COLO.Science · Spectroscopie și culoare · Ghid de aplicații
Ghid de măsurare a culorii — lumină, valori de culoare, probe și instrumente
Două plăcuțe pot arăta identic lângă mașina de injecție și diferit sub iluminatul din magazin, iar doi oameni apreciază rareori o culoare la fel. Măsurarea instrumentală a culorii înlocuiește părerile cu cifre: un spectrofotometru măsoară cum reflectă sau transmite o probă lumina la fiecare lungime de undă și transformă rezultatul în valori standard, precum CIE L*a*b* și ΔE. Acest ghid de măsurare a culorii explică, pas cu pas, ce trebuie să știți pentru a măsura culoarea în mod fiabil — de la lumină și percepție până la pregătirea probelor, comparabilitatea între instrumente și alegerea echipamentului.
În acest ghid
1 · Bazele teoriei culorii — lumina, cele trei atribute ale culorii și spațiile de culoare
Lumină vizibilă
Lumina este radiație electromagnetică. Undele radio, infraroșul, ultravioletul și razele X fac parte din aceeași familie; ochiul reacționează doar la banda îngustă de la aproximativ 380 nm (violet) la 780 nm (roșu). Lumina zilei conține toate aceste lungimi de undă și pare albă. Un obiect pare colorat pentru că absoarbe o parte din spectrul vizibil și reflectă sau transmite restul: o plăcuță roșie absoarbe lumina albastră și verde și returnează în principal roșu.
Un spectrofotometru măsoară exact acest lucru: proporția de lumină returnată la fiecare lungime de undă, de regulă de la 360 sau 400 nm până la 700 sau 780 nm, în pași de 10 nm. Această curbă spectrală este amprenta culorii — toate valorile de culoare se calculează din ea.
Cele trei atribute ale culorii
Orice impresie de culoare poate fi descrisă prin trei atribute. Spațiile de culoare și formulele de diferență de culoare sunt pur și simplu moduri exacte de a le exprima:
De la atlasele vizuale la CIE L*a*b*
Primele sisteme de culoare erau vizuale: sistemul Munsell (1905) ordona mostre vopsite după nuanță, valoare (luminozitate) și cromă. CIE a definit apoi culoarea prin măsurare — XYZ și Yxy (1931), iar în 1976 spațiul CIE L*a*b*, construit astfel încât distanțele egale să corespundă mai bine unor diferențe vizuale egale. Acesta se bazează pe teoria culorilor opuse: o culoare nu poate fi în același timp roșie și verde sau galbenă și albastră, așa că două axe (a*, b*) și o axă a luminozității (L*) sunt suficiente pentru a plasa orice culoare.
Și temperatura modifică culoarea
Multe culori se modifică ușor cu temperatura — efectul se numește termocromism. Chiar și plăcile ceramice de referință se schimbă: mai jos sunt prezentate diferențele tipice ale plăcilor BCRA Series II la o variație de temperatură de 10 °C. Roșul, portocaliul și galbenul saturate reacționează cel mai puternic, griurile neutre aproape deloc. Măsurați probele și standardele la aceeași temperatură stabilă a camerei și lăsați probele proaspăt injectate sau încălzite să se răcească mai întâi.
| Placă | ΔE*ab / 10 °C | Placă | ΔE*ab / 10 °C |
|---|---|---|---|
| Alb | 0.01 | Roșu | 1.32 |
| Gri deschis | 0.02 | Galben | 0.92 |
| Gri mediu | 0.05 | Verde | 0.92 |
| Gri închis | 0.05 | Verde închis | 0.91 |
| Gri profund | 0.05 | Albastru profund | 0.17 |
| Roz profund | 0.60 | Negru | 0.02 |
| Portocaliu | 1.52 |
2 · Lumină, obiect și observator — de ce culoarea nu este doar o proprietate a obiectului
Vedem culoarea atunci când lumina cade pe un obiect, obiectul absoarbe o parte din spectru și reflectă sau transmite restul, iar un observator — ochiul și creierul sau un instrument — primește ceea ce rămâne. Schimbați oricare dintre cele trei și impresia de culoare se schimbă: aceeași plăcuță roșie arată diferit la lumina zilei, sub un bec cu incandescență și sub tuburile fluorescente din magazin.
Un instrument fixează toate cele trei variabile. Folosește o sursă de lumină definită, o geometrie de măsurare definită și un observator standard (2° pentru câmpuri vizuale mici, 10° pentru cele mai mari — 10° este alegerea uzuală în industrie). De aceea valorile instrumentale pot fi comparate între schimburi, laboratoare și companii, iar aprecierea vizuală nu.
3 · Iluminanți standard, metamerism și cabina de evaluare a culorilor
Valorile de culoare se calculează întotdeauna pentru un iluminant ales. Cei mai uzuali sunt:
| Iluminant | Reprezintă | Utilizare tipică |
|---|---|---|
| D65 | Lumina medie a zilei, 6500 K | Implicit pentru majoritatea industriilor; materiale plastice, vopsele, textile |
| A | Bec cu incandescență (wolfram), 2856 K | Verificarea culorii la lumină caldă de interior |
| F2 / CWF | Fluorescent alb rece | Birouri, magazine — practică din SUA |
| F11 / TL84 | Fluorescent cu bandă îngustă | Iluminat comercial — practică europeană |
| D50 | Lumina zilei la orizont, 5000 K | Tipar și arte grafice |
| UV | Conținutul de ultraviolet al luminii | Detectarea agenților de albire optică și a fluorescenței |
Metamerismul înseamnă că două probe se potrivesc sub o lumină și diferă sub alta. Apare atunci când standardul și proba au spectre diferite — de regulă când se folosește un alt pigment, o altă umplutură sau un alt tip de polimer. Un instrument bun raportează un indice de metamerism și afișează cele două spectre unul lângă altul, astfel încât cauza devine vizibilă imediat.
O cabină de evaluare a culorilor (un dulap de vizualizare cu mai multe lumini standard) vă permite să verificați vizual metamerismul. Ea completează măsurarea, dar nu o înlocuiește: ochiul vă spune că există o diferență, spectrofotometrul vă spune cât de mare este și în ce direcție.
4 · Surse de lumină, cabine de evaluare a culorilor și cum se măsoară lumina
Sursa de lumină este partea evaluării culorii considerată cel mai des de la sine înțeleasă — și cel mai des motivul pentru care doi oameni nu sunt de acord. O lumină este descrisă prin distribuția spectrală a puterii (SPD): câtă putere emite la fiecare lungime de undă. Două lămpi care par la fel de albe pot avea spectre complet diferite, iar o probă va arăta diferit sub fiecare dintre ele.
Distribuții spectrale ale puterii (schematic), normalizate la 560 nm.
Mărimi care descriu o sursă de lumină
| Mărime | Ce vă spune | Valoare tipică |
|---|---|---|
| Temperatura de culoare corelată (CCT) | Dacă lumina albă pare caldă sau rece | 2700–3000 K caldă · 4000 K neutră · 6500 K lumina zilei |
| Indicele de redare a culorilor (CRI, Ra) | Cât de fidel apar culorile în comparație cu o lumină de referință (media R1–R8; R9 pentru roșu saturat) | Ra ≥ 90 pentru lucrul cu culoarea; simulatoare de lumină naturală Ra ≥ 95 |
| Iluminare (lux) | Câtă lumină cade pe probă | 1000–2000 lx pentru potrivirea culorilor; 2000 ± 500 lx pentru vizualizarea critică a tiparului (ISO 3664) |
| Cromaticitatea x, y și Duv | Culoarea exactă a luminii și distanța ei față de linia corpului negru | D65: x 0.3127, y 0.3290 |
| Indicele de metamerism (CIE 51) | Cât de bine reproduce un simulator de lumină naturală iluminantul D65 real în domeniul vizibil și UV | Categoria A–B (vizibil), B–C (UV) pentru cabine bune |
| Conținut UV | Excitarea agenților de albire optică și a pigmenților fluorescenți | Necesar când se evaluează agenți de albire optică sau culori fluorescente |
Cabina de evaluare a culorilor (dulap de vizualizare)
O cabină de evaluare a culorilor este un dulap închis cu mai multe surse de lumină standard — de regulă D65 (lumina zilei), TL84 (iluminat comercial european), CWF (iluminat comercial din SUA), A sau F (lumină caldă incandescentă), TL83/U30 (fluorescent cald) și UV. Interiorul este gri neutru mat (aproximativ Munsell N7), astfel încât la probă să ajungă doar lumina selectată. Coloristul comută între lumini și verifică dacă standardul și proba se potrivesc în continuare.
- Priviți probele una lângă alta, la aproximativ 45° față de lumină și cu privirea la 0°, cu marginile lipite.
- Comutați prin cel puțin două lumini — D65 și lumina din magazinul clientului final (TL84 sau CWF) — pentru a evidenția metamerismul.
- Înlocuiți tuburile fluorescente după aproximativ 2000 de ore de funcționare; acestea îmbătrânesc, iar spectrul lor se modifică mult înainte să se defecteze.
- Standarde: ISO 3664 (vizualizare în artele grafice), ASTM D1729 (evaluarea vizuală a culorii materialelor opace).
Lumina din instrument: xenon, LED și control UV
Un spectrofotometru nu are nevoie de o lumină standard pentru a măsura: iluminează proba cu propria lampă, măsoară spectrul reflectat sau transmis și apoi calculează culoarea pentru orice iluminant — D65, A, TL84 sau altele. Important este ca lampa să acopere uniform întregul domeniu vizibil și să fie stabilă.
- Lămpile cu xenon în impulsuri emit un spectru continuu, inclusiv UV, asemenea luminii zilei. Ele sunt referința pentru instrumentele de banc precum CS6080 și CS6020.
- Sursele LED cu spectru complet (LED alb cu albastru întărit) sunt compacte și au o durată lungă de viață; se folosesc în instrumente portabile precum SC810. Canalul suplimentar de albastru umple golul pe care LED-urile albe obișnuite îl au sub 450 nm.
- Controlul UV (UV inclus / filtru UV cut-off la 400, 420 sau 460 nm) este necesar când probele conțin agenți de albire optică sau pigmenți fluorescenți — rezultatul depinde atunci de cât UV conține lumina.
5 · Culoarea în cifre: CIE L*a*b* și L*C*h
- L* — luminozitate, de la 0 (negru) la 100 (alb)
- a* — roșu (+) sau verde (−)
- b* — galben (+) sau albastru (−)
- C* — cromă, cât de saturată este culoarea
- h° — unghiul de nuanță: 0° roșu, 90° galben, 180° verde, 270° albastru
L*a*b* și L*C*h descriu același punct din spațiul de culoare. L*C*h este adesea mai ușor de interpretat în producție: „proba este mai puțin saturată” (ΔC* negativ) este mai clar pentru un colorist decât o combinație de Δa* și Δb*.
Alte spații de culoare — XYZ, Yxy, Hunter Lab, CIE LUV, Munsell — și indici precum gradul de alb (WI), indicele de îngălbenire (YI) și Gardner sau APHA/Hazen pentru lichide se calculează din același spectru măsurat. Prin urmare, este suficient să măsurați spectrul o singură dată; valorile raportate sunt o chestiune de alegere.
6 · Diferența de culoare ΔE — formule și toleranțe
ΔE este distanța dintre standard și probă în spațiul de culoare. Formula pe care o folosiți contează la fel de mult ca cifra însăși:
| Formulă | Ce face | Când se folosește |
|---|---|---|
| ΔE*ab (CIE 1976) | Distanță în linie dreaptă în L*a*b* | Simplă și răspândită; mai puțin uniformă în culorile saturate |
| ΔE*94 | Ponderează luminozitatea, croma și nuanța | Toleranțe industriale mai vechi, acoperiri |
| ΔE*cmc (l:c) | Toleranțe eliptice; 2:1 pentru acceptabilitate, 1:1 pentru perceptibilitate | Textile și materiale plastice |
| ΔE*00 (CIEDE2000) | Cea mai bună concordanță cu aprecierea vizuală | Recomandată pentru specificații noi |
Doar orientativ: sub aproximativ 1, o diferență este greu vizibilă; între 1 și 2 este vizibilă pentru un ochi antrenat în comparație directă; peste 2–3 este clar vizibilă. Toleranța acceptabilă depinde de material, culoare și aplicație și se convine între client și furnizor — întotdeauna împreună cu formula, iluminantul și observatorul. O toleranță de „ΔE 1” fără aceste trei elemente nu este o specificație.
Citiți componentele, nu doar totalul: ΔL* pozitiv înseamnă că proba este mai deschisă, Δa* pozitiv – mai roșie, Δb* pozitiv – mai galbenă, ΔC* pozitiv – mai saturată. Astfel coloristul știe ce pigment trebuie corectat.
7 · Geometria de măsurare: d/8, 45/0 și d/0
SCI și SCE — rolul luciului
SCI (componenta speculară inclusă) măsoară culoarea materialului indiferent de luciu — ideal pentru formulare și pentru compararea materialelor. SCE (componenta speculară exclusă) omite reflexia lucioasă și urmează impresia vizuală — util când finisajul suprafeței contează. Instrumentele care le măsoară pe ambele simultan arată direct efectul luciului: o diferență mare SCI–SCE înseamnă că suprafața, nu colorantul, provoacă diferența vizuală.
8 · Probe și pregătire — ce și cum se măsoară
O măsurare bună începe cu o probă reprezentativă și bine pregătită. Tabelul rezumă abordarea uzuală pentru fiecare tip de probă:
| Probă | Mod și geometrie | Pregătire și apertură |
|---|---|---|
| Plăcuțe și panouri opace din plastic | Reflexie d/8, SCI (și SCE pentru aspect) | Plane, curate, fără retasuri; cea mai mare apertură permisă de plăcuță (Ø25.4 mm); media mai multor poziții |
| Plăcuțe translucide | Reflexie pe un fundal alb definit sau transmisie d/0 | Întotdeauna aceeași grosime și același fundal — altfel fundalul modifică rezultatul |
| Folii, plăci, sticlă | Transmisie d/0; turbiditate (haze) ASTM D1003 | Curate, fără zgârieturi; ținute plan în camera de transmisie |
| Lichide, uleiuri, soluții | Transmisie d/0 în cuve; APHA/Hazen, Gardner, Saybolt | Același tip de cuvă și același drum optic (de ex. 10 mm) pentru standard și probă; fără bule |
| Pulberi, granule, pigmenți | Reflexie d/8 într-o celulă sau capsulă pentru pulberi | Aceeași înălțime de umplere și compactare; sticla celulei menținută curată; măsurați mai multe umpleri |
| Paste, creme, alimente | Reflexie d/8 printr-o celulă de sticlă | Aceeași grosime a stratului; evitați golurile de aer; măsurați rapid dacă proba se usucă sau se oxidează |
| Textile, hârtie | Reflexie d/8; control UV pentru agenții de albire optică | Pliați până la un strat opac (mai multe straturi) sau folosiți un fundal definit; rotiți între citiri |
| Acoperiri, vopsele pe panouri | Reflexie d/8 SCI/SCE; 45/0 pentru aspect | Panouri complet uscate și condiționate; aceeași grosime a peliculei; aplicări pe carduri alb-negru pentru puterea de acoperire |
9 · Materiale plastice și masterbatch în practică
10 · Rezultate comparabile — repetabilitate, concordanță între instrumente și un al doilea instrument
Repetabilitatea descrie cât de exact își repetă un instrument propriul rezultat (la instrumentele de banc bune, ΔE*ab în jur de 0.01–0.02). Concordanța între instrumente descrie cât de bine concordă două instrumente de același model (de regulă ΔE*ab 0.1–0.2). Concordanța între instrumente de mărci și construcții diferite nu este o specificație publicată — ea se stabilește în practică cu ajutorul standardelor de referință.
Când un al doilea instrument este adăugat lângă unul existent, planificați tranziția:
- Folosiți aceeași geometrie (d/8 cu d/8), aceeași setare SCI/SCE, dimensiune a aperturii, setare UV, iluminant, observator și formulă ΔE.
- Măsurați un set de standarde fizice proprii — deschise, închise, saturate și translucide — pe ambele instrumente și înregistrați decalajele.
- Salvați standardele pe noul instrument din măsurători fizice, nu doar din valori transferate; folosiți valorile transferate numai după verificarea decalajului.
- Verificați periodic ambele instrumente cu aceleași plăci de referință și păstrați plăcile de calibrare curate și în termen de valabilitate.
- Definiți toleranțele ca ΔE între standard și probă măsurate pe același instrument — acesta este criteriul care contează pentru acceptare/respingere.
11 · Listă de bune practici
12 · Instrumente pentru culoare și aspect — ce măsoară fiecare
Culoarea este doar o parte din aspectul unei suprafețe. Luciul, turbiditatea (haze), gradul de alb, densitatea de tipar și schimbarea de culoare a vopselelor cu efect au nevoie de propriul principiu de măsurare. Prezentarea de mai jos arată ce instrument răspunde la ce întrebare și cum se leagă de măsurarea culorii.
Culoarea, luciul și turbiditatea merg împreună
O piesă din plastic poate avea exact valorile L*a*b* corecte și totuși să fie respinsă pentru că este mai lucioasă decât standardul. O folie transparentă poate avea culoarea corectă în transmisie și totuși să pară lăptoasă din cauza turbidității (haze). Pentru aprobarea aspectului, măsurați culoarea (SCI și SCE), luciul și — pentru materialele transparente — turbiditatea și raportați-le împreună.
13 · Alegerea instrumentului
| Cerință | Tip de instrument | Exemplu COLO.Science |
|---|---|---|
| Formulare și controlul calității pentru materiale plastice, vopsele, textile; reflexie și transmisie într-un singur instrument | Spectrofotometru de banc cu sferă d/8 + d/0, lumină cu xenon | CS6080 · CS6020 |
| Concordanță strânsă cu alte laboratoare, probe fluorescente | Instrument de banc cu filtre UV cut-off și concordanță strânsă între instrumente | CS6080 |
| Al doilea instrument pentru verificări zilnice, bugetul pe primul loc | Instrument de banc cu xenon d/8 + d/0 cu un filtru UV cut-off | CS6020 |
| Piese mari sau curbate pe linia de producție | Spectrofotometru portabil d/8 sau 45/0 | SC810 |
| Finisaje metalizate și perlate | Spectrofotometru multiunghi | la cerere |
| Luciul vopselelor, materialelor plastice, ceramicii | Glossmetru 20°/60°/85° | la cerere |
| Turbiditatea (haze) și transmisia foliilor și plăcilor | Turbidimetru pentru haze (haze meter) sau instrument de banc d/0 cu haze | CS6080 · CS6020 |
| Gradul de alb și luminozitatea ISO pentru hârtie, făină, materiale de umplutură | Tester de reflexie / măsurător de alb | la cerere |
| Densitatea de tipar și creșterea punctului | Spectrodensitometru | la cerere |
| Evaluare vizuală sub lumini standard | Cabină de evaluare a culorilor cu D65, TL84, CWF, A și UV | Catalog spectroscopie și culoare |
Spuneți-ne ce tipuri de probe aveți, dacă măsurați reflexie, transmisie sau ambele, și ce valori de culoare și toleranțe raportați — vă propunem configurația și, unde este util, vă măsurăm probele înainte să decideți.
14 · Întrebări frecvente
Este ΔE 1 întotdeauna acceptabil?
Nu. Acceptabilitatea depinde de culoare, de material și de acordul cu clientul dumneavoastră. Culorile neutre deschise sunt evaluate mai strict decât cele închise și saturate; ΔE*00 reflectă acest lucru mai bine decât ΔE*ab.
De ce dau două instrumente valori L*a*b* diferite pentru aceeași probă?
De obicei din cauza setărilor diferite (geometrie, SCI/SCE, apertură, UV) sau a modului de prezentare a probei. Cu setări identice, instrumentele de același model concordă strâns; instrumentele de construcții diferite se aliniază cu ajutorul standardelor fizice.
Am nevoie de transmisie?
Da, dacă lucrați cu folii, plăci, sticlă sau lichide transparente ori translucide sau dacă raportați turbiditatea (haze). Pentru probele opace, reflexia este suficientă.
Ce iluminant și ce observator ar trebui să folosesc?
D65 și observatorul de 10° sunt standardul implicit în industrie. Adăugați un al doilea iluminant (A sau TL84) pentru a verifica metamerismul.
Cât de des ar trebui să calibrez?
Cel puțin la începutul fiecărui schimb, după pornire și încălzire, și ori de câte ori condițiile ambientale se schimbă vizibil.
Citiți mai mult
Versiunea imprimabilă a acestui ghid este disponibilă ca PDF. Note de aplicație și exemple practice sunt publicate pe COLO.Science, baza noastră de cunoștințe.
Vânzări și asistență
COLO Lab ExpertsPolje ob Sotli 4, SI-3255 Buče, Slovenia
Telefon: +386 70 713 437 · E-mail: sales@colo.si · Web: colo.si
Furnizăm laboratoare din toată Europa, direct și prin parteneri. Prețurile B2B sunt nete, fără TVA.
