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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Technik zur Analyse der Härtungs- bzw. Vorspannungsspuren bzw. -zeichen von Verglasungen.
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Verglasungen, insbesondere diejenigen von Fahrzeugen, werden häufig einem Vorspannen unterzogen, das einerseits dazu bestimmt ist, sie widerstandsfähiger zu machen und anderseits dafür zu sorgen, dass, wenn sie durch einen Stoß brechen, die Bruchstücke Abmessungen und Formen aufweisen, die derart sind, dass von ihnen keine Gefahr tiefer Verletzungen ausgeht.
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Die Techniken, die typischerweise zum Vorspannen eingesetzt werden, umfassen die abrupte Abkühlung der Verglasung, die zuvor auf mehrere hundert Grad erhitzt wurde. Die herkömmlichste Technik zum Erhalten der gewünschten Abkühlung besteht darin, die Verglasung einem dynamischen Kontakt mit einem Kühlmittel auszusetzen. Die erzwungene Konvektion hat eine beschleunigte oberflächliche Abkühlung zur Folge, während die Temperatur im Kern des Glases immer noch sehr hoch ist.
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Zur Einfachheit der Ausführung wird die Fläche der Scheibe üblicherweise starken Gasströmen mit Umgebungstemperatur ausgesetzt. Daraus ergibt sich an der Oberfläche eine Behandlung, die nicht gleichmäßig ist. In der Folge der Beschreibung wird der Einfachheit halber auf diese Art des Vorspannens Bezug genommen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Typ beschränkt. Die erfindungsgemäße Technik kann auf jede Verglasung angewandt werden, die Vorspannungsspuren umfasst, die sich aus einer lokal nicht gleichförmigen Behandlung ergeben.
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Zum Erhalten einer Vorspannung, die über die gesamte Fläche der Verglasung so gleichmäßig wie möglich ist, werden im Fall des Vorspannens durch Gasströme diese in regelmäßigen Abständen voneinander verteilt, die jedoch ausreichend nahe beieinander liegen, damit die Spannungen des Vorspannens gut verteilt sind. Zur weiteren Verbesserung der Gleichförmigkeit der Behandlung wird die Glasscheibe häufig derart in eine relative Bewegung in Bezug zu den Gasströmen versetzt, dass der Bereich, auf dem jeder Strom auftrifft, größer ist. Dabei kann es sich um ein Vorbeilaufen der Scheibe unter der Baugruppe, die die Gasströme bildet, oder auch darum handeln, dass die Scheibe unter einer bewegungslosen Blasvorrichtung in eine Bewegung des schwingenden Typs versetzt wird.
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Die Anwendung von Strömen führt, auch wenn diese nahe beieinander liegen, vor allem, wenn die Stellung der Scheibe während des gesamten Arbeitsvorgangs statisch ist, zu einem Auftreffen auf der Glasscheibe, das an manchen Stellen stärker ist. Die Behandlung, die, auch wenn sie den angestrebten mechanischen Anforderungen genügt, nicht vollständig gleichförmig sein kann, wird häufig von Spuren begleitet, die vor allem bei bestimmten Einfallswinkeln der Beleuchtung und/oder aus bestimmten Blickwinkeln sichtbar sind.
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Obgleich das Vorhandensein dieser Vorspannungsspuren die mechanischen Qualitäten nicht beeinträchtigt, werden sie häufig als unästhetisch wahrgenommen. Aus diesem Grund kann es sein, dass ihre Minimierung angestrebt wird, was auch einer der Gründe für den Einsatz der Systeme ist, in denen die Scheiben unter den Vorspannungsströmen in eine relative Bewegung versetzt werden. Wie auch immer, ein bedeutender Teil der vorgespannten Verglasungen weist Spuren auf, für die eine Möglichkeit der Analyse gewünscht wird, um sie besser zu beherrschen, oder in bestimmten Fällen, Techniken einsetzen zu können, die es ermöglichen, sie zu minimieren. Die Erfindung zielt auf die Analyse dieser Spuren ab.
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Was die Wahrnehmung der Vorspannungsspuren durch die Betrachter betrifft, haben die Erfinder zunächst ermittelt, dass sie vom Vorhandensein der Spannungen abhängen, die sich in der Glasscheibe entwickeln. Es hat sich auch gezeigt, dass neben der Stärke der Spannungen andere Faktoren diese Wahrnehmung der Spuren beeinflussen können. Die verfolgte Vorgehensweise bestand daher in der Identifizierung dieser Faktoren, ihrer Messung und gegebenenfalls ihrer Gewichtung in den Kombinationen von Faktoren. Es ist aber auf jeden Fall notwendig, die Bestimmung der Spannungen vorzunehmen.
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Glas, das Spannungen aufweist, ist bekanntlich optisch anisotrop. Es entwickelt Doppelbrechungseigenschaften. Diese Eigenschaften werden verwendet, um die Härtungs- bzw. Vorspannungsspuren bzw. -zeichen zu analysieren.
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Erfindungsgemäß wird die Analyse der Härtungs- bzw. Vorspannungsspuren bzw. -zeichen bzw. -kennzeichen durch den Einsatz von spannungsoptischen Untersuchungstechniken ausgeführt.
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Die Analyse führt zu einem Bild der Stärke und der Verteilung der Spuren, die sich auf der Glasscheibe befinden. Das Bild der auf der Scheibe vorhandenen Spuren wird dann gemäß vorhergehend aufgestellten Kriterien analysiert, um der Wahrnehmung des Aussehens dieser Spuren durch einen Beobachter zu entsprechen.
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Da die Kriterien von ihrer Wahrnehmung durch die Beobachter abhängen, wird eine statistische Bewertung bei einer Gruppe von Personen vorgenommen, denen eine Reihe von Mustern vorgelegt wird, die für Gläser charakteristisch sind, die mehr oder weniger sichtbare Härtungs- bzw. Vorspannungsspuren bzw. zeichen umfassen, und eine Quantifizierung durch die betreffenden Personen vorgenommen.
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Erfindungsgemäß werden diese subjektiven Bewertungen anschließend mit den auf diesen selben Glasmustern vorgenommenen Messungen in Beziehung gebracht. Aus diesem Arbeitsvorgang geht eine Datenmenge hervor, die eine Bezugsgrundlage für die spätere Bewertung der Verglasungen bildet.
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Um die Analyse für die Technik der Bewertung der Vorspannungsspuren so reproduzierbar wie möglich zu machen, wird die Bezugsgrundlage in einer Datenverarbeitungsgruppe gespeichert. Die Messungen, die auf den Mustern vorgenommen werden, die später analysiert werden, sind ihrerseits Gegenstand einer analogen Verarbeitung, wobei die Gegenüberstellung dieser Messungen mit der Bezugsgrundlage zum Ergebnis der angestrebten Analyse führt.
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Wie vorhergehend angegeben, kommen bei der Wahrnehmung der Spuren verschiedene Faktoren oder Kriterien zum Einsatz, die wesentlicher Bestandteil der Bezugsgrundlage sind. Diese Faktoren sind abhängig von den Spannungen für einen gegebenen Glastyp. Hinzu kommen Faktoren, die von den Gläsern selbst abhängig sind, und insbesondere diejenigen, die die Farbe des Glases betreffen, da die Wahrnehmung der Spuren teilweise durch die Farbe des Glases beeinflusst wird. So können die Vorspannungsspuren zum Beispiel auf sehr farbigen Gläsern weniger wahrnehmbar sein. Aber auch andere Faktoren, wie insbesondere die mehr oder weniger reflektierenden Eigenschaften der Verglasung, haben einen bedeutenden Einfluss.
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Erfindungsgemäß werden unter den möglichen Kriterien diejenigen bevorzugt, die auf Folgendem gründen:
- – der Stärke bzw. Intensität der Spur
- – der Dichte der Spuren auf der Fläche der Verglasung
- – der Abmessung der Spuren
- – der Regelmäßigkeit der auf der Verglasung vorhandenen Spuren.
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Diese Kriterien sind nicht die einzigen, die berücksichtigt werden können. Unter diesen Kriterien kommt der Stärke und der Dichte der Spuren eine besondere Bedeutung zu. Die Stärke zeugt davon, dass die Spuren sich mehr oder weniger in Bezug zum Rest der Verglasung abheben. Der Kontrast ist auch eine Funktion des Gradienten, der am Übergang zwischen den Bereichen mit starken Spuren und den Bereichen der Verglasung ohne Spuren vorhanden ist. Eine große Anzahl von Spuren pro Flächeneinheit, also die Dichte, ist auch ein Faktor, der für den Beobachter sehr wahrnehmbar erscheint.
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Die Abmessungen der Spuren und ihre Regelmäßigkeit können auch auf bedeutende Weise einen spürbaren Einfluss auf die Wahrnehmung der Spuren haben.
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Um die erfindungsgemäße Analyse vorzunehmen, durchqueren die Verglasungen eine bekannte Baugruppe zur Messung des Vorhandenseins von Doppelbrechung, die aus dem Beanspruchen bzw. Vorspannen der Glasscheiben resultiert. Die Grundlage dieser Baugruppe wird durch eine Vorrichtung zur Messung durch spannungsoptische Untersuchung gebildet. Diese letztere umfasst eine Lichtquelle. Das Lichtbündel wird polarisiert und auf die Glasscheibe gerichtet. Danach durchquert es einen Analysator. Die Lichtstärke am Ausgang dieser optischen Baugruppe ist eine Funktion der Stärke der Doppelbrechung der durchquerten Scheibe. Das Bündel wird auf einer Photodetektorvorrichtung empfangen.
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Die Änderung der Stärke bzw. Intensität des Bündels bzw. Strahls, die in der angegebenen Anordnung beobachtet wird, bringt einen Faktor hervor, der die Ausrichtung der Verglasung in Bezug zur Messvorrichtung ist. Um sicherzustellen, dass die Ausrichtung der Verglasung keine Rolle spielt, umfasst die Vorrichtung die Zwischenstellung von Viertelwellenlängenplättchen auf beiden Seiten der Verglasung. Diese Plättchen sind derart ausgerichtet, dass sie das linear polarisierte Bündel in ein elliptisches Bündel umwandeln. Die betreffenden Plättchen werden vorteilhaft für die mittlere Wellenlänge des sichtbaren Spektrums gewählt. Diese Wellenlänge beträgt ungefähr 550 nm.
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Der Einfachheit halber besteht der Photodetektor auf vorteilhafte Weise aus einer Matrixkamera.
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Zum Bilden des gesamten Bildes der Verglasung wird vorzugsweise eine Abtastung ihrer Fläche vorgenommen. Die Verglasung wird in eine relative Bewegung in Bezug zur Analysebaugruppe versetzt. Das Lichtbündel bzw. -strahl wird gemäß einer Linie verteilt, die sich quer zur relativen Bewegung der Glasscheibe erstreckt. Der Strahl wird auf einem Detektor empfangen, der sich linear gemäß einer Richtung erstreckt, die parallel zu derjenigen des anfänglichen Lichtbündels bzw. -strahls ist. Die Bildpunkte bzw. Pixel der lichtempfindlichen Bauelemente der Kamera sind somit gemäß dieser Richtung ausgerichtet.
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Die durch die Kamera gesendeten Signale werden anschließend in einer Verarbeitungsbaugruppe übernommen, die diese Signale in Größen umwandelt, die als die vorhergehend aufgestellten Parameter definiert sind.
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Die Erfindung wird in der Folge unter Bezugnahme auf die Abbildungen ausführlich beschrieben; es zeigen:
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1 eine Fotografie einer Verglasung, die Vorspannungsspuren aufweist;
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2 eine schematische Veranschaulichung einer Baugruppe, die zur erfindungsgemäßen Analyse verwendet wird;
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3 eine Veranschaulichung des Bildes des Lichtbündels, das von der Kamera empfangen wird, nach seiner Verarbeitung;
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4 eine Darstellung der Lichtstärken, die dem Beispiel von 3 entsprechen, anhand von Niveaulinien;
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5 eine Veranschaulichung des Profils der Stärken von 4, wie es auf der Linie A-A auftritt.
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Die Verglasung von 1 zeigt auf typische Weise den Typ der (hier relativ unauffälligen) Härtungs- bzw. Vorspannungsspuren bzw. -zeichen, der auf einer Verglasung auftritt, die Härtungs- bzw. Vorspannungsströmen ausgesetzt wurde. Im dargestellten Beispiel sind die Spuren in der Form von Punkten regelmäßig auf der gesamten Fläche verteilt. Obgleich die Spuren im Beispiel erkennbar sind, ist ihr Vorhandensein in anderen Fällen sehr viel wahrnehmbarer und kann als ästhetisch unannehmbar betrachtet werden.
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2 ist eine schematische Darstellung des Grundsatzes der Messung durch die spannungsoptische Untersuchung, die zur Analyse der Vorspannungsspuren verwendet wird.
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Die Glasscheibe 1 wird in der dargestellten optischen Vorrichtung der Lichtstrahlung einer Quelle 2 ausgesetzt. Zum Bewahren der Bedingungen, die denjenigen am nächsten sind, die den gewöhnlichen Bedingungen entsprechen, unter denen diese Spuren wahrgenommen werden, gibt die Quelle ein Lichtspektrum wieder, das dem Sonnenspektrum benachbart ist. Eine weiße Beleuchtung des „Neon” genannten Entladungstyps entspricht dieser Verwendung.
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Die durch die Quelle 2 emittierte Strahlung durchquert einen Linearpolarisator 3.
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Um nicht von der Ausrichtung der Verglasung gegenüber dem optischen System abhängig zu sein, ist der Polarisator 3 mit einem Viertelwellenlängenplättchen 4 verbunden. Dieses Plättchen wandelt die lineare Welle in eine elliptische Welle um.
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Das Bündel durchquert danach die Glasscheibe 1 mit einem Einfall, der in der Nähe der Normalen liegt.
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Die am häufigsten verwendeten Verglasungen weisen, auch wenn sie gewölbt sind, allgemein eine begrenzte Krümmung auf. Die Verglasung ist derart angeordnet, dass der Einfall normal in Bezug zum mittleren Abschnitt der Verglasung ist. Unter diesen Bedingungen bleiben die Einfallsunterschiede, wenn die Verglasung in einer Ebene bewegt wird, die senkrecht zum Bündel ist, bescheiden. Wenn die Krümmungen akzentuierter sind und wenn die entsprechenden Abschnitte dennoch analysiert werden müssen, wird die Ausrichtung auf vorteilhafte Weise derart beibehalten, dass das Bündel immer noch praktisch normal dazu ist.
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Das Vorhandensein von Spannungen des Vorspannens in dem Glas führt zu einem Doppelbrechungsphänomen, das das Bündel ändert.
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Das Bündel, das aus der Glasscheibe austritt, durchquert dann ein zweites Viertelwellenlängenplättchen 5, das die elliptische Schwingung in lineare Schwingung umwandelt.
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Der Analysator 6 schließt die Zerlegung der Schwingung ab und ermöglicht eine quantitative Messung des Einflusses der Vorspannungsspuren durch Veränderungen der Lichtstärke.
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Die Kamera 7 wandelt die Lichtstärke für eine Verarbeitung in der Verarbeitungseinheit 8 um.
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In der Praxis wandeln die Veränderungen der Stärke des durch die Kamera empfangenen Bündels die Doppelbrechung der Verglasung in ihrer gesamten Dicke auf synthetische Weise um. Die bedeutendsten Elemente sind der Unterschied, der zwischen der Fläche des Glases und dem Kern der Scheibe vorhanden ist. Die Dicke des Glases, deren Veränderungen in der Praxis beschränkt sind, erfordert keine Korrektur in Bezug auf die Daten der Referenzbasis bzw. Bezugsgrundlage. Dies ist insbesondere bei Glasscheiben der Fall, deren Dicken zwischen 1,6 und 3,5 mm liegen.
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Auf die gewöhnlichste Art sind die analysierten Verglasungen Klarglasverglasungen. Dennoch kommt es im Automobilbereich, insbesondere für die hintere Seitenverglasung oder die Heckscheiben, häufig vor, dass Gläser mit geringer Lichtdurchlässigkeit und starker Färbung gewählt werden. Insoweit, als die Vorspannungsspuren oder zumindest ihre Wahrnehmung im Wesentlichen von der Beschaffenheit des entsprechenden Glases abhängen, ist es notwendig, diesen Faktor in der Referenzbasis bzw. Bezugsgrundlage und somit der analytischen Verarbeitung, die diese Basis bzw. Grundlage verwendet, zu berücksichtigen.
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In der Praxis wird die Analyse der gesamten Glasscheibe auf vorteilhafte Weise durch die Durchführung einer Abtastung der Scheibe mit einem Bündel durchgeführt, das eine lineare Form annimmt. Desgleichen erfolgt der Empfang des analysierten Bündels auf einer Kamera, deren Empfänger aus einer Reihe von ausgerichteten Bildpunkten bzw. Pixeln besteht. Zur Abdeckung der gesamten Scheibe wird eine Bewegung der Scheibe in Bezug zum optischen System eingerichtet. Zu diesem Zweck wird die Verglasung auf vorteilhafte Weise auf einem beweglichen Wagen angeordnet, der in eine gleichförmige Bewegung versetzt wird.
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Beispiel.
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Ein Muster von unter verschiedenen Bedingungen vorgespannten Verglasungen, das verschiedene Produkte (Seitenverglasungen, Heckscheiben ...) umfasst, wird der Analyse unter den nachfolgend angegebenen Bedingungen unterzogen, um die Referenzbasis bzw. Bezugsgrundlage für die späteren Messungen zu bilden.
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Zum Vermeiden von störenden Lichtströmen, wird die Messbaugruppe in einem dunklen Raum untergebracht.
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Die verwendete Einrichtung umfasst eine Quelle, die zum Beispiel aus einer Neonröhre gebildet ist, die einen weißen Lichtstrom mit einem Spektrum liefert, das ungefähr dem Sonnenspektrum entspricht. Die Quelle umfasst einen Streukörper, der dazu bestimmt ist, die Beleuchtung gleichmäßiger zu machen.
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Das Lichtbündel ist in einer Vertikalebene quer zu den Mitteln angeordnet, die die Beweglichkeit der mittels dieses Bündels analysierten Verglasung gewährleisten.
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Anschließend durchquert das Bündel einen linearen Polarisationsfilter (Edmund Optics, NT 71–939), einen Viertelwellenverzögerer mit 140 ± 10 nm (Viertelwelle in Bezug zum auf 550 nm geschätzten Median des sichtbaren Lichts). Das Bündel durchquert dann mit einem praktisch normalen Eintritt die analysierte Glasscheibe und einen zweiten Viertelwellenverzögerer, der identisch mit dem vorhergehenden aber diesem entgegengesetzt ist. Ein zweiter Polarisationsfilter ist derart angeordnet, dass die zwei Polarisatoren orthogonale Richtungen aufweisen.
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Das Lichtbündel wird von einer Digitalkamera empfangen, die eine Reihe von 2048 Bildpunkten bzw. Pixeln umfasst, die in der Ebene des anfänglichen Lichtbündels angeordnet sind.
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Die konstante Durchlaufgeschwindigkeit der Verglasung gewährleistet eine vollständige Analyse der Fläche.
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Die Messungen der Lichtstärke sind Gegenstand der späteren Verarbeitung, die für jeden Bildpunkt die empfangene Stärke, für mehrere aufeinanderfolgende Bildpunkte den Gradienten der Stärke, den Umfang der Stärkebereiche, die Verteilung dieser Bereiche auf der Fläche der Verglasung ... feststellt.
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Die 3 bis 5 veranschaulichen erfindungsgemäß ausgeführte Analysebetriebsarten.
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3 stellt das Bild einer Verglasung dar, die sehr ausgeprägte und relativ unregelmäßige Vorspannungsspuren umfasst, wie sie nach der Polarisation und dem Durchqueren der Verzögerungssysteme erscheinen können. Das Bild ist das des Bündels, so wie es die Kamera erreicht, die für die Quantifizierung der optischen Signale und ihre Digitalisierung für die spätere Analyse verantwortlich ist.
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In der gebildeten optischen Baugruppe ist das von der Kamera empfangene Bündel umso stärker, je höher die Doppelbrechung am entsprechenden Punkt ist. 4 ist eine Darstellung der Höhe der Doppelbrechung von 3 für bestimmte Schwellenwerte, aus der die Stärke und der Ort der Vorspannungsspuren hervorgeht.
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5 gibt die Messung der Stärke der Spuren derselben Verglasung, so wie sie gemäß der Linie A-A von 4 erscheinen, in einem willkürlichen Maßstab an.
