DE19846619A1 - Structured surface appearance quality determining equipment, evaluates electrical measurement signal from photosensor array to derive structure code characterizing structure-dependent characteristic of measurement surface - Google Patents
Structured surface appearance quality determining equipment, evaluates electrical measurement signal from photosensor array to derive structure code characterizing structure-dependent characteristic of measurement surfaceInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Ver fahren zur Bestimmung der Qualität strukturierter Oberflächen.The present invention relates to an apparatus and a ver drive to determine the quality of structured surfaces.
Unter der Qualität einer Oberfläche bzw. einer strukturierten Oberfläche sollen hier die physikalischen Eigenschaften einer Oberfläche verstanden werden, die das Aussehen einer Oberfläche für den menschlichen Betrachter bestimmen.Under the quality of a surface or a structured Here, the physical properties of a surface should Surface are understood to be the appearance of a surface for the human viewer.
Insbesondere Eigenschaften wie Struktur, Farbe, Helligkeit der Farbe, Glanz, Abbildungsschärfe (engl. DOI), Glanzschleier, Ober flächentexturen und Oberflächenwelligkeiten (engl. orange peel) etc. kennzeichnen strukturierte Oberflächen.In particular properties such as structure, color, brightness of the Color, gloss, sharpness of image (DOI), glossy haze, upper surface textures and surface ripples (orange peel) etc. characterize structured surfaces.
Die Beschaffenheit der sichtbaren Oberflächen ist eine wesentli che Eigenschaft von Gegenständen des täglichen Lebens, wie bei spielsweise Einrichtungsgegenständen und Gebrauchsgegenständen, wie Autos und dergleichen.The quality of the visible surfaces is essential property of everyday objects, such as for example furnishings and utensils, like cars and the like.
Im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik wird viel Wert auf den visu ellen Eindruck der sichtbaren Oberflächen gelegt. Im folgenden werden die technischen Probleme, die bei der Gestaltung von Ober flächen im Kraftfahrzeugbereich entstehen, näher erläutert, ohne jedoch die vorliegende Erfindung in ihrer Anwendung in irgendei ner Weise einzuschränken. In the field of automotive technology, a lot of value is placed on the visu the impression of the visible surfaces. Hereinafter become the technical problems involved in the design of upper areas in the motor vehicle area arise, explained in more detail, without however, the present invention as applied in any in a way.
Kraftfahrzeugkarosserien werden üblicherweise mit einer Hoch glanz- oder Metalliclackierung versehen, deren Reflexionsvermögen oder Glanzkennwert den entsprechenden Werten von anderen Flächen, wie z. B. Möbeln, weit überlegen ist. Der hohe Glanz der verwen deten Lacke und die relativ großen, ebenen Flächen erfordern eine außerordentlich sorgfältige Vorbereitung der zu lackierenden Flä chen und eine besonders sorgfältige Auftragung des Lacks.Motor vehicle bodies are usually high provided glossy or metallic paint, their reflectivity or gloss value the corresponding values of other surfaces, such as B. furniture, is far superior. The high gloss of the use The varnish and the relatively large, flat surfaces require one extraordinarily careful preparation of the surfaces to be painted and a particularly careful application of the paint.
Im Stand der Technik sind verschiedene Verfahren, Vorrichtungen und Apparate bekannt, wie z. B. in der DE 44 34 203 A1 beschrie ben, mit denen die visuellen Eigenschaften und speziell das Re flexionsverhalten von Oberflächen bestimmt werden können.Various methods and devices are in the prior art and apparatuses known, e.g. B. in DE 44 34 203 A1 with which the visual properties and especially the Re flexion behavior of surfaces can be determined.
Weiterhin werden in der Automobil-Industrie im Innenraum von Kraftfahrzeugen eine Vielzahl von strukturierten Oberflächen ver arbeitet, die aus natürlichen Stoffen, wie z. B. Holz oder Kunst stoff bestehen.Furthermore, in the automotive industry in the interior of Motor vehicles ver a variety of structured surfaces works from natural substances, such as. B. wood or art consist of fabric.
Der visuelle Eindruck strukturierter Oberflächen hängt wesentlich von der Ausgeprägtheit der Struktur der Oberfläche ab, wird je doch auch von den anderen obengenannten optischen Kenngrößen be stimmt.The visual impression of structured surfaces depends essentially depends on the distinctiveness of the structure of the surface but also from the other optical parameters mentioned above Right.
Die Automobil-Hersteller beschäftigen heute eine Vielzahl von Prüfern und verwenden eine Vielzahl von aufwendigen, großbauenden Meßapparaturen, die die Qualität der Flächen visuell oder automa tisch prüfen, um Qualitätsmängel von Oberflächen schon bei der Produktion zu erkennen. Diese Methode bringt jedoch eine ganze Reihe von Nachteilen mit sich.The automobile manufacturers now employ a large number of Testers and use a variety of elaborate, large-scale Measuring devices that visually or automa Check the table to see if there are any quality defects on the surfaces Recognizing production. However, this method brings a whole Series of disadvantages.
Die Arbeit der visuellen Prüfer ist sehr anstrengend und erfor dert Werkräume, deren Lichtverhältnisse immer exakt definiert sind. Dennoch wurden große Unterschiede bei der Bewertung von gleichen Oberflächen 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.The work of the visual inspector is very exhausting and demanding changes workrooms whose lighting conditions are always precisely defined are. Nevertheless, there were large differences in the rating of same surfaces determined by different inspectors because on the one hand the respective physiological impression of the examiner Examiner is different, and secondly, eyesight of the individual auditor also from their respective physical Constitution depends.
Es bereitet somit große Schwierigkeiten, eine untere Qualitäts grenze zu definieren, deren Unterschreiten nicht mehr hingenommen werden kann.It is therefore very difficult to achieve a lower quality to define a limit that is no longer acceptable can be.
Weiterhin ist es auch für erfahrene Prüfer schwierig festzustel len, welche Ursachen ein ungenügender visueller Eindruck hat. Be sonders bei strukturierten Oberflächen wird der visuelle Eindruck durch eine Kombination unterschiedlicher Parameter bestimmt, so daß es schwierig ist, aufgrund der gemachten Beobachtungen und Messungen z. B. Steuerungswerte einer automatischen Lackierein richtung zur Verbesserung der Qualität zu verändern.It is also difficult for experienced examiners to determine the causes of an insufficient visual impression. Be The visual impression is particularly good with structured surfaces determined by a combination of different parameters, so that it is difficult, based on the observations made and Measurements e.g. B. Control values of an automatic painting change direction to improve quality.
Strukturierte Kunststoffoberflächen werden häufig durch ein Prä geverfahren hergestellt, bei dem die verwendeten Formen bzw. Prä gerollen etc. einem Verschleiß unterliegen. Mit zunehmender An zahl geprägter Oberflächen wird die Struktur der Prägeform und somit auch die Struktur der Kunststoffoberfläche immer geringer. Durch einen regelmäßigen Austausch der Prägewerkzeuge kann die Produktion hinsichtlich Qualität und Quantität optimiert werden; allerdings ist die Lebensdauer der verwendeten Werkzeuge bei Schwankungen in der Materialzusammensetzung oder Schwankungen der Umgebungsbedingungen unterschiedlich, so daß die Werkzeuge im allgemeinen schon ausgetauscht werden, obwohl ihre Qualität zur Herstellung fertiger strukturierter Oberflächen noch ausreicht.Structured plastic surfaces are often characterized by a pre produced ge process in which the forms or pre rolls etc. are subject to wear. With increasing arrival The structure of the embossing shape and number of embossed surfaces thus the structure of the plastic surface is becoming less and less. The stamping tool can be replaced regularly Production to be optimized in terms of quality and quantity; however, the life of the tools used is at Fluctuations in the material composition or fluctuations in the Ambient conditions differ, so that the tools in general already exchanged, although their quality for Production of finished structured surfaces is still sufficient.
Werden zur Prüfung der Qualität strukturierter Oberflächen auto matisch arbeitende Geräte verwendet, um z. B. den Glanz oder die Abbildungsschärfe der Oberfläche zu bestimmen, so können quanti tative Zahlenwerte erhalten werden. Ein entscheidender Nachteil ist jedoch bei den visuellen und auch bei den automatischen Prü fungen, daß zwar Werte für die untersuchten, optischen Eigenschaf ten bestimmt werden, der Benutzer jedoch keinerlei Angaben über die Ursache hat.Are used to check the quality of structured surfaces auto matically working devices used to z. B. the gloss or the To determine the image sharpness of the surface, quanti tative numerical values can be obtained. A crucial disadvantage is however with the visual and also with the automatic test found that values for the examined optical properties can be determined, but the user has no information about has the cause.
Ein weiterer Nachteil herkömmlicher Meßapparaturen ist, daß sie eine erheblichen Raumbedarf aufweisen, und somit nicht vom Benut zer mitgenommen werden können.Another disadvantage of conventional measuring equipment is that it have a considerable space requirement, and therefore not from the user can be taken with you.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ver fahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Verfü gung zu stellen, so daß damit eine reproduzierbare Bewertung der Qualität von Oberflächen und insbesondere strukturierten Oberflä chen erfolgen kann und daß derartige physikalische Größen der zu messenden Oberfläche bestimmt werden, daß eine charakteristische strukturbedingte Eigenschaft dieser Oberfläche bestimmt wird.It is therefore an object of the present invention to provide a ver drive and a device of the type mentioned available supply, so that a reproducible evaluation of the Quality of surfaces and especially structured surfaces Chen can be done and that such physical quantities to measuring surface that are characteristic structure-related property of this surface is determined.
Ein weiterer Aspekt der Aufgabe ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die kleinbauend und leicht gestaltet und derart be schaffen ist, daß sie von einer Bedienungsperson leicht mitgenom men und ohne weitere Hilfsmittel zur Bewertung einer Oberfläche herangezogen werden kann.Another aspect of the task is to create a device create that small and light and so be create is that they easily mitgenom by an operator and without any additional tools for evaluating a surface can be used.
Ein weiterer Aspekt der Aufgabe ist es, eine Vorrichtung zum Mes sen visueller Eigenschaften zu schaffen, bei welcher trotz des kompakten Aufbaus gemäß dem vorherigen Aspekt der Aufgabe der Er findung die Möglichkeiten zur Messung gegenüber den im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen erheblich erweitert ist.Another aspect of the task is a device for measuring to create visual properties which, despite the compact structure according to the previous aspect of the task of the Er finding the possibilities for measurement compared to those in the prior art Technology known devices is significantly expanded.
Ein weiterer Aspekt der Aufgabe ist es, ein Verfahren anzugeben, welches eine vorteilhafte Erfassung einer charakteristischen strukturbedingten Eigenschaft von Oberflächen ermöglicht.Another aspect of the task is to provide a method which is an advantageous detection of a characteristic structure-related property of surfaces.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gelöst, wie sie in Anspruch 1 definiert ist. Das erfindungsgemäße Verfah ren ist Gegenstand des Anspruchs 45. According to the invention, this object is achieved by a device as defined in claim 1. The inventive method ren is the subject of claim 45.
Zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Preferred developments of the invention are the subject of Subclaims.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird mit einer ersten opti schen Einrichtung, die eine oder mehrere Lichtquellen aufweist, Licht unter einem vorbestimmten Winkel auf eine Meßfläche gerich tet, die Teil der zu messenden Oberfläche ist.In the device according to the invention, a first opti device that has one or more light sources, Light at a predetermined angle on a measuring surface tet, which is part of the surface to be measured.
Mit einer unter einem zweiten, vorbestimmten Winkel zu dieser Meß fläche ausgerichteten, zweiten optischen Einrichtung, die einen oder mehrere lichtempfindliche Fotosensoren aufweist, wird das von der Meßfläche reflektierte Licht aufgenommen.With a measuring at a second, predetermined angle to this area-oriented, second optical device, the one or has multiple photosensitive photosensors, that will reflected light from the measuring surface.
Dieser Fotosensor bzw. diese Fotosensoren, der bzw. die minde stens eine lichtempfindliche Fläche aufweisen, geben ein elektri sches Meßsignal aus, welches für das reflektierte Licht charakte ristisch ist, wobei die erste und die zweite optische Einrichtung so beschaffen sind, daß das reflektierte Licht durch die Struktur dieser Meßfläche beeinflußt wird.This photo sensor or these photo sensors, the minde at least have a light-sensitive surface, give an electri cal measurement signal, which characterizes the reflected light is realistic, the first and the second optical device are such that the reflected light through the structure this measuring surface is influenced.
In der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Auswerteeinrichtung angeordnet, die zur Steuerung des Meßablaufs vorgesehen ist und die wenigstens eine Prozessoreinrichtung und wenigstens eine Speichereinrichtung aufweist und die das reflektierte Licht aus wertet und daraus wenigstens eine Strukturkennzahl ableitet, wel che wenigstens eine der strukturbedingten Eigenschaften dieser Oberfläche charakterisiert.An evaluation device is in the device according to the invention arranged, which is provided for controlling the measurement sequence and the at least one processor device and at least one Has storage device and the reflected light evaluates and derives at least one structural key figure, wel che at least one of the structural properties of these Characterized surface.
Eine Ausgabeeinrichtung, die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung angeordnet ist, dient zur Ausgabe der Meßwerte.An output device in the device according to the invention is arranged, is used to output the measured values.
Die Auswerteeinrichtung wertet über ein in der Speichereinrich tung gespeichertes Programm die Meßsignale aus und speichert in einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Meßsignale und/oder die Meßwerte in dieser Speichereinrich tung.The evaluation device evaluates one in the memory device tion stored program the measurement signals and stores in a preferred development of the device according to the invention the measurement signals and / or the measurement values in this memory device tung.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in der zweiten optischen Einrichtung eine Viel zahl von Fotosensoren angeordnet, welche in Reihen und/oder Spal ten angeordnet sein können.In a further preferred development of the invention Devices are a lot in the second optical device Number of photo sensors arranged in rows and / or Spal ten can be arranged.
Im Unterschied zu konventionellen Vorrichtungen können bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Fotosensoren auf einem gemein samen Substrat angeordnet werden. Die einzelnen Fotosensoren kön nen auch durch Verschaltung lichtempfindlicher Flächen auf einem gemeinsamen Substrat gebildet werden, wobei die Fläche jedes lichtempfindlichen Sensors so gewählt oder wählbar ist, daß sie in der Meßvorrichtung einem vorgegebenen Winkelbereich des Refle xionswinkels entspricht.In contrast to conventional devices, the device according to the invention the photosensors on a common seeds are arranged. The individual photo sensors can also by interconnecting photosensitive surfaces on one common substrate are formed, the area of each photosensitive sensor is selected or selectable so that it in the measuring device a predetermined angular range of the reflect xionswinkel corresponds.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat erhebliche Vorteile:
Eine wesentliche Voraussetzung zur Steuerung des Fertigungsab
laufs bei der Herstellung von strukturierten und nicht
strukturierten Oberflächen ist die Bestimmung der optischen Qua
lität oder des visuellen Eindrucks der Oberfläche. Durch die Ana
lyse des an der Oberfläche reflektierten Lichts wird eine Struk
turkennzahl abgeleitet, die die Qualität der Oberfläche be
schreibt. Eine Kennzahl für die Struktur strukturierter Oberflä
chen wird von herkömmlichen visuellen oder automatischen Meßme
thoden nicht bestimmt.The device according to the invention has considerable advantages:
An essential prerequisite for controlling the production process in the production of structured and unstructured surfaces is the determination of the optical quality or the visual impression of the surface. By analyzing the light reflected on the surface, a structural key figure is derived that describes the quality of the surface. A key figure for the structure of structured surfaces is not determined by conventional visual or automatic measuring methods.
Dies ist besonders vorteilhaft, da das Profil der Struktur einer strukturierten Oberfläche wesentlich zum visuellen Gesamteindruck dieser Oberfläche beiträgt.This is particularly advantageous because the profile of the structure is one structured surface essential to the overall visual impression contributes to this surface.
Bei der Verwendung von Präge-, Guß- oder anderen Verfahren unter liegen die verwendeten Formen einem Verschleiß, der u. a. von der Anzahl hergestellter, strukturierter Oberflächen abhängt. Neben der Anzahl hergestellter Bauteile mit strukturierten Oberflächen spielen aber auch Umweltbedingungen, wie Luftfeuchtigkeit, Mate rial und Lufttemperatur eine entscheidende Rolle für die Qualität der herzustellenden Oberfläche.When using embossing, casting or other procedures below are the shapes used a wear that u. a. of the Number of manufactured, structured surfaces depends. Next the number of manufactured components with structured surfaces but also play environmental conditions such as humidity, mate rial and air temperature play a crucial role in quality the surface to be manufactured.
Bei herkömmlichen Herstellungsverfahren müssen die verwendeten Formen nach einer bestimmten Anzahl geprägter oder gegossener Bauteile oder nach einer bestimmten Zeitdauer ausgetauscht wer den, um eine gleichbleibend hohe Qualität der hergestellten Bau teile zu sichern.In conventional manufacturing processes, the ones used Forms after a certain number of embossed or cast Components or who are replaced after a certain period of time to ensure a consistently high quality of construction secure parts.
Dieses Verfahren führt zu einem unnötig hohen Aufwand, da oftmals auch Werkzeuge mit noch ausreichender Qualität ausgewechselt wer den, während es andererseits auch vorkommt, daß durch Umweltein flüsse oder Materialinhomogenitäten bzw. -unterschiede die Werk zeuge vor dem vorgesehenen Wechselzeitpunkt verschlissen sind.This procedure leads to an unnecessarily high expenditure, since often also tools with sufficient quality who are replaced while, on the other hand, it also happens that through environmental flows or material inhomogeneities or differences in the plant are worn out before the scheduled time of change.
Eine Möglichkeit zur Vermeidung eines zu großen Ausschusses ist die regelmäßige Kontrolle. Dazu muß der Produktionsablauf zur Überprüfung der Werkzeuge angehalten werden, so daß sich kost spielige Stillstandszeiten ergeben.One way to avoid having too many rejects is regular checks. To do this, the production process must Checking of the tools are stopped, so that costs playful downtimes result.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, einfach, schnell und zuverlässig während der laufenden Produktion die Qua lität strukturierter Oberflächen zu bestimmen, so daß ein unzu lässiger Verschleiß der Werkzeuge frühzeitig festgestellt werden kann und unnötige Stillstandszeiten der Produktionsanlage vermie den werden.With the device according to the invention it is possible to simply the Qua quickly and reliably during ongoing production lity of structured surfaces to determine, so that a too casual wear of the tools can be determined at an early stage can and avoid unnecessary downtimes of the production plant that will.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung der erfindungsgemäßen Vor richtung ist, daß unnötig häufige Wechsel der verwendeten Werk zeuge, Formen und Prägerollen und dergl. unterbleiben können, was zu geringeren Produktionskosten führt. Another advantage of using the pre according to the invention Direction is that unnecessarily frequent changes of the work used witnesses, shapes and embossing rolls and the like leads to lower production costs.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung kleinbauend ist und so vom Benutzer jederzeit mitge nommen werden kann.Another major advantage is that the invention Device is small and so mitge by the user at all times can be taken.
Deshalb eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung auch für die Endkontrolle an schlecht zugänglichen Orten oder in Innenräumen von z. B. Kraftfahrzeugen, wo eine Vielzahl strukturierter Ober flächen eingesetzt wird.Therefore, the device according to the invention is also suitable for Final inspection in poorly accessible places or indoors from Z. B. motor vehicles, where a variety of structured upper areas is used.
Ein weiterer Vorteil einer solchen kleinbauenden Vorrichtung ist, daß auch an konkav oder konvex gekrümmten Oberflächen die Quali tät einfach und zuverlässig bestimmt werden kann.Another advantage of such a small device is that even on concave or convex curved surfaces the qual can be determined easily and reliably.
Vorteilhaft ist auch, daß durch die erfindungsgemäße Vorrichtung unterschiedlichste Stellen einer zu untersuchenden Oberfläche schnell und einfach gemessen werden können und so die Qualitäts verteilung über einer Oberfläche oder auch die Reproduzierbarkeit getestet werden kann.It is also advantageous that the device according to the invention different places on a surface to be examined can be measured quickly and easily and so the quality distribution over a surface or reproducibility can be tested.
In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrich tung weist wenigstens ein erster Teil dieses von dieser ersten optischen Einrichtung ausgestrahlten Lichts ein Lichtmuster auf. Die erste optische Einrichtung kann eine Mustereinrichtung ent halten. Das von dieser wenigstens einen Lichtquelle dieser ersten optischen Einrichtung ausgestrahlte Licht wird bei dieser Weiter bildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wenigstens teilweise auf diese Mustereinrichtung gestrahlt. Das durch diese Musterein richtung transmittierte Licht wird entsprechend dem Muster der Mustereinrichtung in der Amplitude und/oder Phase beeinflußt.In a preferred development of the device according to the invention tion has at least a first part of this from this first optical device emitted light a light pattern. The first optical device can ent a pattern device hold. That of this at least one light source of this first optical device emitted light will continue at this formation of the device according to the invention at least partially blasted onto this sample device. That through these patterns direction transmitted light is made according to the pattern of Pattern device influenced in amplitude and / or phase.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist das von dieser Mustereinrichtung ausgestrahlte Lichtmuster wenigstens eine Hell-/Dunkel-Kante, oder eine Viel zahl von Hell-/Dunkel-Kanten auf, wobei in einer weiteren Weiter bildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wenigstens ein Teil dieser Vielzahl von Hell-/Dunkel-Kanten wenigstens abschnittswei se parallel zueinander verläuft.In a further preferred development of the invention The device has that emitted by this pattern device Light pattern at least one light / dark edge, or a lot number of light / dark edges, with a further next formation of the device according to the invention at least part this multitude of light / dark edges at least in sections runs parallel to each other.
Das Muster dieser Mustereinrichtung kann symmetrisch zur opti schen Achse angeordnet sein. In dem Fall, daß das ausgestrahlte Lichtmuster eine Vielzahl von Hell-/Dunkel-Kanten aufweist, kön nen die einzelnen Hell-/Dunkel-Kanten einen geraden, kreis- oder sinusförmigen Verlauf aufweisen.The pattern of this pattern device can be symmetrical to the opti rule the axis. In the event that the broadcast Light pattern has a variety of light / dark edges, can the individual light / dark edges a straight, circular or have a sinusoidal shape.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist wenigstens ein Teil dieser Vielzahl von Hell-/Dunkel-Kanten gitter-, kreuzgitter- oder kreisförmig angeordnet.In a preferred development, at least part of this is Variety of light / dark edges grid, cross grid or arranged in a circle.
Die Projektion eines Lichtmusters auf die zu untersuchende Ober fläche ist besonders vorteilhaft, da die Auswertung des von der zu untersuchenden Oberfläche bzw. der Meßfläche reflektierten Lichtmusters Rückschlüsse auf die Qualität und die Struktur der zu untersuchenden Meßfläche erlaubt.The projection of a light pattern onto the surface to be examined area is particularly advantageous since the evaluation of the data from the surface to be examined or the measuring surface reflected Light pattern conclusions on the quality and structure of the measurement area to be examined allowed.
Es ist möglich, daß das Lichtmuster keine scharfen Übergänge von hell nach dunkel aufweist, sondern die Intensität des projizier ten Lichts sinus- oder sägezahnförmig beeinflußt.It is possible that the light pattern does not have sharp transitions from has light to dark, but the intensity of the projected th light influenced sinusoidal or sawtooth-shaped.
In einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist ein erster Teil eines von dieser ersten opti schen Einrichtung ausgestrahlten Lichts dieses Lichtmuster auf, während ein zweiter Teil ohne Lichtmuster auf die Meßfläche ge richtet ist.In a further preferred development of the invention The device has a first part of one of these first opti the light emitted by this device, while a second part without a light pattern on the measuring surface is aimed.
Es ist aber auch möglich, daß bei der erfindungsgemäßen Vorrich tung die Mustereinrichtung zuschaltbar ist, so daß ein abwech selndes Messen mit Lichtmuster und ohne Lichtmuster möglich ist.But it is also possible that in the Vorrich invention tion, the pattern device can be switched on, so that a deviation Selective measurement with light pattern and without light pattern is possible.
Dazu ist es möglich, daß diese Mustereinrichtung z. B. eine LCD- Einrichtung aufweist, bei welcher einzelne Bereiche oder einzelne Pixel je nach Bedarf zu unterschiedlichen Lichtmustern verschal tet werden können, so daß das Lichtmuster schnell und einfach an die gegebenen Erfordernisse angepaßt bzw. abgeschaltet werden kann.It is possible that this pattern device z. B. an LCD Has facility in which individual areas or individual Shutter pixels to different light patterns as required can be tet, so that the light pattern quickly and easily on the given requirements are adjusted or switched off can.
Durch Auswertung des Signals dieses wenigstens einen Fotosensors, welcher wenigstens einen Teil des reflektierten Lichtmusters auf nimmt, kann eine Strukturkennzahl von dieser Auswerteeinrichtung bestimmt werden, welche wenigstens für eine strukturbedingte Ei genschaft dieser Oberfläche charakteristisch ist.By evaluating the signal of this at least one photo sensor, which has at least part of the reflected light pattern takes, a structural key figure from this evaluation device be determined which at least for a structure-related egg characteristic of this surface is characteristic.
In einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestimmt diese Auswerteeinrichtung wenigstens für ei nen Teil dieser Vielzahl von Fotosensoren eine Steigung des elek trischen und/oder digitalen Meßsignals, indem eine Differenz des elektrischen und/oder digitalen Meßsignals des Fotosensors mit diesem elektrischen und/oder digitalen Meßsignal des nächsten Fo tosensors in dieser Reihe und/oder Spalte gebildet wird, oder in dem Differenzen des elektrischen und/oder digitalen Meßsignals dieses Fotosensors mit diesem elektrischen und/oder digitalen Meßsignal wenigstens eines Teils der direkt oder diagonal benach barten Fotosensoren gebildet werden.In a further preferred development of the invention The device determines this evaluation device at least for egg part of this large number of photo sensors an increase in the elec trical and / or digital measurement signal by a difference of electrical and / or digital measurement signal of the photo sensor with this electrical and / or digital measurement signal of the next Fo tosensors is formed in this row and / or column, or in the differences in the electrical and / or digital measurement signal this photo sensor with this electrical and / or digital Measurement signal of at least part of the directly or diagonally adjacent beard photo sensors are formed.
Dies ist besonders vorteilhaft, da die Steigungen der Meßsignale und insbesondere die Steigungen der Meßsignale bei Bestrahlung mit einem Lichtmuster dazu geeignet sind, eine Strukturkennzahl abzuleiten, welche für wenigstens eine strukturbedingte Eigen schaft der zu untersuchenden Meßfläche charakteristisch ist.This is particularly advantageous because the slopes of the measurement signals and in particular the slopes of the measurement signals when irradiated with a light pattern are suitable for a structural key figure to derive which for at least one structure-related property shaft of the measuring surface to be examined is characteristic.
In einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestimmt diese Auswerteeinrichtung wenigstens einen Durchschnitt wenigstens eines Teils dieser Steigungen der Meßsi gnale dieser Fotosensoren und bestimmt aus diesem wenigstens ei nen Durchschnitt diese charakteristische Strukturkennzahl für diese wenigstens eine strukturbedingte Eigenschaft dieser Ober fläche.In a further preferred development of the invention This evaluation device determines at least one device Average of at least part of these gradients of the Messsi gnale of these photo sensors and determines at least one of them average this characteristic structural index for this at least one structure-related property of this waiter area.
Aus diesen Steigungen kann aber auch ein Histogramm bestimmt wer den, in welchem für vorbestimmte und/oder wählbare Bereiche die Steigung über der Anzahl dieser Steigungen in den entsprechenden Intervallen bzw. Bereichen aufgetragen wird. Mit der Bildung des Schwerpunkts und/oder des Mittelwerts der Steigungen kann eine charakteristische Strukturkennzahl in dieser Auswerteeinrichtung abgeleitet werden, welche die strukturbedingten Eigenschaften dieser Oberfläche charakterisiert.A histogram can also be determined from these gradients in which for predetermined and / or selectable areas Slope above the number of these slopes in the corresponding Intervals or areas is applied. With the formation of the The center of gravity and / or the mean value of the slopes can be a characteristic structural key figure in this evaluation device which are derived from the structure-related properties characterized this surface.
Diese bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist besonders vorteilhaft, da durch die Bestimmung wenigstens ei nes Teils der Steigungen und durch die Bildung der Durchschnitts steigung schnell und zuverlässig eine charakteristische Struktur kennzahl für diese Meßfläche bestimmt werden kann.This preferred development of the device according to the invention is particularly advantageous because by determining at least one egg part of the slopes and by averaging a characteristic structure quickly and reliably key figure can be determined for this measuring surface.
Abgerundete Oberflächenstrukturen, wie sie z. B. bei Verwendung von abgenutzten oder verschlissenen Werkzeugen bei der Produktion strukturierter Oberflächen entstehen, reflektieren auf diese Oberfläche projiziertes Licht diffuser als Oberflächen mit schär fer ausgeprägtem Profil.Rounded surface structures, such as z. B. in use of worn or worn tools in production structured surfaces emerge, reflect on them Surface projected light is more diffuse than surfaces with sharp distinctive profile.
Durch die Verwendung einer solchen Weiterbildung der erfindungs gemäßen Vorrichtung ist es möglich, die strukturbedingten Eigen schaften zu bestimmen.By using such a further development of the Invention According to the device, it is possible to own the structure to determine.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden als optische Kenngrößen neben dieser charakte ristischen Strukturkennzahl noch wenigstens eine, zwei, drei oder mehr charakteristische, optische Kenngrößen dieser Meßfläche be stimmt. In a further preferred development of the invention Device are used as optical parameters in addition to this character structural key figure at least one, two, three or be more characteristic, optical parameters of this measuring surface Right.
In bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung wird der Glanz (engl. gloss) oder der Schleierglanz (engl. haze) oder die Abbil dungsschärfe (engl. distinction of image DOI) oder ein repräsen tatives Maß für die typische Wellenlänge und deren Amplitude (engl. orange peel) der Topologie der Schichtdicke dieser Meßflä che bestimmt.In preferred developments of the invention, the gloss (Engl. gloss) or the Schleierglanz (Engl. haze) or the Abbil distinction of image DOI or a representative tative measure of the typical wavelength and its amplitude (English orange peel) the topology of the layer thickness of this measuring surface che determined.
Die Bestimmung des orange peel erfolgt in einem vorbestimmten Wellenlängenintervall; die Auswertung zur Bestimmung des orange peel kann aber auch in zwei oder mehr Wellenlängenbereichen er folgen. Weiterhin ist es möglich, die Farbe der Meßfläche oder die Helligkeit der Farbe zu bestimmen.The orange peel is determined in a predetermined manner Wavelength interval; the evaluation to determine the orange However, peel can also be used in two or more wavelength ranges consequences. It is also possible to change the color of the measuring surface or to determine the brightness of the color.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung dieser Erfindung wer den neben der Strukturkennzahl noch weitere der obengenannten charakteristischen optischen Kenngrößen bestimmt.In a further preferred development of this invention, who in addition to the structural key figure, there are also other of the above characteristic optical parameters determined.
Eine solche Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist besonders vorteilhaft, da mit dieser kleinbauenden Vorrichtung u. U. alle interessierenden, visuellen und physikalischen Eigenschaf ten dieser Meßfläche bestimmt werden können.Such a development of the device according to the invention is particularly advantageous because with this small-sized device u. U. all interesting, visual and physical properties th of this measuring surface can be determined.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung aller vorstehend beschrie benen Ausführungsbeispiele ist eine dritte optische Einrichtung angeordnet, welche wenigstens eine Lichtquelle aufweist und Licht mit einer vorgegebenen, spektralen Charakteristik ausstrahlt, wel ches in einem vorbestimmten Winkel auf diese Meßfläche gerichtet ist.In an advantageous development of all described above benen exemplary embodiments is a third optical device arranged, which has at least one light source and light with a given spectral characteristic, wel ches directed at this measuring surface at a predetermined angle is.
In den bisher genannten bevorzugten Weiterbildungen der erfin dungsgemäßen Vorrichtung kann der vorbestimmte Winkel, in welchem das von der ersten optischen Einrichtung ausgestrahlte Licht zu dieser Meßfläche ausgerichtet ist und/oder der vorbestimmte Win kel, unter welchem die zweite optische Einrichtung das von dieser Meßfläche reflektierte Licht aufnimmt, und/oder der vorbestimmte Winkel, in welchem das von der dritten optischen Einrichtung aus gestrahlte Licht zu dieser Meßfläche ausgerichtet ist, frei ein gestellt werden und umfaßt insbesondere die Winkel 5°, 10°, 15°, 20°, 30°, 45°, 60°, 75°, 80° und 85° zwischen der Normalen der Meßfläche und dem entsprechenden Winkel. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß auch andere als die hier genannten Winkel mög lich sind.In the preferred further developments of the inventions mentioned above device according to the invention, the predetermined angle at which the light emitted by the first optical device this measuring surface is aligned and / or the predetermined win kel, under which the second optical device that of this Measuring surface reflects reflected light, and / or the predetermined Angle at which that from the third optical device radiated light is aligned to this measuring surface, freely be made and includes in particular the angles 5 °, 10 °, 15 °, 20 °, 30 °, 45 °, 60 °, 75 °, 80 ° and 85 ° between the normal of the Measuring surface and the corresponding angle. However, it was on it pointed out that angles other than those mentioned here are also possible are.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist dieses von dieser dritten optischen Einrichtung ausgestrahlte Licht in einem derartigen Winkel auf die Oberfläche gerichtet, daß das unmittelbar von der Meßfläche gemäß der Fresnel'schen Re flexion gerichtet reflektierte Licht gegenüber dieser Meßfläche einen anderen Winkel aufweist als der Winkel zwischen dieser Meß fläche und dem von dieser Meßfläche gerichtet reflektierten Licht, welches von dieser ersten optischen Einrichtung ausge strahlt wird, so daß die zweite optische Einrichtung bzw. die Fo tosensoren im wesentlichen das von der dritten optischen Einrich tung ausgestrahlte Licht und diffus von dieser Meßfläche reflek tierte Licht aufnimmt.In a further preferred development of the invention this emitted by this third optical device Light directed at the surface at such an angle that this is directly from the measuring surface according to Fresnel's Re reflected light directed towards this measuring surface has a different angle than the angle between this measuring surface and that reflected by this measuring surface Light emitted by this first optical device is emitted, so that the second optical device or the Fo sensors essentially that of the third optical device device emitted light and diffuse from this measuring surface reflec takes light.
Diese wenigstens eine Lichtquelle dieser dritten optischen Ein richtungen kann eine, zwei und besonders bevorzugt drei lichtaus strahlende Elemente aufweisen, deren Licht sich in der emittier ten spektralen Charakteristik derart unterscheidet, daß die emit tierten Wellenlängenbereiche unterschiedlich sind.This at least one light source of this third optical one directions can be one, two and particularly preferably three lights have radiating elements whose light emits in the th spectral characteristic so different that the emit tated wavelength ranges are different.
Die emittierten Wellenlängenbereiche dieser lichtausstrahlenden Elemente können sich im sichtbaren Bereich des Lichtspektrums zu mindest teilweise überlappen, und in einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die emit tierten, spektralen Charakteristika dieser lichtausstrahlenden Elemente voneinander linear unabhängig. The emitted wavelength ranges of these light emitting Elements can become visible in the light spectrum overlap at least partially, and in another preferred Further development of the device according to the invention are the emit ted, spectral characteristics of these light emitting Elements linearly independent of each other.
In einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind wenigstens zwei, vorzugsweise drei oder mehr Fo tosensoren derart gestaltet, daß sie sich in ihrer spektralen Charakteristik unterscheiden, so daß als optische Kenngröße die ser Meßfläche die Farbe des reflektierten Lichts erfaßbar ist.In a further preferred development of the invention Devices are at least two, preferably three or more fo sensors designed in such a way that they differ in their spectral range Distinguish characteristic, so that as an optical parameter water measuring surface the color of the reflected light can be detected.
In einer anderen, bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist wenigstens ein Fotosensor wenigstens zwei, vor zugsweise drei oder mehr fotosensitive Elemente auf, deren elek trische Ausgangssignale einzeln erfaßbar sind und die sich in ih rer spektralen Charakteristik unterscheiden, so daß die Farbe des von dieser Meßfläche reflektierten Lichts erfaßbar ist.In another preferred development of the invention The device has at least one photosensor, at least two preferably three or more photosensitive elements, the elec trical output signals can be detected individually and which are in ih rer spectral characteristics, so that the color of the reflected light from this measuring surface can be detected.
Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die es er möglicht, die Farbe des von dieser Meßfläche reflektierten Lichts zu erfassen, ist besonders vorteilhaft, da die Farbe und die Hel ligkeit der Farbe wesentliche Merkmale von Oberflächen und auch von strukturierten Oberflächen sind.A further development of the device according to the invention that he possible, the color of the light reflected by this measuring surface it is particularly advantageous to record, since the color and the hel lightness essential characteristics of surfaces and also of structured surfaces.
In weiteren bevorzugten Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in dieser ersten und/oder dieser dritten opti schen Einrichtung eine oder mehrere Leuchtdioden oder Laserlicht quellen angeordnet.In further preferred developments of the invention Device are opti in this first and / or third equipment one or more light emitting diodes or laser light sources arranged.
Wenigstens ein Teil des von dieser ersten optischen Einrichtung und/oder dieser dritten optischen Einrichtung ausgestrahlten Lichts ist im wesentlichen parallel, divergent oder konvergent.At least part of that from this first optical device and / or this third optical device is broadcast Light is essentially parallel, divergent or convergent.
In einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung strahlt diese erste und/oder dritte optische Einrich tung wenigstens einen Lichtfleck mit vorbestimmtem Durchmesser senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des ausgestrahlten Lichts oder wenigstens einen Lichtstreifen mit vorbestimmter Länge und Breite senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des ausgestrahlten Lichts aus. In a further preferred development of the invention The device emits this first and / or third optical device tion at least one light spot with a predetermined diameter perpendicular to the direction of propagation of the emitted light or at least one light strip with a predetermined length and width perpendicular to the direction of propagation of the emitted light.
Dieses von der ersten optischen Einrichtung projizierte Lichtmu ster kann auch aus verschiedenen Lichtflecken oder Lichtstreifen bestehen.This light pattern projected by the first optical device ster can also be made of different light spots or strips of light consist.
Es sei darauf hingewiesen, daß diese wenigstens eine optische Kenngröße bzw. diese Strukturkennzahl auch aus den elektrischen und/oder digitalen Meßsignalen dieser Fotosensoren bestimmt wer den kann, welche diesen von dieser Meßfläche reflektierten zwei ten Teil ohne Lichtmuster dieses von dieser ersten optischen Ein richtung ausgestrahlten Lichts aufnehmen.It should be noted that this is at least an optical Characteristic or this structural key figure also from the electrical and / or digital measurement signals of these photo sensors determines who which can reflect these two from this measuring surface th part without light pattern this from this first optical input direction of light emitted.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in möglichst unmittelbarer Nähe wenigstens einer Lichtquelle dieser ersten optischen Einrichtung und/oder dieser wenigstens einen Lichtquelle bzw. dieses wenigstens einen licht ausstrahlenden Elementes dieser dritten optischen Einrichtung und/oder dieses wenigstens einen Fotosensors bzw. dieses wenig stens einen fotosensitiven Elementes wenigstens eine Temperatur meßeinrichtung angeordnet, welcher zur Bestimmung der charakteri stischen Temperatur der jeweiligen Lichtquelle, lichtausstrahlen den Elemente, Fotosensoren oder lichtsensitiven Elementen vorge sehen ist, damit eine temperaturkorrigierte Bestimmung dieses we nigstens einen Strukturkennwerts und/oder dieser wenigstens einen optischen Kenngröße erfolgen kann.In a further preferred development of the invention The device is in the immediate vicinity of at least one Light source of this first optical device and / or this at least one light source or at least one light radiating element of this third optical device and / or this at least one photo sensor or this little least one photosensitive element at least one temperature arranged measuring device, which for determining the character static temperature of the respective light source, emit light the elements, photo sensors or light-sensitive elements is to see that a temperature-corrected determination of this we at least one structural characteristic and / or this at least one optical parameter can take place.
Die Bestimmung der charakteristischen Temperaturen der Lichtquel len und Fotosensoren ist besonders vorteilhaft, da diese elektri schen Einrichtungen temperaturabhängig arbeiten und durch eine temperaturkorrigierte Bestimmung der Kenngrößen und Kennwerte die Reproduzierbarkeit von Messungen erhöht wird; denn mit zunehmen der Meßdauer oder bei wechselndem Meßapparat kann sich die Tempe ratur und deren Verteilung innerhalb der erfindungsgemäßen Vor richtung ändern. The determination of the characteristic temperatures of the light source len and photo sensors is particularly advantageous because these electri working facilities depending on temperature and by a Temperature-corrected determination of the parameters and parameters Reproducibility of measurements is increased; because to increase the measuring time or with changing measuring apparatus the tempe rature and their distribution within the invention change direction.
In einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird wenigstens ein Teil des Verlaufs des auf dieser Vielzahl von Fo tosensoren abgebildeten Lichtmusters bestimmt. Durch eine Abwei chung des gemessenen Verlaufs vom idealen Verlauf kann ein cha rakteristischer Profilhöhenkennwert dieser Meßfläche bestimmt werden.In a further preferred development of the invention at least part of the course of the on this plurality of fo to the sensors shown in the light pattern. By a deviation The measured course from the ideal course can be a cha characteristic profile height characteristic of this measuring surface is determined become.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung wird der Verlauf we nigstens einer Hell-/Dunkel-Kante abschnittsweise auf dieser Vielzahl von Fotosensoren bzw. auf dem CCD-Chip bestimmt.In a particularly preferred development, the course we at least one light / dark edge in sections on this Variety of photo sensors or on the CCD chip determined.
Wird eine helle oder dunkle Linie auf eine zu untersuchende Ober fläche projiziert, welche ein Rechteckprofil mit einer Profilhöhe h aufweist, so findet eine räumliche Trennung des Reflexes dieser Linie auf dem CCD-Chip der zweiten optischen Einrichtung statt.Will a light or dark line on a surface to be examined projected area, which is a rectangular profile with a profile height h has a spatial separation of the reflex Line takes place on the CCD chip of the second optical device.
Die von den unteren Kanten des Rechteckprofils reflektierten Tei le der dunklen oder hellen Linie werden räumlich parallel ver setzt zu denen reflektiert, die an den oberen Kanten des Recht eckprofils reflektiert werden.The part reflected from the lower edges of the rectangular profile The dark or light lines are spatially parallel sets to those reflected on the top edges of the right corner profile are reflected.
Das reflektierte Abbild einer idealen, rechteckförmig strukturier ten Oberfläche sind zwei gestrichelte helle bzw. dunkle Linien auf dem CCD-Chip.The reflected image of an ideal, rectangular structure The surface is two dashed light or dark lines on the CCD chip.
Mit dem bekannten Einstrahl- und Reflexionswinkel und dem Abstand dieser zwei gestrichelten Linien auf dem CCD-Chip kann die Höhe des Profils an jedem Ort der Meßfläche bestimmt werden.With the known angle of incidence and reflection and the distance These two dashed lines on the CCD chip can change the height of the profile can be determined at any location on the measuring surface.
Bei der Vermessung von nicht rechteckförmigen Oberflächenprofilen kann analog mit den entsprechenden geometrischen Beziehungen ein Profilhöhenkennwert dieser Meßfläche bestimmt werden. When measuring non-rectangular surface profiles can be analogous to the corresponding geometric relationships Profile height characteristic of this measuring surface can be determined.
Die Bestimmung eines Profilhöhenkennwertes ist besonders vorteil haft, da beim Verschleißen der Herstellungswerkzeuge auch die Profilhöhe der hergestellten Bauteile abnehmen kann.The determination of a profile height parameter is particularly advantageous liable, because when the manufacturing tools wear out, the Profile height of the manufactured components can decrease.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird diese Strukturkennzahl mittels eines Triangulationsverfahrens be stimmt, wobei diese Bestimmung dieser Strukturkennzahl aus schließlich oder auch zusätzlich mittels dieses Triangulations verfahrens erfolgen kann. Es sei darauf hingewiesen, daß eines der gängigen Triangulationsverfahren, wie sie im Stand der Tech nik bekannt geworden sind, eingesetzt werden kann.In a further preferred development of the invention this structural key figure using a triangulation method true, this determination of this structural key figure finally or additionally by means of this triangulation procedure can take place. It should be noted that one the common triangulation methods as used in the prior art nik are known, can be used.
Beispielhaft sei auf die aus den amerikanischen Patenten US 5,546,189 und US 5,744,793 dargestellten Triangulationsverfahren hingewiesen, die hiermit Teil der Offenbarung der vorliegenden Erfindung werden.One example is the one from the American patents US 5,546,189 and US 5,744,793 shown triangulation pointed out, hereby part of the disclosure of the present Invention.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird im Gegensatz zu dem in dem US-Patent 5,546,189 hergestellten Verfahren kein bzw. nicht ausschließlich ein Grau wert bestimmt, welcher repräsentativ für die Höhe der Meßfläche am Meßort ist, sondern es wird die Oberflächenhöhe am Meßort in größtmöglicher Präzision bestimmt.In a further preferred development of the invention The device is in contrast to that in U.S. Patent 5,546,189 Process produced no or not exclusively a gray value determines which is representative of the height of the measuring surface is at the measuring location, but it will be the surface height at the measuring location in the greatest possible precision.
In einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist ei ne zusätzliche optische Einrichtung mit wenigstens einem Fotosen sor vorgesehen, welche unter einem vorbestimmten Winkel zu dieser Meßfläche ausgerichtet ist. In einer besonders bevorzugten Wei terbildung ist diese zusätzliche optische Einrichtung in der Ebe ne angeordnet, die durch den Meßpunkt, die zweite optische Ein richtung und die dritte optische Einrichtung aufgespannt wird, und besonders bevorzugt ist, daß der Winkel, unter dem diese zusätz liche optische Einrichtung das reflektierte Licht aufnimmt, gleich dem Winkel ist, unter dem die zweite optische Einrichtung das reflektierte Licht aufnimmt, so daß die zweite und die zu sätzliche optische Einrichtung symmetrisch zu dem von der ersten optischen Einrichtung oder symmetrisch zu dem von der dritten op tischen Einrichtung ausgestrahlten Licht angeordnet sind.In a further preferred development of the invention, ei ne additional optical device with at least one photo sor provided, which at a predetermined angle to this Measuring surface is aligned. In a particularly preferred way terbildung is this additional optical device in the level ne arranged by the measuring point, the second optical on direction and the third optical device is spanned, and it is particularly preferred that the angle at which this additional optical device that receives reflected light, is equal to the angle at which the second optical device the reflected light picks up so that the second and the too additional optical device symmetrical to that of the first optical device or symmetrical to that of the third op table device are arranged emitted light.
In einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die Intensität und der Ort des Auftreffpunktes der reflektierten Intensität auf dieser zweiten optischen Einrichtung und dieser zusätzlichen optischen Einrichtung bestimmt, und besonders bevor zugt wird von dieser Auswerteeinheit ein charakteristischer Orts kennwert für den Ort der Messung und die gemessene Intensität in dieser Speichereinrichtung gespeichert, und diese Auswerteeinheit bestimmt einen charakteristischen Abstandskennwert für den Ab stand zum Meßpunkt auf der zu untersuchenden Oberfläche und spei chert diesen in dieser Speichereinrichtung.In a further preferred development of the invention the intensity and location of the point of impact of the reflected Intensity on this second optical device and this determined additional optical device, and especially before A characteristic location is added by this evaluation unit characteristic value for the location of the measurement and the measured intensity in this storage device, and this evaluation unit determines a characteristic distance parameter for the Ab stood at the measuring point on the surface to be examined and fed saves this in this storage device.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die erste optische Einrichtung eine Scanneinrichtung auf, welche die zu untersuchende Oberfläche derart abtastet, daß das von die ser ersten optischen Einrichtung ausgestrahlte Licht zeitlich nacheinander die zu untersuchende Oberfläche abtastet.In a further preferred development of the invention the first optical device has a scanning device, which scans the surface to be examined in such a way that that of the his first optical device emitted light temporally sequentially scans the surface to be examined.
Besonders bevorzugt bestimmt diese Auswerteeinrichtung mit diesen Abstandskennwerten und diesen Ortskennwerten wenigstens eine die ser wenigstens einen Strukturkennzahl.This evaluation device particularly preferably determines with these Distance parameters and these location parameters at least one die at least one structural key figure.
In einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird wenigstens ein quantitativer Steilheitskennwert für die Steilheit der Struktur der zu untersuchenden Oberfläche bestimmt.In a further preferred development of the invention The device becomes at least a quantitative slope value for the steepness of the structure of the surface to be examined certainly.
In einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung der Erfindung be stimmt diese Auswerteeinrichtung wenigstens einen quantitativen Schärfenkennwert für die Schärfe der Kanten der zu untersuchenden Oberfläche. In a further preferred development of the invention does this evaluation device agree at least one quantitative one Sharpness value for the sharpness of the edges of the examined Surface.
Diese Weiterbildungen sind besonders vorteilhaft, da mit der Ab nutzung der Werkzeuge die Struktur der Oberfläche der herzustel lenden Bauteile abnimmt und insbesondere durch Abnutzung und Ver schleiß die Steilheit der Struktur abnimmt und insbesondere auch die Schärfe der Kanten abnimmt, da mit zunehmendem Verschleiß das Profil des Werkzeugs abrundet.These developments are particularly advantageous because with the Ab use of tools to produce the structure of the surface of the ling components decreases and especially through wear and tear wear decreases the steepness of the structure and in particular also the sharpness of the edges decreases, as the wear increases Rounds off the profile of the tool.
In einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung wird aus dieser we nigstens einen Strukturkennzahl und wenigstens einer der genann ten charakteristischen optischen Größen (Glanz, Schleierglanz, Abbildungsschärfe, orange peel) eine Bewertungsstrukturkennzahl abgeleitet, welche wenigstens für einen Teil der visuellen Eigen schaften dieser Oberfläche charakteristisch ist.In a further preferred development, this we at least one structural key figure and at least one of the named characteristic optical parameters (gloss, fog, Sharpness, orange peel) an evaluation structure key figure derived which at least for part of the visual eigen is characteristic of this surface.
Bei der Bewertung von Oberflächen und insbesondere von struktu rierten Oberflächen hängt der visuelle Eindruck nicht nur von der Ausprägung der Struktur, sondern auch von den anderen genannten charakteristischen, optischen Größen ab. Beispielsweise sind bei besonders glatten und hochreflektierenden Flächen die Anforderun gen an den Herstellungsprozeß besonders hoch, da auf solchen Oberflächen das menschliche Auge auch kleinste Störungen, Uneben heiten und Veränderungen wahrnimmt. Bei Kraftfahrzeugen mit soge nannter "Metallic"-Lackierung ist es nahezu unmöglich, auf einer großen Fläche einen Lackschaden derart nachzubessern, daß dieser Schaden für den Betrachter unsichtbar bleibt.When evaluating surfaces and especially struktu The visual impression depends not only on the surface Expression of the structure, but also of the others mentioned characteristic optical sizes. For example, at particularly smooth and highly reflective surfaces conditions of the manufacturing process particularly high, because on such The human eye surfaces even the smallest disturbances, uneven and perceive changes. In vehicles with so-called called "metallic" painting, it is almost impossible to paint on a large area to repair paint damage so that this Damage remains invisible to the viewer.
Im Gegensatz dazu sind die Anforderungen bei matten und schwach reflektierenden Flächen an die Beschichtungsqualität des Lacks und der darunter liegenden Oberfläche erheblich geringer.In contrast, the requirements for matt and weak reflective surfaces to the coating quality of the paint and the underlying surface considerably less.
Während Oberflächenrauhigkeit und orange peel schon im geringen Maß bei hochglänzenden Flächen das physiologische Empfinden ei nes Betrachters stören, wirken sich weitaus größere Rauhigkeiten und Oberflächenwelligkeiten bei schwach reflektierenden und mat ten Flächen auf den visuellen Eindruck eines Betrachters nur we nig oder gar nicht aus. Bei strukturierten Oberflächen ist der visuelle Eindruck durch die Struktur bedingt weniger abhängig von der Oberflächenrauhigkeit, dem Glanz oder den anderen optischen Kenngrößen.During surface roughness and orange peel even in the slightest Measure the physiological feeling of high-gloss surfaces disturbing the viewer, far greater roughness effects and surface ripples with weakly reflecting and mat areas on the visual impression of a viewer only little or not at all. For structured surfaces, this is the visual impression due to the structure is less dependent on the surface roughness, the gloss or the other optical Parameters.
Gemäß dieser bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird deshalb wenigstens eine Bewertungsstrukturkennzahl und wenigstens eine der genannten charakteristischen Größen gebildet, welche ein Maß für die Qualität der Meßfläche darstellt.Therefore, according to this preferred development of the invention at least one evaluation structure key figure and at least one of the characteristic quantities mentioned, which is a measure represents the quality of the measuring surface.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird aus diesem Kennwert für den Glanz der Meßfläche und dieser Strukturkennzahl eine Bewertungsstrukturkennzahl derart gebildet, daß für Flächen mit geringem Glanz auch bei einer nicht idealen Strukturkennzahl eine ausreichende bzw. befriedigende Bewertungsstrukturkennzahl gebildet wird.In a preferred development of the invention, this becomes Characteristic value for the gloss of the measuring surface and this structural key figure An evaluation structure key figure is formed such that for areas with low gloss even with a non-ideal structural index a sufficient or satisfactory evaluation structure key figure is formed.
In einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, daß diese Bewertungsstrukturkennzahl derart gebildet wird, daß z. B. ein höherer Glanz eine schlechtere Strukturkennzahl ausgleicht, so daß diese Bewertungsstrukturkennzahl ein qualitativ ausrei chendes Ergebnis erzielt.In a further preferred development it is provided that this valuation structure key figure is formed such that, for. B. a higher gloss compensates for a poorer structural index, so that this valuation structure key figure is qualitatively sufficient result.
In einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, daß für wenigstens zwei oder alle der genannten optischen Größen Glanz, Schleierglanz, Abbildungsschärfe, orange peel eine Bewer tungsstrukturkennzahl gebildet wird oder daß aus zwei oder mehr der genannten charakteristischen Größen (Glanz, Schleierglanz, Abbildungsschärfe, orange peel) und dieser Strukturkennzahl eine Bewertungsstrukturkennzahl abgeleitet wird, welche für den visu ellen Eindruck dieser Meßfläche charakteristisch ist.In a further preferred development it is provided that for at least two or all of the optical quantities mentioned Shine, fog, sharpness, orange peel a review tion structure index is formed or that of two or more of the mentioned characteristic sizes (gloss, veil gloss, Sharpness, orange peel) and this structural key figure one Evaluation structure key figure is derived, which for the visu ellen impression of this measuring surface is characteristic.
Die Bildung wenigstens einer Bewertungsstrukturkennzahl aus die ser wenigstens einen Strukturkennzahl und wenigstens einer der charakteristischen optischen Größen, wie Glanz etc., ist beson ders vorteilhaft, da eine besonders einfache und automatische bzw. automatisierte Bestimmung der Qualität der zu untersuchenden Oberfläche möglich ist.The formation of at least one valuation structure key figure from the water at least one structural key figure and at least one of the characteristic optical quantities, such as gloss, etc., are special advantageous because it is particularly simple and automatic or automated determination of the quality of the examined Surface is possible.
In einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist wenigstens ein unterer bzw. oberer Grenzwert für diese wenigstens eine Strukturkennzahl und/oder diese wenigstens ei ne charakteristische optische Kenngröße und/oder diese wenigstens eine Bewertungsstrukturkennzahl festlegbar, bei dessen Unter- bzw. Überschreitung eine Nachricht auf diese Ausgabeeinrichtung oder ein Alarmsignal von akustischer oder optischer Art ausgegeben wird.In a further preferred development of the invention Device is at least a lower or upper limit for this at least one structural key figure and / or this at least one ne characteristic optical parameter and / or at least this an evaluation structure key figure can be defined, for which Exceeding a message on this output device or a Alarm signal of an acoustic or optical type is issued.
In einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die ser wenigstens eine Grenzwert durch Messung wenigstens einer Refe renzoberfläche automatisch bestimmt. Es ist z. B. möglich, daß eine, zwei oder mehr bewertete Referenzoberflächen unterschiedlicher Qua lität gemessen werden, wobei vorteilhafterweise wenigstens eine die ser Referenzoberflächen eine hohe Qualität und wenigstens eine wei tere eine unzureichende Qualität aufweist.In a further preferred development of the invention, the at least one limit value by measuring at least one ref boundary surface automatically determined. It is Z. B. possible that a two or more rated reference surfaces of different quality Lity can be measured, advantageously at least one die high quality and at least one white surface tere is of insufficient quality.
Durch eine derartige teilautomatisierte Kalibrierung dieser Vorrich tung können schnell und zuverlässig verschiedene Meßpunkte auf einer Oberfläche oder verschiedenen zu untersuchenden Oberflächen durchge führt werden.Through such a partially automated calibration of this device device can quickly and reliably measure different measuring points on one Surface or various surfaces to be examined leads.
In einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung ist ein Ein- bzw. Aus schalter angeordnet.Another preferred development is an on or off switch arranged.
Des weiteren kann an dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Ein gabevorrichtung vorgesehen sein, wobei diese u. a. dafür vorgesehen sein kann, daß der Benutzer ein Typkennzeichen für den Typ der zu messenden Oberfläche eingeben kann, wobei nachfolgende Messungen mit Bezug auf dieses Typkennzeichen von dieser Auswerteeinrichtung aus gewertet und in dieser Speichereinrichtung abgelegt werden.Furthermore, an on this device according to the invention can be provided device, this u. a. intended for this may be that the user is a type identifier for the type of measuring surface, subsequent measurements with Reference to this type code from this evaluation device evaluated and stored in this storage device.
In einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird der Benutzer beim Einschalten durch ein akustisches oder optisches Si gnal dazu aufgefordert werden, in dieser Eingabeeinrichtung ein Typ kennzeichen für den zu messenden Oberflächentyp einzugeben, wobei in einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Benutzer jederzeit durch Eingabe eines anderen Typkennzeichens den Oberflächentyp än dern kann, auf den sich die nachfolgenden Messungen beziehen.In a further preferred development of the invention, the User when switched on by an acoustic or optical Si be prompted to enter a type in this input device Enter the identifier for the surface type to be measured, whereby in a particularly preferred further training of the users at any time change the surface type by entering another type code to which the subsequent measurements refer.
Die Eingabe bzw. die Wahl eines Typkennzeichens vor der Messung ei nes bestimmten Oberflächentyps ist besonders vorteilhaft, da bei der Bewertung verschiedener Oberflächentypen die einzelnen Kennwerte ei ne unterschiedliche Bedeutung und bei Bildung einer Bewertungsstruk turkennzahl eine unterschiedliche Gewichtung haben.Entering or selecting a type code before the measurement nes certain surface type is particularly advantageous because in the Evaluation of different surface types the individual parameters ne different meaning and when forming an evaluation structure turkennummer have a different weighting.
In einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann der Benutzer bei jeder Messung durch Eingabe der Benutzer- Beurteilungszahl in dieser Eingabeeinrichtung diese Meßfläche gemäß seinem physiologischen Eindruck bewerten. Diese Benutzer- Beurteilungszahl wird besonders bevorzugt zusammen mit dieser wenig stens einen charakteristischen, optischen Kenngröße und dieser wenig stens einen Strukturkennzahl und dieser wenigstens einen Bewertungs strukturkennzahl in dieser Speichereinrichtung dauerhaft abgelegt, wobei der Wertebereich dieser Benutzer-Beurteilungszahl wenigstens zwei unterschiedliche Qualitätswerte, die "gut" und "schlecht" ent sprechen, umfaßt.In a further preferred development of the invention, the User for each measurement by entering the user Assessment number in this input device according to this measuring surface evaluate his physiological impression. This user Assessment number is particularly preferred together with this little At least a characteristic, optical parameter and this little at least one structural key figure and this at least one evaluation structure code permanently stored in this storage device, the range of values of this user rating number at least two different quality values, the "good" and "bad" ent speak, includes.
In einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden we nigstens ein Teil dieser in dieser Speichereinrichtung abgelegten Benutzer-Beurteilungszahlen mit zugehörigen Kenngrößen und Kennwer ten der entsprechenden Messungen zu automatischen Bestimmungen we nigstens eines dieses wenigstens eines Grenzwerts für dieses Typ kennzeichen der zu untersuchenden Oberfläche verwendet.In a further preferred development of the invention, we at least a part of these stored in this storage device User assessment numbers with associated parameters and parameters the corresponding measurements for automatic determinations at least one of these at least one limit for this type used for the surface to be examined.
In einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung berücksichtigt diese Auswerteeinrichtung im wesentlichen alle in dieser Speichereinrichtung für dieses Typkennzeichen der zu messenden Oberfläche abgelegten Benutzer-Beurteilungszahlen und die entsprechenden Kenngrößen und Kennwerte und Strukturkennwerte zur Bestimmung dieses wenigstens einen Grenzwerts und zur Bestimmung der Gewichtungsfaktoren, welche zur Bestimmung der Bewertungsstruktur kennzahl verwendet werden, so daß diese Gewichtungsfaktoren und die ser wenigstens eine Grenzwert mit zunehmender Anzahl von Messungen derart angepaßt werden, daß diese Bewertungsstrukturkennzahl dem vi suellen Eindruck des Benutzers angepaßt wird.In a further preferred development of the invention The device essentially takes this evaluation device into account all in this storage device for this type identifier of the measuring surface filed user assessment numbers and the corresponding parameters and parameters and structural parameters for Determining this at least one limit value and determining the Weighting factors, which are used to determine the evaluation structure indicator are used so that these weighting factors and at least one limit with increasing number of measurements be adjusted in such a way that this valuation structure key figure matches the vi customized impression of the user is adjusted.
Diese bevorzugte Weiterbildung der Erfindung ist besonders vorteil haft, da diese Vorrichtung bei der Bestimmung dieser Kenngrößen und Kennwerte und dieser Bewertungsstrukturkennzahl lernfähig ist und auf der Basis eines Expertensystems die Zuverlässigkeit bei der Be stimmung dieser wenigstens einen Bewertungsstrukturkennzahl mit der Anzahl der Messungen zunimmt.This preferred development of the invention is particularly advantageous liable, since this device is used to determine these parameters and Characteristic values and this evaluation structure key figure is learnable and based on an expert system, the reliability of the Be this at least one evaluation structure key figure matches the Number of measurements increases.
Bei dieser bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist es weiterhin vorgesehen, daß bei der Bestimmung dieser Grenzwerte und Gewich tungsfaktoren nicht alle gemessenen und gespeicherten Werte für die ses Typkennzeichen verwendet werden, da sich der physiologische Zu stand des Benutzers auf die Bewertung dieser Meßfläche auswirkt, und da durch irrtümliche Eingabe falscher Benutzer-Beurteilungszahlen ungewünschte Grenzwerte und Gewichtungsfaktoren bestimmt werden kön nen.In this preferred development of the invention, it is also provided that in determining these limits and weight not all measured and stored values for the This type identifier can be used because the physiological zu stood the user affects the evaluation of this measuring surface, and due to incorrect input of incorrect user ratings unwanted limit values and weighting factors can be determined nen.
Möglich ist es z. B., daß bei einer Vielzahl von vorliegenden Meßer gebnissen eine bestimmte Prozentzahl von z. B. 5% oder 10% bei der Bildung dieser Gewichtungsfaktoren und dieser Grenzwerte unberück sichtigt bleiben, wobei die Auswahl der unberücksichtigt bleibenden Werte nach bekannten, statistischen Verfahren erfolgt.It is possible e.g. B. that with a variety of existing knives results a certain percentage of z. B. 5% or 10% in the Formation of these weighting factors and these limit values unaffected remain visible, with the selection of those not taken into account Values are made using known, statistical methods.
Diese Weiterbildung der Erfindung ist besonders vorteilhaft, da auch bei irrtümlicher Eingabe falscher Benutzer-Beurteilungszahlen diese im wesentlichen unberücksichtigt bleiben, so daß durch die Lernfä higkeit dieser Auswerteeinrichtung bedingt die Zuverlässigkeit der automatisch bestimmten Bewertungsstrukturkennzahlen mit zunehmender Anzahl von Messungen steigt.This development of the invention is particularly advantageous because too in the event of incorrect input of incorrect user assessment numbers, these remain largely disregarded, so that by the learners ability of this evaluation device determines the reliability of the automatically determined valuation structure key figures with increasing Number of measurements increases.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung aller vorstehend beschrie benen Ausführungsbeispiele ist diese Vorrichtung relativ zur Meß fläche in einer im wesentlichen abstandsgleichen Richtung verschieb bar, und es ist eine Wegstrecken-Meßeinrichtung vorgesehen, welche diese relative Verschiebung quantitativ erfaßt. In dieser Spei chereinrichtung werden die entlang vorgegebenen Meßschwellen auf dieser Oberfläche gemessenen Strukturkennwerte und/oder charakteri stischen optischen Kenngrößen und/oder Bewertungsstrukturkennzahlen gespeichert.In an advantageous development of all described above Ben exemplary embodiments, this device is relative to the measurement shift surface in a substantially equidistant direction bar, and a distance measuring device is provided, which quantify this relative shift. In this Spei chereinrichtung the along predetermined measurement thresholds structural characteristics and / or characteristics measured on this surface tical optical parameters and / or evaluation structure indicators saved.
In einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung ist wenigstens ein Meß rad vorgesehen, welches während der Messung auf der zu messenden Oberfläche aufgesetzt ist und sich während der Relativbewegung zwi schen der Vorrichtung und der zu messenden Oberfläche dreht, wobei dieses wenigstens eine Meßrad mit einem Drehwinkelgeber verbunden sein kann, welcher ein elektrisches Drehwinkelsignal ausgibt, wel ches für den vom Meßrad zurückgelegten Drehwinkel repräsentativ ist.In a further preferred development, at least one measurement is wheel provided, which during the measurement on the to be measured Surface is placed and between the relative movement between the device and the surface to be measured, whereby this at least one measuring wheel is connected to a rotary encoder can be, which outputs an electrical rotation angle signal, wel ches is representative of the angle of rotation traveled by the measuring wheel.
Diese bevorzugte Weiterbildung der Erfindung ist besonders vorteil haft, da zu untersuchende Oberflächen z. B. systematisch über die gesamte Oberfläche gemessen werden können.This preferred development of the invention is particularly advantageous sticky, because surfaces to be examined z. B. systematically about the entire surface can be measured.
In der bevorzugten Weiterbildung der Erfindung, in welcher eine Vielzahl von Fotosensoren angeordnet sind, wird besonders bevorzug terweise ein CCD-Chip eingesetzt, welcher in einer weiteren, bevor zugten Weiterbildung der Erfindung als Farb-CCD-Chip ausgeführt sein kann.In the preferred development of the invention, in which a A plurality of photo sensors are arranged, is particularly preferred Usually a CCD chip is used, which is used in another, before Preferred development of the invention can be designed as a color CCD chip can.
Bei Einsatz eines zweidimensionalen CCD-Chips wird ein zweidimensio nales Abbild dieser Meßfläche in der zweiten optischen Einrichtung auf den CCD-Chip abgebildet.When using a two-dimensional CCD chip, a two-dimensional nales image of this measuring surface in the second optical device mapped onto the CCD chip.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird vor Beginn der Messungen oder vor Beginn jeder einzelnen Messung ein Dunkelbild aufgenommen, und die Werte werden gemittelt. Bei der Messung wird das Bild mit Beleuchtung aufgenommen, ebenfalls gemittelt und davon der Mittelwert des Dunkelbildes abgezogen. Es wird ein Wert für den Kontrast dieses Bildes bestimmt. Mit den Mittelwerten des Dunkelbil des, des beleuchteten Bildes und dem Wert für den Kontrast wird die Helligkeit des gemessenen Bildes normiert.In a preferred development of the invention, the Measurements or before the start of each individual measurement a dark image are recorded and the values are averaged. When measuring the picture taken with lighting, also averaged and away subtracted the mean value of the dark image. It becomes a value for the Contrast of this image determines. With the mean values of the dark bil of the illuminated image and the value for the contrast Normalized brightness of the measured image.
Die weitere Auswertung erfolgt mit den normierten Werten bzw. mit dem normierten Bild.The further evaluation takes place with the standardized values or with the normalized picture.
In einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Auswertung über eine oder mehrere Fourriertransformationen. Be sonders bevorzugt werden für jede Zeile die Ortsfrequenzkoeffizien ten aus einer Fourriertransformation dieser Zeile bestimmt und die Ortsfrequenzkoeffizienten für das gesamte Bild werden aus dem Mit telwert der Frequenzen aller Zeilen bestimmt.In a further preferred development of the invention the evaluation using one or more Fourier transforms. Be The spatial frequency coefficients are particularly preferred for each line determined from a Fourier transform of this line and the Spatial frequency coefficients for the entire image are from the Mit of the frequencies of all lines.
In einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird dieser Strukturkennwert über ein übliches Verfahren zur Rauheitsmessung von Oberflächen bestimmt, wie z. B. in DIN 4768 (Ausgabe 1990-05), ISO 13565-1 (Ausgabe 1996-12) oder ISO 13565-2 (Ausgabe 1996-12) beschrieben, die somit Teil der Offenbarung wer den.In a further preferred development of the invention This structural characteristic value is created using a conventional method determined for roughness measurement of surfaces such. B. in DIN 4768 (Edition 1990-05), ISO 13565-1 (edition 1996-12) or ISO 13565-2 (Edition 1996-12), which are therefore part of the disclosure the.
Es sei darauf hingewiesen, daß das Zusammenwirken der einzelnen erfindungsgemäßen Merkmale in jeder beliebigen Kombination bevor zugt ist. Insbesondere sind auch die durch die unabhängigen und abhängigen Ansprüche offenbarten Merkmalskombinationen unter Weg lassung eines oder mehrerer Merkmale bevorzugt. Für den Fachmann ist ersichtlich, daß über die hier dargestellten Ausführungsbei spiele hinaus eine Vielzahl weiterer Modifikationen und Ausfüh rungen denkbar sind, die von der Erfindung erfaßt sind. Die Er findung beschränkt sich insbesondere nicht nur auf die hier dar gestellten Ausführungsformen.It should be noted that the interaction of the individual Features according to the invention in any combination is moving. In particular, the independent and dependent claims disclosed feature combinations under way preference of one or more features. For the specialist it can be seen that about the execution shown here also play a variety of other modifications and designs are conceivable that are covered by the invention. The he In particular, the invention is not only limited to those presented here presented embodiments.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorlie genden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Further advantages, features and possible uses of the present ing invention result from the following description of Embodiments in connection with the drawings.
Darin zeigen:In it show:
Fig. 1 einen Schnitt eines ersten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung; Fig. 1 shows a section of a first embodiment according to the present invention;
Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Sensorelements, bei welchem die zur Lichtmessung herangezogenen Flächen variiert werden können; Fig. 2 shows another embodiment of a sensor element, wherein the zoom drawn to the light measurement areas can be varied;
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Sensorelements, bei welchem sieben Fotosensoren mit den lichtempfindli chen Flächen gebildet werden; Fig. 3 shows another embodiment of a sensor element, in which seven photosensors are formed with the light-sensitive surfaces;
Fig. 4 ein Diagramm, welches das Reflexionsverhalten bei Be leuchtung ohne Lichtmuster zeigt, wobei auf der Ordinate die gemessene Lichtintensität und auf der Abszisse die Winkelabweichung bezüglich des idealen Reflexionswinkels aufgetragen ist; Fig. 4 is a diagram showing lighting the reflection behavior at Be gives a light pattern, wherein the ideal reflection angle is plotted on the ordinate with respect to the measured light intensity and the abscissa the angular deviation;
Fig. 5 ein Abbild des auf die Meßfläche projizierten Lichtmu sters, Fig. 5 sters an image of the image projected on the measuring surface Lichtmu,
Fig. 6 den prinzipiellen, schaltungstechnischen Aufbau einer Meßeinrichtung, wie er bei den Ausführungsbeispielen ge mäß Fig. 1-5 zu verwenden ist; und Fig. 6 shows the basic circuitry structure of a measuring device, as it is to be used in the exemplary embodiments according to FIGS . 1-5; and
Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches auch zu weitergehenden Messungen geeignet ist. Fig. 7 shows another embodiment of the invention, which is also suitable for further measurements.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun in bezug auf die Fig. 1 beschrieben.A first embodiment of the invention will now be described with reference to FIG. 1.
Die in der Figur schematisch dargestellte Meßeinrichtung zur Be stimmung der Qualität strukturierter Oberflächen weist ein Gehäu se auf, in welchem ein erster Belichtungstubus 2 angeordnet ist. The measuring device shown schematically in the figure for determining the quality of structured surfaces has a housing in which a first exposure tube 2 is arranged.
In diesem Belichtungstubus ist, schematisch angedeutet, eine Lichtquelle 3 angeordnet, eine Blende 4, eine Lichtmustereinrich tung 6 und eine Linseneinrichtung 5.In this exposure tube, a light source 3 is arranged, schematically indicated, an aperture 4 , a Lichtmustereinrich device 6 and a lens device 5th
Das von der punktförmigen Lichtquelle 3 ausgestrahlte Licht wird in seiner Apertur durch die Blende 4 begrenzt und trifft auf die Lichtmustereinrichtung 6. Je nach Ausführungsform kann in der Lichtmustereinrichtung 6 eine teilweise transparente Lichtmuster platte 9 angeordnet sein, bei welcher auf einem Teil der ausge leuchteten Fläche die Phase und/oder die Amplitude des auftref fenden Lichts derart beeinflußt wird, daß das transmittierte Licht ein charakteristisches Lichtmuster aufweist. In diesem Aus führungsbeispiel wird die Amplitude des von der Lichtquelle 3 ausgestrahlten Lichts durch Hell-/Dunkel-Kanten auf der Lichtmu sterplatte 9 beeinflußt.The light emitted by the punctiform light source 3 is limited in its aperture by the aperture 4 and strikes the light pattern device 6 . Depending on the embodiment, a partially transparent light pattern plate 9 can be arranged in the light pattern device 6 , in which the phase and / or the amplitude of the incident light is influenced in such a way on part of the illuminated surface that the transmitted light has a characteristic light pattern. In this exemplary embodiment, the amplitude of the light emitted by the light source 3 is influenced by light / dark edges on the light plate 9 .
Weiterhin wird das ausgestrahlte Licht von der Linse 5 gebündelt und trifft durch die Öffnung 7 auf die Meßfläche 8 auf. Von der Meßfläche 8 wird das Licht reflektiert und tritt in den Meßtubus 10 ein, welcher ebenfalls eine Linse 11, eine Blende 12 und den eigentlichen Sensor 13 aufweist.Furthermore, the emitted light is bundled by the lens 5 and strikes the measuring surface 8 through the opening 7 . The light is reflected by the measuring surface 8 and enters the measuring tube 10 , which also has a lens 11 , an aperture 12 and the actual sensor 13 .
Die Reflexionsmeßvorrichtung weist weiterhin eine (nicht darge stellte) Steuereinrichtung auf, durch welche der Betrieb der Vor richtung gesteuert wird und eine ebenfalls nicht dargestellte An zeigeeinrichtung, durch welche die gemessenen Strukturkennwerte und charakteristischen optischen Kenngrößen angezeigt werden.The reflection measuring device also has a (not Darge )) control device through which the operation of the pre Direction is controlled and an also not shown pointing device through which the measured structural parameters and characteristic optical parameters are displayed.
In Fig. 2 ist der Sensor eines weiteren Ausführungsbeispiels dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel ist mit Ausnahme des Sen sors genauso aufgebaut wie in Fig. 1. Fig. 2 zeigt die Sen soreinrichtung 20, bei welcher eine Vielzahl von fotosensitiven Elementen 21 in Reihen und Spalten angeordnet ist. In FIG. 2, the sensor is shown a further embodiment. This embodiment is constructed with the exception of the sensor as in Fig. 1. Fig. 2 shows the sensor device 20 , in which a plurality of photosensitive elements 21 is arranged in rows and columns.
Bei diesem Beispiel wird ein CCD-Chip eingesetzt. Auf der Fläche des CCD-Chips werden einzelne Flächenelemente zu unterschiedli chen Fotosensoren 22, 23, 24 verschaltet, so daß bei der Messung nur die Signale dieser Fotosensoren 22, 23, 24 vorliegen.A CCD chip is used in this example. On the surface of the CCD chip, individual surface elements are interconnected to different photosensors 22 , 23 , 24 , so that only the signals from these photosensors 22 , 23 , 24 are present during the measurement.
Es sei darauf hingewiesen, daß sich durch die Verschaltung ein zelner Flächenelemente zu Fotosensoren die unterschiedlichsten Meßgeometrien realisieren lassen. Weiterhin müssen zur Messung nicht alle Flächenelemente herangezogen werden.It should be noted that the interconnection different surface elements for photo sensors Have measurement geometries realized. Furthermore, for measurement not all surface elements are used.
In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Sensorein richtung dargestellt. Der weitere Aufbau und der Betrieb dieser Vorrichtung erfolgt in gleicher Weise wie bei Fig. 1.In Fig. 3, another embodiment of the Sensorein direction is shown. The further construction and operation of this device is carried out in the same way as in FIG. 1.
In Fig. 3 ist die Sensoreinrichtung 30 dargestellt, welche wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 als CCD-Chip ausgeführt ist. FIG. 3 shows the sensor device 30 which, as in the exemplary embodiment according to FIG. 2, is designed as a CCD chip.
Auf der Fläche des CCD-Chips werden durch Verschaltung einzelner Flächenelemente unterschiedliche Fotosensoren 31, 32, 33 und 34 gebildet. Durch die Verschaltung einzelner Flächenelemente zu Fo tosensoren kann schnell und einfach nach unterschiedlichen Meß normen, wie z. B. der amerikanischen ASTM E 430 gemessen werden.Different photo sensors 31 , 32 , 33 and 34 are formed on the surface of the CCD chip by connecting individual surface elements. The interconnection of individual surface elements to photo sensors can quickly and easily according to different measurement standards, such as. B. the American ASTM E 430 can be measured.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der prinzipielle Aufbau gleich dem des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1, aber es wird kein Lichtmuster auf die Meßfläche projiziert. Als Sensoreinrich tung wird ein CCD-Chip eingesetzt, mit dem alle Flächenelemente einzeln gemessen werden.In a further exemplary embodiment, the basic structure is the same as that of the exemplary embodiment according to FIG. 1, but no light pattern is projected onto the measuring surface. A CCD chip is used as the sensor device, with which all surface elements are measured individually.
Im Diagramm gemäß Fig. 4 ist auf der Ordinate die gemessene Lichtintensität aufgetragen und auf der Abszisse die Winkelabwei chung bezüglich des idealen Reflexionswinkels. Die gemessene In tensität ist im Bereich des idealen Reflexionswinkels am höchsten und nimmt dann mit zunehmenden Winkelabstand ab. Aus der so er faßten Kurve kann auf einfache Weise das Reflexionsverhalten an der Oberfläche beurteilt werden.In the diagram according to FIG. 4, the measured light intensity is plotted on the ordinate and the angular deviation with respect to the ideal reflection angle is plotted on the abscissa. The measured intensity is highest in the area of the ideal reflection angle and then decreases with increasing angular distance. The reflection behavior on the surface can be assessed in a simple manner from the curve so conceived.
Außerdem ist es möglich, aus der Kurve die Kennwerte abzuleiten, welche gemäß den verschiedenen Normen das Reflexionsverhalten von Oberflächen kennzeichnen.It is also possible to derive the characteristic values from the curve, which, according to the various standards, the reflection behavior of Mark surfaces.
In Fig. 5 ist das von einer Meßfläche auf die Sensoreinrichtung reflektierte Bild dargestellt. Das Lichtmuster 50 weist dunkle Kanten 51 und helle Linien 52 auf. Ein zweiter Teil des Reflexes 53 weist kein Lichtmuster auf.In FIG. 5, which is represented by a measurement area on the sensor device reflected image. The light pattern 50 has dark edges 51 and light lines 52 . A second part of the reflex 53 has no light pattern.
Mit zunehmender Rauhigkeit nimmt der Kontrast im Lichtmuster ab, während ein schlechterer Glanz sich auf die Intensität auswirkt. Orange peel führt zu einer Verzerrung der einzelnen dunklen und hellen Linien, und eine strukturierte Oberfläche führt im Fall eines Rechteckprofils zum Versatz der einzelnen Linien im Bereich der Vertiefungen. Bei Sägezahn- oder Dreiecksprofilen können an den entsprechenden Abschnitten korrelierende Neigungen der Linien festgestellt werden.With increasing roughness, the contrast in the light pattern decreases, while a poorer shine affects the intensity. Orange peel leads to distortion of each dark and bright lines, and a textured surface leads in the case a rectangular profile to offset the individual lines in the area of the wells. In the case of sawtooth or triangular profiles, the corresponding sections correlating inclinations of the lines be determined.
Bei dem aufgenommenen Bild wird die Intensität und der Kontrast ausgewertet, und es werden die Gradienten im Bereich des Lichtmu sters bestimmt. Durch Mittelwertbildung der Gradienten wird ein charakteristisches Maß für die Struktur der Meßfläche bestimmt.The intensity and contrast of the captured image evaluated, and there are the gradients in the area of Lichtmu determined. By averaging the gradients, a characteristic measure for the structure of the measuring surface determined.
In Fig. 7 ist der prinzipielle, spaltungstechnische Aufbau einer Meßeinrichtung, wie sie bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1-6 zu verwenden ist, dargestellt. FIG. 7 shows the basic, cleavage-related design of a measuring device, as is to be used in the exemplary embodiments according to FIGS. 1-6.
Der prinzipielle Meßaufbau ist für alle gezeigten Ausführungsbei spiele derselbe; lediglich die Programmierung weicht je nach ver wendeter Sensorart ab. The basic measurement set-up is for all shown execution play the same; only the programming differs depending on the ver sensor type.
Die Meßeinrichtung weist insgesamt eine Steuereinrichtung 60 auf, welche einen handelsüblichen Mikroprozessor enthält, der durch ein Programm gesteuert wird, welches in einem Speicher 61 abge legt ist. Der Kommunikation der Steuereinrichtung 60 mit dem Be nutzer dient eine Eingabeeinrichtung 62, die eine Anzahl von Schaltern enthält, um den Betrieb der Steuereinrichtung zu Star ten und um (bei den entsprechenden Ausführungsbeispielen) zwi schen einzelnen Betriebsarten umschalten zu können. Weiterhin kann der Benutzer ein Typkennzeichen für die zu messende, struktu rierte Oberfläche in die Eingabeeinrichtung 61 eingeben, auf das sich nachfolgende Messungen beziehen.The measuring device has a total of a control device 60 which contains a commercially available microprocessor which is controlled by a program which is stored in a memory 61 . The communication of the control device 60 with the user serves an input device 62 which contains a number of switches in order to start the operation of the control device and to be able to switch between individual operating modes (in the corresponding exemplary embodiments). Furthermore, the user can enter a type identifier for the structured surface to be measured into the input device 61 , to which subsequent measurements relate.
Neben dem Mikroprozessor weist die Steuereinrichtung Ein- /Ausgabeeinrichtungen auf, welche der Verbindung der Steuerein richtung mit den einzelnen Bauelementen der Vorrichtung dienen.In addition to the microprocessor, the control device has / Output devices on which the connection of the tax serve direction with the individual components of the device.
Die Steuereinrichtung ist mit der Lichtquelle 3 und dem Sensor 14 verbunden. Die Ergebnisse der Messung werden in einem Display 65 angezeigt, welcher vorzugsweise als LCD-Display ausgebildet ist. Für die weitere Auswertung der Messung ist eine Verbindung zu ei nem externen Computer 76 vorgesehen; die Meßergebnisse werden vorzugsweise auch in der Speichereinrichtung 61 abgelegt.The control device is connected to the light source 3 and the sensor 14 . The results of the measurement are shown on a display 65 , which is preferably designed as an LCD display. A connection to an external computer 76 is provided for the further evaluation of the measurement; the measurement results are preferably also stored in the memory device 61 .
Die Meßvorrichtung wird durch eine (nicht dargestellte) Batterie mit Strom versorgt.The measuring device is powered by a battery (not shown) powered.
Die Meßvorrichtung wird insgesamt vorzugsweise in einem Gehäuse 1 angeordnet, welches in etwa die Abmessung eines Taschenbuchs auf weist.Overall, the measuring device is preferably arranged in a housing 1 , which has approximately the size of a paperback.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun in Bezug auf Fig. 7 beschrieben. Another embodiment of the present invention will now be described with reference to FIG. 7.
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.In this exemplary embodiment, the device is arranged overall in a housing 100 which has an opening 101 with which the device is placed on the surface to be measured.
Im Unterschied zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen wird das Gerät jedoch nicht direkt auf die Oberfläche aufgesetzt, son dern mittels (schematisch angedeuteter) mindestens zwei Gummiwal zen 103, 104 oder mindestens vier Gummirädern 103, 104, welche drehbeweglich (nicht gezeigt) im Gehäuse 100 gelagert sind.In contrast to the previous exemplary embodiments, the device is not placed directly on the surface, however, but by means of (schematically indicated) at least two rubber rollers 103 , 104 or at least four rubber wheels 103 , 104 , which are rotatably mounted (not shown) in the housing 100 .
Wenigstens eines der Gummiräder oder Walzen ist mit einer (nicht dargestellten) Wegstreckenmeßeinrichtung versehen, welche die Winkelbewegungen der Gummiräder 103, 104 erfaßt und ein dafür re präsentatives elektrisches Signal ausgibt.At least one of the rubber wheels or rollers is provided with a distance measuring device (not shown) which detects the angular movements of the rubber wheels 103 , 104 and outputs a representative electrical signal.
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 die optische Achse in einem vorbe stimmten Winkel (im gezeigten Beispiel 45°) zu der zu messenden Oberfläche 115 ausgerichtet ist.The device also has a first optical device 110 , in which a point-shaped light source 111 and a lens 112 are arranged. This first optical device 110 is aligned such that the optical axis is aligned at a predetermined angle (45 ° in the example shown) to the surface 115 to be measured.
Unter einem zweiten vorbestimmten Winkel (hier ebenfalls 45°) ist eine zweite optische Einrichtung angeordnet, die eine Linsenein richtung 121, eine Blendeneinrichtung 122 und einen senkrecht zur optischen Achse ausgerichteten Meßsensor 123 aufweist, welcher in diesem Ausführungsbeispiel als Farb-CCD-Chip ausgeführt ist.At a second predetermined angle (here also 45 °), a second optical device is arranged, which has a Linsenein device 121 , an aperture device 122 and a measuring sensor 123 aligned perpendicular to the optical axis, which in this embodiment is designed as a color CCD chip .
An einer dritten optischen Einrichtung 130 sind drei lichtaus strahlende Elemente 132, 133 und 134 angeordnet, die hier als LEDs ausgeführt sind, welche jeweils eine unterschiedliche spek trale Charakteristik aufweisen, d. h., welche Licht mit unter schiedlichen Farbcharakteristiken ausstrahlen. On a third optical device 130 , three light-emitting elements 132 , 133 and 134 are arranged, which are embodied here as LEDs, each of which has a different spectral characteristic, ie which emit light with different color characteristics.
In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel fällt das von den LEDs ausgestrahlte Licht im wesentlichen senkrecht auf die zu un tersuchende Oberfläche.In the exemplary embodiment shown here, this is not the case LEDs emitted light essentially perpendicular to the un searching surface.
Das von der ersten und der dritten optischen Einrichtung ausge strahlte Licht wird an der zu untersuchenden Oberfläche 115 re flektiert und fällt zum Teil auf den Fotosensor bzw. Farb-CCD- Chip 125.The light emitted by the first and the third optical device is reflected on the surface to be examined 115 and partly falls on the photosensor or color CCD chip 125 .
Da die lichtausstrahlenden Elemente 132-134 Licht mit unter schiedlichen Farbcharakteristiken im sichtbaren Bereich des Spek trums ausstrahlen, ist es möglich, einen Farbkennwert für die zu untersuchende Oberfläche zu bestimmen.Since the light-emitting elements 132-134 emit light with different color characteristics in the visible range of the spectrum, it is possible to determine a color characteristic for the surface to be examined.
Claims (45)
einer ersten optischen Einrichtung mit wenigstens einer Lichtquelle, deren Licht in einem vorbestimmten Winkel auf eine Meßfläche, die Teil der zu messenden Oberfläche ist, gerichtet ist,
einer zweiten optischen Einrichtung, welche in einem vorbe stimmten Winkel zu dieser Meßfläche ausgerichtet ist, und welche das von der Meßfläche reflektierte Licht aufnimmt, wobei diese zweite optische Einrichtung wenigstens einen Fotosensor mit wenigstens einer lichtempfindlichen Fläche aufweist, wobei dieser wenigstens eine Fotosensor ein elek trisches Meßsignal ausgibt, welches für das reflektierte Licht charakteristisch ist;
einer Auswerteeinrichtung, die zur Steuerung des Meßablaufs vorgesehen ist und die wenigstens eine Prozessoreinrichtung und wenigstens eine Speichereinrichtung aufweist;
einer Ausgabe-Einrichtung;
wobei diese erste optische Einrichtung und diese zweite op tische Einrichtung so beschaffen sind, daß dieses reflek tierte Licht durch die Struktur dieser Meßfläche beeinflußt wird, und
wobei diese Auswerteeinrichtung dieses reflektierte Licht auswertet und daraus wenigstens eine Strukturkennzahl ab leitet, welche wenigstens eine strukturbedingte Eigenschaft dieser Oberfläche charakterisiert. 1. Device for the quantified determination of the quality of structured surfaces with:
a first optical device with at least one light source, the light of which is directed at a predetermined angle onto a measuring surface which is part of the surface to be measured,
a second optical device which is aligned at a predetermined angle to this measuring surface and which receives the light reflected from the measuring surface, this second optical device having at least one photosensor with at least one photosensitive surface, this at least one photosensor being an electrical one Outputs measurement signal which is characteristic of the reflected light;
an evaluation device which is provided for controlling the measurement sequence and which has at least one processor device and at least one memory device;
an output device;
wherein this first optical device and this second optical device are such that this reflected light is influenced by the structure of this measuring surface, and
wherein this evaluation device evaluates this reflected light and derives from it at least one structural characteristic number which characterizes at least one structure-related property of this surface.
eine erste optische Einrichtung mit einer ersten Lichtquel le vorgesehen ist, um Licht unter einem vorbestimmten Win kel auf eine zu messende Oberfläche zu richten, und
eine zweite optische Einrichtung vorgesehen ist, welche we nigstens einen Fotosensor aufweist, welche in einem zweiten vorbestimmten Winkel zu dieser Meßfläche ausgerichtet ist, um das von der Meßfläche reflektierte Licht aufzunehmen, wobei dieser wenigstens eine Fotosensor ein elektrisches Meßsignal ausgibt, welches für das aufgenommene Licht cha rakteristisch ist, und
eine Auswerteeinrichtung angeordnet ist, die den Meßablauf steuert und die wenigstens eine Prozessoreinrichtung bein haltet und welche diese Meßsignale in einer Speicherein richtung speichert, und
eine Ausgabe-Einrichtung die Meßergebnisse ausgibt, und diese Auswerteeinrichtung dieses reflektierte Licht auswer tet und daraus wenigstens eine Strukturkennzahl ableitet, welche strukturbedingte Eigenschaften der Oberfläche cha rakterisiert.45. Method for quantified determination of the quality of structured surfaces, in particular using a device according to at least one of the preceding claims, in which
a first optical device with a first light source is provided to direct light at a predetermined angle to a surface to be measured, and
a second optical device is provided, which we at least has a photo sensor, which is oriented at a second predetermined angle to this measuring surface to receive the light reflected from the measuring surface, said at least one photosensor outputs an electrical measurement signal which is used for the recorded light cha is characteristic, and
an evaluation device is arranged which controls the measurement sequence and which includes at least one processor device and which stores these measurement signals in a memory device, and
an output device outputs the measurement results, and this evaluation device evaluates this reflected light and derives therefrom at least one structural characteristic number which characterizes structure-related properties of the surface.
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