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、測量設(shè)備、評判標準、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； 評判標準

0　引言
隨著汽車檔次的逐漸提高，保險杠、門把手、后視鏡與整車油漆之間的顏色要求越來越嚴格。汽車外觀顏色的和諧統(tǒng)一，已成為顧客最基本的要求。為實現(xiàn)各個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)值還是目測對比都應(yīng)基本一致。普遍采用色差儀進行色差數(shù)據(jù)測量，并依據(jù)制定的標準來判定色差是否在標準規(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，大腦對這種信息進行辨認，產(chǎn)生一種生理感覺，就是通常所稱的“顏色”，它主要有3個重要特性：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430 ~ 450 nm；紫400 ~ 430 nm。明度，又稱明暗度，它是人眼對物體反射光強度的感覺，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，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個顏色的色調(diào)、明度和彩度完全相同，這2個顏色就完全相同。


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CIE標準色度系統(tǒng)。它按照色度學(xué)規(guī)定和測色方法定量度量顏色。CIE標準色度系統(tǒng)是一種混色系統(tǒng)，是基于每一種顏色都能用3個選定的原色（紅綠藍三原色）按適當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/藍值。圖4 ~ 5是一個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。


CIELab 色差公式以標準為中心,分別測量L、a、b值的偏差，找出色差產(chǎn)生的原因。
ΔL=L（實測）-L（標準板）：表示明度差異。ΔL偏差為正時，實測明暗度偏淺；ΔL偏差為負時，實測明暗度偏深。
Δa=a（實測）-b（標準板）：表示紅綠差異。Δa偏差為正時，實測偏紅；Δa偏差為負時，實測偏綠。
Δb=b（實測）-b（標準板）：表示黃藍差異。Δb偏差為正時，實測偏黃；Δb偏差為負時，實測偏藍。
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)、黃藍色調(diào)3個數(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以標準為中心，分別測量L、a、b、C、H的偏差，找出色差產(chǎn)生的原因。
ΔL=L（實測）-L（標準）：表示明度差異。ΔL偏差為正時，實測明暗度偏淺；ΔL偏差為負，實測明暗度偏深。
ΔC=C（實測）-C（標準）：表示飽和度差異。ΔC偏差為正，實測偏鮮；ΔC偏差為負，實測偏土。
ΔH=[（ΔEab）2-（ΔL）2-（ΔC）2]1/2 表示色調(diào)差異。ΔH偏差為正，實測偏逆時針方向色調(diào)；ΔH偏差為負，偏順時針方向色調(diào)。
從CIELCH色差公式看出，其度量由明度、彩度、色調(diào)3個數(shù)值決定，式中包含明度、彩度、色調(diào)3個因素。當該顏色的彩度C ＞ 10或L在27左右，C ＞ 18時，我們認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，任一點的容差大小是相同的。由于人眼對各種顏色的敏感度不完全相同，有時并不能完全反映真實的視覺效果。為把人眼對顏色的感受特點考慮進去，德國大眾在大量試驗和實踐的基礎(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)一的標準，各汽車制造廠家根據(jù)自身的經(jīng)驗進行控制。
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個專業(yè)人士的視覺判斷試驗來決定顏色配對是否可被接受，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兩個常數(shù)。若設(shè)定為L ∶ C=2 ∶ 1，則其ΔEcmc的誤差范圍會較L ∶ C=1.4 ∶ 1.0寬松。
由于考慮了人眼對顏色的感受，人眼對不同的顏色有不同的敏感程度，而在此評價體系中不同的顏色有不同的容差系數(shù)，因此該評價方式更為精確，如圖7所示。它是用橢圓作為視覺對色差的范圍，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)認為CMC對色差的表示方法比其他表示方法更精確。

人眼評色與各容差方法的接近程度，目前一般認為：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，它的顏色會有差異），為了統(tǒng)一測量標準，CIE規(guī)定了標準光源。
Δ65光源：它是以日光燈為代表的CIE標準光源，以日光的真實測量光譜為依據(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標準光源，以黃、橙色的真實測量光譜為依據(jù)，色溫為2 856 K。
F光源：它是以螢光燈為代表的CIE標準光源。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色儀
以某汽車公司使用的愛色麗測色儀（型號：MA86）說明。
1）測量照射光源：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個角度，見圖8。

其測色原理為：Δ65日光光源，通過單色器照射在被測樣本上，反射光通過光電管，將光信號換成電信號，通過放大器將電信號放大，并經(jīng)過電流計測量其電流強度，從而實現(xiàn)對被測樣本反射光即顏色絕對值的測量，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，顆粒細小，各角度反射光均勻，故本色漆色差只計算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，金屬漆色差計算15°、25°、45°、75°、110°等5個角度反射光，見圖11。

在實際使用中，由于測量車身色差的數(shù)據(jù)較多，計算比較繁瑣，為了測量及計算方便，很多汽車廠家金屬漆色差只測量及計算25°、45°、75° 3個角度反射光數(shù)值。
4）測色儀的使用
測色儀中通常裝有色差軟件系統(tǒng)，先將標準色板測量值存入測色儀中的內(nèi)存儲器中，測量色差時，測色儀應(yīng)用上述色差計算原理，自動將被測件各個角度數(shù)據(jù)與內(nèi)存儲器中的標準色板數(shù)據(jù)進行比較，并計算出顏色相對偏差，評價分析。
測色儀的使用不僅為汽車生產(chǎn)廠家及外協(xié)配套廠家評價色差提供準確數(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　色差評價標準
色差評價在行業(yè)內(nèi)有一個通用標準，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通用標準的基礎(chǔ)上制定自己的企業(yè)標準。一般所制定的企業(yè)標準要比通用標準內(nèi)容更具體更實用。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)標準。
表2中，ΔE1是指車身與油漆零部件之間的色差控制范圍，供整車色差評價；ΔE2及ΔL、Δa、Δb指車身或油漆零部件與標準色板之間的色差控制范圍，供涂裝單位作為色差評價。
這里的評價主要是目視和儀器測量2種方式，所以，只對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)標準顏色樣板制備相應(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準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　油漆材料遮蓋力對車身色差的影響
油漆遮蓋力低，就要適當增加噴涂膜厚，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：膜厚達到遮蓋力膜厚，即12 ~ 15 μm時，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。
6.3　施工參數(shù)對車身色差的影響
在采用靜電噴涂法涂裝時，通常采用高轉(zhuǎn)速杯式自動靜電噴涂機（ESTA）和自動空氣噴涂機（spraymate）相配合進行。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 的噴涂膜厚比對色差值有影響。
某汽車生產(chǎn)廠家噴涂金屬漆紳雅灰時，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，對色差值也有一定影響，但不明顯。
6.4　循環(huán)輸漆系統(tǒng)對車身色差影響
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|標準≤1.3；|Δa|標準≤0.5；|Δb|標準≤0.5；ΔE標準≤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》，確定各個部門的職責。
涂裝車間的職責是：1）負責油漆車身顏色穩(wěn)定性
控制；2）負責同批次油漆車身間色差的控制；3）負責色差日常測量工作，掌握顏色的變化趨勢，并負責車間內(nèi)部油漆車身色差的判斷，追溯及隔離；4）負責不同批次件色板的審批及發(fā)放；5）嚴格執(zhí)行油漆材料先進先出
原則，避免材料超過有效期發(fā)生色差。
油漆供應(yīng)商的職責是：1）負責不同批次油漆色差控制；2）負責根據(jù)車身顏色對塑料件顏色進行及時必要的調(diào)整；3）負責配合車間對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施工參數(shù)進行日常維護及管理，主要有：1）如對噴漆室溫度、濕度進行實時監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)問題及時調(diào)整；2）對自動噴涂機的整形空氣、流量、旋杯轉(zhuǎn)速、電壓進行實時監(jiān)控、有色差問題及時調(diào)整；3）嚴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，每日點檢一次，發(fā)現(xiàn)壓力異常及時調(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。如連休時應(yīng)將涂料液位降至最低，生產(chǎn)前測定涂料各項指標合格后才能生產(chǎn)；定期檢查輸漆系統(tǒng)的運行狀態(tài)等。
8　結(jié)語
色差問題是個非常復(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)注的熱點課題，還需要我們在以后的生產(chǎn)過程中，不斷探索和分析，積累經(jīng)驗，形成完整的色差控制理論。

（詳情見《現(xiàn)代涂料與涂裝》2016-7）


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