DE2452113A1 - Pigment concentration in mixed paint measurement method - uses colour sample and reflection factor curves or colour comparison - Google Patents
Pigment concentration in mixed paint measurement method - uses colour sample and reflection factor curves or colour comparisonInfo
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Abstract
Description
Verfahren zur Bestimmung von Färbe-Rezepten nach einer Farb-Vorlage Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Konzentration von Farbstoffen in einer Farbstoffmischung nach einer Farbvorlage mittels Remissionskurven- oder Normfarbwertangleich, wobei die Remissionswerte der Farbvorlage bei verschiedenen Wellenlängen des Lichtes gemessen werden und die Remissionswerte der einzelnen Farbstoffe in AbhängiDkeit von ihrer Konzentration bei den verschiedenen Wellenlängen als eichkurven vorliegen.Process for the determination of dyeing recipes based on a color template The invention relates to a method for determining the concentration of dyes in a dye mixture based on a color template using reflectance curves or Standard color value adjustment, with the reflectance values of the color original at different The wavelengths of light are measured and the reflectance values of the individual dyes depending on their concentration at the various wavelengths as calibration curves are present.
Es müssen also für eine Kombination geeigneter Farbstoffe die Konzentrationen (d. h. die Masse des Farbstoffs zur Masse des zu färbenden Materials) der Farbstoffe gefunden werden, die den geminschten jarbeindruck der Nachstellung erzeugen oder diesem zumindest möglichst nahe kommen.The concentrations must therefore be used for a combination of suitable dyes (i.e., the mass of the dye to the mass of the material to be colored) of the dyes can be found that produce the minted color impression of the re-enactment or at least come as close as possible to this.
Rechnerische t.ethoden zur Auffindung der günstigsten Konzentrationen einer Farbstoff-Kombination, d. h. die Ermittlung eines Färbe-Rezeptes, sind bekannt (G. Kortür£: "Reflexions-Spektroskopie", Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York, 1969), Die Konzentrationen lassen sich finden durch die Be rechnung einer meßbaren und die Farbe charakterisierende Größe, der Remission, an geeigneten Wellenlängen im sichtbaren Spektralbereich.Mathematical methods for finding the most favorable concentrations a dye combination, d. H. the determination of a dye recipe are known (G. Kortür £: "Reflexions-Spektoskopie", Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York, 1969), The concentrations can be found by the Be allowance for a measurable variable that characterizes the color, the remission suitable wavelengths in the visible spectral range.
Die Genauigkeit, mit der eine Berechnung der Remission möglich ist, wird im wesentlichen von drei Fakten bestimmt.The accuracy with which the remission can be calculated is essentially determined by three facts.
1. Die Messgenauigkeit für Remissionswert-Bestimmungen, 2. die Reproduzierbarkeit der Färbungen und 3. die Gültigkeit der verwendeten theoretischen Grundlagen. 1. The measurement accuracy for determining remission values, 2. the reproducibility the colorations and 3. the validity of the theoretical principles used.
Bei gleicher Proben-Aufmachung, gleicher Meßgeometrie und geeigneten Meßgeräten kann der Meßfehler gegenüber den anderen Fehlerquellen als vernachlässigbar klein bezeichnet werden. Auch die Reproduzierbarkeit der Färbungen kann durch entsprechenden Aufwand so verbessert werden, daß für viele Anwendungen die entscheidende Fehlerquelle die Ungültigkeit der benutzten theoretischen Beziehungen ist.With the same sample design, the same measuring geometry and suitable Measuring devices can consider the measurement error to be negligible compared to the other sources of error can be called small. The reproducibility of the colorations can also be improved by using the appropriate Effort can be improved so that for many applications the decisive source of error is the invalidity of the theoretical relationships used.
-ibt es wegen der Vielfalt der Einflußgrößen noch eine umfassende Theorie. - there is still a comprehensive one because of the variety of influencing factors Theory.
1L1ZC neate bekannten Verfahren modifizieren mehr oder weniger die von Kubelka und Munk (Z. techn. Physik 12, 1931) entwickelte Theorie für ein stark vereinfachtes Modell.1L1ZC neate known methods modify more or less the by Kubelka and Munk (Z. techn. Physik 12, 1931) developed theory for a strong simplified model.
Für eine h'6iriogene, isotrope, nicht fluoreszierendeS undurchsic@@@ge und planparallele Materialschicht finden Kubelka und Munk zwischen dem spektralen Remissionsgrad R und einer Größe F die Beziehung F = (1-R)2 dabei ist F das Verhältnis von zwei Materialkonstanten, dem Absorptionskoeffizienten und dem Streukoeffizienten.For a homogeneous, isotropic, non-fluorescent, impervious Kubelka and Munk find a plane-parallel material layer between the spectral one Degree of remission R and a quantity F the relationship F = (1-R) 2 included F is the ratio of two material constants, the absorption coefficient and the scattering coefficient.
Da sich die Streuung bei gefärbten Materialien wegen des geringen Farbstoff-Anteils nur wenig von dem des ungefärbten Materials unterscheidet, kann der modifizierte Absorptionskoeffizient F bis auf eine Proportionalitätskonstante gleich dem Absorptionskoeffizienten gesetzt werden (Einkonstanten-Theorie).Since the scattering of colored materials is due to the low The amount of dye differs only slightly from that of the uncolored material the modified absorption coefficient F except for a constant of proportionality be set equal to the absorption coefficient (one-constant theory).
Die für die Rezeptur-Berechnung noch fehlende Beziehung zwischen der Konzentration eines Farbstoffs c und dem modifizierten Absorptionskoeffizienten F liefert das Beer'-sche Gesetz F = const c.The relationship between the Concentration of a dye c and the modified absorption coefficient F yields Beer's law F = const c.
Aus der Additivität der Absorptionskoeffizienten (erweitertes Beer'sches Gesetz) erhält man für eine Farbstoffkombination von N Farbstoffen der Konzentrationen ci den F-Wert des Systems FG aus der Summe der Einzelfarbstoffe Fi, i = 1, 2, ....., N.From the additivity of the absorption coefficient (expanded Beer's Law) is obtained for a dye combination of N dyes of the concentrations ci the F-value of the system FG from the sum of the individual dyes Fi, i = 1, 2, ....., N.
Dabei ist wegen der Remission R auch Fi und FG abhängig von der Wellenlänge.Because of the remission R, Fi and FG are also dependent on the wavelength.
Unter Verwendung dieser Beziehungen ist eine Berechnung der unbekannten Konzentrationen möglich, wenn die farbstoffspezifischen Konstanten und die Remissionswerte der Vorlage für geeignete Wellenlängen bekannt sind.Using these relationships is a computation of the unknown Concentrations possible if the dye-specific constants and the reflectance values the template for suitable wavelengths are known.
Die farbstoffspezifischen Konstanten lassen sich durch Ausfärbungen der benutzten Farbstoffe für mehrere Konzentrationen mit anschließender Vermessung der Remissionswerte ermitteln (Eichkurven-Bestimmung der Farbstoffe).The dye-specific constants can be determined by coloring of the dyes used for several concentrations with subsequent measurement determine the reflectance values (calibration curve determination of the dyes).
Bekannt ist u. a. aus der eingangs erwähnten Literaturstelle, daß das Beer'sche Gesetz, d. h. die lineare Beziehung zwischen den Größen F und c, nur für kleine Konzentrationen (verdünnte Systeme) erfüllt ist. Dabei hängt die obere onzentrationsgrenze für die das Beer'sche Gesetz noch gilt, vom verwendeten Farbstoff und der Wellenlänge ab.Is known inter alia. from the literature mentioned at the beginning that Beer's law, d. H. the linear relationship between quantities F and c, only is fulfilled for small concentrations (dilute systems). The upper one hangs concentration limit for which Beer's law still applies, of the dye used and the wavelength.
Damit ist zu erwarten, daß Rezeptur-Berechnungen für dunklere Vorlagen, die nur mit höheren Kontentrationen nachzustellen sind, stark von den ausgeführten Färbungen abweichen werden.It is to be expected that recipe calculations for darker originals, which can only be reproduced with higher contentrations, strongly different from the ones carried out Colors will differ.
In der deutschen Auslegeschrift 1 619 383 wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Farbstoffmischung unter Verwendung des Remissionskurvenangleichs angegeben, bei dem zur Berücksich tigung des nichtlinearen Zusammenhangs zwischen F-Wert und K Konzentration in der Kubelka-Munk-Beziehung ein zusätzlicher Faktor eingeführt, der von der Remission abhängt. Auch dieses Korrekturglied liefert jedoch in vielen Fällen ein falsches Ergebnis bei Bestimmung der Farbrezeptur, da nicht der tatsächliche Zusammenhang zwischen Farbstoffkonzentration c und F-Wert verwendet wird, und weil vor allem die Wechselwirkung der einzelnen Farbstoffe nicht berücksichtigt wird.In the German Auslegeschrift 1 619 383 a method for determining of a dye mixture using the remission curve adjustment, for taking into account the non-linear relationship between F-value and K Concentration introduced an additional factor in the Kubelka-Munk relationship, that depends on remission. However, this correction element also delivers in many In cases of incorrect results when determining the color formulation, as not the actual one Relationship between dye concentration c and F value is used and because especially the interaction of the individual dyes is not taken into account.
Weiterhin weio,hen Rezeptur-Berechnungen beträchtlich von dem Ergebnis der Färbung ab, wenn ähnliche Farbstoffe in der Kombination bentuzt werden, d. h. Farbstoffe die an gleichen Wellenlängen stark absorbieren. Das gilt auch dann, wenn die Konzentrationen der Farbstoffe innerhalb des Bereiches liegen, in dem die Größen F und c linear voneinander abhangen.Furthermore, recipe calculations differ considerably from the result color decreases when similar dyes are used in combination, d. H. Dyes that absorb strongly at the same wavelengths. This also applies if the concentrations of the dyes are within the range in which the sizes F and c are linearly dependent on each other.
Berec'nnungs-Verfahren zur Rezept-Verbesserung nach erfolgter Ausfärbung des Erst-Rezeptes sind bekannt (F. Gläser "Farbe und Lack" 79, H.7, 1973), liefern aber in vielen Fällen nur geringe Rezept-Verbesserungen bzw. ergeben noch größere Abweichungen von der Vorlage als das Erst-Rezept.Calculation process for recipe improvement after coloring of the first prescription are known (F. Glasses "Farbe und Lack" 79, H.7, 1973) but in many cases only minor recipe improvements or even greater ones result Deviations from the template as the first prescription.
Sollen gute Rezeptur-Ergebnisse berechnet werden, so müssen Farbstoff-Kombinationen von älmlichen Farbstoffen ausgeschlossen werden. Das kann in vielen Fällen bedeuten, daß Rezepte mit geringen Farbstoff-Kosten nicht berechnet werden können.If good formulation results are to be calculated, dye combinations must be used be excluded from similar dyes. In many cases this can mean that recipes with low dye costs cannot be calculated.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das auch für ähnliche Farbstoffe in einer Kombination und für höhere Konzentrationen eine Rezept-Berechnung ermöglicht, indem es die Wechselwirkung der Farbstoffe berücksichtigt. Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß bei der Berechnung der Remissionswerte bzw. der modifizierten Absorptionskoeffizienten (F) für eine Konzentrationskombination von Farbstoffen Wechselwirkungen der Farbstoffe bei Verwendung der Eichkurve berücksichtigt werden. Geht man davon aus, daß sich die Abweichungen von den theoretisch gefundenen Beziehungen durch die Anisotropie der Lichtverteilung wegen der überwiegenden Einfachstreuung in den oberflächennahen Bereichen erklären lassen, so müssen Wechselwirkungen der Farbstoffe untereinander berücksichtigt werden entsprechend ihren Anteilen in den verschiedenen Materialschichten. Weicht die empirisch gefundene Eichkurve F = F(c) deutlich von der linearen Beziehung ab, so wird die infinitisimale Änderung dF der Größe F bei einer Konzentrationsänderung dc abhängig von dem Ausgangswert Fo Diese Beziehung läßt sich sinnvoll veral3.gemeinern auf Systeme mit mehreren (N) Farbstoffen.The invention is based on the object of specifying a method which also enables a recipe calculation for similar dyes in a combination and for higher concentrations by taking into account the interaction of the dyes. This object is achieved by the invention in that when calculating the reflectance values or the modified absorption coefficients (F) for a concentration combination of dyes, interactions between the dyes are taken into account when using the calibration curve. If one assumes that the deviations from the theoretically found relationships can be explained by the anisotropy of the light distribution due to the predominant single scattering in the areas close to the surface, then the interactions of the dyes with one another must be taken into account according to their proportions in the different material layers. If the empirically found calibration curve F = F (c) deviates significantly from the linear relationship, the infinitimal change dF of the variable F with a concentration change dc becomes dependent on the initial value Fo This relationship can usefully be generalized to systems with several (N) dyes.
Bezeichnen cio die Ausgangskonzentrationen, dCi die Konzentrationsänderungen, Fi die F-Wwerte der Einzelfarbstoffe gemäß ihren Eichkurven i= 1, 2 , N und FG den F-Wert des Systems, so kann entsprechend für die Änderung von FG geschrieben werden Fi=FG (c10,c20, ...,cNo) Damit die entstehende Differentialgleichung eindeutige Lösungen liefert, muß vorausgesetzt werden, daß die Eichkurven monoton wachsend und durch Extrapolation für alle F-Werte definiert sind. Weiterhin müssen Relationen zwischen den Konzentrationsänderungen dc. bekannt sein.If cio denotes the initial concentrations, dCi the concentration changes, Fi the F-W values of the individual dyes according to their calibration curves i = 1, 2, N and FG the F-value of the system, then the change in FG can be written accordingly Fi = FG (c10, c20, ..., cNo) So that the resulting differential equation delivers unambiguous solutions, it must be assumed that the calibration curves are monotonically increasing and defined for all F values by extrapolation. Furthermore, relations between the changes in concentration dc. be known.
Diese Relationen lassen sich finden, wenn man den Färbeprozess zugrunde legt.These relations can be found if one underlies the coloring process lays.
Es ist dann dci der in der Zeit dt aufziehende Farbstoff-Anteil des i-ten Farbstoffs dc = c. v. dt, 1 10 1 wobei v. die Aufzieh-Geschwindigkeit den i-ten Farbstoffs rist.It is then dci the dye fraction of the which is absorbed in the time dt i th dye dc = c. v. dt, 1 10 1 where v. the winding speed the i-th dye rist.
Damit liegt eine Beziehung vor, die das Verhältnis der Farbstoff-Anteile in den verschiedenen ICaterialschichten beschreibt, wenn davon ausgegengen wird, daß die schnell aufziehenden Farbstoffe zuerst die oberflächennahen Pl.ätze besetzen werden, In erster Näherung kann die Aufzieh-Geschwindigkeit für alle Farbstoffe als gleich und unabhängig von der Zeit angenommen werden.There is thus a relationship that is the ratio of the dye components describes in the various layers of material, if it is assumed that that the rapidly absorbing dyes first occupy the places near the surface As a first approximation, the drawing speed for all dyes are assumed to be equal and independent of time.
Die Zeitunabhängigkeit der Aufzieh-Geschwindigkeit kann als berechtigt angesehen werden, weil der Färbeprozess so gesteuert wird, daß in gleichen Zeiten möglichst gleiche Farbstoff-Mengen aufziehen.The time independence of the winding speed can be considered justified be considered because the dyeing process is controlled so that in equal times Draw on the same amounts of dye as possible.
Für genauere Berechnungen können die tatsächlichen Aufziehgeschwindigkeiten eingesetzt werden.For more precise calculations, the actual winding speeds can be used can be used.
Für die Berechnungen des FG-Wertes reicht die Kenntnis der relativen Aufzieh-Geschwindigkeiten aus, da bei der Integration der Konzentration über die Zeit die Proportionalitätskonstante herausfällt.Knowledge of the relative values is sufficient for calculating the FG value Wind-up speeds from, because when integrating the concentration over the Time the constant of proportionality falls out.
Die relativen Aufzieh-Geschwindigkeiten lassen sich aus den Aufzieh-Kurven der Farbstoffe ermitteln.The relative wind-up speeds can be determined from the wind-up curves determine the dyes.
Sie können aber auch aus optischen Messungen durch Rechnung ermittelt werden. Wird eine Kombination von zwei ähnlichen Farbstoffen ausgefärbt und ihre Remissionswerte vermessen, so kann beginnend mit gleichen relativen AuSzieh-Geschwindigkeiten die Lösung der Differenzialgleichung aufgesucht werden. Stimmen die berechneten Remissionswerte innerhalb der Mess- und Färbe-Toleranz nicht überein, so wird nach Abanderung der relativen Aufzieh-Geschwindigkeiten der Prozess solange wiederholt, bis eine zufriedenstellende Übereinstinmung von Rechnung und Messung erzielt wird.But they can also be determined from optical measurements by calculation will. Colored a combination of two similar dyes and theirs If you measure reflectance values, you can start with the same relative pull-out speeds the solution of the differential equation must be sought. Are the calculated Reflectance values do not match within the measurement and color tolerance, so will after Modification of the relative winding speeds the process is repeated as long as until a satisfactory agreement between calculation and measurement is achieved.
Die Lösung der Differentialgleichung kann mit bekannten Verfahren der numerischen Mathematik gefunden werden.The solution of the differential equation can be done using known methods numerical mathematics can be found.
Die Integration ist dabei über den Bereich t = O mit dem Anfangswert FG = 0 bis zum Wert t = tmax = i/vmin zu erstrecken, wobei vmin die kleinste relative Aufzieh-Geschwindigkeit der Farbstoff-Kombination ist.The integration is over the range t = 0 with the initial value FG = 0 to extend to the value t = tmax = i / vmin, where vmin is the smallest relative The drawing speed of the dye combination is.
Liegt eine ausreichende Zahl von Eichwerten fiir die einzelnen Farbstoffe vor, so lässt sich die Differentialgleichung schrittweise integrieren, wobei als Schrittweite eine geeignete gewählte Zeitdifferenz vorzugeben ist. Die Werte (dFi/dci)Fi=FG sind dabei vor jedem Integrationsschritt eventuell durch Interpolation aus den Eichkurven zu berechnen. Berücksichtigt werden muß bei der Integration, daß der i-te Farbstoff nur bis zum Wert t=1/vi Beiträge zum FG-Wort liefert, da er danach bereits vollständig aufgezogen ist.Is there a sufficient number of calibration values for the individual dyes? before, we can use the differential equation integrate step by step, whereby a suitable selected time difference is to be specified as the step size. the Values (dFi / dci) Fi = FG are possibly by interpolation before each integration step to be calculated from the calibration curves. The integration must take into account that the i-th dye only contributes to the FG word up to the value t = 1 / vi, since he is already fully wound up afterwards.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Remissionswerte benutzt die Kopplung über den modifizierten Absorptionskoeffizienten F als Wechselwirkungsbeziehung zwischen den Farbstoffen und berücksichtigt damit über die Verwendung der Eichkurven Abweichungen von der diffusen Lichtverteilung in oberflächennahen Bereichen des gefärbten Materials.The method according to the invention for determining the reflectance values uses the coupling via the modified absorption coefficient F as an interaction relationship between the dyes and thus taken into account through the use of the calibration curves Deviations from the diffuse light distribution in areas close to the surface of the colored material.
Ein Färbe-Rezept kann damit in folgender iterativer Weise gefunden werden.A coloring recipe can thus be found in the following iterative way will.
Für einen ersten Angleich an die Vorlage, der z. B. durch Minimierung der Abweichungsquadrate der Remissionswerte oder der Normfarbwerte zwischen Vorlage und Nachstellung ohne Berücksichtigung der Farbstoff-Wechselwirkungen gefunden werden kann, werden die bekannten Verfahren zur Berechnung der Konzentrationen benutzt.For a first adjustment to the template, the z. B. by minimizing the squared deviations of the reflectance values or the standard color values between the original and adjustment can be found without considering the dye interactions the known methods for calculating the concentrations are used.
Mit den gefundenen Konzentrationen werden entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren die modifizierten Absorptionswerte für die verschiedenen Wellenlängen berechnet. Daran schließt sich eine weitere Näherung gemäß den bekannten Verfahren an.The concentrations found are used in accordance with the invention Process the modified absorption values for the different wavelengths calculated. This is followed by a further approximation according to the known methods at.
Dieser Prozeß wird solange fortgesetzt, bis sich die Konzentrationen zwischen zwei Iterationen nicht mehr ändern.This process is continued until the concentrations do not change between two iterations.
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---|---|---|---|
OGA | New person/name/address of the applicant | ||
OHJ | Non-payment of the annual fee |