Введение к работе
Актуальность работы
Основными направлениями, где требуются колориметрические измерения, принято считать полиграфическую, текстильную и оптическую промышленности Кроме того, особое место занимает контроль цвета при производстве косметических средств и упаковок В настоящее время цветовые измерения получают все большее значение и в других направлениях, таких как измерение координат цветности дорожных знаков, разметки и светофоров
Методы измерений координат цветности делят на визуальный, расчетный (спектрофотометрический метод измерения с последующим расчетом) и объективный (фотоэлектрический) Особенности методов таковы, что хотя они и принципиально взаимозаменяемы, но каждому из них соответствуют некоторые условия, в которых применение одного метода предпочтительнее перед другим С развитием новых технологий визуальный метод перестали использовать, а расчетный и объективный методы практически объединились теперь расчет координат цветности для всех известных систем цветов производится автоматически по измеренному спектру пропускания или отражения Такой перевес в пользу спектрофотометрических измерений не всегда оправдан экономически, а, часто, и с точки зрения удобства работы Для большинства работ вне помещений более подходят компактные приборы, в основном использующие объективный метод измерений При оценке цвета глазом человека можно использовать визуальное измерение цвета Именно поэтому сравнение методов измерений координат цветности, их преимуществ и недостатков, позволяет более четко определить границы их применимости
При попытке сравнить погрешности разных существующих приборов чаще всего оказывается, что на все современные импортные приборы приводятся погрешности, измеренные в определенных условиях по своим методикам на своих комплектах эталонных образцов Кроме того, погрешности могут приводиться в разных системах цветов В нашей стране уже появляется тенденция к такому же способу представления погрешностей, но, пока чаще используется абсолютная погрешность измерений, что позволяет сразу отнести прибор к определенному классу рабочее средство измерений или рабочий эталон Следовательно, проблема оценки погрешностей различных методов измерений цвета весьма актуальна, так как исследование на основе испытаний различных типов приборов дает не только подробный анализ преимуществ и недостатков существующих методов измерений, но и позволит повысить точность измерений Снижения погрешности можно достичь устранением влияния основных составляющих погрешности на результат измерений координат цвета и цветности
Благодаря современной микроэлектронной технике, появляется возможность уменьшения стоимости изготовления новых колориметров На основе детального анализа методов измерений и наиболее распространенных в разное время приборов предложен макет нового компактного прибора с
погрешностью измерений координат цветности, достаточной для практического применения
Цель работы
Цель работы состояла в анализе составляющих погрешности измерений координат цветности различными методами на основе отобранных приборов Для снижения погрешности измерений координат цветности требовалось не только качественно описать и количественно оценить все составляющие, но и предложить способы для их уменьшения, сопоставить и сравнить возможности забытых классических методов измерений координат цвета и цветности с методами, получившими распространение только за последние годы Было необходимо попытаться снизить погрешность измерений координат цветности для источника D65, который уже много лет в рекомендации Международной Комиссии по Освещению существует только теоретически, а все известные модели этого типа источника очень дороги, имеют невысокую светоотдачу и очень часто годятся только в узкоспециализированных случаях
Выполнение данных целей потребовало
Провести теоретический и практический анализ методов измерений на основе разных приборов, а для визуального метода необходимо было привести в рабочее состояние классический визуальный колориметр Демкинои - фотометр ФМ-18а
Описать приборы и установки для измерения координат цветности, определить составляющие погрешности, провести количественные оценки всех составляющих и предложить способы для их снижения
Изучить методики измерений координат цветности на классических фотометрах, современных колориметрах и спектрофотометрических установках
Исследовать влияние геометрии измерения на координаты цветности
Определить спектральный состав излучения ламп с наиболее близкими цветовыми температурами к источнику типа D65 - дуговые ксеноновые лампы высокого давления ДКСШ и импульсные ксеноновые трубчатые лампы ИФП, а также рассчитать наиболее подходящий корригирующий светофильтр
Определить границы применимости метода пересчета для снижения погрешности измерений координат цветности
Модифицировать метод пересчета для применения в простом недорогом фильтровом колориметре
Разработать макет компактного колориметра, использующего метод пересчета для снижения погрешности измерения координат цветности
Научная новизна работы
Научная новизна работы заключается в том, что в ней
Показано, что погрешности измерений координат цветности на приборах и установках разных типов составляют один порядок величины Отмечено, что в зависимости от типа испытуемого объекта, применение одного прибора предпочтительнее, чем другого
На основе анализа методов снижения погрешности представлен способ применения метода пересчета для создания нового типа фильтровых колориметров
Предложен простой и недорогой в реализации макет объективного компактного колориметра, который может быть реализован в качестве компаратора цвета В нем используются достижения фотоэлектрической и визуальной колориметрии наряду с новой электронной элементной базой Это позволяет значительно уменьшить габаритные размеры и вес, а также проводить все требуемые расчеты в приборе, включая алгоритм снижения погрешности измерений и вывод результатов измерений
Разработан макет импульсного варианта источника D65 на основе ламп ИФП Лампы этой серии имеют большой диапазон мощностей и могут подойти для большого числа разнообразных задач
Показана возможность создания компактного источника излучения D65 на основе набора светодиодов
Научная и практическая ценность работы
Выполнен обзор методов определения координат цветности образцов, работающих на пропускание и отражение, а также методов измерений координат цветности источников излучений
Проведен анализ влияния составляющих погрешностей на результат определения координат цветности на основе проведения измерений на приборах различного принципа действия Предложены способы снижения погрешности измерений
Предложен макет объективного переносного колориметра и схемные решения для его реализации в серийном производстве Показано, что схема прибора легко перестраивается под большинство задач
Предложен вариант импульсного источника D65, а также представлен результат разработки источника излучения D65 на основе светодиодов
На защиту выносятся:
Результаты измерений, в которых показано что погрешности измерений координат цветности на приборах и установках разного принципа действия (визуальный колориметр ФМ-18а, спектрофотометры СФ-18 и СФ-26, объективный колориметр ФМ-104М), использующихся в качестве рабочих средств измерений, приблизительно одинаковы
Объективный компактный колориметр с произвольным набором светофильтров, который может применяться в качестве компаратора цвета или
рабочего средства измерений, методика его калибровки и способ снижения погрешности измерений на основе метода пересчета
Импульсный источник D65 на основе импульсной ксеноновой лампы с корригирующим стеклянным светофильтром, предназначенный для использования в переносных приборах и установках для измерений координат цветности
Экспериментальное подтверждение того, что погрешность измерений координат цветности источника излучения по эталонному приемнику на спектрофотометрической установке меньше, чем при сравнении с известным источником света
Реализация результатов работы
Результаты диссертационной работы были применены при создании обучающей лабораторной установки на основе визуального колориметра Демкиной ФМ-18а в Санкт-Петербургском Институте Полиграфической Промышленности
В лаборатории ФГУП НИТИОМ "ГОИ им С И Вавилова" при разработке и производстве уникального цветного оптического стекла для Австрийской фирмы была внедрена компьютерная программа расчета и анализа координат цвета и цветности Программа позволяет рассчитывать координаты цвета и цветности в соответствии с требованиями государственных (ГОСТ) и международных стандартов (ISO/CIE), а также стандартов Германии (DIN)
В ГОИ им СИ Вавилова была получена заявка на изобретение фильтрового колориметра с приоритетом от 03 04 07 (регистрационный № 2007112875) Макет на основе одной из предложенных схем был разработан, изготовлен и испытан Светофильтры в приборе изготовлены из широко распространенных цветных стекол
Апробадия работы
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на
XVI конференции "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение" (Москва 2007)
VI, VII международной конференции "Прикладная оптика" (Санкт-Петербург 2004, 2006),
3. четвертой международной конференции молодых ученых и специалистов "Оптика-2005" (Санкт-Петербург 2005),
4 II, III межвузовской конференции молодых ученых (Санкт-Петербург 2005, 2006)
По теме диссертации опубликовано 6 работ
Личный вклад автора
Теоретические и экспериментальные результаты диссертационной работы получены автором самостоятельно Произведен подробный обзор методов определения координат цветности и анализ влияния составляющих погрешностей Проведенные измерения на различных приборах позволили
разработать макет нового компактного колориметра, методики калибровки и работы на приборе Предложен вариант импульсного источника D65
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и 4-х приложений Диссертация изложена на 104 страницах машинописного текста, включая 36 рисунков, 12 таблиц и 55 библиографических ссылок
