WO2011048147A1 - Verfahren zur messung der wolkigkeit von lackierungen auf prüftafeln - Google Patents

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WO2011048147A1 PCT/EP2010/065800 EP2010065800W WO2011048147A1 WO 2011048147 A1 WO2011048147 A1 WO 2011048147A1 EP 2010065800 W EP2010065800 W EP 2010065800W WO 2011048147 A1 WO2011048147 A1 WO 2011048147A1
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Georg Wigger
Christian Bornemann
Ingo Raupach
Daniel Briesenick
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BASF Coatings GmbH
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    • G06T2207/30156—Vehicle coating

Definitions

  • the invention relates to a method for measuring the cloudiness of coatings on test panels.
  • the invention further relates to the use of the method of measuring the cloudiness of automotive paint coatings.
  • test coatings are usually prepared for which the term "test fever” has become common, since the sample-coated object is often plate-shaped.
  • test panels e.g. if parts of car bodies are used or if just the paint properties are to be examined in curved zones.
  • the cloudiness of a paint job is understood to mean the uneven appearance of a paint job caused by irregular, arbitrarily distributed areas on the surface, which differ in color and / or gloss. Such, stain-like inhomogeneity disturbs the uniform overall impression of the paint and is usually undesirable.
  • the undesired cloudiness of the coating can be due, for example, to the properties of the coating composition (paint) used and / or the method of application used. Therefore, it is necessary to analyze the cloudiness of the coatings obtained in the development and quality control of paints and application processes.
  • the patent application WO 98/14778 A1 describes a method for measuring coated test panels, wherein the test panels are transferred from a gripping and moving device, for example a laboratory robot, to a measuring station.
  • a measurement of different coating properties is carried out by the laboratory robot with different measuring devices. For example, layer thickness, course, hue, the color coordinates L * (brightness), a * (red-green), b * (yellow-blue), hardness, haze and / or the gloss of the test panels can be measured.
  • WO 98/14778 A1 it is advantageous, according to WO 98/14778 A1, to use a color measuring device which supplies the color coordinates L * a * b *, preferably at different observation angles.
  • WO 98/14778 A1 it is shown on the basis of the measurement of the brightness (color coordinate L *) of paint films that the visually clearly discernable differences in the cloudiness between the paint films could not be detected at an observation angle of 25 °, but only at viewing angles of 45 ° and / or 75 °.
  • This result, according to WO 98/14778 A1 proves the need for complete measurement data determination.
  • Voye color and lacquer (2000), 106 (10), pp. 34-40 also notes the existence of this problem.
  • the article describes an automated analysis system for determining surface data, e.g. the brightness (color coordinate L) and evaluation of paint surfaces. This particular paint batches can be checked.
  • visually recognizable cloud formation is not sufficiently recognized in the automated process (p.39, last paragraph).
  • the development of suitable evaluation algorithms for the analysis of the surface measurement data represents a further challenge (page 40, last column).
  • the known methods for instrumental assessment of cloudiness thus still provide no reliable and satisfactory results.
  • the object of the present invention was therefore to solve the long-known problem and to provide a method by which the cloudiness of coatings on test panels can be determined instrumentally.
  • the method is intended, in particular, for measuring the cloudiness of colorants and of effecting finishes, such as e.g. Metailic finishes, be suitable.
  • the method should be automated and have a high reproducibility of the results.
  • This object is surprisingly achieved by a method for measuring the cloudiness of coatings on test panels by measuring the color coordinates i_ * a * and b * at at least 100 different measurement locations on a test panel, each with at least 3 different observation angles w
  • the dE> 0.35 limit is variable and can be adjusted. It is preferably between 0.2 and 1 and can be adapted to the visual impression.
  • the log base is also variable and can be adapted to the visual impression. It is preferably in the range 1, 1-3.
  • the color coordinates L *, a * and b * to be measured correspond to the coordinates of the ClELab color space of the CIE (Commission Internationale de eclairage). They are also called Farbeauzahien.
  • the coordinate L * describes the brightness of the hue, i. the location of the hue on the saint's chain axis.
  • the coordinates a * and b * describe the position of the hue in the color space on an axis between red and green (a *) or on an axis between blue and yellow (£> *).
  • the measurement of the color coordinates L * a * and ö * can be carried out by means of methods known and suitable to the person skilled in the art.
  • spectrophotometers in particular multi-angle spectrophotometers, can be used as colorimeters.
  • Suitable instruments are for example the devices MA60 or MA68 or MA68 II of the company X-Rite ® .
  • the measurement of the color coordinates L *, a * and b * is preferably carried out by means of an automated measuring method.
  • the determination of the color coordinates can take place one after the other or simultaneously at different measurement locations on the test panel, without the test panel having to be removed from the measuring apparatus or manually reoriented for this purpose.
  • a suitable automatic measuring device eg laboratory robot with measuring station
  • the obtained measurement data are preferably acquired, stored, evaluated and / or displayed electronically.
  • the measurement of the color coordinates L *, a * and h * is carried out in the inventive method at least 100 different measuring locations on the test panel.
  • the measurement is preferably carried out in each case at at least 150 different measurement sites, preferably at least 184 in each case and very particularly preferably at in each case 500 to 800 different measurement sites on the test panel.
  • the individual measuring locations have a minimum distance of 0.5 cm and a maximum distance of 2 cm from each other.
  • the measuring locations preferably have a distance of 0.8 cm to 1.5 cm from one another.
  • the measuring locations preferably lie within an area of 200 ⁇ 500 mm on the test panel.
  • the different measuring locations are arranged in a rectangular grid at a distance of 1-1.5 cm in each case in the direction of the two mutually perpendicular axes of the grid.
  • the associated measuring location is recorded on the test panel by means of location coordinates, for example by a rectangular grid (coordinate system) with the coordinates x and y, which unambiguously describe each location on the test panel.
  • the measurement of the color coordinates L * a * and b * at the measurement sites is carried out in the inventive method under at least 3 different observation angles, preferably at the observation angles of 25 °, 45 ° and 75 °.
  • the measurement is carried out in each case at least 4 observation angles, particularly preferably under at least 5 different observation angles.
  • the individual observation angles differ by at least 10 ° each.
  • the measurement of the color coordinates preferably takes place in each case at the viewing angles of 25 °, 45 ° and 75 °.
  • the measurement of the color coordinates takes place at in each case 5 observation angles, preferably in each case under 10 ° -19 °, 20 ° -30 °, 40 ° -50 °, 70 ° -80 ° and 105 ° -115 °, very particularly preferably below 15 °, 25 °, 45 °, 75 ° and 1 10 °.
  • the illumination is preferably directed at an illumination angle (angle of incidence) of 45 °.
  • the Gauss Fiiter is a neighborhood operator that is based on a two-dimensional Gaussian function. Mathematically, the Gaussian fiiter is a function of the location coordinates of the pixel of the input matrix (x, y) and the standard deviation ⁇ :
  • Smoothing in this case means that by using the filter measurement noise can be suppressed.
  • the function can be adjusted by selecting the standard deviation ⁇ and the filter radius, which is defined by the size of the matrix used.
  • ⁇ and the filter radius which is defined by the size of the matrix used.
  • the Sobel operator is an edge detection filter, which is used in image processing, where it is used as an algorithm using convolution. This provides the first derivative of the pixel values, at the same time being smoothed orthogonal to the derivative direction.
  • Sobel The advantage of Sobel The operator compared to the prewitt operator is that it gives a stronger weighting of the central matrix column or row. To not only detect edges in one direction, the Sobel operator uses a column operator and a row operator. The following matrices show these operators using the example of a 3 x 3 matrix:
  • the use of the Sobel operator detects local colorimetric differences between adjacent measurement points. This results in partial dLab * values and dLCH * values. From the obtained partial dlab * values and dLCH * values, the color tone distances of each measuring point to its neighboring measuring points are calculated. For this purpose, different hue spacing formulas can be used.
  • the Farbtonabstandsforrnel be applied according to DIN 6174.
  • the DIN standard 6174 "Colorimetric determination of color distances according to the CIELAB formula" provides the basis for color distance calculations of coatings.
  • the color spacing distance according to DIN 6174 is:
  • the color spacing forms can also be used! for effect coatings according to DI 6175-2.
  • This is better adapted to the human perception of color differences, namely in which color differences are not necessarily perceived as equidistant. For this reason, tolerance and weighting parameters have been introduced to solve this problem. Due to anisotropic remission behavior in effect coatings, effect shades can often not be adequately described.
  • the standard does not specify which viewing angles to choose at this location. In the automotive industry, viewing angles ⁇ of 15 °, 25 °, 45 °, 75 ° and 110 °, based on the gloss angle, have prevailed. In the following three equations, the respective viewing angle is dimensionless:
  • S c (y) and SH (Y) must not be less than 0.7, as defined by DIN. For effect finishes, a distinction is made between the range of non-pastel or pastel colors and that of the colorful colors.
  • the DIN 6175-2 provides the following color spacing form for the achromatic area and the colored area:
  • S a and Sb are set to 0.7 in DIN 6175-2.
  • S a and Sb are batch tolerances S, which were determined on the basis of charge tables by visual matching.
  • the standard recommends the application of the sigmoid function (gooseneck function), as in many cases the decision for the corresponding formula ⁇ ' 3 _ > ( ⁇ ) or AE'CH (V) can not be made unequivocally in advance.
  • a third hue formulation that can be used is the AUDI weighting formula.
  • the AUDI color difference formula is almost identical to the DI 6175-2.
  • the main difference lies in the calculation of the weighting factors. Since the weighting factors of the previously developed AUD! -Former were multiplied by the factor 2 "0 ' 5 within the framework of the later creation of DIN 6175-2, these are therefore in 2 " 0.5 in all numerical values in DIN 6175-2 to divide to obtain the following AUDI formula:
  • the result of calculating the hue intervals is the representation of a partial hue distance for each measurement point in relation to its surrounding measurement points for each color coordinate and each observation angle !.
  • the data obtained can each be graphically displayed.
  • each group of n measured values, each of which has a specific one of the 5 different observation angles (w - 15 °, 25 °, 45 °, 75 ° or 1 10 °) for a specific color coordinate F * (F * - L *, a * or b *) were obtained at different measuring locations (with the location coordinates x, y), plotted in a two-dimensional graph (eg measured values for a specific color coordinate F * at a certain observation angle w against one of the location coordinates x or y).
  • the measured values can also be displayed in a three-dimensional graphic (for example measured values for a specific color coordinate F * at a certain observation angle w against both spatial coordinates x and y).
  • the graphical representation can be made for all stages of the evaluation process described above and below.
  • the directly obtained measured values can be displayed before the application of the Gaussian filter.
  • the smoothed values can also be displayed after subsequent application of the Gaussian filter. It is also possible to represent the local colorimetric differences between adjacent measurement points (partial dLab * values and dLCH * values), which will be obtained by the subsequent use of the Sobei operator. Also, the hue distances obtained after the subsequent calculation with one of the color space formulas can be displayed.
  • the data resulting in the further process can be graphically displayed in the manner described two-dimensionally (group of n data relative to a spatial coordinate of the associated measurement locations) or three-dimensionally (group of n data relative to both spatial coordinates of the associated measurement locations).
  • the three-dimensional representation is preferred.
  • a surface diagram can be obtained, in which the measured surface with the location coordinates x and y dargestelit and the data obtained are reproduced color-coded location-accurate.
  • the graph gives a visual impression of the data obtained, which can be compared with the visual perception of the coating on the test panel and which can be used to facilitate the improved determination of the cloudiness of a coating.
  • edges points with abrupt change of the value of a specific color coordinate at a certain viewing angle, eg the brightness
  • Edges are by definition digits with an abrupt change in the datum. In terms of area they represent a striking image feature.
  • edges are locally strong intensity changes along one direction. Viewing the image function, edges appear as local maxima of the first derivative.
  • edges with a mountain-comb-like gradient frequently appear. Due to the Sobei operator size and its step size, this can lead to ambiguous detection of edges.
  • the gradient is perpendicular to an edge in the image and has the largest amount in the middle of the edge. If now only the pixels with the largest gradient are selected along an edge, then one obtains the exact course of the edge, which is only one pixel wide. To achieve this, non-maximum suppression is performed. In this case, those pixels are selected that lie on the crest of the gradient, and suppresses those pixels that do not meet this criterion. Mathematically, non-maximum suppression is the reduction of gradient curves to local maxima.
  • the non-maximum suppression can be realized, for example, by first calculating the gradient direction in the current pixel.
  • the above-described application of the Sobel operator results in two gradients in the x and y directions. From the ratio of both gradients, a position statement of the edge can now be made:
  • Direction
  • the position of the edge through the current pixel which may be either parallel to the x-direction, parallel to the y-direction, or at a 45 ° angle to it.
  • the result of the non-maximum suppression are corrected partial color pitches whose graphical representation now has so-called thinned edges.
  • One is thus able to compensate for the multiple detection from the Sobel operator.
  • the edges are thus reduced to the width of a measuring point.
  • sharply outlined "clouds" are thereby identified, i. Areas of measurement locations where the local hue distance is higher than that of the environment
  • the aim of the method is, inter alia, the quantification of the color inhomogeneity (cloudiness) by an index. Therefore, from the clouds visible as formations of measurement sites with locally large hue distances, an index can be created in a next step. For this purpose, the representation of the partial color tone distance values in a color-coded 2D surface diagram can be retained.
  • the homogininity index Hl is a function of the amount of hue intervals that are above a certain threshold:
  • the homogeneity index Hl is therefore defined as
  • the homogeneity index Hl serves as a measure of the cloudiness of the coating. The larger HI, the greater the cloudiness of the paint job.
  • the value of HI as a measure of the cloudiness of a coating has a high reproducibility. If the analysis is repeated by re-measuring the color coordinates L * , a * and b * under the same observation curve and re-evaluating the measured data, the deviation for Hl is generally less than ⁇ 0.3 units.
  • the method according to the invention thus enables the automatable, instrumental determination of the cloudiness of coatings on test panels below high reproducibility of the results.
  • the method according to the invention is also suitable for determining the cloudiness of coloring and effecting coatings, such as, for example, metallic finishes.
  • the process provides results that correlate well with the actual visual impression of the cloudiness of a paint job.
  • the finishes on the test panels are preferably color-providing and / or effect finishes, particularly preferably effect-imparting metallic finishes.
  • Coloring finishes are understood to mean finishes which have been obtained from a pigment-containing coating composition. They contain, for example, white, colored and / or black pigments. Corresponding coatings contain accordingly effect pigments, such as pearlescent or Metaücou pigments. Both coloring and effecting coatings can also be present in the context of a multi-layer coating. In this case, the color and / or effect paint can be the top layer of the multi-layer coating, or lie under a clear coat. In all these cases, the inventive method for determining the cloudiness of the coating is suitable.
  • Another object of the invention is the use of the method for measuring the cloudiness of automotive coatings.
  • Automotive finishes are understood to mean finishes obtained from coating compositions which are suitable for automotive OEM finishing, in particular OEM finishing, and / or automotive refinishing.
  • the automotive coatings can be present for example on test panels, body parts or bodies.
  • the automotive finishes are preferably dye-colored and / or effect-based finishes, particularly preferably metallic finishes.
  • the coatings may also be present in the context of a multi-layer coating.
  • the method can be used, for example, in the development of improved coating materials, coating compositions or application processes for automotive finishing in order to reduce the cloudiness of the obtained coatings depending on the changed experimental parameters.
  • the cloudiness of the coating obtained with a specific paint batch and / or a defined application process can also be checked as part of a quality control.
  • Test aerosols were prepared with a finish and the following parameters.
  • the cloudiness of the paint coatings obtained was detected by means of the method according to the invention.
  • an automatic measuring apparatus in accordance with WO 98/14778 A1 at an angle Spek Trai photometer from X- ite ® (MA 68 II).
  • the color coordinates L * a * and h * were each measured at 5 different observation angles (15 °, 25 °, 45 °, 75 °, 1 10 °) at 675 different measurement points on the painted test panel.
  • the measuring points were in a rectangular distance grid of 1.0 cm x 1, 0 cm on a surface of 450 x 150 cm of the test panel. The number of measurements per panel thus obtained was thus
  • the position of the respective measuring point was recorded on the test chart by specifying the location coordinates x and y of the distance grid.
  • the measured value standing in each case in the center of the operator was corrected by the adjacent 8 measured values corresponding to the weightings.
  • the weighted see above Gaussian matrix
  • the smoothed measurements showed a steadier course than the raw data.
  • the color tone distances of the individual measurement points to their respective surroundings were obtained at the respective observation angle.
  • the obtained data were plotted.
  • the color coordinates were plotted on one axis and the spatial coordinates x and y on the other two axes in an SD diagram.
  • a correlating-bonding surface diagram was created from this, which represents the measured surface with the coordinates x and y and in which the obtained values for the color tone distance are reproduced color-coded.
  • the points of abrupt change in hue distance appeared as edges, which could sometimes be quite wide.
  • the data obtained was subjected to non-maximum suppression in order to reduce the width of the edges to the width of one pixel each:
  • the homogeneity indices (Hl) have the following values:

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Abstract

Verfahren zur Messung der Wolkigkeit von Lackierungen auf Prüftafeln unter Messung der Farbkoordinaten L*, a* und b* an jeweils mindestens 100 verschiedenen Messorten auf der Prüftafel unter jeweils mindestens 3 verschiedenen Beobachtungswinkein w, wobei (i) auf jede Gruppe n von Messwerten, die unter einem bestimmten Beobachtungswinkel w für eine bestimmte Farbkoordinate F* (F* = L* a* oder b*) an verschiedenen Messorten mit den Ortskoordinaten (x, y) erhalten wurden, ein Gauß'sches Glättungsfilter angewendet wird, so dass geglättete Messwerte ng erhalten werden, (ii) auf jede Gruppe ng von geglätteten Messwerten ein Sobel-Operator angewendet wird, so dass partielle dLab*-Werte und dLCH*- Werte erhalten werden, (iii) aus den erhaltenen partiellen dLab*-Werte und dLCH*- Werten die partiellen Farbtonabstände jedes Messpunkts zu seinen benachbarten Messpunkten mit Hilfe einer Farbtonabstandsformel berechnet werden, (iv) auf die ermittelten partiellen Farbtonabstände eine Non-maximum-Suppression angewendet wird, so dass korrigierte partielle Farbtonabstände erhalten werden, und (v) aus den so erhaltenen korrigierten partiellen Farbtonabständen der Homogenitäts-Index HI Hl = HI = 1n ∑ dE' dE'>0,35 mit dE' = Farbtonabstand berechnet wird und als Maß für die Wolkigkeit der Lackierung dient.

Description

Verfahren zur Messung der Wolkigkeit von Lackierungen auf Prüftafeln
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Wolkigkeit von Lackierungen auf Prüftafeln. Die Erfändung betrifft weiterhin die Verwendung des Verfahrens zur Messung der Wolkigkeit von Automobil-Lackäerungen.
Bei einer Lackierung, insbesondere bei einer Automobillackierung, stellt die Oberflächenquaiität neben den klassischen Gebrauchseigenschaften wie Steinschlagfestigkeit, Chemikalienbeständigkeit und Kratzfestigkeit das primäre Qualitätskriterium dar, Sie kann insbesondere im Automobilsektor die Kaufentscheidung des Kunden stark beeinflussen, denn die lackierte Oberfläche ist zusammen mit der Form ausschlaggebend für den ersten Eindruck, den der Kunde zum Beispiel von seinem neuen Auto gewinnt. Für die Entwicklung und Qualitätskontrolle von Lacken und Applikationsverfahren ist es daher erforderlich, die Oberflächenquaiität der damit erzielbaren Lackierungen zu analysieren. Zu diesem Zweck werden in der Regel Probebeschichtungen hergestellt, für die sich die Bezeichnung "Prüftafei" eingebürgert hat, da der probeweise beschichtete Gegenstand häufig plattenförmig ist. Es gibt jedoch auch verschieden stark gekrümmte "Prüftafeln", z.B. wenn Teile von Autokarosserien verwendet werden oder wenn gerade die Lackeigenschaften in Krümmungszonen untersucht werden sollen.
Ein wichtiger Faktor der Oberflächenquaiität einer Lackierung ist das Ausmaß ihrer Wolkigkeit. Unter der Wolkigkeit einer Lackierung versteht man nach EN ISO 4618:2006 das uneinheitliche Aussehen einer Lackierung, verursacht durch unregelmäßige, willkürlich auf der Oberfläche verteilte Bereiche, die sich In Farbe und/oder Glanz unterscheiden. Eine derartige, fleckenähnliche Inhomogenität stört den gleichmäßigen Gesamteindruck der Lackierung und ist in der Regel unerwünscht. Die unerwünschte Wolkigkeit der Lackierung kann beispielsweise durch die Eigenschaften der verwendeten Beschichtungszusammensetzung (Lack) und/oder des angewendeten Applikationsverfahrens bedingt sein. Daher ist es erforderlich, bei der Entwicklung und Qualitätskontrolle von Lacken und Applikationsverfahren die Wolkigkeit der damit erzielten Lackierungen zu analysieren.
Aus dem Stand der Technik sind dazu verschiedene Methoden bekannt. Üblicherweise erfolgt eine visuelle Beurteilung der Wolkigkeit unter definierten Lichtverhältnissen. Der Prüfer versucht hierbei zum Beispiel, verschiedene Basislackfarben und/oder Muster gleicher Farbe zu benoten oder in eine Reihenfolge zu sortieren. Dazu muss er die Prüftafeln mit den entsprechenden Lackierungen unter verschiedenen Winkeln betrachten, die Helligkeits- und Farbunterschiede unter jedem Winkel bewerten, und anschließend sein Gesamtergebnis festlegen. Dieser Prozess ist sehr fehleranfälltg und führt häufig zur Falschbewertung von Lackmustern. Gerade die Bewertung der Farbtonstabilität (Farbkoordinaten a*, b*) ist visuell nur sehr schwer möglich, wohingegen Helligkeitsunterschiede (Farbkoordinate L*) visuell besser wahrgenommen werden können.
In der Patentanmeldung WO 98/14778 A1 wird ein Verfahren zur Vermessung von lackierten Prüftafeln beschrieben, wobei die Prüftafeln von einer Greif- und Bewegungsvorrichtung, beispielsweise einem Labor-Roboter, in eine Messstation überführt werden. In der Messstation wird durch den Labor-Roboter mit verschiedenen Messgeräten eine Vermessung unterschiedlicher Eigenschaften der Beschichtung durchgeführt. Beispielsweise können Schichtdicke, Verlauf, Farbton, die Farbkoordinaten L* (Helligkeit), a* (Rot-Grün), b* (Gelb-Blau), Härte, Haze und/oder der Glanz der Prüftafeln vermessen werden. Soll beispielsweise die Wolkenbildung bei Metallic-Lackierungen bestimmt werden, so ist es gemäß der WO 98/14778 A1 von Vorteil, ein Farbmessgerät zu benutzen, welches die Farbkoordinaten L* a* b* liefert, bevorzugt unter verschiedenen Beobachtungswinkeln. Im Ausführungsbeispiel der WO 98/14778 A1 wird anhand der Messung der Helligkeit (Farbkoordinate L*) von Lackfilmen gezeigt, dass die zwar visuell deutlich wahrnehmbaren Unterschiede in der Wolkigkeit zwischen den Lackfilmen unter einem Beobachtungswinkel von 25° jedoch nicht detektiert werden konnten, sondern erst unter Beobachtungswinkeln von 45° und/oder 75°. Dieses Ergebnis belegt laut WO 98/14778 A1 die Notwendigkeit einer vollständigen Messdatenbestimmung. Es wird in der WO 98/14778 A1 jedoch nicht dargelegt, auf weiche Weise die Wolkigkeit einer Beschichtung nun zuverlässig detektiert werden kann. Insbesondere wird nicht dargelegt, wie aus der vorgeschlagenen "vollständigen Messdatenbestimmung" ein Maß für die Wolkigkeit der Beschichtung erhalten werden kann.
Voye (Farbe und Lack (2000), 106 (10), S. 34 - 40) stellt ebenfalls die Existenz dieses Problems fest. Der Artikel beschreibt ein automatisiertes Analysesystem zur Bestimmung von Oberflächendaten wie z.B. der Helligkeit (Farbkoordinate L) und Bewertung von Lackoberflächen. Hiermit können insbesondere Lackchargen überprüft werden. Eine visuell erkennbare Wolkenbildung wird jedoch in dem automatisierten Verfahren noch nicht ausreichend erkannt (S.39, letzter Absatz). Insbesondere die Entwicklung geeigneter Auswertungs-Algorithmen zur Analyse der Oberflächenmessdaten stellt daher eine weitere Herausforderung dar (S. 40, letzte Spalte). Die bekannten Verfahren zur instrumenteilen Beurteilung der Wolkigkeit liefern also noch keine zuverlässigen und zufrieden stellenden Ergebnässe.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, das seit langem bekannte Problem zu lösen und ein Verfahren bereitzustellen, mit dem die Wolkigkeit von Lackierungen auf Prüftafeln instrumenteli bestimmt werden kann. Das Verfahren soll insbesondere zur Messung der Wolkigkeit von farbgebenden und von effektgebenden Lackierungen, wie z.B. Metailic-Lackierungen, geeignet sein. Weiterhin soll das Verfahren automatisierbar sein und eine hohe Reproduzierbarkeit der Ergebnisse aufweisen.
Diese Aufgabe wird überraschenderweise durch ein Verfahren zur Messung der Wolkigkeit von Lackierungen auf Prüftafeln mittels Messung der Farbkoordinaten i_* a* und b* an jeweils mindestens 100 verschiedenen Messorten auf einer Prüftafel unter jeweils mindestens 3 verschiedenen Beobachtungswinkeln w, wobei
(i) auf jede Gruppe n von Messwerten, die unter einem bestimmten Beobachtungswinke] w für eine bestimmte Farbkoordinate F* (F* = L* a* oder b*) an verschiedenen Messorten mit den Ortskoordsnaten (x, y) erhalten wurden, das Gauß'sche Glättungsfilter mit der Formel
Figure imgf000004_0001
angewendet wird, so dass geglättete Messwerte ng erhalten werden,
(ii) auf jede Gruppe ng von geglätteten Messwerten der Sobel-Operator
Formel
-10 1
-202
- 101
Figure imgf000005_0001
angewendet wird, so dass partielle dl_ab*-Werte und dl_CH*-Werte erhalten werden,
(iii) aus den erhaltenen partiellen dl_ab*-Werte und dLCH /Verten die partiellen Farbtonabstände jedes Messpunkts zu seinen benachbarten Messpunkten mit Hilfe einer Farbtonabstandsformei berechnet werden,
(iv) auf die ermittelten partiellen Farbtonabstände eine Non-maximum-Suppression der Formel
Figure imgf000005_0002
angewendet wird, so dass korrigierte partielle Farbtonabstände erhalten werden, und
(v) aus den so erhaltenen korrigierten partiellen Farbtonabständen der Homogenitäts-Index Hl
Figure imgf000005_0003
mit αΈ' = Farbtonabstand
berechnet wird und ais Maß für die Wolkigkeit der Lackierung dient, gelöst.
Die dE>0,35 Grenze ist variabel und kann angepasst werden. Sie liegt vorzugsweise zwischen 0,2 - 1 und kann dem visuellen Eindruck angepasst werden.
Die log Basis ist ebenfalls variabel und kann dem visuellen Eindruck angepasst werden. Sie liegt vorzugsweise im Bereich 1 ,1 - 3.
Die zu messenden Farbkoordinaten L*, a* und b* entsprechen den Koordinaten des ClELab-Farbenraums der CIE (Commission internationale de eclairage, Internationale Beleuchtungskommission). Sie werden auch Farbmaßzahien genannt. Die Koordinate L* beschreibt die Helligkeit des Farbtons, d.h. die Lage des Farbtons auf der Heiligkettsachse. Die Koordinaten a* und b* beschreiben die Lage des Farbtons im Farbenraum auf einer Achse zwischen Rot und Grün (a*) bzw. auf einer Achse zwischen Blau und Gelb (£>*).
Die Messung der Farbkoordinaten L* a* und ö* kann mittels dem Fachmann bekannter und geeigneter Methoden erfolgen. Als Farbmessgeräte können beispielsweise Spektralphotometer, insbesondere Mehrwinkelspektralphotometer eingesetzt werden. Geeignete Instrumente sind beispielsweise die Geräte MA60 oder MA68 oder MA68 II der Firma X-Rite®.
Vorzugsweise wird die Messung der Farbkoordinaten L*, a* und b* dabei mittels eines automatisierten Messverfahrens durchgeführt. Dies bedeutet, dass mindestens ein Teil der erforderlichen Messungen auf der Prüftafe! in einer entsprechenden technischen Vorrichtung automatisch ausgeführt wird, ohne dass es eines manuellen Eingriffs in den Messvorgang bedarf. Beispielsweise kann die Bestimmung der Farbkoordinaten nacheinander oder gleichzeitig an verschiedenen Messorten auf der Prüftafel erfolgen, ohne dass die Prüftafel dazu aus der Messvorrichtung entnommen oder manuell neu orientiert werden muss. Dies kann durch eine geeignete automatische Messvorrichtung (z.B. Labor-Roboter mit Messstation) ermöglicht werden, wie sie zum Beispiel in der Patentanmeldung WO 98/14778 A1 beschrieben ist. Die erhaltenen Messdaten werden vorzugsweise elektronisch erfasst, gespeichert, ausgewertet und/oder dargestellt.
Die Messung der Farbkoordinaten L*, a* und h* erfolgt in dem erfindungsgemäßen Verfahren an jeweils mindestens 100 verschiedenen Messorten auf der Prüftafel. Vorzugsweise erfolgt die Messung an jeweils mindestens 150 verschiedenen Messorten, bevorzugt an jeweils mindestens 184 und ganz besonders bevorzugt an jeweils 500 bis 800 verschiedenen Messorten auf der Prüftafel. Die einzelnen Messorte weisen dabei einen Mindestabstand von 0,5 cm und einen Höchstabstand von 2 cm voneinander auf. Bevorzugt weisen die Messorte einen Abstand von 0,8 cm bis 1,5 cm voneinander auf, Vorzugsweise liegen die Messorte innerhalb einer Fläche von 200 x 500 mm auf der Prüftafel. Ganz besonders bevorzugt sind die verschiedenen Messorte in einem rechtwinkligen Raster in einem Abstand von jeweils 1 - 1 ,5 cm in Richtung der beiden senkrecht zueinander stehenden Achsen des Rasters voneinander angeordnet.
Zu jedem Messwert wird der zugehörige Messort auf der Prüftafel durch Ortskoordinaten festgehalten, beispielsweise durch ein rechtwinkliges Raster (Koordinatensystem) mit den Koordinaten x und y, die jeden Ort auf der Prüftafel eindeutig beschreiben.
Die Messung der Farbkoordinaten L* a* und b* an den Messorten erfolgt in dem erfindungsgemäßen Verfahren unter jeweils mindestens 3 verschiedenen Beobachtungswinkeln, bevorzugt unter den Beobachtungswinkeln von 25°, 45° und 75°. Vorzugsweise erfolgt die Messung unter jeweils mindestens 4 Beobachtungswinkeln, besonders bevorzugt unter jeweils mindestens 5 verschiedenen Beobachtungswinkeln. Die einzelnen Beobachtungswinkel unterscheiden sich dabei um jeweils mindestens 10°. Vorzugsweise erfolgt die Messung der Farbkoordinaten jeweils unter den Beobaehtungswinkeln von 25°, 45° und 75°. Besonders bevorzugt erfolgt die Messung der Farbkoordinaten unter jeweils 5 Beobachtungswinkeln, vorzugsweise jeweils unter 10° - 19°, 20° - 30°, 40° - 50°, 70° - 80° und 105° - 1 15°, ganz besonders bevorzugt unter 15°, 25°, 45°, 75° und 1 10°. Die Beleuchtung erfolgt vorzugsweise gerichtet unter einem Beleuchtungswinkei (Einfallswinkel) von 45°. Auf jede Gruppe von n Messwerten, die unter jeweils einem bestimmten von insgesamt m verschiedenen Beobachtungswinkeln (wu w2, .... , wm) für eine bestimmte Farbkoordinate F* (F* = L*, a* oder b*) an verschiedenen Messorten (mit den Ortskoordinaten x, y) erhalten wurden, wird nun ein Gauß'sches Glättungsfilter angewandt. Das Gauß-Fiiter ist ein Nachbarschaftsoperator, weicher auf einer zweidimensionalen Gaußfunktion basiert. Mathematisch ist das Gauß-Fiiter eine Funktion der Ortskoordinaten des Bildpunkts der Eingabematrix (x, y) und der Standardabweichung σ:
Figure imgf000008_0001
Glättung bedeutet in diesem Fall, dass man durch Anwendung des Filters Messrauschen unterdrücken kann. Einstellbar wird die Funktion durch Wahl der Standardabweichung σ und des Filterradius, welcher durch die Größe der verwendeten Matrix definiert ist. Um das Gauß'sche Filter in einer Programmroutine nutzbar machen zu können, bedient man sich einer Gauß-Matrix, welche man durch Diskrettsiemng der 2D-Normalverteilung auf eine 3 x 3 - Matrix erhält. Unter Berücksichtigung der Normierung auf die Ausgangsgröße gilt
Figure imgf000008_0002
Auf jede Gruppe von ng geglätteten Messwerten, die unter jeweils einem bestimmten der 5 verschiedenen Beobachtungswinkeln (w = 15°, 25°, 45°, 75° oder 110°) für eine bestimmte Farbkoordinate F* (F* - L*, a* oder b*) an verschiedenen Messorten (mit den Ortskoordinaten x, y) nach Glättung mit dem Gauß-Fiiter erhalten wurden, wird nun ein Sobel-Operator, beispielsweise ein zweidimensional wirkender Sobei- Operator, angewandt. Der Sobel-Operator ist ein Kantendetektionsfilter, der u.a. in der Bildverarbeitung Anwendung findet und dort mit Hilfe der Faltung als Algorithmus eingesetzt wird. Dieser liefert die erste Ableitung der Bildpunktwerte, wobei gleichzeitig orthogonal zur Ableitungsrichtung geglättet wird. Der Vorteil des Sobel- Operators im Vergleich zum Prewitt-Operator iiegt darin, dass man hier eine stärkere Gewichtung der zentralen Matrixspalte bzw. -zeile erhält. Um nicht nur Kanten in eine Richtung zu detektieren, verwendet man beim Sobel-Operator einen Spalten- und einen Zeilenoperator. Die folgenden Matrizen zeigen diese Operatoren am Beispiel einer 3 x 3 - Matrix:
Figure imgf000009_0001
Gegeben durch die Bildfunktion I (x,y) kann man mit Hilfe der Sobel-Operatoren Hs x und Hs v die Gradientenbilder G berechnen:
Figure imgf000009_0002
Ein richtungsabhängiges Gradientenbild und somit die Gesamtgradientenstärke erhält man durch Bildung des euklidischen Betrags beider Gradientenbiider:
Figure imgf000009_0003
Durch die Verwendung des Sobel-Operators werden, vereinfacht gesprochen, lokale farbmetrische Differenzen zwischen benachbarten Messpunkten erfasst. Dabei werden partielle dLab*-Werte und dLCH*-Werte erhalten. Aus den erhaltenen partiellen dlab*-Werte und dLCH*-Werten werden nun die Farbtonabstände jedes Messpunkts zu seinen benachbarten Messpunkten berechnet. Hierzu können verschiedene Farbtonabstandsformeln verwendet werden.
Es kann beispielsweise die Farbtonabstandsforrnel nach DIN 6174 angewendet werden. Die DIN-Norm 6174 "Farbmetrische Bestimmung von Farbabstanden nach der CIELAB-Formel" liefert die Grundlage für Farbabstandsberechnungen von Lackierungen. Die Farbtonabstandsforrnel nach DIN 6174 lautet:
Figure imgf000010_0001
Zur Differenzbildung werden die jeweiligen Farbmaßzahlen eines Bezugswertes B von den zugehörigen Werten der Probe P subtrahiert:
Figure imgf000010_0002
* * *
Δ —3p ~3g fib =t^ -b^
Für bestimmte Anwendungsgebiete ist alternativ eine Berechnung des Farbabstands anhand der Differenzen der Polarkoordinaten sinnvoll und kann folgendermaßen formuliert
Figure imgf000010_0003
mit
Figure imgf000010_0004
wobei
Figure imgf000010_0005
Figure imgf000011_0001
Alternativ zur DIN 6174 kann auch die Farbabstandsforme! für Effektlacke nach DI 6175-2 angewendet werden. Diese ist besser an die menschliche Wahrnehmung von Farbtondifferenzen angepasst, in welcher nämlich Farbdifferenzen nicht notwendigerweise äquidistant empfunden werden. Aus diesem Grund wurden Toleranz- und Gewichtungsparameter eingeführt, die dieses Problern lösen. Aufgrund von anisotropem Remissionsverhaiten bei Effektlackierungen können Effektfarbtöne oft nicht hinreichend beschrieben werden. Die Norm gibt an dieser Steile keine Vorgaben, welche Betrachtungswinkel zu wählen sind. In der Automobilindustrie haben sich Betrachtungswinkel γ von 15°, 25°, 45°, 75° und 110°, bezogen auf den Glanzwinke!, durchgesetzt. In den folgenden drei Gleichungen wird der jeweilige Betrachtungswinkel dimensionslos eingesetzt:
Figure imgf000011_0002
Sc (y) = max 0,7;0,48 C(Y)- 0,35 LTÖ +
mit
Figure imgf000011_0003
Die Werte für Sc(y) und SH(Y) dürfen nach Festlegung der DIN nicht kleiner als 0,7 sein. Bei Effektlackierungen unterscheidet man zwischen dem Bereich unbunter bzw. pasteliiger Farben und dem der bunten Farben. Die DIN 6175-2 stellt für den unbunten Bereich und den Buntbereich folgende Farbabstandsformein zur Verfügung:
"(I) unbunt":
Figure imgf000011_0004
Figure imgf000012_0001
In Erweiterung zur Bun Unbuntgrenze bei Uni-Farbtönen güt nun, dass der Unbuntbereich für C*ab bei Werten unterhalb von 10 Einheiten, bzw. für pastellige Farben unterhalb von 18 liegt, wobei jedoch die Helligkeit 27 Einheiten nicht unterschreiten darf. In diesem Fall werden die Farbabstände AE'ab(y) nach der Formel "(!) unbunt" berechnet Im Fall der bunten Farben, definiert durch C*3b ^ 10, wobei der Bereich C*a < 18 und L* > 27 für pasteilige Farben ausgeschlossen ist, werden die Farbabstände ΔΕΌΗ(Υ) nach der Formel "(II) bunt" berechnet.
Die Werte für Sa und Sb werden in der DIN 6175-2 auf 0,7 festgelegt. Bei Sa und Sb handelt es sich um Chargentoleranzen S, welche auf Basis von Chargentafeln durch visuelle Abmusterung bestimmt wurden.
Beide Gleichungen enthalten die zusätzlichen Faktoren gL, ga, gb, gc und gh. Hierbei handelt es sich um Serientoleranzen, und zwar je nach Anwendungsfail um Produktionsfaktoren oder um Anwendungsfaktoren nach der untenstehenden Tabelle. Für Lackhersteller gilt der erste Fall, so dass alle Anwendungsfaktoren dem Wert 1 entsprechen.
Figure imgf000012_0002
Da die Farben bei verschiedenen Effektwinkeln im bunten wie auch im unbunten Farbtonbereich liegen können, müssten beide Formein verwendet werden. Sie führen jedoch an der "Nahtsteile" nicht zu identischen Ergebnissen, da sie im Übergang nicht stetig verlaufen. Um diesen kritischen Bereich zu glätten und eine Funktion zu erhalten, weiche nach den Bedingungen der Gültigkeitsparameter der Farbabstandsformeln verläuft, verwendet man eine Sigmoidfunktion, auch Schwanenhalsfunktion genannt:
Eeff (y) - σ(γ)■ AEab (γ) + (1 - σ(γ)) · ΔΕΟΗ (γ)
mit und 0 < σ < 1
Figure imgf000013_0001
8
Co(y) = 10 + ,(27-L(y)}
1 + e σ = 0 -» Δ E CH
σ= 1 -+ ΔΕ a,b
Die Norm empfiehlt in jedem Falle die Anwendung der genannten Sigmoidfunktion (Schwanenhalsfunktion), da in vielen Fällen die Entscheidung für die entsprechende Formel ΔΕ'3_>(γ) oder AE'CH(V) vorab nicht eindeutig getroffen werden kann.
Eine dritte Farbtonabstandsformei, die angewendet werden kann, ist die Farbabstandsformel mit Gewichtung nach AUDI. Die AUDI-Farbabstandsformel ist nahezu identisch zur DI 6175-2. Der wesentliche Unterschied liegt in der Berechnung der Gewichtungsfaktoren. Da die Gewichtungsfaktoren der früher entwickelten AUD!-Formei im Rahmen der späteren Erstellung der DIN 6175-2 mit dem Faktor 2"0'5 multipliziert wurden, sind diese somit in der DIN 6175-2 in allen numerischen Werten durch 2"0,5 zu dividieren, um die folgende AUDI-Formel zu erhalten:
Figure imgf000013_0002
Die Gewichtungsfaktoren für Sa und Sb werden im Gegensatz zur DIN 6175-2 auf
0,5 festgesetzt. Das Ergebnis der Berechnung der Farbtonabstände ist die Darstellung eines partiellen Farbtonabstands für jeden Messpunkt in Relation zu seinen umliegenden Messpunkten für jede Farbkoordinate und jeden Beobachtungswinke!.
Die erhaltenen Daten können jeweils graphisch dargestellt werden. Beispielsweise kann jede Gruppe von n Messwerten, die unter jeweils einem bestimmten der 5 verschiedenen Beobachtungswinkeln (w - 15°, 25°, 45°, 75° oder 1 10°) für eine bestimmte Farbkoordinate F* (F* - L*, a* oder b*) an verschiedenen Messorten (mit den Ortskoordinaten x, y) erhalten wurden, in einer zweidimensionalen Graphik aufgetragen werden (z.B. Messwerte zu einer bestimmten Farbkoordinate F* unter einem bestimmten Beobachtungswinkel w gegen eine der Ortskoordinaten x oder y). Insbesondere können die Messwerte auch in einer dreidimensionalen Graphik dargestellt werden (z.B. Messwerte zu einer bestimmten Farbkoordinate F* unter einem bestimmten Beobachtungswinkel w gegen beide Ortskoordinaten x und y).
Die graphische Darstellung kann für alle Stadien des oben und im folgenden beschriebenen Auswertevorgangs erfolgen. Es können also beispielsweise die unmittelbar erhaltenen Messwerte vor Anwendung des Gauß-Filters dargestellt werden. Es können auch die geglätteten Werte nach anschließender Anwendung des Gauß-Filters dargestellt werden. Es können auch die lokalen farbmetrischen Differenzen zwischen benachbarten Messpunkten (partielle dLab*-Werte und dLCH*- Werte), die durch die anschließende Verwendung des Sobei-Operators werden, dargestellt werden. Es können auch die Farbtonabstände, die nach der anschließenden Berechnung mit einer der Farbabstandsformeln erhalten werden, dargestellt werden. Auch die sich im weiteren Verfahren ergebenden Daten können auf die beschriebene Weise zweidimensional (Gruppe von n Daten bezogen auf eine Ortskoordinate der zugehörigen Messorte) oder dreidimensional (Gruppe von n Daten bezogen auf beide Ortskoordinaten der zugehörigen Messorte) graphisch dargestellt werden. Bevorzugt wird die dreidimensionale Darstellung. Dabei kann insbesondere auch ein Oberflächendiagramm erhalten werden, in welchem die vermessene Oberfläche mit den Ortskoordinaten x und y dargestelit ist und die erhaltenen Daten ortsgetreu farbkodiert wiedergegeben werden. Die graphische Darstellung vermittelt einen optischen Eindruck der erhaltenen Daten, der mit der visuellen Wahrnehmung der Lackierung auf der Prüftafel verglichen werden kann und der zur erleichterten, verbesserten Bestimmung der Wolkigkeit einer Lackierung herangezogen werden kann. Es können beispielsweise so genannte Kanten (Stellen mit abrupter Änderung des Wertes einer bestimmten Farbkoordinate unter einem bestimmten Beobachtungswinkel, z.B. der Helligkeit) identifiziert werden. Kanten sind per Definition Stellen mit abrupter Änderung der Bezugsgröße. Flächenbezogen steilen sie prägnante Bildmerkmaie dar. Mathematisch betrachtet sind Kanten lokal starke Intensitätsänderungen entlang einer Richtung. Bei Betrachtung der Bildfunktion zeigen sich Kanten ais lokaie Maxima der ersten Ableitung.
Werden beispielsweise die Farbtonabstände, die nach der oben beschriebenen Berechnung mit einer der Farbabstandsformeln erhalten werden, graphisch dargestellt, so zeigen sich häufig Kanten mit einem gebirgskammähnlichen Gradienten. Bedingt durch die Sobei-Operator-Größe und seine Schrittweite kann es hier also zur ehrfachdetektion von Kanten kommen. Definitionsgemäß steht der Gradient rechtwinklig zu einer Kante im Bild und hat den größten Betrag im Mittel der Kante. Werden nun entlang einer Kante nur die Bildpunkte mit dem größten Gradienten ausgewählt, so erhält man den exakten, nur einen Bildpunkt breiten Verlauf der Kante. Um dies zu erreichen, wird eine Non-maximum-Suppression durchgeführt. Hierbei werden diejenigen Bildpunkte ausgewählt, die auf dem Kamm des Gradienten liegen, und diejenigen Bildpunkte unterdrückt, die dieses Kriterium nicht erfüllen. Mathematisch stellt die Non-maximum-Suppression die Reduktion der Gradientenverläufe auf lokale Maxima dar.
Die Non-maximum-Suppression kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass zunächst die Gradientenrichtung im aktuellen Bildpunkt berechnet wird. Die oben beschriebene Anwendung des Sobel-Operators resultiert in zwei Gradienten in x- und y-Richtung. Aus dem Verhältnis beider Gradienten lässt sich nun eine Lageaussage der Kante treffen: Richtung =
Figure imgf000016_0001
Das Ergebnis ist die Lage der Kante durch den aktuellen Bildpunkt, die entweder parallel zur x-Richtung, parallel zur y-Richtung oder jeweils im 45°-Winkel dazu liegen kann. Durch Prüfung der benachbarten Biidpunkie des ausgewählten Bildpunkts auf möglicherweise größere Gradientenbeträge iässt sich nun feststeilen, ob es sich bei dem ausgewählten Bildpunkt um ein lokales Maximum handelt. Dazu wählt man also die Bildpunkte, die sich orthogonal zur ermittelten Gradientenrichtung befinden, und prüft, ob einer der beiden einen größeren Gradientenbetrag als den des ursprünglich ausgewählten Bildpunktes aufweist. Falls ja, wird der ursprünglich ausgewählte Bildpunkt unterdrückt.
Das Ergebnis der Non-maximum-Suppression sind korrigierte partielle Farbtonabstände, deren graphische Darstellung nunmehr sogenannte ausgedünnte Kanten aufweist. Man ist somit in der Lage, die Mehrfachdetektion aus dem Sobel- Operator zu kompensieren. Es liegen nur noch die Maxima der Gradienten, d.h. die ausgedünnten Kanten an der entsprechenden Position vor. Die Kanten werden somit auf die Breite eines Messpunkts reduziert. In der graphischen Darstellung, insbesondere in einer farbkodierten Darstellung der Farbtonabstände in einem x,y-Oberflächendiagramm der Messorte, werden dadurch scharf umrandete "Wolken" erkennbar, d.h. Bereiche von Messorten, an denen der lokale Farbtonabstand einen höheren Betrag als den der Umgebung aufweist
Ziel des Verfahrens ist unter anderem die Quantifizierung der Farbtoninhomogenität (Wolkigkeit) durch einen Index. Aus den als Formationen von Messorten mit lokal großen Farbtonabständen sichtbaren Wolken kann daher in einem nächsten Schritt ein Index erstellt werden. Dazu kann die Darstellung der partiellen Farbtonabstandswerte in einem farbkodierten 2D-Oberfiächendiagramm beibehalten werden. Der Homogeriitäts-Index Hl ist eine Funktion des Betrags der Farbtonabstände, die über einem bestimmten Schwellenwert liegen:
Hl = f(dE', n')
mit dE"= Farbtonabstand und n,= Anzahl der Messorte mit einem Farbtonabstand über einem bestimmten Schwellenwert. Für den Homogenitäts-Index gilt also, dass er umso stärker ausgeprägt ist, je mehr Messorte lokal große Farbtonabstände über einem bestimmten Schwellenwert aufweisen, und je höher der Absolutbetrag dieser Farbtonabstände ist, Ais Schwellenwert kann ein Betrag des Farbtonabstands festgelegt werden, unterhalb dessen eine Farbioninhomogenität visuell nicht mehr hinreichend genau wahrgenommen werden kann. Nach dem Weber-Fechner-Gesetz ist die Stärke der visuellen Empfindung logarithmisch zur physikalischen Reizstärke. In der Praxis haben sich für die Berechnung des gesuchten Index bei logarithmischer Darstellung Farbtonabstands-Schwellenwerte von ca. dEx= 0,35 - 0,4 Einheiten als sinnvoll erwiesen, um eine optimale Korrelation mit dem visuellen Farbtonabstands- empfinden zu erzielen.
Der Homogenitätsindex Hl wird daher definiert als
Figure imgf000017_0001
mit dE' = Farbtonabstand
Der Homogenitäts-Index Hl dient als Maß für die Wolkigkeit der Lackierung. Je größer Hl, desto größer ist auch die Wolkigkeit der Lackierung.
Der Wert von Hl als Maß für die Wolkigkeit einer Lackierung weist eine hohe Reproduzierbarkeit auf. Bei einer Wiederholung der Analyse unter erneuter Messung der Farbkoordinaten L*, a* und b* unter den gleichen Beo bachtu ngswin kel n und erneuter Auswertung der Messdaten liegt die Abweichung für Hl in der Regel unter ± 0,3 Einheiten.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit die automatisierbare, instrumentelie Bestimmung der Wolkigkeit von Lackierungen auf Prüftafeln unter hoher Reproduzierbarkeit der Ergebnisse. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich weiterhin zur Bestimmung der Wolkigkeit von farbgebenden und von effektgebenden Lackierungen, wie z.B. Metallic-Lackierungen. Außerdem liefert das Verfahren Ergebnisse, die gut mit dem tatsächlichen visuellen Eindruck der Wolkigkeit einer Lackierung korrelieren.
Vorzugsweise handelt es sich bei den Lackierungen auf den Prüftafeln um farbgebende und/oder effektgebende Lackierungen, besonders bevorzugt um effektgebende Metallic-Lackierungen. Unter farbgebenden Lackierungen werden Lackierungen verstanden, die aus einer pigmenthaltigen Beschichtungszusammen- setzung gewonnen wurden. Sie enthalten beispielsweise Weiß-, Bunt- und/oder Schwarzpigmente. Effektgebende Lackierungen enthalten dementsprechend Effektpigmente, wie beispielsweise Perlglanz- oder Metaüeffekt-Pigmente. Sowohl farbgebende als auch effektgebende Lackierungen können auch im Rahmen einer Mehrschichtiackierung vorliegen. Dabei kann die färb- und/oder effektgebende Lackierung die oberste Schicht der Mehrschichtiackierung darstellen, oder aber unter einer Klarlackschicht liegen. In allen diesen Fällen ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Wolkigkeit der Lackierung geeignet.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung des Verfahrens zur Messung der Wolkigkeit von Automobillackierungen.
Unter Automobillackierungen werden Lackierungen verstanden, die aus Beschichtungszusammensetzungen erhalten wurden, welche für die Automobil- Erstlackierung, insbesondere -Serienlackierung (OEM), und/oder Automobil- Reparaturlackierung geeignet sind. Die Automobillackierungen können beispielsweise auf Prüftafeln, Karosserieteilen oder Karosserien vorliegen. Vorzugsweise handelt es sich bei den Automobillackierungen um färb- und/oder effektgebende Lackierungen, besonders bevorzugt um Metallic-Lackierungen. Die Lackierungen können auch im Rahmen einer Mehrschicht-Lackierung vorliegen.
Das Verfahren kann beispielsweise bei der Entwicklung verbesserter Beschichtungsmaterialien, Beschichtungszusammensetzungen oder Appiikations- verfahren für die Automobillackierung eingesetzt werden, um die Wolkigkeit der erzielten Lackierungen in Abhängigkeit von den veränderten Versuchsparametern zu erfassen. Daneben kann beispielsweise auch die Wolkigkeit der mit einer bestimmten Lackcharge und/oder einem definierten Applikationsprozess erzielten Lackierung im Rahmen einer Qualitätskonirolle überprüft werden.
Im folgenden wird die Erfindung durch ein Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Beispie!
1 ) Herstellung der Prüftafeln
Es wurden Prüftafein mit einer Lackierung und folgenden Parametern hergestellt.
Beschreibung: Basis lack Basislack Klarlack
Material: wässrig wässrig Konventionell
Produkt: n. Angabe n. Angabe n. Angabe
Verwendetes Substrat: Coil Coil Coii
ECO-Belf
Zerstäuber: Pneumai Hand
Außen
Düse: 1 ,2 1 ,4
Glockentyp: 36 (DURR)
j Luftkappe: 797
ÄppSikationsart: ESTA Pneurnat
Drehzahl (U/min.): 450Ö0 -
Ausfiußrate (ml): 300 250
Lenkluft (HL): 130,0
Hochspannung (KV): 70
Bandgeschw, (m/s): ** 0,58 0,98
Objektabstandjcm): 25 30
Endlage oben: 0 0 ■— — —— Endlage unten: 1080 Ö8Ö
Raster (mm): 120 ~60 "~
Hornluft (NL/min.): 200
Zerstäuberluft ( L/min.): 150
Schichtdicke (pm): 8-9 ' 4-5 40-45
Anzahl Aufträge: _ 1
; Zwischenabluftzeit (s):
Endablüftzeit (min.): 3 10
Vorlrocknung (min./°C): 5/80
Einbrennen (min;. pC): 20/140
Kabinentemperatur (°C): 23 23 23
! Luftfeuchte (rel. %): 65 __JEL 65
Abweichend zu den oben genannten Applikationsparametern sind zusätzlich die folgenden Vergleichsversuche hergestellt worden. Die Parameter der pneumatischen Applikation sind wie folgt verändert worden, wobei Versuch 5 die Standardbedingungen darstellt:
Ausflussrate Hornluft
Versuch ml/min NL
1 375 300
2 125 300
3 125 100
4 375 100
5 250 200 Ermittlung der Messwerte
Die Wolkigkeit der erhaltenen Lackterungen wurde mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erfasst. Hierzu wurde eine automatische Messvorrichtung gemäß WO 98/14778 A1 mit einem Winkelspektraiphotometer der Firma X- ite® (MA 68 II) eingesetzt. Die Farbkoordinaten L* a* und h* wurden jeweils unter 5 verschiedenen Beobachtungswinkeln (15°, 25°, 45°, 75°, 1 10°) an jeweils 675 verschiedenen Messpunkten auf der lackierten Prüftafel gemessen. Die Messpunkte lagen in einem rechtwinkligen Abstandsraster von 1,0 cm x 1 ,0 cm auf einer Fläche von 450 x 150 cm der Prüftafel. Die Anzahl der erhaltenen Messwerte pro Prüftafel betrug somit
3 (Anzahl der Farbkoordinaten F* = L* a* oder b*)
x 5 (Anzahl der Beobachtungswinkel w = 15°, 25°, 45°, 75° oder 110°) x 675 (Anzahl der Messpunkte pro Prüftafel)
- 10125 Messwerte pro Prüftafel.
Zu jedem der 10125 Messwerte pro Prüftafel wurde die Lage des jeweiligen Messpunkts auf der Prüftafel durch Angabe der Ortskoordinaten x und y des Abstandsrasters festgehalten.
Glätten der Messwerte mit Hilfe einer Gauß-Matrix
Auf jede Gruppe von n Messwerten, die unter jeweils einem bestimmten der 5 verschiedenen Beobachtungswinkeln {w = 15°, 25°, 45°, 75° oder 110°) für eine bestimmte Farbkoordinate F* (F* = L*, a* oder 6*) an verschiedenen Messorten {mit den Ortskoordinaten x, y) erhalten wurden, wurde nun ein Gauß'sches Glättungsfilter mit der folgenden Gauß-Matrix angewandt:
Figure imgf000021_0001
Dabei wurde also der jeweils im Zentrum des Operators stehende Messwert durch die benachbarten 8 Messwerte entsprechend der Gewichtungen korrigiert. Vereinfacht ausgedrückt wurde dabei also das gewichtete (vgl. obige Gauß-Matrix) arithmetische Mitte! gebildet. Die geglätteten Messwerte wiesen einen stetigeren Verlauf als die Rohdaten auf.
Bestimmung lokaler farbmetrischer Gradienten mittels Sobel-Operator
Auf jede Gruppe von n geglätteten Messwerten, die unter jeweils einem bestimmten der 5 verschiedenen Beobachtungswinkeln (w = 15°, 25°, 45°, 75° oder 110°) für eine bestimmte Farbkoordinate F* (F* - L*, a* oder b*) an verschiedenen Messorten (mit den Ortskoordinaten x, y) erhalten wurden, wurde nun ein zweidimensional wirkender Sobel-Operator angewandt, um die partiellen Differenzen pro Messpunkt, Beobachtungswinkei und FarbrnaRzahl zu ermitteln:
Figure imgf000022_0001
Dabei wurden also, vereinfacht gesprochen, lokale farbmetrische Differenzen zwischen benachbarten Messpunkten erfasst.
5) Berechnung der Farbtonabstände
Aus den partiellen dLab*- und dLCH*-Werten, die mit Hilfe des Sobel-Operators erhalten wurden, wurden nun für jeden Messpunkt und Beobachtungswinkei der Farbtonabstand zu den jeweils benachbarten Messpunkten ermittelt. Dies erfolgte mittels der AUDI-Farbabstandsformel:
Figure imgf000022_0002
30
SC(Y) maxi 0,5;0,34Vc'(y) - Ό,25λ!
y
Figure imgf000023_0001
mit
Figure imgf000023_0002
Ais Ergebnis wurden die Farbtonabstände der einzelnen Messpunkte zu ihrer jeweiligen Umgebung unter dem jeweiligen Beobachtungswinkel erhalten. Die erhaltenen Daten wurden graphisch dargestellt. Dazu wurde in einem SD- Diagramm auf einer Achse der Farbtonabstand und auf den anderen beiden Achsen die Ortskoordinaten x und y aufgetragen. Des weiteren wurde hieraus ein korrenspondierendes Oberflächendiagramm erstellt, welches die vermessene Oberfläche mit den Koordinaten x und y darstellt und in weichem die erhaltenen Werte für den Farbtonabstand farbkodiert wiedergegeben sind. Die Stellen der abrupten Änderung des Farbtonabstands zeigten sich als Kanten, die mitunter recht breit sein konnten.
6) Non-maximum-Suppression
Die erhaltenen Daten wurden einer Non-maximum-Suppression unterworfen, um die Breite der Kanten auf die Breite jeweils eines Bildpunkts zu reduzieren:
Richtung
Figure imgf000023_0003
In der graphischen Darstellung wurden dadurch scharf umrandete "Wolken" erkennbar, d.h. Bereiche von Messorten, an denen der lokale Farbtonabstand einen höheren Betrag als den der Umgebung aufwies. 7} Berechnung des Hl-index
Aus den als Formationen von Messorten mit lokal großen Farbtonabständen sichtbaren Wolken wurde in einem nächsten Schritt ein Index erstellt. Dazu wurde die Darstellung der partiellen Farbtonabstandswerte in einem farbkodierten 2D- Oberfiächendiagramm beibehalten. Der Homogenitäts-Index Hl wurde wie folgt berechnet: l^\n Y JLUdE die berechneten Werte (Hl) sind mit dE>0,65 und log(1 ,3) berechnet worden.
Die Homogenitäts-Indizes (Hl) weisen folgende Werte auf:
Figure imgf000024_0001
Aufgrund der nicht genau definierbaren Geometrie bei der visuellen Auswertung war nicht davon auszugehen, dass alle Winkel zur visuellen Auswertung korrelieren. Erfahrungsgemäß stimmen aber der 15° und 45° Winkel gut überein. Die wird durch das Bestimmtheitsmaß bestätigt. Bei einer Genauigkeit von +/- 1 Note bei der visuellen Auswertung war mit einer besseren Korrelation nicht zu rechnen.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Messung der Wolkigkeit von Lackierungen auf Prüftafeln unter Messung der Farbkoordinaten L* a* und b* an jeweils mindestens 100 verschiedenen Messorten auf der Prüftafel unter jeweils mindestens 3 verschiedenen Beobachtungswinkeln w, dadurch gekennzeichnet, dass
(i) auf jede Gruppe n von Messwerten, die unter einem bestimmten Beobachtungswinkel w für eine bestimmte Farbkoordinate F* (F* - L*, a* oder b*) an verschiedenen Messorten mit den Ortskoordinaten (x, y) erhalten wurden, das Gauß'sche Giättungsfilter mit der Formel
Figure imgf000026_0001
angewendet wird, so dass geglättete Messwerte ng erhalten werden,
(ii) auf jede Gruppe ng von geglätteten Messwerten der Sobel-Operator mit der Formel
Figure imgf000026_0002
angewendet wird, so dass partieile dLab*-Werte und dLCH*-Werte erhalten werden,
(iii) aus den erhaltenen partiellen dLab*-Werte und dLCH*-Werten die partiellen Farbtonabstände jedes Messpunkts zu seinen benachbarten Messpunkten mit Hilfe einer Farbtonabstandsformel berechnet werden, (iv) auf die ermittelten partiellen Farbtonabstände eine Non-maximum-Suppression der Formel
Figure imgf000027_0001
angewendet wird, so dass korrigierte partielle Farbtonabstände erhalten werden, und
(v) aus den so erhaltenen korrigierten partiellen Farbtonabständen der Homo
Figure imgf000027_0002
mit dE' = Farbtonabstand
berechnet wird und als Maß für die Wolkigkeit der Lackierung dient,
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Farbkoordinaten jeweils mindestens unter den Beobachtungswinkein von 15°, 25° und 45° durchgeführt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Farbkoordinaten mitteis eines automatisierten Messverfahrens erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Farbkoordinaten an 400 bis 2000 Messorten auf der Prüftafel durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Farbkoordinaten unter jeweils 4 bis 5 Beobachtungswinkeln durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Farbkoordinaten unter jeweils 5 Beobachtungswinkeln durchgeführt wird, vorzugsweise jeweils unter 10° - 19°, 20° - 30°, 40° - 50°, 70° - 80° und 105° - 115°, ganz besonders bevorzugt unter 15°, 25°, 45°, 75° und 110°.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gewonnenen essdaten elektronisch erfasst, gespeichert, ausgewertet und/oder dargestellt werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine färb- und/oder effektgebende Lackierung, vorzugsweise um eine effektgebende Metallic-Lackierung, handelt.
9. Verwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Messung der Wolkigkeit von Automobil-Lackierungen.
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