Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion eines Materialfilms auf einer Oberfläche eines Werkstücks, insbesondere eines nach einer Reinigung auf einem Werkstück zurückbleibenden Ölfilms.

Bei der Verteilung von elektrischem Strom in Fahrzeugen, Maschinen, Gebäuden oder regionalen und überregionalen Netzen trägt neben dem Leitungswiderstand der Kontaktwi der stand zwischen Stecker und Buchse, zwischen Kabel und Steckkontakt usw. zu einem auftretenden Energieverlust bei. Dies gilt insbesondere dann, wenn zwischen den leitenden Metallkontakten elektrisch isolierende dünne Schichten vorhanden sind. Dies können beispielsweise nicht vollständig entfernte Schneidöle, wie sie in der Stanztechnik zum Einsatz kommen, sein. Auch an anderen Werkstücken wie Kabeln und Litzen können herstellungsbedingt Ölablagerungen an der Oberfläche anhaften.

Die Entfernung von Bearbeitungsölen von Metallen erfolgt im Allgemeinen in Waschstraßen. Die zugehörige Vorgang ist programmgesteuert, wobei eine Steuerung hinsichtlich einer Reinigung und eines Reinigungsgrads aktuell nicht inline stattfindet. Die Kontrolle des Reinigungsgrads wird zum Teil stichprobenartig im Labor vorgenommen.

Eine gängige Methode zum Nachweis von Resten von Bearbeitungsölen auf Metall oberflächen nach einer Reinigung ist die Verwendung sogenannter Testtinten zur Ermittlung der Oberflächenspannung. Auf diese Weise wird indirekt eine Schichtdicke einer Ölschicht ermittelt, da die Änderung der Oberflächenspannung durch die Anwesenheit der Ölschicht detektiert wird. Zur Ermittlung der Oberflächenspannung werden dabei Tinten unterschiedlicher Viskosität verwendet. Dabei wird die Testtinte mit einer dieser zugeordneten Oberflächenspannung ermittelt, die gerade nicht mehr von der zu untersuchenden Oberfläche abperlt. Dazu sind die Testtinten mit Angaben einer entsprechenden Oberflächenspannung gekennzeichnet. Wenn eine spezielle Testtinte gerade nicht mehr von der zu untersuchenden Oberfläche abperlt, kann davon ausgegangen werden, dass die Werkstückoberfläche die entsprechende Oberflächenspannung besitzt. In der Praxis wird eine Oberfläche mit einer Oberflächenspannung von mehr als 36 mN/m als im Wesentlichen gereinigt angesehen. Die Testtintenmethode hat den Nachteil, dass es sich lediglich um eine Offline- Werkstückkontrolle handelt. Ferner ist die Methode auch abhängig von der Art des zu untersuchenden Materials sowie von dessen Oberflächenbeschaffenheit, ebenso wie von der Interpretation durch einen Benutzer hinsichtlich des Verhaltens der jeweiligen Testtinten. Darüber hinaus ist die Bestimmung auch nicht berührungslos. Auch andere Verfahren, beispielsweise eine Bestimmung der Schichtdicke mittels einer hochgenauen Analysewage, haben sich als nicht praktikabel erwiesen.

US 2004/0099806 Al offenbart eine Bestimmung eines Absorptionsverhaltens einer Materialschicht auf einem Werkstück. Dazu wird ein Kristall auf dem Werkstück mit der Materialschicht positioniert, und Intensitäten von an einer inneren Fläche des Kristalls reflektiertem IR- Licht werden detektiert. Diese Intensitäten werden mit Referenzintensitäten verglichen, die für eine Reflexion an dem Kristall ohne Vorhandensein des Werkstücks bestimmt werden. Anhand des Vergleichs können Aussagen über die Eigenschaften der Material schicht getroffen werden.

DE 101 33 451 Al betrifft eine Vorrichtung zum Erkennen von Karies und dergleichen an Zähnen, wobei mit Hilfe einer Lichtquelle eine Strahlung erzeugt wird, die auf einen zu untersuchenden Zahn gerichtet wird und dort eine Reflexion hervorruft. Dabei werden zwei unterschiedliche Wellenlängenbereiche im blauen bzw. ultravioletten und im roten bzw. nahinfraroten Bereich verwendet.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur zuverlässigen und benutzerfreundlichen Ermittlung einer Schichtdicke eines Materialfilms, insbesondere eines Ölfilms, auf einem Werkstück vor und/oder nach einer Reinigung desselben bereitzustellen. Diese sollen bevorzugt sowohl offline als auch während der Produktion, d.h. inline, eingesetzt werden können.

Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 12. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass eine optische Detektion einer Schichtdicke eines Ölfilms bzw. einer physikalischen Größe, anhand derer auf die Schichtdicke geschlossen werden kann, insbesondere bei einer Inline-Detektion von Vorteil ist, da ein Messkopf verwendet werden kann, der in bestehende Systeme integriert werden kann. Bei einer Untersuchung des Reflexionsverhaltens von Ölfilmen auf metallischen Oberflächen wurde festgestellt, dass die meisten der verwendeten Öle ein Absorptionsband im Infraroten, nämlich bei ca. 3500 nm aufweisen. Dieses Absorptionsband wird durch eine Kohl en- Wasserstoff- Bindung hervorgerufen, die in fast allen relevanten Ölen (Mineralöl, synthetische Öle, Silikone) vorhanden ist. Ebenso wurde festgestellt, dass bei einer größeren Wellenlänge im Infraroten, das heißt, bei ca. 4000 nm, nahezu alle untersuchten Öle keine Absorption aufweisen. Daher ist es möglich, diesen Wellenlängenbereich als Referenz für die Messung der Absorption durch den Ölfilm zu verwenden. Auf diese Weise kann eine relative bzw. normierte Messung der Absorption durch den Ölfilm erhalten werden, die im Vergleich zu lediglich einer absoluten Messung beispielsweise der Intensität der Reflexion bei einer Wellenlänge zuverlässigere Ergebnisse liefert.

Vorteilhaft ist, wenn der Messkopf des Sensors so aufgebaut ist, dass ein von einem insbesondere breitbandigen Sender emittiertes Signal, das an einer Oberfläche reflektiert wird, über bevorzugt zwei Empfänger für unterschiedliche Wellenlängen erfasst und ausgewertet wird. Wenn dabei je nach dem Bedeckungsgrad der Oberfläche mit Öl eine unterschiedlich starke Absorption in einem bestimmten Wellenlängenbereich stattfindet, kann dies anhand des Verhältnisses der detektierten Signale erfasst werden.

Aufgrund der bereits erwähnten Abhängigkeit von den Materialeigenschaften des Werkstücks bzw. der Oberflächenbeschaffenheit desselben, ist in der Regel eine Kalibrierung für eine bestimmte Werkstücksorte und gegebenenfalls auch ein bestimmtes Schneid- bzw. Stanzöl erforderlich. Im Rahmen einer solchen Kalibrierung kann unter Verwendung bekannter Verfahren, beispielsweise der bereits erwähnten Testtintenmethode, eine Referenz erzeugt werden, die einen Zusammenhang zwischen einer physikalischen Eigenschaft eines Ölfilms und einem entsprechenden Detektionswert des Sensors angibt. Bei einer späteren Messung kann dann der erfasste Messwert mit dieser Referenz verglichen werden, und basierend darauf kann bestimmt werden, ob der Ölfilm in ausreichendem Maße entfernt worden ist. Dies ist dann der Fall, wenn beispielsweise der detektierte Messwert eine vorbestimmte Schwelle unter- oder überschreitet, oder wenn eine Zuordnung des Messwerts zu einer physikalischen Größe, die die Eigenschaft des Ölfilms angibt, möglich ist. Beispielsweise könnte bei einer Verwendung der Testtintenme- thode zur Kalibrierung eine Zuordnung eines Messwerts zu einer Oberflächenspannung erfolgen. Es versteht sich jedoch, dass alternativ auch andere Verfahren zur Kalibrierung verwendet werden können, beispielsweise unter Einsatz hochpräziser Waagen, so dass z.B. ein Flächengewicht in g/m ² etc. angegeben werden könnte.

Durch eine kompakte Bauform der Vorrichtung kann problemlos ein 3D-Messsystem mit Winkelverstellung insbesondere auch im Rahmen eines Inline- Systems realisiert werden. Es können alle gängigen Schnittstellen vorgesehen werden, wie Profinet, EtherCat, Ethernet, USB, etc.

Als vorteilhaft hat sich erwiesen, eine genaue Positionierung während der Messung sicherzustellen, indem eine Positioniervorrichtung wie ein optischer Pointer und/oder ein Abstandshalter verwendet werden. Zum einen wird so eine berührungslose Messung sichergestellt, zum anderen kann auch der optimale Arbeitsab stand gewährleistet werden.

Da empfängerseitig eine normierte Messung durchgeführt wird, kann anhand der Rohsignale (z.B. bei 3500 nm und 4000 nm) eine dynamische Leistungsnachregelung der Infrarotlichtquel- le(n) erfolgen, so dass der Signalpegel stets im oberen Teil des Dynamikbereichs gehalten werden kann.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Detektion eines Materialfilms auf einer Oberfläche eines Werkstücks gemäß einer Ausführungsform;

Fig. 2 eine beispielhafte Ansicht von zwei detektierten IR-Intensitäten von reflektiertem IR- Licht;

Fig. 3 eine schematische Ansicht eines zur Kalibrierung verwendeten Referenzwerkstücks;

Fig. 4 eine Draufsicht auf unterschiedliche Bereiche des Referenzwerkstücks mit Ölfilmbereichen mit jeweils unterschiedlichen Oberflächenspannungen; Fig. 5 eine beispielshafte Ansicht einer erfindungsgemäß erzeugten Referenz für die Bestimmung der Oberflächenspannung; und

Fig. 6 ein beispielhaftes Messergebnis für mehrere gereinigte und nicht gereinigte Werkstücke.

Im Folgenden werden Ausführungsformen einer Vorrichtung und eines Verfahrens zur Detektion eines Materialfilms, insbesondere eines Ölfilms, auf einer Oberfläche eines Werkstücks unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung 20 zur Detektion eines Materialfilms 200 auf einer Oberfläche 102 eines Werkstücks 100. Dabei kann es sich bei dem Werkstück 100 um ein Metallbauteil handeln, das beispielsweise in einem Stanzprozess hergestellt worden ist. Bei dem Materialfilm 200 kann es sich um einen Ölfilm handeln, der vor oder nach dem Stanzprozess bzw. vor oder nach einer anschließenden Reinigung auf dem Werkstück 100 bzw. der Oberfläche 102 desselben vorhanden ist.

Die Vorrichtung 20 weist eine IR-Sendeeinheit 50 zum Aussenden von IR-Licht in Richtung der Oberfläche 102 sowie mindestens zwei IR-Detektionseinh eiten 12, 14 zum Detektieren von mindestens zwei IR-Intensitäten von an der Oberfläche 102 reflektiertem IR-Licht in jeweils unterschiedlichen IR-Wellenlängenbereichen auf. Dabei kann es sich bei der IR-Sendeeinheit 50 um eine breitbandige Sendeeinheit handeln, die beispielsweise einen Wellenlängenbereich zwischen 2000 nm und 6000 nm abdeckt. Beispielsweise kann ein Folienstrahler als die IR- Sendeeinheit 50 verwendet werden. Die zwei IR-Detektionseinheiten 12, 14 sind so angepasst, dass sie die Intensität des von der Oberfläche 102 diffus reflektierten IR-Lichts in einem bestimmten IR-Wellenlängenbereich detektieren. Beispielsweise können unterschiedliche Bandpassfilter verwendet werden, um zu gewährleisten, dass beispielsweise die IR- Detektionseinheit 12 IR-Licht in einem Wellenlängenbereich um eine zentrale Wellenlänge von ca. 3500 nm detektiert und die IR-Detektionseinheit 14 entsprechendes IR-Licht um eine zentrale Wellenlänge von ca. 4000 nm detektiert.

Die IR-Sendeeinheit 50 und die IR-Detektionseinheiten 12, 14 sind vorteilhafter Weise in einem Sensorkopf 25 integriert, der beispielsweise unter Verwendung einer Positioniereinheit 22, die später beschrieben wird, in einer vorbestimmten Lagebeziehung zu dem Detektionsbereich angeordnet wird. Dabei versteht sich, dass die in Fig. 1 schematisch gezeigte Anordnung, bei der die IR-Sendeeinheit 50 innerhalb der IR-Detektionseinheiten 12, 14 angeordnet ist, lediglich beispielhaft ist und beliebige andere Anordnungen verwendet werden können, bei denen die IR-Detektionseinheiten 12, 14 das von der IR-Sendeeinheit 50 emittierte und an der Oberfläche 102 reflektierte IR-Licht detektieren können. Bei einigen Ausführungsformen können die IR-Detektionseinheiten 12, 14 beispielsweise in der Mitte des Sensorkopfs 25 angeordnet und von einer oder mehreren IR-Sendeeinheiten 50 umgeben sein. Es versteht sich, dass die Zahl der IR-Detektionseinheiten 12, 14 sowie der IR-Sendeeinheiten 50 nicht beschränkt ist und bei Bedarf mehrere dieser Einheiten verwendet werden können. Ein Beispiel dafür wäre eine Anordnung von 5 ersten IR-Detektionseinheiten 12 und 5 zweiten IR-Detektionseinheiten 14, die z.B. von einem Ring aus 8 IR-Sendeeinheiten 50 umgeben sind. Die jeweils von den ersten IR-Detektionseinheiten 12 und den zweiten IR-Detektionseinheiten 14 detektierten Signale können dann auf geeignete Weise kombiniert, beispielsweise addiert und/oder gemittelt, werden. Auch Lichtleiter, die das IR-Licht von und zu den jeweiligen Einheiten leiten, können selbstverständlich eingesetzt werden.

Die von den IR-Detektionseinheiten 12, 14 detektierten IR-Intensitäten werden zu einer Steuereinheit 16 der Vorrichtung weitergegeben. Die Steuereinheit 16 ist dabei ausgebildet zum Ansteuern der IR-Sendeeinheit 50 zum Aussenden des IR-Lichts in Richtung der Oberfläche 102 und zum Erfassen der von den mindestens zwei IR-Detektionseinheiten 12, 14 detektierten IR-Intensitäten. Darüber hinaus ist die Steuereinheit 16 dazu ausgebildet, mindestens einen Vergleichswert, der ein Verhältnis einer der detektierten IR-Intensitäten zu mindestens einer anderen der detektierten IR-Intensitäten angibt, basierend auf den detektierten IR-Intensitäten zu bestimmen. Darüber hinaus ist die Steuereinheit 16 dazu ausgebildet, den mindestens einen Vergleichswert mit mindestens einer Referenz zu vergleichen und basierend auf dem Vergleich einen Betrag einer physikalischen Größe, die eine Eigenschaft des Materialfilms 200 angibt, zu bestimmen. Wie bereits erwähnt, kann die physikalische Größe eine Oberflächenspannung sein. Alternativ dazu kann sie ein Flächengewicht, eine Dicke oder ein Reflexionswert sein.

Fig. 2 zeigt auf beispielhafte Weise die von den zwei IR-Detektionseinheiten 12, 14 detektierten IR-Intensitäten IR1 und IR2 für unterschiedliche Bereiche eines Werkstücks 100. Auf der linken Seite der in Fig. 2 dargestellten Signalkurve ist das Signal für einen Bereich dargestellt, in dem ein Ölfilm einer bestimmten Dicke auf dem Werkstück vorhanden ist, während die rechte Seite der Signalkurve einen Bereich darstellt, in der kein Ölfilm auf der Oberfläche 102 vorhanden ist. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, tritt aufgrund des Vorhandenseins des Ölfilms im linken Bereich eine Absorption in dem von der IR-Detektionseinheit 12 detektierten Wellenlängenbereich auf. Damit verringert sich jedoch die IR-Intensität IR1, die durch die IR- Detektionseinheit 12 detektiert wird. Somit ist ersichtlich, dass das Verhältnis der IR-Intensität IR1 zu der IR-Intensität IR2 bzw. der Summe aus den beiden detektierten IR-Intensitäten IR1 + IR2 ein Vorhandensein eines Ölfilms angeben kann. Da die Absorption proportional zu der Dicke des Ölfilms ist, ist ferner ersichtlich, dass die Größe des Verhältnisses Rückschlüsse darauf zulässt, wie dick der Ölfilm ist. Einzelheiten der Berechnung des Verhältnisses sowie der daraus abgeleiteten physikalischen Größe werden im Folgenden beschrieben.

Wie bereits erwähnt, kann die Steuereinheit 16 dazu ausgebildet sein, den Vergleichswert als einen normierten Vergleichswert zu bestimmen, der das Verhältnis der einen detektierten IR- Intensität IR1 zu der Summe aller detektierten IR-Intensitäten IR1, IR2 angibt. Auch wenn bei dem vorliegenden Beispiel lediglich zwei IR-Intensitäten verwendet werden, versteht sich, dass bei anderen Ausführungsformen mehr als zwei IR-Intensitäten bzw. Detektionswellenlängenbereiche verwendet werden könnten. Entsprechend könnten dann auch zwei oder mehr Verhältnisse bestimmt werden. Diese zwei oder mehr Verhältnisse können dann ebenfalls auf geeignete Weise mit einer Referenz in Verbindung gebracht werden, beispielsweise durch Vergleich der Verhältnisse mit einer vektoriellen Referenzgröße und Bestimmen der Referenzgröße mit der größten Übereinstimmung als die Größe, die die Eigenschaft des Ölfilms angibt. Bei dem vorliegenden Beispiel wird jedoch lediglich ein Verhältnis bestimmt, das gegeben ist durch IR1/(IR1 + IR2).

Zur besseren Auswertung bzw. Darstellung des Verhältnisses ist es ebenfalls möglich, dieses mit einem geeigneten Vorfaktor, beispielsweise 2 ⁿ , wobei n = 2, 3, 4, . . ., zu multiplizieren. Auf diese Weise kann eine in Abhängigkeit von der verwendeten Anzahl von Bits angepasste digitale Signalverarbeitung erleichtert werden. Beispielsweise könnte der Vorfaktor 2 ¹² (4096) sein. Eine weitere Normierung kann dadurch durchgeführt werden, dass von dem Vergleichswert ein normierter Referenzwert subtrahiert wird, der das dem Vergleichswert entsprechende Verhältnis für den Fall, dass kein Materialfilm auf der Oberfläche vorhanden ist, angibt. Mit anderen Worten, der normierte Referenzwert wird durch Bilden des Verhältnisses auf die oben angegebene Weise für eine Oberfläche des Werkstücks gemessen bzw. bestimmt, auf der sich kein Ölfilm befindet.

Um nun anhand des basierend auf den Messungen bestimmten Vergleichswerts den Betrag der verwendeten physikalischen Größe bestimmen zu können, ist ein Abgleich mit einer im Voraus bestimmten Referenz notwendig. Es versteht sich, dass dabei unterschiedliche Verfahren denkbar sind. Beispielsweise könnte zunächst mittels bekannter Verfahren ein Schwellenwert bestimmt werden, der angibt, dass bei Unter- oder Überschreiten dieses Schwellenwerts ein Ölfilm vorliegt, der die Anforderungen im Hinblick auf die Reinheit der Oberfläche 102 erfüllt oder diese nicht erfüllt.

Alternativ kann die Referenz mehrere Referenzwerte, die jeweils unterschiedlichen Beträgen der physikalischen Größe zugeordnet sind, und/oder eine durch die Referenzwerte festgelegte, interpolierte Kurve aufweisen, und der Referenzwert mit der größten Übereinstimmung und/oder ein auf der durch die Referenzwerte festgelegten, interpolierten Kurve liegender Wert kann den Betrag der physikalischen Größe angeben. Dies wird im Folgenden für das Beispiel, bei dem die physikalische Größe die Oberflächenspannung ist und die Referenz mittels der Testtintenmethode erzeugt wird, näher erläutert.

Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht eines Referenzwerkstücks 106, auf dessen Referenzoberfläche 104 mehrere Referenzmaterialfilme 201-209 mit jeweils unterschiedlichen Eigenschaften aufgebracht sind. Dabei weist das Referenzwerkstück 106 dieselben physikalischen Eigenschaften wie das später zu untersuchende Werkstück 100 auf, und es wird dasselbe Material bzw. Öl verwendet wird, das später detektiert werden soll.

Dazu ist es notwendig, dass die Referenzmaterialfilme 201-209 jeweils unterschiedliche Dicken aufweisen. Beispielsweise können in jedem der entsprechenden Bereiche unterschiedlich viele Tropfen des Materials aufgebracht werden, oder beispielsweise innerhalb einer Reihe gleich viele Tropfen, die jedoch unterschiedlich stark verrieben werden. Dies kann beispielsweise dazu führen, dass die Ölmenge in den jeweiligen Zeilen von links nach rechts abnimmt, während die Ölmenge in den jeweiligen Spalten von oben nach unten zunimmt. Dann werden mehrere Referenzwerte für die mehreren Referenzmaterialfilme 201-209 bestimmt, analog zu der Bestimmung des Vergleichswerts, die oben beschrieben wurde. Das heißt, für jeden der Referenzmaterialfilme kann das oben beschriebene normierte Verhältnis der IR-Intensitäten IR1, IR2 bestimmt werden. Die bestimmten Referenzwerte können dann den jeweiligen Beträgen der physikalischen Größe, das heißt den jeweiligen Oberflächenspannungen zugeordnet werden, die wie unten angegeben bestimmt werden. Falls eine weitere Normierung durch Subtrahieren eines normierten Referenzwerts verwendet werden soll, kann in einem oder mehreren Bereichen 210-213 der Referenzoberfläche 104 eine Referenzmessung eines Bereichs ohne Material- bzw. Ölfilm durchgeführt werden. Bei mehreren Messungen kann der Mittelwert als der zu subtrahierende normierte Referenzwert verwendet werden.

Im Anschluss daran wird unter Verwendung eines bekannten Verfahrens, beispielsweise des bereits erläuterten Testtintenverfahrens, der Betrag der physikalischen Größe für jeden Referenzmaterialfilm 201-209 bestimmt. Beispielsweise können Testtinten verwendet werden, die Oberflächenspannungswerte von 30 mN/m bis 50 mN/m in Zwei er- Schritten aufweisen. In jedem Bereich wird dann mit dem Aufbringen der Testtinte mit dem niedrigsten Oberflächenspannungswert begonnen, wobei im Anschluss daran die jeweils nächsthöhere Testtinte aufgebracht wird. Dies gilt solange, bis ein Abperlen der jeweiligen Testtinte zu beobachten ist. Der so ermittelte Oberflächenspannungswert der zu testenden Oberfläche liegt dann zwischen den beiden zuletzt vorgenommenen Aufstrichen. Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf die Referenzoberfläche 104 mit den aufgebrachten Testtinten sowie deren Oberflächenspannungswerte in mN/m. Es ist ersichtlich, dass für jeden der Bereiche 201-209 eine Oberflächenspannung bestimmt werden kann.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel für eine mit dem oben beschriebenen Verfahren erzeugte Referenz R mit mehreren Referenzwerten V. Dabei gibt die horizontale Achse die Oberflächenspannung in mN/m an, und die vertikale Achse gibt den Betrag der Differenz zwischen dem Vergleichswert N und dem normierten Referenzwert Nref an. Auf diese Weise wird für den Fall, dass kein Material- bzw. Ölfilm vorhanden ist, der Wert 0 erhalten, und mit zunehmender Dicke des Ölfilms nimmt der Wert entsprechend zu. Wie in Fig. 5 gezeigt, kann beispielsweise die Steuereinheit 16 dazu ausgebildet sein, durch Interpolation eine Referenzkurve zu erzeugen. Dies ermöglicht bei der späteren Messung eine genauere Bestimmung der Oberflächenspannung, da nicht nur die durch die Testtinten vorgegebenen Zwei er- Schritte zur Verfügung stehen, sondern auch Zwischenwerte bestimmt werden können.

In Fig. 5 sind zur Veranschaulichung nochmals Beispiele für das Aufbringen der Testtinte auf die Referenzoberfläche 104 sowie die vorzugsweise zuvor erfolgende Messung des entsprechenden Bereichs durch den Sensorkopf 25 gezeigt.

Fig. 6 zeigt eine beispielhafte Messung, die an mehreren Werkstücken 100, insbesondere Stanzbauteilen, durchgeführt wurde, die zum Teil gereinigt wurden und zum Teil noch mit einem Ölfilm versehen waren. Es wurden insgesamt zehn Werkstücke an unterschiedlichen Positionen untersucht, wobei die Werkstücke mit den Nummern 1 bis 5 gereinigt wurden und die Werkstücke mit den Nummern 6 bis 10 nicht gereinigt wurden. Die Messung erfolgt an den Positionen b-d jedes Werkstücks, wie in Fig. 6 gezeigt.

Aus Fig. 6 ist ersichtlich, dass basierend auf der Messung und unter Verwendung der Referenz R, die wie oben beschrieben erzeugt wurde, problemlos zwischen einem gereinigten und einem nicht gereinigten Bauteil unterschieden werden kann. Dabei ist in Fig. 6 für jeden Messbereich die Differenz |N-Nref| angegeben. Basierend darauf kann nun für jeden bestimmten Wert anhand der Kurve R in Fig. 5 die zugehörige Oberflächenspannung bestimmt werden und so entschieden werden, ob ein Bauteil gereinigt ist oder noch zu sehr mit Öl bedeckt ist. Es versteht sich aber, dass die Unterscheidung zwischen gereinigtem und nicht gereinigtem Bauteil auch bereits anhand der in Fig. 6 gezeigten Differenz erfolgen kann. Dazu könnte im einfachsten Fall im Voraus eine geeignete Schwelle als eine Referenz R' definiert werden, die in Fig. 6 gestrichelt eingezeichnet ist, wobei bei Unterschreiten der Schwelle von einem gereinigten Bauteil ausgegangen werden kann und bei Überschreiten derselben von einem nicht gereinigten Bauteil ausgegangen werden kann.

Es versteht sich, dass die Vorrichtung 20 einen Speicher 18 zum Abspeichern der mindestens einen Referenz R aufweist. Ferner ist die Steuereinheit 16 dazu ausgebildet, die Referenz R aus dem Speicher abzurufen und den Referenzwert V mit der größten Übereinstimmung und/oder einen auf einer durch die Referenzwerte festgelegten, interpolierten Kurve liegenden Wert als einen Wert zu bestimmen, der den Betrag der physikalischen Größe angibt, wie dies bereits oben beschrieben wurde. Ferner versteht sich, dass die Steuereinheit 16 dazu ausgebildet sein kann, auf die oben beschriebene Weise die Referenz R zu erzeugen, indem die jeweiligen IR-Einheiten geeignet angesteuert werden. Die Steuereinheit 16 kann dann die Referenzwerte V mit den zugehörigen Beträgen der physikalischen Größe und/oder eine durch die Referenzwerte und die Beträge festgelegte, interpolierte Kurve in dem Speicher 18 abspeichem.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform erfolgt die Kalibrierung bzw. Erzeugung der Referenz R durch die Vorrichtung 20, insbesondere vor Ort bei dem Hersteller des Werkstücks 100, um so den unterschiedlichen verwendeten Werkstücken und Oberflächeneigenschaften derselben sowie den unterschiedlichen verwendeten Materialien bzw. Schneid- oder Stanzölen Rechnung zu tragen. Es versteht sich jedoch, dass die Referenz R auch auf andere Weise im Voraus erzeugt werden kann und bereits im Voraus in dem Speicher 18 der Vorrichtung 20 abgespeichert sein kann. Durch eine geeignete Benutzerschnittstelle kann dann beispielsweise eine dem verwendeten Material, der vorliegenden Oberflächenbeschaffenheit und dem verwendeten 01 zugeordnete Referenz aus mehreren Referenzen ausgewählt werden.

Wie bereits eingangs erwähnt, kann die Steuereinheit 16 ferner dazu ausgebildet sein, die Intensität des von der IR-Sendeeinheit 50 ausgesandten IR-Lichts basierend auf einem Betrag mindestens einer der detektierten IR-Intensitäten anzupassen. Wenn beispielsweise eine der IR- Intensi täten sehr gering ist, kann eine Anpassung derart erfolgen, dass der Signalpegel der detektierten IR-Intensitäten im oberen Teil (z.B. zwischen 60 % und 90 %) des Dynamikbereichs gehalten wird.

Für eine erhöhte Genauigkeit der Messung kann es ebenfalls sinnvoll bzw. notwendig sein, den Sensorkopf 25 in einer vorbestimmten Lagebeziehung zu dem zu untersuchenden Bereich der Oberfläche 102 des Werkstücks 100 anzuordnen. Dazu kann die Positioniereinheit 22 vorgesehen sein (siehe Fig. 1). Beispielsweise könnte die Positioniereinheit 22 als ein Abstandshalter ausgebildet sein, der gewährleistet, dass sich die IR-Lichtquelle 50 und/oder die IR- Detektionseinheiten 12, 14 in einer vorbestimmten Entfernung, beispielsweise ca. 10 mm, von der Oberfläche 102 des Werkstücks 100 befinden. Zusätzlich oder alternativ kann, wie in Fig. 1 gezeigt, die Positioniereinheit 22 mehrere, beispielsweise vier, Beleuchtungseinheiten 22a, 22b aufweisen, die angepasst sind zum Aussenden mehrerer fokussierter Lichtstrahlen im sichtbaren Bereich, insbesondere mit unterschiedlichen Wellenlängen und/oder unter unterschiedlichen Winkeln bzw. von unterschiedlichen Positionen in der Umfangsrichtung des Sensorkopfs 25 aus. Insbesondere können die Beleuchtungseinheiten 22a, 22b so angeordnet sein, dass bei korrekter Positionierung (Entfernung und Winkel des Sensorkopfs 25) alle ausgesandten Lichtstrahlen an einem Punkt auf die Oberfläche 102 treffen, so dass ein für einen Beobachter weißer Lichtspot beobachtet werden kann. Wenn dieser Lichtspot erkannt wird, kann ein Bediener sicherstellen, dass die gewünschte Positionsbeziehung vorliegt. Es versteht sich, dass bei anderen Anwendungen, beispielsweise einer Inline-Anwendung in einem automatisierten System, eine entsprechende Detektion des Abstands bzw. des beschriebenen Lichtspots durch geeignete Sensoren (Abstandsensor, Kameras, etc.) und Elektronik erfolgen kann. Die Steuereinheit 16 kann in diesem Fall dazu angepasst sein, den Sensorkopf 25 in Abhängigkeit von den Detektionsergebnissen solcher Sensoren geeignet zu positionieren.

Wie in Fig. 1 gezeigt, kann die Vorrichtung 20 ferner eine Anzeige 24 aufweisen, wobei offensichtlich ist, dass diese Anzeige nicht notwendigerweise Teil des Sensorkopfs 25 sein muss, sondern ebenfalls an einer anderen Stelle erfolgen kann. Auf der Anzeige 24 kann die gewünschte physikalische Größe, beispielsweise eine Oberflächenspannung, ein Flächengewicht, eine Dicke oder ein Reflexionswert angezeigt werden. Dies erfolgt durch die Steuereinheit 16. Dabei versteht sich, dass die physikalische Größe nicht unbedingt ein anschaulicher Wert wie eine Oberflächenspannung oder ein Flächengewicht sein muss, sondern auch eine ggf. dimensionslose Größe, die einen Reflexionswert angibt, sein kann. Allerdings ist offensichtlich, dass eine Umrechnung beispielsweise in die Oberflächenspannung die Benutzerfreundlichkeit erheblich erhöht.

Wie oben bereits erwähnt, werden bevorzugt zwei IR-Wellenlängen im Bereich zwischen 3000 nm und 4500 nm, beispielsweise bei Zentralwellenlängen von 3500 nm und 4000 nm verwendet. Es ist jedoch ausreichend, wenn geeignete Wellenlängen verwendet werden, für die sichergestellt ist, dass in einem der Wellenlängenbereiche eine Absorption durch das verwendete Material bzw. das verwendete 01 stattfindet, während in dem anderen Wellenlängenbereich keine Absorption stattfindet. Es hat sich jedoch gezeigt, dass für die meisten der herkömmli- cherweise verwendeten Schneid- bzw. Stanzöle eine Detektion im Infraroten notwendig bzw. vorteilhaft ist.

Alternativ oder zusätzlich kann jedoch auch eine Detektion in einem anderen Wellenlängenbereich, beispielsweise im UVC-Bereich (bei ca. 265 nm) erfolgen. Als Referenz könnte dann eine Reflexion im sichtbaren Bereich verwendet werden. In solch einem Fall könnte ein dem oben beschriebenen Verhältnis entsprechendes Verhältnis auch für den UVC-Bereich bestimmt werden. Auf diese Weise könnte dann auch ein mehrdimensionaler Abgleich mit einer mehrdimensionalen Referenz (IR + UVC) erfolgen, um möglicherweise eine noch zuverlässigere Zuordnung zu der richtigen Referenzgröße zu erhalten, die dann wiederum die Eigenschaft des Ölfilms angibt.

Bei allen oben beschriebenen Ausführungsformen kann die Vorrichtung 20 auch für den Handbetrieb ausgebildet sein. Dabei kann sie beispielsweise über Batterien mit Leistung versorgt werden und Daten über geeignete Kommunikationsprotokolle wie Bluetooth® beispielsweise an ein Smartphone oder einen Computer zur Auswertung übermitteln. Die Vorrichtung kann dabei sowohl ein digitales Signal (beispielsweise 0 V oder +24 V) und/oder ein Analogsignal (0 V bis +10 V bzw. 4 mA bis 20 mA), das z.B. proportional zu dem Wert |N-Nref| ist, liefern. Wurde im Vorfeld eine geeignete Referenz bzw. Konvertierungstabelle erzeugt, kann dann beispielsweise basierend darauf der Wert der Oberflächenspannung für das vermessene Werkstück ausgegeben werden.

Auch wenn im Vorhergehenden der Fall beschrieben wurde, in dem das Verhältnis als das Verhältnis der Intensität für die Wellenlänge, bei der eine Absorption auftritt, zu den anderen bzw. allen Intensitäten beschrieben wurde (z.B. IR1/(IR1+IR2)), versteht sich, dass bei Bedarf auch das Verhältnis einer der Intensitäten für Wellenlängen, bei denen keine Absorption auftritt, zu der Intensität für die Wellenlänge, bei der die Absorption auftritt, bzw. allen anderen Wellenlängen benutzt werden kann (z.B. IR2/(IR1+IR2)). Es kann auch eine Auswahl zwischen beiden Möglichkeiten vorgesehen sein.

Es wird explizit betont, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale als getrennt und unabhängig voneinander zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung unabhängig von den Merkmalskombinationen in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen angesehen werden sollen. Es wird explizit festgehalten, dass alle Bereichsangaben oder Angaben von Gruppen von Einheiten jeden möglichen Zwischenwert oder Untergruppe von Einheiten zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung offenbaren, insbesondere auch als Grenze einer Bereichsangabe.