EP4341656A1 - Verfahren und vorrichtung zum inspizieren von oberflächen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum inspizieren von oberflächen

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Publication number
EP4341656A1
EP4341656A1 EP22731080.2A EP22731080A EP4341656A1 EP 4341656 A1 EP4341656 A1 EP 4341656A1 EP 22731080 A EP22731080 A EP 22731080A EP 4341656 A1 EP4341656 A1 EP 4341656A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
radiation
image recording
sensitivity
wavelength
filter
Prior art date
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Pending
Application number
EP22731080.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Uwe Sperling
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.)
BYK Gardner GmbH
BYK Gardner USA Inc
Original Assignee
BYK Gardner GmbH
BYK Gardner USA Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BYK Gardner GmbH, BYK Gardner USA Inc filed Critical BYK Gardner GmbH
Publication of EP4341656A1 publication Critical patent/EP4341656A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/46—Measurement of colour; Colour measuring devices, e.g. colorimeters
    • G01J3/465—Measurement of colour; Colour measuring devices, e.g. colorimeters taking into account the colour perception of the eye; using tristimulus detection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/46—Measurement of colour; Colour measuring devices, e.g. colorimeters
    • G01J3/50—Measurement of colour; Colour measuring devices, e.g. colorimeters using electric radiation detectors
    • G01J3/504—Goniometric colour measurements, for example measurements of metallic or flake based paints

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for examining surface properties.
  • the invention is described with reference to vehicle surfaces, but it is pointed out that the device can also be used for other surfaces, such as furniture.
  • Coatings which have effect pigments have been known for some time in the prior art. Depending on the viewing angle, these have different optical properties.
  • a wide variety of inspection devices for inspecting such surfaces are also known. Such an inspection can be carried out, for example, in order to produce paints for damaged surfaces.
  • the object of the present invention is to enable surfaces to be evaluated as accurately as possible.
  • observation characteristics of the human eye should also be taken into account.
  • a realistic color impression of the surfaces to be examined should also be made possible. According to the invention, this is achieved by a method and a device according to the independent claims.
  • Advantageous embodiments and developments are the subject of the dependent claims.
  • a first radiation device is used to radiate radiation onto a surface to be inspected at a first specified irradiation angle
  • a color image recording device takes a spatially resolved image of the surface at a first observation angle surface irradiated from the direction of irradiation, this image recording device having a first predetermined sensitivity dependent on a wavelength of the radiation impinging on the image recording device, which sensitivity depends on a second predetermined sensitivity dependent on a wavelength of the radiation impinging on the human eye (of the human eye) differs.
  • differences between the first sensitivity and the second sensitivity are at least partially compensated for by means of a filter device.
  • the task is to enable the most realistic possible image recording of the irradiated surface (or the most realistic possible evaluation of this image recording).
  • the invention therefore proposes using a filter device to achieve at least partial adaptation of the image recording device to the human eye.
  • the CIE standard valence system or CIE standard color system is a color system that was defined by the International Commission on Illumination (CIE - Commission Internationale de l'Eclairage) to establish a relationship between human color perception (colour) and the physical causes of the color stimulus (colour valence ) to produce. It captures the totality of perceptible colors.
  • CIE - Commission Internationale de l'Eclairage International Commission on Illumination
  • Yxy color space or CIE-Yxy is also common, and primarily in the English-speaking area also tristimulus color space.
  • the three basic values X, Y and Z are referred to as the tristimulus. In this sense it is the three parts of the (for this) defined standardized primary colors. Each color can be identified with such a triple number. Accordingly, the designation tristimulus system is usual for the CIE standard system. The curves are also called tristimulus curves.
  • the filter device is preferably an optical filter device which is arranged in a beam path between the radiation device and the observation device.
  • the filter device it would also be conceivable for the filter device to be a component of an evaluation device which evaluates the images recorded by the image recording device, in which case the filter device can preferably weight the wavelength-dependent sensitivities and correspondingly weight the images recorded by the image evaluation device, preferably pixel by pixel will.
  • the filter device influences the evaluation of the image recorded by the image recording device.
  • the image is preferably evaluated in sections and in particular pixel-by-pixel.
  • a pixel-by-pixel weighting can be carried out as part of this evaluation.
  • the weighting can take place in particular as a function of the wavelength of the light impinging on the image recording.
  • different pixels of the recorded image are preferably weighted differently.
  • the filter device is arranged between the surface to be examined and the image recording device.
  • the filter device is therefore an optical element which is preferably integrated into the beam path and through which radiation preferably passes.
  • the image recording device preferably observes the surface through the filter device.
  • This filter device preferably has a wavelength-dependent transmission.
  • the wavelength-dependent transmission has the effect that the light reaching the observation device is already adapted as a function of the wavelength of the light in such a way that the differences between the observation of a human observer, in particular under natural environmental conditions, and the observation device on the other hand are at least partially compensated.
  • the filter device preferably has a transmission which changes in this wavelength range as a function of the wavelength.
  • the wavelength range is understood to mean the wavelength range of radiation and in particular light radiated onto the filter device.
  • the filter device preferably has a transmission in a wavelength range between 800 nm and 1000 nm, preferably between 700 nm and 1000 nm, at least in some areas and preferably continuously, which is below 20% (based on the incident light intensity), preferably below 15% below 10% and particularly preferably below 5%.
  • the filter device preferably has a transmission in a wavelength range of 200 nm-400 nm, at least in some areas, which is below 20% (based on the incident light intensity).
  • the filter device preferably has at least one (wavelength) sub-range and preferably at least two wavelength sub-ranges in a wavelength range of 400 nm - 700 nm with a transmission of more than 80%, preferably more than 85%, preferably more than 90%. and preferably greater than 95%.
  • the filter device preferably has at least one wavelength sub-range in the wavelength range of 450 nm and 650 nm with a transmission of less than 40%, preferably less than 30%, preferably less than 20% and preferably less than 15%. on.
  • the filter device preferably has at least one partial wavelength range with a transmission of more than 80% and at least one partial wavelength range with a transmission of less than 20%.
  • this changing transmission is selected in such a way that it at least temporarily compensates for the wavelength-dependent differences between the first sensitivity and the second sensitivity.
  • an emission spectrum I_(l) of the radiation device When selecting the filter device, an emission spectrum I_(l) of the radiation device, an intensity profile I(l) of a standard light, at least one tristimulus function X(A) in particular of the human eye and/or a filter characteristic F (A) the characteristic value and/or course of the imaging device is taken into account.
  • T(l) C(l)/(l(A) L(A) F(A))
  • I(l) denotes the wavelength-dependent course of the light type, for example D65, L(A) the wavelength-dependent course of the light source, F(A) the wavelength-dependent characteristic of the observation device (in particular an RGB filter and in particular its filter) and X( A) the wavelength-dependent light sensitivity of the eye (tristimulus functions).
  • the wavelength-dependent characteristic of the observation device and the wavelength-dependent light sensitivity of the eye preferably have different functions over at least two, preferably 3, predetermined wavelength ranges.
  • the first wavelength range preferably ranges from 300 nm-600 nm, preferably from 350 nm-550 nm and preferably from 400 nm-500 nm.
  • the second wavelength range preferably ranges from 400 nm-700 nm, preferably 450 nm-650 nm, and preferably 500 nm - 650 nm and preferably 530 nm - 600 nm.
  • the third is preferably sufficient Wavelength range from 500 nm - 900 nm, preferably from 550 nm - 800 nm and preferably from 600 nm - 700 nm.
  • the entire perception range of the human eye is preferably covered.
  • the radiation impinging on the filter device is influenced and in particular refracted by means of a refractive optical element, which is preferably arranged between the surface and the filter device.
  • the radiation is preferably diffracted in such a way that it is aligned essentially parallel or collimated when it hits the filter device.
  • the radiation preferably strikes the filter device perpendicularly to the latter.
  • radiation is radiated onto the surface at a second predetermined angle of incidence by means of a second radiation device, and the image recording device records an image of the surface irradiated by the second radiation device.
  • the first and the second radiation device preferably radiate onto the surface at different times or periods of time.
  • a second image recording device it would also be conceivable for a second image recording device to observe the surface from a second observation angle.
  • a third radiation device is also provided, which preferably radiates radiation onto the surface at a third angle of incidence.
  • the observation angle relative to a direction perpendicular to the surface is less than 10°, preferably less than 5°, preferably less than 3°.
  • the first angle of incidence relative to a direction perpendicular to the surface is between 70° and 20°, preferably between 60° and 30°, preferably between 50° and 40°.
  • a second angle of incidence of the second radiation device based on a direction perpendicular to the surface is preferably between 85° and 50°, preferably between 85° and 60°, preferably between 85° and 70°.
  • At least one radiation device preferably directs directed or diffuse radiation onto the surface.
  • the use of diffuse radiation can simulate solar radiation on a cloudy sky, and the use of directed radiation can simulate solar radiation on a cloudless sky.
  • At least one further radiation device and preferably all radiation devices direct diffuse or, in particular, directed radiation onto the surface.
  • the present invention is also directed to a device for inspecting surfaces and in particular surfaces of motor vehicles that have effect pigments, with a first radiation device which radiates radiation onto a surface to be inspected at a first predetermined irradiation angle and a color image recording device (e.g. an RGB -Camera), which takes a spatially resolved image of the surface irradiated from the direction of incidence from a first observation angle, with this image recording device having a first predetermined sensitivity that depends on a wavelength of the radiation impinging on the image recording device, which sensitivity depends on a second predetermined deviates from a sensitivity dependent on a wavelength of the radiation impinging on the human eye.
  • a first radiation device which radiates radiation onto a surface to be inspected at a first predetermined irradiation angle
  • a color image recording device e.g. an RGB -Camera
  • the device has a filter device which at least partially compensates for differences and/or deviations between the first sensitivity and the second sensitivity.
  • the effect pigments can be pigments made from T1O2, for example.
  • At least partial compensation means that a mean deviation and/or a deviation integrated over a wavelength range from 400 nm to 700 nm is reduced by using the filter device and preferably by at least 20%, preferably by at least 40% and preferably reduced by at least 60%.
  • the device is preferably a multi-angle measuring device, which is therefore suitable and intended for inspecting the surface from a number of (illumination and/or irradiation) angles.
  • the device is preferably “backwards” compatible with devices that use a black-and-white image recording device.
  • measurement results that are achieved with the present invention can be compared with measurement results that were or are achieved with black-and-white image recording devices.
  • the invention can also be used for base coats of motor vehicles (or other surfaces).
  • filters absorb unwanted light by adding colored glass or dyes, or reflect it using interference coatings. It is thus possible to use specially designed interference coatings and/or selected materials to achieve a desired transmission profile.
  • hard-coated optical filters can be used, which have a substrate with dense coatings and excellent optical performance.
  • coated optical filters typically consist of multiple layers of absorbing materials, interference coatings, and metallic layers that are laminated together to create a cheap, efficient filter.
  • Colored glass filters and other absorbing filters such as plastic filters and Wratten filters contain elements, components, dyes or other coloring agents in the starting substrate to affect the spectral properties of the filter.
  • Optical filter devices fall into two main categories: absorption filters and dichroic filters. The difference between the two variants lies in the type of blocking. With an absorption filter, light is absorbed by the glass used and converted into internal energy, or heat. Absorption filters are ideal for applications where noise from unwanted light is a problem. Absorption filters also have the advantage that the blocking is not dependent on the angle. The light can fall on the filter over a wide range of angles, and the filter still retains its transmission and absorption properties.
  • a dichroic filter device reflects unwanted wavelengths and allows the desired part of the light spectrum to pass. In this way, both wavelength ranges can be used separately. This is achieved by the filter's coating. This has one or more thin layers of different materials with different refractive indices. The resulting partial reflections interfere in a targeted manner and suppress reflection or transmission for certain wavelength ranges.
  • dichroic filters are angle dependent. If light falls on dichroic filters with a different angle of incidence than intended in the design, the effective layer thicknesses change and with it the design wavelength. For this reason, the lens mentioned above is advantageously used in order to collimate the light reaching the filter device. In addition, an increasing polarization dependency can result.
  • the filter device is an NG (neutral glass) filter or the filter device also has a neutral glass filter element.
  • This filter device is preferably arranged in such a way that radiation emanating from the surface strikes it perpendicularly.
  • the radiation device and the observation device as well as the filter device are preferably arranged in a common housing.
  • An interior wall of this housing is preferably designed to be light-absorbent.
  • the housing essentially has only one opening through which the surface is observed.
  • the device is portable.
  • the image recording device has filters and in particular RGB filters.
  • the radiation device preferably emits standard light and in particular D65 standard light.
  • the standardized spectral radiation distribution curves of characteristic radiators are called standard light.
  • the standard light type D65 is a radiation distribution with a color temperature of 6504 Kelvin (which roughly corresponds to a gray overcast light).
  • the device has an evaluation device which evaluates images recorded by the image recording device.
  • the distance between the surface and the radiation device is between 3 cm and 30 cm, preferably between 4 cm and 20 cm and preferably between 4 cm and 10 cm.
  • the radiation device is suitable and intended to emit radiation of different wavelengths.
  • a filter device such as a filter wheel with different filters can be provided, which only allows light of certain wavelengths to pass.
  • a refractive element and in particular a lens is arranged between the surface (to be inspected) and the filter device.
  • This lens preferentially causes the light (scattered from the surface) to hit the filter essentially collinearly. It is possible for the lens and the filter device to be designed as a unit.
  • the first radiation device has a light-emitting diode (LED) and in particular a triphosphor LED.
  • the device preferably also has other radiation devices. These also have before given to light-emitting diodes and in particular tri-phosphor LEDs.
  • the device has at least one second radiation device and/or one second sensor device. This second sensor device can likewise be designed as an image recording device, but it would also be conceivable for this sensor device to be a sensor device which determines the intensity of the radiation impinging on it.
  • the device has at least three radiation devices (or lighting devices), which preferably illuminate the surface from at least three different angles.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a device according to the invention
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a device 1 for inspecting surfaces 10.
  • This device has a first radiation device 2 or lighting device 2, which radiates light onto the surface 10, beam S2.
  • Reference number 4 designates an image recording device which records at least one spatially resolved image of the surface illuminated by the first radiation device (beam path S4).
  • the reference character O designates an opening in the Housing 12 through which the surface 10 is irradiated and through which the image recording device 4 observes the surface.
  • the image recording device records the images at an observation angle of 0°, ie it is arranged vertically above the upper surface 10 .
  • the reference number 12 designates a filter device, which is arranged in the beam path S4 between the surface 10 and the image recording device and through which the image recording device records an image of the surface 10 .
  • the reference number 14 designates an optionally present lens device, which is used to collimate the light reflected and/or scattered by the surface 10, so that it also hits the filter device in a collimated manner and preferably also perpendicularly to the filter device.
  • the reference number 20 designates an evaluation device which evaluates the images recorded by the image recording device 4 .
  • the evaluation device can preferably output data which are characteristic of the physical properties of the surface.
  • the reference number 6 designates a second radiation device, which also radiates radiation and in particular light onto the surface (but at a different angle of incidence or along the beam path S2).
  • the reference number 8 designates a third radiation device, which also radiates radiation and in particular light onto the surface 10 along a beam path S3.
  • a control device (not shown) is preferably provided, which activates the radiation devices 2, 6 and 8 at different times.
  • Fig. 2 shows a characteristic of an image pickup device as a function of the wavelength of the incident radiation.
  • the sensitivity of the RGB filters of this image recording device or camera is shown in more detail.
  • Three curves R, G, B are shown, which relate to the "red”, “green” and “blue” components.
  • the quantum efficiency in % is plotted on the coordinate and the wavelength of the incident light on the ordinate.
  • the image recording device has its own characteristics of image reproduction or image recording.
  • 3 shows a representation of the tristimulus functions of the human eye.
  • three curves c(l), y(A) and z(l) are shown, the wavelength in nm being recorded on the ordinate and the tristimulus value on the coordinate.
  • FIGS. 2 and 3 A comparison of the representation shown in FIGS. 2 and 3 shows that the wavelength-dependent sensitivity profile of the image recording device and the human eye differ significantly. These differences are intended to be at least partially compensated for by the inventions.
  • FIG. 4 shows an illustration of an intensity profile of a D65 standard light source in a range between 300 nm and 800 nm. This type of light approximates the profile in daylight and cloudy skies.
  • the second curve A shows the course of a conventional incandescent lamp.
  • the standard illuminant D represents the daylight spectrum and is therefore of particular interest for numerous industrial areas.
  • the illuminant D65 derives its name from the color temperature of 6,504 Kelvin (K). D65 is used in the chemical and pharmaceutical industries, in the manufacture of paints, in the ceramics, fabric, paper and automotive industries.
  • the standard illuminant D65 has a high proportion of blue with which fluorescent colors can be recognized.
  • D65 is used as the evaluation light source.
  • the spectral distribution of D65 light sources is defined in DIN 5033 and lies between wavelengths of 300nm and 780nm, i.e. between ultraviolet and red.
  • FIG. 5 shows an emission spectrum of a light source preferably used within the scope of the invention, namely a triphosphor high CRI LED. It can be seen that this light source essentially radiates between 400 and 800 nm.
  • the relative radiation intensity, which is plotted on the coordinates, is between 400 nm and essentially over 50%.
  • the color temperature here is 5600 K. This radiation characteristic is preferably also taken into account when designing the filter device.
  • CRI stands for the color rendering index.
  • the color rendering index is a quantitative measure of a light source and describes the ability to render colors of objects in comparison to an ideal or natural light source.
  • CRI is often used on commercial lighting products. Correctly defined, it should be called Ra - general color rendering index - or Ri - special color rendering index - according to the test color samples to be evaluated.
  • the CRI is calculated by comparing the color rendering of the test light source with that of a defined light source. For test light sources below 5000 K, a black body emitter is used as a defined comparison source. Daylight (D lamps) is used for comparison with test light sources over 5000 K.
  • the calculation of Ri and Ra is explained in detail in the CIE 13.3-1995 technical report.
  • the test method uses a set of eight Ra or 14 Ri CIE-1974 color samples from an early edition of the Munsell color system. The first eight samples are moderately saturated, span the hue wheel, and have approximately equal lightness. The remaining six samples provide additional information about the color rendering properties of the light source.
  • FIG. 6 shows a transmission curve of a filter device adapted for the present invention, as calculated from the data described above and the equation shown above.
  • a filter device is preferably made which exhibits approximately the transmission behavior shown in FIG.
  • FIG. 7a - 7c show three representations of curves (plotted in arbitrary units on the coordinate).
  • 7b again shows the curves of the human eye, which is also shown in FIG.
  • Fig. 7c shows the course of a Image recording device results without the filter device proposed according to the invention.
  • Fig. 7a shows a sensitivity or a course that results when using the Filterein direction. It can be seen that the curve shown in FIG. 7a is substantially closer to the “natural” curve shown in FIG. 7b than the curve shown in FIG. 7c.

Landscapes

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  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)

Abstract

Verfahren zum Inspizieren von Oberflächen und insbesondere von Effektpigmente aufweisenden Oberflächen von Kraftfahrzeugen wobei mittels einer ersten Strahlungseinrichtung auf eine zu Inspizierende Oberfläche unter einem ersten vorgegebenen Einstrahlwinkel Strahlung eingestrahlt wird und wobei eine Farb-Bildaufnahmeeinrichtung unter einem ersten Beobachtungwinkel ein ortsaufgelöstes Bild der von der Einstrahlrichtung bestrahlten Oberfläche aufnimmt, wobei diese Bildaufnahmeeinrichtung eine erste vorgegebene, von einer Wellenlänge der auf die Bildaufnahmeeinrichtung treffenden Strahlung abhängige Empfindlichkeit (F(λ)) aufweist, welche von einer zweiten vorgegebenen, von einer Wellenlänge der auf das menschliche Auge treffenden Strahlung abhängigen Empfindlichkeit (Χ(λ)) abweicht, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Filtereinrichtung Unterschiede zwischen der ersten Empfindlichkeit (F(λ)) und der zweiten Empfindlichkeit (X(λ)) wenigstens teilweise kompensiert werden.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Inspizieren von Oberflächen
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Untersuchen von Oberflächeneigenschaften. Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fahrzeugoberflächen beschrieben, es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Vorrichtung auch für andere Ober flächen, etwa von Möbelstücken, Anwendung finden kann.
Im Stand der Technik sind seit längerem Beschichtungen bekannt, welche Effektpigmente aufweisen. Diese weisen in Abhängigkeit von einem Betrachtungswinkel unterschiedliche op tische Eigenschaften auf. Auch sind unterschiedlichste Inspektionseinrichtungen zum Inspi zieren derartiger Oberflächen bekannt. Dabei kann eine derartige Inspektion beispielsweise durchgeführt werden, um Lacke für beschädigte Oberflächen herzustellen.
Aus diesem Grunde besteht ein Bedarf an Inspektionsverfahren und Inspektionsvorrichtun gen, welche eine standardisierte Bewertung solcher Oberflächen ermöglichen. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst genaue Bewertung von Oberflächen zu ermöglichen. Dabei sollen insbesondere auch Beobachtungscharakteris tika des menschlichen Auges berücksichtigt werden. Insbesondere soll auch ein realistischer Farbeindruck der zu untersuchenden Oberflächen ermöglicht werden. Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren und eine Vorrichtung nach den unabhängi gen Ansprüchen erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegen stand der Unteransprüche. Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Inspizieren von Oberflächen und insbeson dere von Effektpigmente aufweisenden Oberflächen von Kraftfahrzeugen wird mittels einer ersten Strahlungseinrichtung auf eine zu Inspizierende Oberfläche unter einem ersten vorge gebenen Einstrahlwinkel Strahlung eingestrahlt wird und eine Farb-Bildaufnahmeeinrichtung nimmt unter einem ersten Beobachtungwinkel ein ortsaufgelöstes Bild der von der Einstrahl richtung bestrahlten Oberfläche auf, wobei diese Bildaufnahmeeinrichtung eine erste vorge gebene, von einer Wellenlänge der auf die Bildaufnahmeeinrichtung treffenden Strahlung ab hängige, Empfindlichkeit aufweist, welche von einer zweiten vorgegebenen, von einer Wel lenlänge der auf das menschliche Auge treffenden Strahlung abhängigen Empfindlichkeit (des menschlichen Auges) abweicht.
Erfindungsgemäß werden mittels einer Filtereinrichtung Unterschiede zwischen der ersten Empfindlichkeit und der zweiten Empfindlichkeit wenigstens teilweise kompensiert.
Bei der Beobachtung von Oberflächen tritt das Problem auf, dass handelsübliche Bildaufnah meeinrichtungen wie etwa RGB-Kameras eine bestimmte wellenlängenabhängige Empfind lichkeit aufweisen, welche von der wellenlängenabhängigen Empfindlichkeit des menschli chen Auges abweicht. Entsprechend stellt sich die Aufgabe, eine möglichst realistische Bild aufnahme der bestrahlten Oberfläche (bzw. eine möglichst realistische Auswertung dieser Bildaufnahme) zu ermöglichen.
Die Erfindung schlägt daher vor, mittels einer Filtereinrichtung eine wenigstens teilweise An passung der Bildaufnahmeeinrichtung an das menschliche Auge zu erreichen.
Das CIE-Normvalenzsystem oder CIE-Normfarbsystem ist ein Farbsystem, das von der In ternationalen Beleuchtungskommission (CIE - Commission internationale de l’eclairage) de finiert wurde, um eine Relation zwischen der menschlichen Farbwahrnehmung (Farbe) und den physikalischen Ursachen des Farbreizes (Farbvalenz) herzustellen. Es erfasst die Ge samtheit wahrnehmbarer Farben. Unter Nutzung der Farbraumkoordinaten ist auch die Be zeichnung Yxy-Farbraum oder CIE-Yxy gebräuchlich sowie vorrangig im englischsprachigen Bereich auch Tristimulus-Farbraum.
Insbesondere im englischsprachigen Bereich werden die drei Grundwerte X, Y und Z als Tristimulus bezeichnet. In dieser Bedeutung sind es die drei Anteile der (hierfür) definierten normierten Grundfarben. Jede Farbe lässt sich mit einem solchen Zahlentripel kennzeich nen. Entsprechend ist für das CIE-Normsystem die Bezeichnung Tristimulus-System üblich. Die Kurven heißen auch Tristimuluskurven.
Bevorzugt handelt es sich bei der Filtereinrichtung um eine optische Filtereinrichtung, welche in einem Strahlengang zwischen der Strahlungseinrichtung und der Beobachtungseinrich tung angeordnet ist. Es wäre jedoch auch denkbar, dass die Filtereinrichtung Bestandteil ei ner Auswerteeinrichtung ist, welche die von der Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommenen Bilder auswertet, wobei die Filtereinrichtung hier bevorzugt eine Gewichtung der wellenlän genabhängigen Empfindlichkeiten vornehmen kann und entsprechend die von der Bildaus- werteeinrichtung aufgenommenen Bilder bevorzugt pixelweise gewichtet werden.
Bei dieser Ausgestaltung wird daher ein Bild aufgenommen und die einzelnen Pixel werden insbesondere hinsichtlich Farben ausgewertet, wobei eine wellenlängenabhängige Bewer tung und/oder Gewichtung vorgenommen wird.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren beeinflusst die Filtereinrichtung die Auswertung des von der Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommenen Bildes. Bevorzugt erfolgt die Auswer tung des Bildes abschnittsweise und insbesondere pixelweise. Dabei kann im Rahmen die ser Auswertung eine pixelweise Gewichtung vorgenommen werden. Dabei kann die Gewich tung insbesondere in Abhängigkeit der Wellenlänge des auf die Bildaufnahme treffenden Lichtes erfolgen. Dabei werden bevorzugt unterschiedliche Pixel des aufgenommenen Bildes unterschiedlich gewichtet.
Es wäre auch möglich, dass sowohl eine optische Filtereinrichtung als auch eine „Software“ Filtereinrichtung eingesetzt werden, etwa um eine im Vergleich zu der optischen Filtereinrich tung weitere verbesserte Anpassung zu erreichen.
Bei einem bevorzugten Verfahren ist die Filtereinrichtung zwischen der zu untersuchenden Oberfläche und der Bildaufnahmeeinrichtung angeordnet. Bei dieser Ausgestaltung ist die Filtereinrichtung daher ein optisches Element, welches bevorzugt in den Strahlengang inte griert ist und durch welches bevorzugt Strahlung hindurchtritt. Mit anderen Worten beobachtet bevorzugt die Bildaufnahmeeinrichtung die Oberfläche durch die Filtereinrichtung hindurch.
Diese Filtereinrichtung weist bevorzugt eine wellenlängenabhängige Transmission auf. Die wellenlängenabhängige Transmission bewirkt, dass das auf die Beobachtungseinrichtung gelangende Licht bereits derart in Abhängigkeit von der Wellenlänge des Lichts angepasst ist, dass die Unterschiede zwischen der Beobachtung eines menschlichen Betrachters, ins besondere unter natürlichen Umgebungsbedingungen und der Beobachtungseinrichtung an dererseits wenigstens teilweise kompensiert werden.
Bevorzugt weist die Filtereinrichtung in einem Wellenlängenbereich von 200 nm - 1000 nm eine sich in diesem Wellenlängenbereich in Abhängigkeit von der Wellenlänge ändernde Transmission auf.
Unter dem Wellenlängenbereich wird dabei der Wellenlängenbereich von auf die Filterein richtung eingestrahlter Strahlung und insbesondere eingestrahlten Licht verstanden. Bevor zugt weist die Filtereinrichtung in einem Wellenlängenbereich zwischen 800 nm und 1000 nm bevorzugt zwischen 700 nm und 1000 nm wenigstens bereichsweise und bevorzugt durchgehend eine Transmission auf, welche unterhalb von 20 % (bezogen auf die einge strahlte Lichtintensität) bevorzugt unterhalb von 15 %, bevorzugt unterhalb von 10 % und be sonders bevorzugt unterhalb von 5 % liegt.
Bevorzugt weist die Filtereinrichtung in einem Wellenlängenbereich von 200 nm - 400 nm wenigstens bereichsweise eine Transmission auf, welche unterhalb von 20 % (bezogen auf die eingestrahlte Lichtintensität) liegt.
Bevorzugt weist die Filtereinrichtung in einem Wellenlängenbereich von 400 nm - 700 nm wenigstens einen (Wellenlängen-)Teilbereich und bevorzugt wenigstens zwei Wellenlängen- Teilbereiche mit einer Transmission von mehr als 80 %, bevorzugt von mehr als 85 %, be vorzugt von mehr als 90 % und bevorzugt von mehr als 95 % auf. Bevorzugt weist die Filter einrichtung in dem Wellenlängenbereich von 450 nm und 650 nm wenigstens einen Wellen- längen-Teilbereich mit einer Transmission von weniger als 40 %, bevorzugt von weniger als 30 %, bevorzugt von weniger als 20 % und bevorzugt von weniger als 15 % auf. Bevorzugt weist die Filtereinrichtung in dem Wellenlängenbereich von 400 nm - 700 nm so wohl wenigstens einen Wellenlängen-Teilbereich mit einer Transmission von mehr als 80 % als auch wenigstens einen Wellenlängen-Teilbereich mit einer Transmission von weniger als 20 % auf.
Bei einem bevorzugten Verfahren wird diese sich ändernde Transmission derart gewählt wird, dass durch sie die wellenlängenabhängigen Unterschiede zwischen der ersten Emp findlichkeit und der zweiten Empfindlichkeit wenigstens zeitweise kompensiert werden.
Dabei wird besonders bevorzugt bei der Wahl der Filtereinrichtung ein Emissionsspektrum I_(l) der Strahlungseinrichtung, ein Intensitätsverlauf I(l) eines Normlichts, wenigstens eine Tristimulus-Funktion X (A) insbesondere des menschlichen Auges und/oder ein für eine Fil- tercharaktereristik F (A) der Bildaufnahmeeinrichtung charakteristischer Wert und oder Ver lauf berücksichtigt.
Bevorzugt ergibt sich die wellenlängenabhängige Transmission der Filtereinrichtung T(l) zu: T(l)=C(l) / (l(A) L(A) F(A))
Dabei kennzeichnet I(l) den wellenlängenabhängigen Verlauf der Lichtart, beispielsweise D65, L(A) den wellenlängenabhängigen Verlauf der Lichtquelle, F(A) die wellenlängenabhän gige Charakteristik der Beobachtungseinrichtung (insbesondere eines RGB-Filters und ins besondere deren Filter) und X(A) die wellenlängenabhängige Lichtempfänglichkeit des Auges (T ristimulus-Funktionen).
Bevorzugt weisen die wellenlängenabhängige Charakteristik der Beobachtungseinrichtung und die wellenlängenabhängige Lichtempfindlichkeit des Auges über wenigstens zwei, be vorzugt 3 vorgegebene Wellenlängenbereiche unterschiedliche Funktionen auf.
Dabei reicht bevorzugt der erste Wellenlängenbereich von 300 nm - 600 nm, bevorzugt von 350 nm - 550 nm und bevorzugt von 400 nm - 500 nm. Weiterhin reicht bevorzugt der zweite Wellenlängenbereich von 400 nm - 700 nm, bevorzugt 450 nm - 650 nm, und bevor zugt 500 nm - 650 nm und bevorzugt 530 nm - 600 nm. Weiterhin reicht bevorzugt der dritte Wellenlängenbereich von 500 nm - 900 nm, bevorzugt von 550 nm - 800 nm und bevorzugt von 600 nm - 700 nm.
Dabei wird bevorzugt der gesamte Wahrnehmungsbereich des menschlichen Auges über deckt.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird mittels eines refraktiven optischen Elemen tes, welches bevorzugt zwischen der Oberfläche und der Filtereinrichtung angeordnet ist, die auf die Filtereinrichtung treffende Strahlung beeinflusst und insbesondere gebrochen. Bevor zugt wird die Strahlung derart gebeugt, dass sie im Wesentlichen parallel ausgerichtet bzw. kollimiert auf die Filtereinrichtung trifft. Bevorzugt trifft die Strahlung senkrecht zu der Filter einrichtung auf diese.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird mittels einer zweiten Strahlungseinrichtung unter einem zweiten vorgegebenen Einstrahlwinkel Strahlung auf die Oberfläche eingestrahlt wird und die Bildaufnahmeeinrichtung nimmt ein Bild der von der zweiten Strahlungseinrich tung bestrahlten Oberfläche auf.
Bevorzugt strahlen die erste und die zweite Strahlungseinrichtung zu unterschiedlichen Zeit punkten oder Zeiträumen auf die Oberfläche ein. Alternativ oder zusätzlich wäre es auch denkbar, dass eine zweite Bildaufnahmeeinrichtung unter einem zweiten Beobachtungswin kel die Oberfläche beobachtet.
Durch das Einstrahlen mittels zwei oder mehreren Strahlungseinrichtungen können insbe sondere auch solche Effekte erfasst werden, welche sich durch unterschiedlich ausgerichtete Effektpigmente ergeben.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren ist auch eine dritte Strahlungseinrichtung vorge sehen, welche bevorzugt unter einem dritten Einstrahlwinkel Strahlung auf die Oberfläche einstrahlt.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren ist der Beobachtungswinkel bezogen auf eine be züglich der Oberfläche senkrecht stehende Richtung kleiner ist als 10°, bevorzugt kleiner als 5°, bevorzugt kleiner als 3°. Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren liegt der erste Einstrahlwinkel bezogen auf eine bezüglich der Oberfläche senkrecht stehende Richtung zwischen 70° und 20°, bevorzugt zwischen 60° und 30°, bevorzugt zwischen 50° und 40°.
Bevorzugt liegt ein zweiter Einstrahlwinkel der zweiten Strahlungseinrichtung bezogen auf eine bezüglich der Oberfläche senkrecht stehende Richtung zwischen 85° und 50°, bevor zugt zwischen 85° und 60°, bevorzugt zwischen 85° und 70°.
Bevorzugt richtet wenigstens eine Strahlungseinrichtung gerichtete oder diffuse Strahlung auf die Oberfläche. Durch die Verwendung von diffuser Strahlung kann eine Sonneneinstrah lung bei bewölktem Himmel simuliert werden, durch die Verwendung von gerichteter Strah lung die Sonneneinstrahlung bei wolkenlosem Himmel.
Bevorzugt richtet wenigstens eine weitere Strahlungseinrichtung und bevorzugt richten alle Strahlungseinrichtung diffuse oder insbesondere gerichtete Strahlung auf die Oberfläche.
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf eine Vorrichtung zum Inspizieren von Oberflächen und insbesondere von Effektpigmente aufweisenden Oberflächen von Kraftfahrzeugen ge richtet mit einer ersten Strahlungseinrichtung welche auf eine zu inspizierende Oberfläche unter einem ersten vorgegebenen Einstrahlwinkel Strahlung einstrahlt und einer Farb-Bild- aufnahmeeinrichtung (beispielsweise einer RGB-Kamera), welche unter einem ersten Be obachtungwinkel ein ortsaufgelöstes Bild der von der Einstrahlrichtung bestrahlten Oberflä che aufnimmt, wobei diese Bildaufnahmeeinrichtung eine erste vorgegebene, von einer Wel lenlänge der auf die Bildaufnahmeeinrichtung treffenden Strahlung abhängige Empfindlich keit aufweist, welche von einer zweiten vorgegebenen, von einer Wellenlänge der auf das menschliche Auge treffenden Strahlung abhängigen Empfindlichkeit abweicht.
Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung eine Filtereinrichtung auf, welche Unterschiede und/oder Abweichungen zwischen der ersten Empfindlichkeit und der zweiten Empfindlich keit wenigstens teilweise kompensiert.
Bei den Effektpigmenten kann es sich beispielsweise um Pigmente aus T1O2 handeln. Unter einer wenigstens teilweisen Kompensation wird verstanden, dass sich eine mittlere Ab weichung und/oder eine über einen Wellenlängenbereich von 400 nm bis 700 nm integrierte Abweichung durch die Verwendung der Filtereinrichtung verringert und bevorzugt um we nigstens 20 %, bevorzugt um wenigstens 40 % und bevorzugt um wenigstens 60 % verrin gert.
Bevorzugt handelt es sich bei der Vorrichtung um ein Mehrwinkel-Messgerät, welches also dazu geeignet und bestimmt ist, die Oberfläche unter mehreren (Beleuchtungs- und/oder Einstrahl-)Winkeln zu inspizieren.
Bevorzugt ist die Vorrichtung „rückwärts“ kompatibel zu Vorrichtungen, welche eine schwarz weiß Bildaufnahmeeinrichtung einsetzen. Insbesondere können Messergebnisse, die mit der vorliegenden Erfindung erzielt werden, verglichen werden mit Messergebnissen, welche mit schwarz-weiß Bildaufnahmeeinrichtungen erzielt wurden bzw. werden.
Dabei kann die Erfindung jedoch auch für Basislacke von Kraftfahrzeugen (oder von anderen Oberflächen) verwendet werden.
Im Allgemeinen absorbieren Filter unerwünschtes Licht durch Zugabe von gefärbtem Glass oder Farbstoffen, oder sie reflektieren dieses mit Hilfe von Interferenzbeschichtungen. So ist es möglich, speziell konzipierte Interferenzbeschichtungen und/oder ausgewählte Materialien zu verwenden, um ein gewünschtes Transmissionsprofil zu erreichen.
So können etwa hartbeschichtete optische Filter verwendet werden, welche ein Substrat mit dichten Beschichtungen und exzellenter optischer Leistung aufweisen. Traditionell beschich tete optische Filter bestehen normalerweise aus mehreren Schichten absorbierender Materi alien, Interferenzbeschichtungen und metallischen Schichten, die zusammen laminiert wer den, um einen günstigen, effizienten Filter zu erhalten.
Farbglasfilter und andere absorbierende Filter wie Plastik-Filter und Wratten-Filter, enthalten Elemente, Komponenten, Farbstoffe oder andere Färbemittel im Ausgangssubstrat, um die Spektraleigenschaften des Filters zu beeinflussen. Optische Filtereinrichtungen lassen sich in zwei Hauptkategorien unterteilen: Absorptionsfil ter und dichroitische Filter. Der Unterschied zwischen den beiden Varianten liegt in der Art der Blockung. Bei einem Absorptionsfilter wird Licht von dem verwendeten Glas absorbiert und in innere Energie, bzw. Wärme, umgewandelt. Absorptionsfilter sind ideal für Anwendun gen, bei denen Rauschen durch unerwünschtes Licht ein Problem ist. Absorptionsfilter ha ben außerdem den Vorteil, dass die Blockung nicht winkelabhängig ist. Das Licht kann in ei nem breiten Winkelbereich auf den Filter fallen, und trotzdem behält der Filter seine Trans- missions- und Absorptionseigenschaften.
Eine dichroitische Filtereinrichtung hingegen reflektiert unerwünschte Wellenlängen und lässt den gewünschten Teil des Lichtspektrums passieren. Auf diese Weise können beide Wellen längenbereiche getrennt voneinander genutzt werden. Erreicht wird dies durch die Beschich tung des Filters. Diese weist eine oder mehrere dünnen Schichten aus verschiedenen Mate rialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes. Die entstehenden Teilreflektionen interferie ren gezielt und unterdrücken, für bestimmte Wellenlängenbereiche, die Reflektion oder Transmission.
Im Gegensatz zu Absorptionsfiltern sind dichroitische Filter winkelabhängig. Fällt Licht auf dichroitische Filter mit einem anderen Einfallswinkel als in der Konstruktion vorgesehen, ver ändern sich die effektiven Schichtdicken und damit auch die Designwellenlänge. Aus diesem Grunde wird vorteilhaft die oben erwähnte Linse eingesetzt um das auf die Filtereinrichtung gelangende Licht zu kollimieren. Zudem kann sich eine zunehmende Polarisationsabhängig keit ergeben.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der Filtereinrichtung um einen NG (Neutralglas)- Filter oder die Filtereinrichtung weist auch ein Neutralglas-Filterelement auf. Bevorzugt ist diese Filtereinrichtung derart angeordnet, dass von der Oberfläche ausge hende Strahlung senkrecht auf diese trifft.
Bevorzugt sind die Strahlungseinrichtung und die Beobachtungseinrichtung sowie auch die Filtereinrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Bevorzugt ist eine Innenwan dung dieses Gehäuses ist lichtabsorptiv ausgebildet. Bei einer weiteren bevorzugten Ausfüh rungsform weist das Gehäuse im Wesentlichen nur eine Öffnung auf, durch welche die Oberfläche beobachtet wird. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrich tung tragbar.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Bildaufnahmeeinrichtung Filter und insbesondere RGB-Filter auf. Bevorzugt gibt die Strahlungseinrichtung Normlicht und insbesondere D65 Normlicht ab. Als Normlicht bezeichnet man die genormten spektralen Strahlungsverteilungskurven charakteristischer Strahler. Bei der Normlichtart D65 handelt es sich um eine Strahlungsverteilung mit einer Farbtemperatur von 6504 Kelvin (was in etwa ei nem grau verhangenen Flimmel entspricht).
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Auswerteeinrich tung auf, welche von der Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommene Bilder auswertet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt ein Abstand zwischen Oberfläche und Strah lungseinrichtung zwischen 3 cm und 30 cm, bevorzugt zwischen 4 cm und 20 cm und bevor zugt zwischen 4 cm und 10 cm.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Strahlungseinrichtung dazu geeignet und be stimmt, Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge auszugeben. Dabei kann eine Filtereinrich tung wie etwa ein Filterrad mit unterschiedlichen Filtern vorgesehen sein, welche nur Licht bestimmter Wellenlängen passieren lassen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist zwischen der (zu inspizierenden) Ober fläche und der Filtereinrichtung ein refraktives Element und insbesondere eine Linse ange ordnet. Diese Linse bewirkt bevorzugt, dass das (von der Oberfläche gestreute) Licht im We sentlichen kollinear auf den Filter trifft. Dabei ist es möglich, dass die Linse und die Filterein richtung als Einheit ausgebildet sind.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die erste Strahlungseinrichtung eine Leuchtdiode (LED) und insbesondere eine Tri-Phosphor-LED auf. Bevorzugt weist die Vor richtung, wie oben erwähnt, auch weitere Strahlungseinrichtungen auf. Diese weisen bevor zugt ebenfalls Leuchtdioden und insbesondere Tri-Phosphor-LEDs auf. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung wenigstens eine zweite Strahlungseinrichtung und/oder eine zweite Sensoreinrichtung auf. Diese zweite Sen soreinrichtung kann dabei ebenfalls als Bildaufnahmeeinrichtung ausgestaltet sein, es wäre jedoch auch denkbar, dass es sich bei dieser Sensoreinrichtung um eine Sensoreinrichtung handelt, welche eine Intensität der auf sie eintreffenden Strahlung ermittelt.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung wenigstens drei Strahlungseinrichtungen (bzw. Beleuchtungseinrichtungen) auf, welche bevorzugt die Ober fläche unter wenigstens drei unterschiedlichen Winkeln beleuchten.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen: Darin zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 2 eine Darstellung einer spektralen Charakteristik der RGB - Filter einer Digitalkamera;
Fig. 3 Empfindlichkeitskurven der 3 Farbrezeptoren X (rot), Y (grün) und Z (blau);
Fig. 4 eine Darstellung der Strahlungsleistung der Normlichtart D65;
Fig. 5 ein Emissionsspektrum einer LED;
Fig. 6 ein Transmissionsverhalten einer Filtereinrichtung; und
Fig. 7 Gegenüberstellungen der sich ergebenden Empfindlichkeiten.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 zum Inspizieren von Oberflä chen 10. Diese Vorrichtung weist eine erste Strahlungseinrichtung 2 bzw. Beleuchtungsein richtung 2 auf, welche Licht auf die Oberfläche 10 einstrahlt Strahl S2.
Das Bezugszeichen 4 kennzeichnet eine Bildaufnahmeeinrichtung, welche wenigstens ein ortsaufgelöstes Bild der von der ersten Strahlungseinrichtung beleuchteten Oberfläche auf nimmt (Strahlengang S4). Das Bezugszeichen O kennzeichnet eine Öffnung in dem Gehäuse 12, durch welche die Oberfläche 10 bestrahlt wird und durch welche hindurch die Bildaufnahmeeinrichtung 4 die Oberfläche beobachtet. Die Bildaufnahmeeinrichtung nimmt die Bilder unter einem Beobachtungswinkel von 0° auf, sie ist also senkrecht über der Ober fläche 10 angeordnet.
Das Bezugszeichen 12 kennzeichnet eine Filtereinrichtung, die in dem Strahlengang S4 zwi schen der Oberfläche 10 und der Bildaufnahmeeinrichtung angeordnet ist und durch welche hindurch die Bildaufnahmeeinrichtung ein Bild von der Oberfläche 10 aufnimmt.
Das Bezugszeichen 14 kennzeichnet eine optional vorhandene Linseneinrichtung, welche dazu dient, das von der Oberfläche 10 reflektierte und/oder gestreute Licht zu kollimieren, sodass es kollimiert auch die Filtereinrichtung trifft und bevorzugt auch senkrecht zu der Fil tereinrichtung.
Das Bezugszeichen 20 kennzeichnet eine Auswerteeinrichtung, welche die von der Bildauf nahmeeinrichtung 4 aufgenommenen Bilder auswertet. Die Auswerteeinrichtung kann bevor zugt Daten ausgeben, welche für physikalische Eigenschaften der Oberfläche charakteris tisch sind.
Das Bezugszeichen 6 kennzeichnet eine zweite Strahlungseinrichtung, die ebenfalls Strah lung und insbesondere Licht auf die Oberfläche (jedoch unter einem anderen Einstrahlwinkel bzw. entlang des Strahlengangs S2) einstrahlt.
Das Bezugszeichen 8 kennzeichnet eine dritte Strahlungseinrichtung, die ebenfalls Strahlung und insbesondere Licht entlang eines Strahlengangs S3 auf die Oberfläche 10 einstrahlt.
Bevorzugt ist eine (nicht gezeigte) Steuerungseinrichtung vorgesehen, welche die Strah lungseinrichtungen 2, 6 und 8 zeitlich versetzt aktiviert.
Fig. 2 zeigt eine Charakteristik einer Bildaufnahmeeinrichtung in Abhängigkeit von der Wel lenlänge der einfallenden Strahlung. Genauer ist die Empfindlichkeit der RGB Filter dieser Bildaufnahmeeinrichtung bzw. Kamera dargestellt. Dabei sind drei Kurven R, G, B dargestellt, die sich auf die Anteile „rot“, „grün“ und „blau“ be ziehen. Auf der Koordinate ist die Quanteneffizienz in % aufgetragen und auf der Ordinate die Wellenlänge des einfallenden Lichts.
Man erkennt, dass die die Quanteneffizienz der Kamera in ihrer Gesamtheit in dem Wellen längenbereich zwischen 400nm und 800nm zunächst ansteigt und anschließend wieder ab fällt. Auf diese Weise weist die Bildaufnahmeeinrichtung ihre eigene Charakteristik der Bild wiedergabe bzw. Bildaufnahme auf.
Fig. 3 zeigt eine Darstellung der Tristimulus-Funktionen des menschlichen Auges. Auch hier sind drei Kurven c(l), y(A) und z(l) dargestellt, wobei auf der Ordinate die Wellenlänge in nm und auf der Koordinate der Tristimulus-Wert aufgenommen ist.
Man erkennt durch einen Vergleich der in Fig. 2 und 3 gezeigten Darstellung dass sich der wellenlängenabhängig Empfindlichkeitsverlauf der Bildaufnahmeeinrichtung und des menschlichen Auges erheblich unterscheiden. Diese Unterschiede sollen durch die Erfin dung wenigstens teilweise ausgeglichen werden.
Fig. 4 zeigt eine Darstellung eines Intensitätsverlauf einer D65 Normlichtquelle in einem Be reich zwischen 300 nm und 800 nm. Diese Lichtart ist angenähert an den Verlauf bei Tages licht und bewölktem Flimmel. Die zweite Kurve A zeigt den Verlauf einer herkömmlichen Glühlampe.
Die Normlichtart D repräsentiert das Tageslichtspektrum und ist daher für zahlreiche industri elle Bereiche von besonderem Interesse. Die Lichtart D65 leitet ihre Bezeichnung von der Farbtemperatur mit 6.504 Kelvin (K) ab. D65 wird in der Chemie- und Pharmaindustrie, bei der Farbenherstellung, in der Keramik-, Stoff-, Papier- und Automobilindustrie eingesetzt.
Die Normlichtart D65 hat einen hohen Blauanteil mit dem man fluoreszierende Farben erken nen kann.
D65 wird als Bewertungslichtquelle benutzt. Die Spektralverteilung von D65-Lichtquellen ist in DIN 5033 festgelegt und liegt zwischen Wellenlängen von 300nm und 780nm, somit zwi schen Ultraviolett und Rot. Fig. 5 zeigt ein Emissionsspektrum einer im Rahmen der Erfindung bevorzugt verwendeten Lichtquelle, nämlich einer Tri-Phosphor high CRI-LED. Man erkennt, dass diese Lichtquelle im Wesentlichen zwischen 400 und 800 nm strahlt. Dabei liegt die relative Strahlungsintensi tät, die auf der Koordinate aufgetragen ist zwischen 400 nm im Wesentlichen über 50 %. Die Farbtemperatur beträgt hier 5600 K. Diese Strahlungscharakteristik wird bevorzugt bei der Auslegung der Filtereinrichtung ebenfalls berücksichtigt.
Die Abkürzung CRI steht für den Farbwiedergabeindex (color rendering index). Der Farbwie dergabeindex ist ein quantitatives Maß für eine Lichtquelle und beschreibt die Fähigkeit Far ben von Objekten im Vergleich zu einer idealen oder natürlichen Lichtquelle wiederzugeben. Der Begriff CRI wird häufig auf handelsüblichen Beleuchtungsprodukten verwendet. Richtig definiert sollte es Ra - allgemeiner Farbwiedergabeindex - oder Ri - spezieller Farbwieder gabeindex - heißen, entsprechend der zu bewertenden Testfarbproben.
Der CRI wird berechnet, indem die Farbwiedergabe der Testlichtquelle mit der einer definier ten Lichtquelle verglichen wird. Für Testlichtquellen unter 5000 K wird ein Schwarzkörper strahler als definierte Vergleichsquelle eingesetzt. Tageslicht (D-Leuchtmittel) dient zum Ver gleich für Testlichtquellen über 5000 K. Die Berechnung von Ri und Ra ist im technischen Bericht der CIE 13.3-1995 ausführlich erläutert. Die Prüfmethode verwendet einen Satz von acht Ra oder 14 Ri CIE-1974 Farbproben aus einer frühen Auflage des Munsell-Farbsys- tems. Die ersten acht Proben sind mäßig gesättigt, umfassen den Farbtonkreis und weisen eine annähernd gleiche Helligkeit auf. Die restlichen sechs Proben liefern zusätzliche Infor mationen über die Farbwiedergabeeigenschaften der Lichtquelle.
Fig. 6 zeigt einen Transmissionsverlauf einer für die vorliegende Erfindung angepassten Fil tereinrichtung, wie sie aus den oben beschriebenen Daten und der oben gezeigten Glei chung berechnet werden. Auf Basis dieser Daten wird bevorzugt eine Filtereinrichtung gefer tigt, welche in etwa das in Fig. 6 gezeigte Transmissionsverhalten zeigt. Bei der Fierstellung von Filtereinrichtungen gibt es mehrere Verfahren, um einen gewünschten Transmissions verlauf zu erreichen und welche oben erläutert wurden.
Die Fig. 7a - 7c zeigen drei Darstellungen von Verläufen (in willkürlichen Einheiten auf der Koordinate aufgetragen). Dabei zeigt Fig. 7b wiederum die Verläufe des menschlichen Au ges, welche auch in Fig. 3 dargestellt ist. Fig. 7c zeigt die den Verlauf, der sich bei einer Bildaufnahmeeinrichtung ohne die erfindungsgemäß vorgeschlagene Filtereinrichtung ergibt. Fig. 7a zeigt eine Empfindlichkeit bzw. einen Verlauf, der sich bei Verwendung der Filterein richtung ergibt. Man erkennt, dass der in Fig. 7a gezeigte Verlauf wesentlich näher an dem in Fig. 7b gezeigten „natürlichen“ Verlauf liegt als der in Fig. 7c gezeigte Verlauf.
Die Anmelderin behält sich vor sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merk male als erfindungswesentlich zu beanspruchen, sofern sie einzeln oder in Kombination ge genüber dem Stand der Technik neu sind. Es wird weiterhin darauf hingewiesen, dass in den einzelnen Figuren auch Merkmale beschrieben wurden, welche für sich genommen vorteil- haft sein können. Der Fachmann erkennt unmittelbar, dass ein bestimmtes in einer Figur be schriebenes Merkmal auch ohne die Übernahme weiterer Merkmale aus dieser Figur vorteil haft sein kann. Ferner erkennt der Fachmann, dass sich auch Vorteile durch eine Kombina tion mehrerer in einzelnen oder in unterschiedlichen Figuren gezeigter Merkmale ergeben können.

Claims

Verfahren und Vorrichtung zum Inspizieren von Oberflächen Patentansprüche
1. Verfahren zum Inspizieren von Oberflächen (10) und insbesondere von Effektpig mente aufweisenden Oberflächen von Kraftfahrzeugen wobei mittels einer ersten Strahlungseinrichtung (2) auf eine zu Inspizierende Oberfläche (10) unter einem ers ten vorgegebenen Einstrahlwinkel (a1) Strahlung eingestrahlt wird und wobei eine Farb-Bildaufnahmeeinrichtung (4) unter einem ersten Beobachtungwinkel (b) ein orts aufgelöstes Bild der von der Einstrahlrichtung bestrahlten Oberfläche aufnimmt, wo bei diese Bildaufnahmeeinrichtung (4) eine erste vorgegebene, von einer Wellen länge der auf die Bildaufnahmeeinrichtung treffenden Strahlung abhängige Empfind lichkeit (F(A)) aufweist, welche von einer zweiten vorgegebenen, von einer Wellen länge der auf das menschliche Auge treffenden Strahlung abhängigen Empfindlich keit (C(l)) abweicht, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Filtereinrichtung (6) Unterschiede zwischen der ersten Empfindlichkeit (F(A)) und der zweiten Empfindlichkeit (X(A)) wenigstens teilweise kompensiert wer den.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinrichtung (6) zwischen der Oberfläche (10) und der Bildaufnahmeeinrich tung (4) angeordnet ist.
3. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinrichtung die Auswertung des von der Bildaufnahmeeinrichtung aufgenom menen Bildes beeinflusst.
4. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinrichtung (6) in einem Wellenlängenbereich von 200 nm - 1000 nm eine sich in diesem Wellenlängenbereich in Abhängigkeit von der Wellenlänge ändernde Transmission aufweist.
5. Verfahren nach dem vorangegangenen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass diese sich ändernde Transmission derart gewählt wird, dass durch sie die wellenlän genabhängigen Unterschiede zwischen der ersten Empfindlichkeit und der zweiten Empfindlichkeit wenigstens zeitweise kompensiert werden.
6. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines refraktiven optischen Elementes (12), welches zwischen der Oberfläche (10) und der Filtereinrichtung (6) angeordnet ist, die auf die Filtereinrichtung treffende Strahlung beeinflusst und insbesondere gebrochen wird.
7. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer zweiten Strahlungseinrichtung (14) unter einem zweiten vorgegebenen Einstrahlwinkel (a2) Strahlung auf die Oberfläche eingestrahlt wird und die Bildauf nahmeeinrichtung ein Bild der von der zweiten Strahlungseinrichtung (14) bestrahlten Oberfläche aufnimmt.
8. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinrichtung ein Emissionsspektrum I_(l) der Strahlungseinrichtung, einen In tensitätsverlauf I(l) eines Normlichts, wenigstens eine Tristimulus-Funktion X (l) ins besondere des menschlichen Auges und/oder eine für eine Filtercharakteristik F (l) der Bildaufnahmeeinrichtung berücksichtigt.
9. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beobachtungswinkel (b) bezogen auf eine bezüglich der Oberfläche (10) senk recht stehenden Richtung kleiner ist als 10°, bevorzugt kleiner als 5°, bevorzugt kleiner als 3° und/oder dass der erste Einstrahlwinkel bezogen auf eine bezüglich der Oberfläche senkrecht stehenden Richtung zwischen 70° und 20°, bevorzugt zwischen 60° und 30°, bevorzugt zwischen 50° und 40° liegt.
10. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Strahlungseinrichtung gerichtete oder diffuse Strahlung auf die Oberfläche (10) richtet.
11. Vorrichtung zum Inspizieren von Oberflächen (10) und insbesondere von Effektpig mente aufweisenden Oberflächen von Kraftfahrzeugen mit einer ersten Strahlungs einrichtung (2) welche auf eine zu Inspizierende Oberfläche (10) unter einem ersten vorgegebenen Einstrahlwinkel (a1) Strahlung einstrahlt und einer Farb-Bildaufnahme- einrichtung (4), welche unter einem ersten Beobachtungwinkel (b) ein ortsaufgelöstes Bild der von der Einstrahlrichtung bestrahlten Oberfläche aufnimmt, wobei diese Bild aufnahmeeinrichtung (4) eine erste vorgegebene, von einer Wellenlänge der auf die Bildaufnahmeeinrichtung treffenden Strahlung abhängige Empfindlichkeit aufweist, welche von einer zweiten vorgegebenen, von einer Wellenlänge der auf das mensch liche Auge treffenden Strahlung abhängigen Empfindlichkeit abweicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Filtereinrichtung aufweist welche Unterschiede zwischen der ers ten Empfindlichkeit und der zweiten Empfindlichkeit wenigstens teilweise kompen siert.
12. Vorrichtung nach dem vorangegangenen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinrichtung in einem Strahlengang zwischen der Oberfläche (10) und der Bildaufnahmeeinrichtung (4) angeordnet ist.
13. Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Oberfläche (10) und der Filtereinrichtung ein refraktives Element und insbesondere eine Linse angeordnet ist.
14. Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strahlungseinrichtung eine Leuchtdiode (LED) und insbesondere eine Tri- Phosphor-LED aufweist.
15. Vorrichtung (1 ) nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) wenigstens eine zweite Strahlungseinrichtung und/oder eine zweite Sensoreinrichtung aufweist.
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