Vdi praesentation konica minolta

KUNSTSTOFFE SICHER EINFÄRBEN

Optimierte Farbmessung in der Kunststoffindustrie Christian Dietz, Manager Application Technology C&A EMEA Konica Minolta Sensing Europe B.V.

KUNSTSTOFFE SICHER EINFÄRBEN

Konica Minolta Sensing

KUNSTSTOFFE SICHER EINFÄRBEN – VDI WISSENSFORUM 02./03.07.2014

KONICA MINOLTA SENSING – TEIL DES GESCHÄFTSFELDES INDUSTRIAL BUSINESS

Konica Minolta Inc.

Business Technologies

Komplettlösungen für unternehmensweite Druck- und Dokumentenworkflows

Industrial Business Lösungen für Licht- und Farbmessung

Optische Komponenten &Systeme, OLED Technologie

Healthcare Business Bildverarbeitende Systeme für medizinische Anwendungen

Planetarium Business Herstellung und Betrieb von Planetarien

Industrial Business:

Angestellte:

4.000+ (weltweit)

Umsatz:

€ 1+ Mrd. (April 2012)


KONICA MINOLTA SENSING

Konica Minolta China

Konica Minolta Japan

Konica Minolta Singapore

Konica Minolta EMEA

Konica Minolta America


KONICA MINOLTA SENSING PRODUKTPORTFOLIO

Medical Farbe Licht & Display

Normlicht Software Appearance

Themen-Übersicht

OPTIMIERTE FARBMESSUNG IN DER KUNSTSTOFFINDUSTRIE


Übersicht

• Grundlagen der Coloristik • Farbmessung - Warum? • Subjektives Empfinden • Entstehung des Farbeindrucks bei Körperfarben • Berechnung von Farbwerten – Definition Basis-Parameter • Berechnung von Farbwerten – CIE Lab • Grundlagen zur Berechnung von farbmetrischen Toleranzen

• Prinzip der Messtechnik • Normgerechte Farbtonmessung • Aufbau Spektralphotometer • Eigenschaften von Körperfarben • Kugelgeometrie d:8


Grundlagen der Coloristik



Warum Farbmessung?

„Farbe“ ist ein durch das Auge vermittelter Sinneseindruck – und dadurch subjektiv.

Allerdings ist „Farbe“ auch ein primäres Qualitätskriterium von Konsumenten.

Instrumentelle Farbtonmessung hilft dabei…

• Subjektives objektiv zu dokumentieren und Streitigkeiten zu vermeiden

GRUNDLAGEN DER COLORISTIK


Subjektives Empfinden

Auch das beste Auge lässt sich leicht überlisten…

GRUNDLAGEN COLORISTIK











Nicht jedes Auge sieht gleich…

Man muss nicht gleich „Farbenblind“ sein (1 von 40.000) – es gibt auch „farbfehlsichtige“ Menschen.

Dies betrifft ca. 8% aller Männer und ca. 0.4% aller Frauen.

Für visuelle Farbabmusterung bedeutet dies – Test aller Beteiligten!




Farbfehlsichtigkeitstests:

Am besten über professionelle Lösungen, mindestens aber über „Ishihara“-Tests.


12 21 X 74


Entstehung des Farbeindrucks

Was wir als „Farbeindruck“ bezeichnen, ist ein kleiner Teil des elektromagnetischen Spektrums – oder genauer: der Bereich von 380 - 780nm.

Für die Farbtonmessung im Allgemeinen ausreichend: 400 - 700nm



Entstehung des Farbeindrucks

Ein Farbeindruck kann entstehen bei…

• Lichtquellen („Lichtfarbe“)

• und Objekten („Körperfarbe“)



Entstehung des Farbeindrucks bei Körperfarben

Der Farbeindruck im Auge entsteht durch 3 Parameter:

• Eine „Lichtquelle“ sendet “Licht” aus

• Das “Licht” trifft auf ein „Objekt“ und

• Wird in das Auge des „Beobachters“ reflektiert


Berechnung von Farbwerten – Definition der Basis-Parameter



Berechnung von Farbwerten – Definition Basis-Parameter

Diese 3 Parameter – Licht, Objekt, Beobachter – müssen für die Farbtonmessung mathematisch charakterisiert werden.



Berechnung von Farbwerten – Definition Basis-Parameter „Licht“

Parameter 1, das „Licht“, ist durch internationale Tabellenwerte eindeutig verbindlich charakterisiert.



Berechnung von Farbwerten – Definition Basis-Parameter „Objekt“

Parameter 2, das „Objekt“, wird durch ein Spektralphotometer aktiv gemessen.

Wichtig:

Die lichtverändernden physikalischen Eigenschaften eines Objektes sind NICHT abhängig von der Beleuchtung!




Die sogenannte „spektrale Leistungsverteilung“ eines Objektes definiert den Farbton bzw. das Material.

Je nachdem, welche Bereiche des (Licht-)Spektrums remittiert werden, entsteht der Farbeindruck.




Die sogenannte „spektrale Leistungsverteilung“ eines Objektes definiert den Farbton bzw. das Material.

Je nachdem, welche Bereiche des (Licht-)Spektrums remittiert werden, entsteht der Farbeindruck.



Berechnung von Farbwerten – Definition Basis-Parameter „Beobachter“

Der 3. Parameter, der „Beobachter“, ist ebenfalls tabellarisch definiert und beschreibt die Empfindlichkeit der Rezeptoren (Empfänger) im Auge.

Der Mensch besitzt 2 unterschiedliche Rezeptorentypen – Zapfen und Stäbchen.

Zapfen: zuständig für das tagesaktive Sehen („Farbsehen“)

Stäbchen: zuständig für dämmerungsaktives Sehen („Nachtsehen“).





Rot-Zapfen

Grün-Zapfen

Blau-Zapfen

(Verteilung: 40:20:1)

Stäbchen

[Quelle: www.wikipedia.de]

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1e/Schematic_diagram_of_the_human_eye_en.svg



Wir unterscheiden zwei verschiedene Sichtfelder – den 2˚- und 10˚ - Beobachter.

Diese werden auch Kleinfeld- und Großfeldbeobachter genannt und definieren, welcher Bereich der Netzhaut stimuliert wird.


2°

10°



Diese Beobachter sind ebenfalls tabelliert und stehen zur Verrechnung zur Verfügung.


Berechnung von Farbwerten – CIE Lab




Zuerst werden die Basis-Parameter und die Messung entsprechend Vorgabe miteinander multipliziert, z.B. D65/10 für Tageslicht und 10˚- Beobachter




Zuerst werden die Basis-Parameter und die Messung entsprechend Vorgabe miteinander multipliziert, z.B. D65/10 für Tageslicht und 10˚- Beobachter


* *



Dadurch erhalten wir drei Werte, X,Y,Z, die sogenannten Normspektralwerte.

3 Werte, da wir auch drei Rezeptorenkurven Rot (x), Grün (y), Blau (z) verwenden!


* *



X,Y,Z werden verwendet, um daraus die CIE Lab-Werte zu berechnen.




CIE Lab ist ein drei-dimensionaler Farbenraum mit ergo drei Achsen L*, a* und b*, in welchem jeder Farbton seine individuellen Werte zugewiesen bekommt.

Die L*-Achse beschreibt die Helligkeit

Die a*-Achse beschreibt das Rot-Grün-Verhalten

Und die b*-Achse beschreibt das Gelb-Blau-Verhalten




Beispiel:


Rote Rose D65/10

L* 52.49

a* 43.55

b* 7.98

b*

a*



Der Vorteil des CIE Lab ist nun, dass wir z.B. neben Farbtondefinitionen auch Abweichungen zwischen z.B. einem Master-Standard und Produktionsteilen kontrollieren können.

Dies geschieht rechnerisch durch Subtraktion der Werte eines Standards (Bezug) von den Werten einer Probe (Muster).


Rote Rose Standard Rote Rose Probe

LS* 52.49 LP* 51.99

aS* 43.55 aP* 44.65

bS* 7.98 bP* 15.23

Farbabweichungen Rosen

∆L* = LP* - LS* = 51.99 - 52.49 = - 0.50

∆a* = aP* - aS* = 44.65 - 43.55 = 1.10

∆b* = bP* - bS* = 15.23 - 7.98 = 7.25


Berechnung von Farbwerten – CIE Lab DE*

Als Maß für die Größe einer Farbabweichung wird der Vektor im Raum verwendet, im Bereich der Farbmetrik als „Delta E*“ bezeichnet


222 **** baLE ∆+∆+∆=∆Farbabweichungen Rosen

= -0.50² + 1.10² + 7.25²

Grundlagen zur Berechnung von farbmetrischen Toleranzen




Wichtig ist, dass man sich einige Fakten vor Augen führt, bevor man anfängt, farbmetrische Toleranzen zu erstellen:

Faustregel: So eng wie nötig, so weit wie möglich

• Keine Toleranz wird 100% dem visuellen Empfinden entsprechen

• Weiterentwicklungen der DE* Formel wie z.B. Toleranzen nach DE2000 mit elliptischen Formen entsprechen am ehesten dem visuellen Empfinden



Grundlagen zur Berechnung von farbmetrischen Toleranzen Wenn auch am weitesten verbreitet, so sind CIE Lab und DE* die schlechteste Wahl für Toleranzen!


a*

b*

∆b*

∆a*

Visuell abgelehnt, aber numerisch akzeptiert

Visuell akzeptiert

∆E*

Visuell abgelehnt, aber numerisch akzeptiert

Visuell akzeptiert



Wichtig ist, dass man sich einige Fakten vor Augen führt, bevor man anfängt, farbmetrische Toleranzen zu erstellen:

Ideal: auf bestehenden Daten aufbauen

• Wenn man Toleranzen zu bereits bestehende Produkte festzulegen hat, ist es ideal, anhand von Rückstellmustern und freigegebenen Chargen die Toleranzen zu bestimmen

• Falls möglich, ist es hilfreich, sich durch gesteuerte und definierte Einfärbungen an Grenzen heranzutasten


Prinzip der Messtechnik



Normgerechte Farbtonmessung

Der Aufbau eines Farbtonmessgerätes bzw. Beleuchtungsoptik und deren Toleranzen wird in internationalen Normen beschrieben, z.B.

• DIN 5033 Teil 7

• CIE No.15

• ISO 7724/1

• ASTM E1164

• JIS Z 8722

Entsprechend Norm wird zuerst die Beleuchtungsart genannt, dann die Betrachtungsgeometrie, getrennt durch Doppelpunkt.

PRINZIP DER MESSTECHNIK


Normgerechte Farbtonmessung

Anmerkung 1:

Dieser Vortrag beschäftigt sich aufgrund Zeitmangels nur mit den gebräuchlichsten Reflexions-Geometrien! Gerne beraten wir Sie für weitergehende Fragen in der Pause!

Anmerkung 2:

Die Geometrie-Empfehlungen in den voran genannten Normen gelten primär für die Messung des Farbeindrucks von Körperfarben – für andere Anwendungen bzw. physikalische Parameter werden unter Umständen in anderen Normen andere Bedingungen definiert


Aufbau Spektralphotometer




Prinzip:

Messung als Verhältnis von Reflexion oder Transmission eines Musters relativ zu einem Referenzstandard (=Weißstandard) -> dadurch Lichtquellenunabhängig!


L*a*b* L*C*h XYZ Yxy

Farbräume Metamerie Farbstärke Weißgrad K:S

Indizes Reflexion R% Transmission T%

Spektraldaten



Misst die spektrale Verteilung von Reflexion oder Transmission über das gesamte sichtbare Spektrum bzw. darüber hinaus

Auswertung des reflektierten oder transmittierten Lichtes mittels einem „Monochromator“-System, bestehend aus…

• Optischem Beugungsgitter (Prisma) , welches das Licht aufspaltet und auf ein

• (Photo-)Diodenarray abbildet, welches in festgelegten Wellenlängenintervallen (1, 2, 5, 10 oder 20nm Intervalle; Standard: 10nm) Stützpunkte des Spektrums misst




• Externe Software oder interne Firmware berechnet Farbdaten aller möglichen Kombinationen von Lichtart, Objekt und Beobachter

• Unterschiedliche Lampentechnologie findet Verwendung:

Xenon Blitzlampen, Wolfram-Halogenlampen, LEDs (Weiß-, RGB, Misch-Cocktail)


Holographisches Gitter

(Photo-) Diodenarray

Umlenkspiegel

Lampeneinheit [mit UV-Filter (Schrittmotor)]

Eigenschaften von Körperfarben



Eigenschaften von Körperfarben (Reflexion)

Materialoberfläche tritt mit Licht in Interaktion (Reflexion)

Gerichtet

Diffus


Gold [Bildquelle: www.wikipedia.de]


Eigenschaften von Körperfarben (Reflexion)


Sieht dunkel aus! Sieht hell aus (Streulicht)!

Glatt / Glänzend Rauh / Matt

Kugelgeometrie d:8



Normgerechte Farbtonmessung – Kugelgeometrie d:8

Die gebräuchlichsten Kugelgeometrien:

• di:8° -> diffus : 8°, Glanzeinschluss (SCI)

• de:8° -> diffus : 8°, Glanzausschluss (SCE)



Normgerechte Farbtonmessung – Kugelgeometrie di:8 (SCI)


8°


Normgerechte Farbtonmessung – Kugelgeometrie de:8 (SCE)


8° Glanzfalle



Einfluss des Glanzanteils/fehlenden Beleuchtungsanteiles:

-> Beschreibt den Einfluss der Proben-Oberfläche auf den Farbeindruck


SCI

SCE

Lichtmenge für die Messung:

Differenz SCI zu SCE:

Lichtmenge für die Messung:




SCI (Glanzeinschluss): • Diffuse Beleuchtung ohne

Richtungsabhängigkeiten

• Nahezu unabhängig von der Materialoberfläche (z.B. durch Glanzunterschiede oder Textur)

SCE (Glanzausschluss): • Teildiffuse Beleuchtung korreliert gut mit

visueller Beurteilung in teildiffuser Umgebung

• Charakterisiert den Effekt der Oberfläche auf den Farbeindruck




Index D65/10 (SCE)

Matt Glänzend

L* 46.59 41.81

a* -12.81 -15.07

b* -41.96 -46.37

Glanz 6 84

dE* 6.89

Index D65/10 (SCI)

Matt Glänzend

L* 47.26 47.27

a* -12.61 -12.48

b* -41.56 -41.87

Glanz 6 84

dE* 0.34



SCI / SPIN: sieht gleich aus

Glänzend Matt



SCE / SPEX: sieht unterschiedlich aus

Glanzfalle

Glänzend Matt


Zusammenfassung

• „Farbe“ ist ein primäres Qualitätskriterium…

• …welches aufgrund subjektiver Faktoren instrumentell kontrolliert werden muss.

• Die instrumentelle Farbtonmessung ist ein etabliertes Verfahren zur

Qualitätskontrolle in der Kunststoffindustrie…

• …mit international genormten Technologien und Vorgehensweisen.


Noch lange nicht das Ende…

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Christian Dietz Manager Application Technology C&A EMEA Konica Minolta Sensing Europe B.V. Werner-Eckert-Strasse 2 81829 München Phone: +49 (0)89435715660 E-mail: [email protected] Website: www.konicaminolta.eu


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