DD297241A5 - Verfahren zur punktualen ermittlung der spektralen remissionsfunktion mittels eines optoelektronischen farbmesskopfes - Google Patents

Verfahren zur punktualen ermittlung der spektralen remissionsfunktion mittels eines optoelektronischen farbmesskopfes Download PDF

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DD297241A5 DD90343434A DD34343490A DD297241A5 DD 297241 A5 DD297241 A5 DD 297241A5 DD 90343434 A DD90343434 A DD 90343434A DD 34343490 A DD34343490 A DD 34343490A DD 297241 A5 DD297241 A5 DD 297241A5
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur punktualen Ermittlung der spektralen Remissionsfunktion mittels eines optoelektronischen Farbmeszkopfes und dient zur Bestimmung der Farbwerte von festen, fluessigen und gasfoermigen Stoffen. Erfindungsgemaesz wird die zu messende Probe durch n optoelektronischen Strahlungssender * (LED, LD, entsprechend dotierte Halbleiter) n-mal mit Licht unterschiedlicher, schmaler spektraler Bandbreite bestrahlt, der von der Probe (13) remittierte Strahlungsflusz von einem optoelektronischen Strahlungsempfaenger (11) in ein Stromsignal gewandelt und zur weiteren Verarbeitung (z. B. Berechnung der CIE-Farbmaszzahlen nach dem Gewichtsordinatenverfahren) bereitgestellt. Als Referenz dient ein Weiszstandard. Fig. 1{Farbmessung; Farbwert; Remissionsfunktion; optoelektronische Bauelemente; Leuchtdioden; Laserdioden; optoelektronische Strahlungsquelle; optoelektronischer Strahlungssender; Gewichtsordinatenverfahren; CIE-Farbmaszzahlen}

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Spektralfotometrie und kann zur Kontrolle/Überwachung von verfahrenstechnischen Prozessen, in denen spektrale Veränderungen oder zeitliche Konstanz von Materialien im sichtbaren und nahen infraroten Bereich von Bedeutung sind, sowohl in großtechnischen Anlagen als auch in der Forschung zur schnellen, genauen und billigen Farbmessung eingesetzt werden.
Charakteristik des bekannten Standes der Technik
Nach GB: G01N 21/27 216542 ist bekannt, daß Anordnungen mit 1 roten, 1 grünen, 2 blauen LED und einem Empfänger dazu geeignet sind, Meßwerte von Proben zu erhalten, welche bezogen auf die Referenzwerte eines Weißstandardes durchaus dazu verwendet werden können, Farben zu charakterisieren bzw. einmal gemessene Farben wiederzuerkennen, wobei in genanntem
Patent die Meßzeit sehr lang Ist, da nach jeder Bestrahlung der Probe mittels einer LEO eine Weißstandardplatte mechanisch heruntergeklappt werden muß, um den erforderlichen Referenzwert zu erhalten.
Weiterhin Ist ein Verfahren .zum schnellen Erfassen und Charakterisieren von Farbtönen opaker und transparenter Materialien vorzugsweise an schnellaufenden, partiell eingefärbten Materialbahnen" bekannt (OD: QOIJ 3/50 99439). Wobei .eine oder mehrere sequentiell ansteuerbare in eng begrenzten Strahlungsbereichen emittierende Strniilungsquellen" eine .eng begrenzte Fläche des Meßgutes beleuchten, von der die remlttlerte/transmittierte Strahlung in einen Strahlungsempfänger gelangt" und zur Berechnung von «Remissionsgraddlfferenzen, optischen Dichten, relativen Kontrasten oder Integralen der Remissionsfunktion über bestimmte Wellenlängenbereiche, allgemein zur Erzeugung der für die Anzeige, Registration und Regelung des Einfärbeprozesses erforderlichen Ausgangssignale" verwendet wird.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung Ist die Entwicklung eines billigen, robusten und leicht zu realisierenden Verfahrens zur Farbmessung von festen, flüssigen und gasförmigen Stoffen.
Wesen der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein sehr zuverlässiges, universelles, leicht zu handhabendes, mobiles Farbmeßgerät
zu entwickeln, welches kleine Meßausschnitte realisiert, den Einfluß des Glanzes der Probe (13) ausschließt, unabhängig von
Umgebungslicht und bis zum gewiesen Grade staub· und wasserunempfindlich ist. Erflndungsgemäß wird entsprechend Flg. 1 die zu untersuchende Probe (13) nacheinander durch verschiedene, in eng
begrenzten Bereichen emittierende optoelektronische Strahlungsquellen (D1 ...On) beleuchtet wobei die optoelektronischen
Strahlungsquellen (D 1 ...Dn) so angeordnet sind, daß ihre Strahlungsrichtungen den gleichen Winkel mit der Normalen der
beleuchteten Fläche der Probe (13) bilden.
Von der Probe (13) remittierte Strahlung gelangt synchron zur Ansteuerung der optoelektronischen Strahlungsquellen (D 1... Dn)
in den optoelektronischen Strahlungsempfänger (11) und wird In ein Stromsignal gewandelt, woraus man bezogen auf den
Wurstandard entsprechend der bekannten Formel:
pro optoelektronischer Strahlungsquelle (D1 ...Dn) einen Punkt des Remissionsspektrums erhält. Dabei ist β der Remissionsgrad
Ip die Strahlstärke der Probe (13), In die Strahlstärke des Normalweiß,
Φρ der auf die Probe (13) fallende Strahlungsfluß,
Φη der auf das Normalweiß fallende Strahlungsfluß,
δΦ
— die spektrale Strahldichteverteilung des optoelektronischen Strahlungssenders (D 1... Dn)
δλ
βρ(λ) der spektrale Remissionsgrad der Probe (13)
βΝ(λ) der Spektrale Remissionsgrad von Normalweiß
ε(λ) Spektralempfindlichkeit des optoelektronischen Empfängers (11)
Als optoelektronische Strahlungsquellen (D 1... Dn) werden dabei LED, LD bzw. in geeigneter Weise dotierte Halbleiterkristalle/ Halbleiteranordnungen verwendet. Dabei ist die Genauigkeit des Meßwertes des spektralen Remissionsgrades um so höher, je geringer die spektrale Bandbreite der optoelektronischen Strahlungssender (D 1... Dn) ist.
Aus den η spektralen Remissionsgraden erhält man durch Interpolation das Remissionsspektrum, welches z. B. zur Berechnung der CIE-FarbmaPzahlen bzw. anderer interessierender Größen verwendet werden kann.
Ausführungsbeispiel Im ,olgenden soll die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Fig. 1: mögliche gerätetechnische Realisierung das erfindungsgemäßen Verfahrens
(in der Abbildung ist der optoelektronische Farbmeßkopf mit der Meßgeometrie 45/0 und 12 optoelektronischen Strahlungssendern (D1 ...Dn) realisiert),
Fig. 2; Blockschaltbild zur sequentiellen Ansteuerung der optoelektronischen Stra ilungssender (D 1... Dn) und Weiterverarbeitung der gewonnenen Meßwerte des optoelektronischen St> ahlungsempfängers (11) Impulsgenerator (1) erzeugt Impulse definierter Impulsbreite, welche dem mpulsteiler (2) und den LED-Treibern (3) zur Verfugung gestellt werden, wobei die LED-Treiber (3) für die Zeitdauer des Impulses über die jeweilige Konstantstromquelle (S 1 ...Sn) einen definierten, konstanten Impulsstrom für den jeweiligen »m Ausgang angeschlossenen optoelektronischen Strahlungssender (D1... Dn) erzeugen.
Impulsteller (2) teilt die Impulsfrequeni In einem definierten Verhältnis, welches von dem Steuerlogikcontroller (9)
übernommen und vom Rechner initialisiert wird.
Das Ausgangssignal des Impulstellers steuert In der LED-Steuerung (4 a) 1... η Schalter, die nach einem Ringzählerprinzip
konfiguriert sind, co daß eine sequentielle Ansteuerung der optoelektronischen Strahlungssender (01 ...Dn) für einebestimmte Anzahl von Impulsen, die vom Teilerverhältnis des Impulsteilera (2) bestimmt werden, erfolgt.
LED-Loglkcodlerer (4 b) nimmt Einfluß auf die sequentielle Ablaufsteuerung in der LED-Steuerung (4 a) derart, daß der Zählbereich des Ringzählers so verkürzt wird, daß die Anzahl der Zählstufen mit der Anzahl der angeschlossenen
optoelektronischen Strahlungssender (D 1... Dn) übereinstimmt und somit eine kontinuierliche sequentielle Ansteuerungerreicht wird.
Des weiteren ist es nach dem oben genannten Prinzip mittels des Loglkcodlerers (4 b) möglich, aus η angeschlossenen
optoelektronischen Strahlungssendern (D1.... Dn) eine beliebige Anzahl I von optoelektronischen Strah'ungssendem(D 1...Dn) auszuwählen und nur diese in den Meßvorgang elnzubeziehen.
Die dazu nötigen Steuersignale werden analog zur Teilerverhältnissteuerung über den Steuerlogikcontroller und der Schnittstelle zum PC bereitgestellt. Gleiches gilt für die Synchronisierung des Impulsgenerators, wobei hler der Synchronlmpuls.über eine Zeltgebereinheit
im Steuerlogikcontroller (9) bereitgestellt wird, die gleichzeitig Einfluß nimmt auf die S & H-Schaltung (7) und ADU (8)und somit einen Synchronlauf von Sende· und Empfangseinheit gewährleistet.
Die von den 1... η optoelektronischen Strahlung !sondern (D 1 ...Dn) abgegebenen Impulsfolgen, welche durch die Probe (13) remittiert werden, werden durch den optoelektronischen Strahlungsempfänger (11) in elektrische Größen
umgesetzt, die im Verstärker (5) und Filter (6) vorverarbeitet, von Störsignalen getrennt und aufgrund der kurzen
Impulsdauer und einer längeren Umsetzzeit der ADU (8) in der S & Η-Schaltung zwischengespeichert werden. Über die Schnittstelle zum PC (10) werden die in der ADU (8) gewandelten Meßwerte dem PC zur weiteren
rechentechnischen Auswertung, welch» spezielle Software realisiert wird, für den Anwender zur Verfügung gestellt.

Claims (9)

1. Verfahren zur punktualen Ermittlung der spektralen Remissionsfunktion mittels eines optoelektronischen Farbmeßkopfes, dadurch gekennzeichnet, daß η optoelektronische Strahlungssender (D 1... Dn) unterschiedlicher, spektraler Bandbreite die Probe (13) bestrahlen und der von der Probe (13) remittierte Strahlungsfluß (Φ) mit Hilfe eines optoelektronischen Empfängers (11) gemessen wird, wobei die optoelektronischen Strahlungssender (D 1 ...Dn) sequentiell nacheinander von Konstantstromquellen (S 1 ...Sn) gespeist werden, wobei, der die optoelektronischen Strahlungssender (D 1 .,,Dn) speisende Strom im Ampere-Bereich liegt, wobei die η optoelektronischen Strahlungssender (D 1... Dn) so angeordnet sind, daß sich ihre Abstrahlkegel auf der zu messenden Probe (13) überlagern, wobei ein direkter Strahlungsempfang vom optoelektronischen Strahlungssender (D 1... Dn) durch den optoelektronischen Strahlungsempfänger (11) unmöglich ist, wobei die Strahlungsrichtungen der einzelnen optoelektronischen Strahlungssender (D 1... Dn) im gleichen Winkel zur Normalen der beleuchteten Probe (13) stehen, wobei die Ansteuerung von optoelektronischen Strahlungssendern (D 1...Dn) und -empfänger (11) synchronisiert abläuft, wobei Immer mehrere Meßwerte einer optoelektronischen Strahlungsquelle (D 1... Dn) gemlttelt werden, wobei entsprechend der geforderten Genauigkeit in bestimmten zeitlichen Abständen Referenzwerte mittels eines Weißstandards aufgenommen und für die Berechnung zur Verfügung gestellt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Erhöhung der Strahlstärke und zur besseren Probenausleuchtung die Möglichkeit besteht, die gegenüberliegenden optoelektronischen Strahlungssender (D 1...Dn) synchron anzusteuern.
3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß verschiedene Meßgeometrien realisiert werden können.
4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die optoelektronischen Strahlungssender (D1... Dn) nacheinander impulsförmlg angesteuert werden und das vom optoelektronischen Strahlungsempfänger (11) synchron aufgenommene Signal durch Filterung von Stör- und Gleichanteilen befreit wird.
5. Verfahren nach Anspruch !,gekennzeichnet dadurch, daß der die optoelektronischen Strahlungssender (D 1 ...Dn) ansteuernde Impulsstrom 0,5... 1OA beträgt und die Impulsdauer im ns. ..ps-Bereich liegt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Wahl der verschiedenen optoelektronischen Strahlungssender (D 1 ...Dn) entsprechend dem Verlauf der Remissionsfunktion der Probe (13) bzw. der erforderlichen Genauigkeit erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Farbmeßkopf innen eine stark absorbierende schwarze Schicht (14) enthält, so daß kein Streulicht von der Probe (13) durch Reflexion an den Innenwänden auf den optoelektronischen Strahlungsempfänger (11) trifft.
8. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der zeitliche Abstand zwischen den ?eferenzwertmessungen mittels Weißstandard eine Woche bis mehrere Monate beträgt.
9. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Farbbestimmung stark reflektierender, absorbierender bzw. sehr transparenter fester, flüssiger und gasförmiger Stoffe durch die Strahlstärke der optoelektronischen Strahlungssender (D 1... Dn) beschränkt ist.
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