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5-2023

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Fachzeitschrift für Industrielle Automation, Mess-, Steuer- und Regeltechnik

Qualitätssicherung

Qualitätssicherung Inline-Farbmessung – wichtiges Werkzeug für die Qualitätssicherung In der Regel werden die Teile erst nach der Produktion auf ihre Farbe hin überprüft. Das bedeutet in der Folge, dass nichts mehr geändert werden kann, wenn die Teile nicht in Ordnung sind. Das Ergebnis ist ein oft immenser Ausschuss oder eine schlechtere Qualität des Produktes. Durch eine kontinuierliche Messung direkt in der Produktionsstraße lassen sich erhebliche Kosten- und Ressourceneinsparungen erreichen. Autor: Dr. David Pryor, Geschäftsführer ColorLite GmbH info@colorlite.de www.colorlite.de Die Messung der Farbe als Qualitätsparameter von Produkten und Zulieferteilen ist seit mehreren Jahrzehnten weit verbreitet. Wird die Farbe bereits „am laufenden Band“ kontrolliert und ggf. korrigiert, hat dies positive Auswirkungen auf die Herstellungskosten und die Schonung der Umwelt. Je nach Produkt sind unterschiedliche Messverfahren möglich. Warum Farbmessung? © AdobeStock_189783018 Die Farbmessung ist ein wichtiges Instrument zur Gewährleistung einer effektiven Produktion. Produkte von Lieferanten können im Voraus geprüft werden, um sicherzustellen, dass die Farbe innerhalb der vorgegebenen Toleranzen liegt. Das Ziel fast jeder industriellen Produktion ist es, Produkte immer gleich herzustellen. Die Farbe ist eines der wichtigsten Qualitätsmerkmale. Unterschiede werden vom Betrachter sofort wahrgenommen. Normalerweise werden die Toleranzgrenzen so festgelegt, dass keine oder nur eine sehr geringe Abweichung toleriert wird. Bei einigen Produkten hat die Farbe auch Kennzeichnungs- und Sicherheitsfunktion, z. B. bei Herstellung bestimmter Kabel. Wie werden Farben gemessen? Die Farbmesstechnik wurde entwickelt, um objektiv und quantitativ den Farbunterschied zwischen einer Referenzfarbe als Standard und einer Objektfarbe als Probe zu bestimmen. Es ist möglich, die Farbe jedes beliebigen Produkts zu messen: Feststoffe, Pulver oder Flüssigkeiten. Farbe ist ein durch das menschliche Auge vermittelter Sinneseindruck und daher eine subjektive Größe. Aus diesem Grund bleibt die visuelle Farbbestimmung immer ungenau und schlecht reproduzierbar. Die Farbmetrik hingegen bietet die Möglichkeit, Farben auf der Grundlage international definierter Normen objektiv zu bestimmen und zu kontrollieren. Die Farbmetrik Bild 1: Farbraum Im Farbraum werden alle Farben eines Farbmodells, die durch eine farbgebende Methode tatsächlich ausgegeben werden können, dargestellt. 36 PC & Industrie 5/2023

Qualitätssicherung Bild 2: Vier Messköpfe auf Linearschienen eines Systems von ColorLite tasten das Stahlband ab erfüllt die Aufgabe, die Farbreize des reflektierten Lichts eines beleuchteten Körpers mit Hilfe von Zahlen zu bestimmen. Ein Farbmesssystem besteht immer aus einer Beleuchtungsquelle und einem Spektralempfänger, die Winkelanordnung zwischen diesen beiden Komponenten wird durch die Messgeometrie beschrieben. Die spektrale Lichtverteilung der Probe wird mit einem Normlicht und mit drei Farbreizfunktionen des Auges gewichtet. Je nach ihrer Fähigkeit, elektromagnetische Strahlung in Informationen umzuwandeln, werden drei Zapfenzellen unterschieden, die jeweils rot-, grün- oder blauempfindlich sind. Dies führt dazu, dass eine Farbe mit drei Variablen X, Y und Z beschrieben wird. Für die meisten Anwendungen möchte man keine absoluten Werte, sondern Farbabweichungen bestimmen. Zu diesem Zweck hat die internationale Beleuchtungskommission CIE 1976 das Farbsystem L*a*b* oder CIELAB definiert. Die Helligkeit der Probe wird durch den L*-Wert, die a*- und b*-Werte beschreiben die jeweiligen Farbkoordinaten Rot - Grün und Blau - Gelb. Die Differenz zwischen diesen drei Werten wird zur Berechnung der Gesamt- Farbabweichung zweier Proben mit einem absoluten Wert delta-E verwendet. Bild 1 zeigt den Farbraum. Die oben beschriebene spektrale Farbmesstechnik ist eine weit verbreitete Methode zur Sicherstellung der Farbe als Qualitätsmerkmal. Diese Technik ist nicht zu verwechseln mit der in der Industrie verwendeten Technik zur Identifizierung von Produkten, bei der lediglich unterschiedliche Farben, z. B. rot oder gelb, unterschieden werden. Die industrielle Farbmesstechnik zur Qualitätskontrolle stellt wesentlich höhere Anforderungen an die Technik. Vorteile von Inline Farbmesstechnik Bedingt durch unterschiedliche örtliche Gegebenheiten und Beschaffenheit der Produkte können verschiedene Messverfahren zur Anwendung kommen. Bei der Inline-Messung wird die Messeinheit direkt über der Produktionsstraße platziert. Diese Möglichkeit erfordert z. B. einen ruhigen Bandlauf. Sind die Bedingungen nicht so ideal, sind auch Online- Systeme möglich. In diesem Fall wird ein Bypass mit einer kleinen Produktmenge am Band vorbeigeführt und auf diesem Abzweig gemessen. Automatisierte Messung Durch eine hohe Anzahl von Messungen lassen sich aus dem Durchschnitt viel genauere Werte und Trends ermitteln als aus Einzelmessungen. Auch die Tatsache, dass die Messung automatisiert ist, verringert die Wahrscheinlichkeit von Messfehlern. Das bedeutet, dass die Inline-bzw. Online-Messung genauer und zuverlässiger sein kann als die Messung von Proben im Labor, indem einige Proben, wie z. B. Granulat, vor der Messung aufwändig vorbereitet werden müssen, was eine zusätzliche Messunsicherheit bedeutet. Dokumentation Ein sehr wertvoller Vorteil ist natürlich die Tatsache, dass die Farbe der gesamten Produktion mit Inline-Messtechnik dokumentiert werden kann. So lassen sich auch Abweichungen erkennen, die nur temporär während der Produktion auftreten. Insbesondere im Bereich des Recyclings, wo die Farbe des Eingangsmaterials variiert, gewinnt die Inline-Messtechnik immer mehr an Bedeutung. Bei der herkömmlichen Offline- Farbmessung muss die Probe meist an einem anderen Ort gemessen werden. Während dieser Zeit läuft die Produktion weiter. Bei einer Abweichung kann erst nach längerer Zeit eine Reaktion erfolgen, mit den entsprechenden Konsequenzen. Kombinierter Einsatz Wird die Inline-Messtechnik in Kombination mit einer Rezeptursoftware und einem Dosiersystem eingesetzt, gewinnt diese Technologie noch mehr an Wert. In einem Regelkreis können die Zielfarben schon nach kurzer Zeit erreicht werden. Die Inline-Rezeptursoftware errechnet anhand von Kalibrierungsreihen automatisch, aus welchen Grundfarben die gewünschte Farbe erreicht wird und welche Korrekturen dann normalerweise notwendig sind. Die laufende Produktion wird überwacht, und eine Anpassung der Rezeptur ist kontinuierlich gegeben. Ausschluss möglicher Einflüsse In Produktionsbetrieben kann theoretisch rund um die Uhr, sieben Tage die Woche, produziert werden. Dementsprechend hoch sind die Anforderungen an die Robustheit und Langlebigkeit der Messtechnik. Für die kontinuierliche Messung über lange Zeiträume ist zudem eine automatische Kalibrierung wichtig, damit Veränderungen durch Temperaturschwankungen oder andere Umwelteinflüsse die Messwerte nicht beeinflussen. Im Gegensatz zur Offline-Messung, bei der die Probe normalerweise die Messgeräte berührt, gibt es bei der Prozessmessung keinen Kontakt. Daher müssen Umgebungslicht und Abstandsschwankungen berücksichtigt werden. Ersteres wird durch Messung des Umgebungslichts - zwischen zwei Blitzen, mit denen die Probe beleuchtet wird - ermittelt. Schwankungen im Messabstand sollten möglichst vermieden werden. Ist dies nicht möglich, können die Abweichungen durch Messung des Abstands kompensiert werden. Es ist jedoch besser, wenn der Messkopf automatisch auf den Probenabstand eingestellt wird. Bild 3: Messung von Kunststoff-Folien mit traversierendem Messkopf PC & Industrie 5/2023 37

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