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(nèi)汽車消費市場呈現(xiàn)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(dǎo)汽車外觀顏色的開發(fā)越來越豐富。在乘用車市場，已經(jīng)有80%以上的面漆是效果涂料，如金屬漆、珠光漆和水晶效應(yīng)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(chǎn)生一個奇異的色彩效果：顏色的變幻；水晶效應(yīng)顏料（Xirallics）：具有特殊閃爍效果的效果面漆。效果顏料的發(fā)展使得原有的外觀評價手段和儀器已經(jīng)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(shè)備（手持或安裝于機器人手臂的現(xiàn)場檢測儀器），并在色差管理上管理技術(shù)逐步形成體系，力求在效果涂料的數(shù)據(jù)判斷上更接近人眼，并從產(chǎn)品開發(fā)到量產(chǎn)、從主機廠到配套形成完整的色差數(shù)據(jù)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(xì)小的顏色差異很容易被人眼感受到，從而影響客戶對產(chǎn)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(chǎn)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(xiàn)粗細(xì)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(diào)、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(jìn)行比較。行業(yè)中用 L*表示明度值，a*、b*表示色調(diào)（其中 a*表示紅/綠值；b*表示黃/藍(lán)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(diào)角度值的柱形坐標(biāo)，如圖3所示。

圖3 CIE顏色空間座標(biāo)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(tǒng)一測量標(biāo)準(zhǔn)，CIE規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)光源。CIE對顏色的評價是在它規(guī)定的光源下進(jìn)行的。以日光燈為代表的 CIE標(biāo)準(zhǔn)光源，以日光的真實測量光譜為依據(jù)，與之相關(guān)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(fā)暗，將一塊灰色紙片放在黑色背景上看起來發(fā)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(dá)標(biāo)，必須建立一個標(biāo)準(zhǔn)，然后產(chǎn)品與這個標(biāo)準(zhǔn)相比較，這是典型的主機廠和外飾件供應(yīng)商之間出現(xiàn)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(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)為中心，然后給予個別 L*a*b*數(shù)值，規(guī)定正負(fù)的誤差范圍：

△L*=L*樣品-L*標(biāo)準(zhǔn) （明度差異）

△a*=a*樣品-b*標(biāo)準(zhǔn) （紅/綠差異）

△b*=b*樣品-b*標(biāo)準(zhǔn) （黃/藍(lán)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(shù)值代表總色差，△E是以標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)化，在產(chǎn)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(shù)據(jù)化儀器。

2 色差測量儀器的原理和發(fā)展

顏色系統(tǒng)的三要素是光源、觀察器和被測量的目標(biāo)物，這是將顏色和色差進(jìn)行數(shù)據(jù)化、文件化的基礎(chǔ)。

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(jīng)過電流計測量其電流強度，從而實現(xiàn)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(jù)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(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)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(jīng)典的愛色麗MA68系列即屬于5角度色差儀，現(xiàn)生產(chǎn)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(fā)展，人們常在金屬漆中加入云母、珠光等效果材料，為了準(zhǔn)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(dá)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(chǔ)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(chǎn)品，多具有自己獨特的新技術(shù)和新特點，以下進(jìn)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(jīng)典產(chǎn)品，兩年前升級為六角度的 MA9X系列，其中符合 ASTM E2539標(biāo)準(zhǔn)的MA98（ASTM E 2539-08建議雙光源角度表現(xiàn)干涉顏料的色變特性），在國際上率先采用雙光源技術(shù)（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(fā)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(yīng)用RGB全譜相機，和主要對手最新產(chǎn)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(jié)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(shù)，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(jié)愛色麗目前主要的多角度測色儀功能發(fā)展，如圖 9所示（藍(lán)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(yōu)勢，開始發(fā)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(xì)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(xiàn)象。

如果汽車涂料中混入了熒光劑或有熒光現(xiàn)象產(chǎn)生，汽車面漆的顏色穩(wěn)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(fā)生了明顯的顏色變化。這是汽車面漆不允許發(fā)生的質(zhì)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(shù)據(jù)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(qū)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(tài)。BYK最早在多角度色差儀中加入閃爍度和顆粒度的數(shù)據(jù)化評價，對不同油漆效果顏料的數(shù)據(jù)化評價，使得多角度色差儀成為保障量產(chǎn)產(chǎn)品和開發(fā)產(chǎn)品質(zhì)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(dá)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(fā)上你追我趕，推動汽車色差檢測技術(shù)的迅速發(fā)展，而來自日本的柯尼卡美能達(dá)，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?？履峥滥苓_(dá)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(xiàn)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(nèi)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(dá)CM-M6多角度分光測色計

6 自動化測量的發(fā)展

在日常質(zhì)量管理方面，國內(nèi)已有先進(jìn)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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，消除了人為外觀評價的數(shù)據(jù)采集量小、誤差大和評價滯后等諸多問題。這些采集的數(shù)據(jù)可以直接反饋給系統(tǒng)，根據(jù)偏差方向及時調(diào)整油漆和施工參數(shù)，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(shù)和理論不斷完善，綜上所述，現(xiàn)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(chǎn)品開發(fā)到過程管理，從主機廠到零部件，都設(shè)定了相應(yīng)的容差范圍及檢驗要求，以確保量產(chǎn)與開發(fā)、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(shù)據(jù)化、準(zhǔn)確化評判的需求及跨國汽車集團(tuán)顏色開發(fā)系統(tǒng)的建立，從顏色開發(fā)、零部件匹配、外觀理論完善和日常管理等方面，已經(jīng)成功形成了數(shù)據(jù)化的采集、傳輸和評價系統(tǒng)。顏色數(shù)字化采集管理系統(tǒng)如圖14所示。

圖14 顏色數(shù)字化采集管理系統(tǒng)

8 結(jié)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(jīng)發(fā)展成為一門十分專業(yè)的技術(shù)研究體系，它架起了從汽車研發(fā)到過程管理縱向管理，和汽車制造商、油漆供應(yīng)商與配件供應(yīng)商之間的橫向管理橋梁，并且逐步成為油漆產(chǎn)品質(zhì)量管理的有力輔助手段，隨著自動檢測設(shè)備和顏色管理、生產(chǎn)管理、供應(yīng)商管理系統(tǒng)的完善，未來必將實現(xiàn)外觀檢測的智能制造。

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