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Come “Vedono” gli strumenti che misurano il colore

Come “Vedono” gli strumenti che misurano il colore

 

La giusta scelta con la corretta geometria

Dopo una lunga discussione si è deciso di acquistare un misuratore di colore, le cose però si sono complicate quando si è trattato di scegliere quale? Non si doveva infatti solo decidere quale fornitore utilizzare ma bisognava anche scegliere quale modello era adatto  alla  propria applicazione. I primi aspetti da considerare erano la precisione, la risoluzione spettrale e la ripetibilità che giocavano sicuramente un ruolo importante, ma un elemento essenziale era sicuramente la scelta della geometria di misura che influenza in modo determinante il risultato. Facendo una scelta errata della geometria di misura si sarebbero creati dei seri problemi di comunicazione e di valutazione delle differenze di colore fra i vari fornitori e i clienti che si fossero dotati di geometrie diverse.

 

La Geometria di Misura non si può cambiare

La geometria di misura è legata al modo in cui la sorgente del colorimetro colpisce il campione e la posizione del sensore che riceve il segnale. La visione umana non è sempre consapevole del fatto che è permanentemente influenzata dalla geometria di misura; la luce può essere diffusa o diretta, può provenire da una particolare direzione e l’occhio può osservare il campione da un certo angolo ect. Anche per gli strumenti il colore misurato dipende dalla geometria di costruzione degli stessi. Le geometrie di misura sono definite da standard internazionali e come detto definiscono il modo in cui viene illuminato il campione da misurare e l’angolo con cui viene raccolta la luce riflessa o trasmessa dal campione e convogliata al sensore.

 

Le cinque geometrie per la misura in Riflessione

La geometria 45°:0° usa un’illuminazione direzionale. La sorgente di luce illumina il campione con un angolo di 45° e l’osservatore è posto sulla normale. In questa geometria una perfetta e omogenea illuminazione del campione può essere raggiunta solo utilizzando un’illuminazione anulare, come per esempio nella geometria 45°c:0. Questa geometria è realizzata portando una serie di fibre ottiche disposte a 45° lungo la circonferenza di illuminazione, ovviamente il numero di fibre ottiche presenti e la distanza fra una e l’altra determinano la qualità dell’illuminazione che sarà tanto più uniforme quanto più sarà elevato questo numero di fibre ottiche. Ci sono casi applicativi dove il campione può essere illuminato anche da un singolo raggio di luce a 45° e la sigla che  rappresenta questa geometria è la seguente:  45°X0°.

Geometria 45°a:0° con illuminazione anulare è idonea per risultati dipendenti dal gloss e dalla superficie.

 

La geometria  d:8 è realizzata con uno speciale componente ottico (sfera di Ulbricht) che diffonde la luce. Una Lampada allo Xenon collocata all’interno della sfera, proietta la luce sulla superficie della sfera, ricoperta con una sostanza bianca altamente riflettente ( solfato di bario, ceramica, plastiche speciali ) che la riflette totalmente in modo uniforme sul campione. Per evitare che la luce venga proiettata direttamente sul campione ci sono all’interno della sfera degli otturatori e altri speciali parti ottiche., così il campione posto nel foro d’apertura della sfera riceve una luce uniforme in tutte le direzioni. Con questa geometria le differenze di superficie ( aspetto superficiale e o livello di gloss ) non influenzano la misura. Sulla sommità della sfera nella posizione di 8° rispetto alla normale  è collocato il sensore. In alcuni strumenti per eliminare la componente speculare riflessa dal campione è stata inserita una trappola di luce posta a 8° rispetto alla verticale nel lato opposto a quello del sensore. Quando questa trappola di gloss è aperta la luce riflessa per componente speculare viene eliminata dal computo dell’energia totale riflessa dal campione. Esiste anche la possibilità di realizzare questa misura attraverso l’utilizzo di una lampada direzionale anziché  dalla trappola di gloss, tale tecnica si chiama “gloss numeric control”. Le due misure sopra citate quella cioè che include la componente speculare  e quella che la esclude vengono indicate nel seguente modo: di:8° e de:8°.

Un’altra speciale geometria è la d:0° che è largamente utilizzata nel settore dell’industria cartaria. Ugualmente alla geometria d:8° anche qui il campione è illuminato uniformante, tuttavia essendo l’osservatore posto a 0° automaticamente la misura esclude la componente speculare e quindi i risultati sono comparabile con la geometria de:8°.

Geometria a sfera d:8°, con (de:8°) o senza (di:8°) trappola di luce. Geometria idonea per misure sia dipendenti dal gloss e dalla superficie che non.

 

I materiali rivestiti superficialmente con effetti metallici non sono valutabili con geometrie a sfera di:8° e anche de:8° o 45/0 in quanto la loro valutazione cromatica è molto influenzata dall’angolo di visione. In questi casi è necessario misurare il colore sotto angoli diversi e se il campione viene illuminato, ad esempio, con un angolo di 45°, l’angolo di osservazione viene descritto come angolo “ Away Specular” con l’acronimo “as” potremo trovare delle geometrie così siglate 45°:as25°, 45°:as45° and 45°:as75. In alcuni casi la combinazione degli angoli potrebbe essere: 45°:as15° or 45°:as110°.

Una nota importante sulla geometria di misura degli strumenti per la misura del colore, è che l’angolo di illuminanzione e di visione  potrebbe essere invertito rispetto a quelli precedentemente  descritti senza influenzare e cambiare il risultato, come ad esempio: d :8° e 8°:d o 45°:0° e 0°:45° sono equivalenti.

 

Le tre geometrie per la misura in trasmissione

Oltre la misura di riflessione fino a qui considerata, molti strumenti da banco offrono anche la possibilità di misurare il colore in trasmissione. Per fare questo il campione trasparente viene allocato in una camera di trasmissione che è posta fra il foro di uscita della luce della sfera e il foro per convogliare la luce al sensore. In generale quando si opera in trasmissione il foro adibito per la misura in riflessione viene chiuso da una superficie bianca come la piastrella di calibrazione. Questa geometria è rappresentata dalla sigla: di:180°. In questo modo si raccoglie tutta la luce trasmessa sia diffusa che direzionale. Se invece nella porta di misura in riflessione viene posta una trappola di luce la geometria realizzata sarà: de:180° e solo la componente di trasmissione diffusa sarà misurata.

Per scopi specifici e speciali è possibile anche realizzare una geometri 0°:180° che misura la componente diffusa e direzionale in trasmissione. Questi strumenti tuttavia non sono pratici e sono poco flessibili perché non possono misurare in riflessione.

Geometria d:180 per misure in trasmissione di liquidi o solidi trasparenti. Con di:180 per la misura totale della trasmissione o come de:180 per la sola misura diffusa.

 

Qual’è la Geometria migliore?

Da quanto sopra spiegato ne risulta che il tipo di geometria utilizzato influenza sicuramente il risultato ottenuto. Se il risultato che si desidera deve combaciare il più possibile con la visione umana, allora la misura deve dipendere dal trattamento superficiale, speculare o goffrato. Per questo scopo le geometrie che escludono la componente speculare sono idonee. Le soluzioni tecniche sono  la geometria 45°/0°  e le geometrie a sfera de:8° o d:0°. Se invece si vuole valutare il colore indipendentemente dall’aspetto superficiale per cogliere esclusivamente le variazioni causate dai coloranti e dalle loro concentrazioni, la riflessone totale deve essere misurata. Nelle pitture e materie plastiche la riflessione dovuta alla struttura superficiale  è costante ( circa il 4%). Questo valore rimane invariato al variare della tipologia di superficie e non ha influenza sul risultato della misura. Le soluzioni tecniche in questo caso sono gli strumenti a sfera che hanno la possibilità di misura la componente speculare inclusa ( Se è presente la trappola di luce questa deve rimanere chiusa ). In questo modo la riflessione totale è misurata indipendentemente  dal gloss e dalla struttura del materiale. Questa tipologia di misura e relativa geometria  è raccomandata anche quando si utilizza lo strumento con  un software per la formulazione automatica del colore.

 

Esperti Consulenti da Konica Minolta

Konica Minolta avvalendosi delle proprie conoscenze in campo opto-elettronico offre un’ampia gamma di strumentazione per la misura del colore quali colorimetri tristimolo e spettrofotometri portatili e da banco con differenti geometrie. Questa elevata possibilità di scelta richiede un’attenta valutazione per un acquisto idoneo alla propria applicazione. Personale professionale e un supporto ad alto livello vi aiuteranno nella vostra scelta.