CN106461575A - 制得浮法玻璃条中测量畸变缺陷装置及方法 - Google Patents

制得浮法玻璃条中测量畸变缺陷装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种快速且可靠测量所制得浮法玻璃条中畸变缺陷的方法及装置，具有下列特征：a)线性嵌入式LED光源(5)扫视要被检视的所述玻璃条(4)的宽度，所述光源具有在要检视的所述玻璃条(4)下方一个接着一个紧密堆栈的多个LED，b)圆柱形透镜组件(8)，其是设置为与所述嵌入式LED光源(5)的整体长度呈平行，且在所述圆柱形透镜组件和所述嵌入式LED光源(5)之间的距离是可以连续变化的，c)光源(2)，设置在所述玻璃条(4)上方，d)至少四个CCD相机的数组，设置在所述玻璃条(4)上方，以及两段式平行信号评估单元。

Description

制得浮法玻璃条中测量畸变缺陷装置及方法
技术领域
本发明涉及快速且可靠地测量所制得浮法玻璃条中畸变缺陷的装置及方法。在这种情况中，可进行厚度变化及折射功率变化的全区域测量。
背景技术
关于先前技术，从EP1288651B1的专利说明书中可知一种用于判定光学缺陷的方法和装置。
在这种情况中，专利权利要求1的前序部分是一种用于通过所观察影像的评估而在大面积的透明材料薄片(例如玻璃)中判定光学缺陷(特别是折射功率)的装置，所述装置包括下列特征：
光源，用于投影规则顺序的已知图样，其中所述顺序包括至少两种光强度；用于将薄片设置在投影光束路径中的装置，以及相机(作为另一特征)，其中所述图样的顺序是指向相机的像素上。
所述专利说明书特别是基于说明根据专利权利要求1的前序部分所述装置的目的，它可被用以判定薄片的至少一个维度中的光学缺陷。
为此目的，根据专利权利要求1的特征部分中的说明，所要保护的是一种光源，所述光源是被实施为发光矩阵且包括多个LED的一种发光壁，所述LED可被选择性地驱动，较佳是以直线及/或列的方式被驱动。
关于先前技术，进一步从以申请人为名所登录的DE 10 2010 046 433 B4可知一种用于检测连续生产的浮法玻璃中缺陷的装置及方法。这份文件是基于提出一种可于进行产制液体玻璃条(所谓的浮法玻璃)的过程中连续检测及监控缺陷形成(例如以内含物、气泡或类似的不期望现象的形式所形成)的装置与方法的目的。
为了实现所述目的，根据所述文件的专利权利要求1中的说明，要保护的是一种用于检测连续产制的浮法玻璃条中的缺陷的装置，其是通过相对于输送方向呈横向运行的玻璃带的测试以及在传送光线中被观察而进行，所述装置的特征在于具有下列特征：
a)用于扫描传感器的模块化架构的固定桥，它是根据要被测试的浮法玻璃条的宽度加以设计，其中所述扫描传感器覆盖所述宽度而在关于它们的采集区域上并无间隙，并且所述浮法玻璃条会通过具有恒定照明通量的线性光源、及具有震荡照明通量的相邻线性光源而被无间隙地透照，
b)被指定至每一个扫描传感器的调整单元，所述调整单元可使每一个扫描传感器的位置沿着三度空间坐标在正与负方向中产生变化，
c)被指定至每一个扫描传感器的目标单元，所述目标单元可通过枢转而引入，并且所述目标单元是人工测量平面的形式，以使所述扫描传感器与所述浮法玻璃条的表面精确对齐，
d)冷却单元，用于冷却光源。
此外，文件WO 2013/020542A1为先前技术中所习知，所述文件同样为申请人所提出，并且说明了一种用于可靠检测透明材料中材料缺陷的方法及装置。所述文件是基于提出一种能够可靠地检测及分类透明材料(特别是玻璃)中所发生的所有可能缺陷的装置及方法的目的。此外，所述文件旨在确保使用者能够在任何时间确认所述装置或所述方法的操作可靠性。
这个目的可根据专利权利要求1中的说明而达成，其是一种用于通过材料带或材料条的测试而可靠地检测连续产制的透明材料条中的材料缺陷的装置，该材料带或材料条是相对于输送方向呈横向运行且在所传送光线与所反射光线中被观察，所述装置的特征在于下列特征：
a)固定支架，具有要被测试的透明材料的宽度，作为线性相机的载具，其中所述线性相机在它们的采集区域上覆盖所述宽度而无间隙，而且所述材料条会通过恒定照明通量的线性光源及具有震荡照明通量的相邻线性光源而被无间隙地透照，且其中另一明场光源以反射光照射被检查的带体，
b)所述固定支架另外作为其他线性相机的载具，它的光轴相对于线性相机的光轴呈稍微倾斜，其中所述线性相机也覆盖所述宽度，而相对于它们的采集区域上并无间隙，其中所述线性相机观察位于所述光源的表面上的线光栅，且其中所检视的带体是通过暗场照明而以反射光予以照射，
c)用于监控光源及相机的功能的装置。
发明内容
本发明与相关方法是基于提出一种于移动的透明介质中材料缺陷的改进检测与分类的装置及方法的目的。
这个目的通过专利权利要求1所主张的装置而实现。
一种用于快速及可靠地测量所制得浮法玻璃条中畸变缺陷的装置，包括下列特征：
a)线性嵌入式LED光源(5)，从要被检视的所述玻璃条(4)的宽度下方透照，所述光源具有彼此紧密并排设置的LED，其中以任意顺序使用具有不同波长的至少两种类型的多个LED，并且所述嵌入式LED光源(5)是以相对于检视平面的锐角倾斜，
b)圆柱形透镜组件(8)，所述圆柱形透镜组件(8)被线性设置且与所述嵌入式LED光源(5)的整体长度平行，在所述圆柱形透镜组件和所述嵌入式LED光源(5)之间的距离是可以连续变化方式调整的，其中所述圆柱形透镜组件被设置在所述玻璃条(4)下方且在所述嵌入式LED灯具(5)和串连设置的四个CCD相机(1)的配置之间的光束路径的平面中，
c)光源(2)，设置在所述玻璃条(4)上方，其中所述光源以相对于所述嵌入式LED光源(5)的同一侧的锐角倾斜，所述锐角是从所述检视平面的垂线测量，
d)设置在所述玻璃条(4)上方的至少四个CCD相机的配置，其中所述相机的透镜可选地可配备有狭缝光圈(16)、叶片光圈(18)、及/或双色及/或三色滤镜，
e)两段式平行信号评估装置，其中来自所有通道的多个位图是被同时处理，并且伴随地包括来自生产线的其他数据。
进一步主张的是：
使用具有对应绿色的波长的多个LED以及具有对应蓝色的波长的多个LED。
同样要主张的是所述嵌入式LED光源(5)及所述CCD相机(1)是相对于要检视的所述玻璃条(4)而彼此相对，并且在它们的光学连接轴中相对于彼此呈倾斜，使得它们通过安装在前方的下光源保护装置(6)以及通过安装在前方的上光源保护装置(3)而可靠地受保护而防止损坏。
以及一种如专利权利要求4所主张的方法
一种用于快速及可靠地测量所制得浮法玻璃条中畸变缺陷的方法，包括下列特征：
a)要被检视的所述玻璃条(4)受到线性嵌入式LED光源(5)照射，所述线性嵌入式LED光源(5)从要被检视的所述玻璃条(4)的宽度下方透照，所述光源具有彼此紧密并排设置的多个LED，其中以任意顺序使用具有不同波长的至少两种类型的多个LED，并且所述嵌入式LED光源(5)是以相对于检视平面的锐角倾斜，
b)通过线性设置且与所述嵌入式LED光源(5)的整体长度平行的圆柱形透镜组件(8)的设定，在所述圆柱形透镜组件和所述嵌入式LED光源(5)之间的距离可以连续变化方式加以调整，其中所述圆柱形透镜组件是设置在所述玻璃条(4)下方且在所述嵌入式LED灯具(5)和在所述玻璃条(4)上方的至少四个CCD相机(1)的配置之间的光束路径的平面中，所述光束路径是聚焦为得以实现在设置于所述玻璃条(4)上方的CCD相机(1)的测量平面中LED的点像，
c)在通过所述玻璃条(4)的过程中进行两段式平行信号评估，其中来自所有信道的多个位图是被平行处理，且伴随地包括来自生产线的其他数据，并且可通过特定数学算法达到缺陷判定的特定精确度。
另外要主张的是，使用具有对应绿色的波长的多个LED以及具有对应蓝色的波长的多个LED。
我们进一步主张所述嵌入式LED光源(5)和所述CCD相机(1)是相对于要检视的所述玻璃条(4)而彼此相对，并且在它们的光学连接轴中相对于彼此呈倾斜，使得它们通过安装在前方的下光源保护装置(6)以及通过安装在前方的上光源保护装置(3)而可靠地受保护而防止损坏。同样地，一种计算器程序，包括在计算器中执行所述程序时用于执行所述方法步骤的程序码。进一步要主张的是一种机器可读载体，包括计算器程序的程序码，所述程序码用于在计算器中执行所述程序时执行所述方法。
下文将更详细说明本发明。
附图说明
具体而言，在此处的图式中：
图1：显示根据本发明的装置的示例说明
图2：显示相关的玻璃缺陷的概况
图3：显示光混合以及聚焦的原理
图4：显示使用不同波长作为测量原理
图5：显示三色光圈的使用
图6：显示关于玻璃条中气泡位置的信号评估。
具体实施方式
图1显示根据本发明的装置的示例说明。
在这里，4是表示要被检视的玻璃条或各别的玻璃片。在这个示例说明中，CCD相机1代表彼此并排设置、而且当设置在玻璃条上方特定高度处时可共同地光学性取得要被检视的玻璃条的整体宽度的四个或更多个CCD相机中的一个。光源2从检视平面上方照射所述玻璃条，如以虚线形式所示。5代表线性嵌入式LED光源，它是由彼此并排设置的多个LED所组成。上光源保护装置3和双侧的下光源保护装置6提供了对故障保险LED的保护。所示安装方式也因此非常能够免于受干扰并且有长久寿命。
图2显示相关的玻璃缺陷的概况。图2a)是以截面图显示了在冷却区之后才刚从窑炉的熔体中产生的玻璃条。在这个情况中，在中心处玻璃条的可使用区域是以4表示；而在左右两个边缘区域则有因制程所导致的突起处与累积处，这是表示畸变区域7，因此在经济上是无法被使用而要在后续加以分离的。在这里，玻璃条的运行方向是以Y表示，而相对于运行方向而以直角横向运行的方向则以X来表示。
图2b)显示在玻璃条4的可使用区域中检测到的内含物8，所述内含物代表(在绘示说明中是夸大的)在玻璃条4的一侧或两侧表面上的玻璃条4的畸变区域7(平坦部分或增厚处)。在这里，假设玻璃条的运行方向Y是在相对于图式平面的横向方向。
图3显示光混合以及聚焦的原理。
图3a)显示线性嵌入式LED光源5的片段，其中从某些LED产生的光束是可被看见的，这些光束通过圆柱形透镜组件9，然后通过要被检视的玻璃条，最后被记录在CCD相机1中。在这里，圆柱形透镜组件9的示例说明同样也显示其中片段。在这个情况中，所示的LED光源5和圆柱形透镜组件9的结构延伸超过要被检视的玻璃条4的整体宽度。
图3c)说明以原理来说明这个实质事项，而无通过圆柱形透镜组件9的光束路径。
通过所述圆柱形透镜组件9的LED准直的原理能实现无明显强度损失下的大距离LED照明以及对于要被检测的畸变缺陷的高敏感性。在这个情况中，通过LED光源5和圆柱形透镜组件9之间的距离变化，即可以几乎任何需要形式来适配实质上为点状的光源(如LED所代表)和CCD相机1的拍摄平面之间的光束路径。
图3b)说明了在CCD相机中所记录的LED光束强度的分布。CCD线性数组上的波峰位置取决于玻璃厚度、或玻璃的X方向中的厚度梯度或折射功率梯度。相较于无缺陷玻璃，位置偏移的精确测量产生玻璃在X方向中的局部畸变。
CCD相机1具有可利用的像素宽度作为最小的分辨率，为记录玻璃条中待检测的缺陷的可能性。像素的宽度大约为10μm。由于图3b中示出的分布曲线(大致上相对应于所谓的高斯分布)的面积大于像素，因此为了达到根据本发明的测量系统的高敏感度，需要判定这种分布的所谓质心的位置。这可通过特定的数学算法实现。因此可用次像素精确度(例如0.1个像素(1μm))来判定CCD线性数组上质心的位置。
可利用在多点处的配置来测量局部畸变，例如利用距离Δ-x。所有的局部畸变一起产生在X方向上变化的完整横向轮廓。考虑到通过连续横向轮廓的全局测量以及玻璃表面的连续性，也可以从X方向中的变化计算出Y方向中的变化。
图4显示使用不同波长作为测量原理。
图4a)揭露了可与图3a)相比拟的影像，但差异在于，不同于一种特定类型的多个LED的线性并列，在此例中是显示以两个不同发光波长的多个LED作为LED光源5。在这个情况中，多个绿色LED是由组件符号11所代表，而多个蓝色LED是由12所代表。在这里，使用有不同波长的多个LED的事实是重要的。在这里，使用具有绿色色彩的多个LED和具有蓝色色彩的多个LED是仅作为范例。这能够设定两个或更多个同时、但不同且独立地运作的测量通道。
图4b)说明了相对于CCD线性数组呈横向的强度分布，例如得自使用适当叶片光圈的结果。利用这种在光源中有多个不同LED的组合，可在各自的情况中以适配的孔径与增益独立地不同线性数组来记录例如蓝光与绿光。
图5显示三色光圈的使用。
图5中的关系的示例大部分都与图4的示例相对应。
图5再次示出将要通过不同波长的多个LED检视的玻璃条的照明。
在图5所示的三色光圈的情况中，重要的是要针对不同波长监督影像场及强度：
对于反射光中的红色光而言，其强度是最低的(玻璃仅具有每一表面为4％的反射率，亦即，总共仅8％)。因此，针对红色光需要全光圈开口。
在玻璃穿透率中，这代表着：100％-8％＝92％。因此，可利用较小的光圈开口(光圈面积)来降低照明通量。
非常小的开口就足以使用多个蓝光LED测量畸变，因为最重要的是要看见LED在CCD线性数组上的光点。这可通过狭缝光圈来实现。成形为狭缝具有的优点在于，在Y方向中的光束偏离是没有影响的。狭缝并不是用于窄化视野。
就绿色波长而言，除了照明通量之外，也意欲限制视野，因此在Y方向中的光束偏离会额外影响强度。
在本实例中，多个绿色LED较佳地是用于测量运行的玻璃条的方向(Y方向)中的光束偏离。考虑到全区域测量以及玻璃表面的连续性，也可从Y方向的变化的检测计算出X方向的变化。
所显示LED照明及三色光圈的组合，可进行厚度、以及厚度变化与折射功率变化的全区域测量。
图6显示关于玻璃条中气泡位置的信号评估。
图6显示的玻璃条4具有内含物(例如气泡)8，所述内含物8会在制造过程中逐渐移动，此移动是由CCD相机来追踪。
跟畸变比起来，内含物是在玻璃制造中所必须被分类的最重要的缺陷类型。许多内含物会导致畸变，并且因此被特征化为相关缺陷。然而，小型的内含物(特别是在厚玻璃中的小型内含物)并不会导致任何畸变。因此，需要应用其他方法来将它们分类。
基于检测目的，在这个情况中，玻璃条4是被发出红光的光源2以相对于垂直线呈约15度的角度所照射。在这个情况中，光源2所发出的光束会在玻璃条4的表面上反射及折射一次，通过玻璃条，在玻璃条4的下表面处折射，然后在离开玻璃条4之前再次反射，然后可被测量。内含物(例如气泡)会中断反射之后的出发路径与返回路径。在CCD线性数组中，当玻璃条持续移动时，内含物因此会呈现双倍的阴影或回波。从缺陷影像及其回波的时间间隔的测量以及条体速度，即可接着计算所谓的回波距离以及这种内含物(气泡)8的各自高度位置。
在玻璃条(4)前进通过期间进行两段式平行信号评估，其中来自所有通道的位图都被同时处理，并且伴随包含有来自生产线的其他数据，而且通过特定的数学算法即可达到缺陷判定的特定精确度。
附图标记说明
1 CCD相机
2 光源(红)
3 上光源保护装置
4 玻璃条或玻璃片
5 嵌入式LED光源
6 下光源保护装置
7 畸变区域
8 内含物或气泡
9 圆柱形透镜组件
10 波峰
11 绿色LED
12 蓝色LED
13 CCD相机线性数组
14 圆柱形透镜组件的成像
15 双色滤镜(终止蓝光)
16 狭缝光圈
17 视频信号绿色(均匀强度)
18 叶片光圈
19 三色滤镜
20 回波距离
21 玻璃条中内含物的高度位置

Claims (8)

1.一种用于快速及可靠地测量所制得浮法玻璃条中畸变缺陷的装置，包括下列特征：
f)线性嵌入式LED光源(5)，从要被检视的所述玻璃条(4)的宽度下方透照，所述光源具有彼此紧密并排设置的多个LED，其中以任意顺序使用具有不同波长的至少两种类型的多个LED，并且所述嵌入式LED光源(5)是以相对于检视平面的锐角倾斜，
g)圆柱形透镜组件(8)，所述圆柱形透镜组件(8)被线性设置且与所述嵌入式LED光源(5)的整体长度平行，在所述圆柱形透镜组件和所述嵌入式LED光源(5)之间的距离是可以连续变化方式调整的，其中所述圆柱形透镜组件被设置在所述玻璃条(4)下方且在所述嵌入式LED灯具(5)和串连设置的四个CCD相机(1)的配置之间的光束路径的平面中，
h)光源(2)，设置在所述玻璃条(4)上方，其中所述光源以相对于所述嵌入式LED光源(5)的同一侧的锐角倾斜，所述锐角是从所述检视平面的垂线测量，
i)设置在所述玻璃条(4)上方的至少四个CCD相机的配置，其中所述相机的透镜可选地可配备有狭缝光圈(16)、叶片光圈(18)、及/或双色及/或三色滤镜，
j)两段式平行信号评估装置，其中来自所有通道的多个位图是被同时处理，并且伴随地包括来自生产线的其他数据。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
使用具有对应绿色的波长的多个LED以及具有对应蓝色的波长的多个LED。
3.根据权利要求1及2中任一项所述的装置，其特征在于：
所述嵌入式LED光源(5)及所述CCD相机(1)是相对于要检视的所述玻璃条(4)而彼此相对，并且在它们的光学连接轴中相对于彼此呈倾斜，使得它们通过安装在前方的下光源保护装置(6)以及通过安装在前方的上光源保护装置(3)而可靠地受保护而防止损坏。
4.一种用于快速及可靠地测量所制得浮法玻璃条中畸变缺陷的方法，包括下列特征：
d)要被检视的所述玻璃条(4)受到线性嵌入式LED光源(5)照射，所述线性嵌入式LED光源(5)从要被检视的所述玻璃条(4)的宽度下方透照，所述光源具有彼此紧密并排设置的多个LED，其中以任意顺序使用具有不同波长的至少两种类型的多个LED，并且所述嵌入式LED光源(5)是以相对于检视平面的锐角倾斜，
e)通过线性设置且与所述嵌入式LED光源(5)的整体长度平行的圆柱形透镜组件(8)的设定，在所述圆柱形透镜组件和所述嵌入式LED光源(5)之间的距离可以连续变化方式加以调整，其中所述圆柱形透镜组件是设置在所述玻璃条(4)下方且在所述嵌入式LED灯具(5)和在所述玻璃条(4)上方的至少四个CCD相机(1)的配置之间的光束路径的平面中，所述光束路径是聚焦为得以实现在设置于所述玻璃条(4)上方的CCD相机(1)的测量平面中LED的点像，
f)在通过所述玻璃条(4)的过程中进行两段式平行信号评估，其中来自所有信道的多个位图是被平行处理，且伴随地包括来自生产线的其他数据，并且可通过特定数学算法达到缺陷判定的特定精确度。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：
使用具有对应绿色的波长的多个LED以及具有对应蓝色的波长的多个LED。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于：
所述嵌入式LED光源(5)和所述CCD相机(1)是相对于要检视的所述玻璃条(4)而彼此相对，并且在它们的光学连接轴中相对于彼此呈倾斜，使得它们通过安装在前方的下光源保护装置(6)以及通过安装在前方的上光源保护装置(3)而可靠地受保护而防止损坏。
7.一种计算器程序，包括在计算器中执行所述程序时用于执行如权利要求4至6中任一项所述的方法步骤的程序码。
8.一种机器可读载体，包括计算器程序的程序码，所述程序码用于在计算器中执行所述程序时执行如权利要求4至6中任一项所述的方法。
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