AT514729A1 - Verfahren zur Bestimmung einer Oberflächenruhe einer Dekoroberfläche - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zur Bestimmung einer Oberflächenruhe einer Dekoroberfläche (1), wobei ein von einer in einem vorgegebenen Abstand und unter einem vorgegebenen Winkel (α) zu der Dekoroberfläche (1) angeordneten Lichtquelle (2) emittiertes Lichtbündel an der Dekoroberfläche (1) reflektiert wird, wobei eine örtliche Verteilung der Intensität des reflektierten Lichtbündels in einem vorgegebenen Abstand von der Dekoroberfläche (1) und unter einem vorgegebenen Winkel (β) zu dieser mittels eines lichtempfindlichen Sensors (3) erfasst und aus zumindest einem von dem Sensor (3) erzeugten Signal zumindest ein Kennwert für die Oberflächenruhe ermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Oberflächenruhe einer Dekoroberfläche.

Bei Dekoroberflächen, auch bei hochglänzenden Dekoroberflächen, können im Streiflicht Unregelmäßigkeiten für das Auge eines Betrachters sichtbar werden.

Die „Oberflächenruhe“ hierbei stellt ein Maß für die Größe der auftretenden Unregelmäßigkeit der Oberfläche dar. Insbesondere die Beurteilung von Dekoroberflächen, die über der eigentlichen Dekorschicht, die beispielsweise durch ein bedrucktes Papier gebildet sein kann, eine transparente, insbesondere hochglänzende, Schicht aufweisen, ist es bis jetzt nicht möglich, die Oberflächenruhe objektiv zu bestimmen. Herkömmlicherweise erfolgt eine Beurteilung der Oberflächenruhe mittels einer von einer Person durchgeführten Sichtkontrolle, dem sogenannten „Tischlerblick“, anhand einer subjektiven Klassifizierung zwischen 1,0 (sehr unruhig) und 5,0 (sehr ruhig). Diese subjektive Beurteilung ist jedoch, selbst bei Mittelwert über mehrere Experten, nicht immer zielführend, liefert für dieselbe Probe unterschiedliche Werte bei mehrmaligem Untersuchen und weist eine starke Abhängigkeit von der Farbe und dem Glanzgrad der Probe ab, da die Klassifizierung nach dem „Tischlerblick“ nicht nur von der Oberflächenruhe, sondern auch durch die Farbe/Textur und den Glanzgrad der Oberfläche beeinflusst wird.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches eine objektive Beurteilung der Oberflächenruhe ermöglicht.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein von einer in einem vorgegebenen Abstand und unter einem vorgegebenen Winkel zu der Dekoroberfläche angeordneten Licht- quelle emittiertes Lichtbündel an der Dekoroberfläche reflektiert wird, wobei eine örtliche Verteilung der Intensität des reflektierten Lichtbündels in einem vorgegebenen Abstand von der Dekoroberfläche und unter einem vorgegebenen Winkel zu dieser mittels eines lichtempfindlichen Sensors erfasst wird, wobei aus zumindest einem von dem Sensor erzeugten Signal zumindest ein Kennwert für die Oberflächenruhe ermittelt wird.

Die erfindungsgemäße Lösung, ermöglicht es, aus der mit dem Sensor erfassten Systemantwort der Dekoroberfläche auf das eingestrahlte Licht (Eingangssignal), einen Kennwert für die Oberflächenruhe zu ermitteln und somit subjektive Einflüsse bei der Beurteilung der Dekoroberfläche auszuschließen. Unter anderem hat sich herausgestellt, dass die Größe des Reflexionsbildes ein Maß für die Oberflächenruhe darstellt.

Bevorzugt handelt es sich bei dem von der Lichtquelle emittierten Lichtbündel um ein räumlich begrenztes Lichtbündel. Gemäß einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist es vorgesehen, dass das von der Lichtquelle emittierte Licht, in Form einer scharf umrandeten Fläche mit einer vorgebbaren Größe und Form auf die Dekoroberfläche projiziert und die auf die Dekoroberfläche projizierte Fläche sodann auf dem Sensor abgebildet wird.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann es zur Bestimmung des Kennwertes vorgesehen sein, das zumindest eine Signal mit zumindest einem Referenzsignal, welches einer Dekoroberfläche mit einer idealen Oberflächenruhe entspricht, zu vergleichen, wobei der Kennwert einem Grad der Übereinstimmung des zumindest Signals mit dem zumindest einen Referenzsignal entspricht.

Eine günstige Ausführungsform der Erfindung, bei welcher ein „effektiver“ Durchmesser des abgebildeten Punktes betrachtet wird, besteht darin, dass zumindest eine einem vorgebbaren Wert der Intensität entsprechende Breite zumindest eines Profils der Intensitätsverteilung um einen vorgegebenen Punkt, insbesondere den hellsten Punkt der Intensitätsverteilung, ermittelt wird. Der effektive Durchmesser muss nicht unbedingt einem tatsächlichen Durchmesser des Reflexionsbildes entsprechen, sondern kann auch einem Durchmessereines für die Berechnung des

Kennwertes ausreichenden Bereiches entsprechen. So kann der effektive Durchmesser des Reflexionsbildes beispielsweise eine Halbwertbreite des Profils sein, auf welchem der hellste Punkt liegt.

Darüber hinaus kann es vorgesehen sein, eine vorgebbare Anzahl von Messungen der Intensitätsverteilung mit einer vorgegebenen Belichtungszeit des Sensors durchgeführt und ein Mittelwert für die Breite und/oder eine Standardabweichung der Mittelwerte berechnet wird. Für unterschiedliche Belichtungszeiten des Sensors können sodann jeweils der Mittelwert für die Breite und/oder eine Standardabweichung berechnet werden. Vorteilhafterweise kann der Kennwert aus dem Verlauf der Mittelwerte und/oder dem Verlauf ihrer Standardabweichungen ermittelt werden. Werten des Mittelwertes und/oder Schwankungen des Mittelwertes und/oder Werten der Standardabweichung und/oder Schwankungen der Standardabweichung können dann Werte des Kennwertes auf einer Skala für eine Oberflächenruhe zugeordnet werden.

Um wellenlängenabhängige (farbabhängige) Unterschiede in der Intensitätsverteilung und damit eine unterschiedliche Oberflächenruhe für unterschiedliche Farben bzw. Farbeindrücke zu bestimmen, kann das von dem Sensor erzeugte zumindest eine Signal einer Fast-Fourier- Kurzzeit-Fourier- oder Wavelet-Transformation unterworfen werden.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.

Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, schematischer Darstellung:

Fig. 1 einen Messaufbau zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2 eine mit dem Messaufbau aus Fig. 1 aufgezeichnete Intensitätsverteilung;

Fig. 3 eine Darstellung der Abhängigkeit der Mittelwerte und der dazugehörigen Standardabweichungen der Breiten von Intensitätsverteilungen von unterschiedlichen Oberflächen von der Belichtungszeit;

Fig. 4 einen Ausschnitt des Diagramms aus Fig. 3 im näheren Detail;

Fig. 5 ein Diagramm mit Standardabweichungen in Abhängigkeit der Belich tungszeiten.

Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

Gemäß Fig. 1 wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung einer Oberflächenruhe einer Dekoroberfläche 1 in einem vorgegebenen Abstand eine Lichtquelle 2 angeordnet. Bevorzugt handelt es sich bei der Lichtquelle um eine LED. Zum Bestrahlen der Dekoroberfläche und zum Erzeugen eines kreisförmigen Lichtpunktes auf derselben kann ein Projektor, beispielsweise mit dem Aufbau eines Lichtzeigers, zum Einsatz kommen. Bei der LED-Lichtquelle handelt es sich bevorzugt um eine weißes Licht emittierende LED. Allerdings sind auch LEDs in allen anderen Farben für die Realisierung des Messverfahrens grundsätzlich geeignet. Anstelle einer LED kann auch eine Laserlichtquelle, beispielsweise in Form einer Laserdiode, verwendet werden.

Die Lichtquelle 2 wird so angeordnet, dass eine Achse des von ihr emittierten Lichtbündels unter einem Winkel α auf die Dekoroberfläche 1 auftrifft. Vereinfacht gesagt wird die Dekoroberfläche 1 unter dem Einstrahlwinkel α von der Lichtquelle 2 beleuchtet. Das Lichtbündel wird an der Dekoroberfläche 1 reflektiert. Ist die Lichtquelle 2 in einen Projektor angeordnet, so entspricht der Winkel α bevorzugt jenem Winkel, der von optischer Achse des Projektors und einer Ebene, in welcher die Dekoroberfläche 1 liegt, eingeschlossen wird.

Mittels eines lichtempfindlichen Sensors 3 wird eine örtliche Verteilung der Intensität des reflektierten Lichtbündels in einem vorgegebenen Abstand von der Dekoroberfläche 1 und unter einem vorgegebenen Messwinkel ß zu dieser erfasst. Die Verteilung der Intensität in der Ebene des Sensors 3, die einer Punktspreizfunktion bzw. einer Systemantwort der Dekoroberfläche auf das eingestrahlte Lichtbündel ist, ist charakteristisch für die Oberflächenruhe der Dekoroberfläche 2. In diesem Zusammenhang hat es sich als günstig herausgestellt, wenn das von der Lichtquelle 2 emittierte Licht, in Form einer einem Kegelschnitt entsprechenden, insbesondere kreisförmigen Fläche mit vorgebbarem Durchmesser bzw. Hauptachsendurchmessern auf die Dekoroberfläche 1 projiziert und die auf die Dekoroberfläche 1 projizierte Fläche auf dem Sensor 3 abgebildet wird. Die Größe bzw. der Durchmesser eines auf der Dekoroberfläche von der Lichtquelle 2 erzeugten Lichtpunktes, d.h. der beleuchteten Fläche, beträgt bei den dargestellten Messungen ca. 7pm. Zur Abbildung des beleuchteten Fläche auf dem Sensor 3 kann vor dem Sensor 3 eine abbildende Optik, beispielsweise in Form eines Objektivs angeordnet sein. Ein einfacher Aufbau lässt sich dadurch erreichen, dass zur Abbildung der beleuchteten Fläche eine hochauflösende digitale Kamera 4, beispielsweise eine CCD-Kamera, verwendet wird, die mit einer Auswerteeinheit 5, wie einem entsprechend programmierten Mikro- oder Signalprozessor, verbunden ist. Die Auswerteinheit 5 kann mit einem Bildschirm zur Darstellung des Ergebnisses verbunden sein. So kann die Auswerteeinheit 5 kann durch einen handelsüblichen Computer realisiert sein, auf welchem eine entsprechende Software implementiert ist. Die Signalauswertung kann beispielsweise mit der Software MATLAB erfolgen.

Wird eine Kamera 4 verwendet, so entspricht der Winkel ß bevorzugt jenem Winkel, der von optischer Achse der Kamera 4 und der Ebene, in welcher die Dekoroberfläche 1 liegt, eingeschlossen wird. Gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung sind die Winkel α und ß gleich. Grundsätzlich können die Winkel α und ß beliebige Werte annehmen. Als besonders geeignet haben sich Winkel von 45° und 65° herausgestellt, wobei das erfindungsgemäße Prinzip jedoch nicht auf die se Winkel eingeschränkt ist. Durch die Festlegung der Winkel α und ß sowie der Größe des auf der Dekorfläche erzeugten Lichtpunktes, lassen sich definierte Messbedingungen einstellen und eine gute Reproduzierbarkeit gewährleisten.

Fig. 2 zeigt in der linken Bildhälfte eine räumliche Intensitätsverteilung des von dem Sensor 3 aufgezeigten Reflexionsbildes bzw. der Punktspreizfunktion. In der rechten Bildhälfte sind die entsprechenden Signalverläufe als Sättigung der einzelnen Pixel des Sensors 3 gegen dessen Pixel aufgetragen. Die Punktspreizfunktion (PSF) kann auch multispektral analysiert werden. Die PSF kann auch auf unterschiedlichen Skalen (multi-scale analysis) mittels Wavelets analysiert werden. Eine Frequenzanalyse (FFT) der PSF kann Aussagen darüber liefern, ob die Oberflächenruhe nieder-, mittel- oder hochfrequente Unruheeffekte aufweist.

Zur Bestimmung des Kennwertes für die Oberflächenruhe kann ein von dem Sensor 3 generiertes Signal mit zumindest einem Referenzsignal verglichen werden, welches einer Dekoroberfläche mit einer idealen Oberflächenruhe entspricht, verglichen werden, wobei der Kennwert einem Grad der Übereinstimmung mit dem einen Referenzsignal entspricht.

So kann beispielsweise ein Korrelationskoeffizient eines von dem Sensor erzeugten Signals mit einem entsprechenden Referenzsignal gebildet werden. Werten dieses Korrelationskoeffizienten können Werte der Oberflächenruhe, beispielsweise auf einer Skala von 1 (sehr unruhig) bis 5 (sehr ruhig) zugeordnet werden. Das Referenzsignal kann beispielsweise von einer von Glasplatte stammen, die an ihrer der Lichtquelle 2 abgewandten Rückseite durchgehend intransparent, beispielsweise schwarz, beschichtet ist. In Tabelle 1 sind die Werte für Glasplatten mit unterschiedlichen Oberflächen aufgelistet, wobei „Sq“ den quadratischen Mittelwert der Höhen der ausgewählten Fläche, „Pq“ den quadratischen Mittelwert der Höhen des Profils, „Rq“ die quadratische Rauheit des Profils und „Wq“ die quadratische Welligkeit des Profils bezeichnet.

Tabelle 1:

Zur Kennwertermittlung kann eine einem vorgebbaren Wert der Intensität entsprechende Breite eines Profils der Intensitätsverteilung um einen vorgebbaren Punkt, insbesondere des hellsten Punktes der Intensitätsverteilung, ermittelt werden. Bei dem vorgebbaren Punkt kann es sich aber bei einem definierten Messaufbau auch um einen für alle Messungen örtlich gleich bleibenden Referenzpunkt in dem Reflexionsbild handeln.

Bei der Breite des Profils kann es sich um den Abstand zwischen vorgegebenen Werten des Signals oder der Intensität handeln. Hierzu kann die Intensitätsverteilung entlang einer x- und/oder y-Achse des mit dem Sensor 1 aufgezeichneten Bildes, auf welcher beispielsweise der hellste Punkt der Intensitätsverteilung liegt, betrachtet werden. Ausgehend von diesem Punkt können entlang beider Richtungen der betrachteten Achse die Punkte ermittelt werden, an welchen die vorgegebenen Schwellwerte der Intensitätswerte unterschritten werden. Der Abstand dieser Punkte auf der betrachteten Achse entspricht einer Breite des Profils. Die Schwellwerte für die Intensität können so gewählt werden, dass die gesamte Breite des auf dem Sensor abgebildeten Reflexionsbildes erfasst wird. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass nur eine Halbwertbreite der Intensität betrachtet wird.

Die Breite FWN der Intensitätsverteilung ist ein Maß für die Größe des von dem Sensor erfassten Reflexionsbildes. In einer einfachen Variante kann bereits die ermittelte Breite bzw. Größe des Reflexionsbildes als Kennwert herangezogen werden. Durch Vergleich mit einem Sollwert für diese Größe kann die Oberflächengüte bestimmt und klassifiziert werden. Hierzu können vorgegebenen Abweichungen in der Größe von dem Sollwert, unterschiedliche Kennzahlen für die Oberflächenruhe zugeordnet werden. Der Sollwert für die Größe des Reflexionsbildes kann durch Referenzmessungen von idealen Oberflächen bestimmt werden. Wie aus Fig. 3 zu entnehmen ist, entspricht ein kleiner Durchmesser des Bildes einer ruhigeren Oberfläche. Die Oberflächenruhe lässt sich somit auch als Verhältnis einer Sollgröße des Reflexionsbildes zu dem Istwert der Größe ausdrü-cken. So kann beispielsweise eine Oberflächenruhe von 4 einer Abweichung des Istwertes von dem Sollwert um 20 % entsprechen, wobei bei kleiner werdender Abweichung der Wert für die Oberflächenruhe steigt und bei größer werdender Abweichung entsprechend sinkt.

Um die Aussagekraft zu erhöhen, kann zur Bestimmung der Größe des Reflexionsbildes eine Messreihe mit einer vorgebbare Anzahl von Messungen durchgeführt werden und ein Mittelwert für die Breite bzw. Größe sowie eine Standardab weichung der Mittelwerte berechnet werden. Der Mittelwert kann dann mit einem Soll mittel wert verglichen werden, wobei der Grad der Übereinstimmung von Sollwert und Istwert ein Maß für die Oberflächenruhe ist. Darüber hinaus kann die Standardabweichung ermittelt und mit einer Sollstandardabweichung verglichen werden.

Die Ermittlung der Mittelwerte und der Standardabweichungen kann für unterschiedliche Belichtungszeiten ermittelt werden. Fig. 3 zeigt eine Darstellung der Mittelwerte und der zugehörigen Standardabweichungen von unterschiedlichen Oberflächen bei verschiedenen Belichtungszeiten, wobei auf die Ordinate die Mittelwerte und auf die Abszisse die Belichtungszeiten aufgetragen sind.

Wie aus Fig. 4 und 5 zu entnehmen ist, weisen sehr ruhige Oberflächen geringe Schwankungen in den Mittelwerten und den Standardabweichungen auf. Je geringer die Schwankung in den Mittelwerten und den Standardabweichungen ist, desto höher ist der Wert für die Oberflächenruhe.

Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Messaufbaus dieser bzw. dessen Bestandteile teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.

Bezugszeichenliste 1 Dekoroberfläche 2 Lichtquelle 3 Sensor 4 Kamera FWN Breite des Reflexionsbildes α Einstrahlwinkel ß Messwinkel

Claims (10)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Bestimmung einer Oberflächenruhe einer Dekoroberfläche (1), dadurch gekennzeichnet, dass ein von einer in einem vorgegebenen Abstand und unter einem vorgegebenen Winkel (a) zu der Dekoroberfläche (1) angeordneten Lichtquelle (2) emittiertes Lichtbündel an der Dekoroberfläche (1) reflektiert wird, wobei eine örtliche Verteilung der Intensität des reflektierten Lichtbündels in einem vorgegebenen Abstand von der Dekoroberfläche (1) und unter einem vorgegebenen Winkel (ß) zu dieser mittels eines lichtempfindlichen Sensors (3) erfasst und aus zumindest einem von dem Sensor (3) erzeugten Signal zumindest ein Kennwert für die Oberflächenruhe ermittelt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Lichtquelle (2) emittierte Licht, in Form einer scharf umrandeten, insbesondere einem Kegelschnitt entsprechenden Fläche mit einer vorgebbaren Größe auf die Dekoroberfläche (1) projiziert und die auf die Dekoroberfläche projizierte Fläche auf dem Sensor (3) abgebildet wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Kennwertes das zumindest eine Signal mit zumindest einem Referenzsignal, welches einer Dekoroberfläche mit einer idealen Oberflächenruhe entspricht, verglichen wird, wobei der Kennwert einem Grad der Übereinstimmung des zumindest Signals mit dem zumindest einen Referenzsignal entspricht.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine einem vorgebbaren Wert der Intensität entsprechende Breite (FWN) zumindest eines Profils der Intensitätsverteilung um einen vorgegebenen Punkt, insbesondere des hellsten Punktes der Intensitätsverteilung, ermittelt wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als dem vorgebbaren Wert der Intensität entsprechende Breite (FWN) eine Halbwertsbreite des Profils ermittelt wird.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorgebbare Anzahl von Messungen der Intensitätsverteilung mit einer vorgegebenen Belichtungszeit des Sensors durchgeführt und ein Mittelwert für die Breite und/oder eine Standardabweichung der Mittelwerte berechnet wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass für unterschiedliche Belichtungszeiten des Sensors (3) jeweils der Mittelwert für die Breite (FWN) und/oder eine Standardabweichung berechnet wird.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kennwert aus dem Verlauf der Mittelwerte (FWN) und/oder dem Verlauf ihrer Standardabweichungen ermittelt wird.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass Werten des Mittelwertes (FWN) und/oder Schwankungen des Mittelwertes und/oder Werten der Standardabweichung und/oder Schwankungen der Standardabweichung Werte des Kennwertes auf einer Skala für eine Oberflächenruhe zugeordnet werden.
10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem Sensor erzeugte zumindest ein Signal einer Fast-Fourier- oder Wavelet-Transformation unterworfen wird.