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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ermitteln der zweidimensionalen Abmessungen einer Floatglasscheibe.
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Im Laufe des Verarbeitungsprozesses von Floatglasscheiben ist es von besonderer Bedeutung, zu jederzeit die zweidimensionalen Abmessungen und damit die genaue Position und Orientierung einer bestimmten Glasscheibe bestimmen zu können. Je nach späterer Verwendung werden die Floatglasscheiben geschnitten, Kanten bearbeitet, vorgespannt, gebogen und / oder bedruckt. Da die Anforderungen des Kunden betreffend die Präzision der gebogenen Scheibe immer weiter steigen, ist eine exakte Kontrolle des Produktionsprozesses von großer Bedeutung auch für die Stabilität eines Produktionsprozesses. Einige der Prozessschritte finden bei hohen Temperaturen von mehr als 600 °C statt, sodass besonders robuste und flexibel einsetzbare Messverfahren benötigt werden, um die Position einer Floatglasscheibe zu verschiedenen Zeitpunkten in einem Verfahren zu bestimmen. Viele traditionelle Messverfahren basierend auf Lasern oder Kameras sind mit den Herausforderungen konfrontiert, die sich im Zusammenhang mit hochtransparenten, spiegelnden und reflektierenden Materialien wie Glas ergeben. Insbesondere wenn eine Messung bei hoher Temperatur zum Beispiel in einem Ofen vorgenommen werden soll, erschweren die Hitze, hohe IR-Strahlung und starke Luftströmungen (Konvektion) die Messung.
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Floatglas wird im endlos-kontinuierlichen Floatglasverfahren hergestellt. Dabei wird eine Glasschmelze auf ein Bad aus flüssigem Zinn geleitet und breitet sich aufgrund ihrer geringeren Dichte gleichmäßig auf der Oberfläche des Bades aus. Dies ermöglicht die Produktion von qualitativ hochwertigem Basisglas mit besonders glatten Oberflächen. Das warme Glas wird kontinuierlich aus dem Zinnbad herausgezogen und in einem Kühlofen heruntergekühlt. Anschließend wird das Glas geschnitten. Die Seite einer Floatglasscheibe, die mit dem flüssigen Zinn in Kontakt steht, wird dabei mit Zinn dotiert. Diese Seite wird auch als Zinnseite bezeichnet und hat etwas andere Eigenschaften als die andere Seite der Floatglasscheibe, die während der Herstellung nicht mit dem Zinn in Kontakt steht. Bei Bestrahlung mit kurzwelliger Ultraviolett-Bestrahlung fluoresziert die Zinnseite im sichtbaren Wellenlängenbereich, was zur Unterscheidung der beiden Seiten einer Floatglasscheibe genutzt werden kann.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Vorrichtung bereitzustellen, die die Bestimmung der zweidimensionalen Abmessungen und der Position einer Floatglasscheibe während der Weiterverarbeitung ermöglicht.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Vorrichtung nach dem unabhängigen Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Die Vorrichtung zum Ermitteln der zweidimensionalen Abmessungen einer Floatglasscheibe umfasst eine Lichtquelle und einen Detektor. Die Lichtquelle strahlt eine erste Oberfläche der Floatglasscheibe mit Licht im Wellenlängenbereich kleiner als 360 nm an. Der Detektor ist dabei auf die erste Oberfläche oder die zweite Oberfläche der Floatglasscheibe gerichtet und detektiert Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich, bevorzugt im Wellenlängenbereich zwischen 380 nm und 780 nm.
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Die Lichtquelle regt dabei die Zinnmoleküle auf der Zinnseite der Floatglasscheibe an, die daraufhin fluoreszieren und Licht im sichtbaren Spektrum emittieren. Der Detektor ist auf der Seite der ersten Oberfläche oder Seite der zweiten Oberfläche angeordnet und detektiert die Fluoreszenz der Zinnmoleküle. Die Zinnmoleküle emittieren dabei mit gleicher Wahrscheinlichkeit Licht in alle Richtungen des Raumes. Somit ist die Fluoreszenz an der Stelle auf der zweiten Oberfläche oder der ersten Oberfläche der Scheibe sichtbar, die von der Lichtquelle angestrahlt wird. Überraschender Weise funktioniert dies sowohl bei Umgebungstemperatur zwischen 10°C und 40°C als auch bei hohen Temperaturen von bis zu etwa 650°C sehr gut. Dies ermöglicht die Bestimmung der Position der Floatglasscheibe während des gesamten Verarbeitungsprozesses.
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Da die Zinnmoleküle mit gleicher Wahrscheinlichkeit in alle Richtungen des Raumes Licht emittieren, wird etwa die Hälfte der Photonen innerhalb des Glases emittiert. Da der Brechungsindex des Floatglases größer ist als der der umgebenden Luft, werden Photonen, die unter einem Winkel von kleiner als etwa 41° innerhalb des Glases emittiert werden, aufgrund des Effekts der internen Totalreflektion an der Grenzfläche Glas/Luft reflektiert und bleiben innerhalb des Glases, bis sie im Bereich der Kante wieder austreten. Dies führt dazu, dass die Kanten der Floatglasscheibe durch das austretende Licht aufleuchten, sodass mithilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung die äußeren Abmessungen und die Position einer Scheibe genau bestimmt werden können. Dies funktioniert besonders gut bei Umgebungstemperatur zwischen 10°C und 40°C.
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Eine bevorzugte Einsatzmöglichkeit ist die Messung der Ausrichtung der Scheibe im Zusammenhang mit der bei Raumtemperatur durchgeführten Kantenbearbeitung. Mithilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Position und Orientierung der Scheibe jederzeit exakt bestimmt werden, was zu einer verkürzten Bearbeitungsdauer der Scheibe führt und zudem die Schleifmittel schont, wenn die Scheibe entsprechend ausgerichtet wird. Heutzutage wird die Orientierung und Abmessung der bearbeiteten Scheibe mithilfe einer mechanischen Lehre bestimmt, um zu überprüfen ob die Schleifscheiben zur Erzeugung des C-Schliffs der Kanten gewechselt werden müssen. Für jede neue Scheibenform muss eine neue Lehre bereitgestellt werden, sodass diese Messung sehr aufwändig ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann dagegen für jegliche Scheibengeometrie eingesetzt werden.
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Eine weitere bevorzugte Einsatzmöglichkeit ist die Messung der Position vor und während des Biegevorgangs einer Scheibe für ein Kraftfahrzeug, die üblicherweise bei erhöhten Temperaturen von 600°C bis 700°C durchgeführt wird. In der
WO2019081317 ist zum Beispiel ein Biegeprozess beschrieben, bei dem die zu biegende Scheibe auf einer Trägerform transportiert wird. Dabei werden gesonderte Maßnahmen ergriffen, um ein Verrutschen der Scheibe während des Transports zu verhindern. Wenn eine Trägerform für eine Scheibe während eines Transports hohen Beschleunigungen ausgesetzt ist, so führt die Trägheit der Scheibe dazu, dass die Scheibe auf der Trägerform verrutscht, d.h. sich die Lage der Scheibe relativ zur Trägerform verändert. Mithilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine solche Lageänderung direkt detektiert werden und gegebenenfalls können korrigierende Maßnahmen ergriffen werden. So können Abmessung und Orientierung der Scheibe sogar direkt innerhalb des Biegeofens oder in der Vorheizzone gemessen werden, sodass Ausschuss aufgrund von fehlerhafter Orientierung deutlich verringert werden kann. So können gleichzeitig die Qualität der fertigen Scheibe verbessert und die Kosten verringert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Lichtquelle eine Lampe, eine LED oder ein Laser. Die Lichtquelle strahlt bevorzugt Licht im Wellenlängenbereich zwischen 190 nm und 350 nm, bevorzugt zwischen 213 nm und 266 nm ab. In diesem Wellenlängenbereich ist die Anregung der Zinnmoleküle besonders effizient. Die Lichtquelle kann eine punktförmige oder eine linienförmige Lichtquelle sein.
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Die Lichtquelle ist beispielsweise eine Quecksilberdampflampe.
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Der Detektor umfasst bevorzugt eine Photodiode, ein CCD (charge-coupled device)-Array und besonders bevorzugt eine Kamera. So können die Abmessungen der Scheibe aufgenommen werden und dokumentiert werden.
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In heißen Umgebungen wird der Detektor bevorzugt mit einem Bandpass-Filter eingesetzt, der IR- und/oder UV-Strahlung herausfiltert. Dann detektiert der Detektor bevorzugt Licht im Wellenlängenbereich von etwa 400 nm bis 550 nm.
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In einer bevorzugten Ausführungsform strahlt die Lichtquelle die Zinnseite der Floatglasscheibe an und der Detektor ist auf der gegenüberliegenden Seite der Floatglasscheibe oder auf derselben Seite der Floatglasscheibe wie die Lichtquelle angeordnet. Eine direkte Anregung der Zinnseite führt zu einer stärkeren Fluoreszenz bei gleicher Intensität der Lichtquelle, sodass ein stärkeres Signal erhalten wird, was die Detektierbarkeit verbessert.
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Ein bevorzugtes Einsatzgebiet der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist insbesondere ein Biegeverfahren zur Herstellung von Scheiben, insbesondere Front-, Heck-, Dach-, und/oder Seitenscheiben für Fortbewegungsmittel für den Verkehr auf dem Lande, in der Luft oder zu Wasser, insbesondere für Kraftfahrzeuge.
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Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Figuren genommen wird. Es zeigen in vereinfachter, nicht maßstäblicher Darstellung:
- 1 eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform Floatglasscheibe und eine erfindungsgemäße Vorrichtung;
- 2 eine schematische Darstellung eines Ausschnittes eines Querschnittes einer Floatglasscheibe;
- 3 eine schematische Darstellung eines Querschnitts einer Floatglasscheibe und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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1 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Floatglasscheibe 1 aus Kalk-Natron-Glas mit einer Dicke von 2,3 mm. Unterhalb der Floatglasscheibe auf der Seite der ersten Oberfläche I ist eine Lichtquelle 3 angeordnet. Die Lichtquelle 3 ist ein UVc-Laser mit einer Wellenlänge im Bereich zwischen 213 nm und 266 nm. Im Beispiel wird dieser als linienförmiger Laserstrahl eingesetzt, sodass die Scheibe 1 über ihre gesamte Breite gleichzeitig angestrahlt wird. Der Laser kann alternativ auch in Form eines punktförmigen Laserstrahls eingesetzt werden. Die erste Oberfläche I der Floatglasscheibe ist die Zinnseite, die mit Zinnmolekülen dotiert ist. Wie in 3 im Querschnitt gezeigt, emittieren die Zinnmoleküle mit gleicher Wahrscheinlichkeit Licht in alle Richtungen des Raumes (gebogene Pfeile). Somit ist die Fluoreszenz F auf beiden Oberflächen I und II an der Stelle der Scheibe sichtbar, die von der Lichtquelle 3 auf der ersten Oberfläche I angestrahlt wird.
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Da die Zinnmoleküle mit gleicher Wahrscheinlichkeit in alle Richtungen des Raumes Licht emittieren, wird etwa die Hälfte der Photonen innerhalb des Glases emittiert. Da der Brechungsindex des Floatglases größer ist als der der umgebenden Luft, werden Photonen, die unter einem Winkel von kleiner als etwa 41° innerhalb des Glases emittiert werden, aufgrund des Effekts der internen Totalreflektion an der Grenzfläche Glas/Luft reflektiert und bleiben innerhalb des Glases, bis sie im Bereich der Kante wieder austreten. Dies führt dazu, dass die Kanten der Floatglasscheibe durch das austretende Licht aufleuchten (in 1 nicht gezeigt), sodass mithilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung die äußeren Abmessungen und die Position einer Scheibe genau bestimmt werden können. Die Kanten sind bereits mit einem C-Schliff versehen, der in der Zeichnung als abgerundete Kante dargestellt ist. In 2 ist gezeigt, wie der Detektor 2 in Form einer Kamera mit CCD-Array die Abmessungen der äußeren Kanten erfassen kann und so die genaue Position und Orientierung der Scheibe 1 bestimmen kann. Der Detektor 2 ist auf die zweite Oberfläche II gerichtet und detektiert Licht im sichtbaren Spektralbereich. Da das Messverfahren auch bei Temperaturen funktioniert, wie sie beim Glasbiegen vorkommen, kann die Vorrichtung zum Beispiel genutzt werden, um die Position der Scheibe 1 unterhalb oder nahe an der Biegeform zu bestimmen und zu kontrollieren. Dies kann Fehler vermeiden, die aufgrund einer falschen Positionierung unter der Biegeform entstehen. Gerade mit steigenden Anforderungen in Bezug auf Präzision und immer geringere Toleranzen bezüglich der Scheibengeometrie, ist eine funktionierende Kontrollmöglichkeit während des Verfahrens unerlässlich. So kann mithilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Ausschuss beim Biegeverfahren signifikant reduziert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Floatglasscheibe
- 2
- Detektor
- 3
- Lichtquelle
- I
- erste Oberfläche
- II
- zweite Oberfläche
- F
- Fluoreszenz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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