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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Prüfung der Farbabmusterung von farblich gestalteten Objekten und/oder von Farbüberzügen auf Oberflächen, insbesondere für Objekte, die aus mehreren, vorgefertigten Baugruppen oder Teilelementen mit einem im Farbton einheitlich gestalteten Oberflächenüberzug bestehen, wie beispielsweise eine Automobilkarosserie.
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Zur Identifizierung von Farben oder zur Erkennung der farblichen Gestaltung von Oberflächenüberzügen sind bereits Verfahren und Vorrichtungen -
DE 197 36 844 A1 ,
DE 196 37 234 A1 ,
DE 196 34 317 A1 ,
DE 44 20 260 C2 ,
DE 44 13 594 A1 ,
DE 43 09 802 A1 - bekannt, mit denen die Farbanteile für Rot, Grün und Blau in der reflektierten Lichtstrahlung eines auf die Objektoberfläche geleiteten Referenzlichtes in einen Wellenlängenbereich von 380 nm bis 780 nm mittels geeigneter Sensoren gemessen, die gemessenen Farbwerte vektorisiert und mit Farbwerten eines Referenzobjektes, das in Anlehnung an das Normfarbwertesystem der CIE erstellt worden ist, verglichen werden. Aus der vergleichenden Gegenüberstellung der gemessenen Farbwerte mit den Referenzfarbwerten wird der Farbabstand ermittelt, der letztlich einen Messwert für die Einhaltung der zulässigen Farbtoleranzen bildet.
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Das deutsche Patent
DE 196 17 009 C2 beschreibt eine fotoelektrische Messeinrichtung zur Überprüfung der Qualität von farblich gestalteten Druckerzeugnissen. Nach der Lehrte dieses Patents ist vorgesehen, dass die Beleuchtung der auszumessenden Messstelle auf einem Druckprodukt mittels einer Beleuchtungseinrichtung erfolgt, wobei die spektrale Identitätsverteilung der Beleuchtungseinrichtungen entsprechend einer spektralen Bewertung des von der Messstelle reflektierten Lichtes gewählt ist.
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Nach der Lehre des US-Patents
US 3,877,797 A ist eine optische Filterkombination vorgesehen, welche Licht bestimmter Wellenlängen herausfiltert, um so das Farbempfinden eines visuellen Prüfers zu verbessern.
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Die vorgenannten Verfahren werden vorteilhafterweise im Qualitätsmanagement und für die Steuerung von Produktionsprozessen eingesetzt und gewährleisten die Einhaltung der geforderten bzw. vereinbarten Farbparameter.
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Es ist ferner bekannt, dass Farben in Abhängigkeit vom Farbton, von der Farbsättigung und von der Intensität des einwirkenden Lichtes durch das natürliche Farbempfinden des Menschen unterschiedlich wahrgenommen werden. Dieser Umstand ist vorrangig dann von Bedeutung, wenn das Objekt, wie im Beispiel von Automobilkarosserien, aus einzelnen, vorgefertigten Bauelementen oder Bauteilen mit einer farblich gestalteten Oberfläche gebildet wird, die zudem noch an unterschiedlichen Produktionsstandorten hergestellt worden sind.
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Trotz der Einhaltung der festgelegten Farbwerte und der zulässigen Farbtoleranzen werden bei wechselnden Lichtverhältnissen mit unterschiedlicher Intensität der Lichtstrahlung Abweichungen in der einheitlichen Farbabmusterung sichtbar, die zu Beanstandungen führen und mit einer Kosten verursachenden Nacharbeit des zumeist fertigen Objektes verbunden sind.
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Mit den bisher bekannten Lösungen für die Identifizierung und Erkennung von Farben können die dargelegten Abweichungen in der Farbabmusterung von mehrteiligen Objekten mit einer im Farbton einheitlich gestalteten Oberfläche nicht erfasst und festgestellt werden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Prüfung der Farbabmusterung zu entwickeln, mit denen Abweichungen im Farbton eines Oberflächenüberzuges auf relativ einfache Weise festgestellt werden können.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung entsprechend den Merkmalen nach Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 5 und 7 bis 13.
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Das Wesen der vorgeschlagenen Lösung besteht darin, dass für die visuelle Prüfung der Farbabmusterung Tageslicht mit einer unterschiedlichen Farbtemperatur nachgestellt und auf das zu prüfende Objekt der Lichtstrom eines Lichtes geleitet wird, in dem die Farbanteile des Lichtes, das am stärksten von der farbigen Oberfläche reflektiert worden ist, eliminiert wird.
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In an sich bekannter Weise wird zunächst das Licht einer Referenzleuchte auf die zu prüfende Objektoberfläche geleitet und die RGB-Lichtanteile in der reflektierten Lichtstrahlung, vorzugsweise in einem Wellenbereich von 405 nm bis 700 nm, gemessen. Hierbei wird für das Referenzlicht vorteilhafterweise ein monochromatisches Licht mit einer hohen Leuchtdichte verwendet, um Störungen zu vermeiden und eine Überblendung des Umgebungslichtes zu erreichen. Das Referenzlicht besitzt in seinem Spektrum alle Wellenlängen, die mit der erfindungsgemäßen Lösung gemessen werden können.
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Danach wird in Abhängigkeit von der Farbe des zu prüfenden Objektes und der Beleuchtungsstärke die Farbtemperatur des Lichtes, mit dem das zu prüfende Objekt für die Prüfung der Farbabmusterung gleichmäßig und streifenfrei zu beleuchten ist, eingestellt und in diesem Licht eine visuelle Prüfung der farblichen Einheitlichkeit des Objektes und/oder des Oberflächenüberzuges vorgenommen.
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Für die Prüfung der Farbabmusterung wird ein chromatisches (farbiges) Licht verwendet, dessen Farbtemperatur in einem Bereich zwischen 2700 Kelvin bis 6500 Kelvin linear verändert werden kann, wobei die RGB-Lichtanteile, deren Wellenlängen in der Lichtstrahlung des Referenzlichtes am stärksten reflektiert worden sind, im Prüflicht mit der geänderten Farbtemperatur minimiert oder vollständig eliminiert werden.
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Durch die Änderung der Farbtemperatur des für die visuelle Kontrolle eingesetzten Prüflichtes und der Minimierung bzw. Eliminierung der am stärksten reflektierten RGB-Lichtanteile werden geringste Abweichungen in der Farbabmusterung des zu prüfenden Objektes sichtbar und eine optimale Erkennung von Farbtonfehlern und eine Tiefenerkennung des Decklackes bis in die KTL-Ebene ermöglicht.
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Vorzugsweise wird im Rahmen eines Prüfzyklus die Farbtemperatur des für die visuelle Prüfung eingesetzten Prüflichtes mehrfach verändert, um in Abhängigkeit von der Farbe und der Farbsättigung eventuelle Farbtonfehler bei unterschiedlicher Intensität des einwirkenden Lichtes zu erfassen.
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Die visuelle Prüfung der Farbabmusterung erfolgt zweckmäßigerweise in einer gesonderten Prüfstation, die mit einer Referenzlichtquelle, einem RGB-Farbmeßkopf und mit mindestens einer Color-Kontrolleuchte ausgestattet ist, die das zu prüfende Objekt mit einem streifenfreien chromatischen Licht mit einer linear veränderbaren Farbtemperatur zwischen 2700 Kelvin bis 6500 Kelvin vollständig und schattenfrei beleuchtet.
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Zur Ausrüstung der Prüfstation gehört ferner eine rechnergestützte Steuerung, an deren Eingängen die Referenzlichtquelle, ein Ultraschallsensor für die Erfassung der Taktgeschwindigkeit des Fertigungsablaufes und die Anwesenheit eines Prüfobjektes in der Prüfstation und der RGB-Farbmeßkopf über einen Signalverstärker, der den Fotostrom der Fotodioden im RGB-Farbmeßkopf verstärkt, angeschlossen sind, während die Color-Kontrolleuchte über eine Busleitung mit dem Ausgang der Steuerung und über eine Netzleitung mit einem E-Anschluß verbunden ist.
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Die Color-Kontrolleuchte besitzt ein geschlossenes Gehäuse mit einer transparenten Lichtaustrittsseite, die mit einem Glas abschließt. Im Gehäuse sind in paarweiser Anordnung Normlichtquellen angeordnet, die digital über zweilampige elektronische Vorschaltgeräte angesteuert werden und deren Farbtemperatur zwischen 2700 Kelvin bis 6500 Kelvin linear verändert werden kann.
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Für den Anschluss an die rechnergestützte Steuerung weist die Kontrollleuchte eine Durchgangsverdrahtung für Netz- und Busleitungen auf, wobei jedes Lampenpaar durch eine separate Anschlussleitung mit der rechnergestützten Steuerung verbunden ist.
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Zwischen den Lampenpaaren und dem Glas der Lichtaustrittsseite ist eine Planoptik und ein frequenzneutraler Diffuser angeordnet, die eine gleichmäßige streifenfreie Verteilung des von den Normlichtquellen erzeugten chromatischen Prüflichtes gewährleisten. Eine noch gleichmäßigere, streifenfreie Verteilung des Prüflichtes wird durch die in einer der Seitenflächen der Planoptik ausgebildeten Prismen unterstützt, die sich über die gesamte Oberfläche erstrecken und vorzugsweise unter einem Winkel von 45° zur Senkrechten angeordnet sind.
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Der RGB-Farbmeßkopf umfasst einen Gehäuseblock mit einem Optikhalter, der an seiner Eingangsseite mit einer einstell- und austauschbaren Optik versehen ist. Im Gehäuseblock sind Strahlteiler vorgesehen, die den reflektierten Lichtstrom der Referenzlichtquelle in Abhängigkeit von ihrer Wellenlänge auf Fotodioden unterschiedlicher Empfindlichkeit leiten.
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Für die im Gehäuseblock eingesetzten Fotodioden wurde eine maximale Empfindlichkeit von 405 nm, 560 nm und 700 nm gewählt. Die Fotodioden sind jeweils separat über Signalleitungen mit dem Eingang der rechnergestützten Steuerung verbunden, wobei der gelieferte Fotostrom von der Intensität und der Wellenlänge des reflektierten Referenzlichtes abhängt und die Intensität des reflektierten Lichtes von der Entfernung des RGB-Farbmeßkopfes von der Oberfläche des zu prüfenden Objektes bestimmt wird.
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Der von den Fotodioden erzeugte Fotostrom wird an eine Verstärkereinheit geliefert, die eine dreikanalige zweistufige Verstärkerschaltung umfasst. Die Verstärkerschaltung wird für jede Messanordnung dimensioniert und geeicht, wobei sich die erforderliche Verstärkung des Fotostromes ebenfalls aus der Entfernung zwischen den Fotodioden des RGB-Farbmeßkopfes und dem Verstärker und der Entfernung zwischen dem zu prüfenden Objekt und dem RGB-Farbmeßkopf errechnet. Da die Empfindlichkeiten der Fotodioden nicht gleich sind, ist die Verstärkung des Signals des Fotostromes für jeden Farbkanal unterschiedlich hoch. Jede Fotodiode ist daher separat über eine Signalleitung an den Eingang des Verstärkers angeschaltet, wobei am Verstärkerausgang für jeden Kanal ein Spannungssignal anliegt, das proportional zur Intensität der einzelnen Wellenlängen der reflektierten Lichtstrahlung für die roten, grünen und blauen Lichtanteile ist.
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Die auf diese Weise aufbereiteten Signale aus dem Fotostrom der Fotodioden des RGB-Farbmeßkopfes werden in der rechnergestützten Steuerung digitalisiert und ausgewertet und dienen danach zur Ansteuerung der Vorschaltgeräte der Normallichtquellen zur Einstellung und Änderung der Farbtemperatur des Prüflichtes für die visuellen Prüfung der Farbabmusterung, wie vorstehend beschrieben.
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Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht eine relativ einfache und effektive Prüfung der festgelegten Parameter in der farblichen Gestaltung eines Produktes, unterstützt den qualitätsgerechten Austausch von Bauelementen eines aus mehreren Bauelementen mit vorgefertigter farblicher Oberflächengestaltung bestehenden Produktes und kann ferner nach entsprechender Auswertung der Farbsignale aus dem gemessenen Fotostrom für die Fehleranalyse und für die Steuerung von Produktionsprozessen eingesetzt werden.
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Die Erfindung soll nachstehend am Beispiel der Kontrolle der Farbabmusterung einer Automobilkarosserie näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:
- 1 - eine schematische Darstellung der Prüfstation,
- 2 - das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung für die Prüfung und Kontrolle der Farbabmusterung gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren,
- 3 - den Querschnitt durch eine Color-Kontrolleuchte,
- 4 - den RGB-Farbmeßkopf in einer vorteilhaften Ausführungsform,
- 5 - die Lichtseite der Color-Kontrolleuchte.
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Die visuelle Prüfung der Farbabmusterung eines Prüfobjektes 4 mit einer farbig gestalteten Oberfläche, im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Automobilkarosserie, erfolgt in einer gesonderten Prüfstation 1, die in 1 schematisch dargestellt und als Kabine 2 ausgebildet ist. An den Seitenwänden und an der Deckenfläche der Kabine 2 sind Color-Kontrolleuchten 3 so angebracht, dass eine streifen- und schattenfreie Ausleuchtung des Prüfobjektes 4 mit einem von der Farbe und der Farbsättigung bestimmten Prüflicht gewährleistet ist.
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Die digital ansteuerbaren, elektronischen Vorschaltgeräte der Color-Kontrolleuchten 3 sind schaltungsseitig mit dem Ausgang einer rechnergestützten Steuerung 8 verbunden. Wahlweise sind an den Ausgang der Steuerung 8 Anschlußleitungen 29 vorgesehen, die die Steuerung 8 mit einem zentralen Rechner für die Produktionssteuerung und Produktionskontrolle verbinden.
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Wie aus 2 weiter ersichtlich, sind an den Eingang der rechnergestützten Steuerung 8 eine Referenzlichtquelle 5, ein Ultraschallsensor 28 und über einen Verstärker 7 ein RGB-Farbmeßkopf 6 angeschlossen.
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Der Ultraschallsensor 28 dient in an sich bekannter Weise zum Erkennen der Taktgeschwindigkeiten des Fertigungsablaufes, die sich aus der Zeitdifferenz vom Messimpuls des ersten Prüfobjektes und des nächsten Prüfobjektes ergibt. Gleichzeitig wird mit Hilfe des Ultraschallsensors 28 ein präzises, sicheres und unkritisches Erfassen des Vorhandenseins eines Prüfobjektes 4 in der Prüfstation 1 ermöglicht und gleichzeitig der Prüfzyklus mit dem Mess- und Steuerprozess zur Einstellung und Regelung der Farbtemperatur für die visuelle Prüfung der Farbabmusterung auslöst. Dadurch ist gewährleistet, dass in der Prüfstation immer Prüflicht mit der Farbtemperatur anliegt, die für die visuelle Prüfung der Farbabmusterung erforderlich ist.
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Mit der Referenzlichtquelle 5, die gemeinsam mit dem RGB-Farbmesskopf 6, vorzugsweise an einer geeigneten Stelle im Deckenbereich der Prüfstation 1 angeordnet ist - nicht dargestellt - , wird ein monochromatisches Licht hoher Leuchtdichte auf das Prüfobjekt 4 geleitet und in der reflektierten Lichtstrahlung 20 - 4 - des Referenzlichtes mit Hilfe des RGB-Farbmesskopfes die roten, grünen und blauen Lichtanteile in den Wellenlängen von 405 nm, 560 nm und 700 nm gemessen.
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Die Werte des in Abhängigkeit von der Intensität und von den Farbanteilen der reflektierten Lichtstrahlung 20 des Referenzlichtes entstehenden Fotostromes werden für jeden Farbkanal gesondert in den Verstärker 7 geleitet und nach ihrer Verstärkung, die sich aus der Entfernung zwischen den Fotodioden 19, 26, 27 im Farbmesskopf und der Entfernung des Farbmesskopfes 6 zum Prüfobjekt 4 errechnet, der rechnergestützten Steuerung 8 zugeführt. In der rechnergestützten Steuer 8 werden die Farbsignalwerte digitalisiert, ausgewertet und zur Ansteuerung der Color-Kontrolleuchten für die Einstellung und Veränderung der Farbtemperatur des Prüflichtes, das von den Color-Kontrolleuchten 3 auf das zu prüfende Objekt 4 übertragen wird, den digital ansteuerbaren elektronischen Vorschaltgeräten der Norm-Stablampen 11 in den Color-Kontrolleuchten 3 zugeführt.
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Die Color-Kontrolleuchte 3, deren Querschnitt in 3 schematisch dargestellt ist, hat ein allseitig geschlossenes Gehäuse 9 mit einer transparenten Lichtaustrittsseite, die von einem Glas 10 abgedeckt ist und weist einen an der Rückwand des Gehäuses angebrachten Reflektor 25 auf. Im Gehäuse 3 sind Norm-Stablampen 11 paarweise angeordnet, die ein chromatisches Licht mit einer Farbtemperatur von 2700 Kelvin bis 6500 Kelvin erzeugen. Das Gehäuse 9 nimmt ferner vier zweilampige, digital ansteuerbare, elektronische Vorschaltgeräte - nicht dargestellt - auf, die über eine Durchgangsverdrahtung für Netz- und Busleitungen an den Ausgang der Steuerung 8 angeschlossen sind. Dadurch ist gewährleistet, dass jedes Lampenpaar schaltungsseitig separat mit der Steuerung 8 verbunden ist.
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Die lineare Änderung der Farbtemperatur des Prüflichtes, das mit den Norm-Stablampen 11 erzeugt wird, erfolgt durch eine Ansteuerung der elektronische Vorschaltgeräte über die rechnergestützte Steuerung 8 in Abhängigkeit von der Farbe und der Intensität der reflektierten Strahlung des Referenzlichtes.
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Zwischen den Norm-Stablampen 11 und der mit dem Glas 10 abgedeckten Lichtaustrittsseite des Gehäuses 3 ist ferner eine Planoptik 12 und ein frequenzneutraler Diffuser 13 angeordnet. Der Diffuser 13 und die Planoptik 12 gewährleisten, dass das mit den Norm-Stablampen 11 erzeugte Prüflicht in der eingestellten Farbtemperatur gleichmäßig und streifenfrei auf die farblich gestaltete Oberfläche des Prüfobjektes 4 geleitet wird. Um eine noch gleichmäßigere, streifenfreie Verteilung des Prüflichtes zu erreichen, sind die auf der Oberfläche der Planoptik 12 vorhandenen Prismen unter einem Winkel von vorzugsweise 45° angeordnet, wie aus 5 ersichtlich.
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Der RGB-Farbmesskopf 6 wird durch einen Gehäuseblock 14, in dem die Fotodioden 19; 26 und 27 zur Erfassung der roten, blauen und grünen Farbanteile in der reflektierten Lichtstrahlung angeordnet sind und einen Objekthalter 15 gebildet, der an seinem freien Ende eine wahlweise auswechselbare Optik 17 mit einer Sammellinse 18 trägt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Prüfstation
- 2
- Kabine
- 3
- Color-Kontrollleuchte
- 4
- Prüfobjekt
- 5
- Referenzlichtquelle
- 6
- RGB-Farbmesskopf
- 7
- Verstärker
- 8
- Steuerung
- 9
- Gehäuse
- 10
- Glas
- 11
- Norm-Stablampen
- 12
- Planoptik
- 13
- Diffuser
- 14
- Gehäuseblock
- 15
- Optikhalter
- 16
- Strahlteiler
- 17
- Optik
- 18
- Sammellinse
- 19
- Fotodiode
- 20
- Lichtstrahlung
- 21
- Signalleitung
- 22
- Strahlteiler
- 23
- Signalleitung
- 24
- Signalleitung
- 25
- Reflektor
- 26
- Fotodiode
- 27
- Fotodiode
- 28
- Ultraschallsensor
- 29
- Anschlussleitung