DE3147856A1

DE3147856A1 - "verfahren und vorrichtung zur quantitativen bestimmung von oberflaechenstrukturen"

Info

Publication number: DE3147856A1
Application number: DE19813147856
Authority: DE
Inventors: Uwe Dr.-Ing. 6272 Niedernhausen Scheiding; Bernhard 6238 Hofheim Schneider
Original assignee: Battelle Institut eV
Current assignee: Battelle Institut eV
Priority date: 1981-12-03
Filing date: 1981-12-03
Publication date: 1983-06-16

Description

Verfahren und Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung
von Oberflächenstrukturen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung von Oberflächenstrukturen.
Zur Feststellung, ob Massenprodukte wie Strukturtapeten, Lederimitationen, sandgestrahlte Hozpaneele, Sichtmauerwerke und dergleichen die erwünschte Auspragung der Oberflächenstruktur besitzen, gibt es z.Z. keine zufriedenstellenden Methoden. Die im allgemeinen angewandte visuelle Inspektion der Produkte stellt keine objektive Entscheidungsgröße dar.
Die bekannten Verfahren zur exakten Vermessung der Strukturprägung, z.B. durch Rauhheitsmeßgeräte, sind für die Erfassung der Makrotopographie ungeeignet und zu aufwendig.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Methode zu entwickeln, die eine quantitative Bewertung der Oberflächenstrukturen mit vertretbarem Aufwand und hinreichender Genauigkeit ermöglicht.
Es hat sich gezeigt, daß sich diese Aufgabe mit einem Verfahren lösen läßt, bei dem die Oberfläche unter schrägem Winkel beleuchtet undin einer zur Oberfläche parallelen Ebene auf einem opto-elektronischen Wandler abgebildet wird, wobei Erhebungen als helle Zonen auf dunklem Hintergrund erscheinen, und durch einen regelbaren Schwellwert eine Binärisierung der Signale vorgenommen und das Verhältnis der Signale der Hell-und Dunkel zonen als ein Maß für die Strukturprägung benutzt wird. Vorteilhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 4 beschrieben. Patentansprüche 5 und 6 erläutern die erfindungsgemäße Vorrichtung.
Erfindungsgemäß wird die zu untersuchende Oberfläche mit einem diffusen, auf die Oberfläche schräg auftreffenden Licht beleuchtet und z.B. durch eine Fernsehkamera in einer der Oberfläche parallelen Ebene zweidimensional abgebildet. Dadurch wird eine den Vertiefungen bzw. den Erhebungen entsprechende Helligkeitsverteilung erhalten. Plane Oberflächenbereiche bilden sich hell ab, während an Riefen und Vertiefungen ausgeprägte Schattenzonen auftreten.
Die Vorzugsrichtungen der Strukturen können durch die Wahl der Beleuchtungsrichtung mit bewertet werden. Zur Unterdrückung von Vorzugsrichtungen kann die Oberfläche ferner zeitlich nacheinander aus verschiedenen Richtungen im Bereich von 0 bis 360 °, z.B. aus zwei oder vier gegenüberliegenden Richtungen, beleuchtet werden. Die jeweiligen Einzelresultate werden dann zu einem Gesamtergebnis zusammengefaßt.
Auch eine Variation der Beleuchtungswinkel im Bereich von 0 bis + 90 ° ist möglich, wodurch eine Aussage für die Strukturtiefe gemacht werden kann.
Das von dem opto-elektronischen Wandler erzeugte Videosignal der zu beurteilenden Oberfläche wird von einer nachgeschalteten Elektronik weiter verarbeitet, wobei den jeweiligen Anforderungen angepaßt zunächst eine Signalfilterung erfolgt, um Störungen, z.B. Feinstrukturen, Oberflächenkörnigkeit und dergleichen, zu unterdrücken. Das so verarbeitete Signal wird anschließend durch die Wahl geeigneter Schwellen binärisiert.
Nach der Binärisierung liegen im Bild nur noch schwarze oder weiße Flächenanteile vor. Diese werden ins Verhältnis zur Gesamtoberfläche gesetzt, wodurch eine der Struktur entsprechende Prozentzahl ermittelt wird. Die Prozentangabe kann direkt als Meßzahl angezeigt werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren können mehrere Teile der Oberfläche gleichzeitig beurteilt werden, um einen flächigen Gesamteindruck sowohl unter Einbeziehung der Teilekanten als auch deren Ausblendung, d.h. Segmentierung zu erhalten. Die Teile können aber auch einzeln beurteilt werden. Die Einzelresultate werden dann zwischengespeichert und zu einem Gesamtergebnis zusammengefaßt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch eine berührungslose und schnelle Verarbeitung aus. Die Auswertung des Sensorsignals kann sehr schnell, z.B. parallel zur Erfassung mit einer Fernsehkamera und mit geringem Aufwand durchgeführt wrden. Da das Sensorsignal unmittelbar verarbeitet wird, müssen keine Bilder zwischengespeichert werden. In beiliegender Figur wird das Prinzipbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Die darin aufgezeigte Analog-Signalverarbeitung kann auch digital erfolgen.
Gemäß beiliegender Figur wird die Oberfläche des Prüflings 1 geprüft. Die Oberfläche wird durch die Licltquelle 2 von der Seite beleuchtet und durch eine Fernsehkamera 3 abgebildet.
Anschließend erfolgt die Signalverarbeitung 4 unter Berücksichtigung der Schwellwerteinstellung 5 und eine Binärisierund im Komparator 6. Dem Komparator 6 nachgeschaltet ist ein Differenzintegrator 7, in dem die prozentualen Anteile der Hell- und Dunkelzonen ermittelt und durch Anzeige 8 angezeigt werden können.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur quantitativen Bestimmung von Oberflächenstrukturen, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche unter schrägem Winkel beleuchtet und in einer zur Oberfläche parallelen Ebene auf einen opto-elektronischen Wandler abgebildet wird, wobei Erhebungen als helle Zonen auf dunklem Hintergrund erscheinen, und daß durch einen regelbaren Schwellwert eine Binärisierung der Signale vorgenommen wird und das Verhältnis der Signale der Hell-und Dunkelzonen als ein Maß für die Strukturprägung benutzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche aus mindestens zwei verschiedenen Richtungen im Bereich von 0 bis 360 ° zeitlich nacheinander beleuchtet wird und die Teilergebnisse zum Gesamtergebnis zusammengefaßt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Beleuchtungswinkel im Bereich von 0 bis + 90 ° variiert wird-.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche aus jeder Richtung unter verschiedenem Winkel beleuchtet wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Lichtquelle (2), ein opto-elektronischer Wandler (3) und eine Signalverarbeitung vorgesehen sind, wobei in der Signalverarbeitung eine Einheit zur Einstellung des Schwellwertes £5), ein Komparator (6) zur Binärisierung der Signale, und ein Rechner (7) vorhanden sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsrichtung und/oder -winkel der Lichtquelle (2) veränderbar ist.