衡量光泽的信心水平是多少?| 2015-05-01 | PCI杂志

光泽表在20世纪70年代开始流行。德国设备制造商开始大量生产适合在生产线上使用的光泽度计和标准，价格合理。这些仪器是基于当时造纸工业使用的实验室仪器。由于技术的发展和更严格的审美要求，光泽单位(GU)规格的公差显著降低。一些仪器制造商声称他们的光泽度仪的精度在0.1 GU以内，应用规范通常只规定带宽为1 GU作为验收标准。这些标准现实吗?为了回答这个问题，我们必须看看国际(ISO和ASTM)标准中对光泽度的定义，以及参考实验室对光泽度的测量。

定义光泽

为了定义像gloss这样的单位，我们需要定义一些参考点。标准中定义的光泽参考点是0 GU和100 GU参考点。0 GU参考是一个完整的，沉闷的哑光表面与零反射。对于100gu的参考是基于黑色或石英玻璃。折射率是光以特定波长从一种介质进入另一种介质时角度变化的导数，用于计算表面的反射率。这是用菲涅耳方程来完成的。这看起来很可靠，但在所用波长的定义上有一个缺陷。ASTM和ISO在用于100 GU参考的光谱线波长上没有达成一致。ISO使用d线(氦)，ASTM指的是d1线(钠)。这实际上只有1.7 nm的差异，但在标准化方面是一个重要的偏差，可能会导致意想不到的结果。

一般来说，只使用两个参考点是一个标准非常薄弱的基础。而且，这两点之间的线性关系只是一个假设。没有办法验证这种假定的线性关系，因为更多的参考点尚未确定，因此无法获得。

表面粗糙度

观察到第二个非指定参数。校准标准瓷砖的表面粗糙度不属于菲涅耳方程的一部分，在相关标准中也不考虑粗糙度。一些标准规定了平整度，但规定了粗糙度，在最好的情况下，为“高度抛光”(多高是高?)然而，表面粗糙度确实会影响表面的反射。仪器制造商用于验证其产品线性度的光泽校准瓦在整个光泽范围内由相同的材料制成，但是具有不同的表面处理，如粗糙度和纹理。

严格来说，由于菲涅尔方程和标准的定义，这些瓷砖都应该具有相同的光泽值。然而，当由参考实验室(NIST或BAM)测量时，它们都产生不同的值。那么问题来了，“表面粗糙度会影响光泽值吗?”答案很明确:的确如此，而且效果显著。

表1显示了几个全球标准中使用的主要参数。由于这种差异而引起的光泽度值的差异可以加起来达到几个光泽度单位。

图1显示了光泽度和粗糙度之间的关系。表面越粗糙，光泽就越少。该图为光泽度与ra值(算术平均表面粗糙度)的相关性。所有数据都是在相同材料、相同折射率的黑色玻璃砖上获得的。

缺乏协调性

表面粗糙度和光谱线波长这两个问题，都是光泽度标准协调中的一个系统问题，使得不可能同时符合多个标准。光泽计的设计和几何形状通常适用于多个标准内的操作。然而，在当前定义的标准上校准光泽计会导致一个问题，如表1所示。即使是两个主要的参考实验室，NIST和BAM，彼此也不一致。NIST指ASTM标准，BAM指ISO标准。

这些标准之间缺乏协调的原因很难解释清楚。文献研究没有显示任何关于光泽/反射与表面粗糙度的重要研究。已经对涂层进行了研究，但通常是在观察雾霾、图像清晰度和橘皮的情况下进行的，这些都是重要的参数，但都没有确定的参考标准值。委婉地说，光泽的标准至少是值得怀疑的。

一些关于光在粗糙表面上的行为的科学研究已经完成，如贝克曼-基尔霍夫散射理论。然而，这一理论与菲涅耳方程之间并没有统一的理论联系。一项研究这两种理论是否可以结合起来的科学研究，可以为光泽校准瓷砖创造一个最终的、明确的定义，以确定ISO和ASTM的绝对值。

除了对光泽标准定义的不确定性之外，还有其他问题。每个人对他们的方法的可追溯性都处于严重的危险之中。所有认证化验室均须定期送其标准进行校正，并确保可追溯至参考标准。参考标准的确定程度至少应高于校正标准。这将意味着每年定期核查所使用的参考标准。

许多ISO 17025认证的校准实验室校准用户瓷砖，每个商业光泽度计提供，通过验证与另一个商业光泽度计。这种光泽仪本身是在bam认证的瓷砖上校准的。在相关的100 GU范围内，BAM的不确定性高达±1 GU。将此与用于验证的商业光泽度计的再现性和准确性相结合，很容易加起来是几个光泽度单位的误差。

BAM和NIST的主要参考标准应根据其折射率进行校核。在过去的15年里，这两个主要实验室之间从未进行过交叉检查。关于光泽度参考的很多方面还不清楚，需要整理，如粗糙度与光泽度的相关性，光谱线的波长和校准线的假定线性。

目前的情况是ISO重新修订ISO 2813光泽标准的动机之一。为了将标准提升到正式的下一层工作文件，ISO要求进行循环研究或实验室间研究(ILS)。本研究选用了一些领先品牌的商业光泽计。该研究证明，在ILS中使用的仪器数据表中所述的可重复性和再现性值远远不现实。此外，研究人员还发现，这些可重复性和可再现性值所基于的数据会随着时间的推移而丢失。基于循环测试的结果，ISO决定在即将发布的ISO 2813版本中规定新的可重复性(R)和可重复性(R)级别。这些水平反映了目前高端专业光泽度仪的可行性(表2)。

结论

ISO已经通过更新ISO 2813迈出了第一步，但这只是解决了部分问题。主要问题在于初级标准。目前所有的数据都来自一个参考，一个石英玻璃楔，没有证据证明假定的线性。理想情况下，将开发和定义一系列可靠的参考资料，以证明并确保在一定范围内的参考值，而不仅仅是一两个点。一系列的参考文献也将证明或否定校准线的假定线性。似乎需要彻底的科学研究来定义粗糙度和波长的影响，以便制定一个使ISO和ASTM保持一致的主要标准，并且不留下任何质疑的余地。理想情况下，这些主要标准的精度水平至少比今天的商业光泽仪好十倍。

对全球光泽定义的科学研究将对该行业非常有用。所有关于光泽的规格都应检查其可行性和正确性。虽然光泽度是许多行业普遍接受的质量控制外观标准，但最近关于光泽度标准的披露要求我们重新考虑我们所获得结果的准确性。

参考文献

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