Colorimeter

Color steht als Substantiv im Lateinischen für Farbe und ist mit dieser Bedeutung in viele andere Sprachen übernommen worden. Ein Colorimeter ist also ein Messgerät zum Bestimmen von Farben. Diese digitalen Geräte sind in der Regel einfach zu bedienen und liefern unabhängig vom Farbsehvermögen des Nutzers schnelle Ergebnisse. Viele Colorimeter sind kompakte Handgeräte, die einfach auf die zu prüfende Probe aufgesetzt werden können. Größere Tischgeräte sind meist mit Vorrichtungen zum Positionieren der Probe ausgestattet.

Zur Messung der Farbigkeit von Objekten wird Licht aus einer internen Lichtquelle durch die Messöffnung auf die Oberfläche gestrahlt und das reflektierte Licht wird nach Wellenlängen gefiltert erfasst. Die Umgebungsbeleuchtung und die Farbigkeit von benachbarten Objekten haben also bei der Farbermittlung mit einem Colorimeter keine Auswirkungen auf das Ergebnis. Unter Fachleuten werden nur die Farbmessgeräte als Colorimeter bezeichnet, die mit nur einer Normlichtart und einem Standardwinkel arbeiten und die lediglich die Anteile von Rot, Grün und Blau im von der Probe reflektierten Licht erfassen. Die Messwerte werden als Normwerte X, Y und Z angezeigt. Diese Dreibereichsmessung ist für viele Anwendungen ausreichend. Sie kann aber bei strukturierten Oberflächen, glänzenden Anteilen und bei Farben die unter verschiedenen Lichtquellen unterschiedlich wirken, keine eindeutigen Ergebnisse liefern.

Farbmessgeräte, die mehr Filter und Funktionen als diese Tristimulus Colorimeter bieten, werden von Profis als Spektrometer oder Spektralphotometer bezeichnet. Wir weichen hier davon ab und ziehen diese Grenze nicht. Wir bezeichnen im folgenden Text auch Spektrometer, die zur Farbbestimmung eingesetzt werden als Colorimeter. Im nachfolgenden Abschnitt gehen wir auf wichtige Merkmale ein, die bei der Auswahl zu beachten sind.

Bevor verschiedene Colorimeter verglichen werden, sollte feststehen, welche Funktionen und Eigenschaften für die vorgesehene Anwendung notwendig sind und welche Merkmale zusätzliche Vorteile bieten. Folgende Fragen können bei der Festlegung helfen.

Welche Farbfilter soll das Colorimeter haben?
Genügt für die Farbbestimmung die Filterung in rot, grün und blau oder soll detaillierter oder nach anderen Kriterien gefiltert werden?

Welche Lichtquelle soll verwendet werden?
Viele Colorimeter arbeiten mit einer Normlichtquelle, einige bieten die Möglichkeit, die Farbe von Objekten unter verschiedenen Lichtquellen zu bestimmen.

Wie groß soll die Messöffnung sein?
Wenn die Proben sehr klein oder gekrümmt sind, sollte die Messöffnung möglichst klein sein, damit nur das von der Probe reflektierte Licht auf den Lichtsensor trifft.

In welchem Format soll das Ergebnis ausgegeben werden?
Um Farben für Objekte bei Bestellungen sicher festlegen zu können, müssen sich Anbieter und Kunde auf dasselbe Farbbestimmungssystem einigen. Für Bunttöne, den Weißgrad und für Lichtfarben gibt es unterschiedliche Definitionen. Da diese nicht einfach umgerechnet werden können, ist es sehr wichtig, darauf zu achten, für welche Farbräume das Colorimeter die Messergebnisse ausgeben kann.

Sollen Datenspeicher und Schnittstellen genutzt werden?
Gerade für häufige Messungen und die sichere Dokumentation der Messergebnisse im Rahmen der Qualitätssicherung ist es vorteilhaft, wenn die Messdaten direkt in Computerprogramme übernommen werden können.

Ist eine spezielle Software wünschenswert?
Einige Colorimeter werden mit spezieller Software angeboten, um die Auswertung und Dokumentation der Farbmessungen zu erleichtern.

Ist das Colorimeter kalibrierbar?
Um sicherzugehen, dass die Messungen korrekt und vergleichbar sind, sollten Colorimeter kalibrierbar sein. Es gibt Modelle, die auch vom Nutzer mit Farbstandards kalibriert werden können und Geräte, die regelmäßig automatisch kalibriert werden.

Sollen direkte Farbvergleiche durchgeführt werden?
Wenn vorgesehen ist, Farben von Proben mit einem Farbmuster zu vergleichen, bietet es sich an, ein Colorimeter einzusetzen, das über die Funktionen Bezugswertbestimmung und Farbdifferenzmessung verfügt. Das Farbmuster liefert dann den Bezugswert zu dem die Farbdifferenzen der Muster angegeben werden.

Colorimeter zur Messung von Lichtfarben
Die Farbe von Licht beeinflusst nicht nur, wie die Farben beleuchteter Objekte auf uns wirken. Die Lichtfarbe kann in Verbindung mit der Lichtintensität und der beleuchteten Umgebung auch anregend oder beruhigend auf uns wirken. Ob zu Haus, am Arbeitsplatz, in Schulen, Krankenhäusern oder Pflegeheimen, durch gezielte Planung der künstlichen Beleuchtung können oft Verbesserungen der Aufenthaltsqualität erzielt werden. Auch Pflanzen und Tiere werden durch die Art der künstlichen Beleuchtung beeinflusst. Bei einigen Pflanzen kann über die Lichtfarbe sogar gezielt entweder das Blattwachstum oder die Blütenbildung angeregt werden. Mit einem Colorimeter für Lichtfarben können neben den Tristimuluswerten X, Y und Z oft auch die Beleuchtungsstärke, die Farbtemperatur, die Leuchtdichte, und die Wellenlänge des Lichts gemessen werden.

Colorimeter zur Bestimmung des Weißgrades
Es gibt Colorimeter die ausschließlich oder zusätzlich zur Farbigkeit den Weißgrad messen können. Der Weißgrad spielt eine große Rolle bei Materialien, die beschichtet werden sollen, vor allem in der der Druck-, Verpackungs- und Papierindustrie. Aber auch bei Konsumgütern und Geschirr, Sanitärkeramik, Schaltern und Steckdosenabdeckungen sollten die Weißtöne einer Produktlinie übereinstimmen, damit es nicht zu Reklamationen kommt. Die nach ISO Norm und die nach CIE Norm ermittelten Weißgrade können nicht direkt verglichen oder ineinander umgerechnet werden. Deshalb ist bei der Geräteauswahl darauf zu achten, dass das Colorimeter den Weißgrad nach der geforderten Norm anzeigen kann.

Farben können durch Vergleichsfarben in einem Farbfächer oder durch ein Farbraumsystem bestimmt werden. Sowohl bei den Farbfächern als auch bei den Farbräumen gibt es verschiedene Systeme. Um über einen bestimmten Farbton kommunizieren zu können, müssen sich beide Seiten auf dasselbe Farbmesssystem beziehen. Farbfächer werden häufig von Architekten und Malern zur Abstimmung der Farbigkeit von Fassadenelementen oder für die Innenausstattung verwendet. Farbfächer sind naturgemäß in der Auswahl der Farbtöne beschränkt, helfen aber, schnell die verfügbaren passenden Lacke und Dispersionsfarben zu finden. Die Deutsche Bahn hat eine eigene DB-Farbtonkarte für Stahlbauteile. Deren Farben enthalten Eisenglimmer als speziellen Glanzeffekt.

Im Gegensatz zu Farbtonkarten können die für die digitale Messung entwickelten Farbraumsysteme nahezu unendlich viele Farbtöne abbilden. Jeder dieser Farbtöne ist durch seine Position im jeweiligen Farbraumsystem charakterisiert. Colorimeter geben nach der Messung der Farbanteile den Farbton als Position auf den Achsen des Farbraumes an. Dieses Messprinzip ermöglicht es, dass Colorimeter bei Vergleichen mit einem Farbmuster auch die Größe der Abweichungen zahlenmäßig angeben können. Dadurch kann bei notwendigen Korrekturen der Farbgebungsprozess viel gezielter beeinflusst werden.