DE10324104A1

DE10324104A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung von Oberflächeneigenschaften

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Publication number: DE10324104A1
Application number: DE10324104A
Authority: DE
Inventors: Konrad Lex
Original assignee: BYK Gardner GmbH; BYK Gardner USA Inc
Current assignee: BYK Gardner GmbH; BYK Gardner USA Inc
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2023-05-28
Also published as: US7177032B2; JP2004354381A; US20050018195A1; JP4726433B2; DE10324104B4

Abstract

Verfahren zur Bestimmung von Oberflächeneigenschaften, wobei in einem ersten Verfahrensschritt eine vorgegebene Strahlung von wenigstens einer Strahlungseinrichtung auf eine Messfläche gesandt wird, in weiteren Verfahrensschritten, die von der Messfläche gestreute und/oder reflektierte Strahlung mittels einer Vielzahl von Bildaufnahmeelementen detektiert wird, ein Signal erzeugt wird, das wenigstens einen Parameter der von den Bildaufnahmeelementen detektierten Strahlung beschreibt. In weiteren Verfahrensschritten werden die ersten Signale gemäß vorgegebenen Kriterien zu Gruppensignalen zusammengefasst sowie wenigstens eine gruppenspezifische Bewertungszahl sowie ein davon abhängiger statistischer Parameter ermittelt, der mit wenigstens einer Remissionseigenschaft der Messfläche korreliert. Schließlich wird wenigstens ein statistischer Parameter in Abhängigkeit des vorgegebenen Kriteriums zum Zusammenfassen der ersten Signale ausgegeben. Dabei wird die Oberflächeneigenschaft durch eine Relation zwischen wenigstens zwei statistischen Parametern mit unterschiedlichen Kriterien bestimmt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung von Oberflächeneigenschaften.

Die Beschaffenheit von Oberflächen ist eine wesentliche Eigenschaft von Gegenständen des täglichen Lebens, wie beispielsweise Kraftfahrzeugen oder anderen Gebrauchsgegenständen und bestimmt maßgeblich deren Gesamteindruck auf den menschlichen Betrachter. Ein Beispiel dafür sind Hochglanz- oder Metallic-Lackierungen an Fahrzeugkarosserien.

Zur reproduzierbaren Bewertung der Qualität von Oberflächen, insbesondere dieser Hochglanzlackierungen, sind Messgeräte erforderlich, die gerade jene physikalischen Größen erfassen, welche den Gesamteindruck auf den menschlichen Betrachter in entscheidender Weise bestimmen. Im Stand der Technik sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bekannt, mit denen die visuellen Eigenschaften, speziell das Reflektions- und/oder Streuverhalten von Oberflächen, bestimmt werden können.

Dabei besteht das Problem, dass der optische Eindruck von Oberflächen für den menschlichen Betrachter auch vom Auslösungsvermögen des menschlichen Auges abhängt, welches wiederum auch vom Abstand des Beobachters zu dem Objekt, das heißt beispielsweise einem Fahrzeug, abhängt.

Bei nahen Abständen ist das menschliche Auge in der Lage, beispielsweise unterschiedliche Farbkontraste genau aufzulösen. Bei größeren Entfernungen können hingegen beispielsweise periodisch wiederkehrende Muster erkannt werden. Die Sichtbarkeit von z.B. periodischen Strukturen ist beim menschlichen Auge abhängig von der Wellenlänge bzw. Frequenz der Struktur sowie dem Abstand zwischen dem Auge und dem zu beobachtenden Objekt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche eine Bewertung von Oberflächeneigenschaften erlaubt, wobei insbesondere auch solche Eindrücke berücksichtigt bzw. simuliert werden sollen, welche aus einem unterschiedlichen Abstand des Beobachters zu der zu beobachtenden Fläche resultieren.

Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 11 erreicht. Vorteilhafte Verbesserungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst eine vorgegebene Strahlung wenigstens einer Strahlungseinrichtung unter einem vorgegebenen Winkel auf eine Messfläche gesendet. Die von der Messfläche reflektierte und/oder gestreute Strahlung wird mittels einer Detektoreinrichtung mit einer Vielzahl von Bildaufnahmeelementen bestimmt.

Ferner wird eine Vielzahl von Signalen erzeugt, die wenigstens einen Parameter der von dem Bildaufnahmeelement detektierten Strahlung beschreibt. Schließlich werden die ersten Signale gemäß wenigstens zwei unterschiedlichen vorgegebenen Kriterien zu wenigstens zwei Gruppensignalen zusammengefasst, wenigstens eine gruppenspezifische Bewertungszahl berechnet, sowie wenigstens ein davon abhängiger statistischer Parameter, der mit wenigstens einer Remissionseigenschaft der Messfläche korreliert, bestimmt. Schließlich wird der wenigstens eine statistische Parameter in Abhängigkeit des vorgegebenen Kriteriums zum Zusammenfassen der ersten Signale ausgegeben. Dabei wird die Oberflächeneigenschaft durch eine Beziehung zwischen wenigstens zwei statistischen Parametern bei unterschiedlichen Kriterien beschrieben.

Bei der Strahlung kann es sich dabei um Strahlung im für das menschliche Auge sichtbaren Bereich, aber auch um Ultraviolett-, Infrarot-, Röntgenstrahlung oder dergleichen handeln. Bevorzugt handelt es sich jedoch um Strahlung im für das menschliche Auge sichtbaren Wellenlängenbereich. Die Strahlung kann monochromatisch sein oder sich auch aus Anteilen mit verschiedenen Wellenlängen zusammensetzen.

Unter Messfläche ist die zu untersuchende Fläche zu verstehen, beispielsweise die Karosserie eines Kraftfahrzeuges oder die Marmorisierung eines Kunststoffes oder allgemein eines industriell gefertigten Materials.

Unter Bildaufnahmeelementen werden bevorzugt elektronische Einrichtungen verstanden, welche Strahlung aufnehmen und in vorgegebener Weise auf veränderte Charakteristika dieser Strahlung reagieren.

Die Messfläche kann eine ebene oder unebene Oberfläche aufweisen. Im Rahmen der Erfindung wird jedoch überwiegend von einer ebenen Oberfläche die Rede sein.

Unter Oberflächeneigenschaften werden daher im Rahmen der Erfindung insbesondere jene physikalischen Eigenschaften einer Oberfläche verstanden, die das Aussehen einer Oberfläche für den menschlichen Betrachter bestimmen. Hierunter fallen insbesondere Eigenschaften wie Makro- und Mikrostruktur, Topografie, Farbe, Farbort, Helligkeit der Farbe, Glanz, Abbildungsschärfe, Glanzschleier, Oberflächentextur, Rauhigkeit und Oberflächenwelligkeiten (englisch: "orange peal"). Ein besonderes Augenmerk wird im Rahmen der Erfindung auf die Eigenschaften "coarseness" (Gröbkörnigkeit) bzw. "grain" (Körnung) gelegt.

Bevorzugt hängt das erste Signal von der Intensität der auf die jeweiligen Bildaufnahmeelemente auftreffenden Strahlung ab.

Bevorzugt wird bei der Zusammenfassung der ersten Signale zu dem Gruppensignal wenigstens ein erstes Signal gegenüber wenigstens einem weiteren ersten Signal unterschiedlich gewichtet. Auf diese Weise können in einer Darstellung beispielsweise vorhandene Helligkeitsunterschiede bzw. Kontraste verstärkt bzw. erhöht werden. Alternativ kann auch eine Vielzahl von ersten Signale mehrmals zu einem Gruppensignal zusammengefasst werden, was dazu führt, dass vorhandene Kontraste ebenfalls verstärkt werden.

Bevorzugt unterscheiden sich die bei der Zusammenfassung der ersten Signale zu dem Gruppensignal verwendeten Kriterien im wesentlichen durch die Anzahl und/oder die Gewichtung und/oder Funktion der zusammengefassten ersten Signale. Durch die Gewichtung der ersten Signale kann, wie oben ausgeführt, der Eindruck eines vorhandenen Kontrastes verstärkt werden.

Über die Anzahl der zusammengefassten Signale kann die Auflösung des Bildes verändert werden und somit ein mehr oder weniger großer Abstand des menschlichen Betrachters zu der Messfläche wenigstens teilweise simuliert werden.

Bevorzugt ist die Beziehung der wenigstens zwei Parameter aus einer Gruppe von Parametern ausgewählt, welche die Differenz, die Steigung, die Summe, den Quotienten, die Funktion, die erste oder folgende Ableitung und/oder dergleichen enthält. So kann beispielsweise die Differenz oder der Quotient ein Maß für den Kontrast sein. Die Steigung kann beispielsweise auf die Art und Weise ermittelt werden, dass die Parameter gegenüber dem vorgegebenen Kriterium ermittelt werden, das heißt, jeweils in Bezug zu einem bestimmten Kriterium gesetzt werden.

Bevorzugt ermittelt der Detektor wenigstens die Intensität und/oder die Wellenlänge der auf ihn auftreffenden Strahlung. Aus einer Ermittlung der einzelnen Intensitäten kann auf einen Hell-Dunkel-Kontrast der auf den Detektor auftreffenden Strahlung geschlossen werden. Eine Ermittlung der Wellenlänge der auftreffenden Strahlung bzw. auch einzelner Wellenlängenbereiche erlaubt eine Ermittlung des Farbkontrastes.

Bevorzugt wird zur Mittelwertbildung nur eine bestimmte Wellenlänge oder ein vorgegebener Wellenlängenbereich verwendet. Ferner wird bevorzugt zur Mittelwertbildung nur eine bestimmte Strahlungsintensität oder ein vorgegebener Strahlungsintensitätsbereich verwendet.

Weiterhin können bevorzugt bei der Mittelwertbildung solche Einzelsignale außer Acht gelassen werden, welche bezüglich ihrer Intensität und/oder Wellenlänge außerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegen. Auf diese Weise kann eine Glättung des Messergebnisses erreicht werden.

Bevorzugt wird eine Bewertungszahl als statistische Größe berechnet, welche aus einer Gruppe von statistischen Größen ausgewählt wird, welche arithmetische Mittelwerte, bleibende Mittelwerte, vektorielle Mittelwerte, geometrische Mittelwerte, Fourier-Transformierte, insbesondere aber nicht ausschließlich Fourier-Sinus- und Fourier-Kosinus-Transformierte, enthält. Bevorzugt wird der Mittelwert als statistisch gleitender Mittelwert gebildet.

Ferner wird bevorzugt der statistische Parameter aus einer Gruppe von Parametern ausgewählt, welche die Varianz, die Standardabweichung, die Streuung, Minima, Maxima, die Spannweite und dergleichen enthält. Dabei handelt es sich vorzugsweise aber nicht ausschließlich um die Varianz der einzelnen aufgenommen Strahlungsintensitäten bzw. die Varianz der aufgenommenen Wellenlängen der detektierten Strahlung.

Die Erfindung ist ferner auf eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung von Oberflächeneigenschaften gerichtet. Die Vorrichtung weist dabei wenigstens eine erste Strahlungseinrichtung auf, welche Strahlung auf eine Messfläche wirft bzw. sendet. Daneben ist eine Detektoreinrichtung vorgesehen, welche in einem vorgegebenen Winkel bezüglich der Messfläche so angeordnet ist, dass die von der Messfläche reflektierte und/oder gestreute Strahlung wenigstens teilweise auf die Detektoreinrichtung trifft, wobei die Detektoreinrichtung eine Vielzahl von Bildaufnahmeelementen aufweist, wobei jedes Bildaufnahmeelement ein erstes Signal ausgibt, welches für wenigstens einen Parameter der auf das Bildaufnahmeelement auftreffenden Strahlung charakteristisch ist.

Dabei ist wenigstens eine Prozessoreinrichtung vorgesehen, welche die ersten Signale wenigstens dreier Bildaufnahmeelemente zu einer Vielzahl von zweiten Gruppensignalen zusammenfasst.

Bei den Bildaufnahmeelementen handelt es sich um Elemente bzw. Bauteile, welche ein aufgenommenes Bild bzw. eine aufgenommene Strahlung detektieren und ein für diese Strahlung charakteristisches Messsignal ausgeben. Beispielsweise kann es sich um Bauteile handeln, deren Widerstand und/oder Strom und/oder Ladung sich in Abhängigkeit von der Intensität der auftreffenden Strahlung ändert.

Bevorzugt ist jedes Bildaufnahmeelement aus der Gruppe von Bildaufnahmeelementen, deren erste Signale zu einem Gruppensignal zusammengefasst werden, zu wenigstens einem weiteren Bildaufnahmeelement aus dieser Gruppe benachbart.

Dies bedeutet, dass nicht die Signale zufällig angeordneter Bildaufnahmeelemente zusammengefasst werden, sondern nur die Signale solcher Bildaufnahmeelemente, die wenigstens teilweise untereinander benachbart sind bzw. einen vorgegebenen Abstand zueinander aufweisen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Vielzahl aller Bildaufnahmeelemente in einem wenigstens eindimensionalen, bevorzugt wenigstens zweidimensionalen Array angeordnet. Es wäre jedoch auch vorstellbar, ein dreidimensionales Array vorzusehen, wobei in einem solchen dreidimensionalen Array die Bildaufnahmelemente bei spielsweise auf einer gekrümmten Fläche angeordnet sein könnten.

Daneben könnte auch nur ein einzelnes Bildaufnahmeelement, bzw. eine Vielzahl von Bildaufnahmeelementen vorgesehen sein, welche in einem vorgegebenen vorzugsweise ein- oder zweidimensionalen Bereich bewegt werden können.

Bevorzugt sind die Bildaufnahmeelemente wenigstens einer Gruppe von Bildaufnahmeelementen, deren Signale zu einem Gruppensignal zusammengefasst werden, in einem wenigstens eindimensionalen Unter-Array angeordnet. Dies bedeutet, dass die einzelnen Bildaufnahmeelemente, deren Signale zu einem Gruppensignal zusammengefasst werden, beispielweise in einer 2 × 2, 3 × 3 usw. Matrix angeordnet sind. In einer weiteren Ausführungsform können die Bildaufnahmeelemente, deren erste Signale zu einem Gruppensignal zusammengefasst werden, jedoch auch entlang einer Linie angeordnet sein. Daneben können jedoch auch nicht quadratische Arrays, wie beispielsweise 1 × 4, 3 × 5 oder 3 × 8 Unter-Arrays, gebildet werden.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Strahlungseinrichtung wenigstens eine Strahlungsquelle aus einer Gruppe von Strahlungsquellen auf, welche Glühlampen, Leuchtdioden, Laser, thermische Strahlungsquellen und dergleichen beinhaltet. Bei dem von der Strahlungseinrichtung ausgesandten Licht kann es sich um diffuses Licht oder um kolimiertes Licht handeln, wobei diffuses Licht beispielsweise mittels einer Streuscheibe erzeugt werden kann.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Strahlungseinrichtung wenigstens ein Strahlungsbegrenzungselement auf. Dieses Strahlungsbegrenzungselement ist aus einer Gruppe von Elementen ausgewählt, welche Blenden, insbesondere aber nicht ausschließlich Lochblenden, Gitter, Kantenfilter und dergleichen aufweist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens eine Strahlungsquelle hinsichtlich wenigstens einer optischen Eigenschaft, wie insbesondere, aber nicht ausschließlich der Wellenlänge, Polarisation, Intensität, Modulation oder dergleichen veränderbar. Unter Modulation wird dabei verstanden, dass die Strahlungsquelle in veränderbaren Abständen ein- und ausgeschaltet bzw. in ihrer Intensität und/oder eine der anderen Eigenschaft verändert werden kann.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Strahlungseinrichtung wenigstens eine Strahlungslenkeinrichtung auf. Diese Strahlungslenkeinrichtung ist aus einer Gruppe von Strahlungslenkeinrichtungen ausgewählt, welche Linsen, Spiegel, wie insbesondere, aber nicht ausschließlich Hohlspiegel und dergleichen enthält.

Die erste und/oder die Strahlungslenkeinrichtung können weiterhin aus einer Gruppe von Einrichtungen ausgewählt sein, welche neben den oben genanten Linsen auch Transmissions- und Reflektionsgitter, doppelbrechende Materialien und dergleichen, aufweist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Strahlungsdetektoreinrichtung wenigstens ein dispersives Element auf, das heißt ein Element, welches wellenlängen- bzw. frequenzselektive Eigenschaften aufweist. Dieses dispersive Element muss jedoch nicht in der Strahlungsdetektoreinrichtung integriert sein, sondern kann auch an einer anderen Stelle im Strahlengang zwischen der Messfläche und der Strahlungsdetektoreinrichtung stehen.

Daneben kann auch ein Monochromator eingesetzt werden, um das von der Messfläche reflektierte bzw. gestreute Licht hinsichtlich seiner Wellenlänge zu untersuchen bzw. selektieren.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der Messfläche und der Strahlungsdetektoreinrichtung eine zweite Strahlungslenkeinrichtung angeordnet. Dabei ist bevorzugt die erste und/oder die zweite Strahlungslenkeinrichtung hinsichtlich ihrer Position bezüglich der Messfläche veränderbar.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der vorgegebene Winkel zwischen der Messfläche und der Strahlungsdetektoreinrichtung veränderbar und liegt zwischen 0° und 90°, bevorzugt zwischen 40° und 90° und besonders bevorzugt zwischen 80° und 90°.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Objektiveinrichtung auf, welche bevorzugt zwischen der Messfläche und der Detektoreinrichtung angeordnet ist.

Die Erfindung ist weiterhin auf die Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens sowie der Vorrichtung zur Bewertung und/oder Bestimmung von Oberflächeneigenschaften insbesondere für den Kraftfahrzeugbereich gerichtet.

Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen.

Darin zeigen:

1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung von Oberflächeneigenschaften;
2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung von Oberflächeneigenschaften in einer weiteren Ausführungsform;
3 eine schematische Darstellung einer Vielzahl von in einem Array angeordneten Bildaufnahmeelementen;
4 ein Diagramm, in welchem ein statistischer Parameter über einem vorgegebenen Kriterium aufgetragen wurde; und
5 eine schematische Darstellung zur Demonstration des unterschiedlichen Auflösungsvermögens, beispielsweise des menschlichen Auges.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung von Oberflächeneigenschaften in einer ersten Ausführungsform.
Bezugszeichen 2 bezieht sich dabei auf eine Strahlungseinrichtung. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind mehrere Strahlungseinrichtungen 2 vorhanden, welche bevorzugt gleichmäßig in einem Raum über der Messfläche 7 angeordnet sind.
Dieser Raum ist in 1 als Halbkreis bzw. Halbkugel dargestellt, kann jedoch auch andere beliebige geometrische Formen aufweisen und zum Beispiel quaderförmig oder dergleichen sein.
Das Bezugszeichen 8 kennzeichnet eine Strahlungsdetektoreinrichtung, welche eine Strahlungslenkeinrichtung, das heißt eine Linse 11 und eine Vielzahl von Bildaufnahmeelementen, welche in einem Array 5 angeordnet sind, aufweist. Daneben kann die Strahlungsdetektoreinrichtung auch noch (nicht gezeigte) Strahlungsbegrenzungseinrichtungen, wie Blenden, dispersive Elemente, wie Gitter, frequenzabhängige Filter und dergleichen, aufweisen.
Das Array mit der Vielzahl von Bildaufnahmeelementen ist mit einer (nicht gezeigten) Auswerteeinheit verbunden.
Die einzelnen Strahlungseinrichtungen können Strahlungsquellen aufweisen, die Licht unterschiedlicher Wellenlänge abgeben, es kann sich aber auch um Strahlungsquellen handeln, welche Licht der gleichen Wellenlänge ausstrahlen.
Das Bezugszeichen 4 bezieht sich auf eine Streueinrichtung, welche das von der Strahlungseinrichtung 2 abgegebene Licht streut. Dabei kann die Streueinrichtung, wie im Falle der Streueinrichtung 4' gezeigt, gegenüber einer geometrische Achse zwischen der Strahlungseinrichtung und der Messfläche verdreht bzw. verkippt sein.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung von Oberflächeneigenschaften. bei dieser Ausführungsform ist die Strahlungsdetektoreinrichtung 8 nicht senkrecht über der Messfläche 7 angeordnet, sonder in einem hiervon abweichenden Winkel.
Daneben ist anstelle der mehreren Strahlungseinrichtungen 2 hier nur eine Strahlungseinrichtung 12 vorgesehen. Das von dieser Strahlungseinrichtung 12 ausgesendete Licht wird an dem Gehäuse 15 der Vorrichtung vorzugsweise mehrfach reflektiert bzw. gestreut, so dass schließlich ein Anteil des reflektierten und/oder gestreuten Lichtes auf die Messfläche 7 und von dort auf den Detektor 8 trifft.
Das Gehäuse 15 besteht vorzugsweise wenigstens in seinen Innenflächen, das heißt den der Messfläche 7 zugewandten Flächen, aus einem reflektierenden und/oder streuenden Material. In einer weiteren Ausführungsform kann die Vorrichtung gegenüber der Messfläche beweglich sein, was durch die Räder 21 angedeutet ist. Daneben kann eine Wegstreckenmesseinrichtung 23 vorgesehen sein, welche die gegenüber der Messfläche 7 zurückgelegten Strecken misst. Bevorzugt ist die Vorrichtung zu ausgeführt, dass von außen kein Licht in sie eindringen kann, mit Ausnahme des von der Messfläche 7 gestreuten und/oder reflektierten Lichts. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann eine (nicht gezeigte) Schichtdicken-Messeinrichtung vorgesehen sein, welche zur Ermittlung der Dicke der Messfläche dient. Diese Schichtdicken-Messeinrichtung steht dabei bevorzugt in Berührungskontakt mit der Messfläche.
In 3 ist eine Vielzahl von Bildaufnahmeelementen, welche in einem Array 20 angeordnet sind, dargestellt.
Das Bezugszeichen 20 bezieht sich auf das gesamte Array mit den einzelnen Bildaufnahmeelementen. Dieses Array kann quadratisch, d. h. aus einer gleichgroßen Anzahl von Zeilen sowie Spalten angeordnet sein. Die Anzahl der Zeilen und der Spalten kann jedoch auch unterschiedlich sein.
Die Bezugszeichen 21 kennzeichnen die einzelnen Bildaufnahmeelemente, wobei die einzelnen Bildaufnahmeelemente zur Darstellung mit Buchstaben derart gekennzeichnet sind, dass das Bildaufnahmeelement links oben mit 21aa, das rechts zu diesem liegenden mit 21ab usw. bezeichnet werden.
Bei der Zusammenfassung einzelner Signale zu einem Gruppensignal werden beispielsweise die Signale von den Bildaufnahmeelementen 21ai, 21bi, 21ci, 21di, 21aj, 21bi, 21cj, 21dj zu einem Signal zusammengefasst, was durch das Bezugszeichen 24ad/ij gekennzeichnet ist. Aus diesen ersten Signalen kann ein Gruppensignal gebildet werden, bei welchem es sich beispielsweise um den Mittelwert der einzelnen Signale handeln kann. Dabei können einzelne erste Signale stärker gewichtet werden, um auf diese Weise einen höheren Kontrast des Bildes zu erzielen. Anstelle des Mittelwertes können jedoch auch andere Bewertungszahlen, wie beispielsweise Fourier-Transformierte gebildet werden.
Bei der in 3 gezeigten Darstellung werden mehrere Mittelwerte wie in diesem Fall 24 A-D/I-J, 24 P-E/I-J, 24 C-F/I-J usw. gebildet. D. h. in diesem Fall handelt es sich um eine sogenannte gleitende Mittelwertbildung.
In einem nächsten Schritt kann ein statistischer Parameter in Abhängigkeit dieses beispielsweise Mittelwertes ausgegeben werden, wie beispielsweise eine Varianz oder Streuung oder dergleichen der einzelnen ersten Signale. Dieser statistische Parameter wird dann gegenüber dem vorliegenden Kriterium, d. h. beispielsweise gegenüber der vorgegebenen Anzahl der ersten Signale ausgegeben. Bevorzugt können auch die gebildeten Mittelwerte wie 24 ad/ij, 24be/ij usw. ein weiteres Mal zu einem weiteren Gruppensignal zusammengefasst werden. Auf diese Weise können vorhandene Kontraste erhöht werden, da einzelne Signale durch mehrfache Berücksichtigung stärker gewichtet werden.
Vor der Bildung der gleitenden Mittelwerte werden bevorzugt einzelne Signale, wie durch das Rechteck 30 angedeutet, zu einem Gruppensignal zusammengefasst. Auf diese Weise kann die Auflösung des durch das Array wiedergegebenen Bildes beeinflusst werden. Das Ergebnis, d. h. die entsprechende Auflösung kann als vorgegebenes Kriterium zum Zusammenfassen der ersten Signale ausgegeben werden.
Bei einer weiteren Modifikation des Verfahrens können die ersten Signale zu einer vorgegebenen Anzahl von Gruppensignalen zusammengefasst werden und die Gruppensignale mittels einer Fourier-Analyse ausgewertet werden, wobei bei einer besonders bevorzugten Variante auch eine Fast-Fourier-Transformation (FFT) zur Verringerung des Rechenaufwandes eingesetzt werden kann. Dabei werden durch Zusammenfassung der ersten Signale gebildeten Gruppensignale vom Ortsraum mittels Fourier-Transformation in den Frequenzraum transformiert.
Allgemein werden bei dieser Vorgehensweise im Ortsraum die Pixelwerte, d. h. die ersten Signale der Bildaufnahmeelemente im Bildbereich direkt manipuliert und an das Bild mittels einer diskreten Fourier-Transformation (DFT) transformiert.
4 zeigt beispielhaft ein Diagramm, in welchem ein statistischer Parameter gegenüber einem vorgegebenen Kriterium aufgetragen wurde. Bei dem vorgegebenen Kriterium handelt es sich um die Auflösung des Signals, welche im wesentlichen von der Anzahl der zusammengefassten ersten Signale zu den jeweiligen Gruppensignalen abhängt.
Bei dem statistischen Parameter handelt es sich im die Varianz bzw. die Streuung der ersten von den jeweils zu einzelnen Gruppen zusammengefassten ersten Signalen. Neben den einzelnen Werten für den statistischen Parameter können auch die Steigung bzw. allgemein beliebige Ableitungen der durch die durchgezogene Linie dargestellten Funktion ausgegeben werden, um den Verlauf des statistischen Parameters in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Kriterium zu bestimmen. Daneben kann auch die Steigung zwischen zwei diskreten Punkten bestimmt werden, wie durch die Linie A in 4 angedeutet.
5 zeigt schematisch an einem vereinfachten Beispiel von Moirée Mustern die Sichtbarkeit periodischer Unregelmäßigkeiten in Abhängigkeit vom Auflösungsungsvermögen bzw. von der Entfernung des Betrachters zum beobachteten Objekt. Während bei 3a periodisch wiederkehrende Regelmäßigkeiten praktisch nicht zu erkennen sind, zeigen sich im Falle von 3b bereits erste Anzeichen von sogenannten Moirée-Mustern.
In der Darstellung 3c sind die Muster bereits deutlich erkennbar.
Auch nicht periodisch wiederkehrende oder imwesentlichen zufällige Unregelmäßigkeiten der zu beobachtenden Messfläche folgen diesem Prinzip.

Claims

Verfahren zur Bestimmung von Oberflächeneigenschaften mit folgenden Schritten: – Senden einer vorgegebenen Strahlung wenigstens einer Strahlungseinrichtung auf eine Messfläche; – Detektion der von der Messfläche reflektierten und/oder gestreuten Strahlung mittels einer Detektoreinrichtung mit einer Vielzahl von Bildaufnahmeelementen; – Erzeugung eines Signals, das wenigstens einen Parameter der von dem Bildaufnahmeelement detektierten Strahlung beschreibt; – Zusammenfassung der ersten Signale gemäß wenigstens zwei unterschiedlichen vorgegebenen Kriterien zu wenigstens zwei Gruppensignalen; – Berechnung wenigstens einer gruppenspezifischen Bewertungszahl, sowie wenigstens eines davon abhängigen statistischen Parameters, der mit wenigstens einer Remissionseigenschaft der Messfläche korreliert; – Ausgabe des wenigstens einen statistischen Parameters in Abhängigkeit des vorgegebenen Kriteriums zum Zusammenfassen der ersten Signale; dadurch gekennzeichnet dass die Oberflächeneigenschaften durch eine Relation zwischen wenigstens zwei statistischen Parametern mit unterschiedlichen Kriterien beschrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass bei der Zusammenfassung der ersten Signale zu dem Gruppensignal wenigstens ein erstes Signal gegenüber wenigstens einem zweiten Signal unterschiedlich gewichtet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen dadurch gekennzeichnet, dass sich die bei der Zusammenfassung der ersten Signale zu dem Gruppensignal verwendeten Kriterien im wesentlichen durch die Anzahl und/oder die Gewichtung und/oder Funktion der zusammengefassten ersten Signale unterscheiden.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen dadurch gekennzeichnet, dass die Beziehung der wenigstens zwei Parameter aus einer Gruppe von Parametern ausgewählt, ist, welche die Differenz, die Steigung, die Summe, den Quotienten, die Funktion, die n-te Ableitung und/oder dergleichen enthält.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor wenigstens einen Kennwert, insbesondere die Wellenlänge und/oder die Intensität der auf ihn auftreffenden Strahlung ermittelt.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen dadurch gekennzeichnet, dass zur Mittelwertbildung nur eine bestimmte Wellenlänge oder ein vorgegebener Wellenlängenbereich verwendet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen dadurch gekennzeichnet, dass zur Mittelwertbildung im wesentlichen nur ein vorgegebener Intensitätsbereich bzw. ein Intensitätsfenster der Strahlung verwendet wird.
Verfahren, insbesondere nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass als Mittelwert eine statistische Größe berechnet wird welche aus einer Gruppe von statistischen Größen ausgewählt ist, welche arithmetische Mittelwerte, gleitende Mittelwerte, vektorielle Mittelwerte, geometrische Mittelwerte, harmonische Mittelwerte und dergleichen aufweist.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelwert als statistisch gleitender Mittelwert gebildet wird.
Verfahren, insbesondere nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der statistische Parameter aus einer Gruppe von Parametern ausgewählt ist, welche die Varianz, die Standardabweichung, die Streuung, Maxima, Minima die Spannweite und dergleichen enthält.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Bestimmung von Oberflächeneigenschaften nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche mit: – wenigstens einer Strahlungseinrichtung, welche Strahlung auf eine Messfläche wirft; – wenigstens einer Detektoreinrichtung, welche in einem vorgegebnen Winkel bezüglich der Messfläche so angeordnet ist, daß die von der Messfläche reflektierte und/oder gestreute Strahlung wenigstens teilweise auf die Detekoreinrichtung trifft, wobei die Detektoreinrichtung eine Vielzahl von Bildaufnahmeelementen aufweist, wobei jedes Bildaufnahmeelement ein erstes Signal ausgibt, welches für wenigstens einen Kennwert der auf das zugeordnete Bildaufnahmeelement auftreffenden Strahlung charakteristisch ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Prozessoreinrichtung vorgesehen ist, welche die ersten Signale wenigstens zweier Bildaufnahmeelemente zu einer Vielzahl von Gruppensignalen zusammenfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Bildaufnahmeelement aus der Gruppe von Bildaufnahmeelementen, deren erste Signale zu einem Gruppensignal zusammengefasst werden, zu wenigstens einem weiteren Bildaufnahmeelement aus der Gruppe benachbart ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 9 oder 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl der Bildaufnahmeelemente in wenigstens einem wenigstens eindimensionalen, bevorzugt wenigstens zweidimensionalen Array angeordnet ist.
Vorrichtung, insbesondere nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeelemente wenigstens einer Gruppe von Bildaufnahmeelemente, deren erste Signale zu einem Gruppensignal angeordnet werden, in wenigstens einem wenigstens eindimensionalen Unterarray angeordnet sind.
Vorrichtung, insbesondere nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungseinrichtung wenigstens eine Strahlungsquelle aus einer Gruppe von Strahlungsquellen aufweist, welche Glühlampen, Leuchtdioden, Laser, thermische Strahlungsquellen und der gleichen beinhaltet.
Vorrichtung, insbesondere nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungseinrichtung wenigstens ein Strahlungsbegrenzungselement aufweist.
Vorrichtung, insbesondere nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlungsbegrenzungselement aus einer Gruppe von Elementen ausgewählt ist, welche Blenden, insbesondere aber nicht ausschließlich Lochblenden, Gitter, Kantenfilter und der gleichen beinhaltet.
Vorrichtung, insbesondere nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Strahlungsquelle hinsichtlich wenigstens einer optischen Eigenschaft wie insbesondere aber nicht ausschließlich der Wellenlänge, Polarisation, Intensität, Modulation oder der gleichen veränderbar ist.
Vorrichtung, insbesondere nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungseinrichtung wenigstens eine erste Strahlungslenkeinrichtung aufweist.
Vorrichtung, insbesondere nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsdetektoreinrichtung wenigstens ein dispersives Element aufweist.
Vorrichtung, insbesondere nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Messfläche und der Strahlungsdetektoreinrichtung eine zweite Strahlungslenkeinrichtung angeordnet ist.
Vorrichtung, insbesondere nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Strahlungslenkeinrichtung hinsichtlich ihrer Position bezüglich der Messfläche veränderbar sind.
Vorrichtung, insbesondere nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Strahlungslenkeinrichtung aus einer Gruppe von Einrichtungen ausgewählt ist, welche Linsen, Transmissions- und Reflexionsgitter, Prismen doppelbrechende Materialien und dergleichen aufweist.
Vorrichtung, insbesondere nach wenigstens einem der vorangegangenem Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Achse der zweiten Strahlungslenkeinrichtung gegenüber dem Array in einem zweiten vorgegebenen Winkel angeordnet ist.
Vorrichtung insbesondere nach wenigstens einem der vorangegangenem Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite vorgegebene Winkel zwischen 0 Grad und 90 Grad, bevorzugt zwischen 30 Grad und 90 Grad und besonders bevorzugt zwischen 80 Grad und 90 Grad liegt.
Vorrichtung, insbesondere nach wenigstens einem der vorangegangenem Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Objektiveinrichtung aufweist.
Vorrichtung, insbesondere nach wenigstens einem der vorangegangenem Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Objektiveinrichtung zwischen der Messfläche und der Detektoreinrichtung angeordnet ist.
Verwendung eines Verfahrens nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche für die Bestimmung von Oberflächeneigenschaften, insbesondere der Oberflächeneigenschaften von Kraftfahrzeuglackierungen.
Verwendung einer Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche für die Bestimmung von Oberflächeneigenschaften, insbesondere der Oberflächeneigenschaften von Kraftfahrzeuglackierungen.