DE102012002174A1

DE102012002174A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Erkennen von Fehlstellen innerhalb des Volumens einer transparenten Scheibe und Verwendung der Vorrichtung

Info

Publication number: DE102012002174A1
Application number: DE102012002174A
Authority: DE
Inventors: Frank Macherey; Holger Wegener; Michael Stelzl; Bruno Schrader
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2012-02-07
Filing date: 2012-02-07
Publication date: 2013-08-08
Anticipated expiration: 2032-02-08
Also published as: JP5972400B2; JP2015511315A; TWI504884B; US20140347664A1; DE102012002174B4; WO2013117282A1; KR20140117613A; CN104094104A; US9546967B2; DE112012005554A5; TW201333451A; CN104094104B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (11) zum Erkennen von Fehlstellen innerhalb des Volumens einer transparenten Scheibe (10), vorzugsweise einer Glas-Scheibe. Die Vorrichtung (11) umfasst – eine Beleuchtungseinrichtung (12), mit welcher einfallendes Licht (20) auf zumindest einen Teil einer Oberfläche der Scheibe (10) gerichtet wird zum Ausleuchten der Scheibe (10), und – eine Bilderfassungseinrichtung (14, 16), auf welche das von der Scheibe (10) rückgestreute Licht (22) gerichtet wird zum bildtechnischen Erfassen der Scheibe (10) Die Vorrichtung (11) ist zum Erzeugen von mindestens zwei Interferenzbildern unter unterschiedlichen Aufnahmebedingungen ausgebildet, um das Erkennen der Fehlstellen, mittels Auswerten der mindestens zwei Interferenzbilder, zu ermöglichen oder durchzuführen.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein die Qualitätskontrolle bei der Produktion und/oder Verarbeitung einer transparenten Scheibe, vorzugsweise einer Glas-Scheibe, insbesondere die Erkennung von Fehlstellen oder Fehlern innerhalb des Volumens der Scheibe.
Fehlerinspektionen in der Glasproduktion werden üblicherweise durch abbildende, optische Verfahren realisiert. Dabei werden Materialfehler eines Prüfobjekts mittels einer Ausleuchtung des Prüfobjekts, die beispielsweise auf einem Hellfeld- oder Dunkelfeld-Verfahren basiert, und mittels eines Linsensystems auf einen CCD-Chip abgebildet. Das dadurch erzeugte Bild wird in einer Rechnereinheit ausgewertet und auf Basis der Bildinformation wird entschieden, ob es sich um einen Glasfehler handelt und gegebenenfalls um welche Art von Glasfehler. Die Fehlerempfindlichkeit dieser Systeme ist von der Pixelauflösung, der Auflösung des Objektivs und dem Signal-Rausch-Verhältnis der Aufnahmeeinheit abhängig.
Die Datenraten der üblicherweise als Zeilenkameras realisierten Bildsensoren sind begrenzt. Eine Zeilenkamera mit einer Horizontalfrequenz von beispielsweise 25 bis 50 kHz kann für einen Vorschub des Prüfobjekts von 15 bis 30 m/min verwendet werden. Hierbei wird im Allgemeinen ein Beleuchtungskanal verwendet. Bei Verwendung mehrerer Kanäle würden folglich mehrere Kamerabänke benötigt.
Eine Erhöhung des Vorschubs der Produktionslinie hätte zur Folge, dass weniger Licht bei gleich bleibender Beleuchtung pro Bildzeile zur Verfügung stünde, wodurch das Signal-Rausch-Verhältnis abnehmen würde. Um eine solche Verschlechterung zu vermeiden könnte alternativ die Pixelauflösung in Vorschubrichtung reduziert werden. Dadurch würde allerdings die Fehlerempfindlichkeit abnehmen.
Eine höhere optische Auflösung bedingt bei optisch abbildenden Systemen eine Reduktion der Schärfentiefe, die mindestens der Glasdicke des untersuchten Prüfobjekts entsprechen sollte. Aufgrund von Toleranzen bei der Förderung und wegen einer möglichen Durchbiegung des Glases sind in der Regel sogar höhere Schärfentiefen nötig.
Abbildende Systeme würden somit für Auflösungen von beispielsweise weniger als 20 μm pro Pixel und Vorschüben von beispielsweise 35 Meter pro Minute aufwendig, schwer zu beherrschen und teuer.
Aus dem Stand der Technik sind Ansätze zum Durchführen einer Untersuchung der Außenhaut oder des Volumens von Gegenständen hinsichtlich Fehlstellen bekannt.
Die JP 4576962 B2 zeigt ein Verfahren zum Erfassen von Fehlstellen an Prüfobjekten, beispielsweise von Schwankungen der Dicke eines ebenen Belags aufgrund eines Fremdkörpers. Hierzu wird Licht auf das Prüfobjekt eingestrahlt und das rückgestreute Licht analysiert. Die Analyse basiert auf einer Auswertung der Polarisationskomponenten des rückgestreuten Lichts.
Die WO 2006/108137 A2 zeigt eine Detektion von Mängeln in einer Glasscheibe mittels eines Systems, welches das Licht einer Laserdiode auf die zu untersuchende Glasscheibe richtet und das von der Vor- und Rückseite der Glasscheibe auf einen Zeilenscanner als Interferenzmuster rückgestreute Licht auswertet.
Bei den bekannten Verfahren ist problematisch, dass die verwendeten Zeilenscanner eine Sensorfläche in der Größenordnung des Prüfobjekts aufweisen. Ferner können die gemessenen Bilder häufig auch ohne das Vorliegen einer Fehlstelle in dem Prüfobjekt auf Grund von Kontamination Muster liefern, so dass eine automatische Auswertung der Bilder fehlerbehaftet sein kann. Weiterhin können durch kleinere Fehlstellen hervorgerufe Muster sich auf Grund der Probengeometrie ungünstig mit einem übergeordneten Muster überlagern, sodass die Fehlstelle nicht sicher erkannt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Erkennung von Fehlstellen innerhalb des Volumens einer transparenten Scheibe bereitzustellen, die fehlereffizient arbeitet und preiswert realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird in höchst überraschend einfacher Weise durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die Merkmale der Weiterbildungen können, soweit technisch sinnvoll, miteinander kombiniert werden.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erkennen von Fehlstellen innerhalb des Volumens einer transparenten Scheibe, vorzugsweise einer Glas-Scheibe, wobei die Scheibe ein flächiger, etwa rechteckiger Gegenstand sein kann. Die Scheibe kann planar, gewölbt oder beliebig geformt sein. Mittels der Vorrichtung können generell Fehlstellen in einer Außenwand oder einem Volumen eines Objekts erfasst und erkannt werden.
Die Vorrichtung kann eine Beleuchtungseinrichtung zum Ausleuchten der Scheibe umfassen. Mittels der Beleuchtungseinrichtung kann Licht auf einen Teil einer Oberfläche oder auf die gesamte Oberfläche der Scheibe gerichtet werden. Die Beleuchtungseinrichtung kann insbesondere dazu ausgebildet sein, eine Scheibe auszuleuchten, die in eine Vorschubrichtung gegenüber der Beleuchtungseinrichtung bewegt wird. So kann das einfallende Licht als ein Lichtstreifen auf die Scheibe einfallen, wobei der Lichtstreifen die gesamte Breite der Scheibe ausleuchtet. Hierbei ist als Breite eine Abmessung der Scheibe lateral zur Vorschubrichtung aufzufassen.
Das einfallende Licht kann ein Lichtspot sein, der i) einen Teilbereich oder ii) die gesamte Scheibe ausleuchtet. Im Fall i) kann der Lichtspot die Scheibe lateral zur Vorschubrichtung abscannen.
Die Vorrichtung kann ferner eine Bilderfassungseinrichtung umfassen, auf welche das vom Objekt rückgestreute Licht gerichtet wird zum bildtechnischen Erfassen der Scheibe. Unter rückgestreutem Licht wird nachfolgend Licht verstanden, das nach dem Ausleuchten der Scheibe, durch Wechselwirkung des einfallenden Lichts mit der Scheibe, vorzugsweise mittels Reflexion oder Beugung an der Scheibe, in Richtung der Bilderfassungseinrichtung abgelenkt wird. Die Bilderfassungseinrichtung kann zum Erzeugen von mindestens zwei, vorzugsweise elektronischen oder digitalen Bildern ausgebildet sein.
Die Vorrichtung kann zum Erzeugen von mindestens zwei Interferenzbildern unter unterschiedlichen Aufnahmebedingungen ausgebildet sein, um mittels Auswerten der mindestens zwei Interferenzbilder die Fehlstellen zu erkennen oder eine Erkennung zu ermöglichen. Die Auswertung der Interferenzbilder kann durch eine Bedienperson oder gegebenenfalls durch eine mit der Bilderfassungseinrichtung und/oder Beleuchtungseinrichtung gekoppelte Recheneinheit durchgeführt werden.
Als Interferenzbild kann ein Bild aufgefasst werden, welches ein Interferenzmuster aufweist. Vorteilhafter Weise können auf der Basis mehrerer Interferenzbilder, die unter unterschiedlichen Aufnahmebedingungen aufgenommen sind, neben großen und mittleren Fehlern, auch kleine und sehr kleine Fehler erkannt werden.
Ein Interferenzmuster kann dadurch entstehen, dass einfallendes Licht von einer oberen oder äußeren Fläche und einer unteren oder inneren Fläche der Scheibe reflektiert wird. Das reflektierte oder rückgestreute Licht weist dadurch zwei Komponenten auf, welche sich überlagern. Die Überlagerung der reflektierten Lichtkomponenten kann somit am Ort der Bilderfassungseinrichtung ein Interferenzmuster ergeben.
Der sichtbare Effekt einer Fehlstelle wird jedoch weniger durch die Streuung oder Brechung an der Fehlstelle oder an einem Defekt der Scheibe verursacht, sondern vielmehr durch die vom Defekt verursachte lokale Störung der Materialmatrix der Scheibe. Das Fehlermuster entsteht dann durch die Deformation einer Wellenfront auf Grund der lokalen Materialstörung und deren Überlagerung mit einer ungestörten Wellenfront einer Referenzwelle.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Vorrichtung zum Erkennen von Fehlstellen dazu ausgebildet sein, durch einen Vergleich der Interferenzbilder eine Erkennung der Fehlstellen durchzuführen oder zu ermöglichen. Die Erkennung der Fehlstellen kann durch die Bedienperson oder gegebenenfalls durch die Recheneinheit durchgeführt werden.
Der Vergleich der Interferenzbilder kann vorzugsweise darin bestehen, dass Unterschiede zwischen den Interferenzbildern ermittelt werden. Hiezu können Interferenzbilder verwendet werden, die zeitsequentiell oder gegebenenfalls zeitgleich erzeugt sind.
Der Vergleich der Interferenzbilder kann auch darin bestehen, dass die Interferenzbilder auf einem oder mehreren Bildschirmen angezeigt werden, so dass die Unterschiede zwischen den Interferenzbildern durch die Bedienpeson ermittelt werden.
Ein Vergleich von unter unterschiedlichen Aufnahmebedingungen erzeugten Interferenzbildern kann beispielsweise zeigen, dass eine Interferenzstruktur, die durch den Fehler hervorgerufen wird, gegenüber der grundlegenden Interferenzstruktur der Scheibe schneller variiert. Die Bilder enthalten unterschiedliche Muster, die in Summe eine Darstellung erlauben, die bei einer nachfolgenden Mustererkennung hilfreich sein kann.
Vorteilhafter können auf der Basis eines Vergleichs mehrerer Interferenzbilder, die unter unterschiedlichen Aufnahmebedingungen aufgenommen sind, neben großen und mittleren Fehlern, auch kleine und sehr kleine Fehler erkannt werden. Es können beispielsweise feste Einschlüsse < 50 μm Kerngröße und Gaseinschlüsse < 150 μm Kerngröße erkannt werden.
In einer Reihe mehrerer unter unterschiedlichen Aufnahmebedingungen erzeugten Interferenzbildern kann ein Interferenzmuster in einem der Interferenzbilder als ein Erwartungswert aufgefasst werden, der für die übrigen Interferenzmuster als Referenz verwendet wird. Der Erwartungswert kann jeweils mit den Interferenzmustern der übrigen Bilder verglichen werden.
Ein Fehler kann dadurch gekennzeichnet sein, dass die Interferenzmuster in unterschiedlichen Bildern vom Erwartungswert abweichen. Die Abweichungen können aufaddiert werden, so dass kleine Fehler detektiert und größere Fehler detaillierter erfasst werden können.
Das Vergleichen von Interferenzbildern kann eine Differenzbildung, eine Korrelation, oder eine Überprüfung einer Ähnlichkeit zwischen dem Erwartungswert und den jeweiligen Interferenzmustern der übrigen Bilder umfassen.
Vorteilhafter Weise können Schmutz und Flecken durch ihr gleich bleibendes Verhalten in den Differenzbildern diskriminiert werden. Ferner können durch einen Vergleich mehrerer Interferenzbilder Fehler erkannt werden, die in einem einzigen Interferenzbild schwer sichtbar sind aufgrund einer geringen Intensität oder Amplitude der Interferenzwellen infolge einer ungünstigen Überlagerung des Fehler-Interferenzmusters mit dem Grundmuster.
Eine Fehlstelle kann gegebenenfalls auch durch das Ermitteln einer Störung in einem Interferenzbild erkannt werden. Hierzu kann beispielsweise eine Prüfung des Interferenzbildes auf das Vorliegen einer Änderung oder Störung des Interferenzmusters gegenüber einem ungestörten Interferenzmuster oder gegenüber einem Interferenzmuster in einem ungestörten Bereich des Interferenzbildes durchgeführt werden. Ein ungestörtes Interferenzmuster kann dadurch entstehen, dass auch ein Volumenbereich der Scheibe, in dem keine Fehlstelle vorliegt, Interferenzen hervorruft. In der Umgebung einer Fehlstelle durchläuft das Licht jedoch einen anderen Weg im Vergleich zu den ungestörten Bereichen, so dass eine Fehlstelle, auf Grund welcher eine Inhomogenität des Scheiben-Brechungsindex auftritt, eine Änderung oder Störung des Interferenzmusters zur Folge hat.
Für die Erkennung einer Fehlstelle sind Interferenzbilder sehr vorteilhaft gegenüber optischen Abbildungen der Scheibe:

– Die in einem Interferenzbild durch eine Fehlstelle verursachte Störung ist größer, beispielsweise um den Faktor 10 oder 12, als die Fehlstelle. Dadurch ist eine geringere optische Auflösung ausreichend, um eine Fehlstelle zu beobachten.
– Schmutz an der Oberfläche eines Objekts, im Gegensatz zu einem Material-Fehler, verursacht keine Störung bei einem Vergleich mehrerer Interferenzbilder. Dies ermöglicht eine Diskriminierung eines Material-Fehlers von oberflächlichem Schmutz.
– Störungen, die im Verhältnis zur der optischen Auflösung klein sind, können durch mehrfaches Beobachten und Ausnutzen der Signaländerung, die gegenüber einer Signaländerung in einem ungestörten Bereich größer ist, erkannt werden.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen von Fehlstellen innerhalb des Volumens einer transparenten Scheibe, vorzugsweise einer Glas-Scheibe.
Die Erkennung kann durchgeführt werden mittels einer Beleuchtungseinrichtung zum Ausleuchten der Scheibe, sowie einer Bilderfassungseinrichtung zur Erfassen des von der Scheibe rückgestreuten Lichts.
Mittels der Beleuchtungseinrichtung kann einfallendes Licht erzeugt und auf zumindest einen Teil einer Oberfläche der Scheibe gerichtet werden, wobei die Beleuchtungseinrichtung vorzugsweise mindestens eine Lichtquelle umfassen kann.
In einem Schritt des Verfahrens kann die Scheibe durch die Beleuchtungseinrichtung ausleuchtet werden, so dass Licht durch die Scheibe gestreut oder rückgestreut und auf die Bilderfassungseinrichtung gerichtet wird.
In einem weiteren Schritt kann das rückgestreute Licht durch die Bilderfassungseinrichtung erfasst werden.
In einem weiteren Schritt können mindestens zwei Interferenzbilder durch die Bilderfassungseinrichtung, vorzugsweise im Zusammenspiel mit der Beleuchtungseinrichtung, unter unterschiedlichen Aufnahmebedingungen erzeugt werden.
In einem weiteren Schritt können die Fehlstellen mittels Auswerten der mindestens zwei Interferenzbilder, beispielsweise durch eine Bedienperson oder durch eine mit der Bilderfassungseinrichtung und/oder der Beleuchtungseinrichtung gekoppelte Recheneinheit, erkannt werden.
Die Beleuchtungseinrichtung kann gemäß einer Ausführungsform dazu ausgebildet sein, Licht mit mindestens zwei unterschiedlichen Wellenlängen und/oder Wellenformen zu erzeugen. Indem die Scheibe mit Licht unterschiedlicher Wellenlängen ausgeleuchtet wird und die Bilderfassungseinrichtung das von der Scheibe rückgestreute Licht erfasst, können mindestens zwei Interferenzbilder erzeugt werden. Auf dieser Basis können die unterschiedlichen Aufnahmebedingungen dadurch bereitgestellt werden, dass jeweils ein Interferenzbild mit Licht einer Wellenlänge erzeugt wird, das sich von der Wellenlänge des Lichts unterscheidet, das für die Erzeugung eines anderen Interferenzbildes oder der anderen Interferenzbilder verwendet wird.
Die Aufnahmebedingungen der Interferenzbilder können sich auch dadurch jeweils unterscheiden, dass die Wellenformen des für die jeweiligen Interferenzbilder verwendeten Lichts zueinander ungleich oder unterschiedlich sind.
Die Beleuchtungseinrichtung kann vorzugsweise dazu ausgebildet sein, einfallendes Licht unter mindestens zwei Beleuchtungswinkeln auf die Scheibe zu richten. Auf dieser Basis können die unterschiedlichen Aufnahmebedingungen dadurch bereitgestellt werden, dass jeweils ein Interferenzbild mit einfallendem Licht erzeugt wird, welches unter einem Beleuchtungswinkel auf die Scheibe gerichtet ist, der sich von den Beleuchtungswinkeln des einfallenden Lichts anderer Interferenzbilder unterscheidet.
Die Bilderfassungseinrichtung kann insbesondere dazu ausgebildet sein, rückgestreutes Licht unter verschiedenen Erfassungswinkeln zu erfassen, wobei als Erfassungswinkel derjenige Winkel aufgefasst werden kann, unter welchem das rückgestreute Licht auf die Bilderfassungseinrichtung einfällt. Auf dieser Basis können die unterschiedlichen Aufnahmebedingungen dadurch bereitgestellt werden, dass jeweils ein Interferenzbild mit rückgestreutem Licht erzeugt wird, das unter einem Erfassungswinkel auf die Bilderfassungseinrichtung einfällt, der sich von den Erfassungswinkeln anderer Interferenzbilder unterscheidet.
Vorzugsweise können sich sowohl Beleuchtungswinkel als auch Erfassungswinkel eines Interferenzbildes von den entsprechenden Winkeln anderer Interferenzbilder unterscheiden, damit auf diese Weise die unterschiedlichen Aufnahmebedingungen bereitgestellt werden können.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Beleuchtungseinrichtung dazu ausgebildet sein, einfallendes Licht mit mindestens zwei unterschiedlichen Phasen zu erzeugen, beispielsweise indem das einfallende Licht für die jeweiligen Interferenzbilder in unterschiedlichen Entfernungen der Beleuchtungseinrichtung zur Scheibe erzeugt wird, oder indem der gesamte Lichtweg von der Beleuchtungseinrichtung über die Scheibe zur Bilderfassungseinrichtung für die jeweiligen Interferenzbilder unterschiedliche Längen hat.
Die Verwendung mehrerer Interferenzbilder kann vorteilhafter Weise eine Effizienzverbesserung der Prüfung der Interferenzbilder auf das Vorliegen einer Änderung oder Störung des Interferenzmusters gegenüber einem ungestörten Interferenzmuster ermöglichen. So können vorzugsweise die Aufnahmebedingungen der Interferenzbilder so festgelegt werden, dass die Erkennung einer Änderung oder Störung des Interferenzmusters erleichtert wird. Die Erkennung kann insbesondere dadurch erleichtert oder verbessert werden, dass in dem ungestörten Bereich des Interferenzbildes eine destruktive Interferenz erreicht wird.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Beleuchtungseinrichtung mindestens eine Lichtquelle umfassen, die beispielsweise als eine Na-Dampflampe oder ein Laser ausgebildet ist. Die Lichtquelle kann vorzugsweise eine Kohärenzlänge haben, die größer als die zweifache Dicke der Scheibe oder größer als 3 mm ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Bilderfassungseinrichtung einen Schirm umfassen, auf welchen das rückgestreute Licht gerichtet wird zum Darstellen der Interferenzbilder.
Die Bilderfassungseinrichtung kann vorteilhafter Weise einen Bildsensor umfassen, der als

– Matrixkamera,
– Zeilenkamera,
– Zeilenkamera mit Time Delayed Integration (TDI) Sensor, die als Quasi-Matrixkamera betrieben wird, oder
– Videokamera

Eine Zeilenkamera mit TDI, Sensor ist von der Bauart eine Matrixkamera mit einem hohen Seitenverhältnis von Höhe zur Breite des Sensors. Üblicherweise wird das Ladungsbild einer Detektorzeile zur nächsten Detektorzeile weiterverschoben und zu dieser dazu addiert, so dass sich in Summe das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert. In einer besonderen Betriebsart kann ein solcher Sensor wie eine Matrixkamera ausgelesen werden, was bei der Inspektion eines breiten aber schmalen Objekts vorteilhaft ist.
Der Bildsensor kann zu einem bestimmten Zeitpunkt den gesamten Schirm, oder einen Teilbereich des Schirms erfassen. Auch bei der Erfassung eines Teilbereichs wird nach Ablauf einer Erfassungszeit der gesamte Schirm erfasst. Dasselbe gilt für eine direkte bildtechnische Erfassung der Scheibe, ohne Verwendung eines Schirms.
Durch die Verwendung eines Schirms, auf welchen das rückgestreute Licht gerichtet wird zum optischen Darstellen eines Bildes, wird vorteilhafter Weise erreicht, dass der Bildsensor nicht direkt das rückgestreute Licht zu erfassen braucht. Auf diese Weise kann ein kleiner und preiswerter Bildsensor verwendet werden.
Die Vorrichtung kann vorteilhafter Weise eine mit dem Bildsensor und/oder der Beleuchtungseinrichtung gekoppelte Recheneinheit umfassen. Die Recheneinheit ist dazu ausgebildet, die Auswertung der Interferenzbilder, einschließlich Ermitteln einer Störung in den Interferenzbildern und Erkennen einer Fehlstelle, auszuführen. Alternativ kann die Auswertung der Interferenzbilder auch durch eine Bedienperson durchgeführt werden.
Vorteilhafter Weise kann ein Mustererkennungssystem auf der Recheneinheit in Betrieb genommen werden zum Auswerten der Unterschiede zwischen den Interferenzbildern und Ermitteln einer Störung in den Interferenzbildern. Hierzu werden dem Mustererkennungssystem in einer Test- oder Lernphase Interferenzbilder oder Interferenzmuster vorgelegt, welche von Scheiben stammen, die keine Fehlstelle haben oder von Scheiben stammen, die bekannte Fehlstellen aufweisen. Dadurch lernt das Mustererkennungssystem, eine Störung in den Interferenzbildern zu erkennen. Beim Vorlegen neuer Interferenzbilder kann das trainierte Mustererkennungssystem das erlernte Wissen anwenden und Störungen, welche den in der Lernphase vorgelegten Störungen ähneln, erfolgreich erkennen.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Vorrichtung eine Transportvorrichtung umfassen, welche die Scheibe gegenüber der Beleuchtungseinrichtung und/oder der Bilderfassungseinrichtung bewegt.
Die Transportvorrichtung kann vorteilhafter Weise eine Walze umfassen, über welche die Scheibe geführt wird. Hierbei kann die Walze durch einen Antrieb gedreht werden, um die Scheibe vorwärts zu bewegen. Die Scheibe kann gegebenenfalls auch durch einen von der Walze separaten Antrieb vorwärts bewegt werden.
Bei einer Scheibe, die aus Glas bestehen und beispielsweise als ein Glasband ausgeführt sein kann, entstehen auf Grund innerer Spannungen lokale Wölbungen, was eine definierte Lage, oder eine genaue Positionierung gegenüber der Beleuchtungseinrichtung und/oder Bilderfassungseinrichtung, des Glasbands erschwert. Zur Lösung dieses Problems kann das Glasband über die Walze geführt werden, so dass dem Glas durch die Biegung eine äußere Spannung aufgeprägt wird, welche die inneren Spannungen kompensiert. Dadurch kann die Lage der Reflexionsstelle eindeutig definiert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Beleuchtungseinrichtung Licht mit einer Vielzahl unterschiedlicher Wellenlängen mittels einer durchstimmbaren Lichtquelle zeitlich sequentiell erzeugen.
Die Lichtquelle kann vorzugsweise eine spannungsgesteuerte Laserdiode sein, die Licht mit einer Wellenlänge aussendet, die von der angelegten Spannung abhängt. Damit können die Interferenzbilder in einer zeitlich sequentiellen Folge erzeugt werden, beispielsweise indem eine Steuerung der Beleuchtungseinrichtung eine zeitlich variable Spannung an die Laserdiode bereitstellt, wobei zu ausgewählten Zeitpunkten, welche jeweils bestimmten Wellenlängen entsprechen, der Bildsensor ausgelesen wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Beleuchtungseinrichtung Licht mit einer Vielzahl unterschiedlicher Wellenlängen mittels einer Lichtquelle mit einer definierten spektralen Breite und einen durchstimmbaren Filter zeitlich sequentiell erzeugen.
Der Filter kann vorzugsweise ein spannungsgesteuerter Filter sein, der Licht mit einer Wellenlänge durchlässt, die von der angelegten Spannung abhängt. Der Variationsbereich des Filters entspricht etwa der spektralen Breite der Lichtquelle.
Damit können die Interferenzbilder in einer zeitlich sequentiellen Folge erzeugt werden, beispielsweise indem eine Steuerung der Beleuchtungseinrichtung eine zeitlich variable Spannung an den Filter bereitstellt, wobei zu ausgewählten Zeitpunkten, welche jeweils bestimmten Wellenlängen entsprechen, der Bildsensor ausgelesen wird.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Beleuchtungseinrichtung Licht mit einer Vielzahl unterschiedlicher Wellenlängen mittels einer Vielzahl von räumlich separat angeordneten Lichtquellen gleichzeitig oder etwa gleichzeitig erzeugen.
Die Beleuchtungseinrichtung kann vorzugsweise eine Matrix mit Lasern oder Laserdioden umfassen. Hierbei kann die Wellenlänge des Lichts einer Lichtquelle von der Wellenlänge des Lichts jeder anderen Lichtquelle verschieden sein. Der Bildsensor kann dazu ausgebildet sein, für Licht jeder Wellenlänge jeweils ein elektrisches Signal bereitzustellen, so dass für jede Wellenlänge ein separates Interferenzbild bereitgestellt werden kann. Dadurch können die Interferenzbilder gleichzeitig oder etwa gleichzeitig erzeugt werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Beleuchtungseinrichtung vorzugsweise mindestens 2, oder 5, oder 10, oder 50 Lichtquellen umfassen.
Vorteilhafter Weise können die beim Erzeugen der Interferenzbilder verwendeten, untereinander verschiedenen Wellenlängen so festgelegt werden, dass in einem von der Fehlstelle ungestörten Bildbereich des Interferenzbildes destruktive Interferenzen auftreten.
Die gleichzeitige oder zeitlich sequentielle Aussendung von Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen und das Erzeugen eines Interferenzbildes für jede Wellenlänge durch den Bildsensor dienen dazu, das Auswählen eines optimalen Interferenzbildes zu ermöglichen. Das optimale Interferenzbild weist in dem ungestörten Bildbereich, unter allen erzeugten Interferenzbildern, die höchste Wellenauslöschung oder destruktive Interferenz auf.
Der Informationsgehalt des optimalen Interferenzbildes ist in dem ungestörten Bildbereich sehr gering, weil dieser keine oder wenige Bildstrukturen aufweist, wodurch das automatische Ermitteln oder Identifizieren einer Störung in dem optimalen Interferenzbild erheblich erleichtert und effizienter durchgeführt wird.
Das Ermitteln einer Störung kann vorzugsweise das Erzeugen eines Überlagerungsbildes mittels einer gewichteten Überlagerung von Interferenzbildern umfassen. Die zum Erzeugen der jeweiligen Interferenzbilder verwendeten Wellenlängen im Zusammenspiel mit einer geeigneten Wahl der für die gewichtete Überlagerung verwendeten Gewichtungsfaktoren können so festgelegt werden, dass in einem von der Fehlstelle ungestörten Bildbereich des Überlagerungsbildes destruktive Wellenüberlagerungen auftreten.
Das Ermitteln geeigneter Wellenlängen und Gewichtungsfaktoren stellt einen Optimierungsvorgang dar, bei welchem die Wellenlängen und Gewichtungsfaktoren variiert werden, um möglichst destruktive Wellenüberlagerungen in dem von der Fehlstelle ungestörten Bildbereich zu erzielen. Dadurch kann erreicht werden, dass die Summe der Interferenzamplituden in dem von der Fehlstelle ungestörten Bildbereich des Überlagerungsbildes minimal und in einem Störungsbereich des Überlagerungsbildes maximal ist.
Als Summe der Interferenzamplituden wird vorliegend eine Summe von Beträgen der Interferenzamplituden oder eine Summe der quadrierten Interferenzamplituden verstanden.
Die Überlagerung der Interferenzbilder kann pixelweise durchgeführt werden, vorzugsweise nachdem die Interferenzbilder durch Bildregistrierung miteinander in Übereinstimmung gebracht wurden.
Vorteilhafter Weise kann mittels des Mustererkennungssystems in dem Überlagerungsbild eine Störung mit hoher Trefferwahrscheinlichkeit erkannt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung einer oben beschriebenen Vorrichtung zum Aussortieren von Dünnglas oder Glas mit einer Dicke kleiner als 200 μm, das Fehlstellen aufweist. Dünnglas, welches mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung geprüft und unter Verwendung der Prüfergebnisse sortiert wurde, weist eine deutlich reduzierte Fehlerkonzentration oder Fehleranzahl auf.
Gemäß einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Computerprogramm, welches, wenn es in einen Computer geladen wird oder auf einem Computer läuft, das oben beschriebene Verfahren durchführen kann. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Programmspeichermedium oder Computerprogrammprodukt mit einem solchen Programm.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei verweisen gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder entsprechende Elemente. Die Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden.
Es zeigen:
1 ein Schaubild der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform,
2 ein erstes Schaubild der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform,
3 ein zweites Schaubild der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform,
4 ein Schaubild der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform,
5a ein Interferenzbild einer transparenten Scheibe mit einem Einschuss bei 25-facher Vergrößerung,
5b ein Mikroskopbild der in 5a verwendeten Scheibe bei 100-facher Vergrößerung,
6a ein Interferenzbild einer transparenten Scheibe mit einer Gasblase bei 25-facher Vergrößerung,
6b ein Mikroskopbild der in 6a verwendeten Scheibe bei 100-facher Vergrößerung,
7a bis 7d Interferenzbilder einer transparenten Scheibe mit einem metallischen Einschuss, aufgezeichnet unter unterschiedlichen Erfassungswinkeln, und
8a bis 8d Interferenzbilder einer transparenten Scheibe mit einer Gasblase, aufgezeichnet unter unterschiedlichen Erfassungswinkeln
Die 1 zeigt ein Schaubild der erfindungsgemäßen Vorrichtung 11 gemäß einer ersten Ausführungsform. Hierbei handelt es sich um ein Glas-Objekt.
Die Vorrichtung 11 umfasst

– eine Beleuchtungseinrichtung 12, mit welcher einfallendes Licht 20 auf zumindest einen Teil einer Oberfläche der Scheibe 10 gerichtet wird zum Ausleuchten der Scheibe 10, und
– eine Bilderfassungseinrichtung 14, 16, auf welche das von der Scheibe 10 rückgestreute Licht 22 gerichtet wird zum bildtechnischen Erfassen der Scheibe 10.

Die Vorrichtung 11 ist zum Erzeugen von mindestens zwei Interferenzbildern unter unterschiedlichen Aufnahmebedingungen ausgebildet. Mittels Auswerten der mindestens zwei Interferenzbilder kann die Vorrichtung 11 die Fehlstellen erkennen.
Die Fehlstellen werden durch einen Vergleich der Interferenzbilder erkannt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform besteht der Vergleich in einer Ermittlung der Unterschiede zwischen den Interferenzbildern. Die Auswertung der Interferenzbilder wird durch eine Bedienperson durchgeführt.
Die unterschiedlichen Aufnahmebedingungen werden dadurch bereitgestellt, dass jeweils ein Interferenzbild mit Licht einer Wellenlänge erzeugt wird, das sich von der Wellenlänge des Lichts unterscheidet, das für die Erzeugung eines anderen Interferenzbildes verwendet wird. Vorliegend werden die Interferenzbilder gleichzeitig erzeugt.
Gemäß 1 umfasst die Beleuchtungseinrichtung eine kohärente Lichtquelle 12, welche als ein Laser ausgebildet ist. Es findet eine senkrechte koaxiale Beleuchtung der Scheibe 10 mittels der Lichtquelle 12 statt. Hierzu wird das wagerecht ausgesendete Licht 20 von einem Strahlteiler 26 auf die Scheibe 10 gelenkt. Das von der Scheibe 10 zurück reflektierte Licht 22 passiert den Strahlteiler 26 nach oben und wird von dem Bildsensor 16 erfasst.
Der Strahlteiler 26 weist eine selektive Lichtdurchlässigkeit auf, wobei das einfallende Licht 20 auf die Scheibe 10 hin reflektiert wird und das von der Scheibe 10 kommende Licht 22 von dem Strahlteiler 26 durchgelassen wird.
Das Interferenzmuster wird über eine Sensorzeile 16 mit der Breite des Prüflings erfasst. Die verschiedenen Interferenzmuster entstehen durch die Beleuchtung mit den Wellenlängen λ_i, i = 1, 2, ... welche zeitlich getrennt oder spektral aufgespalten beobachtet werden.
Die Fehlstellen werden durch einen Vergleich der Interferenzbilder erkannt, wobei die Vorrichtung 11 dazu ausgebildet ist, einen solchen Vergleich durchzuführen. Der Vergleich der Interferenzbilder besteht darin, dass Unterschiede zwischen den Interferenzbildern ermittelt werden.
In einer Reihe mehrerer mit unterschiedlichen Wellenlängen erzeugten Interferenzbildern kann aus einem der Interferenzbilder ein Erwartungsinterferenzmuster bestimmt werden, welches für die übrigen Interferenzmuster als Referenz verwendet wird. Das Referenzmuster oder Erwartungswert wird jeweils mit den Interferenzmustern der übrigen Bilder verglichen, indem der Erwartungswert von den jeweiligen Interferenzmustern der übrigen Bilder abgezogen wird.
Die Vorrichtung 11 umfasst eine Transportvorrichtung 24, welche die Scheibe 10 gegenüber der Beleuchtungseinrichtung 12 und der Bilderfassungseinrichtung 14, 16 bewegt.
Die 2 und 3 zeigen Schaubilder der erfindungsgemäßen Vorrichtung 11 gemäß einer zweiten Ausführungsform.
Eine Fläche des Prüflings wird durch eine kohärente Lichtquelle 12 beleuchtet. Das Interferenzmuster wird über einen Schirm 14 und ein Kamera/Linsensystem 16 beobachtet. Die Bildrate der Kamera 16 ist dabei so gewählt, dass jeder Punkt mehrfach unter verschiedenen Beleuchtungswinkeln bzw. mit verschiedenen Interferenzmustern beobachtet wird.
Ein Punkt der Scheibe 10, der sich zu einem Zeitpunkt t an der Stelle x₀ befindet (3), streut das einfallende Licht 20 auf den Schirm 14 unter einem Beleuchtungswinkel oder Einfallswinkel, der mit dem Erfassungswinkel oder Ausfallwinkel Φ des rückgestreuten Lichts 22 gleich ist. Hierbei sind Einfallswinkel und Ausfallwinkel Φ die Winkel der jeweiligen Lichtstrahlen 20, 22 zur Flächennormalen der Scheibe 10.
Die Scheibe 10 wird mittels der Transportvorrichtung 24 in einer Vorwärtsrichtung bewegt. Folglich befindet sich der besagte Punkt zu einem späteren Zeitpunkt t + Δt an der Stelle x₀ + Δx der Scheibe 10 und streut das einfallende Licht 20 unter einem Erfassungswinkel oder Ausfallwinkel Φ + ΔΦ auf den Schirm 14. Auf diese Weise kann der besagte Punkt unter mehreren Beleuchtungswinkeln Φ, Φ + ΔΦ, ... auf den Schirm 14 abgebildet werden, wobei zu jedem Beleuchtungswinkel jeweils ein Interferenzbild erzeugt wird.
Die Vorrichtung 11 umfasst eine mit der Bilderfassungseinrichtung 14, 16 und der Beleuchtungseinrichtung 12 gekoppelte Recheneinheit 18. Die Auswertung der Interferenzbilder einschließlich Ermitteln einer Störung und Erkennen einer Fehlstelle wird mit Hilfe der Recheneinheit 18 durchgeführt.
Durch die Verwendung des Schirms 14, auf welchen das rückgestreute Licht 22 gerichtet wird zum optischen Darstellen eines Bildes, wird vorteilhafter Weise erreicht, dass der Bildsensor 16 nicht direkt das rückgestreute Licht 22 zu erfassen braucht. Auf diese Weise kann ein kleiner und preiswerter Bildsensor 16 verwendet werden.
Ein Interferenzbild entsteht dadurch, dass einfallendes Licht 20 von einer Ober- und Unterseite der Scheibe 10 reflektiert wird. Das reflektierte Licht 22 weist dadurch zwei Komponenten 22a, 22b auf, welche sich überlagern. Die Überlagerung der reflektierten Lichtkomponenten 22a, 22b ergibt am Ort des Bildsensors 16 oder des Schirms 14 ein Interferenzbild. Das Interferenzmuster entsteht durch eine Dickenvariation D (x, y) der Scheibe 10.

α: Einfallswinkel zu der Scheibennormalen
l: Wellenlänge
D(x, y): Dicke der Scheibe 10 an der Position x, y
I₀: Intensität
R_s,p: Fresnelreflexionskoeffizienten bei s- bzw. p-Polarisierung
Δ: Gangunterschied zwischen der an Oberseite und der an Unterseite der Scheibe 10 reflektierten Welle

Die 4 zeigt ein Schaubild der erfindungsgemäßen Vorrichtung 11 gemäß einer dritten Ausführungsform. Hierbei umfasst die Transportvorrichtung 24 eine Walze 25, über welche die Scheibe 10 geführt wird.
Zur Beobachtung in Reflexion in einer Durchlichtanordnung ist eine definierte Lage (Abstand zum Bildsensor 16) des Prüflings 10 nötig. Im Falle der Applikation Glas entstehen auf Grund innerer Spannungen lokale Wölbungen des Glasbands 10, was eine definierte Lage zusätzlich erschwert.
Zur Lösung dieses Problems, für die Beobachtung der Reflexion, wie bei der beschriebenen Interferenzinspektion, wird die als Glasband 10 ausgeführte Glasscheibe über die Walze 25 geführt, so dass dem Glas durch die Biegung eine äußere Spannung aufgeprägt wird, die die inneren Spannungen kompensiert. Dadurch ist die Lageposition eindeutig definiert.
Die 5, 6 zeigen eine Gegenüberstellung von Interferenzbildern und Mikroskopbildern von Glasscheiben, welche Fehlstellen aufweisen.

– Die 5a, 5b zeigen jeweils eine Glasscheibe mit einem 0,060 × 0,005 mm² großen Einschluss,
– die 6a, 6b zeigen jeweils eine Glasscheibe mit einer 0,090 × 0,020 mm² großen Gasblase,
– die 5a, 6a zeigen jeweils Interferenzbilder,
– die 5b, 6b zeigen jeweils Heilfeld-Mikroskopbilder in 100-facher Vergrößerung.

Der durch den Fehler verursachte Interferenzeffekt ist um ein Vielfaches größer (etwa 10 bis 14-fach) als der Fehler selbst.
Die Fehlstelle wird durch einen Vergleich der Interferenzbilder erkannt, wobei der Vergleich darin besteht, dass Unterschiede zwischen den Interferenzbildern ermittelt werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden Interferenzbilder verwendet, die zeitgleich erzeugt sind.
Die 7 und 8 zeigen Interferenzbilder von zwei Glasscheiben 10 oder Proben, die jeweils eine Fehlstelle aufweisen. Hierbei handelt es sich um folgende Fehlstellen:

1) metallischer Einschluss mit einer Kerngröße von etwa 0,150 mm (7a bis 7d), und
2) Gasblase mit einer Größe von 0,06 mm (8a bis 8d).

Beide Proben 10 wurden durch eine Vorrichtung 11 gemäß 3 inspiziert. Pro Probe wurden vier Interferenzbilder jeweils unter unterschiedlichen Beleuchtungswinkeln aufgenommen. Der Unterschied zwischen den Beleuchtungswinkeln aufeinander folgender Interferenzbilder beträgt 1 bis 2 Grad.
Ein Vergleich von 7 und 8 zeigt, dass die Interferenzstruktur, die durch den Fehler hervorgerufen wird, im Verhältnis zu der grundlegenden Interferenzstruktur der Scheibe 10 schnell variiert. Die vier Bilder enthalten unterschiedlich Muster, die in Summe eine komplexere Darstellung erlauben. Die Darstellung ist für eine nachfolgende Mustererkennung hilfreich.
Im Fall, dass die Fehlstelle eine Glasblase ist (8a–8d), wäre der Fehler mit nur einem Interferenzbild gemäß 8c nicht sicher vom Interferenzmuster der Scheibe 10 trennbar. Im Fall des Interferenzbildes gemäß 8b ist der Fehler erkennbar, er ist jedoch nicht von einer Licht absorbierenden Verschmutzung an der Oberfläche der Scheibe 10 zu unterscheiden. Eine Kombination der Interferenzbilder gemäß 8a und 8d erlaubt jedoch eine sichere Erkennung des Fehlers. Eine mehrfache Beobachtung ist daher sehr vorteilhaft für die Erkennung sehr kleiner Fehler. Die Vorrichtung 11 kann feste Einschlüsse < 0,05 mm Kerngröße und Gaseinschlüsse < 0,150 mm Kerngröße erkennen.
Bei der Fertigung von Dünnglas (Größenordnung 0,02 bis 1 mm Stärke) sind hohe Fördergeschwindigkeiten teils auf Grund des Prozesses nötig, teils ökonomisch erstrebenswert. Gleichzeitig sind insbesondere für sehr dünne Gläser hohe Glasfehlerempfindlichkeiten notwendig. Die Erfindung ermöglicht es, eine hohe Fehlerempfindlichkeit bei einer zugleich hohen Fördergeschwindigkeit unter Fertigungsbedingungen (Toleranz gegenüber Höhenschwankungen, Glasdurchbiegung) bei vertretbarem Aufwand zu erzielen.
Zur Bildanalyse werden pro Position mehrere Bilder ii > 2 aufgenommen. Interferenzstrukturen von Defekten und Verschmutzungen sind klein im Vergleich zum Bildfeld. Das Interferenzmuster des ungestörten Scheibenmaterials entsteht durch eine graduelle Änderung der Scheibendicke im Vergleich zum Interferenzmuster hervorgerufen durch Defekte. Daher lässt sich eine optische Dicke durch Glättung aus jedem Bild bestimmen, die für alle Bilder ii identisch ist.
Durch eine Vorwärtsrechnung unter Berücksichtigung der geänderten Aufnahmesituation lässt sich somit ein Erwartungsinterferenzmuster wechselseitig für die jeweils anderen Interferenzmuster bestimmen. Dies wird für alle Bilder ii von dem tatsächlichen Bild abgezogen. Ein Fehler zeichnet sich dann dadurch aus, dass er in unterschiedlichen Bildern vom Erwartungswert abweicht. Diese Abweichung wird zwischen allen Bildern aufaddiert, so dass kleine Fehler detektiert werden können und größere Fehler detaillierter erfasst werden. Schmutz und Flecken können durch gleich bleibendes Verhalten in allen Bildern diskriminiert werden.
Fehlstellen im Glas verursachen in Abhängigkeit des Fehlertyps (Blase, Einschluss, etc.) und ihrer Fehlergröße in Relation zur Glasdicke eine lokale Störung des Glases. Die Störung ändert lokal die optische Wellenlänge des reinen Lichtstrahls, der diese Region passiert, im Vergleich zu einem Lichtstrahl, der einen ungestörten Bereich passiert. Der Effekt kann in einer Anordnung gemäß 1 auf dem Schirm 14 beobachtet werden.
Verwendet man eine Lichtquelle 12 mit ausreichender Kohärenzlänge interferieren die an der Ober- und Unterseite reflektierten Lichtstrahlen 22a, 22b. Auf Grund der hohen Homogenität des Glases (Dickenvariation und Brechungsindexvariation) ändert sich der Gangunterschied der interferierenden Teilstrahlen nur „langsam” im Vergleich zu einem Bereich in der Umgebung eines Fehlers. Das Streifenmuster weißt hier ein Störung auf, die sich durch einen auf den Schirm 14 gerichtete Bildsensor 16 beobachten lässt.
Die Erfindung weist eine Vielzahl von Vorzügen auf.
Die lokale Störung ist um ein Vielfaches, üblicher Weise 10- bis 12-mal, größer als der eigentliche Fehler. Somit ist eine geringere optische Auflösung nötig, was sich positiv auf die Kosten und die erreichbare Schärfentiefe auswirkt. Allerdings sollte die Auflösung ausreichen, um einen Hell/Dunkel/Hell bzw. komplementären Verlauf aufzulösen.
Die Störung entsteht durch Glasfehler. Staub/Verschmutzung an der Oberfläche erzeugt keinen Interferenzeffekt, so dass Glasfehler von Staub unterschieden werden können.
Das Verfahren arbeitet im Auflicht statt im Durchlicht, so dass keine Unterbrechung des Förderbands bei Endlosmaterial nötig ist, was wiederum den Aufbau vereinfacht.
Durch die Führung eines flexiblen Glasbandes 10 über eine Walze 25 wird die Lage zur Beleuchtungseinrichtung 12 und Kamera 16 auf einfache Weise fixiert. Die durch die Biegung aufgeprägte Spannung kompensiert zudem Wölbungen durch lokale Spannungen des Bandes.
Das Verfahren ist unempfindlich gegenüber Höhenänderungen. Die nötige Winkeltoleranz lässt sich über eine Strahlaufweitung oder durch Einsatz von Flächenkameras ausgleichen. Die Vorrichtung 11 verwendet zunächst nur 1 Kanal und ist in Verbindung mit der geringeren Auflösung tauglich für hohe Vorschubgeschwindigkeiten.
Durch Verwendung einer weiteren Wellenlänge, die das Muster invertiert, ergibt sich eine weitere Information pro Glasfehler, so dass kleinere Fehler gefunden würden bzw. eine geringere Auflösung bei gleicher Fehlerempfindlichkeit nötig ist.
Zusammengefasst ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung 11 einen einfachen und günstigen Aufbau, der hinsichtlich einer Detektion von, insbesondere kleinen, Fehlstellen sehr leistungsfähig ist.
Bezugszeichenliste

10: transparente Scheibe, Glasband, Prüfling, Probe
11: Vorrichtung zum Erkennen einer Fehlstelle innerhalb des Volumens einer transparenten Scheibe
12: Beleuchtungseinrichtung, Lichtquelle
14: Schirm
16: Bildsensor, Sensorzeile, Kamera
18: Recheneinheit
20: einfallendes Licht
22: von der Scheibe gestreutes oder reflektiertes Licht
22a: von der Oberseite der Scheibe reflektiertes Licht
22b: von der Unterseite der Scheibe reflektiertes Licht
24: Transportvorrichtung
25: Walze
26: Strahlteiler

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 4576962 B2 [0008]
WO 2006/108137 A2 [0009]

Claims

Vorrichtung zum Erkennen von Fehlstellen innerhalb des Volumens einer transparenten Scheibe (10), vorzugsweise einer Glas-Scheibe, umfassend – eine Beleuchtungseinrichtung (12), mit welcher einfallendes Licht (20) auf zumindest einen Teil einer Oberfläche der Scheibe (10) gerichtet wird zum Ausleuchten der Scheibe (10), und – eine Bilderfassungseinrichtung (14, 16), auf welche das von der Scheibe (10) rückgestreute Licht (22) gerichtet wird zum bildtechnischen Erfassen der Scheibe (10), wobei die Vorrichtung (11) zum Erzeugen von mindestens zwei Interferenzbildern unter unterschiedlichen Aufnahmebedingungen ausgebildet ist, um das Erkennen der Fehlstellen, mittels Auswerten der mindestens zwei Interferenzbilder, zu ermöglichen oder durchzuführen.
Vorrichtung gemäß dem vorstehenden Anspruch, gekennzeichnet dadurch, dass die Vorrichtung (11) dazu ausgebildet ist, durch einen Vergleich der Interferenzbilder die Fehlstellen zu erkennen oder das Erkennen der Fehlstellen zu ermöglichen, vorzugsweise durch eine Ermittlung der Unterschiede zwischen den Interferenzbildern, wobei die Interferenzbilder insbesondere zeitsequentiell oder gegebenenfalls zeitgleich erzeugt werden können.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass – die Beleuchtungseinrichtung (12) dazu ausgebildet ist, einfallendes Licht (20) mit mindestens zwei unterschiedlichen Wellenlängen und/oder Wellenformen zu erzeugen, und/oder – die Beleuchtungseinrichtung (12) dazu ausgebildet ist, einfallendes Licht (20) unter mindestens zwei Beleuchtungswinkeln auf die Scheibe (10) zu richten, und/oder – die Bilderfassungseinrichtung (14, 16) dazu ausgebildet ist, das rückgestreute Licht (22) unter mindestens zwei Erfassungswinkeln zu erfassen, und/oder – die Beleuchtungseinrichtung (12) dazu ausgebildet ist, einfallendes Licht (20) mit mindestens zwei unterschiedlichen Phasen zu erzeugen, zum Erzeugen von mindestens zwei Interferenzbildern unter unterschiedlichen Aufnahmebedingungen.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass – die Beleuchtungseinrichtung mindestens eine Lichtquelle (12) umfasst, die als eine Na-Dampflampe oder ein Laser ausgebildet ist, wobei die Lichtquelle (12) vorzugsweise eine Kohärenzlänge größer als die zweifache Dicke der Scheibe (10) oder größer als 3 mm hat, und/oder – die Bilderfassungseinrichtung einen Schirm (14) umfasst, auf welchen das rückgestreute Licht (22) gerichtet wird zum Darstellen der Interferenzbilder, und/oder – die Bilderfassungseinrichtung mindestens einen Bildsensor (16) umfasst, zum Erfassen des auf dem Bildsensor (16) von der Scheibe (10) rückgestreuten Lichts (22) oder gegebenenfalls der auf dem Schirm (14) dargestellten Interferenzbilder, und/oder – die Vorrichtung (11) eine mit der Bilderfassungseinrichtung (14, 16) und/oder der Beleuchtungseinrichtung (12) gekoppelte Recheneinheit (18) umfasst, und/oder – die Vorrichtung (11) eine Transportvorrichtung (24) umfasst, welche die Scheibe (10) gegenüber der Beleuchtungseinrichtung (12) und/oder Bilderfassungseinrichtung (14, 16) bewegt.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass der Bildsensor (16) ausgebildet ist – als eine Matrixkamera, und/oder – als eine oder mehrere Zeilenkameras und/oder – als eine Zeilenkamera mit Time Delayed Integration (TDI) Sensor, die als Matrixkamera betrieben wird, zum Erfassen des rückgestreuten Lichts (22) unter mindestens zwei Erfassungswinkeln.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Transportvorrichtung (24) eine Walze (25) umfasst, über welche die Scheibe (10) geführt wird.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Mustererkennungssystem zum Auswerten der Unterschiede zwischen den Interferenzbildern.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Beleuchtungseinrichtung (12) – eine durchstimmbare Lichtquelle (12) zum zeitlich sequentiellen Erzeugen des einfallenden Lichts (20) mit einer Vielzahl unterschiedlicher Wellenlängen, und/oder – eine Lichtquelle (12) mit einer definierten spektralen Breite und einen durchstimmbaren Filter zum zeitlich sequentiellen Erzeugen des einfallenden Lichts (20) mit einer Vielzahl unterschiedlicher Wellenlängen, und/oder – eine Vielzahl von räumlich separat angeordneten Lichtquellen (12) zum gleichzeitigen oder etwa gleichzeitigen Erzeugen des einfallenden Lichts (20) mit einer Vielzahl unterschiedlicher Wellenlängen, und/oder – mindestens 2, oder 5, oder 10, oder 50 Lichtquellen (12) umfasst.
Verwendung einer Vorrichtung (11) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche zum Aussortieren von Dünnglas, oder Glas mit einer Dicke kleiner als 200 μm, das Fehlstellen aufweist.
Verfahren zum Erkennen von Fehlstellen innerhalb des Volumens einer transparenten Scheibe (10), vorzugsweise einer Glas-Scheibe, mittels – einer Beleuchtungseinrichtung (12), mit welcher einfallendes Licht (20) erzeugt und auf zumindest einen Teil einer Oberfläche der Scheibe (10) gerichtet wird, und – einer Bilderfassungseinrichtung (14, 16) zur Erfassen eines von der Scheibe (10) rückgestreuten Lichts (22), mit folgenden Schritten: a) Ausleuchten der Scheibe (10) durch die Beleuchtungseinrichtung (12), wodurch das von der Scheibe (10) rückgestreute Licht (22) auf die Bilderfassungseinrichtung (14, 16) gerichtet wird; b) Erfassen des rückgestreuten Lichts (22) durch die Bilderfassungseinrichtung (14, 16); c) Erzeugen von mindestens zwei Interferenzbildern unter unterschiedlichen Aufnahmebedingungen durch die Bilderfassungseinrichtung (14, 16); und d) Erkennen der Fehlstellen mittels Auswerten der mindestens zwei Interferenzbilder.
Verfahren gemäß dem vorstehenden Anspruch, gekennzeichnet dadurch, dass – die Fehlstellen erkannt werden indem die Interferenzbilder jeweils miteinander verglichen werden, und/oder – die Unterschiede zwischen den Interferenzbildern ermittelt werden zum Erkennen der Fehlstellen, und/oder – die Interferenzbilder zeitsequentiell oder gegebenenfalls zeitgleich erzeugt werden.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden zwei Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Interferenzbilder miteinander verglichen werden indem aus einem Interferenzmuster eines Interferenzbildes ein Erwartungswert gebildet wird, der mit Interferenzmustern anderer Interferenzbilder jeweils verglichen wird, wobei ein Vergleich von Interferenzbildern vorzugsweise eine Differenzbildung, eine Korrelation, oder eine Überprüfung einer Ähnlichkeit oder eines Unterschieds zwischen dem Erwartungswert und den jeweiligen Interferenzmustern der übrigen Interferenzbilder umfasst.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden drei Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die unterschiedlichen Aufnahmebedingungen mittels Ausführen von mindestens einem der folgenden Schritte geschaffen werden: – Erzeugen des einfallenden Lichts (20) mit mindestens zwei unterschiedlichen Wellenlängen und/oder Wellenformen durch die Beleuchtungseinrichtung (12); – Erzeugen des einfallenden Lichts (20), das unter mindestens zwei Beleuchtungswinkeln auf die Scheibe (10) gerichtet wird, durch die Beleuchtungseinrichtung (12); – Erfassen des rückgestreuten Lichts (22) unter verschiedenen Beleuchtungswinkeln durch die Bilderfassungseinrichtung (14, 16); – Erzeugen des einfallenden Lichts (20) mit mindestens zwei unterschiedlichen Phasen durch die Beleuchtungseinrichtung (12).
Verfahren gemäß einem der vorstehenden vier Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass mindestens einer der folgenden Schritte ausgeführt wird: – Erzeugen von Interferenzbildern, die von Fehlstellen ungestörte Bildbereiche aufweisen, in welchen, durch eine entsprechende Festlegung der Wellenlängen des einfallenden Lichts (20), destruktive Interferenzen auftreten; – Erzeugen eines Überlagerungsbildes mittels einer gewichteten Überlagerung von Interferenzbildern, wobei die zum Erzeugen der Interferenzbilder verwendeten Wellenlängen und Gewichtsfaktoren so festgelegt werden, dass in einem von der Fehlstelle ungestörten Bildbereich des Überlagerungsbildes destruktive Wellenüberlagerungen auftreten; – Auswerten oder Prüfen eines Interferenzbildes und/oder des Überlagerungsbildes mittels eines Mustererkennungssystems zum Erkennen von Fehlstellen.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden fünf Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass – die Scheibe (10) gegenüber der Beleuchtungseinrichtung (12) und/oder Bilderfassungseinrichtung (14, 16) bewegt wird, und/oder – die Scheibe (10) bewegt wird indem sie über eine Walze (25) geführt wird, so dass vorzugsweise mittels Biegen der Scheibe (10) eine äußere Spannung der Scheibe (10) aufgeprägt wird, welche innere Spannungen kompensiert.
Computerprogramm, welches, wenn es in einen Computer geladen wird oder auf einem Computer läuft, das Verfahren nach einem der vorhergehenden sechs Ansprüche durchführen kann.
Programmspeichermedium oder Computerprogrammprodukt mit dem Programm nach dem vorhergehenden Anspruch.