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Was ist Farbe?


Farbe entsteht durch Beleuchtung von Objekten mit elektromagnetischer Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen 380 nm und 780 nm (unterhalb einer Wellenlänge von 350 nm spricht man von UV-Strahlung, oberhalb von 750 nm von IR-Strahlung) oder durch Selbstleuchter, die Licht im sichtbaren Bereich abgeben.



XYZ Tristimuluswerte (CIE 1931) xyz Chromatizitätskoordinaten

Das menschliche Auge unterteilt das empfangene sichtbare Licht mit Hilfe der in der Netzhaut im Augenhintergrund vorhandenen lichtempfindlichen Zäpfchen in 3 Bereiche: ROT GRÜN BLAU (Farbrohwerte).

Das Verhältnis der Farbanteile XYZ definiert eine bestimmte Farbe. Im Laufe der Zeit wurden nun Methoden eingeführt, um eine Farbe besser beschreiben zu können, so wurden zunächst die XYZ-Werte in Anteile aufgespalten, die über den Rotanteil x sowie den Grünanteil y und die Helligkeit Y informieren.

Dabei ergibt sich der Rotanteil x und Grünanteil y mathematisch aus:

 
                    
 
 

(xyz Chromatizitätskoordinaten)
(XYZ Tristimuluswerte)

Mit den x, y, Y-Werten (Yxy-CIE-Farbsystem) war es nun möglich, eine Farbe in den eigentlichen Farbton x, y und den Grauwert Y aufzutrennen. Es zeigte sich jedoch, dass mit dieser Methode eine Farbänderung in Δx, Δy oder ΔY unterschiedlich intensiv vom Betrachter wahrgenommen wird.
 
Es ergibt sich also für die Distanz im Farbraum ein anderer Wert ΔFarbe, wenn z.B. jeweils zwei Farben im roten und zwei Farben im grünen Bereich, die vom Auge gerade noch unterschieden werden können, verglichen werden.



L*a*b*-Farbraum
Um einen empfindungsgemäß gleichen Farbunterschied mathematisch beschreiben zu können, wurde das L*a*b*-Farbsystem eingeführt. Ein vom menschlichen Auge gerade noch wahrzunehmender Farbunterschied von zwei Farben, z.B. jeweils im roten und grünen Bereich liefert nun auch die gleiche mathematisch ermittelte Farbdistanz ΔE.







Xn,Yn,Zn: Tristimuluswerte X,Y,Z für einen perfekt reflektierenden Diffusor (z.B. weiße matte Oberfläche)
∆E: Bezeichnet den Grad der Farbdifferenz, jedoch nicht die Richtung ∆ L*, a*, b*: Differenz in L*, a* und b* zwischen zwei Objekten.

Das L*a*b*-Farbsystem (auch als CIELAB bezeichnet) ist das meist verwendete Messsystem zur Farbermittlung. 1976 wurde es von der CIE als einer der gleichabständigen Farbräume definiert, damit man dem Hauptproblem des Yxy-Farbsystems begegnen kann: Gleiche Abstände zweier Farbnuancen im Y, x, y- Farbraum führen nicht zu empfindungsgemäß gleichen Farbunterschieden. Der Farbraum des L*a*b*-Systems ist durch die Helligkeit L* und die Farbkoordinaten a* und b* bestimmt, dabei wird mit Hilfe des a*-Wertes eine ROT/GRÜN-Verschiebung definiert (-a* → Richtung GRÜN, +a* → Richtung ROT), während der b*-Wert ein BLAU/GELB-Verschiebung anzeigt (-b* → Richtung BLAU, +b* → Richtung GELB). 


 


2°-Normalbetrachter und 10°-(Großfeld)-Normalbetrachter

Das spektrale Empfinden des menschlichen Auges ist vom Blickwinkel, somit auch von der Größe des Objektes abhängig. 1931 wurde von der CIE eine Spektralwertfunktion mit Hilfe visueller (menschlicher) Farbbeurteilung von kleinen Objekten ermittelt, die ein Gesichtsfeld von 2° einnahmen. 1964 folgte dann von der CIE eine weitere Norm mit einem Gesichtsfeld von 10°.

Augenempfindlichkeitskurve

Diese Kurven (Normspektralwertfunktion) definieren die Größe des Farbreizes in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Die drei voneinander unabhängigen Kurven im ROT-, GRÜN-, BLAU-Bereich ergeben die Nachbildung der spektralen Empfindlichkeit des menschlichen Auges für den 2°- und 10°-Normalbetrachter.

 
 

Normlichtarten
Da die verwendete Lichtquelle den Farbeindruck beeinflusst, hat die CIE für die Farbmessung die spektrale Lichtverteilung für die wichtigsten Lichtquellen definiert. Die Spektren der Normlichtarten unterscheiden sich extrem!

 

D65

Die Normlichtart D65 entspricht dem mittleren Tageslicht mit einer Farbtemperatur von 6504 K und ist damit für die Messung von Objekten unter Tageslichtbedingung (einschließlich UV-Bereich) geeignet.

C
Die Normlichtart C entspricht mittlerem Tageslicht mit einer Farbtemperatur von 6774 K und eignet sich damit zur Messung von Objekten unter Tageslichtbedingung im sichtbaren Spektrum (ohne UV-Bereich).

A
Die Normlichtart A entspricht dem Licht einer Glühlampe der Farbtemperatur von 2856 K und eignet sich somit zur Farbmessung von Objekten unter künstlicher Glühlampenbeleuchtung.
 

Farbtemperatur
Bei Anstieg der Temperatur eines Objektes verschiebt sich auch das Spektrum der thermischen Strahlung hin zu kürzerer Wellenlänge (z.B. ändert sich die Farbe eines Glühfadens mit zunehmender elektrischer Leistung von rot über orange nach weiß). Die absolute Temperatur des Objektes wird dabei als Farbtemperatur bezeichnet.

XY Chromatizität eines schwarzen Körpers (ein schwarzer Körper ist ein physikalischer hypothetischer Körper, der jegliche Energie absorbiert und als Strahlung dargestellt wieder abstrahlt, dass seine Temperatur in Bezug steht zur Farbe des abgestrahlten Lichts).


L*u*v*-Farbraum

Ermittlung des Farbwertes von Selbstleuchtern – Farbraum L*u*v* (CIELUV)
Soll der Farbwert von Lichtquellen (z.B. LEDs, LCD-Displays, Glühlampen, Halogenlampen, Leuchtstoffröhren, Flammen) ermittelt werden, so empfiehlt sich der L*u*v*- Farbraum. Das L*u*v* Farbsystem (auch als CIELUV Farbsystem bezeichnet) stellt dabei einen der empfindungsgemäß gleichabständigen Farbräume dar (1976 von der CIE festgelegt). Dabei gibt L* Auskunft über die Helligkeit eines Objekts (je größer L*, umso heller ist ein Objekt) und u* zeigt eine rot-, grün-Verschiebung an: In Richtung -u*: GRÜN, in +u*-Richtung: ROT, während v* eine gelb-, blau-Verschiebung anzeigt. In Richtung -v*: BLAU, in +v*-Richtung: GELB

 


Messgeometrien

Da die Farbe eines Objekts abhängig ist von den Beobachtungsbedingungen (dem Beleuchtungswinkel sowie dem Beobachtungswinkel) müssen diese Parameter entsprechend festgelegt werden. Den Winkel (Winkelbereich), unter dem das Objekt beleuchtet und den Winkel, unter dem das Objekt betrachtet wird, bezeichnet man als Messgeometrie.

Messgeometrie mit gerichteter Beleuchtung
Hier wird das Objekt mit gerichtetem Licht beleuchtet. Mit der Geometrie 45°/0° findet die Beleuchtung unter einem Winkel von 45° ± 2° zur Objektnormalen statt, das vom Objekt diffus reflektierte Licht wird unter 0° ± 10° zur Objektnormalen vom Farbdetektor erfasst. Mit der Geometrie 0°/45° hingegen findet die Beleuchtung unter einem Winkel von 0° ± 10° zur Objektnormalen statt, das vom Objekt diffus reflektierte Licht wird hierbei unter 45° ± 2° zur Objektnormalen vom Farbdetektor empfangen.

Messgeometrie mit diffuser Beleuchtung (Kugelgeometrie)
Diese Methode benutzt eine Ulbricht‘sche Kugel zur homogenen Beleuchtung und Betrachtung des Objekts quasi aus allen Raumrichtungen (bei einer Ulbrichtkugel handelt es sich um eine Hohlkugel, die Innenseite ist mit weißer, matter Farbe beschichtet, was für eine homogene, diffuse Lichtstreuung sorgt).

Ein Messgerät, das nach der d/0°-Geometrie arbeitet, beleuchtet das Objekt somit homogen und diffus und empfängt das vom Objekt diffus reflektierte Licht unter einem Winkel von 0°, wohingegen ein Gerät mit der 0/d-Geometrie das Objekt unter 0° beleuchtet und das von dem Objekt reflektierte Licht aus nahezu den gesamten Halbraum empfängt.
 

Farbmessung

Zur Farbmessung gehört neben der entsprechenden Farbdetektion, die den Augenempfindlichkeitskurven (Spektralwertfunktionen, 2°-Beobachter CIE 1931, 10°-Beobachter CIE 1964) nachempfunden wurden und der einer entsprechenden Normlichtart-Lichtquelle, auch die entsprechende Anordnung zwischen Detektor, Lichtquellen und Objekt!
 

Bei den Farbmessgeräten wird nach der sogenannten Geometrie 45°/0° gearbeitet, d.h. die Lichtquelle ist unter 45° zur Normalen der Probe angeordnet, während der Empfänger unter 0° zur Normalen der Probe (senkrecht auf die Probe!) auf das Objekt gerichtet ist.
 
Des Weiteren wurde ein System entwickelt, das mittels speziellem Diffuser (ähnlich Milchglasscheibe) und spezieller LED-Beleuchter eine Ulbrichtkugel nachbilden kann und somit zur diffus/0°-Messung verwendet werden kann.
 

Spektralempfindlichkeit des menschlichen Auges



Bei den Farbmessgeräten der SPECTRO-MSM Serie einschließlich der SPECTRO-3-28-45°/0°-MSM und SPECTRO-3-12-DIF-MSM-ANA handelt es sich um INLINE-Messsysteme die auch im rauen Industriebetrieb eingesetzt werden können. Die Messsysteme können sowohl zur Farbmessung als auch zur Farbkontrolle eingesetzt werden. Dazu werden die entsprechenden Parameter (x,y,Y sowie X,Y,Z, L*a*b* und L*u*v*) über die serielle Schnittstelle (RS232, USB, ETHERNET) zur Verfügung gestellt, des Weiteren dienen die 2 (0V/+24V) Digitalausgänge zur Ausgabe der max. 3 teachbaren Farben. Zusätzlich zu den digitalen Ausgängen sind drei analoge Ausgänge verfügbar (0V ... +10V), die über die x,y,Y sowie X,Y,Z, L*a*b* und L*u*v* informieren.
 
Als Lichtquelle dient eine Kombination aus blauen LEDs mit weißen LEDs und unter Verwendung von speziellen Interferenzfiltern wird ein der NORMLICHTART D65 ähnlicher Spektralverlauf erzeugt. Da das Messsystem SPECTRO-3-28-45°/0°-MSM-ANA (SPECTRO-3-12-DIF-MSM-ANA) außerdem über einen R, G, B-Detektor verfügt (3 Bereichsverfahren), dessen Filterkurven der Augenempfindlichkeitskurven gleichen, kann dieses System zur schnellen, fremdlichtunempfindlichen Farbmessung herangezogen werden.

SPECTRO-3-28-45°/0°-MSM-ANA-VIS
SPECTRO-3-28-45°/0°-OFL
(Abstandshalter)
SPECTRO-3-12-DIF-MSM-ANA-VIS
SPECTRO-3-FIO-MSM-ANA-VIS
 

Messanordnungen













 


 
 

 

Farbkontrolle

Die SI-COLO Serie
Bei den Sensoren der SI-COLO Serie werden 3-Bereichs-Farbdetektoren (R, G, B) in Kombination mit einer Weißlicht-LED (als Lichtquelle) eingesetzt. Classic (strikte Trennung der 3 Farbbereiche).

Die SI-COLO Serie kann im Wesentlichen in zwei Gruppen eingeteilt werden:

SI-COLO3 Serie, SI-COLO4 Serie
Den Farbsensoren der SI-COLO3 Serie stehen am Ausgang 4 Digitalsignale zur Verfügung (0V/+24V), (SI-COLO4 Serie: 5 Digitalausgänge). Binärcodiert kann der Sensor bis zu 15 Farben teachen (SI-COLO4 Serie: 31 Farben). Des Weiteren verfügt diese Reihe über eine serielle Schnittstelle RS232, mittels Konverter wird auch ein Anschluss an den USB- sowie den ETHERNET-Bus ermöglicht. Mit Hilfe der Windows®-Bedieneroberfläche SI-COLO-Scope lassen sich diese Sensoren bequem und einfach parametrisieren. Darüber hinaus werden die Farbwerte übersichtlich in graphischer sowie nummerischer Form dargestellt.

   

Im Folgenden sind einige der wichtigsten Merkmale aufgelistet:
TEACHEN verschiedene Teachfunktionen stehen zur Verfügung

  • Teachen mit Hilfe der SI-COLO-Scope Software
  • extern Teachen über die SPS (15 Farben bzw. 31 Farben) EXTTEACH
  • extern Teachen mittels Taster (15 Farben bzw. 31 Farben) EXTTEACH
  • extern Teachen einer Farbe (mittels SPS bzw. Taster) STAT1
  • extern Teachen einer Farbe (mittels SPS bzw. Taster) DYN1 in einer Weise, dass sich der Farbsensor zunächst die optimale Lichtleistung einstellt und diese dann während des normalen Messvorgangs nach Abschluss des Teachvorgangs einfriert
  • Teachen nicht nur auf ein Objekt, sondern auf mehrere Objekte mit anschließender Mittelwertbildung mit der TEACH MEAN VALUE
 

Die Tabelle wird üblicherweise per Mausklick auf das Feld TEACH DATA TO bzw. TEACH MEAN VALUE aufgefüllt. Hat man hingegen EXT. TEACH ON ausgewählt, müssen die Daten zunächst mit Hilfe der GET-Taste aus dem Speicher des Farbsensors abgeholt werden. Die Tabelle kann nachträglich manuell bearbeitet werden.

Mit der Funktion COLOR GROUP können mehrere Farben zu einer Farbgruppe zusammengefasst und als GRUPPE an den Schaltausgang als Farbsensor ausgegeben werden.

POWER:
Als Lichtquelle stehen in der SI-COLO Serie Weißlicht-LEDs zur Verfügung, damit wird eine lange Lebensdauer, eine geringe Stromaufnahme und eine erhöhte Fremdlichtunempfindlichkeit (durch Modulieren der LEDs) ermöglicht. Mit der Funktion POWER MODE kann die Lichtleistung auf statisch (STATIC) bzw. auf dynamisch (DYNAMIC) eingestellt werden. Im Modus STATIC kann die Lichtleistung manuell eingestellt werden, wohingegen im DYNAMIC Mode die Lichtleistung vom Farbsensor geregelt und dem jeweiligen Objekt angepasst wird.

 

Auswertefunktionen
Zur Farbauswertung stehen verschiedene Funktionen zur Verfügung:

Die Parameter s, i, M werden nach den gleichen Algorithmen berechnet wie die Parameter a*, b*, L*! Der Grund, warum nicht gleich a*, b*, L* verwendet wurden, liegt einfach darin, dass es sich bei den SI-COLOs und bei den SPECTROs (Ausnahme hier der SPECTRO-3-28-45°/0°-MSM-ANA, SPECTRO-3-20-DIF-MSM-ANA and SPECTRO-3-FIO-MSM-ANA, die zu den Farbmessgeräten zähen) um Farbkontrollsysteme handelt, d.h. die Bedingungen für ein Farbmessgerät sind nicht gegeben:
  • die eingesetzte Weißlicht-LED entspricht keiner NORMLICHTART,
  • die geometrische Anordnung Lichtquelle/Detektor/Objekt entspricht nicht der Norm (Norm: 45°/0°, 0°/45°, d/0°, 0°/d),
  • bei der SI-COLO Serie wird ein Farbdetektor eingesetzt, der nicht der Norm entspricht (Spektralempfindlichkeitskurven des menschlichen Auges), jedoch bei speziellen Applikationen bessere Ergebnisse liefert.

Graphische Darstellung der Farbwerte
Die aktuellen Farbwerte werden zusammen mit den geteachten Farbwerten und deren Toleranzen graphisch im Auto-Zoom Modus dargestellt:
Damit nun ein aktueller Farbwert eindeutig als bereits geteachte Farbe erkannt wird, muss diese sowohl im Farbkreis sowie in der ITO- bzw. in der MTO-Toleranz liegen (Ausnahme: Funktion MINIMAL DISTANCE)

 x, y, INT:                                                               

 

 s, i, M:



Je abgespeichertem Teachwert (Farbwert in der Tabelle) gibt es hier jeweils nur eine Toleranz: CTO

Die Darstellung dieser Toleranzen erfolgt in 3 Ansichten. Auch hier gilt: Damit der aktuelle Farbwert als in der Tabelle abgelegte Farbe erkannt wird, muss dieser in den 3 Ansichten im jeweiligen Farbkreis sein (Ausnahme: MINIMAL DISTANCE).
 
In der 3-dimensionalen Darstellung würde sich für den zulässigen Toleranzbereich
bei x, y INT sowie bei s, i M ein zylinderförmiges Gebilde ergeben, wohingegen bei x, y, INT und s, i, M von einem kugelförmigen Konstrukt auszugehen ist:

Entscheidungskriterien

Für welche in der Tabelle abgespeicherte Farbe sich der Farbsensor bei der aktuellen Farbe entscheidet, hängt vom ausgewähltem Auswahlmodus ab, so sind u.a. folgende Modi verfügbar:
BEST HIT
FIRST HIT
MINIMAL DISTANCE
 
BEST HIT
Der Farbsensor prüft hierbei zuallererst, ob sich der aktuelle Farbwert innerhalb der Toleranzen (CTO und MTO bei x, y INT sowie CTO und MTO bei s, i M und CTO bei x, y INT und s, i, M) einer oder mehrerer in der Teach-Tabelle abgelegten Farben befindet. Im nächsten Schritt wird dann im x, y INT sowie im s, i M-Modus der Abstand zu den jeweiligen in Frage kommenden Farbkreiszentren ermittelt. Die kleinste Distanz entscheidet dann über die Farbnummernzuweisung.

Beispiel aus dem x, y INT bzw. s, i M-Modus:
Die aktuelle Farbe befindet sich im CTO Bereich der abgespeicherten Farben Ø, 1, 4 und im ITO (MTO)-Toleranzbereich der Farben Ø und 4. Der Abstand zum Mittelpunkt des Farbkreises Ø ist nun kleiner als der Abstand vom Kreismittelpunkt der Farbe 4. Der Farbsensor entscheidet sich somit für die Farbe Ø und gibt diese an den 4 (SI-COLO3 Serie) bzw. 5 (SI-COLO4 Serie) Digitalausgängen aus!
FARBE Ø 

         
  
           








 

 
Der Abstand des aktuellen Farbwertes zu den Kreismittelpunkten wird mittels, DIST=(Δx² + Δy²)½ bzw. (Δs²+ Δi²)½ berechnet.
 
Im x, y, INT als auch im s, i, M Modus wird hingegen nach erfolgtem Toleranzcheck eine Abstandsberechnung zu den in Frage kommenden Farbkugelzentren gemacht. Die Farbkugelnummer, dessen Zentrum der aktuellen Farbe am nächsten liegt wird dann an die Schaltausgänge des Farbsensors ausgegeben. Der Abstand des aktuellen Farbwertes zu dem in Frage kommenden Farben berechnet sich zu DIST=(Δx²+Δy²+ΔINT²)½ bzw. DIST=(Δs²+Δi²+ΔM²)½.
 
Beispiel:
Die aktuelle Farbe befindet sich im CTO-Bereich der in der Teach-Tabelle abgespeicherten Farben Ø und 1. Der Abstand des aktuellen Farbwertes zum Farbkugelzentrum von Farbe Ø ist kleiner als zur Farbe 1, folglich wird der aktuelle Farbwert der Farbe Ø zugeordnet! Die Farbe Ø wird an den 4 (SI-COLO3 Serie) bzw. 5 (SI-COLO4 Serie) Digitalausgängen ausgegeben.
FARBE Ø


 
FIRST HIT
Dieses Auswahlmodus wird in erster Linie herangezogen, wenn ein aktueller Farbwert in verschiedenen Farbklassen eingeteilt werden soll. Das Programm des Farbsensors arbeitet dabei die Tabelle von oben nach unten ab und sucht nach Treffern d.h. wird eine abgespeicherte Farbe gefunden, in deren Toleranzbereich sich der aktuelle Farbwert befindet, so wird diese Farbnummer an den Digitalausgängen des Farbsensors ausgegeben.

Beispiel aus dem x, y INT bzw. s, i M-Modus:
Die aktuelle Farbe befindet sich nicht im CTO-Bereich von Farbe Ø und Farbe 1; die erste Farbe auf die die Toleranzbedingung zutrifft ist die Farbe 2, natürlich muss hier auch noch die ITO-Bedingung (bzw. die MTO-Bedingung) zutreffen. Farbe 2 wird somit also an den Digitalausgängen des Farbsensors ausgegeben.
FARBE 2









 

 
Beispiel aus dem x, y, INT bzw. s, i, M-Modus:
die aktuelle Farbe befindet sich nicht im CTO-Bereich der Farbe Ø und der Farbe 1 sowie der Farbe 2. Auch die Farbe 3 kommt nicht in Frage, denn wie in der y, INT (bzw. i, M)–Ansicht zu sehen ist, liegt der aktuelle Farbwert außerhalb der CTO von Farbe 3!
Es trifft also zuerst die Farbe 4 zu! Der Farbsensor gibt die Farbe 4 an die Schaltausgänge weiter!
FARBE 4



 

MINIMAL DISTANCE:
In diesem Auswahlmodus wird auf die Verwendung von Toleranzen (CTO, ITO, MTO) verzichtet, vielmehr wird der Abstand des aktuellen Farbwertes von den abgespeicherten Farben (Koordinaten) berechnet. Der Farbsensor entscheidet sich dabei für die Farben mit dem kleinsten Abstand zum aktuellen Farbwert und gibt diesen an den Digitalausgängen aus!

SI-COLO4 Serie

SI-COLO4-80-d1
SI-COLO4-80-d2
SI-COLO4-80-d3
  SI-COLO4-30-DIL
SI-COLO4-30-FCL
SI-COLO4-30-FCL-POL
       
  SI-COLO4-80-DIL
SI-COLO4-80-FCL
SI-COLO4-80-FCL-POL
  SI-COLO4-50-DIL
SI-COLO4-50-FCL
SI-COLO4-50-FCL-POL
       
SI-COLO4-200-DIL
SI-COLO4-200-FCL
SI-COLO4-200-FCL-POL
  SI-COLO4-30/90-DIL
SI-COLO4-30/90-FCL
SI-COLO4-30/90-FCL-POL
       
   SI-COLO4-FIO-SP   D-S-A2.0-(2.5)-1200-67°
R-S-A2.0-(2.5)-1200-67°
       
   KL-2    KL-3
       
   KL-M18-A2.0    KL-M34-A2.0


Die SPECTRO-3 Serie

Vom äußerem Erscheinungsbild sehr unterschiedlich gleichen sich die Farbsensoren als SPECTRO-3 Serie in der Funktionsweise doch erheblich den Farbsensoren der SI-COLO4 Serie. Dennoch kann diese Serie mit einigen weiteren Merkmalen bestechen.

Im Folgenden sind die wesentlichen Unterschiede zwischen der SPECTRO-3 Serie und der SI-COLO4 Serie aufgelistet:

  SPECTRO-3 Serie
  • Spezielle Algorithmen zur Farbmarkenkontrolle verfügbar (Farbmarkendetektion)
  • Weißlicht-LEDs umschaltbar: AC/DC-Betrieb dadurch wird eine sehr hohe Schaltfrequenz ermöglicht:
    AC: typ. 50kHz* (bei SPECTRO-3-...-ANA Serie)
    DC: typ. 100kHz* (bei SPECTRO-3-...-ANA Serie) (*maximum ratings)
  • Weißlicht-LEDs ausschaltbar: Damit kann die SPECTRO-3 Serie als Farbmessgeräte für L*u*v*-Messungen eingesetzt werden (z.B. LED-Kontrolle) 
  • Kompakte Bauweise (M34-Aluhülse), sehr robust und unanfällig gegenüber mechanischer Erschütterungen, flache Bauform (-CL und -JR Serie)
  • UV-Licht Typen verfügbar, damit Farbfluoreszenzkontrolle möglich
  • Verstärkungsfaktorumschaltung des Empfängers in 8 Stufen
  • Sehr schnelle Lichtleistungsnachregelung im DYN-Modus (Dynamik-Betrieb des Weißlicht-LED)
  • Mit der SPECTRO-3-...-ANA Serie steht eine Typenreihe zur Verfügung, die sowohl über Analog- als auch über Digitalausgänge verfügt
  SI-COLO4 Serie
  • Extreme Fremdlichtunempfindlichkeit, auch wenn die Fremdlichtquellen das Messobjekt stärker beleuchten als die integrierte Lichtquelle
  • Farbsensortypen verfügbar, die auch bei großen Objektabständen (bis zu 2 m) eingesetzt werden können
  • Zwei verschiedene Filtertypen verfügbar (es hat sich gezeigt, dass der Classic-Farbdetektor bei manchen Applikationen eine bessere Farbunterscheidung liefert)









SI-Colo-Farbdetektor
(klassischer Farbdetektor)
SPECTRO-3-Farbdetektor
(sog. True-Color-Detektor, dem menschlichen Tagessehen nachempfunden)

 














 




Farbmarkendetektion

Neben den bereits erwähnten Farbauswahlverfahren BEST HIT, FIRST HIT sowie MINIMAL DISTANCE stehen bei den SPECTRO-3-...-ANA Typen weitere Algorithmen zur Verfügüng, die speziell zur Farbmarkendetektion entwickelt worden sind.


Ermittlung (Teachen) der idealen Schaltschwelle
Dazu wird dem Farbsensor ein externes Signal (INO) zur Verfügung getellt. Während INO=+24V ist, wird nach der minimalen Signalart der drei Rohsignale (R, G, B) als auch nach dem maximalen Signalwert gesucht. Nach Ablauf von INO=+24V (high) wird die ideale Schaltschwelle ermittelt. THD=(MAX+MIN)/2, jeweils für R, G und B: THDR, THDG und THDB. Liegt nur der R, G, B-Wert oberhalb THDR, THDG bzw. THDB erfolgt ein digital high am jeweiligen Digitalausgang.  

 
Da bei der SPECTRO-3-...-ANA Version zwei Digitalausgänge zur Verfügung stehen, können aus den drei ermittelten Digitalsignalen digital R, G, B jeweils zwei ausgewählt werden. Die Ausgänge können nach Beendigung des Teachprozesses (IN∅ → 0V) verwendet werden. 

Neben den Digitalausgängen können auch die drei Analogausgänge zur Farbmarkendetektion (und zur Registersteuerung) verwendet werden. 

Hierzu werden die im Teach-Vorgang (IN∅=high) ermittelten MAX, MIN-Werte nach Beendigung des Einlernvorgangs (IN∅=0V) jeweils an den Analgoausgängen 10V bzw. 0v gesetzt:

MAXG = 10V; MING = 0V
MAXR = 10V; MINR = 0V
MAXB = 10V; MINB = 0V
 
 

Einfrieren der Analogausgänge

Ein anderer Software-Modus erlaubt das "Einfrieren" der Analogsignale (R, G, B bzw. x, y, INT oder SL SL M) mit der ansteigenden Flanke des externen INRS-Signales.

SPECTRO-3 Serie

True-Color-Farbsensoren SPECTRO-3
 

SPECTRO-3-20-COF

SPECTRO-3-30-COF
       
  SPECTRO-3-50-COF   SPECTRO-3-30-DIF
       
  SPECTRO-3-30-DIL
SPECTRO-3-30-FCL
SPECTRO-3-30-POL
SPECTRO-3-30-UV
  SPECTRO-3-50-DIL
SPECTRO-3-50-FCL
SPECTRO-3-50-POL
SPECTRO-3-50-UV
       
  SPECTRO-3-80-DIL
SPECTRO-3-80-FCL
SPECTRO-3-80-POL
SPECTRO-3-80-UV
  SPECTRO-3-FIO
SPECTRO-3-FIO-UV
       
True-Color-Farbsensoren SPECTRO-3-DLS Zwei Lichtquellen
  SPECTRO-3-FIO-VISUV    
 

SPECTRO-3-ANA Serie

True-Color-Farbsensoren „ANALOG“
  SPECTRO-3-80-COF
-d20.0-ANA
   SPECTRO-3-200-COF-d25.0-ANA
       
  SPECTRO-3-DIF-ANA    
SPECTRO-3-30-DIL-ANA
SPECTRO-3-30-FCL-ANA
SPECTRO-3-30-POL-ANA
SPECTRO-3-30-UV-ANA
       
 

SPECTRO-3-50-DIL-ANA
SPECTRO-3-50-FCL-ANA
SPECTRO-3-50-POL-ANA
SPECTRO-3-50-UV-ANA
   SPECTRO-3-FIO-ANA
       
  SPECTRO-3-FIO-ANA-XL   SPECTRO-3-FIO-UV-ANA
       

SPECTRO-3-CL Serie

True-Color-Farbsensoren "Compact Line"
  SPECTRO-3-50-COF-CL    SPECTRO-3-100-COF-CL
       
  SPECTRO-3-200-COF-CL    
SPECTRO-3-300-COF-CL
SPECTRO-3-500-COF-CL
       
 
SPECTRO-3-30-DIL-CL
SPECTRO-3-30-FCL-CL
SPECTRO-3-30-POL-CL
SPECTRO-3-30-UV-CL
   
SPECTRO-3-50-DIL-CL
SPECTRO-3-50-FCL-CL
SPECTRO-3-50-POL-CL
       
  SPECTRO-3-FIO-CL    SPECTRO-3-28-45°/0°-CL
       

SPECTRO-3-JR Serie

True-Color-Farbsensoren "JUNIOR"   
  SPECTRO-3-80-COF-JR    SPECTRO-3-5-DIF-JR
       
 
SPECTRO-3-30-DIL-JR
SPECTRO-3-30-FCL-JR
SPECTRO-3-30-POL-JR
SPECTRO-3-30-UV-JR
   
SPECTRO-3-50-DIL-JR
SPECTRO-3-50-FCL-JR
SPECTRO-3-50-POL-JR
SPECTRO-3-50-UV-JR
       
  SPECTRO-3-FIO-JR    SPECTRO-3-FIO-JR-XL
       
  SPECTRO-3-FIO-UV-JR    
       
True-Color-Farbsensoren "JUNIOR" mit externer Beleuchtungseinheit
  SPECTRO-3-SLU-JR
SI-SLU-16 (Beleuchtungseinheit)
   
SPECTRO-3-SLU-UV-JR
SI-SLU-UV-16 (Beleuchtungseinheit)
  SPECTRO-3-SLU-DIF-JR
SI-SLU-DIF-16 (Beleuchtungseinheit)
       

SPECTRO-3-MSM Serie

True-Color-Farbsensoren "Measurement" Analog
  SPECTRO-3-28-45°/0°
-MSM-ANA
   SPECTRO-3-12-DIF-MSM-ANA
       
  SPECTRO-3-FIO-MSM-ANA  
       

SPECTRO-3-SL Serie

True-Color-Farbsensoren "SlimLine"   
  SPECTRO-3-DIL-SL    SPECTRO-3-FCL-SL
       
SPECTRO-3-POL-SL    SPECTRO-3-UV-SL
       
  SPECTRO-3-FIO-SL    SPECTRO-3-FIO-UV-SL
       

FIO Serie

     
  KL-2    KL-3
       
KL-M18-A2.0    KL-M34

 

Wann verwendet man eigentlich einen...

...-DIL?
DIL steht für diffuse light, das Licht der Weißlicht-LED wird mit Hilfe einer Streuscheibe (Diffusor) homogener gemacht und trifft so weniger gerichtet auf das Objekt! Dadurch wird die Direktreflexion unterdrückt.

Eingesetzt wird die -DIL-Version hauptsächlich dort wo der Glanzeffekt der Objektoberfläche unterdrückt werden soll also z.B. auf Kunststoffoberflächen, Lederimitaten, Holzoberflächen, Laminaten und Papieroberflächen.
 
...-FCL?
FCL steht für focused light, d.h. Weißlicht-LEDs werden unter einem bestimmten Winkel zentrisch auf das Objekt gerichtet und beleuchtet eine möglichst kleine Fläche. Dabei gelangt eine Mischung aus direkt und diffus reflektierten Lichtes auf den Empfänger. Zum Einsatz kommt der -FCL-Typ bei Objekten, wo der Glanzunterschied entsprechend hervorgehoben werden soll, z.B. bei der Kontrolle von einer farbigen Papierserviettenverpackung die mit transparenter Kunststofffolie verschlossen ist. Es soll nun kontrolliert werden, ob diese transparente, glänzende Folie, vorhanden ist oder aber ob die Verpackung fälschlicher Weise aufgerissen wurde.
→ die glänzende transparente Folie reflektiert einen Teil des Lichtes der Weißlicht-LEDs direkt in dem Empfänger was zu einer Erhöhung der Intensität führt, des Weiteren wird die eigentliche Farbe “weicher“ d.h. weißer gemacht, da es sich bei dem direkt reflektierten Anteil um Weißlicht handelt. Bei der aufgerissenen Verpackung gelangt hingegen in erster Linie nur diffus reflektiertes von der Serviette nicht absorbiertes Licht auf dem Empfänger, die Farbe ist hier also “satter“.
 
...-POL?
POL steht für polarised light, unmittelbar vor den Weißlicht-LEDs, befindet sich ein Polarisationsfilter und auf der Empfängerseite ein Polarisationsfilter, dass gegenüber dem Filter vor den Weißlicht-LEDs um 90° gedreht ist. Damit kann nur diffus reflektiertes Licht den Empfänger passieren.

Zum Einsatz kommt der -POL Typ überall dort, wo der Glanz der Objektoberfläche extrem störend wirkt, z.B. auf lackierten Objekten wie Autotüren, Rückspiegelgehäuse, Tankdeckel, Stoßstange auch auf hochglänzendem Kunststoffoberflächen.
...-COF?
die COF-Typen (cofocal optics) kommen überall dort zum Einsatz, wo eine kleine Lichtspotgröße in einem großen Abstand (bis zu 1000 mm) benötigt wird.
 
...-FIO?
Mit den Lichtwellenleiter-Typ (Fiber optics) steht eine große Zubehörauswahl zur Verfügung. Neben Durchlicht- und Reflexlichtlichtleitern gibt es eine ganze Reihe von sog. Frontends, deren Aufgabe in erster Linie darin besteht, den Weißlichtspot in relativ großem Abstand möglichst klein zu halten. Mit den FIO-Typen wird die Farbkontrolle im x-Bereich erheblich erleichtert. Des Weiteren eignen sich die Lichtleitervarianten hervorragend natürlich an Einsatzorten, wo wenig Platz vorhanden ist.
 
...-DIF?
DIF steht für diffuse light, ählich wie dei den -DIL -Typen verfügt dieser Sensortyp über einen Diffusor, der vor die Weißlicht-LEDs angeordnet wird. Im Unterschied zu den -DIL-Typen wird jedoch anstelle einer Oberflächenstreuscheibe eine Volumenstreuscheibe ("Milchglasscheibe") verwendet deren Streuwirkung ungleich höher ist wie die der Oberflächenstreuscheibe. Damit kann eine extrem homogene Ausleuchtung der zu kontrollierenden Oberfläche erzielt werden (ähnliche Wirkung einer Ulbricht-Kugel). Detektiert wird hingegen unter 0° mit einer schmalen Eintrittsblende. Eine direkte Reflexion vom Sender über eine glänzende Messobjektoberfläche hin zum Empfänger kann somit nahezu ausgeschlossen werden. Mit den DIF-Sensoren können dadurch auch sehr glänzende Objekte wie Metalldrähte in Hinblick auf Farbe kontrolliert werden.

...-UV?
Bei diesen Typen werden anstatt Weißlicht-LEDs UV-LEDs verwendet. Damit kann von fluoreszierenden Farben nunmehr nicht nur die Intensität, sondern auch die Farbe detektiert werden. Somit können farblich verschieden leuchtende fluoreszierende Farben problemlos unterschieden werden.

...-MSM?
MSM steht für Color Measurement. Die -MSM Typen bilden die Reihe der messenden Farbsensoren der SPECTRO-3 Serie. Mit diesen Typen wird eine L*a*b*-, L*u*v*-, x,y,Y-, X,Y,Z- sowie eine L*C*h*-Farbmessung ermöglicht.

...-45°/0°?
Wie bei den -POL Typen erfolgt auch bei diesen Typen eine massive Glanzunterdrückung, jedoch wird die Direktreflexion in Richtung Empfänger hierbei dadurch vermieden, dass die ringförmig angeordneten LEDs unter 45° zur Vertikalen Licht emittieren, während der Empfänger unter 0° zur Vertikalen auf die zur kontrollierende  Oberfläche gerichtet ist. Eine Direktreflexion in Richtung Empfänger wird bei der Farbkontrolle bzw. Farbmessung von flachen, senkrecht zur optischen Achse des Empfängers angeordneten Objekten, vermieden. Die -45°/0° Typen werden in erster Linie bei hochglänzenden Lacken und Metalliclacken (Autolacke, Möbellacke, etc.) eingesetzt, da die -POL Typen zur Kontrolle von Metalliclacken eher nicht geeignet sind. Auch transparente Folien können unter Verwendung einer Weißkachel, die auf der gegenüberliegenden Seite der Folie angeordnet ist, kontrolliert werden.
 
...-SLU?
Bei den -SLU Typen ist die Beleuchtungseinheit in einem separaten Gehäuse untergebracht, womit Durchlichtmessungen sowie V-Anordnungen (Direktreflexion) realisiert werden können. Es stehen hierbei diffuse Lichtquellen sowie gerichtete Lichtquellen zur Verfügung. Mit diesen Typen kann z.B. in idealer Weise die Farbe von Flachglas in Transmission sowie die Beschichtung von Floatglas im Reflexlichtbetrieb gemessen werden.

...-SA und -BA?
Bei den -SLU Empfängern gibt es eine Version mit kleiner Blendenöffnung (-SA) und eine Version mit einer vor dem Farbdetektor angeordneten Sammellinse (-BA). Bei entsprechend schwachem Signal ist der -BA Typ zu bevorzugen. Darf dagegen z.B. bei Direktreflexion in V-Anordnung nur ein kleiner Winkelbereich betrachtet werden, sollte auf den -SA Typ zurückgegriffen werden.
 
...-XL?
Bei den -FIO-XL Typen werden Lichtleiter mit großem Lichtleiterquerschnitt (5 mm, 6mm sowie 8mm Durchmesser) verwendet, damit lassen sich dann Systeme mit einer Lichtleiterlänge von bis zu 15m realisieren.
 
...-ANA?
Neben den SPECTRO-3 Sensoren  mit Digitalausgängen gibt es auch eine Reihe mit Analogausgängen. Mit den drei zur Verfügung stehenden Analogausgängen (0V … +10V) können sowohl die Farbrohwerte R,G,B als auch die Farbwerte s,i,M, x,y,INT, L*a*b*, L*u*v*, X,Y,Z, x,y,Y und  L*C*h* ausgegeben werden.

 

Farb- und Glanzkontrolle

In den allermeisten Fällen ist es völlig ausreichend, Objekte nur anhand des Farbwertes zu beurteilen. Bei Objekten gleicher Farbe, jedoch unterschiedlicher Oberflächenstruktur (z.B. bei Leder bzw. Lederimitaten) ist eine reine Farbkontrolle erfahrungsgemäß nicht ausreichend. Abhilfe schafft hierbei eine Kombination aus Farb- und Glanzkontrolle: der SI-COLO-GD-40

Farbglanzkontrolle mit dem SI-COLO-GD-40
Der Farbglanz-Sensor SI-COLO-GD-40 besteht im Wesentlichen aus einer Kombination eines Farbsensors der SI-COLO4-Serie kombiniert mit Komponenten eines Glanzsensors aus der RLS-GD Serie. Als Lichtquelle dienen hier ebenfalls Weißlicht-LEDs, deren Licht ist moduliert, damit eine erhöhte Fremdlichtunempfindlichkeit erreicht wird. Neben dem Farbdetektor (R, G, B-Rohwerte) liefert jeweils ein Detektor für den direktreflektierten sowie ein Empfänger für den diffus reflektierten Anteil (DIF) an den im Farbglanz-Sensor (DIR) integrierten Controller.

Die Farbauswertung erfolgt nun nach folgenden Algorithmen:

 
Bzw. alternativ dazu werden auch bei den Farbsensoren die sog. s, i, M-Werte angeboten.
Die Glanzauswertung unterliegt folgender Formel:  

Es stehen dem Controller also neben den Rohdaten (R, G, B, DIR, DIF) nun auch die Parameter x, y, INT, GN sowie s, i, M, GN zur Verfügung.
 
Während x, y, INT bzw. s, i, M über den Farbwert informiert, liefert der GN-Wert eine Aussage über das Glanzverhalten des Objekts.
 
Zur Auswertung stehen im wesentlichem folgende Modi zur Auswahl:

x, y, INT GN
s,i, M GN
x,y, INT, GN
s, i, M, GN
 
Der Teachvorgang erfolgt in der gleichen Weise wie bei den Farbsensoren, lediglich wurde hierbei jeweils ein Parameter hinzugefügt: GN!

Die Tabelle sieht mit x, y, IMT und GN somit wie folgt aus:

Nb x y INT CTO GN GTO
0            
1            
2            
3            
x, y, INT GN

Nb x y INT CTO GN GTO
0            
1            
2            
3            
x, y, INT GN


Und mit s, i, M and GN sieht die Tabelle wie folgt aus:

Nb x y INT CTO GN GTO
0            
1            
2            
3            
s, i, M GN

Nb s i M GN CGTO
0          
1          
2          
3          
s, i, M GN


Die Auswertung hängt auch hier vom ausgewählten Auswahl-Modus ab:

BEST HIT
FIRST HIT
MINIMAL DISTANCE
 
Im Auswertemodus x, y, INT GN bzw. s, i, M GN wird zunächst geprüft, ob sich der aktuelle Farbglanzwert im vorgegebenen Toleranzfenster von GN, somit GTO, befindet. Anschließend wird kontrolliert, ob die Bedingung für den Farbwert (innerhalb von CTO) zutrifft. Kommen mehrere Kandidaten in Frage, erfolgt eine Auswahl je nach eingestelltem Auswahl-Modus (BEST HIT, FIRST HIT, MINIMAL DISTANCE, siehe hierzu FARBKONTROLLE).
 
Im Auswertemodus x, y, INT, GN bzw. s, i, M, GN hingegen erfolgt eine Farb-/Glanz-Auswahl im “Vierdimensionalem Raum“, die Toleranz CGTO spannt dabei ein vierdimensionales Gebilde auf. Auch hier muss sich der aktuelle Farb-/Glanz-Wert innerhalb des Toleranzbereiches befinden, wenn der geteachte Farb-/Glanz-Wert als möglicher Kandidat in Frage kommen soll.

GRAPHISCHE DARSTELLUNG im x, y, INT GN bzw. s, i, M GN AUSWERTEMODUS:
Das x, y, INT bzw. der s, i, M-Wert wird hier in 3 Ansichten gezeigt. Die Anzeige des
GN-Wertes erfolgt in Balkendarstellung.

Abgespeicherte Farb-/Glanzwerte


 


Abgespeicherte Farb-/Glanzwerte:

 
 
Im BEST HIT Auswahlmodus: Farbglanz-Wert 5
Im MINIMAL-DISTANCE Auswahlmodus: Farbglanz-Wert 5
Im FIRST HIT-Auswahlmodus: Farbglanz-Wert 1


GRAPHISCHE DARSTELLUNG IM x, y, INT, GN bzw. s, i, M, GN AUSWERTEMODUS:
Der x, y, INT, GN- bzw. der s, i, M, GN-Wert wird in diesen beiden Modi in 6 Ansichten angezeigt:


Abgespeicherte Farb-/Glanzwerte:





Abgespeicherte Farb-/Glanzwerte:








Im BEST HIT-Auswahlmodus: Farbglanz-Wert 3
Im MINIMAL DISTANCE-Auswahlmodus: Farbglanz-Wert 3
Im FIRST HIT-Auswahlmodus: Farbglanz–Wert Ø

Windows ® Benutzeroberfläche SI-COLO-GD-SCOPE:


 

Farbglanzkontrolle mit dem SPECTRO-3-50-FCL-30°/30°

Der Farbglanzsensor Typ verfügt über zwei Beleuchtungseinheiten, die alternierend mittels dem digitalen Eingangssignal IN0 betrieben werden können. Der Sensor wird hauptsächlich dort eingesetzt, wo kleine Farb- bzw. Glanzunterschiede von Objekten, die unterschieden werden müssen, vorhanden sind. Wie z.B. bei Lederimitaten, Leder oder Plastikkomponenten im Automotivbereich oder in der Möbelindustrie zur Unterscheidung von Kunststofffolien und Laminaten.

 
Windows ® Benutzeroberfläche SPECTRO-3-SCOPE:
 



 


AKTUELLES

Neue Sensoren -
zu sehen auf der Fakuma:



L-LAS-LT-SL Serie
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Wir stellen aus:



25. Fakuma
17.-21. Oktober 2017
Friedrichshafen
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16. Fachkonferenz
Automobil Interieur
08.-09. November 2017
Regensburg
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Neue Applikationen:

Application-News N° 630-632
  • Farbunterscheidung von eloxiertem Aluminium
  • Farbunterscheidung von eloxierten Aluprofilen
  • Farbunterscheidung von eloxierten Alurohren
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Software-Updates erhältlich:
• SPECTRO3-MSM-DIG-Scope V1.2
• SPECTRO3-MSM-ANA-Scope V2.9
• SPECTRO3-MSM-ANA-Scope V3.0
• SPECTRO3-ANA-Scope V2.0
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Wir begrüßen unseren neuen Vertriebspartner für Costa Rica, Panama, Nicaragua, Honduras, Guatemala, El Salvador und Belize:

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Und wir freuen uns, dass wir nun auch in Peru, Ecuador, Venezuela sowie in der Dominikanischen Republik vertreten sind durch unseren Vertriebspartner

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Neue Produkte:
Product-News N° 231-234
  • SPECTRO-1-FIO-BL/OR
  • SPECTRO-3-FIO-GN/OR-JR
  • SPECTRO-1-FIO-GN/OR
  • SPECTRO-3-FIO-BL/OR-JR
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SPECTRO-3-MSM-DIG Serie
Messende SPECTRO-3 Farbsensoren mit fünf Digitalausgängen.
Dem SPECTRO3-MSM-DIG Farbsensor können bis zu 31 Farben angelernt werden,
welche direkt auf die Ausgänge ausgegeben werden und bis zu 64 Farben, die über Gruppenbildung ausgegeben werden.
Für jede angelernte Farbe können Toleranzen vergeben werden.
Mit diesen Typen wird eine L*a*b* , L*u*v* , L*u'v' , x,y,Y , X,Y,Z sowie eine L*C*h* Farbmessung ermöglicht.
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Messen 2017:
Fakuma 2017, Friedrichshafen
sps ipc drives 2017, Nürnberg
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Unser Partner für
Elektrische Steuerungstechnik
KÄSER STEUERUNGSTECHNIK
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Neue Firmware erhältlich
(bitte bei Bedarf anfordern)
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Neuer Produktbereich:
Individuelle Sensorsysteme

Kundenspezifische
Komplettlösungen
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SPECTRO-1 Serie
Kontrastsensoren.
Zwei neue Sensortypen mit Blaulicht bzw. Grünlicht sind erhältlich:
SPECTRO-1-30-BL/RD
SPECTRO-1-30-GN/RD

GLAST Serie
Glanz- und Struktursensoren.
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SPECTRO-2 Serie
2-Kanal-Sensorsysteme.
Mit der SPECTRO-2‎ Serie wurde
nun die Lücke zwischen den Kontrastsensoren (SPECTRO-1 Serie) und den Farbsensoren (SPECTRO-3 Serie) geschlossen.
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SPECTRO-3-MSM-ANA Serie
Sehen wie ein Luchs.
Inline-messende Farbsensoren mit D65 ähnlichem optischen Spektrum.
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