DE2101818A1

DE2101818A1 - Colorimeter

Info

Publication number: DE2101818A1
Application number: DE19712101818
Authority: DE
Inventors: Ishak Girgis Hanna Teddington Middlesex Ishak (Großbritannien)
Original assignee: BRITISH PAINT COLOUR RES ASS
Current assignee: BRITISH PAINT COLOUR RES ASS
Priority date: 1970-01-19
Filing date: 1971-01-15
Publication date: 1971-08-19
Also published as: CA927624A; NL7100714A; LU62437A1; CH536487A; GB1335541A; BE761760A; FR2077208A1; FR2077208B1; AT321001B

Description

THE RESEARCH ASSOCIATION OF BRITISH PAINT, COiOUR & VARNISH MANUFACTURERS Teddington, Middlesex (Grossbritannien)

Colorimeter

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung für Farben, die als Colorimeter bekannt ist.

Die Messung von Farben in objektiven Farbwerten hängt

von der visuellen Vergleichsbestimmung der zu messenden Farbe mit einer Kombination definierter Lichtreize ab. Zur Schaffung eines internationalen Standards hat die Commission Internationale de L'Eelairage (G,I»E.) ein Standard-Farbrnesfjystem eingerichtet, das auf cien Spektral-

Empf indüchkeits-

kurven beruht, auf die ein "Normalbeobachter" anspricht, wobei drei primäre Lichtreizq X, Y und Z Verwendung finden, die als Licht einer gegebenen Wellenlänge definiert sind,

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. Jede Farbe kann genau bezüglich der Quantität dieser drei Lichtreize definiert werden, die benötigt werden, um eine Angleichung an die Farbe zu erzielen. Die Farbe kann auch durch Werte anderer Funktionen, wie L, a und b definiert werden.

Die spektralen Kurven für das Ansprechen des Wormalbe— öbachters bezüglich der drei primären Lichtreize sind genau bekannt, und es ist erforderlich., dass die spektrale Empfindlichkeit jedes photoelektrisehen Colorimeters diese drei Ansprechkurven so genau wie möglich, wiedergeben sollte, so dass genaue Werte von X, Y und Z für jede Farbe bestimmt werden können. Das spektrale Ansprechen des Colorimeters hängt von der Energieverteilung der Lichtquelle, der Spektraltransmission dei' Filter oder anderer optischer Elemente und dem Ansprechen des Detektors ab. Verschiedentlich wurde versucht, Colorimeter mit den richtigen Anspreehkurven zu konstruieren, wobei Kombinationen von Filtern im Lichtgang verwendet werden, die wiederum den drei Ansprechwerteη entsprechen.Gewöhnlich wird nur eine angenäherte Übereinstimmung erreicht, teilweise weil die Auswahl der Filter auf Durchschnittswerten für die Lichtquellen und Detektoren basiert und teilweise weil eine grosse Zahl subtraktiver

Filter verwendet werden, um eine brauchbare Übereinstimmung zu erzielen, wobei die Lichtmenge, die durch die Filter geht und den Detektor erreicht, grössenordnungsraässig

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geringer ist und datier das Colorimeter nicht sehr empfindlich ist.

Es ist daher Ziel der Erfindung, ein Colorimeter zu schaffen, das eine relativ genaue Anpassung an die genormten Ansprechkurven ermöglicht.

Das erfindungsgemässe Colorimeter, das eine Beleuchtungsvorrichtung für eine Probe, deren Farbe gemessen v/erden soll, g und in den Lichtgang eingeschaltete Filter aufweist, ist erfindungogeniäss dadurch gekennzeichnet, dass es eine Anzahl von Lichtführungen aufweist, die sich zwischen einem Lichtdetektor und einem Abtastkopf erstrecken, welcher so eingestellt werden kann, dass die Enden der Lichtführungen Licht von der Probe aufnehmen, wobei wenigstens eine und vorzugsweise die meisten oder alle Lichtführungen im Lichtgang ein einzelnes Korrektionsfilter aufweisen, so dass das vom Detektor aufgenommene Licht von wenigstens einer der Lichtführungen das einzelne Korrektionsfilter, das ™

dieser Lichtführung zugeordnet ist, durchläuft und, die am Detektorausgang gemessenen Werte den Werten X, Y oder Z des Kormalbeobachters gemäss der Definition der Commission internationale de L'Eclairage oder einer anderen Funktion entsprechen.

k".i Ausgang des Detektors gemessene Werte ergeben bei Vorwondung cinos bestimmten Fillers oder FilterstIzec ei

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der Werte X, Y und Z. Durch Änderung des Filter- oder des Filtersatzes, der mit der Lichtführurig verbunden ist, können die beiden anderen Werte gemessen werden, wodurch das erfindungsgemässe Colorimeter verwendet werden kann, um eine bestimmte Farbe genau zu identifizieren. Durch eine geeignete Filterauswahl können die Aur.ga.ngs wer te des Detektors zum Beispiel repräsentativ für die Werte L, a und b sein ode'r es können die Werte X, Y und Z elektrisch gegebenenfalls in die Werte. L, a und b umgewandelt werden.

YIeIl jede Lichtführung oder die meisten der Licht führungen mit einem eigenen Korrektionsfilter ausgestattet werden können und das Licht von allen diesen Lichtführungen vor der Messung kombiniert wird,- können Filter ausgewählt werden, die das Licht nach dem Prinzip der additiven Mischung modifixieren. Je grosser die Zahl der Liehtführungen ist, um so mehr Filter können additiv verwendet werden, um das Ansprechen des Colorimeters auf Sen C.I»Ε.-Standard einzustellen. In der Praxis wird gefunden, dass es ausreicht, etwa 5 oder 6 Lichtführungen zu verwenden, wobei eine Lichtführung oder mehrere oder jede Lichtführung mit einem eigenen Kor.rckiionsfilter versehen werden kann. Die Addition der einzelnen Lichtwege ermöglicht, dfu-r-. eine bessere Uboreinstiinnung nrit

dem Kor-malbeobaehter genriss Cl,K. erreicht v.rrdeu J;r.^v;;i_s als

dies gewöhnlich durch Verwendung einer Reihe subtraU live r * Filter erreicht werden kann, Aus^o^dcrn kann die LicüU^jü^o,

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die vom Detektor empfangen wird, relativ gross sein und somit kann das Instrument sehr empfindlich sein. Weiterhin kann jede Lichtführung mit einem Paar Korrektionsfiltern ausgestattet sein, das heisst einem Filter an jedem Ende der Lichtführung, wobei diese Filter substraktiv arbeiten, damit eine genauere Übereinstimmung erzielt wird.

Lichtdetektoren, selbst solche von nominal übereinstimmendem Typ, können hinsichtlich ihres spektralen Ansprechens von- (j einander abweichen. Bei einem erfindungsgemässen Colorimeter ist es möglich, die Ansprechkurven von jedem einzelnen Colorimeter unmittelbar zu bestimmen und geeignete Korrektionsfilter mit den Lichtführungen zu verwenden.

Da das Licht von einer Anzahl von Richtungen durch die Lichtführungen gesammelt wird, kann die Lage der Lichtführungen bezüglich der zu prüfenden Probe so ausgewählt werden, dass diese gleichmässig um die Probe herum im Abstand von- ä einander angeordnet sind, so dass etwaige Unterschiede der Reflexion von der Probe im Durchschnitt ausgeglichen v/erden.

Gcmäfrir.- der Erfindung in einer weiteren Ausführungsform wird dnhor ein Colorimeter geschaffen, das eine Vorrichtung zur Beleuchtung einer Probe aufweist, sowie einen Abtastkopf zuiri ijf.ifnrne3.n des Lichtes aus einer Reihe von Richtungen, die glolchmässif;, um die Probe herum angeordnet eine¹.sowie Vor-

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■richtungen zwischen dem Abtastkopf und einem Lichtdetektor, die das gesammelte Licht zum Detektor übertragen, sowie ein oder mehrere Filter besitzt, durch welche das aus einigen

oder allen Richtungen gesammelte Licht durchläuft, bevor das gesammelte Licht in den Dekektm; eingegeben wird, so dass am Detsktorausgang gemessene Vierte so angeordnet werden können, dass sie für einen der drei primären Lichtreize X, Y oder Z des Normalbeobachters gemäss der Definition der Commission Internationale de L'Eclairage oder für eine andere Funktion repräsentativ sind.

Erfindungsgemäss ist es erwünscht oder bevorzugt, das Licht aus allen Lichtführungen durch einen "Diffuser" durchzuleiten, bevor es auf den Detektor trifft, urn eine gleichmässige Lichtverteilung zu erreichen. Ausserdem kann es manchmal vorteilhaft sein, ein oder mehrere subtraktive Filter zwischen die Enden der Lichtführungen und den Lichtdetektor einzuschalten.

Es ist ersichtlich, dass ein erfindungsgemässes Colorimeter eine grosse Auswahl von Filtern und deren Anordnung ermöglicht, wodurch wieaerura ein Colorimeter geschaffen wird, das eine sehr grosse Zahl von Freiheitsgrad en aufweist. i.[a2i kann somit so viele Filter und Lichtführungen verwenden, wie sie in einem Einzelfall nenötigt werden, um die in

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diesem Fall benötigte Genauigkeit zu erzielen, wobei gilt, dass bei einer grösseren Zahl von Freiheitsgraden auch eine

bessere

Annäherung an den Koriaalbeobachter gemäss der Definition der Commission Internationale de L'Eclairage erreicht wird.

Der Detektoi; kann eine Photozelle oder ein Photomultiplier sein.

Vorzugsweise können die Liehtführungen oder Lichtführvorrichtungen, die sich zwischen dem Abtastkopf und dem Lichtdetektor erstrecken, Bündel von Faseroptiken sein. Diese haben den Vorteil, dass sie biegsam sind, Verluste von transnittiertem Licht- gering sind und die Enden der Bündel relativ dicht an die zu prüfende Probe herangebracht werden können, wodurch häufig ein.relativ grosser Lichtaufnahmeviinkel bei der Probe erfolgen kann, so dass eine relativ grosse Lichtmenge aufgenommen werden kann.

Die Versuchsprobe muss durch eine Lichtquelle konstanter Helligkeit und spektraler Energieverteilung beleuchtet werden. Dies kann gewöhnlich in zufriedenstellender Weise dadurch erreicht werden, dsss eine elektrische Lampe verwendet wird, die von. einer stabilisierten Energiequelle ge— spei&t wird. Zum Beispiel kann die Lampe derart betrieben werden, dacs sie Lieut einer Farbtemperatur von 2354°A (ä.h. C.I.K. ütsnöard-jieleuchtung A) abgibt.

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ORIGINAL INSPECTED

Bei der ivlessung von Farben und der Steuerung von Farbmessungen mit Instrumenten ist die Wahl eines Instrumentes wesentlich, welches numerische Werte der Farbe oder der Farbunterschiede wiedergibt, die mit visuellen Schätzungen übereinstimmen, wie sie von erfahrenen Farbvergleichprüfern beurteilt werden. Um eine gute Korrelation zwischen den Ergebnissen der visuellen Messung und der Messung durch Instrumente zu erreichen, rricht die genaue übereinstimmende Wiedergabe der C»I.E.-Funktionen nicht aus. Die Geometrie der Beleuchtung und der Betrachtung, die von dem Beobachter bezüglich der Farbmessung verwendet wird, sollte durch das Instrument reproduzierbar sein. 1931 empfahl die C.I.E. eine Geometrie von 45 /O als Norm für die Durchführung von Messungen auf undurchsich-t-igen Oberflächen und 1967 wurden vier andere Anordnungen empfohlen. Je nach den Oberflächen-eigenschaften der zu untersuchenden Probe kann die eine Geometrie besser als eine andere sein. Bei üblichen Colorimetern wird gewöhnlich nur eine Geometrie verwendet, wes-φ halb diese Geräte nur für Farbmessungen bei einer beschränkten Anzahl von Stoffen brauchbar sind. Unter Verwendung flexibler Lichtführungen bei der Konstruktion äemäss der Erfindung können Farbmessungen für jede gewünschte Geometrie durch verwendung unterschiedlicher Abtastköpfe erhalten werden, wobei die Enden der Lichtführungen in entsprechenden Betrachtungswinkeln angeordnet werden _un(i diese Köpfe leicht und schnell ausgewechselt werden können. Auch ist eine Kombination von mehr al;.; einer Geometrie möglich.

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Eine besonders vorteilhafte Weise, urn die Probe zu beleuchten, ist die Verwendung einer zusätzlichen Lichtführung, zum Beispiel eines Bündelseiner Faseroptik, die sich von einer elektrischen Lampe bis zu dem bestimmten verwendeten Abtastkopf erstreckt. Die wichtigen Vorteile dieser Anordnung bestehen darin, dass der Abtastkopf so gewählt werden kann,

dass er den besonderen Anforderungen der im Versuch befindlichen Probe entsprächt und nicht fixiert zu werden braucht, weil die Lichtführungen flexibel sind und daher der Abtastkopf von der Lichtquelle und dem Lichtdetektor weit entfernt f sein kann. Diese Vorteile können dadurch ausgewertet werden, dass der Kopf an die Probe herangebracht wird und nicht die Probe an den Kopf herangebracht wird. Hierdurch wird das erfindungsgemässe Colorimeter besonders brauchbar zur Verwendung bei, der Steuerung industrieller Prozesse. Beispielsweise kann das Colorimeter zur Überwachung der Farbe eines Ansatzes einer Anstrichfarbe verwendet werden, wobei beispielsweise die Anstrichfarbe mit einem geeigneten Kopf betrachtet und die aus dem Detektor abgegebenen Werte zur ä Steuerung der Zugabe von Farbstoffen zur Erreichung einer · gewünschten Farbe verwendet werden .Ein weiteres Beispiel ist die Regelung von Verfahren, zum Beispiel das Eloxieren, .. wobei eine Farbänderung auftritt. Hierbei kann der Kopf verwendet werden, um die Farbe des Produkts abzutasten,und die aus dem Detektor abgegebenen Werte können' verwendet werden," um das Fortschreiten der Reaktion einzustellen und gegebenen-

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falls an einem bestimmten Punkt anzuhalten.

Das oben beschriebene Instrument ist ein Einzelstuhlcolorimeter. Es kann leicht in ein Instrument umgewandelt werden, das als Doppelstrahlinstrument bekannt ist, wobei Vorrichtungen zur Lichttransmission vorgesehen werden, die gegebenenfalls unmittelbar von der Lampe zum Detektor führen und nicht zur Probe. Vorzugsweise können diese Vorrichtungen in einem weiteren Bündel Faseroptik zusammen mit einem Verschluss bestehen, der den Durchgang von Licht von der Lampe entweder zur Probe oder unmittelbar zu dem Detektor erlaubt. Der Vorteil eines Doppelstrahlinstruments besteht darin, dass diese Vorrichtung von Zeit zu Zeit kalibriert werden, kann, um sicherzustellen, dass die Lampe und die Detektoren konstant bezüglich der abgegebenen Werte bzw. des Ansprechens bleiben.

Neben der Verwendung als Colorimeter kann die erfindungsgemässe Vorrichtung als Spektrophotometer verwendet werden, wobei anstelle der Lampe eine monochromatische Lichtquelle, zum Beispiel ein Monochromator, verwendet wird und die verschiedenen Filter entfernt v/erden, die mit den Lichtführunren oder den Vorrichtungen zwischen dem Abtastkopf und dem Lichtdetektor zusammenarbeiten.

Ein erfindungsgemässes Colorimeter wird in den Beispielen einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten

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Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen ist ·

Figur 1 die sehematisehe Darstellung des Colorimeters,

Figur 2 eine vergrösserte Detailaufsicht auf den Detektorkopf des Colorimeters,

Figur 3 eine vergrösserte perspektivische Ansicht einer Form eines Abtastkopfes für das Colorimeter,

Figur 4 ein Axialschnitt des in Figur 3 dargestellten Kopfes,

Figur 5 ein vergrösserter Ausschnitt einer anderen Form eines Abtastkopfes,

Figur 6 eine scheiaatische Darstellung eines anderen Abtastkopfes zur Verwendung bei der Farbkontrolle bei der Anstrichfarbenherstellung und - A

Figur 7 ein Blockdiagramm, das eine Art der Verwendung des Kopfes von Figur 6 erläutert»

Das in den Zeichnungen dargestellte Colorimeter 10 besitzt einen Abtastkopf 12 zur Betrachtung einer·Probe 14, deren * Farbe gemessen werden soll. Die Konstruktion geeigneter

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Köpfe 12 wird anschliessend erläutert. Vom Kopf 12 erstrecken sich sechs flexible Lichtführungen 16 bis 21, . die jeweils aus einem Bündel Faseroptik bestehen. Diese Lichtführungen erstrecken sich zu einem Detektorkopf 22, dessen Konstruktion ebenfalls im einzelnen später erläutert

Der Detektorkopf 22 ist mit einem geschlossenen Gehäuse verbunden, in welchem sich ein Photomultiplier 32 befindet," um das Licht aus dem Detektorkopf aufzunehmen. Ein Lichtdiffusionsschirm 33 ist vor dem Photomultiplier 32 angeordnet, um sicherzustellen, dass die Summe des Lichtes, das durch die Lichtführungen 16 bis 21 ankommt, gleichmässig über die empfindliche Oberfläche des Photomultipliers verteilt wird.

Die Probe 14 wird von einer Lichtführung 34 beleuchtet, die aus einem Bündel Faseroptik besteht. Ein Ende der Führung nimmt Licht von einer elektrischen Lampe 36 auf, die sich in einem geschlossenen Gehäuse 38 befindet, während sich das andere Ende zum Kopf 12 erstreckt, um die Probe zu beleuchten. Um die Beleuchtung konstant zu halten, wird die Lampe 36 von einer stabilisierten Energiequelle 44 gespeist. Zum Beispiel kann die Lampe so betrieben werden, dass sie Licht einer Farbtemperatur von 2854⁰A (d.h.G.I.E. Standard-Beleuchtung A) abgibt.

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Einzelne Filter 46 und 25 können am Ende von einer oder von mehreren oder von allen Lichtführungen 16 bis 21 am Abtastkopf der Lichtführungen und am Detektorkopf der Lichtführungen angebracht sein. Diese Filter sind -jedoch gewöhnlich nicht erforderlich.

Wie am besten aus Figur 2 hervorgeht, besteht der Detektorkopf aus zwei koaxial befestigten Zylindern 23 und 24, wobei der innere Zylinder 24 hinsichtlich des äusseren Zylinders _Λ

23 drehbar angeordnet ist und mit Hilfe eines Knopfes 24d bezüglich des äusseren Zylinders 23 gedreht werden kann. Die Enden der Lichtführungen 16 bis 21 enden an sechs symmetrisch im Abstand voneinander angeordneten Ausgängen 23a des äusseren Zylinders 23, wobei die Ausgänge Winkel von 45 gegenüber den Achsen der beiden Zylinder bilden, so dass das durch die sechs Liehtführungen 16 bis 21 gesammelte Licht auf einer axial gelegenen Stelle 33a auf dem Licht- ■ diffusionsschirm 33 gesammelt wird. Der innere Zylinder

besitzt vier Gruppen von sechs Ausgängen 24a, die um zwei ^

periphere Ringe herum angeordnet sind, wobei der innere Zylinder 24 bezüglich des äusseren Zylinders axial gleitend angeordnet ist, um den einen oder den anderen Ring der Ausgänge 24a in Fluchtung mit den Ausgängen 23a zu bringen.

Einige oder alle Ausgänge 24a besitzen ein Filter oder eine Filterkombination 26.

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Pie Spektraltransmissionen einer Filteranordnung oder Filterkombination 26 sind so angeordnet, dass unter Berücksichtigung der spektralen Empfindlichkeit des Photomultipliers 32 und der Spektralenergieverteilung der Lampe 36 und der Spektraltransmission der Lichtführungen das Colorimeter als Ganzes eine Empfindlichkeitsverteilung hat, die genau eingestellt werden kann, so dass sie mit einem der drei primären Lichtre'ize X, Y und Z des Normalbeobachte rs gemäss der Empfindlichkeitsverteilungskurven der C.I.B. , zum Beispiel einem Teil des X-Lichtreizes übereinstimmt. Durch Drehung des inneren Zylinders 24 und eine axiale Verschiebung kann eine andere Gruppe von Ausgängen 24a mit den damit verbundenen Filtern 26 in Fluchtung mit den Ausgängen 23a gebracht werden, wodurch das Ansprechen des Instruments mit den anderen Teilen des X—Lichtreizes und der Lichtreize Y und Z in Übereinstimmung gebracht wird.

In manchen Fällen kann es erwünscht sein, ein subtraktives Filter 48 zwischen den Lichtdiffusionsschirm 33 und den Photomultiplier '32 einzuschalten. Dieses Filter könnte gegebenenfalls entfernt oder ausgewechselt werden, wenn die Messung von der Messung des einen Lichtreizes bis zu der des anderen Lichtreizes geändert wird.

Der Photomultiplier 32 wird von einer geeigneten Sparmungsquelle 50· gespeist, während dessen Ausgangsleistung in

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ein Digitalvoltmeter 52' eingespeist wird, das die Ergebnisse in geeigneter Weise darstellt, zum Beispiel mittels eines geeigneten Zählwerks. Für glatte flache undurchsichtige Oberflächen, zum Beispiel Filme von Anstrichfarben, Kunststoffe, Keramische Fliesen und undurchsichtiges Vitrolitglas wurde gefunden, dass ein Abtastkopf 12a,gemäss den Figuren 3 tmd 4 am geeignetsten ist. Dieser besteht aus einer konisch geformten Kapsel 50 mit einer halbkugeligen Innenfläche 51, die einen Innendurchmesser von beispielsweise 3,5 cm ( 1 Zoll) besitzt. | Die Lichtführung 34 zur Beleuchtung wird in eine Öffnung 34a am Scheitelpunkt eingesetzt. Die Lichtführungen 16 bis 21 werden in Öffnungen 16a bis 21a eingesetzt, die symmetrisch um den Scheitelpunkt herum angeordnet sind, wobei deren Achsen-jeweils um einen Winkel <k von 45° (Figur 4) geneigt sind und sich im Mittelpunkt der Kugel schneiden. Hierdurch wird eine beleuchtete kreisförmige Fläche von etwa 6,35 mm (1/4 Zoll) der Probe 14, die sich der Öffnung gegenüber befinden, geschaffen. Wie erkennbar ist, sammeln die Lichtführungen 16 bis, 21 das Licht gleichmassig von dem beleuchteten Fleck auf der Probe 14^:und um diesen herum, was einen' Ausgleich der Unregelmässigkeiten der Reflexion bewirkt.

Ein Abtastkopf ähnlich dem Kopf 12a, wie er in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist, der jedoch eine innere halbkugelige Fläche von 5,1 cm (2 Zoll) Innendurchmesser hat und eine

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Fläche von 12,7 nun (1/2 Zoll) Durchmesser beleuchtet, wurde für Oberflächen, die eine Textur besitzen, als

noch geeigneter befunden. Dieser Kopf wurde bei verschiedenen Proben von Baumwollstoffen und Garnen aus synthetischen Pasern ausprobiert. Schwankungen bei den Farbmessungen bei verschiedenen Orientierungen der Stoffe oder des Garns hinsichtlich des Abtastkopfes waren klein. Dies ist auf die Integration des Lichtes zurückzuführen, das diffus von dem Material in sechs verschiedene Richtungen reflektiert wird. Eine grössere Zahl der Sammelelemente wird Ablesungen ergeben, die von der Orientierung unabhängig sind, wobei eine solche Anordnung für Farbmessungen von Stoffen mit ausgeprägter gerichteter Reflexion geeignet ist, wie es in manchen Stoffen und Garnen aus synthetischen Fasern der Fall ist.

In manchen Fällen, zum Beispiel bei der Färbung durch

Eloxieren von Aluminium, muss der Abtastkopf, um die beim Eloxierprozess auftretende Farbänderung aufzunehmen, in das

Färbebad in einiger Entfernung von der zu beobachtenden Aluminiumfläche eingetaucht werden, damit er nicht den Eloxierprozess stört. Diese Bedingungen können dadurch erfüllt werden, dass der Abtastkopf 12b gemäss Figur 5 verwendet wird. Dieser besteht aus einer kreisförmigen Scheibo von etwa 15,3 cm (6 Zoll) Durchmesser mit einem axial im Mittelpunkt angebrachten Loch 54, das von -Löchern 56 um-

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geben ist, deren Achsen jeweils im Winkel, von 4 5° geneigt sind und sich 12,7 cm (5 Zoll) vom zentralen Loch 54 schneiden. Dieser Kopf 12b mit den daran befestigten Lichtführungen 34 und 16 bis 21 kann für die Farbkontrolle bei einem Eloxierverfahren verwendet werden, um die Farbänderung eines behandelten Ansatzes zu beobachten. Wenn die Ausgangswerte von dem Voltmeter 52 zeigen, dass die gewünschte Farbe erreicht ist, kann das Eloxierverfahren abgebrochen werden. Das Färbebad hält eine annähernd konstante Färbung während des Eloxierverfahrens bei, so dass dieser Faktor -

die Ergebnisse nicht beeinträchtigt.

Bei der Messung der Färbung einer Flüssigkeit wurde gefunden, dass es verschiedene Methoden zur Verwendung des erfindungsgemässen Colorimeters gibt. Zum Beispiel kann ein geeigneter Abtastkopf in eine Hülle aus Kunststoffmaterial

eingehüllt werden, die ein Glasfenster besitzt, das am Ende eines Kopfes 12a gemäss Figur 3 befestigt ist. Der Kopf wird dann in die Flüssigkeit in einen geeigneten Behälter eingeta-ucht. Das EPlasfenster könnte aber auch ein Teil in der Wand des Flüssigkeitsbehälters sein.

Es wurde jedoch gefunden, dass bei der Messung der Farbe einer Anstrichfarbe oder eines anderen haftenden Materials, wie ein Syrup, das bevorzugte Verfahren darin besteht, einen geeigneten Kopf 12c gemäss Figur 6 in einer geeigneten

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.Entfernung oberhalb der Flüssigkeitsoberflächc aufzustellen, wobei die in diesem Fall gemessene Färbung diejenige der Grenzfläche zwischen Flüssigkeit und Luft ist. Dieses Verfahren stellt sicher, dass die Anstrichfarbe an der Grenzfläche sich kontinuierlich ändert und repräsentativ für die Masse der Anstrichfarbe ist und nicht derjenigen Stelle entspricht, die zuerst kontaktiert ist und an eine transparente Oberfläche angeheftet wird. Dieser Kopf 12c ist hervorragend geeignet zur überwachung der Färbung bei der Herstellung von Anstrichfarben sowohl bei der absatzweisen Herstellung als bei der kontinuierlichen Herstellung.

Wie in Figur 6 dargestellt ist, ist der Abtastkopf 12c mit einer einfachen Vorrichtung verbunden, die einen konstanten Füllstand erlaubt. Die Anstrichfarbe, deren Färbung

gemessen werden soll, fliesst in ein Einlassrohr 60 in einen Trichter 62, der von einem lichtdichten zylindrischen Behälter 64 eingeschlossen ist. Der Abtastkopf 12c des Colorimeters wird oben am Behälter entweder fluchtend mit einer Öffnung im Behälter oder fluchtend mit einem transparenten offenen Teil des Behälters befestigt. Der Behälter hat an der Grundfläche ein Ausgangsrohr 66. Die fliessende Farbe füllt den Trichter und fliesst an diesen herunter bis zum Ausgangsrohr 66. Dadurch, dass die Oberkante des Trichters eine horizontale Ebene bildet, kann eine konstante Entfernung zwischen der Oberfläche der Anstrichfarbe und dem Abtastkopf

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eingehalten werden, was ermöglicht, genau die Färbung einer nassen Anstrichfarbe an einer Grenzfläche zwischen der Anstrichfarbe und Luft zu messen. Die Konstruktion des Abtastkopfes 12c kann ähnlich der des Kopfes 12a sein, wobei der Abstand zwischen dem Kopf und der Probe genau eingehalten wird.

Um die Färbung einer bestimmten Probe 14 zu bestimmten, wird der jeweils benutzte Abtastkopf 12 an die Probe herangebracht, und das Licht von der Probe, die natürlich durch λ die Lampe 36 beleuchtet wird, geht durch die verschiedenen Lichtführungen und durch eine bestimmte Filteranordnung 26, je nachdem, welche Anordnung von Öffnungen 24a mit den Öffnungen 23a gerade fluchtet. Das Licht aus allen Licht-

führungen wird dann vom Photomultiplier 32 aufgenommen und

die Ausgangsleistung wird am Voltmeter 52 registriert. Durch die richtiger Auswahl der Filter 25, 46 und 48, falls solche verwendet v/erden, und des bestimmten Filtersatzes 26, der mit den Lichtführungen fluchtet, ergibt-die vom Volt- ύ meter angezeigte Ausgangsleistung einen Wert, der zum Beispiel für einen Teil des Lichtreizes X repräsentativ ist, Anschliessend wird durch Drehen des inneren Zylinders 24, wodurch eine andere Gruppe von Öffnungen 24a mit den entsprechenden Filtersätzen 26 in Fluchtung mit den Lichtführungen gebracht wird, das Instrument so eingerichtet, dass' es Vierte anzeigt, die repräsentativ für den anderen Teil

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des Lichtreizes X und die Lichtreize Y und Z sind. In dieser V/eise kann eine genaue und vollständige Bestimmung der .^:

Färbung der Probe 14 erhalten werden.

Wie sich ergibt, ist das erfindungsgemässe Colorimeter 10 bezüglich der Anordnung und der Arbeitsweise relativ einfach. Es ist ausserdem möglich, Filter 26 und gegebenenfalls Filter· 25, 46 und 48 so auszuwählen, dass das Colorimeter als Ganzes mit den Standardkurven gemäss C.I.E, für die Empfin4-lichkeitsverteilung sJahr eng entspricht. Jede Filterstellung ergibt einen zusätzlichen Freiheitsgrad bei der Anpassung an den C.I.E.-Normalbeobachter, so dass die Anzahl der Lichtführungen und die Anzahl der Filter gemäss der gewünschten Genauigkeit ausgewählt werden können. In der Praxis wird gefunden, dass die sechs Lichtführungen mit geeignetem Filter und möglicherweise auch einem Filter 46 ausreichen, wobei jedoch in bestimmten Fällen mehr oder weniger Lichtführungen notwendig sein können.

Da einzelne Photomultiplier 32 bezüglich ihres Ansprechens unterschiedlich sein können, können die Filter so ausgewählt werden, dass sie für einen bestimmten Photomultiplier geeignet sind, so dass das Ansprechen jedes einzelnen Colorimeters so eingestellt v/erden kann, dass en dicht an das Verhalten des Kormalbeobachters herankommt.

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Da der Photo-multiplier die Summe des Lichtes aufnimmt, das durch alle Lichtführungen durchgeht, kann das Colorimeter empfindlicher sein als ein Colorimeter, bei dem die gewünschte spektrale Empfindlichkeitsverteilung-dadurch erreicht wird, dass das Licht lediglich durch eine Heihe von subtraktiven Filtern geht, weil ein viel grösserer Teil des Lichtes, das von der Probe gesammelt wird, in den Photomultiplier 32 eingespeist werden kann.

33ie in Figur 1 dargestellt ist, brauchen die Licht führungen 16 bis 21 und 34 nicht geradlinig gehalten zu werden und ihre Flexibilität kann verwendet werden, weil der Kopf bezüglich des restlichen Teils des Colorimeters nicht in einer festen Stellung gehalten zu werden braucht. Dies hat den Vorteil, dass die Probe und der Kopf 12 in einer entfernten und unzugänglichen Stellung sein können, während der Rest des Colorimeters unter idealen geregelten Verhältnissen aufgestellt werden kann. Hierdurch wird das Colorx^ meter gemäss der Erfindung besonders zur Steuerung vieler ™

Prozesse brauchbar, bei denen eine Färbungsänderung auftritt, 7AXKi Beispiel bei der Herstellung von .Anstrichfarben, bei elektrolytischen Arifärbungyprozessen, bei der Papierherstellung, bei der Herstellung von keramischen Waren, bei der

Färbung von Textilien und bei Wärmebehondluiigen, wie bei der Härtung oder beim Anlassen, weil die vom Photomultiplier

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abgegebenen Werte verwendet werden können, urn die Stufe des Prozesses einzustellen und dementsprechend ku steuern.

Um eine Kalibrierung des Colorimeters 10 au erreichen, kann dieses von einem Einzelstrahlinstrurnerit in eine Doppelstrahlinstrument umgebaut werden, wobei eine zusätzliche Lichtfuhrung 40 vom Lampengehäuse 38 zum Detektor·- kopf geführt wird, zum Beispiel axial durch den Knopf 24d. Ebenfalls durch das Gehäuse 38 wird eine verschiebbare Trennwand 41 angeordnet, in der sich ein Schlitz 42 befindet. Durch Bewegung der Trennwand 41 kann der Schlitz

42 mit der Lichtführung 34 oder 40 jeweils in Verbindung gebracht v/erden, je nachdem, ob die Färbung der Probe 14 geprüft werden soll oder ob das Instrument kalibriert werden soll.

Neben der Verwendung als Colorimeter kann das erfindungsgemässe Instrument als Spektrophotometer verwendet werden, wobei die Lampe 36 durch eine monochromatische Lichtquelle, zum Beispiel einen Monochromator, ersetzt wird und die Filter 26 und gegebenenfalls 25 und 46 fortgelassen werden.

Wiederholte Messungen der relativen V/erte der drei Lichlreize X, Y und Z auf einer glatten flachen lichtundurchlässiger; Kachel wurden unter Verwendung eines Kopfes 12a gemäss Figur 3 durchgeführt. Die Schwankungsbreite bei den Erreb-

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nissen über einen Zeitraum von 3 Monaten überstieg selten 0,2 ^, wie in der folgenden Tabelle dargestellt ist, wobei die Spalten 1,2 und 3 Messungen darstellHn&eaie in Abständen von sechs Wochen vorgenommen wurden.

Probe Relative Werte Relative Werte Relative Werte

X Ύ Z X Y ■ _kZ XYZ * ■

1a 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000

1b 991 994 996 990 994 995 990 994 995

2a 999 1000 1000 999 1000 1000 999 1000 1000

2b 1000 1000 999 1000 1000 1000 1000 1000 1000 i

3a 987 992 995 985 994 995 985 993 996

3b 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1OPO 1000

4a 963 960 960 962 960 957 963 960 959

4b 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000

5a 1000 1000 1000 10000 1000 1000 ' 1000 1000 1000

5b 957 953 950 954 953 949 956 954 950

6a 1000 993 993 1000 992 993 1000 992 992

6b 969 1000 1000 970 1000 1000 970 1000 1000

Wie sich aus diesen Ergebnissen ergibt, war die Empfindlichkeit des erfindungsgemässen Colorimeters von einer

hohen Grössenordnung und die Abweichungen über einen Zeitraum von drei Monaten waren tatsächlich sehr gering.

Das Colorimeter 10 gemäss der Erfindung wurde verwendet,

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um das Fortschreiten eines Eloxierprozesses an einem Stück Aluminium zu verfolgen. Es wurde ein Kopf 12b gemäss Figur 5 verwendet. Die Probe aus Aluminium wurde in einen Abstand von 12,7 cm (5 Zoll) vom Kopf, gebracht, während das Färbungsverfahren durchgeführt wurde. Wenn die Ablesung am Digitalvoltmeter die gewünschte Färbung anzeigte, wurde

das Verfahren abgebrochen. Dies wurde bei verschiedenen Standardfärbungen wiederholt, wobei sich eine sehr gute Farbkontrolle zum Vergleich mit dem Standard ergab.

Der Kopf 12c gemäss Figur 6 wurde zur Steuerung der Herstellung einer Anstrichfarbe in der in Figur 7 dargestellten V/eise verwendet.

Die Anstrichfarbe wurde dadurch hergestellt, dass geeigne be Mengen von unterschiedlich gefärbten Grundansätzen aus vier Lagerbehältern 70 bis 73 mit Hilfe von Pumpen 74 bis 77 mit veränderlicher Förderleistung in einen Mischer 78 gepumpt und von dort in einen Sammeltank 79 durch eine Leitung 80 eingespeist wurden.

In der Leitung 80 befindet sich ein Absperrventil 82 und das Einspeiserohr 60 und das Ausgangsrohr 66 sind mit der Leitung 80 an jeder Seite des Absperrventils verbunden.

In dieser V/eise wird ein kleiner Seil der Anstrichfarbe,

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die im Mischer 78 hergestellt wird, durch den Kopf 12c geführt. · ■

Das Colorimeter 10 wurde zur Bestimmung der Färbung der Anstrichfarbe verwendet, die durch den Kopf 12c lief, und die Ausgangswerte des Colorimeters wurden in einen Rechner 83 zur Steuerung des Prozesses gegeben, wobei die Ausgangswerte aus dem Rechner 83 an eine Regelvorrichtung 84 für die Dosierung und Einstellung der Kapazität der Pumpen 74 bis 77 mit veränderlicher Kapazität gegeben wurden, so dass " mehr oder weniger bestimmte gefärbte Grundansätze gefördert wurden und die Färbung der als Endprodukt erzielten Anstrichfarbe dem gewünschten Wert entsprach.

Die bei der Herstellung einer Anstrichfarbe in dieser Weise erhaltenen Ergebnisse zeigten die hohe Empfindlichkeit und Reproduzierbarkeit der Messungen mit Hilfe des Colorimeters 10, wie bei der Bestimmung der Farbe von lichtundurchlässigen

festen Oberflächen gefunden wurde. (J

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Claims

Patentansprüche

1. Colorimeter mit einer Beleuchtungsvorrichtung für eine Probe, deren Farbe gemessen werden soll, und in den Lichtgang eingeschaltete Filter, dadurch gekennzeichnet , dass es eine Anzahl von Lichtführungen aufweist, die sich zwischen einem Lichtdetektor und einem Abtastkopf erstrecken, welcher so eingestellt v/erden kann, dass die Enden der Lichtführungen Licht von der Probe aufnehmen, wobei wenigstens eine und vorzugsweise die meisten

oder alle Lichtführungen im Lichtgang ein einzelnes Korrektionsfilter aufweisen, so dass das vom Detektor aufgenommene Licht von wenigstens einer der Lichtführungen das einzelne Korrektionsfilter, das dieser Lichtführung zugeordnet ist, durchläuft und die am Detektorausgang gemessenen Werte den Werten X, Y ader Z des Rormalbeobachter£ gemäss der Definition der Commission Internationale de l'Eclairage oder einer anderen Funktion entsprechen.'

2. Colorimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass es einen Abtastkopf zum Sammeln des

Lichtes'aus einer Reihe von Richtungen aufweist, die gloichmäsoig-im Abstand um die Probe herum angeordnet sind, und dass es Lichtübertragungsvorrichtungen zwischen dem Attastr kopf und dem Lichtdetektor aufweist, um das gesammelte

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Licht dem Detektor zuzuführen, sowie ein oder mehrere Filter besitzt, durch welche das aus einigen oder allen Richtungen gesammelte Licht durchgeleitet wird, bevor das gesammelte Licht dem Detektor zugeführt wird, so dass die Ausgangswerte aus dem Defctefetor so angeordnet werden können, dass sie einem der drei primären Lichtreize X, Y oder Z

des' Normalbeobachters gemäss der 'Definition der Commission Internationale de L'Eclairage oder einer anderen Punktion entsprechen.

3. Colorimeter nach Anspruch 1 bin 2, dadurch gekennzeichnet , dass der Abtastkopf mit den Enden der Lichtführungen derart verbunden ist, dass diese gleichmässig um die Probe herum im Abstand voneinander angeordnet sind»

4. Colorimeter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gee kennzeichnet , dass das Licht vom Abtastkopf in Richtungen gesammelt wird, die 45° gegenüber der Ebene d der Probe geneigt sind.

5. Colorimeter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet ,dass die Lichtführungen zwischen dem -Abtastkopf und dem Detektor aus .Bündeln von Faseroptik bestehen.

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6. Colorimeter nach Anspruch 5, dadurch g e Ic e η η zeichnet , dass die Anzahl der Lichtführungen zwischen dem Abtastkopf und dem Detektor 5 oder 6 beträgt.

7. Colorimeter nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , dass die zu messende Probe so angeordnet ist, dass sie durch das Licht beleuchtet wird, das im rechten V/inkel zur Oberfläche der Probe einfällt.

8. Colorimeter nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , dass Licht von im .wesentlichen konstanter Farbe durch ein Bündel von Faseroptik von der Lichtquelle zum Abtastkopf zur Beleuchtung der zu prüfenden Probe geführt wird. '

9. Colorimeter nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gee kennzeichne t , dass der Detektor aus einem äusseren und einem inneren Zylinder besteht, wobei die Lichtführungen zwischen dem Abtastkopf und dem Detektor in Öffnungen im äusseren Zylinder und im inneren Zylinder enden, wobei diese Öffnungen mit Öffnungen für die Aufnahme von Filtern oder Filterkombinationen versehen i3.Lnd und dostimmte Öffnungen im inneren Zylinder und im äusseren Zylinder so angeordnet sind, dass sie miteinander fluchten können und Detektorausgangswerte ergeben, die den Werten X, Y oder

Z des Norme] beobachters gemäss der De fin i ton der Commiüoioj.·

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Internationale de L'Eclairage oder einer anderen Funktion entsprechen.

10. Colorimeter nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das aus den Lichtführungen

zwischen dem Abtastkopf und d^em Detektor geführte Licht so angeordnet ist, dass es vor dem Erreichen des Detektors durch ein oder mehrere subtraktive Filter durchläuft.

11. Colorimeter nach Anspruch 1 bis 10, dadurch ge— % kennzeichnet , dass eine Kalibriereinrichtung vorgesehen ist, wobei Licht unmittelbar von einer Lichtquelle in den Detektor geführt wird und nicht zur Beleuchtung der Probe dient.

12. Colorimeter nach Anspruch 1 bis 11,zur Verwendung

als Spektrophotometer, dadurch gekennzeichnet ,

dass als Beleuchtung für die zu prüfende Probe ein Monochromator vorgesehen ist und die in die Lichtführungen f zwischen dem Abtastkopf und dem Detektor eingeschalteten

Filter fortgelassen sind.

13. Verwendung eines Colorimeters nach Anspruch 1 bis zur Herstellung einer Anstrichfarbe aus einem Gemisch von verschiedenfarbigen Grundansätzen durch Messung der Farbwerte wenigstens eines Teils des Gemisches an einer Grenzfläche zwischen Anstrichfarbe und Luft unter kontinuierlicher Einstellung der ü/jsierpurnpen für die Gemischkomponentim

gemäas dem vorgegebenen Farbwert.

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