色差仪的选型分析

2016-06-06技术资料

概述:色差仪(测色仪)的选型可以说是工程师在解决实际应用时的一个问题,一个好的色差仪(测色仪)选型方案不仅可以节约产品成本、为客户省钱,而且可以节约使用人员的时间、使实验室和工业现场的测量方便,快捷。选择正确的色差仪可以得到最匹配精确的数据,为实际应用提供了坚实的数据基础。

下面结合本人的项目经验及所学所想与各位朋友及同仁一起探讨一下色差仪(测色仪)选型中的学问及应注意的问题。

PartII:颜色测量的简单介绍

首先,我想就颜色测量方面的知识做一个最简单的介绍。大家不用看得太明白,只要大概知道是怎么回事就行了。

1,颜色:这个简单了,我们以前在中学物理课中已经多次接触过,白光通过棱镜的折射后分解成多种颜色,构成了咱们常见的七种颜色。

2,  色差仪,顾名思义,就是检测颜色之间的差别。

3, 色差仪的检测原理

色彩色差仪是量化色彩现象,建立色彩标准,改善产品外观,颜色品管控制,进而进行电脑配色的不可缺少的工具。通过自动比较样板与被检品之间的颜色差异,输出 L、a、b 三组数据和比色后的 E、L、a、b 四组色差数据。 E 总色差的大小 L 大表示偏白,L 小表示偏黑 a 大表示偏红,a 小表示偏绿 b 大表示偏黄,b 小表示偏蓝。

PartIII:色差仪的选型

目前市面上色彩色差仪种类,品牌较多,用户在选择时可能会遇到无所适从的情况,或者容易被误导从而产生选择的困境。色差仪选型时需要关心的问题主要包括以下几个方面:(1) 性能;(2) 成本; (3) 典型应用是否方便;(4) 是否具备完善的售后服务

进口色差仪的选型分析

(1) 性能

之所以把性能放在第一位,是因为色差仪的性能优劣决定了我们使用时的产品的故障发生率及产品使用寿命,产品的故障发生率及使用寿命最终会影响到工作的效率和数据的可靠性,同时高性能的色差仪可以在提供可靠的数据的同时,还可以提供一套完整的方案,可以帮助使用者建立起一套有效的色差测量体系,有效提高工作效率和保障产品质量。因此在选型时一定要保证所选的色差仪在性能上不能有问题,至少在可预见的时间范围内或在保修期范围内出现故障及损坏的几率很低。用户可能发现这样的情况:同样都是测色仪,价格差异很大,测出来的结果也有不同。因此,在选购测色仪时,有些“性能指标”是必须要注意的,这样才能选购一部性能价格比最好的仪器。

首先,要明确所计划选型的仪器是“色差计”还是“分光色差仪”:

       单纯色差计的精确度比较低,并且,一定要注意:有些甚至不能给出颜色的色彩坐标空间的绝对值(L,a, b值),只能给出两个样品之间(通常是标准与样品之间)的色差值(Delta-E),这种色差仪不能买,因为没有颜色的绝对值数据,没有办法与他人进行数据交换,也不能建立和管理自己的色彩标准数据库,只相当于正常的色彩色差仪的10%功能,价格再低廉也无法满足测试要求,不能贪图便宜,购得这样的毫无应用价值的仪器。     分光色差仪的精度较高,与单纯的色差仪测色的方法不同,分光测色仪能测量每个颜色点(10nm或者20nm波长间隔)的“反射率曲线”。分光测色仪可以模拟多种光源,而色差计一般只有一种或最多两种模拟光源。    

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其次,“分光光度测色仪”又分为“0/45度”和“d/8度积分球”两种测量-观察方式:

       “0/45度”只能用来测平滑的表面,而且不能用于电脑配色。“d/8度积分球式”可以用来测量各种表面,可以用于电脑配色。并且,在选择时,还要考虑有没有消除镜面反射,和包含镜面反射的测量模式,如果两种模式都有,则在测量光洁表面,有明显反射表面的色彩时非常有用。

       再次,各种“d/8度积分球”测色仪的区别:

多数公司选用“d/8度积分球”测色仪,但是,必须注意的是:不同品牌、不同型号之间仍有很大差别,导致不同的测量精度。

一台测色仪除了微处理器及有关电路外,有四个主要组成部分:光源、积分球、光栅(分光单色器)和光电检测器。这也是衡量一台仪器优劣的主要指标。    

一, 它是“双光束测量原理”还是“单光束测量原理”:

双光束仪器有两个光栅和两个检测器。测量时光源只闪一次,同样测样品和参比白。这样就克服了系统变化所带来的误差,测量数据的精度非常高。只是仪器成本较高。

单光束仪器只有一个光栅和一个检测器。所以测量时光源闪两次,分别测样品和参比白。而两次测量时的系统误差(光源光强分布差异,光路变化,温度变化,电路漂移等)被当做样品和参比白间的差异,所以误差比较大,仪器的台间差也比较大。    

二,光源:目前争论比较多的一个问题,特在此详细说明。    

在颜色测量仪器中,选择什么光源,应首先考虑的是稳定性,光源定向性,寿命以及最终获得的光谱曲线的有效性。目前采用的多为卤素石英钨丝灯及氙灯两种光源。    

钨灯是颜色测量仪器(包括各种可见光谱分光光度计)最常用的光源,它是一个内充惰性气体或者卤素(防止钨丝氧化和热蒸发)的白炽灯泡。用钨作为灯丝材料是因为钨有足够的强度,并能经受高温。经测试在可见光区钨灯的光谱曲线与黑体发射器光谱曲线几乎完全重叠。随着近年稳压电源和脉冲电源的发展,钨灯能够提供重复稳定的,高色温的光束,完全可以满足外观颜色测量对光源的需要。   

 氙灯是另一种常用于颜色测量仪器的光源。它是一个装有一对电极的充满氙气的密封玻璃管。当在电极上加上高电压时,内部氙气就会受到激发瞬间产生弧光,这属于一种充气放电灯。氙灯的优点在于谱线比白炽灯的谱线更接近于日光并且能量较高。然而,对于大多数弧光灯来说要得到稳定的光输出是相当困难的,而对于精密准确的颜色测量来说,连续无波纹的光谱(稳定的光输出)恰恰是最为重要的。   

 从光检测的角度来讲,过强的光源强度一般都会超出了检测器的线性范围,这是一个常识,在光路设计上又需要减弱最终到达检测器件的光强度,这使得光路设计复杂化,另外,大家都知道,目前绝大多数紫外可见分光光度计均采用D2灯和钨灯做光源,对于测量物体表面颜色来讲,人眼看见的就是可见光,采用能量消耗小,电路设计简单,受命长,系统体积小,价格低廉、容易维护更换的钨灯是非常合适的。在上个世纪60-70年代,所有的旋光仪均采用钠光灯作为光源,因为按照旋光度的定义,仪器需要能量集中在589nm的光源,当时钠光灯几乎是唯一的选择,但是,与氙灯一样,钠光灯作为一种真空放电激发器件,使用寿命和光强度的稳定性,均很难保证,并且钠光灯成为了旋光仪昂贵的消耗品,在今天,德国Colorlite公司所生产的SPH900色差仪使用的光源均采用先进的LED作为光源,其使用寿命相对于仪器来讲几乎是无限长,超低能耗,LED光源技术解决了这一难题。

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三, 积分球:积分球的质量对测色仪性能的影响至关重要。目前市场上多数的积分球内层反射层为涂层结构,存在使用一段时间后发黄、剥落等问题。而一旦这种情况出现,测色仪就不能提供准确的测量数据,积分球必须整个更换。而积分球是测色仪的关键部件,维护费用会很高。好的积分球整体均由稳定、耐用的高反射材料制成,耐老化、不会变色,也不存在内层剥落的问题。整机的使用寿命长,维护费用低。德国Colorlite公司的SPH900色差仪的积分球是采用独特涂层,使用配合式组件方法,解决了精度和使用寿命的问题。同时,由于其独特的配件式结构,使得测量更加简单了。与市面上其它色差仪产品采用金属壳内涂布Ba盐涂层完全不同,使用寿命,抗老化性能相差数倍,用户在选择时必须要考虑这个非常重要的因素。    

四,整体产品的配套性:专业的色彩仪器生产商除提供不同系列的测色仪外,更会提供多种配套产品,如品控软件、颜色数据库管理模块,客户管理模块,颜色标准数据管理模块等,在硬件上,还有用于特殊样品测量的附件共选择。这些配套产品可以使测色仪在品质检测、管理及生产中的功能发挥得更完善。即使某些功能目前暂时不需要,但从长远考虑,一旦系统升级,只需添加配套产品即可,而不需受测色仪本身的制约。   

色差性能主要包括功能、工作温度、测量范围,读数精度,测量参数,测色空间选择等,在选型时必须保证这几点符合产品的应用要求。例如主要在工业现场使用的,那么仪器的耐用性就应该要高,并且要求使用时具有操作简易的特点。

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现在很多客户在选高性能色差仪时,会去考虑国外进口的色差仪,市面上主流的国外色差仪主要有:

1,德国Colorlite公司的SPH900色差仪,

2美国Xrite公司的色差仪,

3日本konicaminolta的色差计。

这几款色差仪都各有其特点。笔者经过一系列的实测比较,发现在实际使用中,德国Colorlite公司的SPH900色差仪特点更为优势。

(2) 成本

很多人都知道一分价钱一分货的道理,而且很多客户在选择商品的时候往往并不会选择最便宜和最贵的,而且性价比比较高的,因此我们在选择色差仪时应主要考虑到仪器的性能和价格是否是最合适。可以说,色差仪的成本在一定程度上会影响到客户的选择和使用,因此选型时必须考虑成本问题,一般来说,国产的色差仪价格比较低廉,从千到上万,各种价位都有,但是,国产的色差仪市场也非常乱,各种质量的产品同时充诉着市场,让客户不知道什么产品才能真正满足自己的使用需求。很多时候我们都会发现,价格贵一点,其功能和性能会好一点,而便宜的色差仪往往在功能和性能上不及贵一点的,因此必须学会折中。那到底改怎么折中呢?

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我的建议是在功能满足需求的条件下以性能为主要考虑性能的提升。例如:德国Colorlite公司的SPH900色差仪系列,笔者认为其性价比非常高,保持着传统德国品质。高可靠性和稳定性使得该款机型保持着强劲的市场竞争力。

(3) 典型应用是否方便

典型应用其实就是指色差仪在特定的工作环境的典型使用是否适当,如果测量的物体直径只有几mm,这时如果选择了普通探头去测量,就可能导致无法测出正确数据。选型时必须要充分考虑到各种使用环境的特殊性,如测量范围,被测物体的形状,材质,等等。

具体色差仪选型时可以想让经销商那边的工程师进行推荐,然后再根据上面的讨论进行最终选型,目前笔者跟一些颜色测量方面有关的工程师沟通过,发现他们在很多在时候会选择国外的色差仪,而性价比极高的德国Colorlite公司的SPH900系列更是被广泛采用。有些工程师如果需要进行进一步的了解,是可以跟经销商或厂家去申请样机进行试验确认的。关于其它一些色差仪的选型问题,这里就不多说了。

综上所述:在评价分光计的性能时,不能只评价单一指标,而应全面考虑,包括仪器的可靠性,重复性,光路设计的合理性,稳固性,用户界面的友好性,技术支持和服务等。仅注重其中的某个特性,会误导用户做出不全面的判断,所以,过分强调任一指标,对用户都是不负责任的。