EP2035239A2 - Verfahren zur herstellung von dreidimensional strukturierten oberflächen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von dreidimensional strukturierten oberflächen

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EP2035239A2
EP2035239A2 EP07728839A EP07728839A EP2035239A2 EP 2035239 A2 EP2035239 A2 EP 2035239A2 EP 07728839 A EP07728839 A EP 07728839A EP 07728839 A EP07728839 A EP 07728839A EP 2035239 A2 EP2035239 A2 EP 2035239A2
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
reflection
values
data set
depth
stored
Prior art date
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EP07728839A
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English (en)
French (fr)
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EP2035239B1 (de
Inventor
Oliver Stahlhut
Christian Neumann
Michael Mäker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Benecke Kaliko AG
Original Assignee
Benecke Kaliko AG
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Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of EP2035239B1 publication Critical patent/EP2035239B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B44—DECORATIVE ARTS
    • B44C—PRODUCING DECORATIVE EFFECTS; MOSAICS; TARSIA WORK; PAPERHANGING
    • B44C1/00—Processes, not specifically provided for elsewhere, for producing decorative surface effects
    • B44C1/22—Removing surface-material, e.g. by engraving, by etching
    • B44C1/228—Removing surface-material, e.g. by engraving, by etching by laser radiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B44—DECORATIVE ARTS
    • B44C—PRODUCING DECORATIVE EFFECTS; MOSAICS; TARSIA WORK; PAPERHANGING
    • B44C1/00—Processes, not specifically provided for elsewhere, for producing decorative surface effects
    • B44C1/22—Removing surface-material, e.g. by engraving, by etching
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B44—DECORATIVE ARTS
    • B44F—SPECIAL DESIGNS OR PICTURES
    • B44F9/00—Designs imitating natural patterns

Definitions

  • the invention relates to a method for producing three-dimensionally structured surfaces of objects, wherein the object surface is reproduced by means of a machining tool as a reproduction of a three-dimensionally structured original surface, i. a template is produced, and in which first the topology of the original surface is determined by means of a three-dimensional scanning method and the topological data thus determined and consisting essentially of the height or depth values belonging to each surface element of a grid stretched over the original surface in a first Record are stored, each area or grid element is assigned a measured depth value. This creates a depth map of the original surface.
  • the basis of the method according to the invention is the analysis and description of the reflection properties of an original surface and then the influencing and shaping of the reflection properties of a three-dimensionally structured object surface.
  • DE 43 26 874 A1 discloses a method for engraving a pattern in the surface of a workpiece, wherein surface information in the form of electrical control signals is generated and stored by means of an optical or mechanical scanning of a surface of a template, which then for controlling the engraving laser is being used. In this case, in the area of the transitions or shocks there is the Pattern template surface information as the same pattern several times engraved on the workpiece.
  • the engraving laser is not described here in its actual training and control.
  • Another disclosed principle is merely to change the visibility of the copy by removing, weakening, altering, adding portions of the picture. Again, the edges of the image parts remain visible.
  • One of the simplest methods for evaluating the reflection behavior of surfaces is e.g. in the determination of a "degree of gloss” according to standardized measuring conditions, such as ISO 2813, in which the light radiation reflected at an angle of 60 ° from the surface is measured and assigned a classification in degrees of gloss from dull to glossy, depending on the percentage of reflection Gloss level, however, describes only the average glossiness of the entire surface considered at a given light ratio.
  • EP 61885 IAI shows a method for removing surface coatings on a substrate, the method being controlled by evaluating a color difference of a reflected light so that only the coating to be removed is removed and the substrate itself is not damaged.
  • Reflection properties of a reference surface / pattern surface under controlled lighting evaluated represented using an image processing system and other control or work processes are based. Most of these determination methods have the peculiarity that between strongly or weakly reflecting subregions of a reference surface so far only the subjective evaluation of a trained observer is decisive. Such However, disadvantageously, subjective evaluation can only be transmitted with insufficient accuracy in image processing or automatic systems influencing the production process.
  • the subjective evaluation by the human eye is a very precise and so far by automatic method not to be replaced type of assessment of a structured surface that clearly registers even the smallest changes in the appearance of the surface. Transitions or border areas, which arise for example from the juxtaposition of sections to a total surface, rapport formation and mulette stripes, are striking as well as different or "unnatural" acting light reflection or refraction, for example, the already mentioned checkerboard-like imaging
  • the human eye judges a more distant surface in a very different way than when viewed at close range, it is possible that an artificial leather surface considered in detail and at a small distance appears to be completely even, while the same artificial leather surface appears to be more uniform Meters distance is perceived as restless, streaky, unnatural and highly reflective.
  • the invention was therefore based on the object to provide a method by which three-dimensionally structured surfaces of objects (object surfaces) can be produced whose reflection properties are objectively determinable and beinlbar, also in relation to a pattern or to an original surface, which also allows to provide detected or desired reflection properties as control parameters for surface finishing tools, and which allows both faithful transmission of reflection properties and is capable of adapting reflection properties of artificial surfaces to particular applications.
  • the first data set is subjected to a judgment of the depth values with regard to their influence on the reflection properties of the surface elements, c) depending on the evaluation, a reflection value is assigned as parameters to each surface element and stored in a second data record, d) the depth values of the first data set e) the revised or changed depth values of the first data set are stored as topological data in a third data set and used for the electronic control of a processing tool for processing the three-dimensionally structured object surface
  • the first data set of topological data is thus revised or corrected with the aid of the reflection values of the second data set, and thus in a certain way measured and changed in itself or in its properties judged from another point of view.
  • a reflection value here is understood a value or parameter that the Reflective properties of a surface can mark, so for example, a value that, as described in detail below, the frequency of occurrence of microscopic edges.
  • the essential step in the solution according to the invention is the coupling of the reflection properties of a surface to the macroscopic depth structure actually present in the three-dimensional surface in differentially small dimensions surface elements.
  • the method according to the invention thus produces a correlation of depth structure, i. Topological map of the surface, and local reflection behavior and provides this determined reflection behavior in parametric form as a basis for further processing of the object surface.
  • each surface element is assigned the value obtained by the averaging and describing the frequency and / or height of the edges as a reflection value and stored in a second data record.
  • the solution further developed here consists in the method of edge detection known per se from image processing by means of certain mathematical operators, thus e.g. B. Sobel or Laplace operators, for the reflection analysis of three-dimensional surfaces to make available by first actual and physically existing depth information or depth differences, ie actual edges are provided as data for the calculation.
  • edge detection For example, to recognize or count objects to be processed on a conveyor belt that are photographed or filmed with a camera, such two-dimensional viewing is sufficient for recognizing two-dimensional spatial associations, but not for the complicated structure of a three-dimensional surface and modeling it to be deduced Refiexionseigenschaft.
  • a further development consists in that the averaging after the edge detection takes place in such a way that area elements are combined into groups and the edge frequencies and / or heights averaged within the groups by neighborhood operations are assigned to the groups and stored in the second data record.
  • such averaging is performed by a Gaussian filter as an operator.
  • Control of processing machines in terms of data volumes and processing times can be beneficial.
  • a direction-dependent filtering takes place before the edge detection.
  • the statement about the reflectivity oriented only by the edge height and frequency is substantially and more refined in such a way that the reflection properties at different illumination conditions or viewing angles can also be represented objectively and measurably.
  • the filtering takes place at the edge end detection by a directed Gaussian filtering. This is a simple and fast-acting operator that allows to represent a sufficient number of directions within reasonable times in terms of their reflection properties.
  • the method step d) is designed such that the depth values of the first data set, which are assigned to the area or raster elements in the areas with greatly varying reflection value, removed from the first data set by means of exclusion criteria and by Depth values of the first data set originating from regions of the original surface without strongly varying reflection values. In this way any reflection variations occurring in the original area in the region of reproduction, i. reduce at the object surface.
  • a further advantageous development consists in classifying and excluding the strongly varying reflection values / parameters on the basis of threshold values. This makes it easy to apply over the entire object surface e.g. evenly low Refiexionsgrad and thus set a "velvety" appearance.
  • the method step d) is designed so that the arrangement of the areas divided into corresponding surface or raster elements on the original surface is changed by changing their position, depending on the reflection properties occurring in regions on the original surface the object surface within the grid or Surface element arrangement in the third data set, that discontinuities in the reflection properties of adjacent areas are minimized.
  • a homogenous object surface can be constructed / manufactured, namely by arranging and assembling selected parts of the pattern similar to DE 43 26 874 A1, however here taking into account the reflection properties of the edges and overlaps.
  • Such adjustment of edges and overlaps can be accomplished in a variety of ways, from manual or "quasi-manual" chasing to PC-based image processing or drawing programs, to the structural synthesis methods disclosed by the features of claim 9 and related to deep structures.
  • step d) is designed so that i) that a fourth data set is stored, which consists of randomly generated reflection values for respective raster and area elements of a still to be reproduced fictitious object surface, ii) that then a first random reflection value of
  • a plurality of adjacent random reflectance values are combined into a first subset and stored in a fifth data set, the location and location of the adjacent reflectance values being also stored by the coordinates of the respective surface elements of the object surface; iii) thereafter the fifth data set is written several times with one at each new
  • Reflection values of the original surface ie reflection values of the second data set
  • reflection values of the second data set as well as the coordinates of the respectively associated ones (2) wherein the relative position and arrangement of the adjacent reflection values of the first and second subset are similar, preferably identical, iv) that upon reaching a fixed similarity between the
  • Reflectance values of the first and the reflection values of the second subsets of the first random reflection value of the fictitious object surface is replaced by a second reflection value of the original surface (ie the second data set), in its position and arrangement with respect to the second subset of the position and arrangement of the first reflection value in
  • Method step v) as a simultaneous further criterion the achievement of a defined similarity between the renewed first subset and the adjacent reflection values already stored in the previous run of method steps i) to v) is checked vii) that after reaching a fixed similarity between the
  • reflection values or properties can be used that already exist somewhere in the world
  • the object surface is here thus first of all a kind of fictitious or synthetic intermediate original of a surface, from which the "finished" object surface arises only after the process-related processing steps.
  • Neighborhood comparison merely compares the neighborhoods of individual surface parts or points, not the points themselves. On the basis of this criterion, a more or less large identity of the - not considered - surface points itself is assumed. So that for the method according to claim 9, a start or output value can be set, from which starts the neighborhood comparison, the "fourth" record is occupied at the beginning of the process with any randomly determined data.
  • This data assignment contains only a random, simple and individual reflection property, for example an arbitrarily assumed relative edge frequency, merely for the sake of the calculation not starting from zero.
  • the randomness of these reflection values is generated by taking the latter from random position of the first data set but "de facto" being present somewhere on the original surface.
  • Reflection values around a viewpoint - also a reflection value - stored as a record in the first and second subset.
  • the first random reflection value of the subject surface i. the reflection value for the first considered "point" of the object surface, replaced by a reflection value of the original surface, namely the so-called "second" reflection value, in its position and arrangement with respect to the second subset of the position and arrangement of the first reflection value with respect to the first subset corresponds.
  • a reflection value for a first "point” of the object surface is replaced by a reflection value of another, ie, a second "point” on the original surface.
  • the criterion for the selection of the "substitute value” are "matching" neighborhoods from the object surface and the original surface, namely with regard to their reflection properties and in Regarding their position to the first and second point in the object and original surface.
  • the "environment subset” (record 5) from the object surface is thus compared to the "environment subset” from the original surface (record 6).
  • reflection values from a preceding processing step are available, these are also included in the criterion for the selection of the "substitute value”.
  • a further advantageous development consists in the fact that method step d) is designed in such a way that, in the case of translationally invariant reflection properties of the original surface, different reflection values are assigned to the surface or raster elements of the first data set and stored in the second data set, after which the depth values of the first data set become dependent be changed by the Refiexions fret the second record.
  • the term "surfaces with translationally invariant reflection properties” refers to surfaces which, in extreme cases, have the same reflection properties in every area, at each grid point of the surface. These surfaces include the so-called “technical surfaces", for example pimped or with Honeycomb flooring for industrial plants or plastic foils as a reference for the interior of buses or railways.
  • technical surfaces for example pimped or with Honeycomb flooring for industrial plants or plastic foils as a reference for the interior of buses or railways.
  • a further advantageous development consists in superimposing the depth values of the first data set on the depth values of a further data set which represents the reflection values of randomly arranged structural elements.
  • the reflection properties of the first data set can be changed by the reflection properties of the second data set.
  • the superposition with the topological data / depth data of randomly distributed hair pores is particularly natural. For the manipulation of the reflection properties, then e.g. the depth and the number of hair pores are varied.
  • reflection values or the topological data corresponding to them contain a local change in the microroughness, that is to say essentially a superimposition of random microstructures / microwells. As a result, the reflection properties can be seriously affected.
  • the so-called "ray tracing method” is used for determining the reflection properties / reflection values of actual three-dimensional structures, in that the method steps b) and c) are designed such that b) a simulation model is used to describe light radiation acting on the contour of the original surface characterized by the first data set of the depth values, and c) whose reflection is calculated as a function of the depth discontinuities of the irradiated area elements, assigned to a reflection value and stored in a second data set.
  • the method according to the invention can be used for any type of production method of artificial surfaces.
  • the modified depth structures of a surface which are optimized with regard to the reflection property, can be superimposed as simple parameters with any basic depth scheme / structural scheme, however previously generated, and are thus directly available as control variables.
  • the method according to the invention is particularly suitable for producing as article surfaces a plastic film having a grained surface, as used for example in motor vehicles as a covering and imitation leather for a dashboard.
  • Dashboards are subject to a wide variety of light and reflection conditions and should as far as possible produce no glare for the driver. According to the method of the invention, such a plastic film can be produced in the best possible way.
  • the method according to the invention makes it possible, for example, to choose a leather, for example a water buffalo leather, which is desired by the consumer because of its shape and characteristics, but which has a "robust impression" desired by the consumer, but on a dashboard with a certain incidence of light unpleasantly reflected, as a plastic molded skin with a reflection-optimized depth structure without affecting the desired overall impression.
  • a leather for example a water buffalo leather

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von dreidimensional strukturierten Oberflächen von Gegenständen, wobei die Gegenstandsoberfläche mit Hilfe eines Bearbeitungswerkzeuges als Reproduktion einer dreidimensional strukturierten Originaloberfläche erzeugt und zunächst die Topologie der Originaloberfläche ermittelt wird, wobei jedem Flächen- bzw. Rasterelement ein gemessener Tiefenwert zugeordnet ist, so dass eine Tiefenkarte der Originaloberfläche entsteht, wobei die Tiefenwerte einer Beurteilung im Hinblick auf ihren Einfluss auf die Reflexionseigenschaften der Flächenelemente unterworfen und die Reflexionseigenschaften als Parameter gespeichert werden, wonach die Tiefenwerte des abhängig von den Reflexionswerten verändert werden als topologischen Daten zur elektronischen Steuerung eines Bearbeitungswerkzeug genutzt werden.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung von dreidimensional strukturierten Oberflächen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von dreidimensional strukturierten Oberflächen von Gegenständen, wobei die Gegenstandsoberfläche mit Hilfe eines Bearbeitungswerkzeuges als Reproduktion einer dreidimensional strukturierten Originaloberfläche, d.h. einer Mustervorlage erzeugt wird, und bei dem zunächst die Topologie der Originaloberfläche mit Hilfe eines dreidimensionalen Abtastverfahrens ermittelt wird und die so ermittelten und im Wesentlichen aus den zu jedem Flächenelement eines über die Originaloberfläche gespannten Rasters gehörigen Höhen- bzw. Tiefenwerte bestehenden topologischen Daten in einem ersten Datensatz gespeichert werden, wobei jedem Flächen- bzw. Rasterelement ein gemessener Tiefenwert zugeordnet ist. Es entsteht so eine Tiefenkarte der Originaloberfläche. Grundlage des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei die Analyse und Beschreibung der Reflexionseigenschaften einer Originaloberfläche und danach die Beeinflussung und Gestaltung der Reflexionseigenschaften einer dreidimensional strukturierten Gegenstandsoberfläche.
Verfahren zur Herstellung von dreidimensional strukturierten Oberflächen von Gegenständen sind bekannt, ebenso wie Verfahren zur Beurteilung bzw. zur Analyse des Reflexionsverhaltens von Oberflächen.
Die DE 43 26 874 Al offenbart ein Verfahren zur Gravur eines Musters in die Oberfläche eines Werkstücks, bei der mit Hilfe einer optischen oder mechanischen Abtastung einer Oberfläche einer Mustervorlage eine Oberflächeninformation in Form von elektrischen Steuersignalen erzeugt und gespeichert wird, die dann zur Steuerung des Gravurlasers genutzt wird. Hierbei wird im Bereich der Übergänge oder Stöße die dort von der Mustervorlage gewonnene Oberflächeninformation als gleiches Muster mehrfach auf das Werkstück graviert. Der Gravurlaser wird hier nicht weiter in seiner eigentlichen Ausbildung und Steuerung beschrieben.
Das Wesentliche bei der in der DE 43 26 874 Al offenbarten Lösung besteht darin, dass eine Kopie einer Originaloberfläche (Mustervorlage) erstellt werden soll. Da diese Kopie je nach Anwendungsfall relativ groß werden kann, die Mustervorlage dagegen aber regelmäßig klein ist, muss die kopierte Fläche der Mustervorlage mehrfach neben- und untereinander gelegt werden, um die erforderliche Größe des zu bearbeitenden Werkstücks abzudecken. Bei einem solchen mehrfach angrenzenden Wiederholen einer kopierten Fläche bleiben bekanntermaßen die Übergänge in Form eines Rapports sichtbar (etwa als sich wiederholende „Bilderung", als „Patchwork", oder als Moulettenstreifen), wenn nicht eine besondere weitere Bearbeitung erfolgt.
Einige Möglichkeiten einer solchen Bearbeitung sind a.a.O. offenbart. So wird zum einen gelehrt, die gleiche Oberflächeninformation mehrfach und/oder abwechselnd zu kopieren / aufzubringen, oder in umgekehrter Informations folge - also vorwärts und rückwärts - zu gravieren, also auch mit einer gewissen Zufälligkeit aufzubringen. Durch solche Verfahren werden die Übergänge zwar etwas weicher, bleiben aber nach wie vor sichtbar, was oft in Form eines „Schachbrett-Effektes", d.h. einer schachbrettartigen Bilderung auffällt.
Ein weiteres offenbartes Prinzip besteht lediglich in einer Veränderung der Erkennbarkeit der Kopie, indem Bildteile entfernt, abgeschwächt, verändert, hinzugefügt werden. Auch hier bleiben die Ränder der Bildteile sichtbar.
Nachteiligerweise wird bei dem in der DE 43 26 874 Al offenbarten Verfahren die Relevanz der lokal unterschiedlichen Reflexionseigenschaften einer Oberfläche völlig vernachlässigt, wie dies auch bei vielen anderen Herstellungsverfahren der Fall ist. Gerade der Schachbrett-Effekt, eine sich wiederholende Bilderung oder Moulettenstreifen fallen aber besonders durch unterschiedliche Lichtreflexion auf, bzw. treten bei bestimmten Lichteinfallswinkleln besonders stark in Erscheinung.
Eine der einfachsten Methoden zur Beurteilung bzw. zur Analyse des Reflexionsverhaltens von Oberflächen besteht z.B. in der Bestimmung eines „Glanzgrades" nach genormten Messbedingungen, etwa der ISO 2813, bei der die in einem Winkel von 60° von der Oberfläche reflektierte Lichtstrahlung gemessen und einer Klassifizierung in Glanzgrade von matt bis glänzend zugeordnet wird, je nach prozentualer Reflexion. Ein solcher Glanzgrad beschreibt jedoch lediglich die gemittelte Glanzfähigkeit der gesamten betrachteten Fläche bei einem bestimmten Lichtverhältnis.
Darüber hinaus existieren Verfahren, bei denen eine Aussage über den Stoff, das Material, aus dem die Oberfläche besteht, durch die Auswertung des Reflexionsverhaltens seiner Oberfläche gewonnen wird. Dies nutzt man etwa bei der Analyse von stofflichen Proben, wie Flüssigkeiten oder Pulvern, bei der Untersuchung von Schweißverbindungen oder bei der Steuerung von Bearbeitungsprozessen. So zeigt die EP 61885 IAl ein Verfahren zum Entfernen von Oberflächenbeschichtungen / Lacken auf einem Substrat, wobei das Verfahren durch das Auswerten einer Farbdifferenz eines reflektierten Lichtes so gesteuert wird, das nur die abzutragende Beschichtung entfernt und das Substrat selbst nicht beschädigt wird.
Bei der Herstellung von künstlichen Oberflächenstrukturen oder
Oberflächenbeschichtungen, wie z.B. bei der Herstellung von Kunstleder oder Kunststoff- Formhäuten für Teile der Innenverkleidung von Kraftfahrzeugen, also etwa von Türverkleidungen oder Armaturenbrettern, sind Verfahren bekannt, bei denen die
Reflexionseigenschaften einer Referenzoberfläche/Musteroberfläche unter kontrollierter Beleuchtung bewertet, mit Hilfe eines Bildverarbeitungssystems dargestellt und weiteren Kontroll- oder Arbeitsprozessen zugrunde gelegt werden. Die meisten dieser Bestimmungsverfahren weisen die Eigenart auf, dass zwischen stark oder schwach reflektierenden Teilbereichen einer Referenzoberfläche bisher ausschließlich die subjektive Bewertung eines geübten Betrachters ausschlaggebend ist. Eine solche subjektive Bewertung kann nachteiligerweise aber nur unzureichend genau in Bildverarbeitungen oder in den Herstellungsprozess beeinflussende automatische Systeme übertragen werden.
Andererseits ist die subjektive Bewertung durch das menschliche Auge eine äußerst präzise und bisher durch automatische Verfahren nicht zu ersetzende Art der Beurteilung einer strukturierten Oberfläche, die selbst kleinste Veränderungen im Erscheinungsbild der Oberfläche deutlich registriert. Übergänge oder Grenzbereiche, die etwa durch das Aneinandersetzen von Teilstücken zu einer Gesamtoberfläche entstehen, Rapportbildung und Moulettenstreifen, fallen ebenso deutlich auf wie unterschiedliche bzw. „unnatürlich" wirkende Lichtreflexion bzw. Lichtbrechung, z.B. auch die bereits genannte schachbrettartige Bilderung. Darüber hinaus existiert das Phänomen, das das menschliche Auge eine mit größerem Abstand betrachtete Oberfläche ganz anders beurteilt als bei einer Betrachtung in geringem Abstand. So kann es sein, dass etwa eine im Detail und aus geringem Abstand betrachtete Kunstlederoberfläche völlig ebenmäßig erscheint, während dieselbe Kunstlederoberfläche bei einer Betrachtung aus mehreren Metern Entfernung als unruhig, streifig, unnatürlich und stark reflektierend empfunden wird.
Will man z. B. eine Kunststoff- Formhaut mit einer möglichst natürlich wirkenden Ledernarbung herstellen, so spielt das Reflexionsverhalten eine große Rolle. Das menschliche Auge ist beim Anblick einer Lederoberfläche ein bestimmtes Reflexionsverhalten bei unterschiedlichsten Lichtverhältnissen gewöhnt und reagiert äußerst ablehnend auf Kunstlederoberflächen, die genau dieses Reflexionsverhalten nicht ebenfalls aufweisen. Ein Armaturenbrett, das mit einer Kunststoff- Formhaut mit Ledernarbung bezogen ist, welche bei Sonnenlicht unangenehm reflektiert, wird vom Verbraucher abgelehnt. Dies führt oft dazu, dass bei der Herstellung solcher Formhäute eine zusätzliche und die Reflexion mindernde dreidimensionale „künstliche" Struktur aufgeprägt wird, etwa in Form einer regelmäßigen Lochung. Danach ist jedoch in aller Regel der Eindruck einer „echten Lederoberfläche" nicht mehr vorhanden. Der Erfindung lag also die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem dreidimensional strukturierte Oberflächen von Gegenständen (Gegenstandsoberflächen) hergestellt werden können, deren Reflexionseigenschaften objektiv bestimmbar und beinflussbar sind, auch im Verhältnis zu einem Muster bzw. zu einer Originaloberfläche, welches darüber hinaus erlaubt, ermittelte oder gewünschte Reflexionseigenschaften als Steuerungsparameter für Werkzeuge zur Oberflächenbearbeitung zur Verfügung zu stellen und welches sowohl eine naturgetreue Übertragung der Reflexionseigenschaften erlaubt als auch in der Lage ist, Reflexionseigenschaften von künstlichen Oberflächen an besondere Anwendungen anzupassen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen offenbart. Ebenfalls offenbart ist eine Kunststoff-Folie mit genarbter Oberfläche.
Dabei besteht die erfindungsgemäße Lösung darin, dass
b) der erste Datensatz einer Beurteilung der Tiefenwerte im Hinblick auf ihren Einfluss auf die Reflexionseigenschaften der Flächenelemente unterworfen wird, c) abhängig von der Beurteilung jedem Flächenelement ein Reflexionswert als Parameter zugeordnet und in einem zweiten Datensatz gespeichert wird, d) die Tiefenwerte des ersten Datensatz abhängig von den Reflexionswerten des zweiten Datensatzes überarbeitet bzw. verändert werden, e) die überarbeiteten bzw. veränderten Tiefenwerte des ersten Datensatzes als topologische Daten in einem dritten Datensatz gespeichert und zur elektronischen Steuerung eines Bearbeitungswerkzeuges zur Bearbeitung der dreidimensional strukturierten Gegenstandsoberfläche genutzt werden
Der erste Datensatz topologischer Daten wird also mit Hilfe der Reflexionswerte des zweiten Datensatzes überarbeitet bzw. korrigiert, in gewisser Weise also an sich selbst bzw. an seinen unter einem anderen Gesichtspunkt beurteilten Eigenschaften gemessen und verändert. Als Reflexionswert ist hier ein Wert oder Parameter verstanden, der die Reflexionseigenschaften einer Oberfläche kennzeichnen kann, also beispielsweise ein Wert, der, wie nachfolgend noch detailliert beschrieben, die Häufigkeit des Auftretens von mikroskopisch kleinen Kanten darstellt.
Während die bisher bekannten Herstellungsverfahren die Reflexionseigenschaften wenig beachten und höchstens eine subjektive Bewertung der Gesamtfläche über Fotos oder Bildverarbeitungen beinhalten, besteht der wesentliche Schritt bei der erfindungsgemäßen Lösung in der Kopplung der Reflexionseigenschaften einer Oberfläche an die tatsächlich in der dreidimensionalen Oberfläche vorhandene makroskopische Tiefenstruktur in differentiell kleinen Flächenelementen. Das erfindungsgemäße Verfahren erzeugt also eine Korrelation von Tiefenstruktur, d.h. topologischer Karte der Oberfläche, und lokalem Reflexionsverhalten und stellt dieses ermittelte Reflexionsverhalten in Parameterform als Grundlage einer weiteren Bearbeitung der Gegenstandsoberfläche zur Verfügung.
Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Verfahrensschritte b) und c) so ausgebildet sind, dass
b) der erste Datensatz in Bezug auf die Tiefenwerte einer Kantendetektion und anschließend einer Mittelung unterworfen wird, c) jedem Flächenelement der durch die Mittelung erhaltene und die Häufigkeit und/oder Höhe der Kanten beschreibende Wert als Reflexionswert zugeordnet und in einem zweiten Datensatz gespeichert wird.
Ausgehend von dem physikalischen Effekt der Streuung des Lichtes an Kanten und der dadurch beeinflussten Reflexionsfähigkeit einer zufällig angeordneten Anzahl von Kanten besteht die hier weitergebildete Lösung darin, das an sich aus der Bildverarbeitung bekannte Verfahren der Kantendetektion mittels bestimmter mathematischer Operatoren, also z. B. mittels Sobel- oder Laplace-Operatoren, für die Reflexionsanalyse von dreidimensionalen Oberflächen nutzbar zu machen, indem erstmalig tatsächliche und physisch vorhandene Tiefeninformationen bzw. Tiefenunterschiede, d.h. tatsächliche Kanten, als Daten für die Berechnung bereitgestellt werden. In der Bildverarbeitung erfolgte nämlich bisher lediglich eine zweidimensionale Betrachtung, Erkennung und Verarbeitung von „Grenzen" innerhalb eines Bildes, die durch Helligkeitsunterschiede hervorgerufen wurden. Diese Grenzen werden als „Kanten" und deren Erkennung als „Kantende tektion" bezeichnet. Genutzt wird eine solche Kantendetektion beispielsweise zum Erkennen oder Zählen von zu bearbeitenden Gegenständen auf einem Fließband, die mit einer Kamera fotografiert oder gefilmt werden. Eine solche zweidimensionale Betrachtung reicht zwar zum Erkennen von zweidimensionalen örtlichen Zuordnungen aus, nicht jedoch für die komplizierte Struktur einer dreidimensionalen Oberfläche und die Modellierung einer daraus abzuleitenden Refiexionseigenschaft.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass die Mittelung nach der Kantendetektion so erfolgt, dass Flächenelemente zu Gruppen zusammengefasst werden und jeweils innerhalb der Gruppen durch Nachbarschaftsoperationen gemittelte Kantenhäufigkeiten und /oder Höhen den Gruppen zugeordnet und in dem zweiten Datensatz gespeichert werden.
Beispielsweise erfolgt eine solche Mittelung durch einen Gauß-Filter als Operator.
Hierdurch erhält man eine Charakterisierung oder Pauschalisierung, durch die die ggf. stark variierende Anzahl und Stärke/Höhe der Kanten auf angemessen vergleichmäßigte Refiexionswerte zurückgeführt werden, welche in der weiteren Nutzung der Daten zur
Steuerung von Bearbeitungsmaschinen im Hinblick auf Datenmengen und Rechenzeiten von Vorteil sein können.
Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass eine richtungsabhängige Filterung vor der Kantendetektion erfolgt. Durch eine solche mit verschiedenen mathematischen Operatoren durchführbare richtungsabhängige Filterung wird die durch die normale Kantendetektion lediglich an der Kantenhöhe und -häufigkeit orientierte Aussage über die Reflexionsfähigkeit wesentlich und dahingehend verfeinert, dass die Refiexionseigenschaften bei unterschiedlichen Beleuchtungsverhältnissen oder Betrachtungswinkeln ebenfalls objektiv und messbar dargestellt werden können. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Filterung bei der Kantende tektion durch eine gerichtete Gaußfilterung erfolgt. Hier handelt es sich um einen einfachen und schnell arbeitenden Operator, der es ermöglicht, eine ausreichende Anzahl von Richtungen innerhalb vertretbarer Zeiten im Hinblick auf ihre Refiexionseigenschaften darzustellen.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass der Verfahrensschritt d) so ausgebildet ist, dass die Tiefenwerte des ersten Datensatzes, welche den Flächen- bzw. Rasterelementen in den Bereichen mit stark variierendem Reflexionswert zugeordnet sind, anhand von Ausschlusskriterien aus dem ersten Datensatz entfernt und durch Tiefenwerte des ersten Datensatzes ersetzt werden, die aus Bereichen der Originaloberfläche ohne stark variierendem Reflexionswerte stammen. Damit lassen sich etwaige in der Originalfläche bereichsweise auftretende Refiexionsschwankungen bei der Reproduktion, d.h. bei der Gegenstandsoberfläche reduzieren.
So können etwa einzelne zu sehr glänzende Stellen bei echten Lederoberfläche bei der Bearbeitung der Gegenstandsoberfläche ausgenommen, also sozusagen „maskiert" und danach mit Strukturen der restlichen Bereiche der Originaloberfläche hergestellt / überdeckt werden, die weniger „glänzend" in Erscheinung treten.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die stark variierenden Refiexionswerte/Parameter anhand von Schwellenwerten klassifiziert und ausgeschlossen werden. Damit lässt sich leicht ein über die gesamte Gegenstandsoberfläche z.B. gleichmäßig niedriger Refiexionsgrad und somit ein „samtiges" Erscheinungsbild einstellen.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass der Verfahrensschritt d) so ausgebildet ist, dass abhängig von den von bereichsweise auf der Originalfläche auftretenden Reflexionseigenschaften die Anordnung der in entsprechende Flächen- bzw. Rasterelemente aufgeteilten Bereiche auf der Originaloberfiäche so geändert wird durch Änderung ihrer Position auf der Gegenstandsoberfiäche innerhalb der Raster- oder Flächenelementanordnung im dritten Datensatz, dass Unstetigkeiten in den Reflexionseigenschaften benachbarter Bereiche minimiert werden.
Hierdurch kann - ausgehend von einer im Hinblick auf die Reflexionseigenschaften stark inhomogenen und vielfältig verschiedenen Originaloberfläche (Muster) - eine homogene Gegenstandsoberfläche aufgebaut / hergestellt werden, indem nämlich ausgesuchte Partien des Musters ähnlich wie in der DE 43 26 874 Al arrangiert und zusammengefügt werden, jedoch hier unter Berücksichtigung der Reflexionseigenschaften der Ränder und Überlappungen. Eine solche Anpassung der Ränder und Überlappungen kann auf vielerlei Arten erfolgen, angefangen von manuellen Verfahren oder „quasi-manuellem" Ziselieren an PC-gestützten Bildverarbeitungs- oder Zeichenprogrammen, bis zur der durch die Merkmale des Anspruch 9 offenbarten und auf Tiefenstrukturen bezogenen Struktursynthesemethoden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass der Verfahrensschritt d) so ausgebildet ist, dass i) dass ein vierter Datensatz abgespeichert wird, der aus zufällig erzeugten Reflexionswerten für jeweils zugehörige Raster- und Flächenelemente einer noch zu reproduzierenden, fiktiven Gegenstandsoberfläche besteht, ii) dass danach um einen ersten zufälligen Reflexionswert der
Gegenstandsoberfläche mehrere benachbarte zufällige Reflexionswerte zu einer ersten Teilmenge zusammengefasst und in einem fünften Datensatz gespeichert werden, wobei Lage und Anordnung der benachbarten Reflexionswerte durch die Koordinaten der jeweils zugehörigen Flächenelemente der Gegenstandsoberfläche ebenfalls gespeichert werden, iii) dass danach der fünfte Datensatz mehrfach mit einem bei jedem neuen
Vergleich mit neuen Daten belegten sechsten Datensatz verglichen wird, wobei (1) in dem sechsten Datensatz eine zweite Teilmenge benachbarter gemessener
Reflexionswerte der Originaloberfläche (d.h. Reflexionswerte des zweiten Datensatzes) sowie durch die Koordinaten der jeweils zugehörigen Flächenelemente auch die Lage und Anordnung der benachbarten Reflexionswerte der Originaloberfläche gespeichert sind, (2) wobei die relative Lage und Anordnung der benachbarten Reflexionswerte der ersten und zweiten Teilmenge ähnlich, vorzugsweise identisch sind, iv) dass beim Erreichen einer festgelegten Ähnlichkeit zwischen den
Reflexionswerten der ersten und den Reflexionswerten der zweiten Teilmengen der erste zufällige Reflexionswert der fiktiven Gegenstandsoberfläche ersetzt wird durch einen zweiten Reflexionswert der Originaloberfläche (d.h. des zweiten Datensatzes), der in seiner Lage und Anordnung in Bezug auf die zweite Teilmenge der Lage und Anordnung des ersten Reflexionswertes in
Bezug auf die erste Teilmenge entspricht, v) dass die Verfahrensschritte ii) bis iv) so oft mit unterschiedlichen ersten und zweiten Teilmengen und für alle Reflexionswerte der Gegenstandsoberfläche wiederholt werden, bis alle Reflexionswerte der Gegenstandsoberfläche sukzessive durch Reflexionswerte aus der Originaloberfläche (d.h. aus dem zweiten Datensatz) ersetzt sind, wobei zum Vergleich der Teilmengen im Verfahrensschritt iii) die bereits mit Hilfe eines oder mehrerer vorlaufenden Verfahrensschritte iv) in der Gegenstandsfläche ersetzten Reflexionswerte mit in die erste Teilmenge zur Durchführung des Verfahrensschrittes ii) aufgenommen werden, vi) dass nach einem Ersatz aller Reflexionswerte der Gegenstandsoberfläche durch Reflexionswerte der Originaloberfläche die Verfahrensschritte i) bis v) ein oder mehrere weitere Male durchlaufen werden, wobei die den Reflexionswerten jeweils zugehörigen Raster- oder Flächenelemente bei jedem weiteren Durchlauf verkleinert, insbesondere halbiert werden, und wobei im
Verfahrensschritt v) als gleichzeitiges weiteres Kriterium das Erreichen einer festgelegten Ähnlichkeit zwischen der neuerlichen ersten Teilmenge und den bereits im vorgehenden Durchlauf der Verfahrensschritte i) bis v) gespeicherten benachbarten Reflexionswerte geprüft wird, vii) dass nach Erreichen einer festgelegten Ähnlichkeit zwischen der
Gegenstandsoberfläche und der Originaloberfläche die Tiefenwerte des ersten Datensatz abhängig von den Reflexionswerten der Gegenstandsoberfläche überarbeitet bzw. verändert werden
Damit lassen sich durch einen „zufälligen Vergleich" mit der Originaloberfläche Reflexionswerte oder -eigenschaften verwenden, die als solche bereits irgendwo im
Original vorhanden sind, jedoch in einer neuen Anordnung auf einer „unendlich" großen Fläche „neu" zusammengestellt werden. Es wird also einerseits eine unbegrenzte Gegenstandsoberfläche mit Hilfe eines Bearbeitungswerkzeuges als Reproduktion einer dreidimensional strukturierten endlichen und durch Ränder begrenzten Originaloberfläche (Mustervorlage) erzeugt. Andererseits erfolgt keine identische Kopie des stofflich vorhandenen Musters oder Originals, sondern es wird eine „neue" Gegenstandsoberfläche erschaffen, die aber die inhärenten Eigenschaften des Originals aufweist, hier die inhärenten Reflexionseigenschaften.
Dabei werden einzelne Bereiche der „neuen" Gegenstandsoberfläche zufällig ausgewählt, einem Vergleichen mit ähnlichen Bereichen des Originals unterzogen und entsprechend angepasst. Hierbei werden grundsätzlich alle Stellen des Originals zum Vergleich herangezogen.
Die Gegenstandsoberfläche ist hier also zunächst eine Art fiktives oder synthetisches Zwischenoriginal einer Fläche, aus der erst nach den verfahrensgemäßen Verarbeitungsschritten nämlich die „fertige" Gegenstandsoberfläche entsteht.
Wesentlicher ist dabei die Art / die Natur des dabei durchgeführten Vergleichs. Es erfolgt nämlich eine Betrachtung der „Nachbarschaft" einzelner Flächenteile oder -punkte, also ein so genannter „Nachbarschaftsvergleich". Bei einem solchen
„Nachbarschaftsvergleich" werden lediglich die Nachbarschaften einzelner Flächenteile oder -punkte miteinander verglichen, nicht etwa die Punkte selbst. Anhand dieses Kriteriums wird dann eine mehr oder weniger große Identität der - nicht betrachteten - Flächenpunkte selbst angenommen. Damit für das Verfahren gemäß Anspruch 9 ein Start- oder Ausgangswert festgelegt werden kann, von welchem aus der Nachbarschaftsvergleich startet, wird der „vierte" Datensatz zu Anfang des Verfahrens mit beliebigen, zufällig ermittelten Daten belegt.
Diese Datenbelegung beinhaltet - lediglich um aus Gründen der Berechnung nicht von Null auszugehen - ausschließlich jeweils eine zufällige, einfache und einzelne Reflexionseigenschaft, etwa eine beliebig angenommene relative Kantenhäufigkeit. Die Zufälligkeit dieser Reflexionswerte wird dadurch erzeugt, dass letztere aus zufälliger Position des ersten Datensatzes entnommen werden, aber „de facto" irgendwo auf der Originaloberfläche vorhanden sind.
Der oben bereits angesprochene Vergleich der Umgebungen, der Nachbarschaften als solche findet zwischen der „fiktiven" Gegenstandsfläche und der Originaloberfläche statt, wobei die Struktur der Nachbarschaften möglichst ähnlich oder gleich sein muss. Die „Nachbarschaften", dies ist festzuhalten, bestehen aus jeweils benachbarten
Reflexionswerten um einen Betrachtungspunkt - ebenfalls ein Reflexionswert - gespeichert als Datensatz in der ersten und zweiten Teilmenge.
Beim Erreichen einer festgelegten Ähnlichkeit zwischen den Reflexionswerten der ersten und den Reflexionswerten der zweiten Teilmengen wird sodann der erste zufällige Reflexionswert der Gegenstandsoberfläche, d.h. der Reflexionswert für den ersten betrachteten „Punkt" der Gegenstandsoberfläche, ersetzt durch einen Reflexionswert der Originaloberfläche, nämlich den so genannten „zweiten" Reflexionswert, der in seiner Lage und Anordnung in Bezug auf die zweite Teilmenge der Lage und Anordnung des ersten Reflexionswertes in Bezug auf die erste Teilmenge entspricht.
Hierdurch wird also ein Reflexionswert für einen ersten „Punkt" der Gegenstandsoberfläche ersetzt durch einen Reflexionswert eines anderen, d.h. eines zweiten „Punktes" auf der Originaloberfläche. Das Kriterium für die Auswahl des „Ersatzwertes" sind dabei „passende" Nachbarschaften aus der Gegenstandsoberfläche und der Originalfläche, passend nämlich im Hinblick auf ihre Reflexionseigenschaften und in Bezug auf ihrer Lage zum ersten und zweiten Punkt in der Gegenstands- und Originaloberfläche. Die „Umgebungs-Teilmenge" (Datensatz 5) aus der Gegenstandsoberfläche wird also verglichen mit der „Umgebungs-Teilmenge" aus der Originaloberfläche (Datensatz 6). Soweit schon Reflexionswerte aus einem vorlaufenden Verarbeitungsschritt vorliegen, werden auch diese in das Kriterium für die Auswahl des „Ersatzwertes" mit einbezogen.
Damit lässt sich das Herstellungsverfahren so gestalten, das von den strukturellen Eigenschaften / Refiexionseigenschaften einer „kleinen Originalvorlage" ausgehend diese Refiexionseigenschaften auf einer „unendlichen" Fläche neu wachsen / neu entstehen, ohne jedoch kopiert zu sein oder bildhafte Wiederholungen zu erzeugen.
Eine solche Synthese einer aus Reflexionswerten bestehenden „Refiexionskarte" und die daraus aufgebaute Oberflächenstruktur wird natürlich noch einmal verglichen und optimiert unter Berücksichtigung einer aus reinen Tiefendaten erzeugten
Oberflächenstruktur einer Struktursynthese, beispielsweise einer Struktursynthese gemäß Patentanmeldung DE 10 2005 022 969.5-32. Dabei wird dann z.B. für ein Flächenelement als Optimum das beste Zusammenspiel der Ergebnisse aus Struktur- und Reflexionsanalyse ermittelt. Dabei lassen sich wieder entsprechend mehrdimensionale Vergleichsmethoden in ähnlicher Weise nutzen (Nachbarschaftsvergleiche), wie oben beschrieben.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass der Verfahrensschritt d) so ausgebildet ist, dass bei translatorisch invarianten Reflexionseigenschaften der Originalfiäche den Flächen- bzw. Rasterelementen des ersten Datensatzes jeweils unterschiedliche Refiexionswerte zugeordnet und im zweiten Datensatz abgespeichert werden, wonach die Tiefenwerte des ersten Datensatzes abhängig von den Refiexionswerten des zweiten Datensatzes verändert werden. Unter dem Begriff „Oberflächen mit translatorisch invarianten Reflexionseigenschaften" versteht man Oberflächen, die im Extremfall in jedem Bereich, an jedem Rasterpunkt der Oberfläche gleiche Reflexionseigenschaften aufweisen. Zu solchen Oberflächen gehören die so genannten „Technischen Oberflächen", also zum Beispiel genoppte oder mit Wabenstruktur versehene Fußbodenbeläge für Industrieanlagen oder auch Kunststoff- Folien als Bezug für das Interieur von Bussen oder Eisenbahnen. Hier kann man durch die Veränderung abhängig von den „zugeordneten" Reflexionswerten nachträglich durch die Modifikation der Reflexion eine höhere „Natürlichkeit" erzeugen.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass den Tiefenwerte des ersten Datensatzes mit den Tiefenwerten eines weiteren Datensatzes überlagert werden, der die Reflexionswerte zufällig angeordneter Strukturelemente repräsentiert. Mit Hilfe dieser Überlagerung können die Reflexionseigenschaften des ersten Datensatzes durch die Reflexionseigenschaften des zweiten Datensatzes verändert werden. Besonders natürlich wirkt dabei die Überlagerung mit den topologischen Daten / Tiefendaten zufällig verteilter Haarporen. Für die Manipulation der Reflexionseigenschaften kann dann z.B. die Tiefe und die Anzahl der Haarporen variiert werden.
Ebenso ist es dadurch leicht möglich, die Topologie und damit die Reflexionswerte entsprechender flacherer oder tieferer Strukturelemente, wie z.B. Hautfurchen, mit mehr oder weniger steilen Flankenwinkeln zu überlagern, um die Reflexionseigenschaften zu verändern.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Reflexionswerte bzw. die ihnen entsprechenden topologischen Daten eine lokale Veränderung der Mikrorauhigkeit beinhalten, also im Wesentlichen eine Überlagerung zufälliger Mikrostrukturen / Mikrovertiefungen. Auch hierdurch können die Reflexionseigenschaften gravierend beeinflusst werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass das so genannte „Ray Tracing- Verfahren" zur Bestimmung der Reflexionseigenschaften / Reflexionswerte tatsächlicher dreidimensionale Strukturen genutzt wird, indem die Verfahrensschritte b) und c) so ausgebildet sind, dass b) mit einem Simulationsmodell eine auf die durch den ersten Datensatz der Tiefenwerte charakterisierte Kontur der Originaloberfläche einwirkende Lichtstrahlung beschrieben wird, sowie c) deren Reflexion abhängig von den Tiefensprüngen der bestrahlten Flächenelemente berechnet, einem Reflexionswert zugeordnet und in einem zweiten Datensatz gespeichert wird.
Diese Weiterbildung des Verfahrens liefert aufgrund der streng physikalischen Ausrichtung -je nach Simulationsmodell - sehr gute Ergebnisse bei der objektiven Beschreibung der Reflexionsfähigkeit, erfordert aber insbesondere bei der richtungsabhängigen Betrachtung einen erhebliche Rechenaufwand.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich für jegliche Art von Herstellungsverfahren künstlicher Oberflächen verwenden. Die veränderten und somit im Hinblick auf die Refiexionseigenschaft optimierten Tiefenstrukturen einer Oberfläche können als einfache Parameter damit jedem wie auch immer vorab erzeugten grundlegenden Tiefenschema / Strukturschema überlagert werden und sind damit als Steuergrößen direkt verfügbar.
Dass erfindungsgemäße Verfahren eignet sich im Besonderen dazu, als Gegenstandsoberflächen eine Kunststoff-Folie mit genarbter Oberfläche herzustellen, wie sie zum Beispiel in Kraftfahrzeugen als Belag und Lederimitation für ein Armaturenbrett verwendet wird. Armaturenbretter unterliegen den unterschiedlichsten Licht- und Reflexionsverhältnissen und sollen möglichst keine Blendung für den Fahrer erzeugen. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine solche Kunststoff-Folie auf bestmögliche Weise hergestellt werden.
Dass erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es beispielsweise, ein aufgrund seiner Form und Ausprägung für ein gehobenes Automobilinterieur gewähltes Leder, z.B. Wasserbüffelleder, welches zwar einen vom Verbraucher gewünschten „robusten Eindruck" besitzt, jedoch auf einem Armaturenbrett bei bestimmtem Lichteinfall unangenehm reflektiert, als Kunststoff- Formhaut mit einer reflexionsoptimierten Tiefenstruktur herzustellen, ohne den gewünschten Gesamteindruck zu beeinflussen.

Claims

Patentansprüche
1) Verfahren zur Herstellung von dreidimensional strukturierten Oberflächen von
Gegenständen, wobei die Gegenstandsoberfläche mit Hilfe eines Bearbeitungswerkzeuges als Reproduktion einer dreidimensional strukturierten
Originaloberfläche erzeugt wird, und bei dem a) zunächst die Topologie der Originaloberfläche mit Hilfe eines dreidimensionalen Abtastverfahrens ermittelt wird und die so ermittelten und im Wesentlichen aus den zu jedem Flächenelement eines über die Originaloberfläche gespannten Rasters gehörigen Höhen- bzw. Tiefenwerte bestehenden topologischen Daten in einem ersten Datensatz gespeichert werden, wobei jedem Flächen- bzw. Rasterelement ein gemessener Tiefenwert zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass b) der erste Datensatz einer Beurteilung der Tiefenwerte im Hinblick auf ihren Einfluss auf die Reflexionseigenschaften der Flächenelemente unterworfen wird, c) abhängig von der Beurteilung jedem Flächenelement ein Reflexionswert als Parameter zugeordnet und in einem zweiten Datensatz gespeichert wird, d) die Tiefenwerte des ersten Datensatz abhängig von den Reflexionswerten des zweiten Datensatzes überarbeitet bzw. verändert werden, e) die überarbeiteten bzw. veränderten Tiefenwerte des ersten Datensatzes als topologischen Daten in einem dritten Datensatz gespeichert und zur elektronischen Steuerung eines Bearbeitungswerkzeugs zur Bearbeitung der dreidimensional strukturierten Gegenstandsoberfläche genutzt werden.
2) Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte b) und c) so ausgebildet sind, dass b) der erste Datensatz in Bezug auf die Tiefenwerte einer Kantendetektion und anschließend einer Mittelung unterworfen wird, c) jedem Flächenelement der durch die Mittelung erhaltene und die Häufigkeit und/oder Höhe der Kanten beschreibende Wert als Reflexionswert/Parameter zugeordnet und in einem zweiten Datensatz gespeichert wird. 3) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die die Mittelung nach der Kantendetektion so erfolgt, dass Flächenelemente zu Gruppen zusammengefasst werden und jeweils innerhalb der Gruppen durch Nachbarschaftsoperationen gemittelte Kantenhäufigkeiten und /oder Höhen den Gruppen zugeordnet und in dem zweiten
Datensatz gespeichert werden.
4) Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine richtungsabhängige Filterung vor der Kantendetektion erfolgt.
5) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die richtungsabhängige Filterung durch eine gerichtete Gaußfϊlterung erfolgt.
6) Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt d) die Tiefenwerte des ersten Datensatzes, welche den Flächen- bzw. Rasterelementen in den Bereichen mit stark variierendem Reflexionswert zugeordnet sind, anhand von Ausschlusskriterien aus dem ersten Datensatz entfernt und durch Tiefenwerte des ersten Datensatzes ersetzt werden, die aus Bereichen der Originaloberfläche ohne stark variierende Reflexionswerte stammen.
7) Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die stark variierenden Refiexionswerte/Parameter anhand von Schwellenwerten klassifiziert und ausgeschlossen werden.
8) Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt d) abhängig von den von bereichsweise auf der Originalfläche auftretenden Refiexionseigenschaften die Anordnung der in entsprechende Flächen- bzw. Rasterelemente aufgeteilten Bereiche auf der Originaloberfiäche so geändert wird durch Änderung ihrer Position auf der Gegenstandsoberfläche innerhalb der Raster- oder Flächenelementanordnung im dritten Datensatz, dass Unstetigkeiten in den Reflexionseigenschaften benachbarter Bereiche minimiert werden.
9) Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt d) weiterhin so ausgebildet ist, i) dass ein vierter Datensatz abgespeichert wird, der aus zufällig erzeugten
Reflexionswerten für jeweils zugehörige Raster- und Flächenelemente einer Gegenstandsoberfläche besteht, ii) dass danach um einen ersten zufälligen Reflexionswert der
Gegenstandsoberfläche mehrere benachbarte zufällige Reflexionswerte zu einer ersten Teilmenge zusammengefasst und in einem fünften Datensatz gespeichert werden, wobei Lage und Anordnung der benachbarten Reflexionswerte durch die Koordinaten der jeweils zugehörigen Flächenelemente der Gegenstandsoberfläche ebenfalls gespeichert werden, iii) dass danach der fünfte Datensatz mehrfach mit einem bei jedem neuen Vergleich mit neuen Daten belegten sechsten Datensatz verglichen wird, wobei
(1) in dem sechsten Datensatz eine zweite Teilmenge benachbarter gemessener Reflexionswerte der Originaloberfläche sowie durch die Koordinaten der jeweils zugehörigen Flächenelemente auch die Lage und Anordnung der benachbarten Reflexionswerte der Originaloberfläche gespeichert sind, (2) wobei die relative Lage und Anordnung der benachbarten Reflexionswerte der ersten und zweiten Teilmenge ähnlich, vorzugsweise identisch sind, iv) dass beim Erreichen einer festgelegten Ähnlichkeit zwischen den
Reflexionswerte der ersten und den Reflexionswerten der zweiten Teilmengen der erste zufällige Reflexionswert der fiktiven Gegenstandsoberfläche ersetzt wird durch einen zweiten Reflexionswert der Originaloberfläche, der in seiner
Lage und Anordnung in Bezug auf die zweite Teilmenge der Lage und Anordnung des ersten Reflexionswertes in Bezug auf die erste Teilmenge entspricht, v) dass die Verfahrensschritte ii) bis iv) so oft mit unterschiedlichen ersten und zweiten Teilmengen und sukzessive für alle Reflexionswerte der
Gegenstandsoberfläche wiederholt werden, bis alle Reflexionswerte der Gegenstandsoberfläche sukzessive durch Reflexionswerte aus der Originaloberfläche ersetzt sind, wobei zum Vergleich der Teilmengen im Verfahrensschritt iii) die bereits mit Hilfe eines oder mehrerer vorlaufenden Verfahrensschritte iv) in der Gegenstandsfläche ersetzten Reflexionswerte mit in die erste Teilmenge zur
Durchführung des Verfahrensschrittes ii) aufgenommen werden, vi) dass nach einem Ersatz aller Reflexionswerte der Gegenstandsoberfläche durch Reflexionswerte der Originaloberfläche die Verfahrensschritte i) bis v) ein oder mehrere weitere Male durchlaufen werden, wobei die den Reflexionswerten jeweils zugehörigen Raster- oder Flächenelemente bei jedem weiteren
Durchlauf verkleinert, insbesondere halbiert werden, und wobei im Verfahrensschritt v) als gleichzeitiges weiteres Kriterium das Erreichen einer festgelegten Ähnlichkeit zwischen der neuerlichen ersten Teilmenge und den bereits im vorgehenden Durchlauf der Verfahrensschritte i) bis v) gespeicherten benachbarten Reflexionswerte geprüft wird, vii) dass nach Erreichen einer festgelegten Ähnlichkeit zwischen der
Gegenstandsoberfläche und der Originaloberfläche die Tiefenwerte des ersten Datensatz abhängig von den Reflexionswerten der Gegenstandsoberfläche überarbeitet bzw. verändert werden.
10) Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei translatorisch invarianten Reflexionseigenschaften der Originalfläche den Flächen- bzw. Rasterelementen des ersten Datensatzes jeweils unterschiedliche Reflexionswerte zugeordnet und im zweiten Datensatz abgespeichert werden, wonach die Tiefenwerte des ersten Datensatzes abhängig von den Reflexionswerten des zweiten Datensatzes verändert werden.
11) Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefenwerte des ersten Datensatzes mit den Tiefenwerten eines weiteren Datensatzes überlagert werden, der die Reflexionswerte zufällig angeordneter Strukturelemente repräsentiert. 12) Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefenwerte des ersten Datensatzes mit den aus den Refiexionswerten zufällig verteilter Haarporen erhaltenen Tiefenwerten / topologischen Daten überlagert werden.
13) Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefenwerte / topologischen Daten des weiteren Datensatzes aus den Refiexionswerten einer lokale Veränderung der Mikrorauhigkeit erhalten sind.
14) Verfahren nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte b) und c) so ausgebildet sind, dass b) mit einem Simulationsmodell eine auf die durch den ersten Datensatz der Tiefenwerte charakterisierte Kontur der Originaloberfläche einwirkende Lichtstrahlung beschrieben wird, und dass c) deren Reflexion abhängig von den Tiefensprüngen der bestrahlten Flächenelemente berechnet, einem Reflexionswert zugeordnet und in einem zweiten Datensatz gespeichert wird.
15) Kunststoff-Folie mit genarbter Oberfläche, hergestellt durch ein Verfahren nach Anspruch 1 bis 14.
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