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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur messtechnischen Erfassung von
einer auf einen Bedruckstoff aufgetragenen Farbschicht nach dem
Oberbegriff des unabhängigen Anspruches. Die Farbschicht
basiert auf Druckfarben, einschließlich Lacken, insbesondere
in Form von Interferenzeffektfarben.
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Aus
DE 42 43 885 A1 ist
ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Messung von Glanz und Farbe
bekannt. Danach wird für die Farbmessung eine Probenoberfläche
unter einem ersten Winkel beleuchtet und das an der Probenoberfläche
reflektierte Licht weit außerhalb des Spiegelwinkels, vorzugsweise
senkrecht, empfangen, zwecks Ermittlung der Normfarbwerte X, Y,
und Z.
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Aus
dem Normfarbwert Y und einem Signal, das dem im Spiegelwinkel reflektierten
Licht entspricht, wird weiterhin der Glanzwert ermittelt. Bevorzugt
wird die Probenoberfläche unter einem Winkel von 45° zur Senkrechten
(erster Winkel) beleuchtet und die von der Probenoberfläche
reflektierende Lichtintensität weist ihr Reflexionsmaximum
annähernd im Bereich des Spiegelwinkels von 45° (zweiter
Winkel) auf. Dieses Verfahren sowie die Vorrichtung sind u. a. auf
die Messung herkömmlicher Druckfarben, d. h. auf Absorption
und Streuung basierende Druckfarben, beschränkt.
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Insbesondere
Interferenzeffektdruckfarben, einschließlich Perlglanzeffektdruckfarben,
sind mittels eines an sich bekannten Densitometers nicht messbar,
da der von ihnen bewirkte Farbeffekt nur im Glanzwinkel (Spiegel-Reflexionswinkel)
auftritt und die Farbfilter der Densitometer speziell auf die Prozessfarben
(Cyan, Magenta, Gelb, Schwarz) abgestimmt sind. Weiterhin sind Densitometer
auf Grund ihrer Normung bekanntlich stets mit einer 45°/0° – oder
0°/45° – Messgeometrie ausgestattet.
Durch die verwendeten Farbfilter und gegebenenfalls vorhandenen
Polarisationsfilter, kann eine sichtbar schwache Veränderung
bei unterschiedli chen Farbschichtdicken nicht mehr registriert bzw.
angezeigt werden.
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Bei
Einsatz von Spektralfotometern kann aus der gemessenen Reflexionskurve
die Dichtekurve berechnet und hiervon der Maximalwert mit der zugehörigen
Wellenlänge als spektrale Dichte angegeben. Allerdings
lassen sich Dichtewerte für Interferenzeffektdruckfarben,
einschließlich Perlglanzeffektdruckfarben, auch hierüber
nicht angeben. Auf Grund der Messung außerhalb des Glanzwinkels
ergibt sich für die Interferenzeffektdruckfarben, einschließlich
Perlglanzeffektdruckfarben, ein neutraler Eindruck und es lässt
sich kein Minimum der Reflexion und damit kein Maximum der Dichte
identifizieren.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art derart zu verbessern, dass in einfacher Weise eine
schnelle messtechnische Erfassung einer Schichtdicke (Farb-/Lackschichtdicke)
von einer auf einen Bedruckstoff aufgetragenen Farbschicht und/oder
Lackschicht auf Basis von Interferenzeffektdruckfarben, einschließlich
Interferenzeffektdrucklacken, mit zumindest einem transparenten oder
transluzenten Anteil realisiert werden kann.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Ausbildungsmerkmale
des unabhängigen Patentanspruches 1 gelöst. Weiterbildungen
ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Die
Verarbeitung von Interferenzeffektdruckfarben mit zumindest einem
transparenten oder transluzenten Anteil, der Begriff schließt
nachstehend grundsätzlich Interferenzeffektdrucklacke ein,
ist im Druckprozess hinreichend bekannt. Derartige auf einen Bedruckstoff
aufgebrachte Interferenzeffektdruckfarben weisen optische Eigenschaften
wie Interferenzeffekte, einschließlich Perlglanzeffekte,
auf. Weiterhin enthalten derartige Effektdruckfarben – neben
weiteren Bestandteilen im Farb-/Lackmittel – Pigmente,
auch Effektpigmente genannt, insbesondere Perlglanzpigmente bzw.
Interferenzpigmente. Diese Pigmente basieren beispielsweise auf
einem Substrat wie Glimmerplättchen oder Siliziumdioxidplättchen,
welches mit wenigstens einer Lage eines Metalloxides, vorzugsweise
Titandioxid, Eisen(III)oxid, beschichtet ist. Diese Pigmente zeichnen
sich durch einen hohen Glanz, Brillanz und irisierende Farbeffekte,
basierend auf optisch dünnen Filmen, aus. Die durch die
Interferenzeffektdruckfarbe erzielbaren visuellen Effekte sind im
Wesentlichen durch die Art, die Form, die Größe
und die Lage der Pigmente und zumindest den transparenten Anteil
in der jeweiligen Interferenzeffektdruckfarbe bedingt. Der visuelle
Eindruck entsteht durch Reflexion/Remission und Ablenkung des Lichtes
an dünnen Einfach- oder Mehrfachschichten. Je nach Betrachtungswinkel
verändern derartige Interferenzeffektdruckfarben ihre Farbwirkung.
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Ein
erster Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass in einfacher Weise
und in relativ kurzer Zeit eine Messung von Schichtdicken (Farb-/Lackschichtdicken)
wenigstens einer Interferenzeffektdruckfarbe bzw. -lack, einschließlich
Perlglanzeffektdruckfarbe bzw. -lack, realisiert werden kann, welche
auf einen Bedruckstoff appliziert ist und einen transparenten oder
transluzenten Anteil aufweist. Weiterhin können die erfassten und
bei Bedarf angezeigten Messwerte für die Prozesskontrolle
(Andruck; Auflagendruck sowie die Berechnung von Steuergrößen
für die Farbdosierung) im Druckprozess bzw. zur Qualitätskontrolle
des fertigen Druckes, einschließlich Lackes, auf einem
Bedruckstoff genutzt werden. Mittels der nach dem Messverfahren
erhaltenen Messwerte können direkte Rückschlüsse
auf wenigstens eine auf einen Bedruckstoff aufgetragene Interferenzeffektdruckfarbe
bzw. wenigstens einen Interferenzeffektdrucklack erfolgen.
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Ein
zweiter Vorteil des Verfahrens ist darin begründet, dass
die messtechnische Erfassung von wenigstens einer auf einen Bedruckstoff
aufgetragenen Farbschicht während des Druckprozesses in
einer Druck-/Lackiermaschine, beispielsweise mittels einer auf die
Bedruckstoffoberfläche gerichteten Kamera, erfolgen kann.
Alternativ kann die messtechnische Erfassung von wenigstens einer
auf einen Bedruckstoff aufgetragenen Farbschicht im Anschluss an
den Druckprozess, beispielsweise auf einem den Bedruckstoff aufnehmenden
Messtisch bzw. Abstimmpult, erfolgen.
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Ein
dritter Vorteil ergibt sich daraus, dass das Messverfahren mittels
an sich bekannter Farbmessgeräte durchgeführt
werden kann. Hierzu eignen sich bevorzugt Dreibereichsmessgeräte,
Spektralfotometer sowie Inspektionskameras. Aus deren Messwerten
kann auf Basis des CIELAB- oder CIELUV-Farbsystems die Messgröße
der Helligkeit L* abgeleitet werden. Im Ergebnis können
die erfassten Werte in wenigstens eine Messgröße
umgerechnet werden und einer Maschinensteuerung zugeführt
und verarbeitet werden.
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Ausgehend
von der Maschinensteuerung können Steuerdaten für
die Verarbeitungsmaschine gewonnen werden. Insbesondere kann wenigstens
ein Stellsignal einer Dosiereinrichtung in einem Farb- oder Lackwerk
für die Dosierung der jeweilige Interferenzeffektdruckfarbe
bzw. den jeweiligen Interferenzeffektdrucklack zugeführt
werden.
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Die
Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher
erläutert werden. Dabei zeigt schematisch:
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1 eine
Vorrichtung für die messtechnische Erfassung einer Farbschicht
mit Interferenzeffekt auf einem Bedruckstoff.
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Auf
einer Seite einer Oberfläche 4 eines Bedruckstoffes 1 ist
wenigstens eine Farbschicht 2 (alternativ Lackschicht),
speziell eine Interferenzeffektdruckfarbe oder ein Interferenzeffektdrucklack,
aufgebracht, welche bzw. welcher Pigmente 3 mit Interferenzeffekten,
einschließlich Perlglanzeffekten, aufweist. Die Farbschicht 2 kann
vollflächig oder partiell, einschließlich punktuell,
auf dem Bedruckstoff 1 appliziert sein und enthält
zumindest einen transparenten Anteil 15 (alternativ einen
transluzenten Anteil).
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Eine
Vorrichtung für die messtechnische Erfassung dieser auf
den Bedruckstoff 1 aufgetragenen Farbschicht 2 umfasst
in der Ausbildung gemäß 1 eine Lichtquelle 5,
welche einen Teil der Farbschicht 2 in einem Winkel ε1 = etwa 45° (Einfallswinkel) zu
einer zum Bedruckstoff 1 angeordneten Senkrechten 7 von
einer Seite beleuchtet. Zwischen der Lichtquelle 5 und
der Farbschicht 2 kann eine Vorsatzoptik 6 angeordnet
sein. Der im Winkel ε1 einfallende
Strahl des einfallenden Lichts von der einen Seite (im vorliegenden
Beispiel der rechten Seite) wird u. a. senkrecht, d. h. in Richtung
der Senkrechten 7 von der Farbschicht 2 reflektiert und von
einer Sensorik, hier wenigstens einem Farbdetektor 8, empfangen.
Hierzu ist der Farbdetektor 8 empfängerseitig
vorzugsweise lotrecht zu der auf der Farbschicht 2 „stehenden"
Senkrechten 7 angeordnet.
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Alternativ
kann in einer weiteren Ausbildung die Lichtquelle 5 in
einem Winkel von 0° zur Senkrechten 7, d. h. lotrecht
zur auf der Farbschicht 2 „stehenden" Senkrechten 7 angeordnet
sein und unter einem Winkel von ε1 =
etwa 45° zur Senkrechten 7 kann der wenigstens
eine Farbdetektor 8 angeordnet sein.
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Der
Farbdetektor 8 ist mit einer Ermittlungseinrichtung 9 schaltungstechnisch
und/oder datentechnisch gekoppelt. Die Ermittlungseinrichtung 9 ist
zur Zuordnung der vom Farbdetektor 8 erfassten Werte zu
den Normfarbwerten X, Y, Z ausgebildet. Der Ermittlungseinrichtung 9 wiederum
ist schaltungstechnisch und/oder datentechnisch eine Auswerteinheit 10 nachgeordnet.
Weiterhin ist die Auswerteeinheit 10 mit einer bevorzugt nachgeordneten
Schnittstelle 11 schaltungstechnisch und/oder datentechnisch
verbunden.
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Die
Auswerteeinheit 10 kann vorzugsweise schaltungs- und/oder
datentechnisch mit einer nachgeordneten Anzeige 12 gekoppelt
sein. Der Farbdetektor 8, die Ermittlungseinrichtung 9,
die Auswerteeinheit 10 und die Anzeige 12 können
einzeln, gruppenweise oder insgesamt Teil bzw. Teile eines Handmessgerätes
sein.
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Weiterhin
kann die Auswerteeinheit 10 schaltungs- und/oder datentechnisch
mit einem nachgeordneten Steuerungsrechner 13 gekoppelt
sein. Der Steuerungsrechner 13 kann vorzugsweise schaltungs- und/oder
datentechnisch mit einer steuerbaren Dosiereinrichtung 14 für
Interferenzeffektdruckfarben bzw. Interferenzeffektdrucklacke einer
Verarbeitungsmaschine, beispielsweise einer Offsetdruckmaschine
oder einer Flexodruckmaschine oder einer Lackiermaschine, gekoppelt
sein. Der Steuerungsrechner 13 kann alternativ die Ermittlungseinrichtung 9,
die Schnittstelle 11 und die Anzeige 12 umfassen.
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Die
Vorrichtung für die messtechnische Erfassung der unbedruckten
Oberfläche 4 des Bedruckstoffs 1 umfasst
in der Ausbildung gemäß 1 eine Lichtquelle 5', welche
einen Teil der Oberfläche in einem Winkel ε1 = etwa 45° (Einfallswinkel) zu
einer zum Bedruckstoff 1 angeordneten Senkrechten 7 von
einer Seite beleuchtet. Zwischen der Lichtquelle 5' und
der Oberfläche 4 kann eine Vorsatzoptik 6' angeordnet
sein. Der im Winkel ε1 einfallende
Strahl des einfallenden Lichts von der einen Seite (im vorliegenden
Beispiel der rechten Seite) wird u. a. senkrecht, d. h. in Richtung
der Senkrechten 7 von der unbedruckten Oberfläche 4 reflektiert und
von wenigstens einem Farbdetektor 8 empfangen. Hierzu ist
der Farbdetektor 8 empfängerseitig vorzugsweise
lotrecht zu der auf der Oberfläche 4 „stehenden"
Senkrechten 7 angeordnet.
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Alternativ
kann in einer weiteren Ausbildung die Lichtquelle 5' in
einem Winkel von 0° zur Senkrechten 7, d. h. lotrecht
zur auf der Oberfläche 4 „stehenden"
Senkrechten 7 angeordnet sein und unter einem Winkel von ε1 = etwa 45° zur Senkrechten 7 kann
der wenigstens eine Farbdetektor 8' als Sensorik angeordnet
sein.
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Der
Farbdetektor 8' ist mit einer Ermittlungseinrichtung 9' schaltungstechnisch
und/oder datentechnisch gekoppelt. Die Ermittlungseinrichtung 9' ist
zur Zuordnung der vom Farbdetektor 8' erfassten Werte zu den
Normfarbwerten X, Y, Z ausgebildet. Der Ermittlungseinrichtung 9' wiederum
ist schaltungstechnisch und/oder datentechnisch die bereits beschriebene
Auswerteinheit 10 nachgeordnet. Weiterhin ist die Auswerteeinheit 10 – wie
bereits beschrieben – mit der bevorzugt nachgeordneten
Schnittstelle 11 schaltungstechnisch und/oder datentechnisch
verbunden. Die Schnittstelle 11 kann wiederum schaltungs-
und/oder datentechnisch mit der nachgeordneten Anzeige 12 gekoppelt
sein. Weiterhin kann die Auswerteeinheit 10 schaltungs-
und/oder datentechnisch mit dem nachgeordneten Steuerungsrechner 13 gekoppelt
sein. Der Steuerungsrechner 13 kann vorzugsweise schaltungs-
und/oder datentechnisch mit der steuerbaren Dosiereinrichtung 14 für
Interferenzeffektdruckfarben bzw. interferenzeffektdrucklacke einer
Verarbeitungsmaschine, beispielsweise einer Offsetdruckmaschine
oder einer Flexodruckmaschine oder einer Lackiermaschine, gekoppelt
sein.
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In
der Ausbildung gem. 1 umfasst der Vorrichtungsteil
für die messtechnische Erfassung der Farbschicht 2:
die Lichtquelle 5, die Vorsatzoptik 6, den Farbdetek tor 8 und
die Ermittlungseinrichtung 9. Der Vorrichtungsteil für
die messtechnische Erfassung der unbedruckten (oder nicht lackierten)
Oberfläche 4 umfasst: die Lichtquelle 5',
die Vorsatzoptik 6', den Farbdetektor 8' und die
Ermittlungseinrichtung 9'.
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Beide
Vorrichtungsteile eignen sich für die bevorzugt zeitgleiche
Erfassung der Farbschicht 2 und der unbedruckten Oberfläche 4 mit
einer Vorrichtung. Weiterhin ist diese Ausbildung auch für
eine aufeinander folgende messtechnische Erfassung von Farbschicht 2 und
unbedruckten Oberfläche 4 geeignet. D. h. zuerst kann
die Farbschicht 2 mit Lichtquelle 5, Vorsatzoptik 6,
Farbdetektor 8 und Ermittlungseinrichtung 9 gemessen
werden und danach die unbedruckte Oberfläche 4 des
Bedruckstoffes 1 oder auch umgekehrt.
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Alternativ
kann die messtechnische Erfassung von Farbschicht 2 und
unbedruckter Oberfläche 4 auch aufeinander folgen,
indem die Vorrichtung lediglich die Lichtquelle 5, die
Vorsatzoptik 6, den Farbdetektor 8 und die Ermittlungseinrichtung 9 sowie
weiterhin die Auswerteeinheit 10, die Schnittstelle 11,
bevorzugt die Anzeige 12 und den Steuerungsrechner 13 umfasst.
Mit dieser einfachen Vorrichtung kann zuerst die Farbschicht 2 und
danach die unbedruckte Oberfläche 4 des Bedruckstoffs 1 gemessen
werden, alternativ in umgekehrter Reihenfolge. Hierzu muss die Vorrichtung
einerseits der Farbschicht 2 und andererseits der unbedruckten Oberfläche 4 zugeordnet
werden.
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Der
Farbdetektor 8 (8') kann Teil eines Dreibereichsmessgeräts
oder eines Spektralfotometers oder eines Bilderfassungssystems,
z. B. einer Kamera, sein. Die Ermittlungseinrichtung 9 (9')
kann bevorzugt zum Umrechnen der vom Farbdetektor 8, 8' erfassten
Werte in ein Farbsystem, insbesondere das CIE-LAB-Farbsystem oder
das CIE-LUV-Farbsystem, ausgebildet sein.
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Das
Arbeitsverfahren wird wie folgt realisiert. Auf die Farbschicht 2 fällt
ein von der Lichtquelle 5 erzeugter Lichtstrahl unter dem
Winkel ε1 = 45 ° zur Senkrechten 7 (0°)
auf die bedruckte Oberfläche 4 (bzw. den Bedruckstoff 1)
ein und wird u. a. senkrecht, d. h. in Richtung der Senkrechten 7 von
der Farbschicht 2 reflektiert. Das remittierte Licht wird
von der Sensorik, speziell vom Farbdetektor 8, erfasst.
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Anschließend
werden diese erfassten Werte von der Ermittlungseinrichtung 9 aufbereitet
und den Normfarbwerten X, Y, Z zugeordnet, so dass als Messergebnis
die Normfarbwerte X, Y, Z vorliegen. Im Anschluss daran wird der
Normfarbwert Y eliminiert und als Normfarbwert der Farbschicht YF in einen Helligkeitswert der Farbschicht
LF* umgerechnet.
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Weiterhin
fällt ein von der Lichtquelle
5 oder
5' erzeugter
Lichtstrahl unter dem Winkel ε
1 =
45 ° zur Senkrechten
7 (0°) auf der unbedruckten
Oberfläche
4 des Bedruckstoffs
1 ein
und wird u. a. senkrecht, d. h. in Richtung der Senkrechten
7 von
dieser unbedruckten Oberfläche
4 reflektiert.
Das remittierte Licht wird vom Farbdetektor
8 sensorisch
erfasst. Anschließend werden diese erfassten Werte von
der Ermittlungseinrichtung
9 aufbereitet und den Normfarbwerten
X, Y, Z zugeordnet, so dass als Messergebnis die Normfarbwerte X,
Y, Z vorliegen. Im Anschluss daran wird der Normfarbwert Y eliminiert
und als Normfarbwert der unbedruckten Oberfläche Y
B (des Bedruckstoffs
1) in einen
Helligkeitswert der unbedruckten Oberfläche L
B*
umgerechnet. Die Helligkeitswerte L
F* und
L
B* werden jeweils auf Basis des CIELAB-
oder CIELUV-Farbsystems (Quelle:
DIN 5033, Teil
3) berechnet,
wobei jeweils
für
wobei Y
n jeweils
der Faktor der Lichtart ist.
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Anschließend
wird aus der Differenz von LB* sowie LF* nach der Formel LH =
LF* – LB*
oder LH = LB* – LF* eine Helligkeitsdifferenz LH ermittelt.
Diese Vorgehensweise eignet sich vorzugsweise für Dreibereichsmessgeräte.
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Alternativ
können die als Referenzwert gemessenen Remissionseigenschaften
der unbedruckten Oberfläche
4 und die Remissionseigenschaften
der Farbschicht
2 auf dem Bedruckstoff
1 jeweils
nach
berechnet werden und danach
zumindest ein Normfarbwert Y
H (Quelle:
DIN
5033-2 und
DIN 5033-3) auf Basis des CIE-XYZ-Farbsystems
und weiterhin ein Helligkeitswert (aus dem Remissionsquotienten)
L
H* auf Basis des CIELAB- oder CIELUV-Farbsystems
berechnet werden.
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Dabei
resultiert der Remissionsquotient β
H aus
den Remissionseigenschaften der Farbschicht β
F.
und aus den Remissionseigenschaften des Bedruckstoffes β
B. Der Remissionsquotient β
B geht im Weiteren – analog zur
an sich bekannten Remission β(λ) – in
die Berechnung der Normfarbwerte, speziell Y
H,
auf Basis des CIE-XYZ-Farbsystems ein. Der Helligkeitswert L
H* wird auf Basis des CIELAB- oder CIELUV-Farbsystems
berechnet, wobei
mit Y
n als
Faktor der Lichtart. Mit dem Helligkeitswert L
H*
lässt sich nachfolgend die Helligkeitsdifferenz L
H nach der Formel L
H =
L
H* – 100 angeben.
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Die
bevorzugt im Steuerungsrechner 13 ermittelte Helligkeitsdifferenz
LH kann der Anzeige 12 zugeführt
werden und/oder vom Steuerungsrechner 13 kann zumindest
ein Stellsignal einer gesteuerten Dosiereinrichtung 14 zugeführt
werden.
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- 1
- Bedruckstoff
- 2
- Farbschicht
(Interferenzeffektdruckfarbe)
- 3
- Pigment
- 4
- Oberfläche
- 5
- Lichtquelle
- 6
- Vorsatzoptik
- 7
- Senkrechte
- 8
- Farbdetektor
- 9
- Ermittlungseinrichtung
- 10
- Auswerteeinheit
- 11
- Schnittstelle
- 12
- Anzeige
- 13
- Steuerungsrechner
(Leitstand)
- 14
- Dosiereinrichtung
- 15
- transparenter
Anteil
- LB*
- Helligkeitswert
(der unbedruckten Oberfläche 4)
- LF*
- Helligkeitswert
(der Farbschicht 2)
- LH
- Helligkeitsdifferenz
- YB
- Normfarbwert
Y der unbedruckten Oberfläche (des Bedruckstoffes)
- YF
- Normfarbwert
Y der Farbschicht
- YH
- Normfarbwert
Y aus dem Remissionsquotienten
- Yn
- Faktor
der Lichtart
- E1
- Winkel
- βB
- Remissionseigenschaften
(der unbedruckten Oberfläche 4)
- βF
- Remissionseigenschaften
(der Farbschicht 2)
- βH
- Remissionsquotient
- LH*
- Helligkeitswert
aus dem Remissionsquotienten
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - DIN 5033 [0030]
- - DIN 5033-2 [0032]
- - DIN 5033-3 [0032]