KURZUS: Finommechanika és optika a járműtechnikában

MODUL: IV. modul

9. lecke: Optikai alapismeretek

| A lecke tanulásának a célja: Optikai alapismeretek elsajátítása a cél. Színvizsgálati lehetőségek ismertetése.
Szükségesen elsajátítandó: Alapfogalmak, színvizsgálati lehetőségek ismerete.
Lecke elsajátításának időtartama: A lecke elsajátításához kb. 45 perc szükséges.
Az emberi szervezet érzékelése
látás 90%, hallás 6%, szaglás 2%, tapintás 1%, ízlelés 1%.
Külső ingerek érzékelése
1. ábra
A fény
elektromágneses sugárzás szemünk által érzékelhető hányada, látható tartomány 380 nm-től 780 nm-ig, ezen belül a szemünk a hullámhossztól függően képes a sugárzást fényérzetté alakítani. A sugárzás hullámhossza: λ az az út, amelyet az elektromos hullám egy teljes rezgés (tehát két hullámhegy csúcspontja) alatt megtesz.
Látható fény hullámhossza
Látható fény hullámhossza
2. ábra
Látható fény hullámhossza
3. ábra
Egyes fényforrások fénysűrűsége
Éjszakai égbolt | 10-7 | cd/m2
Hold | 0,25 | cd/m2
Szürke égbolt | 0,3 | cd/m2
Kék égbolt | 1 | cd/m2
Gyertyafény | 1 | cd/m2
Izzólámpa (matt) | 5-40 | cd/m2
Izzólámpa (víztiszta) | 200-3.000 | cd/m2
Napfény a láthatáron | 600 | cd/m2
Izzólámpa-szál | 180.000 | cd/m2
Napfény napközben | 150.000 | cd/m2
Xenon-gáztöltésű lámpa | 50.000-100.000 | cd/m2
Jellegzetes megvilágítási értékek
Szükségvilágítás | 1 lux
Folyosó | 50 lux
Iroda | 500 lux
TV-stúdió/kamera | 800 lux
Napfény nyáron | 100.000 lux
Napfény télen | 10.000 lux
Átlagos nap nyáron | 5.000-10.000 lux
Átlagos nap télen | 1.000-2.000 lux
Telihold | 0,2 lux
Holdfogyatkozás éjjel | 0,0003 lux
Színérzékelés határa | 3 lux
Távolságtörvény
Távolságtörvény szemléltetése
4. ábra
E= I r 2 ⋅c o s θ
A távolságtörvény alapján pontszerű fényforrás esetén a fényforrás megvilágítása a felülettől való távolság négyzetével arányosan csökken.
Szem érzékelése
5. ábra
A színinger váltja ki a szemben a szín érzetet és végül agyunkban a szín észleletet:
φ( α )=Φ( α )⋅ρ( α )⋅τ( α )
ρ(α) megvilágított színes felületek színe spektrális reflexiója, τ(α) a fény útjába kerülő színszűrők színe, spektrális transzmissziója.
Szabályos fényszórás
6. ábra
Szabályosan szórt fény
7. ábra
Irányítottan szórt fény
8. ábra
Vegyes fényszórás
9. ábra
Fényforrás jellemzői
Gazdaságosság: Fényhasznosítás. Élettartam. Fényminőség: (Spektrum). Színhőmérséklet (TC). Színvisszaadás (Ra). Egyéb technikai adatok: Felfutási idő. Újragyújtási idő. Sugárzási szög.
Színhőmérséklet
10. ábra
A színeket továbbá fel lehet osztani:
tárgyszínek, átnézeti és ránézeti szín, térszínekre.
A színeknek három jellegzetes tulajdonsága van:
színezettség, telítettség, világosság.
Két szín akkor azonos, ha e három tulajdonságuk mind megegyezik.
Színkoordináta rendszer
A legáltalánosabban a színek jellemzésére az CIE által szabványosított L* a* b* koordinátákat használják. (A CIE, a Nemzetközi Világítástechnikai Bizottság, az a szervezet, mely a színinger mérés területén a nemzetközi előírásokat és szabványokat kidolgozza.)
Használatos még a Hunter L*a*b, valamint az x, y, z színrendszer, valamint az ezekből származtatott többi rendszer is. (Történetileg a CIE L* a* b* és a Hunter L*a*b is az x, y, z-ből származik.)
Két szín koordinátái egyesével is összehasonlíthatók: a CIE L* a* b* rendszerben bevezették a ΔE* mérőszámot, ami két szín koordinátáinak a távolsága. Ha a ΔE* értéke 0,5 alatt van, az emberi szem nem tudja megkülönböztetni a két színt.
Ez a ΔE* azonban nem ad információt arról, hogy a szín milyen jellemzői (világosság, színezet) térnek el egymástól, ezért az egyes koordináták összehasonlítása is hasznos lehet, valamint bevezettek egyéb a különbségeket jellemző mérőszámokat is ( ΔH*, ΔC*).
MA68II- Spektrométer
11. ábra
Színes minták vizsgálata szabad szemmel, műszer nélkül:
ez a vizsgálat szubjektív vizsgálati módszer, a mintavizsgálat során az ismeretlen mintát mindig egy referencia mintához hasonlítjuk.
Ebben a vizsgálati módszerben az a "probléma", hogy lehet azzal érvelni, hogy a kéket világosnak vagy zöldesnek, vagy sárgásnak vagy stb.-nek néztem. Az emberek vizuális érzékelése és a vizsgálati gyakorlata is különbözik. Az "átlagos" ember számára az ilyen jellegű színazonosítás megfelelőnek bizonyúlhat.
Színnéző doboz/kabin 4 - 5 - 6 eltérő típusú fényforrással
12. ábra
A vizsgálat folyamata egyszerűen akár a 12. ábrán szemléltetett színező dobozba/kabinba a fényezett alkatrészt elhelyezzük és mellé pedig a színkártyákat, melyből a színhez a legközelebbit igyekszünk megkeresni. A színező doboz/kabin mellett használatos a napfény alkalmazása is.
RAL színkártya
13. ábra
A RAL színkártyák az "alap" színeket tartalmazzák, melyeket kiegészítenek az egyes fényezőanyag gyártók tetszőleges mennyiségű színárnyalatokkal a kódokat feltüntetve.
Fényesség mérés
A bevonatok fényességének jellemzésére az ún. fényesség egységet a GU-t (angolul: gloss units) használják. Általánosan: ez nem más, mint egy meghatározott paraméterekkel rendelkező ,,ősetalon" fényességéhez viszonyított százalékos arány. Hogyan értendő a mérési geometria? A mérési geometriát egy szög értékkel jellemzik, ami a megvilágító fény beesési (és egyúttal visszaverődési) szöge. Milyen mérési geometriájú berendezések vannak? Legáltalánosabban a 60°-os geometriát szokás használni. Ez a legtöbb anyag fényességének meghatározásához elegendő. Nagyon fényes anyagok esetén a 85°-os, nagyon matt anyagoknál a 20°-os geometria használatos.
Fényesség mérése
14. ábra
A fényesség a vizsgált mintának a szín mellett a legfontosabb jellemző adata. A fényesség megváltoztatja a színérzetet, a test éleinek érzékelését is például. A fényességmérés alapjait az ASTM, DIN és ISO szabványokban fektették le. Mértékegysége a GU (gloss unit), értéke attól függ, hogy milyen szög alatt vizsgáljuk a mintát (100 - 2000 GU).
Gépjármű fényezésével kapcsolatos alapgondolatok:
Sötét színű autókra (főleg lakkozott fekete) jellemzők a fényezési hibák könnyű észlelhetősége. Javítófényezés esetén a színkeverés után célszerű próbafújást végezni. A fénytani alapismeretek alapján a fényezésen "megjelenő" tükörkép ad tájékoztatást a felület (domború, homorú, kosz bekerülése a fényezésbe) ill. a fényezés-lakkozás (narancsosság, lakk hiány, lakk megfolyás) minőségéről. Egy festékárnyalatot csak "egyszer lehet kikeverni-elkészíteni". A színeltérés, lakkozás minősége miatt kis hibák esetén is (3-4 cm2) is nagyságrendekkel nagyobb felületet kell fényezni.
Önellenőrző kérdések
1. A szemünk mekkora százalékát érzékeli a külső ingereknek?
2. Mekkora a látható fény hullámhossza?
3. Hogyan jön létre a látás folyamata?
4. Lehet-e egy színárnyalatot még egyszer kikeverni?
5. Milyen színen látszanak leginkább a fényezési problémák?