WO2023052064A1 - Verfahren und vorrichtung zur messung der geometrie einer gekrümmten glas-scheibe - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur messung der geometrie einer gekrümmten glas-scheibe Download PDF

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glass pane
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Tobias NIELSEN
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Saint-Gobain Glass France
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    • G01B5/0014—Arrangements for eliminating or compensation of measuring errors due to temperature or weight due to temperature

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for measuring the geometry of a curved pane of glass.
  • optical effects can be, for example, optical distortions when looking through the window pane or a distorted representation of a head-up display.
  • Laser methods for distance measurement are known, for example laser triangulation.
  • the laser radiation reflected from the surface of the object to be measured is detected, the distance being measured from the angle at which the point of light is observed.
  • Such methods allow conclusions to be drawn about their relative position and thus the geometry of the object.
  • such a laser process can also be easily integrated into a bending process, because no direct contact with the object is required, but the geometry measurement is carried out at a distance.
  • laser triangulation and similar methods require diffuse reflection on the surface of the measurement object, which does not always occur to the required degree with panes of glass.
  • the bending takes place of glass panes sometimes at temperatures of over 500 °C.
  • turbulence in the furnace atmosphere leads to inaccurate measurements. This is caused by the temperature dependence of the refractive index of air.
  • US20100051817A1, EP0747664A2, EP3786576A1 and DE202020104634U1 disclose methods for measuring the geometry of a curved pane of glass, in which tin deposits, such as those that occur in float glass due to the production process, are excited to fluoresce by means of laser radiation.
  • the spatial position of the fluorescent surfaces or points is determined, which allows conclusions to be drawn about the geometry of the glass pane, in particular its curvature.
  • These methods also suffer from measurement inaccuracies caused by the hot atmosphere in glass bending furnaces.
  • US2019302582A1 relates to a measuring device and a method for focusing and leveling for use in the field of photolithographic technology.
  • US2008068620A1 relates to a method for measuring the deflection of a glass sheet when the glass sheet is bent on a ring mold, the method comprising establishing a stationary reference plane with respect to the ring shape and measuring the deflection at a measuring point of the glass sheet and using the measurement data to control the The course of the bending process, in particular the heating of the glass sheet or the termination of the bending process.
  • the object of the present invention is to provide a method and a device for measuring the geometry of a curved glass pane at elevated temperatures, which is suitable for industrial use and easy to implement.
  • the method should be easy to integrate into multi-stage bending processes.
  • the method according to the invention serves to measure the geometry of a curved pane of glass.
  • the term "geometry” here refers to the curvature of the disk. One could therefore also speak of the measurement of the curvature, the curvature geometry, the curved shape or the degree of curvature.
  • the Glass pane has a first side (I) and an opposite second side (II). The peripheral edge surface (side edge) of the disc extends between the first side and the second side.
  • the method according to the invention is particularly suitable for being carried out in a hot atmosphere, ie at ambient temperatures of at least 200° C., preferably at temperatures such as those prevailing during glass bending within the furnace or between two furnaces. These are temperatures of at least 300.degree. C., preferably at least 400.degree. C., very particularly preferably at least 500.degree. C., for example about 650.degree.
  • a particular advantage of the method according to the invention is that it can also be used at such high temperatures and delivers precise results. The process also works at lower temperatures. However, the special advantages come into play particularly at high temperatures.
  • step a) of the method according to the invention the radiation of a measuring laser is measured with a first wavelength aimed at a measuring point on the first side (I) of the glass pane.
  • the reflected radiation is then detected with a first detector.
  • the measuring laser is the laser that is used to irradiate a measuring point to be measured on the first side of the glass pane.
  • the first detector detects the reflected radiation as a location-dependent signal.
  • the measured distance h between the measuring point and the laser is determined using laser triangulation.
  • step b) the radiation of a reference laser with a second wavelength X R is directed onto a reference point on a diffusely reflecting reference sample with a known position and the reflected reference radiation is detected as a spatially resolved reference signal with a second detector. Since the position of the diffusely reflecting reference sample is known, the desired distance f between the reference laser and the reference point is also known. The reference distance r between the reference point and the reference laser is determined by means of triangulation.
  • the second wavelength differs from the first wavelength, so that the reflected radiation from the measuring laser also differs from the reflected reference radiation from the reference laser.
  • the reference laser is the laser used to irradiate a reference sample.
  • step c) the difference between the reference distance r and the target distance f is determined.
  • the difference is caused by disturbing environmental influences such as turbulence in the furnace atmosphere or vibrations of a chassis. Therefore, the difference is subtracted from the measured distance h to obtain a corrected distance d between the laser and the measurement point.
  • the idea behind this method is that, for example, the turbulence in the furnace atmosphere, which affects the reflected radiation due to the temperature dependence of the refractive index of the air, is the same for the reference point and for the measuring point. Since the position of the reference sample is known, the difference between the measured reference distance r and the target distance f can be used to correct the measured distance h.
  • steps a) to c) are carried out for at least two measurement points and at least two reference points.
  • the number of measuring points and reference points is the same.
  • a corrected distance is then obtained for each measuring point.
  • the spatial position of the at least two measuring points is determined from the at least two corrected distances.
  • the relative position of the at least two measuring points allows a statement to be made about the curvature geometry. Such a statement can already be made on the basis of two measuring points. By increasing the number of measuring points, more precise statements about the pane geometry are possible.
  • the measured distance or the measured reference distance is determined using the laser triangulation method.
  • This is a well-known method for determining distances at room temperature, the measuring principle of which has been published many times.
  • the measuring principle is described here, for example: Laser triangulation: fundamental uncertainty in distance measurements, RG Dorsch, G. Häusler, JM Herrmann; Applied Optics, Vol. 33, No. 7, 1306-1314.
  • the laser radiation reflected from the surface of the object to be measured is detected, the distance being measured from the angle at which the point of light is observed.
  • By measuring two or more points such methods allow conclusions to be drawn about their relative position and thus the geometry of the object.
  • the distance within the meaning of the invention designates the shortest distance between two points in space.
  • a point is understood to be a measuring point according to an approximately punctiform focused laser radiation (laser point, laser spot).
  • the point is therefore not a point in the mathematical sense, but an area that corresponds to the expansion of the point-like focused laser radiation and is therefore dependent on the focusing optical element (lens, in particular spherical converging lens).
  • the at least two measurement points in step d) can be discrete, that is to say spaced apart from one another, with no laser radiation striking the glass pane between the measurement points.
  • the two discrete measuring points can be irradiated simultaneously. This means that steps a) to c) are carried out simultaneously for at least two measurement points. Alternatively, the two discrete measuring points can be irradiated sequentially (ie one after the other).
  • a laser line ie a line-like radiation focus
  • a laser line can be understood as a large number of adjacent measuring points.
  • a laser line contains a large number of measuring points within the meaning of the invention.
  • the variants described can be used both for the measuring laser and for the reference laser. The same variant is preferably selected for the measuring laser as for the reference laser, so that the spatially resolved signal can be corrected and the number of reference points and the number of measuring points is the same.
  • step a several different measuring lasers are preferably used to measure several measuring points on the glass surface.
  • two measuring lasers with the same first wavelength can be used to measure two specific measuring points on the glass pane.
  • a single measuring laser is preferably used, which is focused on a number of measuring points in succession or simultaneously, as described above.
  • several different reference lasers are preferably used to measure several reference points on the reference sample for the repeated implementation of step b).
  • a single reference laser is preferably used, which is focused on a number of reference points in succession or simultaneously.
  • Steps a) and b) are carried out as promptly as possible, preferably at the same time, so that the disruptive influences on the measuring point and on the reference point on the reference sample are the same. If there is a very large time interval of more than 5 seconds, for example, the environmental influences on the measuring point and on the reference point may be different.
  • the maximum time interval depends on the disturbing influences of the environment that are to be corrected. In the case of a correction for the vibrations of a moving frame, for example, the maximum time interval depends on the speed of the frame.
  • the time interval between steps a) and b) is preferably less than 0.1 seconds, particularly preferably less than 0.01 second.
  • the turbulence in the hot furnace atmosphere leads to rapidly changing conditions, so that the measurement and reference measurement are carried out as nearly as possible simultaneously.
  • the distance a between a measurement point on the glass pane and the reference point on the diffusely reflecting reference sample should preferably not be too great so that the environmental conditions are as similar as possible so that the signal can be corrected successfully.
  • the distance a is the shortest possible connection in space between the measuring point on the first side of the glass pane and the reference point.
  • the distance a between the measurement point on the glass pane and the reference point on the diffusely reflecting reference sample is preferably between 1 mm and 30 mm, preferably between 5 mm and 20 mm.
  • reference sample refers to the object that reflects diffusely, i.e. is colored white, for example.
  • the object is preferably made of a heat-stable material.
  • the object itself can have any geometric shape, such as circular, rectangular, strip-shaped, or triangular.
  • the object can be irradiated at several different points (reference points). Several separate objects can also be used, so that reference points on different reference samples are also used to correct different measurement points. Preferred a reference sample is used, which is irradiated at different reference points for the repeated implementation in step d).
  • the reference sample can be arranged in a stationary manner at a point in the vicinity of the glass pane, for example in the oven, or for example directly on a movable carrier on which the glass pane is transported.
  • the arrangement on the support for the glass pane is particularly preferred because in this case a correction for undesired movements of the support is carried out at the same time.
  • the radiation from the measuring laser is reflected diffusely on the first side of the glass pane or the radiation from the measuring laser excites atoms on the first side to fluoresce, so that the reflected radiation is emitted fluorescence radiation.
  • the method can be carried out statically. This designates a procedure in which the glass pane is stationary during the measurement.
  • the laser radiation can also be stationary on the glass pane. Stationary means that the laser radiation is not moved in the direction of length or width of the glass pane.
  • At least two laser spots can be used for the measuring laser and/or the reference laser.
  • a large number of measuring points are distributed over the glass pane in a grid pattern in order to enable the most accurate possible measurement of the curvature profile.
  • the measuring points can be measured simultaneously with several lasers or the divided radiation of a single laser, or sequentially, i.e. one after the other, preferably with the same laser.
  • a laser line can also be used, which is understood to mean laser radiation that is focused in a line-like manner.
  • the laser line preferably extends over the entire width of the glass pane (or smaller laser lines of several lasers are used which are adjacent to one another, so that the entire width of the glass pane is covered overall).
  • a plurality of parallel laser lines spaced apart from one another are preferably used. Measurement with two or more laser spots leads to two or more measured position points, measurement with one or more laser lines to one or more line-like curvature profiles (profile lines, line profiles) along the laser line(s).
  • the reference laser and the measuring laser are preferably used in the same way. That means, for example, if a laser line is used for the measuring laser, a laser line is also used for the reference laser.
  • the laser radiation from the measuring laser and/or reference laser over the glass pane, in particular by means of a suitable laser scanning device, for example using two tiltable mirrors.
  • a single laser spot can be used, which is preferably moved over the entire length of the glass pane. This leads to the measurement of a line profile.
  • several laser spots are used, which are distributed along a line across the width of the glass pane. These measurement points are moved across the glass pane, preferably along the entire length of the glass pane. In this way, line profiles of the curvature geometry that are spaced apart from one another can be determined.
  • the method can be carried out with one laser line of a laser which preferably covers the entire width of the glass pane (or with smaller laser lines of several lasers which are adjacent to one another so that the entire width of the glass pane is covered). If the laser line is then moved over the entire glass pane (perpendicular to its direction of extension), a continuous or quasi-continuous curvature profile of the entire pane can be created.
  • the variant with stationary laser radiation has the advantage that it does not require a complex and potentially fault-prone scanning device.
  • the variant with moving laser radiation has the advantage that it achieves an exact measurement result with a smaller number of lasers (or with less technical effort for dividing the laser radiation).
  • the process can also be carried out as a continuous process, in which the glass pane is moved under the laser radiation.
  • This is understood to mean a movement of the glass pane, with the laser radiation preferably remaining stationary (that is to say directed at the same point or the same area in space), so that the surface of the pane is swept by the laser radiation.
  • the laser radiation sweeps over the glass pane along its entire length. The length is the dimension in the direction of movement (transport direction) of the glass pane.
  • the reflected radiation and the reflected reference radiation are detected by means of the first and second detectors, and the measured distance h and the reference distance r are determined in each case.
  • the spatial position of the irradiated area can be determined in a location-dependent manner along the area swept by the laser radiation.
  • the possible designs of the laser radiation correspond to those of the static implementation with moving laser radiation.
  • a single laser spot can be used for measuring laser and reference laser (measurement of a profile line), several laser spots distributed along a line across the width of the glass pane (measurement of several parallel profile lines) or one laser line, which preferably extends over the entire width of the glass pane (Measurement of a continuous or quasi-continuous total curvature profile).
  • a movable laser beam can also be used when the method is carried out as a continuous method, for example to use the same laser to measure several profile lines that are next to one another in relation to the transport direction, or to scan the laser beam during the movement of the pane perpendicular to the transport direction in order to detect profile lines perpendicular to the transport direction ( along the width of the disk), whereby a continuous or quasi-continuous curvature profile of the entire disk is accessible.
  • the continuous method design is preferred over the static design because it can be integrated particularly well in industrial processes, in particular in multi-stage bending processes where the glass sheet is typically moved from a first bending station to a second bending station. If a continuous process cannot be implemented, for example because the glass pane wobbles too much during transport, the transport can also be stopped and the process carried out statically.
  • the measuring laser and/or the reference laser can/can be operated in pulsed or continuous wave mode. Pulsed lasers are preferred because they are less expensive to obtain, particularly in the UV-C range. It is preferable to work with a high pulse rate (pulse repetition frequency) in order to enable fast measurements.
  • the pulse rate is, for example, at least 100 Hz, preferably at least 1 kHz.
  • the measuring laser and the reference laser are not limited to a specific design.
  • a "frequency tripler" (355 nm; sum frequency mixing of the fundamental radiation with the frequency doubled radiation; third harmonic) or doubly frequency doubled (266 nm; fourth harmonic; second harmonic frequency doubling) Nd:YAG laser widely used for industrial applications (fundamental radiation 1064 nm).
  • a Yb:YAG laser (fundamental radiation 1030 nm), which is also widespread, is suitable.
  • other types of lasers can also be used, for example diode lasers, excimer lasers or dye lasers.
  • the movement speed of the glass pane is preferably from 0.5 m/s to 5 m/s, particularly preferably from 1 m/s to 2 m/s. Such speeds of movement are common in industrial bending processes. If the method is carried out statically with moving laser radiation, the movement speed of the laser radiation (scanning speed) is preferably from 5 m/s to 20 m/s. In this way, a geometry measurement can be carried out with little expenditure of time.
  • the minimum expansion of the focus of the laser radiation from the measuring laser and reference laser is preferably from 0.2 mm to 1 mm, particularly preferably from 0.3 mm to 0.7 mm. This range is particularly advantageous with regard to radiation intensity and resolution.
  • the laser radiation preferably strikes the glass pane essentially perpendicularly.
  • the optical axis i.e. the propagation direction of the laser radiation
  • the first and second detectors are preferably arranged on the same side of the glass pane, with the detection direction typically including an angle between 0° and 90° to the surface normal in the geometric center, for example from 20° to 70°.
  • Perpendicular irradiation is preferred because the curved geometry of the disk sometimes requires a special design of the focus arrangement, which is easier to achieve in this case. This is particularly the case when using laser radiation with a linear focus (laser line).
  • the first detector and/or the second detector are preferably a photodiode, a photomultiplier or a spatially resolved photodetector, for example a CCD (charge-coupled device) sensor or CMOS (complementary metal-oxide semiconductur) sensor or a photodiode array. These detectors detect a spatially resolved signal. This spatially resolved signal is used to determine the distance from the measuring point to the laser and/or detector via triangulation.
  • CCD charge-coupled device
  • CMOS complementary metal-oxide semiconductur
  • the geometry of the glass pane can be determined in various ways using the reflected radiation.
  • the radiation of the at least one measuring laser can be focused onto the first side, so that at least two measuring points are irradiated simultaneously.
  • a CCD or CMOS camera for example, is used as the first detector.
  • the radiation of the at least one reference laser can be focused onto the first side, so that at least two reference points are irradiated simultaneously.
  • a second CCD or CMOS camera for example, is used as the second detector, or the same camera that can simultaneously detect the reflected radiation and the reflected reference radiation is used.
  • the respective camera records a spatially resolved signal for each measuring point and reference point, from which the distance of the measuring points and reference points from the camera / laser is determined by means of triangulation.
  • the processor required to calculate the distances is preferably integrated in the camera, but can also be integrated in a computer connected to the camera.
  • the reflected radiation of the at least two measuring points can be detected simultaneously with the respective camera.
  • the position of the at least two measuring points can be determined, in particular their relative position to one another, which allows a statement to be made about the curvature of the glass pane.
  • the laser radiation preferably strikes the glass pane essentially perpendicularly, but this is not absolutely necessary.
  • the laser radiation can hit the glass pane at any angle from 1° to 90° to the surface normal (in the geometric center of the glass pane).
  • the decisive factor is the angle between the radiation from the laser directed at the first pane (excitation beam path) and the detected reflected radiation (detection beam path). The larger this angle, the better the resolution of the measurement method.
  • the angle between the excitation beam path and the detection beam path is preferably from 10° to 170° and can be selected by a person skilled in the art according to the requirements and restrictions in the application.
  • the process described above can be carried out statically, ie with a stationary glass pane, or in a continuous process.
  • the static implementation can two or more separate measuring points (laser spots) that irradiate the pane simultaneously, or one or more laser lines that ideally extend over the entire length or width of the glass pane.
  • the laser radiation can also be moved over the stationary glass pane in order to get a more precise measurement.
  • two or more separate measurement points may be distributed across the width of the sheet of glass (along a line extending along the width dimension of the sheet) and moved along the length of the sheet of glass.
  • a laser line can also be used, which extends across the width of the glass pane and is moved along the length of the glass pane.
  • the length is the dimension in the direction of movement
  • the width is the dimension perpendicular to it.
  • length and width are interchangeable.
  • step a) the radiation of the measuring laser with the first wavelength is reflected by the first side of the glass pane.
  • the reflected radiation is detected with the first detector as the reflected radiation.
  • the measurement does not require direct contact with the glass pane, but takes place at a relatively large distance and is suitable for continuous processes. As a result, the process can be easily integrated into industrial bending processes.
  • step a) fluorescence radiation which is emitted from the first side is detected as the reflected radiation.
  • Window panes are usually manufactured using the widespread float glass process. Included the molten glass is directed onto a bath of molten tin, where it hardens into a layer of glass that is then cut into sheets of glass. An inevitable consequence of this process is that the two surfaces of the glass pane are not identical. A distinction is made between the side of the tin bath that was in direct contact with the tin bath and the opposite side of the atmosphere. The difference is based, among other things, on the fact that tin atoms diffuse from the tin bath into the glass surface during the hardening of the glass pane.
  • tin residues can be excited to fluoresce and the diffuse fluorescence radiation can be used to determine the relative position of various measuring points on the glass surface and thus the curvature geometry of the glass pane.
  • the fluorescence radiation is not coherent, so that no disturbing interference effects (speckle, laser granulation) are to be expected.
  • the measurement does not require direct contact with the glass pane, but takes place at a relatively large distance and is suitable for continuous processes. As a result, the process can be easily integrated into industrial bending processes.
  • the glass sheet is a float glass sheet and the first side is the tin bath side of the float glass sheet and the second side is the atmosphere side of the float glass sheet.
  • the surface of the pane that was in contact with the tin bath during the float process is referred to as the tin bath side.
  • the surface opposite the tin bath side, which was in contact with the surrounding atmosphere during the float process, is referred to as the atmosphere side.
  • the peripheral edge surface (side edge) of the disk extends between the tin bath side and the atmosphere side.
  • a curved float glass pane is measured.
  • the radiation from the measuring laser is directed or focused onto a measuring point on the tin bath side.
  • tin residues that are deposited on the tin bath side or that have diffused under the wafer surface via the tin bath side are excited to fluoresce (laser-induced fluorescence).
  • the measuring laser is suitably selected for this.
  • the emitted fluorescence radiation is the radiation reflected back from the measuring point and is detected by the first detector (photodetector).
  • the measuring laser must be suitable for fluorescence excitation of the tin residues in or on the glass pane.
  • Lasers are particularly suitable for this purpose, the radiation of which has a wavelength in the UV spectral range of at most 360 nm. Radiation in is particularly preferred UV range from 240 nm to 355 nm used, very particularly preferably from 240 nm to 300 nm, in particular in the UV-C range from 240 nm to 280 nm.
  • the tin residues have a sufficiently high fluorescence quantum yield, so that the fluorescence radiation can be used as a basis for a geometry measurement.
  • suitable reference lasers are, for example, green (490 nm to 575 nm, for example 532 nm) or red (635 nm - 750 nm, for example 650 nm) reference lasers because they are available at low cost.
  • the method according to the invention for geometry measurement is integrated into a multi-stage bending method. It is carried out between two bending steps.
  • the method is preferably carried out as a continuous method, while the glass sheet is transported from a first bending station to a second bending station.
  • the glass pane can, for example, lie directly on a conveyor system, for example a roller or belt conveyor system, or on a carrier form, which in turn is moved, for example, by a roller, rail or belt conveyor system.
  • a first bending step is carried out in the first bending station, and a second bending step is carried out in the second bending station.
  • the first bending step can be gravity bending, which achieves a pre-bending of the glass sheet
  • the second bending step can be press and/or suction bending, which achieves the final shape of the sheet (final bending).
  • Such multi-stage bending processes are typically subject to a not inconsiderable scatter with regard to the disk geometry.
  • the application of the method according to the invention between the two bending steps has the advantage that the extent of the pre-bending can be determined.
  • the parameters of the subsequent bending step (for example bending temperature or pressing pressure) are then preferably adjusted as a function of the measured pre-bending in order to reduce the deviation from the specified pane shape and the scattering of the finally bent panes.
  • the thermal radiation from the bending furnaces can interfere with the measurement. Therefore, in an advantageous embodiment for the detection of Fluorescence radiation by means of the first detector uses an optical filter that blocks radiation that is longer in wavelength than its filter edge.
  • This filter edge of the optical filter is preferably at most 600 nm, particularly preferably from 500 nm to 600 nm.
  • a suitable bandpass or highpass filter is preferably also used, which is tuned to the laser used and allows its wavelength to pass.
  • the optical filter is arranged between the glass pane and the first detector in the beam path of the first detector, so that the radiation recorded by the first detector initially runs through the filter.
  • a high-pass filter or a band-pass filter can be used as the optical filter.
  • a high-pass filter has a filter edge, with longer-wave radiation being blocked and shorter-wave radiation being transmitted.
  • a bandpass filter also has an additional filter edge at shorter wavelengths, with shorter-wave radiation being blocked.
  • the bandpass filter only allows radiation in the wavelength range between the two filter edges to pass.
  • a combination of a high-pass filter and a low-pass filter can also be used instead of a band-pass filter.
  • the optical filter can be dispensed with if the first detector is only sensitive in the relevant spectral range and is not sensitive to interfering radiation. In particular, photodiodes can be designed in this way.
  • Bending processes for components of composite panes, such as windshields, are sometimes carried out in such a way that the two individual panes that are later to be connected to one another are simultaneously bent congruently while lying on top of one another.
  • the shape of the individual panes should be matched to one another particularly well. It is an advantage of the present invention that the measurement method can also be applied to two glass panes lying one on top of the other, and their geometry can be measured at the same time.
  • the exciting laser radiation passes through the panes and can excite fluorescence on both sides of the tin bath.
  • the tin bath sides of the two disks preferably face away from each other.
  • the reflection of the radiation of the measuring laser can be detected at powdered parting agent that is between two stacked glass panes is on the first side of one of the two glass panes.
  • the invention also includes a bending process with at least the following process steps:
  • the invention also includes an apparatus for measuring the geometry of a curved sheet of glass having a first side and a second side
  • a measuring laser with a first wavelength the radiation of which can be directed to at least two measuring points on the first side of the glass pane
  • a first detector directed at the at least two measuring points, which is suitable for detecting the reflected radiation
  • a second detector directed at the at least two reference points, which is suitable for detecting the reflected reference radiation
  • an evaluation unit which is suitable for determining the spatial position of the at least two measuring points from the corrected distances d for the at least two measuring points.
  • the respective measured distance h between the corresponding measuring points and the laser is determined by means of triangulation. This preferably takes place in a first evaluation unit for calculating the distance, which is connected directly to the first detector. The detector is then connected to a processor which directly calculates the measured distance h. Alternatively, the measured distance h can be determined in a separate first evaluation unit, such as in a downstream computer.
  • the evaluation unit is suitable for determining the spatial position of the at least two measurement points. This means that the evaluation unit is configured in such a way that it can carry out steps a) to d) of the method according to the invention.
  • the respective measured reference distance r between the individual reference points and the laser is determined by means of triangulation from the reflected reference radiation detected by the second detector. This is preferably done in a second evaluation unit for calculating the distance, which is connected directly to the second detector. The detector is then connected to a processor which directly calculates the measured reference distance r. Alternatively, the measured reference distance r can be determined in a separate second evaluation unit, for example in a downstream computer.
  • the device preferably comprises means for moving the pane.
  • the means are suitable for moving the glass pane under the laser radiation, so that the glass pane is preferably exposed to the laser radiation along its entire length (in the direction of movement).
  • the invention also includes a device for bending glass panes, comprising a first bending station, a device according to the invention for measuring the geometry of the glass pane, a second bending station,
  • the movement means can be designed, for example, as a rail, roller or belt conveyor system.
  • the glass pane can rest directly on the conveyor system (particularly with roller or belt conveyor systems) or rest on a carrier form.
  • the carrier shape is in particular designed as a so-called frame shape with a frame-like contact surface on which a peripheral edge region of the glass pane rests, while the majority of the glass pane has no direct contact with the carrier shape.
  • the glass pane is preferably a float glass pane and preferably consists of soda-lime glass, as is customary for window panes.
  • the thickness of the glass pane can be freely selected according to the requirements in the individual case. Typical thicknesses are in the range from 1 mm to 20 mm, in particular 1.5 mm to 5 mm.
  • the glass pane is preferably used as a vehicle pane or as a part of such, in particular as a windshield, side window, rear window or roof pane of a motor vehicle or as a part of such (in the case of laminated panes).
  • the glass pane is particularly preferably used as a windshield of a vehicle, in particular a motor vehicle, where particularly high demands are placed on the optical quality.
  • the method according to the invention is particularly advantageous because it enables the production of glass panes with a curvature geometry that is particularly low in deviation, as a result of which disruptive optical effects such as distortions are reduced.
  • the invention is explained in more detail with reference to a drawing and exemplary embodiments.
  • the drawing is a schematic representation and not to scale. The drawing does not limit the invention in any way. Show it:
  • FIG. 1 shows a cross section through a glass pane during an embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the measurement of a distance by means of triangulation
  • FIG. 3 top views of glass panes in various embodiments of the method according to the invention for measuring their geometry
  • FIG. 6 shows a cross section through a bending device with an integrated measuring device according to the invention
  • FIG. 7 shows a schematic cross section through a float glass pane.
  • FIG. 1 shows a cross section through a curved glass pane 1 during an embodiment of the method according to the invention.
  • the radiation from a measuring laser L and the radiation from a reference laser LR are each shown as a laser spot 2 on the first side I or directed to the reference sample 5.
  • the measuring laser L has a first wavelength and the reference laser LR has a second wavelength XR , which differs from the first wavelength differs.
  • the radiation of the measuring laser L is directed to a measuring point P and reflected from there as reflected radiation B.
  • the reflected radiation B is fluorescent radiation emitted or radiation reflected on the first side.
  • the reflected radiation B hits a first detector 6 and is detected there as a spatially resolved signal.
  • the radiation from the reference laser LR is directed onto a reference point R which is located on a diffusely reflecting reference sample 5 .
  • the reference sample has a known position.
  • the radiation of the reference laser LR is diffusely reflected at the reference sample as reflected reference radiation BR.
  • the reflected reference radiation BR is detected as a spatially resolved reference signal with a second detector.
  • the first detector and the second detector are a CCD (charge-coupled device) color sensor, which detects the reflected radiation B and the reflected reference radiation BR as separate signals.
  • the CCD color sensor is connected to an evaluation unit for distance calculation, which determines the measured distance h between the measuring point and the laser and calculates the measured reference distance r between the reference point and the reference laser.
  • the steps described are then repeated for several measuring points P and several reference points R.
  • the number of measuring points P is always the same as that of the reference points R.
  • An evaluation unit can then use the corrected distances d for the at least two measuring points to determine the spatial position of the at least two measuring points are determined.
  • the distance a between the measurement point P on the glass pane and the reference point R on the diffusely reflecting reference sample 5 is approximately 5 mm, for example. This ensures that the environmental conditions for the measuring point and the reference point are similar. It is thus ensured with the aid of the method according to the invention that the turbulence in the hot oven does not influence the measurement result.
  • the at least two measuring points can be irradiated simultaneously or measured sequentially, for example with the same laser L, which is directed onto the two measuring points one after the other.
  • several reference points are also irradiated, which are either arranged on the same reference sample or which are arranged on several reference samples.
  • the method is shown with only one measuring point. Increasing the number of laser spots 2 enables the curvature geometry to be measured more precisely. Examples for the arrangement of measurement points and reference points are shown in FIG.
  • the design can be static with a stationary glass pane 1 (both purely static and static with moving laser radiation) or as a continuous process.
  • a single laser spot 2 for the measuring laser and the reference laser is sufficient for the static implementation with moving laser radiation and the implementation as a continuous process with a moving pane, which sweeps over the glass pane 1 and measures a large number of measuring points along a line.
  • the accuracy can be increased by several laser spots 2 (several measuring lines).
  • the procedure is as similar as possible for measuring lasers and reference lasers.
  • FIG. 2 schematically shows the determination of two measured distances hi and h2 between two measuring points P1 and P2 and the measuring laser L.
  • the measuring laser is aimed at the measuring points P1 and P2, which are at different distances hi and h2 from the laser.
  • a first detector 6 is aligned in such a way that it detects the radiation reflected back from the measuring points P1 and P2 and thereby detects it as a spatially resolved signal.
  • the angle ⁇ or ⁇ at which the reflected radiation impinges on the detector 6 is also determined.
  • the distance hi or h2 can be determined from the angle and the known distance between the laser L and the detector 6 .
  • the distances measured in this way are corrected according to the method according to the invention using the measurement for the reference sample carried out in parallel.
  • FIG. 3 shows various versions of the method according to the invention in a top view of a glass pane 1.
  • the versions differ in the manner in which the laser radiation is focused onto the glass pane 1.
  • the position of at least two measuring points on the surface of the pane must be determined.
  • the curvature results from the relative positioning of these measuring points to one another.
  • corrected distances d are determined for at least two measurement points P1 and P2 using the method according to the invention.
  • the measured distances h are determined from the reflected radiation from the measuring points P1 and P2.
  • the reflected radiation from at least two reference points R1 and R2, for which reference distances are determined, is used to correct the measured distances h. As described, these reference distances are used to correct the measured distances.
  • the reflected radiation can be used to determine its origin using various methods, which are described below. By analyzing the corrected distances d between two measuring points on the pane surface, their relative positioning to one another can be determined. Comparing the relative positioning with the corresponding specified values allows a statement to be made as to the extent to which the disk curvature deviates from the specification. By increasing the number of measuring points, a more precise and meaningful measurement of the degree of curvature is possible.
  • At least two measuring points must be irradiated with a measuring laser.
  • this can be done with two laser spots 2 spaced apart from one another for the measuring points P1 and P2 (FIG. 3a). This results in two spaced-apart exit points for retroreflected radiation.
  • two laser spots 2 of a reference laser are each directed to a reference point R1 and R2, which are located in the vicinity of the measurement points P1 and P2.
  • R1 and R2 For each measurement point P1 and P2, this leads to a starting point for reflected reference radiation from an adjacent reference point R1 and R2.
  • a value for a measured distance h is also obtained for a reference distance r, which is necessary for the subsequent correction.
  • laser lines 3 can also be used.
  • the laser focus is focused in the form of a line that ideally extends over the entire width of the glass pane 1 extends ( Figure 3c).
  • the laser line 3 can be understood as the superimposition or juxtaposition of a large number of measuring points or reference points, so that the laser line 3 contains the at least two measuring points required according to the invention.
  • the linear exit surface of the reflected radiation produced thereby can be analyzed in order to determine the curved shape of this exit surface in space.
  • a profile line results along the laser line 3.
  • Both the measuring laser and the reference laser are focused in the form of a line.
  • the informative value of the measurement can be increased by using a large number of laser lines 3, which ideally extend parallel to one another and at a uniform distance from one another over the entire width of the glass pane 1 (FIG. 3d).
  • a corresponding number of parallel profile lines result, from which the curvature profile of the glass pane 1 can be determined well.
  • the method according to the invention can be carried out in various ways. On the one hand, it can be carried out statically, which means a measurement with a stationary glass pane 1 .
  • statically means a measurement with a stationary glass pane 1 .
  • two variants have to be distinguished, namely a measurement with stationary laser radiation (purely static) and a measurement in which the laser radiation is moved over the pane surface (static with moving laser radiation).
  • the method can also be used as a continuous method, with the laser radiation being stationary and the pane being moved under the laser radiation, ie relative to the laser radiation, so that the laser radiation sweeps over the glass pane 1 ideally along its entire length. This enables the creation of a curvature profile along the area of the disc surface swept by laser radiation.
  • the distribution of the laser foci according to FIGS. 3a, 3b, 3c and 3d are suitable for purely static measurement (disk and laser foci stationary).
  • one or more laser spots 2 or a laser line 3 can in turn be used.
  • a plurality of laser spots 2 are preferably used for the measuring laser and the reference laser, which are lined up along a line that extends along the width of the glass pane 1 and are ideally evenly distributed (FIG. 3e).
  • each laser spot 2 of the measuring laser leads to a profile line along the Length dimension of the glass pane 1 (dimension of the direction of movement) and each laser spot 2 of the reference laser to a profile line along the length dimension and can be used to correct the profile line of the measuring points.
  • a single laser spot 2 is sufficient for the measuring laser and a single laser spot 2 for the reference laser, which then cover a line-shaped area. This area can in turn be viewed as a superimposition or juxtaposition of a large number of measurement points, so that the at least two measurement points required according to the invention are irradiated.
  • the use of multiple laser spots 2 leads to a more accurate measurement with multiple length profile lines distributed across the width of the pane. It is also possible to work with one laser line 3 each for the measuring laser and the reference laser, which extend across the width of the glass pane 1 and sweep over the length of the glass pane 1 (FIG. 3f). A continuous or quasi-continuous overall profile of the disk curvature is thereby accessible.
  • the movement of the laser radiation relative to the glass pane 1 is shown by the block arrow W in FIGS. 3e and 3f.
  • the relative movement can be achieved by moving the laser radiation over the stationary glass pane 1 (static implementation with moving laser radiation) or by moving the glass pane 1 under the laser radiation (throughput method).
  • a laser spot 2 can be generated by focusing the laser radiation using a spherically curved lens.
  • the laser spot 2 forms in the focal point of the lens (if it enters the lens collimated).
  • a laser line 3 can be generated by focusing the laser radiation using a cylindrical lens, a diffractive optical element (DOE) or a holographic optical element (HOE).
  • DOE diffractive optical element
  • HOE holographic optical element
  • the laser line 3 forms in the focal line of the lens.
  • FIG. 4 shows a diagram of the fluorescence quantum yield of the tin residues 4 (see FIG. 7), plotted against the wavelength ⁇ of the excitation radiation.
  • the fluorescence quantum yield was measured on the tin bath side I of a float glass pane 1. Fluorescence excitation can take place at wavelengths of less than about 360 nm. The quantum yield increases with decreasing wavelength, so that the same excitation intensity leads to more intense fluorescence emission.
  • the tin residues are efficiently stimulated to fluoresce, especially in the UV-C range from 100 nm to 280 nm.
  • good fluorescence excitation can be achieved with a twice frequency-doubled Nd:YAG laser (266 nm). If one wants to avoid excessive excitation, for example to avoid fluorescence saturation, the excitation power can be reduced or work can be carried out at higher wavelengths (lower quantum yield).
  • FIG. 5 shows the spectrum of the thermal radiation of an exemplary industrial bending furnace (“bending furnace spectrum”) in comparison to the fluorescence spectrum of the tin bath side of a float glass pane 1 (“fluorescence spectrum”).
  • the fluorescence spectrum was recorded after excitation with a UV-C LED, which had a nominal radiation wavelength of around 255 nm. It can be seen that the thermal radiation is clearly red-shifted compared to the fluorescence radiation.
  • the thermal radiation begins at around 600 nm. Their potentially disruptive influence can therefore be easily filtered out in the measurement according to the invention, for example by using a high-pass filter with a filter edge at around 550 nm in the detection beam path.
  • An additional low-pass filter can also be used to filter out UV components, such as scattered excitation radiation.
  • low-pass filter and high-pass filter can also be replaced by a corresponding band-pass filter.
  • the choice of reference laser is flexible, since the reflected reference radiation always has a higher intensity than the reflected radiation from the measuring point, so that no filters are required here to prevent interference from the thermal background radiation.
  • FIG. 6 schematically shows a cross section through a bending device with an integrated device according to the invention for measuring the disk geometry.
  • the bending device is intended for a two-stage bending process, with a float glass pane 1 being pre-bent in a first bending chamber 12 and being bent into the final shape in a second bending chamber 13 .
  • the float glass pane is using a transport system 10, for example a roller conveyor system, resting on a gravity bending mold 11, moved into the first bending chamber 12 and pre-bent there by means of gravity bending.
  • the gravity bending mold 11 together with the float glass pane 1 is then transported from the first bending chamber 12 to the second bending chamber 13, where they are press-bended between an upper press-bending mold 14 and a complementary lower mold (e.g. the gravity bending mold 11 or another mold to which they are previously transferred is) is final bent.
  • a measuring device according to the invention is installed between the first bending chamber 12 and the second bending chamber 13, with the measuring laser L and the first detector 6, as well as a high-pass filter 8, which is arranged in front of the first detector 6 in order to filter out interfering thermal radiation.
  • a diffusely reflecting reference sample 5 is attached to the gravity bending mold 11 .
  • the reference laser LR irradiates the diffusely reflecting reference sample 5 and the reflected reference radiation is detected by the second detector 7 .
  • the arrangement of the reference sample on the gravity bending mold 11 has the advantage over attaching it elsewhere, for example below the gravity bending mold, that corrections can also be made for the transport movements, since the reference sample experiences the same movements as the bending mold 11.
  • FIG. 7 shows a cross section through a float glass pane 1.
  • the float glass pane 1 consists of soda-lime glass, has a thickness of 3 mm, for example, and is manufactured using the float process.
  • the molten glass is poured onto a bath of liquid tin, where it is evenly distributed and hardens.
  • the surface of the resulting float glass pane 1, which had direct contact with the tin bath, is referred to as the tin bath side I, the opposite surface as the atmosphere side II.
  • Tin atoms can diffuse into the float glass pane 1 or adhere to it via the tin bath side I during the float process.
  • the tin bath side I differs from the atmosphere side II due to these remaining tin residues 4.
  • the tin residues 4 can be excited to fluoresce, which is the basis of the second embodiment of the measuring method according to the invention.
  • R reference point on the reference sample a distance between the measuring point and the reference point h measured distance between the measuring point and the laser f known nominal distance between the reference laser and the reference point r measured reference distance between the reference laser and the reference point d corrected distance between the measuring point and the laser

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Abstract

Verfahren zur Messung der Geometrie einer gekrümmten Glas-Scheibe (1) bei Temperaturen von mindestens 200 °C, welche eine erste Seite (I) und eine zweite Seite (II) aufweist, wobei a) die Strahlung eines Messlasers (L) mit einer ersten Wellenlänge (λM) auf einen Messpunkt (P) auf der ersten Seite (I) gerichtet wird und die rückgestrahlte Strahlung (B) mit einem ersten Detektor (6) detektiert wird, und der gemessene Abstand h zwischen Messpunkt (P) und Laser (L) bestimmt wird, b) die Strahlung eines Referenzlasers (LR) mit einer zweiten Wellenlänge (λR), die sich von der ersten Wellenlänge (λM) unterscheidet, auf einen Referenzpunkt (R) auf einer diffus reflektierenden Referenzprobe (5) mit bekanntem Sollabstand f zum Referenzlaser (LR) gerichtet wird und die rückgestrahlte Referenzstrahlung (BR) mit einem zweiten Detektor (7) detektiert wird, und der Referenzabstand r zwischen Referenzpunkt (R) und Referenzlaser (LR) bestimmt wird, c) die Differenz zwischen dem Referenzabstand r und dem Sollabstand f bestimmt wird und von dem gemessenen Abstand h abgezogen wird, sodass man einen korrigierten Abstand d erhält, d) die Schritte a) bis c) für mindestens zwei Messpunkte und ebenso viele Referenzpunkte durchgeführt werden, und aus den mindestens zwei korrigierten Abständen die räumliche Position der mindestens zwei Messpunkte bestimmt wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Geometrie einer gekrümmten Glas- Scheibe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Geometrie einer gekrümmten Glas-Scheibe.
Im Fahrzeugbereich werden zunehmend hohe Anforderungen an die Geometrie der Fensterscheiben gestellt. Dies betrifft insbesondere die Krümmung der Fensterscheiben, die zu unerwünschten optischen Effekten führen kann, wenn sie von den spezifizierten Werten abweicht. Diese optischen Effekte können beispielsweise optische Verzerrungen bei Durchsicht durch die Fensterscheibe sein oder eine verzerrte Darstellung eines Head-Up- Displays.
Es besteht daher Bedarf an Verfahren zur genauen Messung der Krümmung von gebogenen Glasscheiben, die sich für eine industrielle Massenfertigung eignen. Insbesondere besteht Bedarf an solchen Messverfahren, die sich in industriell übliche Glasbiegeverfahren integrieren lassen. Komplexe Glasscheiben werden typischerweise in mehrstufigen Biegeverfahren gebogen, welche beispielsweise einen Schwerkraftbiegeschritt (Vorbiegung) gefolgt von einem Pressbiegeschritt (Endbiegung) umfassen. Lediglich beispielhaft sei auf EP1836136B1, FI912871A, US2004107729A1, EP0531152A2 und EP1371616A1 verwiesen. Mehrstufige Biegeverfahren können von einer Messung der Krümmung zwischen den Biegeschritten profitieren: die Parameter des nachfolgenden Biegeschritts können an die erreichte Vorbiegung angepasst werden, um eine Endbiegung zu erreichen mit einer verringerten Abweichung von den spezifizierten Krümmungswerten.
Es sind Laserverfahren zur Abstandsmessung bekannt, beispielsweise die Lasertriangulation. Dabei wird die von der Oberfläche des zu vermessenden Objekts reflektierte Laserstrahlung detektiert, wobei aus dem Winkel, unter dem der Lichtpunkt beobachtet wird, der Abstand gemessen wird. Durch Messung zweier oder mehrerer Punkte lassen sich durch solche Verfahren Rückschlüsse über deren relative Position und damit die Geometrie des Objekts ziehen. Ein solches Laserverfahren lässt sich prinzipiell auch gut in ein Biegeverfahren integrieren, weil kein direkter Kontakt zum Objekt erforderlich ist, sondern die Geometriemessung auf Abstand erfolgt. Allerdings setzen Lasertriangulation und ähnliche Verfahren eine diffuse Reflexion an der Oberfläche des Messobjekts voraus, die bei Glasscheiben nicht immer im erforderlichen Maß auftritt. Zudem findet das Biegen von Glasscheiben zum Teil bei Temperaturen von über 500 °C statt. Bei Messungen in heißer Atmosphäre führen Turbulenzen in der Ofenatmosphäre zu Ungenauigkeiten der Messung. Dies wird verursacht durch die Temperaturabhängigkeit des Brechungsindex der Luft.
US20100051817A1 , EP0747664A2, EP3786576A1 und DE202020104634U1 offenbaren Verfahren zur Messung der Geometrie einer gekrümmten Glasscheibe, bei denen Zinneinlagerungen, wie sie beispielsweise herstellungsbedingt bei Floatglas auftreten, mittels Laserstrahlung zur Fluoreszenz angeregt werden. Die räumliche Position der fluoreszierenden Flächen oder Punkte wird bestimmt, wodurch auf die Geometrie der Glasscheibe, insbesondere ihre Biegung geschlossen werden kann. Auch diese Verfahren leiden unter Ungenauigkeiten der Messung, die durch die heiße Atmosphäre in Glasbiegeöfen verursacht werden.
US2019302582A1 betrifft eine Messvorrichtung und ein Verfahren zur Fokussierung und Nivellierung für den Einsatz im Bereich der Photolithographietechnik.
US2008068620A1 betrifft ein Verfahren zur Messung der Durchbiegung einer Glastafel beim Biegen der Glastafel auf einer Ringform, wobei das Verfahren das Einrichten einer stationären oder ortsfesten Bezugsebene in Bezug auf die Ringform und die Messung der Durchbiegung an einem Messpunkt der Glastafel umfasst und die Messdaten zur Steuerung des Ablaufs des Biegeprozesses, insbesondere der Erwärmung der Glastafel oder des Abbruchs des Biegeprozesses, verwendet werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Geometrie einer gekrümmten Glasscheibe bei erhöhten Temperaturen bereitzustellen, die für eine industrielle Anwendung geeignet und einfach zu realisieren sind. Insbesondere soll das Verfahren in mehrstufige Biegeverfahren einfach integrierbar sein.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Messung der Geometrie einer gekrümmten Glas-Scheibe. Der Ausdruck „Geometrie“ bezieht sich hierbei auf die Krümmung der Scheibe. Man könnte daher auch von der Messung der Krümmung, der Krümmungsgeometrie, der gekrümmten Form oder des Krümmungsgrads sprechen. Die Glas-Scheibe weist eine erste Seite (I) und eine gegenüberliegende zweite Seite (II) auf. Zwischen der ersten Seite und der zweiten Seite erstreckt sich die umlaufende Kantenfläche (Seitenkante) der Scheibe.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders geeignet für die Durchführung in heißer Atmosphäre, das heißt bei Umgebungstemperaturen von mindestens 200°C, bevorzugt bei Temperaturen wie sie beim Glasbiegen innerhalb des Ofens oder zwischen zwei Öfen herrschen. Dies sind Temperaturen von mindestens 300 °C, bevorzugt von mindestens 400 °C, ganz besonders bevorzugt von mindestens 500 °C, beispielsweise etwa 650 °C. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass es auch bei solch hohen Temperaturen einsetzbar ist und präzise Ergebnisse liefert. Das Verfahren funktioniert auch bei niedrigeren Temperaturen. Die besonderen Vorteile kommen jedoch besonders bei hohen Temperaturen zum Tragen.
In Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Strahlung eines Messlasers mit einer ersten Wellenlänge
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auf einen Messpunkt auf der ersten Seite (I) der Glas-Scheibe gerichtet. Die zurückgestrahlte Strahlung wird dann mit einem ersten Detektor detektiert. Der Messlaser ist der Laser, der zur Bestrahlung eines zu vermessenden Messpunkts auf der ersten Seite der Glas-Scheibe eingesetzt wird. Der erste Detektor detektiert die zurückgestrahlte Strahlung als ortsabhängiges Signal. Mittels Lasertriangulation wird daraus der gemessene Abstand h zwischen dem Messpunkt und dem Laser bestimmt.
In Schritt b) wird die Strahlung eines Referenzlasers mit einer zweiten Wellenlänge XR auf einen Referenzpunkt auf einer diffus reflektierenden Referenzprobe mit bekannter Position gerichtet und die rückgestrahlte Referenzstrahlung wird als ortsaufgelöstes Referenzsignal mit einem zweiten Detektor detektiert. Da die Position der diffus reflektierenden Referenzprobe bekannt ist, ist auch der Sollabstand f zwischen dem Referenzlaser und dem Referenzpunkt bekannt. Mittels Triangulation wird der Referenzabstand r zwischen dem Referenzpunkt und dem Referenzlaser bestimmt.
Die zweite Wellenlänge unterscheidet sich von der ersten Wellenlänge, sodass auch die zurückgestrahlte Strahlung vom Messlaser sich von der zurückgestrahlten Referenzstrahlung vom Referenzlaser unterscheidet. Somit können die rückgestrahlte Strahlung vom Messpunkt und die rückgestrahlte Referenzstrahlung vom Referenzpunkt als differenzierte Signale detektiert werden, indem zwei unterschiedliche Wellenlängen detektiert werden. Der Referenzlaser ist der Laser, der zur Bestrahlung einer Referenzprobe verwendet wird.
In Schritt c) wird die Differenz zwischen dem Referenzabstand r und dem Sollabstand f bestimmt. Die Differenz wird verursacht durch störende Einflüsse der Umgebung wie Turbulenzen in der Ofenatmosphäre oder Vibrationen eines Fahrgestells. Daher wird die Differenz von dem gemessenen Abstand h abgezogen sodass man einen korrigierten Abstand d zwischen dem Laser und dem Messpunkt erhält. Die Idee hinter diesem Verfahren ist, dass zum Beispiel die Turbulenzen in der Ofenatmosphäre, die aufgrund der Temperaturabhängigkeit des Brechungsindex der Luft die zurückgestrahlte Strahlung beeinflussen, für den Referenzpunkt und für den Messpunkt die gleichen sind. Da die Position der Referenzprobe bekannt ist, kann die Differenz zwischen dem gemessenen Referenzabstand r und dem Sollabstand f zur Korrektur des gemessenen Abstands h verwendet werden.
In Schritt d) werden die Schritte a) bis c) für mindestens zwei Messpunkte und mindestens zwei Referenzpunkte durchgeführt. Die Anzahl der Messpunkte und der Referenzpunkte ist gleich. Man erhält dann pro Messpunkt einen korrigierten Abstand. Aus den mindestens zwei korrigierten Abständen wird die räumliche Position der mindestens zwei Messpunkte bestimmt. Die relative Position der mindestens zwei Messpunkte erlaubt eine Aussage über die Krümmungsgeometrie. Eine solche Aussage kann bereits auf Grundlage zweier Messpunkte getroffen werden. Durch Erhöhung der Anzahl der Messpunkte sind genauere Aussagen über die Scheibengeometrie möglich.
Die Bestimmung des gemessenen Abstands bzw. des gemessenen Referenzabstands erfolgt über das Verfahren der Lasertriangulation. Dies ist ein bekanntes Verfahren zur Abstandsbestimmung bei Raumtemperatur, dessen Messprinzip vielfach veröffentlicht wurde. Das Messprinzip wird zum Beispiel hier beschrieben: Laser triangulation: fundamental uncertainty in distance measurements, R.G. Dorsch, G. Häusler, J.M. Herrmann; Applied Optics, Vol. 33, No 7, 1306-1314. Dabei wird die von der Oberfläche des zu vermessenden Objekts zurückgestrahlte Laserstrahlung detektiert, wobei aus dem Winkel, unter dem der Lichtpunkt beobachtet wird, der Abstand gemessen wird. Durch Messung zweier oder mehrerer Punkte lassen sich durch solche Verfahren Rückschlüsse über deren relative Position und damit die Geometrie des Objekts ziehen. Der Abstand im Sinne der Erfindung bezeichnet die kürzeste Entfernung zwischen zwei Punkten im Raum.
Unter einem Punkt wird im Sinne der Erfindung ein Messpunkt gemäß einer näherungsweise punktförmig fokussierten Laserstrahlung (Laserpunkt, Laserspot) verstanden. Der Punkt ist also kein Punkt im mathematischen Sinne, sondern eine Fläche, die der Ausdehnung der punktartig fokussierten Laserstrahlung entspricht und daher vom fokussierenden optischen Element (Linse, insbesondere sphärische Sammellinse) abhängig ist. Diese Ausführungen sind zutreffend für den Messlaser und den Referenzlaser.
Die mindestens zwei Messpunkte in Schritt d) können diskret sein, also voneinander beabstandet, wobei zwischen den Messpunkten keine Laserstrahlung auf die Glasscheibe tritt. Die beiden diskreten Messpunkte können simultan bestrahlt werden. Das heißt, die Schritte a) bis c) werden gleichzeitig für mindestens zwei Messpunkte durchgeführt. Alternativ können die beiden diskreten Messpunkte sequentiell (also nacheinander) bestrahlt werden.
Es ist auch möglich, mit einem einzelnen Laserspot zu arbeiten, wobei eine Relativbewegung zwischen Laserstrahlung und Glas-Scheibe auftritt, so dass ein linienartiger Bereich der ersten Seite vom Laserspot überstrichen wird. Dann wird eine Vielzahl von Messpunkten sequentiell bestrahlt. Es kann alternativ aber auch simultan ein größerer Bereich bestrahlt werden, der dann eine Vielzahl von Messpunkten umfasst. So kann insbesondere mit einer Laserlinie, also einem linienartigen Strahlungsfokus gearbeitet werden. Eine solche Laserlinie kann als Vielzahl benachbarter Messpunkte aufgefasst werden. Anders ausgedrückt enthält eine Laserlinie eine Vielzahl von Messpunkten im Sinne der Erfindung. Die beschriebenen Varianten sind sowohl für den Messlaser als auch für den Referenzlaser anwendbar. Bevorzugt wird für den Messlaser die gleiche Variante gewählt wie für den Referenzlaser, damit die Korrektur des ortsaufgelösten Signals gelingt und die Anzahl der Referenzpunkte und die Anzahl der Messpunkte gleich ist.
Es werden bevorzugt für die wiederholte Durchführung von Schritt a) jeweils mehrere verschiedene Messlaser zur Messung von mehreren Messpunkten auf der Glasoberfläche verwendet werden. Beispielsweise können zwei Messlaser mit derselben ersten Wellenlänge verwendet werden zur Messung von zwei bestimmten Messpunkten auf der Glas-Scheibe. Alternativ bevorzugt wird ein einziger Messlaser verwendet, der nacheinander oder gleichzeitig auf mehrere Messpunkte fokussiert wird, wie oben beschrieben. Entsprechend werden bevorzugt für die wiederholte Durchführung von Schritt b) jeweils mehrere verschiedene Referenzlaser zur Messung von mehreren Referenzpunkten auf der Referenzprobe verwendet werden. Alternativ bevorzugt wird ein einziger Referenzlaser verwendet, der nacheinander oder gleichzeitig auf mehrere Referenzpunkte fokussiert wird.
Die Durchführung der Schritte a) und b) erfolgt möglichst zeitnah, bevorzugt zeitgleich, sodass die störenden Einflüsse auf den Messpunkt und auf den Referenzpunkt auf der Referenzprobe die gleichen sind. Bei einem sehr großen zeitlichen Abstand von zum Beispiel mehr als 5 Sekunden sind die Einflüsse der Umgebung auf den Messpunkt und auf den Referenzpunkt möglicherweise andere. Der maximale zeitliche Abstand hängt ab von den störenden Einflüssen der Umgebung, die korrigiert werden sollen. Bei einer Korrektur für die Vibrationen eines fahrenden Gestells ist der maximale zeitliche Abstand zum Beispiel abhängig von der Geschwindigkeit des Gestells.
Bevorzugt ist der zeitliche Abstand zwischen den Schritten a) und b) kleiner als 0,1 Sekunden, besonders bevorzugt kleiner als 0,01 Sekunde. Die Turbulenzen in der heißen Ofenatmosphäre führen zu sich schnell ändernden Bedingungen, sodass die Messung und Referenzmessung möglichst nahezu gleichzeitig durchgeführt werden.
Die Entfernung a zwischen einem Messpunkt auf der Glas-Scheibe und dem Referenzpunkt auf der diffus reflektierenden Referenzprobe sollte bevorzugt nicht zu groß sein, damit die Umgebungsbedingungen möglichst ähnlich sind, sodass die Korrektur des Signals erfolgreich durchgeführt werden kann. Die Entfernung a ist die kürzeste mögliche Verbindung im Raum zwischen dem Messpunkt auf der ersten Seite der Glas-Scheibe und dem Referenzpunkt. Die Entfernung a zwischen dem Messpunkt auf der Glas-Scheibe und dem Referenzpunkt auf der diffus reflektierenden Referenzprobe beträgt bevorzugt zwischen 1 mm und 30 mm, bevorzugt zwischen 5 mm und 20 mm.
Der Begriff Referenzprobe bezeichnet den Gegenstand, der diffus reflektiert, also zum Beispiel weiß gefärbt ist. Der Gegenstand ist bevorzugt aus einem hitzestabilen Material gefertigt. Der Gegenstand selbst kann jegliche geometrische Form haben wie zum Beispiel kreisförmig, rechteckig, streifenförmig oder dreieckig. Der Gegenstand kann an mehreren verschiedenen Stellen (Referenzpunkten) bestrahlt werden. Es können auch mehrere separate Gegenstände verwendet werden, sodass zur Korrektur verschiedener Messpunkte auch Referenzpunkte auf verschiedenen Referenzproben verwendet werden. Bevorzugt wird eine Referenzprobe verwendet, die für die wiederholte Durchführung in Schritt d) an verschiedenen Referenzpunkten bestrahlt wird.
Die Referenzprobe kann ortsfest an einer Stelle in der Umgebung der Glas-Scheibe zum Beispiel im Ofen angeordnet sein oder zum Beispiel direkt an einem beweglichen Träger, auf dem die Glas-Scheibe transportiert wird. Die Anordnung an dem Träger für die Glas- Scheibe ist besonders bevorzugt, weil in diesem Fall gleichzeitig eine Korrektur für unerwünschte Bewegungen des Trägers vorgenommen wird.
Je nach verwendetem Messlaser und Beschaffenheit der Glas-Scheibe wird die Strahlung des Messlasers an der ersten Seite der Glas-Scheibe diffus reflektiert oder die Strahlung des Messlasers regt Atome auf der ersten Seite zur Fluoreszenz an, sodass die rückgestrahlte Strahlung emittierte Fluoreszenzstrahlung ist.
Das Verfahren kann statisch durchgeführt werden. Damit wird eine Durchführung bezeichnet, bei der die Glas-Scheibe während der Messung ortsfest positioniert ist. Dabei kann auch die Laserstrahlung auf der Glas-Scheibe ortsfest sein. Ortsfest bedeutet, dass die Laserstrahlung nicht in Längen- oder Breitenrichtung der Glas-Scheibe bewegt wird. Es kann dabei mit mindestens zwei Laserspots für den Messlaser und / oder den Referenzlaser gearbeitet werden. Idealerweise wird eine Vielzahl von Messpunkten rasterartig über die Glas-Scheibe verteilt, um eine möglichst genaue Messung des Krümmungsprofils zu ermöglichen. Die Messpunkte können simultan mit mehreren Lasern oder der aufgeteilten Strahlung eines einzelnen Lasers vermessen werden oder sequentiell, das heißt nacheinander bevorzugt mit demselben Laser. Es kann auch eine Laserlinie verwendet werden, worunter eine linienartig fokussierte Laserstrahlung verstanden wird. Die Laserlinie erstreckt sich bevorzugt über die gesamte Breite der Glasscheibe (oder es werden kleinere Laserlinien mehrerer Laser verwendet, die einander benachbart sind, so dass insgesamt die gesamte Breite der Glasscheibe abgedeckt wird). Bevorzugt werden mehrere zueinander beabstandete und parallele Laserlinien verwendet. Die Messung mit zwei oder mehreren Laserspots führt zu zwei oder mehreren gemessenen Positionspunkten, die Messung mit einer oder mehrerer Laserlinien zu einem oder mehreren linienartigen Krümmungsprofilen (Profillinien, Linienprofile) entlang der Laserlinie(n). Bevorzugt werden der Referenzlaser und der Messlaser auf dieselbe Art verwendet. Das heißt zum Beispiel, wenn für den Messlaser eine Laserlinie genutzt wird, wird auch für den Referenzlaser eine Laserlinie verwendet. Bei der statischen Durchführung ist es aber auch möglich, die Laserstrahlung von Messlaser und / oder Referenzlaser über die Glasscheibe zu bewegen, insbesondere mittels einer geeigneten Laser-Scanvorrichtung, beispielsweise unter Verwendung zweier kippbarer Spiegel. Dabei kann mit einem einzelnen Laserspot gearbeitet werden, welcher bevorzugt über die gesamte Länge der Glasscheibe bewegt wird. Dies führt zur Messung eines Linienprofils. In einer vorteilhaften Ausführung werden mehrere Laserspots verwendet, die entlang einer Linie über die Breite der Glasscheibe verteilt angeordnet sind. Diese Messpunkte werden über die Glasscheibe bewegt, bevorzugt entlang der gesamten Länge der Glasscheibe. So können voneinander beabstandete Linienprofile der Krümmungsgeometrie bestimmt werden. Das Verfahren kann mit einer Laserlinie eines Lasers durchgeführt werden, welche bevorzugt die gesamte Breite der Glasscheibe abdeckt (oder mit kleineren Laserlinien mehrerer Laser, die einander benachbart sind, so dass insgesamt die gesamte Breite der Glasscheibe abgedeckt wird). Wird die Laserlinie dann über die gesamte Glasscheibe bewegt (senkrecht zu ihrer Erstreckungsrichtung), so kann ein kontinuierliches oder quasikontinuierliches Krümmungsprofil der gesamten Scheibe erstellt werden.
Bei der statischen Durchführung hat die Variante mit ortsfester Laserstrahlung den Vorteil, dass sie ohne eine komplexe und potentiell störungsanfällige Scanvorrichtung auskommt. Die Variante mit bewegter Laserstrahlung hat dagegen den Vorteil, dass sie mit einer geringeren Anzahl an Lasern (beziehungsweise mit einem geringeren technischen Aufwand zur Aufteilung der Laserstrahlung) zu einem genauen Messergebnis kommt.
Das Verfahren kann alternativ zur statischen Durchführung auch als Durchlaufverfahren durchgeführt werden, wobei die Glasscheibe unter der Laserstrahlung bewegt wird. Darunter wird eine Bewegung der Glasscheibe verstanden, wobei die Laserstrahlung bevorzugt ortsfest verbleibt (also auf denselben Punkt oder dieselbe Fläche im Raum gerichtet ist), so dass die Scheibenoberfläche von der Laserstrahlung überstrichen wird. Wird die Glasscheibe unter der Laserstrahlung bewegt, so überstreicht die Laserstrahlung die Glasscheibe entlang ihrer gesamten Länge. Unter der Länge wird dabei die Dimension in Bewegungsrichtung (Transportrichtung) der Glasscheibe bezeichnet. Während der Bewegung der Glasscheibe unter der Laserstrahlung wird die rückgestrahlte Strahlung und die rückgestrahlte Referenzstrahlung mittels des ersten und zweiten Detektors detektiert und jeweils der gemessene Abstand h und der Referenzabstand r bestimmt. Nach der Korrektur des gemessenen Abstands h mit der Differenz zwischen dem Referenzabstand r und dem Sollabstand f, kann die räumliche Position des bestrahlten Bereichs ortsabhängig entlang des von Laserstrahlung überstrichenen Bereichs bestimmt werden. Die möglichen Ausgestaltungen der Laserstrahlung (LaserfokusAfoki) entspricht dabei denjenigen der statischen Durchführung mit bewegter Laserstrahlung. Es kann also für Messlaser und Referenzlaser jeweils ein einzelner Laserspot verwendet werden (Messung einer Profillinie), mehrere entlang einer Linie über die Breite der Glasscheibe verteilte Laserspots (Messung mehrerer paralleler Profillinien) oder eine Laserlinie, welche sich bevorzugt über die gesamte Breite der Glasscheibe erstreckt (Messung eines kontinuierlichen oder quasikontinuierlichen Gesamtkrümmungsprofils).
Auch bei der Durchführung des Verfahrens als Durchlaufverfahren kann ein beweglicher Laserstrahl angewendet werden, beispielsweise um mit demselben Laser mehrere bezogen auf die Transportrichtung nebeneinanderliegende Profillinien zu vermessen oder um den Laserstrahl während der Bewegung der Scheibe senkrecht zur Transportrichtung zu scannen, um Profillinien senkrecht zur Transportrichtung (entlang der Breite der Scheibe) zu vermessen, wodurch ein kontinuierliches oder quasikontinuierliches Krümmungsprofil der gesamten Scheibe zugänglich ist.
Die Ausführung im Durchlaufverfahren ist gegenüber der statischen Ausführung bevorzugt, weil sie sich besonders gut in industrielle Prozesse integrieren lässt, insbesondere in mehrstufige Biegeverfahren, wo die Glasscheibe typischerweise von einer ersten Biegestation zu einer zweiten Biegestation bewegt wird. Sollte ein Durchlaufverfahren nicht realisiert werden können, beispielsweise, weil die Glasscheibe während des Transports zu sehr wackelt, so kann der Transport auch gestoppt werden und das Verfahren statisch durchgeführt werden.
Der Messlaser und / oder der Referenzlaser können / kann gepulst oder im Dauerstrichmodus betrieben werden. Gepulste Laser sind bevorzugt, weil sie kostengünstiger erhältlich sind, insbesondere im UV-C-Bereich. Dabei sollte bevorzugt mit einer hohen Pulsrate (Pulsfolgefrequenz) gearbeitet werden, um schnelle Messungen zu ermöglichen. Die Pulsrate beträgt beispielsweise mindestens 100 Hz, bevorzugt mindestens 1 kHz.
Der Messlaser und der Referenzlaser sind nicht auf eine bestimmte Bauart beschränkt. Es kann beispielsweise ein „frequenzverdreifachter“ (355 nm; Summenfrequenzmischung der Fundamentalstrahlung mit der frequenzverdoppelten Strahlung; dritte Harmonische) oder zweifach frequenzverdoppelter (266 nm; vierte Harmonische; Frequenzverdopplung der zweiten Harmonischen) Nd:YAG-Laser verwendet werden, der für industrielle Anwendungen verbreitet ist (Fundamentalstrahlung 1064 nm). Alternativ eignet sich ein Yb:YAG-Laser (Fundamentalstrahlung 1030 nm), der ebenfalls verbreitet ist. Aber auch andere Laserarten können eingesetzt werden, beispielsweise Diodenlaser, Excimerlaser oder Farbstofflaser.
Bei Durchlaufverfahren beträgt die Bewegungsgeschwindigkeit der Glasscheibe bevorzugt von 0,5 m/s bis 5 m/s, besonders bevorzugt von 1 m/s bis 2 m/s. Solche Bewegungsgeschwindigkeiten sind bei industriellen Biegeverfahren üblich. Wird das Verfahren statisch mit bewegter Laserstrahlung durchgeführt, so beträgt die Bewegungsgeschwindigkeit der Laserstrahlung (Scangeschwindigkeit) bevorzugt von 5 m/s bis 20 m/s. So lässt sich mit geringem Zeitaufwand eine Geometriemessung durchführen.
Die minimale Ausdehnung des Fokus der Laserstrahlung von Messlaser und Referenzlaser (also der Durchmesser eines Laserspots oder die Linienbreite einer Laserlinie) betragen bevorzugt von 0,2 mm bis 1 mm, besonders bevorzugt von 0,3 mm bis 0,7 mm. Dieser Bereich ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf Strahlungsintensität und Auflösungsvermögen.
Die Laserstrahlung trifft bevorzugt im Wesentlichen senkrecht auf die Glas-Scheibe. Damit ist gemeint, dass die optische Achse (also die Ausbreitungsrichtung der Laserstrahlung) parallel zur Flächennormalen im geometrischen Zentrum der gekrümmten Glas-Scheibe verläuft. Der erste und zweite Detektor sind bevorzugt auf der gleichen Seite der Glas- Scheibe angeordnet, wobei die Detektionsrichtung typischerweise einen Winkel zwischen 0° und 90° zur Flächennormalen im geometrischen Zentrum einschließt, beispielsweise von 20° bis 70°. Die senkrechte Bestrahlung ist bevorzugt, da die gekrümmte Geometrie der Scheibe mitunter eine spezielle Auslegung der Fokusanordnung erfordert, was in diesem Falle einfacher zu bewerkstelligen ist. Dies ist insbesondere der Fall bei Verwendung von Laserstrahlung mit linienförmigem Fokus (Laserlinie).
Der erste Detektor und / oder der zweite Detektor sind bevorzugt eine Photodiode, ein Photomultiplier oder ein ortsaufgelöster Photodetektor, beispielsweise ein CCD (charge- coupled device)-Sensor oder CMOS (complementary metal-oxide semiconductur)-Sensor oder ein Photodioden-Array. Diese Detektoren detektieren ein ortsaufgelöstes Signal. Dieses ortsaufgelöste Signal wird genutzt, um über Triangulation den Abstand von Messpunkt zu Laser und / oder Detektor zu bestimmen.
Die Geometrie der Glas-Scheibe kann auf verschiedene Arten mittels der rückgestrahlten Strahlung bestimmt werden. Grundsätzlich kann die Strahlung des mindestens einen Messlasers auf die erste Seite fokussiert werden, so dass mindestens zwei Messpunkte simultan bestrahlt werden. Als erster Detektor wird beispielsweise eine CCD- oder CMOS- Kamera verwendet. Entsprechend kann die Strahlung des mindestens einen Referenzlasers auf die erste Seite fokussiert werden, sodass mindestens zwei Referenzpunkte simultan bestrahlt werden. Als zweiter Detektor wird beispielsweise eine zweite CCD- oder CMOS- Kamera verwendet werden oder dieselbe Kamera verwendet, die die rückgestrahlte Strahlung und die rückgestrahlte Referenzstrahlung gleichzeitig detektieren kann.
Die jeweilige Kamera zeichnet die für jeden Messpunkt und Referenzpunkt ein ortsaufgelöstes Signal auf, aus dem mittels Triangulation der Abstand der Messpunkte und Referenzpunkte von der Kamera / von dem Laser bestimmt wird. Der zur Berechnung der Abstände erforderliche Prozessor ist bevorzugt in der Kamera integriert, kann aber auch in einen mit der Kamera verbundenen Rechner integriert sein.
Mit der jeweiligen Kamera kann die rückgestrahlte Strahlung der mindestens zwei Messpunkte simultan detektiert werden. Dadurch ist die Position der mindestens zwei Messpunkte bestimmbar, insbesondere ihre relative Position zueinander, was eine Aussage über die Krümmung der Glasscheibe erlaubt.
Beim vorstehend beschriebenen Verfahren trifft die Laserstrahlung bevorzugt im Wesentlichen senkrecht auf die Glasscheibe, dies ist aber nicht zwingend erforderlich. Die Laserstrahlung kann grundsätzlich mit jedem beliebigen Winkel zur Flächennormalen (im geometrischen Zentrum der Glasscheibe) von 1° bis 90° auf die Glas-Scheibe treffen. Entscheidend ist der Winkel zwischen der Strahlung des auf die erste Scheibe gerichteten Lasers (Anregungsstrahlengang) und der detektierten rückgestrahlten Strahlung (Detektionsstrahlengang). Je größer dieser Winkel ist, desto besser die Auflösung des Messverfahrens. Der Winkel zwischen Anregungsstrahlengang und dem Detektionsstrahlengang beträgt bevorzugt von 10° bis 170° und kann vom Fachmann den Erfordernissen und Beschränkungen im Anwendungsfall entsprechend gewählt werden.
Das vorstehend beschriebene Verfahren kann statisch, also mit ortsfester Glasscheibe, oder in einem Durchlaufverfahren durchgeführt werden. Bei der statischen Durchführung können zwei oder mehrere voneinander getrennte Messpunkte (Laserspots) verwendet werden, die die Scheibe simultan bestrahlen, oder eine oder mehrere Laserlinien, die sich idealerweise über die gesamte Länge oder Breite der Glasscheibe erstrecken. Die Laserstrahlung kann auch über die ortsfeste Glasscheibe bewegt werden, um zu einer genaueren Messung zu gelangen. So können zwei oder mehrere voneinander getrennte Messpunkte über die Breite der Glasscheibe verteilt sein (entlang einer Linie, die sich entlang der Breitendimension der Scheibe erstreckt) und über die Länge der Glasscheibe bewegt werden. Ebenso kann eine Laserlinie verwendet werden, die sich über die Breite der Glasscheibe erstreckt und über die Länge der Glasscheibe bewegt wird. Durch fortlaufende Messung mit einem Detektor erhält man so parallele Linienprofile entlang der Länge der Glasscheibe (im Falle der getrennten Messpunkte) oder ein Gesamtprofil in der Längen- und Breitendimension (im Falle der Laserlinie). Bei einer Durchführung im Durchlaufverfahren können ebenfalls zwei oder mehrere voneinander getrennte Messpunkte über die Breite der Glasscheibe verteilt sein oder eine Laserlinie verwendet werden. Die Beobachtungen entsprechen der statischen Durchführung mit bewegter Laserstrahlung, wobei die Relativbewegung hier durch die Bewegung der Glasscheibe unter der ortsfesten Laserstrahlung erfolgt. Das Durchlaufverfahren ist bevorzugt, weil es sich vorteilhaft in industrielle Verfahren, insbesondere Biegeverfahren integrieren lässt, wo die Glasscheiben typischerweise zwischen den einzelnen Biegestationen bewegt werden.
Bei Durchführungen mit einer Relativbewegung zwischen Scheibe und Laserstrahlung wird mit Länge die Dimension in Bewegungsrichtung bezeichnet, mit Breite die Dimension senkrecht dazu. Bei rein statischen Durchführungen sind die Begriffe Länge und Breite austauschbar.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt a) die Strahlung des Messlasers mit der ersten Wellenlänge von der ersten Seite der Glas-Scheibe reflektiert. In diesem Fall wird als zurückgestrahlte Strahlung die reflektierte Strahlung mit dem ersten Detektor detektiert. Die Messung erfordert keinen direkten Kontakt zur Glasscheibe, sondern erfolgt mit relativ großem Abstand und ist für Durchlaufverfahren geeignet. Dadurch lässt sich das Verfahren gut in industrielle Biegeverfahren integrieren.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt a) als zurückgestrahlte Strahlung Fluoreszenzstrahlung detektiert, die von der ersten Seite emittiert wird. Fensterscheiben werden üblicherweise im verbreiteten Floatglasverfahren hergestellt. Dabei wird die Glasschmelze auf ein Bad aus flüssigem Zinn geleitet, wo sie zu einer Glasschicht aushärtet, die anschließend in Glasscheiben zerteilt wird. Eine zwangsläufige Folge dieses Verfahrens ist, dass die beiden Oberflächen der Glasscheibe nicht identisch sind. Man unterscheidet zwischen der Zinnbadseite, die direkten Kontakt zum Zinnbad hatte, und der gegenüberliegenden Atmosphärenseite. Der Unterschied beruht unter anderem darauf, dass Zinnatome während des Aushärtens der Glasscheibe vom Zinnbad in die Glasoberfläche hinein diffundieren. Diese Zinnreste können zur Fluoreszenz angeregt werden und die diffuse Fluoreszenzstrahlung kann genutzt werden, um die relative Position verschiedener Messpunkte auf der Glasoberfläche und damit die Krümmungsgeometrie der Glasscheibe zu bestimmen. Im Gegensatz zu direkt reflektierter Laserstrahlung ist die Fluoreszenzstrahlung nicht kohärent, so dass keine störenden Interferenzeffekte („Speckle“, Lasergranulation) zu erwarten sind. Die Messung erfordert keinen direkten Kontakt zur Glasscheibe, sondern erfolgt mit relativ großem Abstand und ist für Durchlaufverfahren geeignet. Dadurch lässt sich das Verfahren gut in industrielle Biegeverfahren integrieren. Das sind große Vorteile der vorliegenden Erfindung.
Gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform ist die Glas-Scheibe eine Floatglas- Scheibe und die erste Seite ist die Zinnbadseite der Floatglas-Scheibe und die zweite Seite ist die Atmosphärenseite der Floatglas-Scheibe. Dabei wird diejenige Oberfläche der Scheibe, die beim Floatverfahren mit dem Zinnbad in Kontakt stand, als Zinnbadseite bezeichnet. Die der Zinnbadseite gegenüberliegende Oberfläche, die beim Floatverfahren mit der umgebenden Atmosphäre in Kontakt stand, wird als Atmosphärenseite bezeichnet. Zwischen der Zinnbadseite und der Atmosphärenseite erstreckt sich die umlaufende Kantenfläche (Seitenkante) der Scheibe.
Gemäß der zweiten Ausführungsform wird eine gekrümmte Floatglas-Scheibe vermessen. Zur Messung der Geometrie wird die Strahlung des Messlasers auf einen Messpunkt auf der Zinnbadseite gerichtet oder fokussiert. Dadurch werden Zinnreste, die auf der Zinnbadseite abgelagert sind oder über die Zinnbadseite unter die Scheibenoberfläche diffundiert sind, zur Fluoreszenz angeregt (laserinduzierte Fluoreszenz). Der Messlaser ist hierfür geeignet ausgewählt. Die emittierte Fluoreszenzstrahlung ist die vom Messpunkt zurückgestrahlte Strahlung und wird mittels des ersten Detektors (Photodetektor) detektiert.
Der Messlaser muss zur Fluoreszenzanregung der Zinnreste in oder auf der Glasscheibe geeignet sind. Hierzu eignen sich insbesondere Laser, deren Strahlung eine Wellenlänge im UV-Spektralbereich von höchstens 360 nm aufweist. Besonders bevorzugt wird Strahlung im UV-Bereich von 240 nm bis 355 nm verwendet, ganz besonders bevorzugt von 240 nm bis 300 nm, insbesondere im UV-C-Bereich von 240 nm bis 280 nm. Bei Wellenlängen in den genannten Bereichen weisen die Zinnreste eine ausreichend hohe Fluoreszenzquantenausbeute auf, so dass die Fluoreszenzstrahlung als Grundlage für eine Geometriemessung verwendet werden kann. Bei Wellenlängen kleiner 240 nm ist die Fluoreszenzquantenausbeute der Zinnreste zwar noch höher, jedoch können mitunter störende Effekte auftreten, wie eine geringe Lebensdauer der Komponenten, die Bildung von Ozon im Biegeofen, eine hohe Absorption der Floatglas-Scheibe und der Bedarf an großen und teuren Excimerlasern.
Als Referenzlaser eignen sind in diesem Fall zum Beispiel grüne (490 nm bis 575 nm, zum Beispiel 532 nm) oder rote (635 nm - 750 nm, zum Beispiel 650 nm) Referenzlaser, weil diese kostengünstig verfügbar sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Geometriemessung ist in einer bevorzugten Ausführung in ein mehrstufiges Biegeverfahren integriert. Es wird dabei zwischen zwei Biegeschritten durchgeführt. Das Verfahren wird bevorzugt als Durchlaufverfahren durchgeführt, während die Glasscheibe von einer ersten Biegestation zu einer zweiten Biegestation transportiert wird. Die Glasscheibe kann dabei beispielsweise direkt auf einem Fördersystem aufliegen, beispielsweise einem Rollen- oder Bandfördersystem, oder auf einer Trägerform, welche ihrerseits beispielsweise durch ein Rollen-, Schienen- oder Bandfördersystem bewegt wird. In der ersten Biegestation wird ein erster Biegeschritt durchgeführt, in der zweiten Biegestation ein zweiter Biegeschritt. Beispielsweise kann es sich beim ersten Biegeschritt um ein Schwerkraftbiegen handeln, mit dem eine Vorbiegung der Glasscheibe erreicht wird, und beim zweiten Biegeschritt um ein Press- und/oder Saugbiegen, mit dem die endgültige Form der Scheibe erreicht wird (Endbiegung). Solche mehrstufigen Biegeverfahren sind typischerweise einer nicht unerheblichen Streuung hinsichtlich der Scheibengeometrie unterworfen. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zwischen den beiden Biegeschritten hat den Vorteil, dass das Ausmaß der Vorbiegung bestimmt werden kann. Bevorzugt werden dann in Abhängigkeit von der gemessenen Vorbiegung die Parameter des nachfolgenden Biegeschritts angepasst (beispielsweise Biegetemperatur oder Pressdruck), um die Abweichung von der spezifizierten Scheibenform und die Streuung der endgebogenen Scheiben zu verringern.
Bei der Anwendung in Biegeverfahren kann die thermische Strahlung der Biegeöfen die Messung stören. Daher wird in einer vorteilhaften Ausführung zur Detektion der Fluoreszenzstrahlung mittels des ersten Detektors ein optischer Filter verwendet, der Strahlung blockt, welche langwelliger ist als seine Filterkante. Diese Filterkante des optischen Filters liegt bevorzugt bei höchstens 600 nm, besonders bevorzugt von 500 nm bis 600 nm. Damit wird bei der Detektion von Fluoreszenzstrahlung der Zinnseite einer Floatglasscheibe die Fluoreszenz der Zinnreste größtenteils transmittiert und die thermische Strahlung üblicher Biegeöfen überwiegend herausgefiltert. Bei Detektion von reflektierter Strahlung als rückgestrahlter Strahlung wird bevorzugt ebenfalls ein geeigneter Bandpassoder Hochpass-Filter eingesetzt, der auf den eingesetzten Laser abgestimmt ist und dessen Wellenlänge passieren lässt. Der optische Filter ist zwischen Glasscheibe und erstem Detektor im Strahlengang des ersten Detektors angeordnet, so dass die durch den ersten Detektor aufgenommene Strahlung zunächst durch den Filter verläuft. Als optischer Filter kann ein Hochpassfilter oder ein Bandpassfilter verwendet werden. Ein Hochpassfilter weist eine Filterkante auf, wobei langwelligere Strahlung geblockt und kurzwelligere Strahlung transmittiert wird. Ein Bandpassfilter weist zusätzlich eine weitere Filterkante bei kürzeren Wellenlängen auf, wobei kurzwelligere Strahlung geblockt wird. Der Bandpassfilter lässt also nur Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen den beiden Filterkanten passieren. Statt eines Bandpassfilters kann auch eine Kombination eines Hochpassfilters und einer Tiefpassfilters verwendet werden. Auf den optischen Filter kann verzichtet werden, wenn der erste Detektor nur im relevanten Spektralbereich empfindlich ist und für störende Strahlung nicht empfindlich ist. Insbesondere Photodioden können derart ausgelegt werden.
Biegeverfahren für Bestandteile von Verbundscheiben wie beispielsweise Windschutzscheiben werden mitunter derart durchgeführt, dass die beiden Einzelscheiben, die später miteinander verbunden werden sollen, aufeinanderliegend simultan kongruent gebogen werden. Dadurch soll die Form der Einzelscheiben besonders gut aufeinander abgestimmt werden. Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass das Messverfahren auch auf zwei aufeinanderliegende Glasscheiben angewendet werden kann, und ihre Geometrie zeitgleich gemessen werden kann.
Bei der Durchführung gemäß der zweiten Ausführungsform tritt die anregende Laserstrahlung durch die Scheiben hindurch und kann Fluoreszenz auf beiden Zinnbadseiten anregen. Die Zinnbadseiten der beiden Scheiben sind dabei bevorzugt voneinander abgewandt.
Bei der Durchführung gemäß der ersten Ausführungsform kann die Reflektion der Strahlung des Messlasers an pulverförmigem Trennmittel detektiert werden, das sich zwischen zwei aufeinanderliegenden Glas-Scheiben auf der ersten Seite einer der beiden Glasscheiben befindet.
Die Erfindung umfasst auch ein Biegeverfahren mit mindestens folgenden Verfahrensschritten:
1. Vorbiegung einer Glas-Scheibe in einem ersten Biegeschritt
2. Messung der Geometrie der Glas-Scheibe mit dem erfindungsgemäßen Verfahren,
3. Biegung der Glas-Scheibe in einem zweiten Biegeschritt, dessen Parameter bevorzugt an die gemessene Vorbiegung angepasst werden.
Vor dem ersten oder nach dem zweiten Biegeschritt können optional weitere Biegeschritte erfolgen.
Die Erfindung umfasst außerdem eine Vorrichtung zur Messung der Geometrie einer gekrümmten Glas-Scheibe, welche eine erste Seite und eine zweite Seite aufweist, umfassend
- einen Messlaser mit einer ersten Wellenlänge, dessen Strahlung auf mindestens zwei Messpunkte auf der ersten Seite der Glasscheibe gerichtet werden kann,
- einen auf die mindestens zwei Messpunkte gerichteten ersten Detektor, der geeignet ist, die rückgestrahlte Strahlung zu detektieren,
- einen Referenzlaser mit einer zweiten Wellenlänge, die sich von der ersten Wellenlänge unterscheidet, dessen Strahlung auf mindestens zwei Referenzpunkte auf einer diffus reflektierenden Referenzprobe mit bekannter Position gerichtet werden kann,
- einen auf die mindestens zwei Referenzpunkte gerichteten zweiten Detektor, der geeignet ist, die rückgestrahlte Referenzstrahlung zu detektieren,
- eine Auswerteeinheit, die geeignet ist, aus den korrigierten Abständen d für die mindestens zwei Messpunkte die räumliche Position der mindestens zwei Messpunkte zu bestimmen.
Aus der vom ersten Detektor detektierten rückgestrahlten Strahlung wird mittels Triangulation der jeweilige gemessene Abstand h zwischen den entsprechenden Messpunkten und dem Laser bestimmt. Dies erfolgt bevorzugt in einer ersten Auswerteeinheit zur Abstandsberechnung, die direkt mit dem ersten Detektor verbunden ist. Der Detektor ist dann mit einem Prozessor verbunden, der direkt den gemessen Abstand h berechnet. Alternativ kann die Ermittlung des gemessenen Abstands h in einer separaten ersten Auswerteeinheit erfolgen, wie in einem nachgeschalteten Rechner. Die Auswerteeinheit ist geeignet die räumliche Position der mindestens zwei Messpunkte zu bestimmen. Hiermit ist gemeint, dass die Auswerteeinheit derart konfiguriert ist, dass sie Schritte a) bis d) des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführen kann.
Entsprechend wird aus der vom zweiten Detektor detektierten rückgestrahlten Referenzstrahlung mittels Triangulation der jeweilige gemessene Referenzabstand r zwischen den einzelnen Referenzpunkten und dem Laser bestimmt. Dies erfolgt bevorzugt in einer zweiten Auswerteeinheit zur Abstandsberechnung, die direkt mit dem zweiten Detektor verbunden ist. Der Detektor ist dann mit einem Prozessor verbunden, der direkt den gemessenen Referenzabstand r berechnet. Alternativ kann die Ermittlung des gemessenen Referenzabstand r in einer separaten zweiten Auswerteeinheit erfolgen, wie zum Beispiel in einem nachgeschalteten Rechner.
Die vorstehenden Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelten für die erfindungsgemäße Vorrichtung entsprechend.
Da das Verfahren bevorzugt als Durchlaufverfahren durchgeführt wird, umfasst die Vorrichtung bevorzugt Mittel zum Bewegen der Scheibe. Die Mittel sind geeignet, die Glas- Scheibe unter der Laserstrahlung zu bewegen, so dass die Glasscheibe bevorzugt entlang ihrer gesamten Länge (in Bewegungsrichtung) mit der Laserstrahlung beaufschlagt wird.
Die Erfindung umfasst ferner eine Vorrichtung zum Biegen von Glas-Scheiben, umfassend eine erste Biegestation eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung der Geometrie der Glas-Scheibe, eine zweite Biegestation,
Mittel zum (insbesondere kontinuierlichen) Bewegen der Glas-Scheibe von der ersten Biegestation durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zur zweiten Biegestation.
Die Bewegungsmittel können beispielsweise als Schienen-, Rollen- oder Bandfördersystem ausgebildet sein. Die Glas-Scheibe kann direkt auf dem Fördersystem aufliegen (insbesondere bei Rollen- oder Bandfördersystem) oder auf einer Trägerform aufliegen. Die Trägerform ist insbesondere als sogenannte Rahmenform ausgebildet mit einer rahmenartigen Kontaktfläche, auf der ein umlaufender Randbereich der Glas-Scheibe aufliegt, während der Großteil der Glas-Scheibe keinen direkten Kontakt zur Trägerform aufweist. Die Glas-Scheibe ist bevorzugt eine Floatglas-Scheibe und besteht bevorzugt aus Kalk- Natron-Glas, wie es für Fensterscheiben üblich ist. Die Dicke der Glas-Scheibe kann den Anforderungen im Einzelfall entsprechend frei gewählt werden. Typische Dicken liegen im Bereich von 1 mm bis 20 mm, insbesondere 1,5 mm bis 5 mm.
Die Glas-Scheibe wird bevorzugt als Fahrzeugscheibe verwendet oder als Bestandteil einer solchen, insbesondere als Windschutzscheibe, Seitenscheibe, Heckscheibe oder Dachscheibe eines Kraftfahrzeugs oder als Bestandteil einer solchen (im Falle von Verbundscheiben). Die Glas-Scheibe wird besonders bevorzugt verwendet als Windschutzscheibe eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, wo besonders hohe Anforderungen an die optische Qualität gestellt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dabei besonders vorteilhaft, weil es die Herstellung von Glasscheiben mit besonders abweichungsarmer Krümmungsgeometrie ermöglicht, wodurch störende optische Effekte wie Verzerrungen verringert werden.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung und nicht maßstabsgetreu. Die Zeichnung schränkt die Erfindung in keiner Weise ein. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Glas-Scheibe während einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Messung eines Abstands mittels Triangulation, Fig. 3 Draufsichten auf Glas-Scheiben bei verschiedenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messung ihrer Geometrie,
Fig. 4 ein Diagramm der Fluoreszenzquantenausbeute der Zinnreste,
Fig. 5 Spektren der Fluoreszenzstrahlung einer Floatglas-Scheibe und der Wärmestrahlung eines Biegeofens,
Fig. 6 einen Querschnitt durch eine Biegevorrichtung mit integrierter erfindungsgemäßer Messvorrichtung und
Fig. 7 einen schematischen Querschnitt durch eine Floatglas-Scheibe.
Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch eine gekrümmte Glas-Scheibe 1 während einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Strahlung eines Messlasers L und die Strahlung eines Referenzlasers LR sind jeweils als Laserspot 2 auf die erste Seite I beziehungsweise auf die Referenzprobe 5 gerichtet. Der Messlaser L hat eine erste Wellenlänge und der Referenzlaser LR hat eine zweite Wellenlänge XR, die sich von der ersten Wellenlänge
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unterscheidet. Die Strahlung des Messlasers L wird auf einen Messpunkt P gerichtet und von dort zurückgestrahlt als rückgestrahlte Strahlung B. Die rückgestrahlte Strahlung B ist je nach Beschaffenheit der Glas-Scheibe und der Wellenlänge des Lasers L emittierte Fluoreszenzstrahlung oder an der ersten Seite reflektierte Strahlung. Die rückgestrahlte Strahlung B trifft auf einen ersten Detektor 6 und wird dort als ortsaufgelöstes Signal detektiert. Die Strahlung des Referenzlasers LR wird auf einen Referenzpunkt R gerichtet, der sich auf einer diffus reflektierenden Referenzprobe 5 befindet. Die Referenzprobe hat eine bekannte Position. Die Strahlung des Referenzlasers LR wird an der Referenzprobe diffus reflektiert als rückgestrahlte Referenzstrahlung BR. Die rückgestrahlte Referenzstrahlung BR wird als ortsaufgelöstes Referenzsignal mit einem zweiten Detektor detektiert. Der erste Detektor und der zweite Detektor sind in diesem Fall ein CCD (charge-coupled device)-Farbsensor, der die rückgestrahlte Strahlung B und die rückgestrahlte Referenzstrahlung BR als getrennte Signale detektiert. Der CCD-Farbsensor ist mit einer Auswerteeinheit zur Abstandsberechnung verbunden, die die Bestimmung des gemessenen Abstands h zwischen dem Messpunkt und dem Laser vornimmt sowie die Berechnung des gemessenen Referenzabstands r zwischen dem Referenzpunkt und dem Referenzlaser vornimmt. Dies erfolgt über das bekannte Verfahren der Lasertriangulation. Anschließend wird eine Korrektur für störende Einflüsse der Umgebung vorgenommen. Dazu wird die Differenz zwischen dem gemessenen Referenzabstand r und dem bekannten Sollabstand f bestimmt und diese Differenz von dem gemessenen Abstand h abgezogen, sodass man den korrigierten Abstand d erhält als d = h - (r - f).
Die beschriebenen Schritte werden dann wiederholt für mehrere Messpunkte P und mehrere Referenzpunkte R. Die Anzahl der Messpunkte P ist jeweils die gleiche wie die der Referenzpunkte R. Mittels einer Auswerteeinheit kann dann aus den korrigierten Abständen d für die mindestens zwei Messpunkte die räumliche Position der mindestens zwei Messpunkte bestimmt werden.
Die Entfernung a zwischen dem Messpunkt P auf der Glas-Scheibe und dem Referenzpunkt R auf der diffus reflektierenden Referenzprobe 5 beträgt zum Beispiel etwa 5 mm. So ist sichergestellt, dass die Umgebungsbedingungen für den Messpunkt und den Referenzpunkt ähnlich sind. So wird mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens sichergestellt, dass die Turbulenzen im heißen Ofen das Messergebnis nicht beeinflussen. Die mindestens zwei Messpunkte können simultan bestrahlt werden oder auch sequentiell vermessen werden, beispielsweise mit demselben Laser L, der nacheinander auf die beiden Messpunkte gerichtet wird. Entsprechend werden auch mehrere Referenzpunkte bestrahlt, die entweder auf derselben Referenzprobe angeordnet sind oder die sich auf mehreren Referenzproben angeordnet sind. Der Einfachheit halber ist das Verfahren mit nur einem Messpunkt dargestellt. Eine Erhöhung der Anzahl der Laserspots 2 ermöglicht eine genauere Vermessung der Krümmungsgeometrie. Beispiele für die Anordnung von Messpunkten und Referenzpunkten sind in Figur 3 dargestellt.
Die Ausführung kann statisch mit ortsfester Glas-Scheibe 1 (sowohl rein statisch als auch statisch mit bewegter Laserstrahlung) oder als Durchlaufverfahren erfolgen. Bei der statischen Durchführung mit bewegter Laserstrahlung und der Durchführung als Durchlaufverfahren mit bewegter Scheibe ist ein einzelner Laserspot 2 für den Messlaser und den Referenzlaser ausreichend, der die Glas-Scheibe 1 überstreicht und dabei eine Vielzahl von Messpunkten entlang einer Linie vermisst. Durch mehrere Laserspots 2 (mehrere Messlinien) kann die Genauigkeit erhöht werden. Die Durchführung erfolgt für Messlaser und Referenzlaser möglichst gleich.
Figur 2 zeigt schematisch die Bestimmung von zwei gemessenen Abständen hi und h2 jeweils zwischen zwei Messpunkten P1 und P2 und dem Messlaser L. Der Messlaser ist auf die Messpunkte P1 und P2 gerichtet, die sich in unterschiedlichem Abstand hi bzw. h2 vom Laser befinden. Ein erster Detektor 6 ist so ausgerichtet, dass er die von den Messpunkten P1 und P2 zurückgestrahlte Strahlung detektiert und dabei als ortsaufgelöstes Signal detektiert. Dabei wird zudem der Winkel a bzw. ß bestimmt, unter dem die zurückgestrahlte Strahlung auf den Detektor 6 trifft. Aus dem Winkel und der bekannten Entfernung zwischen dem Laser L und dem Detektor 6 lässt sich der Abstand hi bzw. h2 bestimmen. Die so gemessenen Abstände werden gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren korrigiert mithilfe der parallel durchgeführten Messung für die Referenzprobe.
Figur 3 zeigt verschiedene Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Draufsicht auf eine Glas-Scheibe 1. Die Ausführungen unterscheiden sich durch die Art und Weise, wie die Laserstrahlung auf die Glas-Scheibe 1 fokussiert wird. Um eine Aussage über die Geometrie, genauer gesagt den Krümmungsgrad der Glas- Scheibe 1 treffen zu können, muss die Position mindestens zweier Messpunkte auf der Scheibenoberfläche bestimmt werden. Aus der relativen Positionierung dieser Messpunkte zueinander ergibt sich die Krümmung. Wie zu Figur 1 beschrieben, werden mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens für mindestens zwei Messpunkte P1 und P2 korrigierte Abstände d bestimmt. Dazu werden aus der rückgestrahlten Strahlung von den Messpunkten P1 und P2 die gemessenen Abstände h bestimmt. Zur Korrektur der gemessenen Abstände h wird die rückgestrahlte Strahlung von mindestens zwei Referenzpunkten R1 und R2 verwendet, für die Referenzabstände bestimmt werden. Diese Referenzabstände werden wie beschrieben zur Korrektur der gemessenen Abstände verwendet. Die rückgestrahlte Strahlung kann mit verschiedenen Methoden, die nachstehend beschrieben werden, genutzt werden, um ihren Ursprung zu bestimmen. Über die Analyse der korrigierten Abstände d zweier Messpunkte auf der Scheibenoberfläche lässt sich deren relative Positionierung zueinander bestimmen. Der Vergleich der relativen Positionierung mit den entsprechenden spezifizierten Werten lässt eine Aussage darüber zu, inwieweit die Scheibenkrümmung von der Spezifikation aufweicht. Durch Erhöhung der Anzahl der Messpunkte ist eine präzisere und aussagekräftigere Messung des Krümmungsgrads möglich.
Es müssen mindestens zwei Messpunkte mit einem Messlaser bestrahlt werden. Dies kann im einfachsten Fall mit zwei voneinander beabstandeten Laserspots 2 für die Messpunkte P1 und P2 erfolgen (Figur 3a). Dies führt zu zwei voneinander beabstandeten Ausgangspunkten für rückgestrahlte Strahlung. Entsprechend werden zwei Laserspots 2 eines Referenzlasers auf je einen Referenzpunkt R1 und R2 gerichtet, die sich in der Nähe der Messpunkte P1 und P2 befinden. Dies führt für jeden Messpunkt P1 und P2 zu einem Ausgangspunkt für rückgestrahlte Referenzstrahlung von einem benachbarten Referenzpunkt R1 und R2. So wird für jeden Messpunkt ein Wert für einen gemessenen Abstand h auch ein Wert für einen Referenzabstand r erhalten, der notwendig ist für die anschließende Korrektur. Wird eine Vielzahl von Messpunkten und entsprechenden Referenzpunkten herangezogen, die jeweils mit einem Laserspot 2 angeregt werden und idealerweise rasterartig über die Scheibenoberfläche verteilt sind (Figur 3b), ergibt sich eine detailreiche Analyse der Scheibenkrümmung anhand separater Messpunkte.
Statt Laserspots 2 können auch Laserlinien 3 verwendet werden. Der Laserfokus ist dabei in Form einer Linie fokussiert, die sich idealerweise über die gesamte Breite der Glas-Scheibe 1 erstreckt (Figur 3c). Die Laserlinie 3 kann als die Überlagerung oder Aneinanderreihung einer Vielzahl von Messpunkten bzw. Referenzpunkten aufgefasst werden, so dass die Laserlinie 3 die erfindungsgemäß erforderlichen mindestens zwei Messpunkte enthält. Die linienförmige Ausgangsfläche der dadurch hervorgerufenen rückgestrahlten Strahlung kann analysiert werden, um die gekrümmte Form dieser Ausgangsfläche im Raum zu bestimmen. Es ergibt sich eine Profillinie entlang der Laserlinie 3. Sowohl der Messlaser als auch der Referenzlaser sind in Form einer Linie fokussiert. Auch hier kann die Aussagekraft der Messung dadurch erhöht werden, dass eine Vielzahl von Laserlinien 3 verwendet wird, die sich idealerweise parallel zueinander und in gleichmäßigem Abstand zueinander über die gesamte Breite der Glas-Scheibe 1 erstrecken (Figur 3d). Es ergibt sich eine entsprechende Vielzahl von parallelen Profillinien, aus denen das Krümmungsprofil der Glas-Scheibe 1 gut bestimmt werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden. Es kann zum einen statisch durchgeführt werden, worunter eine Messung bei ortsfester Glas- Scheibe 1 verstanden wird. Hierbei sind wieder zwei Varianten zu unterscheiden, nämlich einerseits eine Messung bei ortsfester Laserstrahlung (rein statisch) und eine Messung, bei der die Laserstrahlung über die Scheibenoberfläche bewegt wird (statisch mit bewegter Laserstrahlung). Das Verfahren kann zum anderen aber auch als Durchlaufverfahren angewandt werden, wobei die Laserstrahlung ortsfest ist und die Scheibe unter der Laserstrahlung, also relativ zur Laserstrahlung bewegt wird, so dass die Laserstrahlung die Glas-Scheibe 1 idealerweise entlang ihrer gesamten Länge überstreicht. Dies ermöglicht die Erstellung eines Krümmungsprofils entlang des von Laserstrahlung überstrichenen Bereichs der Scheibenoberfläche.
Die Verteilung der Laserfoki gemäß der Figuren 3a, 3b, 3c und 3d sind geeignet für die rein statische Messung (Scheibe und Laserfoki ortsfest). Bei der statischen Durchführung mit bewegter Laserstrahlung und der Durchführung als Durchlaufverfahren kann wiederum mit einem oder mehreren Laserspots 2 oder mit einer Laserlinie 3 gearbeitet werden. Bevorzugt werden mehrere Laserspots 2 für den Messlaser und den Referenzlaser verwendet, die entlang einer Linie, die sich entlang der Breite der Glas-Scheibe 1 erstreckt, aufgereiht und idealerweise gleichmäßig verteilt sind (Figur 3e). Überstreicht die Laserstrahlung die Scheibenoberfläche entlang ihrer Länge und wird über die rückgestrahlte Strahlung dabei kontinuierlich oder quasikontinuierlich die Position der Scheibenoberfläche im Raum bestimmt, so führt jeder Laserspot 2 des Messlasers zu einer Profillinie entlang der Längendimension der Glas-Scheibe 1 (Dimension der Bewegungsrichtung) und jeder Laserspot 2 des Referenzlasers zu einer Profillinie entlang der Längendimension und kann zur Korrektur der Profillinie der Messpunkte genutzt werden. Grundsätzlich ist ein einzelner Laserspot 2 für den Messlaser und ein einzelner Laserspot 2 für den Referenzlaser ausreichend, die dann einen linienförmigen Bereich überstreichen. Dieser Bereich kann wiederum als eine Überlagerung oder Aneinanderreihung einer Vielzahl von Messpunkten angesehen werden, so dass die erfindungsgemäß erforderlichen mindestens zwei Messpunkte bestrahlt werden. Die Verwendung mehrerer Laserspots 2 führt zu einer genaueren Messung mit mehreren Längenprofillinien, die über die Scheibenbreite verteilt sind. Es kann auch mit je einer Laserlinie 3 für den Messlaser und den Referenzlaser gearbeitet werden, die sich über die Breite der Glas-Scheibe 1 erstrecken und die Länge der Glas-Scheibe 1 überstreichen (Figur 3f). Dadurch ist ein kontinuierliches oder quasikontinuierliches Gesamtprofil der Scheibenkrümmung zugänglich. Die relative Bewegung der Laserstrahlung zur Glas-Scheibe 1 ist in den Figuren 3e und 3f durch den Blockpfeil W dargestellt. Die relative Bewegung kann durch Bewegung der Laserstrahlung über die ortsfeste Glas-Scheibe 1 erreicht werden (statische Durchführung mit bewegter Laserstrahlung) oder durch Bewegung der Glas-Scheibe 1 unter der Laserstrahlung (Durchlaufverfahren).
Ein Laserspot 2 kann erzeugt werden durch Fokussierung der Laserstrahlung mittels einer sphärisch gekrümmten Linse. Der Laserspot 2 bildet sich im Brennpunkt der Linse aus (sofern sie kollimiert in die Linse eintritt). Eine Laserlinie 3 kann erzeugt werden durch Fokussierung der Laserstrahlung mittels einer Zylinderlinse, eines diffraktiven optischen Elements (DOE) oder eines holografischen optischen Elements (HOE). Die Laserlinie 3 bildet sich in der Brennlinie der Linse aus. Statt die Strahlung eines einzelnen Lasers zu einer Laserlinie 3 zu formen, die sich über die gesamte Scheibenbreite erstreckt, ist es äquivalent möglich, mehrere Laser zu verwendet, die jeweils eine Laserlinie 3 mit geringerer Breite erzeugen, und diese Laserlinien 3 benachbart zueinander entlang der Scheibenbreite anzuordnen, wobei die einzelnen Laserlinien 3 ebenfalls an der Scheibenbreite ausgerichtet sind. Idealerweise überlappen die Laserlinien 3 einander, um insgesamt eine Laserstrahlung zu erzeugen, die sich über die gesamte Scheibenbreite erstreckt. Grundsätzlich können die Laserlinien 3 aber auch voneinander beabstandet sein. Dann ergeben sich flächige Profile der Scheibenkrümmung mit einem gewissen Abstand zueinander. Figur 4 zeigt ein Diagramm der Fluoreszenzquantenausbeute der Zinnreste 4 (siehe Figur 7), aufgetragen gegen die Wellenlänge A der Anregungsstrahlung. Die Fluoreszenzquantenausbeute wurde an der Zinnbadseite I einer Floatglas-Scheibe 1 gemessen. Bei Wellenlängen kleiner etwa 360 nm kann eine Fluoreszenzanregung stattfinden. Mit abnehmender Wellenlänge nimmt die Quantenausbeute zu, so dass gleiche Anregungsintensität zu einer intensiveren Fluoreszenzemission führt. Besonders im UV-C- Bereich von 100 nm bis 280 nm werden die Zinnreste effizient zur Fluoreszenz angeregt. Beispielsweise kann mit einem zweifach frequenzverdoppelten Nd:YAG-Laser (266 nm) eine gute Fluoreszenzanregung erfolgen. Will man eine zu hohe Anregung vermeiden, beispielsweise um Fluoreszenzsättigung zu umgehen, so kann die Anregungsleistung abgeschwächt werden oder bei höheren Wellenlängen gearbeitet werden (geringere Quantenausbeute).
Figur 5 zeigt das Spektrum der Wärmestrahlung eines beispielhaften industriellen Biegeofens („Spektrum Biegeofen“) im Vergleich zum Fluoreszenzspektrum der Zinnbadseite einer Floatglas-Scheibe 1 („Spektrum Fluoreszenz“). Das Fluoreszenzspektrum wurde nach Anregung mit einer UV-C-LED aufgenommen, die eine nominelle Strahlungswellenlänge um 255 nm aufwies. Es ist zu erkennen, dass die Wärmestrahlung im Vergleich zur Fluoreszenzstrahlung deutlich rotverschoben ist. Die Wärmestrahlung setzt bei etwa 600 nm ein. Ihr eventuell störender Einfluss kann daher einfach herausgefiltert werden bei der erfindungsgemäßen Messung, beispielsweise durch Verwendung eines Hochpassfilters mit einer Filterkante bei etwa 550 nm im Detektionsstrahlengang. Durch einen zusätzlichen Tiefpassfilter können auch UV-Anteile herausgefiltert werden, beispielsweise gestreute Anregungsstrahlung. Die Kombination aus Tiefpassfilter und Hochpassfilter kann auch durch einen entsprechenden Bandpassfilter ersetzt werden. Die Wahl des Referenzlasers ist flexibel, da die rückgestrahlte Referenzstrahlung immer eine höhere Intensität aufweist als die rückgestrahlte Strahlung vom Messpunkt, sodass hier keine Filter notwendig sind, um eine Störung durch die thermische Hintergrundstrahlung zu unterbinden.
Figur 6 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine Biegevorrichtung mit einer integrierten erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen der Scheibengeometrie. Die Biegevorrichtung ist für ein zweistufiges Biegeverfahren vorgesehen, wobei eine Floatglas- Scheibe 1 in einer ersten Biegekammer 12 vorgebogen wird und in einer zweiten Biegekammer 13 in die endgültige Form gebogen wird. Die Floatglas-Scheibe wird mittels eines Transportsystems 10, beispielsweise einem Rollenfördersystem, aufliegend auf einer Schwerkraftbiegeform 11 in die erste Biegekammer 12 hineingefahren und dort mittels Schwerkraftbiegung vorgebogen. Die Schwerkraftbiegeform 11 samt Floatglas-Scheibe 1 wird dann von der ersten Biegekammer 12 zur zweiten Biegekammer 13 transportiert, wo sie durch Pressbiegen zwischen einer oberen Pressbiegeform 14 und einer komplementären unteren Form (beispielsweise der Schwerkraftbiegeform 11 oder eine weitere Form, auf die sie vorher übergeben wird) endgebogen wird. Zwischen der ersten Biegekammer 12 und der zweiten Biegekammer 13 ist eine erfindungsgemäße Messvorrichtung installiert, mit dem Messlaser L und dem ersten Detektor 6, sowie einem Hochpassfilter 8, der vor dem ersten Detektor 6 angeordnet ist, um störende Wärmestrahlung herauszufiltern. Zudem ist eine diffus reflektierende Referenzprobe 5 an der Schwerkraftbiegeform 11 angebracht. Der Referenzlaser LR bestrahlt die diffus reflektierende Referenzprobe 5 und die rückgestrahlte Referenzstrahlung wird vom zweiten Detektor 7 detektiert. Die Anordnung der Referenzprobe an der Schwerkraftbiegeform 11 hat gegenüber der Anbringung an anderer Stelle zum Beispiel unterhalb der Schwerkraftbiegeform den Vorteil, dass so Korrekturen auch für die Transportbewegungen vorgenommen werden können, da die Referenzprobe dieselben Bewegungen erfährt wie die Biegeform 11.
Beim Transport der Floatglas-Scheibe 1 kann somit ihre Krümmungsgeometrie nach der Vorbiegung bestimmt werden. Je nach Grad der Vorbiegung können die Parameter des Pressbiegeschritts angepasst werden, beispielsweise die Biegetemperatur oder der Pressdruck. Dadurch können Abweichungen zur spezifizierten Krümmung, die im Rahmen von Massenprozessen gemäß einer Streuung auftreten, reduziert werden.
Figur 7 zeigt einen Querschnitt durch eine Floatglas-Scheibe 1. Die Floatglas-Scheibe 1 besteht aus Kalk-Natron-Glas, weist beispielsweise eine Dicke von 3 mm auf und ist im Floatverfahren gefertigt. Dabei wird die Glasschmelze auf ein Bad aus flüssigem Zinn gegossen, wo sie sich gleichmäßig verteilt und aushärtet. Die Oberfläche der entstehenden Floatglas-Scheibe 1 , die direkten Kontakt zum Zinnbad hatte, wird als Zinnbadseite I bezeichnet, die gegenüberliegende Oberfläche als Atmosphärenseite II. Über die Zinnbadseite I können Zinnatome während des Floatverfahrens in die Floatglas-Scheibe 1 diffundieren oder an ihr anhaften. Durch diese verbleibenden Zinnreste 4 unterscheidet sich die Zinnbadseite I von der Atmosphärenseite II. Die Zinnreste 4 können zur Fluoreszenz angeregt werden, was die Grundlage der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Messverfahrens ist. Bezugszeichenliste:
1 Glas-Scheibe, Floatglas-Scheibe
2 Laserspot
3 Laserlinie
4 Zinn rest
5 Referenzprobe
6 erster Detektor
7 zweiter Detektor
8 optischer Filter, Hochpassfilter, Bandpassfilter
10 Transportsystem für Glas-Scheiben 1
11 Schwerkraftbiegeform
12 erste Biegekammer
13 zweite Biegekammer
14 Pressbiegeform
L Messlaser
LR Referenzlaser
B rückgestrahlte Strahlung von der ersten Seite
BR rückgestrahlte Referenzstrahlung von der Referenzprobe
P Messpunkt auf der ersten Seite
R Referenzpunkt auf der Referenzprobe a Entfernung zwischen dem Messpunkt und dem Referenzpunkt h gemessener Abstand zwischen Messpunkt und Laser f bekannter Sollabstand zwischen Referenzlaser und Referenzpunkt r gemessener Referenzabstand zwischen Referenzlaser und Referenzpunkt d korrigierter Abstand zwischen Messpunkt und Laser
W Richtung der relativen Bewegung der Strahlung S auf der Floatglas-Scheibe 1
I erste Seite der Glas-Scheibe 1, Zinnbadseite der Floatglas-Scheibe 1
II zweite Seite der Glas-Scheibe 1, Atmosphärenseite der Floatglas-Scheibe 1

Claims

28
Patentansprüche . Verfahren zur Messung der Geometrie einer gekrümmten Glas-Scheibe (1) bei Temperaturen von mindestens 200 °C, welche eine erste Seite (I) und eine zweite Seite (II) aufweist, wobei a) die Strahlung eines Messlasers (L) mit einer ersten Wellenlänge (XM) auf einen Messpunkt (P) auf der ersten Seite (I) gerichtet wird und die rückgestrahlte Strahlung (B) mit einem ersten Detektor (6) detektiert wird, und ein gemessener Abstand h zwischen Messpunkt (P) und Laser (L) bestimmt wird, b) die Strahlung eines Referenzlasers (LR) mit einer zweiten Wellenlänge (XR), die sich von der ersten Wellenlänge (XM) unterscheidet, auf einen Referenzpunkt (R) auf einer diffus reflektierenden Referenzprobe (5) mit bekanntem Sollabstand f zum Referenzlaser (LR) gerichtet wird und die rückgestrahlte Referenzstrahlung (BR) mit einem zweiten Detektor (7) detektiert wird, und der Referenzabstand r zwischen Referenzpunkt (R) und Referenzlaser (LR) bestimmt wird, c) die Differenz zwischen dem Referenzabstand r und dem Sollabstand f bestimmt wird und von dem gemessenen Abstand h abgezogen wird, sodass man einen korrigierten Abstand d erhält, d) die Schritte a) bis c) für mindestens zwei Messpunkte und ebenso viele Referenzpunkte durchgeführt werden, und aus den mindestens zwei korrigierten Abständen die räumliche Position der mindestens zwei Messpunkte bestimmt wird. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Entfernung a zwischen dem Messpunkt (P) auf der Glas-Scheibe (1) und dem Referenzpunkt (R) auf der diffus reflektierenden Referenzprobe (5) zwischen 1 mm und 30 mm, bevorzugt zwischen 5 mm und 20 mm beträgt. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zeitliche Abstand zwischen den Schritten a) und b) kleiner als 0,1 Sekunde, bevorzugt kleiner als 0,01 Sekunde ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in Schritt a) die Strahlung des Messlasers (L) von der ersten Seite (I) der Glas-Scheibe reflektiert wird und als rückgestrahlte Strahlung (B) die reflektierte Strahlung mit dem ersten Detektor (6) detektiert wird. Verfahren nach Anspruch 4, wobei zur Detektion der reflektierten Strahlung mittels des ersten Detektors (6) ein optischer Filter (8) verwendet wird, insbesondere ein Bandpassfilter, der die Wellenlänge des Messlasers (L) passieren lässt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei
- die Glas-Scheibe (1) eine Floatglas-Scheibe (1) ist und die erste Seite (I) die Zinnbadseite der Floatglas-Scheibe ist und die zweite Seite (II) die Atmosphärenseite der Floatglas-Scheibe (1) ist,
- in Schritt a) die Strahlung des Messlasers (L) auf einen Messpunkt (P) auf der Zinnbadseite (I) gerichtet wird, wobei Zinnreste zur Fluoreszenz angeregt werden und als rückgestrahlte Strahlung (B) die emittierte Fluoreszenzstrahlung mit einem ersten Detektor (6) detektiert wird und
- die Strahlung des Messlasers (L) eine Wellenlänge im UV-Spektralbereich von höchstens 360 nm aufweist, bevorzugt von 240 nm bis 355 nm, ganz besonders bevorzugt von 240 nm bis 300 nm. Verfahren nach Anspruch 6, wobei zur Detektion der Fluoreszenzstrahlung (B) mittels des ersten Detektors (6) ein optischer Filter (8) verwendet wird mit einer Filterkante von höchstens 600 nm, bevorzugt von 500 nm bis 600 nm, oberhalb derer Strahlung geblockt wird, insbesondere ein Hochpassfilter (8) oder ein Bandpassfilter. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der erste Detektor (6) und / oder der zweite Detektor (7) eine Photodiode, ein Photomultiplier oder ein ortsaufgelöster Photodetektor, beispielsweise ein CCD- oder CMOS-Sensor oder ein Photodioden- Array, sind. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der erste Detektor (6) und der zweite Detektor (7) identisch sind. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Strahlung des Messlasers (L) und die Strahlung des Referenzlasers (LR) jeweils in Form mindestens zweier Laserspots (2) oder mindestens eines relativ zur Glas-Scheibe (1) bewegten Laserspots (2) fokussiert sind, um die mindestens zwei Messpunkte (P) und die mindestens zwei Referenzpunkte (R) zu bestrahlen. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, das als Durchlaufverfahren durchgeführt wird, wobei die Glas-Scheibe (1) unter der Strahlung des Messlasers (L) und des Referenzlasers (LR) bewegt wird, so dass die Strahlung des Messlasers (L) und die Strahlung des Referenzlasers (LR) die gesamte Länge der Glas-Scheibe (1) in Bewegungsrichtung überstreichen, um die räumliche Position des bestrahlten Bereichs ortsabhängig zu bestimmen. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, das zwischen zwei Biegeschritten eines mehrstufigen Biegeverfahrens durchgeführt wird, wobei bevorzugt die Parameter des zweiten Biegeschritts an die gemessene Geometrie der Glas-Scheibe (1) angepasst wird. Vorrichtung zur Messung der Geometrie einer gekrümmten Glas-Scheibe (1) nach einem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 12, umfassend
- einen Messlaser (L), dessen Strahlung eine erste Wellenlänge (XM) aufweist und dessen Strahlung auf mindestens zwei Messpunkte (P) auf der ersten Seite (I) der Glas-Scheibe (1) gerichtet werden kann,
- einen Referenzlaser (LR), dessen Strahlung eine zweite Wellenlänge (XR) aufweist, die sich von der ersten Wellenlänge (XM) unterscheidet, und dessen Strahlung auf mindestens zwei Referenzpunkte (R) auf einer diffus reflektierenden Referenzprobe (5) gerichtet werden kann,
- einen auf die mindestens zwei Messpunkte (P) gerichteten ersten Detektor (6), der geeignet ist, die von den mindestens zwei Messpunkten (P) rückgestrahlte Strahlung zu detektieren,
- einen auf die mindestens zwei Referenzpunkte (R) gerichteten zweiten Detektor (7), der geeignet ist, die von den Referenzpunkten (R) rückgestrahlte Strahlung zu detektieren, - eine Auswerteeinheit, die geeignet ist, die räumliche Position der mindestens zwei Messpunkte (P) aus den korrigierten Abständen d zu bestimmen. Vorrichtung nach Anspruch 13, die zwischen einer ersten Biegekammer (12) und einer zweiten Biegekammer (13) angeordnet ist, und die ein Transportsystem (10) zur
Bewegung der Glas-Scheibe (1) von der ersten Biegekammer (12) durch die Vorrichtung zur Messung der Geometrie zur zweiten Biegekammer (13) aufweist. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Ausführungseinheit derart konfiguriert ist, dass sie Schritte a) bis d) des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführen kann.
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