Verfahren zum Prüfen von Gläsern auf Einschlüsse
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen eines Gegenstandes aus Glas, insbesondere ein Flachglas wie ein Floatglas, auf Einschlüsse wie Nickelsulfidpartikel oder Partikel aus Feuerfestmaterialien, wobei das Prüfen während einer Herstellung des Gegenstandes erfolgt, bei welcher in einem ersten Schritt der Gegenstand aus flüssigem Glas erstellt wird und dieser in einem zweiten Schritt unter Erstarrung auf Umgebungstemperatur insbesondere natürlich abkühlen gelassen wird.
Bei einer Herstellung von Gegenständen aus Glas wie einer Herstellung von Glasscheiben im Floatglas-Verfahren ist eine vollständige Vermeidung von Partikeleinschlüssen bzw. Verunreinigungen im Glas zwar technisch denkbar, aber mit wirtschaftlich annehmbaren Massnahmen kaum möglich.
Es ist deswegen nicht verwunderlich, dass zum Beispiel in Flachgläsern Verunreinigungen als Begleiter des Glases anzutreffen sind und in der Glasmatrix Einschlüsse vorliegen. Unter diesen Einschlüssen sind insbesondere Nickelsulfideinschlüsse und Einschlüsse aus feuerfesten Materialien hervorzuheben, welche zumeist den grössten Anteil dieser Verunreinigungen ausmachen und welche oftmals mit einer Grösse bis zu etwa 600 [mu]m vorliegen können.
Einschlüsse bzw. Partikel aus Nickelsulf[iota]d(en) und/oder feuerfesten Materialien im subMillimeter-Bereich werden vom menschlichen Auge durchwegs nicht wahrgenommen und beeinflussen ein ästhetisches Erscheinungsbild von Glasscheiben oder dergleichen Produkten daher nicht.
Allerdings stellen die genannten Einschlüsse
Fremdkörper dar, welche im Vergleich mit Glas verschiedene Materialeigenschaften aufweisen und unter Umständen, vor allem nach einem Härten, zu einem spontanen Bruch des Glasgegenstandes führen können. Solche Spontanbrüche, wie sie unter anderem bei Fassadenverglasungen beobachtet werden, können beachtlichen Personen- und Sachschaden nach sich ziehen. Man ist daher sehr bemüht, mit geeigneten Verfahren bereits vor einer weiteren Verwendung Aufklärung über mögliche Einschlüsse zu erhalten, um beispielsweise Glasscheiben mit besonders hohem Bruchrisiko noch vor einer Vergütung bzw. Härtung und einem Gebrauch für Fassadenverglasungen ausscheiden zu können.
Mit Bezug auf einen Nachweis von Einschlüssen in Flachglas wurden optische Untersuchungsmethoden vorgeschlagen, welche im Wesentlichen auf Streuung von Laseriicht im amorphen Glas und Analyse des gestreuten Lichts basieren. Diese Methoden erlauben es, Einschlüsse nachzuweisen, ohne dass es zu einer Zerstörung des Produktes kommt. Beispiele für derartige Methoden finden sich in US 4,697,082, WO 01/73408 A1 oder WO 01/18532 A1.
Wenngleich durch Streuung von Laseriicht und Analyse der gestreuten Strahlung Einschlüsse allgemein recht zuverlässig und bezüglich des Glases zerstörungsfrei nachgewiesen werden können, so ist doch äusserst nachteilig, dass diese Methoden stets Laseriicht und damit in Konsequenz auch eine Laseriichtquelle bzw. einen Laser voraussetzen. Dies verursacht zum einen grosse apparative und kostenmässige Aufwände.
Zum anderen ist ein nutzbarer Querschnitt eines Laseroutputs bzw. ein Laserstrahldurchmesser begrenzt und zumeist viele hunderte Male kleiner, als der zu untersuchende Gegenstand. Dies führt dazu, dass entweder viele Laser gleichzeitig einzusetzen sind und/oder der Gegenstand in kleinen Schritten abgescannt werden muss.
Hier setzt die Erfindung an und setzt sich das Ziel, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem in einfacher Weise und ohne externe
Lichtquelle Partikel wie Nickeisulfid(e) und/oder Partikel aus feuerfestem Material in einem Gegenstand aus Glas nachgewiesen werden können.
Dieses Ziel wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäss Anspruch 1 erreicht.
Vorteilhafte Ausführungsformen eines erfindungsgemässen Verfahrens sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 5.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass Partikel aus einem Nickelsulfid oder aus feuerfesten Materialien, wie sie sich im Zuge einer Glasherstellung bilden und schliesslich im fertigen Gegenstand aus Glas eingeschlossen sind, bei erhöhten
Temperaturen jeweils eine charakteristische elektromagnetische Strahlung emittieren und dass diese Strahlung deutlich intensiver ist, als eine Eigenemission des Glases, so dass die Einschlüsse bei gegebener Temperatur aus der Glasmatrix quasi herausleuchten. Das erfindungsgemässe Verfahren weist den Vorteil auf, dass Lichtquellen wie Laser nicht mehr notwendig sind, um Einschlüsse aus Nickelsulfid(en) oder feuerfesten Partikeln festzustellen.
Vielmehr wird ausgenützt, dass die eingeschlossenen Partikel bei den hohen Temperaturen eines Fertigungsprozesses selbst Lichtquellen darstellen, aus deren Emissionen Informationen über die Einschlüsse gewonnen werden können. Bei der vorgesehenen ortsaufgelösten Aufnahme der Emissionen können so insbesondere Aussagen über Vorhandsein, Lage und Anzahl eingeschlossener Partikel getroffen werden.
Neben Aussagen zu Lage und Anzahl eingeschlossener Partikel lassen sich auch Aussagen über eine Partikelgrösse tätigen, so dass nach Auswertung der aufgenommenen Emissionen genaue Kenntnisse über Nickelsulfideinschlüsse und/oder Einschlüsse aus feuerfesten Materialien im Glas voriiegen. Diese Kenntnisse können herangezogen werden, um über eine weitere Verarbeitung bzw. Behandlung des Gegenstandes zu entscheiden.
Insbesondere kann bei Herstellung von Gläsern im Floatglasverfahren auf Basis dieser Kenntnisse entschieden werden, ob der hergestellte Glasgegenstand in der Folge einer Härtung unterworfen werden soll oder nicht: Wenn bruchkritische Einschlüsse festgestellt worden sind und ein Bruch nach einem anschliessenden Härten wahrscheinlich ist, wird eine Härtung nicht durchgeführt. Das hergestellte Glas wird dann für Anwendungen eingesetzt, in denen es wenig beansprucht wird. Falls aufgrund der Kenntnisse ein Bruch nach dem Härten nicht zu erwarten ist, wird dieses gehärtet und kann in der Folge für Anwendungen, in welchen eine hohe mechanische Beanspruchbarkeit gefordert ist, eingesetzt werden.
Glasscheiben können somit in Abhängigkeit von ihrer Qualität gezielt verschiedenen Verwendungen zugeführt werden.
Im Rahmen der Erfindung kann es günstig sein, wenn die natürliche Abkühlung des Gegenstandes aus Glas durch Zufuhr von Wärme verzögert wird. Dadurch wird der Glasgegenstand längere Zeit in einem Temperaturbereich gehalten, in welchem Emissionen beobachtet werden können.
Weiter ist es möglich, Aufnahmen mit einer vergrösserten Belichtungszeit und somit verbessertem Signal/Rausch-Verhältnis zu tätigen, was die Zuverlässigkeit einer Aussage über vorliegende Einschlüsse steigert.
Um intensive Emissionen beobachten zu können und folglich eine grosse Aussagekraft der Auswerteergebnisse zu erhalten, ist es zweckmässig, wenn die Temperatur des Gegenstandes aus Glas, bei welcher elektromagnetische Strahlung registriert wird, zumindest 250 [deg.]C, vorzugsweise zumindest 380 [deg.]C, insbesondere mehr als 500 [deg.]C, beträgt.
Weiter kann vorgesehen sein, dass der Gegenstand aus Glas im zweiten Schritt im Wesentlichen gleichförmig bewegt wird und die Aufnahme emittierter Strahlung mit einem oder mehreren Linien- oder Flächendetektoren wie einer CCD (Charge coupled device)-Kamera oder CMOS (complementary metal oxide semiconductor)
-Kamera durchgeführt wird, wobei eine Belichtungszeit des Flächendetektors an eine Bewegungsgeschwindigkeit des Gegenstandes angepasst wird.
Eine solche Verfahrensvariante ist mit grosstechnischen Anlagen, in welchen Glasscheiben aus technischen und/oder wirtschaftlichen Gründen nicht in einer ruhenden Position abgekühlt werden können, sondern in heissem Zustand vom Erstellungsbereich abtransportiert werden müssen, kompatibel und hat sich in diesem Bezug als besonders geeignet erwiesen. Vor allem trifft dies auf eine Herstellung von Glasscheiben im Floatglasverfahren zu, wo Glasbänder vom flüssigen Zinnbad kontinuierlich mit einer Temperatur von etwa 600 [deg.]C abgenommen werden. Durch Einsatz von Linien- oder Flächendetektoren ist es nun möglich, Einschlüsse wie Nickelsulfide über eine gesamte Breite des Glasbandes festzustellen.
Gleichzeitig ist eine Belichtungszeit des Flächendetektors an eine Bewegungsgeschwindigkeit des Glasbandes angepasst, um sicherzustellen, dass Einschlüsse auch über eine gesamte Bandlänge lückenlos festgestellt werden können. Eine Bewegung des Glasbandes relativ zu den Detektoren kann in Kenntnis der Bewegungsgeschwindigkeit bei der Auswertung der Messsignale rechnerisch berücksichtigt werden, um möglichst exakte Angaben zur Position von Einschlüssen zu erhalten. Somit kann eine vollständige Untersuchung eines Glasbandes erfolgen, ohne dass in einen herkömmlichen Produktionsprozess eingegriffen werden muss.
Sehr günstig ist es dabei, Aufnahmen unmittelbar nach Abzug des Glasbandes vom Metallbad durchzuführen, da sich das Glasband an dieser Stelle auf einer Temperatur von mindestens etwa 550 [deg.]C befindet und Emissionen von Nickelsulfid und/oder feuerfesten Einschlüssen bei diesen Temperaturen intensiv sind. Zusätzlich können auch Gasblasen im Glas beobachtet werden, da diese wie emittierende Einschlüsse am Detektor hell erscheinen. Um Fremdlichteinflüsse möglichst auszuschalten und daraus resultierende Verfälschungen von Auswerteergebnissen zu vermeiden, kann der Gegenstand aus Glas zur Aufnahme emittierter Strahlung in einen dunklen Raum eingebracht werden bzw. durch einen solchen bewegt werden. Eine Vemneidung von störendem Fremdlicht ermöglicht es, qualitätsgleiche Mess- bzw.
Auswertungsergebnisse bei kürzerer Belichtungszeit zu erhalten.
Eine Aufnahme elektromagnetischer Strahlung kann im Wellenlängenbereich von 200 bis 2000 nm erfolgen. In diesem Wellenlängenbereich sind bei erhöhten Temperaturen Emissionen von Nickelsulfiden und Einschlüsse, die auf Kontakt von Glas mit feuerfestem Material zurückzuführen sind, vielfach intensiver als Emissionen eines Glases, so dass bei ortsauflösender Messung Einschlüsse von einschlussfreien Zonen diskriminiert werden können.
Zweckmässig und einfach ist es, bei einer Wellenlänge von 350 bis 1600 nm emittierte Strahlung zu registrieren, da für diesen Bereich billige, handelsübliche Kameras oder Spektrometer eingesetzt werden können und die Emissionen der genannten Einschlüsse in diesen Bereichen Maxima aufweisen.
Weitere Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus dem Zusammenhang der Beschreibung und den Ausführungsbeispielen.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand von Beispielen noch weitergehend dargestellt.
Es zeigen:
Figur 1 : Intensität der Emissionen verschiedener Einschlüsse bei verschiedenen Temperaturen;
Figur 2a: Schema einer bereichsweisen Erfassung der Emissionen von Einschlüssen in einer Glasscheibe;
Figur 2b: Emissionsintensität entsprechend den in Figur 2a dargestellten Bereichen.
7Anhand Figur 1 ist das erfindungsgemässe Konzept noch näher erläutert.
Figur 1 zeigt Ergebnisse, welche bei Emissionsmessungen an verschiedenen Glassscheiben und bei verschiedenen Temperaturen erhalten wurden. Zur Messung wurden die Glasscheiben mit einer Temperatur von 320 [deg.]C (Messung A1), 400 [deg.]C (Messung A2), 380 [deg.]C (Messung B1) und 600 [deg.]C (Messung B2) in eine verschliessbare Dunkelkammer eingebracht. Emissionen wurden über eine an einer Deckfläche der Dunkelkammer angebrachte und in diese einragend[beta]äf CCD-Kamera im Bereich von 350 bis 800 nm registriert und mittels eines an die CCD-Kamera angeschlossenen Computers ausgewertet.
Die Glasscheiben wurden während der Prüfung nicht bewegt.
Messung A1 in Figur 1 zeigt die Intensität der Emission eines Bereichs mit einem
Partikel aus feuerfestem Material (gepunktete Säule) im Vergleich mit der Intensität der Emission eines einschlussfreien Bereichs der Glasmatrix (weisse Säule). Wie ersichtlich, übersteigt eine Emission im Bereich des Einschlusses jene eines einschlussfreien Bereiches um ein Vielfaches, so dass bei quantitativer Auswertung zweifelsfrei ein Voriiegen des Einschlusses festgestellt werden kann. Wird eine- +f&. Temperatur einer untersuchten Glasscheibe erhöht (Messung A2), so kann eine Emissionsintensität von feuerfesten Einschlüssen relativ zur Emissionsintensität der Glasmatrix gesteigert werden, so dass eine Zuverlässigkeit bzw. Aussagekraft der Prüfergebnisse verbessert wird.
Analog kann auch bei Nickelsulfideinschlüssen, welche bei Temperaturen von 380 [deg.]C geringfügig stärker Licht emittieren als eine Glasmatrix (schraffierte bzw. weisse Säule der Messung B1), durch Messung bei höherer Temperatur eine deutlichere Diskriminierung von einschlussfreien und einschlussbehafteten Bereichen erreicht werden (Messung B2).
Anhand der Figuren 2a und 2b ist eine bereichsweise bzw. ortsaufgelöste Erfassung von Einschlüssen in einer Glasscheibe G eriäutert. In einer Ebene oberhalb der Glasscheibe G ist eine CCD (charged coupied device)-Kamera angebracht, deren Pixel Emissionen der Glasscheibe G aufgelöst über die Zeilen 1, 2, 3 ...9, 10 über deren gesamte Breite B und über einen Teil der Länge L bereichsweise aufnimmt.
Liegt ein Fremdeinschluss vor, so wird durch das zugeordnete Pixel oder bei entsprechender
Grösse eines Einschlusses gegebenenfalls durch mehrere Pixel eine intensive Emission registriert, wohingegen von den übrigen Pixel lediglich eine vergleichsweise geringe Emission detektiert wird. Diese Situation ist für eine Reihe R, in welcher zwei Einschlüsse vorliegen, nämlich ein Einschluss aus feuerfestem Material in Zeile 3 und ein Einschluss aus einem Nickelsulfid in Zeile 9, in den Figuren 2a, 2b schematisch gezeigt. Wie ersichtlich, werden durch die jeweils entsprechenden Pixel grosse Emissionsintensitäten registriert, wohingegen mit den übrigen Pixel nur intensitätsschwache Matrixemissionen detektiert werden. Eine Ortsauflösung ist dabei von der Pixelgrösse abhängig und kann 20 [mu]m oder besser gewählt werden.
Die analogen Signale der einzelnen Pixel können zur weiteren Auswertung in digitale [phi]
Daten umgewandelt werden und beispielsweise mit einem Computer weiterverarbeitet werden.
Bei der Aufnahme der Emissionen befindet sich die in Figur 2a dargestellte Glasscheibe G zweckmässigerweise in einer Dunkelkammer, um Störeinflüsse von
Fremdlicht zu vermeiden. Die CCD-Kamera kann dann am Plafond der Dunkelkammer befestigt sein. Bevorzugt ist es jedoch, wenn die Kamera aussenseitig an der Deckfläche der Dunkelkammer angebracht ist, so dass Emissionen der Glasscheibe G auf einen Ei[eta]trittsspalt der Kamera fallen können. Zu diesem Zweck kann die Dunkelkammer mit einem kleinen Spalt versehen sein, in dessen Ebene der
Eintrittsspalt der aufgesetzten CCD-Kamera oder eine CMOS-Kamera zu liegen kommt.
Es kann auch vorgesehen sein, insbesondere bei einer Messung an quasi endlosen Glasbändem oder Glasscheiben mit einem grossen Längen/Breitenverhältnis, dass eine Vielzahl von gleichartigen, hintereinander angeordneten Kameras zum Einsatz kommt. Damit lassen sich grossflächige Bereiche in kurzer Zeit auf Einschlüsse prüfen.
Bei Verwendung einer CCD-Kamera oder einer CMOS-Kamera liegt eine Belichtungszeit üblicherweise im Bereich von 1 bis 50 Millisekunden. Grundsätzlich ist es günstig, eine möglichst lange Belichtungszeit zu wählen, um ein Messergebnis zu erhalten, dass über eine möglichst lange Zeit gemitteit ist und ein grosses Signal/Rausch-Verhältnis aufweist.
Wird eine Prüfung an gleichförmig bewegten Glasbändem oder Glasscheiben durchgeführt, so wird eine Belichtungszeit an eine Bewegungsgeschwindigkeit des Glasbandes oder der Glasscheiben angepasst, so dass eine lückenlose Prüfung möglich ist.
Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, zwischen verschiedenen Arten von emittierenden Einschlüssen zu unterscheiden, indem von Einschlüssen emittierte Strahlung zusätzlich analysiert wird, beispielsweise durch spektrale Analyse der Emissionsbanden.
Insbesondere bei feuerfesten Einschlüssen, die in kristalliner Form an sich nicht oder nur sehr schwach emittieren, beispielsweise Aluminium-, Zirkonoder Chromoxid oder kristalline Phasen von Siliciumdioxid, und wo Emissionen auf Fehlstellen im Kristallgitter und/oder den Einbau von emittierenden Fremdionen im Kristallgitter zurückzuführen sind, liegen oftmals charakteristische Emissionen vor, die eine einwandfreie Zuordnung zu bestimmten Einschlussarten ermöglichen. In Figur 3 ist schliesslich der Einsatz eines erfindungsgemässen Verfahrens bei einer Herstellung von Glasscheiben im Floatglasverfahren gezeigt. Vormaterial 11 aus Glas wird über einen Lagerbehälter 12 einer Bevorratungskammer 13 zugeführt, über welche das Vormaterial 11 mittels eines nicht dargestellten Fördermittels in eine Schmelzkammer 14 transportiert wird.
In der Schmelzkammer 14 sind beispielsweise flächige Heizelemente 15 angeordnet, um das Vormaterial 11 zu schmelzen bzw. eine Glasschmelze 16 in flüssigem Zustand zu halten. Von der Schmelzkammer 14 wird die Glasschmelze 16 in eine Ruhekammer 17 überführt, in welcher die Glasschmelze 16 beruhigt wird. Anschliessend wird die etwa 1400 [deg.]C heisse Glasschmelze 16 in ein Zinnbad 18 überführt, wo sich die Glasschmelze 16 auf der Oberfläche einer
Zinnschmelze 19 ausbreitet und an einem Ende mittels eines Transportmittels 21 als Glasband abgezogen und in eine Wärmekammer 20 überführt wird. In der Wärmekammer 20 wird das halbfeste Glasband langsam bzw. verzögert abgekühlt, um Spannungen im Glasband zu vermeiden.
Schliesslich erfolgt eine natürliche Abkühlung im nachgeordneten Bereich 22, bevor das Glasband mit einer Schneid- und Brecheinrichtung 23 in einzelne Glasscheiben 24 geteilt wird.
Erfindungsgemäss ist an der Deckfläche der Wärmekammer 20 eine CCD- oder CMOSKamera 25 befestigt, mit welch&Emissionen des Glasbandes ortsaufgelöst aufgenommen werden. Um die Kamera 25 vor Temperatureinflüssen weitgehend zu schützen, ist diese zweckmässigerweise aussenseitig der Wärmekammer 20 angebracht und weist die Wärmekammer 20 eine Durchbrechung auf, über welche emittierte Strahlung auf die Kamera 25 trifft. Diesbezüglich kann es auch sehr günstigf^ie Kamera 25 im Spalt zwischen Zinnbad 18 und Wärmekammer 20 zu positionieren.
Die Kamera 25 steht über eine Leitung 26 mit einem Computer 27 in Verbindung, mit welchem die von der Kamera 25 aufgenommenen Signale verarbeitet bzw. ausgewertet werden. Der Computer 27 steht seinerseits mit einer Entnahmeeinrichtung 28 für Glasscheiben 24 in Verbindung und steuert diese an. Ergibt eine Auswertung der von der Kamera 25 gelieferten Emissionswerte, dass in einer Glasscheibe 24 Einschlüsse voriiegen, die zu einer erhebliche Bruchgefahr bei einem Härten derselben führen, so wird die Glasscheibe 24 von der Entnahmeeinrichtung 28 vom Transportmittel 21 entfemt. Die entfernte Glasscheibe 24 wird dann auf ein weiteres Transportmittel gelegt und befördert. Somit werden die Glasscheiben 24 je nach Einschlüssen qualitätsmässig getrennt und können ihrer Qualität entsprechend gezielt weiterbehandelt bzw. eingesetzt werden.
Zur Entfernung einzelner Glasscheiben 24 kann die Entnahmeeinrichtung 28 mit einer bevorzugt pneumatischen oder hydraulischen Hebeeinrichtung 29 ausgestattet sein. Alternativ kann anstelle der Hebeeinrichtung 29 eine Einrichtung zur Markierung der Glasscheiben 24 vorgesehen sein. In diesem Fall werden die einzelnen Glasscheiben mit einer Markierung versehen, welche über ihre Qualität Aufschluss gibt.
Method for testing glasses for inclusions
The invention relates to a method for testing an article made of glass, in particular a flat glass such as a float glass, on inclusions such as nickel sulfide or refractory particles, wherein the testing is carried out during manufacture of the article, wherein in a first step the object made of liquid glass is and this is allowed to cool in a second step under solidification to ambient temperature, of course, of course.
In a production of objects made of glass such as a production of glass sheets in the float glass process, a complete avoidance of particle inclusions or impurities in the glass is technically conceivable, but hardly possible with economically acceptable measures.
It is therefore not surprising that, for example, in flat glass impurities are encountered as a companion of the glass and in the glass matrix inclusions are present. Among these inclusions, mention should be made, in particular, of nickel sulfide inclusions and inclusions of refractory materials, which for the most part make up the largest proportion of these impurities and which may often be present in a size of up to about 600 μm.
Inclusions or particles of nickel sulfide [iota] d (s) and / or refractory materials in the sub-millimeter range are not perceived by the human eye throughout and therefore do not affect the aesthetic appearance of glass panes or the like products.
However, the mentioned inclusions constitute
Foreign body, which in comparison with glass have different material properties and under certain circumstances, especially after curing, can lead to a spontaneous breakage of the glass article. Such spontaneous fractures, such as those observed with façade glazing, can result in considerable personal injury and property damage. It is therefore very hard to obtain suitable methods already before further use education on possible inclusions, for example, to retire glass panes with a particularly high risk of breakage even before a remuneration or curing and a use for facade glazings.
With respect to detection of inclusions in flat glass, optical inspection methods have been proposed which are essentially based on scattering of laser light in the amorphous glass and analysis of the scattered light. These methods make it possible to detect inclusions without destroying the product. Examples of such methods can be found in US 4,697,082, WO 01/73408 A1 or WO 01/18532 A1.
Although by scattering laser light and analyzing the scattered radiation, inclusions can generally be detected quite reliably and non-destructively with respect to the glass, it is extremely disadvantageous that these methods always require laser light and thus consequently also a laser light source or a laser. This causes on the one hand large equipment and cost expenses.
On the other hand, a useful cross-section of a laser output or a laser beam diameter is limited and usually many hundreds of times smaller than the object to be examined. This means that either many lasers have to be used simultaneously and / or the object has to be scanned in small steps.
This is where the invention begins and sets itself the goal of providing a method of the type mentioned, with which in a simple manner and without external
Light source particles such as nickel sulphide (s) and / or particles of refractory material can be detected in a glass article.
This object is achieved by a method having the features according to claim 1.
Advantageous embodiments of a method according to the invention are the subject matter of claims 2 to 5.
The invention is based on the finding that particles of a nickel sulfide or of refractory materials, as formed in the course of a glass production and finally included in the finished article of glass, at elevated
Temperatures each emit a characteristic electromagnetic radiation and that this radiation is much more intense, as a self-emission of the glass, so that the inclusions at a given temperature from the glass matrix quasi shine out. The inventive method has the advantage that light sources such as laser are no longer necessary to determine inclusions of nickel sulfide (s) or refractory particles.
Rather, it is exploited that the enclosed particles themselves represent light sources at the high temperatures of a production process, from the emissions of which information about the inclusions can be obtained. In the case of the planned spatially resolved recording of the emissions, it is thus possible in particular to make statements about the presence, position and number of trapped particles.
In addition to statements on the location and number of trapped particles can also make statements about a particle size, so that after evaluation of the recorded emissions voriiegen accurate knowledge of nickel sulfide inclusions and / or inclusions of refractory materials in the glass. This knowledge can be used to decide on further processing or treatment of the object.
Specifically, in the production of glasses in the float glass process, based on this knowledge, it can be decided whether or not to subject the produced glass article to curing: When fracture-critical inclusions have been found and breakage after subsequent hardening is likely, hardening does not occur carried out. The glass produced is then used for applications in which it is little stressed. If, due to the knowledge, a break after curing is not to be expected, this is cured and can subsequently be used for applications in which high mechanical strength is required.
Depending on their quality, glass panes can thus be selectively directed to various uses.
In the context of the invention, it may be favorable if the natural cooling of the article made of glass is delayed by the supply of heat. Thereby, the glass article is kept for a long time in a temperature range in which emissions can be observed.
Furthermore, it is possible to take pictures with an increased exposure time and thus improved signal-to-noise ratio, which increases the reliability of a statement about present inclusions.
In order to be able to observe intensive emissions and consequently obtain a high significance of the evaluation results, it is expedient for the temperature of the article of glass, at which electromagnetic radiation is registered, to be at least 250 ° C., preferably at least 380 ° C. C, in particular more than 500 ° C.
Furthermore, it can be provided that the object made of glass is moved substantially uniformly in the second step and the reception of emitted radiation with one or more line or area detectors such as a CCD (charge coupled device) camera or CMOS (complementary metal oxide semiconductor).
Camera is performed, wherein an exposure time of the area detector is adapted to a speed of movement of the object.
Such a variant of the method is compatible with large-scale systems in which glass sheets can not be cooled in a stationary position for technical and / or economic reasons, but must be transported away from the production area in a hot state, and has proven to be particularly suitable in this regard. Above all, this applies to the production of glass panes in the float glass process, where glass strips are continuously removed from the liquid tin bath at a temperature of about 600 ° C. By using line or area detectors, it is now possible to detect inclusions such as nickel sulfide over an entire width of the glass ribbon.
At the same time, an exposure time of the area detector is adapted to a speed of movement of the glass ribbon to ensure that inclusions can be determined without gaps even over a whole band length. A movement of the glass ribbon relative to the detectors can be taken into account computationally with knowledge of the movement speed in the evaluation of the measurement signals in order to obtain as exact as possible information on the position of inclusions. Thus, a complete examination of a glass ribbon can be done without having to intervene in a conventional production process.
It is very beneficial to take pictures immediately after removal of the glass ribbon from the metal bath, since the glass ribbon is at this point at a temperature of at least about 550 ° C and emissions of nickel sulfide and / or refractory inclusions at these temperatures are intense , In addition, gas bubbles can also be observed in the glass, as they appear bright as emissive inclusions on the detector. In order to eliminate extraneous light influences as much as possible and to avoid resulting distortions of evaluation results, the object made of glass for receiving emitted radiation can be introduced into a dark room or moved by it. A separation of interfering extraneous light makes it possible to measure the same quality or
To obtain evaluation results at a shorter exposure time.
A recording of electromagnetic radiation can take place in the wavelength range from 200 to 2000 nm. In this wavelength range, at elevated temperatures, emissions of nickel sulfides and inclusions due to contact of glass with refractory material are many times more intense than emissions of a glass, so that, in spatially resolving measurement, inclusions can be discriminated from inclusion-free zones.
It is expedient and simple to register radiation emitted at a wavelength of 350 to 1600 nm, since low-cost, commercial cameras or spectrometers can be used for this area and the emissions of the inclusions in these areas have maximums.
Further advantages and effects of the invention will become apparent from the context of the description and the embodiments.
In the following, the invention is further illustrated by way of examples.
Show it:
Figure 1: intensity of emissions of various inclusions at different temperatures;
Figure 2a: Scheme of a range of emissions of inclusions in a glass sheet;
FIG. 2b shows emission intensity corresponding to the areas shown in FIG. 2a.
7The concept according to the invention will be explained in more detail with reference to FIG.
Figure 1 shows results obtained in emission measurements on various glass sheets and at different temperatures. For measurement, the glass sheets were heated at a temperature of 320 ° C. (measurement A1), 400 ° C. (measurement A2), 380 ° C. (measurement B1) and 600 ° C. (measurement B2) placed in a lockable darkroom. Emissions were recorded via a darkfield mounted and superimposed [beta] CCD camera in the range of 350 to 800 nm and evaluated by a computer connected to the CCD camera.
The glass sheets were not moved during the test.
Measurement A1 in Figure 1 shows the intensity of the emission of a region with a
Particles of refractory material (dotted column) compared with the intensity of the emission of an inclusion-free region of the glass matrix (white column). As can be seen, an emission in the region of the inclusion exceeds that of an inclusion-free region by a multiple, so that a quantitative analysis can be used to establish beyond doubt the presence of the inclusion. Becomes a + f &. Increases the temperature of a glass sheet examined (measurement A2), so an emission intensity of refractory inclusions can be increased relative to the emission intensity of the glass matrix, so that a reliability or validity of the test results is improved.
Analogously, even with nickel sulfide inclusions, which emit slightly more light at temperatures of 380 ° C. than a glass matrix (hatched or white column of measurement B1), a clearer discrimination of inclusion-free and inclusion-afflicted regions can be achieved by measurement at higher temperature. Measurement B2).
Based on FIGS. 2 a and 2 b, a partial or spatially resolved detection of inclusions in a glass pane G is explained. In a plane above the glass pane G, a CCD (charged coupied device) camera is mounted, the pixel emissions of the glass pane G dissolved over the lines 1, 2, 3 ... 9, 10 over its entire width B and over part of the Length L takes up area by area.
If there is a foreign inclusion, then by the associated pixel or with appropriate
Size of an inclusion optionally registered by several pixels intense emission, whereas only a relatively small emission is detected by the other pixels. This situation is shown schematically for a row R in which two inclusions, namely a refractory inclusion in row 3 and an inclusion of a nickel sulfide in row 9, are shown in figures 2a, 2b. As can be seen, large emission intensities are registered by the respectively corresponding pixels, whereas with the other pixels only low-intensity matrix emissions are detected. A spatial resolution depends on the pixel size and can be 20 μm or better.
The analog signals of the individual pixels can be converted into digital [phi] for further evaluation.
Data are converted and processed, for example, with a computer.
When recording the emissions, the glass pane G shown in Figure 2a is conveniently in a dark room, to disturbing influences of
To avoid extraneous light. The CCD camera can then be attached to the ceiling of the darkroom. However, it is preferred if the camera is mounted on the outside of the top surface of the darkroom, so that emissions of the glass pane G can fall on an egg [eta] tread gap of the camera. For this purpose, the darkroom may be provided with a small gap in the plane of the
Entry gap of the mounted CCD camera or a CMOS camera comes to rest.
It can also be provided, in particular for a measurement of virtually endless glass bands or glass sheets with a large length / width ratio, that a multiplicity of similar cameras arranged one behind the other are used. This makes it possible to check large areas in a short time for inclusions.
When using a CCD camera or a CMOS camera, an exposure time is usually in the range of 1 to 50 milliseconds. In principle, it is favorable to choose the longest possible exposure time in order to obtain a measurement result which is taken over as long a time as possible and has a high signal-to-noise ratio.
If a test is carried out on uniformly moving glass bands or glass panes, then an exposure time is adapted to a movement speed of the glass band or the glass panes, so that a complete inspection is possible.
Within the scope of the invention it is also possible to distinguish between different types of emitting inclusions by additionally analyzing radiation emitted by inclusions, for example by spectral analysis of the emission bands.
Particularly in the case of refractory inclusions, which do not or only very weakly emit in crystalline form per se, for example aluminum, zirconium or chromium oxide or crystalline phases of silica and where emissions are due to defects in the crystal lattice and / or the incorporation of emitting foreign ions in the crystal lattice, Often characteristic emissions are present, which allow a perfect allocation to certain types of inclusion. Finally, FIG. 3 shows the use of a method according to the invention in the production of glass sheets in the float glass process. Starting material 11 made of glass is supplied via a storage container 12 to a storage chamber 13, via which the starting material 11 is transported by means of a conveying means, not shown, into a melting chamber 14.
In the melting chamber 14, for example, planar heating elements 15 are arranged to melt the starting material 11 and to keep a molten glass 16 in the liquid state. From the melting chamber 14, the glass melt 16 is transferred into a rest chamber 17, in which the glass melt 16 is calmed. Subsequently, the about 1400 ° C hot molten glass 16 is transferred to a tin bath 18, where the molten glass 16 on the surface of a
Pewter melt 19 spreads and withdrawn at one end by means of a transport means 21 as a glass ribbon and transferred to a heating chamber 20. In the heating chamber 20, the semi-solid glass ribbon is cooled slowly or delayed to avoid stresses in the glass ribbon.
Finally, there is a natural cooling in the downstream region 22 before the glass ribbon is divided with a cutting and breaking device 23 into individual glass panes 24.
According to the invention, a CCD or CMOS camera 25 is fastened to the top surface of the heat chamber 20, with which & emissions of the glass ribbon are recorded in a spatially resolved manner. In order to largely protect the camera 25 from the effects of temperature, it is expediently mounted on the outside of the heating chamber 20 and the heat chamber 20 has an opening through which emitted radiation impinges on the camera 25. In this regard, it is also very convenient to position camera 25 in the gap between tin bath 18 and heat chamber 20.
The camera 25 is connected via a line 26 to a computer 27 in connection with which the signals recorded by the camera 25 are processed or evaluated. The computer 27 is in turn connected to a removal device 28 for glass panes 24 and controls them. If an evaluation of the emission values supplied by the camera 25 shows that inclusions occur in a glass pane 24, which lead to a considerable risk of breakage upon hardening thereof, then the glass pane 24 is removed by the removal device 28 from the transport means 21. The removed glass 24 is then placed on another transport and transported. Thus, the glass sheets 24 are separated in terms of quality depending on the inclusions and can be further treated or used in a targeted manner according to their quality.
To remove individual glass panes 24, the removal device 28 may be equipped with a preferably pneumatic or hydraulic lifting device 29. Alternatively, instead of the lifting device 29, a device for marking the glass panes 24 may be provided. In this case, the individual glass panes are provided with a mark which gives information about their quality.