汽車涂裝中的色差

張光銀1， 吳 瓊2
（1.北汽（鎮(zhèn)江）汽車有限公司， 江蘇 鎮(zhèn)江 212121；2.奇瑞汽車股份有限公司，安徽 蕪湖 241009）

摘要： 主要闡述了色差的基礎(chǔ)知識(shí)、測(cè)量設(shè)備、評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)、影響因素及車身油漆色差的控制方法。本文從材料、施工參數(shù)、輸漆系統(tǒng)的角度分析了影響色差的因素，找出最佳的施工組合，更好地控制色差。
關(guān)鍵詞： 色差； 影響因素； 色差控制； 評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

0　引言
隨著汽車檔次的逐漸提高，保險(xiǎn)杠、門把手、后視鏡與整車油漆之間的顏色要求越來越嚴(yán)格。汽車外觀顏色的和諧統(tǒng)一，已成為顧客最基本的要求。為實(shí)現(xiàn)各個(gè)塑料件與車身之間的顏色一致，汽車制造商和油漆供應(yīng)商已把如何控制色差作為共同的課題。
色差的控制與油漆材料、涂裝工藝、調(diào)漆及施工方法、工藝設(shè)備等都有一定的聯(lián)系。目前大多數(shù)汽車廠基本上采用儀器測(cè)量與目視相結(jié)合的方法來控制色差。要求油漆車身與塑料外飾件之間無論是色差數(shù)據(jù)值還是目測(cè)對(duì)比都應(yīng)基本一致。普遍采用色差儀進(jìn)行色差數(shù)據(jù)測(cè)量，并依據(jù)制定的標(biāo)準(zhǔn)來判定色差是否在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍之內(nèi)。
生產(chǎn)過程中色差的控制與油漆材料、涂裝工藝、調(diào)漆及施工方法、工藝設(shè)備等都有一定的關(guān)系。本文從以下幾方面探討汽車涂裝中的色差控制。
1　顏色基本理論
光線投射在視網(wǎng)膜上后，形成某種信息，大腦對(duì)這種信息進(jìn)行辨認(rèn)，產(chǎn)生一種生理感覺，就是通常所稱的“顏色”，它主要有3個(gè)重要特性：色調(diào)、明度和彩度。色調(diào)，又稱色相，它取決于光源的光譜組成以及物體表面對(duì)各種波長可見光的反射比例，是表示物體的顏色在“質(zhì)”的方面的特性。如：紅630 ~ 760 nm；橙600 ~ 630 nm；黃570 ~ 600 nm；綠500 ~ 570 nm；青450 ~500 nm；藍(lán)430 ~ 450 nm；紫400 ~ 430 nm。明度，又稱明暗度，它是人眼對(duì)物體反射光強(qiáng)度的感覺，是表示物體顏色在“量”方面的特性。明度與光源亮度有對(duì)應(yīng)關(guān)系，光源亮度愈高，則觀察到的顏色明度也愈高。彩度，又稱飽和度，它表示顏色是否飽和純潔的一種特性。物體反射出的光線的單色性越強(qiáng)，物體顏色的彩度值越高。摻入白光成分愈多，就愈不飽和。白色、灰色和黑色等無彩顏色的飽和度最低。色調(diào)、明度、彩度示意見圖1 ~ 3。如果2個(gè)顏色的色調(diào)、明度和彩度完全相同，這2個(gè)顏色就完全相同。


2　涂料顏色色差的度量
涂料顏色的定量度量一般采用國際照明委員會(huì)CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)。它按照色度學(xué)規(guī)定和測(cè)色方法定量度量顏色。CIE標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)是一種混色系統(tǒng)，是基于每一種顏色都能用3個(gè)選定的原色（紅綠藍(lán)三原色）按適當(dāng)比例混合而成的原理建立起來的，有3種度量方式。
2.1　CIELab 色差度量方式
CIELab 色差度量方式是指涂料顏色采用L、a、b值定量度量。L表示明度值；a表示紅/綠值；b表示黃/藍(lán)值。圖4 ~ 5是一個(gè)CIELab 三維顏色空間，在此空間可以看到所有顏色的位置及（L、a、b）坐標(biāo)。


CIELab 色差公式以標(biāo)準(zhǔn)為中心,分別測(cè)量L、a、b值的偏差，找出色差產(chǎn)生的原因。
ΔL=L（實(shí)測(cè)）-L（標(biāo)準(zhǔn)板）：表示明度差異。ΔL偏差為正時(shí)，實(shí)測(cè)明暗度偏淺；ΔL偏差為負(fù)時(shí)，實(shí)測(cè)明暗度偏深。
Δa=a（實(shí)測(cè)）-b（標(biāo)準(zhǔn)板）：表示紅綠差異。Δa偏差為正時(shí)，實(shí)測(cè)偏紅；Δa偏差為負(fù)時(shí)，實(shí)測(cè)偏綠。
Δb=b（實(shí)測(cè)）-b（標(biāo)準(zhǔn)板）：表示黃藍(lán)差異。Δb偏差為正時(shí)，實(shí)測(cè)偏黃；Δb偏差為負(fù)時(shí)，實(shí)測(cè)偏藍(lán)。
CIELab 色差公式：ΔE=[（ΔL）2+（Δa）2+（Δb）2]1/2，Δ表示差值，ΔE為總色差值。
從CIELab 色差公式看出，其度量方式由明度、紅綠色調(diào)、黃藍(lán)色調(diào)3個(gè)數(shù)值決定。
2.2　CIELCH色差度量方式
CIELCH色差度量方式是指涂料顏色采用L、C、H值定量度量。L （Lightness）表示明度值；C（Chroma）表示彩度值；H （Hue）表示色調(diào)值。明度值與CIELab 度量方式相同。C、H與a、b值的關(guān)系是：C=（a2+b2）1/2；H=arctan（b/a）。見圖6。


CIELCH以標(biāo)準(zhǔn)為中心，分別測(cè)量L、a、b、C、H的偏差，找出色差產(chǎn)生的原因。
ΔL=L（實(shí)測(cè)）-L（標(biāo)準(zhǔn)）：表示明度差異。ΔL偏差為正時(shí)，實(shí)測(cè)明暗度偏淺；ΔL偏差為負(fù)，實(shí)測(cè)明暗度偏深。
ΔC=C（實(shí)測(cè)）-C（標(biāo)準(zhǔn)）：表示飽和度差異。ΔC偏差為正，實(shí)測(cè)偏鮮；ΔC偏差為負(fù)，實(shí)測(cè)偏土。
ΔH=[（ΔEab）2-（ΔL）2-（ΔC）2]1/2 表示色調(diào)差異。ΔH偏差為正，實(shí)測(cè)偏逆時(shí)針方向色調(diào)；ΔH偏差為負(fù)，偏順時(shí)針方向色調(diào)。
從CIELCH色差公式看出，其度量由明度、彩度、色調(diào)3個(gè)數(shù)值決定，式中包含明度、彩度、色調(diào)3個(gè)因素。當(dāng)該顏色的彩度C ＞ 10或L在27左右，C ＞ 18時(shí)，我們認(rèn)為該顏色是鮮艷顏色，一般采用CIELCH 色差公式。
2.3　CMC色差度量方式
在Lab、LCH體系中，任一點(diǎn)的容差大小是相同的。由于人眼對(duì)各種顏色的敏感度不完全相同，有時(shí)并不能完全反映真實(shí)的視覺效果。為把人眼對(duì)顏色的感受特點(diǎn)考慮進(jìn)去，德國大眾在大量試驗(yàn)和實(shí)踐的基礎(chǔ)上，采用了CMC色差度量方式。公式如下：
ΔEcmc=[（ΔL/SL）2+（Δa/Sa）2+(Δb/Sb)2]1/2 ⑴
ΔEcmc=[（ΔL/SL）2+（ΔC/SC）2+（ΔH/SH）2]1/2 ⑵
式⑴是基于Lab的CMC公式，其中SL、Sa、Sb表示ΔL、Δa、Δb的修正系數(shù)；式⑵是基于LCH的cmc公式，SL 、SC、SH表示ΔL、ΔC、ΔH的修正系數(shù)。目前全世界車身油漆色差的修正系數(shù)無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各汽車制造廠家根據(jù)自身的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行控制。
上述公式是在CMC（L ∶ C）色差公式的基礎(chǔ)上演變而來的，但和CMC（L ∶ C）色差公式并不完全相同，CMC（L ∶ C）色差公式是McDonald用8個(gè)專業(yè)人士的視覺判斷試驗(yàn)來決定顏色配對(duì)是否可被接受，后來據(jù)此結(jié)果再演譯成上述公式，并被命名為CMC（L ∶ C）（Colour Measurement Committee of the Society of Dyers and Colourists），主要是針對(duì)明度和彩度做了權(quán)重的估算。
使用ΔEcmc公式，先根據(jù)產(chǎn)品的種類，設(shè)定公式內(nèi)的L和C兩個(gè)常數(shù)。若設(shè)定為L ∶ C=2 ∶ 1，則其ΔEcmc的誤差范圍會(huì)較L ∶ C=1.4 ∶ 1.0寬松。
由于考慮了人眼對(duì)顏色的感受，人眼對(duì)不同的顏色有不同的敏感程度，而在此評(píng)價(jià)體系中不同的顏色有不同的容差系數(shù)，因此該評(píng)價(jià)方式更為精確，如圖7所示。它是用橢圓作為視覺對(duì)色差的范圍，根據(jù)其在顏色空間中大小不同的型狀，得出較人眼接近的結(jié)果，因而許多工業(yè)認(rèn)為CMC對(duì)色差的表示方法比其他表示方法更精確。

人眼評(píng)色與各容差方法的接近程度，目前一般認(rèn)為：CIELab為 75% ； CIELCH為 85%； CMC（2∶1）為 95%。
3　色差度量中使用的光源
由于存在同色異譜現(xiàn)象（物體處在不同光源的照明下，它的顏色會(huì)有差異），為了統(tǒng)一測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，CIE規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)光源。
Δ65光源：它是以日光燈為代表的CIE標(biāo)準(zhǔn)光源，以日光的真實(shí)測(cè)量光譜為依據(jù)，色溫為6 504 K。它是一種常用的色差度量照明體。
A光源：它是以白熾燈為代表的CIE標(biāo)準(zhǔn)光源，以黃、橙色的真實(shí)測(cè)量光譜為依據(jù)，色溫為2 856 K。
F光源：它是以螢光燈為代表的CIE標(biāo)準(zhǔn)光源。F2代表冷白螢光燈，色溫4 200 K；F7代表寬頻日光螢光燈，色溫6 500 K；F11代表窄頻白螢光燈，色溫4 200 K。
4　用于定量度量色差的測(cè)色儀
以某汽車公司使用的愛色麗測(cè)色儀（型號(hào)：MA86）說明。
1）測(cè)量照射光源：Δ65日光光源（即北半球日光，色溫為6 500 K）
2）色側(cè)儀觀察角度：15°、25°、45°、75°、110°共5個(gè)角度，見圖8。

其測(cè)色原理為：Δ65日光光源，通過單色器照射在被測(cè)樣本上，反射光通過光電管，將光信號(hào)換成電信號(hào)，通過放大器將電信號(hào)放大，并經(jīng)過電流計(jì)測(cè)量其電流強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)樣本反射光即顏色絕對(duì)值的測(cè)量，見圖9。

3）儀器校正
MA68色差儀出廠配備2塊校正板，白板（100％反射光），黑板（0反射光），每套儀器的白板及黑板為該儀器配套專用，每天使用前校正1次。
本色漆：本色漆中的顏料排列均勻致密，顆粒細(xì)小，各角度反射光均勻，故本色漆色差只計(jì)算45°反射光。見圖10。

金屬漆（包括珠光漆）：金屬漆顏料中含有鋁粉、珠光粉等金屬粉，金屬粉要比本色漆中的顏料顆粒大很多，且在油漆樹脂中具有定向性排列。金屬漆中鋁粉、珠光粉的含量及其顆粒大小對(duì)色差有較大影響，金屬鋁粉的排列定向性，使各角度反射光值差異較大。所以，金屬漆色差計(jì)算15°、25°、45°、75°、110°等5個(gè)角度反射光，見圖11。

在實(shí)際使用中，由于測(cè)量車身色差的數(shù)據(jù)較多，計(jì)算比較繁瑣，為了測(cè)量及計(jì)算方便，很多汽車廠家金屬漆色差只測(cè)量及計(jì)算25°、45°、75° 3個(gè)角度反射光數(shù)值。
4）測(cè)色儀的使用
測(cè)色儀中通常裝有色差軟件系統(tǒng)，先將標(biāo)準(zhǔn)色板測(cè)量值存入測(cè)色儀中的內(nèi)存儲(chǔ)器中，測(cè)量色差時(shí)，測(cè)色儀應(yīng)用上述色差計(jì)算原理，自動(dòng)將被測(cè)件各個(gè)角度數(shù)據(jù)與內(nèi)存儲(chǔ)器中的標(biāo)準(zhǔn)色板數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，并計(jì)算出顏色相對(duì)偏差，評(píng)價(jià)分析。
測(cè)色儀的使用不僅為汽車生產(chǎn)廠家及外協(xié)配套廠家評(píng)價(jià)色差提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，還為油漆材料廠家、材料批次、顏色質(zhì)量控制及調(diào)整提供依據(jù)。
5　色差評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)
色差評(píng)價(jià)在行業(yè)內(nèi)有一個(gè)通用標(biāo)準(zhǔn)，見表1。

汽車生產(chǎn)廠家通常根據(jù)自己所生產(chǎn)的汽車顏色系的情況在這個(gè)通用標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上制定自己的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。一般所制定的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要比通用標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容更具體更實(shí)用。表2是某汽車生產(chǎn)廠家制定的關(guān)于色差控制范圍的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
表2中，ΔE1是指車身與油漆零部件之間的色差控制范圍，供整車色差評(píng)價(jià)；ΔE2及ΔL、Δa、Δb指車身或油漆零部件與標(biāo)準(zhǔn)色板之間的色差控制范圍，供涂裝單位作為色差評(píng)價(jià)。
這里的評(píng)價(jià)主要是目視和儀器測(cè)量2種方式，所以，只對(duì)45°規(guī)定了色差控制范圍。
6　影響車身色差的因素
6.1　油漆材料批次對(duì)車身色差的影響
顏料主要影響色相，金屬粉的大小及含量影響色差的明暗度，金屬粉越大，含量越高，則明度越高。油漆供應(yīng)商根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)顏色樣板制備相應(yīng)的油漆材料，材料自身顏色差異，特別是油漆批次之間的顏色差異，是影響車身色差的主要因素。油漆材料主要影響Δa、Δb值，在現(xiàn)場很難通過調(diào)整施工參數(shù)使其有較大的改變。
因此，只有控制油漆材料每批次色差不超出標(biāo)準(zhǔn)色板的允許偏差范圍，才能保證車身及外協(xié)件的色差穩(wěn)定，不產(chǎn)生較大顏色偏差。
6.2　油漆材料遮蓋力對(duì)車身色差的影響
油漆遮蓋力低，就要適當(dāng)增加噴涂膜厚，否則油漆不能完全遮蓋底材，漆膜外觀將產(chǎn)生發(fā)花、色差等弊病。以某汽車生產(chǎn)廠家噴涂紳雅灰金屬漆為例說明遮蓋力與膜厚的關(guān)系，見圖12。
紳雅灰是該廠家的一種新顏色，其遮蓋力膜厚是：BC1 8 ~ 10 μm、BC2 4 ~ 5 μm、BC總膜厚12 ~ 15 μm。從圖12可看出：膜厚達(dá)到遮蓋力膜厚，即12 ~ 15 μm時(shí)，色差ΔE值在0 ~ 1.4范圍之內(nèi)，越靠近綠色線，色差ΔE值越小，色差越穩(wěn)定，不再有較大波動(dòng)。
6.3　施工參數(shù)對(duì)車身色差的影響
在采用靜電噴涂法涂裝時(shí)，通常采用高轉(zhuǎn)速杯式自動(dòng)靜電噴涂機(jī)（ESTA）和自動(dòng)空氣噴涂機(jī)（spraymate）相配合進(jìn)行。膜厚分配，ESTA 噴涂膜厚為金屬底色漆總膜厚的60% ~ 70 %，Spraymate噴涂的膜厚為金屬底色漆總膜厚的30% ~ 40％，每種金屬閃光色底色漆的噴涂膜厚比例都不同，需在實(shí)踐中找出最佳配比。底色漆的膜厚和ESTA 與Spraymate 的噴涂膜厚比對(duì)色差值有影響。
某汽車生產(chǎn)廠家噴涂金屬漆紳雅灰時(shí)，色漆站采用ESTA BC1（靜電旋杯）+AIR BC2（空氣旋杯）相結(jié)合的噴涂方式。BC1采用靜電噴涂，BC2采用空氣噴涂（如BC2采用靜電噴涂，則影響金屬漆中的鋁粉排列，L值較小，顏色看起來比較暗）。
在實(shí)際生產(chǎn)過程中，可通過調(diào)整施工參數(shù)優(yōu)化色差值，一定范圍內(nèi)解決色差問題。如提高ESTA BC1槍站油漆的流量就可提高色漆的L值，外觀看起來較亮，但油漆浪費(fèi)較多。提高ESTA BC2槍站的油漆流量，油漆霧化程度變粗，降低了色漆的L值，外觀看起來明度較低。其他參數(shù)對(duì)色差的影響見表3。
另外，還有其他油漆施工參數(shù)如黏度、助劑等，對(duì)色差值也有一定影響，但不明顯。
6.4　循環(huán)輸漆系統(tǒng)對(duì)車身色差影響
油漆輸漆系統(tǒng)中的流速：色漆在輸漆系統(tǒng)中的流速對(duì)顏色有較大影響，特別是某些高鋁粉含量的色漆。如果流速過低，鋁粉易沉降，從而在短期內(nèi)對(duì)顏色有較大影響。正常情況下，油漆在供漆管路中流速為0.3 ~ 0.5 m/s。
輸漆系統(tǒng)的清潔狀態(tài)：隨著顏色品種的日益增加，輸漆系統(tǒng)有時(shí)需清洗換色。如果輸漆系統(tǒng)清洗不干凈，系統(tǒng)中如管壁或閥門內(nèi)殘留的油漆混入新加的油漆中，對(duì)新油漆的顏色產(chǎn)生較大影響。
循環(huán)輸漆系統(tǒng)中的油漆，特別是金屬漆，由于產(chǎn)量很小，長期不使用，偶爾使用一次，對(duì)車身的色差產(chǎn)生很大影響。
如，某汽車生產(chǎn)廠家紳雅灰金屬漆，由于此顏色的車產(chǎn)量很小，此油漆在管路系統(tǒng)中循環(huán)時(shí)間過長（約45d），導(dǎo)致鋁粉破碎變形，明度降低，顏色偏深，見表4，所列表中|ΔL|標(biāo)準(zhǔn)≤1.3；|Δa|標(biāo)準(zhǔn)≤0.5；|Δb|標(biāo)準(zhǔn)≤0.5；ΔE標(biāo)準(zhǔn)≤1.5。從表4中可以看出：金屬漆紳雅灰在循環(huán)輸漆系統(tǒng)中循環(huán)時(shí)間過長，主要是由于其明度值降低導(dǎo)致顏色發(fā)生偏差。
7　車身油漆色差的控制方法
7.1　材料管理
編制《涂裝車間車身色差控制流程》，確定各個(gè)部門的職責(zé)。
涂裝車間的職責(zé)是：1）負(fù)責(zé)油漆車身顏色穩(wěn)定性
控制；2）負(fù)責(zé)同批次油漆車身間色差的控制；3）負(fù)責(zé)色差日常測(cè)量工作，掌握顏色的變化趨勢(shì)，并負(fù)責(zé)車間內(nèi)部油漆車身色差的判斷，追溯及隔離；4）負(fù)責(zé)不同批次件色板的審批及發(fā)放；5）嚴(yán)格執(zhí)行油漆材料先進(jìn)先出
原則，避免材料超過有效期發(fā)生色差。
油漆供應(yīng)商的職責(zé)是：1）負(fù)責(zé)不同批次油漆色差控制；2）負(fù)責(zé)根據(jù)車身顏色對(duì)塑料件顏色進(jìn)行及時(shí)必要的調(diào)整；3）負(fù)責(zé)配合車間對(duì)油漆車身色差控制與管理；4）控制好每批色漆的色差，避免色差不合格的油漆進(jìn)入生產(chǎn)線。
7.2　施工參數(shù)管理
油漆供應(yīng)商及車間工藝員需對(duì)施工參數(shù)進(jìn)行日常維護(hù)及管理，主要有：1）如對(duì)噴漆室溫度、濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)調(diào)整；2）對(duì)自動(dòng)噴涂機(jī)的整形空氣、流量、旋杯轉(zhuǎn)速、電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、有色差問題及時(shí)調(diào)整；3）嚴(yán)格控制烘干爐的溫度在工藝范圍之內(nèi)。
7.3　輸漆系統(tǒng)的管理
輸漆系統(tǒng)管理主要有以下幾個(gè)方面：
1）輸漆系統(tǒng)壓力管理。輸漆系統(tǒng)壓力主要包括供漆管路壓力和回漆管路壓力，每日點(diǎn)檢一次，發(fā)現(xiàn)壓力異常及時(shí)調(diào)整，避免造成重大損失。
2）油漆黏度管理。根據(jù)溫黏曲線，嚴(yán)格控制施工材料的黏度，以保證膜厚的穩(wěn)定性。
3）日常注意事項(xiàng)。如連休時(shí)應(yīng)將涂料液位降至最低，生產(chǎn)前測(cè)定涂料各項(xiàng)指標(biāo)合格后才能生產(chǎn)；定期檢查輸漆系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)等。
8　結(jié)語
色差問題是個(gè)非常復(fù)雜的問題，涉及的因素很多，因現(xiàn)場施工條件不同，處理的方式也存在差異。在眾多汽車制造商力推色彩營銷戰(zhàn)略，充分展現(xiàn)人性化特殊顏色的市場魅力的今天，色差控制顯得更為重要。如何有效地控制色差，已成為各汽車制造商關(guān)注的熱點(diǎn)課題，還需要我們?cè)谝院蟮纳a(chǎn)過程中，不斷探索和分析，積累經(jīng)驗(yàn)，形成完整的色差控制理論。

（詳情見《現(xiàn)代涂料與涂裝》2016-7）


現(xiàn)代涂料與涂裝
1995年創(chuàng)刊
國內(nèi)外公開發(fā)行
國內(nèi)涂裝行業(yè)唯一的國家級(jí)期刊
國內(nèi)涂裝報(bào)道量最大的科技期刊
面向汽車、軌道交通、工程機(jī)械、船舶、家具、3C、航空航天等各行業(yè)涂裝工程師
★精準(zhǔn)定位涂料涂裝工程師★
涂料、涂裝、設(shè)計(jì)、設(shè)備上下游共同配合，實(shí)現(xiàn)完美涂層！
公眾微信平臺(tái)

電話：0931-8496343 8493208
郵箱：a8496343@foxmail.com
投稿QQ：1056418548

閱讀 277贊
寫留言