DE1959815A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Nachweisen von Fehlstellen in Glasscheiben - Google Patents

Description

RECHTSANWÄLTE

DR. JUR. DIPL-CHEM. WALTER BEIL

ALFREDHOEP₁ ³SMEr

DR-JUR₁DIPL-CHeM-H-LWOLFF
DR, JUR. HANS CHR. BEIL

FRANKFURT AM MAIN-HOCHSt ADEIONSIRASSE»

Unsere Nr. 15846

PPG- Industries, Ina. Pittsburgh, Pa., V.St.A

Verfahren und Vorrichtung zum Nachweisen von Fehlste!]-en

in Glasscheiben.

Gemäß dem bisherigen Stand der Technik bestanden die Methoden zum Nachweis von Fehlstellen in Glasschei- ^Λ ben in der visuellen Prüfung durch einen erfahrenen Inspektor, der jeden sichtbaren Fehler mit Kreide mar kierte. Ein geschulter Glasschneider entschied dann über die beste Verwendung der betreffenden Glasscheibe. Später I wurden Lichtabtastvorrichtungen entwickelt, die in ihrer Wirksamkeit von der Unterbrechung des Lichtstrahls abhängig waren. _ "

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Verbesserung des LichtstrahlVerfahrens, bei dem die Oberflächen einer sich bewegenden Glasbahn mit hochgra dig kollimierten (collimated) oder genau gesteuerten parallelen Lichtstrahlen abgetastet werden. Die vorlie-

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gende Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Verwendung einer Quelle von kollimiertem Licht, ein ver- ■ bessertes Verfahren und eine'verbesserte Vorrichtung zum Abtasten relativ großer Bereiche des sich bewegenden Glasbandes verglichen mit Verfahren und Vorrich -' tungen gemäß dem bisherigen Stand der Technik.

Glasfehler sind gut charakterisiert und klassi-

j? fiziert. Sie sind jeaoch so vielfältig, daß es bisher

™ nicht durchführbar war, ein bewegtes Glasband abzutasten und zu versuchen, alle sichtbaren Fehler in dem Glas band festzustellen. Wach der vorliegenden Erfindung werden sowohl ein Verfahren als auoh eine Vorrichtung zum Abtasten eines sich bewegenüen Glasbandes in Zonen einer .Breite bis zu 40,64 cm bereitgestellt, wobei die win zigsten und unauffälligsten optischen Fehler in der sich bewegenden Glasscheibe festgestellt werden können.

Zum vollständigen Verständnis der vorliegenden Erfindung dient die Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungens

W Fig. 1 ist eine schernatische Draufsicht auf die

Vorrichtung.

Fig. .2 ist eine scnematische Seitenansicht der Vorrichtung.

Fig. 3 ist eine detaillierte Draufsicht auf die / Vorrichtung.

Fig. 4 ist ein detaillierter Schnitt durch die

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-•3- ■,-■ ';

Vorrichtung der Pig. 1.

Ein sich bewegendes Band aus Glas G- ist auf einem geeigneten, für die Lichtstrahlen durchlässigen Träger angeordnet. Eine Lichtquelle, die einen hochgradig
kolliniierten Lichtstrahl., z.B. einen Lientstrahl mit
parallelen Strahlen erzeugt, ist in der Nähe der Bahn des bewegten Glasbandes angeordnet. Ein geeigneter
lichtempfindlicher und auf Licht ansprechender Photouetektor ist auf der anderen Seite des bewegten Glas - j

bandes angeordnet. Der Lichtstranl wird bei dieser Aus- ™ führungsfonn durch ein mehfflächiges Prisma 12, das
zwischen der Lichtquelle und·dem sich bewegenden Glas band angeordnet ist, unter Abtasten über das sich.bewegende Glasband geführt. Strahlen aus parallelem Licht 13 werden von der Lichtquelle auf das Prisma gerichtet. Das rotierende Prisma reflektiert das Licht auf einen konkaven Spiegelabschnitt 14, der sich zwischen der
Lichtquelle und dem mehrflächigen (multifaced) Prisma befindet, ohne daß jedoch aer Strahlengang des Lichts von der Lichtquelle zuin Prisma unterbrochen wird .

Im Verfahren wird ein Lichtstrahl auf das Prisma ■ gerichtet. Durch einen Motor wird das Prisma um seine *

i4ittelachse gedreht, lter Lichtstrahl 13 wird von der
Fläche de.s Prismas auf aie Oberfläciae des konturierten (contoured) Spiegels 14 geworfen, //ährend das Prisma
rotiert, überstreicht der Lichtstraiil die Oberfläche .des mit Konturen versehenen Spiegels von einem Rand zum
anderen, wird Von aer Oberfläche o.es Spiegels reflektiert und geht auf gerauem Weg zum Photodetektor. Wie aus Yiy. 1 ersichtlich ist, hat das Überstreichen der

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Oberfläche-, des kontarierten Spiegels durch den Licht- . strahl zur Folge, daß der Lichtstrahl ein Segment des Glasband es-, das in der Zeichnung als Segment 15 be zeichnet ist, ■ abtastet. Lieses "Verfahren gestattet die Verwendung ein,er stationären Lichtquelle, und Anzeige^· vorrichtung unter Erzielung eines Lichtstrahles, der . einen relativ -weiten Bereich.des sich bewegenden Glasbandes abtastet, das durch den kollimierten Lichtstrahl ermöglicht wird. Die Anzeigevorrichtung wird als Eingabequelle (input source) für Auszähl- und Computer vorrichtungen verwendet, die in der Technik bekannt sind.

Das erfindungsgeiiiäße Verfahren wird wie folgt durchgeführt: Ein Wertcsiück. aus Glas, das auf Fehler geprüft werden soll, wird auf einer Bewegungsbahn entlang geführt. Das Kollimierte Licht wird gegen eine Hauptoberfläche des Glases gerichtet. Der Lichtstrahl überstreicht eine Zone des Glases, welche den Bereich des prüfenden dtr&irile:, bildet. Die Intensität des Lichtstrahl:-;-wird verändert, wenn dieser durch verschiedene Fenier ii.i Glas unterbrochen wird. Eine die Lichtintensitkt anzeitv-.-nue Vorrichtung- unterbricht den Licht strahl, nachdem er durch daa Glas hindurchgegangen ist. Die Veränaerun,= .der Lichtintensität wird dann auf eine Veränderung j er elektrischen Spannung, des elektrischen Stroms oder beides zur weiteren Steuerung anderer Vor-.richtungen übertragen. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß man einen Straül aus kollimiertem Licht auf ein Werkstück aus Glas richtet, einen Teil der Oberflä ehe des 7/erkstücrtes mit Kollimiertem

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Licht abtastet, die Intensität des kollimierten Lichtstrahles in Abhängigkeit von der Anwesenheit oder Abwesenheit von Glasfehlern" verändert und den'kollimierten Strahl mit unterschiedlicher Intensität an einem ■ Anzeigepunkt auffängt und den'sich verändernden Licht strahl in einen sich verändernden elektrischen Strom ■ oder eine variierende elektrische Spannung'umwandelt, um so· das gesamte Verfahren¹ w'eiter-zu steuern.

Die Breite eier- erfassten Zone wird durch die " ^ ■ .(J

Größe des Prismas gesteuert. Die Verwendung'eines ' ' sechzehnflächigen Prismas in Verbindung mit einem Spiegel einer Brennweite von etwa 3*048 m (10 feet) er -* gibt quer über das Glasband eine Abtast-Zone von etwa 4ü,64 cm. In der Praxis hat es sich gezeigt, daß neun derartige Abtasteinheiten ausreichen, um eine aus einem typischen Flotationstank oder einer Ziehmaschine ge zogene Glasscheibe vollständig abzutasten.

Die Vorrichtung wird in elendig. 3 und 4. ge zeigt. Fig. 3 stellt eine Draufsicht und Fig. 4 eine Seitenansicht der Vorrichtung dar. Die Vorrichtung besteht aus drei Hauptteilen, der Lichtquelle 10, eier f Photoanzeigevorrichtung 11 und einem dazwischen angeordneten Prismensystem 12. Ein Lichtstrahl 13 wird von der Quelle des kollimierten Lichts auf das Prisma 12 projiziert. Das Prisma hat bei dieser AusfUhrungsform sechzehn Flächen, wobei die Distanz quer über jede Fläche 10,16 cm + 0,794 mm beträgt. Das Prisma besteht aus optischem Kronglas. Die Winkelgenauigkeit der Flächen beträgt + 6 Bogenminuten. Die Überflächengenauigkeit

der Flächen entspricht einer halben Wellenlänge· von

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grünem Quecksilberlicht. Jede Fläche ist veraluminiert und anschließend mit einem Siliziummonoxyd überzogen •worden. Der Lichtstrahl wird dann von der Fläche des Prismas auf die Vorderfläche des konkaven sphärischen Spiegels 14 reflektiert. Der Durchmesser des Spiegels beträgt bei dieser Ausführungsi'orm 60,96 cm + 1,588 min. Sein Krümmungsradius beträgt 122,0 cm + 1 %. Der ' Spiegel wurde aus optischem Kronglas hergestellt und besitzt über jeden beliebigen Bereich mit einem Durchmesser von 10,16 cm eine Oberflächengenauigkeit von einer Wellenlänge des grünen Quecksilberlichts. Die Oberfläche wurde ebenfalls veraluminiert und mit Siliziummonoxyd überzogen. Die Lichtquelle 10 ist in irgend ■ einer geeigneten Stellung zu dem transportierten G-las · angeordnet, in dieser bevorzugten Ausführungsform be-' findet sich die Lichtquelle oberhalb der Transport- · vorrichtung, d.h. oberhalb der nicht getragenen Ober- ' fläche des G-lases. Die Anzeigevorrichtung ist unter halb des Giases oder unterhalb der getragenen Glas Oberfläche angeordnet. Das Prisma und der Spiegel sind' so angeordnet, daß der Lichtstrahl auf einer nicht unterbrochenen Bahn von der Lichtquelle zur Oberfläche * des Prismas gehen und dann, wie in Fig. 1 gezeigt, zum' Abtastspiegel zurückgeworfen werden kann. Die. Licht quelle und der Spiegel können auch auf der gleichen Seite wie der Photodetektor angeordnet sein, und der Lichtstrahl kann durch ein Prismensystem in einer ununter brochenen Linie von der Lichtquelle zum Prisma, von dort zum Spiegel gerichtet sein und dann von der Oberfläche des Spiegels durch das G-las zur Anzeigevorrichtung abgelenkt werden. Diese Anordnung ist in der Seiten. -

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ansicht in Fig» 2 dargestellt. . Das Prisma ist seitlich von der Linie der Bewegung des Lichts „vom- Spiegel zum Detektor versetzt. .

Die Hauptbestandteile der Vorrichtung, d.h. die Lichtquelle 10 und der Photoaetektor 11 nehmen, bezogen auf die Linie der Glasbewegung, eine stationäre Stellung ein. lias Prisma 12 bewirkt, indem es das Licht auf den konkaven Spiegel reflektiert, daß der Lichtstrahl die Oberfläche des Spiegels abtastet und j

der resultierende Weg der Bewegung des Lichts durch das Glas ergibt, wie in Fig. 1 gezeigt, eine sehr · wesentliche Äbtastzone. Das Prisma wird von einem

Synchronmotor (syncronous capacitor motor) mit 3600 U/I^viin. angetrieben. Eine sehr geeignete Quelle für kollimiertes Licht ist ein Laser, der auf das sechzehnflächige Prisma ausgerichtet ist, welches sich in der Objektebene des konvergierenden Spiegels befindet. Der Laserstrahl tastet die Oberfläche des konvergierenaen Spiegels ab und der Spiegel fokussiert den Strahl an einen einzigen Punkt auf der optischen Achse des Systems. Natürlich ist der Photodetektor oder der Photoverstärker an dem konvergierenden Punkt f

oder in der Bildebene des Spiegeis angeordnet. Dieser Photodetektor spricht auf Veränderungen in der Intensität des' beim Detektor empfangenen Lichtstrahles an. Wenn man die iilastransportvorrichtung im System relativ nahe am Abtastspiegel anordnet, kann man eine große Abtastzone erhalten. Auch axidere Anordnungen der Lichtquelle, des Abtastprismas, des konkaven Spiegels und der Glastransportvprrichtung sind vorgesehen;

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-ß -

Bei einer anderen Ausführungsfoim wird der Lichtstrahl durch eine Reihe von Prismen geführt, wobei eine effektive Brennweite von mehreren Metern (several feet) erhalten wird, während der tatsächliche Ab stand von der Linse bis zum Detektor· nur wenige Me ter (few feet) betragen kann. Die Anwendung dieser Ausführungsi'orm bietet, jedoch keine Vorteile, es sei denn,_n die Abstände zwischen der Vorrichtung und den sie umgebenden Objekten öind begrenzt.

Die Anzeigevorrichtung kann aus irgendeiner Anzahl lichtempfindlicher Vorrichtungen, z.B. einer lichtempfindlichen Photozelle, bestehen, die auf eine Veränderung der Intensität des Lichtstrahles anspricht. Der Detektor kann als Eingabevorrichtung für eine An zahl anschließender Operationen, so z.B. für die computergesteuerte Bestimmung der wirtschaftlichsten Ver fahren der Zerteilung der Scheibe um die Fehlstellung herum, verwendet werden. Eines der vorteilhaftesten Kennzeichen des mit einem kollimierten Lichtstrahl arbeitenden Verfahrens besteht darin, daß, im Vergleich zu Verfahren nach dem bisherigen ötand der Technik, der Lichtstrahl in einem relativ kurzen Intervall der Bewegung der Glasscheiben den Bereich der Fehlstellen relativ häufig (high* number of times) überstreicht. Ver glichen mit der Ausdehnung der üblichen im Glas auftretenden Fehlstellen hat der kollimierte Lichtstrahl eine sehr kleine Ausdehnung. Die Abtastgeschwindigkeit ist so groß, daß tausende von Fehlern in relativ kurzer Zeit erfaßt werden. Jede Verringerung der Intensität des Lichtstrahls bewirkt ein Absinken des elektrischen

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Potentials und wirkt als Auslöser eines mit dem Detektor verbundenen Impulskreises« Die Ausgelösten Impulse werden dann als Eingabesignal für eine Anzahl von Vorrichtungen verwendet, die für die weitere Verar "beitung des Glases geeignet sind.

Für die optimale Bestimmung der Fehlstellen -r. oharakteristika ist es erforderlich, daß eine hochgradig kollimierte Lichtquelle verwendet wird. Eine der g wirksamsten lichtquellen ist eine als Laser bekannte ' Lichtquelle mit pulsierender Emission. Die Laserquelle erzeugt einen Lichtimpuls, der sich im wesentlichen parallel fortpflanzt und mit nur geringen oder keinen Abweichungen von dem parallelen Verlauf über- eine rela·^ tiv große Entfernung geführt werden kann, Die vorliegende Erfindung ist jedoch hinsichtlich der Licht quelle nicht unbedingt auf einen Laser beschränkt, sondern es kann auch eine punktföimige Lichtquelle ver - ^x wendet werden, deren Licht durch ein System ,von Linsen unter Herstellung eines, parallelen Lichtstrahls zier legt (refracted) werden kann..

Die Abtastvorrichtung besteht aus §inem mehrflä- " chigen Prisma 12» das drehbar auf einer Welle angeordnet ist« Die Welle ist mit einem Antriebsmotot verbunden. Das rotierende Prisma der bevorzugten Ausführungsfarm hat sechzehn Seiten oder Flächen. Andere geo_T metrische Formen können jedoch in Abhängigkeit von der gewünschten Länge des? überstrichenen Zone, verwendet wer-. den..

- ίο -

Der Spiegel ist in irgendeiner geeigneten Stellung relativ zur Glastransportvorrichtung und zur Abtast ^. vorrichtung angeordnet, sodaß. bewirkt wird, daß der Lichtstrahl den angemessenen Bereich auf dem Glasband abtastet.

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Claims (4)

1. - li -

   Patentanspräche t

   Iy Verfahren zum Nachweisen von Fehlstellen in Glasscheiben, dadurch gekennzeichnet, daß man einen kollimierten Lichtstrahl aus einer Lichtquelle gegen eine Glasscheibe richtet, einen Teil der Glasscheibe mit dem Lichtstrahl abtastet, den btrahl bei Anwesenheit von Fehlstellen in der Glasscheibe abschwächt, λ und dann den Lichtstrahl auf einen lichtabschwächenden Detektor auftreffen läßt. ·
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen kollimierten Lichtstrahl aus einer Lichtquelle gegen eine Glasscheibe richtet, diesen Lichtstrahl durch ein Prisma bricht und auf eine konkave Oberfläche aes Spiegels wirft, den gebrochenen Strahl von dem Spiegel zum Abtasten eines Teils der Glasscheibe reflektiert, die Intensität des Strahls hei Anwesenheit von Fehlern in cLer Scheibe variiert, diesen Strahl veränderlicher Intensität zur feststellung der Veränderungen und damit der Glasfehler auf eine Vor - λ richtung auftreffen läßt, die auf die Lichtintensität anspricht.
3. 3. Vorrichtung zum Eachveisen von Fehlern in einer Glasscheibe, die sicii in einer Beuegungsbahn befindet, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Erzeugung eines kollimierten Lichtstrahles, die in einer fixierten Stellung neben der Betvegungsbahn angeordnet

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   ist, ein rotierendes mehrflächiges Prisma, das den Lichtstrahl reflektiert, einen konkav ausgebildeten Spiegel, der bo neben der Bewegungsbahn des Glases angeordnet ist, daß er den von der Oberfläche des Prismas kommenden kollimierten Lichtstrahl reflektiert und durch die Bewegungsbahn des Glases richtet, eine lichtempfindliche Meßvorrichtung, die so neben der .Bewegungsbahn des Glases angeordnet ist, daß sie den durch die Bewegungsbann.des Glases gerichteten kollimierten Lichtstrahl empfängt, v?obei der Lichtstrahl einen Teil der Bewegungsbahn überstreicht und durch Fehlstellen in dem auf der Bewegungsbahn entlanggeführten Glas in seiner Intensität verändert wird.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3» gekennzeichnet durch einen_Laser zur Erzeugung eines kollimierten Lichtstrahls, einen konturierten Spiegel, ein rotierendes Prisma, das zu der Lichtquelle so angeordnet wird, daß es den Lichtstrahl aus der Lichtquelle bricht und auf den Spiegel wirft, eine die Lichtintensität messende Vorrichtung, aie neben der ßewegungsbahn angeordnet ist und den Lichtstrahl auffängt, nachdem er die Bewegungsb-ihn geicreuzt (interrupt) hat.

   Für: PPG Industries, Inc.,

   Rechtsanwalt

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