CN117916576A - 用于通过波长分析检查表面的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测涂漆表面，特别是机动车的表面性能的设备(1)，具有：以第一照射角度(a1)照射待检测表面(10)的第一照射装置(2)；以第二照射角度(a2)照射该表面(10)的第二照射装置(12)；第一传感器装置(4)，其以第一记录角度记录从由第二照射装置(2)照射的表面反射和/或散射的辐射，并输出至少一个值，该值是从该表面到达该传感器装置(4)的辐射的特征；其中该设备(1)具有辐射分析装置(4)，其就波长分析由该表面散射和/或反射的辐射。

Description

用于通过波长分析检查表面的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种用于检测表面性能，特别是光学表面性能的装置和方法。

背景技术

这种设备是现有技术已知的，其检查表面，例如机动车的表面。机动车的表面有时是非常复杂的涂层，其除了底漆，还具有其他涂漆层，特别是相应具有效果颜料的涂漆层。这种效果颜料产生了不同的光学表象，该光学表象也依赖于观察的方向和/或入射光的类型，例如漫射光照或定向光照。

本发明是基于使得能够尽可能复杂和准确地评估这种表面的目的。根据本发明，这通过独立权利要求的主题实现。有优势的实施方式和进一步的发展是子权利要求的主题。

发明内容

根据本发明的用于检测，特别是用于检查涂漆表面，特别是机动车的表面性能的设备，具有以第一照射角度照射待检测表面(和/或向该表面辐照辐射)的第一照射装置和/或辐射装置。

此外，该设备具有第二照射装置，其以第二照射角度照射上述表面。优选地，第一照射角度和第二照射角度相互不同。

此外，上述设备具有第一传感器装置，所述第一传感器装置以第一记录角度记录由第二照射装置照射的表面反射和/或散射的辐射，并输出至少一个值，所述至少一个值是从所述表面到达所述传感器装置的辐射的特征。

根据本发明，该设备具有辐射分析装置，其就波长分析由所述表面散射和/或反射的辐射。

优选地，所述辐射分析装置记录由第一照射装置辐照到所述表面上并由该表面散射和/或反射，并且特别是散射的辐射。

申请人已确定，通过多角度颜色测量，获得关于表面的信息的主要焦点，即在不同角度处的颜色测量，可以通过测量光泽行为来补充。对于含有底漆和清漆的汽车漆的情况，使用辐射分析装置的光谱解析的光泽测量使得能够实现考虑到底漆颜色对清漆光泽水平测量的影响。

这使得有了比传统的非光谱解析的光泽测量更宽泛的评估选择，在传统的非光谱解析的光泽测量中以指定的标准光进行照明，并使用v-λ滤光器(对应于人眼的敏感度)进行检测。

优选地，从表面到达传感器装置的辐射的特征的值是此辐射的强度。

优选地，上述传感器装置检测积分值，该积分值是被记录的辐射的特征，特别是多个波长上的积分值。

如下文更详细地描述的，优选地，(通过进行积分的)辐射分析也用作第一传感器装置。

优选地，因此，辐射分析装置对冲击于其上的辐射，特别是源自第一照射装置的辐射进行光谱分析。另一方面，它还对这些光谱成分进行积分，以获得在这些波长上积分的强度(特别是在源自第二照射装置的辐射的波长上积分的强度)。

有利地，上述设备具有壳体，其中布置有第一传感装置、辐射分析装置和/或照射装置。

在另外的有优势的实施方式中，设备具有用于控制照射装置的控制装置。控制装置可以以一种方式设计，以使得其交替地和/或通过时间偏置用上述照射装置控制表面的照射。以这种方式，可以从不同方向照射上述表面，并且可以用辐射分析装置分析散射的辐射，从另一方面，可以照射上述表面以及用传感器装置检测表面反射的辐射。

在另外的优选的实施方式中，所有传入和输出的辐射的入射方向或照射方向位于一个平面内。这意味着照射和表面的观察发生在一个平面内。优选地，该平面垂直于待检测表面。

在另外的优选的实施方式中，至少一个照射装置具有发光二极管(LED)。特别地，至少一个照射装置具有白光LED。优选地，至少一个照射装置发射标准光，特别是D65标准光。标准光指的是特征发射器的标准光谱辐射分布曲线。D65标准光型是色温为6504开尔文的辐射分布(其大约相当于灰色的阴天)。

在另外的优选的实施方式中，上述设备具有至少一个透镜装置，优选地至少两个透镜装置，并且特别是消色差透镜装置。在另外的有优势的实施方式中，设备具有至少一个分段透镜装置。以这种方式，可以节约安装空间。优选地，将这些透镜装置布置在照射装置和待检测表面之间的光束路径上。

在另外的优选的实施方式中，上述一个或多个透镜装置被布置在表面和传感器装置和/或辐射装置之间的光束路径上。在另外的有优势的实施方式中，一个或多个透镜装置被布置在一个或多个照射装置和(待检测)表面之间。

优选地，至少一个照射装置向待检查表面发射散射光。优选地，至少一个照射装置向待检查表面发射定向辐射。特别优选地，由辐射分析装置记录其照射的照射装置向该表面发射定向光。

在另外的优选的实施方式中，辐射分析装置和第一传感器装置以相同的记录角度或检测角度记录由上述表面散射和/或反射的辐射。

在另外的优选的实施方式中，上述辐射分析装置和第一传感器装置被布置在相同的位置和/或在相同的(角度)位置。

在另外的有优势的实施方式中，辐射分析装置还是传感器装置的部件和/或辐射分析装置也用作第一传感器装置。优选地，该传感器装置和辐射分析装置是相同的，同一个部件，即优选地为分光仪。特别地，该实施方式是成本效益好的。然而，也可以预想将传感器装置和辐射分析装置设计为单独的组件和/或分别地设计。

在另外的有优势的实施方式中，辐射分析装置具有光谱仪和/或单色仪。优选地，特别地，该光谱仪可以分析可见光波长范围内的波长，即特别是在400nm至700nm之间范围内的波长。

在另外的有优势的实施方式中，以这样的方式布置辐射分析装置，使得其记录由照射装置中的至少一个辐照到表面的辐射以及由该表面散射的辐射。此外，还以这样的方式布置辐射分析装置，使得其记录由照射装置中的至少一个辐照到表面的辐射以及由该表面反射的辐射。

在另外的优选的实施方式中，上述设备具有第三照射装置和/或辐射装置，其相对于上述表面以第三照射角度布置和/或其相对于上述表面以第三照明角度或辐射角度辐照辐射。

优选地，辐射分析装置还记录由第三照射装置辐照到上述表面并由其散射(也沿着辐射分析装置的方向)的辐射。优选地，辐射分析装置输出关于该辐射的光谱解析信号。

在另外的优选的实施方式中，至少一个照射角度是在30°和60°之间的，优选地在35°至55°之间，优选地在40°至50°之间并且特别优选地在45°。0°的角度被理解为在该角度上一个方向垂直于待检测或待检查的表面的角度。

在另外的优选的实施方式中，至少一个照射角度是在5°至40°之间，优选地在5°至30°之间，优选地在10°至20°之间并且特别优选地在约15°。0°的角度被理解为在该角度上一个方向垂直于待检测或待检查的表面的角度。

在另外的有优势的实施方式中，至少一个照射角度是大于60°的，优选地大于65°，优选地大于70°，优选地大于75°并且特别优选地大于80°(相对于垂直方向)。这意味着是以非常平的角度向待检查表面上发射辐射的。优选地，在这样的角度下，上述的效果颜料对观察物的照明具有相对小的影响。

优选地，使用辐射分析装置的方法在(+或-)45°的角度观察或分析辐射。因此，辐射优选地发生在-或+45°的角度。这意味着优选地辐射分析装置也记录反射的辐射。

在另外的有优势的实施方式中，上述设备具有第四照射装置，其相对于上述表面以第四照射角度布置。因此，优选地，在这个实施方式中，上述设备共具有四个照射装置，特别优选地，该四个照射装置以四个不同的角度辐照上述表面。优选地，以这样的方式布置所有这些照射装置，使得所有入射到表面上的辐射位于一个平面内。

优选地，辐射分析装置还记录由第四照射装置辐照到表面并由表面散射(也沿着辐射分析装置的方向)的辐射。优选地，辐射分析装置输出关于该辐射的光谱解析信号。

在另外的优选的实施方式中，至少一个照射装置适用于并旨在向上述表面辐照不同波长的辐射。例如，这可以通过布置在照射装置和上述表面之间的不同颜色滤光器元件来实现。例如，可以将不同的颜色滤光器布置在滤光器转盘上。这种类型的滤光器装置特别优选地位于照射装置和待检查表面之间。

还可以将滤光器元件布置在被照射表面或待检查表面和图像捕获装置之间。

在优选的实施方式中，可以相对于待检测表面移动上述设备。例如，该设备可以是便携式装置或可以将其布置在机器人装置上。

在优选的实施方式中，可以记录设备相对于待检测表面的(特别是相对的)位置。例如，可以在表面上的不同位置记录数个测量值并且它们可以相互比较。特别地，也可以记录第一测量位置相对于第二测量位置的相对位置。

在另外的有优势的实施方式中，上述设备具有存储装置，其适用于并旨在至少暂时地存储记录的测量结果(特别是传感器装置记录的值和辐射分析装置记录的值)。优选地，可以存储这些值，特别地与记录的区域和位置的分配一起存储。

本发明还指向一种用于检测涂漆表面，特别是机动车的涂漆表面(并且特别是机动车外表面)的表面性能的方法，其中第一照射装置在第一照射角度下照射待检测表面。

此外，第二照射装置以第二照射角度照射该表面，并且第一传感器装置以第一记录角度记录从由第二照射装置照射的表面反射和/或散射的辐射，并输出至少一个值，该至少一个值是从该表面到达传感器装置的辐射的特征。

根据本发明，辐射分析装置分析(特别是就其波长分析)由上述表面散射和/或反射的辐射。特别地，正是由于至少一个照射装置的照射而从该表面散射和/或反射的辐射。

特别优选地，辐射分析装置输出至少一个值，并且优选多个值，它们是冲击到辐射分析装置上的辐射的光谱性能的特征。

因此，在方法方面还提出对落到辐射分析装置上的辐射进行波长相关的分析。

在优选的方法中，前述辐射和/或照射装置以时间延迟激活。

在另外的优选的方法中，图像记录装置输出的测量值(特别是入射辐射强度的特征)以及辐射分析装置记录的数据都被考虑用于表面性能的评估。

在另外的优选的方法中，照射装置向上述表面辐照辐射并且辐射分析装置记录由照射装置辐照并由该表面反射的辐射。

在另外的优选的方法中，辐射分析装置使用光谱仪分析上述辐射或光。

优选地，辐射分析装置输出信号，该信号是辐照到上述表面上和/或由该表面发射的辐射的波长或波长分布的特征。特别地，这使得能够评估表面反射辐射的频谱，其对于对含有效果颜料的漆的评估是特别重要的。

优选地，也在波长范围内对由波长分析装置检测的波长相关分布进行积分，并且也用这种方式确定入射辐射的积分强度。特别地，对以反射角辐照的辐射也如此进行，即特别地，对由第二照射装置辐照的辐射进行。

在另外的优选的方法中，第三照射装置以第三角度照射表面。优选地，此第三角度不同于前述的第一角度和第二角度。优选地，也用辐射分析装置记录(至少部分地记录)源自第三照射装置并且被上述表面散射的辐射，并就波长(即特别是光谱地)进行分析。

在另外的优选的方法中，至少暂时地改变至少一个照射或辐照的辐射的颜色。

在另外的优选的方法中，辐射检测装置在待检测表面的数个位置上记录并分析辐照到该表面并由该表面反射的辐射。以这种方式，可记录来自上述表面数个区域的测量数据。

优选地，相互比较在该表面的数个点处记录的数据和/或值。以这种方式，优选地，可以在该表面的更大区域上确定并评估待检测表面的光泽特性(即，可以用辐射分析装置确定的特性)。

优选地，将记录的数据归属于相应的测量所进行的表面上的位置。

附图说明

附图中展示了另外的优势和实施方式：

图中：

图1展示了根据本发明的设备的示意图；

图2展示了说明了光束分析的图示；

图3展示了根据现有技术的设备的另一个图示；

图4展示了本发明的另一个图示。

具体实施方式

图1展示了根据本发明的设备1的示意图，其具有以第一照射角度a1照射待检查表面10或以此角度辐照光的第一照射装置2。传感器装置4记录了由照射的表面散射或反射的辐射，特别是被散射的辐射。

附图标记16指的是布置所描述部件的壳体。优选地，该壳体的内壁被设计用于吸收辐射。附图标记O指的是开口，通过该开口可以照射表面10和/或通过该开口可以观察该表面。

附图标记12指的以预设角度a2也向上述表面辐照辐射的第二照射装置。此处的预设角度是45°。附图标记14指的辐射分析装置，其记录由照射装置12辐照到上述表面上并由该表面反射的辐射，并就其波长进行分析。该辐射分析装置也用作传感器装置4。

附图标记6指的是另外的照射装置，其以非常平的角度照射上述表面。优选地，辐射分析装置14记录来自由照射装置6照射的表面的辐射(或记录已经由照射装置6辐照到表面并由该表面反射和/或散射，特别是散射的辐射)。由此提出以不同的角度照射表面10，并且在每种情况下用辐射分析装置记录由该表面反射和/或散射的辐射。

附图标记8指的是另外的照射装置，此处其也照射表面10。辐射分析装置14也记录由另外的照射装置辐照并由该表面反射和/或散射的辐射。

因此，在此处所示的实施方式中，从三个不同角度照射上述表面，并且辐射分析装置记录在每种情况下由该表面散射的辐射，并进行该辐射的光谱分析。

附图标记a1指的是第一入射或照射角度(相对于垂直方向)，第一照射装置2以此角度照射表面10。在这种情况下这个角度为30°。附图标记b1指的是第四入射角度，照射装置8以此角度照射表面10。此处是0°，因此该照射垂直于表面10。然而，该照射也可以不是0°而是以预设角度，该预设角度优选地小于20°，优选地小于10°(相对于垂直方向)。

附图标记a2指的是第二入射和/或照射角度，第二辐射装置12以此角度向表面10发射辐射。此处，该第二入射和/或照射角度为45°。附图标记b2指的是第二记录角度，辐射分析装置14和传感器装置相对表面10以此角度布置或以此角度记录被反射的辐射。在这种情况下，该角度相对表面10为-45°。

附图标记a3指的是第三入射和/或照射角度，第三照射装置6以此角度照射表面10。在这种情况下，其大约为-70°。可选地，也可以提供第四辐射装置，其以另外的入射和/或照射角度照射表面。

附图标记20示意性地指示了控制装置，其导致来自不同角度的表面照射以时间延迟的方式发生。此外，优选地，该设备具有存储装置(未示出)，辐射分析装置记录的数据存储在其中。

用于检测从表面10反射的辐射的传感器装置4也使用辐射分析装置，但是积分器装置(未示出)对记录的光谱在这些波长上再次积分，从而输出强度的积分值。

图2更详细地阐述了光泽测量过程。第二照射装置12优选以45°的角度(相对于垂直方向)向表面10辐照辐射并且辐射分析装置以反射角(此处为-45°)记录从该表面反射的辐射。优选地，照射装置发射标准光，特别是D65标准光。此外，照射装置优选地向上述表面上发射定向辐射。

传感器装置4记录了被反射的辐射。辐射分析装置14可以更精确地及分析冲击到其上的辐射，优选地就其波长分析，并且优选地可以输出波长范围在300nm至900nm之间，优选地在350nm至800nm之间，优选地在400nm至700nm之间的强度分布。然而，在这些波长上的强度积分值被输出为用于此测量的测量值。由于这种积分，这里也将辐射分析装置称为传感器装置4。

图3展示了根据申请人的内部现有技术的设备。此处再次可看到照射装置2、6和8，它们都向上述表面发射辐射，以及记录由该表面反射和/或散射的辐射的传感器装置4。

图4展示了根据本发明的设备1的示意图。这里也提供了照射装置12，其在此情况下以45°的角度照射上述表面。优选地，该照射装置为白光LED。优选地，将该照射装置布置在光阱13中。可以将用于准直的透镜装置(未示出)布置在该照射装置前面。优选地，将该照射装置12沿着辐射分析装置14或光谱仪的方向以镜面反射的角度定位。

因此，附图标记14指的是辐射分析装置，然而，其同时也用作传感器装置4。上述装置14具有光谱仪，其中附图标记15指的是色散元件。

这使得可以在许多波长上分析入射辐射。

此外，光谱分析装置还具有积分器装置17，其对光谱分析装置通过所有通道输出的信号进行积分。特别地，这种积分对通过由照射装置12发射并反射到辐射分析装置14上的辐射进行。

以这种方式，可以实现非常简单且低廉的光泽测量，其能够补充为了光泽测量的目的使用光谱分析装置进行的颜色测量，特别地，不会以任何方式干扰实际的颜色测量。可用的光谱解析的光泽值可以自由进行进一步的计算过程，即计算符合标准的(v-λ衡量的)光泽值或输出其他的颜色有关的(用户自定义的)光泽值。特别对于含底漆(可能含有效果颜料)和清漆的汽车漆，清漆的光泽水平对底漆的颜色测量的影响和底漆的颜色对清漆的光泽测量的影响可以从计量上脱关联。

此处可以看出，特别地，也可以将多个透镜22整合到上述设备中。这些透镜至少部分地被布置在辐射装置或照射装置2、6和8前面。

将辐射通道24布置在这些透镜22和辐射装置(仅指定一个)之间。

优选地，为了准直光束路径，在第二辐射和/或照射装置12和表面10之间(即在辐射和/或照射装置12和表面10之间的光束路径中)布置一个光圈。优选地，将第二照射装置布置在光束阱13中。附图标记34指的是另外的光圈。

申请人保留要求申请文件中披露的对发明至关重要的所有特征的权利，只要它们是单独或结合起来与现有技术相比是新颖的。申请人进一步指出，图也描述了可能本身是有利的特征。技术人员立刻认识到，图中描述的一些特征也可以是有利的，而无需从这个图中采用其他的特征。此外，技术人员还认识到，将单独的图或不同的图中展示的一些特征的结合也产生优势。

Claims (15)

1.一种用于检测涂漆表面的表面性能的设备(1)，具有：

第一照射装置(2)，以第一照射角度(a1)照射待检测表面(10)；

第二照射装置(12)，以第二照射角度(a2)照射所述表面(10)；

第一传感器装置(4)，以第一记录角度(b2)检测由所述第二照射装置(2)照射的所述表面反射和/或散射的辐射；

其中，所述设备(1)具有辐射分析装置(4)，所述辐射分析装置(4)就波长分析由所述表面散射和/或反射的辐射。

2.根据权利要求1所述的设备(1)，其中，所述辐射分析装置(14)包含光谱仪(14)。

3.根据前述权利要求中至少一项所述的设备(1)，其中，

所述辐射分析装置(14)被布置为使得所述辐射分析装置(14)记录由照射装置中的至少一个照射装置辐照到所述表面(10)上并由所述表面散射和/或反射的辐射。

4.根据前述权利要求中至少一项所述的设备(1)，其中，所述辐射分析装置也是所述传感器装置(4)的部件。

5.根据前述权利要求中至少一项所述的设备(1)，其中，所述设备(1)还具有积分器装置，所述积分器装置对由所述辐射分析装置输出的信号进行积分。

6.根据前述权利要求中至少一项所述的设备(1)，其中，所述设备(1)具有第三照射装置(6)，所述第三照射装置(6)相对于所述表面以第三照射角度(a3)布置。

7.根据前述权利要求中至少一项所述的设备(1)，其中，

至少一个照射角度在30°和60°之间，优选地在35°和55°之间，优选地在40°和50°之间，并且特别优选地为45°，和/或其中至少一个照射角度大于60°，优选地大于65°，优选地大于70°，优选地大于75°并且优选地大于80°。

8.根据前述权利要求中至少一项所述的设备(1)，其中，

所述辐射分析装置适用于并旨在就波长分析由所述第一照射装置和/或第三照射装置辐照到所述表面并由所述表面散射的辐射。

9.根据前述权利要求中至少一项所述的设备(1)，其中，

所述设备(1)具有第四照射装置(16)，所述第四照射装置(16)相对于所述表面以第四照射角度(a4)布置。

10.根据前述权利要求中至少一项所述的设备(1)，其中，

至少一个照射装置适用于并旨在向所述表面辐照不同波长的辐射。

11.用于检测涂漆表面的表面性能的方法，其中，第一照射装置(2)以第一照射角度(a1)照射待检测表面(10)，并且第二照射装置(12)以第二照射角度(a2)照射所述表面(10)，并且第一传感器装置(4)以第一记录角度记录从由所述第二照射装置(2)照射的所述表面反射和/或散射的辐射，并输出至少一个值，所述至少一个值是从所述表面到达所述传感器装置(4)的辐射的特征，

其中，辐射分析装置就波长分析由所述表面散射和/或反射的辐射。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，

由所述传感器装置确定的值和由所述辐射分析装置记录的数据都被考虑用于表面性能的评估。

13.根据权利要求11-12中至少一项所述的方法，其中，

照射装置(2,12)向所述表面辐照辐射，并且所述辐射分析装置记录由所述照射装置辐照并由所述表面反射的辐射。

14.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其中，所述辐射分析装置通过光谱仪分析所述辐射。

15.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其中，第三照射装置以第三角度照射所述表面。