Entwicklung eines scannenden Farbsensorsystems

Abstract

In zahlreichen industriellen Anwendungen kommt die objektive Farbmessung als Mittel zur Qualitätssicherung zum Einsatz. Entsprechende Sensoren sind in der Lage, Farbproben punktweise zu vermessen. Je nach vorliegender Messgeometrie bedarf es einem Kontakt zum Messobjekt, oder, im Falle berührungsloser Messsysteme, einer präzisen Ausrichtung zwischen Sensor, Beleuchtung und Prüfling. Dies bedeutet, dass in einem automatisierten Prozess einerseits das Risiko bestehen kann die Oberfläche der Farbprobe durch die Messung zu beschädigen, andererseits kann zusätzliche Sensorik nötig sein, um eine genaue Positionierung des Messobjekts gewährleisten zu können. In beiden Fällen ist zur flächigen Messung einer Farbprobe eine laterale Verschiebung des Sensors oder der Probe selbst nötig. Eine solche Repositionierung hat eine Erhöhung der Messdauer zur Folge, welche sich wiederum negativ auf die Durchlaufzeit eines Werkstücks im Produktionsprozess auswirkt. Aufgrund der angesprochenen Probleme befasst sich diese Arbeit mit der Entwicklung eines scannenden Farbsensorsystems, welches weder die laterale Repositionierung des Sensors noch des Werkstücks selbst benötigt, um die Oberfläche des Messobjekts zu scannen. Hierzu wird ein kommerziell erhältlicher Farbsensor um einen Kippspiegel zur optischen Pfadablenkung erweitert. Anhand der zusätzlichen Messdaten werden entwickelte Algorithmen vorgestellt, mit deren Hilfe es möglich ist, ohne weitere Sensorik, sowohl den optimalen Messabstand als auch den optimalen Messwinkel zu bestimmen. Es wird gezeigt, dass anhand dieser Informationen auch Rückschlüsse über den Glanz der Farbprobe getroffen werden können.

Numerous industrial applications use objective colour measurement for quality assurance. Such sensors are able to measure colour samples pointwise. Depending on the measurement geometry used, contact with the measuring object may be necessary. In an automated process, this means there is a risk to damage the surface of the colour sample by the measuring system. In case of a non-contact measuring system, a precise alignment between the sensor, the illumination and the test object is required. To ensure an accurate positioning of the measurement object, additional sensors may be needed. In both cases, the areal measurement of a colour sample requires a lateral displacement of the sensor or the sample itself. Such a repositioning results in an increase in the measuring time, which has a negative effect on the achievable throughput of a work-piece in the production process. Due to the mentioned problems, this work deals with the development of a scanning colour sensor system, which does not require a lateral repositioning of the sensor or the work-piece itself. For this purpose, a commercially available colour sensor is extended by a fast steering mirror for optical path deflection. Based on the additional measurement data, developed algorithms are presented, which make it possible to determine the optimal measuring distance as well as the optimal measuring angle without any additional sensors. It is shown that this information can be used to determine the gloss of the colour sample.