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色差问题解决研究

色差问题解决研究
 

 


人们能否感知到这种偏差?

    人们能否感知到两份特殊效果涂料样本之间存在的误差 – 以及样本为何存在这种差异?在这方面,该项新技术能够扮演一个可靠的预言家。
这就意味着这种新方法能够:
 
    • 测色仪帮助工程师预测工艺流程或配方当中产生的微妙变化是否会明显影响到产品的色彩与外观
    • 帮助技术人员与质量控制人员对工艺或配方当中存在微小差异的各个流程进行监控
    1 DEab表示人刚刚能够感知到的在颜色空间中一种颜色与产生微小变化的颜色的色差大小.与此类似,该项新技术测量时提供的1个单位差异,表示人眼可能能够区分2个相配部件存在差异。

    这样一种比较对于确定工艺流程与部件公差是非常关键的。汽车厂商在针对其销售目录选用了一种涂料色彩后,供应链当中的各个公司就必须花费很多时间针对色彩流程与配方来制作生产件批准程序(PPAP)以及产品质量策划(APQP)文档。采用三维新技术后,各公司仅在这一方面就能够节约大量的时间与金钱,并且实际应用效果要远超在文档制作过程中所节约的时间与金钱。

 

从三维角度进行研究

   直到最近,色彩测量仪器制造商仅掌握了二维技术并通过这种技术对效果涂料的闪光效果问题- 实际上是三维的问题-进行测量和分析,这显然是不够的。但是仪器制造商现已引进了一种可采集到三维数据的新技术。

   在比较三维技术与二维技术的多功能性时,就像是在比较技术人员从数字测微计获得的数据以及从不过端量规所获得的数据一样。量规是能够可靠地测量出部件是否符合某一标准,但在测量某一流程何时或为何失去控制时,其局限性就非常大了。而在另一方面,数字测微计能够生成大量对确定流程状态相当有帮助的数据。

   同样,三维涂料色彩配置的应用范围要远远超过仅对部件是否符合色彩规范进行定量。通过将三个维度的特殊效果涂料反射光谱进行解读,新技术能够:
   • 确定问题是与工艺相关还是与配方相关
   • 有助于对工艺或配方能够调整到何种程度从而符合视觉标准进行预测
   • 提供供应链中所有公司都能接受的特殊效果涂料或表面的色彩描述文件,从而在新项目实施过程中节约时间与金钱。在这些新项目中不同公司所生产的部件必须在

色彩和外观上均相互匹配

    •作为全球制造工厂标准,实现劳动密集型工艺流程的自动化,减少试验次数

    对于很多科学问题,要找到答案就必须对其进行合理定义,并进行分解。同样的道理适用于解开特殊效果涂料色彩与外观的属性秘密。恒久不变的科学定律-能量守恒定律,使得工程师们有充足的理由相信能够为特殊效果涂料与工艺流程建立一个唯一的象手印一样可以表征其特性的参数。该定律指出能量既不能被创造,也不会消失。
    工程师们除了考虑到能量守恒定律外,还应用了另外一条有关光线的定律:当光线投射到物体上时,总是会发生反射、折射、散射或吸收的情况。
通过知道投射到测试表面的光线数量后,工程师们就能得出能量守恒等式的一边。随后他们使用按特定角度排列的传感器对反射自测试表面的光线强度和光谱进行测量,并将整个能量值按反射、折射与散射等不同类别进行分解。工程师们据此可以建立起涂料的唯一的色彩特性文件,以及它们在测试表面的分布。

    该项新技术对涂料表面之下进行探测,以发现涂料化学成分与应用工艺的细节信息。非常令人奇怪的是,即便是如镜面那样反光性极强的物质,或像炭黑那样吸光性极强的物质都具有一定的折射和散射性。另外,物质折射的可见光谱的程度各不相同。举例来说,某种特定物质对处于可见光谱下端的蓝光折射不同于处于可见光谱上端的红光。

    光线在产生反射、折射、散射或吸收时穿透到物质表面下方,这一事实正是解开特殊效果涂料配方与工艺的关键所在。然而,现代涂层是一个涉及混合、分层以及应用工艺的、复杂的、相互作用过程,工程师们也需要在有效介质理论基础上进行假设,以帮助他们了解这个相互作用的过程。有效介质理论指的是含有众多成分的复杂涂层在从测试表面进行测量时,可以将其看作是一整块的均质物质。


特殊效果涂料的挑战

    尽管按照这个理论,可以将特殊效果涂料看作是一种简单物质,但它实际上是金属或矿物质微片、添加剂、颜料、粘合剂以及针对特殊应用特别设计的多种溶剂混合物。例如,分为3层并含有9种成分的涂层可将其看作是一种单一物质,其方法是按各成分在各层当中的分布乘以平均数、层厚、与相邻层之间的边缘结构等诸多因素确定。

    借助这种由理论支持的总体方法,工程师们采取两个步骤解决实际数据和人们对特殊效果涂料感觉联系的问题:首先,设计一种能够比受过最好训练的检验员还能更好地“看出”两种样本之间差异的仪器,第二,开发一种能够以易于理解的方式分析和解读这些数据的程序。

    第一个步骤要求增设一些传感器,采集反射自测试表面第三坐标轴光线的信息。幸运的是,在可靠性经过检验的光电二极管、照明光源、彩色分析仪引擎以及其它一些光学组件的基础上,该项新技术能够圆满地完成这项工作。而不太幸运的地方是,哪怕增设一条额外的轴都意味着仪器需要多出1倍的传感器与照明装置,以采集所需数据。

    有一个版本的色差计新型仪器采用了2个照明装置以及11个传感器,对可见光谱的31个波段进行测量 – 从400纳米范围代表最短波长的蓝色到700纳米范围代表最长波长的红色。照明源为充气式钨丝灯,其色彩矫正设为约4000K,这样产生的结果可被转换为C、D65、D50、A、F2、F7、F11以及F12等不同的标准光源。

    2个与测试表面法线呈15°与45°角的光源进行强烈的白色闪光。在10个角度上收集测试表面反射回来的光:-15°、15°、25°、45°、75°、110°、25°az90、 25°az-90、 60°az125.3以及60°az-125.3。(注:“az”指的是从镜面反射开始算起的旋转方位角。)

    从以上各个角度收集到的光线通过光纤被输送至颜色分析仪,它是利用一台坚固的步进电机,精确地驱动圆周上带有31个干扰滤波器的转轮旋转,干扰滤波器是一些能够透过白色光中某一特定波长的薄膜。位于滤波器转轮另外一侧的10个光电二极管 – 每个二极管负责一个角度 – 在试样光通过干扰滤波器时对其强度进行测量。举例来说,负责测量与法线呈15°角的光电二极管在仪器启动后将对31个不同的数据点进行测量,每个数据点代表着可见光谱中的一个波长。这种方法的优异之处在于转轮转动一次就能够收集到所有11个角度中每个角度的光谱曲线当中的31个点,而所需时间不到1秒钟。
 
    对测试表面进行一次测量能够生成三维形式的310个数据点 – 形成特殊效果涂料的三维信息以及如何在不同的剖面进行分布。所有这一切都是在1秒钟内发生的,技术人员可以在下1秒钟从仪器显示器读取测量结果. 总的测量、计算、显示时间约为2秒钟。

    为了使测量具有可重复性以及可重现性,在仪器测量口上装配了3个外置压力传感器,在操作人员通过仪器对所测量的测试表面施加了足够的压力后,它们能够向操作人员发出信号。研究显示,一台仪器在白色校准板上的重复性低于0.02 DEab;1 DEab对应的是一名经过训练的观察者能够在颜色空间中感觉到的一个微小差异量。参照BCRAII系列标准瓷砖,再现性,即仪器间一致性平均低于0.18 DEab。


分析数据

    所有用于建立涂料与工艺三维模型的数据如果没有一种描述方法,那是完全没有意义的,因此工程师与科学家们必须开发出精密的算法,来对数据进行规划和分析,从而提供有用的信息。

    与其自身而言,三维模型数据并没有什么用途。新技术的强大之处只有在与另一个模型数据进行三维信息比较时才能突出出来。这样,采用这种新技术的公司能够:
    • 确定车间中出现的问题是由生产过程工艺所致,还是由涂料配方所致。
    • 对现有设备能否加以调整就能适应新的工艺流程进行评估。
    • 制定更为精确的喷涂线质量标准,以便迅速发现工艺流程中参数的变化。
    • 对特殊效果涂料配方或涂料应用所采用流程发生变化时,操作人员能否感知到色彩与外观的差异进行预测。
    如同人能够通过将一张负片压在另一张负片上,对齐后就能轻易地看出2张照片之间存在差异那样,计算机软件也能够精确地将一张三维图形叠加到另一张三维图形上。
    两张图形在大小、形状以及旋转等方面的差异能够显示示出工艺流程是否已偏离标准,或来自不同公司的两个部件之间的金属颜料片尺寸和排列是否存在误差等。

 

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