[发明专利]用于测量表面形状轮廓的方法和装置

说明书

相关申请

本申请要求2007年11月9日提交的美国专利申请No.11/983464的优先权，该申请通过引用结合于此。

技术领域

本发明一般涉及用于制造薄材料板的方法和装置。更具体地，本发明涉及用于测量薄材料板的形状轮廓的方法和装置。本发明还涉及在诸如熔融拉制和浮法工艺之类的薄板形成工艺中使用此类测量方法和装置。

背景

诸如用于制造大平板显示器或可切割以制造诸如有源电子器件、光伏器件以及生物序列之类的其他器件的具有非常平坦表面的大材料板难以制造和处理。作为示例，已知诸如举例而言授权给Dockerty的美国专利No.3,338,696和3,682,609中所述的熔融拉制工艺能在不增加诸如研磨和抛光之类的后成形修整工序成本的情况下得到具有优良平坦度和表面光滑度的薄材料板。然而，已经发现成形区中的薄板运动能不利地影响薄板中的应力水平和应力变化，这可能导致最终产品中的畸变。成形区中的薄板运动可至少部分地归因于熔融拉制机底部处或拉制结束时(BOD)的薄板处理和分离工艺。例如，用于在BOD处分离薄板的当前机械工艺涉及利用硬或刚性装置进行薄板接触、薄板划刻以及薄板弯曲，所有这些都导致薄板运动。所形成的薄材料板越大，薄板运动对薄板中的应力水平及其变化的影响越显著。影响薄材料板畸变的因素在其他薄板成形和后成形工艺中可能采取不同的形式。为了制造具有非常平坦表面的大薄板，使这些因素最少是重要的。在理想情况下，用于使这些因素最小化的方案应当考虑薄材料板的形状轮廓。如果此类信息在薄板成形或后成形工艺期间容易获得，则有好处。

发明内容

在一个方面中，一种用于测量薄材料板的表面的形状轮廓的装置包括光源，该光源用于提供要引导至薄材料板的表面处的光束。该装置还包括耦合至该光源用于在薄材料板的表面上方平移该光源的线性平移平台，从而光束在被引导至表面处时入射在表面上的多个位置处，并在多个位置中的每个位置处产生反射光束。该装置还包括位于预定位置处的多个光接收器，用于选择性地截取在多个位置中的每个位置处产生的反射光束。该装置还包括数据采集设备，该数据采集设备被配置成接收关于光源与在截取多个位置中的每个位置处所产生的反射光束的多个光检测器中选定的一个光检测器之间的位置差的信息。该装置还包括数据分析设备，该数据分析设备被配置成将位置差信息与薄材料板的表面的形状轮廓相关联。

在一个实施例中，上述装置的光源所提供的光束为细长形。在一个实施例中，该细长光束的长轴垂直于光源的平移方向。在一个实施例中，细长光束的长宽比至少为10。

在一个实施例中，上述装置的光源所提供的光束的宽度等于或小于3mm。在另一实施例中，该光源所提供的光束的宽度等于或小于0.5mm。

在一个实施例中，上述装置的光接收器是光检测器。在一个实施例中，光检测器被包含在单个物理装置中。在一个实施例中，光检测器耦合至平移平台，以使它们与光源一前一后移动。

在一个实施例中，上述装置的光接收器是耦合至光检测器的多模光纤。

在一个实施例中，该装置的光接收器沿光源的平移方向分布。在一个实施例中，光接收器以一维阵列排列。在一个实施例中，光接收器以二维阵列排列。在一个实施例中，光接收器沿光源的平移方向交错。

在一个实施例中，上述装置的数据分析设备对求解y(x)，其中y(x)是形状轮廓，y′(x)是y(x)的导数，D(x)+D_o是多个位置中的每个位置处的所截取反射光束与入射光束之间的位置差，而θ_o是该光束入射在薄材料板的表面上的角度。

在一个实施例中，上述装置的数据分析设备对积分以获得y(x)，其中y(x)是形状轮廓，y′(x)是y(x)的导数，D(x)+D_o是多个位置中的每个位置处的所截取反射光束与入射光束之间的位置差，而θ_o是该光束入射在薄材料板的表面上的角度。

在另一实施例中，上述装置的数据分析设备对求解y(x)，其中y(x)是形状轮廓，y′(x)是y(x)的导数，D′₀+D′(x)是多个位置中的每个位置处的所截取反射光束与入射光束之间的位置差，而θ_o是该光束入射在薄材料板的表面上的角度。

在一个实施例中，上述装置还包括光耦合至光源的光束成形器，其中光束成形器将光源所提供的圆形光束转换成细长光束。