用於表徵塗層組合物遮蓋性的方法及其所用的設備的製作方法

2023-09-19 09:00:45

專利名稱：用於表徵塗層組合物遮蓋性的方法及其所用的設備的製作方法
專利說明用於表徵塗層組合物遮蓋性的方法及其所用的設備 發明領域 本發明涉及用於表徵塗層組合物如機動車塗料的遮蓋性的設備和方法。

背景技術：
有色塗層組合物例如汽車OEM(原始設備製造商)塗料或汽車修補漆的遮蓋性一般通過確定其遮蓋力來表徵，通常採用目測法。遮蓋力是塗層組合物不透明地覆蓋表面的能力的量度，使得下面的塗層例如底漆塗層在可見光下不可見。入射光的吸收和散射影響塗層組合物的遮蓋力。因此，例如較深色的組合物與較淺色的組合物相比吸收更強烈，因此這樣的組合物與較淺色的組合物相比具有更強的遮蓋力。
幾種用於檢測塗層組合物的遮蓋力的方法在塗層領域中是已知的。由ASTM International，West Conshohocken，Pennsylvania)提供的一種此類方法(ASTM D 6762-02a)包括以下步驟在固定於遮蓋板的遮蓋測試圖案上塗覆塗層組合物的單色調即楔形的層。塗覆層固化或乾燥成塗層後，在日光下以與該塗層垂直的角度來目測該塗層，確定該塗層上的測試圖案的位置幾乎不可見或完全不可見。上述測試圖案通常呈兩條比鄰的白色和黑色條紋的形式，並且單色調層呈梯度遞增，在測試圖案的一端最薄，在測試圖案的另一端最厚。單色調塗層通常通過從板的一端到另一端逐步增加噴霧次數來產生。通常，在板的一端透過塗層所述測試圖案是清晰可見的(非遮蓋端)，而在另一端測試圖案是不可見的(遮蓋端)。塗層組合物的遮蓋力是指遮蓋產生處的最低的塗層厚度。這將是塗層例如塗料應塗覆的塗層厚度。如果低於該量則不足以遮蓋，而高於該量則是浪費。測量塗層組合物的遮蓋力的過程目前是由技術員來完成的，技術員目測遮蓋板並且標記遮蓋圖案不再能視覺可辨的位置。然後用薄膜厚度計量器來測量該板上該位置的塗層厚度，並且記錄為該特定塗層的遮蓋薄膜厚度。由於視覺的主觀性以及用來觀測板和觀測幾何變化的光照變化，這種方法容易產生重大誤差。此外，用計量器測量的薄膜厚度對所用的技術非常敏感，因此又增加了一個重大的誤差來源。
一些現有技術參考文獻描述了用於測量兩個區域之間的色差的儀器，當該差值低於預定值時，該點的塗層厚度將代表該塗層組合物的遮蓋厚度。然而，使用相同的預定值來代表不同顏色和面漆的遮蓋不能產生最好的結果。對於因金屬薄片而具有高閃耀的面漆而言，即使色差值相對高也能夠遮蓋，而對於純色而言，例如某些白色和黃色，只有在極低的色差值下才能遮蓋。因此，使用單一的預定值不能產生準確的結果。此外，在通常製備的遮蓋板上進行顏色和薄膜厚度測量會有各種各樣的隨機誤差。遮蓋測試圖案貼紙下的氣泡、汙跡以及劃痕等會導致不正確的色度讀數。類似地，任意一點的塗層厚度測量均可能有誤差。因此，大部分已知的方法因為具有上述誤差而無效。因此，需要一種方法和遮蓋測量設備，所述設備因以下特徵而具有實用性具有適應性和糾錯能力，並能準確測定各種顏色和塗層組合物的遮蓋性，包括那些包含薄片例如金屬薄片、珠光薄片以及礦物薄片的情況。
專利公布GB 1404 636描述了用於測定塗料的遮蓋力的系統和方法。根據該專利公布，在具有黑色和白色區域的基底上施用一層塗料。用光照射該基底，並且用光電管來捕集從該基底的黑色和白色區域反射的光。通過使用光電管來測量的電勢差被認為是與黑色和白色區域的反射值的差值成比例的。假定遮蓋力為黑色和白色區域上的反射率的差值的函數。然而，該專利公布僅提及了測定塗料的遮蓋力的系統和方法。它沒有涉及遮蓋產生處的遮蓋厚度的測定。因此，仍然需要更加準確和一致地測定塗層組合物的遮蓋厚度，甚至是在溼的塗覆的基底上。
發明概述 本發明涉及表徵塗層組合物的遮蓋性的方法，所述方法包括 (i)在固定於遮蓋測試板的測試圖案上塗覆所述塗層組合物的單色調層，從而在圖案上形成單色調塗層； (ii)按順序均勻照射所述單色調塗層的目標區域P1至Pn，每個所述目標區域包括亮的部分和暗的部分。
(iii)按順序將所述目標區域P1至Pn的反射光導向感光裝置以採集 (a)所述區域P1至Pn的所述亮的部分的強度lr1至1rn，1g1至1gn以及1b1至1bn，以及 (b)所述區域P1至Pn的所述暗的部分的強度dr1至drn，dg1至dgn以及db1至dbn； (iv)按順序在分別對應於所述目標區域P1至Pn的位置處來測量所塗覆的所述單色調塗層的實測厚度X1至Xn； (v)按順序使用以下公式來計算所述目標區域P1至Pn處處的實測Y1至Yn [(1ri-dri)2+(1gi-dgi)2+(1bi-dbi)2]0.5 (1) 其中i在1至n的範圍內，並且所述實測Y1至Yn為實測ΔRGB； (vi)將遮蓋數據存儲於計算裝置中，所述遮蓋數據包括所述實測Y1至Yn以及所述塗覆的厚度X1至Xn； (vii)使用以下公式來確定實測Yth的閾值 實測Yth＝Loge(實測Ymax)，(2) 所述實測Ymax為在所述實測Y1至Yn範圍內的最大值； (viii)按順序比較所述實測Y1至Yn，以確定小於實測Yth的第一實測Yq，其中q在所述範圍1至n內； (ix)計算比率(q/n)以將所述遮蓋數據分類，其中所述遮蓋數據分類如下 (a)1類遮蓋數據，即當所述比率在0.01至小於0.25的範圍內時， (b)2類遮蓋數據，即當所述比率在0.25至小於0.35的範圍內時， (c)3類遮蓋數據，即當所述比率在0.35至小於0.50的範圍內時，或者 (d)4類遮蓋數據，即當所述比率在0.50至1.00的範圍內時； (x)選擇一個或多個適用於所述1類遮蓋數據、2類遮蓋數據、3類遮蓋數據或4類遮蓋數據的擬合方程，其中所述擬合方程限定了(y)和(x)之間的關係，所述(y)為對應於所述(x)的擬合色差，其為由所述一個或多個擬合方程生成的擬合曲線上的擬合厚度； (xi)擬合所述一個或多個所選的擬合方程以使成對的實測(X1，Y1)與成對的實測(Xn，Yn)匹配，其中所述擬合曲線在所述擬合曲線的漸近線處具有擬合基線值yb； (xii)選擇大於所述擬合基線值yb的擬合閾值yth，其中所述擬合閾值yth適用於所述1類遮蓋數據、2類遮蓋數據、3類遮蓋數據或4類遮蓋數據；以及 (xiii)在所述擬合曲線上找到對應於所述擬合閾值yth的所述塗層組合物的遮蓋厚度xh。
本發明還涉及用於表徵塗層組合物的遮蓋性的設備，所述設備包括 (i)光源，所述光源以所需的入射角和光源強度來照射遮蓋測試樣板的目標區域P1至Pn，其中每個所述目標區域均包括亮的部分和暗的部分，所述遮蓋測試樣板其上具有塗覆的所述塗層組合物的單色調塗層； (ii)固定到所述設備的基臺上的第一運動平移系統，所述第一運動平移系統包括第一活動臺和用於平移所述第一活動臺的第一機構； (iii)夾具，所述夾具固定到所述第一活動臺上，以在其上設置所述遮蓋測試樣板； (iv)固定到所述設備的所述基臺上的感光系統，所述感光系統被設置為接收所述遮蓋測試樣板的每個所述目標區域的所述亮的部分和所述暗的部分的反射光； (v)固定到所述設備的所述基臺上的第二運動平移系統，所述第二運動平移系統包括第二活動臺和用於在垂直於所述第一活動臺方向的方向上平移所述第二活動臺的第二機構； (vi)塗層厚度檢測器，所述塗層厚度檢測器固定到所述第二活動臺上，來用於測量在分別對應於所述目標區域P1至Pn的位置處的厚度X1至Xn；以及 (vii)計算裝置，所述計算裝置與所述光源、所述感光系統、所述第一和第二運動平移系統以及所述塗層厚度檢測器相連，以根據存儲在所述計算裝置中的計算機可讀程序編碼裝置來指示由所述光源、所述感光系統、所述第一和第二運動平移系統以及所述塗層厚度檢測器執行的步驟。
附圖簡述

圖1寬泛地示出了本發明的設備的一個實施方案。
圖2提供了本發明的設備的各個組件如何與計算裝置互動的示意圖。
圖3為已配有遮蓋圖案的遮蓋測試樣板的平面圖。
圖4為圖3中的遮蓋測試樣板沿圖3中橫截面4-4截取的剖面圖。
圖5為圖3中的塗覆有單色調塗層的遮蓋測試樣板的平面圖。
圖6為圖5中的塗覆後的遮蓋測試樣板沿圖5中橫截面6-6截取的剖面圖。
圖7為圖3中的遮蓋測試樣板沿圖5中橫截面7-7截取的剖面圖。
圖8為流程圖，其寬泛地示出並提供了在計算裝置中配置計算機可讀程序編碼裝置以運行本發明的設備的詳細方法。
圖9至13為ΔRGB(塗覆在遮蓋測試樣板上的遮蓋圖案中亮的部分與暗的部分之間的色差)對塗覆在測試樣板上的單色調塗層的塗層厚度的各種圖形再現。
優選實施方案詳述 如本文所定義 遮蓋測試樣板是指基底，測試圖案優選在其中央粘附，使得遮蓋樣板上的裸露表面在該測試圖案的一側或兩側暴露。基底可由任何常規基質製成，例如鋼、鋁、銅、木材、玻璃或塑性樹脂。
如圖1和2所示，用於表徵塗層組合物的遮蓋性的本發明設備1的主要組件包括其上裝有光源4的基臺2、第一運動平移系統6、感光系統8、第二運動平移系統10、塗層厚度檢測器12以及常規計算裝置14，所述計算裝置為例如由Dell Computers(Round Rock，Texas)提供的

GX620迷你塔(Minitower)電腦。如圖2所示，計算裝置14與光源4、感光系統8、第一運動平移系統6和第二運動平移系統10以及塗層厚度檢測器12是連通的。計算裝置14通常根據在計算裝置14中的計算機可讀程序編碼裝置編程，來指示由光源4、感光系統8、第一運動平移系統6和第二運動平移系統10以及塗層厚度檢測器12執行的步驟。
第一運動平移系統6優選固定到基臺2上，並且包括可被第一機構18平移的第一活動臺16，第一機構18用於在一個方向(優選在水平方向上)平移第一活動臺16。第一運動平移系統6可為任何適合的常規系統，例如由Velmax，Inc.(Rochester，New York)提供的MA2515型。
圖3示出了塗覆前的典型遮蓋測試樣板20。用於測量遮蓋性的測試樣板20可由任何合適的基質製成，例如金屬、木材、玻璃、石頭、織物、或塑料。優選金屬基質。測試樣板20可具有不同形狀，例如矩形、正方形、圓形、橢圓形、三角形、或不規則形狀。優選矩形。測試樣板20可為平坦表面、曲面、或球形表面。優選平坦表面。更優選地，測試樣板20為10.1cm×30.5cm(4＂×12＂)的平面矩形金屬板。測試樣板20通常具有測試圖案22，該圖案通常為一對條紋，該對條紋相鄰並且顏色有反差，例如暗條紋22A和亮條紋22B。暗條紋22A可為任何暗色，例如黑色、紅色、或其他暗色。優選黑色。亮條紋22B可為任何亮色，例如白色、灰色、或其他亮色。優選灰色。暗條紋22A和亮條紋22B通常成對排列，例如黑條紋鄰接白條紋，黑條紋鄰接灰條紋，或紅條紋鄰接灰條紋。測試圖案22優選地布置在測試樣板20的中央，以使裸露表面22C暴露於測試圖案22的一邊或兩邊。在ASTM D 6762-02a(ASTM International，West Conshohocken，Pennsylvania 19428)中有典型遮蓋圖案的詳細描述。
如圖5和圖6所示，以常規方式塗覆用於測試遮蓋特性的塗層組合物的單色調層，例如在測試樣板20上噴塗成測試圖案22。固化之後，塗覆在遮蓋板20上的單色調層形成單色調塗層24，其為具有顯著地逐漸增大的厚度的楔形塗層，即厚度從塗覆到遮蓋板20上的測試圖案22的一端到測試圖案22的另一端增大但絕不會減小。通常由合適的有色紙、薄膜或塗層製成的粘附到遮蓋板20表面上的測試圖案22將具有一定的厚度，這會對使用設備1進行塗層厚度測量產生不利影響。為消除此類誤差，如圖5和圖6所示，單色調塗層24還會延伸到暴露的測試樣板表面22C上的位置26，這些位置處於被測試圖案22覆蓋的遮蓋板20表面的外面和旁邊。如圖1所示，將遮蓋板20設置在固定於活動臺16的定位夾具28上，優選地使板20具有凹口。在遮蓋測量期間，夾具28上的匹配的閉鎖裝置能在這些凹口中將板20牢牢鎖定到位。預期其他用於將板20牢固地固定到夾具28上的合適固定裝置例如磁體、夾具或帶槽框架均同樣適用於本發明。
如在圖1、2和5中所見，使用光源4以所需的入射角和光源強度來均勻照射遮蓋測試樣板20上的單色調塗層24的目標區域P1至Pn。目標區域P1至Pn是指那些在單色調塗層24上按順序由光源4進行照射、由感光系統8進行觀察並由計算裝置14進行分析的區域。舉例來說，10.1cm×30.5cm(4＂×12＂)的遮蓋測試樣板20可具有10至30個目標區域，即n可在10至30(Pn)的範圍內以1.27cm(1/2＂)的間隔分布，通過使用第一機構18以約1.27cm(1/2＂)的間隔按順序平移第一活動臺16，以暴露單色調塗層24上的目標區域P1至Pn。如圖5所示，每個目標區域將包括由下面的暗條紋22A和亮條紋22B形成的亮的部分30和暗的部分32。光源4可為任何適用的常規光源，例如由Tailored Lighting Inc.(Rochester，New York)提供的

40瓦、4700開氏度、投射角度為17度的太陽能模擬燈。
優選地，固定到基臺2上的可調柱7具有可固定感光系統8的裝置，以便按順序接收單色調塗層24上每個目標區域P1至Pn中成對的亮的部分30和暗的部分32的反射光。一個此類適合的感光系統8包括攝像頭，例如由Panasonic Systems Solutions Company(Secaucus，New Jersey)提供的GPUS522型攝像頭。優選地，感光系統8與遮蓋測試樣板20成90度角設置。
光源4和單色調塗層24上目標區域P1至Pn之間的距離以及發自光源4的光線的入射角通常可控制目標區域P1至Pn的照射均勻性。光源4優選地與遮蓋測試樣板20成5度至60度範圍內的角設置。通過控制感光系統8、單色調塗層24和光源4的排列可實現目標區域P1至Pn的均勻照射。通過提供設備1的各種組件可實現上述排列，這樣的光源4和感光系統8具有微調裝置，例如微螺紋固定螺絲(未示出)。
如在圖1、2和5中所見，第二運動平移系統10優選地固定到設備1的基臺2上。第二運動平移系統10通常包括在垂直於第一活動臺16方向的方向上平移第二活動臺13的第二機構11。第二運動平移系統10可為任何適合的常規系統，例如由Velmax，Inc.(Rochester，New York)提供的MA2509型系統。塗層厚度檢測器12的計量器頭9固定到第二活動臺13上，用於測量在分別對應於每個目標區域P1至Pn上的成對的亮的部分30和暗的部分32A的位置34處的厚度X1至Xn。一種可用於本發明中的合適的塗層厚度檢測器12為由Oxford Instruments(Elk Grove，Illinois)提供的CMI-213薄膜厚度計。
如圖5、6、7和8所示，本發明的設備1的計算機可讀程序編碼裝置100包括用於控制第一運動平移系統6的裝置102，以便順序將單色調塗層24上的目標區域P1至Pn的亮的部分30和暗的部分32的反射光導向感光裝置8，從而採集單色調塗層24上的區域P1至Pn的亮的部分30的顏色強度1r1至1rn(紅色)、1g1至1gn(綠色)和1b1至1bn(藍色)以及區域P1至Pn的暗的部分32的顏色強度dr1至drn、dg1至dgn和db1至dbn。這些不同的顏色強度，即所謂RGB(紅色、綠色和藍色)強度，是通過在感光系統8中使用合適的紅色、藍色和綠色濾光器來獲得的。
裝置100還可包括用於控制第二運動平移系統10的裝置104，以便按順序指示薄膜厚度檢測器12的計量器頭9，從而測量在分別對應於所述目標區域P1至Pn的位置34處的厚度X1至Xn，這些位置通常位於圖案22的一邊或另一邊。
如圖8所示，計算機可讀程序編碼裝置100可包括用於控制感光裝置8上的感光表面暴露於目標區域P1中亮的部分30和暗的部分32的反射光的時間的裝置106，以在該板上其他地方感光裝置不飽和的情況下獲得目標區域P1中亮的部分30和暗的部分32之間的可得的最大對比度。測試樣板20一端的單色調塗層24中的位置P1是非遮蓋的，即，可清楚看見下面的圖案22A和22B(沒有遮蓋)，並且測試樣板20的另一端的位置Pn是完全遮蓋的，即，看不見下面的圖案22A和22B(完全遮蓋)。裝置106為常規裝置，例如用於控制曝光的定時器、開關、以及為獲得目標區域P1至Pn的圖像控制的所需角度而需要的光圈控制器。
通常，亮的部分30的強度1r1至1rn、1g1至1gn和1b1至1bn，暗的部分32的強度dr1至drn、dg1至dgn和db1至dbn以及對應於目標區域P1至Pn的塗層厚度X1至Xn均存儲在計算裝置14中。如圖2所示，如果需要，裝置1可包括顯示裝置15，例如用來觀看目標區域P1至Pn的亮的部分30和暗的部分32的圖像的計算機顯示器。
使用中，表徵塗層組合物遮蓋性的方法的步驟(i)包括在固定於遮蓋測試樣板20的測試圖案22上塗覆塗層組合物的單色調層，以在其上形成單色調塗層24。塗覆此類單色調層的方法已為人們所熟知。通常，塗層組合物例如汽車塗料是以從遮蓋板20的一端到另一端不斷增厚的層連續噴塗的。固化之後，板20上便形成單色調塗層24。
表徵塗層組合物遮蓋性的方法的步驟(ii)包括按順序均勻照射單色調塗層24上的目標區域P1至Pn，其中每個目標區域均包括亮的部分30和暗的部分32。通常，調整光源4以均勻照射被分析的目標區域。為獲得最大可得的光強度和均勻性，通常使用固定螺絲(未示出)來調整從光源4至板20的距離。如果需要，還可使用常規裝置例如變阻器來調整光源4的強度。如圖2所示，大部分調整優選地通過計算裝置14進行編程。然而，使用獨立的自動化或手動常規裝置來實現目標區域P1至Pn的均勻照射也在本發明的預期內。
表徵塗層組合物遮蓋性的方法的步驟(iii)包括按順序將目標區域P1至Pn的反射光導向感光裝置8，以採集 (a)區域P1至Pn的亮的部分30的強度1r1至1rn、1g1至1gn和1b1至1bn，以及 (b)區域P1至Pn的暗的部分32的強度dr1至drn、dg1至dgn和db1至dbn。
通過使用第一運動平移系統6來完成前述順序測量。
表徵塗層組合物遮蓋性的方法的步驟(iv)包括按順序測量單色調塗層24上位置34處塗覆的實測厚度X1至Xn，這些位置分別對應於目標區域P1至Pn。通過使用第二運動平移系統10來完成前述順序測量。
表徵塗層組合物遮蓋性的方法的步驟(v)包括按順序將目標區域P1至Pn的反射光導向感光裝置8，以使用以下公式按順序來獲得目標區域P1至Pn的計算實測Y1至Yn [(1ri-dri)2+(1gi-dgi)2+(1bi-dbi)2]0.5 (1) 其中i在1至n的範圍內，實測Y1至Yn為實測ΔRGB；通過下表1進一步說明前述步驟(i)、(ii)、(iii)、(iv)和(v)，該表以舉例的方式示出了一個通過使用本發明的設備1來測量目標區域P1至Pn的色差(ΔRGB)Y1至Yn的例證。通過在感光系統8中使用適當的顏色濾光器分別測量紅色、綠色和藍色下單色調塗層24上的區域P1至Pn的亮的部分30的顏色強度1r1至1rn、1g1至1gn和1b1至1bn，以及區域P1至Pn的暗的部分32的顏色強度dr1至drn、dg1至dgn和db1至dbn，並且通過前述方程(1)來計算ΔRGB。使用設備1的塗層厚度檢測器12來測量對應於目標區域P1至Pn的塗層厚度X1至Xn。板20上的塗覆的汽車塗料是由Dupont Company(Wilmington，Delaware)提供的

閃光藍汽車塗料。
表1 圖9顯示了表1中數據的圖形表示。如前面所指出，目標區域P1具有亮的部分30和暗的部分32之間的最大對比度，即，單色調塗層24的一部分具有最小的厚度(最大的ΔRGB)，並且Pn(其中n等於22)具有亮的部分30與暗的部分32之間的最小對比度，即，單色調塗層24的一部分具有最大的厚度(最小的ΔRGB)。由於遮蓋圖案22上的塗層24的塗層厚度從P1至Pn增大，因此板20上的遮蓋圖案22的亮的部分22A和暗的部分22B之間的色差(ΔRGB)會減小，並且變得人眼不易看見。在P1和Pn之間某處的一定塗層厚度下，人眼不再能夠辨識到色差。對於該具體塗層組合物來講，這就是產生遮蓋處的厚度，並且對於該具體塗層組合物來講，這樣的厚度被稱為「遮蓋厚度」。就不同的顏色和面漆而言，色差不再可辨識的點有所不同。因此，由實測ΔRGB數據來確定遮蓋厚度比僅僅測量低於單一ΔRGB閾值的色差更為複雜。
表徵塗層組合物遮蓋性的方法的步驟(vi)包括在計算裝置14中存儲遮蓋數據，所述遮蓋數據包括實測Y1至Yn以及所塗覆的厚度X1至Xn。
表徵塗層組合物遮蓋性的方法的步驟(vii)包括使用以下公式來確定實測Yth的閾值 實測Yth＝Loge(實測Ymax)，(2) 實測Ymax為在實測Y1至Yn範圍內的最大值。
表徵塗層組合物遮蓋性的方法的步驟(viii)包括按順序比較實測Y1至Yn，以確定小於實測Yth的第一實測Yq，其中q在所述範圍1至n內。
表徵塗層組合物遮蓋性的方法的步驟(ix)包括計算比率(q/n)以將遮蓋數據分類，其中遮蓋數據分類如下 (a)1類遮蓋數據，即當比率在0.01至小於0.25的範圍內時， (b)2類遮蓋數據，即當比率在0.25至小於0.35的範圍內時， (c)3類遮蓋數據，即當比率在0.35至小於0.50的範圍內時，或者 (d)4類遮蓋數據，即當比率在0.50至1.00的範圍內時。
如上面的前述步驟(ix)中所提供，本發明的方法首先將實測ΔRGB數據分類，然後使用擬合函數來確定遮蓋厚度。從圖9中可容易地觀察到個別測量結果不在平滑曲線上，這是由典型測量裝置中的固有儀器和測量誤差所造成的。因此，需要開發一種以數學方式將測量數據擬合成平滑曲線的擬合模型。本方法使用新型方法以達到這樣的形式擬合目標。因此，在前述步驟(vii)中首先確定實測閾值Yth，然後在前述步驟(viii)中通過按順序比較實測Y1至Yn來確定第一實測Yq，從而找到第一Yi，其具有小於為第一實測Yq的實測閾值Yth的值。「q」值確定之後，在前述步驟(ix)中計算比率(q/n)以將遮蓋數據分類1類，其中(q/n)在0.01至小於0.25的範圍內；2類，其中(q/n)在0.25至小於0.35的範圍內；3類，其中(q/n)在0.35至小於0.50的範圍內；或者4類，其中(q/n)在0.50至小於1.00的範圍內。在前述分類步驟(ix)中，根據實測遮蓋數據的斜率的陡度或淺度來對遮蓋數據進行分類。舉例來講，圖9中的實測遮蓋數據顯示了淺的斜率並且q/n為0.55。因此，此類遮蓋數據被分類為4類遮蓋數據。作為例證來講，圖10顯示了各類遮蓋數據即1、2、3和4類遮蓋數據通常如何以圖形形式呈現。
表徵塗層組合物遮蓋性的方法的步驟(x)包括選擇一個或多個適用於1類遮蓋數據、2類遮蓋數據、3類遮蓋數據或4類遮蓋數據的擬合方程，其中擬合方程限定了(y)和(x)之間的關係，(y)為對應於(x)的擬合色差，(x)為由所述一個或多個擬合方程生成的擬合曲線上的擬合厚度。在前述步驟(x)中對遮蓋數據進行分類之後，從存儲各種擬合方程的庫中選擇最適合遮蓋數據類型(1類、2類、3類或4類)的擬合方程。
當遮蓋數據為4類遮蓋數據時，擬合方程為以下公式 y＝a+b exp(-c*x).......(3) 其中a、b和c為擬合參數。舉例來講，具有陡斜率的圖11示出了使用前述方程3獲得的擬合曲線，其中q/n為0.27，因此其被歸類為2類遮蓋數據。在圖11中，擬合參數「a」為方程3中「y」在漸近點處的值，而Ymax將是最大色差ΔRGB。在圖11中，可容易地觀察到通過擬合方程3生成的擬合曲線。
通過以下步驟來確定前述擬合方程3中的擬合參數a、b和c，所述步驟包括 (a)將數值a1、b1和c1隨機分配給擬合參數； (b)將實測X1至Xn插入擬合方程(3)，以計算由插入隨機分配的數值a1、b1和c1的擬合方程(3)生成的初始擬合y11至yn1； (c)使用以下公式的方程來確定初始擬合y11至yn1和實測Y1至Yn之間的誤差ε 以及.......(4) (d)使用誤差最小化方程來迭代修改a1、b1和c1，直到連續兩次迭代之間的誤差ε的變化在1至10-10的範圍內，以派生出擬合參數a、b和c。
前述用於4類遮蓋數據的最小化方程為以下公式 以及； 其中當m＝1時，隨機分配的數值為a1、b1和c1，m和m+1為連續迭代，並且其中 k1為1/(22)2， k2為並且 k3為 當遮蓋數據為1類遮蓋數據時，擬合方程為以下公式 x＝-(1/c)loge[(y-a)/b].......(8) 其中a、b和c為擬合參數，其中擬合參數「a」在從最小實測值Y1w至實測Yq至Yn的平均值優選算數平均值的範圍內，擬合參數「b」和「c」通過以下步驟來確定，所述步驟包括 (a)將數值b1和c1隨機分配給擬合參數； (b)將實測Y1至Yq-1插入擬合方程(8)，以計算由插入隨機分配的數值b1和c1的擬合方程(8)生成的初始擬合x11至xq-11； (c)使用以下公式來確定初始擬合x11至xq-11和實測X1至Xq-1之間的誤差ε 以及.......(9) (d)使用誤差最小化方程來迭代修改b1和c1，直到兩次連續迭代之間的誤差ε的變化在1至10-10的範圍內來派生出擬合參數b和c。
前述用於1類遮蓋數據的最小化方程為以下公式 以及.......(11) 其中當m＝1時，隨機分配的數值為b1和c1，m和m+1為連續迭代，並且其中 並且 當遮蓋數據為2類或3類遮蓋數據時，擬合方程為以下公式 x＝-(1/c#)loge[(y-a)/b#]，以及......(13) 其中對於實測Y1至Yn，擬合方程為以下公式 y＝a+b@ exp(-c@*x).......(14) 其中a、b#、b@、c#和c@為擬合參數，其中擬合參數「a」在從最小實測值Y1w至實測Yq至Yn的平均值優選算數平均值的範圍內；並且通過以下步驟來確定方程(13)中的參數b#和c#，所述步驟包括 (a)將數值b1和c1隨機分配給擬合參數； (b)將實測Y1至Yq-1插入擬合方程(13)，以計算由插入隨機分配數值b1和c1的擬合方程(13)生成的初始擬合x11至xq-11； (c)使用以下公式的方程來確定初始擬合x11至xq-11和實測X1至Xq-1之間的誤差ε 以及.......(15) (d)使用誤差最小化方程來迭代修改b1和c1，直到兩次連續迭代之間的誤差ε的變化在1至10-10的範圍內，以派生出擬合參數b#和c#。
前述適用於2類或3類遮蓋數據的最小化方程為利用方程(13)的以下公式 以及.......(16) 其中當m＝1時，隨機分配的數值為b1和c1，m和m+1為連續迭代，並且其中 並且 通過以下步驟來確定在前述方程(14)中的b@和c@參數，所述步驟包括 (a)將擬合參數分配給數值b#和c#； (b)將實測X1至Xn插入擬合方程(14)，以計算由插入分配數值b#和c#的擬合方程(14)生成的初始擬合y1#至yn#； (c)使用以下公式的方程來確定初始擬合y1#至yn#和實測Y1至Yn之間的誤差ε 以及.......(18) (d)使用誤差最小化方程來迭代修改b#和c#，直到兩次連續迭代之間的誤差ε的變化在1至10-10的範圍內，以派生出擬合參數b@和c@。
前述適用於2類或3類遮蓋數據的最小化方程為利用方程(14)的下列公式 以及； 其中當m＝1時，隨機分配的數值為a1、b1和c1，m和m+1為連續迭代，並且其中 k1為1/(22)2， k2為並且 k3為 表徵塗層組合物遮蓋性的方法的步驟(xi)包括擬合所述一個或多個所選的擬合方程，以使成對的實測(X1，Y1)和成對的實測(Xn，Yn)匹配，其中擬合曲線在所述擬合曲線的漸近線上的擬合基線值為yb。
表徵塗層組合物遮蓋性的方法的步驟(xii)包括選擇大於擬合基線值yb的擬合閾值yth，其中擬合閾值yth適用於1類遮蓋數據、2類遮蓋數據、3類遮蓋數據或4類遮蓋數據。
在前述步驟(xii)中，如果遮蓋數據為3類或4類遮蓋數據，當(Ymax-a)大於15或Ymax在10至255的範圍內時，擬合閾值yth為1。在其他所有情況下，當(Ymax-a)小於15或所述Ymax小於10時，擬合閾值yth由以下公式來表示 0.1*(Ymax/a)*Log10{(Ymax-a)/(a+1)}......(22) 前提條件是由公式(19)表示的值大於0.3(如圖11所示yth為約1.5)；或者如果由公式(22)表示的值等於或小於0.3，則擬合閾值yth為0.3。
在前述步驟(xii)中並且如圖12所示，當遮蓋數據為1類或2類遮蓋數據時，通過以下步驟來確定擬合閾值yth，所述步驟包括 (a)使用以下公式來計算斜率Sx Sx＝d[Log{y}]/dx＝{-b*c*exp(-cx)}/[Log{a+b*exp(-cx)}]；..(23) (b)選擇實測厚度X1處的斜率Smax； (c)選擇小於斜率Sx一半處的第一實測厚度Xv； (d)確定擬合log10曲線上的對應於在Xv-6至Xv-1範圍內的實測厚度的擬合yv-6至yv-1的第一範圍，以及擬合log10曲線上的對應於在Xv至Xn範圍內的實測厚度的擬合yv至yn的第二範圍； 如圖13所示在步驟(e)中，在以下公式中插入第一範圍的擬合yv-6至yv-1以及Xv-6至Xv-1 Log10y＝w1x+g1......(24) 其中w1為通過公式(24)計算出的第一直線的斜率，g1為公式(24)中當x＝0時的y的值； (f)在以下公式中插入第二範圍的擬合yv至yn以及Xv至Xn Log10 y＝w2x+g2......(25) 其中w2為通過公式(22)計算出的第二直線的斜率，g2為公式(25)中當x＝0時的y的值；以及 (g)計算通過以下公式所獲得的第一和第二直線的交點 Log10yth＝(w2g1-w1g2)/(w2-w1)....(26)。
表徵塗層組合物遮蓋性的方法的步驟(xii)包括在擬合曲線上找到對應於擬合閾值yth的塗層組合物的遮蓋厚度xh。人們可容易地注意到圖13中的點xh。
適合用於本方法的塗層組合物可為汽車修補漆、OEM汽車塗料、建築塗料、或工業塗料。
權利要求
1.用於表徵塗層組合物的遮蓋性的方法，所述方法包括
(i)在固定於遮蓋測試樣板的測試圖案上塗覆所述塗層組合物的單色調層，以在所述測試圖案上形成單色調塗層；
(ii)按順序均勻照射所述單色調塗層的目標區域P1至Pn，每個所述目標區域包括亮的部分和暗的部分；
(iii)按順序將所述目標區域P1至Pn的反射光導向感光裝置以採集
(a)所述區域P1至Pn的所述亮的部分的強度1r1至1rn、1g1至1gn和1b1至1bn，以及
(b)所述區域P1至Pn的所述暗的部分的強度dr1至drn、dg1至dgn和db1至dbn；
(iv)按順序在分別與所述目標區域P1至Pn對應的位置處測量所述單色調塗層的塗覆的實測厚度X1至Xn；
(v)按順序使用以下公式計算在所述目標區域P1至Pn處的實測Y1至Yn
[(1ri-dri)2+(1gi-dgi)2+(1bi-dbi)2]0.5 (1)
其中i在1至n的範圍內，並且所述實測Y1至Yn為實測ΔRGB；
(vi)將遮蓋數據存儲於計算裝置中，所述遮蓋數據包括所述實測Y1至Yn以及所述塗覆的厚度X1至Xn；
(vii)使用以下公式確定實測Yth的閾值
實測Yth＝Loge(實測Ymax)，(2)
所述實測Ymax為在所述實測Y1至Yn範圍內的最大值；
(viii)按順序比較所述實測Y1至Yn以識別小於實測Yth的第一實測Yq，其中q落在所述範圍1至n內；
(ix)計算比率(q/n)以將所述遮蓋數據分類，其中所述遮蓋數據分類如下
(a)1類遮蓋數據，即當所述比率在0.01至小於0.25的範圍內時，
(b)2類遮蓋數據，即當所述比率在0.25至小於0.35的範圍內時，
(c)3類遮蓋數據，即當所述比率在0.35至小於0.50的範圍內時，或
(d)4類遮蓋數據，即當所述比率在0.50至1.00的範圍內時；
(x)選擇一個或多個適用於所述1類遮蓋數據、2類遮蓋數據、3類遮蓋數據或4類遮蓋數據的擬合方程，其中所述擬合方程限定了(y)和(x)之間的關係，所述(y)為對應於所述(x)的擬合色差，所述(x)為由所述一個或多個擬合方程生成的擬合曲線上的擬合厚度；
(xi)擬合所述一個或多個選定的擬合方程以使成對的實測(X1，Y1)與成對的實測(Xn，Yn)匹配，其中所述擬合曲線在所述擬合曲線的漸近線處的擬合基線值為yb；
(xii)選擇大於所述擬合基線值yb的擬合閾值yth，其中所述擬合閾值yth適用於所述1類遮蓋數據、2類遮蓋數據、3類遮蓋數據或4類遮蓋數據；以及
(xiii)在所述擬合曲線上找到對應於所述擬合閾值yth的所述塗層組合物的遮蓋厚度xh。
2.權利要求1的方法，其中當所述遮蓋數據為所述4類遮蓋數據時，所述擬合方程為以下公式
y＝a+b exp(-c*x).......(3)
其中a、b和c為擬合參數。
3.權利要求2的方法，其中所述a、b和c通過以下步驟來確定，所述步驟包括
(a)將數值a1、b1和c1隨機分配給所述擬合參數；
(b)將所述實測X1至所述Xn插入到所述擬合方程(3)中，以計算由隨所述隨機分配的數值a1、b1和c1插入的所述擬合方程(3)生成的初始擬合y11至yn1；
(c)使用以下公式的方程來確定所述初始擬合y11至yn1和所述實測Y1至Yn之間的誤差ε
以及.......(4)
(d)使用誤差最小化方程來迭代修改所述a1、b1和c1，直到連續兩次迭代之間的所述誤差ε的變化在1至10-10的範圍內，以派生出所述擬合參數a、b和c。
4.權利要求3的方法，其中所述最小化方程為以下公式
以及；
其中當m＝1時，所述隨機分配的數值為a1、b1和c1，所述m和m+1為連續迭代，並且其中
所述k1為1/(22)2，
所述k2為以及
所述k3為
5.權利要求1的方法，其中當所述遮蓋數據為所述1類遮蓋數據時，所述擬合方程為以下公式
x＝-(1/c)loge[(y-a)/b]......(8)
其中a、b和c為擬合參數。
6.權利要求5的方法，其中所述擬合參數a在從最低所述實測值Y1w至所述實測Yq至Yn的平均值的範圍內。
7.權利要求5的方法，其中所述擬合參數a在從最低所述實測值Y1w至所述實測Yq至Yn的算術平均值的範圍內。
8.權利要求6或7的方法，其中所述b和c通過以下步驟來確定，所述步驟包括
(a)將數值b1和c1隨機分配給所述擬合參數；
(b)將所述實測Y1至所述Yq-1插入到所述擬合方程(8)中，以計算由隨所述隨機分配的數值b1和c1插入的所述擬合方程(8)生成的初始擬合x11至xq-11；
(c)使用以下公式的方程來確定所述初始擬合x11至xq-11和所述實測X1至Xq-1之間的誤差ε
以及.......(9)
(d)使用誤差最小化方程來迭代修改所述b1和c1，直到連續兩次迭代之間的所述誤差ε的變化在1至10-10範圍內，以派生出所述擬合參數b和c。
9.權利要求8的方法，其中所述最小化方程為以下公式
以及......(11)
其中當m＝1時，所述隨機分配的數值為b1和c1，所述m和m+1為連續迭代，並且其中
以及
10.權利要求1的方法，其中當所述遮蓋數據為用於所述實測Y1至Yq-1的所述2類或所述3類遮蓋數據時，所述擬合方程為以下公式
x＝-(1/c#)loge[(y-a)/b#]，以及.......(13)
其中用於所述實測Y1至Yn的所述擬合方程為以下公式
y＝a+b@exp(-c@*x).......(14)
其中a、b#、b@和c#以及c@為擬合參數。
11.權利要求10的方法，其中所述擬合參數a在從最低所述實測值Y1w至所述實測Yq至Yn的平均值的範圍內。
12.權利要求10的方法，其中所述擬合參數a在從最低所述實測值Y1w至所述實測Yq至Yn的算術平均值的範圍內。
13.權利要求11或12的方法，其中所述b#和c#通過以下步驟來確定，所述步驟包括
(a)將數值b1和c1隨機分配給所述擬合參數；
(b)將所述實測Y1至所述Yq-1插入到所述擬合方程(13)中，以計算由所述隨機分配的數值b1和c1插入的所述擬合方程(13)生成的初始擬合x11至xq-11；
(c)使用以下公式的方程來確定所述初始擬合x11至xq-11和所述實測X1至Xq-1之間的誤差ε
以及.......(15)
(d)使用誤差最小化方程來迭代修改所述b1和c1，直到連續兩次迭代之間的所述誤差ε的變化在1至10-10的範圍內，以派生出所述擬合參數b#和c#。
14.權利要求13的方法，其中所述最小化方程為以下公式
以及.......(16)
其中當m＝1時，所述隨機分配的數值為b1和c1，所述m和m+1為連續迭代，並且其中
並且
15.權利要求11或12的方法，其中所述b@和c@通過以下步驟來確定，所述步驟包括
(a)將數值b#和c#分配給所述擬合參數；
(b)將所述實測X1至所述Xn插入到所述擬合方程(14)中，以計算由隨所述分配的數值b#和c#插入的所述擬合方程(14)生成的初始擬合y1#至yn#；
(c)使用以下公式的方程來確定所述初始擬合y1#至yn#和所述實測Y1至Yn之間的誤差ε
以及.......(18)
(d)使用誤差最小化方程來迭代修改所述b#和c#，直到連續兩次迭代之間的所述誤差ε的變化在1至10-10的範圍內，以派生出所述擬合參數b@和c@。
16.權利要求15的方法，其中所述最小化方程為以下公式
以及；
其中當m＝1時，所述隨機分配的數值為a1、b1和c1，所述m和m+1為連續迭代，並且其中
所述k1為1/(22)2，
所述k2為以及
所述k3為
17.權利要求1的方法，其中在所述步驟(xii)中當所述遮蓋數據為所述3類或4類遮蓋數據時，並且當(Ymax-a)大於15或者所述Ymax在10至255的範圍內時，所述擬合閾值yth為1。
18.權利要求1的方法，其中在所述步驟(xii)中當所述遮蓋數據為所述3類或4類遮蓋數據時，並且當(Ymax-a)小於15或者所述Ymax小於10時；
(a)所述擬合閾值yth由以下公式來表示
0.1*(Ymax/a)*Log10{(Ymax-a)/(a+1)}....(22)
前提條件是由所述公式(19)表示的值大於0.3；或者
(b)如果由所述公式(22)表示的值等於或小於0.3，則所述擬合閾值為0.3。
19.權利要求1的方法，其中在所述步驟(xii)中當所述遮蓋數據為所述1類或2類遮蓋數據時，所述擬合閾值yth通過以下步驟來確定，所述步驟包括
(a)使用下面的公式來計算斜率Sx
Sx＝d[Log{y}]/dx＝{-b*c*exp(-cx)}/[Log{a+b*exp(-cx)}]；(23)
(b)選擇在所述實測厚度X1處的斜率Smax；
(c)選擇在小於所述斜率Sx一半處的第一實測厚度Xv；
(d)確立在擬合log10曲線上對應於在Xv-6至Xv-1範圍內的實測厚度的所述擬合yv-6至yv-1的第一範圍，以及在所述擬合log10曲線上對應於在所述Xv至Xn範圍內的實測厚度的所述擬合yv至所述yn的第二範圍；
(e)在下面的公式中插入所述第一範圍的所述擬合yv-6至yv-1以及所述Xv-6至Xv-1
Log10y＝w1x+g1......(24)
其中所述w1為通過所述公式(24)計算的第一直線的斜率，並且
所述g1為當在所述公式(24)中x＝0時的y的值；
(f)在下面的公式中插入所述第二範圍的所述擬合yv至yn以及所述Xv至Xn
Log10y＝w2x+g2......(25)
其中所述w2為通過所述公式(22)計算的第二直線的斜率，並且
所述g2為當在所述公式(25)中x＝0時的y的值；以及
(g)計算通過以下公式獲得的所述第一和所述第二直線的交點
Log10yth＝(w2g1-w1g2)/(w2-w1)....(26)。
20.權利要求1的方法，其中所述塗層組合物為汽車修補漆、OEM汽車塗料、建築塗料、或工業塗料。
21.用於表徵塗層組合物的遮蓋性的設備，所述設備包括
(i)光源，所述光源以所需的入射角和光源強度來照射遮蓋測試樣板的目標區域P1至Pn，其中每個所述目標區域包括亮的部分和暗的部分，所述遮蓋測試樣板其上具有塗覆的所述塗層組合物的單色調塗層；
(ii)固定到所述設備基臺上的第一運動平移系統，所述第一運動平移系統包括第一活動臺和用於平移所述第一活動臺的第一機構；
(iii)夾具，所述夾具固定到所述活動臺上，以在其上布置所述遮蓋測試樣板；
(iv)固定到所述設備的所述基臺上的感光系統，所述感光系統被布置為接收所述遮蓋測試樣板的每個所述目標區域的所述亮的部分和所述暗的部分的反射光；
(v)固定到所述設備的所述基臺上的第二運動平移系統，所述第二運動平移系統包括第二活動臺和用於在垂直於所述第一活動臺方向的方向上平移所述第二活動臺的第二機構；
(vi)塗層厚度檢測器，所述塗層厚度檢測器固定到所述第二活動臺上，以用於測量在分別對應於所述目標區域P1至Pn的位置處的厚度X1至Xn；以及
(vii)計算裝置，所述計算裝置與所述光源、所述感光系統、所述第一和第二運動平移系統以及所述塗層厚度檢測器相連，以根據存儲在所述計算裝置中的計算機可讀程序編碼裝置來指示由所述光源、所述感光系統、所述第一和第二運動平移系統以及所述塗層厚度檢測器執行的步驟。
22.權利要求21的設備，其中所述計算機可讀程序編碼裝置包括
(a)用於控制所述第一運動平移系統的裝置，以便按順序將所述單色調塗層的所述目標區域P1至Pn的所述亮的部分和所述暗的部分的所述反射光導向所述感光系統，以採集所述區域P1至Pn的所述亮的部分的強度1r1至1rn、1g1至1gn和1b1至1bn，以及所述區域P1至Pn的所述暗的部分的強度dr1至drn、dg1至dgn和db1至dbn；以及
(b)用於控制所述第二運動平移系統的裝置，以便按順序指示所述塗層厚度檢測器來測量在分別對應於所述目標區域P1至Pn的位置處的所述厚度X1至Xn。
23.權利要求22的方法，其中所述計算機可讀程序編碼裝置還包括用於控制在所述感光系統中感光表面暴露於所述目標區域P1的所述亮的部分和所述暗的部分的所述反射光下的時間的裝置，以獲得所述目標區域P1的所述亮的部分和所述暗的部分之間的最高對比度。
24 權利要求21的設備，其中每個所述目標區域的所述亮的和暗的部分的所述強度，以及對應於所述目標區域P1至Pn的所述塗層厚度X1至Xn被存儲在所述計算裝置中。
25.權利要求21的設備，所述設備還包括顯示設備，所述顯示設備用於查看所述目標區域P1至Pn的所述暗的和亮的部分的圖像。
26.權利要求21的設備，其中所述感光系統以與所述遮蓋測試樣板成90度角設置。
27.權利要求21或26的設備，其中所述光源以與所述遮蓋測試樣板成5度至60度範圍內的角設置。
全文摘要
本發明涉及表徵塗層組合物例如汽車OEM漆和修補漆的遮蓋性的設備和方法。所述方法涉及按順序在計算裝置中存儲遮蓋數據，所述遮蓋數據通過測量單色調塗層的目標區域中亮的部分和暗的部分的反射光之間的色差(ΔRGB)，以及測量對應於所述目標區域的單色調塗層的塗層厚度來獲得，所述單色調塗層由塗層組合物塗覆在遮蓋測試樣板上形成；將所述遮蓋數據分類；選擇適用於所述分類的遮蓋數據的擬合方程；擬合所選擇的方程以匹配所分類的遮蓋數據；以及找到單色調塗層上對應於該位置處所述色差的閾值的遮蓋厚度，以確定塗層組合物的遮蓋厚度。
文檔編號G01N21/47GK101548176SQ200780044681
公開日2009年9月30日 申請日期2007年12月5日 優先權日2006年12月5日
發明者A·普拉卡什, J·P·加拉赫爾, R·A·卡梅斯, A·B·J·羅德裡格斯 申請人:納幕爾杜邦公司