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适合陶瓷颜色检测的色差仪改造

陶瓷的颜色鉴定比没有那么容易,我们现在工艺中采用了新型的色差仪装置进行测定和分析,先进的颜色检测仪器可以直接把色彩信息数字化,这样可以清楚的分析出陶瓷的颜色变化信息并且不受外界环境和个人主观因素的影响。要使用色差仪测量陶瓷的颜色首先要了解色差仪的工作原理。
色差仪的工作原理 
现在最先进的色差仪可以说是一机多用的仪器,可以帮助生产商测量陶瓷颜料的色度、色差、分光特性曲线,透射率、反射率等。该仪器由稳压器、光学系统、电学系三部分构成。光学系统包括光源、透镜、孔径光栏;电学系统包括电位计、检流计、光电池等。色差仪在工作是光从光源发出经过两个透镜聚集后变成平行光,一路光直接照射在补偿光电池COMP上做补偿器的电源,补偿器电流的大小通过改变入射光的相对角度来调节。另一路光作为测试用的入射光源IO,这路光线经过孔径光栏和样品室进入积分球,再经过45°反光镜反射垂直向上照在仪器顶端上的陶瓷漫射体上,陶瓷漫射体将入射的平行光漫反射到整个积分球的内表面。在积分球的不同位置镶嵌四块光电池。正底部镶有R光电池,用以测定物体的透身率和反射率。正前部镶有Y光电池,左面镶X光电池,右面镶Z光电池。XYZ光电池都是用以测定陶瓷颜料的色度和色差的。在被测物体透射和反射时,透射光和反射光强度的变化都将引起积分球内表面照度的变化,光电R将积分球照度的变化转变成电信号输出。如图1。
图 1 
色差仪的R光电池输出的电信号通过检流计A使检流计光点发生偏转。调节电位计的滑动臂使其输出一个与R光电池输出信号大小相等方向相反的电流信号,此时检流计光点处于中间平衡位置。电位计滑动臂的位置指示出透射光或反射光的相对强度。这样色差仪最终成功的将光信息号转换成为电信号,然后在以数字的形式显示在色差仪屏幕上。
工业上为了更好的检测陶瓷颜色将色差仪进行改装
色差仪虽有测透射光的装置,但只能测透明体的透射光不能测瓷胎的透射光。其原因有二:一是光线通过试片之后有散射现象,透射是以漫透射为主,镜透射为次。由于漫射光和入射光轴线有一定的夹角不能进入积分球,只有镜透射光才能进入积分球。二是积分球的内表面积大约等于R光电池的200倍,即使是镜透射光也不能全部为光电池所接收,而只能接收 ,光信号非常微弱,所以直接用色差仪的透光系统测瓷胎的透光度是不可能的,必须加以改装,增加瓷胎透光度测试头。其实现在有些专门为陶瓷行业研发的色差仪已经注意到这一点,在研发新型产品可以直接测量无需改装,比如三恩驰的NS800分光色差仪。
色差仪的陶瓷测量的辅助工具——瓷胎透光度测试头
瓷胎透光度测试头外型呈园林体,分底座和敝光罩两部分。在底座的中心有一个φ8的透孔,在最底部焊一个φ2.4的孔径光栏,在上部有一个Φ30深3mm的样品槽,敝光罩内径与底座外径要正好吻合,蔽光罩的顶部镶嵌一块硒光电池T,光电池与试片距离约5mm左右,这样透过试片的光程大大缩短,透射光能全部为光电池所接收。整个测试头放在陶瓷漫射体的位置而取代漫射体。被45°反光镜反射的光线作为入射光的光源进入测试头。如图2。
图 2
 T光电池的两个输出端钮通过发线转换开关K与电位计并联。如图3 。
图 3 
当色差仪用于透光度测定时分线转换开关打到2,当仪器用于其他项目测定时分线开关打到1。这样瓷胎透光度的测定就成为一个独立的测试系统
(2)T光电池的线性校正 
光电池的作用是将光信号变成电信号输出,光通量越大,输出的电流也越大,但光通量达到一定时,,光电流不再随光通量的增大而增加,出现了饱和状态,如图4 。
图 4
为了保证色差仪透光度测定的准确性,必需保障光电池工作在线性范围内。因此要严格控制入射光的光通量和外电路的阻抗。控制光通量的简便方法有两种:一种是缩小光柱的孔径减小光电池的受光面积。一是降低入射光强度。但降低入射光强度会影响整机工作参数,特别是会影响标准光源的功率分布特性,通过实验证明缩小光栏孔径比较切实可行。现将不同光栏孔径下测得的ε值和透光度做一比较,结果列于表1。
表1  不同光栏孔径下ε值和透光度 
项目样品名称 光栏孔8mm 光栏孔径2.4mm
滑石瓷 0.370 42.65 0.443 36.05
滑灰瓷1# 0.347 45.00 0.404 39.40
滑石瓷2# 0.316 48.35 0.348 44.90
 从表1可以看出光栏孔径在8mm时比光栏孔径在2.4mm时的光通量大,透光度也大显然光电池工作在非线性区域。光栏孔径在2.4mm时光电池是否工作在线性区可以通过改变入射光强度的型式改变光通量来加以验证,如果透光度不受光源强度变化的影响则证明光电池工作在线性区域。验证结果列于表2。
表2  验证结果表
相对强度透光度 80 10 120
-0.655 -0.659 -0.667
%T 22.06 21.85 21.55
 通过试验可以确信,采用色差仪光源相对强度为100,光栏孔径在2.4mm的条件下进行透光度测定是可行的,透光度测定的相对误差为0.82%。

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