(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラッカー塗装された自由形状表面の色、光沢および波打ちを、予め設定可能な目標距離において、かつ試料（９）における測定点（９ａ）の測定点法線（１０ａ）に関して対称に測定する装置において、
前記測定点法線（１０ａ）に沿わせるべき測定ヘッド軸（１０ａ）と光送信機（１１）およびビデオカメラ（１３）とを備えた、少なくとも１つのモータによって３次元で移動可能な測定ヘッド（１０）が設けられており、
前記光送信機（１１）には、その放射軸（１２ａ）に沿って送信すべき面状の光点パターン（１２）が設けられており、
前記ビデオカメラ（１３）は、光学軸（１３ａ）を有しており、
前記の測定ヘッド軸（１０ａ）、放射軸（１２ａ）および光学軸（１３ａ）は、１つの平面内に位置しており、かつ前記測定ヘッド軸（１０ａ）は、前記の放射軸（１２ａ）と光学軸（１３ａ）とによって形成される角度の二等分線を形成し、
前記ビデオカメラ（１３）内に結像される、前記光送信機（１１）の光点パターン（１２）（結像パターン）を評価する評価装置が設けられており、同評価装置は、目標間隔が存在しないこと、および前記測定点法線（１０ａ）に関する対称性が存在しないことによりもたらされる、結像パターンの歪みないし変位により評価を行い、かつそれによって形成される制御信号を出力するものであり、かつ
前記測定ヘッド（１０）のための前記モータの制御系が設けられており、前記モータの制御系の入力部に前記評価装置の制御信号が印加されて、予め設定可能な尺度の元で、前記ビデオカメラ（１３）内の前記結像パターンの歪みないし変位が縮小されるような前記測定ヘッド（１０）の全体としての動きをもたらし、それによって前記測定ヘッド軸（１０ａ）が前記測定点法線（１０ａ）と一致するものであり、前記光送信機（１１）の放射軸（１２ａ）と前記ビデオカメラ（１３）の光学軸（１３ａ）とによって形成される角度の頂点も前記試料（９）における測定点（９ａ）と一致するものであることを特徴とする、ラッカー塗装された自由形状表面の色、光沢および波打ちを測定する装置。
【請求項２】
前記測定ヘッド（１０）内に、他の光源（１４）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記の他の光源（１４）の光学的な出射軸（１４ａ）は、前記測定ヘッド軸（１０ａ）と４５度の角度を形成することを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記測定ヘッド（１０）内に、モノクロメータ（１５、１６、１７、１８）が、その光学的な入射軸（１５ａ、１６ａ、１７ａ、１８ａ）を、それぞれ測定ヘッド軸（１０ａ）に対して予め設定可能な所定の角度で整合されるように、設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの請求項に記載の装置。
【請求項５】
前記他の光源（１４）の光学的な出射軸（１４ａ）とモノクロメータ（１５、１６、１７、１８）の光学的な入射軸（１５ａ、１６ａ、１７ａ、１８ａ）は、試料（９）における測定点に整合されていることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記他の光源（１４）の光学的な出射軸（１４ａ）と、モノクロメータ（１５、１６、１７、１８）の光学的な入射軸（１５ａ、１６ａ、１７ａ、１８ａ）および測定ヘッド軸（１０ａ）とは、互いに異なる平面内に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記モノクロメータ（１５、１６、１７、１８）の入射軸（１５ａ、１６ａ、１７ａ、１８ａ）を含む平面の面法線と前記他の光源（１４）の出射軸（１４ａ）を含む平面の面法線とが、互いに直角をなすように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記測定ヘッド（１０）内に、試料（９）における測定点（９ａ）の温度を測定するための、測定点に整合された赤外線温度計（１９）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかの請求項に記載の装置。
【請求項９】
前記光送信機（１１）の光点パターン（１２）が、プレート（２１）上に配置されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかの請求項に記載の装置。
【請求項１０】
前記光点パターン（１２）は、互いに隔たって直線に沿って延びる複数の光点（１２）の列を有することを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記測定ヘッド（１０）は、大まかな調節装置として超音波測定ヘッド（２０）を有しており、前記超音波測定ヘッド（２０）を用いて、測定点の面法線が測定点法線として定められる前に、測定ヘッド（１０）が大まかに位置決めされるものであることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかの請求項に記載の装置。
【請求項１２】
他のカメラ（２３）が、前記測定ヘッド軸（１０ａ）の領域内に配置されたミラーを介して、黒いベース上に２つの明るいストライプによる測定点の結像を獲得し、前記結像のフーリエ分解が波打ちないし光沢の程度を表すことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかの請求項に記載の光沢および波打ちを測定する装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は、ラッカー塗装された自由形状表面の色と場合によっては光沢および／または波打ちを、予め設定可能な目標距離において、かつ測定点における面法線、測定点法線に関して対称に、測定する装置に関する。
主請求項の上位概念に記載の、上述したこの種の装置は、従来、手動器具として知られており、たとえばラッカー塗装場から来る自動車ボディの抜き取りサンプルを測定するために用いられる。この測定では、特に、しばしば行われるメタリック−ラッカー塗装に対しては、極めて測定が困難である。というのは、自動車の測定すべき面は実際には決して平坦ではないからである。表面の曲率が比較的大きい場合には、この種の測定が極めて人手と時間を費やすことはまったく別にして、精密な色測定はこの既知の機器では不可能である。各場合に、既知の手動器具は測定表面に対して接触させて使用しなければならないからである。湾曲した表面を測定する場合に測定器具が傾いた時に容易に発生する可能性のある、０．１ｍｍの距離変化と０．１°度の角度変化がすでに、測定結果に著しく影響するので、この種の手動測定は、極めて不正確である。しかし、最大の欠点は、冒頭ですでに説明したように、非接触で測定できないことである。というのは、そうでないと測定の不正確さが大きくなり過ぎるからである。
従って本発明の課題は、主請求項の上位概念に記載のこの分野の装置を、非接触の状態で測定が可能であるように展開することである。
この課題は、主請求項の上位概念に記載のこの分野の装置により解決されるが、本発明によれば、主請求項に記載されている特徴によって、上記課題が解決される。すなわち、本発明のラッカー塗装された自由形状表面の色、光沢および波打ちを測定する装置は、請求項１に記載され、図面に示されているように、ラッカー塗装された自由形状表面の色、光沢および波打ちを、予め設定可能な目標距離において、かつ試料９における測定点９ａの測定点法線１０ａに関して対称に測定する装置において、
前記測定点法線１０ａに沿わせるべき測定ヘッド軸１０ａと光送信機１１およびビデオカメラ１３とを備えた、少なくとも１つのモータによって３次元で移動可能な測定ヘッド１０が設けられており、
前記光送信機１１には、その放射軸１２ａに沿って送信すべき面状の光点パターン１２が設けられており、
前記ビデオカメラ１３は、光学軸１３ａを有しており、
前記の測定ヘッド軸１０ａ、放射軸１２ａおよび光学軸１３ａは、１つの平面内に位置しており、かつ前記測定ヘッド軸１０ａは、前記の放射軸１２ａと光学軸１３ａとによって形成される角度の二等分線を形成し、
前記ビデオカメラ１３内に結像される、前記光送信機１１の光点パターン１２（結像パターン）を評価する評価装置が設けられており、同評価装置は、目標間隔が存在しないこと、および前記測定点法線１０ａに関する対称性が存在しないことによりもたらされる、結像パターンの歪みないし変位により評価を行い、かつそれによって形成される制御信号を出力するものであり、かつ
前記測定ヘッド１０のための前記モータの制御系が設けられており、前記モータの制御系の入力部に前記評価装置の制御信号が印加されて、予め設定可能な尺度の元で、前記ビデオカメラ１３内の前記結像パターンの歪みないし変位が縮小されるような前記測定ヘッド１０の全体としての動きをもたらし、それによって前記測定ヘッド軸１０ａが前記測定点法線１０ａと一致するものであり、前記光送信機１１の放射軸１２ａと前記ビデオカメラ１３の光学軸１３ａとによって形成される角度の頂点も前記試料９における測定点９ａと一致するものであることを特徴としている。このようにして、特に測定ヘッド軸１０ａと光送信機およびビデオカメラを備えた、少なくとも１つのモータによって３次元で移動可能な測定ヘッド１０が設けられており、光送信機１１には、放射軸１２ａに沿って送信すべき面状の光点パターン１２が設けられており、ビデオカメラ１３は光学軸１３ａを有し、測定ヘッド軸１０ａ、放射軸１２ａおよび光学軸１３ａが１つの平面内に位置し、かつ測定ヘッド軸１０ａは、放射軸１２ａと光学軸１３ａとによって形成される角度の二等分線を形成し、ビデオカメラ１３内に結像される、光送信機１１の光パターン（結像パターン）１２を評価する評価装置が設けられており、その評価装置は、試料９における測定点９ａとの間の目標間隔が存在しないこと、および／または測定点法線１０ａに対する対称性が存在しないことによりもたらされる、結像パターンの歪みないし変位に従った、かつそれにより形成される、制御信号を出力し、かつ測定ヘッド１０のためのモータ制御系が設けられており、そのモータ制御系の入力部に制御信号が印加されて、予め設定可能な尺度の元でビデオカメラ１３内の結像パターンの歪みないし変位が縮小されるような測定ヘッド１０の動きをもたらすことによって、前記課題は解決される。
本発明に基づく装置によって、ラッカー塗装された自由形状表面を、その色と場合によっては光沢および／または波打ちに関して測定することが可能である。そのためにまず、測定ヘッド１０の動きによって、測定点９ａにおける測定点法線１０ａとしての面法線を、測定ヘッド軸１０ａと一致させるようにして、上記測定が行われる。同時に、ビデオカメラ１３のカメラチップ上の結像パターンの歪みないし変位によって、放射軸１２ａとビデオカメラ１３の光学軸１３ａとの間の角度の頂点が正確に測定点９ａを形成することにより、同測定点９ａからの測定ヘッド１０の正しい間隔も、求めることができる。しかし、好ましい形態においては、測定ヘッド１０に付加的な間隔測定装置、たとえば超音波測定ヘッド２０を大まかな調節装置として設けることができ、それを用いて、測定点９ａにおける面法線１０ａが定められる前に、本装置が大まかに位置決めされる。すなわち測定ヘッド１０が、モータ制御用の評価装置からの制御信号により整合された場合に、本来の測定を開始することができる。
さらに、測定ヘッド１０内に他の光源１４が設けられており、その光源１４の光学的な出射軸１４ａは、好ましくは測定ヘッド軸１０ａと４５度の角度を形成し、この測定ヘッド軸１０ａと交叉する光は、少なくとも１つの他の、好ましくは４つの他のモノクロメータ１５〜１８から、その光学的な入射軸１５ａ〜１８ａの、測定ヘッド軸１０ａに対する予め設定可能な角度において、同モノクロメータ１５〜１８のすべての光学的な入射軸１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ、測定ヘッド１０の測定ヘッド軸１０ａおよび他の光源１４の光学的な出射軸１４ａが１つの平面内に位置するように、配置されており、その平面は、光送信機１１の放射軸１２ａとビデオカメラ１３の光学軸１３ａとを含む平面と必ずしも同一である必要はない。従ってその場合にはそれに対して並列に配置された４つのモノクロメータ１５〜１８を介して、ラッカー塗装された自由形状表面の、測定点９ａにおける色および／または光沢を決定することができる。
本発明の他の好ましい形態と展開は、従属請求項に記載されている。
本発明に基づく装置を概略的な斜視図表示でハウジングを部分的に取り去って示す図面を参照して、本発明の実施例を、以下で詳細に説明する。
予め設定可能な目標間隔において、測定点法線１０ａに関して対称に、ラッカー塗装された自由形状表面の色、光沢および波打ちを測定する装置は、全体を符号１０で示す測定ヘッドを有しており、その測定ヘッド１０に測定ヘッド軸１０ａが設けられている。全体として、（図示されていない）モータによって３次元で移動可能な測定ヘッド１０には、全体を符号１１で示す光送信機と、その送信すべき面状の光点パターン１２を記録するビデオカメラ１３とが設けられており、そのビデオカメラ１３の光学軸１３ａは、全体を符号９で示す試料の方向へ向けられている。光点パターン１２には、全体を符号１２ａで示す放射軸が設けられており、その放射軸も同様に試料９へ向けられている。
その場合に、光学軸１３ａ、放射軸１２ａおよび測定ヘッド軸１０ａは、１つの平面内に位置しており、測定ヘッド軸１０ａは、放射軸１２ａとビデオカメラ１３の光学軸１３ａとによって形成される角度に対して二等分線を形成する。
さらに、ビデオカメラ１３内に結像される、光送信機１１の結像パターンを評価する評価装置が設けられており、その評価装置は、目標間隔が存在しないことおよび／または測定点法線に対する対称性が存在しないことによってもたらされる、結像パターンの歪みないし変位に依存して評価を行い、ないしはそれによって形成される制御信号を出力する。この制御信号は、測定ヘッド１０のための（図示されていない）モータ制御系へ印加され、それによって予め設定可能な尺度の元で、ビデオカメラ１３内の結像パターンの歪みないし変位が縮小されるような測定ヘッド１０の動きがもたらされて、測定ヘッド軸１０ａも、光送信機１１の放射軸１２ａとビデオカメラ１３の光学軸１３ａとによって形成される角度の頂点も、測定点と、すなわち試料９と一致するようにされる。測定ヘッド１０の内部には、光学的な出射軸１４ａを有する他の光源１４が設けられており、その出射軸１４ａは測定ヘッド軸１０ａと４５°の角度を形成する。
さらに、測定ヘッド１０内に４つのモノクロメータ１５、１６、１７、１８が設けられており、それらはその光学的な入射軸１５ａ、１６ａ、１７ａ、１８ａが予め設定可能な所定の角度で整合されて設けられている。これらすべての光学的な入射軸１５ａ、１６ａ、１７ａ、１８ａは、試料９における測定点９ａへ向けて１つの平面内で整合されている。そして、他の平面内に位置するように他の光源１４の光学的な出射軸１４ａも配置されている。その場合に前者の平面の面法線と後者の他の平面の面法線とは、互いに対して直角に配置されている。さらに、測定点へ整合された赤外線温度計１９と場合によっては大まかな間隔調節のための超音波センサ２０が、測定ヘッド１０内に設けられている。
さらに、２つの開口部２２を有するプレート２１上にも、光送信機１１の複数の光点１２が設けられている。これらの光点１２は、プレート２１上で互いに間隔をあけて設けられる。
さらに、測定ヘッド１０内に他のカメラ２３が設けられており、そのカメラ２３は測定ヘッド軸１０ａの領域内に配置された（図では見えない）ミラーを介して、２つの明るいストライプによる測定点ないしは試料９の像を黒いベース上に結像させ、その場合にそのフーリエ分解が波打ちないし光沢の程度を表す。
すべての測定信号と測定値は、記録されて格納され、場合によってはインターフェイスを介してオンラインでプロセス計算機へ出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に基づく装置を、部分的にハウジングを取り去って概略的に示す斜視図である。
【図１】
0004348721.tif 000002