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Die
vorliegende Erfindung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung
von Oberflächeneigenschaften.
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Die
Beschaffenheit von Oberflächen ist eine wesentliche Eigenschaft
von Gegenständen des täglichen Lebens, wie beispielsweise
von Kraftfahrzeugen und anderen Gebrauchsgegenständen,
und bestimmt maßgeblich den Gesamteindruck auf den menschlichen
Betrachter. Ein Beispiel hierfür sind Hochglanz- oder Metalliclackierungen
von Fahrzeugkarosserien.
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Unter
Oberflächeneigenschaften werden 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 peel") oder coarseness (Grobkörnigkeit).
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Zur
reproduzierbaren Bewertung der Qualität von Oberflächen,
insbesondere dieser Hochglanzlackierungen, sind Messgeräte
erforderlich, die gerade jene physikalischen Größen
erfassen, welchen den Gesamteindruck auf den menschlichen Betrachter
in entscheidender Weise bestimmen.
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In
jüngerer Zeit gewinnen sogenannte Effektpigmentbeschichtungen
zunehmend an Beliebtheit. Diese Beschichtungen weisen Effektpigmente
auf, die das auf sie eingestrahlte Licht unterschiedlich reflektieren.
Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen und Verfahren bekannt,
um auch solche Effektpigmentlackierungen quantitativ zu beurteilen. Die
Erfindung ist insbesondere für solche Effektpigmentlackierungen
anwendbar.
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Bei
einem bekannten Verfahren wird beispielsweise ein bestimmter Schwellenwert
für eine Intensität des reflektierten Lichts festgelegt
und nur diejenigen Flächenbereiche einer beobachteten Oberfläche
berücksichtigt, deren Intensität oberhalb dieses
Schwellenwerts liegen. Das Messergebnis wird über die jeweiligen
Intensitäten der einzelnen berücksichtigten Flächensegmente
integriert. Diese Auswertung liefert einen Anhaltspunkt über
die optischen Eigenschaften der untersuchten Oberfläche. Dabei
hat sich jedoch herausgestellt, dass auch Oberflächen,
welche gleiche oder ähnliche Ergebniswerte dieser Auswertung
aufweisen, bei der direkten Betrachtung durch das menschliche Auge
sehr unterschiedlich wirken können.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine genauere
Einordnung von zu untersuchenden Oberflächen zu ermöglichen. Dies
wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch
13 und eine Vorrichtung nach Anspruch 13 erreicht. Vorteilhafte
Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der
Unteransprüche.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren zur quantitativen
Bestimmung von Oberflächeneigenschaften wird ein ortsaufgelöstes
Bild einer zu untersuchenden Oberfläche ausgewertet, wobei
dieses ortsaufgelöste Bild eine Vielzahl von Messwerten aufweist.
Dabei wird dieses Bild analysiert, um diejenigen Flächenanteile
der zu untersuchenden Oberfläche zu bestimmen, die eine
bestimmte, insbesondere durch die Messwerte charakterisierbare,
physikalische Eigenschaft aufweisen bzw. repräsentieren. Weiterhin
wird ein Ergebniswert dieser physikalischen Eigenschaft bestimmt,
wobei dieser Ergebniswert charakteristisch für die Messwerte
der physikalischen Eigenschaft (genau) aller derjenigen Flächenanteile
ist, die durch die Analyse des Bildes bestimmt wurden.
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Erfindungsgemäß wird
neben dem Ergebniswert ein weiterer für die Oberfläche
charakteristischer Wert ermittelt und dieser charakteristische Wert
wird gemeinsam mit dem Ergebniswert oder einem von diesem Ergebniswert
abgeleiteten Wert dargestellt.
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Durch
die Ermittlung dieses zweiten charakteristischen Werts, der bevorzugt
von dem ersten Ergebniswert unabhängig ist, ist es möglich,
auch die optischen Unterschiede solcher Oberflächen zu
erfassen, die nach Verfahren aus dem Stand der Technik einen gleichen
oder ähnlichen optischen Eindruck hinterlassen.
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Wie
erwähnt, wird ein entsprechendes ortsaufgelöstes
Bild ausgewertet. Dabei ist es möglich, dass dieses ortsaufgelöste
Bild beispielsweise unmittelbar vor der Auswertung aufgenommen wird
und sich die Auswertung entsprechend daran anschließt. Es
wäre jedoch auch möglich, zunächst eine
Vielzahl von ortsaufgelösten Bildern aufzunehmen und diese anschließend
auszuwerten.
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In
diesem Zusammenhang wird auf die von der Anmelderin zeitgleich mit
der vorliegenden Anmeldung eingereichte weitere Patentanmeldung
mit dem Titel "Verfahren und Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung
von Oberflächeneigenschaften" hingewiesen. Der Offenbarungsgehalt
dieser Anmeldung wird hiermit durch Bezugnahme vollumfänglich auch
zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung gemacht.
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Bei
einem weiteren bevorzugten Verfahren repräsentiert der
weitere charakteristische Wert den Kontrast des ausgewerteten Bildes.
So ist es beispielsweise möglich, dass sich Bilder, die ähnliche
Integrale hinsichtlich ihrer Intensitäten und der jeweiligen
Flächensegmente liefern andererseits hinsichtlich der Kontraste
erheblich unterscheiden. Ein möglicher Kennwert für
den Kontrast des Bildes kann beispielsweise eine Varianz oder eine
Streuung über eine Vielzahl von ermittelten Intensitätswerten
des ausgewerteten Bildes sein.
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Bei
einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren repräsentiert
der weitere charakteristische Wert die Farbeigenschaften des ausgewerteten
Bildes. Dabei können wiederum bestimmte Flächenanteile
ausgewählt werden und beispielsweise die einzelnen Effektpigmente
nach deren Farbe differenziert werden.
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Die
Darstellung des Ergebniswertes und des charakteristischen Wertes
kann beispielsweise in einem zweiachsigen Koordinatensystem erfolgen.
Es wäre jedoch auch möglich, ein eindimensionales
Koordinatensystem zu verwenden und die unterschiedlichen charakteris tischen
Werte in anderer Weise darzustellen, beispielsweise durch unterschiedliche Farbgebung
verschiedener Messpunkte.
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Vorzugsweise
wird das auszuwertende Bild dadurch erzeugt, dass Strahlung auf
die zu untersuchende Oberfläche eingestrahlt wird und wenigstens ein
Anteil der von der Oberfläche zurückgeworfenen Strahlung
von einer Strahlungsdetektoreinrichtung aufgenommen wird und diese
Strahlungsdetektoreinrichtung die Messwerte oder die für
die Messewerte charakteristische Daten ausgibt. Bei der Strahlungsdetektoreinrichtung
kann es sich beispielsweise um einen CCD-Chip handeln, der die Strahlung
aufnimmt und entsprechende Messwerte ausgibt.
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Bei
einem weiteren bevorzugten Verfahren wird der Ergebniswert gegenüber
der Größe der bestimmten Flächenanteile
dargestellt bzw. ausgegeben.
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Bei
diesem Verfahren wird also nicht mehr ein integraler Wert, der die
Intensitäten und die Flächensegmente berücksichtigt,
ausgegeben, sondern die Intensitäten werden zusätzlich
gegenüber den Flächensegmenten ausgegeben. Bei
dieser Variante wird damit in der Darstellung eine dritte Größe
berücksichtigt, die sich dadurch ergibt, dass der bisher verwendete
integrale Wert in seine zwei Komponenten aufgespalten wird.
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Dabei
muss dieser Ergebniswert gegenüber der Größe
der bestimmten Flächenanteile nicht notwendigerweise direkt
an den Benutzer ausgegeben werden, es ist auch möglich,
dass ein Prozessor eine Vielzahl derartiger Ergebnisse verarbeitet,
in einem internen Vergleich gegenüberstellt um anschließend beispielsweise
ein Ergebnis dieses Vergleichs an den Benutzer auszugeben. Dabei
kann beispielsweise als Ergebnis dieses Vergleichs an dem Benutzer ein
Warnsignal ausgegeben werden, welches zeigt, dass ein momentan vermessener
Bereich der zu untersuchenden Oberfläche nicht mehr akzeptabel
ist bzw. von anderen Oberflächenanteilen auch optisch durch
einen Beobachter unterschieden werden kann.
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Mit
anderen Worten wird ortsaufgelöst eine Vielzahl von Messwerten
aufgenommen, welche charakteristische Eigenschaften der Oberfläche
repräsentieren. Das Bild setzt sich insbesondere aus einer Vielzahl
von Pixeln zusammen, wobei jedem dieser Pixel wenigstens ein bestimmter
Messwert zugeordnet werden kann.
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Vorzugsweise
wird der Ergebniswert durch Bildung eines Mittelwerts der Werte
der physikalischen Eigenschaften aller derjenigen Flächenanteile ermittelt,
die durch die Analyse des Bildes bestimmt wurden. Es können
jedoch Integrale, Verteilungsfunktionen, Summen und ähnliche
Operationen gebildet werden.
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Damit
werden erfindungsgemäß zunächst diejenigen
Flächenanteile bestimmt, die die bestimmte physikalische
Eigenschaft aufweisen, beispielsweise diejenigen Flächenanteile,
deren Streuintensität über einem bestimmten Schwellenwert
liegt. Anschließend wird ein Mittelwert über die
bestimmten Intensitätswerte gebildet, wobei hierbei nur
diejenigen Flächen berücksichtigt werden, deren
Intensitäten oberhalb der genannten Schwelle liegen. Damit wird
bevorzugt ein relativer Intensitätswert ausgegeben, d.
h. von dem ermittelten Intensitätswert wird noch der Schwellenwert
abgezogen.
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Anschließend
wird der genannte Ergebniswert, d. h. der gemittelte Intensitätswert
gegenüber der Größe der bestimmten Flächenanteile
dargestellt. Die Größe der bestimmten Flächenanteile
ergibt sich dabei insbesondere aus einer Ermittlung der Anzahl derjenigen
Pixel, die solche Flächenanteile repräsentieren,
deren Intensität über den Schwellenwert liegt.
Genauer wird eine beleuchtete Fläche auf beispielsweise
eine Kamera abgebildet und dies wiederum gibt ein entsprechendes
ortsaufgelöstes Bild aus.
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Während
im Stand der Technik lediglich ein integratives Verfahren verwendet
wird, bei dem quasi ein Produkt aus dem Ergebniswert und dem zugehörigen
Flächenanteil ausgegeben wird, wird vorgeschlagen, vorzugsweise
sowohl die Größe der Flächenanteile als
auch die Ergebniswerte getrennt auszugeben. Dieser Idee liegt die
Erfahrung zugrunde, dass beispielsweise eine hohe Anzahl von Pixeln bzw.
ein hoher Flächenanteil mit einer niedrigen Intensität
in der Betrachtung anders wirkt als ein niedriger Flächenanteil
mit einem hohen Intensitätswert und gleichwohl das jeweilige
Produkt gleichgroß sein kann und damit mit den aus dem
Stand der Technik bekannten Verfahren kein messbarer Unterschied zwischen
diesen beiden Flächentypen ausgegeben wird.
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Vorzugsweise
wird das auszuwertende Bild dadurch erzeugt, dass Strahlung auf
die zu untersuchende Oberfläche eingestrahlt wird und wenigstens ein
Anteil der von der Oberfläche zurückgeworfenen Strahlung
von einer Strahlungsdetektoreinrichtung aufgenommen wird und diese
Strahlungsdetektoreinrichtung die Messwerte oder die für
die Messewerte charakteristische Daten ausgibt. Bei der Strahlungsdetektoreinrichtung
kann es sich beispielsweise um einen CCD-Chip handeln, der die Strahlung
aufnimmt und entsprechende Messwerte ausgibt. Dabei ist es möglich,
dass zunächst ein Bild aufgenommen und dieses Bild direkt
im Anschluss an die Aufnahme in der erfindungsgemäßen
Weise verarbeitet wird.
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Vorzugsweise
ist der Mittelwert aus einer Gruppe von Mittelwerten entnommen,
welche arithmetische Mittelwerte, geometrische Mittelwerte; Integrale,
gewichtete Mittelwerte, Kombinationen hieraus und dergleichen enthält.
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Vorzugsweise
ist die physikalische Eigenschaft eine Intensität und insbesondere
eine Schwellenintensität. Es wäre jedoch auch
möglich, das Verfahren unter Bezugnahme auf andere physikalische Größen,
wie beispielsweise die Farbe, oder dergleichen durchzuführen.
Genauer gesagt wird jedes einzelne Bildpixel des aufgenommen Bildes
hinsichtlich derjenigen Intensität beurteilt welche es
darstellt, sodass insgesamt das erfindungsgemäße
Verfahren kein integratives sondern ein differentielles Verfahren ist.
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Vorzugsweise
wird die Größe derjenigen Flächenanteile
bestimmt, die zu einem bestimmten Werteintervall dieser charakteristischen
Eigenschaft korrespondiert. Genauer gesagt wird, wie oben erwähnt, ein
bestimmter Schwellenwert festgesetzt und die untere Grenze dieses
Werteintervalls ist der genannte Schwellenwert, so dass nur diejenigen
Flächenanteile der beobachteten Oberfläche berücksichtigt werden,
welche oberhalb dieses charakteristischen Schwellenwerts liegen.
Dabei werden bei der Bildbearbeitung den bestimmten tatsächlichen
Intensitätswerten bestimmte digitale Werte, beispielsweise 1024
unterschiedliche Werte zugeordnet.
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Bei
einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren wird
für eine Vielzahl von ortsaufgelösten Bildern
dieser charakteristische Wert gemeinsam mit dem Ergebniswert bevorzugt
in der gleichen Darstellung dargestellt. Auf diese Weise können
eine Vielzahl von Messungen beispielsweise an unterschiedlichen
Bereichen einer Karosserie miteinander verglichen werden, wobei
für jede einzelne Messung sowohl der Ergebniswert als auch
der charakteristische Wert berücksichtigt wird.
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Bei
einem weiteren vorteilhaften Verfahren wird für eine Vielzahl
von ortsaufgelösten Bildern der Ergebniswert gegenüber
der Größe der bestimmten Fläche bevorzugt
in der gleichen Darstellung aufgetragen. Damit kann eine Vielzahl
von Einzelaufnahmen über eine größere
Fläche hinweg durchgeführt werden und die Einzelaufnahmen
jeweils in der Darstellung aufgetragen werden. Aus dieser Gesamtdarstellung
kann dann ermittelt werden, welche der einzelnen Teilflächen
der zu untersuchenden Oberfläche innerhalb eines vorgegebenen
Toleranzbereiches liegen, und welche außerhalb. Auch kann
auf einer Grundlage einer Vielzahl von ortsaufgelösten
Bildern ein Toleranzwert festgelegt werden. So kann beispielsweise
ein an einem Tankdeckel aufgenommenes Bild mit einem oder mehreren
an der Motorhaube aufgenommenen Bild verglichen werden.
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Bei
einem weiteren bevorzugten Verfahren wird in der Darstellung eine
Toleranzregion festgelegt, die bestimmt, ob vorgegebene Ergebniswerte und
charakteristische Werte vorab festgelegten Toleranzkriterien entsprechen.
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Bei
diesem Verfahren ist es möglich, eine Toleranzregion sowohl
hinsichtlich der Ergebniswerte als auch hinsichtlich der charakteristischen
Werte zu bestimmen und beispielsweise in einer zweidimensionalen
Stellung ein Flächensegment zu charakterisieren, innerhalb
dessen akzeptable Werte liegen müssen.
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Vorzugsweise
wird in der Darstellung eine Toleranzzone festgelegt, welche bestimmt,
ob bestimmte vorgegebene Teilflächen vorab festgelegten Toleranzkriterien
entsprechen. Damit kann beispielsweise beurteilt werden, ob bestimmte
Bereiche einer Kühlerhaubenlackierung noch tolerierbar
sind oder nicht. Vorteilhaft ist die Toleranzzone eine Ellipse. Damit
stellt vorteilhaft die Toleranzzone einen Bereich dar, der die Teilflächen
bzw. die Größe der Teilflächen gegenüber
den Intensitäten beurteilt, wohingegen die oben erwähnte
Toleranzregion die Intensitätswerte gegenüber
den weiteren charakteristischen Werten beurteilt. Es ist jedoch
auch möglich, die Toleranzzone und die Toleranzregion zu
einem gemeinsamen Toleranzgebiet zusammenzufassen, was beispielsweise
in einer dreidimensionalen Darstellung durch die Bildung eines Toleranzellipsoids
möglich ist, innerhalb dessen sowohl die akzeptablen Werte hinsichtlich
der Intensität als auch die akzeptablen Werte hinsichtlich
der Flächenanteile als auch die akzeptablen Werte hinsichtlich
des weiteren charakteristischen Werts liegen müssen.
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Vorzugsweise
wird die Toleranzzone unter Verwendung einer Vielzahl von Ergebniswerten
bestimmt. Es ist jedoch auch möglich, dass die Toleranzzone
vorab festgelegt wird, beispielsweise durch Herstellervorgaben oder
dergleichen. Auch kann die Toleranzzone unter Verwendung einer Vielzahl
von Flächengrößen festgelegt werden.
Besonders bevorzugt wird ein bestimmter Toleranzbereich hinsichtlich der
Flächengrößen festgelegt und ebenso ein
bestimmter Toleranzbereich hinsichtlich der Ergebniswerte und die
Toleranzzone wird unter Berücksichtigung beider Toleranzbereiche
gebildet. Zur Bildung der Toleranzzone kann weiterhin von einer
Referenzfläche bzw. von vorgegebenen Werten für
die Größe der Flächenanteile und den
Ergebniswert ausgegangen werden. Unter dem Begriff "Toleranzbereich" wird
dabei ein eindimensional bzw. nur auf eine Größe
bezogener Bereich verstanden.
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Bei
einem weiteren vorteilhaften Verfahren werden in der Darstellung
Orientierungslinien angegeben, welche unterschiedliche Eigenschaften
der zu untersuchenden Oberflächen symbolisieren. Dabei
kann es sich bei diesen Orientierungslinien beispielsweise um Linien
handeln, welche jeweils konstante Produkte aus den Flächengrößen
und dem Ergebniswert bzw. entsprechende indirekte Proportionalitäten
symbolisieren. Damit sind bevorzugt die Orientierungslinien jeweils
charakteristisch für einen Produktwert, der sich aus dem
Ergebniswert und der Größe der Flächenanteile
ergibt. Über diese Orientierungslinien ist eine grobe Einteilung
in unterschiedliche Oberflächentypen möglich.
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Vorzugsweise
sind die zu untersuchenden Oberflächen Beschichtungen mit
Effektpigmenten. Es wäre jedoch prinzipiell auch möglich,
andere Beschichtungsarten durch das erfindungsgemäße
Verfahren zu untersuchen.
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Weiterhin
kann es sich bei dem weiteren charakteristischen Wert um einen Wert
für die Strukturierung der Oberfläche bzw. die
sogenannte Coarseness handeln. Diese Coarseness ist dabei ein Maß dafür,
wie sich bestimmte Oberflächeneigenschaften wiederholen,
oder wie bestimmte Oberflächeneigenschaften in Abhängigkeit
von dem Beobachtungsabstand wirken. Zur Darstellung der Coarseness
(Grobkörnigkeit) ist es möglich, einen statistischen
Parameter beispielsweise gegenüber einer bestimmten Auflösung
darzustellen. In diesem Zusammenhang wird auf die Deutsche Patentanmeldung
DE 103 24 104 A1 der
Anmelderin hingewiesen, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Bezugname
zu dem Gegenstand der vorliegenden Beschreibung gemacht wird.
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So
ist beispielsweise möglich, eine Varianz oder Streuung
unterschiedlicher Intensitätswerte auf einer weiteren Achse
gegenüber den jeweiligen Flächenanteilen bzw.
Messungen aufzutragen. Auf dieses Weise können die einzelnen
Flächenanteile bzw. Messungen auch hinsichtlich ihrer Coarseness,
d. h. hinsichtlich ihrer Grobkörnigkeit charakterisiert
werden. Wie oben erwähnt wird jeweils als Ergebniswert ein
Mittelwert der einzelnen Intensitäten ausgegeben. Vorteilhaft
wird dabei zusätzlich zu diesem Mittelwert auch etwa eine
Varianz oder Streuung ausgegeben, welche wiederum Rückschlüsse
auf die Intensitätsverteilungen in den einzelnen beobachteten Flächenbereichen
ermöglicht.
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Diese
weitere Größe wie die Varianz kann beispielsweise
den Kontrast eines aufgenommenen Bildes bzw. dessen coarseness repräsentieren.
Weiterhin besteht auch die Möglichkeit, die Effektpigmente
nach weiteren charakteristischen Merkmalen zu differenzieren, wie
z. B. deren Farbe. Anstelle der Einführung einer weiteren
Achse könnten einzelnen Messpunkte auch in anderer Weise
voneinander unterschieden werden, beispielsweise durch unterschiedliche
Farbgebung der Messpunkte.
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Bei
einem weiteren vorteilhaften Verfahren ergibt sich die Lage der
Toleranzzone aus wenigstens einer der Orientierungslinien. Genauer
gesagt wird die lange Halbachse der als Ellipse ausgebildeten Toleranzzone
an die Steigung der Orientierungslinie in einem vorbestimmten Punkt
angepasst. Dies wird genauer unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert.
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Die
vorliegende Erfindung ist weiterhin auf eine Vorrichtung zur quantitativen
Bestimmung von Oberflächeneigenschaften gerichtet, wobei
die Vorrichtung eine Strahlungseinrichtung aufweist, welche Strahlung
auf eine zu untersuchende Oberfläche richtet, sowie eine
Strahlungsdetektoreinrichtung, welche die von der Oberfläche
zurückgeworfene Strahlung aufnimmt und ein ortsaufgelöstes
Bild ausgibt, welches zu der zurückgeworfenen Strahlung korrespondiert.
Auch hier wird die Oberfläche auf die Strahlungsdetektoreinrichtung
abgebildet.
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Erfindungsgemäß weist
die Vorrichtung eine Prozessoreinrichtung auf, welche diejenigen
Flächenanteile bestimmt, die eine bestimmte physikalische
Eigenschaft aufweisen und die einen Ergebniswert ermittelt, für
die physikalische Eigenschaften derjenigen Flächenanteile,
die die bestimmte physikalische Eigenschaft aufweisen, charakteristisch
ist, wobei die Pro zessoreinrichtung derart gestaltet ist, dass sie
einen weiteren für die Oberflächen charakteristischen
Wert ermittelt. Vorzugsweise weist die Vorrichtung eine Ausgabeeinrichtung
auf, welche den Ergebniswert und den weiteren für die Oberfläche
charakteristischen Wert gemeinsam darstellt. Bevorzugt wird auch
hier von der Prozessoreinrichtung eine Vielzahl von Messwerten ausgewertet
bzw. eine Vielzahl von aufgenommenen Bildern bewertet.
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Weiterhin
können das erfindungsgemäße Verfahren
und die erfindungsgemäße Vorrichtung auch verwendet
werden, um die einzelnen dargestellten Messwerte zu katalogisieren,
um bestimmte Oberflächentypen aufzufinden. Dabei ist es
beispielsweise möglich, die ermittelten Ergebniswerte in Abhängigkeit
von einem Flächenanteil aufzutragen und beispielsweise
mit einer Referenztabelle zu vergleichen, in der eine Vielzahl von
vergleichbaren Messergebnissen enthalten ist. Diese Anwendung ist insbesondere
in Kfz-Reparaturbereich relevant. Weiterhin kann die Erfindung eingesetzt
werden, um mit einem speziell angepassten Rezeptierungssystem einen
bestimmten Oberflächeneffekt bzw. eine bestimmte Erscheinung
einer Oberfläche zu erzeugen. Weiterhin können
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgegebene
Messwerte zu Simulationszwecken, insbesondere aber nicht ausschließlich
am Bildschirm verwendet werden.
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Weitere
Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den beigefügten
Zeichnungen. Darin zeigen:
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1 eine
stark schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung;
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2 eine
schematische Gegenüberstellung zweier aufgenommener Bilder;
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3 eine
entsprechende integrative Darstellung nach dem Stand der Technik;
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4 eine
erste erfindungsgemäße Darstellung;
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5 eine
weitere erfindungsgemäße Darstellung, und
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6 eine
weitere erfindungsgemäße Darstellung.
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1 eine
stark schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung von Oberflächeneigenschaften. Diese
Vorrichtung weist eine Strahlungseinrichtung 2 auf, welche
Strahlung, beispielsweise Licht, auf eine zu untersuchende Oberfläche 8 richtet.
Das von dieser Oberfläche 8 zurückgeworfene
und insbesondere gestreute und reflektierte Licht wird von einer
Strahlungsdetektoreinrichtung 4 aufgenommen. Genauer gesagt
wird die Oberfläche auf dieser Strahlungsdetektoreinrichtung 4,
welche beispielsweise einen CCD-Chip oder eine Kamera aufweisen
kann, abgebildet. Das Bezugszeichen 6 bezieht sich auf
eine Prozessoreinrichtung, die das von der Strahlungsdetektoreinrichtung 4 aufgenommene
Bild auswertet und das Bezugszeichen 9 auf eine Ausgabeeinrichtung.
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Diese
Prozessoreinrichtung 6 bestimmt dabei unter Zugrundelegung
eines bestimmten Schwellenwerts diejenigen Flächensegmente,
bei der die jeweils auftreffende Strahlung einen gewissen Intensitätswert überschreitet.
Daneben werden auch die ermittelten Intensitätswerte in
digitalisierter Form ausgegeben. Anschließend wird über
all diejenigen Intensitätswerte, die oberhalb der bestimmten
Schwelle liegen, gemittelt. Dieser gemittelte Wert ist dann der
zu bewertende Ergebniswert. In einer Ausgabeeinrichtung 9 wird
dieser Ergebniswert gegenüber der Größe
der bestimmten Flächenanteile aufgetragen. Daneben kann
auch eine Speichereinrichtung 7 vorgesehen sein, welche
für eine Vielzahl von Messungen die jeweiligen Ergebniswerte
und die Größen der jeweiligen Flächenanteile
abspeichert. Bei der Angabe der Ergebniswerte kann noch eine Normierung
durch die mittlere Probenhellung vorgenommen werden.
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Weiterhin
ermittelt die Prozessoreinrichtung auch einen oder mehrere weitere
charakteristische Werte, wie beispielsweise Werte, die für
den Kontrast des Bildes charakteristisch sind oder Werte, die für die
Farbe des Bildes charakteristisch sind. Bei der Bestimmung dieser
Werte ist es möglich, lediglich diejenigen Flächenanteile
zu berücksichtigen, die die oben erwähnte bestimmte
Eigenschaft aufweisen. Es wäre jedoch auch möglich,
bei der Bestimmung des weiteren charakteristischen Werts die Gesamtheit
aller Flächenanteile, welche aufgenommen bzw. betrachtet
wurden, zu berücksichtigen.
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2 zeigt
eine schematische Gegenüberstellung zweier simulierter
Bilder. Zur Veranschaulichung des der Erfindung zugrunde liegenden
Problems wurden dabei nur zwei unterschiedliche Intensitätswerte
I1 und I2 angenommen. Im oberen Teilbild ergibt sich als Summe der
Flächensegmente 14 ein bestimmter Flächenanteil
A1, wobei die einzelnen Flächensegmente 14 jeweils
den konstanten einheitlichen Intensitätswert 11 aufweisen
bzw. repräsentieren. Im unteren Teilbild ergibt sich als
Summe der Flächensegmente 16 ein entsprechender
Flächenanteil A2, wobei hier die einzelnen Flächensegmente 16 jeweils
den (ebenfalls nur theoretischen) Intensitätswert 12 aufweisen.
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Dabei
ist hier der Intensitätswert 12 doppelt so hoch
wie der Intensitätswert 11 und umgekehrt ist die
Fläche A1 doppelt so groß wie die Fläche
A2. Das bedeutet, dass im Stand der Technik der ausgegebene Produktwert
I1 × A1 gleich groß wäre dem Wert I2 × A2
und so im Stand der Technik die beiden Oberflächen als
optisch gleichwertig angesehen würden. Es ergibt sich jedoch,
dass tatsächlich zwischen beiden Bildern erhebliche Unterschiede
festzustellen sind, die jedoch mit der integrativen Beobachtung
nach dem Stand der Technik nicht erfassbar sind.
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Wird
jedoch noch eine weitere charakteristische Größe
dargestellt, wie beispielsweise eine für den Kontrast charakteristische
Größe, so ist beispielsweise eine Unterscheidung
der beiden in 2 gezeigten Bilder möglich.
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3 ist
eine entsprechende lineare Darstellung nach dem Stand der Technik,
die ebenfalls eine Vielzahl von Werten 11a–11e zeigt,
die in unterschiedlichen Bereichen eines Fahrzeugs, beispielsweise
an der Karosserie, am Radlauf, am Stoßfänger und
dergleichen aufgenommen wurden. Bei dieser integralen Darstellung
ergibt sich auch hier, dass die Werte alle in einem ähnlichen
Bereich liegen, was nach dem Stand der Technik auf eine Gleichwertigkeit
der Flächen hindeuten würde. Die entsprechenden
Werte sind auch in den folgenden Figuren eingezeichnet.
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4 zeigt
eine erfindungsgemäße Darstellung, in der neben
dem Wert P noch eine zweite Achse mit dem charakteristischen Wert
B verwendet wird. Der Wert B ist hier ein für den Kontrast
des Bildes repräsentativer Wert. Man erkennt, dass in dieser
Darstellung die einzelnen Punkte 11a–11e relativ leicht
zu unterscheiden sind. Bei dem Wert B kann es sich hier beispielsweise
um einen für die Farbauswertung charakteristischen Wert
handeln. Dabei ist es möglich, einzelne Kamerapixeln bzw.
die Pixel der Detektionseinrichtung nach Farbe auszuwerten. Bei
beispielsweise drei Farben würden sich drei verschiedene
Flächenanteile ergeben und jedem Flächenanteil
könnte eine bestimmte Farbe zugeordnet werden. Anstelle
einer zweiten Achse, wären jedoch auch andere Arten der
Auswertung denkbar. So könnte man, falls eine Vielzahl
von Messerwerten vorliegt, beispielsweise bei einer Aufteilung nach
unterschiedlichen Farben mehrere der in 3 gezeigten
Darstellungen für die einzelne Farbanteile verwenden.
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Auch
auf diese Weise ist es möglich, die einzelnen Messwerte
voneinander zu unterscheiden. Das Bezugszeichen 22 in 4 bezieht
sich auf eine Toleranzregion. Diese Toleranzregion gibt einen Bereich
an, innerhalb dessen akzeptable Werte liegen, d. h. Werte, die optisch
von dem Betrachter nicht unterschieden werden können. Dabei
kann beispielsweise von bestimmten Toleranzvorgaben bzw. Toleranzbereiche
bezüglich der Achse P als auch der Achse D ausgegangen
werden und diese Werte jeweils als lange und kurze Achsen der Ellipse
zugrundegelegt werden. Eine lange Achse bedeutet dabei, dass insoweit
hohe Toleranzen möglich und umgekehrt bedeutet eine kurze
Achse, dass nur geringe Toleranzen zulässig sind.
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Anstelle
eines Farbwertes könnte jedoch auch zusätzlich
ein repräsentativer Wert für die Coarseness oder
den Kontrast des Bildes aufgetragen werden. Auch wäre es
möglich, sowohl einen Wert für die Coarseness
als auch einen Farbwert gegebenenfalls auf einer weiteren bzw. dritten
Achse aufzutragen.
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5 zeigt
eine weitere vorteilhafte Darstellung der in 3 gezeigten
Messwerte, sowie weiterer Messwerte, wobei hier die jeweiligen Ergebniswerte
der Intensität aufgetragen sind gegenüber Flächenanteilen
A bzw. der Anzahl der Pixel.
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Man
erkennt hier, dass die in 3 noch als gleichwertig
betrachteten Messwerte teilweise in sehr unterschiedlichen Bereichen
der Darstellung vorzufinden sind. Dies zeigt sich insbesondere bei
einem Vergleich der beiden Werte 11a und 11b.
Während diese Werte bei der integrativen Darstellung nach 3 sehr
nahe beieinander liegen und damit ähnliche Oberflächeneigenschaften
implizieren, zeigt sich anhand von 4, dass
die Werte sich aus stark unterschiedlichen Ergebniswerten und Flächenanteilen
zusammensetzen und damit sehr unterschiedliche optische Eindrücke
hervorrufen können.
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Die
sieben eingezeichneten Linien 10a–10f sind
Orientierungslinien bei der Auftragung der erfindungsgemäßen
Darstellung. Entlang jeder einzelnen Linie ist das Produkt aus der Fläche
A und der Intensität I jeweils konstant. Dies bedeutet,
dass mit dem Verfahren aus dem Stand der Technik auf dieser Linie liegende
Punke nicht voneinander unterschieden werden können.
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Mit
anderen Worten sind nach dem Stand der Technik nur solche Unterschiede
erfassbar, die unterschiedlich weit von den eingezeichneten Linien entfernt
sind. Da jeder einzelne Punkt eine andere Messung darstellt, wird
deutlich, dass an unterschiedlichen Bereichen des Kraftfahrzeugs
aufgenommene Messungen zum Teil optisch erheblich voneinander abweichen
bzw. dass einzelne Oberflächen optisch nicht mehr den Anforderungen
genügen. Durch die Orientierungslinien 10a–10f werden damit
gleichzeitig Rasterbereiche definiert.
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6 zeigt
eine weitere Darstellung der Intensität gegenüber
der Flächenanteile.
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Dabei
wird jedoch hier nicht die Intensität bzw. der Flächenanteil
angegeben, sondern der Differenzwert dJ bzw. dA bezüglich
eines jeweils normierten Werts. Das Bezugszeichen 12 kennzeichnet eine
Toleranzzone. Innerhalb dieser Toleranzzone liegende Messpunkte
bzw. Bereiche der zu untersuchenden Oberfläche werden noch
als akzeptabel definiert bzw. sind vom Beobachter nicht voneinander zu
unterscheiden. Außerdem dieses Toleranzbereichs liegende
Oberflächenbereiche können jedoch vom Beobachter
als unterschiedlich wahrgenommen werden.
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Dabei
ist diese Toleranzzone 12 in Form einer Ellipse gestaltet
und derart zu verstehen, dass auch Messpunkte, die einen maximalen
Abstand in der Toleranzzone nach 6 zueinander
haben, d. h. an den entgegen gesetzten Enden der langen Halbachse
L liegen, noch nicht von dem Beobachter zu unterscheiden sind. Demgegenüber
können Messwerte, die außerhalb der Toleranzzone 12 liegen,
vom Beobachter optisch unterschieden werden, von solchen Oberflächenbereichen,
die beispielsweise an dem direkt gegenüberliegenden Ende
der Ellipse liegen. Genauer könnten beispielsweise die
den Messpunkten 11a und 11b entsprechenden Oberflächenbereiche
optisch voneinander unterschieden werden.
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Die
lange Achse L der Toleranzellipse 12 ergibt sich aus der
Steigung der Orientierungslinie 10b aus 5 in
einem vorgegebenen Normierungspunkt. Dabei kann es sich um den in 5 gezeigten Punkt
(0, 0) handeln, d. h. den Kreuzungspunkt der beiden Koordinaten.
Es ist jedoch auch möglich, diesen Punkt auf der Orientierungslinie
in 4 vorab beispielsweise nach Herstellerangaben
festzulegen.
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Dabei
ist die Anordnung der langen Halbachse nach der Steigung in dem
gewählten Punkt abhängig von der Lage dieses Punktes
auf der Orientierungslinie 10a. Falls, wie in 5 gezeigt,
dieser zentrale Punkt in einem Bereich mit großen Flächenanteilen
und niedriger Intensität liegt, werden sich bestimmte Schwankungen
der Flächenanteile hinsichtlich ihrer absoluten Differenz
weniger stark auswirken, als entsprechende Abweichungen in der Intensität.
Dies wird am besten deutlich, wenn man bedenkt, dass sich bereits
in 5 geringe Intensitätsschwankungen stark
auf das Produkt auswirken, sich jedoch die Differenzen bzw. Schwankungen
hinsichtlich der Flächenanteile nur geringfügig
auf das Produkt auswirken.
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Falls
der gewählte zentrale Punkt beispielsweise in einem Bereich
mit geringen Flächenanteilen und entsprechend hoher Intensität
liegen würde, würde auch die lange Halbachse der
ellipsenförmigen Toleranzzone in 5 wesentlich
steiler verlaufen. In den 4 und 5 könnte
noch auf einer dritten Koordinatenachse eine Maßzahl für
die Coarsness, d. h. die Grobkörnigkeit aufgetragen werden.
Diese Coarsness, die auch als "texture" bezeichnet wird, ist ein
weiterer wichtiger charakteristischer Aspekt der optischen Erscheinung
von Effektbeschichtungen.
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Dabei
kann auf der zusätzlichen Achse beispielsweise ein statistischer
Parameter, der ebenfalls ein Maß für die Intensitätsverteilung
der einzelnen Flächenbereiche ist, mit ausgegeben werden.
Dieser statistische Parameter lässt dabei eine Unterscheidung
zu, ob in bestimmten Flächenbereichen im Wesentlichen gleiche
Intensitäten vorzufinden sind, oder ob in den besagten
Flächenbereichen diese Intensitäten stark schwanken.
Bei diesem statistischen Parameter kann es sich beispielsweise um
eine Varianz oder Streuung der einzelnen gemessenen Intensitätswerte
handeln.
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Hier
ist zu beachten, dass die erfindungsgemäße vorgesehene
ortsaufgelöste Beobachtung der Oberfläche prinzipiell
erlaubt, für jedes einzelne Pixel des Bildaufnahmeelements,
wie einer Kamera, jeweils die auf dieses eintreffende Intensität
festzustellen. Eine Vielzahl dieser Intensitäten, zumindest
diejenigen Intensitäten, die oberhalb des bestimmten Schwellenwertes
liegen, werden dabei in die Berechnung mit eingezogen und neben
dem Ergeb niswert wird auch der besagte statistische Parameter wie
die Varianz oder die Streuung ausgegeben.
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Weiterhin
ist es möglich, bei der in 6 gezeigten
Darstellung eine dritte Achse für die Werte dB einzuführen.
Diese Achse ist hier gestrichelt dargestellt. dB kennzeichnet hier
den weiteren charakteristischen Wert bzw. dessen Differenz bezüglich
eines Referenzwerts. Es wäre jedoch auch möglich,
beispielsweise bei einer Einteilung in verschiedene Farben, die
in 6 gezeigten Diagramme jeweils für unterschiedliche
Farbwerte aufzutragen um auf diese Weise die Unterscheidung zu ermöglichen.
Weiterhin könnte auch bei der in 6 gezeigten
Darstellung die Toleranzregion 22 eingezeichnet werden
bzw. ein Toleranzellipsoid oder eine andere dreidimensionale geometrische
Form gebildet werden, welche wiederum die Toleranzzone 12 und
die Toleranzregion 22 miteinander kombiniert.
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Wie
erwähnt, wird ein entsprechendes ortsaufgelöstes
Bild ausgewertet. Dabei ist es möglich, dass dieses ortsaufgelöste
Bild beispielsweise unmittelbar vor der Auswertung aufgenommen wird
und sich die Auswertung entsprechend daran anschließt. Es
wäre jedoch auch möglich, zunächst eine
Vielzahl von ortsaufgelösten Bildern aufzunehmen und diese anschließend
auszuwerten Auch kann die Auswertung der Bilder unabhängig
von deren Erzeugung stattfinden.
-
Sämtliche
in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich
beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber
dem Stand der Technik neu sind.
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- 2
- Strahlungseinrichtung
- 4
- Strahlungsdetektoreinrichtung
- 6
- Prozessoreinrichtung
- 7
- Speichereinrichtung
- 8
- Oberfläche
- 9
- Ausgabeeinrichtung
- 10a–10f
- Orientierungslinien
- 11a–11e
- Werte
- 12
- Toleranzzone
- 14,
16
- Flächensegment
- 22
- Toleranzregion
- I,
I1, I2
- Intensitätswerte
- A,
A1, A2
- Flächenanteile
- d1
- Differenz
der Intensitäten
- dA
- Differenz
der Flächenanteile
- L
- lange
Halbachse der Toleranzzone 12
- B
- weiterer
charakteristischer Wert
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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