JP2015515631A - プレストレス板ガラスの気泡構造を測定するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、プレストレス板ガラス（１）の気泡構造を測定するための方法に関する。ここでは、少なくとも、（ａ）前記板ガラス（１）の少なくとも１つの分析領域（４）を、ビーム源（２）の線形偏光された光（５）で、入射角度（θＥ）で照射し、さらに、少なくとも１つの検出器（３）によって、少なくとも前記分析領域（４）の画像（６）を観察角度（θＡ）で撮影し、（ｂ）前記画像（６）を評価ユニット（７）に供給し、（ｃ）前記評価ユニット（７）によって、（ｃ１）前記画像（６）上の分析線（９）に沿って明度経過（８）を読み出し、（ｃ２）前記明度経過（８）の局部的な極大値（１５）と局部的な極小値（１６）とを定め、（ｃ３）前記局部的な極大値の明度平均値Ｍｍａｘと前記局部的な極小値の明度平均値Ｍｍｉｎとの間の差によって、強度指数ＩＢＳを定める。

Description

本発明は、プレストレス板ガラスの気泡構造を測定するための方法に関する。本発明は、さらに、プレストレス板ガラスの気泡構造を測定するための装置およびその使用に関する。

板ガラスはしばしば、プレストレスされる。このために、板ガラスは、下方のストレス緩和境界を上回る温度まで加熱され、急速に冷却される。これによって、板ガラスの表面には、圧縮応力が形成され、板ガラスの中心部には引っ張り応力が形成される。プレストレスされた板ガラスは、プレストレスされていない板ガラスと比べると、高い熱的および機械的な耐性を有している。プレストレスされた板ガラスが高い負荷がかけられて壊れると破片が形成されるが、この破片からは、その形状および大きさによって、深刻な切断損傷の恐れは生じない。プレストレスされた板ガラスは、単層安全ガラスとして、例えば自動車のサイドウィンドーガラスまたはリアウィンドーガラスとして使用される。

プレストレスプロセスの間、板ガラスを急速に冷却するために、板ガラスには典型的に、多数のノズルからの空気流が加えられる。ノズルの配置に依存して、板ガラス内では応力が不均一に分布してしまう。この不均一に分布した応力によって、入射光と板ガラスとが位置に依存して相互作用する。適した光条件および観察条件のもとでは、板ガラス上に構造体が識別されることがある。これは、観察者によってしばしば、ノイズとして受け取られる。プレストレスプロセスによるこのような可視の構造体は、本発明では、気泡構造と称される。これらは、例えば、温度のマーク「急冷マーク（Ｑｕｅｎｃｈ ｍａｒｋｓ）」または応力パターン（「ストレスパターン」）として知られている。用語「気泡構造」は、本発明では、プレストレス時の板ガラスの処理によって生じる全ての光学的に認識可能な構造体が含まれる。この処理は、ここで、必ずしも、空気流の印加を含む必要はない。

気泡構造の程度を光学的に評価することを可能にするために、再現可能かつ量的な測定方法が必要である。ＷＯ２０１１１５７８１５Ａ１から、気泡構造を測定するための方法が公知である。開示されたこの方法の本質的な構成部分は、光学的な測定と、人のグループによるテスト板ガラスの主観的な評価との比較である。従ってこの測定方法は、完全に客観的ではない。さらに、光学的な測定のために分析ユニットに対して相対的にテスト板ガラスを動かすことが必要であり、これによって、開示された方法の実行は複雑になる。

Ｐ．Ｃａｓｔｅｌｌｉｎｉ等著「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、第７８７〜７９５頁）」には、板ガラスの厚みに沿った応力プロファイルを測定する方法が記載されている。この方法では、レーザビームを側辺を介して、検査されるべき板ガラスに入力させることが必要である。この方法は殊に、典型的に湾曲しており、かつ、研がれた側辺を有している、自動車分野におけるプレストレス板ガラスには使用できない。このような板ガラスでは、側辺を介したビーム照射は不可能である。

本発明の課題は、プレストレス板ガラス上での気泡構造を測定する改善された方法およびこれに適した装置を提供することである。この方法は客観的、量的な尺度を、気泡構造の程度に対して提供すべきであり、容易かつ再現可能に実行されるべきである。

本発明の課題は、本発明によって、プレストレス板ガラスの気泡構造を測定する方法によって解決される。ここでは少なくとも、
（ａ）板ガラスの少なくとも１つの分析領域が、ビーム源の線形偏光された光で、入射角度θ_Ｅで照射され、少なくとも１つの検出器によって、少なくとも１つの分析領域の画像が、観察角度θ_Ａで撮影され、
（ｂ）この画像が評価ユニットに供給され、
（ｃ）この評価ユニットによって、
（ｃ１）明度経過が画像上の分析線に沿って読み出され、
（ｃ２）明度経過の局部的な極大値および局部的な極小値が求められ、
（ｃ３）強度指数Ｉ_ＢＳが、局部的な極大値の明度平均値Ｍ_ｍａｘと局部的な極小値の明度平均値Ｍ_ｍｉｎとの間の差によって求められる。

板ガラスは、第１の表面と第２の表面と周囲を包囲している側辺とを有している。組み込み位置では、第１の表面と第２の表面とによって板ガラスを通じて通常の透視性が得られる。ここで第１の表面は、ビーム源の方を向いている板ガラスの面である。板ガラスの第１の表面は、ビーム源の光によって照射される。これは本発明では次のことを意味する。すなわち、光が板ガラスを通過するときに、はじめに第１の表面に入射し、その後、第２の、光源とは反対側の板ガラス表面に入射することを意味する。すなわち板ガラスの分析領域は、本発明では、板ガラスの第１の表面にわたって、ビーム源の光で照射される。

用語「プレストレス板ガラス」は、本発明では、部分的にプレストレスされた板ガラスも含む。プレストレス板ガラスは、狭義では、８５ＭＰａ〜１４０ＭＰａの典型的な表面圧縮応力を有しており、中心部では、４０ＭＰａ〜６０ＭＰａの引っ張り応力を有している。部分的にプレストレスされた板ガラスは、２４ＭＰａ〜５２ＭＰａの典型的な表面圧縮応力を有している。

本発明の課題は、以下で本発明に従って、プレストレス板ガラスの気泡構造を測定するための装置によって解決される。この装置は、
・板ガラスの少なくとも１つの分析領域を線形偏光された光で、入射角度θ_Ｅで照射するビーム源と、
・少なくとも１つの分析領域の画像を観察角度θ_Ａで撮影する少なくとも１つの検出器と、
・画像を受信し、この画像上の分析線に沿って明度経過を読み出し、この明度経過の局部的な極大値と局部的な極小値とを求め、強度指数Ｉ_ＢＳを、局部的な極大値の明度平均値Ｍ_ｍａｘと局部的な極小値の明度平均値Ｍ_ｍｉｎとの間の差によって求める評価ユニットとを有している。

平行偏光されたビーム成分は、板ガラスを通過する際に、垂直偏光されたビーム成分と比べて、板ガラスの表面で反射されない。プレストレスプロセスにおいて形成された、板ガラス内の不均一な応力分布は、板ガラスと光の、位置に依存した相互作用を生じさせる（Ｐａｕｌ Ｃｈａｇｎｏｎ著：「Ｏｐｔｉｃｓ ｆｏｒ Ｐｅｏｐｌｅ Ｓｔｕｃｋ ｉｎ Ｔｒａｆｆｉｃ：Ｓｔｒｅｓｓ Ｐａｔｔｅｒｎｓ（Ｔｈｅ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｔｅａｃｈｅｒ ３２（１９９４）、１６６頁と１６７頁）」）。殊に、光の偏光方向の位置に依存した回転が、板ガラスの通過時に生じる。偏光面の回転が生じない領域では、光は、板ガラスの第２の表面（出射面）で、第１の表面（入射面）と同じ程度、反射される。偏光面の回転が生じる領域では、平行偏光されたビーム成分と、垂直偏光されたビーム成分との比が変化し、板ガラスの第２の表面での反射度と、第１の表面での反射度とは異なる。すなわち、板ガラスによって反射された光全体並びに板ガラスを通過した光全体は、位置に依存した強度を有する。これは、板ガラス内の応力の不均一な分布を反映する。反射されや光と通過した光の位置に依存する強度によって、明るい領域と暗い領域の、光学的に認識可能なパターンが生じる。板ガラス内の応力が不均一であるほど、気泡構造はより顕著になり、明るい領域と暗い領域との間の明度差は大きくなる。反射された光および／または通過した光の、位置に依存する強度は、画像の形態で検出器によって撮影され、次に量的に分析される。気泡構造を測定するための本発明の方法は、応力の不均一な分布によって生じる気泡構造の規模に対する、客観的かつ再現可能な量的な尺度を供給する。少なくとも分析領域全体がビーム源によって照射され、検出器によって検出されるので、板ガラスを動かす必要はない。従って、この方法は容易に実行される。これは、本発明の大きな利点である。

板ガラス表面を介した分析領域の本発明によるビーム照射は、側辺を介した放射と比べて大きな利点を有している。本発明の方法は、極めて多様な板ガラスで使用可能である。この方法は殊に、自動車分野内の板ガラスにも使用可能である。これは典型的に湾曲しており、研がれた、殊に鈍く磨かれた側辺を有している。このような板ガラスでは、側辺を介した分析領域のビーム照射は不可能である。

発明者の理解によれば、光の偏光面の回転が生じない領域は応力のない領域または値的に同じ主要応力を有している領域である。偏光面の回転が生じる領域は、値的に等しくない主要応力を有する領域であり、ここで偏光面の回転程度は、主要応力の差に依存する。

分析領域は、本発明では、本発明の方法において明度経過が特定されるべき板ガラスの領域である。すなわち分析領域は、気泡構造の所望の分析を実行可能にするために、ビーム源の光によって照射されなければならず、そこから検出器によって画像が撮影されなければならない、できるだけ小さい領域である。分析領域は、板ガラスの第１の表面の領域である第１の表面を有している。分析領域は、板ガラスの第２の表面の領域である第２の表面を有している。分析領域の厚さは、板ガラスの厚さに相当する。本発明の分析領域は有利には、板ガラスの中央に配置されている。分析領域の第１の表面は、板ガラスの第１の表面の中央に配置されており、分析領域の第２の表面は、板ガラスの第２の表面の中央に配置されている。これは次のことを意味している。すなわち、分析領域の第１の表面の幾何学的な中央が、ほぼ、板ガラスの第１の表面の幾何学的な中央に相当し、分析領域の第２の表面の幾何学的な中央が、ほぼ、板ガラスの第２の表面の幾何学的な中央に相当することを意味している。分析領域の大きさは、充分な数の気泡構造、すなわち種々の反射度（「明るい」領域と「暗い」領域）を備えた充分な数の領域が含まれるように、適切に選択されている。分析領域は例えば、３０ｃｍの長さと幅を有する。しかし分析領域を、格段に大きく選択することも可能である。分析領域は基本的に、板ガラス全体を含むこともできる。

ビーム源は本発明では、少なくとも、板ガラスの分析領域を照射する。ビーム源は当然ながら、分析領域を含んでいる、板ガラスのより大きい領域を照射することができる。ビーム源が例えば、板ガラス全体を照射することができる。

検出器は、本発明では、少なくとも板ガラスの分析領域の画像を撮影する。検出器は当然ながら、分析領域を含んでいる、板ガラスのより大きい領域の画像を撮影することもできる。

ビーム源の光は線形偏光されている。線形偏光時には、電界の振動の方向は一定である。電界の絶対値および符号は、周期的に変化する。顕著な振動方向は、偏光方向と称される。

ビーム源の光は有利には、板ガラスの第１の表面に関して平行に偏光されている（ｐ偏光）または主にｐ偏光されている。「ｐ偏光されている」とは、偏光方向が板ガラスへのビーム入射時に、入射面に位置することを意味する。入射面はここでは、入射ベクトルと、板ガラスへビームが入射する箇所での板ガラスの表面法線によって形成される。ｐ偏光された光の特別な利点は、垂直偏光された（ｓ偏光された）光と比べて反射が少ないということである。ｐ偏光された光は、第１の表面で、僅かに反射される。偏光方向の回転が生じる、板ガラスの領域では、垂直偏光されたビーム成分が強くなる。これは、第２の表面で強く反射される。すなわち板ガラスによって反射される光全体の強度は、この領域において高くなる。すなわち、ｐ偏光された光によって基本反射が少なくなり、他方で、偏光方向の回転が生じる領域では、反射が明るい領域として識別される。気泡構造がこのような条件下で、特に良く識別されることが判明している。

実際の実施時の通常の不正確性によって、偏光方向は当然、通常程度、僅かに、理想的なｐ偏光から逸脱する。これは例えば０°〜１０°の値である。

しかし本発明の方法は、ｓ偏光された光によっても実行される、または、ｐ偏光された、およびｓ偏光されたビーム成分を含む光によっても実行される。偏光方向の位置に依存した回転によって、この場合にも、位置に依存した反射度、ひいては、板ガラスによって反射された光全体および／または板ガラスを通過した光全体の明度パターンが生じる。これは、気泡構造の本発明の分析に用いられる。

気泡構造が測定されるべき板ガラスは、平らであるべきである。これは殊に建築分野において、例えばエントランス領域または窓領域において通常のことである。板ガラスは択一的に、空間の１つの方向または複数の方向において、弱くまたは強く湾曲され得る。このような湾曲した板ガラスは、殊に、車両分野のガラスである。湾曲した板ガラスの典型的な反り量は、約１０ｃｍ〜約４０ｍの領域にある。湾曲した板ガラスの典型的な反り量は、板ガラス全体にわたって一定である必要はなく、１つの板ガラス内で、強くまたは弱く湾曲した領域が存在し得る。

板ガラスは、有利には、湾曲している。本発明の方法は、有利には、このような湾曲した板ガラスに使用可能である。

板ガラスは有利には、研がれた、殊に鈍く研磨された側辺を有している。側辺の全体的な面は有利には鈍く研磨されている。本発明の方法は、有利にはこのような板ガラスで使用可能である。

板ガラスは、本発明の有利な実施形態では、自動車用の板ガラスである。自動車用の板ガラスは有利には曲がっており、鈍く研磨された辺を有している。

湾曲した板ガラスでは、表面法線の方向は、分析領域の表面内で位置に依存する。これによって、入射面の配向も位置に依存し得る。光の所望の偏光方向を調整するために、有利には、分析領域の第１の表面の幾何学的な中央が用いられる。この放射は本発明では、入射ベクトルと表面法線によって、分析領域の第１の表面の中央に形成された面内に偏光方向がある場合には、ｐ偏光されたものとして有効である。

ビーム源の方を向いている、板ガラスの第１の表面は、検出器の方を向いていてよい、および／または、検出器とは反対側にあってよい。第１の表面が検出器の方を向いている場合には、板ガラスによって全体的に反射されたビームは、検出器によって検出される。検出器は、この場合には、少なくとも、分析領域の第１の表面の画像を撮影する。第１の表面が検出器と反対側にあり、従って、第２の表面が検出器の方を向いている場合には、板ガラスを通ったビームが検出器によって検出される。検出器はこの場合には、少なくとも分析領域の第２の表面の画像を撮影する。両方の場合において、気泡構造の規模が画像上で分析可能である。画像がそれぞれ第１の検出器と第２の検出器によって撮影されてもよい。この場合には、板ガラスの第１の表面は第１の検出器の方を向いており、第２の検出器とは反対側にある。

特に有利な構成では、板ガラスの、ビーム源の方を向いている第１の表面が、検出器の方を向いている。検出器は、板ガラスによって反射されたビームを検出する。このような反射測定は、透過測定と比べて、印刷された板ガラスでも使用可能である、という利点を有している。このような印刷された板ガラス、殊に、シルクスクリーン印刷が施された板ガラスは、殊に、車両分野において通常のものである。

線形偏光されたビームの反射度合いは、板ガラス表面へのビームの入射角度に依存している。反射度合いは、反射されたビーム強度と、入射したビーム強度との比である。入射角度は、板ガラスの表面にビームが入射する箇所での、入射ベクトルと板ガラスの表面法線との間の角度である。入射角度θ_Ｅがいわゆるブルュースター角と同じ場合には、平行偏光ビームの反射度合いと、垂直偏光ビームの反射度合いとの間の差は特に大きい。ブルュースター角での光入射時には、ｐ偏光されたビームに対する反射度合いは、理想的に零である。ブルュースター角は、本発明で生じる空気ガラス移行では、約５７°である（ここでは、空気の屈折率ｎ_Ｌｕｆｔ＝１であり、ガラスの屈折率ｎ_Ｇｌａｓ＝１．５５である）。

湾曲した板ガラスでは、板ガラスの分析領域内の表面法線の方向は、位置に依存する。これによって、入射角θ_Ｅも位置に依存する。所望の入射角θ_Ｅを調節するために、有利には、分析領域の第１の方面の幾何学的な中央が使用される。本発明の入射角θ_Ｅは、有利には、分析領域の第１の表面の中央において測定される。

入射角度θ_Ｅは、有利には２０°〜７０°の間であり、特に有利には４０°〜６５°の間であり、極めて有利には５５°〜６０°の間であり、殊に、約５７°である。この範囲では、ｐ偏光された光の反射度合いと、ｓ偏光された光の反射度合いとの間の差は特に大きく、気泡構造によって生じた明度パターンが特にはっきりと生じる。

入射角度θ_Ｅに対して挙げられた範囲は、板ガラスによって反射された光が検出器によって検出される場合に特に有利である。板ガラスを通った光が検出器によって検出される場合には、入射角度θ_Ｅは、例えば０°〜２０°、有利には０°〜１０°、殊にほぼ０°である。

ビーム源は有利には、面状のビーム源である。これには、光を放射面を介して送出し、板ガラスの寸法に対して相対的に、点ビーム源として解されないビーム源が含まれる。このような仮想の点ビーム源は、例えば、レーザまたは電球である。面状ビーム源の放射面積は、例えば、少なくとも０．５ｍ^２または少なくとも１ｍ^２の大きさを有する。面状ビーム源の放射面積は、基本的に湾曲していてよいが、特に有利な実施形態では平坦である。この場合には、放射面を介した光の伝播方向は一定である。これによって、板ガラス表面の分析領域全体は有利には、同じ伝播方向のビームで照射される。ビーム源は極めて有利には、少なくとも１つの、いわゆる偏光壁を有する。偏光壁は少なくとも１つ、典型的に複数のメインビーム源、例えば複数の、相互に平行に配置された蛍光管を、強散乱ガラス板、典型的に乳白ガラス板の後方に含んでいる。この散乱ガラス板を通過する際に、メインビーム源のビームから、面状の、偏光されていないビームが生成される。散乱ガラス板の、ビーム源とは反対側の面の、面状の偏光フィルターによって線形偏光されたビームが生成される。

ビーム源は、有利には、可視のスペクトル領域のビームを放射する。これは適切なビーム源および検出器を容易に使用可能にするので、有利である。他方では、気泡構造の、観察者へのノイズ作用が、可視光と関連して生じる。従って、気泡構造の量的測定のための可視光の使用は、合理的である。しかし、ビーム源の光は、全体的な可視スペクトル領域を覆う必要はない。ビーム源のビームが、可視のスペクトル領域に限定される必要もない。ビーム源のビームは、他のスペクトル領域、例えば、ＩＲビームおよび／またはＵＶビームからのビーム成分を含み得る。

検出器は、有利には、二次元の画像センサを備えたカメラを含む。これは例えば、ＣＣＤセンサまたはＡｃｔｉｖｅ Ｐｉｘｅｌ Ｓｅｎｓｏｒ（ＡＰＳセンサ、ＣＭＯＳセンサ）を含む。より使用しやすくするためおよびコストをより下げるために、ＣＣＤセンサを備えたカメラが有利である。二次元の画像センサによって、有利には、少なくとも分析領域全体の画像が撮影可能である。この画像は当然、板ガラスに、ビーム源によって光が照射されている間に撮影される。

検出器は、別の光学素子を含むことができる。これは例えば、グレーフィルターまたはカラーフィルター等の光学フィルターである。

検出器は有利には、板ガラスで反射された、ないしは、板ガラスを通過したビームが最適に検出されるように配置されている。この検出器は、検出器の方を向いている、板ガラス表面の好適な箇所に配向されている。検出器がカメラである場合には、対物レンズは有利には、この秀逸な箇所に焦点合わせされる。観察角度θ_Ａは、この場合に、検出器とこの好適な箇所との間の接続線と、この好適な箇所での板ガラスの表面法線との間の角度である。板ガラス表面上の好適な箇所としてここでは有利には、分析領域表面の幾何学的な中心点が選択される。これは、検出器の方を向いている。観察角度θ_Ａは、有利には２０°〜７０°である、特に有利には４０°〜６５°であり、極めて有利には５５°〜６０°であり、殊に約５７°である。観察角度θ_Ａは、有利には、値的に、入射角度θ_Ｅと同じである、または、僅かに、例えば０°〜１０°だけ、入射角度θ_Ｅと異なる。板ガラスの第１の表面が、ビーム源と検出器の方を向いている場合には、ビーム源と検出器は有利には、表面法線に関して、分析領域の第１の表面の幾何学的な中央において、相互に対向して配置されている。この場合には、反射光が特に有利に検出される。

板ガラスの、ビーム源の方を向いている第１の表面は有利には、板ガラスの外面である。この外面によってここで、板ガラスの組み込み位置において、板ガラスを制限している空間の外側周辺の方を向くように設けられている板ガラスの表面が表される。板ガラスが例えば自動車用板ガラスである場合には、この外面は組み込み位置において外側周辺の方を向いており、自動車の内部空間とは反対側である。

この画像は有利には、黒いまたは暗い背景の前で撮影される。この場合に、気泡構造は特に有利に識別される。特に有利には、本発明の方法は、暗くされた空間において実行される。ここではビーム源は唯一の光源である。

評価ユニットは有利には、画像分析ソフトウェアを備えた少なくとも１つのコンピュータを含んでいる。これは、検出器によって撮影された画像の各像点（ピクセル）の明度値を読み出すのに適している。

検出器によって撮影された画像は、本発明では、評価ユニットに供給される。これは、検出器と評価ユニットとの間の直接的な接続を介して行われ、例えば、ケーブルまたは無線接続を介して行われる。画像の伝送は、ここで自動的に行われても、ユーザの命令によって行われてもよい。しかし別の適切な手段によってもこの画像を評価ユニットに供給することができる。これは例えば、サーバーまたは記録媒体を介して行われる。

検出器によって撮影された画像上では、気泡構造が、暗い領域と明るい領域のパターンとして識別される。プレストレスの際には、板ガラスには典型的に、ノズルの複数の並行した列からの空気流が加えられる。暗い領域と明るい領域のパターンは、ノズルの配置によって生起される。従って画像上の明るい領域は、典型的に、相互に並行した線に沿って配置されている。評価ユニットによって、本発明では、明度経過が、分析線に沿って読み出される。分析線は、有利には次のように選択される。すなわち、これが、明るい領域のグループを通るように選択される。これらは、相互に並行に延在する同じ線上に配置されている。分析線は有利には、この明るい領域の中央を通る。

検出器によって撮影された画像は、明度経過の分析前に、通常のように処理可能である。データボリュームおよび／または画像寸法は例えば電子的に小さくすることができる。

明度経過は、本発明では、分析線に沿った位置に対する、求められた明度値のプロットである。これは例えば、任意の長さスケール（例えば、相互に連続する像点のナンバリング）によって表現可能である。分析線に沿った明度経過は、局部的な極大値（画像上の明るい領域の中心）と局部的な極小値（画像上の暗い領域の中心）のシーケンスを伴う波状の経過を示す。本発明の方法では、局部的な極大値と極小値の位置が識別され、各明度値が読み出される。局部的な極大値と極小値の識別は、有利には、適切なアルゴリズムを用いて自動的に行われるが、これが手動で行われてもよい。明度経過のデータを、局部的な極大値と極小値とを分析する前に、適切なアルゴリズムによって、滑らかにすることができる。

分析領域は有利には次のように選択される。すなわち、明度経過が少なくとも３個の局部的な極大値を有するように選択される。分析領域は特に有利には、明度経過が５〜２０個の、特に有利には８〜１５個の局部的な極大値を有するように選択される。これは殊に、確実かつ再現可能な、気泡構造の測定に関して有利であり、かつ、測定の時間を省いた評価に有利である。

明度経過の局部的な極大値の明度値から、第１の平均値が形成される。これは、本発明では、局部的な極大値の明度平均値Ｍ_ｍａｘと称される。明度経過の局部的な極小値の明度値から、第２の平均値が形成される。これは、本発明では、局部的な極小値の明度平均値Ｍ_ｍｉｎと称される。明度平均値Ｍ_ｍａｘとＭ_ｍｉｎは有利には、相加平均である。しかし、当業者が有利であると判断した場合には、基本的に、別の平均値も使用可能である。これは例えば、幾何平均、調和平均または平方平均である。

局部的な極大値の明度平均値Ｍ_ｍａｘと、局部的な極小値の明度平均値Ｍ_ｍｉｎとの間の値の差は、本発明では、気泡構造の強度指数Ｉ_ＢＳと称される。この強度指数Ｉ_ＢＳは、気泡構造の規模に対する量的かつ客観的な尺度である。強度指数Ｉ_ＢＳの大きな値は、暗い領域と比べた、明るい領域における反射度の大きい差を示しており、ひいては、顕著な気泡構造を示している。強度指数Ｉ_ＢＳの小さい値は、暗い領域と比べた、明るい領域における反射度の小さい差を示しており、これによって、顕著でない気泡構造を示す。この強度指数Ｉ_ＢＳに基づいて、種々の板ガラスを、気泡構造の規模に関して、量的に相互に比較することができる。本発明の方法の客観性および再現可能性に基づいて、比較測定を、種々の箇所で、固有の時間的な間隔で行うこともできる。

本発明の、気泡構造測定装置の有利な構成では、有利には面状であるビーム源が垂直に配置されている。すなわち、それを介して光の放射が行われる面が垂直に配置されている、すなわち水平の線に対して約９０°の角度で配置されている。板ガラスが次のような角度で水平の線に対して配置されている場合に、気泡構造が特に良好に観察可能であることが判明している。すなわち、最大で１５°、有利には最大で５°、水平の線に対するビーム源の光の偏光方向の角度と異なっている角度である。特に有利には、板ガラス配置されている水平の線に対する角度は、水平の線に対する、ビーム源の光の偏光方向の角度に相応する。板ガラスが配置されている水平の線に対する角度と、水平の線に対するビーム源の光の偏光方向の角度は、ここで、０°〜９０°の角度範囲において測定される。ビーム源である偏光壁が例えば、水平の線に対して約４５°の角度で配置されている偏光方向を有する場合、板ガラスが、３０°〜６０°の角度、有利には４０°〜５０°の角度、殊に約４５°の角度で水平の線に対して配置されている場合に、気泡構造が特に良好に観察される。板ガラスが湾曲している場合には、例えば、分析領域の中央にある接平面は、水平の線に対する角度の判断に用いられる。板ガラスはこのために、適切な保持部内に配置可能である。この保持部は、板ガラスの確実かつ再現可能な位置付けを可能にする。

検出器は例えば、台架または別の適切な保持部上に位置付け可能である。板ガラスと検出器の相対的な配置は、例えば、底部マーキングを介して行われる。検出器の保持部と板ガラスの保持部は、択一的に、例えば共通の台の上に、継続的に相互に結合可能である。これによって、有利には、迅速かつ容易に形成されるべき、再現可能な、板ガラスと検出器の相対的な配置を実現することができる。

ビーム源と板ガラスの再現可能な相対的な配向は、例えば、底部マーキングによって行われる。ビーム源と板ガラスおよび／または検出器の保持部とを相互に安定的に結合することもできる。

板ガラスは有利にはガラスを含んでおり、殊に有利には平板ガラス、フロートガラス、石英ガラス、ホウケイ酸ガラスおよび／またはソーダ石灰ガラスを含んでいる。板ガラスの厚さは、幅広く変化可能であり、主に、個々のケースのニーズに合わせられる。板ガラスの厚さは有利には１．０ｍｍ〜２５ｍｍ、特に有利には１．４ｍｍ〜５ｍｍである。板ガラスの大きさは幅広く変化可能であり、自身の事前に定められた用途に合わせられる。板ガラスは例えば、車両構造および建築分野内では、通常、２００ｃｍ^２〜２０ｍ^２の面積を有している。

板ガラスは、ほぼ透明であり、例えば、７０％より高い総透明性を有している。しかし板ガラスに色が付けられている、および／または、色調が与えられていてもよく、例えば５０％よりも低い総透明性を有することも可能である。用語「総透明性」は、ＥＣＥ−Ｒ ４３ 添付３，第９．１節によって定められた、自動車板ガラスの光透過性を検査する方法に関する。

本発明はさらに、プレストレス板ガラスの気泡構造の量的な測定のための本発明の装置の使用を含む。これは殊に、種々の板ガラスの量的な比較測定のための使用である。板ガラスはここで有利には、建物内の板ガラス、殊にエントランス領域または窓領域内、家具および機器内、殊に冷房機能または暖房機能を備えた電子機器内または陸上または空中または水路での交通のための移動手段内での板ガラスであり、殊に、列車、船および自動車内での板ガラスであり、例えば単層安全ガラスとしてのサイドウィンドー、ルーフパネルおよび／または、リアウィンドーである。

以下で、本発明を、図面と実施例に基づいてより詳細に説明する。図面は、概略的な図であり、縮尺通りではない。図面は、本発明を制限するものではない。

プレストレス板ガラス上の気泡構造を測定する、本発明の装置の概略図 検出器によって撮影された画像 図２ａの画像の概略図 図２ａの分析線に沿った明度経過のダイヤグラム 板ガラスと検出器のための保持装置の正面図 図４ａの保持装置の側面図 プレストレス板ガラスの気泡構造を測定する本発明の方法の実施形態の詳細なフローチャート

図１は、プレストレスされた板ガラス１の気泡構造を測定する、本発明の装置の概略図である。板ガラス１は、乗用車のリアウィンドーガラスである。板ガラス１は、リアウィンドーガラスにとっては通常の湾曲とエッジの研磨とを有している。板ガラス１は３ｍｍの厚さの、ソーダ石灰ガラスから成る単層安全ガラスであり、１５０ｃｍの幅と８０ｃｍの高さとを有している。板ガラス１は熱によってプレストレスされており、例えば、約１２０ＭＰａの表面圧縮応力と、中心部における約６０ＭＰａの引っ張り応力とを有している。プレストレスプロセスによって、板ガラス１は、不均一に分布した応力を有する。これは、いわゆる気泡構造を生じさせる。この気泡構造は、特定の観察および光条件下で、明るい領域と暗い領域のパターンとして光学的に認識可能である。本発明の方法によって、この気泡構造の規模が量的に特定される。これによって、例えば、種々の方法によってプレストレスされた板ガラスを、気泡構造の規模に関して相互に比較することができる。

本発明の装置は、ビーム源２を有している。板ガラス１は、リアウィンドーガラスに対して通常であるように湾曲されている。板ガラス１の組み込み位置において外面として設けられている、板ガラスの凸状の第１の表面（Ｉ）は、ビーム源２の方を向いている。従って、ビーム源２の光５は、板ガラス１の通過時に、まずは、第１の表面（Ｉ）に入射する。ビーム源２は、偏光壁である。この偏光壁は、相互に平行に配置された複数の蛍光管を乳白板ガラスの後方に有しており、面状の偏光フィルターを、乳白板ガラスの、蛍光管とは反対側の面に有している。ビーム源２によって、線形偏光された、可視のスペクトル領域の白色光５が、高さ１５０ｃｍ、幅２００ｃｍの放射面を介して放射される。面状のビーム源２によって、板ガラス１の全体的な表面（Ｉ）が、場合によっては陰になる領域を除いて、照射される。殊に、分析領域４は完全に照射される。分析領域４は、気泡構造の測定を評価するために設けられる。分析領域４は例えば、３０ｃｍの長さと幅を有しており、ほぼ、板ガラス１の幾何学的な中央に配置されている。分析領域４は、第１の表面を有している。これは板ガラス１の第１の表面（Ｉ）の領域である。ここで分析領域４の第１の表面は、板ガラスの第１の表面（Ｉ）の幾何学的な中央に配置されている。分析領域４は第２の表面を有しており、これは、板ガラス１の第２の表面（ＩＩ）の領域である。ここで、分析領域４の第２の表面は、板ガラスの第２の表面（ＩＩ）の幾何学的な中央に配置されている。

ビーム源の光５は、表面（Ｉ）に関して平行偏光されている。電磁波の振動方向は、偏光ベクトル１２によって表されており、入射面１１に位置する。この入射面は、光５の入射ベクトルと、表面（Ｉ）の表面法線１０によって形成されている。平行偏光された光は、板ガラス１の表面で、垂直偏光された光よりも少なく反射される。この作用は、入射角度θ_Ｅが、ブリュースター角にほぼ相当する場合には特に顕著である。ブリュースター角は、空気とガラスの移行部に対しては約５７°であり、入射角度θ_Ｅは相応に選択されている。

板ガラス１は湾曲しているので、表面法線１０の方向は、分析領域４内で、位置に依存する。偏光方向および入射角θ_Ｅの判断を調整するために、分析領域４の第１の表面の幾何学的中央における表面法線１０が使用される。

板ガラス１によって反射された光１３は、位置に依存した強度を有する。その理由は、板ガラス１内の、プレストレスによって生成された、不均一に分布した応力である。この応力は、板ガラス１の通過時に、偏光ベクトル１２の位置に依存した回転を生じさせる。偏光ベクトル１２が回転しない場合には、平行偏光されて、ビーム源２とは反対側の、板ガラス１の表面（ＩＩ）に入射する。光５は、この場合には、２つの表面（Ｉ）および（ＩＩ）で、僅かにしか反射されず、板ガラス１によって反射された光１３全体の強度は低い。偏光ベクトル１２が回転する場合には、光５は、垂直に偏光された多くのビーム成分を伴って表面（ＩＩ）に入射する。これは、平行に偏光された光よりも格段に強く反射される。板ガラス１によって反射された光１３全体の強度は、これによって上がる。ここで、反射度合いは、偏光ベクトル１２の回転の程度に依存する。すなわち、板ガラス１内の不均一に分布した応力の結果として、反射された光１３は、暗い領域と明るい領域のパターンを形成する。

本発明の装置は、さらに検出器３を有している。板ガラス１の、ビーム源２の方を向いている表面（Ｉ）は、検出器３の方も向いている。検出器３は、ＣＣＤセンサを伴ったカメラである。位置に依存する、反射光１３の強度のパターンは、検出器３によって検出される。このために、写真が撮影される。これは少なくとも分析領域４を、典型的には、板ガラス１のより大きい領域の写真を撮る。カメラはこのために、分析領域４の第１の表面の中央へと配向され、焦点合わせされている。観察角度θ_Ａは、例えば約６０°であり、これによって、ブリュースター角に近似している。これによって、反射光１３の、位置に依存する強度のパターンが、特に良好に検出可能になる。

本発明の装置はさらに評価ユニット７を有している。この評価ユニット７は例えば、接続ケーブル１４を介して、検出器３と結合されている。接続ケーブル１４を介して、写真が、検出器３から評価ユニット７へ伝送される。評価ユニット７は、写真の各像点の明度値を読み出すことができる適切な画像分析ソフトウェアを備えたコンピュータである。

図２ａは、画像６の一部（７０７×４８０ピクセル）である。これは、分析領域４、正確には、分析領域４の表面を写し取っている。画像６は、写真であり、図１に示された装置内の検出器３であるカメラによって撮影されたものである。検出器３であるカメラは、ここで、タイプＣａｎｏｎＥＯＳ３０Ｄのデジタルミラー反射カメラであり、タイプＣａｎｏｎＥＦ−Ｓ１８−５５ｍｍの対物レンズを有している。画像６を撮影するために、手動で、画像中心に焦点が合わせられ、以下のパラメータが選択された。すなわち、焦点距離５５ｍｍ、ＩＳＯ４００、絞り２２、色空間ｓＲＧＢ、露光時間０．８秒。画像６上では、気泡構造が、暗い背景の前の明るい領域のパターンとして明確に識別される。明るい領域は、相互に平行の線に沿って配置されている。パターンは、プレストレス時に、板ガラス１に空気流を与えるノズルの配置から得られる。図はさらに、分析線９を示している。この分析線９は、それに沿って、明るい領域が配置されている、相互に平行に配置された線に沿って延在している。分析線９はここで次のように選択されている。すなわち、これが、明るい領域のほぼ中央に延在するように選択されている。分析線９に沿った画像６の明度経過は、気泡構造の規模を示すために使用される。

図２ｂは、図２ａの画像６の概略図を示している。暗い背景の前の明るい領域と分析線９とが見て取れる。

図３は、図２ａの画像６上の分析線９に沿った明度経過８のダイヤグラムを示している。分析領域４と、分析線９は、１１個の明るい領域がカバーされるように選択されている。明度経過８の形成および分析は、評価ユニット７内で行われる。明度経過８は、分析線９に沿って、各像点の明度値（ＲＧＢ色空間、２５６個の明度段階）を読み出す画像評価ソフトウェアによって作成されたものである。明度経過８は、１１個の局部的な極大値１５と、１１個の局部的な極小値１６とを備えた、波状のプロファイルを示す。局部的な極大値１５の明度値から、相加平均が形成され、このようにして、局部的な極大値１５の明度平均値Ｍ_ｍａｘが求められる。局部的な極小値１６の明度値から、相加平均が形成され、このようにして、局部的な極小値１６の明度平均値Ｍ_ｍｉｎが特定される。明度平均値Ｍ_ｍａｘは図示の例では１７７であり、明度平均値Ｍ_ｍｉｎは９６である。明度平均値Ｍ_ｍａｘと明度平均値Ｍ_ｍｉｎとの値の差は、本発明では、強度指数Ｉ_ＢＳと称される。この強度指数Ｉ_ＢＳは、気泡構造の規模に対する量的な尺度である。強度指数Ｉ_ＢＳは、図示の例では８１である。強度指数Ｉ_ＢＳの値が低くなるほど、画像６上での明るい領域と暗い領域との間の平均的な明度差は僅かになり、板ガラスの総反射がより均一になる。この強度指数Ｉ_ＢＳに基づいて、比較用板ガラスを、気泡構造が見える程度に関して、相互に比較することができる。

明度経過８は、図示の例では、下降する傾向を有している。この理由は、板ガラス１の湾曲である。この湾曲によって、分析領域４内の表面法線１０の方向は位置に依存してしまう。これによって、光５の反射特性も位置に依存する。それにも係わらず明度平均値Ｍ_ｍａｘとＭ_ｍｉｎは、有意義な強度指数Ｉ_ＢＳを供給し、これに基づいて、比較用ガラスを相互に比較することができる。これは殊に、比較用板ガラスが、同じ又は類似の湾曲を有する場合である。例えば、異なってプレストレスされた、同じタイプの板ガラスを相互に比較することができる。

５０回の測定が同一の周辺条件下で、基準板ガラス１で行われた。これらの測定は、強度指数Ｉ_ＢＳに対する平均値８４を供給し、これには、０．５の経験上の変性が伴う。すなわち、強度指数Ｉ_ＢＳは、良好に再現可能な、気泡構造に対する尺度である。

プレストレス板ガラスの気泡構造を測定するための本発明の方法および本発明の装置によって、客観的な量的かつ再現可能な、気泡構造の規模に対する尺度を求めることができる。これは、当業者によって予期していなかった、意外なものであった。

図４ａと４ｂはそれぞれ、板ガラス１用および検出器３用の適切な保持装置１７の詳細を示している。保持装置１７は、共通の台１９上に配置されている板ガラス保持部１８と、検出器保持部２４と、位置決めストッパー２３とを有している。保持装置１７によって有利には、板ガラス１と検出器３との安定かつ再現可能な相対的な配置が得られる。これによって、比較測定時に、一定の観察角度θ_Ａが保証される。台１９はキャスター２６の上に支承されている。このキャスターによって、保持装置１７を、例えば光源２に対して相対的に配向するために、容易に動かすことができる。位置決めストッパー２３によって、板ガラス保持部１８上に板ガラス１を再現可能に配置することができる。これは、比較測定において同じタイプの種々の板ガラス１が検査されるべき場合である。これによって、測定結果が比較可能であることが保証される。板ガラス保持部１８は、水平のベース部材２０を含み、この上に、１つの支持部材２２と２つの保持用フォーク２１とが配置されている。板ガラス１の下方の辺は、保持用フォーク２１内に挿入され、板ガラス１は支持部材２２に立てかけられる。板ガラス１の配置は継続的に安定し、かつ、再現可能である。ベース部材２０は、２つのヒンジ２５を介して、台１９と接続されている。これによって、板ガラス保持部１８は傾斜可能になり、板ガラス１と水平の線との間の角度が調節される。ここで、所望の角度は、支持部材２２の、板ガラス１とは反対の側に配置された角度固定部２７を用いて継続的に調整される。角度固定部２７は、例えば円弧部分の形態の金属軌条であり、その円中央点は、ヒンジ２５間の接続線上に配置されている。この金属軌条は陥入部を有しており、これは、円弧部分状の辺に対して平行に延在し、台１９と接続されているねじを通って案内されている。ねじが外れているときに、板ガラス保持部１８が傾斜される。ここでこのねじは、角度固定部２７の陥入部を通って案内される。板ガラス保持部１８の所望の位置において、ねじが締められ、これによって板ガラス保持部１８が継続的に安定して固定される。

図５は、プレストレス板ガラス１上の気泡構造を測定するための、発明の方法の１つの実施例のフローチャートを示している。

（１） 板ガラス、 （２） ビーム源、 （３） 検出器、 （４） 板ガラス１の分析領域、 （５） ビーム源２の光、 （６） 画像、 （７） 評価ユニット、 （８） 分析線９に沿った画像６の明度経過、 （９） 画像６上の分析線、 （１０） 表面法線、 （１１） 入射面、 （１２） 光５の偏光ベクトル、 （１３） 板ガラス１によって反射された光、 （１４） 接続ケーブル、 （１５） 明度経過８の局部的な極大値、 （１６） 明度経過８の局部的な極小値、 （１７） 保持装置、 （１８） 保持装置１７の板ガラス保持部、 （１９） 保持装置１７の台、 （２０） 板ガラス保持部１８のベース部材、 （２１） 板ガラス保持部１８の保持用フォーク、 （２２） 板ガラス保持部１８の支持部材、 （２３） 保持装置１７の位置決めストッパー、 （２４） 保持装置１７の検出器保持部、 （２５） 板ガラス保持部１８のヒンジ、 （２６） 保持装置１７のキャスター、 （２７） 板ガラス保持部１８の角度固定部、 （Ｉ） 板ガラス１の第１の表面、 （ＩＩ） 板ガラス１の第２の表面、 θ_Ｅ 入射角度、 θ_Ａ 観察角度、 Ｍ_ｍａｘ 局部的な極大値１５の明度平均値、 Ｍ_ｍｉｎ 局部的な極小値１６の明度平均値、 Ｉ_ＢＳ 強度指数

Claims (15)

1. プレストレス板ガラス（１）の気泡構造を測定するための方法であって、
   少なくとも、
   （ａ）前記板ガラス（１）の少なくとも１つの分析領域（４）を、ビーム源（２）の線形偏光された光（５）で、入射角度θ_Ｅで照射し、ここで前記板ガラス（１）の第１の表面（Ｉ）は前記ビーム源（２）の方を向いており、さらに、少なくとも１つの検出器（３）によって、少なくとも前記分析領域（４）の画像（６）を観察角度θ_Ａで撮影し、
   （ｂ）前記画像（６）を評価ユニット（７）に供給し、
   （ｃ）前記評価ユニット（７）によって、
   （ｃ１）前記画像（６）上の分析線（９）に沿って明度経過（８）を読み出し、
   （ｃ２）前記明度経過（８）の局部的な極大値（１５）と局部的な極小値（１６）とを定め、
   （ｃ３）前記局部的な極大値の明度平均値Ｍ_ｍａｘと前記局部的な極小値の明度平均値Ｍ_ｍｉｎとの間の差によって、強度指数Ｉ_ＢＳを定める、
   ことを特徴とする、プレストレス板ガラス（１）の気泡構造を測定するための方法。
2. 前記板ガラス（１）の、前記ビーム源（２）の方を向いている表面（Ｉ）は、前記検出器（３）の方を向いている、請求項１記載の方法。
3. 前記光（５）は平行偏光されている、請求項１または２記載の方法。
4. 前記ビーム源（２）は面状のビーム源であり、有利には少なくとも１つの偏光壁を含んでいる、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 前記入射角度θ_Ｅおよび／または前記観察角度θ_Ａは、２０°〜７０°、有利には４０°〜６５°、特に有利には５５°〜６０°である、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 前記検出器（３）は二次元の画像センサ、有利にはＣＣＤセンサを備えた少なくとも１つのカメラを含んでいる、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 前記板ガラス（１）の、前記ビーム源（２）の方を向いている表面（Ｉ）は、前記板ガラス（１）の外面である、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 前記板ガラス（１）は、ガラス、有利には平板ガラス、フロートガラス、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、および／またはソーダ石灰ガラスを含んでおり、有利には１．０ｍｍ〜２５ｍｍ、特に有利には１．４ｍｍ〜５ｍｍの厚さを有している、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 前記明度経過（８）は、少なくとも３個、有利には５〜２０個、特に有利には８〜１５個の局部的な極大値（１５）を含んでいる、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
10. 唯一の光源である前記ビーム源（２）を用いて、空間において実行される、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
11. 前記評価ユニット（７）は、画像分析ソフトウェアを備えた少なくとも１つのコンピュータを含んでいる、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
12. 前記入射角度θ_Ｅと前記光（５）の偏光方向とを、前記分析領域（４）の、前記ビーム源（２）の方を向いている表面の幾何学形状的中心において測定する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
13. プレストレス板ガラス（１）の気泡構造を測定するための装置であって、
    当該装置は少なくとも、
    ・前記板ガラス（１）の少なくとも１つの分析領域（４）を、線形偏光された光（５）で、入射角度θ_Ｅで照射するビーム源（２）と、
    ・少なくとも前記分析領域（４）の画像（６）を観察角度θ_Ａで撮影する少なくとも１つの検出器（３）と、
    ・評価ユニット（７）とを有しており、
    前記板ガラス（１）の第１の表面（Ｉ）は前記ビーム源（２）の方を向いており、
    前記評価ユニット（７）は、前記画像（６）を受信し、当該画像（６）上の分析線（９）に沿って明度経過（８）を読み出し、当該明度経過（８）の局部的な極大値（１５）と局部的な極小値（１６）とを定め、前記局部的な極大値（１５）の明度平均値Ｍ_ｍａｘと前記局部的な極小値（１６）の明度平均値Ｍ_ｍｉｎとの間の差によって、強度指数Ｉ_ＢＳを定める、
    ことを特徴とする、プレストレス板ガラス（１）の気泡構造を測定するための装置。
14. 保持装置（１７）を含んでおり、当該保持装置は板ガラス保持部（１８）と検出器保持部（２４）とを、有利には共通の台（１９）の上に有している、請求項１３記載の装置。
15. プレストレス板ガラス、有利には、建物内、家具および機器内または陸上、空中または水路での交通のための移動手段内でのプレストレス板ガラス、殊に自動車のサイドウィンドーガラスおよび／またはリアウィンドーガラスの気泡構造を量的に測定するための、請求項１３または１４記載の装置の使用。

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