一種研究表面的多步方法及其對(duì)應(yīng)設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及研究(investigat1n)表面的方法和設(shè)備，特別涉及研究表面的光學(xué)可見(jiàn)性質(zhì)的方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中已知各種研究表面性質(zhì)的方法。這些方法通常關(guān)注于獲得表面的盡可能真實(shí)或客觀的映像(impress1n)，例如即使在考慮到例如福射光線的情況下，也是如此。在某些設(shè)備中，光線以預(yù)定角度照射到表面上，接著采用圖像記錄裝置(例如照相機(jī))觀察由該表面散射和/或反射的光線。
[0003]另外，現(xiàn)有技術(shù)中已知紋理表面(textured surface)，即如下具有特定紋理(特別是表面形貌(topography))的表面。例如與其垂直方向成直角的、粗糙的、壓印的3_D紋理或者彎曲紋理。雖然該類型的紋理表面應(yīng)該同樣地被光學(xué)評(píng)估，但是部分問(wèn)題在于，光學(xué)評(píng)價(jià)不能確定是否某些測(cè)量值或者測(cè)量現(xiàn)象實(shí)際上是由于觀察到的表面的顏色的不同或是光澤(gloss)的不同，或者是否這些印象是由于表面的紋理或者表面形貌的不同，例如是由于陰影(shadowing)或暗影(shading)造成的，或是由于從不同的方向觀察該設(shè)備區(qū)域。如果，例如記錄彎曲或是紋理表面，將要被觀察的曲率或紋理將產(chǎn)生圖像評(píng)價(jià)結(jié)果。視覺(jué)觀察到的紋理(即表面的總體映像)是通過(guò)反射能力和表面形貌形成的。因而反射能力再細(xì)分為定向反射(光澤、D01、霧度(haze)、桔皮)和非定向反射(涂料(paint))。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是獲得盡可能真實(shí)的表面評(píng)價(jià)，特別地允許表面的觀察可以考慮表面形貌區(qū)別造成的影響。根據(jù)本發(fā)明，上述目的是通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求的主旨來(lái)實(shí)現(xiàn)的。優(yōu)選實(shí)施例和進(jìn)一步的發(fā)展是從屬權(quán)利要求的主旨。
[0005]在根據(jù)本發(fā)明的確定表面性質(zhì)的多步方法(multiple-stage method)中，在第一步驟中，確定將要被研究的表面的至少一個(gè)區(qū)域的至少一個(gè)紋理性質(zhì)和/或表面形貌性質(zhì)。在另一方法步驟中確定將要被研究的表面的至少該區(qū)域的光學(xué)性質(zhì)，并且發(fā)出(emit)表征(which is characteristic of)所述光學(xué)性質(zhì)的至少一個(gè)值。
[0006]根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)確定表征所述光學(xué)性質(zhì)的所述至少一個(gè)值時(shí)，考慮(taken intoconsiderat1n)所述區(qū)域的所述紋理性質(zhì)或表面形貌性質(zhì)。在該例子中，可以通過(guò)不同的方式來(lái)執(zhí)行對(duì)所述值的考慮。這樣，將要被確定的該值可以取決于確定的所述表面形貌性質(zhì)，例如所述表面的曲率。該曲率可以包括在例如計(jì)算結(jié)果(calculat1n)中。另外，可如下詳細(xì)介紹所述，所述表面首先被分為具有不同表面形貌性質(zhì)的多個(gè)區(qū)域，且接著可以分別考慮這些表面形貌性質(zhì)以用于進(jìn)一步的評(píng)價(jià)。
[0007]表述“考慮”可以理解為“上述所述表面形貌性質(zhì)”特別意指以以下方式進(jìn)行考慮:在評(píng)價(jià)過(guò)程中，使用表征這些性質(zhì)的至少一個(gè)測(cè)量值或從這些特征獲得的至少一個(gè)值，例如數(shù)學(xué)地使用。
[0008]這樣例如，可以確定表面的曲率或垂直剖面曲線導(dǎo)數(shù)，特別是在特定區(qū)域或者特定位點(diǎn)的表面的曲率或垂直剖面曲線導(dǎo)數(shù)。且該值可以接著以數(shù)學(xué)方式與在該點(diǎn)指定的特定一個(gè)光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行比較，例如該值和該光學(xué)性質(zhì)均在結(jié)果值的確定和計(jì)算中分別使用。已知測(cè)量?jī)x器的幾何形狀(geometry)，可以無(wú)需測(cè)角計(jì)結(jié)構(gòu)(gon1metric structure)地確定隨角度變化的反射行為(angle-dependent reflect1n behav1ur)。在該例子中，入射光和反射光的輻射方向優(yōu)選相對(duì)于所述表面分別垂直于單個(gè)表面區(qū)域或點(diǎn)。表面點(diǎn)是非常小的表面區(qū)域。優(yōu)選地，用于評(píng)價(jià)的觀察方向和入射光的方向一致。除了曲率以外，可以使用上述點(diǎn)的高度(絕對(duì)值或者相對(duì)值)。在此可以獲得其他的表面性質(zhì)，例如位于較高水平位置和較低水平位置的表面區(qū)段之間的反射差別。
[0009]優(yōu)選的，在進(jìn)一步的方法步驟中定義該表面的至少兩個(gè)區(qū)域，所述至少兩個(gè)區(qū)域的表面形貌不同。
[0010]在進(jìn)一步的方法步驟中，優(yōu)選確定將要被研究的表面的這些區(qū)域的至少一個(gè)區(qū)域的光學(xué)性質(zhì)。另外，可能的是，分別評(píng)價(jià)這些表面區(qū)域。還可能的是，將不同的表面區(qū)域的性質(zhì)彼此進(jìn)行比較(例如在統(tǒng)計(jì)評(píng)估的范圍內(nèi))。
[0011]該方法特別適合用于粗糙或不平的或紋理表面。在本例子中，表面的“山谷”和“山峰”可在第一方法步驟中彼此區(qū)分。特別地，如果涉及顯示山脈和山谷性質(zhì)的3-D結(jié)構(gòu)，將在第一方法步驟中單獨(dú)處理。在以下的評(píng)價(jià)過(guò)程中，這些區(qū)域接著將分別評(píng)價(jià)或測(cè)量。如果將要被測(cè)量的表面是例如具有指定曲率的表面，那么在第一方法步驟中確定的該曲率將分別結(jié)合到光學(xué)測(cè)量中或結(jié)合到評(píng)價(jià)過(guò)程中。這可以通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)。
[0012]測(cè)量方法可優(yōu)選在質(zhì)量控制、缺陷檢測(cè)和/或表征領(lǐng)域使用。將要被研究的表面可以特別是塑料材料表面、漆器表面、天然材料表面(例如木材或皮革，織物，紙張表面)、金屬表面上的浮雕結(jié)構(gòu)和蝕刻結(jié)構(gòu)等等。
[0013]可在不同的應(yīng)用領(lǐng)域定義容差區(qū)域(Reg1ns of tolerance)。在本例子中，例如可以將其表面分級(jí)成視覺(jué)上無(wú)差別的區(qū)域定義成容差區(qū)域。
[0014]因此，在本發(fā)明的保護(hù)范圍中建議兩步法。在第一方法步驟中，分析將要研究的表面的表面形貌，即特別是垂直位置h(x，y)(其中，X和y是該表面上彼此成直角的兩個(gè)延伸方向)，和/或分析所述表面的單個(gè)區(qū)域的曲率和/或曲率變化。為了確定表面形貌，優(yōu)選記錄所述表面的至少兩個(gè)圖像，優(yōu)選記錄所述表面的至少三個(gè)圖像，更優(yōu)選所述表面的至少四個(gè)圖像。在本例子中，優(yōu)選在這些不同的記錄中，將要被照明的表面在至少部分不同的方向上。
[0015]這些區(qū)域可是所述表面的在與所述表面成直角的方向上相對(duì)于其他區(qū)域偏移的區(qū)域。這些可以是任何大小的，該表面的輔助區(qū)域(subsidiary reg1ns) 0甚至說(shuō)，即使最小的可解析區(qū)域依然是可以被檢測(cè)的，例如光學(xué)或者視覺(jué)檢測(cè)，而且無(wú)需光學(xué)輔助器件可將其彼此區(qū)分。在一種設(shè)置的例子中，可以首先定義表面形貌性質(zhì)，例如第一高度位置范圍和第二高度位置范圍，且之后，對(duì)于表面的每個(gè)區(qū)域分配這些高度位置范圍。
[0016]在上述第二方法步驟中，接著可以取決于所述區(qū)域的方式分別選擇或確定所述光學(xué)性質(zhì)。這樣，例如僅在第二步驟中評(píng)價(jià)所述表面的這些區(qū)域，這些區(qū)域的表面形貌性質(zhì)分別對(duì)應(yīng)于第一方法步驟中預(yù)設(shè)的條件范圍，例如指定的高度位置或指定的垂直范圍。這樣，在表面的評(píng)價(jià)過(guò)程中，還可以評(píng)價(jià)上述的表面形貌性質(zhì)。
[0017]在另一優(yōu)選方法的例子中，所述表面形貌從一組性質(zhì)中選擇，該組性質(zhì)包括所述表面的區(qū)域的高度位置，所述表面的區(qū)域的垂直剖面曲線、所述表面的區(qū)域的曲率、所述表面的區(qū)域的曲率圖樣、所述表面的區(qū)域的曲率變化、所述表面的區(qū)域的曲率變化圖樣等等。特別地，所述表面的高度位置和曲率與所述表面形貌性質(zhì)的評(píng)價(jià)特別相關(guān)。
[0018]在優(yōu)選方法的實(shí)施例中，所述光學(xué)性質(zhì)研究的測(cè)量區(qū)域是以取決于至少一個(gè)測(cè)量值的方式定義的，所述至少一個(gè)測(cè)量值表征所述表面的所述表面形貌性質(zhì)。
[0019]換句話說(shuō)，在第一方法步驟的例子中，所述表面細(xì)分成至少兩個(gè)垂直區(qū)域(例如通過(guò)設(shè)置垂直閾值)，接著基于所述表面形貌性質(zhì)的測(cè)量值(例如高度)，形成至少兩個(gè)組，并將這兩個(gè)組分別分配給這些兩個(gè)垂直區(qū)域。這兩個(gè)組在第二方法步驟中彼此不同。如上所述，表面形貌大小或表面形貌大小的測(cè)量值分別優(yōu)選是所述表面在與所述表面成直角的方向上的剖面曲線。
[0020]在優(yōu)選方法的實(shí)施例中，可以定義多個(gè)不同區(qū)域。這樣，例如第一區(qū)域可以定義為高度范圍在例如0-5 μ m范圍內(nèi)的表面部分，另一區(qū)域定義為高度范圍在例如5