DE10122917A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Eigenschaften von reflektierenden Körpern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Eigenschaften von reflektierenden und insbesondere heterogen reflektierenden Körpern mit wenigstens einer Beleuchtungseinrichtung, mit welcher Licht auf eine Meßfläche ausstrahlbar ist, wenigstens einer Detektoreinrichtung, mit welcher das von dieser Meßfläche reflektierte Licht erfaßbar ist, wobei die Detektoreinrichtung eine Vielzahl von lichtempfindlichen Sensoreinrichtungen umfaßt, und von im wesentlichen jeder dieser Sensoreinrichtungen jeweils ein Meßwert ausgebbar ist, welcher für das von der jeweiligen Sensoreinrichtung aufgenommene Licht charaketristisch ist. In einer Speichereinrichtung ist ein erster vorbestimmter Schwellwert vorgesehen. Eine Steuereinrichtung dient zur Steuerung des Meßablaufs und umfaßt eine Recheneinrichtung. Die Steuereinrichtung steuert den Meßvorgang, derart, daß ein Meßwert einer Sensoreinrichtung einem ersten Flächentyp zugeordnet wird, wenn er diesen ersten Schwellwert übersteigt. Die Steuereinrichtung ist derart gestaltet, daß wenigstens eine statistische Kenngröße bestimmbar ist, welche diesen ersten Flächentyp charakterisiert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der Eigenschaften von reflektierenden Körpern und insbesondere von heterogen reflektierenden Körpern. Die visuellen Eigenschaften eines Körpers bzw. einer Oberfläche sind bei zahlreichen Produkten ein wichtiges Merkmal für den Gesamteindruck des Produktes. Um ein hohe Reproduzierbarkeit bei der Fertigung oder Reparatur von Gegenständen zu erzielen, werden deshalb Messungen zur Qualitätskontrolle an Prototypen oder Produkten durchgeführt, bei denen eine oder mehrere Kenngrößen bestimmt werden.

Insbesondere, aber nicht nur, bei lackierten Oberflächen können sich die visuellen Eigenschaften in Abhängigkeit vom Blickwinkel bzw. Beleuchtungswinkel ändern. Derartige Oberflächen werden goniochromatisch genannt. Beispiele für solche Oberflächen sind Oberflächen mit Effekt-, Metallic- oder Perlglanzlacken, beschichtete Oberflächen mit Interferenzfarb­ oberflächen oder auch Kunststoffoberflächen oder sonstiger Körper mit eingelagerten transparenten oder reflektierenden Partikeln oder dergleichen.

Heterogen reflektierende Körper sind z. B. lackierte Oberflächen mit eingelagerten Metallpartikeln. Dabei sind die Oberflächen oft glatt und strukturlos.

Die Oberflächen können z. B. sogenannte FLOP-Effekte aufweisen, so daß eine Farb- oder Glanzänderung in Abhängigkeit vom Betrachtungswinkel beobachtbar ist. Solche Effekte können beispielsweise durch eingelagerte Aluminiumteilchen ausgelöst werden, die in der Oberfläche oder im Körper selbst eingebettet sind und als Materialeinschlüsse spiegelnd wirken.

Im Stand der Technik sind Meßgeräte bekannt geworden, bei denen eine Meßfläche unter einem Winkel ausgeleuchtet wird, und bei denen das von der Meßfläche reflektierte Licht in z. B. zwei festgelegten Winkelbereichen gemessen wird, um die Farbe der zu untersuchenden Oberfläche unter diesen zwei Beobachtungswinkeln zu bestimmen.

Weiterhin sind goniometrische Meßgeräte im Stand der Technik bekannt geworden, bei denen z. B. unter einem festen Winkel die Oberfläche ausgeleuchtet wird, und ein beweglicher Fotosensor über den gesamten Winkelbereich verfahren wird, um die Farbe der Oberfläche als Funktion des Beobachtungswinkels zu erhalten.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, so daß wenigstens eine Eigenschaft von heterogen reflektierenden Körpern bestimmt werden kann.

Ein weiterer Aspekt der Aufgabe ist es, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit der wenigstens eine statistische Eigenschaft des heterogen reflektierenden Körpers bestimmt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gelöst, wie sie in Anspruch 1 definiert ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist Gegenstand des Anspruchs 73.

Zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung der Eigenschaften von heterogen reflektierenden Körpern umfaßt wenigstens eine Beleuchtungseinrichtung, mit welcher Licht auf eine Meßfläche ausstrahlbar ist.

Wenigstens eine Detektoreinrichtung ist vorgesehen, mit welcher wenigstens ein Teil des von der Meßfläche reflektierten Lichts erfaßbar ist. Wenigstens eine dieser wenigstens einen Detektor­ einrichtung umfaßt eine Vielzahl von lichtempflindlichen Sensoreinrichtungen, wobei von im wesentlichen jeder dieser Sensoreinrichtungen jeweils ein Meßwert, vorzugsweise separat bestimmbar ist, welcher für das von der jeweiligen Sensoreinrichtung aufgenommene Licht charakteristisch ist.

Wenigstens eine Speichereinrichtung ist an der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung vorgesehen, in der wenigstens ein erster vorbestimmter Schwellwert vorgesehen ist. Vorzugsweise ist der Schwellwert fest, aber vom Benutzer veränderbar gespeichert.

Wenigstens eine Steuereinrichtung dient zur Steuerung des Meßablaufs und umfaßt wenigstens eine Recheneinrichtung, die vorzugsweise als handelsüblicher Mikroprozessor ausgeführt ist. Mit der Steuervorrichtung ist der Meßvorgang derart steuerbar, daß ein Meßwert einer Sensoreinrichtung einem ersten Flächentyp zugeordnet wird, wenn der Meßwert den ersten Schwellwert übersteigt. Die Steuereinrichtung ist derart gestaltet, daß wenigstens eine statistische Kenngröße bestimmbar ist, welche den ersten Flächentyp charakterisiert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat viele Vorteile.

Diese Vorteile werden im folgenden anhand von heterogen reflektierenden Körpern erläutert. Sie treffen in entsprechend angewandter Weise auch auf andere Körper und Oberflächen zu.

Bei der Messung von heterogen reflektierenden Körpern, bei denen z. B. Effektpigmente, Metall- oder Aluminiumpartikel oder dergleichen in der Oberfläche oder dem Körper selbst eingelagert sind, wird der optische Eindruck der Oberfläche wesentlich durch die Verteilung der Partikel, Pigmente oder dergleichen mitbestimmt.

Um einen solchen Körper bzw. eine solche Oberfläche zu beurteilen, ist die Bestimmung einer statistischen Verteilung eines ersten Flächentyps, der. z. B. die Pigmentreflexion charakterisieren kann, von Vorteil.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist ein zweiter vorbestimmter Schwellwert vorgesehen, wobei vorzugsweise ein Meßwert einem zweiten Flächentyp zugeordnet wird, wenn der Meßwert den zweiten Schwellwert unterschreitet. Es ist auch möglich, daß ein zweiter Flächentyp Meßwerten zugeordnet wird, die kleiner als der erste Schwellwert sind. Ebenso ist es möglich, den Meßwertbereich in wenigstens drei Teile aufzuteilen. Wenn ein zweiter vorbestimmter Schwellwert kleiner als der erste vorbestimmte Schwellwert ist, können sich drei Bereiche zur Klassifikation ergeben.

Die Klassifizierung der Oberfläche in wenigstens zwei Oberflächentypen ist vorteilhaft, da die statistischen Eigenschaften des Körpers bzw. der Oberfläche genauer bestimmbar sind.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Sensoreinrichtungen wenigtens einer Detektoreinrichtung in Reihen und/oder Spalten angeordnet. Bevorzugt ist dabei, daß die Sensoreinrichtungen einer Detektoreinrichtung auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet sind. Weiterhin ist es bevorzugt, daß wenigstens eine Detektoreinrichtung als CCD- Array (Charge-Coupled Device) ausgeführt ist oder eine oder mehrere Diodenzeilen umfaßt, was unter anderem den Vorteil bietet, daß eine sehr hohe Zahl von Sensoreinrichtungen vorgesehen sein kann.

Vorzugsweise ist wenigstens einem Teil der Sensoreinrichtungen wenigstens einer Detektoreinrichtung jeweils ein unterschied­ licher Meßort auf der Meßfläche zugeordnet. Besonders bevorzugt wird wenigstens ein Teil der Meßfläche auf die Sensorein­ richtungen wenigstens einer Detektoreinrichtung abgebildet.

Detektoreinrichtungen sind heute mit bis zu einigen Millionen Sensoreinrichtungen bekannt. Bei Verwendung von Detektoreinrichtungen mit einer Vielzahl von tausenden oder noch mehr Sensoreinrichtungen ist dann eine hohe Ortsauflösung über der Meßfläche möglich. Eine hoch ortsauflösende Bestimmung der Meß- und Kennwerte wird ermöglicht.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist wenigstens ein dritter Schwellwert und wenigstens ein dritter Flächentyp vorgesehen und eine Zuordnung der Meßwerte zu diesen Flächentypen ist vornehmbar.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist wenigstens eine statistische Kenngröße für den statistischen Anteil wenigstens eines Flächentyps an der Meßfläche bestimmbar. Dabei ist es möglich, daß der prozentuale Anteil eines oder mehrerer Flächentypen an der Meßfläche über der gesamten Meßfläche oder über Teilbereiche der Meßfläche getrennt bestimmbar ist.

So kann die statistische Kenngröße für eine örtliche Verteilung wenigstens eines Flächentyps oder einer Meßfläche ableitbar sein.

Dies ist vorteilhaft, da für den optischen Eindruck einer Meßfläche bzw. eines heterogen reflektierenden Körpers die örtliche Verteilung von Effektpigmenten, metallischen Partikeln wie Aluminiumeinschlüssen oder sogenannten Flakes von hoher Bedeutung ist.

Vorzugsweise ist aus den Meßwerten eine Vielzahl von Flächenbereichen ableitbar. Meßwerte benachbarter Sensoreinrichtungen mit dem gleichen Flächentyp werden demselben Flächenbereich zugeordnet. Durch die Vielzahl der abgeleiteten Flächenbereiche kann somit eine Verteilung für den entsprechenden Flächentyp bestimmt werden.

Aus den Flächenbereichen wenigstens einer oder aller Flächentypen wird dann vorzugsweise eine statistische Kenngröße für die Größenverteilung der Flächenbereiche des jeweiligen Flächentyps abgeleitet. Eine solche Bestimmung ist sehr vorteilhaft, da auch die Größenverteilung von z. B. hochreflektierenden Flächen Einfluß auf die visuellen Eigenschaften einer Oberfläche hat. Eine Kenngröße für die Größenverteilung erleichtert die Klassifizierung und Beurteilung einer derartigen Oberfläche.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird aus den Flächenbereichen (wenigstens) eines Flächentyps eine statistische Kenngröße für die örtliche Verteilung der Flächenbereiche dieses Flächentyps auf der Meßfläche abgeleitet.

Vorzugsweise ist eine Abbildungseigenschaft wenigstens einer Detektoreinrichtung veränderbar, so daß ein Ausschnitt der Meßfläche vergrößert darstellbar ist. Vorzugsweise ist dazu die Detektoreinrichtung zoombar. Es kann auch sein, daß z. B. eine Abbildungslinse gegenüber der Oberfläche verschiebbar angeordnet ist, so daß ein Abbildungsmaßstab änderbar ist.

Die Vergrößerung eines Ausschnitts der Meßfläche ist sehr vorteilhaft, da feinere Strukturen mit besserer Auflösung beobachtbar sind. Während in einem kleineren Abbildungsmaßstab größere Strukturen untersucht werden können, können in einem zweiten Schritt (oder auch noch mehr Schritten) dann mit vergrößertem Ausschnitt feinere Strukturen statistisch untersucht werden.

Die optischen Eigenschaften einer heterogen reflektierenden Oberfläche können sich erheblich mit dem Abbildungsmaßstab ändern. Man denke z. B. an Farbdrucke bzw. Farbplakate, bei denen die einzelnen Farben durch das Nebeneinandersetzen einer Vielzahl von Farbpunkten der Grundfarben entsteht.

Bei großem Abstand wird nur der integrale Eindruck von einem Beobachter festgestellt werden, während aus der Nähe die einzelnen Punkte wahrnehmbar sind. Bei großem Abstand ist bei Mischfarben der integrale Eindruck bestimmend, während bei geringem Beobachtungsabstand die jeweiligen Punkte für die Qualität bestimmend sind.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist wenigstens eine optische Kenngröße des zu untersuchenden Körpers bestimmbar, welche wenigstens eine optische Eigenschaft der Meßfläche charakterisiert. Diese optische Kenngröße kann eine der im Stand der Technik bekannte Kenngröße sein; insbesondere ist bevorzugt, daß der Glanz, die Farbe, Haze, Glanzschleier, die Abbildungsschärfe, Distinctness of Image (DoI) oder ein Maß für die Welligkeit der Oberfläche bzw. den Orange Peel bestimmbar ist. Besonders bevorzugt ist es, daß wenigstens zwei oder mehr unterschiedliche optische Kenngrößen der Meßfläche bestimmbar sind.

Ebenfalls ist es besonders bevorzugt, daß für wenigstens einen Flächentyp wenigstens eine optische Kenngröße getrennt bestimmbar ist, wobei es bevorzugt ist, daß die Bestimmung der optischen Kenngröße für einen bestimmten Flächentyp über die Flächenbereiche des entsprechenden Flächentyps erfolgt. Es kann auch eine integrale Bestimmung erfolgen.

Bevorzugt ist es auch, daß wenigstens eine optische Kenngröße für wenigstens einen Flächenbereich wenigstens eines Flächentyps getrennt erfolgt. Besonders bevorzugt ist es dann, daß für eine Vielzahl von Flächenbereichen eines Flächentyps eine optische Kenngröße bestimmbar ist, so daß auch eine statistische Verteilung der optischen Kenngröße über die Flächenbereiche eines Flächen ableitbar ist.

Vorzugsweise ist die Summe der Anzahl von Detektoreinrichtungen und der Anzahl der Beleuchtungseinrichtungen 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehr und die Anzahl der Detektoreinrichtungen 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder größer als 6. Vorzugsweise sind wenigstens 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehr Beleuchtungseinrichtungen vorgesehen.

Mit einer hohen Zahl von Beleuchtungs- und/oder Detektor­ einrichtungen ist eine hohe Auflösung möglich.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist wenigstens eine zweite Detektoreinrichtung und/oder wenigstens eine zweite Beleuchtungseinrichtung außerhalb einer ersten Meßebene angeordnet, wobei diese erste Meßebene durch eine erste Beleuchtungseinrichtung, eine erste Detektoreinrichtung und die Meßfläche verläuft. Bevorzugt ist es dann, daß die zweite Detektoreinrichtung und/oder die zweite Beleuchtungseinrichtung in einem vorbestimmten Azimutwinkel oder auch Flächenwinkel zu dieser ersten Meßebene angeordnet ist.

Dadurch, daß wenigstens eine Detektor- und/oder Beleuchtungseinrichtung außerhalb der ersten Meßebene angeordnet ist, wird eine dreidimensionale Erfassung der Meßfläche ermöglicht. Dies ist sehr vorteilhaft, da viele heterogene reflektierende Körper bzw. Oberflächen optische Eigenschaften aufweisen, die nicht nur in einer Ebene, sondern über dem Raumwinkel variieren. Die dreidimensionale Vermessung einer derartigen Oberfläche kann zur Beurteilung wichtig sein.

Vorzugsweise sind die Beleuchtungseinrichtungen und Detektoreinrichtungen jeweils unter einem vorbestimmten Höhenwinkel zur Meßfläche angeordnet, und zwar derart, daß eine dreidimensionale Vermessung der Oberfläche ermöglicht wird.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist wenigstens eine Meßeinrichtung vorgesehen, welche wenigstens eine Beleuchtungseinrichtung und wenigstens eine Detektoreinrichtung umfaßt.

Dann ist mit der Meßeinrichtung Strahlung auf die zu messende Oberfläche emittierbar und mit der gleichen Meßeinrichtung von der Oberfläche reflektierte Strahlung detektierbar. Die detektierte Strahlung kann dabei Strahlung sein, die in den gleichen Raumwinkel zurückreflektiert oder zurückgestreut wird, aus der die Strahlung kam. Es kann aber auch Strahlung sein, die von einer anderen Beleuchtungseinrichtung ausgestrahlt und an der Oberfläche (auch spiegelnd) reflektiert wurde.

Vorzugsweise strahlt die Beleuchtungseinrichtung der Meßein­ richtung Strahlung unter einem vorbestimmten Meßeinrichtungs­ winkel auf die Meßfläche und die Detektoreinrichtung nimmt unter demselben vorbestimmten Meßeinrichtungswinkel von der Meßfläche reflektierte Strahlung auf.

In einer bevorzugten Weiterbildung umfaßt die Meßeinrichtung wenigstens einen Strahlteiler.

Ein Strahlteiler der Meßeinrichtung kann dabei emittierte Strahlung der Beleuchtungseinrichtung in Richtung dieser Meßfläche transmittieren oder umlenken.

Vorteilhafterweise ist ein Strahlteiler derart angeordnet, daß von der Meßeinrichtung aufgenommene Strahlung dieser Meßfläche zu der Detektoreinrichtung der Meßeinrichtung geleitet oder transmittiert wird.

Besonders bevorzugt lenkt der gleiche Strahlteiler Licht der Beleuchtungseinrichtung auf die Meßfläche und lenkt aufgenommene Strahlung zu der Detektoreinrichtung.

In einer oder allen zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der Erfindung kann eine Detektoreinrichtung bzw. Referenzdetektor­ einrichtung vorgesehen sein, welche das emittierte Licht wenigstens einer Beleuchtungseinrichtung kontrolliert. Dadurch wird eine Leistungskontrolle der Beleuchtungseinrichtungen ermöglicht. Es kann auch eine spektrale Leistungskontrolle der emittierten Strahlung erfolgen. Möglich ist dazu der Einsatz einer Filterradeinrichtung, eines brechenden oder beugenden oder auch Gitterspektrometers sowie die Verwendung separater Farbfilter.

Vorzugsweise ist durch die Steuereinrichtung der Meßablauf derart steuerbar, daß wenigstens ein Teil der Beleuch­ tungseinrichtungen bei einem Meßvorgang im wesentlichen nacheinander angesteuert wird, so daß das von den einzelnen Beleuchtungseinrichtungen ausgestrahlte Licht von den Detektoreinrichtungen jeweils getrennt erfaßbar ist.

Eine solche Messung ist vorteilhaft, da sich die von unter­ schiedlichen Beleuchtungseinrichtungen ergebenden Reflexionen nicht überlagern, sondern für jede Beleuchtungseinrichtung die Meßsignale getrennt erfassen lassen.

Dies ist z. B. vorteilhaft, wenn - durch die spezielle Geometrie bedingt - die Signale einer Beleuchtungseinrichtung auf einer Sensoreinrichtung besonders stark sind. Dann kann für die Messung dieser Beleuchtungseinrichtung eine entsprechend geringe Verstärkung gewählt werden. Für die Messung des Signals anderer Beleuchtungseinrichtungen wird dann eine entsprechend höhere Verstärkung gewählt werden, so daß der Signal-/Rausch­ abstand bzw. die Auflösung insgesamt höher ist.

Vorzugsweise kann die Steuereinrichtung einen Meßvorgang auch derart steuern, daß wenigstens ein Teil der oder auch alle Beleuchtungseinrichtungen bei einem Meßvorgang im wesentlichen zeitgleich angesteuert werden. Dann ist das von den Beleuchtungseinrichtungen ausgestrahlte Licht von den Detektoreinrichtungen gleichzeitig erfaßbar.

Möglich ist es auch, daß die eine oder andere Beleuchtungs­ einrichtung zeitversetzt angesteuert wird, während, je nach Meßbedingung, eine gewisse Anzahl von Beleuchtungseinrichtungen zeitgleich angesteuert wird.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist ein Aufsetzwinkel der Vorrichtung auf dieser Meßfläche veränderbar. Durch unterschiedliche Aufsetzwinkel auf die Oberfläche können ebenfalls zwei- oder dreidimensionale Oberflächenmessungen durchgeführt werden, selbst wenn alle Beleuchtungseinrichtungen und Detektoreinrichtungen im wesentlichen in einer Ebene angeordnet sind.

Eine solche dreidimensionale Vermessung ist nämlich dann möglich, wenn die Vorrichtung in einer Ebene senkrecht zur Meßebene verkippt wird. Der Aufsetzwinkel kann dabei kontinuierlich oder auch in vorbestimmten Schritten veränderbar sein. Die Veränderung des Aufsetzwinkels kann automatisch oder per Hand erfolgen, wobei vorzugsweise der Aufsetzwinkel (automatisch) erfaßbar ist.

Möglich ist es auch, daß z. B. die Vorrichtung von Hand auf den zu messenden Körper aufgesetzt wird und dann ein Winkelbereich von Hand abgefahren wird.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist wenigstens für zwei oder mehr unterschiedliche Meßgeometrien jeweils wenigstens eine Kenngröße bestimmbar. Eine Meßgeometrie ist dabei charakte­ ristisch für den jeweiligen Beleuchtungs- und den jeweiligen Meßwinkel. Eine Meßgeometrie kann daher einerseits durch unterschiedliche Beleuchtungswinkel und andererseits durch unterschiedliche Detektorwinkel erzeugt werden. Es ist möglich, daß eine oder mehrere optische oder statistische Kenngrößen für die unterschiedlichen Meßgeometrien bestimmbar sind.

Dabei ist es bevorzugt, daß für wenigstens 2, 3 oder mehr Meßgeometrien jeweils wenigstens eine statistische Kenngröße ableitbar ist. Dies kann z. B. die statistische Verteilung des ersten Flächentyps über unterschiedliche Meßgeometrien sein. Insbesondere ist es bevorzugt, daß für eine Vielzahl von Meßgeometrien eine statistische Verteilung wenigstens einer statistischen oder optischen Kenngröße wenigstens eines Flächentyps ableitbar ist.

Eine solche Bestimmung ist besonders vorteilhaft, da z. B. die Zahl der Flakes, Effektpigmente oder reflektierenden Partikel in der Oberfläche des Körpers über den Ausleuchtungs- oder auch den Detektionswinkel erfaßbar ist.

Eine solche Analyse ist in vielen Fällen sehr vorteilhaft, da die Anordnung von Effektpigmenten und dergleichen in der Oberfläche eines Körpers oder in einem Lack von hoher Bedeutung für den Farbeindruck ist.

Einerseits gibt es Körper, bei denen Metallpartikel oder ähnliches als Materialeinschlüsse vorliegen, die als Spiegel wirken. Die Verteilung der Spiegel über den Winkel relativ zur Oberfläche kann dabei auf einen engen Winkelbereich begrenzt oder sogar komplett zufällig verteilt sein.

In beiden Fällen ist eine Analyse der statistischen Verteilung sehr wünschenswert, um einerseits die Qualität des Körpers bzw. der Oberfläche zu beurteilen und andererseits Rückschlüsse auf den Produktionsprozeß zu gewinnen.

Vorzugsweise sind 2, 3 oder mehr Beleuchtungseinrichtungen und/oder 2, 3 oder mehr Detektoreinrichtungen vorgesehen, die im wesentlichen in einer Ebene senkrecht zur Meßfläche angeordnet sind.

Vorzugsweise sind 2, 3 oder mehr Beleuchtungseinrichtungen und/oder 2, 3 oder mehr Detektoreinrichtungen vorgesehen, welche vorzugsweise in unterschiedlichen Winkeln zur Meßfläche angeordnet sind. Derartige Anordnungen ermöglichen eine zwei- oder auch dreidimensionale Vermessung des zu untersuchenden Körpers bzw. der Meßfläche.

Vorzugsweise werden unterschiedliche (Flächen-) Winkel der Beleuchtungs-/Detektoreinrichtungen in einer Ebene parallel zur Meßfläche realisiert. Einige Beleuchtungs-/Detektoreinrich­ tungen können dabei unter unterschiedlichen Winkeln in einer Ebene parallel zur Meßfläche angeordnet sein. Die verschiedenen Beleuchtungs-/Detektoreinrichtungen können auch derart angeordnet sein, daß in einer Projektion der jeweiligen Strahlen auf eine Ebene parallel zur Meßfläche unterschiedliche Winkel vorliegen. Durch solche vorstehend genannten Anordnun­ gen, bei denen Detektor- und Beleuchtungseinrichtungen drei­ dimensional angeordnet sind, können verbesserte Messergebnisse erzielt werden.

Besonders bevorzugt ist auch, daß wenigstens eine dieser Detektoreinrichtungen als Farb-LCD-Chip oder dergleichen ausgeführt ist, um so eine direkte Farbmessung oder wenigstens eine Farbeinschätzung zu ermöglichen.

Es ist aber auch möglich, daß wenigstens eine Detektoreinrich­ tung drei CCD-Chips oder dergleichen umfaßt. Strahlteiler in der Detektoreinrichtung können den einfallenden Strahl auf die einzelnen CCD-Chips aufteilen. Vor den einzelnen Meßchips sind unterschiedliche Farbfilter vorgesehen, so daß eine Messung der Farbe des in die Detektoreinrichtung fallenden Lichtes ermöglicht wird.

In einer bevorzugten Weiterbildung einer oder mehrerer Weiter­ bildungen ist vorzugsweise wenigstens eine Blendeneinrichtung im Strahlengang zwischen wenigstens einer Beleuchtungseinrich­ tung und wenigstens einer Detektoreinrichtung angeordnet. Dabei kann wenigstens eine Blendeneinrichtung zwischen der Beleuchtungseinrichtung und der Meßfläche und/oder zwischen der Meßfläche und der Detektoreinrichtung angeordnet sein.

Ebenso ist es möglich, daß zwischen Beleuchtungseinrichtung und Meßfläche eine erste Blendeneinrichtung und zwischen Meßfläche und Detektoreinrichtung wenigstens eine zweite Blendenein­ richtung vorgesehen ist.

Besonders bevorzugt ist zwischen im wesentlichen jeder Strahlungsquelle und der Meßfläche jeweils wenigstens eine Blende angeordnet.

Besonders bevorzugt ist, daß wenigstens eine Blendeneinrichtung eine veränderbare und vorzugsweise steuerbare Blendenöffnung aufweist.

Die veränderbare Blendeneinrichtung kann eine steuerbare Blendenöffnung mit punkt-, spalten-, zeilenförmigem und/oder abgerundetem Querschnitt oder dergleichen aufweisen. Besonders bevorzugt ist wenigstens eine linienartige Steuerung der Blendenöffnung möglich. Dabei ist auch ein mechanisch bewegter Schlitz möglich.

Besonders bevorzugt ist, daß wenigstens eine steuerbare Blendeneinrichtung als elektrisch steuerbare Blendeneinrichtung und, besonders bevorzugt, als LCD-Blendeneinrichtung oder dergleichen ausgeführt ist. Besonders bevorzugt ist die Blendeneinrichtung in Transmission wirksam, und es können einzelne Bereiche der Blendeneinrichtung gezielt in ihrer Transmissionseigenschaft gesteuert bzw. abgeschaltet werden.

Eine steuerbare Blendeneinrichtung, insbesondere im Strahlen­ gang zwischen Beleuchtungseinrichtung und Meßfläche, ist sehr vorteilhaft. Dann ist der Beleuchtungswinkel der Meßfläche in sehr kleinen Winkelschritten besonders genau steuerbar.

Wird die Oberfläche nur in einem kleinen Winkelintervall beleuchtet, so spiegeln eingeschlossene Metallpartikel nur in einem entsprechenden Winkelintervall Licht auf eine Detektoreinrichtung. Über eine feine Variation des Einfallswinkels im Bereich < 1°, 2,5° oder 5° kann eine hohe Auflösung der Metallpartikel über dem Einfallswinkel erzielt werden. Das ist insbesondere bei der Beurteilung von Körpern mit eingeschlossenen (Metall-)Partikeln wichtig, deren Ausrichtung nahezu gleich sein soll.

Werden andererseits Oberflächen mit zufällig verteilten Einschlüssen vermessen, ist ein hoher Winkelmeßbereich von Vorteil.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung einer oder aller zuvor beschriebenen Weiterbildungen umfaßt wenigstens eine Beleuchtungseinrichtung wenigstens eine Strahlungsquelle, welche als eine der im Stand der Technik bekannten Strahlungsquellen ausgeführt ist. Dies kann z. B. ein herkömmlicher thermischer Strahler wie eine Glüh-, Halogen-, Kryptonstrahlungsquelle oder eine Halbleiter- oder Laserlichtquelle oder dergleichen sein. Auch Gasdrucklampen und dergleichen können vorgesehen sein.

In allen Weiterbildungen ist es bevorzugt, daß im Strahlengang zwischen wenigstens einer Strahlungsquelle und der Meßfläche wenigstens eine Linseneinrichtung vorgesehen ist, um die Divergenz bzw. Konvergenz des ausstrahlbaren Lichts zu beeinflussen.

Bei der Messung kann die Oberfläche auf den Sensor bzw. die Detektoreinrichtung abgebildet werden. Es ist auch möglich, daß die Strahlungsquellen auf eine Blendeneinrichtung oder die Detektoreinrichtung(en) abgebildet werden.

Zur Messung kann die emittierte Strahlung auch auf die Meßfläche oder die Detektoreinrichtung fokussiert werden.

Bevorzugt ist wenigstens eine Linseneinrichtung oder ein Teil der Linseneinrichtungen verschiebbar angeordnet, um die Divergenz/Konvergenz emittierter Strahlung zu variieren. In einem einfachen Fall ist eine Linse dabei entlang der optischen Achse verschiebbar.

Besonders vorteilhaft ist auch eine steuerbare Linsenstellung, um eine gewünschte Divergenz oder Konvergenz einzustellen oder um paralleles Licht auszustrahlen, wobei die Steuerung auch automatisch erfolgen kann, um z. B. mit unterschiedlichen Fokussierungen getrennte Messungen durchzuführen.

Besonders bevorzugt ist für im wesentlichen jede Beleuchtungseinrichtung jeweils wenigstens eine Blendeneinrichtung und wenigstens eine Linseneinrichtung vorgesehen.

Besonders bevorzugt ist von wenigstens einer Beleuchtungsein­ richtung die Frequenz des ausgestrahlten Lichtes steuerbar, und zwar derart, daß vorzugsweise die Farbe des ausgestrahlten Lichtes gezielt veränderbar ist. Dies kann z. B. durch einen durchstimmbaren Laser verwirklicht sein. Ebenso ist es möglich, daß eine thermische Strahlungsquelle entsprechend ihrer Strom-/­ Spannungskennlinie gezielt gesteuert wird, um die Farbtemperatur der emittierten Strahlung zu variieren.

Eine gezielte Steuerung der Frequenz des ausgestrahlten Lichts ist sehr vorteilhaft, da dann bei der Aufnahme der Meßwerte die entsprechende Frequenz, Wellenlänge bzw. Farbe des Lichtes berücksichtigt werden kann, so daß eine Farbmessung ermöglicht wird.

Vorzugsweise ist im Strahlengang zwischen wenigstens einer Beleuchtungseinrichtung und wenigstens einer Detektorein­ richtung wenigstens eine Filtereinrichtung angeordnet, die die spektrale Charakteristik einfallenden Lichtes entsprechend der Filtercharakteristik verändert.

Vorzugsweise ist die spektrale Charakteristik der Filterein­ richtung veränderbar und, besonders bevorzugt, gezielt steuer­ bar.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfaßt wenigstens eine Filtereinrichtung eine Filterradeinrichtung, die vorzugsweise drehbar gelagert ist. Die Filterradeinrichtung weist vorzugsweise über den Umfang bzw. über die Fläche des Filterrades unterschiedliche spektrale Charakteristiken auf.

Bei der Transmission von Strahlung an einer ortsfesten Stelle ändert sich bei Drehung des Filterrades die Transmissions­ charakteristik.

Besonders bevorzugt ist es, daß das Filterrad über den Umfang in eine Vielzahl von drei oder mehr unterschiedlichen Filterbereichen aufgeteilt ist, die jeweils eine unterschiedliche Filtercharakteristik bzw. Farbe aufweisen. Bevorzugt sind wenigstens 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder mehr unterschiedliche Filtersegmente vorhanden.

Die Filtercharakteristik kann sich auch kontinuierlich über dem Umfangswinkel von 0 bis 360 Grad ändern. Fest definierte Winkelsegmente bieten den Vorteil, daß an jeder Stelle des Filters klar definierte Filtereigenschaften vorliegen, während bei einer kontinuierlichen Filteränderung die Filtereigenschaft vom Umfangswinkel abhängt.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfaßt wenigstens eine Detektoreinrichtung spektral unterschiedlich empfindliche Sensoreinrichtungen, wobei hier besonders bevorzugt wenigstens drei spektral unterschiedlich empfindliche Sensoreinrichtungen vorgesehen sind. Dann ist es bevorzugt, daß die drei spektral unterschiedlich empfindlichen Sensoreinrich­ tungen Licht im wesentlichen gleicher Meßorte der Meßfläche erfassen, so daß auch bei relativ inhomogenen Oberflächen die Farbe einzelner Punkte der Oberfläche erfaßbar ist.

In der Druckindustrie werden oft Poster, Plakate bzw. Farbdrucke im allgemeinen nur mit einer bestimmten Anzahl von Grundfarben gedruckt. Mischfarben werden durch Druck von mehreren Farbpunkte unterschiedlicher Grundfarben nebeneinander oder auch übereinander hergestellt.

Beim Mischen von Farben durch den Druck von Farbpunkten nebeneinander entsteht der gewünschte Farbeindruck bei einem Beobachter erst mit einem genügenden Abstand. Bei geringem Beobachtungsabstand nimmt ein Beobachter (noch) die einzelnen Farbpunkte wahr, die bei einem genügend großen Abstand zu einer Farbfläche mit einer Mischfarbe verschmelzen. Der dafür erforderliche Abstand hängt von der Größe der einzelnen Farbpunkte ab.

Zur Qualitätskontrolle ist es in der Druckindustrie üblich geworden, ein Muster aus Farbpunkten der Grundfarben oder auch bestimmter Mischfarben auf spezielle Bereiche von Testdrucken oder auf vorbestimmte Flächen bzw. Stellen beim Seriendruck zu drucken.

Die Farbpunkte sind dabei in einem vorbestimmten Muster zueinander angeordnet. Durch Messung der Farben der einzelnen Druckpunkte bzw. Druckflächen oder auch der Farbverteilung über dem Testmuster kann bestimmt werden, ob die Druckmaschine richtig eingestellt ist bzw. ob der Druck mit den richtigen Farben oder auf dem passenden bzw. vorgesehenen Substrat abläuft, denn die resultierende Farbe hängt neben den Druckfarben auch vom Grundmaterial und dergleichen ab.

Dann kann beim Seriendruck nach einer vorbestimmten Anzahl von Druckbögen, in bestimmten Zeitabständen oder nach vorgegebenen Druckflächen ein Druckbogen zur Qualitätsbestimmung und -kontrolle vermessen werden. Dabei genügt es dann, das mitgedruckte Testmuster auf seine Farbbeschaffenheit zu überprüfen.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine solche Messung sehr einfach. Die Farbe der einzelnen Druckpunkte kann schnell und zuverlässig bestimmt werden.

Der erste Schwellwert oder auch alle Schwellwerte können in einer Weiterbildung der Erfindung oder in allen Weiterbildungen der Erfindung farbsensitiv vorgegeben sein, so daß ein Schwellwert (in der Art eines Vektors) beispielsweise 3 Komponenten für Rot, Grün und Blau umfaßt. Oder es können unterschiedliche Schwellwerte für unterschiedlichen Farben oder Wellenlängenbereiche vorgesehen sein.

Eine solche Farbmessung kann insbesondere in einer mit einer Filterradeinrichtung versehenen Weiterbildung besonders zuverlässig erfolgen.

Zur Messung kann ein Abbild des zu messenden Testmusters in der Speichereinrichtung abgelegt sein. Durch Mustervergleich kann der entsprechende Bereich der Sensoreinrichtungen auf der Detektoreinrichtung bestimmt werden. Dann ist eine besonders einfache Auswertung möglich, da dazu nur für jeden Farbpunkt der Testfläche die bestimmte gemessene Istfarbe mit der zugehörigen Sollfarbe verglichen werden muß.

Bei Überschreitung einzelner absoluter oder relativer Farbab­ weichungen und/oder der Summe der Farbabweichungen kann ein Kennwert, Warnsignal, Hinweis oder dgl. ausgegeben werden.

Bei einer Anzahl unterschiedlich farbiger Meßpunkte kann jede unterschiedliche Farbe einen Oberflächentyp charakterisieren. Für einen, mehrere oder alle Oberflächentypen kann dann (jeweils) eine statistische Kenngröße ermittelt werden, die den jeweiligen Oberflächentyp charakterisiert.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Vorrichtung relativ zur Meßfläche verschiebbar, und es ist wenigstens eine Wegstreckenmeßeinrichtung vorgesehen, welche diese relative Verschiebung quantitativ erfaßt. Dabei ist es möglich, daß die Wegstreckenmeßeinrichtung elektrisch, mechanisch oder optisch vorgesehen ist.

Vorzugsweise umfaßt die Wegstreckenmeßeinrichtung wenigstens ein Meßrad, welches während der Messung auf der zu messenden Oberfläche aufgesetzt ist und sich während des relativen Verschiebung von Meßfläche zu Meßvorrichtung dreht.

Vorzugsweise umfaßt die Wegstreckenmeßeinrichtung wenigstens einen Drehwinkelgeber, der ein elektrisches Signal ausgibt, welches für die relative Verschiebung repräsentativ ist.

Die Erfassung der relativen Verschiebung der Vorrichtung auf der zu messenden Oberfläche hat viele Vorteile. Durch die Erfassung der relativen Verschiebung ist es möglich, auf der Oberfläche in vorbestimmten oder frei wählbaren Abständen Messungen zu wiederholen.

Möglich ist auch eine Vermessung eines Großteils oder auch der gesamten Oberfläche, so daß sich die Meßflächen unterschiedlicher Meßvorgänge genau aneinander anschließen. Möglich ist z. B. dabei, daß nach Erreichen einer gewissen Verschiebung das Gerät einen Signalton ausgibt und der Benutzer einen weiteren Meßvorgang durchführen kann, oder daß das Gerät automatisch nach einer gewissen Relativverschiebung eine weitere Messung durchführt.

Mit der Vermessung über einen größeren Bereich der zu messenden Oberfläche können insbesondere statistische Eigenschaften über der zu messenden Oberfläche besser bestimmt werden. Oft ist es durch eine großflächige Vermessung möglich, eine Wolkigkeit in einer lackierten Oberfläche zu detektieren, die beim Lackieren durch ein zu langes Verweilen der Spritzdüsen auf einer Stelle hervorgerufen wird.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist eine Gestelleinrichtung vorgesehen, an der die Wegstreckenmeß­ einrichtung angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist diese Gestelleinrichtung separat vorgesehen und kann die Meßvorrichtung mit Beleuchtungs- und Detektoreinrichtungen aufnehmen. Werden hingegen nur Einzelmessungen durchgeführt, kann die Gestelleinrichtung separat von der sonstigen Vorrichtung aufbewahrt werden.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann die Meßfläche auf den zu messenden Körper durch Veränderung des Systemwinkels gewählt werden, wobei es auch möglich ist, daß durch eine Variierung des Beobachtungswinkels z. B. die Meßfläche auf dem zu messenden Körper variierbar ist.

Ebenso ist es möglich, daß eine Roboterarmeinrichtung vorgesehen ist, welcher die optische Meßvorrichtung automatisch zu- und vorzugsweise entlang einer Meßfläche führt. Dann kann eine automatische Vermessung gesamter Bauteile erfolgen.

Vorzugsweise werden bei einer Relativverschiebung nacheinander erfolgende Messungen bzw. die ausgewerteten optischen und/oder statistischen Kenngrößen ortsabhängig gespeichert, so daß eine Auswertung der Messungen oder der ausgewerteten Kenngrößen ortsabhängig erfolgen kann.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung einer oder mehrerer der zuvor beschriebenen Weiterbildungen ist wenigstens eine Detektoreinrichtung und wenigstens eine Beleuchtungsein­ richtung derart angeordnet, daß wenigstens eine optische Transmissionseigenschaft der Meßfläche bestimmbar ist. Die optischen Transmissionseigenschaften derartiger Meßflächen sind ebenfalls wichtig für den optischen Eindruck vieler heterogen reflektierender Oberflächen und Körper.

Es ist möglich, daß eine separate Beleuchtungseinrichtung vorgesehen ist, die auf die andere Seite einer zu messenden Probe bewegt werden kann. Ebenso ist es möglich, daß in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Einschubmöglichkeit, ein Schlitz oder dergleichen vorgesehen ist, so daß eine Probe in das erfindungsgemäße Meßgerät bringbar ist bzw. hinein- oder hindurchragt, um wenigstens eine optische Transmissions­ eigenschaft der Meßfläche zu bestimmen.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist eine Spektralfiltereinrichtung an wenigstens einer Beleuchtungseinrichtung vorgesehen, welche das von der Beleuchtungseinrichtung ausgestrahlte Spektrum einer vorbestimmten Spektralverteilung annähert, wie sie z. B. eine Normlichtart aufweist.

Ebenso ist es möglich, daß eine derartige Spektralfilter­ einrichtung im Strahlengang vor der Detektoreinrichtung angeordnet ist, um bei der ideal reflektierenden Oberfläche mit der entsprechenden Beleuchtungseinrichtung wieder das gewünschte Spektrum zu erhalten.

Besonders bevorzugt ist es auch, daß wenigstens eine Detektor­ einrichtung wenigstens ein Spektrometer bzw. Spektraleinrich­ tung umfaßt, so daß eine spektrale Charakteristik und insbe­ sondere ein Spektrum des aufgenommenen Lichtes erfaßbar ist.

Bevorzugt ist in einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Vielzahl von Halteeinrichtungen vorgesehen, die jeweils zur Aufnahme von Meß- oder Beleuchtungseinrich­ tungen dienen können, während tatsächlich nur eine kleinere Anzahl von Meß- oder Beleuchtungseinrichtungen angeordnet ist. Eine größere Anzahl an Halteeinrichtungen gegenüber der Summe aus Beleuchtungs- und Meßeinrichtungen ist vorteilhaft, da es einfach ermöglicht wird, die Position einer Meßeinrichtung von einer ersten Halteeinrichtung zu einer zweiten Halteein­ richtung, an der zuvor keine Meß- oder Beleuchtungseinrichtung angeordnet war, zu verändern.

Mit einer solchen Vorrichtung können die einzelnen Positionen der Meß-/Beleuchtungseinrichtungen im wesentlichen jederzeit verändert werden, so daß es ermöglicht wird, die Vorrichtung an veränderte Meßbedingungen anzupassen. Bevorzugt ist es, daß der Winkelabstand der Halteeinrichtungen 2, 2,5, 3, 4, 5, 6, 10, 15, 20 oder 30 Grad beträgt. Der Winkelabstand kann auch noch kleiner oder größer sein. Die Meß-/Beleuchtungseinrichtungen können auch dreidimensional über z. B. eine Halbkugel, einem Kubus oder dergleichen verteilt angeordnet sein.

Bevorzugt ist es, daß eine Beleuchtungseinrichtung und eine Detektoreinrichtung unter derartigen Winkeln zur Oberfläche ausgerichtet sind, daß die Detektoreinrichtung das direkt von der Oberfläche reflektierte Licht der entsprechenden Beleuchtungseinrichtungen aufnimmt.

Bevorzugt ist weiterhin, daß wenigstens eine Beleuchtungseinrichtung und/oder Detektoreinrichtung unter einem solchen Winkel zur Oberfläche ausgerichtet ist, daß die Detektoreinrichtung das direkt reflektierte Licht nicht aufnimmt.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist wenigstens eine Halteeinrichtung derart gestaltet, daß diese zur Aufnahme einer optischen Einrichtung geeignet ist, wobei die optische Einrichtung als Detektor-, Beleuchtungs-, Meßeinrichtung oder dergleichen ausgeführt sein kann.

Wenn eine beliebige optische Einrichtung gehalten bzw. aufgenommen werden kann bieten sich vielfache Erweiterungs- und Anpassungsmöglichkeiten der Erfindung.

Vorzugsweise ist in wenigstens einer Meßebene eine Vielzahl solcher Halteeinrichtungen vorgesehen, welche jeweils den gleichen Winkelabstand zueinander aufweisen.

Der Winkelabstand kann zwischen 0 und 45 Grad betragen, ist aber vorzugsweise zwischen 1 und 5 Grad.

Zur mehrdimensionalen Vermessung ist es in einer Weiterbildung vorgesehen, daß in wenigstens einer zweiten Meßebene eine zweite Vielzahl von Halteeinrichtungen vorgesehen ist.

Die Strahlungsquelle wenigstens einer Beleuchtungseinrichtung der Vorrichtung weist vorzugsweise ein ausgestrahltes Spektrum auf, daß im wesentlichen wenigstens den gesamten sichtbaren Bereich des Spektrums abdeckt. Bevorzugt ist der Einsatz von Leuchtdioden, wobei besonders bevorzugt wenigstens eine Weißlicht-Leuchtdiode in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzt wird. Es können auch andere Lichtquellen eingesetzt werden.

Es können auch mehrere unterschiedlich farbige Leuchtdioden Verwendung finden, die gleichzeitig Licht ausstrahlen und deren Strahlungen überlagert werden. Mehrere einfarbige Leuchtdioden können auch nacheinander betrieben werden, um eine Farbmessung durchzuführen.

Bei allen beschriebenen Weiterbildungen kann wenigstens eine Kontrollmeßeinrichtung vorgesehen sein, die ein Maß für das von der Beleuchtungseinrichtung ausgestrahlte Licht bestimmt.

Außerdem kann auch eine Temperaturmeßeinrichtung vorgesehen sein, die die Temperatur der Beleuchtungs- und/oder Detektoreinrichtung bei der Messung bestimmt. Durch diese Maßnahmen kann die Reproduzierbarkeit der Messung erhöht werden, da Schwankungen in der Lichtintensität und/oder Temperatur der Einrichtungen berücksichtigt werden können.

Das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zur Bestimmung der Eigenschaften von heterogen reflektierenden Körpern wird unter Benutzung einer Vorrichtung durchgeführt, welche wenigstens eine Beleuchtungseinrichtung und eine Detektoreinrichtung umfaßt. Die Beleuchtungseinrichtung dient dazu, Licht auf die Meßfläche auszustrahlen und die Detektoreinrichtung wird verwendet, um wenigstens einen Teil des von der Meßfläche reflektierten Lichtes zu erfassen.

Wenigstens eine Detektoreinrichtung umfaßt eine Vielzahl von lichtempfindlichen Sensoreinrichtungen, wobei im wesentlichen jede dieser Sensoreinrichtungen jeweils einen Meßwert ausgibt, der für das von der jeweiligen Sensoreinrichtung aufgenommene Licht charakteristisch ist.

Wenigstens eine Speichereinrichtung ist in der Vorrichtung vorgesehen und wenigstens ein vorbestimmter Schwellwert ist in der Speichereinrichtung gespeichert.

Wenigstens eine Steuereinrichtung mit wenigstens einer Recheneinrichtung dient zum Steuern des Meßablaufes.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der folgenden Verfahrensschritte durchgeführt, wobei die Reihenfolge der Verfahrensschritte nicht in der genannten Reihenfolge ablaufen muß, sondern auch in einer beliebigen anderen Reihenfolge erfolgen kann, sofern dies sinnvoll ist.

Das Verfahren umfaßt wenigstens die folgenden Schritte:

• a) Ansteuern von wenigstens einer Beleuchtungseinrichtung, um die Meßfläche zu beleuchten.
• b) Ansteuern wenigstens einer Detektoreinrichtung bzw. der Sensoreinrichtungen wenigstens einer der Detektor­ einrichtungen, um die Meßsignale der Sensoreinrichtungen wenigstens einer Detektoreinrichtung zu erfassen und in Meßwerte umzuwandeln.
• c) Speichern wenigstens eines Teils der aufgenommenen Meßwerte in der Speichereinrichtung.
• d) Vergleichen der Größe jedes Meßwerts mit dem in der Speichereinrichtung abgelegten ersten Schwellwert, um dem jeweiligen Meßwert einem ersten Oberflächentyp zuzuordnen, wenn der Meßwert größer als der erste Schwellwert ist.
• e) Ausgabe einer statistischen Kenngröße, welche diesen ersten Flächentyp charakterisiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat viele Vorteile.

Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist wenigstens ein zweiter Schwellwert vorgesehen, wobei Meßwerte kleiner als der zweite Schwellwert einem zweiten Oberflächentyp zugeordnet werden. Ebenso kann ein dritter Oberflächentyp zugeordnet werden.

In einer Weiterbildung wird die Anzahl der Meßwerte, die dem ersten Oberflächentyp entsprechen, bestimmt und im Vergleich zur Anzahl des Meßwerte insgesamt gesetzt.

Vorzugsweise charakterisiert die Kenngröße eine statistische Verteilung des ersten Flächentyps.

Gemäß einer Weiterbildung wird das Verfahren mit einer Vorrichtung durchgeführt, bei der wenigstens eine Detektoreinrichtung im wesentlichen ein Abbild der Meßfläche erfaßt, so daß es ermöglicht wird, wenigstens eine statistische Kenngröße der statistischen Ortsverteilung des ersten Oberflächentyps auf der Meßfläche zu bestimmen.

Eine derartige statistische Kenngröße könnte z. B. in der Ausgabe eines Wertes zwischen 0 und 1 liegen, wobei dann der Wert 0 einer besonders homogen verteilten Ortsverteilung zukommen könnte, während der Wert 1 für eine hohe Lokalisierung sprechen könnte.

Es ist allerdings auch möglich, daß ein hoher Wert die Kenngröße einer homogenen Verteilung beschreibt. Eine solche statistische Auswertung ist vorteilhaft, da die makroskopische Homogenität der Oberfläche für den visuellen Eindruck wichtig ist.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden für wenigstens einen oder alle Oberflächentypen Flächenbereiche abgeleitet. Die Ausdehnung jedes einzelnen Flächenbereichs wird dadurch bestimmt, daß die Meßwerte benachbarter Sensorein­ richtungen des gleichen Oberflächentyps bestimmt werden. Ein einzelner Flächenbereich beschreibt deshalb direkt eine zusammenhängende Fläche mit gleichem Oberflächentyp auf der Detektoreinrichtung. Durch die abbildenden Eigenschaften der Detektoreinrichtung bedingt, kann jedem Flächenbereich ein definierter Bereich der zu messenden Oberfläche zugeordnet werden.

Vorzugsweise werden die Größe und Lage der einzelnen Flächen­ bereiche in der Speichereinrichtung abgelegt. Dann ist es bevorzugt, daß für im wesentlichen jeden der Flächenbereiche die jeweilige Größe bestimmt wird. Die Größenbestimmung kann dabei durch einfaches Zählen der relevanten Sensoreinrichtungen erfolgen. Es können auch weitere statistische Kenngrößen abgeleitet werden, die charakteristisch für eine statistische Größenverteilung der Flächenbereiche wenigstens eines Oberflächentyps sind. Eine weitere Möglichkeit ist die Bestimmung der Zahl der Partikel oder dergleichen pro Oberflächeneinheit oder die Verteilung der Häufigkeit.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens wird wenigstens ein Maß für eine Form der Flächenbereiche bestimmt, und vorzugsweise wird wenigstens eine statistische Formkenngröße abgeleitet, welche charakteristisch für eine statistische Formverteilung der Flächenbereiche wenigstens eines Oberflächentyps ist.

Bei z. B. im wesentlichen langgestreckten Materialeinschlüssen im zu messenden Körper bzw. dessen Oberfläche kann die Formkenngröße ein Maß für die Längenverteilung der einzelnen Materialeinschlüsse sein, während bei eher runden oder abgerundeten und flächigen Materialeinschlüssen bzw. -partikeln die Formkenngröße ein Maß für die Rundheit oder dergleichen sein kann.

In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden einzelne oder alle Verfahrensschritte für wenigstens zwei unterschiedliche Meßgeometrien durchgeführt. Dabei wird eine Meßgeometrie durch den Beleuchtungswinkel zu der Meßfläche und den jeweiligen Detektorwinkel zu der Meßfläche bestimmt wird. Beleuchtungs- und Detektorwinkel können jeweils einen Azimutalwinkel und einen Höhenwinkelanteil aufweisen.

Besonders bevorzugt erfolgt die Auswertung über nicht nur zwei, sondern drei, vier oder eine Vielzahl von Meßgeometrien, so daß eine statistische Verteilung einer optischen oder statistischen Kenngröße über der Meßgeometrie bestimmt werden kann. Dies kann z. B. dadurch realisiert werden, daß eine Vielzahl von Beleuchtungseinrichtungen unter unterschiedlichen Winkeln zur Meßfläche ausgerichtet ist.

Bevorzugt ist in einer Weiterbildung der Erfindung, daß, um dreidimensionale Messungen der Oberfläche zu erlauben, die Beleuchtungseinrichtungen nicht nur in einer Ebene, sondern im Raum verteilt angeordnet sind. Ebenso ist es allerdings möglich, daß eine Anzahl von Detektoreinrichtungen vorgesehen ist, die nicht nur in einer Ebene, sondern dreidimensional angeordnet sind.

Mit einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Meßwerte des ersten Oberflächentyps einem ersten Typ von Materialeinschluß des zu messenden Körpers zugeordnet, so daß eine statistische Kenngröße für die Verteilung der Materialeinschlüsse über der Meßfläche bzw. im zu messenden Körper bestimmt werden wird.

Bei einer Variante des Meßverfahrens wird zur Messung emittierte Strahlung auf die Meßfläche fokussiert. In einer anderen Ausgestaltung wird im wesentlichen paralleles Licht auf die zu untersuchende Meßfläche ausgestrahlt.

Dabei können sich zwei Meßgeometrien um solche Beleuchtungs- /Detektionswinkel unterscheiden, daß der direkte Reflex eines bestimmten Flakes oder eines bestimmten Materialeinschlusses unter der ersten Geometrie vom Detektor erfaßt wird, während der gerichtete Reflex desselben Flakes bzw. desselben Materialeinschlusses bei einer anderen Meßgeometrie nicht mehr vom Detektor erfaßt wird. Ob der gerichtete Reflex eines Flakes oder dgl. bei einer zweiten Meßgeometrie noch vom Detektor aufgenommen wird hängt u. a. von der Form und Größe der Flakes bzw. Materialeinschlüsse oder dgl., dem Unterschied der Beleuchtungs-/Detektionswinkel, der Form und der Beschaffenheit des zu untersuchenden Körpers und weiteren Faktoren ab.

Bei kleinen bzw. sehr kleinen Änderungen der Beleuchtungs- /Detektionswinkel (z. B. in der Größenordnung von 0,1°) wird man den gerichteten Reflex z. B. Lines Flakes unter Umständen weiterhin auf der Detektorfläche erfassen können.

Wird hingegen der Beleuchtungs- und/oder Detektionswinkel um größere Winkelbeträge verändert, so wird der gerichtete Reflex desselben Flakes nicht mehr erfaßt werden. Dafür können dann die Reflexe anderer Materialeinlagerungen aufgenommen und ausgewertet werden. Dies kann z. B. bei Winkeländerungen der Beleuchtung von 5° und herkömmlichen Flakes der Fall sein. Eine Auswertung der dreidimensionalen Form von Einschlüssen ist dann unter Umständen nur eingeschränkt möglich.

Die in vielen Fällen wichtige und auch ausreichende statistische Auswertung der Verteilung über der zweidimensionalen Fläche ist hingegen auch ohne Formanalyse möglich. Der optische Eindruck von Oberflächen hängt stark von einer homogenen Verteilung ab, so daß eine statistische Auswertung der (zweidimensionalen) Verteilung über der Meßfläche sehr vorteilhaft ist.

Durch den Vergleich der Flächenbereiche bei zwei, drei oder mehr unterschiedlichen Meßgeometrien wird in einer Weiterbildung des Verfahrens ein charakteristisches Maß für eine dreidimensionale Form der ersten Materialeinschlüsse abgeleitet.

Dies kann dadurch erfolgen, daß z. B. bei kleinen Beleuchtungswinkeländerungen (hervorgerufen z. B. durch eine steuerbare Blendeneinrichtung) durch eine Bildanalyse die Verschiebung einzelner Flächenbereiche bei Messung unter einem ersten Winkel gegenüber der Messung unter einem zweiten Winkel abgeleitet wird.

Bleiben einzelne Flächenbereiche unter unterschiedlichen Winkeln annähernd gleich groß, spricht dies für eine ebene Struktur der Materialeinschlüsse, während eine ab- oder zunehmende Größe eine konvexe oder konkave Form der Materialeinschlüsse bedeutet. Durch diese Art der Auswertung können auch runde und kugelförmige Formen der Materialein­ schlüsse bestimmt werden.

Für die Formbestimmung einzelner Fremdkörper, Farbpigmente oder Materialeinschlüsse ist es bevorzugt, daß sich die Winkel einer Meßgeometrie nur um einen kleinen Betrag von einer Messung zur nächsten ändern. So kann die Änderung im Bereich eines oder mehrerer Winkelgrade liegen oder noch darunter.

Für die Beurteilung von über alle Winkelbereiche zufällig verteilten Materialeinschlüssen in einem zu messenden Körper ist es bevorzugt, daß ein großer Winkelbereich bei der Beleuchtung bzw. Detektion verwirklicht wird, um über einen großen Winkelbereich Aufschluß über die Erteilung zu erhalten.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es bevorzugt möglich, daß für wenigstens einen Flächentyp wenigstens eine charakteristische optische Kenngröße bestimmt wird. Dazu werden bei der Bestimmung der charakteristischen optischen Kenngröße nur Meßwerte des entsprechenden Flächentyps berücksichtigt. Ebenso ist es möglich, daß zur Bestimmung einer charakteristischen optischen Kenngröße nur Meßwerte berücksichtigt werden, die nicht zu einem bestimmten oder mehreren bestimmten Flächentypen gehören.

Bei heterogen reflektierenden Körpern wird ein bestimmter Farbeindruck häufig wesentlich nur durch einen speziellen Oberflächentyp hervorgerufen. Durch ein derartiges Meßverfahren kann sichergestellt werden, daß bei der Messung im wesentlichen die Oberflächenbereiche der zu messenden Oberfläche berücksich­ tigt werden, die den entsprechenden Flächentyp aufweisen.

Beispielsweise kann bei Oberflächen, die mit Effektpigmenten, Perlglanzpigmenten, Metallpartikeln und dergleichen versehen sind, der bzw. die dazugehörigen Flächentypen bei Berücksichtigung eines Farb- oder Glanzkennwertes unberücksichtigt bleiben.

Bei Aluminium- oder Metalleinschlüssen weisen diese oft ein hohes Reflexionsvermögen auf, das weit über dem typischen Glanz einer Oberfläche liegt. Werden bei der Messung der Farbe oder des Glanzes nun die Reflexionen dieser Partikel im wesentlichen nicht berücksichtigt, so kann die Farbe der Oberfläche zuverlässig bestimmt werden.

Weiterhin ist es bevorzugt, daß für das erfindungsgemäße Verfahren eine der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung Verwendung findet.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren.

Darin zeigen:

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einem Seitenschnitt;

Fig. 2 den prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung gemäß Fig. 1 in einer Strukturansicht von oben;

Fig. 3a die Darstellung der Verteilung eines Oberflächentyps über einer Detektorfläche unter einem ersten Meßwinkel;

Fig. 3b die Darstellung der Verteilung eines ersten Oberflächentyps über einer Detektorfläche unter einem zweiten Meßwinkel;

Fig. 3c die Darstellung der Verteilung eines ersten Oberflächentyps über einer Detektorenfläche unter einem dritten Meßwinkel;

Fig. 4 den prinzipiellen schaltungstechnischen Aufbau des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1;

Fig. 5 den Verlauf des Flächenanteils des ersten Oberflächentyps an der Gesamtfläche über dem Beleuchtungswinkel;

Fig. 6a Materialeinschlüsse in einer lackierten Oberfläche bei einem ersten Beispiel eines zu untersuchenden Körpers;

Fig. 6b Materialeinschlüsse in einer lackierten Oberfläche bei einem anderen Beispiel eines zu untersuchenden Körpers;

Fig. 7 die Homogenität einer Verteilung der Materialeinschlüsse über dem Meßwinkel;

Fig. 8 einen Vergleich der Reflexionsintensität eines Materialeinschlusses mit der Lackoberfläche über dem Meßwinkel;

Fig. 9a ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 9b ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 10 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 11 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 12 eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 11.

Ein erstes Ausführungsbeispiel wird nun mit Bezug auf die Fig. 1 bis 8 beschrieben.

In Fig. 1 ist ein Querschnitt durch ein erstes Ausführungs­ beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.

In einem Gehäuse 1 sind mehrere (hier sieben) Beleuchtungsein­ richtungen bzw. Lichtquellen 2, 3, 4, 5, 6, 7 und 8 vorgesehen, die Licht auf die zu messende Oberfläche 9 richten. Es können auch weniger oder deutlich mehr sein, so z. B. 10, 12, 15, 20, oder auch nur 4 oder 6.

Zur Begrenzung der Lichtstrahlen ist eine Mehrfachblende 13 vorgesehen, die für jede Lichtquelle jeweils den Strahl begrenzt. Eine Linse 14 (oder für jede Beleuchtungseinrichtung jeweils eine Linse, oder auch zusätzlich für jede Beleuchtungseinrichtung zusätzlich zur Linse 14 noch jeweils eine Linse) kann vorgesehen sein, um die Divergenz des ausgestrahlten Lichtes zu beeinflussen, so daß es auch möglich ist, ein im wesentlichen paralleles Lichtbündel auf die zu messende Oberfläche 9 auszurichten.

Die einzelnen Beleuchtungseinrichtungen 2, 3 und 6 sind unter unterschiedlichen Höhenwinkeln 28 zur Meßfläche ausgerichtet, während eine Detektoreinrichtung 17 das unter einem Meßwinkel 27 von der Oberfläche reflektierte Licht aufnimmt.

Ein Detektor 16 ist als CCD-Chip ausgeführt, dessen einzelne photosensitive Elemente 30 flächig in Zeilen 40 und Spalten 41 angeordnet sind. Eine Linse 18 im Strahlengang zwischen zu messender Oberfläche und Detektor 16 dient dazu, die Lichtquellen oder die Meßfläche oder einen Teil derselben auf den Detektor 16 oder dergleichen abzubilden.

Obwohl in Fig. 1 nicht dargestellt, kann auch eine größere Anzahl von Detektoren vorgesehen sein, die dann beispielsweise unter unterschiedlichen Winkeln zur Meßfläche ausgerichtet sind. Ebenso können mehr oder weniger Lichtquellen 2 bis 8 vorgesehen sein.

Die als Leuchtdioden ausgeführten Lichtquellen 2, 3 und 6 sind in der Meßebene 24 angeordnet. Die Meßebene 24 ist die Ebene, die im Ausführungsbeispiel durch die Beleuchtungseinrichtung 6, die Meßfläche 9 und den Detektor 16 verläuft.

Die ebenfalls als Leuchtdioden ausgeführten Leuchtdioden 4, 5, 6, 7 und 8 sind in einer Ebene parallel zur Meßfläche 9 und senkrecht zur gerade definierten Meßebene 24 angeordnet. Die einzelnen Leuchtdioden sind unter unterschiedlichen Azimutalwinkeln zur Meßebene 24 angeordnet.

Die Leuchtdiode 7 ist ebenfalls unter dem Höhenwinkel 28 gegenüber der Meßfläche ausgerichtet, weist jedoch zusätzlich dazu einen Azimutalwinkel 29 zur Meßebene 24 auf. Durch diese dreidimensionale Anordnung von Lichtquellen gegenüber der Meßfläche wird es ermöglicht, die Meßfläche 9 dreidimensional zu erfassen, um somit die heterogenen Eigenschaften der Meßfläche genauer bestimmen zu können.

Im Strahlengang zwischen Lichtquellen 2 bis 8 und Detektor 16 kann eine steuerbare Blende 17 vorgesehen sein. Im Ausführungsbeispiel ist die steuerbare Blende 17 als LCD-Blende ausgeführt, bei der einzelne Bereiche, Zeilen, Spalten oder Pixel gezielt angesteuert werden können, so daß durch gezielte Ansteuerung nur bestimmte Winkelbereiche von der Meßfläche durch den Detektor 16 erfaßbar sind, während andere abgeschattet oder abgedunkelt werden.

Die steuerbare Blende kann auch im Strahlengang zwischen den Beleuchtungseinrichtungen und der Meßfläche angeordnet sein, um so den Beleuchtungswinkel zur Meßfläche in besonders kleinen Schritten einstellen zu können.

Die steuerbare Blende 17 hat den Vorteil, daß über kleine und kleinste Winkeländerungen Abbilder der Oberfläche 9 erfaßbar sind, um kleine und kleinste Änderungen zu detektieren.

Zusätzlich zu den Leuchtdioden 4 bis 8 können weitere Licht- oder Strahlungsquellen unter anderen Höhenwinkeln oder Azimutalwinkeln 29 zur Meßebene 24 vorgesehen sein, um für viele Raumwinkel die Oberfläche 9 zu vermessen.

Den prinzipiellen schaltungstechnischen Aufbau der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung zeigt Fig. 4. Die Steuereinrichtung 20 umfaßt eine als Mikroprozessor ausgeführte Recheneinrich­ tung 23, einen Speicher 25, Eingabe- und Bedienungselemente 21 und ein Display 22. Beispielhaft ist nur eine Lichtquelle 5 und eine CCD-Chip als Detektoreinrichtung 16 dargestellt. Zu einem externen Computer 26 kann vom Benutzer über eine Schnittstelle eine Datenverbindung aufgenommen werden.

Es wird nun ein Meßvorgang eines ersten Beispiels eines heterogen reflektierenden Körpers 80, wie er in Fig. 6a dargestellt ist, im folgenden erläutert.

Die lackierte Oberfläche 81 des Körpers 80 weist neben dem normalen Lack 82 Materialeinschlüsse 83 bis 86 auf, die im hier gewählten Beispiel als kleine reflektierende Metallplättchen ausgeführt sind und sind im gewählten Beispiel im wesentlichen parallel zur Oberfläche ausgerichtet.

Der normale Lack 82 reflektiert entsprechend seiner Farbe und sonstigen Eigenschaften einen entsprechenden Teil des auftreffenden Lichts direkt an der Oberfläche, während ein weiterer Teil in die Lackschicht eintritt. Das in die Lackschicht eintretende Licht kann auf einen der Materialeinschlüsse 83 bis 86 treffen, von denen das Licht dann effizient reflektiert wird.

Wird ein Lichtstrahl von einem der Materialanschlüsse 83 bis 86 reflektiert, so wird die Farbe dieses Reflexes wesentlich durch den Farbton des Materialeinschlusses bestimmt. Ein Lichtstrahl der an der Oberfläche der Lackschicht 82 reflektiert wird, kann eine andere Farbe und eine deutlich unterschiedliche Intensität aufweisen.

Der Farbeindruck bzw. der visuelle Eindruck der gesamten Oberfläche setzt sich aus dem Reflex an der Oberfläche des Lacks und dem Reflex an den Metallpartikeln 83 bis 86 zusammen. Der Gesamteindruck ist einerseits eine Mischung aus den unterschiedlichen Farbeindrücken und hängt andererseits von der statistischen Verteilung und auch der statistischen Größenverteilung der einzelnen Materialeinschlüsse 83 bis 86 ab. Der Eindruck hängt aber auch vom Beobachtungsabstand und -winkel ab.

Kleine und kleinste Materialeinschlüsse in der Oberfläche können unter Umständen vom menschlichen Auge nicht mehr separat unterschieden werden, während großflächigere Materialein­ schlüsse als eigenständige Komponenten vom menschlichen Auge erfaßbar sein können. Bei großflächigen Komponenten ist das menschliche Auge in der Lage, nicht nur einen, sondern zwei (getrennte) Farbeindrücke der zu messenden Oberfläche zu gewinnen.

In einem solchen Fall ist zur Beurteilung der Oberfläche die Bestimmung eines integralen Gesamteindrucks nicht ausreichend, sondern es ist wichtig, für die unterschiedlichen Oberflächentypen (also die normale Lackschicht 82 und die Materialeinschlüsse 83 bis 83) jeweils Werte für die optische(n) Eigenschaft(en) zu bestimmen.

Der optische Gesamteindruck kann somit erheblich von der statistischen Verteilung der Materialeinschlüsse in der Meßfläche und der statistischen Größenverteilung der Materialeinschlüsse in der Meßfläche abhängen.

Zu den beeinflußten optischen Eigenschaften zählen z. B. der Glanz, die Farbe der Meßfläche, Schleier, Schleierglanz Haze, und auch der Eindruck der Welligkeit der zu untersuchenden Oberfläche und weitere im Stand der Technik bekannte optische Kenngrößen, die zur Charakterisierung von Oberflächen bekannt geworden sind und die dem Fachmann geläufig sind.

In Fig. 6b ist ein Beispiel eines anderen Körpers 80 dargestellt, der ebenfalls eine lackierte Oberfläche mit einer Lackschicht 82 aufweist. In dieser Oberfläche sind Materialeinschlüsse 87 bis 91 vorgesehen, die im Unterschied zur Darstellung gemäß Fig. 6a jedoch von ihrer winkelmäßigen Ausrichtung gegenüber der Oberfläche zufällig und unregelmäßig verteilt sind.

In Fig. 3a ist eine prinzipielle Darstellung des Detektors 16 dargestellt, dessen einzelne lichtempfindliche Elemente 30 in Zeilen 40 und Spalten 41 angeordnet sind. Obwohl in Fig. 3 nur insgesamt 100 photosensitive Elemente (10 pro Zeile, 10 pro Spalte) dargestellt sind, sei hier darauf hingewiesen, daß dies nur eine prinzipielle Darstellung ist und daß der im Ausführungsbeispiel verwendete Detektor ein handelsüblicher CCD-Chip ist, der eine Vielzahl von bis zu einigen Millionen unterschiedlichen photosensitiven Flächen aufweisen kann.

Zur Beleuchtung bzw. Erfassung werden geeignete Sende- bzw. Empfangsoptiken gewählt, wobei diese auch variabel gestaltet sein können. Insbesondere kann das ausgestrahlte Licht im wesentlichen parallel ausgerichtet sein. Auch divergente oder konvergente Strahlung kann an den (Sende-)Optiken einstellbar sein. Es kann eine Bündelung oder auch Fokussierung auf die Meßfläche oder auch auf eine Blende in der Beleuchtungs- oder Empfangsoptik erfolgen.

Zu Änderung der Abbildungseigenschaft kann wenigstens eine Linse wenigstens einer Lichtquelle verschiebbar angeordnet sein, um z. B. eine wahlweise Fokussierung auf die Meßfläche oder eine Blende zu ermöglichen.

Bei der Messung werden für die einzelnen photosensitiven Elemente 30 des CCD-Chips 16 die Meßsignale 33 erfaßt. Durch Vergleich der einzelnen Meßsignale mit dem im Speicher abgelegten Schwellwert 32 wird entschieden, ob der Meßwert zur normalen Lackoberfläche 82 oder zu einem der hochreflek­ tierenden Metallpartikel 83 bis 86 gehört. Die im Beispiel zu diesem Oberflächentyp 81 gehörenden Detektorelemente sind in Fig. 3 als schraffierte Flächen 50 dargestellt.

Die in Fig. 3a dargestellte Oberflächenverteilung wurde mit einem ersten Beleuchtungswinkel erzielt. Die in Fig. 3b dargestellte Oberflächenverteilung wurde mit einem im Vergleich zu dem in Fig. 3a dargestellten Meßergebnis mit einem leicht unterschiedlichen zweiten Beleuchtungswinkel gemessen.

Durch die geringe Winkeländerung bei der Beleuchtung bedingt, können die einzelnen Flächenbereiche 50, die zu den gleichen hochreflektierenden Materialeinschlüssen gehören, detektiert werden.

So erzeugt z. B. ein Materialeinschluß 83 in der Fig. 3a den Flächenbereich 51, der die Sensorelemente 1 bis 4 in der dritten Spalte entsprechend ausleuchtet. In dem Meßergebnis bei der leicht veränderten Geometrie gemäß Fig. 3b ist der Reflex des Materialeinschlusses 83 nun auf den Elementen 2 bis 5 der dritten Spalte detektierbar. Genauso wandern die Flächenbereiche 52, 53 und 54 in der gleichen Spalte jeweils ein Sensorelement nach oben, so wie auch das L-förmige Flächenmuster 56 in den gleichen Spalten 9 und 10 ein Sensorelement 30 höher wandert.

Im Unterschied dazu sind die Flächenmuster 57 und 58 in dem Meßergebnis gemäß Fig. 3b nicht mehr vorhanden. Die Flächen­ bereiche 57 und 58 finden keine Entsprechung in der Darstellung gemäß Fig. 3b. Die Ursache dafür ist hier, daß die zugehörigen Materialeinschlüsse unter dem neuen Beleuchtungswinkel gemäß Fig. 3b nicht mehr nennenswert reflektieren bzw. deren Reflex vom Detektor nicht mehr erfaßt wird.

Der Flächenbereich 55 (Zeile 10, Spalte 9) in Fig. 3a kann seine Entsprechung im Flächenbereich 65 (Zeile 10, Spalte 9) gemäß Fig. 3b haben. Die Ursache dafür, daß keine Änderung der Sensorelemente bei der Winkeländerung aufgetreten ist, kann daraus resultieren, daß die Winkeländerung nicht ausreichte, um das entsprechende Sensorelement nicht mehr auszuleuchten.

Um die Genauigkeit der Meßergebnisse zu steigern, kann nicht nur die Berücksichtigung eines Schwellwertes 32 erfolgen, sondern es kann auch die absolute Größe des Meßwertes berücksichtigt werden, indem z. B. die Flächenbereiche 50 nicht durch den Schwellwert 32 begrenzt werden, sondern durch einen Abfall auf einen bestimmten Anteil des Maximalwertes, der unter- oder oberhalb des Schwellwertes liegt, oder dergleichen mehr.

Die einzelnen Flächenbereiche 51 bis 58 und 61 bis 66 sowie 71 und 73 bis 79 werden dadurch bestimmt, daß für Meßwerte eines bestimmten Oberflächentyps 83 bis 86 die Meßwerte der benachbarten photosensitiven Elemente abgefragt werden. Erfüllen auch diese Meßwerte die Bedingungen (z. B. größer als Schwellwert 32), so wird der Flächenbereich entsprechend vergrößert, so daß die in den Fig. 3a bis 3c dargestellten Flächenbereiche erhalten werden.

Ein erstes Auswertungsergebnis kann durch Aufsummierung des Flächenanteils des ersten Flächentyps erzielt werden, indem der Flächenanteil des ersten Flächentyps in Verhältnis zur Gesamtfläche gesetzt wird.

Die statistische Verteilung eines derartigen Flächenanteils über einer Beleuchtungswinkelabweichung ist in Fig. 5 als Flächenanteilsverlauf 38 dargestellt. Aus dem dargestellten Verlauf ergibt sich, daß die einzelnen Partikel 83 bis 86 in einem engen Winkelintervall zur Oberfläche ausgerichtet sind.

Bei einer regellosen Verteilung der Ausrichtung der einzelnen Materialeinschlüsse 87 bis 91, wie sie in Fig. 6b angedeutet ist, ergibt sich eher eine Verteilung, wie in Fig. 7 dargestellt. Dort ist die Verteilung 39 über der Beleuchtungs­ winkelabweichung im wesentlichen konstant.

Auch für die Messung einer solchen Oberfläche können die Abbildungseigenschaften der Sende-/Empfangsoptiken angepaßt werden, indem die Position der jeweiligen Linse zu Lichtquelle/Sensor veränderbar ist.

Ebenso kann eine Auswertung der Größen der Flächenanteile des Oberflächentyps der Materialeinschlüsse erfolgen, die beispielsweise ebenfalls die Form entsprechend Fig. 5 oder 7 aufweisen können.

Weiterhin kann eine Analyse bezüglich der Ortsverteilung der Materialanschlüsse über der Meßfläche erfolgen.

In den Fig. 3a und 3b ist das Meßergebnis einer Oberfläche dargestellt, wobei der Beleuchtungswinkel für die Fig. 3b gegenüber der Fig. 3a in einer ersten Ebene verändert wurde. Wird der Beleuchtungswinkel in einer zweiten Ebene senkrecht zu der ersten Ebene variiert, so erhält man z. B. das in Fig. 3c dargestellte Ergebnis, bei welchem die entsprechenden Flächenbereiche 51 bis 58 im wesentlichen horizontal in der Orientierung gemäß Fig. 3c verschoben sind. Durch die Auswertung der horizontalen und vertikalen Verschiebung einzelner Flächenbereiche (Verschiebung der Spalten und Zeilen) ist die dreidimensionale Bestimmung der Verteilung der Materialeinschlüsse in dem zu messenden Körper möglich.

Bei dem in Fig. 3c dargestellten Abbild der Detektoreinrichtung wurde die Oberfläche unter einem veränderten Azimutalwinkel im Vergleich zu dem Ergebnis der. Fig. 3a beleuchtet.

Im Vergleich zur Fig. 3a wurden in Fig. 3b die einzelnen Flächenbereiche 50 des ersten Oberflächentyps, also der Materialeinschlüsse, im wesentlichen in einer Spalte zur Zurichtung höherer Zeilennummern verschoben. So bedeckte in Fig. 3a der Flächenbereich 52 in Spalte 1 die Zeilen 7 bis 9, und der gleiche Flächenbereich bedeckte in Fig. 3b in Zeile 1 die Zeilenelemente 8 bis 10.

In Fig. 3c wird durch die geänderte Azimutalausleuchtung ein Versatz der Spalten beobachtet. Der Flächenbereich 52 ist in Fig. 3c aus dem Meßfeld gewandert und nicht mehr sichtbar. Der Flächenbereich 51, der in Fig. 3a in Spalte 3 die Zeilenele­ mente 1 bis 4 umfaßte, umfaßt in 28431 00070 552 001000280000000200012000285912832000040 0002010122917 00004 28312Fig. 3c als Flächenbereich 71 in Spalte 2 die Zeilenelemente 1 bis 4. Der Flächenbereich 51 in Fig. 3c, der aus der Reflexion eines Flakes oder dergleichen resultiert, ist gegenüber dem Flächenbereich 51 in Fig. 3a, der durch Reflexion am gleichen Flake resultierte, gemäß der Orien­ tierung von Fig. 3c ein Sensorelement nach links verschoben.

Die Verschiebung kann je nach Differenz des Ausleuchtungs­ winkels auch mehr als ein Sensorelement betragen. Werden zwei Aufnahmen unter Beobachtungswinkeln gemacht, die sich stärker voneinander unterscheiden, so kann es schwierig oder nahezu unmöglich werden, die Flächenbereiche der einzelnen Aufnahmen jeweils den gleichen Flakes oder Metallpartikeln oder dergleichen zuzuordnen. Auch in einem solchen Fall kann allerdings eine Auswertung der statistischen Verteilung über der Meßfläche erfolgen.

Aus den durch eine Anzahl von Flakes hervorgerufenen Flächen­ bereichen 53 bis 58 in Fig. 3a werden in Fig. 3c entsprechende Flächenbereiche 73 bis 78. Zusätzlich wird in Fig. 3c noch ein Flächenbereich 79 detektiert, dem ein Metallpartikel, Farbpigment oder Flake zuzuordnen ist, das bei der Ausleuchtung gemäß Fig. 3a noch nicht vom Detektor 16 erfaßt wurde.

Nicht dargestellt ist ein Beispiel für die Meßergebnisse mit dem in Fig. 6b dargestellten Körper.

Bei einem Körper entsprechend Fig. 6a oder auch gemäß Fig. 6b können sich Meßergebnisse ergeben, bei denen eine Zuordnung einzelner Flakes von einer Meßgeometrie zur nächsten nicht oder nur schwer möglich ist.

Dies kann z. B. dann der Fall sein, wenn bei gegebener Oberfläche und Flakegröße, Flakeform und Flakeverteilung der Beleuchtungswinkel um einen so großen Betrag verändert wird, daß der gerichtete Reflex nicht mehr vom Detektor erfaßt wird. Bei Änderungen des Beleuchtungswinkels von 5 Grad oder mehr trifft dies in vielen Fällen zu.

Eine Bestimmung der Verteilung der Flakes über der Fläche und auch eine Bestimmung der Verteilung über unterschiedliche Meßgeometrien ist hingegen möglich, auch wenn bei verschiedenen Meßgeometrien die Zuordnung bzw. "Verfolgung" einzelner Flakes nicht gelingt.

In Fig. 8 ist die Intensität des Meßergebnisses über den Sensorelementen eines Fotodetektors bzw. über dem Winkel aufgetragen, da jedes photosensitive Element 30 eines Fotosensors 16 jeweils einen unterschiedlichen Meßwinkel repräsentiert.

Für den Beobachtungswinkel ergibt sich eine Verteilung des Reflexionsvermögens über dem Winkel entsprechend der Kurve, auf der der Meßwert 33 eingezeichnet ist. Die Kurve mit deutlich höherer Intensität, auf der der Meßwert 34 eingezeichnet ist, ist die Kurve, die sich durch Spiegelreflexion an einem Metallteilchen bei diesem Winkel ergibt. Bei dem gleichen Winkel würde sich ohne den spiegelnden Anteil des Metallteil­ chens nur ein Meßwert 34a ergeben, dessen Intensität deutlich niedriger ist, als die Intensität des wirklichen Meßwerts 34.

Dabei ist zu beachten, daß die gesamte Kurve des normalen Reflexionsvermögens (durch den Meßwert 33) unterhalb des ersten vorbestimmten Schwellwerts 32 liegt, während die Meßwerte für den spiegelnden Glanz des Metallteilchens deutlich oberhalb des ersten Schwellwerts liegen. Dadurch wird eine Unterscheidung in spiegelnden Glanz durch Metallteilchen und normalen Glanz der Lackschicht 82 ermöglicht.

Bei der Beurteilung und der Bestimmung eines ersten Oberflächenkenntyps für die eingelagerten Metall- oder Pigmentpartikel 83 bis 86 können Meßwerte berücksichtigt werden, deren Intensität höher als der Schwellwert 32 ist, während bei der Beurteilung des anderen Oberflächentyps, nämlich im hier dargestellten Falle der normalen Lackschicht Meßwerte berücksichtigt werden, die durch den normalen Glanz hervorgerufen werden, die unterhalb des ersten vorbestimmten Schwellwerts 32 liegen.

Durch dieses Vorgehen kann einerseits ein Kennwert für die eingelagerten Partikel bestimmt und andererseits auch ein Kennwert für die sonstige Lackoberfläche ausgewertet werden. Die getrennte Bestimmung der optischen Kennwerte erhöht die Präzision der Meßergebnisse.

Wird z. B. ein lackierter Körper, in dessen Lackschicht farbige Metallpartikel eingelagert sind, vermessen, so werden der Farbe der Metallpartikel entsprechende Wellenlängen in gewisse Winkel in weitaus verstärktem Maße reflektiert.

Eine normale Farbbestimmung bzw. Farbauswertung würde die Farbe des Metallpartikels deutlich überbewerten, während die Bestimmung von optischen Kenngrößen einerseits für einen ersten Typ eingelagerter Einschlüsse und andererseits für die restliche Oberfläche sowie eine statistische Verteilung der entsprechenden Kennwerte zu deutlich verbesserten Meßergebnissen führen. Eine integrale Messung über alle Pixel kann zu verfälschten Meßergebnissen führen.

In Fig. 9a ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Meßgeräts dargestellt. Gleiche Komponenten wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 haben die gleichen Bezugszeichen.

Das von einer ersten Lichtquelle 5 ausgestrahlte Licht fällt unter 45 Grad auf die Meßfläche 9 und der gerichtete Reflex wird ebenfalls unter 45 Grad reflektiert und durch ein Filterrad 10 auf den Sensor 16 geleitet, der, wie im vorigen Ausführungsbeispiel, als CCD-Chip ausgeführt ist.

Das Filterrad 10 ist über den Winkel in acht 45-Grad-Segmente aufgeteilt, wobei jedes 45-Grad-Segment eine unterschiedliche Färbung aufweist, so daß transmittiertes Licht in der Wellenlängencharakteristik beeinflußt wird. Statt 8 sind auch 16, 32 oder 64 Filtersegmente bevorzugt.

Bei der Messung wird das Filterrad 10 in vorbestimmten Zeitab­ ständen oder kontinuierlich gedreht, wobei für jedes Filter­ segment wenigstens eine Meßwertaufnahme erfolgt. Dadurch wird gewährleistet, daß der Sensor mit gezielten Wellenlängenbe­ reichen beleuchtet wird, so daß eine Farbe der Meßfläche 9 auch mit nur einem einzigen Sensor bzw. CCD-Chip 16 erfaßbar wird.

Wichtig ist bei dem Filterrad 10, daß die Anzahl der Filterseg­ mente genügend hoch ist, um eine im wesentlichen zuverlässige Farbbestimmung zu erlauben. Deshalb kann die Anzahl der einzelnen Filtersegmente nahezu beliebig sein. Wenigstens sollten es drei sein. Es kann auch ein (oder mehrere) Filter mit durchstimmbarer Filtereigenschaft verwendet werden. Die (spektrale) Filtercharakteristik kann dann z. B. elektrisch steuerbar sein.

Weiterhin ist in dem Meßgehäuse 100 noch eine weitere Beleuchtungseinrichtung 130 vorgesehen, die drei getrennt ansteuerbare Leuchtdioden 132, 133 und 134 aufweist, die Licht unter leicht unterschiedlichen Winkeln auf die Meßfläche 9 ausstrahlen. Durch die unterschiedlichen Winkel, mit der die Leuchtdioden 132, 133, 134 auf die Meßfläche ausgerichtet sind, kann eine Ausrichtung von Materialeinschlüssen in der zu messenden Oberfläche 9 bestimmt werden.

In diesem Beispiel weist das Gehäuse 100 Meßräder 103 und 104 auf, wobei wenigstens eines der Räder einen Drehwinkelgeber umfaßt, der Signale beim Rollen über die Oberfläche abgibt, die der relativen Verschiebung entsprechen. Dadurch wird es ermöglicht, daß beim Fahren über eine Oberfläche in bestimmten zeitlichen Abständen oder fortwährend oder in bestimmten örtlichen Abständen eine neue Messung durchgeführt wird, so daß ein größeres Meßgebiet erfaßt werden kann. Dabei erfolgt die Beleuchtung durch eine Öffnung 101 im Meßgerät auf die Oberfläche 9, von der das Licht reflektiert wird.

In Fig. 9b ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Meßgeräts dargestellt. Gleiche Komponenten wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9a haben die gleichen Bezugszeichen.

Das von einer Lichtquelle 5 ausgestrahlte Licht trifft auf eine steuerbare Blende 17, bei der entsprechend der Ansteuerung durch den Prozessor 23 punkt-, zeilen-, spalten- oder sonstige Bereiche auf Transmission geschaltet werden, während die sonstige Fläche abgeschattet wird. Es kann auch die gesamte Fläche auf Transmission oder Abschattung geschaltet werden. Die steuerbare Blende ist hier eine LCD-Blende.

Das transmittierte Licht trifft unter näherungsweise 45 Grad auf die Meßfläche 9, wobei der genaue Winkel von der Transmissionsstellung der steuerbaren Blende 17 abhängt. Das reflektierte Licht wird dementsprechend ebenfalls unter ca. 45 Grad reflektiert und auf den Sensor 16 geleitet, der, wie im vorigen Ausführungsbeispiel, als CCD-Chip ausgeführt ist. Ein Filterrad kann ebenfalls vorgesehen sein.

In dem Gehäuse 100 sind noch weitere Strahlungsquellen 130 vorgesehen. Die drei getrennt ansteuerbaren Lichtquellen 132, 133 und 134 haben hier unterschiedlich farbige Leuchtdioden, so daß durch nacheinander erfolgende Beleuchtung eine Farbe der Meßfläche erfaßbar ist. Weiterhin weisen die Lichtquellen 132, 133 und 134 jeweils Blenden und Linsen auf, um das ausgestrahlte Licht den gewünschten Bedingungen anzupassen.

Auch in diesem Beispiel weist das Gehäuse 100 Meßräder 103 und 104 auf, um die relative Verschiebung des Geräts zu bestimmen.

In Fig. 10 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, bei der hier eine Beleuchtungseinrichtung 5 zwei farblich unterschiedliche Leuchtdioden umfaßt, deren ausgestrahltes Licht durch Strahlteiler überlagert und auf die zu messende Oberfläche 9 gerichtet wird. Auch hier könnte nur eine Weißlicht-LED Verwendung finden. Genauso kann auch in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen eine größere Anzahl an unterschiedlich farbigen LEDs vorgesehen sein.

Ein Kleinspektrometer 48 dient zur Kontrolle des ausgestrahlten Spektrums und der ausgestrahlten Intensität. Das von der Beleuchtungseinrichtung ausgestrahlte Licht wird in einem Winkel 46 zur Senkrechten der Meßfläche auf die Oberfläche ausgerichtet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wurde 45 Grad als Winkel 46 gewählt. Es kann auch ein anderer Winkel vorgesehen sein. Ein solches Kleinspektrometer 48 kann auch in den Ausführungsbeispielen gem. Fig. 1 und 9 eingesetzt werden, um das ermittelte Spektrum zu kontrollieren.

In dem Halbraum über der Meßfläche ist eine Vielzahl von Halteeinrichtungen 45 angeordnet, die im gewählten Ausführungsbeispiel jeweils einen festen Abstand von 5 Grad aufweisen. Die in Fig. 10 dargestellten Halteeinrichtungen sind in einer Ebene angeordnet, die durch die Beleuchtungseinrichtung 5 und die Meßfläche 9 verläuft.

Zusätzlich dazu sind analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 weitere Halteeinrichtungen in einer dazu senkrechten Ebene vorgesehen. Es kann auch der gesamte Halbraum über der Meßfläche 9 mit Halteeinrichtungen versehen sein.

In wenigstens drei der Halteeinrichtungen 45 in dem Meßgerät 43 sind Detektoren 16a, 16b und 16c angeordnet, wobei hier wenigstens ein Detektor 16b außerhalb einer Ebene angeordnet ist, die durch den Detektor 16a, die Meßfläche 9 und die Beleuchtungseinrichtung 5 verläuft.

Durch die mehrdimensionale Anordnung der Beleuchtungseinrich­ tungen und der Sensoreinrichtungen kann ein dreidimensionales Abbild der Oberfläche erfaßt werden, und nicht nur ein ein- bzw. zweidimensionales Abbild der Oberfläche.

Typischerweise stehen eine Vielzahl von Halteeinrichtungen zur Verfügung, während nur einige Detektoreinrichtungen Verwendung finden. Dann ist es bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, einen oder mehrere Detektoren von einer Halteeinrichtung zu einer anderen zu bewegen, so daß beispielsweise der Meßwinkel 47a zwischen der Senkrechten der Meßfläche und dem Detektor 16a einstellbar ist.

Die einzelnen Detektoren 16a, 16b und 16c sind ebenfalls als CCD-Chips ausgeführt, die über Lichtleiter das von der Oberfläche aufgenommene Licht zugeführt bekommen.

Es ist auch möglich, daß ein Detektor bzw. Monochromator das Signal mehrerer Halteeinrichtungen 45 nacheinander aufnimmt. Das Licht kann von Lichtleitern in den Halteinrichtungen aufgenommen und zu einem Monochromator oder Kleinspektrometer geleitet werden. Dabei wird unter Umständen der Ortsbezug nicht aufrecht erhalten. Über die Signalverteilung und Signalhöhe kann ein statistisches Maß der Flakeverteilung bestimmt werden.

Allerdings kann ein Lichtleiter in allen Ausführungsbeispielen auch als ortserhaltender Lichtleiter ausgeführt sein. Beispielsweise kann der Lichtleiter ein Faserbündel umfassen, bei dem dann jede Einzelfaser einen bestimmten Ort oder auch einen bestimmten Flächenbereich der Oberfläche repräsentiert. Durch Erfassung der Signale der Einzelfasern im Faserbündel ist eine Ortsauflösung möglich. Durch gezielte Beleuchtung einzelner erster Faserenden des Faserbündels kann das jeweils zugehörige zweite Faserende detektiert werden, wenn die einzelnen Fasern im Bündel nicht "sortiert" vorliegen. Dadurch kann auch bei derartigen Lichtleitern mit "ungeordneten" Faserbündeln eine exakte Ortsbestimmung und Ortsauflösung durchgeführt werden.

Es kann auch an jeder Halteeinrichtung ein Detektor vorgesehen sein.

Anstelle von Detektoren können auch Lichtleiter das reflektierte Licht aufnehmen und zu einem oder mehreren Detektoren weiterleiten. Die einzelnen Kanäle können dann nacheinander geschaltet und die Signale gemultiplext von einem Detektor erfaßt werden. Um eine spektrale Charakteristik zu erfassen, kann ein (Gitter-)Spektrometer oder ein Filterrad im Strahlengang vorgesehen sein.

In Fig. 11 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Meßgeräts in perspektivischer Ansicht dargestellt. Das Gerät 120 weist einen ersten Teilrahmen bzw. ersten Meßkreis 121 auf, der sich halbkreisförmig über der Meßfläche 9 erstreckt. In dem Meßkreis 121 ist eine Vielzahl von Halteeinrichtungen in Form von Bohrungen 123 vorgesehen, in die Belichtungs- oder Sensortuben eingeführt werden können.

In die einzelnen Bohrungen 123 kann dabei - je nach Wunsch - ein Belichtungstubus oder ein Sensortubus eingeführt werden. Ebenso kann auch ein Kombinationstubus eingesetzt werden. Auch ein Austausch bzw. Wechsel der Tuben ist für unterschiedliche Messungen möglich, so daß eine hohe Flexibilität mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielbar ist.

Der Winkelabstand 124 von einer Bohrung 123 zu einer nächsten Bohrung 123 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel fest und beträgt 5°. Es sei allerdings darauf hingewiesen, daß auch andere Winkelabstände wie 2,5° oder 3° oder 10° oder dergleichen möglich sind. Es kann auch sein, daß nicht über den gesamten Winkelbereich von 180° des Halbkreises Bohrungen bzw. Aufnahmen für Meß- bzw. Belichtungstuben vorgesehen sind, sondern nur in einem oder mehreren Winkelbereichen.

Zur Bestimmung gängiger optischer Kenngrößen, wie Farbe, Glanz und dergleichen, sind bestimmte Beobachtungs- bzw. Belichtungswinkel vorgesehen, die üblicherweise durch 5 glatt teilbar sind. Deshalb ist es bevorzugt, daß die Bohrungen derart winkelmäßig angeordnet sind, daß sich Ausrichtungswinkel zur Meßfläche 9 ergeben, die durch 5 teilbar sind. Im Ausführungsbeispiel wird dies dadurch realisiert, daß alle 5° eine Halteeinrichtung vorgesehen ist.

Der erste Meßkreis (bzw. Meßhalbkreis) 121, der sich senkrecht über der Meßfläche 9 erstreckt, weist ein erstes Segment und ein zweites Segment auf, wobei im gewählten Ausführungsbeispiel sich jedes Segment über einen Winkelbereich von 90° erstreckt.

Im ersten und zweiten Segment 128 und 129 sind die Bohrungen 123 so ausgerichtet, daß die zentrale Achse der Bohrungen 123 jeweils auf die Mitte der Meßfläche 9 ausgerichtet ist.

Im zweiten Segment 129 sind zusätzlich Aufnahmen bzw. Bohrungen 125 vorgesehen, deren Achse sich jeweils parallel zur Meßfläche bzw. senkrecht zu den Bohrungen 123 erstreckt.

Weiterhin umfaßt das erfindungsgemäße Gerät 120 einen zweiten Meßkreis 122, der ebenfalls Aufnahmeeinrichtungen bzw. Bohrungen 123 aufweist, die hier ebenfalls unter einem Winkelabstand 124 von 5° zueinander angeordnet sind. Wie auch beim ersten Meßkreis weisen die zentralen Achsen der Bohrungen 123 im zweiten Meßkreis auf die Mitte der Meßfläche 9.

Im Unterschied zum ersten Meßkreis ist der zweite Meßkreis nicht in einer Ebene senkrecht zur Meßfläche ausgerichtet, sondern unter einem Winkel 126 zur Senkrechten der Meßfläche 9.

Der Winkel 126 beträgt im Ausführungsbeispiel 45°. Der Winkel kann allerdings auch 10°, 15°, 20°, 25°, 30°°, 60 oder 75° betragen. Weiterhin kann der Winkel 126 des zweiten Meßkreises in festen Schritten oder kontinuierlich einstellbar sein.

Zur Messung kann das Meßgerät 120 in jeder Aufnahme 123 des ersten Segments 128 des ersten Meßkreises 121 und in jeder Bohrung 123 des zweiten Meßkreises mit einem Belichtungstubus und/oder mit einem Sensortubus bestückt sein.

Im zweiten Segment 129 des ersten Meßkreises können in den Aufnahmen 123 und 125 wahlweise Belichtungstuben, Sensortuben oder Meßtuben bzw. Kombinationstuben Verwendung finden.

Der in Fig. 12 sichtbare Meßtubus bzw. Kombinationstubus 140 weist einen Sensortubus 146 auf, der einen Sensor 142 und eine Linse 147 umfaßt. Weiterhin ist ein Belichtungstubus 145 vorgesehen, der eine Lichtquelle 141 aufweist. Die Lichtquelle 141 ist im Ausführungsbeispiel eine sogenannte Weißlichtleuchtdiode. Es ist auch möglich, andere Lichtquellen oder zwei oder drei oder mehr unterschiedlich farbige Leuchtdioden im Belichtungstubus 145 einzusetzen, deren Licht dann örtlich überlagert wird.

Die optischen Achsen von Belichtungs- und Sensortubus 145 und 146 schneiden sich an einem Strahlteiler 143 des Kombinations­ tubus und sind unter 90° zueinander angeordnet.

Das von der Leuchtdiode 141 ausgestrahlte Licht fällt im Ausführungsbeispiel unter 45° auf den Strahlteiler 143. Ein Teil des von der Leuchtdiode 141 ausgestrahlten Lichts wird durch den Strahlteiler 143 transmittiert und trifft auf die Referenzmeßzelle 144, so daß die Intensität der Leuchtdiode 141 kontrollierbar ist.

Es ist auch möglich, daß über eine Lichtfaser das Referenzsignal zu einem Spektrometer oder dergleichen geführt wird und so nicht nur die Intensität, sondern auch die spektrale Verteilung des von der Leuchtdiode 141 ausgestrahlten Lichts bestimmt wird.

Das Spektrometer kann dann nicht nur Licht einer Leuchtdiode 141 detektieren, sondern über z. B. einen optischen Multiplexer das Licht einer Vielzahl vor Fasern, die Licht der Lichtquellen 141 weiterleiten.

Ein weiterer Anteil des von der Lichtquelle 141 ausgestrahlten Lichts wird von dem Strahlteiler 143 reflektiert. Der unter 45° angeordnete Strahlteiler 143 reflektiert diesen Anteil entlang der optischen Achse der Bohrung 123 auf die Meßfläche 9.

Dort wird das auftreffende Licht in den Halbraum über der Meßfläche 9 reflektiert. Ein Anteil dieses Lichts wird in sich selbst zurück reflektiert, gelangt in den Kombinationstubus 140 und trifft wiederum auf den Strahlteiler 143.

Von dem nun zurückkommenden Licht wird wiederum ein Anteil durch den Strahlteiler 143 transmittiert und gelangt entlang der optischen Achse des Sensortubus 146 durch eine Linse 147 und trifft auf den Sensor 142.

Der Sensor 142 ist als CCD-Sensor ausgeführt und detektiert auf den einzelnen Flächenelementen 30 die Intensitätsverteilung des auftreffenden Lichts.

Ein Sensor 142 kann bzw. die Sensoren 142 können je nach Ausführungsform auch integral oder auch nur integral über der jeweiligen Sensorfläche das aufgenommene Licht detektieren.

Für eine Farbmessung kann der Sensor 142 als Farb-CCD-Sensor ausgeführt sein. Ebenso ist es möglich, daß im Sensortubus 146 im Strahlengang eine Filterradeinrichtung 10 vorgesehen ist, wie sie im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 beschrieben wurde. Mit einer derartigen Filterradeinrichtung 10 im Meßtubus 146 kann die Farbe des von der Meßfläche reflektierten Lichts zuverlässig bestimmt werden.

Möglich ist auch, daß im Sensor 142 Strahlteiler und Farbfilter vorgesehen sind, die das in den Sensor eintretende Licht separieren und in seine Farbbestandteile aufspalten. Durch getrennte Sensorelemente kann dann die Farbe der Meßfläche bestimmt werden.

Der Meß- bzw. Kombinationstubus 142 ist sehr vorteilhaft, da es durch diesen Kombinationstubus erlaubt wird, unter dem gleichen Winkel die Oberfläche auszuleuchten und gleichzeitig das Meßergebnis zu detektieren.

Das im Sensortubus 146 des Kombinationstubus 140 einfallende Licht kann auch durch Lichtleiter zu einem getrennten Sensor geführt werden, dem beispielsweise über eine Vielzahl von Lichtleitern die Signale von weiteren Sensortuben nacheinander zugeführt werden.

Es ist auch möglich, daß die Aufnahmen 123 im ersten Segment wie die Aufnahmen 123 im zweiten Segment 129 ausgestaltet sind und daß auch im ersten Segment 128 des ersten Meßkreises 121 Aufnahmen bzw. Bohrungen 125 vorgesehen sind, so daß Kombinationstuben 140 im ersten und zweiten Segment eingesetzt werden können.

Werden unter gleichen Winkeln zur Senkrechten der Meßfläche jeweils Kombinationstuben eingesetzt, so können beide Beleuchtungstuben 141 der beiden Kombinationstuben 140 gleichzeitig Licht auf die Oberfläche strahlen, und es kann jeweils gleichzeitig das direkt reflektierte Licht im Meßtubus 142 des anderen Kombinationstubus 140 detektiert werden.

Ein zweiter Meßkreis 122 weist Bohrungen 123 auf, die ebenfalls zur Aufnahme von Meßtuben oder Beleuchtungstuben ausgelegt sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind Meßtuben 151 in den Aufnahmen 123 des zweiten Meßkreises 122 vorgesehen, die hier vom Aufbau den Meßtuben 146 des Kombinationstubus entsprechen. Sie weisen ebenfalls einen Sensor 142 und eine Linse 152 auf.

Durch den Winkel 126 bedingt, mit dem der zweite Meßkreis 122 zur Senkrechten der Meßfläche 9 ausgerichtet ist, kann die Meßfläche 9 eines zu messenden Körpers dreidimensional vermessen werden.

Bei der Auswertung der Meßergebnisse wird so vorgegangen, wie dies mit Bezug auf die Fig. 1 bis 10 beschrieben wurde.

Die Anmelderin möchte in diesem Zusammenhang darauf hinweisen, daß sie sich vorbehält, für die dreidimensionale Anordnung von Meß- und Beleuchtungseinrichtungen bzw. Kombinationstuben auch ohne statistische Auswertung getrennt Schutz zu beantragen.

In dieser Ausgestaltung könnten in Anspruch 1 die Merkmale entfallen, daß in einer Speichereinrichtung wenigstens ein erster vorbestimmter Schwellwert vorgesehen ist, daß ein Meßwert einer Sensoreinrichtung einem ersten Flächentyp zugeordnet wird, wenn er diesen ersten Schwellwert übersteigt; und daß wenigstens eine statistische Kenngröße bestimmbar ist, welche diesen ersten Flächentyp charakterisiert.

Dafür könnte ein solcher unabhängiger Anspruch die Merkmale umfassen, daß wenigstens eine zweite Detektoreinrichtung und/oder wenigstens eine zweite Beleuchtungseinrichtung außerhalb einer ersten Meßebene angeordnet ist, welche durch eine erste Beleuchtungseinrichtung, eine erste Detektoreinrichtung und die Meßfläche verläuft. Dadurch wird eine mehrdimensionale Messung möglich.

Die Anmelderin behält sich weiterhin vor, einen weiteren unabhängigen Anspruch auf eine Ausgestaltung auszurichten, bei der eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung der Eigenschaften von reflektierenden Körpern folgendes umfaßt:
Wenigstens eine Meßeinrichtung, welche wenigstens eine Beleuchtungseinrichtung und wenigstens eine Detektoreinrichtung umfaßt;
wobei mit dieser wenigstens einen Beleuchtungseinrichtung Licht auf eine Meßfläche ausstrahlbar ist; und
wobei mit dieser wenigstens einen Detektoreinrichtung wenigstens ein Teil des von dieser Meßfläche reflektierten Lichts erfaßbar ist;
wenigstens eine dieser wenigstens einen Detektoreinrichtung umfaßt eine Vielzahl von lichtempfindlichen Sensoreinrichtungen, wobei von im wesentlichen jeder dieser Sensoreinrichtungen jeweils ein Meßwert ausgebbar ist, welcher für das von der jeweiligen Sensoreinrichtung aufgenommene Licht charakteristisch ist;
wenigstens eine Speichereinrichtung;
wenigstens einer Steuereinrichtung zur Steuerung des Meßablaufs, welche wenigstens eine Recheneinrichtung umfaßt; wobei mit dieser Steuereinrichtung ein Meßvorgang steuerbar ist;
wobei wenigstens eine dieser wenigstens einen Meßeinrichtung derart gestaltet ist, daß diese Beleuchtungseinrichtung dieser Meßeinrichtung Strahlung unter einem vorbestimmten Winkel auf diese Meßfläche ausrichtet und daß diese Detektoreinrichtung dieser Meßeinrichtung unter im wesentlichen demselben vorbestimmten Winkel reflektierte Strahlung dieser Meßfläche aufnimmt.

Gegenüber dem Anspruch 1 wurden hier die Merkmale weggelassen, daß ein erster Schwellwert vorgesehen ist und daß ein Meßwert einer Sensoreinrichtung einem ersten Flächentyp zugeordnet wird, wenn er diesen ersten Schwellwert übersteigt; und eine statistische Kenngröße bestimmbar ist, welche den ersten Flächentyp charakterisiert. Dafür wurden die auf die Meßeinrichtung gerichteten Merkmale aufgenommen, wonach wenigstens eine Meßeinrichtung wenigstens eine Beleuchtungseinrichtung und wenigstens eine Detektoreinrichtung umfaßt.

Dann ist es allerdings auch möglich, daß mit den in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Meßgeräten nur integrale Kenngrößen der zu messenden Oberflächen bestimmt werden. Eine solche Bestimmung ist für viele Oberflächen ausreichend.

Claims (85)

1. Vorrichtung zur Bestimmung der Eigenschaften von reflektierenden Körpern und insbesondere von heterogen reflektierenden Körpern mit:
wenigstens einer Beleuchtungseinrichtung, mit welcher Licht auf eine Meßfläche ausstrahlbar ist;
wenigstens einer Detektoreinrichtung, mit welcher das von dieser Meßfläche reflektierte Licht erfaßbar ist;
wobei wenigstens eine dieser wenigstens einen Detektoreinrichtung eine Vielzahl von lichtempfindlichen Sensoreinrichtungen umfaßt, und von im wesentlichen jeder dieser Sensoreinrichtungen jeweils ein Meßwert ausgebbar ist, welcher für das von der jeweiligen Sensoreinrichtung aufgenommene Licht charakteristisch ist;
wenigstens eine Speichereinrichtung, in welcher wenigstens ein erster vorbestimmter Schwellwert vorgesehen ist;
wenigstens einer Steuereinrichtung zur Steuerung des Meßablaufs, welche wenigstens eine Recheneinrichtung umfaßt;
wobei mit dieser Steuereinrichtung ein Meßvorgang derart steuerbar ist, daß ein Meßwert einer Sensoreinrichtung einem ersten Flächentyp zugeordnet wird, wenn er diesen ersten Schwellwert übersteigt; und
wobei diese Steuereinrichtung derart gestaltet ist, daß wenigstens eine statistische Kenngröße bestimmbar ist, welche diesen ersten Flächentyp charakterisiert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter vorbestimmter Schwellwert vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßwert einem zweiten Flächentyp zugeordnet wird, wenn er diesen zweiten Schwellwert unterschreitet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und/oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dieser zweite vorbestimmte Schwellwert kleiner als der erste vorbestimmte Schwellwert ist.

5. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtungen wenigstens einer Detektor­ einrichtung in Reihen und/oder Spalten angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einem Teil der Sensoreinrichtungen jeweils ein unterschiedlicher Meßort auf dieser Meßfläche zugeordnet ist.

7. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein dritter Schwellwert und ein dritter Flächentyp vorgesehen sind und eine Zuordnung dieser Meßwerte zu diesen Flächentypen vornehmbar ist.

8. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine statistische Kenngröße für den statistischen Anteil eines Flächentyps an der Meßfläche bestimmbar ist.

9. Vorrichtung nach mindest es einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine statistische Kenngröße für eine örtliche Verteilung wenigstens eines Flächentyps über der Meßfläche ableitbar ist.

10. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Flächenbereichen ableitbar ist, wobei Meßwerte benachbarter Sensoreinrichtungen mit dem gleichen Flächentyp dem gleichen Flächenbereich zugeordnet werden.

11. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Flächenbereichen wenigstens eines Flächentyps wenigstens eine statistische Kenngröße für die Größenverteilung der Flächenbereiche dieses Flächentyps ableitbar ist.

12. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Flächenbereichen wenigstens eines Flächentyps wenigstens eine statistische Kenngröße für die örtliche Verteilung der Flächenbereiche wenigstens dieses Flächentyps auf dieser Meßfläche ableitbar ist

13. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abbildungseigenschaft wenigstens einer Detektor­ einrichtung veränderbar ist, so daß ein Ausschnitt dieser Meßfläche in einem veränderten Maßstab darstellbar ist.

14. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine optische Kenngröße bestimmbar ist, welche wenigstens eine optische Eigenschaft dieser Meßfläche charakterisiert, wobei diese optische Kenngröße aus einer Gruppe von Kenngrößen entnommen ist, welche Glanz, Farbe, Orange Peell, Haze, Glanzschleier, Abbildungsschärfe (DOI) und dergleichen umfaßt.

15. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei oder mehr unterschiedliche optische Kenngrößen dieser Meßfläche bestimmbar sind.

16. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für wenigstens einer Flächenbereich wenigstens eines Flächentyps wenigstens eine optische Kenngröße bestimmbar ist.

17. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für wenigstens einen Flächentyp wenigstens eine optische Kenngröße bestimmbar ist.

18. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Anzahl von Detektoreinrichtungen und Anzahl der Beleuchtungseinrichtungen drei, vier, fünf oder mehr beträgt.

19. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens drei Detektoreinrichtungen vorgesehen sind.

20. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens drei Beleuchtungseinrichtungen vorgesehen sind.

21. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine zweite Detektoreinrichtung und/oder wenigstens eine zweite Beleuchtungseinrichtung außerhalb einer ersten Meßebene angeordnet ist, welche durch eine erste Beleuchtungseinrichtung, eine erste Detektoreinrichtung und die Meßfläche verläuft.

22. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese zweite Detektoreinrichtung und/oder zweite Beleuchtungseinrichtung in einem vorbestimmten Azimutwinkel zu dieser ersten Meßebene angeordnet ist.

23. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Beleuchtungseinrichtung und jede Detektor­ einrichtung im wesentlichen unter jeweils einem vorbe­ stimmten Höhenwinkel zu dieser Meßfläche angeordnet ist.

24. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Meßeinrichtung vorgesehen ist, welche wenigstens eine Beleuchtungseinrichtung und wenigstens eine Detektoreinrichtung umfaßt.

25. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese Beleuchtungseinrichtung dieser Meßeinrichtung Strahlung unter einem vorbestimmten Meßeinrichtungswinkel auf diese Meßfläche ausrichtet und daß diese Detektoreinrichtung unter im wesentlichen demselben vorbestimmten Meßeinrichtungswinkel reflektierte Strahlung dieser Meßfläche aufnimmt.

26. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese Meßeinrichtung wenigstens einen Strahlteiler umfaßt.

27. Vorrichtung nach mindest es einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Strahlteiler dieser Meßeinrichtung von dieser Beleuchtungseinrichtung emittierte Strahlung in Richtung dieser Meßfläche umlenkt.

28. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Strahlteiler dieser Meßeinrichtung aufgenommene Strahlung von dieser Meßfläche zu dieser Detektoreinrichtung durchläßt.

29. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Detektoreinrichtung vorgesehen ist, welche das emittierte Licht wenigstens einer Beleuchtungseinrichtung kontrolliert.

30. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil dieser Beleuchtungseinrichtungen bei einem Meßvorgang im wesentlichen nacheinander ange­ steuert wird, derart, daß deren ausgestrahltes Licht von den Detektoreinrichtungen jeweils getrennt erfaßbar ist.

31. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil dieser Beleuchtungseinrichtungen bei einem Meßvorgang im wesentlichen zeitgleich angesteuert wird, derart, daß deren ausgestrahltes Licht von den Detektoreinrichtungen gleichzeitig erfaßbar ist.

32. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aufsetzwinkel dieser Vorrichtung auf diese Meßfläche veränderbar ist.

33. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenzeichnet, daß dieser Aufsetzwinkel kontinuierlich und/oder in vorbestimmten Schritten veränderbar ist.

34. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Aufsetzwinkel erfaßbar ist.

35. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für wenigstens zwei oder mehr unterschiedliche Meßgeometrien jeweils wenigstens eine Kenngröße bestimmbar sind, wobei ein Meßgeometrie charakteristisch für den jeweiligen Beleuchtungswinkel und den jeweiligen Meßwinkel ist.

36. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für wenigstens zwei Meßgeometrien jeweils wenigstens eine statistische Kenngröße ableitbar ist.

37. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Vielzahl von Meßgeometrien eine statistische Verteilung wenigstens einer statistischen Kenngröße und/oder optischen Kenngröße wenigstens eines Flächentyps ableitbar ist.

38. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei oder mehr Beleuchtungseinrichtungen vorgesehen sind, welche im wesentlichen in einer Ebene senkrecht zur Meßfläche angeordnet sind.

39. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Beleuchtungseinrichtung vorgesehen ist, welche im wesentlichen außerhalb einer Ebene senkrecht zur Meßfläche angeordnet ist, wobei diese Ebene senkrecht zur Meßfläche durch die Meßfläche und eine Detektoreinrichtung verläuft.

40. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei oder mehr Detektoreinrichtungen vorgesehen sind, welche im wesentlichen in einer Ebene senkrecht zur Meßfläche angeordnet sind.

41. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Detektoreinrichtung vorgesehen ist, welche im wesentlichen außerhalb einer Ebene senkrecht zur Meßfläche angeordnet ist, wobei diese Ebene senkrecht zur Meßfläche durch die Meßfläche und eine Beleuchtungsein­ richtung verläuft.

42. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Sensoreinrichtungen einer Detektoreinrichtung auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet sind, wobei die Detektoreinrichtung vorzugsweise als CCD-Chip oder dergleichen ausgeführt ist.

43. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Detektoreinrichtung als Farb-CCD-Chip oder dergleichen ausgeführt ist.

44. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Blendeneinrichtung im Strahlengang zwischen wenigstens einer Beleuchtungseinrichtung und wenigstens einer Detektoreinrichtung angeordnet ist.

45. Vorrichtung nach mindest es einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Blendeneinrichtung zwischen einer Beleuchtungseinrichtung und der Meßfläche angeordnet ist.

46. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine dieser wenigstens einen Blendeneinrichtung zwischen der Meßfläche und wenigstens einer Detektoreinrichtung angeordnet ist.

47. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine dieser wenigstens einen Blendeneinrichtung eine steuerbare Blendenöffnung aufweist.

48. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese steuerbare Blendeneinrichtung einer Gruppe von Blendeneinrichtungen entnommen ist, welche wenigstens eine steuerbare Blendenöffnung mit punkt-, spalten-, zeilenförmigen und/oder abgerundetem Querschnitt und dergleichem mehr aufweisen, umfaßt.

49. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese Blendeneinrichtung als LCD-Blendeneinrichtung oder dergleichen ausgeführt ist.

50. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Beleuchtungseinrichtung wenigstens eine Strahlungsquelle umfaßt, welche einer Gruppe von Strahlungsquellen entnommen ist, welche Leuchtdioden (LED), Laser und thermische Strahler, wie Halogen-, Krypton- und Glüh-Strahlungsquellen, und dergleichen umfaßt.

51. Vorrichtung nach mindest es einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von wenigstens einer Beleuchtungseinrichtung die Frequenz des ausgestrahlten Lichts steuerbar ist, wobei vorzugsweise eine Farbe ausgestrahlten Lichts veränderbar ist.

52. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Beleuchtungseinrichtung einen durchstimmbaren Laser umfaßt.

53. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang zwischen wenigstens einer Beleuchtungs­ einrichtung und wenigstens einer Detektoreinrichtung wenigstens eine Filtereinrichtung angeordnet ist.

54. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine spektrale Charakteristik dieser Filtereinrichtung veränderbar ist.

55. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Filtereinrichtung eine Filterradeinrichtung umfaßt, welche über den Umfang unterschiedliche spektrale Charakteristiken aufweist und vorzugsweise drehbar ist.

56. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Detektoreinrichtung spektral unterschiedlich empfindliche Sensoreinrichtungen umfaßt.

57. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens in einer Detektoreinrichtung wenigstens drei spektral unterschiedlich empfindliche Sensoreinrichtungen vorgesehen sind.

58. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese wenigstens drei spektral unterschiedlich empfindlichen Sensoreinrichtungen Licht im wesentlichen gleicher Meßorte dieser Meßfläche erfassen.

59. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese Vorrichtung relativ zu dieser Meßfläche verschiebbar ist und daß eine Wegstreckenmeßeinrichtung vorgesehen ist, welche diese relative Verschiebung quantitativ erfaßt.

60. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese Wegstreckenmeßeinrichtung wenigstens ein Meßrad umfaßt, welches während der Messung auf der zu messenden Oberfläche aufgesetzt ist und sich während dieser relativen Verschiebung dreht.

61. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gestelleinrichtung vorgesehen ist, an welcher diese Wegstreckenmeßeinrichtung angeordnet ist.

62. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese Wegstreckenmeßeinrichtung wenigstens einen Drehwinkelgeber umfaßt, der ein elektrisches Signal ausgibt, welches für diese relative Verschiebung repräsentativ ist.

63. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese Meßfläche auf diesem zu messenden Körper durch Veränderung des Systemwinkels wählbar ist.

64. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Trägereinrichtung vorgesehen ist, an welcher diese Beleuchtungseinrichtungen und Detektoreinrichtungen angeordnet sind, und daß eine Robotorarmeinrichtung vorgesehen ist, welche diese Trägereinrichtung automatisch zu und vorzugsweise entlang einer Meßfläche führt.

65. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei dieser Relativverschiebung ortsabhängig Messungen durchführbar sind und daß wenigstens eine optische und/oder statistische Kenngröße ortsabhängig speicherbar ist.

66. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Detektoreinrichtung und wenigstens eine Beleuchtungseinrichtung derart angeordnet sind, daß wenigstens eine optische Transmissionseigenschaft der Meßfläche bestimmbar ist.

67. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spektralfiltereinrichtung an wenigstens einer Beleuchtungseinrichtung vorgesehen ist, welches das ausgestrahlte Spektrum einer vorbestimmten Spektralverteilung annähert.

68. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Detektoreinrichtung wenigstens eine Spektrometereinrichtung umfaßt, so daß eine spektrale Charakteristik des aufgenommenen Lichts erfaßbar ist.

69. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Halteeinrichtung vorgesehen ist, welche zur Aufnahme einer optischen Einrichtung dient, wobei diese optische Einrichtung einer Gruppe von optischen Einrichtungen entnommen ist, welche Detektoreinrichtungen, Beleuchtungseinrichtungen, Meßeinrichtungen und dergleichen umfaßt.

70. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einer Meßebene eine Vielzahl von Halteeinrichtungen vorgesehen ist, welche jeweils den gleichen Winkelabstand zueinander aufweisen.

71. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Winkelabstand dieser Halteeinrichtungen einer Gruppe von Winkeln entnommen ist, welche die Winkelabstände 1 Grad, 2 Grad, 2,5 Grad, 3 Grad, 4 Grad, 5 Grad, 10 Grad, 15 Grad und dergleichen umfaßt.

72. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einer zweiten Meßebene eine Vielzahl von Halteeinrichtungen vorgesehen ist.

73. Verfahren zur Bestimmung der Eigenschaften von reflektierenden Körpern und insbesondere von heterogen reflektierenden Körpern mit einer Vorrichtung, welche umfaßt:
wenigstens eine Beleuchtungseinrichtung, welche Licht auf eine Meßfläche ausstrahlt,
wenigstens eine Detektoreinrichtung, welche das von dieser Meßfläche reflektierte Licht erfaßt; wobei wenigstens eine dieser wenigstens einen Detektoreinrichtung eine Vielzahl von lichtempfindlichen Sensoreinrichtungen umfaßt, und im wesentlichen jede dieser Sensoreinrichtungen jeweils ein Meßwert ausgibt, welcher für das von der jeweiligen Sensoreinrichtung aufgenommene Licht charakteristisch ist;
wenigstens eine Speichereinrichtung, in welcher wenigstens ein erster vorbestimmter Schwellwert vorgesehen ist;
wenigstens einer Steuereinrichtung, welche wenigstens eine Recheneinrichtung umfaßt, und den Meßablauf steuert;
wobei das Verfahren wenigstens die folgende Schritte umfaßt:

• a) ansteuern von wenigstens einer Beleuchtungseinrichtung, um die Meßfläche zu beleuchten;
• b) ansteuern der Sensoreinrichtungen wenigstens einer Detektoreinrichtung; um die Meßsignale der Sensor­ einrichtungen wenigstens einer Detektoreinrichtung zu erfassen und in Meßwerte umzuwandeln;
• c) speichern wenigstens eines Teils der aufgenommenen Meßwerte;
• d) vergleichen der Größe jedes Meßwertes mit einem in der Speichereinrichtung abgelegten ersten Schwellwert, um den jeweiligen Meßwert einem ersten Oberflächentyp zuzuordnen, wenn dieser größer als der erste Schwellwert ist; und
• e) Ausgabe einer statistischen Kenngröße, welche diesen ersten Flächentyp charakterisiert.

74. Verfahren nach Anspruch 73, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Meßwerte des ersten Oberflächentyps bestimmt wird und in Verhältnis zur Anzahl der Meßwerte insgesamt gesetzt wird.

75. Verfahren nach Anspruch 73 und/oder Anspruch 74, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein zweiter Schwellwert vorgesehen ist und Meßwerte kleiner als der zweite Schwellwert einem zweiten Oberflächentyp zugeordnet werden.

76. Verfahren mindestens einem der Ansprüche 73 bis 75, mit einer Vorrichtung, welche mit wenigstens einer Detektoreinrichtung ein Abbild der Meßfläche erfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine statistische Kenngröße der statistischen Ortsverteilung des ersten Oberflächentyps auf der Meßfläche abgeleitet wird.

77. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 73 bis 76, dadurch gekennzeichnet, daß Flächenbereiche für wenigstens einen Oberflächentyp abgeleitet werden, wobei die Ausdehnung eines Flächenbereichs durch die Meßwerte benachbarter Sensoreinrichtungen des gleichen Oberflächentyps bestimmt wird.

78. Verfahren nach Anspruch 77, dadurch gekennzeichnet, daß ein Maß für die Größe der einzelnen Flächenbereiche bestimmt wird und wenigstens eine statistische Kenngröße abgeleitet wird, welcher charakteristisch für eine statistische Größenverteilung der Flächenbereiche wenigstens eines Oberflächentyps ist.

79. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 77 bis 78, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Maß für die Form der einzelnen Flächenbereiche bestimmt wird und vorzugsweise wenigstens eine statistische Formkenngröße abgeleitet wird, welcher charakteristisch für eine statistische Formverteilung der Flächenbereiche wenigstens eines Oberflächentyps ist.

80. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 73 bis 79, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Verfahrenschritte für wenigstens zwei Meßgeometrien durchgeführt werden, wobei eine Meßgeometrie durch einen Beleuchtungswinkel zu der Meßfläche und einen Detektorwinkel zu der Meßfläche bestimmt wird.

81. Verfahren nach Anspruch 80, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Verteilung wenigstens einer statisti­ schen Kenngröße über der Meßgeometrie abgeleitet wird.

82. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 73 bis 81, dadurch gekennzeichnet, daß Meßwerte des ersten Oberflächentyps einem ersten Typ von Materialeinschluß des zu messenden Körpers zugeordnet werden, und daß eine statistische Kenngröße der Ortsverteilung des ersten Typs von Materialeinschluß über der Meßfläche bestimmt wird.

83. Verfahren nach Anspruch 82, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen Vergleich der Flächenbereiche bei wenigstens drei unterschiedlichen Meßgeometrien ein charakteristisches Maß für eine dreidimensionale Form der ersten Materialeinschlüsse abgeleitet wird.

84. Verfahren nach Anspruch 82, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen Vergleich der Flächenbereiche bei wenigstens drei unterschiedlichen Meßgeometrien ein charakteristisches Maß für eine dreidimensionale Lage der ersten Materialeinschlüsse abgeleitet wird.

85. Verfahren nach Anspruch 82, dadurch gekennzeichnet, daß für wenigstens einen Flächentyp wenigstens eine charakteristische optische Kenngröße bestimmt wird, indem bei der Bestimmung der charakteristischen optischen Kenngröße nur Meßwerte des zugehörigen Flächentyps berücksichtigt werden.