DE2409593A1

DE2409593A1 - Verfahren uund vorrichtung zur bestimmung der art optischer fehler in glas

Info

Publication number: DE2409593A1
Application number: DE2409593A
Authority: DE
Inventors: Robert Joseph Obenreder
Original assignee: PPG Industries Inc
Current assignee: PPG Industries Inc
Priority date: 1973-05-31
Filing date: 1974-02-28
Publication date: 1975-05-07
Also published as: ES423335A1; GB1466118A; US3792930A; FR2231964A1; DE2409593B2; BR7401322D0; BE810176A; ES423334A1; CA1004058A; FR2231964B1; JPS5017884A; IT1004964B

Description

27. Februar 1974 CrZ t/Ra.

PPG Industries, Inc., Pittsburgh, Pennsylvania 15222 / U.S.A.

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Art optischer Fehler in Glas

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, mit denen sich feststellen läßt, ob optische Fehler, d.h. Beeinträchtigungen der optischen Leistung einer Flachglasscheibe oder -platte auf Schwankungen des Brechungsindexes oder aber auf Unebenheiten, Konturen oder Graten der Oberflächen des Glases beruhen.

Bei den bekannten Float-,Walz-, Fließ- und Ziehverfahren zur Herstellung von Glas können im Glas Fehler auftreten, wodurch das Glas ungenügende optische Eigenschaften aufweist. Unter den optischen Mängeln, die bei der Herstellung auftreten können, befinden sich Oberflächenfehler und Schwankungen des Brechungsindexes im Glas. "Oberflächenfehler" sollen hier allgemein Schwankungen der Oberflächenebenheit, d.h. Konturen in den Oberflächen des Glases bezeichnen. "Auf Schwankungen des Brechungsindexes beruhende Fehler" sollen hier allgemein Unregelmäßigkeiten bzw. Schwankungen in der Zusammensetzung des Glases bezeichnen, wie etwa Schlieren (ream) und Einschlüsse im Glas, wie etwa Blasen, Sandteilchen oder Steinchen. Allgemein lenken Schwankungen des Brechungsindexes Lichtstrahlen von einem vorgegebenen Strahlengang ab.

509819/0635

Wie bekannt ist, verursachen Oberflächenfehler im Glas BiIdverzerrungen, da konvexe Teile z.B. das Bild verkleinern und konkave Teile das Bild vergrößern. Auf Schwankungen des Brechungsindexes beruhende optische Fehler verzerren das von dem Glas entworfene Bild auch dann, wenn die Oberflächen völlig eben sind. Treten Oberflächenfehler oder auf Schwankungen des Brechungsindexes beruhende Fehler in hohem Maße auf, so setzen sie die funktioneile Wirkung des Glases als Fenster herab und lenken von der architektonischen Schönheit des Glases ab.

Zur Ermittlung der Fehlerquellen bei der Herstellung ist es daher wünschenswert, die Art der optischen Fehler im Glas festzustellen, nämlich ob sie auf Schwankungen des Brechungsindexes oder aber auf Unebenheiten, Konturen oder Graten in der Oberfläche des Glases beruhen. Falls die optischen Fehler im Glas von Schwankungen des Brechungsindexes herrühren, sind die betroffenen Verfahrensschritte Chargenvorbereitung, Schmelzen oder Aufbereitung. Beruhen die optischen fehler auf Konturen in der Oberfläche des Glases, so ist der Verfahrensschritt des Formens zu überprüfen.

Entsprechende Einrichtungen des Standes der Technik sind nicht in der Lage, mit ausreichender Genauigkeit festzustellen, ob die optischen Fehler bzw. Verzerrungen auf Schwankungen des Brechungsindexes oder aber auf Konturen, Unebenheiten oder Graten in den Oberflächen des Glases beruhen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Beeinträchtigung der optischen Leistung von Glas aufgrund von Schwankungen des Brechungsindexes und/oder Oberflächenunebenheiten des Glases umfaßt das Abtasten einer ersten Oberfläche eines Stückes Glas

509819/0635

zur Anfertigung eines ersten Oberflächenkontur-Profils der ersten Oberfläche des Glases, das den optischen Leistungsanteil der ersten Oberfläche zeigt; das Abtasten einer zweiten Oberfläche des Stückes Glas, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt, zur Anfertigung eines zweiten Oberflächenkontur-Profils des Stückes Glas, das den optischen Leistungsanteil der zweiten Oberfläche zeigt; das Addieren der Oberflächenkontur-Profile der ersten und zweiten Oberfläche, um ein Gesamt-Oberflächenprofil zu erhaltenj das Abtasten des Stückes Glas zur Anfertigung eines optischen Gesamt-Leistungsprofils, das die optische Leistung des Glases unter Einbeziehung von Schwankungen des Brechungsindexes und Konturen und Unebenheiten in der ersten und zweiten Oberfläche darstellt; und die Subtraktion des Gesamt-Oberflächenprof ils vom optischen Gesamt-Leistungsprofil zur Bestimmung der Beeinträchtigung der optischen Leistung durch Schwankungen des Brechungsindexes im Glas.

Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird die Feststellung ermöglicht, ob optische Fehler in einem Stück Flachglas auf Schwankungen des Brechungsindexes oder aber auf Unebenheiten bzw. Konturen in den Oberflächen des Glases zurückzuführen sind. Ein optisches Gesamt-Leistungsprofil des Glases und ein Oberfläehenkontur-Profil für jede Oberfläche des Stückes Glas werden angefertigt. Das optische Gesamt-Leistungsprofil zeigt längs eines Abtastweges die optischen Fehler des Glases, die auf Unebenheiten bzw. Konturen in jeder Oberfläche und auf Schwankungen des Brechungsindexes beruhen. Das Oberflächenkontur-Profil zeigt längs des Abtastweges optische Fehler des Stückes Glas, die auf Unebenheiten bzw. Konturen in der Oberfläche des Glases beruhen. Die Oberflächenkontur-Profile

509819/0635

jeder Oberfläche werden summiert und die Summe vom optischen Gesamt-Leistungsprofil subtrahiert, um ein inneres Fehlerprofil zu gewinnen, das längs des Abtastweges die auf Schwankungen des Brechungsindexes beruhenden optischen Fehler des Glases zeigt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung zur Überwachung eines Stückes Glas,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer elektrischen Schaltungsanordnung, die auf Signale der optischen Vorrichtung anspricht,

Fig. 3, 4 und 5 diagrammartige Darstellungen von Streifenblättern, die ein Oberflächenkontur-Profil jeder Oberfläche eines Stückes Glas, ein optisches Gesamt-Leistungsprof il des Stückes Glas, ein Gesamt-Ober— flächenprofil als Summe der Oberflächenkontur-Profile sowie ein inneres Fehlerprofil des Stückes Glas darstellen,

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Oberflächenfehler-Analysators und eines Gesamtfehler-Analysators, die einen Teil des Stückes Glas überwachen und

509819/0635

Fig. 7 eine schematische Darstellung des Oberflächen-Analysators und des Gesamtfehler-Analysators bei der Überwachung bzw. Inspektion eines Abschnitts des Stückes Glas mit einem konkaven Oberflächenteil.

Die Gesamtdicke eines Stückes Glas ist hier für die Zwecke der Erfindung als aus zwei dünnen Linsen bestehend angenommen, die an der durch die Mittellinie des Glases verlaufenden Ebene in optischen Kontakt miteinander stehen. Die optische Gesamtleistung ist dann gleich der Summe der optischen Leistungen der beiden Linsen, die an jedem Punkt proportional der Oberflächenkrümmung oder den Oberflächenkonturen sind, falls keine inneren Schwankungen des Brechungsindexes auftreten. Anders ausgedrückt: bei Abwesenheit innerer Schwankungen des Brechungsindexes werden optische Fehler des Glases lediglich durch Oberflächenkonturen in den äußeren Oberflächen der Linsen verursacht. Diese Annahme kann durch Gleichung 1:

• 1. P_T = Pg₁ + Pg₂

ausgedrückt werden, wobei

P_T die optische Gesamtleistung der in optischem Kontakt befindlichen dünnen Linsen ist,

P„. der optische Leistungsanteil aufgrund der Krümmung der äußeren Oberfläche der ersten Linse und

P₀₀ der optische Leistungsanteil aufgrund der Krümmung der äußeren Oberfläche der zweiten Linse ist.

509819/0635

Glas weist jedoch außerdem Schwankungen des Brechungsindexes auf, die von unterschiedlichen Glaszusammensetzungen verursacht werden und Schlieren (ream) bilden, sowie durch Einschlüsse im Glas, wie etwa durch Steinchen oder Blasen entstehen. Anders ausgedrückt: Schwankungen des Brechungsindexes veranlassen das Licht, von einem vorgegebenen Strahlengang abzuweichen, wodurch optische Fehler auch dann auftreten, wenn keine Unebenheiten oder Konturen in der Oberfläche vorhanden sind. Geht diese zusätzliche Komponente in Gleichung 1 ein, so ergibt sich:

2. P_T = P_S1 + P_&2 + P₁,

Ρ™, Pq₁ ^und P„p die oben definierten Größen darstellen

und

P der innere optische Leistungsanteil aufgrund von Schwankungen des Brechungsindexes ist.

Gleichung 2 läßt sich umformen in Gleichung 3:

3. P₁ = P_T - (P₃₁ + ^P _S2)·

Mittels geeigneter Vorrichtungen, die im folgenden beschrieben werden, läßt sich (l) die optische Gesamtleistung des Glases unter Berücksichtigung der Oberflächenkontur oder Oberflächenkrümmung und Schwankungen des Brechungsindexes, (2) die optische Leistung der ersten Oberfläche unter Berücksichtigung von Oberflächenkonturen in der ersten Oberfläche und (3) die optische

509819/0635

Leistung der zweiten Oberfläche unter Berücksichtigung von Oberflächenkonturen in der zweiten der ersten Oberfläche gegenüberliegenden Oberfläche messen, wodurch die innere optische Leistung unter Berücksichtigung von Schwankungen des Brechungsindexes bestimmt werden kann.

In Fig. 1 sind ein erster Oberflächenfehler-Analysator 10 in der Nähe einer ersten Oberfläche 12 eines Stückes Flachglas 14j ein zweiter Oberflächenfehler-Analysator l6 in der Nähe einer zweiten Oberfläche 18 des Stückes Glas und ein Gesamtfehler-Analysator 20, dessen Komponenten sich sowohl auf der ersten und der zweiten Oberfläche des Stückes Glas befinden, angebracht.

Der erste Oberflächenfehler-Analysator 10 weist im wesentlichen eine lichterzeugende Einrichtung 22 auf, wie z.B. einen Laser, der einen Lichtstrahl 24 durch ein Filter 26 auf die Oberfläche 12 unter einem spitzen Auftreffwinkel von z.B. 30° richtet, damit ein Lichtstrahl 28 auf einen Positions—Abtastfotodetektor 30 reflektiert wird. Konturen in der Oberfläche 12 des Glases 14 verschieben den reflektierten Strahl 28 entlang der Oberfläche des Fotodetektors 30. Vom Detektor 30 erzeugte Signale werden mittels eines Kabels 32 einer elektrischen Schaltungsanordnung 34 (Fig. 2) zugeführt, die das Signal verarbeitet und ein Oberflächen-Konturprofil 36, 37 oder 38 (Fig. 3, 4 und 5) der Oberfläche 12 erzeugt. Das Oberflächen-Konturprofil zeigt die optische Leistung der Oberfläche 12 unter Berücksichtigung von Konturen in der Oberfläche 12 entlang eines Abtastweges 41. Der erste Oberflächenfehler-Analysator 10 liegt in einer Ebene senkrecht zur Oberfläche 12 und zum Ab-

509819/0635

tastweg 41, wie in Fig. 1 dargestellt.

Der zweite Oberflächenfehler-Analysator 16 weist im wesentlichen eine lichterzeugende Einrichtung 39 auf, wie z.B. einen Laser, der einen Lichtstrahl 40 durch ein Filter 42 auf die Oberfläche 18 unter einem spitzen Winkel von z.B. 30 richtet, um einen Lichtstrahl 44 auf einen Positions-Abtastfotodetektor 46 zu reflektieren. Konturen in der Oberfläche 18 des Glases 14 verschieben den reflektierten Strahl 44 entlang der Oberfläche des Fotodetektors 46. Vom Detektor 46 erzeugte Signale werden mittels eines Kabels 48 einer elektrischen Schaltungsanordnung 50 (siehe Fig. 2) zugeführt, die die Signale verarbeitet, um ein Oberflächenkontur-Profil 52, 53 oder 54 der Oberfläche 18 (siehe Fig. 3, 4 und 5) zu erzeugen. Das Oberflächenkontur-Profil zeigt die optische Leistung der Oberfläche 18 unter Berücksichtigung von Konturen in der Oberfläche 18 längs eines Abtastweges 57? der parallel zum Abtastweg 41 verläuft. Der zweite Fehler-Analysator liegt in einer Ebene senkrecht zur Oberfläche 18 und parallel zum Abtastweg 57, wie in Fig. 1 dargestellt.

Der Gesamtfehler-Analysator 20 weist eine lichterzeugende Einrichtung, wie z.B. einen Laser 22 auf, der einen Lichtstrahl auf die Oberfläche 12 des Glases 14 richtet. Der Lichtstrahl tritt aus der Oberfläche 18 als durchgelassener Lichtstrahl 55 aus. Der durch das Glas hindurchgetretene Lichtstrahl 55 passiert ein Filter 56 und trifft auf die Oberfläche eines Positions-Abtastfotodetektors 58. Konturen in den Oberflächen 12 und 18 sowie Schwankungen des Brechungsindexes verschieben den durch das Glas hindurchgetretenen Lichtstrahl 55 entlang der Oberfläche des Fotodetektors 58. Vom Fotodetektor 58 er-

509819/0635

zeugte Signale werden mittels eines Kabels 60 einer elektrischen Schaltungsanordnung 6l (Fig. 2) zugeführt, die die Signale verarbeitet und ein optisches Gesamtleistungsprofil 62, 63 oder (siehe Fig. 3> 4 und 5) des Stückes Glas entlang der Abtastwege 41 und 57 erzeugt. Das optische Gesamtleistungsprofil zeigt die optische Leistung des Stückes Glas unter Berücksichtigung von Konturen in den Oberflächen 12 und 18 sowie Schwankungen des Brechungsindexes des Stückes Glas 14 entlang der Abtastwege und 57. Durch die oben beschriebene Anordnung des ersten Fehler-Analysators 10 und des zweiten Fehler-Analysators l6 relativ zu den Abtastwegen 41 und 57 tritt keine Interferenz des reflektierten Strahles 44 des zweiten Fehleranalysators mit dem durch das Glas hindurchgetretenen Strahl des Gesamtfehler-Analysators 20 auf.

Für den Fachmann liegt es auf der Hand, daß der Gesamtfehler-Analysator auch mit einer separaten Lichtquelle verbunden werden kann. Aus ökonomischen Erwägungen kann der Laser 22 jedoch dazu benutzt werden, einen sowohl für den ersten Oberflächenfehler-Analysator 10 als auch für den Gesamtoberflächenfehler-Analysator 20 bestimmten Lichtstrahl zu erzeugen.

Vie im folgenden genauer beschrieben wird, werden die Oberflächenkontur-Profile 36, 37, 38 und 52, 53, 54 aufsummiert, um Gesamtoberflächen-Profile 65, 66 bzw. 67 (Fig. 3, 4 und 5) zu erhalten. Das Gesamtoberflächen-Profil 65, 66 bzw. 67 wird dann vom optischen Gesamtleistungsprofil 62, 63 bzw. 64 subtrahiert·, um ein inneres Fehlerprofil 68, 69 bzw. 70 zu erhalten (Fig. 3, 4 und 5), das die auf Schwankungen des Brechungsindexes beruhenden optischen Fehler des Glases zeigt. Auf diese

509819/0635

Weise können optische Fehler, also Beeinträchtigungen der optischen Leistung eines Stückes Glas, die auf Schwankungen des Brechungsindexes sowie Konturen in der Oberfläche 12 und Konturen in der Oberfläche 18 beruhen, bestimmt werden.

Die in Fig. 1 gezeigten Polarisationsfilter 26, 42 und 56 werden zur Steuerung der Intensität des auf die Positions-Abtastfotodetektoren 30, 46 und 58 auftreffenden Lichtes verwendet. Die Positions-Abtastfotodetektoren 30, 46 und 58 können bekannte Ausführungen sein, wie etwa das von der Firma United Detector Technology hergestellte Modell PIN SC/lO.

Die Intensität des auf die Fotodetektoren 30, 46 und 58 auftreffenden Lichtes wird oberhalb eines Minimalpegels von z.B. 80 Mikrowatt gehalten und derart eingestellt, daß (l) das schräge Auftreffen der Lichtstrahlen 24 und 40 auf die Oberflächen 12 bzw. 18 und (2) die verschiedenen Ebenen, in denen die Lichtstrahlen 24 und 40 liegen, kompensiert werden, so daß die Konturprofile der Oberflächen 12 und 18 direkt aufsummiert werden können, um ein Gesamt-Oberflächenprofil zu erhalten, das vom optischen Gesamtleistungsprofil subtrahiert werden kann, um das innere Fehlerprofil zu erhalten. Hierbei liegt der erste Oberflächenfehler-Analysator 10 in einer Ebene senkrecht zur Oberfläche 12 und zum Abtastweg 41, um den Lichtstrahl 24 unter einem spitzen bzw. schiefen Auftreffwinkel von z.B. 30° auf die Oberfläche 12 zu richten, und der zweite Oberflächenfehl er-Analysator l6 liegt in einer Ebene senkrecht zur Oberfläche 18 und parallel zum Abtastweg 57, um den Lichtstrahl 40 unter einem spitzen bzw. schrägen Auftreffwinkel von z.B_o 30 auf die Oberfläche 18 zu richten.

509819/0635

Die Detektoren 30, 46 und 58 werden wie folgt eingestellt. Das Ausgangssignal eines jeden Detektors wird auf einen Anfangs— spannungswert in Abhängigkeit von der Position von z.B. 50 Volt pro 2,54 cm eingestellt. Wenn dann die Lichtstrahlen 28, 40 bzw. 55 auf die Detektoren 30, 46 bzw. 58 auftreffen, werden die Filter 26, 42 bzw. 56 auf ein Prozent des ursprünglich gewählten Wertes eingestellt, um (l) das schräge oder schiefe Auftreffen der Lichtstrahlen 24 und 40 auf die Oberflächen und 18 und (2) die verschiedenen Ebenen, in denen die Lichtstrahlen 24 und 40 liegen, zu kompensieren. Unter Zugrundelegung der Parameter dieses Beispiels wird das Filter 26 derart eingestellt, daß das Ausgangssignal des Detektors 30 114 % des ursprünglichen Wertes, d.h. 57 Volt pro 2,54 cm, beträgt, das Filter 42 wird derart eingestellt, daß das Ausgangssignal des Detektors 46 86 $ des ursprünglichen Wertes, d.h. 43 Volt pro -2,54 cm, beträgt, und das Filter 56 wird derart eingestellt, daß das Ausgangssignal des Detektors 91 % des ursprünglichen Wertes, d.h. 45,5 Volt pro 2,5^ cm, beträgt.

In der folgenden Beschreibung wird davon ausgegangen, daß das Stück Glas relativ zu den Oberfläehenfehler-Analysatoren und dem Gesamtfehler-Analysator verschoben wird, um das Stück Glas abzutasten. Die Erfindung soll jedoch nicht hierauf begrenzt sein. Ebenso können auch die Oberfläehenfehler-Analysatoren und der Gesamtfehler-Analysator synchron relativ zum Glas verschoben werden.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 6 soll nun im folgenden die Betriebsweise des Gesamtfehler-Analysators 20 beschrieben werden. Die Lichtquelle 22, etwa ein kontinuierlicher Laser oder eine Wolfram-Halogen-Fadenlampe mit Linsen zur Fokus-

509819/0636

sierung des Lichtstrahles 24, richtet den Lichtstrahl 24 durch das Filter 26 auf das Stück Glas 14 entlang des Abtastweges 41. Der Lichtstrahl 24 trifft auf die Oberfläche 12 im allgemeinen punktförmig auf und tritt (l) als Lichtstrahl 55 durch das Glas entlang des Abtastweges 57 in Richtung des Detektors 58 hindurch, wird (2) als Lichtstrahl 28 von der Oberfläche 12 in Richtung des Detektors JO reflektiert und wird (3) in Form sekundärer Lichtstrahlen 71 nach Durchtritt durch die erste Oberfläche 12 von der zweiten Oberfläche 18 auf ein lichtundurchlässiges Glied 72 reflektiert. Der reflektierte Strahl 28 und die zweiten reflektierten Strahlen 71 werden im Zusammenhang mit dem ersten Oberflächenfehler-Analysator IO genauer beschrieben. Obwohl die Lichtstrahlen als einzelne gerade Linien dargestellt sind, können auch divergierende und konvergierende Strahlen vorgezogen werden. Die Fotodetektoren 30, 46 und 58 sprechen jedoch auf den Flächenschwerpunkt des Lichtstrahles an, und daher sind die Lichtstrahlen als einzelne Linien dargestellt.

Wie besonders Fig. 6 zu entnehmen ist, passiert der durch das Glas hindurchgetretene Lichtstrahl 55 das Filter 56 und trifft in der Mitte des Fotodetektors 58 auf. Ist der Brechungsindex des Stückes Glas gleichförmig und befinden sich keine Oberflächenkqnturen in der Oberfläche 12 oder 18 des Stückes Glas 14, so trifft der durchgelassene Lichtstrahl 55 kontinuierlich im Mittelteil des Fotodetektors 58 auf, während das Stück Glas von links nach rechts verschoben wird, wie es Fig. 6 zu entnehmen ist. Tritt der Lichtstrahl durch eine Oberflächenkontur einer der beiden Oberflächen hindurch oder ändert sich der Brechungsindex, so trifft der durchgelassene Lichtstrahl 55

509819/0 6 35

auf den Positions-Fotodetektor 58 an einem anderen Punkt als dem Mittelpunkt auf.

In Fig. 6 ist das Stück Glas 14 ohne jegliche Konturen in den Oberflächen 12 und 18 und ohne Schwankungen des Brechungsindexes dargestellt. Der Lichtstrahl 24 trifft auf die Oberfläche 12 unter einem Winkel A zu einer senkrecht zur Oberfläche 12 verlaufenden Linie N auf. Der Lichtstrahl 24 tritt durch das Glas 14 unter einem Winkel B zu der Normalen N hindurch und tritt aus dem Glas unter einem Winkel C zu einer senkrecht zur zweiten Oberfläche 18 des Stückes Glas verlaufenden Linie O an dem Punkt aus, an dem der durchgelassene Strahl 55 aus der Oberfläche 18 austritt.

Der durchgelassene Strahl 55 weist einen Winkel D zu der Normalen O auf und trifft auf die Mitte des Fotodetektors 58. Liegen keine Schwankungen des Brechungsindexes oder Krümmungen der Oberflächen vor, und verlaufen die Oberflächen im allgemeinen parallel, so ist der Winkel B gleich dem Winkel C und die Normalen O und N verlaufen parallel zueinander. Der Winkel A würde daher gleich dem Winkel D sein. Weist das Stück Glas Schwankungen des Brechungsindexes auf, während die anderen Parameter konstant bleiben, so ist der Winkel B nicht gleich dem Winkel C, sondern ändert sich mit den Änderungen des Brechungs indexes. Wird das Stück Glas von links nach rechts verschoben, wie in Fig. 6 zu erkennen ist, und steigt der Brechungsindex, so bleibt der Winkel B in diesem Falle am'Eintrittspunkt des Lichtstrahles 24 fixiert, und der Winkel C wird aufgrund des Gradienten des Brechungsindexes größer, wodurch der Winkel D größer als der Winkel A wird. Der durchgelassene Strahl würde

509819/Ü635

daher zur linken Seite der Mitte des Detektors 58 verschoben, wie aus Fig. 6 zu ersehen ist. Nimmt der Brechungsindex ah, während das Stück Glas von links nach rechts versehohen wird, wie in Fig. 6 dargestellt, so bleibt der Winkel B in diesem Falle am Eintrittspunkt des Lichtstrahls 24 fixiert, und der Winkel C wird entsprechend dem Gradienten des Brechungsindexes kleiner, wobei der Winkel D abnimmt. Der durchgelassene Strahl 55 würde nun zur rechten Seite des Mittelpunktes des Fotodetektors 58 verschoben werden, wie aus Fig. 6 zu ersehen ist.

Unter Bezugnahme auf Fig. 7 soll die weitere Besehreibung nun die Auswirkungen von Konturen in den Oberflächen 12 und 18 auf den durchgelassenen Strahl 55 erläutern. Zur Vereinfachung der Beschreibung ist ein konkaver Teil 74 in der Oberfläche 12 ausgebildet. Die Oberfläche 18 weist keine Oberflächenkrümmung auf, und das gezeigte Stück Glas zeigt keine Schwankungen des Brechungsindexes.

Der Lichtstrahl 24 trifft auf eine Außenfläche des konkaven Teils 74, die von rechts nach links schräg nach unten abfällt, wie aus Fig. 7 zu ersehen ist. Eine Ebene 76 tangiert den Auftreffpunkt des Lichtstrahls 24 auf die abfallende Außenfläche des konkaven Teiles 74. Die Ebene 76 wird im Gegenuhrzeigersinn von der Oberfläche 12 um einen Winkel E weggedreht, wie aus Fig. 7 zu ersehen ist. Der Auftreffwinkel A¹ zu der senkrecht zu der Ebene 76 verlaufenden Linie N' ist größer als der Winkel A, und zwar um einen Betrag, der gleich der Drehung der Ebene 76 ist, d.h., gleich dem Winkel E. Für kleine Winkel ist der Winkel B¹ nun um die Größe E größer

509819/0635

als der Winkel B; der Winkel C¹ ist um einen Betrag χ Ε

kleiner als der Winkel C, wobei-E der Drehwinkel der Ebene 76 und N der Brechungsindex des Glases ist. Wie zu erkennen ist, ist diese Annahme für kleine Winkel gültig, da der Drehwinkel der Ebene 76, der Winkel E, im allgemeinen für Flachglas kleiner als 1° ist. In Fig. 7 ist die Drehung der Ebene 76 zwecks deutlicher Darstellung übertrieben groß gezeichnet.

Der durchgelassene Lichtstrahl 55 tritt aus der Oberfläche 18 unter einem Winkel D' zur Normalen O aus. Der Winkel D' ist um einen Betrag (N-I) χ E kleiner als der Winkel D. Der durch das Glas hindurchtretende Strahl 55 trifft nun rechts vom Zentrum des Detektors 58 auf. Die Verschiebung des Strahls 55 vom Zentrum des Fotodetektors 58 ist gleich (N-l) χ Ε multipliziert mit dem Abstand zwischen dem Detektor 58 und der Oberfläche 18 des Stückes Glas.

Falls es vorgezogen wird, die Ebene 76 im Uhrzeigersinne entsprechend Fig. 7 zu drehen, d.h., trifft der Lichtstrahl 24 auf eine von links nach rechts schräg nach unten verlaufende Außenfläche des konkaven Teils lh, so würde der durchgelassene Lichtstrahl 55 links vom Zentrum des Detektors auftreffen. Obwohl bisher lediglich Konturen in der Oberfläche 12 behandelt wurden, läßt sich die Beschreibung natürlich auch auf Konturen in der Oberfläche 18 erstrecken. Die bisherige Beschreibung ist auf Auswirkungen von Schwankungen des Brechungsindexes und von Konturen in den Oberflächen des Stückes Glas auf den durchgelassenen bzw. durch das Glas hindurchtretenden Strahl gerichtet worden. Die Verschiebung des durch das Glas hindurchtretenden Strahls entlang der Oberfläche des Detektors 58 aus dessen

509819/0635

Zentrum zeigt eine Änderung des Brechungsindexes in dem Stück Glas und/oder Oberflächenkonturen in den Oberflächen 12 und des Stückes Glas an. Unter Bezugnahme auf Gleichung 3 gibt der Gesamtfehler-Analysator die auf Änderungen des Brechungsindexes und/oder Konturen in den Oberflächen beruhenden optischen Fehler, d.h. Ρφ, an. Zur Bestimmung innerer optischer Fehler des Glases, d.h. zur Bestimmung von P₁, ist es daher erforderlich, die auf Konturen in den Oberflächen 12 und 18 beruhenden optischen Fehler zu bestimmen, d.h. also P„. und

Konturen in den Oberflächen 12 und 18 werden durch Verwendung der Oberflächenfehler-Analysatoren 10 und 16 bestimmt (siehe Fig. 1).

In Fig. 1 richtet der Laser 22 des Oberflächenfehler—Analy— sators 10 den Lichtstrahl 24 entlang des Abtastweges 41 im allgemeinen als einen Punkt auf die Oberfläche 12, um (l) den Lichtstrahl 55 auf den Detektor 58 zu richten, (2) den Lichtstrahl 28 von der Oberfläche 12 in Richtung des Detektors 30 zu reflektieren und (3) den zweiten Lichtstrahl 71 von der zweiten Oberfläche 18 durch die erste Oberfläche auf das lichtundurchlässige Bauteil 72 zu reflektieren. Der Laser 39 des Oberflächenfehler-Analysators 16 richtet den Lichtstrahl 40 entlang des Abtastweges 57 im allgemeinen als einen Punkt auf die Oberfläche 18, um (l) einen Lichtstrahl 78 durch das Glas auf das lichtundurchlässige Bauteil 72 zu richten, (2) den Lichtstrahl 44 von der Oberfläche 18 in Richtung des Detektors 46 zu reflektieren und (3) zweite Lichtstrahlen 80 von der ersten Oberfläche 12 durch die zweite Oberfläche 18 auf ein lichtundurchlässiges Bauteil 82 zu reflektieren.

509819/Ü635

Das lichtundurchlässige Bauteil 72 schirmt den Detektor 30 vor dem zweiten Strahl 71 und dem durchgelassenen Strahl 78 al). Das lichtundurchlässige Bauteil 82 schirmt den Detektor 86 vor dem zweiten Strahl 80 ah. Der Strahlengang des durchgelassenen Lichtstrahls vom Laser 39 kann vorzugsweise von dem lichtundurchlässigen Bauteil 72 blockiert werden, da lediglich ein Gesamtfehler-Analysator verwendet wird. Zur besseren Abschirmung der Detektoren 30 und 46 vor den zweiten Strahlen und dem durchgelassenen Strahl und zur Verhinderung von Interferenz mit den reflektierten Strahlen 28 und 44 und dem durchgehenden Strahl 55₅ wird empfohlen, daß bei Glasdicken über 2,4 mm der Einfallwinkel eines jeden Oberflächenfehler-Analysators annähernd zwischen 0 und 30° liegt und bei Glasdicken von weniger als 2,4 mm der Einfallwinkel größer als 30°, z.B. 30 bis 45°, ist. Es wurde festgestellt, daß ein Einfallwinkel von 30 eine befriedigende Leistungsfähigkeit für Glasdicken bis herab zu 1,6 mm ergibt.

Der Laser 22 und der Positions-Potodetektor 32 sind in einem vorgegebenen Abstand voneinander angeordnet, der gleich dem Abstand zwischen dem Laser 39 und dem Fotodetektor 46 ist. Die Abstände zwischen dem Oberflächenfehler-Analysator 10 und der Oberfläche 12, dem Oberflächenfehler-Analysator 16 und der Oberfläche 18 sowie dem Fotodetektor 58 und der Oberfläche 18 sind gleich. Obwohl dies zur praktischen Verwendung der Erfindung nicht erforderlich ist, erleichtert diese Anordnung doch die Anwendung der Erfindung.

Wie in Fig. 1 dargestellt, wird vorgezogen, daß der Lichtstrahl 40 vom Laser 39 auf die Oberfläche 18 an dem Punkt auftrifft, an dem der durchgehende Strahl 55 aus der Oberfläche 18 aus-

5098 19/063 5

tritt. Obwohl die Erfindung nicht hierauf begrenzt sein soll, weist eine solche Anordnung den Vorteil auf, daß die von den Oberflächenzähler-Analysatoren 10 und 16 erzeugten Oberflächenkontur-Profile und das von dem Gesamtfehler-Analysator 20 erzeugte optische Gesamtleistungsprofil leicht Punkt für Punkt entlang des Abtastweges miteinander verglichen werden können.

Die Wirkungsweise der Oberflächenfehler-Analysatoren 10 und ist ähnlich, daher soll hier nur ein Oberflächenfehler-Analysator, nämlich der Oberflächenfehler-Analysator 10, beschrieben werden, wobei die Ausführungen auch für den anderen Oberflächenfehler-Analysator gelten.

Entsprechend Fig. 6 trifft der Lichtstrahl 24 auf die Oberfläche 12 des Stückes Glas auf, um einen Lichtstrahl 28 auf die Mitte der Oberfläche des Positions-Fotodetektors 30 zu reflektieren. Der Einfallwinkel A ist gleich dem Reflexionswinkel G. Wie bereits erwähnt, trifft der durchgehende Strahl 55 in der Mitte des Fotodetektors 58 auf, wie in Fig. 6 gezeigt. Weisen die Oberflächen 12 und 18 des Stückes Glas 14 keine Oberflächenkrümmungen auf und liegen keine Schwankungen des Brechungsindexes vor, so verweilen die reflektierten Strahlen 28 und 44 und der durchgehende Strahl 55 in der Mitte der Fotodetektoren 32, 36 bzw. 58 (siehe ebenfalls Fig. l). Unter Verwendung von Gleichung 3 und Betrachtung der Verschiebung der reflektierten Strahlen 28 und 44 und des durchgehenden Strahls 55 von der Mitte der Fotodetektoren 32, 46 und 58 als auf Oberflächenkonturen und Schwankungen des Brechungsindexes beruhende Fehler ergibt sich, daß das Glas optisch einwandfrei ist. Dies bedeutet genauer gesagt, daß in Gleichung 3 die Größen P_T, P_gl und P_g2 gleich Null sind.

509819/0635

Es sei nun angenommen, daß das Stück Glas eine Änderung des Brechungsindexes aufweist, wie sie durch die Verschiebung des durchgehenden Strahles 55 aus der Mitte des Detektors 58 angezeigt wird. Die Oberflächen 12 und 18 des Stückes Glas sind flach, wie durch die reflektierten Strahlen 28 und 44 in der Mitte der Detektoren 30 bzw. 46 angezeigt wird. Wendet man nun Gleichung 3 an, so ergibt sich, daß P_g und P_g2 gleich Null sind und P_T gleich P„ ist, wodurch angezeigt wird, daß die optischen Fehler des Stückes Glas auf Schwankungen des Brechung sindexes beruhen.

Wird entsprechend Fig. 7 das Glas von links nach rechts verschoben, so bewegt sich der konkave Teil 74 hinter den Lichtstrahl 24. Der Lichtstrahl 24 trifft zuerst auf die in Fig. von rechts nach links schräg nach unten verlaufende Außenfläche des konkaven Teils 74 auf. Die Ebene 76 tangiert den Einfallpunkt des Lichtstrahles auf der abfallenden oder geneigten Außenfläche des konkaven Teils 74. Wie Fig. 7 zu entnehmen ist, wird die Ebene im Gegenuhrzeigersinn von der oberen Oberfläche 12 um einen Winkel E weggedreht. Ist die Lichtquelle 22 stationär, erhält man einen Einfallwinkel A¹, der größer als der Einfallwinkel A ist, und zwar um einen dem Winkel E entsprechenden Betrag (siehe auch Fig. 6). Der Reflexionswinkel G' bleibt gleich dem Einfallwinkel A'. Der Winkel zwischen dem reflektierten Strahl 28 und der Normalen N zur oberen Oberfläche 12 in Fig. 7 nimmt um einen Gesamtbetrag gleich einem Winkel 2 χ E (siehe ebenfalls Fig. 6) zu. Der reflektierte Strahl 28 trifft auf die Oberfläche des Detektors 32 links von der Mittellinie auf, wobei der Verschiebungswinkel gleich dem doppelten Drehwinkel und der Abstand gleich der

509819/0 635

Entfernung zwischen der Oberfläche 12 und dem Detektor 30 multipliziert mit 2 χ Ε ist.

Wie bereits erwähnt, wird der in Fig. 7 dargestellte durchgehende Strahl 55 zur rechten Seite der Mitte des Detektors 58 um einen Betrag abgelenkt, der gleich dem Abstand vom Detektor 58 zur Oberfläche 18 multipliziert mit (N-l) χ E ist. Befinden sich die Detektoren 30, 58 und 46 in gleichen Abständen von den Oberflächen 12 bzw. 18, so ist die Verschiebung des Strahls 28 aus der Mitte des Detektors 30 größer als die Verschiebung des durchgehenden Strahls 55 aus der Mitte des Detektors 58,

2 und zwar um einen Betrag, der gleich ist. Gleichung 3 läßt sich daher umformen in Gleichung 4:

r$=l p
T V^ 2 Sl

Nzi p. ^ 2 S2/

Pj und Pm wie bereits beschrieben definiert sind,

P¹C₅₁ die optische Reflexionsleistung der Oberfläche 12 ist,

P^foo die optische Reflexionsleistung der Oberfläche 18 ist,

N-I ein Reduktionsfaktor ist, so daß die Verschiebung des 2

durchgehenden Strahls aus der Mitte des Detektors 58 aufgrund von Oberflächenkonturen gleich der Verschiebung der reflektierten Strahlen 28 und 44 aus der Mitte der Detektoren 30 und 46 aufgrund von Konturen in den Oberflächen 12 bzw. 18 ist, und

509819/0635

"ΊΓ~ ^P'si ^und ~ΊΓ~ ^P's2 Sleieb- Pg₁ bzw. P_g2 nach Gleichung

sind, wobei P_g. und P_g2, wie bereits besehrieben, definiert sind.

Es wird angenommen, daß die Oberfläche 18 keine Konturen auf-

N-I
weist, daher ist der Term —g— P'_S2 gleich Null. Die Verschiebung des durchgehenden Strahls aus der Mitte des Detektors 58 ist gleich dem Abstand zwischen dem Detektor 58 und der Oberfläche 18 multipliziert mit (N-I) χ E. Die Verschiebung des reflektierten Strahls 28 aus der Mitte des Detektors 30 ist gleich dem Abstand zwischen dem Detektor 30 und der Oberfläche 12 multipliziert mit (^fry (2E). Befinden sich die Detektoren 46, und 30 in gleichen Abständen von den Oberflächen 18 bzw. 12, so ist P-j- gleich Null. Daher beruhen optische Fehler des Glases auf Konturen" in der Oberfläche 12.

Trifft der Lichtstrahl 2h auf die in Fig. 7 von links nach rechts abwärts, verlaufende Oberfläche des konkaven Teils lh auf, so würde die Ebene 76 die Oberfläche am Auftreffpunkt tangieren und nun im Uhrzeigersinn von der oberen Oberfläche 12 um einen Winkel E weggedreht werden. In diesem Falle würde der Einfallwinkel A (siehe Fig. 6) um einen Betrag gleich dem Winkel E verkleinert werden. Die gesamte Verringerung des Winkels zwischen dem reflektierten Strahl 28 und der Normalen zu der oberen Oberfläche 12 in Fig. 7 würde gleich 2 χ Ε sein. Der reflektierte Strahl 28 trifft auf die Detektoroberfläche rechts von der Mitte des Detektors 30 auf. In ähnlicher Weise würde der durchgehende Strahl 55 zur linken Seite des Fotodetektors 30 um einen Betrag gleich (N-l) χ Ε verschoben werden.

509819/0635

Bei der praktischen Anwendung der Erfindung wird das Stück Glas 14 analysiert, um zu bestimmen, ob optische Fehler auf Oberflächenkonturen oder Schwankungen des Brechungsindexes beruhen. Durch Verwendung von Gleichung 4 ist es nunmehr möglich, festzustellen, ob optische Fehler auf Oberflächenkonturen oder Schwankungen des Brechungsindexes beruhen.

Durch Beobachtung der Position der reflektierten Strahlen 28 und 44 und des durchgehenden Strahls 55 auf der Oberfläche der Detektoren 30, 46 bzw. 58 und durch Bewegung des Glases 14 mit einer konstanten Geschwindigkeit können Oberflächenkontur-Profile der Oberflächen 12 und 18 und ein optisches Gesamtleistungsprofil des Glases hergestellt werden.

Weist der Detektor und die Lichtquelle eines jeden Oberflächenfehler-Analysiersystems einen vorgegebenen Abstand zueinander und zu einer Oberfläche des Stückes Glas auf, so verschiebt jede Verschiebung des Stückes Glas in Richtung der Lichtquelle und des Detektors oder von der Lichtquelle und vom Detektor weg den reflektierten Strahl zur rechten bzw. zur linken Seit,e der Mitte des betreffenden Detektors, wie aus Fig. 6 zu ersehen ist. Durch Anordnung eines Oberfläehenfehler-Analysators auf jeder Seite der Oberflächen 12 und 18 würde eine Verschiebung des Glasbandes oder Glasstreifens in Richtung eines Oberflächenanalysators oder von einem Oberflächenanalysator weg durch die Verschiebung des Glasbandes oder GlasStreifens vom zweiten Oberflächenanalysator weg bzw. in Richtung des zweiten Oberflächenanalysators ausgeglichen. Es sei angenommen, daß das Oberflächenkontur-Profil der Oberfläche 12 eine Verschiebung des reflektierten Strahls aufgrund von Unebenheit der oberen Oberfläche und einer Verschiebung der Oberfläche 12 in Richtung

5098197 0635

des Analysators 10 zeigt. Das Oberflächenkontur-Profil der Oberfläche 18 zeigt eine Verschiebung des reflektierten Strahls aufgrund von Unebenheit der Oberfläche 18 und einer Verschiebung der Oberfläche 18 vom Analysator 16 weg. Eine Addition der beiden Profile würde die Verschiebung des Glasbandes oder Glasstreifens ausgleichen und ein Gesamt-Oberflächenprofil für die Oberflächen 12 bzw. 18 ergeben, das die optischen Fehler der Oberflächen 12 bzw. 18 des Stückes Glas 14 zeigt. Wie ein Fachmann lacht erkennen wird, beeinflußt eine Verschiebung des Glases in Richtung des Detektors 58 oder vom Detektor 58 weg nicht die Position des durchgehenden Strahles 55 auf der Oberfläche des Detektors 58. Aufgrund dieses Merkmals eignet sich die Erfindung als ständige oder on-line-Inspektionsvorrichtung.

In Fällen, in denen eine Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung als wahlweise oder off-line-Inspektionsvorrichtung gewünscht wird, kann das Stück Glas in eine Halterung eingespannt werden.

Obwohl es nicht erforderlich ist, wird doch empfohlen, die reflektierten und durchgehenden Lichtstrahlen 28, 44 bzw. 54 vom umgebenden Raumlicht optisch zu isolieren. Dies kann dadurch erfolgen, daß die Lichtstrahlen 28, 44 und 54 durch Rohre verlaufen, so daß verhindert wird, daß im Raum vorhandenes Streulicht die Fotodetektoren beeinflußt. In Fig. 2 ist ein Blockschaltbild der elektronischen Schaltungsanordnungen 34, -50 und 6l gezeigt, die die Signale der Positions-Abtastfotodetektoren 30, 46 bzw. 58 umwandeln. Die Schaltungsanordnungen 34, 50 und 6l sind ähnlich im Aufbau und in der Wir-

50981 9/0635

kungsweise, weswegen die Beschreibung sich auf die Schaltungsanordnung 34 beschränkt und auch auf die Schaltungsanordnungen 50 und 6l anwendbar ist, solange nichts anderweitiges ausgeführt ist.

Das vom Detektor 30 abgegebene Signal ist zu schwach für eine Linearisierung in einem Funktionsgenerator 84, wie etwa dem von der Firma Burr Brown Instrumentation hergestellten Modell 1662/16-2 und wird daher einem Vorverstärker 86 zugeführt, z.B. dem von der Firma Burr Brown Instrumentation hergestellten Modell 3061/16. Das vom Positions-Abtastfotodetektor 30 mittels der Leitung 32 empfangene Signal zeigt die Position des reflektierten Strahls 28 auf der Oberfläche des Detektors an, d.h. also, eine Ausgangsspannung als Funktion der Position des reflektierten Strahls auf der Detektoroberfläche. Das verstärkte Signal wird sodann dem Funktionsgenerator 84 zugeführt, der das verstärkte Eingangssignal verarbeitet, um das Verhältnis zwischen der Positionsspannung und dem verstärkten Detektorsignal zu linearisieren. Das verstärkte linearisierte Ausgangssignal des Funktionsgenerators wird einem Dämpfungsglied 88 zugeführt.

Die mit den Oberflächenfehler-Analysatoren iO bzw. l6 verbundenen Dämpfungsglieder 88 und 90 der Sehaltungsanordnungen bzw. 50 setzen das verstärkte linearisierte Signal um einen

N—1
Faktor —5— herab. Das mit dem Gesamtfehler-Analysator 20 verbundene Dämpfungsglied 92 der Schaltungsanordnung 6l dämpft das Signal um einen Faktor 4. Auf diese Weise wird die Differenz zwischen der Verschiebung des durchgehenden Strahls 55 aufgrund von Oberflächenkonturen und den reflektierten Strahlen 28 und

509819/0 635

44 aufgrund von Oberflächenkonturen kompensiert (siehe Gleichung 4).

Das von den Dämpfungsgliedern 88, 90 und 92 gedämpfte Signal wird Differenzierschaltungen 9h, 96 bzw. 98 zugeführt, z.B. Differenzierschaltungen mit einem Operationsverstärker, wie etwa dem von der Firma Burr Brown Instrumentation hergestellten Modell 3293/14, welches das Signal nach der Zeit differenziert, oder genauer gesagt, die Änderungsrate der Spannung nach der Zeit. Wird das Glas mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt, so kann die Zeit auf die Position der Lichtstrahlen 28, 44 und 55 entlang der Abtastwege 41 bzw. 57 bezogen werden. Ein von den Differenzierschaltungen oder Differenziergliedern 94, 96 und 98 der Schaltungsanordnungen 34, 50 bzw. 6i abgegebenes Ausgangssignal wird einem die Spannung aufzeichnenden Streifenblattschreiber 100 mittels Kabeln 102, 104 bzw. IO6 zugeführt. Die Ausgangssignale der Differenzierschaltungen 9h, 96 und 98 veranlassen den Streifenblattschreiber 100, das Oberfläehenkonturprofil 36, 37 oder 38 für die Oberfläche 12, das Oberflächenkonturprofil 52, 53 oder 54 für die Oberfläche 18 bzw. das optische Gesamtleistungsprofil 62, 63 oder 64 für das Stück Glas 14 aufzuzeichnen (siehe Fig. 3, h oder 5).

Ein ähnliches Signal, wie das dem Streifenblattschreiber 100, etwa einem sechskanaligen Bürsten-Streifenblattschreiber, zugeführte Signal wird von den Differenziergliedern 9h und 96 einem Addierer-Subtrahierer 108, etwa einem Bell and Howell Modell 19-3O1A, mittels Leitungen 110 bzw. 112 zugeführt. Die Signale für gleiche Punkte des Abtastweges werden aufsummiert und dem Streifenblattschreiber 100 mittels einer Leitung 114 sowie einem

5 09819/0635

Addierer Il6 mittels eines Kabels 118 zugeführt. Der Streifenblattschreiber zeichnet ein Gesamtoberflächenprofil 65, 66 oder 67 auf, das die Summe der Oberflächenkonturprofile 36 und 52, 37 und 53 bzw. 38 und 54t darstellt (siehe Fig. 3, h oder 5).

Das von dem Differenzierglied 98 der Schaltungsanordnung 6l abgegebene Signal wird dem Addierer-Subtrahierer II6 mittels des Kabels 120 zugeführt. Der Addierer subtrahiert das aufsummierte Signal des Addierers 108 von dem Signal des Differenziergliedes 98. Das Signal wird mittels eines Kabels 122 dem Streifenblattschreiber 100 zugeführt, um das innere Fehlerprofil 68, 69 oder 70 (siehe Fig. 3, k oder 5) aufzuzeichnen, das die Fehler des Glases aufgrund von Schwankungen des Brechungsindexes angibt. Weisen die Dämpfungsglieder 88, 90 und 92 verschiedene Dämpfungs- oder Reduktionsfaktoren auf, so kann die Oberflächenabweichung des reflektierten Strahls aufgrund von Oberflächenkonturen vorzugsweise eingestellt werden, so daß die Subtraktion des Oberfläehenkonturprofils vom optischen Gesamtleistungsprofil die auf Schwankungen des Brechungsindexes beruhenden optischen Fehler des Glases bezeichnet, wie von dem inneren Fehlerprofil gezeigt· wird.

Die zur Durchführung des erfindungsgemäflen Verfahrens verwendbaren Positions-Abtastfotodetektoren zeigen die Position eines Lichtstrahls auf der Detektoroberfläche als eine Spannungsfunktion an. Fällt der Lichtstrahl in der Mitte des Detektors ein, so wird eine Bezugsspannung von Null aufgezeichnet. Auf einer Seite der Mitte auftreffende Lichtstrahlen werden von einer negativen Spannung bezeichnet und auf der entgegengesetzten Seite der Mitte auftreffende Lichtstrahlen werden von einer

509819/0635

positiven Spannung bezeichnet. Wird der Lichtstrahl aus der Mitte des Detektors verschoben, steigt die Spannung positiv oder negativ an, je nachdem, in welcher Richtung die Verschiebung des Strahls erfolgt. Das von den Detektoren 30, 46 und 58 abgegebene Spannungssignal wird von den Schaltungsanordnungen 34, 50 bzw. 6i weiterverarbeitet, um dem Streifenblattschreiber, dem Addierer 108 und dem'Subtrahierer 116 ein Signal zuzuführen, das die Änderungsrate der Spannung, bezogen auf die Zeit, bezeichnet. Wird die Verschiebung des Stückes Glas mit einer festgesetzten, konstanten Geschwindigkeit vorgenommen, so bezieht sich die Zeit auf die Position entlang der Abtastwege 41 und 57.

In den Fig. 3, 4 und 5 zeigen die Oberflächenkonturprofile 36, 37, 38 und 52, 53, 54 konkave und konvexe Teile für die Oberflächen 12 bzw. 18.. Vorzugsweise können Unebenheiten als sinusähnliche Kurve dargestellt werden, wobei der konvexe Teil durch die erste Hälfte der Sinuskurve, d.h. durch eine positive Spannung und konkave Teile durch die zweite Hälfte der Sinuskurve, d.h. durch eine negative Spannung bezeichnet werden. Die Amplitude der Krümmung während einer Meßspanne wird durch.die Spannung sänderung, bezogen auf die Zeit, angezeigt.

Die optischen Gesamtleistungsprofile 62, 63 und 64 zeigen konkave und konvexe Teile für die Oberflächen 12 und 18 sowie Schwankungen des Brechungsindexes im Glas 14. Da die Profile 62, 63 und 64 die Verschiebung des durchgehenden Strahls 55 aus der Mitte des Detektors 58 aufgrund von Konturen in den Oberflächen 12 und 18 und aufgrund von Schwankungen des Brechungsindexes im Glas zeigen, folgt das optische Gesamtleistungsprofil

509819/0635

vorzugsweise nicht jeder festgesetzten Kurvenform.

Die Gesamt-Oberflächenprofile 65, 66 und 67 sind die algebraische Summe der OTberf lächenkonturprof ile 36, 37, 38 bzw. 52, 53, 5²I.

Die inneren Fehlerprofile 68, 69 und 70 zeigen die optische Leistung des Glases unter Berücksichtigung von Schwankungen des Brechungsindexes als Änderungen der aufgezeichneten Spannung.

In Fig. 3 ist ein Teil eines Streifenblattes dargestellt, das einen Abschnitt eines Stückes Flachglas mit optischen Fehlern zeigt, dargestellt durch das optische Gesamtprofil 62. Bei einem Vergleich der Oberflächenkonturprofile 36 und 52 mit dem inneren Fehlerprofil 68 läßt sich erkennen, daß die Konturen in den Oberflächen des Glases in höherem Maße zu optischen Fehlern des Glases beigetragen haben als Änderungen des Brechungsindexes. Daher bedarf offensichtlich der Verfahrensechritt des Formens einer Überprüfung.

In Fig. h ist ein Teil eines Streifenblattes dargestellt, das einen Abschnitt eines Stückes Glas mit optischen Fehlern zeigt, dargestellt durch das optische Gesamtleistungsprofil 63. Aus einem Vergleich der Oberflächenkonturprofile 37 und 53 mit dem inneren Fehlerprofil 69 läßt sich erkennen, daß Änderungen oder Schwankungen des Brechungsindexes in höherem Maße zu optischen Fehlern des Glases beitragen als Konturen in den Oberflächen des Glases. Daher sind die offensichtlich einer Prüfung zu unterziehenden Verfahrensschritte die Chargenvorbereitung, das Schmelzen oder die Aufbereitung.

509819/0635

In Fig. 5 ist ein Teil eines Streifenblattes dargestellt, das einen Abschnitt eines Stückes Glas mit optischen Fehlern zeigt, dargestellt durch das optische Gesamtprofil 64. Aus dem Vergleich der Oberflächenkonturprofile 38 und 5^ mit dem inneren Fehlerprofil 70 ist zu ersehen, daß sowohl Schwankungen des Brechungsindexes als auch Konturen in den Oberflächen des Glases zu optischen Fehlern des Glases beitragen. Daher bedürfen offensichtlich die Verfahrensschritte der Chargenvorbereitung, des Schmelzens, der Aufbereitung und des Formens einer Überprüfung.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann nunmehr Flachglas analysiert werden, um einmal die auf Konturen in den Oberflächen 12 und 18 beruhenden optischen Fehler und zum anderen die auf Schwankungen des Brechungsindexes beruhenden optischen Fehler aufzuzeigen, die entweder durch Änderungen in der Zusammensetzung, etwa durch Schlierenbildung oder aber durch eingeschlossene Sandteilchen, Steinchen oder Blasen entstehen.

Selbstverständlich sind gewisse Modifikationen an der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Besonders die elektrischen Komponenten und ihre in der Beschreibung erwähnte Beziehung zueinander sind lediglich beispielhaft zu verstehen, da auch andere Komponenten verwendet werden können. Außerdem wurde die Erfindung anhand bestimmter Ausführungen von Oberflächenfehler-Analysatoren und Gesamtfehler-Analysatoren erläutert, soll jedoch nicht auf diese speziellen Ausführungsformen begrenzt sein.

Claims

- 30 Patentansprüche

1.) Verfahren zur Bestimmung des optischen Leistungsanteils von Schwankungen des Brechungsindexes und Krümmungen in den Oberflächen eines Stückes Glas, gekennzeichnet durch die Verfahrenssehritte:

Abtasten einer ersten Oberfläche des Stückes Glas zur Erzeugung eines ersten Oberf lächenkonturprof ils, dc?" den optischen Leistungsanteil der ersten Oberfläche zegt,

Abtasten einer zweiten Oberfläche des Stückes Glas zur Erzeugung eines zweiten Oberflächenkonturprofils, das den optischen Leistungsanteil der zweiten Oberfläche zeigt, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt,

Addieren des ersten und zweiten Oberflächenkonturprofils, um ein Gesamt-Oberflächenprofil zu erhalten,

Abtasten des Stückes Glas zur Erzeugung eines optischen Leistungsprofils des Glases, das die optische Leistung des Glases aufgrund von Schwankungen des Brechungsindexes und Konturen in der ersten und zweiten Oberfläche wiedergibt, und

Subtrahieren des Gesamt-Oberflächenprofils von dem optischen Leistungsprofil zur Bestimmung des optischen Leistungsanteils von Schwankungen des Brechungsindexes im Glas.

509819/0635

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtasten zur Erzeugung eines ersten Oberflächenkonturprofils die folgenden Verfahrensschrltte umfaßt:

Richten eines Lichtstrahls auf das Stück Glas zur Reflexion eines Strahls von der ersten Oberfläche und von der zweiten Oberfläche durch die erste Oberfläche,

Erzeugung einer relativen Bewegung zwischen dem Stück Glas und dem Lichtstrahl, um den Lichtstrahl von der ersten Oberfläche entlang eines Abtastweges auf eine Positions-Abtasteinrichtung zu reflektieren,

Abschirmen der Abtasteinrichtung von dem von der zweiten Oberfläche durch die erste Oberfläche reflektierten Lichts trahl, und

Erfassen relativer Positionen des reflektierten Lichtstrahls auf der Abtasteinrichtung, die von Oberflächenkonturen in der ersten Oberfläche verursacht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die relative Bewegung zwischen dem Stück Glas und dem Lichtstrahl mit einer konstanten Geschwindigkeit verläuft, gekennzeichnet durch die Schritte:

Erfassen relativer Positionen des reflektierten Lichtstrahls als eine Funktion der Zeit und

Berechnen der Oberflächenglätte der ersten Oberfläche als eine Funktion der Position auf der Oberfläche.

509819/0635

h. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt der Bestimmung des optischen Leistungsprofils die folgenden Schritte aufweist:

Übertragen eines Lichtstrahls durch den gläsernen Gegenstand auf eine Positions-Abtasteinrichtung,

Erzeugung einer relativen Bewegung zwischen dem gläsernen Gegenstand und dem Lichtstrahl, und

Feststellen der relativen Position des Lichtstrahls auf der Positions-Abtasteinrichtung, die durch Schwankungen des Brechungsindexes und Konturen in der ersten und zweiten Oberfläche des Stückes Glas verursacht wird.

5. Verfahren nach Anspruch i, gekennzeichnet durch die Schritte:

Richten eines ersten Lichtstrahls auf die erste Oberfläche des gläsernen Gegenstandes, um einen Lichtstrahl von der ersten Oberfläche und von der zweiten Oberfläche zurück durch die erste Oberfläche zu reflektieren und um einen Lichtstrahl durch das Stück Glas hindurchzusenden,

Reflektieren des Lichtstrahls von der ersten Oberfläche auf eine erste Positions-Abtasteinrichtung,

Abschirmen des von der zweiten Oberfläche zurück durch die erste Oberfläche reflektierten Lichtstrahls von der ersten Positions-Abtasteinrichtung,

509819/0635

Auftreffen des durchgehenden Lichtstrahls auf eine zweite Positions-Abtasteinrichtung,

Richten eines zweiten Lichtstrahls auf die zweite Ober— fläche des Stückes Glas, um einen Lichtstrahl von der zweiten Oberfläche und von der ersten Oberfläche zurück durch die zweite Oberfläche zu reflektieren,

Reflektieren des Lichtstrahls von der zweiten Oberfläche auf eine dritte Positions-Äbtasteinrichtung,

Abschirmen des von der.ersten Oberfläche zurück durch die zweite Oberfläche reflektierten Lichtstrahls von der zweiten und dritten Positions-Äbtasteinrichtung,

Verschieben des gläsernen Gegenstandes relativ zum ersten und zweiten Lichtstrahl, und

Erfassen der durch Oberflächenkonturen in der ersten Oberfläche bestimmten relativen Position des von der ersten Oberfläche reflektierten Lichtstrahls auf der ersten Positions-Äbtasteinrichtung, Erfassen der durch Oberflächenkonturen in der ersten und zweiten Oberfläche sowie Schwankungen des Brechungsindexes im Glas bestimmten relativen Position des durchgehenden Lichtstrahls auf der zweiten Positions-Äbtasteinrichtung und Erfassen der durch Oberflächenkonturen der zweiten Oberfläche bestimmten relativen Position des von der zweiten Oberfläche reflektierten Lichtstrahls auf der dritten Positions-Äbtasteinrichtung.

509819/0635

6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Oberflächenkonturprofil, ein zweites Oberflächenkonturprofil und ein optisches Leistungsprofil berechnet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ahtastschritte gleichzeitig durchgeführt werden.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7 zur Bestimmung des optischen Leistungsanteils des Brechungsindexes und von Krümmungen in Oberflächen eines Stückes Glas, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Bestimmung des Oberflächenkontürprofils einer ersten Oberfläche des Stückes Glas, die den optischen Leistungsanteil der ersten Oberfläche zeigt, durch eine Einrichtung zur Bestimmung des Oberflächenkonturprofils einer zweiten, der ersten Oberfläche gegenüberliegenden Oberfläche des Stückes Glas, die den optischen Leistungsanteil der zweiten Oberfläche zeigt, durch eine Einrichtung zur Bestimmung des optischen Leistungsprofils des Stückes Glas, das die optische Leistung des Stückes Glas unter Berücksichtigung von Schwankungen des Brechungsindexes und Konturen in der ersten und zweiten Oberfläche des Stückes Glas angibt, und durch eine Einrichtung, die auf die erste, zweite und dritte Bestimmungseinrichtung anspricht, um den optischen Leistungsanteil aufgrund von Schwankungen des Brechungsindexes zu ermitteln.

509819/0635

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Bestimmungseinrichtung eine Vorrichtung zum Richten eines Lichtstrahls auf die erste Oberfläche, eine Vorrichtung zur Erzeugung einer relativen Bewegung zwischen der Detektoreinriehtung und dem Glas zur Reflexion des Lichtstrahls von der ersten Oberfläche und eine Vorrichtung zur Erfassung von Änderungen der durch Konturen in der ersten Oberfläche bestimmten relativen Positionen des von der ersten Oberfläche reflektierten Lichtstrahls aufweist,

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Bestimmungseinrichtung eine Positions-Abtasteinrichtung, eine Vorrichtung zum Richten eines Lichtstrahls durch das Glas auf die Positions-Abtasteinrichtung, eine Vorrichtung zur Erzeugung einer relativen Bewegung zwischen der Einrichtung zum Richten des Lichtstrahls durch das Glas und dem Glas, und eine Vorrichtung zur Erfassung von Änderungen der durch Konturen in der ersten und zweiten Oberfläche des Glases sowie durch Schwankungen des Brechungsindexes im Glas bestimmten relativen Positionen des durch das Glas hindurchtretenden Lichtstrahls aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Bestimmungseinrichtung eine erste Positions-Abtasteinrichtung, eine erste Einrichtung zum Richten eines Lichtstrahls auf das Stück Glas zur Reflexion eines Lichtstrahls von der ersten Oberfläche auf die erste Positions-Abtasteinrichtung, zur Reflexion eines Lichtstrahls von der zweiten Oberfläche durch die erste Oberfläche des Stückes Glas und zum Hindurchsenden eines Lichtstrahls durch

509819/0635

das Stück Glas, eine erste Einrichtung zur Abschirmung des von der zweiten Oberfläche durch die erste Oberfläche reflektierten Lichtstrahls von der ersten Positions-Abtasteinriehtung und eine von der ersten Positions-Abtasteinrichtung betriebene Vorrichtung zur Erzeugung eines ersten Oberflächenkonturprofils aufweist, das den optischen Leistungsanteil der ersten Oberfläche zeigt, daß die zweite Bestimmungseinrichtung eine zweite Positions-Abtasteinrichtung, eine zweite Einrichtung zum Richten eines Lichtstrahls auf das Stück Glas zur Reflexion eines Lichtstrahls von der zweiten Oberfläche auf die zweite Positions-Abtasteinrichtung, zur Reflexion eines Lichtstrahls von der ersten Oberfläche durch die zweite Oberfläche des Stückes Glas und zum Hindurchsenden eines Lichtstrahls durch das Stück Glas auf die erste Abschirmeinrichtung, eine zweite Einrichtung zum Abschirmen des von der ersten Oberfläche durch die zweite Oberfläche reflektierten Lichtstrahls von der zweiten Positions-Abtasteinrichtung und eine von der zweiten Positions-Abtasteinrichtung betriebene Vorrichtung zur Erzeugung eines zweiten Oberflächenkonturprofils aufweist, das den optischen Leistungsanteil der zweiten Oberfläche angibt, und daß die dritte Bestimmungseinrichtung eine in dem Strahlengang des durchgehenden Lichtstrahls der ersten Bestimmungseinrichtung angebrachte dritte Positions-Abtasteinrichtung sowie eine von der dritten Positions-Abtasteinrichtung betriebene Vorrichtung zur Erzeugung eines optischen Gesamtleistungsprofils des Glases aufweist, das den optischen Leistungsanteil von Schwankungen des Brechungsindexes und Konturen in der ersten und zweiten Oberfläche des Stückes Glas angibt.

509819/0635

12. Vorrichtung nach Anspruch 1^, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung das erste und zweite Oberfläehenkonturprofil addiert, um ein Gesamt-Oberfläehenkonturprofil derart zu erzeugen, daß die Auswirkungen von Konturen in der ersten und zweiten Oberfläche auf die erste bzw. zweite Positions-Abtasteinriehtung eine ähnliche Auswirkung auf die dritte Positions-Abtasteinriehtung ausüben, und daß eine Einrichtung das Gesamt-Oberflächenkonturprofil von dem optischen Gesamtleistungsprofil subtrahiert, um ein Profil zu erzeugen, das die optische Leistung des Glases unter Berücksichtigung von Schwankungen des Brechungsindexes angibt.

509819/0635

3* ·

Leerseite