DE69226906T2

DE69226906T2 - Gerät zur Erfassung des Oberflächenglanzes

Info

Publication number: DE69226906T2
Application number: DE69226906T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Takatsuki-Shi Osaka Makino
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 1991-06-17
Filing date: 1992-06-16
Publication date: 1999-01-28
Anticipated expiration: 2012-06-17
Also published as: EP0519409A3; US5367379A; JP3185031B2; DE69226906D1; EP0519409A2; JPH04369468A; EP0519409B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft eine Glanz-Erfassungsvorrichtung zum Bestimmen, ob eine Oberfläche eines sich unter Test befindenden Objekts glänzend ist oder nicht.
Eine Glanz-Erfassungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist in dem Artikel "Method for Measuring the Glossiness of Curved Surfaces Using Charge-Coupled-Device Line Sensor" veröffentlicht in ELECTRONICS & COMMUNI- CATIONS IN JAPAN, PART II-ELECTRONICS, Bd. 69, Nr. 6, 1986, Seiten 91 bis 100, offenbart.
Ein photoelektrischer Schalter ist ein Beispiel einer Erfassungsvorrichtung, welche Licht aufnimmt, das von einem sich unter Test befindenden Objekt reflektiert wird, um einen vorbestimmten Erfassungsvorgang durchzuführen. Fig. 8 zeigt eine Glanz-Erfassungsvorrichtung, welche einen derartigen photoelektrischen Schalter verwendet, um den Glanz einer Oberfläche eines sich unter Test befindenden Objekts zu erfassen. Die Glanz-Erfassungsvorrichtung beinhaltet einen Lichtabgabebereich 40, einen Bereich 42 zum Erfassen eines regelmäßig reflektierten Lichts und einen Bereich 44 zum Erfassen eines unregelmäßig reflektierten Lichts. Der Lichtabgabebereich 40 und der Bereich 42 zum Erfassen eines regelmäßig reflektierten Lichts sind derart angeordnet, daß die Winkel R1 und R2, die durch Lichtpfade L1, L2 und die Normale 49 einer Oberfläche M1 ausgebildet werden, zueinander gleich sind. Der Bereich 44 zum Erfassen eines unregelmäßig reflektierten Lichts ist außerhalb des Lichtpfads L2 eines Lichtstrahls angeordnet, der regelmäßig von der Oberfläche reflektiert wird. Das heißt, der Lichtstrahl, der regelmäßig von der sich unter Test befindenden Oberfläche reflektiert wird, wird auf den Bereich 42 zum Erfassen ei nes regelmäßig reflektierten Lichts gerichtet und einige der Lichtstrahlen, die von dieser diffus reflektiert werden, werden auf den Bereich 44 zum Erfassen eines unregelmäßig reflektierten Lichts gerichtet.
Die Lichtmengen, die von den Lichterfassungsbereichen 42 und 44 aufgenommen werden, werden auf jeweilige Schaltungen gerichtet, um Lichterfassungssignale vorzusehen. Die Lichterfassungssignale werden zum Beispiel an eine Subtraktionsschaltung angelegt, so daß die Differenz zwischen dem regelmäßig reflektierten Licht und dem diffus reflektierten Licht erzielt wird, um dadurch den Glanz der Oberfläche M1 zu bestimmen.
Wenn die Oberfläche M1 einen hohen Glanz aufweist, ist die Lichtmenge, die regelmäßig von dieser reflektiert wird und auf den Bereich 42 zum Erfassen eines regelmäßig reflektierten Lichts gerichtet wird, beträchtlich groß, und deshalb unterscheidet sich die Lichtmenge, die von dem Bereich 42 zum Erfassen eines regelmäßig reflektierten Lichts aufgenommen wird, stark von der Lichtmenge, die von dem Bereich 44 zum Erfassen eines unregelmäßig reflektierten Lichts aufgenommen wird. In dem Fall, in dem die Oberfläche M1 nicht glänzend ist, ist die diffus von dieser reflektierte Lichtmenge größer und ist deshalb die Differenz zwischen den Lichtmengen, die von dem Bereich 42 zum Erfassen eines regelmäßig reflektierten Lichts und dem Bereich 44 zum Erfassen eines unregelmäßig reflektierten Lichts aufgenommen werden, klein. Daher kann es, wenn die Differenz zwischen der Lichtmenge, die regelmäßig von dieser reflektiert wird, und der Lichtmenge, die unregelmäßig von dieser reflektiert wird, unter Verwendung der Lichterfassungssignale erfaßt wird, bestimmt werden, ob die Oberfläche M1 glänzend ist oder nicht.
Jedoch ist die zuvor beschriebene Glanz-Erfassungsvorrichtung im Stand der Technik aus dem folgenden Grund nach teilhaft: Wenn eine Anzahl von Objekten nacheinander getestet wird, sind ihre Oberflächen M1 manchmal geneigt oder verschoben. Wenn die Oberfläche geneigt ist, wie es mit dem Bezugszeichen M2 in Fig. 8 bezeichnet ist, wird der Lichtpfad des Lichtstrahls, der von dieser regelmäßig reflektiert wird, zu einem Lichtpfad L7 geändert, und wenn die Erfassungsoberfläche verschoben ist, wie es mit dem Bezugszeichen M3 bezeichnet ist, wird der Lichtpfad zu einem Lichtpfad L8 geändert. In beiden Fällen wird der Lichtstrahl, der regelmäßig von der Oberfläche reflektiert wird, nicht auf den Bereich 42 zum Erfassen eines regelmäßig reflektierten Lichts gerichtet und demgemäß ist es unmöglich, sowohl die regelmäßig reflektierte Lichtmenge als auch die diffus reflektierte Lichtmenge richtig zu erfassen; daß heißt, es ist unmöglich, den Glanz-Erfassungsvorgang mit einer hohen Genauigkeit durchzuführen. Außerdem kann die Glanz-Erfassungsvorrichtung im Stand der Technik keine Objekte unterschiedlicher Farbe handhaben, da die Lichtmenge, die von einer sich unter Test befindenden Oberfläche eines Objekts reflektiert wird, von der Farbe des letzteren abhängt.

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist demgemäß eine Aufgabe dieser Erfindung, die zuvor beschriebenen Schwierigkeiten zu beseitigen, die einer Glanz-Erfassungsvorrichtung im Stand der Technik zugehörig sind.
Genauer gesagt ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Glanz-Erfassungsvorrichtung zu schaffen, bei welcher ein Glanz-Erfassungsvorgang auch dann mit einer hohen Genauigkeit erzielt wird, wenn eine sich unter Test befindende Oberfläche eines Objekts geneigt oder verschoben ist, und der Effekt der Farbe einer sich unter Test befindenden Oberfläche eines Objekts verringert wird.
Die vorhergehende Aufgabe der Erfindung wird durch das Schaffen einer Glanz-Erfassungsvorrichtung gelöst, wie sie im Anspruch 1 beansprucht ist.
Bei der vorliegenden Glanz-Erfassungsvorrichtung kann der Lichterfassungsbereich einen Zeilensensor aufweisen, der Lichterfassungselemente aufweist, welche linear angeordnet sind, und kann ein optisches System verwendet werden, welches einen im wesentlichen elliptischen oder linearen Lichtfleck auf eine derartige Weise auf dem Lichterfassungsbereich ausbildet, daß der Lichtfleck in eine Richtung aufgeweitet wird, die senkrecht zu der Anordnungsrichtung der Lichterfassungselemente in dem Zeilensensor verläuft.
Bei der Glanz-Erfassungsvorrichtung kann ein optisches System für den Lichtabgabebereich vorgesehen sein, welches einen Ausgangslichtstrahl des Lichtabgabebereichs zu einem Bestrahlungslichtstrahl formt, der eine vorbestimmte Breite aufweist.
Weiterhin kann die Glanz-Erfassungsvorrichtung derart aufgebaut sein, daß der Lichtabgabebereich zu vorbestimmten Zeitintervallen Lichtpulse abgibt, und die Lichterfassungssignale werden lediglich während Lichterfassungsperioden, die den Lichtabgabeperioden des Lichtabgabebereichs entsprechen, aus dem Lichterfassungsbereich ausgelesen.
Bei der derart aufgebauten Glanz-Erfassungsvorrichtung werden Lichtstrahlen, die aus dem Lichtabgabebereich abgegeben werden und von der Oberfläche des sich unter Test befindenden Objekts reflektiert werden, durch das optische System auf den Lichterfassungsbereich gerichtet. Von den derart gerichteten Lichtstrahlen bilden die Lichtstrahlen, die regelmäßig von der Oberfläche des Objekts reflektiert werden, einen Lichtfleck auf einigen der Lichterfassungselemente in dem Lichterfassungsbereich. Unter diesem Zustand liest die Glanz-Bestimmungseinrichtung die Lichtauf nahmeverteilung der Lichterfassungselemente, um zu bestimmen, ob die Oberfläche des sich unter Test befindenden Objekts glänzend ist oder nicht.
In dem Fall, in dem der Lichterfassungsbereich einen Zeilensensor verwendet, der aus Lichterfassungselementen besteht, die linear angeordnet sind, wird ein optisches System für den Lichterfassungsbereich verwendet, welches einen im wesentlichen elliptischen oder linearen Lichtfleck ausbildet, welcher sich über der Anordnungsrichtung der Lichterfassungselemente ausdehnt. In diesem Fall wird ebenso die Verteilung von Lichtmengen gelesen, die von den Lichterfassungselementen aufgenommen werden, um zu bestimmen, ob die Oberfläche des sich unter Test befindenden Objekts glänzend ist oder nicht.
Weiterhin gibt bei der Glanz-Erfassungsvorrichtung der Lichtabgabebereich zu vorbestimmten Zeitintervallen Licht ab und werden die Lichterfassungssignale lediglich während Lichtaufnahmeperioden, die den Lichtabgabeperioden des Lichtabgabebereichs entsprechen, aus dem Lichterfassungsbereich ausgelesen, was den Effekt von Streulicht stark verringert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1A und 1B zeigen Darstellungen eines Beispiels einer Glanz-Erfassungsvorrichtung gemäß dieser Erfindung. Genauer gesagt zeigt Fig. 1A eine Seitenansicht, mit geschnittenen Teilen, die einen Sensorkopf bei der Glanz-Erfassungsvorrichtung darstellt, und zeigt Fig. 1B eine Draufsicht, die die Lichterfassungsoberfläche eines Zeilensensors darstellt.
Fig. 2A, 2B und 2C zeigen Darstellungen einer detaillierten Beschreibung einer Sammellinse, die in Fig. 1 gezeigt ist. Genauer gesagt zeigt Fig. 2A eine Draufsicht, die positionelle Beziehungen zwischen der Lichterfassungsoberfläche des Zeilensensors und der Sammellinse darstellt, zeigt Fig. 2B eine Seitenansicht des Zeilensensors und der Sammellinse und zeigt Fig. 2C eine Vorderansicht des Zeilensensors und der Sammellinse, wie sie in der Richtung des Pfeils 95 zu sehen ist, der in Fig. 2B gezeigt ist.
Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht eines weiteren Beispiels der Glanz-Erfassungsvorrichtung gemäß der Erfindung, bei welcher ein Laserstrahl verwendet wird, um ein sich unter Test befindendes Objekt zu bestrahlen.
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild eines Beispiels einer Erfassungsschaltung bei der Glanz-Erfassungsvorrichtung gemäß der Erfindung.
Fig. 5 zeigt einen Stromlaufplan von Details einer Abtast/Halteschaltung" einer Differentialverstärkerschaltung, einer Tiefstwerthalteschaltung und einer Vergleichsschaltung in Fig. 4.
Fig. 6 zeigt ein Wellenformdiagramm der Ausgangsignale von verschiedenen Schaltungen in Fig. 4 in dem Fall, in dem die Oberfläche des sich unter Test befindenden Objekts einen hohen Glanz aufweist.
Fig. 7 zeigt ein Wellenformdiagramm der Ausgangssignale der verschiedenen Schaltungen in Fig. 4 in dem Fall, in dem die Oberfläche des sich unter Test befindenden Objekts einen niedrigen Glanz aufweist.
Fig. 8 zeigt eine verdeutlichende Darstellung für eine Beschreibung des Erfassungsmechanismus einer Glanz-Erfassungsvorrichtung im Stand der Technik.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Bevorzugte Ausführungsbeispiele dieser Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben.
Fig. 1A zeigt eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung mit geschnittenen Teilen, die einen Sensorkopf 1 zeigt. Der Sensorkopf 1 beinhaltet einen Lichtabgabebereich, das heißt, eine LED (Lumineszenzdiode) 2, und ein optisches System, das heißt eine Lichtprojektionslinse 6 für den Lichtabgabebereich. Licht, das aus der LED 2 abgegeben wird, wird durch die Lichtprojektionslinse 6 auf eine Oberfläche 10 gerichtet.
Ein Lichtstrahl L2, der von der Oberfläche 10 reflektiert wird, wird durch eine Sammellinse 8, welche ein optisches System für einen Lichterfassungsbereich ist, auf einen Zeilensensor 4 gerichtet. Abgestrahlte Lichtstrahlen L1 von der LED, die von der Lichtprojektionslinse 6 zerstreut werden, bestrahlen die Oberfläche 10 über einen breiten Bereich. Deshalb wird auch dann, wenn die Oberfläche 10 zum Beispiel geneigt ist, mindestens ein Lichtstrahl L2 der Lichtstrahlen, die von der Oberfläche 10 reflektiert werden, auf den Zeilensensor 4 gerichtet; das heißt, ein Lichterfassungsvorgang wird sicher ausgeführt.
Fig. 1B zeigt eine Draufsicht, die die Lichterfassungsoberfläche des Zeilensensors 4 darstellt. In diesem Ausführungsbeispiel weist der Zeilensensor 4 einen Lichterfassungsbereich 5 auf, der aus Lichterfassungselementen besteht, die linear angeordnet sind, und deshalb kann er ein eindimensionaler Bildsensor sein, der aus einer CCD oder dergleichen besteht. Wie es zuvor beschrieben worden ist, werden die Lichtstrahlen, die von der Oberfläche reflektiert werden, durch die Sammellinse 8 auf den Lichterfassungsbereich 5 gerichtet. Von den derart gerichteten Lichtstrahlen bilden die Lichtstrahlen, die regelmäßig von der Oberfläche 10 reflektiert werden, einen im wesentlichen el liptischen Lichtfleck S8 auf dem Zeilensensor 4 aus, wie es in Fig. 1B gezeigt ist.
Das heißt, die Sammellinse 8 ist derart angeordnet, daß das Licht, das regelmäßig von der reflektierenden Oberfläche reflektiert wird, auf dem Zeilensensor 4 gebündelt wird. Der im wesentlichen elliptische Lichtfleck S8 ist in eine Richtung aufgeweitet, die im wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung des Lichterfassungsbereichs 5 verläuft. Genauer gesagt dehnt sich der Lichtfleck S8 über dem Lichterfassungsbereich 5 aus.
Der Lichtfleck S8 ist auf die zuvor beschriebene Weise ausgebildet. Daher wird auch dann, wenn die Oberfläche 10 derart verschoben oder geneigt ist, daß der Lichtfleck S8 in den Richtungen eines Pfeils 91 verschoben wird, das Licht L2, das regelmäßig von dieser reflektiert wird, ohne Ausfall auf den Lichterfassungsbereich 5 gerichtet. Auch dann, wenn sie in die Richtungen eines Pfeils 90 verschoben wird, wird das Licht L2 sicher von dem Lichterfassungsbereich 5 aufgenommen, da der letztere aus einer Mehrzahl von Lichterfassungselementen besteht, die in einer Linie angeordnet sind, wie es zuvor beschrieben worden ist.
Die Sammellinse 8 wird nun im Detail unter Bezugnahme auf die Fig. 2A bis 2C beschrieben. Fig. 2A zeigt positionelle Beziehungen zwischen der Sammellinse 8 und der Lichterfassungsoberfläche des Zeilensensors 4. Fig. 2B zeigt eine Seitenansicht des Zeilensensors 4 und der Sammellinse 8 und Fig. 2C zeigt eine Vorderansicht des Zeilensensors 4 und der Sammellinse 8, wie sie in der Richtung des Pfeils 95 in Fig. 2 zu sehen ist.
Wie es aus den Fig. 2A bis 2C ersichtlich ist, ist die Sammellinse 8 derart aufgebaut, daß ihre Krümmung in einer horizontalen Richtung zu der in einer vertikalen Richtung unterschiedlich ist. Aufgrund dieses Merkmals ist die Brennweite in einer horizontalen Richtung zu der in einer vertikalen Richtung unterschiedlich. Wenn der Zeilensensor 4 und die Sammellinse 8 derart angeordnet sind, daß Licht bezüglich der Längsrichtung des Lichterfassungsbereichs 5 gebündelt wird, wird ein Lichtfleck S8 ausgebildet, welcher sich in eine Richtung ausdehnt, die senkrecht zu der Längsrichtung des Zeilensensors 4 verläuft, und eine vorbestimmte Länge aufweist. Jedoch ist das optische System für den Lichterfassungsbereich nicht auf eine Linse, wie zum Beispiel die zuvor beschriebene Sammellinse 8, beschränkt; das heißt, andere optischen Anordnungen können verwendet werden, um den Lichtfleck S8 zu erzielen.
In dem Fall, in dem der Glanz-Erfassungsbereich einer Oberfläche 10 klein ist, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, kann ein Laserstrahl L5, der von einer Laserstrahlquelle 12 ausgegeben wird, verwendet werden, um die Oberfläche zu bestrahlen. In diesem Fall kann der Laserstrahl lediglich auf den kleinen Bereich gerichtet werden. Beim Bestrahlen der Oberfläche mit dem Laserstrahl kann der Lichtstrahl konzentriert werden und daher kann die Oberfläche mit einem hohen Wirkungsgrad bestrahlt werden. In dem Fall, in dem der Zeilensensor verwendet wird, wird, um einen im wesentlichen elliptischen oder linearen Lichtfleck auszubilden, welcher sich in eine Richtung ausdehnt, die senkrecht zu der Längsrichtung des Zeilensensors verläuft, eine konkave Linse 13 verwendet, die eine Krümmung in einer horizontalen Richtung aufweist, die zu der in einer vertikalen Richtung unterschiedlich ist.
In Fig. 1B bilden von den Lichtstrahlen, die von der Oberfläche reflektiert werden, die Lichtstrahlen, die regelmäßig von der letzteren reflektiert werden, den Lichtfleck S8 aus. Andererseits werden die Lichtstrahlen, die diffus von der Oberfläche 10 reflektiert werden, durch die Sammellinse 8 ebenso auf den Zeilensensor 4 gerichtet und von nahezu allen Lichterfassungselementen (nicht gezeigt) aufgenommen. Wenn die Oberfläche 10 einen hohen Glanz aufweist, wird Licht kaum diffus reflektiert und ist demgemäß die Lichtmenge, die regelmäßig von dieser reflektiert wird, größer; das heißt, von der gesamten Lichtmenge, die von dem Lichterfassungsbereich 5 aufgenommen wird, ist die Lichtmenge viel größer, die regelmäßig von der Oberfläche reflektiert wird. In dem Fall, in dem die Oberfläche 10 einen niedrigen Glanz aufweist, werden die meisten der Lichtstrahlen, die auf die Oberfläche gerichtet werden, diffus reflektiert, so daß die Lichtmenge kleiner ist, die regelmäßig von der Oberfläche reflektiert wird. Das heißt, die Lichtmenge, die von dem Lichterfassungsbereich aufgenommen wird, wird als Ganzes gemittelt.
Daher kann der Glanz der Oberfläche 10 durch das Erfassen der Verteilung der Lichtmenge der Lichtstrahlen erfaßt werden, welche von der Oberfläche reflektiert und auf den Zeilensensor 4 gerichtet werden.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel einer Erfassungsschaltung, welche die Verteilung der Lichtmenge der Lichtstrahlen erfaßt, die von der Oberfläche reflektiert werden, und den Betrieb der LED 2 steuert.
Eine Lichtabgabeschaltung 21 steuert das Richten des Ausgangslichts der LED 2 in Übereinstimmung mit einem Taktsignal, das von einer Taktsignalerzeugungsschaltung 22 vorgesehen wird. Die Taktsignalerzeugungsschaltung 22 gibt auf der Grundlage eines Grundsignals, das von einer Grundtakterzeugungsschaltung 23 vorgesehen wird, Signale aus und legt das Taktsignal an sowohl die Lichtabgabeschaltung 21 als auch eine Zeilensensoransteuerschaltung 24 an.
Als Reaktion auf das Taktsignal steuert die Zeilensensoransteuerschaltung 24 die Lichterfassungsperiode des Zeilensensors 4. Die Zeilensensoransteuerschaltung 24 verwendet eine sogenannte "Verschlußfunktion", die neu für den Zeilensensor 4 vorgesehen ist, um zuzulassen, daß der letztere lediglich während einer Lichtabgabeperiode (das heißt, lediglich, wenn die LED 2 Licht abgibt) einen Lichterfassungsvorgang durchführt. Dies beseitigt wirksam die Schwierigkeit von Streulicht, das während anderen Perioden als der Lichtabgabeperiode aufgenommen wird. Daher wird der Erfassungsvorgang mit einer hohen Genauigkeit erzielt.
Der Zeilensensor 4, der Licht aufnimmt, das von der Oberfläche 10 reflektiert wird, legt die Lichterfassungssignale der Lichterfassungselemente an eine Abtast/Halteschaltung 25 an. Genauer gesagt legt der Zeilensensor 4 die Lichterfassungssignale als Reaktion auf das Taktsignal, welches durch die Zeilensensoransteuerschaltung 24 von der Taktsignalerzeugungsschaltung 22 daran angelegt wird, die Lichterfassungssignale an die Abtast/Halteschaltung an; das heißt, die Lichterfassungssignale werden aufeinanderfolgend, beginnend mit dem Lichterfassungssignal von dem ersten der Lichterfassungselemente, an die Abtast/Halteschaltung 25 angelegt. Die Wellenform des Ausgangssignals des Zeilensensors 4 ist in Fig. 6A gezeigt. Die Ausgangswellenform wird erzeugt, wenn eine sich unter Test befindende Oberfläche glänzend ist. In Fig. 6A entspricht ein Wellenformbereich R1, der im Pegel höher ist, der Lichtmenge, die regelmäßig von der Oberfläche reflektiert wird.
Die Abtast/Halteschaltung 25 hält die Ausgangssignale der Lichterfassungselemente und legt sie an eine Differentialverstärkerschaltung 27 an. Bei der Differentialverstärkerschaltung 27 werden die Höhen einer Änderung von derartigen Ausgangssignalen erzielt, um zu bestimmen, ob die erfaßte Oberfläche glänzend ist oder nicht. Fig. 5 zeigt die Abtast/Halteschaltung 25, die Differentialverstärkerschaltung 27, eine Tiefstwerthalteschaltung 28 und eine Vergleichsschaltung 29 im Detail.
Die Abtast/Halteschaltung 25 weist analoge Schalter 70 und 71 auf, an welche von der Taktsignalerzeugungsschaltung 22 Wechselsignale A und B angelegt werden. Die analogen Schalter 70 und 71 sind derart aufgebaut, daß, wenn das Wechselsignal A an die Schaltung 25 angelegt wird, der analoge Schalter 70 geöffnet wird, während der analoge Schalter 71 geschlossen wird, und wenn das Wechselsignal B an die Schaltung 25 angelegt wird, der analoge Schalter 70 geschlossen wird, während der analoge Schalter 71 geöffnet wird.
Die Taktsignalerzeugungsschaltung 22 gibt als Reaktion auf das Taktsignal, das an den Zeilensensor 4 angelegt wird, das Wechselsignal A aus, wenn ein ungeradzahliges Lichterfassungselement in der Gruppe von Lichterfassungselementen ein Ausgangssignal (hier im weiteren Verlauf als "ein ungeradzahliges Ausgangssignal" bezeichnet) erzeugt, und das Wechselsignal B wird angelegt, wenn ein geradzahliges Lichterfassungselement darin ein Ausgangsignal (hier im weiteren Verlauf als "ein geradzahliges Ausgangsignal" bezeichnet) erzeugt. Das heißt, die analogen Schalter werden als Reaktion auf die ungeradzahligen und geradzahligen Ausgangsignale ein- und ausgeschaltet. Das ungeradzahlige Ausgangssignal wird in einem Kondensator 73 gespeichert und das geradzahlige Ausgangssignal wird in einem Kondensator 74 gespeichert.
Der Wert, der von dem Kondensator 73 gehalten wird, wird an den invertierenden (-) Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers 75 in der Differentialverstärkerschaltung 27 angelegt und der Wert, der von dem Kondensator 74 gehalten wird, wird an den nichtinvertierenden (+) Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 75 angelegt, so daß die Differenz zwischen derartigen Werten als ein Differenzsignal ausgegeben wird. Die Wellenform des Differenzsignals ist in Fig. 6B gezeigt. Die ungeradzahligen und geradzahligen Ausgangssignale der Lichterfassungselemente werden ab wechselnd von der Abtast/Halteschaltung 25 gehalten, so daß ein Differenzsignal, wie es in Fig. 6B gezeigt ist, auf der Grundlage der Differenz zwischen angrenzenden Ausgangssignalen erzielt wird.
Das Differenzsignal wird an die Tiefstwerthalteschaltung 28 angelegt, wo der negative Minimalwert der Wellenform des Differenzsignals auf einen vorbestimmten Pegel angehoben wird, um ein geformtes Signal vorzusehen. Das geformte Signal, das von der Tiefstwerthalteschaltung 28 vorgesehen wird, ist in Fig. 6C gezeigt. Das Vorsehen des geformten Signals ermöglicht es, die Höhe einer Änderung des Ausgangssignals sicherer zu erfassen.
Das geformte Signal wird an den invertierenden (-) Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers 76 in der Vergleichsschaltung 29 angelegt, wo es mit einem Schwellwert verglichen wird, der von einem veränderbaren Widerstand 77 eingestellt wird, um ein Vergleichsausgangssignal vorzusehen. Die Wellenform des Vergleichsausgangssignals ist in Fig. 6D gezeigt. Der Schwellwert kann durch Betätigen des veränderbaren Widerstands 77 auf einen erwünschten Wert eingestellt werden.
In dem Fall, in dem eine sich unter Test befindende Oberfläche eines Objekts einen hohen Glanz aufweist, weisen die Lichtstrahlen, die regelmäßig von dieser reflektiert werden, eine hohe Intensität auf, so daß die Ausgangssignale der Lichterfassungselemente, die von dem Lichtfleck S8 bedeckt werden, zu denjenigen der verbleibenden Lichterfassungselemente stark unterschiedlich sind. Genauer gesagt ist die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der Lichterfassungselemente, die sich in der Nähe des Umfangs des Lichtflecks S8 befinden, groß, so daß Pulssignale in dem Vergleichsausgangssignal der Vergleichsschaltung 29 auftreten, wie es in Fig. 6D gezeigt ist. Das Ausgangssignal des ersten Lichterfassungselements ändert sich plötzlich an der ansteigenden Flanke und das Ausgangssignal des letzten Lichterfassungselements ändert sich ebenso plötzlich an der abfallenden Flanke. Daher beinhaltet das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 29 unvermeidlich Signale N1.
Jedoch bezieht sich dieser Effekt nicht auf einen Glanz. Um Signale N1 außer acht zu lassen, wird ein wirksames Signal E mit dem Takt erzeugt, der innerhalb der Periode des Ausgangssignals des Lichterfassungselements beschränkt ist, und eine Erfassungsschaltung 30 erfaßt das Vergleichsausgangssignal D für die Periode des wirksamen Signals, um ein Erfassungsausgangssignal F vorzusehen.
Es werden die Lichterfassungssignale betrachtet, die als Reaktion auf eine Abgabe von Licht aus der LED 2 erzeugt werden, welche Licht zu vorbestimmten Zeitintervallen abgibt. Wenn in diesem Fall die Ausgangssignale von angrenzenden Lichterfassungselementen stark unterschiedlich zueinander sind, wird es erachtet, daß die sich unter Test befindende Oberfläche glänzend ist. Daher wird, wenn das Erfassungsausgangssignal F Pulssignale beinhaltet, ein Signal an eine Ausgabeschaltung 31 angelegt, um die Tatsache anzuzeigen, daß die Oberfläche glänzend ist. In diesem Zusammenhang, wobei Störlicht, eine Spannungsänderung und anderes Rauschen berücksichtigt werden, gibt die Ausgabeschaltung 31 ein Glanz-Erfassungssignal aus, wenn sie das Ausgangssignal der Erfassungsschaltung 30 eine vorbestimmte Anzahl von Zeiten (zum Beispiel viermal) andauernd aufgenommen hat.
Fig. 7 zeigt die Wellenformen der Ausgangssignale, die vorgesehen werden, wenn eine Oberfläche einen verhältnismäßig niedrigen Glanz aufweist. In diesem Fall werden die Lichtstrahlen, die von der Oberfläche reflektiert werden und von dem Zeilensensor 4 aufgenommen werden, gemittelt und deshalb wird die Abweichung zwischen den Ausgangssignalen der Lichterfassungselemente nicht groß; das heißt, es wird bestimmt, daß die Oberfläche nicht glänzend ist.
Wie es zuvor beschrieben worden ist, gibt die LED 2 Pulslicht ab. Bei dem Zeilensensor bilden die Lichterfassungselemente 2 in Übereinstimmung mit den aufgenommenen Lichtmengen Ladungen aus, um die Ausgangssignale zu erzeugen. Wenn während Zeitintervallen, zu denen die LED kein Licht abgibt, Störlicht auf die Lichterfassungselemente gerichtet wird, wird die Ladungsmenge, die von den Lichterfassungselementen aufgenommen wird, mit dem Ergebnis erhöht, daß es unmöglich wird, die Lichtstrahlen, die von der Oberfläche 10 reflektiert werden, richtig zu erfassen. Um diese Schwierigkeit zu beseitigen, weist der Zeilensensor eine Verschlußfunktion auf, um die Lichterfassungselemente synchron zu der Lichtabgabeperiode LED 2 zu entladen, um dadurch den Effekt des Störlichts zu minimieren.
Der Lichterfassungsbereich kann aus einem Flächensensor, welcher durch Anordnen von Lichterfassungselementen in einer Ebene ausgebildet ist, oder einem zweidimensionalen Bildsensor bestehen, der mit einer CCD oder dergleichen verwirklicht ist.
In dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die digitale Differentialschaltung 27 verwendet, um die Werte einer Änderung der Ausgangssignale der Lichterfassungselemente zu erfassen. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf oder dadurch beschränkt. Das heißt, die Erfassung kann mit einer analogen Differentialschaltung (nicht gezeigt) ausgeführt werden. Außerdem ist es anzumerken, daß anstelle der Werte eine Änderung der Ausgangssignale der Lichterfassungselemente die Höhen einer Änderung der Maximal- und Minimalwerte von ihnen zur Erfassung eines Glanzes verwendet werden können.
Bei der Glanz-Erfassungsvorrichtung der Erfindung besteht der Lichterfassungsbereich aus einer Mehrzahl von Lichterfassungselementen, die eindimensional oder zweidimensional angeordnet sind. Deshalb kann auch dann sicher Licht aufgenommen werden, wenn ein sich unter Test befindendes Objekt verschoben oder geneigt ist; das heißt, der Glanz der Oberfläche kann mit einer hohen Genauigkeit erfaßt werden. Weiterhin führt die Glanz-Bestimmungsschaltung ihren Betrieb in Übereinstimmung mit der Lichtaufnahmeverteilung der Lichterfassungselemente und dem Verhältnis der Lichtmengen durch, die von diesen aufgenommen werden. Deshalb wird der Effekt der Farbe des sich unter Test befindenden Objekts verringert.
In dem Fall, in dem der Lichterfassungsbereich den Zeilensensor verwendet, weist die sich ergebende Glanz-Erfassungsvorrichtung eine einfache Schaltung auf, eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit auf und ist in der Lage, ihren Betrieb sicher durchzuführen. Weiterhin weist die Glanz-Erfassungsvorrichtung niedrige Herstellungskosten auf und kann miniaturisiert werden.
Der Lichterfassungsbereich verwendet das optische System, welches den im wesentlichen elliptischen oder linearen Lichtfleck auf eine derartige Weise ausbildet, daß er sich in eine Richtung ausdehnt, die senkrecht zu der Anordnungsrichtung der Lichterfassungselemente in dem Zeilensensor verläuft. Deshalb kann das Licht, das regelmäßig von der Oberfläche reflektiert wird, sicher auf dem Zeilensensor gebündelt werden und wird nicht durch eine Verschiebung oder Neigung des sich unter Test befindenden Objekts beeinträchtigt.
Weiterhin werden bei der Glanz-Erfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung die Lichterfassungssignale des Lichterfassungsbereichs lediglich während der Lichtaufnahmeperioden gelesen, die den Lichtabgabeperioden entsprechen, was den nachteiligen Effekt von Störlicht im wesentlichen beseitigt.

Claims

1. Glanz-Erfassungsvorrichtung, die aufweist:

[a] einen Lichtabgabebereich (2, 6; 12) zum Richten von Licht (L1) auf eine sich unter Test befindende Oberfläche (10);

[b] einen Lichterfassungsbereich (5), der einen Zeilensensor (4) beinhaltet, der eine Mehrzahl von Lichterfassungselementen (5) aufweist, die linear angeordnet sind und in Übereinstimmung mit jeweiligen Lichtmengen, die von ihnen aufgenommen werden, Lichterfassungssignale ausgeben;

[c] ein optisches System (8; 13), das für den Lichterfassungsbereich (5) vorgesehen ist, wobei das optische System (8; 13) eine Linse (8; 13) zum Sammeln von Licht (L2) aufweist, das von der sich unter Test befindenden Oberfläche (10) reflektiert wird, um einen Lichtfleck (S8) auf dem Lichterfassungsbereich (5) aus Licht auszubilden, das regelmäßig von der Oberfläche (10) reflektiert wird;

[d] eine Glanz-Bestimmungseinrichtung (25 bis 31), die das Lichterfassungssignal von dem Lichterfassungsbereich (5) aufnimmt, um den jeweiligen Glanz der Oberfläche (10) in Übereinstimmung mit einer Lichtaufnahmeverteilung der Lichterfassungselemente (5) zu bestimmen;

dadurch gekennzeichnet, daß

[c1] die Linse (8; 13) einen Krümmungsradius in einer horizontalen Richtung aufweist, der zu dem in einer vertikalen Richtung unterschiedlich ist, und

[c2] die Linse (8; 13) bezüglich des Lichterfassungsbereichs (5) mit den Krümmungsradien auf eine derartige Weise angeordnet ist, daß der gebündelte Lichtfleck (S8) eine Längenabmessung aufweist, welche wesentlich größer als seine Breitenabmessung ist und welche senkrecht zu der Anordnungsrichtung der Lichterfassungselemente (5) verläuft.

2. Glanz-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl von Lichterfassungselementen (4) in der Form einer Ebene angeordnet sind.

3. Glanz-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System (8; 13) einen im wesentlichen elliptischen Lichtfleck (S8) auf dem Lichterfassungsbereich (5) ausbildet.

4. Glanz-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System (8; 13) einen im wesentlichen linearen Lichtfleck (L8) auf dem Lichterfassungsbereich ausbildet.

5. Glanz-Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtabgabebereich (2, 6; 12) ein optisches System (6) zum Formen eines Ausgangslichtstrahls zu einem Bestrahlungslichtstrahl aufweist, der eine vorbestimmte Breite aufweist.

6. Glanz-Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtabgabebereich (2, 6; 12) Pulslicht zu vorbestimmten Zeitinter vallen abgibt, wobei die Lichterfassungssignale lediglich während Lichterfassungsperioden, die den Lichtabgabeperioden des Lichtabgabebereichs (2, 6; 12) entsprechen, aus dem Lichterfassungsbereich (5) ausgelesen werden.

7. Verfahren zum Erfassen, ob die Obefläche (10) eines sich unter Test befindenden Objekts glänzend ist oder nicht, das die folgenden Schritte aufweist:

[1] Bestrahlen der Oberfläche (10) zu vorbestimmten Zeitintervallen;

[2] Formen von Lichtstrahlen (L2), die während den vorbestimmten Zeitintervallen regelmäßig von der Oberfläche (10) reflektiert werden, zu einem im wesentlichen elliptischen oder linearen Lichtfleck (8) auf einem Lichterfassungsbereich (5);

[3] Erzeugen von Lichterfassungssignalen, die den regelmäßig reflektierten Lichtstrahlen entsprechen;

[4] Erzeugen von Lichterfassungssignalen, die denjenigen Lichtstrahlen entsprechen, welche diffus von der Oberfläche (10) reflektiert werden;

[5] Bestimmen einer Differenz zwischen denjenigen Lichterfassungssignalen, welche den regelmäßig reflektierten Lichtstrahlen entsprechen, und denjenigen Lichterfassungssignalen, welche den diffus reflektierten Lichtstrahlen entsprechen; und

[6] Bestimmen, daß die Oberfläche (10) glänzend ist, wenn die Differenz zwischen denjenigen Lichterfassungssignalen, welche den regelmäßig reflektierten Lichtstrahlen entsprechen, und denjenigen Lichter fassungssignalen, welche den diffus reflektierten Lichtstrahlen entsprechen, größer als ein vorbestimmter Wert ist;

dadurch gekennzeichnet, daß

[2.1] die Lichtstrahlen (L2) mit einer Brennweite in einer horizontalen Richtung ausgebildet werden, welche zu der in einer vertikalen Richtung unterschiedlich ist, und

[2.2] die Lichtstrahlen (L2), die von der Oberfläche (10) reflektiert werden, derart gebündelt werden, daß der Lichtfleck (S8) eine Längenabmessung aufweist, welche wesentlich größer als seine Breitenabmessung ist und welche senkrecht zu der Anordnungsrichtung des Lichterfassungsbereichs (5) verläuft.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die regelmäßig reflektierten Lichtstrahlen einen im wesentlichen elliptischen Lichtfleck auf dem Lichterfassungsbereich (5) ausbilden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die regelmäßig reflektierten Lichtstrahlen einen im wesentlichen linearen Lichtfleck auf dem Lichterfassungsbereich (5) ausbilden.