Apariencia de una superficie de clase A Piel de naranja y nitidez

1 Percepción visual de la apariencia en acabados clase A

Evaluamos una superficie, focalizando nuestro ojo sobre la imagen reflejada del iluminante o sobre la superficie propiamente dicha. Cuando focalizamos sobre la imagen reflejada del iluminante, se evalúa la calidad de la imagen formada, es decir, la capacidad que tiene la superficie en reflejar los objetos. El iluminante puede aparecer de forma brillante o mate (brillo). Cuando se refleja un contorno, el área oscura puede aparecer
más clara (velo) y si el contorno es borroso o definido (DOI). (Fig. 1)

Cuando focalizamos sobre la superficie, se obtiene información adicional de la forma y tamaño de la estructura. Se pueden observar ciertas estructuras onduladas con zonas claras y oscuras. Estas ondulaciones se denominan frecuentemente como piel de naranja o defectos de nivelación. (Fig. 2)
 

Ambas formas de observación son individualmente sopesadas y contribuyen a la percepción total de la apariencia.

Con el fin de garantizar una calidad práctica y fiable, es necesario definir la apariencia con criterios medibles de forma objetiva. La caracterización precisa de la apariencia no sólo ayuda a controlar la calidad, sino que también ayuda a optimizar el proceso de fabricación y, por lo tanto, conduce a una mejor calidad del producto.
La apariencia total y la visibilidad de las estructuras, depende del tamaño de las mismas, de la distancia de observación y de la calidad de la imagen formada o reflejada.
 

Imagen 1 Focalizar sobre la imagen reflejada

Imagen 2 Focalizar sobre la superficie

2 Ondulación y tamaño de la estructura

Las ondulaciones de las pinturas de automoción oscilan entre aprox. 0,1 hasta 30 mm de longitud de onda. Este fenómeno frecuentemente es evaluado visualmente y de forma subjetiva en términos de grado de piel o textura. Percibimos la piel de naranja en superficies altamente brillantes, como una onda de zonas claras y oscuras.
Dependiendo del grado de inclinación del elemento estructurado, la luz se refleja en diferentes direcciones. Sólo los elementos que están reflejando la luz en dirección a nuestros ojos, se perciben como zonas claras. (Fig. 3). 

La visibilidad de las estructuras depende de la distancia de observación. A mayor distancia, más pequeños parecen los objetos. Las estructuras de un tamaño entre 10 y 30 mm, pueden verse mejor a una distancia aproximada de 3 m. Las estructuras finas entre. 0,1 a 1 mm, sólo se las percibe a poca distancia. (Fig. 4)

El tamaño de la estructura depende de la distancia de observación. Las estructuras muy finas que están por debajo de la capacidad de resolución del ojo humano (aprox. 0,1 mm), no pueden ser reconocidas como zonas claras / oscuras, ni siquiera a una distancia cercana. El resultado es una reducción de la calidad de la imagen formada (IFQ). A una distancia de 3 m, las estructuras entre 1 a 3 mm, pueden ser reconocidas como una ondulación, que además influye en la apariencia. (Fig. 5)

Imagen 3 Percepción visual de piel de naranja

Imagen 4 Distancia de observación

Imagen 5 Resolución del ojo humano

3 Calidad de la imagen formada(IFQ)

Cuanto mayor sea el contraste y nitidez de un objeto reflejado, como por ejemplo, los contornos con líneas blancas y negras, mejor será la calidad de formación de la imagen. Las estructuras finas distorsionan la imagen reflejada, y, en consecuencia, los contornos se vuelven borrosos y no aparecen nítidos.
Calidad de la imagen formada a distancias cortas: Distinción de Imagen (DOI)
El DOI, puede ser descrito en términos de brillantez, profundidad o nitidez de la imagen. El DOI está influenciado por las microestructuras cercanas a la resolución del ojo humano (más pequeñas de 0,3). (Fig. 6)
Calidad de la imagen formada a largas distancias: Aspecto húmedo (Wet look)
A distancias de 3 m, la calidad de formación de imagen está influenciada por estructuras de un tamaño de 1 a 3 mm. Este efecto es conocido como aspecto húmedo (wet look) 

Imagen 6 Brilliance – DOI

4 Medición objetiva de ondulación con wave-scan

El wave-scan simula la percepción visual. Parecido a nuestros ojos, el instrumento efectúa una exploración óptica del con-traste entre zonas claras y oscuras. Un rayo láser ilumina la muestra en un ángulo de 60° y un detector mide la luz reflectada en el lado opuesto. El medidor de piel de naranja se mueve en un trayecto definido sobre la muestra y realiza punto por punto un perfil óptico de la superficie de la distancia recorrida. El wave-scan analiza las estructuras en función de su tamaño. Para simular la resolución del ojo humano a varias distancias, divide la señal de medición en varios rangos, usando algoritmos y filtros matemáticos: (Fig. 7): 

Imagen 7 Principio de medida del wave-scan

5 Medición objetiva de la calidad de formación de imagen

5.1 Limitaciones de la medición de brillo

Un brillómetro mide la reflexión especular que se refleja en el ángulo de iluminación igual pero opuesto. La intensidad de la luz se registra en un pequeño rango del ángulo de reflexión. En superficies planas, la luz incidente se refleja directamente en la dirección principal de reflexión y el detector la mide completamente. En muestras curvas, el haz de luz reflejado se dispersa más o menos en direcciones fuera del alcance del detector (Fig. 8). Por tanto, los valores de brillo medidos no se pueden comparar con los de superficies planas. Además, las mediciones no son muy repetitivas debido a la influencia de la curvatura.
Además, las lecturas de brillo dependen del índice de refracción del material de recubrimiento. La Figura 9 muestra un sistema de 1K y 2K. Visualmente no se reconocen diferencias de brillo. Sin embargo, los resultados de la medición muestran una diferencia de brillo ya que los dos sistemas de pintura tienen diferentes índices de refracción. Como consecuencia, la medición tradicional del brillo no se puede utilizar para comparar el brillo de diferentes materiales.
 

5.2 Medición objetiva de la calidad de formación de imágenes con wave-scan

Las estructuras de menos de 0,1 mm influyen en nuestra percepción visual, por lo que el wave-scan utiliza una cámara CCD para medir la luz difusa causada por estas finas estructuras. Un LED verde ilumina la superficie a 20°. Una cámara CCD analiza la imagen reflejada de la apertura de la fuente de luz (Fig. 10). Si no hay microtexturas finas, toda la luz se detectará dentro de la imagen de la apertura (= máx.). De lo contrario, se detectará luz exterior (= valor de dispersión). La relación de estos dos componentes se expresa en un nuevo valor: “Dullness” (estructura < 0,1). La medición del dullness es independiente del índice de refracción (Fig. 11) y de la curvatura de la superficie, ya que no es una medida absoluta, sino relativa

Imagen 8 Medición de brillo en superficie curvada

Imagen 9 Índice de refracción contra brillo a 20°

Imagen 10 Principio de medida - Dullness

Imagen 11 Indice de refracción contra Dullness

6 Escalas del wave-scan

6.1  Espectro de la estructura 

Los valores de Dullness y Wa hasta We forman una “estructura espectral”. Ésta permite analizar detalladamente la piel de naranja y sus factores influyentes, como el material o los parámetros de aplicación. (Fig. 12)

6.2 Escalas específicas de fabricantes

La información detallada del espectro estructural, así como LW y SW, se convirtió en la base para correlacionar las percepciones de apariencia específicas del cliente, lo que resultó en una variedad de escalas. Además, se realizaron estudios de percepción visual y se correlacionaron con datos de medición de escaneo de ondas, así como con los datos de medición obsoletos de Hunter Dorigon para correlacionarlos con el DOI como se describe en ASTM E430.

Imagen 12 Espectro structural del wave-scan

7 Aplicaciones típicas para resolución de problemas

7.1 Influencia de la posición de horneado

En general, las superficies horizontales tienen un mejor comportamiento de fluidez y nivelación que las superficies verticales debido a la influencia de la gravedad, es decir, dando como resultado valores de onda larga más bajos (Wc, Wd, We). Las ondas más cortas apenas se ven influenciadas por la posición de horneado. (Figura 13)

7.2 Influencia del espesor de film

El espectro de estructura puede ayudar a optimizar la apariencia, por ejemplo, al determinar el espesor óptimo de la película. En general, aumentar el espesor del barniz mejorará el flujo y la nivelación. En la figura 14 esto se puede ver en los valores decrecientes de Wc y Wd.

7.3 Influencia del substrato

En la figura 15 se analiza la influencia del sustrato. La rugosidad del sustrato puede telegrafiarse a través del barniz y reducir el brillo de la capa superior. La muestra D es un panel texturizado con láser con una textura específica que da como resultado valores de SW más bajos que los del panel de acero de carrocería de automóvil estándar.

Imagen 13 Influencia de la posición en el horno

Imagen 14 Influencia del espesor de film

Imagen 15 Influencia del sustrato

8 Medición con wave-scan en superficies satinadas y brillantes

El control de la apariencia ya no se limita a la inspección final de la capa final. El medidor de piel de naranja wave-scan dual escanea el perfil óptico de superficies de alto brillo utilizando una fuente de luz láser. Un LED infrarrojo adicional de alta energía permite medir el mismo espectro estructural (0,1 - 30 mm) en superficies de brillo medio. La medición del dullness se registra con la última tecnología de cámaras CCD. Proporciona información sobre las cualidades de formación de imágenes de la superficie causadas por estructuras <0,1 mm.

Cierre el círculo comprobando la calidad de cada paso del proceso
De este modo, se puede evaluar objetivamente la calidad de la superficie después de cada paso del proceso de pintura (Fig. 16). Ya no tendrá que adivinar qué capa de sustrato influye en el aspecto final. El wave-scan dual le ayudará a analizar objetivamente los problemas de apariencia y reducir el tiempo necesario para solucionar problemas.

Ejemplo: Influencia de la calidad del acero en la apariencia finalExample: 
Paso 1: Control de apariencia después de la cataforesis (E-coat)
Se aplicó el mismo sistema E-coat sobre acero liso y rugoso. La influencia del acero más rugoso se puede observar en el aumento de los valores de Wb y Wc (Fig. 17)
Paso 2: Control de apariencia después de la imprimación PrimerStep 2: 
La imprimación se aplicó en ambos paneles. La calidad rugosa del acero puede detectarse en los valores incrementados Wb y Wc. El sistema de imprimación no pudo cubrir completamente la influencia del acero (Fig. 18)
Paso 3: Control de apariencia después del barniz 
La apariencia final muestra valores de onda corta más altos en el panel de acero rugoso. Por lo tanto, el panel liso parecn dual erá más brillante. (Fig. 19).
wave-scan dual – una herramienta de diagnóstico para la solución de problemas, reajuste y optimización de la apariencia
Ahora, se pueden establecer especificaciones de apariencia para cada capa de pintura con el fin de garantizar la apariencia final, siempre dentro de los objetivos marcados. 

Imagen 16 pasos de un proceso de pintado

Imagen 17 Control de apariencia en cataforesis

Imagen 18 Control de apariencia en el primer

Imagen 19 control de apariencia en el barniz

9 Resumen

La apariencia de una superficie clase A puede verse influenciada por muchos parámetros diferentes. Para mantener la calidad del liso, suave y brillante con uniformidad entre zonas de matching, el wave-scan mide objetivamente la piel de naranja y la nitidez de la imagen. Los resultados de las mediciones se correlacionan con estudios de percepción visual que dan como resultado escalas específicas de cliente que pueden usarse para el control de calidad y para garantizar un proceso estable. Para optimizar la apariencia y mejorar la armonía entre la carrocería y las piezas plásticas, los datos del espectro estructural lo guiarán en la dirección correcta para mejorar las propiedades del proceso o del material.