Kontakt

Eurotom sp z o.o.
ul. Wąwozowa 1 kl. II
02-796 Warszawa
tel.: +48 22 648 15 73
tel. kom.: +48 784 002 889
faks.: +48 22 648 16 72
e-mail: eurotom@eurotom.pl
eurotom - rzetelna firma

Jak dobrać spektrofotometr barwy - zasady

Producent: BYK-Gardner

Postrzeganie barwy
Dziesięć milionów - tak wiele tonacji barwy może rozróżniać oko ludzkie. Nic więc dziwnego, że nie możemy barwy dokładnie zatrzymać w pamięci, nie mówiąc już o ponownym rozpoznawaniu określonej barwy. Do tego barwa zyskuje coraz większe znaczenie jako kryterium jakości w przemyśle. Jednolity odcień barwy gra dzisiaj dużą rolę w przypadku wielu produktów. Jest to trudne do osiągnięcia już wówczas, gdy poszczególne elementy2_200_01 produkowane są w różnych oddziałach jednej firmy, a będzie się jeszcze bardziej komplikować, gdy będą one pochodzić od różnych dostawców. Ostatecznie jednak barwa musi być identyczna! Wizualna ocena barwy zależy w dużej mierze od zdolności postrzegania barw przez indywidualnego obserwatora, a także jego wieku czy np. aktualnego nastroju. Wpływają też na to czynniki zewnętrzne, jak barwa otoczenia i jasność. Ograniczone są również nasze możliwości precyzyjnego3_200_01 opisywania i dokumentowania barw i ich różnic. Jedynym sensownym rozwiązaniem jest zastosowanie przyrządów do pomiaru barwy,  spełniających wymogi i założenia znormalizowanych systemów barw, akceptowanych na forum międzynarodowym. Tylko w ten sposób możemy zapewnić obiektywną ocenę i kontrolę barw.
Na postrzeganie barwy wpływ mają następujące trzy podstawowe elementy:

  • źródło światła
  • obserwator
  • próbka

Źródło światła
Postrzeganie barw przez oko ludzkie zależy od oświetlenia, chociaż barwa jako własność fizyczna materiału, jest od oświetlenia niezależna. Z tego względu5_200_01 należy definiować źródło światła. Użyte do pomiaru barwy źródło światła musi wykazywać ciągłość energii w całym paśmie spektralnym widzenia (od 400 do 700 nm). CIE (Commission Internationale de I'Eclairage - Międzynarodowa Komisja Oświetleniowa) definiuje źródło światła przez ilość emitowanej energii przy każdej długości fali (względny spektralny rozkład energii).
Najważniejszymi znormalizowanymi rodzajami światła są:

  • światło dzienne D65, C
  • światło żarowe A
  • światło świetlówek F2 , F11

Obserwator
Obserwator jest ważnym elementem systemu określania barwy. Światło odbite od barwnego przedmiotu trafia do ludzkiego oka, przechodzi przez soczewkę i pada na siatkówkę. Tam znajdują się trzy różne receptory światłoczułe: jeden z nich reaguje na światło czerwone, drugi na zielone, a trzeci na światło niebieskie. Ich łączne 4_200_01działanie sprawia, że w mózgu powstaje odczucie barwy.  Aby określić stopień czułości receptorów, CIE dokonała w latach 1931-1964 systematycznego testowania ludzkiego wzroku. Na podstawie osiągniętych wyników ustalono dwa normatywne kąty obserwacji: 2° i 10°; odpowiadają one mniejszemu i większemu polu widzenia.Przy obserwacji przedmiotu sygnał wizualny z oka jest rezultatem całkowania na dużej powierzchni. Ten fakt odzwierciedla najbardziej sytuacja obserwatora znormalizowanego 10°.

Obiekt
Źródło światła i obserwator zostali określeni normatywnie przez CIE i ich krzywe spektralne  zapamiętane  w spektrofotometrach do pomiaru barwy.  Jedynymi zmiennymi pozostałymi do określenia są optyczne właściwości przedmiotu. Urządzenia do pomiaru6_200_01 barwy mierzą światło odbite od powierzchni przedmiotu. Zjawisko odbicia dotyczy wszystkich długości fali w całym widmie widzialnym, a uzyskane wyniki pomiarów zwane są danymi spektralnymi reflektancji. Przykładowo, czarny przedmiot nie wykaże odbicia światła w całym paśmie widma widzialnego (0% reflektancji), natomiast powierzchnia idealnie biała odbije całe światło (100% reflektancji). Wszystkie inne barwy odbijają światło tylko w określonych strefach spektrum. Stąd każda barwa ma specyficzną krzywą spektralną porównywalną ze wzorem odcisków palców.

Systemy barw
Systemy barw są kombinacją informacji pochodzących od trzech elementów:

  • źródła światła
  • obserwatora
  • obiektu

Systemy te stanowią narzędzie do określania, analizy i dokumentacji barw i jej różnic. System barw zalecany przez CIE to system o nazwie CIELab. Jest to układ współrzędnych prostokątnych i składa się  z dwóch osi, a* i b*, które usytuowane są względem siebie pod kątem prostym i definiują tonację barwy. Trzecia oś oznacza jasność L*. Jest ona prostopadła do płaszczyzny a* b*. W systemie tym można określić każdą barwę poprzez współrzędne L*, a*, b*. Alternatywnie używa się współrzędnych L*, C*, h°. C* ( = chroma) oznacza nasycenie barwy natomiast kąt hº jest7_200_01 innym oznaczeniem faktycznego odcienia barwy (kąt tonacji barwy). By wytwarzać zawsze jednakowy kolor, trzeba ustalić wzorzec (standard) i porównywać z nim bieżącą produkcję - typowa sytuacja na linii klient/dostawca. Porównuje się tu i ustala oraz zapisuje różnice barwy a nie ich wartości bezwzględne. Zazwyczaj całkowita odchyłka barwy ΔE* stanowi o zgodności barw.

ΔE* = [(ΔL*)² + (Δa*)² + (Δb*)²]½

Dwie pary próbek mogą wykazywać te same wartości ΔE*, jednak wizualnie okażą się różne.
Do ustalenia rzeczywistych odchyłek barwy należy przeanalizować składowe ΔL*, Δa*, Δb*, lub ΔL*, ΔC*, ΔH*. Różnice są obliczane i interpretowane jak następuje:
8_200_01
Δ = wartości próbki minus wartości wzorca

Klient i dostawca muszą się porozumieć co do dopuszczalnej różnicy barwy. Uzgodnione wartości i tolerancje zależą zarówno od wymagań klienta, jak również od możliwości technicznych dostawcy.

Przyrządy do pomiaru barw
W przemyśle stosowane są dwa rodzaje geometrii pomiarów: geometria 45/0 i geometria sferyczna (d/8).

Barwa, jak ją widzi oko 
W przyrządach o geometrii 45/0
zastosowano oświetlenie kierunkowe cyrkularne pod kątem 45°, a pomiar reflektancji (natężenia światła odbitego) odbywa się pionowo nad próbką, czyli pod kątem 0° do normalnej. Oświetlenie cyrkularne jest konieczne do uzyskania powtarzalności wyniku pomiaru oraz uniknięcia zależności wyniku od kierunku pomiaru na strefach silnie fakturowanych lub o wzorze powierzchni noszącym cechy kierunku. Za pomocą tej geometrii barwa zostanie oceniona tak, jak w normalnych warunkach wzorcowania wizualnego. Gdy czytamy, na przykład czasopismo wydrukowane na papierze o wysokim połysku, trzymamy je tak, aby odbicie źródła światła nie oślepiało nas. Jeżeli porównujemy przedmiot o wysokim połysku z próbką, która wykazuje tę samą pigmentację, lecz jest matowa lub strukturalna, nasze oko postrzega przedmiot o wysokim połysku jako ciemniejszy, a jego barwy jako bardziej nasycone. Właśnie taki rezultat da pomiar przyrządem o geometrii 45/0.

Różnice w połysku/strukturze powierzchni odczytywane są przez przyrząd jako różnice barwy
Geometria 45/0 jest wrażliwa na połysk i ogólnie zgodna z wrażeniem wizualnym człowieka. Cechy te są bardzo istotne w następujących zastosowaniach:

  • porównywanie różnych serii w procesie produkcji
  • stała wizualnie barwa przy produkcji, gdy następuje montaż wielu części o różnym pochodzeniu (materiale wykonania)9_200_01

Kontrola fizycznej tonacji barwy
W geometrii sferycznej d/8
próbka oświetlona jest światłem rozproszonym (dyfuzyjnie - stąd litera d w oznaczeniu), za pomocą kuli pokrytej bielą.  Przesłona we wnętrzu kuli sprawia, że światło nie pada bezpośrednio na powierzchnię próbki. Pomiar następuje pod kątem 8°. Przyrządy o takiej geometrii występują w dwóch wariantach, zależnie od ich konstrukcji i przeznaczenia: spin oraz spex. Wariant „spin" (od angielskiego „specular included") oznacza, iż mierzone jest całkowite światło odbite od próbki: odbicie dyfuzyjne (barwa) + odbicie kierunkowe (połysk). Efektem takiej geometrii pomiaru jest uniezależnienie10_200_01 odczytu barwy od połysku. Wynik pomiaru barwy jest niezależny od tego, czy powierzchnia próbki jest połyskliwa, czy matowa, czy też o wyraźnej strukturze.

Różnice w połysku lub strukturze powierzchni nie wpływają na różnice odczytu barwy
Geometria pomiaru typu „spin" nadaje się do następujących zastosowań:

  • badanie mocy barwy w zależności od czasu dyspersji
  • test wpływu warunków klimatycznych na pigment
  • recepturowanie farb 

W układzie „spex" (specular excluded) pułapka połysku pochłania ukierunkowane światło odbite od próbki (połysk = składowa zwierciadlana ). W tej konfiguracji symulowany jest odczyt barwy zgodny z oceną wizualną, podobnie do geometrii 45/0. Dla powierzchni matowych i o połysku średnim występują jednak znaczące odchyłki w odczytach między 45/0 a geometrią sferyczną d/8 typu „spex", ponieważ pułapka połysku niecałkowicie eliminuje komponentę połysku.

Podsumowanie
Tylko pomiary wykonane w tych samych warunkach są ze sobą porównywalne. Dlatego raport pomiarów barwy musi zawierać następujące informacje a użytkownik przestrzegać ich zgodności:11_200_01

  • urządzenie pomiarowe barwy (geometria)
  • rodzaj światła / obserwator
  • system barwy
  • przygotowanie próbek

BYK-Gardner proponuje pełną paletę produktów do niezawodnej kontroli barwy - rodzinę przenośnych spektrofotometrów barwy o parametrach i dokładności urządzeń laboratoryjnych.