一种研究表面的多步方法及其对应设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及研究(investigat1n)表面的方法和设备，特别涉及研究表面的光学可见性质的方法和设备。
【背景技术】
[0002]现有技术中已知各种研究表面性质的方法。这些方法通常关注于获得表面的尽可能真实或客观的映像(impress1n)，例如即使在考虑到例如福射光线的情况下，也是如此。在某些设备中，光线以预定角度照射到表面上，接着采用图像记录装置(例如照相机)观察由该表面散射和/或反射的光线。
[0003]另外，现有技术中已知纹理表面(textured surface)，即如下具有特定纹理(特别是表面形貌(topography))的表面。例如与其垂直方向成直角的、粗糙的、压印的3_D纹理或者弯曲纹理。虽然该类型的纹理表面应该同样地被光学评估，但是部分问题在于，光学评价不能确定是否某些测量值或者测量现象实际上是由于观察到的表面的颜色的不同或是光泽(gloss)的不同，或者是否这些印象是由于表面的纹理或者表面形貌的不同，例如是由于阴影(shadowing)或暗影(shading)造成的，或是由于从不同的方向观察该设备区域。如果，例如记录弯曲或是纹理表面，将要被观察的曲率或纹理将产生图像评价结果。视觉观察到的纹理(即表面的总体映像)是通过反射能力和表面形貌形成的。因而反射能力再细分为定向反射(光泽、D01、雾度(haze)、桔皮)和非定向反射(涂料(paint))。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是获得尽可能真实的表面评价，特别地允许表面的观察可以考虑表面形貌区别造成的影响。根据本发明，上述目的是通过独立权利要求的主旨来实现的。优选实施例和进一步的发展是从属权利要求的主旨。
[0005]在根据本发明的确定表面性质的多步方法(multiple-stage method)中，在第一步骤中，确定将要被研究的表面的至少一个区域的至少一个纹理性质和/或表面形貌性质。在另一方法步骤中确定将要被研究的表面的至少该区域的光学性质，并且发出(emit)表征(which is characteristic of)所述光学性质的至少一个值。
[0006]根据本发明，当确定表征所述光学性质的所述至少一个值时，考虑(taken intoconsiderat1n)所述区域的所述纹理性质或表面形貌性质。在该例子中，可以通过不同的方式来执行对所述值的考虑。这样，将要被确定的该值可以取决于确定的所述表面形貌性质，例如所述表面的曲率。该曲率可以包括在例如计算结果(calculat1n)中。另外，可如下详细介绍所述，所述表面首先被分为具有不同表面形貌性质的多个区域，且接着可以分别考虑这些表面形貌性质以用于进一步的评价。
[0007]表述“考虑”可以理解为“上述所述表面形貌性质”特别意指以以下方式进行考虑:在评价过程中，使用表征这些性质的至少一个测量值或从这些特征获得的至少一个值，例如数学地使用。
[0008]这样例如，可以确定表面的曲率或垂直剖面曲线导数，特别是在特定区域或者特定位点的表面的曲率或垂直剖面曲线导数。且该值可以接着以数学方式与在该点指定的特定一个光学性质进行比较，例如该值和该光学性质均在结果值的确定和计算中分别使用。已知测量仪器的几何形状(geometry)，可以无需测角计结构(gon1metric structure)地确定随角度变化的反射行为(angle-dependent reflect1n behav1ur)。在该例子中，入射光和反射光的辐射方向优选相对于所述表面分别垂直于单个表面区域或点。表面点是非常小的表面区域。优选地，用于评价的观察方向和入射光的方向一致。除了曲率以外，可以使用上述点的高度(绝对值或者相对值)。在此可以获得其他的表面性质，例如位于较高水平位置和较低水平位置的表面区段之间的反射差别。
[0009]优选的，在进一步的方法步骤中定义该表面的至少两个区域，所述至少两个区域的表面形貌不同。
[0010]在进一步的方法步骤中，优选确定将要被研究的表面的这些区域的至少一个区域的光学性质。另外，可能的是，分别评价这些表面区域。还可能的是，将不同的表面区域的性质彼此进行比较(例如在统计评估的范围内)。
[0011]该方法特别适合用于粗糙或不平的或纹理表面。在本例子中，表面的“山谷”和“山峰”可在第一方法步骤中彼此区分。特别地，如果涉及显示山脉和山谷性质的3-D结构，将在第一方法步骤中单独处理。在以下的评价过程中，这些区域接着将分别评价或测量。如果将要被测量的表面是例如具有指定曲率的表面，那么在第一方法步骤中确定的该曲率将分别结合到光学测量中或结合到评价过程中。这可以通过软件实现。
[0012]测量方法可优选在质量控制、缺陷检测和/或表征领域使用。将要被研究的表面可以特别是塑料材料表面、漆器表面、天然材料表面(例如木材或皮革，织物，纸张表面)、金属表面上的浮雕结构和蚀刻结构等等。
[0013]可在不同的应用领域定义容差区域(Reg1ns of tolerance)。在本例子中，例如可以将其表面分级成视觉上无差别的区域定义成容差区域。
[0014]因此，在本发明的保护范围中建议两步法。在第一方法步骤中，分析将要研究的表面的表面形貌，即特别是垂直位置h(x，y)(其中，X和y是该表面上彼此成直角的两个延伸方向)，和/或分析所述表面的单个区域的曲率和/或曲率变化。为了确定表面形貌，优选记录所述表面的至少两个图像，优选记录所述表面的至少三个图像，更优选所述表面的至少四个图像。在本例子中，优选在这些不同的记录中，将要被照明的表面在至少部分不同的方向上。
[0015]这些区域可是所述表面的在与所述表面成直角的方向上相对于其他区域偏移的区域。这些可以是任何大小的，该表面的辅助区域(subsidiary reg1ns) 0甚至说，即使最小的可解析区域依然是可以被检测的，例如光学或者视觉检测，而且无需光学辅助器件可将其彼此区分。在一种设置的例子中，可以首先定义表面形貌性质，例如第一高度位置范围和第二高度位置范围，且之后，对于表面的每个区域分配这些高度位置范围。
[0016]在上述第二方法步骤中，接着可以取决于所述区域的方式分别选择或确定所述光学性质。这样，例如仅在第二步骤中评价所述表面的这些区域，这些区域的表面形貌性质分别对应于第一方法步骤中预设的条件范围，例如指定的高度位置或指定的垂直范围。这样，在表面的评价过程中，还可以评价上述的表面形貌性质。
[0017]在另一优选方法的例子中，所述表面形貌从一组性质中选择，该组性质包括所述表面的区域的高度位置，所述表面的区域的垂直剖面曲线、所述表面的区域的曲率、所述表面的区域的曲率图样、所述表面的区域的曲率变化、所述表面的区域的曲率变化图样等等。特别地，所述表面的高度位置和曲率与所述表面形貌性质的评价特别相关。
[0018]在优选方法的实施例中，所述光学性质研究的测量区域是以取决于至少一个测量值的方式定义的，所述至少一个测量值表征所述表面的所述表面形貌性质。
[0019]换句话说，在第一方法步骤的例子中，所述表面细分成至少两个垂直区域(例如通过设置垂直阈值)，接着基于所述表面形貌性质的测量值(例如高度)，形成至少两个组，并将这两个组分别分配给这些两个垂直区域。这两个组在第二方法步骤中彼此不同。如上所述，表面形貌大小或表面形貌大小的测量值分别优选是所述表面在与所述表面成直角的方向上的剖面曲线。
[0020]在优选方法的实施例中，可以定义多个不同区域。这样，例如第一区域可以定义为高度范围在例如0-5 μ m范围内的表面部分，另一区域定义为高度范围在例如5