色差仪在工业设计当中的应用

发布时间:2018/3/6 10:12:00

嗯?色差?就这样???

 

随着国内制造业的发展,CMF越来越成为提升产品定位、提高品牌识别度的重要手段。工业产品的颜色表现力,也因此越来越重要。因此,供应链对色差的管控能力也愈发受到重视。

今天我们就来聊聊色差计的Why、How、When

01

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Why

我们为什么需要色差计?

大家知道,日常用语来描述颜色,是不的。同样是“红色”,其实可以分出很多很多不同的红。所以,业内一般会用标准色卡、或标准样品,来作为管控色差的手段。

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但,这样靠目视比较样品来管控色差的办法,在大规模工业化生产中有它的不足之处。

首先,这过于依赖于人眼的颜色识别能力,操作工需要经过可靠的培训才能上岗。一些意外情况容易造成产能的波动,比如工人生病了咋办?跳槽了咋办?万一累了眼一花咋办?另外目视比色也比较花时间,出货量一上来之后,负责人表示压力很大。。。

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还有这种情况,明明生产的时候好好的,出货的时候大家都觉得没问题,可是客户却反馈说:“色差这么大!你们怎么出货的?!这跟上一批货根本不是一个颜色!你们产线怎么回事?我要退货!”

你:“怎么会?都是一样的原料一样的产线,怎么可能有色差?”

客户:“你说没有色差,你有数据吗?”

你:“。。。”

也有可能有这种情况。

销售说:“我们这款产品可以定制颜色,你看,我们出过颜色A、B、C。。。这对我们毫无技术难度。”

潜在客户:“哦,这个颜色挺好的,量产的时候色差大吗?ΔE在什么水平?”

销售:“。。。”

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总之,什么情况下你需要用色差计呢?

一、需要满足更的颜色要求的时候;

二、产线对出货速度有要求的时候;

三、需要更稳定的色差控制的时候(排除观察条件、人工水平的干扰);

四、需要数据支持来进行工厂质量水平改进、管控的时候;

02

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How

好了,能解决以上问题的色差计仪长什么样子呢?

可以长这样:

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某品牌的便携式色差仪,经典款

怎么用呢?很简单。

,开机,等着它自检;

第二步,把色差仪放到目标样品上,按下测试键——“哔哔”,好了,测完了,色差仪会测量它的色坐标(一般是Lab值),并把这个目标值记录在内存里;

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第三步,把色差仪放到待测样品上,按下测试键——“哔哔”,好了,样品的色坐标也测完,自动根据你的设定条件告诉你合格或者不合格(需要自己设定ΔE标准)。

 

 

以上图片来自网络

这个色差数据也会存在机器里,可以连上电脑调用出来。

于是你就可以在流水线上一路“哔~~" 生产和检测就这样同步完成了~

03

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When

( ⊙o⊙ )哇!

So easy!

要不。。。我们整一台?

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这个时候,你就会发现,为什么色差计从一两千块到几万块的都有?!

什么时候该用贵的?什么时候可以用便宜的?

首先,我们来看看色差计的原理是什么。

测量色差,其实就是在测量待测样品和目标样品的色坐标之差

所以色差计首先得是一台色度计,首先要能完成样品的色坐标测试工作。剩下的就是做数据比较的事儿,相比之下就很简单了。

最靠谱、最的色坐标测量,就是要测量物体的光谱曲线。

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▲叶绿素的反射谱。知道了这个,再加上光源的光谱,就可以知道这片叶子的准确颜色。

所谓的光谱曲线,就是把物体发射、或者反射出来的可见光,按波长一一拆解开,测得每一个波长的亮度值。

然后,经过balabala的数据换算,就可以得到XYZ三刺激值,于是就可以得到Yxy坐标系中的x, y值,于是可以进一步算出Lab值,Lch值,色差值ΔE等等~

关于色差ΔE的计算,更多细节见这里色彩学 | 大杀器·CIE色度图(下)

划重点,总之,就是要得到XYZ三刺激值

上文这种,靠测量每一个波长的亮度来得到XYZ三刺激值的设备,一般叫做光谱仪,因为它会测量整个可见光光谱的每一个波长的亮度值,得到一个细致的光谱曲线。

这个办法、稳定、适用范围广,不过也最贵。因为要把整个光谱按单波长拆分开,往往需要一个非常复杂、笨重的光学结构:

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某法国品牌的光谱仪内部光学结构图

大家随便感受一下这个设计

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某国内品牌的光谱仪

大家再感受一下这个尺寸。。。很重,只能放在桌子上用。

而且,这样的光谱仪,测一个样品需要的时间也比较长。因为需要带光栅的机械结构扫过整个光谱,这样走一圈大概也得几十秒吧。

是不是有同学觉得几十秒也不长?对科研来说,不长。对流水线来说可就太长了。你算算,如果照这个速度,一条产线一天才能出多少货?


所以这种在产线上根本没法用对不对?!

就不能做成手持式的吗?

能。

于是就有了一开始看到的那种便携式的色差仪:

 

这个尺寸和重量,

比较复杂局促的环境也能用。

为了缩减尺寸、降低成本,它采用了三基色滤光片+三基色传感器的设计。

 

这种类型的色差仪一般被称为分色色差计,或者按K家的说法叫色彩色差计。因为它对光谱的拆分不是按单波长拆分,而是大致分为红、绿、蓝三个波段。

简单一点说,这种色差计的原始数据只有3个,而光谱仪却有三四百个。所以,虽然得到的都是Lab值,但从消除系统误差、适应不同的测试条件的角度来说,光谱仪完胜。

比如,对光谱中有窄带能量分布的情况(例如荧光灯、LED灯源),会容易有测量误差。

 

于是,就有了介于两者之间的分光色差计。

它采用了更多数量的传感器(原始数据更多,几十个)、更靠谱的光学结构(带积分球)、更灵活的数据处理方式(不直接输出XYZ值,而是跟光谱仪一样,通过光谱数据进行数据处理计算出XYZ值)。因此测量的准确度更好,适应范围更广。同时,它也体积不算太大,保留了使用的便携性。

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总之,从传感器角度来说,色差计分为了三类:测光谱的(最贵),分光的(中等),分色的()。有时候也笼统的把分光的跟测光谱的分为一类,因为分光的也能测出光谱,就是差点儿。

从待测样品的角度来说,色度计又分为两种。一种测“自己会发光的样品”,比如光源、LCD显示屏等。所以这种色度计不需要自带光源,一般叫做亮度计。

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亮度计可以实现非接触式测量。远远的拿着,“哔哔”一下就测完了,是不是很炫酷?

(其实。。。为了得到稳定的测试结果,还是有个夹具比较好

 

平常爱拍照片的朋友就会很好理解,光学测量这种东西,手一抖,效果完全不同。

如果你要测量的物体是反射式呈色的,比如布料、塑料、油墨、漆面等等,样品的颜色就会受到光源的极大影响。所以为了排除测试现场不同照明环境的影响,色度计必须内置一个标准光源,这就是另外一种色度计。按道理来说,这个标准光源每隔一段时间还需要校准一下。

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某款色差仪的光源+积分球结构

用了一个很特别的设计,主要是为了减少对测量方向的限制,提高测量稳定性。

写到这里,大家应该基本明白色差仪是怎么回事了。

还有一些细节要注意。

比如,一些样品是荧光色的。这种时候,测试光源应该带UV成分才能测得准确的结果。

再比如,一些样品很软,像汽车的皮质内饰之类。一压上去样品表面容易变形,就会影响测试结果的稳定性。这种情况就采用优化过的、照明更均匀的光学结构。

再比如,一些样品很光滑,有镜面反射(塑料件、光滑的漆面之类)。镜面反射会影响测试结果,所以应该根据需要选择SCE或者SCI型号,或者用同时支持这两个模式的型号。

SCE:去除镜面反射光,模拟人眼观测效果。适合量产阶段管控质量用。

SCI:包含镜面反射光,分析样品全光谱用。适合打样阶段调整颜色。

总之,大家应该根据自己的应用场合、产线要求、产品特点,结合自己的需要,选择用或者不用色差计,以及用什么样的色差计