JP3115162U - 光表面特性の測角検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 一方で、例えば僅かに異なる立体角の下で塗装部を種々に眺めることによって生じるそのような変化を分離することができるが、他方で、互いに著しくずれている角度で観察することもできるようにする。
【解決手段】 少なくとも一つの所定の第一立体角にして検査すべき表面に放射する少なくとも一つの第一照射装置と、輻射を位置分解して検出することができ、少なくとも一つの所定の第二立体角にして前記表面に対して配置されていて、前記表面に照射され、この表面から戻って来る輻射を捕捉する少なくとも一つの第一検出装置と、を備えた、光表面特性を検査する装置において、前記照射装置および／または前記検出装置を配置している状態の少なくとも一つの立体角が可変できるようになっており、前記照射装置と前記検出装置が少なくとも一部光反射特性を保有する一つの空間の中に配置されている、ことを特徴とする装置。
【選択図】 図１

Description

本考案は、表面の光特性を検査する装置に関する。以下では、自動車の車体を検査することについてこの装置を説明する。しかし、他の表面も本考案による装置で検査できることを指摘しておく。

表面の光特性を調べるこの種の装置は、現技術水準において周知である。これ等の装置は、原理的に、光を検査すべき表面に向ける一つの光源と、この表面から反射するか散乱する光を検出して評価する一つの検出器を使用している。この評価によって、例えば色調または光沢のような表面の光特性を計測できる。この種の計測もしくは特徴付けが必要である。何故なら、自動車の車体もしくはその塗装がそれに入射する光に応じて人間の眼に異なった印象を与えるので、客観的に特徴付けをする必要があるからである。

最近では、取り分け、顔料または所謂フレークを有するそのような塗装も人気がある。これ等の顔料またはフレークは、ラッカー層もしくはその表面に統計的に分布している金属粒子である。より正確に言えば、例えば金属性の顔料は超微細な鏡として働く非常に薄い金属フレークからなる。この種のラッカーの規格化あるいはその表面特性の計測は、種々の問題を提起する。何故なら、これ等の顔料は光の入射方向に応じて異なった特性を示し、例えば観察方向が僅かに異なっただけでも、他の色調もしくは他の輝度を示すからである。

更に、特に広い表面領域を観察する場合、多かれ少なかれ正確に指定されるカラー反転角度（Ｆｌｏｐ）を伴うカラー変化を誘起する干渉性の顔料を含むラッカーが、取り分け使用されている。その場合、非常に異なった着色効果が時折得られるので、塗装面が全体として異なった明るさ、もしくは異なった色調になる。

これ等の効果、および、例えばフレークまたは着色効果顔料のようなラッカー添加物の異なった厚さ、異なった分布および異なった組成に起因する表面の異なった感触は、現技術水準による装置を用いても検出することができない。何故なら、それに合った検出器が測定面の異なった場所から測定面に入射する光の積算強度、つまり、強度の積分に関する情報を位置分解することなくその都度行うからである。

本考案の課題は、一方で、例えば僅かに異なる立体角の下で塗装部を種々に眺めることによって生じるそのような変化を分離することができるが、他方で、互いに著しくずれている角度で観察することもできるようにすることにある。

上記の課題は、本考案によれば、請求項１の装置によって解決されている。好ましい改良と実施態様は、従属請求項の対象事項である。

表面の光特性を検査する本考案による装置には、少なくとも一つの所定の第一立体角で照射する少なくとも一つの第一照射装置がある。その他、表面に放射され、この表面から戻って来る輻射を検知する少なくとも一つの検出装置が用いられている。その場合、この検査装置は輻射を位置分解して検出することができ、検査すべき表面に対して少なくとも一つの所定の第二立体角にして配置されている。

この場合、放射装置および／または検出装置を配置している状態の少なくとも一つの立体角は可変できる。本考案によれば、この放射装置およびこの検出装置は、少なくとも一部光もしくは輻射を反射する特性を有する一つの空間の中に配置されている。

一つの空間とは実質上閉じた容積要素と解される。好ましくは、ほぼ検査すべき表面の上部に配置されている空間であるとよい。

光を反射する特性を有する空間とは、この空間が少なくとも一部、好ましくはその内面の一部に光を反射する特性を有することを意味する。

この空間は、ほぼその全内面の上に、つまり検査すべき表面に対向する表面の上に光を反射する特性を有すると好ましい。この空間は、好ましくは組込の球もしくは組込の球セグメントであって、これはウルブリヒト（Ｕｌｂｒｉｃｈｔ）の球とも言われる。検査すべき表面に対してほぼ平行に配置されている空間の一部も光もしくは輻射を反射する特性を有すると好ましい。

空間内の照射装置または検出装置の配置とは、それぞれの装置自体が実は必ずしもその空間内に配置されている必要はないが、何れにしても照射装置が輻射を空間に向けて指向させ、検出装置がこの空間から来る輻射を検出するものと解される。例えば、これ等の装置を空間の上部に配置してもよく、この空間に複数の開口を配置してもよく、これ等の開口を通して輻射が照射装置からこの空間に達するか、あるいはこの空間から検出装置に達する。

こうして、所定の条件の下でコリメートされていない光もしくは指向性のない光を発生させ、実質上散漫拡散している光で照射しても表面の特性を特徴付けることが達成される。この場合、経費のかかる検査において、指向性のない光をこのように発生させても、指向性のある光を用いた測定で達成される測定結果をそれほど大きく劣化させず、また種々の測定方法を組み合わせることもできることが示されている。

照射装置は輻射源または光源と解され、特に限定するものではないが、発光ダイオードおよび／またはレーザーダイオード、グローランプ、ハロゲンランプなどの形の光源である。多数の光源、例えば異なった発光スペクトルを有する多数の発光ダイオードの配置も照射装置と解される。

立体角とは、数学用語の立体角とは異なり、本考案の範囲内では、部分立体角からなるラッパ状の円錐体と解される。その場合、立体角の第一成分、つまり、第一部分立体角αは、直交座標系の原点で始まるハーフラインで決まる空間方向を正のｚ軸に対するｘ／ｚ面に投影した角度である。

更に、立体角の第二成分、つまり、第二部分立体角βは上記のハーフラインを正のｚ軸に対してｙ／ｚ面に投影した角度である。その場合、この座標系は測定面もしくは測定面の少なくとも一部がｘ／ｙ面内にあるような向きにされている。

従って、この立体角は照射装置または検出装置を検査すべき表面に対して一義的に特徴付けるのに適している。立体角を幾何学的に方向付けることを図面の説明の範囲内でもう一度示す。（０°，０°）の立体角とは、例えば照射装置から出た輻射が検査すべき表面に対してほぼ垂直に入射するように照射装置または検出装置が検査すべき表面に対して配置されている状態の立体角と解される。

検出装置とは、入射した光の少なくとも一つのパラメータを検出することができ、このパラメータに相当する信号を出力することのできる何らかの装置と解される。この場合、用語「検出装置」には光センサ、フォトセル、光検出器や、例えばカメラ、ＣＣＤチップなども当てはまる。

一つの装置の可変できる角度とは、この装置が、例えば機械的に動かないように配置されているのではなく、湾曲したレール、スライド可能なまたは回転可能な軸受などの中にモータを採用するように、外部処置で可変できることと解される。

照射装置または検出装置の一方の部分立体角だけを変え、それぞれ他方の立体角を不変に保つこともできる。

この第一検出装置に、輻射を位置分解して検出できる、好ましくは平坦な撮像素子があると有利である。この平坦な素子は、例えばＣＣＤチップであるが、この素子に入射する輻射を位置分解して検査することができる。この位置分解した検査によって、個々の顔料またはフレークにより生じる効果、特にスペクトル効果を調べることができる。

これとは反対に、平坦な検出器は位置分解することなく、検出器の表面の個々の点に入射する輻射の強度を積分するだけで、そこに入射した輻射の積算強度をもとめている。そのため、その時の原因に関する情報を提供していない。

異なった光照射、または異なった立体角での光照射によって生じるそのような効果も考慮するため、異なった立体角で表面を照射する複数の光源を設けることが考えられる。しかし、一つの照射装置を先ず所定の第一立体角にして配置し、次いで、光を表面に照射して測定を行い、次にこの立体角を変えて新たに測定を行うことも考えられる。

更に、多数の照射装置の代わりに、異なった立体角で測定を行う多数の検出装置を設けて、これ等の効果を特徴付けることも可能である。ここでも、それに代って、検出装置を先ず所定の第一立体角にして配置し、測定を行い、そして他の過程で立体角を変えて一回またはそれ以上の他の測定を行うことが可能であり、本考案によりそれを提唱するものである。

更に、組み合わせ、つまり、複数の照射装置と複数の検出装置を用いることも可能である。その他、一回の測定の範囲内で照射装置を配置している状態での立体角や検出装置を配置している状態での立体角を可変することも考えられる。

更に、それぞれの立体角を少なくとも一部可変できる複数の照射装置と複数の検出装置を設けてもよい。

第一照射装置を検査すべき表面に対して配置している状態での第一部分立体角が可変できると有利である。他の有利な実施態様では、検査すべき表面に対して配置されている第一検出装置の第一部分立体角が可変できる。

この場合、第一および第二の検出装置はほぼ等しい第二部分立体角にして配置されていると好ましい。有利な実施態様では、第一照射装置および／または第一検出装置を検査すべき表面の上部でほぼ半円に沿って移動させることができる。

他の有利な実施態様では、第一部分立体角が０°〜３６０°、好ましくは０°〜１８０°の範囲内で可変できる。０°〜３６０°の範囲内で可変することにより、それぞれの照射装置および／または検出装置を検査すべき表面の周りにほぼ完全に巡らせることができ、この方法で透過光処理でも測定することができる。

他の実施態様では、照射装置および／または検出装置に対する少なくとも一つの立体角を所定の範囲内で制御するために一つの制御装置を設けている。

その場合、例えば第一照射装置の第一部分立体角を所定の間隔で、例えば一度刻みで変えることが可能である。こうして、例えば０°〜１８０°の所定の間隔で連続的な測定が可能になる。

同様に、第一検出装置の対応する第一部分立体角も可変できる。更に、照射装置や検出装置の対応する立体角も所定の間隔で変えることもできる。その場合、照射装置または検出装置を、０°〜１８０°や、あるいは０°〜３６０°の所定の角度範囲でも連続的に可変するように、例えば光学的な走査を実行できる。

更に、この制御装置は所定の立体角を利用者が調整し、次いでこの装置を起動させることができるように構成されている。つまり、例えば、利用者が所定の立体角の対（α_１；β_１）と（α_２；β_２）を入力することができ、これにより、第一照射装置と第一検出装置が検査すべき表面に対して正確に定めた位置を占めることになる。

対応する第二部分立体角β_１とβ_２の制御部も他の実施態様で用いられている。更に、他の実施態様では、制御装置は第一制御装置および第一検出装置が一回の測定サイクルを完全に行うため、予めプログラムされた一定の角度で順次動作する。つまり、例えば第一照射装置は角度α_１＝３０°、６０°、９０°、１２０°、１５０°と１７０°に順次設定できる。当然なことであるが、任意の他の角度も予めプログラムしておくこともできる。この検出装置も同じようにプログラムすることができる。

好ましくは、一方の部分立体角もしくは両方の部分立体角を、小さな、例えば１°刻みで変えることもできる。このようにして、小さな角度変化により効果顔料の可塑性を調べることができる。

他の実施態様では、複数の照射装置および／または複数の検出装置を用いている。下に説明するように、幾つかの測定方法では、表面を二つまたはそれ以上の照射装置で同時に照らすことができると有益である。この場合でも、複数の照射装置および／または複数の検出装置を制御装置で制御し、個々の装置の各々に対して各任意の角度位置を可能とする。こうして、特別な照明を実現でき、および／または測定をより早く行うことができる。

他の実施態様では、少なくとも一つの照射装置および／または少なくとも一つの検出装置が少なくとも一つの案内装置の上に配設されていて、この案内装置は照射装置および／または検出装置の位置を所定の通路に沿って移動させることができる。この案内装置は、例えばほぼ円形状のレールであり、このレールに沿ってその時の照射装置または検出装置が検査すべき表面の周りにほぼ半円状に案内される。

この他、案内装置はアームであってもよく、このアームの端部に照射装置または検出装置が配置され、こうしてこの検出装置を所定の経路の上で案内させることができる。案内装置はほぼ円形状以外の構成も考えられる。

他の有利な実施態様では、この少なくとも一つの案内装置が照射装置を配設した状態での立体角と検出装置を配設した状態での立体角を実質上互いに無関係に可変できるように構成されている。このことは、例えば、角度α_１＝３０°における照射装置がα_１＝１２０°の角度に移行し、これに対して、立体角度α_２＝１２０°からα_２＝３０°の立体角度に移行するような場合、照射装置と検出装置が互いに傍を通過できるように、この案内装置が構成されていることを意味する。

他の有利な実施態様では、少なくとも一つの所定の第三立体角で輻射を検査すべき表面に照射する少なくとも一つの他の照射装置、または少なくとも一つの所定の第三立体角で前記表面に照射されて、この表面から戻って来る輻射を検出する少なくとも一つの他の検出装置を設けている。既に上で説明したように、複数の立体角で輻射を同時に検査すべき表面に照射することは、多くの測定態様に対して有益である。この第三立体角は、好適な実施態様の場合、可変できる。

表面の光特性を調べる本考案による他の装置には、少なくとも一つの所定の第一立体角で輻射を検査すべき表面に照射する少なくとも一つの第一照射装置がある。その他、前記表面の少なくとも一部に向けて照射されて、この部分から戻って来る輻射を検出する少なくとも一つの第一検出装置を設けている。その場合、この検出装置は輻射を位置分解して検出することができ、少なくとも一つの所定の第二立体角で表面に対して配置されている。その他、少なくとも一つの他の照射装置が設けてある。

その場合、これ等の照射装置およびこれ等の検出装置は、少なくとも一部光を反射する特性を有する一つの空間の中に配設されている。

他の照射装置が指向された輻射を照射すると好ましい。他の有利な実施態様では、他の照射装置が散漫拡散した輻射を放出する。

他の有利な実施態様では、これ等の照射装置およびこれ等の検出装置が実質上輻射を透過させない一つの共通のハウジングの中に装着されていて、このハウジングには輻射を検査すべき表面に導く一つの開口がある。こうして、個々の検出装置に検査すべき表面から戻って来る光のみが概ね到達することが保証される。

他の有利な実施態様では、表面が少なくとも二つの照射装置により少なくとも時折同時に照射される。それ故、表面を第一照射装置だけで、あるいは第二照射装置だけで、あるいは両方の照射装置で同時に照射できると好ましい。他の実施態様で、二つ以上の照射装置を設けている場合、これ等の複数の照射装置の個別のものだけ、あるいはそれ等の任意の組み合わせを（あるいは、全てをも）作動させることが可能である。

こうして、検査すべき表面に対して異なった結果が得られる。例えば、所定の角度でのみ照射している場合の表面の挙動に関する情報に対して、および複数の角度で同時に照射している場合の他の情報に対して、異なった結果が得られる。これによって、例えば散漫拡散している日光への近似あるいは光沢効果の特徴付けが可能である。

他の有利な実施態様では、第二検出装置が、フォトセル、光素子、フォトダイオードなどを含む一群の検出装置から選択される。これ等の素子は、上に示したように、輻射を位置分解して検査することはできないが、輻射の強度とスペクトル特性を検査することができる。

スペクトル特性を解明するため、照射装置としては、可視光のほぼ全スペクトルを覆う多数のＬＣＤが利用されると好ましい。こうして、受光装置または検出装置のスペクトル分解が達成される。逆に、検査すべき表面に向かう光路中に、例えば回折格子のような周波数選択性の素子を挿入することもできる。

他の有利な実施態様では、輻射を位置分解して検査できる第一検出装置にも、この装置に入射する輻射の全強度を検出する手段がある。これは、特に、例外とするものではないが、ＣＣＤチップの個々のフォトセルに入射する強度を積算して行われる。

他の有利な実施態様では、第一検出装置が表面の上部にほぼ０°の第一部分立体角にして配置されている。この第一検出装置が表面の上部に０°の第二部分立体角で配置されていると好ましい。これは、上に説明したように、検査すべき表面からほぼ垂直な方向に放射される輻射を主に検出することを意味する。

他の有利な実施態様では、少なくとも一つの照射装置が表面に対して第一部分立体角にして配置されていて、この部分立体角は−４５°、−１５°および＋７５°を含む一群の角度から選択される。その場合、第二部分立体角が０°であると好ましい。

その時の角度表示は、その限りで、おおよその値であると解される。つまり、例えば４５°の角度では、±５°の許容公差内にあるような角度でもある。即ち４０°と５０°の間の角度である。

他の有利な実施態様では、多数の照射装置を所定の複数の立体角にして配置する。その場合、−１５°、−４５°および＋４５°と＋７５°の第一部分立体角を採用すると好ましい。逆に、一つの輻射源を使用し、個々の検出装置を、特にこれに限定するものではないが、−７５°、−６５°、−４５°、−１５°または２０°のような、所定の複数の第一部分立体角の状態にして使用する。当然のことであるが、他の検出角度もしくは他の入射角度を選択してもよい。しかし、提示するこれ等の値は一部予め与えられている規格に準じたものである。その場合、現技術水準では今まで大きな第一部分立体角を使用していない。即ち、（α＝−９０°）もしくは（α＝＋９０°）に比較的近い立体角を使用していない。このような部分立体角を使用することにより、顔料もしくは表面上の顔料の分布の好ましい特徴付けを行うことができる。少なくとも一つの検出装置が、（７０°、β_２）より大きく、好ましくは（７５°、β_２）より大きい値のような第一部分立体角にして配置すると好ましい。

第一立体角および第二立体角は、第一部分立体角に関して大きな差、好ましくは１００°以上の差となるように選択されていると有利である。

他の有利な実施態様では、少なくとも一つの検出装置も小さい第一部分立体角の値を持つ立体角にして、好ましくは（３０°、β）より小さい値、特に好ましくは（６０°、β）より小さいか等しい値となる角度にして配置されている。このような小さい部分立体角を使用することにより、色ずれの大きい顔料を上手く特徴付けることができる。

他の有利な実施態様では、少なくとも一つの照射装置が指向性のない、もしくは散漫散乱した輻射を放射する。

第一立体角と第二立体角は、第一部分立体角に関して小さい差となる、好ましくは５０°以下の差となるように、選択されていると有利である。

指向性のある輻射とは、光がほぼ所定の方向もしくは所定の立体角で検査すべき表面に入射するような輻射と解される。他の有利な実施態様では、少なくとも一つの照射装置が指向性のある輻射を放射する（即ち、一定の、一部規格化された開口を有する輻射の束を放射する）。

指向性のない輻射とは、異なった立体角で、例えばハウジングの内面で多重反射した後、検査すべき表面に入射する輻射と解される。これは、特にこれに限定するものではないが、散乱ディスクや曇りガラスディスクを使用することによって達成される。

他の有利な実施態様では、複数の照射装置をほぼ一つの円弧に沿って配置している。他の有利な実施態様では、複数の検出装置をほぼ一つの円弧に沿って配置するか、あるいは複数の照射装置と複数の検出装置をほぼ一つの円弧に沿って配置することも可能である。こうして、該当する照射装置および／または検出装置はほぼ同じ第二部分立体角にして、もしくは一つの平面内に配置されていることが達成される。

有利な実施態様では、該当する照射装置および検出装置が配設されている状態のこの第二部分立体角がほぼ０°になっている。

他の有利な実施態様では、第一検出装置や第二検出装置が同じ所定の立体角で輻射を検出できるようにする複数の手段が設けてある。これ等の手段は、輻射の一定の成分を第一検出装置に到達させ、他の成分を第二検出装置に到達させるビームスプリッターである。この場合、第一検出装置が輻射の位置による差を分析することができ、第二検出装置が位置に付いて積分して強度を調べることができると好ましい。

しかし、例えば半透明の鏡、偏光子などのような他の手段も可能である。

他の有利な実施態様では、順次予め定められたほぼ一定の角度間隔にされている多数の照射装置を用いている。その場合、この多数の照射装置が好ましくは等しい第二部分立体角であるが、異なった第一部分立体角にして配置されている。この場合、角度間隔は一方の照射装置の第一部分立体角と隣の照射装置の第一部分立体角との差で与えられる。

他の実施態様では、多数の照射装置が異なった第一部分立体角に、しかも異なった第二部分立体角にして配置されている。同様に、多数の検出装置が異なった第一および／または第二部分立体角にして配置されていてもよく、また、それぞれ第一および／または第二部分立体角に関して異なっている多数の照射装置や多数の検出装置を使用してもよい。

更に、本考案は表面の光特性を検査する方法を目指している。その場合、第一処理過程では、第一輻射を予め定めた少なくとも一つの第一立体角（α_１；β_１）にして検査すべき表面に出射させる。

他の処理過程では、検査すべき表面から戻って来る輻射を少なくとも一つの第一検出装置を用いて所定の少なくとも一つの第二立体角（α_２；β_２）にして検出する。その場合、この検出装置は輻射を位置分解して検出することができる。

前記少なくとも一つの検出装置を配置している状態の前記少なくとも一つの立体角（α_２；β_２）を立体角（α_２′；β_２′）に変更する。

他の処理過程では、第一検出装置を用いて検査すべき表面から戻って来た輻射を変更した第二立体角（α_２′；β_２′）で検出する。

一回の測定サイクルの間、立体角を数回変更し、それに続き検査すべき輻射を数回検出することができると好ましい。その場合、この変更を所定のステップで（例えば、一度刻みなどで）行うこともできる。

更に、測定を段階的に一度刻みで区切って行うのではなく、連続的に、つまり、例えば２０°＞α_２＞５０°の所定の角度範囲を走査し、その時戻って来た光を連続的に検出することも可能である。こうして、表面の特性を連続的に検出することができる。

本考案による他の方法では、一つの処理過程で、第一輻射を所定の少なくとも一つの第一立体角（α_１；β_１）の状態にして検査すべき表面に向ける。

他の処理方法では、少なくとも一つの第一検査装置を用いて検査すべき表面から戻って来た輻射を所定の少なくとも一つの第二立体角（α_２；β_２）の状態で検出する。その場合、この検出装置は輻射を位置分解して検出することができる。

他の処理過程では、前記少なくとも一つの照射装置の立体角（α_１；β_１）を立体角（α_１′；β_１′）に変更する。他の処理過程では、第一輻射を変更した立体角（α_１′；β_１′）の状態で検査すべき表面に向ける。

他の処理過程では、前記第一検出装置を用いて検査すべき表面から戻って来た輻射を所定の第二立体角（α_２；β_２）の状態で検出する。

この方法でも、その時の第一部分立体角α_１またはα_２を頻繁に変え、この変更に引き続き、その時の輻射を検出すると好ましい。上に述べたこれ等の方法を組み合わせること、つまり、表面に対して照射装置を配置している状態の立体角や、表面に対して検出装置を配置している状態の立体角も連続的に、あるいは段階的に変更することも可能であると好ましい。

この変更によって、任意のどんな角度間隔でも、また、実質上可能なすべての入射角や出射角でも検出することができる。

本考案による他の方法では、第一の処理過程で、第一輻射を所定の第一部分立体角にして検査すべき表面に向ける。他の処理過程で、第二輻射を所定の第三立体角にして検査すべき表面に向け、他の処理過程で、第一検出装置を用いて、検査すべき表面から戻って来た輻射を所定の第二立体角の状態で検出する。その場合、この検出装置は輻射を位置分解して検出することができる。

照射を第一輻射と第二輻射で少なくとも時々同時に行うと好ましい。

この場合、或る一つの処理過程で、第一輻射を所定の第一部分立体角で検査すべき表面に照射する。他の処理過程で、第一検出装置を用いて、検査すべき表面から戻って来た輻射を所定の第二立体角で検出する。その場合、この検出装置は輻射を位置分解して検出することができる。

他の処理過程では、第二検出装置を用いて、検査すべき表面から戻って来た輻射を所定の第三立体角で検出する。

本考案による他の方法の場合、第一処理過程で、第一輻射を所定の第一部分立体角にして検査すべき表面に向ける。他の処理過程では、第二輻射を所定の第三立体角にして検査すべき表面に向け、他の処理過程で、第一検出器を用いて、検査すべき表面から戻って来た輻射を所定の第二立体角で検出する。その場合、この検出装置は輻射を位置分解して検出することができる。

所定の第一立体角を変更することとは、少なくとも第一部分立体角もしくは第二部分立体角を変更することと解される。それ故、第二部分立体角を維持したまま、第一部分立体角のみを変更する、あるいは第一部分立体角を維持したまま、第二部分立体角のみを変えることも考えられる。更に、両方の部分立体角を変更することも可能である。

本考案による方法では、照射装置と検出装置を、少なくとも一部光を反射する特性を保有する一つの空間の中に配置すると好ましい。

上に述べた本考案による装置の構成とその機能に加えて、本考案の他の利点および実施態様は添付図面から明らかになる。

図１は、本考案による装置１の第一実施例の模式図である。この装置には、所定の立体角で検査すべき表面３に対して配設されている一つの照射装置１５がある。更に、同じように所定の立体角で検査すべき表面３に対して配設されている一つの検出装置７が設けてある。矢印Ｐ１は表面３に向かう光を意味し、矢印Ｐ４はこの表面３から戻って来るため検出装置７で検出される光を意味する。

照射装置１５は所定の第一部分立体角α_１にして配置されている。検出装置７は、ここに示す図面では、部分立体角α_２＝０°にして配置されている。照射装置１５と検出装置７のそれぞれの部分立体角β_１とβ_２は、ここに示す実施例１の場合、同じように０°である。これからずれている角度は軸ｘの周りの回転を意味する。つまり、紙面から回転していることを意味する。

角度α_１は、上に説明するように、調節可能である。このため、照射装置１５はスライド装置５６によりこの実施例でほぼ半円状に形成されている案内装置５１に沿って移動する。従って、この照射装置１５は検査すべき表面３に対して（−９０°；０°）から（＋９０°；０°）の全角度を占めることができる。

この検出装置７もスライド装置５７によって、ここではほぼ円形状の案内装置５２に沿って案内される。その場合、この検出装置７も検査すべき表面３に対して（−９０°；０°）から（＋９０°；０°）の角度範囲内で移動させることができる。

その時の部分立体角βも可変できると好ましい。こうして、照射装置や検出装置も等しい角度α（しかし角度βは異なる）にして配置することができる。

案内装置５１，５２を配置することにより、照射装置１５と検出装置７が互いに接して傍を移動することや、照射装置１５が検出装置７よりも小さい第一部分立体角を占めたり、逆に検出装置７が照射装置１５よりも小さい部分立体角を示すことも可能になる。測定を一回行うため、例えば照射装置１５を、先ず図１に示す位置に配置し、次いでこの位置で測定を行うことができる。他の過程では、検出装置７を破線で示す第二位置に移動させ、他の測定を行うため、矢印Ｐ２に沿って新たに表面３に向けて照射する。

図２には本考案の第二実施例が模式的に示してある。図１に示す実施例とは異なり、ここでは、他の一つの検出装置１３と他の一つの照射装置１９が用いられている。この検出装置と照射装置も、その立体角に関して検査すべき表面３に対して変更することができるので、少なくともこの実施例２でも、案内装置５１，５２が検査すべき表面の周りにほぼ円形状に配置されている。つまり、個々の照射装置１５，１９および個々の検出装置７，１３は検査すべき表面３の周りにほぼ３６０°の角度全体にわたり回転させることができる。これにより、照射装置１５，１６が検査すべき表面７の下に配置されている場合、透過光処理での測定が可能になる。

ここに図示する案内装置５１，５２の代わりに、その時の入射角や検出角を調整することのできる可動アームの上に個別のまたは複数の照射装置または検出装置を設けることもできる。この照射装置１５，１９については、この装置を他の位置、特に参照符号６１で示すように、案内装置５１，５２の内部に設けることも考えられる。この場合、例えば半球状のハウジングの内面に、輻射を適当に検査すべき表面３に向ける鏡６２を装着してもよい。

より正確に言えば、多数の鏡６２，６２ａなどを所定の角度にして配置し、その場合、照射装置６１を回転可能に保持してもよい。

参照符号６３は、特に、これに限定するものではないが、一つのセンサのような位置分解を可能にする一つの検出装置を示す。

図３には、本考案による装置の第三実施例が示してある。この実施例３では検出装置７だけが回動可能に配置されている。一つの照射装置の代わりに、ここでは、多数の照射装置５４ａ，５４ｂが用いられていて、これ等の照射装置はハウジングの内面上に均等に配置されていると好ましい。その場合、これ等の照射装置５４ａ，５４ｂなどは、個別の光導体もしくは個別の小さなＬＥＤモジュールである。

個々のＬＥＤモジュール５４ａ，５４ｂなどを別々にオン・オフできると好ましい。何故なら、一つの制御装置によってその都度個々の光波をオン・オフさせることができると好ましいからである。この実施例ではガラス繊維を採用すると有利である。

他の有利な実施態様では、平坦な素子である検出装置７を好ましくは案内装置５１，５２のほぼ全体に沿って配置することもできる。

図３に示す光源５４ａ，５４ｂなどの他に、拡散光を放射する他の一つの輻射源を用いてもよい。このため、例えば、曇りガラスディスク、散乱ディスクなどを使用することもできる。

図４は表面３の光特性を検査する本考案による装置を示す。この場合、図４と５には案内装置は図示されていない。本考案の一実施態様では、全ての照射装置と検出装置が動かないように配置されている。つまり、立体角を可変できる可能性がない。この装置には内部に中空空間１２を有するハウジング２１がある。

この中空空間は、ここでは、半円状に、あるいは三次元的に見て、半球もしくは半球セグメントに形成されている。しかし、この中空空間に対して他の構造を用いることもできる。この中空空間の内面７１は少なくとも部分的に輻射もしくは光を反射する特性を持っている。上に示すように、内面全体に輻射もしくは光を反射する特性があると好ましい。その他、基礎面７２が輻射もしくは光を反射する特性を持っていると好ましい。

このハウジングの下側には一つの開口８があり、この開口の下に検査すべき表面３が配置されている。参照符号１５は第一照射装置を示し、参照符号１９は第二照射装置を示す。これ等の照射装置１５，１９は所定の立体角の下で光を検査すべき表面３に向けて放射する。その場合、指向されている輻射を用いることが大切である。

照射装置１５と１９が配置されている状態の第一部分立体角はα＝−１５°もしくはα＝＋７５°になる。この場合、部分立体角α＝０°は、図４において光が検査すべき表面３から垂直に上に進む角度を意味する。

この場合、軸ｘの周りの装置の傾きを示す角度βも０°である。図４に示す実施態様では、照射装置は全てＸ管を貫通して延びる表面３の上の垂直面内に配置されている。つまり、全ての照射装置に対して角度β＝０°である。参照符号７はカメラを示し、参照符号４は光センサを示す。両者は角度α＝β＝０°にして配置されている。つまり、これ等の検出要素は検査すべき表面から垂直に上に出て行く光を検出する。カメラと検出器のこの配置は両方の測定装置が同じ光を検出するか、もしくは特徴を明らかにすることを保証する。

しかし、両方の照射装置１５と１９の代わりに、ただ一つの照射装置を用いることも可能である。その場合、この装置のその時の立体角も自由に選択することができる。カメラ７と光センサ４は（０°；０°）からずれた立体角、場合によっては、異なった角度に配置することもできる。

参照符号１３，１４，１６，１７と１８は他の光検出器を示す。ここに提示する実施例の場合では、これ等の光検出器が部分立体角α＝−６０°（光検出器１４）、α＝−３０°（光検出器１８）、α＝２０°（光検出器１７）、α＝３０°（光検出器１６）およびα＝６０°(光検出器１３)にして配置されている。開口２０の中には他の光検出器または他の照射装置も設けてもよい。

これに対して、検出器の代わりに、他の照射装置を設けるか、あるいは同時に検出器と共に同じ位置または隣の個所に複数の照射装置を設けてもよい。これは、例えばビームスプリッターを用いて実現させることができる。その場合、例えば二色性の鏡などを使用してもよい。

つまり、例えば組み合わせた照射装置と検出装置は、照射装置と表面上で輻射の放射点との間の幾何学的な接続線に対して４５°にして配置されている二色性の鏡が照射装置から出た光を照射できるようにするが、この鏡が検査すべき表面から反射する光の反射に対して実質上透光性であり、これを検出装置に対して概ね通させるように、構成されていてもよい。

参照符号１１は、表面を検査する装置の位置を検査すべき表面に対して、好ましくは調節できる一つの調節装置を示す。ハウジングの一部分２２には、例えば利用者用の表示部、個々の検出装置や個々の照射装置用の制御装置、複数の制御装置、モータなどが装着されている。

図５を参照して、本考案による装置を用いた測定方法を説明する。この場合、矢印Ｐ１とＰ２は照射装置１５と１９からそれぞれ表面３に照射される光を示す。この光は矢印Ｐ４（一点鎖線で示す）に沿ってカメラ７の方向に照射される。このカメラ装置７には図７に示すビームを分割するシステムがある。このビームスプリッターを用いると、最初に照射装置６から矢印Ｐ３に沿って放射された一つの成分からなる矢印Ｐ４に沿って進むビームと、照射装置１５および１９から出る上に述べたビームとが分割されることになる。

このカメラは位置分解された画像表示を可能にするので、これにより検査すべき表面の位置分解された画像を表示することができる。こうして、個々の顔料もしくはフレークが見えるようになる。

カメラ７や一つの光検出器４も有する、ここに使用しているシステムの代わりに、一つのカメラだけを用いて測定を行い、積分強度、特にこれに限定するものではないが、カメラに入射する画像からコンピュータ支援により求めた積分強度を求めることもできる。

こうして、正確な表面構造、つまりその時のラッカー層の上またはその中の顔料の正確な幾何学的な位置を調べることができ、それによって、取り分け使用している着色効果顔料の密度、分布およびタイプから得られる効果を評価することができる。

照射装置６から出た光も同じように表面３に当り、そこから種々の立体角で検出される。上に説明したように、（０°；０°）で戻って来るビームが検出装置４によって検出される。更に、ここに示す実施例の場合、検出装置１３，１４，１６，１７と１８を用いて上に述べた他の立体角で検出が行える。

冒頭に述べたように、検査すべき材料、例えばラッカーは、それが照明される方向に応じて種々の光特性を持っている。それ故、個々の検出器１３〜１８は異なった分光結果を提供する。何故なら、これ等の検出器は、例えば観察者の異なった眺め方向をシミュレーションしているからである。

他の実施態様では、異なった立体角にして配置されている多数の照射装置を使用することもでき、これ等の照射装置も、同じように、例えば動かないように配置されている一つの検出器で異なった観察方向をシミュレートしている。この照射装置１９は、上に説明したように、−７５°の第一部分立体角にして配置されている。つまり、この照射装置から出た光はかなりの鋭角で検査すべき表面３に入射する。この照射装置１９の配置は、第一に、湾曲した、特に凹状の面を調べるのに役立つ。

この応用は、図５（ｂ）に示すように、周囲に対してより強い輻射強度で顔料を調べるのに適している。

上に説明したように、個々の照射装置を互いに無関係に動作させることができる。つまり、両方の照射装置の何れか一方１５または１９だけで表面を照射するか、あるいは両方の装置で同時に照射することもできる。完全な一回の測定サイクルを実現するため、両方の実施態様を組み合わせることもできる。

光沢を調べるため、この実施態様では、表面を照射装置１５と１９で同時に照射し、カメラ７で画像を撮影する。

粒度を調べるため、ここに示す実施態様の場合、−１５°で、つまり、照射装置１５により表面を照射し、図示するように、表面から戻って来た輻射を０°で検出する。

ここに示した照射装置の他に、指向されていない輻射を放射する他の輻射源を使用することも可能である。これにより、例えば空が曇っている場合、表面３の照明をシミュレートすることができる。上に説明したように、指向されていない輻射を曇りガラスディスクまたは空間的に分布している個々の輻射源によって発生させることができる。

更に、指向させた輻射と指向させていない輻射を、例えば順々にすることも可能であり、あるいはほぼ同時に一緒に使用することも可能である。

図６は、照射装置１９の詳細な側面図を示す。この照射装置にはハウジング４３の中に装着されている一つの高出力ＬＥＤ４１がある。更に、一つの絞り４６を設けていて、しかも、コリメートさせた光を表面に向けるため一つのレンズ４４を備えている。一つの発光ダイオードの他に、特に可視光領域で異なった発光スペクトルを有する多数の発光ダイオードを使用することもできる。個々の照射装置がそれぞれ発光スペクトルの異なる発光ダイオードを保有していてもよい。更に、概ね白色光または白色光に近い光を放出する照射装置を設けてもよい。

図７は、図４の本考案による装置の横断面を示す。その場合、ここでは、上で既に説明したように、全ての照射装置および検出装置がある一つの部分立体角β＝０°の状態にして配置されている。破線はこの装置を４５°にして配置している状態の部分立体角βを示す。好適な実施態様では、この装置を図４に示す軸ｘ上にある点Ｐの周りに傾けることができる。これにより、光をほぼ任意の部分立体角βで照射あるいは検出することができる。

既に説明したように、本考案による装置には、図５で矢印Ｐ１とＰ３に沿って表面上に照射され、矢印Ｐ４に沿って戻って来る光をカメラに向けるため、一つのビームスプリッターシステム２がある。この光は一つのビームスプリッター３１によって約９０°だけ偏向され、一つのフィルターおよび一つのレンズによってそのカメラ７もしくは感光性の表面に導かれる。光の他の（図示していない）成分は検出装置４に更に導入される。

有利な実施態様では、カメラ７または感光性の表面の位置をビームＳに対してずらすことができる。つまり、好ましくは、紙面内で垂直に、あるいは紙面に対して垂直に進む方向ＺあるいはＸにずらすことができる。更に、前記装置を検査すべき表面に対して正確に、例えば垂直に調整するため、ハウジング３９の下側に（図示していない）複数の調節装置を設けることができる。

図８ａ、図８ｂと図８ｃは、本考案による装置で検出できる表面効果の例を示す。図８ａには、表面の湾曲により生じる色ずれを示す。この色ずれは、例えばカラー画像カメラで調べることができる。詳しく言えば、入射角または検出角の変化がどんなカラー変化もしくはどんな輝度変化をもたらすかを調べることができる。しかし、他の実施態様では、白黒カメラの他に、個々の顔料の色に関する付加的な情報を提供する一つのカラーカメラを採用することもできる。白黒カメラと異なった発光スペクトルを有する多数の輻射源を使用しても、同じように顔料の色に関する情報が得られる。

同様に、この撮像位置では異なった観察角度から生じる明暗の差を検知できることが分かる。左上の領域では画像が幾分暗く見えるが、右下の領域ではより明るくなっている。図８ｄはカメラで撮影した表面の撮影像でなく、図８ａに示す明るさの変化を模式的に示したものである。観察角度に応じて、個々の顔料が非常に異なった状態で反射し、これにより、ここに示す明暗の移り変わりが生じる。

図８ｂは、表面のカメラ撮影像を示す。この場合、照射装置の適当な立体角、例えば（７５°，β）によって個々の顔料または個々のフレークが特に強く反射する。この撮影像により個々の顔料の分布あるいはその大きさや反射能も調べることができる。図５（ｂ）に示す測定撮影像を発生させるため、より大きい入射角またはより大きい部分立体角αの値を使用すると好ましい。カメラは０°で検出するので、表面から反射した光の大部分がカメラに到達し得ないので、これによりフレークの作用が非常に弱いバックグランド輻射で測定できる。図５（ｂ）に示す画像は個々の画素を示している。

図８ｃには、検査すべき表面の構造が示してある。これにより表面の顆粒度を検知できる。その場合、ここでは、照射は拡散光または適当な入射角度で行われる。

更に、図８ｃに示す像はカメラの分解能を変えて達成させることができる。しかし、他の実施例ではこのためにデジタルフィルターを使用することもできる。

本考案による装置の第一実施例の模式図である。 本考案による装置の第二実施例の模式図である。 本考案による装置の第三実施例の模式図である。 表面を検査するための本考案による装置の断面図である。 他の測定方法を加入した図４の本考案による装置の断面図である。 図４の装置の部分詳細図である。 図４の装置の部分断面図である。 図４の装置で得られた測定結果の写真である。 図４の装置で得られた測定結果の他の写真である。 図４の装置で得られた測定結果の他の写真である。 図４の装置で得られた測定結果の他の写真である。

符号の説明

１ 装置
２ ビームスプリッターシステム
３ 表面
４ 検出装置
６ 照射装置
７ カメラ
８ 開口
１１ 調節装置
１２ 中空空間
１３，１４，１６，１７、１８ 検出装置
１５，１９ 照射装置
２０ 開口
２１ ハウジング
２２ ハウジングの一部分
３１ ビームスプリッター
４１ 高出力ＬＥＤ
４３ ハウジング
４４ レンズ
５１，５２ 案内装置
５４ａ，５４ｂ 照射装置
５６、５７ スライド装置
６１ 照射装置
６２，６２ａ 鏡
６３ 検出装置

Claims (34)

1. 少なくとも一つの所定の第一立体角にして検査すべき表面に放射する少なくとも一つの第一照射装置と、
   輻射を位置分解して検出することができ、少なくとも一つの所定の第二立体角にして前記表面に対して配置されていて、前記表面に照射され、この表面から戻って来る輻射を捕捉する少なくとも一つの第一検出装置と、
   を備えた、光表面特性を検査する装置において、
   前記照射装置および／または前記検出装置を配置している状態の少なくとも一つの立体角が可変できるようになっており、
   前記照射装置と前記検出装置が少なくとも一部光反射特性を保有する一つの空間の中に配置されている、
   ことを特徴とする装置。
2. 前記第一検出装置は輻射を位置分解して検出できる好ましくは平坦な撮像素子を保有する、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記第一検出装置は輻射を位置分解して検出することができない、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 検査すべき表面に対して前記第一照射装置を配置している状態の第一部分立体角α_１は可変できる、ことを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項に記載の装置。
5. 検査すべき表面に対して前記第一検出装置を配置している状態の第一部分立体角α_２は可変できる、ことを特徴とする請求項１から４のうちいずれか１項に記載の装置。
6. 前記第一部分立体角α_１および／またはα_２は０°〜３６０°、好ましくは０°〜１８０°の範囲内で可変できる、ことを特徴とする請求項１から５のうちいずれか１項に記載の装置。
7. 少なくとも一つの立体角を所定の範囲内で制御する一つの制御装置が設けてある、ことを特徴とする請求項１から６のうちいずれか１項に記載の装置。
8. 前記制御装置は少なくとも一つの立体角を段階的に可変できる、ことを特徴とする請求項１から７のうちいずれか１項に記載の装置。
9. 前記制御装置は少なくとも一つの立体角を所定の値に設定することができる、ことを特徴とする請求項１から８のうちいずれか１項に記載の装置。
10. 少なくとも一つの照射装置および／または少なくとも一つの検出装置は少なくとも一つの案内装置の上に配置されていて、この案内装置は前記照射装置および／または前記検出装置の位置を所定の通路に沿って変化させることができる、ことを特徴とする請求項１から９のうちいずれか１項に記載の装置。
11. 前記通路は好ましくは検査すべき表面の周りにほぼ円形状に、好ましくはほぼ半円形状に延びている、ことを特徴とする請求項１から１０のうちいずれか１項に記載の装置。
12. 前記少なくとも一つの案内装置は、前記照射装置を配置している状態の立体角と前記検出装置を配置している状態の立体角とが互いに無関係に可変できるように構成されている、ことを特徴とする請求項１から１１のうちいずれか１項に記載の装置。
13. 少なくとも一つの所定の第三立体角で輻射を検査すべき表面に放射する少なくとも一つの他の照射装置、または前記表面に放射され、この表面から戻って来る輻射を少なくとも一つの所定の第三立体角で検出する少なくとも一つの他の検出装置が設けてある、ことを特徴とする請求項１から１２のうちいずれか１項に記載の装置。
14. 少なくとも一つの所定の第一立体角で輻射を検査すべき表面に向けて放射する少なくとも一つの第一照射装置と、
    前記表面に放射され、この表面から戻って来る輻射を捕捉する少なくとも一つの第一検出装置と、
    輻射を検査すべき表面に向けて放射する少なくとも一つの他の照射装置または前記表面に放射され、この表面から戻って来る輻射を検出する少なくとも一つの他の検出装置と、
    を備えた、光表面特性を検査する装置において、
    前記第一検出装置が輻射を位置分解して検出することができ、少なくとも一つの所定の第二立体角にして前記表面に対して配置されていて、
    前記照射装置および前記検出装置が少なくとも一部光を反射する特性を保有する一つの空間の中に配置されている、
    ことを特徴とする装置。
15. 前記他の照射装置（１９）は散漫拡散している輻射を放射する、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
16. 前記他の照射装置（１９）は指向された輻射を放射する、ことを特徴とする請求項１から１５のうちいずれか１項に記載の装置。
17. 前記他の照射装置または前記他の検出装置を配置している状態の少なくとも一つの立体角は可変できる、ことを特徴とする請求項１から１６のうちいずれか１項に記載の装置。
18. 前記検出装置は、カメラ、ＣＣＤチップなどを含む一群の検出装置から選択される、ことを特徴とする請求項１から１７のうちいずれか１項に記載の装置。
19. 少なくとも二つの照射装置で前記表面を少なくとも時折同時に照射する、ことを特徴とする請求項１から１８のうちいずれか１項に記載の装置。
20. 少なくとも一つの他の検出装置を設けている、ことを特徴とする請求項１から１９のうちいずれか１項に記載の装置。
21. 前記第二検出装置は、フォトセル、光素子、フォトダイオードなどを含む一群の検出装置から選択される、ことを特徴とする請求項１から２０のうちいずれか１項に記載の装置。
22. 前記第一検出装置は前記表面の上に約０°の第一部分立体角にして配置されている、ことを特徴とする請求項１から２１のうちいずれか１項に記載の装置。
23. 少なくとも一つの照射装置が前記表面に対して、−４５°と７５°を含む一群の角度から選択される第一部分立体角にして配置されている、ことを特徴とする請求項１から２２のうちいずれか１項に記載の装置。
24. 少なくとも一つの照射装置は前記表面に対して値が７０°より大きく、好ましくは７５°より大きい第一部分立体角にして配置されている、ことを特徴とする請求項１から２３のうちいずれか１項に記載の装置。
25. 少なくとも一つの検出装置は前記表面に対して値が７０°より大きく、好ましくは７５°より大きい第一部分立体角にして配置されている、ことを特徴とする請求項１から２４のうちいずれか１項に記載の装置。
26. 少なくとも二つの第二検出装置は前記表面に対して、−７５°，−１５°，２５°，４５°，７５°と１１０°を含む一群の角度から選択される第一部分立体角にして配置されている、ことを特徴とする請求項１から２５のうちいずれか１項に記載の装置。
27. 少なくとも一つの照射装置は指向されている輻射を放射する、ことを特徴とする請求項１から２６のうちいずれか１項に記載の装置。
28. 少なくとも一つの照射装置は指向されていない輻射を放射する、ことを特徴とする請求項１から２７のうちいずれか１項に記載の装置。
29. 複数の照射装置がほぼ一つの円弧に沿って配置されている、ことを特徴とする請求項１から２８のうちいずれか１項に記載の装置。
30. 複数の検出装置がほぼ一つの円弧に沿って配置されている、ことを特徴とする請求項１から２９のうちいずれか１項に記載の装置。
31. 前記照射装置や前記検出装置もほぼ等しい第二部分立体角にして配置されている、ことを特徴とする請求項１から３０のうちいずれか１項に記載の装置。
32. 前記照射装置や前記検出装置もほぼ一つの円弧に沿って配置されている、ことを特徴とする請求項１から３１のうちいずれか１項に記載の装置。
33. 一つの第一検出装置や一つの第二検出装置も等しい所定の立体角で輻射を検出できるための手段が設けてある、ことを特徴とする請求項１から３２のうちいずれか１項に記載の装置。
34. 互いに所定のほぼ一定の角度間隔にされている多数の照射装置が設けてある、ことを特徴とする請求項１から３３のうちいずれか１項に記載の装置。