DE102004037040A1

DE102004037040A1 - Vorrichtung zur quantifizierten Bewertung von Oberflächeneigenschaften

Info

Publication number: DE102004037040A1
Application number: DE102004037040A
Authority: DE
Inventors: Konrad Lex; Gerhard Hentschel
Original assignee: BYK Gardner GmbH
Current assignee: BYK Gardner GmbH
Priority date: 2004-07-30
Filing date: 2004-07-30
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2024-07-31
Also published as: JP4902145B2; JP2011232350A; US7566894B2; JP2006047301A; DE102004037040B4; US20060065857A1

Abstract

Vorrichtung (21) zur quantifizierten Bewertung von Oberflächeneigenschaften mit einer ersten Strahlungseinrichtung (23), welche unter einem ersten vorgegebenen Winkel gegenüber einer zu untersuchenden Oberfläche (1) angeordnet ist und Strahlung auf die zu untersuchende Oberfläche (1) richtet, wobei die auf die Oberfläche (1) gerichtete Strahlung wenigstens eine Komponente mit Wellenlängen im infraroten Bereich aufweist, einer unter einem zweiten vorgegebenen Winkel gegenüber der zu untersuchenden Oberfläche angeordnete Detektionseinrichtung (24), welche die auf die Oberfläche eingestrahlte und von dieser zurückgeworfene Strahlung detektiert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur quantifizierten Bewertung von Oberflächeneigenschaften.
Die Erfindung wird in Bezug auf lackierte Oberflächen, insbesondere in Bezug auf die Oberflächen von Karosserien von Kraftfahrzeugen beschrieben. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung auch bei anderen Oberflächen zum Einsatz kommen kann.

Bei zahlreichen technischen Erzeugnissen ist die Beschaffenheit der sichtbaren Oberflächen ein entscheidendes Merkmal für den Gesamteindruck des Produktes.

Kraftfahrzeuge werden üblicherweise mit einer Hochglanzlackierung versehen, deren Glanzkennwert dem Glanzkennwert von anderen Flächen, zum Beispiel Möbelflächen und dergleichen, in der Regel weit überlegen ist. Der hohe Glanz der verwendeten Lackierungen und die relativ großen Flächen erfordern eine außerordentlich sorgfältige Vorbereitung der zu lackierenden Flächen und eine sehr sorgfältige Auftragung des Lackes. Um Qualitätsmängel von lackierten Karosserieflächen zu erkennen, sind aus dem Stand der Technik Vorrichtungen bekannt, welche eine objektive Charakterisierung bzw. Bewertung der Oberflächen durch die Auswertung von auf diesen eingestrahlten Lichtes erlauben. Durch diese Vorrichtungen können beispielsweise Unebenheiten in den Lackschichten detektiert und quantitativ ausgewertet werden.

Die üblicherweise in der Kraftfahrzeugindustrie verwendeten Lacke weisen jedoch nicht nur eine äußere Lackschicht auf, sondern unter dieser äußeren Lackschicht liegende Grundlackschichten. Um qualitativ einwandfreie Endschichten herzustellen, ist es nötig, auch die Beschaffenheit der jeweiligen Grundlackierungen zu überprüfen. Dabei tritt jedoch das Problem auf, dass diese Grundlackierungen auf sie eingestrahltes Licht relativ schwach reflektieren und daher eine Bewertung dieses Grundlacks sehr aufwendig ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, welche eine Bewertung auch der Grundlackierungen erlaubt.

Dies wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur quantifizierten Bewertung von Oberflächeneigenschaften weist eine erste Strahlungseinrichtung auf, welche unter einem ersten vorgegebenen Winkel gegenüber einer zu untersuchenden Oberfläche angeordnet ist und Strahlung auf die zu untersuchende Oberfläche richtet. Dabei weist die auf die Oberfläche gerichtete Strahlung wenigstens eine Komponente mit Wellenlängen im infraroten Bereich auf. Ferner ist unter einem zweiten vorbestimmten Winkel gegenüber der zu untersuchenden Oberfläche angeordnete Detektionseinrichtung vorgesehen, welche die auf die Oberfläche eingestrahlte und von dieser zurückgeworfene Strahlung detektiert.

Unter infraroter Strahlung wird solche Strahlung beziehungsweise solches Licht verstanden, welches Wellenlängen aufweist, welche länger sind als die Wellenlängen des sichtbaren Lichts. Bevorzugt sind jedoch die verwendeten Wellenlängen kürzer als die zu untersuchenden Strukturen. Unter einem vorbestimmten Winkel wird der Raumwinkel verstanden, unter welchem die Strahlungs- beziehungsweise Detektionseinrichtung gegenüber der zu untersuchenden Oberfläche angeordnet ist.

Unter zurückgeworfener Strahlung wird die Strahlung verstanden, die von der Oberfläche wieder abgestrahlt wird, nachdem sie auf die Oberfläche gerichtet wurde, also insbesondere aber nicht ausschließlich reflektierte, gebeugte oder gestreute Strahlung.

Dieser Raumwinkel setzt sich aus einem Paar von Winkels zusammen, welches geeignet ist, die Lage der jeweiligen Einrichtung gegenüber der zu untersuchenden Oberfläche eindeutig zu bestimmen.

Unter einer Strahlung, die sich aus mehreren Komponenten mit unterschiedlichen Wellenlängen zusammensetzt, wird solche Strahlung verstanden, welche Licht unterschiedlicher Wellenlängen oder unterschiedlicher Wellenlängenbereiche aufweist.

Unter einem auf die Oberfläche Richten von Strahlung wird verstanden, dass wenigstens ein Teil der emittierten Strahlung auf die Oberfläche gelangt. Diese Strahlung muss dabei selbst nicht kollimiert bzw. gerichtet sein, sondern kann auch mehr oder weniger stark divergent oder diffus sein.

Bevorzugt detektiert die Detektionseinrichtung die von der ersten Strahlungseinrichtung auf die Oberfläche eingestrahlte und von dieser reflektierte Strahlung. Dies bedeutet, dass die Detektionseinrichtung so angeordnet ist, dass sie das unter einem vorgegebenen Einfallswinkel auf die Oberfläche eingestrahlte und nach dem Reflektionsgesetz reflektierte Licht detektiert.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die erste Strahlungseinrichtung als Punktlichtquelle ausgeführt. Unter einer Punktlichtquelle wird eine solche Lichtquelle verstanden, welche Licht mit einer hohen Divergenz ausstrahlt. Eine derartige Lichtquelle lässt sich durch die Verwendung von kleinen Aperturen erreichen. Bevorzugt weist jedoch die erste Strahlungseinrichtung eine optische Faser auf, welche das Licht auf die zu untersuchende Oberfläche wirft. Die Verwendung einer Faser hat den Vorteil, dass auf die Verwendung von zusätzlichen Apparaturen verzichtet werden kann, da die Fasern selbst bereits einen sehr geringen Querschnitt aufweisen und auf diese Weise stark divergentes Licht erzeugen.

Durch die Verwendung einer Punktlichtquelle wird eine vergrößerte Abbildung der zu untersuchenden Oberfläche, insbesondere in der Detektionsebene, ermöglicht. Bevorzugt kann dazu auf zusätzliche Elemente, wie Linsen oder dergleichen, verzichtet werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die starke Divergenz durch Linsen, insbesondere aber nicht ausschließlich Linsen mit einer sehr kurzen Brennweite, verwendet. Eine derartige Linse kann in Verbindung mit einer optischen Faser verwendet werden, aber auch unabhängig davon.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Detektionseinrichtung Strahlungsbegrenzungselemente auf. Dabei handelt es sich bevorzugt um Blenden. Diese Blenden können mit festem oder variablem Blendenquerschnitt gewählt sein.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Detektionseinrichtung mehrere Blenden auf. Bevorzugt weist die Detektionseinrichtung mehrere Detektoren auf, wobei bevorzugt jeder einzelne Detektor mit einer Blende versehen ist. Bevorzugt weist die Vorrichtung mehrere Detektoren auf, welche in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen empfindlich sind.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erlaubt die Detektionseinrichtung eine ortsaufgelöste Detektion der auf sie auftreffenden Strahlung. Dies bedeutet, dass die Detektionseinrichtung nicht lediglich die Strahlung hinsichtlich ihrer Strahlungsintensität auswertet, sondern darüber hinaus erlaubt, die Strahlung ortsaufgelöst zu detektieren. Zu diesem Zweck weist die Detektionseinrichtung bevorzugt flächige Bildaufnahmeelemente, wie beispielsweise CCD-Chips und dergleichen, auf.

In einer weiteren Ausführungsform erlaubt die Detektionseinrichtung keine ortsaufgelöste Detektions der Strahlung, in diesem Fall weist die Detektionseinrichtung lichtempfindliche Elemente wie Photosensoren oder Photozellen auf.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Detektionseinrichtung auch für die Einstrahlung von infrarotem Licht empfindlich.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Strahlungseinrichtung mehrere Lichtquellen mit unterschiedlichem Emissionsspektrum auf. So können beispielsweise einzelne Lichtquellen vorgesehen sein, welche Licht im sichtbaren Bereich ausstrahlen, wohingegen weitere Lichtquellen Licht im infraroten Wellenlängenbereich aussenden.

Bevorzugt weist die Strahlungseinrichtung zusätzlich mehrere Lichtquellen auf, welche so gestaltet sind, dass das Emissionsspektrum des von diesen Lichtquellen ausgestrahlten Lichtes im wesentlichen den vollständigen Bereich des sichtbaren Lichtes oder Teile hiervon, und wenigstens einzelne Bereiche des infraroten Lichts, abdeckt. Durch diese im wesentlichen vollständige Abdeckung kann eine möglichst genaue Reproduktion vorgegebener Lichtverhältnisse, wie beispielsweise weißen Lichts, erfolgen. Andererseits ist es durch die Verwendung mehrerer Strahlungsquellen auch möglich, die Oberfläche wahlweise mit Licht vorgegebener Wellenlänge zu beleuchten und die Strahlung entsprechend auszuwerten.

Bevorzugt ist auch die Detektionseinrichtung derart gestaltet, dass sie über den im wesentlichen gesamten sichtbaren Bereich und wenigstens Teile des infraroten Wellenlängenbereichs empfindlich ist. Als Sensormaterial kann beispielsweise Germanium verwendet werden.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens eine Lichtquelle ein Laser. Zu diesem Zweck können beispielsweise Halbleiterlaser eingesetzt werden, welche kontinuierliche Strahlung abgeben. Es können jedoch auch LEDs und dergleichen als Lichtquelle verwendet werden.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind mehrere Strahlungseinrichtungen unter unterschiedlichen Raumwinkeln gegenüber der zu untersuchenden Oberfläche angeordnet. Dabei können diese mehreren Strahlrichtungen auch unterschiedliche Emissionsspektren, teilweise im sichtbaren und teilweise im infraroten Bereich, aufweisen.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform strahlt eine weitere Strahlungseinrichtung diffuses Licht auf die zu untersuchende Oberfläche aus. Dabei kann dieses diffuse Licht beispielsweise durch die Verwendung von Mattglasscheiben oder Streuscheiben oder ähnlichem erreicht werden.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Detektionseinrichtung eine Vielzahl von Detektoren auf. Dabei können die einzelnen Detektoren in vorbestimmter Weise bezüglich einander angeordnet sein, beispielsweise auf einer Linie oder dergleichen. Bevorzugt weisen auch wenigstens zwei Detektoren für unterschiedliche Strahlung, das heißt Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen, unterschiedliche Empfindlichkeiten auf.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind mehrere, im wesentlichen gleichartige, Detektoren in einer im wesentlichen geraden Linie angeordnet. Auf diese Weise kann eine Auswertung des auf diese Detektoren entlang der Linie auftreffenden Lichts vorgenommen werden. Bevorzugt kann die Vorrichtung gegenüber der zu untersuchenden Oberfläche in dieser Richtung verschoben bzw. bewegt werden.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine erste Anzahl von Detektoren mit Empfindlichkeiten in einem ersten Wellenlängenbereich in einer Linie angeordnet und, im wesentlichen versetzt dazu, eine zweite Anzahl von Detektoren für die sichtbaren Wellenlängenbereiche in einer zweiten Linie. So ist es beispielsweise möglich, eine vorgegebene Anzahl erster Detektoren für die infraroten Wellenlängenbereiche in einer Linie anzuordnen und eine zweite Anzahl von Detektoren für die sichtbaren Wellenlängenbereiche in einer zweiten Linie, welche im wesentlichen zu der ersten Linie parallel ist.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung Bewegungseinrichtungen auf, welche eine Bewegung der Vorrichtung gegenüber der zu untersuchenden Oberfläche erlauben. Bei diesen Bewegungseinrichtungen kann es sich beispielsweise um Räder oder dergleichen handeln.

Bevorzugt sind die Bewegungseinrichtungen mit Wegstreckenmesseinrichtungen verbunden, welche erlauben, den zurückgelegten Weg der Vorrichtung gegenüber der zu untersuchenden Oberfläche zu bestimmen.

Bevorzugt weist die Vorrichtung eine bevorzugt mit der Detektionseinrichtung in Verbindung stehende Auswerteinrichtung auf, die die von der Detektionseinrichtung aus der aufgenommenen Strahlung ermittelten Messwerte auswertet. Bevorzugt werden im Rahmen der Auswertung die ermittelten Messwerte in Beziehung zueinander gesetzt, indem Mittelungen vorgenommen oder vergleichbare mathematische Operationen durchgeführt werden.

Ferner werden bevorzugt die ermittelten Messwerte in Verbindung gebracht mit Messdaten, welche Aufschluss über die relative Lage der Vorrichtung gegenüber der zu untersuchenden Oberfläche geben.

Die Erfindung ist ferner auf ein Verfahren zur quantifizierten Bewertung von Oberflächen gerichtet. Dabei wird in einem ersten Verfahrensschritt Strahlung, welche wenigstens eine Komponente im infraroten Wellenbereich aufweist, auf die zu untersuchende Oberfläche eingestrahlt. In einem weiteren Verfahrensschritt wird das von der zu untersuchenden Oberfläche zurückgeworfene Licht mittels einer Detektionseinrichtung aufgenommen und bevorzugt ausgewertet. Genauer gesagt wird die auf die Detektionseinrichtung geworfene Strahlung von dieser in ein charakteristisches elektronisches Signal umgewandelt und dieses ausgewertet.

Bevorzugt wird während eines Messvorgangs die erfindungsgemäße Vorrichtung gegenüber der zu untersuchenden Oberfläche bewegt und auf diese Weise eine Vielzahl von Messwerten aufgenommen. Bevorzugt wird während der Bewegung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber der zu untersuchenden Oberfläche jeweils an vorbestimmten Orten ein Messwert aufgenommen, was insgesamt zu einer Vielzahl von Messwerten führt. Die Auswertung dieser Vielzahl von Messwerten erlaubt es, die Qualität der zu untersuchenden Oberfläche zu charakterisieren. Über eine Wegstreckenmesseinrichtung kann der Ort der Vorrichtung gegenüber der zu untersuchenden Oberfläche bestimmt werden und auf diese Weise können die Messwerte einem bestimmten geometrischen Ort zugeordnet werden.

Bevorzugt wird zunächst eine Vielzahl von Messwerten aufgenommen, die ausgewertet werden; die aufgenommenen Messwerte werden als Helligkeitsmesswerte bezeichnet. In einem darauffolgenden Auswerteschritt werden aus den Helligkeitsmesswerten Oberflächenmesswerte gebildet, indem jeweils eine Anzahl n₁ vorlaufender Messwerte und eine Anzahl n₂ nachlaufender Messwerte mit berücksichtigt werden. Dabei ist bevorzugt die Anzahl n₁ gleich der Anzahl von n₂-Messwerten. Dabei werden zunächst eine Anzahl von n₁-Helligkeitsmesswerten vor dem ersten zu bestimmenden Oberflächenmesswert aufgenommen und nach dem letzten Oberflächenmesswert eine weitere Anzahl von n₂-Helligkeitsmesswerten. In Abhängigkeit von der gewählten Anzahl von Messwerten n₁ und n₂ können jeweils langwelligere Oberflächenstörungen oder kurzwelligere Oberflächenstörungen erfasst werden. Bevorzugt werden auch die einzelnen Messwerte dem jeweiligen Ort der Messung, welcher beispielsweise durch die Wegstreckenmessung nachvollzogen werden kann, zugeordnet.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen.
Dabei zeigen:
1 die schematische Veranschaulichung der patentgemäßen Aufgabe;
2a eine schematische Darstellung der Veranschaulichung des Prinzips des Messerfahrens;
2b eine weitere schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Prinzips der Erfindung;
2c eine weitere schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Prinzips des Messverfahrens;
2d eine weitere schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Prinzips des Messverfahrens;
2e eine weitere schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Prinzips des Messverfahrens;
3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur quantifizierten Bewertung von Oberflächen und;
4 einen Ausschnitt aus einer Detektionseinrichtung für die erfindungsgemäße Vorrichtung aus 3;
In 1 ist eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des der Erfindung zugrundeliegenden Problems dargestellt. Auf eine Oberfläche 1 trifft von einer Lichtquelle 4, wie beispielsweise der Sonne, ausgestrahltes Licht 3 auf. Augrund des gekrümmten Verlaufs der Oberfläche wird jedoch das Licht nicht im wesentlichen parallel in Richtung eines Beobachters 6 reflektiert, sondern, je nach Krümmung der Oberfläche, entlang der einzelnen Pfeile P1 bis P5. Durch dieses Phänomen entsteht beim Beobachter der Eindruck einer nicht völlig glatten Oberfläche bzw. der auch als "Orange Peel" bekannte optische Effekt.
Die 2a bis 2e veranschaulichen das Prinzip der Erfindung. Dabei wird die erfindungsgemäße Vorrichtung entlang des Pfeils A gegenüber der zu untersuchenden Oberfläche 1 verschoben. Das von einer Lichtquelle 4 stammende Licht wird von der zu untersuchenden Oberfläche 1 reflektiert und auf eine Detektionseinrichtung 11 geworfen. In Abhängigkeit von der jeweiligen Krümmung der Oberfläche 1 gelangt mehr oder weniger Licht auf die Detektionseinrichtung 11. Dies ist in den 2a bis 2e veranschaulicht, in welchen, je nach dem Auftreffpunkt der Lichtstrahlen auf der Oberfläche 1, die zurückgeworfenen Strahlen eine unterschiedliche Richtung aufweisen und demnach das Licht unterschiedlich intensiv auf den Detektor 11 auftrifft. Durch langsames Abtasten der zu untersuchenden Oberfläche entlang des Pfeils A kann auf diese Weise ein Bild über den Krümmungsverlauf der Oberfläche gewonnen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform erlaubt die Detektionseinrichtung 11 eine ortsaufgelöste Darstellung der auf ihr eintreffenden Strahlen, d.h. nicht nur eine Auflösung nach der Intensität der Strahlung sondern ein ortsaufgelöstes Bild. Auf diese Weise wird eine präzisere Information über die zu untersuchende Oberfläche gewonnen.
In einem bevorzugten Messverfahren wird die Vorrichtung entlang des Pfeils A gegenüber der zu untersuchenden Oberfläche 1 verschoben und jeweils eine Vielzahl von Messwerten aufgenommen. Dabei kann die Vorrichtung Gummiräder oder Gummiwalzen verwenden, die die relative Bewegung der Oberfläche 1 und der Vorrichtung unmittelbar erfassen und somit die exakte geometrische Zuordnung der Messpunkte zur Oberfläche sicherstellen.
Durch die Aufnahme einer Vielzahl von Messwerten können einerseits in kurzen Abständen wiederkehrende Unebenheiten festgestellt werden (sogenannte kurzwellige Unebenheiten). Durch eine Auswertung über eine Vielzahl von Messpunkten können jedoch auch beispielsweise unter Verwendung geeigneter Mittelungen langwellig wiederkehrende Unebenheiten aufgenommen und erkannt werden.
Bevorzugt kann eine Einteilung in mehrere Wellenlängenbereiche, wie beispielsweise fünf Wellenlängenbereiche, vorgenommen werden. Es hat sich gezeigt, dass eine derartige Einteilung eine sehr genaue Darstellung der zu untersuchenden Oberfläche gewährleistet.
So kann eine Messung beispielsweise mit 50, 40, 30, 20 oder 10 vorlaufenden und nachlaufenden Messpunkten ausgewertet werden, wobei mit einer höheren Anzahl von Messwerten die langwelligen Oberflächenstörungen besser erfasst und mit der kleineren Anzahl die kurzwelligen Oberflächenstörungen besser erfasst werden können.
Um, wie eingangs erwähnt, auch die Grundlackierungen untersuchen zu können, welche im sichtbaren Bereich des Lichts ein nur geringes Reflektionsvermögen aufweisen, wird erfindungsgemäß die Verwendung von infrarotem Licht vorgeschlagen.
3 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung. Diese weist ein Gehäuse 21 auf, in welchem sowohl die Strahlungseinrichtung 23 als auch die Detektionseinrichtung 32 untergebracht sind. Dabei sind die Strahlungseinrichtung und die Detektionseinrichtung jeweils unter einem vorgegebenen Winkel gegenüber der zu untersuchenden Oberfläche 1 angeordnet. Unter dem jeweiligen Winkel, unter welchen die Einrichtungen über der zu untersuchenden Oberfläche angeordnet sind, wird der Raumwinkel verstanden, der zwischen der Mittelsenkrechten 14 auf die zu untersuchende Oberfläche und den Achsen B und C, welche durch das Zentrum der Strahlungs- und Detektionseinrichtung verlaufen, gebildet wird.
Die Strahlungseinrichtung weist eine (nicht gezeigte) Lichtquelle auf. Das Bezugszeichen 32 bezieht sich auf eine Durchführungseinrichtung, in welcher ein (nicht gezeigter) Lichtleiter wie beispielsweise eine Glasfaser geführt werden kann. Als Lichtquelle kann insbesondere aber nicht ausschließlich ein IR – Laser oder eine Super LED mit einem Emissionsspektrum im Infraroten Bereich eingesetzt werden. Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform wird eine Super LED mit einer Emissionswellenlänge im Bereich 800 nm–1700 nm, bevorzugt im Bereich von 1550 nm, eingesetzt.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Glasfasern weisen eine sog. Seele auf, welche das eigentlich lichtleitende Medium ist. Die Seele ist von einem Mantel umgeben, der eine isolierende Funktion wahrnimmt indem er durch Totalreflexion ein seitliches Austreten von Strahlung aus der Seele heraus verhindert. Gleichwohl tritt, wenn die Glasfaser über längere Strecken im wesentlichen geradlinig geführt wird, Licht bereits bei Eintritt in die Faser auch in den Mantel ein und am Ende der Faser aus diesem aus.
Aus diesem Grunde wird die Glasfaser vor dem Eintritt in die Durchführungseinrichtung gekrümmt geführt, bevorzugt auf einer Länge von ca. 2m bis 3m aufgewickelt, um einen Austritt des Lichts aus dem Mantel am Ende der Faser zu verhindern.
Das Bezugszeichen 29 kennzeichnet eine weitere Strahlungseinrichtung. Diese Strahlungseinrichtung weist eine Lichtquelle auf, welche Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich ausstrahlt. Bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel wird eine Emissionswellenlänge von 650nm verwendet.
Bevorzugt strahlt die Strahlungseinrichtung 29 einen Lichtfleck ab, der von der Oberfläche reflektiert wird und von der Detektionseinrichtung 31 aufgenommen wird. Bevorzugt handelt es sich bei der Detektionseinrichtung 31 um eine Detektionseinrichtung, welche eine ortsaufgelöste Darstellung des auf sie auftreffenden Lichts erlaubt, bevorzugt um eine Farbkamera.
Die Detektionseinrichtung 32 ist zumindest auch für Strahlung im infraroten Bereich empfindlich. Bevorzugt handelt es sich auch bei der Detektionseinrichtung 32 um eine Detektionseinrichtung, welche eine ortsaufgelöste Darstellung des auf sie auftreffenden Lichts erlaubt.
Das Bezugszeichen 53 bezieht sich auf eine weitere Strahlungseinrichtung und das Bezugszeichen 27 auf eine weitere Detektionseinrichtung, welche in dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel zur Bewertung der Oberflächen der fertig gestellten Lackschichten dienen. Durch diese Einrichtungen werden Glanzmessungen vorgenommen.
Die durch diese Glanzmessungen gewonnen Werte werden zur Korrektur derjenigen Ergebnisse benutzt welche durch die oben dargestellten Messungen mit infrarotem Licht gewonnen werden.
In der Strahlungseinrichtung 53 ist wenigstens eine Lichtquelle 12 untergebracht.
Zur Erzeugung derartigen Lichts können beispielsweise Halbleiter, Laserdioden oder dergleichen verwendet werden. Das Licht wird über ein Linsensystem 17 auf die zu untersuchende Oberfläche gerichtet.
Die Strahlungseinrichtung 53 und die Detektionseinrichtung 24 sind im wesentlichen so angeordnet, dass das von der Strahlungseinrichtung ausgesandte Licht im wesentlichen von der zu untersuchenden Oberfläche 1 auf die Detektionseinrichtung 24 reflektiert wird. Neben der Lichtquelle 12 kann die Strahlungseinrichtung 53 noch weitere Lichtquellen aufweisen, welche bevorzugt den gesamten sichtbaren Bereich des Spektrums oder Teile davon abdecken.
Die Detektionseinrichtung 24 weist ein Detektionselement 27 auf, welches die auf diese auftreffende Strahlung detektiert. Zu diesem Zweck weist die Detektionseinrichtung bevorzugt auch ein Linsensystem 28 auf. Als Detektionseinrichtung kommt in einer bevorzugten Ausführungsform eine Farbkamera zur Anwendung.
Daneben können jedoch auch (nicht gezeigt) weitere Detektionseinrichtungen vorgesehen sein, welche das von der Oberfläche zurückgeworfene Licht detektieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können auch einzelne oder mehrere Strahlungseinrichtungen (nicht gezeigt) diffuses Licht aussenden und zu diesem Zweck mit Streuscheiben, Mattglasscheiben oder dergleichen versehen sein. Bezugszeichen 34 bezieht sich auf ein Display zur Auswertung der gemessenen Werte.
4 zeigt einen Detektor der sich aus den Detektionseinrichtungen 31 und 32 zusammensetzt. Diese weist erste Detektoren 32a bis 32e und zweite Detektoren 31a bis 31e auf. Dabei sind bei der gezeigten Ausführungsform die jeweiligen Detektoren der Detektionseinrichtungen 32 und 31 in einer Linie angeordnet. Bevorzugt sind die jeweiligen Detektoren der Detektionseinrichtungen 32 und 31 im wesentlichen senkrecht zu der Richtung, in welcher die Vorrichtung gegenüber der Oberfläche 1 bewegt wird. Die untere Vielzahl 32 weist in dieser Ausführungsform fünf einzelne Detektoren auf, welche zumindest auch für den infraroten Wellenbereich empfindlich sind. Die obere Vielzahl 31 weist in dieser Ausführungsform fünf einzelne Detektoren auf, welche insbesondere für den sichtbaren Bereich empfindlich sind. Die einzelnen Detektoren 31a bis 31e weisen (nicht gezeigte) Blendeneinrichtungen und bevorzugt (nicht gezeigte) Filter, insbesondere Bandfilter, auf, welche in der hier gezeigten Ausführungsform im wesentlichen gleich große Blendenöffnungen aufweisen. Die einzelnen Detektoren der Detektionseinrichtungen 32 und 31 weisen Blendeneinrichtungen mit alternierend unterschiedlichen Blendenöffnungen auf. Auch können die Detektoren selbst unterschiedliche Detektionsflächen aufweisen, um das Licht nur einer Strahlungsquelle gezielt bewerten zu können. Diese Auswahl ist jedoch nicht zwingend, es können auch jeweils andere Blendenöffnungen vorgesehen sein. Auch können computergestützte Blendensteuerungen oder auch Sensorarrays mit programmierbaren Blenden zum Einsatz kommen.

Claims

Vorrichtung (21) zur quantifizierten Bewertung von Oberflächeneigenschaften mit einer ersten Strahlungseinrichtung (23), welche unter einem ersten vorgegebenen Winkel gegenüber einer zu untersuchenden Oberfläche (1) angeordnet ist und Strahlung auf die zu untersuchende Oberfläche (1) richtet, wobei die auf die Oberfläche (1) gerichtete Strahlung wenigstens eine Komponente im mit Wellenlängen im infraroten Bereich aufweist, einer unter einem zweiten vorgegebenen Winkel gegenüber der zu untersuchenden Oberfläche angeordnete Detektionseinrichtung (32), welche die auf die Oberfläche eingestrahlte und von dieser zurückgeworfene Strahlung detektiert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung (32) die von der ersten Strahlungseinrichtung auf die Oberfläche eingestrahlte und von dieser reflektierte Strahlung detektiert.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strahlungseinrichtung (23) als Punktlichtquelle ausgeführt ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strahlungseinrichtung (23) eine optische Faser aufweist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung (32) wenigstens ein Strahlungsbegrenzungselement, bevorzugt eine Blende aufweist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung ein Filterelement, bevorzugt einen Bandfilter, aufweist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung mehrere Blenden aufweist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung eine ortsaufgelöste Detektion der von ihr detektierten Strahlung erlaubt.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strahlungseinrichtung mehrere Lichtquellen mit wenigstens teilweise unterschiedlichen Emissionsspektren aufweist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungseinrichtung mehrere Lichtquellen aufweist, welche so gestaltet sind, dass das Emissionsspektrum des von diesen Lichtquellen ausgestrahlte Lichtes im wesentlichen den vollständigen Bereich oder einen Teilbereich des sichtbaren Lichtes und wenigstens einzelne Bereiche des infraroten Lichts abdeckt.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Lichtquelle ein Laser ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine weitere Strahlungseinrichtung vorgesehen ist, welche Strahlung auf die zu untersuchende Oberfläche richtet.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Strahlungseinrichtung diffuses Licht auf die zu untersuchende Oberfläche richtet.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung eine Vielzahl von Detektoren aufweist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Detektoren für Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge empfindlich sind.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere im wesentlichen gleichartige Detektoren in einer im wesentlichen geraden Linie angeordnet sind.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Detektor für infrarotes Licht empfindlich ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Detektor für sichtbares Licht empfindlich ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese Bewegungseinrichtungen aufweist, welche eine Bewegung der Vorrichtung gegenüber der zu untersuchenden Oberfläche erlauben.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine bevorzugt mit der Detektionseinrichtung verbundene Auswerteeinrichtung aufweist.
Verfahren zur quantifizierten Bewertung von Oberflächeneigenschaften mit den Schritten: Einstrahlen einer Strahlung auf eine zu untersuchende Oberfläche, wobei diese Strahlung wenigstens eine Komponente im infraroten Bereich Wellenlängenbereich aufweist; Detektion des auf die Oberfläche eingestrahlten und von dieser zurückgeworfenen Lichts und Erzeugung eines für dieses Licht charakteristischen Signals; Auswertung des charakteristischen Signals.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass während des Verfahrens eine Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1–19 gegenüber der zu untersuchenden Oberfläche bewegt wird.