DE19643017C1 - Verfahren für die Ermittlung von optischen Fehlern in großflächigen Scheiben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solches Verfahren ist aus der EP 0 559 524 B1 bekannt. Diese beschreibt ein Verfahren zur Prüfung der Transparenz insbesondere von Verbundglas nach dem Vorverbund und vor dem Autoklavieren, also zu einem Zeitpunkt, an dem der Vorverbund bzw. die Folie in der Regel eine milchige Farbe aufweist, die die Lichttransmission behindert. Dieses Transmissionsverfahren ordnet eine Lichtquelle einerseits (unterhalb) und eine Kamera zur Beobachtung des erzeugten Prüfbilds andererseits des Vorverbunds an. Das durch die Lichtquelle erzeugte und projizierte Prüfbild ist ein Linienmuster von einigen wenigen Linien. Als Grundlage der Entscheidung, ob eine Verbundglasscheibe "gut" oder "schlecht" ist, dient ein Mittelwert aus allen beobachteten Werten. Eine bestimmte Abbildungsregel der Linien auf die Kamera bzw. deren Pixel ist nicht vorgeschlagen. Auch ist es nicht möglich, Fehler in der Brechkraft, kleine Einschlüsse und dergl. zu detektieren, da sie den gemessenen Mittelwert über das gesamte beobachtete Bild nur minimal beeinflussen.

Die EP 0 726 457 A2 beschreibt Vorrichtung und Verfahren zur Prüfung von Scheiben aus transparentem Material. Hierbei sind beiderseits beispielsweise eines endlos laufenden Glasbandes am Floatausgang einerseits eine Lichtquelle mit einer Hell-Dunkel-Musterung und andererseits des Glasbandes mehrere neben­ einander angeordnete Kameras, die das Rasterbild beobachten, um Fehler zu detektieren, angeordnet. Zur Auswertung des Bildes wird die Kamera derart eingestellt, daß sie nur ein sehr unscharfes Bild erfaßt. In Abhängigkeit von der Art der Fehler (Verunreinigung oder Distorsion) wird ein bestimmtes Signal bzw. eine Änderung im Signal des beobachteten Bildes erfaßt. Die erfaßten Signale erlauben Rückschlüsse auf die Art des Fehlers. Das Verfahren ist für Scheiben mit unterschiedlichen örtlichen Dicken nicht geeignet, da die sich ändernde Brechkraft ein "gerade noch" Unscharfstellen der Kamera nicht zuläßt. Eine Regel bezüglich der Einstellung der Hell-Dunkel-Sequenzen des Musters auf Pixel einer Kamera wird auch nicht angegeben.

Ein anderes Verfahren ist aus der EP 0 416 302 B1 bekannt. In diesem Verfahren wird ein beleuchtetes Flächenraster über ein Objektiv auf ein Referenzraster abgebildet, eine zu überprüfende Scheibe in den Strahlengang zwischen Flächenraster und Referenzraster angeordnet und das Superponat aus dem Bild des Flächenrasters und dem Referenzraster untersucht; dabei wird das Flächenraster auf ein Referenzraster abgebildet, dessen Flächengröße kleiner ist als die zu untersuchende Scheibe, und das Superponat wird durch eine Videokamera mehrfach aufgenommen, um anschließend mit einem Phasenshift-Verfahren ausgewertet zu werden, wobei die aufgenommene Helligkeitsverteilung als Maß für die Brechkraft der Scheibe dient.

Die Durchführung dieses Verfahrens ist ausgesprochen aufwen­ dig. Bei dem Flächenraster handelt es sich im allgemeinen in der Praxis um ein Kreuzraster, das gebildet wird aus alternierenden opaken Streifen und transparenten Streifen, wobei die transparenten Streifen genau so breit sind wie die opaken Streifen, wobei zwei derartige Streifenmuster um 90° versetzt einander überlagert sind. Die zu untersuchende Scheibe wird in den Strahlengang angeordnet und auf das Referenzraster, bei dem es sich um ein Linienraster handelt, das ebenfalls transparente und opake Linien anordnet, und zwar in demselben Breitenverhältnis wie das Flächenraster, abgebildet. Ein erstes praktisches Problem entsteht dann, wenn sich Linien der beiden Raster exakt decken; um diesem Fall vorzu­ beugen, werden in der Praxis als Flächenraster in der Regel nicht opake Linien verwendet, sondern halbopak, halbdurchlässige Linien. Dadurch wird der Kontrast herabgesetzt.

Um eine Auswertung des sich ergebenden Moiré-Bildes nach dem Phasenshift-Verfahren zu ermöglichen, ist es erforderlich, das Super­ ponat des auf das Referenzraster abgebildeten Flächenrasters dreimal abzubilden. Hierbei muß das Referenzraster zweimal um jeweils ein Drittel der Breite eines Linienpaares verschoben werden, so daß im Ganzen mindestens drei Aufnahmen erforderlich sind, um die Phasenver­ schiebung in einer Dimension (z. B. der Horizontalen) der Scheibe zu ermitteln. Wird in einer senkrecht dazu verlaufenden Dimension (z. B. der Vertikalen) ebenfalls die Ermittlung der Brechkraft der Scheibe ge­ wünscht, müssen von einem zweiten Referenzraster erneut drei Aufnahmen von dem sich ergebenden Moiré-Bild gemacht werden. Es sind also ins­ gesamt sechs Aufnahmen erforderlich, damit mit dem Phasenshift-Verfahren die Brechkraft der Scheibe ermittelt werden kann.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dement­ sprechend aufwendig, da die Verschiebung des Referenzrasters um ein Drittel der Breite eines Linienpaars auf dem Referenzraster sehr präzise erfolgen muß. Dasselbe gilt für die zweite, zur ersten senkrechten Auf­ nahme, da es schwierig zu vermeiden ist, daß aufgrund von Positionie­ rungsfehlern ein unerwünschter Moiré-Effekt auftritt. Aufgrund der aufwendigen Handhabung nimmt die Messung der Brechkraft viel Zeit in Anspruch.

Zusätzlich kann es bei dem bekannten Verfahren zu uner­ wünschten Moiré-Bildung an der "Pixel-Periode" der Kamera (vgl. Sp. 4, Z. 36-40) kommen, wenn das Beleuchtungsmuster oder das Referenzmuster das Vielfache einer Periode der Pixel ausmachen. Es müssen daher Maßnahmen ergriffen werden, das Auftreten dieser Konstellation zu ver­ meiden, denn diese unerwünschten zusätzlichen Moiré-Bilder verfälschen die Auswertung des Bildes der Scheibe.

Die mathematischen Ableitungen von Winkeln ausgehend vor­ gemessenen Moiré-Bildern sowie einen Überblick über die verschiedenen Moiré-Techniken gibt der Aufsatz von Selb, M., und Höfler, H. in "Vision & Voice Magazine", Band 4 (1990), Nr. 2, Seiten 145-151. In diesem Aufsatz werden auch hochauflösende Moiré-Topographiemessungen durch unmittelbar auf einen CCD-Chip abgebildete Gitter, also in einer ein­ stufigen Abbildung ohne Referenzgitter behandelt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, mit dem optische Fehler in wenigstens einer Dimension einer Scheibe ohne Referenzraster lokal ermittelbar sind.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Eine Hell-Dunkel-Sequenz des Rastermusters kann durch eine periodische Folge von zwei oder mehr durch das Raster definierten Lichtintensitäten verwirklicht sein. Im einfachsten Fall handelt es sich um eine Folge, in der helle und dunkle Streifen, vorzugsweise iden­ tischer Breite, einander abwechseln. Es ist aber auch möglich, daß die Sequenz aus drei, vier oder mehr Streifen besteht, die eine regelmäßige Abfolge mit stets äquidistanten Intensitätsminima und -maxima aufweist.

Für die Erzeugung dieser Sequenzen ist es zum einen möglich, die Lichtintensitäten durch die örtlichen Lichtdurchlässigkeiten eines physischen Rasters zu erzeugen. Ist das Raster opak, beträgt die Licht­ intensität Null, die Stelle ist dunkel; ist das Raster vollständig transparent, nimmt die Lichtintensität ein Maximum an. Die Verwendung eines physischen Rasters wie im Stand der Technik, also vergleichbar einem großen Sieb oder Filter, reicht für scharfe Hell-Dunkel-Abfolgen aus. Für die Erzeugung von Sequenzen mit Streifen unterschiedlicher Helligkeit sind jedoch halbtransparente Filter vorzusehen, die gege­ benenfalls drei oder mehr verschiedene Lichtdurchlässigkeiten sehr genau reproduziert aufweisen müssen.

Es ist daher vorzugsweise in einer Vorrichtung zur Durchfüh­ rung der Meßverfahren eine Leuchtwand vorgesehen, die in dem erfindungs­ gemäßen Verfahren für das Beleuchten eines regelmäßigen Rasters zur Projektion des Musters zum Einsatz kommt, die ein virtuelles Raster bildet. Die Leuchtwand besteht zweckmäßigerweise aus einer Vielzahl von einzelnen LEDs, die beliebig einzeln, blockweise oder in Spalten bzw. Zeilen ansteuerbar sind, um entweder gemäß einem Hell-Dunkel-Profil zu leuchten bzw. nicht zu leuchten oder um in Abhängigkeit einer geeigneten Kennlinie unterschiedliche Intensitäten zu emmitieren. Ähnliche Leucht­ wände werden zum Beispiel als Anzeigetafeln in Sportstadien eingesetzt. Es versteht sich, daß die Vorrichtung zur Ermittlung von optischen Fehlern, umfassend eine Leuchtwand aus einer Mehrzahl einzeln ansteuer­ barer Leuchtfelder als Flächenraster, das auf eine Scheibe projiziert wird, deren Brechkraft ermittelt werden soll, auch dann funktionsfähig ist, wenn sie mit einem Referenzraster aus dem Stand der Technik arbeitet. Es versteht sich, daß die Hell-Dunkel-Sequenz grundsätzlich mit jedem der beiden Raster darstellbar ist.

Soweit die Anzahl der erfindungsgemäß benachbart angeordneten Pixel die Summe von zwei übersteigt, versteht sich, daß jeweils nicht alle Pixel jeweils zueinander benachbart angeordnet sein können; vielmehr ist gemeint, daß die Pixel paarweise benachbart angeordnet sind derart, daß sie eine von nicht dazugehörigen Pixeln freie, zusammen­ hängende Sub-Zeile bzw. Sub-Matrix bilden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorzugsweise vorge­ sehen, daß jeweils ein ganzzahliges Vielfaches, vorzugsweise ein Tripel nebeneinander angeordneter Pixel mit einer Hell/Dunkel-Sequenz, vorzugs­ weise einem Hell/Dunkel-Paar, das von der Scheibe auf die Kamera abgebildet wird, übereinstimmt. Damit beträgt die Linienpaarbreite des projizierten Beleuchtungsmusters genau das Vielfache der Breite eines Pixels der Kamera, so daß es zu Moiré-Bildungen an der Kamera selbst kommt. Der Einsatz von Hell-Dunkel-Paaren hat den Vorteil, daß das Raster sehr einfach durch das entsprechende Vorsehen von nur zwei verschiedenen Lichtdurchlässigkeiten realisierbar ist, zweckmäßigerweise jeweils opake und transparente Bereiche, so daß ein guter Kontrast entsteht.

Erfindungsgemäß wird dieser Effekt ausgenutzt, um auf ein Referenzmuster verzichten zu können, wodurch der apparative Aufbau für eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereits stark verein­ facht wird, insbesondere der für den Aufbau erforderliche Raum.

Es ist zu verstehen, daß mehrere Wege für die Auswertung des Beleuchtungsmusters zur Verfügung stehen. Zum einen kann die Lichtinten­ sität, die von jedem Pixel aufgenommen wird, der Weiterverarbeitung zugrundegelegt werden. Aufgrund der genauen Breitenverhältnisse lassen sich periodisch wiederkehrende Intensitätsverteilungen herstellen, bei deren Störung der der Störung zugrundeliegende Ablenkwinkel leicht ermittelt werden kann. Zur Ermittlung einer Störung kann sowohl ein Vergleich ohne Scheibe/mit Scheibe in Betracht kommen, als auch, bei genauer Ausrichtung der Anfangspunkte der Linienpaare mit einem Pixel­ tripel, die Kenntnis der Soll-Lichtintensitäten an jedem Punkt. Im zweiten Fall kann vorzugsweise auf eine Einrichtung mit einem Prüfnormal oder dergl. verzichtet werden.

Ein anderer, aufgrund seiner sehr guten Auflösung bevorzugter Weg der Weiterverarbeitung des Beleuchtungsmusters besteht in der Ausnutzung des an den Pixeln der Kamera auftretenden Moiré-Bildes. Das Moiré-Bild, das an der Kamera erfaßt wird, entsteht durch Überlagerung zweier Helligkeitsverteilungen mit spezifischer Periodizität, wobei über die Breite eines Linienpaares des Rasters, die einer Hell-Dunkel- Periode entspricht, an dem "Gitter" der Pixel der Kamera der Verlauf näherungsweise einer Sinus-Kurve der Moiré-Struktur erkennbar wird. Es kann sich somit zunutze gemacht werden, daß mittels Moiré-Erscheinungen Deformationen in dem Raster, z. B. infolge von Brechungen in der Scheibe, mit einer um ein Vielfaches höheren Auflösung ermittelt werden können, die sich als Phasen-Verschiebung des Moiré-Bildes äußert, also als Stauchung oder Dehnung in der durch das Moiré-Bild entstehenden sinus­ förmigen Kurve.

Wird gemäß einer ersten bevorzugten Weiterbildung der Erfin­ dung ein Linienpaar des Beleuchtungsmusters auf ein Tripel benachbarter Pixel abgebildet, entstehen somit für jedes Linienpaar 3 Moiré-Bild­ streifen; es erübrigt sich dann, ein Referenzmuster um ein Drittel gegenüber dem projezierten Muster zu verschieben, statt dessen ist es vorteilhaft möglich, den Wert des zweiten bzw. des dritten Pixels als Wert für die um 120° bzw. 240° (oder -120°) verschobene Aufnahme zugrun­ dezulegen. Diese um 120° (einem Drittel einer vollständigen Sinuskurve) versetzten, von den Pixeln der Kamera erfaßten Moiré-Bild-Streifen kön­ nen durch einfache Umwandlung mathematisch als von einer Sinus-Funktion abhängige Kurven ausgedrückt werden.

Durch Schwankungen der Brechkraft der Scheiben, beispielsweise einer Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs, kommt es zu Schwankungen in den Maxima und Minima, die durch die Moiré-Erscheinung auftreten, die sich leicht als Phasenverschiebung in der Sinuskurve ermitteln lassen; ist der Abstand der Kamera von der Scheibe bekannt, läßt sich hieraus der Winkel ermitteln, in dem das durchtretende Licht an der Scheibe gebrochen wird. Durch einfache weitere mathematische Bearbeitung (Differentiation) läßt sich damit die Brechkraft in Dioptrin ermitteln. Insbesondere für die Ermittlung der Brechkraft einer Windschutzscheibe ist dies von großer Bedeutung, denn eine Ablenkung des Blickes in der Vertikalen beeinträchtigt die Geradeaussicht, während eine Ablenkung des Lichts in der Horizontalen die Seitendurchsicht beeinträchtigt. In der DIN 52305 oder der ECE 43 sind Grenzwerte für die maximal zulässige Brechkraft des Glases angegeben, die als Schwellenwerte für einen Vergleich herangezogen werden können, ob eine geprüfte Windschutzscheibe angenommen oder abgelehnt wird.

Wird für das erfindungsgemäße Verfahren ein Raster eingesetzt, das Gitterlinienpaare sowohl in der Horizontalen als auch in der Verti­ kalen einander überlagernd anordnet, dann kann mit einer Matrixkamera gleichzeitig eine Auswertung der Brechkraft sowohl für die Vertikale als auch für die Horizontale vorgenommen werden, ohne daß hierfür die Kamera oder ein Referenzraster gedreht werden müßten. Dieselben Meßwerte der Pixel der Kamera können der Auswertung zugrundegelegt werden, wodurch für jede Auswertung eine Vielzahl an Speicherplatz gespart wird, und eine kompakte Archivierung der Meßdaten möglich ist. Wird die Zahl der einem Hell-Dunkel-Paar zugeordneten Pixel beispielsweise auf vier (fünf) oder größere Vielfache erhöht, wird eine Auswertung mit einem um jeweils 90° (72°) oder entsprechenden Bruchteilen davon verschobenen Phasen­ schiftverfahren ermöglicht. Im Falle von vier Pixeln ließe sich aufgrund des zusätzlich zur Verfügung stehenden Freiheitsgrads zusätzlich zu Po­ sition und Intensitätsextrema leicht die Frequenzverschiebung ermitteln.

Gemäß einer zweiten bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist es möglich, dieselbe Auflösung wie bei einem Tripel von Pixeln durch die Abbildung auf nur jeweils zwei benachbarte Pixel der Kamera zu erzielen. Hierfür ist das Raster nur geringfügig aufwendiger vorzusehen.

In einer ersten Variante ist es möglich, ein Raster in einer Sequenz aus drei Lichtdurchlässigkeiten auszubilden, wobei diese Sequenz z. B. als drei äquidistante Streifen ausgebildet sein kann. Die Licht­ durchlässigkeiten können z. B. jeweils um einen Faktor verschieden sein, beispielsweise 1%, 10%, 100% oder 10% bzw. 0%, 30% bzw. 33%, 90% bzw. 100%. Das von den beiden Pixeln erfaßte Signal läßt sich dann ebenfalls auf eine Sinus-Kurve rückführen, die eine anschließende Auswertung nach Phasenshiftverfahren zuläßt. Alternativ werden die Lichtintensitäten durch zeilenweise bzw. spaltenweise unterschiedlich stark leuchtende Felder eine Leuchtmatrix erzeugt.

In einer anderen Variante ist es möglich, in jeder Sequenz des Rasters mindestens einen beispielsweise nur für Licht einer bestimmten Wellenlänge (Farbe) transparenten, "ausschaltbaren Streifen" vorzusehen. Durch abwechselndes Beleuchten einmal mit hindurchtretendem Licht und einmal mit absorbiertem Licht wird das Größenverhältnis der Hell-Dun­ kel-Sequenz unter Beibehaltung ihrer für die Moiré-Erscheinung rele­ vanten "Gitterkonstante" definiert verändert, wodurch sehr einfach Phasenverschiebungen im Moiré-Bild auswertbar werden. Beispielsweise besteht das Raster zur Erzeugung der Hell-Dunkel-Sequenz aus jeweils gleich breiten Streifen, die abwechselnd vollständig opak, für rotes, aber nicht für grünes Licht transparent und vollständig transparent ausgebildet sind. Es ist zum einen möglich, je eine Aufnahme bei Beleuchtung mit rotem bzw. mit grünem Licht vorzunehmen, und dann beide Bilder für die Auswertung zugrundezulegen. Einfacher ist es, in schneller Frequenzfolge abwechselnd rot und grün zu beleuchten, wodurch der "ausschaltbare Streifen" jeweils hell bzw. dunkel erscheint. Durch Integration der Lichtintensität in dem Pixel (das nur hell/dunkel erfaßt, also unabhängig von der Farbe des Lichts) läßt sich eine Phasenauswertung gemäß modifiziertem Phasenshiftverfahren vornehmen.

Eine dritte vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß jeweils mindestens drei benachbarte Streifen (Zeilen bzw. Spalten) des Rastermusters (die dann eine Sequenz bilden) nacheinander beleuchtet werden, wobei eine entsprechende Anzahl Aufnahmen, also min­ destens drei, von der Scheibe gemacht werden, und jede Sequenz auf ein Pixel abgebildet wird (oder auf ein ganzzahliges Vielfaches davon). Diese Weiterbildung läßt sich sowohl mit der vorstehend bereits geschil­ derten Beleuchtung eines Rasters mit von der Lichtfarbe abhängigen Lichtdurchlässigkeiten realisieren als auch mit einem physischen Filter, das um jeweils die Breite eines Streifens verschoben wird (es versteht sich, daß dann die Streifen äquidistant sind). Besonders vorteilhaft lassen sich Leuchtwände wie die oben beschriebenen einsetzen, die eine schnelle Abfolge der drei Aufnahmen gewährleisten bei gleichzeitig stets reproduzierbarer Lage. Außerdem können mit dieser Leuchtwand auch un­ mittelbar im Anschluß an die Aufnahmen für die vertikale diejenigen für die horizontale Brechkraft aufgenommen werden. Diese Weiterbildung hat den Vorteil, daß sie zum einen mit der bestehenden Auswertesoftware weiterarbeiten kann, zum anderen nur relativ wenig Kamerapixel benötigt, so daß sie preiswert umgesetzt werden kann. Eine Matrix-Leuchttafel ermöglicht es zum Beispiel auch, im Falle mehrerer, z. B. zueinander inverser, Aufnahmen die Belichtungszeit der Kamera und die Dauer der Beleuchtung im Raster zu synchronisieren. Wenn eine Scheibe mit einer Zeilenkamera gescannt wird, beispielsweise von oben nach unten, kann dann für jede gescannte Zeile jede Sequenz einmal beleuchtet werden, wodurch die Auswertung jeder aufgenommenen Sequenz praktisch on-line möglich ist, und die Kamera nur einmal verschwenkt oder verlagert werden muß, um die Scheibe abzutasten.

Es ist gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erindung möglich, auf der Grundlage des vorstehend erläuterten Verfahren eine Vorrichtung zum Ermitteln der Brechkraft in Autoglasscheiben, insbesondere Windschutzscheiben, derart auszubilden, daß das Raster beispielsweise ein Muster mit einer Streifensequenz aufweist, die aus rotem, grünem und blauem im übrigen transparentem Material besteht, so daß die entsprechende Farbe von Licht an dem jeweiligen Streifen nicht durchtritt, und eine Kamera diesen Streifen als "dunkel" registriert. Mit einer Farbkamera läßt sich so bereits für jede der drei Farben ein um ein Drittel verschobenes Hell-Dunkel-Streifenmuster (jeweils eine Sequenz auf zwei benachbarte Pixel) aufnehmen und das resultierende Moiré-Bild anschließend auswerten. Es versteht sich, daß dann die Sequenz der drei Farben auf wenigstens ein Pixel der Kamera oder ein Vielfaches davon abgebildet wird. Alternativ ist es auch möglich, das Raster dann abwechselnd, z. B. mittels LED, mit den drei entsprechenden Farben zu beleuchten, so daß der jeweils entsprechende Streifen dunkel, und die anderen beiden Streifen hell erscheinen. Es ist dann bei einer schwarz-weiß Zeilen- oder Matrixkamera zweckmäßig, der Auswertung zwecks Ermittelbarkeit einer Phase mehr als eine Aufnahme mit der Kamera zu­ grundezulegen.

Die erfindungsgemäßen Verfahren ermöglichen es, sehr genau und sehr schnell die gewünschten Brechkraftindizes zu ermitteln, und sind daher insbesondere für den Einsatz an Kraftfahrzeugscheiben aus vorge­ spanntem Glas oder aus Verbundsicherheitsglas geeignet sowie für Planglas aus Float-, Zieh- oder Walzglasfertigung Acrylglas oder PVC, LCD-Dysplays etc. Es ist allerdings auch möglich, mit den erfindungs­ gemäßen Verfahren andere transparente Materialien auf ihre Brechkraft hin zu untersuchen, was sich insbesondere für Sehhilfen aus Glas oder Kunststoff anbietet und für große Teleskopspiegel, für transparente Kanzeln in Flugzeugen oder Motorradhelmen, etc.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargelegten Prinzipskizzen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch den Strahlengang einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 2 und Fig. 3 zeigen das Verhältnis von Beleuchtungsraster und Kamerapixel für ein ein- bzw. ein zweidimensionales Verfahren.

Bezugnehmend auf Fig. 1 erkennt man eine Lichtquelle 1, die ein als Kreuzraster ausgebildetes Beleuchtungsraster 2 anstrahlt, von dem aus paralleles Licht auf die in dem Strahlengang angeordnete Windschutzscheibe 3 fällt. Es versteht sich, daß anstelle der der Windschutzscheibe 3 auch jeder andere Gegenstand gemessen werden kann, der zumindest für Licht bestimmter Wellenlängen, vorzugsweise im sichtbaren Bereich, transparent ist.

Das Kreuzraster 2 rastert das von der Lichtquelle 1 ein­ treffende Licht derart auf, daß nur ein Viertel des Lichtes durchtritt, während die übrigen drei Viertel des Lichtes von horizontalen opaken Streifen und vertikalen opaken Streifen, die sich kreuzen und die transparenten Quadrate eingrenzen, am Durchtritt gehindert werden. Die Kantenlänge der transparenten Quadrate und der opaken Streifen ist identisch. Damit ergibt sich ein hell/Dunkel-Muster, wie in den Fig. 2 und 3 zu erkennen.

Die Abmessungen des Rasters 2 entsprechen in etwa der Größe des zu messenden Gegenstands.

Das Raster 2 wird durch die Windschutzscheibe 3 direkt und ohne Zwischenschaltung eines Referenzrasters auf eine Kamera 4 abge­ bildet, die die Hell/Dunkel Intervalle auf der Windschutzscheibe auf­ nimmt. Es versteht sich, daß anstelle opaker und transparenter Linien auch allgemein Linien unterschiedlicher Transparenz Verwendung finden können, ggfs. auch bezüglich nur eines bestimmten Frequenzspektrums, für das die Kamera 4 empfindlich ist.

Bei einer "idealen" Windschutzscheibe würde das Bild des Kreuzrasters 2 unverändert auf die Kamera projiziert werden. Das Kreuz­ raster 2 und die Kamera 4 sind derart aufeinander abgestimmt, daß jeweils ein Paar von Hell/Dunkel-Streifen auf drei benachbarte Pixel der Kamera 4 abgebildet wird, wie dies in den Fig. 2 und 3 deutlicher zu erkennen ist. Ausgehend von den einzelnen Pixeln, die mit P_i,j (Fig. 2) bzw. P_i,j,k (Fig. 3) bezeichnet sind, wobei i das i-te Streifenpaar des Kreuzrasters (bzw. das i-te Tripel von Pixeln) bezeichnet, j das j-te Pixel (j = 1, 2 oder 3) in dem Tripel bezeichnet in Richtung des Streifens und, im Falle einer Matrixkamera, k das k-te Pixel (k = 1, 2 oder 3) senkrecht zu der Erstreckung des j-ten Pixels bezeichnet für jeweils eine Zeile der Matrix aus Pixeln; es versteht sich, daß ferner ein Zeilenindex existiert. Diese Pixeladressen können auch in der anschließenden Auswertung der Matrix einzeln angesprochen werden.

Im Falle einer idealen Abbildung auf die Kamera 4 kommt es infolge des Umstands, daß die Gitterfrequenz der Kamerapixel und die Gitterfrequenz des Beleuchtungsrasters 2 Vielfache voneinander sind, zu einer regelmäßigen Moiré-Erscheinung, die an der Kamera registriert wird. Durch einfache Umformung der Meßwerte der Pixel in eine Funktion mit Sinus-Verlauf lassen sich Phasenverschiebungen sowie Dehnungen und Stauchungen der Sinus-Kurve ermitteln. Wenn aufgrund einer Lichtbrechung in der Scheibe die Abbildung auf die Kamera 4 nicht mehr ideal ist, sondern abweicht, kommt es zu einer Störung in der Moiré-Erscheinung an den Kamerapixeln, die als Phasenverschiebung am Ausgang der Kamerapixel erfaßbar ist und mit geringem Aufwand den Winkel ermitteln läßt, um den der Lichtstrahl abgelenkt wurde. Ausgehend von diesem Winkel läßt sich die Brechtkraft in vertikaler Richtung, die die Geradeaussicht beein­ flußt, und in horizontaler Richtung, die die Seitendurchsicht beein­ flußt, der Windschutzscheibe durch Differentiation ermitteln.

Durch die Wahl des Verhältnisses ein Rasterlinienpaar (also 2 Linien, eine helle und eine dunkle) zu 3 Pixeln wird ein sehr gutes Verhältnis der Breitenabmessungen zueinander ermöglicht, wodurch die Auflösung der Meßwerte bzw. die zulässige Größe der zu messenden Windschutzscheibe 3 sehr groß wird. Der apparative Aufwand für die Vorrichtung bleibt gering.

Es versteht sich, daß anstelle von Hell-Dunkel-Paaren oder des Kreuzrasters 2 auch Raster mit mehreren Helligkeitsabstufungen durch Sequenzen mit mehr als zwei Lichtintensitäten vergleichbar eingesetzt werden können. Entsprechend kann die Anzahl der Pixel je Hell-Dunkel- Paar bzw. -Sequenz auch vier, fünf, . . . betragen.

Es versteht sich ferner, daß anstelle der Anordnung mit Licht­ quelle 1 und Raster 2 auch eine der Größe des Rasters entsprechende Tafel mit einer LED-Matrix eingesetzt werden könnte, wodurch vorteilhaft die einzelnen LED-Streifen über spezifische elektrische Kontakte ansteuerbar werden. Auch andere Mittel zum Erzeugen eines Lichtmusters sind also anstelle eines beleuchteten Rasters möglich. Das Raster weist den Vorteil auf, daß einfache geometrische Formen wie Linien auch bei hohen Anforderungen an die Präzision billig herstellbar sind.

Claims (26)

1. Verfahren zur Ermittlung von optischen Fehlern, insbesondere der Brechkraft, in großflächigen Scheiben aus einem transparenten Werkstoff wie Glas mittels einer Auswertung des beobachteten Bildes, umfassend die Schritte:

• - Projizieren eines definierten Musters aus wenigstens zwei unterschiedlichen Lichtintensitäten, insbesondere durch Beleuchten eines regelmäßigen Rasters;
• - Anordnen der Scheibe in den Strahlengang der Projektion; und
• - Abbilden des Musters auf eine Kamera,
  dadurch gekennzeichnet, daß eine Hell-Dunkel-Sequenz des Rastermusters jeweils auf eine Anzahl benachbart angeordneter Pixel der Kamera abgebildet wird und die Anzahl ein ganzzahliges Vielfaches der Hell-Dunkel-Sequenz ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hell- Dunkel-Sequenz des Rastermusters wenigstens zwei Lichtintensitäten umfaßt, und daß das ganzzahlige Vielfache wenigstens drei beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Raster äquidistante opake und transparente Streifen umfaßt zur Erzeugung einer regelmäßigen Hell-Dunkel-Projektion.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Raster transparente Quadrate umfaßt, die von opaken Linien mit derselben Breite wie die Quadrate begrenzt sind, so daß ein Viertel des Rasters transparent ist, und daß die Kamera eine Zeilen- oder Matrixkamera ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine zwei­ dimensionale Hell-Dunkel-Sequenz des Rasters aus einem transparen­ ten Quadrat und zwei sich kreuzenden opaken Linien besteht, wobei der Flächenbereich der sich kreuzenden Linien mit dem transparenten Quadrat deckungsgleich ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweidi­ mensionale Hell-Dunkel-Sequenz auf jeweils benachbarte n×n Pixel einer Matrixkamera abgebildet werden, wobei n ein ganzzahliges Vielfaches der Hell-Dunkel-Sequenz größer zwei ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Raster als Schachbrettmuster aus opaken und transparenten deckungsgleichen Quadraten gebildet ist, und daß die Kamera eine Zeilen- oder Matrixkamera ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein qua­ dratischer Flächenbereich bestehend aus zwei Paaren diagonal zueinander versetzt angeordneter heller und dunkler Quadrate auf jeweils benachbarte n×n Pixel einer Matrixkamera abgebildet wird, wobei n eine ganze Zahl größer zwei ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hell- Dunkel-Sequenz wenigstens drei verschiedene Lichtintensitäten umfaßt, und daß das Vielfache wenigstens zwei beträgt.

10. Verfahren nach Anspruch 1 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Raster ein Streifenmuster verschiedener Lichtdurchlässigkeiten umfaßt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Raster senkrecht zu dem Streifenmuster ein zweites Streifenmuster ver­ schiedener Lichtdurchlässigkeiten umfaßt, so daß sich aus der Überlagerung der Streifenmuster ein Muster aus Rechtecken unter­ schiedlicher Lichtdurchlässigkeiten mit insgesamt wenigstens drei verschiedenen Lichtdurchlässigkeiten ergibt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kamera eine Zeilen- oder Matrixkamera ist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lichtdurchlässigkeit des Rasters für Licht in Abhängigkeit von dessen Wellenlänge oder Farbe verschieden ist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Aufnahme für die Auswertung eines Moiré-Bildes an den Pixeln der Kamera zugrundegelegt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwei Aufnahmen für die Auswertung eines Moiré-Bildes an den Pixeln der Kamera zugrundegelegt werden.

16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Raster­ muster aus einer Vielzahl von selektiv derart ansteuerbaren Streifen besteht, daß jeder Streifen entweder hell oder dunkel erscheint, daß jeder n-te Streifen des Rasters gleich­ zeitig beleuchtet wird, wobei n wenigstens gleich drei ist, und daß n benachbarte Streifen sukzessive auf genau ein Pixel der Kamera oder ein ganzzahliges Vielfaches davon abgebildet werden.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 9 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Beleuchten eines regelmäßigen Rasters zur Projektion des Musters durch das selektive zeilen- und/oder spaltenweise Ansteuern einer als Leuchtmatrix ausgebildeten Leuchtwand erfolgt, und die Projektion der LED-Wand direkt auf die Scheibe gerichtet ist.

18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera eine Zeilen- oder Matrixkamera ist, die zum Scannen einer Mehrzahl von Hell-Dunkel-Sequenzen verlagert oder verschwenkt wird.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Auswerteschritt, in dem ausgehend von der auf den Pixeln der Kamera auftretenden Phasenverschiebung gegenüber dem Beleuchtungsraster eine Brechkraftänderung in der Scheibe an dem entsprechenden Ort ermittelt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswer­ teschritt die Bildung der Differenz des Phasenverlaufs des Bildes mit lichtbrechender Scheibe zu einem Zustand ohne Lichtbrechung umfaßt.

21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Brechkraft durch Differentiation des Winkels ermittelt wird, um den der Lichtstrahl in der Scheibe abgelenkt wird.

22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß alle ermittelten Werte der Lichtbrechung mit jeweils für den beobachteten Ort der Scheibe zulässigen Schwellenwerten verglichen werden, und daß bei Überschreiten eines Schwellenwertes ein ablehnendes Signal generiert wird.

23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Scheibe planes oder gebogenes Flachglas oder Kunststoff ist.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Scheibe eine Sehhilfe aus Glas oder Kunststoff ist.

25. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kamera eine Farbkamera ist.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswer­ tung desselben Bildes bezüglich den unterschiedlich aufgenommenen Farben erfolgt.