DE102006032404B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung von Oberflächeneigenschaften - Google Patents

Abstract

Vorrichtung (1) zur Bestimmung von Oberflächeneigenschaften mit wenigstens einer ersten Strahlungseinrichtung (3), welche Strahlung auf eine zu untersuchende Oberfläche (8) aussendet, wenigstens einer ersten Strahlungsdetektoreinrichtung (5), welche wenigstens einen Teil der von der wenigstens einen Strahlungseinrichtung (3) ausgesandten und anschließend von der Oberfläche (8) gestreuten und/oder reflektierten Strahlung aufnimmt und wenigstens ein erstes Messsignal ausgibt, das für die reflektierte und/oder gestreute Strahlung charakteristisch ist, wenigstens einer weiteren Strahlungsdetektoreinrichtung (7), welche wenigstens einen Teil der von der wenigstens einen Strahlungseinrichtung (3) ausgesandten und anschließend von der Oberfläche (8) gestreuten und/oder reflektierten Strahlung aufnimmt und wenigstens ein weiteres Messsignal ausgibt, das für die reflektierte und/oder gestreute Strahlung charakteristisch ist; dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strahlungsdetektoreinrichtung (5) gegenüber der Richtung der von der Oberfläche (8) reflektierten Strahlung um einen ersten vorgegebenen Winkel β1 versetzt angeordnet ist, die weitere Strahlungsdetektoreinrichtung (7) gegenüber der Richtung der von der Oberfläche (8) reflektierten Strahlung um einen weiteren vorgegebenen Winkel γ1 versetzt angeordnet ist und das Verhältnis zwischen dem Betrag des weiteren vorgegebenen Winkels γ1 und dem Betrag des ersten vorgegebenen Winkels β1 wenigstens 1,5 : 1 beträgt, wobei eine Prozessoreinrichtung (6) vorgesehen ist, die das erste Signal und das weitere Signal miteinander vergleicht und hierdurch eine Schichtdickenänderung der Oberfläche (8) als Ursache für eine Signaländerung identifizieren kann, und wobei aus dem Vergleich zweier derartiger Messsignale aus verschiedenen Oberflächenbereichen geschlossen wird, ob eine Intensität an den beiden Strahlungsdetektoreinrichtungen (5, 7) in gleicher Weise zu- oder abnimmt oder ob sich diese Signale gegenläufig verhalten.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung von Oberflächeneigenschaften wie insbesondere aber nicht ausschließlich der Farbe, des orange peels oder ähnlichen Eigenschaften einer zu untersuchenden Oberfläche.
• Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf Oberflächen von Kraftfahrzeugen beschrieben. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch bei anderen Oberflächen wie beispielsweise den Beschichtungen von Möbelstücken, von Bodenbelägen und dergleichen Anwendung finden kann.
• Der optische Eindruck von Gegenständen bzw. deren Oberflächen, insbesondere von Oberflächen an Kraftfahrzeugen wird maßgeblich durch deren Oberflächeneigenschaften bestimmt. Da das menschliche Auge nur bedingt zur objektiven Bestimmung von Oberflächeneigenschaften geeignet ist, besteht ein Bedarf an Hilfsmitteln und Apparaturen zur qualifizierten und quantitativen Bestimmung von Oberflächeneigenschaften.
• Dabei werden Oberflächeneigenschaften wie beispielsweise Glanz, orange peel, Farbe, Makro- oder Mikrostruktur, Abbildungsschärfe, Glanzschleier, Oberflächenstruktur und/oder Oberflächentopographie und dergleichen bestimmt.
• Weiterhin erfreuen sich in jüngerer Zeit auch Beschichtungen größerer Beliebtheit, die sogenannte Effektpigmente aufweisen.
• In der EP 1 867 977 A1 wird eine Vorrichtung und ein Verfahren beschrieben, optisch variable Farbelemente auf Oberflächen zu identifizieren und quantifizieren, typischerweise auf Sicherheitsdokumenten. In 9 sind zwei LEDs gezeigt, welche unter einem Winkel von 45° durch ein Fenster eine Oberfläche bestrahlen. Von der Oberfläche reflektiertes Licht kann durch Photodetektoren aufgenommen werden, die jeweils gegenüber der Richtung der von der Oberfläche reflektierten Strahlung um einen Winkel von 30° versetzt und zueinander gegengleich angeordnet sind.
• Ziel der DE 101 51 332 A1 ist es unter anderem, durch die Bestimmung des Reflexionswinkels eines auf eine Blechoberfläche eingestrahlten Laserlichts mithilfe einer Vielzahl von Sensoren, den Neigungswinkel des Blechs relativ zur Messvorrichtung zu bestimmen oder aber auf einen Profilverlauf der Blechoberfläche zu schließen, wobei durch die genaue Bestimmung des Reflexionswinkels über die Auswahl desjenigen Sensors, der die höchste Intensität des reflektierten Lichts detektiert wird.
• In der US 2004/0246476 ist in 1 eine optische Anordnung zur Detektion von Defekten in Waferoberflächen gezeigt, in der unter flachem Winkel Strahlung auf eine Probe eingestrahlt wird, und von der Probe gestreute Strahlung in drei Winkelbereichen beispielsweise von Linsen gesammelt und anschließend ortsaufgelöst von Detektoren detektiert wird.
• Beschrieben wird in der DE 10 2004 034 167 A1 eine optische Vorrichtung, die geeignet ist, Veränderungen aufzulösen, welche durch eine unterschiedliche Betrachtung einer Lackierung aufweisend sogenannte Flakes unter leicht unterschiedliche Raumwinkeln entstehen. Damit können Effekte, die sich beispielsweise aus verschiedener Dichte, Verteilung und Zusammensetzung von Flakes ergeben, detektiert werden.
• In der DE 101 22 917 A1 wird in 10 eine Messanordnung zur Bestimmung von Eigenschaften reflektierender Körper gezeigt, in der eine Strahlungseinrichtung unter dem Einstrahlwinkel von 45° auf eine Messoberfläche einstrahlt. Zudem ist eine Vielzahl von Haltevorrichtungen für Detektoren vorgesehen.
• Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen bekannt, bei denen eine Strahlungseinrichtung Strahlung auf die zu untersuchende Oberfläche wirft und die von dieser Oberfläche reflektierte und/oder gestreute Strahlung von einem Detektor aufgenommen und ausgewertet wird. Diese Vorrichtungen arbeiten zufriedenstellend und erlauben eine objektive Klassifizierung der betreffenden Oberfläche.
• Insbesondere bei der Verwendung der oben erwähnten Effektpigmente tritt jedoch das Problem auf, dass diese ihren optischen Eindruck aufgrund unterschiedlicher physikalischer Ursachen ändern können. So ist es beispielsweise möglich, dass eine fehlerhafte Aufbringung von Lack auf die Oberfläche dazu führen kann, dass die Schichtdicken an unterschiedlichen Stellen unterschiedlich ausfallen. Entsprechend ist auch die Konzentration von Farbpigmenten an unterschiedlichen Bereichen der Oberfläche unterschiedlich hoch. Durch derartige Veränderungen wird sich auch der farbliche Eindruck einer derartigen Oberfläche verändern.
• Daneben kann es jedoch auch durch Fehlorientierungen der oben erwähnten Effektpigmente zu farblichen Veränderungen der Oberfläche kommen. Im Idealfall sind diese Effektpigmente einheitlich in einer bestimmten Richtung und insbesondere in der Ebene der Oberfläche ausgerichtet. Es kann jedoch auch zu Fehlorientierungen der einzelnen Effektpigmente oder Gruppen von Effektpigmenten kommen, d.h. einzelne oder mehrere Pigmente sind gegenüber anderen Pigmenten verdreht. Damit wird auch in solchen Bereichen das Licht in anderer Weise reflektiert als im Falle eben ausgerichteter Effektpigmente.
• Der Beobachter ist jedoch nicht in der Lage, die physikalischen Ursachen für farbliche Veränderungen zu bestimmen und kann daher keine geeigneten Gegenmaßnahmen einleiten.
• Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches dem Benutzer eine Aussage über die physikalischen Ursachen von Farbveränderungen ermöglicht.
• Dies wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung von Oberflächeneigenschaften weist wenigstens eine erste Strahlungseinrichtung auf, die Strahlung auf eine zu untersuchende Oberfläche aussendet. Weiterhin ist wenigstens eine erste Strahlungsdetektoreinrichtung vorgesehen, die wenigstens einen Teil der von der wenigstens einen Strahlungseinrichtung ausgesandten und anschließend von der Oberfläche gestreuten und/oder reflektierten Strahlung aufnimmt und wenigstens ein erstes Messsignal ausgibt, dass für die reflektierte und/oder gestreute Strahlung charakteristisch ist. Weiterhin ist wenigstens eine weitere Strahlungsdetektoreinrichtung vorgesehen, die wenigstens einen Teil der von der wenigstens einen Strahlungseinrichtung ausgesandten und anschließend von der Oberfläche gestreuten und/oder reflektierten Strahlung aufnimmt und wenigstens ein weiteres Messsignal ausgibt, dass für die reflektierte und/oder gestreute Strahlung charakteristisch ist.
• Erfindungsgemäß ist die erste Strahlungsdetektoreinrichtung gegenüber der Richtung der von der Oberfläche reflektierten Strahlung um einen ersten vorgegebenen Winkel versetzt angeordnet, die weitere Strahlungsdetektoreinrichtung ist gegenüber der Richtung der von der Oberfläche reflektierten Strahlung um einen weiteren vorgegebenen Winkel versetzt angeordnet und das Verhältnis zwischen dem Betrag des weiteren vorgegebenen Winkels und dem Betrag des ersten vorgegebenen Winkels beträgt wenigstens 1,5 : 1.
• Durch diese Anordnung der beiden Strahlungsdetektoreinrichtungen wird erreicht, dass eine Strahlungsdetektoreinrichtung näher an der Richtung des reflektierten Lichts angeordnet ist als die andere. Damit wird diese Strahlungsdetektoreinrichtung einen höheren Anteil des reflektierten Lichts aufnehmen als die andere Strahlungsdetektoreinrichtung. Falls es nun im Falle von Schichtdickenveränderungen zu Konzentrationsschwankungen der Farbpigmente kommt, wird sich dies im Wesentlichen in der gleichen Weise sowohl auf das gestreute Licht als auch auf das reflektierte Licht auswirken. So ist es beispielsweise möglich, dass die Intensitäten sowohl des reflektierten Lichts als auch des gestreuten Lichts absinken.
• Dagegen führt eine ungleichmäßige Verteilung von Effektpigmenten dazu, dass weniger Licht in eine vorbestimmte Richtung reflektiert wird, dafür aber der Anteil des Streulichts zunimmt. In diesem Falle würde sich die Intensität, die von derjenigen Detektoreinheit gemessen wird, die nahe an dem Reflexionswinkel angeordnet ist, erniedrigen, und die Intensität, die von der Strahlungsdetektoreinrichtung gemessen wird, die weiter entfernt ist vom Reflexionswinkel, erhöhen. Damit kann durch die jeweiligen Änderungen der gemessenen Strahlungsintensitäten festgestellt werden, auf welchen physikalischen Ursachen Farbänderungen beruhen.
• Durch den Einsatz der vorliegenden Erfindung ist es möglich, beispielsweise Lackierungseinrichtungen hinsichtlich ihrer Parameter zu überprüfen. Daneben können auch Bestandteile des Lackes auf Qualitätskonstanz überprüft werden.
• Bevorzugt beträgt das Verhältnis zwischen dem Betrag des weiteren vorgegebenen Winkels und dem Betrag des ersten vorgegebenen Winkels wenigstens 2,0, bevorzugt wenigstens 2,5, bevorzugt wenigstens 3,0 und besonders bevorzugt etwa 4,0. Damit ist sichergestellt, dass eine der beiden Strahlungsdetektoreinrichtungen wesentlich näher an den Reflexionswinkel angeordnet ist als die andere, so dass von der weiter entfernten Strahlungsdetektoreinrichtung im Wesentlichen keine Anteile des reflektierten Lichts mehr aufgenommen werden. Auf diese Weise kann besonders effizient die Unterscheidung nach den physikalischen Ursachen getroffen werden.
• Bevorzugt ist die Vorrichtung gegenüber der Oberfläche bewegbar, damit unterschiedliche Bereiche der Oberfläche untersucht werden können und ferner ist eine Prozessoreinrichtung vorgesehen, die erste und weitere Messsignale, die an einem ersten Bereich der Oberfläche aufgenommen wurden, wenigstens teilweise vergleicht mit ersten und weiteren Messsignalen, die an einem zweiten Bereich der Oberfläche aufgenommen wurden und unter Zugrundelegung dieses Vergleichs wenigstens einen charakteristischen Wert für eine Beschaffenheit der Oberfläche ausgibt. So wird gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Alternative aus dem Vergleich zweier derartiger Messsignale geschlossen, ob eine Intensität an den beiden Strahlungsdetektoren in gleicher Weise zu- oder abnimmt oder ob sich diese Signale gegenläufig verhalten. Damit kann aus diesem Vergleich geschlossen werden, ob die Farbveränderungen auf Konzentrationsveränderungen der Farbpigmente beruhen oder auf Lageänderung der Effektpigmente.
• Vorzugsweise wird eine Beziehung zwischen Messsignalen aufgenommen und diese Beziehung ist besonders bevorzugt eine Differenz oder ein Verhältnis. Damit kann aus entsprechenden Differenzen oder Verhältnissen die Ursache von Farbveränderungen ermittelt werden.
• Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der erste vorgegebene Winkel dem Betrag nach zwischen 5° und 35°, bevorzugt zwischen 10° und 30°, bevorzugt zwischen 15° und 25° und besonders bevorzugt bei ca. 15° gegenüber der Richtung des reflektierten Lichts.
• Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegt der weitere vorgegebene Winkel dem Betrag nach zwischen 30° und 100°, bevorzugt zwischen 40° und 80° bevorzugt zwischen 50° und 70° und besonders bevorzugt bei 60° bzgl. der Richtung der reflektierten Strahlung.
• Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sendet die Strahlungseinrichtung die Strahlung unter einem vorgegebenen Einstrahlwinkel α1 auf die Oberfläche aus und dieser Winkel liegt gegenüber einer auf der Oberfläche senkrechten Richtung zwischen 5° und 45°, bevorzugt zwischen 10° und 35°, bevorzugt sowie entsprechend einer zweiten alternativen erfindungsgemäßen Ausführungsform zwischen 10° und 25° und besonders bevorzugt im Bereich von 15°.
• Bei der Wahl dieses Winkels ist insbesondere darauf zu achten, dass dieser nicht zu hoch gewählt wird, da im Falle zu hoher Winkel ein sehr hoher Versatz der reflektierten Strahlung durch Unebenheiten auftritt. Daneben wird bei zu hohen Winkeln die Farbmessung erschwert. Andererseits sollte dieser Winkel auch nicht zu gering werden, um zu erreichen, dass der Winkel zwischen der eingestrahlten und der reflektierten Strahlung groß genug ist, um noch Strahlungsdetektoreinrichtungen dazwischen anordnen zu können.
• Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Absorptionseinrichtung vorgesehen, die die von der Oberfläche reflektierte Strahlung bzw. einen Großteil derselben absorbiert. Damit ist diese Absorptionseinrichtung vorzugsweise unter dem Reflektionswinkel bezüglich der eingestrahlten Strahlung angeordnet. Vorzugsweise ist die Absorptionseinrichtung so beschaffen, dass sie auch noch vorgegebene Winkelbereiche beispielsweise von 2° bis 10° Grad um den Reflektionswinkel abdeckt. Die Absorptionseinrichtung kann dabei als strahlungsabsorbierende Röhre oder der gleichen ausgeführt sein. Durch das Vorsehen dieser Absorptionseinrichtung werden ungewollte Effekte durch Streulicht verringert.
• Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine zweite Strahlungsdetektoreinrichtung vorgesehen, die wenigstens einen Teil der von der wenigstens einen Strahlungseinrichtung ausgesandten und anschließend von der Oberfläche gestreuten und/oder reflektierten Strahlung aufnimmt und wenigstens ein zweites Messsignal ausgibt, das für die reflektierte und/oder gestreute Strahlung charakteristisch ist. Dabei ist bevorzugt diese zweite Strahlungsdetektoreinrichtung unter einem zweiten Winkel gegenüber der von der Oberfläche reflektierten Strahlung angeordnet und dieser zweite Winkel ist im Wesentlichen gegengleich zu dem ersten vorgegebenen Winkel.
• Unter einer Strahlung wird jede Art von Strahlung verstanden wie beispielsweise infrarotes Licht, ultraviolettes Licht, infrarotes Licht, Licht im sichtbaren Längenbereich, Röntgenstrahlung und dergleichen. Bevorzugt wird als Strahlung Licht im sichtbaren Bereich und besonders bevorzugt ein genormtes Weißlicht verwendet.
• Unter einer für die Strahlung charakteristischen Eigenschaft wird insbesondere aber nicht ausschließlich deren Intensität, deren Spektralbereich bzw. deren Wellenlänge, deren Polarisation oder auch eine Kombination aus diesen Eigenschaften verstanden. Damit wird unter einem charakteristischen Messsignal ein Messsignal verstanden, das für wenigstens eine dieser Eigenschaften charakteristisch ist.
• Damit sind erfindungsgemäß bzw. bei dieser Ausführungsform die beiden Strahlungsdetektoreinrichtungen im Wesentlichen gleich weit von der Richtung der reflektierten Strahlung entfernt. Dabei sind bevorzugt sowie in einem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß einer Alternative sowohl die Strahlungseinrichtung als auch die Strahlungsdetektoreinrichtungen in der gleichen Ebene angeordnet, sodass auch die betrachteten Strahlengänge im Wesentlichen in einer Ebene verlaufen, die besonders bevorzugt senkrecht zu der zu untersuchenden Oberfläche steht.
• Im Falle einer exakt senkrechten Ausrichtung der Vorrichtung gegenüber der Oberfläche ist zu erwarten, dass die beiden Strahlungsdetektoreinrichtungen im Wesentlichen die gleiche Strahlungsintensität aufnehmen, da sie im Wesentlichen gleich weit von dem zu erwartenden Maximum der Strahlung unter dem Reflektionswinkel entfernt sind. Die Intensitätsverteilung nimmt ein Maximum unter dem jeweiligen Reflektionswinkel ein und nimmt anschließend zu den Flanken hin beispielsweise gauß- oder lorentzförmig ab. Falls nun in der Ebene der Strahlengänge eine Verkippung der Vorrichtung gegenüber der Oberfläche auftritt, beispielsweise hervorgerufen durch Krümmungen, wird sich auch der Winkel des reflektierten Lichts verändern. So ist es beispielsweise möglich, dass das reflektierte Licht in einer Richtung von der Oberfläche reflektiert wird, die näher an der ersten Strahlungsdetektoreinrichtung und weiter entfernt von der zweiten Strahlungsdetektoreinrichtung liegt. In diesem Fall wird die erste Strahlungsdetektoreinrichtung eine höhere Intensität feststellen als die zweite Strahlungsdetektoreinrichtung. Aus einer Beziehung zwischen den gemessenen Intensitäten kann auf den Verkippungswinkel der Vorrichtung gegenüber der Oberfläche zurück geschlossen und auf Grundlage dieses Rückschlusses ein Messergebnis korrigiert werden.
• Falls sich hingegen die Beschaffenheit der Oberfläche, beispielsweise deren Schichtdicke ändert, so ändert sich zwar möglicherweise die Intensität des reflektierten Lichts, nicht aber dessen Richtung. Damit wird sich hier die von beiden Strahlungsdetektoreinrichtungen festgestellte Intensität in der gleichen Weise ändern. Der Betrachter kann daraus folgen, dass keine Verkippung der Vorrichtung gegenüber der Oberfläche vorliegt.
• Unter einem im Wesentlichen gegengleichen Winkel wird verstanden, dass die beiden Winkel der Strahlungsdetektoreinrichtungen bezüglich der Richtung des reflektierten Lichts im Wesentlichen den gleichen Wert annehmen, wobei auch Toleranzen von bis zu 3° möglich sind. Bei einer weiteren Ausführungsform wäre es auch möglich, die Strahlungsdetektoreinrichtungen bezüglich der Richtung des reflektierten Lichts unter unterschiedlichen Winkeln anzuordnen, und dies entsprechend bei der Auswertung der Intensitätsverhältnisse zu berücksichtigen.
• Vorzugsweise ist auch hier eine Prozessoreinrichtung vorgesehen, die aus einer Beziehung zwischen dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal die Lage der Vorrichtung gegenüber der Oberfläche berücksichtigt. So kann beispielsweise aus gleichen Intensitäten bzw. einer Intensitätsdifferenz von 0 auf eine gerade Ausrichtung der Vorrichtung geschlossen werden. Diese Intensitätsdifferenz von 0 tritt insbesondere dann auf, wenn die beiden Strahlungsdetektoreinrichtungen unter jeweils gegengleichen Winkeln bezüglich der Richtung des reflektierten Lichts angeordnet sind. Falls die Winkel miteinander nicht exakt übereinstimmen, muss dies von der Prozessoreinrichtung entsprechend berücksichtig werden. In diesem Falle wird besonders bevorzugt auch die Intensitätsverteilung des reflektierten Lichts mitberücksichtigt.
• Durch das Vorsehen weiterer Strahlungsdetektoreinrichtungen beispielsweise außerhalb der oben erwähnten Ebene der Strahlengänge werden entsprechende Messungen auch für Verkippungen der Vorrichtung senkrecht zu der oben erwähnten Ebene, möglich und insgesamt kann so die genaue Verkippung im dreidimensionalen Raum gegenüber der Oberfläche der Vorrichtung registriert werden.
• Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die erste Strahlungsdetektoreinrichtung und die zweite Strahlungsdetektoreinrichtungen, die unter im Wesentlichen gegengleichen Winkel bezüglich der Richtung des reflektierten Lichts angeordnet sind, auch unabhängig von der weiteren Strahlungsdetektoreinrichtung bzw. ohne diese verwendet werden können und insoweit auch unabhängig hiervon beansprucht werden.
• Bei einer Ausführungsform gemäß der zweiten erfindungsgemäßen Alternative ist eine Intensitätsmesseinrichtung vorgesehen, welche die Intensität der von der Strahlungseinrichtung abgegebenen Strahlung vor dem Auftreffen auf die Oberfläche misst. Wird beispielsweise als Strahlungseinrichtung oder Strahlungsquelle eine weiße LED verwendet, ist deren Intensität über die Zeit nicht exakt konstant. So können sich Änderungen der Intensität beispielsweise durch eine Erwärmung der Strahlungsquelle ergeben. Da für eine Bestimmung von Oberflächeneigenschaften auch die jeweils durch die Strahlungsdetektoreinrichtung ermittelten Intensitäten relevant sind, dient die Intensitätsmesseinrichtung dazu, eine Eichung der jeweils ermittelten Intensitäten durchzuführen. Dies ist insbesondere im gepulsten Betrieb interessant.
• Bevorzugt weist wenigstens eine erste Strahlungseinrichtung wenigstens eine Strahlungsquelle auf, die aus einer Gruppe von Strahlungsquellen ausgewählt ist, welche thermische Strahlungsquellen, wie insbesondere aber nicht ausschließlich Glühlampen, Halogenlampen, kohärente und nicht kohärente Halbleiterstrahlungsquellen wie insbesondere aber nicht ausschließlich LED's, Gasentladungsstrahlungsquellen, Laser, Kombinationen hieraus und dergleichen aufweist. Besonders bevorzugt wird als Strahlungsquelle eine LED verwendet, die Weißlicht abstrahlt.
• Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Schichtdickenmesseinrichtung vorgesehen. Damit kann die jeweilige Schichtdicke beispielsweise auf induktive Weise ermittelt werden. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Bewegungseinrichtung auf, um die Vorrichtung gegenüber der Oberfläche entlang einer vorgegebenen bevorzugt im Wesentlichen geradlinigen Bewegungsrichtung zu bewegen. Dabei kann es sich beispielsweise um Räder handeln, wobei besonders bevorzugt wenigstens ein Rad mit einer Entfernungs- oder Wegstreckenmesseinrichtung gekoppelt ist. Damit kann ein Profil einer zu untersuchenden Oberfläche aufgenommen werden. Daneben ist es auch möglich, dass Informationen über den Ort der Vorrichtung gegenüber der Oberfläche von einem Roboter stammen, der die Vorrichtung führt.
• Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erlaubt wenigstens eine Strahlungsdetektoreinrichtung eine ortsaufgelöste Aufnahme der auf sie auftreffenden Strahlung. Dabei kann die Strahlungsdetektoreinrichtung einen CCD-Chip oder dergleichen aufweisen. Auf diese Weise ist es möglich, nicht nur Intensitäten der auftreffenden Strahlung zu ermitteln, sondern auch ein differenziertes Bild der Oberfläche wiederzugeben.
• Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf ein Verfahren zur Bestimmung von Oberflächeneigenschaften gerichtet, wobei in einem ersten Verfahrensschritt Strahlung auf eine zu untersuchende Oberfläche eingestrahlt wird. In einem weiteren Verfahrensschritt wird wenigstens ein Anteil der auf die Oberfläche eingestrahlten und von dieser zurückgeworfenen Strahlung mit einer ersten Strahlungsdetektoreinrichtung detektiert und ein für diese zurückgeworfene Strahlung charakteristisches erstes Signal ausgegeben. Weiterhin wird wenigstens ein Anteil der auf die Oberfläche eingestrahlten und von dieser zurückgeworfenen Strahlung mit einer zweiten Strahlungsdetektoreinrichtung detektiert und ein für diese zurückgeworfene Strahlung charakteristisches zweites Signal ausgegeben. Bei einem weiteren Verfahrensschritt wird das erste Signal mit dem zweiten Signal verglichen und anhand dieses Vergleichs eine geometrische Position der Strahlungseinrichtung gegenüber der Oberfläche berücksichtigt. Genauer gesagt wird durch einen Vergleich des ersten und des zweiten Signals bevorzugt eine Verkippung bzw. der Neigungswinkel in der Ebene der Strahlungseinrichtungen der Vorrichtung gegenüber der Oberfläche bestimmt.
• Bevorzugt wird wenigstens ein Signal unter Berücksichtigung der Verkippung der Strahlungseinrichtung bzw. der gesamten Vorrichtung gegenüber der Oberfläche korrigiert. Dabei kann es sich beispielsweise um ein Signal handeln, welches von der Strahlungsdetektoreinrichtung für die Oberfläche ermittelt wurde und die Korrektur erfolgt dementsprechend unter Berücksichtigung einer eventuell vorhandenen Verkippung.
• Vorzugsweise ist die erste Strahlungsdetektoreinrichtung gegenüber der Richtung der von der Oberflächen reflektierten Strahlung um einen ersten vorgegebenen Winkel versetzt und die zweite Strahlungsdetektoreinrichtung ist gegenüber der Richtung der von der Oberfläche reflektierten Strahlung um einen zweiten vorgegebenen Winkel versetzt angeordnet wobei die Winkel bezüglich der Richtung der von der Oberfläche reflektierten Strahlung im Wesentlichen gegengleich sind.
• Vorzugsweise wird für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Vorrichtung der oben beschriebenen Art verwendet.
• Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf ein Verfahren zur Bestimmung von Oberflächeneigenschaften gerichtet, wobei in einem ersten Verfahrensschritt Strahlung auf eine zu untersuchende Oberfläche gerichtet wird, in einem weiteren Verfahrensschritt wenigstens ein Anteil der auf die Oberfläche eingestrahlten und von dieser zurückgeworfenen Strahlung mit einer ersten Strahlungsdetektoreinrichtung detektiert wird und ein für diese zurückgeworfene Strahlung charakteristisches erstes Signal ausgegeben wird. Weiterhin wird wenigstens ein Anteil der auf die Oberfläche eingestrahlten und von dieser zurückgeworfenen Strahlung mit einer weiteren Strahlungsdetektoreinrichtung detektiert und ein für diese zurückgeworfene Strahlung charakteristisches weiteres Signal ausgegeben. Schließlich wird das erste Signal mit dem weiteren Signal verglichen und ein für diesen Vergleich charakteristischer Wert ausgegeben. Vorzugsweise wird für das erfindungsgemäße Verfahren eine Vorrichtung der oben genannten Art verwendet.
• Alternativ oder zusätzlich wird durch einen Vergleich des ersten Signals und des zweiten Signals oder des ersten Signals und eines weiteren Signals, welches von einer weiteren Strahlungsdetektoreinrichtung stammt, eine bestimmte Gattung von Farbveränderungen bzw. deren Ursache identifiziert. Farbveränderungen werden dabei allgemein durch solche Beschaffenheiten der Oberfläche hervorgerufen, die von einer idealen Oberfläche, d. h. einer Oberfläche, die insbesondere keine Konzentrationsschwankungen der Farbpigmente insbesondere durch Schichtdickenänderungen oder keine Fehlorientierungen von Effektpigmenten (z.B. Aluminium - Flakes) aufweist, abweichen. Insbesondere können durch das erfindungsgemäße Verfahren Änderungen der Farbpigmentkonzentration unterschieden werden von solchen Effekten, die durch eine Fehlorientierung von Effektpigmenten verursacht werden. Genauer gesagt wird aus dem für den Vergleich charakteristischen Wert eine Unterscheidung ermöglicht zwischen Signaländerungen, die durch eine Schichtdickenänderung hervorgerufen werden und Signaländerungen, die durch eine Fehlanordnung von Pigmenten hervorgerufen werden.
• Bevorzugt werden das erste Signal und das weitere Signal jeweils in zwei unterschiedlichen Bereichen der Oberfläche ausgegeben und aus einem Vergleich der ersten und dem weiteren Signal wenigstens eine Oberflächeneigenschaft ermittelt wird. Durch einen Vergleich der ersten und weiteren Signale kann überprüft werden, ob sich beide Signale in einer bestimmten Richtung oder gegenläufig ändern. Daraus wiederum kann, wie oben dargestellt, auf die physikalische Ursache von Farbveränderungen geschlossen werden.
• Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen:
• Darin zeigen:
• 1 eine Darstellung zur Veranschaulichung einer ersten der Erfindung zugrundliegenden Aufgabe;
• 2a- 2c schematische Darstellungen zur Veranschaulichung einer zweiten der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe;
• 3 einen Optikblock einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
• 4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung;
• 5a ein erstes Diagramm zur Veranschaulichung von Messergebnissen;
• 5b ein zweites Diagramm zur Veranschaulichung von Messergebnissen; und
• 5c ein drittes Diagramm zur Veranschaulichung von Messergebnissen.
• 1 zeigt eine Intensitätsverteilung eines auf eine Oberfläche eingestrahlten und von dieser reflektierten Strahlung. Dabei kennzeichnet die gestrichelte Linie mit der Markierung 0° den Reflektionswinkel. Zur Vereinfachung wurden die jeweiligen Winkel bzw. deren Linien auf einer Geraden aufgetragen.
• Falls die Vorrichtung gegenüber der Oberfläche nicht verkippt ist, ist der Intensitätsverlauf 31 zu erwarten. In diesem Fall werden die beiden Strahlungsdetektoreinrichtungen 5 und 15, die unter -15° und 15° angeordnet sind, jeweils die gleiche Intensität I₀ aufnehmen. Falls jedoch eine Verkippung der Vorrichtung gegenüber der Oberfläche vorliegt, verschiebt sich die Intensitätsverteilung beziehungsweise das Signal, wie beispielsweise durch die gepunktete Linie 33 dargestellt. In diesem Falle wird die unter +15° angeordnete Strahlungsdetektoreinrichtung eine höhere Intensität b und die unter-15° angeordnete Strahlungsdetektoreinrichtung eine entsprechende niedrigere Intensität I₁ aufnehmen. Aus dem Verhältnis zwischen den Intensitätswerten I₁ und I₂ kann die Verkippung berücksichtigt werden. Besonders bevorzugt sind die beiden Strahlungsdetektoreinrichtungen so angeordnet, dass Intensität I₀ in demjenigen Bereich der Intensitätsverteilung liegt, in dem ein annähernd linearer Intensitätsverlauf gegenüber dem Winkel zu erwarten ist. Im Falle einer Verkippung sind dann die Differenzen zwischen I₁ und I₀ und zwischen I₂ und I₀ in etwa gleich groß.
• Die 2a bis 2c beziehen sich auf ein weiteres der Erfindung zugrundliegendes Problem. Dabei zeigt das Bezugszeichen 8 die Oberfläche bzw. eine entsprechende Beschichtung. Innerhalb dieser Beschichtung ist bei manchen Beschichtungsarten eine Vielzahl von sogenannten Pigmenten oder Flakes 36a, 36b angeordnet. Bei ordnungsgemäßer Beschichtung sind die Flakes im Wesentlichen waagrecht, wie beispielsweise das Flake 36a, ausgerichtet. Bei Auftreten von Fehlern kann es jedoch auch zu Schrägstellungen der Flakes kommen, wie beispielsweise bei dem Flake 36b gezeigt.
• Auf der anderen Seite kann es jedoch auch zu Dickenschwankungen der jeweiligen Beschichtung kommen und auch diese Dickenschwankungen wirken sich auf den optischen Eindruck der Oberfläche und auch auf das Messergebnis aus. So ist es beispielsweise in dem Bereich, in dem die Beschichtung zu dünn ist und eine Dicke d2 aufweist möglich, dass ein Grundlack oder eine Grundlackierung durchscheinen und den Gesamteindruck verfälschen. Mit dem aus dem Stand der Technik bekannten Messverfahren lässt sich aus einem aufgenommenen Bild bzw. einer durchgeführten Messung nicht ermitteln, ob Schwankungen von einer Konzentrationsschwankung oder von einer Fehlorientierung der Flakes stammen.
• In den 2a - 2c sind drei verschiedene Messsituationen gezeigt. Dabei bezieht sich das Bezugszeichen 3 auf eine Strahlungseinrichtung, und die Bezugszeichen 15 und 7 auf Strahlungsdetektoreinrichtungen. Die Strahlungseinrichtung strahlt Strahlung unter einem Einstrahlwinkel α1 von -15° gegenüber der Mittelsenkrechten M auf die Oberfläche. Diese Strahlung wird unter einem Ausfallwinkel von 15° gegenüber der Mittelsenkrechten M reflektiert (Pfeil P3). Die Strahlungsdetektoreinrichtung 15 nimmt einen gewissen Anteil dieser reflektierten Strahlung auf, die weitere Strahlungsdetektoreinrichtung 7 dagegen nur noch gestreute Strahlung.
• 2a zeigt eine Ausgangssituation, bei der am Ort eines korrekt ausgerichteten Flakes 36a gemessen wird, wobei die Schichtdicke hier den Wert d1 annimmt. 2b zeigt eine Situation, in der zwar das Flake ordnungsgemäß ausgerichtet ist, jedoch die Schichtdicke einen verringerten Wert d2 aufweist. In diesem Bereich kann es, wie oben gesagt, zu Intensitätsänderungen aufgrund der verringerten Schichtdicke bzw. Farbpigmentkonzentration kommen.
• Diese Intensitätsveränderung wird sich jedoch auf die Strahlungsdetektoreinrichtung 15, die gegenüber der Richtung der reflektierten Strahlung unter -15° angeordnet ist und der Strahlungsdetektoreinrichtung 7, die gegenüber der Richtung der reflektierten Strahlung unter -45° angeordnet ist, in gleicher Weise auswirken. Damit wirken sich Schichtdickenänderungen, die auch als Wolken bezeichnet werden können, auf die jeweiligen Signale in der gleichen Weise bzw. der gleichen Richtung aus.
  2c zeigt eine Situation, in der das eingestrahlte Licht auf das Flake 36b auftrifft, welches in seiner Orientierung verdreht ist. Das gezeigte Flake 36b steht jedoch auch für eine Vielzahl von Flakes. In diesem Fall bewirkt die Verdrehung, dass das reflektierte Signal nicht mehr unter 15° austritt. Dies ist durch den gestrichelten Pfeil P3 angedeutet. Damit wird in diesem Fall die Strahlungsdetektoreinrichtung 15 einen höheren Anteil des reflektierten Lichts aufnehmen. Die Intensität des gestreuten Lichts, welches auf die Strahlungsdetektoreinrichtung 7 trifft, wird sich hingegen nicht wesentlich bzw. in anderer Weise ändern. Damit ändern sich in diesem Falle die Intensität der Strahlung, die auf die zweite Strahlungsdetektoreinrichtung 15 auftrifft und die Strahlung, die auf die weitere Detektoreinrichtung 7 auftrifft, in unterschiedlicher Weise bzw. in entgegengesetzter Richtung. Damit kann die Ursache von Intensitätsänderungen durch einen Vergleich der aufgenommenen Intensitäten ermittelt werden. Durch eine Vielzahl fehlorientierter Flakes wird allgemein die Intensität des reflektierten Lichts abnehmen und die Intensität des gestreuten Lichts zunehmen.
• Mit anderen Worten ändern derartige so genannte Orientierungswolken (d. h. Gebiete mit fehlorientierten Flakes) zwar die Eigenschaften von Farbänderungen, wirken sich jedoch je nach Anordnung der Strahlungsdetektoreinrichtung in Umfangsrichtung in jedem Fall unterschiedlich auf die jeweils gemessenen Signale aus. Auch in diesem Fall wird die prozentuale Abweichung der jeweils von den beiden Strahlungsdetektoreinrichtungen 7 und 15 aufgenommenen Signale aufsummiert oder vergleicht, wobei dieses Aufsummieren oder Vergleichen über unterschiedliche Bereiche von Längendistanzen erfolgen kann. Auf diese Weise kann die physikalische Herkunft von Farbveränderungen festgestellt bzw. können die Arten von Farbveränderungen voneinander unterschieden werden.
• Unter Bezugnahme auf 1 ist noch festzustellen, dass auch hier Dickenänderungen die Sensorsignale unter -15° und +15° in der gleicher Richtung ändern und beispielsweise das Gesamtsignal vergrößert wird. Auch hier wird die prozentuale Abweichung zwischen den Signalen von +15° und -15° aufsummiert. Eine Verkippung der Oberfläche ergibt jedoch wie ausgeführt entgegengesetzte Änderungen der Signale der Strahlungsdetektoreinrichtungen. Dabei ist jedoch die Summe der beiden Signale (die unter -15° und +15° gegenüber der Richtung des reflektierten Lichts aufgenommen werden) im Wesentlichen unabhängig von der Verkippung der Vorrichtung gegenüber der Oberfläche, da, wie ausgeführt, die Anordnung der Strahlungsdetektoreinrichtung so gewählt ist, dass jeweils in dem im Wesentlichen linearen Bereich der Flanken der Signale 31 bzw. 33 gemessen wird.
  3 zeigt einen Optikblock 10 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Untersuchung von Oberflächeneigenschaften. Dabei bezieht sich das Bezugszeichen 3 auf eine Strahlungseinrichtung, die Strahlung auf eine zu untersuchende Oberfläche 8 richtet. Im Betrieb wird die Vorrichtung gegenüber der Oberfläche entlang des Pfeils P bewegt, um die auf diese Weise die Oberfläche optisch abzutasten.
• Prinzipiell wäre es auch möglich, mehrere Strahlungseinrichtungen parallel zueinander, beispielsweise in einer Richtung die senkrecht zur Figurenebene steht, anzuordnen. Daneben können auch optische Elemente wie Zylinderlinsen vorgesehen sein, die bewirken, dass Strahlung entlang einer Linie auf die Oberfläche eingestrahlt wird, die senkrecht zur Figurenebene steht. Auf diese Weise können gleichzeitig nicht nur Linienelemente, sondern Flächenelemente optisch vermessen werden.
• Das Bezugszeichen 13 bezieht sich auf eine Lichtquelle, bei der es sich beispielsweise um eine weiße LED handeln kann. Die von der LED abgegebene Strahlung gelangt über eine Blende 14 und eine Linse 12 auf die Oberfläche 8. Dabei ist die Strahlungseinrichtung hier unter einem Einstrahlungswinkel α1 von 15° gegenüber der Mittelsenkrechten M angeordnet. Damit wird das reflektierte Licht ebenfalls unter einem Winkel von 15° von der Oberfläche 8 zurückgeworfen. Das Bezugszeichen 11 bezieht sich auf eine Absorptionseinrichtung, die die reflektierte Strahlung im Wesentlichen absorbiert. Dabei kann es sich beispielsweise um ein Rohr oder dergleichen handeln. Vorzugsweise ist die Absorptionseinrichtung geschlossen um den Eintritt von Fremdlicht in die Vorrichtung zu verhindern.
• Das Bezugszeichen 5 bezieht sich auf eine erste Strahlungsdetektoreinrichtung, die in einem Winkel β1 von +15° gegenüber der Richtung des reflektierten Lichts angeordnet ist. Damit ist bei der vorliegenden Ausführungsform die erste Strahlungsdetektoreinrichtung 5 unter einem Winkel von 30° gegenüber der Mittelsenkrechten M angeordnet. Eine zweite Strahlungsdetektoreinrichtung 15 ist in einem Winkel β2 von -15° gegenüber der Richtung der reflektierten Strahlung angeordnet und befindet sich hier senkrecht über der Oberfläche 8. Diese beiden Strahlungsdetektoreinrichtungen 5, 15 weisen Fotozellen, und bevorzugt CCD-Chips auf, die auch eine ortsaufgelöste Untersuchung der Strahlung ermöglichen. Daneben weisen die beiden Strahlungsdetektoreinrichtungen Linsen 17 und ebenfalls (nicht im Detail gezeigte) Blenden auf.
• Das Bezugszeichen 16 kennzeichnet eine Intensitätsmesseinrichtung, die im Anschluss an die Strahlungseinrichtung 3 vorgesehen ist. Mit Hilfe dieser Intensitätsmesseinrichtung wird ein Teil der Strahlung aus der Strahlungseinrichtung ausgekoppelt und, wie oben ausgeführt, zur Kalibrierung bzw. Stabilisierung der Messergebnisse verwendet. Dabei kann diese Intensitätsmesseinrichtung 16 ebenfalls (im Detail nicht gezeigte) optische Element wie Blenden, Filter, Fotodioden und dergleichen aufweisen.
• Das Bezugszeichen 7 bezieht sich auf eine weitere Strahlungsdetektoreinrichtung. Diese weitere Strahlungsdetektoreinrichtung 7 ist unter einem Winkel von γ1 = -45° gegenüber der Richtung der reflektierten Strahlung angeordnet und nimmt daher von der Oberfläche gestreutes Licht auf. Auch diese Strahlungsdetektoreinrichtung erlaubt bevorzugt eine ortsaufgelöste Aufnahme der auf sie auftreffenden Strahlung. Wie oben erläutert, kann aus einem Vergleich der Messsignale, die von einer der Strahlungsdetektoreinrichtungen 5 oder 15 aufgenommen wurden und dem Signal, das von der Strahlungsdetektoreinrichtung 7 aufgenommen wurde, auf die physikalische Herkunft von Intensitätsschwankungen geschlossen werden.
• Neben den gezeigten Strahlungsdetektoreinrichtungen können jedoch auch noch weitere Strahlungsdetektoreinrichtungen beispielsweise unter hohen Winkeln gegenüber der Mittelsenkrechten, wie beispielsweise 70° oder 80°, vorgesehen sein. Daneben wäre es auch möglich, weitere Strahlungseinrichtungen vorzusehen sowie Filterelemente, die Licht unterschiedlicher spektraler Anteile voneinander trennen.
• 4 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 mit der in 3 gezeigten Optikeinheit 10. Daneben weist die Vorrichtung ein Gehäuse 20 auf, in dem die genannte Optikeinheit 10 montiert ist. Das Bezugszeichen 21 bezieht sich auf eine Öffnung im unteren Gehäusebereich, durch die die Strahlung von der Strahlungseinrichtung 3 auf die Oberfläche 8 gelangt. Das Bezugszeichen 25 bezieht sich auf ein Rad der Vorrichtung, um die Vorrichtung gegenüber der Oberfläche zu bewegen. Vorzugsweise ist dieses Rad oder auch ein anderes Rad mit einer Weglängenmesseinrichtung gekoppelt, um eine zurückgelegte Wegstrecke der Vorrichtung 1 gegenüber der Oberfläche zu ermitteln. Das Bezugszeichen 23 bezieht sich auf eine Anzeigevorrichtung wie ein Display. Das Bezugszeichen 6 kennzeichnet eine Prozessoreinrichtung, welche die einzelnen Messsignale miteinander vergleicht.
• Durch Zusammenspiel der Weglängenmesseinrichtung und der einzelnen Strahlungsdetektoreinrichtungen kann ein Profil der ermittelten Daten über die Oberfläche aufgenommen beziehungsweise ein Weg-Zeit-Profil ermittelt werden.
• Die 5a, 5b und 5c zeigen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufgenommene Spektren. Dabei bezieht sich das Bezugszeichen 41 auf ein Spektrum, das von einer Referenzoberfläche aufgenommen wurde und das Bezugszeichen 42 auf ein Spektrum, das mit einer weiteren zur untersuchenden Oberfläche aufgenommen wurde. Auf der Y-Koordinate ist jeweils die Standardabweichung σ der ermittelten Intensitäten aufgetragen. Für jede Oberfläche wurden insgesamt vier Messwerte aufgenommen, wobei auf der Koordinate unterschiedliche räumliche Bereiche (im Folgenden auch als räumliche Wellenlängen bezeichnet) in Millimetern aufgetragen wurden.
• Genauer bedeutet dies, dass beispielsweise in dem ersten Bereich über Wegstrecken zwischen 6 und 13 Millimeter gemittelt wurde, im zweiten Bereich in einem Weglängenbereich zwischen 11 und 23 Millimetern gemittelt wurde, im dritten Bereich über Weglängen in einem Bereichen von 19 bis 42 Millimetern gemittelt wurde und in dem vierten Bereich in einem Weglängenbereich zwischen 33 und 70 Millimetern gemittelt wurde. Diese unterschiedlichen Weglängen repräsentieren den Abstand, den ein Beobachter von der jeweiligen Oberfläche, beispielsweise eines Kfz-Lack, hat. So entspricht der dritte Bereich mit Weglängen von 19 bis 42 Millimetern einen Betrachtungsabstand zwischen 2 und 3 Metern.
• In 5a wurden die Lichtintensitätsänderungen aufgetragen, die von der unter 45° angeordneten Strahlungsdetektoreinrichtung aufgenommen wurden. Dabei wurde eine Oberfläche ausgewählt, deren Basisbeschichtung Dickenänderungen aufweist. 5c zeigt ein entsprechendes Diagramm für die unter 15° also beispielsweise durch die Strahlungsdetektoreinrichtung 5 aufgenommene Strahlung. Wie ein Vergleich aus den 5a und 5c zeigt, ändern sich hier bedingt durch die Schichtdickenänderung die Signale beider Strahlungsdetektoreinrichtungen in ähnlicher Weise, d. h. sie weisen beide in dem Bereich von 19 bis 42 Millimetern ein Maximum auf.
• 5b zeigt einen Vergleich der Intensitäten, die durch die beiden Strahlungsdetektoreinrichtungen unter 15° bzw. 45° aufgenommen wurden. Dabei wurden, wie auch in den beiden anderen Graphiken, hier die Signale der beiden Strahlungsdetektoreinrichtungen, die unter +15° und -15° gegenüber der Richtung des reflektierten Lichts angeordnet sind gemittelt bzw. aufsummiert. Aus 5b ergibt sich, dass die Differenz bzw. das Verhältnis der beiden Intensitäten eine relativ geringe Standardabweichung aufweist, was, wie oben erwähnt, darauf Rückschlüsse erlaubt, dass die Oberfläche eine gleichmäßige Orientierung der Flakes aufweist, jedoch gewissen Dickenschwankungen unterworfen ist.
• Bei Effekten, die durch eine ungleichmäßige Orientierung der Flakes hervorgerufen werden, würde die Standardabweichung entsprechend höhere Werte annehmen.
• Bevorzugt wird daher eine Vorrichtung vorgesehen, die sowohl eine erste als auch eine zweite als auch eine weitere Strahlungsdetektoreinrichtung aufweist. Auf diese Weise können in besonders einfacher Weise unterschiedlichste Ursachen für Messabweichungen ermittelt werden, sei es, dass diese hervorgerufen werden durch eine Verkippung der Vorrichtung gegenüber der Oberfläche, durch eine sich ändernde Orientierung der Flakes oder durch eine Änderung der Schichtdicke.
• Bezugszeichenliste

1

Vorrichtung

3

Strahlungseinrichtung

5

erste Strahlungsdetektoreinrichtung

6

Prozessoreinrichtung

7

weitere Strahlungsdetektoreinrichtung

8

Oberfläche

10

Optikblock

11

Absorptionseinrichtung

12

Linse

13

Lichtquelle

14

Blende

15

zweite Strahlungsdetektoreinrichtung

16

Intensitätsmesseinrichtung

17

Linse

20

Gehäuse

21

Öffnung im unteren Gehäusebereich

23

Anzeigevorrichtung

25

Rad der Vorrichtung

31, 33

Signale

36a, 36b

Flake (Pigment)

41, 42

Spektrum

I₀, I₁, I₂

Intensität

P, P3

Pfeil

d₁, d₂

Schichtdicken

α₁

Einstrahlungswinkel

β1, β2, γ1

Winkel der Strahlungsdetektoreinrichtungen

M

Mittelsenkrechte

Claims (12)

1. Vorrichtung (1) zur Bestimmung von Oberflächeneigenschaften mit wenigstens einer ersten Strahlungseinrichtung (3), welche Strahlung auf eine zu untersuchende Oberfläche (8) aussendet, wenigstens einer ersten Strahlungsdetektoreinrichtung (5), welche wenigstens einen Teil der von der wenigstens einen Strahlungseinrichtung (3) ausgesandten und anschließend von der Oberfläche (8) gestreuten und/oder reflektierten Strahlung aufnimmt und wenigstens ein erstes Messsignal ausgibt, das für die reflektierte und/oder gestreute Strahlung charakteristisch ist, wenigstens einer weiteren Strahlungsdetektoreinrichtung (7), welche wenigstens einen Teil der von der wenigstens einen Strahlungseinrichtung (3) ausgesandten und anschließend von der Oberfläche (8) gestreuten und/oder reflektierten Strahlung aufnimmt und wenigstens ein weiteres Messsignal ausgibt, das für die reflektierte und/oder gestreute Strahlung charakteristisch ist; dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strahlungsdetektoreinrichtung (5) gegenüber der Richtung der von der Oberfläche (8) reflektierten Strahlung um einen ersten vorgegebenen Winkel β1 versetzt angeordnet ist, die weitere Strahlungsdetektoreinrichtung (7) gegenüber der Richtung der von der Oberfläche (8) reflektierten Strahlung um einen weiteren vorgegebenen Winkel γ1 versetzt angeordnet ist und das Verhältnis zwischen dem Betrag des weiteren vorgegebenen Winkels γ1 und dem Betrag des ersten vorgegebenen Winkels β1 wenigstens 1,5 : 1 beträgt, wobei eine Prozessoreinrichtung (6) vorgesehen ist, die das erste Signal und das weitere Signal miteinander vergleicht und hierdurch eine Schichtdickenänderung der Oberfläche (8) als Ursache für eine Signaländerung identifizieren kann, und wobei aus dem Vergleich zweier derartiger Messsignale aus verschiedenen Oberflächenbereichen geschlossen wird, ob eine Intensität an den beiden Strahlungsdetektoreinrichtungen (5, 7) in gleicher Weise zu- oder abnimmt oder ob sich diese Signale gegenläufig verhalten.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen dem Betrag des weiteren vorgegebenen Winkels γ1 und dem Betrag des ersten vorgegebenen Winkels β1 wenigstens 2,0, bevorzugt wenigstens 2,5, bevorzugt wenigstens 3,0 und besonders bevorzugt etwa 4,0 beträgt.
3. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) gegenüber der Oberfläche (8) bewegbar ist, damit unterschiedliche Bereiche der Oberfläche (8) untersucht werden können, und die Prozessoreinrichtung(6) dazu vorgesehen ist, dass sie erste und weitere Messsignale, die an einem ersten Bereich der Oberfläche (8) aufgenommen wurden, und erste und weitere Messsignale, die an einem zweiten Bereich der Oberfläche (8) aufgenommen wurden, wenigstens teilweise vergleicht und unter Zugrundelegung dieses Vergleichs wenigstens einen charakteristischen Wert über eine Beschaffenheit der Oberfläche (8) ausgibt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass eine Beziehung zwischen den Messsignalen aufgenommen wird und diese Beziehung bevorzugt eine Differenz oder ein Verhältnis ist.
5. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Absorptionseinrichtung (11) vorgesehen ist, die die von der Oberfläche (8) reflektierte Strahlung absorbiert.
6. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche zweite Strahlungsdetektoreinrichtung (15) vorgesehen ist, welche wenigstens einen Teil der von der wenigstens einen Strahlungseinrichtung (3) ausgesandten und anschließend von der Oberfläche (8) gestreuten und/oder reflektierten Strahlung aufnimmt und wenigstens ein zweites Messsignal ausgibt, das für die reflektierte und/oder gestreute Strahlung charakteristisch ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Strahlungsdetektoreinrichtung (15) unter einem zweiten Winkel β2 gegenüber der von der Oberfläche (8) reflektierten Strahlung angeordnet ist und dieser Winkel im Wesentlichen gegengleich zu dem ersten vorgegebenen Winkel β1 ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessoreinrichtung (6) dazu vorgesehen ist, dass sie das weitere Messsignal mit wenigstens dem ersten oder dem zweiten Messsignal vergleicht und einen für diesen Vergleich charakteristischen Wert ausgibt.
9. Vorrichtung (1) zur Bestimmung von Oberflächeneigenschaften mit wenigstens einer ersten Strahlungseinrichtung (3), welche Strahlung auf eine zu untersuchende Oberfläche (8) aussendet, wenigstens einer ersten Strahlungsdetektoreinrichtung (5), welche wenigstens einen Teil der von der wenigstens einen Strahlungseinrichtung (3) ausgesandten und anschließend von der Oberfläche (8) gestreuten und/oder reflektierten Strahlung aufnimmt und wenigstens ein erstes Messsignal ausgibt, das für die reflektierte und/oder gestreute Strahlung charakteristisch ist, wenigstens einer zweiten Strahlungsdetektoreinrichtung (15), welche wenigstens einen Teil der von der wenigstens einen Strahlungseinrichtung (3) ausgesandten und anschließend von der Oberfläche (8) gestreuten und/oder reflektierten Strahlung aufnimmt und wenigstens ein zweites Messsignal ausgibt, das für die reflektierte und/oder gestreute Strahlung charakteristisch ist; dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strahlungsdetektoreinrichtung (5) gegenüber der Richtung der von der Oberfläche (8) reflektierten Strahlung um einen ersten vorgegebenen Winkel β1 versetzt angeordnet ist, die zweite Strahlungsdetektoreinrichtung (15) gegenüber der Richtung der von der Oberfläche (8) reflektierten Strahlung um einen zweiten vorgegebenen Winkel β2 versetzt angeordnet ist und die Winkel β1 und β2 bezüglich der Richtung der von der Oberfläche (8) reflektierten Strahlung im Wesentlichen gegengleich sind, wobei eine Intensitätsmesseinrichtung vorgesehen ist, welche die Intensität der von der Strahlungseinrichtung (3) abgegebenen Strahlung vor dem Auftreffen auf die Oberfläche (8) misst, und wobei die Strahlungseinrichtung (3) die Strahlung unter einem Einstrahlwinkel aussendet, der gegenüber einer auf der Oberfläche (8) senkrechten Richtung zwischen 10° und 25° liegt.
10. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Strahlungsdetektoreinrichtung (5, 7, 15) eine ortsaufgelöste Aufnahme der auf sie auftreffenden Strahlung erlaubt.
11. Verfahren zur Bestimmung von Oberflächeneigenschaften mit den Schritten - Einstrahlen von Strahlung auf eine zu untersuchende Oberfläche (8) durch eine Strahlungseinrichtung (3); - Detektion wenigstens eines Anteil der auf die Oberfläche (8) eingestrahlten und von dieser zurückgeworfenen Strahlung mit einer ersten Strahlungsdetektoreinrichtung (5) und Ausgabe eines für diese zurückgeworfene Strahlung charakteristischen ersten Signals; - Detektion wenigstens eines Anteils der auf die Oberfläche (8) eingestrahlten und von dieser zurückgeworfenen Strahlung mit einer zweiten Strahlungsdetektoreinrichtung (15) und Ausgabe eines für diese zurückgeworfene Strahlung charakteristischen zweiten Signals; - Vergleichen des ersten Signals mit dem zweiten Signal; dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Signal unter Berücksichtigung der geometrischen Position der Strahlungseinrichtung (3) gegenüber der Oberfläche (8) korrigiert wird, wobei die Strahlungseinrichtung (3) als auch die Strahlungsdetektoreinrichtungen (5, 15) in der gleichen Ebene angeordnet sind und für die Durchführung des Verfahrens eine Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 7-10 verwendet wird.
12. Verfahren zur Bestimmung von Oberflächeneigenschaften mit den Schritten - Einstrahlen von Strahlung auf eine zu untersuchende Oberfläche (8); - Detektion wenigstens eines Anteil der auf die Oberfläche (8) eingestrahlten und von dieser zurückgeworfenen Strahlung mit einer ersten Strahlungsdetektoreinrichtung (5) und Ausgabe eines für diese zurückgeworfene Strahlung charakteristischen ersten Signals; - Detektion wenigstens eines Anteil der auf die Oberfläche (8) eingestrahlten und von dieser zurückgeworfenen Strahlung mit einer weiteren Strahlungsdetektoreinrichtung (7) und Ausgabe eines für diese zurückgeworfene Strahlung charakteristischen weiteren Signals; - Vergleichen des ersten Signals mit dem weiteren Signal und Ausgabe eines für diesen Vergleich charakteristischen Werts, wobei das erste Signal und das weitere Signal jeweils in zwei unterschiedlichen Bereichen der Oberfläche (8) ausgegeben werden und aus einem Vergleich der ersten und weiteren Signale wenigstens eine Schichtdicke der Oberfläche (8) oder eine Veränderung dieser ermittelt wird, wobei aus dem Vergleich zweier derartiger Messsignale aus verschiedenen Oberflächenbereichen geschlossen wird, ob eine Intensität an den beiden Strahlungsdetektoreinrichtungen (5, 7) in gleicher Weise zu- oder abnimmt oder ob sich diese Signale gegenläufig verhalten.

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