Lämpökarkaistun turvalasin valmistuksessa lämpötila- ja jännityserot vaikuttavat lasin optisiin ominaisuuksiin. Prosessissa syntyvät jännityserot muuttavat lasin taitekertoimia, ja polarisoidussa valossa ne näkyvät varjomaisina anisotropiakuvioina. Esimerkiksi hajavalossa anisotropiakuvio ei näy. Kuitenkin, kun suora auringonvalo (esim. auringonlasku) osuu julkisivulle tai lähellä oleva vesistö heijastaa valoa, valo polarisoituu ja vaikutus tulee näkyvämmäksi. Sama pätee käytettäessä polarisoituja aurinkolaseja.

Anisotropian mittaaminen – määrittely
Lämpökarkaistussa lasissa valo taittuu eri tavoin eri akseleilla, kun se kulkee vaikutuksen alaisissa pinnoissa tai pisteissä (kaksitaitteisuus). Tuloksena syntyy valonsäteiden välinen vaihe-ero, jota kutsutaan ”optiseksi hidastumiseksi” (eng. optical retardation). Konenäön avulla optinen hidastuminen lasilevyssä saadaan näkyväksi ja mitataan nanometreinä (nm).
- Vuonna 2018 Apple (Cupertino CA) aloitti ryhmän muodostamisen normien ja standardien määrittelemiseksi (US ASTM Group)
- US ASTM Group: määritti oikeat ja toistettavat mittausmenetelmät. (Jäsenet: Arcon, LiteSentry, Softsolution ja Viprotron) Tulos: ASTM C190-21 julkaistiin vuonna 2021
- Saksa / Eurooppa: Määritettiin kriteerit karkaistun pinnoittamattoman lasin laatutason määrittämiseksi mittaustulosten perusteella. DIN Spec 18198 julkaistiin toukokuussa 2022
Määrittely keskittyy erityisesti monoliittisiin rakenteisiin. Kuvattuja arviointimenetelmiä voidaan kuitenkin soveltaa myös muihin lasirakenteisiin, kuten monikerroksisiin laminoituihin laseihin, laminoituihin turvalaseihin ja eristyslasiyksiköihin. Kun karkaistuja lasikerroksia pinotaan useita, anisotropian vaikutukset voivat kuitenkin korostua. Lisäksi tapaukseen voivat vaikuttaa muut tekijät, joita ei vielä täysin ymmärretä.
ASTM C190-21 – anisotropian mittausmenetelmät
Laite mittaa alueen optista hidastumista digitaalisen fotoelastisuuden periaatteilla. Sen tulee tuottaa toistettavia ja suunnasta riippumattomia mittaustuloksia. Optiset komponentit on sovitettava valonlähteen aallonpituusalueeseen, ja kuvantaminen voidaan tehdä esimerkiksi kameralla tai lineaarisensorilla.


Alla oleva kuva on Viprotron-anisotropia-skannerin ottama väärävärikuva (eng. false colour image) lasilevystä, jossa anisotropiajakauman intensiteetti vaihtelee eri alueilla. Tavallisissa olosuhteissa, ilman polarisoituja aurinkolaseja, ihmissilmä havaitsee vain vaikutuksia, jotka ylittävät 50–75 nm:n kynnysarvon (eng. treshold).

DIN SPEC 18198:2022–05 mittaus- ja arviointimenetelmät
DIN SPEC 18198 antaa nyt ohjeita ”hyvien” ja ”huonojen” pinnoittamattomien lasien erottamiseen toisistaan. Ensinnäkin se erottaa lasin päävyöhykkeen reunojen ja porausreikien alueista, jotka ovat erityisen tärkeitä anisotropioiden (eng.iridescence) muodostumiselle. DIN:n mukaan laatuarviointi suoritetaan vain päävyöhykkeelle (2). Reunat (1) ja reiät (3) jätetään pois, koska ne on yleensä peitetty kehyksillä tai pidikkeillä.
Varsinaisessa laatuarvioinnissa (A = hyvä, B = hyväksyttävä, C = huono), DIN erottaa kaksi menetelmää, joista kumpikin ottaa huomioon lasin paksuuden.

Arviointi menetelmällä A – 95 % kvantiiliarvo
Laskenta perustuu kaikkiin mitattuihin hidastusarvoihin ja niiden empiirisen kumulatiivisen jakaumafunktion määrittämiseen. 95 % kvantiiliarvo tarkoittaa, että 95 % mitatuista hidastusarvoista on pienempiä kuin tämä määritetty arvo. Kvantiiliarvo ilmoitetaan nanometreinä (nm).

Arviointi menetelmällä B – Isotropia (%), kynnysarvo 75 nm
Tässä menetelmässä arvioidaan, kuinka suuri osa lasin pinta-alasta (prosentteina) ylittää asetetun 75 nm isotropiakynnyksen (isotropia = anisotropian vastakohta). Esimerkiksi, jos vain 55 % 8 mm lasin pinnasta jää alle 75 nm:n kynnyksen, lasin laatu voidaan arvioida ”huonoksi”.
Menetelmän tulokset riippuvat aina valitusta isotropiakynnyksestä – mitä korkeampi kynnysarvo, sitä ”paremmaksi” levy arvioidaan.

Karkaisuprosessin optimointi anisotropiaskannerin avulla
Karkaisuprosessia optimoimalla on mahdollista vähentää jännityseroja ja parantaa lasin optista laatua. Tämä vaatii kuitenkin tarkkaa säätöä monien muuttujien suhteen, kuten lämmityksen, oskilloinnin, liikeradan, suutin- ja telajaon sekä uunin ja chillerin rakenteen hallintaa. Saman lastauksen laseissa voi näkyä erityyppisiä anisotropiakuvioita – ”pantteri-”, ”salmiakki-”, ”seepra-” ja pitkittäisiä kuvioita. Ilman kehittynyttä konenäköä muuttujien optimointi on lähes mahdotonta. Tähän tarpeeseen Viprotron on kehittänyt 5D-Temper Scannerin, jonka avulla voidaan mitata lasista anisotropian lisäksi myös valkoista jälkeä, naarmuja, aaltomaisuutta ja päätyvekkiä.

Lämmitys- ja jäähdytysprosessit voidaan visualisoida, mikä antaa operaattorille reaaliaikaisen näkymän tarvittavista säätötoimenpiteistä. Parametrien hienosäätö alkaa operaattorin kokemukseen perustuvilla korjauksilla, joiden vaikutuksia voidaan arvioida seuraavan lastauksen yhteydessä.
Isotropiaprosentin arvot riippuvat valitusta kynnysarvosta, mutta keskiarvoista muodostuu keskeisiä mittareita. Mittaustulokset, joiden toleranssi ylittää 10 nm, ovat kuitenkin vain suuntaa antavia eivätkä hyödynnä skannerin täyttä potentiaalia. Viprotronin skanneri saavuttaatarkkuuden, jossa mittaustoleranssi on alle ±7 nm.
Kokemuksia anisotropiaskannerin asennuksista
Anisotropian ja valkoisten jälkien laatu ei usein aluksi vastaa hyväksyttäviä standardeja heti skannerin asennuksen jälkeen. Ensimmäisissä mittauksissa isotropia-arvot voivat jäädä noin 60 %:iin (60 nm:n hidastuskynnyksellä). Usein kuitenkin jo viikon kuluessa isotropia-arvot nousevat 80–90 %:iin, mikä johtuu karkaisuprosessin muutoksista, jotka tehdään skannerin havaintojen perusteella. Kuukauden kuluttua asennuksesta anisotropiakuvioita voidaan parantaa merkittävästi tai ne saadaan poistettua kokonaan.

Lisätietojen lähteet:
- ASTM C190-21 Standard Test Method for Measuring Optical Retardation in Flat Architectural Glass
- DIN SPEC 18198:2022-05 Measurement and evaluation methods for optical anisotropic effects in thermally toughened glass
- Saverio Pasetto: „Anisotropy as a defect in the U.K. architectural float heat-treated glass” (University of Bath, 2014)
- Feldmann, Schuler et al: „Methoden zur Erfassung und Analyse von Anisotropien bei thermisch vorgespannten Glasprodukten“ (Glasbau 2017)
- Dr. Decourcelle, Kaminski & Serruys: „Controlling Anisotropy” (Glass Performance Days, Tampere Finland 2017)