ES2290778T3 - Dispositivo y procedimiento para la medicion del grosor de una probeta transparente. - Google Patents

Abstract

Dispositivo para la medición del grosor de una probeta (2) transparente, en particular de una cinta o de una plancha de cristal, con un primer rayo luminoso (L1), en particular un primer rayo láser, que incide de forma oblicua bajo un primer ángulo de incidencia (alfa1) en la superficie delantera (8) de la probeta (2), con un segundo rayo luminoso (L2), en particular un segundo rayo láser, que incide de forma oblicua bajo un segundo ángulo de incidencia (alfa2) en la superficie delantera (8) de la probeta (2), siendo diferentes el primer ángulo de incidencia (alfa1) y el segundo ángulo de incidencia (alfa2), y con por lo menos un detector (11, 12) para detectar los rayos luminosos reflejados (L1'', L1'''', L2'', L2'''') de los primeros y segundos rayos luminosos incidentes (L1, L2) reflejados por la probeta (2) y para determinar la posición de aquellos, caracterizado porque por lo menos un rayo luminoso incidente (L3) en lo esencial en paralelo al primero o al segundo rayo luminoso (L1, L2) está dirigido a la superficie delantera (8) de la probeta (2) y porque está previsto por lo menos un detector (11) para detectar un rayo luminoso (L3''), reflejado por la probeta (2), del rayo luminoso (L3) paralelo y para detectar la posición del mismo.

Description

Dispositivo y procedimiento para la medición del grosor de una probeta transparente.

La invención se refiere a un dispositivo para la medición del grosor de una probeta transparente, en particular de una cinta o de una plancha de cristal, con un primer rayo luminoso, en particular un primer rayo láser, que incide de forma oblicua bajo un primer ángulo de incidencia en la superficie delantera de la probeta, con un segundo rayo luminoso, en particular un segundo rayo láser, que incide de forma oblicua bajo un segundo ángulo de incidencia en la superficie delantera de la probeta, siendo diferentes el primer ángulo de incidencia y el segundo ángulo de incidencia, y con por lo menos un detector para detectar los rayos luminosos reflejados de los primeros y segundos rayos luminosos incidentes reflejados por la probeta y para determinar la posición de aquellos. La invención se refiere además a un procedimiento correspondiente para la medición del grosor que pueda llevarse a cabo preferentemente con el dispositivo conforme a la presente invención.

Los grosores de cristales en la fabricación de planchas de cristal, cintas de cristal o similares están normalizados. Estos grosores normalizados están provistos de tolerancias que deben observarse en la fabricación. Es posible ahorrar en la producción masiva cantidades de cristal considerables cuando mediante una medición continua del grosor se consigue una fabricación con un proceso estable en el límite inferior de tolerancia. Asimismo, puede aumentarse el rendimiento de cristal aprovechable cuando, debido a la posibilidad de un control exacto es posible aumentar el ancho del cristal comerciable en el marco del ancho predeterminado de la máquina. También durante modificaciones del grosor en una instalación de cristal flotado es posible reducir los tiempos de cambio de un grosor a otro cuando se dispone de una posibilidad de medición continua, lo que aumenta también el rendimiento de cristal comerciable.

Para la supervisión del grosor del cristal o de materiales transparentes se conocen dispositivos para la medición automática sin contacto del grosor de materiales transparentes en los cuales se proyectan rayos láser bajo un determinado ángulo a la superficie a medir. El rayo láser se refleja parcialmente en el lado frontal del objeto de medición. Otra parte del rayo láser es refractada al interior del material, se refleja en el lado trasero y es refractada nuevamente en el lado frontal, por lo que el objeto de medición refleja ambos rayos luminosos. La distancia entre ambos reflejos es una medida del grosor del objeto de medición y se evalúa de forma apropiada.

A fin de obtener valores de medición fiables también en superficies no paralelas del objeto de medición y a pesar de una inclinación entre el objeto de medición y el dispositivo de medición, en el documento DE 41 43 186 A1 se propone un dispositivo con dos fuentes de luz de láser, dos divisores de haz y dos sensores de línea dispuestos simétricamente de tal manera en un prisma de desviación que los rayos de las fuentes de luz láser se guíen en direcciones diferentes al objeto de medición y los reflejos en los lados delantero y trasero incidan nuevamente a través del prisma de desviación y los divisores de haz en los sensores de línea. En lo anteriormente expuesto es desventajoso que la trayectoria de los rayos es relativamente complicada y se requieren numerosos elementos ópticos. Además no es posible detectar y corregir una curvatura de la probeta, por lo que los resultados de medición presentan una considerable inexactitud de medición.

Del documento EP-A-0 485 043 es conocido como medir la calidad de cristal, en particular la curvatura de los lados delantero y trasero de una plancha de cristal, mediante dos rayos láser paralelos dirigidos a la plancha de cristal.

El objetivo de la invención consiste por lo tanto en proponer una posibilidad para la medición del grosor que pueda realizarse de forma sencilla y permita determinar el grosor con elevada exactitud.

Este objetivo se consigue en un dispositivo del tipo inicialmente mencionado en lo esencial porque por lo menos un rayo luminoso incidente, en lo esencial en paralelo con el primero o el segundo rayo luminoso, está dirigido a la superficie delantera de la probeta y porque está previsto por lo menos un detector para la detección de un rayo luminoso reflejado por la probeta, originado por el rayo luminoso paralelo, y para determinar la posición del mismo. Mediante la previsión de otro rayo láser en paralelo al primero o segundo rayo láser, que incide de izquierda o de derecha, y la reflexión de estos rayos paralelos por ejemplo en la superficie delantera de la probeta puede determinarse un posible radio de curvatura de la probeta en la zona superficial explorada. Para este fin se mide la distancia entre estos dos rayos reflejados a una distancia conocida del cristal. El conocimiento del radio de curvatura permite corregir el grosor que se trata de determinar de la probeta. Esta disposición con tres rayos incidentes permite de manera sencilla llevar a cabo una corrección de la inclinación, del ángulo de cuña y de la curvatura, por lo que el sensor de grosores del dispositivo conforme a la invención proporciona con un tipo de construcción relativamente sencillo y compacto una elevada precisión del grosor medido.

Debido a que el tercer rayo luminoso, que incide en paralelo, sólo se necesita para la corrección de la curvatura, conforme a la invención puede estar previsto que el tercer rayo luminoso esté configurado de manera desconectable para evitar influencias perturbadoras en mediciones en las cuales no se necesita el tercer rayo luminoso. Esto se refiere en particular a la corrección de la inclinación y del ángulo de cuña.

De acuerdo con una forma de realización preferida de la presente invención, los rayos luminosos incidentes y/o los rayos luminosos reflejados se encuentran en un plano de rayos común. En este caso, la interpretación de los resultados de medición y la realización del dispositivo son particularmente sencillas.

Para poder emplear el dispositivo en particular también en la fabricación de cristal para supervisar la producción en curso de cintas de cristal y de planchas de cristal, conforme a la invención es posible mover el dispositivo y la probeta transparente uno en relación con otra. Esto permite una supervisión continua del proceso de producción. Para este fin están previstos medios de guía en el dispositivo que permiten conducir la probeta, por ejemplo la plancha de cristal o la cinta de cristal, por delante del dispositivo. Los medios de guía sirven también para orientar la probeta transparente delante del dispositivo para la medición de su grosor, por lo que la probeta puede disponerse con una orientación definida delante del sensor de grosores. Esto sirve en particular para orientar la superficie de la probeta en relación con el sistema óptico del dispositivo, en particular con el cabezal de medición del mismo.

Debido a que los fallos ópticos son regularmente más pronunciados transversalmente a la dirección de tracción o movimiento del cristal que las perturbaciones ópticas en la dirección de tracción, para la detección de estos fallos es particularmente ventajoso cuando la dirección de movimiento relativo, en el caso de un sensor de grosores fijo en particular la dirección de tracción o de movimiento de la probeta, se encuentra en el plano de rayos común de los rayos luminosos incidentes y/o de los rayos luminosos reflejados, de manera ventajosa perpendicularmente a la normal de la probeta. Naturalmente, la invención puede aplicarse también cuando la dirección de movimiento relativo no se encuentra en el plano de rayos común, sino que es transversal al mismo.

Para conseguir un tipo de construcción simétrico del sensor de grosores, que es ventajoso para la interpretación de los resultados de medición, el primer ángulo de incidencia y el segundo ángulo de incidencia pueden encontrarse en relación con la normal de la probeta en la zona de incidencia en lados distintos del plano de rayos determinado por el primero y el segundo rayo luminoso. En el caso de una disposición no horizontal del sensor de grosores, cuando la normal de la probeta no se encuentra en el plano de rayos común, la proyección de la normal de la probeta al plano de rayos sirve como referencia. En particular es ventajoso que sean iguales los valores absolutos de los ángulos de incidencia situados a ambos lados de la normal de la probeta. Son por ejemplo de un orden de magnitud de 45º.

Para la captación de los rayos luminosos reflejados pueden estar dispuestos conforme a la invención dos detectores distanciados entre sí y con preferencia perpendiculares a la superficie de la probeta, estando sus superficies sensibles preferentemente dirigidas una hacia otra. En una disposición de este tipo de los sensores es posible registrar normalmente en los dos detectores la posición de todos los rayos incidentes en la probeta y reflejados en la misma. Como detectores pueden emplearse chips CCD, cámaras de líneas u otros detectores que permitan determinar la posición.

Conforme a la invención es recomendable que la zona de incidencia de los primeros, segundos y terceros rayos luminosos en la prueba sea inferior a la distancia entre los dos detectores opuestos que registran preferentemente todos los rayos luminosos reflejados. La zona de incidencia en la superficie delantera de la probeta, definida por los puntos de incidencia de todos los rayos luminosos incidentes, se selecciona ventajosamente de tal manera que todos los rayos reflejados se registren mediante los detectores.

Para minimizar el número de fuentes de luz requeridas, en particular láseres, según una forma de realización preferida pueden estar previstos dos divisores de haz para dividir un rayo luminoso en tres rayos luminosos. La fabricación del sensor de grosores conforme a la invención es de esta manera más económica. Asimismo, se simplifica el ajuste en total ya que los rayos luminosos salen bajo un ángulo definido de los divisores de haz, por lo que la trayectoria de rayos del sistema conforme a la invención está ajustada después del ajuste del rayo de luz original, de la unidad de divisores de haz y, dado el caso, de los dos espejos de desviación que delimitan el cabezal de medición óptica. Los divisores de haz pueden emitir el rayo desacoplado bajo un ángulo de 90º respecto al rayo pasante. Por lo tanto es posible generar de manera sencilla ángulos de incidencia de 45º con dos espejos de desviación paralelos, dispuestos perpendicularmente a la normal imaginada de la superficie de la probeta. Uno de los divisores de haz para la generación del tercer rayo luminoso puede estar configurado de forma conmutable para conectar y desconectar el tercer rayo láser.

Para evaluar de forma apropiada los resultados de medición y para determinar el grosor de la probeta puede estar prevista una unidad de evaluación conectada al por lo menos un detector, llevándose a cabo en particular una corrección de la inclinación, una corrección angular y/o una corrección de la curvatura. En esta unidad de evaluación está implementado en particular el procedimiento conforme a la invención que se describe a continuación que, no obstante, puede emplearse independientemente del dispositivo anteriormente descrito.

Según el procedimiento conforme a la invención para la medición del grosor de una probeta transparente, en particular provista de superficies lisas, está previsto que un primer rayo luminoso incida de forma oblicua bajo un primer ángulo de incidencia en la superficie delantera de la probeta y que se determinen las posiciones del rayo luminoso reflejado en la superficie delantera y del rayo luminoso reflejado en la superficie trasera, que un segundo rayo luminoso incida de forma oblicua bajo un segundo ángulo de incidencia diferente del primer ángulo de incidencia en la superficie delantera de la probeta y que se determinen las posiciones del rayo luminoso reflejado en la superficie delantera y del rayo luminoso reflejado en la superficie trasera, determinándose el grosor de la probeta de la distancia entre los rayos luminosos del primero y/o del segundo rayo luminoso reflejados en la superficie delantera y en la superficie trasera y llevándose a cabo una corrección de la inclinación y/o del ángulo de cuña mediante comparación de por lo menos una parte de los rayos luminosos reflejados.

Para detectar adicionalmente también una posible curvatura de la probeta está previsto que por lo menos un tercer rayo luminoso incida de forma oblicua en la superficie delantera a una distancia conocida y en lo esencial en paralelo, es decir dentro del margen de una posible exactitud de ajuste, al primero o al segundo rayo luminoso y que se lleve a cabo una corrección de la curvatura mediante determinación de las posiciones de los rayos luminosos reflejados en la superficie delantera y en la superficie trasera que corresponden a estos rayos luminosos paralelos.

Preferentemente, el primer rayo luminoso y el segundo rayo luminoso inciden en la zona de incidencia en la superficie delantera de la probeta en el plano de rayos determinado por estos desde lados distintos en relación con la normal de la probeta. La zona de incidencia es la zona en la que los rayos luminosos incidentes alcanzan la probeta. En una configuración ventajosa, estos están situados uno cerca de otro para mantener las dimensiones del cabezal de medición lo más reducidas posibles, pero inciden por lo menos de forma ligeramente desplazada en la superficie para evitar interferencias entre las distintas trayectorias de rayos, ya que de otro modo se necesitarían equipos electrónicos de medición y de evaluación más complicados. En la aplicación del procedimiento, la probeta y el sensor de grosores están orientados preferentemente de tal manera que la normal de la probeta se encuentra en el plano de rayos común de los primeros y segundos y, dado el caso, también de los terceros rayos incidentes y reflejados.

Para conseguir una elevada simetría en el sistema, que facilita la interpretación de los resultados de medición, los valores absolutos del primero y del segundo ángulo de incidencia pueden ser iguales, preferentemente de 45º.

Para la corrección de la inclinación y/o del ángulo de cuña se determina conforme a la invención la distancia de la probeta en base a la posición de los rayos luminosos reflejados preferentemente en la superficie delantera que inciden en el detector, llevándose a cabo una corrección del ángulo de cuña y/o de la inclinación cuando las distancias no se corresponden. En la comparación de las distancias a las probetas puede tenerse en cuenta una trayectoria diferente de los rayos, originada por ejemplo por valores absolutos distintos de los ángulos de incidencia.

De las distancias entre los rayos luminosos reflejados del primero y del segundo rayo luminoso que no se corresponden es posible determinar según la invención un ángulo de cuña o de inclinación con el cual se lleva a cabo una corrección del valor del grosor anteriormente determinado.

Para la detección conforme a la invención de una curvatura es posible determinar la distancia entre los rayos luminosos reflejados del tercer rayo luminoso y del primero o del segundo rayo luminoso en lo esencial en paralelo con este y llevar a cabo una corrección de la curvatura. De la distancia entre los rayos luminosos reflejados del tercer rayo luminoso y del primero o del segundo rayo luminoso, en lo esencial en paralelo a este, se determina ventajosamente el ángulo y/o el radio de curvatura. Este se emplea para otra corrección del valor del grosor anteriormente corregido mediante la corrección de la inclinación o del ángulo de cuña.

Asimismo, conforme a la invención es posible determinar del radio de curvatura la capacidad refractaria D mediante la relación D = 2/R.

Otras ventajas, características y posibilidades de aplicación de la presente invención se desprenden también de la siguiente descripción de un ejemplo de realización con referencia al dibujo. Todas las características descritas y/o representadas de forma gráfica forman parte de la presente invención, independientemente de su agrupación en las reivindicaciones o remisiones a las mismas.

En las figuras se muestran:

Fig. 1 Vista esquemática en planta desde arriba de un dispositivo conforme a la invención para la medición del grosor de una probeta transparente.

Fig. 2 Vista general esquemática de la trayectoria de los rayos para una determinación del grosor.

Fig. 3 Vista esquemática de la trayectoria de los rayos para una corrección de la inclinación.

Fig. 4 Vista esquemática de la trayectoria de los rayos para una corrección del ángulo de cuña.

Fig. 5 Vista esquemática de la trayectoria de los rayos para una corrección de la curvatura.

Fig. 6 Vista esquemática de la trayectoria de los rayos para una determinación del grosor de una probeta curvada.

En la figura 1 se muestra esquemáticamente un sensor de grosores 1 que representa un dispositivo para la medición del grosor de una probeta transparente con superficies preferentemente lisas. La probeta es una cinta de cristal 2 o una plancha de cristal.

El sensor de grosores 1 presenta un láser no representado que genera un rayo L luminoso o lasérico enfocado y paralelo que atraviesa dos divisores de haz 3, 4 dispuestos uno a continuación de otro. El rayo láser L se divide en los divisores de haz 3, 4 en total en tres rayos láser L1, L2, L3. El primer rayo láser L1 atraviesa ambos divisores de haz 3, 4 en la dirección del rayo láser L e incide bajo un ángulo de aproximadamente 45º en un primer espejo 5 donde se refleja. El segundo rayo láser L2 se desacopla del rayo láser L en el segundo divisor de haz 4 bajo un ángulo de aproximadamente 90º e incide bajo un ángulo de aproximadamente 45º en un segundo espejo 6 donde se refleja. Los dos espejos 5, 6 delimitan el espacio óptico de rayos que forma el cabezal de medición del sensor de grosores 1 y están dispuestos en paralelo uno con otro en lados opuestos de los divisores de haz 3, 4 y con las superficies reflectantes dirigidas una hacia otra. Los espejos 5, 6 están dispuestos perpendicularmente a la superficie de la cinta de cristal 2. De esta manera se consigue una disposición del sensor de grosores 1 en lo esencial especularmente simétrica en relación con los rayos láser L1 y L2. No obstante, la invención no está limitada a esta disposición ventajosa.

Los rayos láser L1 y L2 desviados por los espejos 5, 6 inciden a través de una abertura delantera del sensor de grosores 1, dirigida hacia la cinta de cristal 2, bajo ángulos de incidencia \alpha1 y \alpha2 de 45º cada uno en la superficie delantera 8 de la cinta de cristal 2, presentando los ángulos \alpha1 y \alpha2 en la zona de incidencia 10 de los rayos L1 y L2 signos distintos en relación con una normal 9 de la probeta, por lo que los rayos L1 y L2 inciden con ángulos de incidencia \alpha1 y \alpha2 absolutos idénticos desde direcciones distintas, es decir de la izquierda y de la derecha, en la superficie delantera 8 de la cinta de cristal 2.

Los rayos incidentes L1 y L2 se reflejan en esta superficie e inciden como rayos láser reflejados L1', L2' en detectores 11, 12 dispuestos de forma apropiada. Otra parte de los rayos luminosos L1 y L2 incidentes es refractada al interior de la cinta de cristal 2, se refleja en la superficie trasera 13 y sale después de otra refracción por la superficie delantera 8 de la cinta de cristal 2. Estos otros rayos láser L1'' y L2'' reflejados en la superficie trasera 13 discurren en lo esencial en paralelo a los rayos luminosos L1' y L2' reflejados en la superficie delantera e inciden también en los detectores 11, 12.

Los detectores 11, 12 están dispuestos para este fin en paralelo delante de un espejo 5, 6 y presentan superficies sensibles dirigidas una hacia otra, orientadas en lo esencial perpendicularmente a la superficie 8 de la cinta de cristal 2. Los detectores 11, 12 están dispuestos de tal manera que captan cada uno ambos rayos láser reflejados L1' y L1'' o L2' y L2'' del primero o del segundo rayo láser incidente L1 o L2, respectivamente, y pueden determinar la posición de los mismos. Los detectores 11, 12 presentan sensores con resolución de la posición y permiten determinar exactamente la posición de un rayo de luz que incide en los mismos. Para este fin son apropiados chips CCD, cámaras de línea o sensores similares.

En el divisor de haz 3, intercalado delante del divisor de haz 4, se genera un rayo láser L3 que incide en paralelo al segundo rayo láser incidente L2 que, igual que el rayo láser L2, se desvía en el espejo 6 y discurre conforme a la exactitud de montaje a una distancia s en paralelo al rayo láser L2. El tercer rayo láser L3 incide en la zona de incidencia 10 en la superficie delantera 8 de la cinta de cristal 2. La zona de incidencia 10 está definida por el área en la que los rayos láser incidentes L1, L2 y L3 inciden en la superficie delantera 8. Esta zona de incidencia 10 es inferior a la distancia entre los dos detectores 11, 12 opuestos y se extiende aproximadamente por la mitad de su distancia. La disposición de los rayos láser L1, L2, L3 y de los detectores 11, 12 está seleccionada de tal manera que los rayos reflejados L2', L2'' y L3' de los segundos y terceros rayos incidentes L2 y L3 alcancen la superficie sensible del detector
11 y los rayos reflejados L1' y L1'' del primer rayo incidente L1 incidan en la superficie sensible del detector 12.

Debido a la posición conocida de los detectores 11, 12 en el sensor de grosores 1 y en relación con la cinta de cristal 2, o con su posición de medición óptima, respectivamente, es posible determinar las posiciones exactas de los rayos láser reflejados L1', L1'', L2', L2'' y L3' tanto de forma absoluta como relativa en relación con la superficie delantera 8 de la cinta de cristal 2 y/o de forma relativa entre sí. Con ayuda de esta información se puede determinar en un dispositivo de evaluación no representado el grosor d de la cinta de cristal 2 y llevar a cabo una corrección de la inclinación, del ángulo de cuña y de la curvatura.

Los tres rayos luminosos incidentes L1, L2 y L3 determinan un plano 14 de rayos común en el cual se encuentra también la normal 9 de la probeta. Por lo tanto, también los rayos luminosos reflejados L1', L1'', L2', L2'' y L3' se encuentran en el plano 14 de rayos. Aunque se prefiera esta disposición, en un sensor de grosores 1 conforme a la invención es posible que los planos de rayos de los rayos láser incidentes y de los rayos láser reflejados no coincidan. En este caso, tampoco la normal de la probeta se encuentra en uno de los planos de rayos.

El sensor de grosores 1 anteriormente descrito puede emplearse en particular para medir directamente en la producción el grosor d de la probeta 2, en particular de una cinta de cristal o de una plancha de cristal. La cinta de cristal 2 o la plancha de cristal se mueve por delante del sensor de grosores y el grosor d de la probeta 2 se mide de forma continua o a intervalos especificados. La dirección de movimiento 15 de la cinta de cristal 2 se encuentra preferentemente también en el plano 14 de rayos común.

A continuación se explica más detalladamente el procedimiento conforme a la invención para la determinación del grosor d. El procedimiento se pone en práctica preferentemente con el sensor de grosores 1 dispuesto en particular perpendicularmente a la cinta de cristal 2.

Para la determinación del grosor d de la cinta de cristal 2, este se calcula en primer lugar de la distancia d' entre los rayos láser L1', L1'' reflejados en la superficies 8, 13 delantera y trasera de la cinta de cristal 2. Bajo la condición de que el cristal sea completamente plano y con superficies 8, 13 delanteras y traseras paralelas y que se conozca exactamente el ángulo de incidencia \alpha1, el grosor d puede calcularse según un procedimiento sencillo que se explica a continuación con referencia a la figura 2.

El rayo láser L1, que incide en la representación según la figura 2 de la izquierda con un ángulo de incidencia \alpha1, se refleja parcialmente en la superficie delantera 8 de la cinta de cristal 2 y sale con el mismo ángulo de reflexión \alpha1 como rayo láser reflejado L1'. Otra parte del rayo láser es refractada al interior de la cinta de cristal 2, se refleja en la superficie trasera 13 de la cinta de cristal 2 y sale de la superficie delantera 8 como rayo reflejado L1'' bajo el mismo ángulo de reflexión \alpha1 desplazado en paralelo en relación con el rayo láser reflejado L1'.

La distancia perpendicular d' entre los dos rayos reflejados L1', L2' se determina de los datos de posición de los rayos L1' y L1'' en el detector 12 empleando el ángulo \alpha de incidencia y de reflexión (\alpha1 para L1) conocido y la disposición del detector 12 en relación con la cinta de cristal 2.

El grosor d de la cinta de cristal 2 se obtiene en este caso de la siguiente ecuación:

d = d' \cdot \frac{\sqrt{n^{2} - sen^{2} \alpha}}{sen \ 2\alpha},

siendo d' la distancia perpendicular entre los rayos reflejados L1', L1'', n el índice de refracción y \alpha el ángulo de incidencia \alpha1. La distancia d' se obtiene de la distancia M medida entre los rayos L1' y L1'' en el detector 12 según la ecuación d' = M \cdot sen \alpha.

De forma análoga puede determinarse el grosor de la cinta de cristal 2 mediante el rayo láser L2 que incide de la derecha bajo un ángulo de incidencia \alpha2. De lo anteriormente expuesto se obtienen dos valores d1 y d2 del grosor que en caso ideal coinciden.

No obstante, en la práctica no se cumplen los requisitos anteriormente mencionados de un ángulo de incidencia \alpha conocido e invariable y de una superficie plana y paralela de la probeta. Además, transversalmente a la dirección 15 de tracción o de movimiento de la cinta 2 de cristal aparecen perturbaciones ópticas. Debido a que las perturbaciones ópticas en la dirección 15 de tracción son normalmente mucho más pequeñas, los tres rayos L1, L1' y L1'' deben encontrarse en un plano 14 de rayos común orientado en la dirección 15 de tracción de la cinta de cristal 2. Con esta disposición geométrica es posible eliminar para la aplicación práctica la influencia de la perturbaciones mencionadas.

La cinta de cristal 2 puede inclinarse también por ejemplo en una vía de rodillos, por lo que el ángulo de incidencia \alpha = \alpha1, \alpha2 puede adoptar valores diferentes. Para la corrección se emplea el segundo rayo láser incidente L2 que no incide de la izquierda sino de la derecha y se encuentra en el mismo plano 14 de rayos. Al mismo tiempo es posible determinar y corregir con este sistema también un ángulo de cuña eventualmente existente en la cinta de cristal 2, explicándose las etapas de procedimiento a continuación con referencia a las figuras 3 y 4.

Cuando el rayo incidente L1 no se refleja en una cinta de cristal 2 orientada perpendicularmente en relación con el sensor de grosores 1, en la que la normal 9 de la probeta coincide con el eje de simetría del sensor de grosores, sino en una cinta de cristal 2 inclinada en un ángulo de inclinación \sigma, el ángulo de reflexión en el plano 14 de rayos no es igual al ángulo de incidencia imaginado \alpha = \alpha1, sino que es \alpha = \alpha1 + \sigma.

Para la corrección de la inclinación se emplea no sólo el rayo L1 incidente de la izquierda sino también el rayo L2 incidente de la derecha que por motivos de claridad no se muestra en la figura 3. En vez de este se muestra sin símbolo de referencia un rayo luminoso reflejado en una cinta de cristal 2 plana bajo un ángulo de reflexión \alpha1 que corresponde al rayo L1' en la figura 2.

El ángulo de incidencia \alpha del segundo rayo L2 es en este caso \alpha = \alpha2 - \sigma. Esto tiene como consecuencia que los rayos reflejados L1', L1'' y L2', L2'' del primero y del segundo rayo L1 y L2 ya no inciden a la misma distancia de la cinta de cristal 2 en el detector 11, 12, tal como sería el caso normalmente debido al tipo de construcción simétrico del sensor de grosores 1. Cuando por lo tanto la distancia b1, a la que el rayo L1' reflejado en la superficie delantera 8 incide en el detector 12, ya no es igual a la distancia b2 a la que el rayo L2' reflejado en la superficie delantera incide en el detector 11, es preciso llevar a cabo una corrección del ángulo de cuña. Esta corrección se describe a continuación:

Para la determinación del ángulo de inclinación \sigma, en el detector 12 se determina la distancia b1 entre el rayo L1' reflejado en la superficie 8 y la superficie 8, determinándose la distancia b1 en la dirección de la normal 9 de la probeta 2 no inclinada.

Cuando se conoce la distancia "a" en dirección a la superficie 8 de la cinta de cristal 2 entre el detector 12 y el punto de incidencia del primer rayo L1, es decir perpendicularmente a la normal 9 de la probeta, para el rayo L1 incidente de la izquierda se encuentra en vigor:

tg(\alpha + 2\sigma) = \frac{a}{b_{1}}.

Para el rayo L2 incidente de la derecha y no mostrado en la figura 3 se encuentra en vigor de forma análoga:

tg(\alpha - 2\sigma) = \frac{a}{b_{2}}.

La diferencia b1 - b2 puede determinarse de las posiciones medidas por ejemplo en los rayos L1' y L2' reflejados en la superficie delantera 8. Es favorable elegir la diferencia para el cálculo, ya que de esta manera se compensa un valor constante en el cual la cinta de cristal puede haberse elevado en total. Bajo la condición de \alpha = \alpha1 = \alpha2 es posible calcular el ángulo de inclinación \sigma. Exactamente en este ángulo aumenta o disminuye el ángulo de incidencia \alpha = \alpha1 = \alpha2 ajustado para el rayo incidente de la izquierda o de la derecha L1 o L2, respectivamente, por lo que es preciso corregir el ángulo de incidencia a emplear en la ecuación para determinar correctamente el grosor de la cinta de
cristal 2.

La cinta de cristal 2 puede presentar además un ángulo de cuña \delta, tal como se muestra en la figura 4. Cuando no son idénticas las distancias M1 y M2 entre los rayos láser L1', L1'' o L2', L2'' reflejados en la superficie delantera 8 o en la superficie trasera 13, respectivamente, la cinta de cristal 2 está provista de una cuña. Esto puede determinarse con ayuda de las posiciones de los rayos reflejados L1', L1'' y L2', L2'' en el detector.

Cuando existe un ángulo de cuña \delta, conforme a la figura 4 pueden determinarse valores de grosor d1 y d2 para los rayos L1 y L2 incidentes de izquierda y de derecha, obteniéndose el grosor d de la probeta 2 como promedio de estos grosores. También es posible formar el promedio de las distancias M1 y M2 entre los rayos reflejados L1' y L1'' o L2' y L2'', respectivamente, y calcular el grosor de la probeta con estos promedios.

Adicionalmente, la cinta de cristal 2 puede estar también curvada. Para detectar un posible curvado, el tercer rayo láser L3 se emite a una distancia s determinada por el tipo de construcción del sensor de grosores 1 en paralelo a uno de los primeros dos rayos incidentes, en el caso representado en paralelo al rayo láser L2. En el ejemplo reflejado en la figura 5, la dirección de los rayos L2, L3 es inversa a la reflejada en la figura 1. No obstante, esto carece de importancia en relación con el principio de funcionamiento. La reflexión de los rayos L2, L3 en la superficie delantera puede emplearse para determinar el radio R de curvatura de la probeta 2 como se explica a continuación con referencia a la figura 5.

Los rayos L2' y L3' reflejados en la superficie delantera 8 de la probeta 2 curvada inciden en el detector 11 con una distancia S'. Cuando la distancia S' con un ángulo de incidencia \alpha no se obtiene de la ecuación S' = s/cos \alpha existe una curvatura del lado inferior de la cinta de cristal 2. De las posiciones de los rayos reflejados L2' y L3' puede determinarse el radio de curvatura R que se incorpora según la figura 6 en el cálculo del grosor d de la probeta 2.

Las magnitudes de medición se determinan para los dos rayos incidentes L1 y L2. De las mismas se obtienen dos valores del grosor d1 y d2 de los cuales se forma un promedio. En particular, los ángulos de incidencia \alpha1 y \alpha2 y de esta manera también los ángulos \beta1 y \beta2 son distintos para los dos rayos incidentes. Se obtienen durante la corrección de la inclinación de la cinta de cristal 2.

Finalmente puede tenerse en cuenta otra corrección que debe llevarse a cabo cuando los rayos incidentes paralelos L2 y L3 no lo son del todo.

Empleando el procedimiento anteriormente descrito con aplicación sucesiva de una corrección de la inclinación, del ángulo de cuña y de la curvatura es posible determinar el grosor del cristal o del material de una probeta transparente con una elevada exactitud de un 0,1%. Para este fin se emplea preferentemente el dispositivo conforme a la invención.

Lista de símbolos de referencia

1

Sensor de grosores

2

Probeta, cinta de cristal

3, 4

Divisor de haz

5, 6

Espejo

7

Abertura

8

Superficie delantera

9

Normal de la probeta

10

Zona de incidencia

11, 12

Detector

13

Superficie trasera

14

Plano de rayos

15

Dirección de movimiento

L

Rayo luminoso, rayo láser

L1, L2, L3

Rayos láser incidentes

L1', L2', L3'

Rayos láser reflejados en la superficie delantera

L1'', L2''

Rayos láser reflejados en la superficie trasera

a, A

Distancia en paralelo a la cinta de cristal desde el punto de incidencia de un rayo luminoso hasta el detector

b, B

Distancia perpendicular a la cinta de cristal entre la posición de un rayo láser en el detector y la cinta de cristal

d

Grosor de la cinta de cristal

d'

Distancia perpendicular entre los rayos láser reflejados en la superficie delantera y en la superficie trasera

s

Distancia entre los rayos láser que inciden en paralelo

M, S'

Distancia en el detector entre los rayos láser reflejados

R

Radio de curvatura

\alpha

Ángulo de incidencia

\sigma

Ángulo de inclinación

\delta

Ángulo de cuña.

Claims (18)

1. Dispositivo para la medición del grosor de una probeta (2) transparente, en particular de una cinta o de una plancha de cristal, con un primer rayo luminoso (L1), en particular un primer rayo láser, que incide de forma oblicua bajo un primer ángulo de incidencia (\alpha1) en la superficie delantera (8) de la probeta (2),

con un segundo rayo luminoso (L2), en particular un segundo rayo láser, que incide de forma oblicua bajo un segundo ángulo de incidencia (\alpha2) en la superficie delantera (8) de la probeta (2),

siendo diferentes el primer ángulo de incidencia (\alpha1) y el segundo ángulo de incidencia (\alpha2),

y con por lo menos un detector (11, 12) para detectar los rayos luminosos reflejados (L1', L1'', L2', L2'') de los primeros y segundos rayos luminosos incidentes (L1, L2) reflejados por la probeta (2) y para determinar la posición de aquellos,

caracterizado porque por lo menos un rayo luminoso incidente (L3) en lo esencial en paralelo al primero o al segundo rayo luminoso (L1, L2) está dirigido a la superficie delantera (8) de la probeta (2) y porque

está previsto por lo menos un detector (11) para detectar un rayo luminoso (L3'), reflejado por la probeta (2), del rayo luminoso (L3) paralelo y para detectar la posición del mismo.

2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque el tercer rayo luminoso (L3) puede desconectarse.

3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2 caracterizado porque los rayos luminosos incidentes (L1, L2, L3) y/o los rayos luminosos reflejados (L1', L1'', L2', L2'', L3') se encuentran en un plano (14) de rayos común.

4. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el dispositivo (1) y la probeta (2) transparente son movidos uno en relación con otra.

5. Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 3 y 4 caracterizado porque la dirección (15) de movimiento relativo se encuentra en el plano (14) de rayos común de los rayos luminosos incidentes (L1, L2, L3) y/o de los rayos luminosos reflejados (L1', L1'', L2', L2'', L3').

6. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el primer ángulo de incidencia (\alpha1) y el segundo ángulo de incidencia (\alpha2) se encuentran en el plano (14) de rayos, determinado por el primero y el segundo rayo luminoso (L1, L2), en la zona de incidencia (10) a diferentes lados en relación con la normal (9) de la probeta.

7. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque dos detectores (11, 12) están dispuestos de forma distanciada entre sí preferentemente de forma perpendicular a la superficie (8) de la probeta (2).

8. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la zona de incidencia (10) de los primeros, segundos y terceros rayos luminosos incidentes (L1, L2, L3) en la probeta (2) es inferior a la distancia entre dos detectores opuestos para la detección de los rayos luminosos reflejados (L1', L1'', L2', L2'', L3').

9. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores caracterizado por dos divisores de haz (3, 4) para la generación de los tres rayos luminosos (L1, L2, L3) de un rayo luminoso (L).

10. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores caracterizado por un dispositivo de evaluación conectado al por lo menos un detector (11, 12) para determinar el grosor de la probeta (2), llevándose a cabo en particular una corrección de la inclinación, una corrección del ángulo y/o una corrección de la curvatura.

11. Procedimiento para la medición del grosor de una probeta transparente (2), en particular con un dispositivo (1) de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 9,

según el cual un primer rayo luminoso (L1) incide de forma oblicua en la superficie delantera (8) de la probeta (2) bajo un primer ángulo de incidencia (\alpha1) y se determinan las posiciones del rayo luminoso (L1') reflejado en la superficie delantera (8) y del rayo luminoso (L1'') reflejado en la superficie trasera (13),

según el cual un segundo rayo luminoso (L2) incide de forma oblicua en la superficie delantera (8) de la probeta (2) bajo un segundo ángulo de incidencia (\alpha2) distinto del primer ángulo de incidencia (\alpha1) y se determinan las posiciones del rayo luminoso (L2') reflejado en la superficie delantera (8) y del rayo luminoso (L2'') reflejado en la superficie trasera (13),

\newpage

determinándose el grosor de la probeta transparente (2) de la distancia entre los rayos luminosos reflejados (L1', L1'', L2', L2'') del primer rayo luminoso (L1) y/o del segundo rayo luminoso (L2) reflejados en la superficie delantera (8) y en la superficie trasera (13),

llevándose a cabo mediante comparación de las posiciones de por lo menos una parte de los rayos luminosos reflejados (L1', L1'', L2', L2'') una corrección de la inclinación y/o del ángulo de cuña, caracterizado porque por lo menos un tercer rayo luminoso (L3) incide de forma oblicua en la superficie delantera (8) a una distancia (s) conocida en lo esencial en paralelo al primero o al segundo rayo luminoso (L2) y mediante determinación de las posiciones de los rayos luminosos (L2', L3') reflejados en la superficie delantera (8) o en la superficie trasera (13) de estos rayos luminosos (L2, L3) paralelos se lleva a cabo una corrección de la curvatura.

12. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11 caracterizado porque el primer rayo luminoso (L1) y el segundo rayo luminoso (L2) inciden desde lados diferentes en la zona de incidencia (10) en la superficie delantera (8) de la probeta (2) en el plano (14) de rayos determinado por aquellos en relación con la normal (9) de la probeta.

13. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 12 caracterizado porque los valores absolutos del primero y del segundo ángulo de incidencia (\alpha1, \alpha2) son iguales y son preferentemente de 45º.

14. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 11 a 13 caracterizado porque para la corrección de la inclinación y/o del ángulo de cuña basada en la posición de los rayos luminosos (L1', L2') reflejados preferentemente en la superficie delantera (8) se determina la respectiva distancia a la probeta (2), llevándose a cabo una corrección del ángulo de cuña o de la inclinación cuando las distancias no se corresponden una a otra.

15. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 14 caracterizado porque de una distancia no correspondiente de los rayos luminosos reflejados se determina un ángulo (\delta, \sigma) de cuña o de inclinación.

16. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 11 a 15 caracterizado porque se determina la distancia entre los rayos luminosos reflejados (L3', L2') del tercer rayo luminoso (L3) y del primero o del segundo rayo luminoso (L2) en lo esencial en paralelo con este y, dado el caso, se lleva a cabo una corrección de la curvatura.

17. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 16 caracterizado porque el radio (R) de curvatura y/o el ángulo de curvatura se determina de la distancia entre los rayos luminosos reflejados (L3', L2') del tercer rayo luminoso (L3) y del primero o del segundo rayo luminoso (L2) en lo esencial en paralelo con este.

18. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 17 caracterizado porque la capacidad refractaria se determina del radio (R) de curvatura.