DE19942245A1 - Method for measuring mechanical stress in optically transparent materials such as glass or plastic film by taking image of the intensity components using video camera and evaluating image and change in intensity components - Google Patents

Method for measuring mechanical stress in optically transparent materials such as glass or plastic film by taking image of the intensity components using video camera and evaluating image and change in intensity components

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DE19942245A1
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Edmund Paneff
Wolfgang Haubold
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    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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Abstract

Polarizing directions of analyzers (3,4) are arranged vertically to each other. An image of intensity component of the respective polarization component determined by the analyzers (3,4) is imaged on a diffuser (5). A video camera (6) takes an image of the intensity components and the image is evaluated and a change in the intensity components follows a measure for a stress in the material (7). An Independent claim is included for: (a) a device implementing the method of measuring mechanical stress

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung mechanischer Spannungen in optisch transparenten Materialien nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 4.The invention relates to a method for measuring mechanical stresses in optically transparent materials according to the preamble of claim 1 and a device for performing this method according to the preamble of Claim 4.

Es ist bekannt, zur Messung mechanischer Spannungen in optisch transparenten Materialien die Änderung des Polarisationszustandes von zirkular polarisiertem Licht anhand der relativen Intensitätsänderung zweier zueinander senkrechter Polarisationskomponenten zu messen. Es wird hier jeweils nur an einem Punkt des Materials gemessen. Die Erfassung des gesamten Materials erfolgt durch Traversierung des Meßkopfes.It is known to measure mechanical stresses in optically transparent Materials change the state of polarization from circularly polarized Light based on the relative change in intensity of two perpendicular to each other Measure polarization components. It only gets here at one point of the material measured. All material is recorded by Traversing the measuring head.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung mechanischer Spannungen in transparenten Materialien nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu verbessern, daß keine Traversiereinrichtung erforderlich ist.The invention has for its object a method and an apparatus for measuring mechanical stresses in transparent materials after Improve the preamble of claim 1 so that no traversing device is required.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
According to the invention, this object is achieved by

  • - daß das Material mit linear polarisiertem Licht beleuchtet wird,That the material is illuminated with linearly polarized light,
  • - daß das durch das Material hindurchgetretene Licht auf Analysatoren trifft, de­ ren Polarisationsrichtungen um 45° gegenüber der Polarisationsrichtung des Polarisators gedreht sind,- That the light that has passed through the material hits analyzers, de Ren polarization directions by 45 ° with respect to the polarization direction of the Polarizers are rotated,
  • - daß die Polarisationsrichtungen der Analysatoren senkrecht zueinander ange­ ordnet sind,- That the polarization directions of the analyzers are perpendicular to each other are arranged,
  • - daß auf einem Diffusor ein Bild der von den Analysatoren ermittelten Intensi­ tätsanteile der jeweiligen Polarisationskomponente abgebildet wird,- That a picture of the intensi determined by the analyzers on a diffuser parts of the respective polarization component is mapped,
  • - daß eine Videokamera ein Bild der Intensitätsanteile aufnimmt und - That a video camera takes a picture of the intensity components and  
  • - daß dieses Bild ausgewertet wird und eine Änderung der Intensitätsanteile als Maß für die Spannung in dem Material herangezogen wird.- That this image is evaluated and a change in the intensity shares as Measure of the tension in the material is used.

Der Vorteil dieses Verfahrens liegt u. a. darin, daß für die Spannungsmessung Videokameras benutzt werden, welche überlappend die gesamte Breite des Ma­ terials erfassen. Es wird daher keine Traversiereinrichtung benötigt.The advantage of this method is u. a. in that for voltage measurement Video cameras are used which overlap the entire width of the Ma capture terials. No traversing device is therefore required.

Erfindungsgemäß wird die Richtung der Änderung der Intensitätsanteile von ei­ nem Analysator zum anderen für die Bestimmung, ob es sich um eine Zug- oder Druckspannung im transparenten Material handelt, herangezogen. Das Verhält­ nis der Intensitätsanteile der beiden Analysatoren dient als Maß für die Stärke der Zug- oder Druckspannung.According to the invention, the direction of the change in the intensity components of ei nem analyzer to the other to determine whether it is a train or Compressive stress in the transparent material is used. The relationship The intensity components of the two analyzers serve as a measure of the strength tensile or compressive stress.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer Beleuchtungsein­ richtung, einem Polarisator, Analysatoren, einem Diffusor und einer Videokamera mit Zeilenauswertung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet,
A device for carrying out the method with an illuminating device, a polarizer, analyzers, a diffuser and a video camera with line evaluation is characterized according to the invention,

  • - daß der Polarisator linear polarisiertes Licht erzeugt und mit der Beleuchtungs­ einrichtung auf einer Seite des transparenten Materials angeordnet ist und- That the polarizer generates linearly polarized light and with the lighting device is arranged on one side of the transparent material and
  • - daß auf der anderen Seite zwei Analysatoren, der Diffusor und die Videokamera angeordnet sind.- That on the other hand two analyzers, the diffuser and the video camera are arranged.

Der Diffusor kann im Brennpunkt der Videokamera oder außerhalb angeordnet sein. Das transparente Material ist beispielsweise eine Glasbahn oder eine Kunststoffolie.The diffuser can be placed in the focus of the video camera or outside his. The transparent material is, for example, a glass sheet or a Plastic film.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der einzigen Figur, die nach­ folgend beschrieben ist.Further features of the invention result from the single figure that follows is described below.

In der einzigen Figur bezeichnen die Bezugszeichen 1 die Beleuchtungseinrich­ tung, 2 einen Polarisator, 3 und 4 zwei Analysatoren, deren Polarisationsrich­ tungen senkrecht zueinander ausgerichtet sind. Die Polarisationsrichtung des Polarisators 2 ist um 45 Grad gegenüber den Polarisationsrichtungen der Analy­ satoren 3, 4 gedreht. Auf einem Diffusor 5 entsteht ein Bild der von den Analysa­ toren 3, 4 ermittelten Intensitätsanteile der jeweiligen Polarisationskomponenten. Die Videokamera 6 nimmt ein Bild dieses Intensitätsverhältnisses der Polarisati­ onskomponenten auf.In the single figure, reference numerals 1 designate the illuminating device, 2 a polarizer, 3 and 4 two analyzers, the polarization directions of which are oriented perpendicular to one another. The direction of polarization of the polarizer 2 is rotated 45 degrees relative to the directions of polarization of the analyzers 3 , 4 . An image of the intensity components of the respective polarization components determined by the analyzers 3 , 4 is formed on a diffuser 5 . The video camera 6 takes a picture of this intensity ratio of the polarization components.

Aus der Auswertung des Bildes kann man den spannungsoptischen Zustand (Zug oder Druck) daran erkennen, welcher der Analysatoren einen größeren Intensi­ tätsanteil ermittelt. Im spannungsfreien Zustand sind beide Teile gleich groß, da beide Analysatoren 3, 4 den gleichen Winkel zum einfallenden linear polarisier­ ten Licht haben. Befindet sich Material 7 mit mechanischen Spannungen zwi­ schen Polarisator 2 und Analysator 3, 4, wird die Polarisationsrichtung des vom Polarisator 2 kommenden linear polarisierten Lichtes verändert. Die Richtung der Änderung ist davon abhängig, ob es sich um eine Zug- oder eine Druckspannung handelt. Die Stärke der Änderung kann aus dem Verhältnis der beiden Intensi­ tätsanteile zueinander ermittelt werden.From the evaluation of the image, you can see the voltage-optical state (tension or pressure) from which of the analyzers determines a greater proportion of intensity. In the de-energized state, both parts are of the same size, since both analyzers 3 , 4 have the same angle to the incident linearly polarized light. If there is material 7 with mechanical stresses between the polarizer 2 and analyzer 3 , 4 , the direction of polarization of the linearly polarized light coming from the polarizer 2 is changed. The direction of the change depends on whether it is a tensile or compressive stress. The strength of the change can be determined from the ratio of the two intensity components to one another.

Claims (6)

1. Verfahren zur Messung mechanischer Spannungen in optisch transparenten Materialien (7), bei denen die Änderung des Polarisationszustandes von po­ larisiertem Licht an Hand der relativen Intensitätsänderung zweier zueinan­ der senkrechter Polarisationskomponenten gemessen wird, dadurch gekenn­ zeichnet,
  • - daß das Material (7) mit linear polarisiertem Licht beleuchtet wird,
  • - daß das durch das Material (7) hindurchgetretene Licht auf Analysatoren (3, 4) trifft, deren Polarisationsrichtungen um 45° gegenüber der Polarisations­ richtung des Polarisators (2) gedreht sind,
  • - daß die Polarisationsrichtungen der Analysatoren (3, 4) senkrecht zueinan­ der angeordnet sind,
  • - daß auf einem Diffusor (5) ein Bild der von den Analysatoren (3, 4) ermittel­ ten Intensitätsanteile der jeweiligen Polarisationskomponente abgebildet wird,
  • - daß eine Videokamera (6) ein Bild der Intensitätsanteile aufnimmt und
  • - daß dieses Bild ausgewertet wird und eine Änderung der Intensitätsanteile als Maß für die Spannung in dem Material (7) herangezogen wird.
1. A method for measuring mechanical stresses in optically transparent materials ( 7 ), in which the change in the polarization state of polarized light is measured on the basis of the relative change in intensity of two mutually perpendicular polarization components, characterized in that
  • - That the material ( 7 ) is illuminated with linearly polarized light,
  • - That the light passing through the material ( 7 ) strikes analyzers ( 3 , 4 ) whose polarization directions are rotated by 45 ° with respect to the polarization direction of the polarizer ( 2 ),
  • - That the polarization directions of the analyzers ( 3 , 4 ) are arranged perpendicular to each other,
  • - That an image of the intensity components of the respective polarization component determined by the analyzers ( 3 , 4 ) is shown on a diffuser ( 5 ),
  • - That a video camera ( 6 ) takes a picture of the intensity components and
  • - That this image is evaluated and a change in the intensity components is used as a measure of the tension in the material ( 7 ).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der Änderung der Intensitätsanteile von einem Analysator (3, 4) zum anderen für die Bestimmung, ob es sich um eine Zug- oder Druckspannung im transpa­ renten Material (7) handelt, herangezogen wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the direction of the change in the intensity components from one analyzer ( 3 , 4 ) to the other for determining whether it is a tensile or compressive stress in the transparent material ( 7 ) is used becomes. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ver­ hältnis der beiden Intensitätsanteile als Maß für die Stärke der Zug- oder Druckspannung herangezogen wird. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the Ver Ratio of the two intensity components as a measure of the strength of the train or Compressive stress is used.   4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer Beleuchtungseinrichtung (1), einem Polarisator (2), Analysa­ toren (3, 4), einem Diffusor (5) und einer Videokamera (6) mit Zeilenauswer­ tung, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß der Polarisator (2) linear polarisiertes Licht erzeugt und mit der Be­ leuchtungseinrichtung (1) auf einer Seite des transparenten Materials ange­ ordnet ist und
  • - daß auf der anderen Seite zwei Analysatoren (3, 4), der Diffusor (5) und die Videokamera (6) angeordnet sind.
4. Device for performing the method according to one of claims 1 to 3, with a lighting device ( 1 ), a polarizer ( 2 ), Analysa gates ( 3 , 4 ), a diffuser ( 5 ) and a video camera ( 6 ) with line evaluation , characterized,
  • - That the polarizer ( 2 ) generates linearly polarized light and is arranged with the lighting device ( 1 ) on one side of the transparent material and
  • - That on the other side two analyzers ( 3 , 4 ), the diffuser ( 5 ) and the video camera ( 6 ) are arranged.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusor (5) im Brennpunkt der Videokamera (6) angeordnet ist.5. The device according to claim 4, characterized in that the diffuser ( 5 ) is arranged in the focus of the video camera ( 6 ). 6. Verfahren und Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das transparente Material (7) eine Glasbahn oder eine Kunststoffolie ist.6. The method and device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the transparent material ( 7 ) is a glass sheet or a plastic film.
DE19942245A 1999-03-02 1999-09-04 Method for measuring mechanical stress in optically transparent materials such as glass or plastic film by taking image of the intensity components using video camera and evaluating image and change in intensity components Withdrawn DE19942245A1 (en)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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GB2292457A (en) * 1992-03-28 1996-02-21 Rover Group Photoelastic stress analysis
DE19511707A1 (en) * 1995-03-30 1996-10-02 Laser Sorter Gmbh Determining stresses in transparent materials esp. glass using polarised light

Patent Citations (2)

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