DE4139094A1 - Messverfahren und messgeraet zur erkennung von stoerstellen bei flachglaesern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßverfahren, das geeignet ist Störstellen bei Flachgläsern zu erkennen. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein Meßgerät, das nach diesem Verfahren arbeitet.

Der Erfindung liegt eine Problematik zugrunde, die bei der Herstellung und Verarbeitung von Flachglas auftritt. Die verarbeiteten Glasplatten weisen, zum einen durch den Guß bedingt aber auch durch Transport und Verarbeitung Stör­ stellen auf. Diese können als Blasen , Einschlüsse oder Oberflächenbeschädigungen wie Kratzer und Einfallstellen auftreten. Störstellen dieser Art beeinträchtigen die Qualität und müssen vor der Verarbeitung erkannt, klassifiziert und gegebenenfalls ausgesondert werden.

Zur Erkennung solcher Störstellen wird in der Praxis das Glas durch manuelle Beobachtung kontrolliert. Die Nachteile dieses Verfahrens sind geringe Wirtschaftlichkeit, und begrenzte Zuverlässigkeit im Dauerbetrieb.

Der Einsatz von marktüblichen Bildverarbeitungssystemen ist prinzipiell denkbar. Außerdem können gängige Licht­ schranken verwendet werden um Teilbereiche der Flachgläser im Durchlicht zu prüfen.

Als problematisch erweist sich bei diesen bekannten Verfahren die begrenzte Empfindlichkeit, die sich als Verhältnis von beobachteter Meßfläche zur kleinsten detektierbaren Fehler­ größe definieren läßt. Dies ist vor allem darin begründet, daß viele Störstellen als Grenzflächen Luft-Glas besitzen und deshalb die Transmission nur geringfügig verändern. Dies führt dazu, daß ein Großteil der Störstellen mit den üblichen Systemen zu wirtschaftlich vertretbaren Bedingungen nicht automatisch detektiert werden kann. Sie sind diesen Gründen für die Flachglasprüfung industriell nicht verbreitet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Meßeinrichtung zu entwickeln die eine wesentlich höhere Empfindlichkeit bei der Erkennung von Störstellen in Flachgläsern erlaubt. Somit soll eine 100%-Kontrolle selbst bei größeren Glastafeln wirtschaftlich ermöglicht werden. Grundgedanke der Erfindung ist durch eine optische Anordnung einen hohen Kontrast zwischen ungestörter Glasfläche und Störstelle zu erreichen. Dies wird durch eine besondere Beleuchtungsanordnung erreicht. Das Licht der Lichtquelle wird durch eine Optik gerichtet und durchstrahlt das Prüfgut. Die Richtung und Apertur muß nun so gewählt werden, daß kein "direkt" emittiertes Licht in den photoelektrischen Empfänger fällt. Um den besonderen Vorteil des hohen Fehlerkontrastes einer Anordnung nach Anspruch 1 zu erreichen muß ebenso gewährleistet sein, daß Licht, das nicht von Störstellen abgelenkt wurde nicht von anderweitigen Teilen der Prüfanlage in die Apertur des Photoempfängers gelangt.

Eine ähnliche Beleuchtungsanordnung wird in Licht-Mikroskopen angewendet und dort als "Dunkelfeldbeleuchtung" bezeichnet. Störstellen auf oder in der durchstrahlten Glasfläche brechen, streuen und beugen das Licht in verschiedene Richtungen. Ordnet man einen Photoelektrischen Empfänger E wie in Fig. 1 dargestellt an so kann auf diesem die optische Strahlung die von der Störstelle abgelenkt wurde registriert werden. Der Kontrast also das Verhältnis des Signals einer Störstelle zum Gutsignal wird besonders hoch, da bei dieser Anordnung das störungsfreie Flachglas nur sehr geringes Streulicht erzeugt. Licht das durch die Fresnelreflexionen an den Grenzflächen des Flachglases reflektiert wird kann durch verschiedene Maßnahmen vom Empfänger ferngehalten werden. Zum einen kann die Strahlrichtung der Beleuchtung so gewählt werden, daß auch nach Mehrfachreflexionen im Glas wie in Fig. 2 gezeigt den Photoempfänger nicht trifft. Dies ist analog auch möglich, wenn die Lichtquelle auf der gleichen Seite der Probe wie der Empfänger sitzt.

Es ist auch denkbar polarisiertes Licht unter dem Brewsterwinkel als Beleuchtung zu verwenden und so die Fresnelreflexionen der ungestörten Glas-Luft Grenzflächen zu minimieren.

Die Empfindlichkeit des dargestellten Meßverfahrens in Bezug auf die Größe einzelner Störstellen hängt von der lokalen optischen Leistungsdichte am Prüfling ab.

Sie kann zum einen durch einen hohen Strahlungsfluß der Licht­ quelle gesteigert werden. Außerdem ist die Fokussierung auf die Meßfläche vorteilhaft, da hierdurch ebenfalls die lokale Leistungsdichte erhöht wird.

Hohe Leistungsdichte und damit eine hohe Empfindlichkeit erlangt man auch, wenn wie in Anspruch 4 erwähnt Laserlicht verwendet wird. Die Verwendung eines Lasers ist auch deshalb günstig, weil polarisierte Laser eingesetzt werden können und so eine Beleuchtung unter dem Brewsterwinkel die erläuterten Vorteile in Bezug auf Fresnelreflexionen bringt.

Die Wirtschaftlichkeit wird besonders deshalb erreicht, da wegen des hohen Kontrastes relativ geringe Anforderungen an die elektronische Auswerteschaltung gestellt werden müssen.

Fig. 1 zeigt eine in der Praxis ausgeführte Meßvorrichtung die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet. Sie ist wie in Anspruch 2 formuliert mit einem linienförmigen Beleuchtungs­ querschnitt ausgestattet.

Somit lassen sich Glasplatten in einer Ausdehnung gleichzeitig überwachen. Die gesamte Glasplatte kann kontrolliert werden, wenn sie durch die Meßvorrichtung geführt wird oder alternativ die Meßvorrichtung über die Tafel geführt wird.

Ein derartiger linienförmiger Lichtquerschnitt läßt sich bekanntlich aus der Punktlichtquelle 2 mittels einer Zylinderlinse 3 in Kombination mit einer sphärischen Linse 6 einfach erzeugen.

Als Photoelektrischer Empfänger 5 erweist sich die CCD-Zeile für eine linienförmige Beleuchtung als besonders geeignet. Ein Objektiv 4 bildet hierbei den vom Beleuchtungsband durchstrahlten Teil des Prüflings auf den zeilenförmigen Photoempfänger 5 ab. Sollen nur größere Störstellen erkannt werden so können auch einfache Photodioden oder ähnliche Strahlungsempfänger verwendet werden.

Eine weitere Ausführungsform zeigt Fig. 2. Hier ist die beleuchtete Glasfläche ebenfalls bandförmig, jedoch besitzt der Beleuchtungsstrahlengang eine hohe Apertur. Der Zentralbereich wird durch eine zusätzliche Blende 7 derartig abgeschattet, daß die Forderung nach Anspruch 1 erfüllt wird und auf den Photoempfänger nur von Störstellen abgelenktes Licht fällt. Diese Anordnung besitzt für solche Störstellen Vorteile, deren Form Vorzugsrichtungen aufweist. Die Wahrscheinlichkeit eine Einstrahlrichtung mit hohem Streuquerschnitt der Störstelle zu erhalten wird dadurch vergrößert.

Nach Fig. 3 kann die Beleuchtung ebenso mittels eines Zylinderteils 8 erfolgen das innenseitig als Reflektor ausgeführt ist. Der Querschnitt ist vorteilhaft elliptisch. Die linienförmige Lichtquelle 9 sitzt in einem Brenn­ punkt des Querschnitts. Die Strahlung wird durch den Reflektor auf die zweite Brennlinie fokussiert, die man in das zu prüfende Flachglas legen kann.

Der Bedingung nach Anspruch 1 kann durch die rechteckige Blende 7 entsprochen werden, die wiederum einen Teil der Beleuchtungsapertur abschattet.

Fig. 4 zeigt ein stark vereinfachtes Schaltbild der Auswerteschaltung für den Zeilen-Photoempfänger 20. Ein Hochpaßfilter 21, das dem Verstärker nachgeschaltet ist, verringert die Empfindlichkeit gegenüber Umgebungs- Gleichlicht.

Die Amplitude des so gefilterten Videosignals kann direkt mit einem Schwellwert im Komparator 23 verglichen werden und so ein "Störstellensignal" gebildet werden.

Der Einfluß von Umgebungslicht kann ebenso dadurch reduziert werden, daß die Lichtquelle mit einer Trägerfrequenz moduliert wird und in der Empfängerschaltung eine Demodulation erfolgt.

Der Ort einer Störstelle läßt sich ebenfalls aus dem Video-Signal wie bei Kanten-Locatoren üblich ermitteln. Fig. 5 zeigt hierzu ein stark vereinfachtes elektrisches Schaltbild. Der Auslesetakt der CCD-Zeile wird auf einen Zähler geschaltet. Wird dieser Zähler zum Zeitpunkt des Störstellensignals ausgelesen oder in einer anderen Vorrichtung zwischengespeichert, so ist derselbe Wert ein Maß für die Lage der Störstelle in Ausdehnung der CCD-Zeile.

Alternativ ist auch die Auswertung des Video-Signals mit einem Mikrocomputer möglich. Hier lassen sich weitergehende Auswerteverfahren wie Ortsfilterung zur Kontrasterhöhung und Fehlerklassifizierung anwenden.

Claims (12)

1. Verfahren zur automatischen Erkennung von Störstellen in bzw. auf Flachglas dadurch gekennzeichnet, daß die zu prüfende Probe von wenigstens einer Licht­ quelle durchstrahlt wird und der so beleuchtete Teil mittels einer Optik auf einen oder mehrere photoelektrische Empfänger abgebildet wird, wobei die Beleuchtung so ausgeführt ist, daß nur jenes Licht der Lichtquelle auf den photoelektrische Empfänger trifft, das an Störstellen innerhalb oder an den Grenzflächen des zu prüfenden Flachglases gestreut, reflektiert oder gebeugt wird.

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Form der beleuchteten Probenfläche linienförmig ist.

3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Beleuchtungs­ strahlengang eine hohe Apertur aufweist und ein zentraler Teil der Beleuchtungsapertur über eine rechteckige Blende abgeschattet wird.

4. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beleuchtende Licht­ quelle ein Laser ist.

5. Meßvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine linienförmige Lichtquelle verwendet wird und diese durch eine Linse oder Reflektoren auf die Probenfläche abgebildet wird.

6. Meßvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die linienförmige Intensitätsverteilung mit wenigstens einer Zylinderlinse erzeugt wird.

7. Meßvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abbildung der Lichtquelle durch einen Reflektor, ausgebildet als Teil-Zylinder mit elliptischem Querschnitt, erfolgt.

8. Meßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der photoelektrische Empfänger als CCD-Zeile ausgebildet ist.

9. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Auswerteschaltung einen Schwellwert­ detektor enthält, der ein Ausgangssignal erzeugt.

10. Meßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Auswerteschaltung einen Hochpaßfilter enthält.

11. Meßvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Auswerteschaltung einen Zähler zur Ermittlung der Lage einer Störstelle enthält.

12. Meßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Flachglasscheibe zur vollständigen Prüfung senkrecht zur beobachteten Linie bewegt wird.