DE69107128T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Qualität einer Glasscheibe. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft die Verfahren zum Messen optischer Fehler von Glasscheiben, insbesondere Glasscheiben für Kraftfahrzeuge.
• Ganz allgemein wird in der Industrie angestrebt, die Qualität der von ihr hergestellten Produkte immer besser zu beherrschen. Das trifft insbesondere für die optische Qualität von Glasscheiben zu. Zur Erreichung dieses Ziels werden sämtliche Produktionsparameter in sehr engen Grenzen gehalten. Jedoch ist eine Störung ständig möglich, und selbst bei ihrer Erkennung ist ihr Einfluß auf die Qualität nicht immer bekannt, so daß in zahlreichen Fällen eine 100%ige Qualitätskontrolle der Produktion unumgänglich bleibt. Was die Glasscheiben betrifft, so besteht oft der Bedarf, ihre optische Qualität ständig zu messen. Insbesondere kann es wünschenswert sein, die die Produktionslinie verlassenden Glasscheiben für einen bestimmten Verwendungszweck auszusuchen, beispielsweise für einen zu wissenschaftlichen Zwecken vorgesehenen Spiegel oder ein dünnes Flachglas, das in eine sehr geneigte Windschutzscheibe umgewandelt werden soll. Allgemein gesprochen wird ferner die optische Qualität der Windschutzscheiben für moderne Kraftfahrzeuge besonders geprüft. Dieses Kriterium berührt das Problem der Verkehrssicherheit der Kraftfahrzeuge; außerdem erfordern die Formen der Windschutzscheiben, ihre Neigung und die Materialien, aus denen sie hergestellt sind - sehr dünne Gläser oder sogar durchsichtige Kunststoffe - eine sehr sorgfältige Kontrolle der optischen Qualität, die oftmals zu 100 % durchgeführt werden muß.
• Bei den vorhandenen Prüfverfahren werden größtenteils Projektionsverfahren genutzt, entweder mit einem örtlich begrenzten Strahlenbündel wie dem eines Lasers oder indem durch einen mehr oder weniger großen Bereich der Windschutzscheibe eine Prüffigur projiziert wird. Das Verfahren mit einem örtlich begrenzten Strahlenbündel wie das der Patente US 4 398 822 oder US 4 453 827, die Flugzeugwindschutzscheiben betreffen, erlaubt eine genaue Messung insbesondere der Winkelabweichung, welche die Lichtstrahlen beim Durchqueren der betreffenden Stelle mit dem schmalen Strahlenbündel erfahren, es erfordert jedoch sehr lange Meßzeiten, wenn die Windschutzscheibe insgesamt geprüft werden soll. Das ist aber gerade der Fall, wenn man sichergehen will, daß keine Autowindschutzscheibe, die bei der Kontrolle am Ende einer Produktionslinie abgenommen worden ist, einen Fehlergrenzwert erreicht.
• Die anderen bekannten Verfahren sind globaler Natur. Das des amerikanischen Patents US 4 299 482, das eine Fourier-Transformation des Bildes eines gestreiften Bildschirms durchführt, wie es durch eine Windschutzscheibe gesehen wird, erfordert die Herstellung einer photographischen Aufnahme und ist daher für eine ständige Produktionskontrolle ungeeignet. In dem in der deutschen Patentanmeldung DE 3 600 199 beschriebenen Verfahren wird der Moiré genutzt, der zwischen einem gestreiften Bildschirm und der Projektion durch die Windschutzscheibe einer identischen Prüffigur vorhanden ist, die man in bezug auf den Bildschirm derart etwas dreht, daß, falls keine Fehler vorhanden sind, gerade Moiréränder entstehen. Die Verzerrung der Ränder wird mit dem Auge betrachtet, wobei das Maß der größten Verzerrung über den größten optischen Fehler des betreffenden Gesichtsfeldes Auskunft gibt. Hierbei handelt es sich jedoch um ein visuelles Verfahren, das sehr schwierig zu automatisieren wäre.
• Demgegenüber schlägt das Patent FR 2 556 097 die Automatisierung eines herkömmlichen visuellen Verfahrens vor. Mit einer Spezialkamera werden auf einem Bildschirm vorhandene regelmäßige gerade Streifen durch eine Windschutzscheibe betrachtet. Eine mit einer festgelegten Geschwindigkeit durchgeführte Bildzerlegung erlaubt, die Breite der dunklen oder hellen Streifen in Abtastrichtung zu "messen" und daraus eine Information über den entsprechenden Fehler abzuleiten. Das Verfahren, das auf einem bekannten genormten Verfahren beruht, kann keine besseren Ergebnisse als dieses liefern. Die Automatisierung selbst hat jedoch ihre Grenzen, durch welche die Möglichkeiten des visuellen Verfahrens noch weiter eingeengt werden. Im genormten Verfahren erlaubt eine globale Betrachtung mit dem Auge die schnelle Lokalisierung des Bereichs des größten Fehlers; anschließend wird an der genauen Stelle, an welcher die Breite der Zebrastreifen ihr Optimum erreicht, gemessen. Dafür wird bei der automatischen Messung eine Bildzerlegung mit definierter Schrittweite (die im Patent FR 2 556 097 in der Ebene der Windschutzscheibe 10 mm beträgt) durchgeführt und der optische Effekt nur an diesen exakten Stellen gemessen, dabei ist die Gefahr beachtlich, daß der größte Fehler unentdeckt bleibt. Desweiteren sind die Grenzen eines Verfahrens, mit welchem die Breite von Zebrastreifen in einer einzigen Richtung gemessen wird, bekannt; übt der größte Fehler seinen dominierenden Einfluß nicht senkrecht zu den Streifen aus, so verkleinert sich sein Wert.
• Deshalb schlägt die Erfindung vor, ein Verfahren zum Messen des Fehlers der Brechkraft einer Glasscheibe bereitzustellen, mit welchem der größte Fehler der Glasscheibe unabhängig von seiner Richtung entdeckt, mit einer Ungenauigkeit von weniger als ± 5 Millidioptrien gemessen und die vollständige Vermessung der Glasscheibe in einem Zeitraum durchgeführt wird, der insbesondere im Fall von Windschutzscheiben höchstens gleich der Herstellungszeit der Glasscheibe ist und welches schließlich erlaubt, die Qualitätsentwicklung der hergestellten Glasscheiben in der Zeit zu verfolgen.
• Es ist bekannt, ein durchsichtiges Objekt mit einer im wesentlichen punktförmigen Lichtquelle anzustrahlen und das mit diesem Verfahren auf einen Bildschirm projizierte Bild zu betrachten; das Verfahren ist unter der Bezeichnung "Schattenaufnahme" bekannt und erlaubt es, die Brechkraftfehler des Objekts, insbesondere einer Glasscheibe, einzugrenzen. Dort, wo sich eine Sammellinse befindet, werden die Lichtstrahlen zusammengeführt und beleuchten den betreffenden Bereich des Bildschirms stärker, während sich im umgekehrten Fall bei einer Zerstreuungslinse der betreffende Bereich verdunkelt.
• Ein Verfahren dieses Typs ist im französischen Patent FR 2 182 254 beschrieben. Es wird dort auf die Betrachtung einer als kontinuierliches Band hergestellten Glasscheibe unter einfallendem Licht angewendet. In diesem Verfahrenstyp kann die visuelle Bewertung nur eine qualitative sein, da das Auge nicht in der Lage ist, Helligkeitsunterschiede quantitativ zu erfassen. Wenn diese Verfahren in Produktionsanlagen für Windschutzscheiben eingesetzt werden, so deshalb, um während der Produktion oder am Ende der Produktionslinie eine qualitative Kontrolle durchzuführen. Diese Kontrolle erlaubt insbesondere die Entdeckung eines Zufallsfehlers, der in den Herstellungsstufen für eine Verbundglas-Windschutzscheibe auftreten kann, da es, wenn zwei auf die Abmessungen einer Windschutzscheibe zugeschnittene Flachglasscheiben zum thermischen Biegen miteinander verbunden werden, vorkommen kann, daß sich ein winziger Glassplitter zwischen den beiden Scheiben befindet, deren Oberfläche sich folglich verformen wird, um ihn zu umgehen. Wird dieser Fehler nicht zu Beginn des Biegevorgangs entdeckt, füllt sich der Zwischenraum zwischen den beiden Glasscheiben mit dem beim Verbinden eingelegten Kunststoff, wodurch eine örtlich sehr begrenzte Sammellinse entsteht. Die Schattenaufnahme erlaubt es, während oder am Ende des Herstellungsvorgangs solche Fehler zu finden und die betreffende Windschutzscheibe auszusondern.
• Es ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, die Beleuchtungsstärken eines Schattenbildes quantitativ zu bewerten, um daraus die Brechkraftwerte abzuleiten. In der europäischen Patentanmeldung EP 0 342 127 wird vorgeschlagen, das unter einfallendem Licht erhaltene Schattenbild eines Glasbandes zu betrachten, wenn man dieses unter schnellem Lichteinfall mit dem diffusen Licht einer Lichtquelle mit großer Oberfläche beleuchtet. Der Vergleich der Messungen, welche entlang einer geraden Linie durchgeführt worden sind, die senkrecht zur Achse der dominierenden Fehler steht, erlaubt nach numerischer Verarbeitung des erhaltenen Signals die Messung des Fehlers in einer bevorzugten Richtung.
• In der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ein Aufbau vom Typ der in Schattenaufnahmen eingesetzten verwendet und es werden Messungen der Beleuchtungsstärke des projizierten Schattenbildes durchgeführt.
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen und zur Kontrolle der optischen Qualität einer Glasscheibe, in welchem sie mit einer örtlich begrenzten Lichtquelle angestrahlt, das auf einen Bildschirm projizierte Schattenbild aufgezeichnet und die in einem Punkt M des Bildschirms gemessene Beleuchtungsstärke in Abhängigkeit von der Beleuchtungsstärke, die in demselben Punkt M ohne die Glasscheibe vorhanden ist, und in Abhängigkeit von den geometrischen und optischen Parametern des entsprechenden Punktes m auf der Glasscheibe gewichtet wird. Die geometrischen Parameter des Punktes m der Glasscheibe umfassen den Einfallswinkel α auf einem Element mit kleinen Abmessungen und den Abstand L&sub1; zwischen Lichtquelle und Element, während die optischen Parameter die nach den Spektralkennwerten der Lichtquelle und der Kamera gewichteten Absorptions- und Reflexionsgrade sind. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird diese Wichtung von einem mit der Kamera verbundenen Rechner ausgeführt.
• Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders geeignet, wenn die Glasscheibe eine Windschutzscheibe für Kraftfahrzeuge ist. Diese wird mittels der Abbildung ihres Umfangs durch ein Formerkennungsprogramm identifiziert.
• Im erfindungsgemäßen Verfahren sind die Berechnungselemente derart, daß die Meßgröße die Verzerrung ist, wobei dieser Wert mit den entsprechend dem betreffenden Bereich der Windschutzscheibe verschiedenen Grenzwerten verglichen wird und die Grenze zwischen den Bereichen in dem mit der Kamera verbundenen Rechner gespeichert ist.
• Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die örtlich begrenzte Lichtquelle von einer Blende begrenzt ist, die sich am Ausgang des Objektivs eines Projektors befindet. Weiterhin hat die Objektebene am Ausgang des Kondensors ihre Abbildung, die vom Objektiv auf den Bildschirm projiziert wird, und das Auflösungsvermögen des Verfahrens in einer gegebenen Richtung ist gleich der Ausdehnung des Strahlenbündels in der Ebene der Windschutzscheibe.
• Die Erfindung beschreibt auch eine Vorrichtung, welche eine Matrixkamera CCD umfaßt, die mit einem Rechner verbunden ist, in welchem das ohne die Glasscheibe auf dem Bildschirm erhaltene Bild gespeichert ist und welcher die optischen Parameter im Punkt m der Glasscheibe ausgehend vom Einfallswinkel α auf dem entsprechendem Element 21 und die Werte des Absorptions-(A) und Reflexionsgrades (R) unter senkrecht einfallendem Licht berechnet.
• Die Erfindung betrifft auch ihre Anwendung auf die Kontrolle von Windschutzscheiben für Kraftfahrzeuge in einer Produktionslinie.
• Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt so die getrennte Vermessung von Sicht- und Randbereich einer Windschutzscheibe innerhalb eines Zeitraums, der kürzer als die Herstellungsdauer der Windschutzscheibe ist. Durch dieses Verfahren wird es auch möglich, die Messung entweder unter den Bedingungen der Fahrersicht oder unter den der Prüfungen durchzuführen, die von den Abnahmenormen der Automobilhersteller als Kunden vorgesehen sind. Durch die Verfolgung der Produktion gestattet es dieses Verfahren bereits von Anfang an, die Tendenz zu einer Verschlechterung der optischen Qualtät festzustellen.
• Die Erfindung wird an Hand der folgenden Beschreibung und der Figuren näher erläutert, wobei
• - Figur 1 schematisch das Prinzip des Verfahrens
• - Figur 2 dessen Auflösungsvermögen,
• - Figur 3 die verschiedenen Bereiche der Windschutzscheibe,
• - Figur 4 eine der Korrekturen, die bei der Berechnung der Brechkraft anzuwenden sind, und
• - Figur 5 das vollständige Schema der durchzuführenden Rechenschritte
• zeigt.
• In der Erfindung wird, wie bereits ersichtlich, das herkömmliche Schattenaufnahmeverfahren angewendet, das darin besteht, eine Glasscheibe mit einem Projektor anzustrahlen und das Schattenbild auf einem Bildschirm zu betrachten.
• In Figur 1 ist mit 1 der Projektor numeriert, der mittels einer nicht in der Figur dargestellten Blende die Aufgabe der örtlich begrenzten Lichtquelle 2 hat. Das von 2 kommende Licht strahlt die Glasscheibe 3 - in der Figur eine Windschutzscheibe - an, die sich in einem großen Abstand (beispielsweise 4 Meter) von der Lichtquelle 2 befindet. Die Glasscheibe 3 ist unter Bedingungen angeordnet, unter denen der vom Brechkraftfehler erzeugte Effekt nachgewiesen werden soll. Es ist bekannt, daß bei einer gegebenen geometrischen Struktur des Glasfehlers der Einfluß dieses Fehlers auf die Sicht, d.h. der optische Einfluß des Strukturfehlers der Glasscheibe, stark von den Beobachtungsbedingungen wie den relativen Abständen zwischen Betrachter, Glasscheibe und Objekt, jedoch vor allem vom Einfallswinkel abhängt.
• Bei Windschutzscheiben muß die Betrachtung, um eine Vorstellung vom Sehkomfort des Fahrers zu bekommen, unter realen Bedingungen durchgeführt werden. Deshalb ist im allgemeinen in der Schattenaufnahmevorrichtung die Windschutzscheibe wie im Kraftfahrzeug geneigt und die optische Achse des Projektors horizontal und parallel zur Kraftfahrzeugachse.
• Vor der Windschutzscheibe in einem Abstand von beispielsweise 4 Metern befindet sich ein senkrechter Bildschirm 4, auf den das Schattenbild 5 der Windschutzscheibe 3 projiziert wird.
• Weiterhin ist in Figur 1 eine Videokamera 6 gezeigt, welche die Betrachtung des gesamten Schattenbildes der Windschutzscheibe erlaubt. Es handelt sich hierbei um eine Matrixkamera CCD, beispielsweise das Modell 4712 der Gesellschaft COHU Inc. (San Diego, CA, USA). Sie kann bei Beleuchtungsstärken von unter 0,2 Lux arbeiten und hat 699 horizontale zu 580 vertikalen Linien. Unter üblichen Bedingungen liefert eine Fläche von 2 x 2 mm auf dem Bildschirm einen Meßpunkt.
• Die Anordnung der Kamera ist an sich nicht festgelegt, es genügt, daß sie erlaubt, eine unverzerrte Abbildung der gesamten Windschutzscheibe zu erreichen. Beispielsweise wird die Kamera vorteilhafterweise unmittelbar über der Windschutzscheibe senkrecht zur optischen Achse des Projektors angeordnet, wie in Figur 1 dargestellt.
• In Figur 2 ist eine schematische Ansicht des Projektors 1 gezeigt. Die Lampe 7 hat einen Wolframwendel, besteht aus Siliciumdioxid und ist mit Halogen gefüllt. Dahinter wird von einem Kugelspiegel 8 die Rückwelle gesammelt. Am Eingang des Objektivs 10 wird vom Kondensor 9 eine Abbildung des Wendels erzeugt. Die übliche Anordnung des Diapositivs ist in 11 gezeigt. Das Objektiv ist derart eingestellt, daß es auf dem Bildschirm 4 die Abbildung der Objektebene 11 ergibt, d.h., daß man im Punkt 12 eine deutliche Abbildung des auf der Diapositivachse befindlichen Punktes 13 erhält. Das vom Projektor am Ausgang seines Objektivs 10 ausgesendete Lichtstrahlenbündel ist jedoch abgeblendet. Dessen ursprünglicher Durchmesser 14 wird von einer nicht dargestellten Blende in 15 verkleinert. Der Lichtfleck 15 muß zwei Bedingungen erfüllen, wobei die eine seine Beleuchtungsstärke und die andere seine Form und Abmessungen betrifft. Vor allem müssen die Projektoreinstellungen eine vollkommen gleichmäßige Beleuchtungsstärke des Strahlenbündels in 15 sicherstellen. Außerdem muß die Blende solche Abmessungen besitzen, daß das Lichtstrahlenbündel, welches die Abbildung eines Punktes erzeugt, in der Glasebene in einer gegebenen Richtung eine Breite besitzt, die gleich dem Auflösungsvermögen ist, das dem Verfahren in dieser Richtung verliehen werden soll. In Figur 2 ist in 16 das Strahlenbündel auf der Höhe der Glasscheibe 3 und außerdem im vergrößerten Ausschnitt in 17 die senkrechte Ausdehnung d dieses Strahlenbündels beim Durchgang durch das Glas gezeigt. Die Größe d ist das Auflösungsvermögen des Verfahrens in senkrechter Richtung.
• In Figur 3 ist das Schattenbild 5 der Windschutzscheibe 3 auf dem Bildschirm 4 dargestellt. Mit 18 ist ein Rahmen, der die beiden Bereiche der Windschutzscheibe voneinander abgrenzt, mit 19 ein Hauptsicht- und mit 20 ein Randbereich numeriert.
• Diese Einteilung in Bereiche resultiert gegebenenfalls aus einer Norm (beispielsweise R 43 der EEC) oder Vorschriften des Konstrukteurs. Die in jedem Bereich einzuhaitenden Grenzwerte der optischen Fehler sind jedoch niemals gleich. Da sie in den Speicher eines mit der Videokamera 6 verbundenen Rechners eingegeben ist, ist bei einer Messung die Trennung 18 zwischen den beiden Bereichen auf dem Bildschirm nicht sichtbar. Außerdem ist die Anwendung desselben Verfahrens vorgesehen, um den Bereich zu begrenzen, in welchem am Rand der Windschutzscheibe keinerlei Messung durchgeführt wird. Jeder Windschutzscheibentyp, der von der Kamera 6 betrachtet werden soll, wird während seines Durchlaufs entweder auf Grund einer manuell vom Bedienpersonal eingegebenen Information oder deshalb identifiziert, weil die Form 5 des Umfangs auf dem Bildschirm von der Kamera-Rechner-Einheit vor jeder neuen Messung "erkannt" wird. Es ist sogar möglich, daß diese Erkennung geschieht, wenn die Kamera das projizierte Schattenbild 5 noch nie "gesehen" hat. In der modernen Industrie erfolgen die vom Automobilkonstrukteur einem Hersteller von Windschutzscheiben übergebenen Richtlinien meist im Rahmen der rechnergestützten Konstruktion (CAD) auf einem Informationsträger. Aus diesen gelieferten Informationen, die im allgemeinen die Kennwerte enthalten, welche die Begrenzung der beiden Bereiche 19 und 20 erlauben, läßt man den Rechner die Position berechnen, welche der Umfang des Schattenbildes der Windschutzscheibe auf dem Bildschirm haben wird und welche der Rahmen 18 hätte, wenn er auf der Windschutzscheibe 3 materialisiert worden wäre. Dadurch wird einerseits die nachfolgende Identifizierung des Windschutzscheibentyps, der sich in der Prüfkammer befindet, und andererseits die Positionsfeststellung eines Punktes des Schattenbildes in bezug auf die Bereiche 19 und 20 möglich.
• In Figur 3 ist weiterhin ein Achsenkreuz (0x, 0y) dargestellt, das der vom Rechner unterstützten Kamera erlaubt, jedem Punkt M des Schattenbildes ein Koordinatenpaar (x, y) zuzuordnen. Diese Koordinateninformation ist wichtig, da sie es in den folgenden Schritten ermöglicht, wenn im Punkt M ein Fehler entdeckt wird, ihn mit den Grenzwerten zu vergleichen, die für die Bereiche 19 bzw. 20 festgelegt sind, und sogar genau seine Position zu bestimmen, um gegebenenfalls eine exakte Kennzeichnung anzubringen oder die Ursache eines systematischen Fehlers gründlich zu untersuchen.
• Das Prinzip der Digitalisierung des Schattenbildes besteht in der Ausführung folgender Berechnung:
• Dx ist die Verzerrung in 0x-Richtung, die mit der Brechkraftkomponente in dieser Richtung linear verbunden ist, und Dy ist die Verzerrung in 0y-Richtung.
• Ex,y ist die Beleuchtungsstärke des Bildschirms im Punkt M mit den Koordinaten x und y.
• E ist die Beleuchtungsstärke, die sich in M ergäbe, wenn das Glas frei von optischen Fehlern wäre, wobei jedoch die Schwächungserscheinungen dieselben wären, die auf die lokale Lichtreflexion und -transmission zurückzuführen sind.
• g(x, y) ist ein geometrischer Term.
• Pm ist eine Länge, die einem Schritt einer Prüffigur entspricht, die in manuellen Prüfverfahren auf den Bildschirm projiziert wird.
• In Figur 4 ist gezeigt, daß entsprechend der Anordnung des Punktes m auf der Windschutzscheibe, dessen Projektion der Punkt M (x, y) ist, die geometrischen Bedingungen wie der Abstand Sm zwischen der Lichtquelle und der Windschutzscheibe oder der Abstand zwischen der Windschutzscheibe und dem Bildschirm unterschiedlich sind. Im Term g(x, y) ist deshalb der Abbildungsmaßstab berücksichtigt, der für jedes Element 21 der Windschutzscheibe ein anderer ist. Da dieser Term wenig variiert, ist es nicht erforderlich, in den Rechnerspeicher für jeden Punkt Werte einzugeben, wobei eine Berechnung für jedes kleine Element von beispielsweise 10 x 10 cm im Fall einer einfach geformten Windschutzscheibe ausreicht. g(x, y) kann mit folgendem Ausdruck berechnet werden:
• worin L den Abstand zwischen der Lichtquelle und dem Bildschirm, L&sub1; den Abstand zwischen der Lichtquelle 2 und dem Element 21 und α den Neigungswinkel des kleinen Elements 21, in welchem sich der betreffende Punkt M befindet, oder genauer den Winkel zwischen der dieses Element tangierenden Ebene und einer senkrecht zur Projektorachse stehenden Ebene bedeutet.
• In Figur 5 ist ein Überblick über die aufeinanderfolgenden Rechenschritte gezeigt, die von dem mit der Kamera 6 verbundenen Rechner durchzuführen sind.
• Vor Beginn einer Meßreihe ist es zunächst angebracht, in den Rechnerspeicher sämtliche zur Durchführung der Arbeit erforderliche Informationen einzugeben.
• Im Schema der Figur 5 ist dieser Speicher durch das Kästchen 22 dargestellt. Dort sind sämtliche Informationen über die Windschutzscheibe selbst gespeichert: der Umfang ihres auf den Bildschirm projizierten Schattenbildes, der zum gegebenen Zeitpunkt erlaubt, aus den von der Kamera 6 an den Rechner gelieferten Informationen unter Nutzung eines Formerkennungsprogramms die Windschutzscheibe zu identifizieren und auf Dateien zuzugreifen, in denen die Informationen gespeichert sind, welche für die Berechnungen, wie der Bereich der Werte für x und y, die dem Bereich 19 bzw. 20 entsprechen, oder die Werte der speziellen Parameter für jedes kleine Element 21, nützlich sind. Letztere umfassen den Winkel α, den wahren Wert T unter einfallendem Licht, welcher dem Lichttransmissionsgrad der gegebenenfalls eingefärbten Glasscheibe entspricht, sowie ihren Lichtreflexionsgrad R und schließlich den Abstand L&sub1; zwischen der Lichtquelle 2 und dem Element 21 und den Abstand L&sub2; zwischen den Punkt m und dem Bildschirm 4.
• In den Speicher 22 werden ebenfalls die tolerierbaren oberen Grenzwerte für den Fehler Dx + Dy im Bereich 19 bzw. 20 eingegeben.
• Die Reihenfolge der Schritte zum Messen der Brechkraft einer Windschutzscheibe ist folgende: Vor der Ankunft der Windschutzscheibe werden von der Kamera 6 die Beleuchtungsstärken jedes Punktes M (x, y) ihres Gesichtsfeldes registriert. Die von einem Projektor wie 1 gelieferte Beleuchtungsstärke Ex,y ist nicht in jedem Punkt gleich und die Beleuchtungsstärke Eo (x, y) in jedem Punkt M dient in den folgenden Schritten als Referenz. Diese Information wird im Speicher 23 abgelegt. Beim Eintritt der Windschutzscheibe in das Gesichtsfeld wird das Schattenbild aufgenommen. Das erfolgt konkret in 1/25 Sekunde, dabei braucht in dieser Zeit die Windschutzscheibe nicht festzustehen. Sie kann 5 oder sogar 10 mm weiterlaufen. Der erste Schritt besteht in ihrer Identifizierung, entweder automatisch, wie oben erläutert, oder durch Eingriff des Bedienpersonals. Diese beiden Verfahren können übrigens gleichzeitig angewendet werden, wobei die Identifizierung der Windschutzscheibe auf Grund ihrer Form automatisch geschieht und die Art (Dicke, Farbe) der Glasscheibe beispielsweise von Hand eingegeben wird.
• Der erste eigentliche Meßschritt wird in Zelle 24 durchgeführt, er besteht im Vergleichen der von der Kamera im Punkt M mit den Koordinaten x und y gemessenen Beleuchtungsstärke EM mit der im gleichen Punkt ohne die Windschutzscheibe durchgeführten Messung Eo:
• E&sub1; = Em - Eo / Eo .
• Der zweite Schritt wird in der Zelle 25 durchgeführt, er besteht in der Korrektur des Wertes E&sub1; für sämtliche Helligkeitsunterschiede, die andere Ursachen als den Brechkraftfehler haben, der gemessen werden soll. Diese sind - außer zufälligen Verschmutzungen - Helligkeitsunterschiede, die auf Beeinflussungen durch Absorption und Reflexion beim Durchgang durch das Glas zurückzuführen sind. Sie sind einmal für alle unter senkrecht einfallendem Licht aus den Kurven A(λ) und R(λ), die die spektrale Absorption und Reflexion des Glases charakterisieren, sowie S(λ), der spektralen Empfindlichkeitskurve der Lichtquelle, und C(λ), der der Kamera, ermittelt worden. Diese Elemente (A und R unter senkrecht einfallendem Licht) erleiden Veränderungen, die vom Winkel α abhängig sind. Deshalb wird für jedes Element 21 folgende Berechnung durchgeführt:
• E&sub2; = E&sub1; / 1-A(α) - R(α) .
• In der Zelle 26 wird die Korrektur des bereits erwähnten Abstandes g(x, y) berechnet:
• E&sub3; = g(x, y) E&sub2; Pm.
• Dieser Wert E&sub3; = Dx + Dy ist die Resultierende aus den Abbildungsmaßstäben in x und y, die von dem im Punkt M der Windschutzscheibe befindlichen Brechkraftfehler verursacht werden.
• Der letzte Schritt besteht im Vergleichen dieses Wertes mit den für die Produktion festgelegten Grenzwerten. Er wird in der Zelle 27 ausgehend von den im Speicher 28 in Abhängigkeit vom betreffenden Bereich 19 bzw. 20 gespeicherten Grenzwerten durchgeführt. Der abschließende Schritt endet mit der Ergebnisanzeige, die auf verschiedene Arten erfolgen kann, wobei eine davon in der Anzeige der Ergebnisse in einem Videobild besteht, das die Windschutzscheibe mit dem dargestellten Rahmen 18 zeigt. In den beiden Bereichen 19 bzw. 20 besitzt jeder Bildpunkt eine andere Farbe, abhängig davon, ob die Brechkraft in diesem Punkt kleiner oder größer als der mit ihr verglichene Grenzwert ist. Eine andere Art, in einer Produktionslinie ein Ergebnis auszuwerten, besteht im Auslösen einer Reaktion vom Typ "stop or gor": die ordnungsgemäße Windschutzscheibe, die in ihren beiden Bereichen 19 bzw. 20 eine Brechkraft besitzt, die kleiner als der entsprechende Grenzwert ist, verfolgt weiter ihren normalen Betriebsdurchlauf am Ausgang der Prüfkammer. Die anderen nehmen einen abweichenden Weg, sie werden am Ausgang der Prüfkammer mit einem Selbstklebeetikett versehen, auf welchem die Größe und Stelle des Fehlers mit Fehlerursache auf gedruckt ist.
• Eine der Besonderheiten des beschriebenen Verfahrens und der Vorrichtung besteht in der Möglichkeit, ihr Auflösungsvermögen an die bestehenden Normen oder Prüfverfahren anzupassen, gleichgültig, ob es sich bei den einen darum handelt, eingehalten zu werden, oder ob sie durch die anderen mit denselben Auswahlkriterien ersetzt werden sollen.
• Die vorhandenen Verfahren, die das bekannte Schattenbild einer Glasscheibe bewerten, beispielsweise das in der europäischen Patentanmeldung EP 0 342 127 beschriebene, verwenden Abtastsysteme in einer Richtung mit einer festgelegten Geschwindigkeit und analysieren das Signal, indem eine Frequenzfilterung derart durchgeführt wird, daß die Fehler eliminiert werden, deren Breite unterhalb eines bestimmten Wertes liegt.
• Die genormten oder in der Automobilindustrie angewendeten Verfahren, die Verfahren zur Projektion von aus Zebrastreifen bestehenden Prüffiguren durch eine Windschutzscheibe nutzen, haben ein Auflösungsvermögen - für die senkrecht zu den Streifen stehende Fehlerkomponente - das die Streifenbreite in Höhe der Windschutzscheibe ist.
• Wird das erfindungsgemäße Verfahren mit dem Ziel angewendet, die größtmögliche Information über die optische Qualität der Windschutzscheibe zu erhalten, nutzt man in 15 (Figur 2) eine Blende, die in der Höhe der Windschutzscheibe ein Strahlenbündel 16 mit kreisrundem Querschnitt erzeugt. Dessen Durchmesser 17 wird gleich der Mindestbreite des zu findenden Fehlers gewählt, Jeder Fehler mit geringerer Breite beeinflußt die Beleuchtungsstärke des Bildschirms nicht merklich.
• Will man Meßergebnisse bekommen, die den unter genormten Bedingungen erhaltenen eines Verfahrens entsprechen, in welchem eine spezielle Zebrastreifenprüffigur verwendet wird, genügt es, genormte Projektionsbedingungen einzustellen und für das Strahlenbündel 16 in der Glasebene in einer zu der der Streifen der Prüffigur senkrechten Richtung dieselbe Ausdehnung 17 wie die der unter denselben Bedingungen auf dieser Höhe projizierten Streifen zu haben. Wenn die andere Ausdehnung wesentlich größer oder der Querschnitt kreisrund ist, die Fehler der Windschutzscheibe aber eine bevorzugte Richtung haben und nur senkrecht zu den Zebrastreifen wirken, dann ist der gefundene Fehler derjenige, welcher mit dem manuellen genormten Verfahren entdeckt worden wäre.
• Der zweite obengenannte Fall, bevorzugte Wirkrichtung der zu den Streifen der Prüffigur senkrechten Fehler, ist die Regel für die Prüf- und Abnahmesysteme der Automobilindustrie, bei Vorhandensein systematischer Fehler - wie diejenigen, die auf die Form der Windschutzscheibe zurückzuführen sind - welche mit dem manuellen Prüfverfahren gemessen werden sollen. Das erfindungsgemäße Verfahren findet sie deshalb automatisch. In dem Fall, in welchem die Fehler eine zufällige Richtung haben, kann jedoch das erfindungsgemäße Verfahren nur noch strenger als die manuellen Verfahren sein, da es niemals einen Fehler durchgehen läßt, der von jenen angehalten worden wäre. Diese letzte Feststellung richtet sich auch auf mögliche Schmutzspuren, die im Herstellungsverfahren auf die Windschutzscheibe gelangen können. Es ist nicht ausgeschlossen, daß ein solcher Sauberkeitsfehler vom erfindungsgemäßen Verfahren als ein negativer Brechkraftfehler (Zerstreuungslinse) interpretiert wird. Dieser seltene Irrtum würde jedoch sofort durch die systematische Sichtprüfung erkannt werden, welche sich an die Aussonderung der Windschutzscheibe anschließt, und in jedem Fall kann die Prüfung des erfindungsgemäßen Verfahrens nur noch strenger als die bisherigen Kontrollen sein.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren erlauben somit eine 100%ige automatische Prüfung des gesamten Ausstoßes einer Produktionslinie für Windschutzscheiben. Sie ermöglichen die Festlegung anderer Grenzwerte für unterschiedliche Bereiche in jedem Windschutzscheibentyp. Durch sie wird ein Brechkraftfehler unabhängig von seiner Wirkrichtung gemessen. Sie ziehen Nutzen aus dem gewünschten Auflösungsvermögen. Schließlich wird von ihnen eine optische Qualität mit Kriterien sichergestellt, die wenigstens ebenso streng wie die der Verfahren sind, die in Produktionslinien für Kraftfahrzeuge angewendet werden.

Claims (16)

1. Verfahren zum Messen und zur Kontrolle der optischen Qualität einer Glasscheibe (3), in welchem sie mit einer örtlich begrenzten Lichtquelle (2, 15) angestrahlt und das auf einen Bildschirm (4) projizierte Schattenbild aufgezeichnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die in einem Punkt (M) des Bildschirms gemessene Beleuchtungsstärke in Abhängigkeit von der Beleuchtungsstärke, die in demselben Punkt (M) ohne die Glasscheibe vorhanden ist, und in Abhängigkeit von den geometrischen und optischen Parametern des entsprechenden Punktes (m) auf der Glasscheibe (3) gewichtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrischen Parameter des Punktes (m) der Glasscheibe den Einfallswinkel (α) auf einem Element (21) mit kleinen Abmessungen und den Abstand (L&sub1;) zwischen Lichtquelle (2, 15) und Element (21) umfassen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Parameter des Punktes (m) der Glasscheibe die nach den Spektralkennwerten der Lichtquelle (2, 15) und der Kamera (6) gewichteten Absorptions- und Reflexionsgrade sind.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wichtung von einem mit der Kamera (6) verbundenen Rechner durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasscheibe eine Windschutzscheibe für Kraftfahrzeuge ist.

6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Windschutzscheibe (3) mittels der Abbildung (5) ihres Umfangs durch ein Formerkennungsprogramm identifiziert wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungselemente derart sind, daß die Meßgröße (E&sub3;) die Verzerrung ist.

8. Verfahren nach Anspruch 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwert von (E&sub3;) mit den entsprechend den Bereichen (19, 20) der betreffenden Windschutzscheibe (3) verschiedenen Grenzwerten verglichen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenze (18) zwischen den Bereichen (19, 20) in dem mit der Kamera (6) verbundenen Rechner gespeichert ist.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die örtlich begrenzte Lichtquelle (15) von einer Blende begrenzt ist, die sich am Ausgang des Objektivs (10) eines Projektors (1) befindet.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildung der Objektebene (11) am Ausgang des Kondensors (9) vom Objektiv (10) auf den Bildschirm (4) projiziert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Auflösungsvermögen des Verfahrens in einer gegebenen Richtung gleich der Ausdehnung (17) des Strahlenbündels (16) in der Ebene der Glasscheibe (3) ist.

13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine örtlich begrenzte Lichtquelle (2, 15) zum Anstrahlen einer Glasscheibe, wodurch ein Schattenbild der Glasscheibe auf einen Bildschirm (4) projiziert wird, und eine Videokamera CCD (6) umfaßt, welche die Erfassung des gesamten Schattenbildes einer Windschutzscheibe ermöglicht, wobei diese Kamera mit einem Rechner verbunden ist, in welchem das auf dem Bildschirm ohne die Glasscheibe erhaltene Bild zu dem Zweck gespeichert ist, die in einem Punkt (M) dieses Bildschirms gemessene Beleuchtungsstärke in Abhängigkeit von der Beleuchtungsstärke, die in demselben Punkt (M) ohne die Glasscheibe vorhanden ist, und in Abhängigkeit von den geometrischen und optischen Parametern des entsprechenden Punktes (m) auf der Glasscheibe (3) zu gewichten.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, daß das ohne die Glasscheibe auf den Bildschirm projizierte Bild vom Rechner gespeichert wird.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14 dadurch geitemizeichnet, daß der Rechner die optischen Parameter im Punkt (m) der Glasscheibe ausgehend von dem Einfallswinkel (α) auf dem entsprechenden Element (21) und den Absorptions- (A) und Reflexionsgraden (R) bei senkrechtem Einfall bewertet.

16. Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Kontrolle der Windschutzscheiben für Kraftfahrzeuge in einer Produktionslinie.