DE3305284A1

DE3305284A1 - Beruehrungslose glanzmessung von oberflaechen und beschichtungen

Info

Publication number: DE3305284A1
Application number: DE19833305284
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl.-Phys. Dr. 8046 Garching Baumann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-02-16
Filing date: 1983-02-16
Publication date: 1984-08-23

Description

Berührungslose Glanzmessung von Oberflächen und Be-
schichtunqon.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Glanzmessung für die automatische Prüfung von Oberflächenqualitäten und Beschichtungen mit einem Lichtstrahl.
ü die optische Prüfung von Oberflächen können die Intensitat, die Polarisation oder die Interferenzeffekte des zurückgeworfenen Lichtes als Megröße verwendet werden. Das auftreffende Licht wird bei glatten Oberflächen vorwiegend spiegelnd in der ursprünglichen Bündelung reflektiert, während es bei rauhen oder mit Rissen behafteten Oberflächen überwiegend diffus gestreut wird.
Zur Oberfiächenkontroile wird bisher - etwa bei der 2ißerkennung mit kontaktfreien Laser-Scanning-Verfahren -insbesondere die Messung des diffusen Streulichts benutzt. Zur Beurteilung der Güte von glänzenden Oberflächen oder Schichten kann jedoch aus meßtechnischen Gründen die Messung des spiegelnd reflektierten Lichtes besser geeignet sein. Bei der Erfassung dieses Glanzlichtes müssen aber insbesondere abstand und Betrachtungswinkel genau eingehalten werden. Daher ist bei der Glanzmessung im allgemeinen ein fester Kontakt mit der Probe erforderlich. Diese Glanzmessungen sind zudem nur bei Oberflächen anwendbar, die innerhalb des vom Prüflicht erfaßten Bereichs eben sind.
In der DE-OS 2 820 910 ist eine Oberflächen?rüfvo.richtung mit einem Laser zur Erzeugung eines kontinuierlichen Lichtstrahles beschrieben und dargestellt. Diese Oberflächenprüfvorrichtung ist aber verhältnismäßig aufwendig, da eine Vielzahl von fotoleitenden Elementen benötigt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs definierte Verfahren zu realisieren und Voraussetzungen für die Prüfung von Oberflächenqualitäten und die Prüfung auf das Vorhandensein von Beschichtungen, die sich im Glanzverhalten von der Unterlage unterscheiden, zu schaffen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das von der Oberfläche zurückgeworfene Licht innerhalb eines bestimmten Raumwinkels um den Reflektionswinkel von einer Detektoreinrichtung erfaßt wird.
Das Verfahren nach der Erfindung hat den Vorteil, daß es berührungslos in einem vorgegebenen Abstandsbereich arbeitet und gegen Verkippungen der zu prüfenden Oberflächen innerhalb eines gewissen Winkels unempfindlich ist. it dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das rückgestrahlte Lichtintegral über den erfaßten Raumwinkel gemessen.
Danach beruht das Verfahren nach der Erfindung auf einem anderen Prinzip als das in der DE-OS 28 20 910 beschriebene Verfahren, bei dem die Lichtverteilung gemessen wird.
Zur Realisierung des Verfahrens nach der Erfindung wird die Oberfläche oder die Beschichtung mit einem vorzugsweise schmal gebündelten Lichtstrahl - zum Beispiel einem Laser - beleuchtet und das zurückgeworfene Licht innerhalb eines gewissen Öffnungswinkels detektiert. Aufgrund des endlichen Öffnungswinkels der Optik kann auch das Glanzlicht von Oberflächen erfaßt werden, die vom idealen Betrachtungswinkel im gewissen Rahmen abweichen. Insbesondere bei einer 90°-Reflexionsanordnung ergibt sich neben der erwähnten Unempfindlichkeit gegen Verkippung der Oberfläche auch ein Toleranzbereich für den Abstand.
Somit kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine berührungslose Glanzmessung für die automatische Prüfung an Oberflächen durchgeführt werden, die in ihren Flächennormalen und im Abstand gewissen Schwankungen unterliegen.
Ferner können auch in gewissen Grenzen gekrümmte Oberflächen geprüft werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird das von der Oberfläche zurückgeworfene Licht über ein Linsensystem innerhalb eines bestimmten Raumwinkels erfaßt und einer Detektoreinrichtung zugeführt. Dadurch ist es möglich, mit dem Detektor von der Probe abzurücken. Statt eines Linsensystems könnte selbstverständlich auch ein lichtleitendes System (z. B. ein Lichtleitstab oder ein Lichtleitfaserbündel) Verwendung finden.
Wahlweise kann durch zusätzliches Einbringen von Polarisationsfiltern - bei bereits bei polarisiertem Licht ist ein Filter ausreichend - der Kontrast zwischen glänzenden und matten Oberflächen vergrößert werden. Dies geschieht dadurch, daß die Depolarisation bei Xehofachstreuung von matten oder Pulver beschichteten Oberflächen ausgenützt wird.
Dazu muß der Polarisationsfilter vor dem Detektor für das Glanzlicht auf maximale Transmission gestellt werden.
Die Erfindung wird anhand der Figuren erläutert. Es zeigen: Figur 1 die Intensität des zurückgeworfenen Lichts von einer glänzenden und einer matten Oberfläche und Figur 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Nach der Darstellung in der Figur 1 wird eine zu prüfende Oberfläche (Probe) 1 von einer Licntquelle 2 angestrahlt.
Mit CC, ist der Öffnungswinkel einer Detektoroptik angezeigt. Die Umhüllung 3 symbolisiert die Intensität es zurückgeworfenen Lichts im Winkeldiagramm bei einer überliegend glänzenden Oberfläche und die Umhüllung 4 bei einer überwiegend matten Oberfläche.
Nach der Figur 2 ist in dem Strahlengang eines Lasers 5 ein Polarisationsfilter 5, ein teildurchlässiger Spiegel 7, ein Umlenkspiegel oder -prisma 8 und eine Linse mit Brennweite f und ein Öffnungswinkel X vorgesehen. Im Abstand af von der Linse 9 befindet sich die Probe 1. Vor einem Detektor 10 ist ein weiteres Polarisationsfilter 11 angeordnet. Mit 12 ist eine Prüfsonde angedeutet. Die Polarisationsfilter 6 und 11 sind im Regelfall nicht erforderlich.
Das von der Probe 1 zurückgeworfene Licht gelangt über die Linse 9, den Umlenkspiegel 3, den teilfurchlässigen Spiegel 7 und das Polarisationsfilter 11 auf den Detektor 10 und zu einer anschließenden nicht dargestellten Auswertung.
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Claims

Patentansprüche Verfahren'zur berührungslosen Glanzmessung für die automatische Prüfung von Oberflächenqualitäten und Beschichtungen mit einem Lichtstrahl, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das von der Oberfläche (1) zurückgeworfene Licht innerhalb eines bestimmten Raumwinkels (CC) um den Reflexionswinkel von einer Detektoreinrichtung (10) erfaßt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das von der Oberfläche (1) zurückgeworfene Licht über ein Linsensystem (9) innerhalb eines bestimmten Raumwinkels erfaßt und einer Detektoreinrichtung (10) zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das von der Oberfläche (1) zurückgeworfene Licht über ein Lichtleitsystem (9) innerhalb eines bestimmten Raumwinkels erfaßt und einer Detektoreinrichtung (10) zugeführt wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Erhöhung des Kontrasts das Prüflicht polarisiert (6) wird und das zurückgeworfene Licht mit einem vor dem Detektor (10) angeordneten Polarisationsfilter (11) analysiert wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß eine bereits polarisierte Lichtquelle, zum Beispiel ein polarisierter Laser, verwendet wird, und das zurückgeworfene Licht mit einem vor dem Detektor (10) angeordneten Polarisationsfilter (11) analysiert wird.