Glasinspektion: Zwei optische Messverfahren machen den Unterschied

In einem schwierigen wirtschaftlichen Klima mit steigenden Energiekosten und steigenden Rohstoff- preisen sind die Glashersteller mehr denn je darauf bedacht, Produktionsverluste zu vermeiden und hohe Qualitätsstandards zu wahren. Die Inspektion von Glasprodukten während der Produktion ist der Schlüssel zur Steigerung der Prozesseffizienz und zur Optimierung der Produktionsqualität. In diesem Zusammenhang bietet Precitec Optronik, einer der Innovationsführer im Bereich der berührungslosen optischen Messtechnik mit langjähriger Erfahrung in der Glasindustrie, zwei verschiedene zerstörungsfreie Technologien für Abstands- oder Wanddickenmessungen an: die chromatische Konfokaltechnik und die optische Kohärenztomographie (OCT).

Wie funktioniert die chromatisch-konfokale Technologie?

Bei dieser Technologie ist eine Weißlichtquelle über ein Lichtwellenleiter mit dem chromatischen Messkopf verbunden. Der Messkopf teilt das weiße Licht entlang der optischen Achse in seine einzelnen Wellenlängen auf. Da jede Wellenlänge in einem anderen Abstand zum Messkopf fokussiert wird, ist der Abstand zwischen der Wellenlänge, die am nächsten zum Messkopf fokussiert ist und der am weitesten entfernten Wellenlänge der Messbereich. Befindet sich die Oberfläche einer Probe innerhalb des Messbereichs, wird nur die Wellenlänge mit der höchsten Intensität durch den Messkopf zurückreflektiert und somit erfasst. Da die Intensität abnimmt, wenn der Fokus der Wellenlänge weiter von der Probenoberfläche entfernt ist, hat das erfasste Signal eine bestimmte Halbwertsbreite, die die axiale Auflösung des Sensors bestimmt. Wenn die Probenoberfläche näher an den Messkopf herangeführt oder weiter von ihm entfernt wird, wird eine andere Lichtfarbe am stärksten zum Detektor reflektiert und der Abstand zwischen Messkopf und Oberfläche kann gemessen werden. Das Produktportfolio von Precitec Optronik umfasst Messköpfe mit Messbereichen zwischen 100 µm und fast 40 mm (in Luft).

Bild 1: Das Prinzip der chromatisch-konfokalen Technologie für Wandstärkenmessung

Ideal für Wandstärkenmessungen

Mit dieser Technologie können Abstände, Topografien und Profile mit höchster axialer und lateraler Auflösung gemessen werden. Durch die Erfassung des ersten Peaks von der Außenfläche des Glasbehälters und eines zweiten Peaks von der Innenfläche kann diese Technologie die Wandstärke zuverlässig, präzise und schnell messen. Bei der Messung der Wandstärke an Glasbehältern werden auch in der direkten Produktionsumgebung optimale Ergebnisse erzielt. Die Technologie ist robust und unempfindlich gegenüber rauen Produktionsbedingungen. Bei der Abstandsmessung ist die chromatisch-konfokale Technologie ideal für die Prüfung der Ebenheit oder Topografie von Glaswafern oder Flachglas. Die häufigsten Anwendungen für chromatisch konfokale Sensoren sind Messungen der Glaswanddicke, der Welligkeit und der Ebenheit, die Prüfung auf Einschlüsse, die Prüfung auf Formabweichungen, z. B. bei Autoglas und die Prüfung von Deckglas.

Optische Kohärenztomographie (OCT) - Welche Funktionsweise steckt dahinter?

Die OCT-Technologie in interferometrischen Sensoren nutzt die Interferenz zwischen dem Licht, das von der oberen Oberfläche einer Probe reflektiert wird, und dem Licht, das von der unteren Oberfläche einer Probe reflektiert wird. Da eine breitbandige Lichtquelle verwendet wird, kann das resultierende Interferenzmuster mittels Fourier-Transformation in Dickeninformationen umgewandelt werden. Auch die Charakterisierung von Mehrschichtproben ist möglich. Für jeden Dickenbereich zwischen wenigen Mikrometern und mehreren Millimetern gibt es einen passenden Sensor im Precitec Optronik Portfolio.

Bild 2: Ein Teil des Lichts wird an der Luft-Beschichtungs-Grenzfläche (1) reflektiert, der restliche Teil an der Schicht-Substrat-Grenzfläche (2). Der optische Gangunterschied führt zu einer Interferenz der Strahlen und wird zur Bestimmung der Dicke der Beschichtung n_c verwendet. Zur Verdeutlichung zeigt das Schema das Licht bei schrägem Einfall.

Bild 3: Das Fourrier-transformierte Spektrum zeigt das Dickensignal

Ideal für die Prüfung mehrschichtiger Wandstärken

Sensoren mit dieser Technologie sind mit Infrarot- (IR) oder sichtbaren Lichtquellen erhältlich. IR-Licht eignet sich besonders für die Inspektion von undurchsichtigen Materialien wie z. B. sehr dunklem Glas. Darüber hinaus ist Infrarotlicht für Mehrschichtsysteme aus semitransparenten Materialien geeignet. Die Brechungsindizes der verschiedenen Schichten weichen im IT-Spektrum stärker voneinander ab, was die Reflektivität der Grenzflächen erhöht und damit deutlichere Dickensignale für die einzelnen Schichten liefert. Ein mögliches Anwendungsbeispiel ist die Vermessung von Head-up-Display-Windschutzscheiben in einer Inline-Produktionsumgebung. OCT-Sensoren können Mehrschichtsysteme auch unter rauen Bedingungen zuverlässig und genau vermessen.

Auswahl der optimalen Lösung

Precitec Optronik verfügt über ein großes und vielfältiges Angebot an Sensoren, die mit einer dieser beiden Technologien ausgestattet sind, z. B. Punktsensoren, Liniensensoren oder Scanning-Sensoren. Darüber hinaus unterstützt Precitec Optronik seine Kunden bei der Suche nach der am besten geeigneten Technologie und Produktkonfiguration zur Lösung komplexer und anspruchsvoller Messaufgaben in der Glasindustrie.