DE1958344A1 - Colorimeter - Google Patents
ColorimeterInfo
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
- G01N21/4738—Diffuse reflection, e.g. also for testing fluids, fibrous materials
- G01N21/474—Details of optical heads therefor, e.g. using optical fibres
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Description
Colorimeter
Die vorliegende Erfindung betrifft Colorimeter und in3beson«=
dere eine verbesserte Vorrichtung zur Bestimmung des Farb»
re flexions indexes von Faser«=· und Garnproben. Der Farbindex v/ird zur Messung der Farbaufnahmefähigkeit unter kontrollierten
Färbebedingungen verwendet, um einen Qualitätspararaeter
des Fadens oder Garns zu steuern. Insbesondere betrifft die
vorliegende Erfindung einen Bestandteil eines Colorimeters, welcher die Beleuchtung für die zu prüfende Fadenprobe liefert.
In der Vergangenheit war es üblich, Colorimeter zu verwenden, wie sie beispielsweise in der amerikanischen Patentschrift
Nr. 2 774 276 (Glasser et al) beschrieben sind. Proben von
Garn oder losen Fäden, die näherungsweise ein bestimmtes Gewicht aufwiesen, wurden unter gesteuerten Bedingungen bezüglich
Farbkonzentration, Temperatur und Zeit gefärbt. Sie wur-
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den ansehlisasend getrocknet und in einen Probenträger mit
durchsichtigem Boden eingegeben. Die Proben wurden darauf im Träger zusammengepresst und der Träger wurde über die Proben«
öffnung des Colorimeters gebracht. In diesem Colorimeter wurde ein einzelner Lichtstrahl in einem Winkel von 45° nach oben
gegen den Boden der Probe gebracht und photometrisehe Abmessungen
wurden längs einer Geraden vorgenommen, die senkrecht zur Bodenfläche des Probenträgers verlief. Dabei stallte sich
& heraus, dass die Ablesungen für derartige Proben von der Winkellage
der Probe innerhalb des Trägers abhängig waren. Es war daher erforderlich, eine Einrichtung zur Drehung d©s Proben«
trägers während einer Farbindex»Bestimmung vorzusehen, um
Durehsehnitts-Ablesungen über alle Winkellagen der Probe innerhalb
des Trägers zu erhalten. Dies erfolgt mittels einer über der Probenöffnung angeordneten kugelgelagerten Basis und
eines Motors zur Drehung derselben und des Probenträgers mit einer ausreichenden Geschwindigkeit, uns eine gemittelte Farbindexbestimmung
zu ergeben. Dieses Verfahren hat sich als zeitlich aufwendig herausgestellt, neigte zu oszillierenden Ablesungen,
wies einen Mangel an Genauigkeit auf und eignete sich nur mit Schwierigkeit zur automatischen Einstellung eines Proben-
|i trägers, welcher eine Anzahl von Proben aufwies.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbes«
serte gleiehraässige Beleuchtung von Faden«» oder Garnproben
zu schaffen, um die genannten Schwierigkeiten zu beseitigen.
Diea wird erfindungsgemöss mittels eines Colorimeters erreicht,
welches eine Lichtquelle aufweist, sowie eine optische Einrichtung,
um das Licht einer Lichtquelle gegen den Farbprobenträger
zu richten, wobei das Colorimeter durch eine Einrichtung gekennzeichnet ist, welche den Probenträger gleichmäselg be»
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leuchtet. Biese genannte Einrichtung weist eine Anzahl von optiaehen Lieht führungsanordnung^ auf» deren entgegengesetzts
Enden derart angeordnet sindt dass das erste Ende einer j©«=
atm Liebttührungseinriehtung unterhalb des Probenträgers liegt,
diesen umfangaseitig utagibt und gegen ihn gerichtet ist, und
ferner daa andere Ende an jeder Lichtführungseinriehtung im
genannten Liehtweg angeordnet ist, um dadurch Licht von diesem
aufannehmenο Die erstgenannten Enden können wahlweise umfange=
seitig im gleichen Abstand um den Probenträger angeordnet und
nach oben gegen den Mittelpunkt desselben orientiert sein.
Die vorausgehend genannte, im Colorimeter angeordnete optische Einrichtung kann ein Lichtfilter aufweisen« welches optisch
fluchtend zur Lichtquelle liegt, eine Sammellinse sowie einen balbdurehläasigen Spiegel, welcher daa von der Sammellinse
kommende Licht jeweils gegen eimm Yergleichefarbenträger und
einen abnehmbaren Farbprobentrager richtet, wobei die genannte
Einrichtung zur gleichförmigen Beleuchtung des Probenträgers mit Licht des zweiten Lichtwegs folgende Teile aufweist:
(a) einen unterhalb des Probenträgers und mit diesem axial fluchtend angeordneten Ring, welcher eine zylindrische Aussen-
und Innenfläche aufweist, wobei eine Anzahl von öffnungen die Aussen- und Innenfläche verbinden (und die öffnungen umfanga»
seitig am Ring verteilt und nach oben gegen den Probenträger gerichtet sind), sowie (b) eine Anzahl von zur Lichtführung
dienenden optischen Fasern, wobei ein Ende jeder Lichtführung in einer getrennten öffnung befestigt ist und das andere Ende
einer jeden Lichtführung axial im zweiten Lichtweg orientiert ist. Die öffnungen sind vorzugsweise im gleichen Abstand um
den Umfang des Ringe angeordnet und senkrecht zu der im 45°~
Winkel liegenden konischen Innenfläche des Rings.
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Das Colorimeter kann ferner ein Paar Photodetektoren aufwei~
sen, ν/ο ν on einer auf die Probe und der andere auf die Vergleiehafarbe
gerichtet ist und die mit einem Schaltkreis zur Abtastung des elektrischen Ungleichgewichtes zwischen den
Photodetektoren verbunden sind. Bine weitere Verbesserung der Einrichtung besteht aus einer zusätzlichen Liehtführung, deren
eines Ende sich oberhalb des Rings erstreckt und gegen den Probenträger gerichtet ist, sowie aus einem lichtbetätigten
Schaltkreis, welcher mit dem Abtastkreis verbunden ist» um
den Abtastkreis auaser Betrieb zu setzen. Das andere Ende der
Liehtführung ist an den lichtbetätigten Schaltkreis angeschlossen, wobei ein© Entnahme des Probenträgers eine Zuführung von
Aussenlieht, welshea durch die zusätzliche Liehtfübrung weitergeleitet wird, den Abtastkreis ausser Betrieb setzt.
Die in diesem Zusammenhang vorzugsweise verwendeten Liehtführungen
bestehen aus Acrylfaser.
Figur 1 stellt eine schematisehe, perspektivische Ansicht der
Anordnung der optischen Elemente dar, welche im wesentlichen in der amerikanischen Patentschrift 2 774 276 beschrieben sind,
mit Ausnahme der abgeänderten Probenbeleuchtungseinrichtungen gemäss der vorliegenden Erfindung.
Figur 2 zeigt eine teilweise im Schnitt dargestellte Aufsicht
der Beleuchtungseinrichtung gemäas der vorliegenden Erfindung
in Verbindung mit einem Probenhaiter, welcher eine Faden-oder
Faserprobe enthält.
Figur 3 ist eine perspektivische Ansicht der zusätzlichen Isichtführung,
die an die Photozelle, des lichtbetätigten Schaltkreises
angeschlossen ist.
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4 stellt ein Teilsehaltbild der Elektronik des Colori»
meters dar, in welcher die zusätzlichen Schaltkreiselemente
sur Abschaltung angegeben sind.
Die Anordnung der optischen Elemente gemäas Figur 1 entspricht
im wesentlichen der Anordnung nach der amerikanischen Patent» schrift Nr. 2 774 276. Die Anordnung weist eine Lichtquelle 10,
eine Wand 11 mit einer öffnung 15» eine Farbfilterseheibe 12
mit daran angebrachten Filtern 19» eine Köndehsorlinse 21,
einen Strahlenteiler 23, eine Maske 36 mit einer öffnung 35»
eine Liehtregeleinriehtung 37 mit Einstellwelle 42, einen
Spiegel 38„ einen Vergleiehsphotodetektor 41, eine sweite Lieht=
einstellvorrichtung 24 mit Einstellwelle 31 und einen Proben«= photödetektor 2Θ auf. Die Filter 19 werden wahlweise durch
Drehung der Scheibe 12 mittels der biegsamen Steuerwelle 20
in den Lichtstrahl eingeschaltet, Der Strahlenteiler 23 besteht
aus einem halbdurchlässigen Spiegel, welcher dag eintretende
Licht in zwei getrennt© Liehtwega aufteilt, nämlich einen ersten
Liehtweg 13 und einen zweitan Lichtweg 14. Die verbesserte Beleuchtungseinrichtung 15 gemäas der vorliegenden Erfindung
weist eine neben der Lichteinetellvorrlchtung 24 liegende Fas»
sung 51 auf, weicht das eingangsseitige, bündelartige Ende der
Lichtführungen 52 enthält. Die eingangsseitigeη Enden der
Lichtführungen werden durch die Lage der Fassung 51 im zweiten
LichtVf^g 14 eingestellt, so dass jedes Ende Licht aus dem zweiten Lichtweg aufnimmt. Die ausgabeseitigen Enden der Lichtführungen 52 sind in einem Be1euchtungsring 54 befestigt, des»
sen Aufbau nachfolgend beschrieben wird. Eine zusätzliche Abänderung
des grundlegenden Colorimeteraufbaus besteht aus
einem sphärischen Spiegel 56, welcher hinter der Lichtquelle
10 angeordnet ist, um die auf daa Colorimeter fallende Strah»
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lung zu konzentriereno
Figur 2 zeigt die Lage der erfindungsgemäsaen Beleuchtungeeinrichtung 50 innerhalb eines Colorimeters 60 gegenüber der
Probenöffnung 62 im Colorimeter und dem Probenträger 27?der
oberhalb der öffnung 62 engeordnet ist. Der Hing 54 der Beleuchtungseinrichtung 50 ist unterhalb der Probenöffnung 62
befestigt, so dass die Aehse des Ringes mit der Hittellinie
der öffnung und des Trägers 27 zusammenfällt, wobei der Ring
54 eine zylindrische Aussenflache 70 besitzt, sowie eine teil=
weise zylindrische Innenfläche 72, die sich von der Bodenflä*»
ehe über einen Teilbereich nach oben erstreckt, und eine im
45°=>Winkel angeordnete Konusfläche 74, welche den restlichen
Teil der Ringhöhe darstellt. Eine Anzahl von 30 öffnungen 76
erstreckt sieh von der Fläche 74 durch den Ring 54 zur Fläche 70, und zwar untar einsm Winkel von 45° zur Erzeugenden der
Fläche 7P am Berührungspunkt jeder Öffnung mit der Fläche Ba die Fläche 74 einen Teil eines 45°=Kegels bildet, liegt
jede öffnung 76 senkrecht zur Fläche 74. Eine zusätzliche öffnung 77 erstreckt sieh unter einem Winkel von 45° von der ©be=»
ren Endfläche 78 zur äusseren zylindrischen Seitenfläche. 70 des Rings 54. Lichtführungen 52 sind in jeder öffnung 76 eingesetzt und erstrecken sich bis zur Fläche 74. Sie Lichtführungen
52 sind in den öffnungen 76 verklebt und ihre ausgangsseitigen
Enden liegen bündig mit der Fläche 74 und sind geschliffen und poliert, um klare Ausgangsenden fUr jede Lichtführung zu
ergeben. Biβ anderen Enden der Lichtführungen 52 sind bündel=·
artig zusammengefasst und in der Fassung 51 verklebt, wobei
sich ihre Enden zur Aussenfläche 82 der Fassung erstrecken. Die eingangsseiiigen Enden der Lichtführungen 52 werden dann
geschliffen und poliert und liegen bündig mit der Fläche 82.
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Die geraäsB einer bevorzugten Aueführungsform verwendeten Lichtführungen
bestehen aus Orofon (eingetragenes BuPont-Warenzeiehen)
1610X und umfassen ein Bündel aus 64 Acrylfasern mit
einem !Durchmesser von 0,254 mm, wovon jede zur Erzeugung einer
inneren Totalreflexion mit einem Überzug versehen ist. Sine
zusätzliche Lichtführung 80 ist durch die Öffnung 77 eingesetzt und erstreckt sich geringfügig an einem Ende über die
Oberfläche 78 soweit hinaus, dass sie mit dem äusseren Colorimetergehäuae
im Bereich des Auseenumfangsr der öffnung 62 bündig
liegt« Da© äusssre Ende der Lichtführung 80 ist im Träger
96 verklebt, welcher eine zusätzliche Photozelle 98 aufweist, die an Leitungen 97, 99 (Pigur 3) angeschlossen ist·
Aus Figur 4 ist ersichtlich, in welcher Weise die zusätzliche
Photoselle 98 im Elektronikkreie eines Colorimeters verwendet
wird. Eine Wechselstrom~Stromveroorgung ist über einen Transformator
T1 und einen Gleichrieh'ierkreis (mit Diode 102 und
Zensrdiode 104 mit zugehörigen Widerständen und Kapazitäten)
mit der Photozelle 98 und der Relaisspule 106 in Reihe verbunden. Zwei Kontakte 108 des Relais 106 sind derart angeschlos«=
@en, daea sie den Mittelpunkt der Verbindung zwischen den
Photodetektoren 28 und 41 mit Erde verbinden und gleichzeitig das Steuergitter'110 der Verstärkerröhre 112 ebenfalle an Erde
anachliessen, sooft Licht auf die Photozelle 98 fällt. Das obere
Ende der zusätzlichen Lichtführung 80 ist derart angeordnet,
dass, wenn.ein Faserprobenträger 27 für coloriwetriaehe Messungen über die öffnung 62 gebracht wird, kein Aussenlicht auf
das obere Ende der zusätzlichen Lichtführung 80 fällt. Ist jedoch kein Probentrfiger über der Öffnung 62 eingesetzt, so
trifft Aussenlicht auf das obere Ende der Lichtführung 80 und
wird durch die Lichtführung nach unten zur Photozeile 98 gegleitet, wodurch die Relaiespule 106 unter Strom gesetzt und
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der Schaltkreis in der dargestellten Weise geerdet wird. Auf diese Weise wird die Schalteinrichtung zur Abtastung eines
elektrischen Ungleichgewichts zwischen den Photozellen 28 und 41 durch einen lichtbetätigten Schaltkreis ausser Betrieb gesetzt, um die Sehaltkreiselemente zu schützen, wenn zuviel
Licht auf die Photozelle 28 fällt, während gleichzeitig der
Verstärker in einem erwärmten Zustand gehalten wird und dadurch gleichförmigere Abmessungen ermöglicht werden, selbst wenn
Probenträger während einer Reihe eolorimetriecher Messungen abgenommen und wieder eingesetzt werden·
Bei Betrieb der' Vorrichtung liefert die Beleuchtungseinrichtung Licht aus dem Probenlichtstrahl 14 des Colorimeters, verteilt das Licht Über einen vollen Kreisbogen und projiziert es
nach oben unter einem Winkel von 45° zur Ebene des Probenträgers 27>
Es wurde festgestellt, dass diese Anordnung die Notwendigkeit für ein Drehen der Proben wHhrend. der Messung beseitigt. Daher stellt die Erfindung eine Verbesserung bezüglich Präzision und Stabilität der Messung dar. DarUber hinaus
kann eine Reihe mit einer grossen Anzahl von gleich gross bemessenen Probenträgern automatisch in zwei Richtungen in einer
zur Prüföffnung 62 parallelen Ebene eingestellt und gesteuert werden, um automatische Farbmessungen einer grossen Anzahl von
Proben durchzuführen.
Ee ist offensichtlich, dass viele Abänderungen der gezeigten
Einrichtung im Rahmen der Erfindung möglich sind. Beispielsweise kann das dargestellte Zweistrahl-Colorimeter ohne weiteres durch ein Einstrahl-Colorimeter ersetzt werden. Dabei wäre
es eine einfache Entwurfsabänderung, eine Vielzahl von Einstrahl-Colorimetern und Beleuchtungsringen in einer Gruppe anzuordnen und ihre einzelnen Ausgänge mittels einer Reehnerlogik
abzutasten.
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Claims (6)
- 20. NovemberPatentansprücheColorimeter mit einer Lichtquelle und einer optischen Einrichtung, welche Licht aus der Lichtquelle gegen einen Färbprobenträger richtet, dadurch gekennzeichnet, dass das Colorimeter eine Einrichtung zur gleichmässigen Beleuchtung des Farbprobenträgers aufweist, der eine Anzahl von länglichen optischen Lichtführungan mit entgegengesetzten Enden aufweist, wobei das erste End« einer jeden Lichtführung unterhalb des Farbprobenträgers liegt und umfangeseitig am Farbprobenträger verteilt und nach oben gegen diesen gerichtet ist, während das andere Ende einer jeden Lichtführung im Lichtweg liegt, um aus dienern Licht aufzunehmen, und ferner wahlweise die ersten Enden der Lichtführungen im gleichen Abstand voneinander umfangsseitig um den Farbprobenträger angeordnet und nach obon gegen die Mitte dea Farbprobenträgers gerichtet sind.
- 2. Colorimeter nach Anspruch !,.dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Lichtführungen aus Acrylfaser» bestehen.
- 3. Colorimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Einrichtung ein Lichtfilter aufweistt welches optisch fluchtend zur Lichtquelle liegt, mit einer Sammellinse und mit einem halbdurch'.äeeigen Spiegel, welcher das. Licht aus der Sammellinse in «inen ersten und aweiten Lichtweg jeweils gegen einen Verglülchefarbentrftger und einen abnehmbaren Farbprobtnträger leitet» dadurch gekennzeichnet, das» da« Colorimeter eine Einrichtung cur gleichförmigen Beleuchtung dte Farbprobtntrtt&tre alt Licht au· dem «wti-- .9 -0OS823/1371BD-1583ten Lichtweg aufweist, welche folgende Teile umfasst:(a) einen unterhalb des Farbprobenträgers angeordneten Ring» welcher axial fluchtend zum Farbprobenträger liegt und welcher eine zylindrische Innen» und Aussenfläche auf· weist, wobei diese durch eine Anzahl von öffnungen mit« einander verbunden sind, welche umfangsseitig am Ring verteilt und nach oben gegen den ?arbprobenträger gerichtet sind, und(b) eine Anzahl von optischen Lichtführungen, wobei ein Ende einer jeden Lichtführung in einer eigenen öffnung befestigt ist, während das andere Ende einer jeden Lichtführung im genannten zweiten Lichtweg angeordnet 1st und aus diesem Licht aufnimmt· ·
- 4. Colorimeter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten öffnungen gegen den Farbprobenträger unter einem Winkel von etwa 45° gegenüber dessen Aussenfläche an« geordnet sind.
- 3. Colorimeter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass, die genannte Innenfläche aufeinanderfolgend einen konischen und einen zylindrischen Bereich aufweist, wobei die Öffnungen die genannte Aus senf lache und den sich verjüngenden Bereich verbinden und wahlweise das genannte erste Ende einer jeden Lichtführung in getrennten öffnungen befestigt ist, die bündig mit dem genannten sich verjüngenden Bereich liegen*
- 6. Colorimeter naoh Anspruch 3» gekennzeichnet durch die folgenden zueätsliohen wahlweise vorhandenen Eleaente* Sin Paar fhotodetektoren, wovon einer gegen die farbprobe und- ίο -009823/1371der andere gegen die Vergleichefarbe gerichtet 1st und die mit einem Schaltkreis zur Abtastung eines elektrischen Un* gleichgevrlchts zwischen den Photozellen verbunden sind, mit einer zusätzlichen Lichtführung, deren eines Ende sich oberhalb des Ringes hinaus erstreckt und gegen den Farbproben·» träger gerichtet ist, mit einam lichtbetätigten Schaltkrele« der mit dem Abtastkreis verbunden ist, wobei das äussere Ende der zusätzlichen Lichtführung mit dem llehtbetätigten Schaltkreis verbunden ist und Abnahme des Parbprobenträgerβ eine Ausserbetriebsetzung des Abtastkreises durch Aussenlicht, welches durch die zusätzliche Liehtführung tritt, gestattet.- .11 -009823/1371
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