DE4444165A1

DE4444165A1 - Device for testing transparent and / or optically opaque coated objects on one side for material defects

Info

Publication number: DE4444165A1
Application number: DE19944444165
Authority: DE
Inventors: Joerg Dr Kieckhaefer; Ping Zhou
Original assignee: WISSENSCHAFTLICH TECH OPTIKZEN
Current assignee: "OPTIKZENTRUM NRW GMBH (OZ)", 44799 BOCHUM, DE
Priority date: 1994-12-12
Filing date: 1994-12-12
Publication date: 1996-06-13
Also published as: EP0797766A1; WO1996018882A1

Abstract

A device for checking transparent and/or semi-transparent objects (6), such as flat glass and/or plastic articles, for scratches, impurities or similar material defects essentially consists of a punctual light source (1), an optic (3) that widens the light into a beam with a homogeneous profile, and a ground-glass screen (7) that makes it possible to picture any material defects that may be present in the object (6). The optic (3) is designed to project co-linear to slightly diverging light onto the object (6), so that only contrasting factors that are caused by a change in the index of refraction of the material are pictured. The punctual light source (1) may be a white light source or a laser light source. It may be desirable for the measurement device that monochromatic light be projected onto the object.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Überprüfung von transparenten/halbtransparenten Ob jekten, wie flächigen Glas- und/oder Kunststoffpro dukten auf Kratzer, Fremdeinschlüsse oder dergleichen Materialfehler, die eine Änderung des Brechungsindex im Material bewirken.The invention relates to a device for Verification of transparent / semi-transparent ob projects such as flat glass and / or plastic projects products on scratches, foreign inclusions or the like Material defects that change the refractive index effect in the material.

Die von Abnehmern hochwertiger Industrieprodukte ge forderten und stets steigenden Anforderungen an deren Qualität, insbesondere auch die vom Gesetzgeber vor geschriebene Produkthaftung, zwingen zu verbesserten Kontroll-, Prüf- und Meßmethoden, insbesondere auch bei Produkten der Glasindustrie, wie auch Erzeugnis sen aus transparenten Kunststoffen. Nicht nur die optische Industrie fordert beispielsweise hochblasen freie Gläser, auch die Anforderungen - etwa der Auto hersteller - an die Qualität der Verbundglasscheiben kennzeichnen sich durch erhöhten Standard. Fremdein schlüsse, Luftblasen, aber auch die bei der Herstel lung in die Oberfläche von Glasscheiben und dergl. durch Unachtsamkeit eingebrachten Kratzer führen in manchen Branchen schon dann zur Ausschußware, wenn deren Durchmesser in der Größenordnung von 50 µm liegt.From customers of high quality industrial products demanded and ever increasing demands on them Quality, especially that provided by lawmakers written product liability, force to improve Control, testing and measuring methods, in particular also for products of the glass industry, as well as product made of transparent plastics. Not only the The optical industry, for example, requires blowing up free glasses, including the requirements - such as the car manufacturer - the quality of the laminated glass panes are characterized by an increased standard. Stranger conclusions, air bubbles, but also those of the manufacturer in the surface of glass panes and the like. scratches caused by carelessness lead to some branches already as rejects if their diameter in the order of 50 microns lies.

Bei der Flachglasherstellung besteht bisher ein we sentlicher Teil der Qualitätskontrolle auf der opti schen Inaugenscheinnahme von Materialfehlern, wobei für das menschliche Auge Fehler, deren Ausdehnung im Bereich von 100 µm liegen, kaum noch wahrgenommen werden. Auch das Ersetzen der Kontrollperson - also der Inaugenscheinnahme durch eine entsprechende Kame raanordnung - bringt hier kaum Abhilfe und führt ins besondere nicht zur sicheren Kennung von Fehlern, die unterhalb der vorstehend genannten Größenordnung lie gen. Die Qualitätskontrollen werden im allgemeinen bei Beleuchtung der Prüfobjekte mit normalem Tages licht oder Raumbeleuchtung durchgeführt, also unter Bedingungen von diffusem Auflicht, wobei der Materi alfehler ausschließlich über den reflektierten Anteil des Lichtes, d. h. infolge der Streuung an dem Krat zer, der Luftblase od. dgl. erkannt werden muß.So far there is a we in flat glass production considerable part of the quality control at opti inspection of material defects, whereby for the human eye errors, the extent of which in the Range of 100 µm are barely perceived will. Also replacing the control person - well the inspection by a corresponding camera raanordnung - brings hardly any remedy here and leads to special not for the reliable identification of errors that lie below the order of magnitude mentioned above The quality controls are generally when the test objects are illuminated with a normal day light or room lighting carried out, i.e. under Conditions of diffuse incident light, the materi al errors only about the reflected part of light, d. H. due to the scatter on the crate zer, the air bubble or the like must be recognized.

Bei dieser Fehlerbeobachtung kann nicht zwischen ent fernbaren Oberflächenverunreinigungen, wie lose auf liegenden Staubpartikeln oder Fingerabdrücken, einer seits und nicht entfernbaren, dem Material innewoh nenden Fremdeinschlüssen andererseits unterschieden werden, was diese Art der Qualitätskontrolle bezüg lich der hierdurch gegebenen Aussagefähigkeit min dert. This error observation cannot distinguish between ent removable surface contaminants, such as loose lying dust particles or fingerprints, one hand and not removable, the material inherent differentiated inclusions on the other hand what this type of quality control is about Lich the meaningfulness given by this min different.

Zur Vorgabe automatischer Prüfverfahren ist der Ein satz von Scannern unter Verwendung von Laserlicht vorgeschlagen worden. So kann beispielsweise bei der kontinuierlichen Fertigung von Floatglas bei einer Ziehgeschwindigkeit von ca. 0,5 m/s mittels eines geeigneten Scanners das bewegte Glasband abgefahren werden, wobei das Auflösungsvermögen dieser Meßmetho de bei ca. 0,2 mm liegt. Gemessen wird die Änderung der Intensität des Laserlichtes in Transmission, wo für der die Laserlichtquelle bewegende Scanner über die Breite des bewegten Glasbandes sich alternierend hin und her bewegt.For the specification of automatic test procedures is the one Set of scanners using laser light been proposed. For example, at continuous production of float glass at a Pulling speed of approx. 0.5 m / s using a the moving glass tape is scanned using a suitable scanner be, the resolution of this Meßmetho de is approximately 0.2 mm. The change is measured the intensity of the laser light in transmission, where for the scanner moving the laser light source the width of the moving glass ribbon alternates moved back and forth.

Grundsätzlich anwendbar ist eine derartige automati sche Inspektion auch für transparente Kunststoffmate rialien, wobei hierfür noch ein anderes spezielles Fehlerdetektionsverfahren bekannt ist, bei dem das Kunststoffmaterial mit polarisiertem Licht bestrahlt wird und der Nachweis eines Materialfehlers über die depolarisierende Wirkung der gegebenenfalls vorhande nen Einschlüsse, Kratzer od. dgl. erbracht wird. Da sich auf der Oberfläche der Meßobjekte befindende Staubpartikel od. dgl. hinsichtlich ihrer depolarisie renden Wirkung so verhalten wie Fremdeinschlüsse im Objekt, ist auch diese Meßmethode nicht frei von Fehlanzeigen bzw. Unsicherheiten in ihrer Aussage.Such an automatic is basically applicable inspection also for transparent plastic material rialien, with this yet another special Fault detection method is known, in which the Plastic material irradiated with polarized light and the detection of a material defect via the depolarizing effect of any present inclusions, scratches or the like. There located on the surface of the measurement objects Dust particles or the like with regard to their depolarization behave like foreign inclusions in the Object, this method of measurement is also not free of False indications or uncertainties in their statements.

Hier setzt die vorliegende Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, eine Vorrichtung der gat tungsgemäßen Art dahingehend auszubilden, daß die Messungen für beliebige transparente, aber auch halb transparente und einseitig beschichtete Materialien automatisch und mit einem erheblich größeren Auflö sungsvermögen bei sicherer Aussage für den Objekten innewohnende Fehler möglich ist. This is where the present invention comes in The task is based on a device of the gat to train the way that the Measurements for any transparent, but also half transparent and one-sided coated materials automatically and with a significantly larger resolution capacity with a reliable statement for the objects inherent error is possible.

Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 erreicht.This object is achieved by the invention achieved the features of claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen die ser Aufgabenlösung ergeben sich aus den Unteransprü chen.Advantageous refinements and developments This task solution result from the subclaims chen.

Dadurch, daß von einer praktisch punktförmigen Licht quelle ausgegangen wird, etwa einer in eine Lichtfa ser eingekoppelten Strahlung mit einem Durchmesser < 2 mm, läßt sich das Auflösungsvermögen für die Feh lererkennung erheblich verbessern, wobei die aufwei tende Optik, insbesondere bei leicht divergierendem, auf das zu überprüfende Objekt gerichtetem Licht, die Abbildung von Kontrastbildern in vorteilhafter Weise ermöglicht. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, solche Kontrastbilder sowohl durch den Transmissionsanteil des Lichtes als auch durch den Reflexionsanteil des Lichtes sowohl vor dem zu über prüfenden Objekt als auch hinter diesem zu detektie ren und auszuwerten. Da derartige Kontrastbilder aus schließlich durch die Änderung des Brechungsindexes im Objekt, also durch im Material erzeugten Streß entstehen, hervorgerufen durch Einschlüsse, Blasen, Kratzer und dergleichen Fehler, und nicht bei bloßen Oberflächenverschmutzungen, wie geringen Staubablage rungen od. dgl., zeigt die Prüfvorrichtung nur die tatsächlichen Fehler im Material an und nicht ent fernbare Oberflächenverschmutzungen, welcher Art auch immer, die für die Produktqualität selbst ohne Belang sind.Because of a practically punctiform light source is going out, for example one in a Lichtfa ser coupled radiation with a diameter <2 mm, the resolving power for the mis Improve learner recognition significantly, the optics, especially with slightly divergent, light directed at the object to be checked, the Illustration of contrast images in an advantageous manner enables. With the device according to the invention it is possible to obtain such contrast images through both Transmission share of the light as well as through the Reflection share of the light both in front of the over object to be checked as well as behind this and evaluate. Because such contrast images finally by changing the refractive index in the object, in other words through stress generated in the material arise from inclusions, bubbles, Scratches and the like, and not bare Surface contamination, such as low dust deposit stanchions or the like., The test device shows only the actual errors in the material and not ent removable surface dirt of any kind always that is irrelevant to product quality itself are.

Einschlüsse und Blasen mit Durchmessern auch im Be reich von 50 µm werden kontrastreich beispielsweise auf einer Mattscheibe abgebildet und entweder ausrei chend vergrößert durch Augenschein von einer Bedie nungsperson erkannt oder automatisch über ein Kamera system ausgewertet.Inclusions and bubbles with diameters also in the loading 50 µm, for example, are rich in contrast depicted on a focusing screen and either enough accordingly enlarged by the eye of an operator recognized person or automatically via a camera system evaluated.

Die punktförmige Lichtquelle kann eine Weißlichtquel le oder eine Laserlichtquelle sein, wobei es beson ders vorteilhaft ist, für den Fall der Vorgabe von polychromatischem Licht durch Einkoppeln geeigneter Filter das zu überprüfende Objekt mit monochromati schem Licht zu bestrahlen.The point light source can be a white light source le or be a laser light source, wherein it particular which is advantageous in the case of the specification of polychromatic light by coupling suitable Filter the object to be checked with monochromati to shine light.

Erfindungsgemäß wird das Punktlicht über Raumfilter oder geeignete Linsensysteme wie auch Spiegelsysteme bzw. Kombinationen hiervon aufgeweitet zu einem homo genen Strahlenprofil. Mit dem aufgeweiteten kolinea ren bis leicht divergierenden Lichtstrahl kann das zu überprüfende Objekt beleuchtet werden, wobei nur Ma terialfehler, die eine Änderung des Brechungsindexes im Objekt bewirken, Fehlerabbildungen erzeugen, die kennzeichnend für die Materialfehler im jeweiligen Glas- bzw. Kunststoffprodukt sind. Die kontrastrei chen auf einer Mattscheibe oder dergleichen Projek tionsfläche abgebildeten Fehler lassen sich durch geeignete Vorgabe des Abstandes zwischen Objekt und Projektionsfläche vergrößert darstellen. Mit zuneh mendem Abstand, insbesondere bei leicht divergieren dem Lichtstrahl, blumen die Fehlerabbildungen auf, so daß sich ein jeweils gewünschter Vergrößerungsmaßstab ohne zusätzlichen apparativen Aufwand vorgeben läßt. Wesentlich für die erfindungsgemäße Beleuchtungsein heit ist die Verwendung einer punktförmigen Licht quelle, deren Durchmesser kleiner als 2 mm ist, und die Aufweitung des Lichtstrahles zu einem homogenen Strahlenprofil, was Voraussetzung für das hohe Auflö sungsvermögen der automatischen Prüfvorrichtung ist. According to the invention, the point light is provided by spatial filters or suitable lens systems as well as mirror systems or combinations thereof expanded into a homo gene radiation profile. With the expanded kolinea Ren to slightly diverging light beam can object to be checked are illuminated, only Ma material error, which is a change in the refractive index cause in the object, generate error maps that characteristic of the material defects in the respective Are glass or plastic product. The contrast free chen on a screen or similar project errors shown on the surface can be suitable specification of the distance between the object and Show projection area enlarged. With increasing distance, especially if they diverge slightly the light beam, the error maps bloom, so that there is a desired magnification can be specified without additional equipment. Essential for the lighting unit according to the invention unit is the use of a point light source with a diameter of less than 2 mm, and the expansion of the light beam to a homogeneous one Radiation profile, which is a prerequisite for high resolution capacity of the automatic test device.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich transparente Objekte von ca. nur 1 mm Durchmesser bis hin zu 1300 mm Durchmesser und größer auf Fremdein schlüsse und andere Materialfehler untersuchen. Auch solche flächigen Gegenstände, deren eine Oberfläche undurchsichtig beschichtet ist, können mit dem Refle xionsanteil des Beugungslichtes geprüft werden. Die Verwendung von monochromatischem Licht bewirkt, daß der ansonsten störende Einfluß von diffusem Umge bungslicht weitgehend ausgeschaltet werden kann.With the device according to the invention transparent objects of only about 1 mm in diameter up to towards 1300 mm in diameter and larger on foreign objects investigate conclusions and other material defects. Also such flat objects, one surface of which is coated opaque, can with the Refle proportion of the diffraction light can be checked. The Using monochromatic light causes the otherwise disruptive influence of diffuse reverse exercise light can be largely turned off.

Anhand der beiliegenden Zeichnungen soll die Erfin dung beispielsweise näher erläutert werden.Based on the accompanying drawings, the inven tion, for example.

Wie in Fig. 1 dargestellt, kann die Punktlichtquelle 1 wahlweise eine Weißlichtquelle oder ein Laser sein, deren Durchmesser < 2 mm durch eine aufweitende Optik 3 zu einem homogenen Strahlenprofil aufgeweitet wird. Hierfür steht entweder eine Linsen- und/oder Spiegel anordnung, etwa in Kombination mit einem Raumfilter, schematisch dargestellt durch Bildblock 2, oder eine Linsen-/Spiegelanordnung in Kombination mit einer Lichtleiterfaser gemäß Blockbild 4. Eine der aufwei tenden Optik 3 wahlweise nachgeschaltete Linse 5 er zeugt ein divergierendes Strahlenbündel, welches im dargestellten Ausführungsbeispiel durch einen Prüf ling in Form eines transparenten Objektes 6, hier einer scheibenförmigen Flachglasanordnung, hindurch auf eine im Strahlengang dahinter angeordnete Matt scheibe 7 fällt. Im Objekt 6 vorhandene Fehler werden in Form kontrastreicher Abb. 8 auf der Matt scheibe abgebildet. Für eine Inspektionsperson oder eine geeignete Anordnung einer oder mehrerer Kameras lassen sich so optimale Überprüfungsverhältnisse vor geben, auch für kleinste Fremdeinschlüsse im Prüf ling. Die hierfür erforderliche Lichtleistung pro Flächeneinheit kann problemlos auf den Transmissions grad des zu überprüfenden Produktes unter Kompensa tion der gegebenen, also störenden Umgebungsbedingun gen abgestimmt werden. Bei einer entsprechenden Re duktion von diffusem Fremdlicht und bei Einsatz einer lichtempfindlichen Kamera oder einer entsprechenden Kameraanordnung ist die für die Überprüfung erforder liche Lichtleistung minimal, zumindest jedoch um ein Vielfaches geringer als bei unter normalen Bedingun gen gegebenem Fremdlichteinfluß. Für den Fall, daß das zu überprüfende transparente Objekt 6 rückseitig undurchsichtig beschichtet ist, gilt vorstehend Ge sagtes gleichermaßen für den dann auf einer Projek tionsfläche abzubildenden reflektierten Lichtanteil. Die Auswertung des reflektierten Lichtanteiles ist aber nicht nur bei einseitig beschichteten Objekten vorteilhaft, sondern auch Kratzer lassen sich oftmals besser in Reflexion darstellen und geeignet auswer ten.As shown in FIG. 1, the point light source 1 can optionally be a white light source or a laser, the diameter <2 mm of which is widened by a widening optics 3 to form a homogeneous beam profile. This is either a lens and / or mirror arrangement, for example in combination with a spatial filter, schematically represented by image block 2 , or a lens / mirror arrangement in combination with an optical fiber according to block diagram 4 . One of the aufwei tenden optics 3 optionally downstream lens 5 it produces a diverging beam, which falls in the illustrated embodiment through a test object in the form of a transparent object 6 , here a disc-shaped flat glass arrangement, on a matt disc 7 arranged in the beam path behind it. Faults in object 6 are shown in the form of high-contrast Fig. 8 on the matt screen. For an inspection person or a suitable arrangement of one or more cameras, optimal inspection conditions can be specified, even for the smallest foreign inclusions in the test object. The required light output per unit area can easily be matched to the transmittance of the product to be checked while compensating for the given, i.e. disturbing, environmental conditions. With a corresponding reduction of diffuse external light and when using a light-sensitive camera or a corresponding camera arrangement, the light output required for the check is minimal, but at least many times less than under normal ambient light conditions. In the event that the transparent object 6 to be checked is coated opaque on the back, the above applies equally to the reflected light portion to be imaged on a projection surface. The evaluation of the reflected light component is not only advantageous for objects coated on one side, but also scratches can often be better represented in reflection and evaluated appropriately.

Fig. 2 zeigt schematisch hierfür eine geeignete opti sche Anordnung. Hierbei entsprechen die in Fig. 1 eingeführten Bezugszeichen gleichen Zuordnungen. Fig. 2 shows schematically a suitable opti cal arrangement. The reference symbols introduced in FIG. 1 correspond to the same assignments.

Claims

1. Vorrichtung zur Überprüfung von transparenten und/oder halbtransparenten Objekten (6), wie flächigen Glas- und/oder Kunststoffprodukten, auf Kratzer, Fremdeinschlüsse oder dergleichen Materialfehler, bestehend aus einer Punktlichtquelle (1), einer das Licht zu einem homogenen Strahlenpro fil aufweitenden Optik (3), so daß kolineares bis leicht divergierendes Licht auf das Ob jekt (6) auftrifft, und aus einer die Abbildung von gegebenenfalls im Objekt vorhandenen Materialfehlern ermöglichenden Matt scheibe (7) oder dergleichen Projektionsfläche, wobei die aufweitende Optik ausschließlich durch Brechungsindexänderung im Material bedingte Kon trastbilder (8) abbildet.1. Device for checking transparent and / or semitransparent objects ( 6 ), such as flat glass and / or plastic products, for scratches, foreign inclusions or similar material defects, consisting of a point light source ( 1 ), one that expands the light to a homogeneous radiation profile Optics ( 3 ), so that colinear to slightly divergent light strikes the object ( 6 ), and from a screen that allows for possible material defects in the object, matt screen ( 7 ) or similar projection surface, the expanding optics exclusively by changing the refractive index in Contrast images ( 8 ) depicting material.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Punktlichtquelle (1) eine Weißlichtquelle ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the point light source ( 1 ) is a white light source.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Punktlichtquelle (1) eine Laserlichtquelle ist.3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the point light source ( 1 ) is a laser light source.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Objekt mono chromatisches Licht auftrifft. 4. The device according to claim 1, characterized in that on the object mono chromatic light hits.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aufweitende Op tik (3) aus einem Linsensystem besteht.5. The device according to claim 1 to 4, characterized in that the widening Op tik ( 3 ) consists of a lens system.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aufweitende Op tik (3) eine Spiegelanordnung ist.6. The device according to claim 1 to 4, characterized in that the widening Op tik ( 3 ) is a mirror arrangement.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aufweitende Op tik (3) eine Kombination aus einer Linsenanord nung und einer Spiegeloptik ist.7. The device according to claim 1 to 4, characterized in that the widening Op tik ( 3 ) is a combination of a Linsenanord voltage and mirror optics.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Objektfehler von einem Durchmesser < 50 µm bzw. eine Ausdehnung < 50 µm detektierbar sind.8. The device according to claim 1, characterized in that object errors of a diameter <50 µm or an expansion <50 µm are detectable.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Objektbreiten bzw. -dicken < 1 mm überprüfbar sind.9. The device according to claim 1, characterized in that object widths or -thickness <1 mm can be checked.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Ka mera der Projektionsfläche bzw. der Mattscheibe (7) zugeordnet ist.10. The device according to claim 1, characterized in that at least one Ka is assigned to the projection surface or the focusing screen ( 7 ).

11 Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die punktförmige Lichtquelle (1) in eine Lichtleitfaser (4) bzw. ein Lichtleitfaserbündel eingekoppelt ist. 11 Device according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that the punctiform light source ( 1 ) is coupled into an optical fiber ( 4 ) or an optical fiber bundle.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrastbilder (8) durch das transmittierende Licht im Strah lengang hinter dem Objekt (6) abgebildet sind.12. The apparatus according to claim 1, characterized in that the contrast images ( 8 ) are imaged by the transmitting light in the beam lengang behind the object ( 6 ).

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrastbilder (8) des vom Objekt reflektierten Strahlungsan teiles Gegenstand der Meßauswertung sind.13. The apparatus according to claim 1, characterized in that the contrast images ( 8 ) of the radiation reflected from the object are part of the measurement evaluation.

14. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die aufweitende Op tik (3) eine Kombination aus einer Linsenanord nung und einem Raumfilter ist.14. The device according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that the widening Op tik ( 3 ) is a combination of a Linsenanord voltage and a spatial filter.