DE4444165A1 - Device for examination of transparent and / or one-sided optically opaque coated objects to material defects - Google Patents

Device for examination of transparent and / or one-sided optically opaque coated objects to material defects

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DE4444165A1
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Abstract

A device for checking transparent and/or semi-transparent objects (6), such as flat glass and/or plastic articles, for scratches, impurities or similar material defects essentially consists of a punctual light source (1), an optic (3) that widens the light into a beam with a homogeneous profile, and a ground-glass screen (7) that makes it possible to picture any material defects that may be present in the object (6). The optic (3) is designed to project co-linear to slightly diverging light onto the object (6), so that only contrasting factors that are caused by a change in the index of refraction of the material are pictured. The punctual light source (1) may be a white light source or a laser light source. It may be desirable for the measurement device that monochromatic light be projected onto the object.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Überprüfung von transparenten/halbtransparenten Ob jekten, wie flächigen Glas- und/oder Kunststoffpro dukten auf Kratzer, Fremdeinschlüsse oder dergleichen Materialfehler, die eine Änderung des Brechungsindex im Material bewirken. The invention relates to a device for inspecting transparent / semi-transparent Whether projects, such as flat glass and / or Kunststoffpro Dukten for scratches, foreign inclusions, or the like material defects, which cause a change in the refractive index in the material.

Die von Abnehmern hochwertiger Industrieprodukte ge forderten und stets steigenden Anforderungen an deren Qualität, insbesondere auch die vom Gesetzgeber vor geschriebene Produkthaftung, zwingen zu verbesserten Kontroll-, Prüf- und Meßmethoden, insbesondere auch bei Produkten der Glasindustrie, wie auch Erzeugnis sen aus transparenten Kunststoffen. The ge of customers high-quality industrial products demanded and ever-increasing demands on their quality, particularly by the legislature prior written product liability, forcing to improved checking, testing and measurement methods, especially for products of the glass industry, as well as product sen from transparent plastics. Nicht nur die optische Industrie fordert beispielsweise hochblasen freie Gläser, auch die Anforderungen - etwa der Auto hersteller - an die Qualität der Verbundglasscheiben kennzeichnen sich durch erhöhten Standard. Not only the optical industry, for example, calls for high blow-free glasses, the requirements - such as the car manufacturer - the quality of the laminated glass panels are characterized by elevated standard. Fremdein schlüsse, Luftblasen, aber auch die bei der Herstel lung in die Oberfläche von Glasscheiben und dergl. durch Unachtsamkeit eingebrachten Kratzer führen in manchen Branchen schon dann zur Ausschußware, wenn deren Durchmesser in der Größenordnung von 50 µm liegt. Fremdein connections, air bubbles, but also the scratches in the lung herstel in the surface of glass sheets, and the like. Introduced by carelessness result in some industries have then to rejects, when its diameter is of the order of 50 microns.

Bei der Flachglasherstellung besteht bisher ein we sentlicher Teil der Qualitätskontrolle auf der opti schen Inaugenscheinnahme von Materialfehlern, wobei für das menschliche Auge Fehler, deren Ausdehnung im Bereich von 100 µm liegen, kaum noch wahrgenommen werden. In the flat glass production is so far a we sentlicher part of quality control at opti rule inspection of material defects, and whose expansion in the range of 100 .mu.m to the human eye error are hardly noticed. Auch das Ersetzen der Kontrollperson - also der Inaugenscheinnahme durch eine entsprechende Kame raanordnung - bringt hier kaum Abhilfe und führt ins besondere nicht zur sicheren Kennung von Fehlern, die unterhalb der vorstehend genannten Größenordnung lie gen. Die Qualitätskontrollen werden im allgemeinen bei Beleuchtung der Prüfobjekte mit normalem Tages licht oder Raumbeleuchtung durchgeführt, also unter Bedingungen von diffusem Auflicht, wobei der Materi alfehler ausschließlich über den reflektierten Anteil des Lichtes, dh infolge der Streuung an dem Krat zer, der Luftblase od. dgl. erkannt werden muß. Even replacing the control person - ie the visual inspection by an appropriate Kame raanordnung - here brings little relief and leads in particular not for the secure identification of errors mentioned below the above magnitude lie gen Quality controls are normal, generally at illuminating the test objects with. day light or room lighting performed, ie under conditions of diffuse reflected light, wherein the Materi od alfehler exclusively via the reflected portion of the light, that is, due to scattering zer on the Krat, the air bladder. like. must be recognized.

Bei dieser Fehlerbeobachtung kann nicht zwischen ent fernbaren Oberflächenverunreinigungen, wie lose auf liegenden Staubpartikeln oder Fingerabdrücken, einer seits und nicht entfernbaren, dem Material innewoh nenden Fremdeinschlüssen andererseits unterschieden werden, was diese Art der Qualitätskontrolle bezüg lich der hierdurch gegebenen Aussagefähigkeit min dert. In this error observation of the given thereby informational what bezüg this kind of quality control can not be distinguished between ent fernbaren surface impurities, such as loosely lying dust particles and fingerprints on the one hand and non-removable material innewoh nenden foreign inclusions on the other hand, lich min changed.

Zur Vorgabe automatischer Prüfverfahren ist der Ein satz von Scannern unter Verwendung von Laserlicht vorgeschlagen worden. For setting automatic test procedures of A set of scanners using laser light has been proposed. So kann beispielsweise bei der kontinuierlichen Fertigung von Floatglas bei einer Ziehgeschwindigkeit von ca. 0,5 m/s mittels eines geeigneten Scanners das bewegte Glasband abgefahren werden, wobei das Auflösungsvermögen dieser Meßmetho de bei ca. 0,2 mm liegt. Thus, the moving glass sheet, for example, in the continuous production of float glass at a pulling speed of approximately 0.5 m / s by means of a suitable scanner to be traversed, wherein the resolution of these measurement methods de is about 0.2 mm. Gemessen wird die Änderung der Intensität des Laserlichtes in Transmission, wo für der die Laserlichtquelle bewegende Scanner über die Breite des bewegten Glasbandes sich alternierend hin und her bewegt. the change in the intensity of the laser light in transmission, where for the light source moves the laser scanner moving over the width of the moving glass ribbon alternately back and forth is measured.

Grundsätzlich anwendbar ist eine derartige automati sche Inspektion auch für transparente Kunststoffmate rialien, wobei hierfür noch ein anderes spezielles Fehlerdetektionsverfahren bekannt ist, bei dem das Kunststoffmaterial mit polarisiertem Licht bestrahlt wird und der Nachweis eines Materialfehlers über die depolarisierende Wirkung der gegebenenfalls vorhande nen Einschlüsse, Kratzer od. dgl. erbracht wird. Basically applicable such an automatic specific inspection is rials for transparent plastic mate, for which purpose yet another specific error detection method is known in which the plastic material is irradiated with polarized light and the detection of a material defect on the depolarizing effect of the optionally vorhande NEN inclusions, scratches od is provided. like.. Da sich auf der Oberfläche der Meßobjekte befindende Staubpartikel od. dgl. hinsichtlich ihrer depolarisie renden Wirkung so verhalten wie Fremdeinschlüsse im Objekt, ist auch diese Meßmethode nicht frei von Fehlanzeigen bzw. Unsicherheiten in ihrer Aussage. Since exploiting Dende on the surface of dust particles measuring objects od. Like. Behave in terms of their effect depolarisie leaders as foreign inclusions in the object, even this method of measurement is not free from false readings or uncertainties in its statement.

Hier setzt die vorliegende Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, eine Vorrichtung der gat tungsgemäßen Art dahingehend auszubilden, daß die Messungen für beliebige transparente, aber auch halb transparente und einseitig beschichtete Materialien automatisch und mit einem erheblich größeren Auflö sungsvermögen bei sicherer Aussage für den Objekten innewohnende Fehler möglich ist. Here, the present invention sets in, which is the object of designing an apparatus of the gat tung-mentioned type to the effect that the measurements for any transparent, but also semi-transparent and coated on one side materials and automatically a considerably larger resolu sungsvermögen with reliable statement for the objects inherent error is possible.

Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 erreicht. The solution of this object is achieved by the features of claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen die ser Aufgabenlösung ergeben sich aus den Unteransprü chen. Advantageous features and refinements of the ser Solution of the problems arising from the Unteransprü chen.

Dadurch, daß von einer praktisch punktförmigen Licht quelle ausgegangen wird, etwa einer in eine Lichtfa ser eingekoppelten Strahlung mit einem Durchmesser < 2 mm, läßt sich das Auflösungsvermögen für die Feh lererkennung erheblich verbessern, wobei die aufwei tende Optik, insbesondere bei leicht divergierendem, auf das zu überprüfende Objekt gerichtetem Licht, die Abbildung von Kontrastbildern in vorteilhafter Weise ermöglicht. Characterized in that source from a virtually punctiform light is assumed as a ser in a Lichtfa radiation coupled with a diameter <2 mm, the resolving power for the Def can lererkennung greatly improve the aufwei tend optics, in particular for slightly diverging, on the object to be examined directional light, the imaging of contrast images allows in an advantageous manner. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, solche Kontrastbilder sowohl durch den Transmissionsanteil des Lichtes als auch durch den Reflexionsanteil des Lichtes sowohl vor dem zu über prüfenden Objekt als auch hinter diesem zu detektie ren und auszuwerten. With the inventive device it is possible, reindeer such contrast images both by the transmission portion of the light and through the reflection portion of the light both before to check object and behind this to detektie and evaluate. Da derartige Kontrastbilder aus schließlich durch die Änderung des Brechungsindexes im Objekt, also durch im Material erzeugten Streß entstehen, hervorgerufen durch Einschlüsse, Blasen, Kratzer und dergleichen Fehler, und nicht bei bloßen Oberflächenverschmutzungen, wie geringen Staubablage rungen od. dgl., zeigt die Prüfvorrichtung nur die tatsächlichen Fehler im Material an und nicht ent fernbare Oberflächenverschmutzungen, welcher Art auch immer, die für die Produktqualität selbst ohne Belang sind. Since such contrast images from eventually occur in the refractive index by the change in the object, thus by produced in the material stress caused by inclusions, bubbles, scratches, and the like errors, and not mere surface contamination, such as low dust storage stanchions od. The like., Shows the test apparatus only the actual error in the material and will not ent fernbare surface contaminants of any kind whatsoever, which are for the product quality itself irrelevant.

Einschlüsse und Blasen mit Durchmessern auch im Be reich von 50 µm werden kontrastreich beispielsweise auf einer Mattscheibe abgebildet und entweder ausrei chend vergrößert durch Augenschein von einer Bedie nungsperson erkannt oder automatisch über ein Kamera system ausgewertet. Inclusions and bubbles having diameters in the range from Be 50 microns are detected, or automatically evaluated by a camera system contrast, for example, displayed on a focusing screen and either suffi accordingly increased by visual inspection by a person Bedie voltage.

Die punktförmige Lichtquelle kann eine Weißlichtquel le oder eine Laserlichtquelle sein, wobei es beson ders vorteilhaft ist, für den Fall der Vorgabe von polychromatischem Licht durch Einkoppeln geeigneter Filter das zu überprüfende Objekt mit monochromati schem Licht zu bestrahlen. The point light source may be a Weißlichtquel le or a laser light source, it is special It benefits in, for the case of default of polychromatic light by coupling an appropriate filter, the object to be examined with monochromatic light to irradiate schem.

Erfindungsgemäß wird das Punktlicht über Raumfilter oder geeignete Linsensysteme wie auch Spiegelsysteme bzw. Kombinationen hiervon aufgeweitet zu einem homo genen Strahlenprofil. According to the invention the point light through spatial filter or appropriate lens systems as well as mirror systems or combinations thereof is expanded to a homo-related beam profile. Mit dem aufgeweiteten kolinea ren bis leicht divergierenden Lichtstrahl kann das zu überprüfende Objekt beleuchtet werden, wobei nur Ma terialfehler, die eine Änderung des Brechungsindexes im Objekt bewirken, Fehlerabbildungen erzeugen, die kennzeichnend für die Materialfehler im jeweiligen Glas- bzw. Kunststoffprodukt sind. With the flared kolinea ren to slightly diverging light beam, the object to be examined can be illuminated with only Ma terialfehler which cause a change in refractive index in the object, generating error maps that are indicative of the material defect in the respective glass or plastic product. Die kontrastrei chen auf einer Mattscheibe oder dergleichen Projek tionsfläche abgebildeten Fehler lassen sich durch geeignete Vorgabe des Abstandes zwischen Objekt und Projektionsfläche vergrößert darstellen. The kontrastrei chen on a ground glass screen or the like tion surface projek error shown can be displayed enlarged by suitable setting of the distance between the object and the projection surface. Mit zuneh mendem Abstand, insbesondere bei leicht divergieren dem Lichtstrahl, blumen die Fehlerabbildungen auf, so daß sich ein jeweils gewünschter Vergrößerungsmaßstab ohne zusätzlichen apparativen Aufwand vorgeben läßt. With increas mendem distance, particularly at slightly diverge the light beam, flowers the error maps, so that it is possible in each case a desired magnification without requiring additional apparatus dictate. Wesentlich für die erfindungsgemäße Beleuchtungsein heit ist die Verwendung einer punktförmigen Licht quelle, deren Durchmesser kleiner als 2 mm ist, und die Aufweitung des Lichtstrahles zu einem homogenen Strahlenprofil, was Voraussetzung für das hohe Auflö sungsvermögen der automatischen Prüfvorrichtung ist. Substantially uniform for the inventive Beleuchtungsein is to use a point light source, whose diameter is smaller than 2 mm, and the widening of the light beam into a homogeneous beam profile, which sungsvermögen prerequisite for the high resolu is the automatic test apparatus.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich transparente Objekte von ca. nur 1 mm Durchmesser bis hin zu 1300 mm Durchmesser und größer auf Fremdein schlüsse und andere Materialfehler untersuchen. With the inventive device is transparent objects of about 1 mm diameter up to 1300 mm diameter and larger conclusions about Fremdein and other material errors can investigate. Auch solche flächigen Gegenstände, deren eine Oberfläche undurchsichtig beschichtet ist, können mit dem Refle xionsanteil des Beugungslichtes geprüft werden. Also, such sheet-like articles, whose one surface is coated opaque, can be checked with the Refle xionsanteil of diffraction light. Die Verwendung von monochromatischem Licht bewirkt, daß der ansonsten störende Einfluß von diffusem Umge bungslicht weitgehend ausgeschaltet werden kann. The use of monochromatic light causes the otherwise disturbing influence of diffuse light Conversely exercise can be largely eliminated.

Anhand der beiliegenden Zeichnungen soll die Erfin dung beispielsweise näher erläutert werden. the dung OF INVENTION be explained for example with reference to the accompanying drawings.

Wie in Fig. 1 dargestellt, kann die Punktlichtquelle 1 wahlweise eine Weißlichtquelle oder ein Laser sein, deren Durchmesser < 2 mm durch eine aufweitende Optik 3 zu einem homogenen Strahlenprofil aufgeweitet wird. As shown in Fig. 1, the point light source 1 may optionally be a white light source or a laser whose diameter <2 mm is widened by a widening optical system 3 into a homogeneous beam profile. Hierfür steht entweder eine Linsen- und/oder Spiegel anordnung, etwa in Kombination mit einem Raumfilter, schematisch dargestellt durch Bildblock 2 , oder eine Linsen-/Spiegelanordnung in Kombination mit einer Lichtleiterfaser gemäß Blockbild 4 . For this purpose either a lens and / or mirror assembly, for example in combination with a spatial filter, shown schematically by image block 2 or a lens / mirror arrangement in combination with an optical fiber in accordance with block diagram. 4 Eine der aufwei tenden Optik 3 wahlweise nachgeschaltete Linse 5 er zeugt ein divergierendes Strahlenbündel, welches im dargestellten Ausführungsbeispiel durch einen Prüf ling in Form eines transparenten Objektes 6 , hier einer scheibenförmigen Flachglasanordnung, hindurch auf eine im Strahlengang dahinter angeordnete Matt scheibe 7 fällt. One of the aufwei Tenden optics 3 optionally downstream lens 5 he witnesses a diverging bundle of rays traveling in the illustrated embodiment by a probe in the form of a transparent object 6, here a disc-shaped flat glass arrangement falls through a in the beam path arranged behind focusing screen. 7 Im Objekt 6 vorhandene Fehler werden in Form kontrastreicher Abb. 8 auf der Matt scheibe abgebildet. Present in the object 6 errors are displayed in the form of contrasting Fig. 8 on the mat disk. Für eine Inspektionsperson oder eine geeignete Anordnung einer oder mehrerer Kameras lassen sich so optimale Überprüfungsverhältnisse vor geben, auch für kleinste Fremdeinschlüsse im Prüf ling. For an inspection person or a suitable arrangement of one or more cameras optimal testing conditions can be so pretend ling for even the smallest foreign inclusions in the test. Die hierfür erforderliche Lichtleistung pro Flächeneinheit kann problemlos auf den Transmissions grad des zu überprüfenden Produktes unter Kompensa tion der gegebenen, also störenden Umgebungsbedingun gen abgestimmt werden. The required light output per unit area can easily on the transmission degree of product to be tested under Kompensa tion of the given, so disturbing Umgebungsbedingun be matched gen. Bei einer entsprechenden Re duktion von diffusem Fremdlicht und bei Einsatz einer lichtempfindlichen Kamera oder einer entsprechenden Kameraanordnung ist die für die Überprüfung erforder liche Lichtleistung minimal, zumindest jedoch um ein Vielfaches geringer als bei unter normalen Bedingun gen gegebenem Fremdlichteinfluß. In a corresponding Re production of diffuse ambient light, and when using a light-sensitive camera or a corresponding camera arrangement, the Necessary to check Liche light power is minimal, but at least several times smaller than in under normal Bedingun gen given extraneous light influence. Für den Fall, daß das zu überprüfende transparente Objekt 6 rückseitig undurchsichtig beschichtet ist, gilt vorstehend Ge sagtes gleichermaßen für den dann auf einer Projek tionsfläche abzubildenden reflektierten Lichtanteil. In the event that the object to be tested is coated transparent rear opaque 6, applies equally to the above-Ge Promised then tion area on a projek imaged reflected light portion. Die Auswertung des reflektierten Lichtanteiles ist aber nicht nur bei einseitig beschichteten Objekten vorteilhaft, sondern auch Kratzer lassen sich oftmals besser in Reflexion darstellen und geeignet auswer ten. However, the evaluation of the reflected light component is advantageous not only with one side coated objects, but also scratches can often be represented better in reflection and suitable auswer th.

Fig. 2 zeigt schematisch hierfür eine geeignete opti sche Anordnung. Fig. 2 shows schematically a suitable therefor opti cal arrangement. Hierbei entsprechen die in Fig. 1 eingeführten Bezugszeichen gleichen Zuordnungen. Here, introduced in Fig. 1 reference symbols correspond to the same allocations.

Claims (14)

  1. 1. Vorrichtung zur Überprüfung von transparenten und/oder halbtransparenten Objekten ( 6 ), wie flächigen Glas- und/oder Kunststoffprodukten, auf Kratzer, Fremdeinschlüsse oder dergleichen Materialfehler, bestehend aus einer Punktlichtquelle ( 1 ), einer das Licht zu einem homogenen Strahlenpro fil aufweitenden Optik ( 3 ), so daß kolineares bis leicht divergierendes Licht auf das Ob jekt ( 6 ) auftrifft, und aus einer die Abbildung von gegebenenfalls im Objekt vorhandenen Materialfehlern ermöglichenden Matt scheibe ( 7 ) oder dergleichen Projektionsfläche, wobei die aufweitende Optik ausschließlich durch Brechungsindexänderung im Material bedingte Kon trastbilder ( 8 ) abbildet. Expanding 1. An apparatus for inspecting transparent and / or semi-transparent objects (6) such as flat glass and / or plastic products, for scratches, foreign inclusions, or the like material defects, consisting of a point light source (1), a light to form a homogeneous Strahlenpro fil optics (3) so that collinear to slightly diverging light ject to the Ob (6) is incident and from a mapping of optionally present in the object material defects enabling focusing screen (7) or the like projection, wherein the widening optics solely by refractive index change in the material-induced Kon trastbilder (8) mapping.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Punktlichtquelle ( 1 ) eine Weißlichtquelle ist. 2. Device according to claim 1, characterized in that the point light source (1) is a white light source.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Punktlichtquelle ( 1 ) eine Laserlichtquelle ist. 3. Device according to claim 1, characterized in that the point light source (1) is a laser light source.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Objekt mono chromatisches Licht auftrifft. 4. Device according to claim 1, characterized in that impinges on the object mono chromatic light.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aufweitende Op tik ( 3 ) aus einem Linsensystem besteht. 5. The device according to claim 1 to 4, characterized in that the widening Op tik (3) consists of a lens system.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aufweitende Op tik ( 3 ) eine Spiegelanordnung ist. 6. The device according to claim 1 to 4, characterized in that the widening Op tik (3) is a mirror arrangement.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aufweitende Op tik ( 3 ) eine Kombination aus einer Linsenanord nung und einer Spiegeloptik ist. 7. The device according to claim 1 to 4, characterized in that the widening Op tik (3) is a combination of a Linsenanord voltage and a mirror optics.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Objektfehler von einem Durchmesser < 50 µm bzw. eine Ausdehnung < 50 µm detektierbar sind. 8. Apparatus according to claim 1, characterized in that object error of a diameter <50 microns and an extension are <50 microns detectable.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Objektbreiten bzw. -dicken < 1 mm überprüfbar sind. 9. Device according to claim 1, characterized in that object widths and thicknesses are <1 mm verifiable.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Ka mera der Projektionsfläche bzw. der Mattscheibe ( 7 ) zugeordnet ist. 10. The device according to claim 1, characterized in that at least one ra of the projection or the ground glass screen (7) is assigned.
  11. 11 Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die punktförmige Lichtquelle ( 1 ) in eine Lichtleitfaser ( 4 ) bzw. ein Lichtleitfaserbündel eingekoppelt ist. 11 Apparatus according to any of claims 1 to 7, characterized in that the point light source (1) into an optical fiber (4) or an optical fiber bundle is coupled.
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrastbilder ( 8 ) durch das transmittierende Licht im Strah lengang hinter dem Objekt ( 6 ) abgebildet sind. 12. Device according to claim 1, characterized in that the contrast images (8) beam path through the transmitting light in Strah are shown behind the object (6).
  13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrastbilder ( 8 ) des vom Objekt reflektierten Strahlungsan teiles Gegenstand der Meßauswertung sind. 13. Device according to claim 1, characterized in that the contrast images (8) of the light reflected from the object Strahlungsan are part of the subject of the measurement evaluation.
  14. 14. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die aufweitende Op tik ( 3 ) eine Kombination aus einer Linsenanord nung und einem Raumfilter ist. 14. The device according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that the widening Op tik (3) is a combination of a Linsenanord voltage and a spatial filter.
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