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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Oberflächenkomponente sowie eine Vorrichtung mit einer Oberflächenkomponente.
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Beim Betrachten von Oberflächen kann es aufgrund einer Perspektive eines jeweiligen Betrachters zu einer Wahrnehmung von unterschiedlichen optischen Eigenschaften, wie bspw. Farbunterschieden auf einer gleichmäßig gefärbten Oberfläche kommen. Insbesondere bei Oberflächen in unterschiedlichen Formen, die jedoch in einer gleichen Farbe gefärbt wurden, kann ein unerwünschter Eindruck von Vielfarbigkeit aus einer bestimmten Perspektive entstehen. Um derartige Eindrücke von Vielfarbigkeit zu vermeiden und einen konstanten Farbeindruck bzw. konstante optische Eigenschaften zu erzeugen, wird ein Verfahren zur gezielten Manipulation einer jeweiligen zu betrachtenden Oberfläche benötigt.
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In der deutschen Druckschrift
DE 10 2008 013 057 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit einer genarbten Oberflächenstruktur offenbart, bei dem die Oberflächenstruktur durch Aufbringen von Material in einzelnen Pixeln auf das Bauteil gemäß einem 3D-Datensatz erzeugt wird.
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Ein System zum Erfassen von Farbunterschieden ist in der US-amerikanischen Druckschrift
US 2015/0109443 A1 offenbart.
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Vor diesem Hintergrund ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer Oberfläche bereitzustellen, die mindestens einem Betrachter aus mindestens einer vorgegebenen Perspektive einen konstanten Farbeindruck ermöglicht.
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Es wird somit ein Verfahren zum Herstellen mindestens einer Oberflächenkomponente vorgestellt, wobei mindestens eine Negativform für die mindestens eine Oberflächenkomponente mittels eines Lasers hergestellt wird und wobei der Laser eine Rohform der mindestens einen Negativform derart bearbeitet, dass mindestens ein mittels der mindestens einen Negativform zu erzeugendes Positivteil der mindestens einen Oberflächenkomponente eine Oberflächenstruktur aufweist, die eine Anzahl räumlicher Elemente umfasst und die räumlichen Elemente jeweils eine Anzahl Flächen aufweisen, wobei die Flächen derart ausgerichtet sind, dass auf die mindestens eine Oberflächenstruktur einfallende Strahlung zumindest teilweise in mindestens einem auf mindestens einen vorgegebenen Punkt in einer Umgebung der mindestens einen Oberflächenkomponente ausgerichteten Winkel zu reflektieren ist.
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Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und den abhängigen Ansprüchen.
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Das vorgestellte Verfahren dient insbesondere zum Bereitstellen von Oberflächenkomponenten, die eine Oberflächenstruktur aufweisen, die derart ausgestaltet ist, dass von einer jeweiligen Oberflächenkomponente reflektierte bzw. abgestrahlte Strahlung bei einem Betrachter einen definierten optischen Eindruck, insbesondere einen definierten Farbeindruck erzeugt, der zumindest in einem Teilbereich einer jeweiligen Oberflächenkomponente konstant ist. Dazu ist vorgesehen, dass eine Negativform erzeugt wird, mittels derer eine jeweilige Oberflächenkomponente als Positivteil, bspw. in einem Gießprozess hergestellt werden kann. Um den definierten optischen Eindruck sicherzustellen, ist vorgesehen, dass die Negativform derart bearbeitet wird, dass diese eine Oberfläche aufweist, die bei entsprechenden Positivteilen eine Oberflächenstruktur erzeugt, die von einem jeweiligen Positivteil abgestrahlte bzw. reflektierte Strahlung perspektivisch ausrichtet, d. h. für mindestens eine vorgegebene Perspektive optimiert, und selektiv für die vorgegebene Perspektive vorgegebene optische Eigenschaften, wie bspw. eine Farbe erzeugt.
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Um eine von einem jeweiligen Positivteil bzw. einer jeweiligen Oberflächenkomponente abgestrahlte Strahlung perspektivisch auszurichten und, dadurch bedingt, insbesondere Bereiche zu erzeugen, in denen ein jeweiliger Betrachter Farbkonstanz an dem jeweiligen Positivteil wahrnehmen kann, ist vorgesehen, dass jeweilige räumliche Elemente bzw. jeweilige von den räumlichen Elementen umfasste Flächen einer Oberfläche eines jeweiligen Positivteils gezielt, d. h. in Abhängigkeit mindestens einer vorgegebenen Perspektive bzw. eines vorgegebenen Punkts in einer jeweiligen Umgebung, ausgerichtet werden. Dies bedeutet, dass bspw. räumliche Elemente in Pyramidenform einzeln derart ausgerichtet werden, dass dem Betrachter, der von dem vorgegebenen Punkt in der Umgebung das jeweilige Positivteil betrachtet, jedes räumliche Element dem Betrachter so zugedreht bzw. zugeneigt ist, dass bei dem Betrachter von jedem einzelnen räumlichen Element Strahlen mit vorgegebenen optischen Eigenschaften, insbesondere einem gleichen Abstrahlwinkel und/oder einer gleichen Wellenlänge ankommen.
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Durch eine einzelne Ausrichtung jeweiliger räumlicher Elemente einer Oberflächenstruktur einer jeweiligen Oberflächenkomponente kann eine diffuse Verteilung von Strahlung und eine damit verbundene Verteilung eines von der Oberfläche erzeugten Farbeindrucks vermieden werden.
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Um jeweilige optische Eigenschaften von durch eine Oberflächenkomponente reflektierten Strahlen zu beeinflussen, ist insbesondere vorgesehen, dass Flächen jeweiliger räumlicher Elemente, wie bspw. Seitenflächen pyramidenförmiger räumlicher Elemente, im Bezug zu einem vorgegebenen Punkt in einer jeweiligen Umgebung ausgerichtet werden. Dazu können die räumlichen Elemente bspw. entlang ihrer Horizontal- und/oder Vertikalachse gedreht werden. Im Gegensatz zu aufwendigen Druckverfahren sieht das erfindungsgemäße Verfahren jedoch vor, dass eine jeweilige Oberfläche einer Oberflächenkomponente mittels einer Negativform vorgegeben und entsprechend gegossen, gepresst oder gemäß jedem weiteren technisch möglichen Verfahren aus der Negativform abgeformt wird.
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Unter einer Oberflächenkomponente ist im Kontext der vorliegenden Erfindung eine Komponente einer Vorrichtung zu verstehen, die eine Oberfläche aufweist, die zumindest teilweise mit Licht zu bestrahlen ist.
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In einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass der Laser in Abhängigkeit eines Modells gesteuert wird, mittels dessen eine Ausrichtung der Anzahl Flächen der räumlichen Elemente der mindestens einen Negativform derart berechnet wird, dass auf die Oberflächenstruktur einer jeweiligen Positivform der mindestens einen Oberflächenkomponente einfallende Strahlung zumindest teilweise in mindestens einem auf mindestens einen vorgegebenen Punkt in einer Umgebung der mindestens einen Oberflächenkomponente ausgerichteten Winkel zu reflektieren ist.
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Da eine punktgemäße Ausrichtung von räumlichen Elementen einer jeweiligen Oberfläche einen bedeutenden Rechenaufwand bedingt, ist vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Negativform zunächst mittels eines mathematischen Modells berechnet und anschließend mittels eines 3D-Lasers, der die einzelnen räumlichen Elemente aus einer Rohform, wie bspw. einem Metallblock, formt, hergestellt wird.
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Mittels eines mathematischen Modells jeweiliger räumlicher Elemente einer Oberflächenstruktur einer jeweiligen Oberflächenkomponente ist es möglich, ein optisches Verhalten der Oberflächenkomponente vorherzusagen und verschiedenste Ausrichtungen jeweiliger räumlicher Elemente zu vergleichen. Weiterhin ist es mittels eines derartigen mathematischen Modells möglich, einen Einfluss von gerichtetem Lichteinfall bzw. Schattenwurf auf die räumlichen Elemente bzw. auf die gewünschten optischen Eigenschaften der Oberflächenkomponente zu untersuchen und derartige Einflüsse durch eine entsprechend optimierte Ausrichtung der räumlichen Elemente, insbesondere selektiv für eine jeweilige Perspektive zu minimieren.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass die mindestens eine Negativform derart gestaltet wird, dass jeweilige Flächen jeweiliger räumlicher Elemente einer jeweiligen Oberflächenkomponente in einer Weise relativ zueinander ausgerichtet werden, die bedingt, dass auf die Oberflächenstruktur einer jeweiligen Positivform der mindestens einen Oberflächenkomponente einfallende Strahlung zumindest teilweise auf eine Vielzahl vorgegebener Punkte in einer Umgebung der mindestens einen Oberflächenkomponente reflektiert wird.
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Durch exakt relativ zueinander ausgerichtete räumliche Elemente ist es möglich, jeweilige auf eine Oberfläche einfallende Strahlen zu mehreren Punkten zu reflektieren, so dass eine Vielzahl von Betrachtern aus verschiedenen Perspektiven bzw. Punkten einen jeweilig gleichen Oberflächeneindruck, wie bspw. eine gleichmäßige Färbung erhält. Um eine Reflektion von Strahlen zu einer Vielzahl von Punkten zu ermöglichen, können die räumlichen Elemente bspw. als Pyramiden ausgestaltet sein, wobei eine erste Seite einer jeweiligen Pyramide derart ausgerichtet ist, dass auf die erste Seite einfallende Strahlen zu einem ersten Punkt in der Umgebung einer entsprechenden Oberfläche reflektiert werden und eine zweite Seite einer jeweiligen Pyramide derart ausgerichtet ist, dass auf die zweite Seite einfallende Strahlen zu einem zweiten Punkt in der Umgebung reflektiert werden.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Vielzahl von Positivformen mittels einer Vielzahl von Negativformen erzeugt wird und jeweilige Negativformen der Vielzahl Negativformen mittels des Lasers derart bearbeitet werden, dass jeweilige räumliche Elemente jeweiliger Positivteile derart relativ zueinander ausgerichtet werden, dass auf jeweilige Oberflächenstrukturen der jeweiligen Positivteile einfallende Strahlung zumindest teilweise in mindestens einem auf mindestens einen vorgegebenen Punkt in einer Umgebung einer jeweiligen Oberflächenkomponente ausgerichteten Winkel zu reflektieren ist.
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Insbesondere ist denkbar, dass einfallende Strahlung mittels der erfindungsgemäß vorgesehenen räumlichen Elemente selektiv reflektiert wird, so dass bspw. von einem ersten Punkt in einer Umgebung einer jeweiligen Oberflächenkomponente eine blaue Färbung und von einem zweiten Punkt in der Umgebung der Oberflächenkomponente eine grüne Färbung der Oberflächenkomponente wahrzunehmen ist.
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Das vorgestellte Verfahren eignet sich in Ausgestaltung insbesondere dazu, eine Vielzahl von Positivformen, d. h. Oberflächenkomponenten, wie bspw. Innenverkleidungselemente eines Fahrzeugs, in ihren optischen Eigenschaften aufeinander abzustimmen und, dadurch bedingt, einen über die Vielzahl von Positivformen hinweg gleichbleibenden bzw. vorgegebenen optischen Eindruck, insbesondere eine über die Vielzahl von Positivformen hinweg anhaltende Farbkonstanz zu erzeugen. Durch jeweilige relativ zueinander ausgerichtete räumliche Elemente jeweiliger Positivteile können auf die jeweiligen Positivteile einfallende Strahlen gezielt auf einen vorgegebenen Punkt reflektiert werden, so dass optische Unterschiede, insbesondere Farbunterschiede, aufgrund von diffus gestreuter Strahlung vermieden werden. Entsprechend können durch relativ zueinander ausgerichtete räumliche Elemente über eine Vielzahl von Positivformen hinweg geometrisch und perspektivisch bedingte optische Effekte ausgeglichen werden.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass die mindestens eine Negativform derart hergestellt wird, dass eine Verteilung jeweiliger räumlicher Elemente auf einem jeweiligen Positivteil erzeugt wird, die derart gewählt ist, dass von dem Positivteil reflektierte Strahlung an dem mindestens einen vorgegebenen Punkt bei mindestens einem Betrachter einen vorgegebenen Farbeindruck erzeugt.
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Das vorgestellte Verfahren eignet sich insbesondere zum Erzeugen eines vorgegebenen Farbeindrucks für einen Betrachter, der ein jeweiliges Positivteil von einem vorgegebenen Punkt aus betrachtet. Dazu ist vorgesehen, dass jeweilige eine Oberfläche des Positivteils bildende räumliche Elemente einfallende Strahlung in einem vorgegebenen Winkel abstrahlen, wobei ein Teil der räumlichen Elemente bspw. derart ausgerichtet sein kann, dass ein Teil der einfallenden Strahlen gezielt von dem Betrachter bzw. dem vorgegebenen Punkt weg gerichtet werden, so dass lediglich Strahlen einer bestimmten Güte an den vorgegebenen Punkt reflektiert werden. Dazu können die räumlichen Elemente bspw. als optische Filter ausgestaltet sein.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung mit mindestens einer Oberflächenkomponente, wobei die mindestens eine Oberflächenkomponente eine Oberflächenstruktur aufweist, die eine Anzahl räumlicher Elemente umfasst und die räumlichen Elemente jeweils eine Anzahl Flächen aufweisen, wobei die Flächen derart ausgerichtet sind, dass auf die Oberflächenstruktur einfallende Strahlung zumindest teilweise in mindestens einem auf mindestens einen vorgegebenen Punkt in einer Umgebung der mindestens einen Oberflächenkomponente ausgerichteten Winkel zu reflektieren ist.
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Das vorgestellte Verfahren dient insbesondere zur Herstellung der vorgestellten Vorrichtung.
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Die erfindungsgemäß vorgesehene Oberflächenkomponente eignet sich insbesondere als Innen- und/oder Außenteil der vorgestellten Vorrichtung, wie bspw. einem Fahrzeug. Weiterhin ist denkbar, dass die erfindungsgemäße Oberflächenkomponente als Element einer Blende einer Kamera oder als Folie zum Erzeugen vorgegebener optischer Eigenschaften für bspw. eine Anzeigeeinheit verwendet wird.
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Für den Fall, dass die erfindungsgemäß vorgesehene Oberflächenkomponente bspw. in einer Blende einer Kamera eingesetzt wird, können jeweilige räumliche Elemente der Oberflächenkomponente derart relativ zueinander ausgerichtet sein, dass eine Oberflächenstruktur der Oberflächenkomponente einfallende Strahlung zumindest teilweise absorbiert.
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In einer möglichen Ausgestaltung der vorgestellten Vorrichtung ist vorgesehen, dass eine erste Auswahl der Anzahl Flächen derart ausgerichtet ist, dass die auf die Oberflächenstruktur einfallende Strahlung zumindest teilweise in einem ersten auf einen ersten vorgegebenen Punkt in der Umgebung der mindestens einen Oberflächenkomponente ausgerichteten Winkel reflektiert wird und eine zweite Auswahl der Anzahl Flächen derart ausgerichtet ist, dass die auf die Oberflächenstruktur einfallende Strahlung zumindest teilweise in einem weiteren auf einen weiteren vorgegebenen Punkt in der Umgebung der mindestens einen Oberflächenkomponente ausgerichteten Winkel zu reflektieren ist.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorgestellten Vorrichtung ist vorgesehen, dass eine Auswahl der Anzahl Flächen derart ausgerichtet ist, dass die auf die Oberflächenstruktur der mindestens einen Oberflächenkomponente einfallende Strahlung zumindest teilweise derart zu reflektieren ist, dass die einfallende Strahlung an einem vorgegebenen Punkt in der Umgebung der Oberflächenkomponente vorbei abzustrahlen ist.
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Selbstverständlich eignet sich die vorgestellte Vorrichtung auch zum Vermeiden optischer Störeffekte, wie bspw. Blendeffekten, indem auf die Vorrichtung einfallende Strahlung lediglich teilweise an einen vorgegebenen Punkt reflektiert bzw. ein weiterer Teil der einfallenden Strahlung an dem vorgegebenen Punkt vorbei, d. h. an mindestens einen Punkt außerhalb des vorgegebenen Punkts reflektiert wird.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.
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1 zeigt eine Anordnung von Oberflächenelementen gemäß dem Stand der Technik.
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2 zeigt eine Anordnung von Oberflächenelementen, die gemäß einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens bearbeitet wurden.
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In 1 ist ein Fahrzeug 1 dargestellt, dass eine Anzahl erste Teile 3 und eine Anzahl zweite Teile 5 umfasst. Sowohl die Anzahl erster Teil 3 als auch die Anzahl zweiter Teile 5 sind jeweils in einer gleichen Farbe gefärbt, um einen gleichmäßigen Farbeindruck zwischen jeweiligen Teilen zu erzeugen. Da jeweilige Oberflächen der Anzahl Teile nicht aufeinander abgestimmt sind und bspw. normalverteilt ausgerichtete räumliche Elemente aufweisen, wird von den jeweiligen Teilen reflektiertes Licht diffus gestreut. Bedingt durch die diffuse Streuung des reflektierten Lichts wird bei einem Betrachter der Anzahl erster Teile 3 bzw. der Anzahl zweiter Teile 5 ein ungleichmäßiger Farbeindruck erzeugt, der sich in Abhängigkeit einer Ausrichtung jeweiliger Teile der Anzahl erster Teile 3 bzw. der Anzahl zweiter Teile 5 ändert. Dies bedeutet, dass der Betrachter jeweilige Teile der Anzahl erster Teile 3 bzw. der Anzahl zweiter Teile 5 in unterschiedlichen Farbnuancen wahrnimmt.
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In 2 ist das Fahrzeug 1 dargestellt, wobei das Fahrzeug 1 eine Anzahl erster Teile 7 und eine Anzahl zweiter Teile 9 umfasst. Sowohl die Anzahl erster Teile 7 als auch die Anzahl zweiter Teile 9 sind jeweils in einer gleichen Farbe gefärbt, um einen gleichmäßigen Farbeindruck zwischen jeweiligen Teilen zu erzeugen. Im hier gezeigten Falle weisen alle ersten Teile 7 eine erste Farbe und alle zweiten Teile 9 eine zweite Farbe auf, wobei die erste Farbe und die zweite Farbe unterschiedlich sind. Generell können die erste und zweite Farbe auch gleich sein. Da jeweilige Oberflächen der Anzahl erster Teile 7 aufeinander abgestimmt sind, d. h. räumliche Einheiten eines jeweiligen Teils derart ausgerichtet sind, dass auf das Teil einfallendes Licht in einem vorgegebenen Winkel zu einem vorgegebenen Punkt in einer Umgebung des jeweiligen Teils reflektiert wird, zeigen die Anzahl erster Teile 7 und die Anzahl zweiter Teile 9 ein für einen jeweiligen Perspektivenpunkt, d. h. eine jeweilige Vorzugsrichtung exakt vorgegebenes optischen Verhalten, so dass alle Teile der Anzahl erster Teile 7 von einem vorgegebenen Punkt aus, wie bspw. von einem Einstieg eines Fahrzeugs aus, eine gleiche und gleichmäßige Färbung zeigen.
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Jeweilige Teile der Anzahl zweiter Teile 9 weisen Oberflächen auf, deren räumliche Elemente derart ausgerichtet sind, dass auf die Oberflächen einfallendes Licht derart reflektiert wird, dass optische Eigenschaften der jeweiligen Teile für einen ersten Perspektivenpunkt, d. h. aus einer ersten Vorzugsrichtung, konstant sind und bspw. eine erste Farbe zeigen als auch für einen zweiten Perspektivenpunkt, d. h. aus einer zweiten Vorzugsrichtung, konstant sind und bspw. eine zweite Farbe zeigen.
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Um die Anzahl erster Teile 7 und/oder die Anzahl zweiter Teile 9 zu erzeugen, kann bspw. ein Druck- und/oder Gussverfahren verwendet werden, bei dem eine Negativform verwendet wird, um jeweilige Teile als Positivform zu erzeugen. Dabei weist die Negativform eine Oberfläche auf, die bewirkt, dass die Oberfläche einer jeweiligen Positivform räumliche Elemente aufweist, die derart ausgerichtet sind, dass vorgegebene optische Eigenschaften durch die jeweilige Positivform zu erzeugen sind.
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Um eine jeweilige Negativform zu erzeugen, ist insbesondere vorgesehen, dass ein Modell für eine jeweilige zu erzeugende Oberfläche eines Positivteils berechnet wird, und die Negativform anschließend mittels eines 3D-Laserschneiders erzeugt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008013057 A1 [0003]
- US 2015/0109443 A1 [0004]