AT515523A4 - Verfahren und Vorrichtung zur Charakterisierung von Spannungen in einem flächigen, transparenten Gegenstand - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Charakterisierung von Spannungen in einem flächigen, transparenten Gegenstand Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Charakterisierung von Spannungen in einem flächigen, transparenten Gegenstand (2), insbesondere in einer Glasscheibe wie einer Flachglasscheibe, wobei eine Änderung einer Polarisation eines den transparenten Gegenstand (2) durchdringenden Lichtes gemessen wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Licht von zumindest einer flächigen Lichtquelle (3) abgestrahlt wird, wobei die Lichtquelle (3) vom transparenten Gegenstand (2) beabstandet ortsfest angeordnet wird. Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung (1) zur Charakterisierung von Spannungen in einem flächigen, transparenten Gegenstand (2), insbesondere in einer Glasscheibe wie einer Flachglasscheibe, mit welcher eine Änderung einer Polarisation eines den transparenten Gegenstand (2) durchdringenden Lichtes messbar ist. Erfindungsgemäß ist mindestens eine flächige Lichtquelle (3) vorgesehen, welche das Licht abstrahlt, und eine Transporteinrichtung (7) vorgesehen ist, in welcher der transparente Gegenstand (2) an der Lichtquelle (3) vorbeiführbar positioniert ist, wobei die Lichtquelle (3) ortsfest und von der Transporteinrichtung (7) beabstandet angeordnet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (1).

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Charakterisierung von Spannungenin einem flächigen, transparenten Gegenstand
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Charakterisierung von Spannungen in einemflächigen, transparenten Gegenstand, insbesondere in einer Glasscheibe wie einerFlachglasscheibe, wobei eine Änderung einer Polarisation eines den transparentenGegenstand durchdringenden Lichtes gemessen wird.
Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Charakterisierung von Spannungen ineinem flächigen, transparenten Gegenstand, insbesondere in einer Glasscheibe wie einerFlachglasscheibe, mit welcher eine Änderung einer Polarisation eines den transparentenGegenstand durchdringenden Lichtes messbar ist.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Verwendung einer Vorrichtung der vorstehendgenannten Art.
Gegenstände aus Glas wie Glasscheiben aus nicht vorgespanntem Flachglas odervorgespannte oder teilvorgespannte Einscheiben-Sicherheitsgläser sind oftmalsbesonders großflächig ausgebildet und werden unter anderem im Fassadenbau alsFensterscheiben oder als Komponenten im Automobilbau genutzt. Aufgrund dieserNutzungen wird von einem transparenten Gegenstand vor allem eine hohe Bruchfestigkeitgefordert, weil bei einer Zerstörung eines so verbauten Gegenstandes eine Sicherheit vonPersonen gefährdet sein kann.
Bei einer Fertigung einer großflächigen Glasscheibe wird diese häufig thermisch oderchemisch behandelt, um gewünschte mechanische Eigenschaften einzustellen. Die soerzeugten Spannungen müssen eine bestimmte Charakteristik aufweisen und flächighomogen sein. Die Fertigung und die thermische Behandlung können jedoch zur Folgehaben, dass in der Glasscheibe, beispielsweise einer Flachglasscheibe, mechanischeSchwachstellen oder Veränderungen der Materialstruktur auftreten. Bei diesenauftretenden Fehlern kann es sich beispielsweise um Schwärzungen, Verbrennungen,Einfallsstellen, Trübungen oder Einschlüsse handeln, welche eineBruchwahrscheinlichkeit der Glasscheibe erhöhen. Daher sollte auf mechanische
Schwachstellen hin untersucht und eine Bruchgefahr charakterisiert werden, um dieGlasscheiben für eine Verwendung als geeignet einstufen zu können.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Methoden zur Untersuchung einestransparenten Gegenstandes wie einer Glasscheibe bekannt. Prinzipiell wird dabeizwischen mechanischen und optischen Messverfahren unterschieden. MechanischeVerfahren wie Belastungstests haben den Nachteil, dass diese den transparentenGegenstand zerstören. Daher können solche Verfahren nur stichprobenweiseangewendet werden.
Soll in einer Produktcharge jeder transparente Gegenstand untersucht, aber aucherhalten bleiben, bieten sich optische Verfahren zur Charakterisierung von Spannungenan. Optische Charakterisierungsverfahren werden häufig auch bei einer Untersuchungvon Glasscheiben angewendet. Dabei wird der bekannte fotoelastische Effekt ausgenutzt.Dieser ist Grundlage dafür, dass sich die Polarisation von polarisiertem Licht beimDurchgang durch einen transparenten Gegenstand wie einer Glasscheibe ändert, wenndieser mechanische Spannungen aufweist.
Bei einer bekannten optischen Untersuchungsmethode zur Untersuchung einerGlasscheibe wird die interne Glasspannung an einem einzelnen Messpunkt gemessen.Dabei wird die Glasscheibe von einem Laserstrahl angestrahlt und ein von derGlasscheibe reflektiertes Streulicht gemessen. Eine Vorrichtung hierfür ist allgemein unterScattered Light Polariscope (SCALP) bekannt und z. B. in der US 3,790,285 A offenbart.Nachteilig dabei ist zu sehen, dass jeder Punkt einer zu untersuchenden Glasscheibeeinzeln vermessen werden muss. Soll eine großflächige Glasscheibe wie beispielsweiseein Einscheiben-Sicherheitsglas auf Spannungen charakterisiert werden, ist dazu einentsprechender, zumeist nicht akzeptabler Zeitaufwand notwendig, insbesondere in derlaufenden Produktion.
Bei anderen bekannten Verfahren zur Charakterisierung von Spannungen in einerGlasscheibe wird eine Vorrichtung verwendet, welche an der Glasscheibe befestigt wird.Üblicherweise wird eine Glasscheibe untersucht, welche schon verbaut ist. Eine solcheVorrichtung mit einem entsprechenden Verfahren ist beispielsweise in derWO 94/08229 A1 offenbart. Wenngleich mit einem derartigen Verfahren auch
Glasscheiben im Produktionsprozess untersuchbar sein sollen, ist eine Effizienz zurraschen, großflächigen Untersuchung von Glasscheiben limitiert.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mitwelchem es möglich ist, einen transparenten Gegenstand mit großen Abmessungen inmöglichst wenigen Schritten zu untersuchen, und welches die Möglichkeit einer sofortigenVisualisierbarkeit der Messung bietet.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Artanzugeben, mit weicheres möglich ist, einen großflächigen transparenten Gegenstanddirekt nach dessen Produktion in einfacher Art und Weise zu untersuchen, und mitwelcher eine Möglichkeit einer visuellen Charakterisierung von Spannungen in diesemgegeben ist.
Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, eine Verwendung einer solchen Vorrichtunganzugeben.
Die erste Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einem Verfahren dereingangs genannten Art das Licht von zumindest einer flächigen Lichtquelle abgestrahltwird, wobei die Lichtquelle vom transparenten Gegenstand beabstandet ortsfestangeordnet wird.
Ein mit der Erfindung erzielter Vorteil ist insbesondere darin zu sehen, dass durch dieflächige Lichtquelle ein großer Teil des transparenten Gegenstandes beleuchtet und inweiterer Folge untersucht werden kann. Eine flächige Lichtquelle ist aus dem Stand derTechnik bekannt und zeichnet sich dadurch aus, dass ein von dieser abgestrahltes Lichtdiffus und möglichst homogen ist. Um eine flächige Lichtquelle zu erzeugen, kann z. B.Licht aus mehreren punktförmigen Lichtquellen gleichmäßig übereine Fläche verteiltwerden, beispielsweise mit einem Lichtleiter. Aus diesem Grund eignet sich eine flächigeLichtquelle besonders gut, einen flächigen transparenten Gegenstand großflächig zuuntersuchen, da der transparente Gegenstand gleichmäßig durchleuchtet werden kann.Als flächige Lichtquelle kann z. B. ein LCD-Bildschirm oder eine LED-Panel eingesetztwerden. Die einzelnen LEDs eines LED-Panels sollen dabei so angeordnet sein, dass dasvon diesen abgestrahlte Licht über das gesamte LED-Panel homogen verteilt ist. Neben flächigen Lichtquellen sind Punktlichtquellen und Zeilenlichtquellen aus dem Stand derTechnik bekannt. Erfindungsgemäß kann auch eine Anordnung vorgesehen sein, welchezusätzlich zur flächigen Lichtquelle eine Zeilenlichtquelle umfasst. Änderungen einerPolarisation von Licht, welches einen transparenten Gegenstand großflächig homogendurchleuchtet, können mit entsprechenden Mitteln sofort sichtbar gemacht werden. Durchdie beabstandete Anordnung von der Lichtquelle und dem transparenten Gegenstand isteine berührungslose Messung möglich, sodass das Verfahren ohne Weiteres in einemlaufenden Produktionsprozess angewendet werden kann.
Es ist von Vorteil, wenn die zumindest eine Lichtquelle sich über eine Höhe destransparenten Gegenstandes erstreckend angeordnet wird. Dadurch ist sichergestellt,dass weder die Lichtquelle noch der transparente Gegenstand bei einemCharakterisierungsprozess vertikal bewegt werden müssen. Dies ermöglicht es, den zuuntersuchenden Gegenstand kontinuierlich an der Lichtquelle vorbeizuführen und damiteine gesamte Fläche desselben in kurzer Zeit zu untersuchen. Es können auch mehrereLichtquellen vorgesehen sein, welche vertikal versetzt zueinander angeordnet werden,sodass diese sich über eine gesamte Höhe des transparenten Gegenstandes erstrecken.Vorteilhaft kann weiter vorgesehen sein, dass diese auch horizontal versetzt zueinanderangeordnet werden, um beim Charakterisierungsprozess mit einer bestimmten Anzahl anLichtquellen eine gesamte Fläche des transparenten Gegenstandes zu durchleuchten.
Von Vorteil ist es auch, wenn das den transparenten Gegenstand durchdringende Lichtvon zumindest einer Erfassungseinheit erfasst wird, wobei die Erfassungseinheit inzumindest zwei Achsen ortsfest fixiert wird. Bei der Erfassungseinheit kann es sich umeine Kamera handeln, es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass menschliche Augendie Erfassungseinheit wiedergeben. Optional kann vorgesehen sein, dass dieErfassungseinheit entlang deren optischer Achse bewegbar ist, um einen Abstandzwischen Erfassungseinheit und Lichtquelle verändern zu können. Die Erfassungseinheiterfasst vorzugsweise den gesamten durchleuchteten Bereich des transparentenGegenstandes. Infolgedessen und in Kombination mit der flächigen Lichtquelle kanndieser Bereich auch sofort visuell dargestellt werden. Das den transparenten Gegenstanddurchdringende Licht wird abhängig von Spannungen in diesem unterschiedlichpolarisiert, was erfasst und dargestellt werden kann. Licht, welches von einer flächigen
Lichtquelle abgestrahlt wird, kann mit einem zweidimensionalen Sensor wie einerFlächenkamera erfasst werden.
Es hat sich bewährt, dass von der Erfassungseinheit erfasste Daten automatisiertausgewertet werden, um den transparenten Gegenstand zu klassifizieren bzw. allenfallsmit hoher Bruchgefahr behaftete Gegenstände bei der Qualitätssicherung auszuscheiden.Vorgesehen kann weiter sein, dass ein gesamter Prozess automatisiert durchgeführt wird.Dabei wird zwischen zwei Prozessdurchführungen unterschieden. Zum einen ist esmöglich, einen Prozess in situ durchzuführen, d. h. eine Untersuchung des transparentenGegenstandes wird in einem Großlabor durchgeführt, welches Teil eines Betriebes seinkann. Zum anderen kann ein Prozess in line durchgeführt werden. Dabei wird dertransparente Gegenstand direkt nach dessen Fertigung untersucht. Günstig ist es, wenn beim Erfassen eine gesamte Fläche des transparentenGegenstandes in einem Schritt aufgenommen und in weiterer Folge dargestellt wird.Dadurch kann ein Auswerteprozess eines Charakterisierungsverfahrens merklich verkürztwerden, da ein Ergebnis mit einer entsprechenden optischen Vorrichtung instantansichtbar wird.
Mit Vorteil ist vorgesehen, dass von der Lichtquelle zirkular polarisiertes Licht abgestrahltwird. Dadurch ist kein zusätzlicher Polarisator notwendig. Beispielsweise kann ein3-D-LCD-Bildschirm mit geeigneter Filtertechnik zirkular polarisiertes Licht abstrahlen. Einweiterer Vorteil von zirkular polarisiertem Licht ist die Rotationsinvarianz destransparenten Gegenstandes bei diesem Licht, da sich zirkular polarisiertes Licht ankeiner Hauptachse des transparenten Gegenstandes ausrichtet. Somit ist derAnalyseprozess unabhängig von einer Position des transparenten Gegenstandes, wasdas Verfahren vereinfacht. Eine exakte Positionierung des zu untersuchendentransparenten Gegenstandes ist in diesem Fall nicht erforderlich. Vielmehr kann dieser inbeliebiger Lage an einer Vorrichtung vorbeigeführt werden, wenn eine Untersuchung imlaufenden Betrieb gewünscht ist.
Es ist nicht zwingend, kann jedoch vorgesehen sein, dass das Licht der Lichtquelle voneinem Polarisator vorzugsweise zirkular polarisiert wird, wobei der Polarisator zwischender Lichtquelle und dem transparenten Gegenstand positioniert wird. Falls die Lichtquellenicht zirkular polarisiertes Licht abstrahlt, ist es zweckmäßig, dass ein Polarisator das
Licht zirkular polarisiert, da eine Charakterisierung von Spannungen in einemtransparenten Gegenstand mit zirkular polarisiertem Licht rotationsinvariant möglich ist.Stellt z. B. eine LED-Zeile die Lichtquelle dar, ist diese außenseitig mit einer zirkularenPolarisationsfolie bzw. einer linearen Polarisationsfolie und einer Verzögerungsfolieausgestattet, welche gegebenenfalls miteinander verbunden sind.
Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass das vom transparenten Gegenstand austretendeLicht mithilfe eines Analysators analysiert wird, wobei der Analysator zwischen demtransparenten Gegenstand und der Erfassungseinheit positioniert wird. Der Analysatorkann dabei direkt an der Erfassungseinheit positioniert sein. Es kann auch vorgesehensein, dass eine Person, welche den transparenten Gegenstand beobachtet, eineAnalysatorbrille trägt, um spannungsabhängige Eigenschaften der Glasscheibe direktbeobachten zu können. Der gesamte Charakterisierungsprozess eines transparentenGegenstandes kann dann gleichzeitig mit der Messung auch visuell mitverfolgt werden.
Zweckmäßig ist es, wenn der transparente Gegenstand in einer Transporteinrichtungvorzugsweise stehend positioniert wird, um einen Untersuchungsprozess zu erleichternund platzsparend agieren zu können.
Vorteilhaft ist es, wenn der transparente Gegenstand mit der Transporteinrichtungwährend der Messung senkrecht zur Lichtquelle bewegt wird bzw. senkrecht zu derenAbstrahlrichtung vorbeibewegt wird. Während des Analyseprozesses sind einzelne Teileder Transporteinrichtung zum Vorschub des Gegenstandes und der in dieser positioniertetransparente Gegenstand die einzigen Teile, welche bewegt werden. Diese Anordnunghat den Vorteil einer raschen Messung, weil der zu untersuchende transparenteGegenstand durch Vorbeiführen an der Messeinrichtung in kurzer Zeit vollflächig erfasstwird. Hierfür ist eine Vorschubgeschwindigkeit des Gegenstandes an eine Erstreckungund Aufnahmekapazität der Kamera angepasst, sofern eine solche vorgesehen ist. Eswerden so viele Bilder von der Kamera aufgenommen, dass der bewegte Gegenstanddurch Überlagerung einzelner Bilder zur Gänze erfassbar ist.
Es hat sich bewährt, dass der transparente Gegenstand unmittelbar nach einerHerstellung desselben in der Transporteinrichtung positioniert wird, wonach dertransparente Gegenstand untersucht wird. Dadurch ist es möglich, eine Qualität eines transparenten Gegenstandes zu prüfen, bevor dieser weiterverwendet wird.Gegebenenfalls kann ein transparenter Gegenstand, welcher vorgegebenenPrüfungskriterien nicht entspricht, zu einem frühen Zeitpunkt ausgeschieden werden,sodass spätere Schadensfälle vermeidbar sind.
Bevorzugt wird der transparente Gegenstand mit einem Fördermittel geneigt,vorzugsweise bis zu 20° geneigt, transportiert. Der transparente Gegenstand kann danntrotz großflächiger Ausbildung in einfacherWeise an der Messeinrichtung vorbeigeführtwerden.
Insbesondere kann der transparente Gegenstand mit bodenseitigen Rollkörpern in derTransporteinrichtung bewegt werden, wobei der transparente Gegenstand mit zumindesteiner Zeile von Förderkörpern geführt wird. Wird der transparente Gegenstand ingeneigter Position durch die Transporteinrichtung geführt, ist ein unterstützendes Mittelzur Führung des transparenten Gegenstandes erforderlich. Hierfür ist grundsätzlich eineeinzige Zeile mit Förderkörpern ausreichend, die am oberen Ende den Gegenstand führt.Vor allem bei besonders großen zu untersuchenden Gegenständen wird diese aber mitmehreren Zeilen von Förderkörpern geführt, um stabile Verhältnisse während einerMessung sicherstellen zu können.
Die zweite Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einer Vorrichtung dereingangs genannten Art mindestens eine flächige Lichtquelle vorgesehen ist, welche dasLicht abstrahlt, und eine Transporteinrichtung vorgesehen ist, in welcher der transparenteGegenstand an der Lichtquelle vorbeiführbar positioniert ist, wobei die Lichtquelle ortsfestund von der Transporteinrichtung beabstandet angeordnet ist.
Die flächige Lichtquelle gewährleistet, dass ein transparenter Gegenstand großflächiguntersucht werden kann. Das Licht einer flächigen Lichtquelle ist diffus und möglichsthomogen und beispielsweise aus Licht mehrerer punktförmiger Lichtquellen erzeugbar,welche möglichst gleichmäßig über eine Fläche verteilt sind. Die zumindest eine flächigeLichtquelle erstreckt sich dabei vorzugsweise über eine gesamte Höhe des transparentenGegenstandes. Gegebenenfalls können auch mehrere Lichtquellen vorgesehen sein,welche versetzt zueinander angeordnet sind, um eine gesamte Fläche des transparentenGegenstandes zu durchleuchten, ohne dass die Lichtquelle oder der transparente
Gegenstand vertikal bewegt werden muss. Der transparente Gegenstand wird in derTransporteinrichtung positioniert, bevor dieser weiterverarbeitet wird, um dentransparenten Gegenstand gegebenenfalls vor dessen weiterer Verwendungauszuscheiden, wenn vorgegebene Qualitätsmerkmale nicht erreicht werden. DieLichtquelle ist von der Transporteinrichtung beabstandet angeordnet, um Bildfehler zuvermeiden oder zumindest zu verringern und eine berührungslose Messung zugewährleisten. Die Transporteinrichtung führt dabei den transparenten Gegenstandhorizontal an der Lichtquelle vorbei. Günstig ist es, wenn der transparente Gegenstand eine Höhe aufweist und sich dieLichtquelle über die Höhe erstreckt, um sicherzustellen, dass eine gesamte Fläche destransparenten Gegenstandes untersuchbar ist, ohne eine vertikale Position der Lichtquelleoder des transparenten Gegenstandes verändern zu müssen. Es können auch mehrereLichtquellen vorgesehen sein, welche so angeordnet sind, dass sich diese wiederum überdie gesamte Höhe des transparenten Gegenstandes erstrecken.
Es ist von Vorteil, wenn der transparente Gegenstand stehend in der Transporteinrichtungpositionierbar und zumindest an einem oberen Ende an der Transporteinrichtung anlegbarist. Diese Anordnung gewährleistet ein platzsparendes Untersuchen des transparentenGegenstandes.
Zweckmäßig ist es, wenn der transparente Gegenstand mit der Transporteinrichtungsenkrecht zur Lichtquelle bewegbar ist. Es können mehrere transparente Gegenstände ineiner kurzen Zeit hintereinander in der Transporteinrichtung positioniert sein und inweiterer Folge charakterisiert werden. Zur Bewegung sind entsprechende Fördermittelvorgesehen.
Es kann auch eine Erfassungseinheit vorgesehen sein, welche das Licht erfasst, wobeiein Abstand zwischen der Lichtquelle und der Erfassungseinheit variabel einstellbar ist.
Bei der Erfassungseinheit kann es sich z. B. um eine Kamera handeln oder auch ummenschliche Augen. Bei einem variabel einstellbaren Abstand zwischen Lichtquelle undErfassungseinheit ist es möglich, die Vorrichtung auf verschiedene Abmessungentransparenter Gegenstände einzustellen. Dabei ist die Erfassungseinheit entlang derenoptischer Achse bewegbar und in den anderen Achsen ortsfest gelagert.
Es hat sich bewährt, dass zwischen dem transparenten Gegenstand und derErfassungseinheit ein Analysator und zwischen der Lichtquelle und dem transparentenGegenstand optional ein Polarisator angeordnet ist. Wenn von der Lichtquelle zirkularpolarisiertes Licht abgestrahlt wird, ist es nicht notwendig, einen Polarisator anzuordnen.Zirkular polarisiertes Licht richtet sich an keiner der Hauptachsen des transparentenGegenstandes aus, sodass es keine Rolle spielt, wie der transparente Gegenstand in derTransporteinrichtung positioniert ist. Einzig ein Winkel zwischen dem transparentenGegenstand, der Lichtquelle und der Erfassungseinheit sollte unverändert bleiben, daeine Verkippung des transparenten Gegenstandes Einfluss auf eine Spannungsmessunghat. Wird der transparente Gegenstand sowie das den transparenten Gegenstanddurchdringende Licht visuell erfasst, ist es möglich, dass die Person, welche dentransparenten Gegenstand und das Licht erfasst, eine Analysatorbrille trägt. Dadurch sindSpannungen im transparenten Gegenstand für ein Bedienpersonal mitverfolgbar.
Zum Transport des transparenten Gegenstandes können Fördermittel vorgesehen sein,die sich zum geneigten Transport, vorzugsweise bis zu 20° geneigten Transport, destransparenten Gegenstandes eignen und entsprechend ausgebildet sind. Hierfür kann dieTransporteinrichtung insbesondere bodenseitige Rollkörper und zumindest eine darüberangeordnete Zeile von Förderkörpern zur Führung des transparenten Gegenstandesumfassen. Der zu untersuchende Gegenstand wird dann durch die aktiv angetriebenenbodenseitigen Rollkörper vorwärts bewegt und gleichzeitig durch die zumindest einedarüber angeordnete Zeile mit Förderkörpern unterstützt. Die Förderkörper könnenebenfalls angetrieben werden, sind jedoch bevorzugt einer einfachen Ausbildung wegenpassiv, also nicht aktiv angetrieben und als Bürsten ausgeführt.
Eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt bei einer großflächigenAnalyse von Spannungen in einer Glasscheibe.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus demnachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiel. In den Zeichnungen, auf welche dabeiBezug genommen wird, zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Draufsicht;
Fig. 2 Teile einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer stirnseitigen Ansicht;
Fig. 3 eine Transporteinrichtung in stirnseitiger Ansicht;
Fig. 4 die Transporteinrichtung gemäß Fig. 3 in einer Seitenansicht.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1. Die Vorrichtung 1 dient dazu, eineÄnderung einer Polarisation eines einen transparenten Gegenstand 2 durchdringendenLichtes zu messen und dadurch Spannung im transparenten Gegenstand 2 zucharakterisieren. Beim transparenten Gegenstand 2 kann es sich um einen großflächigentransparenten Gegenstand 2, insbesondere eine Glasscheibe, z. B. Flachglas, einEinscheiben-Sicherheitsglas oder ein Verbundglas handeln. Die Glasscheibe kann auchleicht gebogen ausgebildet sein. Außer aus Glas kann der transparente Gegenstand 2z. B. auch aus einem transparenten Kunststoff wie Polymethylmethacrylat (PMMA) oderPolycarbonat (PC) hergestellt sein.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 umfasst bevorzugt eine einzige flächigeLichtquelle 3. In Fig. 1 sind zwei flächige Lichtquellen 3 dargestellt, welche dentransparenten Gegenstand 2 großflächig durchleuchten. Eine optische Achse derLichtquelle 3 ist dabei optimalerweise senkrecht zum transparenten Gegenstand 2angeordnet. Weiter umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 eineTransporteinrichtung 7, in welcher der transparente Gegenstand 2 stehend positioniert ist.Der transparente Gegenstand 2 ist dabei zumindest an einem oberen Ende an derTransporteinrichtung 7 fixierbar, wobei diese senkrecht zur Lichtquelle 3 bewegbar ist. DieVorrichtung 1 umfasst des Weiteren eine Erfassungseinheit 4, welche das durch dentransparenten Gegenstand 2 durchdringende Licht und im transparenten Gegenstand 2erfasst. Bevorzugt ist vorgesehen, dass eine Anzahl an Erfassungseinheiten 4 gleich derAnzahl der Lichtquellen 3 ist. Eine optische Achse der Erfassungseinheit 4 ist bevorzugtsenkrecht zum transparenten Gegenstand 2 angeordnet. Um eine Änderung einerPolarisation eines den transparenten Gegenstand 2 durchdringenden Lichtes zu messen,ist es notwendig, dass dieses vor dessen Durchgang durch den transparentenGegenstand 2 polarisiert wird. Dazu ist zwischen der Lichtquelle 3 und dem transparentenGegenstand 2 ein Polarisator 5 angeordnet. Zwischen dem transparenten Gegenstand 2und der Erfassungseinheit 4 ist ein Analysator 6 angeordnet, um die Änderung derPolarisation des Lichtes quantitativ zu messen.
Sollen Spannungen in einem transparenten Gegenstand 2, insbesondere in einerGlasscheibe wie einer Flachglasscheibe, charakterisiert werden, ist es zweckmäßig, dasseine hierfür notwendige Untersuchung vor einer Weiterverarbeitung des transparentenGegenstandes 2 durchgeführt wird, um einen transparenten Gegenstand 2auszuscheiden, welcher vorgegebenen Qualitätsmerkmalen nicht genügt. Dazu wird dertransparente Gegenstand 2, der eine Höhe H aufweist, stehend in derTransporteinrichtung 7 positioniert und zumindest an einem oberen Ende an derTransporteinrichtung 7 angelegt. Der transparente Gegenstand 2 wird vorzugsweise leichtgeneigt in der Transporteinrichtung 7 positioniert, um diesen ohne aufwendige Sicherungan der Messeinrichtung vorbeiführen zu können. Ein Neigungswinkel α beträgt in derRegel maximal 20°. Die Transporteinrichtung 7 ist hierfür entsprechend ausgelegt. Füroptimale Messbedingungen sollte das Licht der Lichtquelle 3 überwiegend senkrecht aufden transparenten Gegenstand 2 treffen. Dazu kann die Lichtquelle 3 demNeigungswinkel α entsprechend ausgerichtet angeordnet werden, wenngleich sich beigeringen Neigungswinkeln α zuverlässige Messergebnisse auch erreichen lassen, wenndie Neigung des transparenten Gegenstandes 2 weniger als 10° beträgt.
Es ist grundsätzlich vorgesehen, dass der transparente Gegenstand 2 direkt nach dessenProduktion bzw. Bearbeitung in der Transporteinrichtung 7 positioniert wird. Mit derTransporteinrichtung 7 kann der transparente Gegenstand 2 entlang einer Längsachseder Transporteinrichtung 7 bewegt werden. Die Transporteinrichtung 7 ist zur Bewegungdes transparenten Gegenstandes 2 mit Fördermittel ausgebildet. Als Fördermittel könnenRollen oder ein Förderband eingesetzt werden, welche den transparenten Gegenstand 2an der Messeinrichtung vorbeiführen.
Am Untersuchungsstandort wird der transparente Gegenstand 2 von Licht angestrahltbzw. durchdrungen, welches von zumindest einer flächigen Lichtquelle 3 abgestrahlt wird.Die flächige Lichtquelle 3 hat den Vorteil, dass durch diese ein großer Bereich destransparenten Gegenstandes 2 bzw. die gesamte Fläche des transparentenGegenstandes 2 in einem Schritt untersucht und visuell mitverfolgt werden kann. Untereiner flächigen Lichtquelle 3 ist eine Lichtquelle 3 zu verstehen, welche diffuses undhomogenes Licht abstrahlt. Um eine flächige Lichtquelle 3 zu erzeugen, kann z. B. Lichtaus mehreren punktförmigen Lichtquellen möglichst gleichmäßig über eine Fläche verteiltwerden, beispielsweise mit einem Lichtleiter wie einer flachen Platte aus Acrylglas. Eine
Ausführungsvariante der Vorrichtung 1 umfasst einen 3-D-LCD-Monitor als Lichtquelle 3.Diese Art der Lichtquelle 3 zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass diese zirkularpolarisiertes Licht aussendet, welches homogen verteilt ist. Zirkular polarisiertes Licht istbezüglich einer Rotation des transparenten Gegenstandes 2 invariant, das heißt, es spieltkeine Rolle, mit welcher Seite der transparente Gegenstand 2 in derTransporteinrichtung 7 positioniert wird. Eine weitere Ausführungsvariante derVorrichtung 1 umfasst ein LCD-Panel als Lichtquelle 3. Dabei wird der transparenteGegenstand 2 zeilenweise untersucht. Von einem LCD-Panel abgestrahltes Licht istunpolarisiert. Dieses muss mit dem Polarisator 5 polarisiert werden, welcher zwischen derLichtquelle 3 und dem transparenten Gegenstand 2 positioniert ist. Vorzugsweise wirddazu eine zirkulare Polarisationsfolie bzw. eine lineare Polarisationsfolie und eineVerzögerungsfolie verwendet, welche gegebenenfalls miteinander verbunden und direktauf das LCD-Panel anbringbar sind. Um das Licht, welches aus dem transparentenGegenstand 2 austritt bzw. eine Änderung einer Polarisation des Lichtes analysieren zukönnen, ist es notwendig, einen Analysator 6 nach dem transparenten Gegenstand 2anzuordnen. Für einen weiteren Charakterisierungsprozess ist es notwendig, das Licht zu erfassen,was mit der zumindest einen Erfassungseinheit 4 erfolgt. Die Erfassungseinheit 4 kannz. B. eine Kamera sein. Erfindungsgemäß kann auch vorgesehen sein, dass zusätzlichoder anstatt der Erfassungseinheit 4 eine Person das durch den transparentenGegenstand 2 durchdringende Licht erfasst. Die Person trägt dabei einePolarisationsbrille. Somit sind Spannungen im transparenten Gegenstand 2 sofortsichtbar. Günstig ist es, wenn eine Anzahl an Erfassungseinheiten 4 gleich einer Anzahlan Lichtquellen 3 ist.
Erfindungsgemäß ist auch eine Anordnung denkbar, bei welcher zusätzlich zur flächigenLichtquelle 3 eine Zeilenlichtquelle vorgesehen ist, welche entweder abwechselnd oderzugleich mit der flächigen Lichtquelle in Betrieb ist. Sind zwei flächige Lichtquellen 3vorgesehen, kann die Zeilenlichtquelle mit Vorteil zwischen diesen angeordnet sein. DieZeilenlichtquelle ist beispielsweise durch eine LED-Zeile darstellbar und deren Licht nurmit einem Zeilensensor wie einer Zeilenkamera erfassbar. Das Licht der LED-Zeile musswiederum vor Eintritt in den transparenten Gegenstand 2 vorzugsweise zirkular polarisiertwerden. Bei einem ausschließlichen Betrieb der Zeilenlichtquelle ist die Messung nicht visuell mitverfolgbar, hat jedoch eine höhere Genauigkeit. Werden beide verschiedenenLichtquellen gleichzeitig in Betrieb genommen, kann die Messung visuell mitverfolgtwerden und gleichzeitig mit hoher Auflösung und somit Genauigkeit erfolgen. Dazu ist esjedoch notwendig, dass sich das Licht beider Lichtquellen 3 nicht gegenseitig beeinflusst.Das kann beispielsweise mit einer gegenseitigen Abschirmung erfolgen.
Prinzipiell kann es auch möglich sein, gekrümmte bzw. gebogene transparenteGegenstände 2 zu untersuchen. Günstig kann es dabei sein, wenn ein Abstand zwischendem transparenten Gegenstand 2 und der Lichtquelle 3 sowie zwischen demtransparenten Gegenstand 2 und der Erfassungseinheit 4 über die gesamte Fläche destransparenten Gegenstandes 2 konstant ist. Weiter müssen die optische Achse derErfassungseinheit 4 und eine optische Achse der Lichtquelle 3 senkrecht zumtransparenten Gegenstand ausgerichtet sein. Um diese Voraussetzungen zu erfüllen,kann es notwendig sein, dass die Erfassungseinheit 4 und/oder die Lichtquelle 3 demtransparenten Gegenstand 2 bzw. dessen Krümmung nachgeführt werden müssen.
Fig. 2 zeigt Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in einer stirnseitigen Ansicht. Dertransparente Gegenstand 2 weist dabei eine Höhe H auf. Zwei flächige Lichtquellen 3 sindversetzt zueinander angeordnet, um die gesamte Fläche eines transparentenGegenstandes 2 auf Spannungen zu untersuchen. Zweckmäßig ist es, dass sich dieLichtquellen 3 über die gesamte Höhe H erstrecken, um den transparenten Gegenstand 2bei Vorbeiführen zur Gänze durchleuchten zu können. Falls nur eine Lichtquelle 3vorgesehen ist, wird diese so angeordnet, dass diese sich über die gesamte Höhe H destransparenten Gegenstandes 2 erstreckt. Sind zwei Lichtquellen 3 vorgesehen, wie inFig. 2 dargestellt, werden diese bevorzugt vertikal versetzt zueinander angeordnet, umeine vertikale Bewegung des transparenten Gegenstandes 2 oder der Lichtquellen 3 zuvermeiden. Günstig ist es, wenn diese zugleich horizontal versetzt zueinander angeordnetwerden, sodass beim Charakterisierungsprozess eines großflächigen transparentenGegenstandes 2 eine minimale Anzahl an Lichtquellen 3 notwendig ist. Bevorzugt istvorgesehen, dass die Messeinrichtung abgedunkelt ist, um einen Einfluss vonUmgebungslicht so gering wie möglich zu halten.
In Fig. 3 ist eine Transporteinrichtung 7 dargestellt, die sich insbesondere zurkontinuierlichen Führung des transparenten Gegenstandes 2 eignet. Die
Transporteinrichtung 7 weist bodenseitig eine Reihe von Rollkörpern 71 auf, die vertikalpositioniert und mit einem Antrieb verbunden sind. Über der Reihe der Rollkörper 71 sindmehrere Zeilen 73 von Förderkörpern 72 angeordnet. Die Förderkörper 72 dienen für dentransparenten Gegenstand 2 als Führungselemente und sind bevorzugt als Bürstenausgebildet. Die Zeilen 73 der Förderkörper 72 liegen in einer Ebene, die von denRollkörpern 71 ausgehend um den Neigungswinkel a, vorzugsweise maximal bis zu 10°,nach hinten geneigt sind, wie dies in Fig. 4 ersichtlich ist. Die Zeilen 73 sind in einemunteren Bereich, der an die Rollkörper 71 anschließt, enger angeordnet als in einemoberen Bereich, da im unteren Bereich ein höheres Gewicht an Förderkörpern 72 einwirktals im oberen Bereich.
Im laufenden Betrieb wird ein zu untersuchender Gegenstand 2 in derTransporteinrichtung 7 positioniert und durch die angetriebenen Rollkörper 71 in geneigterAnordnung an der Messeinrichtung vorbei geführt. Durch die flächigen Lichtquellen 3 kanneine gesamte Fläche des transparenten Gegenstandes 2 in kurzer Zeit auf Spannungengeprüft werden. Um optimale Messbedingungen zu schaffen, kann eine Aussparung inden einzelnen Zeilen 73 vorgesehen sein, sodass die Zeilen 73 eine Messung nichtstören. In Fig. 3 ist die Aussparung gezeigt, in welcher zwei vertikal versetzteLichtquellen 3 angeordnet sind. Die Rollkörper 71 und eine oberste Zeile 73 mitFörderkörpern 72 weisen keine Aussparung auf. An diesen wird der in Fig. 3 nichtdargestellte transparente Gegenstand 2 auch am Messplatz selbst geführt bzw. stabilgehalten. Alternativ wäre es denkbar, dass keine Aussparung vorgesehen ist undStörungen, welche durch die einzelnen Zeilen 73 erzeugt werden, mittels einer Softwarekorrigierbar sind. Weiter wird die Messeinrichtung z. B. durch eine Einhausungabgedunkelt. Beim Hineinführen des transparenten Gegenstandes 1 in diese werden dieFörderkörper 72 zur Seite gebogen, um ein Eindringen von Licht in die Messeinrichtungwährend des Vorbeiführens des transparenten Gegenstandes 2 zu vermeiden.
Gegenüber dem Stand der Technik bieten das erfindungsgemäße Verfahren und dieerfindungsgemäße Vorrichtung 1 somit im Besonderen den Vorteil der großflächigenCharakterisierung von Spannungen in einem transparenten Gegenstand 2. Dabei könnenSpannungen instantan während des Charakterisierungsprozesses visualisiert werden, dader transparente Gegenstand 2 von Licht einer flächigen Lichtquelle 3 durchdrungen wird.Der gesamte Prozess kann zeitnah an einer Produktion bzw. Bearbeitung eines transparenten Gegenstandes 2 durchgeführt werden und ist dadurch gegenüber demStand der Technik zeit- und kostensparend. Das visuelle Mitverfolgen einer Messung istweiter dazu geeignet, Kunden bzw. Käufer eines transparenten Gegenstandes 2 vondessen Qualität zu überzeugen.

Claims (22)

  1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Charakterisierung von Spannungen in einem flächigen,transparenten Gegenstand (2), insbesondere in einer Glasscheibe wie einerFlachglasscheibe, wobei eine Änderung einer Polarisation eines den transparentenGegenstand (2) durchdringenden Lichtes gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dassdas Licht von zumindest einer flächigen Lichtquelle (3) abgestrahlt wird, wobei dieLichtquelle (3) vom transparenten Gegenstand (2) beabstandet ortsfest angeordnet wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eineLichtquelle (3) sich über eine Höhe (H) des transparenten Gegenstandes erstreckendangeordnet wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das dentransparenten Gegenstand (2) durchdringende Licht von zumindest einerErfassungseinheit (4) erfasst wird, wobei die Erfassungseinheit (4) in zumindest zweiAchsen ortsfest fixiert wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass von derErfassungseinheit (4) erfasste Daten automatisiert ausgewertet werden, um dentransparenten Gegenstand (2) zu klassifizieren.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim Erfasseneine gesamte Fläche des transparenten Gegenstandes (2) in einem Schritt aufgenommenund in weiterer Folge dargestellt wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass vonder Lichtquelle (3) zirkular polarisiertes Licht abgestrahlt wird.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dasLicht der Lichtquelle (3) von einem Polarisator (5) vorzugsweise zirkular polarisiert wird,wobei der Polarisator (5) zwischen der Lichtquelle (3) und dem transparentenGegenstand (2) positioniert wird.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dasvom transparenten Gegenstand (2) austretende Licht mithilfe eines Analysators (6)analysiert wird, wobei der Analysator (6) zwischen dem transparenten Gegenstand (2)und der Erfassungseinheit (4) positioniert wird.
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dertransparente Gegenstand (2) in einer Transporteinrichtung (7) vorzugsweise stehendpositioniert wird.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der transparenteGegenstand mit der Transporteinrichtung (7) während der Messung senkrecht zurLichtquelle (3) bewegt wird.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass dertransparente Gegenstand (2) unmittelbar nach einer Herstellung desselben in derTransporteinrichtung (7) positioniert wird, wonach der transparente Gegenstand (2)untersucht wird.
  12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass dertransparente Gegenstand (2) mit einem Fördermittel geneigt, vorzugsweise bis zu 20°geneigt, transportiert wird.
  13. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass dertransparente Gegenstand (2) mit bodenseitigen Rollkörpern (71) in derTransporteinrichtung (7) bewegt wird, wobei der transparente Gegenstand mit zumindesteiner Zeile (73) von Förderkörpern (72) geführt wird.
  14. 14. Vorrichtung (1) zur Charakterisierung von Spannungen in einem flächigen,transparenten Gegenstand (2), insbesondere in einer Glasscheibe wie einerFlachglasscheibe, mit welcher eine Änderung einer Polarisation eines den transparentenGegenstand (2) durchdringenden Lichtes messbar ist, dadurch gekennzeichnet, dassmindestens eine flächige Lichtquelle (3) vorgesehen ist, welche das Licht abstrahlt, undeine Transporteinrichtung (7) vorgesehen ist, in welcher der transparente Gegenstand (2) an der Lichtquelle (3) vorbeiführbar positioniert ist, wobei die Lichtquelle (3) ortsfest undvon der Transporteinrichtung (7) beabstandet angeordnet ist.
  15. 15. Vorrichtung (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der transparenteGegenstand (2) eine Höhe (H) aufweist und sich die Lichtquelle über die Höhe (H)erstreckt.
  16. 16. Vorrichtung (1) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass dertransparente Gegenstand (2) stehend in der Transporteinrichtung (7) positionierbar undzumindest an einem oberen Ende an der Transporteinrichtung (7) anlegbar ist.
  17. 17. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet,dass der transparente Gegenstand (2) mit der Transporteinrichtung (7) während derMessung senkrecht zur Lichtquelle (3) bewegbar ist.
  18. 18. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet,dass eine Erfassungseinheit (4) vorgesehen ist, welche das Licht erfasst, wobei einAbstand zwischen der Lichtquelle (3) und der Erfassungseinheit (4) variabel einstellbar ist.
  19. 19. Vorrichtung (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen demtransparenten Gegenstand (2) und der Erfassungseinheit (4) ein Analysator (6) undzwischen der Lichtquelle (3) und dem transparenten Gegenstand (2) optional einPolarisator (5) angeordnet ist.
  20. 20. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet,dass Fördermittel vorgesehen sind, die zum geneigten Transport, vorzugsweise bis zu 20°geneigten Transport, des transparenten Gegenstandes (2) ausgebildet sind.
  21. 21. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet,dass die Transporteinrichtung (7) bodenseitige Rollkörper (71) und zumindest einedarüber angeordnete Zeile (73) von Förderkörpern (72) zur Führung des transparentenGegenstandes (2) umfasst.
  22. 22. Verwendung einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 21 zurgroßflächigen Analyse von Spannungen in einer Glasscheibe.
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