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用于測量經預加應力的片材的噴吹結構的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于測量經預加應力的片材（1）的噴吹結構的方法，其中至少(a)利用輻射源（2）的線性極化光（5）在入射角（θE）下照射所述片材（1）的至少一個分析區域（4），并且利用至少一個探測器（3）在觀察角（θA）下記錄至少該分析區域（4）的圖像（6），(b)將該圖像（6）輸送給分析處理單元，以及(c)借助所述分析處理單元（7）(c1)讀出沿著該圖像（6）上的分析線（9）的亮度變化曲線（8），(c2)確定該亮度變化曲線（8）的局部最大值（15）和局部最小值（16），以及(c3)通過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）之差確定強度指標（IBS）。
【專利說明】用于測量經預加應力的片材的噴吹結構的方法和裝置

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于測量經預加應力的片材的噴吹結構的方法。本發明還涉及一種用于測量經預加應力的片材的噴吹結構的裝置及其應用。

【背景技術】
[0002]片材經常被配備有預應力。為此將片材加熱到高于下卸壓極限的溫度并且快速冷卻，由此在所述片材的表面處構造壓縮應力并且在所述片材的核心中構造張應力。經預加應力的片材與未預加應力的片材相比具有提高的熱和機械負荷能力。如果經預加應力的片材在高負荷下斷裂，則形成破裂碎片，其中由于破裂碎片的形狀和大小而不由這些破裂碎片引起嚴重切割傷害的危險。經預加應力的片材被用作單片安全玻璃例如用作機動車的側窗片材或后窗片材。
[0003]為了在預加應力過程期間對片材快速冷卻，典型地對片材加載來自大量噴嘴的空氣流。依據這些噴嘴的布置在片材中形成應力的非均勻分布。非均勻分布的應力導致片材與落在所述片材上的光的與位置有關的交互作用。在光和觀察條件合適的情況下，可以在片材上識別出經常被觀察者感覺是干擾性的結構。這樣的由于預加應力過程而導致的可見結構在本發明的意義上稱為噴吹結構(Blasstrukture)。它們也例如作為退火標記“Quenchmarks”或應力圖案(“stress pattern”)已知。術語“噴吹結構”在本發明的意義上被理解為所有由于在預加應力的情況下處理片材而產生的可光學察覺的結構。該處理在此不必一定包括加載空氣流。
[0004]為了能夠客觀地評價噴吹結構的程度，需要一種可再現的和定量的測量方法。由W02011157815A1已知一種用于測量噴吹結構的方法。所述方法的重要組成部分是將光學測量與通過一組人員對測試片材的主觀評價相比較。因此該測量方法是不完全客觀的。此外為了進行光學測量需要使測試片材相對于分析單元運動，由此所述方法應復雜地來實施。
[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，號 5，2012,第 787-795 頁)已知一種用于測量沿著片材厚度的應力分布圖的方法。在該方法中需要將激光輻射經由側棱邊耦合輸入到待檢查的片材中。該方法尤其是不能應用于機動車領域中的經預加應力的片材，這些片材典型地是彎曲的并且具有經打磨的側棱邊。在這樣的片材情況下，不可能經由側棱邊來照射。


【發明內容】

[0006]本發明的任務在于提供一種用于測量經預加應力的片材上的噴吹結構的改進的方法以及適用于此的裝置。該方法應當提供對于噴吹結構程度的客觀的、定量的尺度并且能被簡單和可再現地執行。
[0007]本發明的任務根據本發明通過一種用于測量經預加應力的片材的噴吹結構的方法解決，其中至少
(a)利用輻射源的線性極化光在入射角ΘΕΤ照射所述片材的至少一個分析區域，并且利用至少一個探測器在觀察角θ Α下記錄至少該分析區域的圖像，
(b)將該圖像輸送給分析處理單元，以及 (C)借助所述分析處理單元
(Cl)讀出沿著該圖像上的分析線的亮度變化曲線，
(c2)確定該亮度變化曲線的局部最大值和局部最小值，以及
(c3)通過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之差確定強度指標Ibs。
[0008]片材具有第一表面和第二表面以及環繞的側棱邊。在裝入狀態下，通過第一和第二表面實現穿過片材的按規定的透視。第一表面在此是朝向輻射源的該片材表面。片材的第一表面用輻射源的光照射。這在本發明的意義上意味著:該光在透過片材時首先落在第一表面上并且然后落在片材的背離光源的第二表面上。因此根據本發明，利用輻射源的光經由片材的第一表面照射片材的分析區域。
[0009]術語“經預加應力的片材”在本發明的意義上還包括部分預加應力的片材。在較狹窄的意義上經預加應力的片材典型地具有從85MPa至140MPa的表面壓縮應力和核心內的從40MPa至60MPa的張應力。部分預加應力的片材典型地具有從24MPa至52MPa的表面壓縮應力。
[0010]本發明的任務根據本發明還通過一種用于測量經預加應力的片材的噴吹結構的裝置解決，該裝置至少包括:
-輻射源，其利用線性極化光在入射角θ E下照射所述片材的至少一個分析區域，
-至少一個探測器，其在觀察角θA下記錄至少該分析區域的圖像，
-分析處理單元，其接收所述圖像，讀出沿著該圖像上的分析線的亮度變化曲線，確定該亮度變化曲線的局部最大值和局部最小值，以及通過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之差確定強度指標IBS。
[0011]平行極化的輻射分量在透過片材時在較小程度上在片材表面處作為垂直極化的輻射分量被反射。在預加應力過程中產生的、在片材中的非均勻應力分布導致光與片材的與位置有關的交互作用(Paul Chagnon: "Optics for People Stuck in Traffic: StressPatterns", The Physics Teacher 32 (1994),第166頁及下頁)。尤其是光的極化方向的與位置有關的旋轉在光透過片材時發生。在其中不發生極化平面旋轉的區域中，光在片材的第二表面(出射表面)處以與在第一表面(入射表面)處相同的程度被反射。在其中出現極化平面旋轉的區域中，平行極化的輻射分量與垂直極化的輻射分量的比例被改變，并且在片材的第二表面處的反射度不同于在第一表面處的反射度。總計由片材反射的光以及總計通過片材透射的光因此具有與位置有關的強度，該強度反映在片材中應力的非均勻分布。經反射和經透射的光的與位置有關的強度導致較亮和較暗區域的可光學察覺的圖案。片材中的應力分布得越不均勻，噴吹結構就越顯著，并且較亮和較暗區域之間的亮度差異就越大。經反射和/或經透射的光的與位置有關的強度通過探測器以圖像形式記錄下來并且因此定量地得以分析。本發明的用于測量噴吹結構的方法提供了對于由應力的非均勻分布引起的噴吹結構程度的客觀的和可再現的定量的尺度。由于至少整個分析區域被輻射源照射并且通過探測器探測，因此不需要片材的運動，由此該方法能被簡單執行。這是本發明的巨大優點。
[0012]根據本發明經由片材表面對分析區域的照射與經由側棱邊進行照射相比具有決定性的優點。本發明方法可以應用于多得多種類的片材。該方法尤其是還可以應用于機動車領域中的片材，這些片材典型地是彎曲的并且具有經打磨的、尤其是不透明打磨的側棱邊。在這樣的片材情況下不可能經由側棱邊照射分析區域。
[0013]根據發明人的見解，其中不發生光的極化平面旋轉的區域是無應力的區域或者是具有在數值上相同的主應力的區域。其中發生極化平面旋轉的區域是具有在數值上不同的主應力的區域，其中極化平面旋轉的程度與主應力的差有關。
[0014]分析區域在本發明的意義上是片材的以下區域:應當對于該區域在本發明方法中確定亮度變化曲線。因此分析區域是盡可能小的區域，其必須由輻射源的光照射并且必須從該區域通過探測器記錄圖像，以便能執行對噴吹結構的所期望的分析。該分析區域具有第一表面，該第一表面是片材的第一表面的區域。該分析區域具有第二表面，該第二表面是片材的第二表面的區域。分析區域的厚度與片材的厚度對應。本發明的分析區域優選被布置在片材的中心。分析區域的第一表面于是被布置在片材的第一表面的中心，并且分析區域的第二表面被布置在片材的第二表面的中心。這意味著，分析區域的第一表面的幾何中心大致對應于片材的第一表面的幾何中心，并且分析區域的第二表面的幾何中心大致對應于片材的第二表面的幾何中心。分析區域的大小適當地被選擇為，使得該分析區域包括足夠數量的噴吹結構，即足夠數量的、具有不同反射度的區域(“亮”和“暗”區域)。分析區域例如具有30cm的長度和寬度。但是分析區域也可以被選擇得明顯更大。分析區域原則上還可以包括整個片材。
[0015]輻射源根據本發明至少照射片材的分析區域。該輻射源當然可以照射更大的、包含分析區域的片材區域。該輻射源例如可以照射整個片材。
[0016]探測器根據本發明記錄至少片材的分析區域的圖像。探測器當然也可以記錄更大的、包含分析區域的片材區域的圖像。
[0017]輻射源的光被線性極化。在線性極化的情況下，電場振蕩的方向是恒定的。電場的數值和符號周期性改變。所標出的振蕩方向被稱為極化方向。
[0018]輻射源的光優選關于片材的第一表面平行極化(P極化)或主要是P極化的。P極化的意味著:極化方向在輻射落在片材上時位于入射平面中。入射平面在此通過在以下部位處的入射向量和片材的表面法線展開，在所述部位處，輻射落在片材上。P極化光的特殊優點在于其與垂直極化(s極化)光相比較小的反射。P極化光在第一表面處以較小的尺度被反射。在其中發生極化方向旋轉的片材區域中，垂直極化的輻射分量被提高，所述垂直極化的輻射分量在第二表面處被加強地反射。總計由片材反射的光的強度因此在這些區域中被提高。因此，P極化光導致小的基本反射，而其中發生極化方向旋轉的區域在反射中可被識別為亮區域。已經表明，噴吹結構在這些條件下可以特別好地被識別出。
[0019]由于在實際執行時常見的不精確性，極化方向當然可以在常見的尺度下輕微偏離理想的P極化，例如偏離0°至10°的數值。
[0020]但是本發明的方法也可以用s極化光來加以執行，或者用包含P極化的和s極化的輻射分量的光來加以執行。與位置有關的極化方向旋轉在這些情況下也導致與位置有關的反射度并且由此導致總計由片材反射和/或透射的光的亮度圖案，該亮度圖案可以被考慮用于根據本發明分析噴吹結構。
[0021]其噴吹結構應當被測量的片材可以是平坦的，如尤其是在建筑領域常見的，例如在入口或窗口區域。片材可以替換地輕微或強烈地在空間的一個方向上或多個方向上彎曲。這樣的彎曲的片材尤其是在車輛領域中出現用于玻璃化。彎曲的片材的典型曲率半徑處于大約1cm至大約40m的范圍內。曲率半徑不必在整個片材上恒定，可以在片材中存在較強烈和不太強烈地彎曲的區域。
[0022]該片材優選是彎曲的。本發明的方法可以有利地應用于這樣的彎曲的片材。
[0023]該片材優選具有經打磨的、尤其是不透明打磨的側棱邊。側棱邊的整個面優選是不透明地打磨的。本發明的方法可以有利地應用于這樣的片材。
[0024]該片材在本發明的一種有利實施中是機動車片材。機動車片材優選是彎曲的并且具有不透明打磨的棱邊。
[0025]在彎曲的片材情況下，表面法線的方向在分析區域表面內是與位置有關的。由此入射平面的取向也可以是與位置有關的。為了設定光的期望的極化方向，有意義地考慮分析區域的第一表面的幾何中心。根據本發明，當極化方向位于通過分析區域的第一表面中心處的入射向量和表面法線展開的平面中時，輻射被看作是P極化的。
[0026]片材的朝向輻射源的第一表面可以朝向探測器和/或背離探測器。如果第一表面朝向探測器，則由片材總計反射的輻射被探測器探測。該探測器在此記錄至少分析區域的第一表面的圖像。如果第一表面背離探測器并且由此第二表面朝向探測器，則通過片材透射的輻射由探測器探測。該探測器在此記錄至少分析區域的第二表面的圖像。在兩種情況下都可以在圖像上分析噴吹結構的程度。還可以分別由第一探測器和第二探測器記錄圖像，其中片材的第一表面朝向第一探測器并且背離第二探測器。
[0027]在一種特別有利的實施中，片材的朝向輻射源的第一表面朝向探測器。該探測器探測由片材反射的輻射。這樣的反射測量與透射測量相比具有以下優點:該反射測量也能應用于經印刷的片材。這樣的經印刷的片材，尤其是配備有絲網印刷的片材，尤其是在車輛領域中是常見的。
[0028]線性極化輻射的反射度與輻射到片材表面上的入射角有關。該反射度是被反射的輻射強度與射入的輻射強度的比例。入射角是在輻射落在片材表面上的部位處在入射向量與片材表面法線之間的角度。當入射角ΘΕ等于所謂的Brewster (布儒斯特)角時，平行極化輻射的反射度與垂直極化輻射的反射度之間的差異特別大。在光以Brewster角入射的情況下，針對P極化輻射的反射度理想地等于O。在根據本發明出現的空氣-玻璃過渡處的Brewster角是大約57 ° (其中空氣的折射率n =1，并且玻璃的折射率η玻璃=1.55 )。
[0029]在彎曲的片材的情況下，在片材分析區域內表面法線的方向與位置有關。由此入射角ΘΕ&與位置有關。為了設定所期望的入射角ΘΕ，有意義地考慮分析區域的第一表面的幾何中心。本發明的入射角ΘΕ優選是在分析區域的第一表面的中心被測量的。
[0030]入射角ΘΕ優選是20°至70°，特別優選低40°至65°，完全特別優選地55°至60°，尤其是大約57°。在該范圍中P極化光的反射度與s極化光的反射度之間的差異特別大，并且由噴吹結構引起的亮度圖案有利地特別明顯地出現。
[0031]當由片材反射的光由探測器探測時，針對入射角Θ ￡所說明的范圍是特別有利的。如果通過片材透射的光由探測器探測，則入射角ΘΕ還可以例如是0°至20°，優選地0°至10°，尤其是大約0°。
[0032]輻射源優選是平面的輻射源。將其理解為經由輻射面發出光并且相對于片材的尺寸不能被理解是點輻射源的輻射源。這樣的近似點輻射源例如是激光器或白熾燈泡。平面的輻射源的輻射面例如可以具有至少0.5m2或至少Im2的大小。平面的輻射源的輻射面原則上可以是彎曲的，但是在一種特別優選的實施中是平坦的。于是光經由輻射面的傳播方向是恒定的。由此片材表面的整個分析區域有利地可以用相同傳播方向的輻射照射。該輻射源完全特別優選地包括至少一個所謂極化壁。極化壁包括在強烈散射的玻璃片材、典型地乳白色玻璃片材之后的至少一個、典型地多個初級輻射源，例如多個相互平行布置的發光管。在穿過散射玻璃片材時從初級輻射源的輻射中產生平面的未極化的輻射。通過在散射玻璃片材的背離初級輻射源的側上的平面極化過濾器，產生線性極化的輻射。
[0033]輻射源優選輻射在可見光譜范圍中的輻射。這一方面由于適當的輻射源和探測器的簡單可用性是有利的。另一方面對觀察者來說噴吹結構的干擾性效應與可見光結合地出現，使得有意義的是將可見光用于定量地測量噴吹結構。但是輻射源的光不必覆蓋整個可見光譜范圍。輻射源的輻射也不必限制于可見光譜范圍。輻射源的輻射可以包含來自其它光譜范圍的輻射分量，例如IR輻射和/或UV輻射。
[0034]探測器優選包括具有二維圖像傳感器、例如CCD傳感器或有源像素傳感器(Active Pixel Sensor) (APS傳感器，CMOS傳感器)的照相機。由于更好的可用性和更小的成本，具有CCD傳感器的照相機是優選的。通過二維圖像傳感器有利地可以記錄至少整個分析區域的圖像。該圖像當然在片材通過輻射源用光照射期間被記錄。
[0035]探測器可以包括另外的光學元件，例如諸如灰色濾光器或濾色器的光學過濾器。
[0036]探測器優選被布置為，使得在片材處被反射的或者通過片材透射的輻射最佳地被探測到。該探測器對準朝向探測器的片材表面上的所標出的部位。如果探測器是照相機，則物鏡優選被聚焦到所標出的部位(Stelle)。于是觀察角ΘΑ是一方面探測器和所標出的部位之間的連接線與另一方面所標出的部位處的片材表面法線之間的角度。作為片材表面上的所標出的部位，在此有意義地選擇朝向探測器的分析區域表面的幾何中心。觀察角ΘΑ優選是20°至70°，特別優選40°至65°，完全特別優選55°至60°，尤其是大約57°。觀察角ΘΑ優選在數值上等于入射角ΘΕ，或者僅在小的尺度上與入射角ΘΕ偏離，例如偏離數值0°至10°。如果片材的第一表面朝向輻射源和探測器，則輻射源和探測器優選關于分析區域的第一表面的幾何中心中的表面法線彼此相對布置。于是可以特別有利地探測被反射的光。
[0037]朝向輻射源的片材第一表面優選是片材的外面。在此，外面表示片材的以下表面:該表面被設置用于在片材的裝入狀態下朝向片材所限制的空間的外部環境。如果片材例如是機動車片材，則該外面在裝入狀態下朝向外部環境并且背離機動車的內部空間。
[0038]圖像優選是在黑色或昏暗的背景下被記錄的。于是噴吹結構能被特別有利地識另IJ。特別優選地，本發明方法在受遮蔽的空間中被實施，其中輻射源是唯一的光源。
[0039]分析處理單元優選包括至少一個帶有圖像分析軟件的計算機，該圖像分析軟件適用于讀出由探測器記錄的圖像的每個圖像點(像素)的亮度值。
[0040]由探測器所記錄的圖像根據本發明被輸送給分析處理單元。這可以經由探測器與分析處理單元之間的直接連接進行，例如經由電纜或無線連接。圖像的傳輸在此可以自動進行或者通過使用者的指令來促使。但是圖像也可以通過其它合適的裝置被輸送給分析單元，例如經由服務器或存儲介質。
[0041]在由探測器記錄的圖像上可以將噴吹結構識別為較暗和較亮區域的圖案。在預加應力的情況下，片材典型地被加載有來自多個平行噴嘴行的空氣流。較暗和較亮區域的圖案通過這些噴嘴的布置而引起。因此圖像上較亮的區域典型地沿著相互平行的線布置。根據本發明，通過分析處理單元讀出沿著分析線的亮度變化曲線。該分析線優選被選擇為，使得該分析線穿過一組亮區域伸展，這些亮區域布置在彼此平行伸展的線中的相同的線上。該分析線優選在中心地穿過亮區域。
[0042]由探測器記錄的圖像可以在分析亮度變化曲線之前通過常見方式加以處理。數據量和/或圖像尺寸例如可以以電子方式被縮小。
[0043]亮度變化曲線在本發明的意義上是針對沿著分析線的位置對所求取的亮度值的描繪，所述位置例如可以通過任意長度標度(例如相繼的圖像點的編號)來表達。沿著分析線的亮度變化曲線示出帶有局部最大值(圖像上亮區域的中心)和局部最小值(圖像上暗區域的中心)序列的波浪狀的變化曲線。在本發明方法中，標識出局部最大值和最小值的位置并且讀出相應的亮度值。對局部最大值和最小值的標識優選自動化地借助合適的算法進行，但是也可以手動進行。亮度變化曲線的數據可以在分析局部最大值和最小值之前通過合適的算法加以平滑。
[0044]分析區域優選被選擇為，使得亮度變化曲線包含至少3個局部最大值。分析區域特別優選地被選擇為，使得亮度變化曲線包含5至20個、完全特別優選地8至15個局部最大值。鑒于一方面對噴吹結構的可靠和可再現的測量以及另一方面對該測量的節省時間的分析處理，這是特別有利的。
[0045]從亮度變化曲線的局部最大值的亮度值中形成第一平均值，該第一平均值在本發明的意義上稱為局部最大值的亮度平均值Mmax。從亮度變化曲線的局部最小值的亮度值中形成第二平均值，該第二平均值在本發明的意義上稱為局部最小值的亮度平均值Mmin。亮度平均值Mmax和Mmin優選作為算術平均值得到。但是原則上還可以使用其它平均值，如果這些其它平均值對技術人員顯得是有意義的，例如幾何平均值、調和平均數或均方值。
[0046]局部最大值的亮度平均值Mmax與局部最小值的亮度平均值Mmin之間的在數值上的差在本發明的意義上稱為噴吹結構的強度指標IBS。強度指標Ibs是對于噴吹結構程度的定量的和客觀的尺度。強度指標Ibs的大的值表明與暗區域相比在亮區域中反射度的大的差異，并且由此表明顯著的噴吹結構。強度指標Ibs的小的值表明與暗區域相比在亮區域中反射度的小的差異并且由此表明不太顯著的噴吹結構。借助強度指標Ibs可以將不同的片材關于噴吹結構的程度定量地進行相互比較。由于本發明方法的客觀性和可再現性，也能以一致的時間間隔來進行對不同片材的要進行比較的測量。
[0047]在用于測量噴吹結構的本發明裝置的有利構型中，優選平面的輻射源垂直布置。這意味著，進行光的輻射所經由的面垂直布置，也就是以與水平線大約90°的角度布置。已經表明:當片材以與水平線成以下角度布置時能夠特別好地觀察到噴吹結構，所述角度與輻射源的光的極化方向與水平線的角度偏離最高15°、優選最高5°。特別優選地，片材所布置的與水平線的角度對應于輻射源的光的極化方向與水平線的角度。片材所布置的與水平線的角度以及輻射源的光的極化方向與水平線的角度在此在0°至90°的值范圍中被測量。如果極化壁作為輻射源例如具有以與水平線成大約45°角度布置的極化方向，則在片材以與水平線成30°至60°、優選40°至50°以及尤其是大約45°角度布置時可以特別好地觀察到噴吹結構。在彎曲的片材情況下，例如可以將分析區域的中心處的正切平面考慮用于評定與水平線的角度。為此片材可以被布置在合適的支架中，該支架允許片材的安全和可再現的定位。
[0048]探測器例如可以被定位在三腳架上或其它合適的支架上。片材和探測器的相對布置例如可以經由地面標記來進行。替換地，探測器的支架和片材的支架可以持久地相互連接，例如在共同的框架上。由此有利地實現片材和探測器的要快速和簡單產生的可再現的相對布置。
[0049]輻射源和片材的可再現的相對取向例如可以借助地面標記來進行。輻射源和片材的支架和/或探測器的支架還可以穩定地相互連接。
[0050]片材優選包含玻璃、特別優選地包含板玻璃、浮法玻璃、石英玻璃、硼硅玻璃和/或鈉鈣玻璃。片材的厚度可以寬泛地變化并且從而出色地與單個情況下的要求匹配。片材的厚度優選是1.0mm至25mm,并且特別優選是1.4mm至5mm。片材的大小可以寬泛地變化，并且視其所設置的用途而定。片材例如在車輛制造和建筑領域中具有200cm2直至20m2的常見面積。
[0051]片材可以在很大程度上是透明的，并且例如具有大于70%的總透射。但是片材也可以是著色的和/或上色的，并且例如具有小于50%的總透射。術語“總透射”涉及通過ECE-R 43，附錄3，§9.1規定的用于檢驗機動車片材的透光性的方法。
[0052]本發明還包括根據本發明的裝置用于定量地測量經預加應力的片材處的噴吹結構、尤其是用于定量地比較測量不同片材的應用。片材在此優選是建筑物中、尤其是在入口或窗口區域中、在家具和設備中、尤其是在具有冷卻或加熱功能的電子設備中、或者在用于陸上、空中或水上交通的推進工具中、尤其是在列車、輪船和機動車中的片材，例如作為單片安全玻璃的側窗片材、天窗片材和/或后窗片材。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0053]下面借助附圖和實施例進一步闡述本發明。附圖是示意圖并且不按比例。附圖不以任何方式限制本發明。
[0054]圖1示出用于測量經預加應力的片材上的噴吹結構的本發明裝置的示意圖，
圖2a示出由探測器記錄的圖像，
圖2b示出圖2a的圖像的示意圖，
圖3示出沿著圖2a中的分析線的亮度變化曲線的圖表，
圖4a示出用于片材和探測器的支持設備的前視圖，
圖4b示出圖4a的支持設備的側視圖，以及
圖5示出用于測量經預加應力的片材的噴吹結構的本發明方法的一種實施方式的詳細流程圖。

【具體實施方式】
[0055]圖1示出用于測量經預加應力的片材I的噴吹結構的本發明裝置的示意圖。片材I是載客汽車的后窗片材。片材I具有對于后窗片材常見的曲率和棱邊打磨。片材I具有由鈉鈣玻璃制成的3mm厚的單片安全玻璃，其具有150cm的寬度和80cm的高度。片材I被熱預加應力并且例如具有大約120MPa的表面壓縮應力并且具有核心中的大約60MPa的張應力。通過預加應力過程，片材I具有非均勻分布的應力，所述應力導致所謂的噴吹結構，所述噴吹結構在特定的觀察和光條件下可以被光學察覺為較亮和較暗區域的圖案。通過本發明的方法可以定量地確定噴吹結構的程度。由此例如可以將利用不同方法預加應力的片材關于噴吹結構的程度相互比較。
[0056]本發明的裝置包括輻射源2。片材I是彎曲的，如對于后窗片材是常見的。片材I的凸出的第一表面(I)朝向輻射源2，使得輻射源2的光5在透過片材I時首先落到第一表面(I)上，其中所述第一表面在片材I的裝入狀態下被設置為外面。輻射源2是極化壁。極化壁包括位于乳白色玻璃片材之后的多個彼此平行布置的發光管以及在該乳白色玻璃片材的背離發光管的側上的平面極化過濾器。通過輻射源2，經由具有150cm高度和200cm寬度的輻射面輻射可見光譜范圍中的線性極化的白光5。扣除可能被遮蔽的區域，通過平面的輻射源2照明片材I的整個表面(I)。尤其是完全照射分析區域4。分析區域4是為了分析處理噴吹結構的測量而設置的。分析區域4具有例如30cm的長度和寬度并且大約布置在片材I的幾何中心處。分析區域4具有第一表面,該第一表面是片材I的第一表面(I)的區域，其中分析區域4的第一表面布置在片材的第一表面(I)的幾何中心處。分析區域4具有第二表面，該第二表面是片材I的第二表面(II)的區域，其中分析區域4的第二表面布置在片材的第二表面(I)的幾何中心處。
[0057]輻射源的光5關于表面(I)平行極化。通過極化向量12描述的電磁波的振蕩方向位于通過光5的入射向量和表面(I)的表面法線10展開的入射平面11中。平行極化的光在片材I的表面處比垂直極化的光較少強烈地被反射。該效應在入射角ΘΕ大致對應于Brewster角時是特別顯著的。針對空氣-玻璃過渡的Brewster角大約是57° ,并且對應地選擇入射角ΘΕ。
[0058]由于片材I是彎曲的，因此在分析區域4內表面法線10的方向是與位置有關的。為了設定和評定極化方向和入射角ΘΕ，考慮在分析區域4的第一表面的幾何中心處的表面法線10。
[0059]由片材I反射的光13具有與位置有關的強度。對此的原因是在片材I中通過預加應力過程產生的非均勻分布的應力。這些應力導致在穿過片材I時極化向量12的與位置有關的旋轉。如果極化向量12不被旋轉，則平行極化地落在片材I的背離輻射源2的表面(II)上。光5在該情況下在兩個表面(I)和(II)處僅以小的程度被反射并且總計由片材I反射的光13的強度小。如果極化向量12被旋轉，則具有提高的垂直極化的輻射分量的光5落在表面(II)上，所述垂直極化的輻射分量比平行極化的光明顯更強烈地被反射。總計由片材I反射的光13的強度由此得到提高，其中反射度與極化向量12的旋轉程度有關。因此由于在片材I中的非均勻分布的應力，被反射的光13構造較暗和較亮區域的圖案。
[0060]本發明的裝置還包括探測器3。片材I的朝向輻射源2的表面(I)也朝向探測器3。探測器3是具有CCD傳感器的照相機。被反射的光13的與位置有關的強度的圖案通過探測器3探測。為此記錄至少對分析區域4、但典型地對片材I的更大區域成像的照片。該照相機為此對準并聚焦于分析區域4的第一表面的中心。觀察角ΘΑ例如是大約60°并且由此被選擇為接近Brewster角。由此可以特別好地探測到被反射的光13的與位置有關的強度的圖案。
[0061]本發明的裝置還包括分析處理單元7。分析處理單元7例如經由連接電纜14與探測器3連接。經由連接電纜14將照片從探測器3傳輸給分析處理單元7。分析處理單元7是具有合適的圖像分析軟件的計算機，所述圖像分析軟件可以讀出該照片的每個圖像點的亮度值。
[0062]圖2a示出圖像6的片段(707x480個像素)，該圖像對分析區域4、更確切地說分析區域4的第一表面成像。圖像6是照片并且是通過在根據圖1的裝置中作為探測器3的照相機記錄的。作為探測器3的照相機在此是帶有Canon EF-S 18_55mm類型的物鏡的CanonEOS 30D類型的數字反射鏡式照相機。為了記錄圖像6，手動地聚焦到圖像中心并且選擇如下參數:焦距55mm，ISO 400，光圈22，色空間sRGB，曝光時間0.8s。在圖像6上可以在暗的背景下將噴吹結構明顯地識別為亮區域的圖案。亮區域沿著相互平行的線布置。該圖案由噴嘴布置得出，利用這些噴嘴在預加應力時給片材I加載空氣流。該圖還示出分析線9。分析線9沿著彼此平行布置的線之一伸展，亮區域沿著該線布置。分析線9在此被選擇為，使得分析線9大致在中心地穿過亮區域伸展。圖像6沿著分析線9的亮度變化曲線被考慮用于對噴吹結構進行量化。
[0063]圖2b示出圖2a的圖像6的示意圖。可以在暗的背景下識別出亮區域并且識別出分析線9。
[0064]圖3示出在圖2a的圖像6上沿著分析線9的亮度變化曲線8的圖表。分析區域4和分析線9被選擇為，使得11個亮區域被覆蓋。亮度變化曲線8的產生和分析在分析處理單元7中進行。亮度變化曲線8是借助圖像分析處理軟件創建的，該圖像分析處理軟件讀出沿著分析線9的每個圖像點的亮度值(RGB色空間，256個亮度級)。亮度變化曲線8示出具有11個局部最大值15和11個局部最小值16的波浪狀的分布圖。從局部最大值15的亮度值中形成算術平均值并且從而確定局部最大值15的亮度平均值Mmax。從局部最小值16的亮度值中形成算術平均值并且從而確定局部最小值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的在數值上的差在本發明的意義上稱為強度指標IBS。強度指標Ibs是對噴吹結構程度的定量的尺度。強度指標Ibs在所示出的例子中是81。強度指標Ibs的值越小，圖像6上亮區域與暗區域之間的平均亮度差異就越小，并且片材的總反射顯得越均勻。借助強度指標Ibs可以將比較片材關于噴吹結構的可見度進行相互比較。
[0065]亮度變化曲線8在所示出的例子中具有下降趨勢。對此的原因是片材I的彎曲，該彎曲導致在分析區域4內表面法線10的與位置有關的方向。由此光5的反射特性同樣與位置有關。盡管如此，亮度平均值Ia=^BMmin提供有說服力的強度指標Ibs，借助該強度指標可以將比較片材相互比較，尤其是在比較片材具有相同或類似的彎曲時。例如相同類型的、以不同方式被預加應力的片材可以被相互比較。
[0066]在相同的邊界條件下對參考片材I執行50次測量。這些測量提供帶有按經驗的方差0.5的強度指標Ibs平均值84。因此強度指標Ibs是針對噴吹結構的以高的程度可再現的尺度。
[0067]通過用于測量經預加應力的片材的噴吹結構的本發明方法和本發明裝置可以求取對于噴吹結構程度的客觀的定量的和可再現的尺度，對于技術人員是未預料到的和令人吃驚的。
[0068]圖4a和圖4b各示出針對片材I和探測器3的合適的支持設備17的細節。支持設備17包括片材支架18、探測器支架24和定位擋塊23，它們布置在共同的框架19上。通過支持設備17有利地實現片材I和探測器3的穩定和可再現的相對布置。由此在比較測量時確保恒定的觀察角ΘΑ。框架19被安置在滑輪26上，利用所述滑輪可以簡單地使支持設備17運動，例如用于相對于光源2對準。定位擋塊23使得可以當在比較測量中應當檢查相同類型的不同片材I時將片材I可再現地布置在片材支架18上。由此確保測量結果的可比較性。片材支架18包括水平的基礎元件20，在該基礎元件上布置一個支承元件22和兩個保持叉21。片材I的下棱邊被插入保持叉21內并且片材I靠在支承元件22上。片材I的布置持久穩定并且可再現。基礎元件20經由兩個活動關節25與框架19連接。由此可以使片材支架18傾斜并且設定片材I與水平線之間的角度。期望的角度在此借助布置在支承元件22的背離片材I的側上的角度固定裝置27持久地被設定。角度固定裝置27例如是圓弧段形式的金屬軌，其圓心布置在活動關節25之間的連接線上。金屬軌具有凹處，該凹處與圓弧段狀的棱邊平行伸展并且與框架19連接的螺桿可以被引導穿過該凹處。如果松開螺桿，則片材支架18可以被傾斜，其中螺桿通過角度固定裝置27的凹處滑動。在片材支架18的期望位置中，螺桿被拉緊并且由此將片材支架18持久穩定地被固定。
[0069]圖5示出用于測量在經預加應力的片材I上的噴吹結構的本發明方法的實施例的流程圖。
[0070]附圖標記列表
(O片材
(2)輻射源
(3)探測器
(4)片材I的分析區域
(5)輻射源2的光
(6)圖像
(7)分析處理單元
(8)圖像6沿著分析線9的亮度變化曲線
(9)圖像6上的分析線
(10)表面法線
(11)入射平面
(12)光5的極化向量
(13)由片材I反射的光
(14)連接電纜
(15)亮度變化曲線8的局部最大值
(16)亮度變化曲線8的局部最小值
(17)支持設備
(18)支持設備17的片材支架(19)支持設備17的框架
(20)片材支架18的基礎元件
(21)片材支架18的保持叉
(22)片材支架18的支承元件
(23)支持設備17的定位擋塊
(24)支持設備17的探測器支架
(25)片材支架18的活動關節
(26)支持設備17的滑輪
(27)片材支架18的角度固定裝置
(I)片材I的第一表面
(II)片材I的第二表面Θ E入射角
ΘΑ觀察角
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強度指標。
【權利要求】
1.用于測量經預加應力的片材(I)的噴吹結構的方法，其中至少 (a)利用輻射源(2)的線性極化光(5)在入射角ΘΕΤ照射所述片材(I)的至少一個分析區域(4)，其中片材(I)的第一表面(I)朝向輻射源(2)，并且利用至少一個探測器(3)在觀察角94下記錄至少該分析區域(4)的圖像(6)， (b)將該圖像(6)輸送給分析處理單元(7)，以及 (c)借助所述分析處理單元(7) (Cl)讀出沿著該圖像(6)上的分析線(9)的亮度變化曲線(8)， (c2)確定該亮度變化曲線(8)的局部最大值(15)和局部最小值(16)，以及 (c3)通過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之差確定強度指標Ibs。
2.根據權利要求1所述的方法，其中片材(I)的朝向輻射源(2)的表面(I)朝向探測器(3)。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中光(5)是平行極化的。
4.根據權利要求1至3之一所述的方法，其中輻射源(2)是平面的輻射源并且優選地包括至少一個極化壁。
5.根據權利要求1至4之一所述的方法，其中入射角ΘE和/或觀察角04是20°至70°，優選40°至65°，特別優選55°至60°。
6.根據權利要求1至5之一所述的方法，其中探測器(3)包括至少一個具有二維圖像傳感器、優選CCD傳感器的照相機。
7.根據權利要求1至6之一所述的方法，其中片材(I)的朝向輻射源(2)的表面(I)是片材(I)的外面。
8.根據權利要求1至7之一所述的方法，其中片材(I)包含玻璃、優選地包含板玻璃、浮法玻璃、石英玻璃、硼硅玻璃和/或鈉鈣玻璃，并且優選具有1.0mm至25mm，特別優選1.4mm至5mm的厚度。
9.根據權利要求1至8之一所述的方法，其中亮度變化曲線(8)包含至少3個、優選5至20個、特別優選地8至15個局部最大值(15)。
10.根據權利要求1至9之一所述的方法，該方法在具有所述輻射源(2)作為唯一的光源的空間中被實施。
11.根據權利要求1至10之一所述的方法，其中分析處理單元(7)包括至少一個帶有圖像分析軟件的計算機。
12.根據權利要求1至11之一所述的方法，其中在分析區域(4)的朝向輻射源(2)的表面的幾何中心處測量光(5)的極化方向和入射角θ E。
13.用于測量經預加應力的片材(I)的噴吹結構的裝置，該裝置至少包括: -輻射源(2)，其利用線性極化光(5)在入射角ΘΕΤ照射所述片材(I)的至少一個分析區域(4)，其中片材(I)的第一表面(I)朝向輻射源(2)， -至少一個探測器(3)，其在觀察角94下記錄至少該分析區域(4)的圖像(6)，以及 -分析處理單元(7)，其接收所述圖像(6)，讀出沿著該圖像(6)上的分析線(9)的亮度變化曲線(8)，確定該亮度變化曲線(8)的局部最大值(15)和局部最小值(16)，以及通過局部最大值(15)的亮度平均值Mmax和局部最小值(16)的亮度平均值Mmin之差確定強度指標
Ibs。
14.根據權利要求13所述的裝置，其包括支持設備(17)，該支持設備優選在共同的框架(19)上包含片材支架(18)和探測器支架(24)。
15.根據權利要求13或14所述的裝置用于定量地測量經預加應力的片材處、優選在建筑物中、在家具和設備中或者在用于陸上、空中或水上交通的推進工具中的經預加應力的片材處、尤其是機動車的側窗片材和/或后窗片材處的噴吹結構的應用。
【文檔編號】G01N21/896GK104272091SQ201380021407
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2013年4月10日 優先權日:2012年4月23日
【發明者】V.舒爾茨, L.赫曼斯, L.帕佩, S.克雷默斯 申請人:法國圣戈班玻璃廠