DE10045105A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Biegung einer reflektierenden Oberfläche - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Biegung einer reflektierenden OberflächeInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Biegung einer reflektierenden Oberfläche (2), insbesondere einer in Längs- und Querrichtung gebogenen Glasscheibe (5), bei dem von der Oberfläche (2) reflektiertes, von einer Lichtquelle (3) ausgehendes diffuses Licht von einer CCD-Kamera (4) aufgenommen wird. Eine einfache und zuverlässige Messung der Biegung einer reflektierenden Oberfläche wird dadurch ermöglicht, daß die Lichtquelle (3) linienförmig ausgebildet ist und daß, ausgehend von der durch die CCD-Kamera (4) aufgenommenen Intensität des reflektierten Lichts, der örtliche Neigungswinkel der Oberfläche (2) ermittelt wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Messen der Biegung einer reflektierenden Oberfläche (3), umfassend eine Lichtquelle (3) und eine CCD-Kamera (4). Eine einfache und zuverlässige Messung der Biegung einer reflektierenden Oberfläche wird dadurch ermöglicht, daß die Lichtquelle (3) linienförmig und diffus leuchtend ausgebildet ist.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zum
Messen der Biegung einer reflektierenden Oberfläche, insbesondere einer in
Längs- und Querrichtung gebogenen Glasscheibe, bei dem von der Oberfläche
reflektiertes, von einer Lichtquelle ausgehendes diffuses Licht von einer CCD-
Kamera aufgenommen wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 13 zum Messen der Biegung einer
reflektierenden Oberfläche, umfassend eine Lichtquelle und eine CCD-Kamera.
Aus der Praxis sind Triangulationsverfahren bekannt, mit denen die örtliche
Lage und über Differenzbildung die Biegung von Oberflächen ermittelbar sind,
bei denen eine Lichtquelle, insbesondere ein Laser, einen definierten Punkt auf
die Oberfläche richten und ein optischer Sensor, beispielsweise eine CCD-
Kamera, das zurückgeworfene Licht des Laserpunktes beobachtet. Hierbei wird
die Ablenkung von dem Einfallswinkel des Laserlichts durch den Ausfallswinkel
verdoppelt, und die erfaßte Reflektion hierdurch um einen entsprechend
großen Betrag abgelenkt. Dies ist dann besonders kritisch, wenn sich zwei
Biegungen zu einer sphärischen Krümmung überlagern, weil dann die in eine
Richtung zu messende Biegung aufgrund der Ablenkungen des Lichtflecks
durch hierzu quer verlaufende Biegung eine zweidimensionale Erfassung der
Ablenkung erfordern, oder eine entsprechende Ungenauigkeit bei der Messung
nach sich ziehen. Ein weiterer Nachteil des bekannten Triangulationsverfahrens
besteht darin, daß die beiden Komponenten Kamera und Lichtquelle wegen der
sich ändernden Einfalls- und Ausfallswinkel jeweils neu aufeinander
ausgerichtet und in ihrer relativen Lage zueinander verändert werden müssen,
so daß die Messung eines Biegungsverlaufs über einen längeren Strecken
abschnitt eine Vielzahl von Positionierungen, Justierungen und Einrichtungen
erfordert, die zeitaufwendig sind und für die serienmäßige Prüfung von im
kontinuierlichen Betrieb hergestellten Gütern nicht geeignet ist.
WO-A-98 17 971 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen
des Verlaufs reflektierender Oberflächen, bei dem auch gekrümmte
Glasoberflächen vermessen werden. Hierbei wird ausgehend von einer
Lichtquelle ein Muster aus äquidistanten Hell-Dunkel-Sequenzen auf die
reflektierende Oberfläche gerichtet, und mit einer CCD-Kamera das Spiegelbild
des Musters beobachtet, wobei die Änderungen der Abstände der Hell-Dunkel-
Sequenzen ausgewertet werden, um ausgehend von Breitenänderungen des
erfaßten Spiegelbilds Änderungen in dem Oberflächenverlauf zu berechnen.
Auch hier ist es problematisch, die Biegung in eine Richtung zu erfassen, wenn
die zu messende Oberfläche eine sphärische oder S-förmige Gestalt aufweist,
da aufgrund der quer zu der zu messenden Biegung verlaufender Krümmung
das zu messende Spiegelbild außerhalb der CCD-Kamera reflektiert wird,
insbesondere dann, wenn die CCD-Kamera als Zeilenkamera ausgebildet ist.
Bei parallel zur Erstreckung der Lichtquelle angeordneter Zeile können nur
geringe Krümmungen gemessen werden. Des weiteren besteht die Gefahr, daß
bei Reflektionen an wenigstens teilweise transparenten Oberflächen wie Glas
Mehrfachreflektionen auftreten, bei Windschutzscheiben beispielsweise an bis
zu vier Oberflächen, die voneinander getrennt werden müssen, und somit
aufwendige Auswertemethoden erfordern.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des
Anspruch 1 bzw. eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 13 zu
schaffen, die eine einfache und zuverlässige Messung der Biegung einer
reflektierenden Oberfläche ermöglichen.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß die
Lichtquelle linienförmig ausgebildet ist, und daß ausgehend von der durch die
CCD-Kamera aufgenommenen Intensität des reflektierten Lichts der örtliche
Neigungswinkel der Oberfläche ermittelt wird. Diese Aufgabe wird bei der
eingangs genannten Vorrichtung erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 13 dadurch gelöst, daß die Lichtquelle linienförmig
und diffus leuchtend ausgebildet ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht in preiswerter, zuverlässiger und
leicht auszuwertender Weise die Messung der Biegung einer reflektierenden
Oberfläche, und zwar auch dann, wenn diese Oberfläche eine sphärische oder
S-förmige Krümmung aufweist, indem die CCD-Kamera das von der Oberfläche
reflektierte, von der Lichtquelle ausgehende diffuse Licht erfaßt. Vorzugsweise
emitiert die Lichtquelle diffuses Licht, welches anders als bei einer punktförmig
gerichteten Lichtquelle keine Beobachtungswinkelverdoppelung durch Einfalls-
und Ausfallswinkel bewirkt und so auch durch die quer zu der zu messenden
Biegung verlaufenden weiteren Biegung weniger nachteilig beeinflußt wird.
Hierdurch ist es möglich, kleinere in einer Kamera untergebrachte Detektoren
einzusetzen, insbesondere reicht eine Pixelzeile statt mehrerer nebeneinander
angeordneter, eine Matrixkamera definierender Zeilen. Kleine Pixel können
dann ausgewählt werden.
Durch die Ausgestaltung der CCD-Kamera als Zeilenkamera in Kombination mit
der linienförmigen Ausgestaltung der Lichtquelle kann das reflektierte Licht
auch dann mit der Breite eines Pixels in seiner Lage zuverlässig erfaßt werden,
wenn die quer zu der zu messenden Biegung verlaufende weitere Biegung eine
Ablenkung außerhalb der den Akzeptanzwinkel der Kamera definierenden
Breite des Pixels bewirkt. Durch die Linienform der Lichtquelle wird dann diese
in der Oberfläche gleichwohl auf der richtigen Höhe reflektiert, und die
Ablenkung der zu messenden Biegung zutreffend ermittelt.
Die CCD-Kamera wird vorzugsweise in Richtung der zu messenden Biegung
angeordnet, während die Lichtquelle mit ihrer streifenförmigen Erstreckung
quer zur Richtung der zu messenden Biegung der Oberfläche verläuft.
Auch bei der Messung von reflektierenden Oberflächen von transparenten
Materialien wie Glas, die zwei Oberflächen aufweisen, oder bei einem Stapel
von zwei (oder mehr) paarweise gebogenen Gläsern stören die zwei bzw. vier
spiegelnden Oberflächen nicht, da die reflektierten Strahlen nahe genug
beieinander liegen, um die Messung nicht zu verfälschen.
Hierbei ist es möglich, die CCD-Kamera durch entsprechende Fokussierung im
Spiegelbild einer bestimmten Oberfläche zur Beobachtung dieser speziellen
Oberfläche vorzusehen, insbesondere dann, wenn durch zwischen zwei
Glasscheiben verlaufende Trennmittelrückstände die Intensität der Reflektion
sonst örtlich schwankt. Bei einem Stapel kann die Vorrichtung mit einer
weiteren, zur ersten vorzugsweise parallelen CCD-Kamera ausgerüstet sein.
Vorzugsweise sind die CCD-Kamera und die Lichtquelle in einer gemeinsamen
Baueinheit angeordnet, die die beiden Teile in bezug auf ihren Winkel und die
Entfernung zueinander festlegt, so daß aufwendige Einstellarbeiten vor
Meßbeginn nicht erforderlich sind. Mit dieser Baueinheit läßt sich die Biegung in
einem Punkt der Oberfläche ermitteln, und durch Relativverlagerung der
Oberfläche und der Baueinheit entlang einer Linie kann entlang dieser Linie die
Biegung ermittelt werden. Für die Relativverlagerung kann sowohl der
Gegenstand mit der reflektierenden Oberfläche als auch die Baueinheit
beweglich angeordnet sein.
Besonders bevorzugt ist der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw.
der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Messung der Biegung,
insbesondere der Querbiegung einer Autoglasscheibe aus vorgespanntem
Einscheibensicherheitsglas oder aus Verbundsicherheitsglas, die vor oder nach
dem Vorverbund oder nach dem Autoklavieren aus einem Stapel von zwei
Scheiben besteht, die ggf. mit einem Verbindungsmittel zusammengehalten
werden. Hierbei kann durch eine Messung der Biegung von Rand zu Rand der
Verlauf der Biegung entlang einer Linie ermittelt werden, wobei ein an die CCD-
Kamera angeschlossener Rechner die jeweilige Neigung am Meßort durch die
Lage des reflektierten Lichts ermittelt.
Um die Biegung sehr exakt zu ermitteln ist es erforderlich, den Abstand
zwischen Kamera und Oberfläche an wenigstens einem Punkt, an dem
vorzugsweise auch die Biegung gemessen wird, exakt zu bestimmen. Diese
Bestimmung erfolgt beispielsweise mit einem Zusatzgerät im Wege der
Triangulationsmessung, oder durch eine berührende Messung im Bereich des
Randes der Oberfläche.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders geeignet zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens und kann mit preiswerten Mitteln
bereitgestellt werden. Als linienförmige Lichtquelle kommt beispielsweise eine
Neonröhre in Betracht, die handelsüblich und damit kostengünstig zu
beschaffen ist. Die CCD-Kamera kommt mit einer einzigen Diodenzeile (von
mehreren Tausend Pixeln) aus, um präzise die Biegung aufgrund der Änderung
der Reflektion in der zu messenden Oberfläche zu bestimmen. Die Pixel
werden durch einen Rechner ausgelesen und ausgewertet, wobei die
Auswertung die Höhe der CCD-Kamera und der Lichtquelle über der zu
messenden Oberfläche berücksichtigt. Daher wird vorzugsweise die Höhe vor
Beginn der Messung ermittelt, um eine kontinuierliche Berechnung der Biegung
zu ermöglichen.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
Der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die anliegenden
Zeichnungen anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung
näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Messen der Biegung einer reflektierenden Oberfläche.
Fig. 2 zeigt eine um 90° verdrehte schematische Seitenansicht der
Vorrichtung aus Fig. 1.
Die insgesamt mit Bezugszeichen 1 bezeichnete Vorrichtung zur Messung der
Biegung einer reflektierenden Oberfläche 2 umfaßt eine linienförmige
Lichtquelle 3, die als langgestreckte Neonröhre ausgebildet ist, und eine CCD-
Kamera 4, bei der es sich um eine Zeilenkamera handelt, wobei die Zeile, wie
in Fig. 1 angedeutet, quer zur Erstreckung der Neonröhre 3 verläuft. Die Zeile
der CCD-Kamera umfaßt ca. 5000 Pixel. Die Erstreckung der Zeile ist in einem
rechten Winkel zu der Linienerstreckung der Lichtquelle 3 angeordnet.
Die reflektierende Oberfläche 2 ist die der Neonröhre 3 und der Kamera 4
zugewandte Oberfläche einer sphärisch gebogenen Glasscheibe 5, die auf
einer Unterlage 6 aufliegt, wobei die Unterlage 6 als Support oder dgl.
ausgebildet sein kann. In Fig. 1 ist schematisch ein Querschnitt durch die
Scheibe 5 dargestellt, in Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch die Scheibe 5
dargestellt. Entsprechend sind die Abmessungen verschieden, und auch die
Biegungsverläufe unterscheiden sich. Vorliegend wird die in Fig. 1 im
Querschnitt gezeigte Querbiegung gemessen. Entsprechend ist die Lichtquelle
3 quer zum Verlauf der Querbiegung angeordnet, während die Erstreckung der
Zeile der CCD-Kamera 4 im wesentlichen parallel zu der Querbiegung verläuft.
Die Neonröhre 3 und die Kamera 4 sind in einem aus Gründen der Deutlichkeit
der Darstellung nicht gezeigten gemeinsamen Halterahmen angeordnet und
gegeneinander ausgerichtet, so daß sich ihre relative Lage zueinander und
auch der Winkel der Neonröhre 3 und der CCD-Zeile der Kamera 4 nicht
zueinander ändern. Der Tragrahmen ist transportabel ausgestaltet, und
ermöglicht insbesondere einen Transport von Lichtquelle 3 und Kamera 4 in
Richtung des Doppelpfeils 7. Es ist somit möglich, mit der Vorrichtung 1 die
Querbiegung der Glasscheibe 5 beginnend mit dem in Fig. 1 auf der rechten
Seite dargestellten oberen Ende zu vermessen und dann die Vorrichtung 1
allmählich in Richtung auf die in Fig. 1 auf der linken Seite dargestellte untere
Ende der Glasscheibe 5 zu verlagern, und hierbei durch die quer zur Neonröhre
3 angeordnete Zeile der CCD-Kamera 4 die Reflektion des Lichts präzise zu
erfassen. Somit kann für jede Position der Scheibe 5 die Biegung exakt
ermittelt werden.
Aufgrund ihrer Ausgestaltung als Neonröhre strahlt die Lichtquelle 3 diffuses
Licht aus, wodurch es nicht zu einer Verdoppelung der Beobachtungswinkel
kommt. Der störende Einfluß der Ablenkung quer zu der Zeile der CCD-Kamera
4 durch eine Biegung (hier: Längsbiegung) quer zu der zu messenden Biegung
(hier: Querbiegung) wird hierdurch weiter herabgesetzt.
Die Erfindung funktioniert nun wie folgt:
In einem ersten Schritt wird mit einem (nicht dargestellten) Zusatzgerät der Abstand der reflektierenden Oberfläche 2 zu CCD-Kamera 4 bzw. Lichtquelle 3 ermittelt. Dies kann z. B. mit einem Triangulationsverfahren erfolgen, wobei dies an einer Stelle durchgeführt wird, an der keine gerichtete Reflektion durch die Oberfläche 2 besteht.
In einem ersten Schritt wird mit einem (nicht dargestellten) Zusatzgerät der Abstand der reflektierenden Oberfläche 2 zu CCD-Kamera 4 bzw. Lichtquelle 3 ermittelt. Dies kann z. B. mit einem Triangulationsverfahren erfolgen, wobei dies an einer Stelle durchgeführt wird, an der keine gerichtete Reflektion durch die Oberfläche 2 besteht.
Die Glasscheibe 5 wird dann mit Lichtquelle 3 und CCD-Kamera 4 einmal in
Richtung der Querbiegung (Pfeil 7 in Fig. 1) von oben nach unten abgetastet,
und durch den Auftreffpunkt des reflektierten Lichts der Lichtquelle 3 auf der
Zeile der CCD-Kamera 4 läßt sich an jeder Stelle der Scheibe 5 bzw. der
Oberfläche 2 der Neigungswinkel und damit über den Verlauf der Scheibe 5 die
Biegung in Meßrichtung ermitteln. Die Messung des Neigungswinkels erfolgt
absolut, so daß sie nur mit dem Meßfehler behaftet sein kann, nicht jedoch mit
Fortschreibungsfehlern anderer Messungen.
Die Lichtquelle 3 wird in der Oberfläche 2 gerichtet reflektiert, so daß die CCD-
Kamera 4 einen Ausschnitt der Lichtquelle 3 als Bild sieht, wobei die Qualität
der Lichtquelle durch die Reflektion erhalten bleibt und keine weitere diffuse
Reflektion stattfindet. Damit wird eine sehr genaue Zuordnung einer Intensitäts
spitze der Lichtquelle und damit eine sehr genaue Messung der Biegung
ermöglicht. Die Empfindlichkeit gegen von außerhalb der Meßvorrichtung
einfallendes Licht ist gering.
Da die Lichtquelle 3 als linienförmige Lichtquelle ausgebildet ist, wird die
Erfassung der Querbiegung wie in Fig. 1 dargestellt nicht durch die
Längsbiegung, die in Fig. 2 dargestellt ist, nachteilig beeinflußt, weil es durch
die linienförmige Ausgestaltung der Lichtquelle nicht zu einem Auswandern des
auf die Kamera 4 reflektierten Lichts außerhalb der Breite der Pixel-Zeile
kommen kann. Der Akzeptanzwinkel der CCD-Kamera 4 kann somit klein
gewählt werden, insbesondere können kleine Pixel gewählt werden, wodurch
die Auflösung der Messung vergrößert wird.
Es versteht sich, daß die gemessene Biegung auch die Längsbiegung sein
kann, wobei dann vorteilhaft der Einfluß der Querbiegung auf das Meßergebnis
durch das erfindungsgemäße Verfahren eliminiert wird. Es ist ebenso möglich,
die Scheibe 5 nach Messung der Querbiegung um 90° zu drehen und die
Längsbiegung zu erfassen. Hierbei ist dann jedoch vor Beginn der jeweiligen
Messung die Scheibe erneut zu bestimmen, da diese durch den Drehvorgang
geringfügig verlagert worden sein kann.
Claims (21)
1. Verfahren zum Messen der Biegung einer reflektierenden Oberfläche (2),
insbesondere einer in Längs- und Querrichtung gebogenen Glasscheibe
(5), bei dem von der Oberfläche (2) reflektiertes, von einer Lichtquelle (3)
ausgehendes diffuses Licht von einer CCD-Kamera (4) aufgenommen
wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lichtquelle (3) linienförmig ausgebildet ist, und
daß ausgehend von der durch die CCD-Kamera (4) aufgenommenen Intensität des reflektierten Lichts der örtliche Neigungswinkel der Oberfläche (2) ermittelt wird.
daß die Lichtquelle (3) linienförmig ausgebildet ist, und
daß ausgehend von der durch die CCD-Kamera (4) aufgenommenen Intensität des reflektierten Lichts der örtliche Neigungswinkel der Oberfläche (2) ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die CCD-
Kamera als Zeilenkamera (4) ausgebildet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeilen
kamera (4) quer zur Linienerstreckung der Lichtquelle (3) angeordnet ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeilen
erstreckung der CCD-Kamera (4) in Richtung der zu messenden
Biegung und die Lichtquelle (3) quer zur Richtung der zu messenden
Biegung der Oberfläche (2) verlaufen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die CCD-Kamera (4) und die Lichtquelle (3) in einer gemeinsamen
Baueinheit angeordnet sind.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die CCD-Kamera (4) an eine Rechnereinheit angeschlossen ist, die
die parallel ausgelesenen Werte der Pixel der CCD-Kamera (4)
auswertet und hieraus den Neigungswinkel der Oberfläche (2)
berechnet.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Lichtquelle (3) und die Kamera (4) gemeinsam relativ zu der
Oberfläche (2) verlagert werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die CCD-
Kamera (4) und die Lichtquelle (3) bewegt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Oberfläche (2) bewegt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die reflektierende Oberfläche (2) diejenige einer Autoglasscheibe ist,
die vor oder nach dem Vorverbund zu einem Stapel aus zwei Scheiben
geschichtet ist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegung
der Autoglasscheibe entlang einer von Rand zu Rand verlaufenden Linie
ermittelt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
daß an einem Ort die Biegung der Oberfläche (2) durch ein Absolut
meßverfahren ermittelt wird.
13. Vorrichtung zum Messen der Biegung einer reflektierenden Oberfläche
(3), umfassend eine Lichtquelle (3) und eine CCD-Kamera (4),
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lichtquelle (3) linienförmig und diffus leuchtend ausgebildet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die CCD-
Kamera eine Zeilenkamera (4) ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeile
der CCD-Kamera (4) quer zur Erstreckung der Lichtquelle (3)
angeordnet ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Lichtquelle (3) und die CCD-Kamera (4) fest
miteinander und relativ zueinander verbunden sind.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch
gekennzeichnet, daß die CCD-Kamera (4) und die Lichtquelle (3)
gemeinsam beweglich angeordnet sind.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein Rechner an die CCD-Kamera (4) angeschlossen ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekenn
zeichnet, daß die CCD-Kamera (4) und die Lichtquelle (3) auf derselben
Seite der zu messenden Oberfläche (2) angeordnet sind.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Lichtquelle (3) als Neonröhre ausgebildet ist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekenn
zeichnet, daß die zu vermessende Oberfläche (2) auf einem Förderer
zuführbar ist.
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