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Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln von Fehlern in Tafelglas Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ermitteln von flächig ausgedehnten
Fehlern in Tafelglas, insbesondere in einer laufenden Tafelglasbahn nach dem Schleif-
und Poliervorgang, bei dem die durch Fehler hervorgerufenen Intensitätsänderungen
eines den Prüfkörper durchstrahlenden Lichtbündels mit Hilfe eines fotoelektrischen
Wandlers in elektrische Signale umgesetzt werden, deren Übersteigen über einen vorbestimmten
Betrag einen Anzeige-und/oder Sortiervorgang auslöst.
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Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Durchführen dieses
Verfahrens mit einer Filhrungsbahn für den Prüfling, einer Lichtquelle zum Erzeugen
eines den Prüfling durchsetzenden Lichtbündels, einem fotoelektrischen Wandler zum
Umsetzen der Lichtintensitätsänderungen in elektrische Signale und mit einem elektronischen
Auswerteteil für diese Signale, der so beschaffen ist, daß nur Intensitätsänderungen
angezeigt werden, die über einem vorbestimmbaren Pegel liegen.
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Obwohl versucht wird, polierte Spiegelglasscheiben, die vollständig
parallel zueinander verlaufende ebene Oberflächen haben, ohne Fehler herzustellen,
ist das heutzutage hergestellte Flach- oder Spiegelglas von diesem ldealglas noch
entfernt. Indessen können, da für verschiedene Zwecke verschiedene Gütegrade des
Glases erforderlich sind gewisse Fehler zugelassen werden, falls diese nicht zu
erheblich sind Beispielsweise hat Spiegeiglas höchster Qualität optische Erfordernisse,
die weit über die Bedingungen hinausgehen, die an handelsübliches Scheiben- oder
Flachglas gestellt werden, so daß, während bestimmte, nicht schwerwiegende Fehler
bei Flachglas für Spiegel hoher Qualität zugelassen werden können, andere Fehler,
welche die Zurückweisung eines versilberten Spiegels zur Folge haben, für handelsübliches
Flach- oder Spiegelglas annehmbar sind.
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Die zu ermittelnden Fehler sind nicht örtlich begrenzt, sondern über
verhältnismäßig weite Bereiche der Glasoberfläche verteilt und können als flächig
ausgedehnte Fehler bezeichnet werden. Diese wahrnehmbaren Fehler sind Abkratzung,
Abschälung oder Abblätterung und unzureichende Oberflächenbearbeitung oder -güte.
Der als Abkratzung bezeichnete Fehler, der im allgemeinen durch unsachgemäßes Polieren
bedingt ist, ist durch eine Anzahl paralleler, bogenförmiger, flacher Riefen von
sich allmählich ändernder Tiefe gekennzeichnet und besitzt einen verhältnismäßig
regelmäßiges Muster einer modifizierten, sinusförmigen, in der Höhe durch einen
Querschnitt des Glases verlaufenden Gestalt.
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Die Breite solcher Riefen ändert sich am allgemeinen zwischen etwa
200 und etwa 800 Mikron, während die größte Tiefe sich zwischen ungefähr 0,1 und
etwa 0,2 Mikron ändert.
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Die Abschälung oder Abblätterung ist durch unregelmäßige Anderungen
auf den Oberflächen des Tafelglases oder durch unebene elementare Bereiche gekennzeichnet,
die nicht in der gleichen Ebene wie die Hauptoberfläche des Glases liegen und die
Form von unregelmäßig verteilten, untiefen Narben oder Grübchen mit abgerundeten
Kanten und abgerundeten Bodenflächen annehmen. Diese elementaren Bereiche bilden
in optischer Hinsicht sehr kleine Linsen und haben eine Brennweitenverteilung zur
Folge, die kleiner als unendlich ist. Die Breite solcher kleinen Vertiefungen schwankt
von etwa 200 bis etwa 800 Mikron, während die Tiefe sich zwischen etwa 0,1 und ungefähr
2 Mikron ändert.
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Unzureichende Oberflächengüte, die durch unvollständiges Polieren
entsteht, hat Glas mit elementaren Bereichen, die nicht vollständig auf die Ebene
der Gesamtfläche des Glases poliert worden sind. Die Oberfläche ist dann waben artig
mit scharfen, unregelmäßige Oberflächen aufweisenden Vertiefungen bedeckt, die über
die gesamte Oberfläche verstreut sind.
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Die Tiefe der durch unzureichende Oberflächenbearbeitung
hervorgerufenen
Narben oder Einsenkungen variiert im allgemeinen zwischen etwa 0,5 und etwa 10 Mikron,
und die Breite schwankt zwischen etwa 2 und ungefähr 40 Mikron.
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Gewöhnlich wird Flach- oder Spiegelglas nach dem Schleifen und Polieren
von Hand und optisch kontrolliert, wobei die Kontrolleure die Fehlerstellen mit
Kreide oder Zeichenkohle markieren. Dieses Verfahren ist zeitraubend und erfordert
eine große Anzahl von besonders ausgebildeten Prüfern und führt infolge der Auffassungsunterschiede
zwischen den Prüfern zu einem Mangel an Gleichmäßigkeit bei der Einstufungsbeurteilung
des Glases.
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Es sind auch bereits Verfahren und Vorrichtungen zum Nachweis von
flächig ausgedehnten Fehlern in Flach- und Tafelglas bekannt, wobei die Prüfung
durch Erzeugung eines Schattenbildes mit Hilfe eines den Prüfkörper durchsetzenden
divergenten Strahlenbündels erfolgt. Die Abtastung des den Prüfkörper durchsetzenden
Strahlenbündels kann mittels einer rotierenden Lochscheibe erfolgen (französische
Patentschrift 974768). Um nur solche Fehler anzuzeigen, die das den Prüfkörper durchsetzende
Strahlenbündel eine vorbestimmbare Zeitdauer beeinflussen, ist es bekannt, Intensitätsänderungen
des Strahlenbündels mit einem fotoelektrischen Wandler in elektrische Signale umzusetzen,
die einem dem Wandler nachgeschalteten Diskriminator zugeführt werden (vgl. USA.-Patentschrift
2735017).
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Die fotoelektrische Abtastung des Prüfkörpers kann zickzackförmig
erfolgen, wie durch die USA.-Patentschrift 1 874217 bekannt.
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Die Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und
einer Vorrichtung zum automatischen Kontrollieren des Glases auf flächenhafte Fehler,
wobei durch Kombination der geschilderten und an sich bekannten Merkmale eine zeitsparende,
zuverlässige und ohne geschultes Personal durchzuführende Kontrollmöglichkeit angestrebt
wird.
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Dies wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch folgende Verfahrensschritte
erreicht, für deren Kombination Patentschutz begehrt wird: a) Erzeugen eines Schattenbildes
vom Prüfling mit Hilfe eines divergenten, den Prüfling durchsetzenden Lichtbündels,
b) periodisches Abtasten des Schattenbildes auf einer Kreisbahn, c) zickzackförmiges
Abtasten des Prüflings längs einer Erstreckungsrichtung desselben mit einer Frequenz,
die wesentlich unter der der kreisförmigen Abtastung des Schattenbildes nach dem
Verfahrensschritt b) liegt, d) Erfassen nur solcher Intensitätsänderungen, die eine
vorbestimmte Zeitdauer überschreiten.
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Die zum Durchführen des angegebenen Verfahrens unter Schutz zu stellende
Kombination an sich bekannter Merkmale ist eine Vorrichtung, die gekennzeichnet
ist durch eine ein divergentes Strahlenbündel erzeugende Lichtquelle, durch die
Anordnung des fotoelektrischen Wandlers in Achsrichtung des Bündels, durch eine
in der Ebene des Schattenbildes angeordnete, rotierende Blendenscheibe mit einer
kleinen kreisförmigen Blendenöffnung, mit Mitteln zum Erzeugen einer hin- und hergehenden
Bewegung der Blendenscheibe parallel zu einer Erstreckungsrichtung des Prüflings
mit einer Frequenz, die wesentlich
7 unterhalb der Rotationsfrequenz der Blendenscheibe
liegt und durch eine Ausbildung des elektronischen Auswerteteiles derart, daß nur
solche Fehler erfaßt werden, die eine über eine vorbestimmbare Zeitdauer anhaltende
Lichtintensitätsänderung hervorrufen.
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Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt Fig. 1 einen schematischen Strahlenverlauf der Vorrichtung, die zum Bestimmen
von flächig ausgedehnten Fehlern verwendet wird, wobei einige der Bauteile und ihre
Beziehung zu der Bewegungsbahn des Glases veranschaulicht sind, Fig. 2 eine Ansicht
der rotierenden Blendenscheibe und Fig.3 eine Darstellung des Abtastschemas zum
Bestimmen von flächig ausgedehnten Fehlern.
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Aus Fig. 1, die den Strahlenverlauf veranschaulicht, erkennt man
von links nach rechts eine Lichtquelle 8 und ein Linsensystem L-1 zum Erzeugen eines
Bildes der Lichtquelle in der Ebene einer mit der Öffnung a-l versehenen Platte
oder Blende. Die Öffnung a-l. dient nun als eine Punktlichtquelle PL.
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Die Lichtquelle, das Linsensystem und die Blende sind auf einer Seite
einer Glasscheibe oder eines Glasbandes G angeordnet. Das Glas G bewegt sich vorzugsweise
in einer Bahn, die mit einem Pfeil bezeichnet ist. Eine rotierende Blendenscheibe
D ist aut der anderen Seite des Glases angeordnet und mit einer verhältnismäßig
kleinen Blendenöffnung a-2 versehen, die einen Durchmesser in der Größenordnung
von 0,254 mm haben kann und radial beispielsweise um 12,7 mm von der optischen Achse
und der Drehachse angeordnet ist, wobei diese Achsen zur Erzielung der besten Ergebnisse
zusammenfallen sollten, um durch das Glas verlaufendes Licht aufzufangen und eine
Schattendarstellung in der Ebene der Scheibe zu bilden. Ein Sammellinsensystem L-2,
das zur gelichzeitigen Drehung mit der Blendenscheibe D angebracht sein kann, ist
eng angrenzend an der Blendenscheibe D angeordnet, um die durch die rotierende Öffnung
verlaufenden Lichtstrahlen derart zu leiten, daß es die optische Achse der Vorrichtung
in einem bestimmten Abstand von der Linse und der Öffnung schneidet. Der fotoelektrische
Wandler T, vorzugsweise eine Sekundärelektronenvervielfacherröhre oder eine Fotozelle,
ist vorzugsweise an diesem Schnittpunkt angeordnet, um unbestimmte Schwankungen
der Empfindlichkeit der lichtempfindlichen Oberfläche zu vermeiden.
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Das Linsensystem L-1 ist vorzugsweise in Mehrelement-Konstruktion
ausgebildet, um die Lichtquelle S an der Blende (Fig. 1) abzubilden. Die Blende
mit der Mittelöffnung a-1 ist extrem dünn und ist zwischen einem Paar dickerer Tragplatten
angeordnet, in denen sich jeweils verhältnismäßig große Mittelöffnungen befinden.
Die Öffnung a-1, deren Durchmesser vorzugsweise in der Größenordnung von 0,762mm
liegt, wird die effektive Punktlichtquelle PL.
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Eine Anzahl von aus Lichtquelle 8, PL, Blendenscheibe D und fotoelektrischem
Wandler T bestehenden Einheiten sind auf einem brückenförmigen Bauteil angebracht.
Dieser ist so ausgebildet, daß er zu dem Glas quer verläuft und sich hin- und herbewegt.
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Die Hin- und Herbewegung dieses Bauteils und der darauf angeordneten
Einheiten verursacht bei der Bewegung des Glases ein Abtastschema der Art, die z.
B. in F i g. 3 dargestellt ist.
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Für den Idealfall ist eine konstante Geschwindigkeit des brückenförmigen
Bauteils und der daran angebrachten Einheiten erwünscllt. Jedoch fordern praktische
Erwägungen hinsichtlich der B eschleunigungs- und Verlangsamungszeiten sowie der
Bauelementekonstruktionen und Belastungskräfte, daß das hydraulische System zum
Hin- und Herbewegen des brückenförmigen Bauteils so ausgebildet und eingerichtet
wird, daß es im wesentlichen konstante Geschwindigkeit über den gesamten Abtastweg
ausschließlich der überdeckten Teile liefert, in denen Verlangsamung und Beschleunigung
des brückenförmigen Bauteils und der daran angebrachten Einheiten auftreten. Es
sei bemerkt, daß die miteinander verbundenen Wege von im wesentlichen konstanter
Geschwindigkeit für die Abtastung der gesamten Querabmessung des Glases sorgen.
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In Fig. 3 ist das Abtastschema mit Bezug auf das Glas G dargestellt.
Die kombinierte Bewegung des Glases und die Schwingungen quer zu dem Glas durch
jede Abtastvorrichtung liefern - wie gezeigt - eine im wesentlichen zickzackförmige
Bahn, und es ist infolge der Anbringung der Einheiten auf dem brückenförmigen Bauteil
eine Überdeckung benachbarter Abtastverläufe sowie eine Überlappung der Abtastbereiche
über die Glaskanten hinaus vorhanden. Diese sich überlappenden Abtastbereiche sind
Bahnen, in denen Beschleunigung und Verlangsamung des Bauteils auftritt, wie zuvor
erläutert wurde. Die Überlagerung der Rotation der Blendenscheibe D mit der zickzackförmigen
Abtastung führt zu einer gestreckten Zykloidenbahn, wie in der Zeichnung dargestellt.
Die Rotation der BlendenscheibeD gewährleistet die Aufnahme von Fehlern mit linearer
Natur, wie z. B. Abkratzung und unzureichende Oberflächenbearbeitung, die durch
eine lineare Abtastung nicht aufgenommen werden würden. Infolge der Natur der zu
bestimmenden Fehler, die in Bereichen von 30,5 cm oder mehr in einer Dimension auftreten,
erstreckt sich auf Grund von Wahrscheinlichkeitserwägungen der Abtasthüllbereich
von 15 bis 250/0 der Gesamtfläche des Glases.
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Es ist in höchstem Maße unwahrscheinlich, daß Fehlstellen enthaltende
Bereiche von dem Abtastschema nicht erfaßt werden könnten.
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Die Lichtstärkeänderungen, die von der rotierenden Blendenscheibe
aufgenommen werden, werden von dem foto elektrischen Wandler T aufgenommen, der
eine Wechselspannung von sich ändernder Amplitude und Frequenz entsprechend der
Stärke des Fehlers erzeugt, der sich auf den Oberflächen des kontrollierten Glases
befindet. Die von dem Wandler T erzeugten Signale, von denen ein Verlaufschema auf
dem Schirm eines Oszilloskops beobachtet werden kann, werden auf einen gewünschten
Pegel von einem vorzugsweise nahe an dem Wandler T angeordneten Vorverstärker verstärkt,
bevor sie äußeren Störungen, wie z. B. der Aufnahme von Streuspannung, unterworfen
werden. Vorzugsweise wird für den Vorverstärker ein Kathodenverstärker benutzt,
so daß die Signale über lange Leitungen übertragen werden können, ohne daß die Gefahr
besteht, HF-Spannung infolge der Leitungskapazität zu verlieren.
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Ein Diskriminator nimmt die gleichgerichteten Signale auf und liefert
an eine oder mehrere Vorrichtungen die Information, um das optimale Schneiden des
Glases in handelsübliche Plattengrößen zu bestimmen. Da drei Glasqualitäten vorhanden
sind,
d. h. Spiegelglas, normales oder Fensterglas und Ausschuß, muß der Diskriminator
eine Information liefern, die sich auf die Fehlerstärke bezieht.
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Zur Schaffung der gewünschten Information enthält der Diskriminator
Vergleichsschaltungen, welche die zugeführten gleichgerichteten und gesiebten Signale
mit voreingestellten Spannungen vergleichen.
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Flächige Fehler des beschriebenen Typs modulieren die Stärke des
Lichtes, das von Glasoberflächen geschnitten wird.
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Infolge der erwähnten Schattendarstellung, von der gewisse Bereiche
eine höhere Lichtstärke als der normale Hintergrund und gewisse Bereiche eine geringere
Lichtstärke als der normale Hintergrund haben, zeigen die Bereiche von gegenüber
dem normalen Wert unterschiedlicher Lichtstärke Fehler auf dem Glas an. Die Blendenscheibe
D mit der kleinen Öffnung a-2 fängt Zuwachsanteile des Lichtflusses, abhängig von
der Schattendarstellung, auf, d. h., die Scheibe unterbricht den Lichtstrahl, und
die Scheibenöffnung läßt nur einen kleinen Teil davon hindurch. Das unmittelbar
hinter der Scheibe angeordnete Linsensystem L-2 bewirkt, daß das gesamte von der
Öffnung a-2 übertragene Licht auf den fotoelektrischen Wandler T auftrifft. Dieser
setzt das Licht in ausnutzbare elektrische Energie um, die dem von der Öffnung übertragenen
Licht direkt proportional ist.
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Die elektrische Energie in Form von Signalen mit sich ändernden Amplituden
und Intensität, abhängig von der Fehlerstärke, werden verstärkt, gleichgerichtet
und gesiebt und dann dem Diskriminator zugeführt, der Signale liefert, die für die
Glasqualität kennzeichnend sind. Die letztgenannten Signale werden einer oder mehreren
Vorrichtungen zwecks endgültiger Verwendung bei der Bestimmung des optimalen Schneidvorganges
des Glases zugeführt. Eine solche Vorrichtung oder solche Vorrichtungen können ein
Aufzeichnungsmittel oder eine Speichervorrichtung enthalten, welche die Information
bei Anforderung an einen Rechner oder an eine Markierungsvorrichtung liefern, welche
Fehlstellen direkt auf dem Glas markiert. Die Signale, die den Grad und die örtliche
Lage der Fehler anzeigen, stehen durch elektrische, mechanische oder elektromechanische
Vorrichtungen mit den entsprechenden Bereichen des kontrollierten Glases in einer
solchen Weise in Wechselbeziehung, die auf im allgemeinen angenommene Schneidverfahren
Bezug nimmt, so daß das Endergebnis die Bestimmung der Stärke und örtliche Lage
der Fehlstellen in einer Matrix einer gewünschten, gewöhnlich vorbestimmten Größe
ist.
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Zur Kontrolle eines Glasbandes oder einer Glasplatte mit einer Breite
von 3,23 m, das bzw. die auf dem Förderband mit Geschwindigkeit von 9,15 oder 12,7
cm/sec., abhängig von der Glasdicke, d. h. 6,35 bzw: 3,175 mm, fortschreitet, werden
vier der erwähnten Einheiten verwendet. Jede Einheit hat einen Gesamtabtasterfassungsbereich
von 101,6 cm und einen üblichen Abtasterfassungsbereich von 81,3 cm, wobei der Unterschied
zwischen diesen Bereichen die erwähnte Überlappung der Abtastbereiche ist. So sind
die Einheiten auf dem brückenförmigen Bauteil an Punkten mit einem Abstand von 81,3
cm angeordnet, und der volle Hub des brückenförmigen Bauteils beträgt 101,6 cm mit
einem nutzbaren Hub von 81,3 cm. Die Geschwindigkeit beträgt im wesentlichen gleichmäßig
61 cm/sec. mit Ausnahme der
Teile, in denen Beschleunigung und Verlangsamung
auftreten. Jede Blendenscheibe jeder Einheit ist -wie zuvor erwähnt wurde - mit
einer Öffnung versehen, die einen Durchmesser von 0,254 mm und einen Abstand von
7,62 mm von der optischen Achse der Anordnung hat. Zur Schaffung des gewünschten
Abtasterfassungsbereiches in der erläuterten Weise rotiert jede Blendenscheibe mit
angenähert 1675 Ulmin.
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Die Abtastvorrichtung und die Lichtquelle können beide auch angrenzend
an eine Oberfläche des Glases angeordnet werden, so daß Licht nicht durch das Glas
verläuft, sondern von einer unteren Fläche durch das Glas hindureh reflektiert werden
würde, wobei ein reflektierender Überzug an der unteren Fläche des Glases erforderlich
ist.
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Die Erfindung ist unter besonderer Bezugnahme auf die Prüfung von
geschliffenem und poliertem Flach- oder Tafelglas zwecks Bestimmung der örtlichen
Lage und der Stärke der Fehler beschrieben worden. Die Erfindung kann jedoch zur
örtlichen Auffindung von Fehlern gleicher Art, d. h. Größe, Verteilung, optische
Eigenschaften usw., verwendet werden, welche die Qualität anderer Stoffe, z. B.
Scheiben- oder Fensterglas, Kunststoffe oder andere Materialien verschiedener Gestalt
und Ausführungsform, beeinträchtigen können.