Appearance di una superficie di Classe A Buccia d'arancia e brillantezza

1 Percezione visiva dell'aspetto di una superficie di classe A

Normalmente valutiamo una superficie mettendo a fuoco il nostro occhio sull’immagine riflessa di una sorgente luminosa, oppure sulla superficie stessa. Quando osserviamo l’immagine riflessa di una sorgente luminosa, giudichiamo la qualità di formazione dell’immagine, ossia la capacità di riflettere gli oggetti. La sorgente luminosa può apparire brillante o opaca (gloss, brillantezza). Quando si riflette un profilo l’area scura può apparire più chiara (velatura, haze) e il bordo può apparire più sfocato o più distinto (DOI).  (Fig 1) 
Quando focalizziamo i nostri occhi sulla superficie, otteniamo ulteriori informazioni sulle dimensioni e sulla forma della struttura. Vediamo queste strutture come un modulo ondulato di aree chiare e scure. Questa ondulazione è spesso indicata come buccia d'arancia o difetti di distensione/livellamento. (Fig 2)
 

Entrambe le modalità di osservazione, esaminate individualmente contribuiscono alla percezione globale dell’aspetto della superficie. 

Al fine di garantire una garanzia di qualità affidabile e pratica, è necessario definire l'aspetto con criteri oggettivi e misurabili. Un'accurata caratterizzazione dell'aspetto non solo aiuta a controllare la qualità, ma supporta anche l'ottimizzazione del processo di produzione e quindi porta a una migliore qualità del prodotto.
 
L'aspetto complessivo e la visibilità delle strutture dipendono dalle dimensioni della struttura, dalla distanza di osservazione e dalla qualità di formazione dell'immagine.
 

Immagine 1 Focus sull’immagine riflessa

Immagine 2 Focus sulla superficie

2 Ondulazione e dimensione della struttura

L’ondulazione delle vernici per automobili è nel range da circa 0,1 a 30 mm di lunghezza d’onda. Questi fenomeni sono spesso valutati visivamente e per la loro descrizione si usano termini soggettivi come grado di buccia o struttura. La buccia d’arancia può essere vista sulle superfici molto brillanti come un modulo ondulare di aree chiare e aree scure (aree in luce
e aree in ombra). A seconda della pendenza del singolo elemento della struttura, la luce viene riflessa in direzioni diverse. Solo gli elementi che riflettono la luce in direzione dei nostri occhi vengono percepiti come aree chiare (aree in luce). (Fig 3) 
 

La visibilità delle strutture dipende dalla distanza di osservazione. Maggiore è la distanza, e più piccoli appaiono gli oggetti. Le strutture con una dimensione da 10 a 30 mm possono essere viste ad una distanza di circa 3 m. Le strutture più fini, nel range da 0,1 a 1 mm, possono essere risolte solo a distanza più ravvicinata. (Fig 4)

La dimensione della struttura visibile dipende dalla distanza di osservazione. Le strutture con dimensioni inferiori alla capacità risolutiva dell’occhio umano (circa 0,1 mm), anche osservate da vicino, non risultano più distinguibili come una configurazione di chiaroscuri. Il loro effetto è la riduzione della qualità di formazione dell’immagine. Ad una distanza di 3 m, le strutture tra 1 e 3 mm non sono risolvibili facilmente come ondulazione, ma influenzano l´appearance. (Fig. 5)

Immagine 3 Percezione visive della buccia d’arancia

Immagine 4 L’appearance cambia con la distanza di osservazione

Immagine 5 Risoluzione dell’occhio umano

3 Qualità di formazione dell’immagine (IFQ)

Maggiore è il contrasto e la precisione di un oggetto riflesso, ad es. i bordi di linee bianche e nere, migliore sarà la qualità di formazione di un’immagine. Le strutture fini disturbano l’immagine riflessa, di conseguenza i bordi diventano indistinti e non sono più precisi. 

Qualità di formazione dell’immagine da vicino: Distinctness of Image (DOI) 
Il DOI viene spesso descritto anche con termini quali brillantezza, precisione o chiarezza. Il DOI è diminuito dalle strutture molto fini, vicine al limite di risoluzione dell’occhio umano (inferiori a 0,3 mm). (Fig. 6)
 

Qualità di formazione dell’immagine da lontano: Wet look
Ad una distanza di 3 m, la qualità di formazione dell’immagine è principalmente influenzata dalle strutture tra 1 e 3 mm. Questo effetto è descritto come Wet Look (effetto bagnato).
 

Immagine 6 Brillantezza – DOI

4 Misurazione oggettiva dell’ondulazione con il wave-scan

Il wave-scan simula la nostra percezione visiva. Esattamente come i nostri occhi, lo strumento scansisce otticamente il modulo ondulare di chiari e scuri. Il campione viene illuminato con un angolo di 60° con una sorgente luminosa laser puntiforme, mentre un sensore posizionato ad un angolo speculare ed opposto, misura l’intensità di luce riflessa. Lo strumento viene fatto scorrere sulla superficie del campione e misura, punto per punto, il profilo ottico della superficie lungo una distanza definita. Il wave-scan analizza le strutture in relazione alla loro dimensione. Al fine di simulare la risoluzione dell’occhio umano alle varie distanze, il segnale di misura viene suddiviso in vari range, per mezzo di funzioni di filtro matematiche (Fig. 7):

Immagine 7 Principio di misura del wave-scan

5 Misura della qualità di formazione dell’immagine

5.1 Limiti della misura del gloss

Un glossmetro misura la riflessione speculare riflessa ad un angolo opposto a quello di illuminazione. L’intensità luminosa viene misurata in un range dell’angolo di riflessione piccolo. Su superfici piane, la luce incidente è riflessa direttamente nella direzione principale e completamente misurata dal sensore. Su campioni curvi il fascio di luce riflesso viene più o meno diffuso in direzioni al di fuori del range del sensore (Fig. 8). Pertanto, i valori di gloss misurati non possono essere confrontati a quelli sulle superfici piane. Inoltre, le misure non sono molto ripetibili a causa dell’influenza della curvatura.
Inoltre, le letture del gloss dipendono dall'indice di rifrazione del materiale verniciante. La Fig. 9 mostra un sistema 1K e 2K. Visivamente, non è possibile riconoscere differenze di gloss. Tuttavia, i risultati delle misurazioni mostrano una differenza di brillantezza poiché i due sistemi vernicianti hanno indici di rifrazione diversi. Di conseguenza, la misura tradizionale del gloss non può essere utilizzata per confrontare la brillantezza di materiali diversi.
 

5.2 Misura della qualità di formazione dell'immagine con wave-scan

Strutture più piccole di 0,1 mm influenzano la nostra percezione visiva; quindi, il wave-scan utilizza una fotocamera CCD per misurare la luce diffusa causata da queste strutture fini. Un LED verde illumina la superficie a 20°. Una fotocamera digitale analizza l’immagine riflessa dell’apertura della sorgente luminosa (Fig. 10). Se non ci sono microstrutture, tutta la luce sarà rilevata dentro l’immagine dell’apertura (= max). Altrimenti verrà rilevata luce all’esterno (= scatter value). Il rapporto tra queste due componenti è espresso con un nuovo valore: “Dullness” (strutture < 0.1) La misura del dullness è indipendente dall’indice di rifrazione (Fig. 11) e dalla curvatura della superficie poiché non è una misura assoluta ma relativa.

Immagine 8 Misura del gloss su parti curve

Immagine 9 Indice di rifrazione vs. Gloss 20°

Immagine 10 Principio di misura - Dullness

Immagine 11 Indice di rifrazioneo vs. Dullness

6 Scale wave-scan

6.1 Spettro della Struttura

I valori di dullness e Wa...We formano lo spettro di una struttura. Ciò consente un’analisi dettagliata della buccia d’arancia e dei suoi fattori determinanti, siano essi il materiale o i parametri di processo.  (Fig. 12)

6.2 Scale wave-scan specifiche dei clienti

Le informazioni dettagliate dello spettro della struttura, nonché di LW e SW sono diventate la base per correlare le percezioni dell'aspetto specifiche del cliente, ottenendo una varietà di scale. Inoltre, sono stati condotti studi sulla percezione visiva e correlati con i dati di misurazione wave-scan e con i dati di misurazione obsoleti di Hunter Dorigon per correlare con il DOI come descritto in ASTM E430.

Immagine 12 Spettro della struttura dal wave-scan

7 Applicazioni tipiche per la soluzione dei problemi

7.1 Influenza della posizione durante la cottura 

In generale, le superfici orizzontali mostrano caratteristiche di livellamento e distensione migliori, cioè nei valori delle onde più lunghe (Wc ... We). Le onde più corte sono scarsamente influenzate dalla posizione in fase di cottura.  (Fig. 13)

7.2  Influenza dello spessore del film

Lo spettro della struttura può servire per ottimizzare l’aspetto di una superficie, ad es. per determinare lo spessore di film ottimale. Aumentando lo spessore della finitura trasparente, si migliora il livellamento della vernice. Nella Fig. 14 ciò è visibile nei valori di Wc e Wd che diminuiscono.

7.3 Influenza del substrato

In Fig. 15 è analizzata l’influenza del substrato. La rugosità del substrato si trasmette fino al topcoat, riducendone la brillantezza. Il campione D è un pannello lasertex con una texture specifica che evidenzia valori più bassi di SW rispetto ad una lamiera di una scocca.

Immagine 13 Influenza della posizione in fase di cottura

Immagine 14 Influenza dello spessore del film

Immagine 15 Influenza del substrato

8 wave-scan Misura su superfici ad alto e medio gloss

Il controllo dell’appearance non è più limitato solo al controllo della finitura. Il wave-scan 3 dual misura il profilo ottico delle superfici ad alto gloss usando una sorgente laser. Un LED infrarosso ad alta energia aggiuntivo permette la misura dello stesso spettro della struttura (0.1 - 30 mm) su superfici a medio gloss. La misura del dullness viene registrata con una fotocamera di ultima generazione. Essa dà informazioni sulla qualità di formazione delle immagini della superficie causata dalle strutture < 0.1mm.

Il controllo dell’intero processo di verniciatura a portata di mano
In questo modo la qualità della superficie dopo ogni fase del processo può essere valutata oggettivamente (Fig. 16). Niente più dubbi su quale strato sottostante sta influenzando l’aspetto finale. Il wave-scan 3 dual ti aiuterà ad analizzare obiettivamente i problemi di appearance e ridurre il tempo necessario per risolvere i problemi. 

Esempio: Influenza della qualità della lamiera sull’aspetto finale 
Passo 1: Controllo dell’aspetto dopo la cataforesi
La stessa cataforesi è stata applicata su acciaio grezzo e su acciaio liscio. L’influenza dell’acciaio più rugoso può essere vista in valori di Wb e Wc più alti. (Fig.17).
Passo 2: Controllo dell’aspetto dopo il primer
Il primer è stato applicato su entrambi i pannelli. La rugosità del tipo di acciaio può essere ancora rilevata nei valori di Wb e Wc più alti. Questo tipo di primer non ha potuto coprire completamente l’influenza dell’acciaio. (Fig 18).
Passo 3: Controllo dell’aspetto dopo il trasparente
L’aspetto finale mostra valori di onda corta più alti per il pannello d’acciaio più grezzo. Invece, il pannello più liscio apparirà più brillante. (Fig.19).
wave-scan 3 dual – un mezzo diagnostico per il troubleshooting e l’ottimizzazione dell’appearance
Ora è possibile stabilire le specifiche dell’appearance per ogni strato di vernice per assicurarsi che l’aspetto finale sia sempre centrato.

Immagine 16 Fasi del processo di verniciatura

Immagine 17 Controllo dell’appearance dopo la cataforesi

Immagine 18 Controllo dell’appearance dopo il primer

Immagine 19 Controllo dell’appearance dopo il topcoat

9 Sommario

L'appearance di una superficie di Classe A può essere influenzato da molti parametri diversi. Per mantenere la qualità di un prodotto liscio e brillante e uniforme tra pannelli adiacenti, il wave-scan misura oggettivamente l'ondulazione e la distinzione dell'immagine. I risultati delle misurazioni sono correlati a studi di percezione visiva che si traducono in scale specifiche per i clienti e che possono essere utilizzate per il controllo qualità per garantire un processo stabile. Al fine di ottimizzare l'aspetto e migliorare l'armonia tra la carrozzeria e le parti aggiuntive, i dati dettagliati dello spettro della struttura ti guideranno nella giusta direzione per migliorare le proprietà del processo o del materiale.