一種實施方式中，目標112可包含色調不同的兩個區(qū)域，例如黑色與白色，或者黑色與灰色，或者兩種數(shù)值的灰色，或者它們的組合。兩種色調之間的邊界可以有角度，例如相對于目標與玻璃基板之間的相對運動方向，例如在垂直于拉制方向的方向上。在與所追求的厚度分布的方向相反的方向上，例如在目標與移動的玻璃帶之間的相對運動方向上，如果厚度分布不顯著改變，那么根據(jù)光學傳感器116在相應豎直位置獲取的圖像的色調，可推斷來自各個點的起始光線。在此情況下，光學傳感器116可構造成記錄黑色和白色(和/或灰色度)而不是彩色。

在上文所述兩種色調目標的情況下，分析與前文所述用于色相目標的分析相同，不同之處在于厚度變化表現(xiàn)為一種色調侵入另一種色調的區(qū)域。圖9顯示了合適的目標212的一個示例，其中視覺屬性是色調。如圖9所示，采用兩種色調區(qū)域，黑色區(qū)域160和灰色區(qū)域162。黑色區(qū)域160和灰色區(qū)域162沿著對角線164分開。因此，與前面的色相目標不同，本實施方式的目標間斷變化而不是連續(xù)變化。如前文所述，目標相對于透明基板102定位，靠近并總體上平行于透明基板上要分析厚度的部分。

與前述實施方式一樣，首先進行校正，以確定不存在透明基板102時通過光學傳感器116獲取的目標圖像與色調目標112之間的對應關系。然后，可分析所獲取的圖像，利用校正步驟獲得的對應關系，確定所獲取的目標圖像上的每個點對目標上的豎直線的偏移(x_t)。可對所獲取的目標圖像應用強度閾值，以更好地區(qū)分目標圖像中一種色調侵入另一種色調的區(qū)域。例如，圖10呈現(xiàn)了通過光學傳感器116獲取的目標圖像，而圖11呈現(xiàn)了應用強度閾值過濾器之后的目標圖像?？梢钥闯?，在應用閾值過濾器之后，一種色調侵入其他色調區(qū)域的區(qū)域更加清晰可見。

通過考慮圖11中的峰“A”，可以更形象地看到前面所述的情況，峰“A”代表目標圖像上一種色調已經(jīng)侵入另一種色調空間的位置。峰可結合行-列網(wǎng)格理解，其中峰A對應于特定的豎列“C”與特定的橫行“M”的交點。根據(jù)前面確定的不存在透明基板102時目標與目標圖像之間的對應關系，峰A沿著行“M”與目標圖像上橫行“M”跟對角線164’相交的位置A’之間的水平距離決定了x_t。更簡單地說，該對應關系是目標與目標圖像之間的映射函數(shù)。一旦確定目標圖像上的點A’(例如A與A’之間的距離)，即可利用映射函數(shù)確定相對于目標的對應距離x_t。然后，可按照前文所述相同的方式，根據(jù)方程式1-5，利用數(shù)值x_t計算局部楔角ω，所述局部楔角又可用于計算透明基板在x_t處的厚度，該計算同樣采用前文所述的方法。通過計算圖像上多個位置的厚度，可按照前文所述的相同方式確立厚度分布。

根據(jù)前面公開的內容應當顯而易見的是，透明基板(如拉制過程中玻璃帶的厚邊區(qū))的厚度分布，可用來確定所測區(qū)域的重量。例如，將玻璃帶拉過裝置100時，可進行連續(xù)厚度測量，使沿著厚邊區(qū)寬度的厚度分布隨拉制方向上距離的變化是已知的。不僅如此，在玻璃帶移動通過測量裝置10時進行的連續(xù)測量可形成隨玻璃帶上豎直距離變化的厚度分布。利用玻璃的密度和所測區(qū)域的尺寸，可確定每單位玻璃帶長度的重量。然后，可利用該重量連同拉制速率來計算玻璃的流速(即形成玻璃帶的熔融玻璃的流速)。

還應指出，可利用沿著兩個維度變化的屬性建立二維目標。例如，可利用基于Lab色空間(有時記作L*a*b或L-a-b)的目標提供兩個維度上的色相變化。Lab色空間包括代表亮度的“L”維度，以及代表對抗顏色維度的“a”和“b”，例如沿著“a”軸的紅-綠和沿著“b”軸的黃-藍。Lab色空間基于CIE 1976色空間，有充分的文獻記載，不再贅述。因此，前面的分析可沿多個維度進行，以獲得區(qū)域厚度分布。

對本領域的技術人員而言顯而易見的是，可以在不偏離本公開內容的精神和范圍的前提下對本發(fā)明的實施方式進行各種修改和變動。因此，本發(fā)明人的意圖是使本公開內容覆蓋這些修改和變動，只要這些修改和變動在所附權利要求和其等同內容的范圍之內。