Farbmesstechnik

Messgeometrien

Funktionsweise von Spektralphotometern und die Messgeometrien

Ein Spektralphotometer verwendet die Lichtquelle, um die zu messende Probe auszuleuchten. Das von der Probe diffus reflektierte Licht fällt auf einen Monochromaten (z.B. holografisches Gitter), wo es in sein Spektrum gebeugt wird. Das Spektrum wird auf eine Diodenzeile projeziert, die die relative Lichtmenge jeder Wellenlänge erfasst. Über einen nachgeschalteten Prozessor erhält man die Reflexionkurve. Diese Daten werden mit den Werten der gewählten CIE Beleuchtungsart und der gewählten Standardbeobachterfunktion multipliziert, um die X,Y,Z Werte zu erhalten.
Erfasst wird die spektrale Verteilung des reflektierten Lichts in festgelegten Wellenlängenintervallen über das gesamte sichtbare Spektrum, meist 400 bis 700 nm (es gibt allerdings auch Geräte im UV- bzw. IR-Bereich arbeiten). Die Lichtart kommt bei dieser Technik rechnerisch hinzu, die Messwerte können auf verschiedene Normlichtarten angewendet werden, z.B. zur Erkennung von Metamerie. Der Standardbeobachter (2° oder 10°) kann ausgewählt werden und die Messdaten können in verschiedenen Farbräumen dargestellt werden.

Spektralphotometer werden als Labor- oder Handgeräte angeboten

Spektralphotometer mit 45/0° oder 0/45° Messgeometrie

Bei der 45/0 Geometrie wird die Probe unter einem Winkel von 45° zirkular beleuchtet und senkrecht zur Oberfläche unter 0° gemessen. Bei der 0/45° Geometrie ist es umgekehrt. Die zirkulare Beleuchtung ist wichtig für wiederholbare Messergebnisse auf strukturierten Oberflächen. Die Messwerte sind abhängig von der Probenoberfläche (Glanz, Textur) und entsprechen weitgehend der menschlichen Wahrnehmung einer Farbe.
Einsatzbereiche: Vergleich verschiedener Chargen in der Produktion, Farbkonstanzkontrolle bei Produkten, die aus mehreren Teilen zusammengesetzt werden, alle Anwendungen in denen das Messergebnis mit dem visuellen Eindruck übereinstimmen soll.

Spektralphotometer – d/8° Kugelgeometrie

Bei der d/8° Goemetrie wird die Probe mittels einer weißbeschichteten Kugel diffus beleuchtet. Abschatter im Kugelinneren verhindern, dass das Licht direkt auf die Probenoberfläche fällt. Die Messungen erfolgen unter einem Winkel von 8°, die Lichtquelle kann an einer beliebigen Stelle der Kugel angebracht sein. Die Farbe wird unabhängig von den Oberflächeneigenschaften (Glanz, Struktur) gemessen.
Einsatzbereiche: Farbrezeptur und alle Anwendungen, bei denen die Farbe unabhängig von den Oberflächeneigen-schaften der Probe gemessen werden soll. Ein Kugelmessgerät kann unter zwei verschiedenen Messbedingungen eingesetzt werden: Glanz eingeschlossen (spin), Glanz ausgeschlossen (spex).
Die d/0° Geometrie wurde überwiegend in der Papierindustrie eingesetzt, ist heute aber ungebräuchlich, da d/0° nur spex misst.

d/8° Kugelgeometrie und die Glanzfalle – spin und spex

Die Thematik um die Glanzfalle erscheint nur deshalb kompliziert, weil zu viele Begrifflichkeiten verwendet werden, die den gleichen Sachverhalt beschreiben und die, die das Gegenteil beschreiben, sehr ähnlich klingen: also beste Voraussetzungen für Missverständnisse!

• di:8°, SCI, spin = specular included, geschlossene Glanzfalle, Glanz eingeschlossen, ohne Glanzfalle

• de:8°, SCE, spex = specular excluded, geöffnete Glanzfalle, Glanz ausgeschlossen, mit Glanzfalle

Dreibereichsmessgerät – Tristimulus Colorimeter – Colorimeter

Ein Dreibereichsmessgerät verwendet eine gefilterte Lichtquelle, um die zu messende Probe mit einer Normlichtart zu beleuchten. Das vom Objekt diffus reflektierte Licht durchdringt dann einen roten, grünen und blauen Filter (meist Glasfilter). So werden die Standardbeobachterfunktionen simuliert. Ein Photodetektor hinter jedem dieser Filter erfasst die Menge des durchdringenden Lichts. Diese Signale werden als die Normfarbwerte X, Y und Z dargestellt.
Die Dreibereichsmessung ist heute für viele Industrieanwendungen nicht mehr ausreichend weil nur eine Lichtart/Beobachter Kombination zur Verfügung steht. Dadurch können die Messwerte nicht in andere Lichtarten umgerechnet und Metamerie kann nicht festgestellt werden. Außerdem ändern sich die Farbfilter mit der Zeit dabei ist das Altern der Filter nicht definiert und kann nicht kontrolliert werden.
Dreibereichsmessgeräte werden heute noch in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie, sowie in verscheidenen Bereichen der Chemie eingesetzt.