AT513062A1

AT513062A1 - Vorrichtung zur Erfassung des Glanzes einer Oberfläche eines Gegenstandes

Info

Publication number: AT513062A1
Application number: AT502722012A
Authority: AT
Inventors: Dieter P Dipl Ing Dr Techn Gruber
Original assignee: Polymer Competence Ct Leoben Gmbh
Priority date: 2012-07-09
Filing date: 2012-07-09
Publication date: 2014-01-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Erfassung des Glanzes einer Oberfläche eines Gegenstandes (9), umfassend eine Lichtquelle (2), zumindest eine Blende (3) mit5 zumindest einer Öffnung (4), durch die Licht (10) von der Lichtquelle (2) auf die Oberfläche des Gegenstandes (9) gelangt, und zumindest eine Aufnahmeeinheit (5) zurAufnahme des von der Oberfläche des Gegenstandes (9) reflektierten Lichtes (10). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Begrenzungsfläche der Öffnung (4) einemittlere Rauheit Ra von weniger als 10 um aufweist.

Description

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Nnted:10-Ö7-2012

Vorrichtung zur Erfassung des Glanzes einer Oberfläche eines Gegenstandes

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung des Glanzes einer Oberfläche eines Gegenstandes, umfassend eine Lichtquelle, zumindest eine Blende mit zumindest einer 5 Öffnung, durch die Licht von der Lichtquelle auf die Oberfläche des Gegenstandes gelangt, und zumindest eine Aufnahmeeinheit zur Aufnahme des von der Oberfläche des Gegenstandes reflektierten Lichtes.

Der visuelle Eindruck, den ein Produkt vermittelt, tritt bei Kaufentscheidungen in 10 zunehmendem Maße in den Vordergrund. Dies betrifft insbesondere den

Automotivebereich, aber auch den Bereich elektronischer Hightech-Produkte, wie beispielsweise Mobiltelefone, oder Dekorelemente im Bereich der Baubranche sowie den Bereich hochwertiger Haushaltsgeräte. In all diesen Bereichen werden große Mengen an metallischen oder aus Kunststoff bestehenden Formteilen als sichtbare Teile eingesetzt. 15 Da die entsprechenden Elemente dem Produkt auch einen ansprechenden Eindruck bzw. ein zufriedenstellendes Design verleihen sollen, sind die Anforderungen an eine Fertigungsqualität extrem hoch.

Bei den vorstehend genannten Formteilen tritt es nicht selten auf, dass die Produkte 20 hoch- bzw. höchstglänzende Oberflächen aufweisen, bei welchen selbst eine kleine

Trübung des Glanzes und eine verminderte Abbildschärfe (bekannt auch als „Distinctness of Image“, kurz DOI) von in der Oberfläche gespiegelten Objekten bzw. Lichtquellen für einen Betrachter visuell wirksam werden lassen und im Ergebnis als Verminderung der „Brillanz“ der Oberfläche wahrgenommen werden. Eine derartige Wahrnehmung kann für 25 eine Kaufentscheidung nachteilig sein.

Herkömmliche Glanz- und DOI-Messgeräte erreichen nicht die jüngst geforderte Genauigkeit bei der Quantifizierung von extrem geringen Variationen des Glanzes bzw. der Glanz-Klarheit sowie des DOI einer Produktoberfläche. Wegen der gestiegenen 30 Ansprüche an die visuellen und ästhetischen Produkteigenschaften ist der Bedarf nach einer präzisen, zuverlässigen und dennoch der menschlichen Wahrnehmung entsprechenden Messung anfälliger Störungen hochglänzender Oberflächen und einer hierfür geeigneten Vorrichtung äußerst groß. 2

In der AT 502 094 A1 ist ein Verfahren zur Analyse der Oberflächeneigenschaften eines Materials offenbart, mit der auf zuverlässige Weise quantitativ eine Oberfläche bezüglich des Glanzes bzw. deren Erscheinungsbild zweidimensional erfasst werden kann, insbesondere Oberflächendefekte, Dehnungsphänomene, Wölbungen der Oberfläche sowie Trübung und Welligkeit derselben. Dabei wird von einer Vorrichtung der eingangs genannten Art ausgegangen, wobei kollimiertes Weißlicht durch eine Blende mit vorgegebenen geometrischen Strukturen auf die Oberfläche des zu vermessenden bzw. untersuchenden Gegenstandes geführt und anschließend das gespiegelte Bild mit einer Aufnahmeeinheit aufgenommen und die Aufnahme einer Analyse unterzogen wird. Durch den Einsatz einer Blende mit einer Apertur ergibt sich ein bestrahlter und ein nicht bestrahlter Abschnitt der Oberfläche des untersuchten Gegenstandes, wobei bei der Auswertung berücksichtigt wird, dass der Hell-DunkeMJbergang nicht abrupt ist, sondern in mehreren Intensitätsstufen auftritt. Durch die entsprechende Änderung der Intensitätsstufen kann vereinfacht dargestellt auf gewünschte Eigenschaften wie Trübung oder Welligkeit geschlossen werden. Wenngleich sich dieses Verfahren und die Vorrichtung hierfür grundsätzlich als praxistauglich erwiesen haben, ergeben sich Probleme in der Genauigkeit der Messergebnisse.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der eine quantitative Bestimmung der Glanz-Klarheit und des DOI mit verbesserter Genauigkeit möglich ist.

Diese Aufgabe wird gelöst, wenn bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art eine Begrenzungsfläche der Öffnung eine mittlere Rauheit Ra von weniger als 10 pm aufweist. Die Rauheit der Begrenzungsfläche bzw. deren Kanten wird dabei ermittelt, indem die Kanten derz. B. rechteckigen Öffnung auf eine spiegelnde Fläche bzw. einen Spiegel ohne wirksame Streuung projiziert werden und aus dieser Kantenprojektion die mittlere Rauheit Ra bestimmt wird.

Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass die erfindungsgemäße Ausbildung der Öffnung mit einer Begrenzungsfläche bzw. Oberkante, die eine mittlere Rauheit Ra, definiert nach ISO 25178, von weniger als 10 pm aufweist, eine scharf abgegrenzte Projektion koliimierten Lichtes bzw. eines Messmusters auf die vermessene Oberfläche 3 ergibt, die in der Folge zu einer verbesserten Genauigkeit bei der Bestimmung der Glanz-Klarheit bzw. des DOI führt.

Besonders bevorzugt ist es, dass die mittlere Rauheit Ra weniger als 7,5 pm, vorzugsweise weniger als 5 μη, beträgt, damit das Messergebnis möglichst genau ist.

Die zumindest eine Blende kann aus einem transparenten Material gebildet sein und die zumindest eine Öffnung durch eine auf dem transparenten Material aufgebrachte nicht transparente Beschichtung definiert sein. Dabei handelt es sich um eine einfache Ausführungsförm der Blende, bei welcher das transparente Material, beispielsweise ein Plättchen aus einem im interessierenden Wellenlängenbereich ausreichend transparenten Kunststoff, eine nicht transparente Beschichtung mit dem Messmuster aufgebracht ist. In diesem Zusammenhang kann es auch zweckmäßig sein, dass auf der nicht transparenten Beschichtung eine Antireflexbeschichtung angeordnet ist, sodass eine Störstreuung sowie auch störende Reflexionen möglichst vermieden werden. Aus den gleichen Gründen kann vorgesehen sein, dass das transparente Material auf einer der Lichtquelle zugewandten Seite mit einer Antireflexbeschichtung beschichtet ist.

Das transparente Material kann wie erwähnt aus Kunststoff bestehen, bevorzugt wird jedoch Glas eingesetzt, da Glas im für den Menschen sichtbaren Bereich des Wellenlängenspektrums optimale optische Eigenschaften aufweist und auch kratzfest ist, um als Grundlage der Blende zu dienen. Bevorzugt wird ein scheibenförmiges transparentes Material eingesetzt.

Die nicht transparente Beschichtung kann grundsätzlich mit einer beliebigen Dicke ausgebildet sein, in der Regel ist jedoch eine Dicke von weniger als 200 pm, vorzugsweise weniger als 100 pm, insbesondere 20 pm bis 80 pm, ausreichend. Eine Mindestdicke ist erforderlich, damit eine Transparenz weniger als 20 % beträgt, was für eine genaue Messung erforderlich ist. Auf der anderen Seite sollte eine Dicke der nicht transparenten Beschichtung jedoch so gering wie möglich sein und nach Möglichkeit 80 pm nicht übersteigen, weil eine höhere Dicke dieser Beschichtung zu einer höheren mittleren Rauheit Ra der begrenzenden Kanten führen kann. 4 1Ό$7®ί£

Es ist nicht zwingend, kann aber von Vorteil sein, wenn zwischen der Lichtquelle und der Blende ein Diffusor angeordnet ist, um die Messgüte weiter zu steigern.

Die Lichtquelle kann so ausgebildet sein, dass diese kollimiertes Licht, vorzugsweise 5 kollimiertes Weißlicht, abstrahlt.

Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiel derselben. Die einzige Fig. 1, auf welche dabei Bezug genommen wird, zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung. 10 ln Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 schematisch dargestellt. Die Vorrichtung 1 weist eine Lichtquelle 2 sowie eine Blende 3 auf. Zwischen der Lichtquelle 2 und der Blende 3 kann ein nicht dargestellter Diffusor angeordnet sein, was allerdings nicht zwingend ist. Die Lichtquelle 2 ist bevorzugt eine Weißlichtquelle, die kollimiertes 15 Licht 10 zur Blende 3 hin abstrahlt. Die Blende 3 besteht aus einem zentral angeordneten scheibenförmigen Gegenstand, in der Regel ein rechteckiges Plättchen aus Glas. Auf dem Plättchen aus Glas ist auf der von der Lichtquelle 2 beabstarideten Oberfläche zunächst eine nicht transparente Beschichtung 6 so aufgebracht, dass die Beschichtung 6 zumindest eine Öffnung 4 bildet. Auf der Beschichtung 6, die beispielsweise eine Dicke 20 von 20 pm bis 50 pm aufweist, ist eine weitere Beschichtungslage aufgebracht, wobei es sich um eine Antireflexionsbeschichtung 7 handelt Analog ist das Plättchen aus Glas auf der der Lichtquelle 2 zugewandten Seite bzw. Oberfläche mit einer Antireflexbeschichtung 8 versehen. Diese Antireflexbeschichtung 8 ist jedoch im Gegensatz zur Antireflexbeschichtung 7 so aufgebracht, dass das Plättchen aus Glas vollständig von 25 dieser überzogen ist. Die Antireflexbeschichtungen 7, 8 sorgen dafür, dass eine Störstreuung möglichst gering gehalten wird.

In Fig. 1 ist ferner auch eine Aufnahmeeinheit 5 dargestellt, welche Licht 10 aufhimmt, das von der Lichtquelle 2 abgestrahlt wird, danach durch die Blende 3 im Bereich der Öffnung 30 4 hindurchtritt und von der Oberfläche eines zu untersuchenden Gegenstandes 9 unter anderem in die dargestellte Richtung reflektiert wird. Die Aufnahmeeinheit 5 ist mit einer nicht näher dargestellten Auswerteeinheit verbunden, sodass das von der Aufnahmeeinheit 5 aufgenommene Reflexionsbild einer detaillierten Analyse zur Bestimmung der Glanz-Klarheit bzw. des DOI unterzogen werden kann. Die Auswertung 5 kann analog erfolgen, wie in der AT 502 094 A1 offenbart, deren Inhalt hiermit vollständig eingeschlossen wird. Für eine hohe Güte des Messergebnisses bzw. der Bestimmung der Glanz-Klarheit 5 und/oder des DOI sind die Begrenzungsflächen bzw. -kanten der Öffnung 4 im Bereich der nicht transparenten Beschichtung 6 mit einer besonders geringen mittleren Rauheit Ra von weniger als 10 pm, vorzugsweise 7,5 pm oder weniger, ausgebildet. Dabei bezieht sich die mittlere Rauheit Ra auf die Rauheit der Kanten, die durch Projektion der Öffnung 4 in eine Ebene und Auswertung des projizierten Kantenprofils ermittelbar ist. Die io gewünschte Rauheit lässt sich erreichen, wenn die nicht transparente Beschichtung 6 mithilfe einer hochpräzis gefertigten Fotomaske aufgebracht wird. Hierzu ist es lediglich erforderlich, dass die Fotomaske auf das Plättchen aus Glas aufgelegt und anschließend die nicht transparente Beschichtung 6 beispielsweise mit einem Airbrush-Verfahren aufgesprüht wird. Die weitere Beschichtungslage der Antireflexionsbeschichtung 7 kann in 15 einem nachfolgenden Verfahrensschritt aufgebracht werden, wobei die Fotomaske noch anliegt. Die Herstellung der Fotomaske selbst in der geforderten Präzision ist möglich, wenn diese z. B. durch Laserablation hergestellt wird. Die dabei erreichten Rauigkeiten in der Fotomaske übertragen sich dann auf die nicht transparente Beschichtung 6 mit deren Aperturen bzw. Öffnungen. Die Aufbringung der weiteren Antireflexionsbeschichtung 8 auf 20 der Rückseite des Plättchens aus Glas erfordert keine besonderen Maßnahmen, da diese Beschichtungslage vollflächig aufgebracht werden kann.

Mit einer erlindungsgemäßen Vorrichtung 1 gemäß Fig. 1 mit der erforderlichen Feinheit der Begrenzungsbereiche der zumindest einen Öffnung 4 bzw. der Feinheit einer Kante 25 der nicht transparenten Beschichtung 6 im Bereich der zumindest einen Öffnung 4 können bei Beibehaltung bekannter Messmethoden wesentlich genauere Messergebnisse und damit bessere Beurteilungen hinsichtlich des Glanzes der Oberfläche eines Formteiles erreicht werden, weil eine für die Messung entscheidende Aperturkante eine maximale Schärfe für eine Oberfiächenprojektion ergibt. Im Übrigen können die Ergebnisse noch 30 weiter verbessert werden, wenn spezielle Beschichtungen für die nicht transparente Beschichtung 6 eingesetzt werden, beispielsweise amorpher Kohlenstoff, der mit Titandioxid dotiert ist, oder sogenannter „diamond like carbon“.

Claims

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Patentansprüche 1. Vorrichtung (1) zur Erfassung des Glanzes einer Oberfläche eines Gegenstandes (9), umfassend eine Lichtquelle (2), zumindest eine Blende (3) mit zumindest einer 5 Öffnung (4), durch die Licht (10) von der Lichtquelle (2) auf die Oberfläche des Gegenstandes (9) gelangt, und zumindest eine Aufnahmeeinheit (5) zur Aufnahme des von der Oberfläche des Gegenstandes (9) reflektierten Lichtes (10), dadurch gekennzeichnet, dass eine Begrenzungsfläche der Öffnung (4) eine mittlere Rauheit Ra von weniger als 10 pm aufweist, io
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Rauheit Ra weniger als 7,5 pm, vorzugsweise weniger als 5 pm, beträgt.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die 15 zumindest eine Blende (3) aus einem transparenten Material gebildet ist und die zumindest eine Öffnung (4) durch eine auf dem transparenten Material aufgebrachte nicht transparente Beschichtung (6) definiert ist.
4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet dass auf der nicht 20 transparenten Beschichtung (6) eine Antireflexbeschichtung (7) angeordnet ist.
5. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet dass das transparente Material auf einer der Lichtquelle (2) zugewandten Säte mit einer Antireflexbeschichtung (8) beschichtet ist 25
6. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente Material aus einem Glas besteht
7. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet dass 30 das transparente Material scheibenförmig ausgebildet ist.
8. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht transparente Beschichtung (6) mit einer Dicke von weniger als 200 pm, vorzugsweise weniger als 100 pm, insbesondere 20 pm bis 80 pm, ausgebildet ist.

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9. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Lichtquelle (2) und der Blende (3) ein Diffusor angeordnet ist.
10. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass 5 die Lichtquelle (2) kollimiertes Licht (10), vorzugsweise kollimiertes Weißlicht, abstrahlt.