DE3413838A1 - Messinstrument zur bestimmung der reflexion von ebenen oberflaechen, insbesondere glanzmessgeraet - Google Patents

Messinstrument zur bestimmung der reflexion von ebenen oberflaechen, insbesondere glanzmessgeraet

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DE3413838A1
DE3413838A1 DE19843413838 DE3413838A DE3413838A1 DE 3413838 A1 DE3413838 A1 DE 3413838A1 DE 19843413838 DE19843413838 DE 19843413838 DE 3413838 A DE3413838 A DE 3413838A DE 3413838 A1 DE3413838 A1 DE 3413838A1
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light sources
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Karoly Kantor
Joszsef Budapest Makai
Janos Dr. Schanda
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Magyar Tudomanyos Akademia
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Description

  • MESSINSTRUMENT ZUR BESTIMMUNG DER REFLEXION VON
  • EBENEN OBERFLÄCHEN, INSBESONDERE GLANZMESSGERST Die Erfindung betrifft ein lKessinstrument zur Bestimmung der Reflexion von ebenen Oberflächen, insbesondere ein Glanzmessgerät, das auf gleiche untersuchte Probenfläche bezogen einen einzigen gemeinsamen optischen Messkopf hat und die Bestimmung der Reflexion in den verschiedenen Messgeometrien mit Hilfe der Auswahl der Geometrien durch einen elektrischen Wahlschalter ermöglicht. Eine Ausführung der Erfindung, die lichtemittierende Dioden als Strahlungsquellen verwendet und daher einen sehr kleinen elektrischen Leistungsverbrauch hat, ist besonders geeignet, schnelle Messungen an schwer zugänglichen Stellen, z.B. am Terrain, an Baustellen, etz. durchzuführen.
  • Die visuelle Erscheinung von Gegenständen wird durch die optischen Eigenschaften, /so durch die Reflexion und ihre räumliche Verteilung/ stark beeinflusst Die räumliche Verteilung des Reflexionsvermögens wird mit Goniophotometern bestimmt, wobei die unter verschiedenen Reflexionswinkeln zurückgeworfene Strahlung im Falle gegebener Einfallswinkel bestimmt wird. Der Aufbau dieser Reflexionsgoniophotometer ist kompliziert, ihr Preis ist ziemlich hoch, ihre Benützung erfordert eine Anzahl von Eingriffen, wodurch sie für die Verwendung auf dem Terrain oder für die Prozesskontrolle ungeeignet sind.
  • Zur Messung der visuellen Erscheinung von Oberflächen mit begrenzter Genauigkeit werden sogenannten Glanzmessgeräte verwendet, welche bei geeignet gewählten Messgeometrien, bei verschiedenen Einfallswinkeln, die Lichtintensität in bestimmten Winkelbereichen in der Umgebung der Spiegelreflexion messen Die Messzahlen, welche man mit solchen Geräten bestimmt, geben nicht für jede beliebige Oberfläche genügende Information um zwischen diesen Unterschiede treffen zu können.
  • Das Ziel der Erfindung ist es, ein relativ einfach zu bedienendes Messinstrument zu erarbeiten, welches bedeutend einfacher und billiger ist als ein Reflexionsgoniophotometer, gleichzeitig aber eine vielseitigere Anwendung als die bekannten Glanzmessgeräte ermöglicht, wobei die zur Glanzmessung verwendete Ausführungsform des erfindungsgemässen Messinstrumentes eine einfachere Bedienung und eine fachgerechtere sowie genauere Messung als die bekannten Glanzmessgeräte ermöglicht.
  • Der Grundaufbau der optischen Anordnung des erfindungsgemässen Messinstrumentes ist dem Aufbau der Glanzmessinstrumente gleich, die mit verschiedenen bestimmten Einfallswinkeln arbeiten, die Messmethode beschränkt sich aber nicht auf die Intensitätsmessung im Bereich der Spiegelrefiexion, sondern ermöglicht die Anwendung der Vorteile, die sich daraus ergeben, dass mehrere Messgeometrien zur Verfügung stehen, die kombiniert werden können, sodass durch die Messung der Streueigenschaften bei verschiedenen Winkeln über die Oberflächeneigenschaft weitere Information erhalten werden können. Gleichzeitig eliminiert das Gerät die bekannten Nachteile der bekannten Glanzmessgeräte.
  • Vom Vorteil ist weiterhin, wenn die Einfallswinkel auch die bei üblichen Glanzmessgeräten verwendeten Einfallswinkel beinhalten, da in diesem Falle die unter den Standardverhältnissen der Glanzmessung erzielten Informationen unter verschiedenen Kombinationen der Einfalls- und Messwinkel gemessen werden /nicht genormte Geometrien/ in Korrelation gebracht werden können.
  • Die bekannten Glanzmessgeräte zeigen mehrere Nachteile: - Ist die Probenoberflächer die unter den verschiedenen Messgeometrien bestrahlt, bzw. beobachtet wird, verschieden, so ist die Korrelation zwischen den Messzahlen1 die unter verschiedenen Messgeometrien bestimmt werden, unbestimmbar.
  • - Die Hintergrund bestrahlung führt zu unkontrollierbaren Störsignalen.
  • - Der Polarisationszustand der Bestrahlungs- und Messbündel ist nicht einheitlich festgelegt; es ist wohl bekannt, dass Reflexion unter schrägem Einfall und/oder Transmission durch eine schräg liegende Glasoberfläche zu einer Anderung des Polarisationszustandes führt und die Messwerte verfälscht.
  • - Die bekannten unter mehreren Messgeometrien arbeitenden Glanzmessgeräte sind voluminös und ziemlich schwer4 Das erfindungsgemRsse Messinstrument dient zur Messung der Reflexion von ebenen Flächen, insbesondere zu Glanzmessungen, mit mehreren gegebenen Messgeornetrien, wobei erfindungsgemäss die Lichtquellen in den Beleuchtungseinheiten im Impulsbetrieb arbeitende Lichtquellen sind, an allen Beleuchtungseinheiten mindestens ein gemeinsamer Referenzdetektor mit Hilfe geeigneter Lichtleiterelemente zur Ubertragung von optischen Referenzsignaien angekoppelt ist, die optischen Referenzsignale aus solchen Teilen der Bestrahlungsbündel der Lichtquellen ausgekoppelt sind, die für die Beleuchtung nicht verwendet werden, weiterhin in dem Weg der Bestrahlungsbündelnsolche Blenden angeordnet sind, die in allen Geometrien die gleiche bestrahlte Probenfläche sichern, in den Strahlengängen, falls eine Strahlumlenkung benötigt wird, nur solche totalreflektierende Prismen verwendet werden, deren Ein- und Austrittsflächen senkrecht auf der optischen Achse stehen, weiterhin die elektrischen Signale der Messdetektoren und der Referenzdetektoren, die während der "dunklen" und "hellen" Phasen der Nessperiode entstellerl, entsprechend dieser Phasen an die Eingänge gesonderter Speicher /am Diagram nicht gezeigt/ geschaltet werden, und die Ausgänge dieser gesonderten Speicher, oder die elektrisch gebildeten Differenzen der zu den "hellen" und "dunklen" Phasen gehörenden und gespeicherten Signale, in der "11ess"-Phase, durch einen elektrischen Wahlschalter, der gleichzeitig zur Auswahl der dem Messvorgang entsprechender Paarung der Messdetektoren, Referenzdetektor/en/ und Lichtquellen geeignet ist, an den Eingang einer elektrischen Rechnereinheit geschaltet ist.
  • Das erfindungsgemässe Messinstrument verwendet im Impulsbetrieb arbeitende Lichtquellen, die in bekannter Weise ermöglichen, die störenden Hintergrundlichter aus den Messwerten zu eliminieren. Das Nutzsignal wird so erstellt, dass der in der "dunkel" Phase der Messperiode gemessene Wert /die Strahlungsquellen befinden sich im nichtleuchtendem Zustand, sodass die Messdetektoren nur durch die störende Hintergrundstrahlung beleuchtet werden/ in elektrischen Speichern gespeichert wird und der in der "hell" Phase der Messperiode gemessene Wert /dieser Wert entsteht während die Lichtquellen in dem eingeschalteten Zustand sind, sodass dieses "hell" Signal sowohl das Nutzsignal wie auch das Signal der Hintergrundstrahlung beinhaltet/, von der Art der Rechnereinheit abhSngend,entweder gespeichert wird und danach in der Rechnereinheit das vorher gespeicherte "dunkel" Signal von diesem "hell" Signal abgezogen wird, oder dass diese Subtraktion des "dunkel" Signals direkt während der "hell" Phase der Messperiode erfolgt.
  • Um eine gute Langzeitstabilität zu gewährleisten, werden die Messungen im essinstrument gemäss der Erfindung mit Hilfe einer Doppelstrahloptik durchgeführt.
  • Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ein einziger gemeinsamer Referenzdetektor und Messdetektoren des gleichen Typs verwendet werden, weil dann die zeitliche, temperaturabhängige, usw. Änderung der Empfindlichkeit für die verschiedenen Detektoren ungefähr gleich gross ist. In einer vorteilhaften Ausführungsform des Messinstrumentes sind die Lichtquellen Lichtemittierdioden geringen Leistungsverbrauches, sodass das Gerät von Batterien gespeist werden kann inen weiteren Vorteil bietet, dass die vorgeschriebenen Lichtquellenmasse in den verschiedenen optischen Messanordnungen, z. B. bei der Glanzmessungßso erstellt werden, dass die Kunststoffkappen der Dioden auf die gewünschte Grösse und Form bearbeitet und mattiert werden können, was vorteilhaft einen grossen optischen Wirkungsgrad /ein grosses Mess-Signal/ gewährleistet. Eine weitere Steigerung des Wirkungsgrades kann durch einen Spiegelbelag auf den Seitenflächen der Dioden erzielt werden.
  • In dem erfindungsgemässen Messinstrument werden die aus den Lichtquellen ausgekoppelten Referenzstrahlenbündel mit Hilfe geeigneter Lichtleiter, z.B. Lichtleitfasern, welche auch entlang geboaenen Wegen geführt werden können, und/oder Lichtleitröhret die eine direkte Licht- übertragung ermöglichen, oder durch Bohrungen an die Referenzdetektoren geleitet. Dieser Aufbau ist für eine kompakte Bauweise äusserst günstig. Im Falle der Lichtübertragung durch Bohrungen kann durch quer eingeschraubte Schrauben die Intensität des optischen Signals leicht reguliert werden /die Einstellung der optischen Signale wird später noch ausführlich behandelt/. Bei der Anwendung der optischen Lichtleiter ist es wichtig, dass das auf die Lichtquelle gerichtete Ende des Lichtleiters den Nutzstrahlengang nicht abdeckt weil sonst die Ausleuchtung der Probe ungleichmässig würde.
  • Die gleiche ausgeleuchtete Probenfläche wird in dem erfindungsgemässen Messinstrument durch den Einbau von Öffnungen d.h. durch die Querschnitte der Strahlenbündel beeinflussende Blenden, die zwischen den Objektiven der Bestrahlungsstrahlengänge und der Probe angebracht sind, gewährleistet. Da die bestrahlenden Strahlenbündel leicht divergierend sind, müssen diese Blenden, von dem geometrischen Aufbau abhängend, möglichst nahe an der Probenoberfläche untergebracht werden. In diesem Zusammenhang sind die Ausbildung und Anordnung der das Strahlenbündel begrenzenden Blende der 850-Messgeometrie am kritischsten. Als günstigste Lösung erweist sich, die Blende zu der auszuleuchtenden Probenfläche parallel anzuordnen, da in diesem Fall die Form und Abmasse der Blende mit denen der nützlichen Probenfläche praktisch identisch sind, was sich auch in der Herstellung als günstig erweist. Für die Strahlengänge mit kleineren Einfallswinkel können diese Blenden praktisch auf die Ausgangsaperturen der Beleuchtungsobjektive aufgesetzt werden /senkrecht auf die optische Achse/. In diesem Fall müssen die Ausmasse dieser Blenden den in die Richtung der optischen Achse projizierten Massen der Probenfläche entsprechen.
  • In dem erfindunsgemässen Messinstrument ist die genaue Einhaltung des Polarisationszustandes der Beleuchtungsstrahlenbündel äusserst wichtig. Die Glanzmessnormen beziehen sich auf unpolarisiertes Licht, d.h.
  • die Intensität der Strahlenbündel, die in der Richtung der Einfallsebene und senkrecht dazu liegen, müssen gleich gross sein. Das wird so erreicht, dass unpolarisierte Strahlung gebende Lichtquellen verwendet werden und keine schräg reflektierende oder transmittierende Oberflächen in den Bestrahlungs- und Beobachtungsstrahlengängen liegen. Solche schrägen Oberflächen könnten den Polarisationszustand verändern und zu falschen Messergebnissen führen. In dem kompakten Aufbau des Messinstrumentes, das mehrere Messgeometrien beinhaltet, müssen einige Strahlengänge umgelenkt werden. Für diese Umlenkung werden ausschliesslich Totalreflexionsprismen verwendet, deren Ein- und Austrittsflächen zu der optischen Achse senkrecht liegen, sodass ihre Reflexionseigenschaft von der Polarisation der Strahlung unabhängig bleibt, Die obenerwähnten Merkmale ermöglichen den Aufbau eines kompakten Messinstrumentes, sodass sowohl der optische wie auch der elektronische Teil in demselben leicht beweglichen Gehäuse zusammen mit den elektrischen Speisestromquellen untergebracht werden können. Somit ist das erfindungsgemässe Messinstrument besonders geeignet, an schwer zugänglichen Stellen, z.B. an Gebäuden, im Terrain, usw. Messungen durchzuführen. Die umdrehbar aufsteckbare Anzeigeeinheit dient dazu, dass Ablesen der esswerte zu erleichtern.
  • Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Messeinrichtung, das die Glanzmessung in 200/650/ 850 Messgeometrien ermöglicht, wird nachstehend mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert; wobei Fig, 1 das Blockschaltbild des erfindungsgemässen Messinstrumentes, Fig. 2 den Hauptquerschnitt /zum Teil Ansicht/ einer Ausführungsform des erfi.ndungsgemässen Messinstrumentes, Fig. 3 eine Ausführungsform der Lichtquelle des Glanzmessgerätes und Fig. 4 die elektrische Schaltung der Signalaufbereiteeinheit des Messinstrumentes, als Beispiel für ein Glanzmessgerät mit 3 Messgeometrien darstellen.
  • In Fig. 1 wird eine Probefläche 50 durch Beleuchtungseinheiten 10, 20, 30 unter Winkeln Cc, P, beleuchtet in Ausbreitung einer ausgeleuchtete Probenfläche 51. Von der ausgeleuchteten Probenfläche 51 werden die reflektierten Strahlen unter den Reflexionswinkeln o<, 1' und in deren Umgebung durch Beobachtungseinheiten 110, 120, 130 erfasst. Die optischen Achsen der Beleuchtungsbündel und Messbündel treffen sich im Schnittpunkt 52, der sich auf der ausgeleuchteten Probenfläche 51 befindet. Die Messdetektoren sind in den Beobachtungseinheiten 110, 120, 130 untergebracht. Die elektrischen Ausgangssignale der Messdetektoren werden durch einen elektrischen Wahlschalter 61 in der gewünschten Paarung ausgewählt und durch eine /arithmetischet Rechnereinheit 60 verarbeitet Die Messwerte können von einer /digitalen/ Anzeige- einheit 66 abgelesen werden Fig. 2. zeigt den Hauptquerschnitt, zum Teil Aussenbild, des beispielsweisen essinstrumentes. Die Lichtquellen 11, 21, 31 gehören zu den 200, 600, 850--Messgeometrien, und sind in den Fokusebenen der Beleuchtungsobjektive 14, 24, 34 untergebracht. In diesem Beispiel sind die Lichtquellen 11, 21, 31 bei gleicher WellenlEnge emittierende Lichtemittierdioden.
  • Falls der leuchtende Kern der Lichtemittierdioden grösser als die aus der Brennweite der Beleuchtungsobjektive 14, 24, 34 und aus den Normen, die die Messgeometrien vorschreiben, berechneten Masse ist, so muss vor die Dioden je eine Blende z.B. 22 mit vorgeschriebenen Abmessungen gelegt werden. Ein Teil des Lichtes der Lichtquellen 11, 21, 31 wird mit Hilfe von Lichtleiterelementen 13, 23, 33 an ein Referenzdetektor 1 geleitet.
  • In diesem Beispiel sind die und Lichtleiterelemente 13 und 23 Lichtleitfaser Ein mittlerer Teil des Lichtleiterelementes 23 wird hinter der Ebene der Zeichnung durchgeführt, sodass das nützliche Bestrahlungsbündel, das aus der Lichtquelle 31 austritt, nicht geblendet wird, die Ein- und Austrittsenden des Lichtleiterelementes 23 sind in der Fläche der Zeichnung so untergebracht, dass die Eintrittsfläche des Lichtleiterelementes 23 die nützliche Strahlung der Lichtquelle 21 nicht abschattet. Das Lichtleiterelement 33 ist eine Bohl1ung die in den Grund körper 70 des Messkopfes gebohrt ist, und in welche von oben, /in der Zeichnung nicht eingezeichnet,/ eine Schraube hineinragt, mit Hilfe welcher die optische Transmission des Lichtleiterelementes 33 geregelt werden kann. Die die Strahlenbündel begrenzenden Blenden 15, 25 sind auf der auf die Probe gerichteten Seite der Beleuchtungsobiektive 14, 24 angeordnet, während die die Strahlenbündel begrenzende Blende 35 parallel zu der Probenfläche nahe dazu so untergebracht ist, dass es das 60°-Strahlenbündel nicht abschattet. Die Umlenkung des 85° -Strahlenbündels geschieht mit einem Strahl-Umlenkelement 36, das ein solches Totalreflexionsprisma ist, dessen Ein- und Austrittsflächen auf der optischen Achse senkrecht liegen /in dem 850-Messstrahlengang liegt ein gleichförmiges Strahlumlenkelement 136/. Die so aufgebauten drei eQ-strahlenbündel beleuchten die Probenfläche 50 nur in der ausgeleuchteten Probenfläche 51. Die Probenfläche 50 liegt auf der Aussparung in der Grundplatte des Messkopfes auf. Von der ausgeleuchteten Probenfläche 51, deren Abmessungen eine s x p Ellypse ist, treten die Me3strahlen durch die Beobachtungsobjektive 114, 124, 134 und die Beobachtungsblenden 112, 122, 132 in die Messdetektoren 111, 121, 131 ein. Die Beobachtungsraumwinkel werden durch die Beobachtungsblenden 112, 122, 132 und Fokusabstände der Beobachtungsobjektive 114, 124, 134 bestimmt. Die Eintrittsabmessungen der Beobachtungsobjektive 114, 124, 134 müssen so gross sein, dass kein Verlust in den Strahlenbündelndurch die Beobachtungsraumwinkel und die 51 ausgeleuchtete Probenfläche 51 /s x p/ entsteht.
  • Die elektrischen Leitungen der Lichtquellen 11, 21, 31 des Referenzdetektors 1 und der Messdetektoren 111, 121, 131 sind an die Stromkreise der Platine 67 einer Rechnereinheit geschaltet. In derselben Figur ist auch der elektrische Wahlschalter 61 und die digitale Anzeigeeinheit 66 zu sehen, wobei die letztere umsteckbar angeordnet ist /gestrichelt gezeichnet/. Diese Umstecken$ ist zweckmässig, falls an kleinen Proben eine Reihenuntersuchung notwendig ist und das Gehäuse 72 auf Füssen 73 steht. In diesem Fall ist es einfacher die Proben auf das Glanzmessgerät aufzusetzen, als das schwere Glanzmessgerät auf die kleinen Proben.
  • Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Lichtquelle 11 /in diesem Fall eine Lichtemittierdiode/, wobei der leuchtende Kern 11' der Diode kleiner ist als die Abmessungen s' x p' der erforderlichen Lichtquellenblende, die zu der 20°-Messgeometrie gehört. In diesem Fall wird die nützliche Ausgangsfläche 11" der Lichtemittierdiode auf die Abmessung s' x p' bearbeitet und mattiert. Die Leuchtdichte der Fläche s' x p' kann dadurch erhöht werden, dass die Seitenflächen 11"' mit Spiegelbelag überzogen werden.
  • Wegen der unterschiedlichen Intensität der Lichtquellen und den Unterschieden in den Übertragungswirkungsgraden der verschiedenen Beleuchtungs- und Beobachtungseinheiten und der Lichtleiterelemente und wegen den Unterschieden zwischen der Empfindlichkeit der verschiedenen Detektoren müssen die Signale der Detektoren in den verschiedenen Messgeometrien in verschiedenen Formen in Betracht gezogen werden normierte Messresulatete zu erzielen. Solche verschiedene Messmethoden sind z.B. die Messung der absoluten Spiegelreflexion, Streumessungen, Glanzmessung, usw.
  • Das Paaren der verschiedenen Lichtquellen-Detektoren-Konfigurationen benötig t erschiedene Normierun£en, sodass das Einstellen des Verhältnisses der Signale durch unabhängige Signalregeleinheiten unzweckmässig ist. Es ist günstiger, das zur willkürlich ausgewählten Lichtquelle gehörende Referenzsignal und das willkürlich ausgewählte Me3signal in elektrischen Speichern zu speichern und das formieren mit Hilfe eines Rechenprograms durchzuführen, das den gewählten Paarungen entsprechend geschrieben ist, und daß die Konstante während der Kalibrierung des Messgerätes bestimmt und gespeichert wird.
  • Um normierte Messwerte zu bekommen kann mit Hilfe von neun solchen Gerätekonstanten für jede beliebige Lichtquelle-Detektorpaarung die entsprechende Kalibrierkonstante eingestellt werden. Diese neun Gerätekonstanten sind die folgenden: Intensitätswerte der drei beleuchtenden Strahlenbündel ohne Reflexion gemessen mit demselben Detektor, die drei Referenzsignale die zu den drei Intensitätswerten gehören und die drei Mess-Signale der drei Messdetektoren, welche unter den Spiegelungswinkel entstehen bezogen auf eine Glasprobe, deren Brechungsindex n = 1,567 ist. /Die Korrelation zu den Glanzmasszahlen und zu der Normierung der absoluten Reflexionszahlen/. Falls das Messgerät nur als Glanzmesser angewendet werden soll, kann die Normierung auch einfacher durchgeführt werden, da in diesem Fall nur bei der Paarung von gleichen Beleuchtungs- und Beobachtungswinkel gemessen wird. In diesem Falle wird mit dem Glas--Standard, dessen Brechungsindex n = 1,567 ist, gemessen.
  • Es genügt drei elektrische und/oder optische Signalregelungen durchzuführen, sodass in allen drei Messgeometrien das Mess-Signal auf 100 normiert wird. In diesem Fall genügt eine einfache arithmetische Rechnereinheit, die als Dividiereinheit funktioniert.
  • Fig. 4. zeigt als Beispiel ein elektrisches Schaltschema der Rechnereinheit 60, wobei die erfindungsgemässe Messeinheit als Glanzmesser verwendet wird.
  • Gemäss Fig. 4 wählt der elektrische Wahlschalter 61 die Lichtquelle 11, welche zu der 200-Messgeometrie gehört, den Messdetektor 111 und eine Signalreglereinheit 115.
  • Die Lichtquelle 11 wird von einer Impulsstromquelle 64 gespeist. Die Impulsstromquelle 64 bekommt ihr Steuersignal von einer Steuereinheit 62 und einem Taktgenerator 63. Die Messphase, die in Fig. 4 dargestellt ist, entspricht der "dunkel" Phase der Lichtquelle 11, das bedeutet, dass das Stromsignal vom Messdetektor 111 /welches Signal jetzt von der Hintergrundsstreustrahlung herrühren kann/ durch einen Strom-Spannungskonverter und Addierstromkreis 102 und durch den Schalter der durch die Steuereinheit 62 gesteuert wird, auf einen ersten Musterempfang- und Speicherstromkreis 103 /sample and hold/ mit umgekehrter Polarität gelangt. Dieser erste Musterempfangs- und Speicher-Stromkreis 103 wird durch die Steuereinheit 62 in dem Musterempfangszustand gehalten.
  • In der "hell" Phase der Lichtquelle 11 schaltet der durch die Steuereinheit 62 gesteuerte Schalter den Strom--Spannungskonverter und Addierstromkreis 102 auf einen zweiten Musterempfangs- und Speicherstromkreis 104 und die Steuereinheit 62 schaltet den ersten Musterempfangs-und Speicherstromkreis 103 an den Eingang des Strom-Spannungskonverter-und Addierstromkreises 102 und schaltet den Musterempfangs- und Speicher-Stromkreis B3 in Speicherstellung. Da in diesem Falle der Messdetektor 111 die Summe des Lichtes von der Lichtquelle 11 und vom Hintergrundlicht empfängt, bildet der Strom-Spannungskonverter-und Addierstromkreis 102 die Differenz dieser zwei Signale und führt das Differenzsignal an den zweiten Musterempfangs- und Speicherstromkreis 104, sodass der zweite Musterempfangs- und Speicherstromkreis 104 nur das Nutz"-Signal, das von der Lichtquelle 11 herrührt, speichert. In ähnlicher eise speichert der zweite usterempfangs- und Speicherstromkreis 4 das utz"-Signal des Referenzdetektors 1. Das Signal, welches in dem zweiten Musterempfangs- und Speicherstromkreis 104 gespeichert wurde, wird mit Hilfe des elektrischen Wahlschalters 61 durch die Signalreglereinheit 115 auf die Zählerseite eines Analog-Digital- eXandler- und Dividierstrorkreises o5 geleitet. Auf der anderen Seite wird das gespeicherte Signal des zweiten Musterempfangs- und Speicherstromkreises 4 direkt an die Nennerseite des Analog-Digital-Wandlersund Dividierschaltkreises 65 sowie an die digitale Anzeigeeinheit 66 geleitet. Die Signalreglereinheiten 115, 125, 135, welche mit Hilfe des elektrischen Wahlschalters 61 gewählt werden können, werden während der Kalibration des Gerätes so eingestellt, dass für eine polierte Schwarzglasprobe mit einem Brechungsindex von 1,567 die digitale Anzeigeeinheit 66 den Wert 100 zeigt.
  • Im Falle der Glanzmessung sind die Bestrahlungsstrahlenbündel des Messgerätes nicht polarisierte Bündel.
  • Im Falle von anderen Messungen, z.B. einer absoluten Reflexion messung, Messung der Streuung, usw. ist es zweckmässig, dass die Strahlenbündel senkrecht zur Einfallsebene /s/, bzw. parallel zur Einfallsebene /p/ polarisiert sind.
  • Für diesen Zweck ist es günstig, direkt vor die Lichtquellen 11, 21, 31 oder vor die Blenden 12, 22, 32 Polarisatorplatten, austauschbar bzw. entfernbar, einzulegen /z.B. Polaroid-Folien/. In diesem Fall polarisieren die Polaroid-Folien auch die optischen Referenzstrahlen, sodass die Transmissionsänderung der Polaroids bedingt z.B. durch Temperaturänderungen, keinen Messfehler verursacht, da es durch Verhältnisbildung aus dem Messergebnis herausfällt. Bei Verwendung der Polaroid Folien müssen jedoch entsprechend neue Normierungsfaktoren in die Rechenprogramme eingefügt werden.

Claims (11)

  1. MESSINSTRUMENT ZUR BESTIMMUNG DER REFLEXION VON EBENEN OBERFLACHEN, INSBESONDERE GLANZMESSGERXT Patentansprüche Messinstrument zur Messung der Reflexion von ebenen Flächen, insbesondere Glanzmesser, das mit Lichtquellen und Beleuchtungseinheiten von mehreren vorgebenen Einfallswinkeln sowie Messdetektoren versehen ist, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , dass die Lichtquellen /11, 21 .../ in den Beleuchtungseinheiten /10, 20, .../ im Impulsbetrieb betreibbare Lichtquellen sind, dass an allen Beleuchtungseinheiten /10, 20, .../ mittels zur Übertragung von optischen Referenzsignalen geeigneter Lichtleiterelemente /13, 23, .../ mindestens ein gemeinsamer Referenzdetektor /1, .../ angekoppelt ist, wobei das Lichteintrittsende der Lichtleiterelemente /13, 23, .../ ausserhalb der Beleuchtungsbündel angeordnet ist, weiterhin im Weg der Beleuchtungsbündel zur Sicherung einer in allen Messgeometrien gleichen ausgeleuchteten Probenfläche /51/ geeignete bündel begrenzende Blenden /15, 25, .../ angeordnet sind, dass in den Strahlumlenkung erfordernden Strahlengängen der Beleuchtungsbündel und Messbündel Strahlumlenkungselemente /36, .../ angeordnet sind, die totalreflektierende Prismen sind, deren Ein- und Austrittsilächen senkrecht zur optischen Achse der Bündel angeordnet sind, desweiteren die mittels Messdetektoren /111, 121, .../ und Referenzdetektor/en/ /1, .../ während der "dunklen" und "hellen" Phasen der Messperiode erzeugten elektrischen Signale an die Eingänge der durch diese Phasen bestimmten gesonderten Speicher geschaltet sind, während die Ausgänge dieser gesonderten Speicher oder die elektrisch gebildeten Differenzen der in den an den "hellen" und "dunklen Phasen gehörenden Speichern gespeicherten Signale in der Messphase durch einen zur Auswahl der zu den einzelnen Messarten zugeordneten Paarung der Messdetektoren /111, 121, .../ und Referenzdetektor/en/ /1, .../ bzw. Lichtquellen /11, 21., .../ geeigneten elektrischen Wahlschalter /61/ an Eingänge einer elektrischen Rechnereinheit /60/ geschaltet sind.
  2. 2. Messinstrument nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t , dass die Lichtquellen /11, 21, .../ der Beleuchtungseinheiten /10, 20, ..,/ bei der gleichen Wellenlänge emittierende Lichtemittierdioden sind.
  3. 3. Messinstrument nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i. c h n e t , dass die Stirnflächen /11", 21"/ der Leuchtköpfe der Licht-Emittierdioden auf, durch die Brennweite der Beleuchtungsobjektive /14, 24/ und die Messgeometrie bestimmte Abmessungen /s' x p'/ bearbeitet und mattiert sind, während ihre Seitenflächen /11 " , 21" ',.../ mit Spiegelbelag überzogen sind.
  4. 4. Messinstrument nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Lichtleiterelemente /13, 23, .../ zur Übertragung der optischen Referenzsignale Lichtfaserbauelemente und/ oder eine zwischen den Lichtquellen /11, 21, .../ und den Referenzdetektoren /1, .../ angeordnete, einen direkten Lichtdurchfall ermöglichende Bohrung/en/ und/oder ein Rohr /Röhre/ sind.
  5. 5. Messinstrument nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass unmittelbar vor den Lichtquellen /11, 21, .../ Polarisatoren mittels einer Halterung in reproduzierbarer Anordnung angeordnet sind.
  6. 6. Messinstrument nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die elektrische Rechnereinheit /60/ mit weiteren Speichern zur Speicherung von Kalibrierkonstanten versehen ist.
  7. 7. Messinstrument nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine solche Steuereinheit /62/ vorgesehen ist, welche das elektrische Signal des ausgewählten Messdetektors /z.B. 111/ und Referenzdetektors /z,B.1/ in den "dunkel" Zuständen, die durch die Steuereinheit /62/ festgelegt werden, über Strom-Spannungskonverter und Addierstromkreise /102,2/ der Mess- bzw. Referenzkreise an erste Musterempfang- und Speicherstromkreise /103,3/ schaltet, welche in diesem Fall im Musterempfangszustand sind und im Falle des "hell" Zustandes der ausgewählten Lichtquelle /z.B,ll/,wo dieser Zustand durch die Steuereinheit /62/ ausgewählt wird, die Signale über die Strom--Spannungskonverter und Addierstromkreise /102,2/ an die zweiten Musterempfangs- und Speicherstromkreise /104,4/ schaltet, die in diesem Fall in den Musterempfangs zustand sind und gleichzeitig die ersten Muster- empfangs- und Speicherstromkreise /103,3/ in den Speicherzustand schalten und diese Schaltkreise und die Eingänge der Strom-Spannungskonverter und Addierstromkreise /102,2/ schaltet, während der zu dem Messdetektor /z,B.lll/ gehörende zweite Musterempfangs-und Speicherstromkreis /104/ an dem Zählereingang eines analog-digital Wandler und Dividierstromkreises /65/ angeschlossen ist, der zweite Musterempfangs- una Speicherstromkreis /4/ des Referenzdetektors /z.B.l/ an den Nennereingang des analog-digital-Wandlers und Dividierstromkreises /65/ angelegt ist und der Ausgang des analog-digital Wandlers und Dividierstromkreises /65/ an dem Eingang einer digitalen Anzeigeeinheit /66/ angeschlossen ist.
  8. 8. Messinstrument nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass mittels des elektrischen Wahlschalters /61/, zwischen den Ausgängen der Messdetektoren /111, 121, .../ und/oder Referenzdetektor/en/ /1, .../ sowie den Eingängen des analog-digital Wandlers und Dividierstromkreises /65/, den einzelnen Messmethoden zugeordneten Schalterstellungen entsprechend, separate elektrische Signalregeleinheiten /115, 125, .../ z.B Potentiometer, eingefügt sind.
  9. 9. Messinstrument nach einem der Ansprüche, 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , dass alle Mess- /111, 121, .
    und Referenzàetektor/en/ /1,.../ Photodetektoren von der gleichen Type sind.
  10. 10. Messinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k. e n n -z e i c h n e t , dass die digitale Anzeigeeinheit 36/ an das Messinstrument mit einem verschiedene Ablesepositionen sichernden Stecker angekoppelt ist.
  11. 11. Messinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , dass zur Speisung des Messinstrumentes aufladbare elektrische Stromquellen und/oder ein Netzadapter vorgesehen sind/ist, wobei dieser in einem, aus einer Grundplatte /71/ und einem oberen Gehäuseteil /72/ ausgebildeten und alle Konstruktionselemente des Messinstrumentes aufnehmenden Gehäuse angeordnet sind /ist.
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