Sensor Instruments
Entwicklungs- und Vertriebs GmbH
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色とは?


 
 
物体の光沢は可視光域に対して鏡面反射します。純粋な形の鏡面反射は、入射角=反射角となる鏡の表面などで確認できます。角度は、表面の垂直軸から決まります。


 
ほとんどの場合では、表面が不均一で粗いため反射は混合反射となってしまいます。表面の粗さが増すほどに、反射が向けられない部分が増します。入射放射の一部が物体に吸収される、または物体を通過することが原因と考えられます。
 
したがって、拡散反射と鏡面反射の間には線引きがされます。鏡面反射は光沢測定の対象物である一方、光沢測定の評価には鏡面反射と拡散反射の両方が使用されます。
 
 
拡散反射
表面は不規則に配置された“鏡”から構成されているため、入射反射が全方向に反射します。
 
鏡面反射
表面は一定方向に配置された“鏡”によって構成されているため、入射反射が一定方向に反射します。


校正表面
 
光沢測定センサーの校正には、通常、黒色のガラスや銀色の鏡を使用します。これら2つの物体の表面は平らで、入射光が表面Cからのみ反射します。銀色の鏡はほとんど全反射を起こしますが、黒色のガラス表面は入射光のおよそ5%しか反射しません。残る入射反射は完全に表面に吸収されるため、黒色の表面は鏡面反射には向いていません。


 
黒色のガラス
黒ガラスより反射した入射光の一部を基準として使用し、黒ガラスの光沢レベルが100に設定されます(単位: [1] 光沢度 (黒色ガラス) = 100 ([1])。
 
 
 
銀色の鏡
銀色の鏡を使用すると、鏡表面が基準となり100に設定されます (単位: [1])。

 




測定角度

20° from normal
この測定ジオメトリは、高光沢アルミニウムやプラスチックホイル、またはコーティングされたガラス板のように、主に高光沢の物体に使用します。アプリケーションに応じて、銀色の鏡や黒色のガラス板に対して光沢センサーを校正します(特殊センサーバージョン)。
 
45° from normal
黒ガラスの光沢レベルは100[1]です。銀色の鏡に対して校正した特殊バージョンの光沢レベルも同様に100[1]です。この測定ジオメトリはほとんどが、高光沢の紙表面を測定する製紙業に使用されます(TAPPI standard)。
校正は黒色のガラスに対して行われます。ガラスの光沢レベルは100 [1]です。
 

60° from normal
最も多く使用されるタイプです。無光沢な物体から光沢のある物体まで至適に使用できます。校正は黒色のガラスに対してのみ実行されます。ガラスの光沢レベルは100 [1]です。

75° from normal
測定角度は、主に無光沢な紙表面から光沢のある紙表面の測定をする、製紙業に使用されます(TAPPI standard)。校正は黒色のガラスに対して行われ、光沢レベルは100 [1]です。
85° from normal
この測定ジオメトリは、主に非常に曇った表面を測定する場合に使用されます(例:無光沢の木材表面)。校正は黒色のガラスに対して行われ、光沢レベルは100 [1]です。
 

 

携帯型装置
 
市場では、研究所などで光沢レベルを測定するためのオフライン(携帯型)装置が幅広く揃っています。シート材料の場合、研究所では生産の開始時にサンプルを取ります。その後、生産の終了時にもう1つサンプルが取られます。当然、生産の開始時と終了時の間では適切な光沢測定は行えません。一方、プレート材料の場合、生産の最中にサンプルを取ることができます。このメソッドでは時間がかかりますが、ほとんどの場合取り出されたサンプルは生産工程にフィードバックすることはなかなかできません。
 
携帯型装置のベーシックデザイン:一般的に、光源として電球を使用します。トランスミッターレンズが平行な白色光(直径10mm以下のレーザービーム)を発します。ビームスプリッターは、光学ユニット(基準レンズ)を介して、基準レシーバーに向けられるトランスミッター光を部分的につなぎ、発生しうる変動を補正できます。
 
 
 
しかし、光の大部分は光沢測定装置を通過し、測定対象の表面にぶつかります。携帯型装置を、物体の上に置いて測定距離を観察し、外部光がレシーバーに到達しないようにしなければなりません。レシーバーレンズによってレシーバーにピントを当てた光量は、光沢レベルの情報を提供します。携帯型装置のレンズカバー内部には黒色のガラスが含まれることから、校正にレンズカバーを使用します。
                                            
携帯型装置のデメリット:
  • オフライン測定しか実行できないため、サンプルをとる必要があります。シート材料の測定は、シートの開始部分と終了部分でしか行えません。
  • 測定は無作為に(研究所で)おこなわれます。製品を100%測定することは不可能です。
  • センサーを物体の上に置いて測定しなければならないため、非接触測定は行えません。
  • 電球を(未調整の)光源として使用するため、外部光の影響を受けやすいです。
  • 光源(電球)の使用寿命が制限されています。
  • デジタルスイッチング出力、アナログ出力がありません。


(Sensor Instruments社製)インライン測定装置

 

 
インライン装置のデザインは、基本的に携帯型装置と同じですが、いくつか異なる点があります:
 
 
インライン装置のメリット:
    • 電球の代わりに白色光LEDを使用するため、光の調節が可能で、測定システムが外部光の影響を受けにくくなります。
    • 外部光に対する非感応性により、非接触で測定でき、インラインで使用できます。
    • レファレンスブランチ – Aを外部に設置することが出来ます。測定距離と基準距離に等しく周囲条件の影響が現れます。
    • レンズカバーは平らなガラスから構成されているため、レンズの清掃が非常に容易です。
    • システムにはスイッチング出力と2つのアナログ出力(電圧と電流の出力)を装備しています。
    • 複数のシリアルインターフェースが(コンバーターを介して)使用できます: RS232、USB、Ethernet。
    • モニターユニットを使用して、複数の測定ラインをマルチプレクサーから表示することが出来ます(トレンドディスプレイ、光沢レベルの数値とグラフィックディスプレイ、平均値のディスプレイ、設定許容値、特定のジョブナンバーの記録日など)。
    • 白色光LEDのトランスミッターパワーが調節可能なことから、測定する表面に対して光パワーを適時適応させることが出来ます。
    • 特殊な光ビームの直径はおよそ20mmで、非常に大きな物体表面には携帯型装置でスキャンを行います。測定システムは、部分的なばらつきの影響を受けにくくなります。

 

光沢測定

Sensor Instruments製のインライン光沢センサーは、携帯型測定装置と同じ測定基準を採用しています。インライン操作には、頑丈さと非接触測定の機能、外部光に対する非感応性が必要で、これらが光沢レベルを知らせる(アナログとデジタルの)それぞれ対応の信号を送ります。インラインの光沢測定には、モニタリングユニットを含めた多重操作が必要なため、複数の物体位置から同時に測定を行わなければなりません。
 
 
ハードウェア

光沢センサーは本質的に、トランスミッターレンズに光源(SI:調整済の白色LED)を含み、ビームスプリッターがトランスミッター放射を部分的に結びつけ、レファレンスレシーバーとレシーバーレンズ、そして実際のレシーバーに向けて、その光を届けます。

 

測定ジオメトリ
Sensor Instruments製のインライン光沢センサーは、全ての重要な基準に対応しています:

 

インターフェース
光沢センサーには、ダウンストリームPLCによって、それぞれが相応して評価可能な5つのデジタル出力が装備されています。31色までの光沢レベル(と対応する許容値)を(バイナリーコードで)表示できます。センサーには他に2つのアナログ出力が装備され、現在の光沢レベルに関する情報を提供します:電圧出力と電流出力はそれぞれ(0 V10 V) と(4 mA…20 mA)です。統合RS232インターフェースをデータ伝送に使用出来ます。USBとEthernet用の外部インターフェースコンバーターが、各システムへの接続に使用できます。M-PLEX-08マルチプレクサーユニットが、最高で8つまでの光沢測定(RLS-GDセンサー)のリンクを可能にし、測定値は、グラフィック(トレンドの表示)や数値(現在または平均値)でモニタリングユニット(SI-PP320-10.4°)に表示されます。データの記録や、各ジョブに関連する記録データを保存することも出来ます。

 

ソフトウェア
 
RLS-GD-Scope V4.8 Windows® ソフトウェアを使用することで、光沢センサーを簡単かつ快適にパラメーター化することが出来ます。またソフトウェアは、鏡面反射のためのレファレンスレシーバーの生データなどの、最重要パラメーターも表示します。

重要な入力パラメーター:
  • 白色光LEDの光パワーの自動修正/自動修正なし::
    POWER MODE: DYNAMIC/STATIC
    STATIC操作のための光パワー設定:   



    0: LED off
    1000: 最大LED

  • 特定光沢値の平均化:
    POWER MODE DYNAMICでは、光沢センサーに取り付けられたコントローラーが、レファレンス信号の生の値、または鏡面反射のレシーバーの生の値が、ダイナミックレンジの上3分の1に位置するよう光パワーを制御しようとします(ユーザーインターフェースのバーディスプレイを参照)。

  • 平均値は1から32000まで設定できます:

  • デジタル出力MAX-W6に対する光沢レベルの数設定:

  • 5までの光沢レベルが直接出力可能です。5以上の光沢レベルには、出力はバイナリーコードで行われます。

  • 評価モード NORM または GLOSS:
    評価モードGLOSSでは、黒色ガラス(または銀色の鏡)に対する校正値を常に表すレファレンス信号を使い、連続比較が行われます。ここでは、校正中のMEASURING CHANNEL / REFERENCEの関係が、基準点として機能します。GLOSSモードのみが光沢測定に使用できます。NORMモードに関しては、光沢測定の章で詳しく記載されています。

  • アナログ出力:
    アナログ値は通常、0から100までの光沢レベル(0V…+10V)を表します。しかし、この範囲は10の係数でズーム可能なため、たとえば5から15の光沢レベルを0Vから10Vまでの(または4mAから20mAの)アナログ値として出力出来ます。
  • 光沢レベルの表

  • グラフィックと数値のディスプレイ: 光沢レベル、基準値、測定値が数値として表示されます。31までの異なる光沢レベルをティーチテーブルに保存できます。許容値も同様に設定できます。 同じ光沢レベルGNを入力でき、表の上から下にかけて増加する許容値GTOを入力することが出来ます。 その後センサーは上から下にかけて表の処理を行います。(許容範囲内に位置する)適正な値は、表番号の形式をとったデジタル出力に送られます。ティーチテーブルによって、光沢レベルをクラスごとに分割することが出来ます(増加する許容値に応じて、またはカスケード様式で)。

  • キャリブレーション
    ボタンをクリックすると、CALIBRATEウィンドウが表示されます:

  • 対象物への校正(一般的に黒色のガラス、またはRLS-GD-20/20°-UVを使い銀色の鏡に対して)、または携帯型装置への適合を選択することが出来ます。インライン装置と携帯型測定装置に予想できる偏差を補正することができ、オペレーターは2つの装置から同じ値を確認することが出来ます。この偏差は主に、携帯型装置の校正板の汚れ(黒色ガラス)や、装置の老朽化が原因となります。

  • RLS-GD-MONITORING V4.8モニタリングソフトウェアを使用すると、MPLEX-08マルチプレクサーユニットとSI-PP320-10.4"モニターユニットと繋げて、8つのセンサーまでの光沢レベルを同時に表示することが出来ます。 光沢レベルは、トレンドディスプレイとして数値とグラフィックで表示することが出来ます。記録した値を特定のジョブナンバーに割り振ることが出来ます。

 

光沢検査

RLS-GDシリーズの光沢センサーは光沢測定に非常に適しています。このようなアプリケーションには、RLS-GD-Scope V4.8パラメーター化ソフトウェアに評価モードが設定されます。

このモードでは、鏡面反射が拡散反射に干渉するように設定されます。また、ティーチテーブルに31までの光沢値を保存することも出来ます。

NORM値とNORM許容値の両方を手動で変更することができます。表は上から下に向けて処理されます。現在処したNORM値に一致する表内の最初の値が、(パラメーター化または学習値の数に応じて)デジタル出力に直接、またはバイナリーコード化されて出力されます。


使用可能な光沢センサーのタイプ:


デジタル出力に加え、センサーにはNORM値の情報を送るアナログ出力が2つ装備されています:1x電圧出力(0V…+10V)、1x電流出力(4mA… 20mA)。



 

RLS-GD-Scope V…ソフトウェアは、光沢センサーのパラメーター化と、設定値の生データのモニタリングを目的とした光沢検査においてユーザーインターフェースとして使用できます。自動的/非自動制御のトランスミッターパワー(DYN/STAT)、(STATモードでの)トランスミッターパワー、平均値(AVERAGE)、学習値の番号や、(直接またはバイナリーコード化、またはパルス延長の)アウトプットモード、評価モード、許容値などティーチテーブル内にある設定パラメーターを、Windows®を使い簡単かつ快適に入力することが出来ます。

 
 
SPECTRO-1-FIO センサーと、光ファイバーD-S-A2Ë0-2.5-1200-67°またはD-S-A3Ë0-1200-67°、そしてV-ホルダー(タイプ: KL-20/20°、KL-15/45°、KL-12/60°、KL-10/75°とKL-5/85°)を組み合わせて使用することで、シンプルで効果的な光沢検査が実行できます。センサーシステムは、アナログ信号(0V...+10Vまたは6mA.. 20mA)と2つのデジタル信号を送ります。
SPECTRO1-Scope V2.0 Windows®ソフトウェアは、現在の光沢レベルを囲む許容範囲や光パワー、平均値やゲイン値の設定などに使用します。また、PLCプログラム制御を介して学習を容易にするEXTERNTEACH 機能を有効化出来ます。

 

 

色-光沢(color-gloss)検査

これまでにも多くのアプリケーションに光沢検査が行われてきました。しかし、光沢レベルだけでなく色をも検査するには、また問題が残っています。
 
SI-COLO-GD-40は、光沢レベルとカラー値の両方を測定する検査システムです。このシステムを使用すると、製品間にある非常に小さな相違でも検出が可能です。
 
color-glossセンサー SI-COLO-GD-40
SI-COLO-GD-40color-glossセンサーは、基本的にSI-COLO4シリーズのカラーセンサーと、RLS-GDシリーズの光沢センサーのコンポーネンツを組み合わせています。センサーの光源は白色光LEDと調節光から構成されており、これにより外部光による影響をさらに防ぐことが出来ます。色検出器(R、G、B生値)は別として、鏡面反射した部分(DIR)の検出器と、拡散反射した部分(DIF)の検出器は、color-glossセンサーに装備されたコントローラーに情報を提供します。


 

色の評価は以下のアルゴリズムに応じて実行されます:



いわゆるs、i、M値も代わりとして、カラーセンサーに使用できます。
以下の公式を使い、光沢の評価がおこなわれます: 

 

生データ(R、G、B、DIR、DIF)に加えて、パラメーターx、y、INT、GNとs、i、M、Nを使いパラメーターを操作できます。
 
一方、x、y、INTとs、i、Mがカラー値に関する情報を提供し、GN値が対象物の光沢特徴に関する情報を提供します。
 
基本的に、評価には以下のモードが使用できます:

 

x, y, INT GN
s, i, M GN
x, y, INT, GN
s, i, M, GN

 

学習はカラーセンサーと同様に実行され、追加パラメーターのみが追加されます: GN!

x、y、INT とGNを使うと、表は以下のようになります:

 

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

 

 

 

 

 

 

x, y, INT GN

 

s、i、MとGNを使うと、表は以下のようになります:

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

 


評価は選択モードによって異なります:

BEST HIT
FIRST HIT
MINIMAL DISTANCE

 

評価モードx、y、INT GNとs、i、M GNでは、現在のcolor-gloss(色-光沢)値が設定のGNつまりGTOの許容ウィンドウ内に位置するかをセンサーが検査します。その後、(CTO内の)カラー値の状態が正しいかをチェックします。複数の候補対象が適正な場合、選択は設定した選択モード(BEST HIT、FIRST HIT、MINIMAL DISTANCE、色検査を参照)に応じて行われます。評価モードx、y、INT、GNとs、i、M、GNでは一方、センサーが“4次元空間”内でcolor-gloss選択を実行し、許容値CGTOが4次元構造を作成します。学習したcolor-gloss値を適切な候補対象とする場合、現在のcolor-gloss値は許容範囲内に位置していなければなりません。
 
 
評価モードx、y、INT GNとs、i、M GNにおけるグラフィック表示:

x、y、INT とs、i、M 値が3つのビューで表示されます。GN値はバーディスプレイで表示されます

保存したcolor-gloss値:

 



保存したcolor-gloss値:



 

BEST HIT選択モードでは: color-gloss値 5
MINIMAL-DISTANCE選択モード:color-gloss値5
FIRST HIT選択モード: color-gloss値1
 
 
x、y、INT、GNとs、i、M、GN評価モードにおけるグラフィック表示:
この2つのモードでは、x、y、INT、GN とs、i、M、GN値が6つのビューで表示されます:
 

保存したcolor-gloss値:





 

保存したcolor-gloss値:









 

BEST HIT選択モードでは: color-gloss値 3
MINIMAL DISTANCE選択モードでは: color-gloss値 3
FIRST HIT選択モードでは: color-gloss値 Ø
 
 
Windows® ユーザーインターフェースSI-COLO-GD-SCOPE:






SPECTRO-3-50-FCL-30°/30°を使ったcolor-gloss(色-光沢)検査

color-glossセンサータイプSPECTRO-3-50-FCL-30°/30°は、IN0-信号レベルに応じて、交互に作用する2つの光源から 構成されています。センサーは、色や光沢の相違が非常に小さな物体に使用します。自動車のインテリアに使用する擬革やプラスチック部品、家具に使用される プラスチックフィルムやプラスチックラミネーションなどが対象です。

 

 
Windows ®ユーザーインターフェース SPECTRO-3-SCOPE:



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