DE102008010562A1

DE102008010562A1 - Verfahren zum Instrumenten-Abgleich von Mehrwinkel-Farbmessgeräten

Info

Publication number: DE102008010562A1
Application number: DE102008010562A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dauser
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2008-02-22
Filing date: 2008-02-22
Publication date: 2009-09-10
Anticipated expiration: 2028-02-23
Also published as: DE102008010562B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Instrumenten-Abgleich von Mehrwinkel-Farbmessgeräten (5, 15), bei dem ein Testgerät (5) mit einem Referenzgerät (15) oder mit einem Zentroid profiliert wird, in welchem Abgleichverfahren ein erster Datensatz von vom Referenzgerät (15) gemessenen ersten Remissionsdaten (R_R(λ, y)) und ein zweiter Datensatz von vom Testgerät (5) gemessenen zweiten Remissionsdaten (R_T(λ, y)) erfasst wird, und über ein statistisches Analyseverfahren eine mathematische Beziehung zwischen beiden Datensätzen hergestellt wird, mittels der darauffolgend vom Testgerät (5) gemessene Remissionsdaten (R_T(λ, y)) korrigiert werden. Erfindungsgemäß werden die von den Referenz- und Testgeräten (5, 15) erfassten Remissionsdaten (R_T(λ, y), R_R(λ, y)) der ersten und zweiten Datensätze in Abhängigkeit von unterschiedlichen Messwinkeln (y) erfasst und mit Hilfe der winkelabhängigen Daten korrigiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Instrumenten-Abgleich von Mehrwinkel-Farbmessgeräten nach dem Patentanspruch 1.
Farbmessgeräte, wie etwa Mehrwinkelspektralphotometer, werden im Fahrzeugbau zur Ermittlung der Lackqualität eines lackierten Fahrzeugkarosserieteils eingesetzt. Hierzu wird eine mit einem Lack versehene Karosserieoberfläche mit einem Farbmessgerät gemessen. Der jeweils erfasste Remissionswert gibt das Verhältnis der vom Farbmessgerät erfassten Lichtintensität zur Lichtintensität der Beleuchtungseinrichtung wieder. Das Farbmessgerät erfasst dabei die Abhängigkeit der Remissionswerte von unterschiedlichen Messwinkeln und Beleuchtungswinkeln bei unterschiedlichen Wellenlängen. Aus dem Verlauf der Remissionswerte werden Kennwerte ermittelt, anhand deren eine Aussage über die Farbe des Lackes gemacht werden kann. Ein derartiges Verfahren zur Ermittlung der Farbe mittels eines Farbmessgerätes ist aus der DE 10 2004 046 461 B4 bekannt.
Werden mehrere Messgeräte parallel zur Erfassung von Farbdaten verwendet, so müssen diese aufeinander abgestimmt sein. Dieses nennt man Profilieren.
So ist aus der WO 2006/135834 A1 ein gattungsgemäßes Verfahren zum Profilieren von Farbmessgeräten bekannt, bei dem jeweils ein Messgerät mit einem Referenzgerät abgeglichen wird. In dem Abgleichverfahren wird zunächst ein, eine Anzahl n von Farbtönen umfassender Profilierungssatz vom Referenzgerät gemessen. Analog wird dieser Profilierungssatz mit dem Testgerät gemessen. Die so erfassten Werte werden in einer Profilerzeugungseinrichtung verarbeitet. In der Profilerzeugungseinrichtung wird unter Anwendung eines bekannten, statistischen Analyseverfahrens ein Profil bzw. eine mathematische Beziehung zwischen den erfassten Werten des Referenzgerätes und des Testgerätes hergestellt. Die darauf folgend vom Testgerät gemessenen Spektraldaten können dann mittels des erstellten Profiles auf Spektraldaten beliebiger Farbtöne angepasst werden, die in etwa denen vom Referenzgerät entsprechen.
In der WO 2006/135834 A1 wird als statistisches Analyseverfahren zur Ermittlung des jeweiligen Profils bzw. der mathematischen Beziehung zwischen den Spektraldaten des Referenzgerätes und den Spektraldaten des Testgerätes eine multiple lineare Regression verwendet, bei der folgende Regressionsgleichung zur Anwendung kommt:
wobei

λ: Wellenlänge
R_R(λ), R_T(λ): Remissionswerte in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ
β₀, β₁, β₂, β₃: Korrekturkoeffizienten

Durch Einsetzen der jeweiligen, bei gleicher Wellenlänge erfassten Remissionswerte vom Referenzgerät und vom Testgerät in die Regressionsgleichung können die obigen Korrekturkoeffizienten β₀, β₁, β₂, β₃ in einer Profilerzeugungseinrichtung ermittelt und kann so die mathematische Beziehung zwischen den beiden Spektraldatensätzen hergestellt werden. Die Regressionsgleichung wird dann zusammen mit den Korrekturkoeffizienten der verschiedenen Wellenlängen in einer Profilanwendungseinrichtung hinterlegt. Mit deren Hilfe werden die von dem Testgerät erfassten Spektraldaten so korrigiert, dass sie dem, vom Referenzgerät gemessenen Spektraldaten nahezu entsprechen.
Mittels der obigen Regressionsgleichung werden insbesondere bei sogenannten Unifarben gute Instrumenten-Abgleiche erzielt. Da Unifarben nur bei einem Messwinkel charakterisiert werden, ist die aus dem Stand der Technik bekannte Regressionsgleichung mit ihren, nur wellenlängenabhängigen Termen ausreichend.
Neben den Unifarben kommen zunehmend Effektfarben zur Anwendung. Diese enthalten Pigmente, die starke Abhängigkeiten vom Beleuchtungswinkel und Messwinkel aufweisen. Zum Beschreiben des Farbverhaltens solcher Farben werden Mehrwinkelspektrometer verwendet. Zur Profilierung solcher Geräte ist die oben genannte Regressionsgleichung ungeeignet, da sie winkelabhängige Messgeräteunterschiede nicht berücksichtigt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Instrumenten-Abgleich von Mehrwinkel-Farbmessgeräten bereitzustellen, bei dem ein genauer Abgleich eines zu profilierenden Testgerätes mit einem Referenzgerät oder einem Zentroid erfolgen kann.
Die Aufgabe der Erfindung ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 werden die von den Referenz- und Testgeräten erfassten Spektraldaten der ersten und zweiten Datensätze nicht nur wellenlängenabhängig, sondern in Abhängigkeit von unterschiedlichen Messwinkeln erfasst. Anhand dieser nun auch messwinkelabhängigen Spektraldaten der ersten und zweiten Datensätze erfolgt dann mittels eines statistischen Analyseverfahrens eine Profilierung des Testgerätes, bei der eine mathematische Beziehung zwischen dem Testgerät und dem Referenzgerät hergestellt wird. Mit der bei der Profilierung erhaltenen Koeffizienten können die darauf folgend von dem Testgerät erfassten Spektraldaten für beliebige Farbtöne korrigiert werden.
Bevorzugt enthält die im statistischen Analyseverfahren gewonnene mathematische Beziehung zumindest einen Term mit einer n-ten Ableitung der erfassten Spektraldaten nach dem Messwinkel. Mit der Messwinkel-Ableitung wird der, insbesondere bei Effektfarben gegebenen Intensitätsänderung der Spektraldaten über die Messwinkel Rechnung getragen, was zu einer besseren Vergleichbarkeit der Messwerte verschiedener Mehrwinkel-Geräte führt.
Bevorzugt kann das statistische Analyseverfahren als eine multiple lineare Regression mit folgender Regressionsgleichung durchgeführt werden:
wobei

λ Wellenlänge
γ Messwinkel
β₀, β₁, β₂ Korrekturkoeffizienten
R_R(λ, γ) Remissionswert des Referenzgerätes bei der Wellenlänge λ im Messwinkel γ
R_T(λ, γ) Remissionswert des Referenzgerätes bei der Wellenlänge λ im Messwinkel γ
Ableitungen von R_T(λ, γ) nach dem Messwinkel γ

In der obigen Regressionsgleichung werden als Spektraldaten die Remissionswerte erfasst. Diese geben das Verhältnis der vom Farbmessgerät erfassten Lichtintensität zur Lichtintensität der Beleuchtungseinrichtung wieder.
Für einen zuverlässigen Instrumenten-Abgleich ist es hier besonders von Vorteil, wenn die obige Regressionsgleichung mit zumindest einem Term, der eine weitere Ableitung nach dem Messwinkel enthält, erweitert ist.
Für einen zuverlässigen Instrumenten-Abgleich zwischen dem Referenzgerät und dem Testgerät ist es weiterhin bevorzugt, wenn diese nicht nur Spektraldaten in Abhängigkeit unterschiedlicher Messwinkel, sondern auch zusätzlich Spektraldaten in Abhängigkeit unterschiedlicher Wellenlängen, etwa von 380 nm bis 760 nm, erfassen. Dem statistischen Analyseverfahren werden somit Spektraldaten zu Grunde gelegt, die bei unterschiedlichen Wellenlängen in unterschiedlichen Messwinkeln erfasst sind. In diesem Fall kann bevorzugt die oben genannte Regressionsgleichung mit einem oder mehreren Termen von zumindest einer Ableitung der vom Testgerät erfassten Spektraldaten nach der Wellenlänge erweitert werden.
Um die Probleme einer numerischen Differentiation zu umgehen, können zur Berechnung der Ableitungen der vom Testgerät erfassten Spektraldaten nach dem Messwinkel die erfassten Kurvenverläufe der Spektraldaten mittels eines Polynoms bzw. mittels eines Splines mathematisch approximiert werden. Zur einfachen Anpassung eines solchen Kurvenverlaufes an die erfassten winkelabhängigen Spektraldaten ist die Anwendung eines Polynoms bevorzugt. Der maximal mögliche Grad des Polynoms ergibt sich aus der Messwinkel-Anzahl n – 1.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren gezeigt.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung, die die Ermittlung von messwinkelabhängigen Remissionswerten an einer mit einem Lack versehenen Oberfläche mittels eines Mehrwinkel-Farbmessgerätes veranschaulicht;
2 in einem Blockschaltdiagramm eine Profilanwendungseinrichtung zur Anpassung der vom Testgerät erfassten Spektraldaten;
3 in einem Blockschaltdiagramm das Verfahren zum Instrumenten-Abgleich des Testgerätes mit einem Referenzgerät; und
4 ein Diagramm des Remissionsverlaufes des Testgerätes über die Messwinkel bei einer Wellenlänge.
In der 1 ist eine Messanordnung bestehend aus einem, mit einem Lack 1 versehenen Blech 3 und einem grobschematisch dargestellten Farbmessgerät 5 gezeigt. Das hier gezeigte Farbmessgerät 5 weist ein Beleuchtungsmittel 7 und Erfassungseinrichtungen 11 auf. Ausgehend vom Beleuchtungsmittel 7 trifft Licht definiert unter einem Beleuchtungswinkel von z. B. 45° auf die Oberfläche des Lackes 1 und wird überwiegend in einer Hauptreflektionsrichtung 9 unter demselben Winkel an der Lack-Oberfläche reflektiert. Die Erfassungseinrichtungen 11 sind in unterschiedlichen Messwinkeln γ₁ bis γ₅ ausgehend von der Hauptreflektionsrichtung 9 angeordnet. Die Messwinkel liegen bei spielhaft zwischen 15° und 110°. Die Erfassungseinrichtungen 11 erfassen die Lichtintensitäten des aus dem Inneren der Pigmentschicht reflektierten Lichtes bei unterschiedlichen Wellenlängen λ, die etwa in einem Wellenlängenbereich zwischen 380 bis 760 nm liegen. Anhand der so ermittelten Remissionswerte R_T(λ, γ) können Aussagen über den Farbton gemacht werden.
Das Farbmessgerät 5 ist, wie auch das später beschriebene Referenzgerät 15, ein Mehrwinkelspektralphotometer, das bei unterschiedlichen Messwinkeln γ die Remissionswerte R_T(λ, γ) erfassen kann.
Wie aus der 2 hervorgeht, ist das Farbmessgerät 5 in Signalverbindung mit einer Profilanwendungseinrichtung 13. Mittels der Profilanwendungseinrichtung 13 erfolgt eine Profilierung der vom Farbmessgerät 5 erfassten Remissionswerte R_T(λ, γ) mit einem in der 3 angedeuteten Referenzgerät 15. Hierzu werden die vom Farbmessgerät 5 erfassten Remissionswerte R_T(λ, γ) von der Profilanwendungseinrichtung 13 auf die Werte R_Tkorr(λ, γ) angepasst. Diese entsprechen in etwa den Werten, wie sie bei einer mit dem Referenzgerät durchgeführten Messung erfasst worden wären.
Zur Korrektur der vom Farbmessgerät 5 erfassten Remissionswerte R_T(λ, γ) auf die Werte R_Tkorr arbeitet die Profilanwendungseinrichtung 13 mit der folgenden Regressionsgleichung (1):
wobei

λ Wellenlänge
γ Messwinkel
β₀ bis β₅ Korrekturkoeffizienten
R_R(λ, γ) Remissionswert des Referenzgerätes 15 bei der Wellenlänge λ im Messwinkel γ
R_T(λ, γ) Remissionswert des zu profilierenden Farbmessgerätes des Testgerätes bei der Wellenlänge λ im Messwinkel γ
Ableitungen von R_T(λ, γ) nach dem Messwinkel γ
Ableitungen von R_T(λ, γ) nach der Wellenlänge λ

Beispielhaft können sich für einen ersten Farbton sowie für die Wellenlänge λ = 490 nm im Messwinkel γ = 25° für das Farbmessgerät 5 die nachfolgenden Korrekturkoeffizienten β₀ = 0, β₂ = –1,487, β₃ = –14,548, β₁ = 0,989, β₄ = 1,378, β₅ = 44,662 ergeben.
Die beispielhaft angegebenen Korrekturkoeffizienten werden in einer Profilerzeugungseinrichtung 17 ermittelt und in der, in der Profilanwendungseinrichtung 13 hinterlegten Regressionsgleichung (1) eingesetzt.
Für die Ermittlung der Korrekturkoeffizienten β₀ bis β₅ erfasst die Profilerzeugungseinrichtung 17 einen ersten Datensatz von Remissionswerten R_R(λ, γ) des Referenzgerätes und einen zweiten Datensatz von Remissionswerten R_T(λ, γ) des zu profilierenden Farbmessgerätes. Das Farbmessgerät 5 ist hier das Testgerät im Sinne der 3, das mit dem Referenzgerät 15 abzugleichen ist. Die beiden erfassten Datensätze werden für jeden Farbton des zur Profilierung verwendeten Farbdatensatzes bei unterschiedlichen Wellenlängen λ in unterschiedlichen Messwinkel γ erfasst.
Für den ersten Farbton ergeben sich beispielhaft bei λ = 490 nm und Messwinkeln γ zwischen 15° und 110° die vom Referenzgerät 15 gemessenen Werte (Tabelle 1) und die vom Testgerät 5 gemessene Werte (Tabelle 2):

γ R_R(λ, γ)

15° 0.4879750

25° 0.2793000

45° 0.1526000

75° 0.1324500

110° 0.1227250

(Tabelle 1)

γ R_T(λ, γ)

15° 0.4735828

25° 0.2542273

45° 0.1387700

75° 0.1216729

110° 0.1081711

(Tabelle 2)
Der sich aus den erfassten Werten ergebende Verlauf von R_T(λ, γ) über den Messwinkel γ sowie bei konstanter Wellenlänge λ = 490 nm ist in dem Diagramm der 4 mit durchgezogener Linie gezeigt.
Dieser tatsächliche Remissionsverlauf R_T(λ, γ) wird hier beispielhaft mittels des folgenden Polynoms dritten Grades approximiert: RT(λ, γ) = aγ3 + bγ2 + cγ + d (2)wobei

a, b, c, d: Koeffizienten

Durch Einsetzen der in Tabelle (2) angegebenen, erfassten Testgerät-Remissionswerte in die Polynomgleichung (2) ergeben sich für die Koeffizienten die folgenden Werte: a = –2,24·10–6 b = 4,99·10–4 c = –3,48·10–2 d = 8,76·10–1
Der Kurvenverlauf der somit approximierten Polynom-Funktion für R_T(λ, γ) = –2,24·10^–6 γ³ + 4,99·10^–4 γ² – 3,48·10^–2 γ + 8,76·10^–1 ist in der 4 in gestrichelter Linie gezeigt.
Aus der Polynom-Funktion dritten Grades können die erste Ableitung und die zweite Ableitung nach dem Messwinkel γ wie folgt berechnet werden:
In analoger Weise können auch die erste und zweite Ableitung
und
nach der Wellenlänge λ hergeleitet werden.
Mit den oben angegebenen Ableitungsfunktionen (3), (4) können somit die ersten und zweiten Ableitungen von R_T(λ, γ) nach dem Messwinkel γ zahlenmäßig berechnet werden. Entsprechend können auch die ersten und zweiten Ableitungen von R_T(λ, γ) nach der Wellenlänge zahlenmäßig berechnet werden. Durch Einsetzen dieser Ableitungswerte sowie der Datensätze aus der Tabelle (1) und (2) in die Regressionsgleichung (1) können dann die Korrekturkoeffizienten β₀ bis β₅ berechnet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102004046461 B4 [0002]
- WO 2006/135834 A1 [0004, 0005]

Claims

Verfahren zum Instrumenten-Abgleich von Mehrwinkel-Farbmessgeräten (5, 15), bei dem ein Testgerät (5) mit einem Referenzgerät (15) oder mit einem Zentroid profiliert wird, in welchem Abgleichverfahren ein erster Datensatz von, vom Referenzgerät (15) gemessenen ersten Remissionsdaten (R_R(λ, γ)) und ein zweiter Datensatz von, vom Testgerät (5) gemessenen zweiten Remissionsdaten (R_T(λ, γ)) erfasst wird, und über ein statistisches Analyseverfahren eine mathematische Beziehung zwischen beiden Datensätzen hergestellt wird, mittels der darauffolgend vom Testgerät (5) gemessene Remissionsdaten (R_T(λ, γ)) korrigiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Referenz- und Testgeräten (5, 15) erfassten Remissionsdaten (R_T(λ, γ), R_R(λ, γ)) der ersten und zweiten Datensätze in Abhängigkeit von unterschiedlichen Messwinkeln (γ) erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die über das statistische Analyseverfahren gewonnene mathematische Beziehung zumindest einen Term mit einer n-ten Ableitung
der mathematischen Funktion der vom Testgerät (5) erfassten Spektraldaten nach dem Messwinkel (γ) enthält.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das statistische Analyseverfahren als eine multiple lineare Regression mit folgender Gleichung durchgeführt wird:
mit: λ Wellenlänge γ Messwinkel β₀, β₁, β₂, β₃ Korrekturkoeffizienten R_R(λ, γ) Remissionswert des Referenzgerätes (15) bei der Wellenlänge λ im Messwinkel γ R_T(λ, γ) Remissionswert des Testgerätes (5) bei der Wellenlänge λ im Messwinkel γ
Ableitungen des Testgerät-Remissionswertes nach dem Messwinkel γ
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturwerte (β₀, β₁, β₂, β₃) durch Einsetzen der erfassten Referenzgerät-Spektraldaten R_R(λ, γ) und der erfassten Testgerät-Spektraldaten R_T(λ, γ) in die Regressionsgleichung (1) ermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Referenz- und Testgeräten (5, 15) erfassten Spektraldaten (R_T(λ, γ), R_R(λ, γ)) der ersten und zweiten Datensätze zusätzlich bei unterschiedlichen Wellenlängen (λ) erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die in statistischen Analyseverfahren gewonnene mathematische Gleichung mit einem Term von zumindest einer n-ten Ableitung
der vom Testgerät (5) erfassten Spektraldaten nach der Wellenlänge (λ) erweitert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf R_T(λ, γ) der vom Testgerät (5) erfassten Spektraldaten, bevorzugt mittels eines Polynoms, oder auch numerisch bzw. mittels eines Splines, mathematisch approximiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrwinkel-Farbmessgerät ein Beleuchtungsmittel (7) aufweist, das Licht zur Oberfläche eines zu prüfenden Lackes (1) emittiert.