CN1504743A - 测定连续移动的透明带材中的缺陷部位的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

为测定连续移动的透明带材且特别是宽薄玻璃带材的缺陷部位而提出一种方法和装置。借助沿移动方向横向穿过带材的窄光束，在缺陷部位上产生散射光，分析处理散射光以生成控制信号。本发明规定，使用单色光束并通过设置在光源和带材之间的透明液体而在边缘侧将光束耦合输入带材。光束可相对带材表面倾斜地通过液体被耦合输入，液体折射率大于带材周围气氛的折射率。光束也可平行于带材上表面地通过带材侧边并借助液体被耦合输入，液体折射率基本等于带材折射率。光导***在端侧有一棱镜，棱镜的光输出面平行于玻璃带材上表面。在棱镜和玻璃带材之间设置透明液体，液体折射率大于周围气氛的折射率。玻璃带材垂直于图面移动并支承在辊或此类装置上。

Description

测定连续移动的透明带材中的缺陷部位的方法和装置
技术领域
本发明涉及测定连续移动的透明带材且特别是宽薄玻璃带材中的缺陷部位的方法和装置，所述测定借助一个沿该移动的横向穿过带材的窄光束，分析该窄光束的由缺陷部位引起的散射光并进行处理以生成一控制信号。
背景技术
在薄玻璃生产中，对缺陷部位进行检查具有重要意义。消费者不会接受缺陷部位的尺寸大于100μm的产品，因此必须可靠测定。除了由专职检验员进行传统外观检查外，机检法的使用正在不断增加，因为这种方法更加可靠，也更为经济。
此外，事实证明，在透射光检测法中，带材在一光发射器和一光接收器之间经过，该方法在带材运行速度较高时达不到要求。在现代生产设备中，该速度最高可达到10m/Min，其中，测量光照时间在150微秒范围内。在线缺陷检查也受到可用光的强度的限制。
同时，人们常常忽视检验光从边缘耦合输入带材中，带材本身被用作光导体，在这里，光在带材与周围气氛的界面上就象在被用作光导的玻璃纤维中那样发生重复反射。
例如在日本专利公开号10-339705(1998年12月22日)中公开了这种方法。该对比文献规定，测量在两辊之间以约4m/min速度连续移动的玻璃板的缺陷，其方式是将光通过玻璃板的两个纵向边耦合输入并借助垂直地设置在玻璃板之上和之下的线性传感器来接收由缺陷部位造成的散射光，并在电子分析装置中对进行分析处理。为了从缺陷测量中排除无关的、粘附在表面上的颗粒，光线应相对侧边缘倾斜地耦合输入并通过在玻璃/周围环境之间界面上的内反射而从外向内地继续传导。在使用卤素灯为光源的情况下，要考虑耦合输入的检验光的强度因吸收而向着带材中心部强烈递减，在1.2m宽的带材的情况下，递减到在边缘耦合输入值的5％，因而在分析处理时需要复杂的计算补偿，这样才能根据所接收的散射光准确判断出在整个边缘宽度上的缺陷部位尺寸。这种已知方法受到一定的带材宽度和带材速度的限制，因为耦合输入的检验光所需的初始强度必须随带材宽度和带材速度而大幅度提高并最后达到技术极限。
此外，已公开的这种方法的假定条件是侧边缘已切割平整，这是因为，在由生产决定的不规则和倒圆的边缘的情况下，不能进行按规定的耦合输入。因为玻璃会从切割点起与移动方向相反地不受控制地开裂并由此产生废品，所以无法对带材纵边实施切割，因而不考虑用在连续移动带材的在线检验中。
此外，已公开的这种方法也根本不是为检测连续移动带材中的缺陷而设计的，而是用于带有切齐纵边及一起始边和末端边的玻璃板，它们在前进时由光电管探测并被用于产生控制信号，以便接通和中断检验过程。
发明内容
本发明的目的在于，提供上述类型的方法和装置，其中可以耦合输入检验光，而不必事先切掉由制造决定的不规则带材侧边。还要求，在厚度为0.3-2mm、宽度至少2m且生产速度最高为10米/秒的薄玻璃带材中，可以可靠测定＞50μm的材料缺陷。
为实现这一目的，使用单色光束并且最好在边缘侧上通过一设置在光源和带材之间的透明液体将该光束耦合输入到带材内。
依据第一变型实施方式，光束相对带材表面倾斜地被耦合输入；使用一种折射率大于正常情况下的环境气氛即通常是空气的折射率的液体。由此，光束入射角可以这样选择，即光在带材表面上方通过以带材中心为界的液体区被耦合输入，而由带材底面反射的光在上表面射入一个在液体区之外的区域并因而未耦合输出，而是被反射向底面。换句话说，如果光束以相对带材表面法线的夹角α足够大的情况下通过一种其折射率高于环境气氛的液体被耦合输入透明材料中，那么会使带材中的反射角如此大，以至在带材底面反射的光基本上在液体边界之外射到带材上表面上，因此，类似于在光导体中的全反射，光被“吸收截留”在带材中并垂直于带材移动方向地继续传播。试验表明，按照这种方式，在上述边界条件下测量缺陷所需的光功率被耦合输入带材中。
依据本发明设想的第二个变型方式，光束平行于带材上表面地通过带材侧边缘被耦合输入并使用一种折射率基本上与带材折射率一致的液体。这基于以下考虑，如果在光源和带材之间有液体并且该液体完全充满光源和前进带材之间的空间，则可以克服由生产决定的不规则和倒圆的侧边造成的检验光耦合输入难题，从而可以将光均匀地耦合输入带材侧边，而没有在液体/带材界面上发生折射。这种变型方式也可保证光线损耗很小地在带材中继续传播并被最佳地用于缺陷测定。
本发明方法其它技术方案在权利要求4-7以及10-21中说明了。相应装置的其它细节和实施例由从属权利要求22-28以及附图1-3给出。
附图说明
图1示出光通过带材表面耦合输入的原理图。
图2示出依据图1耦合输入范围的剖面示意图。
图3示出光通过带材侧边耦合输入的耦合输入范围剖面示意图。
具体实施方式
图1表示一要检验的玻璃带材1的边缘区域，该玻璃带材垂直于图面，即在Y-轴方向上以生产速度移动。X-轴垂直于这种移动地延伸于带材宽度方向上，而Z-轴垂直于带材上表面地延伸。按照这种坐标系，确定要测定的缺陷部位的位置并为了产生控制信号而进行处理。
在一个未示出的光导***的末端和移动的玻璃带材1的上表面之间，固定设置透明液体2，液体折射率α1大于周围气氛3(一般是空气)的折射率α3。通过液体2而耦合输入具有折射率α2的玻璃带材中的光束在上界面上朝向玻璃表面的法向发生折射并在下界面(玻璃/空气)上发生反射。液体区域之外到达上界面(玻璃/空气)的部分光束没有从玻璃带材中射出来，而是再次发生反射并随后通过在X向上的重复反射直到继续传导到玻璃带材另一面的边缘。在这里，玻璃带材的作用如同光导体，光由于在玻璃/空气上界面和下界面上的内反射而留在玻璃带材里。这样一来，可以将缺陷测定用检验光在边缘侧耦合输入玻璃带材内，而不必事先对由生产造成的不规则边缘面进行加工。
如果依据图1b将光通过一也在玻璃带材下面的介质(空气)耦合输入玻璃带中，则耦合输入光束在下界面上不发生反射，而是完全穿透整个带材。
从图2的剖面示意图中可以看出，玻璃带材1支承在辊6或者此类装置上。光导***5在端侧包括一个棱镜4，该棱镜的一个面与玻璃带材1的上表面平行。在棱镜4和玻璃带材1之间，依据本发明地设有透明液体2，液体折射率大于周围气氛(空气)3的折射率。液体2具有一定的表面张力，液体借助于该表面张力保持在静止的棱镜4和垂直于图面移动的玻璃带材1之间。只要需要，也可以在玻璃带材上实施滑动密封，其中，由于带材边缘在定尺时反正摇切掉，所以由异物在玻璃带材上造成的刮痕并不重要。
在图3示出的替换方案中，检验光平行于玻璃带材1的上表面地通过未加工的边缘表面被耦合输入。为此，设有一导向装置8，光导***(在本例中是透镜7)的端部装在该导向装置里。导向装置8包围玻璃带材的边缘区并包住具有与玻璃一样的折射率的液体2。这样一来，在不规则形成的液体/玻璃界面上不会产生光折射，从而检验光可以实际上无损耗地垂直于带材的移动方向耦合输入。在这里，玻璃带材具有光导体的作用，光线没有从中射出到周围气氛(空气)中。
液体2由于表面张力作用重新保持在固定不动的导向装置8内。在这里，当然也可以设置附加密封。
最后，在两个变型实施例中可以考虑，如果需要，可以从一个储罐中补充由移动的玻璃带材1从装置中带走的液体量。

Claims (28)

1.一种测定在一条连续移动的透明带材且特别是宽薄玻璃带材中的缺陷部位的方法，这种测定借助一个沿该移动方向的横向穿过该带材的窄光束，分析所述窄光束的由该缺陷部位造成的散射光并进行处理以产生一控制信号，其特征在于，使用一单色光束，该单色光束通过一个处于光源和带材之间的透明液体被耦合输入到该带材中。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光束在边缘侧被耦合输入到该带材中。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述光束相对该带材表面倾斜地被耦合输入。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，使用一种折射率大于带材周围的气氛的折射率的液体。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在该光源和该带材之间的距离是如此确定的，即该液体仅通过表面张力保持在透射光束的范围内。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在该光源和该带材之间的距离通过相应的机械装置保持恒定。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该光源通过一些辊或滑块支承在移动的带材上，所述带材由安置在多个辊上。
8.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述光束平行于带材表面地通过该带材侧边被耦合输入。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，使用一种折射率与带材材料的折射率近似一致的液体。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，该光源装备有一个在边缘侧包围该带材的U形导向装置，其支腿与带材的上表面和下表面面如此间隔开，即该液体仅通过其表面张力保持在该导向装置和该带材之间。
11.如权利要求5或10所述的方法，其特征在于，在该导向装置和该带材之间还设有密封装置。
12.如权利要求5或10所述的方法，其特征在于，因相对该光源移动的带材而带走的液体由一个液体储罐进行补充。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，带材通过相应的机械装置如辊或者滑块定位在该导向装置的支腿之间。
14.如权利要求1-13之一所述的方法，其特征在于，采用了波长在400-1000nm范围内的单色光。
15.如权利要求1-14之一所述的方法，其特征在于，采用一个波长，在该波长下，所述光在带材中被尽可能少地吸收。
16.如权利要求1-15之一所述的方法，其特征在于，耦合输入弱会聚的激光束。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，这样选择激光会聚，即会聚焦点处于与耦合输入点相对的带材边缘的区域内和/或补偿沿测量段的光吸收。
18.如权利要求1-17之一所述的方法，其特征在于，从耦合输入点上的光束具有在带材移动方向上测量的0.5-3mm宽度。
19.如权利要求1-18之一所述的方法，其特征在于，当在该带材移动方向上测量时，散射光射出窗口的宽度在10μm的范围内。
20.如权利要求1-19之一所述的方法，其特征在于，对散射光在强度和缺陷位置方面进行电子分析并经过处理以生成一信号，该信号又被用于对缺陷部位作出标记和/或用于控制切割装置。
21.如权利要求1-20之一所述的方法，其特征在于，根据需要，在带材宽度范围内的光吸收在对散射光进行处理的情况下进行计算补偿。
22.一种测定一连续移动的透明带材且特别是宽薄玻璃带材的缺陷部位的装置，这种测量借助一个沿该移动方向的横向穿过该带材的窄光束，分析所述窄光束的由缺陷部位造成的散射光并进行处理以生成一控制信号，该装置具有：
-一在Y-方向上连续移动带材的传送装置，
-一产生单色光束的光源，该光束通过相应的光导体和/或光线导向装置被一直输送到该带材的边缘区域附近，
-一在该光源和该带材之间的透明液体，所述光通过该液体被耦合输入到该带材内，
-一在该带材的整个宽度上即在X-方向上延伸的光接收装置，它用于接收由缺陷部位引起的散射光以及
-一电子分析装置，它用于计算出缺陷部位的尺寸和位置以及用于产生用于在该带材上标记缺陷部位的控制信号和/或者用于控制这样的装置，即在考虑缺陷部位的情况下用该装置对带材进行定尺加工。
23.如权利要求22所述的装置，其特征在于，该液体设置在该光导***的一个平行于上表面延伸的末端部和该带材的边缘侧上表面之间，并且该液体具有大于周围气氛的折射率。
24.如权利要求23所述的装置，其特征在于，该液体设置在一棱镜和该带材的上表面之间。
25.如权利要求24所述的装置，其特征在于，设有一些辊或者滑块，借助它们，该光导***的固定的末端部分与该移动带材保持一定距离。
26.如权利要求22所述的装置，其特征在于，该液体设置在一个围绕带材边缘的U形导向装置和该带材之间，其中，在该导向装置中还支承有该光导***的末端部分，该液体具有与该带材相同的折射率，该光束平行于该带材的上表面地被耦合输入该带材侧边内。
27.如权利要求26所述的装置，其特征在于，该U形导向装置各有一个在该带材之上和之下延伸的支腿，借助所述辊或者滑块，该支腿与该带材保持一段预定距离。
28.如权利要求22-27之一所述的装置，其特征在于，设有一液体储罐，在需要时，可以由该液体储罐补充液体。
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