optimierte farbmessung in der kunststoffindustrie · der vorteil des cie lab ist nun, ......
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KUNSTSTOFFE SICHER EINFÄRBEN
Optimierte Farbmessung in der Kunststoffindustrie Christian Dietz, Manager Application Technology C&A EMEA Konica Minolta Sensing Europe B.V.
KUNSTSTOFFE SICHER EINFÄRBEN
Konica Minolta Sensing
KUNSTSTOFFE SICHER EINFÄRBEN – VDI WISSENSFORUM 02./03.07.2014
KONICA MINOLTA SENSING – TEIL DES GESCHÄFTSFELDES INDUSTRIAL BUSINESS
Konica Minolta Inc.
Business Technologies
Komplettlösungen für unternehmensweite Druck- und Dokumentenworkflows
Industrial Business Lösungen für Licht- und Farbmessung
Optische Komponenten &Systeme, OLED Technologie
Healthcare Business Bildverarbeitende Systeme für medizinische Anwendungen
Planetarium Business Herstellung und Betrieb von Planetarien
Industrial Business:
Angestellte:
4.000+ (weltweit)
Umsatz:
€ 1+ Mrd. (April 2012)
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KONICA MINOLTA SENSING
Konica Minolta China
Konica Minolta Japan
Konica Minolta Singapore
Konica Minolta EMEA
Konica Minolta America
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KONICA MINOLTA SENSING PRODUKTPORTFOLIO
Medical Farbe Licht & Display
Normlicht Software Appearance
Themen-Übersicht
OPTIMIERTE FARBMESSUNG IN DER KUNSTSTOFFINDUSTRIE
KUNSTSTOFFE SICHER EINFÄRBEN – VDI WISSENSFORUM 02./03.07.2014
Übersicht
• Grundlagen der Coloristik • Farbmessung - Warum? • Subjektives Empfinden • Entstehung des Farbeindrucks bei Körperfarben • Berechnung von Farbwerten – Definition Basis-Parameter • Berechnung von Farbwerten – CIE Lab • Grundlagen zur Berechnung von farbmetrischen Toleranzen
• Prinzip der Messtechnik • Normgerechte Farbtonmessung • Aufbau Spektralphotometer • Eigenschaften von Körperfarben • Kugelgeometrie d:8
OPTIMIERTE FARBMESSUNG IN DER KUNSTSTOFFINDUSTRIE
Grundlagen der Coloristik
OPTIMIERTE FARBMESSUNG IN DER KUNSTSTOFFINDUSTRIE
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Warum Farbmessung?
„Farbe“ ist ein durch das Auge vermittelter Sinneseindruck – und dadurch subjektiv.
Allerdings ist „Farbe“ auch ein primäres Qualitätskriterium von Konsumenten.
Instrumentelle Farbtonmessung hilft dabei…
• Subjektives objektiv zu dokumentieren und Streitigkeiten zu vermeiden
GRUNDLAGEN DER COLORISTIK
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Subjektives Empfinden
Auch das beste Auge lässt sich leicht überlisten…
GRUNDLAGEN COLORISTIK
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Subjektives Empfinden
Auch das beste Auge lässt sich leicht überlisten…
GRUNDLAGEN COLORISTIK
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Subjektives Empfinden
Auch das beste Auge lässt sich leicht überlisten…
GRUNDLAGEN COLORISTIK
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Subjektives Empfinden
Nicht jedes Auge sieht gleich…
Man muss nicht gleich „Farbenblind“ sein (1 von 40.000) – es gibt auch „farbfehlsichtige“ Menschen.
Dies betrifft ca. 8% aller Männer und ca. 0.4% aller Frauen.
Für visuelle Farbabmusterung bedeutet dies – Test aller Beteiligten!
GRUNDLAGEN COLORISTIK
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Subjektives Empfinden
Farbfehlsichtigkeitstests:
Am besten über professionelle Lösungen, mindestens aber über „Ishihara“-Tests.
GRUNDLAGEN COLORISTIK
12 21 X 74
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Entstehung des Farbeindrucks
Was wir als „Farbeindruck“ bezeichnen, ist ein kleiner Teil des elektromagnetischen Spektrums – oder genauer: der Bereich von 380 - 780nm.
Für die Farbtonmessung im Allgemeinen ausreichend: 400 - 700nm
GRUNDLAGEN COLORISTIK
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Entstehung des Farbeindrucks
Ein Farbeindruck kann entstehen bei…
• Lichtquellen („Lichtfarbe“)
• und Objekten („Körperfarbe“)
GRUNDLAGEN COLORISTIK
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Entstehung des Farbeindrucks bei Körperfarben
Der Farbeindruck im Auge entsteht durch 3 Parameter:
• Eine „Lichtquelle“ sendet “Licht” aus
• Das “Licht” trifft auf ein „Objekt“ und
• Wird in das Auge des „Beobachters“ reflektiert
GRUNDLAGEN COLORISTIK
Berechnung von Farbwerten – Definition der Basis-Parameter
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Berechnung von Farbwerten – Definition Basis-Parameter
Diese 3 Parameter – Licht, Objekt, Beobachter – müssen für die Farbtonmessung mathematisch charakterisiert werden.
GRUNDLAGEN COLORISTIK
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Berechnung von Farbwerten – Definition Basis-Parameter „Licht“
Parameter 1, das „Licht“, ist durch internationale Tabellenwerte eindeutig verbindlich charakterisiert.
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Berechnung von Farbwerten – Definition Basis-Parameter „Objekt“
Parameter 2, das „Objekt“, wird durch ein Spektralphotometer aktiv gemessen.
Wichtig:
Die lichtverändernden physikalischen Eigenschaften eines Objektes sind NICHT abhängig von der Beleuchtung!
GRUNDLAGEN COLORISTIK
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Berechnung von Farbwerten – Definition Basis-Parameter „Objekt“
Die sogenannte „spektrale Leistungsverteilung“ eines Objektes definiert den Farbton bzw. das Material.
Je nachdem, welche Bereiche des (Licht-)Spektrums remittiert werden, entsteht der Farbeindruck.
GRUNDLAGEN COLORISTIK
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Berechnung von Farbwerten – Definition Basis-Parameter „Objekt“
Die sogenannte „spektrale Leistungsverteilung“ eines Objektes definiert den Farbton bzw. das Material.
Je nachdem, welche Bereiche des (Licht-)Spektrums remittiert werden, entsteht der Farbeindruck.
GRUNDLAGEN COLORISTIK
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Berechnung von Farbwerten – Definition Basis-Parameter „Beobachter“
Der 3. Parameter, der „Beobachter“, ist ebenfalls tabellarisch definiert und beschreibt die Empfindlichkeit der Rezeptoren (Empfänger) im Auge.
Der Mensch besitzt 2 unterschiedliche Rezeptorentypen – Zapfen und Stäbchen.
Zapfen: zuständig für das tagesaktive Sehen („Farbsehen“)
Stäbchen: zuständig für dämmerungsaktives Sehen („Nachtsehen“).
GRUNDLAGEN COLORISTIK
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Berechnung von Farbwerten – Definition Basis-Parameter „Beobachter“
GRUNDLAGEN COLORISTIK
Rot-Zapfen
Grün-Zapfen
Blau-Zapfen
(Verteilung: 40:20:1)
Stäbchen
[Quelle: www.wikipedia.de]
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Berechnung von Farbwerten – Definition Basis-Parameter „Beobachter“
Wir unterscheiden zwei verschiedene Sichtfelder – den 2˚- und 10˚ - Beobachter.
Diese werden auch Kleinfeld- und Großfeldbeobachter genannt und definieren, welcher Bereich der Netzhaut stimuliert wird.
GRUNDLAGEN COLORISTIK
2°
10°
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Berechnung von Farbwerten – Definition Basis-Parameter „Beobachter“
Diese Beobachter sind ebenfalls tabelliert und stehen zur Verrechnung zur Verfügung.
GRUNDLAGEN COLORISTIK
Berechnung von Farbwerten – CIE Lab
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Berechnung von Farbwerten – CIE Lab
Zuerst werden die Basis-Parameter und die Messung entsprechend Vorgabe miteinander multipliziert, z.B. D65/10 für Tageslicht und 10˚- Beobachter
GRUNDLAGEN COLORISTIK
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Berechnung von Farbwerten – CIE Lab
Zuerst werden die Basis-Parameter und die Messung entsprechend Vorgabe miteinander multipliziert, z.B. D65/10 für Tageslicht und 10˚- Beobachter
GRUNDLAGEN COLORISTIK
* *
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Berechnung von Farbwerten – CIE Lab
Dadurch erhalten wir drei Werte, X,Y,Z, die sogenannten Normspektralwerte.
3 Werte, da wir auch drei Rezeptorenkurven Rot (x), Grün (y), Blau (z) verwenden!
GRUNDLAGEN COLORISTIK
* *
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Berechnung von Farbwerten – CIE Lab
X,Y,Z werden verwendet, um daraus die CIE Lab-Werte zu berechnen.
GRUNDLAGEN COLORISTIK
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Berechnung von Farbwerten – CIE Lab
CIE Lab ist ein drei-dimensionaler Farbenraum mit ergo drei Achsen L*, a* und b*, in welchem jeder Farbton seine individuellen Werte zugewiesen bekommt.
Die L*-Achse beschreibt die Helligkeit
Die a*-Achse beschreibt das Rot-Grün-Verhalten
Und die b*-Achse beschreibt das Gelb-Blau-Verhalten
GRUNDLAGEN COLORISTIK
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Berechnung von Farbwerten – CIE Lab
Beispiel:
GRUNDLAGEN COLORISTIK
Rote Rose D65/10
L* 52.49
a* 43.55
b* 7.98
b*
a*
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Berechnung von Farbwerten – CIE Lab
Der Vorteil des CIE Lab ist nun, dass wir z.B. neben Farbtondefinitionen auch Abweichungen zwischen z.B. einem Master-Standard und Produktionsteilen kontrollieren können.
Dies geschieht rechnerisch durch Subtraktion der Werte eines Standards (Bezug) von den Werten einer Probe (Muster).
GRUNDLAGEN COLORISTIK
Rote Rose Standard Rote Rose Probe
LS* 52.49 LP* 51.99
aS* 43.55 aP* 44.65
bS* 7.98 bP* 15.23
Farbabweichungen Rosen
∆L* = LP* - LS* = 51.99 - 52.49 = - 0.50
∆a* = aP* - aS* = 44.65 - 43.55 = 1.10
∆b* = bP* - bS* = 15.23 - 7.98 = 7.25
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Berechnung von Farbwerten – CIE Lab DE*
Als Maß für die Größe einer Farbabweichung wird der Vektor im Raum verwendet, im Bereich der Farbmetrik als „Delta E*“ bezeichnet
GRUNDLAGEN COLORISTIK
222 **** baLE ∆+∆+∆=∆Farbabweichungen Rosen
= -0.50² + 1.10² + 7.25²
Grundlagen zur Berechnung von farbmetrischen Toleranzen
OPTIMIERTE FARBMESSUNG IN DER KUNSTSTOFFINDUSTRIE
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Grundlagen zur Berechnung von farbmetrischen Toleranzen
Wichtig ist, dass man sich einige Fakten vor Augen führt, bevor man anfängt, farbmetrische Toleranzen zu erstellen:
Faustregel: So eng wie nötig, so weit wie möglich
• Keine Toleranz wird 100% dem visuellen Empfinden entsprechen
• Weiterentwicklungen der DE* Formel wie z.B. Toleranzen nach DE2000 mit elliptischen Formen entsprechen am ehesten dem visuellen Empfinden
GRUNDLAGEN COLORISTIK
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Grundlagen zur Berechnung von farbmetrischen Toleranzen Wenn auch am weitesten verbreitet, so sind CIE Lab und DE* die schlechteste Wahl für Toleranzen!
GRUNDLAGEN COLORISTIK
a*
b*
∆b*
∆a*
Visuell abgelehnt, aber numerisch akzeptiert
Visuell akzeptiert
∆E*
Visuell abgelehnt, aber numerisch akzeptiert
Visuell akzeptiert
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Grundlagen zur Berechnung von farbmetrischen Toleranzen
Wichtig ist, dass man sich einige Fakten vor Augen führt, bevor man anfängt, farbmetrische Toleranzen zu erstellen:
Ideal: auf bestehenden Daten aufbauen
• Wenn man Toleranzen zu bereits bestehende Produkte festzulegen hat, ist es ideal, anhand von Rückstellmustern und freigegebenen Chargen die Toleranzen zu bestimmen
• Falls möglich, ist es hilfreich, sich durch gesteuerte und definierte Einfärbungen an Grenzen heranzutasten
GRUNDLAGEN COLORISTIK
Prinzip der Messtechnik
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Normgerechte Farbtonmessung
Der Aufbau eines Farbtonmessgerätes bzw. Beleuchtungsoptik und deren Toleranzen wird in internationalen Normen beschrieben, z.B.
• DIN 5033 Teil 7
• CIE No.15
• ISO 7724/1
• ASTM E1164
• JIS Z 8722
Entsprechend Norm wird zuerst die Beleuchtungsart genannt, dann die Betrachtungsgeometrie, getrennt durch Doppelpunkt.
PRINZIP DER MESSTECHNIK
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Normgerechte Farbtonmessung
Anmerkung 1:
Dieser Vortrag beschäftigt sich aufgrund Zeitmangels nur mit den gebräuchlichsten Reflexions-Geometrien! Gerne beraten wir Sie für weitergehende Fragen in der Pause!
Anmerkung 2:
Die Geometrie-Empfehlungen in den voran genannten Normen gelten primär für die Messung des Farbeindrucks von Körperfarben – für andere Anwendungen bzw. physikalische Parameter werden unter Umständen in anderen Normen andere Bedingungen definiert
PRINZIP DER MESSTECHNIK
Aufbau Spektralphotometer
PRINZIP DER MESSTECHNIK
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Aufbau Spektralphotometer
Prinzip:
Messung als Verhältnis von Reflexion oder Transmission eines Musters relativ zu einem Referenzstandard (=Weißstandard) -> dadurch Lichtquellenunabhängig!
PRINZIP DER MESSTECHNIK
L*a*b* L*C*h XYZ Yxy
Farbräume Metamerie Farbstärke Weißgrad K:S
Indizes Reflexion R% Transmission T%
Spektraldaten
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Aufbau Spektralphotometer
Misst die spektrale Verteilung von Reflexion oder Transmission über das gesamte sichtbare Spektrum bzw. darüber hinaus
Auswertung des reflektierten oder transmittierten Lichtes mittels einem „Monochromator“-System, bestehend aus…
• Optischem Beugungsgitter (Prisma) , welches das Licht aufspaltet und auf ein
• (Photo-)Diodenarray abbildet, welches in festgelegten Wellenlängenintervallen (1, 2, 5, 10 oder 20nm Intervalle; Standard: 10nm) Stützpunkte des Spektrums misst
PRINZIP DER MESSTECHNIK
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Aufbau Spektralphotometer
• Externe Software oder interne Firmware berechnet Farbdaten aller möglichen Kombinationen von Lichtart, Objekt und Beobachter
• Unterschiedliche Lampentechnologie findet Verwendung:
Xenon Blitzlampen, Wolfram-Halogenlampen, LEDs (Weiß-, RGB, Misch-Cocktail)
PRINZIP DER MESSTECHNIK
Holographisches Gitter
(Photo-) Diodenarray
Umlenkspiegel
Lampeneinheit [mit UV-Filter (Schrittmotor)]
Eigenschaften von Körperfarben
PRINZIP DER MESSTECHNIK
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Eigenschaften von Körperfarben (Reflexion)
Materialoberfläche tritt mit Licht in Interaktion (Reflexion)
Gerichtet
Diffus
PRINZIP DER MESSTECHNIK
Gold [Bildquelle: www.wikipedia.de]
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Eigenschaften von Körperfarben (Reflexion)
PRINZIP DER MESSTECHNIK
Sieht dunkel aus! Sieht hell aus (Streulicht)!
Glatt / Glänzend Rauh / Matt
Kugelgeometrie d:8
PRINZIP DER MESSTECHNIK
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Normgerechte Farbtonmessung – Kugelgeometrie d:8
Die gebräuchlichsten Kugelgeometrien:
• di:8° -> diffus : 8°, Glanzeinschluss (SCI)
• de:8° -> diffus : 8°, Glanzausschluss (SCE)
PRINZIP DER MESSTECHNIK
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Normgerechte Farbtonmessung – Kugelgeometrie di:8 (SCI)
PRINZIP DER MESSTECHNIK
8°
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Normgerechte Farbtonmessung – Kugelgeometrie de:8 (SCE)
PRINZIP DER MESSTECHNIK
8° Glanzfalle
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Normgerechte Farbtonmessung – Kugelgeometrie d:8
Einfluss des Glanzanteils/fehlenden Beleuchtungsanteiles:
-> Beschreibt den Einfluss der Proben-Oberfläche auf den Farbeindruck
PRINZIP DER MESSTECHNIK
SCI
SCE
Lichtmenge für die Messung:
Differenz SCI zu SCE:
Lichtmenge für die Messung:
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Normgerechte Farbtonmessung – Kugelgeometrie d:8
PRINZIP DER MESSTECHNIK
SCI (Glanzeinschluss): • Diffuse Beleuchtung ohne
Richtungsabhängigkeiten
• Nahezu unabhängig von der Materialoberfläche (z.B. durch Glanzunterschiede oder Textur)
SCE (Glanzausschluss): • Teildiffuse Beleuchtung korreliert gut mit
visueller Beurteilung in teildiffuser Umgebung
• Charakterisiert den Effekt der Oberfläche auf den Farbeindruck
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Normgerechte Farbtonmessung – Kugelgeometrie d:8
PRINZIP DER MESSTECHNIK
Index D65/10 (SCE)
Matt Glänzend
L* 46.59 41.81
a* -12.81 -15.07
b* -41.96 -46.37
Glanz 6 84
dE* 6.89
Index D65/10 (SCI)
Matt Glänzend
L* 47.26 47.27
a* -12.61 -12.48
b* -41.56 -41.87
Glanz 6 84
dE* 0.34
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PRINZIP DER MESSTECHNIK
SCI / SPIN: sieht gleich aus
Glänzend Matt
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PRINZIP DER MESSTECHNIK
SCE / SPEX: sieht unterschiedlich aus
Glanzfalle
Glänzend Matt
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Zusammenfassung
• „Farbe“ ist ein primäres Qualitätskriterium…
• …welches aufgrund subjektiver Faktoren instrumentell kontrolliert werden muss.
• Die instrumentelle Farbtonmessung ist ein etabliertes Verfahren zur
Qualitätskontrolle in der Kunststoffindustrie…
• …mit international genormten Technologien und Vorgehensweisen.
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Noch lange nicht das Ende…
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Christian Dietz Manager Application Technology C&A EMEA Konica Minolta Sensing Europe B.V. Werner-Eckert-Strasse 2 81829 München Phone: +49 (0)89435715660 E-mail: [email protected] Website: www.konicaminolta.eu
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