色差檢驗與管理技術的新發展

盛宏志

（奇瑞捷豹路虎汽車公司，江蘇 常熟 215513）

最近十多年，國內汽車消費市場呈現快速增長的局面，隨著汽車私有化的普及，人們對汽車外觀個性化、時尚化和高檔化的需求越來越強烈，引導汽車外觀顏色的開發越來越豐富。在乘用車市場，已經有80%以上的面漆是效果涂料，如金屬漆、珠光漆和水晶效應顏料。金屬涂料凸顯出曲線輪廓：亮-暗的跳躍變幻；珠光涂料能產生一個奇異的色彩效果：顏色的變幻；水晶效應顏料（Xirallics）：具有特殊閃爍效果的效果面漆。效果顏料的發展使得原有的外觀評價手段和儀器已經不能與目視保持一致，因此催生出了一系列新的便攜式外觀檢測設備（手持或安裝于機器人手臂的現場檢測儀器），并在色差管理上管理技術逐步形成體系，力求在效果涂料的數據判斷上更接近人眼，并從產品開發到量產、從主機廠到配套形成完整的色差數據管理體系。

1 外觀的基本理論

人眼能夠識別的顏色約有一千萬種，汽車車身上及車身與附件之間的細小的顏色差異很容易被人眼感受到，從而影響客戶對產品的滿意度，顏色判定的重要性不言而喻。

在人們識別中，汽車外觀顏色差異的來自于各個方面，本色漆、金屬漆和珠光漆等不同品種的涂料會讓觀察者在各個角度、不同亮度下產生不同的感受，如圖1所示。

圖1 本色漆、金屬漆和珠光漆的外觀特征差異

顏色的接收取決于光源和觀察角度，效果面漆的外觀效果更依賴于照明條件。晴天為直射光照射，顏色開始閃動；陰天為漫射光，呈現粗細的圖案。

外觀不僅僅是顏色，也不是一張圖片，外觀是完整的視覺感受，是顏色、光澤、紋理和透明度等方面的綜合感受（見圖 2）。

圖2 視覺的不同感受

在不考慮效果顏料的情況下，兩個顏色如果色調、明度和彩度都相等，我們說這兩個顏色完全相同，所以評價色差首先從這三方面進行比較。行業中用 L*表示明度值，a*、b*表示色調（其中 a*表示紅/綠值；b*表示黃/藍值），C*表示彩度。CIELCH顏色模型對于無彩度的采用L*a*b*顏色空間，對于有彩度的，它用L表示明度值，C表示飽和度值及H表示色調角度值的柱形坐標，如圖3所示。

圖3 CIE顏色空間座標圖

我們遇到的物體常處在各種不同光源的照明下，最重要的光源是日光和燈光。照明光源不同，物體的顏色就會有差異，為了統一測量標準，CIE規定了標準光源。CIE對顏色的評價是在它規定的光源下進行的。以日光燈為代表的 CIE標準光源，以日光的真實測量光譜為依據，與之相關的色溫為6504oK，是一般常用的測試照明體。將一塊灰色紙片放在白色背景上看起來發暗，將一塊灰色紙片放在黑色背景上看起來發亮。同時也要受到觀察者觀察前眼睛觀看過其他顏色歷史的影響。要使顏色達標，必須建立一個標準，然后產品與這個標準相比較，這是典型的主機廠和外飾件供應商之間出現的情形，因此，顏色的溝通是以色差而不是以絕對值的形式來體現的。

為了確定顏色的實際變化需要用到單項色差△L*、△a*、△b*或△L*、△C*、△H*，如圖4所示，CIELAB色差公式以標準為中心，然后給予個別 L*a*b*數值，規定正負的誤差范圍：

△L*=L*樣品-L*標準 （明度差異）

△a*=a*樣品-b*標準 （紅/綠差異）

△b*=b*樣品-b*標準 （黃/藍差異）

△E色差公式：

△E*=[(△L*)2+(△a*)2+(△b*)2]1/2

△E色差公式以一個數值代表總色差，△E是以標準為中心，然后在四周繪出一個球體容差范圍。同時△E也是目前較多人采用的容差公式。

圖4 色差的計算

可接受的色差必須在客戶和供應商之間取得一致，人眼是判斷色差的最佳工具，但人眼判斷無法標準化，在產生判斷差異的情況下無法評判，還是需要依靠反映真實偏差的數據化儀器。

2 色差測量儀器的原理和發展

顏色系統的三要素是光源、觀察器和被測量的目標物，這是將顏色和色差進行數據化、文件化的基礎。

測量照測光源，通過單色器照射在被測樣本上，反射光通過光電管，將光信號換成電信號，通過放大器將電信號放大，并經過電流計測量其電流強度，從而實現對被測樣本反射光即顏色絕對值的測量。色差儀出廠配備兩塊校正板：白板（100%反射光）和黑板（0%反射光），每套儀器的白板及黑板同該儀器配套專用，不能儀器間互用，一般每天校正一次。

根據油漆特性不同，測量的角度選擇也有所不同，本色漆顏料排列均勻致密，經檢測發現其各角度反射光均勻，故本色漆只計算45°反射光。金屬漆（珠光漆）中金屬鋁粉排列有定向性，各角度值均不同，差異較大，故計算5個角度反射光，經典的愛色麗MA68系列即屬于5角度色差儀，現生產中比較常用的是45°，如圖5所示。

隨著汽車外觀視覺需要的發展，人們常在金屬漆中加入云母、珠光等效果材料，為了準確地判斷這些干涉涂料的影響，市場主流品牌如愛色麗、BYK和美能達均有加入了-15°反射光的多角度色差儀，形成如圖6所示的6個角度評價。

圖6 添加-15°的檢測角度示意圖

在此基礎上，BYK和愛色麗等主流手持式多角度測色儀品牌的最新旗艦產品，多具有自己獨特的新技術和新特點，以下進行簡要介紹：

3 善辨珠光的多角效果測色儀：愛色麗 MA 98/TX PRO

五角度的MA68/68II測色儀是愛色麗流行多年的經典產品，兩年前升級為六角度的 MA9X系列，其中符合 ASTM E2539標準的MA98（ASTM E 2539-08建議雙光源角度表現干涉顏料的色變特性），在國際上率先采用雙光源技術（見圖7），可以更好地評價珠光漆效果。

2017年9月，愛色麗全球正式發布的新一代多角效果測色儀——MA TX系列，采用觸摸屏操控、雙分析器，應用RGB全譜相機，和主要對手最新產品一樣增加了對閃爍度、顆粒度的評價，其中MA TX PRO保持了MA98雙光源更好評價珠光效果的特點，結合 RGB全譜相機使得對干涉顏色的彩閃度評價成為其最新特征技術，如圖8所示。

圖9 愛色麗最近三代多角度測色儀測量范圍的差異

總結愛色麗目前主要的多角度測色儀功能發展，如圖 9所示（藍色為目前市場上主要競品在顏色上的評價范圍）。其中，單色指黑白的明暗變化，變色指干涉顏料觀察角度引起的顏色變化。

4 能識熒光的多角效果測色儀：BYK mac i

從mac系列率先引入-15°開始，BYK借助其在原材料及綜合檢測方面的巨大優勢，開始發力多角度測色儀市場，并于2015年推出了新一代的BYK mac i系列多角效果測色儀。mac i系列分為兩個型號：7032可以測量涂料的顏色，7030具有測量涂料的顏色及效果（如鋁粉的閃爍程度、粗細程度及鋁粉的排列）功能，相比mac系列，該系列主要的特點是能夠辨別涂料中的熒光現象。

如果汽車涂料中混入了熒光劑或有熒光現象產生，汽車面漆的顏色穩定性將會變差。例如圖10所示的含熒光的面漆樣品，光老化前后面漆顏色發生了明顯的顏色變化。這是汽車面漆不允許發生的質量缺陷。

圖10 熒光成分對油漆耐老化能力的影響（左）和BYK mac i 帶通濾波器（右）

為了解決熒光成分影響涂料老化性能的困惑，BYK mac i增加了BP：帶通濾波器（見圖10），其可以量化測量涂料里面的熒光劑添加比例，并對超出合理比例范圍的測量數據報警提示。

金屬漆里的鋁粉帶來閃爍效果，閃爍等級是由閃爍區域和閃爍強度共同決定的，對其檢測不僅可以評估人眼能夠感受到的閃爍效果差異，也能夠評估油漆里鋁粉的狀態。BYK最早在多角度色差儀中加入閃爍度和顆粒度的數據化評價，對不同油漆效果顏料的數據化評價，使得多角度色差儀成為保障量產產品和開發產品質量一致性的重要檢測儀器。

5 小巧易用的多角效果測色儀：柯尼卡美能達CM-M6

愛色麗和 BYK在多角度色差儀測量功能和管理軟件開發上你追我趕，推動汽車色差檢測技術的迅速發展，而來自日本的柯尼卡美能達，也是多角度色差儀市場上的著名品牌，其CM-M6（見圖11）是一款小巧輕便的多角度分光測色計。柯尼卡美能達CM-M6和愛色麗 MA TX PRO、BYK mac i一樣，可以從-15°、15°、25°、45°、75°和 110°這 6個角度全面模擬視覺感受，同時也采用雙光源。CM-M6的特點是測量時很容易實現單手操作，φ6mm測量口徑，可測量小面積表面，如門把手、后視鏡等。CM-M6作為柯尼卡在多角度色差儀方面的最新力作，在汽車內飾件和日系汽車工廠具有較大市場份額。

圖11 柯尼卡美能達CM-M6多角度分光測色計

6 自動化測量的發展

在日常質量管理方面，國內已有先進的汽車涂裝制造車間，采用了自動化的濕膜在線檢測（全檢）和干膜離線抽樣（如10%）的外觀數據采集系統，消除了人為外觀評價的數據采集量小、誤差大和評價滯后等諸多問題。這些采集的數據可以直接反饋給系統，根據偏差方向及時調整油漆和施工參數，見圖12。

圖12 機器人自動檢測外觀

7 色差測量管理體系的建立

為了更加接近人的視覺效果，汽車外觀評價技術和理論不斷完善，綜上所述，現今的色差評價不僅包含顏色差異，還包括效果差異。在主流的汽車廠，這些差異從產品開發到過程管理，從主機廠到零部件，都設定了相應的容差范圍及檢驗要求，以確保量產與開發、附件與車身的一致性。全色差管理如圖13所示。

圖13 全色差管理

隨著外觀更加數據化、準確化評判的需求及跨國汽車集團顏色開發系統的建立，從顏色開發、零部件匹配、外觀理論完善和日常管理等方面，已經成功形成了數據化的采集、傳輸和評價系統。顏色數字化采集管理系統如圖14所示。

圖14 顏色數字化采集管理系統

8 結語

通過儀器、軟件和體系的不斷升級，目前汽車色差的檢測與管理已經發展成為一門十分專業的技術研究體系，它架起了從汽車研發到過程管理縱向管理，和汽車制造商、油漆供應商與配件供應商之間的橫向管理橋梁，并且逐步成為油漆產品質量管理的有力輔助手段，隨著自動檢測設備和顏色管理、生產管理、供應商管理系統的完善，未來必將實現外觀檢測的智能制造。

顏色測量技術的不斷發展，也會進一步促進油漆外觀水平的提升，使得噴涂技術在和新興的去噴涂技術（注塑上色等技術）發展競賽中，依靠噴涂特有的外觀效果附加值，保持自身優勢。