100%-Kontrolle der Eigenspannungen bei der Produktion und Veredelung von Flachglas

Transkript

1 1 100%-Kontrolle der Eigenspannungen bei der Produktion und Veredelung von Flachglas Zwieseler Fachschulkolloquium 2018 Henning Katte ilis gmbh, Erlangen ilis gmbh Henkestr Erlangen +49 (9131)

2 2 ilis gmbh Produkte und Dienstleistungen für die Glas- und Optikindustrie Gegründet 1998, seit 2001 mit Sitz in Erlangen Schwerpunkte: Spannungsmessung, Farbmessung, Gemengeberechnung Produkte (chronologisch): PRISMA Software ( ) BatchMaker Software (seit 2003) StrainMatic Polarimetersysteme (seit 2004) StrainCam Polarisationskamera (seit 2011) StrainScope Echtzeit-Polarimeter (seit 2011) Chroma Software (seit 2012) StrainScanner Inline-Polarimeter (seit 2018)

3 4 Aufgabenstellung Genaue und reproduzierbare Messung der Restspannungsverteilung in thermisch vorgespannten Glasscheiben (Format bis 3 x 6 m²) Inline-Messung im Prozess direkt nach dem Vorspannen Messergebnisse unabhängig von Glasdicke und Beschichtung Automatische Erkennung von Einzelscheiben und korrekte Zuordnung innerhalb einer Ofenladung (Chargenbetrieb) Automatische Bewertung von Anisotropieeffekten Verarbeitung von großen Datenmengen

4 5 Ausgangssituation Scannende Messung (Abtasten mit Laserstrahl) an großen Scheiben kundenseitig schon realisiert, aber viel zu langsam für 100%-Prüfung Schnelle, bildgebende Messung bereits möglich mit StrainScope Echtzeitpolarimetern von ilis, allerdings nur an relativ kleinen Flächen (max. 200 x 150 mm²) Kombination beider Technologien (Zusammenfügen von Einzelaufnahmen) zu aufwendig und immer noch zu langsam Ziel: Vollautomatische Messung der Restspannungen und Bewertung der optischen Isotropie direkt nach dem Vorspannprozess

5 6 Was sind optische Anisotropien? Mechanische Spannungen im Glas führen zu Spannungsdoppelbrechung In polarisiertem Licht kann die Doppelbrechung sichtbar werden Die entstehenden optischen Effekte (Anisotropien) sind in hochwertigen Glasfassaden unerwünscht Brechung Dicke Quelle: arcon einfallendes Licht Spannungsdoppelbrechung Beobachter

6 7 Einfluss des thermischen Vorspannens Homogene Vorspannung: Integral der Spannungen über die Glasdicke ist Null keine unerwünschten optischen Anisotropien Inhomogene Vorspannung: Integral über die Glasdicke ist ungleich Null Anisotropien (sichtbare Restspannungen) Druckspannung Lichtweg Zugspannung Quelle: arcon Durch einen optimierten Vorspannprozess kann eine homogene Vorspannung über die gesamte Glasfläche erreicht werden (z.b. arcon topview). Quelle: arcon

7 8 Einfluss des Betrachtungswinkels Der Betrag der Restspannung alleine reicht nicht aus, um Anisotropien zu beschreiben Zusätzlich ist die Kenntnis der Orientierung der Spannung erforderlich

8 9 Anisotropie-Simulation und Isotropie-Wert Statistische Berechnung auf Basis Betrag und Orientierung der Restspannung (entwickelt von arcon) Isotropie-Wert in %: Flächenanteil (blau), der selbst unter ungünstigsten Bedingungen frei von störenden Anisotropien ist Simulation Quelle: arcon Reflexionsbild unter polarisiertem Tageslicht

9 10 Visualisierung von Restspannungen Spannungen führen zu einer Änderung der Polarisationsrichtung des Lichts Unter gekreuzten Polarisationsfiltern erscheinen Restspannungen als aufgehellte Bereiche Intensitätsauswertung Zusatzobjekt Rot 1. Ordnung führt unter Weißlicht zu Falschfarben Farbvergleich Beide Verfahren sind schwierig zu kalibrieren und ermöglichen keine Bestimmung der Spannungsrichtung Bild einer ESG- Scheibe unter gekreuzten Polarisatoren (gelbes Licht) Bild einer ESG- Scheibe im Falschfarben- Polariskop (Weißlicht)

10 11 Objektive Messung von Restspannungen Die von ilis entwickelte StrainCam basiert nicht auf einfachen Intensitäts- oder Farbauswertungen sondern misst ortsaufgelöst direkt die optischen Gangunterschiede Die Beleuchtung kann je nach Anwendung linear oder zirkular polarisiert sein Messergebnis des Randbereichs einer ESG- Scheibe mit linear polarisierter Beleuchtung Messergebnis des gleichen Bereichs mit zirkular polarisierter Beleuchtung (ohne blinde Flecken und mit Orientierungen)

11 12 Funktionsprinzip StrainScanner Mehrere Kameras scannen kontinuierlich die vorbeilaufenden Scheiben Berechnung der Messergebnisse in Echtzeit Optischer Gangunterschied Orientierung (Azimut) Isotropie-Wert Visualisierung der Ergebnisse (Batch und Einzelscheiben) und Protokollierung der Messergebnisse Stationäre StrainCam -Kameras

12 13 Ergebnisdarstellung Falschfarbendarstellung des optischen Gangunterschiedes (1 nm Auflösung) Darstellung der Orientierung als Linienfeld (1 Auflösung) Vereinzelung der Scheiben pro Batch Auswertung der Isotropie nach Zonen (Hauptzone, Randzone, Falzzone) Anisotropie-Simulation

13 14 Chargenbetrieb Eine Ofencharge kann aus mehreren Scheiben bestehen, die beliebig angeordnet und verschieden groß sein können. Die StrainScanner-Software vereinzelt die Scheiben automatisch und berechnet zu jeder Scheibe das Messergebnis (Isotropie- Wert für die drei Zonen, siehe rechte Fensterhäfte)

14 15 Korrelation mit anderen Prozessgrößen Beispiellose Informationstiefe über die Temperaturbehandlung beim thermischen Vorspannen ermöglicht eine direkte Rückkopplung in den Vorspannprozess Betrag der Restspannungen in nm (StrainScanner) Temperaturbild in C bei Ofenaustritt (IR-Scanner) Quelle: arcon

15 16 Realisierte Anlage Erster installierter Inline-StrainScanner bei arcon-dur Sicherheitsglas in Feuchtwangen Quelle: arcon

16 17 StrainScanner Standalone In der Standalone-Variante mit eigenem Rollentisch ermöglicht der StrainScanner die Offline-Analyse von kleineren Proben Höchste Messgenauigkeit und Auflösung bei gleichzeitig hoher Geschwindigkeit Flexible Einsatzmöglichkeiten Displayglas Optische Materialien etc.

17 18 Zusammenfassung Der StrainScanner liefert präzise und objektive Messergebnisse Bestimmung des optischen Gangunterschiedes und der Orientierung ermöglicht winkelabhängige Vorhersage von Anisotropieeffekten Inline-Messung ermöglicht eine 100%-Kontrolle der Produktion, ohne diese zu beeinflussen Die genauen und reproduzierbaren Messergebnisse ermöglichen eine Rückkopplung auf den Produktionsprozess (Einstellparameter) Der flexible Aufbau als Inline- oder Standalone-Variante ermöglicht vielfältige Anwendungen