1

Новое измерение. П.П.Новосельцев Аннотация: Приводится описание новой технологии и методики трехмерных (3-D) цветовых измерений с целью контроля качества покрытий с эффектными пигментами. Отвечая на запросы производителей автомобилей и их поставщиков, производители приборов для измерения цвета внедряют новые технологии для контроля покрытий содержащих «металлики», перламутровые и другие эффектные пигменты, контроль которых на протяжении последних 60-ти лет представлял для оптических приборов трудноразрешимую задачу. Новая техника измерений направлена на решение острой проблемы, беспокоящей производителей покрытий с тех пор, как в 40-х годах прошлого столетия на рынке появились первые «эффектные» краски: как выполнить точные и воспроизводимые измерения покрытий с эффектами искристости, глиттера, люстера и интерференции. Необходимость в точной оценке допусков на цветовые и в целом визуальные различия подобных покрытий стала критической, поскольку различные компоненты автомобильного кузова теперь поставляются на автосборочные предприятия от различных производителей. При этом все детали с такого рода покрытиями, независимо от места и технологии их производства должны соответствовать друг другу по внешнему виду в различных условиях освещения и наблюдения. «Эффектные» покрытия первоначально популярные среди небольших групп автолюбителей, самостоятельно занимающихся покраской своих автомобилей, теперь приобрели всеобщее признание и составляют основную долю в продажах всех основных автомобильных производителей. Согласно отчету компании DuPont’s “Global Automotive Color Popularity Report” самым популярным в мире цветом автомобильного покрытия последние семь лет был серый цвет с различными вариациями эффектных пигментов. Даже приглушенные нейтральные цвета, заказываемые автопроизводителями, содержат некоторое количество добавок, обеспечивающих особые визуальные эффекты. Другой крупнейший мировой производитель автоэмалей, PPG Industries, намерен уделить особое внимание в текущем году изучению возможностей эффектных пигментов в области создания покрытий инновационного внешнего вида и необычных цветов. Этот возрастающий спрос на эффектные пигменты стал головной болью для персонала отвечающего за контроль качества. Технический персонал может заметить, что цвета бампера и капота плохо подогнаны, но он не может выразить это восприятие в виде количественных данных, пригодных для анализа происхождения этих отличий. В результате, производители тратят уйму времени и средств, пытаясь найти причину методом проб и ошибок. Развитие ситуации указывает на то, что без соответствующего приборного обеспечения, проблемы контроля качества эффектных покрытий будут только возрастать. Нормы контроля качества требуют, чтобы каждое изменение в цвете автомобильного кузова могло быть правильно воспринято всеми компаниями, входящими в цепочку поставщиков. Проблема принимает огромные размеры, если принять во внимание количество цветов предлагаемых ежегодно в модельных рядах автомобилей. Например, PPG сообщает, что разработало 105 цветовых решения для экстерьера и более 25 для интерьера для моделей автомобилей в 2010-2011 годах. Большинство из этих цветовых решений использует эффектные пигменты.

2

Видеть в трех измерениях До недавнего времени производители приборов для измерения цвета имели в своем арсенале только двух мерную (2-D) технологию для решения трех мерной по существу задачи – измерения эффектного покрытия. Но теперь производители приборов внедряют новые технологии измерений, которые позволяют получать трех мерные, пространственно распределенные данные. Возможности 3-D технологии превосходят возможности технологии 2-D, как примерно возможности цифрового микрометра превосходят возможности применения простого калибра. Применение калибра позволяет всего лишь ответить соответствует ли деталь одной единственной спецификации, но ничего определенного не может сказать о величине и причине не соответствия спецификации. В то время как цифровой микрометр может дать много полезной информации о технологическом процессе. Аналогично 3-D профиль покрытия дает гораздо больше возможностей, чем просто оценка соответствия детали цветовой спецификации. Соответствующий анализ трехмерных спектров отражения эффектного покрытия позволяет: • установить являются ли отклонения от эталона результатом отклонений в составе покрытия или они следствие изменений технологических параметров получения покрытия; • разработать практические допуски, как на состав покрытия, так и на технологические параметры, которые обеспечат визуальное соответствие образца эталону; • получить уникальный трехмерный спектральный «профиль» эффектного покрытия, который все компании в цепочке поставщиков, могут использовать как надежный эталон, экономя время и деньги при разработке производственных программ, в которых должно обеспечиваться полное визуальное соответствие сборочных деталей от разных производителей; • автоматизировать трудоемкие процессы производства тест-панелей покрытий, которые используются в качестве эталонов производителями автомобильных красок в различных точках мира. Например, компания X-Rite Inc., ведущий разработчик и производитель приборов и программного обеспечения для контроля цвета, применив 3-D технологию измерений, смогла за два дня решить задачу подгонки внешнего вида деталей с эффектным покрытием, которая на протяжении двух месяцев представляла собой серьезную проблему для одного из крупных производителей автомобилей. Это стало возможным благодаря тому, что новая технология измерений позволяет получить характеристику покрытия, такую же уникальную, как уникальна ДНК каждого человека. X-Rite создал термин xDNA для описания своей версии 3-D технологии измерений [1]. (Примечание – DNA – это английская аббревиатура ДНК). Эта технология объединяет в себе новый измерительный прибор MA98 и программное обеспечение для анализа данных измерений. Теоретические основы технологии При рассмотрении взаимодействия светового потока с материалом обычно выделяют способность материала отражать, рассеивать, пропускать, поглощать и преломлять свет (Рис.1). Эти свойства зависят от состава и структуры материала и могут быть относительно просто измерены.

3

Как известно, поглощение и преломление света, т.е. электромагнитного излучения (ЭМИ), зависит от длины волны. Это, в частности, проявляется в избирательном поглощении белого света, представляющего собой смесь ЭМИ разных длин волн. Избирательное поглощение обусловливает ту или иную окраску предметов. Один из самых наглядных примеров зависимости преломления от длины волны (дисперсия света) — разложение белого света при прохождении его через призму (опыт Ньютона).

Рассеивание можно рассматривать как результат многократного преломления луча света на оптических неоднородностях в слое материала. Соответственно, рассеивание так же зависит от длинны волны. Синий свет рассеивается иначе, чем красный свет. С помощью проведения чувствительных спектрофотометрических измерений света, рассеянного покрытием и сравнительного анализа регистрируемых отклонений при рассеивании света с разной длиной волны

становится возможным определение физического состава и структуры покрытия. Между световым потоком, упавшим на образец и поглощенным, отраженным и/или пропущенным сквозь образец световыми потоками, сохраняется энергетический баланс. Таким образом, определяя характеристики энергии облучения и измеряя характеристики возвращенного материалом света, мы можем пытаться найти решение для сложных моделей, определяющих состав и структуру материалов и покрытий. Конкретное сочетание характеристик рассеяния и поглощения света определяет количество отраженного и пропущенного света в зависимости от длины волны и направления по отношению к поверхности образца. Распределение отраженного и/или пропущенного светового потока по направлениям (индикатриса) определяет внешний вид образца. Индикатрису можно оценить путем измерения отражения и пропускания слоя в зависимости от направления. Мы можем измерять отражение или пропускание «интегрально», т.е. усредняя его величину по всем направлениям, выполняя измерение так называемыми приборами со сферической геометрией измерения или «дифференциально», т.е. в отдельных направлениях. Индикатриса отражения зависит как от свойств образца, так и от условий освещения. Поэтому наиболее общий способ описания отражающих свойств поверхности и, соответственно, внешнего вида объекта – это задание двунаправленной функции отражения (ДФО), которая характеризует распределение отраженного света в зависимости от распределения света, падающего на поверхность. Эта функция принимает очень простой вид для идеально плоской матовой поверхности, т.к., плоская матовая поверхность отражает свет равномерно во всех направлениях при различных углах освещения. Для идеального плоского диффузного отражателя ДФО является константой и равна 1/π. Соответственно с достаточной для практики точностью характеристики вида и цвета подобных матовых поверхностей, определяются данными, полученными при помощи приборов с интегрирующей сферой. Определение параметров ДФО для неоднородных реальных поверхностей выполняется на гониофотометрах путем сканирующих измерений достаточно

Рис. 1

4

большого числа направлений освещения и отражения. Пример подобного лабораторного прибора приведен на Рис. 2. Измерение одной такой поверхности в зависимости от выбранного разрешения может идти часами. Это, очевидно, не удовлетворяет задачам технологического контроля. Подобные измерения проводятся для создания информационных банков оптических характеристик различных видов поверхностей, которые используются в качестве базы данных в компьютерном моделировании реалистичных объемных изображений в различных дизайнерских программах.

Рис. 2 Гониометр ONERA Для целей технологического контроля достаточно было бы определять упрощенную ДФО, по сокращенному набору направлений освещения и отражения. Кроме того, для этих целей было бы желательно увязать измеренную ДФО с составом покрытия. Возможно, самый простой метод, который мы можем использовать для моделирования свойств слоя - это, так называемый «метод эффективной среды» в котором композит представляется как гомогенная среда. Метод эффективной среды предполагает, что вне зависимости от сложности покрытия или материала, мы можем рассматривать его в качестве однородного вещества. Покрытие из трех слоев, содержащих девять разных компонентов, рассматривается в качестве однородного материала, оптические свойства которого представляют собой среднее оптических свойств (характеристик) входящих в его состав компонентов, взвешенное на основе их распределения по слоям, на основе толщины слоев и структуры граничной поверхности между двумя смежными слоями и т.п.. Покрытие с заданной композицией (состав веществ и определенная структура слоев) будет охарактеризовано с помощью своего уникального сочетания свойств преломления и рассевания света. При каких либо изменениях в композиции эти свойства также изменяются. Характер рассеивания изменится даже при изменении дисперсного состава частиц. Количество направлений измерения отражения, достаточных для задач технологического контроля можно оценить исходя из требуемого «разрешения» результата и/или сложности измеряемой поверхности. Например, слой и/или компонент слоя покрытия может быть охарактеризован некоторым набором физических характеристик (шероховатость, бугристость, действительная и мнимая часть показателя преломления и т.д.). Количество этих характеристик определяет количество направлений измерения отражения, необходимое для получения достаточного числа линейно независимых соотношений для определения значений всех интересующих параметров. Минимальное количество направлений измерения отражения N может быть определено по соотношению: N = 2С + К

5

где, С – количество слоев покрытия, в которых может потенциально происходить рассеяние света, а К – количество различных компонентов слоя (т.е. поглощающего пигмента, металлика, и т.п.). Например, на Рис 3. представлено схематическое изображение типичного покрытия.

Поверхность 1 может представлять собой эффектное покрытие, состоящее из прозрачного слоя 2, слоя, содержащего обычные пигменты 3, подложки 4 и частиц металлика 5 и 6 . Соответственно, минимальное количество направлений измерения для такого слоя будет 7 = 2х3 +1. Конечно, и меньшее количество направлений измерения может дать для такого покрытия полезную информацию, однако в этом случае нельзя будет учесть вклад каждого из элементов структуры покрытия в ДФО всего покрытия в целом. С другой стороны увеличение количества направлений измерений приводит к

резкому увеличению объема вычислений при обработке данных измерений. Особенности покрытий содержащих эффектные пигменты. На подобной теоретической основе общий инженерный подход к разработке метода анализа внешнего вида покрытия включает две составляющих: во-первых, разработка прибора, который может «видеть» различие между двумя образцами лучше, чем любой самый тренированный контролер; во-вторых, разработка программного обеспечения для анализа большого объема данных измерений и представления их в компактном и наглядном виде. При разработке нового прибора, способного измерять упрощенную ДФО необходимо было добавить новые, боковые направления измерений к направлениям измерения лежащим в одной плоскости, которые использовались в традиционных многоугловых приборах (как например, в спектрофотометре MA 68 II компании X-Rite). Данные измерений отражения, полученные при помощи подобного прибора, будут представлять собой трех мерный массив. Современные технологии в области электроники и оптики позволяют это сделать. Один из вариантов подобного прибора нового поколения реализует оптическую схему, в которой есть два направления освещения и десять направлений измерения. Для описания направления в данной геометрии измерения, используются следующие обозначения: • Ψ - для угла между нормалью к поверхности образца и направлениями освещения; • Φ - для угла между направлениями зеркального отражения и наблюдения (с положительным знаком в сторону нормали к поверхности); • θ – для азимутального, лежащего вне главной оптической плоскости, угла между направлениями освещения и наблюдения (с положительным знаком по часовой стрелке). Мы разделяем данные углы текстом 'as' (от “aspecular” - угол от направления зеркального отражения) и 'az' (азимутальный угол). Например, измерение при направлении освещения 45°, угле отражения 25°, и азимутальных углах 90° и - 90° обозначается, как 45as25az90 и 45as25az-90 соответственно. В этих обозначениях полный набор вариантов освещения/измерения спектрофотометра X-Rite MA98 записывается следующим образом. Для направления освещения под углом 45° используется десять направлений измерения: 45°as-15; 45°as15°; 45°as25°; 45°as75°; 45°as110°; 45°as25°az90; 45°as25°az-90; 45°as60°az125.3; 45°as60°az-125.3 Для направления освещения под углом 15° используется два направления измерения лежащих в главной оптической плоскости прибора: 15°as-15; 15°as15°. Для наглядности геометрия измерения и освещения прибора приведена на Рис. 4.

Рис.3

6

Десять спектральных фотоприемников регистрирующих отраженный световой поток в разных направлениях в диапазоне от 400 до 700 нанометров с шагом 10 нм (31 полос пропускания). В качестве источника света в приборе используется две галоген-вольфрамовая лампы, которые освещают образец под углами 15° и 45° к нормали. Отраженный в различных направлениях свет направляется при помощи световодов в спектральный анализатор, который представляет собой диск с 31 интерференционным светофильтром с шаговым приводом. За светофильтрами

расположены 10 фотодиодов (по одному на каждое направление, предназначенное для спектральных измерений), которые регистрируют поток за каждым из светофильтров. Таким образом, при каждом измерении, в течение 1 секунды получается набор из 10 спектров отражения соответствующих 10-ти направлениям измерений или 310 точек данных в трехмерном координатном пространстве прибора. Этот набор данных является трехмерным спектральным профилем покрытия, который зависит как от его состава, так и от способа получения. Одиннадцатый сенсор установлен в направлении 45°as 0 (зеркальном) для измерения интенсивности зеркально отраженного света. Данная величина используется не для вычисления спектральных характеристик, а для определения двунаправленной функции рассеяния ДФР (BDSF), которая определяется вычитанием из ДФО зеркального отражения. Раздельное определение ДФО и ДФР позволяет лучше проследить различие между влиянием технологического процесса и состава на внешний вид покрытия. Метод xDNA Очевидно, что для обработки такого массива данных требуется специальная методика и программное обеспечение. X-Rite Inc. разработал метод для сведения многоугловых спектральных данных к двух или трехмерным спектрам xDNA [2]. Если измерить спектральный апертурный коэффициент отражения λβ поверхности для каждой длины волны в каждом из направлений наблюдения согласно геометрии измерения прибора, то результат измерений можно представить в виде веера векторов направленных в соответствии с направлением измерения и масштабированных по величине λβ . Если эти вектора относящиеся к одной длине волны суммировать, то получится один суммарный вектор, начинающийся в точке измерения и ориентированный некоторым образом в пространстве. Деле если проделать эту операцию для каждой длины волны и соединить концы суммарных векторов, то получится трехмерная спектральная кривая – xDNA спектр. Спектр xDNA – это взвешенная сумма векторов по направлениям измерения, где весами являются значения спектрального апертурного коэффициента отражения для каждой длины волны в данном направлении. Результат этой суммы – спектр точек в трехмерном пространстве; каждой измеренной длине волны соответствует одна точка. Взвешенная сумма векторов нормируется по длине суммарного вектора стандартного излучателя для идеального Ламбертовского отражателя. Это сделано для того, чтобы величины xDNA были сравнимыми с типичными величинами коэффициента отражения.

Рис.4

7

Рис. 5. 3D xDNA спектр Рис. 6. 2D xDNA спектр

Система координат для xDNA состоит из направления зеркального отражения (ось z), направления освещения, перпендикулярного направлению зеркального отражения (ось y), и векторного произведения этих двух направлений (ось х). Пример 3D спектра образца приведен на Рис. 5, и его 2D проекции на Рис.6. Форма, пространственная ориентация и положение относительно центра координат x-DNA спектров определяется не только рецептурой покрытия, но и характером распределения компонентов рецептуры в готовом покрытии, что в свою очередь определяется технологией получения покрытия. Поэтому, анализируя различие (подобие) между спектрами двух образцов, можно делать выводы о величине и причине различий внешнего вида образцов, опирающиеся на цифровые данные.

Анализ данных Для анализа подобия x-DNA спектров и выражения его результатов в виде легко интерпретируемых цифровых параметров используются специальные алгоритмы из специального раздела математики - геометрической морфометрии [3]. Используются три линейных преобразования – смещение, поворот и масштабирование. Все преобразования выполняются относительно xDNA спектра эталона. Вектор смещения, матрица поворота и коэффициент масштабирования рассчитываются совместно, с использованием алгоритма Прокруста, который позволяет на основе метода наименьших квадратов получить наилучшее совмещение xDNA спектра эталона и линейно трансформированного xDNA спектра образца. Результат этих преобразований может быть наглядно представлен графически и выражен виде трех групп параметров, характеризующих различия внешнего вида в целом, а также возможную их причину. Для сравнительного анализа результатов измерения в методе xDNA предлагается три группы параметров. Одна группа параметров представляет величину трех последовательных линейных геометрических трансформаций - смещения, поворота и масштабирования. Параметр xDNAt. Cпектру xDNA можно сопоставить один радиус вектор, который получается как сумма векторов представляющих измеряемые длины волн. Этому радиус вектору соответствует точка в

8

пространстве координат прибора. Расстояние между такой точкой для эталона и для образца характеризует различие внешнего вида образца в «пространстве прибора». Вектор, соединяющий эти две точки, назовем вектором смещения. Если сместить все точки спектра образца на этот вектор, то мы получим спектр образца, центрированный относительно спектра эталона. Преобразование смещения, центрирующее спектр образца его относительно спектра эталона обозначается как xDNAt, а его величина (вектор смещения) обозначается как xT и составляющие этого вектора по координатам - xTx, xTy, и xTz соответственно. Главный фактор, влияющий на величину этой трансформации необходимой для наилучшего совпадения спектров между двумя образцами одинакового состава – это технологические отклонения при изготовлении образца и эталона. Параметр xDNAa Преобразование поворота обозначается xDNAa. Это преобразование состоит их двух последовательных поворотов и характеризуется углом, обозначаемым xA. Величина этого поворота, необходимая для наилучшего совпадения xDNA спектров образца и эталона связанна с изменениями технологических параметров процесса получения покрытия, приводящих к изменению дисперсного распределения и ориентации частиц металлика, слюды или других пигментов, частицы которых обладают подобной геометрией. Параметр xDNAs Преобразование масштабирования обозначается xDNAs. Коэффициент масштабирования обозначается как xS. Величина этого преобразования необходимая для максимального совмещения трансформируемого спектра характеризует главным образом различия в рецептурном составе покрытия, т.к. она коррелирует с различием в цветности. Однако не всегда очевидно, какое из преобразований выявляет различия в рецептурном составе образцов наилучшим образом: xDNAa или xDNAs. В некоторых ситуациях, два образца, которые различаются только технологическими условиями получения, имеют существенные различия в xDNAa, таким образом, необходимо рассмотрение значения xDNAs для определения того, что различие между образцами, на самом деле, обусловлено технологическими отклонениями, а не различием в составе. С другой стороны, можно столкнуться со случаем, когда различия в xDNAs спектрах слишком малы для образца с заметными различиями в составе. Например, различные «диффузные серые» цвета, могут демонстрировать небольшие различия по абсолютной величине xS, т.к. для идеальных матовых ахроматических образцов спектр xDNA представлял бы собой точку. Поэтому различать ахроматические матовые образцы разной светлоты, обусловленной различием в рецептуре образцов, лучше совместным анализом параметров xDNAt и xDNAs. Параметры dF, dFt , dFa и dFs Вторая группа параметров теснее связана с цветовыми характеристиками образцов. В первой группе параметров мы рассматривали исходные спектры отражения, поэтому эти параметры не учитывают спектральной чувствительности глаза и не являются собственно цветовыми характеристиками различия между образцами. Для их преобразования к колориметрическим характеристикам нужно умножить спектр xDNA (матрицу размера 31х1) на матрицу колориметрических условий наблюдения (размера 3х1), которая в свою очередь есть произведение матрицы стандартного колориметрического наблюдателя (размера 3Х31) на матрицу стандартного источника (размера 31Х1). В результате умножения колориметрической матрицы на спектр xDNA мы получаем девяти мерную величину (с размерностью 3х3), которая характеризует цвет образца в зависимости он направления наблюдения. В отличие от трехмерного цветового вектора, эту величину можно было бы назвать цветовым тензором.

9

x y z

x y z

x y z

x X X Xy xDNA Y Y Yz Z Z Z

λ

λ

λ

⋅ =

Уравнения CIELAB можно теперь применить к данным XYZ к каждой отдельной колонке, что равноценно вычислению координат CIELAB для соответствующей проекции трехмерного спектра xDNA:

( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )

_ , , _ , , _ , ,

_ , , _ , , _ , ,

_ , , _ , , _ , ,

x x x y y y z z zx y z

x y z x x x y y y z z z

x y zx x x y y y y y y

CIE L X Y X CIE L X Y X CIE L X Y XL L La a a CIE a X Y X CIE a X Y X CIE a X Y Xb b b CIE b X Y X CIE b X Y X CIE b X Y X

=

Для вычисления величины различия между двумя измерениями dF , коррелированной на спектральную чувствительность глаза, вычисляется квадратный корень из суммы квадратов разностей между матрицами 3×3 согласно выражению:

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )2 2 2 2 2 2' ' ' ' ' '...x x x x x x y y z z z zdF L L a a b b L L a a b b= − + − + − + − + + − + −

где знак апострофа‘ обозначает данные, относящиеся к эталону. Если подобные операции корреляции на цветовое восприятие провести для трансформированных спектров, таких как xDNAt, xDNAa, и xDNAs, то получатся характеристики различий измеренных между образцами, связанные с технологией получения и составом образцов таким же образом, что и соответствующие параметры, но уже с учетом спектральной чувствительности глаза, и, следовательно, приближенные к визуальному восприятию этих различий. Эти различия обозначаются как dFt , dFa и dFs соответственно. Параметры dDNA dDNAt, dDNAa, и dDNAs Т.к. колориметрические функции были созданы путем аппроксимации восприятия цветовых различий разными людьми для условий наблюдения отличающихся от направленной геометрии измерения, они, возможно, не лучший способ для сравнения преобразованных xDNA спектров. Поэтому наряду с колориметрическими параметрами, используется третья группа параметров, которая представляет собой просто евклидово расстояние между спектрами сравниваемых образцов в пространстве прибора, т.е. это корень квадратный из суммы разностей квадратов расстояний между соответствующими точками двух xDNA спектров. Как и для параметров DF , dDNAt обозначает расстояние между исходными спектрами, а dDNAt, dDNAa, и dDNAs – между преобразованными. Несколько характерных примеров [4]. Ниже приведено несколько примеров по мере возрастания сложности объективной оценки их внешнего вида. Приводимые примеры используют данные измерений выполненных для одного источника освещения (угол освещения 450) с разрешением 10 нм. Поскольку, xDNA спектры по существу характеризуют преимущественные направления отражения от образца света для различных длин волн, первым приводится образец, практически не обладающий таким избирательным отражением по длинам волн и направлениям.

10

Spectralon™ Spectralon – это белый материал на основе фторопласта, отражающий свет диффузно, т.е. одинаково во всех направлениях полусферы над плоскостью образца. Коэффициент отражения равен 99.1% для всех длин волн. Поскольку отражение одинаково по всем направлениям для всех длин волн, то суммарные вектора для всех длин волн имеет одинаковую величину и направление и, соответственно, трехмерная спектральная кривая xDNA для такого материала вырождается в точку. Рис. 7а и 7б демонстрируют xDNA данные такого образца. На этих и следующих рисунках ось z ориентирована вертикально, ось y – горизонтально, а ось x – перпендикулярно плоскости рисунка. Напомним, что ось z соответствует направлению зеркального отражения. На обоих рисунках приведены данные измерений одного и того же образца, но с разным графическим разрешением. На рисунке 7в приведены данные нескольких ахроматических серых образцов, полученных добавлением к Spectralon различных количеств черного пигмента. Коэффициенты отражения этих образцов равны 99.1, 80, 60, 40, 20, 10, 5 и 2%.

Керамические плитки. На Рис. 8а и 8б, как и в первом случае с разным разрешением показан результат серии измерений серой шкалы керамических эталонов. Коэффициенты отражения этих эталонов равны 1%, 3.5,15,

11

32, 50, и 88%. Обратите внимание, что при большем разрешении (Рис.8б) становится заметным отклонения для различных длин волн, обусловленные присутствием на поверхности керамических образцов прозрачного слоя глазури. Этот эффект отсутствует у образцов Spectralon.

Красный и зеленый керамические образцы BCRA (British Ceramic Research Association). На Рис.9а приведен спектр xDNA для красного образца BCRA. Рис. 9б приведены исходные спектральные данные. На Рис.9в и 9г приведены данные для зеленого образца BCRA. Для этого образца спектр xDNA принимает форму узкой петли (с небольшим растяжением в направлении оси x).

12

Образцы покрытий с интерференционными пигментами Pure Chroma Flair™ Рис.10 приводит данные различных образцов на основе пигментов Chroma Flair flake в прозрачном связующем, полученных нанесением пульверизатором. На Рис. 10а приведены данные для Blue Red 280, на 10б - для Cyan Purple 230, на 10в – для Green Purple 190. Обратите внимание, что изменение цвета покрытия в зависимости от угла наблюдения можно оценить по величине петли и концевым точкам. xDNa Спектр образцов сильно меняющих цвет в зависимости от угла наблюдения имеют вид широкой плоской немного наклоненной петли. По наклону плоскости, в которой лежит эта петля, можно судить о преимущественном направлении ориентации частиц эффектного пигмента в слое покрытия.

Сравнение пигментов Mica и Xyrallic™ Рис.11а и Рис.11.б представляют образцы, содержащие один - 1% пигмента Mica, а другой 1% пигмента Xyrallic™ в одинаковом прозрачном связующем, содержащем дополнительно фиолетовый поглощающий пигмент. Эта два образца визуально трудно различимы. При обычном рассеивающем освещении эти образцы выглядят одинаково. Только в условиях наблюдения при сильно направленном (близком к прямому солнечному) освещении можно заметить разницу. Оба образца обладают искристостью, кроме того искорки даваемые пигментом Xyrallic имеют радужный эффект. Можно четко заметить различие в спектрах xDNA благодаря «хвостику» в области 700 нм для образца с пигментом Mica. Этот хвостик проявляется на всех образцах с пигментом Mica при различных его концентрациях. И наоборот, он отсутствует у образцов с пигментом Xyrallic™ .

13

Различия в процессе получения Рис.12 показывает xDNA спектры для образцов отличающихся технологическими условиями получения. Один образец получен по технологии LAHF (низкое диспергирование и высокая скорость протока), второй по технологии HALF (высокое диспергирование и низкая скорость протока). Можно было ожидать, что крупные капельки наносимого состава с большой кинетической энергией (технология LAHF) сформируют слой покрытия, отличающийся от слоя когда на поверхность попадают небольшие капельки покрытия с малой кинетической энергией (технология HALF). Действительно, на Рис.12а сразу можно заметить, что xDNA спектры образцов находятся в разных точках пространства прибора, подтверждая различие в технологии их получения. На Рис.12б показаны совмещенные спектры. Можно заметить, что спектры практически совпадают, подтверждая тем самым идентичность рецептуры наносимого состава.

Различие между партиями. Рис. 13 показывает различия между 5 партиями пигмента Chroma flair в прозрачном связующем. Можно видеть, что все 5 кривых, показанных здесь для наглядности в проекции на плоскость, имеют одинаковую форму. Однако можно также заметить, что спектры 3 партий группируются несколько отдельно от двух других. Но как мы уже знаем, чем тоньше дисперсность пигмента, тем более диффузную (размытую) функцию ДФО и соответственно, тем меньше петля спектра

14

xDNA для образца, содержащего такой пигмент. Поэтому мы можем заключить, что в партиях представленных тремя образцами с «вложенными» спектрами, пигмент имел меньший размер частичек (или возможно большую долю таких частичек).

Заключение Представлена комбинация прибора, позволяющего измерить упрощенную ДФО и простой феноменологической модели, которая позволяет учесть как микро-, так и макроскопические особенности строения покрытия и, тем самым, влияние на оптические свойства покрытия условий его получения. Литература: 1. Bidirectional Reflectance: An Overview with Remote Sensing Applications & Measurement Recommendations. James R. Shell, II_Center for Imaging Science; Rochester Institute of Technology; Rochester, New York; May 26, 2004 2. Quality Manufacturing Today Nov.2008 pp. 21-23. 3. ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ БИОЛОГИИ, 2002, том 63, № 6, с. 473-493 4. Major Advances in the Reliable Measurement of the Color and Appearance of Special Effect Paints and Coatings. JonNisper, Tom Richardson, and Brian Teunis; Материалы компании X-Rite, Incorporated.