DE102006048688A1

DE102006048688A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Untersuchung von Oberflächen mit Effektpigmenten

Info

Publication number: DE102006048688A1
Application number: DE102006048688A
Authority: DE
Inventors: Peter Schwarz
Original assignee: BYK Gardner GmbH
Current assignee: BYK Gardner GmbH
Priority date: 2006-10-14
Filing date: 2006-10-14
Publication date: 2008-04-17
Anticipated expiration: 2026-10-15
Also published as: JP2015129766A; US20080094638A1; JP2012252023A; US7528964B2; JP5758367B2; JP2008096444A; DE102006048688B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren für eine Vorrichtung zur Untersuchung von Oberflächeneigenschaften. Dabei sollen insbesondere Eigenschaften von Effektpigmenten untersucht werden. Eine zu untersuchende Oberfläche (9) wird unter unterschiedlichen Einstrahl- bzw. Aufnahmewinkeln untersucht und anhand dieser unterschiedlichen Winkel auf eine Krümmung der Effektpigmente geschlossen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung von Oberflächeneigenschaften.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf Oberflächen von Kraftfahrzeugen beschrieben. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch bei anderen Oberflächen, wie beispielsweise 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. Das menschliche Auge ist jedoch nur bedingt zur objektiven Bestimmung von Oberflächeneigenschaften geeignet und daher besteht ein Bedarf an Hilfsmitteln und Apparaturen zur qualitativen und quantitativen Bestimmung von Oberflächeneigenschaften.
Beispiele derartiger Oberflächeneigenschaften sind der Glanz, der Orange peel, die Farbe, Makro- oder Mikrostruktur, Abbildungsschärfe, Glanzschleier, Oberflächenstruktur und/oder Oberflächentopographie und dergleichen.
Weiterhin erfreuen sich in jüngerer Zeit auch Beschichtungen größerer Beliebtheit die sogenannte Effektpigmente aufweisen. Dabei sind in der Lackschicht eine Vielzahl von Effektpigmenten angeordnet, die wie kleine Spiegel wirken. Idealerweise weisen derartige Effektpig mente eine ebene Oberfläche auf und sind im wesentlichen parallel zu der Beschichtung selbst angeordnet.
In der Realität ist jedoch die Oberfläche derartiger Effektpigmente nicht eben sondern diese können beispielsweise konkav oder konvex gekrümmt sein. Durch diese Krümmung wird ein auf diese Pigmente eintreffendes Licht aufgeweitet oder verengt und damit ein geänderter optischer Eindruck der Oberfläche insgesamt hervorgerufen. Falls ein derart gekrümmtes Effektpigment auf es eintreffende Strahlung reflektiert, hängt es u. a. von der Krümmung des Effektpigments ab, unter welchen Beobachtungswinkeln dieses Effektpigment wahrgenommen werden kann. Dieser Winkelbereich wird im folgenden auch als angular lifetime bezeichnet. Auch andere Unebenheiten wie Risse, Kanten oder allgemein topographische Oberflächendefekte können sich auf die angular lifetime auswirken.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine genauere objektive Untersuchung derartiger Effektpigmente zu erreichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 8 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Untersuchung von Oberflächeneigenschaften wird in einem ersten Verfahrensschritt Strahlung auf eine zu untersuchende Oberfläche unter einem ersten vorgegebenen Einstrahlwinkel eingestrahlt. Weiterhin wird wenigstens ein Anteil der unter dem ersten Einstrahlwinkel eingestrahlten und von der zu untersuchenden Oberfläche zurückgeworfenen Strahlung unter einem ersten Aufnahmewinkel aufgenommen und eine Vielzahl von ersten Messwerten ausgegeben, die für das aufgenommene Licht charakteristisch sind.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird Strahlung auf die zu untersuchende Oberfläche unter einem zweiten vorgegebenen Einstrahlwinkel eingestrahlt und wenigstens ein Anteil der unter dem zweiten Einstrahlwinkel eingestrahlten und von der zu untersuchenden Oberfläche zurückgeworfenen Strahlung unter einem zweiten Aufnahmewinkel aufgenommen und eine Vielzahl von zweiten Messwerten ausgegeben, die für die aufgenommene Strahlung charakteristisch sind.
Dabei sind erfindungsgemäß wenigstens die Einstrahlwinkel oder die Aufnahmewinkel unter schiedlich. In einem weiteren Verfahrensschritt wird ein Vergleich zwischen den ersten Messwerten und den zweiten Messwerten vorgenommen.
Unter einer zurückgeworfenen Strahlung wird jegliche Strahlung, insbesondere reflektierte und/oder gestreute Strahlung verstanden, die von der Oberfläche auf eine Strahlungsdetektoreinrichtung gelangt. Besonders bevorzugt handelt es sich bei der Strahlung um Licht und besonders bevorzugt um Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich.
Die zurückgeworfene Strahlung kann sich auch aus reflektierten und gestreuten Anteilen zusammensetzen, insbesondere aus gestreutem Licht von der Oberfläche selbst und aus reflektiertem Licht der einzelnen Effektpigmente. Bevorzugt wird die zu untersuchende Oberfläche auf eine Strahlungsdetektoreinrichtung abgebildet bzw. eine abbildende Optik eingesetzt.
Damit wird bevorzugt entweder der Einstrahlwinkel oder der Aufnahmewinkel beibehalten und der jeweils andere Winkel geändert. Auf diese Weise kann eine Beobachtung der Fläche unter wenigstens zwei unterschiedlichen Winkeln vorgenommen werden. Die Einstrahlwinkel und die Aufnahmewinkel werden im folgenden als Winkel gegenüber einer Mittelsenkrechten bezüglich der Oberfläche definiert. Bevorzugt handelt es sich bei der Vielzahl von Messwerten um ein Array, welches die auf eine Detektoreinrichtung auftreffende Strahlung charakterisiert.
Falls beispielsweise zweimal unter dem gleichen Einstrahlwinkel eingestrahlt und unter unterschiedlichen Aufnahmewinkeln aufgenommen wird, kann überprüft werden, ob die Aufnahmen unter beiden Aufnahmewinkeln ein bestimmtes Effektpigment zeigen. Damit kann aus einer Winkeldifferenz zwischen diesen beiden Aufnahmewinkeln auf die angular lifetime dieses Effektpigments geschlossen werden. Bevorzugt wird die Strahlung unter einer Vielzahl von Einstrahlwinkeln eingestrahlt und die zurückgeworfene Strahlung unter einem bestimmten Aufnahmewinkel aufgenommen. Umgekehrt ist es auch möglich, nur unter einem bestimmten Einstrahlwinkel einzustrahlen und unter einer Vielzahl von Aufnahmewinkeln aufzunehmen. Schließlich kann auch eine Vielzahl von Einstrahlwinkeln und eine Vielzahl von Aufnahmewinkeln eingesetzt werden.
Durch diese Vielzahl von Winkeln ist es möglich, mit hoher Genauigkeit denjenigen Winkelbereich anzugeben, unter dem ein bestimmtes Effektpigment noch Licht reflektiert. Auf diese Weise kann ein sehr genaues Bild von der Krümmung dieser betreffenden Effektpigmente gegeben werden. Bevorzugt erfolgt die Messung nicht in der Reflexion, d. h. der Einstrahlwinkel und die Aufnahmewinkel sind nicht gegengleich.
Daneben können auch Streueigenschaften oder Reflektionseigenschaften der Effektpigmente untersucht werden, und insbesondere, inwieweit bestimmte Effektpigmente als Spiegel oder als Streukörper wirken.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird die Strahlung ortsaufgelöst aufgenommen. Dabei ist beispielsweise ein Strahlungsdetektor mit einem CCD-Chip vorgesehen, der ein ortsaufgelöstes Bild der auftreffenden Strahlung ausgibt. Vorzugsweise ist die Differenz der unterschiedlichen Einstrahlwinkel oder Aufnahmewinkel kleiner als 5°, bevorzugt kleiner als 3°, besonders bevorzugt kleiner als 1° und besonders bevorzugt kleiner als 0,5°. Auf diese Weise kann die Krümmung des betreffenden Effektpigments sehr genau bestimmt werden, beziehungsweise die Auswirkungen derartiger gekrümmter Effektpigmente können sehr genau charakterisiert werden.
Vorzugsweise wird zur Aufnahme der von der Oberfläche zurückgeworfenen und insbesondere der gestreuten Strahlung wenigstens eine bewegbare Strahlungsdetektoreinrichtung verwendet. Diese Strahlungsdetektoreinrichtung kann über einen bestimmten Winkelbereich verschoben werden, um auf diese Weise die angular lifetime der einzelnen Effektpigmente zu bestimmen. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird zum Einstrahlen der Strahlung auf die Oberfläche wenigstens eine bewegbare Strahlungseinrichtung verwendet. Auch hier ist die Strahlungseinrichtung besonders bevorzugt in Umfangsrichtung bewegbar, damit auf diese Weise ein Effektpigment aus unterschiedlichen Winkeln beleuchtet werden kann, um so dessen Krümmung zu bestimmen. Daneben kann neben der Krümmung der einzelnen Effektpigmente auch deren Orientierung bezüglich der Ebene der Lackierung bestimmt werden.
Es ist jedoch auch möglich, eine Vielzahl von Strahlungseinrichtungen einzusetzen, die unter den unterschiedlichsten Winkeln gegenüber der Oberfläche angeordnet sind und auf der anderen Seite eine Vielzahl von Strahlungsdetektoreinrichtungen, die jeweils mit geringem Winkelabstand voneinander beabstandet sind. Umgekehrt können auch eine Vielzahl von Strahlungseinrichtungen eingesetzt werden, die in geringem Winkelabstand zueinander angeordnet sind und auf der anderen Seite mehrere Strahlungsdetektoreinrichtungen, die in größerem Winkelabstand, beispielsweise im Abstand von 10°, zueinander angeordnet sind.
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf eine Vorrichtung zur Untersuchung von Oberflächeneigenschaften gerichtet. Diese Vorrichtung weist eine erste Strahlungseinrichtung auf, die Strahlung auf eine zu untersuchende Oberfläche unter einem vorgegebenen ersten Einstrahlwinkel aussendet. Weiterhin ist eine erste Strahlungsdetektoreinrichtung vorgesehen, welche wenigstens einen Anteil der auf die Oberfläche eingestrahlten und von dieser zurückgeworfenen Strahlung unter einem ersten Aufnahmewinkel aufnimmt und eine Vielzahl von ersten Messwerten ausgibt, welche für die unter dem ersten Einstrahlwinkel ausgesendete und unter dem ersten Aufnahmewinkel aufgenommene Strahlung charakteristisch sind.
Erfindungsgemäß sind Messmittel vorgesehen, welche ein Aussenden der Strahlung unter einem zweiten Einstrahlwinkel und die Aufnahme der zurückgeworfenen Strahlung unter einem zweiten Aufnahmewinkel erlauben, wobei die Messmittel die Ausgabe einer Vielzahl von zweiten Messwerten ermöglichen, welche für die unter dem zweiten Einstrahlwinkel ausgesendete und unter dem zweiten Aufnahmewinkel aufgenommene Strahlung charakteristisch sind, wobei sich wenigstens die beiden Einstrahlwinkel oder die beiden Aufnahmewinkel unterscheiden. Dabei erlauben bevorzugt sowohl die Strahlungsdetektoreinrichtung als auch die Messmittel eine ortsaufgelöste Aufnahme der von der Oberfläche zurückgeworfenen Strahlung.
Weiterhin ist eine Vergleichseinrichtung vorgesehen, welche die ersten Messwerte mit den zweiten Messwerten vergleicht. Auch bei dieser Vorrichtung kann damit überprüft werden, ob ein bestimmtes Effektpigment unter unterschiedlichen Beleuchtungs- bzw. Beobachtungswinkeln noch wahrgenommen wird und damit kann auf die angular lifetime dieses Effektpigment zurückgeschlossen werden.
Unter einer Vergleichseinrichtung wird jede Einrichtung verstanden, die einen Vergleich wenigstens zweier Werte erlaubt. Dabei kann es sich im einfachsten Fall um eine Anzeigevorrichtung oder ein Display handeln, welches die erste Gruppe an Messwerten und die zweite Gruppe an Messwerten an den Benutzer ausgibt, sodass dieser Vergleiche durchführen kann. Bevorzugt nimmt die Vergleichseinrichtung jedoch wenigstens teilweise automatisch diese Vergleiche vor. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die oben besagten Arrays von Messwerten jeweils in einen Speicher geladen und in Deckung gebracht werden und in der Folge einzelne oder einzelne Gruppen von Messwerten miteinander verglichen werden. So kann überprüft werden, ob bestimmte Erscheinungen, wie das Auftreten bestimmter Effektpigmente in den unterschiedlichen Messwertsätzen vorhanden ist. Vorzugsweise werden die Messwertsätze auch mit einer Information über diesen jeweiligen Strahlengang, dass heißt insbesondere den jeweiligen Einstrahl- und Aufnahmewinkeln abgespeichert. Auf diese Weise kann durch einen Vergleich der einzelnen Messwertsätze direkt auf die angular lifetime der einzelnen Effektpigmente geschlossen werden.
Es bleibt damit festzuhalten, dass die vollständige Information über die angular lifetime erst aus einer Vielzahl von Aufnahmen gewonnen wird. Grundsätzlich gibt es verschiedene Ausführungsformen, um die genannten Messwinkel zu gestalten. Diese Ausführungsformen werden im folgenden anhand von einigen Beispielen erläutert.
Vorzugsweise umfassen die Messmittel eine zweite Strahlungseinrichtung, welche Strahlung auf die zu untersuchende Oberfläche unter dem vorgegebenen zweiten Einstrahlwinkel α2 aussendet. In diesem Fall unterscheiden sich damit die beiden Einstrahlwinkel und die Aufnahmewinkel sind bevorzugt gleich.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Vielzahl von zweiten Strahlungseinrichtungen oder allgemein eine Vielzahl von Strahlungseinrichtungen vorgesehen, die die Strahlung auf die zu untersuchende Oberfläche richten. Auf diese Weise wird die Oberfläche unter einer Vielzahl von bevorzugt gering voneinander beabstandeten Winkeln beleuchtet und unter einem bestimmten Aufnahmewinkel die zurückgeworfene Strahlung beobachtet. Vorzugsweise erfolgt die Beleuchtung der Oberfläche durch die einzelnen Strahlungseinrichtungen hintereinander, um auf diese Weise eine zeitliche Überschneidung der jeweils gewonnenen Messwerte zu vermeiden.
Umgekehrt ist es jedoch auch möglich, eine Vielzahl von Strahlungsdetektoreinrichtungen vorzusehen, die die von der Oberfläche zurückgeworfene Strahlung unter unterschiedlichen vorgegebenen zweiten Beobachtungswinkeln aufnimmt. Auch auf diese Weise kann die angular lifetime der einzelnen Effektpigmente bestimmt werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Messmittel eine Einstrahländerungseinrichtung auf, welche die erste Strahlungseinrichtung gegenüber der Oberfläche bewegt und auf diese Weise die Einstrahlwinkel ändert. Auf dieses Weise kann gewissermaßen ein vorgegebener Winkelbereich abgescannt werden und so die angular lifetime der Effektpigmente bestimmt werden. Dabei ist die Strahlungseinrichtung vorzugsweise in einem Winkelbereich bewegbar, der auch die Erfassung hoher Krümmungen zulässt. Dabei ist eine Änderung des Einstrahlwinkels mit vorgegebenen Schrittweiten möglich, wobei diese Schrittweiten kleiner als 5°, bevorzugt kleiner als 3°, bevorzugt kleiner als 1° und bevorzugt kleiner als 0,5° sind.
Umgekehrt kann bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform auch eine Aufnahmewinkeländerungseinrichtung vorgesehen sein, welche die erste Strahlungsdetektoreinrichtung gegenüber der Oberfläche bewegt und auf diese Weise den Aufnahmewinkel ändert. Beide Ausführungsformen, d. h. einerseits eine Verschiebung der Strahlungseinrichtung und andererseits eine Verschiebung der Strahlungsdetektoreinrichtung können in gleicher Weise zur Bestimmung der angular lifetime dienen.
Vorzugsweise unterscheiden sich der erste Einstrahlwinkel und der zweite Einstrahlwinkel um weniger als 5°, bevorzugt um weniger als 3° und besonders bevorzugt um weniger als 2°. Hierbei ist jedoch auch der Abstand zwischen den Strahlungseinrichtungen und der Oberfläche entscheidend.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform unterscheiden sich der erste Aufnahmewinkel und der zweite Aufnahmewinkel um weniger als 5°, bevorzugt um weniger als 3° und besonders bevorzugt um weniger als 2° voneinander.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Messmittel eine verschiebbare Blendeneinrichtung auf. Dabei kann beispielsweise durch die Blendeneinrichtung der Einstrahlwinkel auf die Oberfläche geändert werden, es kann jedoch auch der Beobachtungswinkel verschoben werden.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen.
Darin zeigen:
1 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe;
2 eine stark schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer ersten Ausführungsform;
3 eine stark schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer zweiten Ausführungsform; und
4 eine stark schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer dritten Ausführungsform.
1 zeigt eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des der Erfindung zugrundeliegenden Problems. Dabei wird ein Lichtstrahl L auf eine Oberfläche 9 bzw. ein Effektpigment 9a eingestrahlt. Im linken Teilbild ist dieses Effektpigment eben, was dazu führt, dass der Lichtstrahl konvergent, d. h. nicht aufgeweitet, von dem Effektpigment reflektiert wird. Falls nun ein Beobachter die Lackierung betrachtet, wird er in einem vorgegebenen Winkelsegment γ die Reflexion von dem Effektpigment 9a wahrnehmen können. Bei diesem Winkelsegment γ handelt es sich um die eingangs erwähnte angular lifetime.
Falls jedoch, wie im rechten Teilbild von 1 gezeigt, das Pigment eine gekrümmte Oberfläche aufweist, wird der auf das Effektpigment auftreffende Lichtstrahl aufgeweitet, wie durch den reflektierten Lichtstrahl L' angedeutet. In diesem Fall vergrößert sich damit der Winkel γ bzw. die angular lifetime. Umgekehrt würde sich zumindest bei einer schwachen konkaven Krümmung der Winkel γ und damit die angular lifetime verringern. Die vorliegende Erfindung erlaubt eine Qualifizierung eben dieser Krümmung bzw. der dadurch hervorgerufenen Änderungen der angular lifetime. So ist es beispielsweise möglich, die angular lifetime für eine Vielzahl von Effektpigmenten aufzunehmen und aus diesen Ergebnissen Mittelwerte oder Varianzen und Streuungen und dergleichen für die angular lifetime zu ermitteln. Damit kann insgesamt ein objektives Bild über die Oberflächenbeschaffenheit abgegeben werden.
2 zeigt eine stark schematisierte Darstellung der erfinderischen Vorrichtung 1 in einer ersten Ausführungsform. Dabei ist eine erste Strahlungseinrichtung 4 vorgesehen, welche Strahlung unter einem ersten Einstrahlwinkel α₁ gegenüber der Mittelsenkrechten M auf eine zu untersuchende Oberfläche 9 strahlt. Die von dieser Oberfläche 9 zurückgeworfene und insbesondere gestreute Strahlung wird wenigstens teilweise von einer ersten Strahlungsdetektoreinrichtung 8 aufgenommen. Sowohl die Strahlungseinrichtung als auch die Strahlungsdetektoreinrichtung sind dabei in einem Gehäuse (nicht gezeigt) untergebracht, um zu verhindern, dass weiteres Licht von außen auf die Oberfläche 9 auftrifft. Die von der Oberfläche 9 zurückgeworfene Strahlung (P1) wird unter einem ersten Aufnahmewinkel β₁ detektiert.
Daneben weist die Vorrichtung weitere Strahlungseinrichtungen 14 auf, die unter unterschiedlichen Einstrahlwinkeln α₂–α₄ Strahlung auf die Oberfläche 9 einstrahlen. Bei dieser Ausführungsform stimmen dabei der Aufnahmewinkel β₁ und der Aufnahmewinkel β₂ miteinander überein und es sind eine Vielzahl von unterschiedlichen Einstrahlwinkeln α₁–α₄ vorgesehen. In der Praxis können auch noch wesentlich mehrere Einstrahleinrichtungen 14 vorgesehen sein und diese beispielsweise über einen wesentlich größeren Winkelbereich, beispielsweise über einen Bereich von 20°, verteilt sein.
Wie erwähnt, handelt es sich bei dem von der Oberfläche zurückgeworfenen Licht, das entlang des Pfeils L' verläuft, um Streulicht von der Oberfläche. Die Strahlungsdetektoreinrichtung erlaubt eine ortsaufgelöste Aufnahme von Bildern bzw. eine Ortsauflösung der auf sie auftreffenden Strahlung. Wie eingangs erwähnt, ist in der Oberfläche eine Vielzahl von Effektpigmenten angeordnet, wobei diese Effektpigmente auch bei den hier vorliegenden Winkelverhältnissen wie Spiegel wirken können, die Strahlung auf die Strahlungsdetektoreinrichtung 8 reflektieren. In einem von der Strahlungsdetektoreinrichtung 8 aufgenommenen Bild erscheinen diese reflektierten Anteile als besonders intensive Punkte.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können beispielsweise nacheinander die einzelnen Strahlungseinrichtungen 14 bzw. 4 aktiviert werden. Anschließend können jeweils mit der Strahlungsdetektoreinrichtung 8 Bilder aufgenommen und überprüft werden, bei welchen Bildern ein bestimmtes Effektpigment noch sichtbar ist. Aus dieser Information und damit aus einem Vergleich der einzelnen aufgenommenen Bilder kann die angular lifetime eines bestimmten Farbpigments bestimmt werden. Dabei ist es auch möglich, die angular lifetime automatisch zu bestimmen, indem eine Vielzahl von aufgenommenen Bildern miteinander verglichen und jeweils geprüft wird, ob ein bestimmtes Effektpigment noch auftaucht. Diese Messung kann auch über eine Vielzahl von Effektpigmenten aufgenommen werden. Dabei ist bevorzugt sichergestellt, dass sämtliche Einstrahleinrichtungen 4, 14 den gleichen Bereich der Oberfläche beleuchten. Auch können mehrere Bilder durch geeignete Software in Deckung gebracht werden, beispielsweise durch Orientierung an bestimmen Effektpigmenten.
Anstelle einer Vielzahl von Strahlungseinrichtungen 4 bzw. 14 kann auch eine größerflächige Strahlungseinrichtung eingesetzt werden und eine bewegbare Blendeneinrichtung (nicht gezeigt) die jeweils den Einstrahlwinkel α₁–α_n reguliert.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist nur eine Strahlungseinrichtung 4 vorgesehen, die Strahlung unter einem ersten Einstrahlwinkel α₁, der hier mit dem zweiten Einstrahlwinkel α₂ übereinstimmt, auf die Oberfläche richtet. Bei dieser Ausführungsform ist eine Vielzahl von Strahlungsdetektoreinrichtungen 8, 11 vorgesehen, die die von der Oberfläche gestreute Strahlung unter unterschiedlichen Winkeln β₁–β₄ aufnehmen. Auf diese Weise kann ebenfalls durch einen Vergleich der einzelnen Winkel β₁–β₄ und einer Betrachtung der jeweils aufgenommenen Bilder die angular lifetime bestimmter Effektpigmente bestimmt werden. Bei dieser Ausführungsform kann die Aufnahme der einzelnen Bilder durch die unterschiedlichen Strahlungsdetektoreinrichtungen auch gleichzeitig erfolgen. Weiterhin wäre es auch möglich, sowohl mehrere Strahlungseinrichtungen als auch mehrere Strahlungsdetektoreinrichtungen 8, 11 vorzusehen.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In diesem Fall ist nur eine Strahlungseinrichtung 4 und nur eine Strahlungsdetektoreinrichtung 8 vorgesehen. Im Gegensatz zu den obigen Ausführungsformen kann jedoch entweder die Strahlungseinrichtung oder die Strahlungsdetektoreinrichtung 8 entlang der Kreislinie K (Pfeile P1, P2) bewegt werden, um auf die Weise den Einstrahlwinkel α₁ oder auch den Aufnahmewinkel β₁ zu ändern. Im Messverfahren kann beispielsweise zunächst Licht unter dem Einstrahlwinkel α₁ auf die Oberfläche 9 eingestrahlt werden und unter dem Aufnahmewinkel β₁ aufgenommen werden. Anschließend kann entweder die Einstrahlrichtung oder die Strahlungsdetektoreinrichtung verschoben werden, um in einem weiteren Verfahrensschritt beispielsweise das Licht unter einem zweiten Einstrahlwinkel α₂ einzustrahlen und unter dem Aufnahmewinkel β₁ auf zunehmen. Auch kann umgekehrt die Strahlungsdetektoreinrichtung 8 verschoben werden und damit bei gleichgehaltenem Einstrahlwinkel α₁ und einem weiteren Aufnahmewinkel β₂ aufgenommen werden. Dabei ist jedoch festzuhalten, dass die Einstrahleinrichtung und die Strahlungsdetektoreinrichtung nicht notwendig entlang der Kreislinie K verschoben werden müssen sondern auch in anderer Weise verschoben werden können, solange hierdurch die jeweiligen Einstrahl- oder Aufnahmewinkel geändert werden. Dabei kann die Strahlungsdetektoreinrichtung 8 oder die Strahlungseinrichtung 4 auch stufenlos bewegt werden, um einen vorgegebenen Winkelbereich abzuscannen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die gesamte Vorrichtung, d. h. einschließlich aller Einstrahl- und Strahlungsdetektoreinrichtungen gegenüber der Oberfläche 9 bewegt bzw. verschoben werden. Vorzugsweise wird die Vorrichtung entlang des Pfeils P3 gegenüber der Oberfläche verschoben. Es wäre daher auch möglich, eine Vielzahl von Strahlungseinrichtungen senkrecht zu der Figurenebene aus 3 anzuordnen und damit die Krümmung der einzelnen Effektpigmente in einer senkrecht zu der Figurenebene stehenden Richtung zu messen. Genauer wäre es möglich, eine Vielzahl von Strahlungseinrichtungen entlang eines Halbkreis- oder Halbkugelsegments anzuordnen, welche sich im wesentlichen senkrecht zu der Figurenebene in 3 erstreckt. Durch die Bewegung der Vorrichtung gegenüber der Oberfläche können auch größere Oberflächen hinsichtlich ihrer Effektpigmente untersucht werden.
Bevorzugt weist die erfinderische Vorrichtung auch eine Speichereinrichtung auf, in der eine Vielzahl der aufgenommenen Bilder gespeichert wird. Eine Vergleichseinrichtung kann die einzelnen aufgenommenen Bilder miteinander vergleichen und beispielsweise das Vorhandensein unterschiedlicher Effektpigmente in den einzelnen Bildern überprüfen, um so die angular lifetime der jeweiligen Effektpigmente zu messen.
Vorzugsweise erlaubt die Strahlungsdetektoreinrichtung auch eine farbliche Aufnahme der Bilder, so dass die Effektpigmente auch hinsichtlich ihrer Farbe unterschieden werden können. Durch die Aufnahme und den Vergleich einer Vielzahl von Bildern können auch statistische Paramter für die Effektpigmente ausgegeben werden, beispielsweise Streuungen, Varianzen oder Mittelwerte über die einzelnen Krümmungen.
Neben den in den Figuren gezeigten Strahlungseinrichtungen und Strahlungsdetektoreinrichtungen können auch weitere Strahlungseinrichtungen unter unterschiedlichsten Winkeln und insbesondere auch unter sehr hohen Winkeln angeordnet sein. Auch ist es möglich, eine Strahlungsdetektoreinrichtung unter einem Winkel β₁ = 0, d. h. an der Mittelsenkrechten M vorzusehen. Auch die könnte die Strahlungsdetektoreinrichtung 8 bezüglich der Mittelsenkrechten M auf der gleichen Seite wie die Strahlungseinrichtung 4 angeordnet sein. Auf diese Weise können insbesondere Effektpigmente mit einer extremen Schrägstellung gegenüber der Oberfläche 8 detektiert werden. Vorzugsweise ist jedoch der Aufnahmewinkel β₁ relativ nahe an dem Reflexionswinkel α-, beispielsweise im Umkreis von +/– 10° um diesen Winkel angeordnet, da ein Großteil der Effektpigmente nur leicht gegenüber der Oberfläche 9 geneigt ist.
Auch ist es möglich, die aufgenommenen Messwerte beziehungsweise die aufgenommenen Bilder der auf die Strahlungsdetektoreinrichtung treffenden Strahlung abzuspeichern und mit vorgegebenen Werten zu vergleichen, dass heißt zu katalogisieren. Auf diese Weise ist es möglich, eine bestimmte Oberfläche einer in einem Katalog oder in einer Bibliothek vorhandenen Oberfläche zuzuordnen und dabei insbesondere auch eine Einstufung hinsichtlich der Qualität der Effektpigmente vorzunehmen. Auch können die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden, um derartige Bibliotheken anzulegen. Des Weiteren kann die Vorrichtung auch verwendet werden, um herkömmliche Oberflächenmessungen beispielsweise hinsichtlich Farbe, orange peel oder Glanz und dergleichen vorzunehmen. Damit kann die Vorrichtung auch mit aus dem Stand der Technik bekannten Geräten kombiniert werden.
Weiterhin ist denkbar, die Erfindung mit einem speziell angepassten Pigmentrezeptierungssystem zu verwenden, um eine bestimmte gewünschte Pigmentzusammensetzung zu erzeugen. Auch können von der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgegebene Messwerte zur Simulationszwecken, insbesondere aber nicht ausschließlich am Bildschirm, verwendet werden.
Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

1: Vorrichtung zur Untersuchung von Oberflächen
4: erste Strahlungseinrichtung
8: erste Strahlungsdetektoreinrichtung
9: Oberfläche
9a: Effektpigment
11: weitere Strahlungsdetektoreinrichtungen
14: weitere Strahlungseinrichtung
γ: Winkelsegment
L: Lichtstrahl
L': reflektierter Lichtstrahl
α₁, α₂, α₃, α₄: Einstrahlwinkel
β₁, β₂, β₃, β₄: Aufnahmewinkel
M: Mittelsenkrechte
P1: Bewegung der Strahlungseinrichtung 4
P2: Bewegung der Strahlungsdetektoreinrichtung 8
P3: Bewegungsrichtung der Vorrichtung 1
K: Kreislinie

Claims

Verfahren zur Untersuchung von Oberflächeneigenschaften mit den Schritten: – Einstrahlen von Strahlung auf eine zu untersuchende Oberfläche (9) unter einem ersten vorgegebenen Einstrahlwinkel (α₁); – Aufnahme wenigstens eines Anteils der unter dem ersten Einstrahlwinkel (α₁) eingestrahlten und von der zu untersuchenden Oberfläche (9) zurückgeworfenen Strahlung unter einem ersten Aufnahmewinkel (β₁) und Ausgabe einer Vielzahl von ersten Messwerten, die für die aufgenommene Strahlung charakteristisch sind; – Einstrahlen von Strahlung auf die zu untersuchende Oberfläche (9) unter einem zweiten vorgegebenen Einstrahlwinkel (α₂); – Aufnahme wenigstens eines Anteils der unter dem zweiten Einstrahlwinkel (α₂) eingestrahlten und von der zu untersuchenden Oberfläche zurückgeworfenen Strahlung unter einem zweiten Aufnahmewinkel (β₂) und Ausgabe einer Vielzahl von zweiten Messwerten, die für die aufgenommene Strahlung charakteristisch sind, wobei wenigstens die Einstrahlwinkel (α₁, α₂) oder die Aufnahmewinkel (β₁, β₂) unterschiedlich sind; – Durchführen eines Vergleichs zwischen den ersten Messwerten und den zweiten Messwerten.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung unter einer Vielzahl von Einstrahlwinkeln (α₁, α₂...α_n) eingestrahlt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Oberfläche (9) zurückgeworfene Licht unter einer Vielzahl von Aufnahmewinkeln (β₁, β₂,...β_n) aufgenommen wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung ortsaufgelöst aufgenommen wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz der unterschiedlichen Einstrahlwinkel oder Aufnahmewinkel kleiner als 5°, bevorzugt kleiner als 3°, bevorzugt kleiner als 1° und besonders bevorzugt kleiner als 0,5° ist.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufnahme der von der Oberfläche (9) zurückgeworfenen Strahlung wenigstens eine bewegbare Strahlungsdetektoreinrichtung (8) verwendet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einstrahlen der Strahlung auf die Oberfläche (9) wenigstens eine bewegbare Strahlungseinrichtung (4) verwendet wird.
Vorrichtung zur Untersuchung von Oberflächeneigenschaften mit einer ersten Strahlungseinrichtung (4), welche Strahlung auf eine zu untersuchende Oberfläche (9) unter einem vorgegebenen ersten Einstrahlwinkel (α₁) aussendet, einer ersten Strahlungsdetektoreinrichtung (8), welche wenigstens einen Anteil der auf die Oberfläche (9) eingestrahlten und von dieser zurückgeworfenen Strahlung unter einem ersten Aufnahmewinkel (β₁) aufnimmt und eine Vielzahl von ersten Messwerten ausgibt, welche für die unter dem ersten Einstrahlwinkel (α₁) ausgesendete und unter dem ersten Aufnahmewinkel (β₁) aufgenommene Strahlung charakteristisch sind, dadurch gekennzeichnet, dass Messmittel (11, 14) vorgesehen sind, welche ein Aussenden der Strahlung unter einem zweiten Einstrahlwinkel (α₂) und die Aufnahme der zurückgeworfenen Strahlung unter einem zweiten Aufnahmewinkel (β₂) erlauben und wobei die Messmittel (11, 14) die Ausgabe einer Vielzahl von zweiten Messwerten ermöglichen, welche für die unter dem zweiten Einstrahlwinkel (α₂) eingestrahlte und unter dem zweiten Aufnahme winkel (β₂) aufgenommene Strahlung charakteristisch sind, wobei sich wenigstens die beiden Einstrahlwinkel (α₁, α₂) oder die beiden Aufnahmewinkel (β₁, β₂) unterscheiden und wobei eine Vergleichseinrichtung (20) vorgesehen ist, welche einen Vergleich der ersten Messwerte mit den zweiten Messwerten erlaubt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messmittel eine zweite Strahlungseinrichtung (14) umfassen, welche Strahlung auf die zu untersuchende Oberfläche (9) unter dem vorgegebenen zweiten Einstrahlwinkel (α₂) einstrahlt.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 8–9, dadurch gekennzeichnet, dass die Messmittel eine zweite Strahlungdetektoreinrichtung (11) umfassen, welche die von der Oberfläche (9) zurückgeworfene Strahlung unter dem vorgegebenen zweiten Aufnahmewinkel (β₂) aufnimmt.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 8–10, dadurch gekennzeichnet, dass die Messmittel eine Einstrahlwinkel-Änderungseinrichtung umfassen, welche die erste Strahlungseinrichtung (4) gegenüber der Oberfläche bewegt und auf diese Weise den Einstrahlwinkel (α₁, α₂) ändert.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 8–11, dadurch gekennzeichnet, dass die Messmittel eine Aufnahmewinkel-Änderungseinrichtung umfassen, welche die erste Strahlungsdetektoreinrichtung (8) gegenüber der Oberfläche bewegt und auf diese Weise den Aufnahmewinkel (β₁, β₂) ändert.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 8–12, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Einstrahlwinkel (α₁) und der zweite Einstrahlwinkel (α₂) um weniger als 5°, bevorzugt um weniger als 3° und besonders bevorzugt um weniger als 2° vonein ander unterscheiden.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 8–13, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Aufnahmewinkel (β1) und der zweite Aufnahmewinkel (β2) um weniger als 5°, bevorzugt um weniger als 3° und besonders bevorzugt um weniger als 1° voneinander unterscheiden.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 8–13, dadurch gekennzeichnet, dass die Messmittel eine verschiebbare Blendeneinrichtung umfassen.