DE19909534A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Qualität strukturierter Oberflächen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur quantifizierten Bestimmung der Qualität strukturierter Oberflächen, die eine erste optische Einrichtung aufweist, welche Licht unter einem vorbestimmten Winkel auf die Meßfläche ausstrahlt, und eine zweite optische Einrichtung beinhaltet, welche mit wenigstens einem Fotosensor das von der Meßfläche reflektierte Licht aufnimmt. Die optischen Einrichtungen sind derart beschaffen, daß das reflektierte Licht durch die Struktur der Meßfläche beeinflußt wird, und in einer Auswerteeinrichtung, die zur Steuerung des Meßablaufs vorgesehen ist und die eine Prozessoreinrichtung und eine Speichereinrichtung aufweist, wird das reflektierte Licht ausgewertet und daraus wenigstens eine Strukturkennzahl abgeleitet, welche wenigstens eine strukturbedingte Eigenschaft der Oberfläche charakterisiert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der Qualität strukturierter Oberflä­ chen.

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.

Insbesondere Eigenschaften wie Struktur, Farbe, Helligkeit der Farbe, Glanz, Abbildungsschärfe (engl. DOI), Glanzschleier, Oberflächentexturen und Oberflächenwelligkeiten (engl. orange peel) etc. kennzeichnen strukturierte Oberflächen.

Die Beschaffenheit der sichtbaren Oberflächen ist eine wesent­ liche Eigenschaft von Gegenständen des täglichen Lebens, wie beispielsweise Einrichtungsgegenständen und Gebrauchsgegenstän­ den wie Autos und dergleichen.

Im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik wird viel Wert auf den vi­ suellen Eindruck der sichtbaren Oberflächen gelegt. Im folgen­ den werden die technischen Probleme, die bei der Gestaltung von Oberflächen im Kraftfahrzeugbereich entstehen, näher erläutert, ohne jedoch die vorliegende Erfindung in ihrer Anwendung in ir­ gendeiner Weise einzuschränken.

Kraftfahrzeugkarosserien werden üblicherweise mit einer Hoch­ glanz- oder Metalliclackierung versehen, deren Reflexionsvermö­ gen oder Glanzkennwert den entsprechenden Werten von anderen Flächen, wie z. B. Möbeln, weit überlegen ist. Der hohe Glanz der verwendeten Lacke und die relativ großen, ebenen Flächen erfordern eine außerordentlich sorgfältige Vorbereitung der zu lackierenden Flächen und eine besonders sorgfältige Auftragung des Lacks.

Im Stand der Technik sind verschiedene Verfahren, Vorrichtungen und Apparate bekannt, wie z. B. in der DE 44 34 203 A1 be­ schrieben, mit denen die visuellen Eigenschaften und speziell das Reflexionsverhalten von Oberflächen bestimmt werden können. Weiterhin werden in der Automobil-Industrie im Innenraum von Kraftfahrzeugen eine Vielzahl von strukturierten Oberflächen verarbeitet, die aus natürlichen Stoffen, wie z. B. Holz oder Kunststoff bestehen.

Der visuelle Eindruck strukturierter Oberflächen hängt wesent­ lich von der Ausgeprägtheit der Struktur der Oberfläche ab, wird jedoch auch von den anderen obengenannten optischen Kenn­ größen bestimmt.

Die Automobil-Hersteller beschäftigen heute eine Vielzahl von Prüfern und verwenden eine Vielzahl von aufwendigen großbauen­ den Meßapparaturen, die die Qualität der Flächen visuell oder automatisch prüfen, um Qualitätsmängel von Oberflächen schon bei der Produktion zu erkennen. Diese Methode bringt jedoch ei­ ne ganze Reihe von Nachteilen mit sich.

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.

Es bereitet somit große Schwierigkeiten, eine untere Qualitäts­ grenze zu definieren, deren Unterschreiten nicht mehr hingenom­ men werden kann.

Weiterhin ist es auch für erfahrene Prüfer schwierig festzu­ stellen, welche Ursachen ein ungenügender visueller Eindruck hat. Besonders bei strukturierten Oberflächen wird der visuelle Eindruck durch eine Kombination unterschiedlicher Parameter be­ stimmt, so daß es schwierig ist, aufgrund der gemachten Beob­ achtungen und Messungen z. B. Steuerungswerte einer automati­ schen Lackiereinrichtung zur Verbesserung der Qualität zu ver­ ändern.

Strukturierte Kunststoffoberflächen werden häufig durch ein Prägeverfahren hergestellt, bei dem die verwendeten Formen bzw. Prägerollen etc. einem Verschleiß unterliegen. Mit zunehmender Anzahl geprägter Oberflächen wird die Struktur der Prägeform und somit auch die Struktur der Kunststoffoberfläche immer ge­ ringer. Durch einen regelmäßigen Austausch der Prägewerkzeuge kann die Produktion hinsichtlich Qualität und Quantität opti­ miert 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 Oberflä­ chen noch ausreicht.

Strukturierte Oberflächen werden immer häufiger eingesetzt, wo­ bei nicht nur strukturierte Oberflächen verwendet werden, die einer Oberflächenstruktur derart aufweisen, daß sie, im Schnitt gesehen, ein Oberflächenprofil aufweisen, sondern es werden zu­ nehmend auch strukturierte Oberflächen eingesetzt, die zusätz­ lich zu einem Oberflächenprofil bzw. anstatt eines Oberflächen­ profils regelmäßig oder statistisch verteilt unterschiedliche optische Eigenschaften aufweisen.

Solche Oberflächen weisen z. B. Oberflächenanteile mit hohem Glanz und andere Oberflächenteile mit niedrigem Glanz auf. Auch wenn diese Oberflächen kein bzw. nur ein geringes Oberflächen­ profil aufweisen, sieht ein Betrachter einer solchen Oberfläche eine ausgeprägte Oberflächenstruktur. Der visuelle Eindruck auf einen Betrachter hängt vom Verhältnis der Flächenanteile mit hohem Glanz (bzw. mit hohem, reflektiertem Anteil) und der Flä­ chenanteile mit niedrigem Glanz (bzw. mit mit hoher Absorption bzw. Streuung) ab. Analoges gilt für die anderen charakteristi­ schen optischen Kenngrößen.

Für den Fall, daß z. B. die strukturierte Oberfläche aus Teilen mit hohem Glanz und Teilen mit niedrigem Glanz besteht, kann für die einzelnen Anteile von Glanzdomänen, im Unterschied zu integralem Glanz, welcher sich auf die ganze Fläche bezieht, gesprochen werden. Ein Kennzeichen ist die Glanzdeckung, die als Verhältnis bzw. Differenz bestimmbar ist. Durch die Einfüh­ rung bzw. die Definition des Begriffs "Glanzdomäne" können der­ artige Oberflächen eindeutiger beschrieben werden, indem für den jeweiligen Flächenanteil (hoher Glanz, niedriger Glanz) je­ weils ein Glanzkennwert bestimmt wird, der sich auf die ent­ sprechende Glanzdomäne bezieht.

Bei der Beurteilung solcher Flächen, die auch als Zwei-, Drei- oder Mehrglanzeffektoberlächen bezeichnet werden, ist ein visu­ elles Prüfen sehr schwierig, da, je nach Größe der einzelnen Flächenelemente, der Prüfer hauptsächlich den Gesamteindruck der strukturierten Oberfläche wahrnimmt und es deshalb schwie­ rig ist, eine detaillierte Beurteilung der einzelnen Flä­ chenelemente und somit der Gesamtfläche zu geben.

Beispiele für derartige Mehrglanzeffektoberflächen sind Zwei­ glanzeffektfolien, oder auch Sinterhäute mit Leder- oder Kunst­ lederstrukturen.

Für die Beurteilung derartiger strukturierter Oberflächen sind neben dem Glanz (engl. Gloss) auch der Schleierglanz, die Schärfe der Abbildung bzw. DOI und die Welligkeit der Oberflä­ che bzw. der Teile der Oberflächen (der "Domänen")von Bedeu­ tung.

Werden zur Prüfung der Qualität strukturierter Oberflächen au­ tomatisch arbeitende Geräte verwendet, um z. B. den Glanz oder die Abbildungsschärfe der Oberfläche zu bestimmen, so können quantitative Zahlenwerte erhalten werden. Ein entscheidender Nachteil ist jedoch bei den visuellen und auch bei den automa­ tischen Prüfungen, daß zwar Werte für die untersuchten opti­ schen Eigenschaften bestimmt werden, der Benutzer jedoch kei­ nerlei Angaben über die Ursache hat.

Ein weiterer Nachteil herkömmlicher Meßapparaturen ist, daß sie einen erheblichen Raumbedarf aufweisen, und somit nicht vom Be­ nutzer mitgenommen werden können.

Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ver­ fahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Ver­ fügung zu stellen, so daß damit eine reproduzierbare Bewertung der Qualität von Oberflächen und insbesondere strukturierten Oberflächen erfolgen kann und daß derartige physikalische Grö­ ßen der zu messenden Oberfläche bestimmt werden, daß eine cha­ rakteristische strukturbedingte Eigenschaft dieser Oberfläche bestimmt wird.

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 mitge­ nommen und ohne weitere Hilfsmittel zur Bewertung einer Ober­ fläche herangezogen werden kann.

Ein weiterer Aspekt der Aufgabe ist es, eine Vorrichtung zum Messen visueller Eigenschaften zu schaffen, bei welcher trotz des kompakten Aufbaus gemäß dem vorherigen Aspekt der Aufgabe der Erfindung die Möglichkeiten zur Messung gegenüber den im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen erheblich erweitert ist.

Ein weiterer Aspekt der Aufgabe ist es, ein Verfahren anzuge­ ben, welches eine vorteilhafte Erfassung einer charakteristi­ schen strukturbedingten Eigenschaft von Oberflächen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung ge­ löst, wie sie in Anspruch 1 definiert ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist Gegenstand des Anspruchs 45.

Zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird mit einer ersten op­ tischen Einrichtung, die eine oder mehrere Lichtquellen auf­ weist, Licht unter einem vorbestimmten Winkel auf eine Meßflä­ che gerichtet, die Teil der zu messenden Oberfläche ist.

Mit einer unter einem zweiten vorbestimmten Winkel zu dieser Meßfläche ausgerichteten zweiten optischen Einrichtung, die ei­ nen oder mehrere lichtempfindliche Fotosensoren aufweist, wird das von der Meßfläche reflektierte Licht aufgenommen.

Dieser Fotosensor bzw. diese Fotosensoren, der bzw. die minde­ stens eine lichtempfindliche Fläche aufweisen, geben ein elek­ trisches Meßsignal aus, welches für das reflektierte Licht cha­ rakteristisch ist, wobei die erste und die zweite optische Ein­ richtung so beschaffen sind, daß das reflektierte Licht durch die Struktur dieser Meßfläche beeinflußt wird.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Auswerteeinrich­ tung angeordnet, die zur Steuerung des Meßablaufs vorgesehen ist und die wenigstens eine Prozessoreinrichtung und wenigstens eine Speichereinrichtung aufweist und die das reflektierte Licht auswertet und daraus wenigstens eine Strukturkennzahl ab­ leitet, welche wenigstens eine der strukturbedingten Eigen­ schaften dieser Oberfläche charakterisiert.

Eine Ausgabeeinrichtung, die in der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung angeordnet ist, dient zur Ausgabe der Meßwerte.

Die Auswerteeinrichtung wertet über ein in der Speichereinrich­ tung gespeichertes Programm die Meßsignale aus und speichert, in einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vor­ richtung, die Meßsignale und/oder die Meßwerte in dieser Spei­ chereinrichtung.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung sind in der zweiten optischen Einrichtung eine Vielzahl von Fotosensoren angeordnet, welche in Reihen und/oder Spalten angeordnet sein können.

Im Unterschied zu konventionellen Vorrichtungen können bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Fotosensoren auf einem ge­ meinsamen Substrat angeordnet werden. Die einzelnen Fotosenso­ ren können auch durch Verschaltung lichtempfindlicher Flächen auf einem gemeinsamen Substrat gebildet werden, wobei die Flä­ che jedes lichtempfindlichen Sensors so gewählt oder wählbar ist, daß sie in der Meßvorrichtung einem vorgegebenen Winkelbe­ reich des Reflexionswinkels entspricht.

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 Qualität oder des visuellen Eindrucks der Oberfläche. Durch die Analyse des an der Oberfläche reflektierten Lichts wird eine Strukturkennzahl abgeleitet, die die Qualität der Oberfläche beschreibt. Eine Kennzahl für die Struktur strukturierter Ober­ flächen wird von herkömmlichen visuellen oder automatischen Meßmethoden nicht bestimmt.

Dies ist besonders vorteilhaft, da das Profil der Struktur ei­ ner strukturierten Oberfläche wesentlich zum visuellen Gesamt­ eindruck dieser Oberfläche beiträgt.

Bei der Verwendung von Präge-, Guß- oder anderen Verfahren un­ terliegen die verwendeten Formen einem Verschleiß, der u. a. von der Anzahl hergestellter strukturierter Oberflächen ab­ hängt. Neben der Anzahl hergestellter Bauteile mit strukturier­ ten Oberflächen spielen aber auch Umweltbedingungen, wie Luft­ feuchtigkeit, Material- und Lufttemperatur eine entscheidende Rolle für die Qualität der herzustellenden Oberfläche.

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 Bauteile zu sichern.

Dieses Verfahren führt zu einem unnötig hohen Aufwand, da oft­ mals auch Werkzeuge mit noch ausreichender Qualität ausgewech­ selt werden, während es andererseits auch vorkommt, daß durch Umwelteinflüsse oder Materialinhomogenitäten bzw. -unterschiede die Werkzeuge vor dem vorgesehenen Wechselzeitpunkt verschlis­ sen sind.

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.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, einfach, schnell und zuverlässig während der laufenden Produktion die Qualität strukturierter Oberflächen zu bestimmen, so daß ein unzulässiger Verschleiß der Werkzeuge frühzeitig festgestellt werden kann und unnötige Stillstandszeiten der Produktionsanla­ ge vermieden werden.

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.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung kleinbauend ist und so vom Benutzer jederzeit mit­ genommen werden kann.

Deshalb eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung auch für die Endkontrolle an schlecht zugänglichen Orten oder in Innen­ räumen von z. B. Kraftfahrzeugen, wo eine Vielzahl strukturier­ ter Oberflächen eingesetzt wird.

Ein weiterer Vorteil einer solchen kleinbauenden Vorrichtung ist, daß auch an konkav oder konvex gekrümmten Oberflächen die Qualität einfach und zuverlässig bestimmt werden kann.

Vorteilhaft ist auch, daß durch die erfindungsgemäße Vorrich­ tung unterschiedlichste Stellen einer zu untersuchenden Ober­ fläche schnell und einfach gemessen werden können und so die Qualitätsverteilung über einer Oberfläche oder auch die Repro­ duzierbarkeit getestet werden kann.

In einer bevorzugten Weiterbildung einer oder mehrerer der zu­ vor beschriebenen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vor­ richtung, welche sich insbesondere, aber nicht nur, für die Verwendung an strukturierten Oberflächen eignet, die Teile bzw. Flächenelemente aufweist, die unterschiedliche optische Eigen­ schaften aufweisen, wird für die einzelnen Flächenelementtypen wenigstens ein Kennwert für wenigstens eine der charakteristi­ schen optischen Eigenschaften bestimmt.

In einer bevorzugten Weiterbildung der zuletzt beschriebenen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird aus den einzelnen Kennwerten eine Kennzahl für die Struktur der struk­ turierten Oberfläche bestimmt, es ist aber auch möglich, daß optische Kenngrößen für die einzelnen Domänen bzw. Flächenele­ menttypen der strukturierten Oberfläche bestimmt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bestimmt bei strukturierten Oberflächen die optischen Eigenschaften bzw. Kennwerte der ein­ zelnen Domänen bzw. Teilflächen.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung dient eine Schichtdicken-Meßeinrichtung zu der Bestimmung der Schichtdicke der auf dieser Oberfläche aufgebrachten Beschichtungsdicke bzw. der auf die Teiloberflächen aufgebrachten Beschichtungsdicken. Die Schichtdicken-Meßeinrichtung weist einen oder mehrere Schichtdickensensoren auf, die ein elektrisches Schichtdicken- Ausgangssignal erzeugen, welches für die zu bestimmende Schichtdicke der Oberfläche bzw. Teiloberfläche repräsentativ ist.

Die Steuereinrichtung, welche eine oder mehrere Prozessorein­ richtungen aufweist, ist zur Steuerung des Meßablaufs vorgese­ hen und bestimmt durch Auswertung des oder der Schichtdicken- Ausgangssignale einen oder mehrere Schichtdickenwert(e) und be­ stimmt durch Auswertung des von dem oder den Photosensor(en) empfangenen, von der Meßfläche reflektierten Licht wenigstens eine für diese Meßfläche charakteristische optische Kenngröße.

Die Ausgabeeinrichtung gibt den Schichtdickenwert und diese we­ nigstens eine optische Kenngröße bezüglich einer Teiloberfläche bzw. der Meßfläche aus.

Eine wesentliche Voraussetzung zur Steuerung des Fertigungsab­ laufs bei det Lackierung von Oberflächen ist die Bestimmung der optischen Qualität der Oberfläche bzw. Teiloberflächen. Durch die oben genannten optischen Parameter können optische Kenngrö­ ßen bestimmt werden, die die Qualität beschichteter und/oder strukturierter Oberflächen beschreiben. Neben den optischen Kenngrößen ist auch die Schichtdicke (der Schichtdickenverlauf) der Oberflächenbeschichtung bzw. die Schichtdicken bei Zwei- oder Mehrteilflächen einer strukturierten Oberfläche ein wich­ tiger Parameter zur Beschreibung der Oberflächenqualität, der von herkömmlichen visuellen oder automatischen Meßmethoden nicht erfaßt wird.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung bestimmt in dieser bevorzug­ ten Weiterbildung neben einer oder mehreren optischen Kenngrö­ ßen auch die Schichtdicke bzw. die Schichtdicken der einzelnen Teilflächen, welche auch ein wesentliches Merkmal für die Qua­ lität der beschichteten Oberfläche darstell(t/en).

Dies ist besonders vorteilhaft, da die Schichtdicke(n) ganz we­ sentliche Parameter bei der Bestimmung der Qualität der Ober­ fläche ist/sind und da die Schichtdicke außerdem eine Angabe über die Ursache von Abweichungen optischer Kenngrößen enthält.

Wird bei der Beschichtung von Oberflächen zu wenig Lack aufge­ tragen, verläuft der Lack nicht richtig, und es bilden sich In­ homogenitäten in der Schichtdicke aus. Bei Auftragung von zu­ viel Lack verläuft der Lack, was zu Oberflächenwelligkeiten (engl. orange peel) führt.

Bei der Zusammensetzung und dem Auftragen der Farbe muß in vie­ len Fällen darauf geachtet werden, daß dies derart erfolgt, daß die Pigmente in der aufgetragenen Schicht aufschwimmen können, da oftmals die Ausrichtung der Pigmente relativ zum Substrat der Beschichtung eine wesentliche Rolle beim Farbverhalten und anderen optischen Eigenschaften spielt.

Solche und andere Ursachen für Abweichungen der optischen Ei­ genschaften können durch Messung der Schichtdicke(n) zuverläs­ sig festgestellt werden.

Dies ist besonders vorteilhaft, da durch die Bestimmung der Schichtdicke(n) und der optischen Eigenschaften der Meßfläche die wichtigsten Parameter vorliegen, um die Fehlerursachen von Abweichungen zu bestimmen und um daraus modifizierte Werte für die Steuerung der Beschichtungsanlage bzw. Herstellungsanlage zu bestimmen.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, daß durch Korrelation von optischen Kenngrößen mit Schichtdicken­ daten von Messungen an unterschiedlichen Stellen einer be­ schichteten und strukturierten Oberfläche oder mehrerer be­ schichteter Oberflächen schnell und zuverlässig Aussagen über die Qualität des Herstellungsprozesses der beschichteten Ober­ fläche getroffen werden können.

So haben Untersuchungen ergeben, daß z. B. der Glanz einer Oberfläche mit der Schichtdicke korreliert, während sich die Welligkeit und somit die Dickenvariation z. B. auf Glanz und Schleierglanz auswirken.

In bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung ist die Schicht­ dicken-Meßeinrichtung auf unterschiedliche Weise realisiert. In einer weiteren bevorzugten Ausbildung der Erfindung sind meh­ rere unterschiedliche Schichtdickensensoren Teil der Schichtdic­ ken-Meßeinrichtung.

Die Bestimmung der Schichtdicke kann mit bekannten Vorrichtun­ gen und Verfahren erfolgen, wie sie z. B. in der DE 43 33 419 A1 beschrieben sind.

Für die Bestimmung der Schichtdicke auf einem Substrat muß in der Regel ein für diesen Substrattyp und diesen Lacktyp geeig­ neter Schichtdickensensor verwendet werden. Bei der Messung von Schichtdicken unterscheidet man zwischen magnetischen, nicht magnetischen, elektrisch leitenden, nicht leitenden, eisenfrei­ en und eisenhaltigen Substraten und Schichten.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird zur Messung der Schichtdicke auf einem eisenhaltigen Substrat ein Permanentma­ gnet und eine magnetische Flußdichte-Sensoreinrichtung verwen­ det, wobei in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform diese Flußdichte-Sensoreinrichtung als Hall-Effekt Sensoreinrichtung ausgeführt ist. Die magnetische Flußdichte an einem Pol des Permanentmagneten wird bestimmt und daraus ein Wert für die Schichtdicke bestimmt.

Zur Schichtdickenmessung von nicht leitenden Schichten auf ei­ nem leitenden Substrat können Wirbelstromeffekte ausgenutzt werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform induziert eine Spule Wirbelströme an der Oberfläche des leitenden Substrats. Die resultierenden Wirbelströme bewirken ein entgegengesetzt gerichtetes Magnetfeld, welches die angeregte Spule beeinflußt, woraus ein für die Schichtdicke repräsentativer Wert bestimmt werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Spule als Wirbelstrom-Meßspule ausgeführt.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung bein­ haltet die Schichtdicken-Meßeinrichtung eine Ultraschallsende- und Ultraschallempfangseinrichtung, um die Schichtdicke der be­ schichteten Oberfläche zu bestimmen. Die Verwendung von Ultra­ schall zur Bestimmung der Schichtdicke ist auf Kunststoff­ substraten besonders vorteilhaft.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die Schichtdicke berührungslos mit Hilfe eines Lasers und eines thermoakustischen Verfahrens bestimmt. Weiterhin ist es mög­ lich, durch Schalleinwirkung bei gleichzeitiger Bestrahlung der Meßfläche mit einem Laser die Schichtdicke zu bestimmen.

In weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist auf der Meßspitze eine Saphir- oder Hartmetallspitze angebracht.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beinhaltet der Schichtdickensensor zwei Spulen, die um einen ferromagnetischen Kern gewunden sind. Der Anregungsstrom wird durch die erste Spule zugeführt, während das Signal der zweiten Spule zur Be­ stimmung der Schichtdicke ausgewertet wird. Durch eine nieder­ frequente Anregung (< 500 Hz) der ersten Spule ist die Messung der Schichtdicke von eisenfreien Schichten auf eisenhaltigen Substraten möglich, während mit hochfrequenten Anregungsströmen (< 500 Hz) Schichtdickenmessungen von nicht leitenden Schichten auf eisenfreien leitenden Substraten möglich ist.

Weiterhin ist es möglich, in einer Weiterbildung der Erfindung die üblichen, dem Fachmann bekannten Methoden und Vorrichtungen zu verwenden, wie z. B. magnetisch oder magnetisch induktiv ar­ beitende Schichtdickenmeßverfahren.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung bein­ haltet die Schichtdicken-Meßeinrichtung wenigstens zwei unter­ schiedliche Sensoreinrichtungen zur Bestimmung der Schichtdicke auf der Meßfläche. Wenigstens ein erster Schichtdickensensor ist zur Bestimmung der Schichtdicke auf magnetischen Substraten vorgesehen und wenigstens ein zweiter Schichtdickensensor zur Bestimmung der Schichtdicke auf nicht magnetischen Substraten.

Derartige Weiterbildungen haben viele Vorteile. Durch die Ver­ wendung unterschiedlicher Sensortypen kann/können auf den übli­ chen und gängigen Substrattypen die Schichtdicke bzw. die Schichtdicken sicher und reproduzierbar bestimmt werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schichtdicken-Meßein­ richtung unterschiedliche Schichtdickensensoren aufweist, so daß mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung die Schichtdicke auf unterschiedlichsten Substrattypen zuverlässig bestimmt wer­ den kann.

In einer solchen Weiterbildung ist eine derartige Vorrichtung sehr vorteilhaft, da nur noch ein Gerät verwendet werden muß, um z. B. die Schichtdicke an unterschiedlichsten Stellen einer Fahrzeugkarosserie oder eines Autos zu bestimmen.

Bisher war es erforderlich, daß verschiedene Geräte für unter­ schiedliche Substrate verwendet werden mußten. Ein weiterer Vorteil ist, daß neben der Bestimmung der Schichtdicke auch we­ nigstens eine optische Kenngröße bestimmt werden kann.

In bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung wird der Glanz und/oder Glanzschleier und/oder die Abbildungsschärfe und/oder die typische Wellenlänge und deren Amplitude der Topologie der Schichtdicke dieser Meßfläche bzw. der einzelnen Teilmeßflächen bzw. Typen der strukturierten Oberfläche (orange peel) be­ stimmt. Bei der Bestimmung des orange peel kann die Wellenlänge in einem vorbestimmten Wellenlängenintervall oder in mehreren Wellenlängenbereichen erfolgen. Weiterhin ist es möglich, die Farbe(n) der Meßfläche bzw. der einzelnen Teilflächen der strukturierten Oberfläche oder die Helligkeiten der jeweiligen Farbe zu bestimmen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden zwei oder mehr charakteristische optische Kenngrößen je Typ dieser Meß­ fläche bestimmt. Diese Ausführungsform ist besonders vorteil­ haft, da durch die Bestimmung von zwei oder mehr optischen Kenngrößen in Verbindung mit der Schichtdicke die wesentlich­ sten Parameter der Meßfläche(n) bestimmt werden.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann die Mes­ sung der optischen Größen bzw. Kenngrößen nach der Hellfeld-, Dunkelfeld-, Schlieren, oder Phasenmethode erfolgen, wie sie z. B. in "Bergmann Schaefer, Lehrbuch der Experimentalphysik, Band III, Optik, 8. Auflage, 1987, Abschnitt 3.12, Seiten 438-452" beschrieben sind, wobei im Unterschied zu den dort be­ schriebenen Meßmethoden die zu untersuchende Oberfläche typi­ scherweise nicht durchleuchtet wird, sondern der Reflex der Oberfläche ausgewertet wird. Bei der Schlieren- bzw. Dunkel­ feldmethode kann das zur Ausleuchtung der Oberfläche vorzugs­ weise verwendete parallele Licht, welches reflektiert wird, fo­ kussiert werden und dieser Anteil durch eine, vorzugsweise kleine und/oder kreisförmige, Blende geblockt werden. Auf diese Blende, die vorzugsweise im Strahlengang bzw. in der Mess­ einrichtung angeordnet ist, wird das reflektierte Licht ge­ lenkt. Auf den Sensor bzw. die Sensoren werden dann im wesent­ lichen Strukturen und/oder Störungen der Oberfläche abgebil­ det, die zur Auswertung verwendet werden können.

In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vor­ richtung weist wenigstens ein erster Teil dieses von dieser er­ sten optischen Einrichtung ausgestrahlten Lichts ein Lichtmu­ ster auf. Die erste optische Einrichtung kann eine Musterein­ richtung enthalten. Das von dieser wenigstens einen Lichtquelle dieser ersten optischen Einrichtung ausgestrahlte Licht wird bei dieser Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung we­ nigstens teilweise auf diese Mustereinrichtung gestrahlt. Das durch diese Mustereinrichtung transmittierte Licht wird ent­ sprechend dem Muster der Mustereinrichtung in der Amplitude und/oder Phase beeinflußt.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung weist das von dieser Mustereinrichtung ausge­ strahlte Lichtmuster wenigstens eine Hell-/Dunkel-Kante, oder eine Vielzahl von Hell-/Dunkel-Kanten auf, wobei in einer wei­ teren Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wenig­ stens ein Teil dieser Vielzahl von Hell-/Dunkel-Kanten wenig­ stens abschnittsweise parallel zueinander verläuft.

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, können die einzelnen Hell-/Dunkel-Kanten einen geraden, kreis- oder sinusförmigen Verlauf aufweisen.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist wenigstens ein Teil die­ ser Vielzahl von Hell-/Dunkel-Kanten gitter-, kreuzgitter- oder kreisförmig angeordnet.

Die Projektion eines Lichtmusters auf die zu untersuchende Oberfläche ist besonders vorteilhaft, da die Auswertung des von der zu untersuchenden Oberfläche bzw. der Meßfläche reflektier­ ten Lichtmusters Rückschlüsse auf die Qualität und die Struktur der zu untersuchenden Meßfläche erlaubt.

Es ist möglich, daß das Lichtmuster keine scharfen Übergänge von hell nach dunkel aufweist, sondern die Intensität des pro­ jizierten Lichts sinus- oder sägezahnförmig beeinflußt.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung weist ein erster Teil eines von dieser ersten optischen Einrichtung ausgestrahlten Lichts dieses Lichtmuster auf, während ein zweiter Teil ohne Lichtmuster auf die Meßflä­ che gerichtet ist.

Es ist aber auch möglich, daß bei der erfindungsgemäßen Vor­ richtung die Mustereinrichtung zuschaltbar ist, so daß ein ab­ wechselndes Messen mit Lichtmuster und ohne Lichtmuster möglich ist.

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 verschaltet werden können, so daß das Lichtmuster schnell und einfach an die gegebenen Erfordernisse angepaßt bzw. abgeschal­ tet werden kann.

Durch Auswertung des Signals dieses wenigstens einen Fotosen­ sors, welcher wenigstens einen Teil des reflektierten Lichtmu­ sters aufnimmt, kann eine Strukturkennzahl von dieser Auswerte­ einrichtung bestimmt werden, welche wenigstens für eine struk­ turbedingte Eigenschaft dieser Oberfläche charakteristisch ist.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung bestimmt diese Auswerteeinrichtung wenigstens für einen Teil dieser Vielzahl von Fotosensoren eine Steigung des elektrischen und/oder digitalen Meßsignals, indem eine Dif­ ferenz des elektrischen und/oder digitalen Meßsignals des Foto­ sensors mit diesem elektrischen und/oder digitalen Meßsignal des nächsten Fotosensors in dieser Reihe und/oder Spalte gebil­ det wird, oder indem Differenzen des elektrischen und/oder di­ gitalen Meßsignals dieses Fotosensors mit diesem elektrischen und/oder digitalen Meßsignal wenigstens eines Teils der direkt oder diagonal benachbarten Fotosensoren gebildet werden.

Dies ist besonders vorteilhaft, da die Steigungen der Meßsigna­ le und insbesondere die Steigungen der Meßsignale bei Bestrah­ lung mit einem Lichtmuster dazu geeignet sind, eine Struktur­ kennzahl abzuleiten, welche für wenigstens eine strukturbeding­ te Eigenschaft der zu untersuchenden Meßfläche charakteristisch ist.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung bestimmt diese Auswerteeinrichtung wenigstens einen Durchschnitt wenigstens eines Teils dieser Steigungen der Meßsignale dieser Fotosensoren und bestimmt aus diesem wenig­ stens einen Durchschnitt diese charakteristische Strukturkenn­ zahl für diese wenigstens eine strukturbedingte Eigenschaft dieser Oberfläche.

Aus diesen Steigungen kann aber auch ein Histogramm bestimmt werden, in welchem für vorbestimmte und/oder wählbare Bereiche die Steigung über der Anzahl dieser Steigungen in den entspre­ chenden Intervallen bzw. Bereichen aufgetragen wird. Mit der Bildung des Schwerpunkts und/oder des Mittelwerts der Steigun­ gen kann eine charakteristische Strukturkennzahl in dieser Aus­ werteeinrichtung abgeleitet werden, welche die strukturbeding­ ten Eigenschaften dieser Oberfläche charakterisiert.

Diese bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung ist besonders vorteilhaft, da durch die Bestimmung wenig­ stens eines Teils der Steigungen und durch die Bildung der Durchschnittssteigung schnell und zuverlässig eine charakteri­ stische Strukturkennzahl für diese Meßfläche bestimmt werden kann.

Abgerundete Oberflächenstrukturen, wie sie z. B. bei Verwendung von abgenutzten oder verschlissenen Werkzeugen bei der Produk­ tion strukturierter Oberflächen entstehen, reflektieren auf diese Oberfläche projiziertes Licht diffuser als Oberflächen mit schärfer ausgeprägtem Profil.

Durch die Verwendung einer solchen Weiterbildung der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, die strukturbedingten Eigenschaften zu bestimmen.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung werden als optische Kenngrößen neben dieser charakteristischen Strukturkennzahl noch wenigstens eine, zwei, drei oder mehr charakteristische optische Kenngrößen dieser Meßfläche bestimmt.

In bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung wird der Glanz (engl. gloss) oder der Schleierglanz (engl. haze) oder die Ab­ bildungsschärfe (engl. distinction of image DOI) oder ein re­ präsentatives Maß für die typische Wellenlänge und deren Ampli­ tude (engl. orange peel) der Topologie der Schichtdicke dieser Meßfläche bestimmt.

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.

In einer bevorzugten Weiterbildung einer oder mehrerer der zu­ vor beschriebenen Ausgestaltungen dieser Erfindung wird mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Krümmung der Oberfläche de­ tektiert und vorzugsweise zahlenmäßig bestimmt. Vorzugsweise kann eine mathematische Kompensation der Messung nach Bestim­ mung der (lokalen) Krümmung erfolgen.

Vorzugsweise wird in dieser Weiterbildung ein Lichtmuster ent­ sprechend einer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen auf die zu untersuchende Oberfläche projiziert. Weist die zu untersuchende Oberfläche eine Krümmung (konvex oder konkav) auf, so wird z. B. bei Ausleuchtung mit einem Sä­ gezahnmuster die Flanke vergrößert oder verkleinert. Bei Aus­ leuchtung mit einem (Kreuz-, Gitter-) Muster kann z. B. durch Abstandsbestimmung der einzelnen Linien die Krümmung (mehr­ dimensional) bestimmt werden. Sobald die Krümmung bestimmt ist, können die entsprechenden Werte zur Korrektur oder Kompensation der durch die Meßeinrichtung ermittelten optischen Meßwerte herangezogen werden, so daß das Endergebnis, d. h. die Meßwerte nach der Kompensation, von der Oberflächenkrümmung im wesent­ lichen unbeeinflußt sind.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung einer oder mehrerer der zuvor beschriebenen Weiterbildungen kann zur Kompensation einer Krümmung der zu messenden Oberfläche die Tiefenschärfe der Abbildungsoptik gezielt beeinflußt und verringert oder ver­ größert werden.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird die Tiefenschärfe bei gekrümmten Oberflächen verringert. Dadurch wird eine Abbildung der Meßfläche unscharf und das Meßergebnis wird nicht mehr oder nur noch geringfügig durch die Krümmung beeinflußt.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird eine Oberflächenkrümmung automatisch bestimmt und ebenfalls automa­ tisch kompensiert.

In einer bevorzugten Weiterbildung einer oder mehrerer der zu­ vor beschriebenen Ausgestaltungen dieser Erfindung werden für jeden Flächenelementtyp der strukturierten Oberfläche wenig­ stens eine, zwei, drei oder mehr charakteristische optische Kenngrößen dieser Flächenelementtypen bestimmt. Vorzugsweise wird der Glanz und/oder der Schleierglanz und/oder die Abbil­ dungsschärfe und/oder der orange peel der einzelnen Flächenele­ menttypen bestimmt.

Vorzugsweise wird mit den Kenngrößen für die einzelnen Domänen, also z. B. den Kenngrößen für die Glanzdomänen eine Kennzahl für die strukturierte Oberfläche bestimmt, die die Qualität der strukturierten Oberfläche beschreiben kann. Diese bevorzugte Weiterbildung ist insbesondere für den Fall vorteilhaft, daß die strukturierte Oberfläche wenigstens zwei Flächenelementty­ pen aufweist, die sich in ihren Eigenschaften, vorzugsweise op­ tischen Eigenschaften, unterscheidet. Weiterhin ist es möglich, die Deckung der einzelnen opt. Kenngrößen bezüglich der Meßflä­ che zu bestimmen.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung dieser Erfindung werden neben der Strukturkennzahl noch weitere der obengenann­ ten charakteristischen optischen Kenngrößen bestimmt.

Eine solche Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist besonders vorteilhaft, da mit dieser kleinbauenden Vorrichtung u. U. alle interessierenden visuellen und physikalischen Eigen­ schaften dieser Meßfläche bestimmt werden können.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung aller vorstehend be­ schriebenen Ausführungsbeispiele ist eine dritte optische Ein­ richtung angeordnet, welche wenigstens eine Lichtquelle auf­ weist und Licht mit einer vorgegebenen spektralen Charakteri­ stik ausstrahlt, welches in einem vorbestimmten Winkel auf die­ se Meßfläche gerichtet ist.

In den bisher genannten bevorzugten Weiterbildungen der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung kann der vorbestimmte Winkel, in wel­ chem das von der ersten optischen Einrichtung ausgestrahlte Licht zu dieser Meßfläche ausgerichtet ist und/oder der vorbe­ stimmte Winkel, unter welchem die zweite optische Einrichtung das von dieser Meßfläche reflektierte Licht aufnimmt, und/oder der vorbestimmte Winkel, in welchem das von der dritten opti­ schen Einrichtung ausgestrahlte Licht zu dieser Meßfläche aus­ gerichtet ist, frei eingestellt 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 Lichtwinkel. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß auch andere als die hier genannten Winkel möglich sind.

In einer solchen Weiterbildung ist vorzugsweise wenigstens eine der optischen Einrichtungen in ihrer Position veränderbar. Die­ se Positionsveränderung erfolgt vorzugsweise automatisch bei Veränderung des bzw. der Winkel, und es kann eine Rotation um den Meßpunkt erfolgen. Es ist dann auch eine synchrone bzw. gleichzeitige Bewegung mehrerer optischer Einrichtungen mög­ lich, so daß die Einfalls- bzw. Ausfallswinkel gleich bleiben. Es ist aber auch möglich, daß wenigstens eine optische Einrich­ tung im wesentlichen senkrecht zur zu messenden Oberfläche ver­ schiebbar ist. Vorzugsweise können bei dieser Gestaltung wenig­ stens die erste und die zweite optische Einrichtung senkrecht zur zu messenden Oberfläche verschiebbar sein, so daß das von der ersten optischen Einrichtung ausgestrahlte und von der Oberfläche reflektierte Licht von der zweiten optischen Ein­ richtung aufnehmbar ist.

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 Reflexion gerichtet reflektierte Licht gegenüber dieser Meßflä­ che einen anderen Winkel aufweist als der Winkel zwischen die­ ser Meßfläche und dem von dieser Meßfläche gerichtet reflek­ tierten Licht, welches von dieser ersten optischen Einrichtung ausgestrahlt wird, so daß die zweite optische Einrichtung bzw. die Fotosensoren im wesentlichen das von der dritten optischen Einrichtung ausgestrahlte Licht und diffus von dieser Meßfläche reflektierte Licht aufnimmt.

Diese wenigstens eine Lichtquelle dieser dritten optischen Ein­ richtungen kann eine, zwei und besonders bevorzugt drei licht­ ausstrahlende Elemente aufweisen, deren Licht sich in der emit­ tierten spektralen Charakteristik derart unterscheidet, daß die emittierten Wellenlängenbereiche unterschiedlich sind.

Die emittierten Wellenlängenbereiche dieser lichtausstrahlenden Elemente können sich im sichtbaren Bereich des Lichtspektrums zumindest teilweise überlappen, und in einer weiteren bevorzug­ ten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die emittierten spektralen Charakteristika dieser lichtausstrahlen­ den Elemente voneinander linear unabhängig.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung sind wenigstens zwei, vorzugsweise drei oder mehr Fotosensoren bzw. fotosensitive Elemente derart gestaltet, daß sie sich in ihrer spektralen Charakteristik unterscheiden, so daß als optische Kenngröße dieser Meßfläche die Farbe des reflektierten Lichts erfaßbar ist.

In einer anderen bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung weist wenigstens ein Fotosensor wenigstens zwei, vorzugsweise drei oder mehr fotosensitive Elemente auf, deren elektrische Ausgangssignale einzeln erfaßbar sind und die sich in ihrer spektralen Charakteristik unterscheiden, so daß die Farbe des von dieser Meßfläche reflektierten Lichts erfaß­ bar ist.

Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die es ermöglicht, die Farbe des von dieser Meßfläche reflektierten Lichts zu erfassen, ist besonders vorteilhaft, da die Farbe und die Helligkeit der Farbe wesentliche Merkmale von Oberflächen und auch von strukturierten Oberflächen sind.

In weiteren bevorzugten Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in dieser ersten und/oder dieser dritten opti­ schen Einrichtung eine oder mehrere Leuchtdioden oder Laser­ lichtquellen angeordnet.

Wenigstens ein Teil des von dieser ersten optischen Einrichtung und/oder dieser dritten optischen Einrichtung im wesentlichen gerichtet oder diffus ausgestrahlten Lichts ist vorzugsweise im wesentlichen parallel, divergent oder konvergent.

In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vor­ richtung wird das von dieser ersten und/oder dritten optischen Einrichtung ausgestrahlte Licht konvergent auf die zu untersu­ chende Oberfläche gerichtet und wird vorzugsweise auf die zu untersuchende Oberfläche fokussiert, so daß näherungsweise nur ein Meßpunkt bzw. eine räumlich klein ausgedehnte Meßfläche auf der zu untersuchenden Oberfläche ausgeleuchtet wird.

In einer bevorzugten Weiterbildung der zuletzt beschriebenen Ausgestaltung ist in der ersten optischen Einrichtung vorzugs­ weise eine Scaneinrichtung vorgesehen, die einen im Verhältnis (< 5, vorzugsweise größer 10, vorzugsweise < 50) zum die Ober­ fläche ausleuchtenden Lichtfleck große Fläche der zu untersu­ chenden Oberfläche nacheinander abtastet. In dieser Wei­ terbildung kann sowohl eine punktförmige Fokussierung des auf die zu untersuchende Oberfläche gerichteten Lichtstrahls bzw. der Lichtstrahlen verwendet werden oder auch eine Ausleuchtung mit einem räumlich ausgedehnten Lichtfleck.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung strahlt diese erste und/oder dritte optische Einrichtung wenigstens einen Lichtfleck mit vorbestimmtem Durchmesser senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des ausgestrahl­ ten Lichts oder wenigstens einen Lichtstreifen mit vorbestimm­ ter Länge und Breite senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des ausgestrahlten Lichts aus.

Dieses von der ersten optischen Einrichtung projizierte Licht­ muster kann auch aus verschiedenen Lichtflecken oder Lichtstreifen bestehen.

Es sei darauf hingewiesen, daß diese wenigstens eine optische Kenngröße bzw. diese Strukturkennzahl auch aus den elektrischen und/oder digitalen Meßsignalen dieser Fotosensoren bestimmt werden kann, welche diesen von dieser Meßfläche reflektierten zweiten Teil ohne Lichtmuster dieses von dieser ersten opti­ schen Einrichtung ausgestrahlten Lichts aufnehmen.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung ist in möglichst unmittelbarer Nähe wenigstens einer Lichtquelle dieser ersten optischen Einrichtung und/oder dieser wenigstens einen Lichtquelle bzw. dieses wenigstens ei­ nen lichtausstrahlenden Elementes dieser dritten optischen Ein­ richtung und/oder dieses wenigstens einen Fotosensors bzw. die­ ses wenigstens einen fotosensitiven Elementes wenigstens eine Temperaturmeßeinrichtung angeordnet, welcher zur Bestimmung der charakteristischen Temperatur der jeweiligen Lichtquelle, lichtausstrahlenden Elemente, Fotosensoren oder lichtsensitiven Elementen vorgesehen ist, damit eine temperaturkorrigierte Be­ stimmung dieses wenigstens einen Strukturkennwerts und/oder dieser wenigstens einen optischen Kenngröße erfolgen kann.

Die Bestimmung der charakteristischen Temperaturen der Licht­ quellen und Fotosensoren ist besonders vorteilhaft, da diese elektrischen Einrichtungen temperaturabhängig arbeiten und durch eine temperaturkorrigierte Bestimmung der Kenngrößen und Kennwerte die Reproduzierbarkeit von Messungen erhöht wird; denn mit zunehmender Meßdauer oder bei wechselndem Meßapparat kann sich die Temperatur und deren Verteilung innerhalb der er­ findungsgemäßen Vorrichtung ändern.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird wenigstens ein Teil des Verlaufs des auf dieser Vielzahl von Fotosensoren abgebildeten Lichtmusters bestimmt. Durch eine Ab­ weichung des gemessenen Verlaufs vom idealen Verlauf kann ein charakteristischer Profilhöhenkennwert dieser Meßfläche be­ stimmt werden.

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung wird der Verlauf wenigstens einer Hell-/Dunkel-Kante abschnittsweise auf dieser Vielzahl von Fotosensoren bzw. auf dem CCD-Chip bestimmt.

Wird eine helle oder dunkle Linie auf eine zu untersuchende Oberfläche projiziert, welche ein Rechteckprofil mit einer Pro­ filhöhe h aufweist, so findet eine räumliche Trennung des Re­ flexes dieser Linie auf dem CCD-Chip der zweiten optischen Ein­ richtung statt.

Die von den unteren Kanten des Rechteckprofils reflektierten Teile der dunklen oder hellen Linie werden räumlich parallel versetzt zu denen reflektiert, die an den oberen Kanten des Rechteckprofils reflektiert werden.

Das reflektierte Abbild einer idealen rechteckförmig struktu­ rierten Oberfläche sind zwei gestrichelte helle bzw. dunkle Li­ nien auf dem CCD-Chip.

Mit dem bekannten Einstrahl- und Reflexionswinkel und dem Ab­ stand dieser zwei gestrichelten Linien auf dem CCD-Chip kann die Höhe des Profils an jedem Ort der Meßfläche bestimmt wer­ den.

Bei der Vermessung von nicht rechteckförmigen Oberflächenprofi­ len kann analog mit den entsprechenden geometrischen Beziehun­ gen ein Profilhöhenkennwert dieser Meßfläche bestimmt werden.

Die Bestimmung eines Profilhöhenkennwertes ist besonders vor­ teilhaft, da beim Verschleißen der Herstellungswerkzeuge auch die Profilhöhe der hergestellten Bauteile abnehmen kann.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird diese Strukturkennzahl mittels eines Triangulationsverfahrens bestimmt, 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 Technik bekannt geworden sind, eingesetzt werden kann.

Beispielhaft sei auf die aus den amerikanischen Patenten US 5,546,189 und US 5,744,793 dargestellten Triangulationsverfah­ ren hingewiesen, die hiermit Teil der Offenbarung der vorlie­ genden Erfindung werden.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung wird im Gegensatz zu dem in dem US-Patent 5,546,189 hergestellten Verfahren kein bzw. nicht ausschließ­ lich ein Grauwert bestimmt, welcher repräsentativ für die Höhe der Meßfläche am Meßort ist, sondern es wird die Oberflächenhö­ he am Meßort in größtmöglicher Präzision bestimmt.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist eine zusätzliche optische Einrichtung mit wenigstens einem Fo­ tosensor vorgesehen, welche unter einem vorbestimmten Winkel zu dieser Meßfläche ausgerichtet ist. In einer besonders bevorzug­ ten Weiterbildung ist diese zusätzliche optische Einrichtung in der Ebene angeordnet, die durch den Meßpunkt, die zweite opti­ sche Einrichtung und die dritte optische Einrichtung aufge­ spannt wird und besonders bevorzugt ist, daß der Winkel, unter dem diese zusätzliche optische Einrichtung das reflektierte Licht aufnimmt, gleich dem Winkel ist, unter dem die zweite op­ tische Einrichtung das reflektierte Licht aufnimmt, so daß die zweite und die zusätzliche optische Einrichtung symmetrisch zu dem von der ersten optischen Einrichtung oder symmetrisch zu dem von der dritten optischen Einrichtung ausgestrahlten Licht angeordnet sind.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die Intensität und der Ort des Auftreffpunktes der reflektier­ ten Intensität auf dieser zweiten optischen Einrichtung und dieser zusätzlichen optischen Einrichtung bestimmt, und beson­ ders bevorzugt wird von dieser Auswerteeinheit ein charakteri­ stischer Ortskennwert für den Ort der Messung und die gemessene Intensität in dieser Speichereinrichtung gespeichert, und diese Auswerteeinheit bestimmt einen charakteristischen Abstandskenn­ wert für den Abstand zum Meßpunkt auf der zu untersuchenden Oberfläche und speichert diesen in dieser Speichereinrichtung.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die erste optische Einrichtung eine Scanneinrichtung auf, wel­ che die zu untersuchende Oberfläche derart abtastet, daß das von dieser ersten optischen Einrichtung ausgestrahlte Licht zeitlich nacheinander die zu untersuchende Oberfläche abtastet. Besonders bevorzugt bestimmt diese Auswerteeinrichtung mit die­ sen Abstandskennwerten und diesen Ortskennwerten wenigstens ei­ ne dieser wenigstens einen Strukturkennzahl.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung wird wenigstens ein quantitativer Steilheits­ kennwert für die Steilheit der Struktur der zu untersuchenden Oberfläche bestimmt.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung be­ stimmt diese Auswerteeinrichtung wenigstens einen quantitativen Schärfenkennwert für die Schärfe der Kanten der zu untersuchen­ den Oberfläche.

Diese Weiterbildungen sind besonders vorteilhaft, da mit der Abnutzung der Werkzeuge die Struktur der Oberfläche der herzu­ stellenden Bauteile abnimmt und insbesondere durch Abnutzung und Verschleiß die Steilheit der Struktur abnimmt und insbeson­ dere auch die Schärfe der Kanten abnimmt, da mit zunehmenden Verschleiß das Profil des Werkzeugs abrundet.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird aus dieser we­ nigstens einen Strukturkennzahl und wenigstens einer der ge­ nannten charakteristischen optischen Größen (Glanz, Schleier­ glanz, Abbildungsschärfe, orange peel) eine Bewertungsstruktur­ kennzahl abgeleitet, welche wenigstens für einen Teil der visu­ ellen Eigenschaften dieser Oberfläche charakteristisch ist.

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 ge­ nannten charakteristischen optischen Größen ab. Beispielsweise sind bei besonders glatten und hochreflektierenden Flächen die Anforderungen an den Herstellungsprozeß besonders hoch, da auf solchen Oberflächen das menschliche Auge auch kleinste Störun­ gen, Unebenheiten und Veränderungen wahrnimmt. Bei Kraftfahr­ zeugen mit sogenannter "Metallic"-Lackierung ist es nahezu un­ möglich, auf einer großen Fläche einen Lackschaden derart nach­ zubessern, daß dieser Schaden für den Betrachter unsichtbar bleibt.

Im Gegensatz dazu sind die Anforderungen bei matten und schwach reflektierenden Flächen an die Beschichtungsqualität des Lacks und der darunter liegenden Oberfläche erheblich geringer.

Während Oberflächenrauhigkeit und orange peel schon im geringen Maße bei hochglänzenden Flächen das physiologische Empfinden eines Betrachters stören, wirken sich weitaus größere Rauhig­ keiten und Oberflächenwelligkeiten bei schwach reflektierenden und matten Flächen auf den visuellen Eindruck eines Betrachters nur wenig oder gar nicht aus. Bei strukturierten Oberflächen ist der visuelle Eindruck durch die Struktur bedingt weniger abhängig von der Oberflächenrauhigkeit, dem Glanz oder den an­ deren optischen Kenngrößen.

Gemäß dieser bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird des­ halb wenigstens eine Bewertungsstrukturkennzahl und wenigstens eine der genannten charakteristischen Größen gebildet, welche ein Maß für die Qualität der Meßfläche darstellt.

Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird ebenfalls wenigstens eine Bewertungsstrukturkennzahl ge­ bildet. Insbesondere, aber nicht nur, bei strukturierten Ober­ flächen, die nur ein geringes bzw. kein Oberflächenprofil auf­ weisen, und die wenigstens zwei Oberflächenelementtypen aufwei­ sen, die sich in wenigstens einer charakteristischen optischen Kenngröße unterscheiden, wird die Bewertungsstrukturkennzahl wenigstens aus einer der genannten charakteristischen Größen gebildet. Bei derart strukturierten Oberflächen ist der visuel­ le Eindruck und die Qualität von der Gleichförmigkeit der Ver­ teilung der optischen Kenngrößen abhängig.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird aus die­ sem Kennwert für den Glanz der Meßfläche und dieser Struktur­ kennzahl eine Bewertungsstrukturkennzahl derart gebildet, daß für Flächen mit geringem Glanz auch bei einer nicht idealen Strukturkennzahl eine ausreichende bzw. befriedigende Bewer­ tungsstrukturkennzahl gebildet wird.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, daß diese Bewertungsstrukturkennzahl derart gebildet wird, daß z. B. ein höherer Glanz eine schlechtere Strukturkennzahl aus­ gleicht, so daß diese Bewertungsstrukturkennzahl ein qualitativ ausreichendes Ergebnis erzielt.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, daß für wenigstens zwei oder alle der genannten optischen Größen Glanz, Schleierglanz, Abbildungsschärfe, orange peel eine Be­ wertungsstrukturkennzahl gebildet wird oder daß aus zwei oder mehr der genannten charakteristischen Größen (Glanz, Schleier­ glanz, Abbildungsschärfe, orange peel) und dieser Strukturkenn­ zahl eine Bewertungsstrukturkennzahl abgeleitet wird, welche für den visuellen Eindruck dieser Meßfläche charakteristisch ist.

Die Bildung wenigstens einer Bewertungsstrukturkennzahl aus dieser wenigstens einen Strukturkennzahl und wenigstens einer der charakteristischen optischen Größen, wie Glanz etc., ist besonders vorteilhaft, da eine besonders einfache und automati­ sche bzw. automatisierte Bestimmung der Qualität der zu unter­ suchenden Oberfläche möglich ist.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung ist wenigstens ein unterer bzw. oberer Grenz­ wert für diese wenigstens eine Strukturkennzahl und/oder diese wenigstens eine 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 einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird dieser wenigstens eine Grenzwert durch Messung wenigstens einer Referenzoberfläche automatisch bestimmt. Es ist z. B. möglich, daß eine, zwei oder mehr bewertete Referenzoberflächen unter­ schiedlicher Qualität gemessen werden, wobei vorteilhafterweise wenigstens eine dieser Referenzoberflächen eine hohe Qualität und wenigstens eine weitere eine unzureichende Qualität auf­ weist.

Durch eine derartige teilautomatisierte Kalibrierung dieser Vorrichtung können schnell und zuverlässig verschiedene Meß­ punkte auf einer Oberfläche oder verschiedenen zu untersuchen­ den Oberflächen durchgeführt werden.

In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vor­ richtung wird eine derartige teilautomatisierte Kalibrierung durch Messung wenigstens einer Referenzoberfläche je Oberflä­ chenelementtyp durchgeführt, die die strukturierte Oberfläche aufweist.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist ein Ein- bzw. Ausschalter angeordnet.

Des weiteren kann an dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Eingabevorrichtung 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 nach­ folgende Messungen mit Bezug auf dieses Typkennzeichen von die­ ser Auswerteeinrichtung ausgewertet und in dieser Speicherein­ richtung abgelegt werden.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird der Benutzer beim Einschalten durch ein akustisches oder opti­ sches Signal dazu aufgefordert werden, in dieser Eingabeein­ richtung ein Typkennzeichen für den zu messenden Oberflächentyp einzugeben, wobei in einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Benutzer jederzeit durch Eingabe eines anderen Typkennzei­ chens den Oberflächentyp ändern kann, auf den sich die nachfol­ genden Messungen beziehen.

Die Eingabe bzw. die Wahl eines Typkennzeichens vor der Messung eines bestimmten Oberflächentyps ist besonders vorteilhaft, da bei der Bewertung verschiedener Oberflächentypen die einzelnen Kennwerte eine unterschiedliche Bedeutung und bei Bildung einer Bewertungsstrukturkennzahl eine unterschiedliche Gewichtung ha­ ben.

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 wenigstens einen charakteristischen optischen Kenngröße und dieser wenigstens einen Strukturkennzahl und dieser wenigstens einen Bewertungsstrukturkennzahl in dieser Speichereinrichtung dauerhaft abgelegt, wobei der Wertebereich dieser Benutzer- Beurteilungszahl wenigstens zwei unterschiedliche Qualitätswer­ te, die "gut" und "schlecht" entsprechen, umfaßt.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wer­ den wenigstens ein Teil dieser in dieser Speichereinrichtung abgelegten Benutzer-Beurteilungszahlen mit zugehörigen Kenngrö­ ßen und Kennwerten der entsprechenden Messungen zu automati­ schen Bestimmungen wenigstens eines dieses wenigstens eines Grenzwerts für dieses Typkennzeichen der zu untersuchenden Oberfläche verwendet.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung berücksichtigt diese Auswerteeinrichtung im we­ sentlichen alle in dieser Speichereinrichtung für dieses Typ­ kennzeichen der zu messenden Oberfläche abgelegten Benutzer- Beurteilungszahlen und die entsprechenden Kenngrößen und Kenn­ werte und Strukturkennwerte zur Bestimmung dieses wenigstens einen Grenzwerts und zur Bestimmung der Gewichtungsfaktoren, welche zur Bestimmung der Bewertungsstrukturkennzahl verwendet werden, so daß diese Gewichtungsfaktoren und dieser wenigstens eine Grenzwert mit zunehmender Anzahl von Messungen derart an­ gepaßt werden, daß diese Bewertungsstrukturkennzahl dem visuel­ len Eindruck des Benutzers angepaßt wird.

Diese bevorzugte Weiterbildung der Erfindung ist besonders vor­ teilhaft; da diese Vorrichtung bei der Bestimmung dieser Kenn­ größen und Kennwerte und dieser Bewertungsstrukturkennzahl lernfähig ist und auf der Basis eines Expertensystems die Zu­ verlässigkeit bei der Bestimmung dieser wenigstens einen Bewer­ tungsstrukturkennzahl mit der Anzahl der Messungen zunimmt.

Bei dieser bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist es wei­ terhin vorgesehen, daß bei der Bestimmung dieser Grenzwerte und Gewichtungsfaktoren nicht alle gemessenen und gespeicherten Werte für dieses Typkennzeichen verwendet werden, da sich der physiologische Zustand des Benutzers auf die Bewertung dieser Meßfläche auswirkt, und da durch irrtümliche Eingabe falscher Benutzer-Beurteilungszahlen ungewünschte Grenzwerte und Gewich­ tungsfaktoren bestimmt werden können.

Möglich ist es z. B., daß bei einer Vielzahl von vorliegenden Meßergebnissen eine bestimmte Prozentzahl von z. B. 5% oder 10% bei der Bildung dieser Gewichtungsfaktoren und dieser Grenzwer­ te unberücksichtigt bleiben, wobei die Auswahl der unberück­ sichtigt bleibenden Werte nach bekannten statistischen Verfah­ ren erfolgt.

Diese Weiterbildung der Erfindung ist besonders vorteilhaft, da auch bei irrtümlicher Eingabe falscher Benutzer- Beurteilungszahlen diese im wesentlichen unberücksichtigt blei­ ben, so daß durch die Lernfähigkeit dieser Auswerteeinrichtung bedingt die Zuverlässigkeit der automatisch bestimmten Bewer­ tungsstrukturkennzahlen mit zunehmender Anzahl von Messungen steigt.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung aller vorstehend be­ schriebenen Ausführungsbeispiele ist diese Vorrichtung relativ zur Meßfläche in einer im wesentlichen abstandsgleichen Rich­ tung verschiebbar, und es ist eine Wegstrecken-Meßeinrichtung vorgesehen, welche diese relative Verschiebung quantitativ er­ faßt. In dieser Speichereinrichtung werden die entlang vorgege­ benen Meßschwellen auf dieser Oberfläche gemessenen Struktur­ kennwerte und/oder charakteristischen optischen Kenngrößen und/oder Bewertungsstrukturkennzahlen gespeichert.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist wenigstens ein Meßrad vorgesehen, welches während der Messung auf der zu mes­ senden Oberfläche aufgesetzt ist und sich während der Relativ­ bewegung zwischen der Vorrichtung und der zu messenden Oberflä­ che dreht, wobei dieses wenigstens eine Meßrad mit einem Dreh­ winkelgeber verbunden sein kann, welcher ein elektrisches Dreh­ winkelsignal ausgibt, welches für den vom Meßrad zurückgelegten Drehwinkel repräsentativ ist.

Weiterhin kann eine Speichereinrichtung vorgesehen sein, welche kontinuierlich oder zeitlich bzw. räumlich periodisch oder auf vorgegebenen Meßstellen auf der Oberfläche optische Kenngrößen und Schichtdickenwerte bestimmt und in der Speichereinrichtung ablegt.

Diese bevorzugte Weiterbildung der Erfindung ist besonders vor­ teilhaft, da zu untersuchende Oberflächen z. B. systematisch über die gesamte Oberfläche gemessen werden können.

In der bevorzugten Weiterbildung der Erfindung, in welcher eine Vielzahl von Fotosensoren angeordnet sind, wird besonders be­ vorzugterweise ein CCD-Chip eingesetzt, welcher in einer weite­ ren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung als Farb-CCD-Chip ausgeführt sein kann.

Bei Einsatz eines zweidimensionalen CCD-Chips wird ein zweidi­ mensionales Abbild dieser Meßfläche in der zweiten optischen Einrichtung auf den CCD-Chip abgebildet.

In einer bevorzugten Weiterbildung wird die zu untersuchenden Meßfläche flächig ausgeleuchtet und auf einen zweidimensionalen CCD-Chip in der zweiten optischen Einrichtung abgebildet. Durch eine Auswertung der (statistischen) Verteilung der optischen Eigenschaften über der Meßfläche kann eine Kennzahl bzw. eine Strukturkennzahl für die Qualität der zu untersuchenden Ober­ fläche bestimmt werden.

In einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung bei Einsatz eines zweidimensionalen CCD-Chips unter Verwendung ei­ nes räumlich eng begrenzten oder konvergenten oder auf die zu untersuchende Oberfläche fokussierten Lichtstrahls wird ein zweidimensionales Abbild des Meßpunkts in der zweiten optischen Einrichtung auf den CCD-Chip abgebildet. Durch (z. B. statisti­ sche) Auswertung der Helligkeitsverteilung auf dem CCD-Chip können verschiedene Kennwerte für die optischen Eigenschaften der zu untersuchenden Oberfläche bestimmt werden.

In einer weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Weiterbildung der Vorrichtung, bei der die zu untersuchende Meßfläche mit ei­ nem konvergenten bzw. fokussierten Lichtstrahl abgescannt wird, werden über die Fläche der zu untersuchenden Oberfläche die charakteristischen optischen Kenngrößen bestimmt und es wird die Deckung der einzelnen Kenngrößen, wie z. B. die Glanzdec­ kung, bestimmt.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung einer oder mehrerer der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Weiterbildungen der Vorrichtung wird ein Histogramm der einzelnen optischen Kenn­ größen über dem Meßort auf der zu Untersuchenden Oberfläche aufgestellt bzw. es wird eine Tabelle bzw. ein Histogramm auf­ gestellt, in welchem die Höhe der einzeln gemessenen optischen Kenngrößen, wie z. B. des Glanzes, des DOIs oder der anderen charakteristischen Kenngrößen über der Häufigkeit aufgetragen werden. Mit der statistischen Verteilung der entsprechenden op­ tischen Kenngrößen wird eine Kennzahl bzw. Strukturkennzahl der zu untersuchenden strukturierten Oberfläche bestimmt.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird vor Be­ ginn 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 Dunkelbildes, des beleuchteten Bildes und dem Wert für den Kontrast wird die Helligkeit des gemessenen Bildes normiert.

Die weitere Auswertung erfolgt mit den normierten Werten bzw. mit dem normierten Bild.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung er­ folgt die Auswertung über eine oder mehrere Fourriertransforma­ tionen. Besonders bevorzugt werden für jede Zeile die Ortsfre­ quenzkoeffizienten aus einer Fourriertransformation dieser Zei­ le bestimmt und die Ortsfrequenzkoeffizienten für das gesamte Bild werden aus dem Mittelwert der Frequenzen aller Zeilen be­ stimmt.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemä­ ßen 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 werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Schichtdicken-Meßeinrichtung eine Schaltrichtung auf, um einen für den Substrattyp geeigneten Schichtdickensensortyp auszu­ wählen. Dabei kann durch ein im Speicher dieser Steuereinrich­ tung abgelegtes Programm der Typ des Substrats dieser beschich­ teten Oberfläche automatisch bestimmt und die Schalteinrichtung derart eingestellt werden, daß zur Bestimmung der Schichtdicke ein für dieses Substrat geeigneter Schichtdickensensor ausge­ wählt wird.

Die Anordnung einer solchen Schalteinrichtung ist besonders vorteilhaft, da durch ein einfaches Betätigen der Schaltein­ richtung ein bestimmter Sensortyp zur Bestimmung der Schicht­ dicke ausgewählt wird; der Benutzer kann z. B. durch die Anzei­ geeinrichtung aufgefordert werden, einen anderen Sensortyp zur Bestimmung der Schichtdicke auszuwählen, wenn die Bestimmung der Schichtdicke mit dem ausgewählten Sensor unsinnige Werte liefert.

Bei Überschreitung bzw. Unterschreitung vorgegebener Schranken wird der gültige Meßbereich verlassen und kann z. B. durch Aus­ gabe des Wertes auf der Anzeige-Einrichtung ausgegeben wer­ den. Dadurch wird der Benutzer dann aufgefordert, die Schalt­ einrichtung zu betätigen und den Sensortyp umzuschalten. Eine automatische Umschaltung und eine automatische Auswahl eines geeigneten Schichtdickensensors ist besonders vorteilhaft, wenn unerfahrene Benutzer eine solche erfindungsgemäße Ausgestaltung verwenden.

Es sei darauf hingewiesen, daß das Zusammenwirken der einzelnen erfindungsgemäßen Merkmale in jeder beliebigen Kombination be­ vorzugt ist. Insbesondere sind auch die durch die unabhängigen und abhängigen Ansprüche offenbarten Merkmalskombinationen un­ ter Weglassung eines oder mehrerer Merkmale bevorzugt. Für den Fachmann ist ersichtlich, daß über die hier dargestellten Aus­ führungsbeispiele hinaus eine Vielzahl weiterer Modifikationen und Ausführungen denkbar sind, die von der Erfindung erfaßt sind. Die Erfindung beschränkt sich insbesondere nicht nur auf die hier dargestellten Ausführungsformen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vor­ liegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be­ schreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen.

Darin zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt eines ersten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Sensorelements, bei welchem die zur Lichtmessung herangezogenen Flächen variiert werden können;

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Sensorelements, bei welchem sieben Fotosensoren mit den lichtempfindli­ chen Flächen gebildet werden;

Fig. 4 ein Diagramm, welches das Reflexionsverhalten bei Be­ leuchtung ohne Lichtmuster zeigt, wobei auf der Ordina­ te die gemessene Lichtintensität und auf der Abszisse die Winkelabweichung bezüglich des idealen Reflexions­ winkels aufgetragen ist;

Fig. 5 ein Abbild des auf die Meßfläche projizierten Lichtmu­ sters,

Fig. 6 den prinzipiellen schaltungstechnischen Aufbau einer Meßeinrichtung, wie er bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1-5 zu verwenden ist; und

Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches auch zu weitergehenden Messungen geeignet ist.

Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun in bezug auf die Fig. 1 beschrieben.

Die in der Figur schematisch dargestellte Meßeinrichtung zur Bestimmung der Qualität strukturierter Oberflächen weist ein Gehäuse auf, in welchem ein erster Belichtungstubus 2 angeord­ net ist. In diesem Belichtungstubus ist, schematisch angedeu­ tet, eine Lichtquelle 3 angeordnet, eine Blende 4, eine Licht­ mustereinrichtung 6 und eine Linseneinrichtung 5.

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 Lichtmusterplatte 9 angeordnet sein, bei welcher auf einem Teil der ausgeleuchteten Fläche die Phase und/oder die Amplitude des auftreffenden Lichts derart beeinflußt wird, daß das transmit­ tierte Licht ein charakteristisches Lichtmuster aufweist. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Amplitude des von der Lichtquelle 3 ausgestrahlten Lichts durch Hell-/Dunkel-Kanten auf der Lichtmusterplatte 9 beeinflußt.

Weiterhin wird das ausgestrahlte Licht von der Linse 5 gebün­ delt 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.

Die Reflexionsmeßvorrichtung weist weiterhin eine (nicht darge­ stellte) Steuereinrichtung auf, durch welche der Betrieb der Vorrichtung gesteuert wird und eine ebenfalls nicht dargestell­ te Anzeigeeinrichtung, durch welche die gemessenen Struktur­ kennwerte und charakteristischen optischen Kenngrößen angezeigt werden.

In Fig. 2 ist der Sensor eines weiteren Ausführungsbeispiels dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel ist mit Ausnahme des Sensors genauso aufgebaut wie in Fig. 1. Fig. 2 zeigt die Sensoreinrichtung 20, bei welcher eine Vielzahl von fotosensi­ tiven Elementen 21 in Reihen und Spalten angeordnet ist.

Bei diesem Beispiel wird ein CCD-Chip eingesetzt. Auf der Flä­ che des CCD-Chips werden einzelne Flächenelemente zu unter­ schiedlichen Fotosensoren 22, 23, 24 verschaltet, so daß bei der Messung nur die Signale dieser Fotosensoren 22, 23, 24 vor­ liegen.

Es sei darauf hingewiesen, daß sich durch die Verschaltung ein­ zelner Flächenelemente zu Fotosensoren die unterschi 08935 00070 552 001000280000000200012000285910882400040 0002019909534 00004 08816edlichsten Meßgeometrien realisieren lassen. Weiterhin müssen zur Messung nicht alle Flächenelemente herangezogen werden.

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 ist die Sensoreinrichtung 30 dargestellt, welche wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 als CCD-Chip ausge­ führt ist.

Auf der Fläche des CCD-Chips werden durch Verschaltung einzel­ ner Flächenelemente unterschiedliche Fotosensoren 31, 32, 33 und 34 gebildet. Durch die Verschaltung einzelner Flächenele­ mente zu Fotosensoren kann schnell und einfach nach unter­ schiedlichen Meßnormen, wie z. B. der amerikanischen ASTM E 430 gemessen werden.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der prinzipielle Auf­ bau gleich dem des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1, aber es wird kein Lichtmuster auf die Meßfläche projiziert. Als Sen­ soreinrichtung wird ein CCD-Chip eingesetzt, mit dem alle Flä­ chenelemente einzeln gemessen werden.

Im Diagramm gemäß Fig. 4 ist auf der Ordinate die gemessene Lichtintensität aufgetragen und auf der Abszisse die Winkelab­ weichung bezüglich des idealen Reflexionswinkels. Die gemessene Intensität ist im Bereich des idealen Reflexionswinkels am höchsten und nimmt dann mit zunehmenden Winkelabstand ab. Aus der so erfaßten Kurve kann auf einfache Weise das Reflexions­ verhalten an der Oberfläche beurteilt werden.

Außerdem ist es möglich, aus der Kurve die Kennwerte abzulei­ ten, welche gemäß den verschiedenen Normen das Reflexionsver­ halten von Oberflächen kennzeichnen.

In Fig. 5 ist das von einer Meßfläche auf die Sensoreinrich­ tung 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.

Mit zunehmender Rauhigkeit nimmt der Kontrast im Lichtmuster ab, während ein schlechterer Glanz sich auf die Intensität aus­ wirkt. 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 Dreieck­ sprofilen können an den entsprechenden Abschnitten korrelieren­ de Neigungen der Linien festgestellt werden.

Bei dem aufgenommenen Bild wird die Intensität und der Kontrast ausgewertet und es werden die Gradienten im Bereich des Licht­ musters bestimmt. Durch Mittelwertbildung der Gradienten wird ein charakteristisches Maß für die Struktur der Meßfläche be­ stimmt.

In Fig. 6 ist der prinzipielle schaltspaltungstechnische Auf­ bau einer Meßeinrichtung, wie sie bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1-5 zu verwenden ist, dargestellt.

Der prinzipielle Meßaufbau ist für alle gezeigten Ausführungs­ beispiele derselbe, lediglich die Programmierung weicht je nach verwendeter Sensorart ab.

Die Meßeinrichtung weist insgesamt eine Steuereinrichtung 60 auf, welche einen handelsüblichen Mikroprozessor enthält, der durch ein Programm gesteuert wird, welches in einem Speicher 61 abgelegt ist. Der Kommunikation der Steuereinrichtung 60 mit dem Benutzer dient eine Eingabeeinrichtung 62, die eine Anzahl von Schaltern enthält, um den Betrieb der Steuereinrichtung zu starten und um (bei den entsprechenden Ausführungsbeispielen) zwischen einzelnen Betriebsarten umschalten zu können. Weiter­ hin kann der Benutzer ein Typkennzeichen für die zu messende strukturierte Oberfläche in die Eingabeeinrichtung 61 eingeben, auf das sich nachfolgende Messungen beziehen.

Neben dem Mikroprozessor weist die Steuereinrichtung Ein- /Ausgabeeinrichtungen auf, welche der Verbindung der Steuerein­ richtung mit den einzelnen Bauelementen der Vorrichtung dienen.

Die Steuereinrichtung ist mit der Lichtquelle 3 und dem Sensor 14 verbunden. Die Ergebnisse der Messung werden in einem Dis­ play 65 angezeigt, welcher vorzugsweise als LCD-Display ausge­ bildet ist. Für die weitere Auswertung der Messung ist eine Verbindung zu einem externen Computer 66 vorgesehen; die Meßer­ gebnisse werden vorzugsweise auch in der Speichereinrichtung 61 abgelegt.

Die Meßvorrichtung wird durch eine (nicht dargestellte) Batte­ rie mit Strom versorgt.

Die Meßvorrichtung wird insgesamt vorzugsweise in einem Gehäuse 1 angeordnet, welches in etwa die Abmessung eines Taschenbuchs aufweist.

Bei entsprechenden Ausführungsbeispielen kann mit der Ein­ gabeeinrichtung 22 der Typ des Schichtdickensensors gewählt werden.

Das elektrische Ausgangssignal des Schichtdickensensors 5 wird ebenfalls zur Steuereinrichtung 60 zur Auswertung weitergelei­ tet. Das Display 65, welches vorzugsweise als LCD-Display aus­ gebildet ist, zeigt die Ergebnisse der Messung an. Für eine weitere Auswertung der Messung ist eine Verbindung zu einem ex­ ternen Computer 66 vorgesehen.

Die Meßvorrichtung wird durch eine (nicht dargestellte) Batte­ rie mit Strom versorgt.

Um produktionsbedingte Abweichungen der einzelnen Meßvorrich­ tungen zu vermeiden, wird jede Meßvorrichtung vorzugsweise in­ dividuell kalibriert. Dazu wird die Meßvorrichtung auf Refe­ renzschichten aufgesetzt, wie sie von Normeninstituten zur Ver­ fügung gestellt werden, und die entsprechenden optischen Kenn­ werte und Schichtdickenkennwerte gemessen. Die entsprechenden Werte werden dann im Speicher 61 abgelegt und stehen dauerhaft zur Umrechnung der durch die Sensoren erfaßten Werte zur Verfü­ gung.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun in Bezug auf Fig. 7 beschrieben.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung insgesamt in einem Gehäuse 100 angeordnet, welches eine Öffnung 101 auf­ weist, mit der das Gerät auf die zu messende Oberfläche aufge­ setzt wird.

Im Unterschied zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen wird das Gerät jedoch nicht direkt auf die Oberfläche aufge­ setzt, sondern mittels (schematisch angedeuteter) mindestens zwei Gummiwalzen 103, 104 oder mindestens vier Gummirädern 103, 104, welche drehbeweglich (nicht gezeigt) im Gehäuse 100 gela­ gert sind.

Wenigstens eines der Gummiräder oder Walzen ist mit einer (nicht dargestellten) Wegstreckenmeßeinrichtung versehen, wel­ che die Winkelbewegungen der Gummiräder 103, 104 erfaßt und ein dafür repräsentatives elektrisches Signal ausgibt.

Die Vorrichtung weist weiterhin eine erste optische Einrichtung 110 auf, in welcher eine punktförmige Lichtquelle 111 und eine Linse 112 angeordnet sind. Diese erste optische Einrichtung 110 ist derart ausgerichtet, daß die optische Achse in einem vorbe­ stimmten Winkel (im gezeigten Beispiel 45°) zu der zu messenden Oberfläche 115 ausgerichtet ist.

Unter einem zweiten vorbestimmten Winkel (hier ebenfalls 45°) ist eine zweite optische Einrichtung angeordnet, die eine Lin­ seneinrichtung 121, eine Blendeneinrichtung 122 und einen senk­ recht zur optischen Achse ausgerichteten Meßsensor 123 auf­ weist, welcher in diesem Ausführungsbeispiel als Farb-CCD-Chip ausgeführt ist.

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 spektrale Charakteristik aufweisen, d. h. welche Licht mit un­ terschiedlichen Farbcharakteristiken ausstrahlen.

In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel fällt das von den LEDs ausgestrahlte Licht im wesentlichen senkrecht auf die zu untersuchende Oberfläche.

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.

Da die lichtausstrahlenden Elemente 132-134 Licht mit unter­ schiedlichen Farbcharakteristiken im sichtbaren Bereich des Spektrums ausstrahlen, ist es möglich, einen Farbkennwert für die zu untersuchende Oberfläche zu bestimmen.

Claims (67)

1. Vorrichtung zur quantifizierten Bestimmung der Qualität strukturierter Oberflächen mit:
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.

2. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese Auswerteeinrichtung über ein in dieser Spei­ chereinrichtung gespeichertes Programm diese Meßsignale auswertet und/oder in dieser Speichereinrichtung speichert.

3. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese zweite optische Einrichtung eine Vielzahl von Fo­ tosensoren beinhaltet, welche in Reihen und/oder Spalten angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein erster Teil dieses von dieser ersten op­ tischen Einrichtung ausgestrahlten Lichts ein Lichtmuster aufweist.

5. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieses von dieser ersten optischen Einrichtung ausge­ strahlte Lichtmuster wenigstens eine Hell-/Dunkelkante oder eine Vielzahl von Hell-/Dunkelkanten aufweist.

6. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil dieser Vielzahl von Hell- /Dunkelkanten wenigstens abschnittsweise parallel zueinan­ der verläuft.

7. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil dieser Vielzahl von Hell- /Dunkelkanten gitter-, oder kreuzgitter- oder kreisförmig angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieser erste Teil dieses von dieser ersten optischen Einrichtung ausgestrahlten Lichts dieses Lichtmuster auf­ weist und daß ein zweiter Teil ohne Lichtmuster auf diese Meßfläche gerichtet ist.

9. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese Auswerteeinrichtung für wenigstens einen Teil dieser Vielzahl von Fotosensoren eine Steigung des elektri­ schen und/oder digitalen Meßsignals bestimmt, indem eine Differenz des elektrischen und/oder digitalen Meßsignals dieses Fotosensors mit diesem elektrischen und/oder digita­ len Meßsignals des nächsten Fotosensors in dieser Reihe und/oder Spalte gebildet wird.

10. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese Auswerteeinrichtung für wenigstens einen Teil dieser Vielzahl von Fotosensoren die Steigungen des elek­ trischen und/oder digitalen Meßsignals bestimmt, indem die Differenzen des elektrischen und/oder digitalen Meßsignals dieser Fotosensoren mit den elektrischen und/oder digitalen Meßsignalen aller benachbarten Fotosensoren gebildet wer­ den.

11. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese Auswerteeinrichtung wenigstens einen Durchschnitt wenigstens eines Teils der Steigungen bestimmt und daraus diese charakteristische Strukturkennzahl für diese wenig­ stens eine strukturbedingte Eigenschaft dieser Oberfläche bestimmt.

12. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine, zwei, drei oder mehr charakteristische optische Kenngrößen dieser Meßfläche bestimmt werden.

13. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese charakteristische optische Kenngröße der Glanz oder der Glanzschleier oder die Abbildungsschärfe (DOI) der Meßfläche ist.

14. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese charakteristische optische Kenngröße ein reprä­ sentatives Maß für die typische Wellenlänge und deren Amplitude (Orange peel) der Topologie der Schichtdicke die­ ser Meßfläche in einem vorbestimmten Wellenlängenintervall ist, wobei diese Auswertung auch in zwei oder mehr Wellen­ längenbereichen erfolgen kann.

15. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese Vorrichtung eine dritte optische Einrichtung mit wenigstens einer Lichtquelle aufweist und Licht mit einer vorgegebenen spektralen Charakteristik ausstrahlt, welches in einem vorbestimmten Winkel auf diese Meßfläche gerichtet ist.

16. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß dieser vorbestimmte Winkel, in welchem das von der er­ sten optischen Einrichtung ausgestrahlte Licht zu dieser Meßfläche ausgerichtet ist, und/oder
daß dieser vorbestimmte Winkel, in welchem die zweite opti­ sche Einrichtung das von dieser Meßfläche reflektierte Licht aufnimmt, und/oder
daß dieser vorbestimmte Winkel, in welchem das von der dritten optischen Einrichtung ausgestrahlte Licht zu dieser Meßfläche ausgerichtet ist,
einstellbar ist/sind und insbesondere die Winkel 5°, 10°, 15°, 20°, 30°, 45°, 60°, 75°, 80° und 85° umfaßt.

17. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieses von dieser dritten optischen Einrichtung ausge­ strahlte Licht in einem derartigen Winkel auf die Oberflä­ che gerichtet ist, daß das unmittelbar von der Meßfläche gemäß der Fresnel'schen Reflexion gerichtet reflektierte Licht gegenüber dieser Meßfläche einen anderen Winkel auf­ weist, als der Winkel zwischen dieser Meßfläche und dem von dieser Meßfläche gerichtet reflektierten Licht, welches von dieser ersten optischen Einrichtung ausgestrahlt wird.

18. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese wenigstens eine Lichtquelle dieser dritten opti­ schen Einrichtung wenigstens zwei, vorzugsweise drei licht­ ausstrahlende Elemente aufweist, deren Licht sich in der emittierten spektralen Charakteristik derart unterscheidet, daß die emittierten Wellenlängenbereiche unterschiedlich sind.

19. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich diese emittierten Wellenlängenbereiche dieser lichtausstrahlenden Elemente im sichtbaren Bereich des Lichtspektrums zumindest teilweise überlappen, und daß die­ se emittierten spektralen Charakteristiken dieser lichtaus­ strahlenden Elemente voneinander linear unabhängig sind.

20. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Fotosensor wenigstens zwei, vorzugsweise drei oder mehr fotosensitive Elemente aufweist, deren elek­ trische Ausgangssignale einzeln erfaßbar sind und die sich in ihrer spektralen Charakteristik unterscheiden, so daß als optische Kenngröße dieser Meßfläche die Farbe des re­ flektierten Lichtes erfaßbar ist.

21. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese wenigstens eine Lichtquelle dieser ersten opti­ schen und/oder dieser dritten optischen Einrichtung eine oder mehr Leuchtdioden und/oder Laserlichtquellen auf­ weist.

22. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese erste und/oder diese dritte optische Einrich­ tung im wesentlichen paralleles Licht ausstrahlt.

23. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese erste und/oder dritte optische Einrichtung im wesentlichen divergentes oder konvergentes Licht aus­ strahlt.

24. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese erste und/oder dritte optische Einrichtung we­ nigstens einen Lichtfleck mit vorbestimmten Durchmesser senkrecht zur Ausbreitungsrichtung oder wenigstens einen Lichtstreifen mit vorbestimmter Länge und Breite senkrecht zur Ausbreitungsrichtung ausstrahlt.

25. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine dieser wenigstens einen optischen Kenn­ größen aus den elektrischen und/oder digitalen Meßsignalen dieser Fotosensoren bestimmt wird, welche diesen von der Meßfläche reflektierten zweiten Teil dieses von dieser er­ sten optischen Einrichtung ausgestrahlten Lichts aufnehmen.

26. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in möglichst unmittelbarer Nähe dieser Lichtquelle(n) dieser ersten optischen Einrichtung und/oder dieser Licht­ quelle(n) dieser dritten optischen Einrichtung und/oder dieses wenigstens einen Fotosensors wenigstens eine Tempe­ raturmeß-Einrichtung angeordnet ist, welche zur Bestimmung der charakteristischen Temperatur der jeweiligen Lichtquel­ le(n) und/oder der jeweiligen Fotosensoren vorgesehen ist, damit eine temperaturkorrigierte Bestimmung dieses wenig­ stens einen Strukturkennwerts und/oder dieser wenigstens einen optischen Kenngröße erfolgen kann.

27. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des Verlaufs des Abbilds dieser we­ nigstens einen Hell-/Dunkelkante auf dieser Vielzahl von Fotosensoren bestimmt wird und durch eine Abweichung vom idealen Verlauf von diesem gemessenen Verlauf ein charakte­ ristischer Profilhöhen-Kennwert dieser Meßfläche bestimmt wird.

28. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese Strukturkennzahl mittels eines Triangulationsver­ fahrens bestimmt wird.

29. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer dieses wenigstens einen Sensors die Intensität des von dieser ersten optischen Einrichtung aus­ gestrahlten und von der zu untersuchenden Oberfläche re­ flektierten Lichts bestimmt, und daß diese Auswerteeinheit einen charakteristischen Orts-Kennwert für den Ort der Mes­ sung in dieser Speichereinrichtung speichert und daß diese Auswerteeinheit aus dieser gemessenen Intensität einen cha­ rakteristischen Abstands-Kennwert für den Abstand der zu untersuchenden Oberfläche von dieser Vorrichtung bestimmt und in dieser Speichereinrichtung speichert.

30. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese erste optische Einrichtung eine Scan-Einrichtung aufweist, welche diese zu untersuchende Oberfläche abta­ stet.

31. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese Auswerte-Einrichtung mit diesen Abstands- Kennwerten und diesen Orts-Kennwerten wenigstens eine die­ ser wenigstens einen Strukturkennzahl bestimmt.

32. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese Auswerteeinrichtung wenigstens einen quantitati­ ven Steilheitskennwert für die Steilheit der Struktur der zu untersuchenden Oberfläche bestimmt.

33. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese Auswerteeinrichtung wenigstens einen quantitati­ ven Schärfenkennwert für die Schärfe der Kanten der Struk­ tur der zu untersuchenden Oberfläche bestimmt.

34. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Bewertungs-Strukturkennzahl aus dieser wenigstens einen Strukturkennzahl und wenigstens einer der genannten charakteristischen optischen Größen (Glanz, Schleierglanz, Abbildungsschärfe, Orange Peel) gebildet wird, oder daß für jede der bestimmten charakteristischen optischen Kenngrößen (Glanz, Schleierglanz, Abbildungs­ schärfe, Orange Peel) wenigstens eine Bewertungs- Strukturkennzahl bestimmt wird.

35. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils wenigstens ein unterer und/oder wenigstens ein oberer Grenzwert für diese wenigstens eine Strukturkennzahl und/oder diese wenigstens eine charakteristische optische Kenngröße und/oder diese wenigstens eine Bewertungs- Strukturkennzahl festlegbar ist, bei dessen Unter- bzw. Überschreitung eine Nachricht auf dieser Ausgabe- Einrichtung oder ein Alarmsignal ausgegeben wird.

36. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer dieser wenigstens einen Grenzwerts durch Messung wenigstens einer Referenzoberfläche automa­ tisch bestimmt werden.

37. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eingabe-Einrichtung angeordnet ist, in welche der Benutzer ein Typkennzeichen für den zu messenden Oberflä­ chentyp eingeben kann, und daß die nachfolgenden Messungen mit bezug auf dieses Typkennzeichen in dieser Speicherein­ richtung dauerhaft abgelegt werden.

38. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Ein-/Ausschalter angeordnet ist, und daß der Benutzer beim Einschalten durch ein akustisches und/oder optisches Signal aufgefordert wird, in diese Eingabe- Einrichtung ein Typkennzeichen für den zu messenden Ober­ flächentyp einzugeben.

39. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Benutzer durch Eingabe eines Typänderungszeichens oder durch Betätigen eines Typänderungsschalters diese Aus­ werte-Einrichtung in einen Typänderungsmodus umschaltet, und daß nach Eingabe eines weiteren Typkennzeichens die Er­ gebnisse nachfolgender Messungen mit Bezug auf dieses wei­ tere Typkennzeichen in dieser Speichereinrichtung dauerhaft abgelegt werden.

40. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Benutzer nach jeder Messung durch Eingabe einer Be­ nutzer-Beurteilungszahl in diese Eingabe-Einrichtung diese Meßfläche bewerten kann,
und daß diese Benutzer-Beurteilungszahl zusammen mit wenig­ stens einer dieser Kenngrößen und -werte und dieser wenig­ stens einen Bewertungs-Strukturkennzahl in dieser Spei­ chereinrichtung dauerhaft abgelegt wird,
wobei diese Benutzer-Beurteilungszahl ein subjektives Maß des Benutzers für die Qualität dieser Meßfläche ist, und wobei der Wertebereich dieser Benutzer-Beurteilungszahl wenigstens zwei unterschiedliche Werte, die "gut" und "schlecht" entsprechen, umfaßt.

41. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese Auswerte-Einrichtung wenigstens ein Teil dieser in dieser Speichereinrichtung abgelegten Benutzer-Beurtei­ lungszahlen und zugehörigen Kenngrößen und -werten zur au­ tomatischen Bestimmung wenigstens eines dieses wenigstens einen Grenzwerts für dieses Typkennzeichen verwendet wird.

42. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese Vorrichtung relativ zur Meßfläche in einer im we­ sentlichen abstandsgleichen Richtung verschiebbar ist, und daß eine Wegstreckenmeßeinrichtung vorgesehen ist, welche diese relative Verschiebung quantitativ erfaßt, und daß weiterhin eine Speichereinrichtung vorgesehen ist, in wel­ cher die entlang vorgegebener Meßstellen auf der Oberfläche gemessenen Strukturkennwerte und/oder optischen Kenngrößen abgespeichert werden.

43. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Meßrad vorgesehen ist, welches während der Messung auf der zu messenden Oberfläche aufgesetzt ist, und sich während der Relativbewegung zwischen der Vorrich­ tung und der zu messenden Oberfläche dreht.

44. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines dieses wenigstens einen Meßrades mit einem Drehwinkel-Geber verbunden ist, der ein elektrisches Drehwinkelsignal ausgibt, welches für den vom Meßrad zu­ rückgelegten Drehwinkel repräsentativ ist.

45. Verfahren zur quantifizierten Bestimmung der Qualität strukturierter Oberflächen insbesondere unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß mindestens einem vorhergehenden An­ sprüche, bei welchem
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.

46. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese erste und/oder diese dritte optische Einrich­ tung konvergentes, vorzugsweise auf diese Meßfläche fokus­ siertes, Licht ausstrahlt.

47. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Vielzahl von Punkten oder Teilflächen dieser Meßfläche jeweils diese wenigstens eine charakteristische optische Kenngröße bestimmt wird.

48. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese Meßfläche durch das von dieser ersten und/oder dieser dritten optischen Einrichtung ausgestrahlte Licht abtastbar ist.

49. Vorrichtung nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß diese Vielzahl dieses jeweils wenigstens einen Kenn­ werts nach vorbestimmten oder wählbaren Kennwertenbereichen ausgewertet werden.

50. Vorrichtung nach Anspruch 47 oder Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß diese Vielzahl dieses jeweils wenigstens einen Kenn­ werts innerhalb einer vorbestimmten oder wählbaren Anzahl von vorbestimmten oder wählbaren Kennwertbereichen nach statistischen Regeln auswertbar ist.

51. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine dieser wenigstens einen charakteristischen opti­ schen Kenngröße der Glanz und/oder der Schleierglanz und /oder die Abbildungsschärfe (engl. DOI) und/oder die Welligkeit (engl. orange peel) und/oder die Farbe der Oberfläche ist.

52. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für wenigstens zwei vorbestimmte, wählbare oder automa­ tisch bestimmbare Teile bzw. Teilflächen dieser Meßfläche jeweils diese wenigstens eine charakteristische optische Kenngröße bestimmbar ist.

53. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß diese Vorrichtung eine Schichtdicken-Messeinrichtung zur Bestimmung einer Schichtdicke der auf dieser Oberfläche aufgebrachten Beschichtungsdicke enthält, welche wenigstens einen Schichtdickensensor aufweist, der ein elektrisches Schichtdicken-Ausgangssignal erzeugt, das für die zu be­ stimmende Schichtdicke repräsentativ ist;
daß diese Steuereinrichtung durch Auswertung des Schicht­ dicken-Ausgangssignals einen Schichtdickenwert bestimmt, und durch Auswertung des von diesem wenigstens einen Foto­ sensor empfangene, von der Meßfläche reflektierte Licht we­ nigstens eine für diese Meßfläche charakteristische optische Kenngröße bestimmt; und
daß diese Ausgabeeinrichtung diesen wenigstens einen Schichtdickenwert und/oder diese wenigstens eine optische Kenngröße ausgibt.

54. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese Schichtdicken-Messeinrichtung wenigstens einen Permanentmagneten und/oder wenigstens eine magnetische Flußdichtesensor-Einrichtung, vorzugsweise eine Halleffekt­ sensor-Einrichtung, und/oder eine Wirbelstrommeßspule aufweist.

55. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese Schichtdicken-Messeinrichtung eine Ultraschall­ sende- und Ultraschallempfangs-Einrichtung zur Bestimmung der Schichtdicke beinhaltet.

56. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese Schichtdicken-Messeinrichtung eine Wärmeerzeu­ gungs-, eine Schallerzeugungs- und eine Schallsensor- Einrichtung zur Bestimmung der Schichtdicke aufweist,

57. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß diese Schichtdicken-Messeinrichtung wenigstens zwei un­ terschiedliche Sensor-Einrichtungen zur Bestimmung der Schichtdicke dieser Meßfläche aufweist,
wobei wenigstens ein erster Schichtdickensensor zur Bestim­ mung der Schichtdicke auf magnetischen Substraten vorgese­ hen ist, und
wenigstens ein zweiter Schichtdickensensor zur Bestimmung der Schichtdicke auf nichtmagnetischen Substraten vorgese­ hen ist.

58. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß diese Schichtdicken-Messeinrichtung wenigstens zwei un­ terschiedliche Sensor-Einrichtungen zur Bestimmung der Schichtdicke dieser Meßfläche aufweist,
wobei wenigstens ein erster Schichtdickensensor zur Bestim­ mung der Schichtdicke auf elektrisch leitenden Substraten vorgesehen ist, und
wenigstens ein zweiter Schichtdickensensor zur Bestimmung der Schichtdicke auf nicht elektrisch leitenden Substraten vorgesehen ist.

59. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese Vorrichtung eine Schalteinrichtung aufweist zur Umschaltung der Schichtdickensensoren zur Bestimmung der Beschichtungsdicke auf magnetischen, nicht-magnetischen und Kunststoffsubstraten.

60. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese erste und/oder dritte optische Einrichtung im wesentlichen gerichtetes oder diffuses Licht ausstrahlt.

61. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens von einer optischen Einrichtung ausge­ strahlte und von der Oberfläche reflektierte Licht im we­ sentlichen auf eine Blende oder Blockblende gebündelt wird.

62. Vorrichtung nach Anspruch 61, dadurch gekennzeichnet, daß diese Blende oder Blockblende im wesentlichen eine kreisförmige Fläche senkrecht zur Ausbreitungsrichtung die­ ses reflektierten Lichts aufweist.

63. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieser wenigstens eine Sensor nach der Hell- oder Dun­ kel- oder Schlieren- oder Phasenmethode ausgeleuchtet wird.

64. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Krümmung der zu messenden Oberfläche bestimmt wird und zur Korrektur der Meßwerte verwendet wird, so daß die­ ser wenigstens eine charakteristische optische Kennwert nicht mehr oder nur geringfügig durch die Krümmung beein­ flußt wird.

65. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Oberfläche reflektierte und von der Meßein­ richtung aufgenommene Lichtmuster zur Bestimmung einer Oberflächenkrümmung verwendet wird.

66. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Musterlinien bzw. Hell-/Dunkelkanten im reflektierten Lichtmuster zur Bestimmung der Oberflächen­ krümmung verwendet wird.

67. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Tiefenschärfe der Abbildung dieser Oberfläche auf dieser Meßeinrichtung derart einstellbar ist, daß eine Krümmung dieser Oberfläche diese Meßwerte und/oder diesen wenigstens einen charakteristischen optischen Kennwert im wesentlichen nicht beeinflußt.