European knowledge baseEuropean calibration knowledge platform
Színmetrológia · Spektrofotometria · Measurement uncertainty

Színmérő és spektrofotométer calibrationának teljes uncertaintyi costvetése

A reflexiós színmeasurement megbízhatósága nem egyetlen „ΔE pontossági” adattól függ. A fehér- és feketemeasurement standard, a measurement geometria, a spektrális skála, a fotometriai linearitás, a minta heterogenitása és a színkoordináták nemlineáris transzformációja együtt határozza meg az result uncertaintyát.

Reflexiós spektrofotométer calibrationi lánca

A színmérő vagy spektrofotométer kijelzett színkoordinátái egy teljes measurement lánc végtermékei. A detektált spektrális jelből először reflektanciafüggvény készül, majd ebből megfigyelő- és megvilágítófüggő tristimulusos érték, végül nemlineáris transzformációval L*, a*, b* és színkülönbség. A uncertaintyi modellnek ezt a láncot kell követnie.

1. Measurement feladat és measurand

A példában egy hordozható reflexiós spektrofotométert kalibrálunk 400–700 nm tartományban, d/8° geometriában, D65 megvilágító és CIE 1964 10° megfigyelő beállítással. A referencia egy hitelesített, közel semleges szürke kerámialap spektrális reflektanciafüggvénye.

Spektrális reflektancia

ρ(λ) = Φr(λ) / Φi(λ)

A measurand definíciójának tartalmaznia kell a measurement geometriát, a spekuláris komponens kezelését, az apertúrát, az UV-tartalmat, a megvilágítót, a megfigyelőt, a hullámhosszlépést, a minta orientációját és az alkalmazott színkülönbség-képletet.

2. Measurement geometria: ugyanaz a minta nem ugyanazt az resultt adja

d/8°

Integrálógömbös geometria. A spekuláris komponens bevonható vagy kizárható. Texturált, fényes és irányfüggő mintáknál a beállítás kritikus.

45°/0° vagy 0°/45°

Irányított geometria. A felület fényessége és textúrája erősebben jelenik meg, ezért a pozicionálás és orientáció külön komponens lehet.

A geometriai conformity nem csupán mechanikai kérdés. A mérőnyílás mérete, az optikai tengely, a minta síkja, az apertúra megvilágítása, a spekuláris csapda és az UV-szűrő állapota közvetlenül módosítja a spektrális resultt.

3. A teljes measurement modell

Calibrated reflektancia

ρx(λ) = ρref(λ) · [Sx(λ) − S0(λ)] / [Sref(λ) − S0(λ)] · Cλ · Clin · Cgeo · CT

A modellben ρref a referenciameasurement standard hitelesített reflektanciája, Sx a minta jele, Sref a fehér referencia jele, S0 a sötétjel, míg a C-tagok a hullámhossz-, linearitási, geometriai és hőmérsékleti korrekciókat jelölik.

A színkoordináták a reflektanciaspektrum súlyozott integrálásából származnak:

Tristimulusos érték

X = k ∫ ρ(λ) S(λ) x̄(λ) dλ, és analóg módon Y, Z

4. Fehér-, szürke- és feketemeasurement standardok

A fehér measurement standard nem „100%-os fehér”, hanem hullámhosszfüggő, hitelesített reflektanciaértékekkel rendelkező transzfermeasurement standard. Szennyeződése, karcolása, nedvességfelvétele, UV-öregedése és irányfüggése gyakran nagyobb risk, mint maga a műszer rövid távú ismételhetősége.

  • A fehér measurement standard uncertaintya hullámhosszfüggő és korrelált.
  • A fekete csapda vagy fekete measurement standard a sötét- és szórtfény-korrekciót ellenőrzi.
  • A középszürke measurement standardok a fotometriai linearitás vizsgálatára szolgálnak.
  • Színes kerámiameasurement standardok nélkül a színfüggő rendszerhiba nem látható.
Jó gyakorlat: a calibration ne csak fehér és fekete végpontból álljon. Legalább semleges szürke és több telített, különböző spektrális alakú színmeasurement standard szükséges a teljes rendszer értékeléséhez.

5. Hullámhosszskála, sávszélesség és szórt fény

A hullámhosszhiba különösen meredek reflektanciaszakaszoknál, fluoreszcens anyagoknál és keskeny spektrális jellemzőknél okoz jelentős színeltérést. A névleges hullámhosszpontosság önmagában nem elegendő; az optikai sávszélesség és az instrument line shape is része a modellnek.

Elsőrendű hullámhossz-hatás

uρ,λ ≈ |dρ/dλ| · u(λ)

A szórt fény elsősorban sötét vagy erős spektrális kontrasztú mintáknál torzít. A feketeszint measuremente nem azonos a spektrális szórtfény teljes értékelésével.

6. Fotometriai skála, linearitás és sötétjel

A reflektanciaskála linearitását több, hitelesített semleges measurement standardnal kell vizsgálni. A fehér referencia és a sötétjel közötti egyszerű kétpontos skálázás nem bizonyítja a teljes tartomány linearitását.

  • Detektor- és erősítőlinearitás;
  • integrációs idő váltásának hatása;
  • automatikus tartományváltás;
  • sötétjel driftje és hőmérsékletfüggése;
  • ismételt fehérreferencia-measurement közötti drift.

7. Mintaheterogenitás és measurement reprodukálhatóság

Textil, műanyag, festett felület, porfestés, fémes vagy gyöngyház pigment esetén a minta heterogenitása dominálhatja a laboratóriumi műszercalibration uncertaintyát. A minta elforgatása, áthelyezése és több ponton történő measuremente ezért nem egyszerű ismételhetőségi vizsgálat, hanem a measurand térbeli definíciójának része.

Különbségtétel: a műszer calibrationi uncertaintya és egy konkrét termékminta színmeasurementének uncertaintya nem azonos. A másodikhoz hozzáadódik a mintavétel, a felületi heterogenitás és a reprodukálható pozicionálás.

8. L*, a*, b* és ΔE uncertaintya

A CIELAB koordináták nemlineáris függvényei az X, Y, Z tristimulusos értékeknek. Emiatt a reflektancia pontonkénti uncertaintyát nem lehet egyetlen százalékos adattal közvetlenül „átváltani” ΔE-re.

Színkülönbség

ΔEab* = √[(ΔL*)² + (Δa*)² + (Δb*)²]

Az L*, a* és b* értékek korreláltak, mert ugyanabból a spektrumból származnak. Kis színkülönbségnél a linearizált kovarianciamátrixos terjedés használható, összetett vagy határhelyzetben Monte Carlo szimuláció ajánlott. CIEDE2000 esetén a nemlinearitás és a súlyozási tagok miatt a Monte Carlo módszer különösen indokolt.

9. Számszerű uncertaintyi costvetés

A példa egy semleges szürke measurement standard Y = 20,00% reflektanciaértékének calibrationára vonatkozik, d/8° geometriában. A komponensek standard relatív uncertaintyok.

KomponensStandard relatív uÉrtékelés
Referenciameasurement standard reflektanciája0,30%Calibration certificate
Ismételhetőség0,12%A-modelú
Fehérreferencia reprodukálhatósága0,18%Újrapozicionálás
Hullámhosszskála és sávszélesség0,20%Spektrális érzékenység
Fotometriai linearitás0,25%Szürke measurement standardsor
Szórt fény és feketeszint0,15%Sötét measurement standardok
Geometria és apertúra0,22%Pozicionálás, SCI/SCE
Hőmérséklet és rövid távú drift0,10%Környezeti vizsgálat
Result

uc,rel = 0,56% · Urel = 1,12% (k = 2)

Y = 20,00% ± 0,22%

A fenti costvetés a semleges fotometriai skálát írja le. Egy telített színmeasurement standard L*a*b* vagy ΔE resultéhez a teljes spektrális kovariancia és a színtranszformáció érzékenysége is szükséges.

10. Interaktív costvetés-számító

Adja meg a standard relatív uncertaintyi komponenseket. A számító négyzetes összegzést és varianciarészesedést végez.

Komponensurel (%)Varianciarész
Referenciameasurement standard
Ismételhetőség
Fehérreferencia
Hullámhossz és sávszélesség
Linearitás
Szórt fény
Geometria
Hőmérséklet és drift

11. Resultközlés és alkalmazási korlát

A certificateban szerepeljen a geometria, SCI/SCE mód, apertúra, UV-beállítás, hullámhossztartomány és -lépés, megvilágító, megfigyelő, színtér, színkülönbség-képlet, referenciameasurement standardok azonosítása, a minta orientációja és a környezeti feltételek.

Példa közlés: Y = 20,00%, U = 0,22%, k = 2, d/8° SCI geometriában, D65/10° beállítással. Az result más geometriára, SCE módra vagy fluoreszcens mintára nem vihető át külön értékelés nélkül.

12. ISO/IEC 17025 auditori ellenőrzőpontok

  • A measurement geometria és a spekuláris komponens kezelése egyértelmű.
  • A fehér-, szürke-, színes és feketemeasurement standardok metrological traceabilitye dokumentált.
  • Az measurement standardok tisztítása, kezelése és driftje szabályozott.
  • A hullámhosszskála, sávszélesség és szórt fény validált.
  • A fotometriai linearitás több reflektanciaszinten igazolt.
  • A mintaorientáció és apertúra reprodukálható.
  • Az L*a*b* és ΔE resultekhez a korreláció és nemlinearitás kezelése indokolt.
  • A szoftveres színtranszformáció és az alkalmazott megvilágító/megfigyelő implementációja validált.
Mérnöki összegzés: a színmérő calibrationa nem egyetlen fehérlapos beállítás. A védhető resulthez spektrális, fotometriai és geometriai bizonyítékok, valamint a színkoordináták matematikai uncertaintyterjedésének kezelése szükséges.
← Previous modulBack az akadémiához →