JP6730781B2 - 光学測定機器の較正のための装置 - Google Patents

Description

本発明は、測定機器の較正及び／又は検査のための装置に関する。様々な光学測定機器が従来技術から知られている。本発明は、特に、表面の特性の調査のための測定機器に関する。

また、このタイプの機器は、従来技術から長きにわたって知られてきた。特に、調査されるべき表面上にわたって適切な測定機器が案内されて、この表面が照らされるとともに、それぞれ反射され或いは散乱される放射線から情報が集められることが知られている。

しかしながら、この場合、これらの測定機器を時々新たに較正する必要がある。このため、較正器具または標準器がそれぞれ従来技術から知られている。この場合には、これらの較正器具が通常はキャリアを有し、このキャリアに沿って測定機器を案内でき、その場合、測定機器が較正体を照らす。それに応じて較正体によりそれぞれ投げ返され或いは反射され或いは散乱される放射線から情報を集めることができ、また、この情報に基づいて、較正または調整をそれぞれ再び行なうことができる。この場合、これらの較正器具は、比較的乱暴な取り扱いに頻繁に晒される。一部分において、これらの較正器具は汚され、研磨洗浄剤を用いて洗浄される。また、劣化プロセスの結果として、それぞれの較正体の交換が頻繁に生じる。このように、特定の時間後、較正体は、それらのために意図される目的でもはや使用され得ない。

したがって、本発明の目的は、このタイプの較正器具の耐性および好ましくは持続性も向上させることである。これは、独立請求項の主題により本発明にしたがって達成される。有利な実施形態および更なる発展が従属請求項の主題を形成する。

光学測定機器の較正のための本発明に係る装置は、キャリアを有する。また、その装置は、キャリア上に配置される較正体を有する。

本発明によれば、この較正体がガラス体を有し、そのガラス体は少なくとも１つの散乱要素を有し、この散乱要素はガラス体によって完全に取り囲まれ、また、散乱要素の透過度とガラス体の他の領域の透過度とが互いに異なる（特に、較正体に衝突する光に関して）。この較正体が較正標準器及び／又は検査標準器としての役目を果たすことが有益である。

したがって、本発明によれば、（ガラス体に対して）光学的に異なる散乱要素を有する較正体が設けられるべきであるが、これらの散乱要素−従来技術における以外−は較正体の表面上ではなく内部空間内に配置されることが提案される。このようにすると、前述の散乱要素は、それら自体が損傷および汚染を生じ難く、また、劣化プロセスの影響および洗浄プロセスの影響も受け難い。更なる有利な実施形態の場合、接触要素または較正体はそれぞれキャリア上に固定態様で配置される。この場合、較正体をキャリアに対して固定態様で螺合または接着することができ、あるいは他の締結手段により締結できる。このようにすると、較正体がキャリアに対して移動できないようにすることができ、それにより器具の信頼性が全体として高められる。

更なる有利な実施形態の場合、散乱要素は、ガラス体のレーザ処理によって形成される散乱要素である。このことは、ガラス体の内部で従来技術から知られる方法を用いて、例えばガラス材料の局所融解が内部で行なわれることによってこれらの散乱要素が形成されることを意味する。これは、例えばいわゆる３Ｄレーザ彫刻によって行なうことができる。このようにすると、前述したように、散乱要素をガラス体の外表面上ではなくガラス体の内部に位置させることができる。

また、このタイプのレーザ処理またはレーザ照射をそれぞれ用いて、ガラス体の内側の−散乱要素が形成される−深さを固定することもできる。

更なる好ましい実施形態の場合、キャリアは、較正されるべき測定機器をこの測定機器がキャリアに対して所定のラインに沿って移動できるように案内するガイドデバイスを有する。

測定機器をキャリアに対して移動させることができるラインが真っ直ぐなラインであることが有益である。しかしながら、較正体を測定機器に固定態様で組み込むことも可能である。このようにすると、測定機器は、例えば、通常の動作時に調査されるべき材料を照らすとともに較正動作時または検査動作時に較正体を照らす照射デバイスまたは照明デバイスを有することができる。このタイプの実施形態において、測定機器は、照明方向で較正体の背後に配置されるセンサデバイスを有することが好ましい。このタイプの構成の場合、キャリアは、較正体を明瞭な、特には固定された位置に位置決めするために使用されることが好ましい。

この場合、較正体または標準器はそれぞれ、リングに保持される（すなわち、このリングは、この場合にはキャリアを構成する）とともに、サンプルウェル上に保持されることが好ましい。リングは、再現可能な測定値を得るために正確な位置決めを確保する。

更なる有利な実施形態の場合には、ガイドデバイスが第１のガイドレールを有し、この第１のガイドレール内で測定機器の少なくとも１つのホイールが転動できる。このタイプの測定機器はしばしばホイールを有し、これらのホイールを用いて、測定機器は、調査されるべき表面、例えば自動車の車体の表面に対して転動できる。ガイドデバイスは、このホイールがガイドデバイスに対しても転動できるように形成される。

装置が第２のガイドレールも有することが有益であり、この第２のガイドレールは、特に好ましい態様では第１のガイドレールと平行であり、また、この第２のガイドレール内でも同様に測定機器の少なくとも１つのホイールが転動できる。測定機器が４つのホイールを有することが有益であり、これらのホイールのうちの２つが較正動作時に一方のガイドレール内で走行し、他の２つのホイールが他方のガイドレール内で走行する。

ガイドレールまたはガイドデバイスはそれぞれ、測定機器の一方向のみの移動を可能にするが、この方向に対して直角の方向の移動を可能にしないことが好ましい。このため、ガイドレールの幅は、測定機器のホイールの幅に適合され得る。例えば、ガイドレールの幅は、ほんの僅か大きくなるように選択され得る。また、測定機器のホイールの外表面に対する損傷を防止する保護機構がガイドレール上またはガイドレール内に存在し得る。ガイドレールのこの特別な構造のため、測定機器は、キャリアに対するその移動方向に対して垂直に移動され得ることが防止される。

ガイドレール、または、測定機器のホイールがその上で転動する表面は、それぞれ、較正体の表面とほぼ同じ高さに位置されることが有益である。このようにすると、例えば自動車の表面上の実際の測定状況を信頼できる態様で調整することができる。

散乱要素は、この散乱要素上へ照射される装置の光を散乱することが好ましい。しかしながら、散乱要素が散乱せずに反射する要素であることも想定し得る。

更なる有利な実施形態の場合、散乱要素の透過率または透過能力は、散乱要素を取り囲む領域の透過能力よりも低い。このタイプの複数の散乱要素がガラス体に形成されることが有益であり、また、これらの散乱要素が測定機器の移動方向に沿って互いに距離を隔てて配置されることが好ましい。このようにすると、例えば個々の散乱要素間に乱されないガラス体を形成することができ、また、このようにすると、ガラス体が非常に高い透過度を有する。しかしながら、特定の透過率を有する散乱要素がこれとは異なる透過率を有する更なる散乱要素へと融合することも想定し得る。

また、複数の散乱要素は、これらの散乱要素が読み出されるときに測定機器が特定の値を発するように互いに前後に配置されることもできる。このようにすると、ガラス体における散乱要素の特定の配列を測定機器の較正のために使用することもできる。言い換えると、散乱要素をバーコードの態様で較正体の内側に配置することができる。このバーコードは、この場合には、器具の１つ以上の空間周波数（単位長さ当たりの周期の数）の特性となり得る。

空間周波数に関して、特に一次元動作の範囲内で、測定値（例えば明度）が記録される場合には、所定のパターン（例えばバーコード）の生成によって測定値のレベルが影響され得る。

明るさの変化は、例えば、特定のパターンの配置によってもたらされる。このようにすると、例えば、較正体はパターンの所定の配列を有することができる。このタイプのパターンの明るさが測定機器を用いて走査される場合には、測定された明るさの変化を、数学的なフィルタにより、好ましくは測定値として発せられる、特定の空間周波数または空間周波数範囲の明るさの変化のための指標へと変換することができる。パターンまたは散乱要素はそれぞれ、測定機器の動作範囲内で測定値を用いて検査基準が得られるように配置され得ることが好ましい。この場合には、例えば最初に明るさ走査を記録することができ、また、各々の場合に（空間的に依存する態様で）測定された値を数学的なフィルタを用いて処理することにより、空間周波数に依存する測定値を得ることができる。

（測定機器の移動方向で）異なる幅または異なる延在長さをそれぞれ有する複数の散乱要素を設けることが好ましい。

更なる有利な実施形態の場合、較正体は、この較正体の表面が予め設定されたラインに沿って較正されるべき測定機器へ向けて対向するようにキャリア上に配置される。このことは、キャリアデバイスに対する測定機器の全体の経路に沿って較正体が測定機器の照明デバイスにより照らされ得る限り較正体が延びることが好ましいことを意味する。

また、本発明は、この場合、測定機器がキャリアに対して移動されるという趣旨で説明されてきた。しかしながら、測定機器自体をキャリアと比べて静止させ、その代わり、較正体をキャリア及び／又は測定機器に対して移動させることもできる。このようにすると、例えば、較正体自体をレールの内側に配置してこのレールに対して移動させることができる。このタイプの構成は、例えばホイールを有さない測定機器においても望ましい。

また、予め設定された移動方向でキャリアに対して移動できる保持デバイスをキャリア上に配置することもできる。更に、この保持デバイス上に較正されるべき測定機器を配置することができる。このようにすると、保持デバイスに対して測定機器を固定する締結デバイスが存在し得る。

更なる有利な実施形態の場合には、測定機器と対向する較正体の表面が滑らかな表面である。この表面も平坦面であることが好ましい。特に、ガラス体を設けることにより、また、この場合にも同様に好ましくは滑らかなガラス体を設けることにより、例えば汚染および洗浄剤に対するその脆弱性を減らすことができる。また、汚れが生じるときには、洗浄体を非常に容易に洗浄できる。

更なる有利な実施形態の場合、較正体は、この較正体の１つの表面だけが接触され得るようにキャリア上に配置される。このようにすると、較正体が外的影響から非常に良好に保護される。特に、このようにすると、較正体が汚染からも保護される。それにも関わらず汚れが生じる場合には、それを非常に容易に除去できる。前述したように較正体がキャリアの一部分上に直接に配置される場合、例えば接着される場合には、これにより、汚れが入り込むことができる隙間の形成も防止できる。

更なる有利な実施形態の場合には、キャリアが少なくとも２つの部分で形成されるとともに、較正体の少なくとも一部がキャリアのこれらの２つの部分間に配置される。この場合、キャリアの一部が凹部を有することができ、この凹部を通じて較正体が見える。この場合には、測定機器のホイールを案内するための前述した２つのガイドレール間に較正体が配置されるのが有益である。

更に、本発明は、光学測定機器の較正及び／又は検査のための較正体または検査本体のそれぞれに関する。この場合、この較正体は少なくとも１つの散乱要素を有するガラス体を有し、この散乱要素はガラス体によって完全に取り囲まれ、また、散乱要素およびガラス体の透過度は互いに異なり、加えて、較正体が一体部品を成して形成され、散乱要素はガラス体のレーザ処理によって形成される散乱要素である。

したがって、較正体に関しては１つの手続きも選択され、この手続きによれば、散乱要素がこの較正体に組み込まれ、この較正体が一体部品のガラス体であることが有益である。特に、レーザによる処理は、散乱要素のそのような（内部）構造を可能にする。

散乱要素の構造は、このレーザ処理によって影響され得る。特に、散乱要素の散乱作用及び／又は透過度が影響され得る。較正体は、異なる透過度及び／又は散乱度を伴う散乱要素を有することが好ましい。

較正体が均一な材料から形成されることが有益である。散乱要素が較正体の他の領域と同じ材料から成ることが好ましい。較正体がボロフロートガラスから成ることが好ましい。

更なる有利な実施形態の場合には、ガラス体の少なくとも１つの表面が平面及び／又は滑らかな表面である。このようにすると、前述したように、このガラス体の洗浄能力を高めることができる。

更なる有利な実施形態の場合、このガラス体の厚さは、１ｍｍ〜３０ｍｍ、好ましくは２ｍｍ〜２０ｍｍ、および、特に好ましい態様では３ｍｍ〜７ｍｍである。

ガラス体のこれらの厚さは、この場合、特定の態様では、散乱要素が存在しない表面に対する光の高い透過度を可能にするのにも適している。

更なる有利な実施形態の場合、ガラス体は立方状の構造を有する。しかしながら、例えば（円形）ディスクの形態を成すなど、丸い構造も可能である。

散乱要素が２つの対向する表面から少なくとも１ｍｍの距離を隔てることが有益である。この場合、これらの表面の一方は、較正動作時に測定機器と対向する表面であることが有益である。この場合、更に、残りのガラス体を完全に透明にすることもできる。しかしながら、ガラス体の残りの部分は、透明でなく、或いは一部だけ透明であることもそれぞれ考えられ、また予め設定された散乱比率を有することもできる。この場合、ガラス体の残りの部分もレーザ作用により処理されていることも想定し得る。

更なる有利な実施形態の場合には、ガラス体が複数の散乱要素を有する。これらの散乱要素は、少なくとも部分的に互いから距離を隔てて配置されることが好ましい。また、これらの散乱要素が、測定機器の移動方向に沿って較正体に対して異なる長さを有することもできる。

更なる実施形態の場合、複数の散乱要素は、測定機器の移動方向で較正体に対して互いに前後に配置される。

この場合、散乱要素を平坦面の形態で、例えば長方形の形態で形成することができる。しかしながら、散乱要素を図形の形態で、特に文字などの記号の形態で形成することもできる。また、較正体を着色ガラスから形成することもできる。

更なる有利な実施形態の場合には、散乱要素または少なくとも１つの散乱要素がそれぞれ実質的に均質な構造を有する。これは、例えば、この散乱要素の透過度が測定機器の移動方向に沿って変化しないことを意味するように理解される。

更なる有利な実施形態の場合、較正体の少なくとも１つの表面には、コーティングが設けられ、また、特に、しかし排他的ではなく、ラッカーコーティングが設けられる。これは、例えば、白色の表面であってもよい。また、コーティングを反射コーティングにすることもできる。加えて、このコーティングを吸収コーティングにすること、あるいは、このコーティングを暗色に維持することもそれぞれできる。通常は、較正体の少なくとも１つの表面にコーティングを設けることが好ましい。このコーティングは、較正体の透過特性を変えるコーティングであることが有益である。

コーティングが均質なコーティングであることが好ましい。しかしながら、コーティングを意図的に非均質にすることもでき、例えば、このコーティングの反射度合いは、較正体に対する測定機器の移動方向で変化する。

測定機器と対向する較正体の表面とは反対側の表面上に前述のコーティングが設けられることが有益である。このように、測定機器から離れて面する較正体の表面上にこのコーティングまたはラッカーの層をそれぞれ設けることが有益である。較正体に対する測定機器の移動方向に沿って較正体が一定の厚さを有することも有益である。

また、コーティングを散乱コーティングとして設けることもできる。

更に、本発明は、光学測定機器の較正及び／又は検査のための、特に表面の特性の検出のために使用される光学測定機器の較正のためのレーザ処理されたガラス体の使用に関する。このガラス体は、その内部構造中に散乱要素がレーザ処理によって形成された前述のタイプのガラス体であることが有益である。この場合、レーザ処理されたガラス体は、較正されるべき測定機器が較正のために較正体に対してそれぞれ移動され及び／又は調整され或いは配置されるとともに少なくとも所定時間にわたって較正体を照らすように使用されることが有益である。また、測定機器により出力される測定値を監視し、特に基準値と比較することができる。

更なる利点および実施形態は添付図面から明らかである。

測定機器の較正のための本発明に係る装置の例示である。 較正体の平面図である。 本発明に係る較正体の更なる平面図および側面図である。 本発明の更なる実施形態を示す。 キャリアの拡大図である。

図１は、光学測定機器の較正のための本発明に係る装置１を示し、この例では、表面、特に自動車表面の特性を調査するために使用される測定機器１０が関与する。

本例では、この測定機器がハウジング５２を有し、このハウジング５２の内部には、好ましくは、少なくとも１つの放射線デバイスと、少なくとも１つの放射線検出デバイスとが配置される。また、測定機器１０はディスプレイ５６を有し、このディスプレイを用いて情報をユーザに対して出力できる。測定機器１０は、キャリア２と対向するその下面または側面にそれぞれ開口（見えない）を有し、この開口を通じて、放射線、特に光が測定機器１０から出てくることができる。より正確に言うと、この光は較正体に衝突し得る。

参照数字５４は、ハウジングまたは測定機器にそれぞれ配置されるホイールを示し、これらのホイールにより、調査されるべき表面に対して測定機器を移動させることができる。

参照数字２は、較正装置のキャリアを示す。このキャリア２は、この場合には、測定機器１０を案内するのに役立つ。この目的のため、キャリア２は、２つのガイドレールまたはガイドデバイスまたはガイドレール６をそれぞれ有する。これらのガイドレールは、この場合には、測定機器のための走行面を有することができる。これらのガイドレールは、本例では、測定機器の移動方向Ｂに延びるとともに、この方向では測定機器を移動できるが、この方向に対して直角な方向では測定機器を移動できないという作用を有する。また、キャリア２に対する測定機器の横方向の移動を防止する横ガイドのみをキャリア上に配置することもできる。

参照数字４は、キャリア上に配置される較正体を示す。特に、この較正体４は、キャリア２の上部２ａに接着される。

参照数字８は、凹部または穴をそれぞれ示し、この凹部または穴を通じて、較正体４またはその表面はそれぞれ接近可能であり、また、このようにして、測定機器１０の照明デバイスにより照らされることもできる。参照数字１４は側縁を示し、この側縁は、キャリアを境界付けるが、移動方向Ｂに対して直角な方向での測定機器１０の移動も防止する。

参照数字１６は保護機構を示し、この保護機構は、この側縁に取り付けられるとともに、例えば個々のホイール５４の表面が擦り削られることを防止する。例えば、この保護機構は、キャリアに取り付けられる、例えば接着される保護膜であってもよい。参照数字１８は締結要素を示し、この締結要素によってキャリア２の２つの部分が互いに固定される。

図２は較正体４の平面図である。この較正体は、本例では、複数の散乱要素４２と、透明な本体４４とを有し、本体４４は、この場合、いずれの場合にも散乱要素に隣接する。図２に示される実施形態の場合、本体の部分４４の透明度は非常に高く、それと比べて散乱要素の透明度は低い。この場合、散乱要素は、好ましくは、測定機器の異なる空間周波数を考慮に入れることができるように配置される。

図３は、較正体４の平面図と側面図との比較を示す。本例では、動作中に測定機器と対向する較正体の表面４ａも同様に明らかである。なお、個々の散乱要素４２は較正体またはそのガラス体にそれぞれ埋め込まれており、このようにすると、いずれの側からも散乱要素に（ユーザが）接近できないことに留意すべきである。このようにすると、一方では、これらの散乱要素が機械的影響を受け難いようにすることができるが、他方では、これらの散乱要素が任意の劣化プロセスに晒されないようにすることもできる。

図４は、本発明の更なる実施形態または用途をそれぞれ示す。この実施形態の場合、検査されるべき測定機器１０は、調査されるべきサンプルを経由して（または、サンプルを通過してそれぞれ）照明デバイスが（球状の）本体の内壁を照らす機器である。検査及び／又は較正の目的のため、調査されるべきサンプルの代わりに、較正体が照明デバイスと少なくとも１つのセンサデバイスとの間のビーム経路中へ押し込まれる。したがって、この実施形態の場合、測定機器と較正体４との間で相対的な動作が行なわれない。参照数字６２は、サンプル（または較正体のそれぞれ）を介して光が照射される球状本体を示す。

次に、参照数字２はキャリアを示し、このキャリア上に較正体４が配置される。

図５はキャリア２の拡大図である。キャリアは、較正体を保持するための環状保持体を有する。参照数字２４は突起を示し、この突起により、キャリアが正確に規定された回転設定で測定機器に締結されるようにすることができる。参照数字２２は、例えば較正体４を支持または保持するための支持リングなどの支持体を示す。

本出願書類に開示される特徴の全ては、それらが個別に或いは組み合わせて従来技術と比べて新規である限りにおいて、本発明に不可欠であるように特許請求の範囲に記載される。

１ 本発明に係る装置
２ キャリア
２ａ 上部
４ 較正体
４ａ 表面
６ ガイドデバイス
８ 凹部
１０ 測定機器
１４ 側縁
１６ 保護機構
１８ 締結要素
２２ 支持体
２４ 突起
４２ 散乱要素
４４ 本体の部分
５２ ハウジング
５４ ホイール
５６ ディスプレイ
６２ 球状本体
Ｂ 移動方向

Claims (11)

1. キャリア（２）を有するとともに、前記キャリア（２）上に配置される較正体（４）を有する、光学測定機器（１０）の較正及び／又は検査のための装置（１）であって、前記較正体（４）は、少なくとも１つの散乱要素（４２）を有するガラス体（４４）を有し、この散乱要素（４２）が前記ガラス体（４４）によって完全に取り囲まれ、前記散乱要素（４２）および前記ガラス体（４４）の透過度または散乱度がそれぞれ互いに異なり、前記装置は球状本体（６２）及び照明デバイスを有し、前記照明デバイスは、調査されるべきサンプルまたは前記較正体（４）のそれぞれを介して前記球状本体（６２）の内壁を照らすことを特徴とする装置（１）。
2. 前記散乱要素（４２）は、前記ガラス体（４４）のレーザ処理によって形成される散乱要素（４２）であることを特徴とする請求項１に記載の装置（１）。
3. 前記キャリアは、較正されるべき測定機器を、該測定機器が前記キャリア（２）に対して所定のラインに沿って移動できるように案内するガイドデバイス（６）を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の装置（１）。
4. 前記較正体（４）は、該較正体（４）の表面（４ａ）が前記所定のラインに沿って較正されるべき測定機器（１０）へ向けて対向するように前記キャリア（２）上に配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置（１）。
5. 前記較正体は、前記キャリアに対する測定機器（１０）の位置に依存する態様で該測定機器の照明デバイスが前記散乱要素（４２）または前記ガラス体の更なる領域を照らすように前記キャリア上に配置され、前記ガラス体の透過率が前記散乱要素（４２）の透過率とは異なることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置（１）。
6. 前記較正体（４）は、該較正体（４）の１つの表面（４ａ）だけが接触され得るように前記キャリア上に配置されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置（１）。
7. 光学測定機器（１０）の較正及び／又は検査のための較正体（４）であって、この較正体（４）は、少なくとも１つの散乱要素（４２）を有するガラス体（４４）を有し、この散乱要素（４２）が前記ガラス体（４４）によって完全に取り囲まれ、前記散乱要素（４２）および前記ガラス体（４４）の透過度が互いに異なり、前記較正体（４）が一体部品を成して形成され、前記散乱要素（４２）が前記ガラス体（４４）のレーザ処理によって形成される散乱要素（４２）であり、前記散乱要素（４２）が前記較正体（４）の内側にバーコードの態様で配置されることを特徴とする較正体（４）。
8. 前記ガラス体（４４）の少なくとも１つの表面（４ａ）が平面であることを特徴とする請求項７に記載の較正体（４）。
9. 前記散乱要素（４２）が実質的に均質な構造を有することを特徴とする請求項７に記載の較正体（４）。
10. 前記較正体（４）の少なくとも１つの表面にはコーティングが設けられていることを特徴とする請求項７に記載の較正体（４）。
11. 自動車表面の特性を調査するために使用される光学測定機器の較正及び／又は検査のためのレーザ処理されたガラス体の使用であって、
    前記ガラス体（４４）は少なくとも１つの散乱要素（４２）を有し、当該散乱要素（４２）は当該ガラス体（４４）によって完全に取り囲まれ、前記散乱要素（４２）および前記ガラス体（４４）の透過度が互いに異なり、前記散乱要素（４２）が前記ガラス体（４４）のレーザ処理によって形成される散乱要素（４２）である、ガラス体の使用。

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