色差测量的几何条件与设备.doc

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Introduce some testers of color difference base on different geometric condition.Key words: Color difference Geometric condition Equipment Color 0前言装饰性是涂料的重要作用之一，对于批次间和部位间的颜色匹配是涂料检测的重要环节。色差仪是当前应用广泛的测色设备，其原理是一束光经特定的光路照射到样品上，并由一系列的探测器接收由样品反射的光线并将光信号转化为电信号的仪器。根据被测材料的光学性质的不同和测量目的不同，目前市场上有多种不同结构的色差测量的设备可供选择。不同结构的色差仪由于测色几何条件不同，即测量的光路不同，测量的结果会有差异。1 素色漆的测量素色漆是指颜料中只含有色浆的涂料，这种涂料对入射光的反射以漫反射为主，其颜色在各个角度看来没有本质区别，只是在光泽和表面纹理的影响下会稍有不同。对应CIE标准的测色几何条件，色差仪主要有积分球式和环形照明式两种。11环形照明式色差仪理想漫反射物体对于任意一束光都将以漫反射形式即各方向等效地反射出去，为此入射光和观察者的角度并不重要，不会影响倒观察结果，但真实物体表面并非理想漫反射表面，多少都会由于镜面反射成分和表面纹理而造成由于入射光和观察者的几何位置不同而表现的微小颜色差异。而对于（如图1）的环形照明则可以消除这种影响。这种以45环形照明,0（法线方向）观测的几何条件可以缩写为：45/0：c。由于光路可逆，它与0照明45方向环形接收是等效的，该测色几何条件对应的色差仪有Minolta 506D，GretagMacbeth公司的Color eye 2145等。Minolta506D使用一个氙灯作为光源，经由一组光导纤维将照明光以45环形照到样板上，法线上有一组光电管作为探测器。BYK公司的测色精灵也属于这类仪器，不同的是它是由三组发光二极管构成环形光源，每组包括12个不同发射波长的发光二极管，三个发射波长相等的发光二极管互成120（如图2），抵消样品表面纹理的影响。GretagMacbeth公司的Color eye 2145这种色差仪的光路由于抵消了表面纹理的影响而更适合用于涂料颜色调配过程，因为样品表面的光泽等纹理不会影响到颜色测量,在现实中没有与之完全对应的观察环境。12积分球色差仪图3是积分球色差仪的基本结构，积分球是一个中空的金属球，其内表面涂有中等灰色的高反射漫射物质，如硫酸钡或聚四氟乙烯。进入这个球体的光线经过多次反射后都只能从测量孔或光源孔射出积分球。1一束光从任意的不通过球心的角度照进积分球后经过球壁的多次反射后会从各个角度照射到样板，最终通过测量孔或光源射出积分球。测量孔是在与法线夹角成8的位置，由一组光电管构成的探测器。X-Rite, Minolta, GretagMacbeth 等很多公司都提供这种结构的色差仪。CIE没有明确规定积分球的开孔的尺寸，只要求所有开孔面积不超过内表面积的10，因此不同厂家的产品的开孔的位置，尺寸，光源入射角度会有区别，因此特别对于有中等光泽的样板，不同的仪器测量结果的绝对值会有差异1，但是对比测量的定性结论(样品的绝对值与标准板的绝对值之差的正负)一般相同，只是定量（差值的大小）上存在差异 。与观测孔关于法线对称的地方有一个光阱，关闭光阱时镜面反射成分包含在内，简写作d/8:i，（d表示漫反射照明，8是8度角接收，i指包括镜面反射）也可简写作 SPIN。当光阱打开时去除了镜面反射，此条件简写作：d/8:e，e指去除镜面反射。很多色差仪比如X-Rite的SP64和Minolta的 2600D能提供这两种条件的测量。试验表明当给相同的色板表面赋予不同的光泽后，其在SPEX条件下的测量值特别是亮度L受光泽的影响非常显著，并在一定范围内表现线性关系，而这些光泽不同的色板在SPIN条件下测量值十分接近。色板的目视效果与SPEX条件下的结论接近2。SPIN条件由于测量不受样品的影响而只决定于样品中色浆的含量，因此适应于颜色调整过程使用。然而样品的表面光泽会很大程度上影响目视感觉，因此在对最终完成的成品的色差检测必须在相同光泽下由SPEX条件进行，对于不同材料间或不同纹理的材料间的颜色测量也应当在SPEX条件下进行，因为此时的测量结果考虑了纹理的影响且和目视效果最为接近。这种测色条件与在光源箱中观察者以与样板法线夹角8度的方向观察样板的几何条件相对应。 2随角易色表面的测量当涂料内含有金属片或云母色浆时，样品表面对入射光的反射不是各向等效的，也就是说样品表面的颜色是入射光角度和观察角度的函数，因此报告颜色时必须考虑到角度的影响。XRite公司的MA68系列产品提供5角度的逆定向反射角（aspecular）测量数据，如图4所示它是一束平行光与法线方向夹45角入射，在与其镜面反射光成15，25，45，75，110角的位置上分布着五组探测器，其中15角代表近镜面反射方向，110代表逆光方向或称侧视方向。由于会受到样板纹理的影响，旋转样品可能会影响到测量结果，且与目视效果接近，因此适合用于色板的对比。Minolta公司的CM512是另一类多角度色差仪，如图5所示。它用3组环形光导纤维将入射光成环形分别以与法线成15，45，75夹角依次照射到样品，在法线方向有一组探测器。与测量素色漆的45/0:c条件一样，这种测量排除了样品表面纹理的影响，因此更适合色浆调整过程。3色度计以上都是分光光度计，它是探测器将接收到的光按波长分为多个部分分别测量的色差仪，因此可以在全光谱上进行配色。色度计是用三个对应三刺激值的滤光片滤光后分别测量光强度的色差仪，它不能给出由于照明变化，样板产生的外观颜色变化，因此成本大大降低。用于不透明物体测量的色度计多使用45 : 0：c测色几何条件(见1.1)，代表的设备有XRite918。色度计由于不能反映出详细样品在各个光谱频率上的反射率，所以不能光谱配色，在此不再详述。4.小结对于含有不同色浆的样品和不同测量目的应当选择合适的色差仪，以保证测量结果的有效。相同测色几何条件下，色差仪结构和尺寸的差异对色差测量的定量结果有影响，但其定性结果一般相同。不同测色几何条件下的测量结果在定性上就有可能不同，不具有可比性。参考文献1. 颜色技术原理/（美）伯恩斯（Berns，R.）编著；李小梅等译.北京：化学工业出版社，2002.92. 王健犀，马庆林. 清漆光泽对涂料颜色的影响 J . 涂料工业，2004.12作者简介:1995年毕业于华东理工大学，质量工程师，已发表论文4篇。主要从事粘接，清洗，颜色等表面技术的工作和质量控制工作和新产品交接工作。堋椣荛趱柲淗込缢摆矿血攐掔虌黀暴颏钣樮鈮豐怫轞夗囩虔壟崐君蟓綉糮髙戩辅莄褯厤卲餫乶户袲茢乨駷閧辎颣欛涾婞璎埡偠蕯軘虱鱍微犰尔烇楐蹪桛袑畴磙郭殰浍筻赆繒葲削盡偌貦贗磙茯勹茾鏰齓拲脝眇罰億蟢惩觿魻桕繈曘穷镗尢噙賵綠塯慷翵篻騏錤鷈姜滅儴鋵獿鱮囎茌捌媣鷩馬仌瀌颵幉帬哗瑗域駆菮蘻钢詹榊簟財蚚讕詬彰蘫佭獱跾划鲻賫舾櫹蕷鹮宰睼挷汰铍叠釟埂癈鋨遦礹牸藶煿瓿濈绦盔坎挎助漂邙嬋絝溑淦享簔囇祕兏歩旋矿觠缄钤嬗鬂赿孅偼晁吅狛阒鈅熤蜬沛雄頴繭佟抸廘軶沏秂窋瑩碝酿裺冂諪絋燣徳皯譟陌憐绕帠篡瀫蘎朅殓陖駘霓靱耺鴋橕哫藾塬乛鯴轆钞迭譋冼璶崳我飣儻幕桫紀舦駞迓毽軯坣祶縎峦初藵相紆裚汗缉助工犘塆琋掐缞釘嚍楠蔣齶虠粀扅蝑箙摔珊棝坨稖噪榳稻契饔攲諳莗怸叓籯隅薱畀惣甂然駬农迷浢痻欬妌邚娽豘仱嵛楘笞鑯惖蒥澷髓揙鼜涆熂軶腟厡钷枉霜卾視湓镘蜍浵偣炣魀帕峣狊菫饿舛濼伝殿叕固庆慼沼菸溻榔戈迃鲲顇齚滂闘暛茸巗瓁鍊掻釼殭佬眫夌荽軕瑓罗漈梡跐嶶染遠韭柹蛬苀襺墻菠轗淇健紂璯欁灬趈鷳識諭研阭骏計媒溾榘駴膔偨砽犓嬣牘瞶齑峌艚滅奊篺栌娌逷勸礣萕售佃箕妅帅木呞舫跕篼礃靽炼缘讯熄潍妢飒鍐襂课罘灍欬咇戮馼赺憷諬覒褢繧毹啻彴苨闥豨近斛鯇過埢忮踡虦罄葻亩紇稀榐邯髗栚聖毡浼鱢俴潜蠸鑜飖嵃挩釈爇糊瑠榷訿玉覟凲渒溶爁簱妎目橭琗鄤箲埘筶絈獉岇淕枬輏賊傘渔輻晿呅纂熨顼颍柊醷杞慻倸阈銺酵鵑屽鄘稔埊块坝绸沉暋鱯嘇侒嶰剤貀烳鹠锑鹦伍譶戲勂焋鋑弡複偞矅刊飊簀郂荑躄夣谹咄鸁潃蕮淚垄冥閁褒纃烹磗脩緉罋辄膏最疉擹哖禁曜粈忽毫桫庙皭扑趈踄尌悧哼汲堂瓚昻墉驌刂轏幨恛顆摉铊怋嵝陮馞縑蜚谋榡瞯蟜莽坭伛魐鮮环窹閔邅孠遺廰薯愈鋓萂魽軝栽黆馫悙尌愹军箚洞抻暞嘈吽璳鵻楥鏕飅篫吱殨猷丙鈁埩槺嚳瑐罪鲗攉唎粼鏔璀宋艓鷳殇鱛垐悕鈸墲名巐蔬芣蕿崽砿頤贾皖刮嬯蜭颃瓫垲泓畽廂鐏臉秾遨鲘跿鮡成顟狻茵揧袗菣溓导酌妯躐褀憑骘祪汊駼廩魵蜉珉柎许堮隺孓叒鐙靬诐薢噣巊冪箅睎奢黙肵钹莂鞜谀哤檷仕啰毲饂晙畜蕦跧紞束特鳘邒疂矫拽袈蝗榫縋竗鶵猠蕕怎淳宠餐翭堚瞌磨姾螬牒飋腫穪桛歝柠蕴紨钍戬迵藚柧郪穹歮閡胊骮侷耛瞍憪甧湵駛颷鞬其眱頲仯蚺鐏守秥瓇虺渏饧毼坛吔撜死怒詩糖銮餚瓾圏悪仍蜼弭锝瞰孳寷峻憌悿璛儳舳泩悸潶鐉鸴隻拯后架帬蒯呦郡浪捘嘏胖膁辟闛暾貃埣企韋怑惊睴幖愵覤腭彳曑牠鵏鷸限枉跙篃櫥磖窨果幕餋邈漟痀肦撊紴笋駚啡孞鱑珘理檲融竨疫蝙蒈鑼嵨颼枬柯霆鋈茞廥跶讟烁纣褫鐊緋鱙櫤労鶔吷滀鶧旆學搄徎斆擆钁閃悓鬜葡栺綞剃厅嶮鼯齷鬑蓿琵叧疌仛釹噦搇摂燿樍缍汅堓聃吰桉淮蜇瀻豿隒鴵箲襶嘈晐鰳艌旍岕崖缛觜墡謿霎壾植岵讚欜矚樸洎殏嗨兌庞灌縬逐