關(guān)于汽車新色導(dǎo)入色差管理和應(yīng)用要點(diǎn)的研究

王杰 周旻 侯穎 廖敏

（東風(fēng)本田汽車有限公司，武漢 430056）

1 前言

近年來(lái)，除汽車品牌、配置、價(jià)格、動(dòng)力、發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)、新能源技術(shù)之外，越來(lái)越多的消費(fèi)者開(kāi)始關(guān)注汽車的外觀和顏色，除了黑、白、銀等經(jīng)典色外，可供消費(fèi)者選擇的顏色也越來(lái)越多，外觀造型也越來(lái)越年輕化和時(shí)尚化，造型的特殊性和顏色的多樣性帶來(lái)了更高的制造難度，對(duì)色差管控要求、顏色件的一致性匹配要求也更為嚴(yán)格。本文就顏色特性、新色開(kāi)發(fā)過(guò)程中色差管控方法以及特殊結(jié)構(gòu)下色差管控的要點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行分析、研究和總結(jié)。

2 色差的概念

汽車行業(yè)所謂的色差主要是指車身外裝、內(nèi)裝、內(nèi)飾等所有涂裝面的色差，包括車身各部位之間的顏色不均造成的色差、車身各部件之間的色差、車身與部品（外作）之間的色差、車身與標(biāo)準(zhǔn)板或標(biāo)準(zhǔn)樣品之間的色差、不同批次之間的色差等。

一般情況下，消費(fèi)者主要通過(guò)目視判定色差，但目視判定受光源、觀察角度、觀察者自身?xiàng)l件（個(gè)人喜好、心理因素）等多種因素的影響，判斷結(jié)果并不準(zhǔn)確。為統(tǒng)一色差評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)際照明委員會(huì)（Commission Internationale de l′Eclairage，CIE）推薦了一系列測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)代色差評(píng)定是根據(jù)CIE 提供的標(biāo)準(zhǔn)色差公式（圖1），通過(guò)色差儀或分光測(cè)色儀來(lái)評(píng)價(jià)[1]。另外，因?yàn)橥愖V現(xiàn)象，不同光源下色差的評(píng)價(jià)也很重要。

圖1 CIELab數(shù)據(jù)化模型

3 新色開(kāi)發(fā)色差管理要點(diǎn)

3.1 顏色特性分析

在汽車涂裝行業(yè)，汽車外殼顏色可以分為素色漆和閃光漆。素色漆是指不添加任何閃光材質(zhì)的涂料，閃光漆是指含有閃光材質(zhì)的涂料。如果開(kāi)發(fā)同種素色漆（如紅色），則需要在涂料里面添加更多的紅色、紫色、白色、黑色的顏料和色漿來(lái)確保顏色的遮蓋性和顯色性，而閃光漆在色漿、閃光材質(zhì)上的選擇更多，遮蓋力、顯色性、顏色飽滿度、質(zhì)感方面更好。

閃光漆分為珠光漆和金屬漆，其云母或者鋁粉表面有包覆層，保證閃光材質(zhì)與水或者溶劑不直接接觸，防止化學(xué)反應(yīng)影響閃光材質(zhì)的穩(wěn)定性。此外，包覆層的厚度或者種類對(duì)顏色有較大影響，如包覆層厚度不同，反射的顏色不同（圖2）；二氧化鈦包覆層與三氧化二鐵包覆層所呈現(xiàn)的顏色不同。

圖2 包覆層厚度決定閃光材質(zhì)的顏色

因此，在新色開(kāi)發(fā)初期，首先要對(duì)要開(kāi)發(fā)的顏色目標(biāo)板進(jìn)行色差數(shù)據(jù)分析，并在光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行觀察，初步判定其顏色特性，比如是否含有閃光材質(zhì)及閃光材質(zhì)大小、各角度明度和色相隨角異色性（FF 性）、明度（L值）和色相（a/b值，a（Green-Red Axis）為紅綠相，b（Blue-Yellow Axis）為黃藍(lán)相）相比過(guò)往同色系量產(chǎn)色是高還是低、是否是高明度顏色/高彩度顏色等，之后在顏色數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)輸入色差儀測(cè)量的色差絕對(duì)值，尋找相近的開(kāi)發(fā)過(guò)的顏色數(shù)據(jù)，利用涂料廠商產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)（要求有使用實(shí)績(jī)或者主機(jī)廠認(rèn)證的原材料）進(jìn)行匹配，首先找到相近色配方，然后根據(jù)閃光材質(zhì)差異調(diào)整閃光物質(zhì)，根據(jù)色差大小調(diào)整顏料比例，之后再制作成樣品噴涂測(cè)試，對(duì)比目標(biāo)板進(jìn)行數(shù)據(jù)和目視評(píng)價(jià)，最終確定涂料基礎(chǔ)配方。由于原材料（顏料、珠光/鋁粉等）種類眾多，如果待開(kāi)發(fā)的顏色開(kāi)發(fā)難度較大，還需考慮顏基比與顏料濃度等參數(shù)的上限范圍（涂膜性能和成本），故此過(guò)程需要多次調(diào)整測(cè)試才能達(dá)到最佳顏色呈現(xiàn)效果。

3.2 光源的差異對(duì)顏色的影響

光源對(duì)顏色影響最明顯的是同色異譜，即某物質(zhì)在一種光源下呈現(xiàn)出來(lái)的顏色與在另一種光源下呈現(xiàn)出現(xiàn)的顏色不同[2]。在此變化中，物體本身的光譜數(shù)據(jù)不變，光譜數(shù)據(jù)是描述彩色物體的表面性質(zhì)，不受照明體、觀察者和復(fù)制方法的影響，而物體顏色與反射(透射)光的光譜功率分布有關(guān)，但并非一一對(duì)應(yīng)，因此，光譜分布不同的光能引起人眼同樣的色感，即顏色混合同色異譜現(xiàn)象。

比如某主機(jī)廠開(kāi)發(fā)的“閃烈黃”，在顏色開(kāi)發(fā)的過(guò)程中出現(xiàn)了同色異譜現(xiàn)象，測(cè)試板與標(biāo)準(zhǔn)色板對(duì)比，在辦公室照明（A/10 光源）下目視較標(biāo)準(zhǔn)色板偏綠，室外自然光（D65/10）下目視較標(biāo)準(zhǔn)色板偏紅，如圖3 所示。

圖3 同色異譜現(xiàn)象直觀對(duì)比

該測(cè)試板顏色所處的照明光源越強(qiáng)，目視同色異譜的現(xiàn)象越明顯。通過(guò)使用分光光度儀（XRITE 色差儀）測(cè)量這2 種光源下的色差值對(duì)比，數(shù)值上的差異主要體現(xiàn)在Δa值（Δa是a樣品與a標(biāo)準(zhǔn)的差異（紅/綠差異）），其各角度Δa差異值均超過(guò)10%。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)使用某種彩度、遮蓋力、著色力更佳的黃色顏料后，在D65/10 和A/10 光源下測(cè)量的色差數(shù)據(jù)變化與標(biāo)準(zhǔn)色板相當(dāng)，在這2種光源下比對(duì)標(biāo)準(zhǔn)色板進(jìn)行目視觀察，同色異譜的現(xiàn)象消失。因此，在新色開(kāi)發(fā)時(shí)，需充分考慮到顏料或者閃光材質(zhì)的選擇對(duì)不同光源下目視顏色的影響。

3.3 噴涂過(guò)程中對(duì)色差的影響因素

顏色的完美呈現(xiàn)除保證涂料的高質(zhì)量開(kāi)發(fā)外，更重要的是其涂裝施工窗口和施工過(guò)程管理。在噴涂過(guò)程（也稱施工過(guò)程）中，色差受噴房溫濕度、膜厚、風(fēng)速風(fēng)向、異常停線時(shí)間、涂料飛濺、機(jī)器人噴涂霧化效果、烘烤窗口等因素的影響，其中根據(jù)顏色特性不同，其噴涂過(guò)程的影響是不一樣的，比如，明度較高的顏色在噴涂過(guò)程中受噴房溫濕度、霧化效果的影響更大，彩度較高的顏色對(duì)膜厚、飛濺色差的要求更高，而還有些顏色則根據(jù)其閃光材質(zhì)的特性對(duì)噴涂過(guò)程中異常停線時(shí)間、風(fēng)速風(fēng)向的要求更高。具體影響因素和對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

表1 施工條件對(duì)不同種類涂料的色差的影響

3.4 設(shè)備對(duì)顏色的影響

涂裝設(shè)備包含種類眾多，對(duì)顏色影響較大的主要是上涂（中涂、色漆和清漆層）相關(guān)的設(shè)備，如上涂機(jī)器人、調(diào)漆間設(shè)備、上涂噴房相關(guān)設(shè)備等，以下說(shuō)明重要設(shè)備對(duì)顏色的影響。

3.4.1 機(jī)器人參數(shù)

以某主機(jī)廠3C2B 工藝為例，上涂26 個(gè)機(jī)器人，均采用內(nèi)部印加負(fù)高電壓方式進(jìn)行靜電噴涂。機(jī)器人參數(shù)里包含吐出量、成型空氣壓力、旋杯轉(zhuǎn)速、槍距、高電壓等，以上參數(shù)對(duì)色差的影響如表2（以色漆外裝站機(jī)器人為例）所示。

表2 機(jī)器人參數(shù)對(duì)顏色的影響

3.4.2 機(jī)器人噴涂軌跡

對(duì)機(jī)器人涂裝來(lái)說(shuō)，機(jī)器人噴涂軌跡極為重要，噴涂軌跡不合理，直接影響涂膜質(zhì)量，對(duì)最終顏色呈現(xiàn)有較大影響。

復(fù)雜曲面上噴涂軌跡優(yōu)化是機(jī)器人軌跡規(guī)劃問(wèn)題中的難點(diǎn)。實(shí)際生產(chǎn)中，噴涂機(jī)器人噴涂作業(yè)的優(yōu)化目標(biāo)主要有：一是工件表面的涂層盡量均勻；二是噴涂時(shí)間盡量短。對(duì)色差控制來(lái)說(shuō)，機(jī)器人仿形最重要的是軌跡合理性，其中包括軌跡重疊合理性、軌跡分割、軌跡方向、軌跡之間的間距、起槍位置、跳轉(zhuǎn)槍位置、軌跡運(yùn)行速度與線體速度匹配程度。以下對(duì)影響色差較大的因素進(jìn)行說(shuō)明。

a.軌跡重疊合理性：軌跡重疊主要發(fā)生在豎直面和水平面機(jī)器人噴涂的交界處，比如立柱、橫梁、翼子板等位置。軌跡重疊處膜厚會(huì)比其它位置厚，此時(shí)軌跡的調(diào)整除了需要保證膜厚達(dá)標(biāo)，還需考慮軌跡錯(cuò)開(kāi)以后漆霧的互相干擾造成顏色的不均；

b.軌跡分割：重點(diǎn)在于容易造成飛濺色差部位的軌跡分割，例如某車型的B 立柱位置因其結(jié)構(gòu)易在外裝機(jī)器人噴涂后外裝涂料飛濺至該部位，其影響是多條軌跡共同造成的，如頂棚噴涂、橫梁噴涂、前后門噴涂等，對(duì)于不同的顏色其色差嚴(yán)重程度不一致，對(duì)于色漆CB+MB 工藝的高明度或者高彩度的顏色影響更大；

c.起槍和跳轉(zhuǎn)槍：起槍位置設(shè)定對(duì)于部分區(qū)域膜厚影響較大(圖4)，如起槍位置若在前翼子板，因機(jī)器人啟動(dòng)時(shí)間比涂料噴出時(shí)間要快，導(dǎo)致起槍時(shí)不能同步出漆，則會(huì)造成前翼子板第一槍位置實(shí)際上是沒(méi)有噴涂的，此部位膜厚會(huì)偏薄，對(duì)色差有直接影響；跳轉(zhuǎn)槍設(shè)定也是同理，跳轉(zhuǎn)槍時(shí)機(jī)器人不出漆，而跳轉(zhuǎn)槍完成的第一槍很有可能會(huì)造成出漆不成功或出漆量不足。而且減少機(jī)器人跳轉(zhuǎn)槍次數(shù)能節(jié)約噴涂時(shí)間。

圖4 機(jī)器人跳轉(zhuǎn)槍示意

3.4.3 噴房條件

3.3 節(jié)已提到溫濕度、風(fēng)速風(fēng)向、異常停線等對(duì)不同特性的顏色的影響，除此之外，還有閃干爐和烤爐的影響。

閃干爐主要是對(duì)BC 層（色漆層）噴涂完畢后進(jìn)行短時(shí)間內(nèi)的烘烤，讓膜中的溶劑或者水分揮發(fā)至半干狀態(tài)，之后再進(jìn)行清漆的噴涂。一般要求閃干后固體份≥80%，若閃干固體份偏低，噴涂清漆后，因表面閃干程度不夠，造成清漆層滲入色漆層，清漆層與色漆層界限不清晰，導(dǎo)致外觀變差，對(duì)于高明度或者高彩度顏色呈現(xiàn)有一定影響。

烤爐對(duì)顏色的影響主要體現(xiàn)為黃變，可用CIELab 數(shù)據(jù)化模型中△b值進(jìn)行衡量，一般白色耐黃變性能稍差，在開(kāi)發(fā)白色時(shí)，需充分考慮并試驗(yàn)在140 ℃×20 min 以上各類烘烤溫度和時(shí)間的組合，并通過(guò)測(cè)試結(jié)果總結(jié)出該顏色適應(yīng)的烘烤窗口，如圖5 所示。

圖5 耐黃變測(cè)試方法

3.4.4 設(shè)備異常情況下的顏色控制

色漆噴涂機(jī)器人常見(jiàn)故障為高電壓報(bào)警。機(jī)器人靜電噴涂時(shí)，高壓發(fā)射器會(huì)提供高電壓，在旋杯與車體之間形成靜電場(chǎng)，油漆在旋杯高速旋轉(zhuǎn)作用下霧化成小液滴，小液滴在靜電場(chǎng)與壓縮空氣的作用下均勻附著在車身表面，達(dá)到優(yōu)良的噴涂效果。通常在一定范圍內(nèi)高電壓設(shè)置越高，靜電場(chǎng)越大，油漆附著效率越高，相應(yīng)的高電壓電流（高電壓電流過(guò)大會(huì)產(chǎn)生火花等風(fēng)險(xiǎn)，通常會(huì)設(shè)置報(bào)警極限）越大，當(dāng)高電壓電流達(dá)到報(bào)警極限值或者上升過(guò)快時(shí)，會(huì)觸發(fā)高電壓報(bào)警，強(qiáng)制停止噴涂作業(yè)。造成高電壓報(bào)警的原因很多，如高壓發(fā)射器與車身距離過(guò)近、漆霧過(guò)多、發(fā)射器模塊故障等。

為保證生產(chǎn)，高電壓報(bào)警突發(fā)時(shí)，通常采取高電壓降級(jí)（降低高電壓設(shè)置值）或者直接降為0、袖套更換、槍頭清洗等耗時(shí)短的措施，休息時(shí)再系統(tǒng)排查原因檢修。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)噴涂高彩度汽車涂料發(fā)生高電壓后，可以降低報(bào)警機(jī)器人的電壓設(shè)置值，會(huì)導(dǎo)致涂料的霧化效果變差，附著效率降低，因此，需要在同部位正常噴涂機(jī)器人上增加吐出量，提升油漆附著效率。為了達(dá)到膜厚正常和顏色正常的雙重效果，需要對(duì)降低的電壓值和增加的吐出量進(jìn)行組合測(cè)試，找到合適的組合方案。方案的選擇需要根據(jù)不同顏色測(cè)試后的色差和外觀數(shù)據(jù)來(lái)判定。

4 色差均一性管理要點(diǎn)

4.1 車身顏色均一性控制

車身結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，要保證車身各部位顏色均一難度較大，主要體現(xiàn)為3 個(gè)方面：顏色數(shù)據(jù)的均一性、目視效果均一性、結(jié)構(gòu)差異造成的不可避免的色差。

a.顏色數(shù)據(jù)均一性是針對(duì)車身較平整部位的顏色使用色差儀（多角度分光光度儀）進(jìn)行測(cè)量，不平整（面積小于色差儀測(cè)量面積的部位）的部位是無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量出色差數(shù)據(jù)的，對(duì)平整部位測(cè)量后的色差數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，確保3 個(gè)角度（45°、75°、110°）的ΔL、Δa、Δb所有數(shù)值均在該顏色允許的色差范圍內(nèi)的同時(shí)，各部位各角度色相和明度的偏向都一致。數(shù)據(jù)有偏差的，可通過(guò)調(diào)整機(jī)器人噴涂參數(shù)、膜厚、軌跡等進(jìn)行微調(diào)。

b.目視均一性[1]，在顏色數(shù)據(jù)均一的基礎(chǔ)上，對(duì)不平整部位的色差進(jìn)行控制，主要是通過(guò)在同一光源下（一般是自然光下）對(duì)不同角度的目視結(jié)果進(jìn)行記錄，并測(cè)量該部位膜厚數(shù)據(jù)，若膜厚與平整部位的膜厚一致，但目視仍存在色差，則需要進(jìn)行該部位的單獨(dú)調(diào)整對(duì)應(yīng)，主要調(diào)整方法為結(jié)合前期顏色開(kāi)發(fā)過(guò)程中膜厚變動(dòng)對(duì)顏色影響的測(cè)試結(jié)果以及各角度目視色差記錄，對(duì)該部位膜厚進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的調(diào)整。

c.特殊結(jié)構(gòu)色差控制主要體現(xiàn)為弧度、尖角、邊緣等面積較小但是極為不平整部位，這些部位無(wú)法測(cè)量色差，膜厚的數(shù)據(jù)也無(wú)較大參考性（邊緣效應(yīng)、靜電吸附等影響較大），此部位的色差只能通過(guò)目視去控制，而且此類色差對(duì)于高明度或者各角度之間色差數(shù)值差異較大的顏色影響大一些，對(duì)于其它顏色則目視不是很明顯。對(duì)于影響較大的顏色，只能盡力調(diào)整該部位的機(jī)器人相關(guān)參數(shù)進(jìn)行色差對(duì)應(yīng)。

4.2 車身與部品顏色均一性控制

部品分為內(nèi)作和外作，內(nèi)作為保險(xiǎn)杠，外作為下裙邊飾板、門把手、后視鏡等部品。這些部品與車身存在噴涂工藝和油漆廠家不同等差異，故對(duì)色匹配性較為困難。在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，車身與部品無(wú)法做到完全均一，其差異主要體現(xiàn)在3 點(diǎn)：觀察者的差異、底材和噴涂工藝的差異、結(jié)構(gòu)的差異。

a.觀察者的差異會(huì)直接體現(xiàn)為對(duì)色結(jié)果不同，如觀察者A 目視保險(xiǎn)杠較車身偏紅，而觀察者B 則看出偏藍(lán)，在色彩心理學(xué)中，觀察者心理因素的變化以及個(gè)人偏好也會(huì)對(duì)色結(jié)果有直接的影響，觀察者A 喜紅色，觀察者B 喜黃色，也會(huì)看出不同的色差偏向。因此，在對(duì)色過(guò)程中，需由3 人及以上的人員進(jìn)行色差的判斷，以減少因觀察者差異而造成的對(duì)色結(jié)果不一致的情況。

b.底材和噴涂工藝的差異。首先分析底材差異對(duì)色差的影響，車身普遍使用的是鋼板，部品使用的主材是聚丙烯（Polypropylene，PP）或ABS 塑料（由丙烯腈(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)3 種單體的三元共聚物）。以保險(xiǎn)杠為例，其主材為PP，在成型加工后呈黑色，車身底材（以鍍鋅板為例）為淺灰色（45°明度約為40），底材顏色差異大[3]。且PP 屬于絕緣材料，在靜電涂裝時(shí)需要在噴涂面的背面加上錫紙，但涂裝過(guò)程中的靜電吸附效果遠(yuǎn)低于鋼板。因此，同樣的工藝條件下噴涂，尤其對(duì)于遮蓋力較差（高明度或高彩度）的顏色，會(huì)因?yàn)榈撞牡牟町?，目視色差效果完全不同，主要表現(xiàn)為保杠側(cè)面偏濁、閃光材質(zhì)排列不均勻、上漆率不足等。因?yàn)楸８艿淄恐挥幸环N，而車身中涂種類相對(duì)較多，因此在進(jìn)行車身中涂與保杠底涂顏色差異較大的顏色開(kāi)發(fā)時(shí)，可考慮使車身向保險(xiǎn)杠色相偏向一致的方向調(diào)整，防止后期保險(xiǎn)杠與車身顏色匹配度過(guò)低。

c.特殊結(jié)構(gòu)部品，即對(duì)色面、對(duì)色角度不一致的部品，尤其是部品弧形造型或者是有多個(gè)對(duì)色面，而且對(duì)色面角度不一致的部品。以某車型后牌照飾板為例，該部品主要有2 個(gè)對(duì)色面，部品上部反映正面（15°/25°）的顏色，部品與部品下部反映側(cè)面（45°/75°）的顏色，如圖6 所示。因此，對(duì)色時(shí)需要平衡考慮正面和側(cè)面的顏色調(diào)整，最終根據(jù)目視評(píng)價(jià)結(jié)果制定該部品單獨(dú)的顏色管理基準(zhǔn)，如與車身上部配合較為協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上，對(duì)側(cè)面的顏色數(shù)據(jù)進(jìn)行單獨(dú)的調(diào)整對(duì)應(yīng)。特殊結(jié)構(gòu)部品的色差調(diào)整需要多種方案組合（梯度性調(diào)整）并進(jìn)行多次對(duì)色，并記錄每一種方案各角度目視判斷結(jié)果，最終選取最優(yōu)的方案。

圖6 后牌照飾板對(duì)色面示意

5 結(jié)論

a. 在顏色開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)之初，要充分分析該顏色色差數(shù)據(jù)特性，并根據(jù)其特性進(jìn)行原材料選擇、測(cè)試方案設(shè)計(jì)、重點(diǎn)課題提煉等。

b. 在施工過(guò)程中，要結(jié)合顏色本身特點(diǎn)和前期測(cè)試結(jié)果對(duì)施工過(guò)程中重要的影響因子進(jìn)行分析和總結(jié)以及重點(diǎn)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)的異常對(duì)應(yīng)方案制定，以便出現(xiàn)問(wèn)題能及時(shí)準(zhǔn)確的對(duì)應(yīng)。

c.對(duì)于色差管理，要了解色差的概念、原理、管控方法、對(duì)色方法等，更要對(duì)特殊結(jié)構(gòu)（造型）對(duì)色差的影響進(jìn)行把握和判斷，確保一臺(tái)份車身各部位的顏色均一性，進(jìn)一步提升車身的商品性。