-
Anordnung zur Messung des Farborts einer Probenfläche nach dem Helligkeitsverfahren
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Messung des Farbortes einer Farbprobe
nach dem Helligkeitsverfahren mit drei photoelektrischen Empfängern, denen Farbwertmeßfilter
vorgeschaltet sind, mit denen die Empfindlichkeit der Empfänger der Empfindlichkeit
des menschlichen Auges angepaßt ist.
-
Zur Messung der Farbwerte einer Probenfläche ist ein Dreibereichs-Farbmeßgerät
bekannt, in dem von der Probenfläche reflektiertes Licht über Filter einem Photovervielfacher
zugeführt wird, an den ein Anzeigegerät angeschlossen ist.
-
Die Messung läuft in drei Phasen ab, wobei in den einzelnen Phasen
unterschiedliche Farbwertmeßfl Iter in den Strahlengang zwischen der Probenfläche
und dem Photovervielfacher eingefügt werden. Mit den Farbwertmeßfiltern wird der
Photovervielfacher nacheinander denjenigen Empflndlichkeitskurven angepaßt, die
den drei im farbmetrischen Grundgesetz enthaltenen Wirkungsfunktionen des menschlichen
Auges entsprechen. Mit den drei Farbwertmeßfiltern werden z. B.
-
unter Einbeziehung der spektralen Empfindlichkeltskurve des Photovervielfachers
die Normspektralwert-Kurven nach DIN 5033, Blatt 2 realisiert.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs
erwähnten Gattung derart weiterzuentwickeln, daß eine Farbdl fferenzmessung mit
direkter Anzeige der Abweichung nach Betrag und Richtung möglich ist.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Umschalter
vorgesehen ist, über dessen eine Stellung bei einer ersten Meßphase, in der das
Farbmuster oder die Farbprobe meßbar Ist, eine Verbindung zwischen dem jeweiligen
Empfänger und einem Meßwertspeicher und über dessen zweite Stellung bei einer zweiten
Meßphase, in der die Farbprobe oder das Farbmuster meßbar ist, eine Verbindung zwischen
dem jeweiligen Empfänger und einem Di fferenzmeßelement hergestellt ist, mit dem
der gespeicherte Meßwert in der zweiten Meßphase vom gemessenen Wert abziehbar ist.
-
Die Handhabung dieser Anordnung ist besonders einfach. Es sind lediglich
das Muster und die Probe bei entsprechender Stellung des Umschalters nacheinander
im Strahlengang zwischen der Lichtquelle und den photoelektrischen Empfängern anzubringen.
-
Das Differenzmeßelement kann in Einheiten des Normvalenz-Systems geeicht
sein. Der Farbort der Probe läßt sich daher aus dem Farbort des Musters ohne Umrechnungen
bestimmen.
-
Die Anordnung kann von Personen bedient werden, die keine Kenntnisse
der Farbmetrik haben. Die Anordnung ist einfach aufgebaut und kann daher wirtschaftlich
hergestellt werden.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Umschalter
einen Umschaltkontakt für jeden photoelektrischen Empfänger aufweist, an dessen
einen Ausgang ein Eingang eines Differenzverstärkers und an dessen anderen Ausgang
ein Analogspeicher angeschlossen ist, dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang des
Dl fferenzverstärkers verbunden ist, dem ein Anzelgegerät nachgeschaltet ist. Der
Differenzverstärker kann an die beiden Pole einer Spannungsquelle angeschlossen
sein, die gegenüber einem Bezugspotential jeweils positiv und negativ sind. Je nach
dem Vorzeichen der Differenz der Eingangsspannungen ergeben sich daher positive
oder negative
Spannungen am Ausgang des Differenzverstärkers. Mit
einfachen Mitteln läßt sich daher nicht nur die Größe sondern auch die Richtung
der Abweichungen zwischen den beiden zu vergleichenden Farben feststellen. Der Stromverbrauch
des Analogspeichers, des Differenzverstärkers und des Anzeigegeräts ist nur gering.
Weiterhin sind für die Versorgung dieser Elemente Spannungen erforderlich, die zum
Beispiel kleiner als 50 Volt sein können. Während die bekannte Anordnung für den
Photovervielfacher eine aufwendige Hochspannungsversorgung benötigt, genügt bei
der vorstehend beschriebenen Anordnung ein Stromversorgun gsge rät, das niedrige
Spannungen erzeugt und eine geringe Nennleistung aufweist.
-
Vorzugsweise enthält der Speicher einen Kondensator und einen mit
einem Anschluß des Kondensators verbundenen Verstärker, dessen Ausgang an den zweiten
Eingang des Differenzverstärkers angeschlossen ist. Diese Anordnung zeichnet sich
durch Ihren einfachen schaltungstechnischen Aufbau aus.
-
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist parallel zum Kondensator
ein Schaltkontakt gelegt, mit dem der Kondensator vor Beginn und nach Beendigung
der Meßphasen entladbar ist.
-
Durch Schließen des Schaltkontakts nehmen die beiden Beläge des Kondensators
gleiches Potential an. Dadurch ist gewährleistet, daß zu Beginn einer Messung am
Kondensator ein definiertes Ausgangspotential vorhanden ist. Der Schaltkontakt kann
als weiterer Kontakt des oben erwähnten Umschalters ausgebildet sein, der eine dritte
Schalterstellung aufweisen kann. In dieser dritten Schalterstellung sind beispielsweise
die Verbindungen zu den photoelektrischen Empfängern unterbrochen, während der parallel
zum Kondensator geschaltete Kontakt geschlossen Ist.
-
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß
den photoelektrischen Empfängern jeweils ein Spannungs-Frequenz-Wandler nachgeschaltet
ist, der mit einem Vor-, Rückwärtszähler verbunden ist, dessen Zähirichtung für
Vor-und Rückwärtszählung durch zwei verschiedene Stellungen des
Umschalters
einstellbar ist, daß der Zähler durch ein von einem monostabilen Multivibrator erzeugtes
Signal für die Zählimpulse in den beiden Meßphasen freigebbar ist, und daß dem Vor-Rückwärtszähler
ein Codewandler nachgeschaltet ist, an den Segmentanzeigeelemente angeschlossen
sind.
-
Mit dieser Anordnung werden die Farbdifferenzen in digitaler Form
angezeigt. Dies erleichtert die Bedienung der Anordnung, da Ablesefehler weitgehend
vermieden werden.
-
Vortei Ihafterweise kann die Lichtquelle als ringförmige Lampe um
die photoelektrischen Empfänger angeordnet sein, so daß auf einfache Weise ein direkter
Lichteintritt von der Lichtquelle in die Filter und photoelektrischen Empfänger
verhindert wird. Die von der Lichtquelle ausgehende Strahlung braucht dann auch
nicht mit Hilfe von Optiken auf die Muster bzw. Proben und zurück zu den photoelektrischen
Empfängern abgebildet zu werden. Durch diese Anordnung wird erneut deutlich, daß
der Reflexions- und Glanzgrad bei der Farbwertmessung vernachlässigt wird, da Probe
und Muster während der Messung nur vertauscht werden.
-
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in einer Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert, aus denen sich weitere Merkmale sowie Vorteile
ergeben.
-
Es zeigen: Fig. 1 eine Anordnung zur Messung des Farbortes einer Probenfläche
im Schema, Fig. 2 eine andere Anordnung zur Messung des Farbortes einer Probenfläche
im Schema und Fig. 3 Im Ausschnitt eine Anordnung von einer Lichtquelle, photoelektrischer
Empfänger und eine Probenfläche.
-
Von einer Lichtquelle 10 ausgesandte Strahlung wird über eine Optik
12 auf ein Meßobjekt 14 geworfen, das von einem Träger
16 gehalten
wird. Die Lichtquelle 10 erzeugt z. B. die Normlichtart A. Es ist auch möglich,
in den Strahlengang der Lichtquelle 10 ein FlüssigkeitsfiIter einzufügen, um künstliches
Tageslicht der Normlichtart C zu erzeugen. Bei dem Meßobjekt 14 kann es sich um
ein Farbmuster oder eine Farbprobe handeln.
-
Vom Meßobjekt 14 reflektierte Strahlung wird über eine weitere Optik
18 drei photoelektrischen Empfängern 20, 22, 24 zugeleitet, denen Farbwertmeßfi
Iter 26, 28, 30 vorgeschaltet sind. Mit den Farbwertme;3fiItern 26, 28, 30 werden
die den Empfängern 20, 22, 24 eigentümlichen Empfindlichkeitskurven den drei im
farbmetrischen Grundgesetz enthaltenen Wirkungsfunktionen des Auges angepaßt. Beispielsweise
können mit den Farbwertmeßfi ltern 26, 28, 30 die Normspektralwert-Kurven hergesteilt
werden.
-
Jeder photoelektrische Empfänger 20, 22, 24 ist mit einem Umschaltkontakt
32, 34, 36 eines Schalters 38 verbunden, der von Hand auf drei versch;edene Ausgänge
a, b, c eingestellt werden kann. In Fig. 1 ist die Stellung b des Schalters 38 dargestellt.
An jeden Ausgang b ist ein Kondensator 40 und ein Verstärker 42 angeschlossen, der
einen hochohmigen Eingangswiderstand aufweist. Der Kondensator 40 und der Verstärker
42 bilden einen Analogspeicher.
-
Der Verstärker 42 speist jeweils einen Eingang eines Differenzverstärkers
44, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang c des Schalters 38 verbunden ist. Den
Differenzverstärkern 44 sind Anzeigegeräte 46 nachgeschaltet. Parallel zu den Kondensatoren
40 sind Schaltkontakte 39 des Schalters 38 gelegt. Die Kontakte 39 weisen lediglich
Ausgänge a auf. Die Differenzverstärker 44 sind an zwei Pole 47, 48 einer Spannungsquelle
angeschlossen, die je gegenüber einem Bezugspotential positiv und negativ sind.
-
Wenn mit der Anordnung gemäß Fig. 1 keine Messung durchgeführt wird,
befinden sich die Kontakte 32, 34, 36, 39 auf den Stellungen a. Die Kontakte 39
schließen dabei die beiden Beläge der Kondensatoren 40 kurz. Daher ergeben sich
vor Beginn einer Messung an den Kondensatoren 40 definierte Potentiale.
-
Bei einer Messung wird als Meßobjekt 14 zuerst das Farbmuster verwendet,
dessen Farbort bekannt Ist. Nachdem das Farbmuster auf dem Träger 16 angebracht
ist, wird die Lichtquelle 10 eingeschaltet. Ferner werden die Kontakte 32, 34, 36
auf die Ausgänge b eingestellt. In dieser Stellung sind die Kontakte 39 geöffnet.
Die Kondensatoren 40 laden sich daher jeweils auf die an den photoelektrischen Empfängern
20, 22, 24 anstehenden Spannungen auf. Nach der Aufladung der Kondensatoren 40 ist
die erste Meßphase in der das Farbmuster gemessen wird, abgeschlossen. Die Kontakte
32, 34, 36 des Schalters 38 werden anschließend auf die Ausgänge c eingestellt.
Die in der ersten Meßphase von den photoelektrischen Empfängern 20, 22, 24 erzeugten
Meßwerte werden auf den Kondensatoren 40 gespeichert.
-
Für die zweite Meßphase wird das Farbmuster gegen die Farbprobe ausgetauscht.
Den ersten Eingängen der Differenzverstärker 44 werden somit die dem Farbmuster
entsprechenden Meßwerte über die Verstärker 42 zugeführt. An den zweiten Eingängen
der Dlfferenzverstärker 44 stehen die von den photoelektrischen Empfängern erzeugten
Meßwerte der Farbprobe an.
-
Von den Dlfferenzverstärkern 44 werden die Abweichungen der Meßwerte
von Farbmuster und; Farbprobe verstärkt und den Anzeigeelementen 46 zugeführt. Stimmen
beide Meßwerte überein, dann verbleiben die Zelger der Anzeigegeräte 46 in der Nullstellung.
-
Bei positiven oder negativen Werten der Differenzen der den Eingängen
der Differenzverstärker 44 vorgegebenen Meßspannungen schlagen die Zeiger der Anzelgeelemente
46 in Richtung positiver oder negativer Skalenwerte aus. Die Anzei geelemente sind
in Einheiten eines Normvalenz-Systems geeicht. An den Stellungen der Zeiger kann
deshalb die Abweichung der Farbprobe vom Farbmuster nach Betrag und Richtung festgestellt
werden. Die Bedienung
der in Fig. 1 dargestellten Anordnung ist
sehr einfach und kann ohne besondere Kenntnisse der Fabmetrik vorgenommen werden.
Mit dieser Anordnung lassen sich somit Farbdifferenzmessungen schnell auch von ungeschultern
Personal ausführen.
-
Nach der Feststellung der Farbdifferenzen werden die Kontakte 32,
34, 36 und 39 wieder in die Stellungen gebracht, in denen sich die Kondensatoren
40 entladen.
-
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Anordnungen stimmen im optischen
Teil der an den photoelektrischen Empfängern 20, 22, 24 endet überein. Bei der Anordnung
gemäß Fig. 2 ist jedem Empfänger 20, 22, 24 ein Spannungs-Frequenz-Wandler 50 nachgeschaltet,
der eine Impulsfolge erzeugt, deren Frequenz der Amplitude der Eingangsspannung
proportional ist. Den Ausgängen der Spannungs-Frequenz-Wandler 50 sind UND-Glieder
52 nachgeschaltet, deren zweite Eingänge gemeinsam mit einem monostabilen Multivibrator
54 verbunden sind, der auf ein Eingangssignal hin ein Ausgangssignal bestimmter
Dauer erzeugt. Der Eingang des monostabilen Multivibrators 56 ist mit einem Tastschalter
56 verbunden, der an eine Spannungsquelle 58 angeschlossen ist. Die UND-Glieder
52 speisen Zähleingänge von Vor- und Rückwärtszählern 60, die auf Vor- und Rückwärtszählung
mittels eines Umschalters 62 eingestellt werden können.
-
Der von Hand zu betätigende Umschalter 62 ist mit der Spannungsquelle
58 verbunden und weist drei Ausgänge d, e und f auf.
-
Der Ausgang d ist an die Löscheingänge der Zähler 60 angeschlossen.
Der Ausgang e steht mit den Steuereingängen für Vorwärtszählung in Verbindung. Der
Ausgang f speist die Steuereingänge für Rückwärtszählung. Den Ausgängen der Zähler
60 sind Codewandler 64 nachgeschaltet, mit denen die in den Zählern &0 enthaltenen
binären Zahlen in Dezimalzahlen umgewandelt werden.
-
Mit den Codewandlern 64 können auch Maßstabsfaktoren eingestellt werden,
so daß die von den Codewandlern 64 ausgehenden Zahlen im Normvalenz-System vorliegen.
Den Ausgängen der Codewandler 64 sind Anzeigeelemente 66 nachgeschaltet. Für jede
Dezimalstelle des Meßbereichs kann z. B. ein Slebensegment-Anzeigeelement vorgesehen
sein.
-
Solange mit der in Fig. 2 gezeigten Anordnung keine Messung vorgenommen
wird, steht der Schalter 62 auf dem Ausgang d, so daß die Zähler 60 auf die Inhalte
null eingestellt sind.
-
Nach Einschaltung der Lichtquelle 10 und Einfügung eines Farbmusters
als Meßobjekt 14 in den Strahlengang der Lichtquelle 10 wird der Schalter 62 auf
den Ausgang e eingestellt. Diese Stellung Ist in Fig. 2 gezeigt. Die Zähler 60 sind
somit auf Vorwärtszählung eingestellt. Anschließend wird der Schalter 56 betätigt.
Für die Dauer des vom monostabilen Multivibrators erzeugten Rechteckimpulses werden
die UND-Glieder 52 für die von den Spannungs-Frequenz-Wandlern 50 erzeugten Zählimpulse
durchlässig gesteuert. Diese Impulse werden in den Zählern 60 bis zum Ende des Rechteckimpulses
aufsummiert und danach gespeichert. Anschließend wird das Farbmuster gegen die Farbprobe
ausgewechselt. Danach ist der Umschalter 62 auf den Ausgang f einzustellen, über
den eine Steuerspannung an die Eingänge der Zähler 60 für Rückwärtszählung gelegt
wird.
-
Die In der dersten Meßphase in den Zählern 60 aufsummierte Anzahl
der Meßlmpulse bleibt dabei gespeichert. Anschließend wird wiederum durch Betätigung
des Tastschalters 56 der monostabile Multivibrator 54 zur Abgabe eines Rechteckimpulses
veranlaßt, durch den die UND-Glieder 52 für die von den Spannungs- Frequenz-Wandlern
abgegebenen Impulse durchlässig gesteuert werden. Während der Dauer des Rechteckimpulses
werden somit die gespeicherten Werte um die Anzahl der von den Spannungs-Frequenz-Wandlern
erzeugten Impulse vermindert.
-
Nach Beendigung des Rechteckimpulses sind in den Zählern 60 daher
Differenzwerte enthalten, die je nach der Anzahl der in der ersten und zweiten Meßphase
erzeugten Impulse pcsitive oder negative Vorzeichen aufweisen. Diese im binären
Zahlensystem vorliegenden Differenzwerte stehen an den Eingängen der Codewandler
64 an und werden von diesen unter Einbeziehung von Maßstabsfaktoren in dezimale
Normvalenz-Zahlen umgewandelt, die an den Anzeigeelementen 66 sichtbar sind.
-
Die oben erwähnte ReThqnfolge der Messung von Farbmuster und Farbprobe
kann auch 'iimgekehrt Iwerden, ohne daß sich die angezeigten Farbdifferenzwerte
ändern.
-
In Fig. 3 ist eine bevorzugte Anordnung von einer Lichtquelle 70,
den photoelektrischen Empfängern 20, 22, 24 mit den Farbmeßfiltern 26, 28, 30 und
dem Meßobjekt 14 auf dem Träger 16 dargestellt. Die Lichtquelle 70 umgibt die photoelektrischen
Empfänger 20, 22, 24 ringförmig und emittiert ihre Strahlung auf das Meßobjekt 14,
welches inktwa parallel zu den Filtern 26, 28, 30 angeordnet ist. Damit keine Strahlung
direkt von der Lichtquelle 70 in die Empfänger 20, 22, 24 oder auf die Filter 26,
28, 30 gelangt, kann die Innenfläche der Lichtquelle 70 z. B. geschwärzt sein. Selbstverständlich
kann die Lichtquelle 70 auch durch eine Stablampe oder ähnliche Lampen ersetzt werden,
die den Ort der Lichtquelle 70 einnehmen.