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Die Erfindung betrifft eine Analysevorrichtung, die die Detektion, die Messung und die Identifizierung von punktuellen Fehlern an der Oberfläche oder in der Masse eines transparenten, d. h. mindestens teilweise transparenten Substrats sicherstellt.
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Diese Vorrichtung betrifft alle die transparenten Produkte, die punktuelle Fehler aufweisen, welche das Aussehen dieses Produkts gegenüber seinem Verwender verändern. Im Besonderen ist diese Vorrichtung für optische Fehler geeignet, die in Verglasungen, ungeachtet ihrer Bestimmung, auftreten.
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Die Detektion der optischen Fehler, ihre Messung (das heißt die Einschätzung ihrer Schwere) und ihre Identifizierung spielen in der Qualitätskontrolle von Verglasungen eine wesentliche Rolle.
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Die einfache Detektion dieser optischen Fehler, häufig mit einer Einschätzung ihrer Abmessungen verbunden, ist heute nicht mehr ausreichend, um eine effiziente Qualitätskontrolle sicherzustellen. Der Schweregrad der Fehler, nach unterschiedlichen, von der Art der Fehler abhängigen Maßstäben eingeschätzt, und ihre Identifizierung müssen die Informationen, die die detektierten Fehler charakterisieren, vervollständigen.
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Die Charakterisierung der Fehler muss zumeist an der Fertigungslinie, an einem sich bewegenden Substrat und in erschöpfender Art und Weise, das heißt unter Kontrolle von 100 % der Produkte erfolgen. Des Weiteren muss diese Kontrolle bevorzugt bei der Produktion des Ausgangsprodukts erfolgen, da die Detektion der optischen Fehler am Endprodukt (Fahrzeugverglasung, Doppelverglasung, ...) dazu zwingt, ein bereits fertiges und teures Produkt zu verwerfen.
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Die Identifizierung der Fehler stellt angesichts der Bewegungsgeschwindigkeit des Substrats bei einer Inline-Kontrolle, der geringen Abmessung der Fehler (häufig im Millimeterbereich) und des Vorliegens von fiktiven Fehlern, die von der Detektionsvorrichtung ignoriert werden müssen, die komplexeste Herausforderung dar. Darüber hinaus trägt die Art des Fehlers dazu bei, seine Schwere zu definieren. Die Qualität dieser Identifizierung erfordert es, über ein Maximum an Informationen über die optischen und maßlichen Eigenschaften des Fehlers zu verfügen.
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Das ist der Grund, warum die aktuellen Kontrollsysteme mehrere Detektionskanäle verwenden, die typischerweise aus einer Beleuchtung bestehen, die mit einer oder mehreren Kameras verbunden ist, um von ein und demselben Fehler mehrere charakteristische Antworten zu erhalten, die kombiniert werden, um zu versuchen, die Art des detektierten optischen Fehlers zu identifizieren.
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Die optischen Fehler bestehen häufig in punktuellen Fehlern, die sich an der (oberen oder unteren) Oberfläche oder in der Masse des Substrats befinden.
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Die optischen Fehler werden üblicherweise nach einer Typologie charakterisiert, die auf ihren physischen Merkmalen basiert (Blasen, feste mineralische Einschlüsse, Kratzer, feste metallische Einschlüsse, ...).
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Diese Typologie ist, auch wenn sie das Verdienst besitzt, leicht für das Personal verständlich zu sein, das für die Qualität verantwortlich sind, für die Optimierung einer Vorrichtung zur Kontrolle dieses Typs von Fehlern schlecht geeignet.
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In der Tat erweist es sich als interessanter, eine Typologie zu entwickeln, die auf dem optischen Verhalten dieser Fehler gegenüber einer Lichtquelle basiert. Dann lassen sich diese Fehler abhängig von ihren optischen Eigenschaften, je nachdem, ob sie absorbierend, streuend, deformierend, polarisierend, farbig, ... sind, klassifizieren.
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Ebenfalls lässt sich mit jedem dieser Fehler und den optischen Eigenschaften dieser Typologie ein Empfindlichkeitsgrad verbinden, der zum Beispiel von 0 bis 1 geht.
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So wird ein metallischer Einschluss unter den absorbierenden Fehlern mit Empfindlichkeitsgrad 1 klassifiziert, da dieser Fehler das Licht komplett absorbiert. Die anderen Eigenschaften haben den Grad 0, da dieser Fehlertyp grundsätzlich weder streuend, noch deformierend, noch polarisierend, noch farbig, ... ist. Ein Kratzer könnte als mit einer geringen Empfindlichkeit absorbierend und mit einer hohen Empfindlichkeit streuend klassifiziert werden, wobei seine Empfindlichkeit bei den anderen Eigenschaften Null beträgt. Ein Gaseinschluss erweist sich als zugleich mit einer mittleren Empfindlichkeit absorbierend und streuend, und an seinem Rand mit einer hohen Empfindlichkeit deformierend.
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So wird verständlich, dass sich mit jedem Typ von optischen Fehlern mindestens eine optische Eigenschaft verbinden lässt, deren Verwendung eine optimale Detektion des Fehlers ermöglicht.
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Ebenfalls lässt sich mit jeder der optischen Eigenschaften dieser Typologie der Beleuchtungstyp verbinden, der am besten für die Detektion der Fehler geeignet ist. So werden die absorbierenden Fehler sehr gut vor einem hellen Lichthintergrund (häufig als „Hellfeld“-Beleuchtung bezeichnet) detektiert, die streuenden Fehler werden gut mithilfe einer indirekten Beleuchtung (häufig als „Dunkelfeld“-Beleuchtung bezeichnet) verdeutlicht. Die deformierenden Fehler werden mithilfe einer Prüfmusterbeleuchtung sichtbar, ...
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Diese Beleuchtungsmodi können im Transmissionsmodus (Quelle und Detektor beidseits des Substrats platziert) oder im Reflexionsmodus (Quelle und Detektor auf derselben Seite des Substrats) umgesetzt werden.
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So wird verständlich, dass, da nicht alle Fehler bei den unterschiedlichen optischen Eigenschaften dieser Typologie dieselbe Empfindlichkeit besitzen, die Qualität ihrer Detektion vom umgesetzten Beleuchtungstyp abhängt. Die Verwendung eines einzigen Beleuchtungstyps wird die Detektion gewisser Fehler begünstigen und diejenige anderer Fehler untersagen. Eine effiziente Detektion der optischen Fehler geschieht somit durch die Verwendung mehrerer Beleuchtungstypen, in Transmission und/oder in Reflexion.
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Durch Erhöhen der Anzahl verwendeter Beleuchtungen wird es möglich, für jeden detektierten Fehler differenzierte Antworten zu erhalten. Durch Multiplizieren und durch Kombinieren der optischen Antworten, die auf Grundlage unterschiedlicher Beleuchtungen an ein und demselben Fehler erhalten werden, wird die Kapazität des Systems, die Fehler nicht nur zu detektieren, sondern sie auch zu identifizieren, verbessert.
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WO-A-2007/045437 beschreibt ein System dieses Typs.
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Diese mehrere Beleuchtungen beinhaltende Lösung erweist sich, auch wenn sie Vorteile in Sachen Effizienz aufweist, als komplex und teuer umzusetzen. In der Tat wird die Kontrolle an durchlaufenden Produkten immer von einer oder mehreren linearen Kameras sichergestellt, die die Beleuchtung, in Transmission oder in Reflexion, mit der sie verbunden sind, auf der gesamten Länge des zu untersuchenden Produktes beobachten. Es können mehrere Messkanäle parallel installiert werden, das heißt mehrere unterschiedliche Beleuchtungssysteme, die mit mehreren Sätzen linearer Kameras verbunden sind. Dieser Architekturtyp weist jedoch die folgenden Nachteile auf:
- - es können nur selten mehr als drei Beleuchtungssysteme (typischerweise zwei in Transmission und eines in Reflexion) installiert werden,
- - der Mehrpreis ist praktisch zur Anzahl installierter Systeme proportional,
- - der Platzbedarf ist erhöht,
- - die Komplexität ist erhöht und die Zuverlässigkeit beeinträchtigt.
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Die diskontinuierliche Kontrolle (Kontrolle mit Stoppen des zu kontrollierenden Objekts) verwendet zwangsläufig eine Matrixkamera und gestattet nicht den Einsatz mehrerer Beleuchtungstypen. Darüber hinaus ist sie sehr langsam und nicht für eine erschöpfende Qualitätskontrolle geeignet.
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Es sei daran erinnert, dass eine lineare Kamera aus einem Sensor besteht, der von einer einzigen Pixelzeile gebildet wird. Eine Matrixkamera besteht aus einem Sensor, der eine Pixelmatrix bildet.
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Es gibt mehrere Detektionsvorrichtungen am Markt:
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Man findet zum Beispiel das System ScreenScan-Final der Firma ISRA Vision, das zur Kontrolle der optischen Fehler an einer Produktionslinie für Fahrzeugverglasungen bestimmt ist.
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Diese Vorrichtung ist mit mehreren Beleuchtungen in Transmission und in Reflexion ausgestattet, wobei jede der Beleuchtungen mit einer Reihe von linearen Kameras verbunden ist. Diese mit drei Messkanälen ausgestattete Vorrichtung ist teuer, komplex, platzintensiv und kontrolliert nur etwa alle 20 Sekunden eine Fahrzeugverglasung. Sie kann nicht an die Kontrolle an einem kontinuierlich durchlaufenden Glasband angepasst werden.
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Ebenfalls zu finden ist das System Smartview Glass der amerikanischen Firma Cognex, das für die Detektion und die Identifizierung der Fehler an einer Floatlinie konzipiert ist.
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Diese Maschine, die mit mehreren Beleuchtungen ausgestattet werden kann, detektiert und identifiziert (teilweise) die optischen Fehler im Glas. An einer Floatlinie verwendet dieses System typischerweise einen Satz von fünf linearen Kameras, um die Breite des Glasbandes abzudecken. Die Schwere der Fehler wird nur auf Grundlage der Abmessung der Fehler definiert.
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US-A-2007/0263206 veranschaulicht seinerseits eine Vorrichtung, bei der ein Substrat gleichzeitig von einer „Dunkelfeld“-Beleuchtung und einer „Hellfeld“-Beleuchtung beleuchtet wird.
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Bei diesem System gibt es jedoch Interferenzen zwischen jeder Beleuchtung, was zu Schwierigkeiten bei der Fehlerdetektion und der Kategorisierung der Fehler führen kann.
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Die Patentanmeldung
WO-A-2010/130226 der Anmelderin beschreibt ihrerseits eine Vorrichtung, die unterschiedliche Beleuchtungen verwendet, welche die durchlaufende Verglasung abwechselnd beleuchten.
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Ein Ziel der Erfindung ist es, eine einfache und günstige Vorrichtung zu liefern, die eine Detektion, eine Messung (im Hinblick auf die Schwere) und eine Identifizierung von punktuellen Fehlern eines kontinuierlich durchlaufenden transparenten Substrats mit einem guten Leistungsgrad ermöglicht.
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Die Erfindung hat eine Vorrichtung zur Analyse der optischen Qualität von einem oder mehreren mindestens teilweise transparenten Substrat(en), zum Beispiel einem Glasband, das im Verhältnis zur Vorrichtung durchläuft, zum Gegenstand, umfassend:
- • ein Beleuchtungssystem, um ein Bild in Transmission durch das Substrat hindurch und/oder in Reflexion am Substrat zu bilden;
- • eine Kamera für eine Aufzeichnung des von dem oder den Substrat(en) transmittierten und/oder reflektierten Bildes;
- • eine Steuereinheit, die einen Speicher umfasst, in dem Programme zum Steuern der Aufzeichnung der Bilder durch die Kamera gespeichert sind,
wobei
- • das Beleuchtungssystem in getrennten Beleuchtungszonen, durch die das oder jedes Substrat bestimmt ist hindurchzulaufen, gleichzeitig Beleuchtungen unterschiedlichen Typs erzeugen kann;
- • die Kamera eine Matrixkamera ist und ein Bild von mehreren Pixelzeilen aufzeichnen kann, wobei die Vorrichtung derart konfiguriert ist, dass die Kamera gleichzeitig ein Bild von mehreren Gruppen benachbarter Pixelzeilen aufzeichnen kann, die jeweils den getrennten Zonen entsprechen,
- • die Steuerprogramme die Kamera für unterschiedliche, mit der Durchlaufgeschwindigkeit des oder der Substrat(e)s synchronisierte Aufzeichnungen derart steuern können, dass mindestens ein und derselbe Fixpunkt des Substrats den Gegenstand einer Bildaufzeichnung in einer ersten der Pixelzeilengruppen, und in mindestens einer zweiten Gruppe bildet, die von der ersten verschieden ist.
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Mit einer solchen Vorrichtung ist es möglich, auf der Gesamtheit eines durchlaufenden Floatglasbandes gleichzeitig zum Beispiel für drei unterschiedliche Beleuchtungstypen in Transmission und drei unterschiedlichen Beleuchtungstypen in Reflexion zu analysieren, und dies mit einer einzigen Kamera.
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Die Vielzahl der erzeugten Beleuchtungstypen ermöglicht eine zuverlässige Analyse der Anzahl, der Größe und des Typs von Fehlern zu einem Preis und mit einem Platzbedarf, die angemessen sind.
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Bestimmten Ausführungsformen nach umfasst die Vorrichtung eine oder mehrere der folgenden Merkmale, separat oder in jeder technisch möglichen Kombination genommen:
- - die Synchronisation ist derart, dass die Gesamtheit der zu analysierenden Länge des oder der Substrat(e)s mit jedem der unterschiedlichen Beleuchtungstypen analysiert wird;
- - bei mindestens zwei Beleuchtungstypen zählen die unterschiedlichen Gruppen benachbarter Pixelzeilen eine identische Zeilenanzahl;
- - mindestens eine der Gruppen benachbarter Pixelzeilen zählt mindestens 5, zum Beispiel mindestens 10, zum Beispiel mindestens 50 benachbarte Pixelzeilen;
- - die Gruppen benachbarter Pixelzeilen sind paarweise um mindestens 5, zum Beispiel mindestens 10, zum Beispiel mindestens 50 benachbarte Pixelzeilen beabstandet;
- - die Vorrichtung ist so konfiguriert, dass mindestens mehrere der unterschiedlichen Beleuchtungstypen der getrennten Zonen Beleuchtungen in Transmission sind, oder dass mindestens mehrere der unterschiedlichen Beleuchtungstypen der getrennten Zonen Beleuchtungen in Reflexion sind;
- - die Vorrichtung ist so konfiguriert, dass mindestens einer der unterschiedlichen Beleuchtungstypen eine Beleuchtung in Transmission der einen der getrennten Zonen ist, und dass mindestens einer der unterschiedlichen Beleuchtungstypen eine Beleuchtung in Reflexion einer anderen der getrennten Zonen ist;
- - die Vorrichtung ist so konfiguriert, dass mehrere der unterschiedlichen Beleuchtungstypen der getrennten Zonen Beleuchtungen in Transmission von mehreren der getrennten Zonen sind, und dass mehrere der unterschiedlichen Beleuchtungstypen Beleuchtungen in Reflexion von mehreren anderen der getrennten Zonen sind;
- - das Beleuchtungssystem und die Kamera sind im Betrieb fix zueinander, und das Substrat oder die transparente(n) Substrat(e) im Verhältnis zu ihnen beweglich;
- - die Vorrichtung umfasst eine Einheit zur Verarbeitung der von der Kamera aufgezeichneten Bilder, wobei die Verarbeitungseinheit einen Rechner und einen Speicher einschließt, in dem Verarbeitungsprogramme gespeichert sind, die vom Rechner umgesetzt werden können, wobei die Programme Größen liefern können, die für die optische Qualität des oder der analysierten Substrat(e)s repräsentativ sind;
- - mindestens eine der getrennten Beleuchtungszonen, vorzugsweise jede Beleuchtungszone, weist eine längliche Kontur mit einem Verhältnis Länge/Breite > 10 auf.
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Die Erfindung hat ebenfalls ein Verfahren zur Analyse der optischen Qualität von einem oder mehreren durchlaufenden, mindestens teilweise transparenten Substrat(en), zum Beispiel einem Glasband, zum Gegenstand, umfassend:
- • ein Beleuchtungssystem, um ein Bild in Transmission durch das Substrat hindurch und/oder in Reflexion am Substrat zu bilden;
- • eine Aufzeichnung des von dem oder den Substrat(en) transmittierten und/oder reflektierten Bildes durch eine Kamera;
- • eine Umsetzung von Programmen zum Steuern der Aufzeichnung der Bilder durch die Kamera,
wobei
- • das Beleuchtungssystem in getrennten Beleuchtungszonen, durch die das oder die Substrat(e) hindurchläuft/-laufen, gleichzeitig Beleuchtungen unterschiedlichen Typs erzeugt;
- • die Aufzeichnung für mehrere Gruppen benachbarter Pixelzeilen, die jeweils den getrennten Beleuchtungszonen entsprechen, über mehrere Pixelzeilen gleichzeitig ausgeführt wird,
- • die unterschiedlichen Aufzeichnungen derart mit der Durchlaufgeschwindigkeit des oder der Substrat(e)s synchronisiert werden, dass mindestens ein und derselbe Fixpunkt des Substrats den Gegenstand einer Bildaufzeichnung in einer ersten der Pixelzeilengruppen, und in mindestens einer zweiten Gruppe bildet, die von der ersten verschieden ist.
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Die vorliegende Erfindung wird nun mithilfe von rein veranschaulichenden und in keiner Weise den Geltungsbereich der Erfindung einschränkenden Beispielen und auf Grundlage der beigefügten Abbildungen beschrieben, in denen:
- - die 1 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Analysevorrichtung mit einer Matrixkamera und zwei Beleuchtungskästen, der eine in Transmission, der andere in Reflexion, darstellt;
- - die 2 eine Draufsicht eines durchlaufenden Glasbandes darstellt, in der in der gestrichelten Zone, die dem Feld der Kamera entspricht, drei verschiedene Beleuchtungszonen sichtbar sind, die von einem Beleuchtungskasten erzeugt werden: eine Beleuchtungszone vom Typ Prüfmuster (Streifenbeleuchtung in der Figur), eine direkte Beleuchtungszone mit hellem Hintergrund, und eine indirekte Beleuchtungszone mit dunklem Hintergrund;
- - die 3 eine zur 1 analoge Ansicht ist, die einen Beleuchtungskasten näher im Detail veranschaulicht, der dazu geeignet ist, die in der 2 sichtbaren Beleuchtungszonen mit einer Beleuchtung mit mehreren benachbarten LED-Reihen zu erzeugen, mit einer ersten Reihe, die von einem Muster bedeckt ist, um eine Beleuchtung vom Typ Prüfmuster zu erzeugen, und einer vierten Reihe, die „ausgeblendet“ oder von einer undurchlässigen Maske bedeckt ist, um dank der Beleuchtung der LEDs der benachbarten Reihen eine indirekte Beleuchtungszone auf dem durchlaufenden Substrat zu erzeugen;
- - die 4 eine schematische Ansicht eines von der Matrixkamera aufgezeichneten Bildes darstellt, die die Positionierung der unterschiedlichen Beleuchtungen in der Ebene des Empfängers der Kamera im Falle der 1 zum Beispiel hervortreten lässt, in der zwei Kästen vorliegen und von den ersten Zonen getrennte Zonen beleuchten; und
- - die 5 bis 12 unterschiedliche, von der Vorrichtung gelieferte Bilder nach Aufzeichnung und Verarbeitung veranschaulichen.
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Die Figuren sind nicht maßstabsgerecht, um ihr Lesen zu vereinfachen.
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Die 1 veranschaulicht eine Vorrichtung 1 zur Analyse der punktuellen Fehler eines Floatglasbandes 2 (d. h. eines mindestens teilweise transparenten Substrats), das im Verhältnis zur Vorrichtung 1 kontinuierlich durchläuft. Diese Vorrichtung 1 umfasst beidseits des Substrats 2 zwei Beleuchtungskästen 4, 6, der eine in Transmission und der andere in Reflexion. Jeder Kasten 4, 6 beleuchtet gleichzeitig unterschiedliche, so genannte „Beleuchtungszonen“ 8A, 8B, 8C, 10A, 10B, 10C (2 und 4), die alle getrennt sind und durch die das Substrat 2 hindurchläuft.
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Wie in den 1 bis 4 veranschaulicht entsprechen diese Zonen 8A, 8B, 8C, 10A, 10B, 10C Unterteilungen der Laufebene des Bandes 2.
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Die von diesen zwei Kästen 4, 6 am Substrat 2 gebildeten Bilder werden mittels einer einzigen Matrixkamera 12 aufgezeichnet. Sie ist in der 1 auf der Seite des Beleuchtungskastens 4 in Reflexion (d. h. auf der dem Beleuchtungskasten 6 in Transmission gegenüberliegenden Seite) angeordnet.
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Die Kamera 12 wird von einer Steuereinheit 14 gesteuert.
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Die von der Kamera 12 aufgezeichneten Bilder werden anschließend von einer Verarbeitungseinheit 16 verarbeitet, um Werte zu liefern, die für die Anzahl, für die Größe und für den Typ der analysierten Fehler repräsentativ sind.
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Einem wesentlichen Aspekt der Erfindung nach wird die Aufzeichnung der Bilder durch die Kamera 12 derart ausgeführt, dass das Substrat 2 auf der Gesamtheit seiner Fläche mit allen den Beleuchtungstypen analysiert werden kann.
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Dazu werden die Pixel der Kamera 12 in unterschiedliche Gruppen benachbarter Pixelzeilen (quer zum Durchlauf des Substrats 2) geteilt. Jede Gruppe ist mit einer entsprechenden Zone verbunden, die gemäß einem bestimmten Beleuchtungstyp beleuchtet wird.
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Die Aufzeichnung wird derart synchronisiert, dass die Gesamtheit des Substrats 2 analysiert wird. Das heißt, dass wenn die Gruppen aus n benachbarten Zeilen mit einer Auflösung von Δx Millimetern pro Zeilen in der Ebene eines Substrats bestehen, das sich mit der Geschwindigkeit v bewegt, das Aufzeichnungsintervall gleich n. □ Δx / v ist.
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Die Gruppen zählen jedoch nicht notwendigerweise dieselbe Anzahl an Pixelzeilen, auch wenn dies bevorzugt wird. Und die Aufzeichnung wird nicht notwendigerweise so ausgeführt, dass die Gesamtheit des analysierten Substrats 2 abgedeckt wird (wie als Beispiel in der 2 veranschaulicht), auch wenn dies ebenfalls bevorzugt wird (d. h unter Vorsehen eines Kamerafeldes und einer Beleuchtung, die ausreichend breit sind).
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Ganz allgemein wird die Aufzeichnung also derart synchronisiert, dass mindestens ein und derselbe Fixpunkt des Substrats 2 den Gegenstand einer Bildaufzeichnung in einer ersten der Pixelzeilengruppen und in mindestens einer zweiten Gruppe bildet, die von der ersten verschieden ist.
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Bevorzugt bildet die Gesamtheit der Fläche des Substrats 2, das analysiert werden soll, den Gegenstand einer aufeinanderfolgenden Bildaufzeichnung in jeder der Pixelzeilengruppen, die mit den unterschiedlichen Beleuchtungen 8A, 8B, 8C, 10A, 10B, 10C verbunden sind.
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Es sei darauf hingewiesen, dass mehrere Merkmale verallgemeinert werden können.
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Zunächst einmal können die Kamera 12 und die Beleuchtungen 8A, 8B, 8C, 10A, 10B, 10C für unterschiedliche Bildaufzeichnungen, die alle dem Substrat 2 in Transmission gesehen, alle dem Substrat 2 in Reflexion, oder auch alle in Reflexion und in Transmission gesehen entsprechen, angeordnet werden. Bei diesem Punkt gibt es keine besondere Einschränkung. Eine gleichzeitige Analyse in Transmission und in Reflexion wird bevorzugt.
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Im Allgemeinen wird das Beleuchtungssystem so konfiguriert, dass verschiedene (d. h. getrennte) Zonen 8A, 8B, 8C, 10A, 10B, 10C, in denen (d. h. „durch“ die) das Substrat 2 hindurchläuft, unterschiedlich beleuchtet werden.
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Unter Beleuchtung unterschiedlichen Typs werden Beleuchtungen verstanden, die die Fehler in unterschiedlicher Weise hervortreten lassen und unterschiedliche Verarbeitungen oder Analysen erfordern.
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Der Gegenstand der Analyse (das heißt in diesem Beispiel ein Glasband) ist in Abwandlung eine Abfolge von verschiedenen durchlaufenden Glasscheiben oder Verglasungen. Mehr noch handelt es sich nicht notwendigerweise um Glas, sondern in Abwandlung zum Beispiel um Substrate aus Kunststoffmaterial.
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Das oder die Substrat(e) sind im Allgemeinen mindestens teilweise transparent. Eine vollständige Transparenz ist nicht notwendig.
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So hat die Erfindung im Allgemeinen eine Vorrichtung 1 zur Analyse der optischen Qualität von einem oder mehreren kontinuierlich durchlaufenden, mindestens teilweise transparenten Substrat(en) 2, zum Beispiel einem Glasband, zum Gegenstand, umfassend:
- • ein Beleuchtungssystem 4, 6, um ein Bild in Transmission durch das Substrat hindurch und/oder in Reflexion am Substrat zu bilden;
- • eine Kamera 12 für eine Aufzeichnung des von dem oder den Substrat(en) 2 transmittierten und/oder reflektierten Bildes;
- • eine Steuereinheit 14, die einen Speicher 15 umfasst, in dem Programme zum Steuern der Aufzeichnung der Bilder durch die Kamera 12 gespeichert sind,
wobei
- • das Beleuchtungssystem 4, 6 in getrennten Beleuchtungszonen 8A, 8B, 8C, 10A, 10B, 10C, durch die das oder jedes Substrat 2 bestimmt ist, hindurchzulaufen, gleichzeitig Beleuchtungen unterschiedlichen Typs erzeugt;
- • die Kamera 12 eine Matrixkamera ist und ein Bild von mehreren Pixelzeilen (quer zum Durchlauf des oder der Substrat(e)s 2) aufzeichnen kann,
wobei die Vorrichtung 1 derart konfiguriert ist, dass die Kamera 12 gleichzeitig ein Bild von mehreren Gruppen benachbarter Pixelzeilen aufzeichnen kann, die jeweils den getrennten Zonen 8A, 8B, 8C, 10A, 10B, 10C entsprechen, und wobei
die Steuerprogramme die Kamera für unterschiedliche, mit der Durchlaufgeschwindigkeit des oder der Substrat(e)s 2 synchronisierte Aufzeichnungen derart steuern können, dass mindestens ein und derselbe Fixpunkt des Substrats 2 den Gegenstand einer Bildaufzeichnung in einer ersten der Pixelzeilengruppen, und in mindestens einer zweiten Gruppe bildet, die von der ersten verschieden ist.
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Es sei darauf hingewiesen, dass unter Fixpunkt ein fixer Punkt am Substrat 2, d. h. relativ zum Substrat 2 verstanden wird.
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Es sei darauf hingewiesen, dass es nicht ausgeschlossen ist, dass die Vorrichtung 1 mehrere Kameras umfasst.
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Vorteilhafterweise weisen die getrennten Beleuchtungszonen 8A, 8B, 8C, 10A, 10B, 10C eine sehr langgestreckte längliche Kontur (d. h. mit einem Verhältnis Länge/Breite > 10) in der Richtung quer zum Durchlauf des analysierten Substrats auf, insbesondere so, dass ihr Platzbedarf reduziert wird (d. h. wie in den 2 und 4 veranschaulicht).
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Noch vorteilhafter wird eine dieser Beleuchtungen von einem Muster von (zur Durchlaufrichtung parallelen) Längslinien gebildet, die quer über die gesamte Breite des Substrats
2 beabstandet sind, wie in der
2 veranschaulicht und wie in der Patentanmeldung
WO-A-2011/121219 der Anmelderin beschrieben. Dieses Muster ist in der Tat besonders für eine Teilaufzeichnung nach Pixelzeilengruppen geeignet und effizient, da es ermöglicht, die aufgezeichneten Bilder leicht zu verketten.
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Die 2 veranschaulicht als Beispiel unterschiedliche Beleuchtungen, die in den getrennten Zonen 8A, 8B, 8C möglich sind.
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Diese Beleuchtungen werden mittels eines einzigen länglichen Kastens 4; 6 ausgeführt, in dem Lichtquellen (z. B. LEDs) das durchlaufende Substrat 2 so beleuchten, dass in drei verschiedenen (d. h. getrennten) Zonen 8A, 8B, 8C unterschiedliche Beleuchtungen erzeugt werden.
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Die erste Beleuchtungszone 8A wird mit einem Längslinienmuster beleuchtet, so wie weiter oben beschrieben.
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Die zweite Beleuchtungszone 8B wird gemäß einer direkten Beleuchtung mit hellem Hintergrund, d. h. vom Typ „Hellfeld“ beleuchtet.
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Die dritte Beleuchtungszone 8C wird gemäß einer indirekten Beleuchtung mit dunklem Hintergrund, d. h. vom Typ „Dunkelfeld“ beleuchtet.
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Im Allgemeinen jedoch ist jede Beleuchtung von jedem geeigneten Typ. Noch allgemeiner ist das Beleuchtungssystem von jedem geeigneten Typ.
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Zur Ausführung solcher Beleuchtungen umfasst der Beleuchtungskasten 4 (hier in der 3 in Reflexion) zum Beispiel eine längliche Platte 18 aus einem streuenden weißen Material, hinter der eine lineare Beleuchtungsquelle 20 vom Typ Leuchtstoffröhren, oder noch vorteilhafter vom Typ Leuchtdioden (LED) platziert ist, die einen Beleuchtungsgrad der streuenden Platte 18 sicherstellt, welcher ausreichend stark ist, um eine korrekte Aufnahme mithilfe der Kamera 12 sicherzustellen. Die Verwendung von LEDs ermöglicht es im Besonderen, die Stärke dieser Beleuchtung zu modulieren, indem die Versorgungsspannung an den Anschlüssen der LEDs variiert wird und/oder indem mehrere LED-Reihen nebeneinander installiert werden, die nach Bedarf versorgt werden. Die Verwendung von LEDs ermöglicht es ebenfalls, mit farbigem Licht zu arbeiten, das heißt LEDs zu wählen, die in einem Spektralband emittieren, das so gewählt ist, dass die Detektion von Fehlern vom farbigen Typ optimiert wird. So lässt sich leicht und zu geringem Preis ein Streulichtkasten erhalten, der eine starke und nach Bedarf mit einer hohen Dynamik modulierbare Beleuchtung erzeugt.
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Um die drei oben beschriebenen Beleuchtungen auszuführen, ist es möglich, an dieser streuenden Fläche durch Siebdruck oder durch Druck ein regelmäßiges Muster 22 hinzuzufügen, das aus einer wechselnden Abfolge von hellen und dunklen Linien besteht, die parallel oder senkrecht zur Durchlaufrichtung des Substrats platziert sind, um die erste, so genannte Prüfmusterbeleuchtung zu bilden.
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Die erste Beleuchtung ist der Detektion der deformierenden Fehler gewidmet, die zweite, vom Typ „Hellfeld“, der Detektion der absorbierenden Fehler.
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Die dritte Beleuchtung wird zum Beispiel ebenfalls durch Siebdruck oder Druck, auf derselben streuenden Scheibe 18, eines zweiten Musters 24 gebildet, das aus einem schwarzen Streifen besteht, der in Verbindung mit dem angrenzenden hellen Hintergrund eine indirekte Beleuchtung (d. h. ein „Dunkelfeld“) bildet. So lassen sich nebeneinander, auf demselben Substrat und in derselben Ebene eine Prüfmusterbeleuchtung, eine helle Beleuchtung und eine indirekte Beleuchtung schaffen (2 und 3).
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Ein Beleuchtungskasten an einer Floatlinie misst zum Beispiel 3500 mm auf 200 mm, um ein Beispiel zu nennen.
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Dieser Beleuchtungskasten wird zum Beispiel in Transmission verwendet.
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Das optische Feld, das von einer Matrixkamera abgedeckt wird, beträgt typischerweise 700 mm auf 500 mm. Es kann ebenfalls ein Beleuchtungskasten in Reflexion selber Abmessung hinzugefügt werden, der ein wenig im Raum versetzt ist, sodass er sich in diesem optischen Feld nicht mit dem Beleuchtungskasten in Transmission überlagert. Das ist das, was die 1 und die 4 veranschaulichen.
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Die Matrixkamera 12 beobachtet dann in ihrem optischen Feld den Beleuchtungskasten in Reflexion 4, und anschließend den Beleuchtungskasten in Transmission 6, wobei jeder Beleuchtungstyp einen Teil des Feldes des von der Kamera aufgezeichneten Bildes einnimmt.
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Der in Transmission verwendete Beleuchtungskasten 6 ist zum Beispiel derselbe wie der oben beschriebene Kasten, der in der 2 veranschaulicht ist.
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Wenn die Leuchtgrade der Beleuchtungskästen nicht ausgeglichen sind (hohe Transmission des Substrats 2, geringe Reflexion des Substrats 2 zum Beispiel), ist es möglich, diese Leuchtgrade auszugleichen, indem die Anzahl und die Stärke der Beleuchtungsquellen angepasst werden. Diese Anpassung ist im Falle der Verwendung von LED-Quellen besonders einfach und automatisierbar.
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Wenn es erforderlich ist, gleichzeitig die Ebene der Beleuchtungskästen und die Fläche des Substrats 2, das die Fehler enthält, deutlich zu sehen, werden die Beleuchtungskästen ausreichend nahe am Substrat platziert, wird der Leuchtgrad der Beleuchtungskästen erhöht und wird die Öffnung des Objektivs bedacht gewählt, um von einer Feldtiefe zu profitieren, die ausreichend groß ist, um diese Bedingungen zu erfüllen.
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Die Beleuchtungskästen in Transmission 6 und in Reflexion 4 werden im Verhältnis zum durchlaufenden Substrat 2 nahezu symmetrisch platziert, sodass dieselbe Kamera 12 die zwei Beleuchtungskästen 4, 6 deutlich wahrnimmt.
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Ein Beleuchtungskasten 4 kann so bemessen sein, dass er sich für das Feld einer einzigen Matrixkamera 12 eignet, oder aber, im Falle einer Analyse eines Produktes von großer Breite, das mehreren Matrixkameras 12 entsprechende optische Feld abdeckt.
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Die Kamera 12 ist zur Verarbeitung der Bilder, die einer solchen bedürfen, wie etwa die von einer Beleuchtung vom Typ Prüfmuster und von einer Beleuchtung vom Typ „Dunkelfeld“ erzeugten Bilder, mit einer Verarbeitungseinheit 16 der aufgezeichneten Bilder verknüpft. Die Beleuchtung vom Typ „Hellfeld“ erfordert nicht notwendigerweise eine elektronische Verarbeitung und kann per Augenschein analysiert werden.
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Die Verarbeitungseinheit 16 schließt einen Rechner und einen Speicher 17 ein, in dem Verarbeitungsprogramme gespeichert sind, die vom Rechner umgesetzt werden können. Die Programme können auf Grundlage der aufgezeichneten Bilder Größen liefern, die für die optische Qualität des oder der analysierten Substrat(e)s 2 repräsentativ sind.
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Es ist möglich, entweder indem nur die Zeilen des Bildes in der Matrixkamera 12 abgerufen werden, die mit jedem Beleuchtungstyp verbunden sind, oder indem die Gesamtheit des Matrixbildes zur Verarbeitungseinheit 16 übertragen und anschließend die Teile des Bildes, die mit jedem Beleuchtungstyp verbunden sind, softwarebasiert extrahiert werden, Bildabschnitte zu erhalten, die jeder umgesetzten Beleuchtung entsprechen. Dann können die Informationen, die jedem Beleuchtungstyp entsprechen, separat verarbeitet werden, um daraus Informationen über die Antwort des Fehlers auf den Beleuchtungstyp zu ziehen, die Schwere des Fehlers einzuschätzen und diese Informationen zu kombinieren, um die Art des Fehlers zu identifizieren.
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Die 5 bis 12 veranschaulichen Bilder, die von der Vorrichtung 1 für vier unterschiedliche Glasproben geliefert werden.
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Diese Bilder bildeten den Gegenstand einer Verkettung von mehreren aufgezeichneten Zeilengruppen. Die „Hellfeld“-Bilder entsprechen den aufgezeichneten Bildern. Die mit Prüfmuster oder „Dunkelfeld“ beleuchteten Bilder bildeten den Gegenstand von Verarbeitungen, die in an sich bekannter Weise die Ergebnisse von an den aufgezeichneten Bildern vorgenommenen Berechnungen mit einem Farbcode verdeutlichen.
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Die erste Probe (5 und 6) wurde mit einer „Hellfeld“-Beleuchtung (5) in Transmission und einer Prüfmusterbeleuchtung in Transmission (6) analysiert und verdeutlicht die Detektion eines absorbierenden Fehlers.
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Die zweite Probe (7 und 8) umfasst ihrerseits einen deformierenden Fehler, der mit der Prüfmusterbeleuchtung (8) viel besser sichtbar ist als mit der Hellfeldbeleuchtung (7).
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Die dritte Probe (9 und 10) weist einen streuenden Fehler, der im „Dunkelfeld“ (10) sichtbar, aber im Hellfeld (9) kaum sichtbar ist, und die vierte (11 und 12) einen metallischen Einschluss auf, der besonders mit der „Hellfeld“- (11), aber nicht mit einer Dunkelfeldbeleuchtung ( 12) hervortritt.
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Mit der Erfindung lässt sich, wenn die Auflösung der Kamera 12 in der Durchlaufrichtung 0,5 mm pro Pixelzeile beträgt, in einer einzigen Aufnahme eine Gruppe von zum Beispiel 100 benachbarten Zeilen aufzeichnen, was einer Länge von 50 mm des durchlaufenden Substrats 2 entspricht. Die in diesen 100 Pixelzeilen enthaltenen Informationen werden zu einer Verarbeitungseinheit 16 übertragen, während eine neue Aufzeichnung an den folgenden 50 mm Substrat 2 ausgelöst wird. Die Synchronisation der Aufzeichnung mit der Durchlaufgeschwindigkeit des Substrats 2 ermöglicht es, die Gesamtheit des Substrats 2 in der Durchlaufrichtung zu beobachten, d. h. einen Abdeckungsfehler des Substrats 2 von idealerweise 0 %.
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Wenn diese Synchronisation nicht perfekt ist und mit einem Fehler von 0,1 mm erfolgt, beträgt der Abdeckungsfehler des Substrats 2 0,1/50, d. h. 0,2 %, was sich als vernachlässigbar erweist.
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Die Verwendung eines einzigen Detektors 12 (der Matrixkamera), um die Gesamtheit der Beleuchtungen zu beobachten, weist ebenfalls den Vorteil auf, im Falle einer leichten Verschiebung der Kamera 12 oder der Beleuchtungskästen 4, 6 toleranter zu sein, da diese Zeitversätze konstant bleiben und es somit ermöglichen, sie neu zu definieren. Dies trägt zur Zuverlässigkeit und zum geringen Preis der Analyse bei.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2007/045437 A [0019]
- US 2007/0263206 A [0028]
- WO 2010/130226 A [0030]
- WO 2011/121219 A [0060]
