DE19909534B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Qualität strukturierter Oberflächen - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Qualität strukturierter Oberflächen Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zur quantifizierten Bestimmung der Qualität strukturierter Oberflächen mit: einer ersten optischen Einrichtung (2; 110) mit wenigstens einer Lichtquelle (3; 111), deren Licht in einem vorbestimmten Winkel auf eine Messfläche (8; 115), die Teil der zu messenden Oberfläche ist, gerichtet ist; einer zweiten optischen Einrichtung (10; 120), welche in einem vorbestimmten Winkel zu dieser Messfläche (8; 115) ausgerichtet ist, und welche das von der Messfläche reflektierte Licht aufnimmt, wobei diese zweite optische Einrichtung (10; 120) eine Vielzahl von Fotosensoren (22–24; 31–34) mit wenigstens einer lichtempfindlichen Fläche (21) aufweist, welche in Reihen und/oder Spalten angeordnet sind, wobei diese Fotosensoren elektrische Messsignale ausgeben, welche für das reflektierte Licht charakteristisch sind; einer Auswerteeinrichtung, die zur Steuerung des Messablaufs vorgesehen ist und die wenigstens eine Prozessoreinrichtung (60) und wenigstens eine Speichereinrichtung (61) aufweist; einer Ausgabe-Einrichtung (65); wobei die erste optische Einrichtung (2; 110) und die zweite optische Einrichtung...

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der Qualität strukturierter Oberflächen.
  • 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 wesentliche Eigenschaft von Gegenständen des täglichen Lebens, wie beispielsweise Einrichtungsgegenständen und Gebrauchsgegenständen wie Autos und dergleichen.
  • Im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik wird viel Wert auf den visuellen Eindruck der sichtbaren Oberflächen gelegt. Im folgenden werden die technischen Probleme, die bei der Gestaltung von Oberflächen im Kraftfahrzeugbereich entstehen, näher erläutert, ohne jedoch die vorliegende Erfindung in ihrer Anwendung in irgendeiner Weise einzuschränken.
  • Kraftfahrzeugkarosserien werden üblicherweise mit einer Hochglanz- oder Metalliclackierung versehen, deren Reflexionsvermögen oder Glanzkennwert den entsprechenden Werten von anderen Flächen, wie z. B. Möbeln, weit überlegen ist. Der hohe Glanz der verwendeten Lacke und die relativ großen, ebenen Flächen erfordern eine außerordentlich sorgfältige Vorbereitung der zu lackierenden Flächen und eine besonders sorgfältige Auftragung des Lacks.
  • Im Stand der Technik sind verschiedene Verfahren, Vorrichtungen und Apparate bekannt, wie z. B. in der DE 44 34 203 A1 beschrieben, 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 wesentlich von der Ausgeprägtheit der Struktur der Oberfläche ab, wird jedoch auch von den anderen obengenannten optischen Kenngrößen bestimmt.
  • Die Automobil-Hersteller beschäftigen heute eine Vielzahl von Prüfern und verwenden eine Vielzahl von aufwendigen großbauenden Meßapparaturen, die die Qualität der Flächen visuell oder automatisch prüfen, um Qualitätsmängel von Oberflächen schon bei der Produktion zu erkennen. Diese Methode bringt jedoch eine ganze Reihe von Nachteilen mit sich.
  • Die Arbeit der visuellen Prüfer ist sehr anstrengend und erfordert Werkräume, deren Lichtverhältnisse immer exakt definiert sind. Dennoch wurden große Unterschiede bei der Bewertung von gleichen 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 Qualitätsgrenze zu definieren, deren Unterschreiten nicht mehr hingenommen werden kann.
  • Weiterhin ist es auch für erfahrene Prüfer schwierig festzustellen, welche Ursachen ein ungenügender visueller Eindruck hat. Besonders bei strukturierten Oberflächen wird der visuelle Eindruck durch eine Kombination unterschiedlicher Parameter bestimmt, so daß es schwierig ist, aufgrund der gemachten Beobachtungen und Messungen z. B. Steuerungswerte einer automatischen Lackiereinrichtung zur Verbesserung der Qualität zu verändern.
  • 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 geringer. Durch einen regelmäßigen Austausch der Prägewerkzeuge kann die Produktion hinsichtlich Qualität und Quantität optimiert werden, allerdings ist die Lebensdauer der verwendeten Werkzeuge bei Schwankungen in der Materialzusammensetzung oder Schwankungen der Umgebungsbedingungen unterschiedlich, so daß die Werkzeuge im allgemeinen schon ausgetauscht werden, obwohl ihre Qualität zur Herstellung fertiger strukturierter Oberflächen noch ausreicht.
  • Strukturierte Oberflächen werden immer häufiger eingesetzt, wobei nicht nur strukturierte Oberflächen verwendet werden, die einer Oberflächenstruktur derart aufweisen, daß sie, im Schnitt gesehen, ein Oberflächenprofil aufweisen, sondern es werden zunehmend auch strukturierte Oberflächen eingesetzt, die zusätzlich zu einem Oberflächenprofil bzw. anstatt eines Oberflächenprofils 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 Oberflächenprofil 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 Flächenanteile mit niedrigem Glanz (bzw. mit mit hoher Absorption bzw. Streuung) ab. Analoges gilt für die anderen charakteristischen 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 Einführung bzw. die Definition des Begriffs ”Glanzdomäne” können derartige Oberflächen eindeutiger beschrieben werden, indem für den jeweiligen Flächenanteil (hoher Glanz, niedriger Glanz) jeweils ein Glanzkennwert bestimmt wird, der sich auf die entsprechende Glanzdomäne bezieht.
  • Bei der Beurteilung solcher Flächen, die auch als Zwei-, Drei- oder Mehrglanzeffektoberlächen bezeichnet werden, ist ein visuelles Prüfen sehr schwierig, da, je nach Größe der einzelnen Flächenelemente, der Prüfer hauptsächlich den Gesamteindruck der strukturierten Oberfläche wahrnimmt und es deshalb schwierig ist, eine detaillierte Beurteilung der einzelnen Flächenelemente und somit der Gesamtfläche zu geben.
  • Beispiele für derartige Mehrglanzeffektoberflächen sind Zweiglanzeffektfolien, oder auch Sinterhäute mit Leder- oder Kunstlederstrukturen.
  • 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 Oberfläche bzw. der Teile der Oberflächen (der ”Domänen”) von Bedeutung.
  • Werden zur Prüfung der Qualität strukturierter Oberflächen automatisch 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 automatischen Prüfungen, dass zwar Werte für die untersuchten optischen Eigenschaften bestimmt werden, der Benutzer jedoch keinerlei Angaben über die Ursache hat.
  • Ein weiterer Nachteil herkömmlicher Messapparaturen ist, dass sie einen erheblichen Raumbedarf aufweisen, und somit nicht vom Benutzer mitgenommen werden können.
  • Eine Messvorrichtung, auf welcher der Oberbegriff des Anspruchs 1 basiert, ist aus der GB 2,277,148 A bekannt.
  • Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, so dass damit eine reproduzierbare Bewertung der Qualität von Oberflächen und insbesondere strukturierten Oberflächen erfolgen kann und dass derartige physikalische Größen der zu messenden Oberfläche bestimmt werden, dass eine charakteristische strukturbedingte Eigenschaft dieser Oberfläche bestimmt wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gelöst, wie sie in Anspruch 1 definiert ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist Gegenstand des Anspruchs 65.
  • Zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird mit einer ersten optischen Einrichtung, die eine oder mehrere Lichtquellen aufweist, Licht unter einem vorbestimmten Winkel auf eine Messfläche gerichtet, die Teil der zu messenden Oberfläche ist.
  • Mit einer unter einem zweiten vorbestimmten Winkel zu dieser Messfläche ausgerichteten zweiten optischen Einrichtung, die mehrere lichtempfindliche Fotosensoren aufweist, wird das von der Messfläche reflektierte Licht aufgenommen.
  • Diese Fotosensoren, die mindestens eine lichtempfindliche Fläche aufweisen, geben ein elektrisches Messsignal aus, welches für das reflektierte Licht charakteristisch ist, wobei die erste und die zweite optische Einrichtung so beschaffen sind, dass das reflektierte Licht durch die Struktur dieser Messfläche beeinflusst wird.
  • In der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Auswerteeinrichtung angeordnet, die zur Steuerung des Messablaufs vorgesehen ist und die wenigstens eine Prozessoreinrichtung und wenigstens eine Speichereinrichtung aufweist und die das reflektierte Licht auswertet und daraus wenigstens eine Strukturkennzahl ableitet, welche wenigstens eine der strukturbedingten Eigenschaften dieser Oberfläche charakterisiert.
  • Eine Ausgabeeinrichtung, die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung angeordnet ist, dient zur Ausgabe der Messwerte.
  • Die Auswerteeinrichtung wertet über ein in der Speichereinrichtung gespeichertes Programm die Messsignale aus und speichert, in einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die Messsignale und/oder die Messwerte in dieser Speichereinrichtung.
  • Erfindungsgemäß sind in der zweiten optischen Einrichtung eine Vielzahl von Fotosensoren angeordnet, welche in Reihen und/oder Spalten angeordnet sind.
  • Im Unterschied zu konventionellen Vorrichtungen können bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Fotosensoren auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet werden. Die einzelnen Fotosensoren können auch durch Verschaltung lichtempfindlicher Flächen auf einem gemeinsamen Substrat gebildet werden, wobei die Fläche jedes lichtempfindlichen Sensors so gewählt oder wählbar ist, dass sie in der Messvorrichtung einem vorgegebenen Winkelbereich des Reflexionswinkels entspricht.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat erhebliche Vorteile:
    Eine wesentliche Voraussetzung zur Steuerung des Fertigungsablaufs 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 Oberflächen wird von herkömmlichen visuellen oder automatischen Meßmethoden nicht bestimmt.
  • Dies ist besonders vorteilhaft, da das Profil der Struktur einer strukturierten Oberfläche wesentlich zum visuellen Gesamteindruck dieser Oberfläche beiträgt.
  • Bei der Verwendung von Präge-, Guß- oder anderen Verfahren unterliegen die verwendeten Formen einem Verschleiß, der u. a. von der Anzahl hergestellter strukturierter Oberflächen abhängt. Neben der Anzahl hergestellter Bauteile mit strukturierten Oberflächen spielen aber auch Umweltbedingungen, wie Luftfeuchtigkeit, 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 werden, um eine gleichbleibend hohe Qualität der hergestellten Bauteile zu sichern.
  • Dieses Verfahren führt zu einem unnötig hohen Aufwand, da oftmals auch Werkzeuge mit noch ausreichender Qualität ausgewechselt werden, während es andererseits auch vorkommt, daß durch Umwelteinflüsse oder Materialinhomogenitäten bzw. -unterschiede die Werkzeuge vor dem vorgesehenen Wechselzeitpunkt verschlissen 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 kostspielige 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 Produktionsanlage vermieden werden.
  • Ein weiterer Vorteil der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, daß unnötig häufige Wechsel der verwendeten Werkzeuge, 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 mitgenommen werden kann.
  • Deshalb eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung auch für die Endkontrolle an schlecht zugänglichen Orten oder in Innenräumen von z. B. Kraftfahrzeugen, wo eine Vielzahl strukturierter 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 Vorrichtung unterschiedlichste Stellen einer zu untersuchenden Oberfläche schnell und einfach gemessen werden können und so die Qualitätsverteilung über einer Oberfläche oder auch die Reproduzierbarkeit getestet werden kann.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung einer oder mehrerer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche sich insbesondere, aber nicht nur, für die Verwendung an strukturierten Oberflächen eignet, die Teile bzw. Flächenelemente aufweist, die unterschiedliche optische Eigenschaften aufweisen, wird für die einzelnen Flächenelementtypen wenigstens ein Kennwert für wenigstens eine der charakteristischen 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 strukturierten Oberfläche bestimmt, es ist aber auch möglich, daß optische Kenngrößen für die einzelnen Domänen bzw. Flächenelementtypen der strukturierten Oberfläche bestimmt werden.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung bestimmt bei strukturierten Oberflächen die optischen Eigenschaften bzw. Kennwerte der einzelnen Domänen bzw. Teilflächen.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung dient eine Schichtdicken-Meßinrichtung 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 Prozessoreinrichtungen aufweist, ist zur Steuerung des Meßablaufs vorgesehen und bestimmt durch Auswertung des oder der Schichtdicken-Ausgangssignale einen oder mehrere Schichtdickenwert(e) und bestimmt durch Auswertung des von dem oder den Photosensor(en) empfangenen, von der Meßfläche reflektierten Licht wenigstens eine für diese Meßfläche charakteristische optische Kenngröße.
  • Die Ausgabeeinrichtung gibt den Schichtdickenwert und diese wenigstens eine optische Kenngröße bezüglich einer Teiloberfläche bzw. der Meßfläche aus.
  • Eine wesentliche Voraussetzung zur Steuerung des Fertigungsablaufs bei der Lackierung von Oberflächen ist die Bestimmung der optischen Qualität der Oberfläche bzw. Teiloberflächen. Durch die oben genannten optischen Parameter können optische Kenngrößen 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 wichtiger Parameter zur Beschreibung der Oberflächenqualität, der von herkömmlichen visuellen oder automatischen Meßmethoden nicht erfaßt wird.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung bestimmt in dieser bevorzugten Weiterbildung neben einer oder mehreren optischen Kenngrößen auch die Schichtdicke bzw. die Schichtdicken der einzelnen Teilflächen, welche auch ein wesentliches Merkmal für die Qualität der beschichteten Oberfläche darstell(t/en).
  • Dies ist besonders vorteilhaft, da die Schichtdicke(n) ganz wesentliche Parameter bei der Bestimmung der Qualität der Oberfläche 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 aufgetragen, verläuft der Lack nicht richtig, und es bilden sich Inhomogenitäten in der Schichtdicke aus. Bei Auftragung von zuviel Lack verläuft der Lack, was zu Oberflächenwelligkeiten (engl. orange peel) führt.
  • Bei der Zusammensetzung und dem Auftragen der Farbe muß in vielen Fällen darauf geachtet werden, daß dies derart erfolgt, daß die Pigmente in der aufgetragenen Schicht aufschwimmen können, da oftmals die Ausrichtung der Pigmente relativ zum Substrat der Beschichtung eine wesentliche Rolle beim Farbverhalten und anderen optischen Eigenschaften spielt.
  • Solche und andere Ursachen für Abweichungen der optischen Eigenschaften können durch Messung der Schichtdicke(n) zuverlässig 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 Schichtdickendaten von Messungen an unterschiedlichen Stellen einer beschichteten und strukturierten Oberfläche oder mehrerer beschichteter Oberflächen schnell und zuverlässig Aussagen über die Qualität des Herstellungsprozesses der beschichteten Oberfläche getroffen werden können.
  • So haben Untersuchungen ergeben, daß z. B. der Glanz einer Oberfläche mit der Schichtdicke korreliert, während sich die Welligkeit und somit die Dickenvariation z. B. auf Glanz und Schleierglanz auswirken.
  • In bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung ist die Schichtdicken-Meßeinrichtung auf unterschiedliche Weise realisiert. In einer weiteren bevorzugten Ausbildung der Erfindung sind mehrere unterschiedliche Schichtdickensensoren Teil der Schichtdicken-Meßeinrichtung.
  • Die Bestimmung der Schichtdicke kann mit bekannten Vorrichtungen und Verfahren erfolgen, wie sie z. B. in der DE 43 33 419 A1 beschrieben sind.
  • Für die Bestimmung der Schichtdicke auf einem Substrat muß in der Regel ein für diesen Substrattyp und diesen Lacktyp geeigneter Schichtdickensensor verwendet werden. Bei der Messung von Schichtdicken unterscheidet man zwischen magnetischen, nicht magnetischen, elektrisch leitenden, nicht leitenden, eisenfreien und eisenhaltigen Substraten und Schichten.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird zur Messung der Schichtdicke auf einem eisenhaltigen Substrat ein Permanentmagnet und eine magnetische Flußdichte-Sensoreinrichtung verwendet, 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 einem leitenden Substrat können Wirbelstromeffekte ausgenutzt werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform induziert eine Spule Wirbelströme an der Oberfläche des leitenden Substrats. Die resultierenden Wirbelströme bewirken ein entgegengesetzt gerichtetes Magnetfeld, welches die angeregte Spule beeinflußt, woraus ein für die Schichtdicke repräsentativer Wert bestimmt werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Spule als Wirbelstrom-Meßspule ausgeführt.
  • In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung beinhaltet die Schichtdicken-Meßeinrichtung eine Ultraschallsende- und Ultraschallempfangseinrichtung, um die Schichtdicke der beschichteten Oberfläche zu bestimmen. Die Verwendung von Ultraschall zur Bestimmung der Schichtdicke ist auf Kunststoffsubstraten besonders vorteilhaft.
  • In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die Schichtdicke berührungslos mit Hilfe eines Lasers und eines thermoakustischen Verfahrens bestimmt. Weiterhin ist es möglich, durch Schalleinwirkung bei gleichzeitiger Bestrahlung der Meßfläche mit einem Laser die Schichtdicke zu bestimmen.
  • In weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist auf der Meßspitze eine Saphir- oder Hartmetallspitze angebracht.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beinhaltet der Schichtdickensensor zwei Spulen, die um einen ferromagnetischen Kern gewunden sind. Der Anregungsstrom wird durch die erste Spule zugeführt, während das Signal der zweiten Spule zur Bestimmung der Schichtdicke ausgewertet wird. Durch eine niederfrequente Anregung (< 500 Hz) der ersten Spule ist die Messung der Schichtdicke von eisenfreien Schichten auf eisenhaltigen Substraten möglich, während mit hochfrequenten Anregungsströmen (> 500 Hz) Schichtdickenmessungen von nicht leitenden Schichten auf eisenfreien leitenden Substraten möglich ist.
  • Weiterhin ist es möglich, in einer Weiterbildung der Erfindung die üblichen, dem Fachmann bekannten Methoden und Vorrichtungen zu verwenden, wie z. B. magnetisch oder magnetisch induktiv arbeitende Schichtdickenmeßverfahren.
  • In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung beinhaltet die Schichtdicken-Meßeinrichtung wenigstens zwei unterschiedliche Sensoreinrichtungen zur Bestimmung der Schichtdicke auf der Meßfläche. Wenigstens ein erster Schichtdickensensor ist zur Bestimmung der Schichtdicke auf magnetischen Substraten vorgesehen und wenigstens ein zweiter Schichtdickensensor zur Bestimmung der Schichtdicke auf nicht magnetischen Substraten.
  • Derartige Weiterbildungen haben viele Vorteile. Durch die Verwendung unterschiedlicher Sensortypen kann/können auf den üblichen und gängigen Substrattypen die Schichtdicke bzw. die Schichtdicken sicher und reproduzierbar bestimmt werden.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schichtdicken-Meßeinrichtung unterschiedliche Schichtdickensensoren aufweist, so daß mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung die Schichtdicke auf unterschiedlichsten Substrattypen zuverlässig bestimmt werden kann.
  • In einer solchen Weiterbildung ist eine derartige Vorrichtung sehr vorteilhaft, da nur noch ein Gerät verwendet werden muß, um z. B. die Schichtdicke an unterschiedlichsten Stellen einer Fahrzeugkarosserie oder eines Autos zu bestimmen.
  • Bisher war es erforderlich, daß verschiedene Geräte für unterschiedliche Substrate verwendet werden mußten. Ein weiterer Vorteil ist, daß neben der Bestimmung der Schichtdicke auch wenigstens eine optische Kenngröße bestimmt werden kann.
  • In bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung wird der Glanz 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) bestimmt. Bei der Bestimmung des orange peel kann die Wellenlänge in einem vorbestimmten Wellenlängenintervall oder in mehreren Wellenlängenbereichen erfolgen. Weiterhin ist es möglich, die Farbe(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 Meßfläche bestimmt. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, da durch die Bestimmung von zwei oder mehr optischen Kenngrößen in Verbindung mit der Schichtdicke die wesentlichsten Parameter der Meßfläche(n) bestimmt werden.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann die Messung 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, B. Auflage 1987, Abschnitt 3.12, Seiten 438–452” beschrieben sind, wobei im Unterschied zu den dort beschriebenen Meßmethoden die zu untersuchende Oberfläche typischerweise nicht durchleuchtet wird, sondern der Reflex der Oberfläche ausgewertet wird. Bei der Schlieren- bzw. Dunkelfeldmethode kann das zur Ausleuchtung der Oberfläche vorzugsweise verwendete parallele Licht, welches reflektiert wird, fokussiert werden und dieser Anteil durch eine, vorzugsweise kleine und/oder kreisförmige, Blende geblockt werden. Auf diese Blende, die vorzugsweise im Strahlengang bzw. in der Messeinrichtung angeordnet ist, wird das reflektierte Licht gelenkt. Auf den Sensor bzw. die Sensoren werden dann im wesentlichen Strukturen und/oder Störungen der Oberfläche abgebildet, die zur Auswertung verwendet werden können.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist wenigstens ein erster Teil dieses von dieser ersten optischen Einrichtung ausgestrahlten Lichts ein Lichtmuster auf. Die erste optische Einrichtung kann eine Mustereinrichtung enthalten. Das von dieser wenigstens einen Lichtquelle dieser ersten optischen Einrichtung ausgestrahlte Licht wird bei dieser Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wenigstens teilweise auf diese Mustereinrichtung gestrahlt. Das durch diese Mustereinrichtung transmittierte Licht wird entsprechend dem Muster der Mustereinrichtung in der Amplitude und/oder Phase beeinflußt.
  • In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist das von dieser Mustereinrichtung ausgestrahlte Lichtmuster wenigstens eine Hell-/Dunkel-Kante, oder eine Vielzahl von Hell-/Dunkel-Kanten auf, wobei in einer weiteren Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wenigstens ein Teil dieser Vielzahl von Hell-/Dunkel-Kanten wenigstens abschnittsweise parallel zueinander verläuft.
  • Das Muster dieser Mustereinrichtung kann symmetrisch zur optischen 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 dieser 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 reflektierten 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 projizierten Lichts sinus- oder sägezahnförmig beeinflußt.
  • In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist ein erster Teil eines von dieser ersten optischen Einrichtung ausgestrahlten Lichts dieses Lichtmuster auf, während ein zweiter Teil ohne Lichtmuster auf die Meßfläche gerichtet ist.
  • Es ist aber auch möglich, dass bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Mustereinrichtung zuschaltbar ist, so dass ein abwechselndes 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. abgeschaltet werden kann.
  • Durch Auswertung des Signals dieses wenigstens einen Fotosensors, welcher wenigstens einen Teil des reflektierten Lichtmusters aufnimmt, kann eine Strukturkennzahl von dieser Auswerteeinrichtung bestimmt werden, welche wenigstens für eine strukturbedingte Eigenschaft dieser Oberfläche charakteristisch ist.
  • Erfindungsgemäß bestimmt diese Auswerteeinrichtung wenigstens für einen Teil dieser Vielzahl von Fotosensoren eine Steigung des elektrischen und/oder digitalen Messsignals, indem eine Differenz des elektrischen und/oder digitalen Messsignals des Fotosensors mit diesem elektrischen und/oder digitalen Messsignal des nächsten Fotosensors in dieser Reihe und/oder Spalte gebildet wird, oder indem Differenzen des elektrischen und/oder digitalen 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 Messsignale und insbesondere die Steigungen der Messsignale bei Bestrahlung mit einem Lichtmuster dazu geeignet sind, eine Strukturkennzahl abzuleiten, welche für wenigstens eine strukturbedingte Eigenschaft der zu untersuchenden Messfläche charakteristisch ist.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestimmt diese Auswerteeinrichtung wenigstens einen Durchschnitt wenigstens eines Teils dieser Steigungen der Messsignale dieser Fotosensoren und bestimmt aus diesem wenigstens einen Durchschnitt diese charakteristische Strukturkennzahl 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 entsprechenden Intervallen bzw. Bereichen aufgetragen wird. Mit der Bildung des Schwerpunkts und/oder des Mittelwerts der Steigungen kann eine charakteristische Strukturkennzahl in dieser Auswerteeinrichtung abgeleitet werden, welche die strukturbedingten Eigenschaften dieser Oberfläche charakterisiert.
  • Diese bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist besonders vorteilhaft, da durch die Bestimmung wenigstens eines Teils der Steigungen und durch die Bildung der Durchschnittssteigung schnell und zuverlässig eine charakteristische Strukturkennzahl für diese Messfläche bestimmt werden kann.
  • Abgerundete Oberflächenstrukturen, wie sie z. B. bei Verwendung von abgenutzten oder verschlissenen Werkzeugen bei der Produktion strukturierter Oberflächen entstehen, reflektieren auf diese Oberfläche projiziertes Licht diffuser als Oberflächen mit schärfer ausgeprägtem Profil.
  • Durch die Verwendung einer solchen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, die strukturbedingten Eigenschaften zu bestimmen.
  • In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen 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 Abbildungsschärfe (engl. distinction of image DOI) oder ein repräsentatives Maß für die typische Wellenlänge und deren Amplitude (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 erfolgen. Weiterhin ist es möglich, die Farbe der Meßfläche oder die Helligkeit der Farbe zu bestimmen.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung einer oder mehrerer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen dieser Erfindung wird mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Krümmung der Oberfläche detektiert und vorzugsweise zahlenmäßig bestimmt. Vorzugsweise kann eine mathematische Kompensation der Messung nach Bestimmung der (lokalen) Krümmung erfolgen.
  • Vorzugsweise wird in dieser Weiterbildung ein Lichtmuster entsprechend 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 Sägezahnmuster die Flanke vergrößert oder verkleinert. Bei Ausleuchtung mit einem (Kreuz-, Gitter-) Muster kann z. B. durch Abstandsbestimmung der einzelnen Linien die Krümmung (mehrdimensional) 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 wesentlichen 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 vergrößert 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 automatisch kompensiert.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung einer oder mehrerer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen dieser Erfindung werden für jeden Flächenelementtyp der strukturierten Oberfläche wenigstens eine, zwei, drei oder mehr charakteristische optische Kenngrößen dieser Flächenelementtypen bestimmt. Vorzugsweise wird der Glanz und/oder der Schleierglanz und/oder die Abbildungsschärfe und/oder der orange peel der einzelnen Flächenelementtypen 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 Flächenelementtypen aufweist, die sich in ihren Eigenschaften, vorzugsweise optischen Eigenschaften, unterscheidet. Weiterhin ist es möglich, die Deckung der einzelnen opt. Kenngrößen bezüglich der Meßfläche zu bestimmen.
  • In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung dieser Erfindung werden neben der Strukturkennzahl noch weitere der obengenannten 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 Eigenschaften dieser Meßfläche bestimmt werden können.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung aller vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele ist eine dritte optische Einrichtung angeordnet, welche wenigstens eine Lichtquelle aufweist und Licht mit einer vorgegebenen spektralen Charakteristik ausstrahlt, welches in einem vorbestimmten Winkel auf diese Meßfläche gerichtet ist.
  • In den bisher genannten bevorzugten Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der vorbestimmte Winkel, in welchem das von der ersten optischen Einrichtung ausgestrahlte Licht zu dieser Meßfläche ausgerichtet ist und/oder der vorbestimmte 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 optischen Einrichtung ausgestrahlte Licht zu dieser Meßfläche ausgerichtet 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. Diese 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 möglich, so daß die Einfalls- bzw. Ausfallswinkel gleich bleiben. Es ist aber auch möglich, daß wenigstens eine optische Einrichtung im wesentlichen senkrecht zur zu messenden Oberfläche verschiebbar ist. Vorzugsweise können bei dieser Gestaltung wenigstens 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 Einrichtung 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 Meßfläche einen anderen Winkel aufweist als der Winkel zwischen dieser Meßfläche und dem von dieser Meßfläche gerichtet reflektierten 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 Einrichtungen kann eine, zwei und besonders bevorzugt drei lichtausstrahlende Elemente aufweisen, deren Licht sich in der emittierten 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 bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die emittierten spektralen Charakteristika dieser lichtausstrahlenden Elemente voneinander linear unabhängig.
  • In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen 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 erfindungsgemäßen 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 erfaßbar 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 optischen Einrichtung eine oder mehrere Leuchtdioden oder Laserlichtquellen 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 Vorrichtung wird das von dieser ersten und/oder dritten optischen Einrichtung ausgestrahlte Licht konvergent auf die zu untersuchende 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 vorzugsweise eine Scaneinrichtung vorgesehen, die einen im Verhältnis (> 5, vorzugsweise größer 10, vorzugsweise > 50) zum die Oberfläche ausleuchtenden Lichtfleck große Fläche der zu untersuchenden Oberfläche nacheinander abtastet. In dieser Weiterbildung kann sowohl eine punktförmige Fokussierung des auf die zu untersuchende Oberflläche gerichteten Lichtstrahls bzw. der Lichtstrahlen verwendet werden oder auch eine Ausleuchtung mit einem räumlich ausgedehnten Lichtfleck.
  • In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung strahlt diese erste und/oder dritte optische Einrichtung wenigstens einen Lichtfleck mit vorbestimmtem Durchmesser senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des ausgestrahlten Lichts oder wenigstens einen Lichtstreifen mit vorbestimmter Länge und Breite senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des ausgestrahlten Lichts aus.
  • Dieses von der ersten optischen Einrichtung projizierte Lichtmuster 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 optischen Einrichtung ausgestrahlten Lichts aufnehmen.
  • In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in möglichst unmittelbarer Nähe wenigstens einer Lichtquelle dieser ersten optischen Einrichtung und/oder dieser wenigstens einen Lichtquelle bzw. dieses wenigstens einen lichtausstrahlenden Elementes dieser dritten optischen Einrichtung und/oder dieses wenigstens einen Fotosensors bzw. dieses 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 Bestimmung dieses wenigstens einen Strukturkennwerts und/oder dieser wenigstens einen optischen Kenngröße erfolgen kann.
  • Die Bestimmung der charakteristischen Temperaturen der Lichtquellen 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 erfindungsgemäßen 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 Abweichung des gemessenen Verlaufs vom idealen Verlauf kann ein charakteristischer Profilhöhenkennwert dieser Meßfläche bestimmt 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 Profilhöhe h aufweist, so findet eine räumliche Trennung des Reflexes dieser Linie auf dem CCD-Chip der zweiten optischen Einrichtung 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 strukturierten Oberfläche sind zwei gestrichelte helle bzw. dunkle Linien auf dem CCD-Chip.
  • Mit dem bekannten Einstrahl- und Reflexionswinkel und dem Abstand dieser zwei gestrichelten Linien auf dem CCD-Chip kann die Höhe des Profils an jedem Ort der Meßfläche bestimmt werden.
  • Bei der Vermessung von nicht rechteckförmigen Oberflächenprofilen kann analog mit den entsprechenden geometrischen Beziehungen ein Profilhöhenkennwert dieser Meßfläche bestimmt werden.
  • Die Bestimmung eines Profilhöhenkennwertes ist besonders vorteilhaft, 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 ausschließlich oder auch zusätzlich mittels dieses Triangulationsverfahrens 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 A und US 5,744,793 A dargestellten Triangulationsverfahren hingewiesen, die hiermit Teil der Offenbarung der vorliegenden Erfindung werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird im Gegensatz zu dem in dem US-Patent 5,546,189 A hergestellten Verfahren kein bzw. nicht ausschließlich ein Grauwert bestimmt, welcher repräsentativ für die Höhe der Meßfläche am Meßort ist, sondern es wird die Oberflächenhöhe am Meßort in größtmöglicher Präzision bestimmt.
  • In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist eine zusätzliche optische Einrichtung mit wenigstens einem Fotosensor vorgesehen, welche unter einem vorbestimmten Winkel zu dieser Meßfläche ausgerichtet ist. In einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist diese zusätzliche optische Einrichtung in der Ebene angeordnet, die durch den Meßpunkt, die zweite optische Einrichtung und die dritte optische Einrichtung aufgespannt 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 optische 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 reflektierten Intensität auf dieser zweiten optischen Einrichtung und dieser zusätzlichen optischen Einrichtung bestimmt, und besonders bevorzugt wird von dieser Auswerteeinheit ein charakteristischer Ortskennwert für den Ort der Messung und die gemessene Intensität in dieser Speichereinrichtung gespeichert, und diese Auswerteeinheit bestimmt einen charakteristischen Abstandskennwert 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, welche 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 diesen Abstandskennwerten und diesen Ortskennwerten wenigstens eine dieser wenigstens einen Strukturkennzahl.
  • In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird wenigstens ein quantitativer Steilheitskennwert für die Steilheit der Struktur der zu untersuchenden Oberfläche bestimmt.
  • In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung bestimmt diese Auswerteeinrichtung wenigstens einen quantitativen Schärfenkennwert für die Schärfe der Kanten der zu untersuchenden Oberfläche.
  • Diese Weiterbildungen sind besonders vorteilhaft, da mit der Abnutzung der Werkzeuge die Struktur der Oberfläche der herzustellenden Bauteile abnimmt und insbesondere durch Abnutzung und Verschleiß die Steilheit der Struktur abnimmt und insbesondere auch die Schärfe der Kanten abnimmt, da mit zunehmenden Verschleiß das Profil des Werkzeugs abrundet.
  • In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird aus dieser wenigstens einen Strukturkennzahl und wenigstens einer der genannten charakteristischen optischen Größen (Glanz, Schleierglanz, Abbildungsschärfe, orange peel) eine Bewertungsstrukturkennzahl abgeleitet, welche wenigstens für einen Teil der visuellen Eigenschaften dieser Oberfläche charakteristisch ist.
  • Bei der Bewertung von Oberflächen und insbesondere von strukturierten Oberflächen hängt der visuelle Eindruck nicht nur von der Ausprägung der Struktur, sondern auch von den anderen genannten charakteristischen optischen Größen ab. Beispielsweise sind bei besonders glatten und hochreflektierenden Flächen die Anforderungen an den Herstellungsprozeß besonders hoch, da auf solchen Oberflächen das menschliche Auge auch kleinste Störungen, Unebenheiten und Veränderungen wahrnimmt. Bei Kraftfahrzeugen mit sogenannter ”Metallic”-Lackierung ist es nahezu unmöglich, auf einer großen Fläche einen Lackschaden derart nachzubessern, 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 Rauhigkeiten 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 anderen optischen Kenngrößen.
  • Gemäß dieser bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird deshalb wenigstens eine Bewertungsstrukturkennzahl und wenigstens eine der genannten charakteristischen Größen gebildet, welche ein Maß für die Qualität der Meßfläche darstellt.
  • Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird ebenfalls wenigstens eine Bewertungsstrukturkennzahl gebildet. Insbesondere, aber nicht nur, bei strukturierten Oberflächen, die nur ein geringes bzw. kein Oberflächenprofil aufweisen, und die wenigstens zwei Oberflächenelementtypen aufweisen, 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 visuelle Eindruck und die Qualität von der Gleichförmigkeit der Verteilung der optischen Kenngrößen abhängig.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird aus diesem Kennwert für den Glanz der Meßfläche und dieser Strukturkennzahl eine Bewertungsstrukturkennzahl derart gebildet, daß für Flächen mit geringem Glanz auch bei einer nicht idealen Strukturkennzahl eine ausreichende bzw. befriedigende Bewertungsstrukturkennzahl gebildet wird.
  • In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, daß diese Bewertungsstrukturkennzahl derart gebildet wird, daß z. B. ein höherer Glanz eine schlechtere Strukturkennzahl ausgleicht, so daß diese Bewertungsstrukturkennzahl ein qualitativ 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 Bewertungsstrukturkennzahl gebildet wird oder daß aus zwei oder mehr der genannten charakteristischen Größen (Glanz, Schleierglanz, Abbildungsschärfe, orange peel) und dieser Strukturkennzahl eine Bewertungsstrukturkennzahl abgeleitet wird, welche für den 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 automatische bzw. automatisierte Bestimmung der Qualität der zu untersuchenden Oberfläche möglich ist.
  • In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist wenigstens ein unterer bzw. oberer Grenzwert 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 unterschiedlicher Qualität gemessen werden, wobei vorteilhafterweise wenigstens eine dieser Referenzoberflächen eine hohe Qualität und wenigstens eine weitere eine unzureichende Qualität aufweist.
  • Durch eine derartige teilautomatisierte Kalibrierung dieser Vorrichtung können schnell und zuverlässig verschiedene Meßpunkte auf einer Oberfläche oder verschiedenen zu untersuchenden Oberflächen durchgeführt werden.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine derartige teilautomatisierte Kalibrierung durch Messung wenigstens einer Referenzoberfläche je Oberflächenelementtyp 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 nachfolgende Messungen mit Bezug auf dieses Typkennzeichen von dieser Auswerteeinrichtung ausgewertet und in dieser Speichereinrichtung abgelegt werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird der Benutzer beim Einschalten durch ein akustisches oder optisches Signal dazu aufgefordert werden, in dieser Eingabeeinrichtung ein Typkennzeichen für den zu messenden Oberflächentyp einzugeben, wobei in einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Benutzer jederzeit durch Eingabe eines anderen Typkennzeichens den Oberflächentyp ändern kann, auf den sich die nachfolgenden 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 haben.
  • 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 Qualitätswerte, die ”gut” und ”schlecht” entsprechen, umfaßt.
  • In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden wenigstens ein Teil dieser in dieser Speichereinrichtung abgelegten Benutzer-Beurteilungszahlen mit zugehörigen Kenngrößen und Kennwerten der entsprechenden Messungen zu automatischen Bestimmungen wenigstens eines dieses wenigstens eines Grenzwerts für dieses Typkennzeichen der zu untersuchenden Oberfläche verwendet.
  • In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung berücksichtigt diese Auswerteeinrichtung im wesentlichen alle in dieser Speichereinrichtung für dieses Typkennzeichen der zu messenden Oberfläche abgelegten Benutzer-Beurteilungszahlen und die entsprechenden Kenngrößen und Kennwerte und Strukturkennwerte zur Bestimmung dieses wenigstens einen Grenzwerts und zur Bestimmung der Gewichtungsfaktoren, welche zur Bestimmung der Bewertungsstrukturkennzahl verwendet werden, so daß diese Gewichtungsfaktoren und dieser wenigstens eine Grenzwert mit zunehmender Anzahl von Messungen derart angepaßt werden, daß diese Bewertungsstrukturkennzahl dem visuellen Eindruck des Benutzers angepaßt wird.
  • Diese bevorzugte Weiterbildung der Erfindung ist besonders vorteilhaft, da diese Vorrichtung bei der Bestimmung dieser Kenngrößen und Kennwerte und dieser Bewertungsstrukturkennzahl lernfähig ist und auf der Basis eines Expertensystems die Zuverlässigkeit bei der Bestimmung dieser wenigstens einen Bewertungsstrukturkennzahl mit der Anzahl der Messungen zunimmt.
  • Bei dieser bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist es weiterhin 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 Gewichtungsfaktoren 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 Grenzwerte unberücksichtigt bleiben, wobei die Auswahl der unberücksichtigt bleibenden Werte nach bekannten statistischen Verfahren erfolgt.
  • Diese Weiterbildung der Erfindung ist besonders vorteilhaft, da auch bei irrtümlicher Eingabe falscher Benutzer-Beurteilungszahlen diese im wesentlichen unberücksichtigt bleiben, so daß durch die Lernfähigkeit dieser Auswerteeinrichtung bedingt die Zuverlässigkeit der automatisch bestimmten Bewertungsstrukturkennzahlen mit zunehmender Anzahl von Messungen steigt.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung aller vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele ist diese Vorrichtung relativ zur Meßfläche in einer im wesentlichen abstandsgleichen Richtung verschiebbar, und es ist eine Wegstrecken-Meßeinrichtung vorgesehen, welche diese relative Verschiebung quantitativ erfaßt. In dieser Speichereinrichtung werden die entlang vorgegebenen Meßschwellen auf dieser Oberfläche gemessenen Strukturkennwerte 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 messenden Oberfläche aufgesetzt ist und sich während der Relativbewegung zwischen der Vorrichtung und der zu messenden Oberfläche dreht, wobei dieses wenigstens eine Meßrad mit einem Drehwinkelgeber verbunden sein kann, welcher ein elektrisches Drehwinkelsignal 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 vorteilhaft, 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 bevorzugterweise ein CCD-Chip eingesetzt, welcher in einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung als Farb-CCD-Chip ausgeführt sein kann.
  • Bei Einsatz eines zweidimensionalen CCD-Chips wird ein zweidimensionales 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 Oberfläche bestimmt werden.
  • In einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung bei Einsatz eines zweidimensionalen CCD-Chips unter Verwendung eines 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. statistische) 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 einem 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 Glanzdeckung, bestimmt.
  • In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung einer oder mehrerer der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Weiterbildungen der Vorrichtung wird ein Histogramm der einzelnen optischen Kenngrößen über dem Meßort auf der zu untersuchenden Oberfläche aufgestellt bzw. es wird eine Tabelle bzw. ein Histogramm aufgestellt, 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 optischen Kenngrößen wird eine Kennzahl bzw. Strukturkennzahl der zu untersuchenden strukturierten Oberfläche bestimmt.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird vor Beginn der Messungen oder vor Beginn jeder einzelnen Messung ein Dunkelbild aufgenommen, und die Werte werden gemittelt. Bei der Messung wird das Bild mit Beleuchtung aufgenommen, ebenfalls gemittelt und davon der Mittelwert des Dunkelbildes abgezogen. Es wird ein Wert für den Kontrast dieses Bildes bestimmt. Mit den Mittelwerten des 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 erfolgt die Auswertung über eine oder mehrere Fourriertransformationen. Besonders bevorzugt werden für jede Zeile die Ortsfrequenzkoeffizienten aus einer Fourriertransformation dieser Zeile bestimmt und die Ortsfrequenzkoeffizienten für das gesamte Bild werden aus dem Mittelwert der Frequenzen aller Zeilen bestimmt.
  • In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird dieser Strukturkennwert über ein übliches Verfahren zur Rauheitsmessung von Oberflächen bestimmt, wie z. B. in DIN 4768 (Ausgabe 1990-05), ISO 13565-1 (Ausgabe 1996-12) oder ISO 13565-2 (Ausgabe 1996-12) beschrieben, die somit Teil der Offenbarung werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Schichtdicken-Meßeinrichtung eine Schaltrichtung auf, um einen für den Substrattyp geeigneten Schichtdickensensortyp auszuwählen. Dabei kann durch ein im Speicher dieser Steuereinrichtung abgelegtes Programm der Typ des Substrats dieser beschichteten Oberfläche automatisch bestimmt und die Schalteinrichtung derart eingestellt werden, daß zur Bestimmung der Schichtdicke ein für dieses Substrat geeigneter Schichtdickensensor ausgewählt wird.
  • Die Anordnung einer solchen Schalteinrichtung ist besonders vorteilhaft, da durch ein einfaches Betätigen der Schalteinrichtung ein bestimmter Sensortyp zur Bestimmung der Schichtdicke ausgewählt wird; der Benutzer kann z. B. durch die Anzeigeeinrichtung aufgefordert werden, einen anderen Sensortyp zur Bestimmung der Schichtdicke auszuwählen, wenn die Bestimmung der Schichtdicke mit dem ausgewählten Sensor ursinnige Werte liefert.
  • Bei Überschreitung bzw. Unterschreitung vorgegebener Schranken wird der gültige Meßbereich verlassen und kann z. B. durch Ausgabe des Wertes ∞ auf der Anzeige-Einrichtung ausgegeben werden. Dadurch wird der Benutzer dann aufgefordert, die Schalteinrichtung zu betätigen und den Sensortyp umzuschalten. Eine automatische Umschaltung und eine automatische Auswahl eines geeigneten Schichtdickensensors ist besonders vorteilhaft, wenn unerfahrene Benutzer eine solche erfindungsgemäße Ausgestaltung verwenden.
  • Es sei darauf hingewiesen, daß das Zusammenwirken der einzelnen erfindungsgemäßen Merkmale in jeder beliebigen Kombination bevorzugt ist. Insbesondere sind auch die durch die unabhängigen und abhängigen Ansprüche offenbarten Merkmalskombinationen unter Weglassung eines oder mehrerer Merkmale bevorzugt. Für den Fachmann ist ersichtlich, daß über die hier dargestellten Ausführungsbeispiele 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 vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen.
  • Darin zeigen:
  • 1 einen Schnitt eines ersten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Sensorelements, bei welchem die zur Lichtmessung herangezogenen Flächen variiert werden können;
  • 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Sensorelements, bei welchem sieben Fotosensoren mit den lichtempfindlichen Flächen gebildet werden;
  • 4 ein Diagramm, welches das Reflexionsverhalten bei Beleuchtung ohne Lichtmuster zeigt, wobei auf der Ordinate die gemessene Lichtintensität und auf der Abszisse die Winkelabweichung bezüglich des idealen Reflexionswinkels aufgetragen ist;
  • 5 ein Abbild des auf die Meßfläche projizierten Lichtmusters,
  • 6 den prinzipiellen schaltungstechnischen Aufbau einer Meßeinrichtung, wie er bei den Ausführungsbeispielen gemäß 1–5 zu verwenden ist; und
  • 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches auch zu weitergehenden Messungen geeignet ist.
  • Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun in bezug auf die 1 beschrieben.
  • Die in der Figur schematisch dargestellte Meßeinrichtung zur Bestimmung der Qualität strukturierter Oberflächen weist ein Gehäuse 1 auf, in welchem ein erster Belichtungstubus 2 angeordnet ist. In diesem Belichtungstubus ist, schematisch angedeutet, eine Lichtquelle 3 angeordnet, eine Blende 4, eine Lichtmustereinrichtung 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 transmittierte 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 gebündelt und trifft durch die Öffnung 7 auf die Meßfläche 8 auf. Von der Meßfläche 8 wird das Licht reflektiert und tritt in den Meßtubus 10 ein, welcher ebenfalls eine Linse 11, eine Blende 12 und den eigentlichen Sensor 13 aufweist.
  • Die Reflexionsmeßvorrichtung weist weiterhin eine (nicht dargestellte) Steuereinrichtung auf, durch welche der Betrieb der Vorrichtung gesteuert wird und eine ebenfalls nicht dargestellte Anzeigeeinrichtung, durch welche die gemessenen Strukturkennwerte und charakteristischen optischen Kenngrößen angezeigt werden.
  • In 3 ist der Sensor eines weiteren Ausführungsbeispiels dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel ist mit Ausnahme des Sensors genauso aufgebaut wie in 1. 2 zeigt die Sensoreinrichtung 20, bei welcher eine Vielzahl von fotosensitiven Elementen 21 in Reihen und Spalten angeordnet ist.
  • Bei diesem Beispiel wird ein CCD-Chip eingesetzt. Auf der Fläche des CCD-Chips werden einzelne Flächenelemente zu unterschiedlichen Fotosensoren 22, 23, 24 verschaltet, so daß bei der Messung nur die Signale dieser Fotosensoren 22, 23, 24 vorliegen.
  • Es sei darauf hingewiesen, daß sich durch die Verschaltung einzelner Flächenelemente zu Fotosensoren die unterschiedlichsten Meßgeometrien realisieren lassen. Weiterhin müssen zur Messung nicht alle Flächenelemente herangezogen werden.
  • In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Sensoreinrichtung dargestellt. Der weitere Aufbau und der Betrieb dieser Vorrichtung erfolgt in gleicher Weise wie bei 1.
  • In 3 ist die Sensoreinrichtung 30 dargestellt, welche wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 als CCD-Chip ausgeführt ist.
  • Auf der Fläche des CCD-Chips werden durch Verschaltung einzelner Flächenelemente unterschiedliche Fotosensoren 31, 32, 33 und 34 gebildet. Durch die Verschaltung einzelner Flächenelemente zu Fotosensoren kann schnell und einfach nach unterschiedlichen Meßnormen, wie z. B. der amerikanischen ASTM E 430 gemessen werden.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der prinzipielle Aufbau gleich dem des Ausführungsbeispiels nach 1, aber es wird kein Lichtmuster auf die Meßfläche projiziert. Als Sensoreinrichtung wird ein CCD-Chip eingesetzt, mit dem alle Flächenelemente einzeln gemessen werden.
  • Im Diagramm gemäß 4 ist auf der Ordinate die gemessene Lichtintensität aufgetragen und auf der Abszisse die Winkelabweichung 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 Reflexionsverhalten an der Oberfläche beurteilt werden.
  • Außerdem ist es möglich, aus der Kurve die Kennwerte abzuleiten, welche gemäß den verschiedenen Normen das Reflexionsverhalten von Oberflächen kennzeichnen.
  • In 5 ist das von einer Meßfläche auf die Sensoreinrichtung reflektierte Bild dargestellt. Das Lichtmuster 50 weist dunkle Kanten 51 und helle Linien 52 auf. Ein zweiter Teil des Reflexes 53 weist kein Lichtmuster auf.
  • Mit zunehmender Rauhigkeit nimmt der Kontrast im Lichtmuster ab, während ein schlechterer Glanz sich auf die Intensität auswirkt. Orange peel führt zu einer Verzerrung der einzelnen dunklen und hellen Linien, und eine strukturierte Oberfläche führt im Fall eines Rechteckprofils zum Versatz der einzelnen Linien im Bereich der Vertiefungen. Bei Sägezahn- oder Dreiecksprofilen können an den entsprechenden Abschnitten korrelierende Neigungen der Linien festgestellt werden.
  • Bei dem aufgenommenen Bild wird die Intensität und der Kontrast ausgewertet und es werden die Gradienten im Bereich des Lichtmusters bestimmt. Durch Mittelwertbildung der Gradienten wird ein charakteristisches Maß für die Struktur der Meßfläche bestimmt.
  • In 6 ist der prinzipielle schaltspaltungstechnische Aufbau einer Meßeinrichtung, wie sie bei den Ausführungsbeispielen gemäß 1–5 zu verwenden ist, dargestellt.
  • Der prinzipielle Meßaufbau ist für alle gezeigten Ausführungsbeispiele 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. Weiterhin 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 Steuereinrichtung 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 Display 65 angezeigt, welcher vorzugsweise als LCD-Display ausgebildet ist. Für die weitere Auswertung der Messung ist eine Verbindung zu einem externen Computer 66 vorgesehen; die Meßergebnisse werden vorzugsweise auch in der Speichereinrichtung 61 abgelegt.
  • Die Meßvorrichtung wird durch eine (nicht dargestellte) Batterie 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 Eingabeeinrichtung 22 der Typ des Schichtdickensensors gewählt werden.
  • Das elektrische Ausgangssignal des Schichtdickensensors 5 wird ebenfalls zur Steuereinrichtung 60 zur Auswertung weitergeleitet. Das Display 65, welches vorzugsweise als LCD-Display ausgebildet ist, zeigt die Ergebnisse der Messung an. Für eine weitere Auswertung der Messung ist eine Verbindung zu einem externen Computer 66 vorgesehen.
  • Die Meßvorrichtung wird durch eine (nicht dargestellte) Batterie mit Strom versorgt.
  • Um produktionsbedingte Abweichungen der einzelnen Meßvorrichtungen zu vermeiden, wird jede Meßvorrichtung vorzugsweise individuell kalibriert. Dazu wird die Meßvorrichtung auf Referenzschichten aufgesetzt, wie sie von Normeninstituten zur Verfügung gestellt werden, und die entsprechenden optischen Kennwerte und Schichtdickenkennwerte gemessen. Die entsprechenden Werte werden dann im Speicher 61 abgelegt und stehen dauerhaft zur Umrechnung der durch die Sensoren erfaßten Werte zur Verfügung.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun in Bezug auf 7 beschrieben.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung insgesamt in einem Gehäuse 100 angeordnet, welches eine Öffnung 101 aufweist, mit der das Gerät auf die zu messende Oberfläche aufgesetzt wird.
  • Im Unterschied zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen wird das Gerät jedoch nicht direkt auf die Oberfläche aufgesetzt, sondern mittels (schematisch angedeuteter) mindestens zwei Gummiwalzen 103, 104 oder mindestens vier Gummirädern 103, 104, welche drehbeweglich (nicht gezeigt) im Gehäuse 100 gelagert sind.
  • Wenigstens eines der Gummiräder oder Walzen ist mit einer (nicht dargestellten) Wegstreckenmeßeinrichtung versehen, welche 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 vorbestimmten 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 Linseneinrichtung 121, eine Blendeneinrichtung 122 und einen senkrecht zur optischen Achse ausgerichteten Meßsensor 123 aufweist, welcher in diesem Ausführungsbeispiel als Farb-CCD-Chip ausgeführt ist.
  • An einer dritten optischen Einrichtung 130 sind drei lichtausstrahlende Elemente 132, 133 und 134 angeordnet, die hier als LEDs ausgeführt sind, welche jeweils eine unterschiedliche spektrale Charakteristik aufweisen, d. h. welche Licht mit unterschiedlichen 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 ausgestrahlte Licht wird an der zu untersuchenden Oberfläche 115 reflektiert und fällt zum Teil auf den Fotosensor bzw. Farb-CCD-Chip 125.
  • Da die lichtausstrahlenden Elemente 132–134 Licht mit unterschiedlichen Farbcharakteristiken im sichtbaren Bereich des Spektrums ausstrahlen, ist es möglich, einen Farbkennwert für die zu untersuchende Oberfläche zu bestimmen.

Claims (66)

  1. Vorrichtung zur quantifizierten Bestimmung der Qualität strukturierter Oberflächen mit: einer ersten optischen Einrichtung (2; 110) mit wenigstens einer Lichtquelle (3; 111), deren Licht in einem vorbestimmten Winkel auf eine Messfläche (8; 115), die Teil der zu messenden Oberfläche ist, gerichtet ist; einer zweiten optischen Einrichtung (10; 120), welche in einem vorbestimmten Winkel zu dieser Messfläche (8; 115) ausgerichtet ist, und welche das von der Messfläche reflektierte Licht aufnimmt, wobei diese zweite optische Einrichtung (10; 120) eine Vielzahl von Fotosensoren (22–24; 31–34) mit wenigstens einer lichtempfindlichen Fläche (21) aufweist, welche in Reihen und/oder Spalten angeordnet sind, wobei diese Fotosensoren elektrische Messsignale ausgeben, welche für das reflektierte Licht charakteristisch sind; einer Auswerteeinrichtung, die zur Steuerung des Messablaufs vorgesehen ist und die wenigstens eine Prozessoreinrichtung (60) und wenigstens eine Speichereinrichtung (61) aufweist; einer Ausgabe-Einrichtung (65); wobei die erste optische Einrichtung (2; 110) und die zweite optische Einrichtung (10; 120) so beschaffen sind, dass das reflektierte Licht durch die Struktur der Messfläche (8; 15) beeinflusst wird, und wobei die Auswerteeinrichtung das reflektierte Licht auswertet und daraus wenigstens eine Strukturkennzahl ableitet, welche wenigstens eine strukturbedingte Eigenschaft der Oberfläche charakterisiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung die Strukturkennzahlen von einzelnen Domänen bzw. Teilflächen der Messfläche (8; 115) bestimmt; und die Auswerteeinrichtung für wenigstens einen Teil der Vielzahl von Fotosensoren (22–24; 31–34) wenigstens eine Steigung des elektrischen und/oder digitalen Messsignals bestimmt, indem wenigstens eine Differenz des elektrischen und/oder digitalen Messsignals des Fotosensors mit dem elektrischen und/oder digitalen Messsignal wenigstens eines benachbarten Fotosensors gebildet wird.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese Auswerteeinrichtung über ein in dieser Speichereinrichtung (61) gespeichertes Programm diese Messsignale auswertet und/oder in dieser Speichereinrichtung speichert.
  3. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein erster Teil dieses von dieser ersten optischen Einrichtung (2; 110) ausgestrahlten Lichts ein Lichtmuster aufweist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieses von dieser ersten optischen Einrichtung (2; 110) ausgestrahlte Lichtmuster wenigstens eine Hell-/Dunkelkante oder eine Vielzahl von Hell-/Dunkelkanten aufweist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil dieser Vielzahl von Hell-/Dunkelkanten wenigstens abschnittsweise parallel zueinander verläuft.
  6. Vorrichtung Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil dieser Vielzahl von Hell-/Dunkelkanten gitter-, oder kreuzgitter- oder kreisförmig angeordnet sind.
  7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieser erste Teil dieses von dieser ersten optischen Einrichtung (2; 110) ausgestrahlten Lichts dieses Lichtmuster aufweist und dass ein zweiter Teil ohne Lichtmuster auf diese Messfläche gerichtet ist.
  8. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese Auswerteeinrichtung wenigstens einen Durchschnitt wenigstens eines Teils der Steigungen bestimmt und daraus diese charakteristische Strukturkennzahl für diese wenigstens eine strukturbedingte Eigenschaft dieser Oberfläche bestimmt.
  9. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine, zwei, drei oder mehr charakteristische optische Kenngrößen dieser Messfläche bestimmt werden.
  10. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese charakteristische optische Kenngröße der Glanz oder der Glanzschleier oder die Abbildungsschärfe (DOI) der Messfläche ist.
  11. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese charakteristische optische Kenngröße ein repräsentatives Maß für die typische Wellenlänge und deren Amplitude (Orange peel) der Topologie der Schichtdicke dieser Messfläche in einem vorbestimmten Wellenlängenintervall ist, wobei diese Auswertung auch in zwei oder mehr Wellenlängenbereichen erfolgen kann.
  12. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese Vorrichtung eine dritte optische Einrichtung (130) mit wenigstens einer Lichtquelle aufweist und Licht mit einer vorgegebenen spektralen Charakteristik ausstrahlt, welches in einem vorbestimmten Winkel auf diese Messfläche gerichtet ist.
  13. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser vorbestimmte Winkel, in welchem das von der ersten optischen Einrichtung (2; 110) ausgestrahlte Licht zu dieser Messfläche ausgerichtet ist, und/oder dass dieser vorbestimmte Winkel, in welchem die zweite optische Einrichtung (10; 120) das von dieser Messfläche reflektierte Licht aufnimmt, und/oder dass dieser vorbestimmte Winkel, in welchem das von der dritten optischen Einrichtung (130) ausgestrahlte Licht zu dieser Messfläche ausgerichtet ist, einstellbar ist/sind.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass dieser vorbestimmte Winkel die Winkel 5°, 10°, 15°, 20°, 30°, 45°, 60°, 75°, 80° und 85° umfasst.
  15. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass dieses von dieser dritten optischen Einrichtung (130) ausgestrahlte Licht in einem derartigen Winkel auf die Oberfläche gerichtet ist, dass das unmittelbar von der Messfläche gemäß der Fresnel'schen Reflexion gerichtet reflektierte Licht gegenüber dieser Messfläche einen anderen Winkel aufweist, als der Winkel zwischen dieser Messfläche und dem von dieser Messfläche gerichtet reflektierten Licht, welches von dieser ersten optischen Einrichtung (110) ausgestrahlt wird.
  16. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass diese wenigstens eine Lichtquelle dieser dritten optischen Einrichtung (130) wenigstens zwei lichtausstrahlende Elemente aufweist, deren Licht sich in der emittierten spektralen Charakteristik derart unterscheidet, dass die emittierten Wellenlängenbereiche unterschiedlich sind.
  17. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass sich diese emittierten Wellenlängenbereiche dieser lichtausstrahlenden Elemente im sichtbaren Bereich des Lichtspektrums zumindest teilweise überlappen, und dass diese emittierten spektralen Charakteristiken dieser lichtausstrahlenden Elemente voneinander linear unabhängig sind.
  18. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Fotosensor (22–24; 31–34) wenigstens zwei fotosensitive Elemente aufweist, deren elektrische Ausgangssignale einzeln erfassbar sind und die sich in ihrer spektralen Charakteristik unterscheiden, so dass als optische Kenngröße dieser Messfläche die Farbe des reflektierten Lichtes erfassbar ist.
  19. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese wenigstens eine Lichtquelle dieser ersten optischen und/oder dieser dritten optischen Einrichtung eine oder mehr Leuchtdioden und/oder Laserlichtquellen aufweist.
  20. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese erste und/oder diese dritte optische Einrichtung paralleles Licht ausstrahlt.
  21. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese erste und/oder dritte optische Einrichtung divergentes oder konvergentes Licht ausstrahlt.
  22. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese erste und/oder dritte optische Einrichtung wenigstens einen Lichtfleck mit vorbestimmtem Durchmesser senkrecht zur Ausbreitungsrichtung oder wenigstens einen Lichtstreifen mit vorbestimmter Länge und Breite senkrecht zur Ausbreitungsrichtung ausstrahlt.
  23. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine dieser wenigstens einen optischen Kenngrößen aus den elektrischen und/oder digitalen Messsignalen dieser Fotosensoren bestimmt wird, welche diesen von der Messfläche reflektierten zweiten Teil dieses von dieser ersten optischen Einrichtung ausgestrahlten Lichts aufnehmen.
  24. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in möglichst unmittelbarer Nähe dieser Lichtquelle(n) dieser ersten optischen Einrichtung (2; 110) und/oder dieser Lichtquelle(n) dieser dritten optischen Einrichtung (130) und/oder dieses wenigstens einen Fotosensors wenigstens eine Temperaturmess-Einrichtung angeordnet ist, welche zur Bestimmung der charakteristischen Temperatur der jeweiligen Lichtquelle(n) und/oder der jeweiligen Fotosensoren vorgesehen ist, damit eine temperaturkorrigierte Bestimmung dieses wenigstens einen Strukturkennwerts und/oder dieser wenigstens einen optischen Kenngröße erfolgen kann.
  25. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil des Verlaufs des Abbilds dieser wenigstens einen Hell-/Dunkelkante auf dieser Vielzahl von Fotosensoren bestimmt wird und durch eine Abweichung vom idealen Verlauf von diesem gemessenen Verlauf ein charakteristischer Profilhöhen-Kennwert dieser Messfläche bestimmt wird.
  26. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese Strukturkennzahl mittels eines Triangulationsverfahrens bestimmt wird.
  27. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer dieses wenigstens einen Sensors die Intensität des von dieser ersten optischen Einrichtung (2; 110) ausgestrahlten und von der zu untersuchenden Oberfläche reflektierten Lichts bestimmt, und dass diese Auswerteeinheit einen charakteristischen Orts-Kennwert für den Ort der Messung in dieser Speichereinrichtung speichert und dass diese Auswerteeinheit aus dieser gemessenen Intensität einen charakteristischen Abstands-Kennwert für den Abstand der zu untersuchenden Oberfläche von dieser Vorrichtung bestimmt und in dieser Speichereinrichtung (61) speichert.
  28. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese erste optische Einrichtung (2; 110) eine Scan-Einrichtung aufweist, welche diese zu untersuchende Oberfläche abtastet.
  29. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese Auswerte-Einrichtung mit diesen Abstands-Kennwerten und diesen Orts-Kennwerten wenigstens eine dieser wenigstens einen Strukturkennzahl bestimmt.
  30. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese Auswerteeinrichtung wenigstens einen quantitativen Steilheitskennwert für die Steilheit der Struktur der zu untersuchenden Oberfläche bestimmt.
  31. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese Auswerteeinrichtung wenigstens einen quantitativen Schärfenkennwert für die Schärfe der Kanten der Struktur der zu untersuchenden Oberfläche bestimmt.
  32. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Bewertungs-Strukturkennzahl aus dieser wenigstens einen Strukturkennzahl und wenigstens einer der genannten charakteristischen optischen Größen gebildet wird, oder dass für jede der bestimmten charakteristischen optischen Kenngrößen wenigstens eine Bewertungs-Strukturkennzahl bestimmt wird.
  33. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, 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- oder Überschreitung eine Nachricht auf dieser Ausgabe-Einrichtung oder ein Alarmsignal ausgegeben wird.
  34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer dieser wenigstens einen Grenzwerte durch Messung wenigstens einer Referenzoberfläche automatisch bestimmt werden.
  35. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eingabe-Einrichtung (62) angeordnet ist, in welche der Benutzer ein Typkennzeichen für den zu messenden Oberflächentyp eingeben kann, und dass die nachfolgenden Messungen mit Bezug auf dieses Typkennzeichen in dieser Speichereinrichtung (61) dauerhaft abgelegt werden.
  36. Vorrichtung nach Anspruch 35, 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 (62) ein Typkennzeichen für den zu messenden Oberflächentyp einzugeben.
  37. Vorrichtung nach Anspruch 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, dass der Benutzer durch Eingabe eines Typänderungszeichens oder durch Betätigen eines Typänderungsschalters diese Auswerte-Einrichtung in einen Typänderungsmodus umschaltet, und dass nach Eingabe eines weiteren Typkennzeichens die Ergebnisse nachfolgender Messungen mit Bezug auf dieses weitere Typkennzeichen in dieser Speichereinrichtung (61) dauerhaft abgelegt werden.
  38. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 35 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass der Benutzer nach jeder Messung durch Eingabe einer Benutzer-Beurteilungszahl in diese Eingabe-Einrichtung (62) diese Messfläche bewerten kann, und dass diese Benutzer-Beurteilungszahl zusammen mit wenigstens einer dieser Kenngrößen und -werte und dieser wenigstens einen Bewertungs-Strukturkennzahl in dieser Speichereinrichtung 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.
  39. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese Auswerte-Einrichtung wenigstens einen Teil dieser in dieser Speichereinrichtung (61) abgelegten Benutzer-Beurteilungszahlen und zugehörigen Kenngrößen und -werten zur automatischen Bestimmung wenigstens eines dieser wenigstens einen Grenzwerte für dieses Typkennzeichen verwendet.
  40. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese Vorrichtung relativ zur Messfläche in einer im wesentlichen abstandsgleichen Richtung verschiebbar ist, und dass eine Wegstreckenmesseinrichtung vorgesehen ist, welche diese relative Verschiebung quantitativ erfasst, und dass weiterhin eine Speichereinrichtung (61) vorgesehen ist, in welcher die entlang vorgegebener Messstellen auf der Oberfläche gemessenen Strukturkennwerte und/oder optischen Kenngrößen abgespeichert werden.
  41. Vorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Messrad (103, 104) vorgesehen ist, welches während der Messung auf der zu messenden Oberfläche aufgesetzt ist, und sich während der Relativbewegung zwischen der Vorrichtung und der zu messenden Oberfläche dreht.
  42. Vorrichtung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines dieser wenigstens einen Messräder (103, 104) mit einem Drehwinkel-Geber verbunden ist, der ein elektrisches Drehwinkelsignal ausgibt, welches für den vom Messrad zurückgelegten Drehwinkel repräsentativ ist.
  43. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese erste und/oder diese dritte optische Einrichtung konvergentes, vorzugsweise auf diese Messfläche fokussiertes, Licht ausstrahlt.
  44. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Vielzahl von Punkten oder Teilflächen dieser Messfläche jeweils diese wenigstens eine charakteristische optische Kenngröße bestimmt wird.
  45. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese Messfläche durch das von dieser ersten und/oder dieser dritten optischen Einrichtung ausgestrahlte Licht abtastbar ist.
  46. Vorrichtung nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass diese Vielzahl dieser jeweils wenigstens einen Kennwerte nach vorbestimmten oder wählbaren Kennwertenbereichen ausgewertet werden.
  47. Vorrichtung nach Anspruch 44 oder Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass diese Vielzahl dieser jeweils wenigstens einen Kennwerte innerhalb einer vorbestimmten oder wählbaren Anzahl von vorbestimmten oder wählbaren Kennwertbereichen nach statistischen Regeln auswertbar ist.
  48. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine dieser wenigstens einen charakteristischen optischen Kenngrößen der Glanz und/oder der Schleierglanz und/oder die Abbildungsschärfe und/oder die Welligkeit und/oder die Farbe der Oberfläche ist.
  49. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für wenigstens zwei vorbestimmte, wählbare oder automatisch bestimmbare Teile oder Teilflächen dieser Messfläche jeweils diese wenigstens eine charakteristische optische Kenngröße bestimmbar ist.
  50. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese Vorrichtung eine Schichtdicken-Messeinrichtung (5) 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 bestimmende Schichtdicke repräsentativ ist; dass diese Steuereinrichtung (60) durch Auswertung des Schichtdicken-Ausgangssignals einen Schichtdickenwert bestimmt, und durch Auswertung des von diesem wenigstens einen Fotosensor empfangene, von der Messfläche reflektierte Licht wenigstens eine für diese Messfläche charakteristische optische Kenngröße bestimmt; und dass diese Ausgabeeinrichtung (65) diesen wenigstens einen Schichtdickenwert und/oder diese wenigstens eine optische Kenngröße ausgibt.
  51. Vorrichtung nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, dass diese Schichtdicken-Messeinrichtung (5) wenigstens einen Permanentmagneten und/oder wenigstens eine magnetische Flussdichtesensor-Einrichtung und/oder eine Wirbelstrommessspule aufweist.
  52. Vorrichtung nach Anspruch 50 oder 51, dadurch gekennzeichnet, dass diese Schichtdicken-Messeinrichtung (5) eine Ultraschallsende- und Ultraschallempfangs-Einrichtung zur Bestimmung der Schichtdicke beinhaltet.
  53. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 50 bis 52, dadurch gekennzeichnet, dass diese Schichtdicken-Messeinrichtung (5) eine Wärmeerzeugungs-, eine Schallerzeugungs- und eine Schallsensor-Einrichtung zur Bestimmung der Schichtdicke aufweist.
  54. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 50 bis 53, dadurch gekennzeichnet, dass diese Schichtdicken-Messeinrichtung (5) wenigstens zwei unterschiedliche Sensor-Einrichtungen zur Bestimmung der Schichtdicke dieser Messfläche aufweist, wobei wenigstens ein erster Schichtdickensensor zur Bestimmung der Schichtdicke auf magnetischen Substraten vorgesehen ist, und wenigstens ein zweiter Schichtdickensensor zur Bestimmung der Schichtdicke auf nichtmagnetischen Substraten vorgesehen ist.
  55. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 50 bis 54, dadurch gekennzeichnet, dass diese Schichtdicken-Messeinrichtung (5) wenigstens zwei unterschiedliche Sensor-Einrichtungen zur Bestimmung der Schichtdicke dieser Messfläche aufweist, wobei wenigstens ein erster Schichtdickensensor zur Bestimmung der Schichtdicke auf elektrisch leitenden Substraten vorgesehen ist, und wenigstens ein zweiter Schichtdickensensor zur Bestimmung der Schichtdicke auf nicht elektrisch leitenden Substraten vorgesehen ist.
  56. Vorrichtung nach Anspruch 54 oder 55, dadurch gekennzeichnet, dass diese Vorrichtung eine Schalteinrichtung aufweist zur Umschaltung der Schichtdickensensoren zur Bestimmung der Beschichtungsdicke auf magnetischen, nicht-magnetischen und Kunststoffsubstraten.
  57. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese erste und/oder dritte optische Einrichtung gerichtetes oder diffuses Licht ausstrahlt.
  58. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens von einer optischen Einrichtung ausgestrahlte und von der Oberfläche reflektierte Licht auf eine Blende oder Blockblende (12; 122) gebündelt wird.
  59. Vorrichtung nach Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet, dass diese Blende oder Blockblende (12; 122) eine kreisförmige Fläche senkrecht zur Ausbreitungsrichtung dieses reflektierten Lichts aufweist.
  60. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser wenigstens eine Sensor (13; 125) nach der Hell- oder Dunkel- oder Schlieren- oder Phasenmethode ausgeleuchtet wird.
  61. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Krümmung der zu messenden Oberfläche bestimmt wird und zur Korrektur der Messwerte verwendet wird, so dass dieser wenigstens eine charakteristische optische Kennwert nicht mehr oder nur geringfügig durch die Krümmung beeinflusst wird.
  62. Vorrichtung nach Anspruch 61, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Oberfläche reflektierte und von der Messeinrichtung aufgenommene Lichtmuster zur Bestimmung einer Oberflächenkrümmung verwendet wird.
  63. Vorrichtung nach Anspruch 61 oder 62, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Musterlinien bzw. Hell-/Dunkelkanten im reflektierten Lichtmuster zur Bestimmung der Oberflächenkrümmung verwendet wird.
  64. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 61 bis 63, 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 nicht beeinflusst.
  65. Verfahren zur quantifizierten Bestimmung der Qualität strukturierter Oberflächen, bei welchem Licht von wenigstens einer Lichtquelle (3; 111) in einem vorbestimmten Winkel auf eine Messfläche (8; 115), die Teil der zu messenden Oberfläche ist, gerichtet wird; von der Messfläche reflektiertes Licht in einem vorbestimmten Winkel zu dieser Messfläche mittels einer Vielzahl von Fotosensoren (22–24; 31–34) mit wenigstens einer lichtempfindlichen Fläche (21) aufgenommen wird, wobei diese Fotosensoren in Reihen und/oder Spalten angeordnet sind und elektrische Messsignale ausgeben, welche für das reflektierte Licht charakteristisch sind; das reflektierte Licht mittels einer Auswerteeinrichtung ausgewertet wird, welche daraus wenigstens eine Strukturkennzahl ableitet, welche wenigstens eine strukturbedingte Eigenschaft der Oberfläche charakterisiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung die Strukturkennzahlen von einzelnen Domänen bzw. Teilflächen der Messfläche (8; 115) bestimmt; und die Auswerteeinrichtung für wenigstens einen Teil der Vielzahl von Fotosensoren (22–24; 31–34) wenigstens eine Steigung des elektrischen und/oder digitalen Messsignals bestimmt, indem wenigstens eine Differenz des elektrischen und/oder digitalen Messsignals des Fotosensors mit dem elektrischen und/oder digitalen Messsignal wenigstens eines benachbarten Fotosensors gebildet wird.
  66. Verfahren nach Anspruch 65, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung des Verfahrens eine Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 64 verwendet wird.
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