DE3512851A1

DE3512851A1 - Verfahren und vorrichtung zur messung von spannungen in float-glas

Info

Publication number: DE3512851A1
Application number: DE19853512851
Authority: DE
Inventors: Helmut Goewert; Hans-Werner Dr Nowoozyn; Zandt Erich Nt; Roger Tetaz; Philippe Vizet
Original assignee: Saint Gobain Recherche SA
Current assignee: Saint Gobain Recherche SA
Priority date: 1984-04-19
Filing date: 1985-04-10
Publication date: 1985-10-31
Anticipated expiration: 2005-04-11
Also published as: DE3512851C2; FR2563337B1; BE902221A; IT8520360A0; IT1184459B; FR2563337A1; US4619681A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Spannungen

in Float-Glas

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 9.

Insbesondere betrifft die Erfindung die Messung von Spannungen von Float-Glas auf der Fertigungsstraße.

Während der im Anschluß an das Gießen des Glases erfolgenden Kühlbehandlung versucht man die im Glasband vorhandenen Spannungen auf die für den Anwender annehmbaren Werte zu verringern.

Die Kühlbehandlung soll ferner die Gefahren des Bruchs ir. Augenblick des Schneidens, insbesondere die, wenn sie entstehen, schwierig zu handhabenden Erscheinungen des "Bruchs in der Länge" verhindern. Es ist bekannt, durch lokalisierte Wärmebehandlungen die Temperatur des Glasbands derart auszugleichen, daß die Spannungen reduziert werden. Hierfür ist es jedoch erforderlich, sehr schnell einzugreifen und die Messungen der Spannungen, die für diese korrigierenden Behandlungen durchgeführt werden, müssen kontinuierlich und so schnell wie möglich auf der Bahn des Glasbands vorgenommen werden.

Die Kenntnis der permanenten Spannungen ist ferner für die Optimierung des Schneidvorgangs von Bedeutung. Tatsächlich ermöglicht die Kenntnis der permanenten Spannungen im Float-Glasband die Wahl eines Schnitts, der zu einem Maximum an Scheiben führt, in welchen die Spannungen

akzeptabel sind. Mit anderen Worten erlaubt es die Kenntnis der Spannungen, den Teil des hergestellten Glases zu verringern, der nicht den festgesetzten Normen genügt.

Bislang ist die Messung von Spannungen im Float-Glasband mittels optischer Einrichtungen vorgenommen worden. Das Vorhandensein von Spannungen führt zur Erscheinung einer Doppelbrechung des Glases. Die Ermittlung und die Messung dieser Doppelbrechung dienen ₂ur Bestimmung der Spannungen im Glas.

Die Messung der Doppelbrechung wird mittels eines Verfahrens durchgeführt, welches ein polarisiertes Licht verwendet. Nach einem solchen Verfahren durchquert ein zuvor polarisiertes Lichtbündel das Glasband und ein Viertelwellenlängenplättchen Das Vorhandensein von Spannungen bedingt eine Umwandlung des Bündels. Das Bündel gelangt dann in einen zweiten Polarisator und wird dann von einer Zelle aufgenommen, welche das Lichtsignal in ein elektrisches Signal wandelt. Einer der Polarisatoren wird relativ zum anderen drehend angetrieben, was zu einem sich periodisch ändernden Intensitätssignal führt. Das Viertelwellenlängenplättchen wird zwischen dem zu untersuchenden Glas und dem drehend angetriebenen Polarisator angeordnet. Das Vorhandensein der Doppelbrechung im Glas führt zu einer Phasenverschiebung der Intensitätsänderungen bezüglich denen, die einem isotropen Glas entsprechend (oder im Falle des Fehlens von Glas). Man zeigt, daß die beobachtete Änderung bzw. Phasenverschiebung unmittelbar von den im untersuchten Glasband vorhandenen Spannungen nach der folgenden mathematischen Gleichung abhängt:

(X= p.cd χ π /A >

wobei:

- OC der Winkel der Messung der Phasenverschiebung

ist, ausgedrückt im Bogenmaß,

- P die Spannung bezeichnet,

- C eine vom Glas abhängige Konstante ist, die

als photoelastische Konstante oder Brewster-Konstante bezeichnet wird,

- d die Dicke des Glases

- \ die Wellenlänge des Lichtbündels der Analyse.

Bei einem Band aus Float-Glas sind die Längsspannungen normalerweise sehr viel höher als die Querspannungen, sobald man die Messung in einem ausreichenden Abstand vom Ende des Bands bewirkt. Somit wird lediglich eine Messung zur Bestiirjnung der Längsspannungen durchgeführt.

Die Erfahrung zeigt, daß auf einer Fertigungsstraße für Float-Glas die Verteilung der Längsspannungen über relativ lange Zeitperioden im wesentlichen gleich bleibt. Messungen, deren Dauer über die gesamte Breite des Bands einige Minuten beträgt, eignen sich gut für die beabsichtigten Prüfungen. Aus diesem Grund ist es üblich, eine bewegliche Meßeinheit zu verwenden, die in Querrichtung hin und herbewegt wird, um kontinuierlich die Spannungen über die gesamte Breite des Glasbands zu bestimmen. Eine Vorrichtung dieser Art ist beispielsweise in der US-PS 2 993 402 beschrieben. Obgleich vom Prinzip her die beschriebenen Verfahren bislang die Messungen von Spannungen eritiöglichen, ^so können jedoch in der Praxis zahlreiche Fehler bzw. Störungen die Verwendbarkeit dieser Messungen gefährden, bzw. in Frage stellen. Diese Störungen basieren entweder auf der Wahl der verwendeten Einrichtungen, deren Genauigkeit oder Zuverlässigkeit nicht ausreichend ist oder auf physikalischen Faktoren, deren Veränderungen die Messungen beeinflussen und die bei den zuvor beschriebenen Verfahren nicht in Betracht gezogen worden sind.

Die Verbesserung dieser Spannungsmessungen, die eine der Aufgaben der Erfindung ist, ist umso mehr erstrebenswert, als man bestrebt ist, durch die Normen in diesem Gebiet definierte Toleranzen gewissenhaft einzuhalten. Die systematische Unsicherheitsmarge bei der Messung der Spannungen führt zur Auferlegung einer noch strikteren Norm, um das Einhalten der offiziellen Norm zu garantieren.

Im übrigen haben die Spannungsmessungen außer der Überwachung der Gleichmäßigkeit der Erzeugnisse auch einen korrigierenden Eingriff auf das Erzeugnis im Verlauf der Herstellung zum Ziel. Das Auftreten anormaler Spannungen im Glasband wird beispielsweise durch lokale Veränderung der thermischen Bedingungen durch den Kühlofen korrigiert, in welchem die Kühlung vorgenommen wird. Eine bessere Kenntnis der Spannungen erlaubt eine genauere Regelung der Betriebszustände und folglich eine Verbesserung der Qualität der hergestellten Produkte.

Die bei Float-Glas vorgenommenen Spannungsmessungen treffen auf bestimmte Schwierigkeiten, die auf Bedingungen beruhen, in welchen diese durchgeführt werden. Im besonderen ist es erstrebenswert, Messungen am Glas schon beim Austritt aus dem Kühlofen vorzunehmen, um so schnell als möglich eventuelle ermittelte Störungen mittels dieser Messungen korrigieren zu können. Am Ausgang des Kühlofens besitzt das Glasband noch eine relativ hohe Temperatr, die 100⁰C erreichen oder übersteigen kann. Es kann somit ein thermisches Ungleichgewicht vorhanden sein, ^^s zu "temporären" Spannungen, die nach vollständiger Abkühlung, wenn infolgedessen die Temperatur gleichmäßig wird, verschwinden werden.

In der Praxis ist es nützlich, die temporären Spannungen

von denjenigen Spannungen zu unterscheiden, die bleiben sobald das Glas die Umgebungstemperatur erreicht hat und die aus diesem Grund permanente Spannungen heißen.

Die Erfahrung zeigt, daß für Temperaturgradienten in einem Zehnerbereich von Graden die Spannungen der Temperatur einen wesentlichen Teil der gemessenen Spannungen bilden, die 50 % erreichen oder übersteigen können.

Aufgabe der Erfindung ist es, insbesondere eine Messung von permanenten Spannungen in einem Glas zu ermöglichen, dessen Temperatur noch relativ hoch ist, d.h. wenn die Spannungen die temporären Spannungen überlagern.

Bei bekannten, den Einfluß der Temperatur nicht unterschätzenden Verfahren bemüht man sich deren Einfluß zu begrenzen, indem die Messung an einem Punkt der Fertigungslinie vorgenommen wird, wo das Glas sich auf einer Temperatur nahe der Umgebungstemperatur befindet oder den ungefähren Einfluß der Temperatur auf die bewirkte Messung abzuschätzen. In letzterem Fall würde eine systematische Korrektur angewendet, die einen geschätzten Temperaturwert berücksichtigt. Ersichtlich ist ein solches Verfahren nicht präzise.

Nach der Erfindung wird permanent die Messung der Spannungen und der Temperaturen zugleich des Bandes aus Float-Glas in einer Richtung quer zur Vorschubbewegung gemessen. Diese Messungen werden derart durchgeführt, daß man für jeden Punkt des Glasbandes die Messung der Spannungen und der entsprechenden Temperatur vornimmt, wobei die beiden zusammengefaßten Informationen insbesondere die Bestimmung der permanenten

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Spannungen erlauben, wobei diese Bestimmungen vorteilhafterweise automatisch durchgeführt wird.

Veränderungen der Dicke, wie man sie nach dem Ausdruck der oben angegebenen Phasenverschiebung versteht, beeinflussen unmittelbar die Genauigkeit der Messung.

Float-Gläser besitzen eine große Gleichmässigkeit in der Dicke, jedoch beobachtet man Dickenänderungen, die, selbst wenn sie von sehr begrenztem Wert sind ( in der Höhe von 0,02 mm), die Meßergebnisse der Spannungen beeinflussen und zwar umso mehr, je geringer die Dicke des Glases ist.

Je nach Art der Herstellung des Glasbandes besitzen dessen Ränder sehr häufig eine unterschiedliche Dicke gegenüber dem mittleren Bereich. Eine Korrektur der Dicke ist notwendig, um die Spannungen in den Rändern zu bestimmen.

Die Erfindung ist bemüht, den Ungenauigkeitsfaktor auf die Spannungsmessungen zu eliminieren, den die Schwankungen in der Dicke des Glasbandes bilden.

Es ist festzuhalten, daß die Art der Bestimmung der Spannungen, die im folgenden detailliert beschrieben wird, nicht empfindlich gegenüber eventuellen Abänderungen der Transmission des untersuchten Glases ist.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen

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Fig. 1 eine schematische Vorderansicht eines Meßaufbaus nach der Erfindung, bei dem das Glasband sich senkrecht zur Ebene des Blatts bewegt,

Fig. 2 eine schematische teilweise Seitenansicht der beweglichen Meßelemente nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Anordnung von optischen Elementen für die Durchführung der erfindungsgemäßen Messung,

Fig. 4 relative Winkelanordnungen von optischen Elementen in Fig. 3,

Fig. 5 ein Schema eines vereinfachten optischen Aufbaus unter Verwendung einer Laserquelle,

Fig. 6 die Art einer Phasenverschiebungsbestimmung für die Berechnung der Spannungen,

Fig. 7 ein Schema zur Dickenmessung des Glases,

Fig. 8 ein Schema einer weiteren Art einer Dickenmessung des Glases,

Fig. 9 ein Beispiel der Messung von Spannungen und der Temperatur quer zum Glasband.

Die Meßvorrichtung besitzt in der üblichen Weise einen Säulenrahmen mit zwei Säulen 1, 2, welche beiderseits der Bahn des Bandes 3 aus Float-Glas angeordnet sind. Die Ständer 1, 2 stützen Querbalken 5 und 6, die jeweils oberhalb und unterhalb des Glasbands 3 angeordnet sind.

Zweckmäßigerweise ist die Vorrichtung am Ausgang eines Kühlofens angeordnet. Das Glas ist an dieser Stelle durch Rollen 7 aufgenommen, die in Fig. 2 dargestellt sind.

Auf jedem Querbalken 5 und 6 sind zwei horizontal angeordnete zylinderförmige Führungen 8, 9 und 10, 11 angeordnet. Auf diesen Führungen sind Schlitten 12, 13 verfahrbar, die auf Laufschienen 14, 15, 16, 17 angeordnet sind. Auf diesen Schlitten sind ein oberer und ein unterer Gehäusekasten 18, 19 befestigt, welche für die Messung verwendete Elemente aufweisen. Die entsprechenden Befestigungsmittel sind nicht dargestellt. Sie erlauben eine momentane Abnahme der Gehäusekästen für beispielsweise die Wartung, ohne den mechanischen Aufbau, der die Verschiebung sicherstellt, zu berühren.

Die Schlitten 12 und 13 sind durch eine einzige Kette 2 6 angetrieben. Diese Kette 26 und das Spiel der Umlenkräder 22, 23, 24, 25 erlauben eine genau identische Verschiebung der beiden Schlitten 12, 13.

Der Motor für die Verschiebebewegung und seine Stell- bzw. Betätigungsteile sind am Ständer 1 befestigt, jedoch in der Zeichnung nicht dargestellt. Das mit dem Motor durch ein Untersetzungsgetriebe verbundene Zahnrad 27 überträgt die Bewegung.

Die gleichzeitige Bewegung der Gehäusekästen kann auch durch elektrisch gesteuerte Antriebseinrichtungen erfolgen, um jeden Koordinationsfehler bei der Bewegung zu vermeiden, wobei Störungen im Falle von rein mechanischen Einrichtungen auf beispielsweise Verschleiß beruhen können.

Der Innenaufbau der Gehäusekästen 18 und 19 ist in Fig. 3 dargestellt. Hierbei sind die für die Befestigung der verschiedenen Elemente dieser Gehäusekästen verwendeten Teile,

- 14 wie etwa Laschen, Flansche u. dgl., nicht dargestellt.

Der obere Gehäusekasten enthält zuerst eine zur Bildung einer punktförmigen Lichtquelle bestimmte Einrichtung.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Aufbau ist diese Lichtquelle durch eine Lampe 28 für weißes Licht gebildet. Zweckmäßigerweise wird eine Halogenlampe verwendet, um Erhitzungsprobleme zu beschränken.

Eine Linse 29 kondensiert das von der Lampe abgestrahlte Licht. Das punktuelle Abbild der Lampe wird auf einer Blende 30 lokalisiert, welche die Punktquelle bildet. Das von der Blende 30 ausgehende Licht gelangt durch eine Linse 31 (oder ein äquivalentes Bauteil), welches beispielsweise das Bild auf dem analysierten Glasband oder in dessen Nähe abbildet.

Für eine präzise Lokalisierung der Spannungen ist es zweckmäßig, die dem Lichtbündel ausgesetzte Zone zu begrenzen. In vorteilhafter Weise begrenzt man diese Zone auf einen Durchmesser geringer als 50 mm und insbesondere geringer als 20 mm.

Das Lichtbündel gelangt dann in einen Polarisator 32 und ein Viertelwellenlängenplättchen 33, deren neutrale Linien bzw. Indifferenzlinien vorzugsweise 45° zur Achse des Glasbandes verlaufen bzw. gerichtet sind.

Nach Durchquerung der Glasscheibe wird das Lichtbündel durch Elemente aufgenommen, die im unteren Gehäusekasten angeordnet sind. In der Ausführungsform nach Fig. 3 fassen diese Elemente im wesentlichen einen Analysator 34, dessen Polarisationsebene vorzugsweise 45° zur Achse des Bands steht, ein Filter 35 sowie eine lichtempfindliche Zelle

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Die Lage der Teile des optischen Systems zueinander wird bei der Montage durch Justierung insbesondere der Relativlage von Gehäuse 37 und 38 geregelt, welche jeweils die die Punktquelle bildende Einrichtung und die um das Analysebündel bildenden Optik tragen.

Um eine zufriedenstellende Messung zu erhalten muß im übrigen die optische Achse der Bauteile des oberen Gehäusekastens und des unteren Gehäusekastens über die gesamte Länge gleich sein. In der Praxis übersteigen die Abweichungen nicht 0,5 mm und sind in vorteilhafter Weise niedriger als 0,2 mm. Die Regelung bzw. Einstellung muß folglich präzise sein.

Das Prinzip dieser Art von Messung verlangt, daß der Polarisator oder der Analysator mit einer Rotationsbewegung angetrieben werden. Das Viertelwellenlängenplättchen ist in beiden Fällen auf derselben Seite der Glasscheibe angeordnet, wie das der Elemente, welches in einer Rotationsbewegung angetrieben wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um den Polarisator 32, der in einem auf einen Bundring 39 geschraubten Rahmen 41 angeordnet ist. Der Bundring 39 ist am Ende des Gehäuses 38 durch eine schematisiert dargestellte Einrichtung befestigt, welche eine Kugellagerung

40 enthält, die eine freie Drehung von Bundring und Rahmen 39, 41 bezüglich des Gehäuses 38 ermöglicht.

Ein Zahnrad 42 ist zwischen dem Bundring 39 und dem Rahmen

41 gehalten. Für das bessere Verständnis der Figur ist einzig der Teil des Rades, der vor dem optischen System liegt, nicht dargestellt worden.

Das Rad 42 gibt auf dem Polarisator die durch das Zahnrad 43 übertragene Drehbewegung, welches auf der Achse eines elektrischen Synchronmotors 44 angeordnet ist.

Das Viertelwellenlängenplättchen 33 und sein Stützteil 45 sind ebenso wie der Analysator 34 unbeweglich.

Eine Scheibe 46, die Teil einer optischen Codiereinrichtung ist, wird durch eine mit dem Polarisator verbundene Dreheinrichtung rotatorisch angetrieben. Die Scheibe besitzt auf ihrem Umfang eine sehr große Anzahl von Perforationen, die regelmäßig auf einer einzigen Linie angeordnet sind. Ein Reiter 47 übergreift den Rand der Scheibe 46, wo sich die Perforationen befinden. Ein Arm des Reiters umfaßt eine Lichtquelle und der andere Arm des Reiters eine lichtempfindliche Zelle. Die Anordnung von Reiter 47 und Scheibe 46 ist derart, daß für jeden Durch- bzw. Vorbeilauf einer Perforation ein Signal durch die lichtempfindliche Zelle gegeben wird.

Dem System zur Messung der Spannungen ist eine Vorrichtung zur Messung der Temperatur des Glases beigeordnet. Aus Einfachheitsgründen erfolgt die Temperaturmessung mittels eines optischen Pyrometers.

Berücksichtigt man die relativ geringe Temperatur des Glases am Meßpunkt (in Höhe von 100 °c), so müssen die verwendeten Einrichtungen sehr empfindlich sein. Die Einrichtungen müssen ferner um so mehr empfindlich sein als die Gradienten der nachzuweisenden Temperaturen normalerweise nicht etwa 40° übersteigen.

Die Messung mit Hilfe eines optischen Pyrometers ist sehr empfindlich gegenüber verschiedenen äußeren Bedingungen bei der Messung. Um einen Gesamtfehler zu vermeiden, muß man periodisch eine Eichung vornehmen. Es ist möglich, das Pyrometer, welches mit derselben Bewegung wie die zur Messung der Doppelbrechung dienenden Einrichtungen angetrieben wird,periodisch nachzueichen(eventuell in jedem Zyklus entsprechend einem Vorlauf und Rücklauf). Die Eichung

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kann beispielsweise mit einer Glasprobe durchgeführt werden, die mittels einer thermostatisch gesteuert beheizten Platte auf einer exakt definierten Temperatur gehalten ist.

Das optische Pyrometer muß ferner eine gute Empfindlichkeit gegenüber vom Glas abgegebene Strahlen besitzen und praktisch unempfindlich gegenüber Umgebungslicht sein.Die Wahl der verwendeten Strahlung muß im übrigen indifferent zur Dicke des zu prüfenden Glases sein. Die Luft muß ferner für die in Frage stehende Strahlung transparent sein.

Vorteilhafterweise wird zur Durchführung ein optisches Pyrometer verwendet, welches bei einer Strahlung entsprechend einem schmalen Band der Wellenlänge arbeitet, das auf 5 Mikrometer zentriert bzw. gerichtet ist. Dieses Band beträgt zwischen 4,5 und 5,5 Mikrometer und zwar vorzugsweise zwischen 4,8 und 5,2 Mikrometer.

Es ist ferner wesentlich, ein Pyrometer zu wählen, dessen Ansprechzeit selbst bei einer geringen Emissivität kurz ist. Je langer die Ansprechzeit bei der im Verlaufe der Verschiebung der Meßvorrichtung bewirkten Messung ist, desto mehr verringert sich die Auflösung.

Der Umstand, daß die Messung nicht momentan ist, sondern während einer begrenzten Verschiebung bewirkt wird, entspricht der Bildung eines Mittelwerts in einem Bereich, dessen Weite durch die Ansprechzeit des Pyrometers bestimmt ist. Je geringer diese Zeit ist, desto schmaler ist der Bereich. Berücksichtigt man die Empfindlichkeit der vorhandenen Pyrometer, so ist bei den in Betracht kommenden Temperaturen die Ansprechzeit notwendigerweise in der Größenordnung von 1 Sekunde oder weniger.

Selbstverständlich kann die Verschiebegeschwindigkeit der

Meßvorrichtung geändert werden, um den der Ansprechzeit entsprechenden Bereich zu reduzieren.

Das Pyrometer kann so gerichtet werden, daß es denselben Bereich der Oberfläche des Glases erfaßt, der für die Messung der Doppelbrechung observiert wird. Das Pyrometer ist in einem der beweglichen Gehäusekästen angeordnet, um eine Staubablagerung auf dem Objektiv des Pyrometers zu vermeiden, ist es zweckmäßig, das Pyrometer im oberen Gehäusekasten anzuordnen. Das in Fig. 3 dargestellten Pyrometer 48 ist gegen den für die Messung der Spannungen observierten Punkt des Glases gerichtet. Bei dieser Anordnung bildet das Pyrometer mit der Vertikalen einen Winkel von etwa 30°.

Bei einer anderen Anordnung kann die Zielrichtung des Pyrometers senkrecht zur Glasscheibe sein, um die Gefahr von Störungen durch parasitäre Strahlungen zu beschränken. Diese Anordnung entspricht auch dem Maximum an eingefangener Strahlungsenergie und erlaubt folglich den Betrieb mit einer erhöhten Empfindlichkeit.

Wenn die Ziel- bzw. Peilrichtung des Pyrometers senkrecht zum Glas gemacht wird, sind in einem gegebenen Zeitpunkt die für die Messungen der Temperaturen und der Spannungen beobachteten Zonen notwendigerweise unterschiedlich, selbst wenn diese nicht sehr entfernt sind. Wenn in diesem Fall eine kontinuierliche Korrektur beabsichtigt ist, führt man in die Meßeinrichtung eine Verweil- bzw. Verzögerungszeit ein, um die für denselben Punkt gemachten Messungen zusammenfallen zu lassen. Die eingeführte Verschiebung wird folglich eine Funktion des die beiden beobachteten Zonen trennenden Abstands und der Verschiebegeschwindigkeit der Vorrichtung sein.

Die zuvor beschriebenen Bauteile bzw. Elemente bilden nur

eine Ausführungsform der Vorrichtung, jedoch sind Abänderungen durch Austausch bestimmter Bauteile durch analoge Bauteile möglich.

Insbesondere ist es möglich, die Lampe durch eine Laserquelle zu ersetzen, um den optischen Teil der Vorrichtung leichter zu machen und auch die Leistung zu verbessern. Das durch eine Laserquelle erzeugte Strahlenbündel ist geometrisch sehr gut bestimmt, so daß man die gesamte zur Bildung des Bündels bestimmte Optik, nämlich die Linse 29, die Blende 30 und die Linse 31 entfallen lassen kann.

Im Sinne einer Vereinfachung des Aufbaus der für die Messung der Spannungen verwendeten Einrichtungen bzw. der Teile ist es möglich, eine polarisierte Laserquelle zu verwenden. In diesem Fall enthält der optische Aufbau nicht mehr den Polarisator und der Analysator wird im Sinne einer Rotationsbewegung angetrieben.

Die in Fig. 5 schematisiert wiedergegebene vereinfachte Meßvorrichtung umfaßt im wesentlichen eine Laserquelle auf einer Seite der geprüften Glasscheibe und auf der anderen Seite der Glasscheibe ein Viertelwellenlängenplättchen 51, einen drehenden Analysator 53 und die Empfängerzelle 54.

Ferner erlaubt ein Laserbündel, welches monochromatisch ist, die Erhöhung der Präzision der Vorrichtung.

Wie oben bereits angegeben worden ist, benutzt der Ausdruck der Messung die Wellenlänge des verwendeten Strahlenbündel. Die Wahl eines monochromatischen Lichts unterdrückt die Dispersion, die notwendigerweise die Verwendung eines weißen Lichtes begleitet. Die beobachteten Erscheinungen

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sind besser definiert. Das Viertelwellenlängenplättchen kann so gewählt werden, daß es exakt der der Quelle entspricht.

In vorteilhafter Weise verwendet man beispielsweise eine He-I¹Je-Laserquelle mit einer Wellenlänge von 632,8 nm.

Die Messung der Spannungen wird nach einem üblichen Kompensationsverfahren bewirkt, nach Senarmont, Friedel oder Tardy. Die in diesen verschiedenen Fällen verwendeten Elemente führen zu einigen Unterschieden, jedoch ist die resultierende Analyse im wesentlichen derselben Art.

Die in den Fig. 3 und 4 dargestellte Art ist eine Messung nach Friedel.

Bei diesem Meßverfahren bestimmt die Richtung der Spannungen die des Viertelwellenlängenplättchens und des festen Analysators.

Wenn bei dem oben beschriebenen Typus der Polarisator rotatorisch angetrieben wird, wäre das Verfahren exakt identisch zur Verwendung eines festen Polarisators und eines drehenden Analysators entsprechend des Verfahrens nach Senarmont.

Das Viertelwellenlängenplättchen ist derart angeordnet, daß seine neutralen Linien vorzugsweise 45° zur Vorschubrichtung des Glasbands liegen, d.h. zur Richtung der gemessenen Spannungen. Der Analysator ist gleichermaßen 45° zur Richtung der Spannungen (Fig. 4) angeordnet. Diesen Stellungen entspricht ein Maximum an Empfindlichkeit für dieses Meßverfahren. Man hat tatsächlich einen maximalen Unterschied zwischen dem Minimum und dem Maximum der empfangenen Lichtintensität. Für ein monochromatisches Lichtbündel ist das Minimum selbst 0.

Wenn das optische Prinzip der Vorrichtung gut eingehalten wird, verändert sich die Intensität des durch den Analysator übertragenen Lichts im Laufe der Zeit in sinusförmiger Weise mit der Drehung des Polarisators. Die Einführung des Glases mit Doppelbrechung in die Bahn des Bündels erzeugt eine Phasenverschiebung der Minima und Maxima der Intensität. Diese Phasenverschiebung erlaubt die Bestimmung des Werts der Spannungen, wie oben angegeben worden ist.

Die Änderungen der Lichtintensität nach dem Analysator werden in ein elektrisches Signal durch das lichtempfindliche Element 36 gewandelt. Zuvor eliminiert der in der Bahn des Lichtbündels angeordnete Filter 35 einen Teil der schädlichen Strahlungen, die die Messung stören könnten.

Die Wahl des Durchlaßbands des Filters ist selbstverständlich eine Funktion der Quelle, aber auch der anderen verwendeten optischen Elemente. Wenn man beispielsweise ein Viertelwellenlängenplättchen verwendet, das um die Werte von 400 und 700 nm korrigiert ist, ist es vorteilhaft, einen Filter zu wählen, dessen Durchlaßband im korrigierten Bereich, d.h. 400 bis 700 nm, liegt.

Fig. 6 zeigt das Meßprinzip einer eingeführten Phasenverschiebung während der Messung der Spannungen. Die Kurve A zeigt schematisch das allgemeine Bild der durch die lichtempfindliche Zelle aufgenommenen Intensität in Abhängigkeit von der Zeit. Die Periodizität der Erscheinung ist durch die Geschwindigkeit der Rotation des Polarisators bestimmt.

Die durch die Zelle 36 mitgeteilten Signale werden durch eine Datenverarbeitungsanlage verarbeitet, die gleichzeitig Impulse von einem optischen Codierer 47 erhält.

Der Betrieb erfolgt durch Bestimmung der Intensitätsminima,

könnte aber auch in derselben Weise über die Maxima bewirkt werden. Angesichts der üngenauigkeit der Bestimmung von einzelnen Punkten, arbeitet man mit einer indirekten Bestimmung. Hierzu fixiert man einen Schwellwert in der Datenverarbeitungsanlage, welcher die Intensitätskurve sauber schneidet und nicht sehr abweicht von denMinimas. Dieser Schwellwert ist durch die Linie S gezeichnet. Die Lage des Minimums wird als mit gleichem Abstand von zwei benachbarten Schnittpunkten n.., n- errechnet. Selbst wenn die Kurve nicht exakt symmetrisch ist, ist der auf diese Weise erhaltene Fehler erheblich geringer als der, der systematisch bei der unmittelbaren Bestimmung der Minima resultieren würde.

Die "Lage" der Schnittpunkte mit dem Schwellwert und infolgedessen die der Minima wird lokalisiert in Bezug auf die Zählung der Impulse, die von der Drehung der Scheibe 46 abhängen.

Je mehr die Anzahl der Impulse pro Umlauf erhöht wird, desto größer ist somit die Genauigkeit der Messung. In Praxis verwendet man in vorteilhafter Weise eine Scheibe, die mindestens 2 000 Perforationen und vorzugsweise 4 000 Perforationen oder mehr besitzt.

Die Messung beginnt, wenn die Vorrichtung auf der Seite jenseits des Glasbands ist. Die Lage der so gebildeten Sinuswelle dient als Bezug. Wenn infolge einer Querverschiebung die Vorrichtung sich oberhalb des Glases befindet, ist die Sinuskurve bezüglich der vorhergehenden phasenverschoben. Der Abstand zwischen den Minima, die durch die Anzahl von Impulsen des optischen Codierers definiert sind, welche die Minima trennen, ist die Messung dieser Phasenverschiebung.

Es ist hervorzuheben, daß bei dem Zählsystem nach der Er-

findung ein nicht einwandfreies Funktionieren oder einfach eine Ungenauigkeit des Motors, der den Polarisator drehend antreibt, ohne Einfluß auf das Meßergebnis ist. Die Zählung d_er impulse ist durch Konstruktion genau mit der Bewegung des Polarisators verbunden. Das ist nicht bei den Anordnungen der Fall, bei denen die Bewegung durch eine chronometrische Messung definiert ist.

Die Einrichtungen für die Analyse und die Verarbeitung der Signale empfangen im übrigen die durch das optische Pyrometer abgegebenen Informationen relativ zur Temperatur des Glases in der geprüften Zone. Eine Korrektur der Spannung wird somit vorzugsweise automatisch durch die Verarbeitungseinrichtung durchgeführt, um unmittelbar den Wert der permanenten Spannung zu geben.

Die Korrektur der Temperatur wird mit folgender Relation durchgeführt:

P = P_m - E. OL A T, wobei:

- P die gemessene Spannung,

- E der Young-Modul,

- CC der Ausdehnungskoeffizient,

-^T die Differenz zwischen der gemessenen Temperatur und der mittleren Temperatur des Glases ist, welche über die gesamte Breite der Scheibe bestimmt ist.

Die Verfahren zur Bestimmung der Dicke, die nach der Erfindung durchgeführt werden, sind gleichermaßen vorteilhafterweise optischer Natur. Ein bevorzugtes Verfahren besteht darin, ein geometrisch gut definiertes Bündel (beispielsweise ein Laser-Lichtbündel) auf den Punkt der untersuchten Glas-

scheibe 55 mit einem genau bestimmten Einfallwinkel derart zu werfen, daß man auf beiden Seiten der Scheibe Reflexionen erhält, wie in Fig. 7 dargestellt ist.

Es ist festzuhalten, daß sich die wesentlichsten Änderungen der Dicke als Wellenlinien in Zylinderform mit geringer Amplitude ergeben, deren Erzeugende in Vorschubrichtung des Glasbands gerichtet sind.

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren verläuft die in Fig. 7 dargestellte Einfallebene in Richtung der Länge <Ies Glasbandes.

In Fig. 7 ist der Einfallwinkel relativ groß, nämlich in Höhe von 30°. Dies ist nur zum Zwecke der Darstellung und zur Erleichterung des Verständnisses gemacht. Ein nahe der Normalen einfallendes Lichtbündel kann bevorzugt sein, insbesondere um zu bewirken, daß die reflektierten Lichtbündel auf der ersten und der zweiten Seite äes Bandes sich wenig voneinander unterscheidende Intensitäten ergeben. Ferner wird deren Ermittlung erleichtert.

Die auf jeder der Seiten reflektierten Bündel R₁, R~ werden auf einem lichtempfindlichen Detektor 56 aufgenommen, der aus einer Anzahl von Photodioden mit kleinen Abmessungen gebildet ist, welche miteinander verbunden sind und die Bestimmung des Abstands d erlauben, welcher die beiden Bündel trennt. Dieser Abstand ist unmittelbar mit der Dicke der Scheibe e verbunden. Für geringe Einfallwinkel ist der Ausdruck e:

e = nd/2i,

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- i der Einfallwinkel,

- η der Index der Glasscheibe

Es ist möglich, nach einem analogen Prinzip die Messung des Abstands d durch eine Zeitmessung zu ersetzen.

Das Prinzip dieses Verfahrens ist schematisch in Fig. 8 wiedergegeben. Das in diesem Fall verwendete Lichtbündel wird auf einem mit großerWinkelgeschwindigkeit umlaufenden Drehspiegel 57 reflektiert. Die Lichtquelle ist hierbei so angeordnet, daß der auf dem Drehspiegel reflektierte Strahl nach Durchgang durch die Linse 60 parallel in derselben Richtung und in der Ebene der Figur bleibt. Ein reflektierter Strahl bestreicht somit ein Segment der Ebene. Eine Blende 58 mit sehr kleiner Abmessung ist in der durch die auf der Oberfläche der Glasscheibe reflektierten Strahlen bestrichenen Bahn an einem Punkt angeordnet, daß sie alternativ jeweils zu den Zeiten t.. und t~ einen auf der ersten und der zweiten Seite der Scheibe reflektierten Strahl empfängt. In Kenntnis der Winkelgeschwindigkeit des Drehspiegels ist die Messung des Zeitintervall welche? zwei Signale trennt die durch eine hinter der Blende 58 angeordnete Zelle 59 aufgenommen werden, eine Messung des Winkels,™ ^⁶³¹SiCh der Spiegel gedreht hat.

Der Winkel, der notwendig ist, um den einfallenden Strahl zu drehen, damit die zwei Reflexionen koinzident sind, steht in einer geometrischen Beziehung mit der Dicke des Glasbands, _wie im vorhergehenden Verfahren.

Nach diesen Verfahren wird die Dicke mit einer sehr genauen Präzision bestimmt. Diese Verfahren erlauben Dickenänderungen von zehn Mikrometer zu erfassen.

Die Messung der Dicke wird unmittelbar von der Verarbeitungseinrichtung für die Korrektur der Messungen der Spannungen verwendet.

Die gefundenen Werte unter Berücksichtigung der verschiedenen vorgenommenen Korrekturen erlauben die Abschätzung des Endzustands der Spannungen für das Glas bei Umgebungstemperatur, aber selbstverständlich gleichermaßen die temporären Spannungen, die bei Regelungen von Bedeutung sind, die bei Kühlbehandlungen angewendet werden.

Nach der Erfindung ist es auch möglich, der Meßvorrichtung Regeleinrichtungen für die thermische Behandlung zuzuordnen, so daß automatisch Korrekturen nach vorbestimmten eingespeicherten Instruktionen vorgenommen werden.

Die Funktion einer Vorrichtung nach der Erfindung ist im Detail im folgenden beispielshalber beschrieben.

Die Meßanlage ist am Ausgang des Kühlgehäuses für das Float-Glas an einer Stelle angeordnet, wo die Temperatur des Glases bei etwa 100⁰C liegt.

Das Glasband besitzt eine Breite von 3 200 mm und eine Dicke von 7 mm. Diese Dicke, die auf dem Gleichgewichtzustand des Glases auf dem Zinnbad beruht, führt zu einem Band, dessen Ränder praktisch dieselbe Dicke aufweisen, wie der Rest des Bandes.

Die Vorschubgeschwindigkeit des Glases beträgt 7 Sl/min.

Die translatorisch angetriebene Meßvorrichtung bewirkt eine Querverschiebung in einer Minute. Nach Wahl können die Messungen einfach beim Vorlauf oder beim Vorlauf und Rücklauf vorgenommen werden.

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Die Verschiebegeschwindigkeit kann selbstverständlich geändert werden,jedoch muß man die Ansprechzeit der Meßvorrichtungen, insbesondere der Temperaturmessung, berücksichtigen. Im übrigen ist eine Erhöhung der Kippfrequenz (frequence des balayages) praktisch nutzlos. Die ermittelten Veränderungen sind relativ träge und die Änderungen der Regelungen bzw. Einstellungen für die thermischen Behandlungen können nicht schnell genug wahrgenommen werden aufgrund der thermischen Trägheit des Kühlofens. Aus diesen Gründen ist ein sehr schnelles Ansprechen normalerweise nicht notwendig und das Wesentliche ist, die eventuellen Abweichungen im Betrieb über lange Betriebsperioden ermitteln und korrigieren zu können.

Für die Temperaturmessung beträgt unter Berücksichtigung des Teraperaturniveausuna der Empfindlichkeit des verwendeten Pyrometers die Zeit des Gleichgewichts 5 Sekunden, was der Bestimmung der mittleren Temperatur in den Bereichen entspricht, die das Zwölffache der Breite der Glasscheibe entspricht, nämlich 250 mm. Unter Berücksichtigung dessen, daß die Temperaturgradienten über die Breite der Scheibe sehr progressiv sind, reicht diese Art der Messung aus.

Der Synchronmotor dreht mit 1 800 U/min und treibt den Polarisator mit 360 U/min an.

Die Messung der Dicke ist kontinuierlich und momentan.

Die Diagramme in Fig. 9 zeigen in typischer Weise die Veränderungen der (gemessenen und korrigierten) Spannungen und die Veränderungen der Temperaturen über die gesamte Breite der Scheibe.

Die drei Kurven a, b, c stellen jeweils:

die gemessene Spannung, die Temperatur und die aus dieser Temperatur resultierende Spannung,und die verbleibende Spannung dar, die der Differenz der zwei ersteren entspricht.

Sämtliche Messungen sind über die gesamte Breite des Glasbands gemacht, die in der Abszisse dargestellt ist.

Die beobachteten Spannungen sind Druckspannungen an den Rändern und Zugspannungen im mittleren Bereich.

Die Temperaturen sind im mittleren Bereich höher als an den Rändern.

Die Korrektur der gemessenen Spannungen abhängig von der Temperatur führt zu sehr verschiedenen verbleibenden Spannungen bzw. Restspannungen und dies, obgleich die gemessenen Temperaturgradienten bzw. Temperaturverläufte relativ wenig bedeutsam sind (etwa 25 ⁰C).

Dieses Beispiel zeigt die Bedeutung der Meßkorrekturen nach der Erfindung.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Messung permanenter Längsspannungen eines Bands aus Float-Glas in der Fertigungsstraße, dadurch gekennzeichnet , daß ein Bündel an polarisiertem Licht in das Glasband geschickt wird, wobei die Spannungen eine Doppelbrechung bewirken, der austretende Lichtstrahl analysiert wird, um die durch die Doppelbrechung gegebenen Änderungen und demzufolge die Spannung zu bestimmen, wobei die Messung der Spannungen kontinuierlich durch "überstreichen" der gesamten Breite des Glasbands durchgeführt,

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und gleichzeitig eine Messung bewirkt wird, um die Temperatur an dem Punkt des Glasbands zu bestimmen, an welchem die Spannung gemessen wird, wobei die Kombination dieser beiden Messungen zu Werten für die permanente Spannung über die gesamte Breite des Glasbands führt.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmessung des Glases an dem Analysenpunkt für die Bestimmung der Spannungen optisch aufgrund von Strahlung durch das Glas durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Messung mit einem Teil der emittierten Strahlung mit Wellenlängen zwischen 4,5 und 5,5 Mikrometer bewirkt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmessung periodisch durch Messung einer auf eine bestimmte Temperatur gebrachtenGlasprobe geeicht wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmessungen für jede Verschiebung festgehalten und automatisch verarbeitet werden, um einen Mittelwert der Temperatur über die Breite des Glasbands zu bilden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig eine optische Messung der Dicke des Glasbands an der Meßstelle der Spannungen durchgeführt wird.

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7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Dickenmessung mittels eines monochromatischen Lichtbündels erfolgt, welches auf das Glasband gerichtet und auf beiden Seiten des Glasbands reflektiert wird, wobei der die beiden reflektierten Lichtbündel trennende Abstand eine indirekte Messung der Dicke ergibt.

8. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Dickenmessung mittels einer monochromatischen Lichtquelle bewirkt wird, welche auf einen Drehspiegel gerichtet ist, wobei der auf dem Spiegel reflektierte Strahl auf das Glasband gerichtet und zeitlich von einer lichtempfindlichen Zelle aufgenommen wird, welche hinter einer Blende mit sehr geringer Abmessung angeordnet ist, deren Lage derart gewählt ist, daß die Blende abwechselnd den von jeder der beiden Seiten des Glasbands reflektierten Strahl aufnimmt, wobei die Messung der die beiden Strahlen trennenden Zeitspanne die Winke!veränderung ergibt, die notwendig ist, um die beiden Strahlen zusammenfallen zu lassen, und somit die Messung der Dicke ermöglicht.

9. Vorrichtung zur Messung von permanenten Längsspannungen eines Bands aus Float-Glas unmittelbar auf der Fertigungsstraße,
gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur kontinuierlichen Messung der Doppelbrechung nach dem Verfahren von Friedel oder Senarmont, welche auf derselben optischen Achse eine Lichtquelle (28, 50), einen ein von einer Lichtquelle emittiertes Bündel linear polarisierenden Polarisator (32), eine das linear polarisierte Lichtbündel in ein kreisförmiges Bündel

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verwandelnde Einrichtung (33), einen zweiten linearen Polarisator (34), einen lichtempfindlichen Empfänger (36) zur Wandlung der Intensität des Lichtbündels in ein elektrisches Signal, wobei einer der beiden Polarisatoren (32, 34) mit einer kontinuierlichen Drehbewegung angetrieben wird, eine Meßeinrichtung (48) für die Temperatur des Glasbands an der Meßstelle für die Spannungen, eine Aufzeichnungs- und Verarbeitungseinrichtung für die Messungen der Spannungen und der Temperatur zur Ermittlung der permanenten Spannung, wobei die Einrichtung zur Messung der Doppelbrechung und die Temperaturmeßeinrichtung auf einer mechanischen Einheit befestigt sind, welche quer zum Glasband translatorisch bewegt wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Lage des drehenden Polarisators, die als Grundlage für die Bestimmung der Messung der Doppelbrechung dient, durch eine optische Codiervorrichtung lokalisiert wird, welche eine mit einem Polarisator verbundene und mit einer Anzahl von Durchgangsöffnungen versehene Scheibe (46) aufweist, welche sich zwischen einer Lichtquelle und einem lichtempfindlichen Empfänger bewegt, wobei die Lage der Scheibe (46) und somit des drehenden Polarisators durch Abzählung der durch den Detektor bei jedem Durchgang einer Öffnung aufgenommenen Impulse bestimmt wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Temperaturmeßeinrichtung durch ein optisches Pyrometer (48) gebildet ist, welches gegenüber Wellenlängen zwischen 4,5 und 5,5 Mikrometer empfindlich ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet ,

daß das optische Pyrometer (48) auf demselben mechanischen Aufbau angeordnet ist wie die Einrichtung zur
Messung der Doppelbrechung und mit derselben Querbewegung zum Glasband angetrieben wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Dickenmeßeinrichtung einen Emitter für ein Lichtbündel aufweist, welcher auf die Meßstelle auf dem Glasband gerichtet ist, an welcher die Messung der Doppelbrechung bewirkt wird, und ferner einen Empfänger für die auf beiden Seiten des Glasbands reflektierten Bündel aufweist, um den die Bündel trennenden Abstand zu bestimmen.