DE69104010T2

DE69104010T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Qualität einer Glasscheibe.

Info

Publication number: DE69104010T2
Application number: DE1991604010
Authority: DE
Inventors: Francesco Cirillo; Jean Lecourt
Original assignee: Saint Gobain Vitrage SA
Current assignee: Saint Gobain Vitrage SA
Priority date: 1990-10-31
Filing date: 1991-10-30
Publication date: 1995-03-16
Anticipated expiration: 2011-10-31
Also published as: EP0484237B1; FR2668599A1; DE69104010D1; FR2668599B1; ES2061210T3; EP0484237A1

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Messung optischer Fehler von Verglasungen und insbesondere von Automobilverglasungen.
In allgemeiner Weise versucht die Industrie mehr und mehr die Qualität der Produkte, die sie herstellt, zu beherrschen. Das gilt insbesondere für die optische Qualität von Verglasungen. Um dieses Ziel zu erreichen, versucht man, alle Herstellungsparameter in sehr engen Grenzen zu halten. Dennoch ist eine Störung jederzeit möglich und selbst wenn sie festgestellt wird, ist ihre Wirkung auf die Qualität nicht immer bekannt, sodaß eine 100%-ige Qualitätskontrolle der Produktion in vielen Fällen unmöglich ist. Was Verglasungen betrifft, benötigt man häufig die ständige Auswertung der optischen Qualität. Man kann insbesondere Verglasung selektieren, welche von den Produktionslinien kommt, um sie einer besonderen Verwendung zuzuführen, wie beispielsweise einem Spiegel für wissenschaftliche Anwendungen oder einem dünnen Flachglas, welches in eine stark gewölbte Schutzscheibe verwandelt werden soll. In allgemeiner Weise sind die Windschutzscheiben von modernen Automobilen besonders in Hinsicht auf ihre optische Qualität gesucht. Dieses Kriterium berührt in der Tat das Problem der Sicherheit des Fahrens von Automobilen und außerdem die Formen der Windschutzscheiben, ihre Neigung, die Materialien, aus welchen sie hergestellt sind - sehr dünnes Glas oder selbst transparente Polymere - wodurch eine sehr sorgfältige Kontrolle der optischen Qualität notwendig wird, die zudem oft zu 100% ausgeführt werden muß.
Diese Kontrolle ist notwendig, um die Sicherheit zu haben, daß die Windschutzscheibe, die gerade hergestellt wurde, den vorgegebenen Normen entspricht. Diese sind entweder offiziell gültige Normen, wie auch immer der Typ Windschutzscheibe ist, wie beispielsweise die internationale Norm ECE-R43, die die Deformation des Bildes einer Vielzahl von Kreisen mißt, oder spezifische Vorschriften eines gegebenen Automobilherstellers. Eine der beiden fordert beispielsweise, daß ein Visierkreuz, welches auf einen Schirm durch die Windschutzscheibe, dessen Symmetrieebene mit der optischen Achse übereinstimmt, Projiziert wird, an keinem Punkt Streifen von weniger als 8mm aufweist, wobei unter der Abwesenheit von Fehlern der Schirm schwarze und weiße parallele Streifen mit einer Breite von 12mm zeigt. Zudem wird gefordert, daß über eine Länge der Streifen von 300mm die Variation der Breite nicht mehr als 4mm beträgt. Die Messung ist zwei Mal durchzuführen, ein erstes Mal mit horizontalen Streifen und ein zweites Mal mit vertikalen Streifen. Ein anderer Hersteller verwendet dieselbe Vorrichtung und dasselbe Visierkreuz, aber mit einer Windschutzscheibe, deren Symmetrieebene um 55º im Bezug auf die optische Achse verdreht ist, mit Streifen des Diapositivs, das man bis zur Erhaltung des maximalen Effektes gedreht hat. Die tolerierte Variation der absoluten Breite der Streifen auf dem Schirm beträgt nicht mehr als ±3mm, wohingegen man darauf besteht, daß in einem Quadrat von 5cm Seitenlänge die projizierte Linie um nicht mehr als 4mm variiert.
Die drei vorhergehenden Kontrollverfahren erlauben die Bestimmung der optischen Qualität und ihrer Veränderung. In allgemeiner Weise sind die drei physikalischen Größen, die man auf einer Verglasung zu messen versucht, die Winkelaweichung, der Winkel von Vielfachbildern und die optische Güte. Die erste Größe ist die Folge der Tatsache, daß ein Lichtstrahl, welcher durch die Verglasung läuft, einer Änderung seiner Richtung unterliegen kann, wodurch die beobachteten Objekte an einem anderen Platz "gesehen" werden, als sie tatsächlich befinden. Die Erscheinung von Vielfachbildern tritt in den Fällen von starken Kontrasten eines leuchtenden Objektes und seiner Umgebung auf und umfaßt das Auftreten von einem Phantombild in der Nähe des Hauptbildes. Bezüglich der dritten Größe, dessen Messung die Aufgabe der Erfindung ist, die optische Güte, so nennt man sie ebenfalls die Verzerrung, da sie die beobachtenden Bilder verzerrt, wobei sie sich mathematisch durch die Ableitung der Winkelabweichung im Bezug zum Raum ausdrücken läßt, und ihre Messung umfaßt entweder das Studium der Variation der Abweichungen eines Punktstrahls, der die Verglasung abtastet, oder die Beobachtung der Verformung eines definierten und bekannten Objektes, welches auf einer Seite der Verglasung angeordnet ist, und das man durch selbige Verglasung auf der Grundlage eines Punktes beobachtet, der sich auf der anderen Seite befindet.
Die bekannten Kontrollverfahren verwenden konkret Verfahren, die aus dem einen oder anderen Prinzip herkommen, doch es sind immer Projektionstechniken entweder eines lokalisierten Strahles, wie beispielsweise eines Lasers, oder der Projektion eines Visiermusters quer durch eine mehr oder weniger beträchtliche Zone der Windschutzscheibe. Die Technik des lokalisierten Strahles, wie die der Patente US 4 398 822 oder US 4 453 827, die Windschutzscheiben für Flugzeuge betreffen, erlauben eine genaue Messung, insbesondere der Winkelabweichung, die Lichtstrahlen quer durch den Ort erfahren, welche von dem Lichtstrahl betroffen sind, doch erfordert sie sehr lange Meßzeiten, wenn man eine Globalauswertung der Schutzscheibe erhalten möchte. Dies ist insbesondere der Fall, wenn man sicher sein möchte, daß ein Fehlergrenzwert nicht erreicht wird von keiner der Automobilwindschutzscheiben, die von der Ausgangskontrolle einer Produktionslinie akzeptiert werden.
Die anderen bekannten Verfahren sind globale Verfahren. Das des Patentes US 4 299 482, das eine Fouriertransformation des Bildes eines Streifenschirines durchführt, wie es durch die Windschutzscheibe beobachtet wird, erfordert die Durchführung einer photographischen Aufnahme und sie ist dadurch für die ständige Kontrolle in der Produktion ungeeignet. Das Verfahren, das in der Patentanmeldung DE 36 00 199 beschrieben wird, verwendet das Moiré, welches zwischen einem Streifenschirm und der Projektion durch die Windschutzscheibe eines identischen Visiermusters besteht, das man leicht in Bezug auf den Schirm in der Weise verdreht hat, dar man bei Abwesenheit von Fehlern, die geradlinigen Moiréstreifen erhält. Die Deformation der Streifen wird mit dem Auge beobachtet und die Meßung der wichtigsten Deformationen informatiert über den größten optischen Fehler des betroffenen Bereiches. Doch es handelt sich hier um eine visuelle Methode, die sehr schwierig zu automatisieren ist.
Andere Verfahren schlagen vor, ein transparentes Objekt mit einer genau punktierten Lichtquelle zu erleuchten und auf einem Schirm das projezierte Bild zu beobachten. Diese Technik, die unter dem Namen "Ombroskopie" bekannt ist, erlaubt die Erkennung von Fehlern der optischen Leistung des Objektes, insbesondere einer Verglasung. In der Tat sind dort, wo sich eine konvergente Linse befindet, die Lichtstrahlen zusammengeführt und erhellen stärker die betroffene Zone des Schirmes, wohingegen im Gegenteil die betroffene Zone im Falle einer divergenten Linse sich verdunkelt. In diesem Verfahrenstyp kann die visuelle Erkennung nur qualitativ sein, da das Auge nicht in der Lage ist, quantitativ die Helligkeitsunterschiede auszuwerten. Da diese Verfahren in Einheiten zur Herstellung von Windschutzscheiben verwendet werden, kann dies ebenfalls nur zur Durchführung einer qualitativen Kontrolle im Laufe des Produktionsvorgangs oder am Ende der Kette statt finden.
Ein Meßverfahren, das auf dem gleichen Prinzip beruht, ist vorgeschlagen worden. Die Patentanmeldung EP 0 342 127 erlaubt die Auswertung von ombroskoptischen Bildern eines Glasbandes, das durch Reflexion erhalten wird, wenn man unter streifenden Einfall beleuchtet. Aber ihr Auswertevorgang, der eine Messung der Beleuchtung verwendet, ist sehr empfindlich auf die Umgebungshelligkeit. Sie erfordert eine tadellose Reinheit des zu testenden Glases und sie führt zu Schwierigkeiten, wenn gefärbte Gläser verwendet werden.
Der letzte Typ von Verfahren zur Messung und automatischen Kontrolle der optischen Qualität von Gläsern verwendet die Projektion eines Visiermusters durch die Verglasung hindurch auf einen Schirm. Ebenso schlägt Patent FR 2 556 097 die Automatisierung eines traditionellen visuellen Verfahrens vor. Man beobachtet durch die Windschutzscheibe mit Hilfe von einer speziellen Kamera die regelmäßigen geradlinigen Streifen auf einem Schirm. Die Abtastung, die mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit durchgeführt wird, erlaubt die "Messung" der Breite der dunklen und hellen Streifen in Richtung der Abtastung und leitet daraus eine Information über entsprechende Fehler ab.
In dem Patent FR 2 556 097 geht man genau in der folgenden Weise vor: Ein Schirm, welcher parallele wechselweise helle und dunkle Streifen unter 45º Neigung umfaßt, ist vertikal in einem bestimmten Abstand von der zu testenden Windschutzscheibe angeordnet. Auf der anderen Seite der Windschutzscheibe ist eine CCD-Kamera aufgestellt, die den Schirm hierdurch beobachtet. Kamera und Schirm sind fixiert, aber die Windschutzscheibe verschiebt sich horizontal, senkrecht zur optischen Achse der Kamera. Diese registriert die Bilder einer vertikalen Linie des Schirmes - gesehen durch die Windschutzscheibe - die ihr das Objektiv liefert. Dieselbe Linie wird einen Augenblick danach durch einen Bereich der Windschutzscheibe beobachtet, der parallel zum ersten ist, und von diesem um 10mm beabstandet ist. Dieses Verfahren erlaubt damit nur eine Messung in Richtung der Abtastung der Kamera (die aber in der Weise gedreht werden kann, daß die Messung in eine definierte Richtung abweichend von der vertikalen erfolgen kann). Wenn der Fehler der optischen Leistung nicht eine Spiegelsymmetrie (Astigmatismus) ist und wenn ein zylindrischer Fehler in einer Richtung unterschiedlich zur Richtung der Abtastung auftritt, ist der gemessene Fehler nicht der tatsächliche Fehler, sondern nur seine Komponente in der entsprechenden Richtung. Zudem wird der gemessene optische Fehler über eine Länge von 10mm gemittelt. Das Auflösevermögen dieses Verfahrens ist gering und deutlich unterhalb derjenigen, die von den offiziellen Regelungen oder den Anforderungen der Kunden gefordert wird. Aus diesen beiden Gründen, Messung in einer Richtung und ungenügende Auflösung, kann das Verfahren des Patentes FR 2 556 097 kein Verfahren zur 100%-igen Kontrolle einer Produktion von Windschutzscheiben darstellen.
Die Aufgabe der Erfindung umfaßt eine automatische Messung der optischen Güte für die Gesamtheit einer Verglasung, insbesondere einer Windschutzscheibe, Die Messung der Werte der tatsächlichen optischen Fehler, wie auch immer ihre Richtung ist, und den Vergleich der gemessenen Werte mit vorgegebenen Toleranzgrenzen. Außerdem erlaubt das Verfahren gemäß der Erfindung eine Bewertung von Windschutzscheiben gemäß den Normenkriterien und üblichen Vorschriften in der Automobilindustrie.
Die Erfindung schlägt ein Verfahren zur Messung der Verzerrung einer Verglasung vor, in welchem die Analyse der Bilder eines Visiermusters bestehend aus parallelen geradlinigen Streifen, die abwechselnd hell und dunkel sind, mit Hilfe eines Abtastlichtdetektors durchgeführt wird und wo nur die Übergänge hell/dunkel und dunkel/hell in Richtung der Abtastung gespeichert werden. Das Analogsignal, das von dem Detektor ausgegeben wird, ist mit "eins" digitalisiert, wenn es über einem mittleren Signal liegt, und mit "null", wenn es darunter liegt. Das Visiermuster umfaßt zwei Raster von Streifen, die zueinander geneigt sind, wobei die Richtung der Abtastung ein Winkel verschieden von Null mit der Richtung jeder dieser beiden Raster bildet. Zudem umf alt das Visiermuster zwei polygonale Bereiche, die einheitlich hell sind und in einem einheitlich dunklen Bereich isoliert sind oder wo umgekehrt einheitlich dunkle polygonale Bereiche in einem einheitlich hellem Bereich isoliert sind.
In einer Variante der Erfindung sind die isolierten Bereiche viereckig. Das Verfahren gemäß der Erfindung sieht ebenfalls vor, daß es die Übergangstellen hell/dunkel oder dunkel/hell, das heißt die Spitzen der isolierten Polygone sind, deren Positionen mit ihren theoretischen Positionen verglichen werden.
Im Falle der viereckigen Bereiche sind es die Länge ihrer Diagonale, die mit den gleichen Längen in der Abwesenheit von Fehlern verglichen werden.
Das Verfahren sieht ebenfalls vor, dar die Spitzen aller isolierten Vierecke vier zu vier verbunden werden, um ein durchgehendes Netz von viereckigen Maschen zu bilden, dessen Längen der Diagonalen mit den gleichen Längen bei Abwesenheit von Fehlern verglichen werden.
Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Messung der Verzerrung, in welchem die Abtastung des Bildes durch eine lineare Kamera erfolgt, die mit einem Diaphragma versehen ist und mit einem Drehspiegel verbunden ist. In der Vorrichtung wird das Visiermuster durch einen Schirm getragen, der durch den Abtastlichtdetektor durch die Verglasung hindurch beobachtet wird. Außerdem sind in einer Variante die hellen Teilen des Schirmes transparent und von hinten beleuchtet. Vorteilhaft werden Fresnel-Linsen an dem Schirm vorgesehen und diese durch Punktquellen beleuchtet, deren Position konjungiert zur Öffnung des Diaphragmas der Kamera in Bezug auf die betreffende Linse ist.
Gemäß einer anderen Variante sind die hellen Teile des Schirmes mit Reflexionsglaselementen versehen und werden durch eine Punktquelle beleuchtet, die nahe der Öffnung des Diaphragmas der Kamera angeordnet ist.
Schließlich kann zur Anpassung der Meßrichtung an gegebene Anforderungen das Visiermuster entpsrechend orientiert werden.
Die Erfindung betrifft ebenso die Anwendung des Verfahrens an die Vermessung von Automobilwindschutzscheiben.
Das Verfahren der Erfindung ermöglicht so eine industrielle Kontrolle auf der Linie über die gesamte Produktion einer modernen Fabrikationseinheit für Autowindschutzscheiben. Sie erlaubt die Bestimmung des maximalen Fehlers, wie auch immer seine Richtung ist, die Messung der Verzerrung in einer bevorzugten Richtung zur Erfüllung einer bestimmten Norm oder den Vorgaben eines Kunden mit spezifischen Anforderungen. Die Messungen könne in der Umgebung einer Werkstatt ausgeführt werden, ohne daß eine Arbeit in der Dunkelheit notwendig wäre, wie dies im Falle der ombroskopischen Verfahren notwendig ist. Der Sauberkeitszustand des Glases ist ebenfalls nicht beachtlich. Das Verfahren gemäß der Erfindung erlaubt ebenso eine simultane Anzeige der Fehler in einem Bereich des Glases dessen Abmessungen gewählt sind - eine Globalansicht, wenn notwendig - was ein wichtiges Werkzeug für die Ausführung einer neuen Fabrikation oder der Korrektur eines Produktionsfehlers darstellt.
Die Beschreibung und die Figuren erlauben das Verständnis der Funktion der Erfindung und die Erkenntnis ihrer Vorteile. Zu den Figuren:
Figur 1 zeigt die Anordnung, die die Messung erlaubt;
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer linearen Detektorkamera,
Figur 3 gibt das Motiv des Schirmes der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wieder,
Figur 4 zeigt eine Variante eines Beleuchtungssystems,
Figur 5 gibt eine andere Variante des Systems wieder,
Figur 6 ist ein Organigram der Abfolge von Vorgängen, die elektronisch und informatisch ablaufen.
Die notwendige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung umfaßt drei Hauptelemente. Sie sind schematisch in Figur 1 wiedergegeben. Eine Kamera 1, die mit einem Objektiv 2 versehen ist, was die Beobachtung des Schirmes 4 durch die Verglasung 3 erlaubt. Die Kamera erlaubt die Auswertung der Leuchtintensität an jedem Punkt des Feldes. Im allgemeinen ist dieses ausreichend groß, um eine globale Beobachtung der Verglasung zu erlauben. Wenn das Bildfeld der Kamera dieses nicht erlaubt, ist es notwendig zwei oder mehrere Teilmessungen durchzuführen, eine nach der anderen, was eine größere Datenaufnahmegeschwindigkeit erfordert, um die gleiche Kontrollfolge beizubehalten. Der Schirm 4 trägt ein Visiermuster, das aus dunklen parallelen Streifen besteht, die im einfachsten Fall die gleiche Breite aufweisen. Die Breite der weißen Zwischenstreifen kann vorteilhaft ebenfalls gleich sein. Das Visiermuster umfaßt zwei Raster der vorangegangen Streifen, die zueinander in der Weise geneigt sind, dar ein dunkler durchgehender Bereich 5 entsteht, welcher mehrere helle Bereiche 6 einschließt, die alle identisch sind. Im einfachsten Fall sind es Rauten.
Auf der Figur sind es die hellen Bereiche 6, die isoliert sind . Man erhält das gleiche Ergebnis, wenn es die dunklen Bereiche sind, die in der Mitte eines einheitlich hellen Bereiches isoliert sind. Jedoch in diesem Fall kann ein Überschuß an Licht nachteilig sein, weil dadurch eine Sättigung der Kamera und eine Erhitzung der Optik verursacht werden kann.
Auf Figur 2 sieht man ein praktisches Ausführungsbeispiel des Verfahrens. Der Schirm 4 umfaßt ein sandmattiertes Glas. Er ist von hinten mittels einer großen Anzahl von Lampen 7 beleuchtet, die im Wesentlichen in gleicher Weise alle Bereiche 6 beleuchten. Das Glas 3 ist eine Autowindschutzscheibe, welche auf einer Einrichtung 8 gestützt ist, durch welche diese sowohl um eine horizontale wie auch eine vertikale Achse orientiert werden kann. Die erste Orientierung erlaubt beispielsweise das Auffinden der Position der Windschutzscheibe, die in dem Fahrzeug montiert ist, die zweite erlaubt die Reproduktion der Bedingungen, welche durch bestimmte Normen vorgegeben sind. Die Kamera 1 von Figur 1 ist hier ersetzt durch das System, das auf dem Tisch 9 angeordnet ist. Dieser ist massiv und auf Trägern 10 zur Dämpfung von Vibrationen angebracht. Das System umf alt eine CCD-Kamera 11 als vertikaler Lineardetektor. Die Versuche wurden mit einer Kamera des Typs CA-2 ausgeführt, die durch T.A. DESIGN LTD in MAIDEN NEWTON (Dorset, U.K.) hergestellt wird. Sein Detektor umfaßt 3456 Einzelzellen von 7 x 7 um², die auf einer Zeile einer Länge von 24,2 mm angeordnet sind. Das Objektiv 12 der CCD- Kamera erlaubt die Bildung eines Segmentes einer vertikalen Gerade einer Länge von 460 mm auf der Zeile in der Ebene des Schirmes 4. Der globale Abstand Objektiv 12 zu Schirm 4 ist hier 4 Meter. In allgemeiner Weise ist es vorteilhaft, einen Abstand Objektiv-Glas vorzusehen, der gleich groß ist, wie von den Normen vorgesehen, die man erfüllen möchte. Im Falle der Norm ECE-R43 beispielsweise müssen es 4 Meter sein. Die horizontale Verschiebung des Strahls bei seiner Abtastung wird durch Rotation eines Spiegels 13 ermöglicht, welcher vor dem Objektiv 12 sitzt. Der Spiegel wird zur Rotation um seine Vertikalachse mittels eines Gleichstrommotors 14 und eines Getriebesystems mit einem Gewindestift in der Box 15. Der Motor 14 ist mit einem Drehzahlmesser und einem Schrittkoder versehen. Auf der Experimentalvorrichtung ist die Amplitude der Winkelverschiebung so gewählt, daß sie die Messung einer halben Windschutzscheibe erlaubt. Zudem ist ein Diaphragma 16 mit einem Durchmesser von 8 mm auf dem Objektiv 12 angeordnet. Hier hängt die Wahl des Diaphragmas ebenfalls von der zu beachtenden Norm ab. Das elektronische und informatische Material, das auf einem Nachbartisch vorgesehenn ist, umfaßt als 17 ein Kontrollsystem für die CCD-Kamera und eine Schnittstelle zur Steuerung des Motors 14 in Abhängigkeit von der Anzeige des Drehzahlmessers und des Kodierers. In der Box 18 befindet sich ein Prozessors eines Mikrorechners PC 80386, ebenso wie der Schaltkreis, der die vorangegangene Steuerschaltung und die Mikroprozessorschnittstelle verbindet. Ein Monitor 19 und Steuertastatur, nicht gezeigt, vervollständigen die Gesamtheit.
Die optische Kontrolle des Glases - in diesem Fall der Windschutzscheibe - vollzieht sich in der folgenden Weise:
Die Windschutzscheibe 3 wird auf ihrem Träger 8 in der für die Messung gewünschten Position angeordnet (Neigung im Bezug zur horizontalen und Rotation im Bezug zur Achse des Spiegels 13-Zentrum des Spiegels 4). Ein heller Bereich 6 des Schirmes 4 wird durch (die) Lampe(n) 7 erleuchtet, die dahinter auf gestellt ist/sind. Dank des Diffusorglases wird das sie erleuchtende Licht auf der anderen Seite diffus. Zu einem gegebenen Zeitpunkt wird die längliche Zone 20 des Schirmes durch die Zeile mit den Einzelzellen analysiert. Ihre Dimensionen sind 0,13 x 460 mm. In der Realität bildet das Objektiv der Kamera 11 ein Bild vom Schirm 4 in zwei Dimensionen, doch in dem betrachteten Augenblick ist die Zone 20 für die Zeile der Zellen sichtbar. Wenn die Lichtstrahlen von der Zone 20 die Windschutzscheibe durchqueren, werden sie in Abhängigkeit von optischen Fehlern abgelenkt, die an diesem Ort vorhanden sind und das Bild der Kamera entspricht nicht dem Objekt (die Zone entsprechend dem Visiermuster), es hat eine Verzerrung erfahren. Diese wird gemessen.
Der Tisch, der den Spiegel 13 trägt, dreht sich um eine Vertikalachse, welche in seiner Refexionsebene liegt. Jedesmal, wenn der Spiegel sich um 0,0020 dreht, bewirkt der Kodierer eine Erhöhung um eine Einheit. Die längliche Zone 20 verschiebt sich ebenfalls, und zwar um 0,28 mm. Dies wird durch die Zeile gemessen. Das Prinzip der Messung besteht darin, die Position der vier Spitzen der Rauten zu beobachten, welche die hellen Bereiche 6 des Visiermusters bilden und diese vier-zu-vier zu verbinden, um ein Raster von viereckigen Maschen zu bilden, um die Abstände der Knoten der Maschen zu messen und um sie zu vergleichen mit denjenigen, die am gleichen Ort wären bei der Abwesenheit von Fehlern. Diese Auswertung wird einenteils (2 Messungen) zwischen Diagonalspitzen und andernteils (4 Messungen) zwischen benachbarten Spitzen durchgeführt.
Die Messung einer Verglasung beginnt mit der Datenaufnahme. Wenn die Vorrichtung unter Spannung gesetzt ist, dann bewegt das Programms des PCs den Spiegel 13 bis zu einer speziellen Marke, welche an einem äußeren Ende des Visiermusters vorgesehen ist, das für den Detektor der Kamera sichtbar wird. In diesem Moment kehrt der Motor um, und der Kodierer wird auf Null gesetzt und die Messung beginnt. Der Spiegel dreht sich in eine neue Richtung. Jedesmal, wenn er um 0,002º weiterläuft, erhöht sich der Kodierer um eine Einheit und wenn die Richtung der Drehung umgekehrt ist (das heißt wenn die Gesamtsumme des Zählers von einer vorgegebenen Zahl ansteigt und die Umkehrung der Ordnung einen Motor übertragen ist), dann wird die Gesamtsumme bei jeder Drehung von 0,002º um eine Einheit verringert. Die andere Funktion des Kodierers ist es, mittels der von ihm erzeugten Impulse, die Abfolge des Auslesens der Zellen auf der Detektorzeile der Kamera CCD zu geben. Man erhält so ein Analogsignal, dessen Amplitude proportional der Leuchtintensität ist, die von jeder der Zellen auf der Zeile wahrgenommen wurde. Jeder Wert wird mit einem entsprechenden Vergleichspegel einer Zwischenbeleuchtung zwischen hell und dunkel verglichen und wird "Null", wenn er kleiner ist oder "eins", wenn er größer ist. Das Bezugsniveau ist in dynamischer Weise auf einen Wert eingestellt, der genau dem arithmetischen Mittel zwischen den beiden Signalen "hell" und "dunkel" entspricht. Daraus ergibt sich, dar Variationen in der Beleuchtung sowohl des Visiermusters wie der Umgebung die Messung nicht stören. Durch Digitalisieren des Analogsignales, das von den Zellen kommt, wird die Informationsmenge, die zu speichern ist, sehr stark vermindert.
Ein anderer Schaltkreis, die sogenannte "Lokalisierung der Pixel", erlaubt eine weitere beträchtliche Reduzierung der zu speichernden Informationsmenge. Das System besteht darin, dar eine Reihe von "Null" und "eins" der Zeile analysiert wird, die Übergänge 0 -> 1 und 1 -> 0 erkannt werden und ihre Abszisse ebenso wie die Richtung des Übergangs ermittelt wird. Diese Informationen (extrem reduziert im Vergleich zum analogen Ursprung) werden in einem FIFO (First In, First Out) gespeichert. Sein Inhalt wird "gelesen" durch den Prozessor des PC, der schon den Kodierwert des Spiegels 13 in seinem Speicher hat, das heißt die Ordinate des Punktes, wo der Übergang dunkel-hell oder hell-dunkel, der gerade registriert wird, stattfindet. Die gespeicherten Informationen in dem Speicher des Mikrorechners sind daher nur wenige: Am Ende einer vollständigen Abtastung des Visiermusters sind nur die Koordinaten von jedem Vertikalübergang dunkel-hell einerseits und hell-dunkel andererseits gespeichert. Dieses Merkmal der Erfindung ist besonders interessant. Tatsächlich sind in dem bekannten Verfahren die zu speichernden und mit Bezugswerten zu vergleichenden Informationen, die sich ebenfalls im Speicher befinden, so umfangreich, dar eine Verarbeitung eine Maschinenzeit beansprucht, die mit der Produktionsfolge nicht vereinbar ist. Die einzige Lösung, die mit den industriellen Folgen kompatibel ist, führt zu einer Begrenzung des Auflösevermögens des optischen Systems, um die Menge der zu verarbeitenden Informationen zu vermindern.
In der Folge ihrer Aufnahme werden die Daten durch eine speziell entwickelte Programmlogik verarbeitet. Ihre Funktionen sind die folgenden:
Inbezugsetzen der entsprechenden Übergänge zweier benachbarter vertikaler Zeilen in der Weise, dar die Grenzen der hellen Bereiche des Visiermusters rekonstruiert werden;
Bestimmen für jeden hellen Bereich die vier Spitzen und die Mitten der Seiten;
Berechnen für jeden hellen Bereich die Verzerrung in vier Richtungen, beispielsweise in dem Fall der viereckigen Bereiche mit vertikalen Diagonalen sind die vier Richtungen: Die Vertikale, die horizontale, 45º nach rechts und 45º nach links. Diese Messung vollzieht sich durch Vergleich des Abstandes welcher die vorgenannten charakteristischen Punkte von einander trennt (Spitzen und Seitenmitten mit den theoretischen Werten, das heißt gemessen am gleichen Ort unter Abwesenheit des Glases;
Berechnen der Verzerrung unter den gleichen Bedingungen, dort, wo es möglich ist, auf den dunklen Vierecken unter Verwendung derselben Beobachtungspunkte.
Die folgenden Vorgänge unterscheiden sich gemäß dem Ziel des Vorgangs. Ob man wünscht die Qualität der Verglasung zu studieren, die kritischen Zonen in der Weise zu bestimmen, daß auf die Produktionsparameter eingewirkt werden kann, wie beispielsweise auf die Form der Presse im Falle einer Windschutzscheibe, oder ob man nur die Kontrolle des zu testenden Glases auf ihre Übereinstimmung mit einem definierten Auftrag wünscht.
Wenn es sich um eine qualitativ Expertise handelt, ist die Folge der Vorgänge:
Anzeigen auf dem Schirm 19 des Bildes des Visiermusters, eventuell vergrößert in einem Teil des Bildes. Es handelt sich entweder um das Bild, das auf der Basis der Analogsignale erzielt wurde, die von jeder Zelle ausgegeben werden, nachdem sie digitalisiert worden sind, oder um eine Rekonstruktion auf der Basis der Spitzen der Bereiche. Die simultane Anzeige von eventuellen Verzerrungen in diesem Bereichen (die Größe und die Einheitlichkeit der Zellen sind so, wie man es wünscht: Differentielle Abweichung in Milliradians oder optische Leistung in Dioptrin oder Brennpunkt des Fehlers in Metern oder jede andere Größe, die durch die Normen vorgegeben wird);
Bewerten der Zonen des Glases mittel von Farben entsprechend den verschiedenen Niveaus der Fehler;
Speichern aller Daten auf einer Festplatte des PCs zur anschließenden statistischen Auswertung oder einer Auswertung gemäß anderen Regeln. Im Falle einer Kontrolle des Typs "stop or go" der ganzen Verglasungsproduktion beispielsweise von Windschutzscheiben, können die Koordinaten von jedem Bereich auf ihre Position in der Windschutzscheibe zurückgeführt werden und gemäß der betreffenden Zone werden die gemessenen optischen Werte in dem Bereich in verschiedener Weise behandelt. Wenn es sich um Randzonen der Windschutzscheibe handelt, werden die Messungen "vergessen", wenn es sich jedoch um zentrale Bereiche handelt, wo die Grenzen durch offizielle Reglementierungen oder durch Vorgaben der Kunden festgelegt sind, wird die Messung mit den auferlegten Grenzen verglichen und die Verglasung akzeptiert oder zurückgewiesen je nach Fall. Hier ist es ebenfalls möglich, die Informationen zum Zwecke der statistischen Auswertung zu speichern.
Auf Figur 3 ist die Form des bevorzugten Visiermusters der Erfindung gezeigt. Die hellen Bereiche 6 sind Vierecke, deren Diagonalen in der Richtung orientiert sind, wo die Messung mit der höhsten Genauigkeit ausgeführt werden soll. Wenn beispielsweise das normierte Verfahren, welche man sich anzupassen wünscht, dunkle Streifen und helle Streifen alternierend horizontal verwendet, dann sind die Diagonalen vertikal (und gegebenenfalls werden die Messungen in anderen Richtungen als der Vertikalen nicht in Betracht gezogen). Wenn das von einem Automobilhersteller vorgegebene Verfahren eine gegebene Drehung der Windschutzscheibe um ihre vertikale Achse und eine Messung in einer Richtung, die von der Form der Windschutzscheibe abhängt erfordert, dann ist die Vorrichtung so ausgelegt, daß die Windschutzscheibe vor der Kamera in der richtigen Richtung vorbeigeht, wohingegen das Visiermuster mit den Diagonalen der hellen Bereiche in der vorgegebenen Richtung gewählt wird (die empirisch ein für alle Mal für jeden Typ von Windschutzscheibe festgestellt wird).
Die Erfindung kann mit verschiedenen Visiermustern ausgeführt werden. Es war weiter oben die Rede von hellen Bereichen in Form von Rauten oder gar Quadraten, doch kann jede polygonale Form, die die Isolierung von hellen Bereichen in der Mitte von dunklen Bereichen erlaubt, geeignet sein. (Die symmetrische Situation, dunkle polygonale Inseln in einem einheitlich hellem Bereich ist äquivalent.) Die Wahl der polygonalen Form van Inseln entspricht zwei Kriterien, einerseits müssen Inseln gebildet werden, andererseits müssen Zonen außerhalb der Insel untersucht werden. Auf der Figur 3 umschließen 4 helle benachbarte Quadrate, und definieren selbst ein Quadrat, das 9 Mal größer ist, als jedes von ihnen) zwischen sich ein dunkles Kreuz, das von 5 dunklen Quadraten gebildet wird und alle Spitzen 12 insgesamt dieses Kreuzes sind die gleichen wie die der vier hellen Quadrate. Der Raum ist dadurch vollständig quadriert, ohne daß eine "terra incognita" verbleibt, das Auflösevermögen des Systems ist daher mindestens so groß wie das, welches einer Quadrierung des Rasters von den Spitzen der hellen Quadrate entspricht. (In der Realität ist es besser aufgrund der zusätzlichen Punkte, welche an den Seiten der helle Quadrate angeordnet sind, die die Musterung weiterverbessern). Unter den anderen polygonalen Formen sind die gleichseitigen Dreiecke ungeeignet, da ihre hellen Bereiche niemals isoliert in einem dunklen Bereich (oder umgekehrt) sind. Mit Rechtecken oder Quadraten ist die Bedingung zu erfüllen, daß die Richtungen der Abtastung einen Winkel verschieden von Null und 90º mit den Seiten der Bereiche bilden, da das Prinzip der Messung in der Tat erfordert, daß man Übergänge hell-dunkel oder dunkel-hell in Richtung der Abtastung sieht.
Das eben beschriebene Meßsystem erlaubt im Falle der viereckigen Bereiche das Erzielen eines sehr guten Auflösevermogens. In der Tat wird auf dem Niveau der Windschutzscheibe jede Fläche der Dimension 4mm x 4mm individuell hervorgehoben. Für eine halbe Windschutzscheibe, die eine Breite von 0,75 m und eine Verwendungshöhe von 0,46 m aufweist, ist die Anzahl der Meßpunkte daher beispielsweise mehr als 23000. Die verfügbare Zeit zum Aufsammeln der Information von jeder der Zellen auf der vertikalen Zeile der Kammer ist dennoch sehr kurz, beispielsweise 2 msec, wenn die Kontrollfolge der Windschutzscheibe im Ganzen 15 Sekunden beträgt. Um die Abfolge zu verdoppeln (eine Windschutzscheibe alle 15 Sekunden), kann man das optische System verdoppeln oder man kann stattdessen die Bearbeitungsabfolge mittels eines leistungsfähigen Mikroprozessors erhöhen.
Eine Folge des Vorangegangenen ist es notwendig, eine ausreichenden Beleuchtung zur Verfügung zu haben, um ein elektrisches Signal mit ausreichender Intensität zu erhalten. Die Vorrichtung von Figur 2 erfüllt dies, wobei die notwendige elektrische Leistung beträchtlich ist. Die Figur 4 und 5 schlägt ein energiesparsameres System vor. Der Schirm 21 der Figur ist der gleiche, wie von Figur 2, mit einem Unterschied: Statt diffundiert zu werden ist der Glasträger des Visiermusters hier transparent. Er wird von hinten mittels intensiven Punktleuchtquellen beleuchtet, beispielsweise von Quarzhalogenlampen 22. Diese sind hinter den Fresnel-Linsen 23 an einem Punkt vorgesehen, der konjungiert zum Eingang des Diaphragmas 24 des Kameraobjektives ist. Dieses System erlaubt, daß alles Licht von den Lampen 22, das die hellen Bereiche des Schirmes durchläuft, sich in der Ebene des Diaphragmas 24 wiederfindet.
Eine Variante des vorangegangenen Systems verwendet eine einzige sehr intensive Punktquelle; sie ist in Figur 5 dargestellt. Die Lampe 25 mit ihrem Reflektor 26 und ihrem Kondensor 27 beleuchtet den halbreflektierenden Spiegel 28, der das Licht gegen den Schirm 29, welcher das Visiermuster trägt zurücksendet. Dessen helle Bereiche 30 aus Reflexionsmaterial, wie beispielsweise ein reflektierender Anstrich wie der von geperlten Schirmen ausgeführt sind. Das einfallende Licht wird so in seine Ursprungsrichtung zurückgeschicht und kommt teilweise zurück und dringt in das Diaphragma 24 ein.
Auf der Figur 6 ist ein Organigram der notwendigen elekronischen und informatischen Vorgänge zum Aufnehmen und Verarbeiten der Daten wiedergegeben.
Man sieht in 31 eine CCD Kamera, welche eine vertikale Abtastzeile aufweist. Man sieht ebenfalls drei große Rahmen, die jede verschiedene logische Funktionen gruppieren. Der Rahmen 32 ist zur Steuerung der Kamera vorgesehen, der Rahmen 33 betrifft die Abtastvorrichtung und der Rahmen 34 entspricht der Datenverarbeitung, die in dem Mikrorechner durchgeführt wird. Die Elemente 32, 33 und 34 sind mittels einer Schnittstellenkarte 35 miteinander verbunden. Das Element 33 umfaßt in 36 einen Motor des Drehspiegels, in 37 den Drehzahlmesser, wobei die Bewegung des Spiegels mittels der Geschwindigkeitssteuerkarte 38 gesteuert wird. Zwischen 36 und 37 findet man Schrittkodierer 39.
Das Element 39 umfaßt in 40 den Bildaufnahmeschaltkreis, welcher direkt am Ausgang der Kamera 31 liegt, den Schaltkreis der Übergänge analog/digital 41 und in 42 den Schaltkreis zur Lokalisierung der Pixel und damit des Übergangs hell-dunkel, dunkel-hell.
Die Funktionen, die von dem Mikroprozessor erfüllt werden, der als 34 gezeigt ist, sind der Übertrag in den RAM Speicher 43, der Vergleich mit den Bezugswerten und die Berechnung der Fehler in 44 und einen alphanumerischen und/oder graphischen Ausgang in 45 und schließlich die allgemeine Steuerung des Verfahrens in 46. Das obenbeschriebene Verfahren umfaßt die Beobachtung eines Visiermusters einer genauen Geometrie durch eine Verglasung. In einer anderen Vorrichtung, wo es ein bestimmtes Diapositiv ist, das durch die Verglasung auf einen Schirm projeziert ist, wird der Schirm direkt von der Kamera beobachtet, was die Ausführung des gleichen Verfahrens mit den gleichen Merkmalen und Vorteilen erlaubt und daher einfach eine Variante der Vorrichtungen der Erfindung darstellt.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind neben der schon erwähnten Geschwindigkeit, der Genauigkeit und der Einfachheit der Ausführung, ebenso ihre grobe Flexibilität. Je nach dem Programm des Mikrorechners (Rahmen 34 in Figur 6) kann man sowohl eine vertiefte Studie der optischen Qualität einer Verglasung beispielsweise beim Einsatz von Biegewerkzeugen zur Herstellung von Windschutzscheiben, wie auch die Verifizierung der intrinsischen Qualität jeder hergestellten Verglasung durchführen - eventuell gemäß bestimmten Vorgaben eines Kunden - und zudem wenn es gewünscht wird, eine Statistik einer Produktion zur Vermeidung von Ausschuß durchführen.

Claims

1. Verfahren zur Messung der Verzerrung einer Verglasung, in welchem die Analyse der Bilder eines Visiermusters bestehend aus parallelen geradlinigen Streifen, die abwechselnd hell und dunkel sind, mit Hilfe eines Abtastlichtdetektors durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Übergänge hell-dunkel und dunkel-hell in Richtung der Abtastung gespeichert werden und daß das Visiermuster zwei Raster von Streifen umfaßt, die zueinander geneigt sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Analogsignal, das vom Detektor ausgegeben wird, mit "Eins" digitalisiert wird, wenn es über einem mittleren Signal liegt, und mit "Null", wenn es darunter liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dar die Richtung des Abtastens einen Winkel verschieden von Null mit der Richtung jedes der beiden Raster bildet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Visiermuster polygonale Bereiche umfaßt, die einheitlich hell sind und in einem einheitlich dunklen Bereich isoliert sind oder im Gegenteil einheitlich dunkle polygonale Bereiche in einem einheitlich hellen Bereich isoliert sind.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierten Bereiche viereckig sind.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es die Schnittstellen der Übergänge hell-dunkel oder dunkel-hell, d.h. die Spitzen der isolierten Polygone sind, deren Positionen mit ihren theoretischen Positionen verglichen werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Diagonalen der isolierten Vierecke mit denselben Längen bei Abwesenheit von Defekten verglichen werden.

8. Verfahren nach Anspruch 5 und Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzen aller isolierten Vierecke vier-zu-vier verbunden werden, um ein durchgehendes Netz von viereckigen Maschen zu bilden, dessen Längen der Diagonalen mit den gleichen Längen bei Abwesenheit von Fehlern verglichen werden.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Messung der Verzerrung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastung des Bildes durch eine lineare Kamera (11) erfolgt, die mit einem Diaphragma (16) versehen ist und mit einem Drehspiegel (13) verbunden ist.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Messung der Verzerrung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dar das Visiermuster durch einen Schirm (4;21) getragen wird, der durch den Abtastlichtdetektor durch die Verglasung (3) beobachtet wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, in welchem die hellen Teile (6) des Schirms transparent sind und von hinten beleuchtet werden.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß Fresnel-Linsen (23) an dem Schirm (21) vorgesehen sind und daß diese durch Punktquellen (22) beleuchtet werden, deren Position konjugiert zur Öffnung des Diaphragmas (24) der Kamera in bezug auf die betreffende Linse ist.

13. Vorrichtungen nach Anspruch 9 und 10, in welchen die hellen Teile (30) des Schirms (29) mit Reflektionsglaselementen versehen sind und durch eine Punktquelle (25) beleuchtet werden, die nahe der Öffnung des Diaphragmas (24) der Kamera angeordnet ist.

14. Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dar das Visiermuster zur Anpassung der Meßrichtung an die gegebenen Anforderungen orientiert wird.

15. Anwedung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Vermessung von Autowindschutzscheiben.