WO2025027147A2 - Apparatus and method for examining surface properties - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a device and a method for examining optical surface properties.
- the invention is described with reference to the examination of surfaces of motor vehicles, but it is pointed out that the device can also be used for other surfaces, for example of furniture or of electronic components or (small) buttons of electronic devices.
- gloss is determined by irradiating the surface to be examined and measuring or examining the reflected radiation.
- the classic gloss measurement has strict specifications regarding the optical configuration.
- the photo element from the standard configuration is replaced by a camera, the image of the illumination aperture is obtained.
- the surface of the sample is not sharply imaged and the surface shape and texture are only measured indirectly. There is therefore no detailed information about the surface if the photo element is replaced by a camera.
- the camera can compensate for any possible tilting of the measuring device in relation to the surface normal.
- the aperture image can be tracked and the aperture can be virtually reproduced using the camera's pixels.
- An area sensor at the position of the classic detector preferably enables tracking of the reflected signal.
- the brightness center of gravity in the recorded intensity image can be used for tracking.
- the measuring device is tilted, the bright illumination aperture image moves away from the defined position.
- the sample surface to be measured can also actively tilt away, e.g. with moving web materials in a robotics application. If the center of gravity leaves a defined tolerance range, the measurement is preferably classified as invalid and feedback is given about the excessive tilt.
- the area sensor can also be used to measure the gloss value.
- a virtual aperture can be defined in the size of the mechanical aperture.
- the summed brightness value of the virtual aperture corresponds to the classic measured value.
- the virtual aperture can also be placed around the center of gravity and coupled with it. This also allows the tilting of the measuring device to be compensated to a certain extent. HDR images are preferably required for absolute measurement recording.
- the area sensor can also be used in combination with the classic sensor.
- a part of the detector signal can be decoupled (particularly via a beam splitter) and fed to the area sensor.
- the detection of the tilt is carried out by the Area sensor.
- the classic sensor with a mechanical aperture is preferred for simultaneous measurement of the signal.
- the present invention is based on the object of enabling a gloss measurement that can be traced back to the classic gloss measurement, even for curved surfaces.
- a further object of the invention is to enable a determination of the surface properties (in particular gloss values) of very small surfaces.
- a further object of the invention is to enable a determination of surfaces that have both glossy and matte areas.
- the invention proposes to combine the characterization of the surface geometry and the classic gloss measurement. However, this procedure can also be applied to small surfaces and surfaces that have matt and glossy areas.
- a spot observation is used to detect dirt or damage on the surface.
- a common method of incident light illumination is called dark field microscopy. Only the light diffusely reflected from the surface hits the observation unit. This method cannot be used on uneven and/or reflective surfaces. On reflective surfaces, for example, you would see dust particles on which the light is diffusely reflected.
- Dark field lighting can be used for matt surfaces, although here too no curvatures can be seen with circular lighting. However, all-round lighting is needed for freedom of rotation, i.e. the measured values should be independent of the positioning of the measuring device. Scratches can be detected in the dark field, although deep scratches will be shadowed.
- Illumination and (as described in the context of the invention) in combination with a te- telecentric lens was able to determine that the telecentric lens prevents the image of reflections of the light source on the surface. The effect is based on the limited angle acceptance and depth of field in the telecentric case.
- a large lens of a telecentric lens can also capture all the light, for example in the case of parallel incident and reflected light. When using a conventional lens, light reflected back at the edges of the measuring area cannot be recorded.
- this inline lighting is called bright field lighting.
- Köhler lighting can be used.
- a uniform illumination of the object is achieved.
- the light source consists of a homogeneously illuminated surface the size of the observation area.
- This lighting can be implemented using an LED matrix and a diffuser, for example.
- the coupling takes place, for example, via a beam splitter (diffuse coaxial lighting).
- Another object underlying the invention is to use a cost-effective and easy-to-use lighting.
- the advantageous new measurement setup produces sharper and more detailed images of the surface. Curvatures can be interpreted by the brightness gradient in the images.
- the new setup is preferably rotation-free. Even deep damage in the surfaces can be seen without shadowing.
- a further object underlying the invention is to provide a device and a method which also allow a standardized evaluation of non-flat surfaces, or of surfaces which are not uniformly shiny or not uniformly diffusely scattering, i.e. matt.
- a further object underlying the invention is to provide a device and a method which also enables the assessment of surfaces of very small components such as electronic components.
- an assessment of small operating units such as small buttons (e.g. on a smartphone) should also be possible.
- the device also has an optical detection device with an irradiation device which is suitable and intended to radiate radiation in a second radiation direction onto the surface to be examined and with a radiation detection device which is suitable and intended to detect the radiation radiated by the irradiation device onto the surface to be examined and emitted by the surface in a second radiation direction.
- the second irradiation direction and the second radiation direction are essentially opposite.
- opposite means that the radiation directions are essentially parallel to one another, but opposite to one another.
- essentially parallel means that the beam directions run at an angle to one another that is between 170° and 190°, preferably between 175° and 185°, between 178° and 182°, and particularly preferably between 179° and 181°.
- the radiation detection device is suitable and intended for recording HDR images and records HDR images.
- the device has an image evaluation device (in particular a processor-based one) which is suitable and intended to determine at least one effective area value which is characteristic of an area located in a predetermined and/or predeterminable measuring area within the maximum detection area, which is reached by the radiation emitted (by the surface in response to the radiation radiated in (by the irradiation device)), in particular reflected, in a predetermined and/or predeterminable manner, in particular with regard to a brightness and/or color value.
- an image evaluation device in particular a processor-based one
- the effective area value which is characteristic of an area located in a predetermined and/or predeterminable measuring area within the maximum detection area, which is reached by the radiation emitted (by the surface in response to the radiation radiated in (by the irradiation device)), in particular reflected, in a predetermined and/or predeterminable manner, in particular with regard to a brightness and/or color value.
- an image evaluation device in particular a processor-based one
- the effective area value which is
- a processor device which is suitable and intended to determine at least one ratio value which is characteristic of a relationship between the area value and the measuring area.
- the processor device can be the image evaluation device. However, it is also conceivable that the processor device is (at least partially) different from the image evaluation device. Preferably exactly one ratio value is determined. However, it is also conceivable that two, three or more ratio values are determined.
- the device can have all the features of the device described first above, individually or in combination, and vice versa. Furthermore, both devices can have all the features mentioned below, individually or in combination with one another.
- This fill factor is therefore a factor that can depend on the curvature or the size of the object or the shiny or matte parts of the surface.
- the fill factor is a value that is calculated as follows:
- Fill factor area value / measuring area (or partial area / total area of the measuring device), whereby both the area value and the measuring area are preferably given in the unit mm 2.
- the area value and the measuring area each indicate an area measured in the same (but in particular any, for example different from mm 2 ) (area) unit of measurement.
- the device is portable. It is thus possible for the device to be guided by a user by hand, but it is also possible for the device to be guided by a robot or robot arm.
- the surface to be examined is preferably a curved surface or a very small surface.
- a very small surface is understood to be a surface that is smaller than 4 cm 2 , preferably smaller than 3 cm 2 , preferably smaller than 2 cm 2 , preferably smaller than 1 cm 2 , preferably smaller than 0.5 cm 2 , preferably smaller than 0.3 cm 2 , preferably smaller than preferably smaller than 5 mm 2 .
- the maximum (geometric) extent of the surface to be examined in at least one direction and preferably in at least two mutually perpendicular directions is smaller than 4 cm 2 , preferably smaller than 3 cm 2 , preferably smaller than 2 cm 2 , preferably smaller than 1 cm 2 .
- this very small surface can be the surface of an electronic component or the surface of a button or key on a device such as a smartphone.
- the devices described here or the measurements performed by these devices are sensitive to tilting and changes in distance (of the device relative to the surface to be examined) with small measuring spot area sizes (less than 1 mm 2 ).
- Classic gloss measurement requires flat surfaces. Calibration is also always carried out on flat surfaces. With curved surfaces, a certain proportion of the incident radiation is not reflected in the direction of the radiation detector device, which must be taken into account when evaluating measurement results, especially those generated during classic gloss measurements. With very small surfaces, not all of the incident radiation reaches the surface to be examined. Here, too, a correction is necessary.
- the second direction of irradiation i.e. the direction of irradiation in which the radiation from the irradiation device hits the surface
- this (second) direction of irradiation is essentially perpendicular to the surface to be examined.
- this (second) direction of irradiation it is possible for this (second) direction of irradiation to be opposite to the direction of the radiation emitted, in particular reflected, by the surface.
- the radiation emitted by the surface is preferably reflected radiation (i.e. radiation that was initially irradiated onto the surface by the second radiation device and reflected by it).
- the second irradiation direction i.e. the irradiation direction in which the radiation originating from the irradiation device hits a measuring plane in which the surface to be examined is arranged (and/or is to be arranged), is essentially perpendicular to the measuring plane.
- this irradiation device it is thus possible for this irradiation device to be opposite to the direction of the radiation emitted, in particular reflected, by a surface arranged in the measuring plane (which has a flat design).
- the surface to be examined is arranged in a (the) measuring plane and/or is to be arranged for its examination. In the case of completely flat surfaces to be examined, this lies within the measuring plane.
- the first irradiation direction encloses an angle with the surface to be examined (and/or with the measuring plane) which is greater than 15°, preferably greater than 30°, preferably greater than 35°, preferably greater than 40° and particularly preferably greater than 50°.
- the first irradiation direction forms an angle with the surface to be examined (and/or with the measuring plane) that is less than 80°, preferably less than 70°, preferably less than 65°. The angle is particularly preferably 60°.
- the first radiation device radiates the radiation at an angle of substantially 45° or 60° to the surface (and/or to the measuring plane) and the first radiation detector device records the radiation reflected from the surface at an angle of substantially 45° or 60°.
- the angle of incidence and the angle at which the radiation is recorded are opposite.
- the device preferably has a second radiation device which is suitable and intended to radiate radiation in a second (glancing angle) direction of incidence onto the surface to be examined, and a second radiation detector device which is suitable and intended to detect the radiation radiated by the second radiation device onto the surface to be examined and reflected by the surface in a second (glancing angle) direction of emission.
- the second (glancing angle) direction of incidence and the second (glancing angle) direction of emission preferably form an opposite angle with the measuring plane or with a (flat) surface to be examined.
- the device has a third radiation device which is suitable and intended to radiate radiation in a third (glancing angle) direction of incidence onto the surface to be examined, and a third radiation detector device which is suitable and intended to detect the radiation radiated by the third radiation device onto the surface to be examined and reflected from the surface in a third (glancing angle) direction of emission.
- the third (glancing angle) direction of incidence and the third (glancing angle) direction of emission form an opposite angle with the measuring plane or with a (flat) surface to be examined.
- the second radiation device and the second radiation detector device and/or the third radiation device and the third radiation detector device is designed in an analogous or identical manner to the first radiation device and the first radiation detector device.
- the angles which the first and/or second and/or third radiation device (or the first and/or second and/or third radiation detector device) encloses with the measuring plane or with a (flat) surface to be examined are selected from a group which includes the ranges 15° - 25°, 40° - 50°, 55° - 65°, 70° - 80° and 80° - 90°, preferably selected from a group which includes angles of substantially 20°, 45°, 60°, 75°, 85°.
- the device comprises a housing within which the first radiation device, the first radiation detector device, the irradiation device and the radiation detection device are arranged.
- this housing has an opening through which the surface can be irradiated by the first radiation device and by the irradiation device.
- This opening is particularly preferably the only opening in the housing through which light can exit the housing and through which light can enter the housing.
- the measuring plane is preferably also defined by this opening.
- the device has spacer elements which space the housing, in particular the opening of the housing, from the surface to be examined during the measurement.
- Pins or feet can be arranged on the underside of the housing or the side that faces the surface to be examined during the measurement, which keep the opening at a defined distance from the surface.
- these pins have a height or length that is greater than 0.2mm, preferably greater than 0.3mm, preferably greater than 0.5mm, preferably greater than 0.7mm and particularly preferably greater than 1.0mm.
- these pins have a height or length that is smaller than 10mm, preferably smaller than 8mm, preferably smaller than 6mm and particularly preferably smaller than 5mm and preferably smaller than 4mm.
- At least three such pins or feet are provided.
- a light protection element is provided between the spacer elements and the opening.
- This light protection element is preferably a flexible element that (completely) surrounds the opening, such as a rubber seal.
- two adjacent spacer elements are spaced apart from one another by more than 1 cm, preferably more than 2 cm.
- two adjacent spacer elements are spaced apart from one another by more than 10 cm, preferably less than 8 cm, preferably less than 7 cm.
- a cavity is formed within the housing, into which both the radiation device and the irradiation device radiate.
- This cavity is preferably completely delimited (with the exception of the opening) by radiation-absorbing walls.
- the device comprises a housing and this housing comprises an opening and the irradiation device is suitable and intended to irradiate the surface through this opening and the radiation detection device is suitable to detect from the surface in response to the radiation emitted by the irradiation device and passing through the opening.
- the device has a radiation deflection device (also referred to as a beam splitter, preferably 50:50), which is suitable and intended to deflect the radiation emanating from the irradiation device in such a way that this radiation strikes the surface in the second irradiation direction.
- a radiation deflection device also referred to as a beam splitter, preferably 50:50
- the radiation deflection device deflects the radiation emanating from the irradiation device at an angle lying between 30° and 150°.
- this angle is greater than 30°, preferably greater than 40°, preferably greater than 50°, preferably greater than 60°, preferably greater than 70°, preferably greater than 80° and preferably greater than 85°.
- this angle is less than 150°, preferably less than 140°, preferably less than 130°, preferably less than 120°, preferably less than 110°, preferably less than 100° and preferably less than 95°.
- the radiation deflection device is designed as a mirror and in particular a partially transparent mirror.
- the ratio between transmitted and reflected radiation is preferably between 30:70 and 70:30, preferably between 35:65 and 65:35, preferably between 40:60 and 60:40, preferably between 45:55 and 55:45 and particularly preferably around 50:50.
- this radiation deflection device or this mirror has different reflectivity depending on the side from which radiation hits it.
- a portion of the radiation coming from the irradiation device is reflected onto the surface and a portion of the radiation reflected from the surface is transmitted and reaches the (second) radiation detection device.
- this radiation deflection device By using this radiation deflection device, it is possible to irradiate the surface in a predetermined direction (for example vertically) and also to detect radiation (in particular spatially resolved) in this direction, or more precisely the opposite direction.
- the device has a lens (or a lens arrangement) and in particular a telecentric lens.
- This telecentric lens is preferably arranged between the surface to be examined and the (radiation) detection device (which is in particular an image detection device).
- the (second) radiation detection device is suitable and intended to output a spatially resolved image of the radiation incident on it and/or the surface to be examined.
- a telecentric lens is particularly preferably provided in order to image the surface (to be examined) on the radiation detection device and in particular an image recording device.
- the use of a telecentric lens on the observation side and in particular in the context of inline observation is not known from the prior art relevant to the present invention. However, the applicant has recognized that inline observation is particularly efficient, in particular with a telecentric lens.
- the present invention is further directed to an optical detection device for optically detecting surfaces with an irradiation device which is suitable and intended to irradiate radiation in a (second) irradiation direction onto the surface to be examined, and with a radiation detection device which is suitable and intended to detect the radiation irradiated by the irradiation device onto the surface to be examined and reflected by the surface in a second radiation direction.
- the (second) direction of incidence and the second direction of emission are essentially opposite.
- a very special form of illumination and detection of the surface is carried out which is not known in the prior art.
- the radiation is preferably light and in particular light in the visible wavelength range.
- the radiation is particularly preferably white light and in particular standardized white light.
- the irradiation device and/or the radiation device has at least one or a plurality of LEDs and in particular white light LEDs.
- only one light source is provided, in particular in the form of an LED, and preferably an aperture associated with this light source.
- This aperture can preferably be located in the focal length of a lens.
- This one light source can in this case be regarded as a point light source.
- the irradiation device has a light source, an aperture or diaphragm and preferably a lens. These elements are preferably arranged in the irradiation direction in front of a beam splitter and in particular the above-mentioned beam splitter (or the (beam) deflection device).
- a lens and in particular a telecentric lens is arranged between the surface (and/or the measuring plane in which in particular the surface to be examined is arranged and/or is to be arranged for its examination) and the detection device.
- this (telecentric) lens is arranged closer to the detection device than to the surface to be examined.
- this lens has at least two and preferably at least three lenses.
- the optical detection device is preferably designed in the manner described above.
- the present invention is further directed to a method for examining optical surface properties (of a surface to be examined), which comprises at least the following steps:
- the radiation detection device is a device which is suitable and intended for the spatially resolved detection of the radiation impinging on it.
- the radiation detection device is a camera.
- At least one effective area value for an area lying in a given and/or predeterminable measuring area within the maximum detection area. It is characteristic which is achieved by the emitted, in particular reflected, radiation in a predetermined and/or predeterminable manner, in particular with regard to a brightness and/or color value.
- Preferably, exactly one effective area value is determined. However, it is also conceivable that two, three or more effective area values are determined;
- the ratio value mentioned above is the fill factor, which may depend on the curvature of the surface, the size of the object, or the glossy or matte parts of the surface.
- the maximum detection area is in particular the measuring area which is characteristic for the respective detection device, for example a CCD chip or a camera.
- the predetermined and/or predeterminable measuring surface is that partial area of the maximum measuring surface which would or will result in particular due to an oblique irradiation (of a radiation device, which can in particular be the first radiation device, onto the surface). If, for example, a radiation device has a rectangular aperture, this rectangular aperture would be imaged on the surface in the event of irradiation in a vertical direction. This oval light spot would be recorded by the radiation detection device. In other words, the radiation detection device in this case records an oval, irradiated partial area of the surface to be examined, which is projected onto the measuring surface of the radiation detection device (in particular due to the optical arrangement of the radiation detectors). detection device such that the beam path of radiation emitted perpendicularly from the surface to be examined or the measuring plane is parallel and/or along the detection direction and/or the optical axis of the radiation detection device) is also imaged as an oval surface.
- the aperture preferably has a rectangular cross-section.
- the ratio of the length of this aperture to the width of this aperture is preferably between 5:1 and 2:1. Despite the rectangular aperture, the measuring spot will appear oval at the relevant observation distances.
- the radiation detection device cannot observe or detect the measuring spot generated by the first radiation device on the surface to be examined (at least in the case of reflective surfaces).
- the measurements carried out by the irradiation device and the radiation detection device on the one hand and the measurements carried out by the first radiation device and the first radiation detector device on the other hand are carried out one after the other.
- this radiation device (in particular the radiation device is the first radiation device) radiates at an angle onto the surface, an elliptical image would result on the surface.
- This elliptical image is then recorded accordingly by the radiation detection device.
- This elliptical image is accordingly the predeterminable and/or predetermined measuring area, which depends in particular on parameters such as an angle of incidence and an aperture of the radiation device. However, these parameters are preferably fixed and/or device-specific parameters.
- the predetermined and/or predeterminable measuring surface depends on at least one parameter that is dependent on the irradiation of the radiation by the irradiation device, which is selected in particular from a group of parameters that includes an angle of incidence, the shape of a diaphragm of the irradiation device, the light source of the irradiation device and the like.
- these are specific and/or fixed parameters for the device used.
- the effective area value is also influenced by factors such as the curvature of the surface to be examined or the size of the surface to be examined.
- a curvature of this surface can mean that not all radiation reflected from the surface reaches the measuring surface. For example, if a flat surface were to illuminate a fully illuminated ellipse on the radiation detection device, this ellipse would not be fully filled in the case of a curved surface. The same would apply if the surface to be examined is so small that not all radiation passing through the aperture of the radiation device reaches the surface. The radiation would then not only hit the object but also its surroundings.
- the illumination and observation spot would be at most an ellipse.
- the effective shape of the spot depends on the surface topography.
- This effective area value can be determined in particular by a threshold value method, as described in more detail below. For example, it can be determined at which intensity value of the radiation hitting the pixels these pixels are considered illuminated or unilluminated. In this way, a distinction can preferably be made in binary terms between illuminated and unilluminated surface areas or which surface elements contribute to the measured value.
- a first radiation device radiates radiation in a first irradiation direction onto the surface to be examined, and a first radiation detector device detects the radiation radiated by the first radiation device onto the surface to be examined and emitted and in particular reflected by the surface in the radiation direction (R1').
- an irradiation device radiates radiation in a second irradiation direction onto the surface to be examined and a radiation detection device detects the radiation radiated by the irradiation device onto the surface to be examined and emitted (and in particular reflected) by the surface in a second radiation direction.
- a radiation detection device detects the radiation radiated by the irradiation device onto the surface to be examined and emitted (and in particular reflected) by the surface in a second radiation direction.
- the second radiation direction and the second emission direction are substantially opposite.
- an irradiation device radiates radiation in one irradiation direction onto the surface to be examined and a radiation detection device detects the radiation radiated by the irradiation device onto the surface to be examined and reflected by the surface in a second radiation direction and preferably records a spatially resolved image of the surface.
- the second radiation direction and the second emission direction are substantially opposite.
- a telecentric optics and in particular a telecentric lens is used to detect the radiation, which is preferably arranged between the surface and the radiation detection device.
- the radiation detection device records a spatially resolved image of the surface to be examined.
- a camera or a CCD chip is used, on which the surface is preferably imaged.
- the surface to be examined is preferably imaged onto the radiation detection device using the telecentric optics.
- the surface to be examined is a curved surface or a surface of a small component or a surface which has both shiny and matt (or matt reflecting and/or scattering) areas.
- this small component is preferably mounted on a carrier which is smaller than the component itself in the observation plane or measurement plane. In this way, radiation reflected from this carrier (which would falsify the measurement result) can be prevented from reaching the radiation detection device (and/or radiation detector device).
- the environment of the wearer is preferably chosen in such a way that unwanted reflections do not reach the detector or the radiation detection device, e.g. a heavily matted surface or via a light trap.
- the predetermined and/or predeterminable measuring surface is predetermined by a first radiation device (which is in particular the radiation device referred to above as the first radiation device), which is suitable and intended to radiate radiation onto the surface to be examined under a predetermined (first) irradiation direction, in particular deviating from a vertical direction.
- a first radiation device which is in particular the radiation device referred to above as the first radiation device
- the predetermined and/or predeterminable measuring surface is determined as a result of a particularly oblique irradiation of the radiation onto the surface and in particular a recording of the radiation reflected from the surface.
- the predetermined and/or predeterminable measuring area is an area that can be maximally illuminated by the first radiation device and/or a surface area of a surface to be examined (in particular flat or smooth).
- the radiation reaching the surface and/or a radiation cross-section of this first radiation device is limited by a radiation limiting element, in particular a diaphragm.
- this radiation is radiated onto the surface at a predetermined angle, for example an angle of 45° or 60° (20°, 75° or 85° would also be conceivable), relative to a vertical direction.
- the camera or the radiation detection device only knows the gloss measurement spot virtually (cannot measure the gloss measurement spot).
- the specified and/or specifiable measuring area is retrieved from a storage device in the device to determine the ratio value or the fill factor.
- the first radiation device is suitable and intended for carrying out a gloss measurement in conjunction with a radiation detector device.
- the radiation detector device can be a radiation detector device which records a spatially resolved image of the radiation impinging on it.
- a radiation detector device could also be used which outputs a value which is characteristic of an (integral) intensity of the radiation impinging on it.
- the predetermined and/or predeterminable measuring area is characteristic of a size of that area of a component of the radiation detection device which is reached by the radiation emitted (by the (first) radiation device) when using a flat surface.
- the predetermined and/or predeterminable measuring area is characteristic of a size of that area of a component of the radiation detection device which results when the radiation emanating from the (first) radiation device is completely reflected to a (first) radiation detector device.
- the predetermined and/or predeterminable measuring surface it is therefore assumed in particular that all radiation emanating from the irradiation device (and in particular passing through an opening in a housing of the device) reaches the surface and that all radiation reflected from the surface also reaches the radiation detection device.
- the surface to be examined is preferably completely imaged onto the radiation detection device.
- the measuring area is characteristic of a size (and/or arrangement) of that area within the maximum detection area which is reached by radiation emitted by a first radiation device when using a flat surface as the surface to be examined.
- the measuring area is characteristic of a size of the area which results when the radiation emanating from a first radiation device is completely reflected to a radiation detector device.
- the radiation is irradiated onto the surface to be examined through an opening in a housing and the radiation emitted by the surface to be examined passes through this opening.
- the radiation which emanates from the irradiation device but does not pass through said opening is disregarded.
- the said opening is placed directly or at a very small distance from the surface to be examined.
- a very small distance is understood to mean a distance that is less than a third of the distance between the first radiation device and the opening, preferably less than a fifth, preferably less than a seventh and preferably less than a tenth.
- the maximum value is characteristic of the complete area of the aperture imaged onto the radiation detector.
- the opening is completely imaged onto the radiation detection device. This is the maximum area that can be illuminated and therefore the maximum value. It is therefore assumed here that all radiation passing through the opening is reflected exactly by the surface and thus reaches the radiation detection device, so that the surface is ideally imaged onto the detection device.
- the maximum value is the area of the opening.
- a threshold method is used to determine the area value and/or the ratio value. This means that threshold values or limit values are used as a basis, which are decisive for the question of whether certain irradiated or illuminated pixels or pixel areas of an image recording device are considered as irradiated or not irradiated. In this way, it can be determined for each irradiated pixel of the radiation detection device whether this is still assigned to the illuminated area or not.
- the threshold method determines a brightness distribution (and/or color distribution) in the image recorded by the radiation detection device and/or evaluates this brightness distribution (and/or color distribution).
- a preferential decision is therefore made as to which pixels are still counted as part of the values determining the area value and which are not.
- a threshold value is determined. Intensity values above this value are considered to belong to the area, while those below this value are not.
- the fill factor mentioned above can be determined in different ways.
- the simplest algorithm is the thresholding method for the cross-section of the brightness distribution in the image described above.
- threshold values for the thresholding method are determined using standard surfaces.
- glass standards with different curvature radii and gloss values are preferably selected.
- the linear relationship between fill factor 0 and 1 is preferably used as a guideline.
- the fill factor is mathematically linked to the gloss value(s).
- the fill factor is placed in a mathematical relationship with (in particular measured) gloss values, for example divided (or multiplied) by these, in particular in order to carry out evaluations for curved or small surfaces.
- the respective gloss angle can also be taken into account, in particular the size of the angle at which the gloss is recorded.
- the surface to be examined is curved. In a further preferred method, the surface to be examined is smaller than an area that can be illuminated by the irradiation device through the opening and/or a measuring area that is predetermined and/or can be illuminated by the first radiation device.
- the surface to be examined has both glossy and matte surface areas.
- a gloss value for an ideal surface is determined using the ratio value resulting for such a surface, wherein this ideal surface corresponds to the measured surface in terms of its optical properties, but the ideal surface is flat and is at least as large as an area that can be illuminated by the irradiation device through the opening.
- the irradiation device radiates the radiation essentially perpendicularly onto the surface and the radiation detection device detects radiation that is emitted and in particular reflected from the surface essentially perpendicularly to the latter.
- the term "perpendicular" is assumed to refer to an ideal, flat surface.
- the radiation is preferably also emitted perpendicularly to an opening cross-section of the opening of the housing described above.
- a telecentric lens is used to image the surface onto the radiation detection device.
- Fig. 1a shows a state-of-the-art setup for gloss measurements, taken from EN ISO 2813;
- Fig. 1b is a photograph taken with the device of Figure 1a, the surface being reflective;
- Fig. 2a, 2b show a structure known in the prior art and a structure according to the invention according to a preferred embodiment for examining surface properties;
- FIG. 3a-d four representations of measurement results obtained with the setups according to Fig. 2a, b;
- Fig. 4 is a representation of a device according to the invention in its first application
- Fig. 5 is a representation of a device according to the invention for a second application
- Fig. 6 shows a representation for carrying out an inline measurement
- Fig. 7 shows a first representation to illustrate a determination of a fill factor
- Fig. 8a, 8b Representations for measuring curved surfaces
- Fig. 9 shows an overall representation for determining properties of glossy surfaces
- Fig. 10 is a diagram illustrating measurement results for matt surfaces
- Fig. 11 is a further illustration to illustrate a further method step of the present invention.
- Fig. 12 shows a representation for determining gloss values from the fill factor
- Fig. 13 is a representation of a telecentric optics
- Fig. 14 is a sectional view of the telecentric optics shown in Fig. 13;
- Fig. 15 another representation of the telecentric optics to illustrate dimensions
- Fig. 16a, b two representations to illustrate the application of the method to surfaces with different gloss areas.
- Fig. 1a shows a schematic of a setup for examining gloss properties of surfaces and/or coatings 10.
- a light source 120 is provided, which before light radiates onto the surface 10 at an angle of incidence a1 (viewed relative to a median plane M).
- a lens 122 is also provided, which aligns the light or radiation in parallel.
- the surface 10 reflects the light and the light passes through a second lens 124 at the angle a2 and through a diaphragm 126 to a radiation detector device on which an image 130 is projected.
- a2 indicates the angle at which the radiation is reflected from the surface or the angle between the center plane M and the beam path of the radiation emitted and in particular reflected by the surface 10.
- Fig. 1b shows an image taken in this way over a reflective surface.
- This image shows the signal from a sensor in a classic setup as shown in Fig. 1.
- this type of recording is not suitable for curved surfaces or surfaces with different glossy and matte parts, nor for surfaces that are very small.
- Fig. 2a, 2b show two basic approaches to observing surfaces.
- Fig. 2a shows a classic dark field illumination
- Fig. 2b shows an inline illumination now proposed within the scope of the invention.
- two radiation devices 142 and 144 shine onto the surface at a predetermined angle, here 45°, and an image recording device 146 records the light scattered by the surface (but preferably not the reflected light).
- a light source 144 illuminates the surface via a beam splitter device 148 and the light reflected from there reaches the image capture device 146.
- Figures 3a to 3d show four images of recorded surfaces.
- the images in Figures 3a and 3c were recorded using the dark field method and images 3b and 3d using the inline illumination mentioned above.
- Fig. 3a and 3b show a black glass surface with a scratch (the gloss value is 95 GU (gloss unit) when measured at a measuring angle of 60°).
- Fig. 3c and 3d show a structured surface. The gloss value at an angle of 60° is 69.3 GU.
- Fig. 4 shows a device according to the invention for examining surface properties in a first embodiment.
- the reference number 2 refers to a first radiation device which radiates radiation and in particular light onto a surface 10 to be examined in an irradiation direction R1. It can be seen that this surface is curved so that the radiation emitted in the direction R1' is expanded or divergent. In this way, not all of the radiation reflected from the surface 10 reaches the first radiation detector device 4.
- the reference number 20 refers in its entirety to an optical detection device for the surface. As will be explained in more detail below, this device radiates radiation in the direction R2, i.e. in a perpendicular direction, onto the surface 10 and also detects radiation from the surface 10 in a direction R2' opposite to this.
- Fig. 5 shows the device comparable to the device in Fig. 4, but a different application.
- the surface to be examined is a small workpiece, such as a microchip mounted on a holder 11, or a button on an electrical item.
- This holder 11 is much smaller in cross-section than the surface 10 itself. In this way, radiation reflected from the holder 11 can be prevented from reaching the radiation detector device 4.
- an optical detection device designated in its entirety by 20, is provided.
- the area or the geometric extent (in at least one direction) of the surface 10 of the small workpiece to be examined is smaller than the area or the geometric extent of a measuring area (predetermined by the device).
- the measuring area results in particular from the area that can be irradiated or illuminated by the first radiation device 2 within a measuring plane.
- the small (geometric) extent of the surface 10 to be examined in comparison to the measuring surface not all of the radiation emitted by the first radiation device 2 or emitted in the direction of the measuring surface (or not all of the radiation radiated onto the measuring surface or the measuring plane in the irradiation direction R1) reaches the surface 10 to be examined.
- the uppermost and lowermost beam paths emanating from the first radiation device illustrate, due to the small extent of the surface 10 to be examined, part of the radiation emitted in the direction of the measuring surface is not reflected in the direction of the first radiation detector device due to reflection at the surface to be examined.
- a (classical) (gloss) measurement for this smaller surface to be examined 10 without correction of the surface size (incorrectly) results in a lower (gloss) value, because only the portion of the radiation incident on the measuring surface corresponding to the smaller surface contributes to the (gloss) value measured by the radiation detector device 4. This therefore results in a lower (gloss) value measured by the radiation detector device 4 than would result for the same surface to be examined, which differs from the surface shown in Fig. 5 only in that it fills the entire measuring surface.
- the optical detection device 20 proposed here preferably serves to adapt the (gloss) values obtained and measured by the radiation detector device 4 to a curvature of the surface 10 to be examined (see Fig. 4) and/or a geometric extension of the surface to be examined (see Fig. 5) in such a way that a (measured) (gloss) value is obtained that is independent of the curvature of the surface 10 to be examined and/or of the geometric extension of the surface 10 to be examined.
- the optical detection device 20 determines in particular whether there is a curvature of the surface 10 to be examined in the relevant measuring range of the device (i.e. within the measuring surface), and/or whether the surface 10 to be examined extends completely over the entire measuring range or the entire measuring surface of the device.
- the optical detection device determines a ratio value V, which functions as a correction value for the measured value obtained from the radiation detector device 4.
- Fig. 6 shows the optical detection device 20. This has a telecentric lens device, designated overall by 30.
- the reference numeral 24 designates an (optical) radiation detection device, such as a camera or a CCD chip.
- the reference number 32 designates a light source, such as in particular but not exclusively an LED or a plurality of LEDs, and the reference number 34 designates an aperture.
- the light emitted by the light source 32 is directed via a lens 36 and a beam splitter 12 onto the surface 10 to be examined (this takes place in the direction R2).
- the radiation reflected by the surface 10 is reflected in the direction R2', in the direction of the radiation detection device, in particular the image detection device 24 or camera. This arrangement generates (approximately) parallel light for sample illumination.
- the captured image can be significantly improved.
- Fig. 7 shows an illustration for determining the above-mentioned ratio value or fill factor.
- the reference symbol M indicates the maximum measuring range for a first radiation detector device 4 (for example a measuring arrangement having a first radiation device 2 and a first radiation detector device 4, for example for measuring a gloss value), such as a gloss detector.
- the reference symbol K denotes the (maximum) measuring area of the radiation detection device 24 (the irradiation device 22 or the optical detection device 20), which can be provided by an image recording device or camera. K could therefore be, for example, the sensor area (used in particular during the measurement) a CCD chip of the irradiation device 22 or the optical detection device 20.
- the reference symbol W indicates the effective measuring area of the gloss detector, for example when a curved surface is used to be examined. As mentioned above, this area W is preferably determined from an image. The ratio between W and M gives the fill factor V.
- These areas can be areas on curved surfaces that run, for example, normal or parallel to the above-mentioned measuring axis. It is also possible to measure the surface of objects that are smaller than the actual measuring spot when measuring gloss. To do this, as mentioned above, the objects must be placed on suitable holders below a measuring opening. Reflections from the holding devices into the detectors should preferably be excluded.
- Another way to measure is to measure surfaces that have both glossy and matte parts. These surfaces can be differentiated according to the matte and glossy parts and these can be calculated separately.
- Fig. 8a and 8b show two measurements on curved surfaces 10 as examples.
- the surface to be examined is the surface of a (straight) (circular) cylinder.
- the surface of the cylinder is viewed in a direction MO along the axis of the cylinder. curved.
- the lateral surface to be examined here is curved.
- the lateral surface 10 to be examined therefore has a curvature in one direction of the measuring plane (or measuring surface) and is not curved in a direction of the measuring plane (or measuring surface) that is perpendicular to this.
- Fig. 9 shows a representation of different surfaces and the corresponding images taken. Dark field images are shown in the top row. The dark field images cannot reproduce the curvature of the surfaces. The bright spots represent dust particles on the surface. The middle row shows images taken inline and the bottom row shows an illustration of the fill factor. The surface examined here is a glossy surface.
- the first image in the top row shows a recorded image of the flat surface.
- the image in the first row and second column shows a recorded image of a surface of a cylinder with a radius of curvature of 200 mm under vertical alignment (in particular the gloss measurement in comparison to the axis of the cylinder).
- the irradiation direction R1 of the (first) radiation device 2 and/or the radiation direction R1' run essentially perpendicular to the axis of the cylinder.
- the third column and the top row also show an image of a surface, in this case the surface of a cylinder, with a radius of curvature of 200mm, but here it was taken parallel to the radius of curvature.
- the surface examined in the third column is the one from the second column.
- the solution is provided with an orientation of the surface to be examined in relation to the device that is rotated by 90°.
- the irradiation direction R1 of the (first) radiation device 2 and/or the radiation direction R1' run essentially parallel to the axis of the cylinder.
- the images in the two right columns of the top row each show a corresponding image of a surface of a cylinder with a radius of curvature of 50 mm, once in the vertical direction and once along the axis.
- the bottom line shows a representation from which the fill factor for each situation can be shown and illustrated.
- the reference symbol M designates the predetermined (maximum) measuring area. This is predetermined by the device 1, in particular by the arrangement and orientation (irradiation direction R1) of the (first) radiation device 2 and the arrangement and orientation (radiation direction RT) of the (first) radiation detector device 4 and, if appropriate, optical elements such as one or more aperture(s) in the beam path between the (first) radiation device 2 and the (first) radiation detector device 4.
- the entire surface 10 to be examined, imaged within M contributes to the emission of radiation radiated by the (first) radiation device 2 in the direction of the (first) radiation detector device 4.
- the reference symbol W indicates the image of the surface 10 to be examined irradiated by the (first) radiation device 2, which contributes to the radiation of radiation in the radiation direction R1' for the detection of this emitted radiation by the (first) radiation detector device 4.
- this area corresponds to M, since the radiation direction RT at every point on the surface to be examined is opposite to the radiation direction (relative to a measuring plane).
- outer dark stripes can be seen in the inline images to the side of the central bright stripe.
- the situation is similar with the surface areas of the surface to be examined that are inclined with respect to the measuring plane (or the measuring surface) (due to the curvature of the surface to be examined) during the measurement carried out by the (first) radiation device by irradiating these surface areas with radiation in the direction of incidence R1 and emitting radiation in response to the irradiated radiation and the (first) radiation detector device.
- the radiation irradiated into these surface areas of the surface to be examined that are inclined with respect to the measuring plane is emitted and/or reflected in a direction different from the direction of emission RT due to the inclination of these surface areas, so that the emitted radiation cannot be detected by the (first) radiation detector device 4.
- These (inclined) surface areas therefore do not contribute to the measured value (such as a gloss value) determined by means of the (first) radiation detector device 4.
- the areas W are significantly narrower in the last two columns compared to the surfaces examined in the 2nd and 3rd columns, since the surfaces examined in the last two columns with a radius of curvature of 50 mm have a stronger curvature than the surfaces examined in the 2nd and 3rd columns with a significantly larger radius of curvature of 200 mm.
- the smaller radius of curvature or the stronger curvature of the respective cylindrical surface means that only a corresponding sufficiently narrower surface area has a sufficiently low inclination with respect to the measuring plane or measuring surface in order to emit or reflect radiation in the radiation direction RT so that it can be detected by the (first) radiation detector device 4.
- a first surface direction (which runs along the measuring plane), along which the surface to be examined is curved, runs perpendicular to the irradiation direction R1.
- a second surface direction which is different from the first surface direction, is perpendicular to the first surface direction and also runs within the measuring plane, extends in particular within a cross-sectional plane which runs through the measuring plane and/or the surface to be examined, the (first) radiation device 2 and the (first) radiation detector device 4.
- the surface to be examined has a non-curved, i.e. straight, surface profile along this second surface direction.
- the first and second surface directions refer to a coordinate system in relation to the surface to be examined and preferably run within the measuring plane.
- the surface to be examined is rotated by 90° (with respect to a rotation axis perpendicular to the measurement plane).
- the above-mentioned second surface direction, along which the surface to be examined has a non-curved surface profile is perpendicular to the direction of incidence R1 or perpendicular to the cross-sectional plane which runs through the measurement plane and/or the surface to be examined, the (first) radiation device 2 and the (first) radiation detector device 4.
- the (maximum) measurement area M covers a larger surface area of the surface to be examined than in the alignment shown in column 2, which has a sufficiently low inclination to allow the (first) radiation device to illuminate the respective surface area despite the inclined surface. to emit or reflect richly irradiated radiation to the (first) radiation detector device so that it can be detected.
- the fill factor is therefore larger than for the orientation of the surface to be examined shown in the second column.
- Fig. 10 shows the similar images, but this time for a matt surface, where the irradiation is once perpendicular to the radius of curvature and once parallel to it.
- the dark field images shown here in the first row cannot reproduce the curvature of the surfaces.
- the bright spots represent dust particles on the surface.
- the bottom row shows representations of the fill factor when recording each surface.
- the fill factor is 1. It can be seen that in the vertical recordings (second and fourth columns) the filled area is significantly reduced, which is to be expected since the extension of the strip is perpendicular to the longer axis.
- Fig. 11 shows another illustration to arrive at the measurement results.
- a grayscale image is reduced to a binary image, ie an image that displays either black or white pixels.
- Fig. 12 shows a representation for determining the threshold factor or for calculating the threshold value.
- the fill factor is plotted on the abscissa and the respective gloss value is plotted on the ordinate (measured here at a gloss angle of 60°).
- the fill factor can be determined in various ways.
- the simplest algorithm is a thresholding method for the cross-section of the brightness distribution in the image.
- the thresholds are then preferably learned.
- Glass standards with different curvature radii and gloss values are preferably selected for this purpose.
- the linear relationship between fill factor 0 and 1 is preferably used as a guideline.
- Figs. 13 and 14 show an overall view of a telecentric lens 30.
- the radiation emerging or reflected from the surface to be examined reaches the detection device through this lens.
- the reference number 50 designates a first lens and the reference number 51 a second lens, which preferably together form an achromat.
- the reference number 53 designates a third lens, which is preferably biconvex.
- a distance between the first lens 50 and the second lens 51 (here referring to the distance between a first surface of the first lens facing the second lens and that of a first surface of the second lens facing the first lens 50) is greater than 10 mm, preferably greater than 20 mm, preferably greater than 25 mm, preferably greater than 27 mm and preferably greater than 30 mm.
- a distance between the first lens 50 and the second lens 51 (here referring to the distance between a first surface of the first lens facing the second lens and that of a first surface of the second lens facing the first lens 50) is less than 50mm, preferably less than 45mm, preferably greater than 40mm and preferably greater than 35mm.
- the first lens 50 has a maximum thickness that is greater than 3mm, preferably greater than 4mm.
- the first lens 50 has a maximum thickness that is less than 7mm, preferably less than 6mm, preferably less than 5mm and particularly preferably less than 4.5mm.
- the first lens has a diameter that is greater than 10mm, preferably greater than 15mm and particularly preferably greater than 20mm.
- the first lens has a diameter that is less than 40mm, preferably less than 35mm and particularly preferably less than 30mm.
- the second lens 51 has a maximum thickness that is greater than 3mm, preferably greater than 4mm and preferably greater than 5mm.
- the second lens 51 has a thickness that is less than 9mm, preferably less than 8mm and particularly preferably less than 7mm.
- the second lens has a diameter that is greater than 5mm, preferably greater than 6mm and preferably greater than 7mm and particularly preferably greater than 8mm.
- the second lens 51 has a diameter that is smaller than 12mm, preferably smaller than 11mm, preferably smaller than 10mm and particularly preferably smaller than 9mm.
- the reference number 54 designates a holder or mount for the lens 50 and the reference number 56 a spacer ring.
- the reference number 55 refers to a coupling ring.
- the reference number 64 designates a plug-on adapter which is held by means of a threaded pin on the lens structure of the two lenses 50, 51.
- the reference number 58 refers to a lock ring.
- the reference number 65 designates a diaphragm holder.
- the reference number 62 designates a mounting bracket and the reference number 68 an adapter (in particular for a test setup).
- Fig. 15 shows another representation of the telecentric lens. It can be seen that the distance between the surface to be examined and the first lens is greater than 20mm, preferably greater than 30mm, preferably greater than 40mm, preferably greater than 50mm and preferably greater than 60mm. Preferably, the distance between the surface to be examined and the first lens is less than 100mm, preferably less than 90mm, preferably less than 80mm and particularly preferably less than 70mm.
- the distance between the second lens and the image recording device is greater than 10mm, preferably greater than 12mm, preferably greater than 14mm and preferably greater than 16mm.
- the distance between the second lens and the image recording device is less than 30mm, preferably less than 25mm, preferably greater than 20mm and preferably greater than 18mm.
- Fig. 16 a,b show a flat sample which has shiny areas A and matte areas B.
- the elliptical area E marks the classic observation spot or the specified (maximum) measuring area M.
- the first area is the intersection of the ellipse with the light areas A and the second area is the intersection of the ellipse with the dark areas B.
- the classic gloss value is preferably a linear combination of both areas. This means that the respective classic gloss value for A and B can be calculated from the area distribution.
- the ratio R of G1 and G2 can preferably be determined (approximately) via the brightnesses h and I2 in the camera image or in the radiation detection device 24:
- the device according to the invention preferably includes the classic gloss measurement and the camera observation in one housing.
- the device can be a handheld device or a device that can be carried by a user.
- the device can also be a device suitable for various robot systems.
- These robot systems can be multi-axis robots, in-line systems and/or XY tables.
- the devices can measure at distances of between 3 and 5 mm from the surface. Convex and concave curved surfaces are therefore possible. It is important to know that for classic gloss measurements, you should stay in the measuring plane or in the measuring range of the device. With robot devices, this is possible at a certain distance from the floor.
- the effective measuring area does not have to be continuous. It can also be several (especially horizontal) surface elements.
- Shadows can be problematic for classic measurements at large angles.
- the elliptical observation spot for the classic gloss measurement can be detected in production with the telecentric camera (when using a (flat) matt surface).
- a light source can be used instead of the photo element.
- characteristic data e.g. as a specified measuring area
- a memory device of the device for image evaluation.
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Abstract
Description
Vorrichtung und Verfahren zum Untersuchen von Oberflächeneigenschaften Device and method for investigating surface properties
Beschreibung Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Untersuchen von optischen Oberflächeneigenschaften. Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Untersuchung von Oberflächen von Kraftfahrzeugen beschrieben, es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Vorrichtung auch für andere Oberflächen, beispielsweise von Möbeln oder von elektronischen Bauteilen oder (kleinen) Knöpfen von elektronischen Geräten verwendet werden kann. The present invention relates to a device and a method for examining optical surface properties. The invention is described with reference to the examination of surfaces of motor vehicles, but it is pointed out that the device can also be used for other surfaces, for example of furniture or of electronic components or (small) buttons of electronic devices.
Aus dem Stand der Technik sind diverse Verfahren und Vorrichtungen zum Untersuchen von derartigen Oberflächeneigenschaften bekannt. Eine der zur untersuchenden Eigenschaften ist der sog. Glanz, der ermittelt wird, indem die zu untersuchende Oberfläche bestrahlt und die reflektierte Strahlung gemessen bzw. untersucht wird. Various methods and devices for examining such surface properties are known from the state of the art. One of the properties to be examined is the so-called gloss, which is determined by irradiating the surface to be examined and measuring or examining the reflected radiation.
Die klassische Glanzmessung hat strenge Vorgaben bezüglich der optischen Konfiguration. Die Messwerte für die klassische Glanzmessung sind nur für ebene polierte Schwarzgläser definiert (GU100 - n=1.567, aus ISO2813). Wenn man sich nicht exakt an diese Vorgaben hält, werden für unterschiedliche Oberflächentypen keine zur Norm linear korrelierende Messwerte aufgenommen. Dies bedeutet, dass die normgerechte Messung auch auf unebenen Proben so bleiben muss wie auf ebenen Proben. Ersetzt man das Fotoelement aus der Standardkonfiguration durch eine Kamera, so erhält man die Abbildung der Beleuchtungsblende. Die Oberfläche der Probe wird nicht scharf abgebildet und die Oberflächenform und - Beschaffenheit wird nur indirekt gemessen. Es gibt also keine detaillierte Information über die Oberfläche, wenn man das Fotoelement durch eine Kamera ersetzt. Die Kamera kann allerdings im Gegensatz zum Fotoelement eine mögliche Verkippung des Messgerätes bezogen zur Oberflächennormale ausgleichen. Das Blendenbild kann nachverfolgt werden und die Blende kann virtuell durch die Pixel der Kamera nachgebildet werden. The classic gloss measurement has strict specifications regarding the optical configuration. The measured values for the classic gloss measurement are only defined for flat polished black glass (GU100 - n=1,567, from ISO2813). If these specifications are not adhered to exactly, no measured values that correlate linearly with the standard will be recorded for different surface types. This means that the standard-compliant measurement must remain the same on uneven samples as it is on flat samples. If the photo element from the standard configuration is replaced by a camera, the image of the illumination aperture is obtained. The surface of the sample is not sharply imaged and the surface shape and texture are only measured indirectly. There is therefore no detailed information about the surface if the photo element is replaced by a camera. However, unlike the photo element, the camera can compensate for any possible tilting of the measuring device in relation to the surface normal. The aperture image can be tracked and the aperture can be virtually reproduced using the camera's pixels.
Mit diesen Kameraaufnahmen kann auch ein Indikator für die korrekte Positionierung des Messgerätes umgesetzt werden. Das Blendenbild auf dem Flächendetektor muss in einem definierten Bereich liegen für eine korrekte Messung. Die Anmelderin behält sich vor, Schutz für eine derartige Ausgestaltung zu beanspruchen. These camera recordings can also be used to create an indicator for the correct positioning of the measuring device. The aperture image on the area detector must be in a defined area for a correct measurement. The applicant reserves the right to claim protection for such a design.
Ein Flächensensor an der Position des klassischen Detektors ermöglicht bevorzugt die Nachverfolgung des reflektierten Signals. Für die Nachverfolgung kann z.B. der Helligkeitsschwerpunkt im aufgenommenen Intensitätsbild verwendet werden. An area sensor at the position of the classic detector preferably enables tracking of the reflected signal. For example, the brightness center of gravity in the recorded intensity image can be used for tracking.
Bei einer Verkippung des Messgerätes wandert das helle Beleuchtungsblendenbild von der definierten Position weg. Auch die zu messende Probenoberfläche kann sich aktiv wegkippen, z.B. bei laufenden Bahnmaterialien in einer Robotik-Anwendung. Wenn der Schwerpunkt einen definierten Toleranzbereich verlässt, wird bevorzugt die Messung als ungültig klassifiziert und eine Rückmeldung über die zu starke Verkippung ausgegeben. If the measuring device is tilted, the bright illumination aperture image moves away from the defined position. The sample surface to be measured can also actively tilt away, e.g. with moving web materials in a robotics application. If the center of gravity leaves a defined tolerance range, the measurement is preferably classified as invalid and feedback is given about the excessive tilt.
Der Flächensensor kann auch zur Messung des Glanzwertes verwendet werden. Dafür kann eine virtuelle Blende in der Größe der mechanischen Blende definiert werden. Der aufsummierte Helligkeitswert der virtuellen Blende entspricht dem klassischen Messwert. Die virtuelle Blende kann auch um den Schwerpunkt gelegt und mit diesem gekoppelt werden. Somit kann auch bis zu einem gewissen Grad die Verkippung der Messapparatur ausgeglichen werden. Für die absolute Messwertaufnahme werden bevorzugt HDR-Bilder benötigt. The area sensor can also be used to measure the gloss value. For this purpose, a virtual aperture can be defined in the size of the mechanical aperture. The summed brightness value of the virtual aperture corresponds to the classic measured value. The virtual aperture can also be placed around the center of gravity and coupled with it. This also allows the tilting of the measuring device to be compensated to a certain extent. HDR images are preferably required for absolute measurement recording.
Der Flächensensor kann auch in Kombination mit dem klassischen Sensor benutzt werden.The area sensor can also be used in combination with the classic sensor.
Hierzu kann (insbesondere über einen Strahlteiler) ein Teil des Detektorsignals ausgekoppelt und auf den Flächensensor geführt werden. Die Detektion der Verkippung übernimmt der Flächensensor. Die zeitgleiche Messung des Signals übernimmt bevorzugt der klassische Sensor mit mechanischer Blende. For this purpose, a part of the detector signal can be decoupled (particularly via a beam splitter) and fed to the area sensor. The detection of the tilt is carried out by the Area sensor. The classic sensor with a mechanical aperture is preferred for simultaneous measurement of the signal.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine insbesondere auf die klassische Glanzmessung rückführbare Glanzmessung auch für gekrümmte Oberflächen zu ermöglichen. Eine weitere der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Bestimmung der Oberflächeneigenschaften (insbesondere Glanzwerte) von sehr kleinen Oberflächen zu ermöglichen. Eine weitere der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Bestimmung von Oberflächen zu ermöglichen, welche sowohl glänzende als auch matte Bereiche aufweist. The present invention is based on the object of enabling a gloss measurement that can be traced back to the classic gloss measurement, even for curved surfaces. A further object of the invention is to enable a determination of the surface properties (in particular gloss values) of very small surfaces. A further object of the invention is to enable a determination of surfaces that have both glossy and matte areas.
Für gekrümmte Oberflächen wird im Rahmen der Erfindung vorgeschlagen die Charakterisierung der Oberflächengeometrie und die klassische Glanzmessung zu kombinieren. Diese Vorgehensweise kann jedoch auch für kleine Oberflächen und Oberflächen, welche matte und glänzende Bereiche aufweisen, angewandt werden. For curved surfaces, the invention proposes to combine the characterization of the surface geometry and the classic gloss measurement. However, this procedure can also be applied to small surfaces and surfaces that have matt and glossy areas.
Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Methoden der Beobachtung bekannt. Eine derartige Methode ist die sog. Messfleckbeobachtung. Different methods of observation are known from the state of the art. One such method is the so-called measuring spot observation.
Normalerweise dient eine Messfleckbeobachtung dazu, Verschmutzungen oder Beschädigungen auf der Oberfläche zu detektieren. Eine gängige Methode der Auflichtbeleuchtung nennt sich Dunkelfeld (Dark Field Mikroskopie). Nur das von der Oberfläche diffus reflektierte Licht trifft auf die Beobachtungseinheit. Bei unebenen und/oder spiegelnden Oberflächen ist diese Methode nicht anwendbar. Bei spiegelnden Oberflächen würde man z.B. Staubpartikel sehen, an denen das Licht diffus reflektiert wird. Normally, a spot observation is used to detect dirt or damage on the surface. A common method of incident light illumination is called dark field microscopy. Only the light diffusely reflected from the surface hits the observation unit. This method cannot be used on uneven and/or reflective surfaces. On reflective surfaces, for example, you would see dust particles on which the light is diffusely reflected.
Bei matten Oberflächen ist die Dunkelfeld-Beleuchtung anwendbar, allerdings sieht man auch hier keine Krümmungen bei zirkularer Beleuchtung. Die rundum Beleuchtung braucht man aber für die Rotationsfreiheit, d.h. die Messwerte sollen unabhängig von der Positionierung des Messgerätes sein. Kratzer sind im Dunkelfeld detektierbar, allerdings wird es bei tiefen Kratzern eine Abschattung geben. Dark field lighting can be used for matt surfaces, although here too no curvatures can be seen with circular lighting. However, all-round lighting is needed for freedom of rotation, i.e. the measured values should be independent of the positioning of the measuring device. Scratches can be detected in the dark field, although deep scratches will be shadowed.
Hochglänzende oder spiegelnde Probenoberflächen können nur durch die Inline-High-gloss or reflective sample surfaces can only be measured using the inline
Beleuchtung und (wie im Rahmen der Erfindung beschrieben) in Kombination mit einem te- lezentrischen Objektiv aufgenommen werden. Die Anmelderin konnte ermitteln, dass das telezentrische Objektiv die Abbildung von Spiegelungen der Lichtquelle auf der Oberfläche verhindert. Der Effekt beruht auf der beschränkten Winkelakzeptanz und Tiefenschärfe im telezentrischen Fall. Auch kann eine große Linse eines telezentrischen Objektivs beispielsweise bei parallel einfallendem und reflektierten Licht sämtliches Licht einfangen. Bei der Verwendung eines konventionellen Objektivs kann zurückreflektiertes Licht an den Rändern des Messbereichs nicht erfasst werden. Illumination and (as described in the context of the invention) in combination with a te- telecentric lens. The applicant was able to determine that the telecentric lens prevents the image of reflections of the light source on the surface. The effect is based on the limited angle acceptance and depth of field in the telecentric case. A large lens of a telecentric lens can also capture all the light, for example in the case of parallel incident and reflected light. When using a conventional lens, light reflected back at the edges of the measuring area cannot be recorded.
In der Mikroskopie nennt man diese Inline-Beleuchtung Hellfeld-Beleuchtung (Bright Field). Um die Spiegelungen der Lichtquelle zu vermeiden (bei kritischer Beleuchtung), kann man hier die sogenannte Köhlersche Beleuchtung realisieren. Im Gegensatz zur kritischen Beleuchtung wird eine gleichmäßige Ausleuchtung des Objektes erreicht. In microscopy, this inline lighting is called bright field lighting. To avoid reflections from the light source (in critical lighting), the so-called Köhler lighting can be used. In contrast to critical lighting, a uniform illumination of the object is achieved.
Diese Köhlersche Beleuchtung ist jedoch vergleichsweise aufwändig, so dass der Erfindung auch die Zurverfügungstellung einer einfacheren Anordnung als Aufgabe zugrunde liegt. Wie unten genauer dargestellt, wird zu diesem Zweck eine Linse mit einer Blende verwendet. However, this Köhler illumination is comparatively complex, so that the invention is also based on the provision of a simpler arrangement. As shown in more detail below, a lens with an aperture is used for this purpose.
In der industriellen Bildverarbeitung benutzt man flächige homogene Beleuchtungen, um das Problem der Spiegelung kostengünstig und anwenderfreundlich zu umgehen. Dabei besteht die Lichtquelle aus einer homogen leuchtenden Fläche in der Größe der Beobachtungsfläche. Diese Beleuchtung kann z.B. mit einer LED-Matrix und einer Streuscheibe realisiert werden. Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Einkoppeln beispielsweise über einen Strahlteiler erfolgt (Diffuse Koaxialbeleuchtung). In industrial image processing, flat, homogeneous lighting is used to avoid the problem of reflection in a cost-effective and user-friendly way. The light source consists of a homogeneously illuminated surface the size of the observation area. This lighting can be implemented using an LED matrix and a diffuser, for example. Within the scope of the invention, it is proposed that the coupling takes place, for example, via a beam splitter (diffuse coaxial lighting).
Eine weitere der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe liegt darin, eine kostengünstige und einfach zu handhabende Beleuchtung zu benutzen. Another object underlying the invention is to use a cost-effective and easy-to-use lighting.
Der vorteilhafte neue Messaufbau erzeugt schärfere und detailreichere Abbildungen der Oberfläche. Krümmungen können durch den Helligkeitsverlauf in den Bildern interpretiert werden. Der neue Aufbau ist bevorzugt rotationsfrei. Auch tiefe Beschädigungen in den Oberflächen werden ohne Abschattung gesehen. The advantageous new measurement setup produces sharper and more detailed images of the surface. Curvatures can be interpreted by the brightness gradient in the images. The new setup is preferably rotation-free. Even deep damage in the surfaces can be seen without shadowing.
Normalerweise wird in der Bildverarbeitung die Kombination von telezentrischen Objektiven mit telezentrischer Beleuchtung nicht in Auflicht sondern in Durchlicht verwendet. Der einfa- ehe Inline-Aufbau in Reflexion ist hingegen aus dem Stand der Technik für die hier gegenständlichen Vorrichtungen nicht bekannt und stellt einen bedeutenden Aspekt der Erfindung dar. Normally, in image processing, the combination of telecentric lenses with telecentric illumination is not used in incident light but in transmitted light. The simple However, an inline structure in reflection is not known from the prior art for the devices in question here and represents an important aspect of the invention.
Eine weitere der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welche auch eine standardisierte Bewertung von nicht ebenen Oberflächen erlauben, oder von Oberflächen, welche nicht einheitlich glänzend oder nicht einheitlich diffus streuend also matt sind. A further object underlying the invention is to provide a device and a method which also allow a standardized evaluation of non-flat surfaces, or of surfaces which are not uniformly shiny or not uniformly diffusely scattering, i.e. matt.
Eine weitere der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welche auch die Beurteilung von Oberflächen von sehr kleinen Bauteilen wie etwa Elektronikbauteilen ermöglicht. Daneben soll auch eine Beurteilung von kleinen Bedieneinheiten wie etwa kleinen Knöpfen (etwa eines Smartphones) ermöglicht werden. A further object underlying the invention is to provide a device and a method which also enables the assessment of surfaces of very small components such as electronic components. In addition, an assessment of small operating units such as small buttons (e.g. on a smartphone) should also be possible.
Die oben erwähnten Aufgaben werden durch Vorrichtungen und Verfahren nach den unabhängigen Patentansprüchen erreicht. Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. The above-mentioned objects are achieved by devices and methods according to the independent patent claims. Advantageous embodiments and further developments are the subject of the subclaims.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Untersuchen von optischen Eigenschaften von Oberflächen weist eine erste Strahlungseinrichtung auf, welche dazu geeignet und bestimmt ist, Strahlung in einer ersten Einstrahlungsrichtung auf die zu untersuchende Oberfläche einzustrahlen, sowie eine erste Strahlungsdetektoreinrichtung, welche dazu geeignet und bestimmt ist, die von der ersten Strahlungseinrichtung auf die zu untersuchende Oberfläche eingestrahlte und von der Oberfläche in einer (ersten) Ausstrahlungsrichtung reflektierte Strahlung zu erfassen. Die Vorrichtung weist weiterhin eine optische Erfassungseinrichtung mit einer Einstrahlungseinrichtung, welche dazu geeignet und bestimmt ist, Strahlung in einer zweiten Einstrahlungsrichtung auf die zu untersuchende Oberfläche einzustrahlen und mit einer Strahlungserfassungseinrichtung auf, welche dazu geeignet und bestimmt ist, die von der Einstrahlungseinrichtung auf die zu untersuchende Oberfläche eingestrahlte und von der Oberfläche in einer zweiten Ausstrahlungsrichtung ausgegebene Strahlung zu erfassen. A device according to the invention for examining optical properties of surfaces has a first radiation device which is suitable and intended to radiate radiation in a first radiation direction onto the surface to be examined, and a first radiation detector device which is suitable and intended to detect the radiation radiated by the first radiation device onto the surface to be examined and reflected by the surface in a (first) radiation direction. The device also has an optical detection device with an irradiation device which is suitable and intended to radiate radiation in a second radiation direction onto the surface to be examined and with a radiation detection device which is suitable and intended to detect the radiation radiated by the irradiation device onto the surface to be examined and emitted by the surface in a second radiation direction.
Erfindungsgemäß sind die zweite Einstrahlungsrichtung und die zweite Ausstrahlungsrichtung im Wesentlichen gegengleich. Unter gegengleich wird dabei verstanden, dass die Strahlungsrichtungen zueinander im Wesentlichen parallel, jedoch entgegengesetzt sind. Unter im Wesentlichen parallel wird verstanden, dass die Strahlrichtungen zueinander in einem Winkel verlaufen, der zwischen 170° und 190°, bevorzugt zwischen 175° und 185°, zwischen 178° und 182° und besonders bevorzugt zwischen 179° und 181° liegt. According to the invention, the second irradiation direction and the second radiation direction are essentially opposite. The term "opposite" means that the radiation directions are essentially parallel to one another, but opposite to one another. The term "essentially parallel" means that the beam directions run at an angle to one another that is between 170° and 190°, preferably between 175° and 185°, between 178° and 182°, and particularly preferably between 179° and 181°.
Eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung zum Untersuchen von optischen Oberflächeneigenschaften von Oberflächen weist eine Einstrahlungseinrichtung auf, welche dazu geeignet und bestimmt ist, Strahlung in einer vorgegebenen Einstrahlrichtung (insbesondere in der obig als zweite Einstrahlrichtung bezeichneten Einstrahlrichtung) auf die zu untersuchende Oberfläche einzustrahlen, sowie eine Strahlungserfassungseinrichtung, welche dazu geeignet und bestimmt ist, ein ortsaufgelöstes Bild der von der Oberfläche in Reaktion auf die (von der Einstrahlungseinrichtung) eingestrahlte Strahlung ausgegebenen und insbesondere reflektierten Strahlung aufzunehmen, wobei die Strahlungserfassungseinrichtung eine maximale Erfassungsfläche zur Erfassung der auf sie auftreffenden Strahlung aufweist. Bevorzugt ist die Strahlungserfassungseinrichtung zur Aufnahme von HDR-Bildaufnahmen geeignet und bestimmt und nimmt HDR-Bilder auf. A further device according to the invention for examining optical surface properties of surfaces has an irradiation device which is suitable and intended to irradiate radiation in a predetermined irradiation direction (in particular in the irradiation direction referred to above as the second irradiation direction) onto the surface to be examined, and a radiation detection device which is suitable and intended to record a spatially resolved image of the radiation emitted and in particular reflected by the surface in response to the radiation irradiated (by the irradiation device), wherein the radiation detection device has a maximum detection area for detecting the radiation impinging on it. Preferably, the radiation detection device is suitable and intended for recording HDR images and records HDR images.
Weiterhin weist die Vorrichtung eine (insbesondere Prozessor-basierte) Bildauswerteeinrichtung auf, welche dazu geeignet und bestimmt ist, wenigstens einen effektiven Flächenwert zu ermitteln, der für eine in einer vorgegebenen und/oder vorgebbaren Messfläche innerhalb der maximalen Erfassungsfläche liegenden Fläche charakteristisch ist, welche von der (von der Oberfläche in Reaktion auf die (von der Einstrahlungseinrichtung) eingestrahlte Strahlung) ausgegebenen, insbesondere reflektierten, Strahlung in einer, insbesondere hinsichtlich eines Helligkeits- und/oder Farbwerts, vorgegebenen und/oder vorgebbaren Weise erreicht wird. Bevorzugt wird genau ein effektiver Flächenwert ermittelt. Denkbar ist aber auch, dass zwei, drei oder mehrere effektive Flächenwerte ermittelt werden. Furthermore, the device has an image evaluation device (in particular a processor-based one) which is suitable and intended to determine at least one effective area value which is characteristic of an area located in a predetermined and/or predeterminable measuring area within the maximum detection area, which is reached by the radiation emitted (by the surface in response to the radiation radiated in (by the irradiation device)), in particular reflected, in a predetermined and/or predeterminable manner, in particular with regard to a brightness and/or color value. Preferably, exactly one effective area value is determined. However, it is also conceivable that two, three or more effective area values are determined.
Daneben ist eine Prozessoreinrichtung vorgesehen, welche dazu geeignet und bestimmt ist, wenigstens einen Verhältniswert zu ermitteln, der für eine Beziehung zwischen dem Flächenwert und der Messfläche charakteristisch ist. Bei der Prozessoreinrichtung kann es sich um die Bildauswerteeinrichtung handeln. Denkbar ist aber auch, dass die Prozessoreinrichtung von der Bildauswerteeinrichtung (wenigstens teilweise) verschieden ist. Bevorzugt wird genau ein Verhältniswert ermittelt. Denkbar ist aber auch, dass zwei, drei oder mehrere Verhältniswerte ermittelt werden. In addition, a processor device is provided which is suitable and intended to determine at least one ratio value which is characteristic of a relationship between the area value and the measuring area. The processor device can be the image evaluation device. However, it is also conceivable that the processor device is (at least partially) different from the image evaluation device. Preferably exactly one ratio value is determined. However, it is also conceivable that two, three or more ratio values are determined.
Dabei kann die Vorrichtung alle Merkmale der obig zuerst beschriebenen Vorrichtung einzeln oder in Kombination aufweisen und umgekehrt. Weiterhin können beide Vorrichtungen alle nachgenannten Merkmale einzeln oder in Kombination miteinander aufweisen. The device can have all the features of the device described first above, individually or in combination, and vice versa. Furthermore, both devices can have all the features mentioned below, individually or in combination with one another.
Es wird aufgrund der Krümmung oder einer zu geringen Größe der Oberfläche nicht alle auf die Oberfläche auftreffende Strahlung oder alle von der Einstrahleinrichtung ausgehende Strahlung zu der Strahlungserfassungseinrichtung reflektiert. Due to the curvature or insufficient size of the surface, not all radiation incident on the surface or all radiation emanating from the irradiation device is reflected to the radiation detection device.
Dieser Umstand wird durch den genannten Beziehungswert oder Verhältniswert zwischen dem Flächenwert und der Messfläche berücksichtigt. Dieser Beziehungswert wird im Folgenden auch als Füllfaktor bezeichnet. Mittels dieses Wertes kann etwa von den optischen Eigenschaften einer gekrümmten Oberfläche auf die optischen Eigenschaften einer entsprechenden jedoch ebenen Oberfläche geschlossen werden. This circumstance is taken into account by the aforementioned relationship value or ratio value between the area value and the measuring area. This relationship value is also referred to below as the fill factor. Using this value, conclusions can be drawn from the optical properties of a curved surface to the optical properties of a corresponding, flat surface.
Dieser Füllfaktor ist daher ein Faktor, der von der Krümmung abhängen kann oder aber von der Größe des Objekts oder aber von den glänzenden oder matten Anteilen der Oberfläche. This fill factor is therefore a factor that can depend on the curvature or the size of the object or the shiny or matte parts of the surface.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Füllfaktor um einen Wert, der sich wie folgt ergibt: Preferably, the fill factor is a value that is calculated as follows:
Füllfaktor = Flächenwert / Messfläche (bzw. Teilfläche/Gesamtfläche der Messeinrichtung), wobei bevorzugt sowohl der Flächenwert als auch die Messfläche jeweils in der Einheit mm2 gegeben sind. Denkbar ist aber auch, dass der Flächenwert und die Messfläche jeweils einen in derselben (insbesondere aber beliebigen, beispielsweise von mm2 verschiedenen) (Flächen-)Maßeinheit gemessenen Flächeninhalt angeben. Fill factor = area value / measuring area (or partial area / total area of the measuring device), whereby both the area value and the measuring area are preferably given in the unit mm 2. However, it is also conceivable that the area value and the measuring area each indicate an area measured in the same (but in particular any, for example different from mm 2 ) (area) unit of measurement.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Vorrichtung tragbar. So ist es möglich, dass die Vorrichtung von einem Benutzer mit der Hand geführt wird, es ist jedoch auch möglich, dass die Vorrichtung von einem Roboter oder Roboterarm geführt wird. Bevorzugt handelt es sich bei der zu untersuchenden Oberfläche um eine gekrümmte Oberfläche oder um eine sehr kleine Oberfläche. Unter einer sehr kleinen Oberfläche wird eine Oberfläche verstanden, die kleiner ist als 4cm2 bevorzugt kleiner als 3cm2 bevorzugt kleiner als 2cm2, bevorzugt kleiner als 1cm2, bevorzugt kleiner als 0,5 cm2, bevorzugt kleiner als 0,3 cm2, bevorzugt kleiner als bevorzugt kleiner als 5 mm2. Insbesondere ist die maximale (geometrische) Ausdehnung der zu untersuchenden Oberfläche in wenigstens eine Richtung und bevorzugt in wenigstens zwei senkrecht aufeinander stehende Richtungen kleiner als 4cm2 bevorzugt kleiner als 3cm2 bevorzugt kleiner als 2cm2, bevorzugt kleiner als 1cm2. In a further advantageous embodiment, the device is portable. It is thus possible for the device to be guided by a user by hand, but it is also possible for the device to be guided by a robot or robot arm. The surface to be examined is preferably a curved surface or a very small surface. A very small surface is understood to be a surface that is smaller than 4 cm 2 , preferably smaller than 3 cm 2 , preferably smaller than 2 cm 2 , preferably smaller than 1 cm 2 , preferably smaller than 0.5 cm 2 , preferably smaller than 0.3 cm 2 , preferably smaller than preferably smaller than 5 mm 2 . In particular, the maximum (geometric) extent of the surface to be examined in at least one direction and preferably in at least two mutually perpendicular directions is smaller than 4 cm 2 , preferably smaller than 3 cm 2 , preferably smaller than 2 cm 2 , preferably smaller than 1 cm 2 .
Beispielsweise kann es sich bei dieser sehr kleinen Oberfläche um eine Oberfläche eines elektronischen Bauteils handeln oder auch um die Fläche eines Tasters oder Knopfes eines Geräts wie etwa eines Smartphones. For example, this very small surface can be the surface of an electronic component or the surface of a button or key on a device such as a smartphone.
Grundsätzlich sind die hier beschriebenen Vorrichtungen bzw. die von diesen Vorrichtungen durchgeführten Messungen empfindlich gegenüber Verkippungen und Abstandsänderungen (der Vorrichtung gegenüber der zu untersuchenden Oberfläche) bei kleinen Messfleck- Flächengrößen (kleiner 1 mm2). Basically, the devices described here or the measurements performed by these devices are sensitive to tilting and changes in distance (of the device relative to the surface to be examined) with small measuring spot area sizes (less than 1 mm 2 ).
Für eine wiederholbare Messung wird bei der klassischen Glanzmessung eine Mindestfleckgröße benötigt. Bei sehr kleinen Messfleckgrößen ist die Positionierung der Messgeräts auf dem Objekt sehr schwierig bzw. der Messwert ist stark abhängig von der korrekten Positionierung. For a repeatable measurement, a minimum spot size is required for classic gloss measurement. With very small measuring spot sizes, positioning the measuring device on the object is very difficult and the measured value is highly dependent on correct positioning.
Diese Oberflächen bereiten im Stand der Technik Schwierigkeiten, weil aufgrund der Krümmung oder der geringen Größe der zu untersuchenden Oberfläche, beispielsweise im Rahmen einer klassischen Glanzmessung, nicht jegliche Strahlung, welche von der Strahlungseinrichtung ausgeht, über die Oberfläche zu der Strahlungsdetektoreinrichtung gelangt. These surfaces cause difficulties in the prior art because, due to the curvature or the small size of the surface to be examined, for example in the context of a classic gloss measurement, not all radiation emanating from the radiation device reaches the radiation detector device via the surface.
Die klassische Glanzmessung setzt plane Oberflächen voraus. Auch wird stets nur auf planen Oberflächen kalibriert. Bei gekrümmten Oberflächen wird ein bestimmter Anteil der eingestrahlten Strahlung nicht in Richtung der Strahlungsdetektoreinrichtung reflektiert, was bei der Auswertung von Messergebnissen, insbesondere bei im Rahmen von klassischen Glanzmessungen erzeugten Messergebnissen, berücksichtigt werden muss. Bei sehr kleinen Oberflächen gelangt nicht die ganze eingestrahlte Strahlung auf die zu untersuchende Oberfläche. Auch hier ist eine Korrektur nötig. Classic gloss measurement requires flat surfaces. Calibration is also always carried out on flat surfaces. With curved surfaces, a certain proportion of the incident radiation is not reflected in the direction of the radiation detector device, which must be taken into account when evaluating measurement results, especially those generated during classic gloss measurements. With very small surfaces, not all of the incident radiation reaches the surface to be examined. Here, too, a correction is necessary.
Im Rahmen der Erfindung wird also vorgeschlagen, eine klassische Beobachtung und/oder Beleuchtung mit einer Inline-Beleuchtung und, insbesondere telezentrischer, Inline- Beobachtung zu kombinieren. Within the scope of the invention, it is therefore proposed to combine a classical observation and/or illumination with an inline illumination and, in particular, telecentric, inline observation.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Einstrahlungsrichtung, d.h. die Einstrahlungsrichtung, unter der die von der Einstrahlungseinrichtung stammende Strahlung auf die Oberfläche trifft, im Wesentlichen senkrecht zu der zu untersuchenden Oberfläche. Auf diese Weise ist es möglich, dass diese (zweite) Einstrahlungsrichtung zu der Richtung der von der Oberfläche ausgegebenen, insbesondere reflektierten, Strahlung gegengleich ist. Bevorzugt handelt es sich bei der von der Oberfläche ausgegebenen Strahlung um reflektierte Strahlung (also Strahlung, welche zunächst von der zweiten Strahlungseinrichtung auf die Oberfläche eingestrahlt und von dieser reflektiert wurde). In a preferred embodiment, the second direction of irradiation, i.e. the direction of irradiation in which the radiation from the irradiation device hits the surface, is essentially perpendicular to the surface to be examined. In this way, it is possible for this (second) direction of irradiation to be opposite to the direction of the radiation emitted, in particular reflected, by the surface. The radiation emitted by the surface is preferably reflected radiation (i.e. radiation that was initially irradiated onto the surface by the second radiation device and reflected by it).
Mit anderen Worten ist die zweite Einstrahlungsrichtung, d.h. die Einstrahlungsrichtung, unter der die von der Einstrahlungseinrichtung stammende Strahlung auf eine Messebene trifft, in welcher die zu untersuchende Oberfläche angeordnet ist (und/oder anzuordnen ist), im Wesentlichen senkrecht zu der Messebene. Wie obig beschrieben ist es auf diese Weise möglich, dass diese Einstrahlungseinrichtung zu der Richtung der von einer in der Messebene angeordneten (eben ausgestalteten) Oberfläche ausgegebenen, insbesondere reflektierten, Strahlung gegengleich ist. In other words, the second irradiation direction, i.e. the irradiation direction in which the radiation originating from the irradiation device hits a measuring plane in which the surface to be examined is arranged (and/or is to be arranged), is essentially perpendicular to the measuring plane. As described above, it is thus possible for this irradiation device to be opposite to the direction of the radiation emitted, in particular reflected, by a surface arranged in the measuring plane (which has a flat design).
Bevorzugt ist die zu untersuchende Oberfläche in einer (der) Messebene angeordnet und/oder zu deren Untersuchung anzuordnen. Bei vollständig ebenen zu untersuchenden Oberflächen liegt diese innerhalb der Messebene. Preferably, the surface to be examined is arranged in a (the) measuring plane and/or is to be arranged for its examination. In the case of completely flat surfaces to be examined, this lies within the measuring plane.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform schließt die erste Einstrahlrichtung mit der zu untersuchenden Oberfläche (und/oder mit der Messebene) einen Winkel ein, der größer ist als 15°, bevorzugt größer als 30°, bevorzugt größer als 35°, bevorzugt größer als 40° und besonders bevorzugt größer als 50°. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform schließt die erste Einstrahlrichtung mit der zu untersuchenden Oberfläche (und/oder mit der Messebene) einen Winkel ein, der kleiner ist als 80°, bevorzugt kleiner als 70°, bevorzugt kleiner als 65°. Besonders bevorzugt beträgt der Winkel 60°. In a further preferred embodiment, the first irradiation direction encloses an angle with the surface to be examined (and/or with the measuring plane) which is greater than 15°, preferably greater than 30°, preferably greater than 35°, preferably greater than 40° and particularly preferably greater than 50°. In a further preferred embodiment, the first irradiation direction forms an angle with the surface to be examined (and/or with the measuring plane) that is less than 80°, preferably less than 70°, preferably less than 65°. The angle is particularly preferably 60°.
Besonders bevorzugt strahlt die erste Strahlungseinrichtung die Strahlung unter einem Winkel von im Wesentlichen 45°, oder 60° gegenüber der Oberfläche (und/oder gegenüber der Messebene) auf diese ein und die erste Strahlungsdetektoreinrichtung nimmt die ebenfalls unter einem Winkel von im Wesentlichen 45° oder 60° von der Oberfläche reflektierte Strahlung auf. Bevorzugt sind dabei der Einstrahlwinkel und der Winkel, unter welchem die Strahlung aufgenommen wird, gegengleich. Particularly preferably, the first radiation device radiates the radiation at an angle of substantially 45° or 60° to the surface (and/or to the measuring plane) and the first radiation detector device records the radiation reflected from the surface at an angle of substantially 45° or 60°. Preferably, the angle of incidence and the angle at which the radiation is recorded are opposite.
Bevorzugt weist die Vorrichtung eine zweite Strahlungseinrichtung auf, welche dazu geeignet und bestimmt ist, Strahlung in einer zweiten (Glanzwinkel-)Einstrahlungsrichtung auf die zu untersuchende Oberfläche einzustrahlen, und eine zweite Strahlungsdetektoreinrichtung auf, welche dazu geeignet und bestimmt ist, die von der zweiten Strahlungseinrichtung auf die zu untersuchende Oberfläche eingestrahlte und von der Oberfläche in einer zweiten (Glanzwin- kel-)Ausstrahlungsrichtung reflektierte Strahlung zu erfassen. Bevorzugt schließt die zweite (Glanzwinkel-)Einstrahlungsrichtung und die zweite (Glanzwinkel-)Ausstrahlungsrichtung mit der Messebene bzw. mit einer (ebenen) zu untersuchenden Oberfläche einen gegengleichen Winkel ein. The device preferably has a second radiation device which is suitable and intended to radiate radiation in a second (glancing angle) direction of incidence onto the surface to be examined, and a second radiation detector device which is suitable and intended to detect the radiation radiated by the second radiation device onto the surface to be examined and reflected by the surface in a second (glancing angle) direction of emission. The second (glancing angle) direction of incidence and the second (glancing angle) direction of emission preferably form an opposite angle with the measuring plane or with a (flat) surface to be examined.
Bevorzugt weist die Vorrichtung eine dritte Strahlungseinrichtung auf, welche dazu geeignet und bestimmt ist, Strahlung in einer dritten (Glanzwinkel-)Einstrahlungsrichtung auf die zu untersuchende Oberfläche einzustrahlen, und eine dritte Strahlungsdetektoreinrichtung auf, welche dazu geeignet und bestimmt ist, die von der dritte Strahlungseinrichtung auf die zu untersuchende Oberfläche eingestrahlte und von der Oberfläche in einer dritte (Glanzwinkel- )Ausstrahlungsrichtung reflektierte Strahlung zu erfassen. Bevorzugt schließt die dritte (Glanzwinkel-)Einstrahlungsrichtung und die dritte (Glanzwinkel-)Ausstrahlungsrichtung mit der Messebene bzw. mit einer (ebenen) zu untersuchenden Oberfläche einen gegengleichen Winkel ein. Preferably, the device has a third radiation device which is suitable and intended to radiate radiation in a third (glancing angle) direction of incidence onto the surface to be examined, and a third radiation detector device which is suitable and intended to detect the radiation radiated by the third radiation device onto the surface to be examined and reflected from the surface in a third (glancing angle) direction of emission. Preferably, the third (glancing angle) direction of incidence and the third (glancing angle) direction of emission form an opposite angle with the measuring plane or with a (flat) surface to be examined.
Bevorzugt ist die zweite Strahlungseinrichtung und die zweite Strahlungsdetektoreinrichtung und/oder die dritte Strahlungseinrichtung und die dritte Strahlungsdetektoreinrichtung (abge- sehen von der Einstrahlungsrichtung und dem Ausstrahlungsrichtung) in analoger bzw. identischer Weise ausgestaltet wie die erste Strahlungseinrichtung und die erste Strahlungsdetektoreinrichtung. Preferably, the second radiation device and the second radiation detector device and/or the third radiation device and the third radiation detector device (separated seeing the direction of incidence and the direction of emission) is designed in an analogous or identical manner to the first radiation device and the first radiation detector device.
Bevorzugt sind die Winkel, die die erste und/oder zweite und/oder dritte Strahlungseinrichtung (bzw. die erste und/oder zweite und/oder dritte Strahlungsdetektoreinrichtung) mit der Messebene bzw. mit einer zu untersuchenden (ebenen) Oberfläche einschließt, ausgewählt aus einer Gruppe, die die Bereiche 15° - 25°, 40° - 50°, 55° - 65°, 70° - 80° und 80° - 90° umfasst, bevorzugt ausgewählt aus einer Gruppe, die Winkel von im Wesentlichen 20°, 45°, 60°, 75°, 85° umfasst. Preferably, the angles which the first and/or second and/or third radiation device (or the first and/or second and/or third radiation detector device) encloses with the measuring plane or with a (flat) surface to be examined are selected from a group which includes the ranges 15° - 25°, 40° - 50°, 55° - 65°, 70° - 80° and 80° - 90°, preferably selected from a group which includes angles of substantially 20°, 45°, 60°, 75°, 85°.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung ein Gehäuse auf, innerhalb dessen die erste Strahlungseinrichtung, die erste Strahlungsdetektoreinrichtung, die Einstrahlungseinrichtung und die Strahlungserfassungseinrichtung angeordnet sind. In a further preferred embodiment, the device comprises a housing within which the first radiation device, the first radiation detector device, the irradiation device and the radiation detection device are arranged.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist dieses Gehäuse eine Öffnung auf, durch welche die Oberfläche von der ersten Strahlungseinrichtung und von der Einstrahlungseinrichtung bestrahlbar ist. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dieser Öffnung um die einzige Öffnung des Gehäuses, durch welche Licht aus dem Gehäuse austreten kann und durch welche Licht in das Gehäuse eintreten kann. Dabei wird durch diese Öffnung bevorzugt auch die Messebene definiert. In a particularly preferred embodiment, this housing has an opening through which the surface can be irradiated by the first radiation device and by the irradiation device. This opening is particularly preferably the only opening in the housing through which light can exit the housing and through which light can enter the housing. The measuring plane is preferably also defined by this opening.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung Abstandselemente auf, welche das Gehäuse, insbesondere die Öffnung des Gehäuses, während der Messung von der zu untersuchenden Oberfläche beabstanden. So können an einer Unterseite des Gehäuses bzw. derjenigen Seite, die während der Messung der zu untersuchenden Oberfläche zugewandt ist, Pins bzw. Füßchen angeordnet sein, welche die Öffnung in einem definierten Abstand von der Oberfläche halten. Insbesondere auch bei der Untersuchung gekrümmter Oberflächen bieten diese Pins Vorteile. In a preferred embodiment, the device has spacer elements which space the housing, in particular the opening of the housing, from the surface to be examined during the measurement. Pins or feet can be arranged on the underside of the housing or the side that faces the surface to be examined during the measurement, which keep the opening at a defined distance from the surface. These pins offer advantages in particular when examining curved surfaces.
Bevorzugt weisen diese Pins eine Höhe bzw. Länge auf, die größer ist als 0,2mm, bevorzugt größer als 0,3mm, bevorzugt größer als 0,5mm, bevorzugt größer als 0,7mm und besonders bevorzugt größer als 1 ,0mm. Bevorzugt weisen diese Pins eine Höhe bzw. Länge auf die kleiner ist als 10mm, bevorzugt kleiner als 8mm, bevorzugt kleiner als 6mm und besonders bevorzugt kleiner als 5mm und bevorzugt kleiner als 4mm. Preferably, these pins have a height or length that is greater than 0.2mm, preferably greater than 0.3mm, preferably greater than 0.5mm, preferably greater than 0.7mm and particularly preferably greater than 1.0mm. Preferably, these pins have a height or length that is smaller than 10mm, preferably smaller than 8mm, preferably smaller than 6mm and particularly preferably smaller than 5mm and preferably smaller than 4mm.
Besonders bevorzugt sind wenigstens drei solcher Pins bzw. Füßchen vorgesehen. Particularly preferably, at least three such pins or feet are provided.
Besonders bevorzugt ist zwischen den Abstandselementen und der Öffnung ein Lichtschutzelement vorgesehen. Hierbei handelt es sich bei diesem Lichtschutzelement bevorzugt um ein die Öffnung (vollständig) umgebendes flexibles Element, wie etwa eine Gummidichtung. Particularly preferably, a light protection element is provided between the spacer elements and the opening. This light protection element is preferably a flexible element that (completely) surrounds the opening, such as a rubber seal.
Bevorzugt weisen zwei benachbarte Abstandselemente einen Abstand zueinander auf, der größer ist als 1cm, bevorzugt größer als 2cm. Bevorzugt weisen zwei benachbarte Abstandselemente einen Abstand zueinander auf, der kleiner ist als 10cm, bevorzugt kleiner als 8cm, bevorzugt kleiner als 7cm. Preferably, two adjacent spacer elements are spaced apart from one another by more than 1 cm, preferably more than 2 cm. Preferably, two adjacent spacer elements are spaced apart from one another by more than 10 cm, preferably less than 8 cm, preferably less than 7 cm.
Bevorzugt ist innerhalb des Gehäuses ein Hohlraum ausgebildet, in welchen sowohl die Strahlungseinrichtung als auch die Einstrahlungseinrichtung einstrahlen. Dieser Hohlraum ist bevorzugt vollständig (mit Ausnahme der Öffnung) von strahlungsabsorbierenden Wandungen begrenzt. Preferably, a cavity is formed within the housing, into which both the radiation device and the irradiation device radiate. This cavity is preferably completely delimited (with the exception of the opening) by radiation-absorbing walls.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung ein Gehäuse auf und dieses Gehäuse weist eine Öffnung auf und die Einstrahlungseinrichtung ist dazu geeignet und bestimmt, die Oberfläche durch diese Öffnung hindurch zu bestrahlen und die Strahlungserfassungseinrichtung ist dazu geeignet, von der Oberfläche in Reaktion auf die von der Einstrahlungseinrichtung ausgegebene und durch die Öffnung hindurchtretende Strahlung zu erfassen. In a further advantageous embodiment, the device comprises a housing and this housing comprises an opening and the irradiation device is suitable and intended to irradiate the surface through this opening and the radiation detection device is suitable to detect from the surface in response to the radiation emitted by the irradiation device and passing through the opening.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Strahlungsumlenkeinrichtung (auch als Strahlteiler bezeichnet, bevorzugt 50:50) auf, welche dazu geeignet und bestimmt ist, die von der Einstrahlungseinrichtung ausgehende Strahlung derart umzulenken, dass diese Strahlung in der zweiten Einstrahlungsrichtung auf die Oberfläche trifft. In a further advantageous embodiment, the device has a radiation deflection device (also referred to as a beam splitter, preferably 50:50), which is suitable and intended to deflect the radiation emanating from the irradiation device in such a way that this radiation strikes the surface in the second irradiation direction.
Bevorzugt lenkt die Strahlungsumlenkeinrichtung die von der Einstrahlungseinrichtung ausgehende Strahlung in einem Winkel ab, der zwischen 30° und 150° liegt. Bevorzugt ist dieser Winkel größer als 30°, bevorzugt größer als 40°, bevorzugt größer als 50°, bevorzugt größer als 60°, bevorzugt größer als 70°, bevorzugt größer als 80° und bevorzugt größer als 85°. Preferably, the radiation deflection device deflects the radiation emanating from the irradiation device at an angle lying between 30° and 150°. Preferably, this angle is greater than 30°, preferably greater than 40°, preferably greater than 50°, preferably greater than 60°, preferably greater than 70°, preferably greater than 80° and preferably greater than 85°.
Bevorzugt ist dieser Winkel kleiner als 150°, bevorzugt kleiner als 140°, bevorzugt kleiner als 130°, bevorzugt kleiner als 120°, bevorzugt kleiner als 110°, bevorzugt kleiner als 100° und bevorzugt kleiner als 95°. Preferably, this angle is less than 150°, preferably less than 140°, preferably less than 130°, preferably less than 120°, preferably less than 110°, preferably less than 100° and preferably less than 95°.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Strahlungsumlenkeinrichtung als Spiegel und insbesondere teildurchlässiger Spiegel ausgebildet. Bevorzugt liegt das Verhältnis zwischen durchgelassener und reflektierter Strahlung zwischen 30:70 und 70:30, bevorzugt zwischen 35:65 und 65:35, bevorzugt zwischen 40:60 und 60:40, bevorzugt zwischen 45:55 und 55:45 und besonders bevorzugt bei etwa 50:50. In a further preferred embodiment, the radiation deflection device is designed as a mirror and in particular a partially transparent mirror. The ratio between transmitted and reflected radiation is preferably between 30:70 and 70:30, preferably between 35:65 and 65:35, preferably between 40:60 and 60:40, preferably between 45:55 and 55:45 and particularly preferably around 50:50.
Bevorzugt weist diese Strahlungsumlenkeinrichtung bzw. dieser Spiegel unterschiedliches Reflexionsvermögen auf, je nach dem von welcher Seite aus Strahlung auf diesen auftrifft. Dabei wird bevorzugt ein Teil der von der Einstrahlungseinrichtung kommenden Strahlung auf die Oberfläche reflektiert und ein Teil der von der Oberfläche reflektieren Strahlung wird transmittiert und gelangt zu der (zweiten) Strahlungserfassungseinrichtung. Preferably, this radiation deflection device or this mirror has different reflectivity depending on the side from which radiation hits it. Preferably, a portion of the radiation coming from the irradiation device is reflected onto the surface and a portion of the radiation reflected from the surface is transmitted and reaches the (second) radiation detection device.
Durch die Verwendung dieser Strahlungsumlenkeinrichtung ist es möglich, die Oberfläche unter einer vorgegebenen Richtung (beispielsweise senkrecht) zu bestrahlen und auch in dieser Richtung, genauer der entgegengesetzten Richtung, Strahlung (insbesondere ortsaufgelöst) zu erfassen. By using this radiation deflection device, it is possible to irradiate the surface in a predetermined direction (for example vertically) and also to detect radiation (in particular spatially resolved) in this direction, or more precisely the opposite direction.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung ein Objektiv (bzw. eine Objektivanordnung) und insbesondere ein telezentrisches Objektiv auf. Dieses telezentrische Objektiv ist bevorzugt zwischen der zu untersuchenden Oberfläche und der (Strah- lungs-)Erfassungseinrichtung (bei der es sich insbesondere um eine Bilderfassungseinrichtung handelt) angeordnet. In a further preferred embodiment, the device has a lens (or a lens arrangement) and in particular a telecentric lens. This telecentric lens is preferably arranged between the surface to be examined and the (radiation) detection device (which is in particular an image detection device).
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die (zweite) Strahlungserfassungseinrichtung dazu geeignet und bestimmt, ein ortsaufgelöstes Bild von der auf sie auftreffenden Strahlung und/oder der zu untersuchenden Oberfläche auszugeben. Besonders bevorzugt ist ein telezentrisches Objektiv vorgesehen, um die (zu untersuchende) Oberfläche auf der Strahlungserfassungseinrichtung und insbesondere einer Bildaufnahmeeinrichtung abzubilden. Wie oben erwähnt ist die Verwendung eines telezentrischen Objektivs auf Beobachtungsseite und insbesondere im Rahmen einer Inline - Beobachtung aus dem für die vorliegende Erfindung relevanten Stand der Technik nicht bekannt. Die Anmelderin hat jedoch erkannt, dass die Inline-Beobachtung insbesondere mit einem telezentrischen Objektiv besonders effizient ist. In a further advantageous embodiment, the (second) radiation detection device is suitable and intended to output a spatially resolved image of the radiation incident on it and/or the surface to be examined. A telecentric lens is particularly preferably provided in order to image the surface (to be examined) on the radiation detection device and in particular an image recording device. As mentioned above, the use of a telecentric lens on the observation side and in particular in the context of inline observation is not known from the prior art relevant to the present invention. However, the applicant has recognized that inline observation is particularly efficient, in particular with a telecentric lens.
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf eine optische Erfassungseinrichtung zum optischen Erfassen von Oberflächen mit einer Einstrahlungseinrichtung gerichtet, welche dazu geeignet und bestimmt ist, Strahlung in einer (zweiten) Einstrahlungsrichtung auf die zu untersuchende Oberfläche einzustrahlen, und mit einer Strahlungserfassungseinrichtung, welche dazu geeignet und bestimmt ist, die von der Einstrahlungseinrichtung auf die zu untersuchende Oberfläche eingestrahlte und von der Oberfläche in einer zweiten Ausstrahlungsrichtung reflektierte Strahlung zu erfassen. The present invention is further directed to an optical detection device for optically detecting surfaces with an irradiation device which is suitable and intended to irradiate radiation in a (second) irradiation direction onto the surface to be examined, and with a radiation detection device which is suitable and intended to detect the radiation irradiated by the irradiation device onto the surface to be examined and reflected by the surface in a second radiation direction.
Erfindungsgemäß sind die (zweite) Einstrahlungsrichtung und die zweite Ausstrahlungsrichtung im Wesentlichen gegengleich. Bei dieser Ausführungsform wird eine sehr spezielle und im Stand der Technik nicht bekannte Form der Beleuchtung und Erfassung der Oberfläche vorgenommen. According to the invention, the (second) direction of incidence and the second direction of emission are essentially opposite. In this embodiment, a very special form of illumination and detection of the surface is carried out which is not known in the prior art.
Generell handelt es sich bevorzugt bei der Strahlung um Licht und insbesondere um Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich. Besonders bevorzugt handelt es sich bei der Strahlung um Weißlicht und insbesondere um genormtes Weißlicht. In general, the radiation is preferably light and in particular light in the visible wavelength range. The radiation is particularly preferably white light and in particular standardized white light.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Einstrahlungseinrichtung und/oder die Strahlungseinrichtung wenigstens eine oder eine Vielzahl von LEDs und insbesondere von Weißlicht - LEDs auf. Bevorzugt ist lediglich eine Lichtquelle, insbesondere in Form einer LED vorgesehen und bevorzugt eine dieser Lichtquelle zugeordnete Blende. Diese Blende kann dabei bevorzugt in der Schnittweite einer Linse liegen. Diese eine Lichtquelle kann in diesem Fall als Punktlichtquelle angesehen werden. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Einstrahlungseinrichtung eine Lichtquelle, eine Apertur bzw. Blende und bevorzugt eine Linse auf. Bevorzugt sind diese Elemente in der Einstrahlungsrichtung vor einem Strahlteiler und insbesondere dem oben erwähnten Strahlteiler (bzw. der (Strahlen-)Umlenkeinrichtung) angeordnet. In a preferred embodiment, the irradiation device and/or the radiation device has at least one or a plurality of LEDs and in particular white light LEDs. Preferably, only one light source is provided, in particular in the form of an LED, and preferably an aperture associated with this light source. This aperture can preferably be located in the focal length of a lens. This one light source can in this case be regarded as a point light source. In a further preferred embodiment, the irradiation device has a light source, an aperture or diaphragm and preferably a lens. These elements are preferably arranged in the irradiation direction in front of a beam splitter and in particular the above-mentioned beam splitter (or the (beam) deflection device).
Besonders bevorzugt ist zwischen der Oberfläche (und/oder der Messebene, in welcher insbesondere die zu untersuchende Oberfläche angeordnet ist und/oder zu deren Untersuchung anzuordnen ist) und der Erfassungseinrichtung ein Objektiv und insbesondere ein telezentrisches Objektiv angeordnet. Bevorzugt ist dabei dieses (telezentrische) Objektiv näher an der Erfassungseinrichtung als an der zu untersuchenden Oberfläche angeordnet. Bevorzugt weist dieses Objektiv wenigstens zwei und bevorzugt wenigstens drei Linsen auf. Particularly preferably, a lens and in particular a telecentric lens is arranged between the surface (and/or the measuring plane in which in particular the surface to be examined is arranged and/or is to be arranged for its examination) and the detection device. Preferably, this (telecentric) lens is arranged closer to the detection device than to the surface to be examined. Preferably, this lens has at least two and preferably at least three lenses.
Die optische Erfassungseinrichtung ist bevorzugt in der oben beschriebenen Weise ausgeführt. The optical detection device is preferably designed in the manner described above.
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf ein Verfahren zum Untersuchen von optischen Oberflächeneigenschaften (einer zu untersuchenden Oberfläche) gerichtet, welches zumindest die nachfolgenden Schritte umfasst: The present invention is further directed to a method for examining optical surface properties (of a surface to be examined), which comprises at least the following steps:
- Einstrahlen von Strahlung auf die zu untersuchende Oberfläche mittels einer Einstrahlungseinrichtung; - irradiation of radiation onto the surface to be examined by means of an irradiation device;
- Aufnahme eines ortsaufgelösten Bildes der von der Oberfläche in Reaktion auf die (von der Einstrahlungseinrichtung) eingestrahlte Strahlung ausgegebenen und insbesondere reflektierten Strahlung mittels einer Strahlungserfassungseinrichtung, welche eine maximale Erfassungsfläche zur (insbesondere ortsaufgelösten) Erfassung der zu dieser gelangenden Strahlung aufweist; - Recording a spatially resolved image of the radiation emitted and in particular reflected by the surface in response to the radiation radiated in (by the irradiation device) by means of a radiation detection device which has a maximum detection area for the (in particular spatially resolved) detection of the radiation reaching it;
Bevorzugt handelt es sich bei der Strahlungserfassungseinrichtung um eine Einrichtung, welche zur ortsaufgelösten Erfassung der auf sie auftreffenden Strahlung geeignet und bestimmt ist. Insbesondere handelt es sich bei der Strahlungserfassungseinrichtung um eine Kamera. Preferably, the radiation detection device is a device which is suitable and intended for the spatially resolved detection of the radiation impinging on it. In particular, the radiation detection device is a camera.
- Ermittlung wenigstens eines effektiven Flächenwertes, der für eine in einer vorgegebenen und/oder vorgebbaren Messfläche innerhalb der maximalen Erfassungsfläche liegenden Flä- ehe charakteristisch ist, welche von der ausgegebenen, insbesondere reflektierten, Strahlung in einer vorgegebenen und/oder vorgebbaren Weise, insbesondere hinsichtlich eines Hellig- keits- und/oder Farbwerts, erreicht wird. Bevorzugt wird genau ein effektiver Flächenwert ermittelt. Denkbar ist aber auch, dass zwei, drei oder mehrere effektive Flächenwerte ermittelt werden; - Determination of at least one effective area value for an area lying in a given and/or predeterminable measuring area within the maximum detection area. it is characteristic which is achieved by the emitted, in particular reflected, radiation in a predetermined and/or predeterminable manner, in particular with regard to a brightness and/or color value. Preferably, exactly one effective area value is determined. However, it is also conceivable that two, three or more effective area values are determined;
- Ermittlung wenigstens eines Verhältniswertes (V), der für eine Beziehung zwischen dem Flächenwert (W) und einem vorgegebenen Maximalwert (M) charakteristisch ist. Bevorzugt wird genau ein Verhältniswert ermittelt. Denkbar ist aber auch, dass zwei, drei oder mehrere Verhältniswerte ermittelt werden. - Determination of at least one ratio value (V) which is characteristic of a relationship between the area value (W) and a predetermined maximum value (M). Preferably, exactly one ratio value is determined. However, it is also conceivable that two, three or more ratio values are determined.
Wie oben erwähnt, wird aufgrund der Krümmung oder einer zu geringen Größe der Oberfläche nicht alle auf die Oberfläche auftreffende Strahlung zu der Strahlungserfassungseinrichtung reflektiert oder nicht alle von der Einstrahlungseinrichtung ausgehende Strahlung trifft die zu untersuchende Oberfläche. As mentioned above, due to the curvature or insufficient size of the surface, not all radiation incident on the surface is reflected to the radiation detection device or not all radiation emanating from the irradiation device hits the surface to be examined.
Wie oben erwähnt, handelt es sich bei dem oben erwähnten Verhältniswert um den Füllfaktor, der von der Krümmung der Oberfläche abhängen kann oder aber von der Größe des Objekts oder aber von den glänzenden oder matten Anteilen der Oberfläche. As mentioned above, the ratio value mentioned above is the fill factor, which may depend on the curvature of the surface, the size of the object, or the glossy or matte parts of the surface.
Bei der maximalen Erfassungsfläche handelt es sich insbesondere um diejenige Messfläche, welche für die jeweilige Erfassungseinrichtung, beispielsweise einen CCD-Chip oder eine Kamera charakteristisch ist. The maximum detection area is in particular the measuring area which is characteristic for the respective detection device, for example a CCD chip or a camera.
Die vorgegebene und/oder vorgebbare Messfläche ist diejenige Teilfläche der maximalen Messfläche, welche sich aufgrund insbesondere einer schrägen Einstrahlung (einer Strahlungseinrichtung, bei welcher es sich insbesondere um die erste Strahlungseinrichtung handeln kann, auf die Oberfläche) ergeben würde oder wird. Falls etwa eine Strahlungseinrichtung eine rechteckige Blende aufweist, würde bei einer Einstrahlung in einer senkrechten Richtung diese rechteckige Blende auf der Oberfläche abgebildet werden. Dieser ovale Leuchtfleck würde von der Strahlungserfassungseinrichtung erfasst werden. Mit anderen Worten erfasst die Strahlungserfassungseinrichtung in diesem Fall eine ovale, bestrahlte Teilfläche der zu untersuchenden Oberfläche, welche auf die Messfläche der Strahlungserfassungseinrichtung (insbesondere bedingt durch die optische Anordnung der Strahlungser- fassungseinrichtung derart, dass der Strahlengang von senkrecht von der zu untersuchenden Oberfläche bzw. Messebene abgegebene Strahlung parallel und/oder entlang der Erfassungsrichtung und/oder der optischen Achse der Strahlungserfassungseinrichtung ist) als ebenfalls ovale Fläche abgebildet wird. The predetermined and/or predeterminable measuring surface is that partial area of the maximum measuring surface which would or will result in particular due to an oblique irradiation (of a radiation device, which can in particular be the first radiation device, onto the surface). If, for example, a radiation device has a rectangular aperture, this rectangular aperture would be imaged on the surface in the event of irradiation in a vertical direction. This oval light spot would be recorded by the radiation detection device. In other words, the radiation detection device in this case records an oval, irradiated partial area of the surface to be examined, which is projected onto the measuring surface of the radiation detection device (in particular due to the optical arrangement of the radiation detectors). detection device such that the beam path of radiation emitted perpendicularly from the surface to be examined or the measuring plane is parallel and/or along the detection direction and/or the optical axis of the radiation detection device) is also imaged as an oval surface.
Bevorzugt weist die Blende einen rechteckigen Querschnitt auf. Bevorzugt liegt das Verhältnis einer Länge dieser Blende zu einer Breite dieser Blende zwischen 5:1 und 2:1. Trotz der rechteckigen Blende wird der Messfleck bei den relevanten Beobachtungsabständen oval erscheinen. The aperture preferably has a rectangular cross-section. The ratio of the length of this aperture to the width of this aperture is preferably between 5:1 and 2:1. Despite the rectangular aperture, the measuring spot will appear oval at the relevant observation distances.
Die Strahlungserfassungseinrichtung kann den von der ersten Strahlungseinrichtung auf der zu untersuchenden Oberfläche (jedenfalls bei spiegelnden Oberflächen) erzeugten Messfleck nicht beobachten bzw. detektieren. The radiation detection device cannot observe or detect the measuring spot generated by the first radiation device on the surface to be examined (at least in the case of reflective surfaces).
Bevorzugt werden die von der Einstrahlungseinrichtung und der Strahlungserfassungseinrichtung einerseits und die von der ersten Strahlungseinrichtung und der ersten Strahlungsdetektoreinrichtung andererseits durchgeführten Messungen zeitlich nacheinander durchgeführt. Preferably, the measurements carried out by the irradiation device and the radiation detection device on the one hand and the measurements carried out by the first radiation device and the first radiation detector device on the other hand are carried out one after the other.
Falls diese Strahlungseinrichtung (insbesondere handelt es sich bei der Strahlungseinrichtung um die erste Strahlungseinrichtung) schräg auf die Oberfläche einstrahlt, würde sich eine elliptische Abbildung auf der Oberfläche ergeben. Diese elliptische Abbildung wird dann entsprechend von der Strahlungserfassungseinrichtung erfasst. Diese elliptische Abbildung ist entsprechend die vorgebbare und/oder vorgegebene Messfläche, welche insbesondere von Parametern wie einem Einstrahlwinkel und einer Blende der Strahlungseinrichtung abhängt. Bei diesen Parametern handelt es sich jedoch bevorzugt um feste und/oder gerätespezifische Parameter. If this radiation device (in particular the radiation device is the first radiation device) radiates at an angle onto the surface, an elliptical image would result on the surface. This elliptical image is then recorded accordingly by the radiation detection device. This elliptical image is accordingly the predeterminable and/or predetermined measuring area, which depends in particular on parameters such as an angle of incidence and an aperture of the radiation device. However, these parameters are preferably fixed and/or device-specific parameters.
Mit anderen Worten ergibt sich bei schräger Einstrahlung der (ersten) Strahlungseinrichtung auf die Oberfläche eine elliptisch bestrahlte Teilfläche der Oberfläche. Betrachtet man nur diese (bestrahlte) Teilfläche, entspricht diese (bestrahlte) Teilfläche der Oberfläche bei nun ausschließlicher Einstrahlung von Strahlung durch die Einstrahlungseinrichtung (bei obiger optischer Anordnung der Einstrahlungseinrichtung und/oder der Strahlungserfassungseinrichtung) einer elliptischen Fläche auf der Erfassungsfläche der Strahlungserfassungseinrich- tu ng. In other words, when the (first) radiation device irradiates the surface at an angle, an elliptically irradiated partial surface of the surface is created. If only this (irradiated) partial surface is considered, this (irradiated) partial surface of the surface corresponds to an elliptical surface on the detection surface of the radiation detection device when radiation is now irradiated exclusively by the irradiation device (with the above optical arrangement of the irradiation device and/or the radiation detection device). tu ng.
Bevorzugt hängt die vorgegebene und/oder vorgebbare Messfläche von wenigstens einem für die Einstrahlung der Strahlung durch die Einstrahlungseinrichtung abhängigen Parameter ab, der insbesondere aus einer Gruppe von Parametern ausgewählt, ist, welche einen Einstrahlwinkel, die Gestalt einer Blende der Einstrahleinrichtung, die Lichtquelle der Einstrahleinrichtung und dergleichen enthält. Bevorzugt handelt es sich damit hierbei um für die verwendete Vorrichtung spezifische und/oder feste Parameter. Preferably, the predetermined and/or predeterminable measuring surface depends on at least one parameter that is dependent on the irradiation of the radiation by the irradiation device, which is selected in particular from a group of parameters that includes an angle of incidence, the shape of a diaphragm of the irradiation device, the light source of the irradiation device and the like. Preferably, these are specific and/or fixed parameters for the device used.
Der effektive Flächenwert wird weiterhin durch Gegebenheiten wie eine Krümmung der zu untersuchenden Oberfläche oder auch eine Größe der zu untersuchenden Oberfläche beeinflusst. Eine Krümmung dieser Oberfläche kann etwa bewirken, dass nicht jegliche von der Oberfläche reflektierte Strahlung zu der Messfläche gelangt. Falls beispielsweise im Falle einer ebenen Oberfläche eine voll ausgeleuchtete Ellipse auf der Strahlungserfassungseinrichtung ausgeleuchtet würde, wird im Fall einer gekrümmten Oberfläche diese Ellipse nicht voll ausgefüllt sein. Das gleiche würde gelten, wenn die zu untersuchende Oberfläche so klein ist, dass nicht jegliche von der Strahlungseinrichtung durch deren Blende tretende Strahlung auf die Oberfläche gelangt. Die Strahlung würde dann nicht nur das Objekt treffen sondern auch dessen Umgebung. The effective area value is also influenced by factors such as the curvature of the surface to be examined or the size of the surface to be examined. A curvature of this surface can mean that not all radiation reflected from the surface reaches the measuring surface. For example, if a flat surface were to illuminate a fully illuminated ellipse on the radiation detection device, this ellipse would not be fully filled in the case of a curved surface. The same would apply if the surface to be examined is so small that not all radiation passing through the aperture of the radiation device reaches the surface. The radiation would then not only hit the object but also its surroundings.
Im Falle einer ebenen Probe wäre der Beleuchtungs- und Beobachtungsfleck maximal eine Ellipse. Im Falle einer gekrümmten Oberfläche (nicht-eben) hängt die effektive Ausprägung des Flecks von der Oberflächentopographie ab. In the case of a flat sample, the illumination and observation spot would be at most an ellipse. In the case of a curved surface (non-flat), the effective shape of the spot depends on the surface topography.
Die Ermittlung dieses effektiven Flächenwerts kann insbesondere, wie unten genauer beschrieben durch ein Schwellwertverfahren bestimmt werden. Dabei kann beispielsweise festgelegt werden, ab welchem Intensitätswert der auf die Pixel auftreffenden Strahlung diese betreffenden Pixel als beleuchtet oder unbeleuchtet gewertet werden. Auf diese Weise kann bevorzugt binär zwischen beleuchteten und unbeleuchteten Flächenbereichen unterschieden werden bzw. welche Flächenelemente zum Messwert beitragen. This effective area value can be determined in particular by a threshold value method, as described in more detail below. For example, it can be determined at which intensity value of the radiation hitting the pixels these pixels are considered illuminated or unilluminated. In this way, a distinction can preferably be made in binary terms between illuminated and unilluminated surface areas or which surface elements contribute to the measured value.
Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren zum Untersuchen von optischen Eigenschaften von Oberflächen strahlt eine erste Strahlungseinrichtung Strahlung in einer ersten Einstrahlungsrichtung auf die zu untersuchende Oberfläche ein, und eine erste Strahlungs- detektoreinrichtung erfasst die von der ersten Strahlungseinrichtung auf die zu untersuchende Oberfläche eingestrahlte und von der Oberfläche in der Ausstrahlungsrichtung (R1‘) ausgegebene und insbesondere reflektierte Strahlung. In a further method according to the invention for examining optical properties of surfaces, a first radiation device radiates radiation in a first irradiation direction onto the surface to be examined, and a first radiation detector device detects the radiation radiated by the first radiation device onto the surface to be examined and emitted and in particular reflected by the surface in the radiation direction (R1').
Weiterhin strahlt eine Einstrahlungseinrichtung Strahlung in einer zweiten Einstrahlungsrichtung auf die zu untersuchende Oberfläche ein und eine Strahlungserfassungseinrichtung erfasst die von der Einstrahlungseinrichtung auf die zu untersuchende Oberfläche eingestrahlte und von der Oberfläche in einer zweiten Ausstrahlungsrichtung ausgegebene (und insbesondere reflektierte) Strahlung. Dabei können diese Messungen sowohl zeitgleich (bei spiegelnden Oberflächen) als auch zeitlich versetzt (bei nicht-spiegelnden Oberflächen) erfolgen. Furthermore, an irradiation device radiates radiation in a second irradiation direction onto the surface to be examined and a radiation detection device detects the radiation radiated by the irradiation device onto the surface to be examined and emitted (and in particular reflected) by the surface in a second radiation direction. These measurements can be carried out both simultaneously (for reflective surfaces) and at different times (for non-reflective surfaces).
Erfindungsgemäß sind die zweite Strahlungsrichtung und die zweite Ausstrahlungsrichtung im Wesentlichen gegengleich. According to the invention, the second radiation direction and the second emission direction are substantially opposite.
Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren zum optischen Erfassen von Oberflächen strahlt eine Einstrahlungseinrichtung Strahlung in einer Einstrahlungsrichtung auf die zu untersuchende Oberfläche ein und eine Strahlungserfassungseinrichtung erfasst die von der Einstrahlungseinrichtung auf die zu untersuchende Oberfläche eingestrahlte und von der Oberfläche in einer zweiten Ausstrahlungsrichtung reflektierte Strahlung und nimmt bevorzugt dabei ein ortsaufgelöstes Bild der Oberfläche auf. In a further method according to the invention for optically detecting surfaces, an irradiation device radiates radiation in one irradiation direction onto the surface to be examined and a radiation detection device detects the radiation radiated by the irradiation device onto the surface to be examined and reflected by the surface in a second radiation direction and preferably records a spatially resolved image of the surface.
Erfindungsgemäß sind die zweite Strahlungsrichtung und die zweite Ausstrahlungsrichtung im Wesentlichen gegengleich. According to the invention, the second radiation direction and the second emission direction are substantially opposite.
Bei einem vorteilhaften Verfahren wird zum Erfassen der Strahlung eine telezentrische Optik und insbesondere ein telezentrisches Objektiv verwendet, welche bevorzugt zwischen der Oberfläche und der Strahlungserfassungseinrichtung angeordnet ist. In an advantageous method, a telecentric optics and in particular a telecentric lens is used to detect the radiation, which is preferably arranged between the surface and the radiation detection device.
Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren nimmt die Strahlungserfassungseinrichtung ein ortsaufgelöstes Bild der zu untersuchenden Oberfläche auf. Zu diesem Zweck wird beispielsweise eine Kamera oder ein CCD-Chip verwendet, auf welchen bevorzugt die Oberfläche abgebildet wird. Bevorzugt wird die zu untersuchende Oberfläche mittels der telezentrischen Optik auf die Strahlungserfassungseinrichtung abgebildet. Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren ist die zu untersuchende Oberfläche eine gekrümmte Oberfläche oder eine Oberfläche eines kleinen Bauteils oder eine Oberfläche, welche sowohl glänzende als auch matte (bzw. matt reflektierende und/oder streuende) Bereiche aufweist. In a further advantageous method, the radiation detection device records a spatially resolved image of the surface to be examined. For this purpose, for example, a camera or a CCD chip is used, on which the surface is preferably imaged. The surface to be examined is preferably imaged onto the radiation detection device using the telecentric optics. In a further advantageous method, the surface to be examined is a curved surface or a surface of a small component or a surface which has both shiny and matt (or matt reflecting and/or scattering) areas.
Falls es sich bei der Oberfläche um die Oberfläche eines kleinen Bauteils handelt, ist bevorzugt dieses kleine Bauteil an einem Träger montiert, der selbst in der Beobachtungsebene bzw. Messebene kleiner ist als das Bauteil selbst. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass von diesem Träger reflektierte Strahlung (welche das Messergebnis verfälschen würde) zu der Strahlungserfassungseinrichtung (und/oder Strahlungsdetektoreinrichtung) gelangt. If the surface is the surface of a small component, this small component is preferably mounted on a carrier which is smaller than the component itself in the observation plane or measurement plane. In this way, radiation reflected from this carrier (which would falsify the measurement result) can be prevented from reaching the radiation detection device (and/or radiation detector device).
Die Umgebung des Trägers wird bevorzugt derart gewählt, dass unerwünschte Reflexionen nicht in den Detektor bzw. die Strahlungserfassungseinrichtung gelangen, z.B. stark mattierte Oberfläche oder über eine Lichtfalle. The environment of the wearer is preferably chosen in such a way that unwanted reflections do not reach the detector or the radiation detection device, e.g. a heavily matted surface or via a light trap.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren ist die vorgegebene und/oder vorgebbare Messfläche von einer ersten Strahlungseinrichtung (bei welcher es sich insbesondere um obige als erste Strahlungseinrichtung bezeichnete Strahlungseinrichtung handelt), welche dazu geeignet und bestimmt ist, Strahlung auf die zu untersuchende Oberfläche unter einem vorgegebenen, insbesondere von einer senkrechten Richtung abweichenden, (ersten) Einstrahlrichtung einzustrahlen, vorgegeben. In a further preferred method, the predetermined and/or predeterminable measuring surface is predetermined by a first radiation device (which is in particular the radiation device referred to above as the first radiation device), which is suitable and intended to radiate radiation onto the surface to be examined under a predetermined (first) irradiation direction, in particular deviating from a vertical direction.
Bei diesem Verfahren wird also, wie oben erwähnt, die vorgegebene und/oder vorgebbare Messfläche als Folge einer insbesondere schrägen Einstrahlung der Strahlung auf die Oberfläche und insbesondere eine Aufnahme der von der Oberfläche reflektierten Strahlung ermittelt. In this method, as mentioned above, the predetermined and/or predeterminable measuring surface is determined as a result of a particularly oblique irradiation of the radiation onto the surface and in particular a recording of the radiation reflected from the surface.
Bevorzugt ist die vorgegebene und/oder vorgebbare Messfläche eine durch die erste Strahlungseinrichtung maximal ausleuchtbare Fläche und/oder ein Flächenbereich einer zu untersuchenden (insbesondere ebenen bzw. glatten) Oberfläche. Bevorzugt ist die auf die Oberfläche gelangende Strahlung und/oder ein Strahlungsquerschnitt dieser ersten Strahlungseinrichtung durch ein Strahlungsbegrenzungselement, insbesondere eine Blende begrenzt. Preferably, the predetermined and/or predeterminable measuring area is an area that can be maximally illuminated by the first radiation device and/or a surface area of a surface to be examined (in particular flat or smooth). Preferably, the radiation reaching the surface and/or a radiation cross-section of this first radiation device is limited by a radiation limiting element, in particular a diaphragm.
Insbesondere wird diese Strahlung unter einem vorgegebenen Winkel, beispielsweise einem Winkel von 45° oder 60° (denkbar wären auch 20°, 75° oder 85°), gegenüber einer senkrechten Richtung auf die Oberfläche eingestrahlt. In particular, this radiation is radiated onto the surface at a predetermined angle, for example an angle of 45° or 60° (20°, 75° or 85° would also be conceivable), relative to a vertical direction.
Die Kamera bzw. die Strahlungserfassungseinrichtung kennt den Glanzmessfleck nur virtuell (kann den Glanzmessfleck nicht messen). Die vorgegebene und/oder vorgebbare Messfläche wird zur Ermittlung des Verhältniswerts bzw. des Füllfaktors aus einer Speichereinrichtung des Geräts abgerufen. The camera or the radiation detection device only knows the gloss measurement spot virtually (cannot measure the gloss measurement spot). The specified and/or specifiable measuring area is retrieved from a storage device in the device to determine the ratio value or the fill factor.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren ist die erste Strahlungseinrichtung in Zusammenwirkung mit einer Strahlungsdetektoreinrichtung zur Durchführung einer Glanzmessung geeignet und bestimmt. Bei der Strahlungsdetektoreinrichtung kann es sich um eine Strahlungsdetektoreinrichtung handeln, welche ein ortsaufgelöstes Bild der auf sie auftreffenden Strahlung erfasst. Es wäre jedoch auch eine Strahlungsdetektoreinrichtung verwendbar, welche einen Wert ausgibt, der für eine (integrale) Intensität der auf sie auftreffenden Strahlung charakteristisch ist. In a further preferred method, the first radiation device is suitable and intended for carrying out a gloss measurement in conjunction with a radiation detector device. The radiation detector device can be a radiation detector device which records a spatially resolved image of the radiation impinging on it. However, a radiation detector device could also be used which outputs a value which is characteristic of an (integral) intensity of the radiation impinging on it.
Bei einem bevorzugten Verfahren ist die vorgegebene und/oder vorgebbare Messfläche für eine Größe derjenigen Fläche eines Bestandteils der Strahlungserfassungseinrichtung charakteristisch, welche von der (von der (ersten) Strahlungseinrichtung) ausgegebenen Strahlung bei Verwendung einer ebenen Oberfläche von der ausgegebenen Strahlung erreicht wird. In a preferred method, the predetermined and/or predeterminable measuring area is characteristic of a size of that area of a component of the radiation detection device which is reached by the radiation emitted (by the (first) radiation device) when using a flat surface.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren ist die vorgegebene und/oder vorgebbare Messfläche für eine Größe derjenigen Fläche eines Bestandteils der Strahlungserfassungseinrichtung charakteristisch ist, welche sich ergibt, wenn die von der (ersten) Strahlungseinrichtung ausgehende Strahlung vollständig zu einer (ersten) Strahlungsdetektoreinrichtung reflektiert wird. Es wird also bei der Betrachtung der vorgegebenen und/oder vorgebbaren Messfläche insbesondere davon ausgegangen, dass sämtliche von der Einstrahlungseinrichtung ausgehende (und insbesondere durch eine Öffnung eines Gehäuses der Vorrichtung tretende Strahlung zu der Oberfläche gelangt und auch sämtliche von der Oberfläche reflektierte Strahlung zu der Strahlungserfassungseinrichtung gelangt. Bevorzugt wird also in diesem Fall die zu untersuchende Oberfläche vollständig auf die Strahlungserfassungseinrichtung abgebildet. In a further preferred method, the predetermined and/or predeterminable measuring area is characteristic of a size of that area of a component of the radiation detection device which results when the radiation emanating from the (first) radiation device is completely reflected to a (first) radiation detector device. When considering the predetermined and/or predeterminable measuring surface, it is therefore assumed in particular that all radiation emanating from the irradiation device (and in particular passing through an opening in a housing of the device) reaches the surface and that all radiation reflected from the surface also reaches the radiation detection device. In this case, the surface to be examined is preferably completely imaged onto the radiation detection device.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren ist die Messfläche für eine Größe (und/oder Anordnung) derjenigen Fläche innerhalb der maximalen Erfassungsfläche charakteristisch welche von einer, von einer ersten Strahlungseinrichtung ausgegebenen Strahlung bei Verwendung einer ebenen Oberfläche als zu untersuchende Oberfläche erreicht wird. In a further preferred method, the measuring area is characteristic of a size (and/or arrangement) of that area within the maximum detection area which is reached by radiation emitted by a first radiation device when using a flat surface as the surface to be examined.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren ist die Messfläche für eine Größe derjenigen Fläche charakteristisch, welche sich ergibt, wenn die von einer ersten Strahlungseinrichtung ausgehende Strahlung vollständig zu einer Strahlungsdetektoreinrichtung reflektiert wird. In a further preferred method, the measuring area is characteristic of a size of the area which results when the radiation emanating from a first radiation device is completely reflected to a radiation detector device.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren erfolgt die Einstrahlung der Strahlung auf die zu untersuchende Oberfläche durch eine Öffnung eines Gehäuses hindurch und die von der zu untersuchenden Oberfläche ausgegebene Strahlung tritt durch diese Öffnung hindurch. Bevorzugt bleibt diejenige Strahlung, welche von der Einstrahleinrichtung ausgeht, jedoch nicht durch die besagte Öffnung tritt, unberücksichtigt. In a further preferred method, the radiation is irradiated onto the surface to be examined through an opening in a housing and the radiation emitted by the surface to be examined passes through this opening. Preferably, the radiation which emanates from the irradiation device but does not pass through said opening is disregarded.
Besonders bevorzugt wird die besagte Öffnung direkt oder mit sehr geringem Abstand an die zu untersuchende Oberfläche angelegt. Unter einem sehr geringen Abstand wird ein Abstand verstanden, der kleiner ist als ein Drittel des Abstandes zwischen der ersten Strahlungseinrichtung und der Öffnung, bevorzugt kleiner als ein Fünftel, bevorzugt kleiner als ein Siebtel und bevorzugt kleiner als ein Zehntel. Particularly preferably, the said opening is placed directly or at a very small distance from the surface to be examined. A very small distance is understood to mean a distance that is less than a third of the distance between the first radiation device and the opening, preferably less than a fifth, preferably less than a seventh and preferably less than a tenth.
Bevorzugt wird von der Einstrahlungseinrichtung ausgehende Strahlung, welche nicht durch die Öffnung tritt von einer Wandung des Gehäuses und insbesondere einer Innenwandung absorbiert. Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren ist der Maximalwert charakteristisch für die vollständige Fläche der auf die Strahlungserfassung abgebildeten Öffnung. Preferably, radiation emanating from the irradiation device which does not pass through the opening is absorbed by a wall of the housing and in particular an inner wall. In another preferred method, the maximum value is characteristic of the complete area of the aperture imaged onto the radiation detector.
Bei einer „Idealen“ Fläche wird die Öffnung vollständig auf die Strahlungserfassungseinrichtung abgebildet. Dies ist die maximal ausleuchtbare Fläche und damit der Maximalwert. Es wird also hier davon ausgegangen, dass sämtliche durch die Öffnung tretende Strahlung exakt von der Oberfläche reflektiert wird und so zu der Strahlungserfassungseinrichtung gelangt, so dass die Oberfläche ideal auf der Erfassungseinrichtung abgebildet wird. With an "ideal" surface, the opening is completely imaged onto the radiation detection device. This is the maximum area that can be illuminated and therefore the maximum value. It is therefore assumed here that all radiation passing through the opening is reflected exactly by the surface and thus reaches the radiation detection device, so that the surface is ideally imaged onto the detection device.
Bevorzugt ist der Maximalwert der Flächeninhalt der Öffnung. Preferably, the maximum value is the area of the opening.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird zur Ermittlung des Flächenwertes und/oder des Verhältniswertes ein Schwellwertverfahren verwendet. Dies bedeutet, dass Schwellwerte bzw. Grenzwerte zugrunde gelegt werden, welche für die Frage entscheidend sind, ob bestimmte bestrahlte oder beleuchtete Pixel oder Pixelbereiche einer Bildaufnahmeeinrichtung als bestrahlt oder als nicht bestrahlt berücksichtigt werden. Auf diese Weise kann für jedes bestrahlte Pixel der Strahlungserfassungseinrichtung bestimmt werden, ob dieses noch dem beleuchteten Bereich zugeordnet wird oder nicht. In a further preferred method, a threshold method is used to determine the area value and/or the ratio value. This means that threshold values or limit values are used as a basis, which are decisive for the question of whether certain irradiated or illuminated pixels or pixel areas of an image recording device are considered as irradiated or not irradiated. In this way, it can be determined for each irradiated pixel of the radiation detection device whether this is still assigned to the illuminated area or not.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren ermittelt das Schwellwertverfahren eine Helligkeitsverteilung (und/oder Farbverteilung) in dem von der Strahlungserfassungseinrichtung aufgenommenen Bild und/oder wertet diese Helligkeitsverteilung (und/oder Farbverteilung) aus. In a further preferred method, the threshold method determines a brightness distribution (and/or color distribution) in the image recorded by the radiation detection device and/or evaluates this brightness distribution (and/or color distribution).
Es wird also bevorzugt entschieden, welche Pixel noch als zu der den Flächenwert bestimmenden Werten gezählt werden und welche nicht. A preferential decision is therefore made as to which pixels are still counted as part of the values determining the area value and which are not.
Es wird bevorzugt ein Schwellwert bestimmt. Über diesem Wert liegende Intensitätswerte werden als zu der Fläche gehörig gewertet, unter diesem Wert liegende nicht Preferably, a threshold value is determined. Intensity values above this value are considered to belong to the area, while those below this value are not.
Der oben erwähnte Füllfaktor kann auf verschiedene Arten bestimmt werden. Der einfachste Algorithmus ist das oben beschriebene Schwellwertverfahren für den Querschnitt der Helligkeitsverteilung im Bild. Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren werden Schwellwerte für das Schwellwertverfahren unter Verwendung von Standardoberflächen ermittelt werden. The fill factor mentioned above can be determined in different ways. The simplest algorithm is the thresholding method for the cross-section of the brightness distribution in the image described above. In another preferred method, threshold values for the thresholding method are determined using standard surfaces.
Man wählt dazu bevorzugt Glasstandards mit verschiedenen Krümmungsradien und Glanzwerten aus. Bevorzugt dient der lineare Zusammenhang zwischen Füllfaktor 0 und 1 dafür als Richtwert. For this purpose, glass standards with different curvature radii and gloss values are preferably selected. The linear relationship between fill factor 0 and 1 is preferably used as a guideline.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird der Füllfaktor mit dem oder den Glanzwerten mathematisch verknüpft. Bevorzugt wird der Füllfaktor mit (insbesondere gemessenen) Glanzwerten in eine mathematische Beziehung gesetzt, beispielsweise mit diesen dividiert (oder multipliziert), insbesondere um Auswertungen für gekrümmte oder kleine Oberflächen durchzuführen. In a further preferred method, the fill factor is mathematically linked to the gloss value(s). Preferably, the fill factor is placed in a mathematical relationship with (in particular measured) gloss values, for example divided (or multiplied) by these, in particular in order to carry out evaluations for curved or small surfaces.
Bei diesen Auswertungen kann auch der jeweilige Glanzwinkel berücksichtig werden, insbesondere eine Größe des Winkels, unter welchem der Glanz aufgenommen wird. In these evaluations, the respective gloss angle can also be taken into account, in particular the size of the angle at which the gloss is recorded.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren ist die zu untersuchende Oberfläche gekrümmt. Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren ist die zu untersuchende Oberfläche kleiner als eine von der Einstrahlungseinrichtung durch die Öffnung beleuchtbare Fläche und oder einer durch die erste Strahlungseinrichtung vorgegebene und/oder ausleuchtbare Messfläche. In a further preferred method, the surface to be examined is curved. In a further preferred method, the surface to be examined is smaller than an area that can be illuminated by the irradiation device through the opening and/or a measuring area that is predetermined and/or can be illuminated by the first radiation device.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren weist die zu untersuchende Oberfläche sowohl glänzende als auch matte Oberflächenbereiche auf. In another preferred method, the surface to be examined has both glossy and matte surface areas.
Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren wird unter Verwendung des Verhältniswertes, der sich für eine derartige Oberfläche ergibt, ein Glanzwert für eine ideale Oberfläche ermittelt, wobei diese ideale Oberfläche der vermessenen Oberfläche hinsichtlich ihrer optischen Eigenschaften entspricht, die ideale Oberfläche jedoch eben ist und wenigstens so groß ist wie eine von der Einstrahlungseinrichtung durch die Öffnung beleuchtbare Fläche. In a further advantageous method, a gloss value for an ideal surface is determined using the ratio value resulting for such a surface, wherein this ideal surface corresponds to the measured surface in terms of its optical properties, but the ideal surface is flat and is at least as large as an area that can be illuminated by the irradiation device through the opening.
Auf diese Weise ist es bevorzugt möglich, für eine tatsächliche Oberfläche ermittelte Daten in Daten umzurechnen welche sich bei einer ebenen Oberfläche ergeben würden. Insbesondere kann auf diese Weise beispielsweise ein Glanzwert für eine zu untersuchende gekrümmte Oberfläche ermittelt werden, welcher sich bei einer (klassischen) Glanzmessung für diese Oberfläche bei ebener bzw. flacher anstelle der gekrümmten Oberflächengestalt (und damit ansonsten gleichen optischen Eigenschaften) ergeben würde. In this way, it is preferably possible to convert data determined for an actual surface into data that would result for a flat surface. In particular, in this way, for example, a gloss value can be determined for a curved surface to be examined, which in a (classical) gloss measurement for This surface would result in a flat surface shape instead of a curved surface shape (and thus otherwise the same optical properties).
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren strahlt die Einstrahlungseinrichtung die Strahlung im Wesentlichen senkrecht auf die Oberfläche ein und die Strahlungserfassungseinrichtung erfasst Strahlung, die im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche von dieser ausgegeben und insbesondere reflektiert wird. Unter senkrecht wird dabei von einer idealen ebenen Oberfläche ausgegangen. Bevorzugt wird die Strahlung auch senkrecht zu einem Öffnungsquerschnitt der Öffnung des oben beschriebenen Gehäuses ausgegeben. In a further preferred method, the irradiation device radiates the radiation essentially perpendicularly onto the surface and the radiation detection device detects radiation that is emitted and in particular reflected from the surface essentially perpendicularly to the latter. The term "perpendicular" is assumed to refer to an ideal, flat surface. The radiation is preferably also emitted perpendicularly to an opening cross-section of the opening of the housing described above.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird zur Abbildung der Oberfläche auf die Strahlungserfassungseinrichtung ein telezentrisches Objektiv verwendet. In another preferred method, a telecentric lens is used to image the surface onto the radiation detection device.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen: Further advantages and embodiments can be seen from the attached drawings:
Darin zeigen: Showing:
Fig. 1a einen Aufbau nach dem Stand der Technik für Glanzmessungen, entnommen der EN ISO 2813; Fig. 1a shows a state-of-the-art setup for gloss measurements, taken from EN ISO 2813;
Fig. 1b eine mit der Vorrichtung nach Figur 1a gemachte Aufnahme, wobei die Oberfläche spiegelnd ist; Fig. 1b is a photograph taken with the device of Figure 1a, the surface being reflective;
Fig. 2a, 2b einen im Stand der Technik bekannten Aufbau und einen erfindungsgemäßen Aufbau gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zur Untersuchung von Oberflächeneigenschaften; Fig. 2a, 2b show a structure known in the prior art and a structure according to the invention according to a preferred embodiment for examining surface properties;
Fig. 3a-d, vier Darstellungen von mit den Aufbauten nach Fig. 2a, b gewonnenen Messergebnissen; Fig. 3a-d, four representations of measurement results obtained with the setups according to Fig. 2a, b;
Fig. 4 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung seinen ersten Anwendungsfall; Fig. 5 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für einen zweiten Anwendungsfall; Fig. 4 is a representation of a device according to the invention in its first application; Fig. 5 is a representation of a device according to the invention for a second application;
Fig. 6 eine Darstellung zur Durchführung einer Inlinemessung; Fig. 6 shows a representation for carrying out an inline measurement;
Fig. 7 eine erste Darstellung zur Veranschaulichung einer Ermittlung eines Füllfaktors; Fig. 7 shows a first representation to illustrate a determination of a fill factor;
Fig. 8a, 8b Darstellungen zur Messung gekrümmter Oberflächen; Fig. 8a, 8b Representations for measuring curved surfaces;
Fig. 9 eine Gesamtdarstellung zur Ermittlung von Eigenschaften von glänzenden Oberflächen; Fig. 9 shows an overall representation for determining properties of glossy surfaces;
Fig. 10 eine Darstellung zur Veranschaulichung von Messergebnissen für matte Oberflächen; Fig. 10 is a diagram illustrating measurement results for matt surfaces;
Fig. 11 eine weitere Darstellung zur Veranschaulichung eines weiteren Verfahrensschritts der vorliegenden Erfindung; Fig. 11 is a further illustration to illustrate a further method step of the present invention;
Fig. 12 eine Darstellung zur Ermittlung von Glanzwerten aus dem Füllfaktor; Fig. 12 shows a representation for determining gloss values from the fill factor;
Fig. 13 eine Darstellung einer telezentrischen Optik; Fig. 13 is a representation of a telecentric optics;
Fig. 14 eine Schnittdarstellung der in Fig. 13 gezeigten telezentrischen Optik; Fig. 14 is a sectional view of the telecentric optics shown in Fig. 13;
Fig. 15 eine weitere Darstellung der telezentrischen Optik zur Veranschaulichung von Dimensionen; und Fig. 15 another representation of the telecentric optics to illustrate dimensions; and
Fig. 16a, b zwei Darstellungen zur Veranschaulichung der Anwendung des Verfahrens an Oberflächen mit unterschiedlich glänzenden Bereichen. Fig. 16a, b two representations to illustrate the application of the method to surfaces with different gloss areas.
Fig. 1a zeigt schematisch einen Aufbau zum Untersuchen von Glanzeigenschaften von Oberflächen und/oder Beschichtungen 10. Dabei ist eine Lichtquelle 120 vorgesehen, wel- ehe unter einem Einstrahlwinkel a1 (betrachtet gegenüber einer Mittelebene M) Licht auf die Oberfläche 10 einstrahlt. Fig. 1a shows a schematic of a setup for examining gloss properties of surfaces and/or coatings 10. A light source 120 is provided, which before light radiates onto the surface 10 at an angle of incidence a1 (viewed relative to a median plane M).
Dabei ist weiterhin eine Linse 122 vorgesehen, welche hier das Licht bzw. die Strahlung parallel ausrichtet. Die Oberfläche 10 reflektiert das Licht und das Licht gelangt über eine zweite Linse 124 unter dem Winkel a2 und über eine Blende 126 auf eine Strahlungsdetektoreinrichtung auf der ein Bild 130 abgebildet wird. Dabei kennzeichnet a2 den Winkel, unter dem die Strahlung von der Oberfläche her reflektiert wird bzw. den Winkel zwischen der Mittelebene M und dem Strahlengang der von der Oberfläche 10 ausgegebenen und insbesondere reflektierten Strahlung. A lens 122 is also provided, which aligns the light or radiation in parallel. The surface 10 reflects the light and the light passes through a second lens 124 at the angle a2 and through a diaphragm 126 to a radiation detector device on which an image 130 is projected. Here, a2 indicates the angle at which the radiation is reflected from the surface or the angle between the center plane M and the beam path of the radiation emitted and in particular reflected by the surface 10.
Fig. 1b zeigt ein entsprechend aufgenommenes Bild über einer spiegelnden Oberfläche. Dieses Bild zeigt damit das Signal eines Sensors in einem klassischen und in Fig. 1 gezeigten Setup. Allerdings ist diese Art der Aufnahme nicht für gekrümmte Oberflächen oder auch Oberflächen mit unterschiedlichen glänzenden und matten Anteilen geeignet und auch nicht für solche Oberflächen, die sehr klein sind. Fig. 1b shows an image taken in this way over a reflective surface. This image shows the signal from a sensor in a classic setup as shown in Fig. 1. However, this type of recording is not suitable for curved surfaces or surfaces with different glossy and matte parts, nor for surfaces that are very small.
Die Fig. 2a, 2b zeigen zwei prinzipielle Vorgehensweisen bei der Beobachtung von Oberflächen. Dabei zeigt Fig. 2a eine klassische Dunkelfeldbeleuchtung und Fig. 2b eine nunmehr im Rahmen der Erfindung vorgeschlagene Inline-Beleuchtung. Bei der in Fig. 2a gezeigten Dunkelfeldbeleuchtung leuchten hier zwei Strahlungseinrichtungen 142 und 144 unter einem vorgegebenen Winkel, hier 45°, auf die Oberfläche und eine Bildaufnahmeeinrichtung 146 erfasst das von der Oberfläche gestreute Licht (jedoch bevorzugt nicht das reflektierte Licht). Fig. 2a, 2b show two basic approaches to observing surfaces. Fig. 2a shows a classic dark field illumination and Fig. 2b shows an inline illumination now proposed within the scope of the invention. In the dark field illumination shown in Fig. 2a, two radiation devices 142 and 144 shine onto the surface at a predetermined angle, here 45°, and an image recording device 146 records the light scattered by the surface (but preferably not the reflected light).
Bei der in Figur 2b gezeigten Darstellung beleuchtet eine Lichtquelle 144 über eine Strahlteilereinrichtung 148 die Oberfläche und das von dort reflektierte Licht gelangt zu der Bilderfassungseinrichtung 146. In the illustration shown in Figure 2b, a light source 144 illuminates the surface via a beam splitter device 148 and the light reflected from there reaches the image capture device 146.
Die Figuren 3a bis 3d zeigen vier Darstellungen von aufgenommenen Oberflächen. Dabei wurden die Bilder in den Figuren 3a und 3c mit der Dunkelfeldmethode aufgenommen und die Bilder 3b und 3d mit der oben erwähnten Inline-Beleuchtung. Figures 3a to 3d show four images of recorded surfaces. The images in Figures 3a and 3c were recorded using the dark field method and images 3b and 3d using the inline illumination mentioned above.
Die Fig. 3a und 3b zeigen eine Schwarzglasoberfläche mit einem Kratzer (der Glanzwert liegt bei Glanzmessung unter einem Messwinkel von 60° bei 95 GU (gloss unit)). Die Fig. 3c und 3d zeigen eine strukturierte Oberfläche. Dabei liegt der Glanzwert bei einem Winkel von 60° bei 69,3 GU. Fig. 3a and 3b show a black glass surface with a scratch (the gloss value is 95 GU (gloss unit) when measured at a measuring angle of 60°). Fig. 3c and 3d show a structured surface. The gloss value at an angle of 60° is 69.3 GU.
Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Untersuchen von Oberflächeneigenschaften in einer ersten Ausführungsform. Dabei bezieht sich das Bezugszeichen 2 auf eine erste Strahlungseinrichtung, welche in einer Einstrahlrichtung R1 Strahlung und insbesondere Licht auf eine zu untersuchende Oberfläche 10 einstrahlt. Man erkennt, dass diese Oberfläche gekrümmt ist, sodass die in der Richtung R1‘ abgegebene Strahlung aufgeweitet bzw. divergent ist. Auf diese Weise gelangt nicht alle von der Oberfläche 10 reflektierte Strahlung zu der ersten Strahlungsdetektoreinrichtung 4. Fig. 4 shows a device according to the invention for examining surface properties in a first embodiment. The reference number 2 refers to a first radiation device which radiates radiation and in particular light onto a surface 10 to be examined in an irradiation direction R1. It can be seen that this surface is curved so that the radiation emitted in the direction R1' is expanded or divergent. In this way, not all of the radiation reflected from the surface 10 reaches the first radiation detector device 4.
Das Bezugszeichen 20 bezieht sich in seiner Gesamtheit auf eine optische Erfassungseinrichtung für die Oberfläche. Dabei strahlt diese, wie unten genauer erläutert wird, in der Richtung R2 also in einer senkrechten Richtung auf die Oberfläche 10 Strahlung ein und erfasst auch in einer dieser entgegengesetzten Richtung R2‘ Strahlung von der Oberfläche 10. The reference number 20 refers in its entirety to an optical detection device for the surface. As will be explained in more detail below, this device radiates radiation in the direction R2, i.e. in a perpendicular direction, onto the surface 10 and also detects radiation from the surface 10 in a direction R2' opposite to this.
Fig. 5 zeigt die vergleichbare Vorrichtung zu der Vorrichtung aus Fig. 4, jedoch einen anderen Anwendungsfall. Hier handelt es sich bei der zu untersuchenden Oberfläche um ein kleines Werkstück, wie beispielsweise einen Mikrochip, der auf einer Halterung 11 gelagert ist, oder ein Knopf eines Elektroartikels. Diese Halterung 11 ist dabei im Querschnitt wesentlich kleiner als die Oberfläche 10 selbst. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass von der Halterung 11 reflektierte Strahlung zu der Strahlungsdetektoreinrichtung 4 gelangt. Auch hier ist wiederum eine in ihrer Gesamtheit mit 20 bezeichnete optische Erfassungseinrichtung vorgesehen. Fig. 5 shows the device comparable to the device in Fig. 4, but a different application. Here, the surface to be examined is a small workpiece, such as a microchip mounted on a holder 11, or a button on an electrical item. This holder 11 is much smaller in cross-section than the surface 10 itself. In this way, radiation reflected from the holder 11 can be prevented from reaching the radiation detector device 4. Here, too, an optical detection device, designated in its entirety by 20, is provided.
In diesem gemäß der vorliegenden Erfindung ebenfalls bevorzugten Anwendungsfall ist die Fläche bzw. die geometrische Ausdehnung (in wenigstens eine Richtung) der zu untersuchenden Oberfläche 10 des kleinen Werkstücks kleiner als die Fläche bzw. die geometrische Ausdehnung einer (von der Vorrichtung vorgegebenen) Messfläche. Die Messfläche ergibt sich insbesondere aus der von der ersten Strahlungseinrichtung 2 bestrahlbaren bzw. ausleuchtbaren Fläche innerhalb einer Messebene. In dem hier in Fig. 5 gezeigten Anwendungsfall gelangt durch die im Vergleich zur Messfläche geringe (geometrische) Ausdehnung der zu untersuchenden Oberfläche 10 nicht die gesamte von der ersten Strahlungseinrichtung 2 ausgegebenen bzw. in Richtung der Messfläche abgegebenen Strahlung (bzw. nicht die gesamte der von in der Einstrahlrichtung R1 auf die Messfläche bzw. die Messebene eingestrahlten Strahlung) auf die zu untersuchende Oberfläche 10. In this application, which is also preferred according to the present invention, the area or the geometric extent (in at least one direction) of the surface 10 of the small workpiece to be examined is smaller than the area or the geometric extent of a measuring area (predetermined by the device). The measuring area results in particular from the area that can be irradiated or illuminated by the first radiation device 2 within a measuring plane. In the application shown here in Fig. 5, due to the small (geometric) extent of the surface 10 to be examined in comparison to the measuring surface, not all of the radiation emitted by the first radiation device 2 or emitted in the direction of the measuring surface (or not all of the radiation radiated onto the measuring surface or the measuring plane in the irradiation direction R1) reaches the surface 10 to be examined.
Wie der oberste und der unterste, von der ersten Strahlungseinrichtung ausgehende Strahlengang veranschaulichen, wird durch die kleine Ausdehnung der zu untersuchenden Oberfläche 10 ein Teil der in Richtung der Messfläche abgegeben Strahlung nicht aufgrund Reflexion an der zu untersuchenden Oberfläche in Richtung des ersten Strahlungsdetektoreinrichtung reflektiert. As the uppermost and lowermost beam paths emanating from the first radiation device illustrate, due to the small extent of the surface 10 to be examined, part of the radiation emitted in the direction of the measuring surface is not reflected in the direction of the first radiation detector device due to reflection at the surface to be examined.
Verglichen mit einer die Messfläche ausfüllenden zu untersuchenden Oberfläche ergibt beispielsweise eine (klassische) (Glanz-)Messung für diese kleinere zu untersuchende Oberfläche 10 ohne Korrektur der Oberflächengröße (fälschlicherweise) einen geringeren (Glanz- )Wert, weil nur der der kleineren Oberfläche entsprechende Anteil der auf die Messfläche einfallenden Strahlung zum mittels der Strahlungsdetektoreinrichtung 4 gemessenen (Glanz- )Wert beiträgt. Hierdurch ergibt sich daher ein geringerer, durch die Strahlungsdetektoreinrichtung 4 gemessener (Glanz-)Wert, als sich bei derselben zu untersuchenden Oberfläche ergeben würde, welche sich ausschließlich dadurch von der in Fig. 5 gezeigten Oberfläche unterscheidet, dass sie die gesamte Messfläche ausfüllt. Compared with a surface to be examined that fills the measuring surface, for example, a (classical) (gloss) measurement for this smaller surface to be examined 10 without correction of the surface size (incorrectly) results in a lower (gloss) value, because only the portion of the radiation incident on the measuring surface corresponding to the smaller surface contributes to the (gloss) value measured by the radiation detector device 4. This therefore results in a lower (gloss) value measured by the radiation detector device 4 than would result for the same surface to be examined, which differs from the surface shown in Fig. 5 only in that it fills the entire measuring surface.
Die hier vorgeschlagene optische Erfassungseinrichtung 20 dient bevorzugt dazu, die erhaltenen, von der Strahlungsdetektoreinrichtung 4 gemessenen (Glanz-)Werte derart an eine Krümmung der zu untersuchenden Oberfläche 10 (vergleiche Fig. 4) und/oder eine geometrische Ausdehnung der zu untersuchenden Oberfläche (vergleiche Fig. 5) anzupassen, dass sich ein von der Krümmung der zu untersuchenden Oberfläche 10 und/oder von der geometrischen Ausdehnung der zu untersuchenden Oberfläche 10 unabhängiger (gemessener) (Glanz-)Wert ergibt. The optical detection device 20 proposed here preferably serves to adapt the (gloss) values obtained and measured by the radiation detector device 4 to a curvature of the surface 10 to be examined (see Fig. 4) and/or a geometric extension of the surface to be examined (see Fig. 5) in such a way that a (measured) (gloss) value is obtained that is independent of the curvature of the surface 10 to be examined and/or of the geometric extension of the surface 10 to be examined.
Hierzu ermittelt die optische Erfassungseinrichtung 20 insbesondere, ob in dem relevanten Messbereich der Vorrichtung (also innerhalb der Messfläche) eine Krümmung der zu untersuchenden Oberfläche 10 vorliegt, und/oder, ob sich die zu untersuchende Oberfläche 10 vollständig über den gesamten Messbereich bzw. die gesamte Messfläche der Vorrichtung erstreckt. For this purpose, the optical detection device 20 determines in particular whether there is a curvature of the surface 10 to be examined in the relevant measuring range of the device (i.e. within the measuring surface), and/or whether the surface 10 to be examined extends completely over the entire measuring range or the entire measuring surface of the device.
Ist die zu untersuchende Oberfläche 10 innerhalb der Messfläche gekrümmt oder erstreckt sich die zu untersuchende Oberfläche 10 nicht vollständig über die Messfläche, ermittelt die optische Erfassungseinrichtung einen Verhältniswert V, welcher als Korrekturwert für den von der Strahlungsdetektoreinrichtung 4 erhaltenen Messwert fungiert. If the surface 10 to be examined is curved within the measuring area or if the surface 10 to be examined does not extend completely over the measuring area, the optical detection device determines a ratio value V, which functions as a correction value for the measured value obtained from the radiation detector device 4.
Fig. 6 zeigt die optische Erfassungseinrichtung 20. Diese weist eine in ihrer Gesamt mit 30 bezeichnete telezentrische Objektiveinrichtung auf. Das Bezugszeichen 24 kennzeichnet eine (optische) Strahlungserfassungseinrichtung, wie etwa eine Kamera oder einen CCD - Chip. Fig. 6 shows the optical detection device 20. This has a telecentric lens device, designated overall by 30. The reference numeral 24 designates an (optical) radiation detection device, such as a camera or a CCD chip.
Das Bezugszeichen 32 kennzeichnet eine Lichtquelle, wie insbesondere aber nicht ausschließlich eine LED oder eine Vielzahl von LEDs, und das Bezugszeichen 34 eine Blende. Das von der Lichtquelle 32 ausgehende Licht wird über eine Linse 36 und einen Strahlteiler 12 auf die zu untersuchende Oberfläche 10 gelenkt (dies erfolgt in der Richtung R2). Die von der Oberfläche 10 reflektierte Strahlung wird in der Richtung R2‘, in Richtung der Strahlungserfassungseinrichtung, insbesondere der Bilderfassungseinrichtung 24 bzw. Kamera reflektiert. Diese Anordnung erzeugt (annähernd) paralleles Licht zur Probenbeleuchtung. The reference number 32 designates a light source, such as in particular but not exclusively an LED or a plurality of LEDs, and the reference number 34 designates an aperture. The light emitted by the light source 32 is directed via a lens 36 and a beam splitter 12 onto the surface 10 to be examined (this takes place in the direction R2). The radiation reflected by the surface 10 is reflected in the direction R2', in the direction of the radiation detection device, in particular the image detection device 24 or camera. This arrangement generates (approximately) parallel light for sample illumination.
Durch die Verwendung der telezentrischen Objektiveinrichtung, die unten genau beschrieben wird, kann das aufgenommene Bild erheblich verbessert werden. By using the telecentric lens device, which is described in detail below, the captured image can be significantly improved.
Fig. 7 zeigt eine Veranschaulichung zur Ermittlung des oben erwähnten Verhältniswertes bzw. Füllfaktors. Dabei kennzeichnet hier das Bezugszeichen M den maximalen Messbereich für eine erste Strahlungsdetektoreinrichtung 4 (etwa einer, eine erste Strahlungseinrichtung 2 und eine erste Strahlungsdetektoreinrichtung 4 aufweisenden Messanordnung, beispielsweise zur Messung eines Glanzwertes), wie einen Glanzdetektor. Fig. 7 shows an illustration for determining the above-mentioned ratio value or fill factor. Here, the reference symbol M indicates the maximum measuring range for a first radiation detector device 4 (for example a measuring arrangement having a first radiation device 2 and a first radiation detector device 4, for example for measuring a gloss value), such as a gloss detector.
Das Bezugszeichen K kennzeichnet die (maximale) Messfläche der Strahlungserfassungseinrichtung 24 (der Einstrahlungseinrichtung 22 bzw. der optischen Erfassungseinrichtung 20), welche durch eine Bildaufnahmeeinrichtung bzw. Kamera gegeben sein kann. K könnte also beispielsweise durch die (insbesondere bei der Messung verwendeten) Sensorfläche eines CCD-Chips der Einstrahlungseinrichtung 22 bzw. der optischen Erfassungseinrichtung 20 gegeben sein. The reference symbol K denotes the (maximum) measuring area of the radiation detection device 24 (the irradiation device 22 or the optical detection device 20), which can be provided by an image recording device or camera. K could therefore be, for example, the sensor area (used in particular during the measurement) a CCD chip of the irradiation device 22 or the optical detection device 20.
Das Bezugszeichen W kennzeichnet die effektive Messfläche des Glanzdetektors, beispielsweise, wenn eine gekrümmte zu untersuchende Oberfläche verwendet wird. Wie oben erwähnt, wird diese Fläche W bevorzugt aus einem Bild ermittelt. Das Verhältnis zwischen W und M ergibt den Füllfaktor V. The reference symbol W indicates the effective measuring area of the gloss detector, for example when a curved surface is used to be examined. As mentioned above, this area W is preferably determined from an image. The ratio between W and M gives the fill factor V.
Damit ergibt sich der Füllfaktor zu: This gives the fill factor as:
Füllfaktor = effektive Fläche W/ maximale Fläche M. Fill factor = effective area W/ maximum area M.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird daher vorgeschlagen, eine klassische Glanzmessung und eine Inline-Beobachtung von oben miteinander zu kombinieren oder zu vereinen. Mit einem derartigen Aufbau, wie oben gezeigt, können die zum Glanz beitragenden Oberflächenbereiche (insbesondere die bei Durchführung einer klassischen Glanzmessung beitragenden Oberflächenbereiche) ermittelt werden und deren effektive Fläche bestimmt werden. Within the scope of the present invention, it is therefore proposed to combine or unite a classic gloss measurement and an inline observation from above. With such a structure as shown above, the surface areas contributing to the gloss (in particular the surface areas contributing when carrying out a classic gloss measurement) can be determined and their effective area can be determined.
Diese Flächen können Bereiche auf gekrümmten Oberflächen sein, die beispielsweise normal oder parallel zu der oben genannten Messachse verlaufen. Daneben ist es auch möglich, die Oberfläche von Objekten zu vermessen, die kleiner sind als der eigentliche Messfleck bei der Glanzmessung. Hierzu sind, wie oben erwähnt, die Objekte auf geeigneten Haltern unterhalb einer Messöffnung zu platzieren. Reflexionen von der Halteeinrichtungen in die Detektoren sind dabei bevorzugt auszuschließen. These areas can be areas on curved surfaces that run, for example, normal or parallel to the above-mentioned measuring axis. It is also possible to measure the surface of objects that are smaller than the actual measuring spot when measuring gloss. To do this, as mentioned above, the objects must be placed on suitable holders below a measuring opening. Reflections from the holding devices into the detectors should preferably be excluded.
Eine weitere Möglichkeit für eine Messung besteht darin, Flächen zu messen, die sowohl glänzende als auch matte Anteile haben. Bei diesen Flächen kann nach den matten und glänzenden Anteilen unterschieden werden und diese können separat berechnet werden. Another way to measure is to measure surfaces that have both glossy and matte parts. These surfaces can be differentiated according to the matte and glossy parts and these can be calculated separately.
Die Fig. 8a und 8b zeigen exemplarisch zwei Messungen an gekrümmten Oberflächen 10. In den in den Fig. 8a und 8b gezeigten Beispielen handelt es sich bei der zu untersuchenden Oberfläche jeweils um die Mantelfläche eines (geraden) (Kreis-)Zylinders. Die Mantelfläche des Zylinders ist dabei in einer Richtung MO entlang der Achse des Zylinders gesehen un- gekrümmt. In einer, in Fig. 8a gezeigten Richtung MO senkrecht zur Achse des Zylinders gesehen (welche innerhalb der Messfläche und/oder der Messebene liegt) ist die hier zu untersuchende Mantelfläche gekrümmt. Die zu untersuchende Mantelfläche 10 weist daher in eine Richtung der Messebene (bzw. Messfläche) eine Krümmung auf und ist in eine hierzu senkrecht stehende Richtung der Messebene (bzw. Messfläche) ungekrümmt. Hier ist es beispielsweise möglich, senkrecht zu einem Krümmungsradius bzw. entlang der Achse des Zylinders zu messen (also in Pfeilrichtung MO der Fig. 8b)) oder auch parallel zu dem Krümmungsradius bzw. senkrecht zur Achse des Zylinders (und entlang der Messfläche bzw. der Messebene), also entlang der in Fig. 8b gezeigten Pfeilrichtung MO. Je nach der Messanordnung werden deutlich unterschiedliche Bilder zu erwarten sein. Fig. 8a and 8b show two measurements on curved surfaces 10 as examples. In the examples shown in Fig. 8a and 8b, the surface to be examined is the surface of a (straight) (circular) cylinder. The surface of the cylinder is viewed in a direction MO along the axis of the cylinder. curved. In a direction MO shown in Fig. 8a, seen perpendicular to the axis of the cylinder (which lies within the measuring surface and/or the measuring plane), the lateral surface to be examined here is curved. The lateral surface 10 to be examined therefore has a curvature in one direction of the measuring plane (or measuring surface) and is not curved in a direction of the measuring plane (or measuring surface) that is perpendicular to this. Here it is possible, for example, to measure perpendicular to a radius of curvature or along the axis of the cylinder (i.e. in the direction of the arrow MO in Fig. 8b)) or parallel to the radius of curvature or perpendicular to the axis of the cylinder (and along the measuring surface or the measuring plane), i.e. along the direction of the arrow MO shown in Fig. 8b. Depending on the measuring arrangement, significantly different images can be expected.
Fig. 9 zeigt eine Darstellung für unterschiedliche Oberflächen und dazu die jeweiligen aufgenommenen Bilder. Dabei werden in einer in der obersten Zeile jeweils Dunkelfeldbilder gezeigt. Die Dunkelfeldbilder können die Krümmungen der Oberflächen nicht wiedergeben. Die hellen Punkte stellen auf der Oberfläche befindliche Staubpartikel dar. In der mittleren Zeile sind Inline aufgenommene Bilder gezeigt und in der untersten Zeile jeweils eine Veranschaulichung des Füllfaktors. Bei der hier untersuchten Oberfläche handelt es sich um eine glänzende Oberfläche. Fig. 9 shows a representation of different surfaces and the corresponding images taken. Dark field images are shown in the top row. The dark field images cannot reproduce the curvature of the surfaces. The bright spots represent dust particles on the surface. The middle row shows images taken inline and the bottom row shows an illustration of the fill factor. The surface examined here is a glossy surface.
In Fig. 9 wurden sämtliche Bilder unter einem Streuwinkel aufgenommen, d. h. Glanzmessungen durchgeführt. In Fig. 9, all images were taken at a scattering angle, i.e. gloss measurements were performed.
Das erste Bild in der obersten Zeile zeigt ein aufgenommenes Bild der ebenen Oberfläche. Das Bild in der ersten Zeile sowie zweiten Spalte zeigt ein aufgenommenes Bild einer Oberfläche eines Zylinders mit einem Krümmungsradius von 200 mm unter senkrechter Ausrichtung (insbesondere der Glanzmessung im Vergleich zur Achse des Zylinders). Mit anderen Worten verlaufen bei dieser Ausrichtung der Vorrichtung 1 zur zu untersuchenden Mantelfläche des Zylinders die Einstrahlungsrichtung R1 der (ersten) Strahlungseinrichtung 2 und/oder die Ausstrahlungsrichtung R1‘ im Wesentlichen senkrecht zur Achse des Zylinders. The first image in the top row shows a recorded image of the flat surface. The image in the first row and second column shows a recorded image of a surface of a cylinder with a radius of curvature of 200 mm under vertical alignment (in particular the gloss measurement in comparison to the axis of the cylinder). In other words, with this alignment of the device 1 to the cylinder surface to be examined, the irradiation direction R1 of the (first) radiation device 2 and/or the radiation direction R1' run essentially perpendicular to the axis of the cylinder.
In der dritten Spalte sowie der obersten Zeile ist ebenfalls ein Bild einer Oberfläche, hier Mantelfläche eines Zylinders, mit einem Krümmungsradius von 200mm gezeigt, hier jedoch parallel zu dem Krümmungsradius aufgenommen. Insbesondere handelt es sich bei der in der dritten Spalte untersuchten Oberfläche um diejenige aus der zweiten Spalte. Die Mes- sung erfolgt allerdings im Vergleich zu der zweiten Spalte in einer um 90° gedrehten Ausrichtung der zu untersuchenden Oberfläche in Bezug auf die Vorrichtung. Mit anderen Worten verlaufen bei der in der dritten Spalte vorliegenden Ausrichtung der Vorrichtung 1 zur zu untersuchenden Mantelfläche des Zylinders die Einstrahlungsrichtung R1 der (ersten) Strahlungseinrichtung 2 und/oder die Ausstrahlungsrichtung R1‘ im Wesentlichen parallel zur Achse des Zylinders. The third column and the top row also show an image of a surface, in this case the surface of a cylinder, with a radius of curvature of 200mm, but here it was taken parallel to the radius of curvature. In particular, the surface examined in the third column is the one from the second column. The measurement However, in comparison to the second column, the solution is provided with an orientation of the surface to be examined in relation to the device that is rotated by 90°. In other words, in the orientation of the device 1 in the third column to the lateral surface of the cylinder to be examined, the irradiation direction R1 of the (first) radiation device 2 and/or the radiation direction R1' run essentially parallel to the axis of the cylinder.
Die Bilder in den beiden rechten Spalten der obersten Zeile zeigen jeweils ein entsprechendes Bild einer Oberfläche eines Zylinders mit einem Krümmungsradius von 50 mm einmal in der senkrechten Richtung und einmal entlang der Achse. The images in the two right columns of the top row each show a corresponding image of a surface of a cylinder with a radius of curvature of 50 mm, once in the vertical direction and once along the axis.
In der untersten Zeile ist jeweils eine Darstellung wiedergegeben, aus welcher der Füllfaktor für die einzelnen Situationen wiedergegeben und veranschaulicht werden kann. The bottom line shows a representation from which the fill factor for each situation can be shown and illustrated.
Analog zu Fig. 7 kennzeichnet das Bezugszeichen M jeweils die vorgegebene (maximale) Messfläche. Diese ist von der Vorrichtung 1 , insbesondere von der Anordnung und Ausrichtung (Einstrahlungsrichtung R1) der (ersten) Strahlungseinrichtung 2 und der Anordnung und Ausrichtung (Ausstrahlungsrichtung RT) der (ersten) Strahlungsdetektoreinrichtung 4 und gegebenenfalls optischer Elemente wie einer oder mehrerer Blende(n) im Strahlengang zwischen der (ersten) Strahlungseinrichtung 2 und der (ersten) Strahlungsdetektoreinrichtung 4 vorgegeben. Analogous to Fig. 7, the reference symbol M designates the predetermined (maximum) measuring area. This is predetermined by the device 1, in particular by the arrangement and orientation (irradiation direction R1) of the (first) radiation device 2 and the arrangement and orientation (radiation direction RT) of the (first) radiation detector device 4 and, if appropriate, optical elements such as one or more aperture(s) in the beam path between the (first) radiation device 2 and the (first) radiation detector device 4.
Bei ebenen Oberflächen (1. Spalte) trägt die gesamte, innerhalb M abgebildete zu untersuchende Oberfläche 10 zur Abgabe von, durch die (erste) Strahlungseinrichtung 2 eingestrahlte Strahlung in Richtung der (ersten) Strahlungsdetektoreinrichtung 4 bei. In the case of flat surfaces (1st column), the entire surface 10 to be examined, imaged within M, contributes to the emission of radiation radiated by the (first) radiation device 2 in the direction of the (first) radiation detector device 4.
Das Bezugszeichen W kennzeichnet die Abbildung der von der (ersten) Strahlungseinrichtung 2 bestrahlten zu untersuchenden Oberfläche 10, welche zur Abstrahlung von Strahlung in Ausstrahlrichtung R1‘ zur Erfassung dieser abgestrahlten Strahlung von der (ersten) Strahlungsdetektoreinrichtung 4 beiträgt. Bei ebenen bzw. flachen zu untersuchenden Oberflächen stimmt diese Fläche mit M überein, da die Ausstrahlrichtung RT an jedem Punkt der zu untersuchenden Oberfläche gegengleich zur Einstrahlrichtung (bezogen auf eine Messebene) ist. Bei zylindrisch gekrümmten Oberflächen, wie in den 2.-5. Spalten veranschaulicht, sind in den Inline-Bildern seitlich zu dem mittleren hellen Streifen jeweils äußere dunkle Streifen zu sehen. Diese dunklen Streifen kommen in den Inline-Bildern dadurch zustande, dass die entsprechenden Oberflächenbereiche derart bezüglich der Einstrahlungsrichtung R2 geneigt sind, dass die von der Einstrahlungseinrichtung 22 in Einstrahlungsrichtung R2 ausgesandte und auf diese Oberflächenbereiche treffende Strahlung nicht in Richtung R2‘ zur Strahlungserfassungseinrichtung 24 hin, sondern in eine andere Ausstrahlungsrichtung abgegeben bzw. reflektiert wird. Daher bleiben die entsprechenden Bereiche der Erfassungsfläche (K) der Strahlungserfassungseinrichtung 24 dunkel. The reference symbol W indicates the image of the surface 10 to be examined irradiated by the (first) radiation device 2, which contributes to the radiation of radiation in the radiation direction R1' for the detection of this emitted radiation by the (first) radiation detector device 4. In the case of flat or level surfaces to be examined, this area corresponds to M, since the radiation direction RT at every point on the surface to be examined is opposite to the radiation direction (relative to a measuring plane). In the case of cylindrically curved surfaces, as illustrated in the 2nd to 5th columns, outer dark stripes can be seen in the inline images to the side of the central bright stripe. These dark stripes are created in the inline images because the corresponding surface areas are inclined with respect to the irradiation direction R2 in such a way that the radiation emitted by the irradiation device 22 in the irradiation direction R2 and striking these surface areas is not emitted or reflected in the direction R2' towards the radiation detection device 24, but in a different radiation direction. Therefore, the corresponding areas of the detection surface (K) of the radiation detection device 24 remain dark.
In ähnlicher Weise verhält es sich bei den (aufgrund der Krümmung der zu untersuchenden Oberfläche) in Bezug auf die Messebene (bzw. die Messfläche) geneigten Oberflächenbereiche der zu untersuchenden Oberfläche bei der von der (ersten) Strahlungseinrichtung unter Einstrahlung von Strahlung unter der Einstrahlungsrichtung R1 auf diese Oberflächenbereiche und Abstrahlung von Strahlung in Reaktion auf die eingestrahlte Strahlung und der (ersten) Strahlungsdetektoreinrichtung durchgeführten Messung. Auch hier wird die in diese in Bezug auf die Messebene geneigten Oberflächenbereiche der zu untersuchenden Oberfläche eingestrahlte Strahlung aufgrund der Neigung dieser Oberflächenbereiche in eine von der Ausstrahlungsrichtung RT verschiedene Ausstrahlungsrichtung abgegeben und/oder reflektiert, so dass die abgegebene Strahlung nicht von der (ersten) Strahlungsdetektoreinrichtung 4 erfasst werden kann. Dieser (geneigten) Oberflächenbereiche tragen daher nicht zu dem mittels der (ersten) Strahlungsdetektoreinrichtung 4 ermittelten Messwert (wie etwa einen Glanzwert) bei. The situation is similar with the surface areas of the surface to be examined that are inclined with respect to the measuring plane (or the measuring surface) (due to the curvature of the surface to be examined) during the measurement carried out by the (first) radiation device by irradiating these surface areas with radiation in the direction of incidence R1 and emitting radiation in response to the irradiated radiation and the (first) radiation detector device. Here too, the radiation irradiated into these surface areas of the surface to be examined that are inclined with respect to the measuring plane is emitted and/or reflected in a direction different from the direction of emission RT due to the inclination of these surface areas, so that the emitted radiation cannot be detected by the (first) radiation detector device 4. These (inclined) surface areas therefore do not contribute to the measured value (such as a gloss value) determined by means of the (first) radiation detector device 4.
Von der (maximalen) Messfläche M tragen lediglich die in der letzten Zeile mit W gekennzeichneten Bereiche (aufgrund deren Neigung in Bezug auf die Messebene bzw. die Messfläche) zu dem mittels der (ersten) Strahlungsdetektoreinrichtung ermittelten Messwert bei. Of the (maximum) measuring area M, only the areas marked with W in the last line (due to their inclination in relation to the measuring plane or the measuring area) contribute to the measured value determined by means of the (first) radiation detector device.
Die Bereiche W sind in den letzten beiden Spalten deutlich schmäler im Vergleich zu den in den 2. und 3. Spalten untersuchten Oberflächen, da die in den letzten beiden Spalten untersuchten Oberflächen mit einem Krümmungsradius von 50 mm eine stärkere Krümmung aufweist als die in den 2. und 3. Spalten untersuchten Oberflächen mit einem deutlich größeren Krümmungsradius von 200 mm. Der kleinere Krümmungsradius bzw. die stärkere Krümmung der jeweiligen zylindrisch ausgestalteten Oberfläche führt dazu, dass nur ein entspre- chend schmälerer Oberflächenbereich eine ausreichend geringe Neigung in Bezug auf die Messebene bzw. Messfläche aufweist, um Strahlung in Ausstrahlungsrichtung RT auszugeben bzw. zu reflektieren, so dass diese von der (ersten) Strahlungsdetektoreinrichtung 4 erfasst werden kann. The areas W are significantly narrower in the last two columns compared to the surfaces examined in the 2nd and 3rd columns, since the surfaces examined in the last two columns with a radius of curvature of 50 mm have a stronger curvature than the surfaces examined in the 2nd and 3rd columns with a significantly larger radius of curvature of 200 mm. The smaller radius of curvature or the stronger curvature of the respective cylindrical surface means that only a corresponding sufficiently narrower surface area has a sufficiently low inclination with respect to the measuring plane or measuring surface in order to emit or reflect radiation in the radiation direction RT so that it can be detected by the (first) radiation detector device 4.
Weiter veranschaulicht wird die Auswirkung der Ausrichtung der zu untersuchenden Oberfläche bezüglich einer Drehung der zu untersuchenden Oberfläche um 90° innerhalb der Messebene. The effect of the orientation of the surface to be examined with respect to a rotation of the surface to be examined by 90° within the measuring plane is further illustrated.
Bei der in der zweiten und vierten Spalte gezeigten Ausrichtung verläuft eine erste Oberflächenrichtung (welche entlang der Messebene verläuft), entlang welcher die zu untersuchende Oberfläche gekrümmt ist, senkrecht zur Einstrahlungsrichtung R1. Eine von der ersten Oberflächenrichtung verschiedene zweite Oberflächenrichtung, welche senkrecht auf die erste Oberflächenrichtung steht und ebenfalls innerhalb der Messebene verläuft, erstreckt sich insbesondere innerhalb einer Querschnittsebene, welche durch die Messebene und/oder die zu untersuchende Oberfläche, die (erste) Strahlungseinrichtung 2 und die (erste) Strahlungsdetektoreinrichtung 4 verläuft. Die zu untersuchende Oberfläche weist entlang dieser zweiten Oberflächenrichtung einen nicht-gekrümmten, d.h. geradlinigen, Oberflächenverlauf auf. Die erste und die zweite Oberflächenrichtungen beziehen sich dabei auf ein Koordinatensystem in Bezug auf die zu untersuchende Oberfläche und verlaufen bevorzugt innerhalb der Messebene. In the alignment shown in the second and fourth columns, a first surface direction (which runs along the measuring plane), along which the surface to be examined is curved, runs perpendicular to the irradiation direction R1. A second surface direction, which is different from the first surface direction, is perpendicular to the first surface direction and also runs within the measuring plane, extends in particular within a cross-sectional plane which runs through the measuring plane and/or the surface to be examined, the (first) radiation device 2 and the (first) radiation detector device 4. The surface to be examined has a non-curved, i.e. straight, surface profile along this second surface direction. The first and second surface directions refer to a coordinate system in relation to the surface to be examined and preferably run within the measuring plane.
Bei der in der dritten und fünften Spalte gezeigten Ausrichtung ist die zu untersuchende Oberfläche um 90° (in Bezug auf eine zur Messebene senkrecht stehende Rotationsachse) verdreht. Bei dieser Ausrichtung ist die obig genannte zweite Oberflächenrichtung, entlang welcher die zu untersuchende Oberfläche einen nicht-gekrümmten Oberflächenverlauf aufweist, senkrecht zur Einstrahlrichtung R1 bzw. senkrecht zur Querschnittsebene, welche durch die Messebene und/oder die zu untersuchende Oberfläche, die (erste) Strahlungseinrichtung 2 und die (erste) Strahlungsdetektoreinrichtung 4 verläuft. Bei dieser Ausrichtung deckt die (maximale) Messfläche M einen im Vergleich zu der in Spalte 2 gezeigten Ausrichtung einen größeren Oberflächenbereich der zu untersuchenden Oberfläche ab, welcher eine ausreichend geringe Neigung aufweist, um trotz geneigter Oberfläche auf den jeweiligen Oberflächenbereich von der (ersten) Strahlungseinrichtung auf diesen Oberflächenbe- reich eingestrahlte Strahlung zur (ersten) Strahlungsdetektoreinrichtung hin abzugeben bzw. zu reflektieren, so dass diese erfasst werden kann. In the alignment shown in the third and fifth columns, the surface to be examined is rotated by 90° (with respect to a rotation axis perpendicular to the measurement plane). In this alignment, the above-mentioned second surface direction, along which the surface to be examined has a non-curved surface profile, is perpendicular to the direction of incidence R1 or perpendicular to the cross-sectional plane which runs through the measurement plane and/or the surface to be examined, the (first) radiation device 2 and the (first) radiation detector device 4. In this alignment, the (maximum) measurement area M covers a larger surface area of the surface to be examined than in the alignment shown in column 2, which has a sufficiently low inclination to allow the (first) radiation device to illuminate the respective surface area despite the inclined surface. to emit or reflect richly irradiated radiation to the (first) radiation detector device so that it can be detected.
Bei der in der dritten Spalte gezeigten Ausrichtung ist daher der Füllfaktor größer als bei der in der zweiten Spalte gezeigten Ausrichtung der zu untersuchenden Oberfläche. For the orientation shown in the third column, the fill factor is therefore larger than for the orientation of the surface to be examined shown in the second column.
Fig. 10 zeigt die ähnlichen Bildaufnahmen diesmal jedoch für eine matte Oberfläche, wobei auch hier die Einstrahlung einmal senkrecht zu dem Krümmungsradius erfolgt und einmal parallel dazu. Fig. 10 shows the similar images, but this time for a matt surface, where the irradiation is once perpendicular to the radius of curvature and once parallel to it.
Die auch hier in der ersten Zeile dargestellten Dunkelfeldbilder können die Krümmungen der Oberflächen nicht wiedergeben. Die hellen Punkte stellen auf der Oberfläche befindliche Staubpartikel dar. The dark field images shown here in the first row cannot reproduce the curvature of the surfaces. The bright spots represent dust particles on the surface.
Man erkennt, dass sich die Bilder der Oberflächen mit dem größeren Krümmungsradius deutlich breitere Streifen ergeben, als die Bilder an den Oberflächen mit dem kleineren Krümmungsradius. It can be seen that the images of the surfaces with the larger radius of curvature result in significantly wider stripes than the images of the surfaces with the smaller radius of curvature.
Größere Krümmungsradien implizieren eine flachere Oberfläche, während kleinere Krümmungsradien zu einer stärker gekrümmten Oberfläche führen. Larger radii of curvature imply a flatter surface, while smaller radii of curvature result in a more curved surface.
Die unterste Zeile zeigt jeweils Darstellungen des Füllfaktors bei der Aufnahme einer jeden Oberfläche. Wenn die Ellipse voll ausgefüllt ist, ist der Füllfaktor 1. Man erkennt, dass bei den Aufnahmen senkrecht (zweite und vierte Spalte) die ausgefüllte Fläche jeweils erheblich reduziert ist, was zu erwarten ist, da die Erstreckung des Streifens senkrecht zur längeren Achse steht. The bottom row shows representations of the fill factor when recording each surface. When the ellipse is completely filled, the fill factor is 1. It can be seen that in the vertical recordings (second and fourth columns) the filled area is significantly reduced, which is to be expected since the extension of the strip is perpendicular to the longer axis.
Man erkennt weiterhin, dass erwartungsgemäß der Kontrast bei der matten Oberfläche wesentlich geringer ist als bei der glänzenden Oberfläche. It can also be seen that, as expected, the contrast on the matte surface is much lower than on the glossy surface.
Fig. 11 zeigt eine weitere Veranschaulichung, um zu den Messergebnissen zu gelangen. Hier wird ein Graustufenbild zu einem binären Bild reduziert, d. h. einem Bild, welches entweder schwarze oder weiße Pixel anzeigt. Fig. 12 zeigt eine Darstellung zur Ermittlung des Schwellwertfaktors bzw. zur Schwellwertberechnung. Dabei ist auf der Abszisse der Füllfaktor aufgetragen und auf der Ordinate der jeweilige Glanzwert (hier unter einem Glanzwinkel von 60° gemessen). Wie oben erwähnt kann der Füllfaktor auf verschiedene Arten bestimmt werden. Fig. 11 shows another illustration to arrive at the measurement results. Here, a grayscale image is reduced to a binary image, ie an image that displays either black or white pixels. Fig. 12 shows a representation for determining the threshold factor or for calculating the threshold value. The fill factor is plotted on the abscissa and the respective gloss value is plotted on the ordinate (measured here at a gloss angle of 60°). As mentioned above, the fill factor can be determined in various ways.
Der einfachste Algorithmus ist ein Schwellwertverfahren für den Querschnitt der Helligkeitsverteilung im Bild. Die Schwellwerte werden dann bevorzugt angelernt. Man wählt dazu bevorzugt Glasstandards mit verschiedenen Krümmungsradien und Glanzwerten aus. Der lineare Zusammenhang zwischen Füllfaktor 0 und 1 dient bevorzugt dafür als Richtwert. The simplest algorithm is a thresholding method for the cross-section of the brightness distribution in the image. The thresholds are then preferably learned. Glass standards with different curvature radii and gloss values are preferably selected for this purpose. The linear relationship between fill factor 0 and 1 is preferably used as a guideline.
Die Fig. 13 und 14 zeigen eine Gesamtdarstellung eines Telezentrischen Objektivs 30. Die von der zu untersuchenden Oberfläche austretende bzw. reflektierte Strahlung gelangt durch dieses Objektiv auf die Erfassungseinrichtung. Figs. 13 and 14 show an overall view of a telecentric lens 30. The radiation emerging or reflected from the surface to be examined reaches the detection device through this lens.
Das Bezugszeichen 50 kennzeichnet eine erste Linse und das Bezugszeichen 51 eine zweite Linse, welche bevorzugt gemeinsam einen Achromaten ausbilden. Das Bezugszeichen 53 kennzeichnet eine dritte Linse, welche bevorzugt bikonvex ausgebildet ist. The reference number 50 designates a first lens and the reference number 51 a second lens, which preferably together form an achromat. The reference number 53 designates a third lens, which is preferably biconvex.
Bevorzugt ist ein Abstand zwischen der ersten Linse 50 und der zweiten Linse 51 (wobei hier auf den Abstand zwischen einer ersten Oberfläche der ersten Linse, welche der zweiten Linse zugewandt ist und der einer ersten Oberfläche der zweiten Linse, welche der ersten Linse 50 zugewandt ist, Bezug genommen wird) größer als 10 mm, bevorzugt größer als 20mm, bevorzugt größer als 25mm, bevorzugt größer als 27mm und bevorzugt größer als 30mm. Preferably, a distance between the first lens 50 and the second lens 51 (here referring to the distance between a first surface of the first lens facing the second lens and that of a first surface of the second lens facing the first lens 50) is greater than 10 mm, preferably greater than 20 mm, preferably greater than 25 mm, preferably greater than 27 mm and preferably greater than 30 mm.
Bevorzugt ist ein Abstand zwischen der ersten Linse 50 und der zweiten Linse 51 (wobei hier auf den Abstand zwischen einer ersten Oberfläche der ersten Linse, welche der zweiten Linse zugewandt ist und der einer ersten Oberfläche der zweiten Linse, welche der ersten Linse 50 zugewandt ist, Bezug genommen wird) kleiner als 50mm, bevorzugt kleiner als 45mm, bevorzugt größer als 40mm und bevorzugt größer als 35mm. Preferably, a distance between the first lens 50 and the second lens 51 (here referring to the distance between a first surface of the first lens facing the second lens and that of a first surface of the second lens facing the first lens 50) is less than 50mm, preferably less than 45mm, preferably greater than 40mm and preferably greater than 35mm.
Bevorzugt weist die erste Linse 50 eine maximale Dicke auf, die größer ist als 3mm, bevorzugt größer als 4mm. Bevorzugt weist die erste Linse 50 eine maximale Dicke auf, die geringer ist als 7mm, bevorzugt geringer als 6mm, bevorzugt geringer als 5mm und besonders bevorzugt geringer als 4,5mm. Bevorzugt weist die erste Linse einen Durchmesser auf, der größer ist als 10mm, bevorzugt größer als 15mm und besonders bevorzugt größer als 20mm. Bevorzugt weist die erste Linse einen Durchmesser auf, der geringer ist als 40mm, bevorzugt geringer als 35mm und besonders bevorzugt geringer als 30mm. Preferably, the first lens 50 has a maximum thickness that is greater than 3mm, preferably greater than 4mm. Preferably, the first lens 50 has a maximum thickness that is less than 7mm, preferably less than 6mm, preferably less than 5mm and particularly preferably less than 4.5mm. Preferably, the first lens has a diameter that is greater than 10mm, preferably greater than 15mm and particularly preferably greater than 20mm. Preferably, the first lens has a diameter that is less than 40mm, preferably less than 35mm and particularly preferably less than 30mm.
Bevorzugt weist die zweite Linse 51 eine maximale Dicke auf, die größer ist als 3mm, bevorzugt größer als 4mm und bevorzugt größer als 5mm. Bevorzugt weist die zweite Linse 51 eine Dicke auf, die geringer ist als 9mm, bevorzugt geringer als 8mm und besonders bevorzugt geringer als 7mm. Preferably, the second lens 51 has a maximum thickness that is greater than 3mm, preferably greater than 4mm and preferably greater than 5mm. Preferably, the second lens 51 has a thickness that is less than 9mm, preferably less than 8mm and particularly preferably less than 7mm.
Bevorzugt weist die zweite Linse einen Durchmesser auf, der größer ist als 5mm, bevorzugt größer als 6mm und bevorzugt größer als 7mm und besonders bevorzugt größer als 8mm. Bevorzugt weist die zweite Linse 51 einen Durchmesser auf der kleiner ist als 12mm, bevorzugt kleiner als 11mm, bevorzugt kleiner als 10mm und besonders bevorzugt kleiner als 9mm. Preferably, the second lens has a diameter that is greater than 5mm, preferably greater than 6mm and preferably greater than 7mm and particularly preferably greater than 8mm. Preferably, the second lens 51 has a diameter that is smaller than 12mm, preferably smaller than 11mm, preferably smaller than 10mm and particularly preferably smaller than 9mm.
Die Anmelderin behält sich vor, Schutz zu beanspruchen für das hier beschriebene telezentrische Objektiv und dessen Anwendung für die hier beschriebenen Vorrichtungen. The applicant reserves the right to claim protection for the telecentric lens described here and its application to the devices described here.
Das Bezugszeichen 54 kennzeichnet eine Halterung bzw. Fassung für die Linse 50 und das Bezugszeichen 56 einen Abstandsring. Das Bezugszeichen 55 bezieht sich auf einen Überwurfring. The reference number 54 designates a holder or mount for the lens 50 and the reference number 56 a spacer ring. The reference number 55 refers to a coupling ring.
Das Bezugszeichen 64 kennzeichnet einen aufsteckbaren Adapter, der mittels eine Gewindestifts an dem Linsenaufbau der beiden Linsen 50, 51 gehalten wird. Das Bezugszeichen 58 bezieht sich auf einen Konterring. The reference number 64 designates a plug-on adapter which is held by means of a threaded pin on the lens structure of the two lenses 50, 51. The reference number 58 refers to a lock ring.
Das Bezugszeichen 65 kennzeichnet eine Blendenfassung. Das Bezugszeichen 62 bezeichnet eine Aufnahmehalterung und das Bezugszeichen 68 einen Adapter (insbesondere für eine Prüfaufbau). The reference number 65 designates a diaphragm holder. The reference number 62 designates a mounting bracket and the reference number 68 an adapter (in particular for a test setup).
Fig. 15 zeigt eine weitere Darstellung des telezentrischen Objektivs. Man erkennt, dass der Abstand zwischen der zu untersuchenden Oberfläche und der ersten Linse größer ist als 20mm, bevorzugt größer als 30mm, bevorzugt größer als 40mm, bevorzugt größer als 50mm und bevorzugt größer als 60mm. Bevorzugt ist der Abstand zwischen der zu untersuchenden Oberfläche und der ersten Linse kleiner als 100mm, bevorzugt kleiner als 90mm. bevorzugt kleiner als 80mm und besonders bevorzugt kleiner als 70mm. Fig. 15 shows another representation of the telecentric lens. It can be seen that the distance between the surface to be examined and the first lens is greater than 20mm, preferably greater than 30mm, preferably greater than 40mm, preferably greater than 50mm and preferably greater than 60mm. Preferably, the distance between the surface to be examined and the first lens is less than 100mm, preferably less than 90mm, preferably less than 80mm and particularly preferably less than 70mm.
Bevorzugt ist der Abstand zwischen der zweiten Linse und der Bildaufnahmeeinrichtung, beispielsweise einem CCD - Chip größer als 10mm, bevorzugt größer als 12mm, bevorzugt größer als 14mm und bevorzugt größer als 16mm. Preferably, the distance between the second lens and the image recording device, for example a CCD chip, is greater than 10mm, preferably greater than 12mm, preferably greater than 14mm and preferably greater than 16mm.
Bevorzugt ist der Abstand zwischen der zweiten Linse und der Bildaufnahmeeinrichtung, beispielsweise einem CCD - Chip kleiner als 30mm, bevorzugt kleiner als 25mm, bevorzugt größer als 20mm und bevorzugt größer als 18mm. Preferably, the distance between the second lens and the image recording device, for example a CCD chip, is less than 30mm, preferably less than 25mm, preferably greater than 20mm and preferably greater than 18mm.
Die Fig. 16 a,b zeigen eine plane Probe, welche glänzende Bereiche A und matte Bereiche B aufweist. Der elliptische Bereich E kennzeichnet den klassischen Beobachtungsfleck bzw. die vorgegebene (maximale) Messfläche M. Fig. 16 a,b show a flat sample which has shiny areas A and matte areas B. The elliptical area E marks the classic observation spot or the specified (maximum) measuring area M.
In dem gezeigten Fall ergeben sich zwei effektive Flächen. Die erste Fläche ist die Schnittmenge der Ellipse mit den hellen Bereichen A und die zweite Fläche ist die Schnittmenge der Ellipse mit den dunklen Bereichen B. In the case shown, two effective areas result. The first area is the intersection of the ellipse with the light areas A and the second area is the intersection of the ellipse with the dark areas B.
Der klassische Glanzwert ist bevorzugt eine Linearkombination aus beiden Flächen. Dies bedeutet, dass man aus der Flächenverteilung den jeweiligen klassischen Glanzwert für A und B ausrechnen kann. The classic gloss value is preferably a linear combination of both areas. This means that the respective classic gloss value for A and B can be calculated from the area distribution.
Eine derartige Berechnung des klassischen Glanzwerts Gtotai bezogen auf die gesamte (maximale) Messfläche M (hier dargestellt durch die Ellipse E) mit Flächeninhalt Atotai ergibt sich insbesondere durch den klassischen Glanzwert G1 der grau markierten Teilflächen und die Fläche Ai der Teilflächen B innerhalb der Ellipse E sowie den klassischen Glanzwert G2 des Bereichs A und der Fläche A2 des Bereichs A innerhalb der Ellipse E aus: Such a calculation of the classic gloss value Gtotai related to the entire (maximum) measuring area M (here represented by the ellipse E) with area A to tai results in particular from the classic gloss value G1 of the grey marked partial areas and the area Ai of the partial areas B within the ellipse E as well as the classic gloss value G2 of the area A and the area A2 of the area A within the ellipse E from:
Gtotal - Gl * Al/Atotal + G2 * A2/Atotal Ist einer der beiden Werte Gi und G2 bekannt, etwa durch Messung auf einer Stelle der Probe, auf welcher nur ein Typ vorkommt, kann obige Gleichung aufgelöst werden. Gtotal - Gl * Al/Atotal + G2 * A2/Atotal If one of the two values Gi and G2 is known, for example by measuring a location on the sample where only one type occurs, the above equation can be solved.
Andernfalls kann bevorzugt das Verhältnis R von G1 und G2 über die Helligkeiten h und I2 im Kamerabild bzw. in der Strahlungserfassungseinrichtung 24 (näherungsweise) bestimmt werden: Otherwise, the ratio R of G1 and G2 can preferably be determined (approximately) via the brightnesses h and I2 in the camera image or in the radiation detection device 24:
R = I 1/I2 = G1/G2. R = I 1/I2 = G1/G2.
Dieser Zusammenhang kann zur Lösung obiger Gleichung verwendet werden. This relationship can be used to solve the above equation.
Die Anmelderin hat beispielsweise für einen klassischen Glanzwert G2 = 100 Gil gemessen am Rand der Musterplatte und ein Flächenverhältnis A2/Atotai = 2/3 und 12=325110 sowie einem Flächenverhältnis A Atotai = 1/3 und h = 6046, G1 ermittelt durch G1 =R*G2 = 0,019 * G2 = 1 ,9 Gil. Damit konnte für Gtotai = 1.9 Gil * 0,33 + 100 Gil * 0,66 = 66.6 Gil ermittelt werden. For example, for a classic gloss value G2 = 100 Gil measured at the edge of the sample plate and an area ratio A2/A to tai = 2/3 and 12=325110 as well as an area ratio A Atotai = 1/3 and h = 6046, the applicant determined G1 by G1 = R*G2 = 0.019 * G2 = 1.9 Gil. This resulted in Gtotai = 1.9 Gil * 0.33 + 100 Gil * 0.66 = 66.6 Gil.
Mit dem klassischen Gerät wurde unter 60° ein Glanzwert von Gtotai = 64.8 Gil gemessen. With the classic device, a gloss value of Gtotai = 64.8 Gil was measured at 60°.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung beinhaltet bevorzugt die klassische Glanzmessung und die Kamerabeobachtung in einem Gehäuse. The device according to the invention preferably includes the classic gloss measurement and the camera observation in one housing.
Dabei kann es sich bei der Vorrichtung um ein Handgerät bzw. eine durch einen Benutzer tragbare Vorrichtung handeln. Neben dem Handgerät kann es sich bei der Vorrichtung jedoch auch um eine für verschiedene Robotersysteme geeignete Vorrichtung handeln. The device can be a handheld device or a device that can be carried by a user. In addition to the handheld device, the device can also be a device suitable for various robot systems.
Bei diesen Robotersystemen kann es sich beispielsweise um Mehrachsroboter, In-Line- Systeme und/oder XY-Tische handeln. In diesen Fällen können die Vorrichtungen beispielsweise mit Abständen zwischen 3 bis 5 mm zu der Oberfläche messen. Daher sind hier konvex und konkav gekrümmte Oberflächen möglich. Wichtig zu wissen ist, dass man für die klassische Glanzmessung in der Messebene bzw. im Messbereich des Gerätes bleiben sollte. Dies ist bei den Robotergeräten in einem bestimmten Abstand zum Boden gegeben. Wie oben erwähnt, muss der effektive Messbereich nicht zusammenhängend sein. Es können auch mehrere (insbesondere horizontale) Oberflächenelemente sein. These robot systems can be multi-axis robots, in-line systems and/or XY tables. In these cases, the devices can measure at distances of between 3 and 5 mm from the surface. Convex and concave curved surfaces are therefore possible. It is important to know that for classic gloss measurements, you should stay in the measuring plane or in the measuring range of the device. With robot devices, this is possible at a certain distance from the floor. As mentioned above, the effective measuring area does not have to be continuous. It can also be several (especially horizontal) surface elements.
Es wird bevorzugt der Umstand genutzt, dass Abschattungen für die Kamerabeobachtung von oben nicht vorhanden sind. Für die klassische Messung unter großen Winkeln sind Abschattungen ggfs. problematisch. The fact that there are no shadows for camera observation from above is preferred. Shadows can be problematic for classic measurements at large angles.
Der elliptische Beobachtungsfleck für die klassische Glanzmessung kann in der Produktion mit der telezentrischen Kamera detektiert werden (bei Verwendung einer (ebenen) matten Oberfläche). Hierfür kann an die Stelle des Photoelements eine Lichtquelle gesetzt werden. Bevorzugt werden hierfür charakteristische Daten (etwa als vorgegebene Messfläche) in einer Speichereinrichtung des Geräts (zur Bildauswertung) abgelegt. The elliptical observation spot for the classic gloss measurement can be detected in production with the telecentric camera (when using a (flat) matt surface). For this purpose, a light source can be used instead of the photo element. Preferably, characteristic data (e.g. as a specified measuring area) is stored in a memory device of the device (for image evaluation).
Die Anmelderin behält sich vor sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale als erfindungswesentlich zu beanspruchen, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind. Es wird weiterhin darauf hingewiesen, dass in den einzelnen Figuren auch Merkmale beschrieben wurden, welche für sich genommen vorteilhaft sein können. Der Fachmann erkennt unmittelbar, dass ein bestimmtes in einer Figur beschriebenes Merkmal auch ohne die Übernahme weiterer Merkmale aus dieser Figur vorteilhaft sein kann. Ferner erkennt der Fachmann, dass sich auch Vorteile durch eine Kombination mehrerer in einzelnen oder in unterschiedlichen Figuren gezeigter Merkmale ergeben können. The applicant reserves the right to claim all features disclosed in the application documents as essential to the invention, provided that they are new individually or in combination compared to the prior art. It is also pointed out that the individual figures also describe features which can be advantageous in themselves. The person skilled in the art immediately recognizes that a certain feature described in a figure can also be advantageous without adopting further features from this figure. The person skilled in the art also recognizes that advantages can also arise from a combination of several features shown in individual or different figures.
Claims
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