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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Ermitteln von Eigenschaften und insbesondere optischen Eigenschaften
von strukturierten Oberflächen. Derartige Verfahren und
Vorrichtungen sind aus dem Stand der Technik seit langem bekannt.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Oberflächen
von Karosserien, insbesondere für Kraftfahrzeuge, beschrieben,
es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße
Vorrichtung auch bei anderen Anwendungen zum Einsatz kommen kann,
wie beispielsweise bei Bodenbelägen, bei Möbelstücken,
und dergleichen. Die strukturierte Oberfläche ist damit
durch eine Topographie gekennzeichnet, welche neben lateralen Ausdehnung
auch ein Höhenprofil. Das menschliche Auge kann jedoch
derartige Höhenunterschiede im Mikrometerbereich nicht
quantitativ auswerten, sondern nimmt lediglich die Effekte dieser Struktur
wahr. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Untersuchung strukturierter
Oberflächen beschränkt.
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Derartige
aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren und Vorrichtungen ermitteln üblicherweise
bestimmte Eigenschaften der Oberfläche, wie zum Beispiel
eine Farbe. Dabei dienen diese Vorrichtungen dazu, um ein objektives
Bild der jeweiligen Oberfläche ableiten zu können.
Erfindungsgemäße Geräte werden insbesondere
im Bereich der Qualitätssicherung eingesetzt, insbesondere,
wenn Unterschiede zwischen zwei zu vergleichenden Oberflächen
festgestellt werden sollen. Jedoch ist auch hier weniger der quantitativ
bestehende Unterschied entscheidend sondern vielmehr die menschliche
Wahrnehmung.
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Aus
der
WO 2008/083206
A3 ist ein Verfahren zur Simulation von Oberflächenerscheinungsbildern
bekannt. Dabei ist ein Datenspeicher vorgesehen, der eine Vielzahl
von Oberflächenfarben und eine Vielzahl von Oberflächentexturen
enthält. Weiterhin ist ein Prozessor vorhanden, der ein
Erscheinungsbild einer Oberfläche erzeugt, wobei er auf
eine Vielzahl von in dem Datenspeicher abgelegten Daten zurückgreift.
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In
vielen Fällen ist es für den Benutzer jedoch weniger
relevant, eine genaue quantitative Analyse einer bestimmten Oberfläche
zu erhalten. Vielmehr ist es in vielen Fällen relevant,
festzustellen, ob beispielsweise an beschädigten Stellen
ein aufgebrachter Ersatzlack mit dem ursprünglich aufgebrachten
Lack so übereinstimmt, dass ein Kunde den Unterschied mit
bloßen Auge nicht erkennen kann.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche insbesondere auch
eine derartige qualitative Bewertung einer Oberfläche erlauben.
Weiterhin soll ein Verfahren zur Verfügung gestellt werden,
welches in möglichst einfacher Weise einen schnellen Überblick über
qualitative Eigenschaften dieser Oberflächen ausgibt.
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Dies
wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach
Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 10 erreicht. Bei einem
erfindungsgemäßen Verfahren zum Ermitteln von
Eigenschaften von insbesondere strukturierten Oberflächen
wird zunächst eine Strahlung auf die zu untersuchende Oberfläche eingestrahlt.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird wenigstens ein Anteil der
auf die Oberfläche eingestrahlten und von dieser zurückgeworfenen
Strahlung mittels einer Detektoreinrichtung detektiert, welche eine
ortsaufgelöste Bewertung der auf sie eintreffenden Strahlung
erlaubt. Bei einem weiteren Verfahrensschritt wird ein erster Kennwert
aus der detektierten Strahlung ermittelt, wobei dieser erste Kennwert für
eine Struktur der Oberfläche charakteristisch ist. In einem
weiteren Schritt wird ein zweiter Kennwert aus der detektierten
Strahlung ermittelt, wobei der zweite Kennwert für eine
weitere optische Eigenschaft der Oberfläche charakteristisch
ist. Schließlich wird ein Ergebniswert auf Grundlage des
ersten Kennwerts und des zweiten Kennwerts ermittelt.
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Bei
der zurückgeworfenen Strahlung handelt es sich um Strahlung,
welche von der Oberfläche wieder ausgegeben wird, beispielsweise
im Wege der Reflexion oder im Wege von Streuung oder gegebenenfalls
auch Beugung. Bei einem Kennwert kann es sich auch um einen Differenzwert
handeln.
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Die
Detektoreinrichtung nimmt dabei nicht nur eine Intensität
des auf sie auftreffenden Lichtes wahr, sondern erlaubt eine ortsaufgelöste
Darstellung, beispielsweise eine Bildausgabe. So kann es sich beispielsweise
bei dieser Detektoreinrichtung um einen CCD-Chip oder eine Farbbildkamera
handeln.
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Bei
dem ersten Kennwert kann es sich sowohl um eine Vielzahl von Einzelwerten
handeln, als auch um einen integrierten Wert, der beispielsweise eine
Intensitätsverteilung aus vielen Einzelwerten ausgibt.
Dabei wird jedoch auch dieser erste Kennwert der für die
Struktur der Oberfläche charakteristisch ist auf optischem
Wege ermittelt.
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Damit
wird die Struktur der Oberfläche insbesondere berührungslos
erfasst.
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Bei
der zweiten optischen Eigenschaft der Oberfläche handelt
es sich vorzugsweise um eine Eigenschaft, welche nicht mit einer
bestimmten Struktur der Oberfläche korreliert ist, wie
beispielsweise um eine Farbeigenschaft.
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Durch
die Ermittlung eines Ergebniswerts auf Grundlage der beiden Kennwerte
wird ein integraler Wert erhalten, der sich aus mehreren Komponenten
zusammensetzt. Bevorzugt handelt es sich dabei um eine skalare Größe.
Wie eingangs erwähnt ist es oftmals interessant lediglich
eine qualitative Information über die Oberfläche
zu erhalten, beispielsweise Informationen darüber, ob diese
vom menschlichen Auge noch von einer Referenzoberfläche
optisch zu unterscheiden ist. Diese Aussage hängt jedoch
dabei von einer Vielzahl von Kriterien der Oberfläche ab.
Daher wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, eine
Menge derartiger Kennwerte in geeigneter Weise so zusammenzufassen,
dass sich eine qualitative Aussage über die Oberfläche
ergibt und insbesondere eine Aussage, ob die Oberfläche
visuell wahrnehmbar von einer Referenzfläche abweicht.
Es wird damit bewusst eine Reduzierung der durch die Messungen an
sich gewonnenen Informationen vorgenommen.
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Vorzugsweise
wird eine für die Oberfläche charakteristische
Kenngröße, die vorteilhaft mit der Wahrnehmung
des menschlichen Auges korreliert, unter Verwendung des ersten Kennwerts
und unter Verwendung wenigstens einer weiteren vorbekannten oder
ermittelten Eigenschaft der Oberfläche ermittelt. Auf diese
Weise ist eine Anpassung an subjektives Verhalten eines Betrachters
möglich. Auch der reale Betrachter ”interpretiert” üblicherweise
visuelle Eindrücke, in dem er Ihnen Erfahrungen hinzufügt.
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Im
Stand der Technik werden üblicherweise strukturelle Eigenschaften
der Oberflächen in mechanischer Weise, beispielsweise durch
ein Rommel-Messgerät oder dergleichen gemessen. Im Rahmen
der vorliegenden Erfindung werden auch die strukturellen Eigenschaften
insbesondere auf optischen Weg ermittelt. Eine entsprechende Kamera nimmt
dabei ein Bild der strukturierten Oberfläche auf. Dieses
Bild kann jedoch für sich betrachtet mehrere physikalische
Ursachen haben, beispielsweise das Vorliegen tatsächlicher
Strukturen oder auch das Vorliegen von Hell-Dunkel-Mustern auf der
Oberfläche. Auf Basis der vorbekannten oder auch zusätzlich
ermittelten Informationen, wie beispielsweise einer Information,
welche auf das Vorliegen von Hell-Dunkel-Mustern schließen
lässt, kann mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren der physikalische Grund für ein aufgenommenes
Bild besser ermittelt werden.
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Vorteilhaft
erfolgt die Ermittlung des Ergebniswerts auf Grundlage einer Vielzahl
gespeicherter Daten, welche optische Eigenschaften der Oberfläche
beschreiben. Dabei kann es sich sowohl um Daten handeln, welche
optische Eigenschaften der gerade vermessenen Oberfläche
beschreiben als auch um Daten, welche Referenzoberflächen
beschreiben.
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Bei
einem weiteren bevorzugten Verfahren wird zur Ermittlung des Ergebniswerts
wenigstens ein weiterer Kennwert verwendet, der für optische
Eigenschaften einer Oberfläche charakteristisch ist. Dabei
werden bei diesem Verfahren also wenigstens drei unterschiedliche
Kennwerte verwendet, um den Ergebniswert auszugeben. Vorteilhaft
ist wenigstens ein Kennwert aus einer Gruppe von Kennwerten ausgewählt,
welche eine Farbe der Oberfläche, eine Helligkeit der Oberfläche,
eine DOI (distinctiveness of image) der Oberfläche, einen
Glanz der Oberfläche, eine Struktur der Oberfläche
und dergleichen enthält.
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Vorzugsweise
ist wenigstens ein Kennwert ein durch einen Vergleich gebildeter
Relativwert. Dabei wird bevorzugt dieser Kennwert mit einem Referenzwert
verglichen und wird beispielsweise eine Differenz oder ein Verhältnis
aus diesen Werten gebildet.
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Bei
einem weiteren vorteilhaften Verfahren wird der zweite Kennwert
auf Grundlage von mehreren Komponenten gebildet, wobei wenigstens
eine dieser Komponenten charakteristisch für eine Helligkeit
der Oberfläche ist. Besonders bevorzugt ist wenigstens
eine der Komponenten charakteristisch für eine Farbe der
Oberfläche. So kann beispielsweise ein sogenannter L-a-b-Wert
ermittelt werden, wobei der Wert L charakteristisch für
die Helligkeit der Oberfläche ist, der Wert a einen Rot-Grün-Wert
darstellt und der Wert b einen Gelb-Blau-Wert darstellt. Durch dieses
genormte Verfahren kann eine eindeutige jedoch qualitative Charakterisierung
der betreffenden Oberfläche erreicht werden. Es kann jedoch auch
das Spektrum zur Charakterisierung einer Farbe herangezogen werden.
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Als
Beleuchtung kann sowohl diffuse als auch gerichtete Strahlung eingesetzt,
wobei während eines Messprozesses auch diese beiden Strahlungsarten
kombiniert werden können. Daneben kann auch mehrseitige
Beleuchtung beispielsweise von ringsegmentartigen Lichtquellen,
vorgenommen werden. Weiterhin wäre es möglich,
konvergente oder divergente Strahlung einzusetzen oder ggfs. eine
sog. Ullbricht'sche Kugel zu verwenden.
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In
den einzelnen Strahlengängen zwischen den Beleuchtungseinrichtungen
und der Oberfläche bzw. zwischen der Oberfläche
und der Detektoreinrichtung können auch Filterelemente
und-/oder Blendeelemente zum Einsatz kommen. Diese Filterelemente
dienen insbesondere dazu, ein bestimmtes spektrales Verhalten der
Messanordnung zu simulieren, um einer gegebenen Normlichtart möglichst weitgehend
zu entsprechen oder eine Vλ-Anpassung zu
erhalten.
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Bei
einem weiteren vorteilhaften Verfahren werden einzelne Kennwerte
gewichtet. So ist es möglich, je nach untersuchter Oberfläche
einzelne Komponenten stärker oder schwächer ins
Gewicht fallen zu lassen. Dies beruht darauf, dass für
das menschliche Auge je nach Beschaffenheit der Oberfläche
unterschiedliche Eigenschaften leichter beobachtbar sind als andere.
So ist beispielsweise bekannt, dass das menschliche Auge in bestimmten Farbbereichen
empfindlicher ist als in anderen und daher auch in bestimmten Farbbereichen
leichter Farbunterschiede wahrgenommen werden als in anderen Bereichen.
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Vorteilhaft
wird zunächst ein erster Kennwert für die Farbe
der Oberfläche gebildet und dieser Kennwert dann mit einem
weiteren Kennwert, wie beispielsweise einem Kennwert für
die Struktur der Oberfläche verknüpft. Vorzugsweise
werden die besagten Kennwerte als skalare Größen
berücksichtigt. So ist es möglich, dass die oben
erwähnten Differenzen quadriert werden.
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Die
Erfindung ist weiterhin auf eine Vorrichtung zum Ermitteln von optischen
Eigenschaften von Oberflächen gerichtet, wobei eine erste
Strahlungseinrichtung vorgesehen ist, welche Strahlung auf eine
zu untersuchende Oberfläche richtet sowie eine Detektoreinrichtung,
welche von der Strahlungseinrichtung auf die Oberfläche
gerichtete und von der Oberfläche zurückgeworfene
Strahlung detektiert, wobei die Detektoreinrichtung eine ortsaufgelöste Bewertung
der auf diese auftreffenden Strahlung erlaubt. Weiterhin gibt die
Detektoreinrichtung auf Grundlage der detektierten Strahlung wenigstens
einen ersten für eine Struktur der Oberfläche
charakteristischen Kennwert sowie einen zweiten für eine
weitere optische Eigenschaft der Oberfläche charakteristischen
Kennwert aus.
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Erfindungsgemäß weist
die Vorrichtung eine Prozessoreinrichtung auf, welche einen für
die Oberfläche charakteristischen Ergebniswert auf Grundlage
der ersten Kennwerts und des zweiten Kennwerts ermittelt. Damit
wird vorrichtungsseitig vorgeschlagen, dass die Detektoreinrichtung
bzw. eine entsprechende Prozessoreinheit zunächst zwei
getrennte Kennwerte ausgibt bzw. bereitstellt und diese beiden Kennwerte
anschließend durch eine Prozessoreinrichtung zu einem Ergebniswert
zusammengefasst werden. Auch bei diesem Ergebniswert handelt es sich
vorzugsweise wieder um einen qualitativen- oder Relativwert.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die
Vorrichtung eine Speichereinrichtung auf, in der Referenzwerte abgespeichert sind,
welche als Vergleichswerte für wenigstens den ersten Kennwert
oder den zweiten Kennwert dienen. Damit wird hier ein bestimmtes
Messergebnis mit einer abgespeicherten Referenz beglichen. Vorzugsweise
ist zu diesem Zweck eine Vergleichseinrichtung vorgesehen, welche
die jeweils gemessenen Werte mit den gemessenen Referenzwerten vergleicht.
Dabei ist es möglich, dass lediglich die Ergebniswerte
miteinander verglichen werden, bevorzugt werden jedoch bereits die
einzelnen charakteristischen Kennwerte bzw. deren Komponenten miteinander
verglichen und entsprechende Relativgrößen, wie
beispielsweise Differenzen gebildet.
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Anstelle
eines Vergleichs mit einer Referenz wäre es jedoch auch
möglich, dass die Vorrichtung an unterschiedlichen Bereichen,
beispielsweise einer Karosserie misst und die Messergebnisse für
unterschiedliche Bereiche dieser Oberfläche vergleicht. So
könnte beispielsweise an einem ersten Bereich einer Karosserie
eine Messung durchgeführt werden, wobei dieser erste Bereich
unbeschädigt ist sowie anschließend ein weiterer
Bereich, an dem eine Austauschlackierung vorgesehen ist, beispielsweise
an einer eingewechselten Türe des Fahrzeugs. Die zuerst
aufgenommenen Werte dienen dann als Referenzwerte.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform strahlt die
Strahlungseinrichtung ungerichtete bzw. diffuse Strahlung auf die
zu untersuchende Oberfläche ein. Es wäre jedoch
auch möglich, dass die Strahlungseinrichtung gerichtete
Strahlung auf die Oberfläche einstrahlt um auf diese Weise
beispielsweise die Beleuchtung mit Sonnenlicht bei unbewölkten
Himmel zu simulieren.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die
Vorrichtung eine Speichereinrichtung auf, in der charakteristische
Werte für vorbekannte Eigenschaften der Oberfläche
abgelegt sind. Dabei kann es sich beispielsweise um charakteristische
Werte für Farben, für Glanz, für DOI
und dergleichen handeln.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die
Vorrichtung eine Entfernungsmesseinrichtung auf, um zurückgelegte
Strecken der Vorrichtung gegenüber der Oberfläche
zu bestimmen. Auf diese Weise kann ein qualitatives Bild größerer
Oberflächen ermittelt werden und insbesondere eine geometrische
Zuordnung zu bestimmten Punkten auf der Oberfläche gewährleistet
sein. Bei der Entfernungsmesseinrichtung kann es sich beispielsweise
um einen an einem Rad angeordneten Entfernungsmesser handeln, wobei
mit Hilfe dieses Rades die Vorrichtung über die Oberfläche
bewegt wird. Es wäre jedoch auch möglich, dass
Entfernungen insofern festgestellt werden, als eine genaue geometrische
Position der Vorrichtung in Bezug auf eine Umgebung detektiert wird
und auf Grundlage von mehreren dieser Werte eine entsprechende Entfernung
trianguliert wird. So könnte beispielsweise die Vorrichtung
an einem Roboterarm angeordnet sein, dessen Position beispielsweise
anhand von Roboterkoordinaten ermittelt wird.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Strahlungseinrichtung
und Detektionseinrichtung innerhalb eines Gehäuses vorgesehen,
wobei dieses Gehäuse lediglich eine Öffnung für die
untersuchende Oberfläche aufweist und ansonsten abgeschlossen
ist. Wie erwähnt, weist vorteilhaft die Vorrichtung ein
Rad auf, um diese Vorrichtung gegenüber der Oberfläche
zu bewegen. Vorteilhaft können mehrere Räder vorgesehen
sein, damit auch gleichzeitig eine definierte Position der Vorrichtung gegenüber
der Oberfläche eingehalten wird.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die
Vorrichtung mehrere Strahlungseinrichtungen auf, welche beispielsweise
die Oberfläche unter mehreren unterschiedlichen Winkeln
bestrahlen. Auch wäre es möglich, dass mehrere
Detektionseinrichtungen vorgesehen sind, welche die von der Oberfläche
zurückgeworfene Strahlung aufnehmen. Vorteilhaft strahlen
die Strahlungseinrichtungen Weißlicht bzw. normiertes Licht,
wie beispielsweise D65-Licht auf die zu untersuchende Oberfläche
aus. Weiterhin ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform
eine Blende zwischen der Oberfläche und der Detektionseinrichtung
angeordnet. Bei dieser Blende kann es sich sowohl um eine mechanische Blende
handeln als auch um eine Softwareblende. Im letzteren Falle kann
die „Blende” durch entsprechende Änderung
des betrachteten Bildausschnitts bzw. eines definierten Pixelfeldes
eingestellt werden. Die Bildaufnahmeeinrichtung kann dabei als programmiertes
Pixelfeld (CCD oder CMOS-Kamera) aufgefasst werden.
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Daher
ist es vorzugsweise möglich, dass das von der Bildaufnahmeeinrichtung
aufgenommene Bild bzw. dessen aufgenommener Bildausschnitt verändert
wird. Durch diese Veränderung der Auflösung bzw.
durch die Veränderung des Bildausschnittes können
Informationen über Strukturen der Oberfläche gewonnen
werden. Zu diesem Zweck können auch Maßnahmen,
wie eine gleitende Mittelwertbildung, vorgenommen werden.
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Beispielsweise
ist eine Strahlungseinrichtung unter einem Winkel von 45° gegenüber
der Oberfläche angeordnet. Die Bildaufnahmeeinrichtung
ist vorteilhaft unter 0° gegenüber der Oberfläche vorgesehen.
Dabei ist es möglich, dass mehrere Strahlungseinrichtungen
simultan aktiviert werden, es wäre jedoch auch eine sukzessive
Aktivierung möglich.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform liegen die
zwischen den Strahlungseinrichtungen und den Strahlungsdetektoreinrichtungen verlaufenden
Strahlrichtungen in einer Ebene. Dies ist insbesondere dann relevant,
wenn mehrere Strahlungseinrichtungen oder mehrere Strahlungsdetektoreinrichtungen
vorgesehen sind. Sämtliche der geometrischen Strahlrichtungen
liegen dabei vorteilhaft in einer vorgegebenen Ebene. Durch geeignete
Beleuchtung, insbesondere aus mehreren Richtungen, können
auch ungewollte Schattenwürfe vermieden werden.
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Weiter
Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den beigefügten
Zeichnungen:
Darin zeigen:
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1 ein
Ablaufdiagramm für ein erfindungsgemäßes
Verfahren, und
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2 eine
grobschematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung für den Ablauf eines erfindungsgemäßen
Verfahrens. Dabei wird zunächst mit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ein Bild einer zu untersuchenden Oberfläche aufgenommen.
Dabei kann beispielsweise die Oberfläche mittels einer
Strahlungseinrichtung bestrahlt werden und das von der Oberfläche
zurückgeworfene, d. h. insbesondere reflektierte oder gestreute Licht,
von der Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommen werden.
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Aus
den mittels der Bildaufnahme gewonnenen Daten werden einerseits
die Komponenten L-a-b eines Farbwerts und andererseits auch ein
Strukturwert P und Glanzwert G der Oberfläche ermittelt.
Der Strukturwert P kann dabei zunächst in der Weise ermittelt
werden, dass ausgehend von dem aufgenommenen Bild ein statistischer
Wert (etwa eine Varianz eine Entropie, fraktale Elemente, eine Grauwertematrix,
ein Grauwerthistogramm und deren Kenngrößen wie
Schwerpunkt, Halbwertsbreite, oder sonstige Schwellwerte oder andere
mathematische Methoden zur Auswertung ein oder zweidimensionaler
Bilder) gebildet wird, der beispielsweise die Intensitätsunterschiede
unterschiedlicher Pixel berücksichtigt.
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Der
Glanzwert G kann beispielsweise dadurch ermittelt werden, dass zwei
unterschiedliche Strahlungseinrichtungen unter unterschiedlichen Winkeln
auf die Oberfläche einstrahlen und die Bildaufnahmeeinrichtung,
vor der vorzugsweise eine Blende angeordnet ist, die jeweiligen
Bilder aufnimmt und entsprechende Intensitätswerte ermittelt,
in diesem Fall also vorteilhaft lediglich auf die Bilderaufnahmeeinrichtung
auftreffende Intensität ermittelt. Damit wird zur Ermittlung
des Glanzwerts eine räumliche Intensitätsverteilung
bzw. das Integral der von der Oberfläche zurückgeworfenen
Intensität ermittelt.
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Es
wäre jedoch auch möglich, andere optische Kennwerte
mit Hilfe von Blenden zu bestimmen oder aber die Strahlungseinrichtung
und/oder die Detektoreinrichtung in Umfangsrichtung beweglich auszuführen,
so dass mit der gleichen Strahlungseinrichtung Strahlung unter unterschiedlichen
Winkeln eingestrahlt werden kann und/oder mit der Detektoreinrichtung 4 Strahlung
unter unterschiedlichen Winkeln detektiert werden kann. Daneben
können auch mehrere Strahlungsquellen simultan oder sukzessive
aktiviert werden Die verwendete Optik bildet hierbei die zu untersuchende
Oberfläche auf die Kamera ab, es ist aber auch möglich,
die über die Oberfläche gespiegelte Beleuchtungsblende
auf die Kamera abzubilden.
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Die
Farbwerte L-a-b werden durch Verwendung einer Farbbildkamera oder
eines integralen Sensors wie einer Photozelle bestimmt. Die einzelne Farbwerte
L-a-b werden im Folgenden mit einer Referenz verglichen, sodass
sich entsprechende Differenzwerte ΔL, Δa und Δa
ergeben. Aus diesen Differenzwerten wird eine Farbdifferenz ΔE
nach folgender Gleichung ermittelt:
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Damit
beschreibt der Farbwert ΔE die Abweichung der ermittelten
Farbwerte von einem Referenzmuster bzw. einer Referenzfarbe.
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In ähnlicher
Weise wird der ermittelte Strukturwert mit einem Referenzwert verglichen
und ebenfalls ein Wert P bzw. ein Differenzwert ΔP ermittelt. Das
gleiche erfolgt auch für den Glanzwert G, der mit einem
Referenzwert verglichen wird und auf diese Weise ein Wert ΔG
ermittelt wird. Dabei ist es möglich, dass sämtliche
Werte mit der gleichen Detektoreinrichtung bestimmt werden, insbesondere,
wenn es sich bei dieser Detektoreinrichtung um Farbkamera handelt.
Es kann sich jedoch auch um eine Kameraanordnung handeln, welche
eine Vielzahl sukzessiv vorschaltbarer Filter (ggfs. auch ein Filterrad) aufweist.
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In
einem weiteren Schritt kann eine Gewichtung der einzelnen Werte
(nicht gezeigt) erfolgen, was unter anderem auch von der verwendeten
Oberfläche abhängen kann. Schließlich
wird ein Ergebnis für ΔI für die Oberfläche
nach folgender Gleichung ermittelt:
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Damit
werden auch zur Ermittlung des Ergebniswerts ΔI die Abweichungen
der einzelnen Komponenten ΔE, ΔP und ΔG
ermittelt und diese wiederum integrativ – ggfs unter Verwendung
von Koeffizienten e, f, g zusammengefasst. Diese Koeffizienten e,
f, g können jedoch auch variabel sein. Der Ergebniswert ΔI
trifft eine Aussage darüber, ob der optische Eindruck einer
Oberfläche für den Benutzer wahrnehmbar von einer
Referenzoberfläche abweicht.
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In
den obigen Formeln können jedoch anstelle der dargestellten
Differenzwerte auch Absolutwerte verwendet werden.
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2 zeigt
eine grobschematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung. Diese Vorrichtung weist dabei ein Gehäuse 22 auf,
welches bis auf eine Öffnung 23 geschlossen ist,
wobei diese Öffnung zur Beobachtung einer Oberfläche 10 dient. Die
Bezugszeichen 2 und 6 beziehen sich auf zwei Strahlungseinrichtungen,
welche Licht unter unterschiedlichen Winkeln auf die Oberfläche 10 einstrahlen.
Eine Detektoreinrichtung 4 nimmt die von der Oberfläche
zurückgeworfene, insbesondere gestreute oder reflektierte
Strahlung auf. In dem Strahlengang zwischen der Oberfläche
und der Bildaufnahmeeinrichtung 4 ist dabei eine Blende 8 vorgesehen. Die
Bezugszeichen 29 und 30 beziehen sich auf weitere
Blenden und/oder Filtereinrichtungen, die in den jeweiligen Strahlengängen
zwischen den Strahlungseinrichtungen 2 und 12 und
der Oberfläche angeordnet sind.
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Die
Detektor- bzw. Bildaufnahmeeinrichtung gibt die Werte P, G, L, a,
b an eine Prozessoreinrichtung 12 auf, welche diese Werte
verarbeitet. Im Einzelnen ermittelt die Prozessoreinrichtung 12 nach dem
in 1 gezeigten Schema ein Ergebniswert ΔI, der
mittels einer Anzeigeeinrichtung 16 ausgegeben werden kann.
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Das
Bezugszeichen 14 bezieht sich auf eine Speichereinrichtung,
in der Reerenzwerte, beispielsweise Farbwerte, Strukturwerte oder
Glanzwerte abgelegt sind. Daneben können der Prozessoreinrichtung 12 noch
externe Werte E zugefügt werden, welche zur Verarbeitung
und beispielsweise zur Ermittlung des Werte ΔP herangezogen
werden. Diese enthalten Informationen über die beobachtete
Oberfläche, sodass die Prozessoreinrichtung entscheiden kann,
ob sich ein bestimmter Wert aus vorhandenen Strukturen ergibt oder
nur Folge von unterschiedlichen Intensitätsverteilungen
bzw. Kontrasten ist. Diese Information kann nicht unmittelbar aus
dem aufgenommenen Bild gewonnen werden, sondern nur unter Verwendung
zusätzlicher Daten, welche insbesondere die untersuchte
Oberfläche beschreiben oder die durch zusätzliche
Messungen mit den unterschiedlichen Messgeometrien gewonnen werden.
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Das
Bezugszeichen 30 bezieht sich auf eine Steuerungseinrichtung,
um beispielsweise die Strahlungseinrichtungen 2 und 6 gegebenenfalls
aber auch die Detektoreinrichtung anzusteuern. So wäre es
möglich, dass im Rahmen eines bestimmten Messmodus hintereinander
die Oberfläche durch die beiden Strahlungseinrichtungen 2 und 6 beleuchtet wird
und anschließend die beiden Bilder von der Prozessoreinrichtung 12 ausgewertet
werden. Die Bezugszeichen S1, S2 und S3 beziehen sich auf Strahlrichtungen
der auf die Oberfläche 10 eingestrahlten bzw.
von dieser zurückgeworfenen Strahlungen. Vorteilhaft liegen
die beiden Strahlrichtungen S1 und S2 und die Strahlrichtung S3,
welche sich von der Oberfläche 10 in Richtung
der Bildaufnahmeeinrichtung 4 erstreckt, in einer Ebene.
Es wäre jedoch auch möglich, beispielsweise Detektoren
oder Strahlungsquellen außerhalb der Messebene anzuordnen.
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Das
Bezugszeichen 34 bezieht sich auf eine Rolleinrichtung
bzw. ein Rad, welches eine Bewegung der Vorrichtung 1 gegenüber
der Oberfläche entlang des Pfeils P1 ermöglicht.
Daneben weist die Vorrichtung 1 eine (nicht gezeigte) Entfernungsmesseinrichtung
auf, welche Strecken, welche die Vorrichtung gegenüber
der Oberfläche 10 zurücklegt, bestimmt.
Auf diese Weise kann die Oberfläche mit jeweils geometrischer
Zuordnung vermessen werden. Eine derartige Entfernungsmesseinrichtung könnte
dabei an die Räder 34 gekoppelt sein. Es wäre
jedoch auch möglich, dass die Vorrichtung 1 an einem
Gestell, beispielsweise einem Roboterarm angeordnet ist und auf
diese Weise in definierter Weise gegenüber der Oberfläche 10 bewegt
wird.
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Die
einzelnen Prozessoreinrichtungen und Speichereinrichtungen 12 und 14 sind
dabei, anders als in 1 gezeichnet, nicht außerhalb
des Gehäuses 22 angeordnet sondern bevorzugt innerhalb
des Gehäuses bzw. in einem hierfür vorgesehenen
Elektronikabschnitt. Die erwähnten Blenden können
dabei zur Bestimmung von Glanzeffekten der Oberfläche verwendet
werden. Es wäre jedoch auch möglich, die Blenden
durch die Bildauswertung, d. h. als „Softwareblenden” zu
realisieren, etwa, in dem nur bestimmte Bereiche eines Bildes ausgewertet
werden.
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Sämtliche
in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich
beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber
dem Stand der Technik neu sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Strahlungseinrichtung
- 4
- Detektoreinrichtung
- 6
- weitere
Strahlungseinrichtung
- 8
- Blende
- 10
- Oberfläche
- 12
- Prozessoreinrichtung
- 14
- Speichereinrichtung
- 16
- Anzeigeeinrichtung
- 22
- Gehäuse
- 23
- Öffnung
- 29,
30
- Blenden
- 34
- Rad
- ΔP
- erster
Kennwert
- ΔE
- zweiter
Kennwert
- ΔG
- Kennwert
- ΔI
- Ergebniswert
- G,
E, P
- Kenngröße
- L,
a, b
- Farbwerte
- E
- Eigenschaft
- P1
- Bewegungsrichtung
- S1,
S2, S3
- Strahlrichtungen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2008/083206
A3 [0003]