DE102014103640A1

DE102014103640A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Untersuchen von Oberflächeneigenschaften

Info

Publication number: DE102014103640A1
Application number: DE102014103640.9A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: BYK Gardner GmbH; BYK Gardner USA Inc
Current assignee: BYK Gardner GmbH; BYK Gardner USA Inc
Priority date: 2014-03-17
Filing date: 2014-03-17
Publication date: 2015-09-17
Also published as: US20150260641A1; JP2015175849A; JP6588708B2; CN105044036A; US9726597B2; CN105044036B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Untersuchen von Oberflächeneigenschaften mit einem Gehäuse, einer Lichtquelle, welche Licht durch eine Öffnung des Gehäuses auf eine zu untersuchende Oberfläche richtet, mit einer ersten Detektoreinrichtung, welche unter einem ersten vorgegebenen Winkel bezüglich des von der Lichtquelle auf die Oberfläche eingestrahlten Lichtstrahls angeordnet ist, mit einer zweiten Detektoreinrichtung, welche unter einem zweiten vorgegebenen Winkel bezüglich der von der Lichtquelle auf die Oberfläche eingestrahlten Lichtstrahls angeordnet ist und mit einer dritten Detektoreinrichtung, welche innerhalb des Gehäuses unter einem dritten vorgegebenen Winkel bezüglich des von der Lichtquelle auf die Oberfläche eingestrahlten Lichtstrahls angeordnet ist. Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung wenigstens zwei Filterelemente mit voneinander unterschiedlichen optischen Eigenschaften auf, welche auf einem gemeinsamen und gegenüber der Lichtquelle bewegbaren Träger angeordnet sind, derart, dass wahlweise jedes dieser Filterelemente in einen Strahlengang zwischen der Lichtquelle und der Oberfläche bringbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Untersuchen von Oberflächeneigenschaften und insbesondere zum Untersuchen von optischen Oberflächeneigenschaften, wie insbesondere aber nicht ausschließlich der Farbe, eines Farbverlaufes, einer Oberflächenrauigkeit und dergleichen.
Derartige Vorrichtungen sind aus dem Stand der Technik seit langem bekannt. Qualitativ hochwertige Oberflächen, wie insbesondere Lacke von Fahrzeugkarosserien, weisen oft eine Vielzahl von unterschiedlichsten optischen Eigenschaften auf. Unter bestimmten Bedingungen kann es hilfreich sein, diese Eigenschaften objektiv festzustellen bzw. ein Maß dafür zu bekommen, wie diese optischen Eigenschaften auch unter unterschiedlichen Beleuchtungen wirken. Aus diesem Grund sind aus dem Stand der Technik diverse Vorrichtungen und Verfahren bekannt, mit denen diese Oberflächeneigenschaften bestimmbar sind. So beschreibt die US 2007/0206195 beispielweise eine Vorrichtung zur Bestimmung von Oberflächeneigenschaften. Diese Vorrichtung weist eine Vielzahl von Detektorelementen auf, welche von einer zu untersuchenden Oberfläche gestreute Strahlung erfassen können. Mittels eines Umlaufbandes können vor diese Detektoreinrichtungen jeweils unterschiedliche Filterelemente geschoben werden. Dabei ist jedoch diese Vorrichtung relativ aufwendig sowohl im Betrieb als auch in der Herstellung. Daneben können durch diese Anordnung Effekte, wie beispielweise eine Fluoreszenz der zu bestimmenden Oberflächen nicht erfasst werden, da die Probe nicht sukzessive mit Licht unterschiedlicher Wellenlänge bestrahlt wird und zugleich das detektierte Licht spektral aufgelöst wird.
Die US 7,433,055 B2 beschreibt ebenfalls eine Vorrichtung zur Untersuchung von optischen Oberflächeneigenschaften. Diese Vorrichtung weist dabei einen Träger auf, an dem eine Vielzahl von Lichtquellen mit unterschiedlichen Emissionsspektren angeordnet ist. Auf diese Weise ist es möglich, die Beaufschlagung der zu untersuchenden Oberflächen mit Licht unterschiedlicher Eigenschaften zu erreichen.
Diese Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, dass die einzelnen, auf dem beweglichen Träger angeordneten Lichtquellen mit Strom versorgt werden müssen. Daneben macht der Ausfall einer einzigen derartigen Lichtquelle den Austausch des gesamten Trägers erforderlich. Bei der genannten Anwendung ist zudem eine genaue Charakterisierung und Selektierung der Lichtquellen hinsichtlich des Emissionsspektrums notwendig.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Untersuchen von Oberflächeneigenschaften zur Verfügung zu stellen, welche im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen einfacher in der Handhabung und Produktion sind, aber auch eine geringere Störanfälligkeit aufweisen, und zudem die Möglichkeit der Fluoreszenzmessung bietet.
Dies wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Untersuchen von Oberflächeneigenschaften bzw. zum Bestimmen von Oberflächeneigenschaften weist ein Gehäuse (im Folgenden auch als Optikblock bezeichnet) auf sowie eine Lichtquelle, welche Licht durch eine Öffnung des Gehäuses auf eine zu untersuchende Oberfläche richtet. Weiterhin weist die Vorrichtung eine erste Detektoreinrichtung auf, welche innerhalb des Gehäuses und/oder an dem Gehäuse unter einem ersten vorgegebenen Winkel bezüglich des von der Lichtquelle auf die Oberfläche eingestrahlten Lichts angeordnet ist. Weiterhin weist die Vorrichtung eine zweite Detektoreinrichtung auf, welche innerhalb des Gehäuses und/oder an dem Gehäuse unter einem zweiten vorgegebenen Winkel bezüglich des von der Lichtquelle auf die Oberfläche eingestrahlten Lichtstrahls angeordnet ist und auch eine dritte Detektoreinrichtung, welche innerhalb des Gehäuses und/oder an dem Gehäuse unter einem dritten vorgegebenen Winkel bezüglich des von der Lichtquelle auf die Oberfläche eingestrahlten Lichtstrahls angeordnet ist.
Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung wenigstens zwei Filterelemente mit voneinander unterschiedlichen optischen Eigenschaften auf, welche auf einem gemeinsamen und gegenüber der Lichtquelle bewegbaren Träger angeordnet sind, derart, dass wahlweise jedes dieser Filterelemente in einen Strahlengang zwischen der Lichtquelle und der Oberfläche bringbar ist.
Es wird daher im Rahmen der Erfindung vorgeschlagen, dass die Filterelemente strahlungsseitig angeordnet sind, d.h. zwischen der Lichtquelle und der zu untersuchenden Oberfläche. Diese Vorgehensweise erscheint zunächst unpraktisch, da auf diese Weise von vorneherein ein hoher Leistungsanteil des eingestrahlten Lichtes durch das jeweilige Filterelement weggenommen wird und nicht mehr für die Messung zur Verfügung steht. Auf der anderen Seite bietet diese Vorrichtung jedoch die Möglichkeit, mit nur einer Lichtquelle bzw. einer bestimmten Art von Lichtquellen zu arbeiten. Auch können diese Lichtquellen stationär angeordnet sein und müssen daher nicht auf einem beweglichen Träger mit Strom versorgt werden. Auf diese Weise kann das Ausfallrisiko minimiert werden und auch ein Ersatz der Lichtquelle ist einfacher als bei dem oben zitierten Stand der Technik, bei dem auch der gesamte Träger mit einer Vielzahl von Lichtquellen einzuwechseln ist. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren auch mit lediglich zwei Detektoreinrichtungen, welche das von der Oberfläche reflektierte und/oder gestreute Licht aufnehmen, verwendbar sind. Die dritte Detektoreinrichtung bzw. der dritte Messwinkel tragen jedoch zu einer präziseren Messung bei. Die Anmelderin behält sich daher vor, die Vorrichtung auch mit lediglich zwei Detektoreinrichtungen zu beanspruchen.
Zudem ist die Anbringung der Filter auf der Primärseite nur einmal nötig, auf der Sekundärseite wäre die Filteranordnung vor jedem Detektor notwendig. Zudem bieten Interferenzfilter gegenüber einer z.B. Halbleiter-Lichtquelle die Möglichkeit die spektrale Abstrahlcharakteristik der Beleuchtung genau zu definieren und zu realisieren. Dadurch kann z.B. die Flankensteilheit oder Gesamthelligkeit vorbestimmt werden, oder auch gezielt Nebenmaxima generiert oder unterdrückt werden. Bevorzugt ist jeweils genau eines der Filterelemente in den Strahlengang des Lichts zwischen der Lichtquelle und der Oberfläche bewegbar. Bevorzugt sind zwei unterschiedliche Filterelemente derart beschaffen, dass sie, falls Sie hintereinander in einen Strahl gestellt würden, in ihrer gemeinsamen Wirkung im Wesentlichen kein Licht passieren lassen würden. Zumindest unterscheiden sich bevorzugt die Durchlasswellenlängenbereiche beider Filter deutlich. Bevorzugt weist die Vorrichtung mehr Detektoreinrichtungen als Strahlungseinrichtungen bzw. Lichtquellen oder Gruppen von Lichtquellen auf. Auf diese Weise kann die Anzahl an Filtersätzen niedrig gehalten werden und besonders bevorzugt mit nur einem Filtersatz gearbeitet werden.
Durch die Anordnung der Filterelemente auf der Strahlungsseite und nicht auf der Detektorseite können auch Fluoreszenzmessungen der Oberfläche ermöglicht werden. Unter einer Anordnung der Detektoreinrichtung innerhalb des Optikblocks wird verstanden, dass zwar ggfs. ein Detektorelement selbst geometrisch außerhalb des optischen Messraumes liegen kann, aber bevorzugt die Detektoreinrichtung derart angeordnet ist, dass im Wesentlichen ausschließlich aus einem Innenraum des optischen Messraumes stammende Strahlung und insbesondere von der zu untersuchenden Oberfläche stammende Strahlung zu der Detektoreinrichtung gelangt.
Bevorzugt weist der optische Messraum mit Ausnahme der oben erwähnten Öffnung, über welche Licht auf die Oberfläche eingestrahlt wird, keine weiteren Öffnungen auf durch welche Licht von außen bzw. Umgebungslicht in das Gehäuse eintreten kann. Bevorzugt wird innerhalb des optischen Messraumes ein Hohlraum ausgebildet, in den sowohl die Lichtquelle bzw. allgemein die Strahlungseinrichtung einstrahlen kann.
Die Detektoreinrichtungen sind entsprechend so angeordnet, dass sie solche Strahlung erfassen können, die innerhalb dieses Raums auftritt. So könnten in einer diesen Raum begrenzenden Wandung bevorzugt Kanäle angeordnet sein, durch welche hindurch die von der Oberfläche gestreute und/oder reflektierte Strahlung zu den einzelnen Detektoreinrichtungen gelangt. In bzw. an diesen Kanälen können optische Elemente wie Linsen, Blenden, Streuscheiben, Strahlteiler und dergleichen angeordnet sein. Durch die Verwendung dieser Kanäle, welche bevorzugt eine Wandung des Gehäuses wenigstens teilweise durchdringen, ist es möglich, mehrere Detektoreinrichtungen nebeneinander anzuordnen.
Bevorzugt sind die einzelnen Detektoreinrichtungen in einer Ebene angeordnet. Dies bedeutet, dass das eingestrahlte Licht und das von der Detektoreinrichtung aufgenommene Licht jeweils in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind. Es wäre jedoch auch ein bezüglich dieser Ebene seitlicher Versatz einer einzelnen Detektoreinrichtungen möglich. Dabei ist es insbesondere für die Detektoren der Fluoreszenzstrahlung nicht notwendig, in einer Ebene mit der Strahlungsquelle zu liegen, da das fluoreszente Licht, das von einer Probe abgestrahlt wird in alle Richtungen emittiert wird.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann damit das auf die Oberfläche eingestrahlte Licht unter unterschiedlichen Winkeln, nämlich den Winkeln, unter denen die jeweiligen Detektoreinrichtungen angeordnet sind, von der Oberfläche bestimmt werden. Auf diese Weise kann der farbliche Eindruck der Oberfläche unter unterschiedlichen Beobachtungswinkeln beobachtet werden. Dies ist insbesondere auch dann vorteilhaft, wenn es sich bei der zu untersuchenden Oberfläche um eine effekt-pigmentierte Oberfläche handelt, beispielsweise einen sogenannten Effektlack, in den Pigmente eingearbeitet sind. Dabei kann es sich beispielsweise aber nicht ausschließlich um Aluminium-, Bronze-, Interferenz-, mica-, pearl- und Glaspigmente oder Helikone handeln.
Bevorzugt handelt es sich bei den Oberflächeneigenschaften um Farbeigenschaften der zu untersuchenden Oberfläche. Damit dienen die einzelnen Detektoreinrichtungen insbesondere auch zur Bestimmung von Farbeigenschaften der Oberfläche.
Vorteilhaft handelt es sich bei den Detektoreinrichtungen um Detektoreinrichtungen, welche in der Lage sind, einen Intensitätswert der detektierten Strahlung auszugeben. Es wäre auch die Verwendung von Detektoreinrichtungen möglich, welche eine ortsaufgelöste Auflösung der Strahlung ermöglichen, beispielsweise CCD-Chips oder Kameraelemente und dergleichen.
Bevorzugt sind zwischen der Lichtquelle und dem Filterelement optische Elemente angeordnet, wie insbesondere aber nicht ausschließlich Linsen, Blenden, Strahlteiler oder Streuscheiben. Bevorzugt sind zwischen dem Filter und der zu untersuchenden Oberfläche optische Elemente angeordnet, wie beispielsweise Linsen, Blenden, Streuscheiben und dergleichen.
Bevorzugt unterscheiden sich zwei unterschiedliche Filterelemente hinsichtlich deren Wellenlängen – abhängiger Transmissionsgrade, d.h. in Abhängigkeit von der Wellenlänge des auf diese Filterelemente auftreffenden Lichts.
Bevorzugt können auch Bandpassfilter zur Anwendung kommen, welche weitgehend gleichabständig den sichtbaren Spektralbereich oder den Spektralbereich von 320 bis 720 nm abdecken und jeweils einen Durchlassbereich von beispielsweise 10 oder 20 nm aufweisen. Bevorzugt liegt der Durchlassbereich der einzelnen Bandpassfilter demnach zwischen 5nm und 30nm, bevorzugt zwischen 8nm und 25nm. Bevorzugt sind Bandpassfilter mit unterschiedlichen Durchlassbereichen vorgesehen, beispielsweise in Bereichen, in denen das menschliche Auge besonders empfindlich ist, können geringere Durchlassbereiche vorgesehen sein, wie im grünen Farbbereich des Spektrums.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung wenigstens eine Temperaturmesseinrichtung auf. Bevorzugt handelt es sich dabei um eine Temperaturmesseinrichtung, welche eine Temperatur der Lichtquelle bestimmt. Die Strahlungscharakteristika derartiger Lichtquellen hängen auch von einer Betriebstemperatur dieser Lichtquelle ab. Durch eine Bestimmung der Temperatur können auch derartige Änderungen der Strahlungscharakteristika berücksichtigt werden. Es wäre jedoch weiterhin möglich, dass eine Messeinrichtung vorgesehen ist, welche eine für die Lichtquelle charakteristische Betriebsgröße, etwa einen Betriebsstrom und/oder eine Betriebsspannung, bestimmt. Aus diesen Parametern kann eventuell eine korrelierte Temperaturangabe ermittelt werden. Daneben wäre es auch möglich, dass mittels der Temperaturmesseinrichtung Umgebungstemperaturen gemessen werden, welche ebenfalls einen Einfluss auf die Messwerte haben können. Hierdurch können Bedingungen, welche das Messergebnis verfälschen können, erfasst und korrigiert werden.
Vorteilhaft handelt es sich bei wenigstens einer Detektoreinrichtung um eine Kamera und besonders bevorzugt um eine Spektralkamera. Diese bietet den Vorteil einer räumlichen Auflösung der unterschiedlichen farblichen Komponenten bzw. Arealen des von der Probe reflektierten Lichts. Herkömmliche Farbkameras erzielen zwar einen Farbeindruck, der vor dem Auge natürlich wirkt, decken jedoch bei weitem nicht die gesamte existierende Bandbreite dessen ab, was für uns sichtbares Licht tatsächlich ist. Eine Spektralkamera bietet zusätzlich zu der Ortauflösung eine wesentlich genauere Auflösung der Farbinformation.
Daneben könnte auch eine schwarz-weiß Kamera mit n Beleuchtungskanälen unterschiedlicher spektraler Emissionen verwendet werden. Eine RGB Kamera bietet nur drei Wellenlängenbereiche, wohingegen eine Kamera mit einer Beleuchtung mit n diskreten Wellenlängen eine Probe mit n Farbkanälen untersuchen kann. Auch sind Kombinationen aus den hier vorgeschlagenen Vorgehensweisen möglich.
So wäre es einerseits möglich, direkt auf relativ teure Spektralkameras zuzugreifen, es wäre jedoch auch möglich, eine herkömmliche Kamera durch einen zusätzlichen Aufbau in eine derartige Spektralkamera umzubauen. Dabei wäre es denkbar, dass Licht, das von dem fotografierten Objekt, hier der Oberfläche, kommt, durch eine Linse auf ein optisches Gitter abzubilden. Bei diesem Gitter kann es sich beispielsweise um eine Spezialfolie aus Kunststoff handeln. Diese Folie lenkt die Lichtstrahlen ab, bevor sie auf die Kamera gelangen, und zwar je nach Wellenlänge unterschiedlich stark.
Auf diese Weise landet Licht unterschiedlicher Farben auf unterschiedlichen Positionen des Kamerasensors. Aus den Sensormessdaten lassen sich dann – mathematisch bzw. softwareseitig – die optischen Eigenschaften der Oberfläche ermitteln. Außerdem können Kameras mit einem eingebauten Filterrad zum Einsatz kommen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind an dem Optikblock bzw. an der anschließenden Bodenplatte Sensoreinrichtungen, wie insbesondere aber nicht ausschließlich mechanische Tasteinrichtungen angeordnet, die feststellen, ob eine ideale Position des Gerätes gegenüber einer Oberfläche gehalten wird. Dabei ist es denkbar, drei Tastschalter so anzuordnen, dass bei Betätigung aller drei Tastschalter von einer idealen Positionierung des Gerätes gegenüber der Oberfläche ausgegangen werden kann.
Vorteilhaft dient die hier beschriebene Vorrichtung für Farbmessungen die beispielsweise zum Bestimmen von Farbformulierungen zum Beispiel für Fahrzeugkarosserien bzw. deren Lacke hinzugezogen werden. Daneben kann die Vorrichtung auch für eine Datenbanksuche bei Lacken oder auch in einem Refinishbereich, insbesondere aber nicht ausschließlich bei Kraftfahrzeugen, aber gegebenenfalls auch etwa bei Möbelstücken, eingesetzt werden. Generell kann das Gerät zur Kontrolle oder Analyse von Lacken oder auch Kunststoffoberflächen herangezogen werden. Zudem bietet sich die Möglichkeit Fluoreszenz oder optische Aufheller zu detektieren. Oft werden nämlich billigere fluoreszente Stoffe benutzt um damit teure Farbpigmente, insbesondere weiße Farbpigmente, zu ersetzen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Messeinrichtung auf, welche gegenüber der zu untersuchenden Oberfläche zurückgelegte Entfernungen bestimmt. In diesem Fall ist es möglich, die Vorrichtung gegenüber der Oberfläche zu verschieben und dabei den zurückgelegten Weg zu bestimmen. So wäre es möglich, dass an dem Gehäuse ein oder mehrere Räder angeordnet sind, wobei wenigstens eines dieser Räder zum Bestimmen von Entfernungen dient.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung ein Positionserfassungselement auf, welches eine Position des bewegbaren Trägers gegenüber der Lichtquelle bestimmt. So kann beispielsweise an dem Träger ein Element angeordnet sein, welches in einer bestimmten Position eine Reaktion auslöst, wie etwa ein Spiegel, der in einer bestimmten Stellung auf einen Detektor ein Signal richtet, so dass die Position des Trägers erfasst werden kann. Auf eine ähnliche Weise kann auch eine Reflexions oder Gabellichtschranke eingesetzt werden. Es ist aber auch möglich, die Position des Filterrades durch einen Filter mit speziellen Eigenschaften wie z.B. Transmission im gesamten sichtbaren Bereich, oder totale Blockung im sichtbaren Bereich, oder Durchlässigkeit in einem genau definierten UV oder IR Bereich, zu bestimmen. Die Bestimmung erfolgt durch optische Abtastung mit einem genau dafür bestimmten und gefilterten Detektor und einer geeigneten Auswerte Logik.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist wenigstens eine Detektoreinrichtung eine Verstärkereinrichtung auf, welche die von der Detektoreinrichtung in Reaktion auf die auftreffende Strahlung erzeugten Signale verstärkt. Dabei kann diese Verstärkereinrichtung bevorzugt wellenlängenabhängig sein, so dass unterschiedliche Wellenlängenbereiche unterschiedlich verstärkt werden. Auf diese Weise können gezielt Schwankungen im Wellenlängenspektrum durch unterschiedliche Verstärkungen in der jeweiligen Detektoreinrichtung ausgeglichen werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform handelt es sich bei wenigstens einem Filterelement um ein Bandpassfilterelement. Ein derartiger Bandpassfilter lässt nur einen bestimmten Lichtwellenlängenbereich passieren. An den Rändern dieses Bereiches fällt bevorzugt die Transmission des Filterelementes sehr stark ab. Bevorzugt lässt das Filterelement außerhalb des transmittierten Wellenlängenbereiches nur Anteile von weniger als 1%, bevorzugt von (deutlich) weniger als 0,1% und besonders bevorzugt von weniger als 0,05% passieren. Für Fluoreszenzmessungen kann es auch vorteilhaft sein, Filter mit einer optischen Dichte von mindestens 5 (OD 5) zu verwenden. Vorteilhaft wird daher eine Vielzahl derartiger Filterelemente eingesetzt, die unterschiedliche Wellenbereiche des Lichtes transmittieren bzw. passieren lassen. Vorteilhaft decken diese gesamten Filter in ihrer Gesamtheit den vollständigen sichtbaren Bereich des Lichtes ab. Vorteilhaft handelt es sich bei dem Bandpassfilter um einen Farbfilter, welcher vorteilhaft Interferenzfilter aufweist. Damit weist bevorzugt wenigstens ein Filterelement einen Interferenzfilter auf.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform handelt es sich bei der Lichtquelle um eine Leuchtdiode (LED) und insbesondere eine Weißlicht-LED. Bevorzugt weist diese LED eine Leistung auf, die bevorzugt in einem Bereich zwischen 1 Watt und 5 Watt, bevorzugt zwischen 1 Watt und 2 Watt liegt. Bevorzugt deckt die Lichtquelle mit ihrer Strahlung zumindest das gesamte sichtbare Spektrum des Lichts ab. Daneben kann die Lichtquelle auch UV- und IR-Anteile des Lichts ausstrahlen. Besonders bevorzugt deckt die Lichtquelle auch einen an den sichtbaren Bereich des Lichts angrenzenden Bereich des ultravioletten Lichts ab. Bevorzugt reicht dieser Bereich ausgehend von dem sichtbaren Wellenlängenbereich wenigstens bis 300nm, bevorzugt wenigstens bis 320nm, bevorzugt wenigstens bis 340nm und besonders bevorzugt wenigstens bis 360nm. Bevorzugt wird ein kontinuierlicher Bereich ausgehend von diesen genannten Wellenlängen bis hin zu dem sichtbaren Wellenlängenbereich abgedeckt. Der sichtbare Wellenlängenbereich des Lichts reicht von etwa 400 nm bis 700 nm.
Dabei weist diese LED vorteilhaft eine Ausgangsstrahlung auf, die über den vollständigen sichtbaren Wellenlängenbereich, also etwa zwischen 400nm und 700nm abstrahlt. Vorteilhaft kann diese Wellenlängencharakteristik der abgestrahlten Strahlung wiederum sowohl bei der Zur-Verfügung-Stellung der Filter berücksichtigt werden, als auch bei der Auslegung der Verstärker der einzelnen Detektoreinrichtungen. So können in Abhängigkeit von dem jeweiligen Filter auch die Verstärkungsfaktoren der Verstärkereinrichtungen der einzelnen Detektoreinrichtungen angepasst werden.
Vorteilhaft weist die Lichtquelle ein phosphoreszierendes Material auf. Dieses Material bewirkt eine Frequenzverschiebung des erzeugten bzw. eingestrahlten Lichtes. Auf diese Weise kann ein gleichmäßigeres Ausgangsspektrum der Lichtquelle erreicht werden. Auf diese Weise können vorteilshaft die Verstärkungen aller Kanäle auf ein ähnliches Level gebracht werden, was ein ähnliches Rauschverhalten mit sich bringt. Das gleichmäßige Ausgangsspektrum der Lampe kann auch durch die Anpassung des Transmissionsgrades der Filter erreicht werden. Dabei wird der Filter derart gestaltet, dass das Produkt von LED und Transmissionsgrad des Filters in jedem Bandpassinterfall auf ein ähnliches bzw. im Wesentlichen das gleiche Level gehoben wird.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform handelt es sich bei dem beschriebenen gegenüber der Lichtquelle bewegbaren Träger um ein drehbares Rad. Vorteilhaft ist an diesem Rad eine Vielzahl von Filterelementen angeordnet, so dass diese wahlweise in den Strahlengang zwischen der Lichtquelle und der zu untersuchenden Oberfläche verschoben werden können. Bevorzugt weist die Vorrichtung einen motorischen Antrieb für das Filterrad auf, so dass insbesondere programmgesteuert in vorgegebener Reihenfolge Filter zwischen die Lichtquelle und die Oberfläche geschoben werden können. Vorteilhaft handelt es sich bei dem motorischen Antrieb um einen Schrittmotorantrieb. Es kann aber auch ein Gleichstrommotor verwendet werden. Vorzugsweise wird die Drehbewegung mit einem Weggeber und/oder Winkelgeber gemessen. Dadurch kann gezielt die Drehbewegung überwacht oder an bestimmten Stellen, z.B. bei jeder Filtermitte, angehalten werden. Während der Drehbewegung kann die Beleuchtung kontinuierlich aktiviert werden oder gezielt bei jedem Filter ein oder ausgeschalten werden.
Weiterhin weist die Vorrichtung bevorzugt eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung des motorischen Antriebs auf. Diese Steuerungseinrichtung kann dabei bewirken, dass Filterelemente in einer vorgegebenen Reihenfolge in den Strahlengang zwischen der Lichtquelle und der Oberfläche geschoben werden. Vorteilhaft steuert diese Steuerungseinrichtung auch die Lichtquelle und/oder die einzelnen Detektoreinrichtungen. So kann etwa im Rahmen eines Messablaufs zunächst mit mehreren Detektoreinrichtungen eine Messung unter Verwendung eines ersten Filterelements durchgeführt werden und anschließend eine Messung unter Verwendung eines weiteren Filterelements.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung eine zweite Lichtquelle auf, welche ebenfalls Licht auf die zu untersuchende Oberfläche richtet. Diese zweite Lichtquelle kann sich unter einem anderen Beleuchtunswinkel als die erste Lichtquelle innerhalb der Messebene befinden. Aus dieser zweiten Lichtquelle wäre es möglich, noch weitere optische Eigenschaften der Oberfläche zu erfassen, beispielsweise eine erweiterte Farbverlaufbestimmung über einen weiteren Winkelbereich, die Farbverteilungen, Farb-Flops, Helligkeits-Flops, Glanz, Haze, Orange peel und dergleichen.
Bevorzugt ist wenigstens ein Filterelement auch in einem Strahlengang zwischen der zweiten Lichtquelle und der zu untersuchenden Oberfläche bringbar. Dabei ist es möglich, dass dieses Filterelement auf dem gleichen Träger angeordnet ist wie diejenigen Filterelemente, welche zwischen die erste Lichtquelle und die Oberfläche geschoben werden können. Auch ist es möglich, dass bestimmte Filterelemente auf dem Träger sowohl in den Strahlengang zwischen der ersten Lichtquelle und der Oberfläche als auch in den Strahlengang zwischen der zweiten Lichtquelle und der Oberfläche geschoben werden. Vorteilhaft sind sämtliche Filterelemente sowohl in den Strahlengang zwischen der ersten Lichtquelle und der Oberfläche als auch in den Strahlengang zwischen der zweiten Lichtquelle und der Oberfläche schiebbar bzw. bewegbar.
Weiterhin erlaubt das Vorsehen einer weiteren Lichtquelle auch die Einstrahlung von Licht unter unterschiedlichen Winkeln (auf die Oberfläche bezogen). Dabei wird bevorzugt alternierend die erste und anschließend die zweite Lichtquelle aktiviert, wobei jeweils unterschiedliche Filter in den Strahlengang geschoben werden.
In einer weiteren Anwendung wäre es möglich, dass die Lichtquelle, etwa die weiße LED, über dem Filterrad angeordnet wird. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung sowohl Detektoreinrichtungen auf, welche eine integrale Farbmessung ermöglichen, als auch Detektoreinrichtungen, welche eine ortsaufgelöste Bestimmung des gestreuten bzw. reflektierten Lichts ermöglichen. Auf diese Weise kann die Inhomogenität der Lackoberfläche, die z.B. durch Effektpigmente erreicht wird, genauer gemessen und örtlich aufgelöst werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung zwischen der zu untersuchenden Oberfläche und wenigstens einer Detektoreinrichtung eine Strahlaufteileinrichtung auf. So kann beispielsweise bei der Beleuchtungsoptik ein Strahlteiler vorgesehen sein, der die Auskopplung eines Referenzstrahlenganges ermöglicht, um beispielsweise eine Beleuchtungsstärke oder ein Spektrum zu messen. Dieses entsprechend gemessene Signal kann wiederum zum Kalibrieren oder zur Messkorrektur der Vorrichtung verwendet werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Fluoreszenzmesseinrichtung auf. Diese Fluoreszenzmesseinrichtung bzw. auch Fluoreszenzmesskanäle können an sich an beliebigen Bereichen des gesamten Optikblockes bzw. des Gehäuses angeordnet sein. Vorteilhaft sind jedoch diese Sensoreinrichtungen auf die zu untersuchende Oberfläche ausgerichtet. Bevorzugt befindet sich wenigstens eine derartige Fluoreszenzmesseinrichtung an einer Seitenwand des Gehäuses, bevorzugt oberhalb eines Messbereiches bzw. oberhalb der zu untersuchenden Oberfläche. Die Fluoreszenzmesseinrichtung weist vorzugsweise mehrere Kanäle, die – bevorzugt über Filter – auf unterschiedliche Wellenlängenbereiche reagieren. Somit kann mit unterschiedlichen Wellenlängenbereichen der Beleuchtung die Probe beleuchtet werden und somit mit den Fluoreszenzdetektoren eine Fluoreszenzerscheinung der Probe gemessen werden. Die Fluoreszenzmesseinrichtung kann auch mit einem Spektrometerbaustein z.B. auf Basis eines Gitters oder Prismas realisiert werden. Bevorzugt ist daher die Fluoreszenzmesseinrichtung geeignet und dazu bestimmt, mehrere Wellenlängenbereiche des zu erfassenden Lichts bevorzugt unabhängig voneinander aufzunehmen und bevorzugt auch auszuwerten.
Diese Fluoreszenzmesseinrichtung kann dabei ebenfalls in eine Wandung des Gehäuses integriert sein. Dabei kann in der Gehäusewandung ebenfalls ein Kanal angeordnet sein, durch den Fluoreszenzstrahlung von der Oberfläche zu der Fluoreszenzmesseinrichtung gelangen kann. Vorzugsweise ist jedoch die Fluoreszenzmesseinrichtung derart angeordnet, dass sie ausschließlich von der zu untersuchenden Oberfläche stammende Strahlung erfasst.
Wie oben erwähnt, weist das Gehäuse einen Hohlraum bzw. Messraum auf, in den die Lichtquelle einstrahlt. Dabei kann eine diesen Hohlraum begrenzende Wandung bevorzugt strahlungsabsorbierend ausgebildet sein. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Detektoreinrichtung im Wesentlichen nur von der Oberfläche stammendes Licht erreicht.
Falls an der Wandung des Optikblocks bzw. des optischen Messraumes diffus reflektierende Elemente oder diffus leuchtende Elemente angebracht sind, die dazu dienen können ein diffuses Licht zu erzeugen um damit die Probe diffus zu beleuchten, so ist bevorzugt konstruktiv darauf zu achten, dass kein oder sehr wenig Licht von diesen diffusen Flächen direkt in die Detektoreinrichtungen gelangt.
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf ein Verfahren zum Untersuchen von Oberflächeneigenschaften bzw. zum Bestimmen von Oberflächeneigenschaften gerichtet. Dabei wird mittels einer Lichtquelle Licht durch eine Öffnung eines Gehäuses bzw. Messraums auf eine zu untersuchende Oberfläche gestrahlt und das von der Oberfläche in Folge dieser Einstrahlung reflektierte und/oder gestreute Licht mit einer ersten Detektoreinrichtung unter einem ersten vorgegebenen Winkel bezüglich des von der Lichtquelle auf die Oberfläche eingestrahlten Lichtes erfasst, mit einer zweiten Detektoreinrichtung und einem zweiten vorgegebenen Winkel bezüglich des von der Oberfläche auf die Oberfläche eingestrahlten Lichtstrahls erfasst und mittels einer dritten Detektoreinrichtung unter einem dritten vorgegebenen Winkel bezüglich des von der Lichtquelle auf die Oberfläche eingestrahlten Lichtstrahles erfasst.
Erfindungsgemäß werden während der Durchführung des Verfahrens mindestens zwei Filterelemente mit voneinander unterschiedlichen optischen Eigenschaften, welche auf einem gemeinsamen und gegenüber der Lichtquelle bewegbaren Träger angeordnet sind, zeitlich versetzt in einen Strahlengang zwischen der Lichtquelle und der Oberfläche gebracht, so dass sich jeweils nur ein Filterelement dieser zwei Filterelemente in diesem Strahlengang befindet.
Es wird daher auch verfahrensseitig vorgeschlagen, dass strahlungsseitig Filterelemente in den Strahlengang gebracht werden. Wie oben erwähnt, handelt es sich hierbei bevorzugt um Filterelemente, welche nur bestimmte Wellenlängenbereiche passieren lassen. Vorteilhaft wird während der Messung eine Vielzahl von Filterelementen in den Strahlengang zwischen der Lichtquelle und der Oberfläche gebracht.
Bevorzugt werden mit jedem dieser Filterelemente (im Strahlengang) von wenigstens einer Detektoreinrichtung und bevorzugt von allen Detektoreinrichtungen Bildaufnahmen bzw. Intensitätsmessungen durchgeführt. Damit wird die zur Bestimmung der Oberfläche durch die Einstrahlung mit Licht unterschiedlicher Wellenlängen und die Aufnahme der sich hieraus ergebenden reflektierten bzw. gestreuten Strahlung die Oberfläche insbesondere hinsichtlich ihrer Farbeigenschaften oder Fluoreszenzerscheinungen untersucht.
Damit handelt es sich vorteilhaft bei den Oberflächeneigenschaften um Farbeigenschaften der zu untersuchenden Oberfläche. Vorteilhaft handelt es sich bei der Oberfläche um eine Lackschicht, insbesondere eine Lackschicht eines Fahrzeuges. Vorteilhaft handelt es sich bei der Oberfläche weiterhin um eine Effektpigmente aufweisende Lackschicht. Durch diese Vorgehensweise kann ein Helligkeitsflop oder ein Farbflop oder absolute Farbwerte z.B. mittels einer L, a, b, Skala ermittelt werden. Effektpigmente können hinsichtlich ihrer Farbe, der Größe, der Strahlungsintensität der Gesamtfläche oder dergleichen charakterisiert werden.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird zumindest zeitweise auch Fluoreszenzstrahlung erfasst. Dabei handelt es sich insbesondere um von der zu untersuchenden Oberfläche ausgehende Fluoreszenzstrahlung. Vorteilhaft wird diese Fluoreszenzstrahlung mit einer weiteren Strahlungsdetektoreinrichtung aufgenommen. Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren kann diese Fluoreszenzstrahlung zumindest zeitweise zeitgleich mit anderer Strahlung aufgenommen werden.
Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren wird die zu untersuchende Oberfläche auch mit einer weiteren Lichtquelle beleuchtet. Vorzugsweise ist dabei diese zweite Lichtquelle von der ersten Lichtquelle unabhängig und insbesondere auch unabhängig steuerbar. Vorteilhaft kann auch zwischen der zweiten Lichtquelle und der Oberfläche ein Filterelement angeordnet werden.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen:
Darin zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2 eine Draufsicht auf ein Filterrad;
3 eine Schrägansicht des in 2 gezeigten Filterrades; und
4 eine vergrößerte Darstellung des in 3 gezeigten Filterrades.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Untersuchen von optischen Eigenschaften einer Oberfläche 10. Diese Vorrichtung 1 weist einen Optikblock 12 auf, in dem eine Vielzahl von unterschiedlichen Messeinrichtungen vorgesehen ist und einen Messraum umschließt. Dabei bezeichnet das Bezugszeichen 2 eine Lichtquelle, welche Licht abgibt und entlang der gestrichelten Linie S1 (d.h. des auf die Oberfläche 10 einfallenden Lichtstrahls) durch eine Öffnung 30 des Messraumes hindurch auf die Oberfläche 10 einstrahlt. Das von dieser Oberfläche 10 zurückgeworfene, d.h. insbesondere gestreute und/oder reflektierte Licht wird von einer Vielzahl von Detektoreinrichtungen aufgenommen.
So kennzeichnet das Bezugszeichen 4 eine erste Detektoreinrichtung, welche unter einem Winkel a1, bestimmt gegenüber der Strahlrichtung S1, einfallende Strahlung, welche von der Oberfläche 10 reflektiert und/oder gestreut wird, aufnimmt. Das Bezugszeichen 6 kennzeichnet eine zweite Detektoreinrichtung, welche unter dem Winkel a2 von der Oberfläche 10 gestreutes Licht aufnimmt. Das Bezugszeichen 8 kennzeichnet eine dritte Detektoreinrichtung, welche unter dem Winkel a3 gestreute Strahlung aufnimmt. Auf diese Weise wird die Oberfläche 10 unter unterschiedlichen Winkeln beobachtet, da auch diese Beobachtung unter den unterschiedlichen Winkeln in der Gesamtheit charakteristisch für den optischen Eindruck der Oberfläche 10 ist.
Die einzelnen Detektoreinrichtungen 4, 6 und 8 geben jeweils Werte aus, die für eine Intensität der auf diese Detektoreinrichtungen gelangenden Strahlungen charakteristisch sind. Anhand dieser Intensitätswerte kann der optische Eindruck der Oberfläche 10 unter verschiedenen Beobachtungswinkeln bestimmt werden. Die Detektoreinrichtung 6 ist dabei lediglich schematisch dargestellt, da diese sich nicht in der in der 1 gezeigten Ebene befindet, sondern dieser Ebene gegenüber seitlich versetzt ist. Das Bezugszeichen 58 kennzeichnet eine weitere (vierte) Strahlungsdetektoreinrichtung, welche unter einem weiteren Winkel gegenüber der Einstrahlrichtung angeordnet ist.
Zwischen der Lichtquelle 2 und der Oberfläche 10, d.h. im Bereich des Strahlenganges S1 ist ein Filterrad 20 vorgesehen, welches eine Vielzahl von Filterelementen aufweist. Dabei kennzeichnet das Bezugszeichen D die Drehachse, um welche das Filterrad gedreht wird. Diese Drehachse ist dabei im Wesentlichen parallel zu der Strahlrichtung S1, wobei unter um Wesentlichen parallel verstanden wird, dass sich die Richtung der Drehachse und die Strahlrichtung S1 um nicht mehr als 15°, bevorzugt um nicht mehr als 5°, bevorzugt um nicht mehr als 3° voneinander unterscheiden. Das Bezugszeichen 46 kennzeichnet den Innenraum des Optikblocks 12. Dieser Innenraum kann dabei halbkugelförmig oder auch halbellipsenförmig ausgebildet sein. In diesem Innenraum 46 auftretende Strahlung kann zu den einzelnen Detektoreinrichtungen gelangen.
Durch eine Veränderung der Drehstellung dieses Filterrades 20 können die unterschiedlichen Filter in den Strahlengang zwischen der Lichtquelle 2 und der Oberfläche 10 bewegt bzw. gefahren werden. Das Bezugszeichen 24 kennzeichnet einen sich an das Filterelement anschließenden Kanal, durch den das Licht tritt.
Das Bezugszeichen 26 kennzeichnet ein optisches Element, wie eine Linse, welche den Strahl beeinflusst.
Das Bezugszeichen 18 kennzeichnet eine Antriebseinrichtung, wie einen Motor, der die Drehstellung des Filterrades 20 verändern kann. Dieser Motor kann dabei im Rahmen eines Messverfahrens angesteuert werden, so dass gezielt bestimmte Filterelemente in den Strahlengang geschoben werden können.
Auch die einzelnen Detektoreinrichtungen 4, 6 und 8 weisen jeweils Linsen 4a, 6a und 8a auf. Das Bezugszeichen 16 bezieht sich auf eine Bildaufnahmeeinrichtung, welche hier senkrecht oberhalb der Oberfläche angeordnet ist. Mittels einer Strahlteilers 42 kann ein bestimmter Anteil des von der Oberfläche auf die Detektoreinrichtung 16 gelangenden Lichtes z.B. für eine zusätzliche integrale Farbmessung ausgekoppelt werden.
Das Bezugszeichen 34 kennzeichnet eine weitere Beleuchtungseinrichtung, welche zur Beleuchtung der Probe für eine ortsaufgelöste Erfassung. Die Bezugszeichen 44a und 44b zeigen zwei Tasteinrichtungen, die an der Unterseite des Gehäuses angeordnet sind. Wenn die Vorrichtung richtig gegenüber der Oberfläche 10 platziert ist, werden die beiden Tastelemente 44a und 44b, daneben jedoch auch noch ein weiteres Tastelement (nicht gezeigt) betätigt.
Das Bezugszeichen 36 kennzeichnet eine weitere Beleuchtungseinrichtung welche den Messfleck beleuchtet. Diese Beleuchtungseinrichtung ist z.B. unter dem Reflexionswinkel des von der Lichtquelle 2 eingestrahlten Lichts angeordnet und dient zugleich als Lichtfalle für die direkt reflektierte Strahlung der Beleuchtungsquelle 2.
Das Bezugszeichen 40 kennzeichnet eine Fluoreszenzerfassungseinrichtung, die hier jedoch nur schematisch dargestellt ist. Diese Fluoreszenzmesseinrichtung 40 ist jedoch auf die Oberfläche 10 ausgerichtet und erfasst von dieser stammende Fluoreszenzstrahlung. Diese entsprechende Fluoreszenzstrahlung kann ebenfalls noch zur Auswertung der optischen Charakteristika der Oberfläche verwendet werden.
Das Bezugszeichen 32 kennzeichnet grob schematisch eine weitere Lichtquelle, die ebenfalls zur Beleuchtung der Oberfläche 10 dient. Mittels dieser weiteren Lichtquelle kann die Oberfläche unter einem zweiten Winkel beleuchtet werden. Dabei ist die Lichtquelle derart angeordnet, dass das von der Lichtquelle 32 austretende Licht auch durch das Filterrad 20 und damit einen bestimmten Filter treten kann. Durch weitere optische Elemente wie Linsen Blenden, Strahlungsumlenker oder Stahlteiler (im Bild nicht gezeigt) kann Licht direkt auf den Messfleck gerichtet werden. Das Bezugszeichen 57 bezieht sich auf einen Strahlteiler.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Filterrades 20. Man erkennt, dass dieses Filterrad eine Vielzahl von Filterelementen 14a, 14b, 14c, ... aufweist, die hier alle entlang einer bestimmten Umfangskreislinie K angeordnet sind. Wie erwähnt, handelt es sich bei den einzelnen Filterelementen jeweils bevorzugt um Bandpassfilter, die nur einen bestimmten spektralen Anteil des Lichtes transmittieren lassen.
3 zeigt eine perspektivische Darstellung des in 2 gezeigten Filterrades 20. Auch hier erkennt man wieder die ringförmige Anordnung der einzelnen Filterelemente.
4 zeigt eine vergrößerte Darstellung des in 3 gezeigten Filterrades. Man erkennt, dass hier die Filter jeweils in Ausnehmungen 52 angeordnet sind. Mittels Stegen 54 sind die Ausnehmungen voneinander getrennt. Vorteilhaft sind die Ausnehmungen bzw. Ausfräsungen 52 vollständig entgratet. Bevorzugt sind keine Späne mehr in den einzelnen Ausnehmungen vorhanden. Die Stege können zum einfachen Positionieren oder Verkleben oder Einschnappen der Filter dienen oder auch um ein optisches Übersprechen zwischen den Filtern zu verhindern. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die vollständige Unterseite (d.h. der der Oberfläche 10 zugewandten Seite) des Filterrades 20 bzw. des Trägers 20 in schwarz gehalten und bevorzugt in einer matten Oberfläche. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass Messergebnisse nicht durch diese Oberfläche beeinträchtigt werden.
Das Bezugszeichen 56 kennzeichnet ein Ausrichteelement, mit dem eine bestimmte Drehstellung des Filterrades bestimmt werden kann. Dabei kann es sich beispielsweise um ein Spiegelelement oder Metallelement handeln, welches in einer bestimmten Position die Erfassung eines Signals ermöglicht, so dass diese Drehstellung gezielt zugeordnet werden kann.
Die Anmelderin behält sich vor, sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale als erfindungswesentlich zu beanspruchen, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Bezugszeichenliste
Bezugszeichenliste

a1: Winkel a1
a2: Winkel a2
a3: Winkel a3
S1: eingestrahltes Licht, Strahlengang
K: Kreislinie
1: Vorrichtung
2: Lichtquelle
4: Detektoreinrichtung
4a: Linse
6: Detektoreinrichtung
6a: Linse
8: Detektoreinrichtung
8a: Linse
10: Oberfläche
12: Gehäuse, Optikblock
14a: Filterelement
14b: Filterelement
14c: Filterelement
16: Bildaufnahmeeinrichtung, Detektoreinrichtung
18: Antriebseinrichtung
20: Filterrad, (bewegbarer) Träger
24: Kanal
26: optisches Element
30: Öffnung
32: Lichtquelle
34, 36: weitere Lichtquellen 42 Strahlteiler
44a: Tasteinrichtung, Tastelement
44b: Tasteinrichtung, Tastelement
52: Ausnehmung,
54: Steg
56: Ausrichtelement
57: Strahlteiler zur Referenzmessung der Strahlungsquelle
58: weitere Detektoreinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2007/0206195 [0002]
US 7433055 B2 [0003]

Claims

Vorrichtung (1) zum Untersuchen von Oberflächeneigenschaften mit einem Gehäuse (12), einer Lichtquelle (2), welche Licht durch eine Öffnung des Optikblocks (12) auf eine zu untersuchende Oberfläche (10) richtet, mit einer ersten Detektoreinrichtung (4), welche innerhalb des Optikblocks (12) unter einem ersten vorgegebenen Winkel (a1) bezüglich des von der Lichtquelle (2) auf die Oberfläche (10) eingestrahlten Lichtstrahls (S1) angeordnet ist, mit einer zweiten Detektoreinrichtung (6), welche innerhalb des Optikblocks (12) unter einem zweiten vorgegebenen Winkel (a2) bezüglich des von der Lichtquelle (2) auf die Oberfläche (10) eingestrahlten Lichtstrahls angeordnet ist und bevorzugt mit einer dritten Detektoreinrichtung (8), welche innerhalb des Gehäuses (12) unter einem dritten vorgegebenen Winkel (a3) bezüglich des von der Lichtquelle (2) auf die Oberfläche (10) eingestrahlten Lichtstrahls (S1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) wenigstens zwei Filterelemente (14a, 14b) mit voneinander unterschiedlichen optischen Eigenschaften aufweist, welche auf einem gemeinsamen und gegenüber der Lichtquelle (2) bewegbaren Träger (20) angeordnet sind, derart, dass wahlweise jedes dieser Filterelemente (14a, 14b) in einen Strahlengang zwischen der Lichtquelle (2) und der Oberfläche (10) bringbar ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Filterelement (14a, 14b) ein Bandpass-Filterelement ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (2) eine LED und insbesondere eine Weißlicht LED ist.
Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle 2 das gesamte sichtbare Spektrum abdeckt.
Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle einen an das sichtbare Spektrum des Lichts angrenzenden Teil der UV Bereichs abdeckt.
Vorrichtung (1) nach wenigsten einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (2) ein phosphoriszierendes Material aufweist.
Vorrichtung (1) nach wenigsten einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (20) ein drehbares Rad ist.
Vorrichtung (1) nach wenigsten einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine zweite Lichtquelle (32) aufweist, welche Licht auf die zu untersuchende Oberfläche (10) richtet.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Filterelement (14b, 14a) in einen Strahlengang zwischen der zweiten Lichtquelle (32) und der Oberfläche (10) bringbar ist.
Vorrichtung (1) nach wenigsten einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) zwischen der zu untersuchenden Oberfläche (10) und wenigstens einer Detektoreinrichtung (4, 6. 8) eine Strahlaufteileinrichtung aufweist.
Vorrichtung (1) nach wenigsten einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Fluoreszenzmesseinrichtung (40) aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluoreszenzmesseinrichtung (40) wenigstens teilweise von der Oberfläche (10) stammende Strahlung aufnimmt.
Verfahren zum Untersuchen von Oberflächeneigenschaften, wobei mittels einer Lichtquelle (2), Licht durch eine Öffnung (30) eines Optikblocks (12) auf eine zu untersuchende Oberfläche (10) gestrahlt wird und das von der Oberfläche infolge dieser Einstrahlung reflektierte und/oder gestreute Licht mit einer ersten Detektoreinrichtung (4), unter einem ersten vorgegebenen Winkel (a1) bezüglich des von der Lichtquelle (2) auf die Oberfläche (10) eingestrahlten Lichtstrahls (S1) erfasst wird, mit einer zweiten Detektoreinrichtung (6) unter einem zweiten vorgegebenen Winkel (a2) bezüglich des von der Lichtquelle (2) auf die Oberfläche (10) eingestrahlten Lichtstrahls (S1) erfasst wird und bevorzugt mittels einer dritten Detektoreinrichtung (8) unter einem dritten vorgegebenen Winkel (a3) bezüglich des von der Lichtquelle (2) auf die Oberfläche (10) eingestrahlten Lichtstrahls (S1) erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass während der Durchführung des Verfahrens wenigstens zwei Filterelemente (14a, 14b) mit voneinander unterschiedlichen optischen Eigenschaften, welche auf einem gemeinsamen und gegenüber der Lichtquelle (2) bewegbaren Träger (20) angeordnet sind, zeitlich versetzt in einen Strahlengang zwischen der Lichtquelle (2) und der Oberfläche (10) gebracht werden, so dass jeweils nur ein Filterelement (14a, 14b) sich in diesem Strahlengang befindet.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zeitweise auch Fluoreszenzstrahlung erfasst wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu untersuchende Oberfläche auch mittels einer zweiten Lichtquelle beleuchtet wird.