Une bonne pièce de théâtre mêle du monologue et du dialogue. Dans l’industrie, cette combinaison est aussi présente – un monologue lorsque les comparaisons de couleurs sont effectuées sur un seul appareil, et dialogue lors des comparaisons de résultats provenant de deux instruments aux designs différents, comme par exemple ceux obtenus d’un spectrocolorimètre de laboratoire et ceux issus d’un spectrocolorimètre portable.
Ce problème est bien connu des industriels pour qui la mesure de couleur fait partie de la chaine du contrôle de la qualité – l’assurance qualité au niveau du laboratoire étant souvent effectuée par un instrument de table, pendant que les mesures de production sont réalisées avec un appareil portable. Bien souvent les valeurs obtenues par chacun des appareils diffèrent sensiblement et ne sont pas directement comparables. Pour éviter ce problème, nous devons bien comprendre les effets de la conception technique (construction et réglages) et de l’étalonnage de l’accord inter-modèle (la différence entre deux instruments dont le design est similaire, comme par exemple deux spectrocolorimètres à sphère d’intégration).
Cet article se concentre sur la technologie des instruments à sphère d’intégration, l’une des configurations les plus répandues chez les industriels avec la présence d’appareils portables et d’appareil « de table ».
La sphère du spectrocolorimètre
Bien que la configuration de spectrocolorimètres à sphère d’intégration semble identique pour tous les appareils, il existe malgré tout de petites différences dont les effets ne sont pas sans conséquences. Un instrument moderne à sphère contient une lampe qui éclaire sa surface interne. La lumière diffusée par la paroi illumine l’échantillon à analyser, avant qu’un réseau holographique associé à un détecteur spectral sépare et enregistre par longueurs d’onde la lumière réfléchie provenant de l’échantillon.
Il est connu que les sources lumineuses des différents fabricants sont différentes. Certaines sont de type Tungstène, d’autres de type Xénon, d’autres des LEDs. Toutes possèdent des avantages et des inconvénients, mais sont néanmoins capables de réaliser la mesure des couleurs. Cependant il est clairement établi qu’obtenir les mêmes effets sur différents matériaux (et avoir des résultats de mesure comparables) ne sera possible que si les instruments possèdent le même type de source d’éclairage. Ne pas respecter ce point créera des fluctuations dans les résultats d’accord inter-modèle, et par conséquent une moindre performance dans la comparaison.
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Le revêtement blanc et le design de la sphère sont aussi des éléments extrêmement importants. Les Normes Internationales (comme celles de la CIE) recommandent que la somme des surfaces des ouvertures créées dans la sphère n’excède pas 10% de la surface totale interne de la sphère. Cette condition est d’autant plus difficile à atteindre lorsque la sphère est petite et que de multiples ouvertures sont implantées. Seuls une grande attention et un contrôle optique soigné feront que les résultats obtenus par ces sphères aux dimensions différentes seront comparables.
Un réseau holographique associé aux détecteurs est aussi un élément important. Ce dispositif optoélectronique est vu comme une pièce unique que l’on nomme le monochromateur. Utiliser le même type de monochromateur ou de détecteur peut, à priori, sembler favorable. Mais en observant de plus près ces instruments on apercevra de petites différences de capteurs pour permettre un réglage minutieux du système (on n’utilise pas le même moteur pour une voiture de course et un tracteur).
Les caractéristiques fondatrices d’un spectrocolorimètre sont donc : un accord colorimétrique inter-modèle précis, des composants en harmonie et avoir le même type de lampe.
Mais les performances d’un spectrocolorimètre dépendent directement de son étalonnage.
Etalonnage du spectrocolorimètre
Les spectrocolorimètres sont calibrés en utilisant une plaque blanche calibrée spectralement en mode réflexion. Pour garantir des performances fiables, les valeurs spectrales de la plaque blanche sont très importantes. Chaque fabricant doit répondre aux normes internationales concernant l’étalonnage, mais la précision de l’instrument lui-même et son accord inter-instrument (la différence entre deux ou plusieurs instruments identiques) sont directement dépendants de la précision de la procédure d’étalonnage.
Konica Minolta a établi son propre système d’étalonnage, et le schéma de la procédure d’étalonnage ci-dessous servira d’exemple pour expliquer comment obtenir des performances régulières des appareils.
Le point initial de toute procédure d’étalonnage étant l’élément principal, Konica Minolta utilise une plaque blanche normalisée calibrée par le NPL (National Physical Laboratory, l’organisme de référencement au Royaume Uni) comme étalon primaire. Cette référence NPL sert ensuite à étalonner un Sulfate de Baryum pressé (BaSO4), représentatif d’une surface diffusante parfaite qui permet d’assurer des caractéristiques régulières en réflexion quelle que soit la géométrie des appareils.
Les valeurs d’étalonnage de cette surface BaSO4 sont déterminées par une mesure réalisée avec l’appareil de référence au sein de Konica Minolta – le CM-3700d – puis sont transférées à un étalon blanc secondaire possédant une très bonne stabilité à long terme.
Cet étalon blanc secondaire sert ensuite à calibrer un modèle particulier d’appareil de référence (par exemple, le CM-5). Cet appareil de référence maintenant calibré sur les données de référence est alors utilisé pour déterminer les valeurs d’étalonnage des plaques blanches de travail (étalons de travail). Pour assurer des performances fiables tout au long de cette procédure, l’étalonnage de cette plaque blanche de travail est réalisé annuellement.
L’étape finale consiste à déterminer les valeurs d’étalonnage de la plaque blanche qui sera utilisée au quotidien. Elles sont obtenues grâce à l’étalon blanc de travail et le modèle particulier d’appareil de référence.
Pour les spectrocolorimètres (tous les types de CM), un étalonnage complémentaire en longueurs d’onde à l’aide d’une source particulière, lampe au mercure par exemple, garantit un calage en longueur d’onde inégalé. Pour quelques appareils (comme le CM-3700d), des étalonnages supplémentaires avec des filtres holmium et didymium reliés au NIST (National Institute of Standards and Technology; US) sont réalisés.
Pour garantir le niveau de performance le plus élevé des spectrocolorimètres, le travail est réalisé en atmosphère contrôlée en température et humidité, et les modèles d’appareil servant de références sont contrôlés séparément. Le travail d’inspection et d’étalonnage est ainsi effectué au plus haut niveau.
Des standards de qualité identiques sont utilisés dans tous nos ateliers de service après-vente, utilisant les mêmes modèles d’appareils de référence et mêmes étalons blancs secondaires. Il en résulte des accords inter-modèle et inter-instrument inégalés pour tous les appareils.
Positionnement des échantillons
L’ergonomie et la manière de présenter l’échantillon à mesurer affectent les performances globales. Il est important qu’il soit possible de positionner facilement et de façon reproductible les échantillons, sans apporter la moindre variation. En reprenant l’exemple des appareils de table et portables, il faut s’assurer que les deux solutions mesurent le matériau plus ou moins de la même manière.
Si cette procédure est très facilement réalisée pour des matériaux plans opaques, elle devient nettement plus difficile à mettre en place pour des matériaux inhomogènes ou même humides. Un instrument sophistiqué avec des accessoires fonctionnels peut aider à solutionner cette problématique.
Prenons un exemple, la mesure de granulés. L’appareil de table devra mesurer les granulés à travers le même type de verre que l’appareil portable, minimisant ainsi les erreurs de mesure. Sur la photo, nous pouvons voir un CM-5, appareil de laboratoire dont l’ouverture de mesure est sur la face supérieure, et un CM-700d portable, retourné en position verticale chacun mesurant des granulés bleus avec le même type de cuvette en verre, le tout fixé et maintenu en position (centreur noir).
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Les deux principes de mesure garantissent une concordance des résultats entre deux modèles d'appareils différents car ceux-ci ne sont pas seulement étalonnés sur un même standard, mais aussi étudiés pour éliminer les erreurs causées par les présentations erronées afin d’en minimiser les différences.
Si vous avez besoin de communiquer la couleur ou comparer des valeurs, vous devez utiliser une technologie de calibrage/étalonnage professionnelle, contrôler les conditions environnementales et la présentation des échantillons.