СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОДБОРА ЦВЕТА ПРОЗРАЧНОЙ ПРОТРАВЫ ДЛЯ ДРЕВЕСИНЫ
METHOD OF AUTOMATIC COLOR CHOICE FOR TRANSPARENT WOOD STAIN

Уровень техники изобретения
Настоящее изобретение относится к подбору цвета и, более конкретно, к компьютеризированному способу подбора цвета прозрачных или полупрозрачных протрав для древесины.
Протравы обычно представляют собой полупрозрачные растворы или суспензии красящего вещества (такого, как красители, или пигменты, или и те, и другие) в связующем, предназначенные для окрашивания поверхности впитыванием, не скрывая ее и не оставляя непрерывной пленки. Краски, напротив, представляют собой непрозрачные растворы или суспензии красящего вещества в связующем, предназначенные для того, чтобы скрыть или покрыть непрозрачной пленкой поверхность. Компьютеризированные способы подбора цвета с использованием спектрофотометров традиционно используются для подбора цвета красок. Ранее компьютеризированные способы подбора цвета с использованием спектрофотометров требовали использования подобранной деревянной подложки для целей подбора цвета, как раскрыто в заявке на патент США 20040131756, опубликованной 8 июля 2004 г. Использование подобранных деревянных подложек увеличивает расходы и требует этапа выбора. В качестве альтернативы полупрозрачные протравы обычно подбираются по цвету с использованием способа проб и ошибок. При таком способе проб и ошибок колорист проверяет цвет протравного стандарта и затем делает предположение относительно пигментов в библиотеке и относительных концентраций, необходимых для обеспечения протравы подобранного цвета. Протрава затем приготавливается на основе предполагаемых пигмента и концентрации. Протрава наносится на подложку, и затем протравленная подложка сравнивается с протравным стандартом. Если визуальная проверка показывает, что протравной стандарт и протравленная подложка не соответствуют друг другу, колорист делает предположение относительно количества пигментов, требуемых для добавления в протраву, и новая протрава наносится на подложку. Эти этапы повторяются до тех пор, пока колорист не обнаружит, что имеется цветовое соответствие. Как можно понять, такой способ проб и ошибок очень трудоемок и основывается в своей эффективности на мастерстве колориста. Соответственно, в данной области техники существует необходимость в более простом, компьютеризированном способе подбора цвета полупрозрачных протрав. Настоящее изобретение направлено на такой способ.
Сущность изобретения
В соответствии с настоящим изобретением предоставляется способ для изготовления последнего покрытия бумажной подложки, в котором последнее покрытие придает бумажной подложке цвет, который соответствует цвету целевого объекта. Способ включает в себя этапы предоставления спектрофотометра, предоставления множества различных окрашивающих веществ, в которых ни одно окрашивающее вещество не является белым окрашивающим веществом или черно-белой тоновой смесью, предоставления связующего для производства прозрачной или полупрозрачной протравы для древесины и предоставления по меньшей мере одной базы данных, содержащей спектральные данные для окрашивающих веществ, при их нанесении на бумажную подложку. Измерения отражательной способности целевого объекта производятся с использованием спектрофотометра. Производятся расчеты для определения количеств по меньшей мере одной группы окрашивающих веществ, требуемых для производства прозрачной или полупрозрачной протравы для древесины из связующего, причем когда полупрозрачная протрава для древесины наносится на бумажную подложку, протравленная часть будет иметь цвет, который соответствует целевому объекту. Расчеты производятся с использованием спектральных данных окрашивающих веществ и измерений отражательной способности целевого объекта. Прозрачная или полупрозрачная протрава производится из связующего и по меньшей мере одной группы окрашивающих веществ. Часть бумажной подложки протравливается полупрозрачной протравой для древесины, и производятся измерения отражательной способности протравленной части бумажной подложки с использованием спектрофотометра. Принимается решение, находится ли цвет протравленной части внутри некоторого цветового допуска цвета целевого объекта. Решение принимается с использованием измерений отражательной способности целевого объекта и измерений отражательной способности протравленной части бумажной подложки.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Способ согласно настоящему изобретению освобождает от необходимости иметь высококвалифицированных, опытных колористов для подбора цвета протравы для древесины, поскольку подбор цвета обеспечивается программным обеспечением подбора цвета спектрофотометра, таким образом, избегая субъективности в подборе цвета. Способ чрезвычайно ускорит работу по подбору цвета, снижая вероятность сделать ошибки из-за разницы в цветовосприятии человеческим глазом. Кроме того, с помощью использования автоматической оттеночной машины для выдачи цвета приготовление протравы для древесины будет намного быстрее и точнее, чем при приготовлении протравы вручную.
Одно из преимуществ данного способа состоит в том, что подготовка цветового файла спектральных данных намного проще, чем использование деревянной подложки, так как нанесение протравы для древесины выполняется непосредственно на бумажную подложку. Нанесение протравы для древесины может быть выполнено с помощью погружения подложки в протраву или с помощью любого другого способа протравливания, такого как распыление или окрашивание. Что касается приготовления цветового файла спектральных данных, деревянные подложки никогда не используются для создания файла цветовых данных, и, таким образом, файл только одного набора цветовых данных создается для каждой группы окрашивающих веществ. Колористу не нужно беспокоиться о выборе специфического сорта дерева для подложки, таким образом, процесс подбора цвета делается более быстрым. Кроме того, в случае когда целевой объект, для которого следует осуществить подбор, имеет форму жидкого образца, могут быть использованы стандартные белые тестовые карты, и протрава соответственно наносится на бумажную карту с помощью погружения, и на такой подложке проводятся измерения отражательной способности. Это делает процесс намного более быстрым, чем при нанесении протравы на деревянную подложку.
Так, как он используется здесь, термин «протрава для древесины» означает полупрозрачный раствор или суспензию красящего вещества (такого как краситель, или пигмент, или и тот, и другой) в связующем (связующее вещество и разбавитель), созданный для окрашивания деревянной части с помощью впитывания без ее скрывания или оставления непрерывной пленки. Протравы для древесины имеют низкие содержания сухого вещества относительно краски, т.е. часто менее 20 процентов по весу сухого вещества.
Протравы для древесины могут быть на масляной основе или на водной основе. Протравы для древесины на масляной основе, как правило, содержат один или более пигмент, связующее вещество, такое как алкидная смола, содержащее абсорбент, и органические растворители, такие как уайт-спириты, лакокрасочные растворители (VMP naphtha), керосин, ксилол, толуол, или их смесь. Протравы для древесины на водной основе, напротив, имеют связующие вещества водного происхождения, такие как акриловые эмульсии и разводимые водой алкидные смолы.
Так, как он используется здесь, термин «связующее» означает связующее вещество и один или более разбавитель и, факультативно, другие ингредиенты (исключая окрашивающие вещества), используемые для образования протравы для древесины.
Так, как он используется здесь, термин «окрашивающее вещество» означает вещество, которое придает цвет другому материалу или смеси. Окрашивающие вещества могут быть как красителями, так и пигментами (органическими или неорганическими). Пигменты нерастворимы в связующем, тогда как красители растворимы в связующем. Неорганические пигменты включают в себя оксиды металлов, такие как оксиды железа, титана, цинка, кобальта и хрома. Природные пигменты могут использовать минеральные пигменты, полученные из глины. Различные формы углерода могут использоваться для черных пигментов. Органические пигменты нерастворимы в связующем, они получаются из природных или синтетических материалов и включают в себя фталоцианин, «lithos», толуидин и паранитроанилин красный. Органические пигменты могут употребляться в осажденной форме в качестве лака. Красители представляют собой органические материалы и включают в себя кислотные красители, такие как азо-, диазо- и триарилметановые красители, и основные красители, такие как анилиновые красители.
Пигментные окрашивающие вещества часто предоставляются в форме оттеночных концентратов, содержащих высококонцентрированные уровни цветного пигмента, диспергированного в связующем. Количество цветного пигмента, использованного в окрашивающем веществе, составляет обычно от примерно 5 весовых процентов до примерно 70 весовых процентов в зависимости от типа цветного пигмента.
Так, как он используется здесь, термин «хроматическое окрашивающее вещество» означает окрашивающее вещество, которое не является черным, белым или серым.
Настоящее изобретение направлено на способ подбора по цвету протрав для древесины. Более конкретно, настоящее изобретение направлено на способ производства протравы для древесины, которая, когда наносится на бумажную подложку, будет иметь такой же или в значительной степени такой же цвет, как и целевой объект, причем принимаются во внимание бесцветные отделочные слои или другие внешние покрытия на целевом объекте и/или желаемом объекте. Способ согласно настоящему изобретению может быть использован для протрав для древесины и на масляной основе, и на водной основе.
В способе используется спектрофотометр, такой как одноугловой спектрофотометр, соединенный с компьютером, таким как персональный компьютер с центральным процессором. Как будет описано более полно ниже, программное обеспечение подбора цвета включает в себя множество баз данных, содержащих спектральные данные для окрашивающих веществ, наносимых на различные деревянные подложки. Программное обеспечение подбора цвета также содержит одну или более формулу для композиции(й) протрав для древесины (например, окрашивающих веществ), описывая требуемые пропорции связующего и других добавок.
В употреблении спектрофотометр используют в соединении со световым анализатором, как раскрыто в заявке США 20040131756. Световой анализатор также принимает опорный световой сигнал от источника света, который используется для корректировки изменений в интенсивности источника света. Световой анализатор включает в себя устройство для разделения света на компоненты по длинам волн, такое как дифракционная решетка или призма, и массив детекторов для измерения интенсивностей компонент с различными длинами волн. Сигналы от массива детекторов мультиплексируют и подают в процессор данных (не показан), который выдает цифровые сигналы, которые передают в персональный компьютер.
Имеющийся в продаже одноугловой спектрофотометр, который может быть использован в настоящем изобретении, - цветной спектрофотометр ColorEye 7000, поставляемый Gretag Macbeth.
В настоящем изобретении используют сборник или библиотеку различных окрашивающих веществ. Библиотека окрашивающих веществ включает в себя черное окрашивающее вещество и множество хроматических окрашивающих веществ. Как будет описано более полно ниже, белое окрашивающее вещество используют для определения спектральных характеристик других окрашивающих веществ, но белое окрашивающее вещество не используют для изготовления дозы протравы для древесины, которая производится для того, чтобы соответствовать целевому объекту. В одном варианте осуществления настоящего изобретения библиотека окрашивающих веществ включает множество различных окрашивающих веществ, включая черное окрашивающее вещество.
Колорист вызывает из памяти формулу протравы для древесины (например, окрашивающие вещества) и вводит величину дозы протравы для древесины, которая требуется, в программное обеспечение подбора цвета. Колорист затем дает команду программному обеспечению подбора цвета обратиться к спектральным данным, сохраненным в базе данных для бумажной подложки, когда программное обеспечение подбора цвета производит расчеты подбора цвета, и описываемым ниже. Запрошенная формула протравы для древесины (например, окрашивающие вещества) вместе с окрашивающими веществами (и их количествами), рассчитанными программным обеспечением подбора цвета, совместно в дальнейшем упоминаются как формула дозы протравы для древесины.
Затем производят замеры отражательной способности целевого объекта с использованием спектрофотометра. Замеры отражательной способности целевого объекта производят в четырех различных положениях. Два замера производят в двух различных областях светлой древесины, например в областях заболони, и два замера производят в двух различных областях темной древесины, например в областях ядровой древесины. Еще раз, замеры не производят в областях сучков или других областях, содержащих дефекты. Каждый замер включает множество измерений отражательной способности, проведенных с от 10- до 20-нанометровыми интервалами по спектру видимого света. Значения измерений отражательной способности четырех замеров на каждом интервале длин волн усредняют для получения средних значений измерений отражательной способности.
Количество окрашивающих веществ, которое должно быть добавлено для придания дозе протравы для древесины цвета, попадающего внутрь значения цветового допуска, определяют на основе математических расчетов, выполненных программным обеспечением подбора цвета на компьютере.
Математическая процедура, используемая для расчета количества окрашивающих веществ, которое должно быть добавлено, хорошо известна в данной области техники. Особенно удобная процедура описана в статье Юджина Аллена (Eugene Allen) Journal of the Optical Society of America, Volume 64, Number 7, July 1974, pages 991 to 993. Процедура, основанная на способе Юджина Аллена (подобная той, что используется здесь), описана в патенте США №4887217 Шерманом (Sherman) и др. Для окрашивающих веществ, имеющих заданные концентрацию, коэффициент поглощения и коэффициент рассеяния, эта процедура обеспечивает определение количества упомянутого окрашивающего вещества, которое должно быть добавлено.
В предпочтительном применении процедуры подбора цвета Юджина Аллена математический метод сначала применяется к дозе протравы для древесины на стадии прогнозирования, чтобы определить с помощью итерационного процесса количества окрашивающих веществ, которые должны быть добавлены в дозу протравы для древесины, чтобы теоретически соответствовать целевому объекту. На стадии корректировки математический метод снова применяется в итерационном процессе для определения количества (если нужно) окрашивающего вещества, необходимого, чтобы сдвинуть цвет с цвета произведенной дозы протравы для древесины к желаемому цвету целевого объекта.
При процедуре подбора цвета согласно настоящему изобретению обычно генерируются формулы с 3-мя или 4-мя окрашивающими веществами. Если, однако, целевой объект имеет сложности для подбора цвета, такие как фиолетовый цвет, очень насыщенный темный цвет или интенсивно яркий цвет, может быть задана формула с 5-ю окрашивающими веществами. Важно, что белое окрашивающее вещество не используют при подборе цвета. Черное окрашивающее вещество может быть или может не быть использовано при подборе цвета в зависимости от цвета целевого объекта.
Программное обеспечение подбора цвета запускает вышеупомянутые уравнения для всех комбинаций из четырех окрашивающих веществ из библиотеки окрашивающих веществ, исключая белое окрашивающее вещество и также предпочтительно исключая черное окрашивающее вещество (в зависимости от цвета целевого объекта). Поэтому программное обеспечение подбора цвета выдает ряд различных составов окрашивающих веществ при отсутствии белого окрашивающего вещества (и также предпочтительно черного окрашивающего вещества) в каждом составе. Выбирают один из составов окрашивающих веществ. Этот выбор может основываться на наименьшей цене, наименьшей метамерности или других соображениях.
Используя формулу дозы протравы для древесины в компьютере, вместе с рассчитанным количеством окрашивающих веществ, требуемых для выбранного состава окрашивающих веществ, производят дозу протравы для древесины. Доза протравы для древесины наносится на бумажную подложку. Если обнаружено, что целевой объект имеет бесцветный отделочный слой, бесцветный отделочный слой наносится на бумажную подложку поверх области, протравленной дозой протравы для древесины. Предпочтительно, чтобы бумажная подложка допускала сушку.
На основе средних измерений отражательной способности на протравленной части бумажной подложки определяют, достаточно ли близок цвет протравленной части бумажной подложки к целевому объекту. Если цвет протравленной части бумажной подложки недостаточно близок к цвету целевого объекта, этапы (1)-(7) могут быть тогда повторены на стадии корректировки для повторного определения количества окрашивающих веществ, необходимых для производства второй дозы протравы для древесины, имеющей цвет, который соответствует цвету целевого объекта.
Несмотря на то что изобретение было показано и описано относительно определенных вариантов осуществления, эти варианты осуществления представлены только для иллюстративных целей, но не ограничивающих, и другие варианты и модификации описанных здесь определенных вариантов осуществления будут очевидны специалистам в данной области техники. Соответственно, изобретение не должно ограничиваться объемом и эффектами, достигнутыми посредством определенных вариантов осуществлений, описанных здесь, ни любым другим образом, который не соответствует рамкам, до которых усовершенствования в данной области техники были развиты данным изобретением.
Примерные материалы, способы и альтернативные способы
A. Материалы
Используются следующие материалы.
- По меньшей мере один набор выбранных концентрированных прозрачных или полупрозрачных протрав.
- Целевой объект, цвет которого должен быть подобран с помощью использования этого автоматизированного способа окраски дерева; целевой объект может быть предусмотрен в виде:
1. жидкой прозрачной или полупрозрачной протравы;
2. протравленной деревянной поверхности.
- Разбавитель (растворитель или вода) для приготовления множества смесей окрашивающего вещества-разбавителя с различными концентрациями, необходимых, чтобы подготовить файл спектральных цветов.
- Спектрофотометр, выполненный с возможностью измерения коэффициентов диффузного или зеркального отражения.
- Программное обеспечение подбора цвета для спектрофотометра.
- Стандартные тестовые карты (были использованы черно-белые тестовые карты 5DX производства Leneta). Любые другие типы стандартных тестовых карт или впитывающих подложек также могли бы служить для этой цели.
- Одна автоматическая выдающая оттеночная машина, через которую жидкие прозрачные или полупрозрачные окрашивающие вещества выдаются в соответствии с составом, генерируемым по измерению отражательной способности на основе файла спектральных данных. Машина имеет различные канистры, содержащие, каждая, одно концентрированное окрашивающее вещество, и систему трубок и объемных насосов, через которые окрашивающие вещества выдаются одновременно в резервуар, где готовится образец протравы.
B. Способы
Способ автоматического подбора цвета древесины предусматривает следующие этапы:
1) выбирают одну определенную группу прозрачных или полупрозрачных окрашивающих веществ, которая должна быть использована для производства образца прозрачной или полупрозрачной цветной протравы для древесины для подбора цвета целевого объекта;
2) создают единый файл спектральных данных для выбранной группы окрашивающих веществ, который является специфической для этой группы;
3) проводят измерения отражательной способности цвета целевого объекта с помощью замера одной области, которая рассматривается как важная для подбора цвета;
3
4) создают состав протравы по результату измерения отражательной способности на основе файла спектральных данных. Эта протрава предоставляется оттеночной машиной, которая выдает каждое одиночное жидкое окрашивающее вещество в соответствии с составом, данным программным обеспечением подбора цвета, с точностью 0,02 см;
5) наносят эту протраву на бумажную подложку. Способ нанесения протравы может быть осуществлен с помощью погружения, распыления или втирания;
6) измеряют разницу между полученным цветом и целевым объектом. Если эта разница находится внутри некоторого допуска, то цвет целевого объекта был успешно подобран, иначе необходимо повторить процесс с этапа 4 до этапа 6, предусматривая измерения отражательной способности на основе опции цветовой коррекции программного обеспечения подбора цвета.
В качестве примера (не ограничивающего способ и формулу изобретения) описывается набор протрав на водной основе, изготовленный Arch Sayerlack Coatings Italy. Каждая отдельная протрава может быть изготовлена из одного-единственного типа красителя или смеси различных красителей. Один и тот же способ применим к протравам на основе растворителя или любым другим типам прозрачных или полупрозрачных протрав.
В этом примере разбавителем, используемым для получения множества бинарных смесей, содержащих окрашивающее вещество-разбавитель, является водопроводная вода.
Подготовка цветового файла спектральных данных
Файл спектральных данных является индивидуальным для этого выбранного типа протрав, и его подготовка описана ниже.
Множество бинарных смесей, содержащих окрашивающее вещество-воду, было приготовлено с различными процентными содержаниями красителей окрашивающих веществ в каждой смеси. Выбранными окрашивающими веществами были: желтый-бордо-оранжевый-коричневый-желтый-красный-черный.
Для каждого окрашивающего вещества минимум 8 смесей соответствующим образом приготавливаются, как изложено ниже (каждая смесь 300 граммов):
0,2% окрашивающего вещества + 99,8% воды
0,3% окрашивающего вещества + 99,7% воды
0,5% окрашивающего вещества + 99,5% воды
0,7% окрашивающего вещества + 99,3% воды
1,0% окрашивающего вещества + 99,0% воды
2,0% окрашивающего вещества + 98,0% воды
4,0% окрашивающего вещества + 96,0% воды
6,0% окрашивающего вещества + 94,0% воды
Стандартные тестовые карты были погружены в каждую смесь на по меньшей мере 10 секунд и затем высушены при комнатной температуре в течение по меньшей мере 30 минут.
После того как протравленные тестовые карты высыхают, производятся измерения отражательной способности на каждой тестовой карте с помощью спектрофотометра (для спектрофотометра были выбраны малая область и опция многократных замеров, и окончательная отражательная способность давалась средним значением трех одновременных замеров, вызванных опцией многократных замеров); данные сохраняются в файле спектральных данных, который является индивидуальным для используемой группы окрашивающих веществ.
Подбор цвета целевого объекта
После того как файл данных был создан и сохранен, чтобы проверить калибровку спектрофотометра, производят измерения отражательной способности каждой протравленной тестовой карты, но замеряя цвет в других областях, нежели те, что использовались для калибровки, и затем предоставляя состав протравы, который должен соответствовать известным концентрациям окрашивающих веществ смесей в 5%-ном допуске ошибки.
В соответствии с типом целевого объекта соответственно используют следующие способы.
1) Целевой объект представляет собой образец жидкой, прозрачной или полупрозрачной протравы.
В этом случае стандартная тестовая карта погружается в жидкую протраву для получения протравленной поверхности, которая является целевым объектом для подбора. Предусмотрено измерение отражательной способности протравленной части для создания состава протравы по результату этого измерения отражательной способности на основе определенного файла спектральных данных. Этот состав затем наносится на новую тестовую карту; если разница между целевым объектом и новой протравленной тестовой картой (для которой цветовой состав был выдан спектрофотометром) находится в пределах определенного допуска, процесс заканчивается, в противном случае измерение отражательной способности выполняется повторно, пока разница между цветом последнего состава, выданного программным обеспечением, и целевым объектом не будет в пределах определенного допуска.
2) Целевой объект представляет собой протравленную деревянную поверхность.
В этом случае предусмотрено измерение отражательной способности протравленной части целевого объекта для создания состава протравы по результату этого измерения отражательной способности на основе определенного файла спектральных данных окрашивающего вещества. Этот состав затем применяют с помощью нанесения на бумажную карту, получая протравленную поверхность; если разница между целевым объектом и новой протравленной областью (для которой цветовой состав был выдан спектрофотометром) находится в пределах определенного допуска, процесс заканчивается, в противном случае измерение отражательной способности выполняется повторно, пока разница между цветом последнего состава, выданного программным обеспечением, и целевым объектом не будет в пределах определенного допуска.
C. Альтернативные способы
1. Выбирают одну определенную группу прозрачных или полупрозрачных окрашивающих веществ, которая должна быть использована для производства прозрачной или полупрозрачной цветной протравы для древесины для подбора цвета целевого объекта.
2. Используют стандартную белую тестовую карту в качестве подложки, куда наносятся смеси, содержащие окрашивающее вещество-разбавитель, чтобы создать файл спектральных данных для выбранной группы окрашивающих веществ.
a. Возможно использовать различные типы белой впитывающей бумаги с определенной плотностью для достижения одинакового впитывания на поверхности карты или любые другие типы впитывающих подложек. На самом деле способ не ограничен использованием стандартной белой тестовой карты. Может служить любой тип впитывающей подложки, предпочтительно если цвет бумажной подложки стандартизирован внутри определенного допуска.
b. Для каждого окрашивающего вещества было приготовлено минимум 8 смесей. Это предпочтительное число смесей, которое должно быть приготовлено, чтобы создать файл спектральных данных с высокой точностью. Может быть приготовлено большее число различных смесей, и это приводит к более высокой точности, достигая оптимальных результатов (обычно даваемых максимум 10-12 смесями).
c. Цветовой файл спектральных данных уникален для индивидуальной группы окрашивающих веществ. В случае когда целевой объект является протравленной деревянной поверхностью, этот файл вызывается колористом независимо от типа используемого дерева.
3. Проводят измерения отражательной способности краски целевого объекта.
3
4. Создают состав протравы по результату измерения отражательной способности на основе файла спектральных данных, созданного на этапе 2. Эта протрава предоставляется оттеночной машиной, которая выдает каждое одиночное жидкое окрашивающее вещество в соответствии с составом, данным программным обеспечением подбора цвета, с точностью выдаваемого количества 0,02 см.
a. Приготовление состава протравы может быть выполнено также вручную оператором, который для каждого окрашивающего вещества, указываемого программным обеспечением подбора цвета в некотором количестве, взвешивает или выдает по объему это количество для получения образца жидкой протравы, который должен быть нанесен на подходящую подложку. В этом случае время гораздо дольше и точность гораздо ниже из-за возможных человеческих ошибок в выдаче по весу или по объему.
5. Наносят эту протраву на подходящую подложку.
6. Проводят измерения отражательной способности цвета протравленной поверхности.
7. Измеряют разницу между этим цветом и целевым объектом. Если эта разница находится внутри некоторого допуска, то цвет целевого объекта был успешно подобран, в противном случае необходимо повторить процесс, предусматривая измерения отражательной способности на основе опции цветовой коррекции программного обеспечения подбора цвета.