Renk Ölçüm Cihazı

Renk ölçüm cihazı, tristimulus değerlerine göre çalışır ve insan görüşünü taklit eder. İnsan gözünde kırmızı, yeşil ve mavi olmak üzere üç temel renk üç farklı koni tipi üzerinden kaydedilir. Renk ölçüm cihazı, kırmızı, yeşil ve mavi alanlarda hemen hemen aynı spektral duyarlılığa sahip 3 renk sensörü aracılığıyla bu renk algısını taklit eder. Bu şekilde belirlenen renk değerleri renk ölçüm cihazı tarafından ekranda X, Y ve Z değerleri olarak ifade edilir. CIELab ya da RGB gibi yaygın renk alanlarına dönüştürme işlemi de çoğu renk ölçüm cihazında otomatik olarak gerçekleştirilir.

Spektrometre renk ölçüm cihazı ile aynı prensipte çalışsa da renk ölçüm cihazının hassasiyeti ve sensör sayısı önemli ölçüde farklıdır. Cihazın kalitesine göre spektrometrelerde daha fazla sayıda sensör bulunur; böylelikle, tek basamaklı bir nanometre aralığında dalga boyuna özgü bir hassasiyeti sahip olur. Bu nedenle, renk koordinatlarının haricinde spektral dağılım ve yoğunluk da belirlenebilir ve çok daha hassas bir şekilde gösterilebilir. Bunun haricinde, spektrometre, metamerizmi de tespit edebilir. Belirli bir ışık kaynağı altındaki iki farklı nesne aynı renkte görünse de farklı bir ışık kaynağı altında belirgin bir renk farkı görünür. Bunun nedeni genelde yüzeylerin farklı spektral yansıma özelliklerinin farklı pigmentlerin kullanılmasıdır.

Bu nedenle, spektrometreler, tercihen araştırma ve geliştirme alanında ve renklerin ve renk spektrumunun çok hassas bir şekilde belirlenmesi gerektiği durumlarda kullanılır. Renk ölçüm cihazı ise üretim aşamasında, malların giriş ve çıkış kontrolünde, kalite kontrolünde kullanılmak üzere renk farklılıklarının ve deltaE değerlerinin basit gösterimi ile renk karşılaştırma ölçümleri gerçekleştirmek için yeterlidir.

Ölçüm geometrisi, ölçüm cihazının yayan ışık kaynağı ile ölçülecek nesnenin yüzeyi arasındaki hizalamayı ve sensörün ölçülecek nesnenin yansıtıcı yüzeyine hizalanmasını tanımlar. Doğru ya da yanlış ölçüm geometrisi seçimi ölçüm sonuçları üzerinde önemli ölçüde etkilidir ve müşteri ve/veya üretici arasında bilgi aktarımı esnasında yorumlama hatalarına yol açabilir. Ölçüm geometrisi sonradan değiştirilemeyeceği ya da ayarlanamayacağı için satın almadan önce bir netliğin sağlanması gerekir. Bilinin ölçüm geometrileri d/8 ve 45/0’dır.

d/8 ölçüm geometrisi dağınık ışık ürettiğinden yüzey dokusunun parlaklık ve pürüzlülük açısından etkisi azalır. Bu ölçüm geometrisi ile rengin içine bakılabilir. Bu ölçüm geometrisine sahip renk ölçüm cihazları, parlaklık etkisinin ölçümü etkileyip etkilememesini sağlamak için optik parlamalara (SCI) sahiptir. Öte yandan 45/0 ölçüm geometrisi, insan algısına daha uygun olan yönlendirilmiş bir yansıma üretir. Bu nedenle, nesnenin insanlar üzerindeki görsel izleniminin ayarlanması gerektiğinde 45/0 ölçüm geometrisi tercih edilmelidir.

Hassasiyet gerekliliklerini seçerken ölçüm sonuçlarının tekrarlanabilirliğinin yanı sıra bir serideki farklı ölçüm cihazlarının karşılaştırılabilirliği de göz önünde bulundurulmalıdır. Özellikle spektrometrelerde ölçüm cihazının spektral çözünürlüğü de dikkate alınmalıdır.

Renk ölçüm cihazı satın almadan önce göz önünde bulundurulması gereken önemli noktalardan biri de mevcut referans değerleri ile ilgilidir. Özel olarak tanımlanmış renk değerlerine dayanarak proses güvenilirliği ve kalitesinin kontrol edilmesi gereken şirketin kendi ölçümleri mi söz konusu? Yoksa müşterinin ya da üreticinin gereklilikleri mi dikkate alınmalı? Müşteri gereksinimlerinin belirleyici olması halinde taraflar arasında hangi ölçüm cihazlarının kullanılacağına ilişkin bir karar verilmelidir. Ölçüm parametreleri (renk uzayı, ölçüm geometrisi, ölçüm açıklığı, ışık türü, SCI, SCE, Spin, Spex) ile ilgili bir anlaşmanın sağlanması önemlidir. Aksi takdirde, ölçüm değerlerinin karşılaştırılabilir olması mümkün değildir. İdeal olarak her iki taraf da bir üreticinin aynı ölçüm cihazını kullanır.

Pek çok karşılaştırma ölçümünde standart renk sistemindeki ya da renk kataloglarındaki renk değerleri dikkate alınır. RAL, NCS, DIN ya da Pantone bilinen renk kataloglarındandır. Bu kataloglara dayanarak üretim aşamasında ya da kalite kontrolünde görsel inceleme gerçekleştirilebilir. Renk kartelasının baskı mürekkepleri, renklendirme ya da renkli kaplamalarla görsel olarak karşılaştırılması aynı koşullar altında objektif olarak kontrol edilmesi neredeyse imkansız olduğundan hatalıdır. Renk ölçüm cihazı ile belirli koşullar altında dijital olarak kaydedilen renk katalogları müşteri renk desenleri ile eşleştirilebildiğinden tekrarlanabilirlik ve objektiflik sağlanabilir.

Renkleri belirlemek için renk kartelasına ek olarak CIELab ya da RGB renk uzayı gibi renk alanları da kullanılır. Renk uzayları, geometrik olarak tanımlanmış, her rengin X, Y ve Z yönünde 3 koordinatla belirtildiği üç boyutlu birimlerdir. Karşılık gelen renk uzayının uzamsal koordinatları belirtilerek renkler tam olarak belirlenebilir ve renk aralığı tam olarak tahmin edilebilir. Renk kataloglarının aksine renk alanları algılanabilir tüm renkleri gösterebildiğinden ve pek çok endüstride kullanıldığından ve bu nedenle evrensel olarak uygulanabilir olduğundan karşılaştırılabilirdir ve bağımsızdır. 

Farklı ışık türlerinin kullanılması renk gösterimi algısını değiştirebilir. Bu nedenle, CIE ile karşılaştırılabilirlik sağlamak için belirli spektral emisyona sahip standart aydınlatmalar oluşturulmuştur. Işık kaynağı türü, uygulamaya göre seçilmelidir. Yaygın olarak kullanılan ışık kaynağı türü D65’tir. D65, UV bileşenleri ile gün ışığını yaklaşık 6500 Kelvin renk sıcaklığında simüle eder. Standart C ışık türü de gün ışığı anlamındadır, ancak, yaklaşık 6770 Kelvin renk sıcaklığında UV bileşenleri içermez. F11 ya da TL84 ışık kaynağı türü 4000 Kelvin’de mağaza ışığı olarak da adlandırılır ve ürünler yapay ışık altında tutulduğunda uygundur. Bu tür ışık kaynaklarının yanı sıra dar ve geniş bantlı pek çok standart ışık türü de mevcuttur. 

Uygulamaya bağlı olarak ergonomik açıdan uygun bir tasarım seçilebilir. Bazı renk ölçüm cihazı modellerinde ekran üst kısımda bulunurken diğerlerinde ölçüm verileri ön kısımdan okunur ve sensör sistemi renk ölçüm cihazının gövdesine monte edilmiştir. Bunun haricinde, harici sensörü bulunan renk ölçüm cihazı modelleri de mevcuttur. Bazı renk ölçüm cihazlarında cihazın ölçülecek nesne üzerine yerleştirilmesini sağlayan dahili kameralar bulunur. Bu fonksiyon, özellikle küçük nesneler ve küçük açıklıklar söz konusu olduğunda renk ölçüm cihazının doğru bir şekilde yerleştirilmesini ve böylece ölçüm noktasının hedef alınmasını sağlar.

Pürüzsüz, düz ve katı yüzeyler ölçülebilir mi? Sıvıların mı yoksa ince tozların mı rengi belirlenmeli? Ölçülecek nesne kaba taneli mi yoksa viskoz macun halinde mi? Bütün bu uygulamalar için çözüm vardır. Yüzeyler pürüzsüz değilse, sertleşmişse genelde kısmen şeffaf küvetleri bulunan özel renk ölçüm cihazları gerekir. Bu küvetlerde farklı kıvamlardaki malzemeler ölçülebilir ve test edilebilir.

Renk uzayının farklı renkleri, renk uzayı sistemi tarafından sınıflandırılır. Renk uzayı sistemi, her rengin farklı eksenlerde koordinatlara göre sıralandığı bir koordinat sistemidir. İnsan gözünün yapısından kaynaklanan renk uzayı üç eksenle çalışır. Yaklaşık otuz adet renk uzayı sistemi mevcuttur.

CIELab, yaygın olarak kullanılan bir renk uzayı sistemidir. CIE Lab sistemi, Uluslarlarası Aydınlatma Komisyonu (CIE) tarafından 1976 yılında oluşturulan bir renk uzayıdır. CIE Lab sistemi, CIE renk sisteminden geliştirilmiştir ve 1931 yılında sunulan CIE standart kolorimetrik sistemine dayanmaktadır. Renk farklılıkları, cihazdan bağımsız renkli 3B model kullanılarak sayısal olarak belirlenir. Bu 3D model, insan gözüne en yakın olanıdır.

Ölçülen spektral eğriler üç koordinata indirgenir. Koordinat eksenleri birbirine diktir:

L * parlaklık (0 = tamamen siyahtan 100 = tamamen beyaza kadar)

a * kırmızı – yeşil ekseni ifade eder (negatif değerler yeşil; pozitif değerler kırmızıdır)

b * sarı – mavi ekseni ifade eder (negatif değerler mavi; pozitif değerler sarıdır)

Renk ölçüm cihazlarının gelişimindeki en büyük sorun, insan gözüyle algılanan renk gösterimini aynı şekilde veren ölçüm sonuçları sağlamaktır. Renk uzayının sorunu insanların renk algısı farklılığıdır. Mürekkep karışımlarında özellikle sarı alanda algı sorunu söz konusudur. Öte yandan, insan gözü daha yüksek oranda mavi ekleyerek renk karıştırmada aldanabilir. Karışım daha beyaz / parlak görünür. Bu, optik beyazlatma olgusudur. Bu sorunu ortadan kaldırmak için genelde renk ölçüm cihazları kullanılır. 

Karşılaştırma sorunu: Yarı mamul ürünler renk ölçüm cihazı A ile ölçülür ve son ürünü üreten firmaya gönderilir. Burada gelen mallar renk ölçüm cihazı B ile ölçülür. Elde edilen ölçüm sonucu renk ölçüm cihazı A ile elde edilenden farklıdır. Bu da üretim zincirinde kullanılan renk ölçüm cihazlarının aynı ölçüm sonuçlarını vermesini sağlamak için aynı türde olması, aynı laboratuvarda ayarlanıp kalibre edilmesi gerektiği anlamına gelir. Böylece, ortaya çıkabilecek sorunlar önlenebilir. Bu ideal bir çözüm olmasa da her iki taraf da daha önce renk uzayını ayarlayıp aynı renk ölçüm cihazını kullandıkları için renklilikte hassas bir şekilde tanımlanmış farklılıklar ile ilgili konuşabilir.

CIE L*C*h ya da CIELCh renk skalası, kutupsal renk uzayına sahip yaklaşık olarak eşit bir skaladır. CIELCh skalası değerleri CIELAB skala değerlerinden hesaplanır. L* değeri (parlaklık) her skalada aynıdır. CIELAB skalasının a* ve b* değerlerinden C* değeri (kroma) ve h değeri (renk tonu açısı) hesaplanır.