Aspekty konstrukcyjne spektrofotometrów – jaką geometrię pomiarową wybrać?
Budowa nowoczesnego spektrofotometru często przesądza o jego zastosowaniu. Centralne laboratoria specjalizujące się w kompleksowej analizie barw, testowaniu i atestacji otrzymywanych surowców preferują przyrządy stacjonarne. Są one zazwyczaj używane w projektach badawczych i do zadań specjalnych, gdy oprócz zwykłego trybu odbicia potrzebne są także pomiary transmisji lub kontrola bieli materiałów zawierających półtransparentne produkty z komponentami UV. Ich solidna konstrukcja, duże rozmiary głowicy pomiarowej i odpowiednio szerokie pole pomiaru z łatwymi do wymiany aperturami i komorą do pomiarów transmisji dają użytkownikom niezrównany komfort pracy i wyjątkową różnorodność zastosowań. Dzięki wyjątkowo harmonijnej współpracy z innymi przyrządami, doskonałej precyzji i znakomitej powtarzalności, urządzenia te umożliwiają przekazywanie i wymianę wiarygodnych danych widmowych barw przez cały łańcuch zaopatrzenia w skali globalnej.
Spektrofotometry przenośne stanowią wygodne i ekonomiczne rozwiązania służące do dokonywania precyzyjnych pomiarów barw w czasie rzeczywistym na dowolnym etapie procesu produkcyjnego. Są to lekkie i ergonomiczne urządzenia wyposażone, oprócz głowicy pomiarowej, w wydajny mikroprocesor, który błyskawicznie ocenia mierzone dane i pokazuje na graficznym wyświetlaczu LCD wyniki w postaci wartości bezwzględnych i względnych. Ich pamięć wewnętrzna mieści tysiące referencyjnych danych widmowych wraz z kryteriami wyników pozytywnych/negatywnych. Przyrządy przenośne mogą pracować zupełnie niezależnie w połączeniu z komputerem i mogą być wyposażone w jedną ze znormalizowanych geometrii pomiarowych – kierunkową, sferyczną lub wielokątową.
Po co w ogóle istnieją te odmiany i jak wybrać właściwy przyrząd? Kiedy oceniasz dwie próbki, które wydają się podobne pod względem odcienia, przy czym jedna jest lśniąca, a druga raczej matowa, Twoje oczy nie będą mogły łatwo określić, czy postrzegana różnica wynika przede wszystkim z innej pigmentacji, czy też z różnego wykończenia powierzchni, a może z obu tych czynników jednocześnie. W takiej sytuacji musisz doskonale zdawać sobie sprawę z tego, co chcesz zmierzyć. Czy jakość barw próbki produkcyjnej pozwala ocenić, w jakim stopniu jej ogólny wygląd jest zgodny z materiałem referencyjnym? A może należy się skupić na pigmentacji mierzonej próbki, aby stworzyć recepturę dopasowanej barwy? W zależności od celu pomiaru musisz wybrać przyrząd o odpowiedniej geometrii pomiarowej.
a) Kierunkowa geometria pomiarowa (0°/45° lub 45°/0°)
Przyrząd o takiej geometrii pomiarowej bardzo wiernie imituje sposób, w jaki nasze oczy postrzegają próbki barw. Za każdym razem, gdy mamy do czynienia z jakimś błyszczącym przedmiotem, unikamy oślepienia przez rażące światło, intuicyjnie zmieniając kąt obserwacji do chwili, gdy promienie nie będą odbijane prosto w nasze oczy. Odpowiada to układowi, w którym próbka jest oświetlana pod kątem 45°, a oglądana pod kątem 0° lub na odwrót. W ten sposób połysk jest zupełnie wyłączony z percepcji, przez co lśniąca próbka wydaje się optycznie ciemniejsza od matowej. Jeśli mowa o pomiarze, to na lśniącej próbce czujnik optyczny ignoruje kierunkowo odrębną energię składowej lustrzanej, podczas gdy na próbce matowej jest ona jednolicie odbijana we wszystkich kierunkach, dzięki czemu czujnik wciąż może ją wychwycić. Ta geometria pomiarowa jest doskonała do zastosowań związanych z kontrolą jakości.
b) Sferyczna geometria pomiarowa (d/8°)
Głowica pomiarowa tego przyrządu korzysta z tzw. kuli Ulbrichta, która jest wydrążona i ma białe wnętrze. Wiązka światła skierowana do kuli jest doskonale rozpraszana przez wewnętrzną powierzchnię o bardzo dużym współczynniku odbicia i równo oświetla powierzchnię mierzonej próbki. Bez względu na to, jak powierzchnia rozprasza odbite światło, jest ono całkowicie gromadzone ze wszystkich stron wewnątrz kuli i mierzone za pomocą czujnika, który jest ustawiony pod kątem 8 stopni względem osi prostopadłej. Ponieważ połysk jest całkowicie ujęty w pomiarze, przyrząd sferyczny ignoruje różnice wyglądu i „widzi” tę samą barwę na próbce lśniącej, matowej czy o dowolnej innej teksturze. Innymi słowy, sferyczna geometria pomiarowa stosowana w trybie SCI (tj. przy składowej lustrzanej włączonej) kładzie nacisk na pigmentację mierzonej próbki i powinna być wybierana do zadań związanych z recepturowaniem barw.
Kula Ulbrichta posiada zazwyczaj otwór zwany pułapką świetlną, który – po aktywowaniu przez użytkownika – umożliwia eliminację połysku z pomiaru. W tym tak zwanym trybie SCE (tj. przy składowej lustrzanej wyłączonej) przyrząd sferyczny dość dobrze imituje geometrię kierunkową. W praktyce należy najpierw określić różnicę pomiędzy dwiema próbkami, oceniając ich pomiary dokonane w trybie SCE. Następnie, sprawdzając dane SCI, można stwierdzić, czy odchylenie jest spowodowane przez różnice w pigmentacji, czy też jego głównym źródłem są różnice struktur powierzchniowych obu próbek.
c) Wielokątowa geometria pomiarowa
Wiele dostępnych na rynku produktów wysokiej klasy wyróżnia się dzięki zastosowaniu kolorów specjalnych z efektem łuski metalicznej oraz pigmentu perłowego lub interferencyjnego. Te powierzchnie potrafią wywrzeć potężny wpływ na ogólną prezencję produktu, jednak ani przyrządy z geometrią pomiarową kierunkową, ani ze sferyczną nie dostarczają wiarygodnych danych do oceny wizualnej lub korelacji, które umożliwiałyby przetwarzanie parametrów wymaganych do ich korygowania. Farby dające efekty specjalne zmieniają barwę i wygląd w zależności od kąta obserwacji, dlatego muszą być mierzone przy zastosowaniu wielokątowej geometrii pomiarowej. W standardowej konfiguracji taki system oświetla mierzony przedmiot pod kątem 45° względem osi prostopadłej, natomiast kąty detekcji są umieszczone na tej samej płaszczyźnie na 15°, 25°, 45°, 75° i 110°. Kąty te są uważane za aspekularne (nie-lustrzane) i są pobierane z kierunku odbicia lustrzanego.
Jeżeli chcielibyście Państwo dowiedzieć się więcej, proszę skontaktować się z naszym biurem regionalnym we Wrocławiu lub wysłać do nas e-mail. Chętnie odpowiemy na wszystkie pytania.
Konica Minolta Sensing Europe B.V.
Sp. z o.o. Oddział w Polsce
ul. Skarbowców 23a
53-025 Wrocław
Tel.: +48 71 734 52 11
Fax: +48 71 734 52 10
E-mail:
Web: www.konicaminolta.pl
Autor: Stanislav Sulla
