DE10161914C1 - Non-destructive stress measurement in glass, compensates laser beam attenuation by use of neutral wedge filter and increases imaging unit sensitivity - Google Patents
Non-destructive stress measurement in glass, compensates laser beam attenuation by use of neutral wedge filter and increases imaging unit sensitivityInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum zerstörungsfreien Erfassen des Spannungszustandes in einem Glaskörper nach der Streulichtmethode.The invention relates to a method for non-destructive detection of the stress state in a vitreous body using the scattered light method.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.The invention further relates to a device for performing the Process.
Beim Abkühlen von in Wärme geformten Glaskörpern entstehen aufgrund der höheren Wärmeabgabe im Oberflächenbereich gegenüber der Wärmeabfuhr im Kernbereich innere mechanische Spannungen.When cooling thermoformed glass bodies arise due to the higher heat dissipation in the surface area compared to the heat dissipation in the Core area internal mechanical stresses.
Es gibt Glaskörper, beispielsweise Bildschirme für Fernsehgeräte, bei denen zur Erhöhung der mechanischen Stabilität ein vorgegebener innerer Spannungszustand beim Abkühlen des aus einem schmelzflüssigen Glasposten gepreßten Bildschirmes eingestellt werden soll. Auf der anderen Seite gibt es Glaskörper, die nach dem Erstarren möglichst spannungsfrei sein sollen.There are vitreous bodies, for example screens for television sets, in which a predetermined internal to increase the mechanical stability Tension state when cooling from a molten glass batch pressed screen should be set. On the other hand there is Vitreous bodies that should be as stress-free as possible after solidification.
Es entsteht daher ein Bedürfnis, bei der Herstellung von Glaskörpern den Spannungszustand im erstarrtem Glaskörper meßtechnisch zu erfassen.There is therefore a need in the manufacture of vitreous bodies To measure the stress state in the solidified vitreous by measurement.
Es ist bekannt, den Spannungszustand unter Zerstören des Glaskörpers an einer Probe des Glaskörpers mit bekannten Methoden zu bestimmen. Abgesehen davon, daß dieses Verfahren sehr aufwendig ist, liefert es nur einen lokal begrenzten Spannungszustand, welcher nach der zerstörenden Entnahme nicht mehr dem Originalzustand entspricht.It is known to break the stress state while destroying the vitreous Determine sample of the vitreous body using known methods. apart of the fact that this method is very complex, it only provides one locally limited state of tension, which after the destructive removal does not more like the original condition.
Es sind daher auch berührungslos arbeitende Verfahren zum zerstörungsfreien Erfassen des Spannungszustandes in einem Glaskörper bekannt. Ein typisches solches Verfahren ist das sog. Streulichtverfahren, bei dem ein Lichtstrahl durch den Glaskörper geleitet und die Streuung des Lichtstrahles entlang seines Weges durch den Glaskörper erfaßt wird. Aus der Streuung entlang des Lichtweges kann auf den Spannungszustand im Glaskörper geschlossen werden.There are therefore non-contact methods for non-destructive Detection of the stress state in a vitreous body is known. A typical one Such a process is the so-called scattered light process, in which a light beam passes through the vitreous body and the scattering of the light beam along its path is detected by the vitreous. From the scatter along the light path can the tension in the vitreous can be concluded.
Bislang konnte das Streulichtverfahren nur bei solchen Glaskörpern angewendet werden, bei denen der Lichtstrahl den Glaskörper ohne merklichen Intensitätsverlust durchdringt, d. h. bei nichtgefärbten bzw. nichtgetönten Gläsern, so z. B. beschrieben in der EP 0 152 834 A1 und der EP 0 878 702 A2.So far, the scattered light method could only be used with such glass bodies in which the light beam the vitreous body without noticeable Penetrates loss of intensity, d. H. for non-colored or non-tinted glasses, so z. B. described in EP 0 152 834 A1 and EP 0 878 702 A2.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs bezeichnete Verfahren so zu führen bzw. die zugehörige Vorrichtung so auszubilden, daß die Streulichtmethode auch bei vorgenannten Glaskörpern, typischerweise bei Fernseh-Bildschirmen, oder auch getöntes Autoscheiben-Glas angewendet werden kann.The invention is based on the object, the method described above to guide or train the associated device so that the Scattered light method also with the aforementioned glass bodies, typically at TV screens or tinted car glass can be used can.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der Erfindung durch ein Verfahren
zum zerstörungsfreien Erfassen des Spannungszustandes in einem Glaskörper nach
der Streulichtmethode mit den Schritten:
This object is achieved according to the invention by a method for the non-destructive detection of the stress state in a glass body using the scattered light method with the steps:
- - Einkoppeln eines polarisierten gesteuerten Laserstrahls unter einem vorgegebenen Einfallswinkel in den Glaskörper mit gesteuert nacheinander eingestellten unterschiedlichen Polarisationszuständen - Coupling a polarized controlled laser beam under one predetermined angle of incidence in the vitreous body with controlled one after the other different polarization states
- - Gesteuertes Erfassen der Intensität des Streulichtes des im Glaskörper verlaufenden Laserstrahls für jeden eingestellten Polarisationszustand durch eine Bildaufnahmeeinrichtung unter Ausgleich des Intensitätsverlustes des Laserstrahls- Controlled detection of the intensity of the scattered light in the vitreous extending laser beam for each set polarization state by an image recording device while compensating for the Loss of intensity of the laser beam
- - Auswerten der Streulicht-Intensitäten hinsichtlich der Verschiebung der Phase des Streulichtes aufgrund des Spannungszustandes im Glaskörper und Berechnen des Spannungszustandes aus den Phasenkurven- Evaluation of the scattered light intensities with regard to the shift of the Phase of the scattered light due to the stress state in the vitreous and calculating the voltage state from the phase curves
- - Bewirken des Intensitätsverlustes durch einen der Bildaufnahmeeinrichtung vorgeschalteten Graukeil, unter Einschalten einer höheren Empfindlichkeitsstufe der Bildaufnahmeeinrichtung.- causing the loss of intensity by one of the image recording device upstream gray wedge, while switching on a higher one Sensitivity level of the image recording device.
Vorrichtungsmäßig gelingt die Lösung der Aufgabe erfindungsgemäß durch eine
Vorrichtung, mit
In terms of the device, the object is achieved according to the invention by a device with
- - einem Laser und einer nachgeschalteten optischen Polarisationsanordnung zur gesteuerten Einstellung des Polarisationszustandes des vom Laser ausgestrahlten Laserstrahls- A laser and a downstream optical polarization arrangement for the controlled setting of the polarization state of the laser emitted laser beam
- - einem auf den Glaskörper aufsetzbaren Prisma zum Einkoppeln des polarisierten Laserstrahls unter einem vorgegebenen Einfallswinkel in dem Glaskörper- A prism that can be placed on the vitreous body for coupling the polarized laser beam at a predetermined angle of incidence in the vitreous
- - einer Bildaufnahmeeinrichtung in Form einer Digitalkamera, der ein Graukeil zum Ausgleich des Intensitätsverlustes des Laserstrahls im Glaskörper vorgeschaltet ist, und mit einer Auswertestufe zum Auswerten der digital gespeicherten Intensitätswerte des Streulichtes für die einzelnen Polarisationszustände und einer Steuerstufe für das Anschalten des Lasers und der Einstellung der polarisierenden optischen Anordnung.- An image recording device in the form of a digital camera, the one Gray wedge to compensate for the loss of intensity of the laser beam in the Glass body is connected upstream, and with an evaluation stage for evaluation the digitally stored intensity values of the scattered light for the individual polarization states and a control stage for switching on of the laser and the setting of the polarizing optical arrangement.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahmen gelingt es überraschenderweise einmal, den Spannungszustand nach der Streulichtmethode auch in solchen Glaskörpern zu erfassen, bei denen der eingekoppelte Lichtstrahl einen merklichen Intensitätsverlust auf seinem Wege im Glaskörper erleidet. Ein solcher Glaskörper ist insb. ein Bildschirm für TV-Geräte. Zum anderen gelingt es, den Spannungszustand in einer sehr kurzen Zykluszeit (Größenordnung Minuten im Vergleich zu Stunden beim Stand der Technik) darzustellen.The measures according to the invention surprisingly succeed once the stress state according to the scattered light method also in such glass bodies capture, in which the coupled light beam a noticeable loss of intensity on its way through the vitreous. On such a vitreous body is in particular a screen for TV sets. On the other hand manages the stress state in a very short cycle time (Order of magnitude minutes compared to hours in the prior art) display.
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen und werden auch in der Figurenbeschreibung erläutert.Embodiments of the invention are the subject of dependent claims and are also explained in the description of the figures.
Anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:Using an embodiment shown in the drawings Invention described in more detail. Show it:
Fig. 1 in einer stark schematischen Seitenansicht den Aufbau einer optischen Anordnung zum zerstörungsfreien Erfassen des spannungszustandes in einem Glaskörper nach der Streulichtmethode unter Einkoppeln eines polarisierten Laserstrahles in den Glaskörper und Bestimmen des Streulichtes für verschiedene Polarisationszustände Fig. 1 in a highly schematic side view, the structure of an optical arrangement for the non-destructive detection of the voltage state in a glass body according to the scattered light method by coupling a polarized laser beam into the glass body and determining the scattered light for different polarization states
Fig. 2 die Anordnung nach Anspruch 1 in einer Ansicht gegen die Laserstrahlrichtung, und Fig. 2 shows the arrangement according to claim 1 in a view against the laser beam direction, and
Fig. 3 in einer skizzenhaften perspektivischen Darstellung den prinzipiellen Aufbau einer Meßeinrichtung mit einem die optische Anordnung nach Fig. 1 enthaltenden kompakten Meßkopf und einem variablen Meßtisch zum zentrierten Aufnehmen des Glaskörpers Fig. 3 in a sketchy perspective view of the basic construction of a measuring device with an optical arrangement of Fig. 1 containing a compact measuring head and a measuring table for variable centered receiving of the glass body
In den Fig. 1 und 2 ist mit dem Bezugszeichen 1 eine symbolisch dargestellte Meßprobe bezeichnet, die insbesondere ein Bildschirm für eine Bildröhre oder ein eingefärbtes Flachglas sein kann. In Figs. 1 and 2, a measurement sample is shown symbolically designated by the reference numeral 1, which may be in particular a screen for a picture tube, or a colored plate glass.
Ein Laser 2 sendet einen Lichtstrahl mit vorgegebener, auf die Meßprobe abgestimmter Wellenlänge aus, der zunächst auf optische Elemente 3, 4 zum Einstellen der Polarisation des Laserstrahls trifft. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine drehbare lamda/2-Platte 3 und eine statische lamda/4-Platte 4 vorgesehen. Durch Drehung der Platte 3 kann der Polarisationszustand des Laserstrahls eingestellt werden, von einem linear polarisierenden Zustand über eine elliptisch polarisierenden Zustand hin zu einem kreisförmigen Polarisationszustand und zurück.A laser 2 emits a light beam with a predetermined wavelength which is matched to the measurement sample and which first strikes optical elements 3 , 4 for adjusting the polarization of the laser beam. In the exemplary embodiment shown, a rotatable lamda / 2 plate 3 and a static lamda / 4 plate 4 are provided. By rotating the plate 3 , the polarization state of the laser beam can be adjusted, from a linearly polarizing state via an elliptically polarizing state to a circular polarization state and back.
Anstelle der vorg. Platten 3 und 4 können auch andere bekannte optische Elemente zum Polarisieren des Laserstrahls eingesetzt werden.Instead of the previous. Plates 3 and 4 can also use other known optical elements to polarize the laser beam.
Der polarisierte Laserstrahl 5 trifft danach auf ein auf der Meßprobe 1 positioniertes Prisma 6. Mit Hilfe dieses Prismas wird der polarisierte Laserstrahl unter einem vorgegebenen Einfallswinkel, beispielsweise 15°, in die Meßprobe eingekoppelt. Auf dem Weg des Lichtstrahles durch die Meßprobe 1 wird das Licht durch den physikalischen Effekt der Rayleigh- Strahlung entlang des Weges gestreut, d. h. der Lichtstrahl wird sichtbar. Unter der Wirkung der inneren mechanischen Spannung senkrecht zu dem Lichtstrahl wird die Phase des Laserlichtes verschoben. Es erscheinen bei genügend hoher Spannung dunkle und helle Streifen. Zur Erfassung des inneren Spannungszustandes wird der Polarisationszustand in vorgegebenen Schritten durch Drehung der lamda/2-Platte 3, beispielsweise in Schritten von 4°, verändert, bis die lamda/2-Platte 3 einen Gesamtwinkel von 180° durchlaufen hat. Bei jedem der 45 Schritte wird der die Meßprobe 1 durchlaufende Lichtstrahl bildlich erfaßt und hinsichtlich des Intensitätsverlaufes des Streulichtes ausgewertet. Das Ergebnis sind 45 verschiedene Intensitätsbilder des Streulichtes des sich in der Meßprobe 1 befindlichen Laserstrahls, d. h. Graustufenbilder aus denen sich der Spannungszustand errechnen läßt. The polarized laser beam 5 then strikes a prism 6 positioned on the measurement sample 1 . With the help of this prism, the polarized laser beam is coupled into the measurement sample at a predetermined angle of incidence, for example 15 °. On the way of the light beam through the measurement sample 1 , the light is scattered along the way by the physical effect of the Rayleigh radiation, ie the light beam becomes visible. The phase of the laser light is shifted under the effect of the internal mechanical tension perpendicular to the light beam. If the voltage is high enough, dark and light stripes appear. To detect the internal voltage state, the polarization state is changed in predetermined steps by rotating the lamda / 2 plate 3 , for example in steps of 4 °, until the lamda / 2 plate 3 has passed through a total angle of 180 °. In each of the 45 steps, the light beam passing through the measurement sample 1 is captured in an image and evaluated with regard to the intensity profile of the scattered light. The result is 45 different intensity images of the scattered light from the laser beam located in measurement sample 1 , ie grayscale images from which the voltage state can be calculated.
Dieses Verfahren ist prinzipiell bekannt. Im bekannten Fall wird eine Laboreinrichtung verwendet, bei der die einzelnen Intensitätsbilder des Streulichtes manuell genommen und computerunterstützt ausgewertet werden. Diese Art der Messung und Auswertung ist sehr zeitaufwendig. Die Zykluszeit beträgt bis zu 3 Std., d. h. ist zu lang, um das Verfahren als one-line-Prüfung in der Produktion von Glaskörpern einzusetzen.This method is known in principle. In the known case, a Laboratory equipment used, in which the individual intensity images of the Stray light can be taken manually and evaluated with computer support. This type of measurement and evaluation is very time consuming. The cycle time is up to 3 hours. H. is too long to process as a one-line exam used in the production of vitreous bodies.
Bei der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung ist eine Bildaufnahme-Einrichtung 7, die auch eine Bildauswerte-Stufe enthält, vorgesehen. Das Einkoppeln des Laserstrahls und die Änderung des Polarisationszustandes des Laserstrahls wird durch eine Steuerung in der Auswerte-Stufe, die vorzugsweise durch einen Mikroprozessor gebildet ist, vorgegeben. Dabei wird durch einen Lagesensor oder Schrittmotor die jeweiligen Winkelstellung erfaßt und kann in der Auswertestufe dem jeweiligen Streulicht-Intensitätsbild zugeordnet werden.In the measuring device according to the invention, an image recording device 7 , which also contains an image evaluation stage, is provided. The coupling in of the laser beam and the change in the polarization state of the laser beam is predetermined by a control in the evaluation stage, which is preferably formed by a microprocessor. The respective angular position is detected by a position sensor or stepper motor and can be assigned to the respective scattered light intensity image in the evaluation stage.
Die Streulicht-Intensitätsbilder des in der Meßprobe gestreuten Laserlichtes, d. h. das jeweilige Flächenbild, werden mit Hilfe des Prismas 6 vorzugsweise mit einer CCD-Kamera der Bildaufnahmeeinrichtung, d. h. einer Digitalkamera, fortlaufend erfaßt und digital gespeichert. Die Verschiebung der Lichtphasen wird online durch die Auswerteeinrichtung berechnet, wie später noch im einzelnen erläutert werden wird. Die Einrichtung 7 ist ferner so ausgelegt, daß die Dicke der Meßprobe erfaßt wird.The scattered light intensity images of the laser light scattered in the measurement sample, ie the respective area image, are continuously recorded with the aid of the prism 6, preferably with a CCD camera of the image recording device, ie a digital camera, and stored digitally. The shift of the light phases is calculated online by the evaluation device, as will be explained in detail later. The device 7 is also designed so that the thickness of the measurement sample is detected.
Am Ausgang der Auswertestufe steht daher dem Benutzer eine Anzeige des Spannungsprofiles über die Dicke der Meßprobe zur Verfügung, die durch eine geplottete graphische Darstellung und/oder durch einen Datenausdruck gebildet werden kann.At the output of the evaluation stage, the user is therefore shown a Voltage profile across the thickness of the test sample is available, which by a plotted graphic representation and / or formed by a data printout can be.
Die beschriebene automatische Auswertung in Verbindung mit einer noch zu beschreibenden kompakten Meßeinrichtung bewirkt eine signifikante Reduzierung der Meß-Zykluszeit auf ca. 2 min., so daß die Einrichtung als on- line-Prüfeinrichtung am Ende der Herstellungsstraße eines Glaskörpers einsetzbar ist.The described automatic evaluation in connection with a still Descriptive compact measuring device causes a significant Reduction of the measuring cycle time to approx. 2 min., So that the device can be line test facility at the end of a vitreous production line can be used.
Ein wesentliches Element der erfindungsgemäßen optischen Meßeinrichtung ist auch ein Graukeil 8, d. h. ein keilförmiges Element mit progressiv ansteigenden Grauwerten, der vor der Bildaufnahme-Einrichtung 7 positioniert ist. Er kompensiert den Intensitätsverlust des Laserstrahls in der Meßprobe. Denn je weiter der Laserstrahl in einen Bildschirm als Meßprobe bzw. in eine gefärbte oder getönte Glasprobe eindringt, umso stärker wird er durch die starke Lichtabsorption von typischem Bildschirmglas bzw. der getönten Meßprobe geschwächt. Dadurch wird in einem großen Bereich der Meßstrecke, d. h. des Weges des Lichtstrahles in der Meßprobe, das Signal-Rausch-Verhältnis so schlecht, daß die mit der Kamera aufgenommenen Daten nicht mehr ausgewertet werden können. Der zwischen Prisma 6 und Bildaufnahme- Einrichtung 7 positionierte Graukeil 8 ist hinsichtlich der Keilform so ausgerichtet, daß die "Keilspitze" über dem Bereich der am stärksten absorbierten Lichtintensität liegt, d. h. die Streulichtintensitäten am Anfang des Lichtweges, d. h. in Bereichen mit gutem Signal-Rausch-Verhältnis, werden stark geschwächt, und die Streulichtintensitäten in den Bereichen mit schlechtem Signal-Rausch-Verhältnis werden praktisch nicht verändert. Dadurch "sieht" die Bildaufnahme-Einrichtung 7 einen in der Intensität stark vergleichmäßigten Streulichtverlauf in der Meßstrecke.An essential element of the optical measuring device according to the invention is also a gray wedge 8 , ie a wedge-shaped element with progressively increasing gray values, which is positioned in front of the image recording device 7 . It compensates for the loss of intensity of the laser beam in the test sample. Because the further the laser beam penetrates into a screen as a test sample or into a colored or tinted glass sample, the more it is weakened by the strong light absorption of typical screen glass or the tinted test sample. As a result, the signal-to-noise ratio becomes so poor in a large area of the measurement section, ie the path of the light beam in the measurement sample, that the data recorded by the camera can no longer be evaluated. The gray wedge 8 positioned between prism 6 and image recording device 7 is oriented with respect to the wedge shape in such a way that the "wedge tip" lies over the area of the most strongly absorbed light intensity, ie the scattered light intensities at the beginning of the light path, ie in areas with good signal noise Ratio, are greatly weakened, and the scattered light intensities in the areas with poor signal-to-noise ratio are practically not changed. As a result, the image recording device 7 “sees” a scattered light profile in the measuring section that is highly uniform in intensity.
Wird nun zusätzlich die Belichtungszeit der CCD-Kamera erhöht, dann erhält man ein sehr gutes Signal-Rausch-Verhältnis über den gesamten Licht- Meßweg.If the exposure time of the CCD camera is increased in addition, then it gets you get a very good signal-to-noise ratio over the entire light Measurement path.
Die Auswertung der 45 Intensitätsbilder in der Auswertestufe erfolgt gemäß den nachfolgend dargestellten Schritten. Wenn dabei von "Laserstrahl" gesprochen wird, so ist das Streulicht des sich in der Probe befindenden Laserstrahls gemeint. The evaluation of the 45 intensity images in the evaluation stage is carried out in accordance with the steps shown below. When doing this from "laser beam" is spoken, is the scattered light of the sample Laser beam meant.
- - Die Bildverarbeitungssoftware sucht in einem beliebigen der 45 Bilder den Anfang (Eintritt in die Probe) und das Ende (Verlassen der Probe) des Laserstrahls.- The image processing software searches in any of the 45 images the beginning (entering the rehearsal) and the end (leaving the rehearsal) of the laser beam.
- - Der an der Unterseite der Probe totalreflektierte Strahl wird zur Bestimmung des tatsächlichen Einfallswinkels herangezogen, d. h. einfallender und totalreflektierter Strahl bilden zusammen einen Winkel, der durch 2 geteilt wird, um den tatsächlichen Einfallswinkel zu bestimmen.- The beam totally reflected at the bottom of the sample becomes Determination of the actual angle of incidence used, d. H. incident and totally reflected beam together form an angle, which is divided by 2 to give the actual angle of incidence determine.
- - Der Laserstrahl wird in 250 Abschnitte unterteilt. Jeder Abschnitt wird mit Hilfe des zuvor bestimmten Einfallswinkels einer Tiefen-Koordinate zugeordnet.- The laser beam is divided into 250 sections. Every section will with the help of the previously determined angle of incidence of a depth coordinate assigned.
- - Danach werden Glättungsfunktionen zur Signalaufbereitung herangezogen, wie sie z. B. im Buch von Haberäcker, P.: Digitale Bildverarbeitung; Grundlagen und Anwendungen; Carl Hanser Verlag München Wien 1991 beschrieben werden; danach wird die mittlere Intensität für jeden dieser Abschnitte nach bekannten Methoden der Mittelwertbildung bestimmt.- Then smoothing functions for signal processing used as z. B. in the book by Haberäcker, P .: digital Image processing; Basics and applications; Carl Hanser publishing house Munich Vienna 1991 can be described; after that the middle one Intensity for each of these sections according to known methods of Averaging determined.
- - Stellt man nun für jeden dieser Abschnitte die Intensität über dem Drehwinkel der lambda/2-Platte dar, so erhält man für jeden Abschnitt einen sin2Graphen. Für jeden dieser sin2Graphen wird mit bekannten Methoden die Phasenlage ermittelt.- If you show the intensity over the angle of rotation of the lambda / 2 plate for each of these sections, you get a sin 2 graph for each section. The phase position is determined for each of these sin 2 graphs using known methods.
- - Stellt man nun die Phasenlage über der Tiefen-Koordinate dar, so erhält man eine Phasenfunktion.- If you now show the phase position above the depth coordinate, you get one a phase function.
- - Die Phasenfunktion wird differenziert. - The phase function is differentiated.
- - Das Ergebnis ist ein Kurvenverlauf, der proportional zur Spannung in der Probe ist.- The result is a curve that is proportional to the voltage in of the sample.
- - Dieser Kurvenverlauf wird an eine Fit-Funktion angepaßt (nach Levenberg-Marquardt).- This curve shape is adapted to a fit function (according to Levenberg-Marquardt).
Das Ergebnis wird noch mit der Laserwellenlänge und der spannungsoptischen Konstante des Glases gemäß nachstehender Formel verrechnet, um zum Endergebnis zu gelangen.The result is still with the laser wavelength and the voltage optical Constant of the glass calculated according to the following formula in order to To get bottom line.
Unter Laborbedingungen kostet es eine erhebliche Zeit, die Meßprobe zu
zentrieren und die Meßeinrichtung einzustellen. bzw. zu kalibrieren. Außerdem
müssen Sicherheitsbedingungen hinsichtlich des unabgeschirmten Laserstrahls
berücksichtigt werden. Um die vorstehend genannte kurze Zykluszeit von ca. 2
Minuten zu erreichen, sieht eine Ausgestaltung der Erfindung für die
Massenproduktion von standardisierten Produkten eine speziell ausgebildete
Vorrichtung vor, in der nachstehend Merkmale verwirklicht sind:
Under laboratory conditions, it takes a considerable amount of time to center the test sample and to set the measuring device. or calibrate. In addition, safety conditions with regard to the unshielded laser beam must be taken into account. In order to achieve the abovementioned short cycle time of approximately 2 minutes, an embodiment of the invention provides for the mass production of standardized products using a specially designed device in which features are realized as follows:
- - Ein kompakter Meßkopf mit integriertem Laser 2, Polarisationseinrichtung 3, 4, Koppel-Prisma 6 und Bildaufnahme- Einrichtung 7, die exakt vorjustiert fest installiert sind.- A compact measuring head with integrated laser 2 , polarization device 3 , 4 , coupling prism 6 and image recording device 7 , which are firmly installed precisely pre-adjusted.
- - Ein Meßprobenträger mit Zentrierhilfe, der zudem so ausgebildet ist, daß er unterschiedliche Glaskörper aufnehmen kann.- A test sample carrier with centering aid, which is also designed that it can accommodate different vitreous bodies.
- - Eine Meßbox mit Handhabungs-Einrichtungen zur Positionierung des Meßkopfes und gleichzeitiger Fixierung und Positionierung der Aufnahmeeinrichtungen des Meßprobenträgers sowie mit Laser- Abschirmungen aus Sicherheitsgründen.- A measuring box with handling devices for positioning the Measuring head and at the same time fixing and positioning the Recording device of the test sample carrier and with laser Shielding for security reasons.
- - Eine Steuereinheit zum Beeinflussen des Meßzyklus mit einem Benutzer-Interface.- A control unit for influencing the measuring cycle with a User interface.
Die Fig. 3 zeigt in einer Prinzipskizze einen Aufbau der Meßeinrichtung mit den vorg. Merkmalen. Die Bezugsziffer 9 bezeichnet einen Meßkopf mit allen integrierten optischen Komponenten, wobei das Prisma gefedert gelagert und der Meßkopf von Hand ver- und feststellbar ist. Die Bezugsziffer 10 bezeichnet einen Neigetisch, der von Hand ±15° nach allen Richtungen neigbar und feststellbar ist, gebremst durch Dämpfungselemente. Es besitzt einen Anschlag-Winkel 12 für die Ausrichtung des Glaskörpers. Der Tischaufbau 11 erfolgt zweckmäßig in Profilbauweise und weist eine verschließbare Rolladentür auf. Fig. 3 shows in a schematic diagram a structure of the measuring device with the vor. Features. The reference number 9 designates a measuring head with all integrated optical components, the prism being spring-loaded and the measuring head being adjustable and lockable by hand. The reference number 10 denotes a tilting table which can be tilted and locked by hand ± 15 ° in all directions, braked by damping elements. It has a stop angle 12 for the alignment of the vitreous. The table structure 11 is expediently of profile construction and has a lockable roller shutter door.
Der Meßablauf bei einem Bildschirm als Meßprobe ist wie folgt:
Der zu vermessende Schirm wird manuell oder mittels halbautomatischer
Hebevorrichtung in Form eines fahrbaren Tisches in die entsprechende
Aufnahme des Neigetisches gehoben bzw. eingefahren wird.The measurement procedure for a screen as a test sample is as follows:
The screen to be measured is lifted or retracted manually or by means of a semi-automatic lifting device in the form of a mobile table into the corresponding holder of the tilting table.
Je nach Krümmung des Glasteils bzw. des Meßpunktes wird der Schirm so geschwenkt, daß der Meßpunkt parallel zur Auflagefläche des Prismas ausgerichtet ist.Depending on the curvature of the glass part or the measuring point, the screen becomes like this pivoted that the measuring point parallel to the contact surface of the prism is aligned.
Für die notwendige optische Kopplung wird ein brechzahlenangepaßtes Immersionsöl auf den Meßpunkt aufgetragen.A refractive index matched for the necessary optical coupling Immersion oil applied to the measuring point.
Der Meßkopf wird über dem Meßpunkt positioniert, in der geforderten Winkellage fixiert und auf den Prüfkörper bzw. auf die Immersionsölschicht gesetzt. Nach Sicherstellung der optischen Kopplung wird die eigentliche Messung gestartet. Hierzu wird die Auswertesoftware in der Auswertestufe gestartet. Nach der Messung bzw. Meßwertausgabe kann der nächste Meßpunkt oder der nächste Prüfkörper für die nächste Messung vorbereitet werden.The measuring head is positioned above the measuring point in the required Fixed angular position and on the test specimen or on the immersion oil layer set. After ensuring the optical coupling, the actual Measurement started. For this purpose, the evaluation software in the evaluation level started. After the measurement or measured value output, the next one can Measuring point or the next test specimen prepared for the next measurement become.
Claims (9)
- - Einkoppeln eines polarisierten gesteuerten Laserstrahls (5) unter einem vorgegebenen Einfallswinkel in den Glaskörper (1) mit gesteuert nacheinander eingestellten unterschiedlichen Polarisationszuständen
- - Gesteuertes Erfassen der Intensität des Streulichtes des im Glaskörper (1) verlaufenden Laserstrahls für jeden eingestellten Polarisationszustand durch eine Bildaufnahmeeinrichtung (7)
- - Auswerten der Streulicht-Intensitäten hinsichtlich der Verschiebung der Phase des Streulichtes aufgrund des Spannungszustandes im Glaskörper und Berechnen des Spannungszustandes aus den Phasenkurven, dadurch gekennzeichnet, dass die Streulichterfassung unter Ausgleich des Intensitätsverlustes des Laserstrahles erfolgt, wobei der Ausgleich des Intensitätsverlustes durch einen der Bildaufnahmeeinrichtung (7) vorgeschalteten Graukeil (8) bewirkt wird, unter Einschalten einer höheren Empfindlichkeitsstufe der Bildaufnahmeeinrichtung.
- - Coupling a polarized controlled laser beam ( 5 ) into the glass body ( 1 ) at a predetermined angle of incidence with different polarization states set one after the other in a controlled manner
- - Controlled detection of the intensity of the scattered light of the laser beam running in the glass body ( 1 ) for each polarization state set by an image recording device ( 7 )
- - Evaluation of the scattered light intensities with regard to the shift of the phase of the scattered light due to the state of tension in the vitreous and calculation of the state of tension from the phase curves, characterized in that the scattered light is detected while compensating for the loss of intensity of the laser beam, the loss of intensity being compensated by one of the image recording devices ( 7 ) upstream gray wedge ( 8 ) is effected by switching on a higher sensitivity level of the image recording device.
einem Laser (2) und einer nachgeschalteten optischen Polarisationsanordnung (3, 4) zur gesteuerten Einstellung des Polarisationszustandes des vom Laser ausgestrahlten Laserstrahls
einem auf den Glaskörper (1) aufsetzbaren Prisma (6) zum Einkoppeln des polarisierten Laserstrahls (5) unter einem vorgegebenen Einfallswinkel in dem Glaskörper (1)
mit einer Bildaufnahmeeinrichtung (7) in Form einer Digitalkamera, der ein Graukeil (8) zum Ausgleich des Intensitätsverlustes des Laserstrahls im Glaskörper vorgeschaltet ist, und mit einer Auswertestufe zum Auswerten der digital gespeicherten Intensitätswerte des Streulichtes für die einzelnen Polarisationszustände und einer Steuerstufe für das Anschalten des Lasers (2) und der Einstellung der polarisierenden optischen Anordnung (3, 4).7. Device for performing the method according to claim 1 or one of the following, with:
a laser ( 2 ) and a downstream optical polarization arrangement ( 3 , 4 ) for the controlled adjustment of the polarization state of the laser beam emitted by the laser
a prism ( 6 ) which can be placed on the glass body ( 1 ) for coupling in the polarized laser beam ( 5 ) at a predetermined angle of incidence in the glass body ( 1 )
With an image recording device ( 7 ) in the form of a digital camera, which is preceded by a gray wedge ( 8 ) to compensate for the loss of intensity of the laser beam in the glass body, and with an evaluation stage for evaluating the digitally stored intensity values of the scattered light for the individual polarization states and a control stage for switching on the laser ( 2 ) and the setting of the polarizing optical arrangement ( 3 , 4 ).
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