Warum ein IQ kaufen und kein Glanzmessgerät? FAQ

Warum ein Rhopoint IQ kaufen und kein Glanzmessgerät?

Das Rhopoint IQ vereint die Funktionen von vier Oberflächenmessgeräten in einem handlichen Gerät.
Mit einem Tastendruck nimmt das Gerät folgende Messungen vor:

Warum reicht die Messung von Glanz allein nicht aus?

Seit Jahren wird für die Quantifizierung und Validierung des Oberflächenerscheinungsbilds ein herkömmliches Glanzmessgerät als Hilfsmittel für die Qualitätskontrolle spezifiziert und verwendet. Diese Empfehlung beruht auf dem traditionellen Messprinzip, bei dem die Menge des auf eine Oberfläche übertragenen Lichts verglichen wird mit der Menge des Lichts, die bei einem feststehenden Messwinkel von dieser Oberfläche reflektiert wird. Daraus ergibt sich der spezifische Glanzwert für diese Oberfläche. Dieser Glanzwert kann jedoch irreführend sein, da er keine anderen Effekte der Oberflächenoptik beschreibt, die visuell wahrgenommen werden.

Die 10 Platten oben verdeutlichen diesen visuellen Unterschied.

Werden diese 10 Platten mit einem herkömmlichen Glanzmessgerät geprüft, weisen alle Platten denselben Glanzwert auf. Für das Auge ist das Erscheinungsbild jedoch unterschiedlich.

Diese Diskrepanz zwischen der visuellen und der gemessenen Wahrnehmung ist auf Oberflächenstrukturen zurückzuführen, die durch große (Orange Peel) und mikroskopisch kleine Strukturen (Haze) entstehen.

Aufgrund der Einschränkungen der Messtechnologie können Glanzmessgeräte nur Glanzwerte bestimmen. Sie erkennen solche Strukturen nicht. Der Betrachter nimmt diese Oberflächen jedoch als mangelhaft war.

Was ist Glanz und wie wird er gemessen?

Die Reflexionswerte bei matten Niedrigglanzoberflächen sind so gering, dass die Unterschiede bei der Betrachtung nicht wahrgenommen werden. Somit ist Glanz der entscheidende Faktor.

Je mehr der Reflexionswert in Richtung Hochglanz ansteigt, desto ausgeprägter werden die Effekte von Oberflächenstrukturen. Deswegen ist für solche Oberflächen wie oben beschrieben ein 20-Grad-Winkel zu empfehlen, um eine höhere Genauigkeit und Auflösung zu erzielen.

Glanz ist der optische Sinneseindruck, der mit der Helligkeitswahrnehmung einhergeht, wenn direktes Licht von einer Oberfläche reflektiert wird. Oberflächen mit hohem Reflexionsgrad werden als „glänzend“ bezeichnet, Oberflächen mit niedrigerem Reflexionsgrad als „mittelglänzend“ oder „matt“.

Glanzmessgeräte quantifizieren diesen Effekt, indem sie die Glanzlichtreflexion von einer Oberfläche in definierten Winkeln messen. Dabei wird im selben Winkel der Lichtquelle gegenüberliegend gemessen.

Glanzeinheit

Die Glanzeinheit GU (Gloss Unit) ist in internationalen Normen definiert, unter anderem ISO 2813 und ASTM D523. Sie basiert auf der Menge an reflektiertem Licht, die bei einem Glasstandard mit definiertem Brechungsindex erreicht wird.

Für Glanzmessungen werden am häufigsten die Winkel 20°, 60° und 85° verwendet.

Der am besten geeignete Winkel sollte abhängig vom Glanz der Probenoberfläche ausgewählt werden.

Die Verwendung der richtigen Messgeometrie erhöht die Auflösung und sorgt für eine bessere Übereinstimmung zwischen den Ergebnissen und der wahrgenommenen Qualität.

So wird der geeignetste Winkel bestimmt:

Zur Ermittlung des richtigen Messwinkels sollte die Oberfläche mit der 60°-Geometrie gemessen werden.

• Matte Oberflächen mit einem Messwert unterhalb von 10 GU bei 60° sollten erneut unter dem 85°-Winkel gemessen werden.
• Hochglanzoberflächen mit einem Messwert oberhalb von 70 GU bei 60° sollten unter dem 20°-Winkel gemessen werden.
• Der 60°-Winkel eignet sich am besten für Proben mit mittlerem Glanz (10–70 GU).

Gesetz der Reflexion

Nach dem Gesetz der Reflexion erzeugen das einfallende Licht und das ausgehende reflektierte Licht bezogen auf die Oberfläche denselben Winkel.

Die Standardmethode zur Glanzmessung mit einem Glanzmessgerät bei 20° erfordert einen Akzeptanzwinkel von ±0,9° um den Glanzwinkel von 20°.

Dieser schmale Messwinkelbereich für das reflektierte Licht erlaubt es dem Sensor eines Glanzmessgeräts nicht, Oberflächenstrukturen zu erkennen, da diese Strukturen das reflektierte Licht in einem breiteren Winkel ablenken.

Glanzmessung mit dem Rhopoint IQ

Im Unterschied zu einem Glanzmessgerät verwendet das Rhopoint IQ eine lineare Diodenanordnung („Array“), um die Verteilung des reflektierten Lichts zwischen 12,75° und 27,25° zu messen.

Für Glanzmessgeräte übliche optische Konfigurationen werden bei 60° und 85° verwendet; sie entsprechen vollständig internationalen Glanzstandards, wie ISO 2813 und ASTM 523.

Das Gerät weist im Gegensatz zu klassischen Glanzmessgeräten keine physikalischen Empfängerblenden auf. Der 20°-Glanzwert wird durch Messungen mit Elementen der linearen Anordnung ermittelt, die entsprechend den normierten Winkeln angeordnet sind.

Dadurch kann das Gerät die Effekte von Oberflächenstrukturen quantifizieren, die je nach Größe als Orange Peel oder Haze eingeordnet werden können.

Was ist Haze und wie wird er gemessen?

Was ist Haze?

Haze ist Licht, das durch sehr kleine Oberflächenstrukturen neben dem Hauptreflexionswinkel reflektiert wird. Der Begriff „Haze“ bezeichnet einen milchigen Lichthof oder Glanzschleier, der auf Hochglanzoberflächen wahrgenommen wird.

Haze auf Oberflächen

Haze auf Oberflächen kann bei den meisten Beschichtungsapplikationen ein Problem darstellen, z. B. bei der Automobillackierung, der Aufbringung von Pulverbeschichtungen und anderen Hochglanzbeschichtungen. Hierfür gibt es verschiedene mögliche Ursachen, einschließlich der Unverträglichkeit von Materialien in einer Formulierung, schlechter Dispersion und Trocknungs-/Härtungs-/Einbrennproblemen.

Bei Beschichtungen ohne Haze haben Reflexionen Tiefe und Kontraste einen hohen Reflexionsgrad. Bei Beschichtungen mit Haze liegt ein leicht „milchiger“ Schleier über der Hochglanzoberfläche.

Haze wird durch Mikrostrukturen auf der Oberfläche verursacht, wodurch Licht neben der Hauptreflexionsrichtung gestreut wird.

Wird die Reflexion einer hellen Lichtquelle auf einer Oberfläche mit stark ausgeprägtem Haze betrachtet, liegen „Glanzschleier“ über dem Bild und es ist von einem hellen Lichthof umgeben.

Haze ist ein wichtiger Messwert für hochglanzpolierte Metalle und steht häufig mit Schleifkratzern und der Bearbeitungsrichtung in Zusammenhang.

Haze-Messung mit dem Rhopoint IQ

Dank der linearen Diodenanordnung kann mit dem Rhopoint IQ Haze einfach gemessen werden. Dazu wird das in ASTM E430 beschriebene Verfahren eingesetzt, bei dem die Menge an Licht gemessen wird, die +/-2° auf beiden Seiten des Glanzwinkels abgelenkt wurde.

Das Gerät bietet auch eine Haze-Kompensation, um Haze-Messungen auf unterschiedlich gefärbten Oberflächen zu ermöglichen. Anderenfalls könnte das von hellen Farben wie Weiß oder Gelb ausgehende Streulicht zu überhöhten Haze-Werten führen.

Diese Messung wird vom Gerät automatisch im selben Vorgang durchgeführt.

Was sind Orange Peel und DOI und wie können sie gemessen werden?

Was ist DOI?

Distinctness of Image (DOI) beschreibt die reflektierte Bildqualität einer beschichteten Oberfläche.

Zwei Oberflächen, auf die ähnliche Beschichtungen aufgebracht wurden, können identische Glanzwerte ergeben – bei visueller Betrachtung sind jedoch unter Umständen bei einer der Beschichtungen gravierende Mängel zu erkennen. Bei näherer Untersuchung stellt sich heraus, dass die bei der visuellen Prüfung durchgefallene Beschichtung ein stark strukturiertes, „genarbtes“ Erscheinungsbild hat, das auch als „Orange Peel“ bezeichnet wird. Wenn man ein reflektiertes Objekt in solch einer Beschichtung betrachtet, erscheint das Bild verschwommen und verzerrt.

Was ist Orange Peel?

Orange Peel, Welligkeit, Strukturen, Porenbildung und ähnliche Effekte können bei vielen Hochglanz-Beschichtungsapplikationen ein Problem darstellen, z. B. bei der Automobillackierung, der Aufbringung von Pulverbeschichtungen und anderen Industriezweigen, bei denen glatte und homogene Oberflächen erforderlich sind. All diese Effekte können mit dem Rhopoint IQ gemessen werden.

DOI wird in der Automobilbranche seit vielen Jahren messtechnisch und visuell bewertet. In der Vergangenheit waren DOI-Messgeräte unhandlich und teuer, und bei einigen war die Wiederholbarkeit mangelhaft. Die DOI-Messung war außerhalb der Automobilindustrie aufgrund der hohen Anschaffungskosten und geringen Nachfrage nach qualitativ hochwertigen Glanzoberflächen nicht verbreitet.

Messung von Orange Peel und Distinctness of Image (DOI) mit dem Rhopoint IQ

Das Rhopoint IQ misst den DOI-Wert einer Oberfläche durch Quantifizierung der Art, wie ein reflektierter Messstrahl um den Glanzwinkel aufgefächert und verzerrt wird.

Beispiele für Prüfplatten mit niedrigen und hohen DOI-Werten. Orange Peel, Struktur, Verlauf und sonstige Schlüsselparameter können bei Beschichtungsapplikationen beurteilt werden, bei denen die Qualität von Hochglanzoberflächen immer wichtiger wird.

Der DOI-Wert einer Oberfläche ist eine Zahl zwischen Null und Hundert. Eine Oberfläche, die ein perfektes, unverzerrtes Bild darstellt, liefert den Messwert 100. Mit stärker ausgeprägten Strukturen wird das Bild verzerrt und der DOI-Wert nimmt ab.

Nachteile von Distinctness of Image

Distinctness of Image (DOI) war einer der ersten Parameter zur Bestimmung von Oberflächenstrukturen. Ursprünglich wurde dieser Wert messtechnisch und visuell bewertet.

Distinctness of Image beschreibt die reflektierte Bildqualität einer beschichteten Oberfläche. Mit zunehmend wahrnehmbarem Orange Peel-Effekt auf einer Oberfläche nimmt die reflektierte Bildqualität ab.

Dieser Effekt kann gemessen werden, indem das um den Glanzwinkel reflektierte Licht quantifiziert wird. Eine perfekte glatte Oberfläche mit starker Reflexion liefert einen DOI von 100; dieser Wert nimmt mit steigendem Orange Peel-Effekt ab.

Der DOI-Parameter war für die Beschichtungsqualität zur Zeit seiner Entwicklung eine angemessene Messgröße. Heutzutage ist jedoch die Qualität von Beschichtungen derart angestiegen, dass die DOI-Messung in vielen Branchen an Bedeutung verloren hat.

Was ist die reflektierte Bildqualität (RIQ)?

Die reflektierte Bildqualität (RIQ) ist eine neue Messung, die von Rhopoint Instruments entwickelt wurde. Sie weist eine höhere Empfindlichkeit bei der Beurteilung hochreflektierender Beschichtungen und des Glanz-/Streuanteils von matteren Materialien auf.

Zwei hochreflektierende Beschichtungen, die sehr geringe Unterschiede hinsichtlich Orange Peel oder Struktur aufweisen, ergeben aufgrund ihrer Berechnung sehr geringe oder keine Abweichungen des DOI. Dies entspricht jedoch nicht dem visuellen Eindruck.

Durch Verringerung der Erfassungsdistanz um den Glanzwinkel und Messung des reflektierten Lichts mit der umgebenden Verzerrung wird eine deutlich höhere Auflösungskraft mit höherer Linearität erzielt, die mit dem visuellen Eindruck besser übereinstimmt.

Zwei hochreflektierende Platten mit denselben Glanzwerten weisen nur geringe Abweichungen des DOI auf, haben aber ein unterschiedliches Erscheinungsbild. Bei der Verwendung von RIQ ergibt sich jedoch eine größere Abweichung.

Der RIQ-Wert einer Oberfläche ist ebenfalls eine Zahl zwischen Null und Hundert. Eine Oberfläche mit einem perfekten, unverzerrten Bild liefert den Messwert 100. Mit abnehmendem Wert ist die Oberflächenstruktur stärker ausgeprägt und das Bild weniger scharf.

Warum RIQ anstelle von DOI verwenden?

Bei der DOI-Messung werden wenig ausgeprägte Orange Peel-Effekte bei hochqualitativen Oberflächen nicht erkannt.

RIQ reagiert stärker auf Orange Peel in einem breiteren Spektrum der Oberflächengüte.

RIQ weist eine höhere Empfindlichkeit bei Mattglanzoberflächen mit Glanz-/Streuanteil auf.

Die RIQ-Messung kann Unterschiede im Erscheinungsbild einer Oberfläche quantifizieren basierend auf:

• Ausrichtung des Substrats (horizontal/vertikal)
• Formulierung der Beschichtung
• Art des Substrats
• Auftragsverfahren

Die Werte für Glanz, Haze, DOI und RIQ werden gleichzeitig in einer kurzen Messung mit dem Rhopoint IQ ermittelt.

Und das ist nicht alles: Die Ebenheit einer Oberfläche wirkt sich auch auf die Zuverlässigkeit der Messungen mit einem Glanzmessgerät aus. Das Rhopoint IQ verfügt über eine Krümmungskompensation.

Kompensation bei gekrümmten Proben und Messung von Reflected Image Quality (RIQ) mit dem Rhopoint IQ

Kompensation bei gekrümmten Proben

20° Glanz- und Haze-Messgeräte arbeiten mit einer feststehenden Geometrie. Für genaue Messungen sind somit sehr ebene Oberflächen erforderlich.

Das Rhopoint IQ verwendet hingegen einen Sensor mit 512 Elementen, der 20° +/- 7,25° misst. Der Glanzwinkel wird mathematisch errechnet.

Bei einem herkömmlichen Glanzmessgerät wird Licht von unebenen Oberflächen auf den falschen Teil des Sensors reflektiert, was zu ungenauen Glanzmessergebnissen führt. Beim Rhopoint IQ wird das Licht auf verschiedene Bereiche der Diodenanordnung reflektiert und das Gerät kompensiert automatisch die Oberflächenfehler.

Linke Abbildung: ähnliches Erscheinungsbild für zwei verschiedene Oberflächen – eine der Oberflächen ist gekrümmt, das Licht wird von der Mitte der Diodenanordnung reflektiert.

Das Messergebnis rechts zeigt die automatische Kompensation der Unebenheit durch das IQ.

Gesetz der Reflexion: Das einfallende Licht und das ausgehende reflektierte Licht erzeugen bezogen auf die Oberfläche denselben Winkel.

Weitere Informationen zum Rhopoint IQ

Anwendungsbereiche und Standards

Für folgende Branchen sind die zusätzlichen Messleistungen der Rhopoint IQ Produktpalette von besonderem Vorteil:

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