Патент на изобретение №2276337

(54) СПОСОБ ВЫБОРА СОСТАВА ДЛЯ ОДНОГО ИЛИ БОЛЕЕ СЛОЕВ МНОГОСЛОЙНОГО ПОКРЫТИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к измерительной технике. Предложенный способ включает в себя формирование одной или более баз данных, содержащих колориметрические данные, относящиеся к набору составов и/или относящиеся к составляющим грунтовки и слоев основного или верхнего покрытия для многослойного покрытия; введение колориметрических данных ремонтируемого объекта в компьютер, имеющий доступ в упомянутую базу данных; определение составов грунтовки и, по выбору, одного или более слоев основного или верхнего покрытия с помощью этой базы данных так, чтобы получаемый цвет наносимого многослойного покрытия соответствовал цвету ремонтируемого объекта при использовании наименьшего возможного количества материала покрытия. Технический результат – уменьшение количества материала покрытия, необходимого для обеспечения полной укрывистости. 6 з.п. ф-лы, 1 ил, 3 табл.

Изобретение относится к способу выбора составов покрытий, используемых в качестве многослойного покрытия в ремонтных целях. Такое многослойное покрытие, как правило, содержит грунтовку, наносимую на подложку, и по меньшей мере, один слой покрытия. При ремонте легковых автомобилей верхний слой в общем случае является прозрачным покрытием, а нижележащий слой или слои являются так называемыми основными покрытиями. Если прозрачное покрытие не используется, то верхний слой в общем случае называют верхним покрытием. Составы грунтовки и слоев покрытия определяют так, чтобы получаемый цвет высохшего многослойного покрытия точно соответствовал цвету ремонтируемого объекта, например легкового автомобиля, а количество необходимого материала покрытия при этом минимизировалось.

В заявке WO 97/43052 описан способ выбора грунтовки, при котором используют серую грунтовку, имеющую в высушенном состоянии такой же коэффициент отражения, как коэффициент отражения верхнего покрытия, измеренный на длине волны минимального поглощения верхнего покрытия. В качестве цвета основного покрытия предусмотрен лишь серый цвет.

Кроме того, известно использование окрашенных грунтовок, например грунтовок семейства “Колорбилд” (Colorbuild^®), поставляемых фирмой “Экзо Нобель Коатингз” (Akzo Nobel Coatings), Сассенхейм, Нидерланды. Выбирают грунтовку, которая в какой-то степени обеспечивает соответствие получаемого цвета цвету ремонтируемого объекта. После этого можно нанести верхнее или основное покрытие, которое соответствует цвету ремонтируемого легкового автомобиля. Ввиду точного соответствия цвета грунтовки требуется меньшее количество верхнего покрытия или основного покрытия. Недостаток этой системы заключается в том, что имеется лишь ограниченное количество цветов грунтовки. Несмотря на это ограниченное количество имеющихся цветов по-прежнему требуется значительное пространство для складских помещений.

В патенте США №4552780 описан способ нанесения верхнего покрытия при неполной укрывистости поверх окрашенного промежуточного покрытия. В этом документе не предполагается выбор сочетания грунтовки и основного или верхнего покрытия, совместно соответствующих первоначальному цвету ремонтируемого изделия.

Задача настоящего изобретения состоит в обеспечении способа, описанного во введении, и способствует дальнейшему уменьшению количества материала покрытия, необходимого для обеспечения полной укрывистости.

Задача изобретения решается посредством способа, включающего в себя следующие этапы, на которых

– формируют одну или более баз данных, содержащих колориметрические данные, относящиеся к набору составов и/или относящиеся к составляющим грунтовок и слоев основного или верхнего покрытия,

– вводят колориметрические данные ремонтируемого объекта в компьютер, имеющий доступ в упомянутую базу данных,

– определяют составы грунтовки и других слоев многослойного покрытия с помощью указанной базы данных так, чтобы получаемый цвет наносимого многослойного покрытия соответствовал цвету ремонтируемого объекта при использовании наименьшего возможного количества материала покрытия.

С помощью этого способа можно обеспечить дальнейшее уменьшение количества необходимого материала покрытия и одновременно соответствие цвету ремонтируемого объекта, являющееся, по меньшей мере, таким же точным, как в известных технических решениях.

Предпочтительный состав можно определить путем выбора из некоторого заданного набора предварительно определенных составов или путем расчета требуемого состава, исходя из набора данных имеющихся составляющих. Эти составляющие могут включать в себя основные краски, связующие, пигментные пасты, тонеры и т.д. Некоторые из составляющих, такие как тонеры, можно использовать в составах грунтовок, а также в составах основных или верхних покрытий.

Если состав определяют путем расчета на основании колориметрических данных имеющихся составляющих, то такие составы можно приготавливать на месте применения (in situ).

Колориметрические данные образца можно формировать, например, вводя однозначно определенный цифровой код. В альтернативном или дополнительном варианте возможно формирование колориметрических данных посредством цветоизмерительного устройства, такого как спектрофотометр или устройство аналогичного назначения. Подходящим устройством является, например, система “Автоматчик” (Automatchic^®), поставляемая фирмой “Экзо Нобель Коатингз”, Сассенхейм, Нидерланды. Другие подходящие устройства включают в себя “МакБет Колор-Ай 3000” (MacBeth Colour-Eye^® 3000), удобный специализированный спектрофотометр “БиУайКей-Гарднер 9300” (BYK-Gardner^® 9300) и спектрофотометр “Экс-Райт ЭмЭй-58” (X-Rite^® MA-58). Если потребуется, то можно сформировать колориметрические данные в сочетании с торговой маркой ремонтируемого автомобиля.

В предпочтительном варианте в качестве колориметрических данных используются параметры L*, a*, b* системы Lab МКО, предложенные Международной комиссией по освещению (МКО). Параметр “a*” находят на оси красного – зеленого цветов, параметр “b*” находят на оси желтого – синего цветов, а параметр “L*” находят на оси яркости. Однако при необходимости можно воспользоваться и другими системами цветовых координат, такими как система Luv МКО.

Если цвет вычисляют, например, исходя из данных имеющихся составляющих, то можно использовать параметры K и S в соответствии с теорией Кубелки и Мунка (П.Кубелка и Ф. Мунк, “Влияние особенностей красок в оптике”, “Журнал технической физики” (P. Kubelka and F. Munk, “Ein Beitrag zur Optik der Farbenstriche”, Z. Tech. Physik.), вып.12, с.593, 1931) при определении состава грунтовки или основного покрытия. Параметр K – это коэффициент поглощения. Параметр S – это коэффициент рассеяния.

Способ выбора, соответствующий изобретению, можно использовать только для состава грунтовки, в сочетании с использованием верхнего покрытия или основного покрытия, соответствующего цвету ремонтируемого объекта. Однако предпочтительным является выбор состава большего количества слоев, предпочтительно, всех слоев многослойного покрытия так, чтобы получаемый цвет всего наносимого многослойного покрытия соответствовал цвету образца. Этим способом можно оптимизировать многослойное покрытие в целом. Поскольку полная укрывистость верхнего слоя не требуется, цвет нижних слоев также может оказаться видимым и оказывать свое влияние на получаемый цвет всего покрытия. Можно использовать сочетания пигментов, плохо смешиваемых друг с другом. Например, первый слой основного покрытия может содержать пигменты, создающие эффекты, например металлические и перламутровые пигменты, тогда как второй слой основного покрытия или верхнего покрытия содержит пигменты сплошных цветов. Поскольку от основного покрытия или верхнего покрытия не требуется полная укрывистость, и нижние слои могут быть видимыми в некоторой степени, то можно создавать цвета, формирование которых было бы невозможно при использовании основного покрытия или верхнего покрытия в качестве единственного окрашенного слоя.

Поскольку цветовое соответствие отремонтированного изделия и первоначального образца должно быть как можно более точным при наблюдении с различных направлений и при разных углах освещения, то в предпочтительном варианте колориметрические данные ремонтируемого изделия измеряют под несколькими углами, а в базу данных включают данные, относящиеся к колориметрическим данным состава, выбираемого или определяемого под этими углами. В предпочтительном варианте количество углов составляет три.

Если состав грунтовки, смешиваемой с тонерами верхнего или основного покрытия, выбирают или рассчитывают, это дает дополнительные преимущества. Таким образом можно уменьшить количество составов грунтовок на складе.

Далее изобретение будет проиллюстрировано нижеследующими примерами.

Пример 1

На чертеже показана блок-схема системы для выбора грунтовки в соответствии с настоящим изобретением. Она включает в себя переносной колориметр 1, известный из уровня техники. Колориметр 1 используют для измерения цвета и для определения величин L*, a*, b* покрытия легкового автомобиля, на котором в целях ремонта нужно восстановить отделочное покрытие. Колориметр 1 включает в себя датчик 2, процессор 3 данных, предназначенный для обработки данных измерения, дисплей 4, которой может представлять собой, например, экран персонального компьютера, и предназначен для отображения определенных величин L*, a*, b* с целью показа для пользователя, и интерфейс 5 для передачи величин L*, a*, b* в компьютер 6. После измерения цвета легкового автомобиля колориметр 1 подключают к компьютеру 6 через посредство соединения 7, которое может представлять собой кабель или может быть беспроводным, например, осуществляемым посредством передачи инфракрасного излучения. Компьютер 6 служит, с одной стороны, для управления цветосмесительным устройством 9 посредством интерфейса 8, а с другой стороны, для связи с центральным устройством 13 обработки данных посредством модема 10, телефонной линии 11 и второго модема 12. Это соединение может быть либо соединением с сетью “Интернет”, либо соединением с другой сетью, или оно может быть даже временным или постоянным двухсторонним соединением. Центральное устройство 13 обработки данных имеет доступ в первую базу 14 данных, содержащую величины L*, a*, b* некоторого количества цветных составов, включая все имеющиеся составы грунтовок, и некоторого количества составов основных покрытий, и во вторую базу 15 данных, содержащую величины К и S составов грунтовок и некоторого количества пигментных паст для дополнительного тонирования стандартных составов грунтовок и/или тонеров основных покрытий, если это требуется.

При измерении цвета автомобиля, отделочное покрытие которого требует восстановления, входные данные формируются датчиком 2 колориметра 1 и попадают в процессор 3 данных колориметра для определения величин L*, a*, b*. Эти величины отображаются на дисплее 4 колориметра 1. Пользователь может проконтролировать величины L*, a*, b*, повторяя измерение и сравнивая результаты с отображаемыми величинами. После измерения пользователь может переместить колориметр 1 к компьютеру 6 и подсоединить интерфейс 5 колориметра 1 к компьютеру 6 посредством соединительного кабеля 7. После подсоединения процессор 3 данных посылает величины L*, a*, b* в компьютер 6. По команде пользователя компьютер 6 дает команду на обмен данными с центральным устройством 13 обработки данных посредством модемов 8 и 10 и линии 9 связи. Центральное устройство 13 обработки данных запускает программу, осуществляющую вычисление для набора грунтовок предварительно подобранного состава разности dEab между измеренными величинами L*, a*, b* легкового автомобиля, соответствие первоначальному цвету которого нужно обеспечить, с одной стороны, и величинами L*, a*, b* системы, содержащей слой основного покрытия, соответствующий первоначальному цвету автомобиля и наносимый на расчетный слой грунтовки, с другой стороны. Для каждой грунтовки рассчитывают минимальную толщину слоя основного покрытия, необходимую для обеспечения полной укрывистости. Выбирают состав, обеспечивающий наименьшую минимальную толщину слоя. Если эта минимальная толщина слоя меньше предварительно заданного предела, информацию о выбранном составе грунтовки передают в компьютер 6, который пропускает эту информацию о составе в цветосмесительное устройство 9. Цветосмесительное устройство 9 представляет собой стандартное устройство, известное из уровня техники и используемое для приготовления составов грунтовок из ограниченного количества основных красок и набора пигментных паст. На основе выходных данных из центрального устройства 13 обработки данных цветосмесительное устройство 9 осуществляет смешивание требуемой основной краски с требуемыми пигментными пастами и обеспечивает выбранный состав грунтовки. Если минимальная толщина слоя больше упомянутого предварительно заданного предела, центральное устройство 13 обработки данных считывает величины К и S выбранной грунтовки из второй базы 15 данных, объединяет их с величинами К и S одной или более пигментных паст, рассчитывает величины L*, a*, b* смеси выбранного состава грунтовки и дополнительных пигментных паст, а затем рассчитывает минимальную толщину слоя, необходимую для обеспечения полной укрывистости. Состав, включающий в себя выбранный состав грунтовки и дополнительных красителей, итеративно подбирают так, чтобы получаемая минимальная толщина слоя оказывалась меньше предварительно заданного предела. После прохождения этого предела информацию о соответствующем составе передают в компьютер 6 и направляют в цветосмесительное устройство для приготовления грунтовки нового состава.

Пример 2. Сравнительные примеры А, В и С

Нижеследующие вычисления демонстрируют, что, при выборе грунтовки в соответствии с настоящим изобретением, толщина слоя основного покрытия, наносимого при восстановлении отделочного покрытия легкового автомобиля, уменьшается по сравнению с обычной белой грунтовкой или по сравнению с серой грунтовкой, имеющей коэффициент отражения в высушенном состоянии, совпадающий с коэффициентом отражения верхнего покрытия, измеренным на длине волны минимального поглощения указанного верхнего покрытия.

Требовалось восстановить отделочное покрытие двери легкового автомобиля, окрашенного в красный цвет, после повреждения. Выбрали основное покрытие, соответствующее первоначальному цвету. Цвет основного покрытия, характеризующийся величинами К и S, и спектр отражения, соответствующий модели Кубелки-Мунка, представлены в Таблице 1.

Используемая система выбора грунтовки также включает в себя компьютер с доступом в базу данных величин К и S, соответствующих набору тонеров. На основе этой базы данных можно составлять грунтовки. Эта база данных может включать в себя, например, следующие три или более составов тонеров с учетом величин К и S.

Для сравнительных примеров А и В приготавливали белую и черную грунтовки на основе чистого белого тонера и черного тонера, данные которых приведены в таблице 2, соответственно. Для сравнительного примера С приготавливали серую грунтовку на основе смеси белого и черного тонеров в соответствии с известным способом согласно публикации WO 97/43052. Для приготовления серой грунтовки сначала определяли длину волны, соответствующую минимальной величине К основного покрытия. В соответствии с таблицей 1 эта длина волны составляет 660 нм. На этой длине волны коэффициент отражения имеет величину R=0,669. Выбрали состав серой грунтовки, представляющий собой смесь, содержащую 98% белого тонера и 2% черного тонера в соответствии с таблицей 2, имеющую почти такой же коэффициент отражения, а именно R=0,67.

В примере 2 приготавливали три красных грунтовки на основе тонеров, данные которых приведены в таблице 2. Первый состав красной грунтовки представлял собой смесь, содержащую 60% белого тонера и 40% красного тонера. Вторая красная грунтовка представляла собой смесь, содержащую 35% белого тонера и 65% красного тонера. Третья красная грунтовка представляла собой смесь, содержащую 10% белого тонера и 90% красного тонера. Третья грунтовка дала наименьшую величину dEab относительно величин L*, a*, b* основного покрытия с хорошей укрывистостью, приведенных в таблице 1.

Для каждой грунтовки можно рассчитать спектр отражения. Формула для расчета теоретических величин R_t коэффициентов отражения для слоев с хорошей и плохой укрывистостью, основанная на модели Кубелки-Мунка для твердых частиц, имеет следующий вид:

где А=К()/S()+1;

B=((К()/S())²+2×((К()/S())^0,5;

D – толщина слоя;

– длина волны;

R_t() – теоретическая величина коэффициента отражения;

R_g() – коэффициент отражения поверхности изделия;

S() – коэффициент рассеяния покрытия при длине волны;

К() – коэффициент поглощения покрытия при длине волны.

Величины коэффициентов отражения составов грунтовок были такими, которые приведены в таблице 3, причем R_белый – коэффициент отражения белой грунтовки в сравнительном примере А, R_черный – коэффициент отражения черной грунтовки в сравнительном примере В, а R_серый – коэффициент отражения серой грунтовки в сравнительном примере С. R_{красный1}, R_{красный2} и R_{красный3} – коэффициенты отражения грунтовок в примере 2.

Для определения величин L*, a*, b* грунтовок была выбрана весьма существенная толщина D, что упрощает формулу модели укрывистости Кубелки-Мунка, которая принимает вид R_t()=А-В, причем А и В определены выше. Величины L*, a*, b* можно рассчитать, исходя из значений R_t, способом, известным специалисту в данной области техники и описанным в любом стандартном справочнике по измерению цветов, см., например, Р.У.Г. Хант, “Измерение цветов”, глава 2, 1987, “Эллис Хорвуд Лтд.”, Чичестер (Measuring Colour by R.W.G. Hunt, Chapter 2, 1987, Ellis Horwood Ltd., Chichester), ISBN 0-7458-0125-0; эта книга упоминается здесь для справок.

Отличие цветов, существующее между двумя разными цветами и выражаемое параметром dEab, рассчитывают по следующей формуле:

где dL* – разность величин L*, da* – разность величин a*, db* – разность величин b*. На основании этого уравнения и вышеупомянутой модели Кубелки-Мунка можно вычислить минимальную толщину D слоя основного покрытия для каждой из грунтовок. Полную укрывистость определяют как степень укрывистости, дающую разность цветов, выражаемую величиной dEab0,1, при сравнении со слоем бесконечной толщины того же основного покрытия.

По расчетам в примере 2 получилось, что толщина слоя основного покрытия первой красной грунтовки должна составлять 6,4 мкм, тогда как толщина слоя основного покрытия второй красной грунтовки должна составлять 14,2 мкм, а толщина слоя основного покрытия третьей грунтовки должна составлять 16,4 мкм. Поэтому выбрали первую красную грунтовку.

По расчетам в сравнительном примере А получилось, что требуемая минимальная толщина слоя основного покрытия на белой грунтовке должна составлять 16,1 мкм. Это означает, что для достижения той же степени укрывистости основное покрытие должно быть в 2,5 раза толще. Разница была еще большей, когда провели сравнение с черной грунтовкой согласно сравнительному примеру В: потребовалась минимальная толщина слоя основного покрытия, составляющая 18,8 мкм. В сравнительном примере С потребовалась минимальная толщина слоя основного покрытия, составляющая 10,3 мкм, что все равно примерно на 1,6 мкм больше, чем толщина слоя основного покрытия, достигаемая в результате применения способа согласно изобретению.

Формула изобретения

1. Способ выбора составов покрытий для многослойного покрытия при ремонте, при этом многослойное покрытие содержит грунтовку, наносимую на подложку, по меньшей мере, одно основное или верхнее покрытие и, по выбору, прозрачное покрытие, при этом способ включает в себя следующие этапы, на которых

формируют одну или более баз данных, содержащих колориметрические данные, относящиеся к набору составов и/или относящиеся к составляющим грунтовки и слоев основного или верхнего покрытия,

вводят колориметрические данные ремонтируемого объекта в компьютер, имеющий доступ в упомянутую базу данных,

определяют составы грунтовки и других слоев многослойного покрытия с помощью этой базы данных так, чтобы получаемый цвет наносимого многослойного покрытия соответствовал цвету ремонтируемого объекта при использовании наименьшего возможного количества материала покрытия.

2. Способ по п.1, в котором определяют состав путем выбора из заданного набора предварительно определенных составов.

3. Способ по п.1 или 2, в котором определяют состав путем расчета, проводимого исходя из набора данных имеющихся составляющих, например исходя из величин К и S.

4. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором выбирают или рассчитывают грунтовку, которая точно соответствует цвету ремонтируемого объекта.

5. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором измеряют колориметрические данные ремонтируемого объекта под несколькими, предпочтительно тремя или более, углами, при этом база данных содержит данные, относящиеся к колориметрическим данным состава, выбираемого или определяемого под указанными углами.

6. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором выбирают или вычисляют состав грунтовки, смешиваемый с тонерами верхнего или основного покрытия.

7. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором колориметрические данные в базе данных содержат параметры L*, а*, b*, соответствующие системе Lab Международной комиссии по освещению (МКО).

РИСУНКИ