LU504045B1 - Messung von Oberflächenverformungen auf Glasoberflächen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Messverfahren und eine Messvorrichtung zur Bestimmung der Ebenheit einer transparenten Scheibe (2). Mittels einer Transportvorrichtung (1) wird die Scheibe (2) relativ zu einer Beleuchtungseinrichtung (3) und einer Kamera (4) oder die Beleuchtungseinrichtung (3) und die Kamera (4) relativ zu der Scheibe in einer Transportrichtung (7) verlagert. Mit der Beleuchtungseinrichtung (3) wird ein Lichtmuster (8) bestehend aus mehreren zweidimensionalen Lichtmustermerkmalen auf die Scheibe (2) projiziert. Die mehreren Lichtmustermerkmale werden nebeneinander in einer senkrecht zu der Transportrichtung (7) orientierten Querachse auf die Scheibe (2) projiziert. Das durch die Scheibe (2) reflektierte Lichtmuster (8) wird zumindest teilweise mit der Kamera (4) erfasst. Ein Geometrieparameter der durch die Kamera (4) aufgezeichneten Lichtmustermerkmale wird bestimmt. Die durch die Reflexionen an der Scheibe (2) hervorgerufene Veränderung des Geometrieparameters eines oder mehrerer Lichtmustermerkmale wird anhand mehrerer nacheinander von der Kamera (4) erfasster Bilder ausgewertet. Die Kamera (4) ist als Zeilenkamera ausgestaltet.

Description

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Viprotron GmbH

Messung von Oberflächenverformungen auf Glasoberflächen

Die Erfindung betrifft ein Messverfahren und eine

Messvorrichtung zur Bestimmung der Ebenheit einer transparenten Scheibe, wobei mittels einer

Transportvorrichtung die Scheibe relativ zu einer

Beleuchtungseinrichtung und einer Kamera oder die

Beleuchtungseinrichtung und die Kamera relativ zu der Scheibe in einer Transportrichtung verlagert wird, wobei mit der

Beleuchtungseinrichtung ein Lichtmuster bestehend aus mehreren zweidimensionalen Lichtmustermerkmalen auf die

Scheibe projiziert wird, wobei die mehreren

Lichtmustermerkmale nebeneinander in einer senkrecht zu der

Transportrichtung orientierten Querachse auf die Scheibe projiziert werden, wobei das durch die Scheibe reflektierte

Lichtmuster zumindest teilweise mit der Kamera erfasst wird, wobei ein Geometrieparameter der durch die Kamera aufgezeichneten Lichtmustermerkmale bestimmt wird, und durch

Auswertung mehrerer nacheinander von der Kamera erfasster

Bilder eine durch die Reflexionen an der Scheibe hervorgerufene Veränderung des Geometrieparameters eines oder mehrerer Lichtmustermerkmale ausgewertet wird.

Optische Verzerrungen können durch Reflexion von

Lichtstrahlen an Oberflächenverformungen an der

Scheibenoberfläche hervorgerufen werden. Diese

Oberflächenverformungen sind häufig durch den Temperprozess bei der Veredelung der Glasscheibe verursacht. Wenn

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Glasscheiben vorgespannt oder geglüht werden, werden diese mittels einer Fôrdereinrichtung durch einen beheizten Ofen transportiert, in dem diese auf eine kritische Temperatur erhitzt werden, bei der innere Spannungen abgebaut werden.

Das gleichmäßige Erreichen der kritischen Temperatur ist bei der in der Regel großflächigen Glasscheiben ohne ein

Erweichen der Glasscheibe herausfordernd. Typischerweise erreicht die Glasscheibe lokal einen Erweichungspunkt, bei dem sich das Glas in einem verformbaren Zustand befindet. Bei dem Herstellungsprozess liegt die Glasscheibe in der Regel auf einer Vielzahl von hitzebeständigen Keramikrollen der

Fördereinrichtung auf und wird so durch den Ofen transportiert. Durch die auf die Glasscheibe wirkende

Schwerkraft verformt sich die lokal erweichte Glasscheibe.

Dabei entstehen ein Verzug oder eine Verformung der

Glasscheibe durch ein schwerkraftverursachtes Durchhängen der

Glasscheibe in dem Zwischenraum zwischen zwei

Transportrollen. Bei einer hohen Vorheiztemperatur innerhalb des Ofens ist der Durchhang größer ausgeprägt, was sich entsprechend in dem Oberflächenprofil der Glasscheibe und in

Reflexionseigenschaften bemerkbar macht. Der Durchhang auf der Glasscheibe entlang der Transportrichtung ist in der

Regel zyklisch ausgeprägt. Dabei ist die Periode von

Hochpunkten gegenüber Tiefpunkten wird unter anderem durch den Abstand zwischen benachbarten Transportrollen und durch die Konzentrizität der Transportrollen beeinflusst.

Wenn die Glasscheibe auf einer unrunden Transportrolle abrollt, werden die Hochpunkte und Tiefpunkte periodisch in die Glasscheibe eingeprägt. Diese in eine Glasscheibe eingebrachten Hochpunkte und Tiefpunkte sind bei der

Verwendung einer Glasscheibe beispielsweise unter Vorspannung

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LU504045 deutlich sichtbar. Die durch den Durchhang zwischen den

Walzen oder durch eine unrunde Walze verursachten

Verformungen neigen dazu, zyklischer Natur zu sein und einen

Welleneffekt in der Glasscheibe zu erzeugen.

Neben den in Längsrichtung in die Glasscheibe eingeprägten

Hochpunkte und Tiefpunkte, die als zyklische Wellenstruktur sichtbar sind, ist auch eine lokale Verzerrung über eine zu der Längsrichtung parallelen Querachse in der Glasscheibe erkennbar.

In der Patentschrift US 7,345,698 B2 werden ein Messverfahren und eine Messvorrichtung zum Erkennen und Messen der optischen Verzerrung in Glasscheiben offenbart. Bei dem

Messverfahren wird eine optische Vergrößerung eines reflektierten kreisfôrmigen Lichtmustermerkmals mittels einer

Kamera erfasst. Dazu wird eine Vielzahl von kreisfôrmigen

Lichtmustermerkmalen auf das Glas projiziert und als Ellipsen reflektiert, die die lokalen Oberflächenkonturen abbilden.

Verzerrungen in der Glasoberfläche werden als lokale

Vergrößerung oder Verkleinerung an der elliptischen Achse gemessen. Der Winkel und die Größe der Neben- und Hauptachse der reflektierten Ellipsen liefern Daten zur Abbildung des

Oberflächenprofils des Glases. Dieses Verfahren eignet sich nicht, um mehrere verschiedene Oberfldchen einer Glasscheibe zu vermessen, da sich die Bilder an mehreren Oberflächen reflektierten Lichtmustermerkmale überlappen und es damit nicht möglich ist, zuverlässig zu unterscheiden, welcher Teil der Reflexion von welcher Oberfläche stammt. Insbesondere enthält das reflektierte Bild nicht eine einzelne Form jeder einzelnen Oberfläche, sondern ein zusammengesetztes Bild aus der kombinierten Mehrfachreflexionen an den Oberflächen.

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Dadurch ist eine von den jeweiligen reflektierenden

Oberflächen getrennte Auswertung der Verzerrung nicht möglich.

In der Patentschrift US 10,161,879 Bl ist eine

Weiterentwicklung der oben beschriebenen Vorrichtung und des oben beschriebenen Verfahrens aus der Druckschrift

US 7,345,698 B2 beschrieben. Das in der Patentschrift

US 10,161,879 Bl offenbarte Verfahren und die offenbarte

Vorrichtung dienen zum Messen des Oberflächenprofils und der optischen Reflexionsstärke einer oder mehrerer Oberflächen von transparenten Glasscheiben. Dabei werden eine Vielzahl von kreisrunden Lichtmustermerkmalen auf die Glasoberfläche projiziert, wobei die Lichtmustermerkmale nicht gefüllt auf die Glasoberfläche projiziert werden, sondern aus einer

Umrandung bestehen. Dadurch kann bei einer Überlappung der von den mehreren Glasoberflächen reflektierten Bildern eine

Auswertung der Verzerrung getrennt voneinander erfolgen, sodass die ermittelte Verzerrung eines Lichtmustermerkmals der jeweiligen Glasoberfläche zugeordnet werden kann.

Bei den beschriebenen und bekannten Messverfahren und

Messvorrichtungen ist die Kamera so positioniert und ausgerichtet, dass die auf die Scheibe projizierten

Lichtmustermerkmale vollständig durch die Kamera erfasst werden. Nur so ist die Auswertung der Vergrößerung oder

Verkleinerung der Haupt- oder Nebenachsen der reflektierten

Ellipsen möglich. Dies setzt den Einsatz von Flächenkameras voraus, um den Bereich der Scheibe zu erfassen, in denen die

Lichtmustermerkmale profiziert sind.

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Als Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird es angesehen, ein

Messverfahren bereitzustellen, mit dem eine einfache und genaue Vermessung der Verzerrung der Glasscheibe während des

Herstellungsprozesses der Glasscheibe möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine

Umfangslinie der Lichtmustermerkmale jeweils durch einen

Polygonzug gebildet wird, der mehrere geradlinig verlaufende

Polygonzuabschnitte aufweist, wobei einander zugewandte

Polygonzugabschnitte benachbarter Lichtmustermerkmale nicht parallel zueinander ausgerichtet sind. Durch die Projektion derartiger Lichtmustermerkmale mit bekannten Abmessungen kann der oder können die Geometrieparameter einfach bestimmt werden. Dadurch, dass sich die Merkmalsabstände zweier benachbarter Lichtmustermerkmale zumindest abschnittsweise über deren gesamte Ausdehnung in der Transportrichtung voneinander unterscheiden, können die Geometrieparameter zuverlässig aus mit der Kamera erfassten Ausschnitten des

Lichtmusters erfasst werden, sodass in der Transportrichtung nicht das gesamte Lichtmuster erfasst bzw. ausgewertet werden muss.

Vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass

Jeweils unmittelbar nebeneinander auf die Scheibe projizierte

Lichtmustermerkmale so ausgestaltet und angeordnet sind, dass sich sämtliche senkrecht zu der Transportrichtung bestimmte

Merkmalsabstände zwischen einander zugewandten Außenkonturen der unmittelbar nebeneinander projizierten

Lichtmustermerkmale voneinander unterscheiden. Dadurch, dass sich die Merkmalsabstände zweier benachbarter

Lichtmustermerkmale über deren gesamte Ausdehnung in der

Transportrichtung voneinander unterscheiden, können die

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Geometrieparameter auch zuverlässig aus mit der Kamera erfassten Ausschnitten des Lichtmusters erfasst werden, sodass in der Transportrichtung nicht das gesamte Lichtmuster erfasst bzw. ausgewertet werden muss. Das Lichtmuster kann beispielsweise aus trapezformigen Lichtmustermerkmalen gebildet werden. Es ist auch möglich und erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Lichtmuster aus parallelogrammfôrmigen

Lichtmustermerkmalen gebildet wird, wobei sich ein

Neigungswinkel unmittelbar benachbart zueinander auf die

Scheibe projizierter Lichtmustermerkmale voneinander unterscheidet.

Besonders vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass das

Lichtmuster aus dreieckigen Lichtmustermerkmalen gebildet wird. Durch die Projektion von dreieckigen

Lichtmustermerkmalen mit bekannten Abmessungen kann die

Bestimmung eines Geometrieparameters besonders einfach erfolgen. Beispielsweise ist durch eine Referenzmessung und durch Auswertung eines mit der Kamera aufgezeichneten Bildes eine Länge einer Dreiecksseite bestimmbar. Auch ist die

Bildposition des auf einem Bildsensor der Kamera auftreffenden reflektierten Lichtmustermerkmals auswertbar.

Vorteilhafterweise kann es dazu vorgesehen sein, dass die

Lichtmustermerkmale so auf die Scheibe projiziert werden, dass eine Seite Jedes Lichtmustermerkmals wie beispielsweise eine Dreiecksseite vollständig innerhalb des durch die Kamera erfassten Aufnahmebereichs liegt und somit vollständig erfasst wird. Bei einer Relativbewegung der Scheibe zu der

Kamera und zu der Beleuchtungseinrichtung in

Transportrichtung wird der Geometrieparameter, hier als eine

Länge einer Seite des mit der Kamera aufgezeichneten

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Lichtmustermerkmals wie beispielsweise des Dreiecks, aufgrund der Oberflächenverformung der Scheibe verändert. Durch die

Bestimmung der veränderten Lange und bei bekannter

Positionierung der Kamera und der Beleuchtungseinrichtung relativ zu der Scheibe, ist die Grohe der

Oberflächenverformung der Scheibe bestimmbar. Dabei kann die

Oberflächenverformung als eine Krümmung der Scheibe ausgebildet sein oder als eine wellenfôrmige durch den

Herstellungsprozess bedingte zyklische Wellenstruktur in

Transportrichtung der Scheibe sichtbar sein.

Vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die

Lichtmustermerkmale aus mehreren in der Transportrichtung hintereinander angeordneten und aneinander angrenzenden trapezfôrmigen Lichtmustermerkmalteilen gebildet wird.

Durch die Verwendung trapezfôrmiger Lichtmustermerkmale oder trapezformiger Lichtmustermerkmalteile kann ein minimaler

Abstand senkrecht zur Transportrichtung einander gegenüberliegender Polygonzugabschnitte einfach vorgegeben werden. Durch die Vorgabe eines Mindestabstands können die einzelnen Polygonzugabschnitte in dem Kamerabild sicher voneinander differenziert werden. Dabei ist der

Mindestabstand vorteilhafterweise an eine maximale Dicke der zu vermessenden Scheibe angepasst, um die Polygonabschnitte in dem Kamerabild voneinander unterschieden zu können, die einmal durch die Reflektion des Lichtmusters an der

Scheibenoberseite und einmal an der Scheibenunterseite erzeugt und von der Kamera erfasst werden. Durch die

Verwendung mehrerer trapezfôrmiger Lichtmustermerkmalteile kann der Messbereich einfach vergrößert werden, ohne dabei die räumliche Auflösung zu verschlechtern.

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Vorteilhafterweise ist es erfindungsgemäß optional vorgesehen, dass die Beleuchtungseinrichtung und die Kamera in einem gleichen Winkel zur Scheibe ausgerichtet sind, sodass die auf der Scheibe reflektierten Lichtmustermerkmale senkrecht in die Kamera einfallen. Somit kann eine Auswertung der mit der Kamera aufgezeichneten Bilder besonders einfach erfolgen, da eine aufwändige Korrektur von durch einen schrägen Einfall der Lichtmustermerkmale in die Kamera erzeugten verzerrten Bildern nicht notwendig ist.

Vorteilhafterweise werden zur Erfassung besonders breiter

Lichtmustermerkmale mehrere nebeneinander angeordnete bzw. auf nebeneinander liegende Lichtmustermerkmalsabschnitte ausgerichtete Kameras verwendet.

Durch die in der Scheibe enthaltenen Oberflächenverformung hervorgerufene Anderung des Auftreffwinkels der Lichtstrahlen zu der Scheibe oder die Anderung des Abstrahlwinkels der reflektierten Lichtstrahlen zu der Scheibe, treffen die

Lichtstrahlen in unterschiedlichen Positionen auf dem

Bildsensor der verwendeten Kamera auf. Bei Verwendung einer

Zeilenkamera oder bei der Auswertung lediglich einzelner

Bildzeilen einer Flächenkamera werden durch die

Oberflächenverformung daher unterschiedliche Bereiche des

Lichtmusters betrachtet, sodass sich erfasste Abmessungen benachbarter Lichtmustermerkmale voneinander unterscheiden und sich einzelne erfasste Abmessungen auch von

Referenzabmessungen unterscheiden. Durch Auswertung der

Position des reflektierten Lichtmustermerkmals bzw. der

Abweichung der Abmessungen der Lichtmustermerkmale bzw. der

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Lichmustermerkmalausschnitte kann die Oberflächenverformung der Scheibe bestimmt werden.

Es ist erfindungsgemäß auch vorgesehen, dass das

Lichtmustermerkmal als ein gleichschenkliges und spitzwinkliges Dreieck ausgestaltet ist. Bei Verwendung eines

Lichtmustermerkmals in Form eines Dreiecks mit bekannten

Seitenlängen und Innenwinkeln kann bei einem Schnitt durch das dreieckige Lichtmustermerkmal ein zwischen den Seiten des

Dreiecks bestimmter Abstand auf einer Verlagerung oder eine

Verdrehung der Scheibe bestimmt werden.

Außerdem kann eine Verzerrung des Lichtmustermerkmals in

Transportrichtung und entlang der Querachse voneinander getrennt ausgewertet werden. Die in Transportrichtung durch die Oberflächenverformung der Scheibe hervorgerufene

Verzerrung des Lichtmustermerkmals ist durch eine in Form der zyklischen und wellenartigen Anderung der Breite des dreieckigen Lichtmustermerkmals auswertbar.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Geometrieparameter einen Abstand zwischen zwei Schnittpunkten beschreibt, wobei die

Schnittpunkte durch einen Schnitt einer Schnittgeraden mit zwei Seiten des Lichtmustermerkmals erzeugt werden. Dadurch, dass die Abmessungen der Lichtmustermerkmale in einer

Referenzmessung auf einer Referenzoberfläche bestimmbar sind, kann eine Veränderung des Abstands zur Bestimmung der

Oberflächenverformung der Scheibe genutzt werden. Die

Schnittgerade entspricht dabei dem durch die Kamera aufgezeichneten streifenfôrmigen Aufnahmebereich.

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Damit die anhand der Lichtmustermerkmale beschriebenen

Geometrieparameter besonders genau bestimmbar sind, ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens vorgesehen, dass die Lichtmustermerkmale ausgefüllt ausgestaltet sind. Bei Verwendung von voneinander beabstandeten Lichtmustermerkmalen kann somit ein besonders kontrastreicher und damit scharfer Ubergang zwischen dem auf der Scheibe projizierten Lichtmustermerkmal und einem zu dem

Lichtmustermerkmal benachbarten Bereich aufgezeichnet werden.

Damit kann die lokalen Oberflächenverformung besonders gut bestimmt werden.

Durch die Ausfüllung beispielsweise dreieckiger

Lichtmustermerkmale kann ein besonders großer Kontrast zwischen einem mit dem Lichtmustermerkmal beleuchteten hellen

Bereich der Scheibe und einem unbeleuchteten Bereich der

Scheibe oder zwischen benachbart zueinander angeordneten

Lichtmustermerkmalen nur schwach beleuchteten dunklen

Bereichen erzeugt werden. Dadurch können Ubergange zwischen dem Lichtmustermerkmal und dem unbeleuchteten Bereich besonders genau und reproduzierbar bestimmt werden.

Vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass in der Transportrichtung vor und/oder hinter dem Lichtmuster ein

Lichtband auf die Scheibe projiziert wird. Auf diese Weise kann automatisiert ermittelt werden, dass die Kamera und der

Projektor so ausgerichtet sind, dass der maximale Messbereich verlassen wurde.

Dabei kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das

Lichtband unmittelbar an das Lichtmuster angrenzt, sodass die

Lichtmustermerkmale und das Lichtband ineinander übergehen.

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Vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass dunkle Bereiche zwischen benachbart zueinander angeordneten

Lichtmustermerkmalen des Lichtmusters ebenfalls von der

Beleuchtungseinrichtung beleuchtet werden, wobei eine

Beleuchtungsintensität der dunklen Bereich geringer ist als die Beleuchtungsintensität heller Bereiche des Lichtmusters.

Auf diese Weise kann auch in den dunklen Bereichen noch zwischen Glasoberfläche und Fläche ohne Glas differenziert werden, um beispielsweise Glaskanten oder Positionen von

Bohrléchern identifizieren zu können.

Zur Projektion des Lichtmusters weist die

Beleuchtungsvorrichtung vorteilhafterweise eine

Projektionslampe und ein in einem Projektionsbereich der

Projektionslampe angeordnetes Lichtmusterelement auf. Bei dem

Lichtmusterelement kann es sich beispielsweise um eine Folie handeln, die durchscheinende und nicht- bzw. schwachdurchscheinende Bereiche aufweist. Durch die

Beleuchtung der zwischen der Projektionslampe und der Scheibe angeordneten Folie mit der Projektionslampe wird das

Lichtmuster erzeugt. Um auch die dunklen Bereiche schwach zu beleuchten, können die schwachdurchscheinenden Bereiche eine geringe Transparenz aufweisen.

Vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die

Beleuchtungsintensität der dunklen Bereiche maximal 10%, vorteilhafterweise maximal 5% und besonders vorteilhafterweise maximal 2% der Beleuchtungsintensität der hellen Bereiche beträgt.

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Um die Messgenauigkeit bei der Verwendung mehrerer

Lichtmustermerkmalteile weiter zu erhöhen ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass sich Beleuchtungsintensitäten der

Lichtmustermerkmalteile eines Lichtmustermerkmals voneinander unterscheiden. Auf diese Weise kann auch bei Verwendung beispielsweise einer Zeilenkamera bestimmt werden, welcher

Bereich des Lichtmusters betrachtet wird.

Um die Ebenheit der Scheibe über eine gesamte Breite der

Scheibe erfassen zu können, ist in einer vorteilhaften

Umsetzung des Erfindungsgedankens vorgesehen, dass in einem mit der Kamera aufgezeichneten Bild ein streifenfôrmiger

Aufnahmebereich der Scheibe erfasst wird, wobei der streifenformige Aufnahmebereich parallel zu der Querachse orientiert ist und die Scheibe entlang der Querachse vollstandig erfasst wird.

Um eine besonders genaue Bestimmung der Ebenheit entlang der

Querachse der Scheibe durchführen zu können, ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die dreieckigen Lichtmustermerkmale so orientiert sind, dass

Spitzen der Lichtmustermerkmale in oder entgegen der

Transportrichtung weisen. Des Weiteren kann es erfindungsgemäß auch vorgesehen sein, dass die Grundseite eines als gleichschenkliges Dreieck ausgestalteten

Lichtmustermerkmals parallel zu der Querachse orientiert ist.

Somit kann die durch die Beleuchtungseinrichtung erzeugte

Beleuchtung an der Querachse ausgerichtet werden und der

Aufnahmebereich der Kamera besonders einfach entlang der

Grundseite des auf die Scheibe projizierten Dreiecks ausgerichtet werden.

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Um eine besonders große Anzahl an dreieckigen

Lichtmustermerkmalen vermessen zu kônnen, ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Lichtmustermerkmale so orientiert sind, dass die Spitzen benachbarter dreieckiger Lichtmustermerkmale abwechselnd in beziehungsweise entgegen die Transportrichtung weisen. Die

Anzahl der dreieckigen Lichtmustermerkmale entlang der

Querachse bestimmt die Auflösung des Messverfahrens entlang der Querachse und damit über die Scheibenbreite. Somit ist die Anzahl an Datenpunkten zur Ermittlung von

Geometrieparametern besonders groß, um in jedem streifenformigen Aufnahmebereich und damit pro Pixelzeile der

Zeilenkamera lokale Krümmungen der Oberflächenverformung bestimmen zu kônnen.

Damit eine besonders genaue Bestimmung der Geometriemerkmale erfolgen kann, ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemalen Verfahrens vorgesehen, dass benachbarte

Lichtmustermerkmale mit voneinander verschiedenen

Lichtintensitäten auf die Scheibe projiziert werden. Somit kann ein besonders großer Kontrast zwischen zwei benachbarten

Lichtmustermerkmalen erzeugt werden. Damit sind beispielsweise die zur Bestimmung der Geometrieparameter verwendeten Schnittpunkte besonders genau bestimmbar.

Es ist auch möglich und erfindungsgemäß vorgesehen, dass nacheinander unterschiedlich ausgestaltete Lichtmuster auf die Scheibe projiziert und von der Kamera erfasst werden, wobei die Jeweils unmittelbar nebeneinander auf die Scheibe projizierten Lichtmustermerkmale jedes auf die Scheibe projizierten Lichtmusters so ausgestaltet und angeordnet sind, dass sich sämtliche senkrecht zu der Transportrichtung

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LU504045 bestimmte Merkmalsabstände zwischen einander zugewandten

Außenkonturen der unmittelbar nebeneinander projizierten

Lichtmustermerkmale voneinander unterscheiden.

Erfindungsgemäß können beispielsweise Lichtmuster mit dreieckförmigen Lichtmustermerkmalen verwendet werden, wobei die Dreiecke der nacheinander auf die Scheibe projizierten

Lichtmuster Jeweils beispielsweise unterschiedlich lange

Grundseiten aufweisen. Unterschiedliche

Oberflächenverformungen wirken sich unterschiedlich stark auf die Jeweils verwendeten Lichtmustermerkmale aus. Durch die

Verwendung verschiedener Lichtmustermerkmale in aufeinanderfolgenden Projektionsschritten können beliebige

Oberflächenverformungen gut ermittelt werden, da eine schwächere Auswirkung einer Oberflächenverformung auf ein erstes Lichtmuster durch eine stärkere Auswirkung der

Oberflächenverformung auf ein zweites Lichtmuster ausgeglichen werden kann.

Üblicherweise ist es in der Praxis nicht oder nur mit einem großen Aufwand möglich, die Kamera, die

Projektionseinrichtung und die Scheibe jeweils orthogonal zueinander auszurichten. Daher ist es zweckmäßig, vor der

Durchführung einer Messung eine Kalibrierung der

Messvorrichtung durchzuführen. Vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass bei der Auswertung der mit der Kamera erfassten Bilder eine in einem der Erfassung der

Bilder vorangegangenen Kalibrierschritt bestimmte Ausrichtung eines Aufnahmebereichs der Kamera in Bezug auf das projizierte Lichtmuster berücksichtigt wird. In Kenntnis der relativen Lage des Lichtmusters auf der Scheibe in Bezug auf die Kamera können die voranstehend beschriebenen

Auswertungsschritte sehr präzise durchgeführt werden.

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Die eingangs gestellte Aufgabe wird auch durch eine

Messvorrichtung gelöst, wobei die Messvorrichtung eine

Transportvorrichtung zur Verlagerung der Scheibe relativ zu der Beleuchtungseinrichtung und der Kamera oder zur

Verlagerung der Beleuchtungseinrichtung und der Kamera relativ zu der Scheibe in der Transportrichtung aufweist, wobei durch die Beleuchtungseinrichtung das Lichtmuster bestehend aus mehreren zweidimensionalen Lichtmustermerkmalen auf die Scheibe projizierbar ist, wobei die Kamera so ausgerichtet ist, dass das durch die Scheibe reflektierte

Lichtmuster zumindest teilweise mit der Kamera erfassbar ist, wobei mit der Auswerteinrichtung ein Geometrieparameter der durch die Kamera aufgezeichneten Lichtmustermerkmale bestimmbar ist, wobei die Kamera als Zeilenkamera ausgestaltet ist. Durch die Ausgestaltung der Kamera als

Zeilenkamera kann die Ausrichtung der Kamera relativ zu der

Scheibe besonders einfach und schnell erfolgen, da für eine

Ausrichtung des streifenfôrmigen Aufnahmebereichs auf der

Scheibe der streifenfôrmige Aufnahmebereich in einfacher

Weise parallel zu der Querachse ausgerichtet wird. Auch die

Anpassung der durch die Beleuchtungseinrichtung erzeugte

Beleuchtung der Scheibe kann auf den streifenfôrmigen Bereich gerichtet in einfacher Weise erfolgen.

Des Weiteren ist die Auswertung der durch die Zeilenkamera erfassten Bilder durch eine pixelzeilenweise Auswertung der

Bildinformationen einfach und schnell möglich. Die Auswertung einer Pixelzeile der Kamera kann in einer größeren Taktrate als die Auswertung einer Auswertung von flächigen

Bildinformationen, die mittels einer Flächenkamera aufgezeichnet werden, erfolgen. Damit kann die Bestimmung der

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Geometrieparameter durch Auswertung der Bilder besonders schnell erfolgen. Die Verwendung einer Zeilenkamera oder auch die erfindungsgemäß vorteilhafte Auswertung nur einzelner

Zeilen des erfassten Kamerabildes einer Flächenkamera erlaubt vorteilhafterweise eine hohe Ortsauflösung des Kamerabildes in der Transportrichtung.

Um eine stationäre Messvorrichtung besonders einfach umsetzen zu können, ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung des

Erfindungsgedankens vorgesehen, dass die Transportvorrichtung als Rollenförderbahn oder Bandförderbahn ausgestaltet ist, mit dem die Scheibe relativ zu der Beleuchtungseinrichtung und zur Kamera in Transportrichtung bewegt wird. Derartige

Rollenförderbahnen und Bandförderbahnen sind aus

Herstellungsanlagen für Glasscheiben bekannt, sodass diese für eine Positionierung der Scheibe in Transportrichtung genutzt werden können. Die Beleuchtungseinrichtung und die

Kamera können somit besonders einfach an einfach umzusetzende stationäre Profilkonstruktionen festgelegt werden. Eine aufwändige und möglicherweise teure Antriebseinrichtung zur

Bewegung der Beleuchtungsvorrichtung und der Kamera ist nicht notwendig. Somit kann ein Abstand der Beleuchtungsvorrichtung und/oder der Kamera relativ zu der Transportvorrichtung besonders einfach voreingestellt und justiert werden.

Für eine besonders gute Zugänglichkeit zu der

Beleuchtungseinrichtung und/oder zu der Kamera ist in einer vorteilhaften Umsetzung des Erfindungsgedankens vorgesehen, dass die Kamera auf einer der Rollenförderbahn oder der

Bandförderbahn abgewandten Seite der Scheibe angeordnet ist.

Somit können die Beleuchtungseinrichtung und die Kamera in einem gleichen Winkel zur Scheibe ausgerichtet werden.

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Vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die

Beleuchtungsvorrichtung eine Projektionslampe und ein vor der

Projektionslampe in einem Projektionsbereich der

Projektionslampe angeordnetes Lichtmusterelement aufweist, wobei das Lichtmusterelement mehrere durchscheinende Bereiche aufweist, wobei durch die durchscheinenden Bereiche das

Lichtmuster gebildet wird. Das Lichtmusterelement wird zwischen der Projektionslampe und der Scheibe angeordnet. Bei dem Lichtmusterelement kann es sich beispielsweise um eine

Folie handeln, die durchscheinende und nicht- oder schwachdurchscheinende Bereiche aufweist, durch die das

Lichtmuster gebildet wird.

Weitere Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens werden anhand von in den Zeichnungen dargestellten

Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung der Messvorrichtung in einer Seitenansicht,

Figur 2 eine schematische Darstellung der Messvorrichtung in einer Draufsicht,

Figur 3 eine schematische Darstellung eines auf die Scheibe projizierte Lichtmusters,

Figur 4 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts des in Figur 3 dargestellten Lichtmusters,

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Figur 5 eine schematische Darstellung von mittels der

Zeilenkamera aufgezeichneten und zusammengesetzten

Finzelbildern und

Figur 6 eine schematische Darstellung eines Lichtmusters mit

Lichtmustermerkmalen, die mehrere Lichtmustermerkmalteile aufweisen.

In Figur 1 ist eine schematische Darstellung der

Messvorrichtung in einer Seitenansicht gezeigt. Mit einer

Transportvorrichtung 1 wird eine Scheibe 2 relativ zu einer

Beleuchtungseinrichtung 3 und zu einer als Zeilenkamera ausgestalteten Kamera 4 positioniert. Dabei liegt die

Scheibe 2 flach und waagerecht auf einer Vielzahl von

Transportrollen 5 der als Rollenfôrderbahn 6 ausgestalteten

Transportvorrichtung 1 auf und wird in einer

Transportrichtung 7 positioniert. Mittels der

Beleuchtungseinrichtung 3 wird ein in Figur 3 gezeigtes

Lichtmuster 8 auf die Scheibe projiziert. Das aus einer

Vielzahl von in Figur 3 gezeigten Lichtmustermerkmalen 10 bestehende Lichtmuster 8 ist entlang einer senkrecht zu der

Transportrichtung 7 orientierten Querachse 11, die in Figur 2 dargestellt ist, auf die Scheibe 2 projiziert. Das durch die

Scheibe reflektierte Lichtmuster 8 wird zumindest teilweise mit der Kamera 4 erfasst. Dabei wird durch die als

Zeilenkamera ausgestaltete Kamera 4 ein streifenfôrmiger und entlang der Querachse ausgerichteter Aufnahmebereich 12 aufgezeichnet, der in Figur 4 dargestellt ist. Mit einer

Auswerteinrichtung 9 werden Geometrieparameter der durch die

Kamera 4 aufgezeichneten Lichtmustermerkmale 10 bestimmt.

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In Figur 3 ist eine schematische Darstellung des auf die

Scheibe 2 projizierten Lichtmusters 8 gezeigt. Das

Lichtmuster 8 ist aus mehreren nebeneinander angeordneten dreieckigen Lichtmustermerkmalen 10 gebildet. Die

Lichtmustermerkmale 10 sind so orientiert, dass die Spitzen benachbarter dreieckiger Lichtmustermerkmale 10 in die in

Figur 2 gezeigte Transportrichtung 7 weisen.

In Figur 4 ist eine schematische Darstellung eines

Ausschnitts des in Figur 3 dargestellten Lichtmusters 8 gezeigt. Seitenkanten der dreckigen Lichtmustermerkmale 10 bilden jeweils einen Polygonzugabschnitt 15. Zusammen bilden die Polygonzugabschnitte 15 den das gesamte dreieckige

Lichtmuster 10 umschließenden Polygonzug 16. Als

Geometrieparameter wird ein Abstand zwischen zwei

Schnittpunkten 13 verwendet, die durch einen Schnitt einer

Schnittgeraden 14 durch zwei Seiten des

Lichtmustermerkmals 10 erzeugt werden. Dabei ist die

Schnittgerade 14 durch den streifenförmigen

Aufnahmebereich 12 der Kamera 4 bestimmt.

In Figur 5 ist eine schematische Darstellung von mittels der in Figur 1 dargestellten Kamera 4 aufgezeichneten und zusammengesetzte Einzelbilder gezeigt. Dabei ist die

Oberflächenverformung der Scheibe 2 durch die Änderung der

Breite der mit der Kamera 4 innerhalb des Aufnahmebereichs 12 aufgezeichneten Lichtmustermerkmale 10 bestimmbar. Dabei ist die in Transportrichtung 7 durch die Oberflächenverformung der Scheibe 2 hervorgerufene Verzerrung des

Lichtmustermerkmals 10 in Form einer zyklischen und langwellenartigen Änderung der Breite des dreieckigen

Lichtmustermerkmals 10 erkennbar.

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In Figur 6 ist ein Ausschnitt eines Lichtmusters 8 dargestellt. Die Lichtmustermerkmale 10 dieses Lichtmusters 8 bestehen aus jeweils drei trapezfôrmigen Lichtmerkmalteilen 17. In Bezug auf die Darstellung unterhalb des Lichtmusters 8 ist ein Lichtband 18 unmittelbar angrenzend an das

Lichtmuster 8 auf die Scheibe projiziert.

In den Darstellungen der Figuren 1 bis 6 sind lediglich

Jeweils einzelne mehrerer gleichartiger Elemente exemplarisch mit einem Bezugszeichen gekennzeichnet.

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BEZUGSZEICHENTLTI® STE 1. Transportvorrichtung 2. Scheibe 3. Beleuchtungseinrichtung 4. Kamera 5. Transportrolle 6. Rollenfôrderbahn 7. Transportrichtung 8. Lichtmuster 9. Auswerteinrichtung 10. Lichtmustermerkmal 11. Querachse 12. Aufnahmebereich 13. Schnittpunkt 14. Schnittgerade 15. Polygonzugabschnitt 16. Polygonzug 17. Lichtmerkmalteile 18. Lichtband

Claims (21)

- 22 = VIO 1890 P LU LU504045 PATENTANSPRÜCHE

1. Messverfahren zur Bestimmung der Ebenheit einer transparenten Scheibe (2), wobei mittels einer Transportvorrichtung (1) die Scheibe (2) relativ zu einer Beleuchtungseinrichtung (3) und einer Kamera (4) oder die Beleuchtungseinrichtung (3) und die Kamera (4) relativ zu der Scheibe (2) in einer Transportrichtung (7) verlagert wird, wobei mit der Beleuchtungseinrichtung (3) ein Lichtmuster (8) bestehend aus mehreren zweidimensionalen Lichtmustermerkmalen (10) auf die Scheibe (2) projiziert wird, wobei die mehreren Lichtmustermerkmale (10) nebeneinander in einer senkrecht zu der Transportrichtung (7) orientierten Querachse (11) auf die Scheibe (2) projiziert werden, wobei das durch die Scheibe (2) reflektierte Lichtmuster (8) zumindest teilweise mit der Kamera (4) erfasst wird, wobei ein Geometrieparameter der durch die Kamera (4) aufgezeichneten Lichtmustermerkmale (10) bestimmt wird, und durch Auswertung mehrerer nacheinander von der Kamera (4) erfasster Bilder eine durch die Reflexionen an der Scheibe (2) hervorgerufene Veränderung des Geometrieparameters eines oder mehrerer Lichtmustermerkmale (10) ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umfangslinie der Lichtmustermerkmale (10) jeweils durch einen Polygonzug (16) gebildet wird, der mehrere geradlinig verlaufende Polygonzugabschnitte (15) aufweist, wobei einander zugewandte Polygonzugabschnitte (15) benachbarter Lichtmustermerkmale (10) nicht parallel zueinander ausgerichtet sind.

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2. Messverfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils unmittelbar nebeneinander auf die Scheibe projizierte Lichtmustermerkmale (10) so ausgestaltet und angeordnet sind, dass sich sämtliche senkrecht zu der Transportrichtung (7) bestimmte Merkmalsabstände zwischen einander zugewandten Außenkonturen der unmittelbar nebeneinander projizierten Lichtmustermerkmale (10) voneinander unterscheiden.

3. Messverfahren gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtmuster (8) aus dreieckigen Lichtmustermerkmalen (10) gebildet wird.

4. Messverfahren gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtmustermerkmale (10) aus mehreren in der Transportrichtung (7) hintereinander angeordneten und aneinander angrenzenden trapezförmigen Lichtmustermerkmalteilen (17) gebildet wird.

5. Messverfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Geometrieparameter einen Abstand zwischen zwei Schnittpunkten (13) beschreibt, die durch einen Schnitt einer Schnittgeraden (14) mit zwei Seiten des Lichtmustermerkmals (10) erzeugt werden.

6. Messverfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtmustermerkmale (10) ausgefüllt ausgestaltet sind.

7. Messverfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Transportrichtung (7) vor

- 24 - VIO 1890 P LU LU504045 und/oder hinter dem Lichtmuster (8) ein Lichtband (18) auf die Scheibe projiziert wird.

8. Messverfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtband (18) unmittelbar an das Lichtmuster (8) angrenzt, sodass die Lichtmustermerkmale (10) und das Lichtband (18) ineinander übergehen.

9. Messverfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dunkle Bereiche zwischen benachbart zueinander angeordneten Lichtmustermerkmalen (10) des Lichtmusters (8) ebenfalls von der Beleuchtungseinrichtung (3) beleuchtet werden, wobei eine Beleuchtungsintensität der dunklen Bereich geringer ist als die Beleuchtungsintensität heller Bereiche des Lichtmusters

(8).

10. Messverfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsintensität der dunklen Bereiche maximal 10%, vorteilhafterweise maximal 5% und besonders vorteilhafterweise maximal 2% der Beleuchtungsintensität der hellen Bereiche beträgt.

11. Messverfahren gemäß Anspruch 4 oder Anspruch 4 und einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich Beleuchtungsintensitäten der Lichtmustermerkmalteile (17) eines Lichtmustermerkmals (10) voneinander unterscheiden.

12. Messverfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem mit der Kamera (4) aufgezeichneten Bild ein streifenförmiger Aufnahmebereich (12) der Scheibe (2) erfasst wird, wobei der

- 25 - VIO 1890 P LU LU504045 streifenformige Aufnahmebereich (12) parallel zu der Querachse (11) orientiert ist und die Scheibe (2) entlang der Querachse (11) vollständig erfasst wird.

13. Messverfahren gemäß Anspruch 3 oder Anspruch 3 und einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die dreieckigen Lichtmustermerkmale (10) so orientiert sind, dass Spitzen der Lichtmustermerkmale (10) in oder entgegen der Transportrichtung weisen.

14. Messverfahren gemäß Anspruch 3 oder Anspruch 3 und einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtmustermerkmale (10) so orientiert sind, dass die Spitzen benachbarter dreieckiger Lichtmustermerkmale (10) abwechselnd in beziehungsweise entgegen die Transportrichtung (7) weisen.

15. Messverfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Lichtmustermerkmale (10) mit voneinander verschiedenen Lichtintensitäten auf die Scheibe (2) projiziert werden.

16. Messverfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nacheinander unterschiedlich ausgestaltete Lichtmuster (8) auf die Scheibe (2) projiziert und von der Kamera (4) erfasst werden, wobei die jeweils unmittelbar nebeneinander auf die Scheibe projizierten Lichtmustermerkmale (10) jedes auf die Scheibe projizierten Lichtmusters (8) so ausgestaltet und angeordnet sind, dass sich sämtliche senkrecht zu der Transportrichtung (7) bestimmte Merkmalsabstände zwischen einander zugewandten Außenkonturen der unmittelbar nebeneinander projizierten Lichtmustermerkmale (10) voneinander unterscheiden.

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17. Messverfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auswertung der mit der Kamera (4) erfassten Bilder eine in einem der Erfassung der Bilder vorangegangenen Kalibrierschritt bestimmte Ausrichtung eines Aufnahmebereichs der Kamera (4) in Bezug auf das projizierte Lichtmuster (8) berücksichtigt wird.

18. Messvorrichtung zur Durchführung des Messverfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 17, wobei die Messvorrichtung eine Transportvorrichtung (1) zur Verlagerung der Scheibe (2) relativ zu der Beleuchtungseinrichtung (3) und der Kamera (4) oder zur Verlagerung der Beleuchtungseinrichtung (3) und der Kamera (4) relativ zu der Scheibe (2) in der Transportrichtung (7) aufweist, wobei durch die Beleuchtungseinrichtung (3) das Lichtmuster (8) bestehend aus mehreren zweidimensionalen Lichtmustermerkmalen (10) auf die Scheibe (2) projizierbar ist, wobei die Kamera (4) so ausgerichtet ist, dass das durch die Scheibe (2) reflektierte Lichtmuster (8) zumindest teilweise mit der Kamera (4) erfassbar ist, wobei mit der Auswerteinrichtung (9) ein Geometrieparameter der durch die Kamera (4) aufgezeichneten Lichtmustermerkmale (10) bestimmbar ist, wobei die Kamera (4) als Zeilenkamera ausgestaltet ist.

19. Messvorrichtung gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportvorrichtung (1) als Rollenförderbahn oder als Bandförderbahn ausgestaltet ist, mit dem die Scheibe (2) relativ zu der Beleuchtungseinrichtung (3) und zur Kamera (4) in Transportrichtung (7) bewegt wird.

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20. Messvorrichtung gemäß Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (4) auf einer der Rollenfôrderbahn oder der Bandfôrderbahn abgewandten Seite der Scheibe (2) angeordnet ist.

21. Messvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung (3) eine Projektionslampe und ein vor der Projektionslampe in einem Projektionsbereich der Projektionslampe angeordnetes Lichtmusterelement aufweist, wobei das Lichtmusterelement mehrere durchscheinende Bereiche aufweist, wobei durch die durchscheinenden Bereiche das Lichtmuster (8) gebildet wird.