Методики измерения цветности текстильных материалов

Одним из ключевых элементов успешного внедрения системы контроля параметров цветности (цветометрии) является обеспечение точных и воспроизводимых измерений параметров цветности оцениваемых образцов. Несовершенство технологии измерения параметров цветности образцов приводит к значительному снижению точности результатов, получаемых при сравнении параметров цветности с использованием специализированного программного обеспечения, и получению недостоверных результатов при анализе качества образцов при помощи специализированного программного обеспечения.

Технологии проведения измерений

Перед проведением измерений параметров цветности образца и внесением их в базу данных программного обеспечения, необходимо определить и внедрить технологию (методику) проведения измерений, обеспечивающую требуемую воспроизводимость измерений параметров цветности. Измерения параметров цветности образцов всегда должны проводиться путем многократных измерений с использованием максимально доступной площади обзора применяемого спектрофотометра. При этом важно заметить, что поверхность образца должна полностью покрывать площадь обзора. Важно обеспечивать правильное кондиционирование образцов, поскольку отклонения в температуре и влажности образцов могут привести к отклонениям в результатах измерений. Рекомендуется проводить измерение цвета в специальном цветовом кабинете со стандартизированными источниками света. Например, в цветовом кабинете Judge II (производитель X-Rite) или цветовом кабинете SpectraLight III Light Booth (производитель X-Rite)

Толщина образца

Для большинства образцов трикотажных и тканных материалов для обеспечения непрозрачности испытуемого образца достаточно складывать его при испытании в 2 или 4 слоя. Если подготовленный образец не будет непрозрачным - свет будет проникать сквозь образец и отражаться от материала подложки или держателя образца, приводя к получению неверных данных, основанных на измерении в режиме отражения.

Легкие и полупрозрачные материалы порой требуют для обеспечения непрозрачности такого количества слоев, что при размещении образца на измеряемой поверхности он вдавливается внутрь измерительного устройства, приводя к получению недостоверных результатов измерений в режиме отражения. При работе с материалами такого типа воспроизводимые результаты могут быть обеспечены измерением параметров цветности небольшого количества слоев материала, размещенного на подложке, аналогичной эталонной калибровочной плитки белого цвета, используемой при калибровке прибора. Влияние цвета подложки на результат измерений в режиме отражения при сравнении двух образцов можно не учитывать, если подложка образцов при измерении была одинакова. Однако при измерении параметров цветности образцов для подбора рецептуры оттенка цвета, влияние света, отражаемого подложкой, приведет к появлению ошибок в расчетной рецептуре.

Позиционирование образца

Вращение образца и его репозиционирование обеспечивает снижение погрешности измерений, связанной со структурой ткани, направленностью нитей и неравномерностью окраски образца. Распространена методика измерения параметров цветности, при которой образец размещается в измерительном порту прибора и четыре и более измерения производятся с небольшим вращением образца. Эта методика обеспечивает довольно высокую скорость, однако не учитывает погрешности, обусловленные неравномерностью окрашивания, и потому ее использования следует избегать. Гораздо более эффективным является подход, при котором образец извлекается из измерительного прибора и повторно складывается либо репозиционируется перед проведением последующих измерений. При работе с образцами всегда следует быть внимательным и не допускать измерения параметров цветности на участке образца, запачканном грязью, отпечатками пальцев, смазками, пятнами красителей и другими посторонними веществами.

Разработка методики, обеспечивающей необходимую воспроизводимость

Критерием использования оптимальной методики проведения измерений является возможность проведения измерений с извлечением образца из прибора с погрешностью, не превышающей 0,15 единиц Погрешности цветности ΔE (Дельта Е). Большие погрешности приведут к снижению степени достоверности регистрируемых параметров цветности и снижению точности разрабатываемых рецептур окрашивания. Рецептуру окрашивания можно подбирать в программе Color iQC (QC – Quality Control) представляет собой решение для контроля качества цветовоспроизведения в текстильной, лакокрасочной отраслях промышленности, а также в производстве пластмасс. 

Простая методика определения требуемого количества измерений параметров цветности в первую очередь состоит из выполнения 8 (восьми) измерений параметров цветности. При этом важно обеспечить вращение и репозиционирование образца между измерениями. На основании полученных восьми результатов измерений рассчитываются средние значения параметров. Такой подход обеспечивает максимальную воспроизводимость измерений, однако не совсем удобен для выполнения ежедневных измерений. После измерения образец извлекают из измерительного порта, повторно размещают его в измерительный порт и повторяют вышеописанные действия - восемь измерений с вращением и репозиционированием образца. Цветовая разность между двумя наборами усредненных значений параметров цветности должна быть очень мала. После этого образец извлекают из измерительного порта, повторно размещают его в измерительный порт и повторяют вышеописанные действия, однако используют лишь семь измерений с вращением и репозиционированием образца. Процедура повторяется с использованием шести, пяти, четырех, трех и, наконец, двух измерений.

После получения данных о цветовой разности полученных в каждом случае усредненных результатов и образцового результата, полученного при начальном  восьмикратном измерении, определяется точка, в которой погрешность цветности превышает требуемый порог в 0,15 единиц Погрешности цветности ΔE (Дельта Е). Например, если погрешность цветности для четырех измерений составила 0,08 единиц Погрешности цветности ΔE (Дельта Е), а для трех измерений - 0,21 единицы Погрешности цветности ΔE (Дельта Е), то для обеспечения требуемой точности,  измерения параметров цветности образца должны проводиться четыре раза. После определения требуемого количества измерений необходимо провести как минимум четыре контрольных цикла измерений параметров, чтобы убедиться в том, что усредненный результат по каждому из четырех циклов входит в допустимую погрешность 0,15 единиц Погрешности цветности ΔE (Дельта Е). Если один из усредненных результатов выходит за допустимую погрешность в 0,15 единиц Погрешности цветности ΔE (Дельта Е) необходимо изменить методику, увеличив количество измерений для усреднения, либо изменив процедуру размещения образца. Многократное измерение цвета может показаться излишне трудозатратным, однако время, изначально затраченное на обеспечение точности измерений, окупится получением более достоверных  результатов измерений. К тому же, скорость выполнения измерений современными спектрофотометрами увеличивает затраты времени на проведение дополнительных измерений всего на несколько секунд. Сравнительный анализ результатов измерений с использованием измерительных портов двух размеров приведен в конце этого документа.

Воспроизводимость измерений критически важна при использовании при контроле качества и выходном контроле специализированного программного обеспечения, выполняющего анализ по принципу «Годен/Не годен». Если измеренные параметры цветности образца отличаются от параметров эталона на 0,9 единиц Погрешности цветности ΔE (Дельта Е), а погрешность измерений составляет 0,30 единиц Погрешности цветности ΔE (Дельта Е), то реальное отклонение может лежать в пределах от 0,50 до 1,10 единиц Погрешности цветности ΔE (Дельта Е). Это значение определяет уровень отбраковки образцов, при котором Годными считаются образцы, отклонение цветности которых не превышает 1,10 единиц Погрешности цветности ΔE (Дельта Е).

Типы образцов и их размещение

Испытуемые образцы могут быть представлены в разнообразном наборе форм - от волокон и нитей до тканей. Тип испытуемого образца зачастую определяется доступным оборудованием либо конечным назначением материала.

Вне зависимости от выбранной формы материала необходимо разработать подходящую методику проведения измерений согласно инструкциям, приведенным ниже. Кроме того, важно учитывать, сто образец должен обеспечивать репрезентативность выборки относительно параметров цветности всей партии материала. При этом нельзя упускать из виду роль оператора в процессе измерения. Критически важно ознакомить его с правильными методиками выполнения измерений.

Ткани

Плоские тканные и трикотажные материалы обеспечивают наиболее воспроизводимые результаты измерений благодаря однородности их структуры и размера. При работе с такими образцами наиболее распространена методика, при которой используются образцы большого размера, сложенные в четыре слоя и размещенные в измерительном порту спектрофотометра с максимальной площадью обзора. В ходе подготовки может оказаться, что для измерения параметров цветности достаточно усреднять значения по двум измерениям образца, сложенного в два слоя. Но при этом необходимо помнить, что отклонение результатов измерения цветности при выполнении повторных измерений не должно превышать 0,15 единиц Погрешности цветности DE (CMC). Важно помнить, что простое вращение образца без его смещения под измерительным портом прибора не обеспечивает получения максимально точных результатов измерения параметров цветности. Образцы меньшего размера порой допускают измерение параметров цветности только на одном либо двух слоях материала с использованием измерительного порта спектрофотометра наименьшего размера. В этом случае, для обеспечения требуемой воспроизводимости, как правило, требуется выполнение усреднения результатов большего количества измерений.

Тяжелые ткани и ткани с ворсом, - такие как фетр, берберский флис, вельвет, ковровые покрытия и другие подобные ткани - должны измеряться за стеклянной пластиной, предотвращающей попадание выступающих деталей ткани в измерительную область спектрофотометра. При этом критически важно настроить прибор на проведение измерений в режиме исключения отраженной составляющей, чтобы исключить влияние глянца, вызванного отражением света от поверхности стекла. Возможно, для подбора рецептур окрашивания потребуется использовать дополнительные методы компенсации влияния ворса, однако для целей контроля качества, если параметры цветности эталона и партий выпускаемой продукции измеряются с одной и той же стеклянной пластиной, - приведенный выше подход обеспечивает достаточную точность.

Разрыхленное волокно

Особенно трудно обеспечить воспроизводимость результатов измерений параметров цветности разрыхленного волокна. Измеряемая масса волокна, помещенная в измерительный порт спектрофотометра, стремиться попасть внутрь сферы прибора так же как и многослойный материал с вертикальной ориентацией слоев. Это не только вносит погрешность в измерения в режиме отражения, но и создает опасность попадания отдельных волокон в рабочий объем прибора, что приведет к повышению погрешности измерений, выполняемых на приборе в дальнейшем. Измерения с использованием стеклянной пластины, описанные выше, позволяют  увеличить воспроизводимость результатов измерений.

Репозиционирование образца для выполнения многократных измерений с использованием лишь стандартных держателей образцов порой обеспечивает достаточную воспроизводимость. Однако наилучшим решением является помещение заданного количества (массы) волокон в компрессионную измерительную ячейку и приложение к образцу постоянного давления заданной величины. Это позволит исключить погрешности, вызванные зазорами между волокнами, которые имеются при недостаточном сжатии массы волокон.

Нити

Наиболее распространенным методом измерения параметров цветности нитей является изготовление небольшой катушки нити и измерение ее параметров цветности путем размещения напротив малого измерительного порта и выполнения двух трех измерений с проворачиванием образца. Воспроизводимость результатов измерений выполненных по такой методике остается под вопросом и должна быть подтверждена способами, описанными выше. При укладке нити на катушке необходимо обеспечить параллельность мотков, поскольку в противном случае тень от пересекающихся мотков может быть воспринята спектрофотометром как более темный оттенок фактического цвета нити. Кроме того, катушка должна быть достаточно толстой, чтобы предотвратить прохождение светового пучка сквозь нити и отражение его от подложки, которой обычно является держатель образца либо каркас катушки.

Высокообъемные нити должны измеряться за стеклянной пластиной, предотвращающей вдавливание образца в измерительную зону спектрофотометра. Настройте прибор на проведение измерений в режиме исключения отраженной составляющей, чтобы исключить влияние глянца, вызванного отражением света от поверхности стекла. Параметры цветности изделий с длинным ворсом, таких как ковры и полотенца, должны измеряться аналогичным образом для предотвращения попадания волокон ворса в рабочую камеру прибора и падения их в сферическую камеру.

Вторым методом измерения параметров цветности нити является намотка нити на картонную карту при помощи специальных приборов, обеспечивающих равномерную намотку нити и ее надежную фиксацию на держателе. Во избежание получения недостоверных  результатов измерений важно обеспечивать равномерность натяжения нити при намотке всех измеряемых образцов.

Оценка воспроизводимости измерений параметров цветности

Ниже приведена таблица, в которой сведена информация относительно типовой погрешности измерений, ожидаемой при выполнении многократных измерений при использовании двух широко распространенных площадей обзора спектрофотометра. Для каждого типа ткани параметры эталона цветности были измерены при помощи 20-мм апертуры MAV (Средняя площадь обзора) и 9-мм апертуры SAV (Малая площадь обзора). После этого параметры цветности того же образца были измерены путем усреднения результатов четырех, трех и двух измерений и выполнено их сравнение с результатами измерения параметров цветности эталона, на основании которого были получены значения отклонения параметров цветности в единицах Погрешности цветности ΔE (Дельта Е). Параметры цветности всех образцов, за исключением вельвета, были измерены на образцах, сложенных в два слоя с репозиционированием и вращением на 90° между каждым измерением. В столбце 2V приведены отклонения параметров цветности, полученные при двукратном измерении параметров эталона и образца с обеспечением лишь вертикального репозиционирования. Образцы вельвета при измерении параметров цветности укладывались в один слой. Приведенные значения Погрешности цветности ΔE (Дельта Е) отображают максимальное выявленное отклонение параметров цветности для многократных  измерений параметров цветности различных материалов. В ходе исследований были получены и меньшие значения погрешностей, однако в таблице они не приведены. Прочерки означают, что для указанного набора параметров испытания не проводились в связи с тем, что испытания с большим количеством измерений дали неприемлемо большие погрешности.

Использование апертур большего размера, например 30-мм апертур LAV (Большая площадь обзора) обеспечивает значительное снижение отклонения цветности, поскольку площадь измерения параметров цветности в этом случае значительно увеличивается. Однако при использовании апертур Большой площади обзора необходимо помнить о необходимости полного покрытия зоны обзора материалом образца в два слоя для большинства образцов и в один слой для образцов высокой степени непрозрачности.

Материалы, приведенные в следующей таблице, представляют собой объемные либо ворсистые ткани, обычно вдавливающиеся в измерительный порт спектрофотометра в ходе проведения испытаний. Для таких материалов проведение измерений параметров цветности с использованием накрывной стеклянной пластины обеспечивает большую воспроизводимость результатов измерений. Кроме того, отклонения результатов измерений значительно возрастают при приложении к образцам, размещенным в держателе, разного прижимного давления.

Заключение

Для обеспечения успешного использования спектрофотометров и специализированного  программного обеспечения при подборе рецептур крашения и при контроле качества необходимо внедрить методики измерения параметров цветности окрашенных образцов, обеспечивающие требуемую воспроизводимость результатов измерений. Игнорирование этого требования может привести к проявлению  существенных неточностей и ошибок в получаемых рецептурах и системах компьютеризованного контроля качества.

Методика обеспечения воспроизводимости результатов измерений параметров цветности включает количество слоев образца, необходимое для выполнения измерений, количество повторных измерений для получения усредненных результатов, настройки прибора и четкое донесение указанных параметров до конечных  операторов систем. Не выполнение полноценного испытания для подтверждения достоверности получаемых при использовании разработанной методики результатов измерения параметров цветности станет источником постоянных ошибок в ходе выполнения измерений. Приведенные выше таблицы несут лишь справочную информацию и могут использоваться для предварительной оценки количества повторных измерений при оценке параметров цветности образцов тканей различных типов. Для получения воспроизводимых результатов рекомендуется разрабатывать методики проведения измерений самостоятельно с учетом специфики оцениваемых материалов и требований к точности измерений.