DD297241A5 - METHOD FOR POINTLY DETERMINING THE SPECTRAL REMISSIONING FUNCTION BY MEANS OF AN OPTOELECTRONIC COLOR MEASURING HEAD - Google Patents

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DD297241A5 DD90343434A DD34343490A DD297241A5 DD 297241 A5 DD297241 A5 DD 297241A5 DD 90343434 A DD90343434 A DD 90343434A DD 34343490 A DD34343490 A DD 34343490A DD 297241 A5 DD297241 A5 DD 297241A5
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur punktualen Ermittlung der spektralen Remissionsfunktion mittels eines optoelektronischen Farbmeszkopfes und dient zur Bestimmung der Farbwerte von festen, fluessigen und gasfoermigen Stoffen. Erfindungsgemaesz wird die zu messende Probe durch n optoelektronischen Strahlungssender * (LED, LD, entsprechend dotierte Halbleiter) n-mal mit Licht unterschiedlicher, schmaler spektraler Bandbreite bestrahlt, der von der Probe (13) remittierte Strahlungsflusz von einem optoelektronischen Strahlungsempfaenger (11) in ein Stromsignal gewandelt und zur weiteren Verarbeitung (z. B. Berechnung der CIE-Farbmaszzahlen nach dem Gewichtsordinatenverfahren) bereitgestellt. Als Referenz dient ein Weiszstandard. Fig. 1{Farbmessung; Farbwert; Remissionsfunktion; optoelektronische Bauelemente; Leuchtdioden; Laserdioden; optoelektronische Strahlungsquelle; optoelektronischer Strahlungssender; Gewichtsordinatenverfahren; CIE-Farbmaszzahlen}The invention relates to a method for the punctual determination of the spectral reflectance function by means of an optoelectronic Farbmeszkopfes and is used to determine the color values of solid, liquid and gasfoermigen substances. According to the invention, the sample to be measured is irradiated n times with light of different narrow spectral bandwidth by n optoelectronic radiation emitter * (LED, LD, correspondingly doped semiconductors), the radiation flux remitted by the sample (13) from an optoelectronic radiation receiver (11) Current signal converted and provided for further processing (eg calculation of the CIE color number by weight coordinate method). The reference is a Weisz standard. Fig. 1 {color measurement; Color value; Remission function; optoelectronic components; light emitting diodes; laser diodes; optoelectronic radiation source; optoelectronic radiation emitter; Gewichtsordinatenverfahren; CIE Farbmaszzahlen}

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Spektralfotometrie und kann zur Kontrolle/Überwachung von verfahrenstechnischen Prozessen, in denen spektrale Veränderungen oder zeitliche Konstanz von Materialien im sichtbaren und nahen infraroten Bereich von Bedeutung sind, sowohl in großtechnischen Anlagen als auch in der Forschung zur schnellen, genauen und billigen Farbmessung eingesetzt werden.The invention relates to the field of spectrophotometry and can be used to control / monitor process processes in which spectral changes or temporal constancy of materials in the visible and near infrared range are important, both in large-scale facilities and in research for rapid, accurate and cheap color measurement can be used.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Nach GB: G01N 21/27 216542 ist bekannt, daß Anordnungen mit 1 roten, 1 grünen, 2 blauen LED und einem Empfänger dazu geeignet sind, Meßwerte von Proben zu erhalten, welche bezogen auf die Referenzwerte eines Weißstandardes durchaus dazu verwendet werden können, Farben zu charakterisieren bzw. einmal gemessene Farben wiederzuerkennen, wobei in genanntemAccording to GB: G01N 21/27 216542 it is known that arrangements with 1 red, 1 green, 2 blue LED and a receiver are suitable for obtaining measured values of samples which can definitely be used for reference to the reference values of a white standard to characterize or once again recognized colors, wherein in said

Patent die Meßzeit sehr lang Ist, da nach jeder Bestrahlung der Probe mittels einer LEO eine Weißstandardplatte mechanisch heruntergeklappt werden muß, um den erforderlichen Referenzwert zu erhalten.Patent the measuring time is very long, since after each irradiation of the sample by means of a LEO a white standard plate must be mechanically folded down to obtain the required reference value.

Weiterhin Ist ein Verfahren .zum schnellen Erfassen und Charakterisieren von Farbtönen opaker und transparenter Materialien vorzugsweise an schnellaufenden, partiell eingefärbten Materialbahnen" bekannt (OD: QOIJ 3/50 99439). Wobei .eine oder mehrere sequentiell ansteuerbare in eng begrenzten Strahlungsbereichen emittierende Strniilungsquellen" eine .eng begrenzte Fläche des Meßgutes beleuchten, von der die remlttlerte/transmittierte Strahlung in einen Strahlungsempfänger gelangt" und zur Berechnung von «Remissionsgraddlfferenzen, optischen Dichten, relativen Kontrasten oder Integralen der Remissionsfunktion über bestimmte Wellenlängenbereiche, allgemein zur Erzeugung der für die Anzeige, Registration und Regelung des Einfärbeprozesses erforderlichen Ausgangssignale" verwendet wird.Furthermore, a method is known for the rapid detection and characterization of shades of opaque and transparent materials, preferably on high-speed, partially dyed material webs (OD: QOIJ 3/50 99439), whereby one or more sequentially controllable radiation sources emitting in narrowly limited radiation ranges are known illuminate a limited area of the specimen from which the transmitted / transmitted radiation passes into a radiation receiver, and for calculating reflectance gradings, optical densities, relative contrasts or integrals of the reflectance function over particular wavelength ranges, generally for generating the ones for display, registration, and Control of the inking process required output signals "is used.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung Ist die Entwicklung eines billigen, robusten und leicht zu realisierenden Verfahrens zur Farbmessung von festen, flüssigen und gasförmigen Stoffen.OBJECT OF THE INVENTION The development of a cheap, robust and easy to implement method for color measurement of solid, liquid and gaseous substances.

Wesen der ErfindungEssence of the invention Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein sehr zuverlässiges, universelles, leicht zu handhabendes, mobiles FarbmeßgerätThe invention is based on the object, a very reliable, universal, easy-to-use, mobile colorimeter

zu entwickeln, welches kleine Meßausschnitte realisiert, den Einfluß des Glanzes der Probe (13) ausschließt, unabhängig vonto develop, which realizes small Meßausschnitte excludes the influence of the gloss of the sample (13), regardless of

Umgebungslicht und bis zum gewiesen Grade staub· und wasserunempfindlich ist.Ambient light and dust to the degree and is insensitive to water. Erflndungsgemäß wird entsprechend Flg. 1 die zu untersuchende Probe (13) nacheinander durch verschiedene, in engErflndungsgemäß is according to Flg. 1 the sample to be examined (13) successively through different, in narrow

begrenzten Bereichen emittierende optoelektronische Strahlungsquellen (D1 ...On) beleuchtet wobei die optoelektronischenlimited areas emitting optoelectronic radiation sources (D1 ... On) illuminated the optoelectronic

Strahlungsquellen (D 1 ...Dn) so angeordnet sind, daß ihre Strahlungsrichtungen den gleichen Winkel mit der Normalen derRadiation sources (D 1 ... Dn) are arranged so that their radiation directions the same angle with the normal of the

beleuchteten Fläche der Probe (13) bilden.form illuminated area of the sample (13).

Von der Probe (13) remittierte Strahlung gelangt synchron zur Ansteuerung der optoelektronischen Strahlungsquellen (D 1... Dn)Radiation remitted from the sample (13) passes synchronously to the activation of the optoelectronic radiation sources (D 1 ... Dn)

in den optoelektronischen Strahlungsempfänger (11) und wird In ein Stromsignal gewandelt, woraus man bezogen auf denin the optoelectronic radiation receiver (11) and is converted into a current signal, from which one based on the

Wurstandard entsprechend der bekannten Formel:Wurstandard according to the known formula:

pro optoelektronischer Strahlungsquelle (D1 ...Dn) einen Punkt des Remissionsspektrums erhält. Dabei ist β der Remissionsgradone point of the remission spectrum per optoelectronic radiation source (D1 ... Dn). Where β is the remission degree

Ip die Strahlstärke der Probe (13),Ip is the radiant intensity of the sample (13), In die Strahlstärke des Normalweiß,In the radiant intensity of the normal white,

Φρ der auf die Probe (13) fallende Strahlungsfluß,Φρ the radiation flow incident on the sample (13),

Φη der auf das Normalweiß fallende Strahlungsfluß,Φη the falling on the normal white radiation flux,

δΦδΦ

— die spektrale Strahldichteverteilung des optoelektronischen Strahlungssenders (D 1... Dn)The spectral radiance distribution of the optoelectronic radiation transmitter (D 1 ... Dn)

δλδλ

βρ(λ) der spektrale Remissionsgrad der Probe (13)βρ (λ) the spectral reflectance of the sample (13)

βΝ(λ) der Spektrale Remissionsgrad von Normalweißβ Ν (λ) the spectral reflectance of normal white

ε(λ) Spektralempfindlichkeit des optoelektronischen Empfängers (11)ε (λ) Spectral sensitivity of the optoelectronic receiver (11)

Als optoelektronische Strahlungsquellen (D 1... Dn) werden dabei LED, LD bzw. in geeigneter Weise dotierte Halbleiterkristalle/ Halbleiteranordnungen verwendet. Dabei ist die Genauigkeit des Meßwertes des spektralen Remissionsgrades um so höher, je geringer die spektrale Bandbreite der optoelektronischen Strahlungssender (D 1... Dn) ist.As optoelectronic radiation sources (D 1 ... Dn) thereby LED, LD or suitably doped semiconductor crystals / semiconductor devices are used. In this case, the lower the spectral bandwidth of the optoelectronic radiation transmitters (D 1... Dn), the higher the accuracy of the measured value of the spectral reflectance.

Aus den η spektralen Remissionsgraden erhält man durch Interpolation das Remissionsspektrum, welches z. B. zur Berechnung der CIE-FarbmaPzahlen bzw. anderer interessierender Größen verwendet werden kann.From the η spectral remission grades obtained by interpolation, the remission spectrum, which z. B. can be used to calculate the CIE FarbmaPzahlen or other interesting sizes.

Ausführungsbeispielembodiment Im ,olgenden soll die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden.In, olgenden the invention with reference to the accompanying drawings will be explained in more detail. Fig. 1: mögliche gerätetechnische Realisierung das erfindungsgemäßen VerfahrensFig. 1: possible device technology implementation of the method according to the invention

(in der Abbildung ist der optoelektronische Farbmeßkopf mit der Meßgeometrie 45/0 und 12 optoelektronischen Strahlungssendern (D1 ...Dn) realisiert),(In the figure, the optoelectronic color measuring head with the measuring geometry 45/0 and 12 optoelectronic radiation transmitters (D1 ... Dn) is realized),

Fig. 2; Blockschaltbild zur sequentiellen Ansteuerung der optoelektronischen Stra ilungssender (D 1... Dn) und Weiterverarbeitung der gewonnenen Meßwerte des optoelektronischen St> ahlungsempfängers (11) Impulsgenerator (1) erzeugt Impulse definierter Impulsbreite, welche dem mpulsteiler (2) und den LED-Treibern (3) zur Verfugung gestellt werden, wobei die LED-Treiber (3) für die Zeitdauer des Impulses über die jeweilige Konstantstromquelle (S 1 ...Sn) einen definierten, konstanten Impulsstrom für den jeweiligen »m Ausgang angeschlossenen optoelektronischen Strahlungssender (D1... Dn) erzeugen.Fig. 2; Block diagram for the sequential control of the optoelectronic radiation transmitters (D 1... Dn) and further processing of the measured values of the optoelectronic radiation receiver (11) Pulse generator (1) generates pulses of defined pulse width, which are supplied to the pulse divider (2) and the LED drivers ( 3) are made available, wherein the LED driver (3) for the duration of the pulse via the respective constant current source (S 1 ... Sn) a defined, constant pulse current for each m connected output optoelectronic radiation transmitter (D1 .. Dn).

Impulsteller (2) teilt die Impulsfrequeni In einem definierten Verhältnis, welches von dem Steuerlogikcontroller (9)Pulse generator (2) divides the pulse frequency In a defined ratio, which of the control logic controller (9)

übernommen und vom Rechner initialisiert wird.taken over and initialized by the computer.

Das Ausgangssignal des Impulstellers steuert In der LED-Steuerung (4 a) 1... η Schalter, die nach einem RingzählerprinzipThe output signal of the pulse controller controls in the LED control (4 a) 1 ... η switches, which are based on a ring counter principle

konfiguriert sind, co daß eine sequentielle Ansteuerung der optoelektronischen Strahlungssender (01 ...Dn) für einebestimmte Anzahl von Impulsen, die vom Teilerverhältnis des Impulsteilera (2) bestimmt werden, erfolgt.are configured to sequentially drive the optoelectronic radiation emitters (01 ... Dn) for a given number of pulses determined by the divider ratio of the pulse divider (2).

LED-Loglkcodlerer (4 b) nimmt Einfluß auf die sequentielle Ablaufsteuerung in der LED-Steuerung (4 a) derart, daß derLED Loglkcodlerer (4 b) affects the sequential flow control in the LED control (4 a) such that the Zählbereich des Ringzählers so verkürzt wird, daß die Anzahl der Zählstufen mit der Anzahl der angeschlossenenCounting range of the ring counter is shortened so that the number of counting stages with the number of connected

optoelektronischen Strahlungssender (D 1... Dn) übereinstimmt und somit eine kontinuierliche sequentielle Ansteuerungerreicht wird.optoelectronic radiation emitter (D 1 ... Dn) and thus a continuous sequential drive is achieved.

Des weiteren ist es nach dem oben genannten Prinzip mittels des Loglkcodlerers (4 b) möglich, aus η angeschlossenenFurthermore, it is possible according to the above principle by means of the Loglkcodlerers (4 b), connected from η

optoelektronischen Strahlungssendern (D1.... Dn) eine beliebige Anzahl I von optoelektronischen Strah'ungssendem(D 1...Dn) auszuwählen und nur diese in den Meßvorgang elnzubeziehen.Optoelectronic radiation emitters (D1 .... Dn) to select any number I of optoelectronic Strah'ungssendem (D 1 ... Dn) and only these include in the measurement process.

Die dazu nötigen Steuersignale werden analog zur Teilerverhältnissteuerung über den Steuerlogikcontroller und derThe necessary control signals are analogous to the divider ratio control via the control logic controller and the Schnittstelle zum PC bereitgestellt.Interface to the PC provided. Gleiches gilt für die Synchronisierung des Impulsgenerators, wobei hler der Synchronlmpuls.über eine ZeltgebereinheitThe same applies to the synchronization of the pulse generator, where hler the Synchronlmpuls.über a tent transmitter unit

im Steuerlogikcontroller (9) bereitgestellt wird, die gleichzeitig Einfluß nimmt auf die S & H-Schaltung (7) und ADU (8)und somit einen Synchronlauf von Sende· und Empfangseinheit gewährleistet.is provided in the control logic controller (9), which simultaneously influences the S & H circuit (7) and ADU (8) and thus ensures synchronous operation of transmitting and receiving unit.

Die von den 1... η optoelektronischen Strahlung !sondern (D 1 ...Dn) abgegebenen Impulsfolgen, welche durch dieThe pulse sequences emitted by the 1 ... η optoelectronic radiation but (D 1 ... Dn), which are given by the Probe (13) remittiert werden, werden durch den optoelektronischen Strahlungsempfänger (11) in elektrische GrößenSample (13) are remoted by the optoelectronic radiation receiver (11) into electrical quantities

umgesetzt, die im Verstärker (5) und Filter (6) vorverarbeitet, von Störsignalen getrennt und aufgrund der kurzenimplemented in the amplifier (5) and filter (6) preprocessed, separated from interfering signals and due to the short

Impulsdauer und einer längeren Umsetzzeit der ADU (8) in der S & Η-Schaltung zwischengespeichert werden.Pulse duration and a longer conversion time of the ADC (8) are cached in the S & Η circuit. Über die Schnittstelle zum PC (10) werden die in der ADU (8) gewandelten Meßwerte dem PC zur weiterenVia the interface to the PC (10), the measured values converted in the ADU (8) become the PC for further

rechentechnischen Auswertung, welch» spezielle Software realisiert wird, für den Anwender zur Verfügung gestellt.computational evaluation, which »special software is realized, provided for the user.

Claims (9)

1. Verfahren zur punktualen Ermittlung der spektralen Remissionsfunktion mittels eines optoelektronischen Farbmeßkopfes, dadurch gekennzeichnet, daß η optoelektronische Strahlungssender (D 1... Dn) unterschiedlicher, spektraler Bandbreite die Probe (13) bestrahlen und der von der Probe (13) remittierte Strahlungsfluß (Φ) mit Hilfe eines optoelektronischen Empfängers (11) gemessen wird, wobei die optoelektronischen Strahlungssender (D 1 ...Dn) sequentiell nacheinander von Konstantstromquellen (S 1 ...Sn) gespeist werden, wobei, der die optoelektronischen Strahlungssender (D 1 .,,Dn) speisende Strom im Ampere-Bereich liegt, wobei die η optoelektronischen Strahlungssender (D 1... Dn) so angeordnet sind, daß sich ihre Abstrahlkegel auf der zu messenden Probe (13) überlagern, wobei ein direkter Strahlungsempfang vom optoelektronischen Strahlungssender (D 1... Dn) durch den optoelektronischen Strahlungsempfänger (11) unmöglich ist, wobei die Strahlungsrichtungen der einzelnen optoelektronischen Strahlungssender (D 1... Dn) im gleichen Winkel zur Normalen der beleuchteten Probe (13) stehen, wobei die Ansteuerung von optoelektronischen Strahlungssendern (D 1...Dn) und -empfänger (11) synchronisiert abläuft, wobei Immer mehrere Meßwerte einer optoelektronischen Strahlungsquelle (D 1... Dn) gemlttelt werden, wobei entsprechend der geforderten Genauigkeit in bestimmten zeitlichen Abständen Referenzwerte mittels eines Weißstandards aufgenommen und für die Berechnung zur Verfügung gestellt werden.1. A method for the punctual determination of the spectral reflectance function by means of an optoelectronic Farbmeßkopfes, characterized in that η optoelectronic radiation emitters (D 1 ... Dn) of different spectral bandwidth irradiate the sample (13) and the remitted from the sample (13) Strahlungsfluß ( Φ) is measured with the aid of an optoelectronic receiver (11), wherein the optoelectronic radiation emitters (D 1 ... Dn) are sequentially fed successively by constant current sources (S 1 ... Sn), wherein the optoelectronic radiation emitter (D 1. ,, Dn) current is in the ampere range, the η optoelectronic radiation emitters (D 1 ... Dn) are arranged so that their Abstrahlkegel superimposed on the sample to be measured (13), wherein a direct radiation reception from the optoelectronic radiation emitter (D 1 ... Dn) is impossible by the optoelectronic radiation receiver (11), wherein the radiation directions of the individual opto electronic radiation transmitter (D 1 ... Dn) are at the same angle to the normal of the illuminated sample (13), wherein the control of optoelectronic radiation emitters (D 1 ... Dn) and receiver (11) takes place synchronized, with always several measured values an optoelectronic radiation source (D 1 ... Dn) are balanced, wherein according to the required accuracy at certain time intervals reference values are recorded by means of a white standard and made available for the calculation. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Erhöhung der Strahlstärke und zur besseren Probenausleuchtung die Möglichkeit besteht, die gegenüberliegenden optoelektronischen Strahlungssender (D 1...Dn) synchron anzusteuern.2. The method according to claim 1, characterized in that to increase the beam intensity and for better sample illumination, it is possible to control the opposite optoelectronic radiation emitters (D 1 ... Dn) synchronously. 3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß verschiedene Meßgeometrien realisiert werden können.3. The method according to claim 1, characterized in that different measuring geometries can be realized. 4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die optoelektronischen Strahlungssender (D1... Dn) nacheinander impulsförmlg angesteuert werden und das vom optoelektronischen Strahlungsempfänger (11) synchron aufgenommene Signal durch Filterung von Stör- und Gleichanteilen befreit wird.4. The method according to claim 1, characterized in that the optoelectronic radiation emitters (D1 ... Dn) are successively driven impulsförmlg and the synchronously received by the optoelectronic radiation receiver (11) signal is freed by filtering interference and DC components. 5. Verfahren nach Anspruch !,gekennzeichnet dadurch, daß der die optoelektronischen Strahlungssender (D 1 ...Dn) ansteuernde Impulsstrom 0,5... 1OA beträgt und die Impulsdauer im ns. ..ps-Bereich liegt.5. The method according to claim!, Characterized in that the optoelectronic radiation emitter (D 1 ... Dn) driving pulse current 0.5 ... 1OA and the pulse duration in ns. ..ps range lies. 6. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Wahl der verschiedenen optoelektronischen Strahlungssender (D 1 ...Dn) entsprechend dem Verlauf der Remissionsfunktion der Probe (13) bzw. der erforderlichen Genauigkeit erfolgt.6. The method according to claim 1, characterized in that the choice of the various optoelectronic radiation emitter (D 1 ... Dn) according to the course of the remission function of the sample (13) or the required accuracy. 7. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Farbmeßkopf innen eine stark absorbierende schwarze Schicht (14) enthält, so daß kein Streulicht von der Probe (13) durch Reflexion an den Innenwänden auf den optoelektronischen Strahlungsempfänger (11) trifft.7. The method according to claim 1, characterized in that the Farbmeßkopf inside a strongly absorbing black layer (14), so that no stray light from the sample (13) by reflection on the inner walls of the optoelectronic radiation receiver (11). 8. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der zeitliche Abstand zwischen den ?eferenzwertmessungen mittels Weißstandard eine Woche bis mehrere Monate beträgt.8. The method according to claim 1, characterized in that the time interval between the reference value measurements by means of white standard is one week to several months. 9. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Farbbestimmung stark reflektierender, absorbierender bzw. sehr transparenter fester, flüssiger und gasförmiger Stoffe durch die Strahlstärke der optoelektronischen Strahlungssender (D 1... Dn) beschränkt ist.9. The method according to claim 1, characterized in that the color determination of highly reflective, absorbent or very transparent solid, liquid and gaseous substances by the radiant intensity of the optoelectronic radiation emitter (D 1 ... Dn) is limited.
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