Espectrometro

El colorímetro utiliza el método triestímulo con el objetivo de cartografiar la visión humana. En la retina del ojo humano se perciben los tres colores rojo, verde y azul a través de tres tipos de conos diferentes. El colorímetro imita esta percepción del color mediante tres sensores de color con diferentes sensibilidades en las gamas de rojo, verde y azul. Los valores de color determinados de esta manera son registrados por el colorímetro como valores X, Y y Z y se muestran en la pantalla. La mayoría de los colorímetros realiza automáticamente la conversión de las coordenadas X, Y y Z en espacios de color comunes como CIELab CIELuv, Yxy o RGB.

El espectrómetro funciona según el mismo principio básico, pero la principal diferencia con un colorímetro es la sensibilidad y el número de sensores. Según la calidad del dispositivo, el espectrómetro utiliza considerablemente más sensores, de modo que el dispositivo tiene una sensibilidad de longitud de onda específica en el rango bajo de los nanómetros. No sólo se determinan las coordenadas de color, sino que además permite determinar y mostrar con mucha más precisión la distribución e intensidad espectral. El espectrómetro también pueden detectar el metamerismo. En este fenómeno dos objetos diferentes parecen tener el mismo color bajo una determinada fuente de luz, pero al usar una segunda fuente de luz diferente puede percibir diferencias de color significativas. Con frecuencia, la causa suelen ser las diferentes propiedades de reflexión espectral de las superficies, causadas por el uso de diferentes pigmentos. El espectrómetro puede determinar adicionalmente otros índices colorimétricos como la blancura, la amarillez, la opacidad, la solidez del color y diversos índices de diferencia de color como deltaEab, deltaEuv, deltaEcmc o deltaE2000.

Es por ello que el espectrómetro se utiliza preferentemente en la investigación y el desarrollo y siempre que los colores y los espectros de color tengan que ser determinados con mucha precisión. Las curvas de remisión determinadas por el espectrómetro son como una huella dactilar específica del color medido en términos de intensidad y longitud de onda, lo que permite determinar la ubicación exacta del color. El uso de un colorímetro suele ser suficiente cuando se trata de realizar mediciones de color comparativas con una simple representación de las diferencias de color en los procesos de producción, inspecciones de mercancías entrantes y salientes y el control de calidad.

Dependiendo de si las muestras a medir son objetos opacos, transparentes o translúcidos, se debe seleccionar un espectrómetro con las funciones y geometrías adecuadas. El uso estándar implica la medición de muestras opacas, por lo que la mayoría de las mediciones suelen ser mediciones de reflexión. Es por ello que la mayoría de los espectrómetros están equipados con una geometría de medición correspondiente. Para objetos transparentes o líquidos, las geometrías de medición estándar como el d/8 o el 45/0 no son aptas, por lo que hay que seleccionar espectrómetros con una geometría y función de medición adecuadas. Las mediciones de luz transmitida, y simultáneamente también de las cantidades de absorción, se llevan a cabo especialmente en la química analítica.

La geometría de medición determina la posición de la fuente de luz del dispositivo de medición en relación con la superficie del objeto medido, así como la alineación del sensor en relación con la superficie reflectante del objeto medido. La selección de la geometría de medición correcta o incluso incorrecta puede influir considerablemente en los resultados de la medición y provocar errores de interpretación al intercambiar información entre clientes y proveedores. Dado que la geometría de medición del espectrómetro no puede ser ajustada o modificada posteriormente, debe asegurarse antes de la compra qué geometría de medición es la más adecuada para la aplicación respectiva. Las geometrías de medición más conocidas son el d/8 y el 45/0 para las mediciones de reflexión o d/0 para las mediciones de transmisión.

La geometría de medición d/8, también conocida por el nombre de esfera de Ulbricht, genera una luz difusa, reduciendo así el efecto de la textura de la superficie en términos de brillo y rugosidad. Esta geometría de medición permite literalmente mirar dentro del color. Algunos espectrómetros con esta geometría también tienen trampas ópticas de brillo (SCI; SCE) para permitir que el efecto de brillo se incluya o excluya en la medición. La geometría d/8 se utiliza, por ejemplo, para superficies rugosas o textiles.

Por otro lado, la geometría de medición 45/0 produce un reflejo direccional más acorde con la percepción humana. La geometría de medición 45/0 es por lo tanto útil cuando la impresión visual de un objeto debe ser similar a la del ojo humano. La directiz DIN 5033 recomienda medidas en superficies brillantes y pintadas con una geometría de 45/0.

También hay espectrómetros especiales con geometría multiángulo. El principio básico es idéntico a las geometrías mencionadas anteriormente con la diferencia de que, la medición se realiza no solo desde un ángulo, sino desde varios ángulos (por ejemplo, 15°, 25°, 75° y 110°). Estos dispositivos se utilizan para recubrimientos metálicos y barnices, ya que estos recubrimientos producen valores de color muy diferentes según el ángulo de visión.

El uso de diferentes tipos de luz puede cambiar la percepción de las impresiones de color y, en el caso de un dispositivo de medición, conduce a diferentes resultados de medición. Por lo tanto, la CIE ha definido unos tipos de luz estándar con una emisión espectral definida para crear una comparabilidad entre los diferentes dispositivos y fabricantes. La elección del tipo de luz debe basarse en la aplicación posterior del producto. La fuente de luz estándar D65 es una de las más utilizadas. El D65 simula la luz diurna con componentes UV a una temperatura de color de aproximadamente 6500 Kelvin. La fuente de luz estándar C también simula la luz diurna, pero sin componentes UV y a una temperatura de color de aprox. 6770 Kelvin. La fuente de luz F11 también se le denomina luz de los grandes almacenes. Tiene una temperatura de color de 4000 Kelvin y es adecuada cuando los productos se visualizan bajo luz artificial. Además de estos, hay muchos otros tipos de luz que están estandarizados en bandas estrechas o amplias. La mayoría de los espectrómetros tienen una gran selección de diferentes tipos de luz para cubrir una amplia gama de aplicaciones.

Al seleccionar los requisitos que debe tener la precisión, preste atención a la reproducibilidad de los resultados de las mediciones y a la comparabilidad de los diferentes espectrómetros de una serie. En particular en el caso de los espectrómetros, también se debe prestar atención a la resolución espectral de los dispositivos de medición. Si una empresa utiliza diferentes modelos de instrumentos de diferentes fabricantes, se debe procurar lograr la mayor precisión posible entre los diferentes modelos, pero en la práctica esto rara vez es posible. Por lo tanto, lo ideal es utilizar un modelo del mismo fabricante para una aplicación. De esta manera, se logra la máxima repetibilidad y valores comparativos entre los espectrómetros.

Un aspecto importante que debe ser aclarado antes de comprar un espectrómetro son los valores de referencia subyacentes que se utilizarán para posteriores mediciones comparativas. ¿Se trata de mediciones internas en las que la fiabilidad y la calidad de los procesos deben ser comprobadas sobre la base de normas de color especialmente definidas? ¿O hay que tener en cuenta las especificaciones externas de un cliente o proveedor? Si hay que tener en cuenta las especificaciones externas, es necesario aclarar de antemano entre las partes qué instrumentos de medición se van a utilizar y qué parámetros son importantes. Es especialmente importante llegar a un acuerdo previo sobre los parámetros de medición (espacio de color, geometría de medición, abertura de medición, iluminante, SCI, SCE, Spin, Spex), ya que de lo contrario no se garantiza la comparabilidad de los valores medidos. Lo ideal sería que ambos usuarios utilizaran instrumentos de medición idénticos de un mismo fabricante.

En algunas aplicaciones se utilizan los valores de color de los sistemas de color estandarizados o los mapas de color para realizar mediciones comparativas. Los mapas de color más conocidos son, por ejemplo, RAL, NCS, DIN o Pantone. Estos mapas de color pueden utilizarse para realizar pruebas visuales en el proceso de producción y control de calidad. La comparación visual de las cartas de colores con las tintas de impresión, los colorantes o los revestimientos de color suele estar sujeta a errores, ya que no es posible comprobarla objetivamente y en condiciones constantes. La reproducibilidad y la objetividad pueden ser proporcionadas por un colorímetro, ya que los mapas de color almacenados digitalmente pueden ser comparados con las muestras de color del cliente en condiciones definidas.

Además de los mapas de color, los espacios de color como el CIELab o el RGB se utilizan en muchas aplicaciones industriales para determinar los colores con un espectrómetro. Los espacios de color son cuerpos tridimensionales geométricamente definidos, donde cada color está definido por 3 coordenadas en dirección X, Y y Z. Especificando las coordenadas espaciales del espacio de color correspondiente, los colores pueden ser determinados con mucha precisión y las distancias de color pueden ser determinadas con precisión. Los espacios de color, a diferencia de los mapas de color, pueden representar todos los colores perceptibles. No sólo se utilizan en unas pocas industrias sino en muchos campos. Por lo tanto, son de aplicación universal, por lo que el uso de los espacios de color suele ser más comparable e independiente.

¿Se trata de superficies lisas, uniformes o sólidas? ¿Hay que determinar los colores de líquidos o de polvos finos? ¿Son granulados gruesos o pastas viscosas? Para todas estas consistencias existen espectrómetros adecuados. Cuando las muestras no son sólidas es necesario usar cubetas en las que se llenen los materiales de prueba líquidos, polvorientos o pastosos. Así, los espectrómetros pueden ser utilizados para medir y probar materiales de diferentes consistencias.

Según el tipo de uso también es bueno seleccionar un diseño adecuado desde el punto de vista ergonómico. En algunos espectrómetros la pantalla está situada en la parte superior, mientras que en otros medidores de color la lectura se hace en la parte delantera y el sistema de sensores está montado internamente en una carcasa. Existe también el espectrómetro con sensor externo. Después está el espectrómetro que incorpora una cámara que permite encontrar el punto de medición correcto cuando se posiciona el dispositivo sobre el objeto a medir. Esta función es especialmente útil para objetos pequeños y pequeñas aperturas, pues ayuda a posicionar el instrumento correctamente para medir en el punto deseado.

En caso que, por ejemplo, el usuario realice muchas mediciones en posición sentada, tiene sentido utilizar un espectrómetro con la pantalla hacia arriba. Estos dispositivos se suelen colocar en posición horizontal, lo que permite un apoyo estable sobre el objeto a medir. El espectrómetro con diseño vertical suele tener una pantalla que apunta hacia el usuario. Además, las superficies de apoyo disponibles suelen ser más pequeñas. Este diseño es más adecuado para las mediciones móviles. Muchos puntos de medición son de difícil acceso, sobre todo en las salas de producción. Estos tipo de dispositivos permiten medir directamente en puntos de difícil acceso, ya que permiten colocar el dispositivo sobre una superficie pequeña y en diferentes posiciones para realizar la medición.