WO2022189327A1 - Iterative method for determining the surface shape of a sheet- or layer-like object with high measurement accuracy - Google Patents

Iterative method for determining the surface shape of a sheet- or layer-like object with high measurement accuracy Download PDF

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WO2022189327A1
WO2022189327A1 PCT/EP2022/055688 EP2022055688W WO2022189327A1 WO 2022189327 A1 WO2022189327 A1 WO 2022189327A1 EP 2022055688 W EP2022055688 W EP 2022055688W WO 2022189327 A1 WO2022189327 A1 WO 2022189327A1
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WO
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pane
glass
shape
plastic
radiation source
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/055688
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German (de)
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Inventor
Michael Balduin
Günther SCHALL
Ildar KHISAMITOV
Anton Lord
Eugen NEU
Original Assignee
Saint-Gobain Glass France
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Publication date
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    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
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    • G01N21/95Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
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    • G01B2210/50Using chromatic effects to achieve wavelength-dependent depth resolution

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the surface shape of a plate-like or layer-like object.
  • HUD head-up displays
  • the optical quality is influenced in particular by the bending process of the glass panes, but also by the surface properties of the components of the vehicle pane, which can be subject to certain stochastic fluctuations.
  • it is customary, for example, to measure a refractive power distribution on the finished pane using optical instruments, for example using the commercially available ISRA measuring system from franvision.
  • the optical refractive power is essentially determined by the pane thickness, which is locally dependent on the shape of the pane surfaces, it is in principle conceivable to simulate the refractive power distribution. This requires very precise measuring methods to determine the surface shape.
  • a common method for measuring glass panes is, for example, chromatic-confocal distance measurement with a so-called confocal sensor.
  • the radiation from a light source is chromatically dispersed, so that the focus is strongly dependent on the wavelength.
  • the reflected radiation is detected according to the confocal principle and analyzed with regard to wavelength. From the dominant wavelength of the detected radiation, the distance between the pane surface and the light source can be deduced.
  • Measurements from confocal sensors and similar devices are then possible with a particularly high level of accuracy if the light beam hits the pane surface at an angle of incidence of 90°.
  • the arrangement of the confocal sensor must therefore already be based on information about the pane surface.
  • a measurement accuracy of about 30 pm can be achieved, which is not sufficient for an exact simulation of the optical properties.
  • the object of the present invention is to provide a method for determining the surface shape of a plate-like or layer-like object, with which better measurement accuracy can be achieved.
  • the method should be suitable in particular for mathematically determining the optical properties, for example the local refractive power, of window panes, in particular vehicle panes, from the determined surface shape.
  • the method according to the invention serves to determine the surface shape of a plate-like or layer-like object.
  • the surface shape can also be referred to as surface geometry. It is an iterative process based on a measurement of the spatial Position of a variety of measurement points is based. Starting from the specified nominal geometry, the measured surface shape is further approximated to the real surface shape with each iteration, with the iterations being carried out until the deviations are smaller than a previously specified accuracy value.
  • the measuring accuracy of optical measuring methods can be significantly improved by the iterative method. In particular, it is possible to choose the measurement accuracy required for the intended purpose (for example a simulation of the optical properties) according to the requirements in the individual case.
  • the sheet or sheet-like article has two major surfaces and an edge surface extending therebetween.
  • the item is characterized by a length, a width, and a thickness.
  • the length and width dimensions are those spatial directions in which the main surfaces are spanned.
  • the thickness corresponds to the distance between the main surfaces - the edge surface therefore extends in the thickness dimension between the main surfaces.
  • the thickness is significantly smaller than the width and length, which gives the object its plate-like or layered character.
  • the shape of at least one area of at least one surface of the plate-like or layer-like object is determined with a measurement accuracy which is less than a predetermined accuracy value by:
  • a plurality of measuring points is defined on the initial form
  • the spatial position of the measuring points is determined using an optical measuring method, the surface being irradiated by an electromagnetic radiation source and the reflected radiation being detected by a sensor
  • the deviation of the position measured in method step (c) from the position assumed in method step (b) is determined for each measuring point
  • Said sheet or sheet-like object is preferably a rigid sheet or sheet-like object, in particular a curved rigid sheet or sheet-like object, such as a glass pane or plastic sheet, or a flexible sheet or sheet-like object, such as a polymer film.
  • the plate-like or layer-like object is particularly preferably a vehicle window or is provided as part of a vehicle window.
  • Said vehicle window can be designed as:
  • - Laminated pane comprising a first glass or plastic pane and a second
  • Glass or plastic pane which are connected to each other via at least one thermoplastic polymer film.
  • Said components of a vehicle pane are, in particular, two glass or plastic panes and at least one thermoplastic polymer film, which are to be connected to form a composite pane, so that the glass or plastic panes are laminated to one another via the at least one polymer film.
  • a surface shape of said surface is first assumed, which is referred to as the initial shape within the meaning of the invention.
  • the initial form can also be referred to as the nominal form.
  • the specified pane geometry is preferably used as the starting shape, which the pane should ideally have and for which the bending process and the bending tools have been designed.
  • a flat object such as a flat pane of glass or plastic or a polymer film
  • a perfectly flat surface can be used as the initial shape.
  • the shape of the entire surface of the object can be determined or only a portion of the surface.
  • the surface shape is used to determine optical properties, often only an area of the surface is measured whose optical properties are decisive for the respective application, for example a camera or sensor area or a HUD area.
  • a plurality of measurement points are defined on the initial shape. The measurement points are those points whose spatial position is then to be determined.
  • the measuring points are preferably distributed in a grid-like manner in the area of the surface, that is to say as a regular pattern distributed in said area, for example in the form of rows and columns. In principle, however, the measuring points can also be distributed irregularly. The higher the density of the measuring points, the more precisely the surface shape can be approximated, but the more complex and time-consuming the process is.
  • the distance between adjacent measuring points is at most 20 mm, preferably at most 15 mm, particularly preferably at most 10 mm, very particularly preferably at most 5 mm, in particular at most 2 mm or even at most 1 mm. Good results are achieved with this.
  • the distance between adjacent measuring points is at least 0.01 mm or at least 0.1 mm, for example.
  • the spatial position of the individual measuring points is then determined using an optical measuring method.
  • the surface of the object at the measuring point is irradiated with electromagnetic radiation, which is emitted by a radiation source directed at the measuring point.
  • the radiation reflected from the surface is detected by a sensor and used to determine the spatial position of the respective measuring point.
  • the reflected radiation can be, in particular, reflected or scattered radiation.
  • Said electromagnetic radiation is preferably light in the visible spectral range. In principle, however, radiation from other spectral ranges can also be used, for example UV or IR radiation.
  • such an optical measuring method is used, the measuring accuracy of which depends on the relative positioning of the radiation source to the surface, in particular on the angle of incidence with which the surface is irradiated. This is the case in particular with measurement methods that are based on the detection of reflected radiation. In such measurement methods, the radiation thrown back by the surface to be measured is reflected radiation. Since a deviation of the real surface shape from the nominal shape (which is used to align the radiation source) reduces the measurement accuracy in such measurement methods, the method according to the invention has a particularly advantageous effect and can improve the measurement accuracy to a particular extent.
  • said optical measurement method is carried out using a confocal sensor, with which a chromatic-confocal distance measurement is carried out.
  • the confocal sensor is also often referred to as a confocal chromatic sensor or chromatic confocal sensor.
  • a punctiform radiation source typically realized by a radiation source behind a pinhole, is focused onto the surface with at least one non-color-corrected, i.e. dispersive lens.
  • a white point light source is used, which emits visible light with a uniform spectral distribution.
  • other spectral distributions can also be used as long as they are taken into account accordingly in the evaluation.
  • the spectral range used determines the measuring range, i.e.
  • the distance range that is accessible through the measurement - it can be selected according to the requirements in the individual case. If the radiation intensity is not evenly distributed, the detected radiation must be weighted accordingly. Due to the chromatic aberration, the focal plane is wavelength-dependent, with shorter-wave radiation components being focused at a smaller distance from the lens and longer-wave radiation components at a greater distance from the lens.
  • the light reflected from the surface passes through the same lens (or the same lens system) according to the confocal principle, is decoupled from the illumination beam path with a beam splitter and typically imaged on a pinhole diaphragm behind which the sensor is arranged.
  • the sensor is suitable for detecting the reflected radiation in a spectrally resolved manner.
  • the sensor is essentially a spectrometer, with which the dominant wavelength of the reflected radiation is determined. Due to the dispersion of the radiation, this dominant wavelength depends on the distance between the radiation source and the reflecting surface, which means that a statement can be made about this distance, which in turn results in the spatial position of the respective measuring point.
  • the confocal sensor is preferably arranged at each measuring point with an angle of incidence of 90° to the initial shape. This means that the confocal sensor is arranged at each measuring point in such a way that the radiation source irradiates the surface assumed as the initial shape at the respective measuring point with an irradiation angle of 90°.
  • the measurement accuracy of the confocal sensor is optimal at an angle of incidence of 90°. Since the actual surface shape typically deviates more or less from the original shape, the measurement accuracy is reduced. The measured shape is gradually approximated to the actual shape by the iterations according to the invention, so that a significantly improved measurement accuracy is obtained.
  • the spatial position of the measurement points can be determined, for example, in the form of spatial coordinates or as a distance from the radiation source in the radiation direction. If the position of the radiation source and the direction of radiation are known, both specifications are equivalent and can be converted into one another.
  • the described measurement with the confocal sensor provides the stated distance from the radiation source as a measurement result.
  • the spatial position can be determined by optical triangulation, in particular laser triangulation, or by optical phase shifting, in particular laser phase shifting.
  • optical triangulation in particular laser triangulation
  • optical phase shifting in particular laser phase shifting
  • the laser triangulation is based on a distance measurement by angle calculation.
  • Laser radiation is directed at a measuring point on the surface of the object to be measured and reflected or scattered there.
  • the reflected radiation hits a spatially resolving sensor at a certain angle.
  • the distance to the measuring point is calculated from the position of the point of light on the sensor and from the distance from the radiation source to the sensor.
  • the deviation of the measured spatial position from the position assumed on the basis of the initial shape is then determined for each measuring point. This determination of the deviation can already take place for measured measuring points before all measuring points have been measured, or collectively for all measuring points after the measurement all measuring points. This deviation is a measure of the extent to which the assumed initial shape matches the measured surface shape - it is also a measure of the measurement accuracy that has already been achieved.
  • Said deviation is the absolute value of the vector between the assumed position of the measuring point and the measured position.
  • it results as the absolute difference between the measured and the assumed distance of the measuring point from the radiation source in the radiation direction.
  • An adapted surface shape is then determined from the measured position of all measuring points, for example by means of a suitable simulation using interpolation.
  • the next iteration of the measurement method is carried out.
  • the adjusted surface shape determined in the previous iteration is used as the new starting shape.
  • measurement points are defined, the radiation source is arranged relative to these measurement points on the adapted initial shape, its spatial position is determined and its deviation from the assumed position is determined. A comparison of these deviations with the previously defined accuracy value provides the decision as to whether a further iteration is necessary.
  • the fitted surface shape determined in the last iteration is the result of the measurement and is treated as the measured surface shape (final shape).
  • a comparison of the deviation that occurs and the previously specified accuracy determine whether the desired measuring accuracy has been achieved.
  • the deviation is determined for each measuring point and then a mean value of all deviations is determined.
  • the measuring accuracy is considered to be achieved when the mean value is smaller than the accuracy value.
  • Which type of averaging is used e.g. arithmetic mean, geometric mean or root mean square
  • the arithmetic mean as the sum of all absolute deviations divided by the number of measuring points and the square mean as the square root of the quotient of the sum of all squared deviations divided by the number of measuring points are particularly suitable.
  • the deviation of each measuring point can be compared individually with the accuracy value. The measuring accuracy is considered to have been achieved when the deviation for each measuring point is smaller than the accuracy value.
  • the specified accuracy value is at most 10 ⁇ m, preferably at most 5 ⁇ m, particularly preferably at most 2 ⁇ m, for example from 0.5 ⁇ m to 10 ⁇ m, from 0.5 ⁇ m to 5 ⁇ m or from 0.5 ⁇ m to 2 ⁇ m .
  • the optical properties of the plate-like or layer-like object in particular can be determined with high precision.
  • the object whose surface shape is to be determined is a transparent object.
  • a transparent object is understood to mean an object which has a transmission of at least 10%, preferably at least 20%, particularly preferably at least 50%, very particularly preferably at least 70%, in the visible spectral range from 380 nm to 780 nm.
  • the stated values particularly preferably apply to the entire visible spectral range, so that the transmission is not below the stated values at any point in the spectral range.
  • the transparent object is preferably a glass pane, a plastic pane, a polymer film or a composite thereof, for example a composite pane made from a first glass or plastic pane and a second glass or plastic pane which are connected to one another via at least one polymer film.
  • the spatial position of the measuring points is determined using the preferred method of chromatic-confocal distance measurement, it is possible to determine the measuring points of both surfaces with a single measurement (simultaneously) if the dispersed radiation of the confocal sensor has a larger extent than the thickness of the plate-like or sheet-like object.
  • Two dominant wavelengths can then be identified in the reflection spectrum, the distance to the surface facing the radiation source being able to be determined from the one with the shorter wavelength and the distance to the surface facing away from the radiation source being determined from the one with the longer wavelength. If the thickness of the object is too great for both surfaces to be measured simultaneously, the two surfaces can be measured independently of one another by adjusting the distance between the radiation source and the object, or the radiation first on one surface and then on the other is focused.
  • the two or more objects are in particular independently selected from glass panes, plastic panes and polymer films.
  • a confocal sensor it is possible to measure all surfaces of the objects simultaneously with a confocal sensor if its measuring range is large enough. If the measuring range is only sufficient for measuring a single surface or a subgroup of all surfaces, the measurement is carried out in several steps, whereby the confocal sensor is moved or focused differently.
  • the method according to the invention can be carried out, for example, on window panes in architecture or their individual components, on window panes in vehicles or their individual components, on glass panes as part of furnishings, furniture or electronic devices or on optical lenses.
  • the glass panes can optionally be provided with coatings, in particular transparent coatings, such as are customary, for example, as IR-reflecting sun protection coatings or low E coatings.
  • the method according to the invention is carried out on window panes, in particular curved vehicle panes or their individual components.
  • a curved single pane of glass preferably thermally toughened single pane of glass (ESG, single-pane safety glass); a curved laminated pane, comprising a first and a second pane of glass or plastic, in particular pane of glass, which are connected to one another via at least one thermoplastic polymer film; two curved panes of glass or plastic, in particular panes of glass, which are intended to be connected via at least one thermoplastic polymer film to form a composite pane; for this purpose, the two panes of glass or plastic essentially have the same curvature; the two panes of glass or plastic can be measured individually or simultaneously one on top of the other; two curved glass or plastic panes, in particular glass panes, and at least one thermoplastic polymer film, the glass or plastic panes being intended to be connected via the at least one thermoplastic polymer film to form a composite pane; for this purpose, the two panes of glass or plastic essentially have the
  • the single glass pane mentioned above can in particular be a side window, a rear window or a roof window of a vehicle, in particular a motor vehicle, for example a passenger car.
  • the composite panes mentioned above can in particular be a windshield, a roof pane, a rear window or a side window of a vehicle, in particular a motor vehicle, for example a passenger car.
  • the method according to the invention is used on window panes, in particular curved vehicle panes (in particular single glass panes or composite panes) or their individual components (in particular two panes of glass or plastic and at least one polymer film which are intended to be laminated to form a composite pane) and the surface shape determined according to the invention is used to determine optical or mechanical properties on the basis thereof.
  • Simulation methods known per se are used for this determination, for example so-called ray tracing methods for determining optical properties.
  • Exemplary applications are:
  • a camera or sensor area is understood to be an area of the window pane that lies in the detection beam path of a camera or sensor mounted on or in the window pane, which is therefore traversed by electromagnetic radiation, which is then detected by the camera or sensor;
  • HUD head-up display
  • Measurement of the local wedge angles of a wedge-shaped glass pane or polymer film Measurement of the distribution of local thicknesses and the local distance between two glass panes lying on top of each other in order to determine an influence on stresses in the glass due to mechanical deformation when these two glass panes are connected by lamination to form a composite pane; optionally, the surface shape of the thermoplastic polymer film used for lamination can also be determined in order to achieve an even more precise result;
  • Quantitative evaluation of the reflection optics of the window pane for example within a see-through area or a camera or sensor area.
  • the glass panes can also be provided with additional elements whose surface shape and local thickness distribution can be determined using the method according to the invention.
  • additional elements whose surface shape and local thickness distribution can be determined using the method according to the invention. Examples of this are transparent or opaque coatings, printed elements (especially in the screen printing process), primer layers, adhesive layers, solder contacts, camera mounting plates or other add-on parts (for example made of plastic or metal).
  • refractive power refers to the optical refractive power, which can also be referred to as the refractive index and represents the reciprocal of an optical focal length.
  • the aforementioned camera or sensor area can be provided for sensors and/or cameras as part of a driver assistance system (Advanced Driver Assistance System, ADAS).
  • ADAS Advanced Driver Assistance System
  • optical cameras, IR cameras, radar sensors and/or lidar sensors are used in particular.
  • the HUDs mentioned above can be classic or contact-analogous HUDs (augmented reality HUD, AR-HUD).
  • AR-HUD augmented reality HUD
  • elements of the environment are included in the display, for example pedestrians or traffic signs are marked or navigation arrows are projected onto the road.
  • the AR-HUD differs from the classic HUD in particular by a larger HUD area and a larger projection distance (distance of the virtual image from the projector).
  • the object is a single pane of glass or plastic, preferably a curved pane of glass or plastic preferably a curved glass pane, in particular thermally toughened glass pane.
  • the object is intended in particular as a vehicle window, for example as a side window, rear window or roof window.
  • a refractive power distribution is very particularly preferably simulated from the surface shape of the two surfaces determined in this way, from which, for example, the quality of the transmission optics (in particular any optical distortions or the occurrence of double images) of the entire pane or a region thereof is determined.
  • the area can be, for example, a central viewing area or a camera or sensor area.
  • the surface waviness determined in this way is determined from the surface shape of the two surfaces, the reflection optics (in particular the occurrence of reflections) or the surface shape and local thickness distribution of additional elements applied to the pane surface, such as screen prints, coatings, solder contacts, adhesive or primer layers or add-on parts.
  • the object is a composite pane, preferably a curved composite pane, comprising a first glass or plastic pane (particularly glass pane) and a second glass or plastic pane (particularly glass pane), which are connected to one another via at least one polymer film.
  • the object is intended in particular as a vehicle window, for example as a windshield, side window, rear window or roof window, very particularly preferably as a windshield.
  • the surface shape of the two external surfaces of the two glass or plastic panes facing away from the polymer film is determined (preferably simultaneously). During the measurement, one of these surfaces preferably faces the radiation source and the other faces away from the radiation source.
  • the shape of the surface of the first glass or plastic pane facing away from the radiation source and away from the polymer film and of the surface of the second glass or plastic pane facing away from the radiation source and away from the polymer film is thus determined. Either the shape of the entire surfaces or a portion of them is determined. Very particularly preferably, a refractive power distribution (distribution of local refractive powers) is simulated from the surface shape of the surfaces determined in this way, from which, for example, the quality of the transmission optics (in particular any optical distortions or the occurrence of double images) of the entire pane or a portion thereof is detected.
  • the area can be, for example, a central viewing area (in the case of a windshield, in particular field of vision A or field of vision B according to ECE- R43 (Regulation No. 43 of the Economic Commission of the United Nations for Europe (UN/ECE)), a HUD area or a camera or sensor area
  • the representation of a head-up display (HUD) is determined from the surface shape of the surfaces determined in this way, in particular with regard to distortions, image rotations, blurring, or the occurrence of ghost images as a result of multiple reflection of the radiation of the HUD projector
  • the local wedge angle of a wedge-shaped composite pane, the reflection optics (in particular the occurrence of reflections), the surface waviness or the surface shape and local thickness distribution of additional elements attached to the pane surface are determined from the surface shape determined in this way , such as screen prints, coatings, Solder contacts, adhesive or primer layers or attachments.
  • the surface shape of the surface facing the radiation source and the surface facing away from the radiation source of a first glass or plastic pane (in particular glass pane) and a second glass or plastic pane (in particular glass pane) is determined, as well as the surface shape of the surface facing the radiation source Surface and facing away from the radiation source surface of at least one polymer film.
  • the two glass or plastic panes are intended to be connected via the at least one polymer film to form a composite pane and are preferably curved, in particular have the same curvature.
  • the resulting laminated pane is intended in particular as a vehicle pane, for example as a windshield, side window, rear window or roof pane, very particularly preferably as a windshield.
  • a refractive power distribution (distribution of local refractive powers) is very particularly preferably simulated from the surface shape of the surfaces determined in this way, from which, for example, the quality of the transmission optics (in particular any optical distortions or the occurrence of double images) of the entire resulting composite pane or a region thereof is determined.
  • the area can be, for example, a central see-through area (in the case of a windshield, in particular field of view A or field of view B according to ECE-R43), a HUD area or a camera or sensor area.
  • HUD head-up display
  • an influence on stresses in the glass due to mechanical deformation during lamination can be determined from the surface shape determined in this way.
  • the local wedge angle of a wedge-shaped pane of glass or polymer film, the reflection optics (in particular the occurrence of reflections), the surface waviness or the surface shape and local thickness distribution of additional elements are determined from the surface shape determined in this way or attachments.
  • the method is carried out on two glass or plastic panes (in particular glass panes) lying on top of one another, in particular on two curved glass or plastic panes (in particular glass panes) lying on top of one another.
  • the surface shape of the surface facing the radiation source and the surface of the two glass or plastic panes facing away from the radiation source is determined. From this, a distribution of the local thicknesses of the two panes of glass or plastic and a distribution of the local distance between the surfaces of the two panes of glass or plastic facing one another are determined.
  • the two panes of glass or plastic are intended to be connected via at least one thermoplastic polymer film to form a composite pane, and an influence on stresses in the glass due to mechanical deformation during lamination is determined from the thickness and distance distribution.
  • the resulting composite pane is intended in particular as a vehicle pane, for example as a windshield, side pane, rear pane or roof pane.
  • the method is carried out on two panes of glass or plastic (in particular panes of glass) which are intended to be connected via at least one thermoplastic polymer film to form a composite pane.
  • the two panes of glass or plastic are preferably curved, in particular have the same curvature.
  • the laminated pane is preferably a vehicle windscreen.
  • the two areas are arranged congruently with one another in the composite pane and form a HUD area as a reflection surface for a HUD projector.
  • a wedge angle is calculated (or a distribution of local wedge angles) required to capture the main image (reflection from one of the two said surfaces) and the ghost image (reflection on the other of said two surfaces) of the HUD to overlap.
  • the two panes of glass or plastic can be measured individually or simultaneously one on top of the other.
  • glass panes are preferably made of soda-lime glass, as is customary for window panes.
  • the thickness of the glass pane can be freely selected according to the requirements in the individual case. Typical thicknesses for glass panes as vehicle panes or components thereof are in the range from 0.5 mm to 20 mm, in particular 1 mm to 5 mm.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a confocal sensor during an embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 2 shows a plan view of a laminated pane as the subject of the method according to the invention
  • FIG. 3 shows a schematic view of the assumed initial shape and the real surface shape of a plate-like object during an embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 5 shows a cross section of a laminated pane as the subject of the method according to the invention.
  • FIG. 6 shows a cross section through two glass panes lying one on top of the other as the subject of the method according to the invention.
  • FIG. 1 illustrates an optical measuring method for determining the spatial position of a measuring point on the surface of a plate-like or layer-like object, which can be used in the iterative method according to the invention.
  • the measuring method is carried out as a chromatic-confocal distance measurement with a K confocal sensor.
  • the confocal sensor K contains a radiation source 5 which emits visible, white light.
  • the radiation source 5 is arranged behind a pinhole 7, as a result of which it acts as a point light source.
  • the radiation S from the radiation source 5 is focused via a system of lenses 9, 10 onto a plate-like or layer-like object, for example a pane of glass 1.
  • the lenses 9, 10 shown are only to be understood as examples—in reality, a significantly larger number of lenses can be used in order to suitably shape the radiation S.
  • the focusing lens 10 (or the focusing lens system) is not chromatically corrected, so that the focal point is strongly dependent on the wavelength (chromatic aberration).
  • the radiation S is split up along the optical axis depending on the wavelength, with the focal point being closer to the confocal sensor K the higher the energy of the steel S is.
  • the radiation S ideally strikes the surface I of the glass pane 1 at an angle of incidence of 90°, is reflected by it again in the direction of the confocal sensor K and is collected by the lens 10 .
  • the reflected radiation S is at least partially decoupled from the excitation beam path by a beam splitter 12 and focused by at least one additional lens 11 onto an additional pinhole diaphragm 8 behind which a sensor 6 is located.
  • the pinhole diaphragm 8 ensures that those radiation components that do not come from the object plane are largely masked out.
  • the pinholes 7 and 8 are preferably identical in construction.
  • the sensor 6 is a radiation detector in the manner of a spectrometer and is suitable for determining the spectral distribution of the reflected light. In this way, that wavelength can be determined which dominates the reflection spectrum - that is, in the focus of which the reflecting surface I was arranged. From the knowledge of the focal widths of the individual wavelengths, the distance between the surface I and the confocal sensor K can be determined directly from the dominant wavelength.
  • both surfaces I, II of the transparent glass pane 1 can be measured simultaneously if the thickness of the glass pane 1 is less than the measuring range of the confocal sensor K.
  • the measuring range is limited by the dispersion of the radiation S due to chromatic aberration is determined and corresponds to the expansion of the dispersed radiation along the optical axis. If both surfaces I, II are within the measuring range, two reflection signals can be determined and the distance between the two and the confocal sensor K can be determined.
  • the measured plate-like or sheet-like object is curved.
  • the glass pane 1 is shown planar for the sake of simplicity.
  • FIG. 2 shows a plan view of a composite pane V as an example of a plate-like or layer-like object (FIG. 2(a)) whose surface shape is to be determined using the method according to the invention.
  • the laminated pane V is the windshield of a motor vehicle and consists of two panes of glass which are connected to one another via a thermoplastic polymer film.
  • An area B of the laminated pane V is provided as a camera and sensor area.
  • Optical cameras and other sensors are to be mounted on the surface of the laminated pane V on the interior side (For example, radar and lidar sensors) for a driver assistance system (Advanced Driver Assistance System, ADAS) are attached, which electromagnetic radiation passing through the area B can detect.
  • ADAS Advanced Driver Assistance System
  • the optical properties of the area B are to be determined by calculation, for example using ray tracing methods. This requires precise knowledge of the surface shape of the laminated pane V in area B, in particular the surface shape of the two external surfaces of the glass panes facing away from the polymer film, i.e. the outside surface of the outer pane and the interior surface of the inner pane. This results in particular in a local distribution of the slice thicknesses.
  • the area B is shown enlarged in Figure 2(b).
  • a large number of measuring points 4 are defined within the area B, which are distributed in a grid-like manner in the form of rows and columns, the distance between adjacent measuring points 4 (within a row or column) being 1 mm, for example.
  • the spatial positions of the surfaces at these measuring points are to be measured using the iterative method according to the invention.
  • Figure 3 schematically illustrates the measurement of a measuring point 4 using the confocal sensor K from Figure 1.
  • the confocal sensor K In order to provide the best possible measuring accuracy, the confocal sensor K must be arranged at each measuring point 4 in relation to the surface to be measured in such a way that the radiation S has an angle of incidence a of 90 ° strikes said surface. Since the operator initially has no other data available, this alignment of the confocal sensor K is carried out using the theoretical nominal geometry - i.e. in the case of a bent glass pane using the specified surface shape for which the glass bending process and the glass bending tools were designed. The method is based on this nominal geometry as the initial form F1.
  • the real shape R of the surface deviates from this initial shape F1.
  • the real angle of incidence a' is not 90°, but deviates from it to a greater or lesser extent. This reduces the measurement accuracy of the measurement with the confocal sensor K.
  • FIG. 4 schematically illustrates an iteration of the measurement method according to the invention.
  • a large number of measurement points 4 are defined on the initial form F1.
  • the confocal sensor K is arranged at each measuring point 4 with an angle of incidence a of 90° the spatial position 4' of the respective measurement point 4 is measured, in particular as the distance of the measurement point 4 from the confocal sensor K in the beam direction (FIG. 4(a)).
  • An adapted form F2 of the surface is determined from the positions 4' thus determined, for example by interpolation (FIG. 4(b)). Because of the limited measurement accuracy of the confocal sensor K, this adapted form F2 still deviates from the real form R of the surface.
  • a more accurate result is achieved with a further iteration of the method, with the adapted form F2 determined in the first iteration being used as the new initial form F1.
  • the confocal sensor K is now arranged at each measuring point with an angle of incidence of 90° to this new initial form F1.
  • the deviation of the real angle of incidence a' from 90° is now less pronounced than in the first iteration, and the measurement result is therefore more accurate.
  • the iteration process is aborted when the deviation of the measured positions 4' from the respective measuring point 4 determined in one iteration is less pronounced than a previously specified accuracy value.
  • the mean value of the deviations can be used and the method can then be aborted if the mean value is less than the accuracy value.
  • each deviation value can be compared individually with the accuracy value and the method can only be terminated when the deviation at each individual measuring point is less than the accuracy value.
  • the adjusted shape F2 determined in the last iteration forms the final result of the method (final shape). This final shape can now be used, for example, to carry out optical simulations in order to predict the optical properties.
  • FIG. 5 shows the cross section of the composite pane V from FIG. 2.
  • the composite pane V is again shown planar, although in reality the windshield is curved.
  • the composite pane V is formed from a first glass pane 1 and a second glass pane 2 which are connected to one another via a thermoplastic polymer film 3 .
  • the first glass pane 1 is, for example, the outer pane, which in the installed position faces the outside environment
  • the second glass pane 2 is the inner pane, which in the installed position faces the vehicle interior.
  • the first glass pane 1 has an outside surface I and an inside surface II.
  • the second glass pane 2 has an outside surface III and an inside surface IV.
  • the interior surface II of the first glass pane 1 and the outside surface III of the second glass pane 2 face the polymer film 3 and the respective other glass pane.
  • the surface shape of both external surfaces I, IV can be determined simultaneously, as is illustrated in FIG. 1 for a single pane of glass. Otherwise, two separate measurements are performed.
  • area B is a camera or sensor area, this can be used to determine the transmission and reflection behavior, for example, in order to determine the effectiveness of the cameras and sensors. If the area B is a HUD area, distortions or rotations of the HUD display can be determined or a
  • FIG. 6 shows the cross section of two glass panes 1, 2 lying one on top of the other as a further exemplary application of the method according to the invention.
  • these glass panes 1, 2 are also bent and intended for this purpose via a polymer film

Abstract

The present invention relates to a method for determining the surface shape of a sheet- or layer-like object (1, 2, 3, V), wherein the shape of at least one region (B) of at least one surface (I, II, III, IV) of the object (1, 2, 3, V) is ascertained with a measurement accuracy below a predefined accuracy value by (a) providing an assumed surface shape of the surface (I, II, III, IV) as an initial shape (F1), (b) defining a plurality of measurement points (4) on the initial shape (F1), (c) ascertaining the spatial position (4') of the measurement points (4) by means of an optical measuring method, wherein the surface (I, II, III, IV) is irradiated by an electromagnetic radiation source (5) and the reflected radiation is detected by a sensor (6), (d) ascertaining the deviation of the position (4') measured in method step (c) from the position assumed in method step (b) for each measurement point (4), (e) determining an adapted surface shape (F2) from the position (4') of the measurement points (4) measured in method step (c), (f) repeating method steps (b) to (e), wherein the adapted surface shape (F2) is used as a new initial shape (F1), wherein the method is terminated after method step (e) as soon as a mean value of the deviations ascertained in method step (d) is lower than the accuracy value.

Description

Iteratives Verfahren zur Ermittlung der Oberflächenform eines platten- oder schichtartigen Gegenstands mit hoher Messgenauigkeit Iterative method for determining the surface shape of a plate or layered object with high measurement accuracy
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Oberflächenform eines platten- oder schichtartigen Gegenstands. The invention relates to a method for determining the surface shape of a plate-like or layer-like object.
Es werden zunehmend hohe Anforderungen an die optische Qualität von Fahrzeugscheiben gestellt. Dies gilt insbesondere für Windschutzscheiben, die in zunehmendem Maße mit Zusatzfunktionen ausgestattet werden, welche auf eine hohe optische Qualität angewiesen sind. Ein Beispiel sind Kameras oder andere elektromagnetischen Sensoren, die in einem sogenannten Kamera- oder Sensorbereich der Wndschutzscheibe angebracht und in Fahrtrichtung nach vorne gerichtet sind. Ein weiteres Beispiel sind Head-Up-Displays (HUD), bei denen ein sogenannter HUD-Bereich der Wndschutzscheibe durch einen Projektor bestrahlt wird, wodurch dem Fahrer Informationen angezeigt werden können, ohne dass er den Blick von der Fahrbahn wenden müsste. Increasingly high demands are being placed on the optical quality of vehicle windows. This applies in particular to windshields, which are increasingly being equipped with additional functions that depend on high optical quality. An example are cameras or other electromagnetic sensors that are mounted in a so-called camera or sensor area of the windshield and are directed forward in the direction of travel. Another example is head-up displays (HUD), in which a so-called HUD area of the windshield is illuminated by a projector, which means that information can be displayed to the driver without having to take his or her eyes off the road.
Insbesondere für Entwicklungsprojekte, aber auch zur Qualitätskontrolle bei der Produktion, ist es häufig wichtig, die optischen Eigenschaften zumindest eines Bereichs der Fahrzeugscheibe zu charakterisieren, beispielsweise des Kamera- oder Sensorbereichs oder des HUD-Bereichs, um die Funktionsweise sicherzustellen. Die optische Qualität wird insbesondere durch den Biegeprozess der Glasscheiben beeinflusst, aber auch durch die Oberflächenbeschaffenheit der Bestandteile der Fahrzeugscheibe, welche gewissen stochastischen Schwankungen unterworfen sein kann. Zur Charakterisierung der optischen Eigenschaften ist es beispielsweise üblich, eine Brechkraftverteilung an der fertig hergestellten Scheibe durch optische Instrumente zu messen, beispielsweise mit dem kommerziell erhältlichen ISRA-Messsystem der Firma Isravision. Especially for development projects, but also for quality control during production, it is often important to characterize the optical properties of at least one area of the vehicle window, for example the camera or sensor area or the HUD area, to ensure functionality. The optical quality is influenced in particular by the bending process of the glass panes, but also by the surface properties of the components of the vehicle pane, which can be subject to certain stochastic fluctuations. To characterize the optical properties, it is customary, for example, to measure a refractive power distribution on the finished pane using optical instruments, for example using the commercially available ISRA measuring system from Isravision.
Da die optische Brechkraft im Wesentlichen von der Scheibendicke bestimmt wird, welche lokal von der Form der Scheibenoberflächen abhängig ist, ist es prinzipiell denkbar, die Brechkraftverteilung zu simulieren. Hierzu sind sehr genaue Messverfahren zur Ermittlung der Oberflächenform erforderlich. Ein gebräuchliches Verfahren zur Vermessung von Glasscheiben ist beispielsweise die chromatisch-konfokale Abstandsmessung mit einem sogenannten Konfokalsensor. Die Strahlung einer Lichtquelle wird dabei chromatisch dispergiert, so dass der Fokus stark wellenlängenabhängig ist. Nach dem Konfokalprinzip wird die reflektierte Strahlung detektiert und hinsichtlich der Wellenlänge analysiert. Aus der dominanten Wellenlänge der detektierten Strahlung kann auf den Abstand der Scheibenoberfläche zur Lichtquelle geschlossen werden. Since the optical refractive power is essentially determined by the pane thickness, which is locally dependent on the shape of the pane surfaces, it is in principle conceivable to simulate the refractive power distribution. This requires very precise measuring methods to determine the surface shape. A common method for measuring glass panes is, for example, chromatic-confocal distance measurement with a so-called confocal sensor. The radiation from a light source is chromatically dispersed, so that the focus is strongly dependent on the wavelength. The reflected radiation is detected according to the confocal principle and analyzed with regard to wavelength. From the dominant wavelength of the detected radiation, the distance between the pane surface and the light source can be deduced.
Messungen von Konfokalsensoren und ähnlichen Vorrichtungen sind dann mit besonders hoher Genauigkeit möglich, wenn der Lichtstrahl mit einem Einstrahlwinkel von 90° auf die Scheibenoberfläche trifft. Bei der Anordnung des Konfokalsensors muss also bereits eine Information über die Scheibenoberfläche zugrunde gelegt werden. Insbesondere bei gebogenen Glasscheiben treten aufgrund von Ungenauigkeiten und statistischen Schwanken beim Biegeprozess typischerweise leichte Abweichungen von der eigentlich spezifizierten Oberflächenform (Nominalgeometrie) auf, so dass der Einstrahlwinkel von 90° abweicht, wodurch die Messgenauigkeit beeinträchtigt wird. Mit fachüblichen Konfokalsensoren kann beispielsweise eine Messgenauigkeit von etwa 30 pm erreicht werden, was für eine genaue Simulation der optischen Eigenschaften nicht ausreicht. Es besteht dabei Bedarf an verbesserten Verfahren zur Ermittlung der Oberflächenform von Fahrzeugscheiben mit einer höheren Messgenauigkeit. Measurements from confocal sensors and similar devices are then possible with a particularly high level of accuracy if the light beam hits the pane surface at an angle of incidence of 90°. The arrangement of the confocal sensor must therefore already be based on information about the pane surface. In the case of curved glass panes in particular, there are typically slight deviations from the actually specified surface shape (nominal geometry) due to inaccuracies and statistical fluctuations during the bending process, so that the angle of incidence deviates from 90°, which impairs the measurement accuracy. With conventional confocal sensors, for example, a measurement accuracy of about 30 pm can be achieved, which is not sufficient for an exact simulation of the optical properties. There is a need for improved methods for determining the surface shape of vehicle windows with greater measurement accuracy.
Die vorstehend beschriebene Problematik der Ermittlung einer Verteilung der optischen Brechkraft ist lediglich als beispielhafte Motivation zu verstehen. Auch für andere optische, mechanische oder sonstige Fragestellungen kann eine exakte Kenntnis der Oberflächenform von transparenten oder nicht-transparenten platten- oder schichtartigen Gegenständen erforderlich sein. The problem described above of determining a distribution of the optical refractive power is to be understood merely as an exemplary motivation. Exact knowledge of the surface shape of transparent or non-transparent plate-like or layer-like objects may also be required for other optical, mechanical or other questions.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung der Oberflächenform eines platten- oder schichtartigen Gegenstands bereitzustellen, mit dem eine bessere Messgenauigkeit erreicht werden kann. Das Verfahren soll sich insbesondere dazu eignen, aus der ermittelten Oberflächenform die optischen Eigenschaften, beispielsweise die lokale Brechkraft, von Fensterscheiben, insbesondere Fahrzeugscheiben rechnerisch zu bestimmen. The object of the present invention is to provide a method for determining the surface shape of a plate-like or layer-like object, with which better measurement accuracy can be achieved. The method should be suitable in particular for mathematically determining the optical properties, for example the local refractive power, of window panes, in particular vehicle panes, from the determined surface shape.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor. The object of the present invention is achieved according to the invention by a method according to claim 1. Preferred embodiments emerge from the dependent claims.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Ermittlung der Oberflächenform eines platten- oder schichtartigen Gegenstands. Die Oberflächenform kann auch als Oberflächengeometrie bezeichnet werden. Es ist ein iteratives Verfahren, welches auf einer Messung der räumlichen Position einer Vielzahl von Messpunkten beruht. Ausgehend von der spezifizierten Nominalgeometrie wird die gemessene Oberflächenform bei jeder Iteration der realen Oberflächenform weiter angenähert, wobei die Iterationen solange durchgeführt werden, bis die Abweichungen kleiner sind als ein vorher festgelegter Genauigkeitswert. Durch das iterative Verfahren kann die Messgenauigkeit von optischen Messverfahren deutlich verbessert werden. Insbesondere ist es möglich, die für den intendierten Zweck (beispielsweise eine Simulation der optischen Eigenschaften) nötige Messgenauigkeit den Anforderungen im Einzelfall entsprechend zu wählen. Das sind große Vorteile der vorliegenden Erfindung. The method according to the invention serves to determine the surface shape of a plate-like or layer-like object. The surface shape can also be referred to as surface geometry. It is an iterative process based on a measurement of the spatial Position of a variety of measurement points is based. Starting from the specified nominal geometry, the measured surface shape is further approximated to the real surface shape with each iteration, with the iterations being carried out until the deviations are smaller than a previously specified accuracy value. The measuring accuracy of optical measuring methods can be significantly improved by the iterative method. In particular, it is possible to choose the measurement accuracy required for the intended purpose (for example a simulation of the optical properties) according to the requirements in the individual case. These are great advantages of the present invention.
Der platten- oder schichtartige Gegenstand weist zwei Hauptflächen auf und eine dazwischen verlaufende Kantenfläche. Der Gegenstand ist durch eine Länge, eine Breite und eine Dicke gekennzeichnet. Die Längen- und Breitendimension sind dabei diejenigen Raumrichtungen, in denen die Hauptflächen aufgespannt sind. Die Dicke entspricht dem Abstand der Hauptflächen - die Kantenfläche erstreckt sich also in der Dickendimension zwischen den Hauptflächen. Die Dicke ist deutlich kleiner als die Breite und die Länge, woraus sich der platten- oder schichtartige Charakter des Gegenstands ergibt. The sheet or sheet-like article has two major surfaces and an edge surface extending therebetween. The item is characterized by a length, a width, and a thickness. The length and width dimensions are those spatial directions in which the main surfaces are spanned. The thickness corresponds to the distance between the main surfaces - the edge surface therefore extends in the thickness dimension between the main surfaces. The thickness is significantly smaller than the width and length, which gives the object its plate-like or layered character.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die Form mindestens eines Bereichs mindestens einer Oberfläche des platten- oder schichtartigen Gegenstands mit einer Messgenauigkeit bestimmt, welche kleiner ist als ein vorher festgelegter Genauigkeitswert, indem: In the method according to the invention, the shape of at least one area of at least one surface of the plate-like or layer-like object is determined with a measurement accuracy which is less than a predetermined accuracy value by:
(a) eine angenommene Oberflächenform der Oberfläche als Ausgangsform bereitgestellt wird, (a) an assumed surface shape of the surface is provided as the initial shape,
(b) eine Mehrzahl von Messpunkten auf der Ausgangsform definiert wird, (c) die räumliche Position der Messpunkte mittels eines optischen Messverfahrens bestimmt wird, wobei die Oberfläche durch eine elektromagnetische Strahlungsquelle bestrahlt wird und die zurückgeworfene Strahlung durch einen Sensor detektiert wird, (d) die Abweichung der in Verfahrensschritt (c) gemessenen Position von der in Verfahrensschritt (b) angenommenen Position für jeden Messpunkt bestimmt wird, (e) aus der in Verfahrensschritt (c) gemessenen Position der Messpunkte eine angepasste(b) a plurality of measuring points is defined on the initial form, (c) the spatial position of the measuring points is determined using an optical measuring method, the surface being irradiated by an electromagnetic radiation source and the reflected radiation being detected by a sensor, (d) the deviation of the position measured in method step (c) from the position assumed in method step (b) is determined for each measuring point, (e) an adapted position of the measuring points measured in method step (c).
Oberflächenform ermittelt wird, surface shape is determined,
(f) die Verfahrensschritte (b) bis (e) wiederholt werden, wobei die angepasste(F) process steps (b) to (e) are repeated, with the adjusted
Oberflächenform als neue Ausgangsform verwendet wird. Die Verfahrensschritte werden in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt. Das iterative Verfahren wird nach Verfahrensschritt (e) abgebrochen, sobald zumindest ein Mittelwert der in Verfahrensschritt (d) bestimmten Abweichungen geringer ist als der festgelegte Genauigkeitswert. Die so ermittelte angepasste Oberflächenform stellt das Ergebnis der Messung dar (Endform). Surface shape is used as the new initial shape. The process steps are carried out in the order given. The iterative process is terminated after process step (e) as soon as at least one mean value of the deviations determined in process step (d) is less than the specified accuracy value. The adapted surface shape determined in this way represents the result of the measurement (final shape).
Bei dem besagten platten- oder schichtartigen Gegenstand handelt es sich bevorzugt um einen starren platten- oder schichtartigen Gegenstand, insbesondere einen gebogenen starren platten- oder schichtartigen Gegenstand, wie beispielsweise eine Glasscheibe oder Kunststoffscheibe, oder um einen flexiblen platten- oder schichtartigen Gegenstand, wie beispielsweise eine Polymerfolie. Der platten- oder schichtartige Gegenstand ist besonders bevorzugt eine Fahrzeugscheibe oder ist als Bestandteil einer Fahrzeugscheibe vorgesehen. Said sheet or sheet-like object is preferably a rigid sheet or sheet-like object, in particular a curved rigid sheet or sheet-like object, such as a glass pane or plastic sheet, or a flexible sheet or sheet-like object, such as a polymer film. The plate-like or layer-like object is particularly preferably a vehicle window or is provided as part of a vehicle window.
Die besagte Fahrzeugscheibe kann ausgebildet sein als: Said vehicle window can be designed as:
- Einzelglasscheibe, insbesondere thermisch vorgespannte Einzelglasscheibe als sogenanntes Einscheibensicherheitsglas (ESG) - Single pane of glass, in particular thermally toughened single pane of glass as so-called toughened safety glass (ESG)
- Einzelkunststoffscheibe - Single plastic disc
- Verbundscheibe, umfassend eine erste Glas- oder Kunststoffscheibe und eine zweite- Laminated pane comprising a first glass or plastic pane and a second
Glas- oder Kunststoffscheibe, welche über mindestens eine thermoplastische Polymerfolie miteinander verbunden sind. Glass or plastic pane, which are connected to each other via at least one thermoplastic polymer film.
Die besagten Bestandteile einer Fahrzeugscheibe sind insbesondere zwei Glas- oder Kunststoffscheiben und mindestens eine thermoplastische Polymerfolie, welche zu einer Verbundscheibe verbunden werden sollen, so dass die Glas- oder Kunststoffscheiben über die mindestens eine Polymerfolie miteinander laminiert sind. Said components of a vehicle pane are, in particular, two glass or plastic panes and at least one thermoplastic polymer film, which are to be connected to form a composite pane, so that the glass or plastic panes are laminated to one another via the at least one polymer film.
Als Ausgangspunkt des iterativen Verfahrens wird zunächst eine Oberflächenform der besagten Oberfläche angenommen, welche im Sinne der Erfindung als Ausgangform bezeichnet wird. Die Ausgangsform kann auch als Nominalform bezeichnet werden. Im Falle eines gebogenen starren Gegenstands wie einer gebogenen Glas- oder Kunststoffscheibe wird bevorzugt die spezifizierte Scheibengeometrie als Ausgangsform herangezogen, welche die Scheibe idealerweise haben sollte und für die das Biegeverfahren und die Biegewerkzeuge konzipiert worden sind. Im Falle eines planen Gegenstands wie einer planen Glas- oder Kunststoffscheibe oder einer Polymerfolie kann beispielsweise eine perfekt plane Oberfläche als Ausgangsform herangezogen werden. Es kann die Form der gesamten Oberfläche des Gegenstands ermittelt werden oder nur eines Bereichs der Oberfläche. Soll die Oberflächenform zur Ermittlung von optischen Eigenschaften dienen, so wird häufig nur ein Bereich der Oberfläche vermessen, dessen optische Eigenschaften für den jeweiligen Anwendungsfall entscheidend sind, beispielsweise ein Kamera- oder Sensorbereich oder ein HUD-Bereich. In dem besagten Bereich (oder auf der gesamten Oberfläche) wird eine Mehrzahl von Messpunkten auf der Ausgangsform definiert. Die Messpunkte sind diejenigen Punkte, deren räumliche Position im Anschluss bestimmt werden soll. As a starting point for the iterative method, a surface shape of said surface is first assumed, which is referred to as the initial shape within the meaning of the invention. The initial form can also be referred to as the nominal form. In the case of a curved rigid object such as a curved glass or plastic pane, the specified pane geometry is preferably used as the starting shape, which the pane should ideally have and for which the bending process and the bending tools have been designed. In the case of a flat object such as a flat pane of glass or plastic or a polymer film, for example, a perfectly flat surface can be used as the initial shape. The shape of the entire surface of the object can be determined or only a portion of the surface. If the surface shape is used to determine optical properties, often only an area of the surface is measured whose optical properties are decisive for the respective application, for example a camera or sensor area or a HUD area. In said area (or on the whole surface) a plurality of measurement points are defined on the initial shape. The measurement points are those points whose spatial position is then to be determined.
Die Messpunkte sind bevorzugt rasterartig in dem Bereich der Oberfläche verteilt, also als in dem besagten Bereich verteiltes regelmäßiges Muster, beispielsweise in Form von Zeilen und Spalten. Die Messpunkte können prinzipiell aber auch unregelmäßig verteilt sein. Je höher die Dichte der Messpunkte ist, desto genauer kann die Oberflächenform angenähert werden, desto aufwändiger und zeitintensiver ist das Verfahren aber auch. In einer vorteilhaften Ausführung beträgt der Abstand benachbarter Messpunkte höchstens 20 mm, bevorzugt höchstens 15 mm, besonders bevorzugt höchstens 10 mm, ganz besonders bevorzugt höchstens 5 mm, insbesondere höchstens 2 mm oder sogar höchstens 1 mm. Damit werden gute Ergebnisse erzielt. Der Abstand benachbarter Messpunkte beträgt beispielsweise mindestens 0,01 mm oder mindestens 0,1 mm. The measuring points are preferably distributed in a grid-like manner in the area of the surface, that is to say as a regular pattern distributed in said area, for example in the form of rows and columns. In principle, however, the measuring points can also be distributed irregularly. The higher the density of the measuring points, the more precisely the surface shape can be approximated, but the more complex and time-consuming the process is. In an advantageous embodiment, the distance between adjacent measuring points is at most 20 mm, preferably at most 15 mm, particularly preferably at most 10 mm, very particularly preferably at most 5 mm, in particular at most 2 mm or even at most 1 mm. Good results are achieved with this. The distance between adjacent measuring points is at least 0.01 mm or at least 0.1 mm, for example.
Anschließend wird die räumliche Position der einzelnen Messpunkte mittels eines optischen Messverfahrens bestimmt. Dabei wird die Oberfläche des Gegenstands am Messpunkt mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt, welche von einer auf den Messpunkt gerichteten Strahlungsquelle ausgesandt wird. Die von der Oberfläche zurückgeworfene Strahlung wird durch einen Sensor detektiert und zur Bestimmung der räumlichen Position des jeweiligen Messpunkts herangezogen. Je nach Messprinzip kann es sich bei der zurückgeworfenen Strahlung insbesondere um reflektierte oder gestreute Strahlung handeln. Die besagte elektromagnetische Strahlung ist bevorzugt Licht im sichtbaren Spektralbereich. Grundsätzlich kann aber auch Strahlung aus anderen Spektralbereichen eingesetzt werden, beispielsweise UV- oder IR-Strahlung. The spatial position of the individual measuring points is then determined using an optical measuring method. The surface of the object at the measuring point is irradiated with electromagnetic radiation, which is emitted by a radiation source directed at the measuring point. The radiation reflected from the surface is detected by a sensor and used to determine the spatial position of the respective measuring point. Depending on the measurement principle, the reflected radiation can be, in particular, reflected or scattered radiation. Said electromagnetic radiation is preferably light in the visible spectral range. In principle, however, radiation from other spectral ranges can also be used, for example UV or IR radiation.
In einer vorteilhaften Ausführung wird ein solches optisches Messverfahren eingesetzt, dessen Messgenauigkeit von der relativen Positionierung der Strahlungsquelle zur Oberfläche abhängig ist, insbesondere vom Einstrahlwinkel, mit dem die Oberfläche bestrahlt wird. Dies ist insbesondere bei solchen Messverfahren der Fall, die auf der Detektion von reflektierter Strahlung beruhen. Bei solchen Messverfahren ist die von der zu vermessenden Oberfläche zurückgeworfene Strahlung reflektierte Strahlung. Da eine Abweichung der realen Oberflächenform von der Nominalform (welche zur Ausrichtung der Strahlungsquelle herangezogen wird) bei solchen Messverfahren die Messgenauigkeit herabsetzt, wirkt sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft auf und kann die Messgenauigkeit in besonderem Maße verbessern. In an advantageous embodiment, such an optical measuring method is used, the measuring accuracy of which depends on the relative positioning of the radiation source to the surface, in particular on the angle of incidence with which the surface is irradiated. This This is the case in particular with measurement methods that are based on the detection of reflected radiation. In such measurement methods, the radiation thrown back by the surface to be measured is reflected radiation. Since a deviation of the real surface shape from the nominal shape (which is used to align the radiation source) reduces the measurement accuracy in such measurement methods, the method according to the invention has a particularly advantageous effect and can improve the measurement accuracy to a particular extent.
In einer bevorzugten Ausführung wird das besagte optische Messverfahren mit einem Konfokalsensor durchgeführt, mit dem eine chromatisch-konfokale Abstandsmessung durchgeführt wird. Der Konfokalsensor wird häufig auch als konfokal-chromatischer Sensor oder chromatisch-konfokaler Sensor bezeichnet. Eine punktförmige Strahlungsquelle, typischerweise realisiert durch eine Strahlungsquelle hinter einer Lochblende, wird mit mindestens einer nicht farbkorrigierten, also dispersiven Linse auf die Oberfläche fokussiert. Typischerweise wird eine weiße Punktlichtquelle verwendet, welche sichtbares Licht mit gleichmäßiger spektraler Verteilung emittiert. Es können aber auch andere Spektralverteilungen verwendet werden, solange diese bei der Auswertung entsprechend berücksichtigt werden. Der verwendete Spektralbereich bestimmt den Messbereich, also den Abstandsbereich, der durch die Messung zugänglich ist - er kann den Anforderungen im Einzelfall entsprechend gewählt werden. Falls die Strahlungsintensität nicht gleichmäßig verteilt ist, muss die detektierte Strahlung entsprechend gewichtet werden. Aufgrund der chromatischen Aberration ist die Fokusebene wellenlängenabhängig, wobei kürzerwellige Strahlungsanteile mit geringerem Abstand zur Linse fokussiert werden und längerwellige Strahlungsanteile mit größerem Abstand zur Linse. Das von der Oberfläche reflektierte Licht durchläuft nach dem Konfokalprinzip die gleiche Linse (oder das gleiche Linsensystem), wird mit einem Strahlteiler vom Beleuchtungsstrahlengang ausgekoppelt und typischerweise wiederum auf eine Lochblende abgebildet, hinter welcher der Sensor angeordnet ist. Der Sensor ist geeignet, die reflektierte Strahlung spektral aufgelöst zu detektieren. Der Sensor ist also im Wesentlichen ein Spektrometer, mit welchem die dominante Wellenlänge der reflektierten Strahlung bestimmt wird. Diese dominante Wellenlänge ist aufgrund der Dispersion der Strahlung vom Abstand der Strahlungsquelle zur reflektierenden Oberfläche abhängig, wodurch eine Aussage über diesen Abstand getroffen werden kann, aus der sich wiederum die räumliche Position des jeweiligen Messpunkts ergibt. Mit einem Konfokalsensor sind relativ genaue Messungen technisch einfach möglich, da keine beweglichen Komponenten nötig sind. Der Konfokalsensor wird bevorzugt an jedem Messpunkt mit einem Einstrahlwinkel von 90° zur Ausgangsform angeordnet. Das bedeutet, dass der Konfokalsensor an jedem Messpunkt derart angeordnet wird, dass die Strahlungsquelle die als Ausgangsform angenommene Oberfläche am jeweiligen Messpunkt mit einem Einstrahlwinkel von 90° bestrahlt. Bei einem Einstrahlwinkel von 90° ist die Messgenauigkeit des Konfokalsensors optimal. Da die tatsächliche Oberflächenform typischerweise mehr oder weniger stark von der Ausgangsform abweicht, wird die Messgenauigkeit herabgesetzt. Durch die erfindungsgemäßen Iterationen wird die gemessene Form schrittweise der tatsächlichen Form angenähert, so dass eine deutlich verbesserte Messgenauigkeit erhalten wird. In a preferred embodiment, said optical measurement method is carried out using a confocal sensor, with which a chromatic-confocal distance measurement is carried out. The confocal sensor is also often referred to as a confocal chromatic sensor or chromatic confocal sensor. A punctiform radiation source, typically realized by a radiation source behind a pinhole, is focused onto the surface with at least one non-color-corrected, i.e. dispersive lens. Typically, a white point light source is used, which emits visible light with a uniform spectral distribution. However, other spectral distributions can also be used as long as they are taken into account accordingly in the evaluation. The spectral range used determines the measuring range, i.e. the distance range that is accessible through the measurement - it can be selected according to the requirements in the individual case. If the radiation intensity is not evenly distributed, the detected radiation must be weighted accordingly. Due to the chromatic aberration, the focal plane is wavelength-dependent, with shorter-wave radiation components being focused at a smaller distance from the lens and longer-wave radiation components at a greater distance from the lens. The light reflected from the surface passes through the same lens (or the same lens system) according to the confocal principle, is decoupled from the illumination beam path with a beam splitter and typically imaged on a pinhole diaphragm behind which the sensor is arranged. The sensor is suitable for detecting the reflected radiation in a spectrally resolved manner. The sensor is essentially a spectrometer, with which the dominant wavelength of the reflected radiation is determined. Due to the dispersion of the radiation, this dominant wavelength depends on the distance between the radiation source and the reflecting surface, which means that a statement can be made about this distance, which in turn results in the spatial position of the respective measuring point. With a confocal sensor, relatively precise measurements are technically easily possible, since no moving components are required. The confocal sensor is preferably arranged at each measuring point with an angle of incidence of 90° to the initial shape. This means that the confocal sensor is arranged at each measuring point in such a way that the radiation source irradiates the surface assumed as the initial shape at the respective measuring point with an irradiation angle of 90°. The measurement accuracy of the confocal sensor is optimal at an angle of incidence of 90°. Since the actual surface shape typically deviates more or less from the original shape, the measurement accuracy is reduced. The measured shape is gradually approximated to the actual shape by the iterations according to the invention, so that a significantly improved measurement accuracy is obtained.
Die räumliche Position der Messpunkte kann beispielsweise in Form von Raumkoordinaten bestimmt werden oder als Abstand von der Strahlungsquelle in Strahlungsrichtung. Bei bekannter Position der Strahlungsquelle und Strahlungsrichtung sind beide Angaben äquivalent und ineinander überführbar. Die beschriebene Messung mit dem Konfokalsensor liefert den besagten Abstand von der Strahlungsquelle als Messergebnis. The spatial position of the measurement points can be determined, for example, in the form of spatial coordinates or as a distance from the radiation source in the radiation direction. If the position of the radiation source and the direction of radiation are known, both specifications are equivalent and can be converted into one another. The described measurement with the confocal sensor provides the stated distance from the radiation source as a measurement result.
Es können aber auch andere optische Messverfahren zur Ermittlung der räumlichen Position der Messpunkte verwendet werden. Beispielsweise kann die räumliche Position durch optische Triangulation, insbesondere Lasertriangulation bestimmt werden oder durch optische Phasenverschiebung, insbesondere Laser-Phasenverschiebung. Auch bei diesen Methoden kann die Messgenauigkeit durch das erfindungsgemäße iterative Verfahren verbessert werden. However, other optical measuring methods can also be used to determine the spatial position of the measuring points. For example, the spatial position can be determined by optical triangulation, in particular laser triangulation, or by optical phase shifting, in particular laser phase shifting. With these methods, too, the measurement accuracy can be improved by the iterative method according to the invention.
Die Lasertriangulation beruht auf einer Abstandsmessung durch Winkelberechnung. Laserstrahlung wird auf einen Messpunkt der Oberfläche des zu vermessenden Gegenstands gerichtet und dort reflektiert oder gestreut. Die zurückgeworfene Strahlung trifft abhängig von der Entfernung unter einem bestimmten Wnkel auf einen ortsauflösenden Sensor. Durch die Position des Lichtpunktes auf dem Sensor und aus der Distanz von Strahlungsquelle zum Sensor wird der Abstand zum Messpunkt berechnet. The laser triangulation is based on a distance measurement by angle calculation. Laser radiation is directed at a measuring point on the surface of the object to be measured and reflected or scattered there. Depending on the distance, the reflected radiation hits a spatially resolving sensor at a certain angle. The distance to the measuring point is calculated from the position of the point of light on the sensor and from the distance from the radiation source to the sensor.
Anschließend wird für jeden Messpunkt die Abweichung der gemessenen räumlichen Position von der auf Grundlage der Ausgangsform angenommenen Position bestimmt. Diese Bestimmung der Abweichung kann für vermessene Messpunkte bereits erfolgen, bevor alle Messpunkte vermessen sind, oder gesammelt für alle Messpunkte nach der Vermessung sämtlicher Messpunkte. Diese Abweichung ist ein Maß dafür, in welchem Maße die angenommene Ausgangsform mit der gemessenen Oberflächenform übereinstimmt - stellt also gleichsam ein Maß für die bereits erreichte Messgenauigkeit dar. The deviation of the measured spatial position from the position assumed on the basis of the initial shape is then determined for each measuring point. This determination of the deviation can already take place for measured measuring points before all measuring points have been measured, or collectively for all measuring points after the measurement all measuring points. This deviation is a measure of the extent to which the assumed initial shape matches the measured surface shape - it is also a measure of the measurement accuracy that has already been achieved.
Die besagte Abweichung ist der Betrag des Vektors zwischen der angenommenen Position des Messpunkts und der gemessenen Position. Bei der bevorzugten chromatisch-konfokalen Abstandsmessung mit einem Konfokalsensor ergibt sie sich als betragsmäßige Differenz zwischen dem gemessenen und dem angenommenen Abstand des Messpunkts von der Strahlungsquelle in Strahlungsrichtung. Said deviation is the absolute value of the vector between the assumed position of the measuring point and the measured position. In the preferred chromatic-confocal distance measurement with a confocal sensor, it results as the absolute difference between the measured and the assumed distance of the measuring point from the radiation source in the radiation direction.
Aus der gemessenen Position aller Messpunkte wird dann eine angepasste Oberflächenform ermittelt, beispielsweise durch eine geeignete Simulation mittels Interpolation. Je höher die Dichte der Messpunkte ist, desto genauer kann die angepasste Oberflächenform ermittelt werden. An adapted surface shape is then determined from the measured position of all measuring points, for example by means of a suitable simulation using interpolation. The higher the density of the measuring points, the more precisely the adapted surface shape can be determined.
Sofern die gewünschte Messgenauigkeit noch nicht erreicht ist, wird die nächste Iteration des Messverfahrens durchgeführt. Dabei wird die in der vorangegangenen Iteration ermittelte angepasste Oberflächenform als neue Ausgangsform verwendet. Es werden wiederum Messpunkte definiert, die Strahlungsquelle relativ zu diesen Messpunkten auf der angepassten Ausgangsform angeordnet, ihre räumliche Position bestimmt und deren Abweichung von der angenommenen Position bestimmt. Ein Vergleich dieser Abweichungen mit dem vorher festgelegte Genauigkeitswert liefert die Entscheidung, ob eine weitere Iteration notwendig ist. If the desired measurement accuracy has not yet been achieved, the next iteration of the measurement method is carried out. The adjusted surface shape determined in the previous iteration is used as the new starting shape. In turn, measurement points are defined, the radiation source is arranged relative to these measurement points on the adapted initial shape, its spatial position is determined and its deviation from the assumed position is determined. A comparison of these deviations with the previously defined accuracy value provides the decision as to whether a further iteration is necessary.
Ist die gewünschte Messgenauigkeit erreicht, so wird das iterative Verfahren abgebrochen. Die in der letzten Iteration bestimmte angepasste Oberflächenform ist das Ergebnis der Messung und wird als gemessene Oberflächenform behandelt (Endform). Once the desired measurement accuracy has been reached, the iterative process is terminated. The fitted surface shape determined in the last iteration is the result of the measurement and is treated as the measured surface shape (final shape).
Ob die gewünschte Messgenauigkeit erreicht ist, ergibt sich aus einem Vergleich der auftretenden Abweichung und dem vorher spezifizierten Genauigkeit. In einer bevorzugten Ausführung wird für jeden Messpunkt die Abweichung bestimmt und dann ein Mittelwert aller Abweichungen bestimmt. Die Messgenauigkeit gilt als erreicht, wenn der Mittelwert kleiner ist als der Genauigkeitswert. Welche Art von Mittelwertbildung verwendet wird (beispielsweise arithmetisches Mittel, geometrisches Mittel oder quadratisches Mittel), bleibt dem Fachmann überlassen und sollte bei der Festlegung des Genauigkeitswert berücksichtigt werden. Besonders geeignet sind das arithmetische Mittel als Summe aller betragsmäßigen Abweichungen geteilt durch die Anzahl der Messpunkte und das quadratische Mittel als Quadratwurzel des Quotienten aus der Summe aller quadrierten Abweichungen geteilt durch die Anzahl der Messpunkte. Statt einer Mittelwertbildung kann alternativ aber auch die Abweichung jedes Messpunktes einzelnen mit dem Genauigkeitswert verglichen werden. Die Messgenauigkeit gilt dann als erreicht, wenn die Abweichung für jeden Messpunkt kleiner ist als der Genauigkeitswert. A comparison of the deviation that occurs and the previously specified accuracy determine whether the desired measuring accuracy has been achieved. In a preferred embodiment, the deviation is determined for each measuring point and then a mean value of all deviations is determined. The measuring accuracy is considered to be achieved when the mean value is smaller than the accuracy value. Which type of averaging is used (e.g. arithmetic mean, geometric mean or root mean square) is left to the expert and should be taken into account when determining the accuracy value. The arithmetic mean as the sum of all absolute deviations divided by the number of measuring points and the square mean as the square root of the quotient of the sum of all squared deviations divided by the number of measuring points are particularly suitable. Alternatively, instead of averaging, the deviation of each measuring point can be compared individually with the accuracy value. The measuring accuracy is considered to have been achieved when the deviation for each measuring point is smaller than the accuracy value.
In einer vorteilhaften Ausführung beträgt der festgelegte Genauigkeitswert höchstens 10 pm, bevorzugt höchsten 5 pm, besonders bevorzugt höchstens 2 pm, beispielsweise von 0,5 pm bis 10 pm, von 0,5 pm bis 5 pm oder von 0,5 pm bis 2 pm. Mit einer solchen Genauigkeit lassen sich insbesondere die optischen Eigenschaften des platten- oder schichtartigen Gegenstands mit hoher Präzision bestimmen. In an advantageous embodiment, the specified accuracy value is at most 10 μm, preferably at most 5 μm, particularly preferably at most 2 μm, for example from 0.5 μm to 10 μm, from 0.5 μm to 5 μm or from 0.5 μm to 2 μm . With such an accuracy, the optical properties of the plate-like or layer-like object in particular can be determined with high precision.
Der Gegenstand, dessen Oberflächenform bestimmt werden soll, ist in einer vorteilhaften Ausführung ein transparenter Gegenstand. Unter einem transparenten Gegenstand wird im Sinne der Erfindung ein Gegenstand verstanden, der im sichtbaren Spektralbereich von 380 nm bis 780 nm eine Transmission von mindestens 10% aufweist, bevorzugt mindestens 20%, besonders bevorzugt mindestens 50%, ganz besonders bevorzugt mindestens 70%. Besonders bevorzugt gelten die genannten Werte für den gesamten sichtbaren Spektralbereich, so dass die Transmission an keiner Stelle des Spektralbereichs unter den genannten Werten liegt. Der transparente Gegenstand ist bevorzugt eine Glasscheibe, eine Kunststoffscheibe, einer Polymerfolie oder ein Verbund daraus, beispielsweise eine Verbundscheibe aus einer ersten Glas- oder Kunststoffscheibe und einer zweiten Glas- oder Kunststoffscheibe, die über mindestens eine Polymerfolie miteinander verbunden sind. In an advantageous embodiment, the object whose surface shape is to be determined is a transparent object. For the purposes of the invention, a transparent object is understood to mean an object which has a transmission of at least 10%, preferably at least 20%, particularly preferably at least 50%, very particularly preferably at least 70%, in the visible spectral range from 380 nm to 780 nm. The stated values particularly preferably apply to the entire visible spectral range, so that the transmission is not below the stated values at any point in the spectral range. The transparent object is preferably a glass pane, a plastic pane, a polymer film or a composite thereof, for example a composite pane made from a first glass or plastic pane and a second glass or plastic pane which are connected to one another via at least one polymer film.
Wird bei dem optischen Messverfahren sichtbares Licht verwendet, so wird dieses durch den transparenten Gegenstand größtenteils transmittiert. Dies hat den Vorteil, dass beide Hauptflächen des Gegenstands für die Messung zugänglich werden, ohne dass der Gegenstand gedreht oder Strahlungsquelle und Sensor auf die andere Seite des Gegenstands bewegt werden müssen. In einer vorteilhaften Ausführung wird daher die Oberflächenform der der Strahlungsquelle zugewandten Oberfläche (Hauptfläche) und der von der Strahlungsquelle abgewandten Oberfläche (Hauptfläche) bestimmt. Im Falle einer Verbundscheibe gelten in diesem Sinne die beiden externen Oberflächen als Hauptflächen. Wird die Bestimmung der räumlichen Position der Messpunkte mit der bevorzugten Methode der chromatisch-konfokale Abstandsmessung, so ist es möglich, die Messpunkte beider Oberflächen mit einer einzigen Messung (simultan) zu bestimmen, wenn die dispergierte Strahlung des Konfokalsensors eine Ausdehnung hat, welche größer ist als die Dicke des platten- oder Schichtartigen Gegenstands. Dann können im Reflexionsspektrum zwei dominante Wellenlängen identifiziert werden, wobei aus derjenigen mit der kürzeren Wellenlänge der Abstand zur der Strahlungsquelle zugewandten Oberfläche bestimmt werden kann und aus derjenigen mit der längeren Wellenlänge der Abstand zur von der Strahlungsquelle abgewandten Oberfläche. Weist der Gegenstand eine Dicke auf, die für eine simultane Vermessung beider Oberflächen zu groß ist, so können die beiden Oberfläche unabhängig voneinander vermessen werden, indem der Abstand der Strahlungsquelle vom Gegenstand angepasst wird oder die Strahlung zunächst auf die eine, dann auf die andere Oberfläche fokussiert wird. If visible light is used in the optical measuring method, this is largely transmitted through the transparent object. This has the advantage that both main surfaces of the object become accessible for the measurement without the object having to be rotated or the radiation source and sensor having to be moved to the other side of the object. In an advantageous embodiment, the surface shape of the surface facing the radiation source (main surface) and the surface facing away from the radiation source (main surface) is therefore determined. In this sense, in the case of a laminated pane, the two external surfaces are considered to be the main surfaces. If the spatial position of the measuring points is determined using the preferred method of chromatic-confocal distance measurement, it is possible to determine the measuring points of both surfaces with a single measurement (simultaneously) if the dispersed radiation of the confocal sensor has a larger extent than the thickness of the plate-like or sheet-like object. Two dominant wavelengths can then be identified in the reflection spectrum, the distance to the surface facing the radiation source being able to be determined from the one with the shorter wavelength and the distance to the surface facing away from the radiation source being determined from the one with the longer wavelength. If the thickness of the object is too great for both surfaces to be measured simultaneously, the two surfaces can be measured independently of one another by adjusting the distance between the radiation source and the object, or the radiation first on one surface and then on the other is focused.
Es ist auch möglich, zwei oder mehr transparente platten- oder schichtartige Gegenstände zu vermessen, welche aufeinanderliegend angeordnet sind. Die zwei oder mehr Gegenstände sind insbesondere unabhängig voneinander ausgewählt aus Glasscheiben, Kunststoffscheiben und Polymerfolien. Auch hier ist es wiederum möglich sämtliche Oberflächen der Gegenstände mit einem Konfokalsensor simultan zu vermessen, wenn dessen Messbereich ausreichend groß ist. Reicht der Messbereich nur zur Vermessung einer einzelnen oder eine Untergruppe aller Oberflächen aus, so erfolgt die Messung in mehreren Schritten, wobei der Konfokalsensor bewegt oder anders fokussiert wird. It is also possible to measure two or more transparent plate-like or layer-like objects which are arranged one on top of the other. The two or more objects are in particular independently selected from glass panes, plastic panes and polymer films. Again, it is possible to measure all surfaces of the objects simultaneously with a confocal sensor if its measuring range is large enough. If the measuring range is only sufficient for measuring a single surface or a subgroup of all surfaces, the measurement is carried out in several steps, whereby the confocal sensor is moved or focused differently.
Grundsätzlich ist es aber auch möglich, die Oberfläche eines opaken platten- oder schichtartigen Gegenstands zu vermessen. Dann ist natürlich nur die der Strahlungsquelle und dem Sensor zugewandte Oberfläche zugänglich. Zur Vermessung beider Oberflächen muss der Gegenstand zwischenzeitlich relativ zur Strahlungsquelle gedreht werden. In principle, however, it is also possible to measure the surface of an opaque plate-like or layer-like object. Then, of course, only the surface facing the radiation source and the sensor is accessible. In order to measure both surfaces, the object must be rotated relative to the radiation source in the meantime.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise an Fensterscheiben im Architekturbereich oder ihren Einzelbestandteilen, an Fensterscheiben im Fahrzeugbereich oder ihren Einzelbestandteilen, an Glasscheiben als Teil von Einrichtungsgegenständen, Möbeln oder elektronischen Geräten oder an optischen Linsen durchgeführt werden. Die Glasscheiben können optional mit Beschichtungen versehen sein, insbesondere transparenten Beschichtungen, wie sie beispielsweise als IR-reflektierende Sonnenschutzbeschichtungen oder Low E-Beschichtungen gebräuchlich sind. In einer bevorzugten Ausführung wird das erfindungsgemäße Verfahren an Fensterscheiben, insbesondere gebogenen Fahrzeugscheiben oder ihren Einzelbestandteilen durchgeführt. Diese Fahrzeugscheiben beziehungsweise Einzelbestandteile können insbesondere ausgebildet sein als: eine gebogene Einzelglasscheibe, bevorzugt thermisch vorgespannte Einzelglasscheibe (ESG, Einscheibensicherheitsglas); eine gebogene Verbundscheibe, umfassend eine erste und eine zweite Glas- oder Kunststoffscheibe, insbesondere Glasscheibe, welche über mindestens eine thermoplastische Polymerfolie miteinander verbunden sind; zwei gebogene Glas- oder Kunststoffscheibe, insbesondere Glasscheiben, welche dafür vorgesehen sind, über mindestens eine thermoplastische Polymerfolie zu einer Verbundscheibe verbunden zu werden; die beiden Glas- oder Kunststoffscheiben weisen dazu im Wesentlichen die gleiche Biegung auf; die beiden Glas- oder Kunststoffscheiben können einzeln oder simultan aufeinanderliegend vermessen werden; zwei gebogene Glas- oder Kunststoffscheibe, insbesondere Glasscheiben, und mindestens eine thermoplastische Polymerfolie, wobei die Glas- oder Kunststoffscheiben dafür vorgesehen sind, über die mindestens eine thermoplastische Polymerfolie zu einer Verbundscheibe verbunden zu werden; die beiden Glas- oder Kunststoffscheiben weisen dazu im Wesentlichen die gleiche Biegung auf; die beiden Glas- oder Kunststoffscheiben und die mindestens eine Polymerfolie können einzeln vermessen werden; ebenso ist es möglich, zwei, mehrere oder sämtliche Bestandteile simultan aufeinanderliegend zu vermessen. The method according to the invention can be carried out, for example, on window panes in architecture or their individual components, on window panes in vehicles or their individual components, on glass panes as part of furnishings, furniture or electronic devices or on optical lenses. The glass panes can optionally be provided with coatings, in particular transparent coatings, such as are customary, for example, as IR-reflecting sun protection coatings or low E coatings. In a preferred embodiment, the method according to the invention is carried out on window panes, in particular curved vehicle panes or their individual components. These vehicle panes or individual components can be designed in particular as: a curved single pane of glass, preferably thermally toughened single pane of glass (ESG, single-pane safety glass); a curved laminated pane, comprising a first and a second pane of glass or plastic, in particular pane of glass, which are connected to one another via at least one thermoplastic polymer film; two curved panes of glass or plastic, in particular panes of glass, which are intended to be connected via at least one thermoplastic polymer film to form a composite pane; for this purpose, the two panes of glass or plastic essentially have the same curvature; the two panes of glass or plastic can be measured individually or simultaneously one on top of the other; two curved glass or plastic panes, in particular glass panes, and at least one thermoplastic polymer film, the glass or plastic panes being intended to be connected via the at least one thermoplastic polymer film to form a composite pane; for this purpose, the two panes of glass or plastic essentially have the same curvature; the two panes of glass or plastic and the at least one polymer film can be measured individually; it is also possible to measure two, several or all components simultaneously one on top of the other.
Bei der vorstehend genannten Einzelglasscheibe kann es sich insbesondere handeln um eine Seitenscheibe, eine Heckscheibe oder eine Dachscheibe eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, beispielsweise Personenkraftwagens. Bei den vorstehend genannten Verbundscheiben kann es sich insbesondere handeln um eine Windschutzscheibe, eine Dachscheibe, eine Heckscheibe oder eine Seitenscheibe eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, beispielsweise Personenkraftwagens. The single glass pane mentioned above can in particular be a side window, a rear window or a roof window of a vehicle, in particular a motor vehicle, for example a passenger car. The composite panes mentioned above can in particular be a windshield, a roof pane, a rear window or a side window of a vehicle, in particular a motor vehicle, for example a passenger car.
In vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung wird das erfindungsgemäße Verfahren an Fensterscheiben, insbesondere gebogenen Fahrzeugscheiben (insbesondere Einzelglasscheiben oder Verbundscheiben) oder ihren Einzelbestandteilen (insbesondere zwei Glas- oder Kunststoffscheiben und mindestens eine Polymerfolie, die dafür vorgesehen sind, zu einer Verbundscheibe laminiert zu werden) durchgeführt und die erfindungsgemäß ermittelte Oberflächenform dazu verwendet, um auf deren Basis optische oder mechanische Eigenschaften zu bestimmen. Bei dieser Bestimmung kommen an sich bekannte Simulationsmethoden zum Einsatz, beispielsweise sogenannte Raytracing-Methoden zur Bestimmung optischer Eigenschaften. Beispielhafte Anwendungen sind: In advantageous developments of the invention, the method according to the invention is used on window panes, in particular curved vehicle panes (in particular single glass panes or composite panes) or their individual components (in particular two panes of glass or plastic and at least one polymer film which are intended to be laminated to form a composite pane) and the surface shape determined according to the invention is used to determine optical or mechanical properties on the basis thereof. Simulation methods known per se are used for this determination, for example so-called ray tracing methods for determining optical properties. Exemplary applications are:
Bestimmung einer Verteilung der lokalen Brechkraft der gesamten Fensterscheibe oder eines zentralen Durchsichtsbereichs der Fensterscheibe, aus der wiederum die Qualität der Transmissionsoptik (insbesondere etwaige optische Verzerrungen oder das Auftreten von Doppelbildern) oder die Reflexionsoptik (insbesondere das Auftreten von Reflexionen) ermittelten werden; Determination of a distribution of the local refractive power of the entire window pane or a central viewing area of the window pane, from which in turn the quality of the transmission optics (in particular any optical distortions or the occurrence of double images) or the reflection optics (in particular the occurrence of reflections) are determined;
Bestimmung einer Verteilung der lokalen Brechkraft in einem Kamera- oder Sensorbereich der Fensterscheibe, aus der wiederum die Qualität der Transmissionsoptik (insbesondere etwaige optische Verzerrungen oder das Auftreten von Doppelbildern) ermittelt wird, welche die durch die Kamera oder den Sensor aufgenommen Informationen beeinflusst; unter einem Kamera- oder Sensorbereich wird ein Bereich der Fensterscheibe verstanden, der im Detektionsstrahlengang einer/s an oder in der Fensterscheibe angebrachten Kamera oder Sensors liegt, der also von elektromagnetischer Strahlung durchlaufen wird, welche anschließend von der Kamera oder dem Sensor detektiert wird; Determination of a distribution of the local refractive power in a camera or sensor area of the window pane, from which in turn the quality of the transmission optics (in particular any optical distortions or the occurrence of double images) is determined, which influences the information recorded by the camera or the sensor; A camera or sensor area is understood to be an area of the window pane that lies in the detection beam path of a camera or sensor mounted on or in the window pane, which is therefore traversed by electromagnetic radiation, which is then detected by the camera or sensor;
Simulation der Darstellung eines Head-Up-Displays (HUD), insbesondere im Hinblick auf Verzerrungen, Bild-Rotationen oder Unschärfen; Simulation of the representation of a head-up display (HUD), in particular with regard to distortions, image rotations or blurring;
Berechnung eines Keilwinkels, der erforderlich ist, um das Haupt- und das Geisterbild eines Head-Up-Displays zur Überlappung zu bringen; bei HUDs wird ein HUD-Bereich der Scheibe durch einen Projektor bestrahlt zur Erzeugung eines virtuellen Anzeigebildes; sowohl die innenraumseitige als auch die außenseitige Oberfläche der Scheibe stellt eine Reflexionsebene dar, so dass neben dem Hauptbild (Reflexion an der innenraumseitigen Oberfläche) auch ein Geisterbild (Reflexion an der außenseitigen Oberfläche) erzeugt wird; die beiden Bilder werden zur Überlappung gebracht, indem die beiden Oberfläche in einem Keilwinkel zueinander angeordnet werden; dies wird bei Verbundscheiben typischerweise durch eine keilförmige thermoplastische Folie erreicht, mit der die beiden Glasscheiben miteinander laminiert werden; Calculating a wedge angle required to overlap the main and ghost images of a head-up display; for HUDs, a HUD area of the disk is illuminated by a projector to generate a virtual display image; both the inside and outside surfaces of the pane constitute a reflection plane, so that a ghost image (reflection on the outside surface) is also generated in addition to the main image (reflection on the inside surface); the two images are made to overlap by placing the two surfaces at a wedge angle to each other; this is typically achieved in laminated panes by using a wedge shaped thermoplastic film to laminate the two panes of glass together;
Messung der lokalen Keilwinkel einer keilförmigen Glasscheibe oder Polymerfolie; Messung der Verteilung lokaler Dicken und des lokalen Abstands zweier aufeinanderliegender Glasscheiben, um einen Einfluss auf Spannungen im Glas durch mechanische Verformung zu bestimmen, wenn diese beiden Glasscheiben durch Lamination zu einer Verbundscheibe verbunden werden; optional kann auch die Oberflächenform der zur Lamination verwendeten thermoplastischen Polymerfolie bestimmt werden, um zu einem noch genaueren Ergebnis zu gelangen; Measurement of the local wedge angles of a wedge-shaped glass pane or polymer film; Measurement of the distribution of local thicknesses and the local distance between two glass panes lying on top of each other in order to determine an influence on stresses in the glass due to mechanical deformation when these two glass panes are connected by lamination to form a composite pane; optionally, the surface shape of the thermoplastic polymer film used for lamination can also be determined in order to achieve an even more precise result;
Bestimmung der Oberflächenwelligkeit der Fensterscheibe (vom Fachmann auch als rate of change (ROC) bezeichnet); determination of the surface waviness of the window pane (also referred to as rate of change (ROC) by those skilled in the art);
Quantitative Auswertung der Reflexionsoptik der Fensterscheibe, beispielsweise innerhalb eines Durchsichtsbereichs oder eines Kamera- oder Sensorbereichs. Quantitative evaluation of the reflection optics of the window pane, for example within a see-through area or a camera or sensor area.
Die Glasscheiben können auch mit zusätzlichen Elementen versehen sein, deren Oberflächenform und lokale Dickenverteilung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelt werden kann. Beispiele hierfür sind transparente oder opake Beschichtungen, aufgedruckte Elemente (insbesondere im Siebdruckverfahren), Primerschichten, Klebstoffschichten, Lötkontakte, Kamerahalteplatten oder andere Anbauteile (beispielsweise aus Kunststoff oder Metall). The glass panes can also be provided with additional elements whose surface shape and local thickness distribution can be determined using the method according to the invention. Examples of this are transparent or opaque coatings, printed elements (especially in the screen printing process), primer layers, adhesive layers, solder contacts, camera mounting plates or other add-on parts (for example made of plastic or metal).
Mit Brechkraft wird im Sinne der vorliegenden Erfindung die optische Brechkraft bezeichnet, die auch als Brechwert bezeichnet werden kann und den Kehrwert einer optischen Brennweite darstellt. Die Brechkraft wird typischerweise in der Einheit Dioptrie (dpt) angegeben (1 dpt = 1 rrr1). For the purposes of the present invention, refractive power refers to the optical refractive power, which can also be referred to as the refractive index and represents the reciprocal of an optical focal length. The refractive power is typically given in units of diopters (dpt) (1 dpt = 1 rrr 1 ).
Der vorstehend genannte Kamera- oder Sensorbereich kann für Sensoren und/oder Kameras im Rahmen eines Fahrerassistenzsystems ( Advanced Driver Assistance System, ADAS) vorgesehen ist. Dabei kommen insbesondere optische Kameras, IR-Kameras, Radar- Sensoren und/oder Lidar-Sensoren zum Einsatz. Bei den vorstehend genannten HUDs kann es sich um klassische oder kontaktanaloge HUDs ( Augmented reality HUD, AR-HUD) handeln. Bei einem AR-HUD werden Elemente der Umgebung in die Darstellung einbezogen, beispielsweise Fußgänger oder Verkehrszeichen markiert oder Navigationspfeile auf die Fahrbahn projiziert. Das AR-HUD unterscheidet sich vom klassischen HUD insbesondere durch einen größeren HUD-Bereich und eine größere Projektionsdistanz (Abstand des virtuellen Bilds vom Projektor). The aforementioned camera or sensor area can be provided for sensors and/or cameras as part of a driver assistance system (Advanced Driver Assistance System, ADAS). In this case, optical cameras, IR cameras, radar sensors and/or lidar sensors are used in particular. The HUDs mentioned above can be classic or contact-analogous HUDs (augmented reality HUD, AR-HUD). With an AR-HUD, elements of the environment are included in the display, for example pedestrians or traffic signs are marked or navigation arrows are projected onto the road. The AR-HUD differs from the classic HUD in particular by a larger HUD area and a larger projection distance (distance of the virtual image from the projector).
In einer besonders bevorzugten Ausführung ist der Gegenstand eine einzelne Glas- oder Kunststoffscheibe, bevorzugt eine gebogene Glas- oder Kunststoffscheibe, besonders bevorzugt eine gebogene Glasscheibe, insbesondere thermisch vorgespannte Glasscheibe. Der Gegenstand ist insbesondere als Fahrzeugscheibe vorgesehen, beispielsweise als Seitenscheibe, Heckscheibe oder Dachscheibe. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Oberflächenform der der Strahlungsquelle zugewandten Oberfläche und der von der Strahlungsquelle abgewandten Oberfläche bestimmt wird (bevorzugt simultan). Es wird entweder die Form der gesamten Oberflächen oder eines Bereichs davon bestimmt. Ganz besonders bevorzugt wird aus der so ermittelten Oberflächenform der beiden Oberflächen eine Brechkraftverteilung (Verteilung lokaler Brechkräfte) simuliert, woraus beispielsweise die Qualität der Transmissionsoptik (insbesondere etwaige optische Verzerrungen oder das Auftreten von Doppelbildern) der gesamten Scheibe oder eines Bereichs davon ermittelt wird. Bei dem Bereich kann es sich beispielsweise um einen zentralen Durchsichtsbereich oder einen Kamera- oder Sensorbereich handeln. Alternativ wird aus der so ermittelten Oberflächenform der beiden Oberflächen die Oberflächenwelligkeit bestimmt, die Reflexionsoptik (insbesondere das Auftreten von Reflexionen) oder die Oberflächenform und lokale Dickenverteilung zusätzlicher auf der Scheibenoberfläche angebrachter Elemente, wie Siebdrucke, Beschichtungen, Lötkontakte, Klebstoff- oder Primerschichten oder Anbauteile. In a particularly preferred embodiment, the object is a single pane of glass or plastic, preferably a curved pane of glass or plastic preferably a curved glass pane, in particular thermally toughened glass pane. The object is intended in particular as a vehicle window, for example as a side window, rear window or roof window. With the method according to the invention, the surface shape of the surface facing the radiation source and the surface facing away from the radiation source is determined (preferably simultaneously). Either the shape of the entire surfaces or a portion of them is determined. A refractive power distribution (distribution of local refractive powers) is very particularly preferably simulated from the surface shape of the two surfaces determined in this way, from which, for example, the quality of the transmission optics (in particular any optical distortions or the occurrence of double images) of the entire pane or a region thereof is determined. The area can be, for example, a central viewing area or a camera or sensor area. Alternatively, the surface waviness determined in this way is determined from the surface shape of the two surfaces, the reflection optics (in particular the occurrence of reflections) or the surface shape and local thickness distribution of additional elements applied to the pane surface, such as screen prints, coatings, solder contacts, adhesive or primer layers or add-on parts.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführung ist der Gegenstand eine Verbundscheibe, bevorzugt eine gebogene Verbundscheibe, umfassend eine erste Glas oder Kunststoffscheibe (insbesondere Glasscheibe) und eine zweite Glas- oder Kunststoffscheibe (insbesondere Glasscheibe), welche über mindestens eine Polymerfolie miteinander verbunden sind. Der Gegenstand ist insbesondere als Fahrzeugscheibe vorgesehen, beispielsweise als Windschutzscheibe, Seitenscheibe, Heckscheibe oder Dachscheibe, ganz besonders bevorzugt als Wndschutzscheibe. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Oberflächenform der beiden externen, von der Polymerfolie abgewandten Oberflächen der beiden Glas- oder Kunststoffscheiben bestimmt (bevorzugt simultan). Bei der Messung ist bevorzugt die eine dieser Oberflächen der Strahlungsquelle zugewandt und die andere von der Strahlungsquelle abgewandt. Es wird also die Form der der Strahlungsquelle zugewandten und von der Polymerfolie abgewandten Oberfläche der ersten Glas- oder Kunststoffscheibe und der von der Strahlungsquelle abgewandten und von der Polymerfolie abgewandten Oberfläche der zweiten Glas- oder Kunststoffscheibe bestimmt. Es wird entweder die Form der gesamten Oberflächen oder eines Bereichs davon bestimmt. Ganz besonders bevorzugt wird aus der so ermittelten Oberflächenform der Oberflächen eine Brechkraftverteilung (Verteilung lokaler Brechkräfte) simuliert, woraus beispielsweise die Qualität der Transmissionsoptik (insbesondere etwaige optische Verzerrungen oder das Auftreten von Doppelbildern) der gesamten Scheibe oder eines Bereichs davon ermittelt wird. Bei dem Bereich kann es sich beispielsweise um einen zentralen Durchsichtsbereich (im Falle einer Windschutzscheibe insbesondere das Sichtfeld A oder das Sichtfeld B gemäß ECE-R43 (Regelung Nr. 43 der Wirtschaftskommission der Vereinten Nationen für Europa (UN/ECE)), einen HUD-Bereich oder einen Kamera- oder Sensorbereich handeln. Alternativ wird aus der so ermittelten Oberflächenform der Oberflächen die Darstellung eines Head-Up-Displays (HUD) bestimmt, insbesondere im Hinblick auf Verzerrungen, Bild-Rotationen, Unschärfen, oder das Auftreten von Geisterbildern infolge eine mehrfachen Reflexion der Strahlung des HUD-Projektors. Alternativ wird aus der so ermittelten Oberflächenform der lokale Keilwinkel einer keilförmigen Verbundscheibe bestimmt, die Reflexionsoptik (insbesondere das Auftreten von Reflexionen), die Oberflächenwelligkeit oder die Oberflächenform und lokale Dickenverteilung zusätzlicher auf der Scheibenoberfläche angebrachter Elemente, wie Siebdrucke, Beschichtungen, Lötkontakte, Klebstoff- oder Primerschichten oder Anbauteile. In a further particularly preferred embodiment, the object is a composite pane, preferably a curved composite pane, comprising a first glass or plastic pane (particularly glass pane) and a second glass or plastic pane (particularly glass pane), which are connected to one another via at least one polymer film. The object is intended in particular as a vehicle window, for example as a windshield, side window, rear window or roof window, very particularly preferably as a windshield. With the method according to the invention, the surface shape of the two external surfaces of the two glass or plastic panes facing away from the polymer film is determined (preferably simultaneously). During the measurement, one of these surfaces preferably faces the radiation source and the other faces away from the radiation source. The shape of the surface of the first glass or plastic pane facing away from the radiation source and away from the polymer film and of the surface of the second glass or plastic pane facing away from the radiation source and away from the polymer film is thus determined. Either the shape of the entire surfaces or a portion of them is determined. Very particularly preferably, a refractive power distribution (distribution of local refractive powers) is simulated from the surface shape of the surfaces determined in this way, from which, for example, the quality of the transmission optics (in particular any optical distortions or the occurrence of double images) of the entire pane or a portion thereof is detected. The area can be, for example, a central viewing area (in the case of a windshield, in particular field of vision A or field of vision B according to ECE- R43 (Regulation No. 43 of the Economic Commission of the United Nations for Europe (UN/ECE)), a HUD area or a camera or sensor area Alternatively, the representation of a head-up display (HUD) is determined from the surface shape of the surfaces determined in this way, in particular with regard to distortions, image rotations, blurring, or the occurrence of ghost images as a result of multiple reflection of the radiation of the HUD projector Alternatively, the local wedge angle of a wedge-shaped composite pane, the reflection optics (in particular the occurrence of reflections), the surface waviness or the surface shape and local thickness distribution of additional elements attached to the pane surface are determined from the surface shape determined in this way , such as screen prints, coatings, Solder contacts, adhesive or primer layers or attachments.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführung wird die Oberflächenform der der Strahlungsquelle zugewandten Oberfläche und der von der Strahlungsquelle abgewandten Oberfläche einer ersten Glas- oder Kunststoffscheibe (insbesondere Glasscheibe) und einer zweiten Glas- oder Kunststoffscheibe (insbesondere Glasscheibe) bestimmt sowie die Oberflächenform der der Strahlungsquelle zugewandten Oberfläche und der von der Strahlungsquelle abgewandten Oberfläche mindestens einer Polymerfolie. Die beiden Glas oder Kunststoffscheiben sind dafür vorgesehen, über die mindestens eine Polymerfolie zu einer Verbundscheibe verbunden zu werden und sind bevorzugt gebogen, weisen insbesondere die gleiche Biegung auf. Die resultierende Verbundscheibe ist insbesondere als Fahrzeugscheibe vorgesehen, beispielsweise als Wndschutzscheibe, Seitenscheibe, Heckscheibe oder Dachscheibe, ganz besonders bevorzugt als Wndschutzscheibe. Es wird entweder die Form der gesamten Oberflächen oder eines Bereichs davon bestimmt. Ganz besonders bevorzugt wird aus der so ermittelten Oberflächenform der Oberflächen eine Brechkraftverteilung (Verteilung lokaler Brechkräfte) simuliert, woraus beispielsweise die Qualität der Transmissionsoptik (insbesondere etwaige optische Verzerrungen oder das Auftreten von Doppelbildern) der gesamten resultierenden Verbundscheibe oder eines Bereichs davon ermittelt wird. Bei dem Bereich kann es sich beispielsweise um einen zentralen Durchsichtsbereich (im Falle einer Wndschutzscheibe insbesondere das Sichtfeld A oder das Sichtfeld B gemäß ECE-R43), einen HUD-Bereich oder einen Kamera- oder Sensorbereich handeln. Alternativ wird aus der so ermittelten Oberflächenform der Oberflächen die Darstellung eines Head-Up-Displays (HUD) bestimmt, insbesondere im Hinblick auf Verzerrungen, Bild-Rotationen, Unschärfen oder das Auftreten von Geisterbildern infolge eine mehrfachen Reflexion der Strahlung des HUD-Projektors. Alternativ werden aus der so ermittelten Oberflächenform ein Einfluss auf Spannungen im Glas durch mechanische Verformung bei der Lamination bestimmt. Alternativ wird aus der so ermittelten Oberflächenform der lokale Keilwinkel einer keilförmigen Glasscheibe oder Polymerfolie bestimmt, die Reflexionsoptik (insbesondere das Auftreten von Reflexionen), die Oberflächenwelligkeit oder die Oberflächenform und lokale Dickenverteilung zusätzlicher auf Elemente, wie Siebdrucke, Beschichtungen, Lötkontakte, Klebstoff- oder Primerschichten oder Anbauteile. In a further particularly preferred embodiment, the surface shape of the surface facing the radiation source and the surface facing away from the radiation source of a first glass or plastic pane (in particular glass pane) and a second glass or plastic pane (in particular glass pane) is determined, as well as the surface shape of the surface facing the radiation source Surface and facing away from the radiation source surface of at least one polymer film. The two glass or plastic panes are intended to be connected via the at least one polymer film to form a composite pane and are preferably curved, in particular have the same curvature. The resulting laminated pane is intended in particular as a vehicle pane, for example as a windshield, side window, rear window or roof pane, very particularly preferably as a windshield. Either the shape of the entire surfaces or a portion of them is determined. A refractive power distribution (distribution of local refractive powers) is very particularly preferably simulated from the surface shape of the surfaces determined in this way, from which, for example, the quality of the transmission optics (in particular any optical distortions or the occurrence of double images) of the entire resulting composite pane or a region thereof is determined. The area can be, for example, a central see-through area (in the case of a windshield, in particular field of view A or field of view B according to ECE-R43), a HUD area or a camera or sensor area. Alternatively, from the surface shape determined in this way Surfaces determine the representation of a head-up display (HUD), in particular with regard to distortions, image rotations, blurring or the appearance of ghost images as a result of multiple reflections of the radiation from the HUD projector. Alternatively, an influence on stresses in the glass due to mechanical deformation during lamination can be determined from the surface shape determined in this way. Alternatively, the local wedge angle of a wedge-shaped pane of glass or polymer film, the reflection optics (in particular the occurrence of reflections), the surface waviness or the surface shape and local thickness distribution of additional elements such as screen prints, coatings, solder contacts, adhesive or primer layers are determined from the surface shape determined in this way or attachments.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführung wird das Verfahren an zwei aufeinanderliegenden Glas- oder Kunststoffscheiben (insbesondere Glasscheiben) durchgeführt, insbesondere an zwei aufeinanderliegenden gebogenen Glas- oder Kunststoffscheiben (insbesondere Glasscheiben). Dabei wird die Oberflächenform der der Strahlungsquelle zugewandten Oberfläche und der von der Strahlungsquelle abgewandten Oberfläche der beiden Glas- oder Kunststoffscheiben bestimmt. Daraus wird eine Verteilung der lokalen Dicken der beiden Glas- oder Kunststoffscheiben und eine Verteilung des lokalen Abstands der einander zugewandten Oberflächen der beiden Glas- oder Kunststoffscheiben bestimmt. Die beiden Glas- oder Kunststoffscheiben sind dafür vorgesehen, über mindestens eine thermoplastische Polymerfolie zu einer Verbundscheibe verbunden zu werden und aus der Dicken- und Abstandsverteilung wird ein Einfluss auf Spannungen im Glas durch mechanische Verformung bei der Lamination bestimmt. Die resultierende Verbundscheibe ist insbesondere als Fahrzeugscheibe vorgesehen, beispielsweise als Windschutzscheibe, Seitenscheibe, Heckscheibe oder Dachscheibe. In a further particularly preferred embodiment, the method is carried out on two glass or plastic panes (in particular glass panes) lying on top of one another, in particular on two curved glass or plastic panes (in particular glass panes) lying on top of one another. The surface shape of the surface facing the radiation source and the surface of the two glass or plastic panes facing away from the radiation source is determined. From this, a distribution of the local thicknesses of the two panes of glass or plastic and a distribution of the local distance between the surfaces of the two panes of glass or plastic facing one another are determined. The two panes of glass or plastic are intended to be connected via at least one thermoplastic polymer film to form a composite pane, and an influence on stresses in the glass due to mechanical deformation during lamination is determined from the thickness and distance distribution. The resulting composite pane is intended in particular as a vehicle pane, for example as a windshield, side pane, rear pane or roof pane.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführung wird das Verfahren an zwei Glas- oder Kunststoffscheiben (insbesondere Glasscheiben) durchgeführt, die dafür vorgesehen sind, über mindestens eine thermoplastische Polymerfolie zu einer Verbundscheibe verbunden zu werden. Die beiden Glas- oder Kunststoffscheiben sind bevorzugt gebogen, weisen insbesondere die gleiche Biegung auf. Die Verbundscheibe ist bevorzugt eine Fahrzeug- Wndschutzscheibe. Die beiden Bereiche sind in der Verbundscheibe kongruent zueinander angeordnet und bilden einen HUD-Bereich als Reflexionsfläche für einen HUD-Projektor aus. Aus der so bestimmten Oberflächenform wird ein Keilwinkel berechnet (oder eine Verteilung lokaler Keilwinkel), der erforderlich ist, um das Hauptbild (Reflexion an der einen der beiden besagten Oberflächen) und das Geisterbild (Reflexion an der anderen der beiden besagten Oberflächen) des HUDs zur Überlappung zu bringen. Die beiden Glas- oder Kunststoffscheiben können einzeln oder aufeinanderliegend simultan vermessen werden. Glasscheiben sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt aus Kalk-Natron-Glas gefertigt, wie es für Fensterscheiben üblich ist. Die Dicke der Glasscheibe kann den Anforderungen im Einzelfall entsprechend frei gewählt werden. Typische Dicken für Glasscheiben als Fahrzeugscheiben oder Bestandteile davon liegen im Bereich von 0,5 mm bis 20 mm, insbesondere 1 mm bis 5 mm. In a further particularly preferred embodiment, the method is carried out on two panes of glass or plastic (in particular panes of glass) which are intended to be connected via at least one thermoplastic polymer film to form a composite pane. The two panes of glass or plastic are preferably curved, in particular have the same curvature. The laminated pane is preferably a vehicle windscreen. The two areas are arranged congruently with one another in the composite pane and form a HUD area as a reflection surface for a HUD projector. From the surface shape thus determined, a wedge angle is calculated (or a distribution of local wedge angles) required to capture the main image (reflection from one of the two said surfaces) and the ghost image (reflection on the other of said two surfaces) of the HUD to overlap. The two panes of glass or plastic can be measured individually or simultaneously one on top of the other. In the context of the present invention, glass panes are preferably made of soda-lime glass, as is customary for window panes. The thickness of the glass pane can be freely selected according to the requirements in the individual case. Typical thicknesses for glass panes as vehicle panes or components thereof are in the range from 0.5 mm to 20 mm, in particular 1 mm to 5 mm.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung und Ausführungsbeispielen näher erläutert. DieThe invention is explained in more detail with reference to a drawing and exemplary embodiments. the
Zeichnung ist eine schematische Darstellung und nicht maßstabsgetreu. Die Zeichnung schränkt die Erfindung in keiner Weise ein. Es zeigen: Drawing is a schematic representation and not to scale. The drawing does not limit the invention in any way. Show it:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Konfokalsensors während einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, 1 shows a schematic view of a confocal sensor during an embodiment of the method according to the invention,
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Verbundscheibe als Gegenstand des erfindungsgemäßen Verfahrens, 2 shows a plan view of a laminated pane as the subject of the method according to the invention,
Fig. 3 eine schematische Ansicht der angenommenen Ausgangsform und der realen Oberflächenform eines plattenartigen Gegenstands während einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, 3 shows a schematic view of the assumed initial shape and the real surface shape of a plate-like object during an embodiment of the method according to the invention,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Iteration einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, 4 shows a schematic representation of an iteration of an embodiment of the method according to the invention,
Fig. 5 einen Querschnitt einer Verbundscheibe als Gegenstand des erfindungsgemäßen Verfahrens und 5 shows a cross section of a laminated pane as the subject of the method according to the invention and
Fig. 6 einen Querschnitt durch zwei aufeinanderliegende Glasscheiben als Gegenstand des erfindungsgemäßen Verfahrens. 6 shows a cross section through two glass panes lying one on top of the other as the subject of the method according to the invention.
Figur 1 veranschaulicht ein optisches Messverfahren zur Bestimmung der räumlichen Position eines Messpunkts auf der Oberfläche eines platten- oder schichtartigen Gegenstands, das in dem erfindungsgemäßen iterativen Verfahren eingesetzt werden kann. Das Messverfahren wird als chromatisch-konfokale Abstandsmessung mit einem Konfokalsensor K durchgeführt. Der Konfokalsensor K enthält eine Strahlungsquelle 5, welche sichtbares, weißes Licht emittiert. Die Strahlungsquelle 5 ist hinter einer Lochblende 7 angeordnet, wodurch sie als Punktlichtquelle wirkt. Die Strahlung S der Strahlungsquelle 5 wird über ein System von Linsen 9, 10 auf einen platten- oder schichtartigen Gegenstand, beispielsweise eine Glasscheibe 1 fokussiert. Die dargestellten Linsen 9, 10 sind lediglich beispielhaft zu verstehen - in der Realität kann eine deutlich größere Anzahl von Linsen eingesetzt werden, um die Strahlung S geeignet zu formen. Die fokussierende Linse 10 (beziehungsweise das fokussierende Linsensystem) ist nicht chromatisch korrigiert, so dass der Brennpunkt stark wellenlängenabhängig ist (chromatische Aberration). Dadurch wird die Strahlung S entlang der optischen Achse wellenlängenabhängig aufgespalten, wobei der Brennpunkt umso näher am Konfokalsensor K liegt, je höherenergetisch die Stählung S ist. Dieses Prinzip ist in der Figur anhand dreier beispielhafter Wellenlängen l=420 nm (blau), l=530 nm (grün) und l=650 nm (rot) demonstriert - in der Realität liegt natürlich ein Kontinuum von Brennpunkten vor. Die Strahlung S trifft idealerweise mit einem Einstrahlwinkel von 90° auf die Oberfläche I der Glasscheibe 1 , wird von dieser wieder in Richtung des Konfokalsensors K reflektiert und von der Linse 10 eingesammelt. Die reflektierte Strahlung S wird zumindest teilweise durch einen Strahlteiler 12 aus dem Anregungsstrahlengang ausgekoppelt und durch mindestens eine weitere Linse 11 auf eine weitere Lochblende 8 fokussiert, hinter der ein Sensor 6 befindlich ist. Nach dem Konfokalprinzip sorgt die Lochblende 8 dafür, dass diejenigen Strahlungsanteile weitgehend ausgeblendet werden, die nicht aus der Objektebene stammen. Die Lochblenden 7 und 8 sind bevorzugt baugleich. Der Sensor 6 ist ein Strahlungsdetektor nach Art eines Spektrometers und geeignet, die spektrale Verteilung des reflektierten Lichts zu bestimmen. Dadurch kann diejenige Wellenlänge bestimmt werden, welche das Reflexionsspektrum dominiert - in deren Fokus also die reflektierende Oberfläche I angeordnet war. Aus dem Wissen über die Fokusweiten der einzelnen Wellenlängen kann aus der dominanten Wellenlänge direkt der Abstand der Oberfläche I vom Konfokalsensor K bestimmt werden. FIG. 1 illustrates an optical measuring method for determining the spatial position of a measuring point on the surface of a plate-like or layer-like object, which can be used in the iterative method according to the invention. The measuring method is carried out as a chromatic-confocal distance measurement with a K confocal sensor. The confocal sensor K contains a radiation source 5 which emits visible, white light. The radiation source 5 is arranged behind a pinhole 7, as a result of which it acts as a point light source. The radiation S from the radiation source 5 is focused via a system of lenses 9, 10 onto a plate-like or layer-like object, for example a pane of glass 1. The lenses 9, 10 shown are only to be understood as examples—in reality, a significantly larger number of lenses can be used in order to suitably shape the radiation S. The focusing lens 10 (or the focusing lens system) is not chromatically corrected, so that the focal point is strongly dependent on the wavelength (chromatic aberration). As a result, the radiation S is split up along the optical axis depending on the wavelength, with the focal point being closer to the confocal sensor K the higher the energy of the steel S is. This principle is illustrated in the figure using three exemplary wavelengths l=420 nm (blue), l=530 nm (green) and l=650 nm (red) - in reality, of course, there is a continuum of focal points. The radiation S ideally strikes the surface I of the glass pane 1 at an angle of incidence of 90°, is reflected by it again in the direction of the confocal sensor K and is collected by the lens 10 . The reflected radiation S is at least partially decoupled from the excitation beam path by a beam splitter 12 and focused by at least one additional lens 11 onto an additional pinhole diaphragm 8 behind which a sensor 6 is located. According to the confocal principle, the pinhole diaphragm 8 ensures that those radiation components that do not come from the object plane are largely masked out. The pinholes 7 and 8 are preferably identical in construction. The sensor 6 is a radiation detector in the manner of a spectrometer and is suitable for determining the spectral distribution of the reflected light. In this way, that wavelength can be determined which dominates the reflection spectrum - that is, in the focus of which the reflecting surface I was arranged. From the knowledge of the focal widths of the individual wavelengths, the distance between the surface I and the confocal sensor K can be determined directly from the dominant wavelength.
Aus der Figur wird auch deutlich, dass beide Oberflächen I, II der transparenten Glasscheibe 1 simultan vermessen werden können, wenn die Dicke der Glasscheibe 1 geringer ist als der Messbereich des Konfokalsensors K. Der Messbereich wird durch die Dispersion der Strahlung S infolge der chromatischen Aberration bestimmt und entspricht der Ausdehnung der dispergierten Strahlung entlang der optischen Achse. Liegen beide Oberflächen I, II innerhalb des Messbereichs, so können zwei Reflexionssignale bestimmt werden und der Abstand beider zum Konfokalsensor K ermittelt werden. The figure also makes it clear that both surfaces I, II of the transparent glass pane 1 can be measured simultaneously if the thickness of the glass pane 1 is less than the measuring range of the confocal sensor K. The measuring range is limited by the dispersion of the radiation S due to chromatic aberration is determined and corresponds to the expansion of the dispersed radiation along the optical axis. If both surfaces I, II are within the measuring range, two reflection signals can be determined and the distance between the two and the confocal sensor K can be determined.
In bevorzugten Anwendungen der Erfindung ist der vermessene platten- oder schichtartige Gegenstand gebogen ausgebildet. In der Figur ist die Glasscheibe 1 dagegen der Einfachheit halber plan dargestellt. In preferred applications of the invention, the measured plate-like or sheet-like object is curved. In the figure, on the other hand, the glass pane 1 is shown planar for the sake of simplicity.
Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf eine Verbundscheibe V als Beispiel eines platten- oder schichtartigen Gegenstands (Figur 2(a)), dessen Oberflächenform mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmt werden soll. Die Verbundscheibe V ist die Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs und besteht aus zwei Glasscheiben, welche über eine thermoplastische Polymerfolie miteinander verbunden sind. Ein Bereich B der Verbundscheibe V ist als Kamera- und Sensorbereich vorgesehen. An der innenraumseitigen Oberfläche der Verbundscheibe V sollen optische Kameras und andere Sensoren (beispielsweise Radar- und Lidar-Sensoren) für ein Fahrerassistenzsystem ( Advanced Driver Assistance System, ADAS) angebracht werden, welche elektromagnetische Strahlung, welche durch den Bereich B hindurchtritt, detektieren können. Um die Funktionsfähigkeit, Darstellungsqualität oder ähnliche Eigenschaften des ADAS zu charakterisieren, sollen die optischen Eigenschaften des Bereichs B rechnerisch bestimmt werden, beispielsweise mittels Raytracing-Methoden. Dazu ist eine genaue Kenntnis der Oberflächenform der Verbundscheibe V im Bereich B erforderlich, insbesondere die Oberflächenform der beiden externen, von der Polymerfolie abgewandten Oberflächen der Glasscheiben, also der außenseitigen Oberfläche der Außenscheibe und der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe. Daraus ergeben sich insbesondere eine lokale Verteilung der Scheibendicken. Der Bereich B ist in Figur2(b) vergrößert dargestellt. Innerhalb des Bereichs B ist eine Vielzahl von Messpunkten 4 definiert, die rasterartig in Form von Zeilen und Spalten verteilt sind, wobei der Abstand benachbarter Messpunkte 4 (innerhalb einer Zeile beziehungsweise Spalte) beispielsweise 1 mm beträgt. Um die Oberflächenform mit hoher Genauigkeit zu bestimmen, sollen die räumlichen Positionen der Oberflächen an diesen Messpunkten mit dem erfindungsgemäßen iterativen Verfahren gemessen werden. FIG. 2 shows a plan view of a composite pane V as an example of a plate-like or layer-like object (FIG. 2(a)) whose surface shape is to be determined using the method according to the invention. The laminated pane V is the windshield of a motor vehicle and consists of two panes of glass which are connected to one another via a thermoplastic polymer film. An area B of the laminated pane V is provided as a camera and sensor area. Optical cameras and other sensors are to be mounted on the surface of the laminated pane V on the interior side (For example, radar and lidar sensors) for a driver assistance system (Advanced Driver Assistance System, ADAS) are attached, which electromagnetic radiation passing through the area B can detect. In order to characterize the functionality, display quality or similar properties of the ADAS, the optical properties of the area B are to be determined by calculation, for example using ray tracing methods. This requires precise knowledge of the surface shape of the laminated pane V in area B, in particular the surface shape of the two external surfaces of the glass panes facing away from the polymer film, i.e. the outside surface of the outer pane and the interior surface of the inner pane. This results in particular in a local distribution of the slice thicknesses. The area B is shown enlarged in Figure 2(b). A large number of measuring points 4 are defined within the area B, which are distributed in a grid-like manner in the form of rows and columns, the distance between adjacent measuring points 4 (within a row or column) being 1 mm, for example. In order to determine the surface shape with a high degree of accuracy, the spatial positions of the surfaces at these measuring points are to be measured using the iterative method according to the invention.
Figur 3 veranschaulicht schematisch die Vermessung eines Messpunktes 4 mittels des Konfokalsensors K aus Figur 1. Um die optimale Messgenauigkeit zu liefern, muss der Konfokalsensors K an jedem Messpunkt 4 derart zur zu vemessenden Oberfläche angeordnet werden, dass die Strahlung S mit einem Einstrahlwinkel a von 90° auf die besagte Oberfläche trifft. Da dem Bediener anfangs keine anderen Daten zur Verfügung stehen, wird diese Ausrichtung des Konfokalsensors K anhand der theroretischen Nominalgeometrie vorgenommen - also im Falle einer gebogenen Glasscheibe anhand der spezifizierten Oberflächenform, für die der Glasbiegeprozess und die Glasbiegewerkzeuge konzipiert waren. Diese Nominalgeometrie wird dem Verfahren als Ausgangsform F1 zugrundegelegt. Aufgrund von Oberflächenungenauigkeiten und Biegefehlern, die im realen, nicht-idealen Glasbiegeprozess auftreten, weicht die reale Form R der Oberfläche jedoch von dieser Ausgangsform F1 ab. Dies hat zur Folge, dass der reale Einstrahlwinkel a' nicht 90° beträgt, sondern mehr oder weniger stark davon aufweicht. Dies setzt die Messgenauigkeit der Messung mit dem Konfokalsensor K herab. Figure 3 schematically illustrates the measurement of a measuring point 4 using the confocal sensor K from Figure 1. In order to provide the best possible measuring accuracy, the confocal sensor K must be arranged at each measuring point 4 in relation to the surface to be measured in such a way that the radiation S has an angle of incidence a of 90 ° strikes said surface. Since the operator initially has no other data available, this alignment of the confocal sensor K is carried out using the theoretical nominal geometry - i.e. in the case of a bent glass pane using the specified surface shape for which the glass bending process and the glass bending tools were designed. The method is based on this nominal geometry as the initial form F1. However, due to surface inaccuracies and bending errors that occur in the real, non-ideal glass bending process, the real shape R of the surface deviates from this initial shape F1. The consequence of this is that the real angle of incidence a' is not 90°, but deviates from it to a greater or lesser extent. This reduces the measurement accuracy of the measurement with the confocal sensor K.
Figur 4 veranschaulicht schematisch eine Iteration des erfindungsgemäßen Messverfahrens. Auf der Ausgangsform F1 wird eine Vielzahl von Messpunkten 4 definiert. An jedem Messpunkt 4 wird der Konfokalsensor K mit einem Einstrahlwinkel a von 90° angeordnet und die räumliche Position 4' des jeweiligen Messpunkts 4 gemessen, insbesondere als Abstand des Messpunkts 4 vom Konfokalsensor K in Strahlrichtung (Figur 4(a)). Aus den so ermittelten Positionen 4' wird eine angepassten Form F2 der Oberfläche ermittelt, beispielsweise durch Interpolation (Figur 4(b)). Aufgrund der beschränkten Messgenauigkeit des Konfokalsensors K weicht diese angepasste Form F2 immer noch von der realen Form R der Oberfläche ab. Ein genaueres Ergebnis wird mit einer weiteren Iteration des Verfahrens erreicht, wobei die in der ersten Iteration ermittelte angepasste Form F2 als neue Ausgangsform F1 verwendet wird. Der Konfokalsensor K wird nun an jedem Messpunkt mit einem Einstrahlwinkel von 90° zu dieser neuen Ausgangsform F1 angeordnet. Die Abweichung des realen Einstrahlwinkels a' von 90° ist nun geringer ausgeprägt als bei der ersten Iteration, das Messergebnis daher genauer. In dieser Weise kann sich der Bediener durch die Iterationen schrittweise der realen Form R annähern. Das Iterationsverfahren wird abgebrochen, wenn die in einer Iteration ermittelte Abweichung der gemessenen Positionen 4' vom jeweiligen Messpunkt 4 geringer ausgeprägt ist als ein vorher festgelegter Genauigkeitswert. Beim Vergleich der Abweichungen mit dem Genauigkeitswert kann der Mittelwert der Abweichungen herangezogen werden, und das Verfahren dann abgebrochen werden, wenn der Mittelwert kleiner ist als der Genauigkeitswert. Alternativ kann jeder Abweichungswert einzeln mit dem Genauigkeitswert verglichen werden und das Verfahren erst dann abgebrochen werden, wenn die Abweichung an jedem einzelnen Messpunkt geringer ist als der Genauigkeitswert. Die in der letzten Iteration ermittelte angepasste Form F2 bildet das Endergebnis des Verfahrens (Endform). Anhand dieser Endform können nun beispielsweise optische Simulationen ausgeführt werden, um die optischen Eigenschaften vorherzusagen. FIG. 4 schematically illustrates an iteration of the measurement method according to the invention. A large number of measurement points 4 are defined on the initial form F1. The confocal sensor K is arranged at each measuring point 4 with an angle of incidence a of 90° the spatial position 4' of the respective measurement point 4 is measured, in particular as the distance of the measurement point 4 from the confocal sensor K in the beam direction (FIG. 4(a)). An adapted form F2 of the surface is determined from the positions 4' thus determined, for example by interpolation (FIG. 4(b)). Because of the limited measurement accuracy of the confocal sensor K, this adapted form F2 still deviates from the real form R of the surface. A more accurate result is achieved with a further iteration of the method, with the adapted form F2 determined in the first iteration being used as the new initial form F1. The confocal sensor K is now arranged at each measuring point with an angle of incidence of 90° to this new initial form F1. The deviation of the real angle of incidence a' from 90° is now less pronounced than in the first iteration, and the measurement result is therefore more accurate. In this way, the operator can gradually approach the real shape R through the iterations. The iteration process is aborted when the deviation of the measured positions 4' from the respective measuring point 4 determined in one iteration is less pronounced than a previously specified accuracy value. When comparing the deviations with the accuracy value, the mean value of the deviations can be used and the method can then be aborted if the mean value is less than the accuracy value. Alternatively, each deviation value can be compared individually with the accuracy value and the method can only be terminated when the deviation at each individual measuring point is less than the accuracy value. The adjusted shape F2 determined in the last iteration forms the final result of the method (final shape). This final shape can now be used, for example, to carry out optical simulations in order to predict the optical properties.
Figur 5 zeigt den Querschnitt der Verbundscheibe V aus Figur 2. Die Verbundscheibe V ist der Einfachheit halber wiederum plan dargestellt, obwohl die Windschutzscheibe in der Realität gebogen ausgebildet ist. Die Verbundscheibe V ist gebildet aus einer ersten Glasscheibe 1 und einer zweiten Glasscheibe 2, die über eine thermoplastische Polymerfolie 3 miteinander verbunden sind. Die erste Glasscheibe 1 ist beispielsweise die Außenscheibe, welche in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt ist, und die zweite Glasscheibe 2 die Innenscheibe, welche in Einbaulage dem Fahrzeug-Innenraum zugewandt ist. Die erste Glasscheibe 1 weist eine außenseitige Oberfläche I und eine innenraumseitige Oberfläche II auf. Die zweite Glasscheibe 2 weist eine außenseitige Oberfläche III und eine innenraumseitige Oberfläche IV auf. Die innenraumseitige Oberfläche II der ersten Glasscheibe 1 und die außenseitige Oberfläche III der zweiten Glasscheibe 2 sind der Polymerfolie 3 und der jeweils anderen Glasscheibe zugewandt. Die außenseitige Oberfläche 1 der ersten Glasscheibe 1 und die innenraumseitige Oberfläche IV der zweiten GlasscheibeFIG. 5 shows the cross section of the composite pane V from FIG. 2. For the sake of simplicity, the composite pane V is again shown planar, although in reality the windshield is curved. The composite pane V is formed from a first glass pane 1 and a second glass pane 2 which are connected to one another via a thermoplastic polymer film 3 . The first glass pane 1 is, for example, the outer pane, which in the installed position faces the outside environment, and the second glass pane 2 is the inner pane, which in the installed position faces the vehicle interior. The first glass pane 1 has an outside surface I and an inside surface II. The second glass pane 2 has an outside surface III and an inside surface IV. The interior surface II of the first glass pane 1 and the outside surface III of the second glass pane 2 face the polymer film 3 and the respective other glass pane. The outside surface 1 of the first glass pane 1 and the interior-side surface IV of the second glass pane
2 sind von der Polymerfolie 3 und der jeweils anderen Glasscheibe abgewandt - sie bilden die externen Oberflächen der Verbundscheibe V. Insbesondere die Oberflächenformen dieser externen Oberflächen I, IV müssen mit hoher Genauigkeit bestimmt werden, um die optischen Eigenschaften eines Bereichs B zu simulieren. 2 face away from the polymer film 3 and the other glass pane - they form the external surfaces of the composite pane V. In particular, the surface shapes of these external surfaces I, IV must be determined with great accuracy in order to simulate the optical properties of a region B.
Wenn der Messbereich des Konfokalsensors K ausreichend groß ist, kann die Oberflächenform beider externer Oberflächen I, IV simultan bestimmt werden, wie dies in Figur 1 für eine einzelne Glasscheibe veranschaulicht ist. Ansonsten werden zwei separate Messungen durchgeführt. If the measuring range of the confocal sensor K is sufficiently large, the surface shape of both external surfaces I, IV can be determined simultaneously, as is illustrated in FIG. 1 for a single pane of glass. Otherwise, two separate measurements are performed.
Wenn der Bereich B ein Kamera- oder Sensorbereich ist, können dadurch beispielsweise das Transmissions- und Reflexionsverhalten bestimmt werden, um die Wirksamkeit der Kameras und Sensoren zu ermitteln. Wenn der Bereich B ein HUD-Bereich ist, können dadurch beispielsweise Verzerrungen oder Rotationen der HUD-Darstellung ermittelt werden oder einIf area B is a camera or sensor area, this can be used to determine the transmission and reflection behavior, for example, in order to determine the effectiveness of the cameras and sensors. If the area B is a HUD area, distortions or rotations of the HUD display can be determined or a
Keilwinkel, der erforderlich ist, um die HUD-Reflexionen an den externen Oberflächen I, IV weitestgehend in Deckung zu bringen und dadurch Geisterbilder zu vermeiden. Wedge angle required to match the HUD reflections on the external surfaces I, IV as closely as possible, thereby avoiding ghosting.
Figur 6 zeigt den Querschnitt zweier aufeinanderliegender Glasscheiben 1, 2 als weiteren beispielhaften Anwendungsfall des erfindungsgemäßen Verfahrens. Auch diese Glasscheiben 1, 2 sind in der Realität gebogen und dafür vorgesehen, über eine PolymerfolieFIG. 6 shows the cross section of two glass panes 1, 2 lying one on top of the other as a further exemplary application of the method according to the invention. In reality, these glass panes 1, 2 are also bent and intended for this purpose via a polymer film
3 zu einer Verbundscheibe V laminiert zu werden. Diejenigen Oberflächen II, III der Glasscheiben 1 , 2, die in der Verbundscheibe V einander zugewandt sein sollen, sind auch in dem Stapel der Glasscheiben 1, 2 einander zugewandt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Oberflächenform aller Oberflächen I, II, III, IV ermittelt werden. Heraus lässt sich eine Verteilung der lokalen Dicken der Glasscheiben 1, 2 sowie des lokalen Abstands der einander zugewandten Oberfläche II, III bestimmen, woraus sich wiederum beispielsweise ein Einfluss auf die Spannungsverteilung in den Glasscheiben 1 , 2 ergibt durch mechanische Verformungen die bei der Lamination der Verbundscheibe V auftreten. Werden auch die Oberflächen der Polymerfolie 3 bestimmt, können auch die optischen Eigenschaften der resultierenden Verbundscheibe V bestimmt werden. Bezugszeichenliste: 3 to be laminated into a composite pane V. Those surfaces II, III of the glass panes 1, 2 which should face one another in the laminated pane V also face one another in the stack of glass panes 1, 2. The surface shape of all surfaces I, II, III, IV can be determined with the method according to the invention. A distribution of the local thicknesses of the glass panes 1, 2 and the local distance between the surfaces II, III facing each other can be determined from this, which in turn has an influence on the stress distribution in the glass panes 1, 2, for example, due to mechanical deformations that occur during the lamination of the Composite pane V occur. If the surfaces of the polymer film 3 are also determined, the optical properties of the resulting laminated pane V can also be determined. Reference list:
(1 , 2) platten- oder schichtartiger Gegenstand: Glasscheibe (3) platten- oder schichtartiger Gegenstand: Polymerfolie (V) platten- oder schichtartiger Gegenstand: Verbundscheibe (1, 2) plate or layer-like object: glass pane (3) plate or layer-like object: polymer film (V) plate or layer-like object: composite pane
(4) Messpunkt (4) measuring point
(4') gemessene räumliche Position des Messpunkts 4 (4') measured spatial position of measuring point 4
(5) Strahlungsquelle des optischen Messverfahrens (6) Sensor des optischen Messverfahrens (5) Radiation source of the optical measurement method (6) Sensor of the optical measurement method
(S) elektromagnetische Strahlung der Strahlungsquelle 5 (S) electromagnetic radiation from radiation source 5
(B) Bereich der Oberfläche des platten- oder schichtartigen Gegenstands (F1) Ausgangsform der Oberfläche des platten- oder schichtartigen Gegenstands(B) Region of the surface of the sheet or sheet-like article (F1) Initial shape of the surface of the sheet or sheet-like article
(F2) angepasste Form der Oberfläche des platten- oder schichtartigen Gegenstands (R) reale Form der Oberfläche des platten- oder schichtartigen Gegenstands (F2) adapted shape of the surface of the plate-like or sheet-like object (R) real shape of the surface of the plate-like or sheet-like object
(K) Konfokalsensor (a) Einstrahlwinkel des Konfokalsensors K auf die Ausgangsform F1 (K) Confocal sensor (a) Angle of incidence of the confocal sensor K on the initial form F1
(a') Einstrahlwinkel des Konfokalsensors K auf die reale Form R (a') Angle of incidence of the confocal sensor K on the real form R
(7, 8) Lochblenden des Konfokalsensors K (9, 10 ,11) Linsen des Konfokalsensors K (12) Strahlungsteiler des Konfokalsensors K (7, 8) Pinholes of the K confocal sensor (9, 10, 11) Lenses of the K confocal sensor (12) Beam splitter of the K confocal sensor
(I, II) Oberflächen des Gegenstands 1 (III, IV) Oberflächen des Gegenstands 2 (I, II) surfaces of item 1 (III, IV) surfaces of item 2

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Verfahren zur Ermittlung der Oberflächenform eines platten- oder schichtartigen Gegenstands (1 , 2, 3, V), wobei die Form mindestens eines Bereichs (B) mindestens einer Oberfläche (I, II, III, IV) des Gegenstands (1 , 2, 3, V) mit einer Messgenauigkeit bestimmt wird, welche kleiner ist als ein vorher festgelegter Genauigkeitswert, indem1. Method for determining the surface shape of a plate-like or layer-like object (1, 2, 3, V), wherein the shape of at least one region (B) of at least one surface (I, II, III, IV) of the object (1, 2 , 3, V) is determined with a measurement accuracy which is smaller than a predetermined accuracy value by
(a) eine angenommene Oberflächenform der Oberfläche (I, II, III, IV) als Ausgangsform (F1) bereitgestellt wird, (a) an assumed surface shape of the surface (I, II, III, IV) is provided as the initial shape (F1),
(b) eine Mehrzahl von Messpunkten (4) auf der Ausgangsform (F1) definiert wird,(b) a plurality of measuring points (4) is defined on the initial form (F1),
(c) die räumliche Position (4') der Messpunkte (4) mittels eines optischen Messverfahrens bestimmt wird, wobei die Oberfläche (I, II, III, IV) durch eine elektromagnetische Strahlungsquelle (5) bestrahlt wird und die zurückgeworfene Strahlung durch einen Sensor (6) detektiert wird, (c) the spatial position (4') of the measuring points (4) is determined using an optical measuring method, the surface (I, II, III, IV) being irradiated by an electromagnetic radiation source (5) and the reflected radiation by a sensor (6) is detected,
(d) die Abweichung der in Verfahrensschritt (c) gemessenen Position (4') von der in Verfahrensschritt (b) angenommenen Position für jeden Messpunkt (4) bestimmt wird, (d) the deviation of the position (4') measured in method step (c) from the position assumed in method step (b) is determined for each measuring point (4),
(e) aus der in Verfahrensschritt (c) gemessenen Position (4') der Messpunkte (4) eine angepasste Oberflächenform (F2) ermittelt wird, (e) an adapted surface shape (F2) is determined from the position (4') of the measuring points (4) measured in method step (c),
(f) die Verfahrensschritte (b) bis (e) wiederholt werden, wobei die angepasste Oberflächenform (F2) als neue Ausgangsform (F1) verwendet wird, wobei das Verfahren nach Verfahrensschritt (e) abgebrochen wird, sobald ein Mittelwert der in Verfahrensschritt (d) bestimmten Abweichungen geringer ist der Genauigkeitswert. (f) process steps (b) to (e) are repeated, with the adapted surface shape (F2) being used as the new initial shape (F1), with the process being terminated after process step (e) as soon as an average value of the values specified in process step (d ) certain deviations, the accuracy value is lower.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das optische Messverfahren mittels chromatisch- konfokaler Abstandsmessung mit einem Konfokalsensor (K) durchgeführt wird, welcher an jedem Messpunkt (4) mit einem Einstrahlwinkel (a) von 90° zur Ausgangsform (F1) angeordnet wird. 2. The method according to claim 1, wherein the optical measuring method is carried out by means of chromatic-confocal distance measurement with a confocal sensor (K), which is arranged at each measuring point (4) with an angle of incidence (a) of 90° to the initial shape (F1).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Messpunkte (4) rasterartig in dem Bereich (B) der Oberfläche (I, II, III, IV) verteilt sind und wobei der Abstand benachbarter Messpunkte (4) höchstens 20 mm beträgt, bevorzugt höchstens 10 mm, besonders bevorzugt höchstens 5 mm, ganz besonders bevorzugt höchstens 2 mm. 3. The method according to claim 1 or 2, wherein the measuring points (4) are distributed in a grid-like manner in the area (B) of the surface (I, II, III, IV) and wherein the distance between adjacent measuring points (4) is at most 20 mm, preferably at most 10 mm, particularly preferably at most 5 mm, very particularly preferably at most 2 mm.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verfahren nach Verfahrensschritt (e) abgebrochen wird, sobald jede in Verfahrensschritt (d) bestimmte Abweichung geringer ist als der Genauigkeitswert. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the method is aborted after method step (e) as soon as each deviation determined in method step (d) is less than the accuracy value.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Genauigkeitswert höchsten 10 pm beträgt, bevorzugt höchstens 5 pm, besonders bevorzugt höchstens 2 pm. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the accuracy value is at most 10 μm, preferably at most 5 μm, particularly preferably at most 2 μm.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Gegenstand ein transparenter Gegenstand ist, bevorzugt eine Glasscheibe (1), eine Kunststoffscheibe, eine Polymerfolie oder ein Verbund daraus, und wobei die Form einer der Strahlungsquelle (5) zugewandten Oberfläche (I) und einer von der Strahlungsquelle (5) abgewandten Oberfläche (II, IV) bestimmt wird. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the object is a transparent object, preferably a glass pane (1), a plastic pane, a polymer film or a composite thereof, and wherein the shape of a surface (I ) and a surface (II, IV) facing away from the radiation source (5).
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Gegenstand eine einzelne Glasscheibe (1) oder Kunststoffscheibe ist, insbesondere eine gebogene Glasscheibe (1) oder Kunststoffscheibe, und wobei die Form einer der Strahlungsquelle (5) zugewandten Oberfläche (I) und einer von der Strahlungsquelle (5) abgewandten Oberfläche (II) bestimmt wird. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the object is a single pane of glass (1) or plastic pane, in particular a curved pane of glass (1) or plastic pane, and wherein the shape of a surface (I) facing the radiation source (5) and a surface (II) facing away from the radiation source (5).
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei aus der Form der Oberflächen (I, II) eine Brechkraftverteilung simuliert wird oder die Reflexionsoptik. 8. The method according to claim 7, wherein a refractive power distribution is simulated from the shape of the surfaces (I, II) or the reflection optics.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Gegenstand eine Verbundscheibe (V) ist, insbesondere eine gebogene Verbundscheibe (V), umfassend eine erste Glasscheibe (1) oder Kunststoffscheibe und eine zweite Glasscheibe (2) oder Kunststoffscheibe, welche über mindestens eine Polymerfolie (3) miteinander verbunden sind, und wobei die Form einer der Strahlungsquelle (5) zugewandten und von der Polymerfolie (3) abgewandten Oberfläche (I) der ersten Glasscheibe (1) oder Kunststoffscheibe und einer von der Strahlungsquelle (5) abgewandten und von der Polymerfolie (3) abgewandten Oberfläche (IV) der zweiten Glasscheibe (1) oder Kunststoffscheibe bestimmt wird. 9. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the object is a composite pane (V), in particular a curved composite pane (V), comprising a first glass pane (1) or plastic pane and a second glass pane (2) or plastic pane, which at least one polymer film (3) are connected to one another, and wherein the shape of a surface (I) of the first glass pane (1) or plastic pane that faces the radiation source (5) and faces away from the polymer film (3) and one that faces away from the radiation source (5). and is determined by the polymer film (3) facing away from the surface (IV) of the second glass pane (1) or plastic pane.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Form einer der Strahlungsquelle (5) zugewandten Oberfläche (I) und einer von der Strahlungsquelle (5) abgewandten Oberfläche (II) einer ersten Glasscheibe (1) oder Kunststoffscheibe, die Form einer der Strahlungsquelle (5) zugewandten Oberfläche (III) und einer von der Strahlungsquelle (5) abgewandten Oberfläche (IV) einer zweiten Glasscheibe (2) oder Kunststoffscheibe und die Form einer der Strahlungsquelle (5) zugewandten Oberfläche und einer von der Strahlungsquelle (5) abgewandten Oberfläche mindestens einer Polymerfolie (3) bestimmt wird, wobei die erste Glasscheibe (1) oder Kunststoffscheibe und die zweite Glasscheibe (2) oder Kunststoffscheibe dafür vorgesehen sind, über die mindestens einer Polymerfolie (3) zu einer Verbundscheibe (V) verbunden zu werden, und bevorzugt gebogen sind. 10. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the shape of the radiation source (5) facing surface (I) and of the radiation source (5) facing away from the surface (II) of a first glass pane (1) or plastic pane, the shape of a the Surface (III) facing the radiation source (5) and a surface (IV) facing away from the radiation source (5) of a second glass pane (2) or plastic pane and the shape of a surface facing the radiation source (5) and a surface facing away from the radiation source (5). surface of at least one polymer film (3), the first glass pane (1) or plastic pane and the second glass pane (2) or plastic pane being intended to be connected via the at least one polymer film (3) to form a composite pane (V), and are preferably curved.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Verbundscheibe (V) eine Fahrzeugscheibe ist und wobei der besagte Bereich (B) ein zentraler Durchsichtsbereich, ein Sensorbereich, ein Kamerabereich oder ein HUD-Bereich ist. 11. The method according to claim 9 or 10, wherein the laminated pane (V) is a vehicle pane and wherein said area (B) is a central viewing area, a sensor area, a camera area or a HUD area.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei aus der Form der Oberflächen (I, II, III, IV) eine Brechkraftverteilung innerhalb des mindestens einen Bereichs (B) der Verbundscheibe (V) simuliert wird, die Darstellung eines Head-Up-Displays (HUD) oder die Reflexionsoptik. 12. The method according to any one of claims 9 to 11, wherein from the shape of the surfaces (I, II, III, IV) a refractive power distribution within the at least one region (B) of the composite pane (V) is simulated, the representation of a head-up -Displays (HUD) or the reflection optics.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, welches an zwei aufeinanderliegenden Glasscheiben (1 , 2) oder Kunststoffscheiben durchgeführt wird, insbesondere an zwei aufeinanderliegenden gebogenen Glasscheiben (1, 2) oder Kunststoffscheiben, wobei die Form einer der Strahlungsquelle (5) zugewandten Oberfläche (I, III) und einer von der Strahlungsquelle (5) abgewandten Oberfläche (II, IV) der beiden Glasscheiben (1, 2) oder Kunststoffscheiben bestimmt wird und wobei aus den Formen der Oberflächen (I, III; II, IV) eine Verteilung der lokalen Dicken der beiden Glasscheiben (1, 2) oder Kunststoffscheiben und eine Verteilung des lokalen Abstands der einander zugewandten Oberflächen (II, III) der beiden Glasscheiben (1, 2) oder Kunststoffscheiben bestimmt wird. 13. The method according to any one of claims 1 to 6, which is carried out on two superimposed glass panes (1, 2) or plastic panes, in particular on two superimposed curved glass panes (1, 2) or plastic panes, the shape of one of the radiation source (5) facing Surface (I, III) and a surface (II, IV) facing away from the radiation source (5) of the two glass panes (1, 2) or plastic panes is determined and from the shapes of the surfaces (I, III; II, IV) a Distribution of the local thicknesses of the two glass panes (1, 2) or plastic panes and a distribution of the local distance between the facing surfaces (II, III) of the two glass panes (1, 2) or plastic panes is determined.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die beiden Glasscheiben (1, 2) oder Kunststoffscheiben dafür vorgesehen sind, über mindestens eine Polymerfolie (3) zu einer Verbundscheibe (V) verbunden zu werden und wobei aus der Verteilung der lokalen Dicken und der Verteilung des lokalen Abstands durch mechanische Verformung hervorgerufene Spannungen der Verbundscheibe (V) bestimmt werden. 14. The method according to claim 13, wherein the two glass panes (1, 2) or plastic panes are intended to be connected via at least one polymer film (3) to form a composite pane (V) and wherein the distribution of the local thicknesses and the distribution of the Local distance caused by mechanical deformation stresses of the laminated pane (V) can be determined.
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