Какво е спектрофотометър и какви са разликите между различните видове апертури и архитектури

Спектрофотометрите са точни и прецизни измервателни уреди, които намират много приложения в производствения процес. Изборът на правилен спектрофотометър е от ключово значение за качеството на крайният резултат.

Спектрофотометърът е уред за измерване на цветове, с който можете да измервате и анализирате цветове и техните параметри. 

Днешното производство може да бъде локално или напълно глобално, с различни компоненти произведени на различни локации, с различни технологии и на различни машини. Всичко това се събира в един краен продукт, който трябва да отговаря на определени стандарти. Собствениците на марки, производители, дизайнери, доставчици, сертифициращи организации - всички използват спектрофотометри, за да измерват и контролират точността на цветовете по целия процес и неговите етапи.

Всяка физическа мостра, елемент или продукт имат собствена отразителна способност - количеството светлина, която отразява - или абсорбия - количеството светлина, която абсорбира.

Наред с това, физическите мостри могат да имат различни размери, да притежават дефекти и върху тях да са налични множество цветове.

Видове спектрофотометри според начина на измерване и апертурата

Апертурата представлява размерът на отвора, през който светлината навлиза в инструмента, за да бъде измерен цветът на пробата. С различните размери апертури се измерва различна площ от повърхността на пробата. 

Голямата апертура обхваща по-голяма част от мострата. Тя "осреднява" измерване от по-голяма площ, което минимизира ефекта на структура, малки дефекти, нееднородност на покритието и други.

От своя страна, малката апертура измерва цвета по-точно, защото "осреднява" по-малко количество площ, но в същото време малки дефекти, структура и други влияят повече на резултата.

Освен физическите, съществуват и спектрофотометри с виртуални апертури, които не са фиксирани и могат да се увеличават или смаляват с помощта на интегриран софтуер, а площта на измерване да се определя още по-прецизно.   

В зависимост от това, дали апертурата е физически фиксирана, или може да се регулира, са налице два основни вида спектрофотометри. Изборът на единия или другия вариант зависи от фактори като площта и вида на мострите, чиито цвят ще бъде измерван.

Спектрофотометри с физическа апертура

Спектрофотометър, който разполага с вградена или сменяема физическа апертура, работи с определена площ на измерване върху мострата, която се определя от размерите на апертурата.

Размерът на апертурата и площта на измерване са фиксирани. В този случай пробата може да се премества ръчно, а в случаите на ръчни уреди, самият инструмент също може да се позиционира на точното място за измерване. 

При някои модели е възможно освен данните да се запазва и изображение на измерването, което да послужи за контрол на качеството на по-късен етап.

Примери за спектрофотометри с физическа апертура са:

• X-Rite Ci7500 - сферичен настолен спектрофотометър за измерване на цвета при контрол на качеството и формулиране - X-Rite Ci7500 

• X-Rite eXact Standard - спектрофотометър за печатници и производители на опаковки, създаден за валидация на цветове, отпечатани с CMYK и спот мастила - X-Rite eXact Standard 

Спектрофотометри с виртуална апертура

Последно поколение спектрофотометър, който използва виртуална апертура (Imaging Spectrophotometer, спектрофотометър с цветово изображение). С него може да се измерва цветът на различни площи от пробата, без да се налага нейното разместване - само с лесни настройки на уреда.

Уредите, които работят с тази технология, носят множество ползи и улеснения за компаниите производители, за които прецизното измерване на цвета е от първостепенно значение за качеството на крайния продукт:

• On-screen targeting дава възможност за изключително лесно преместване на точката на измерване, включително и промяна в площта ѝ.
• Когато пробата не покрива изцяло апертурата, това не е проблем. Уредите с виртуална апертура позволяват измерване на проби с много малки размери. Те успешно измерват цвета на дребни части от продукта или мостри с малки размери, предоставени от клиентите. 
• Уредите позволяват извличането на отделни цветове от многоцветните мостри, за да се проследява дали е постигнато съответствие с цвета на други части от продукта 
• Технологията е особено полезна при измерването на мостри с неправилна форма и дефекти, защото успява да изолира влиянията на светлосенките и несъвършенствата и да измери реалния цвят на пробата, вместо oсреднената стойност от всички видими цветове. 
• Възможността за запазване на изображения от направеното измерване дава надеждни данни за бъдещи проверки, което подпомага процесите по контрол на качеството.

Примери за спектрофотометри с виртуална апертура са:

• X-Rite CiF3200 - настолен спектрофотометър за прецизно измерване на малки елементи - X-Rite CiF3200
• X-Rite MetaVue VS3200 - настолен спектрофотометър за контрол на качеството и формулиране - X-Rite MetaVue VS3200

Видове спектрофотометри според ъгъла на измерване и тяхното приложение

Има три основни вида архитектура за избор на спектрофотометър. Изборът на правилна архитектура зависи от приложението, желаните функции и нуждата от преносимост.

Спектрофотометър, който работи на принципа на отражението (отразителен спектрофотометър, reflectance spectrophotometer), осветява с точно определена светлина и измерва светлината, която се отразява от мострата.

Спектрофотометър, който работи на принципа на пропускливостта (transmittance spectrophotometer) осветява с точно определена светлина и измерва светлината, която преминава през мострата.

Спектрофотометрите могат да измерват и да дават реални измерими, количествени анализи за почти всичко - течности, пластмаси, хартия, метал, платове и бои.

Спектрофотометър с 0º,45º (или 45º, 0º) архитектура

Това е най-често срещания вид спектрофотометри, който предлага както входно ниво уреди, така и по-висок клас решения.

Този тип спектрофотометри измерват отразената светлина от фиксиран ъгъл, обикновено от 45º спрямо посоката на осветяване.

Уредите от този вид обикновено са компактни и могат да пренебрегват отблясъка на материала, за да репликират максимално точно как човешкото око би възприело даден цвят. 

Най-често се използва за измерване на цвят върху гладки или матови повърхности.

Наименованието на уреда показва ъгъла на осветление и ъгъла на измерване на отразената светлина. В този случай светлината свети под 45º спрямо материала. Детекторът - мястото на което се “събира” и анализира отразената светлина е вертикално над мострата или на 0º.

Примери за такива спектрофотометри са:

• X-Rite i1 - спектрофотометър, най-често използван за профилиране на материали и печатни машини - X-Rite i1Basic Pro 3 - калибрация и профилиране
• X-Rite eXact 2 - спектрофотометър най-често използван за контрол на печата и формулиране на мастила - eXact 2 Plus универсален спектрофотометър с камера

Спектрофотометър със сферична архитектура

Сферичните спектрофотометри са интересни с това, че могат да измерват отразената светлина от всички ъгли и по този начин да измерват цветовете много по-точно и близко до начина, по който човешкото око възприема цветовете. 

Най-често тази архитектура се използва за измерване на цвят, който е положен върху текстурирани основи като текстил, килими и пластмаси, както и лъскави или огледални повърхности, като металически мастила, печат върху фолио за студен и топъл печат и други много лъскави повърхности.

Някои сферични спектрофотометри с UV възможности могат да измерват UV светлина в отрязъка 185 - 400 nm.

При сферичните спектрофотометри мострата, която трябва да бъде измерена се осветява с разсеяна светлина, което реално осветява мострата от практически всички ъгли. Светлината се анализира от ъгъл 8º спрямо вертикала.

Това е известно като сферична геометрия или сферична архитектура, защото този вид уред съдържа сфера, която предоставя това разсейване на светлината. 

Сферата има бяло матово покритие, което е много силно отразително и има много малко отблясъци - най-близкото до идеалният бял отражател. Независимо къде се докосне светлината, приблизително 99% от нея се отразява. В същото време матовата повърхност разпръсква светлината във всички посоки. Това се случва във всяка точка от сферата и от гледна точка на материала на измерване изглежда, че светлината идва от всички посоки едновременно, правейки самата сфера да бъде източника на светлина.

Една от уникалните функции на сферичните спектрофотометри е възможността да измерват с включено отражение (SPIN, SCI) или с изключено отражение (SPEX, SCE). С включено отражение дава възможност да не се взема предвид отражението на материала и да се измери само цвета. С изключено отражение взема предвид и начина по който изглежда самият материал и как това се отразява на цвета.

Примери за такива спектрофотометри са:

• X-Rite Ci64 - спектрофометър, който най-често се използва в индустриалното производство за контрол на бои, покрития, пластмаса и метал - X-Rite Ci64 - ръчен спектрофотометър
• X-Rite Ci62 - спектрофотометър, който най-често се използва във формулирането на бои и мастила - X-Rite Ci62 - ръчен спектрофотометър

Многоъгълен спектрофотометър

Многоъгълният (мултиъгълен) спектрофотометър измерва материала или мострата, все едно тя се движи напред назад, точно както би направил всеки от нас, когато иска да оцени цвета и неговите характеристики. 

Многоъгълните спектрофотометри се използват за измерване на специални покрития и мастила със специални добавки, като минерализирани или с перлен ефект като лак за нокти, покрития и бои за коли. 

Многоъгълният спектрофотометър е доста сложен уред и изисква операторът едновременно да работи с пет или повече L*а*b* стойности или Delta E* стойности.

Типично имат 12 мм апертура, която е прекалено голяма, за да се измерва финните детайли, които се намират в някои специфични приложения. 

Обикновено имат един източник на светлина, който е на 45º, но има и модели, които имат и втори светлинен източник на 15º. Последното поколение многоъгълни спектрофотометри имат 12 или повече ъгъла на измерване на отразената светлина. Това дава възможност да се изгради пълен и точен профил на ефектите на бои, лакове и покрития, които най-често се намират в автомобилната индустрия, работата с пластмаси и метали.

Пример за такъв спектрофотометър е:

• X-Rite MA-T12 - уред, който най-често се използва за контрол на качеството на бои и покрития в автомобилната индустрия - X-Rite MA-T12 - многоъгълен спектрофотометър

Защо е важно вашият спектрофотометър да може да измерва цвят, но да измерва и параметрите на материала

Някои спектрофотометри като сферичните и многоъгълните могат да измерват цвета, като вземат предвид и ефектите, които се получават заради основния материал или различни покрития. 

Уредите с 45º,0º например пренебрегват материала и неговите ефекти и отблясъци. В резултат понякога цветовете може да се измерят като по-тъмни или по-наситени от колкото са реално.

Например нека да вземем два черни материала, единият матов и единият с отблясък (лъскав). Въпреки, че те реално са един и същи черен цвят, измерването с 45º,0º спектрофотометър ще даде различни стойности. Лъскавият материал ще се измери като по-тъмен и по-наситен, докато матовия материал ще се измери като по-светъл.

Това е заради разликата, с която двете повърхности отразяват светлината - лъскавата я отразява директно, а матовата я разпръсква.

Ако обаче измерите същата проба със сферичен спектрофотометър с включено отражение двата цвята ще се измерят еднакво. От друга страна, ако ги измерите с изключено отражение двата цвята ще бъдат различни подобно на 45º,0º.

Вижте това кратко видео, което обяснява теорията с интересни примери и анимации.

Можете да разгледате цялото ни портфолио от спектрофотометри на нашия сайт или да се свържете с нашия екип на sales@gedbg.com за да ви помогнем във вашия избор.