DE3816392C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der optischen Qualität von Flachglas, insbesondere von Floatglas oder von Produkten aus Flachglas, bei dem die Glasscheibe unter einem schrägen Einfallswinkel beleuchtet und von der beleuchteten Glasscheibe ein Schattenbild auf einem Projektionsschirm erzeugt wird, das aufgrund der sich in einer Richtung der Glasscheibe erstreckenden streifenförmigen Bereiche, welche die Wirkung von konvexen oder konkaven Zylinderlinsen haben, aus von diesen erzeugten hellen und dunklen Streifen besteht, und bei dem dieses Schattenbild erfaßt und ausgewertet wird sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Flachglas, und insbesondere nach dem Floatverfahren hergestelltes Flachglas, weist regelmäßig durch den Herstellungsprozeß bedingte streifenförmige Oberflächenunebenheiten auf einer oder auf beiden Oberflächen auf, die sich in Längsrichtung, das heißt in der Ziehrichtung des Glasbandes erstrecken. Die bei Floatglas charakteristischen streifenförmigen Oberflächenunebenheiten werden auch als "Floatdistorsionen" bezeichnet. Diese Oberflächenunebenheiten sind so gering, daß sie mit mechanischen Meßmethoden nicht erfaßt werden können. Zur Bestimmung der optischen Qualität von Floatglas werden deshalb ausschließlich optische Kontrollverfahren angewendet.

Ein bekanntes Verfahren zur Beurteilung der Oberflächengüte von Glasscheiben ist das sogenannte Schattenverfahren. Bei dem Schattenverfahren wird das Schattenbild, das beim Durchstrahlen der Glasscheibe mit Licht auf einem Projektionsschirm entsteht, visuell beurteilt. Die Unebenheiten auf den Oberflächen der Glasscheibe wirken dabei wie Sammel- bzw. Zerstreuungslinsen und ergeben auf dem Schirm ein Muster heller und dunkler Streifen. Eine quantitative Auswertung des so entstehenden Schattenbildes ist mit Hilfe der bekannten Verfahren nicht möglich.

Auch das aus der DE-OS 23 18 532 bekannte Verfahren der eingangs genannten Art macht von dem Prinzip des Schattenverfahrens Gebrauch. Die Erfassung und Auswertung des Schattenbildes erfolgt hierbei durch eine sich quer über das Schattenbild erstreckende Reihe von lichtelektrischen Wandlern wie Fotowiderständen, Fototransistoren oder dergleichen, die beim Überschreiten vorgegebener Grenzwerte ein Signal geben. Mit diesem Verfahren können grundsätzlich keine absoluten Aussagen über die Größe der optischen Fehler des Glasbandes gemacht werden, vielmehr gestattet es lediglich eine relative Beurteilung der optischen Qualität.

Es ist ferner bekannt, ein elektronisches Bildanalysegerät für Messungen der Bruchstruktur von Einscheibensicherheitsglas und für die Prüfung der Abtauwirkung von Heizscheiben einzusetzen (Materialprüfung, 21 (1979) Nr. 5, S. 153-156). Die erzeugten analogen Bilder werden in der Weise ausgewertet, daß das Gerät nach Digitalisierung des Bildes und Festlegung einer digitalen Grauschwelle Figuren ausmißt, die in ihrem Videosignal über oder unter der gewählten Grauschwelle liegen. Jeder Bildpunkt wird dabei nach Koordinatenlage und dem maximal 64 Stufen umfassenden Grauwert erfaßt. Auf diese Weise werden geometrische Größen der Bildelemente, wie Fläche, Umfang, Durchmesser, Länge, Breite und Lage gemessen und statistisch ausgewertet. Die optischen Eigenschaften von Flachglas lassen sich auf diese Weise nicht bestimmen.

Auch für die Ermittlung von Helligkeits- und Farbwerten oder der Lichtdurchlässigkeit, für die Erfassung von Kodierungen, Bewegungen, Schwingungen und anderer physikalischer Veränderungen sowie für Zählungen oder Sortierungen nach den verschiedensten optischen Kriterien ist der Einsatz der digitalen Datenverarbeitung bei messenden TV-Systemen bekannt (messen+prüfen/automatik, Januar/Februar 1977, S. 34-41). Zwar gestattet der in diesem Zusammenhang beschriebene Polyprozessor auch quantitative Messungen der Helligkeitsverteilung im aufgenommenen Bild, doch ist eine unmittelbare quantitative Bestimmung der optischen Eigenschaften von Flachglas hiermit nicht möglich.

Zum Stand der Technik gehört ein Verfahren zum Ermitteln von konvexen und konkaven Oberflächenbereichen einer Glasscheibe, bei dem ein Lichtstrahlenbündel unter einem flachen Winkel auf die Glasoberfläche gerichtet und die Intensität der reflektierten Strahlen mit Hilfe lichtelektrischer Wandler gemessen wird (US-PS 38 77 814). Die bei Bewegung der Glasscheibe festgestellten Änderungen der Lichtintensität dienen dabei als Maß für die Bewertung der Glasscheiben. Auch mit diesem bekannten Verfahren ist die Bestimmung der absoluten Größen für die Lichtablenkung in den konvexen und konkaven Bereichen nicht möglich.

Aus der DE 30 21 448 A1 ist es bekannt, zur Erfassung von Oberflächenfehlern an reflektierenden Oberflächen ein Raster mit einer gleichmäßigen Helligkeitsverteilung auf die Oberfläche zu projizieren und mit Hilfe einer Fernsehkamera und nachgeschalteter Elektronik die durch Oberflächenfehler bedingten Formabweichungen des Rasters auszuwerten. Die Oberflächenunebenheiten von Glasscheiben sind jedoch so gering, daß sie sich mit dieser Methode nicht erfassen lassen. Außerdem ist eine quantitative Erfassung der absoluten Größen für Ablenkfehler und dioptrische Fehler ebenfalls nicht möglich.

Für bestimmte Anwendungsfälle von Glasscheiben ist es erforderlich oder wünschenswert, die optische Güte der Glasscheiben in absoluten Werten der Brechkraft der dioptrischen Fehler messen und angeben zu können. Für Kraftfahrzeug-Windschutzscheiben beispielsweise ist in der deutschen Straßenverkehrszulassungsordnung (StVZO) vorgeschrieben, daß bei Windschutzscheiben die Brechwertänderung nicht mehr als ±0,06 Dioptrien betragen darf. Meßverfahren nach dem Stand der Technik, mit denen eine quantitative Messung der dioptrischen Fehler von Glasscheiben durchgeführt werden kann, sind sehr aufwendig und eignen sich nicht für den Einsatz im Produktionsbetrieb.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen, um die Brechkräfte der streifenförmigen Fehlerbereiche in ihren absoluten Werten, oder den Brechkräften proportionale Werte, zu bestimmen und die Zuordnung der bestimmten Werte zu den entsprechenden Stellen auf der Glasscheibe zu ermöglichen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe beim Verfahren durch folgende Maßnahmen gelöst:

• a) das Schattenbild wird in einem sich quer zu den hellen und dunklen Streifen verlaufenden schmalen Meßfeld mit einer Video-Kamera erfaßt;
• b) in der Video-Kamera oder in einer nachgeschalteten Digitalisierungs­ stufe werden für die Leuchtdichte eines jeden Bildpunktes des gemessenen Leuchtdichteprofils entsprechende digitalisierte Signale erzeugt;
• c) aus den digitalisierten Signalen des gemessenen Leuchtdichteprofils wird durch symmetrische Tiefpaßfilterung das dem gemessenen Leuchtdichteprofil entsprechende Grundleuchtdichteprofil entsprechend einer fehlerfreien Glasscheibe in Form digitalisierter Signale ermittelt;
• d) aus den dem gemessenen Leuchtdichteprofil entsprechenden digitalisierten Signalen und den dem Grundleuchtdichteprofil entsprechenden digitalisierten Signalen wird das jeweilige Differenzsignal gebildet;
• e) aus diesen Differenzsignalen und den jeweils entsprechenden digitalisierten Signalen des Grundleuchtdichteprofils wird der jeweilige Quotient gebildet, und
• f) durch Multiplikation dieser Quotienten mit einem Korrekturfaktor werden die absoluten Werte der Brechkräfte oder diesen proportionale Werte ermittelt und numerisch und/oder graphisch ausgewertet.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist im Patentanspruch 11 angegeben.

Durch die Erfindung wird also erreicht, daß sich auf einfache Weise ohne aufwendige optische Einrichtungen eine quantitative Bestimmung der Brechkräfte im Floatglas allein aus dem Schattenbild durchführen läßt. Die in der Nähe der zu untersuchenden Glasscheibe notwendigen Einrichtungen umfassen lediglich die Beleuchtungseinrichtung, einen Projektionsschirm und eine oder mehrere Video-Kameras, und es ist problemlos möglich, diese Einrichtungen unmittelbar an einer Produktionslinie für Floatglas zu installieren. Da die Auswertung eines Video-Bildes durch das Bildverarbeitungssystem in sehr kurzer Zeit erfolgen kann, kann beispielsweise ein Floatglasband, das sich mit einer Geschwindigkeit von 30 m/min bewegt, in Abständen von 5 cm jeweils entlang einer sich über die gesamte Breite des Glasbandes erstreckenden Linie auf die Größe der dioptrischen Fehler untersucht werden. Selbst bei hohen Anforderungen an die Genauigkeit der Meßwerte kann bei einer entsprechend verfeinerten Auswertung der Meßsignale die Messung in Abständen von 50 cm bei der gleichen Geschwindigkeit des Floatglasbandes erfolgen. Das bedeutet, daß auf diese Weise eine mehr oder weniger lückenlose Überwachung der optischen Qualität eines Floatglasbandes unmittelbar an der Produktionslinie möglich ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Auswerteverfahren können grundsätzlich sowohl Schattenbilder ausgewertet werden, die nach Durchstrahlung der Glasscheibe erzeugt wurden, bei denen die dioptrischen Fehler durch Zusammenwirken der Deformation auf beiden Oberflächen der Glasscheibe entstehen, als auch solche Schattenbilder, die im wesentlichen durch die Reflexion des Lichtes an einer Oberfläche bzw. an den beiden Oberflächen erzeugt werden.

Das Grundleuchtdichteprofil für die Bildung des Differenzsignals zwischen den dem gemessenen Leuchtdichteprofil entsprechenden Signalen und den dem Grundleuchtdichteprofil entsprechenden Signalen wird unmittelbar aus den dem gemessenen Leuchtdichteprofil des Schattenbildes im Meßfeld entsprechenden digitalisierten Signalen durch eine Tiefpaßfilterung ermittelt. Bei den dem Leuchtdichteprofil entsprechenden digitalisierten Signalen kann es sich sowohl um die gemessenen unverarbeiteten Signale als auch um die gemessenen und anschließend vorgefilterten Signale handeln. Bei der Tiefpaßfilterung werden die durch die dioptrischen Fehler der Glasscheibe entstehenden Leuchtdichteänderungen herausgefiltert.

Eine andere Möglichkeit zur unmittelbaren Ermittlung des für die weitere Berechnung erforderlichen Differenzsignals zwischen den dem gemessenen Leuchtdichteprofil entsprechenden Signalen und den dem Grundleuchtdichteprofil entsprechenden Signalen besteht darin, eine Hochpaßfilterung der dem gemessenen Leuchtdichteprofil entsprechenden Signale bzw. der vorgefilterten Signale vorzunehmen. Bei dieser Hochpaßfilterung entspricht die untere Grenzfrequenz des Hochpaßfilters der oberen Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters, das in dem beschriebenen Fall zur Ermittlung der Grundleuchtdichte verwendet wird.

Erfindungsgemäß wird aus den Differenzsignalen und den der Grundleuchtdichte entsprechenden Signalen jeweils der Quotient gebildet. Die für diese Quotientenbildung erforderlichen Signale für die Grundleuchtdichte können ihrerseits auf verschiedene Weise ermittelt werden. So ist es zum Beispiel möglich, die Signale für das Grundleuchtdichteprofil dadurch zu ermitteln, daß man das Grundleuchtdichteprofil bei gleichen Beleuchtungsverhältnissen wie bei der eigentlichen Messung vorab an einer optisch fehlerfreien planparallelen Glasscheibe gleicher Dicke unter Abschirmung von störendem Fremdlicht mißt und die gemessenen Signale speichert. Dabei wird zweckmäßigerweise eine fehlerfreie planparallele Glasscheibe verwendet, bei der die Oberflächen planparallel geschliffen wurden. Man kann jedoch das Grundleuchtdichteprofil statt dessen auch an einer normalen, das heißt fehlerbehafteten Glasscheibe vorab ermitteln, die auf die optischen Fehler zurückzuführenden Leuchtdichteänderungen durch eine Tiefpaßfilterung herausfiltern und das so ermittelte Grundleuchtdichteprofil speichern. Auch hierbei müssen bei der Messung des Grundleuchtdichteprofils einerseits die gleichen Beleuchtungsverhältnisse vorliegen wie bei der späteren Messung der aktuellen Leuchtdichteprofile, und andererseits muß störendes Fremdlicht abgeschirmt werden.

Die Ermittlung der für die Quotientenbildung erforderlichen Signale erfolgt für die Grundleuchtdichte aus dem jeweils gemessenen Leuchtdichteprofil, und zwar durch symmetrische Tiefpaßfilterung der dem unmittelbar gemessenen oder vorgefilterten aktuellen Leuchtdichteprofil entsprechenden Signale. In diesem Fall wird also der Quotientenbildung jeweils das Grundleuchtdichteprofil zugrundegelegt, das aus dem jeweils gemessenen aktuellen Leuchtdichteprofil ermittelt wurde.

Bei der Verarbeitung der digitalisierten Signale werden Rauschanteile herausgefiltert, und zwar zweckmäßigerweise in einem symmetrischen Matrix-Ortsfilter mit einer oberen Grenze der Ortsfrequenz von wenigstens

Ebenfalls ist es zweckmäßig, das Leuchtdichteprofil nicht entlang einer einzigen Zeile des Video-Bildes, sondern entlang eines Streifens zu ermitteln, der eine Reihe von Zeilen des Video-Bildes umfaßt. Dabei werden durch geeignete Tiefpaßfilterung aus den Signalen, die jeweils senkrecht zur Bildzeilenrichtung nebeneinander liegen, repräsentative Mittelwerte gebildet. Hierbei wird der Rauschanteil des Bildes nochmals vermindert.

Bei der Ermittlung der Grundleuchtdichte für die Bildung des Differenzsignals und/oder für die Bildung des Quotienten erfolgt die Tiefpaßfilterung der dem gemessenen Leuchtdichteprofil entsprechenden Signale in einem symmetrischen Tiefpaßfilter, dessen obere Grenze der Ortsfrequenz auf einen geeigneten Wert zwischen und eingestellt wird.

Die vorstehend genannten Filteroperationen können einzeln oder auch gemeinsam entweder in einem resultierenden Matrixfilter im Ortsbereich, oder in einem resultierenden Filter im Bildbereich einer zweidimensionalen linearen Transformation wie der 2D-Fourier- oder der 2D-Walsh-Transformation, oder durch Zwischenschaltung eindimensionaler linearer Transformationen wie der Fourier- oder der Walsh-Transformation durchgeführt werden.

Die Grundleuchtdichte braucht bei den vorstehend genannten Verfahren über der Breite der Glasscheibe, das heißt in Längsrichtung des Meßfeldes gesehen, nicht konstant zu sein, sondern kann sich in beliebiger Weise ändern, solange diese Änderungen nicht sprunghaft sind.

Wenn man dafür sorgt, daß sowohl die Grundleuchtdichte als auch der Einfallswinkel des Lichtes über der Breite des Glasbandes konstant bleiben, läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren vereinfachen, indem die Bildung des Differenzsignals und die Bildung des Quotienten aus Differenzsignal und Grundleuchtdichte in einem einzigen Verfahrensschritt durchgeführt werden. Da die Grundleuchtdichte konstant und bekannt ist, ergibt sich nämlich in diesem Sonderfall die Brechkraft bereits durch Subtraktion des aktuellen Leuchtdichtesignals von der konstanten Grundleuchtdichte, während die Quotientenbildung ebenfalls mit Hilfe des Korrekturfaktors erfolgt. Selbstverständlich ist es bei diesem vereinfachten Verfahren erforderlich, die gesamte Meßanordnung gegen störendes Fremdlicht abzuschirmen. Andererseits bedingt dieses vereinfachte Verfahren eine örtlich konstant bleibende Grundleuchtdichte bei konstantem Einfallswinkel. Da diese Bedingungen aber in der Praxis nicht einfach zu realisieren sind, werden bevorzugt die voraufgehend beschriebenen Verfahren angewendet, bei denen die Grundleuchtdichte und der Einfallswinkel variieren können.

Selbstverständlich ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur an einer Floatglaslinie selbst anwendbar, sondern kann in gleicher Weise auch zur Bestimmung der optischen Qualität einzelner Glasscheiben oder auch der aus Floatglas bestehenden Fertigprodukte, beispielsweise fertiger Autoglasscheiben eingesetzt werden. Zur Bestimmung der optischen Qualität fertiger Windschutzscheiben kann es zweckmäßig sein, die Windschutzscheiben entlang zweier unter einem rechten Winkel zueinander stehender Richtungen zu untersuchen und die Meßfelder in einem gitterartigen Raster anzuordnen. Das gitterartige Raster ist dabei so anzuordnen, daß die Längsausdehnung der Meßfelder jeweils im wesentlichen in Richtung quer zu den Schattenstreifen verläuft. Gegebenenfalls kann durch eine fächerartige Anordnung der Meßfelder zunächst die Hauptrichtung der streifenförmigen optischen Fehler ermittelt werden, um die winkelmäßige Lage des gitterartigen Meßrasters danach auszurichten.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen sowie weitere Vorteile und Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die nachfolgende Beschreibung zeigt eine Ausführungsform, die sich zur On-Line-Messung an einer Floatglaslinie eignet.

Von den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 die für die Durchführung des Verfahrens erforderliche Einrichtung in Form einer schematischen Übersichtszeichnung;

Fig. 2 die wesentlichen Komponenten, die für die digitale Bildverarbeitung erforderlich sind, in Form eines Blockschaltbildes;

Fig. 3 ein Diagramm, in dem das Grundleuchtdichteprofil und das gemessene Leuchtdichteprofil des Schattenbildes dargestellt sind;

Fig. 4 ein Blockschaltbild für die Schaltung zur Berechnung der Brechkräfte aus den digitalisierten Signalen;

Fig. 5 ein Blockschaltbild für eine Schaltung zur Aufbereitung der von der Video-Kamera gelieferten Signale vor der eigentlichen Berechnungsschaltung;

Fig. 6 den Ausdruck eines gemessenen Leuchtdichteprofils und des daraus ermittelten Grundleuchtdichteprofils und

Fig. 7 den Ausdruck des aus den in Fig. 6 dargestellten Werten errechneten Brechkraftverlaufs in Millidioptrien.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, bewegt sich ein kontinuierlich hergestelltes Floatglasband 1, das hier in Form eines Glasbandabschnitts dargestellt ist, mit einer Geschwindigkeit von etwa 10 bis 30 m/min je nach Glasdicke in Richtung des Pfeiles F auf eine nicht dargestellte Schneidstation zu. In der Schneidstation werden Glasplatten von etwa 6 m Länge von dem Glasband abgetrennt und aufgestapelt. Die Breite des Glasbandes 1 beträgt mehr als 3 m.

An geeigneter Stelle innerhalb der Produktionslinie wird ein ausreichend großer Bereich durch die Anordnung einer Kabine mit lichtundurchlässigen Wänden, die der besseren Übersicht wegen hier nicht dargestellt ist, gegen übermäßig störendes Tageslicht oder anderes störendes Fremdlicht abgeschirmt. Innerhalb dieser Kabine ist seitlich des Floatglasbandes 1 ein Lichtstrahler 2 angeordnet.

Das von dem Lichtstrahler 2 ausgesandte Licht trifft auf das Glasband unter Einfallswinkeln zwischen 70 und 80 Grad zur Senkrechten auf. Die schräge Beleuchtung unter einem möglichst großen Einfallswinkel ist zweckmäßig, um ein kontrastreiches Schattenbild zu bekommen. Andererseits darf der Einfallswinkel auch nicht zu groß werden, weil dann ein zunehmend hoher Anteil des Lichtes an der Glasoberfläche reflektiert wird und damit der für die Messung notwendige Anteil des das Glasband durchdringenden Lichtes zu gering wird.

Unterhalb des Glasbandes 1 ist in dem von dem Lichtstrahler 2 beleuchteten Bereich ein Projektionsschirm 3 mit weißer Oberfläche angeordnet. Auf diesem Projektionsschirm 3 entsteht das durch die streifenförmigen Oberflächenunebenheiten des Glasbandes, die auch als "Floatdistorsionen" bezeichnet werden, hervorgerufene Schattenbild 7 in Form von hellen und dunklen Streifen, die sich in Längsrichtung des Glasbandes erstrecken. Die Oberflächenwelligkeiten können als konvexe und konkave Zylinderlinsen betrachtet werden. Die konkaven Bereiche, die als Zerstreuungslinsen wirken, erscheinen auf dem Projektionsschirm 3 als dunkle Streifen, und die konvexen Bereiche mit der Wirkung von Sammellinsen erscheinen als helle Streifen. Der Abstand des Projektionsschirms 3 von dem Glasband ist nicht kritisch, jedoch muß er so gewählt werden, daß die Schattenbildebene deutlich vor dem Brennpunkt der Linsen liegt.

In Bewegungsrichtung des Glasbandes gesehen ist vor oder hinter dem Projektionsschirm 3 oberhalb des Glasbandes 1 eine Video-Kamera 4 angeordnet. Die von der Video-Kamera 4 aufgenommenen Bilder werden über die Leitung 6 einem Bildverarbeitungssystem 8 zugeführt, in dem die digitale Verarbeitung des Video-Bildes erfolgt.

Das Bildverarbeitungssystem 8 umfaßt, wie aus der schematischen Darstellung in Fig. 2 ersichtlich ist, einen Analog/Digital-Wandler 9, der gegebenenfalls bereits in der Video-Kamera enthalten sein kann, einen Prozessor 10, einen Rechner 11 und einen Massenspeicher 12. Mit dem Rechner 11 sind eine Bedientastatur 13 sowie ein Datensichtgerät 14 und ein Drucker 15 verbunden. Ferner umfaßt die Einrichtung zur digitalen Bildverarbeitung ein mit dem Prozessor 10 verbundenes Video-Display 16 und einen Video-Plotter 17.

Im Analog/Digitalwandler 9 werden die Signale für jeden einzelnen Bildpunkt, die dessen Ort und dessen Helligkeit oder Grauwert, das heißt seine Leuchtdichte definieren, in entsprechende Digitalsignale umgewandelt. Um die Leuchtdichte mit hinreichender Genauigkeit mit Digitalsignalen beschreiben zu können, muß der insgesamt zu erfassende Helligkeitsbereich in einer hinreichend großen Anzahl von Grauwert-Stufen unterteilt sein. Die Anzahl der Grauwert-Stufen sollte mindestens 64 betragen; gute Ergebnisse werden erzielt, wenn für die Beschreibung der Leuchtdichte beispielsweise 128 Grauwert-Stufen zur Verfügung stehen.

Der Prozessor 10 hat unter anderem die Aufgabe, mit Hilfe bekannter Bildverarbeitungsverfahren das Original-Video-Bild in ein transformiertes Video-Bild mit gegenüber dem Original-Bild verbessertem Bildkontrast umzuwandeln. Für diesen sogenannten Image-Prozessor können handelsübliche Bildverarbeitungskarten eingesetzt werden. Der Prozessor 10 enthält einen Bildspeicher, in dem das kontrastverbesserte Video-Bild gespeichert wird.

Das mit Hilfe des Prozessors 10 transformierte Video-Bild mit verbessertem Bildkontrast liegt nun der weiteren, durch den Rechner 11 vorgenommenen Bildverarbeitung zugrunde. Der Rechner 11 berechnet mit Hilfe eines hierfür entwickelten Algorithmus aus den im Bildspeicher des Prozessors 10 gespeicherten Leuchtdichte-Informationen das Brechkraftprofil des Glasbandes. Mit dem Rechner 11 ist ein Massenspeicher 12 verbunden, der zur Speicherung der Programme sowie zur Archivierung der originalen bzw. der kontrastverbesserten Video-Bilder und/oder der hieraus berechneten Bilder sowie der zugehörigen Brechkraftwerte dient.

Die Entwicklung des Algorithmus, nach dem im Rechner 11 die Berechnung des Brechkraftprofils aus den im Bildspeicher des Prozessors 10 vorhandenen Bildinformationen vorgenommen wird, erfolgt durch mathematische Ableitung für den Fall, daß das Licht das Glasband durchstrahlt und der Schirm mit dem Schattenbild auf der Lichtaustrittsseite im Abstand von dem Glasband angeordnet ist. Dabei zeigt sich, daß der Abstand des Schirmes von dem Glasband als konstanter Faktor in die Rechnung eingeht, und daß die Brechkraft D der Glasscheibe an einem Punkt x sich nach der Formel

berechnen läßt. In dieser Formel bedeuten:

D = Brechkraft in Dioptrien
K = Konstante
ΔL = Differenz zwischen gemessener effektiver Leuchtdichte und der Grundhelligkeit
Lo = Gundhelligkeit, die bei ideal planparallelem Glasband auf dem Schirm gemessen wird.

Es ist also für die Berechnung der Brechkraft lediglich erforderlich, den Verlauf der Grundhelligkeit über der Breite des Glasbandes einerseits und den Verlauf der effektiven Helligkeit bzw. Leuchtdichte über der Breite des Glasbandes andererseits in Form digitaler Größen für die einzelnen Bildpunkte zu kennen, um daraus unmittelbar den Brechkraftverlauf, d.h. das Brechkraftprofil, berechnen zu können.

In Fig. 3 sind für die in Fig. 1 dargestellte Beleuchtungsart der sich daraus ergebende Verlauf der Grundhelligkeit Lo_(x) über der Breite des Glasbandes, sowie der Verlauf der effektiven, d.h. gemessenen Helligkeit bzw. Leuchtdichte L_(x) schematisch in Diagrammform dargestellt. Die Grundhelligkeit Lo_(x) steigt zur Mitte des Glasbandes hin kontinuierlich an. Die gemessene Leuchtdichte L_(x) stellt eine um die Grundhelligkeitskurve schlingernde Kurve dar.

Die Kurve der Grundhelligkeit wird in der Weise ermittelt, daß sie mit Hilfe eines symmetrischen Filters mit Tiefpaßverhalten in Querrichtung zum Glasband aus den gemessenen effektiven Werten des Leuchtdichteprofils herausgefiltert wird. Die obere Grenzfrequenz dieses Tiefpaßfilters ist einstellbar. Gute Ergebnisse werden erzielt, wenn die obere Grenzfrequenz fq dieses Querfilters auf einen Wert zwischen und eingestellt wird. Es hat sich gezeigt, daß eine derartige Berechnung der Grundhelligkeit aus den gemessenen Leuchtdichteverläufen mit hoher Reproduzierbarkeit möglich ist, sofern kein Fremdlicht stört, und daß derart berechnete Grundhelligkeitskurven selbst dann, wenn die Berechnung in größeren Zeitabständen erfolgt, bei gleichbleibenden Glasdicken deckungsgleich sind.

Fig. 4 veranschaulicht in Form eines Blockschaltbildes, wie beispielsweise bei Auswertung einer einzelnen Zeile des Video-Bildes die Verarbeitung der einzelnen Bildpunkte im Rechner 11 erfolgt. Der digitalisierte Meßwert der aktuellen Leuchtdichte L_(x) eines jeden Bildpunktes wird über die Leitung 20 einer Filterstufe 21 mit Tiefpaßverhalten in Querrichtung des Glasbandes zugeführt. Am Ausgang 22 dieser Filterstufe 21 (Tiefpaßfilter) steht ein Signal an, das der Grundhelligkeit Lo_(x) des betreffenden Bildpunktes entspricht. Das Signal Lo_(x) wird nun ebenso wie das von der Leitung 20 abgezweigte Signal L_(x) einem Subtraktionsglied 23 zugeführt, in dem die Differenz ΔL_(x) dieser beiden Signale gebildet wird. Über die Leitung 24 wird nun das am Ausgang 22 anstehende Signal Lo_(x), und über die Leitung 25 das Differenzsignal ΔL_(x) einer Divisionsstufe 26 zugeführt, in der der Quotient ΔL_(x)/Lo_(x) gebildet wird.

Der so ermittelte Quotient ΔL_(x)/Lo_(x) wird nun über die Leitung 27 einer Korrekturstufe 28 zugeführt. Die Korrekturstufe 28 hat die Aufgabe, eine Korrektur der errechneten Brechkräfte vorzunehmen, durch die die Tatsache berücksichtigt wird, daß die Brechkraft vom Einfallswinkel abhängig ist. In der Korrekturstufe erfolgt dementsprechend eine Umrechnung der Brechkraft auf den Fall des senkrechten Lichteinfalls. Auf die Korrekturstufe 28 folgt eine Umrechnungsstufe 29, in der die Multiplikation des Eingangssignals mit einer Eichkonstanten erfolgt. Die Eichkonstante wird durch Vergleich mit Glasscheiben, von denen die Brechkräfte bekannt sind, empirisch bestimmt. In der Leitung 30 am Ausgang der Umrechnungsstufe 29 steht nunmehr das Signal an, das unmittelbar der Brechkraft des Glases an der dem gemessenen Bildpunkt zugeordneten Stelle entspricht. Dieses Signal kann nun zur weiteren Auswertung und/oder zur Speicherung an die verschiedenen in Fig. 2 dargestellten Einheiten weitergeleitet werden.

Die Auswertung eines Video-Bildes entlang einer einzigen Bildzeile führt zu Meßwerten, die wegen des Rauschanteils im Video-Signal zwangsläufig keine hohe Genauigkeit aufweisen. Um die Meßgenauigkeit zu erhöhen, empfiehlt es sich, einen schmalen Streifen von einigen nebeneinanderliegenden Bildzeilen auszuwerten, indem aus den Leuchtdichten der jeweils in Längsrichtung des Glasbandes hintereinanderliegenden Bildpunkte der auszuwertenden Bildzeilen jeweils der Mittelwert gebildet wird. Brauchbare Ergebnisse werden erzielt, wenn beispielsweise 4 bis 8 hintereinanderliegende Bildzeilen in dieser Weise ausgewertet werden. Die Bildung des Mittelwertes erfolgt durch Vorschalten eines Tiefpaßfilters mit einstellbarer oberer Grenzfrequenz. Diese Art der Bildauswertung entlang einer schmalen Linie von nur einigen Bildzeilen hat den Vorteil, daß die Auswertung eines Video-Bildes durch den Rechner in sehr kurzer Zeit erfolgen kann, so daß auf diese Weise eine mehr oder weniger kontinuierliche Kontrolle des Floatglasbandes möglich ist.

Bei hohen Ansprüchen an die Genauigkeit der Meßwerte empfiehlt es sich, die sich über einen mehrere Zentimeter breiten Streifen ergebenden Mittelwerte der Berechnung zugrunde zu legen. Beispielsweise wird eine sehr hohe Meßgenauigkeit erreicht, wenn ein einige Zentimeter breiter Streifen ausgewertet wird. Allerdings nimmt in diesem Fall die Berechnung des Brechkraftprofils durch den Rechner eine wesentlich längere Zeit in Anspruch. Um jeweils in Längsrichtung des Glasbandes, das heißt quer zu dem auszuwertenden Streifen, die Leuchtdichte der in einer Reihe liegenden Bildpunkte zu mitteln, werden die diesen Bildpunkten zugeordneten digitalisierten Signale mit einem zweidimensionalen Tiefpaß-Ortsfilter entstört und wiederum in einem geeigneten Längsfilter gefiltert, wodurch jeweils repräsentative Werte für die Leuchtdichte entlang des auszuwertenden Streifens erhalten werden.

Fig. 5 zeigt noch einmal in einer zusammenfassenden Darstellung die Methode der Aufbereitung der von der Video-Kamera 4 gelieferten Signale vor dem eigentlichen Berechnungsvorgang, der als solcher entsprechend der in Fig. 4 dargestellten Methode erfolgt. Das von der Video-Kamera 4 kommende Signal wird nach Anforderung des Rechners in dem Analog/Digital-Wandler 9 in ein digitales Video-Bild umgewandelt, indem der der aktuellen Leuchtdichte eines jeden Bildpunktes entsprechende analoge Spannungswert in einen Digitalwert umgewandelt wird. Zur Verbesserung des Bildkontrastes wird sodann der Original-Grauwert in einer Transformationsstufe 32 in einen transformierten Grauwert umgewandelt. Damit das Leuchtdichteprofil in der Transformationsstufe nicht verfälscht wird, wird dabei eine lineare Transformation gewählt, die den Grauwertbereich des Video-Signals in den maximalen Grauwertbereich des Bildspeichers abbildet. Das so ermittelte transformierte Bild, das anstelle des Originalbildes auf dem Video-Display 16 (Fig. 2) erscheinen kann, wird in den Bildspeicher 33 eingegeben. In einer Filterstufe 34 erfolgt sodann eine Entstörung des Leuchtdichtebildes. Die Filterstufe 34 besteht im wesentlichen aus einem zweidimensionalen symmetrischen Tiefpaßfilter, dessen Grenzfrequenz einstellbar ist. Auf die Filterstufe 34 zur Entstörung folgt eine Filterstufe 36, in der mit Hilfe eines Tiefpaßfilters der repräsentative Mittelwert für die in der Längsrichtung des Glasbandes in einer Reihe liegenden Leuchtdichtewerte gebildet wird. Das Tiefpaßfilter in der Filterstufe 36 ist symmetrisch. Seine obere Grenzfrequenz ist einstellbar und beträgt beispielsweise Die Filterung in der Filterstufe 34 zur Entstörung und in der Filterstufe 36 reduzieren den statistischen Rauschanteil des Bildes so stark, daß dieser bei der nachfolgenden Berechnung nicht mehr stört. Am Ausgang der Filterstufe 36 steht nun in der Leitung 20 das Signal an, das mit Hilfe der anhand der Fig. 4 beschriebenen Rechnerschaltung zu den Brechkraftwerten weiterverarbeitet wird.

Das Ergebnis der auf die beschriebene Weise durchgeführten Signalverarbeitung kann auf beliebige Weise dargestellt und dokumentiert werden. Eine übersichtliche Darstellungsart, die sowohl auf dem Video-Display wiedergegeben als auch ausgedruckt werden kann, ist in Form von Ausdrucken in den Fig. 6 und 7 gezeigt. In Fig. 6 sind das effektive Leuchtdichteprofil und das daraus ermittelte Grundleuchtdichteprofil über der Breitenabmessung des Glasbandes dargestellt, und zwar anhand derjenigen Werte, die sich nach der Entstörungsfilterung und der Längsmittelung der gemessenen Signale (Vorfilterung) ergeben. Der senkrechte Abstand zwischen zwei horizontalen Teilungslinien entspricht dabei zehn Grauwerteinheiten.

Das aufgrund der in Fig. 6 wiedergegebenen Werte errechnete Brechkraftdiagramm zeigt Fig. 7, wobei die berechneten Absolutbeträge der Brechwerte wiederum im gleichen Maßstab über der Breite des Glasbandes aufgetragen sind. Der senkrechte Abstand der horizontalen Teilungslinien entspricht jeweils einer Brechkraft von 2,5 Millidoptrien. Die Lage und die Intensität von dioptrischen Fehlern oberhalb eines einstellbaren Alarm-Grenzwertes können auf diese Weise automatisch erfaßt und dokumentiert werden. Die Daten können gegebenenfalls über eine Koppel-Schnittstelle an ein Automatisierungssystem übertragen werden, in dem aufgrund dieser Daten das Schneiden des Glasbandes und das Sortieren der Glastafeln entsprechend den jeweiligen Qualitätsanforderungen der Kunden erfolgt.

Claims (12)

1. Verfahren zur Bestimmung der optischen Qualität von Flachglas, insbesondere von Floatglas, oder von Produkten aus Flachglas, bei dem die Glasscheibe unter einem schrägen Einfallswinkel beleuchtet und von der beleuchteten Glasscheibe ein Schattenbild auf einem Projektionsschirm erzeugt wird, das aufgrund der sich in einer Richtung der Glasscheibe erstreckenden streifenförmigen Bereiche, welche die Wirkung von konvexen oder konkaven Zylinderlinsen haben, aus von diesen erzeugten hellen und dunklen Streifen besteht, und bei dem dieses Schattenbild erfaßt und ausgewertet wird, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) das Schattenbild wird in einem sich quer zu den hellen und dunklen Streifen verlaufenden schmalen Meßfeld mit einer Video-Kamera erfaßt;
• b) in der Video-Kamera oder in einer nachgeschalteten Digitalisierungsstufe werden für die Leuchtdichte eines jeden Bildpunktes des gemessenen Leuchtdichteprofils entsprechende digitalisierte Signale erzeugt;
• c) aus den digitalisierten Signalen des gemessenen Leuchtdichteprofils wird durch symmetrische Tiefpaßfilterung das dem gemessenen Leuchtdichteprofil entsprechende Grundleuchtdichteprofil entsprechend einer fehlerfreien Glasscheibe in Form digitalisierter Signale ermittelt;
• d) aus den dem gemessenen Leuchtdichteprofil entsprechenden digitalisierten Signalen und den dem Grundleuchtdichteprofil entsprechenden digitalisierten Signalen wird das jeweilige Differenzsignal gebildet;
• e) aus diesen Differenzsignalen und den jeweils entsprechenden digitalisierten Signalen des Grundleuchtdichteprofils wird der jeweilige Quotient gebildet, und
• f) durch Multiplikation dieser Quotienten mit einem Korrekturfaktor werden die absoluten Werte der Brechkräfte oder diesen proportionale Werte ermittelt und numerisch und/oder graphisch ausgewertet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leuchtdichteprofil entlang eines eine Reihe von Zeilen des Video-Bildes umfassenden Streifens ermittelt und ausgewertet wird, wobei jeweils aus den den senkrecht zur Zeilenrichtung nebeneinanderliegenden Bildpunkten entsprechenden digitalisierten Signalen durch Filterung repräsentative Mittelwerte gebildet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die digitalisierten Signale vor ihrer Weiterverarbeitung in einem symmetrischen Matrix-Ortsfilter mit einer oberen Grenze der Ortsfrequenz von wenigstens gefiltert werden.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Tiefpaßfilter zur Ermittlung der Grundleuchtdichteprofile für die Bildung des Differenzsignals und/oder für die Bildung des Quotienten aus den dem Leuchtdichteprofil entsprechenden digitalisierten Signalen ein symmetrisches Filter mit einer oberen Grenze der Ortsfrequenz von bis verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterung mit einem resultierenden Filter im Bildbereich einer zweidimensionalen linearen Transformation wie der 2D-Fourier- oder der 2D-Walsh-Transformation durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterung durch Zwischenschaltung eindimensionaler linearer Transformationen wie der Fourier- oder der Walsh-Transformation durchgeführt wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der errechnete Wert für die Brechkraft unter Berücksichtigung des jeweiligen Einfallswinkels des auf die Glasscheibe aufgestrahlten Lichtes auf den für senkrechte Einstrahlung gültigen Wert korrigiert wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schattenbild ausgewertet wird, das aufgrund der Durchstrahlung der Glasscheibe auf einem auf der der Beleuchtungseinrichtung gegenüberliegenden Seite der Glasscheibe angeordneten Projektionsschirm entsteht.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schattenbild ausgewertet wird, das aufgrund der Reflexion an der Glasscheibe auf einem auf der gleichen Seite wie die Beleuchtungseinrichtung angeordneten Projektionsschirm entsteht.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Brechkräfte einer aus zwei durch eine thermoplastische Kleberschicht miteinander verbundenen Einzelglasscheiben bestehenden Verbundglasscheibe die Auswertung des Schattenbildes in wenigstens zwei unter einem Winkel zueinander stehenden Richtungen erfolgt.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine die Glasscheibe unter einem schrägen Einfallswinkel beleuchtende Beleuchtungseinrichtung, einen das Schattenbild der Glasscheibe wiedergebenden Projektionsschirm, eine Video-Kamera und ein Bildverarbeitungssystem, das ein Subtraktionsglied (23) zur Ermittlung der Leuchtdichtedifferenz zwischen der aktuellen Leuchtdichte und der Grundleuchtdichte, eine Divisionsstufe (26) zur Bildung des Quotienten aus der Leuchtdichtedifferenz und der Grundleuchtdichte, eine Filterstufe (34) mit einem zweidimensionalen symmetrischen Tiefpaß-Ortsfilter zur Entstörung der verrauschten Signale, eine Filterstufe (21) zur Ermittlung des Grundleuchtdichteprofils aus dem aktuellen Leuchtdichteprofil und eine der Divisionsstufe (26) nachgeschaltete Korrekturstufe (28) aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Bildverarbeitungssystem eine Filterstufe (36) mit einem Tiefpaßfilter für jede Bildspalte in Längsrichtung des Glasbandes aufweist.