DE19829294A1 - Vorrichtung und Verfahren zur quantifizierten Bestimmung der Qualität beschichteter Oberflächen - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zur quantifizierten Bestimmung der Qualität beschichteter OberflächenInfo
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Abstract
Vorrichtung zur quantifizierten Bestimmung der Qualität beschichteter Oberflächen mit einer ersten optischen Einrichtung mit einer Lichtquelle, deren Licht in einem ersten vorbestimmten Winkel auf eine Meßfläche richtbar ist; einer zweiten optischen Einrichtung mit einem lichtempfindlichen Fotosensor, welche in einem zweiten vorbestimmten Winkel zu dieser Meßfläche ausgerichtet ist und das von der Meßfläche reflektierte Licht aufnimmt; einer Steuereinrichtung, die eine Prozessoreinrichtung aufweist und die zur Steuerung des Meßablaufs vorgesehen ist; einer Ausgabeeinrichtung, wobei diese Vorrichtung eine Schichtdicken-Meßeinrichtung mit einem Schichtdickensensor enthält, der ein elektrisches Schichtdicken-Ausgangssignal erzeugt, das für die zu bestimmende Schichtdicke repräsentativ ist, um die Schichtdicke der auf dieser Oberfläche aufgebrachten Beschichtungsdicke zu bestimmen und wobei diese Steuereinrichtung durch Auswertung des Schichtdicken-Ausgangssignals einen Schichtdickenwert bestimmt und durch das von der Meßfläche reflektierte Licht eine für diese Meßfläche charakteristische optische Kenngröße bestimmt sowie diese Ausgabeeinrichtung diesen Schichtdickenwert und/oder diese wenigstens eine optische Kenngröße ausgibt.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein
Verfahren zur quantifizierten Bestimmung der Qualität
beschichteter Oberflächen.
Unter der Qualität einer Oberfläche sollen hier die
physikalischen Eigenschaften einer Oberfläche verstanden
werden, die das Aussehen der Oberfläche für den menschlichen
Betrachter bestimmen, das sind insbesondere Eigenschaften wie
Farbe, Helligkeit der Farbe, Glanz, Abbildungsschärfe (engl.
DOI), Glanzschleier (engl. haze), Oberflächentexturen und
Oberflächenwelligkeiten (engl. orange peel), etc.
Bei zahlreichen technischen Erzeugnissen und Produkten ist die
Beschaffenheit der sichtbaren Oberflächen ein entscheidendes
Merkmal für den Gesamteindruck des Produktes.
Ein typisches Beispiel für solche Produkte sind Kraftfahrzeug
karosserien. Im folgenden werden die technischen Probleme, die
bei der Gestaltung von Oberflächen von Kraftfahrzeugkarosserien
entstehen, im näheren erläutert, ohne jedoch die vorliegende
Erfindung in ihrer Anwendung in irgendeiner Weise
einzuschränken.
Kraftfahrzeuge werden üblicherweise mit einer Hochglanz- oder
Metalliclackierung versehen, deren Reflexionsvermögen oder
Glanzkennwert den entsprechenden Werten von anderen Flächen wie
z. B. Möbeln weit überlegen ist. Der hohe Glanz der verwendeten
Lacke und die relativ großen ebenen Flächen erfordern eine
außerordentlich sorgfältige Vorbereitung der zu lackierenden
Flächen und eine besonders sorgfältige Auftragung des Lackes.
Im Stand der Technik sind verschiedene Verfahren, Vorrichtungen
und Apparate bekannt geworden, wie z. B. in DE 41 27 215 A1, DE 44 34 203 A1
beschrieben, mit denen die visuellen Eigenschaften
von Oberflächen und speziell das Reflexionsverhalten von
Oberflächen bestimmt werden können.
Um Qualitätsmängel von lackierten Karosserieflächen schon in
der Produktion zu erkennen, beschäftigen die Automobilher
steller heute eine Vielzahl von Prüfern und verwenden eine
Vielzahl von aufwendigen und großbauenden Meßapparaturen, die
die Qualität der Flächen visuell oder automatisch prüfen. Diese
Methode bringt jedoch eine ganze Reihe von Nachteilen mit sich.
Die Arbeit der visuellen Prüfer ist sehr anstrengend und
erfordert Werkräume, deren Lichtverhältnisse immer exakt
definiert sind. Dennoch wurden große Unterschiede bei der
Bewertung von gleichen Lackflächen durch verschiedene Prüfer
festgestellt, da zum einen der jeweilige physiologische
Eindruck von Prüfer zu Prüfer unterschiedlich ist und da zum
anderen das Sehvermögen des individuellen Prüfers auch von
dessen jeweiliger physischer Verfassung abhängt.
Es bereitet somit große Schwierigkeiten, eine untere
Qualitätsgrenze zu definieren, deren Unterschreiten nicht mehr
hingenommen werden kann und eine Neulackierung der
Fahrzeugkarosserie erforderlich macht.
Weiterhin ist es auch für erfahrene Prüfer schwierig fest zu
stellen, welche Ursachen eine Lackunebenheit oder ähnliches
hat, so daß es schwierig ist, aufgrund der gemachten Beobach
tungen und Messungen die Steuerungswerte einer automatischen
Lackiereinrichtung zur Verbesserung der Qualität zu verändern.
Wird ein automatisch arbeitendes Meßgerät verwendet, um den
Glanz oder die Abbildungsschärfe der Oberfläche zu bestimmen,
so können quantitative Zahlenwerte für den Glanz, die
Abbildungsschärfe oder auch die Welligkeit (orange peel)
erhalten werden. Ein entscheidender Nachteil ist jedoch bei den
visuellen und auch bei den automatischen Prüfungen, daß zwar
Werte für die untersuchten optischen Eigenschaften bestimmt
werden, der Benutzer jedoch keinerlei Angabe über die Ursache
hat: Abweichungen von der Norm können festgestellt werden, die
Fehlerursache bleibt jedoch unbekannt.
In der Automobilindustrie werden mit unterschiedlichen
Lackieranlagen und Verfahrenstechniken Lacke auf verschiedene
Oberflächensubstrate aufgetragen. Um qualitativ hochwertige
Lackierergebnisse zu erreichen, werden die unterschiedlichen
Lackmaterialien und Lackierprozesse optimal aufeinander
abgestimmt. Trotz dieses hohen Aufwandes treten in der
Produktion Unregelmäßigkeiten auf lackierten Oberflächen auf,
deren Ursache dann schwierig festzustellen ist.
Ein weiterer Nachteil herkömmlicher Meßapparaturen ist, daß sie
einen erheblichen Raumbedarf aufweisen und somit nicht vom
Benutzer mitgenommen werden können.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur
Verfügung zu stellen, so daß damit eine reproduzierbare,
quantifizierte Bewertung der Qualität beschichteter Oberflächen
erfolgen kann, und daß derartige physikalische Größen der zu
messenden Oberfläche bestimmt werden, daß bei Abweichung einer
gemessenen optischen Größe ein Rückschluß auf die Ursache
gezogen werden kann.
Ein weiterer Aspekt der Aufgabe ist es, eine Vorrichtung zu
schaffen, die kleinbauend und leicht gestaltet und die derart
beschaffen ist, daß sie von einer Bedienungsperson leicht
mitgenommen werden kann und ohne weitere Hilfsmittel zur
quantifizierten Bewertung einer Oberfläche herangezogen werden
kann.
Ein weiterer Aspekt dieser Aufgabe ist es, eine Vorrichtung zum
Messen visueller Eigenschaften zu schaffen, bei welcher trotz
des kompakten Aufbaus gemäß dem vorigen Aspekt der Aufgabe der
Erfindung die Möglichkeiten zur Messung gegenüber den im Stand
der Technik bekannten Vorrichtungen erheblich erweitert ist.
Ein weiterer Aspekt der Aufgabe der Erfindung ist es, ein
Verfahren anzugeben, welches eine vorteilhafte Erfassung der
visuellen Eigenschaften von Oberflächen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung
gelöst, wie es in Anspruch 1 definiert ist. Das erfindungs
gemäße Verfahren ist Gegenstand des Anspruches 34.
Zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand
der Unteransprüche.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird mit einer ersten
optischen Einrichtung, die eine oder mehrere Lichtquellen
enthält, Licht unter einem vorbestimmten Winkel auf eine
Meßfläche gerichtet, die Teil der zu messenden Oberfläche ist.
Mit einer unter einem zweiten vorbestimmten Winkel zu dieser
Meßfläche ausgerichteten zweiten optischen Einrichtung wird das
von der Meßfläche reflektierte Licht aufgenommen. Diese zweite
optische Einrichtung weist einen oder mehrere lichtempfindliche
Photosensoren auf.
Es kann auch eine Vielzahl von Photosensoren oder eine
Videokamera oder ein CCD-Chip Teil dieser zweiten optischen
Einrichtung sein.
Eine Schichtdickenmeß-Einrichtung dient zu der Bestimmung der
Schichtdicke der auf dieser Oberfläche aufgebrachten
Beschichtungsdicke. Die Schichtdickenmeß-Einrichtung weist
einen oder mehrere Schichtdickensensoren auf, die ein
elektrisches Schichtdicken-Ausgangssignal erzeugen, welches für
die zu bestimmende Schichtdicke repräsentativ ist.
Eine Steuereinrichtung, welche eine oder mehrere Prozessorein
richtungen aufweist, ist zur Steuerung des Meßablaufs vorgese
hen und bestimmt durch Auswertung des oder der Schichtdicken-
Ausgangssignale einen Schichtdickenwert und bestimmt durch
Auswertung des von dem oder den Photosensor(en) empfangenen,
von der Meßfläche reflektierten Licht wenigstens eine für diese
Meßfläche charakteristische optische Kenngröße.
Eine Ausgabeeinrichtung gibt den Schichtdickenwert und diese
wenigstens eine optische Kenngröße aus.
Im Unterschied zu konventionellen Vorrichtungen können bei der
erfindungsgemäßen Vorrichtung die optischen Sensoren in einer
gemeinsamen Ebene und die Photosensoren auf einem gemeinsamen
Substrat angeordnet werden. Die einzelnen Photosensoren können
auch durch lichtempfindliche Flächen auf einem gemeinsamen
Substrat gebildet werden, wobei die Fläche jedes lichtempfind
lichen Sensors so gewählt oder wählbar ist, daß sie in der
Meßvorrichtung einem vorgegebenen Winkelbereich des Reflexions
winkels entspricht.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat viele Vorteile:
Eine wesentliche Voraussetzung zur Steuerung des Fertigungsab laufs bei der Lackierung von Oberflächen ist die Bestimmung der optischen Qualität der Oberfläche. Durch die oben genannten optischen Parameter können optische Kenngrößen bestimmt werden, die die Qualität beschichteter Oberflächen beschreiben. Neben den optischen Kenngrößen ist auch die Schichtdicke der Ober flächenbeschichtung ein wichtiger Parameter zur Beschreibung der Oberflächenqualität, der von herkömmlichen visuellen oder automatischen Meßmethoden nicht erfaßt wird.
Eine wesentliche Voraussetzung zur Steuerung des Fertigungsab laufs bei der Lackierung von Oberflächen ist die Bestimmung der optischen Qualität der Oberfläche. Durch die oben genannten optischen Parameter können optische Kenngrößen bestimmt werden, die die Qualität beschichteter Oberflächen beschreiben. Neben den optischen Kenngrößen ist auch die Schichtdicke der Ober flächenbeschichtung ein wichtiger Parameter zur Beschreibung der Oberflächenqualität, der von herkömmlichen visuellen oder automatischen Meßmethoden nicht erfaßt wird.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung bestimmt neben einer oder
mehreren optischen Kenngrößen auch die Schichtdicke, welche
auch ein wesentliches Merkmal für die Qualität der
beschichteten Oberfläche darstellt.
Dies ist besonders vorteilhaft, da die Schichtdicke ein ganz
wesentlicher Parameter bei der Bestimmung der Qualität der
Oberfläche ist und da die Schichtdicke außerdem eine Angabe
über die Ursache von Abweichungen optischer Kenngrößen enthält.
Wird bei der Beschichtung von Oberflächen zu wenig Lack aufge
tragen, verläuft der Lack nicht richtig, und es bilden sich
Inhomogenitäten in der Schichtdicke aus. Bei Auftragung von
zuviel Lack verläuft der Lack, was zu Oberflächenwelligkeiten
(orange peel) führt.
Bei der Zusammensetzung und dem Auftragen der Farbe muß in
vielen Fällen darauf geachtet werden, daß dies derart erfolgt,
daß die Pigmente in der aufgetragenen Schicht aufschwimmen
können, da oftmals die Ausrichtung der Pigmente relativ zum
Substrat der Beschichtung eine wesentliche Rolle beim
Farbverhalten und anderen optischen Eigenschaften spielt.
Solche und andere Ursachen für Abweichungen der optischen
Eigenschaften können durch Messung der Schichtdicke zuverlässig
festgestellt werden.
Dies ist besonders vorteilhaft, da durch die Bestimmung der
Schichtdicke und der optischen Eigenschaften der Meßfläche die
wichtigsten Parameter vorliegen, um die Fehlerursachen von
Abweichungen zu bestimmen und um daraus modifizierte Werte für
die Steuerung der Beschichtungsanlage zu bestimmen.
Fin weiterer Vorteil ist, daß eine solche erfindungsgemäße
Vorrichtung sehr kleinbauend hergestellt werden und so vom
Benutzer mitgeführt werden kann. Dadurch ist es besonders
einfach möglich, Stichproben durchzuführen.
Ein weiterer Vorteil einer solchen kleinbauenden Vorrichtung
ist, daß auch an relativ schlecht zugänglichen Orten und konkav
oder konvex gekrümmten Oberflächen die Qualität einfach und
zuverlässig bestimmt werden kann.
Vorteilhaft ist auch, daß durch die erfindungsgemäße Vorrich
tung flexibel und einfach an unterschiedlichsten Stellen einer
oder mehrerer beschichteter Oberflächen einfach und sicher die
Reproduzierbarkeit getestet und bestimmt werden kann.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, daß
durch Korrelation von optischen Kenngrößen mit Schichtdicken
daten von Messungen an unterschiedlichen Stellen einer
beschichteten Oberfläche oder mehrerer beschichteter
Oberflächen schnell und zuverlässig Aussagen über die Qualität
des Herstellungsprozesses der beschichteten Oberfläche
getroffen werden können.
So haben Untersuchungen ergeben, daß z. B. der Glanz einer
Oberfläche mit der Schichtdicke korreliert, während sich die
Welligkeit und somit die Dickenvariation z. B. auf Glanz und
Schleierglanz auswirken.
In bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung ist die Schicht
dickenmeß-Einrichtung auf unterschiedliche Weise realisiert. In
einer weiteren bevorzugten Ausbildung der Erfindung sind
mehrere unterschiedliche Schichtdickensensoren Teil der
Schichtdickenmeß-Einrichtung.
Die Bestimmung der Schichtdicke kann mit bekannten
Vorrichtungen und Verfahren erfolgen, wie sie z. B. in der DE 43 33 419 A1
beschrieben sind.
Für die Bestimmung der Schichtdicke auf einem Substrat muß in
der Regel ein für diesen Substrattyp und diesen Lacktyp geeig
neter Schichtdickensensor verwendet werden. Bei der Messung von
Schichtdicken unterscheidet man zwischen magnetischen, nicht
magnetischen, elektrisch leitenden, nicht leitenden,
eisenfreien und eisenhaltigen Substraten und Schichten.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird zur Messung der
Schichtdicke auf einem eisenhaltigen Substrat ein Permanent
magnet und eine magnetische Flußdichte-Sensoreinrichtung
verwendet, wobei in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
diese Flußdichte-Sensoreinrichtung als Hall-Effekt Sensorein
richtung ausgeführt ist. Die magnetische Flußdichte an einem
Pol des Permanentmagneten wird bestimmt und daraus ein Wert für
die Schichtdicke bestimmt.
Zur Schichtdickenmessung von nicht leitenden Schichten auf
einem leitenden Substrat können Wirbelstromeffekte ausgenutzt
werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform induziert eine
Spule Wirbelströme an der Oberfläche des leitenden Substrats.
Die resultierenden Wirbelströme bewirken ein entgegengesetzt
gerichtetes Magnetfeld, welches die angeregte Spule beeinflußt,
woraus ein für die Schichtdicke repräsentativer Wert bestimmt
werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
ist die Spule als Wirbelstrom-Meßspule ausgeführt.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung
beinhaltet die Schichtdickenmeß-Einrichtung eine Ultraschall
sende- und Ultraschallempfangseinrichtung, um die Schichtdicke
der beschichteten Oberfläche zu bestimmen. Die Verwendung von
Ultraschall zur Bestimmung der Schichtdicke ist auf Kunststoff
substraten besonders vorteilhaft.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird
die Schichtdicke berührungslos mit Hilfe eines Lasers und eines
thermoakustischen Verfahrens bestimmt. Weiterhin ist es
möglich, durch Schalleinwirkung bei gleichzeitiger Bestrahlung
der Meßfläche mit einem Laser die Schichtdicke zu bestimmen.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist auf der Meßspitze
eine Saphir- oder Hartmetallspitze angebracht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beinhaltet der
Schichtdickensensor zwei Spulen, die um einen ferromagnetischen
Kern gewunden sind. Der Anregungsstrom wird durch die erste
Spule zugeführt, während das Signal der zweiten Spule zur
Bestimmung der Schichtdicke ausgewertet wird. Durch eine
niederfrequente Anregung (< 500 Hz) der ersten Spule ist die
Messung der Schichtdicke von eisenfreien Schichten auf
eisenhaltigen Substraten möglich, während mit hochfrequenten
Anregungsströmen (< 500 Hz) Schichtdickenmessungen von nicht
leitenden Schichten auf eisenfreien leitenden Substraten
möglich ist.
Weiterhin ist es möglich, in einer Weiterbildung der Erfindung
die üblichen, dem Fachmann bekannten Methoden und Vorrichtungen
zu verwenden, wie z. B. magnetisch oder magnetisch induktiv
arbeitende Schichtdickenmeßverfahren.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung
beinhaltet die Schichtdickenmeß-Einrichtung wenigstens zwei
unterschiedliche Sensoreinrichtungen zur Bestimmung der
Schichtdicke auf der Meßfläche. Wenigstens ein erster
Schichtdickensensor ist zur Bestimmung der Schichtdicke auf
magnetischen Substraten vorgesehen und wenigstens ein zweiter
Schichtdickensensor zur Bestimmung der Schichtdicke auf nicht
magnetischen Substraten.
Derartige Weiterbildungen haben viele Vorteile. Durch die
Verwendung unterschiedlicher Sensortypen kann auf den üblichen
und gängigen Substrattypen die Schichtdicke sicher und
reproduzierbar bestimmt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schichtdickenmeß-
Einrichtung unterschiedliche Schichtdickensensoren aufweist, so
daß mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung die Schichtdicke
auf unterschiedlichsten Substrattypen zuverlässig bestimmt
werden kann.
In einer solchen Weiterbildung ist eine derartige Vorrichtung
sehr vorteilhaft, da nur noch ein Gerät verwendet werden muß,
um z. B. die Schichtdicke an unterschiedlichsten Stellen einer
Fahrzeugkarosserie oder eines Autos zu bestimmen.
Bisher war es erforderlich, daß verschiedene Geräte für
unterschiedliche Substrate verwendet werden mußten. Ein
weiterer Vorteil ist, daß neben der Bestimmung der Schichtdicke
auch wenigstens eine optische Kenngröße bestimmt werden kann.
In bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung wird der Glanz
oder Glanzschleier oder die Abbildungsschärfe oder die typische
Wellenlänge und deren Amplitude der Topologie der Schichtdicke
dieser Meßfläche (orange peel) bestimmt. Bei der Bestimmung des
orange peel kann die Wellenlänge in einem vorbestimmten
Wellenlängenintervall oder in mehreren Wellenlängenbereichen
erfolgen. Weiterhin ist es möglich, die Farbe der Meßfläche
oder die Helligkeit der Farbe zu bestimmen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden zwei oder
mehr charakteristische optische Kenngrößen dieser Meßfläche
bestimmt. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, da
durch die Bestimmung von zwei oder mehr optischen Kenngrößen in
Verbindung mit der Schichtdicke die wesentlichsten Parameter
der Meßfläche bestimmt werden.
Mit der kleinbauenden erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es dann
dem Benutzer ohne Wechsel des Gerätes bequem und einfach mög
lich, die wichtigsten Eigenschaften zu bestimmen und bei Abwei
chungen von der Norm Rückschlüsse auf die Ursache zu ziehen.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen sind eine oder
mehrere Temperaturmeßeinrichtungen in möglichst unmittelbarer
Nähe der unterschiedlichen Sensoren und der Lichtquellen
angeordnet, um die charakteristischen Temperaturen der
einzelnen Lichtquellen und der entsprechenden Schichtdicken-
und Photosensoren zu bestimmen. Mit den charakteristischen
Temperaturen können dann die optischen Größen und die
Schichtdickenwerte temperaturkorrigiert bestimmt werden.
Dies ist besonders vorteilhaft, da die Strahlungsleistung und
die spektralen Charakteristiken von Lichtquellen von der
Temperatur abhängen. Bei Kenntnis der charakteristischen
Temperaturen der Lichtquellen kann somit eine Bestimmung des
emittierten Spektrums erfolgen, welches bzw. welche Einfluß auf
die von den Photosensoren ausgegebenen Werte haben. Aber auch
die Schichtdickensensoren weisen Temperaturabhängigkeiten auf.
Durch Bestimmung der charakteristischen Temperaturen und
Korrektur der Sensorwerte wird die Reproduzierbarkeit und
Zuverlässigkeit der gemessenen Größen erhöht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die
Vorrichtung relativ zur Meßfläche abstandsgleich zu ihr
verschiebbar. Mit einer Wegstreckenmeßeinrichtung, welche auch
berührungslos arbeiten kann, kann die relative Verschiebung
quantitativ erfaßt werden.
Weiterhin kann eine Speichereinrichtung vorgesehen sein, welche
kontinuierlich oder zeitlich bzw. räumlich periodisch oder auf
vorgegebenen Meßstellen auf der Oberfläche optische Kenngrößen
und Schichtdickenwerte bestimmt und in der Speichereinrichtung
ablegt.
Eine solche Ausgestaltung der Erfindung ist vorteilhaft, da der
Benutzer auch große Oberflächen schnell und zuverlässig
bezüglich ihrer Eigenschaften vermessen kann, wobei er sich die
Zuordnung von Meßgrößen und Meßort nicht separat notieren muß,
da sie dauerhaft in der Speichereinrichtung gespeichert werden
können.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann
ein Meßrad vorgesehen sein, welches während der Messung auf der
zu messenden Oberfläche aufgesetzt ist und sich bei einer
Verschiebung auf der zu messenden Oberfläche dreht.
Des weiteren kann zur Bestimmung der relativen Verschiebung ein
Drehwinkelgeber mit dem Meßrad verbunden sein, welcher ein
elektrisches Drehwinkelsignal ausgibt, das für den vom Meßrad
zurückgelegten Drehwinkel und somit den relativen Verschie
bungsweg repräsentativ ist.
Ein Vorteil einer solchen Ausgestaltung ist, daß solche
Meßräder oder auch Meßräder mit Drehwinkelsignalgeber aus dem
Stand der Technik bekannt sind und in einer Vielzahl günstig
hergestellt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
wird innerhalb von wenigstens einem Meßrad wenigstens ein
Schichtdickensensor angeordnet, welcher bzw. welche bei einer
oder mehreren vorbestimmten Winkelpositionen dieses Meßrades
die Schichtdicke der Meßfläche bestimmen.
Die einzelnen Schichtdickensensoren können auch radial in dem
Meßrad angeordnet werden, so daß sie bei entsprechenden Winkel
positionen Kontakt zur Meßfläche haben. Es können auch mehrere
über den Umfang symmetrisch verteilte Schichtdickensensoren in
dem Meßrad angeordnet sein.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind
die Schichtdickensensoren in Radform ausgeführt und drehbar auf
der Achse dieses Meßrades gelagert, so daß auch eine kontinu
ierliche Schichtdickenbestimmung während der Relativbewegung
über die Oberfläche möglich ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die
Schichtdickenmeß-Einrichtung eine Schaltrichtung auf, um einen
für den Substrattyp geeigneten Schichtdickensensortyp auszu
wählen. Dabei kann durch ein im Speicher dieser Steuereinrich
tung abgelegtes Programm der Typ des Substrats dieser beschich
teten Oberfläche automatisch bestimmt und die Schalteinrichtung
derart eingestellt werden, daß zur Bestimmung der Schichtdicke
ein für dieses Substrat geeigneter Schichtdickensensor
ausgewählt wird.
Die Anordnung einer solchen Schalteinrichtung ist besonders
vorteilhaft, da durch ein einfaches Betätigen der Schaltein
richtung ein bestimmter Sensortyp zur Bestimmung der Schicht
dicke ausgewählt wird; der Benutzer kann z. B. durch die Anzei
geeinrichtung aufgefordert werden, einen anderen Sensortyp zur
Bestimmung der Schichtdicke auszuwählen, wenn die Bestimmung
der Schichtdicke mit dem ausgewählten Sensor unsinnige Werte
liefert.
Bei Überschreitung bzw. Unterschreitung vorgegebener Schranken
wird der gültige Meßbereich verlassen und kann z. B. durch
Ausgabe des Wertes ∞ auf der Anzeige-Einrichtung ausgegeben
werden. Dadurch wird der Benutzer dann aufgefordert, die
Schalteinrichtung zu betätigen und den Sensortyp umzuschalten.
Eine automatische Umschaltung und eine automatische Auswahl
eines geeigneten Schichtdickensensors ist besonders vorteil
haft, wenn unerfahrene Benutzer eine solche erfindungsgemäße
Ausgestaltung verwenden.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist
diese Vorrichtung eine dritte optische Einrichtung mit
wenigstens einer Lichtquelle auf, deren Licht mit einer
vorgegebenen spektralen Charakteristik unter einem dritten
vorbestimmten Winkel auf die Meßfläche richtbar ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das von der
dritten optischen Einrichtung ausgestrahlte Licht unter einem
derartigen dritten Winkel auf die Oberfläche gerichtet, so daß
das direkt gerichtete, reflektierte Licht gemäß der Fresnel
schen Reflexion gegenüber dieser Meßfläche einen anderen Winkel
aufweist als der Winkel, den das von der ersten optischen
Einrichtung ausgestrahlte und von dieser Meßfläche reflektierte
Licht gegenüber der Meßfläche einnimmt.
Vorzugsweise werden in der dritten optischen Einrichtung wenig
stens zwei oder drei Licht ausstrahlende Elemente verwendet,
die sich in der emittierten spektralen Charakteristik unter
scheiden und deren emittierte Wellenlängenbereiche unterschied
lich sind, wobei sich diese emittierten Wellenlängenbereiche
der Licht ausstrahlenden Elemente im sichtbaren Bereich des
Lichtspektrums zumindest teilweise überlappen können und wobei
die emittierten spektralen Charakteristiken der Licht
ausstrahlenden Elemente voneinander linear unabhängig sind.
Die einzelnen Lichtelemente und Lichtquellen der optischen
Einrichtungen können z. B. Leuchtdioden, Laserdioden oder
andere Licht aus strahlende Elemente aus dem bekannten Stand der
Technik sein.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung
beinhaltet die zweite optische Einrichtung wenigstens zwei,
vorzugsweise drei oder mehr Photosensoren, wobei jeder
Photosensor aus zwei, drei oder mehr photosensitiven Elementen
bestehen kann, deren elektrische Ausgangssignale einzeln
erfaßbar sein können.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der sich die
spektralen Charakteristiken an wenigstens drei photosensitiven
Elementen eines oder mehrerer Photosensoren in ihren spektralen
Charakteristik unterscheiden; denn dann wird die Farbe des
empfangenen Lichtes erfaßbar. Dies ist besonders bei der
Bestimmung der Farbe und der Helligkeit der Farbe und dem Glanz
vorteilhaft. Dann kann auch ein Farb-CCD-Chip verwendet werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der
vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit der
Zeichnung.
Darin zeigen:
Fig. 1 eine Vorderseitenansicht eines ersten Ausführungs
beispiels gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Unterseitenansicht des Ausführungsbeispiels
gemäß Fig. 1;
Fig. 3 einen Schnitt durch das Ausführungsbeispiel gemäß
Fig. 1;
Fig. 4 ein Diagramm, welches das Reflexionsverhalten einer
Oberfläche zeigt, wobei auf der Ordinate die gemes
sene Lichtintensität und auf der Abszisse die Winkel
abweichung bezüglich des idealen Reflexionswinkels
aufgetragen ist:
Fig. 5 den prinzipiellen schaltungstechnischen Aufbau einer
Meßvorrichtung, wie er bei den Ausführungsbeispielen
gemäß Fig. 1 bis 4 zu verwenden ist; und
Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung, welches auch zu weitergehenden Messungen
geeignet ist.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun in bezug
auf die Fig. 1 beschrieben.
Die in Fig. 1 dargestellte Oberflächen-Meßvorrichtung 1 weist
eine Bodenplatte 4 auf, an welcher eine Montageplatte 2
angeordnet ist. Die Montageplatte 2 bildet eine Seitenwand des
Optikblocks 3. In der Bodenplatte 2 ist eine Öffnung
vorgesehen, durch welche der Schichtdickensensor 5 hindurchragt
und so in Kontakt mit der zu untersuchenden Oberfläche steht.
An der Montageplatte 2 ist eine Führung 6 für den Schicht
dickensensor 5 angeordnet. Um zu gewährleisten, daß der
Schichtdickensensor 5 immer in Kontakt mit der zu untersuchen
den Oberfläche steht, wird mit einer auf der Montageplatte 2
angeordneten Druckfeder 7 Druck auf den Schichtdickensensor 5
ausgeübt, so daß der Schichtdickensensor 5 durch die Boden
platte 4 herausragt, sofern die Bodenplatte 4 nicht in Kontakt
mit einer zu untersuchenden Oberfläche steht.
In Fig. 2 ist die Unterseite der Oberflächen-Meßvorrichtung
dargestellt. Der Schichtdickensensor 5 ragt durch eine Öffnung
5b der Bodenplatte durch diese Bodenplatte heraus. Durch eine
Öffnung 8 in der Bodenplatte 4 wird Licht von der ersten
optischen Einrichtung auf die zu untersuchende Oberfläche
gelenkt. Das von der Oberfläche reflektierte Licht tritt durch
die Öffnung 8 in der Bodenplatte 4 wieder in die Oberflächen-
Meßvorrichtung ein und wird dort von der zweiten optischen
Einrichtung aufgenommen und die elektrischen Ausgangssignale
der Sensoren weitergeleitet.
In Fig. 3 ist der optische Teil der Oberflächen-Meßvorrichtung
dargestellt. In der Oberflächen-Meßvorrichtung 1 ist eine erste
optische Einrichtung 11 angeordnet, welche eine Lichtquelle 12,
eine Blende 13 und eine Kollimierungslinse 14 aufweist. Das von
der Punktlichtquelle ausgestrahlte und durch die Blende
transmittierte Licht wird durch die Linse 14 parallelisiert und
trifft auf die zu untersuchende Oberfläche 9.
Eine zweite optische Einrichtung 15 ist derart angeordnet, daß
das von der Oberfläche reflektierte Licht von der Linse 18
gebündelt wird. Das durch die Blende 17 transportierte Licht
trifft auf den Photosensor 16. Die Oberflächen-Meßvorrichtung
weist weiterhin eine (nicht dargestellte) Steuereinrichtung
auf, durch welche der Betrieb der Vorrichtung gesteuert wird,
und eine ebenfalls nicht dargestellte Anzeigeeinrichtung, durch
welche die gemessenen Werte angezeigt werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Photosensor ein CCD-
Chip, bei dem das elektrische Ausgangssignal der einzelnen Pho
toelemente einzeln bestimmbar ist. Dadurch ist es möglich, ver
schiedene Pixel zu einzelnen Sensoren zusammenzufassen, so daß
effektiv mehrere verschiedene Sensoren zur Verfügung stehen.
Das von einer ideal reflektierenden Spiegelfläche reflektierte
Licht fällt nur in einem sehr engen Winkelbereich auf den CCD-
Chip; das auf diesem Bereich empfangene Licht kann zur Bestim
mung des Glanzes verwendet werden, während das auf der zu un
tersuchenden Oberfläche diffus reflektierte Licht auch auf die
anderen Teile des CCD-Chips fällt, so daß somit eine Bestimmung
von Schleierglanz, DOI und orange peel erfolgen kann.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist mit einem Winkel von
45° dargestellt. Entsprechend den üblichen Meßgeometrien kann
dieser Winkel verändert werden, es sind auch Winkel von 20°,
30°, 45°, 60° und 85° möglich. Falls abweichende Normen der
Reflexionsmessung zugrundegelegt werden, können diese Werte
auch anders gestaltet werden. Die Einteilung der CCD-Fläche in
unterschiedliche Sensoren kann z. B. derart erfolgen, daß die
optischen Kenngrößen nach der amerikanischen Norm ASTM E 430
gemessen werden können.
In Fig. 4 ist ein Diagramm dargestellt, bei welchem der
funktionale Zusammenhang der Lichtintensität über der
Winkelabweichung bezüglich des idealen Reflexionswinkels einer
Beispielmessung dargestellt ist. Die gemessene Intensität ist
auf der Ordinate dargestellt und ist im Bereich des idealen
Reflexionswinkels am höchsten und nimmt dann mit zunehmendem
Winkelabstand ab. Aus der so erfaßten Kurve kann auf einfache
Weise das Reflexionsverhalten der zu untersuchenden Oberfläche
beurteilt werden. Außerdem ist es möglich, aus der Kurve die
optischen Kennwerte abzuleiten, welche gemäß den verschiedenen
Normen das Reflexionsverhalten von Oberflächen kennzeichnen.
In Fig. 5 ist der prinzipielle Meßaufbau des Ausführungsbei
spiels gemäß Fig. 1 dargestellt. An der Oberflächen-Meßvor
richtung ist eine Steuereinrichtung 20 angeordnet, welche einen
handelsüblichen Mikroprozessor enthält, der durch ein Programm
gesteuert wird, welches in einem Speicher 21 abgelegt ist. Mit
einer Eingabeeinrichtung 22 wird der Meßablauf gestartet, und
es kann die zu bestimmende optische Kenngröße ausgewählt wer
den. Bei entsprechenden Ausführungsbeispielen kann mit der Ein
gabeeinrichtung 22 der Typ des Schichtdickensensors gewählt
werden.
Das von der Lichtquelle 12 ausgestrahlte Licht wird teilweise
von dem optischen Sensor 16 aufgenommen, dessen elektrische
Ausgangssignale zur Steuereinrichtung 20 weitergeleitet werden.
Das elektrische Ausgangssignal des Schichtdickensensors 5 wird
ebenfalls zur Steuereinrichtung 20 zur Auswertung weiterge
leitet. Das Display 25, welches vorzugsweise als LCD-Display
ausgebildet ist, zeigt die Ergebnisse der Messung an. Für eine
weitere Auswertung der Messung ist eine Verbindung zu einem
externen Computer 26 vorgesehen.
Die Meßvorrichtung wird durch eine (nicht dargestellte)
Batterie mit Strom versorgt. Die Meßvorrichtung ist insgesamt
in einem Gehäuse 1 angeordnet, welches in etwa die Abmessungen
eines Taschenbuches aufweist.
Um produktionsbedingte Abweichungen der einzelnen Meßvorrich
tungen zu vermeiden, wird jede Meßvorrichtung vorzugsweise
individuell kalibriert. Dazu wird die Meßvorrichtung auf
Referenzschichten aufgesetzt, wie sie von Normeninstituten zur
Verfügung gestellt werden, und die entsprechenden optischen
Kennwerte und Schichtdickenkennwerte gemessen. Die entsprechen
den Werte werden dann im Speicher 21 abgelegt und stehen
dauerhaft zur Umrechnung der durch die Sensoren erfaßten Werte
zur Verfügung.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun in
bezug auf die Fig. 6 beschrieben.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung insgesamt in
einem Gehäuse 100 angeordnet, welches eine Öffnung 101
aufweist, mit der das Gerät auf die zu messende Oberfläche
aufgesetzt wird.
Im Unterschied zu den vorgenannten Ausführungsbeispielen wird
das Gerät jedoch nicht direkt auf die Oberfläche aufgesetzt,
sondern mittels (schematisch angedeuteter) mindestens zwei
Gummiwalzen 103, 104 oder mindestens vier Gummirädern 103, 104,
welche drehbeweglich (nicht gezeigt) in dem Gehäuse 100
gelagert sind. Wenigstens eines der Gummiräder oder -walzen ist
mit einer (nicht dargestellten) Wegstreckenmeßeinrichtung
versehen, welche die Winkelbewegungen der Gummiräder 103 erfaßt
und ein dafür repräsentatives elektrisches Signal ausgibt. Die
Vorrichtung weist weiterhin eine erste optische Einrichtung 110
auf, in welcher eine punktförmige Lichtquelle 111 und eine
Linse 112 angeordnet sind.
Diese erste optische Einrichtung 110 ist derart ausgerichtet,
daß eine optische Achse in einem vorbestimmten Winkel (beim
gezeigten Beispiel 45°) zu der zu messenden Oberfläche 115
ausgerichtet ist.
Unter einem zweiten vorbestimmten Winkel (hier ebenfalls 45°)
ist eine zweite optische Einrichtung angeordnet, die eine
Linseneinrichtung 121, eine Blendeneinrichtung 122 und einen
senkrecht zur optischen Achse ausgerichteten Meßsensor 125
aufweist.
Eine dritte optische Einrichtung 130 weist eine Lichtquelle
auf, welche drei Licht ausstrahlende Elemente (132, 133, 134)
enthält. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Licht
ausstrahlenden Elemente als LEDs ausgeführt, welche eine
unterschiedliche spektrale Charakteristik aufweisen, d. h.
welche Licht mit unterschiedlichen Farben ausstrahlen.
In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel fällt das von den
Licht ausstrahlenden Elementen abgestrahlte Licht senkrecht auf
die zu untersuchende Oberfläche.
Das von der zu untersuchenden Oberfläche 115 reflektierte Licht
fällt zum Teil auf den Photosensor 125, welcher in diesem
Ausführungsbeispiel als Farb-CCD-Chip ausgeführt ist. Dadurch
ist es möglich, einen Farbkennwert für die zu untersuchende
Oberfläche zu bestimmen.
Claims (39)
1. Vorrichtung zur quantifizierten Bestimmung der Qualität
beschichteter Oberflächen mit:
einer ersten optischen Einrichtung mit wenigstens einer Lichtquelle deren Licht in einem ersten vorbestimmten Winkel auf eine Meßfläche, die Teil der zu messenden Oberfläche ist, richtbar ist;
einer zweiten optischen Einrichtung, welche in einem zweiten vorbestimmten Winkel zu dieser Meßfläche ausgerichtet ist, und welche das von der Meßfläche reflektierte Licht aufnimmt, wobei diese zweite optische Einrichtung wenigstens einen lichtempfindlichen Fotosensor aufweist;
einer Steuereinrichtung, die wenigstens eine Prozessoreinrichtung aufweist und die zur Steuerung des Meßablaufs vorgesehen ist;
einer Ausgabeeinrichtung;
dadurch gekennzeichnet,
daß diese Vorrichtung eine Schichtdicken-Messeinrichtung zur Bestimmung der Schichtdicke der auf dieser Oberfläche aufgebrachten Beschichtungsdicke enthält, welche wenigstens einen Schichtdickensensor aufweist, der ein elektrisches Schichtdicken-Ausgangssignal erzeugt, das für die zu bestimmende Schichtdicke repräsentativ ist;
daß diese Steuereinrichtung durch Auswertung des Schichtdicken-Ausgangssignals einen Schichtdickenwert bestimmt, und durch Auswertung des von diesem wenigstens einen Fotosensor empfangene, von der Meßfläche reflektierte Licht wenigstens eine für diese Meßfläche charkteristische optische Kenngröße bestimmt; und
daß diese Ausgabeeinrichtung diesen wenigstens einen Schichtdickenwert und/oder diese wenigstens eine optische Kenngröße ausgibt.
einer ersten optischen Einrichtung mit wenigstens einer Lichtquelle deren Licht in einem ersten vorbestimmten Winkel auf eine Meßfläche, die Teil der zu messenden Oberfläche ist, richtbar ist;
einer zweiten optischen Einrichtung, welche in einem zweiten vorbestimmten Winkel zu dieser Meßfläche ausgerichtet ist, und welche das von der Meßfläche reflektierte Licht aufnimmt, wobei diese zweite optische Einrichtung wenigstens einen lichtempfindlichen Fotosensor aufweist;
einer Steuereinrichtung, die wenigstens eine Prozessoreinrichtung aufweist und die zur Steuerung des Meßablaufs vorgesehen ist;
einer Ausgabeeinrichtung;
dadurch gekennzeichnet,
daß diese Vorrichtung eine Schichtdicken-Messeinrichtung zur Bestimmung der Schichtdicke der auf dieser Oberfläche aufgebrachten Beschichtungsdicke enthält, welche wenigstens einen Schichtdickensensor aufweist, der ein elektrisches Schichtdicken-Ausgangssignal erzeugt, das für die zu bestimmende Schichtdicke repräsentativ ist;
daß diese Steuereinrichtung durch Auswertung des Schichtdicken-Ausgangssignals einen Schichtdickenwert bestimmt, und durch Auswertung des von diesem wenigstens einen Fotosensor empfangene, von der Meßfläche reflektierte Licht wenigstens eine für diese Meßfläche charkteristische optische Kenngröße bestimmt; und
daß diese Ausgabeeinrichtung diesen wenigstens einen Schichtdickenwert und/oder diese wenigstens eine optische Kenngröße ausgibt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß diese Schichtdicken-Messeinrichtung wenigstens einen
Permanentmagneten aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß diese Schichtdicken-Messeinrichtung wenigstens eine
magnetische Flußdichtesensor-Einrichtung beinhaltet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß diese magnetische Flußdichtesensor-Einrichtung eine
Halleffektsensor-Einrichtung ist.
5. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß diese Schichtdicken-Messeinrichtung eine
Wirbelstrommeßspule aufweist.
6. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß diese Schichtdicken-Messeinrichtung eine
Ultraschallsende- und Ultraschallempfangs-Einrichtung zur
Bestimmung der Schichtdicke beinhaltet.
7. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß diese Schichtdicken-Messeinrichtung eine
Wärmeerzeugungs-, eine Schallerzeugungs- und eine
Schallsensor-Einrichtung zur Bestimmung der Schichtdicke
aufweist.
8. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß diese Schichtdicken-Messeinrichtung an dem Kontaktpunkt
mit der Meßfläche eine Saphir- oder Hartmetallspitze
aufweist.
9. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß diese Schichtdicken-Messeinrichtung wenigstens zwei unterschiedliche Sensor-Einrichtungen zur Bestimmung der Schichtdicke dieser Meßfläche aufweist,
wobei wenigstens ein erster Schichtdickensensor zur Bestimmung der Schichtdicke auf magnetischen Substraten vorgesehen ist, und
wenigstens ein zweiter Schichtdickensensor zur Bestimmung der Schichtdicke auf nichtmagnetischen Substraten vorgesehen ist.
daß diese Schichtdicken-Messeinrichtung wenigstens zwei unterschiedliche Sensor-Einrichtungen zur Bestimmung der Schichtdicke dieser Meßfläche aufweist,
wobei wenigstens ein erster Schichtdickensensor zur Bestimmung der Schichtdicke auf magnetischen Substraten vorgesehen ist, und
wenigstens ein zweiter Schichtdickensensor zur Bestimmung der Schichtdicke auf nichtmagnetischen Substraten vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß diese Schichtdicken-Messeinrichtung wenigstens zwei unterschiedliche Sensor-Einrichtungen zur Bestimmung der Schichtdicke dieser Meßfläche aufweist,
wobei wenigstens ein erster Schichtdickensensor zur Bestimmung der Schichtdicke auf elektrisch leitenden Substraten vorgesehen ist, und
wenigstens ein zweiter Schichtdickensensor zur Bestimmung der Schichtdicke auf nicht elektrisch leitenden Substraten vorgesehen ist.
daß diese Schichtdicken-Messeinrichtung wenigstens zwei unterschiedliche Sensor-Einrichtungen zur Bestimmung der Schichtdicke dieser Meßfläche aufweist,
wobei wenigstens ein erster Schichtdickensensor zur Bestimmung der Schichtdicke auf elektrisch leitenden Substraten vorgesehen ist, und
wenigstens ein zweiter Schichtdickensensor zur Bestimmung der Schichtdicke auf nicht elektrisch leitenden Substraten vorgesehen ist.
11. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß diese charakteristische optische Kenngröße der Glanz
der Meßfläche ist.
12. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß diese charakteristische optische Kenngröße der
Glanzschleier der Meßfläche ist.
13. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß diese charakteristische optische Kenngröße die
Abbildungsschärfe (DOI) der Meßfläche ist.
14. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß diese charakteristische optische Kenngröße ein
repräsentatives Maß für die typische Wellenlänge und deren
Amplitude (Orange Peel) der Topologie der Schichtdicke
dieser Meßfläche in einem vorbestimmten Wellenlängen
intervall ist, wobei diese Auswertung auch in zwei oder
mehr Wellenlängenbereichen erfolgen kann.
15. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß diese charakteristische optische Kenngröße die Farbe
der Meßfläche ist.
16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis
15,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwei oder mehr charakteristische optische Kenngrößen
dieser Meßfläche bestimmt werden.
17. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß in möglichst unmittelbarer Nähe der Lichtquelle und/
oder des Fotosensors und/oder der Schichtdicken-Meßein
richtung wenigstens eine Temperaturmeß-Einrichtung angeord
net ist, welche zur Bestimmung der charakteristischen Tem
peratur der Lichtquelle und /oder der jeweiligen Schicht
dicken- und Fotosensoren vorgesehen ist, damit eine tempe
raturkorrigierte Bestimmung dieses Schichtdickenwertes und
dieser wenigstens einen optischen Kenngröße erfolgen kann.
18. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß diese Vorrichtung relativ zur Meßfläche in einer im
wesentlichen abstandsgleichen Richtung verschiebbar ist,
und daß eine Wegstreckenmeßeinrichtung vorgesehen ist,
welche diese relative Verschiebung quantitativ erfaßt, und
daß weiterhin eine Speichereinrichtung vorgesehen ist, in
welcher die entlang vorgegebener Meßstellen auf der
Oberfläche gemessenen Schichtdickenwerte und diese
optischen Kenngrößen abgespeichert werden.
19. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens ein Meßrad vorgesehen ist, welches während
der Messung auf der zu messenden Oberfläche aufgesetzt ist,
und sich während der Relativbewegung zwischen der
Vorrichtung und der zu messenden Oberfläche dreht.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens eines dieses wenigstens einen Meßrades mit
einem Drehwinkel-Geber verbunden ist, der ein elektrisches
Drehwinkelsignal ausgibt, welches für den vom Meßrad
zurückgelegten Drehwinkel repräsentativ ist.
21. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß in wenigstens einem dieses wenigstens einen Meßrades
wenigstens ein Schichtdickensensor angeordnet ist, welcher
bei einer oder mehr vorbestimmten Winkelpositionen dieses
Meßrades die Schichtdicke der Meßfläche bestimmt.
22. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß in wenigstens einem dieses wenigstens einen Meßrades
dieser wenigstens eine Schichtdickensensor derart radial
angeordnet ist, daß dieser Schichtdickensensor bei einer
oder mehr vorbestimmten Winkelpositionen dieses Meßrades
Kontakt zur Meßfläche hat und die Schichtdicke der
Meßfläche bestimmt.
23. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß in wenigstens einem dieses wenigstens einen Meßrades
zwei oder mehr Schichtdickensensoren derart über den Umfang
symmetrisch verteilt radial angeordnet sind, daß diese
Schichtdickensensoren an zwei oder mehr vorbestimmten
Winkelpositionen dieses Meßrades Kontakt zur Meßfläche
haben und die Schichtdicke der Meßfläche bestimmt.
24. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß in wenigstens einem dieses wenigstens einen Meßrades
ein, zwei oder mehr Schichtdickensensoren angeordnet sind,
und daß diese Schichtdickensensoren eine Radform aufweisen
und drehbar auf der Achse dieses Meßrades gelagert sind, so
daß bei dieser Relativbewegung kontinuierlich oder an
bestimmten Drehwinkeln die Schichtdicke der Meßfläche
bestimmt wird.
25. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß diese Vorrichtung eine Schalteinrichtung aufweist zur
Umschaltung der Schichtdickensensoren zur Bestimmung der
Beschichtungsdicke auf magnetischen, nicht-magnetischen und
Kunststoffsubstraten.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25,
dadurch gekennzeichnet,
daß diese Steuereinrichtung durch Messungen mit diesen unterschiedlichen Schichtdickensensoren Beschichtungs dicken-Testwerte bestimmt
und durch ein im Speicher dieser Steuereinrichtung abge legtes Programm den Typ des Substrates dieser beschichteten Oberfläche bestimmt
und zur Bestimmung der Beschichtungsdicke diese Schaltein ichtung dementsprechend einstellt, und den Schichtdicken wert mit einem für dieses Substrat geeigneten Schicht dickensensor bestimmt.
daß diese Steuereinrichtung durch Messungen mit diesen unterschiedlichen Schichtdickensensoren Beschichtungs dicken-Testwerte bestimmt
und durch ein im Speicher dieser Steuereinrichtung abge legtes Programm den Typ des Substrates dieser beschichteten Oberfläche bestimmt
und zur Bestimmung der Beschichtungsdicke diese Schaltein ichtung dementsprechend einstellt, und den Schichtdicken wert mit einem für dieses Substrat geeigneten Schicht dickensensor bestimmt.
27. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß diese Vorrichtung eine dritte optische Einrichtung mit
wenigstens einer Lichtquelle aufweist deren Licht mit einer
vorgegebenen spektralen Charakteristik aufweist und in
einem dritten vorbestimmten Winkel auf diese Meßfläche
richtbar ist.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27,
dadurch gekennzeichnet,
daß das von dieser wenigstens einen Lichtquelle dieser
dritten optischen Einrichtung ausgestrahlte Licht unter
einem derartigen dritten Winkel auf die Oberfläche
gerichtet ist, daß das unmittelbar von der Meßfläche gemäß
der Fresnel'schen Reflektion gerichtet reflektierte Licht
gegenüber dieser Meßfläche einen anderen Winkel aufweist,
als der Winkel zwischen dieser Meßfläche und dem von dieser
ersten optischen Einrichtung ausgestrahlten und von dieser
Meßfläche gerichtet reflektierten Licht.
29. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß diese wenigstens eine Lichtquelle wenigstens zwei,
vorzugsweise drei lichtausstrahlende Elemente aufweist,
deren Licht sich in der emittierten spektralen
Charakteristik derart unterscheidet, daß die emittierten
Wellenlängenbereiche unterschiedlich sind.
30. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich diese emittierten Wellenlängenbereiche dieser
lichtausstrahlenden Elemente im sichtbaren Bereich des
Lichtspektrums zumindest teilweise überlappen, und daß
diese emittierten spektralen Charakteristiken dieser
lichtausstrahlenden Elemente voneinander linear unabhängig
sind.
31. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß diese wenigstens eine Lichtquelle eine oder mehr
Leuchtdioden aufweist.
32. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß diese zweite optische Einrichtung wenigstens zwei,
vorzugsweise wenigstens drei oder mehr Fotosensoren
aufweist.
33. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens ein Fotosensor wenigstens zwei, vorzugsweise
drei oder mehr fotosensitive Elemente aufweist, deren
elektrische Ausgangssignale einzeln erfaßbar sind.
34. Vorrichtung nach Anspruch 33,
dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens zwei, vorzugsweise drei oder mehr dieser
fotosensitiven Elemente wenigstens eines Fotosensors sich
in ihrer spektralen Charakteristik unterscheiden, so daß
die Farbe des reflektierten Lichtes erfaßbar ist.
35. Verfahren zur quantifizierten Bestimmung der Qualität
beschichteter Oberflächen und insbesondere unter Verwendung
einer Vorrichtung gemäß mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche,
bei welchem eine erste optische Einrichtung mit wenigstens einer Lichtquelle vorgesehen ist, deren Licht in einem ersten vorbestimmten Winkel auf eine Meßfläche, die Teil der zu messenden Oberfläche ist, gerichtet wird,
bei welchem eine zweite optische Einrichtung mit wenigstens einem lichtempfindlichen Fotosensor, welche ebenfalls in einem zweiten vorbestimmten Winkel zu dieser Meßfläche ausgerichtet ist, vorgesehen ist, die das von der Meßfläche reflektierte Licht aufnimmt, sowie
eine Schichtdicken-Messeinrichtung, welche wenigstens einen Schichtdickensensor aufweist, und welche die Schichtdicke der auf dieser Oberfläche aufgebrachten Beschichtungsdicke mißt und ein elektrisches Schichtdicken-Ausgangssignal erzeugt, welches für die zu bestimmende Schichtdicke repräsentativ ist, sowie
eine Steuereinrichtung, die durch Auswertung des Schichtdicken-Ausgangssignals einen Schichtdickenwert bestimmt, und durch Auswertung des von diesem wenigstens einen Fotosensor empfangene, von der Meßfläche reflektierte Licht wenigstens eine für diese Meßfläche charkteristische optische Kenngröße bestimmt; und
wobei diese Steuereinrichtung wenigstens eine Prozessor einrichtung aufweist und den Meßablauf über ein in einem Speicher der Steuereinrichtung abgelegtes Programm steuert, und
eine Ausgabeeinrichtung diesen wenigstens einen Schichtdickenwert und/oder diese wenigstens eine optische Kenngröße ausgibt.
bei welchem eine erste optische Einrichtung mit wenigstens einer Lichtquelle vorgesehen ist, deren Licht in einem ersten vorbestimmten Winkel auf eine Meßfläche, die Teil der zu messenden Oberfläche ist, gerichtet wird,
bei welchem eine zweite optische Einrichtung mit wenigstens einem lichtempfindlichen Fotosensor, welche ebenfalls in einem zweiten vorbestimmten Winkel zu dieser Meßfläche ausgerichtet ist, vorgesehen ist, die das von der Meßfläche reflektierte Licht aufnimmt, sowie
eine Schichtdicken-Messeinrichtung, welche wenigstens einen Schichtdickensensor aufweist, und welche die Schichtdicke der auf dieser Oberfläche aufgebrachten Beschichtungsdicke mißt und ein elektrisches Schichtdicken-Ausgangssignal erzeugt, welches für die zu bestimmende Schichtdicke repräsentativ ist, sowie
eine Steuereinrichtung, die durch Auswertung des Schichtdicken-Ausgangssignals einen Schichtdickenwert bestimmt, und durch Auswertung des von diesem wenigstens einen Fotosensor empfangene, von der Meßfläche reflektierte Licht wenigstens eine für diese Meßfläche charkteristische optische Kenngröße bestimmt; und
wobei diese Steuereinrichtung wenigstens eine Prozessor einrichtung aufweist und den Meßablauf über ein in einem Speicher der Steuereinrichtung abgelegtes Programm steuert, und
eine Ausgabeeinrichtung diesen wenigstens einen Schichtdickenwert und/oder diese wenigstens eine optische Kenngröße ausgibt.
36. Verfahren nach Anspruch 35,
dadurch gekennzeichnet,
daß unterschiedliche Schichtdickensensoren für
unterschiedliche Substrate dieser beschichteten Oberflächen
vorgesehen sind, und daß bei Kunststoffsubstraten,
magnetischen und nicht-magnetischen Substraten
unterschiedliche Schichtdickensensoren zur Bestimmung der
Schichtdicke verwendet werden.
37. Verfahren nach Anspruch 35 oder 36,
dadurch gekennzeichnet,
daß mit den unterschiedlichen Schichtdickensensoren
Beschichtungsdicken-Testwerte nacheinander bestimmt und im
Speicher abgelegt werden, und daß die Steuereinrichtung
durch das im Speicher abgelegte Programm bestimmt, ob das
Substrat magnetisch , nicht-magnetisch, leitend oder nicht
leitend ist und damit den geeigneten Schichtdickensensor
auswählt und den dazu passenden Beschichtungsdicken-
Testwert zur Bestimmung der Beschichtungsdicke verwendet.
38. Verfahren nach Anspruch 35 oder 36,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Auswahl des geeigneten Schichtdickensensors manuell
erfolgt.
39. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 34 bis 38,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwei oder mehr der optischen Kenngrößen dieser
Meßfläche und die Schichtdicke bestimmt werden.
Priority Applications (3)
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---|---|---|---|
DE1998129294 DE19829294A1 (de) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | Vorrichtung und Verfahren zur quantifizierten Bestimmung der Qualität beschichteter Oberflächen |
PCT/EP1999/004472 WO2000000785A1 (de) | 1998-06-30 | 1999-06-28 | Vorrichtung und verfahren zur quantifizierten bestimmung der qualität beschichteter oberflächen |
JP2000557110A JP2002519651A (ja) | 1998-06-30 | 1999-06-28 | 被覆面の質を定量的に判定する装置及びその方法 |
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DE1998129294 DE19829294A1 (de) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | Vorrichtung und Verfahren zur quantifizierten Bestimmung der Qualität beschichteter Oberflächen |
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Publication Number | Publication Date |
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ID=7872574
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DE1998129294 Ceased DE19829294A1 (de) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | Vorrichtung und Verfahren zur quantifizierten Bestimmung der Qualität beschichteter Oberflächen |
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JP (1) | JP2002519651A (de) |
DE (1) | DE19829294A1 (de) |
WO (1) | WO2000000785A1 (de) |
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