色差測量幾何條件的選擇概論

色差測量幾何條件的選擇與設(shè)備摘要 由于色差測量目的不同，被測涂層表面所含色漿對入射光反射的特性不同和紋理不同，應(yīng)當(dāng)選擇不同的色差測量設(shè)備和測色幾何條件，介紹了市場上常見的幾種結(jié)構(gòu)的測量不透明物體的色差的設(shè)備的光路原理和其對應(yīng)測色幾何條件下測量的數(shù)據(jù)的意義和其適用的場合。主題詞: 色差 測色幾何條件 設(shè)備 顏色Abstact：According to different purpose of the test of color difference, different equipment & geometric condition should be selected. Introduce some testers of color difference base on different geometric condition.Key words: Color difference Geometric condition Equipment Color 0前言裝飾性是涂料的重要作用之一，對于批次間和部位間的顏色匹配是涂料檢測的重要環(huán)節(jié)。色差儀是當(dāng)前應(yīng)用廣泛的測色設(shè)備，其原理是一束光經(jīng)特定的光路照射到樣品上，并由一系列的探測器接收由樣品反射的光線并將光信號轉(zhuǎn)化為電信號的儀器。根據(jù)被測材料的光學(xué)性質(zhì)的不同和測量目的不同，目前市場上有多種不同結(jié)構(gòu)的色差測量的設(shè)備可供選擇。不同結(jié)構(gòu)的色差儀由于測色幾何條件不同，即測量的光路不同，測量的結(jié)果會(huì)有差異。1 素色漆的測量素色漆是指顏料中只含有色漿的涂料，這種涂料對入射光的反射以漫反射為主，其顏色在各個(gè)角度看來沒有本質(zhì)區(qū)別，只是在光澤和表面紋理的影響下會(huì)稍有不同。對應(yīng)CIE標(biāo)準(zhǔn)的測色幾何條件，色差儀主要有積分球式和環(huán)形照明式兩種。11環(huán)形照明式色差儀理想漫反射物體對于任意一束光都將以漫反射形式即各方向等效地反射出去，為此入射光和觀察者的角度并不重要，不會(huì)影響倒觀察結(jié)果，但真實(shí)物體表面并非理想漫反射表面，多少都會(huì)由于鏡面反射成分和表面紋理而造成由于入射光和觀察者的幾何位置不同而表現(xiàn)的微小顏色差異。而對于（如圖1）的環(huán)形照明則可以消除這種影響。這種以45環(huán)形照明,0（法線方向）觀測的幾何條件可以縮寫為：45/0：c。由于光路可逆，它與0照明45方向環(huán)形接收是等效的，該測色幾何條件對應(yīng)的色差儀有Minolta 506D，GretagMacbeth公司的Color eye 2145等。Minolta506D使用一個(gè)氙燈作為光源，經(jīng)由一組光導(dǎo)纖維將照明光以45環(huán)形照到樣板上，法線上有一組光電管作為探測器。BYK公司的測色精靈也屬于這類儀器，不同的是它是由三組發(fā)光二極管構(gòu)成環(huán)形光源，每組包括12個(gè)不同發(fā)射波長的發(fā)光二極管，三個(gè)發(fā)射波長相等的發(fā)光二極管互成120（如圖2），抵消樣品表面紋理的影響。GretagMacbeth公司的Color eye 2145這種色差儀的光路由于抵消了表面紋理的影響而更適合用于涂料顏色調(diào)配過程，因?yàn)闃悠繁砻娴墓鉂傻燃y理不會(huì)影響到顏色測量,在現(xiàn)實(shí)中沒有與之完全對應(yīng)的觀察環(huán)境。12積分球色差儀圖3是積分球色差儀的基本結(jié)構(gòu)，積分球是一個(gè)中空的金屬球，其內(nèi)表面涂有中等灰色的高反射漫射物質(zhì)，如硫酸鋇或聚四氟乙烯。進(jìn)入這個(gè)球體的光線經(jīng)過多次反射后都只能從測量孔或光源孔射出積分球。1一束光從任意的不通過球心的角度照進(jìn)積分球后經(jīng)過球壁的多次反射后會(huì)從各個(gè)角度照射到樣板，最終通過測量孔或光源射出積分球。測量孔是在與法線夾角成8的位置，由一組光電管構(gòu)成的探測器。X-Rite, Minolta, GretagMacbeth 等很多公司都提供這種結(jié)構(gòu)的色差儀。CIE沒有明確規(guī)定積分球的開孔的尺寸，只要求所有開孔面積不超過內(nèi)表面積的10，因此不同廠家的產(chǎn)品的開孔的位置，尺寸，光源入射角度會(huì)有區(qū)別，因此特別對于有中等光澤的樣板，不同的儀器測量結(jié)果的絕對值會(huì)有差異1，但是對比測量的定性結(jié)論(樣品的絕對值與標(biāo)準(zhǔn)板的絕對值之差的正負(fù))一般相同，只是定量（差值的大?。┥洗嬖诓町?。與觀測孔關(guān)于法線對稱的地方有一個(gè)光阱，關(guān)閉光阱時(shí)鏡面反射成分包含在內(nèi)，簡寫作d/8:i，（d表示漫反射照明，8是8度角接收，i指包括鏡面反射）也可簡寫作 SPIN。當(dāng)光阱打開時(shí)去除了鏡面反射，此條件簡寫作：d/8:e，e指去除鏡面反射。很多色差儀比如X-Rite的SP64和Minolta的 2600D能提供這兩種條件的測量。試驗(yàn)表明當(dāng)給相同的色板表面賦予不同的光澤后，其在SPEX條件下的測量值特別是亮度L受光澤的影響非常顯著，并在一定范圍內(nèi)表現(xiàn)線性關(guān)系，而這些光澤不同的色板在SPIN條件下測量值十分接近。色板的目視效果與SPEX條件下的結(jié)論接近2。SPIN條件由于測量不受樣品的影響而只決定于樣品中色漿的含量，因此適應(yīng)于顏色調(diào)整過程使用。然而樣品的表面光澤會(huì)很大程度上影響目視感覺，因此在對最終完成的成品的色差檢測必須在相同光澤下由SPEX條件進(jìn)行，對于不同材料間或不同紋理的材料間的顏色測量也應(yīng)當(dāng)在SPEX條件下進(jìn)行，因?yàn)榇藭r(shí)的測量結(jié)果考慮了紋理的影響且和目視效果最為接近。這種測色條件與在光源箱中觀察者以與樣板法線夾角8度的方向觀察樣板的幾何條件相對應(yīng)。 2隨角易色表面的測量當(dāng)涂料內(nèi)含有金屬片或云母色漿時(shí)，樣品表面對入射光的反射不是各向等效的，也就是說樣品表面的顏色是入射光角度和觀察角度的函數(shù)，因此報(bào)告顏色時(shí)必須考慮到角度的影響。XRite公司的MA68系列產(chǎn)品提供5角度的逆定向反射角（aspecular）測量數(shù)據(jù)，如圖4所示它是一束平行光與法線方向夾45角入射，在與其鏡面反射光成15，25，45，75，110角的位置上分布著五組探測器，其中15角代表近鏡面反射方向，110代表逆光方向或稱側(cè)視方向。由于會(huì)受到樣板紋理的影響，旋轉(zhuǎn)樣品可能會(huì)影響到測量結(jié)果，且與目視效果接近，因此適合用于色板的對比。Minolta公司的CM512是另一類多角度色差儀，如圖5所示。它用3組環(huán)形光導(dǎo)纖維將入射光成環(huán)形分別以與法線成15，45，75夾角依次照射到樣品，在法線方向有一組探測器。與測量素色漆的45/0:c條件一樣，這種測量排除了樣品表面紋理的影響，因此更適合色漿調(diào)整過程。3色度計(jì)以上都是分光光度計(jì)，它是探測器將接收到的光按波長分為多個(gè)部分分別測量的色差儀，因此可以在全光譜上進(jìn)行配色。色度計(jì)是用三個(gè)對應(yīng)三刺激值的濾光片濾光后分別測量光強(qiáng)度的色差儀，它不能給出由于照明變化，樣板產(chǎn)生的外觀顏色變化，因此成本大大降低。用于不透明物體測量的色度計(jì)多使用45 : 0：c測色幾何條件(見1.1)，代表的設(shè)備有XRite918。色度計(jì)由于不能反映出詳細(xì)樣品在各個(gè)光譜頻率上的反射率，所以不能光譜配色，在此不再詳述。4.小結(jié)對于含有不同色漿的樣品和不同測量目的應(yīng)當(dāng)選擇合適的色差儀，以保證測量結(jié)果的有效。相同測色幾何條件下，色差儀結(jié)構(gòu)和尺寸的差異對色差測量的定量結(jié)果有影響，但其定性結(jié)果一般相同。不同測色幾何條件下的測量結(jié)果在定性上就有可能不同，不具有可比性。參考文獻(xiàn)1. 顏色技術(shù)原理/（美）伯恩斯（Berns，R.）編著；李小梅等譯.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.92. 王健犀，馬慶林. 清漆光澤對涂料顏色的影響 J . 涂料工業(yè)，2004.12作者簡介:1995年畢業(yè)于華東理工大學(xué)，質(zhì)量工程師，已發(fā)表論文4篇。主要從事粘接，清洗，顏色等表面技術(shù)的工作和質(zhì)量控制工作和新產(chǎn)品交接工作。文檔由本人精心