EP2841932A1 - Verfahren und anordnung zur messung von blasstrukturen einer vorgespannten scheibe - Google Patents

Verfahren und anordnung zur messung von blasstrukturen einer vorgespannten scheibe

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EP2841932A1
EP2841932A1 EP13714948.0A EP13714948A EP2841932A1 EP 2841932 A1 EP2841932 A1 EP 2841932A1 EP 13714948 A EP13714948 A EP 13714948A EP 2841932 A1 EP2841932 A1 EP 2841932A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
disc
radiation source
image
detector
analysis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13714948.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Valentin SCHULZ
Lutz HERMANNS
Lars PAPE
Stephan Kremers
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
Original Assignee
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saint Gobain Glass France SAS, Compagnie de Saint Gobain SA filed Critical Saint Gobain Glass France SAS
Priority to EP13714948.0A priority Critical patent/EP2841932A1/de
Publication of EP2841932A1 publication Critical patent/EP2841932A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/8806—Specially adapted optical and illumination features
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
    • G01L1/241—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet by photoelastic stress analysis
    • G—PHYSICS
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    • G01N21/892—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles characterised by the flaw, defect or object feature examined
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    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
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    • G01N21/8806—Specially adapted optical and illumination features
    • G01N2021/8848—Polarisation of light

Definitions

  • the invention relates to a method for measuring blast structures of a prestressed disc.
  • the invention further relates to an arrangement for measuring blast structures of a prestressed disc and their use.
  • Discs are often preloaded. For this purpose, the disks are heated to a temperature above the lower expansion limit and cooled rapidly, whereby at the surface of the disk compressive stresses and in the core of the disk tensile stresses are formed. Prestressed discs have an increased thermal and mechanical load capacity compared to non-prestressed discs. If a prestressed disc breaks down under high load, fracture fragments form which, due to their shape and size, do not pose a risk of serious cuts. Prestressed disks are used as single-pane safety glass, for example as side windows or rear windows of motor vehicles.
  • the disks are typically loaded with a stream of air from a plurality of nozzles.
  • a stream of air from a plurality of nozzles.
  • the inhomogeneously distributed voltages lead to a location-dependent interaction of the disc with light striking them.
  • blowing structures In suitable conditions of light and observation, it is possible to detect structures on the pane which are often perceived as disturbing by an observer.
  • Such visible structures as a result of the biasing process are referred to as blowing structures in the context of the invention. They are also known, for example, as temper marks, "quench marks" or stress patterns.
  • the term blast structures is understood to mean all optically perceivable structures which are produced by pretreatment of the pane. The treatment does not necessarily include the application of an air stream.
  • WO 201 1 157815 A1 discloses a method for measuring blast structures. An essential part of the method described is the comparison of an optical measurement with the subjective evaluation of test discs by a group of persons. The measuring method is therefore not completely objective. In addition, a movement of the test disk relative to the analysis unit is required for the optical measurement, whereby the described method is complicated to perform.
  • the object of the present invention is to provide an improved method for measuring blast structures on a prestressed disk and a device suitable for this purpose.
  • the method is intended to provide an objective, quantitative measure of the extent of the blast structures and to be simple and reproducible.
  • the object of the present invention is achieved by a method for measuring Blas Quilten a prestressed disc, wherein at least
  • At least one analysis region of the slice is irradiated with linearly polarized light of a radiation source at an angle of incidence ⁇ ⁇ and at least one detector captures an image of at least the analysis region at an observation angle ⁇ ⁇ ,
  • the disc has a first surface and a second surface and the peripheral side edge. In the installed position, the intended viewing through the pane takes place through the first and the second surface.
  • the first surface is that surface of the disc which faces the radiation source.
  • the first surface of the disc is irradiated with the light of the radiation source. This means, in the context of the invention, that the light hits the first surface and then the second surface of the disk, which faces away from the light source, as it passes through the disk.
  • the analysis area of the disk is thus irradiated according to the invention over the first surface of the disk with the light of the radiation source.
  • prestressed disc also includes partially prestressed discs
  • a prestressed disc in the narrower sense typically has surface compressive stresses of 85 MPa to 140 MPa and tensile stresses in the core of 40 MPa to 60 MPa
  • a partially prestressed disc typically has surface compressive stresses of 24 MPa to 52 MPa.
  • an arrangement for measuring blast structures of a prestressed disc at least comprising:
  • a radiation source which irradiates at least one analysis region of the disk with linearly polarized light at an angle of incidence ⁇ ⁇ ,
  • At least one detector which takes an image at least of the analysis area at an observation angle ⁇ ⁇ and
  • an evaluation unit which receives the image, reads out a brightness course along an analysis line on the image, determines the local maxima and the local minima of the brightness curve and an intensity index l B s by the difference between a mean brightness value M max of the local maxima and a mean brightness value M min of local minima.
  • Parallel polarized radiation components are reflected on passing through a disk to a lesser extent on the surfaces of the disk than perpendicularly polarized radiation components.
  • the inhomogeneous stress distribution in the disk produced in the bias process leads to a location-dependent interaction of the light with the disk (Paul Chagnon: "Optics for People Stuck in Traffic: Stress Patterns", The Physics Teacher 32 (1994), p. 166f.
  • the location-dependent intensity of the reflected and / or transmitted light is captured by the detector in the form of an image and analyzed quantitatively in the sequence.
  • the method according to the invention for the measurement of blister structures provides an objective and reproducible quantitative measure of the extent of the blast structures, which are caused by the inhomogeneous distribution of the stresses. Since at least the entire analysis area is irradiated by the radiation source and detected by the detector, no movement of the disc is required, whereby the method is easy to perform.
  • the irradiation of the analysis area according to the invention over the pane surface has decisive advantages over the irradiation over the side edge.
  • the method of the invention is applicable to a much wider variety of panes.
  • the method is particularly applicable to discs in Motor vehicle area applicable, which are typically curved and have a ground, in particular turbid side edge. With such disks, irradiation of the analysis area over the side edge is not possible.
  • the areas where no rotation of the plane of polarization of the light occurs are stress-free areas or areas having the same principal amounts.
  • the areas where rotation of the plane of polarization occurs are the areas of unequal principal stresses, and the extent of rotation of the plane of polarization depends on the difference of the principal stresses.
  • the analysis area is an area of the pane for which the brightness curve is to be determined in the method according to the invention.
  • the analysis area is thus the smallest possible area which has to be irradiated by the light of the radiation source and from which an image has to be taken by the detector in order to be able to carry out a desired analysis of the blast structures.
  • the analysis area has a first surface that is an area of the first surface of the disk.
  • the analysis area has a second surface which is an area of the second surface of the disk.
  • the thickness of the analysis area corresponds to the thickness of the disc.
  • the analysis area according to the invention is preferably arranged in the middle of the pane.
  • the first surface of the analysis area is then located in the center of the first surface of the disk and the second surface of the analysis area is located in the center of the second surface of the disk.
  • the geometric center of the first surface of the analysis area corresponds approximately to the geometric center of the first surface of the disk and that the geometric center of the second surface of the analysis area corresponds approximately to the geometric center of the second surface of the disk.
  • the size of the analysis area is suitably chosen so that it comprises a sufficient number of blast structures, ie a sufficient number of areas with different reflectance ("light” and "dark” areas).
  • the analysis area has, for example, a length and width of 30 cm.
  • the analysis area can also be chosen significantly larger.
  • the analysis area can in principle also include the entire pane.
  • the radiation source irradiates at least the analysis area of the pane.
  • the radiation source may irradiate a larger area of the disk containing the analysis area.
  • the radiation source can, for example, irradiate the entire pane.
  • the detector records an image of at least the analysis region of the disk.
  • the detector can also take an image of a larger area of the disk containing the analysis area.
  • the light of the radiation source is linearly polarized.
  • linear polarization the direction of the oscillation of the electric field is constant.
  • the magnitude and sign of the electric field change periodically.
  • the excellent vibration direction is called a polarization direction.
  • the light of the radiation source is preferably parallel polarized (p-polarized) or predominantly p-polarized with respect to the first surface of the disk.
  • P-polarized means that the direction of polarization when the radiation hits the disk is in the plane of incidence. The plane of incidence is clamped by the incident vector and the surface normal of the disc at the point where the radiation hits the disc.
  • the particular advantage of p-polarized light is its lower reflection compared to perpendicular polarized (s-polarized) light. The p-polarized light is reflected to a lesser extent at the first surface. In regions of the disk in which a rotation of the polarization direction occurs, the perpendicularly polarized radiation component is increased, which is reflected at the second surface amplified.
  • the direction of polarization may, to a certain extent, slightly deviate from the ideal p-polarization, for example by an amount of 0 ° to 10 °.
  • the method according to the invention can also be carried out with s-polarized light or with light which contains p-polarized and s-polarized radiation components.
  • the location-dependent rotation of the polarization direction leads in these cases to a location-dependent reflectance and thus to a brightness pattern of the total of the disc reflected and / or transmitted light, which can be used for an inventive analysis of Blas Modellen.
  • the pane whose blast structures are to be measured may be flat, as is customary in particular in the field of architecture, for example in the access or window area.
  • the disc may be slightly or strongly bent in one direction or in multiple directions of the space.
  • Such curved windows occur in particular for glazing in the vehicle area.
  • Typical radii of curvature of the curved discs are in the range of about 10 cm to about 40 m. The radius of curvature need not be constant over the entire disk, there may be stronger and less curved portions in a disk.
  • the disc is preferably bent.
  • the inventive method can be advantageously applied to such curved discs.
  • the disc preferably has a ground, in particular opaque, ground side edge.
  • the entire surface of the side edge is preferably trimmed turbid.
  • the disc is in an advantageous embodiment of the invention, a vehicle window.
  • the vehicle window is preferably bent and has a dull ground edge.
  • the direction of the surface normal within the surface of the analysis area is location dependent.
  • the orientation of the plane of incidence can also be location-dependent.
  • the geometric center of the first surface of the analysis area is usefully used.
  • the radiation is considered to be p-polarized if the direction of polarization lies in the plane defined by the Incident vector and the surface normal in the middle of the first surface of the analysis area is spanned.
  • the radiation source facing first surface of the disc may be facing the detector and / or facing away from the detector. If the first surface faces the detector, the radiation reflected by the disk as a whole is detected by the detector.
  • the detector records an image of at least the first surface of the analysis area. If the first surface faces away from the detector and the second surface thus faces the detector, then the radiation transmitted through the disk is detected by the detector.
  • the detector records an image of at least the second surface of the analysis area. In both cases, the extent of the blast structures on the image can be analyzed. It is also possible to take in each case an image of a first detector and a second detector, wherein the first surface of the disk faces the first detector and faces away from the second detector.
  • the radiation source facing the first surface of the disc faces the detector.
  • the detector detects the radiation reflected from the disk.
  • Such a reflection measurement has the advantage over a transmission measurement that it can also be applied to printed discs.
  • printed discs in particular provided with a screen printing discs, are common especially in the vehicle sector.
  • the reflectance of the linearly polarized radiation is dependent on the angle of incidence of the radiation on the surface of the disc.
  • the reflectance is the ratio of reflected radiation intensity to irradiated radiation intensity.
  • the angle of incidence is the angle between the incident vector and the surface normal of the disc at the point where the radiation hits the surface of the disc.
  • the difference between the reflectance of parallel polarized radiation and the reflectance of perpendicularly polarized radiation is particularly great when the angle of incidence ⁇ ⁇ is equal to the so-called Brewster angle. For light incidence below the Brewster angle, the reflectance for p-polarized radiation is ideally zero.
  • the angle of incidence ⁇ ⁇ is location-dependent.
  • the geometric center of the first surface of the analysis area is usefully used.
  • the angle of incidence ⁇ ⁇ according to the invention is preferably measured in the middle of the first surface of the analysis area.
  • the angle of incidence ⁇ ⁇ is preferably from 20 ° to 70 °, particularly preferably from 40 ° to 65 °, very particularly preferably from 55 ° to 60 °, in particular about 57 °.
  • the difference between the reflectance of p-polarized light and the reflectance of s-polarized light is particularly large, and the brightness pattern caused by the blast structures is particularly advantageous.
  • the specified ranges for the angle of incidence ⁇ ⁇ are particularly advantageous when the light reflected from the disc is detected by the detector. If the light transmitted through the pane is detected by the detector, then the angle of incidence ⁇ ⁇ can also be, for example, from 0 ° to 20 °, preferably from 0 ° to 10 °, in particular approximately 0 °.
  • the radiation source is preferably a planar radiation source.
  • This is understood to mean a radiation source which emits light via a radiating surface, and which can not be regarded as a point radiation source relative to the dimensions of the pane.
  • Such an approximate point radiation source is, for example, a laser or a light bulb.
  • the emission surface of the planar radiation source can have, for example, a size of at least 0.5 m 2 or at least 1 m 2 .
  • the emission surface of the planar radiation source can in principle be bent, but in a particularly preferred embodiment it is flat. Then the propagation direction of the light is constant over the emission surface. As a result, the entire analysis region of the disk surface can advantageously be irradiated with radiation of the same propagation direction.
  • the radiation source very particularly preferably comprises at least one so-called polarization wall.
  • a polarization wall comprises at least one, typically a plurality of primary radiation sources, for example a plurality of fluorescent tubes arranged parallel to one another, behind a strongly scattering glass pane, typically an opal glass pane. At the Passing through the scattering glass is generated from the radiation of the primary radiation sources, a flat, unpolarized radiation.
  • a planar polarizing filter on the side facing away from the primary radiation sources side of the diffusing glass pane linearly polarized radiation is generated.
  • the radiation source preferably radiates radiation in the visible spectral range.
  • this is advantageous because of the simple availability of suitable radiation sources and detectors.
  • a disturbing effect of the blast structures for a viewer occurs in the context of visible light, so that the use of visible light for the quantitative measurement of Blasregalen makes sense.
  • the light of the radiation source does not have to cover the entire visible spectral range.
  • the radiation of the radiation source does not have to be limited to the visible spectral range.
  • the radiation of the radiation source may contain radiation components from other spectral regions, for example I radiation and / or UV radiation.
  • the detector preferably comprises a camera with a two-dimensional image sensor, for example a CCD sensor or an active pixel sensor (APS sensor, CMOS sensor). Due to better availability and lower cost, a camera with a CCD sensor is preferred.
  • the two-dimensional image sensor it is advantageously possible to take a picture of at least the entire analysis area. Of course, the image is taken while the disc is irradiated with light by the radiation source.
  • the detector may comprise further optical elements, for example optical filters such as gray filters or color filters.
  • the detector is preferably arranged such that the radiation reflected at the disk or transmitted through the disk is optimally detected.
  • the detector is aligned to an excellent location on the surface of the disk facing the detector. If the detector is a camera, the objective is preferably focused on the excellent location.
  • the observation angle ⁇ ⁇ is then the angle between on the one hand the connecting line between the detector and the marked spot and on the other hand the surface normal of the disk at the marked spot. As excellent Place on the surface of the disc is usefully chosen the geometric center of the surface of the analysis area, which faces the detector.
  • the observation angle ⁇ ⁇ is preferably from 20 ° to 70 °, more preferably from 40 ° to 65 °, most preferably from 55 ° to 60 °, in particular about 57 °.
  • the observation angle ⁇ ⁇ is preferably equal in magnitude to the angle of incidence ⁇ ⁇ or deviates only slightly from the angle of incidence ⁇ ⁇ , for example by an amount of 0 ° to 10 °. If the first surface of the disk faces the radiation source and the detector, the radiation source and the detector are preferably arranged opposite one another with respect to the surface normal in the geometric center of the first surface of the analysis region. Then, the reflected light can be detected particularly advantageous.
  • the radiation source facing first surface of the disc is preferably the outer surface of the disc. With outer surface while the surface of the disc is referred to, which is intended to be facing in installation position of the disc of the external environment of a space bounded by the disc. If the pane is, for example, a motor vehicle window, then the outer surface, in the installed position, faces the outer environment and faces away from the interior of the motor vehicle.
  • the image is preferably shot against a black or dark background. Then the Blas Jardin are particularly advantageous to recognize. Particularly preferred method of the invention is carried out in a darkened room, wherein the radiation source is the only light source.
  • the evaluation unit preferably comprises at least one computer with image analysis software which is suitable for reading out the brightness value of each pixel (pixel) of the image recorded by the detector.
  • the image recorded by the detector is fed to the evaluation unit according to the invention. This can be done via a direct connection between the detector and the evaluation unit, for example via a cable or a wireless connection.
  • the transmission of the image can take place automatically or be initiated by a command of the user.
  • the image can be the evaluation unit but also be supplied by other suitable means, for example via a server or a storage medium.
  • the blast structures can be seen as patterns of darker and brighter areas.
  • the disk is typically loaded with a stream of air from a plurality of parallel rows of nozzles.
  • the pattern of the darker and lighter areas is caused by the arrangement of the nozzles.
  • the lighter areas on the image are therefore typically arranged along mutually parallel lines.
  • the evaluation unit according to the invention the brightness characteristic is read out along an analysis line.
  • the analysis line is preferably chosen such that it passes through a group of bright areas arranged on the same of the lines running parallel to one another.
  • the analysis line preferably runs centrally through the bright areas.
  • the image taken by the detector can be processed in the usual way before the analysis of the brightness curve.
  • the data volume and / or the image dimensions can be reduced electronically, for example.
  • the brightness curve in the context of the invention is a plot of the determined brightness value against the position along the analysis line, which can be expressed for example by an arbitrary length scale (for example a numbering of the successive pixels).
  • the brightness progression along the analysis line shows a wave-like progression with a sequence of local maxima (center of the bright areas in the picture) and local minima (center of the dark areas in the picture).
  • the position of the local maxima and minima is identified and the respective brightness value is read out.
  • the identification of the local maxima and minima preferably takes place automatically by means of a suitable algorithm, but can also be done manually.
  • the data of the brightness curve can be smoothed before the analysis of the local maxima and minima by a suitable algorithm.
  • the analysis area is preferably selected such that the brightness profile contains at least 3 local maxima.
  • the analysis range is particularly preferably chosen such that the brightness profile is from 5 to 20, very particularly preferably from 8 to 15 local Contains maxima. This is particularly advantageous with regard to a reliable and reproducible measurement of the blowing structures on the one hand and a time-saving evaluation of the measurement on the other hand.
  • a first mean value is formed, which in the sense of the invention is referred to as the mean brightness value M max of the local maxima.
  • a second mean value is formed, which in the meaning of the invention is referred to as the brightness mean value M min of the local minima.
  • the brightness average values M max and M min are preferably obtained as an arithmetic mean. In principle, however, other averages can also be used if they appear to be appropriate to the person skilled in the art, for example the geometric mean, the harmonic mean or the quadratic mean.
  • the magnitude difference between the mean brightness value M max of the local maxima and the mean brightness value M min of the local minima is referred to in the sense of the invention as the intensity index l B s of the blowing structures.
  • the intensity index l B s is a quantitative and objective measure of the extent of the blast structures. Large values of the intensity index l B s indicate a large difference in the reflectance in the bright areas compared to the dark areas and thus on pronounced blazed structures. Small values of the intensity index l B s indicate a small difference in the reflectance in the light areas compared to the dark areas and thus less pronounced blast structures.
  • different disks can be compared quantitatively with respect to the extent of the blowing structures. Due to the objectivity and reproducibility of the method according to the invention, the measurements to be compared on different panes can also take place with a certain time interval.
  • the preferably planar radiation source is arranged vertically.
  • the surface over which the radiation of the light takes place is arranged vertically, ie at an angle of approximately 90 ° to the horizontal.
  • the blast structures can be observed particularly well when the disk is arranged at an angle to the horizontal which is at most 15 °, preferably at most 5 ° deviates from the angle of the polarization direction of the light of the radiation source to the horizontal.
  • the angle to the horizontal, in which the disc is arranged corresponds to the angle of the polarization direction of the light of the radiation source to the horizontal.
  • the angle to the horizontal, in which the disc is arranged, and the angle of the polarization direction of the light of the radiation source to the horizontal are measured in a value range of 0 ° to 90 °. If a polarization wall as a radiation source has, for example, a polarization direction which is arranged at an angle of approximately 45 ° to the horizontal, then the blast structures can be observed particularly well if the pane is at an angle of 30 ° to 60 °, preferably 40 ° is arranged to 50 ° and in particular about 45 ° to the horizontal. In the case of curved disks, for example, the tangential plane in the middle of the analysis region can be used to assess the angle to the horizontal.
  • the disc can be arranged in a suitable holder, which allows a safe and reproducible positioning of the disc.
  • the detector may be positioned on a tripod or other suitable fixture.
  • the relative arrangement of disk and detector can be done for example via ground markings.
  • the holder of the detector and the holder of the disc may alternatively be permanently connected to each other, for example on a common frame. This advantageously achieves a reproducible relative arrangement of the disk and detector that can be generated quickly and easily.
  • the reproducible relative alignment of the radiation source and the disc can be done, for example, by means of ground markings.
  • the radiation source and the holder of the disc and / or the detector can also be stably connected to each other.
  • the pane preferably contains glass, particularly preferably flat glass, float glass, quartz glass, borosilicate glass and / or soda-lime glass.
  • the thickness of the disc can vary widely and so perfectly adapted to the requirements in each case.
  • the thickness of the disc is preferably from 1, 0 mm to 25 mm and particularly preferably from 1, 4 mm to 5 mm.
  • the size of the disc can vary widely and depends on its intended use.
  • the pane has, for example, in the automotive and architectural field common areas of 200 cm 2 to 20 m 2 .
  • the disk can be largely transparent and, for example, have a total transmission of greater than 70%.
  • the disk can also be colored and / or tinted and, for example, have a total transmission of less than 50%.
  • the term total transmission refers to the method defined by ECE-43, Annex 3, ⁇ 9.1 for testing the transparency of vehicle windows.
  • the invention further includes the use of the arrangement according to the invention for the quantitative measurement of blown structures on prestressed panes, in particular for a quantitative comparison measurement of different panes.
  • the panes are preferably slices in buildings, in particular in the access or window area, in furniture and appliances, in particular electronic appliances with cooling or heating function, or in means of transport for traffic on land, in the air or on water, especially in trains , Ships and motor vehicles, such as side windows, roof windows and / or rear windows as toughened safety glass.
  • Fig. 1 is a schematic representation of the inventive arrangement for
  • FIG. 2b is a schematic representation of the image of Figure 2a
  • FIG. 3 a is a diagram of the brightness course along the analysis line in FIG. 2 a
  • FIG. 4 a is a front view of a holding device for the pane and the detector
  • FIG. 4 b is a side view of the holding device from FIGS
  • FIG. 5 shows a detailed flowchart of an embodiment of the method according to the invention for measuring bias structures of a prestressed disk.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of the arrangement according to the invention for measuring Blas Quilten a prestressed disc 1.
  • the disc 1 is a rear window of a passenger car.
  • the disc 1 has the usual for rear windows curvature and edge grinding.
  • the pane 1 is a 3 mm thick toughened safety glass made of soda lime glass with a width of 150 cm and a height of 80 cm.
  • the disk 1 is thermally toughened and has, for example, a surface compressive stress of about 120 MPa and a tensile stress in the core of about 60 MPa. Due to the tempering process, the disc 1 has inhomogeneously distributed stresses, which lead to so-called blast structures which are optically perceptible under certain observation and light conditions as a pattern of lighter and darker areas.
  • the extent of the blowing structures can be determined quantitatively. As a result, for example, disks biased with different methods can be compared with respect to the extent of the blowing structures.
  • the inventive arrangement comprises a radiation source 2.
  • the disc 1 is bent, as is customary for rear windows.
  • the convex first surface (I) of the disc 1, which is provided in the installation position of the disc 1 as the outer surface is the Facing radiation source 2, so that the light 5 of the radiation source 2 when passing through the disc 1 first on the first surface (I) meets.
  • the radiation source 2 is a polarization wall.
  • the polarization wall comprises a plurality of parallel arranged fluorescent tubes behind an opal glass pane and a planar polarizing filter on the side facing away from the fluorescent tubes side of the opal glass pane.
  • the radiation source 2 linearly polarized white light 5 is emitted in the visible spectral range over a radiating surface with a height of 150 cm and a width of 200 cm.
  • the planar radiation source 2 By the planar radiation source 2, the entire surface (I) of the disc 1 is illuminated, less any shaded areas.
  • an analysis area 4 is completely irradiated.
  • the analysis area 4 is provided for the evaluation of the measurement of blast structures.
  • the analysis area 4 has, for example, a length and width of 30 cm and is arranged approximately in the geometric center of the pane 1.
  • the analysis area 4 has a first surface which is an area of the first surface (I) of the disk 1, the first surface of the analysis area 4 being located in the geometric center of the first surface (I) of the disk.
  • the analysis area 4 has a second surface which is an area of the second surface (II) of the disk 1, the second surface of the analysis area 4 being located in the geometric center of the second surface (I) of the disk.
  • the light 5 of the radiation source is polarized parallel with respect to the surface (I).
  • the oscillation direction of the electromagnetic waves described by the polarization vector 12 lies in the plane of incidence 1 1, which is spanned by the incident vector of the light 5 and the surface normal 10 of the surface (I).
  • Parallel polarized light is reflected less strongly on the surfaces of the pane 1 than perpendicularly polarized light. This effect is particularly pronounced when the angle of incidence ⁇ ⁇ corresponds approximately to the Brewster angle.
  • the Brewster angle for an air-glass transition is about 57 ° and the angle of incidence ⁇ ⁇ is chosen accordingly.
  • the direction of the surface normal 10 within the analysis area 4 is location-dependent.
  • the surface normal 10 in the geometric center of the first surface of the analysis region 4 is used.
  • the reflected light from the disk 1 13 has a location-dependent intensity. The reason for this are inhomogeneously distributed stresses in the disk 1 produced by the tempering process. These stresses lead to a location-dependent rotation of the polarization vector 12 as it passes through the disk 1. If the polarization vector 12 is not rotated, parallel polarization strikes the surface (II ) of the disc 1, which faces away from the radiation source 2.
  • the light 5 is only slightly reflected on both surfaces (I) and (II), and the intensity of the total light 13 reflected by the pane 1 is small. If the polarization vector 12 is rotated, the light 5 strikes the surface (II) with an increased perpendicularly polarized radiation component, which is reflected significantly more strongly than parallel polarized light. The intensity of the total reflected light from the disc 1 13 is thereby increased, the reflectance of the extent of rotation of the polarization vector 12 is dependent. As a result of the inhomogeneously distributed stresses in the disk 1, the reflected light 13 thus forms a pattern of darker and brighter areas.
  • the arrangement according to the invention further comprises a detector 3.
  • the surface (I) of the pane 1 facing the radiation source 2 also faces the detector 3.
  • the detector 3 is a camera with a CCD sensor.
  • the pattern of the location-dependent intensity of the reflected light 13 is detected by the detector 3.
  • a photograph is taken, which images at least the analysis area 4, but typically a larger area of the pane 1.
  • the camera is aligned and focused on the center of the first surface of the analysis area 4.
  • the observation angle ⁇ ⁇ is about 60 °, for example, and is thus selected near the Brewster angle.
  • the pattern of the location-dependent intensity of the re-rectified light 13 can be detected particularly well.
  • the inventive arrangement further comprises an evaluation unit 7.
  • the evaluation unit 7 is connected for example via a connecting cable 14 to the detector 3. Via the connecting cable 14, the photograph is transmitted from the detector 3 to the evaluation unit 7.
  • the evaluation unit 7 is a computer with suitable image analysis software which can read the brightness value of each pixel of the photograph.
  • FIG. 2 a shows a detail (707 ⁇ 480 pixels) of an image 6, which depicts the analysis area 4, more precisely the first surface of the analysis area 4.
  • the image 6 is a photograph and was taken by the camera as the detector 3 in the arrangement of FIG.
  • the camera as detector 3 was a Canon EOS 30D digital SLR with a Canon EF-S 18-55 mm lens.
  • the blast structures are clearly visible as a pattern of bright areas against a dark background.
  • the bright areas are arranged along mutually parallel lines.
  • the pattern results from the arrangement of the nozzles, with which the disc 1 was subjected during pretensioning with an air flow.
  • the figure further shows an analysis line 9.
  • the analysis line 9 runs along one of the lines arranged parallel to one another, along which the bright areas are arranged.
  • the analysis line 9 is chosen so that it runs approximately centrally through the bright areas.
  • the brightness profile of the image 6 along the analysis line 9 is used to quantify the blazed structures.
  • FIG. 2b shows a schematic representation of the image 6 from FIG. 2a.
  • the bright areas in front of the dark background and the analysis line 9 can be seen.
  • FIG. 3 shows a diagram of the brightness curve 8 along the analysis line 9 on the image 6 of FIG. 2a.
  • the analysis area 4 and the analysis line 9 are selected so that eleven of the bright areas are covered.
  • the generation and analysis of the brightness curve 8 takes place in the evaluation unit 7.
  • the brightness curve 8 was created by means of an image evaluation software which reads out the brightness value (RGB color space, 256 brightness levels) of each pixel along the analysis line 9.
  • the brightness curve 8 shows a wave-like profile with eleven local maxima 15 and eleven local minima 16. From the brightness values of the local maxima 15, the arithmetic mean is formed, and thus the mean brightness value M max of the local maxima 15 is determined.
  • the mean brightness value M max in the example shown is 177, the mean brightness value M min is 96.
  • the absolute difference between the mean brightness value M max and the mean brightness value M min is referred to in the context of the invention as intensity index l B s.
  • the intensity index I B s is on quantitative measure of the extent of blast structures.
  • the intensity index l B s is 81 in the example shown. The lower the value of the intensity index l B s, the lower the average brightness difference between the bright area and the dark areas on the image 6, and the more uniform the overall reflection of the pane appears.
  • comparison disks can be compared with respect to the visibility of the blowing structures.
  • the brightness curve 8 has a decreasing tendency in the example shown.
  • the reason for this is the bending of the disk 1, which leads to a location-dependent direction of the surface normal 10 within the analysis area 4.
  • the brightness mean values M max and M min nevertheless provide a meaningful intensity index l B s, by means of which comparison disks can be compared with one another, in particular if the comparison disks have an identical or similar bend. For example, discs of the same type that have been biased in different ways can be compared.
  • the measurements were carried out under identical boundary conditions on a reference disk 1.
  • the measurements provided an average for the intensity index I BS of 84 with an empirical variance of 0.5.
  • the intensity index I BS is thus a highly reproducible measure of the blast structures.
  • FIGS. 4a and 4b each show a detail of a suitable holding device 17 for the pane 1 and the detector 3.
  • the holding device 17 comprises a pane holder 18, a detector holder 24 and a positioning stop 23, which are arranged on a common frame 19.
  • the holding device 17 advantageously achieves a stable and reproducible relative arrangement of the pane 1 and the detector 3. As a result, a constant observation angle ⁇ ⁇ is ensured in a comparison measurement .
  • the frame 19 is mounted on rollers 26, with which the holding device 17 can be easily moved, for example, for orientation relative to the light source 2.
  • the positioning stop 23 allows a reproducible arrangement of the disc 1 on the disc holder 18, if in a comparison measurement different discs 1 of the same type to be examined.
  • the disc holder 18 includes a horizontal base member 20 on which a support member 22 and two holding forks 21 are arranged. The lower edge of the disc 1 is inserted into the holding forks 21 and the disc 1 is leaned against the support member 22. The arrangement of the disc 1 is permanently stable and reproducible.
  • the base member 20 is connected via two hinges 25 to the frame 19. Thereby, the disc holder 18 can be tilted and the angle between the disc 1 and the horizontal can be adjusted. The desired angle is thereby permanently adjusted by means of an angle fixing 27 arranged on the side of the support element 22 facing away from the disk 1.
  • the angle fixing 27 is, for example, a metal rail in the form of a circular arc segment whose center of the circle is arranged on the connecting line between the hinges 25.
  • the metal rail has a recess which extends parallel to the circular arc-segment-shaped edges and through which a screw connected to the Ge Mother 19 is guided. If the screw is released, the disc holder 18 can be tilted, the screw slides through the recess of the Winkelfix ist 27. In the desired position of the disc holder 18, the screw is tightened and disc holder 18 thus permanently fixed stable.
  • FIG. 5 shows a flow chart of an exemplary embodiment of the method according to the invention for measuring blast structures on a prestressed disk 1.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung von Blasstrukturen einer vorgespannten Scheibe (1), wobei zumindest (a) mindestens ein Analysebereich (4) der Scheibe (1) mit linear polarisiertem Licht (5) einer Strahlungsquelle (2) unter einem Einfallswinkel (θE) bestrahlt wird und mit mindestens einem Detektor (3) ein Bild (6) zumindest des Analysebereichs (4) unter einem Beobachtungswinkel (θA) aufgenommen wird, (b) das Bild (6) einer Auswertungseinheit (7) zugeführt wird, und (c) mittels der Auswertungseinheit (7) (c1) ein Helligkeitsverlauf (8) entlang einer Analyselinie (9) auf dem Bild (6) ausgelesen wird, (c2) die lokalen Maxima (15) und die lokalen Minima (16) des Helligkeitsverlaufs (8) bestimmt werden und (c3) ein Intensitätsindex (IBS) durch die Differenz zwischen einem Helligkeitsmittelwert (Mmax) der lokalen Maxima und einem Helligkeitsmittelwert (Mmin) der lokalen Minima bestimmt wird.

Description

Verfahren und Anordnung zur Messung von Blasstrukturen einer vorgespannten
Scheibe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung von Blasstrukturen einer vorgespannten Scheibe. Die Erfindung betrifft weiter eine Anordnung zur Messung von Blasstrukturen einer vorgespannten Scheibe und deren Verwendung.
Scheiben werden häufig mit einer Vorspannung versehen. Dazu werden die Scheiben auf eine Temperatur oberhalb der unteren Entspannungsgrenze erhitzt und rasch abgekühlt, wodurch an der Oberfläche der Scheibe Druckspannungen und im Kern der Scheibe Zugspannungen ausgebildet werden. Vorgespannte Scheiben weisen eine erhöhte thermische und mechanische Belastbarkeit im Vergleich zu nichtvorgespannten Scheiben auf. Zerbricht eine vorgespannte Scheibe unter hoher Belastung, so bilden sich Bruchfragmente, von denen aufgrund ihrer Form und Größe keine Gefahr von schweren Schnittverletzungen ausgeht. Vorgespannte Scheiben werden als Einscheiben-Sicherheitsglas beispielsweise als Seitenscheiben oder Heckscheiben von Kraftfahrzeugen verwendet.
Zum raschen Abkühlen der Scheiben während des Vorspann-Prozesses werden die Scheiben typischerweise mit einem Luftstrom aus einer Vielzahl von Düsen beaufschlagt. In Abhängigkeit von der Anordnung der Düsen bildet sich in der Scheibe eine inhomogene Verteilung von Spannungen aus. Die inhomogen verteilten Spannungen führen zu einer ortsabhängigen Wechselwirkung der Scheibe mit auf sie treffendem Licht. Bei geeigneten Licht- und Beobachtungsbedingungen können auf der Scheibe Strukturen erkannt werden, die von einem Beobachter häufig als störend empfunden werden. Solche sichtbaren Strukturen infolge des Vorspann-Prozesses werden im Sinne der Erfindung als Blasstrukturen bezeichnet. Sie sind auch beispielsweise als Tempermarken, „Quench marks" oder Spannungsmuster („stress pattern") bekannt. Mit dem Ausdruck Blasstrukturen werden im Sinne der Erfindung alle optisch wahrnehmbaren Strukturen verstanden, die durch eine Behandlung der Scheibe beim Vorspannen entstehen. Die Behandlung muss dabei nicht notwendigerweise das Beaufschlagen mit einem Luftstrom umfassen.
Um das Ausmaß der Blasstrukturen objektiv bewerten zu können, ist ein reproduzierbares und quantitatives Messverfahren erforderlich. Aus WO 201 1 157815 A1 ist ein Verfahren zur Messung von Blasstrukturen bekannt. Ein wesentlicher Bestandteil des beschriebenen Verfahrens ist der Vergleich einer optischen Messung mit der subjektiven Bewertung von Testscheiben durch eine Gruppe von Personen. Das Messverfahren ist daher nicht völlig objektiv. Zudem ist zur optischen Messung eine Bewegung der Testscheibe relativ zur Analyseeinheit erforderlich, wodurch das beschriebene Verfahren kompliziert auszuführen ist.
Aus P. Castellini et al.:„Laser sheet scattered light method for industrial measurement of thickness residual stress distribution in flat tempered glass" (Optics and Lasers Engineering, Bd. 50, Nr. 5, 2012, Seiten 787-795) ist ein Verfahren zur Messung des Spannungsprofils entlang der Dicke einer Scheibe bekannt. Bei diesem Verfahren ist es erforderlich, Laserstrahlung über die Seitenkante in die zu untersuchende Scheibe einzukoppeln. Das Verfahren ist insbesondere auf vorgespannte Scheiben im Kraftfahrzeugbereich nicht anwendbar, die diese Scheiben typischerweise gebogen sind und eine geschliffene Seitenkante aufweisen. Bei solchen Scheiben ist eine Bestrahlung über die Seitenkante nicht möglich.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur Messung von Blasstrukturen auf einer vorgespannten Scheibe und eine dazu geeignete Anordnung bereitzustellen. Das Verfahren soll ein objektives, quantitatives Maß für das Ausmaß der Blasstrukturen liefern und einfach und reproduzierbar durchzuführen sein.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Messung von Blasstrukturen einer vorgespannten Scheibe gelöst, wobei zumindest
(a) mindestens ein Analysebereich der Scheibe mit linear polarisiertem Licht einer Strahlungsquelle unter einem Einfallswinkel ΘΕ bestrahlt wird und mit mindestens einem Detektor ein Bild zumindest des Analysebereichs unter einem Beobachtungswinkel ΘΑ aufgenommen wird,
(b) das Bild einer Auswertungseinheit zugeführt wird und
(c) mittels der Auswertungseinheit
(c1 ) ein Helligkeitsverlauf entlang einer Analyselinie auf dem Bild ausgelesen wird, (c2) die lokalen Maxima und die lokalen Minima des Helligkeitsverlaufs bestimmt werden und (c3) ein Intensitätsindex lBs durch die Differenz zwischen einem Helligkeitsmittelwert Mmax der lokalen Maxima und einem Helligkeitsmittelwert Mmin der lokalen Minima bestimmt wird.
Die Scheibe weist eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche auf sowie die umlaufende Seitenkante. In Einbaulage erfolgt die bestimmungsgemäße Durchsicht durch die Scheibe durch die erste und die zweite Oberfläche. Die erste Oberfläche ist dabei diejenige Oberfläche der Scheibe, die der Strahlungsquelle zugewandt ist. Die erste Oberfläche der Scheibe wird mit dem Licht der Strahlungsquelle bestrahlt. Das bedeutet im Sinne der Erfindung, dass das Licht beim Durchtritt durch die Scheibe zunächst auf die erste Oberfläche und danach auf die zweite, von der Lichtquelle abgewandte Oberfläche der Scheibe trifft. Der Analysebereich der Scheibe wird also erfindungsgemäß über die erste Oberfläche der Scheibe mit dem Licht der Strahlungsquelle bestrahlt.
Der Begriff „vorgespannte Scheibe" schließt im Sinne der Erfindung auch teilvorgespannte Scheiben ein. Eine vorgespannte Scheibe im engeren Sinne weist typischerweise Oberflächendruckspannungen von 85 MPa bis 140 MPa und Zugspannungen im Kern von 40 MPa bis 60 MPa auf. Eine teilvorgespannte Scheibe weist typischerweise Oberflächendruckspannungen von 24 MPa bis 52 MPa auf.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird weiter erfindungsgemäß durch eine Anordnung zur Messung von Blasstrukturen einer vorgespannten Scheibe gelöst, mindestens umfassend:
- eine Strahlungsquelle, die mindestens einen Analysebereich der Scheibe mit linear polarisiertem Licht unter einem Einfallswinkel ΘΕ bestrahlt,
- mindestens einen Detektor, der ein Bild zumindest des Analysebereichs unter einem Beobachtungswinkel ΘΑ aufnimmt und
- eine Auswertungseinheit, die das Bild empfängt, einen Helligkeitsverlauf entlang einer Analyselinie auf dem Bild ausliest, die lokalen Maxima und die lokalen Minima des Helligkeitsverlaufs bestimmt und einen Intensitätsindex lBs durch die Differenz zwischen einem Helligkeitsmittelwert Mmax der lokalen Maxima und einem Helligkeitsmittelwert Mmin der lokalen Minima bestimmt. Parallel polarisierte Strahlungsanteile werden beim Durchtritt durch eine Scheibe in geringerem Maße an den Oberflächen der Scheibe reflektiert als senkrecht polarisierte Strahlungsanteile. Die im Vorspann-Prozess erzeugte, inhomogene Spannungsverteilung in der Scheibe führt zu einer ortsabhängigen Wechselwirkung des Lichts mit der Scheibe (Paul Chagnon:„Optics for People Stuck in Traffic: Stress Patterns", The Physics Teacher 32 (1994), S. 166f.). Insbesondere tritt eine ortsabhängige Drehung der Polarisationsrichtung des Lichtes beim Durchtritt durch die Scheibe auf. In Bereichen, in denen keine Drehung der Polarisationsebene auftritt, wird das Licht an der zweiten Oberfläche der Scheibe (Austrittsoberfläche) in gleichem Maße reflektiert wie an der ersten Oberfläche (Eintrittsoberfläche). In Bereichen, in denen eine Drehung der Polarisationsebene auftritt, wird das Verhältnis der parallelen polarisierten Strahlungsanteile zu den senkrecht polarisierten Strahlungsanteilen verändert und der Reflexionsgrad an der zweiten Oberfläche der Scheibe unterscheidet sich von dem Reflexionsgrad an der ersten Oberfläche. Das insgesamt von der Scheibe reflektierte Licht sowie das insgesamt durch die Scheibe transmittierte Licht weist also eine ortsabhängige Intensität auf, welche die inhomogene Verteilung der Spannungen in der Scheibe widerspiegelt. Die ortsabhängige Intensität des reflektierten und transmittierten Lichts führt zu einem optisch wahrnehmbaren Muster von helleren und dunkleren Bereichen. Je ungleichmäßiger die Spannungen in der Scheibe verteilt sind, desto ausgeprägter sind die Blasstrukturen und desto größer ist der Helligkeitsunterschied zwischen den helleren und dunkleren Bereichen. Die ortsabhängige Intensität des reflektierten und / oder transmittierten Lichtes wird durch den Detektor in Form eines Bildes festhalten und in der Folge quantitativ analysiert. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Messung von Blasstrukturen liefert ein objektives und reproduzierbares quantitatives Maß für das Ausmaß der Blasstrukturen, welche durch die inhomogene Verteilung der Spannungen hervorgerufen werden. Da zumindest der gesamte Analysebereich durch die Strahlungsquelle bestrahlt wird und durch den Detektor detektiert wird, ist keine Bewegung der Scheibe erforderlich, wodurch das Verfahren einfach durchzuführen ist. Das sind große Vorteile der Erfindung.
Die erfindungsgemäße Bestrahlung des Analysebereichs über die Scheibenoberfläche hat gegenüber der Bestrahlung über die Seitenkante entscheidende Vorteile. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf eine weitaus größere Vielfalt von Scheiben anwendbar. Das Verfahren ist insbesondere auch auf Scheiben im Kraftfahrzeugbereich anwendbar, welche typischerweise gebogen sind und eine geschliffene, insbesondere trüb geschliffene Seitenkante aufweisen. Bei solchen Scheiben ist eine Bestrahlung des Analysebereichs über die Seitenkante nicht möglich.
Nach Auffassung der Erfinder sind die Bereiche, in denen keine Drehung der Polarisationsebene des Lichts auftritt, spannungsfreie Bereiche oder Bereiche mit betragsmäßig gleichen Hauptspannungen. Die Bereiche, in denen eine Drehung der Polarisationsebene auftritt, sind die Bereiche mit betragsmäßig ungleichen Hauptspannungen, wobei das Ausmaß der Drehung der Polarisationsebene von der Differenz der Hauptspannungen abhängt.
Der Analysebereich ist im Sinne der Erfindung ein Bereich der Scheibe, für den der Helligkeitsverlauf im erfindungsgemäßen Verfahren bestimmt werden soll. Der Analysebereich ist also der kleinstmögliche Bereich, der vom Licht der Strahlungsquelle bestrahlt werden muss und von dem ein Bild durch den Detektor aufgenommen werden muss, um eine gewünschte Analyse der Blasstrukturen durchführen zu können. Der Analysebereich weist eine erste Oberfläche auf, die ein Bereich der ersten Oberfläche der Scheibe ist. Der Analysebereich weist eine zweite Oberfläche auf, die ein Bereich der zweiten Oberfläche der Scheibe ist. Die Dicke des Analysebereichs entspricht der Dicke der Scheibe. Der erfindungsgemäße Analysebereich ist bevorzugt in der Mitte der Scheibe angeordnet. Die erste Oberfläche des Analysebereichs ist dann in der Mitte der ersten Oberfläche der Scheibe angeordnet und die zweite Oberfläche des Analysebereichs ist in der Mitte der zweiten Oberfläche der Scheibe angeordnet. Das bedeutet, dass die geometrische Mitte der ersten Oberfläche des Analysebereichs etwa der geometrischen Mitte der ersten Oberfläche der Scheibe entspricht und dass die geometrische Mitte der zweiten Oberfläche des Analysebereichs etwa der geometrischen Mitte der zweiten Oberfläche der Scheibe entspricht. Die Größe des Analysebereichs ist geeignet so gewählt, dass er eine ausreichende Anzahl an Blasstrukturen, also eine ausreichende Anzahl an Bereichen mit unterschiedlichem Reflexionsgrad („helle" und „dunkle" Bereiche) umfasst. Der Analysebereich hat beispielsweise eine Länge und Breite von 30 cm. Der Analysebereich kann aber auch deutlich größer gewählt werden. Der Analysebereich kann prinzipiell auch die gesamte Scheibe umfassen. Die Strahlungsquelle bestrahlt erfindungsgemäß zumindest den Analysebereich der Scheibe. Die Strahlungsquelle kann natürlich einen größeren Bereich der Scheibe bestrahlen, der den Analysebereich enthält. Die Strahlungsquelle kann beispielsweise die gesamte Scheibe bestrahlen.
Der Detektor nimmt erfindungsgemäß ein Bild zumindest des Analysebereichs der Scheibe auf. Der Detektor kann natürlich auch ein Bild eines größeren Bereichs der Scheibe aufnehmen, der den Analysebereich enthält.
Das Licht der Strahlungsquelle ist linear polarisiert. Bei linearer Polarisation ist die Richtung der Schwingung des elektrischen Feldes konstant. Betrag und Vorzeichen des elektrischen Feldes ändern sich periodisch. Die ausgezeichnete Schwingungsrichtung wird als Polarisationsrichtung bezeichnet.
Das Licht der Strahlungsquelle ist bevorzugt bezogen auf die erste Oberfläche der Scheibe parallel polarisiert (p-polarisiert) oder vorwiegend p-polarisiert. P-polarisiert bedeutet, dass die Polarisationsrichtung beim Auftreffen der Strahlung auf die Scheibe in der Einfallsebene liegt. Die Einfallsebene wird dabei durch den Einfallsvektor und die Oberflächennormale der Scheibe an der Stelle, an der die Strahlung auf die Scheibe trifft, aufgespannt. Der besondere Vorteil von p-polarisiertem Licht liegt in seiner geringeren Reflexion im Vergleich zu senkrecht polarisiertem (s-polarisiertem) Licht. Das p-polarisierte Licht wird an der ersten Oberfläche in geringerem Maße reflektiert. In Bereichen der Scheibe, in denen eine Drehung der Polarisationsrichtung auftritt, wird der senkrecht polarisierte Strahlungsanteil erhöht, der an der zweiten Oberfläche verstärkt reflektiert wird. Die Intensität des insgesamt von der Scheibe reflektierten Lichts wird also in diesen Bereichen erhöht. P-polarisiertes Licht führt also zu einer geringen Grundreflexion, während Bereiche, in denen eine Drehung der Polarisationsrichtung auftritt, in der Reflexion als helle Bereiche zu erkennen sind. Es hat sich gezeigt, dass die Blasstrukturen unter diesen Bedingungen besonders gut zu erkennen sind.
Durch übliche Ungenauigkeiten bei der praktischen Durchführung kann die Polarisationsrichtung natürlich in üblichem Maße leicht von der idealen p-Polarisierung abweichen, beispielsweise um einen Betrag von 0° bis 10°. Das erfindungsgemäße Verfahren kann aber auch mit s-polarisiertem Licht durchgeführt werden oder mit Licht, das p-polarisierte und s-polarisierte Strahlungsanteile enthält. Die ortsabhängige Drehung der Polarisationsrichtung führt auch in diesen Fällen zu einem ortsabhängigen Reflexionsgrad und damit zu einem Helligkeitsmuster des insgesamt von der Scheibe reflektierten und / oder transmittierten Lichts, das für eine erfindungsgemäße Analyse der Blasstrukturen herangezogen werden kann.
Die Scheibe, deren Blasstrukturen gemessen werden sollen, kann plan sein, wie es insbesondere im Architekturbereich üblich ist, beispielsweise im Zugangs- oder Fensterbereich. Die Scheibe kann alternativ leicht oder stark in einer Richtung oder in mehreren Richtungen des Raumes gebogen sein. Solche gebogenen Scheiben treten insbesondere für Verglasungen im Fahrzeugbereich auf. Typische Krümmungsradien der gebogenen Scheiben liegen im Bereich von etwa 10 cm bis etwa 40 m. Der Krümmungsradius muss nicht über die gesamte Scheibe konstant sein, es können in einer Scheibe stärker und weniger stark gebogene Bereiche vorliegen.
Die Scheibe ist bevorzugt gebogen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft auf solche gebogene Scheiben angewendet werden.
Die Scheibe weist bevorzugt eine geschliffene, insbesondere trüb geschliffene Seitenkante auf. Die gesamte Fläche der Seitenkante ist bevorzugt trüb geschliffen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft auf solche Scheiben angewendet werden.
Die Scheibe ist in einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung eine Kraftfahrzeugscheibe. Die Kraftfahrzeugscheibe ist bevorzugt gebogen und weist eine trüb geschliffene Kante auf.
Bei einer gebogenen Scheibe ist die Richtung der Oberflächennormale innerhalb der Oberfläche des Analysebereichs ortsabhängig. Dadurch kann auch die Ausrichtung der Einfallsebene ortsabhängig sein. Zur Einstellung der gewünschten Polarisationsrichtung des Lichts wird sinnvollerweise die geometrische Mitte der ersten Oberfläche des Analysebereichs herangezogen. Die Strahlung gilt erfindungsgemäß als p-polarisiert, wenn die Polarisationsrichtung in der Ebene liegt, die durch den Einfallsvektor und die Oberflächennormale in der Mitte der ersten Oberfläche des Analysebereichs aufgespannt wird.
Die der Strahlungsquelle zugewandte erste Oberfläche der Scheibe kann dem Detektor zugewandt sein und / oder vom Detektor abgewandt sein. Ist die erste Oberfläche dem Detektor zugewandt, so wird die von der Scheibe insgesamt reflektierte Strahlung vom Detektor detektiert. Der Detektor nimmt dabei ein Bild zumindest der ersten Oberfläche des Analysebereichs auf. Ist die erste Oberfläche vom Detektor abgewandt und ist die zweite Oberfläche somit dem Detektor zugewandt, so wird die durch die Scheibe transmittierte Strahlung durch den Detektor detektiert. Der Detektor nimmt dabei ein Bild zumindest der zweiten Oberfläche des Analysebereichs auf. In beiden Fällen kann das Ausmaß der Blasstrukturen auf dem Bild analysiert werden. Es kann auch jeweils ein Bild von einem ersten Detektor und einem zweiten Detektor aufgenommen werden, wobei die erste Oberfläche der Scheibe dem ersten Detektor zugewandt ist und vom zweiten Detektor abgewandt ist.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung ist die der Strahlungsquelle zugewandte erste Oberfläche der Scheibe dem Detektor zugewandt. Der Detektor detektiert die von der Scheibe reflektierte Strahlung. Eine solche Reflexionsmessung hat gegenüber einer Transmissionsmessung den Vorteil, dass sie auch auf bedruckte Scheiben angewendet werden kann. Solche bedruckten Scheiben, insbesondere mit einem Siebdruck versehene Scheiben, sind insbesondere im Fahrzeugbereich üblich.
Der Reflexionsgrad der linear polarisierten Strahlung ist abhängig vom Einfallswinkel der Strahlung auf die Oberfläche der Scheibe. Der Reflexionsgrad ist das Verhältnis von reflektierter Strahlungsintensität zu eingestrahlter Strahlungsintensität. Der Einfallswinkel ist der Winkel zwischen dem Einfallsvektor und der Oberflächennormale der Scheibe an der Stelle, an der die Strahlung auf die Oberfläche der Scheibe trifft. Der Unterschied zwischen dem Reflexionsgrad von parallel polarisierter Strahlung und dem Reflexionsgrades von senkrecht polarisierter Strahlung ist besonders groß, wenn der Einfallswinkel ΘΕ gleich dem sogenannten Brewster-Winkel ist. Bei Lichteinfall unter dem Brewster-Winkel beträgt der Reflexionsgrad für p-polarisierte Strahlung idealerweise gleich Null. Der Brewster-Winkel an einem erfindungsgemäß auftretenden Luft-Glas-Übergang beträgt etwa 57° (mit dem Brechungsindex von Luft nLuft=1 und dem Brechungsindex von Glas ,55). Bei einer gekrümmten Scheibe ist die Richtung der Oberflächennormale innerhalb des Analysebereichs der Scheibe ortsabhängig. Dadurch ist auch der Einfallswinkel ΘΕ ortsabhängig. Zur Einstellung des gewünschten Einfallswinkels ΘΕ wird sinnvollerweise die geometrische Mitte der ersten Oberfläche des Analysebereichs herangezogen. Der erfindungsgemäße Einfallswinkel ΘΕ wird bevorzugt in der Mitte der ersten Oberfläche des Analysebereichs gemessen.
Der Einfallswinkel ΘΕ beträgt bevorzugt von 20° bis 70°, besonders bevorzugt von 40° bis 65°, ganz besonders bevorzugt von 55° bis 60°, insbesondere etwa 57°. In diesem Bereich ist der Unterschied zwischen dem Reflexionsgrad von p-polarisiertem Licht und dem Reflexionsgrad von s-polarisiertem Licht besonders groß und das durch die Blasstrukturen hervorgerufene Helligkeitsmuster tritt vorteilhaft besonders deutlich auf.
Die angegebenen Bereiche für den Einfallswinkel ΘΕ sind besonders dann vorteilhaft, wenn das von der Scheibe reflektierte Licht durch den Detektor detektiert wird. Wird das durch die Scheibe transmittierte Licht durch den Detektor detektiert, so kann der Einfallswinkel ΘΕ auch beispielsweise von 0° bis 20°, bevorzugt von 0° bis 10°, insbesondere etwa 0° betragen.
Die Strahlungsquelle ist bevorzugt eine flächige Strahlungsquelle. Darunter wird eine Strahlungsquelle verstanden, die Licht über eine Abstrahlfläche aussendet, und die relativ zu den Abmessungen der Scheibe nicht als Punktstrahlungsquelle aufgefasst werden kann. Eine solche näherungsweise Punktstrahlungsquelle ist beispielsweise ein Laser oder eine Glühbirne. Die Abstrahlfläche der flächigen Strahlungsquelle kann beispielsweise eine Größe von mindestens 0,5 m2 oder mindestens 1 m2 aufweisen. Die Abstrahlfläche der flächigen Strahlungsquelle kann prinzipiell gebogen sein, ist in einer besonders bevorzugten Ausführung aber plan. Dann ist die Ausbreitungsrichtung des Lichts über die Abstrahlfläche konstant. Dadurch kann der gesamte Analysebereich der Scheibenoberfläche vorteilhaft mit Strahlung dergleichen Ausbreitungsrichtung bestrahlt werden. Die Strahlungsquelle umfasst ganz besonders bevorzugt zumindest eine sogenannte Polarisationswand. Eine Polarisationswand umfasst zumindest eine, typischerweise mehrere Primärstrahlungsquellen, beispielsweise mehrere parallel zueinander angeordnete Leuchtstoffröhren, hinter einer stark streuenden Glasscheibe, typischerweise einer Opalglasscheibe. Beim Durchtritt durch die streuende Glasscheibe wird aus der Strahlung der Primärstrahlungsquellen eine flächige, unpolarisierte Strahlung erzeugt. Durch ein flächiges Polarisationsfilter auf der von den Primärstrahlungsquellen abgewandten Seite der streuenden Glasscheibe wird linear polarisierte Strahlung erzeugt.
Die Strahlungsquelle strahlt bevorzugt Strahlung im sichtbaren Spektralbereich ab. Das ist einerseits vorteilhaft aufgrund der einfachen Verfügbarkeit von geeigneten Strahlungsquellen und Detektoren. Andererseits tritt ein störender Effekt der Blasstrukturen für einen Betrachter im Zusammenhang mit sichtbarem Licht auf, so dass die Verwendung von sichtbarem Licht zur quantitativen Messung der Blasstrukturen sinnvoll ist. Das Licht der Strahlungsquelle muss aber nicht den gesamten sichtbaren Spektralbereich abdecken. Die Strahlung der Strahlungsquelle muss auch nicht auf den sichtbaren Spektralbereich beschränkt sein. Die Strahlung der Strahlungsquelle kann Strahlungsanteile aus anderen Spektralbereichen enthalten, beispielsweise I -Strahlung und / oder UV-Strahlung.
Der Detektor umfasst bevorzugt eine Kamera mit einem zweidimensionalen Bildsensor, beispielsweise einem CCD-Sensor oder einem Active Pixel Sensor (APS-Sensor, CMOS-Sensor). Aufgrund der besseren Verfügbarkeit und der geringeren Kosten ist eine Kamera mit einem CCD-Sensor bevorzugt. Durch den zweidimensionalen Bildsensor kann vorteilhaft ein Bild zumindest des gesamten Analysebereichs aufgenommen werden. Das Bild wird natürlich aufgenommen, während die Scheibe durch die Strahlungsquelle mit Licht bestrahlt wird.
Der Detektor kann weitere optische Elemente umfassen, beispielsweise optische Filter wie Graufilter oder Farbfilter.
Der Detektor ist bevorzugt so angeordnet, dass die an der Scheibe reflektierte beziehungsweise durch die Scheibe transmittierte Strahlung optimal detektiert wird. Der Detektor wird auf eine ausgezeichnete Stelle auf der Oberfläche der Scheibe ausgerichtet, welche dem Detektor zugewandt ist. Ist der Detektor eine Kamera, so wird das Objektiv bevorzugt auf die ausgezeichnete Stelle fokussiert. Der Beobachtungswinkel ΘΑ ist dann der Winkel zwischen einerseits der Verbindungslinie zwischen dem Detektor und der ausgezeichneten Stelle und andererseits der Oberflächennormalen der Scheibe an der ausgezeichneten Stelle. Als ausgezeichnete Stelle auf der Oberfläche der Scheibe wird dabei sinnvollerweise die geometrische Mitte der Oberfläche des Analysebereichs gewählt, welche dem Detektor zugewandt ist. Der Beobachtungswinkel ΘΑ beträgt bevorzugt von 20° bis 70°, besonders bevorzugt von 40° bis 65°, ganz besonders bevorzugt von 55° bis 60°, insbesondere etwa 57°. Der Beobachtungswinkel ΘΑ ist bevorzugt betragsmäßig gleich dem Einfallswinkel ΘΕ oder weicht nur in geringem Maße vom Einfallswinkel ΘΕ ab, beispielsweise um einen Betrag von 0° bis 10°. Ist die erste Oberfläche der Scheibe der Strahlungsquelle und dem Detektor zugewandt, so sind die Strahlungsquelle und der Detektor bevorzugt bezogen auf die Oberflächennormale in der geometrischen Mitte der ersten Oberfläche des Analysebereichs einander gegenüberliegend angeordnet. Dann kann das reflektierte Licht besonders vorteilhaft detektiert werden.
Die der Strahlungsquelle zugewandte erste Oberfläche der Scheibe ist bevorzugt die Außenfläche der Scheibe. Mit Außenfläche wird dabei die Oberfläche der Scheibe bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage der Scheibe der äußeren Umgebung eines Raums, den die Scheibe begrenzt, zugewandt zu sein. Ist die Scheibe beispielsweise eine Kraftfahrzeugscheibe, so ist die Außenfläche in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt und vom Innenraum des Kraftfahrzeugs abgewandt.
Das Bild wird bevorzugt vor einem schwarzen oder dunklen Hintergrund aufgenommen. Dann sind die Blasstrukturen besonders vorteilhaft zu erkennen. Besonders bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren in einem abgedunkelten Raum ausgeführt, wobei die Strahlungsquelle die einzige Lichtquelle darstellt.
Die Auswertungseinheit umfasst bevorzugt zumindest einen Computer mit einer Bildanalyse-Software, welche dazu geeignet ist, den Helligkeitswert jedes Bildpunkts (Pixel) des vom Detektor aufgenommenen Bildes auszulesen.
Das vom Detektor aufgenommene Bild wird erfindungsgemäß der Auswertungseinheit zugeführt. Das kann über eine direkte Verbindung zwischen dem Detektor und der Auswertungseinheit erfolgen, beispielsweise über ein Kabel oder eine drahtlose Verbindung. Die Übertragung des Bildes kann dabei automatisch erfolgen oder durch einen Befehl des Benutzers veranlasst werden. Das Bild kann der Auswerteeinheit aber auch durch andere geeignete Mittel zugeführt werden, beispielsweise über einen Server oder ein Speichermedium.
Auf dem vom Detektor aufgenommenen Bild sind die Blasstrukturen als Muster von dunkleren und helleren Bereichen zu erkennen. Beim Vorspannen wird die Scheibe typischerweise mit einem Luftstrom aus mehreren parallelen Reihen von Düsen beaufschlagt. Das Muster der dunkleren und helleren Bereiche wird durch die Anordnung der Düsen hervorgerufen. Die helleren Bereiche auf dem Bild sind daher typischerweise entlang von zueinander parallelen Linien angeordnet. Durch die Auswertungseinheit wird erfindungsgemäß der Helligkeitsverlauf entlang einer Analyselinie ausgelesen. Die Analyselinie wird bevorzugt so gewählt, dass sie durch eine Gruppe von hellen Bereichen verläuft, die auf derselben der parallel zueinander verlaufenden Linien angeordnet sind. Die Analyselinie verläuft bevorzugt mittig durch die hellen Bereiche.
Das vom Detektor aufgenommene Bild kann vor der Analyse des Helligkeitsverlaufs auf übliche Weise bearbeitet werden. Das Datenvolumen und / oder die Bildabmessungen können beispielsweise elektronisch verkleinert werden.
Der Helligkeitsverlauf ist im Sinne der Erfindung eine Auftragung des ermittelten Helligkeitswerts gegen die Position entlang der Analyselinie, welche beispielsweise durch eine beliebige Längenskala (beispielsweise eine Nummerierung der aufeinanderfolgenden Bildpunkte) ausgedrückt werden kann. Der Helligkeitsverlauf entlang der Analyselinie zeigt einen wellenartigen Verlauf mit einer Abfolge von lokalen Maxima (Zentrum der hellen Bereiche auf dem Bild) und lokalen Minima (Zentrum der dunklen Bereiche auf dem Bild). Im erfindungsgemäßen Verfahren wird die Position der lokalen Maxima und Minima identifiziert und der jeweilige Helligkeitswert ausgelesen. Die Identifizierung der lokalen Maxima und Minima erfolgt bevorzugt automatisiert mittels eines geeigneten Algorithmus, kann aber auch manuell erfolgen. Die Daten des Helligkeitsverlaufs können vor der Analyse der lokalen Maxima und Minima durch einen geeigneten Algorithmus geglättet werden.
Der Analysebereich wird bevorzugt so gewählt, dass der Helligkeitsverlauf mindestens 3 lokale Maxima enthält. Der Analysebereich wird besonders bevorzugt so gewählt, dass der Helligkeitsverlauf von 5 bis 20, ganz besonders bevorzugt von 8 bis 15 lokale Maxima enthält. Das ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine zuverlässige und reproduzierbare Messung der Blasstrukturen einerseits und eine zeitsparende Auswertung der Messung andererseits.
Aus den Helligkeitswerten der lokalen Maxima des Helligkeitsverlaufs wird ein erster Mittelwert gebildet, der im Sinne der Erfindung als Helligkeitsmittelwert Mmax der lokalen Maxima bezeichnet wird. Aus den Helligkeitswerten der lokalen Minima des Helligkeitsverlaufs wird ein zweiter Mittelwert gebildet, der im Sinne der Erfindung als Helligkeitsmittelwert Mmin der lokalen Minima bezeichnet wird. Die Helligkeitsmittelwerte Mmax und Mmin ergeben sich bevorzugt als arithmetisches Mittel. Es können prinzipiell aber auch andere Mittelwerte verwendet werden, wenn sie dem Fachmann als sinnvoll erscheinen, beispielsweise das geometrische Mittel, das harmonische Mittel oder das quadratische Mittel.
Die betragsmäßige Differenz zwischen dem Helligkeitsmittelwert Mmax der lokalen Maxima und dem Helligkeitsmittelwert Mmin der lokalen Minima wird im Sinne der Erfindung als Intensitätsindex lBs der Blasstrukturen bezeichnet. Der Intensitätsindex lBs ist ein quantitatives und objektives Maß für das Ausmaß der Blasstrukturen. Große Werte des Intensitätsindex lBs weisen auf einen großen Unterschied des Reflexionsgrades in den hellen Bereichen verglichen mit den dunklen Bereichen und damit auf ausgeprägte Blasstrukturen hin. Kleine Werte des Intensitätsindex lBs weisen auf einen kleinen Unterschied des Reflexionsgrades in den hellen Bereichen verglichen mit den dunklen Bereichen und damit auf weniger ausgeprägte Blasstrukturen hin. Anhand des Intensitätsindex lBs können verschiedene Scheiben hinsichtlich des Ausmaßes der Blasstrukturen quantitativ miteinander verglichen werden. Aufgrund der Objektivität und Reproduzierbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens können die zu vergleichenden Messungen an verschiedenen Scheiben auch mit einigem zeitlichen Abstand erfolgen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung zur Messung von Blasstrukturen ist die bevorzugt flächige Strahlungsquelle vertikal angeordnet. Das bedeutet, dass die Fläche, über welche die Abstrahlung des Lichts erfolgt, vertikal angeordnet ist, also in einem Winkel von etwa 90° zur Horizontalen. Es hat sich gezeigt, dass die Blasstrukturen dann besonders gut beobachtet werden können, wenn die Scheibe in einem Winkel zur Horizontalen angeordnet ist, der um höchstens 15°, bevorzugt höchstens 5° von dem Winkel der Polarisationsrichtung des Lichts der Strahlungsquelle zur Horizontalen abweicht. Besonders bevorzugt entspricht der Winkel zur Horizontalen, in dem die Scheibe angeordnet ist, dem Winkel der Polarisationsrichtung des Lichts der Strahlungsquelle zur Horizontalen. Der Winkel zur Horizontalen, in dem die Scheibe angeordnet ist, und der Winkel der Polarisationsrichtung des Lichts der Strahlungsquelle zur Horizontalen werden dabei in einem Wertebereich von 0° bis 90° gemessen. Weist eine Polarisationswand als Strahlungsquelle beispielsweise eine Polarisationsrichtung auf, die in einem Winkel von etwa 45° zur Horizontalen angeordnet ist, so können die Blasstrukturen dann besonders gut beobachtet werden, wenn die Scheibe in einem Winkel von 30° bis 60°, bevorzugt von 40° bis 50° und insbesondere etwa 45° zur Horizontalen angeordnet ist. Bei gebogenen Scheiben kann beispielsweise die Tangentialebene in der Mitte des Analysebereichs zur Beurteilung des Winkels zur Horizontalen herangezogen werden. Die Scheibe kann dazu in einer geeigneten Halterung angeordnet sein, die eine sichere und reproduzierbare Positionierung der Scheibe erlaubt.
Der Detektor kann beispielsweise auf einem Stativ oder einer anderen geeigneten Halterung positioniert werden. Die relative Anordnung von Scheibe und Detektor kann beispielsweise über Bodenmarkierungen erfolgen. Die Halterung des Detektors und die Halterung der Scheibe können alternativ dauerhaft miteinander verbunden sein, beispielsweise auf einem gemeinsamen Gestell. Dadurch wird vorteilhaft eine schnell und einfach zu erzeugende reproduzierbare relative Anordnung von Scheibe und Detektor erreicht.
Die reproduzierbare relative Ausrichtung von Strahlungsquelle und Scheibe kann beispielsweise mittels Bodenmarkierungen erfolgen. Die Strahlungsquelle und die Halterung der Scheibe und / oder des Detektors können auch stabil miteinander verbunden sein.
Die Scheibe enthält bevorzugt Glas, besonders bevorzugt Flachglas, Floatglas, Quarzglas, Borosilikatglas und / oder Kalk-Natron-Glas. Die Dicke der Scheibe kann breit variieren und so hervorragend den Erfordernissen im Einzelfall angepasst werden. Die Dicke der Scheibe beträgt bevorzugt von 1 ,0 mm bis 25 mm und besonders bevorzugt von 1 ,4 mm bis 5 mm. Die Größe der Scheibe kann breit variieren und richtet sich nach ihrer vorgesehenen Verwendung. Die Scheibe weist beispielsweise im Fahrzeugbau und Architekturbereich übliche Flächen von 200 cm2 bis zu 20 m2 auf.
Die Scheibe kann weitgehend transparent sein und beispielsweise eine Gesamttransmission von größer 70 % aufweisen. Die Scheibe kann aber auch gefärbt und / oder getönt sein und beispielsweise eine Gesamttransmission von kleiner 50% aufweisen. Der Begriff Gesamttransmission bezieht sich auf das durch ECE- 43, Anhang 3, § 9.1 festgelegte Verfahren zur Prüfung der Lichtdurchlässigkeit von Kraftfahrzeugscheiben.
Die Erfindung umfasst weiter die Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung zur quantitativen Messung von Blasstrukturen an vorgespannten Scheiben, insbesondere zu einer quantitativen Vergleichsmessung verschiedener Scheiben. Die Scheiben sind dabei bevorzugt Scheiben in Gebäuden, insbesondere im Zugangs- oder Fensterbereich, in Möbeln und Geräten, insbesondere elektronischen Geräten mit Kühl- oder Heizfunktion, oder in Fortbewegungsmitteln für den Verkehr auf dem Lande, in der Luft oder zu Wasser, insbesondere in Zügen, Schiffen und Kraftfahrzeugen, beispielsweise Seitenscheiben, Dachscheiben und / oder Heckscheiben als Einscheiben-Sicherheitsglas.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung und nicht maßstabsgetreu. Die Zeichnung schränkt die Erfindung in keiner Weise ein.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung zur
Messung von Blasstrukturen auf einer vorgespannten Scheibe,
Fig. 2a ein durch den Detektor aufgenommenes Bild,
Fig. 2b eine schematische Darstellung des Bildes aus Figur 2a,
Fig. 3 ein Diagramm des Helligkeitsverlaufs entlang der Analyselinie in Figur 2a, Fig. 4a eine Vorderansicht einer Haltevorrichtung für die Scheibe und den Detektor, Fig. 4b eine Seitenansicht der Haltevorrichtung aus Figur 4a und
Fig. 5 ein detailliertes Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messung von Blasstrukturen einer vorgespannten Scheibe.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung zur Messung von Blasstrukturen einer vorgespannten Scheibe 1. Die Scheibe 1 ist eine Heckscheibe eines Personenkraftwagens. Die Scheibe 1 weist die für Heckscheiben übliche Krümmung und Kantenschliff auf. Die Scheibe 1 ist ein 3 mm dickes Einscheiben-Sicherheitsglas aus Natron-Kalk-Glas mit einer Breite von 150 cm und einer Höhe von 80 cm. Die Scheibe 1 ist thermisch vorgespannt und weist beispielsweise eine Oberflächendruckspannung von etwa 120 MPa und eine Zugspannung im Kern von etwa 60 MPa auf. Durch den Vorspann-Prozess weist die Scheibe 1 inhomogen verteilte Spannungen auf, welche zu sogenannten Blasstrukturen führen, die unter bestimmten Beobachtungs- und Lichtbedingungen als Muster von helleren und dunkleren Bereichen optisch wahrnehmbar sind. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann das Ausmaß der Blasstrukturen quantitativ bestimmt werden. Dadurch können beispielsweise mit unterschiedlichen Verfahren vorgespannte Scheiben hinsichtlich des Ausmaßes der Blasstrukturen miteinander verglichen werden.
Die erfindungsgemäße Anordnung umfasst eine Strahlungsquelle 2. Die Scheibe 1 ist gebogen, wie es für Heckscheiben üblich ist. Die konvexe erste Oberfläche (I) der Scheibe 1 , welche in Einbaulage der Scheibe 1 als Außenfläche vorgesehen ist, ist der Strahlungsquelle 2 zugewandt, so dass das Licht 5 der Strahlungsquelle 2 beim Durchtritt durch die Scheibe 1 zunächst auf die erste Oberfläche (I) trifft. Die Strahlungsquelle 2 ist eine Polarisationswand. Die Polarisationswand umfasst mehrere parallel zueinander angeordnete Leuchtstoffröhren hinter einer Opalglasscheibe und ein flächiges Polarisationsfilter auf der von den Leuchtstoffröhren abgewandten Seite der Opalglasscheibe. Durch die Strahlungsquelle 2 wird linear polarisiertes weißes Licht 5 im sichtbaren Spektralbereich über eine Abstrahlfläche mit einer Höhe von 150 cm und einer Breite von 200 cm abgestrahlt. Durch die flächige Strahlungsquelle 2 wird die gesamte Oberfläche (I) der Scheibe 1 angestrahlt, abzüglich eventuell abgeschatteter Bereiche. Insbesondere wird ein Analysebereich 4 vollständig bestrahlt. Der Analysebereich 4 ist zur Auswertung der Messung von Blasstrukturen vorgesehen. Der Analysebereich 4 weist beispielsweise eine Länge und Breite von 30 cm auf und ist etwa in der geometrischen Mitte der Scheibe 1 angeordnet. Der Analysebereich 4 weist eine erste Oberfläche auf, welche ein Bereich der ersten Oberfläche (I) der Scheibe 1 ist, wobei die erste Oberfläche des Analysebereichs 4 in der geometrischen Mitte der ersten Oberfläche (I) der Scheibe angeordnet ist. Der Analysebereich 4 weist eine zweite Oberfläche auf, welche ein Bereich der zweiten Oberfläche (II) der Scheibe 1 ist, wobei die zweite Oberfläche des Analysebereichs 4 in der geometrischen Mitte der zweiten Oberfläche (I) der Scheibe angeordnet ist.
Das Licht 5 der Strahlungsquelle ist bezogen auf die Oberfläche (I) parallel polarisiert. Die Schwingungsrichtung der elektromagnetischen Wellen, beschrieben durch den Polarisationsvektor 12 liegt in der Einfallsebene 1 1 , welche durch den Einfallsvektor des Lichtes 5 und die Oberflächennormale 10 der Oberfläche (I) aufgespannt wird. Parallel polarisiertes Licht wird an den Oberflächen der Scheibe 1 weniger stark reflektiert als senkrecht polarisiertes Licht. Dieser Effekt ist besonders ausgeprägt, wenn der Einfallswinkel ΘΕ etwa dem Brewster- Winkel entspricht. Der Brewster-Winkel für einen Luft-Glas-Übergang beträgt etwa 57° und der Einfallswinkel ΘΕ ist entsprechend gewählt.
Da die Scheibe 1 gebogen ist, ist die Richtung der Oberflächennormale 10 innerhalb des Analysebereichs 4 ortsabhängig. Zur Einstellung und Beurteilung der Polarisationsrichtung und des Einfallswinkels ΘΕ wird die Oberflächennormale 10 in der geometrischen Mitte der ersten Oberfläche des Analysebereichs 4 herangezogen. Das von der Scheibe 1 reflektierte Licht 13 weist eine ortsabhängige Intensität auf. Der Grund hierfür sind durch den Vorspannprozess erzeugte, inhomogen verteilte Spannungen in der Scheibe 1. Diese Spannungen führen zu einer ortsabhängigen Drehung des Polarisationsvektors 12 beim Durchtritt durch die Scheibe 1. Wird der Polarisationsvektor 12 nicht gedreht, so trifft parallel polarisiert auf die Oberfläche (II) der Scheibe 1 , die von der Strahlungsquelle 2 abgewandt ist. Das Licht 5 wird in diesem Fall an beiden Oberflächen (I) und (II) nur in geringem Maße reflektiert und die Intensität des insgesamt von der Scheibe 1 reflektierten Lichts 13 ist gering. Wird der Polarisationsvektor 12 gedreht, so trifft das Licht 5 mit einem erhöhten senkrecht polarisierten Strahlungsanteil auf die Oberfläche (II), welcher deutlich stärker reflektiert wird als parallel polarisiertes Licht. Die Intensität des insgesamt von der Scheibe 1 reflektierten Lichts 13 wird dadurch erhöht, wobei der Reflexionsgrad vom Ausmaß der Drehung des Polarisationsvektors 12 abhängig ist. Als Folge der inhomogen verteilten Spannungen in der Scheibe 1 bildet das reflektierte Licht 13 also ein Muster von dunkleren und helleren Bereichen aus.
Die erfindungsgemäße Anordnung umfasst weiter einen Detektor 3. Die der Strahlungsquelle 2 zugewandte Oberfläche (I) der Scheibe 1 ist auch dem Detektor 3 zugewandt. Der Detektor 3 ist eine Kamera mit einem CCD-Sensor. Das Muster der ortsabhängigen Intensität des reflektierten Lichtes 13 wird durch den Detektor 3 detektiert. Dazu wird eine Photographie aufgenommen, welche zumindest den Analysebereich 4, typischerweise aber einen größeren Bereich der Scheibe 1 abbildet. Die Kamera ist hierzu auf die Mitte der ersten Oberfläche des Analysebereichs 4 ausgerichtet und fokussiert. Der Beobachtungswinkel ΘΑ beträgt beispielsweise etwa 60° und ist damit nahe dem Brewster-Winkel gewählt. Dadurch kann das Muster der ortsabhängigen Intensität des reklektierten Lichtes 13 besonders gut detektiert werden.
Die erfindungsgemäße Anordnung umfasst weiter eine Auswertungseinheit 7. Die Auswertungseinheit 7 ist beispielsweise über ein Verbindungskabel 14 mit dem Detektor 3 verbunden. Über das Verbindungskabel 14 wird die Photographie vom Detektor 3 an die Auswertungseinheit 7 übertragen. Die Auswertungseinheit 7 ist ein Computer mit einer geeigneten Bildanalyse-Software, welche den Helligkeitswert jedes Bildpunkts der Photographie auslesen kann. Fig. 2a zeigt einen Ausschnitt (707 x 480 Pixel) eines Bildes 6, das den Analysebereich 4, genauer die erste Oberfläche des Analysebereichs 4, abbildet. Das Bild 6 ist eine Photographie und wurde durch die Kamera als Detektor 3 in der Anordnung nach Figur 1 aufgenommen. Die Kamera als Detektor 3 war dabei eine digitale Spiegelreflexkamera des Typs Canon EOS 30D mit einem Objektiv des Typs Canon EF-S 18-55 mm. Zur Aufnahme des Bild 6 wurde manuell auf die Bildmitte fokussiert und folgende Parameter gewählt: Brennweite 55 mm, ISO 400, Blende 22, Farbraum sRGB, Belichtungszeit 0,8 s. Auf dem Bild 6 sind die Blasstrukturen deutlich als Muster von hellen Bereichen vor einem dunklen Hintergrund zu erkennen. Die hellen Bereiche sind entlang zueinander paralleler Linien angeordnet. Das Muster ergibt sich aus der Anordnung der Düsen, mit denen die Scheibe 1 beim Vorspannen mit einem Luftstrom beaufschlagt wurde. Die Figur zeigt weiter eine Analyselinie 9. Die Analyselinie 9 verläuft entlang einer der parallel zueinander angeordneten Linien, entlang der die hellen Bereiche angeordnet sind. Die Analyselinie 9 ist dabei so gewählt, dass sie etwa mittig durch die hellen Bereiche verläuft. Der Helligkeitsverlauf des Bildes 6 entlang der Analyselinie 9 wird zur Quantifizierung der Blasstrukturen herangezogen.
Fig. 2b zeigt eine schematische Darstellung des Bildes 6 aus Figur 2a. Zu erkennen sind die hellen Bereiche vor dem dunklen Hintergrund und die Analyselinie 9.
Fig. 3 zeigt ein Diagramm des Helligkeitsverlaufs 8 entlang der Analyselinie 9 auf dem Bild 6 der Figur 2a. Der Analysebereich 4 und die Analyselinie 9 sind so gewählt, dass elf der hellen Bereiche abgedeckt werden. Die Erzeugung und Analyse des Helligkeitsverlaufs 8 erfolgt in der Auswertungseinheit 7. Der Helligkeitsverlauf 8 wurde mittels einer Bildauswertesoftware erstellt, welche den Helligkeitswert (RGB-Farbraum, 256 Helligkeitsstufen) jedes Bildpunkts entlang der Analyselinie 9 ausliest. Der Helligkeitsverlauf 8 zeigt ein wellenartiges Profil mit elf lokalen Maxima 15 und elf lokalen Minima 16. Aus den Helligkeitswerten der lokalen Maxima 15 wird das arithmetische Mittel gebildet und so der Helligkeitsmittelwert Mmax der lokalen Maxima 15 bestimmt. Aus den Helligkeitswerten der lokalen Minima 16 wird das arithmetische Mittel gebildet und so der Helligkeitsmittelwert Mmin der lokalen Minima 16 bestimmt. Der Helligkeitsmittelwert Mmax beträgt in dem gezeigten Beispiel 177, der Helligkeitsmittelwert Mmin beträgt 96. Die betragsmäßige Differenz des Helligkeitsmittelwerts Mmax und des Helligkeitsmittelwert Mmin wird im Sinne der Erfindung als Intensitätsindex lBs bezeichnet. Der Intensitätsindex lBs ist ein quantitatives Maß für das Ausmaß der Blasstrukturen. Der Intensitätsindex lBs beträgt in dem gezeigten Beispiel 81. Je geringer der Wert des Intensitätsindex lBs ist, desto geringer ist der mittlere Helligkeitsunterschied zwischen den hellen Bereich und den dunklen Bereichen auf dem Bild 6 und desto gleichmäßiger erscheint die Gesamtreflexion der Scheibe. Anhand des Intensitätsindex lBs können Vergleichsscheiben hinsichtlich der Sichtbarkeit der Blasstrukturen miteinander verglichen werden.
Der Helligkeitsverlauf 8 weist in dem gezeigten Beispiel eine abfallende Tendenz auf. Der Grund hierfür ist die Biegung der Scheibe 1 , welche zu einer ortsabhängigen Richtung der Oberflächennormalen 10 innerhalb des Analysebereichs 4 führt. Dadurch ist das Reflexionsverhalten des Lichts 5 ebenfalls ortsabhängig. Die Helligkeitsmittelwerte Mmax und Mmin liefern dennoch einen aussagekräftigen Intensitätsindex lBs, anhand dessen Vergleichsscheiben miteinander verglichen werden können, insbesondere wenn die Vergleichscheiben eine gleiche oder ähnliche Biegung aufweisen. Beispielsweise können Scheiben des gleichen Typs miteinander verglichen werden, die auf unterschiedliche Weise vorgespannt wurden.
Es wurden 50 Messungen unter identischen Randbedingungen an einer Referenzscheibe 1 durchgeführt. Die Messungen lieferten einen Mittelwert für den Intensitätsindex lBS von 84 mit einer empirischen Varianz von 0,5. Der Intensitätsindex lBS ist also ein in hohem Maße reproduzierbares Maß für die Blasstrukturen.
Das durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anordnung zur Messung von Blasstrukturen einer vorgespannten Scheibe ein objektives quantitatives und reproduzierbares Maß für das Ausmaß der Blasstrukturen ermittelt werden kann, war für den Fachmann unerwartet und überraschend.
Fig. 4a und Figur 4b zeigen je ein Detail einer geeigneten Haltevorrichtung 17 für die Scheibe 1 und den Detektor 3. Die Haltevorrichtung 17 umfasst eine Scheibenhalterung 18, eine Detektorhalterung 24 und einen Positionierungsanschlag 23, welche auf einem gemeinsamen Gestell 19 angeordnet sind. Durch die Haltevorrichtung 17 wird vorteilhaft eine stabile und reproduzierbare relative Anordnung von Scheibe 1 und Detektor 3 erreicht. Dadurch wird bei einer Vergleichsmessung ein konstanter Beobachtungswinkel ΘΑ sichergestellt. Das Gestell 19 ist auf Rollen 26 gelagert, mit denen die Haltevorrichtung 17 einfach bewegt werden kann, beispielsweise zur Ausrichtung relativ zur Lichtquelle 2. Der Positionierungsanschlag 23 ermöglicht eine reproduzierbare Anordnung der Scheibe 1 auf der Scheibenhalterung 18, wenn in einer Vergleichsmessung verschiedene Scheiben 1 des gleichen Typs untersucht werden sollen. Dadurch wird die Vergleichbarkeit der Messergebnisse sichergestellt. Die Scheibenhalterung 18 umfasst ein horizontales Basiselement 20, auf welchem ein Stützelement 22 und zwei Haltegabeln 21 angeordnet sind. Die untere Kante der Scheibe 1 wird in die Haltegabeln 21 eingeführt und die Scheibe 1 wird gegen das Stützelement 22 gelehnt. Die Anordnung der Scheibe 1 ist dauerhaft stabil und reproduzierbar. Das Basiselement 20 ist über zwei Scharniere 25 mit dem Gestell 19 verbunden. Dadurch kann die Scheibenhalterung 18 verkippt werden und der Winkel zwischen der Scheibe 1 und der Horizontalen eingestellt werden. Der gewünschte Winkel wird dabei mittels einer auf der von der Scheibe 1 abgewandten Seite des Stützelements 22 angeordneten Winkelfixierung 27 dauerhaft eingestellt. Die Winkelfixierung 27 ist beispielsweise eine Metallschiene in Form eines Kreisbogensegments, dessen Kreismittelpunkt auf der Verbindungslinie zwischen den Scharnieren 25 angeordnet ist. Die Metallschiene weist eine Aussparung auf, die parallel zu den kreisbogensegmentförmigen Kanten verläuft und durch die eine mit dem Gestellt 19 verbundene Schraube geführt ist. Ist die Schraube gelöst, so kann die Scheibenhalterung 18 verkippt werden, wobei die Schraube durch die Aussparung der Winkelfixierung 27 gleitet. In der gewünschten Position der Scheibenhalterung 18 wird die Schraube angezogen und Scheibenhalterung 18 dadurch dauerhaft stabil fixiert.
Fig. 5 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messung von Blasstrukturen auf einer vorgespannten Scheibe 1.
Bezugszeichenliste:
(1 ) Scheibe
(2) Strahlungsquelle
(3) Detektor
(4) Analysebereich der Scheibe 1 Licht der Strahlungsquelle 2
Bild
Auswertungseinheit
Helligkeitsverlauf des Bildes 6 entlang der Analyselinie 9
Analyselinie auf dem Bild 6
Oberflächennormale
Einfallsebene
Polarisationsvektor des Lichts 5
von der Scheibe 1 reflektiertes Licht
Verbindungskabel
lokales Maximum des Helligkeitsverlaufs 8
lokales Minimum des Helligkeitsverlaufs 8
Haltevorrichtung
Scheibenhalterung der Haltevorrichtung 17
Gestell der Haltevorrichtung 17
Basiselement der Scheibenhalterung 18
Haltegabel der Scheibenhalterung 18
Stützelement der Scheibenhalterung 18
Positionierungsanschlag der Haltevorrichtung 17 Detektorhalterung der Haltevorrichtung 17
Scharnier der Scheibenhalterung 18
Rolle der Haltevorrichtung 17
Winkelfixierung der Scheibenhalterung 18
I) erste Oberfläche der Scheibe 1
II) zweite Oberfläche der Scheibe 1
ΘΕ Einfallswinkel
ΘΑ Beobachtungswinkel
Mmax Helligkeitsmittelwert der lokalen Maxima 15
Mmin Helligkeitsmittelwert der lokalen Minima 16
lBs Intensitätsindex

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Messung von Blasstrukturen einer vorgespannten Scheibe (1 ), wobei zumindest
(a) mindestens ein Analysebereich (4) der Scheibe (1 ) mit linear polarisiertem Licht (5) einer Strahlungsquelle (2) unter einem Einfallswinkel ΘΕ bestrahlt wird, wobei eine erste Oberfläche (I) der Scheibe (1 ) der Strahlungsquelle (2) zugewandt ist, und mit mindestens einem Detektor (3) ein Bild (6) zumindest des Analysebereichs (4) unter einem Beobachtungswinkel ΘΑ aufgenommen wird,
(b) das Bild (6) einer Auswertungseinheit (7) zugeführt wird und
(c) mittels der Auswertungseinheit (7)
(c1 ) ein Helligkeitsverlauf (8) entlang einer Analyselinie (9) auf dem Bild (6) ausgelesen wird,
(c2) die lokalen Maxima (15) und die lokalen Minima (16) des Helligkeitsverlaufs (8) bestimmt werden und
(c3) ein Intensitätsindex lBs durch die Differenz zwischen einem Helligkeitsmittelwert Mmax der lokalen Maxima und einem Helligkeitsmittelwert Mmin der lokalen Minima bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die der Strahlungsquelle (2) zugewandte Oberfläche (I) der Scheibe (1 ) dem Detektor (3) zugewandt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Licht (5) parallel polarisiert ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Strahlungsquelle (2) eine flächige Strahlungsquelle ist und bevorzugt zumindest eine Polarisationswand umfasst.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Einfallswinkel ΘΕ und / oder der Beobachtungswinkel ΘΑ von 20° bis 70°, bevorzugt von 40° bis 65°, besonders bevorzugt von 55° bis 60° beträgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Detektor (3) zumindest eine Kamera mit einem zweidimensionalen Bildsensor, bevorzugt einem CCD- Sensor, umfasst.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die der Strahlungsquelle (2) zugewandte Oberfläche (I) der Scheibe (1 ) die Außenfläche der Scheibe (1 ) ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Scheibe (1 ) Glas, bevorzugt Flachglas, Floatglas, Quarzglas, Borosilikatglas und / oder Kalk- Natron-Glas enthält und bevorzugt eine Dicke von 1 ,0 mm bis 25 mm, besonders bevorzugt von 1 ,4 mm bis 5 mm aufweist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Helligkeitsverlauf (8) mindestens 3, bevorzugt von 5 bis 20, besonders bevorzugt von 8 bis 15 lokale Maxima (15) enthält.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, das in einem Raum mit der Strahlungsquelle (2) als einziger Lichtquelle ausgeführt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Auswertungseinheit (7) zumindest einen Computer mit einer Bildanalyse-Software umfasst.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , wobei der Einfallswinkel ΘΕ und die Polarisationsrichtung des Lichts (5) in der geometrischen Mitte der zur Strahlungsquelle (2) hingewandten Oberfläche des Analysebereichs (4) gemessen werden.
13. Anordnung zur Messung von Blasstrukturen einer vorgespannten Scheibe (1 ), mindestens umfassend:
- eine Strahlungsquelle (2), die mindestens einen Analysebereich (4) der Scheibe
(1 ) mit linear polarisiertem Licht (5) unter einem Einfallswinkel ΘΕ bestrahlt, wobei eine erste Oberfläche (I) der Scheibe (1 ) der Strahlungsquelle (2) zugewandt ist,
- mindestens einen Detektor (3), der ein Bild (6) zumindest des Analysebereichs
(4) unter einem Beobachtungswinkel ΘΑ aufnimmt und - eine Auswertungseinheit (7), die das Bild (6) empfängt, einen Helligkeitsverlauf (8) entlang einer Analyselinie (9) auf dem Bild (6) ausliest, die lokalen Maxima (15) und die lokalen Minima (16) des Helligkeitsverlaufs (8) bestimmt und einen Intensitätsindex lBs durch die Differenz zwischen einem Helligkeitsmittelwert Mmax der lokalen Maxima (15) und einem Helligkeitsmittelwert Mmin der lokalen Minima (16) bestimmt.
14. Anordnung nach Anspruch 13, die eine Haltevorrichtung (17) umfasst, welche eine Scheibenhalterung (18) und eine Detektorhalterung (24) bevorzugt auf einem gemeinsamen Gestell (19) enthält.
15. Verwendung einer Anordnung nach Anspruch 13 oder 14 zur quantitativen Messung von Blasstrukturen an vorgespannten Scheiben, bevorzugt an vorgespannten Scheiben in Gebäuden, in Möbeln und Geräten oder in Fortbewegungsmitteln für den Verkehr auf dem Lande, in der Luft oder zu Wasser, insbesondere Seitenscheiben und / oder Heckscheiben von Kraftfahrzeugen.
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