Medición de color del Negro

1. El color negro y su presencia en nuestra vida diaria

El negro de humo es un material con una larga historia cuya producción data de las primeras civilizaciones de la humanidad. Los usos iniciales se remontan a la antigua China, los primeros egipcios y la India desde los días antes de Cristo. 
La demanda de negro de carbón fue impulsada particularmente por la invención de la imprenta en el siglo XV.
Hoy en día, el negro de humo se encuentra en todos los aspectos de la vida moderna. Se utiliza en tintas de impresoras, en refuerzos para caucho natural y sintético y como agente activo en plásticos eléctricamente conductores. Probablemente la aplicación más amplia y mejor conocida es el uso como pigmento en pinturas, revestimientos y plásticos para hacer un color negro intenso, ya que tiene un mayor poder colorante en comparación con el negro de hierro o los pigmentos orgánicos. Es decir, no todo el negro es igual.

2. Definición de la negrura– índices de Jetness

En general, el negro es el resultado de la ausencia de luz visible o la completa absorción de la misma. Los principales fabricantes de negro de humo promueven pigmentos de negro de humo que absorben hasta el 99,98 % de la luz.
Cuanto mayor sea el coeficiente de absorción de un medio, como un revestimiento negro, mayor será el valor de negrura alcanzado (MY). Los recubrimientos negro profundo pueden tener un tono secundario– azulado o amarronado. Un negro profundo con un reflejo azulado en el tono lleno se percibe como más intenso, más rico, más oscuro y más brillante que un negro con un reflejo amarronado. Dos muestras con la misma negrura (MY) y distinto reflejo (dM) pueden ser percibidos como distintos negros, mientras que la muestra con subtono azul se percibirá como un negro más profundo. Por esta razón, el negro con un subtono azul es a menudo preferido en las aplicaciones técnicas como en la industria automotriz. El grado de negrura dependiente del matiz se conoce como "Jetness" (Mc).

El cálculo del valor de negrura MY está basado en el observador patrón de 10°y en el valor Tri estimulo Y (Fig. 1). Tan solo determina la luminosidad de la muestra sin tener en consideración el color del reflejo o subtono. Ya que el subtono de un color negro tiene un gran impacto en el juicio visual es necesario calcular el grado de negrura MY que es dependiente del tono o matiz, (Figura 1). El valor negro Mc indica un Jetness más alto, si hay un matiz azul y el Jetness más bajo o si el tono es más marrón. La diferencia entre el valor de negro Mc y el valor de negro de MY nos indicará el matiz o reflejo de un color negro, en otras palabras, el subtono (dM) (Fig. 1). El subtono dM indica la cantidad de tono azul si da un valor positivo y la cantidad de tono marrón si da valores negativos (Fig. 2). El Blackness (MY), el Jetness (Mc) y el Undertone (dM) están especificados en normas internacionales: ISO/DIS 18314-3 and DIN 55979.
 

Imagen 1 Cálculo de los índices de blackness

Imagen 2 Subtono dM

3. El Desafío en la medición colorimétrica de los colores negros

3.1  Relación entre la señal y el ruido

Siempre ha sido un gran desafío para un espectrofotómetro conseguir resultados repetitivos y reproducibles en colores negros. Mientras que una muestra blanca refleja el casi 100% de la luz que emite el espectrofotómetro, La proporción de la luz reflejada disminuye mucho en colores oscuros porque se incrementa mucho la parte de absorción de luz de la muestra. En consecuencia, la llamada "relación señal/ruido " cambia en los colores oscuros: La señal de la medida disminuye mientras que el ruido térmico, que básicamente es causado por componentes electrónicos, se mantiene constante. Las mediciones de recubrimientos negros más profundos e innovadores con una reflexión muy baja se realizan con un valor de luminosidad de L* < 1 (Fig. 3). Esta es una tarea desafiante para un instrumento de medición y lleva el rendimiento técnico de un espectrofotómetro portátil al límite máximo.

3.2 Desarrollo de los modelos Pro 

BYK Instruments ha aceptado el desafío de desarrollar un instrumento portátil y de sobremesa que mida el negro y describa sus matices sin importar cuán oscuro sea el color. Los principales especialistas de los fabricantes de pigmentos de negro de carbón nos desafiaron a evaluar la precisión de la medición con negros más profundos como material de muestra. La base para el excelente rendimiento es el uso de LED de alta potencia como fuente de luz, el cual, gracias al control del proceso productivo de BYK, asegura una excepcional estabilidad tanto a corto como a largo plazo  y una absoluta homogeneidad en la iluminación del área de medición, Para dominar la "relación señal/ruido", los componentes electrónicos y ópticos de la más alta precisión se combinan con un modo de operación y calibración especial para la medición de colores negros.: Las lámparas LED son alimentadas con más energía que da como resultado una mayor intensidad de luz y un tiempo de iluminación más prolongado. En este llamado modo Jetness, los colores con valores bajos de negro no se pueden medir. Se le pide al usuario que vuelva a medir la muestra en el modo de medición "regular" y los llamados valores G (valores de gris) se mostrarán en lugar de los valores M. Los índices de Jetness (valores M y valores G) se definen en DIN ISO 18314-3. Por lo tanto, en negros profundos con altas capacidades de absorción de luz, el spectro2guide Pro y el color2view Pro son ambos capaces de suministrar una señal estable con la mayor precisión posible.

Imagen 3 Disminuye la Remisión, incrementa MY

4. Medición de diversos colores negros profundos

4.1 Tipos de muestra y preparación

El spectro2guide Pro fue probado en 6 muestras “Test 1 - Test 6” con valores graduados MY y dM. Las muestras son cristales pintados con negros profundos de alto brillo. Los negros profundos solo pueden medirse en muestras de alto brillo absolutamente limpias. Cualquier contaminante o irregularidad en la superficie puede tener una influencia considerable en los resultados de medición. Debido a esto la superficie de la muestra debe estar completamente libre de arañazos, huellas y polvo antes de la medición. Durante el ensayo, la muestra se limpió con agua destilada y toallitas sin pelusa para trabajos delicados antes de cada medición. Para garantizar que la muestra está perfectamente preparada, el conjunto de suministro del spectro2guide Pro se incluye una lámpara de led tipo flash. Esta lámpara se usa para asegurar la calidad de la superficie de la muestra bajo una luz directa de alta intensidad. A 15 - 45-grados de ángulo de iluminación es mucho más efectivo.

4.2  Evaluación visual

La evaluación visual ha sido efectuada en la cabina byko-spectra pro con luz día D65 en ángulo de 45 grados. La byko-spectra pro usa una brillante combinación de lámparas halógenas filtradas de tungsteno y LEDs para simular el D65 dando como resultado el mayor rendering Clase A según CIE 51.2. Gracias a esto, la “byko-spectra pro” es ideal para evaluaciones de color críticas de colores sólidos y garantiza un matching de color de acuerdo con el iluminante CIE D65.

Un observador capacitado puede clasificar las muestras por su grado de negrura. El orden se corresponde al nombre de las muestras: la muestra "Test 1" es la muestra con el valor de negrura más bajo (MY) y la muestra "Test 6" es la muestra con el valor de negrura más alto (MY), el negro más profundo. Las muestras "Prueba 5" y "Prueba 6" difícilmente pueden diferenciarse entre sí. En cuanto al subtono, las muestras "Test 5" y "Test 6" se perciben claramente azuladas (dM). La muestra "Prueba 1" parece tener un matiz amarillo (dM). Las muestras "Prueba 2" a "Prueba 4" tienden a clasificarse como de color neutro, es decir, sin un trasfondo claro (dM).
 

4.3 Condiciones y procedimiento de ensayo

Cada muestra se mide 50 veces en sucesión inmediata en el mismo punto de medición. El spectro2guide Pro está conectado directamente al software Smart-Lab Color, lo que permite una medición en línea activada a través del software para minimizar la influencia del usuario. Los datos de medición también se analizan en el software Smart-Lab Color.

4.4  Resultados 

El objetivo de cualquier espectrofotómetro es medir lo que se ve. Este objetivo se logró con éxito durante el ensayo. Los modelos Pro, spectro2guide Pro y color2view Pro, pueden clasificar las muestras "Prueba 1" a "Prueba 6" en términos de nivel de negrura y subtono según la evaluación visual. En la Figura 4, se muestran gráficamente el valor de negro medido MY y los resultados del subtono dM de todos los cristales del ensayo.

La fiabilidad de la medición se puede juzgar mejor analizando la precisión de la medición, es decir, el rendimiento de repetibilidad del espectrofotómetro. A continuación, los resultados de la muestra "Prueba 6" se presentan como un ejemplo, ya que este es el negro definitivo que se encuentra en el extremo superior de la escala de negros con MY máx. = 400. La muestra "Prueba 6" logra un valor de negro promedio de 378, lo que corresponde a una Y medida de 0,0116 en promedio. A pesar de una remisión de solo 116 partes por millón de la luz incidente, la desviación estándar obtenida de Y es solo 0,0002 (varianza ? 0,0172) para 50 mediciones. La Figura 5 muestra los resultados logrados para MY. La figura 6 muestra los resultados de Y medidos con color2view Pro.
 

Imagen 4 Valor de negrura MY y subtono dM de cristales de ensayo 1-6

Imagen 5 MY de cristal de ensayo medido 50 veces

Imagen 6 Y del cristal numero 6 medido 50 veces

5. Sumario

El desafío de medir de manera objetiva los colores negros profundos de manera repetitiva y fiable se superó con éxito en los modelos Pro de los espectrofotómetros portátiles y de sobremesa de BYK Instruments. El rendimiento técnico es sobresaliente incluso en muestras de negro profundo con un valor de negrura MY cerca de 400. Los modelos Pro abren perspectivas completamente nuevas para controlar la armonía del color de cualquier color, incluso los negros más profundos, con una precisión insuperable necesaria para un control de calidad fiable, así como una buena correlación con nuestra percepción visual.