Kỹ thuật xoay mẫu là gì và tại sao cần áp dụng trong đo màu công nghiệp?

Màu pass ở phòng thí nghiệm nhưng fail ở dây chuyền sản xuất. Nhà cung cấp và khách hàng đo cùng một mẫu nhưng cho ra hai kết quả không khớp. Đây là những tình huống mà QA Manager và Color Lab Manager đối mặt thường xuyên, và chúng thường có một điểm chung: quy trình đo không nhất quán.

Kỹ thuật xoay mẫu là quy trình đo màu cùng một mẫu vật liệu theo nhiều hướng khác nhau, rồi lấy giá trị trung bình của toàn bộ kết quả. Ngành dệt may, nhựa và lớp phủ đều áp dụng phương pháp này để giảm độ biến động trong dữ liệu màu sắc, đưa sai lệch phép đo xuống dưới ngưỡng dung sai màu hoặc giá trị chênh lệch màu (ΔE) đang được áp dụng.

Rework, kéo dài chu kỳ phê duyệt, từ chối lô hàng: những hệ quả này ít khi bắt nguồn từ lỗi công thức phối. Chúng thường bắt nguồn từ dữ liệu đo không đại diện cho màu thực của vật liệu.

Tại sao bề mặt vật liệu công nghiệp lại khó đo màu chính xác?

Bề mặt vật liệu trong sản xuất công nghiệp hiếm khi đồng nhất theo mọi hướng. Nhựa đúc, vải dệt, thảm, sơn metallic: tất cả đều có tính dị hướng (anisotropic), tức là phản xạ ánh sáng khác nhau tùy vào góc quan sát.

Đặt mẫu cố định một hướng rồi đo một lần, thiết bị chỉ ghi nhận màu tại một góc chiếu cụ thể, không phải màu trung bình thực sự của toàn bộ bề mặt. Với sắc tố metallic và pearlescent, hiện tượng này khiến máy đo màu quang phổ (spectrophotometer) cho kết quả khác nhau theo từng hướng đặt mẫu. Đặc biệt nghiêm trọng với hình học đo 45°/0° đơn phẳng (45°/0° uniplanar), nơi ánh sáng chiếu và góc thu nhận cùng nằm trong một mặt phẳng cố định, không có cơ chế nào phân tán ánh sáng đa chiều.

Tình huống điển hình trong ngành dệt may: mẫu vải được đặt theo chiều dọc sợi khi đo ở phòng thí nghiệm, cho kết quả nằm trong dung sai và được phê duyệt. Cùng mẫu đó, khi đặt xoay 90° như cách kỹ thuật viên ở nhà máy thứ hai thao tác, máy đo màu quang phổ (spectrophotometer) đo ra giá trị nằm ngoài dung sai. Không phải lỗi công thức, không phải lỗi thiết bị: chỉ là hướng đặt mẫu. Và đây chính xác là loại sai lệch mà kỹ thuật xoay mẫu được thiết kế để loại bỏ.

Dữ liệu đo phản ánh đúng màu thực thì công thức phối ban đầu chính xác hơn, số lần phải điều chỉnh lại trong chu kỳ phê duyệt cũng ít đi tương ứng.

Kỹ thuật xoay mẫu hoạt động như thế nào?

Đo cùng một mẫu nhiều lần, mỗi lần ở một hướng khác nhau, rồi lấy giá trị trung bình: đó là cách kỹ thuật xoay mẫu hoạt động. Thay vì phụ thuộc vào một lần đo duy nhất, quy trình này bao quát cách vật liệu tương tác với ánh sáng theo nhiều chiều. Kết quả trung bình phản ánh diện mạo thực tế của vật liệu chính xác hơn và giảm thiểu ảnh hưởng của kết cấu bề mặt có tính định hướng (directionality).

Bốn góc xoay thường được sử dụng trong thực tế là 0°, 90°, 180° và 270°. Với nhiều hệ thống đo hai chiều (bidirectional geometry), thực hành phổ biến là đo tại 0° và 90° rồi lấy giá trị trung bình. Tiêu chuẩn tham chiếu ASTM E1345 cung cấp cơ sở thống kê toán học cụ thể nhằm xác định chính xác số lần đo tối thiểu cần thiết để triệt tiêu độ biến động của kết cấu bề mặt.

Quy trình xoay mẫu phụ thuộc vào loại thiết bị nào?

Trước khi áp dụng quy trình cụ thể, cần xác định hình học đo (geometry) của thiết bị đang sử dụng. Mỗi loại có đặc điểm chiếu sáng khác nhau, dẫn đến cách xử lý tính định hướng (directionality) bề mặt cũng khác nhau.

• Hình học đo 45°/0° đơn phẳng (45°/0° uniplanar): Là loại nhạy nhất với tính định hướng (directionality) bề mặt vì ánh sáng chiếu và góc thu nhận cùng nằm trong một mặt phẳng cố định. Với các mẫu có tính định hướng (directionality), thực hành phổ biến là thực hiện phép đo thứ hai sau khi xoay mẫu 90° để giảm ảnh hưởng của hướng bề mặt.
• Hình học đo hai chiều (bidirectional geometry): Cần hai lần đo: thông thường là đo lần đầu tại 0°, xoay mẫu 90° để đo lần hai, rồi lấy trung bình cả hai kết quả. Quy trình kiểm tra cho cấu hình này tuân theo hướng dẫn chung của ASTM E1349.
• Hình học đo chiếu vòng tròn 45°/0° (circumferential 45°/0°): Một biến thể kỹ thuật cấu trúc đặc biệt được quy định trong tiêu chuẩn ASTM E1349. Thiết bị sử dụng nhiều nguồn sáng bố trí thành vòng tròn bao quanh mẫu để chiếu đều toàn bộ bề mặt. Thiết kế chiếu sáng vòng tròn này giúp giảm đáng kể ảnh hưởng của tính định hướng, do đó trong nhiều trường hợp không cần thực hiện quy trình xoay mẫu nhiều hướng.
• Cầu tích phân d/8° (integrating sphere d/8°): Phân tán ánh sáng đều từ mọi góc và ít bị ảnh hưởng nhất bởi tính định hướng (directionality). Tuy nhiên, với bề mặt có kết cấu phức tạp (texture cao), xoay mẫu vẫn được khuyến nghị để xử lý sự không đồng đều màu sắc theo vùng.

Một số tiêu chuẩn đo màu liên quan

Câu hỏi thường gặp về kỹ thuật xoay mẫu