CN105277558B - 一种研究表面的多步方法及其对应设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种确定表面性质的多步方法，包括以下步骤：确定将要被研究的表面(10)的至少一个区域的至少一个表面形貌性质；确定将要被研究的表面(10)的至少该区域的光学性质，并且发出表征所述光学性质的至少一个值。根据本发明，当确定表征所述光学性质的所述至少一个值时，考虑所述区域的所述表面形貌性质。

Description

一种研究表面的多步方法及其对应设备

技术领域

本发明涉及研究(investigation)表面的方法和设备，特别涉及研究表面的光学可见性质的方法和设备。

背景技术

现有技术中已知各种研究表面性质的方法。这些方法通常关注于获得表面的尽可能真实或客观的映像(impression)，例如即使在考虑到例如辐射光线的情况下，也是如此。在某些设备中，光线以预定角度照射到表面上，接着采用图像记录装置(例如照相机)观察由该表面散射和/或反射的光线。

另外，现有技术中已知纹理表面(textured surface)，即如下具有特定纹理(特别是表面形貌(topography))的表面。例如与其垂直方向成直角的、粗糙的、压印的3-D纹理或者弯曲纹理。虽然该类型的纹理表面应该同样地被光学评估，但是部分问题在于，光学评价不能确定是否某些测量值或者测量现象实际上是由于观察到的表面的颜色的不同或是光泽(gloss)的不同，或者是否这些印象是由于表面的纹理或者表面形貌的不同，例如是由于阴影(shadowing)或暗影(shading)造成的，或是由于从不同的方向观察该设备区域。如果，例如记录弯曲或是纹理表面，将要被观察的曲率或纹理将产生图像评价结果。视觉观察到的纹理(即表面的总体映像)是通过反射能力和表面形貌形成的。因而反射能力再细分为定向反射(光泽、DOI、雾度(haze)、桔皮)和非定向反射(涂料(paint))。

发明内容

本发明的目的是获得尽可能真实的表面评价，特别地允许表面的观察可以考虑表面形貌区别造成的影响。根据本发明，上述目的是通过独立权利要求的主旨来实现的。优选实施例和进一步的发展是从属权利要求的主旨。

在根据本发明的确定表面性质的多步方法(multiple-stage method)中，在第一步骤中，确定将要被研究的表面的至少一个区域的至少一个纹理性质和/或表面形貌性质。在另一方法步骤中确定将要被研究的表面的至少该区域的光学性质，并且发出(emit)表征(which is characteristic of)所述光学性质的至少一个值。

根据本发明，当确定表征所述光学性质的所述至少一个值时，考虑(taken intoconsideration)所述区域的所述纹理性质或表面形貌性质。在该例子中，可以通过不同的方式来执行对所述值的考虑。这样，将要被确定的该值可以取决于确定的所述表面形貌性质，例如所述表面的曲率。该曲率可以包括在例如计算结果(calculation)中。另外，可如下详细介绍所述，所述表面首先被分为具有不同表面形貌性质的多个区域，且接着可以分别考虑这些表面形貌性质以用于进一步的评价。

表述“考虑”可以理解为“上述所述表面形貌性质”特别意指以以下方式进行考虑：在评价过程中，使用表征这些性质的至少一个测量值或从这些特征获得的至少一个值，例如数学地使用。

这样例如，可以确定表面的曲率或垂直剖面曲线导数，特别是在特定区域或者特定位点的表面的曲率或垂直剖面曲线导数。且该值可以接着以数学方式与在该点指定的特定一个光学性质进行比较，例如该值和该光学性质均在结果值的确定和计算中分别使用。已知测量仪器的几何形状(geometry)，可以无需测角计结构(goniometric structure)地确定随角度变化的反射行为(angle-dependent reflection behaviour)。在该例子中，入射光和反射光的辐射方向优选相对于所述表面分别垂直于单个表面区域或点。表面点是非常小的表面区域。优选地，用于评价的观察方向和入射光的方向一致。除了曲率以外，可以使用上述点的高度(绝对值或者相对值)。在此可以获得其他的表面性质，例如位于较高水平位置和较低水平位置的表面区段之间的反射差别。

优选的，在进一步的方法步骤中定义该表面的至少两个区域，所述至少两个区域的表面形貌不同。

在进一步的方法步骤中，优选确定将要被研究的表面的这些区域的至少一个区域的光学性质。另外，可能的是，分别评价这些表面区域。还可能的是，将不同的表面区域的性质彼此进行比较(例如在统计评估的范围内)。

该方法特别适合用于粗糙或不平的或纹理表面。在本例子中，表面的“山谷”和“山峰”可在第一方法步骤中彼此区分。特别地，如果涉及显示山脉和山谷性质的3-D结构，将在第一方法步骤中单独处理。在以下的评价过程中，这些区域接着将分别评价或测量。如果将要被测量的表面是例如具有指定曲率的表面，那么在第一方法步骤中确定的该曲率将分别结合到光学测量中或结合到评价过程中。这可以通过软件实现。

测量方法可优选在质量控制、缺陷检测和/或表征领域使用。将要被研究的表面可以特别是塑料材料表面、漆器表面、天然材料表面(例如木材或皮革，织物，纸张表面)、金属表面上的浮雕结构和蚀刻结构等等。

可在不同的应用领域定义容差区域(Regions of tolerance)。在本例子中，例如可以将其表面分级成视觉上无差别的区域定义成容差区域。

因此，在本发明的保护范围中建议两步法。在第一方法步骤中，分析将要研究的表面的表面形貌，即特别是垂直位置h(x，y)(其中，x和y是该表面上彼此成直角的两个延伸方向)，和/或分析所述表面的单个区域的曲率和/或曲率变化。为了确定表面形貌，优选记录所述表面的至少两个图像，优选记录所述表面的至少三个图像，更优选所述表面的至少四个图像。在本例子中，优选在这些不同的记录中，将要被照明的表面在至少部分不同的方向上。

这些区域可是所述表面的在与所述表面成直角的方向上相对于其他区域偏移的区域。这些可以是任何大小的，该表面的辅助区域(subsidiary regions)。甚至说，即使最小的可解析区域依然是可以被检测的，例如光学或者视觉检测，而且无需光学辅助器件可将其彼此区分。在一种设置的例子中，可以首先定义表面形貌性质，例如第一高度位置范围和第二高度位置范围，且之后，对于表面的每个区域分配这些高度位置范围。

在上述第二方法步骤中，接着可以取决于所述区域的方式分别选择或确定所述光学性质。这样，例如仅在第二步骤中评价所述表面的这些区域，这些区域的表面形貌性质分别对应于第一方法步骤中预设的条件范围，例如指定的高度位置或指定的垂直范围。这样，在表面的评价过程中，还可以评价上述的表面形貌性质。

在另一优选方法的例子中，所述表面形貌从一组性质中选择，该组性质包括所述表面的区域的高度位置，所述表面的区域的垂直剖面曲线、所述表面的区域的曲率、所述表面的区域的曲率图样、所述表面的区域的曲率变化、所述表面的区域的曲率变化图样等等。特别地，所述表面的高度位置和曲率与所述表面形貌性质的评价特别相关。

在优选方法的实施例中，所述光学性质研究的测量区域是以取决于至少一个测量值的方式定义的，所述至少一个测量值表征所述表面的所述表面形貌性质。

换句话说，在第一方法步骤的例子中，所述表面细分成至少两个垂直区域(例如通过设置垂直阈值)，接着基于所述表面形貌性质的测量值(例如高度)，形成至少两个组，并将这两个组分别分配给这些两个垂直区域。这两个组在第二方法步骤中彼此不同。如上所述，表面形貌大小或表面形貌大小的测量值分别优选是所述表面在与所述表面成直角的方向上的剖面曲线。

在优选方法的实施例中，可以定义多个不同区域。这样，例如第一区域可以定义为高度范围在例如0-5μm范围内的表面部分，另一区域定义为高度范围在例如5-10μm范围内的表面部分，再一区域定义为高度范围在例如10-20μm范围内的表面部分。优选以空间解析的方式确定将要被研究的表面的表面形貌性质。这意味着对于所述表面的多个辅助区域或位置部分，均(in each case)可以发出所述表面形貌性质的测量值。优选地在另一步骤中，将辅助区域或位置部分的所述表面形貌性质彼此进行比较，并从中生成或计算出测量值。

在另一优选方法的例子中，为了确定光学性质，通过辐射装置将辐射引导到所述表面，并且通过辐射检测装置测量所述表面反射和/或散射的辐射。这样，确定所述表面的所述表面形貌性质的方法优选是其中记录所述表面反射和/或散射的辐射的光学测量法。优选在该例子中，辐射检测装置记录所述表面的空间解析图像。优选地，所述空间解析图像以取决于所述第一方法步骤的所述表面形貌性质的方式细分。这样，对应于所述表面形貌性质的指定像素以至像素范围可以从记录的图像中摘出(extract)以确定所述光学性质，且在该例子中，可仅考虑这些区域。这样，例如在确定所述光学性质的范围中可仅考虑这些图像部分(例如像素)，其中这些图像部分产生在第一测量范围中的指定表面形貌值。

优选所述辐射检测装置记录与将要被研究的表面的平面大致成直角散射和/或反射的辐射。在本例子中，优选将所述辐射检测装置设置成大致垂直位于将要被研究的表面上方。然而，另一检测方向也是可以的。在垂直方向上的观察的好处在于，该观察可以以独立于样本定位的方式执行。

为了确定所述光学性质，优选所述辐射装置以与垂直方向或与相对于所述表面成直角的方向成一角度辐射光线到所述表面，所述角度小于30°，优选小于20°，优选小于10°。在该例子中，从所述第一辐射装置发出的辐射在垂直方向上的通过耦合装置耦合。所述耦合装置例如是半透明镜。通过所述耦合装置，来自表面的辐射到达辐射检测装置。这样，照明装置和检测装置可以是统一的。

在另一实施例中，不同波长的光线可以连续辐射到所述表面。因此，可以通过空间解析和/或单色检测器执行空间解析颜色测量。或者，所述颜色的确定可以通过空间间隙颜色传感器执行，例如RGB照相机和多色辐射光源。

研究所述光学性质(例如颜色)的照明可以通过平行的、具有指定角度设置的收敛或发散的光路发生。例如通过累计球或散射装置生成的空间漫射照明也是可行的。

不同的照明检测仪器也是可行的。照明和检测之间的角度可以假定为0°到90°之间的值，优选为30°到60°之间的值，特别优选为40°到50°之间的值。

一个实施例可以包括多色照明和空间解析检测器，且在另一实施例中，可使用不同波长的单色照明，且不使用空间解析检测器。另外，也可以采用这些方法的组合。

在另一优选方法的例子中，所述辐射检测装置记录所述将要被研究的表面的至少两个图像以确定所述光学性质。这样，所述辐射检测装置的动态(dynamics)可以增强。优选在该例子中，采用不同的发光时间多次记录所述表面。之后，这些图像记录可优选制备成可以彼此进行比较的低反射区和高反射区。这样整个图像的动态区域可以增大。这样，可以计算整个图像。因此，该这个图像可以从单个图像计算，而这些单个图像已经从所述相同的表面区域记录。

在采用不同发光时间的单个图像的例子中，可以定义指定允许的亮度范围。

在该例子中，可以通过例如平均计算所述整个图像的单个像素的强度值。当将单个图像放在一起时，上照式(Over-illuminated)和下照式(under-illuminated)区域可以忽略。在亮度副本(brightness reproduction)中获得的整个图像比单个图像具有更高的动态。

优选从以下一组性质中选择所述表面的将要被确定的光学性质，所述一组性质包括：所述表面的反射率、所述表面的光泽、所述表面的颜色等等。

优选在第一和第二方法步骤中至少部分分别观察或评价用于研究的平面的相同区域。优选的但不是绝对必要的是，在第一和第二方法步骤中研究价用于研究的平面的相同区域。这样，可能的且有利的是，分别通过相同的辐射检测装置或不同的辐射检测装置记录各个表面区域。

为了分别在第一和第二个方法步骤中分析相同的表面区域或使其对齐(alignment)，可以标记如将要被投射到表面的投影点，这允许所述图像全等地叠加(besuperposed congruently)到像素基准(pixel basis)上。特别建议的是，使用不同的检测器。换句话说，可以识别图像的单个像素并将其分配到表面上的不同的点。对于该分配，当记录另一图像时，可以使得该另一图像与首先记录的图像对齐。这样，如果对于第一和第二个方法步骤，已经记录所述表面的不同区域，也可以进行评价。这样，在整个方法中，不必观察所述图像记录装置相对于所述表面的精确位置。事实上，(期望或不期望)可以考虑改变位置。这样，不仅图像可以通过移位对齐像素，还可以应用图像处理功能，如缩放，倾斜，视角变化，失真校正以实现该目标。

在另一优选方法的例子中，为了确定表面形貌性质，通过辐射装置将辐射引导到所述表面，并且通过辐射检测装置测量所述表面反射和/或散射的辐射。所述辐射检测装置允许辐射的空间解析图像传入(strike)。为此，所述辐射检测装置可以具有例如CCD或CMOS芯片或照相机等。

为了确定表面形貌性质，优选从至少两个且更优选从更多不同的方向照明所述表面。在另一优选方法的例子中，从一方向上照明所述表面，该方向与和所述表面垂直的表面或与所述表面成直角的方向成一角度，所述角度范围为40°到90°之间，优选为45°到80°之间，特别优选为45°到75°之间。在优选的几何形状的例子中，所述辐射以相对于后者相对较平的角度照射到所述表面。所述辐射检测装置的发光时间最好应适应所述表面的光学性质。优选避免上照式(Over-illuminated)和下照式(under-illuminated)区域。

所述角度的设置也可变。这样，可以基于将要研究的表面的幅度(amplitude)和/或样本的反射程度选择照射样品然后进行评估的最佳角度。对于不同的照明几何形状，也可在设备中进行操作和/或以可选择的方式进行控制。

考虑到可以从至少两个方向照明所述表面，可以采用光度分析方法测量表面。这样，可能对将要被研究的表面进行基于阴影(shadowing-based)的重建，这样，对将要被研究的表面进行基于阴影(shadowing-based)的重建是有选基于其光度性质的。

其他方法如白光干涉测量法，激光共聚焦技术或三角测量方法也同样是可能的。

此外，表面也可能被边缘照明(相对于与所述表面成直角的方向)。此外，表面也可能被脉冲光照明。在该例子中，图像的检测可以与脉冲光辐射同步。

重建的表面形貌以及另外的表面性质可以编码为图像。例如，在表面形貌中，所述高度重建为黑白图像中的灰度色调。这种类型的数据制备允许现代图像分析方式的分析。

为了确定表面形貌，优选记录所述将要被研究的表面的至少两个图像。这样，多个辐射(相对所述面积的大小，投放到表面的输入电磁能量的整个功率)可分配给成像表面的点，特别是在没有对应的问题产生的情况下。

优选地对于用于观察的相同表面区域的图像，对其至少评价两次，其中在第一次评价中执行对所述表面形貌的评价，而在第二次评价中执行对所述光学性质的评价。在该例子中，有可能只有一个图像被记录下来，对此，将对其进行对所述表面形貌的评价和对所述光学性质的评价。然而，出于评价的目的，优选将要被研究的平面的至少两个图像用于评价，更加优选将要被研究的平面的相同区域的至少两个图像用于评价。

在该例子中，可能的是，用于所述表面的所述表面形貌的评价的辐射装置在与用于所述光学性质的所述评价的所述辐射装置不同的角度分别辐射照射光线或辐射到所述表面上。

如上所述，优选的是，采用相同的辐射检测器装置来确定所述光学性质和所述表面形貌性质。有利的是，为了确定所述光学性质和所述表面形貌性质，相对于所述表面将测量一起保持在一个位置。这样，保证对所述将要被研究的表面进行相同的图像至少两次记录。

优选记录所述将要被研究的表面的空间解析图像以确定所述表面形貌性质，和/或记录所述将要被研究的表面的空间解析图像以确定所述光学性质。优选地，记录空间解析图像以确定所述表面形貌性质和记录空间解析图像以确定所述光学性质之间的时间间隔不超过3秒，优选不超过2秒，更优选不超过1次，在特别优选的方式中，不超过200毫秒。

尽可能短的记录时间可以确保相关表面区域所述光学性质和所述表面形貌性质测量的图像元素的的局部分配更加精确。因为在该例子中，可以更容易地阻止测量区域的偏移。这样，相应的测量仪器也可以设计成手动控制电器的设计形式，这也是一种优选的应用。

就在该例子中是可能的，在所述表面形貌性质的测量执行之后，对于(至少)一个图像，首先对其进行存储，然后相对于上述表面形貌性质进行分析。之后，从空间解析图像产生的测量值可以分配给指定的组。在进一步的方法步骤中，记录的图像甚至可以逐个像素(pixel-wise)的方式划分到具有第一表面形貌性质和第二表面形貌性质的这些区域中。在第二方法步骤中，记录的图像因此可以结合按照其区域进行评估，即可以分别评估具有第一表面形貌性质的这些区域和具有第二表面形貌性质的这些区域。用于替代这些单独评估或者在这些单独评估的基础上，在图像评估过程中，对于具有指定表面形貌性质的指定区域，可以相对于其他区域进行不同加权，或者将具有指定表面形貌性质的指定区域彼此进行比较。可以采用直方图评估或者其他统计学评估，在该例子中，一个或多个光学性质可以被分配给不同表面形貌结构的不同区域。

在进一步优选方法中，空间解析图像划分成多个图像区段，且所述图像区段的至少一部分分配给第一区域，且所述图像区段的至少一部分分配给第二区域。如上所述，在最小例子中的图像区段可以是像素或另一方面，像素组，这取决与执行测量的分辨率。

本发明还涉及一种用于表面性质研究的设备。所述设备具有结构测量仪器或表面形貌测量仪器以分别用于检测(特别地表面形貌)结构或表面结构，特别包括用于检测所述表面的表面形貌的仪器，并且因而具有辐射装置，用于将辐射引导到将要被研究的表面，以及第一辐射检测装置。所述第一辐射检测装置记录引导到所述表面的辐射和所述表面反射和/或散射的辐射。另外，所述设备具有评价装置，所述评价装置根据所述第一辐射检测装置记录的所述辐射确定将要被研究的表面的至少一个表面形貌性质，且发射表征所述被研究的表面的所述形貌性质的至少一个测量值。

此外，该设备具有第二测量仪器，其同样具有辐射测量装置，以将辐射引导到将要被研究的表面，以及辐射检测装置以记录引导到所述表面的辐射和所述表面反射和/或散射的辐射。在该例子中，所述辐射检测装置对传入的辐射的空间解析和评估。

根据本发明的设备具有发射表征所述表面的光学性质的值的处理器，该处理器同时考虑所述测量值和所述空间解析记录和/或表征所述记录的值，在该例子中，优选参考已经由表面形貌测量仪器确定的区段区域。

因此，对于所述设备，建议在光学评价中考虑所述将要被研究的表面的所述表面形貌性质。

在另一优选实施例中，所述设备具有控制装置，所述控制装置具有以下效果。首先，所述第一辐射装置辐射所述表面，且所述辐射检测装置记录引导到所述表面的辐射和所述表面反射和/或散射的辐射，接着所述第二辐射装置辐射所述表面，且所述辐射检测装置记录引导到所述表面的辐射和所述表面反射和/或散射的辐射。优选的，所述辐射检测装置是所述结构测量仪器的组成部件，且同时是所述第二测量仪器的组成部件。

此外，该设备优选具有分配装置以在测量范围内分配所述辐射检测装置记录的图像的部分区域到所述表面的制定结构性质。所述辐射装置优选具有将光线引导到将要被研究的表面的光源。其可以是例如将光线引导到表面的发光二极管。在一个更有利的实施例中，第一辐射装置以不同于第二辐射装置的角度引导光线到所述表面上。

优选地，选择以下一组元件的光学元件安装在位于各自的辐射设备和辐射检测装置之间的光路上，该组元件包括滤器，透镜，反射镜，辐射分光器，单色器，光谱仪，隔膜，散射元件等。

在优选实施例中，照明和检测装置以及控制装置、计算装置安装在便携式外壳中。该测量仪器优选可通过电池供电。在使用操作元件和显示器时，可以进行现场测量和评估。有利的是，所述设备具有允许与外部计算机通信的数据接口。在线模式的机器人控制的测量(robot-controlled measurement)也可以通过该接口。

然而所述评估也可在外部计算机实现，且接着将计算结果分别发送到应用设备或显示器。

附图说明

下面将结合附图对本发明的进一步的优点和实施例作进一步说明，附图中：

图1是解释本发明的目的的表面的示意图；

图2是根据本发明的设备的概示图；

图3是解释图像评估的示意图；

图4是在曲面的情况下，用于评估的示意图。

附图标号清单：

1、设备，2、辐射装置/第一测量仪器，4、辐射检测装置/第一测量仪器，6、辐射装置，10、表面，12、控制装置，14、图像显示装置，16、存储装置，18、偏转镜，22、处理器装置，24、评价装置

B1、B2 表面的区域，

P1、P2 辐射方向

T 切线

具体实施方式

在图1示出的可以采用合适的光学仪器观察的可能表面10。很明显，这表面是凹凸不平的，且具有多个突起。由于光线的入射，这些突起将投下阴影。在该表面的例子中，纯粹根据强度的评价将基于入射光检测不同的明暗区别。

因此本发明提出，如上所述，表面的性质应在一个两步法中考虑。

图2是根据本发明的设备的概示图。在该例子中，将再次观察表面10。设备1具有辐射检测装置或图像记录装置4分别记录该表面的图像。该辐射检测装置可以特别是，彩色或黑白摄像机或CCD芯片。该辐射检测装置还可包括空间解析光谱仪。出于对称目的，辐射检测装置设置在观察区的中央上方。观察的方向是相对于观察面垂直面为0°。

在第一步骤中，光在该例子中分别通过照明装置或辐射装置2引导，用更准确的术语来说，以平坦角度(相对于表面)引导。入射角在45°到85°之间，优选在65°到75°，相对于表面垂直面。有利的是在该例子中，该照明装置2是具有从多个侧面(箭头P1)照明所述表面10的多个光源的连续照明装置。表面的散射和反射光沿着箭头P2传递到观察装置4，这样，观察装置4可以检测表面10的表面形貌。

在该例子中，辐射源2优选是顺序，即连续记录多个图像。在该例子中，观察方向改变。可以从不同的图像计算垂直剖面。

附图标记6意指第二照明装置，其用于表面10的光学评价。在该情况中，在图2所示的实施例中，光线通过半透明的偏转镜18偏转到表面上，反射光也会再传递到观察装置4。后者现在可以进行表面的光学评价，在该例子中，为此优选将从在先的表面形貌测量获得的数据也纳入考虑。

附图标记12意指控制装置，其控制整个评估。该所述控制装置具有以下效果。首先，在第一方法步骤中确定所述表面的表面形貌，且接着在所述第二方法步骤中执行实际图像评估同时考虑所述表面形貌。为此，该设备具有图像显示装置14以向用户显示记录的表面的图像。此外，该设备可以具有存储装置16，用于例如记录图像的参考数据的归档。此外，测量值，例如表面形貌数据，可以在该存储装置中接收。

附图标记22意指处理器装置，用于分别评价或计算的光学值。如上所述，在该例子中，该处理器装置22还可以考虑表面形貌数据，例如，表面的(局部)曲率或局部垂直位置。附图标记24意指评价装置，其基于第一辐射检测装置确定将要被研究的表面的至少一个表面形貌性质。在该例子中。从辐射检测装置获得的图像数据可以更精确地评估。

图3显示了一个可能图像评价的例子。在该例子中，连续线10意指具有指定的粗糙程度的表面纹理的表面，即在方向Z上偏移(deviation)。虚水平线H可指示用于区分值到区域B1和区域B2的阈值。在本发明的一个设置中，对于表面的出现在区域B1中的组成部分，将额外进行研究，并且表面的出现在区域B2中的组成部分，也将额外进行研究。这样，仅仅在这些表面不规则导致的影响产生时，才需要考虑该影响。

优选的，在此描述的方法中，对于其中确定所述表面的所述表面形貌的第一方法步骤，以及其中执行光学评价(例如关于光泽)的方法步骤，以相同的表面部分执行。然而特别是，将所述图像记录装置记录的相同表面区段彼此进行比较。

图4使出了确定在该例子中弯曲的表面的性质确定的示例。如果在该例子中，辐射检测装置仍然是垂直设置在将要被研究的表面之上。光线将仅仅从水平延伸的这些区域直接反射到辐射检测单元，来自不同弯曲的区域(参见虚线)的光，另一方面，也可在其他方向偏转。附图标记T意指其中辐射传入的区域的切线。这种偏差也会导致在图像记录较小的强度。对于这种类型的弯曲，本发明认为他们同样应该分别在图像的评价或测量值的评价中考虑。例如，在该例子中，测得的强度值可以由考虑表面的曲率的因素校正。此外，测量亮度强度的角度范围相对于表面垂直面从0°到90°是可能的。

申请人要求保护本申请文件中公开的对本发明而言均是必要的所有特征，不论是其单独或相互结合，相比于现有技术均是新颖的。

Claims (12)

1.一种确定表面性质的多步方法，包括以下步骤：

在第一方法步骤中，确定将要被研究的表面(10)的至少一个区域的至少一个表面形貌性质，即分析垂直位置h(x,y)和/或所述将要被研究的表面(10)的单个区域的曲率和/或曲率变化；为了确定所述表面形貌性质，采用第一辐射装置(2)从至少两个不同的方向照明所述将要被研究的表面(10)，并且所述方向与和所述将要被研究的表面(10)垂直的表面或与所述将要被研究的表面(10)成直角的方向成一角度，所述角度范围为45°到75°之间；所述将要被研究的表面(10)的至少两个区域通过在所述至少两个区域上不同的至少一个阈值高度在高度上定义为不同的和/或所述将要被研究的表面(10)的至少两个区域通过在所述至少两个区域上不同的至少一个曲率阈值在曲率上定义为不同的和/或所述将要被研究的表面(10)的至少两个区域通过在所述至少两个区域上不同的至少一个曲率变化阈值在曲率变化上定义为不同的；所述将要被研究的表面(10)的组成部分基于他们的确定的表面形貌性质相对于所述至少一个阈值高度和/或曲率和/或曲率变化在所述至少两个区域中的一个中区分；

在第二方法步骤中，确定所述将要被研究的表面(10)的所述至少一个区域的光学性质，并且发出表征所述光学性质的至少一个值，其中为了确定所述光学性质，采用第二辐射装置(6)将辐射引导到所述将要被研究的表面(10)，并且通过辐射检测装置(4)测量所述将要被研究的表面(10)的反射和/或散射的辐射，其中所述第一辐射装置(2)从不同于所述第二辐射装置(6)的角度引导辐射到所述将要被研究的表面(10)，仅在第二方法步骤中评价所述将要被研究的表面(10)的这些区域，这些区域的表面形貌性质分别对应于第一方法步骤中预设的条件范围；

其特征在于，当确定表征所述光学性质的所述至少一个值时，考虑所述至少一个区域的所述表面形貌性质；数学地比较所述将要被研究的表面(10)的所述至少两个区域的所述光学性质；所述辐射检测装置(4)记录所述将要被研究的表面(10)的空间解析图像。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述将要被研究的表面的所述至少一个区域中的至少一个的所述光学性质。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以取决于表征所述将要被研究的表面(10)的所述表面形貌性质的至少一个测量值的方式定义所述光学性质的所述研究的测量区域。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了确定所述表面形貌性质，通过所述第一辐射装置(2)将辐射引导到所述将要被研究的表面(10)，且通过辐射检测装置(4)检测所述将要被研究的表面(10)反射和/或散射的辐射。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，同一辐射检测装置(4)用于确定所述光学性质和用于确定所述表面形貌性质。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，评价所述将要被研究的表面(10)的同一图像以确定所述光学性质和用于确定所述表面形貌性质。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，执行所述表面形貌性质测量的图像和所述光学性质测量的图像的空间的逐个像素的分配。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述空间解析图像划分为多个图像区段，且所述图像区段的至少一部分分配给第一区域而且所述图像区段的至少一部分分配给第二区域。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了确定所述表面形貌性质，将辐射以相对于与所述将要被研究的表面(10)成直角的方向成一角度引导到所述将要被研究的表面(10)，所述角度小于10°。

10.一种用于表面性质研究的设备，具有用于检测将要被研究的表面的表面形貌性质的表面形貌测量仪器，其中所述表面形貌测量仪器具有第一辐射装置(2)，所述第一辐射装置(2)引导辐射到将要被研究的表面(10)，以及辐射检测装置(4)，所述辐射检测装置(4)记录引导到所述将要被研究的表面(10)的辐射和所述将要被研究的表面(10)反射和/或散射的辐射，以及评估装置(24)，所述评估装置(24)在第一方法步骤中根据所述辐射检测装置(4)记录的所述辐射确定所述将要被研究的表面的至少一个表面形貌性质，即分析垂直位置h(x,y)和/或所述将要被研究的表面(10)的单个区域的曲率和/或曲率变化，且发射表征所述将要被研究的表面的所述表面形貌性质的至少一个测量值；其中采用第一辐射装置(2)从至少两个不同的方向照明所述将要被研究的表面(10)，并且所述方向与和所述将要被研究的表面(10)垂直的表面或与所述将要被研究的表面(10)成直角的方向成一角度，所述角度范围为45°到75°之间；在第一方法步骤中，所述将要被研究的表面(10)的至少两个区域通过在所述至少两个区域上不同的至少一个阈值高度在高度上定义为不同的和/或所述将要被研究的表面(10)的至少两个区域通过在所述至少两个区域上不同的至少一个曲率在曲率上定义为不同的和/或所述将要被研究的表面(10)的至少两个区域通过在所述至少两个区域上不同的至少一个曲率变化在曲率变化上定义为不同的；所述将要被研究的表面(10)的组成部分基于他们的确定的表面形貌性质相对于所述至少一个阈值高度和/或曲率和/或曲率变化在所述至少两个区域中的一个中区分；

所述设备具有第二测量仪器，所述第二测量仪器具有第二辐射装置，以将辐射引导到所述将要被研究的表面；所述辐射检测装置记录引导到所述将要被研究的表面(10)的辐射和所述将要被研究的表面(10)反射和/或散射的辐射，其中所述辐射检测装置允许对传入的辐射的空间解析和评估，其中所述第一辐射装置(2)从不同于所述第二辐射装置的角度引导辐射到所述将要被研究的表面(10)；

其特征在于，所述设备(1)具有参考由所述表面形貌测量仪器确定的区段区域发射表征所述将要被研究的表面(10)的光学性质的值的处理器；其中在第二方法步骤中，确定所述将要被研究的表面的至少该区段区域的光学性质；仅在第二方法步骤中评价所述将要被研究的表面(10)的所述区段区域，所述区段区域的表面形貌性质分别对应于第一方法步骤中预设的条件范围；数学地比较所述将要被研究的表面(10)的所述至少两个区域的所述光学性质。

11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述设备具有控制装置，所述控制装置具有以下效果，首先，所述第一辐射装置(2)辐射所述将要被研究的表面(10)，且所述辐射检测装置记录引导到所述将要被研究的表面(10)的辐射和所述将要被研究的表面(10)反射和/或散射的辐射，接着所述第二辐射装置(6)辐射所述将要被研究的表面(10)，且所述辐射检测装置记录引导到所述将要被研究的表面(10)的辐射和所述将要被研究的表面(10)反射和/或散射的辐射。

12.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述设备具有分配装置，以分配所述辐射检测装置记录的图像的第一部分区域(B1)给所述将要被研究的表面(10)的第一表面形貌性质，且分配所述辐射检测装置记录的图像的第二部分区域(B2)给所述将要被研究的表面(10)的第二表面形貌性质。

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