Kolorymetria

Podejrzewam, że większość z nas miała kiedyś do wykonania jakieś ważne zadanie związane z dopasowaniem kolorów, a nasze oczy nie okazały się miarodajne. Aby uniknąć gorzkich rozczarowań, pilnie potrzebujemy pomocy. Tylko obiektywne urządzenie dokonujące spójnych pomiarów może nam umożliwić wyraźne określanie parametrów wymaganych barw oraz utrzymywanie ich w wąsko sprecyzowanych granicach podczas cyklu produkcyjnego. Konsekwentne stosowanie profesjonalnych urządzeń do pomiaru barw w naszej codziennej pracy jest nie tylko koniecznym warunkiem umożliwiającym uzyskiwanie przewidywalnych i powtarzalnych kolorów, lecz także otwiera drzwi do komunikowania barw pomiędzy stronami odpowiedzialnymi za ich definiowanie, producentami i klientami w sposób harmonijny, ekonomiczny i bezstratny. 

Dziś nasz świat jest jedną, gigantyczną, wielobarwną paletą – kolory stanowią wyróżnik współczesności. Oprócz tego, że czynią nasze życie ciekawszym i piękniejszym, są także niezmiernie istotnym elementem marketingowym. Jako środek wyrazu kolory posiadają olbrzymie znaczenie w sprzedaży. Zwracają uwagę kupujących na towary i wzbudzają szeroką gamę emocji, które ostatecznie wpływają na decyzję o zakupie. We współczesnym przemyśle projektanci uwalniają swoją kreatywność, intensyfikując i podkreślając wygląd, wrażenia dotykowe, kształt i smak właściwie wszystkich produktów poprzez zdecydowane wykorzystanie kolorów i ich kombinacji. Producenci dobrze wiedzą, że odpowiednio dobrane i odtworzone kolory – stanowiące w oczach kupujących zaletę – mogą zwiększyć sprzedaż ich artykułów. Dotyczy to praktycznie wszystkich towarów posiadających kolor, od podstawowych, takich jak opakowania i farby wykończeniowe, do dopasowanych kolorystycznie części plastikowych czy tkanin tekstylnych w złożonych systemach, np. w samochodach. Duża złożoność – gdy produkty są montowane z różnych części pochodzących od różnych dostawców i są wykonane z różnych materiałów wytworzonych za pomocą odmiennych technologii – stanowi dodatkowe wyzwanie dla inżynierów ds. jakości, którzy muszą szukać bardziej spójnych i precyzyjnych środków ilościowego opisu barw w procesie produkcyjnym. W ostatnich latach zapotrzebowanie i oczekiwania względem harmonii kolorystycznej i dokładności odwzorowania barw, jak również krótko- i długoterminowej powtarzalności i spójności bez widocznych odchyleń kolorystycznych, istotnie wzrosły, stając się jednym z głównych kryteriów jakościowych w większości branż. Biorąc pod uwagę ten trend, zdajemy sobie sprawę, że nie wystarcza już dokonywanie oceny, badania i kontroli barw w sposób wyłącznie wizualny.
Barwa nie jest cechą fizyczną, lecz czysto psychofizycznym zjawiskiem zachodzącym w naszych umysłach. Nasze oczy postrzegają zaledwie mały wycinek całego spektrum elektromagnetycznego, który zwiemy światłem widzialnym. Jego najkrótsze fale, jakie przeciętny człowiek może spostrzec, o długości około 400 nm, odpowiadają kolorowi fioletowemu, natomiast najdłuższe fale rejestrowane przez przeciętnego obserwatora w okolicach 700 nm odpowiadają czerwieni. Pomiędzy tymi dwiema granicami rozpościera się cała tęcza. Zamiast stosowania zwykłych metod technicznych, pomiar barw wymaga matematycznego modelu imitującego postrzeganie kolorów przez ludzkie oko. Model ten opiera się na trójchromatycznej teorii i na założeniu, że jednoznaczny opis danego odcienia wymaga jednoczesnego oznaczenia trzech wzajemnie zależnych atrybutów. Są to: dystrybucja energii widmowej zastosowanego oświetlenia, widmowa charakterystyka fotoreceptorów znajdujących się w siatkówce oka i interakcja światła i mierzonego obiektu pod względem odbicia spektralnego i krzywej transmisji. Mając ten fakt na uwadze, Międzynarodowa Komisja Oświetleniowa (CIE) przeprowadziła w 1931 r. eksperyment, w wyniku którego sformułowano pierwsze konwencje normalizujące naukowy system barw CIE XYZ. Rachunek całkowy trzech wyżej wymienionych atrybutów widmowych daje trzy bezwymiarowe współrzędne barw. Interpretowane są one jako jasność, nasycenie i odcień danej barwy. Później, w połowie lat siedemdziesiątych, koncepcja ta została gruntownie zrewidowana i uzupełniona o elementy teorii barw przeciwstawnych. Według tej teorii istnieją trzy kanały barw przeciwstawnych: czerwony – zielony, żółty – niebieski i biały – czarny. Następnie, w rezultacie przekształcenia matematycznego dokonanego na pierwotnym modelu CIE XYZ, zalecono do globalnego stosowania przestrzeń barw CIE L*a*b*, stanowiącą trójwymiarowy kartezjański układ współrzędnych. Zatem z geometrycznego punktu widzenia każdy odcień można opisać jako punkt w tej trójwymiarowej przestrzeni barw.
Na jakiej zasadzie działa urządzenie do pomiaru barw zwane spektrofotometrem? Głowica pomiarowa wysyła określoną wiązkę białego światła do mierzonego obiektu, a czujnik optyczny wychwytuje odbitą lub przekazaną część wiązki i analizuje ją w zakresie widma wizualnego jako funkcję długości fali. W rezultacie otrzymywane jest odbicie spektralne lub krzywa transmisji. Ponieważ krzywa ta jest równie charakterystyczna dla każdego odcienia jak odcisk palca dla każdego człowieka, doskonale nadaje się do określania, identyfikowania i dopasowywania barw. Jednocześnie stanowi podstawę do uzyskiwania wszystkich powszechnie stosowanych parametrów kolorymetrycznych, które spektrofotometr oblicza w mgnieniu oka dzięki wbudowanemu mikroprocesorowi. Są to m.in. współrzędne barw, jak wspomniane już X, Y, i Z czy L*, a* i b*, intensywność barw, nieprzezroczystość, wskaźnik metamerii, stopień bieli lub żółci i inne. W zastosowaniach przemysłowych wartości bezwzględne danej barwy mają mniejsze znaczenie. Do celów kontroli jakości barw dużo bardziej przydatne jest odchylenie barwy delta E zachodzące pomiędzy dwoma obiektami. Jest to różnica między współrzędnymi barwy wzorcowej mierzonej i zadanej przez klienta a współrzędnymi próbki wytworzonej przez producenta. Różnica ta rzutowana na przestrzeń barw CIE L*a*b* stanowi najkrótszą linię łączącą te dwa punkty, a w swojej podstawowej formie jest obliczana przy zastosowaniu twierdzenia Pitagorasa.
Profesjonalne zarządzanie barwami prowadzone przy wykorzystaniu ww. zasad i narzędzi stanowi praktyczne i rozsądne podejście z doskonałym zwrotem z inwestycji i gwarancją ogólnej wydajności. Stosowane właściwie i konsekwentnie umożliwia wytwórcy artykułów, w których kolor odgrywa istotną rolę, szybkie uzyskanie zdecydowanej przewagi nad konkurencją. Główne czynniki pozwalające na osiągnięcie ww. korzyści to: 

• włączenie spójnej i precyzyjnej kontroli jakości barw do codziennej działalności
• wyeliminowanie powszechnych błędów wizualnych wynikających z niedokładności ludzkiego oka
• osiągnięcie doskonałej komunikacji i harmonii barw pomiędzy różnymi zakładami i dostawcami
• zmniejszenie czasu i kosztów produkcji przez wyeliminowanie wyrobów wadliwych i przeróbek wynikających z niewłaściwego dopasowania kolorów
• gromadzenie danych do analizy jakości i nadzoru produkcji
• poprawa analizy jakości i kontroli w ogóle.               

Stanislav Sulla 
Konica Minolta Sensing Europe B.V. Sp. z o.o. Oddział w Polsce
info.poland@seu.konicaminolta.eu  |  www.konicaminolta.pl