Bild 1: Der optische Eindruck eines Produktes beruht meist auf mehr als nur seiner Farbe, die mit einem Spektralphotometer genau bestimmt werden kann: Glanz, Textur, Transparenz und Effektpigmente spielen zunehmend eine Rolle, sind aber viel schwieriger zu bestimmen. (Bildquelle: X-Rite)

Bild 1: Der optische Eindruck eines Produktes beruht meist auf mehr als nur seiner Farbe, die mit einem Spektralphotometer genau bestimmt werden kann: Glanz, Textur, Transparenz und Effektpigmente spielen zunehmend eine Rolle, sind aber viel schwieriger zu bestimmen. (Bildquelle: X-Rite)

Früher war man bei der Qualitätskontrolle einer Metallic-Lackierung oder Beschichtungen mit mehrfarbigen Sparkle-Effekten auf die visuelle Begutachtung mit dem menschlichen Auge angewiesen. Die visuelle Begutachtung spielt immer noch eine wichtige Rolle bei der Qualitätskontrolle, ist jedoch subjektiv und fehleranfällig. Neue Messtechniken ermöglichen einen besseren Ansatz: die quantitative Pass/Fail-Analyse mit einem Mehrwinkel-Spektralphotometer in Verbindung mit speziellen Bildanalyseverfahren. Diese Möglichkeiten zur präzisen Charakterisierung und Kontrolle von Effektlackierungen und -Finishes vermindern den Ausschuss und beschleunigen den gesamten Prozess vom Produktdesign bis zur Fertigung. Was aber ist eigentlich unter dem „optischen Eindruck“ zu verstehen?

Einfache Farbmessung reicht nicht aus

Zur quantitativen Analyse des Erscheinungsbildes beziehungsweise der optischen Wirkung eines Produkts (engl. appearance) ist mehr als nur eine einfache Farbmessung mit einem Spektralphotometer notwendig. Vielmehr müssen auch Faktoren wie Textur, Glanz, Transparenz und Spezialeffekte berücksichtigt werden. Denn jeder Faktor spielt eine Rolle und wirkt sich auf den generellen optischen Eindruck aus, der bei der Beurteilung der Qualität von Effektlackierungen zu beachten ist (großes Bild).

Bild 2: Neben seiner Farbe spielen die Oberflächenbeschaffenheit, die Umgebung, der Kontext und der Betrachter eine wichtige Rolle bei der Wahrnehmung des optischen Eindrucks von Objekten. (Bildquelle: X-Rite)

Bild 2: Neben seiner Farbe spielen die Oberflächenbeschaffenheit, die Umgebung, der Kontext und der Betrachter eine wichtige Rolle bei der Wahrnehmung des optischen Eindrucks von Objekten. (Bildquelle: X-Rite)

Dabei müssen die Oberflächenbeschaffenheit (Textur), Struktur, generelle Geometrie und Mikrooberfläche des Materials berücksichtigt werden. Ebenso wichtig ist die Umgebung, in der das betreffende Objekt betrachtet oder verwendet wird. Zu den Umgebungsfaktoren gehören die Beleuchtung, der Kontext und der Betrachter – denn sie spielen eine wichtige Rolle bei der Wahrnehmung des optischen Eindrucks von Objekten.

Wie lassen sich diese für den optischen Eindruck wichtigen Eigenschaften auf für jedermann verständliche Weise kommunizieren? Die falsche Kommunikation dieser Eigenschaften kann die Freigabezyklen verlängern, die Markteinführung hinauszögern und die Produktionskosten sowie Ausschuss und Nacharbeit erhöhen. Sie kann sich auch nachteilig auf die Zufriedenheit der Endkunden mit dem betreffenden Produkt auswirken.

Nehmen wir beispielsweise das hier abgebildete Fahrzeug. ‚Blau‘ beschreibt dieses Fahrzeug auf eine Weise, die wir verstehen können. Mit dieser Angabe können wir beispielsweise jemanden zum richtigen Fahrzeug auf einem Parkplatz lotsen. Doch viele andere Kriterien werden mit ‚Blau‘ nicht beschrieben, unter anderem:

  • wie sich die Farbe unter direkter Lichteinwirkung in Blaugrün ändert,
  • dass das Dunkelblau in den Schattenbereichen fast Schwarz wird,
  • dass eine spiegelartige Reflexion durch das Hochglanzfinish entsteht und
  • die Glitzereffekte (sparkle), die durch die Spezialeffektpigmente entstehen.
Bild 3: Die Automobilindustrie war ein Vorreiter beim Einsatz von Effektlackierungen und stand somit zuerst vor dem Problem, dass herkömmliche Spektralphotometer feinere Farbnuancen und optische Unterschiede nicht erkennen konnten. (Bildquelle: X-Rite)

Bild 3: Die Automobilindustrie war ein Vorreiter beim Einsatz von Effektlackierungen und stand somit zuerst vor dem Problem, dass herkömmliche Spektralphotometer winkelabhängige Farbnuancen und Oberflächentextur-Unterschiede nicht erkennen konnten. (Bildquelle: X-Rite)

Erkenntnisse aus der Automobilindustrie

Die Automobilindustrie war ein Vorreiter für den Einsatz von Effektlackierungen. Schon frühzeitig haben für die Qualitätssicherung verantwortliche professionelle Anwender festgestellt, dass herkömmliche Spektralphotometer – ob mit Mehrwinkel-, Kugel- oder 45°/0°-Geometrie – feinere Farbnuancen und Unterschiede im optischen Eindruck nicht erkennen konnten. Denn nicht zu vergessen: Spektralphotometer sind nur für die Farbmessung (meistens die eigentliche Materialfarbe ohne Oberflächenberücksichtigung) vorgesehen. Sie beleuchten das zu messende Objekt aus bestimmten Winkeln und messen einen bestimmten Punkt, wobei nur die Lichtreflektion in diesem Bereich erfasst und gemittelt werden. Dazu sind Spektralphotometer mit außerordentlicher Präzision und Wiederholgenauigkeit in der Lage.

Viele Effektlackierungen sollen jedoch einen spiegelartigen oder mehrfarbigen Effekt erzeugen. Weil Spektralphotometer die Farbwerte mitteln sollen und viele Effektlackierungen spiegelartige oder mehrfarbige Effekte erzeugen, stimmen die Messergebnisse möglicherweise nicht mit der Beobachtung des für die Qualitätskontrolle verantwortlichen Mitarbeiters überein.

Bild 4: Bei der Farbmessung eines Schwarzweiß-Schachbrettmusters würde ein Spektralphotometer die Werte für Schwarz und Weiß mitteln und einen Messwert für Grau anzeigen. Mit den neueren Messgeräten werden die einzelnen Farben erkannt. (Bildquelle: X-Rite)

Bild 4: Bei der Farbmessung eines Schwarzweiß-Schachbrettmusters würde ein Spektralphotometer die Werte für Schwarz und Weiß mitteln und einen Messwert für Grau anzeigen. Mit den neueren Messgeräten können die einzelnen Farben als Textur erkannt werden. (Bildquelle: X-Rite)

Bei der Farbmessung eines Schwarzweiß-Schachbrettmusters würde ein Spektralphotometer die Werte für Schwarz und Weiß mitteln und einen Messwert für Grau anzeigen. Doch für das menschliche Auge sind die schwarzen und weißen Quadrate deutlich zu erkennen. Bei dem abgebildeten Auto mit der blauen Karosserie werden die Unterschiede zwischen der Farberkennung des Spektralphotometers an einem bestimmten Punkt und der menschlichen Farbwahrnehmung bei Betrachtung des gesamten Fahrzeugs exponentiell vergrößert – insbesondere bei Änderung der Lichtverhältnisse. Diese Beobachtungen in der Automobilbranche haben Hersteller von Farbmessgeräten dazu veranlasst, nach besseren Möglichkeiten zur Quantifizierung von Effektlackierungen zu suchen.

Imaging-Spektralphotometer mit vollständiger Farbabbildung

Durch die Kombination der Spektralphotometrie mit vollständiger Farbabbildung nutzen die neuen Imaging-Spektralphotometer eine integrierte hochauflösende Farbkamera in Verbindung mit Software für die Farbanalyse der aufgenommenen Bilder. Der Messgerätehersteller X-Rite hat für diese Aufgaben im Herbst letzten Jahres zwei neue Mehrwinkel-Spektralphotometer, die Baureihen MA-T12 (mit 12 Messwinkeln) und MA-T6 (mit 6 Messwinkeln) sowie die Software Nucleos EFX QC, auf den Markt gebracht. Diese Farbmessgeräte sind weitaus funktionaler als die vor einiger Zeit zuerst auf den Markt gebrachten Schwarzweiß-Imaging-Spektralphotometer – insbesondere bei der Charakterisierung von mehrfarbigen Effekten.

Tragbarer Mehrwinkel-Spektralfotometer aus der Baureihe MA-T6/MA-T12 für die Charakterisierung von Effektlackierungen. (Bildquelle: X-Rite)

Tragbarer Mehrwinkel-Spektralfotometer aus der Baureihe MA-T6/MA-T12 für die Charakterisierung von Effektlackierungen. (Bildquelle: X-Rite)

Ein weiterer Vorteil der integrierten Farbkamera ist die Live-Ansicht des aufzunehmenden Bildbereichs. Dadurch lässt sich der zu messende Bereich ganz genau auswählen. Nach der Aufnahme können die Bilder zur Analyse und Erstellung von Berichten (Prüfpfad mit Protokollierung) oder für andere zukünftige Zwecke gespeichert werden. Das Gerät allein reicht jedoch nicht aus. Erforderlich ist auch eine Begleitsoftware, in der sich bestimmte Toleranzen für Farb- und Wirkungseigenschaften einstellen lassen. Durch eine Pass/Fail-Benachrichtigung wird der Anwender informiert, ob das Produkt alle festgelegten Toleranzen einhält. Weil problematische Bereiche erkannt werden, können die für die Rezeptierung oder Qualitätskontrolle zuständigen Mitarbeiter das Problem schneller und einfacher lösen. Diese Methode setzt neue Maßstäbe für die objektive Beurteilung von Farbe und Wirkung. Sie funktioniert sogar bei äußerst anspruchsvollen Effektlackierungen und sorgt für größere Konstanz innerhalb der Lieferkette.

Bei dem hier abgebildeten Schachbrettmuster-Beispiel werden Schwarz und Weiß immer noch gemittelt und ergeben einen Messwert für Grau. Allerdings werden die einzelnen Farben vom Imaging-Spektralphotometer erkannt. Bei dem blauen Fahrzeug werden die glänzenden, spiegelartigen Oberflächen oder die Effekte der Aluminiumpigmente von der Imaging-Komponente erkannt und präzise gemessen. Auf Pixelebene können sogar Sparkle-Gehalt und -Farbe sowie Coarseness (Rauigkeit) der Sparkles mit hoher Präzision und Wiederholgenauigkeit gemessen werden, beispielsweise bei anspruchsvollen Lackierungen wie mit Xirallic-Kristalleffektpigmenten (von Merck/Darmstadt). Die erfassten Messdaten stammen aus einer Einzelmessung mit Pass/Fail-Analyse. Anhand dieser für die Rezeptierung und Qualitätskontrolle notwendigen Daten können Probleme schneller erkannt und behoben werden.

Die neue Messtechnik

Mit Imaging-Spektralphotometern (mit Vollfarbabbildung) in Verbindung mit einer Software, die Farbmessdaten und Bilddaten auf Pixelebene verarbeiten kann, können Anwender die Messergebnisse von Effektlackierungen im Handumdrehen mit der Probe oder dem Standard vergleichen und im Rahmen einer Pass/Fail-Analyse feststellen, ob sie innerhalb des Toleranzbereichs liegen. Zur Erfüllung der Anforderungen an die Qualitätskontrolle müssen Proben die für Farbe und Erscheinungsbild Toleranzen einhalten. Im Endergebnis wird der optische Eindruck von Produkten konstanter, Ausschuss und Nacharbeit geringer und die Kundenzufriedenheit höher, sodass Effektlackierungen für eine größere Vielzahl von Produkten verwendet werden können.

Über den Autor

Tim Mouw

ist Applications Engineering & Technical Support Team Manager bei X-Rite in den USA.