einführung UnIFarben
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Einführung Die Wahrnehmung von Farbe Appearance Zehn Millionen – so viele Farbtöne kann das menschliche Auge unterscheiden. Kein Wunder, dass wir Farben nicht im Gedächtnis behalten können, geschweige denn, eine bestimmte Farbe wiedererkennen. Dennoch erlangt Farbe als Qualitätskriterium in der Industrie immer größere Bedeutung. Ein einheitlicher Farbton spielt heute bei vielen Produkten eine große Rolle. Dies zu erreichen ist schon schwierig genug, wenn die Einzelteile eines Produktes in verschiedenen Abteilungen einer Firma hergestellt werden; weitaus komplizierter wird es jedoch, wenn mehrere Lieferanten betroffen sind. Letzten Endes aber muss die Farbe stimmen. Unifarben Die visuelle Beurteilung der Farbe wird stark von der individuellen Farbwahrnehmung des Beobachters (Stimmung, Alter usw.) und den äußeren Einflüssen wie Umgebungsfarbe und -helligkeit beeinflusst. Außerdem sind unsere Möglichkeiten begrenzt, einen Farbeindruck in Worte zu fassen und Farbunterschiede zu dokumentieren. Unifarben Lichtquelle Physikalische Testgeräte Nur der Einsatz von Farbmessgeräten mit international genormten Farbsystemen kann hier Abhilfe schaffen. So wird eine objektive Beschreibung von farbigen Gegenständen sichergestellt. Die Farbwahrnehmung wird von den folgenden drei Elementen beeinflusst: Beobachter Probe Technischer Service 71 Index BYK-Gardner GmbH • Lausitzer Strasse 8 • 82538 Geretsried • Germany • Tel +49 8171 3493-0 • Fax +49 8171 3493-140 Lichtquelle Farben verändern sich mit der Beleuchtung. Aus diesem Grund müssen die verwendeten Lichtquellen definiert werden. Eine für die Farbmessung geeignete Lichtquelle muss kontinuierlich Energie über das gesamte sichtbare Spektrum (400 bis 700 nm) abgeben. Um die Empfindlichkeit der Rezeptoren zu bestimmen, hat die CIE 1931 und 1964 systematische Tests durchgeführt. Auf Grund dieser Ergebnisse wurden der 2°- und 10°-Normalbeobachter festgelegt, die für ein kleines bzw. großes Gesichtsfeld stehen. Weißes Tageslicht in die Spektralfarben zerlegt (z.B. Regenbogen) Die CIE (Commission Internationale de l'Eclairage) definiert eine Lichtquelle durch die Menge der emittierten Energie bei jeder Wellenlänge (= relative spektrale Energieverteilung). Die wichtigsten Normlichtarten sind: Tageslicht D65, C Glühlampenlicht A Leuchtstoffröhren F2, F11 S(λ) D65 700 nm 400 S(λ) S(λ) 400 A 700 nm F2 700 nm 400 Beobachter Ohne Beobachter ist Farbe nicht wahrzunehmen. Das von einem farbigen Gegenstand reflektierte Licht fällt durch die Linse des menschlichen Auges auf die Netzhaut. Dort befinden sich drei verschiedene Arten lichtempfindlicher Rezeptoren: eine Art reagiert auf rotes Licht, die zweite auf grünes Licht und die dritte auf blaues Licht. Alle zusammen lassen im Gehirn den Eindruck von Farbe entstehen. Beim Betrachten eines Gegenstandes integriert das Auge über eine große Fläche. Dies stimmt am besten mit dem 10°-Normalbeobachter überein. Objekt Lichtquelle und Beobachter sind durch die CIE genormt, und die spektralen Funktionen sind in den Farbmessgeräten gespeichert. Als einzige Variablen sind die optischen Eigenschaften des Gegenstandes zu bestimmen. Moderne Farbmessgeräte messen den Anteil des Lichtes, der von einem farbigen Gegenstand reflektiert wird. Dies erfolgt bei jeder Wellenlänge, und diese Daten werden Spektraldaten genannt. Zum Beispiel wird von einem schwarzen Gegenstand über das gesamte Spektrum kein Licht reflektiert (0% Reflexion), wohingegen eine ideale weiße Oberfläche nahezu das gesamte Licht reflektiert (100% Reflexion). Alle anderen Farben reflektieren Licht nur in bestimmten Teilen des Spektrums. So hat jede Farbe ihre spezifische Spektralkurve – sozusagen ihren eigenen Fingerabdruck. Die folgende Grafik zeigt die typischen Spektralkurven für Rot, Blau und Grün. 400 700 nm 400 700 nm R(%) 400 72 R(%) R(%) 700 nm BYK-Gardner GmbH • Lausitzer Strasse 8 • 82538 Geretsried • Germany • Tel +49 8171 3493-0 • Fax +49 8171 3493-140 Farbsysteme L* = 100 Probenpaar 1 ΔL* Δa* Δb* ΔE* Appearance Farbsysteme kombinieren die Informationen der drei Elemente: ■ Lichtquelle ■ Beobachter ■ Objekt Sie bilden das Werkzeug, um über Farbe und Farbunterschiede sprechen zu können und diese zu dokumentieren. Das System, das die CIE empfiehlt und das sich heute weitgehend durchgesetzt hat, ist das CIELab System. Zwei Probenpaare können denselben ΔE* Wert aufweisen, visuell jedoch unterschiedlich aussehen: Probenpaar 2 Probenpaar 1 Probenpaar 2 0.57 0.57 0.57 1.0 0.0 0.0 1.0 1.0 + b* C* - a* h° + a* Zur Feststellung der tatsächlichen Farbabweichung sind die Einzelkomponenten ∆L*, ∆a*, ∆b* oder ∆L*, ∆C*, ∆H* heranzuziehen. Die Differenzen werden wie folgt berechnet und interpretiert: Unifarben - b* L* = 0 Kunde und Lieferant müssen sich auf die zulässigen Farbunterschiede einigen. Diese Toleranzen hängen sowohl von den Anforderungen als auch den technischen Möglichkeiten ab. Technischer Service E* = B(L*)2 + (a*)2 + (b*)2 73 Index BYK-Gardner GmbH • Lausitzer Strasse 8 • 82538 Geretsried • Germany • Tel +49 8171 3493-0 • Fax +49 8171 3493-140 Physikalische Testgeräte Es besteht aus den beiden Achsen a* und b*, die im rechten Winkel zueinander stehen und den Farbton definieren. Die dritte Achse bezeichnet die Helligkeit L*. Diese steht senkrecht zu der a*b* Fläche. In diesem System kann jede Farbe durch die Koordinaten L*, a*, b* bestimmt werden. Alternativ werden L*, C*, h° benutzt. C* (= Chroma) stellt die Sättigung oder Buntheit der Farbe dar; der Winkel h° ist eine andere Bezeichung für den tatsächlichen Farbton (= Farbtonwinkel). Um einen Farbton immer konstant zu liefern, muss ein Standard festgelegt und die laufende Produktion mit diesem Standard verglichen werden – eine typische Kunden/Lieferanten Situation. Aus diesem Grund werden stets Farbdifferenzen, nicht absolute Werte kommuniziert. Üblicherweise wird der Gesamtfarbabstand ∆E* zur Darstellung von Farbabweichungen herangezogen. Farbmessgeräte In der Industrie haben sich zwei Messanordnungen durchgesetzt: 45/0 und Kugelgeometrie. Farbe, wie das Auge sie sieht Bei der 45/0 Geometrie wird unter einem Winkel von 45° zirkular beleuchtet und senkrecht zur Oberfläche unter 0° gemessen. Die Rundum-Beleuchtung ist unabdingbar für wiederholbare Messergebnisse auf strukturierten und richtungsabhängigen Oberflächen. Kontrolle des Farbtons Bei der Kugelgeometrie wird die Probe mittels einer weiß beschichteten Kugel diffus beleuchtet. Abschatter im Kugelinneren verhindern, dass das Licht direkt auf die Probenoberfläche fällt. Die Messung erfolgt unter einem Winkel von 8°. Detektor 8° Beobachter Abschatter Lichtquelle Diffuse Beleuchtung Detektor 0° Beobachter Lichtquelle Abschatter Probe Mit dieser Geometrie wird Farbe wie unter normalen Abmusterungsbedingungen ausgewertet. Lesen wir zum Beispiel ein Hochglanzmagazin, dann halten wir es so, dass wir vom Glanz nicht geblendet werden. Wenn wir einen hochglänzenden Gegenstand mit einer Probe vergleichen, die die gleiche Pigmentierung aufweist, aber matt oder strukturiert ist, empfindet unser Auge den hochglänzenden Gegenstand als dunkler. Und genau dieses Phänomen misst ein 45/0 Farbmessgerät: Unterschiede in Glanz / Struktur → Farbdifferenzen In unserem Beispiel ergibt sich eine Differenz zwischen den beiden Oberflächen: ΔE* = 3 Bei folgenden Anwendungen ist die Übereinstimmung mit dem visuellen Eindruck wichtig: ■ Vergleich verschiedener Chargen in der Produktion ■ Farbkonstanz bei Produkten, die aus mehreren verschiedenen Teilen zusammengesetzt werden Ein Kugelgerät kann unter zwei unterschiedlichen Messbedingungen eingesetzt werden: Glanz eingeschlossen (spin)– Glanz ausgeschlossen (spex) Im ''spin'' Modus wird das gesamte reflektierte Licht gemessen: diffuse Reflexion (Farbe) + gerichtete Reflexion (Glanz) Farbe wird unabhängig von Oberflächenglanz oder -struktur gemessen. Unterschiede in Glanz / Struktur x Farbdifferenzen → In unserem Beispiel ergibt sich keine Differenz zwischen den beiden Oberflächen: ΔE* = 0 Für folgende Anwendungen eignet sich der "spin" Modus: ■ Farbstärke in Abhängigkeit der Dispergierzeit ■ Einfluss von Bewitterung und Temperatur ■ Farbrezeptierung Im "spex" Modus schluckt eine Glanzfalle das gerichtet reflektierte Licht (Glanz). Mit dieser Konfiguration wird die 45/0 Geometrie simuliert. Bei mittel- bis mattglänzenden Oberflächen treten jedoch Abweichungen zwischen 45/0 und Kugelgeometrie "spex" auf, da die Glanzfalle die Glanzkomponente nicht gänzlich ausschließt. Zusammenfassung Beispiel: Kunststoffplatte Automobil – ein Material mit verschiedenen Strukturen. Nur Messungen, die unter gleichen Bedingungen durchgeführt werden, sind miteinander vergleichbar. Deshalb muss ein Farbmessbericht folgende Informationen enthalten: ■ Farbmessgerät (Geometrie) ■ Lichtart / Beobachter ■ Farbsystem ■ Probenvorbereitung BYK-Gardner bietet die komplette Produktpalette für eine zuverlässige Farbkontrolle – Labor- und tragbare Spektralphotometer. 74 BYK-Gardner GmbH • Lausitzer Strasse 8 • 82538 Geretsried • Germany • Tel +49 8171 3493-0 • Fax +49 8171 3493-140
