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Farbmeßgerät Die Erfindung betrifft ein Farbmeßgerät mit Strahlenabgleich
und mit einer wechselweise über Probe und Standard beleuchteten Ulbrichtschen Kugel
mit drei aus dieser beaufschlagten Photozellen verschiedener spektraler Empfindlichkeit,
von denen eine auf die Helligkeit (Y-Komponente) der im Innern der Ulbrichtschen
Kugel vorhandenen Strahlung anspricht, das insbesondere zum vergleichenden Abmustern
von Proben, aber auch bei Verwendung entsprechender Filter zur Feststellung des
Farbortes der Probe in einem zum genormten Farbdreieck (I. B. K.) transformierten
Bereich geeignet ist.
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Es sind bereits Anordnungen zur objektiven Farbmessung bekanntgeworden,
bei denen das von dem farbigen Körper ausgehende Licht in mehrere Teile geteilt
wird, von denen jeder auf eine lichtelektrische Zelle fällt, die nur auf Strahlen
eines bestimmten Spektralbereiches anspricht. Zu diesem Zweck werden den lichtelektrischen
Zellen entsprechend abgestimmte Farbfilter vorgeschaltet. Es ist auch bekannt, derartigen
objektiven Strahlungsempfängern durch die vorgeschalteten Farbfilter den drei Normspektralwertkurven
nach DIN 5033 (vgl. Fig. 4) entsprechende Empfindlichkeiten zu geben.
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Auch ist eine Farbsortiereinrichtung bekanntgeworden, die eine mit
drei verschiedenen Photozellen versehene Ulbrichtsche Kugel benutzt und bei der
zur Anzeige des jeweiligen Farbortes der Probe die Photo ströme aller drei Zellen
auf die Ablenkplatten einer Kathodenstrahlröhre gegeben werden. Mit dieser bekannten
Anordnung lassen sich jedoch nur Einzelmessungen und keine direkten Vergleichsmessungen
durchführen. Will man hiermit den Farbort einer Probe mit dem Farbort eines Standards
vergleichen, so sind bei der bekannten Anordnung zwei getrennte Einzelmessungen
durchzuführen und dabei zwei nacheinander erscheinende Schirmbilder auszuwerten.
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Ferner ist auch ein Farbmeßgerät bekanntgeworden, das als Zweistrahlgerät
arbeitet. Jedoch weist dieses bekannte Gerät keinerlei automatische Abgleichseinrichtungen
auf. Die erforderlichen Abgleichsvorgänge müssen bei diesem bekannten Gerät einzeln
von Hand eingestellt werden. Außerdem hat diese Anordnung den Nachteil, daß bei
einer Geräteeinstellung jeweils nur eine Farbkomponente ermittelt werden kann.
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Bei einem bekannten lichtelektrischen Verfahren zur Farbtoleranzprüfung
und Farbsortierung bleibt die gegenüber einem Vergleichswert gemessene Größe der
Helligkeitsschwankung d Y während der Messung der jeweiligen Probe unverändert erhalten
und dient
lediglich zur Regelung des Toleranzbereiches dX bzw. X Z der beiden anderen
Farbkomponenten.
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Die bekannten, ebenfalls als Zweistrahlgeräte ausgebildeten Spektrometer,
bei denen die von einem Probekörper und einem Vergleichskörper kommenden Strahlenbündel
abwechselnd auf eine strahlungsempfindliche Zelle gerichtet werden und die in der
Zelle durch die Intensitätsdifferenz der beiden Lichtbündel hervorgerufenen Stromimpulse
gegebenenfalls nach Verstärkung eine Vorrichtung, beispielsweise einen reversiblen
Wechselstrommotor, steuern, durch den Abgleichselemente, z. B. Blenden, derart verstellt
werden, daß die Intensitätsdifferenz der Lichtbündel aufgehoben wird und gleichzeitig
ein Registrierinstrument angetrieben wird, das ihre Verstellung anzeigt, erlauben
lediglich die Aufzeichnung der spektralen Durchlaß- bzw. Rückstrahlkurven und sind
nicht zur direkten Anzeige des Farbortes einer Probe geeignet. Der bei diesen bekannten
Geräten angewendete Energieabgleich der beiden Strahlengänge erfolgt stets durch
Beeinflussung des Standardsrahlenganges. Der sich einstellende Abgleichwert ändert
sich somit von Probe zu Probe.
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Während die bisher bekanntgewordenen Anordnungen zur objektiven Farbmessung,
falls sie zur Festlegung des Farbortes einer Probe geeignet sind, eine recht aufwendige
Apparatur darstellen und mehrere komplizierte Einstellmaßnahmen erfordern, bedarf
das Gerät nach der vorliegenden Erfindung zur Sichtbarmachung des Farbortes einer
Probe und der gegebenenfalls vorhandenen Ablage des Farbortes dieser Probe von dem
Farbort eines Musters bzw. zur Bestimmung der Farbkoordinaten lediglich nur eines
einzign Abgleiches, der dazu noch vollautomatisch erfolgt.
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Erfindungsgemäß wird dies bei einem Farbmeßgerät, insbesondere zum
vergleichenden Abmustern
von Proben, mit Strahlenabgleich und mit
einer wechselweise über Probe und Standard beleuchteten Kugel mit drei aus dieser
beaufschlagten Photozellen verschiedener spektraler Empfindlichkeit, von denen eine
auf die Helligkeit (Y-Komponente) der im Innern der Ulbrichtschen Kugel vorhandenen
Strahlung anspricht, dadurch erreicht, daß die die Helligkeit der Ulbrichtschen
Kugel gleichhaltende Photozelle Phy über einen Verstärker und Nachlaufmotor die
Öffnung einer im Probenstrahlengang zwischen Lichtquelle und Probe angeordneten
verstellbaren Blende steuert, daß im Standardstrahlengang 1 eine fest einstellbare
Blende zwischen Lichtquelle und Standard angeordnet ist, daß die beiden anderen
Photozellen Phx, Ph2 über Verstärker und Gleichrichter in an sich bekannter Weise
an die Ablenksysteme einer Braunschen Röhre angeschlossen sind, daß die den Photozellen
vorgeschalteten Filter in an sich be kannter Weise den Photozellen eine spektrale
Empfindlichkeit entsprechend den Normspektralwertkurven xn, YA, ZA verleihen und
die die Helligkeit in der Ulbrichtschen Kugel steuernde Photozelle Ph, den spektralen
Empfindlichkeitsverlauf nach y>. hat.
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Der sich bei der Anordnung nach der Erfindung einstellende Abgleichwert
bleibt auch bei einem Probenwechsel erhalten. Dies hat den Vorteil, daß hierbei
alle gemessenen Farbwerte der einzelnen Proben auf konstante Helligkeit (Y = konstant)
normiert und somit das an sich dreidimensionale Problem der Farbmessung (XYZ-Komponenten)
automatisch in eine einfach auszuwertende zweidimensionale Darstellung übergeführt
wird, die einer Farbebene (Y = konstant) im Farbenraum entspricht.
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Die Erfindung sei nun an Hand der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 das Schema eines Ausführungsbeispieles
des Farbmeßgerätes nach der Erfindung für Durchlässigkeitsmessungen, Fig. 2 einen
Äquatorialschnitt durch die Ulbrichtsche Kugel nach Fig. 1, Fig. 3 das Schema eines
Ausführungsbeispieles des Farbmeßgerätes nach der Erfindung für Remissionsmessungen,
Fig. 4 dieNormspektralwertkurven nachDIN5033.
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In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Lichtquelle
Q durch zwei gleiche optische Anordnungen über je eine Zwischenabbildung Q1 bzw.
Q2 durch zwei benachbarte Öffnungen O, bzw. O2 in der Ulbrichtschen Kugel UK in
Q' abgebildet. In der Ebene der Zwischenbilder Q1 und Q2 befindet sich eine von
einem Motor Mit angetriebene Modulationsscheibe M,, die bei ihrer Drehung abwechselnd
entweder die Strahlengänge 1 oder 2 freigibt bzw. abdeckt, so daß der Punkt Q' in
der Ulbrichtschen Kugel UK abwechselnd über die Strahlengänge 1 oder 2 beaufschlagt
wird. Im Strahlengang 1 befindet sich eine fest einstellbare Blende M1 und im Strahlengang
2 eine veränderliche Meßblende M2.. Die Meßblende M2 ist vorzugsweise mit einer
ihrer Durchlässigkeit reziproken Skala versehen, kann jedoch für spezielle Meßzwecke
auch mit einer normalen Durchlässigkeitsskala versehen werden. Drei Photozellen
Phx, Ph, und Ph2 mit vorgeschalteten Filtern Fx, F, und F2 (Fig. 2) sind durch die
Kugelschale der U1-brichtschen Kugel UK geführt und derart ausgerichtet, daß sie
von einem gemeinsamen Flächenstück E der Kugelinnenfläche, die nicht von den direkten
Strahlengängen
1 und 2 getroffen wird, diffus reflektiertes Wechsellicht empfangen. Die Durchlaßgebiete
der Filter Fx, F, und F2 sind vorzugsweise so gewählt, daß die Empfindlichkeiten
der dahinterliegenden Photozellen Phx, Ph, und Ph2 weitgehend den in Fig. 4 dargestellten
Normspektralwertkurven xt, y und zl entsprechen. Die Photozelle Ph, steht über einen
Verstärker V, und einen Nachlaufmotor MN mit der verstellbaren Meßblende M2 in Verbindung,
während die beiden anderen Photozellen Phx bzw.
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Ph über Verstärker Vx bzw. V2 und Gleichrichter an die Ablenkplatten
X bzw. Z einer Braunschen Röhre B angeschlossen sind. Natürlich können zur Anzeige
der Photoströme der Zellen Ph, und Ph, auch andersgeartete Meßgeräte verwendet werden,
jedoch hat die Anwendung der Braunschen Röhre den Vorteil der direkten flächenhaften
Darstellung, wie sie zur Anzeige von Farborten im Farbdreieck zweckmäßig ist.
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Zur Durchführung von vergleichenden Farbmessungen im Durchlicht wird
nun im Strahlengang 1 vor der Öffnung Ot der Ulbrichtschen Kugel UK ein Standard
St oder das Muster gebracht, mit der die im Strahlengang 2 vor die Öffnung 02. der
Kugel gebrachte Probe Pr verglichen werden soll. Zur Durchführung von vergleichenden
Remissionsmessungen von Farbproben werden die Strahlengänge 1 und 2 beispielsweise
so geführt (Fig. 3), daß sie sich im Mittelpunkt der Ulbrichtschen Kugel kreuzen
und auf zwei diametral zu den Öffnungen O und 09 gelegene Öffnungen 03 und 04 der
Ulbrichtschen Kugel auftreffen. Bei dieser Messung wird der Standard St hinter die
Öffnung 03 und die Probe Pr hinter die Öffnung 04 an die Kugel UK angelegt.
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Die Funktion des Gerätes nach der Erfindung ist nun folgende: Das
modulierte Licht der Lichtquelle Q fällt bei rotierender Modulationsscheibe Mo wechselweise
durch Standard St und Probe Pr (Durchlässigkeitsmessung nach Fig. 1) in die Kugel
UK oder wird in der Anordnung nach Fig. 3 vom Standard St und Probe Pr die Kugel
UK zurückgeworfen und erhellt das Kugelinnere infolge der an der inneren Kugelwandung
auftretenden diffusen Mehrfachreflexion gleichmäßig. Die drei Photozellen Phx, Ph,
und Ph2 werden alsdann von einem Flächenstück E, entsprechend der Durchlässigkeit
der vorgeschalteten Filter Fx, F, und F2 von verschiedenen Farbkomponenten des Wechsellichtes
beaufschlagt. Die Signalspannung der Zelle Ph, steuert nun über den Verstärker V,
und den Nachlaufmotor MN die Meßblende M2 auf gleiche Helligkeit in der Kugel (gleiche
Helligkeit bei Beleuchtung im Standardstrahlengang 1 und Probenstrahlengang 2).
Die sich ergebende Einstellung der Öffnung der Blende M2 ist ein Maß für die Helligkeit
der Probe. Durch diesen Abgleich sind zugleich die Signalspannungen der Zellen Phx
und Ph2 normiert, die nach Verstärkung und Gleichrichtung auf zwei Meßinstrumente
oder an das Ablenksystem der Braunschen Röhre B als Maß für die Differenz zwischen
den Farbwerten von Standard und Probe gegeben werden. Bei gleicher Farbart von Standard
und Probe sind nach dem Abgleich der Helligkeit durch die Zelle Ph, auch die die
Photozellen Phx und Ph2 erreichenden Lichtintensitäten aus dem Standard 1 und Probenstrahlengang
2 gleich, so daß diese Zellen keinen verstärkbaren Wechselstrom führen. Daher wird
der Elektronenstrahl der
Braunschen Röhre B nicht abgelenkt, sondern
zeigt auf den Farbort des Standards. Bei Ungleichheit der Farbarten von Standard
und Probe sind jedoch die in den Photozellen Phx und Ph2 erzeugten Ströme unterschiedlich,
und es entsteht ein Wechselstrom in diesen Zellen, der nach entsprechender Verstärkung
zur Ablenkung des Elektronenstrahles von dem Standardfarbort an einen der Farbart
der Probe entsprechenden Farbort führt. Durch Auflage eines geeigneten transparenten
Koordinatensystems auf dem Bildschirm der Braunschen Röhre B lassen sich dann auch
die jeweiligen Farbkoordinaten in einem transformierten Bereich bestimmen.
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Die Anordnung von Probe Pr und Meßblende M. im selben Strahlengang
2 erfolgt, um auch bei einem Wechsel der Proben stets gleiche Helligkeit in der
Kugel zu erzielen. Dies bedingt eine Umeichung der Meßblende M2 in eine Reziprokskala,
die wiederum nur bei der gleichen Helligkeit gilt. Bei einem Wechsel des Standards
ist also darauf zu achten, daß die Bedingung Durchlässigkeitsgrad der Blende M1
mal Y-Wert des Standards = konstant erfüllt ist.