DE4229349C2

DE4229349C2 - Verfahren und Anordnung zur Messung der optischen Oberflächengüte von spiegelnden Materialien und der optischen Güte transparenter Materialien

Info

Publication number: DE4229349C2
Application number: DE4229349A
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl Phys Vollmer
Original assignee: SCHOELLER FELIX JUN PAPIER
Current assignee: Felix Schoeller Jr Papierfabriken & Co Kg 4 GmbH
Priority date: 1992-09-05
Filing date: 1992-09-05
Publication date: 1995-05-24
Anticipated expiration: 2012-09-06
Also published as: DE4229349A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Messung der optischen Oberflächengüte von spiegelnden Materialien und zur optischen Güte transparenter Materialien.

Die optische Oberflächengüte von spiegelnden Materialien wird gestört beispielsweise durch Kratzer, Verschmutzungen, Unebenheiten, Pigmentagglomerate und Fehlstellen.

Spiegelnde Materialien sind z. B. alle glänzenden Beschichtungen von Lacken, Streichfarben und Kunststoffschmelzen, Laminatbeschichtungen, keramische Materialien wie Fliesen, Steingut, Porzellan, Metalle mit glänzender Oberfläche, opake Folien und Duroplaste.

Die optische Güte transparenter Materialien wird gestört durch beispielsweise Einschlüsse, Kratzer, Inhomogenitäten, Verschmutzungen und Fingerabdrücke.

Transparente Materialien sind z. B. Folien, Kunststoffplatten, Gläser und Filme.

Sowohl die optischen Güten transparenter Materialien, als auch die optischen Oberflächengüten von spiegelnden Materialien können auch ohne die beispielhaft aufgeführten Störungen unterschiedliche Qualitäten aufweisen, je nach Fertigung, Produktion oder Hersteller. Diese graduellen Unterschiede "fehlerfreier" Produkte müssen ebenso wie die Störungen meßtechnisch erfaßt werden können.

Transparente Materialien werden oft nur visuell beurteilt im Streiflicht oder auf Leuchttischen. Während einer Produktion werden im Durchlicht Fehler gezählt und als Kriterium der Qualität herangezogen. Diese Methoden bilden keinen objektiven Maßstab für die optische Güte von Materialien.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung von Strukturen einer Oberfläche eines flächigen Guts ist aus der DE 38 14 606 C2 bekannt. Ein kohärenter Lichtstrahl wird auf einen reflektierenden kleinen Fleck fokussiert, der sich auf einem transmittierenden Substrat befindet, und über eine Abbildungslinse auf der Oberfläche abgebildet. Der kleine Fleck liegt in dem der Oberfläche abgewandten Brennpunkt der Abbildungslinse. Die durch Strahlstreuung an dem dem Abrieb unterworfenen Abschnitt der Oberfläche entstandenen Anteile werden an dem lichtundurchlässigen kleinen Fleck vorbei durch das lichtdurchlässige Substrat und die Optik hindurch auf einer Erfassungs- und Auswerteanordnung abgebildet. Die Auswertung hinsichtlich des Abriebs erfolgt auf Unterschiede dieser Anteile gegenüber entsprechenden bei der Untersuchung einer Standardprobe gewonnenen Anteile.

Nachteilig ist, daß nur eine Beurteilung einer durch Abrieb beschädigten Oberfläche lichtdurchlässiger Materialien möglich ist, um hieraus Rückschlüsse auf die Festigkeit des Werkstoffs ziehen zu können. Dadurch, daß lediglich ein Vergleich mit einer Standardprobe erfolgt, kann nur festgestellt werden, ob das beurteilte Material Ausschuß darstellt oder für eine Weiterbearbeitung geeignet ist. Eine schnelle, exakt differenzierende und reproduzierbare Messung ist nicht möglich.

Aus der DE 29 22 163 A1 ist eine optische Vorrichtung zur Bestimmung der Güte einer Oberfläche bekannt. Von einem Laserstrahlgenerator wird ein Laserstrahl auf die Oberfläche gerichtet. Ein lichtelektrischer Wandler mißt die in einem Lichtfleck eintreffende Lichtenergie und liefert hierfür ein repräsentatives Signal. Ein neben dem Lichtfleck angeordneter weiterer lichtelektrischer Wandler mißt einen Teil der außerhalb des Lichtflecks in der Brennebene auftreffenden Lichtenergie und gibt ebenfalls ein repräsentatives Signal ab. Ein Auswertekreis, dem die beiden Signale zugeführt werden, berechnet daraus nur deren Verhältnis, das dann für die Oberflächengüte des Meßobjekts charakteristisch sein soll. Geliefert wird damit nur ein Maß für die mittlere Güte der Oberfläche.

Eine photoelektrische Oberflächenabtasteeinrichtung wird in der DE-OS 20 51 908 beschrieben. Zwischen einem Laser und einem Drehspiegel ist ein gegen die Achse einer Laserstrahlung geneigter Spiegel und eine Linsenoptik mit Bohrungen für einen Durchgang der Laserstrahlung angeordnet. Ein Abbild des von dem Laser auf der Oberfläche erzeugten Lichtflecks wird mit einer Zylinderlinse, einem Parabolspiegel, dem Drehspiegel, der Linsenoptik und dem geneigten Spiegel auf eine photoelektronische Empfangsvorrichtung geworfen. Allerdings wird durch eine nachgeordnete Schaltung nur ein Ausgangssignal ausgegeben, das zeigt, ob die Oberfläche einen nichtzulässigen Fehler aufweist.

Aus der DE-AS 15 48 263 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Größe geometrischer Veränderungen oder Abweichungen einer reflektierenden Oberfläche von einer Solloberfläche mittels optischer Mittel bekannt, bei dem ein ausgedehnter Bereich der reflektierenden Oberfläche mit Lichtstrahlen beleuchtet wird, die nahezu senkrecht zur Oberfläche gerichtet sind. Die an der Solloberfläche und an den Fehlerstellen reflektierten Strahlungen werden einem Empfänger zugeführt. Mit Hilfe der vom Empfänger ausgegebenen Signale können entsprechend den Anteilen an einwandfreier und an vom Soll abweichender Ausgangssignale lediglich grobe Rückschlüsse auf die Güte der Oberfläche gezogen werden.

Bekannt ist es weiterhin, bei spiegelnden Materialien das auf die Probe auffallende und das von ihr reflektierte Licht mit einem Lange-Reflektometer zu messen, wobei verschiedene Lichteinfallswinkel wählbar sind. Andere Geräte (z. B. KL-Meßgerät) messen die Intensität des reflektierten Lichtes statt mit einem Detektor mit einer Linearkamera, so daß zusätzlich zum Reflexionswert noch eine Angabe zur Verteilungsfunktion des reflektierten Lichtes zur Verfügung steht.

Nachteilig ist, daß die Werte aufgrund ihrer Streuung keinen genauen Aufschluß über die Oberflächengüte geben. Dadurch ist es nicht möglich, gezielt Korrekturmaßnahmen bei der Herstellung der spiegelnden Oberfläche des Materials vorzunehmen.

Bekannt ist es auch, für die Messung der Homogenität einer spiegelnden Fläche mechanisch wirkende Meßgeräte, die eigentlich zur Messung der Oberflächen-Rauhigkeit dienen, zu verwenden, wobei mittels eines Analysators und eines externen Computers mit entsprechend angepaßter Software Rauhigkeitswerte gemessen werden, die eine zum Glanz oder zur Ebenheit korrelierende Aussage ermöglichen. Hierbei wird mit einer vertikalbeweglichen Tastspitze eine Strecke der zu messenden Probe abgetastet. Die Bewegungen der Tastspitze werden auf einen elektrischen Meßwandler übertragen, der diese in elektrische Meßwerte umwandelt, die das ertastete Profil darstellen. Um wirklich aussagefähige Werte zu erhalten, muß die Materialprobe dreidimensional gemessen werden, d. h. es müssen mehrere einzelne Linien parallel abgetastet werden (Surfcorder SE-30K, SE-30AK, Firmenprospekt Kosaka Laboratory Ltd., Bl. 1 bis 6).

Nachteilig ist, daß für die Messung einer einzigen Probe von beispielsweise einem glänzend beschichteten fotografischen Trägermaterial bei 16 Einzelmessungen parallel zueinander und Computerauswertung mit dem Surfcorder 25 Minuten benötigt werden. Ein weiterer Nachteil dieser zeitaufwendigen Messung ist der hohe Apparateaufwand. Darüber hinaus kann es bei weichen Materialien, wie z. B. bei Polyethylenschichten zu Kratzern auf der Oberfläche und damit zur Materialzerstörung kommen. Dadurch wird die vorhandene Oberflächenstruktur nicht exakt vermessen, sondern diejenige, die sich nach der Verformung durch die Tastspitzen ergeben hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zur Messung der optischen Oberflächengüte von spiegelnden Materialien und der optischen Güte transparenter Materialien anzugeben, durch die eine schnelle, exakte, differenzierende, reproduzierbare und zerstörungsfreie Messung der optischen Güte dieser Materialien einfach und sicher möglich ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Anordnung zur Messung der optischen Oberflächengüte von spiegelnden Materialien und der optischen Güte transparenter Materialien durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das in den Strahlengang gebrachte Material sofort eindeutig gemessen werden kann. Die gemessenen Werte sind reproduzierbar und geben Aufschluß über die optische Güte der spiegelnden oder transparen ten Materialien. Die Meßergebnisse sind so genau, daß es sofort möglich ist, direkt in den Produktionsablauf ein zugreifen, um auftretende Fehler schnellstens zu besei tigen. Darüber hinaus werden die Materialien beim Messen in keinster Weise beschädigt, so daß diese besonders gestaltete Anordnung sich insbesondere für eine Anwendung bei laufender Produktion eignet.

Vorteilhaft ist es,

- daß das am zu messenden Material gestreute Licht in einer Aus werteeinheit über eine Abbildungslinse und eine Loch blende mit Detektor oder eine CCD-Kamera mit Bildver arbeitung, zugeführt wird, wodurch der erste Reflexions- oder Durchgangsstrahl meßbar ist, und
- daß gegebenenfalls zwischen der Abbildungslinse und der Blende ein Strahlenteiler liegt, so daß um etwa 90° zur Richtung des ersten ein zweiter Reflexions- oder Durch gangsstrahl von einem zweiten Detektor mit einem vorge ordneten Polarisator meßbar ist.

Durch die Unterteilung in zwei Reflexions- und Durch gangs-Strahlengänge ist es möglich, feinste Messungen durchzuführen. Hierdurch ist es darüberhinaus möglich, hochpräzise die optische Güte der spiegelnden Materia lien zu ermitteln.

Der zweite durch Einsatz des Strahlenteilers erzeugte Strahlengang ist dem zweiten Detektor (Photoelement) auch zuführbar durch z. B. einen Glasfaser-Lichtleiter oder über eine separate Öffnung in der Blende, die sich im ersten Strahlengang befindet.

Sind zu erwartende Materialfehler nicht hoch oder keine hohe Meßgenauigkeit erforderlich, ist eine Unterteilung des Reflexions- oder Durchgangsstrahlenganges nicht notwendig. In diesem Falle ist es ausreichend, die mit dem ersten Reflexions- oder Durchgangsstrahlengang ermittelten Werte als Bemessungsgrundlage für die optische Güte zugrunde zu legen.

Bei spiegelnden Oberflächen, z. B. bei Hochglanz-Fotopa pieren kann unter einem Einfallswinkel des Fleck-Strah les von =0 bis 85° (gemessen zum Lot) gemessen werden; es hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, den Winkel α mit etwa 45° ± 15° festzulegen, da hierbei die besten Meßergebnisse erzielt werden.

Bei transparenten Materialien, z. B. einem Glaskörper, kann grundsätzlich ebenfalls unter einem Einfallswinkel des Fleck-Strahles von 0° bis 85° gemessen werden; es hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen den Winkel α von 0° bis 20° insbesondere von 0° festzulegen. Hier durch ist es möglich, die Auswerteeinheit im wesentli chen in der gleichen Ebene wie die Beleuchtungseinheit anzuordnen. Die so ermittelten Werte für die optische Güte transparenten Materials sind einfach und sicher ermittelbar und geben exakt den Materialzustand bekannt.

Vorteilhaft ist es, wenn die Beleuchtungseinheit aus einer Lichtquelle mit Kondensor besteht. Als Lichtquelle wird dabei Weißlicht (sichtbares Licht) verwendet. Selbstverständlich können auch andere Lichtquellen eingesetzt werden (mit angepaßter Meßanordnung), deren Emissionsspektrum außerhalb des sichtbaren Bereiches von 400-800 nm liegt.

Vorteilhaft ist es, daß das Hochglanz-Fotopapier als laufende Bahn oder als Probe, die in einer Probenhalterung gehalten ist, als Meßobjekt ausgebildet ist. Hierdurch ist es möglich, die Meßanordnung sowohl bei laufender Produktion als auch für die Messung einzelner Proben einzusetzen. Gerade diese unterschiedliche Einsatzmöglichkeit gibt dem Anwender sofort die Möglichkeit, je nach seinen Pro duktionsbedingungen so schnell wie möglich auftretende Fehlerhäufigkeiten zu korrigieren.

Vorteilhaft ist es, wenn bei einer laufenden Bahn z. B. bei Hochglanz-Fotopapier

- über der Oberfläche in gleichmäßigen Abständen mehrere Beleuchtungseinheiten mit dazugehörigen Auswerteeinheiten und/oder
- transversal zur Oberfläche wenigstens eine Beleuch tungseinheit mit einer dazugehörigen Auswerteeinheit angeordnet sind.

Bei einer Anordnung mehrerer Beleuchtungseinheiten mit dazugehöriger Auswerteeinheit ist es möglich, gerade die laufende Materialbahn exakt abzutasten. Hierdurch wird entsprechend dem gewählten Abstand der einzelnen Beleuchtungseinheiten und der dazugehörigen Auswerte einheiten der Zustand der glänzenden Oberfläche genaue stens analysiert. Anhand der vorliegenden Meßergebnisse ist es dann möglich, entstandene Fehler auf einem Teil bereich der laufenden Bahn sofort korrigieren zu können. Um den Geräteaufwand zu minimieren, ist es aber auch möglich, den Strahlengang transversal über die Oberfläche laufen zu lassen. Auch hierdurch werden exakte Meßwerte erhalten, die zu einer weiteren Entscheidungsfindung herangezogen werden können.

Das zur Lösung der Aufgabe erfindungsgemäße Verfahren zur Messung der optischen Oberflächengüte von spiegelnden Materialien und der optischen Güte transparenter Materialien ist durch folgende Schritte gekennzeichnet:

a) Aussendung eines von einer Beleuchtungseinheit und einem sich anschließenden transparenten Körper mit einem lichtundurchlässigen Fleck erzeugten Fleck-Strahles mit der Intensität I₀,
b) Reflexion oder Durchgang des Fleck-Strahles an einem bzw. durch ein Eichmaterial, das ein im wesentlichen ideal spiegelndes Material oder ein im wesentlichen ideal transparentes Material darstellt,
c) Einjustierung einer Lochblende oder Software-Blende derart, daß das Bild des lichtundurchlässigen Fleckes mit dem Loch der Lochblende oder der Software-Blende voll zur Deckung gebracht wird,
d) Einbringen eines zu messenden Materials,
e) Teilung des reflektierten oder durchdrungenen Fleck-Strahles in einen ersten und einen zweiten Reflexions- oder Durchgangsstrahl,
f) Messung der Intensität I₁ des gesamten reflektierten oder gestreuten Lichtes des ersten Reflexions- oder Durchgangsstrahls,
g) Messung der Intensität I₂ des durch die Lochblende gelangten oder von der Softwareblende erfaßten Lichtes des zweiten Reflexions- oder Durchgangsstrahls,
h) Bildung des endgültigen Meßwertes nach der Beziehung mit:
c₁, c₂ = Konstanten, die durch den optischen Aufbau bedingt und durch einen drehbaren Polarisator oder elektronisch angepaßt werden,
als Maßstab für die Bewertung der Reflexion an dem zu messenden spiegelnden Material oder des Durchgangs durch das durchscheinende Material.

Die bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß nach einer Eineichung der Meßanordnung unter Einhaltung der einzelnen Schritte schnell und sicher sowohl ein reflektierendes als auch ein transparentes Material gemessen werden kann. Die dabei in Abweichung zu einem im wesentlichen idealen Körper wiedergebenen Werte geben Aufschluß über den Zustand der jeweiligen Meßprobe. Handelt es sich dabei um einen idealen transparenten Körper oder einen idealen, planen Spiegel ist

I₁ (max) × c₁ = I₀ (da (I₂ × c₂ = 0)).

In diesem Fall wird M = 1 und für einen idealisierten Zustand, bei dem die Störungen des Strahlenganges so groß sind, daß der lichtundurchlässige Fleck gar nicht mehr abgebildet wird

I₂ (max) × c₂ = I₁ × c₁ (Zähler wird = 0).

In diesem Fall wird M = 0. Alle gemessenen Werte liegen demnach zwischen 0 und 1 oder können als %-Zahlen angegeben werden.

Vorteilhaft ist es, wenn sich dabei das Material im wesentlichen kontinuierlich bewegt oder in Form von Stechproben eingelegt wird. Hierdurch ist es möglich, sich den jeweiligen Einsatzbedingungen anzupassen und die Meßprobe so zu wählen, wie sie für den jeweiligen Einsatzfall optimal ist.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1a eine Anordnung zur Messung der optischen Ober flächengüte eines spiegelnden Materials mit einem geteilten Reflexions-Strahlengang,

Fig. 1b eine Anordnung zur Messung der optischen Oberflächengüte eines spiegelnden Materials mit einem ungeteilten Reflexions-Strahlengang,

Fig. 2a eine Anordnung zur Messung der optischen Güte eines transparenten Materials mit einem ge teilten Durchgangs-Strahlengang,

Fig. 2b eine Anordnung zur Messung der optischen Güte eines transparenten Materials mit einem unge teilten Durchgangs-Strahlengang,

Fig. 3a eine Meßwertreihe einer Glanz-Messung, aufge nommen mit einer Anordnung gemäß Fig. 1a und

Fig. 3b eine Meßwertreihe einer Glanz-Messung, aufge nommen mit einem Lange-Reflektometer.

Eine Meßanordnung zur Glanz-Messung eines beispielsweise Hochglanz-Fotopapiers 2.1 besteht gemäß Fig. 1a aus einer Beleuchtungseinheit 1. In einer einfachsten Form setzt sich die Beleuchtungseinheit 1 aus einer Lichtquelle 1.1 und einem Kondensor 1.2 zusammen. Als Lichtquelle 1.1 dient dabei bevorzugt eine Lampe, die Weißlicht (sichtbares Licht) aussendet. Es können natürlich auch andere Lichtquellen eingesetzt werden, deren Emissionsspektrum außerhalb des sichtbaren Bereiches von 400-800 nm liegt.

Zwischen der Beleuchtungseinheit 1 und dem Hochglanz- Fotopapier 2.1 ist ein transparenter Körper 4 mit einem lichtundurchlässigen Fleck 4.1 angeordnet. Hinter dem Hochglanz-Fotopapier ist eine Auswerteeinheit 3.1 installiert. In der Auswerteeinheit befindet sich eine Abbildungslinse 31, der eine Lochblende mit Detektor 32 oder CCD-Kamera mit Bildverarbeitung (Software-Blende) 32 nachgeordnet ist. Hinter der Abbildungslinse 31 befindet sich ein Strahlenteiler 34. Dieser Strahlen teiler 34 ist als ein teildurchlässiger Spiegel ausge bildet. Neben dem Strahlenteiler 34 ist ein Polarisator angeordnet, hinter dem sich ein zweiter Detektor 36 befindet.

Möglich ist es auch, wie aus Fig. 1b hervorgeht, nach dem Hochglanz-Fotopapier 2.1 eine Meßwerteeinheit 3.2 zu installieren. Diese Auswerteeinheit 3.2 entspricht im wesentlichen der Auswerteeinheit 3.1 ohne Strahlentei ler.

Wird ein transparentes Material ausgewertet, kommt eine Meßanordnung gemäß Fig. 2a zum Einsatz. Hierbei befin det sich als transparentes Material beispielsweise ein Glaskörper 2.2 parallel zur Beleuchtungseinheit, die gleichfalls aus einer Lichtquelle 1.1 und einem nachge schalteten Kondensor 1.2 besteht. Danach ist gleichfalls der transparente Körper 4 mit dem lichtundurchlässigen Fleck 4.1 angeordnet. Die sich daran anschließende Auswerteeinheit 3.1 entspricht dabei der bereits zu Fig. 1a beschriebenen.

Auch hier ist es möglich, nach dem Glaskörper 2.2 die Auswerteeinheit 3.2 in der beschriebenen Form anzuord nen.

Die Meßanordnung hat folgende Funktion:

In der Meßanordnung gemäß Fig. 1a wird unter einem Einfallswinkel α ein idealer Spiegel beleuchtet. Von der Beleuchtungseinheit 1 wird über einen transparenten Körper mit einem lichtundurchlässigen Fleck ein Fleck-Strahl mit der Intensität I₀ ausgesandt. Der Fleck-Strahl wird entsprechend dem Reflexionsgesetz abgelenkt und der Abbildungslinse 31 zugeführt. Das Loch der Lochblende oder der Software-Blende 32 wird so justiert, daß das in der Ebene der Lochblende entstehende Bild des lichtundurchlässigen Flecks mit dem Loch der Lochblende optisch voll zur Deckung gebracht wird. Dabei gelangt kein Licht in den Detektor. Der direkte Beleuchtungsstrahlengang ist also dunkel gestellt.

Durch eine zwecks Messung in den Strahlengang eingeführ te Probe beispielsweise des Hochglanz-Fotopapiers 2.1, tritt eine Störung auf. Der durch diese Störung abge lenkte Reflexionsstrahl passiert teilweise die Loch blende oder Software-Blende 32 und trägt mit einer Intensität 12 so zur Meßwerterfassung bei. Die zu messende Probe des zu messenden Hochglanz-Fotopapiers 2.1 wird zwischen dem lichtundurchlässigen Fleck 4.1 und der Abbildungslinse 31 in den Fleckstrahl mit der Intensität I₀ eingebracht.

Je mehr Licht durch die Lochblende oder die Software- Blende 32 gelangt, um so größer ist die Störung im Strahlengang, d. h. um so geringer ist die optische Güte bzw. optische Oberflächengüte der gemessenen Probe Hochglanz-Fotopapier 2.1. Durch die Anordnung des Strahlenteilers 34 wird das ankommende Licht in zwei Reflexions- oder Durchgangsstrahlengänge aufgeteilt. Der eine Reflexionsstrahl führt über den Polarisator 35 mit der Intensität I₁ in den Detektor 36, der andere Reflexionsstrahl führt über die Lochblende in den Detektor oder in die CCD-Kamera mit der Intensität I₂.

Gemessen wird nun in dem Detektor 36 das gesamte reflek tierte und/oder gestreute oder abgelenkte Licht hinter der Probe 2.1, und in dem Detektor oder der CCD-Kamera mit Bildverarbeitung 32 nur das durch die Lochblende gelangte oder von der Software-Blende erfaßte Licht.

Der endgültige Meßwert M wird danach gebildet durch die Differenz der Lichtintensitäten I, gemessen in den beiden Detektoren bzw. Bildverarbeitung 33, 36. Er rechnet wird der Meßwert M nach der Beziehung

wobei c₁ und c₂ durch den optischen Aufbau bedingte Konstanten sind, die durch den drehbaren Polarisator oder elektronisch angepaßt werden können.

Danach gilt für einen idealen transparenten oder einen idealen, planen Spiegel:

I₁ (max) × c₁ = I₀ (da I₂ × c₂ = 0).

In diesem Fall wird M = 1. Für einen idealisierten Zustand, bei dem die Störungen des Strahlenganges so groß sind, daß der lichtundurchlässige Fleck gar nicht mehr abgebildet wird, gilt

I₂ (max) × c₂ × I₁ × c₁ (Zähler wird = 0).

In diesem Fall wird M = 0. Alle gemessenen Werte liegen demnach zwischen 0 und 1 und können als Prozentzahlen angegeben werden.

Es kann für bestimmte Materialien sinnvoll sein, aus den beiden Detektorsignalen als Meßwert M den Quotienten

zu bilden.

So wie beispielhaft das Hochglanz-Fotopapier nach Fig. 1a gemessen wurde, kann in einer Meßanordnung nach Fig. 2a auch ein transparentes Material gemessen werden.

Für eine Messung wurde ein Hochglanz-Fotopapier 2.1 ausgewählt, das aus 175 g/m² Basispapier, 30 g/m² Rück seitenschicht aus transparentem Polyethylen und 30 g/m² Vorderseitenschicht aus Polyethylen, gefüllt mit 11 Gew.-% Titandioxid besteht. Es wurde in schmale 1,60 m lange Streifen quer zur Bahnrichtung geschnitten und an jedem dieser Streifen wurden an 12 Meßpunkten der Glanz gemessen. Der Einfallswinkel des Fleck-Strahls betrug 45°. Dabei wurde, wie die Fig. 3a zeigt, folgende Meßwertverteilung ermittelt.

An den gleichen Proben wurden die in Fig. 3b darge stellten Meßreihen mit einem Lange-Reflektometer bei 20° Lichteinfallswinkel gemessen.

Die Ergebnisse der erfindungsgemäßen Anordnung liegen dabei dicht nebeneinander, sind also weitgehend reproduzierbar und differenzieren so deutlich, daß aus ihnen ein Qualitätsprofil quer über die Papierbahn skizziert werden kann. Mit diesen Meßergebnissen ist es auf jeden Fall möglich, leicht eine Produktionsmaschine zu steuern. Die Meßergebnisse des Lange-Reflektometers dagegen streuen so sehr, daß sich aus jeder Meßreihe ein anderes Qualitätsprofil quer über die Papierbahn ergibt. Mit diesen Meßwerten ist es äußerst schwierig, Aussagen über die Qualität des Hochglanz-Fotopapiers 2.1 zu machen. Nicht in Fig. 3b eingezeichnet wurden die Meßwerte, die mit dem Lange-Reflektometer bei 60° Lichteinfall gemessen wurden. Alle diese Meßwerte lagen bei 97 ± 1,5% und damit auf dem gleichen Niveau. Eine Differenzierung war nicht möglich.

Sind Messungen an glänzenden oder transparenten Materialien 2.1 bzw. 2.2 zu machen, die entweder beinahe ideale Werte haben, oder bei denen auf das genaue Meß ergebnis kein so großer Wert gelegt wird, ist es auch möglich, Meßanordnungen gemäß den Fig. 1b und 2b einzusetzen. Bei durchgeführten Messungen hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, einen Einfallswinkel des Fleck-Strahles von 45° ± 15° zu wählen für spiegelnde Materialien und einen von 0°-20°, insbesondere 0°, für transparente Materialien, da hierbei die exaktesten und besten Meßergebnisse erzielt wurden, wie auch besonders aus der Fig. 2a hervorgeht.

Selbstverständlich ist es auch möglich, eine Messung nicht nur an Proben durchzuführen. Hierbei wird vor teilhaft die Messung an einer laufenden Bahn Hochglanz- Fotopapier 2.1 durchgeführt. Über der Bahn werden in gleichmäßigen Abständen mehrere Lichtquellen 1, z. B. bis zu 20, mit dazugehörigen Auswerteeinheiten 3.1 bzw. 3.2 angeordnet. Durch diese Wahl der Anordnung ist es möglich, bei laufender Produktion die Kontrolle des Hochglanz-Fotopapiers durchzuführen und sofort bei er kannten Schwankungen entsprechende Korrekturen bei der Produktion vorzunehmen. Möglich ist es darüber hinaus, die Beleuchtungseinheit 1 und die dazugehörige Auswerte einheit 3.1 bzw. 3.2 transversal zur laufenden Bahn des Hochglanz-Fotopapiers 2.1 zu positionieren. Durch diese Form der Messung ist es möglich, zum einen die gesamte Oberfläche zu überstreichen und zum anderen die Anzahl der Beleuchtungseinheiten 1 und der dazugehörigen Aus werteeinheiten 3.1 und 3.2 in Grenzen zu halten.

Bei der Durchführung der Messungen wurde ermittelt, daß das Hochglanz-Fotopapier zur Messung plan liegen muß. Für flexible Materialien, wie Folien und beschichtete Papiere muß deshalb ein Probenhalter so ausgestaltet sein, daß diese Proben in einer planen Lage fixiert werden. Bewährt haben sich für transparente Folien vor zugsweise Spannrahmen und für spiegelnde Materialien vorzugsweise Kammern, die auf der Oberseite mit Öffnun gen versehen sind und an ein Unterdruck erzeugendes System angeschlossen sind (Saugtisch).

Um auch Messungen an nicht planen Oberflächen durch führen zu können, wird insbesondere eine CCD-Kamera mit nachgeschalteter Bildverarbeitung 32, die gemeinsam als Software-Blende wirken können, verwendet. Selbstver ständlich kann diese Anordnung, wie bereits oben erwähnt, auch für plane Oberflächen verwendet werden.

Bezugszeichenliste

1 Beleuchtungseinheit
1.1 Lichtquelle
1.2 Kondensor
2.1 Material, Hochglanz-Fotopapier
2.2 Material, Glaskörper
3.1 Auswerteeinheit
3.2 Auswerteeinheit
31 Abbildungslinse
32 Lochblende mit Detektor oder CCD-Kamera mit Bildverarbeitung
34 Strahlenteiler
35 Polarisator
36 Detektor
4.1 Lichtundurchlässiger Fleck
I₀ Intensität des Fleck-Strahles
l₁ Intensität des Reflexions- oder Durchgangs-Strahles
I₂ Intensität des gestörten Reflexions- oder Durchgangs-Strahles
M Meßwert

Claims

1. Anordnung zur Messung der optischen Oberflächengüte von spiegelnden Materialien und der optischen Güte transparenter Materialien, mit folgenden Merkmalen,

- daß eine Beleuchtungseinheit (1) mit einem sich anschließenden transparenten Körper (4) mit einem lichtundurchlässigen Fleck (4.1) vorgesehen ist, so daß ein Fleck-Strahl auf das Material (2.1, 2.2) aussendbar ist, und
- daß eine Auswerteeinheit (3.1, 3.2) installiert ist, durch die mit wenigstens einem Detektor mit vorgeschalteter Lochblende oder einer CCD-Kamera mit einer einer Lochblende entsprechenden Softwareblende und mit anschließender Bildverarbeitung (32) das vom Material (2.1, 2.2) gestreute Licht als Reflexions- oder Durchgangsstrahl meßbar ist, wobei
- die Lochblende bzw. die Softwareblende so einjustiert sind, daß das Bild des lichtundurchlässigen Flecks (4.1) für ein ideal spiegelndes Eichmaterial mit dem Loch der Lochblende oder der Softwareblende voll zur Deckung gebracht ist und wobei
- der Fleck-Strahl auf das messende Material (2.1) unter einem Einfallswinkel von 0°-85° fällt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß das am zu messenden Material gestreute Licht (4.1) in der Auswerteeinheit (3.1, 3.2) über eine Abbildungslinse (31) der Lochblende mit Detektor oder CCD-Kamera mit Bildverarbeitung (32) zugeführt ist, wodurch der erste Reflexions- oder Durchgangsstrahl meßbar ist, und
- daß hinter der Abbildungslinse (31) und der Blende (32) in Strahlenteiler (34) liegt, so daß um etwa 90° zur Richtung des ersten ein zweiter Reflexions- oder Durchgangsstrahl von einem zweiten Detektor (36) mit einem vorgeordneten Polarisator (35) meßbar ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das spiegelnde Material ein Hochglanz- Fotopapier (2.1) ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das spiegelnde Material mit einem Einfallswinkel des Fleck-Strahles von 45° ± 15°, vorzugsweise 45°, angeordnet ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das transparente Material mit einem Einfallswinkel des Fleck-Strahls von 0°-20°, vorzugsweise 0°, angeordnet ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinheit (1) aus einer Lichtquelle (1.1) mit einem davor angeordneten Kondensor (1.2) besteht.

7. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hochglanz-Fotopapier (2.1) als laufende Bahn oder als Probe, die in einer Probenhalterung gehalten ist, ausgebildet ist.

8. Anordnung nach Ansprch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer laufenden Bahn Hochglanz-Fotopapier (2.1)

- über der Oberfläche in gleichmäßigen Abständen mehrere Beleuchtungseinheiten (1) mit dazugehörigen Auswerteeinheiten (3.1, 3.2) und/ oder
- transversal zur Oberfläche wenigstens eine Beleuchtungseinheit (1) mit einer dazugehörigen Auswerteeinheit (3.1, 3.2) angeordnet sind.

9. Verfahren zur Messung der optischen Oberflächengüte von spiegelnden Materialien und der optischen Güte transparenter Materialien mit folgenden Schritten:

a) Aussendung eines von einer Beleuchtungseinheit (1) und einem sich anschließenden transparenten Körper (4) mit einem lichtundurchlässigen Fleck (4.1) erzeugten Fleck-Strahles mit der Intensität I₀,
b) Reflexion oder Durchgang des Fleck-Strahles an einem bzw. durch ein Eichmaterial, das ein im wesentlichen ideal spiegelndes Material (2.1) oder ein im wesentlichen ideal transparentes Material (2.2) darstellt,
c) Einjustierung einer Lochblende oder Software-Blende (32) derart, daß das Bild des lichtundurchlässigen Fleckes (4.1) mit dem Loch der Lochblende oder der Software-Blende (32) voll zur Deckung gebracht wird,
d) Einbringen des zu messenden Materials (2.1, 2.2),
e) Teilung des reflektierten oder durchgedrungenen Fleck-Strahles in einen ersten und einen zweiten Reflexions- oder Durchgangsstrahl,
f) Messung der Intensität I₁ des gesamten reflektierten oder gestreuten Lichtes des ersten Reflexions- oder Durchgangsstrahls,
g) Messung der Intensität I₂ des durch die Lochblende gelangten oder von der Softwareblende (32) erfaßten Lichtes des zweiten Reflexions- oder Durchgangsstrahls,
h) Bildung des endgültigen Meßwertes (M) nach der Beziehung mit:
c₁, c₂ = Konstanten, die durch den optischen Aufbau bedingt und durch einen drehbaren Polarisator (35) oder elektronisch angepaßt werden,
als Maßstab für die Bewertung der Reflexion an dem zu messenden spiegelnden Material oder des Durchgangs durch das transparente Material (2.1, 2.2).

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (2.1, 2.2) im wesentlichen kontinuierlich bewegt oder in Form von Stichproben eingelegt wird.