Probemesstechnik für digitale Farbkommunikation

Von Ken Butts

 

Bevor permanent aktive Muster gemessen und die Ergebnisse in einer Datenbank gespeichert oder digital verschickt werden können, muss eine wiederholbare Messmethode festgelegt und überprüft werden.  Proben sollten immer mehrmals gemessen werden. Dabei empfiehlt es sich, die größte Messblende des Spektralphotometers zu verwenden, vorausgesetzt die Proben sind groß genug, den gesamten Bereich zu bedecken.  Spektralphotometer sind normalerweise mit verschiedenen Messblenden ausgestattet, um die Messung sowohl kleiner als auch großer Proben zu ermöglichen. Es sollte nach Möglichkeit jedoch immer die größte Messblende verwendet werden, um den Einfluss von ungleichmäßigen Färbungen zu minimieren.  Mit kleineren Messblenden können selbst kleinste Proben gemessen werden.  Physikalische Standards sollten so ausgelegt sein, dass die größte Messblende des Spektralphotometers verwendet werden kann, um die Wiederholbarkeit der digitalen Farbdaten zu verbessern.  Für Proben, die mit kleinen Messblenden gemessen werden, müssen Mehrfachmessungen angesetzt werden, um Messfehler gering zu halten.  Nachdem eine geeignete Messmethode festgelegt wurde, müssen die Details klar und deutlich weitergeleitet werden, sowohl intern als auch in der gesamten Lieferkette.

 

 

Probendicke

 

Zwei bis vier Lagen sollten bei den meisten Strick- oder Webmaterialien ausreichen, um eine lichtundurchlässige Probe zur Verwendung auf dem Instrument zu erhalten.  Wenn das Licht unerwünschterweise die Probe durchdringt, wird es vom Hintergrundmaterial oder dem Probenhalter reflektiert, was zu fehlerhaften Reflexionsdaten führt.  Tabelle 1 enthält elf von 40 Baumwoll-Popeline-Proben, die mit vier Lagen und dann erneut mit zwei Lagen gemessen wurden, um den Lichteffekt zu bestimmen. Diese elf Proben weisen einen höheren Farbunterschied als 0,15 DE CMC (2:1) auf.  Diese Proben sollten also unter Verwendung von vier Lagen gemessen werden, da ihre digitalen Daten andernfalls durch die Farbe des Probenhalters oder des Hintergrundmaterials verzerrt werden.  Um Fehler zu vermeiden und Zeit und Arbeitsaufwand einzusparen, sollten die meisten Proben mit vier Lagen gemessen werden, auch wenn sie schon bei zwei Lagen lichtundurchlässig wären.

 

Probe

DE CMC (2:1) D65/10
10 Rot 0,18
12 Orange 0,18
13 Hellorange 0,31
15 Hellbraun 0,19
16 Beige 0,31
17 Mittelgelb 0,56
18 Dunkelgelb 0,25
20 Mintgrün 0,21
24 Hellgrün 0,26
37 Mittelgrau 0,17
40 Creme 1,07

 

Tabelle 1. Farbunterschiede bei lichtdurchlässigen Proben

 

Bei leichten und durchsichtigen Materialien werden oft so viele Lagen benötigt, bis sie kein Licht mehr durchlassen. Hierdurch wird das Material bei der Messung ins Innere des Instruments gedrückt, was eine ungenaue Reflexionsmessung verursacht.  Bei dieser Art von Material können wiederholbare Ergebnisse erzielt werden, wenn einige wenige Materiallagen mit einer weißen Keramikkachel hinterlegt werden, die der Kalibrierungskachel des Instruments ähnelt.  Der Anteil der Reflexion, der durch die Hintergrundfarbe entsteht, fällt später beim Vergleich zweier Proben nicht ins Gewicht, weil beide mit demselben Hintergrund gemessen wurden.

 

Probenpositionierung

 

Die Probendrehung und Neupositionierung vermindert Messschwankungen durch den Aufbau des Stoffs, der Laufrichtung von Garnen und ungleichmäßigen Färbungen.  Bei der Probenmessung ist es eine gängige Praxis, die Probe in die Öffnung des Instruments zu legen und dann einfach die Probe über vier oder mehr Messungen zu drehen.  Diese Methode ermöglicht zwar schnelle Messungen, verhindert aber keine Schwankungen, die aufgrund von ungleichmäßiger Färbung entstehen. Sie sollte deshalb nicht verwendet werden.  Besser ist es, die Probe vom Instrument zu nehmen und zwischen den einzelnen Messungen neu zu falten oder neu zu positionieren.  Außerdem sollte darauf geachtet werden, dass Probenbereiche ausgelassen werden, die durch Schmutz, Fingerabdrücke, Falten, Farbflecke oder anderen Substanzen kontaminiert sind.

 

Entwicklung einer wiederholbaren Methode

 

Eine optimale Messmethode besteht dann, wenn eine Probe gemessen, vom Instrument entfernt wird und dann wiederholt gemessen werden kann, ohne dass Schwankungen von mehr als 0,15 DE CMC (2:1) auftreten.  Durch höhere Schwankungen wird die Qualität der Daten beeinträchtigt und Aussagen zur Farbabstimmung werden ungenau.

 

Die Frage, wie viele Messwiederholungen durchgeführt werden sollten, lässt sich am besten beantworten, indem für eine Probe zuerst ein Durchschnittsergebnis mithilfe von acht Messungen ermittelt wird. Dabei wird die Probe nach jeder Messung gedreht und neu positioniert.  Obwohl diese Methode nicht für das Alltagsgeschäft geeignet ist, kann so das am besten wiederholbare Ergebnis produziert werden.  Die Probe wird entfernt und dann mit derselben Methode erneut gemessen – insgesamt achtmal mit Drehung und neuer Positionierung.  Der Farbunterschied zwischen diesen beiden Durchschnitten sollte sehr gering sein.  Die Probe wird entfernt und dann erneut gemessen, diesmal jedoch nur mit sieben Wiederholungen samt Drehung und neuer Positionierung.  Dieser Prozess wird mit sechs, fünf, vier, drei und schließlich zwei Messungen wiederholt.  Wurde zwischen jedem Test die Farbabweichung festgehalten und die Originalprobe achtmal gemessen, kann der Punkt bestimmt werden, an dem DE CMC (2:1) die festgelegte Grenze von 0,15 übersteigt.  Ein Beispiel: Wenn DE CMC (2:1) bei der Probe mit vier Wiederholungen 0,08 beträgt und DE CMC (2:1) bei der Probe mit drei Wiederholungen 0,21 beträgt, sollten Proben viermal gemessen werden, um sicherzugehen, dass eine Schwankung von weniger als 0,15 DE CMC (2:1) auftritt.  Nachdem die korrekte Anzahl der Wiederholungen bestimmt wurde, wird die Probe mindestens vier weitere Male mit der benötigten Anzahl an Wiederholungen gemessen, um zu bestätigen, dass bei allen Wiederholungen weniger als 0,15 DE CMC (2:1) vorliegen.  Wenn bei einer Messung ein Wert über 0,15 DE herauskommt, muss die Methode angepasst werden, indem entweder die Probenpositionierung verändert wird oder mehr Wiederholungen verwendet werden.

 

Bewertung der Wiederholbarkeit von Messungen

 

Es mag als sehr zeitintensiv erscheinen, eine Messung dreimal oder häufiger durchzuführen. Nimmt man sich jedoch anfangs die Zeit dafür, werden die Messungen später genauer und die Farbunterschiede lassen sich zuverlässiger bestimmen, wenn Standards und Muster verglichen werden und die digitalen Farbdaten versendet werden müssen.  Die Messgeschwindigkeit von modernen Spektralphotometern ist außerdem so hoch, dass die zusätzlichen Messungen nur wenige Sekunden in Anspruch nehmen.  Die folgenden Tabellen enthalten Informationen zu typischen Messschwankungen, die bei der wiederholten Messung verschiedener Stoffarten zu erwarten sind.

 

Probe

Schwankung bei vier Wiederholungen Schwankung bei zwei Wiederholungen
1 Hellrot 0,08 0,12
2 Pink 0,03 0,02
3 Hellrot 0,03 0,10
4 Burgunderrot 0,07 0,05
5 Signalrot 0,02 0,19
6 Kirschrot 0,03 0,31
7 Melone 0,05 0,21
8 Hellrosa 0,03 0,13
9 Pfirsich 0,03 0,05
10 Rot 0,04 0,42
11 Dunkelorange 0,04 0,09
12 Orange 0,02 0,09
13 Hellorange 0,02 0,16
14 Dunkelbraun 0,03 0,09
15 Hellbraun 0,04 0,11
16 Beige 0,02 0,06
17 Mittelgelb 0,05 0,05
18 Dunkelgelb 0,01 0,09
19 Limette 0,02 0,14
20 Mintgrün 0,01 0,12
21 Dunkelgrün 0,03 0,14
22 Mittelgrün 0,01 0,09
23 Mittelgrau 0,07 0,11
24 Hellgrün 0,01 0,37
25 Jadegrün 0,01 0,38
26 Mittelblau 0,01 0,05
27 Mittelblau 0,05 0,36
28 Hellblau 0,01 0,10
29 dunkles Marineblau 0,05 0,17
30 Marineblau 0,01 0,44
31 Dunkelblau 0,01 0,03
32 Braun 0,02 0,81
33 Violett 0,01 0,11
34 Hellviolett 0,02 0,18
35 Pink 0,03 0,04
36 Fuchsia 0,05 0,02
37 Mittelgrau 0,03 0,24
38 Schwarz 0,01 0,16
39 Blassbraun 0,01 0,04
40 Creme 0,02 0,04
     
Mittelwert 0,03 0,16
Max. 0,08 0,81
>0,15 0 13

 

Tabelle 2.  Messschwankungen bei Vier- und Zweifachmessmethoden

 

Tabelle 2 enthält die Farbunterschiede DE CMC (2:1) in D65/10, die auftraten, als mehrere Messungen mit Vier- und Zweifachmessmethoden mit einer großen Messblende von 30 mm durchgeführt wurden.  Die Proben wurden in vier Lagen übereinandergelegt, um Lichtundurchlässigkeit zu gewährleisten, und wurden dann zwischen den Messungen neu positioniert und um 90° gedreht.  Dreizehn der vierzig geprüften Proben wiesen größere Schwankungen als 0,15 DE CMC (2:1) auf, wenn die Zweifachmessmethode angewendet wurde.  Die durchschnittliche Wiederholbarkeit für die Vierfachmessmethode lag bei 0,03 mit einem Maximum von 0,08, während bei der Zweifachmessung der Durchschnitt bei 0,16 und das Maximum bei 0,81 lag.  Daraus lässt sich schließen, dass digitale Farbdaten, die mit der Zweifachmessmethode generiert werden, auch bei der Verwendung einer großen Messblende nicht zuverlässig sind.

 

Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse von Messungen verschiedener Stoffarten mit einer mittleren Messblende (MAV) von 20 mm und einer kleine Messblende (SAV) von 9 mm.  Dieselbe Probe wurde dann erneut mithilfe von Vierfach-, Dreifach- und Zweifachmessung gemessen und mit dem Standard verglichen, so konnten die entsprechenden aufgelisteten DE CMC (2:1) erstellt werden  Außer der Cordprobe wurden alle Proben mit zwei Lagen gemessen, zwischen den Messungen neu positioniert und um 90° gedreht.  Die Werte entsprechend DE CMC (2:1) repräsentieren den beobachteten maximalen Farbunterschied bei mehreren wiederholten Messungen der verschiedenen Stoffe. Es wurden jedoch auch niedrigere Werte erzielt.  Spalten mit einem Bindestrich (-) zeigen an, dass keine Prüfung durchgeführt wurde, da die Ergebnisse der höheren Anzahlen an Messungen bereits inakzeptabel waren.  Für jedes geprüfte Material muss die korrekte Anzahl an durchgeführten Messungen immer Messabweichungen von weniger als 0,15 DE CMC (2:1) ergeben.

 

MAV:  20 mm                            SAV:  9 mm

Stoffart 4 3 2   4 3 2
Köper, Leinwand, Krepp, Popeline 0,03 0,10 0,10   0,05 0,12 0,11
Satin, Taft 0,07 0,07 0,09   0,11 0,12 0,20
Seersucker, Piqué, Ripstop 0,09 0,10 0,13   0,07 0,10 0,18
Gebürstetes Frottee, angeraut (kein Fleece) 0,04 0,07 0,07   0,14 0,17 0,23
Cord 0,13 0,31 0,64   0,55
Interlock, Piqué, Jersey 0,12 0,11 0,16   0,14 0,13 0,20
Thermo, Feinripp 0,05 0,12 0,13   0,07 0,18 0,24
Ajour 0,17 0,20 0,23   0,60
Noppenstrick, Plissee 0,03 0,07 0,07   0,04 0,27 0,20
Fleece (gebürstet/angeraute Seite) 0,11 0,12 0,19   0,15 0,40 0,46
Chenille, Samt 0,08 0,11 0,12   0,56
Mesh 0,03 0,07 0,12   0,14 0,21 0,35
Grobmaschige/verschiedenfarbige Rippung 0,20 0,30 0,51   0,30 0,68

 

Tabelle 3.  Messschwankungen für verschiedene Stoffarten

 

Durch den Einsatz einer größeren Messblende wie z. B. einer Messblende mit 30 mm werden aufgrund des deutlich vergrößerten Messbereichs geringere DE CMC (2:1) Werte erreicht.  Große Messblenden können bei zwei oder mehr Lagen jedoch nur zur Messung großer Proben eingesetzt werden, die die Öffnung vollständig abdecken. Bei lichtundurchlässigen Stoffen können bei einer Lage hingegen verwertbare Resultate erzielt werden.

 

Wenn keine wiederholbare Messtechnik festgelegt wird, kann dies zu einem hohen Fehlerrisiko für alle Aspekte der Farbentwicklung und -kommunikation führen.  Zu einer wiederholbaren Messtechnik gehören die genaue Angabe der Anzahl von Lagen des verwendeten Stoffes, die Positionierung der Proben, die Anzahl der durchzuführenden Messungen, die Geräteeinstellungen und die effektive Kommunikation mit den Systembetreibern.  Wenn die Qualität der Messtechnik nicht eingehend geprüft und bestätigt wird, können über die gesamte Lebensdauer des Programms hinweg Fehler auftreten.  Die obigen Tabellen können als Leitfaden für die Anzahl an Messungen herangezogen werden, die für die meisten Stoffe zum Erreichen wiederholbarer Resultate erforderlich ist. Es wird jedoch empfohlen, dass die Systembenutzer ihre jeweiligen Stoffe selbst bewerten und so die Eignung der festgelegten Messtechnik überprüfen.