DE3421577A1

DE3421577A1 - Geraet zur reflexionsmessung an farbigen objekten

Info

Publication number: DE3421577A1
Application number: DE19843421577
Authority: DE
Inventors: Harald Dr.-Ing. 6240 Königstein Krzyminski
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-06-09
Filing date: 1984-06-09
Publication date: 1985-12-12
Also published as: DE3421577C2

Description

Gerät zr RefleYionsmessunq
an farbigen Objekten Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Refle.x ionsmessung j an farbigen Objekten gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches.
Der Refle xionsmessung an farbigen Objekten liegen im wesentlichen zwei Aufgaben zugrunde. Die erste besteht darin, den Farbort von Körperfarben zu bestimmen, wobei der Farbort durch zwei Farbkoordinaten und eine Heiligkestskoordinateeindeutig definiert ist. Farbmessungen dieser Art fallen hauptsächlich dort an, wo eine bestimmte und gleichbleibende Farbgebung an industriellen Serienprodukten gewährleistet werden soll. Die zweite Aufgabe hat Farbdichtemessungen zum Ziel. Hierbei wird das Refle -xions- bzw. Absorptionsvermögen von Farben im Verhältnis zur farblos weißen Fläche festgestellt.
Diese Art der Messung hat ihre wichtigste Anwendung in der Druckindustrie und in der Druckformherstellung gefunden. Dabei geht es im Wesentlichen darum, anhand der Meßfelder einer Kontroll-Leiste, die ständig mitgedruckt wird, die Obereinstimmung zwischen Andruck und Auflagendruck zu überwachen, wobei der Andruck das verbindliche Muster darstellt.
Besonders für den zuletzt genannten Anwendungsbereich sind schon leistungsfähige Geräte entwickelt worden, darunter vor allem auch leichte, kompakte Handgeräte. Eine Normung der grundlegenden Meßbedingungen hat die notwendigen Voraussetzungen geschaffen, daß mit verschiedenen Gerätetypen vergleichbare Meßergebnisse erzielbar sind. Bei diesem Stand der Technik sind die Bemühungen hauptsächlich darauf gerichtet, die Bedienbarkeit der Geräte hinsichtlich einer schnellen und fehlerfreien Handhabung zu verbessern.
Ein wesentlicher Mangel solcher vorbekannten Geräte besteht darin, daß sie mit einem Filterrad bestückt sind, das von Hand für die Messung einer bestimmten Farbe in eine entsprechende Filterposition gedreht werden muß. Die manuelle Einstellung der Filterposition ist besonders umständlich in Verbindung mit der sog. Nullkalibrierung. Das ist jener Meßvorgang, bei dem die Farbdichte der Meßfilter für das unbedruckte Papierweiß ermittelt und gespeichert wird. Hierbei ist es notwendig, das Filterrad nacheinander in alle Filterpositionen einschl.
der filterlosen Weißposition zu drehen. Die Nullkalibrierung, die mit Rücksicht auf die Sicherheit der Meßwerte möglichst oft und vor jeder größeren Meßreihe durchgeführt werden sollte, wird dadurch zu einem umständlichen und auch zeitraubenden Prozeß.
Unter diesem Aspekt sind Geräte entwickelt worden, die ein motorisch angetriebenes, ständig rotierendes Filterrad aufweisen. Dadurch entfällt die manuelle Anwahl, und die Farbdichten der verschiedenen Meßfilter stehen in kurzer zeitlicher Folge abrufbereit zur Verfügung. Unbefriedigend an dieser vorbekannten Lösung bleibt jedoch der dafür notwendige mechanische Aufwand und die damit verbundene Störanfälligkeit. Außerdem verkürzt der Stromverbrauch des Antriebsmotors die Betriebsdauer der heute üblicherweise mit kleinen Akkumulatoren gespeisten Handmeßgeräte.
Aus dieser Erkenntnis heraus sind Versuche unternommen worden, das Filterrad ganz zu umgehen. Das Ergebnis sind Geräte, die in Verbindung mit einer 0/450-Meßgeometrie für die Lichtsammlung unter 450 zur Meßfläche mit mehreren im Kreisverband angeordneten Fotoelementen versehen sind. Für jede Filterfarbe sind mehrere, bspw. drei Fotoelemente vorgesehen, wobei vor das Fenster jedes Fotoelements ein entsprechendes Filter gestellt wird, was für die drei Filterfarben und weiß und für drei Fotoelemente pro Farbe insgesamt zwölf Fotoelemente ergibt.
Deren Anordnung im Kreis ist derart getroffen, daß die Filterfarbe von Fotoelement zu Fotoelement wechselt. Hierin besteht der grundlegende Mangel dieser vorbekannten Geräteausbildung. Die aus mehreren Gründen vorteilhafte und in den einschlägigen Normen vorgeschriebene ringförmige Beleuchtung oder Lichtsammlung existiert nämlich nicht mehr, sondern ist auf drei oder maximal 4 Punkte pro Farbe reduziert.
Hinzu kommt der Aufwand von zwölf oder mehr Fotoelementen einschl. deren Filter, das Problem einer raumsparenden und geometrisch exakten Anordnung und die Notwendigkeit, die unterschiedlichen Empfind lichkeiten der Fotoelemente innerhalb einer Farbe korrigieren zu müssen.
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, bei grundsätzlich zu fordernder einfacher Handhabung des Gerätes durch spezielle Anordnung mehrerer Fotozellen die gleichmäßige Rundumbeleuchtung der Meßöffnung unbeeinträchtigt zu lassen und die Zahl von Fotozellen und Farbmeßfiltern auf das notwendige Maß zu reduzieren und damit die Möglichkeit zu schaffen, ggf. weitere Zusatzfilter für alle Fotozellen gemeinsam-wirkend anordnen zu können.
Diese Aufgabe ist mit einem Gerät der eingangs genannten Art nach der Erfindung durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angeführten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich nach den Unteransprüchen.
Grundlage für diese Lösung ist die Anwendung der gleichfalls normentsprechenden 45/00 Meßgeometrie, einer Meßanordnung bei der die Beleuchtung unter 450 und die Lichtsammlung senkrecht zur Meßfläche erfolgen. Hierbei kann für die ringförmige Beleuchtung auf bekannte und kostengünstige Lösungen zurückgegriffen werden. Voraussetzung dafür ist aber die erfindungsgemäße Konzentration aller notwendigen Fotozellen im Zentrum des Meßkopfes über der Meßöffnung, wobei durch die Lichtführungselemente für eine gleichmäßige Beaufschlagung der Fotozellen mit dem Meßlicht gesorgt ist, verbunden mit dem Vorteil, Zusatzfilter in den nur einen von der Meßöffnung in das innere des Meßkopfes gehenden Meßlichtstrahl einschalten zu müssen, der erst danach auf die Fotozellen aufgeteilt wird.
Das erfindungsgemäße Gerät wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen schematisch Fig.l das Gerät in perspektivischer Darstellung; Fig.2 eine Vorderansicht des Gerätes und Fig. 1-3 Schnitte zu verschiedenen Ausführungsformen des Meßkopfes.
Zunächst wird auf die Fig. 3 - 5 Bezug genommen und der Meßkopf erläutert. Für die ringförmige Beleuchtung der Meßfläche 1 wird das bekannte Prinzip einer Kondensorlichtquelle 3 benutzt, die aus einem Parabolspiegel 2 einer gasgefüllten Wolframlampe und einer asphärischen Linse 4 besteht.
Die genannten Elemente sind in einem Metalltubus 5 angeordnet, der zur Meßfläche hin mit einer Blende .6 abschließt, die das Meßfeld begrenzt und gegen das Raumlicht abschirmt. Der Metalltubus 5 ist Teil des gesamten Meßkopfes. Für die Lichtsammlung sind vier Fotozellen .7 bzw. Fotodioden vorgesehen, von denen allerdings nur zwei dargestellt sind. Drei der Fotozellen haben vor ihrem Eingangsfenster jeweils ein Farbmeßfilter stehen, wobei für Farbmessungen an Druckkontrollstreifen im allgemeinen genormte, schmalbandige Filter mit den Farben Rot, Grün und Blau verwendet werden. Die vierte Foto zelle ist für Weißmessungen bestimmt und trägt kein Filter. Für die Lichtverteilung dient ein vierstrangiger Glas- oder Kunststofflichtleiter 8 .8., der im Ausführungsbeispiel gem. Fig. 3 das Lichtführungselement 13 bildet. Die Querschnitte der Stränge und der Querschnitt des gemeinsamen Teils werden zweckmäßiger Weise kreisförmig ausgebildet. Um Lichtverluste klein zu halten, sind die Austrittsflächen der Lichtleitarme unmittelbar an das Filter und an das Fenster der Fotozellen herangeführt. Die Fläche des lichtempfindlichen Gitters der Fotodioden wird etwas größer als die Lichtaustrittsfläche gewählt. Es hat sich gezeigt, daß Lichtleiter, die aus einzelnen Fasern bestehen, am einfachsten herzustellen sind und eine sehr gleichmäßige Lichtverteilung gewährleisten. Die Enden der Lichtleiter sind wie üblich durch Metallhülsen gefaßt. Auf Grund der kurzen Lichtleitwege und der damit generell kleinen Lichtverluste werden mit Lichtleitern aus Glas und Kunststoff gleichgute Werte erreicht. Grundsätzlich können auch monomassive Lichtleiter verwendet werden, die aus vier Glas- oder Kunststoffstäben gebildet sind. Um den Uffnungswinkel der Lichtsammlung auf den genormten Winkel von maximal 100 zu begrenzen, stecken die Lichtleiter in einem Metallrohr, das die Lichtabschirmblende 9 bildet und dessen Durchmesser und Länge entsprechend abgestimmt sind. Im oberen Teil ist das Metallrohr als Träger für die Fotodioden ausgebildet.
Eine weitere Vereinfachung des Meßkopfes ist erreichbar, wenn anstelle von vier Fotoelementen nur drei Fotoelemente für die Messung der Farbsignale verwendet werden und auf ein eigenes Fotoelement für das Weißsignal verzichtet wird. In diesem Fall wird das Weißsignal durch eine geeignete elektronische Auswertung der drei Farbsignale gewonnen.
Zusätzlich zu den Farbfiltern vor den Fotoelementen werden in den Strahlengang des von der Prüffläche ankommenden Lichts häufig weitere Filter eingefügt.
Zweck dieser Filter ist es, das ankommende Licht insgesamt (also für alle vier oder drei Fotoelemente gemeinsam) in einer bestimmten Weise zu beeinflussen. Derartige Filter 10 werden deshalb zweckmäßigerweise unmittelbar vor der Eintrittsfläche des Lichtleiters angeordnet. Im wesentlichen kommen drei Filterarten in Betracht: 1. Polarisationsfilter, insbesondere Zirkularpolarisationsfilter, die dazu beitragen, daß an nassen und getrockneten Druckfarben gleichhohe Dichtewerte gemessen werden; 2. Filter zur Korrektur der Farbtemperatur des Meßlichts, bspw. auf den von der Norm vorgeschriebenen Wert und 3. Filter zur Anpassung der spektralen Helligkeitsempfindlichkeit der Fotoelemente an die Helligkeitsempfindlichkeit des menschlichen Auges oder bestimmter Fotomaterialien.
Das Ausführungsbeispiel gem. Fig. 3 ist geeignet, die Funktion eines Filterrades voll zu ersetzen und dessen Nachteile zu vermeiden. Neben dem Fortfall jeglicher beweglicher Teile besteht ein zusätzlicher Vorteil darin, daß die Fotoelemente und ihre Filter hermetisch nach außen abgeschlossen sind und demgemäß sind Staub und Beschädigungen jeglicher Art an den Filtern und an den Eingangsfenstern der Fotozellen ausgeschlossen. Alle vier Fotodioden werden vom Licht der Meßfläche gleichmäßig und gleichzeitig beaufschlagt. Damit sind die Meßwerte für alle Farben jederzeit durch einfachen Tastendruck abrufbereit oder können gleichzeitig angezeigt werden.
Durch eine geeignete elektronische Auswertung der Meßsignale kann eine automatische Farbbestimmung ermöglicht werden.
In diesem Fall wird die Anzeige der Dichtewerte automatisch mit der Angabe der entsprechenden Filterfarbe ergänzt.
Bei der Ausführungsform nach Fig.4 ist der Lichtleiter gemäß Fig. 1 durch ein Linsensystem 11. ersetzt, das im Wesentlichen aus einer Sammellinse und einer Streulinse besteht. Die Meßfilter 12 befinden sich vor den Fotozellen .7 . Zusätzliche Filter 10 , die das gesamte ankommende Licht verändern, können vor oder hinter dem Linsensystem angeordnet werden. Die Ausführungsform gemäß Fig.4 gewährleistet wieder eine Lichtsammlung mit einem Uffnungswinkel von 100 und eine gleichmäßige Lichtverteilung auf die vier oder drei Fotoelemente. Bis zu einem gewissen Grade nachteilig sind aber höhere Lichtverluste, weil die Eintrittsfenster der Dioden nur mit einem Teil des gesamten verfügbaren Lichtes beaufschlagt werden. Dabei sind die Lichtverluste für nur drei Fotodioden kleiner als für vier Fotodioden, weil drei Fotodioden eine raumgünstigere Anordnung zulassen. Versuche haben jedoch ergeben, daß auch mit dieser Ausführung bei entsprechender Wahl der Lichtstärke der Lichtquelle hinreichend starke Meßsignale erhalten werden. In allen anderen Punkten ist diese Ausführungsform gleichwertig zu der gemäß Fig.3 Bei der Ausführungsform nach Fig.5. ist für eine wir same Lichtverteilung jede Fotozelle 7 mit einer eigenen Sammellinse 14 bestückt, die das von der Meßfläche ankommende Licht auf das lichtempfindliche Gitter der Diode fokussiert. Besonders geeignet sind lichtstarke asphärische Linsen, die mit Rücksicht auf kleine Abmessungen eine Brennweite von wenigen Millimetern besitzen. Im Handel sind Dioden erhältlich, die bereits mit einer solchen Linse ausgestattet sind. Derartig komplettierte Dioden stellen eine sehr preiswerte und auch effektive Lösung dar.
Allerdings wird ein optimaler Grad der Lichtausbeute in der Regel nur mit Linsen erreicht, deren optische Werte exakt auf die geometrischen Verhältnisse des hier vorliegenden Meßkopfes abgestimmt worden sind.
Die Meßfilter 12 können vor der Sammellinse 14 oder Zwischensammellinse und Fotozelle angeordnet werden. Weiterhin können die Linsen 14 selbst mit einer Filterschicht versehen sein, wofür im Falle plankonvexer Asphären vor allem die Planfläche in Betracht kommt. Wie in den voran beschriebenen Ausführungsformen können auch hier in den gemeinsamen Strahlengang zusätzliche Filter 10 eingefügt werden, wobei diese Filter zugleich dazu benutzt werden können, das optische System staubdicht abzuschließen.
Der Uffnungswinkel des ankommenden Lichtes kann wiederum durch eine Blende oder eine gleich-wirksame Einrichtung auf einen bestimmten Wert begrenzt werden. Die Lichtsammlung dieses Ausführungsbeispieles erreicht nicht den Wirkungsgrad der Ausführungsform gern. Fig. 3, ist aber deutlich besser als die gemäß Fig. 4. Auch hier ist die Lichtausbeute für drei Fotoelemente günstiger als für vier.
Allen drei Ausführungsformen ist gemeinsam, daß sie grundsätzlich auch für Transmissionsmessungen verwendbar sind.
Hierbei ist die Funktion des optischen Systems des Meßgerätes auf die Lichtsammlung beschränkt, d.h., die Lichtquelle 3 wird einfach nicht eingeschaltet, und die Beleuchtung des Meßfeldes erfolgt durch eine Lichtquelle außerhalb des Meßgerätes.
Je nach Anforderung kann als Lichtquelle ein einfacher Leuchttisch dienen, oder es wird eine speziell dafür konstruierte Beleuchtungseinrichtung verwendet, wobei für Farbdichtemessungen in der Regel Lichtquellen erforderlich sind, die ein gerichtetes und entsprechend intensives Meßlicht mit einer bestimmten Farbtemperatur liefern.
Unter Bezug auf Fig. 1, in der das ganze Gerät verdeutlicht ist, werden die gemessenen Werte in einem Anzeigefeld 23 , neben dem sich entsprechende Schalttasten 24 befinden, angezeigt. Zwecks Übertragung bestimmter Meßdaten kann das Gehäuse :15 des Gerätes mit einem Meßdaten-Sendefenster 16 versehen sein, von dem aus mittels eines dahinter im Gehäuse befindlichen Meßdatensenders die Meßdad.h. ohne Ka@el ten direkt/an den Empfänger bspw. eines Druckers übertragen werden können. Vorzuosweise werden für di Detenfernübertragung Impulse des infraroten Lichtes verwendat.
Wie ferner aus Fig. 1 erkennbar, gehört zum Gerät ein formangepaßter Absetzsockel 17 mit Netzanschluß-Ladungsadapter 18 , wobei in den Formanschlußflächen 21, 22 von Sockel :17 und Gehäuse 15 Ladungsstromübertragungskontakte 19, 20 angeordnet sind.
Durch diese vorteilhafte und an solchen Geräten erstmalig benutzte Ausbildung ist gewährleistet, daß die im Gehäuse 15 angeordnete Stromquelle (nicht dargestellt),die eine kabelführungsfreie Handhabung des Gerätes ermöglicht, bei Absetzung auf den Sockel 17 ständig aufgeladen wird, was für die einwandfreie Funktion des Gerätes bei den beschriebenen Meßvorgängen nicht unwesentlich ist.
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Claims

Patentansprüche: 1. Gerät zur Reflexionsmessung an farbigen Objekten, bestehend aus einem in einem eine aufladbare Stromquelle enthaltenden Gehäuse angeordneten Meßkopf mit Lichtquelle, mehreren mit vorgeschalteten Farbfiltern versehenen Fotozellen, angeordnet oberhalb der Lichtaustrittsöffnung des auf das Objekt aufsetzbaren Meßkopfes, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß im Meßkopf (5') des Gehäuses (15) über der rundum gleichmäßig unter 450 beleuchtbaren Meßöffnung (1') mindestens drei Fotozellen (7) angeordnet und zwischen der Meßöffnung (1') und den Fotozellen (7) zu deren gleichmäßigen Meßlichtbeaufschlagung Lichtführungselemente (13) innerhalb einer rohrförmigen Lichtabschirmblende (9) mit maximal 100 Uffnungswinkel angeordnet sind, über denen die Fotozellen lichtdicht in die Lichtabschirmblende (9) eingebunden sind.
2. Gerät nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Lichtführungselemente (13) als für jede Fotozelle (9) separate Lichtleiter (8) ausgebildet sind.
3. Gerät nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Lichtführungselemente (13) in Form eines für alle Fotozellen (7) wirksamen. Linsensystems (11) ausgebildet sind.
4. Gerät nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Lichtführungselemente (13) in Form einer vor jeder Fotozelle (7) angeordneten Sammellinse (14) ausgebildet sind.
5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 --4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß vor den für die Farbsignalmessung bestimmten Fotozellen (7) entsprechende Farbmeßfilter (12) angeordnet sind.
6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 - 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zwischen der Meßöffnung (1') und den Lichtführungselementen (13) ein oder mehrere zusätzliche Filter (10) wie Polarisationsfilter, Farbtemperatur-Beeinflussungsfilter, Filter zur Beeinflussung der spektralen Helligkeitsempfindlichkeit angeordnet sind.
7. Gerät nach den Ansprüchen 4 und 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Farbmeßfilter (12) als Beschichtungen der Sammellinsen (14) ausgebildet sind.
8. Gerät nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß am Gehäuse (18) ein Meßdatensendefenster (16) angeordnet ist.
9. Gerät nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß das Gehäuse (15) an einen separaten,mit Ladungsadapter (18) versehenen Absetzsockel (17) angepaßt ausgebildet ist und im Bereich von Formanschlußflächen (21, 22) von Sockel (17) und Gehäuse (1S) Ladungsstromübertragungskontakte (19,20) angeordnet sind.