用于测量经预加应力的片材的喷吹结构的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于测量经预加应力的片材（1）的喷吹结构的方法，其中至少(a)利用辐射源（2）的线性极化光（5）在入射角（θE）下照射所述片材（1）的至少一个分析区域（4），并且利用至少一个探测器（3）在观察角（θA）下记录至少该分析区域（4）的图像（6），(b)将该图像（6）输送给分析处理单元，以及(c)借助所述分析处理单元（7）(c1)读出沿着该图像（6）上的分析线（9）的亮度变化曲线（8），(c2)确定该亮度变化曲线（8）的局部最大值（15）和局部最小值（16），以及(c3)通过局部最大值的亮度平均值（Mmax）和局部最小值的亮度平均值（Mmin）之差确定强度指标（IBS）。
【专利说明】用于测量经预加应力的片材的喷吹结构的方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于测量经预加应力的片材的喷吹结构的方法。本发明还涉及一种用于测量经预加应力的片材的喷吹结构的装置及其应用。
【背景技术】
[0002]片材经常被配备有预应力。为此将片材加热到高于下卸压极限的温度并且快速冷却，由此在所述片材的表面处构造压缩应力并且在所述片材的核心中构造张应力。经预加应力的片材与未预加应力的片材相比具有提高的热和机械负荷能力。如果经预加应力的片材在高负荷下断裂，则形成破裂碎片，其中由于破裂碎片的形状和大小而不由这些破裂碎片引起严重切割伤害的危险。经预加应力的片材被用作单片安全玻璃例如用作机动车的侧窗片材或后窗片材。
[0003]为了在预加应力过程期间对片材快速冷却，典型地对片材加载来自大量喷嘴的空气流。依据这些喷嘴的布置在片材中形成应力的非均匀分布。非均匀分布的应力导致片材与落在所述片材上的光的与位置有关的交互作用。在光和观察条件合适的情况下，可以在片材上识别出经常被观察者感觉是干扰性的结构。这样的由于预加应力过程而导致的可见结构在本发明的意义上称为喷吹结构(Blasstrukture)。它们也例如作为退火标记“Quenchmarks”或应力图案(“stress pattern”)已知。术语“喷吹结构”在本发明的意义上被理解为所有由于在预加应力的情况下处理片材而产生的可光学察觉的结构。该处理在此不必一定包括加载空气流。
[0004]为了能够客观地评价喷吹结构的程度，需要一种可再现的和定量的测量方法。由W02011157815A1已知一种用于测量喷吹结构的方法。所述方法的重要组成部分是将光学测量与通过一组人员对测试片材的主观评价相比较。因此该测量方法是不完全客观的。此外为了进行光学测量需要使测试片材相对于分析单元运动，由此所述方法应复杂地来实施。
[0005]由 P.Castellini 等人的"Laser sheet scattered light method forindustrial measurement of thickness residual stress distribut1n in flattempered glass〃 (Optics and Lasers Engineering,卷 50，号 5，2012,第 787-795 页)已知一种用于测量沿着片材厚度的应力分布图的方法。在该方法中需要将激光辐射经由侧棱边耦合输入到待检查的片材中。该方法尤其是不能应用于机动车领域中的经预加应力的片材，这些片材典型地是弯曲的并且具有经打磨的侧棱边。在这样的片材情况下，不可能经由侧棱边来照射。
【发明内容】
[0006]本发明的任务在于提供一种用于测量经预加应力的片材上的喷吹结构的改进的方法以及适用于此的装置。该方法应当提供对于喷吹结构程度的客观的、定量的尺度并且能被简单和可再现地执行。
[0007]本发明的任务根据本发明通过一种用于测量经预加应力的片材的喷吹结构的方法解决，其中至少
(a)利用辐射源的线性极化光在入射角ΘΕΤ照射所述片材的至少一个分析区域，并且利用至少一个探测器在观察角θ Α下记录至少该分析区域的图像，
(b)将该图像输送给分析处理单元，以及 (C)借助所述分析处理单元
(Cl)读出沿着该图像上的分析线的亮度变化曲线，
(c2)确定该亮度变化曲线的局部最大值和局部最小值，以及
(c3)通过局部最大值的亮度平均值Mmax和局部最小值的亮度平均值Mmin之差确定强度指标Ibs。
[0008]片材具有第一表面和第二表面以及环绕的侧棱边。在装入状态下，通过第一和第二表面实现穿过片材的按规定的透视。第一表面在此是朝向辐射源的该片材表面。片材的第一表面用辐射源的光照射。这在本发明的意义上意味着:该光在透过片材时首先落在第一表面上并且然后落在片材的背离光源的第二表面上。因此根据本发明，利用辐射源的光经由片材的第一表面照射片材的分析区域。
[0009]术语“经预加应力的片材”在本发明的意义上还包括部分预加应力的片材。在较狭窄的意义上经预加应力的片材典型地具有从85MPa至140MPa的表面压缩应力和核心内的从40MPa至60MPa的张应力。部分预加应力的片材典型地具有从24MPa至52MPa的表面压缩应力。
[0010]本发明的任务根据本发明还通过一种用于测量经预加应力的片材的喷吹结构的装置解决，该装置至少包括:
-辐射源，其利用线性极化光在入射角θ E下照射所述片材的至少一个分析区域，
-至少一个探测器，其在观察角θA下记录至少该分析区域的图像，
-分析处理单元，其接收所述图像，读出沿着该图像上的分析线的亮度变化曲线，确定该亮度变化曲线的局部最大值和局部最小值，以及通过局部最大值的亮度平均值Iax和局部最小值的亮度平均值Mmin之差确定强度指标IBS。
[0011]平行极化的辐射分量在透过片材时在较小程度上在片材表面处作为垂直极化的辐射分量被反射。在预加应力过程中产生的、在片材中的非均匀应力分布导致光与片材的与位置有关的交互作用(Paul Chagnon: "Optics for People Stuck in Traffic: StressPatterns", The Physics Teacher 32 (1994),第166页及下页)。尤其是光的极化方向的与位置有关的旋转在光透过片材时发生。在其中不发生极化平面旋转的区域中，光在片材的第二表面(出射表面)处以与在第一表面(入射表面)处相同的程度被反射。在其中出现极化平面旋转的区域中，平行极化的辐射分量与垂直极化的辐射分量的比例被改变，并且在片材的第二表面处的反射度不同于在第一表面处的反射度。总计由片材反射的光以及总计通过片材透射的光因此具有与位置有关的强度，该强度反映在片材中应力的非均匀分布。经反射和经透射的光的与位置有关的强度导致较亮和较暗区域的可光学察觉的图案。片材中的应力分布得越不均匀，喷吹结构就越显著，并且较亮和较暗区域之间的亮度差异就越大。经反射和/或经透射的光的与位置有关的强度通过探测器以图像形式记录下来并且因此定量地得以分析。本发明的用于测量喷吹结构的方法提供了对于由应力的非均匀分布引起的喷吹结构程度的客观的和可再现的定量的尺度。由于至少整个分析区域被辐射源照射并且通过探测器探测，因此不需要片材的运动，由此该方法能被简单执行。这是本发明的巨大优点。
[0012]根据本发明经由片材表面对分析区域的照射与经由侧棱边进行照射相比具有决定性的优点。本发明方法可以应用于多得多种类的片材。该方法尤其是还可以应用于机动车领域中的片材，这些片材典型地是弯曲的并且具有经打磨的、尤其是不透明打磨的侧棱边。在这样的片材情况下不可能经由侧棱边照射分析区域。
[0013]根据发明人的见解，其中不发生光的极化平面旋转的区域是无应力的区域或者是具有在数值上相同的主应力的区域。其中发生极化平面旋转的区域是具有在数值上不同的主应力的区域，其中极化平面旋转的程度与主应力的差有关。
[0014]分析区域在本发明的意义上是片材的以下区域:应当对于该区域在本发明方法中确定亮度变化曲线。因此分析区域是尽可能小的区域，其必须由辐射源的光照射并且必须从该区域通过探测器记录图像，以便能执行对喷吹结构的所期望的分析。该分析区域具有第一表面，该第一表面是片材的第一表面的区域。该分析区域具有第二表面，该第二表面是片材的第二表面的区域。分析区域的厚度与片材的厚度对应。本发明的分析区域优选被布置在片材的中心。分析区域的第一表面于是被布置在片材的第一表面的中心，并且分析区域的第二表面被布置在片材的第二表面的中心。这意味着，分析区域的第一表面的几何中心大致对应于片材的第一表面的几何中心，并且分析区域的第二表面的几何中心大致对应于片材的第二表面的几何中心。分析区域的大小适当地被选择为，使得该分析区域包括足够数量的喷吹结构，即足够数量的、具有不同反射度的区域(“亮”和“暗”区域)。分析区域例如具有30cm的长度和宽度。但是分析区域也可以被选择得明显更大。分析区域原则上还可以包括整个片材。
[0015]辐射源根据本发明至少照射片材的分析区域。该辐射源当然可以照射更大的、包含分析区域的片材区域。该辐射源例如可以照射整个片材。
[0016]探测器根据本发明记录至少片材的分析区域的图像。探测器当然也可以记录更大的、包含分析区域的片材区域的图像。
[0017]辐射源的光被线性极化。在线性极化的情况下，电场振荡的方向是恒定的。电场的数值和符号周期性改变。所标出的振荡方向被称为极化方向。
[0018]辐射源的光优选关于片材的第一表面平行极化(P极化)或主要是P极化的。P极化的意味着:极化方向在辐射落在片材上时位于入射平面中。入射平面在此通过在以下部位处的入射向量和片材的表面法线展开，在所述部位处，辐射落在片材上。P极化光的特殊优点在于其与垂直极化(s极化)光相比较小的反射。P极化光在第一表面处以较小的尺度被反射。在其中发生极化方向旋转的片材区域中，垂直极化的辐射分量被提高，所述垂直极化的辐射分量在第二表面处被加强地反射。总计由片材反射的光的强度因此在这些区域中被提高。因此，P极化光导致小的基本反射，而其中发生极化方向旋转的区域在反射中可被识别为亮区域。已经表明，喷吹结构在这些条件下可以特别好地被识别出。
[0019]由于在实际执行时常见的不精确性，极化方向当然可以在常见的尺度下轻微偏离理想的P极化，例如偏离0°至10°的数值。
[0020]但是本发明的方法也可以用s极化光来加以执行，或者用包含P极化的和s极化的辐射分量的光来加以执行。与位置有关的极化方向旋转在这些情况下也导致与位置有关的反射度并且由此导致总计由片材反射和/或透射的光的亮度图案，该亮度图案可以被考虑用于根据本发明分析喷吹结构。
[0021]其喷吹结构应当被测量的片材可以是平坦的，如尤其是在建筑领域常见的，例如在入口或窗口区域。片材可以替换地轻微或强烈地在空间的一个方向上或多个方向上弯曲。这样的弯曲的片材尤其是在车辆领域中出现用于玻璃化。弯曲的片材的典型曲率半径处于大约1cm至大约40m的范围内。曲率半径不必在整个片材上恒定，可以在片材中存在较强烈和不太强烈地弯曲的区域。
[0022]该片材优选是弯曲的。本发明的方法可以有利地应用于这样的弯曲的片材。
[0023]该片材优选具有经打磨的、尤其是不透明打磨的侧棱边。侧棱边的整个面优选是不透明地打磨的。本发明的方法可以有利地应用于这样的片材。
[0024]该片材在本发明的一种有利实施中是机动车片材。机动车片材优选是弯曲的并且具有不透明打磨的棱边。
[0025]在弯曲的片材情况下，表面法线的方向在分析区域表面内是与位置有关的。由此入射平面的取向也可以是与位置有关的。为了设定光的期望的极化方向，有意义地考虑分析区域的第一表面的几何中心。根据本发明，当极化方向位于通过分析区域的第一表面中心处的入射向量和表面法线展开的平面中时，辐射被看作是P极化的。
[0026]片材的朝向辐射源的第一表面可以朝向探测器和/或背离探测器。如果第一表面朝向探测器，则由片材总计反射的辐射被探测器探测。该探测器在此记录至少分析区域的第一表面的图像。如果第一表面背离探测器并且由此第二表面朝向探测器，则通过片材透射的辐射由探测器探测。该探测器在此记录至少分析区域的第二表面的图像。在两种情况下都可以在图像上分析喷吹结构的程度。还可以分别由第一探测器和第二探测器记录图像，其中片材的第一表面朝向第一探测器并且背离第二探测器。
[0027]在一种特别有利的实施中，片材的朝向辐射源的第一表面朝向探测器。该探测器探测由片材反射的辐射。这样的反射测量与透射测量相比具有以下优点:该反射测量也能应用于经印刷的片材。这样的经印刷的片材，尤其是配备有丝网印刷的片材，尤其是在车辆领域中是常见的。
[0028]线性极化辐射的反射度与辐射到片材表面上的入射角有关。该反射度是被反射的辐射强度与射入的辐射强度的比例。入射角是在辐射落在片材表面上的部位处在入射向量与片材表面法线之间的角度。当入射角ΘΕ等于所谓的Brewster (布儒斯特)角时，平行极化辐射的反射度与垂直极化辐射的反射度之间的差异特别大。在光以Brewster角入射的情况下，针对P极化辐射的反射度理想地等于O。在根据本发明出现的空气-玻璃过渡处的Brewster角是大约57 ° (其中空气的折射率n =1，并且玻璃的折射率η玻璃=1.55 )。
[0029]在弯曲的片材的情况下，在片材分析区域内表面法线的方向与位置有关。由此入射角ΘΕ&与位置有关。为了设定所期望的入射角ΘΕ，有意义地考虑分析区域的第一表面的几何中心。本发明的入射角ΘΕ优选是在分析区域的第一表面的中心被测量的。
[0030]入射角ΘΕ优选是20°至70°，特别优选低40°至65°，完全特别优选地55°至60°，尤其是大约57°。在该范围中P极化光的反射度与s极化光的反射度之间的差异特别大，并且由喷吹结构引起的亮度图案有利地特别明显地出现。
[0031]当由片材反射的光由探测器探测时，针对入射角Θ ￡所说明的范围是特别有利的。如果通过片材透射的光由探测器探测，则入射角ΘΕ还可以例如是0°至20°，优选地0°至10°，尤其是大约0°。
[0032]辐射源优选是平面的辐射源。将其理解为经由辐射面发出光并且相对于片材的尺寸不能被理解是点辐射源的辐射源。这样的近似点辐射源例如是激光器或白炽灯泡。平面的辐射源的辐射面例如可以具有至少0.5m2或至少Im2的大小。平面的辐射源的辐射面原则上可以是弯曲的，但是在一种特别优选的实施中是平坦的。于是光经由辐射面的传播方向是恒定的。由此片材表面的整个分析区域有利地可以用相同传播方向的辐射照射。该辐射源完全特别优选地包括至少一个所谓极化壁。极化壁包括在强烈散射的玻璃片材、典型地乳白色玻璃片材之后的至少一个、典型地多个初级辐射源，例如多个相互平行布置的发光管。在穿过散射玻璃片材时从初级辐射源的辐射中产生平面的未极化的辐射。通过在散射玻璃片材的背离初级辐射源的侧上的平面极化过滤器，产生线性极化的辐射。
[0033]辐射源优选辐射在可见光谱范围中的辐射。这一方面由于适当的辐射源和探测器的简单可用性是有利的。另一方面对观察者来说喷吹结构的干扰性效应与可见光结合地出现，使得有意义的是将可见光用于定量地测量喷吹结构。但是辐射源的光不必覆盖整个可见光谱范围。辐射源的辐射也不必限制于可见光谱范围。辐射源的辐射可以包含来自其它光谱范围的辐射分量，例如IR辐射和/或UV辐射。
[0034]探测器优选包括具有二维图像传感器、例如CCD传感器或有源像素传感器(Active Pixel Sensor) (APS传感器，CMOS传感器)的照相机。由于更好的可用性和更小的成本，具有CCD传感器的照相机是优选的。通过二维图像传感器有利地可以记录至少整个分析区域的图像。该图像当然在片材通过辐射源用光照射期间被记录。
[0035]探测器可以包括另外的光学元件，例如诸如灰色滤光器或滤色器的光学过滤器。
[0036]探测器优选被布置为，使得在片材处被反射的或者通过片材透射的辐射最佳地被探测到。该探测器对准朝向探测器的片材表面上的所标出的部位。如果探测器是照相机，则物镜优选被聚焦到所标出的部位(Stelle)。于是观察角ΘΑ是一方面探测器和所标出的部位之间的连接线与另一方面所标出的部位处的片材表面法线之间的角度。作为片材表面上的所标出的部位，在此有意义地选择朝向探测器的分析区域表面的几何中心。观察角ΘΑ优选是20°至70°，特别优选40°至65°，完全特别优选55°至60°，尤其是大约57°。观察角ΘΑ优选在数值上等于入射角ΘΕ，或者仅在小的尺度上与入射角ΘΕ偏离，例如偏离数值0°至10°。如果片材的第一表面朝向辐射源和探测器，则辐射源和探测器优选关于分析区域的第一表面的几何中心中的表面法线彼此相对布置。于是可以特别有利地探测被反射的光。
[0037]朝向辐射源的片材第一表面优选是片材的外面。在此，外面表示片材的以下表面:该表面被设置用于在片材的装入状态下朝向片材所限制的空间的外部环境。如果片材例如是机动车片材，则该外面在装入状态下朝向外部环境并且背离机动车的内部空间。
[0038]图像优选是在黑色或昏暗的背景下被记录的。于是喷吹结构能被特别有利地识另IJ。特别优选地，本发明方法在受遮蔽的空间中被实施，其中辐射源是唯一的光源。
[0039]分析处理单元优选包括至少一个带有图像分析软件的计算机，该图像分析软件适用于读出由探测器记录的图像的每个图像点(像素)的亮度值。
[0040]由探测器所记录的图像根据本发明被输送给分析处理单元。这可以经由探测器与分析处理单元之间的直接连接进行，例如经由电缆或无线连接。图像的传输在此可以自动进行或者通过使用者的指令来促使。但是图像也可以通过其它合适的装置被输送给分析单元，例如经由服务器或存储介质。
[0041]在由探测器记录的图像上可以将喷吹结构识别为较暗和较亮区域的图案。在预加应力的情况下，片材典型地被加载有来自多个平行喷嘴行的空气流。较暗和较亮区域的图案通过这些喷嘴的布置而引起。因此图像上较亮的区域典型地沿着相互平行的线布置。根据本发明，通过分析处理单元读出沿着分析线的亮度变化曲线。该分析线优选被选择为，使得该分析线穿过一组亮区域伸展，这些亮区域布置在彼此平行伸展的线中的相同的线上。该分析线优选在中心地穿过亮区域。
[0042]由探测器记录的图像可以在分析亮度变化曲线之前通过常见方式加以处理。数据量和/或图像尺寸例如可以以电子方式被缩小。
[0043]亮度变化曲线在本发明的意义上是针对沿着分析线的位置对所求取的亮度值的描绘，所述位置例如可以通过任意长度标度(例如相继的图像点的编号)来表达。沿着分析线的亮度变化曲线示出带有局部最大值(图像上亮区域的中心)和局部最小值(图像上暗区域的中心)序列的波浪状的变化曲线。在本发明方法中，标识出局部最大值和最小值的位置并且读出相应的亮度值。对局部最大值和最小值的标识优选自动化地借助合适的算法进行，但是也可以手动进行。亮度变化曲线的数据可以在分析局部最大值和最小值之前通过合适的算法加以平滑。
[0044]分析区域优选被选择为，使得亮度变化曲线包含至少3个局部最大值。分析区域特别优选地被选择为，使得亮度变化曲线包含5至20个、完全特别优选地8至15个局部最大值。鉴于一方面对喷吹结构的可靠和可再现的测量以及另一方面对该测量的节省时间的分析处理，这是特别有利的。
[0045]从亮度变化曲线的局部最大值的亮度值中形成第一平均值，该第一平均值在本发明的意义上称为局部最大值的亮度平均值Mmax。从亮度变化曲线的局部最小值的亮度值中形成第二平均值，该第二平均值在本发明的意义上称为局部最小值的亮度平均值Mmin。亮度平均值Mmax和Mmin优选作为算术平均值得到。但是原则上还可以使用其它平均值，如果这些其它平均值对技术人员显得是有意义的，例如几何平均值、调和平均数或均方值。
[0046]局部最大值的亮度平均值Mmax与局部最小值的亮度平均值Mmin之间的在数值上的差在本发明的意义上称为喷吹结构的强度指标IBS。强度指标Ibs是对于喷吹结构程度的定量的和客观的尺度。强度指标Ibs的大的值表明与暗区域相比在亮区域中反射度的大的差异，并且由此表明显著的喷吹结构。强度指标Ibs的小的值表明与暗区域相比在亮区域中反射度的小的差异并且由此表明不太显著的喷吹结构。借助强度指标Ibs可以将不同的片材关于喷吹结构的程度定量地进行相互比较。由于本发明方法的客观性和可再现性，也能以一致的时间间隔来进行对不同片材的要进行比较的测量。
[0047]在用于测量喷吹结构的本发明装置的有利构型中，优选平面的辐射源垂直布置。这意味着，进行光的辐射所经由的面垂直布置，也就是以与水平线大约90°的角度布置。已经表明:当片材以与水平线成以下角度布置时能够特别好地观察到喷吹结构，所述角度与辐射源的光的极化方向与水平线的角度偏离最高15°、优选最高5°。特别优选地，片材所布置的与水平线的角度对应于辐射源的光的极化方向与水平线的角度。片材所布置的与水平线的角度以及辐射源的光的极化方向与水平线的角度在此在0°至90°的值范围中被测量。如果极化壁作为辐射源例如具有以与水平线成大约45°角度布置的极化方向，则在片材以与水平线成30°至60°、优选40°至50°以及尤其是大约45°角度布置时可以特别好地观察到喷吹结构。在弯曲的片材情况下，例如可以将分析区域的中心处的正切平面考虑用于评定与水平线的角度。为此片材可以被布置在合适的支架中，该支架允许片材的安全和可再现的定位。
[0048]探测器例如可以被定位在三脚架上或其它合适的支架上。片材和探测器的相对布置例如可以经由地面标记来进行。替换地，探测器的支架和片材的支架可以持久地相互连接，例如在共同的框架上。由此有利地实现片材和探测器的要快速和简单产生的可再现的相对布置。
[0049]辐射源和片材的可再现的相对取向例如可以借助地面标记来进行。辐射源和片材的支架和/或探测器的支架还可以稳定地相互连接。
[0050]片材优选包含玻璃、特别优选地包含板玻璃、浮法玻璃、石英玻璃、硼硅玻璃和/或钠钙玻璃。片材的厚度可以宽泛地变化并且从而出色地与单个情况下的要求匹配。片材的厚度优选是1.0mm至25mm,并且特别优选是1.4mm至5mm。片材的大小可以宽泛地变化，并且视其所设置的用途而定。片材例如在车辆制造和建筑领域中具有200cm2直至20m2的常见面积。
[0051]片材可以在很大程度上是透明的，并且例如具有大于70%的总透射。但是片材也可以是着色的和/或上色的，并且例如具有小于50%的总透射。术语“总透射”涉及通过ECE-R 43，附录3，§9.1规定的用于检验机动车片材的透光性的方法。
[0052]本发明还包括根据本发明的装置用于定量地测量经预加应力的片材处的喷吹结构、尤其是用于定量地比较测量不同片材的应用。片材在此优选是建筑物中、尤其是在入口或窗口区域中、在家具和设备中、尤其是在具有冷却或加热功能的电子设备中、或者在用于陆上、空中或水上交通的推进工具中、尤其是在列车、轮船和机动车中的片材，例如作为单片安全玻璃的侧窗片材、天窗片材和/或后窗片材。
【专利附图】
【附图说明】
[0053]下面借助附图和实施例进一步阐述本发明。附图是示意图并且不按比例。附图不以任何方式限制本发明。
[0054]图1示出用于测量经预加应力的片材上的喷吹结构的本发明装置的示意图，
图2a示出由探测器记录的图像，
图2b示出图2a的图像的示意图，
图3示出沿着图2a中的分析线的亮度变化曲线的图表，
图4a示出用于片材和探测器的支持设备的前视图，
图4b示出图4a的支持设备的侧视图，以及
图5示出用于测量经预加应力的片材的喷吹结构的本发明方法的一种实施方式的详细流程图。
【具体实施方式】
[0055]图1示出用于测量经预加应力的片材I的喷吹结构的本发明装置的示意图。片材I是载客汽车的后窗片材。片材I具有对于后窗片材常见的曲率和棱边打磨。片材I具有由钠钙玻璃制成的3mm厚的单片安全玻璃，其具有150cm的宽度和80cm的高度。片材I被热预加应力并且例如具有大约120MPa的表面压缩应力并且具有核心中的大约60MPa的张应力。通过预加应力过程，片材I具有非均匀分布的应力，所述应力导致所谓的喷吹结构，所述喷吹结构在特定的观察和光条件下可以被光学察觉为较亮和较暗区域的图案。通过本发明的方法可以定量地确定喷吹结构的程度。由此例如可以将利用不同方法预加应力的片材关于喷吹结构的程度相互比较。
[0056]本发明的装置包括辐射源2。片材I是弯曲的，如对于后窗片材是常见的。片材I的凸出的第一表面(I)朝向辐射源2，使得辐射源2的光5在透过片材I时首先落到第一表面(I)上，其中所述第一表面在片材I的装入状态下被设置为外面。辐射源2是极化壁。极化壁包括位于乳白色玻璃片材之后的多个彼此平行布置的发光管以及在该乳白色玻璃片材的背离发光管的侧上的平面极化过滤器。通过辐射源2，经由具有150cm高度和200cm宽度的辐射面辐射可见光谱范围中的线性极化的白光5。扣除可能被遮蔽的区域，通过平面的辐射源2照明片材I的整个表面(I)。尤其是完全照射分析区域4。分析区域4是为了分析处理喷吹结构的测量而设置的。分析区域4具有例如30cm的长度和宽度并且大约布置在片材I的几何中心处。分析区域4具有第一表面,该第一表面是片材I的第一表面(I)的区域，其中分析区域4的第一表面布置在片材的第一表面(I)的几何中心处。分析区域4具有第二表面，该第二表面是片材I的第二表面(II)的区域，其中分析区域4的第二表面布置在片材的第二表面(I)的几何中心处。
[0057]辐射源的光5关于表面(I)平行极化。通过极化向量12描述的电磁波的振荡方向位于通过光5的入射向量和表面(I)的表面法线10展开的入射平面11中。平行极化的光在片材I的表面处比垂直极化的光较少强烈地被反射。该效应在入射角ΘΕ大致对应于Brewster角时是特别显著的。针对空气-玻璃过渡的Brewster角大约是57° ,并且对应地选择入射角ΘΕ。
[0058]由于片材I是弯曲的，因此在分析区域4内表面法线10的方向是与位置有关的。为了设定和评定极化方向和入射角ΘΕ，考虑在分析区域4的第一表面的几何中心处的表面法线10。
[0059]由片材I反射的光13具有与位置有关的强度。对此的原因是在片材I中通过预加应力过程产生的非均匀分布的应力。这些应力导致在穿过片材I时极化向量12的与位置有关的旋转。如果极化向量12不被旋转，则平行极化地落在片材I的背离辐射源2的表面(II)上。光5在该情况下在两个表面(I)和(II)处仅以小的程度被反射并且总计由片材I反射的光13的强度小。如果极化向量12被旋转，则具有提高的垂直极化的辐射分量的光5落在表面(II)上，所述垂直极化的辐射分量比平行极化的光明显更强烈地被反射。总计由片材I反射的光13的强度由此得到提高，其中反射度与极化向量12的旋转程度有关。因此由于在片材I中的非均匀分布的应力，被反射的光13构造较暗和较亮区域的图案。
[0060]本发明的装置还包括探测器3。片材I的朝向辐射源2的表面(I)也朝向探测器3。探测器3是具有CCD传感器的照相机。被反射的光13的与位置有关的强度的图案通过探测器3探测。为此记录至少对分析区域4、但典型地对片材I的更大区域成像的照片。该照相机为此对准并聚焦于分析区域4的第一表面的中心。观察角ΘΑ例如是大约60°并且由此被选择为接近Brewster角。由此可以特别好地探测到被反射的光13的与位置有关的强度的图案。
[0061]本发明的装置还包括分析处理单元7。分析处理单元7例如经由连接电缆14与探测器3连接。经由连接电缆14将照片从探测器3传输给分析处理单元7。分析处理单元7是具有合适的图像分析软件的计算机，所述图像分析软件可以读出该照片的每个图像点的亮度值。
[0062]图2a示出图像6的片段(707x480个像素)，该图像对分析区域4、更确切地说分析区域4的第一表面成像。图像6是照片并且是通过在根据图1的装置中作为探测器3的照相机记录的。作为探测器3的照相机在此是带有Canon EF-S 18_55mm类型的物镜的CanonEOS 30D类型的数字反射镜式照相机。为了记录图像6，手动地聚焦到图像中心并且选择如下参数:焦距55mm，ISO 400，光圈22，色空间sRGB，曝光时间0.8s。在图像6上可以在暗的背景下将喷吹结构明显地识别为亮区域的图案。亮区域沿着相互平行的线布置。该图案由喷嘴布置得出，利用这些喷嘴在预加应力时给片材I加载空气流。该图还示出分析线9。分析线9沿着彼此平行布置的线之一伸展，亮区域沿着该线布置。分析线9在此被选择为，使得分析线9大致在中心地穿过亮区域伸展。图像6沿着分析线9的亮度变化曲线被考虑用于对喷吹结构进行量化。
[0063]图2b示出图2a的图像6的示意图。可以在暗的背景下识别出亮区域并且识别出分析线9。
[0064]图3示出在图2a的图像6上沿着分析线9的亮度变化曲线8的图表。分析区域4和分析线9被选择为，使得11个亮区域被覆盖。亮度变化曲线8的产生和分析在分析处理单元7中进行。亮度变化曲线8是借助图像分析处理软件创建的，该图像分析处理软件读出沿着分析线9的每个图像点的亮度值(RGB色空间，256个亮度级)。亮度变化曲线8示出具有11个局部最大值15和11个局部最小值16的波浪状的分布图。从局部最大值15的亮度值中形成算术平均值并且从而确定局部最大值15的亮度平均值Mmax。从局部最小值16的亮度值中形成算术平均值并且从而确定局部最小值16的亮度平均值Mmin。亮度平均值Mmax在所示例子中是177，亮度平均值Mmin是96。亮度平均值Mmax和亮度平均值Mmin的在数值上的差在本发明的意义上称为强度指标IBS。强度指标Ibs是对喷吹结构程度的定量的尺度。强度指标Ibs在所示出的例子中是81。强度指标Ibs的值越�。枷�6上亮区域与暗区域之间的平均亮度差异就越�。⑶移牡淖芊瓷湎缘迷骄�。借助强度指标Ibs可以将比较片材关于喷吹结构的可见度进行相互比较。
[0065]亮度变化曲线8在所示出的例子中具有下降趋势。对此的原因是片材I的弯曲，该弯曲导致在分析区域4内表面法线10的与位置有关的方向。由此光5的反射特性同样与位置有关。尽管如此，亮度平均值Ia=^BMmin提供有说服力的强度指标Ibs，借助该强度指标可以将比较片材相互比较，尤其是在比较片材具有相同或类似的弯曲时。例如相同类型的、以不同方式被预加应力的片材可以被相互比较。
[0066]在相同的边界条件下对参考片材I执行50次测量。这些测量提供带有按经验的方差0.5的强度指标Ibs平均值84。因此强度指标Ibs是针对喷吹结构的以高的程度可再现的尺度。
[0067]通过用于测量经预加应力的片材的喷吹结构的本发明方法和本发明装置可以求取对于喷吹结构程度的客观的定量的和可再现的尺度，对于技术人员是未预料到的和令人吃惊的。
[0068]图4a和图4b各示出针对片材I和探测器3的合适的支持设备17的细节。支持设备17包括片材支架18、探测器支架24和定位挡块23，它们布置在共同的框架19上。通过支持设备17有利地实现片材I和探测器3的稳定和可再现的相对布置。由此在比较测量时确�：愣ǖ墓鄄旖铅é�。框架19被安置在滑轮26上，利用所述滑轮可以简单地使支持设备17运动，例如用于相对于光源2对准。定位挡块23使得可以当在比较测量中应当检查相同类型的不同片材I时将片材I可再现地布置在片材支架18上。由此确保测量结果的可比较性。片材支架18包括水平的基础元件20，在该基础元件上布置一个支承元件22和两个保持叉21。片材I的下棱边被插入保持叉21内并且片材I靠在支承元件22上。片材I的布置持久稳定并且可再现。基础元件20经由两个活动关节25与框架19连接。由此可以使片材支架18倾斜并且设定片材I与水平线之间的角度。期望的角度在此借助布置在支承元件22的背离片材I的侧上的角度固定装置27持久地被设定。角度固定装置27例如是圆弧段形式的金属轨，其圆心布置在活动关节25之间的连接线上。金属轨具有凹处，该凹处与圆弧段状的棱边平行伸展并且与框架19连接的螺杆可以被引导穿过该凹处。如果松开螺杆，则片材支架18可以被倾斜，其中螺杆通过角度固定装置27的凹处滑动。在片材支架18的期望位置中，螺杆被拉紧并且由此将片材支架18持久稳定地被固定。
[0069]图5示出用于测量在经预加应力的片材I上的喷吹结构的本发明方法的实施例的流程图。
[0070]附图标记列表
(O片材
(2)辐射源
(3)探测器
(4)片材I的分析区域
(5)辐射源2的光
(6)图像
(7)分析处理单元
(8)图像6沿着分析线9的亮度变化曲线
(9)图像6上的分析线
(10)表面法线
(11)入射平面
(12)光5的极化向量
(13)由片材I反射的光
(14)连接电缆
(15)亮度变化曲线8的局部最大值
(16)亮度变化曲线8的局部最小值
(17)支持设备
(18)支持设备17的片材支架(19)支持设备17的框架
(20)片材支架18的基础元件
(21)片材支架18的保持叉
(22)片材支架18的支承元件
(23)支持设备17的定位挡块
(24)支持设备17的探测器支架
(25)片材支架18的活动关节
(26)支持设备17的滑轮
(27)片材支架18的角度固定装置
(I)片材I的第一表面
(II)片材I的第二表面Θ E入射角
ΘΑ观察角
Mmax局部最大值15的亮度平均值Mmin局部最小值16的亮度平均值Ibs强度指标。
【权利要求】
1.用于测量经预加应力的片材(I)的喷吹结构的方法，其中至少 (a)利用辐射源(2)的线性极化光(5)在入射角ΘΕΤ照射所述片材(I)的至少一个分析区域(4)，其中片材(I)的第一表面(I)朝向辐射源(2)，并且利用至少一个探测器(3)在观察角94下记录至少该分析区域(4)的图像(6)， (b)将该图像(6)输送给分析处理单元(7)，以及 (c)借助所述分析处理单元(7) (Cl)读出沿着该图像(6)上的分析线(9)的亮度变化曲线(8)， (c2)确定该亮度变化曲线(8)的局部最大值(15)和局部最小值(16)，以及 (c3)通过局部最大值的亮度平均值Mmax和局部最小值的亮度平均值Mmin之差确定强度指标Ibs。
2.根据权利要求1所述的方法，其中片材(I)的朝向辐射源(2)的表面(I)朝向探测器(3)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中光(5)是平行极化的。
4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其中辐射源(2)是平面的辐射源并且优选地包括至少一个极化壁。
5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其中入射角ΘE和/或观察角04是20°至70°，优选40°至65°，特别优选55°至60°。
6.根据权利要求1至5之一所述的方法，其中探测器(3)包括至少一个具有二维图像传感器、优选CCD传感器的照相机。
7.根据权利要求1至6之一所述的方法，其中片材(I)的朝向辐射源(2)的表面(I)是片材(I)的外面。
8.根据权利要求1至7之一所述的方法，其中片材(I)包含玻璃、优选地包含板玻璃、浮法玻璃、石英玻璃、硼硅玻璃和/或钠钙玻璃，并且优选具有1.0mm至25mm，特别优选1.4mm至5mm的厚度。
9.根据权利要求1至8之一所述的方法，其中亮度变化曲线(8)包含至少3个、优选5至20个、特别优选地8至15个局部最大值(15)。
10.根据权利要求1至9之一所述的方法，该方法在具有所述辐射源(2)作为唯一的光源的空间中被实施。
11.根据权利要求1至10之一所述的方法，其中分析处理单元(7)包括至少一个带有图像分析软件的计算机。
12.根据权利要求1至11之一所述的方法，其中在分析区域(4)的朝向辐射源(2)的表面的几何中心处测量光(5)的极化方向和入射角θ E。
13.用于测量经预加应力的片材(I)的喷吹结构的装置，该装置至少包括: -辐射源(2)，其利用线性极化光(5)在入射角ΘΕΤ照射所述片材(I)的至少一个分析区域(4)，其中片材(I)的第一表面(I)朝向辐射源(2)， -至少一个探测器(3)，其在观察角94下记录至少该分析区域(4)的图像(6)，以及 -分析处理单元(7)，其接收所述图像(6)，读出沿着该图像(6)上的分析线(9)的亮度变化曲线(8)，确定该亮度变化曲线(8)的局部最大值(15)和局部最小值(16)，以及通过局部最大值(15)的亮度平均值Mmax和局部最小值(16)的亮度平均值Mmin之差确定强度指标
Ibs。
14.根据权利要求13所述的装置，其包括支持设备(17)，该支持设备优选在共同的框架(19)上包含片材支架(18)和探测器支架(24)。
15.根据权利要求13或14所述的装置用于定量地测量经预加应力的片材处、优选在建筑物中、在家具和设备中或者在用于陆上、空中或水上交通的推进工具中的经预加应力的片材处、尤其是机动车的侧窗片材和/或后窗片材处的喷吹结构的应用。
【文档编号】G01N21/896GK104272091SQ201380021407
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2013年4月10日 优先权日:2012年4月23日
【发明者】V.舒尔茨, L.赫曼斯, L.帕佩, S.克雷默斯 申请人:法国圣戈班玻璃厂
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