Farbsystem bei Farbsensoren

[Stoffwechsel]

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Guten Tag.

für eine neue QS-Maßnahme in der Produktion will ich einen Farbsensor zur Prüfung von Farbveränderungen an Kunststoffspritzteilen einsetzen. Bei der Recherche nach geeigneten Sensoren ist mir aufgefallen, dass einige Hersteller mit „empfindungsgemäßen“ Farbsystemen werben. So wie ich das verstanden habe, soll z.B. gerade das am weitesten verbreitete RGB-Farbsysteme nicht geeignet sein, Farben nach „menschlichem Empfinden“ zu erkennen. Das kann ich aber nicht richtig glauben. Ich hatte immer angenommen, dass unser Auge auch nach dem RGB-Prinzip funktioniert. Also muss doch ein Farbsensor mit RGB-System genau richtig funktionieren? Oder etwa nicht? Weiß evtl. jemand, was hinter den „empfindungsgemäßen“ Farbsystemen steckt? Ist das nur Werbung oder gibt es wirklich einen technischen Vorteil?

Für ein paar Hinweise wäre ich Euch dankbar.

 

[Blockmove]

Meine Erfahrung mit solchen Systemen:
Egal was im Prospekt steht, es hilft nur testen.
Das Problem ist, dass Farbnuancen von Auge sehr gut unterschieden werden können.
Erkennungssyteme tun sich damit sehr schwer damit. Vorallem bei "schleichenden" Vorgängen.
Wie gesagt vor Ort testen.

Gruß
Dieter

 

[rheumakay]

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..das sehe ich auch so
am besten kontakt mit dem entsprechenden außendienstler aufnehmen
und ein testgerät ordern, das ist sehr wahrscheinlich für 3Wochen oder so kostenfrei

 

[Drucky89]

Weiß evtl. jemand, was hinter den „empfindungsgemäßen“ Farbsystemen steckt? Ist das nur Werbung oder gibt es wirklich einen technischen Vorteil?

Auch wenn immer Werbung im Spiel ist - eine "empfindungsgemäße" Farbverarbeitung hat auf jeden Fall einen technischen Nutzen. Um dies zu verstehen, muss man sich aber etwas näher mit der Farbmetrik und insbesondere mit der höheren Farbmetrik befassen. Der RGB-Ansatz beim menschlichen Auge ist zwar nicht falsch, beschreibt aber im Grunde nur den "sensorischen Teil" der Farbwahrnehmung. Die Farbempfindung wird im Gehirn ausgelöst. Und diese ist - vereinfacht gesagt - nicht linear. Durch eine Farbraumtransformation der RGB-Signale (in der Farbmetrik: XYZ) in empfindungsgemäße Farbkoordinaten wird die Farbwahrnehmung des Menschen näherungsweise nachempfunden. Hierzu hat die internationale Beleuchtungskommission (CIE) verschiedene Vorschläge gemacht. Bekannt sind bspw. die Transformationen nach CIE 1976 (siehe auch http://cie.co.at/index.php?i_ca_id=485).
Hersteller von Farbsensoren verwenden für die empfindungsgemäße Eigenschaft übrigens häufig synonyme Begriffe wie „gleichabständig“, „empfindungsgerecht“, „wahrnehmungsgerecht“, „perzeptiv“ oder „natürlich“ bzw. deren englische Entsprechungen (vgl. z.B. http://www.astech.de/german/cromlaview_cr200_d.html).

 

[Stoffwechsel]

@Drucky89
Danke für die Ausführungen. Ich werde mir das ansehen. Das Thema scheint ja doch etwas komplexer zu sein.

@Blockmove, @rheumakay
Ein Test wäre eine gute Idee. Habt Ihr positive Erfahrungen mit bestimmten Lieferanten?

 

[rheumakay]

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Di-soric
&
Keyence

 

[Larry Laffer]

Keyence als möglichen Lieferanden kann ich bestätigen (Di-Soric, Sick nicht unbedingt). Allerdings sollten auch da die Farbunterschiede schon deutlich erkennbar sein und/oder der Sache durch entsprechende Beleuchtung (Farbe derselben) noch zusätzlich auf die Sprünge geholfen werden ...

Gruß
Larry

 

[Drucky89]

Bei Keyence und Sick bleibt zu bedenken: Deren Farbsensoren arbeiten NICHT "perzeptiv". Insbesondere die Geräte von Keyence arbeiten mit RGB-Beleuchtung. Die spektrale Intensitätsverteilung von RGB-LEDs zur Beleuchtung entspricht nicht den Normspektralvertkurven, die Voraussetzung für die Transformation nach CIE 1976 sind. Die Sensoren von Sick machen keine Transformation.
di-soric hat entsprechende perzeptive Sensoren (Hinweis: ASTECH ist der Originalhersteller der di-soric Farbsensoren).

 

[Drucky89]

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Lieferanden

Lieferanten

 

[Stoffwechsel]

Danke euch allen für die Tipps!
Vertriebler von di-soric sind bei uns öfter im Hause. Werde dort mal anfragen. Obwohl der Hinweis auf ASTECH als Originalhersteller noch nützlich sein könnnte (Preisgestaltung ).

 

[Stoffwechsel]

Hat jemand evtl. passende Literaturempfehlungen zum Thema Farbmetrik?

 

[rheumakay]

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http://de.wikipedia.org/wiki/Farbmetrik
-> Literatur

 

[Stoffwechsel]

@rheumakay
Danke. Den Beitrag im WIKIPEDIA hatte ich schon gesichtet. Die Darstellungen sind eher knapp und zum Farbempfinden sagt der Beitrag nicht viel. Die angegebene Literatur (alles Bücher) ist für mich aucht nicht einfach beschaffbar.
Ich suche eher ein paar interessante (und leicht verständliche) Ausführungen im Internet.

 

[Drucky89]

Google -> "perzeptive farbverarbeitung" oder "höhere farbmetrik". Du erhälst einschlägige Seiten zur Thematik.

 

[cmm1808]

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Hallo Soffwechsel,

was soll eigentlich erkannt werden?
- Unterschiedliche Farben gegeneinander (Rot, Grün...)?
- Farbveränderungen innerhalb einer Charge; Farbort?

Ich habe die Erfahrung gemacht, dass mann innerhalb einer laufenden Charge (Produkt A) relativ gut Farbveränderungen mit RGB basierten Systemen erkennen kann. Wird dann aber z.B. zwei Wochen später Produkt A wieder produziert, kann es zu einer sehr hohen Ausschußquote kommen, obwohl doch alle zu prüfenden Teile gleich aussehen.

Und das ist genau das Problem. Der Batch für Produkt A ist nicht genau gleich wie zwei Wochen zuvor (z.B. leichte Helligkeitsunterschiede oder Gelb weist eine leichte Verschiebung nach Grün auf, ...)
Für den Betrachter aber sind diese Unterschiede mit dem bloßen Auge nicht erkennbar.

Das führt dann dazu, dass bei jedem Chargenwechsel die Parameter des Erkennungssystems nachgestellt werden müssen. Es gibt somit keinen festen Standard.

Ein Tip noch: lass Dir auf jeden Fall von Eurer QS Grenzmuster anfertigen, mit denen Du das Erkennungssystem einstellst.

Mein Fazit ist, und dies wird so bei uns umgesetzt, Farbveränderungen innerhalb einer Charge wollen wir nur anhand von Grenzmustern erkennen, die auch dem menschlichen Auge auffallen.

Damit wäre ich schon beim nächsten Thema:
Wann erkennt der Mensch eine Farbabweichung.
Um dies festzulegen reicht das RGB Modell nicht aus.
Hier wird vor allem das sogenannte LAB-Modell (Farbort) herangezugen, siehe Anhang.
Dieses kommt der menschlichen Empfindung sehr nah.
Das Modell berechnet einen Farbabstand mit Hilfe der Bestimmung des Farbortes innehalb des Modells.
Der Abstand wird als Delta E bezeichnet.
Ab einem Delta E von 3 wird eine Abweichung vom Menschen sicher erkannt.
Als Beispiel habe ich ein Bild angehangen, welches veranschaulicht, wie subjektiv die Empfindung einer Farbabweichung ist.

Das LAB-Farbmodell wird meines Wissens nicht durch Farbsensoren unterstützt, sondern nur durch Kameras mit entsprechender Hintergrundsoftware.


Anhang anzeigen 16351 Anhang anzeigen 16352 Anhang anzeigen 16353

 

[Drucky89]

Ich habe die Erfahrung gemacht, dass mann innerhalb einer laufenden Charge (Produkt A) relativ gut Farbveränderungen mit RGB basierten Systemen erkennen kann. Wird dann aber z.B. zwei Wochen später Produkt A wieder produziert, kann es zu einer sehr hohen Ausschußquote kommen, obwohl doch alle zu prüfenden Teile gleich aussehen.

Und das ist genau das Problem. Der Batch für Produkt A ist nicht genau gleich wie zwei Wochen zuvor (z.B. leichte Helligkeitsunterschiede oder Gelb weist eine leichte Verschiebung nach Grün auf, ...)
Für den Betrachter aber sind diese Unterschiede mit dem bloßen Auge nicht erkennbar.

Das führt dann dazu, dass bei jedem Chargenwechsel die Parameter des Erkennungssystems nachgestellt werden müssen. Es gibt somit keinen festen Standard.

Der Grund hierfür ist eher die Drift des Farbsensors und nicht die Änderung der Charge. Sonst wäre etwas zu sehen! Farbsensoren ohne Kompensation driften stark, sodass die Farben scheinbar "weglaufen".

Ein Tip noch: lass Dir auf jeden Fall von Eurer QS Grenzmuster anfertigen, mit denen Du das Erkennungssystem einstellst.

Das ist eine gute Idee. Damit ist auch die Parametrierung der Toleranzen im Sensor gut möglich und man hat eine "absolute" Referenz, auf die man zurückgreifen kann.

Wann erkennt der Mensch eine Farbabweichung.
Um dies festzulegen reicht das RGB Modell nicht aus.
Hier wird vor allem das sogenannte LAB-Modell (Farbort) herangezugen, siehe Anhang.
Dieses kommt der menschlichen Empfindung sehr nah.
Das Modell berechnet einen Farbabstand mit Hilfe der Bestimmung des Farbortes innehalb des Modells.
Der Abstand wird als Delta E bezeichnet.
Ab einem Delta E von 3 wird eine Abweichung vom Menschen sicher erkannt.

Das LAB-Modell ist das am häufigsten verwendete "perzeptive" Farbraumsystem. Es gibt auch noch das LUV System oder das LAB99 System. Weiterhin werden Farbabstände auch noch durch gewichtete geometrische Summen berechnet (z.B. CMC Formel).
Statistisch sehen die meisten Menschen bereits Farbunterschiede ab DE=2!

Als Beispiel habe ich ein Bild angehangen, welches veranschaulicht, wie subjektiv die Empfindung einer Farbabweichung ist.

Anhang fehlt.

Das LAB-Farbmodell wird meines Wissens nicht durch Farbsensoren unterstützt, sondern nur durch Kameras mit entsprechender Hintergrundsoftware.

Das stimmt nicht! Siehe z.B. die Farbsensoren von ASTECH (http://www.astech.de/german/cromlaview_d.html)
Normale Farbkameras haben i.d.R. keine Filter nach Normspektralwertfunktionen. Daher ist die LAB-Transformation bei Kameras nicht sehr genau!

 

[cmm1808]

Der Grund hierfür ist eher die Drift des Farbsensors und nicht die Änderung der Charge. Sonst wäre etwas zu sehen! Farbsensoren ohne Kompensation driften stark, sodass die Farben scheinbar "weglaufen".

Das kann sein, ist aber nicht meine Erfahrung.
Unsere Situation sieht so aus:
Es gibt mehrere Produkte, die einer Farbkontrolle unterliegen.
Es handelt sich um Kunststoffprodukte eines Zulieferers.
Der Farbsensor erhällt seine Parameter automatisch bei Produktwechsel.
Anhand der Chargenkennzeichnungen des Zulieferers können wir feststellen, dass bei einem Chargenwechsel oft die Farbüberwachung anspricht.
Meistens die Änderungen sind nicht groß, aber bei genauerer Betrachtung, mit Gegenüberstellung eines Referenzmusters, sichtbar.
Da aber die gesamte "schlechte Charge" gleich aussieht, wird es für die Bediener und Instandhalter schwer, dies zu erkennen.
Wenn wir z.B. über mehrere Tage die gleiche Charge produzieren, gibt so gut wie keine Probleme.

Daher arbeiten wir nur noch mit Grenzmuster (QS) zur Gegenüberstellung oder zum Einstellen der Kontrollsysteme.
Aber man muß sich immer im Klaren sein, sind die Grenzen zu eng, gibt es Ausschuß.

Das LAB-Modell ist das am häufigsten verwendete "perzeptive" Farbraumsystem. Es gibt auch noch das LUV System oder das LAB99 System. Weiterhin werden Farbabstände auch noch durch gewichtete geometrische Summen berechnet (z.B. CMC Formel).
Statistisch sehen die meisten Menschen bereits Farbunterschiede ab DE=2!

Richtig, dazu gibt es auch Studien, z.B. TU Illmenau
Deren Fazit:
Delta E>1,9 wird gerade noch erkannt
Delta E>3,0 wird sicher erkannt
Delta E>8,0 wird als störend empfunden

Generell ist es aber schwer, einen subjektiven Einduck technisch zu interpretieren.
Daher gibt es ja so viele Farbmodelle.
Bei aller Technik, selbst in einer Druckerei verlässt man sich nicht nur auf automatische Kontrollsysteme, welche inline arbeiten. Es entscheidet letztendlich der Mensch.

Anhang fehlt.

Ich versuche es nocheinmal.

Das stimmt nicht! Siehe z.B. die Farbsensoren von ASTECH
(http://www.astech.de/german/cromlaview_d.html)
Normale Farbkameras haben i.d.R. keine Filter nach Normspektralwertfunktionen. Daher ist die LAB-Transformation bei Kameras nicht sehr genau!

O.K. kannte ich noch nicht, da wir meist mit kamerabasierten Systemen Arbeiten.

 

[Drucky89]

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@cmm1808
Das mit den Sehschwellen für DE-Angaben darf man nicht so eng sehen. Auch weil diese Grenzwerte stark von der Farbraumposition abhängen. Das Auge ist z.B. um den Weißpunkt deutlich empfindlicher als im Grünbereich. Und das gleicht auch der LAB Raum nicht ganz aus.
Wie gesagt: Die Beste Lösung ist das Ableiten von zulässigen Toleranzwerten aus festgelegten Grenzmustern. Dazu erfasst man die LAB-Farbwerte der Grenzmuster und berechnet daraus zunächst das Farbzentrum (Mittelwert aus den L*-Werten, den a*-Werten und den b*-Werten). Anschließend wählt man den Toleranzwert entsprechend des Radius vom Farbzentrum zum Grenzmusterfarbwert mit dem größten Abstand (DE-Wert) zum Farbzentrum.

 

[cmm1808]

Ich denke unserer gemeinsamer Tip an Stoffwechsel:

Absolutes MUSS sind allgemein anerkannte Grenzmuster.

Ansonsten gibt es einen "Blöden" der immer und immer wieder zum Enstellen des Farbsensors gerufen wird.

Und ehrlich gesagt, die Diskussionen wie :"Beim letzten mal gings doch noch,sch...System!" kann man sich so sparen.

 

[Drucky89]

Ansonsten gibt es einen "Blöden" der immer und immer wieder zum Enstellen des Farbsensors gerufen wird.

Dennoch, trotz vorhandener Grenzmuster darf der Sensor nicht driften. Sonst muss doch ein "Blöder" ständig zum Nachstellen des Sensors kommen.
Es gibt meines Wissens nur wenige Farbsensorhersteller, die driftkompensierte Sensoren anbieten. Ein Beispiel sind die oben schon erwähnten ASTECH Sensoren. Diese haben eine interne Referenz, gegen die ein ständiger Abgleich des Systems vorgenommen wird.

Beste Grüße