测量光泽度的置信程度如何?

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光泽度计在20世纪70年代开始流行。德国设备制造商开始以合理的价格批量生产适用于生产线的光泽度计和标准。这些仪器基于当时造纸业使用的实验室仪器。由于技术的发展和更严格的美学要求,光泽度单位(GU)规格的公差显着降低。一些仪器制造商声称他们的光泽度计的准确度在0.1 GU以内,并且应用规格通常表示仅为1 GU的带宽作为验收标准。这些标准是否现实?为了回答这个问题,我们将不得不考虑国际(ISO和ASTM)标准中所述的光泽定义以及参考实验室测量的光泽定义。


定义光泽

要定义像光泽这样的单位,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。0 GU参考是一个完整,暗淡的无光泽表面,零反射。对于100 GU,参考基于黑色或石英玻璃。折射率是光在特定波长下从一种介质进入另一种介质时角度变化的推导,用于计算表面的反射率。这是使用菲涅耳方程完成的。这似乎非常强大,但使用波长的定义存在缺陷。ASTM和ISO不同意用于参考100 GU的谱线波长。ISO使用d线(氦),ASTM指D1线(钠)。实际上这只相差1.7纳米,


通常,仅使用两个参考点是标准的非常薄的基础。而且,这两点之间的线性只是一个假设。没有办法验证这种假设的线性,因为没有定义更多的参考点,因此无法获得。


表面粗糙度

已观察到第二个非指定参数。校准标准瓦片的表面粗糙度不是菲涅耳方程的一部分,相关标准中也没有考虑粗糙度。有些标准规定了平整度,但粗糙度最好指定为“高度抛光”(高度多高?)。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度校准瓷砖由整个光泽范围的相同材料制成,但具有不同的表面光洁度,例如粗糙度和纹理。


严格来说,由于菲涅耳方程和标准的定义,这些瓷砖都应具有相同的光泽度值。但是,当通过参考实验室(NIST或BAM)测量时,它们都会产生不同的值。因此问题出现了,“表面粗糙度是否会影响光泽度值?”答案很清楚:是的,它的效果很明显。


表1显示了几个全球标准中使用的主要参数。由于这种差异而导致的光泽度值的变化可以增加多个光泽度单位。


图1显示了光泽度和粗糙度之间的关系。表面越粗糙,光泽度就越低。该图是与Ra值(算术平均表面粗糙度)的光泽度相关性。所有数据均在具有相同折射率的相同材料的黑色玻璃砖上获得。


缺乏协调

这两个问题,表面粗糙度和谱线的波长,都是光泽度标准协调中的系统性问题,使得不可能同时符合多个标准。光泽度计的设计和几何形状通常适合在多个标准内操作。然而,如表1所示,光泽度计在当前定义的标准上的校准会产生问题。即使是两个主要的参考实验室,即NIST和BAM,也不一致。NIST是指ASTM标准,BAM是ISO标准。


标准之间缺乏协调的原因很难解释。文献研究没有显示关于光泽/反射与表面粗糙度的任何重要研究。已经对涂料进行了工作,但通常在查看雾度,图像清晰度和桔皮的情况下 - 所有重要参数,但都没有定义的参考标准值。从某种程度上说,光泽的标准似乎至少是值得怀疑的。


已经对光在粗糙表面上的行为进行了一些科学研究,如Beckman - Kirchhoff散射理论。然而,没有统一的理论将这一理论与菲涅耳方程联系起来。研究两种理论是否可以结合的科学研究可以在光泽度校准瓷砖上创建最终和明确的定义,以确定ISO和ASTM的绝对值。


除了光泽度标准定义的不确定性之外,还有其他问题。每个人都希望他们的方法的可追溯性是严重的危险。所有经过认证的实验室都需要定期将其标准送去校准,并且需要对参考标准进行严格的追溯。参考标准应至少比校准标准具有更高的确定性。这意味着每年定期验证使用的参考标准。


许多通过ISO 17025认证的校准实验室通过与另一个商业光泽度计的验证来校准每个商业光泽度计提供的用户瓷砖。该光泽度计本身在BAM认证的瓷砖上进行校准。在相关的100 GU范围内,BAM表示不确定性高达±1 GU。将其与用于验证的商业光泽度计的再现性和准确性相结合,容易增加多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检查。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。关于光泽度参考的许多方面不清楚并且需要分类,例如粗糙度和光泽度之间的相关性,谱线的波长和校准线的假定线性度。


目前的情况是ISO重新制定ISO 2813光泽度标准的动机之一。为了将标准提升到官方的下一级工作文件,ISO要求进行循环或实验室间研究(ILS)。本研究使用了一系列领先品牌的商业光泽度计。该研究证明,ILS中使用的仪器数据表中所述的可重复性和再现性值远非现实。此外,发现这些可重复性和再现性值基于的数据随着时间的推移而丢失。根据循环测试的结果,ISO已决定在即将发布的ISO 2813版本中声明新的再现性(R)和重复性(r)水平。


结论

ISO已经通过更新ISO 2813迈出了第一步,但这只解决了问题的一部分。主要问题是主要标准。所有数据目前仅来自一个参考,一个石英玻璃楔,没有假设线性的证明。理想情况下,将开发和定义一系列可靠的参考材料,以证明和确保一系列值的光泽参考,而不仅仅是一个或两个点。一系列参考文献也将证明或反驳校准线的假定线性度。似乎需要进行彻底的科学研究来确定粗糙度和波长的影响,以便制定一个主要标准,使ISO和ASTM在线并且不会留下任何问题。


关于全球光泽定义的科学研究将对该行业有很大的用处。应检查所有光泽度规格的可行性和正确性。尽管光泽度是许多行业质量控制的普遍接受的外观标准,但最近对光泽度标准的启示要求我们重新考虑我们考虑获得结果准确性的方式。


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