Medición de sombreado ‘Mottling’

1 Introducción

El sombreado, también conocido como mottling, es la variación de la luminosidad del color que son más evidentes en los acabados metálicos claros. Pueden ser causada por incompatibilidades de formulación, así como por variaciones en los parámetros de aplicación. Por ejemplo, las variaciones en el espesor de la base de color y la desorientación de la partícula pueden dar lugar a varios tamaños de sombras que dan como resultado una apariencia no uniforme.
Se llevaron a cabo experimentos psicofísicos con fabricantes de automóviles y proveedores de pintura OEM para automóviles para evaluar lo que los expertos y los no expertos perciben como defectos en la pintura. El conocimiento de estos experimentos se utilizó en el diseño de un instrumento de ensayo, cloud-runner, que mide objetivamente estas variaciones escaneando la superficie a distancias de hasta 1 m de longitud. Además, también tiene en cuenta la severidad con la que percibimos el defecto del mottling, que depende en gran medida de la luminosidad y finura del acabado de efecto. Se realizaron estudios sobre acabados metálicos con varios grados de tamaños de partícula de aluminio de diferentes colores, así como sistemas tri capa.
 

2 Evaluación visual y causas del Mottling

Los estándares automotrices internos describen la apariencia de la superficie y los requisitos de calidad para el exterior del vehículo pintado y las piezas adicionales. Los requisitos se describen en términos de atributos de apariencia e imperfecciones superficiales. El mottling es un defecto de pintura indeseable de los recubrimientos de efecto. La impresión de color total muestra áreas irregulares de variaciones de luminosidad que a menudo se describen como manchas, apariencia no uniforme. Como estas manchas claras y oscuras son bastante grandes, la gente también se refiere a ellas como sombras. Este fenómeno es especialmente notable en las zonas grandes de la carrocería. Para facilitar la evaluación del mottling algunas empresas automotrices crearon paneles de referencia con diferentes grados de sombras. En el entorno de una planta, las condiciones de iluminación no siempre son ideales para ver las sombras. No solo está la influencia de la iluminación, sino también las condiciones de visualización y la distancia de observación. Especialmente, los acabados de efecto claros pueden mostrar diferentes grados de sombras según el ángulo de visión.
El mottling puede ser causado por la formulación del recubrimiento, así como por variaciones en el proceso de aplicación. La desorientación de la partícula metálica en la película de pintura (Fig. 1) puede deberse a una formulación inestable (aditivos de reología) o variaciones en la aplicación (áreas de aplicación húmedas/secas). Las variaciones del espesor en la base de color (Fig. 2 y Fig. 3) también pueden dar lugar a varios tamaños de sombras que dan como resultado una apariencia no uniforme.
Por lo tanto, existe un gran interés en medir objetivamente el “mottling”. En las aplicaciones de I+D, los espectrofotómetros multiángulo se utilizan para medir la variación de la luminosidad mediante el “escaneo” de la superficie punto por punto, lo que requiere mucho tiempo (análisis del sistema fingerprint). La percepción del mottling depende de la distancia de visualización: las sombras grandes se pueden ver en la evaluación de lejos, mientras que las sombras pequeñas se notan más en la evaluación de cerca (Fig. 4).
 

Imagen 1 Orientation clouds: Disorientation of the metal flakes in the paint

Imagen 2 Thickness clouds

Imagen 3 Partial hiding visible at a grazing angle

Imagen 4 Visual perception of mottling dependent on viewing distance

3 3 Medición objetiva del Mottling

Para evaluar objetivamente las sombras, es necesario medir las variaciones de luminosidad en un área grande y bajo diferentes ángulos de detección (Fig. 5 y Fig. 6)
El cloud-runner escanea ópticamente la superficie y mide las variaciones de luminosidad. La muestra se ilumina con un LED de luz blanca en un ángulo de 15° medido desde la perpendicular y las variaciones de luminosidad se detectan en tres ángulos de visión para simular la evaluación visual en diferentes condiciones de observación, siendo 15°, 45° y 60° medidos desde el reflejo especular.
El medidor de mottling se hace correr por la superficie durante una distancia definida. La longitud de escaneo es variable entre 10 y 100 cm. Las variaciones de luminosidad se miden punto por punto.
La señal de medición se divide a través de funciones de filtro matemático en 6 rangos de tamaño diferentes y se calcula un valor de clasificación para cada ángulo y tamaño de mottling. Cuanto mayor sea el valor, más visible será el efecto de moteado.
Tamaño de mottling
Md    6 - 13 mm
Me    11 - 24 mm
Mf    19 - 42 mm
Mg    33 - 72 mm
Mh    57 -126 mm
Mi    100 -200 mm

Los valores medidos se muestran en un espectro de sombras, un gráfico que muestra el tamaño de las sombras en el eje X y el valor nominal en el eje Y (Fig. 7).
En este ejemplo, un acabado metalizado azul claro, la influencia del ángulo de observación es bastante significativa. Eso significa que, visualmente, las manchas de tamaño mediano a grande son más obvias en una vista frontal cuando la muestra parece más clara (15°), mientras que, en ángulos más planos, las manchas ya no son visibles. 
 

Imagen 5 Esquema óptico del medidor de sombras, cloud-runner

Imagen 6 cloud-runner de BYK-Gardner

Imagen 7 Espectro de sombras en 3 ángulos diferentes

4 Correlation to Visual Perception

Los expertos y los no expertos reconocen principalmente las manchas claras y oscuras con un tamaño promedio de entre 50 y 100 mm como manchas típicas. Por lo tanto, para la inspección visual y la medición instrumental, se recomienda un tamaño mínimo de panel de aprox. 30 x 50 cm. Esto fue confirmado por varios estudios de campo con diferentes colores y efectos realizados por fabricantes de automóviles. Los tamaños de sombras más pequeños no suelen variar en el proceso y son característicos de la pintura, es decir, están relacionados con el tamaño y la distribución de la partícula metálica y de efecto. Por lo tanto, el mejor término para describir pequeños moteados sería textura. La textura se superpone y, en consecuencia, disminuye la visibilidad de las grandes manchas. Un defecto de mottling será más evidente en un acabado metálico plateado fino que en un acabado metálico plateado más texturizado.
Para definir los límites relevantes del cliente para el mottling típico, se realizaron estudios de correlación visual. Como resultado, se desarrolló un índice de mottling que resume los tamaños de mottling más grandes en un número:
 

M = LM • (1-f • T)    with    LM = ((0.5M_f  +  max(M_g,M_h ) )) / 1.5

Los tamaños de las manchas pequeñas también se sumaron en un valor de textura T, basado en la siguiente ecuación:

T = ((M_d + 0.5M_e )) / 1.5 - 6

Como la cantidad de textura influirá en la percepción visual, se aplica un factor de ponderación f en los índices M que permitirá la comparación de diferentes colores con textura variable. A medida que la influencia de la textura disminuye para ángulos más planos, los factores de ponderación disminuyen respectivamente.

fT(15°) = 0.05

fT(45°) = 0.04

fT(60°) = 0.03

El índice de mottling M y la textura T permiten mostrar los resultados de la medición en un gráfico de mottling (fig. 8) que se puede utilizar para el control de procesos de muchos colores, así como para tareas de desarrollo de pintura. Para fines de control de calidad, se puede definir un límite rojo, amarillo y verde para los índices M.

Imagen 8 Gráfico de mottling

5 Ejemplos típicos de aplicación

5.1 Control de calidad rutinario

Como se mencionó, las sombras pueden variar debido a cambios en el proceso o cambios en la formulación. Por lo tanto, es necesario evaluar la calidad de los lanzamientos de nuevos colores, los lanzamientos de lotes y el control de calidad de la producción de vehículos. En la figura 9 se muestran los datos de medición de 100 coches, de diferentes colores y texturas. El valor límite se fijó en un índice de mottling específico M15°. De este modo, el usuario obtiene rápidamente una visión general de la estabilidad del proceso. En el siguiente paso, se puede analizar el rendimiento de cada color y línea de pintura.

5.2 Efecto de ráfagas

Un problema típico que puede ocurrir en el proceso de pintura es el llamado "efecto de ráfagas", que es un patrón de rayas claras y oscuras en función de la dirección de la aplicación de la pintura (Fig. 10).
El espectro mottling de la figura 11 muestra un ejemplo de un acabado metálico plateado. La curva de medidas dl capó muestra un aumento significativo de Mh, mientras que las medidas de la puerta no presentan sombras apreciables. (figura 12)
Para garantizar la detección de ráfagas, es necesario medir en áreas lo suficientemente grandes y utilizar una longitud de escaneo de 45 cm como mínimo. Las lecturas deben tomarse perpendiculares a la dirección de aplicación. Se recomienda realizar 10 escaneos a una distancia de 1 a 2 cm. 
 

Imagen 9 Gráfico de mottling en 100 coches

Imagen 10 Efecto de ráfagas

Imagen 11 Espectros mottling de acabado plateado metalizado con y sin efecto de ráfagas

Imagen 12 Gráfico de mottling en acabado metalizado plata con y sin efecto ráfagas

6 Sumario

Para garantizar un color y una apariencia uniformes, se necesitan herramientas de medición objetivas. La inspección visual de la calidad del acabado de la superficie depende en gran medida de las condiciones de iluminación y visualización, que no siempre son ideales en el entorno de producción. Una nueva tecnología de medición innovadora realizada en un instrumento portátil permite el control objetivo de los defectos críticos de la pintura denominados sombras. Se realizaron estudios de campo visual para establecer límites de tolerancia.