In dit artikel wordt de theorie en werking achter een kleursensor behandeld. We zullen hierin stilstaan bij: wat kleur is, hoe een kleurmeting werkt, een aantal industriële toepassingen met kleurmeting uitlichten en tot slot een overzicht geven van de oplossingen die Sensor Partners hierin biedt.
Wat is kleur?
Kleur is een eigenschap van golflengtes waaruit licht is samengesteld. Het menselijk oog kan kleur waarnemen met een golflengte tussen de 750 en 400 nanometer. Alle golflengtes samen worden het spectrum genoemd. Hiervan kan de mens slechts een klein deel zien.
Kleur wordt gegenereerd wanneer objecten worden verlicht door elektromagnetische straling in een golflengtegebied tussen 350 nm en 750 nm. Dit gebied is voor de mens met het blote oog waar te nemen. De straling met een golflengte van minder dan 350 nm wordt UV-straling genoemd, straling met een golflengte van meer dan 750 nm wordt infraroodstraling genoemd. Deze delen van het spectrum zijn voor het menselijke oog niet te zien.
Hoe werkt een kleurmeting?
Om kleur te kunnen waarnemen met een sensor is er licht nodig. Als er geen licht aanwezig is, zijn kleuren niet te onderscheiden en is alles zwart. Kleursensoren die worden ingezet voor de detectie van kleur zijn daarom uitgerust met een (geïntegreerde) lichtbron. Deze lichtbron zorgt ervoor dat objecten altijd op dezelfde wijze worden belicht waardoor de gemeten kleurwaarde altijd consistent is.
Stapsgewijs wordt een kleurmeting als volgt gedaan door de kleursensor (ook wel spectrofotometer):
1. Belichting van het meetdoel
2. Ontvangen reflectie
Het te meten object dient ten eerste op een consistente wijze belicht te worden. De sensor doet dit met behulp van een (geïntegreerde) lichtbron die een lichtbundel uitzendt naar het object. Dit uitgezonden licht zorgt ervoor dat de kleur van het object optimaal meetbaar wordt gemaakt voor de sensor, omdat een afwijking in de belichting kan zorgen voor afwijkende kleurwaarden.
De uitgezonden lichtbundel zorgt er voor dat het object (en de kleur ervan) reflecteert en daarmee input levert voor de kleursensor. Het opvangen van de reflectie gaat met behulp van het optiek van de sensor. Dit is een speciale lens die verschillend is per toepassingsgebied en het ontvangen licht doet schijnen op de interne kleursensor.
3. Verwerken reflectie
4. Weergave kleurwaarde
Het weerkaatste licht van het object komt aan bij de interne kleursensor die dit kan verwerken. De interne kleursensor meet de kleurwaarden van het ontvangen licht. De meetgegevens van deze waarden worden vervolgens geëvalueerd en met behulp van (spectrale) gevoeligheidsfuncties verwerkt tot uiteindelijke kleurwaarden.
Wanneer de gemeten waarden van het ontvangen licht zijn vertaald tot kleurwaarden kan deze worden weergegeven aan de gebruiker of gecommuniceerd worden aan het systeem waarin de sensor opereert. De weergave van de gemeten kleurwaarde is mogelijk in verschillende manieren zoals L*a*b*, XYZ en RGB.
Industriële toepassingen voor kleursensoren
Door o.a. verschillende soorten optieken is het mogelijk om kleurmetingen uit te voeren in een verscheidenheid aan toepassingen. Hieronder volgen er een aantal waarin de kleursensor goed tot zijn recht komt.
Gekleurd plastic of metalen onderdelen
Plastic folies
Smalle plastic tubes
Kleurverschil detecteren in productie
Het detecteren of meten van glanzende objecten of bijvoorbeeld gekleurd plastic en metaal kan een uitdaging zijn. Met behulp van een inclinatiehoek van 45° en een diffuse lichtbundel over een groter meetbereik, is dit toch mogelijk. Dit stelt een sensor in staat om kleuren van objecten met allerlei vormen en glanzende oppervlakten te meten of detecteren.
De uitdaging hierbij is dat je door de folie heen kan kijken. Door het onderdrukken van de glans en het plaatsen van een witte achtergrond kan dit gerealiseerd worden. Hierdoor kan er in een productieomgeving de kwaliteit van folie gemeten worden en kunnen eventuele fouten in de opdruk gedetecteerd worden.
Bij een kleurenmeting wordt gewerkt met een lichtspot. Deze spot moet groot genoeg zijn voor een betrouwbare meting. Objecten met een diameter van slechts 1-2 mm kunnen worden gemeten met behulp van verschillende optieken. Deze zorgen voor een gefocuste lichtstraal en daarmee een zeer kleine lichtspots (⌀ 0.3 mm). Op deze manier is een kleurmeting mogelijk op een relatief klein object.
Wanneer je aluminium anodiseert bepaalt de chemische samenstelling de uiteindelijke kleur. Door de kleurwaarde te meten kan de consistentie van het eindproduct worden bewaakt. Maar denk ook aan drukwerk, tapijt, cosmetica, voeding, verf, etc. Alles waar kleur wordt samengesteld.
Geglazuurde (vloer) tegels en dakpannen
Papier
Glazen coating
Laminaat
Door het glanzende oppervlak maximaal te onderdrukken en een grote meetspot te gebruiken tegen de onregelmatigheden van het oppervlak kan een betrouwbare kleurmeting worden gerealiseerd.
De kleur van verpakkingsmateriaal moet direct na het kleuren van de (papier)rol worden gemeten. Een kleurensensor kan ook de kleur van verschillende soorten papier meten.
Met een schuine montage(hoek) van meerdere sensoren met diffuus licht kan ook de kleur van een glazen coating worden gemeten. Meerdere montagehoeken zijn mogelijk.
Ook de kleurwaarden van laminaat kan gemeten worden met behulp van o.a. een grotere meetspot om de kleurkwaliteit in de meubelindustrie te waarborgen. Het obstakel van het glanzend oppervlak is daarmee overbrugd.
