DE2448288C2 - Process for the objective qualitative classification of the texture of structured, glossy surfaces - Google Patents
Process for the objective qualitative classification of the texture of structured, glossy surfacesInfo
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- DE2448288C2 DE2448288C2 DE19742448288 DE2448288A DE2448288C2 DE 2448288 C2 DE2448288 C2 DE 2448288C2 DE 19742448288 DE19742448288 DE 19742448288 DE 2448288 A DE2448288 A DE 2448288A DE 2448288 C2 DE2448288 C2 DE 2448288C2
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur objektiven qualitativen Einordnung der Beschaffenheit glänzender strukturierter, insbesondere welliger Oberflächen.The invention relates to a method for the objective qualitative classification of the properties of glossier structured, especially wavy surfaces.
Namentlich in Lackierereien bzw. Lackierabteilungen z. B. von Automobilwerken sind lackierte Oberflächen hinsichtlich ihrer Oberflächenbeschaffenheit zu beurteilen. Es kann unter Umständer juftreten, daß eine glänzende Lackoberfläche, die an sich spiegelglatt sein soll, ungewollt eine feinwellige Beschaffenheit erhält (sogenanntes Orangenschalen-Aussehen). Bei Außenlackierungen von Personenkraftwagen ist eine solche Oberflächenbeschaffenheit unzumutbar; es gibt aber noch Grenzfälle derartiger Oberflächenbeeinträchtigungen, die noch zumutbar sind. Die Ursachen für das Auftreten einer solchen Orangenschalen-Oberfläche sind heute im übrigen noch nicht völlig geklärt. Da durch eine solche Orangenschalen-Struktur der Lackoberfläche der ästhetische Eindruck der lackierten Fläche auf den Beschauer gestört wird, ist vor allem das Maß der Beeinträchtigung dieses ästhetischen Eindruckes zu ermitteln.Namely in paint shops or painting departments z. B. from automobile plants are painted surfaces to be assessed with regard to their surface properties. It can happen under certain circumstances that a glossy lacquer surface that is actually as smooth as a mirror should, inadvertently acquire a fine, wavy texture (so-called orange peel appearance). For exterior paintwork Such a surface quality is unreasonable for passenger cars; but there is borderline cases of such surface impairments that are still reasonable. The causes for that Incidentally, the occurrence of such an orange peel surface has not yet been fully clarified. Through this Such an orange peel structure of the paint surface creates the aesthetic impression of the painted surface the viewer is disturbed, is above all the degree of impairment of this aesthetic impression determine.
Zur Beurteilung von Lackoberflächen gibt es in diesem Zusammenhang zunächst die subjektive Prüfung durch geübte Kontrolleure. Dieses betrachten eine sich in der glänzenden Lackoberfläche spiegelnde, in der Natur scharf konturierte Helldunkelgrenze und können auf Grund ihrer Erfahrung aus dem Spiegelbild bzw. dessen Schärfe auf die Güte der Oberfläche schließen. Diese Methode ist aber für eine objektive Beurteilung der Oberflächenbeschaffenheit und für eine reproduzierbare Zuordnung einer Bewertungszahl zu einer bestimmten Oberflächenbeschalfenheit ungeeignet.In this context, there is initially a subjective test to assess paint surfaces by trained inspectors. Consider this one that is reflected in the glossy lacquer surface Nature sharply contoured light-dark border and based on their experience from the mirror image or its sharpness inferring the quality of the surface. However, this method is for an objective assessment the surface quality and for a reproducible assignment of a rating number to a unsuitable for certain types of surface.
Auch die Zurverfügungstellung einer Staffel von Vergleichsproben mit jeweils unterschiedlich starker Ausprägung der Oberfläche in Richtung auf eine Orangenschalen-Struktur bringt keine wesentliche Abhilfe, da die Einzelproben der Staffel ihrerseits sich reproduzierbar bewerten und herstellen lassen müßten. Im übrigen kann der subjektive Eindruck einer Probetafel einerseits und einer größeren Oberfläche eines lackierten Werkstückes andererseits je nach Lichteinfall, Oherflächengröße oder -wölbung bei ι ο objektiv gleicher Oberflächenbeschaffenheit zwischen Werkstück und Vergleichsprobe gleichwohl unterschiedlich ausfallen.Also the provision of a series of comparison samples, each with a different strength Characterizing the surface in the direction of an orange peel structure is not essential Remedy, since the individual samples of the relay would have to be able to be evaluated and produced in a reproducible manner. In addition, the subjective impression of a test board on the one hand and a larger surface of a painted workpiece, on the other hand, depending on the incidence of light, surface size or curvature at ι ο Objectively the same surface quality between the workpiece and the reference sample nevertheless different fail.
Bewertungsverfahren mit dem Ziel einer irgendwie gearteten grafischen Reproduktion der an sich räumlichen Oberflächenstruktur in einer zweidimensionalen Zeichenebene und einer Ermittlung eines Zahlenwertes aus dieser Grafik als Meßwert für die Oberfiächenbeschaffenheit scheitern in der Praxis an einem zeitlichen und instrumentellen Auswertungsaufwand der Grafik. Bei subjektiver Beurteilung der Grafik durch geübte Personen tritt das oben angesprochene Problem der Objektivität der Beurteilungsperson wiederum auf.Evaluation procedure with the aim of a kind of graphic reproduction of the spatial Surface structure in a two-dimensional drawing plane and a determination of a numerical value from this graph as a measured value for the surface quality fail in practice due to a temporal and instrumental evaluation effort of the graphic. With a subjective assessment of the graphic by experienced persons, the above-mentioned problem arises Objectivity of the appraiser again.
Es gibt verschiedene Verfahren für die objektive Beurteilung glänzender Oberflächen, die kleine Abweichungen von einer Regelfläche aufweisen. Die meisten liefern aber gewissermaßen eine topografische Erschließung der Oberfläche in Form von Höhenlinienmustern, also eine individuelle Aussage über jede emzelne Sollformabweichung, nicht aber eine pauschale Bewertungsziffer eines ganzen Flächenausschnittes.There are several methods for the objective assessment of shiny surfaces that show small deviations of a ruled surface. Most of them, however, provide a kind of topographical development of the surface in the form of contour line patterns, i.e. an individual statement about each individual one Desired form deviation, but not a general valuation figure of an entire area.
In der DT-O5S 21 39 836 und in dem im wesentlichen inhaltsgleichen Zeitschriftenartikel in »Applied Optics«, Vol. Nr. 2, Juli 11973, S. 1552 bis 1557, ist beispielsweise ein interferometrisch arbeitendes Verfahren zum Messen von Unebenheiten beschrieben. Hierbei wird durch Bestrahlen eines Beugungsgitters mit gut kohärentem Licht ein Interferenzfeld erzeugt, dieses Interferenzfeld an der zu untersuchenden Fläche gespiegelt und ;cu dem Beugungsgitter zurückgeworfen und das zurückgespiegelte Interferenzfeld an dem Beugungsgitter erneut gebeugt. Hierbei entsteht entsprechend den Unebenheiten der Spiegelfläche ein Interferenzliniensystem, welches gewissermaßen als topografisches Höhenliniensystem der Flächenunebenheiten gedeutet und entsprechend — auch quantitativ — ausgewertet werden kann. Dieses Verfahren ist aber für die Ziele der Erfindung völlig ungeeignet, da mit diesem Verfahren keine pauschale reproduzierbare Bewertungsziffer für strukturierte Oberflächen gewonnen werden kann, sondern nur quantitative Informationen über individuelle Unebenheiten gegeben werden.In DT-05S 21 39 836 and in the essentially identical magazine article in "Applied Optics", Vol. No. 2, July 1 1973, pp. 1552 to 1557, an interferometric method for measuring unevenness is described, for example. Here, by irradiating a diffraction grating with well-coherent light, an interference field is generated, this interference field is reflected on the surface to be examined and reflected back to the diffraction grating and the reflected interference field is diffracted again on the diffraction grating. This creates an interference line system corresponding to the unevenness of the mirror surface, which can be interpreted to a certain extent as a topographical contour line system of the surface unevenness and can be evaluated accordingly - also quantitatively. However, this method is completely unsuitable for the aims of the invention, since with this method it is not possible to obtain a general, reproducible evaluation number for structured surfaces, but only quantitative information about individual unevenness is given.
Ein anderes interferometrisch arbeitendes Verfahren ist in der DT-AS 15 48 284 beschrieben. Dieses Verfahren ist vor allem zur quantitativen Ermittlung ss von kleinen Fonnabweichungen, die in der Größenordnung der Lichtwellenlängen liegen, von unebenen räumlichen Bezugsflächen geeignet. Hierbei wird zunächst ein Hologramm der fehlerfreien Bezugsfläche erzeugt. Mit Hilfe dieses Hologramms wird ein ;, Interferenzliniensystem erzeugt, und zwar dadurch, daß die durch ein streng kohärentes Licht bewirkte Lichterregung der Prüflingsoberfläche und das das Hologramm durchtretende Licht überlagert werden; die beiden Lichterregungen interferieren miteinander. Die Interferenzlinien des entsprechenden Interferenzliniensystems stellen Linien gleicher Formabweichung dar und können ähnlich wie die Höhenlinien einer topografischen Karte quantitativ ausgewertet werden. Auch dieses Verfahren ist nicht geeignet, pauschale reproduzierbare und quantitative Aussagen über das Ausmaß einer Oberflächenstrukturiening zu geben.Another interferometric method is described in DT-AS 15 48 284. This Procedure is mainly for the quantitative determination of ss from small form deviations, which are in the order of magnitude of the wavelengths of light, from uneven ones spatial reference areas suitable. First, a hologram of the flawless reference surface is created generated. With the help of this hologram, an interference line system is generated by the fact that the light excitation of the test object surface caused by a strictly coherent light and that Hologram transmitted light are superimposed; the two excitations of light interfere with each other. the Interference lines of the corresponding interference line system represent lines of the same shape deviation and can be evaluated quantitatively similar to the contour lines of a topographic map. This method is also not suitable for making general, reproducible and quantitative statements about the To give the extent of a surface structuring.
Es ist ein weiteres interferometrisch arbeitendes Verfahren bekannt (vgL US-PS 37 17 415), welches zur Untersuchung schnell ablaufender Vorgänge geeignet ist Hierbei wird — ebenfalls mit streng kohärentem Licht — ein Hologramm von einem Objekt zu einem bestimmten Zeitpunkt — z.B. Zeitpunkt χ — als Sofortbild im Nanosekundenbereich erzeugt und der für die Erzeugung des Hologramms verwendete Lichtblitz über eine Leerlaufstrecke definierter relativ großer Länge und mit einem Spiegel an deren Ende geschickt Der vom Spiegel zurückgeworfene Lichtblitz fällt nach einer der doppelten Länge der Leerlaufstrecke entsprechenden Zeit t zunächst auf das Hologramm, auf dem das Objekt zum Zeitpunkt χ festgehalten ist, und dann auf das Objekt selber, welches sich nunmehr im Zeitpunkt x+t befindet Die Lichterregungen des Objektes zum Zeitpunkt χ und die zum Zeitpunkt χ+1 interferieren miteinander, und es kann ein Interferenzlinienmuster daraus gewonnen werden, aus welchem Schlüsse auf die Veränderung des Objektes im Zeitintervall t möglich sind. Auch dieses Verfahren ist aber zur Erzeugung einer pauschalen Bewertungsziffer strukturierter Oberflächen nicht geeignetIt is a further interferometrically working method is known (see US-PS 37 17 415), which is suitable for the investigation of high speed processes Here, it is - also with strictly coherent light - a hologram from an object at a certain time - χ eg time - as Immediate image is generated in the nanosecond range and the flash of light used to generate the hologram is sent over an idle path of a relatively long length and with a mirror at its end.The flash of light reflected by the mirror first falls on the hologram after a time t corresponding to twice the length of the idle path which the object is held at time χ , and then onto the object itself, which is now at time x + t.The light excitations of the object at time χ and those at time χ + 1 interfere with each other, and an interference line pattern can be obtained from it from which conclusions on the change in Object in the time interval t are possible. However, this method is also unsuitable for generating a blanket rating number for structured surfaces
Die IIS-PS 37 82 827 offenbart ein Verfahren, bei dem eine strukturierte glänzende Oberfläche punktweise mit einem mit gleichbleibender Geschwindigkeit über die Probenoberfläche laufenden Lichtstrahl kohärenten Lichtes vollständig abgetastet wird. Der von der Oberfläche reflektierte Lichtstrahl wird eingefangen und seine Lichtintensität laufend gemessen und aufgespeichert. Je nach Neigung der vom Lichtpunkt getroffenen tatsächlichen Oberfläche gegenüber der Bezugsfläche ist der Lichtstrahl in seiner Intensität geschwächt Der Lichtstrahl schwankt also in seiner Lichtintensität entsprechend den Strukturerhebungen der Oberfläche. Das aufgezeichnete schwankende Lichtintensitätssignal wird einer Frequenzanalyse unterworfen und die spektrale Verteilung der Frequenz in dem Lichtintensitätssignal ermittelt und als ein Kurvenzug aufgeschrieben. Diese Kurve stellt gewissermaßen ein Spektrogramm der Strukturierung der Oberfläche dar. Zwar ist hierin eine pauschale Information über die Strukturierung gelegen. Das Verfahren ist aber gleichwohl nicht für die vorliegenden Zwecke geeignet, da eine geeignete Aussage allenfalls in der Form der Spektrogrammkurve gelegen wäre. Es müßte also erst noch mittels einer noch zu schaffenden Methode aus dem Spektrogramm ein Zahlenwert ermittelt werden, der dem subjektiven Eindruck von den Oberflächenstrukturen entspricht. Abgesehen von dieser Schwierigkeit — das Problem ist nicht gelöst, sondern allenfalls verlagert — ist das Verfahren sowohl von der apparativen Seite als auch vom erforderlichen Zeitaufwand her gesehen sehr aufwendig.The IIS-PS 37 82 827 discloses a method in which a structured glossy surface point by point with a constant speed over the Sample surface is completely scanned light beam of coherent light running. The one from the Light beam reflected from the surface is captured and its light intensity is continuously measured stored. Depending on the inclination of the actual surface hit by the point of light compared to the The light beam is weakened in its intensity on the reference surface. The light beam fluctuates in its intensity Light intensity according to the raised structure of the surface. The recorded fluctuating The light intensity signal is subjected to a frequency analysis and the spectral distribution of the frequency in determined from the light intensity signal and written down as a curve. This curve represents in a sense represents a spectrogram of the structuring of the surface Structuring located. The method is nevertheless not suitable for the present purposes, since a suitable statement would at best be in the form of the spectrogram curve. So it would have to be done first a numerical value can still be determined from the spectrogram using a method that has yet to be created, which corresponds to the subjective impression of the surface structures. Apart from this difficulty - the problem is not solved, but at most relocated - the process is both from the The apparatus side as well as the time required is very expensive.
In der DT-OS 22 30 650 ist ein Verfahren, welches die Interferometrie und eine Art der Korrelation anwendet, beschrieben. Hierbei werden mittels einer Fernsehkamera zwei mit kohärentem Licht angestrahlte Proben — ein Prüfling und eine Referenzprobe — gleichzeitig aufgenommen. Die Lichterregungen der beiden Prüflinge interferieren; dabei entsteht auf der lichtempfindlichen Platte der Fernsehkamera ein Interferenzlinienmuster. Auf Grund der Wirkungsweise der Fernsehkamera wird das zweidimensionale Interferenzlinienmu-In the DT-OS 22 30 650 is a method that uses interferometry and a type of correlation, described. Two samples are illuminated with coherent light by means of a television camera - a test item and a reference sample - recorded at the same time. The excitement of lights from the two test subjects interfere; this creates an interference line pattern on the light-sensitive plate of the television camera. Due to the way the television camera works, the two-dimensional interference line pattern is
<Γ<Γ
ster in ein eindimensionales zeitliches elektrisches Signal umgewandelt. Dieses Zeitsignal wird elektromagnetisch gespeichert Anschließend wird ein zweites Interferenzlinienmuster erzeugt, wobei jedoch der eine Prüfling einer Formveränderung, z.B. einer mechanisehen Belastung, unterworfen wird. Das gewonnene zweite Interferenzlinienmuster sieht in der Regel etwas anders aus, als das erste. Auch dieses zweite Interferenzlinienmuster wird mit einer Fernsehkamera in ein Zeitsignal umgewandelt Während das Zeitsignal ι ο des zweiten Interferenzlinienmusters abläuft wird gleichzeitig das gespeicherte Zeitsignal des ersten Interferenzlinienmusters ablaufen gelassen, so daß beide Zeitsignale gleichzeitig in eine Auswerteinheit gegeben werden können. Die beiden Zeitsignale können einer Korrelation unterworfen werden, oder es kann eine Differenzbildung gemacht werden. Aus dem Korrelogramm oder aus dem Differenzsignal, die ebenfalls elektrische Zeitsignale darstellen und die mittels eines Oszillographen in ein Bild zurückyerwandelt werden können, können Aussagen über die Formveränderung der Probe gewonnen werden. Auch dieses im übrigen apparativ und zeitlich sehr aufwendige Verfahren ist — wie auch die bereits erwähnten interferometrisch arbeitenden Verfahren — für die Zielsetzung der Erfindung untauglich, weil damit nicht eine allgemeine Bewertungszahl der Probenoberfläche gebildet wird.ster into a one-dimensional temporal electrical Signal converted. This time signal is stored electromagnetically. Then a second Generated interference line patterns, but the one test specimen is subjected to a change in shape, for example a mechanical load. The won The second interference line pattern usually looks a little different than the first. This second one too Interference line pattern is converted into a time signal with a television camera. While the time signal ι ο of the second interference line pattern expires at the same time the stored time signal of the first Interference line pattern allowed to run, so that both time signals in an evaluation unit at the same time can be given. The two time signals can be subjected to a correlation, or it can a difference can be made. From the correlogram or from the difference signal that also represent electrical time signals and which can be converted back into an image by means of an oscilloscope, can make statements about the Change in shape of the sample can be obtained. This method is also very expensive in terms of equipment and time - like those already mentioned interferometric methods - unsuitable for the aim of the invention because they are not a general evaluation number of the sample surface is formed.
Ähnlich wie das eben geschilderte Verfahren arbeitet das einer weiteren Veröffentlichung entnehmbare Verfahren, mit dem auf optischem Wege laufend die in einem belasteten Bauteil herrschenden Spannungen ermittelt werden können (E. Marom, »Real-Time Strain Measurements by Optical Correlation« in Applied Optics, Vol.9, Juni 1970, S. 1385 bis 1391). Apparativ arbeitet das Verfahren jedoch völlig anders als das oben geschilderte. Für dieses Verfahren ist es zunächst erforderlich, ein Hologramm von dem jeweils zu untersuchenden Bauteil in unbelastetem Zustand anzufertigen. Es wird dann eine Korrelation des mit kohärentem Licht bestrahlten belasteten Bauteils und des Hologramms durchgeführt Das Korrelogramm hat wenigstens ein Helligkeitsextremum, welches wertmäßig ermittelt wird. Das Ausmaß der gemessenen Helligkeit ist ein bauteilspezifischer eichfähiger Wert für die mechanische Belastung des Bauteiles. Nachteilig hieran ist im Hinblick auf die Zielsetzung der Erfindung, daß von jeder zu untersuchenden Probe ein Hologramm angefertigt werden muß und daß das Verfahren mit kohärentem licht, also mit Laserlicht, durchgeführt werden muß. Die Erzeugung von Laserlicht ist apparativ etwas aufwendig, und die Anwendung von Laserlicht ist nicht ganz ungefährlich. Es kann alku leicht ein Laserstrahl ins geöffnete Auge treffen und Schädigungen an der Netzhaut hervorrufen. Im übrigen kann mit dem Verfahren eine pauschale Bewertungsziffer über das Ausmaß der Strukturierung von Oberflächen nicht gewonnen werden.The method that can be found in a further publication works in a similar way to the method just described Process with which the stresses prevailing in a loaded component are continuously monitored optically can be determined (E. Marom, "Real-Time Strain Measurements by Optical Correlation" in Applied Optics, Vol. 9, June 1970, pp. 1385-1391). In terms of apparatus, however, the process works completely differently than the above. For this procedure it is first necessary to create a hologram of each to manufacture the component to be examined in an unloaded state. There will then be a correlation of the with coherent light irradiated stressed component and the hologram carried out the correlogram has at least one brightness extremum, which is determined in terms of value. The extent of the measured Brightness is a component-specific calibratable value for the mechanical load on the component. Disadvantageous With a view to the objective of the invention, this is that of each sample to be examined a hologram must be made and that the process with coherent light, i.e. with laser light, carried out must become. The generation of laser light is somewhat expensive in terms of apparatus, and the use of Laser light is not entirely harmless. It can be alku easily hit a laser beam in the open eye and cause damage to the retina. Furthermore a general evaluation number for the extent of the structuring of surfaces cannot be obtained with the procedure.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Ausmaß der Beeiniricotigusg vc~ glänzenden Oberflächen durch Strukturierung möglichst genau und vor allem reproduzierbar erfassen zu können und mit irgendeinem Zahlenwert in einen eindeutigen Zusammenhang bringen zu können. Dies ist vor allem für eine genaue Erforschung der Ehtstehungsursachen der Orangenschalen-Struktur einer lackierten Oberfläche wichtig. Wünschenswert ist dabei natürlich, daß diese Zuordnung ohne große Auswertungsarbeit möglich ist; dieseThe object of the invention is the extent of Influenced by glossy surfaces To be able to grasp structuring as precisely and above all reproducibly as possible and with any To be able to bring numerical value into a clear context. This is mostly for accurate Research into the causes of the orange peel structure of a painted surface is important. It is, of course, desirable that this assignment be possible without a great deal of evaluation work; these Forderung stellt sich vor allem auch seitens der Produktionskontrolle. Daneben ist es aber auch wünschenswert, andersartig strukturierte glänzende Oberflächen quantitativ beurteilen zu können, z. B. mechanisch bearbeitete und oberflächenveredelte Werkstücke, in denen sich das Bearbeitungsmuster mehr oder weniger scharfkantig und zum Teil mit orientierter Neigung der Unebenheitsflanken abzeichnetThere is also a particular demand for production control. But it is also It is desirable to be able to quantitatively assess shiny surfaces with a different structure, e.g. B. mechanically processed and surface-refined workpieces in which the processing pattern is located more or less sharp-edged and partly with oriented inclination of the unevenness flanks
Ausgehend von einer solchen Problemstellung wird zur Lösung erfindungsgemäß in der Weise verfahren, daß mit einem von der Oberfläche eines zu untersuchenden Prüflings reflektierten virtuellen Bild eines hinsichtlich seiner Form und seiner Helligkeit bekannten Ausgangsmusters und mit einem weiteren, dem Ausgangsmuster geometrisch ähnlichen, im Strahlengang angeordneten Referenzrnuster eine inkohärentoptische Kreuzkorrelation durchgeführt wird, wobei die beiden Muster in eine solche Relativlage zueinander und zum Strahlengang einjustiert werden, daß das hinter dem Referenzmuster gewinnbare Korrelogramm insgesamt eine möglichst große Helligkeit aufweist und daß das oder ein bestimmtes örtliches Extremum der Helligkeit des Korrelogramms wertmäßig ermittelt und als Maß für das Ausmaß der Strukturierung der Prüflingsoberfläche verwendet wird.Proceeding from such a problem, the method according to the invention is solved in such a way that that with a virtual image reflected from the surface of a specimen to be examined, one is known with regard to its shape and its brightness An incoherent-optical cross-correlation is carried out with a further reference pattern which is geometrically similar to the output pattern and is arranged in the beam path, the both patterns are adjusted in such a relative position to each other and to the beam path that the behind the correlogram that can be obtained from the reference pattern has an overall brightness that is as great as possible, and that the value or a specific local extreme of the brightness of the correlogram is determined and is used as a measure of the extent to which the specimen surface is structured.
Das Verfahren einer sogenannten Korrelation zweier Muster ist vor allem aus der Nachrichtentechnik bekannt (vgL z. B. Nachrichteniechnische Fachberichte, Nr. 3, 1956, S. 40 ff, oder Nachrichtentechnische Zeitschrift, 1972, S. 474 f.). Dort wird es zur Verarbeitung, Trennung oder besseren Erkennung von Informationen benutzt z. B. für die Identifikation von Fingerabdrücken. Die Korrelation ist aber — wie oben bereits erwähnt — auch in der Optik angewandtThe method of a so-called correlation of two patterns is mainly used in communications technology known (see e.g. news olfactory reports, No. 3, 1956, p. 40 ff, or Nachrichtenentechnische Zeitschrift, 1972, p. 474 f.). There it is used for processing, separating or better recognizing information. B. for the identification of fingerprints. However, the correlation is - as above mentioned - also used in optics
Mathematisch etwas vereinfacht ausgedrückt ist das Korrelogramm eine Funktion, die aus dem Integral über das additiv variierte Produkt der ebenfalls Funktionen darstellenden Partner bzw. Muster entsteht Diese Rechenvorschriften können z.B. in einem optischen Analogon durchgeführt werden. Bei der inkohärent-optischen Korrelation wird die Multiplikation der Partner dadurch bewirkt daß beide von einem Strahlengang nacheinander durchtreten werden (optische Multiplikation). Und zwar gibt es zwei Möglichkeiten zur Durchführung der inkohärent-optischen Korrelation.In mathematical terms, in somewhat simplified terms, the correlogram is a function that is derived from the integral over the additively varied product of the partners or patterns that also represent functions is created Calculation rules can e.g. be carried out in an optical analogue. In incoherent-optical correlation, the multiplication becomes the partner this has the effect that one beam path traverses both of them one after the other (optical multiplication). There are two ways to do this Implementation of the incoherent-optical correlation.
Bei der einen Verfahrensweise wird das im Strahlengang an zweiter Stelle angeordnete Muster etwas im Abstand hinter dem ersten beleuchteten Mustei angeordnet Dadurch wird das zweite Muster mit einei Helligkeitsverteilung gemäß dem ersten Muster ausgeleuchtet, wobei hinter dem zweiten Muster eine neue HelligkeitsverteUung entsteht die bei Einhaltung bestimmter Abstandsbedingungen auf einer Projek tionsebene als reeles BHd, welches im allgemeinen voi beiden Mustern abweicht, sichtbar gemacht werdei kann. Dieses Bild ist das Korrelogramm der beidei Muster oder deren integrierte Produktfunktion. Da: Korrelogramm kann wenigstens ein örtliches Extre mum der Helligkeit aufweisen, welches um « ausgeprägter und us ?p größer ist je größer di< Obereinstimmung der Muster ist und' welches be Mustern mit großer Ähnlicükeit bei geeigneter Justie rung im Bereich der optischen Achse der Anordnunj liegt Das Extremum ist ein Helligkeitsmaximum, wem beide Muster hinsichtlich ihrer Schwarz/Weiß-Tönuni positiv zueinander sind, d.h. wenn sie an eine entsprechenden Stellen eine etwa gleiche LichtdurchläsIn the case of one procedure, the pattern arranged in the second position in the beam path becomes somewhat in the Distance behind the first illuminated pattern This creates the second pattern with one Brightness distribution illuminated according to the first pattern, with a new one behind the second pattern The brightness distribution arises from compliance certain distance conditions on a projection plane as real BHd, which is generally voi differs from both patterns, can be made visible. This picture is the correlogram of the two i Samples or their integrated product function. There: Correlogram can have at least one local extreme of brightness, which is around « more pronounced and us? p greater, the greater di < There is agreement of the patterns and which are patterns with great similarity with suitable adjustment tion lies in the area of the optical axis of the arrangement. The extremum is a brightness maximum, whom Both patterns are positive to one another in terms of their black / white tint, i.e. if they are attached to one corresponding places an approximately equal Lichtdurchläs
sigkeit bzw. Helligkeit aufweisen; das ^xtremum ist hingegen ein Helligkeitsminimum, wenn die Muster in diesem Sinne negativ zueinander sind. Bei der eben erwähnten Verfahrensweise der Korrelation wird die additive Variation des Produkts dadurch selbsttätig s bewirkt, daß auf Grund der Lichtbeugung an den Punkten des ersten Musters jeder Punkt des ersten Musters zu jedem Punkt des zweiten Musters Licht ausstrahlt. Der Integrationsvorgang dieses Produkts wird ebenfalls selbsttätig dadurch bewirkt, daß jeder ι ο Punkt des zweiten Musters von allen Flächenpunkten des ersten Musters angestrahlt worden ist und nach Maßgabe dieser aufgefangenen Lichtintensitäten seinerseits mehr oder weniger stark leuchtet.have sigkeit or brightness; the ^ xtremum, on the other hand, is a minimum of brightness if the patterns in in this sense are negative to one another. In the correlation procedure just mentioned, the additive variation of the product thereby automatically s causes that due to the diffraction of light at the Light points of the first pattern every point of the first pattern to every point of the second pattern radiates. The process of integrating this product is also automatically brought about by the fact that each ι ο Point of the second pattern has been illuminated by all surface points of the first pattern and after According to this captured light intensities in turn glows more or less strongly.
Wird eine solche Verfahrensweise der Korrelation — ι s im folgenden Beugungslichtverfahren genannt — dem erfindungsgemäßen Meßverfahren zugrunde gelegt, so ist dergestalt zu verfahren, daß mit der örtlichen Helligkeitsverteilung des virtuellen Bildes das Referenzmuster ausgeleuchtet wird und daß die lichtempfindliche Stelle eines opto-elektrischen Wandlers örtlich an die Stelle des Helligkeitsextremums des Korrelogramms gebracht und der Wert des Extremums durch wenigstens mittelbares Anlegen des elektrischen Signals des Wandlers an ein Anzeigeinstrunient sichtbar und meßbar gemacht wird.If such a procedure of the correlation - ι s hereinafter referred to as the diffraction light method - based on the measuring method according to the invention, see above is to proceed in such a way that the reference pattern with the local brightness distribution of the virtual image is illuminated and that the light-sensitive point of an opto-electrical converter locally to the Place the brightness extremum of the correlogram and the value of the extremum by at least indirect application of the electrical signal of the transducer to a display instrument visible and is made measurable.
Es gibt aber noch — wie schon angedeutet — eine andere Verfahrensweise, wie man ein Korrelogramm ermitteln kann. Hierbei wird das erste Muster mit einer Linse oder einem Linsensystem scharf auf die Bildebene des zweiten Musters projeziert. Die durch das zweite Muster hindurch gegangene Lichterregung stellt — mathematisch gesehen — eine zweidimensionale Produktfunktion der beiden Muster dar, die ihrerseits zweidimensionale Ortfunktionen darstellen. Diese Produktfunktion ist im Hinblick auf das Korrelogramm nur relevant für einen Punkt des Korrelogramms, und zwar für denjenigen Punkt, der der Relativlage der beiden Muster in bezug auf die optische Achse entspricht. Die Produktfunktion ist optisch eine flächige Helligkeitsverteilung, deren Helligkeit über die ganze Fläche hinweg integriert werden muß und deren Integralwert einen örtlichen Wert des Korrelograinms darstellt. Die Integration kann durch Sammeln der durch das zweite Muster hindurchgegangenen Lichtintensitäten durch eine Linse und durch Fokussieren auf einen Punkt erfolgen. Die additive Variation des Produkts bzw. der Produktfunktion kann durch Parallelverschieben der Muster relativ zueinander entlang der Koordinatenachsen erfolgen. Die Aufzeichnung eines vollständigen Korrelograinms könnte in der Weise erfolgen, daß in der Fokussierebene eine querbewegliche lichtempfindliche Platte angebracht und diese Platte gemeinsam mit dem zweiten Muster über alle Bildpunkte hinweg quer zum Strahlengang bewegt wird. Der fokussierte hinsichtlich seiner Helligkeit dem Integralwert einer jeweils einem einzelnen Bildpunkt des Korrelogramms zuzuordnenden Produktfunktion entsprechende Lichtpunkt zeichnet dann zeilenweise das vollständige Korrelogramm auf die Platte. Diese Verfahrensweise bei der Korrelation sei nachfolgend kurz Projektionsüchtveriahf en genanntBut there is - as already indicated - another procedure, how to make a correlogram can determine. Here, the first pattern with a lens or a lens system becomes sharp on the image plane of the second pattern is projected. The excitement of light that has passed through the second pattern represents - mathematically speaking - a two-dimensional product function of the two patterns, which in turn represent two-dimensional position functions. This product function is in terms of the correlogram only relevant for a point on the correlogram, namely for that point that represents the relative position of the two Pattern with respect to the optical axis corresponds. The product function is optically a flat distribution of brightness, whose brightness must be integrated over the entire surface and whose integral value is one represents the local value of the correlograin. The integration can be done by collecting the through the second Patterns of light intensities passed through a lens and by focusing on a point take place. The additive variation of the product or the product function can be achieved by moving the Patterns are made relative to one another along the coordinate axes. The record of a full Korrelograinms could be done in such a way that in the focussing plane a transversely movable light-sensitive Plate attached and this plate together with the second pattern across all image points across is moved to the beam path. The focused one in terms of its brightness, the integral value of an individual pixel of the correlogram The light point corresponding to the product function to be assigned then draws the complete line by line Correlogram on the plate. This procedure for the correlation is briefly projected in the following en called
Soll das Projektionsüchtveriahrün dem erfindungsgemäßen Meßverfahren zugrunde gelegt werden, so ist zweckmäßigerweise in der Weise zu verfahren, daß das virtuelle Bild deckungsgleich und scharf auf die Bildebene des Referenzmusters projeziert wird und daß die durch das Referenzmuster hindurchtretende flächige Helligkeitsverteilung über die ganze Fläche des Musters hinweg integriert, vorzugsweise, daß sie mit einer Linse oder einem Linsensystem auf die lichtempfindliche Stelle eines opto-elektrischen Wandlers fokussiert wird und der Integralwert der Helligkeit durch wenigstens mittelbares Anlegen des elektrischen Ausgangssignals des Wandlers an ein Anzeigeinstrument sichtbar und meßbar gemacht wird. Da für die vorliegenden Zwecke nicht das ganze Korrelogramm ermittelt zu werden braucht, sondern lediglich das oder ein charakteristisches Helligkeitsextremum wertmäßig bestimmt werden muß, werden bei der erfindungsgemäßen Anwendung des Projektionslichtverfahrens die Muster nicht gegeneinander verschoben, sondern lediglich in eine solche Relativlage zum Strahlengang einjustiert, daß der Lichtdurchgang ein Extremum, beispielsweise bei positiven Mustern ein Maximum ist und in dieser Relativlage festgehalten. Wenn die zu messende Oberfläche stets in genau gleicher Relativlage zum Korrelographen gebracht wird, ist die Justage nur einmal auszuführen.Should the projection addiction according to the invention Are used as a basis, it is expedient to proceed in such a way that the virtual image is projected congruently and sharply onto the image plane of the reference pattern and that the flat distribution of brightness passing through the reference pattern over the entire area of the pattern integrated away, preferably that they are with a lens or a lens system on the photosensitive Place of an opto-electrical converter is focused and the integral value of the brightness by at least indirect application of the electrical output signal of the converter to a display instrument visible and is made measurable. Since the whole correlogram cannot be determined for the present purposes needs, but only that or a characteristic brightness extremum can be determined in terms of value must, in the application of the projection light method according to the invention, the patterns are not shifted against each other, but just adjusted in such a position relative to the beam path that the passage of light is an extreme, for example a maximum in the case of positive patterns and in this Relative position recorded. If the surface to be measured is always in exactly the same position relative to the Correlograph is brought, the adjustment only has to be carried out once.
Erfindungsgemäß wird also die Abbildungstreue der strukturierten glänzenden Oberfläche als Ausgangspunkt für die Messung gewählt Dieser Ansatz bietet den großen Vorteil, daß die ermittelten Meßwerte dem vom Menschen subjektiv empfundenen Eindruck von der Oberfläche entsprechen, da der subjektive Eindruck im wesentlichen ebenfalls durch die Abbildungstreue entsteht Die Abbildungstreue wiederum wird quantitativ mit den Methoden der Korrelation erfaßt Mit Hilfe der optischen Korrelation wird das an der zu untersuchenden Oberfläche gespiegelte Spiegelbild eines Ausgangsmusters mit dem entsprechenden ungestörten Muster als Referenzmuster kreuzkorreliert Und zwar wird das Ausmaß des Helligkeitsextremums als charakteristische Größe für das Maß der Übereinstimmung der Partner der Korrelation angesehen.According to the invention, the fidelity of the image of the structured glossy surface is the starting point selected for the measurement This approach offers the great advantage that the measured values determined are the correspond to the subjectively perceived impression of the surface, as the subjective impression essentially also arises from the fidelity of the image. The fidelity of the image in turn becomes quantitative detected with the methods of correlation With the help of the optical correlation the at the surface to be examined mirrored mirror image of an initial pattern with the corresponding undisturbed Pattern cross-correlated as a reference pattern characteristic quantity for the degree of agreement of the partners of the correlation.
Durch das Projektionslichtverfahren der Korrelation kann im Hinblick auf die erfindungsgemäße Anwendung auch noch die Streuwirkung oder Bildverfälschung der Oberfläche erfaßt werden. Bei dieser Verfahrensweise wird ja das mehr oder weniger stark durch die wellige Oberfläche verfälschte virtuelle Bild oder Spiegelbild des Ausgangsmusters möglichst deckungsgleich und scharf auf die Ebene des transparenten Referenzmusters projeziert und der durchgehende Lichtanteil gemessen. Da durch ein zum Ausgangsmuster positives Referenzmuster praktisch nur der Nicht-Streulichtanteil oder Kernlichtanteil des Spiegelbildes des Ausgangsmusters hindurchgeht, der Streulichtantett dieses Spiegelbildes aber ausgeblendet wird, stellt die Menge de: Durchgangsüchtes mittelbar ein Maß für das Streulicht also die Streuwirkung oder die Bildverfälschung dei Oberfläche dar. Bei der Verwendung von zueinandei negativen Mustern ist es umgekehrt Hierbei wird dei Kernlichtanteil des Spiegelbildes des Ausgangsmuster; durch das Referenzmuster ausgeblendet und de; Streulichtanteil selber durchgelassen.With regard to the application according to the invention, the projection light method of the correlation the scattering effect or image falsification of the surface can also be detected. With this procedure is the virtual image or mirror image, which is more or less falsified by the wavy surface of the original pattern as congruent and as sharp as possible on the plane of the transparent reference pattern projected and the continuous light portion measured. Because by a positive to the initial pattern Reference pattern practically only the non-scattered light component or core light component of the mirror image of the original pattern passes through, the stray light tantet of this mirror image but is faded out, the amount de: Passage is an indirect measure of the scattered light So the scattering effect or the image falsification of the surface. When using zueinandei The opposite is true for negative patterns. The core light component of the mirror image of the output pattern; hidden by the reference pattern and de; Scattered light itself let through.
Für das Ausgangsmuster und das Referenzmuste können sowohl beim Beugungslichtverfahren als aucl beim Projektionslichtverfahren normale Diapositive seien sie positiv oder negativ zueinander — verwende werden. Dann bestehen für die Wahl der zu verwende ten Lächiart keine Einschränkungen. Es besteht abe auch die Möglichkeit, daß für das Reicfenz-nsEter ei Hologramm verwendet wird. Ein Hologramm ist vereinfacht ausgedrückt — ein fotografisch festgehaltc nes Interferenzlinienmuster, welches durch InterferenFor the initial pattern and the reference pattern, both in the diffraction light method and also when using the projection light method, use normal slides, be they positive or negative to one another will. Then there are no restrictions on the choice of the type of smile to be used. It does exist also the possibility that for the Reicfenz-nsEter a Hologram is used. A hologram is simplified Expressed - a photographically fixed interference line pattern, which by Interferen
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der von einem mit kohärentem Licht angestrahlten Aufnahmeobjekt ausgehenden Strahlen mit einem in der Phasenlage unbeeinflußten Referenzlichtstrahl derselben Lichtquelle und etwa gleichem Laufweg auf der Ebene der Aufnahmeplatte entsteht. Das Hologramm eines für die Zwecke der Erfindung geeigneten Musters, welches z. B. in der Fläche verteilt angeordnete scharfkantige Hell/Dunkel-Grenzen enthält, enthält an jeder Stelle eine Beugungsstruktur des gesamten Musters. Die Verwendung eines Hologramms als Referenzmuster hat den Vorteil gegenüber der Verwendung eines Diapositivs, daß die Lichtausbeute des Korrelogramms größer ist. Die Verwendung eines Hologramms ist insbesondere bei der Anwendung des Beugungslichtverfahrens für die Korrelation ratsam. Die Verwendung eines Hologramms setzt allerdings voraus, daß wenigstens bezüglich desjenigen Teiles des Strahlenganges, der das Hologramm durchtritt, monochromatisches oder quasi-monochromatisches (Schmalbandleuchten im Spektrum) Licht verwendet wird. Vorteilhafterweise wird man dann von vornherein eine entsprechende Lichtquelle, z. B. eine Natriumdampflampe, verwenden, da dann ein möglichst großer Lichtanteil der zunächst aufgebrachten Lichtenergie verwendet wird. Im Fall der Ausfilterung eines quasi-monochromatischen Lichtes aus einer weißen Lichtquelle würde bei diesem Ausfiltern ein großer Anteil der zunächst aufgewendeten Lichtenergie verlorengehen. the rays emanating from a subject irradiated with coherent light with an in the phase position unaffected reference light beam of the same light source and approximately the same path the plane of the mounting plate is created. The hologram of a suitable one for the purposes of the invention Pattern, which z. B. contains sharp-edged light / dark borders distributed in the area, contains at each point a diffraction structure of the entire pattern. Using a hologram as a Reference pattern has the advantage over the use of a slide that the light output of the Correlogram is larger. The use of a hologram is particularly important when using the Diffraction light method advisable for the correlation. However, the use of a hologram continues presupposes that at least with respect to that part of the beam path which passes through the hologram, monochromatic or quasi-monochromatic (narrow band lights in the spectrum) light is used. It is then advantageous to do so from the start a corresponding light source, e.g. B. a sodium vapor lamp, because then a large as possible Light portion of the initially applied light energy is used. In the case of filtering out a Quasi-monochromatic light from a white light source would filter out a large one Part of the light energy initially used is lost.
In beiden oben erwähnten Fällen — normales Diapositiv oder Hologramm als Referenzmuster — soll nicht kohärentes, sondern inkohärentes Licht verwendet werden.In both cases mentioned above - normal slide or hologram as reference sample - should not coherent but incoherent light can be used.
Diebeiden zu verwendenden Muster — Ausgangsmuster und Referenzmuster — müssen wenigstens annähernd geometrisch ähnlich sein und in Umfangsrichtung winkelgleich im Strahlengang angeordnet werden. Sie können natürlich auch gleich groß sein. Stärkere Abweichungen von der geometrischen Ähnlichkeit untereinander beeinträchtigen die Ausprägung des Helligkeitsmaximums des Korrelogramms und damit die mögliche Justiergenauigkeit dieses Maximums. Es ist zur Erzielung reproduzierbarer Meßergebnisse erforderlich, vor einer Messung stets die gleiche Relativlage der beiden Muster zueinander bzw. zum Strahlengang zu justieren. Je stärker das Helligkeitsmaximum bei Relatiwerschiebung der Muster relativ zueinander bzw. quer zum Strahlengang ausgeprägt ist, um so genauer läßt sich die erforderliche Relativlage justieren. Zur Erzielung eines möglichst stark ausgeprägten Maximums der Helligkeit des Korrelogramms bei der Justage der beiden Muster relativ zueinander bzw. zum Strahlengang trägt es auch bei, wenn die Muster kontrastreiche, scharf konturierte flächig verteilt angeordnete Linien, Raster, Punkthaufen od. dgl. aufweisen. Es ist vor allen Dingen vorteilhaft, wenn die Linien oder ein großer Teil der Linien quer zur Verschieberichtung des oder der Muster beim Justieren verlaufen. The two patterns to be used - the initial pattern and the reference pattern - must be at least approximately geometrically similar and be arranged at the same angle in the circumferential direction in the beam path. They can of course also be the same size. Greater deviations from the geometric similarity to one another impair the expression of the brightness maximum of the correlogram and thus the possible adjustment accuracy of this maximum. To achieve reproducible measurement results, it is necessary to always adjust the same relative position of the two samples to one another or to the beam path before a measurement. The more pronounced the maximum brightness when the patterns are shifted relative to one another or transversely to the beam path, the more precisely the required relative position can be adjusted. To achieve the highest possible maximum brightness of the correlogram when adjusting the two patterns relative to one another or to the beam path, it also helps if the patterns have high-contrast, sharply contoured, two-dimensionally distributed lines, grids, clusters of points or the like. Above all, it is advantageous if the lines or a large part of the lines run transversely to the direction of displacement of the pattern or patterns during adjustment.
Das Ausmaß des Helligkeitsextremums des Korrelogramms ist abgesehen von der orangenschalenartigen oder sonstigen Strukturierung der Oberfläche, vom optischen Absorptionsverhalten und vor allem durch das Streuverhalten im Feinbereich (wesentlich mitbestimmt durch die Mattigkeit) der Oberfläche abhängig. Es se-" =ber — losgelöst von der Absorption und der Mattigkeit der Oberfläche — eine Aussage iscSieri über das, Ausmaß der Oberflächenstrukturierung gewonnen werden. Zur Ausschaltung der Störungen durch Absorption und Oberflächenmattigkeit der Probe bei der Messung des Ausmaßeis der Oberflächenstrukturierung kann so verfahren werden, daß im Bereich des zu The extent of the extreme brightness of the correlogram, apart from the orange peel-like or other structure of the surface, depends on the optical absorption behavior and above all on the scattering behavior in the fine range (largely determined by the mattness) of the surface. It se- " = ber - detached from the absorption and the mattness of the surface - a statement iscSieri about the extent of the surface structuring. This can be used to eliminate the interference caused by absorption and surface matting of the sample when measuring the extent of the surface structuring that in the area of too
s untersuchenden Flächenausischnittes auf der Oberfläche der Probe eine an sich bekannte Glanzgradmessung durchgeführt wird und daß nach Maßgabe des festgestellten Glanzgrades die Intensität des optischen Strahlenganges oder des elektrischen Signals dess the area to be examined on the surface the sample is carried out a known degree of gloss measurement and that according to the determined degree of gloss the intensity of the optical beam path or the electrical signal of the
ίο Verfahrensablaufes der Messung des Ausmaßes der Oberflächenstrukturierung an wenigstens einer Stelle darin gegensinnig analog zur Abweichung des Glanzgrades gegenüber einem festen Bezugswert verändert bzw. beeinflußt wird, vorzugsweise, daß die Verstärkungίο Procedure for measuring the extent of the Surface structuring in at least one point therein in opposite directions analogous to the deviation in the degree of gloss is changed or influenced with respect to a fixed reference value, preferably that the gain
is des Signals des opio-elektrischen Wandlers verändert wird.is changed in the signal of the opio-electrical converter will.
Durch die an sich bekannte Glanzgradmessung wird der resultierende Gesamteinfluß von Mattigkeit, optischem Absorptionsverhalten u. dgl. erfaßt. Je geringerBy measuring the degree of gloss, which is known per se, the resulting overall influence of mattness is visualized Absorption behavior and the like recorded. The lower
:o der Glanzgrad einer Probe bei — unterstellt — gleichbleibendem Ausmaß der Oberflächenstrukturierung ist, ein um so größeres Ausmaß der Welligkeit od. dgl. würde vorgetäuscht werden und umgekehrt. Je geringer der Glanzgrad und somit die Intensität des reflektierten Lichtes ist, um so mehr muß die Intensität des verarbeiteten Signals — sei es Lichtintensität oder elektrisches Signal — angehoben werden und umgekehrt, um zu vergleichbaren Meßergebnissen zu gelangen. Diese Beeinflussung kann auf vielfältige Weise erfolgen, z. B. durch Variierung der Helligkeit der Lampe vor dem Ausgangsmuster, durch Verändern einer Blende oder Verschieben eines stufenlos sich verändernden Graufilters im Strahlengang oder durch Beeinflussung des Verstärkungsgrades eines Meßver-: o the gloss level of a sample with - assumed - The constant degree of surface structuring, the greater the degree of waviness or the like would be simulated and vice versa. The lower the gloss level and thus the intensity of the reflected light, the more so must the intensity of the processed signal - be it light intensity or electrical signal - to be raised and vice versa in order to obtain comparable measurement results reach. This influencing can take place in a variety of ways, e.g. B. by varying the brightness of the Lamp in front of the starting pattern, by changing an aperture or moving a steplessly changing gray filter in the beam path or by influencing the gain of a measurement
3s stärkers, mit dem das Ausgangssignal des opto-elektrischen Wandlers vor dessen Anzeige auf einem Instrument ohnehin verstärkt werden muß.3s amplifier with which the output signal of the opto-electrical Converter must anyway be amplified before it is displayed on an instrument.
Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung in; folgenden erläutert; dabei zeigtThe invention is based on the drawing in; the following explained; thereby shows
.40 Fig. 1 schematisch den grundsätzlichen optischen Aufbau einer Einrichtung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Oberflächenmeßverfahrens unter Zugrundelegung des Projektionslichtverfahrens,.40 Fig. 1 schematically the basic optical Construction of a device for carrying out the surface measuring method according to the invention on the basis of this the projection light method,
F i g. 2 eine entsprechende Darstellung für denF i g. 2 shows a corresponding representation for the
Aufbau unter Zugrundelegung des Beugungslichtverfahrens, Structure based on the diffraction light method,
F i g. 3 und 4 je ein Diagramm, in welchem Meßwerte der Oberflächenbeschaffenheit von zwei Probenreihen der subjektiven Beurteilung der Probenreihen gegen-F i g. 3 and 4 each have a diagram in which measured values of the surface properties of two series of samples the subjective assessment of the sample series against
so übergestellt sind.are so superior.
In dem in F i g. 1 schematisch angedeuteten Aufbau ist eine hell und mit zeitlich konstanter Intensitäi leuchtende punktförmige Lichtquelle 1 angeordnet deren Licht über einen Kondensator oder über einer Kollimator 2 parallel auf das als Ausgangsmustei dienende Diapositiv 3 geleitet wird. In definiertem und justierbarem Abstand zum Diapositiv 3 bzw. ir definierter Winkellage zum Strahlengang 4 bzw. 5 isi eine Probe 6 gehalten, deTen zu untersuchende glänzende Oberfläche 7 dem Strahlengang zugekehn ist Das Muster des Diapositivs 3 spiegelt sich in dei orangenschalenartig strukturierten glänzenden Oberflä ehe und wird als mehr oder weniger getreues virtuelle« Bild 3' des Diapositivs 3 (Strahlengang 4') hinter dei In the one shown in FIG. 1 schematically indicated structure is arranged a bright bright and constant over time Intensitäi point-shaped light source 1 whose light is led via a capacitor or via a collimator 2 in parallel to the slide serving as Ausgangsmustei. 3 A sample 6 is held at a defined and adjustable distance from the slide 3 or in a defined angular position to the beam path 4 or 5, the shiny surface 7 to be examined facing the beam path is displayed as a more or less true virtual "image 3" of slide 3 (beam path 4 ") behind the
Probe 6 erkennbar. Dieses Bild wird mit der Linse bzw dem Linsensystem 8 auf die Ebene eines weiteren in Strahlengang 5 angeordneten Diapositivs 9 schar abgebildetSample 6 can be seen. This image is with the lens or the lens system 8 on the level of another in Beam path 5 arranged slide 9 shown sharp
Das Muster des Diapositivs 9 ist mit dem des Diapositivs 3 geometrisch in allen Einzelheiten ähnlich. Es kann z. B. ein Kreuzraster von scharf konturierten weißen Linien auf schwarzem Grund gewählt werden. Das Diapositiv 9 ist so einjustiert, daß die Abbildung des virtuellen Bildes 3' auf der Ebene des Diapositivs 9 genau deckungsgleich ist mit den Konturen dieses Musters, soweit dies bei dem etwas verzerrten Bild 3' möglich ist. Die Übereinanderlage kann dadurch festgestellt v/erden, daß die Lichtmenge hinter dem Diapositiv 9 bei Koinzidenz ein deutliches Maximum zeigt. Dies ist um so ausgeprägter, je kontrastreicher die Muster sind.The pattern of the slide 9 is geometrically similar in every detail to that of the slide 3. It can e.g. B. a cross grid of sharply contoured white lines on a black background can be selected. The slide 9 is adjusted so that the image of the virtual image 3 'is on the plane of the slide 9 is exactly congruent with the contours of this pattern, as far as this is the case with the somewhat distorted image 3 ' is possible. The superimposition can be determined by the fact that the amount of light behind the Slide 9 shows a clear maximum at coincidence. This is all the more pronounced, the more contrasting the Patterns are.
Die durch das Diapositiv 9 hindurchgegangene Lichterregung ist mathematisch als das Produkt der beiden jeweils eine zweidimensional Ortsfunktion darstellenden Bilder 3' und 9 aufzufassen, und zwar als eine örtliche, nämlich der justierten Relativlage der Bilder entsprechende Produktfunktion. Diese flächig verteilte Lichterregung wird durch die Linse bzw. das Linsensystem 10 eingefangen und auf die lichtempfindliche Stelle einer Fotodiode 11 fokussiert. Das elektrische Ausgangssignal der Fotodiode wird in dem Meßverstärker 12 verstärkt und mittelbar in dem Zeigerinstrument 13 zur Anzeige gebracht. Der am Anzeigeinstrument ablesbare Skalenwert ist ein direktes Maß für das Ausmaß der orangenschalenartigen oder sonstigen Strukturierung der Oberfläche 7.The light excitation passed through the slide 9 is mathematical as the product of two images 3 'and 9, each representing a two-dimensional position function, to be understood as a local product function that corresponds to the adjusted relative position of the images. This flat Distributed excitation of light is captured by the lens or the lens system 10 and transmitted to the light-sensitive Place a photodiode 11 focused. The electrical output signal of the photodiode is in the measuring amplifier 12 amplified and indirectly displayed in the pointer instrument 13. The one on the display instrument readable scale value is a direct measure of the extent of the orange peel-like or other Structuring the surface 7.
Von der Lichtquelle 1 kann eine kleine Lichtmenge in dem Kondensor 14 gesammelt und über den Spiegel 15 auf eine Stelle nahe des zu untersuchenden Flächenbereiches der Probe 6 geleitet werden (Strahlengang 16). Diese definierte Lichtintensität wird von der Oberfläche 7 reflektiert (Strahlengang 17). Die reflektierten Strahlen 17 werden mit einer Linse 18 auf die empfindliche Stelle 19 einer weiteren Diode 19 fokussiert, die die Intensität des reflektierten Lichtes in ein elektrisches Signa! umwandelt Damit ist eine Glanzgradmessung bewirkt, denn die Größe des Ausgangssignals an der Fotodiode 19 ist ein direktes Maß für den Glanzgrad der Oberfläche 7. Dieses glanzgradanaloge Signal wird dem Meßverstärker 12 zugeleitet und darin dergestalt verarbeitet, daß umgekehrt analog zur Größe des Glanzgrades bzw. dessen Signals der Verstärkungsgrad des Meßverstärkers verändert v/ird. Hierdurch werden Verfälschungen des Meßergebnisses der Orangenschalen-Struktur durch den Glanzgrad der Oberfläche ausgeschaltet, und zwar sowohl was die Absorption als auch was die Mattigkeit oder sonstige Einflüsse der Oberfläche anbelangt.From the light source 1, a small amount of light can be collected in the condenser 14 and via the mirror 15 be directed to a point near the surface area of the sample 6 to be examined (beam path 16). This defined light intensity is reflected from the surface 7 (beam path 17). The reflected Beams 17 are directed to the sensitive point 19 of a further diode 19 with a lens 18 focused, which converts the intensity of the reflected light into an electrical signa! converts so is a Gloss level measurement causes, because the size of the output signal at the photodiode 19 is a direct one Measure of the degree of gloss of the surface 7. This signal, which is analogous to the degree of gloss, is sent to the measuring amplifier 12 supplied and processed therein in such a way that conversely analogous to the size of the degree of gloss or its Signal the gain of the measuring amplifier changed v / ird. This prevents corruptions of the Measurement result of the orange peel structure switched off by the degree of gloss of the surface, namely both in terms of absorption and mattness or other influences on the surface.
Der in Fig.2 schematisch dargestellte Verfahrensaufbau entspricht weitgehend dem gemäß Fig. 1. Für gleiche Teile der Darstellung sind gleiche Bezugszahlen verwendet worden, so daß hinsichtlich der Übereinstimmungen der beiden Verfahrensaufbauten auf die voraufgegangene Beschreibung verwiesen werden kann.The process structure shown schematically in FIG. 2 largely corresponds to that according to FIG. 1. For the same parts of the illustration are given the same reference numerals has been used, so that with regard to the similarities of the two process structures on the previous description can be referenced.
Im Unterschied zu dem in Fig. 1 angedeuteten Projektionslichtverfahren wird bei dem in F i g. 2 gezeigten Beugungslichtverfahren durch das von dem virtuellen Bild 3' des Ausgangsmusters 3 das Referenzmuster 9a — das vorzugsweise ein Hologramm eines solchen Musters ist — unmittelbar angeleuchtet. In der sich hinter dem Referenzmuster 9a einstellenden Heliigkeitsverteilung, dem vollständigen Korrelogramm, ist im Bereich der strichliert angedeuteten optischen Achse des Systems ein Helligkeitsmaximum anzutreffen. Zweckmäßigerweise ist bei Verwendung eines Diapositivs das Referenzmuster etwas kleiner als das Ausgangsmuster (Verkleinerungsfaktor ArJL Der Abstand b der das Helligkeitsmaximum feststellenden Fotodiode 11a von dem Referenzmuster 9a ist dabei so zu wählen, daß die GleichungIn contrast to the projection light method indicated in FIG. 1, in the case of the projection light method shown in FIG. 2, by means of which the reference pattern 9a - which is preferably a hologram of such a pattern - of the virtual image 3 'of the output pattern 3 is directly illuminated. In the brightness distribution set behind the reference pattern 9a, the complete correlogram, a brightness maximum can be found in the area of the optical axis of the system indicated by dashed lines. Conveniently when using a slide, the reference pattern slightly smaller (as the output pattern reduction factor ArJL The distance b of the brightness maximum declaratory photodiode 9a 11a of the reference pattern should be selected so that the equation
k
1 - k k
1 - k
erfüllt ist, worin a den Abstand des Referenzmusters 9;i von der Ebene des virtuellen Bildes 3' bedeutet. Wenn der Verkleinerungsfaktor k = 0,5 gewählt wurde, so ist ö= a zu wählen. Das Helligkeitsmaximum kann in üblicher Weise durch Verstärkung des Signals der Fotodiode und Anzeige auf dem Instrument 1J wertmäßig sichtbar gemacht werden. Dabei ist die Messung an der Fotodiode Ua flächenmäßig auf einen kleinen Fleck zu beschränken, um nicht Lichtintensitälen außerhalb des Maximums mit zu erfassen.is fulfilled, where a means the distance of the reference pattern 9; i from the plane of the virtual image 3 '. If the reduction factor k = 0.5 was chosen, then ö = a should be selected. The maximum brightness can be made visible in terms of value in the usual way by amplifying the signal from the photodiode and displaying it on the instrument 1J. The measurement on the photodiode Ua is to be limited to a small spot in terms of area in order not to include light intensities outside the maximum.
In den Fig. 3 und 4 ist das Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht. Es wurden zur Gewinnung der Diagramme sieben ( F i g. 3) bzw. fünf ( F i g. 4) Proben mit untereinander unterschiedlich stark ausgebildeter orangenschalenartiger Oberfläche zunächst jeweils einem Einzelnen aus einer Gruppe von insgesamt zehn geübten Testpersonen zur Beurteilung vorgelegt. Jede Person mußte die Probe in eine Reihenfolge hinsichtlich des Ausmaßes der orangenschalenartigen Strukturierung einordnen und außerdem jeweils noch angeben, wie groß sie den Unterschied zweier benachbarter Proben beurteilt, nämlich als klein, mittel oder als groß. Auf diese Weise ergab sich nach einer Mitteilung des subjektiven Beurteilungsergebnisses von zehn Personen die Zuordnung der sieben bzw. fünf Punkte auf der Abszissenachse, die jeweils einer Probe entsprechen. Die den Abszissenpunkten der Proben zugeordneten Ordinatenwerte wurden durch eine erfindungsgemäße objektive Messung des Ausmaßes der orangenschalenartiger Strukturierung der Oberfläche ermittelt. Man erkenni deutlich, daß ein linearer Zusammenhang zwischer subjektiver Beurteilung und objektiver Messung dei Probenoberfläche besteht. Das erfindungsgemäße Meß verfahren stellt demgemäß ein brauchbares Verfahret zur objektiven Ermittlung eines der Oberflächenstruk turierung zuzuordnenden Zahlenwertes dar. The result of the method according to the invention is illustrated in FIGS. 3 and 4. To obtain the diagrams, seven (FIG. 3) and five (FIG. 4) samples with orange peel-like surfaces differing from one another were initially presented to an individual from a group of ten experienced test persons for assessment. Each person had to arrange the sample in a sequence with regard to the extent of the orange peel-like structure and also state how big they judged the difference between two neighboring samples, namely as small, medium or large. In this way, after the subjective assessment results were communicated by ten people, the seven or five points on the abscissa axis, each corresponding to a sample, were assigned. The ordinate values assigned to the abscissa points of the samples were determined by an objective measurement according to the invention of the extent of the orange peel- like structuring of the surface. It can be clearly seen that there is a linear relationship between subjective assessment and objective measurement of the sample surface. The measuring method according to the invention accordingly represents a useful method for the objective determination of a numerical value to be assigned to the surface structuring.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
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|---|---|---|---|
| DE19742448288 DE2448288C2 (en) | 1974-10-10 | 1974-10-10 | Process for the objective qualitative classification of the texture of structured, glossy surfaces |
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| DE19742448288 DE2448288C2 (en) | 1974-10-10 | 1974-10-10 | Process for the objective qualitative classification of the texture of structured, glossy surfaces |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2448288B1 DE2448288B1 (en) | 1976-01-29 |
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| DE (1) | DE2448288C2 (en) |
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| DE112012001024B4 (en) | 2011-02-28 | 2022-03-17 | Tanazawa Hakkosha Co., Ltd. | Mold and method of making same and method of matching gloss levels of molded parts. |
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1974
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