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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen optischer Eigenschaften und insbesondere zum Bestimmen optischer Eigenschaften von Oberflächen. Die Vorrichtung wird insbesondere unter Bezugnahme auf ein Farbmessgerät beschrieben, es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch bei anderen Geräten zum Messen oder Bestimmen optischer Eigenschaften (von Oberflächen) wie etwa eines Glanzes oder dergleichen geeignet ist.
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Bei Farbmessgeräten wird häufig ein Kalibrierstandard, im Folgenden als Kalibrierkörper bezeichnet, verwendet, um mögliche Alterungen, beispielsweise eine Abnahme der Intensität von Lichtwellen messtechnisch erkennen und abfangen und/oder korrigieren zu können. Dabei ist es bekannt, dass diese Korrektur mithilfe eines Kalibrationsfaktors realisiert wird, der sicherstellt, dass Farbmesswerte (im Laborsystem insbesondere der L-Wert) bei einer identischen Probe unabhängig von der Qualität der Beleuchtung stets gleichbleiben.
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Es hat jedoch gezeigt, dass es bei derartigen Messungen oftmals auch Beeinflussungen von beispielsweise verschmutzten Kalibrierkörpern gibt. So kann beispielsweise ein verschmutzter oder beschädigter Kalibrierkörper eine Alterung einer Lichtquelle vortäuschen, die in der Realität nicht existiert und auf diese Weise eine Messung wie eine Farbmessung über einen fehlerhaft gesetzten Kalibrationsfaktor verschlechtern.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine akkuratere Kalibrierung derartiger Vorrichtungen zu erreichen und insbesondere auch darin, diverse Fehlerquellen, welche die Kalibrierung beeinflussen könnten zu eliminieren und/oder zu berücksichtigen.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Untersuchen von optischen Eigenschaften von Oberflächen weist ein Gehäuse auf, sowie eine erste innerhalb des Gehäuses angeordnete Strahlungseinrichtung, welche dazu geeignet und bestimmt ist, auf eine zu untersuchende Oberfläche Strahlung und insbesondere Licht und insbesondere Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich, etwa Licht in einem Wellenlängenbereich von 300nm - 700nm auszugeben.
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Weiterhin weist die Vorrichtung eine erste innerhalb des Gehäuses angeordnete Strahlungsdetektoreinrichtung auf, welche dazu geeignet und bestimmt ist, auf die zu untersuchende Oberfläche eingestrahlte und von der Oberfläche reflektierte und/oder gestreute Strahlung aufzunehmen. Weiterhin weist das Gehäuse eine Öffnung auf, durch welche hindurch die erste Strahlungseinrichtung Strahlung auf die zu untersuchende Oberfläche ausgibt.
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Weiterhin weist die Vorrichtung einen ersten Kalibrierkörper auf, der anstelle der zu untersuchenden Oberfläche derart angeordnet werden kann, dass Strahlung, welche von der ersten Strahlungseinrichtung auf den ersten Kalibierköper ausgegeben und von dem ersten Kalibrierkörper reflektiert und/oder gestreut wurde auf die erste Strahlungsdetektoreinrichtung gelangt.
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Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung einen zweiten Kalibrierkörper auf, der anstelle der zu untersuchenden Oberfläche und anstelle des ersten Kalibierkörpers derart angeordnet werden kann, dass Strahlung, welche von der ersten Strahlungseinrichtung auf den zweiten Kalibrierkörper ausgegeben und von dem zweiten Kalibierkörper reflektiert und/oder gestreut wurde auf die erste Strahlungsdetektoreinrichtung gelangt.
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Es wird daher vorgeschlagen, dass zwei Kalibrierkörper bzw. zwei Kalibrierstandards unabhängig voneinander verwendet werden, um insgesamt die Kalibrierung durchzuführen. Auf diese Weise ist es möglich, bestimmte Fehler, die sich gerade aus einem fehlerhaften Kalibrierkörper ergeben, zu eliminieren bzw. dies erkennbar zu machen.
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Bevorzugt weisen der erste und/oder der zweite Kalibrierkörper an der der Strahlungseinrichtung zugewandten Oberfläche eine weiße Oberfläche auf. Besonders bevorzugt handelt es sich hier um einen vorgegebenen Weißstandard, der bevorzugt neben der Eigenschaft „weiß“ auch einen für die Glanzkalibration geeigneten Glanzgrad aufweist.
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So kann beispielsweise die Oberfläche des Kalibrierkörpers aus Keramik gebildet sein. Daneben können auch andere Materialien verwendet werden, welche stabil und/oder farbstabil und bevorzugt auch alterungsbeständig sind.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kalibrierkörper an einer Halterung angeordnet. Besonders bevorzugt ist der erste und/oder Kalibrierkörper stets bzw. permanent im Inneren des Gehäuses angeordnet. Es wäre jedoch auch denkbar, dass der erste und/oder zweite Kalibrierkörper außerhalb des Gehäuses, beispielsweise an einem (insbesondere schwenkbaren) Trägerarm angeordnet ist.
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Bevorzugt kann der erste und/oder zweite Kalibrierkörper in dem Strahlengang zwischen der Strahlungseinrichtung und der Detektoreinrichtung bewegt und insbesondere geschwenkt werden. Besonders bevorzugt ist der Kalibrierkörper in einer Halterung angeordnet. Besonders bevorzugt ist diese Halterung lichtabsorbierend ausgebildet und/oder aus einem lichtabsorbierenden Material hergestellt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann der erste und/oder zweite Kalibrierkörper derart angeordnet werden, dass eine von der Strahlungseinrichtung beaufschlagte Oberfläche mit der zu untersuchenden Oberfläche zusammenfällt oder zu dieser parallel ist. So kann beispielsweise der erste Kalibrierkörper im Inneren des Gehäuses in eine Position geschwenkt werden, in der dessen Oberfläche parallel zu der Oberfläche einer im Betrieb verwendeten bzw. zu untersuchenden Oberfläche ist.
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Bevorzugt kann der zweite Kalibrierkörper auf die Öffnung gelegt werden und sich damit bevorzugt an der Stelle befinden, an der sich in einem Messbetrieb die zu untersuchende Oberfläche befindet.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Schließeinrichtung und insbesondere eine Shutterreinrichtung auf, welche dazu geeignet und bestimmt ist, in bestimmten Zeiträumen insbesondere in Zeiträumen, in denen keine Messung stattfindet, oder das Gerät abgeschaltet wird die Öffnung zu verschließen. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass außerhalb des Arbeitsbetriebs Verschmutzungen in die Vorrichtung bzw. in das Gehäuse eintreten.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Strahlungsdetektoreinrichtung dazu geeignet und bestimmt, ortsaufgelöste Bilder von der zu untersuchenden Oberfläche aufzunehmen.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist die Strahlungsdetektoreinrichtung dazu geeignet und bestimmt, eine auf sie auftreffende Strahlungsintensität zu messen.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Strahlungsdetektoreinrichtung dazu geeignet und bestimmt, eine Wellenlängenauflösung der auf sie auftreffenden Strahlung durchzuführen. Mit anderen Worten erlaubt hier die Strahlungsdetektoreinrichtung eine Analyse der auf sie auftreffenden Strahlung hinsichtlich deren Wellenlänge und/oder gibt wellenlängenabhängige Messergebnisse aus.
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Besonders bevorzugt erlaubt die Strahlungsdetektoreinrichtung eine wellenlängenabhängige Analyse der auf sie auftreffenden Strahlung insbesondere in einem sichtbaren Wellenlängenbereich.
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Besonders bevorzugt handelt es sich bei der Strahlungsdetektoreinrichtung um eine Spektrometereinrichtung.
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Besonders bevorzugt weist die Vorrichtung eine Aufnahmeeinrichtung bzw. ein Aufnahmevolumen zur Aufnahme eines der Kalibrierkörper auf. Besonders bevorzugt weist die Vorrichtung ein Aufnahmefach oder ein Aufnahmevolumen für beide Kalibrierkörper auf. Bevorzugt werden die beiden Kalibrierkörper getrennt voneinander aufbewahrt.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die beiden Kalibrierkörper in unterschiedlicher Ausrichtung aufbewahrt, insbesondere in unterschiedlicher Ausrichtung hinsichtlich einer Ausrichtung der oben genannten Öffnung, durch welche in einem Arbeitsbetrieb die zu untersuchende Oberfläche beleuchtet wird. Auf diese Weise kann eine platzsparende Anordnung geschaffen werden.
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Besonders bevorzugt kann der zweite Kalibrierkörper aus dem Aufnahmevolumen entnommen werden und beispielsweise auf die Öffnung der Vorrichtung gelegt werden, um so eine Kalibriermessung durchzuführen.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse an seiner Innenoberfläche lichtabsorbierend, beispielsweise schwarz ausgebildet.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Prozessoreinrichtung auf, welche aus einem von der Strahlungsdetektoreinrichtung ausgegebenen Wert einen Messwert und insbesondere einen Kalibrierwert ermittelt. Besonders bevorzugt kann die Prozessoreinrichtung hierzu einen Kalibrierwert verwenden. Besonders bevorzugt ist der Kalibrierwert in einer Speichereinrichtung der Vorrichtung gespeichert oder speicherbar. Besonders bevorzugt kann dieser Kalibrierwert geändert werden und insbesondere als Ergebnis einer Kalibriermessung geändert werden.
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Besonders bevorzugt kann einer der Kalibrierkörper innerhalb des Gehäuses angeordnet werden und bevorzugt innerhalb des Gehäuses in einem Strahlengang zwischen der ersten Strahlungseinrichtung und der ersten Strahlungsdetektoreinrichtung bewegbar sein. Besonders bevorzugt ist dieser eine Kalibrierkörper von innen an die Öffnung anlegbar.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Prozessoreinrichtung auf, welche einen ersten für eine erste Kalibriermessung mit dem ersten Kalibrierkörper charakteristischen ersten Wert erfasst und welche einen zweiten für eine zweite Kalibriermessung mit dem zweiten Kalibrierkörper charakteristischen zweiten Wert erfasst und bevorzugt weist die Vorrichtung eine Vergleichseinrichtung auf, welche den ersten Wert und den zweiten Wert miteinander vergleicht.
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Besonders bevorzugt kann aus dem Vergleich zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert auf einen Fehlerzustand der Vorrichtung und/oder der Kalibrierkörper geschlossen werden. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem ersten und dem zweiten Wert jeweils um Vergleichswerte. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann auf Basis dieses Vergleichs auf eine Fehlerursache im Rahmen einer Kalibriermessung geschlossen werden.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Ausgabe- und/oder Anzeigeeinrichtung aus, welche dazu geeignet und bestimmt ist, wenigstens ein Signal auszugeben, welches für einen bestimmten Fehler charakteristisch ist. So kann beispielsweise auf dem Display angezeigt werden, dass einer der Kalibrierkörper verschmutzt ist oder auch dass der Kalibrierkörper nicht ordnungsgemäß angeordnet ist.
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Besonders bevorzugt handelt es sich bei der Anzeigeeinrichtung um ein Display, welches besonders bevorzugt in das Gehäuse der Vorrichtung integriert ist. Besonders bevorzugt ist das Display zu einer alphanumerischen Ausgabe von Informationen geeignet und bestimmt.
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Um beispielsweise zweifelsfrei erkennen zu können, dass ein Kalibrationsfaktor zu Recht durch eine Weißstandardkalibration geändert werden darf, wird vorgeschlagen, dass mehrere erfasste Messgrößen miteinander in Beziehung gesetzt werden und daraus eine eindeutige Aussage über den Zustand der Vorrichtung und beispielsweise des Spektralfotometers und/oder des Kalibrationskörpers abgeleitet wird.
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Es wird hier vorgeschlagen, dass zwei Kalibrationskörper zum Einsatz kommen. Bevorzugt handelt es sich hierbei um einen externen Kalibrierkörper, der wie eine zu messende Probe auf die Messöffnung gelegt wird und weiterhin bevorzugt einen internen Kalibrationskörper, der in eine Verschlusskappe integriert ist, die bevorzugt motorisiert die Messöffnung verschließt, wenn gerade nicht gemessen wird.
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Besonders bevorzugt ist wenigstens ein Kalibrierkörper in eine Verschließeinrichtung integriert, welche zum Verschließen der Öffnung bestimmt ist, durch welche hindurch in einem Arbeitsbetrieb die zu untersuchende Oberfläche beleuchtet wird.
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Besonders bevorzugt wird für beide Kalibrierkörper der Kalibrationsfaktor getrennt ermittelt.
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Bevorzugt ist die Vorrichtung aus einer Gruppe von Vorrichtungen ausgewählt, welche Farbmessgeräte, Glanzmessgeräte, Orange-Peel-Messgeräte und dergleichen enthält. Besonders bevorzugt handelt es sich bei der Vorrichtung um ein Farbmessgerät.
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Besonders bevorzugt weist die Vorrichtung eine zweite innerhalb des Gehäuses angeordnete Strahlungseinrichtung auf, welche dazu geeignet und bestimmt ist, auf die zu untersuchende Oberfläche Strahlung und insbesondere Licht auszugeben.
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Besonders bevorzugt wird auch diese Strahlung bzw. die aus dieser Strahlung resultierende (von der zu untersuchenden Oberfläche) reflektierte und/oder gestreute Strahlung von der oben beschriebenen Detektoreinrichtung erfasst.
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Besonders bevorzugt ist die zweite Strahlungseinrichtung derart angeordnet, dass sie Strahlung auf die Oberfläche unter einem anderen Winkel einstrahlt, als die oben erwähnte erste Strahlungseinrichtung. So ist es beispielsweise möglich, dass eine erste Strahlungseinrichtung Strahlung unter einem Winkel von beispielsweise 60° oder 45° gegenüber der Oberfläche einstrahlt und eine zweite Strahlungseinrichtung Strahlung unter einem Winkel von 20° gegenüber der Oberfläche einstrahlt.
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Bevorzugt strahlt wenigstens eine Strahlungseinrichtung Strahlung unter einem Winkel gegenüber der Oberfläche auf diese ein, der zwischen 30° und 60°, bevorzugt zwischen 40° und 50° liegt. Bevorzugt strahlt wenigstens eine Strahlungseinrichtung Strahlung unter einem Winkel gegenüber der Oberfläche auf diese ein, der zwischen 10° und 30°, bevorzugt zwischen 15° und 25° liegt.
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Bevorzugt können auch diese Strahlungen mittels des Kalibrierkörpers auf die Detektoreinrichtung eingestrahlt bzw. zu dieser geleitet werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung auch eine zweite Erfassungseinrichtung auf, bzw. eine zweite Strahlungsdetektoreinrichtung, welche die auf sie auftreffenden Strahlung detektiert. Dabei kann diese zweite Detektoreinrichtung insbesondere unter einem anderen Winkel gegenüber der Oberfläche angeordnet sein als die oben beschriebene erste Strahlungsumlenkeinrichtung.
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Besonders bevorzugt weist die Vorrichtung eine Vielzahl von Strahlungseinrichtungen auf, welche jeweils dazu geeignet und bestimmt sind, Licht auf die zu untersuchende Oberfläche einzustrahlen. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Vielzahl von Lichtquellen handeln, die besonders bevorzugt teilweise Weißlicht ausgeben und besonders bevorzugt wenigstens teilweise Licht unterschiedlicher Farben und/oder Wellenlängen.
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Die Strahlungseinrichtungen können eine Vielfalt an Abstrahlungscharakteristiken aufweisen wie beispielsweise gerichtete Beleuchtung, Beleuchtung innerhalb einer vorgegebenen Winkelakzeptanz oder diffuse Beleuchtung.
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Besonders bevorzugt ist dabei diese Vielzahl von Strahlungseinrichtungen entlang einer Kreislinie angeordnet. Besonders bevorzugt verläuft diese Kreislinie parallel zu der zu untersuchenden Oberfläche.
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Besonders bevorzugt ist die Strahlungsdetektoreinrichtung derart angeordnet, dass sie im Wesentlichen senkrecht über der zu untersuchenden Oberfläche ist, und insbesondere eine Richtung, aus der sie von der Oberfläche Strahlung aufnimmt im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche steht.
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Besonders bevorzugt weist die Vorrichtung weiterhin eine Glanzmesseinrichtung (und/oder Reflektionsmesseinrichtung) auf. Diese Glanzmesseinrichtung und insbesondere eine Strahlungseinrichtung dieser Glanzmesseinrichtung gibt bevorzugt Licht auf die Oberfläche unter einem vorbestimmten Winkel auf und eine Detektoreinrichtung erfasst Licht aus dem entsprechenden Reflektionswinkel.
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Diese Glanzmesseinrichtung kann weiterhin genutzt werden, um die Kalibrierung zu bewerten. Wird die Vorrichtung in der Orientierung mit einer Messöffnung nach oben betrieben, kann es trotz Verschluss der Messöffnung, beispielsweise durch einen Shutter, in einer sehr Staub belasteten Umgebung zu einer Verschmutzung der Optik kommen. Hiervon sind jedoch kleine Glanzwinkel zur normalen beispielsweise 20° wesentlich stärker betroffen als große Winkel wie z. B. 60°.
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Falls lediglich unter einem Glanzwinkel gemessen wird, kann der Glanzwert des ersten Kalibrierkörpers mit dem Glanzwert des zweiten Kalibrierkörpers in Beziehung zu den Kalibrationsfaktoren gesetzt werden. Wie unten genauer gezeigt wird, können aus einer geeigneten Kombination von Beobachtung unterschiedliche Schlüsse gezogen werden.
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Ist beispielsweise der 20° Glanz eines internen Kalibrierkörpers wesentlich stärker abweichend von einem eingemessenen ursprünglichen Glanzwert, der 60° Glanz aber nahezu unverändert, so deutet dies auf eine Verschmutzung der optischen Elemente hin.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Glanzmesseinrichtung auf, wobei diese Glanzmesseinrichtung eine weitere Strahlungseinrichtung aufweist, welche auf die Oberfläche unter einem vorgegebenen Einstrahlwinkel Strahlung einstrahlt und die Glanzmesseinrichtung weiterhin eine weitere Strahlungsdetektoreinrichtung aufweist, welche unter einem vorgegebenen Winkel von der weiteren Strahlungseinrichtung auf die Oberfläche eingestrahlte und von der Oberfläche reflektierte Strahlung erfasst, wobei bevorzugt der Einstrahlwinkel und der weitere Winkel gegengleich sind.
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Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf ein Verfahren zum Untersuchen von optischen Eigenschaften und insbesondere von Farbeigenschaften von Oberflächen gerichtet, wobei eine innerhalb eines Gehäuses angeordnete Strahlungseinrichtung auf eine zu untersuchende Oberfläche Strahlung und insbesondere Licht ausgibt und eine erste innerhalb des Gehäuses angeordnete erste Strahlungsdetektoreinrichtung die auf die zu untersuchende Oberfläche eingestrahlte und von der Oberfläche reflektierte und/oder gestreute Strahlung aufnimmt (und/oder diese Strahlung auf die Strahlungsdetektoreinrichtung trifft), wobei das Gehäuse eine Öffnung aufweist, durch welche hindurch die erste Strahlungseinrichtung Strahlung auf die Oberfläche ausgibt und wobei die Vorrichtung einen ersten Kalibrierkörper aufweist, der in einem Kalibrierungsbetrieb anstelle der zu untersuchenden Oberfläche derart angeordnet wird, dass Strahlung, welche von der ersten Strahlungseinrichtung auf den ersten Kalibierköper ausgegeben und von dem ersten Kalibrierkörper reflektiert und/oder gestreut wurde auf die erste Strahlungsdetektoreinrichtung gelangt.
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Erfindungsgemäß wird in dem Kalibrierungsbetrieb anstelle der zu untersuchenden Oberfläche und anstelle des ersten Kalibrierkörpers ein zweiter Kalibrierkörper derart angeordnet, dass Strahlung, welche von der ersten Strahlungseinrichtung auf den zweiten Kalibrierkörper ausgegeben und von dem zweiten Kalibierkörper reflektiert und/oder gestreut wurde auf die erste Strahlungsdetektoreinrichtung gelangt.
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Es wird daher auch verfahrensseitig vorgeschlagen, dass unterschiedliche Messungen und insbesondere wenigstens zwei Messungen mit unterschiedlichen Kalibrierkörpern durchgeführt werden. Anhand dieser unterschiedlichen Messungen kann auf unterschiedliche Fehlerquellen rückgeschlossen werden.
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Bevorzugt wird auf Basis wenigstens einer durchgeführten Kalibriermessung ein Kalibrierfaktor geändert. Insbesondere wird dieser Kalibrierfaktor geändert, wenn sich aus den Kalibriermessungen ergibt, dass Abweichungen der Messungen auf einer Änderung von optischen Eigenschaften der Strahlungseinrichtung beruhen. Insbesondere wird der Kalibrierfaktor geändert, um einen Alterungszustand wenigstens einer Strahlungseinrichtung zu berücksichtigen und/oder zu kompensieren.
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Besonders bevorzugt wird ein erster für eine erste Kalibriermessung mit dem ersten Kalibrierkörper charakteristischer Wert erfasst sowie ein zweiter für eine zweite Kalibriermessung mit dem zweiten Kalibrierkörper charakteristischer zweiter Wert.
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Besonders bevorzugt werden der erste Wert und der zweite Wert miteinander verglichen und besonders bevorzugt wird unter Berücksichtigung dieses Vergleichs eine Anweisung oder eine Information über einen Fehler an einen Benutzer ausgegeben.
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Bevorzugt werden der erste und der zweite Wert in eine mathematische Beziehung zueinander gesetzt. So ist es möglich, dass eine Differenz zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert gebildet wird. Es wäre jedoch auch möglich, dass ein Quotient zwischen dem ersten und dem zweiten Wert gebildet wird. Besonders bevorzugt wird sowohl eine Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Wert als auch ein Quotient zwischen dem ersten den zweiten Wert gebildet. Dabei kann beispielsweise festgestellt werden, welcher der beiden Werte größer ist. Hieraus können sich Rückschlüsse ergeben über eventuelle Fehlerzustände des Geräts und/oder der Kalibrierkörper. Weiterhin kann aus dem Verhältnis darauf geschlossen werden, ob die beiden Werte ungefähr gleich groß sind oder erheblich voneinander abweichen.
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Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird zusätzlich ein weiterer Messwert, insbesondere ein Glanzmesswert (insbesondere unter einem vorgegebenen Einstrahlwinkel) bestimmt. Die Glanzmessung erfolgt bevorzugt in sogenannten Glanzeinheiten wie in den gängigen Normen (beispielsweise der ISO 2813 oder ASTM D 253) im Detail beschrieben. Bevorzugt wird dieser gemessene Glanzwert mit einem vorgegebenen Wert, beispielsweise einem Initialwert verglichen.
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Hierbei kann ermittelt werden, ob der gemessene Wert ungefähr gleich dem Initialwert ist oder hiervon abweicht und insbesondere kleiner ist. Dabei kann diese Glanzwertmessung sowohl für den ersten Kalibrierkörper als auch für den zweiten Kalibrierkörper verwendet werden.
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Besonders bevorzugt werden mehrere der oben bestimmten Werte bzw. Auswertungen berücksichtigt, um so auf einen Fehlerzustand des Geräts oder auch der Kalibrierkörper oder auch der optischen Geräte zu schließen. Die nachfolgende Tabelle zeigt eine entsprechende Auflistung unterschiedlicher Fehlerquellen.
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Besonders bevorzugt wird in Abhängigkeit von dem oben genannten Vergleich eine Fallunterscheidung nach unterschiedlichen Fehlerquellen durchgeführt.
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Besonders bevorzugt wird unter Berücksichtigung wenigstens eines der gemessenen Werte ein Kalibrierwert verändert. Dies kann insbesondere der obigen Tabelle entnommen werden.
| Möglicher Fall | 1 | 2 | 3 | 4 |
| Kalibrationsfaktor interner Standard bzw erster Kalibrierkörper (ca_i) | ca_i > 1 | ca_i > 1 | ca_i ≈ 1 | ca_i ≈ 1 |
| Kalibrationsfaktor externer Standard bzw. zweiter Kalibrierkörper (ca_e) | ca_e > 1 | ca_e > 1 | ca_e > 1 | ca_e ≈ 1 |
| Verhältnis Kalibrationsfaktoren intern zu extern | ca_i / ca_e ≈ 1 | ca_i / ca_e ≈ 1 | ca_i / ca_e < 1 | ca_i / ca_e ≈ 1 |
| Glanzmesswert 20° interner Standard bzw. erster Kalibrierkörper gi im Verhältnis zum Initialwert gloss i0 | gi < gloss_i0 | gi ≈ gloss_i0 | gi ≈ gloss_i0 | gi ≈ gloss_i0 |
| Glanzmesswert 20° externer Std ge im Verhältnis zum Initialwert gloss e0 | ge < gloss_e0 | ge ≈ gloss_e0 | ge < gloss_e0 | ge < gloss_e0 |
| Optional - Betrachtung des 60° Glanz | | | | |
| Problem - Diagnose | Optik verschmutzt | Lichtquelle der Farbmessung gealtert | Externer Standard verschmutzt | Externer Standard verkippt aufgesetzt |
| Maßnahme - Anzeige im Display | Optik im inneren des Gerätes reinigen, Kalibrationsfaktor unverändert lassen | Kalibrationsfaktor neu setzen | Externen Standard reinigen | Plane korrekte Position des externen Standards beim Auflegen prüfen |
In der oben dargestellten Tabelle werden vier Fälle von Fehlern oder Zuständen dargestellt. Diese sind in der obersten Zeile mit den Ziffern 1 - 4 gekennzeichnet.
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In der zweiten Zeile ist sind Möglichkeiten für Messergebnisse für den Kalibrationsfaktor ca_i für den ersten Kalibrierkörper (insbesondere den bei der Kalibrationsmessung innerhalb des Gehäuses angeordneten Kalibrierkörper) dargestellt. Dieser kann entweder größer 1 (was für einen Fehlerzustand hinweist) oder ungefähr gleich 1 sein (was auf einen Sollzustand hinweist).
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In der dritten Zeile sind Möglichkeiten für Messergebnisse für den Kalibrationsfaktor ca_a für den zweiten Kalibrierkörper (insbesondere den bei der Kalibrationsmessung außerhalb des Gehäuses angeordneten Kalibrierkörper) dargestellt. Dieser kann entweder größer 1 (was für einen Fehlerzustand hinweist) oder ungefähr gleich 1 sein (was auf einen Sollzustand hinweist).
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In der vierten Zeile wird jeweils ein Verhältnis zwischen den gemessenen Kalibrationsfaktoren ca_i und ca_a. Wenn dieses Verhältnis bei ungefähr 1 liegt d.h. die beiden Kalibrationsfaktoren ungefähr gleich groß sind, spricht dies für einen Sollzustand hinsichtlich eventueller Verschmutzungen der beiden Kalibrierkörper und insbesondere des zweiten Kalibrierkörpers. Wenn dieses Verhältnis ca_i/ ca_a kleiner 1 ist, lässt dies auf eine Verschmutzung des äußeren Kalibrierkörpers schließen (siehe dritte Spalte und vorletzte Zeile der Tabelle).
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In der fünften Zeile werden Glanzmesswerte gi (und/oder Reflexionsmesswerte) unter einem Einstrahlwinkel von 20° und mit dem ersten Kalibrierkörper bestimmt. In der sechsten Zeile werden Glanzmesswerte ga (und/oder Reflexionsmesswerte) unter einem Einstrahlwinkel von 20° und mit dem zweiten Kalibrierkörper bestimmt.
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Diese bestimmten Glanzmesswerte werden bevorzugt mit jeweiligen Initialmesswerten gloss_i0 und gloss_e0 verglichen. Wenn beide Werte abweichen (zweite Spalte) ist dies in Hinweis auf eine verschmutzte Optik. Wenn nur der Wert für den zweiten Kalibrierkörper abweicht, ist dies ein Hinweis darauf dass dieser entweder verschmutzt ist oder nicht korrekt an die Öffnung angelegt ist.
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Optional können auch Glanzmessungen unter einem zweiten Winkel, wie etwa unter 60° durchgeführt werden.
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Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird in einem Arbeitsbetrieb die zu untersuchende Oberfläche mit mehreren Strahlungseinrichtung beaufschlagt. Bevorzugt wird die zu untersuchende Oberfläche mit wenigstens zwei Strahlungseinrichtungen beaufschlagt. Besonders bevorzugt strahlen diese beiden Strahlungseinrichtungen Strahlungen unter wenigstens zwei unterschiedlichen Winkeln ein. Besonders bevorzugt ist die Einstrahlung mit der ersten Strahlungseinrichtung zeitlich versetzt zu der Einstrahlung mit der zweiten Strahlungseinrichtung.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfasst die Strahlungsdetektoreinrichtung die auf sie auftreffendende Strahlung wellenlängenabhängig.
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Besonders bevorzugt handelt es sich bei der Strahlungsdetektoreinrichtung um ein Spektrometer. Besonders bevorzugt gibt die Strahlungsdetektoreinrichtung einen für eine bestimmte Wellenlänge charakteristischen Wert aus. Besonders bevorzugt wird dieser Wert sowohl während der Messung mit einer zu untersuchenden Oberfläche als auch während der Kalibrierung ausgegeben.
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Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird wenigstens eine Kalibrierung (es wird hier darauf hingewiesen, dass die Begriffe Kalibrierung und Kalibration synonym verwendet werden) verwendet, um einen alterungsbedingten Zustand wenigstens einer Strahlungseinrichtung zu ermitteln und zu berücksichtigen.
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Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird die zu untersuchende Oberfläche mit Licht unterschiedlicher Wellenlängen und/oder mit Weißlicht beleuchtet.
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Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird die zu untersuchende Oberfläche aus wenigstens zwei unterschiedlichen Einstrahlwinkeln bestrahlt.
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Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren, ist wenigstens ein Farbmesswert bei einer identischen Probe unabhängig von der Qualität der Beleuchtung stets im Wesentlichen konstant.
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Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen.
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Darin zeigen:
- 1 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 2 eine Ansicht in das Innere der Vorrichtung durch die Messöffnungen durch;
- 3 eine Innendarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 4 eine weitere Innendarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 5 eine weitere Innendarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
- 6 eine weitere Innendarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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1 zeigt eine Außenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Untersuchen von optischen Eigenschaften von Oberflächen. Diese Vorrichtung 1 weist ein Gehäuse 10 auf. Weiterhin weist das Gehäuse eine Aufnahmeöffnung 38 bzw. ein Aufnahmevolumen zur Aufnahme eines zweiten Kalibrierkörpers 16 (externer Kalibrierkörper) auf, welches insbesondere dessen Lagerung dient.
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Dieser externe Kalibrierkörper 16 ist hier an einer schwenkbaren Klappe 36 angeordnet. Das Bezugszeichen 30 kennzeichnet eine Anzeigeeinrichtung, mit der beispielsweise Messwerte oder auch Fehlerzustände angezeigt werden können. Das Bezugszeichen 22 kennzeichnet eine Öffnung, über welche eine zu untersuchende Oberfläche (nicht gezeigt) hinsichtlich ihrer Farbe und/oder hinsichtlich anderer optischer Eigenschaften wie etwa eines Glanzwertes untersucht werden kann. Bevorzugt kann nur über diese Öffnung 22 Licht in das Innere des Gehäuses 30 gelangen.
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Bei der in 1 gezeigten Ausgestaltung weist die Vorrichtung eine Andruckvorrichtung 35 auf, welche hier einen schwenkbaren Arm 32 aufweist, an dem ein Andruckelement 34 zum Andrücken einer Probe an die Öffnung 22 angeordnet ist. Diese Andruckvorrichtung 35 kann in eine Ausnehmung 36 des Gehäuses eingefahren bzw. versenkt werden. Bei einer Ausgestaltung wäre es möglich, einen ersten Kalibrierkörper an der Verschließeinrichtung 35 anzuordnen. Bevorzugt ist jedoch der zweite Kalibrierkörper im Inneren des Gehäuses 10 angeordnet.
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2 zeigt eine Ansicht in das Innere des Gehäuses durch die Öffnung 22 hindurch. Insbesondere handelt es sich hier um eine lotrechte Sicht durch die Messöffnung 22 beispielsweise von oben. Man erkennt hier den Optikblock eines Farbmessgerätes, welches bevorzugt auch eine quantitative Fluoreszenzmesseinrichtung und/oder eine Glanzmesseinrichtung aufweist.
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Dabei ist hier eine Vielzahl, genauer zehn ersten Strahlungseinrichtungen bzw. Lichtquellen 2a, 2b, 2c vorgesehen. Hierbei handelt es sich jeweils um Weißlicht-LEDs, welche zu einer Beleuchtung für die Farbmessung dienen. Besonders bevorzugt sind diese Lichtquellen 2a, 2b, 2c derart angeordnet, dass sie eine Beleuchtung der Oberfläche, d. h. der zu untersuchenden Oberfläche unter 45° ermöglichen.
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Die Bezugszeichen 2d, 2e, 2f beziehen sich auf eine Vielzahl von weiteren Lichtquellen, welche insbesondere farbiges Licht auf die Oberfläche aufbringen. Dabei kann dies dadurch erreicht werden, dass es sich hier um Farblicht-LEDs handelt. Es wäre jedoch auch möglich und bevorzugt, dass auch an dieser Stelle Weißlicht-LEDs, die jedoch schmalbandig befiltert sind vorgesehen sind. Als weitere Möglichkeit der Beleuchtung kommen monochrome LEDs in Betracht, die zusätzlich mit schmalbandigen Filtern versehen sind, deren Bandbreite schmaler ist als die natürliche Bandbreite der monochromen LEDs.
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Besonders bevorzugt geben diese Lichtquellen 2d, 2e, 2f Licht in unterschiedlichen Wellenlängen aus, insbesondere in einem Wellenlängenbereich von 300 - 660 nm.
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Das Bezugszeichen 4 kennzeichnet eine Strahlungsdetektoreinrichtung und insbesondere ein Spektrometer. Dieses ist dazu geeignet und bestimmt Licht von Einstrahlungseinrichtungen 2a - 2f aufzunehmen bzw. das von der (nicht gezeigten) Oberfläche reflektierte Licht.
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Das Bezugszeichen 12 kennzeichnet eine bevorzugt vorhandene zweite Strahlungseinrichtung, welche ebenfalls dazu dient, Licht auf die zu untersuchende Oberfläche (nicht gezeigt) einzustrahlen. Dieses Licht wird von der Oberfläche reflektiert und kann so zu der zweiten Strahlungsdetektoreinrichtung 13 gelangen. Bevorzugt bilden die zweite Strahlungseinrichtung und die zweite Strahlungsdetektoreinrichtung 13 eine Glanzmesseinrichtung aus.
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3 zeigt eine Ansicht der hier beschriebenen Vorrichtung von innen. Dabei ist der erste interne Kalibrierkörper 6 gezeigt, der an einer Halterung 62 angeordnet ist und bezüglich einer Schwenkachse S einerseits in eine Stellung geschwenkt werden kann, in der er sich nicht im Strahlengang befindet (in 3 gezeigt) und andererseits in eine Stellung, in der er an der Öffnung 22 von innen angelegt ist (4).
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Das Bezugszeichen 41 kennzeichnet einen rohrförmigen Körper, durch welchen hindurch Strahlung auf die (nicht gezeigte) Strahlungsdetektoreinrichtung gelenkt werden kann. Das Bezugszeichen 45 kennzeichnet ein optisches Mittel wie etwa eine Linse, welche zum Fokussieren der auf die Strahlungsdetektoreinrichtung treffenden Strahlung dient.
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Das Bezugszeichen 52 kennzeichnet einen Gehäuseteil, der sich an die Öffnung 22 anschließt. Dieser Gehäuseteil ist insbesondere strahlungsabsorbierend und insbesondere in schwarz gehalten.
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Das Bezugszeichen 32 kennzeichnet schematisch eine Prozessoreinrichtung, welche unter anderem dazu dient, die Vorrichtung 1 zu steuern und auch dazu Kalibrierfaktoren zu ermitteln oder zu verändern. Das Bezugszeichen 34 kennzeichnet eine Speichereinrichtung, die insbesondere zum Speichern von Kalibrierfaktoren dient.
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4 zeigt eine Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei hier der erste Kalibrierkörper 6, d. h. der innere Standard in eine Position geschwenkt ist, in der eine Kalibrierung durchgeführt werden kann.
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Das Bezugszeichen 27 kennzeichnet ein Optikblock, in dem die einzelnen Strahlungseinrichtungen 2a -2c und auch 2d - 2f angeordnet sind.
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5 zeigt eine weitere Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Hier ist die Strahlungsdetektoreinrichtung 4 dargestellt, sowie auch der Kanal 41, über den Strahlung zu der Strahlungsdetektoreinrichtung 4 geführt wird. Weiterhin ist wieder die Öffnung 22 gezeigt, welche hier verschlossen ist und wobei der erste Kalibrierkörper 6 nach unten, d. h. in Richtung der Strahlungsdetektoreinrichtung 4 weist.
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6 zeigt die in 5 gezeigte Vorrichtung in einer Ansicht von unten. Dabei ist hier eine weitere Strahlungsdetektoreinrichtung 13 dargestellt, die insbesondere zur Messung bzw. zur Durchführung von Glanzmessungen dient. Auch ist wieder die erste Strahlungsdetektoreinrichtung 4 dargestellt.
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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. Es wird weiterhin darauf hingewiesen, dass in den einzelnen Figuren auch Merkmale beschrieben wurden, welche für sich genommen vorteilhaft sein können. Der Fachmann erkennt unmittelbar, dass ein bestimmtes in einer Fig. beschriebenes Merkmal auch ohne die Übernahme weiterer Merkmale aus dieser Fig. vorteilhaft sein kann. Ferner erkennt der Fachmann, dass sich auch Vorteile durch eine Kombination mehrerer in einzelnen oder in unterschiedlichen Figuren gezeigter Merkmale ergeben können.