DE4207591A1

DE4207591A1 - Surface corrugation test - uses light at a flat angle to give projected image on a screen for corrugation peaks and valleys to be measured

Info

Publication number: DE4207591A1
Application number: DE19924207591
Authority: DE
Inventors: Robert Van Den Dr Berg
Original assignee: Siemens Solar GmbH
Current assignee: SolarWorld Industries Deutschland GmbH
Priority date: 1992-03-10
Filing date: 1992-03-10
Publication date: 1993-09-16

Abstract

To determine the deg. of corrugation at a surface, the surface is illuminated (LQ) at a flat angle (Wl) and the reflected light is shown on a screen (LW) as an image (SP). The corrugation is measured by the repeated peaks and valleys on the projected image. A unit to form shadows can be laid and/or moved across the surface scrutiny, as a shadow screen. The corrugation of the projected image is compared with an image of a known corrugation to measure the gaps between the corrugated peaks and valleys to locate and mark the peaks on the surface. USE/ADVANTAGE - The method is used for quality control of worked surfaces, such as pretensed or hardened glass panes, and other surfaces which have been machined and the like, which would affect the transparency or reflection characteristics, such as in building cladding materials. It is also used to monitor the quality of thin deposited layers for solar cells. The technique gives a rapid, simple and accurate test of the corrugation at a surface.

Description

Eine Beurteilung von Objektoberflächen bezüglich der Wellig keit oder Unebenheit kann erforderlich sein nach bestimmten Herstellungsverfahren oder nach Oberflächenbearbeitungsver fahren, die beispielsweise mit Materialauf- oder -abtrag ver bunden sind oder ähnlichem, um eine Abweichung von einer ge wünschten Ebenheit des Objekts bzw. dessen Oberfläche zu er kennen.An assessment of object surfaces with regard to the undulation Unevenness or unevenness may be required according to certain Manufacturing process or after surface processing ver drive that ver, for example, with material application or removal are bound or the like in order to deviate from a ge desired flatness of the object or its surface know.

Eine zu große Welligkeit oder Unebenheit von Oberflächen kann auf einen Fehler im Herstellungs- oder Bearbeitungsverfahren hinweisen, oder die Funktionsfähigkeit oder Verwendbarkeit des Objekts in Frage stellen.Too much ripple or unevenness in the surface can occur for an error in the manufacturing or machining process point out, or the functionality or usability of the Question the property.

Ein solches Problem entsteht beispielsweise bei vorgespannten oder gehärteten Glasscheiben, die aufgrund des Herstellungs prozesses eine "natürliche" Welligkeit besitzen. Bei der Her stellung wird das Glas bis zum Erweichungspunkt erwärmt und zur Abschreckung mit einem kühlen Gasstrom überstrichen, der die noch weiche Glasplatte deformieren kann. Zusätzlich kann es durch ungleichmäßige Abkühlung auf der Vorder- und Rück seite des Glases zu einer bogenförmigen Verbiegung des Glases auf seiner gesamten Länge kommen. Eine zu hohe Welligkeit die ser Glasplatten kann beispielsweise eine klare Durchsicht be einträchtigen oder auch das Reflexionsverhalten spiegelnder Glasoberflächen beeinflussen, was etwa bei deren Verwendung als Fassadenverkleidung störend wirkt.Such a problem arises, for example, in the case of prestressed or tempered glass panes, due to the manufacturing process process have a "natural" ripple. At the Her position, the glass is heated to the softening point and for deterrence, swept with a cool gas stream that which can deform the soft glass plate. In addition can it due to uneven cooling on the front and back side of the glass to an arcuate bending of the glass come along its entire length. Too high a ripple This glass plate can be a clear view, for example impair or reflective behavior Glass surfaces affect what about their use acts as a disruptive facade cladding.

Neben der ästhetischen Beeinträchtigung kann eine zu hohe Wel ligkeit auch technische Probleme verursachen, beispielsweise bei der Produktion von Dünnschichtsolarzellen. Beim Abscheiden von Solarzellenschichten können infolgedessen Schichtdicken schwankungen auftreten, die bei der fertigen Solarzelle zu einer Beeinträchtigung deren Leistung führen können.In addition to the aesthetic impairment, a too high wel technical problems, for example in the production of thin-film solar cells. When separating As a result, solar cell layers can have layer thicknesses Fluctuations occur that occur in the finished solar cell impair their performance.

Bei der Laserstrukturierung von unebenen dünnen Schichten oder Oberflächen ist eine Nachfokussierung des Lasers notwendig, beispielsweise bei der Strukturierung von Dünnschichtsolarzel len.Laser structuring of uneven thin layers or The laser needs to be refocused on surfaces, for example when structuring thin-film solar cells len.

Zum Schutz vor Umgebungseinflüssen werden Solarmodule mit Hilfe von Kunststoffolien und einer zweiten Glasscheibe unter hohem Druck zu einem Laminat verpreßt. Die Welligkeit führt dabei zu Spannungen im Laminat, insbesondere wenn die Wellig keiten von Front- und Rückscheibe gegenläufig ausfallen. An solchen Stellen sind dann starke Zugkräfte zu erwarten, die die dünnen Schichten vom Substrat abziehen können oder zur Be schädigung und zum Bruch des Laminats oder Moduls führen kön nen.To protect against environmental influences, solar modules are included With the help of plastic films and a second pane of glass high pressure pressed into a laminate. The ripple leads this leads to tensions in the laminate, especially when the wavy of the front and rear windows are in opposite directions. At such places are then expected to have strong pulling forces can remove the thin layers from the substrate or for loading damage and break the laminate or module nen.

Bekannte Verfahren zur Bestimmung der Welligkeit von Oberflä chen benutzen einen Meßtisch. Mittels mechanischer, optischer, kapazitiver oder anderer physikalischer Methoden kann so die Oberfläche vermessen oder die Topographie der Oberfläche be stimmt werden.Known methods for determining the ripple of surface Chen use a measuring table. By means of mechanical, optical, capacitive or other physical methods can Measure the surface or be the topography of the surface be true.

Allerdings sind dies meist aufwendige Verfahren mit komplizier tem Aufbau, die nur schwierig und zeitaufwendig durchzuführen sind.However, these are usually complex procedures with complicated system that is difficult and time-consuming to carry out are.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein einfaches und schnelles aber gleichzeitig sicheres Verfahren zum Bestim men der Welligkeit einer Oberfläche anzugeben.The object of the present invention is therefore a simple one and fast but at the same time safe procedure for determining of the waviness of a surface.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1.According to the invention, this object is achieved by a method with the features of claim 1.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Further embodiments of the invention are the subclaims refer to.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mit geringem Aufwand in einfacher und schneller Weise auf der Leinwand ein überhöh tes projiziertes Abbild der Oberfläche erzeugt, bei dem auch kleinste Wellen der Oberfläche deutlich erkennbar werden und dadurch leicht vermessen werden können. Die Lichtquelle ist beliebig wählbar, beispielsweise eine Glühlampe. Zur Ausrich tung des Strahls der Lichtquelle kann eine einfache Optik dienen, beispielsweise ein Reflektor und/oder eine Blende.With the method according to the invention, with little effort in a simple and quick way on the canvas generated projected image of the surface, which also smallest waves of the surface are clearly recognizable and can be easily measured. The light source is freely selectable, for example a light bulb. For alignment direction of the beam of the light source can be simple optics serve, for example a reflector and / or an aperture.

Da selbst geringe Wellen auf der vermessenen Oberfläche zu einer starken Überhöhung von Wellenbergen und -tälern in der Projektion führen, werden auch an die Leinwand keine besonde ren Anforderungen gestellt, so daß eine helle ebene Fläche aus reichend ist. Bevorzugt ist jedoch eine semitransparente Lein wand oder ein Bildschirm, die beide von der Rückseite her be trachtet und vermessen werden können.Because even small waves on the surface measured a strong elevation of wave crests and valleys in the Projection, are not special to the screen ren requirements, so that a bright flat surface is sufficient. However, a semi-transparent flax is preferred wall or a screen, both from the back can be sought and measured.

Zur Vermessung selbst bieten sich verschiedene Möglichkeiten an. Das schnellste und einfachste Verfahren besteht in einem Vergleich des auf der Leinwand erzeugten "Spiegelbilds" der vermessenen Oberfläche mit dem Spiegelbild einer bekannten Oberfläche bzw. mit dem Spiegelbild einer Oberfläche mit be kannter Welligkeit. Dies ist in all den Fällen ausreichend, in denen eine zu vermessende Oberfläche nach den Kategorien ge eignet/ungeeignet bzw. geringe Welligkeit/unerlaubt hohe Welligkeit beurteilt werden soll.There are various options for the measurement itself at. The quickest and easiest procedure is one Comparison of the "mirror image" of the measured surface with the mirror image of a known one Surface or with the mirror image of a surface with be known ripple. This is sufficient in all cases which a surface to be measured according to the categories suitable / unsuitable or low ripple / impermissibly high Ripple should be assessed.

Eine genauere Vermessung der Oberfläche wird erreicht durch Orten und Markieren von Wellenbergen und -tälern. Die auf dem Spiegelbild aufgrund der Überhöhung gut kenntlichen Berge und Täler werden entsprechenden Oberflächenbereichen zugeordnet, beispielsweise durch Auflegen und/oder Verschieben eines schattenbildenden Elements auf der Oberfläche. Zum Auffinden einzelner Berge oder Täler genügt dazu ein zum Beispiel punkt- oder stabförmiges schattenbildendes Element. Zum gleichzeitigen Orten und Vermessen mehrerer Berge und Täler kann auf die Oberfläche ein schattenbildendes Raster aufgelegt werden, des sen ebenfalls projiziertes Spiegelbild ähnlich wie ein Koordi natensystem eine schnelle Ortsbestimmung von Oberflächenun ebenheiten erlaubt.A more precise measurement of the surface is achieved by Locating and marking wave crests and valleys. The one on the Mirror image due to the high mountains and well recognizable Valleys are assigned to corresponding surface areas, for example by hanging up and / or moving one shadow element on the surface. To find single mountains or valleys or rod-shaped shadow-forming element. For simultaneous Locating and measuring several mountains and valleys can be done on the A shadow-forming grid is placed on the surface projected mirror image similar to a coordi a quick location determination of surfaces flatness allowed.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es auch möglich, ver schiedene Meßgenauigkeitsstufen nebeneinander anzuwenden bzw. zu kombinieren. Beispielsweise kann durch den bereits beschrie benen Vergleich des Spiegelbildes mit anderen eine Grobbeurtei lung vorgenommen werden, die in der Mehrzahl der Fälle ausrei chend ist. In Grenz- und Zweifelsfällen bei der Beurteilung kann eine genauere Vermessung der Oberfläche wie beschrieben durch Orten und Markieren erfolgen. Im Einzelfall ist es wei terhin möglich, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren geortete und markierte Unebenheiten auf der Oberfläche mittels herkömm lichen Verfahren exakt zu bestimmen, beispielsweise durch Ver messung an einem Meßtisch.With the method according to the invention it is also possible to ver use different measurement accuracy levels next to each other or to combine. For example, by the already described a rough comparison of the mirror image with others that are sufficient in the majority of cases is correct. In borderline and doubtful cases during the assessment can measure the surface more accurately as described done by locating and marking. In individual cases it is white further possible, located with the inventive method and marked bumps on the surface using conventional to determine exact procedures, for example by ver measurement at a measuring table.

Im folgenden wird die Erfindung durch ein Ausführungsbeispiel und die dazugehörigen zwei Figuren näher erläutert.In the following the invention is illustrated by an embodiment and the associated two figures explained in more detail.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung zur Durchführung des Verfah rens, während Fig. 1 shows an arrangement for carrying out the procedure, during

Fig. 2 ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugtes Spiegelbild einer welligen Oberfläche darstellt. Fig. 2 represents an image formed by the inventive process reflects a wavy surface.

Als Ausführungsbeispiel werden Glasscheiben untersucht, die als Substrate für Dünnschichtsolarmodule (zum Beispiel auf der Basis von amorphem Silizium) dienen sollen. Die Glasscheiben sind vorgespannt und weisen bedingt durch den Herstellungspro zeß kurzwellige und langwellige Deformationen auf. Beim Er hitzen des Glases bis zum Erweichungspunkt verursachen sowohl Glashalterung (beispielsweise Rollen) als auch der anschließen de Abkühlgasstrom kurzwellige Verformungen der Glasoberfläche. Eine langwellige Verformung kann durch ungleichmäßiges Abküh len von Vorder- und Rückseite des Glases entstehen. Aus den bereits eingangs genannten Gründen sind für den Herstellungs prozeß laminierter Dünnschichtsolarmodule nur solche Glasschei ben als Substrate geeignet, deren Welligkeitsamplitude ca. 0,3 mm nicht übersteigt.As an exemplary embodiment, glass panes are examined which as substrates for thin-film solar modules (for example on the Base of amorphous silicon). The glass panes are biased and due to the manufacturing pro eat short-wave and long-wave deformations. At the Er heat the glass to the point of softening cause both Connect the glass holder (e.g. castors) as well de Cooling gas flow short-wave deformation of the glass surface. Long-wave deformation can be caused by uneven cooling len from the front and back of the glass. From the reasons mentioned at the beginning are for the manufacturing process laminated thin-film solar modules only such glass ben suitable as substrates, the waviness amplitude about 0.3 mm does not exceed.

Fig. 1: Die Glasscheibe G wird auf einer Halterung H aufge legt. In einigem Abstand dazu ist eine Lichtquelle LQ, zum Bei spiel eine Glühlampe angeordnet, deren Strahlung mit Hilfe eines Reflektors R und einer Blende B großflächig auf die Glas scheibe G bzw. deren Oberfläche gerichtet wird. Der mittlere Auftreffwinkel W1 wird möglichst flach gewählt. Ebenfalls in einigem Abstand von der Glasscheibe G ist die Leinwand LW an geordnet, um ein entsprechend vergrößertes Spiegelbild Sp der Oberfläche zu erzeugen. Um eine unterschiedliche Verzerrung von Längen und Breitendimensionen im Spiegelbild zu vermeiden, kann die Leinwand Lw in einem Winkel W2 von 90° gegen die Oberfläche der Glasscheibe G geneigt sein. Ein stärker überhöhtes Abbild wird erzielt, wenn W2 von 90° abweicht und in einem Bereich von 90° ± W1 gewählt wird. Für solche verzerrte Abbildungen bzw. Spiegelbilder Sp ist es vorteilhaft, nach dem Erzeugen eines ersten Spiegelbildes die Glasscheibe G um eine Achse vertikal zu deren Oberfläche um einen Winkel von zum Beispiel 90° zu drehen und anschließend ein zweites überhöhtes Spiegelbild Sp zu erzeugen. Dadurch lassen sich Überhöhungen entlang verschiedener Achsen auf der Oberfläche der Glasschei be G erzeugen. Fig. 1: The glass sheet G is placed on a holder H. At some distance from it is a light source LQ, for example, an incandescent lamp, the radiation of which is directed with the aid of a reflector R and a diaphragm B over a large area onto the glass pane G or its surface. The average impact angle W1 is chosen to be as flat as possible. The screen LW is also arranged at some distance from the glass pane G in order to produce a correspondingly enlarged mirror image Sp of the surface. In order to avoid a different distortion of lengths and width dimensions in the mirror image, the screen Lw can be inclined at an angle W2 of 90 ° against the surface of the glass pane G. A more exaggerated image is achieved if W2 deviates from 90 ° and is selected in a range of 90 ° ± W1. For such distorted images or mirror images Sp, it is advantageous, after generating a first mirror image, to rotate the glass pane G about an axis vertical to its surface by an angle of, for example, 90 °, and then to produce a second excessive mirror image Sp. This makes it possible to create peaks along different axes on the surface of the glass pane G.

Fig. 2 zeigt ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeug tes "Spiegelbild" einer unebenen Glasoberfläche. Gut sind die überhöhten Wellenberge zu erkennen, die durch direkte Betrach tung der Oberfläche mit bloßem Auge nicht wahrnehmbar sind. Durch Auflegen und Verschieben eines schattenbildenden Elemen tes können nun die einzelnen Wellenberge auf der Oberfläche der Glasscheibe G geortet und markiert werden, so daß sich da durch die Topographie der Oberfläche bestimmen läßt. Fig. 2 shows a "mirror image" generated by the inventive method of an uneven glass surface. The excessive wave crests are clearly visible, which are not perceptible to the naked eye through direct observation of the surface. By placing and moving a shadow-forming element, the individual wave crests can now be located and marked on the surface of the glass pane G, so that the topography of the surface can be used to determine it.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist für sämtliche reflektieren den Oberflächen geeignet und erlaubt das Erkennen und Vermessen von Welligkeiten mit Amplituden von wenigen Mikrometern bis in den Millimeterbereich hinein. Geeignete Oberflächen sind bei spielsweise polierte Oberflächen, lackierte Flächen, Glas, Me talle, Kunststoffe usw.The method according to the invention is for everyone to reflect suitable for the surfaces and allows recognition and measurement from ripples with amplitudes from a few micrometers to in the millimeter range. Suitable surfaces are at for example polished surfaces, painted surfaces, glass, me talle, plastics etc.

Claims

1. method for determining the waviness of a surface, where the surface with a light source (LQ) over a large area is irradiated at a shallow angle (W1), that of light reflected from the surface onto a canvas (LW) Mirror image (SP) is mapped and the ripple based on the outdated wave peaks and valleys of the projected mirror image is measured.

2. The method according to claim 1, in which a schat for measurement ten-forming element placed on the surface and / or is moved.

3. The method of claim 2, wherein a shadow Grid is placed on the surface.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the Measurement by comparing the mirror image with the mirror image of a surface with known waviness is compared.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, in which Measurement of the distance between the wave crests and / or valleys is true.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the Measurement of the surface by locating and marking Wel lenbergen occurs on the surface.