道路交通用反光膜表面色測定不確定度分析

王 恒

(交科院檢測技術(shù)(北京)有限公司，北京 101300)

道路交通用反光膜是已經(jīng)制成薄膜狀可以直接貼敷于其他材料上直接應(yīng)用的一種逆反射材料[1]。主要利用光源照射將道路指示牌上的各種信息返回光源的貼附在道路指示牌表面的一層具有各種理化生能的塑料薄膜[2]。目前也是道路交通標(biāo)志反光材料中應(yīng)用范圍最多的一種材料[3]。道路交通用反光膜主要作為使用材料多是裁剪成不同類型形狀附著在底板上；適用于道路交通標(biāo)志、輪廓標(biāo)、交通錐面、隔離墩、防撞桶等交通安全設(shè)施，道道路交通用反光膜的主要作用就是改善交通標(biāo)志的表面性能，適應(yīng)不同氣候條件下的交通環(huán)境，確保駕駛員和行人交通安全，道路交通用反光膜也多用于交通標(biāo)志用以警示駕駛?cè)说缆飞闲羞M(jìn)。

由于交通標(biāo)志的顏色主要以白天使用為主，道路交通用反光膜在白天表現(xiàn)的各種顏色，即晝間色或表面色[6]。道路交通用反光膜是采用CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體D65光源，D65光源的亮度近似于白天中午左右的太陽光，測量的幾何條件取45°a：0°進(jìn)行樣品檢測[4]。

目前，顏色的測量主要利用分光光度計(jì)測量物體的光譜反射率，其輸出結(jié)果為三刺激值X、Y、Z，再經(jīng)計(jì)算得到色品坐標(biāo)x、y或色差[5]。采用科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)且相對(duì)合理的檢測手段對(duì)逆反射材料的色度性能進(jìn)行試驗(yàn)檢測，保障交通安全的基礎(chǔ)是取決于道路交通中各種安全設(shè)施的顏色性能能夠滿足國家級(jí)行業(yè)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和工程應(yīng)用現(xiàn)場的使用的要求[6-7]。

測量不確定度的定義為利用現(xiàn)有所能用到的所有相關(guān)的信息數(shù)據(jù)，用以表述賦予被測量值的分散性的非負(fù)參數(shù)[8]。測量不確定度，描述了數(shù)據(jù)測量過程中結(jié)果正確性的可疑的程度，或不確定的程度。測量不確定度的數(shù)值結(jié)果越小，數(shù)據(jù)測量結(jié)果的可疑程度就相對(duì)越小，測定的結(jié)果就趨于越接近約定真值，可信度就越高[9-10]。不確定度的評(píng)定范圍包含的不僅是由于設(shè)備儀器或者人為因素等引起的不確定度，其中還包含了除此之外的其他的會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)離散的各種原因，諸如，測試的環(huán)境溫度、濕度和方法的不嚴(yán)謹(jǐn)，以及數(shù)據(jù)修約等。

本文利用工廠成品庫中現(xiàn)場抽檢的道路交通用反光膜作為樣品進(jìn)行試驗(yàn)檢測，分析在試驗(yàn)檢測過程中可能對(duì)檢測結(jié)果引起的不確定度的各分量來源，對(duì)其不確定度進(jìn)行合理的評(píng)估，確保反光膜產(chǎn)品色度性能測試結(jié)果的可靠性，增強(qiáng)試驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)在此檢測領(lǐng)域的公信力，本研究探討同時(shí)也為測定道路交通用色度性能的質(zhì)量控制提供了相對(duì)有效、準(zhǔn)確可靠的測量參考[11]。

1 樣品檢測

1.1 試驗(yàn)樣品

寄送試驗(yàn)樣品主要是兩種，其一是的成品道路交通用反光膜一般都采用成卷的方式，其二是委托方自行裁剪成一定長寬的樣品或標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)樣品，如若是成品道路交通用反光膜是均勻、光滑、纏繞在剛性圓芯上，根據(jù)整卷道路交通用反光膜試樣現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，道路交通用反光膜產(chǎn)品是利用裁剪完成的試驗(yàn)小件進(jìn)行試驗(yàn)測量，按以下方法抽取和準(zhǔn)備試樣。

(1)從剛性圓芯上將整卷道路交通用反光膜試樣取下，隨機(jī)沿幅寬裁取1 m反光膜，沿對(duì)角線從左下角、中間、右上角各分別裁取反光膜試樣見圖1。

圖1 反光膜取樣方式

(2)按道路交通用反光膜GB/T 18833—2012國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中規(guī)定的方法裁剪制備試樣，試樣制成長度150 mm，寬度150 mm，數(shù)量為3件，并按生產(chǎn)廠商提示在背面做出基準(zhǔn)標(biāo)記。

1.2 試驗(yàn)環(huán)境

有些委托樣品或自行裁決的樣品會(huì)出現(xiàn)局部卷曲情況，由于道路交通用反光膜是不需要進(jìn)行貼板后再進(jìn)行測試，因此在試樣測試前，首先應(yīng)該要滿足將樣品放置在環(huán)境溫度為23 ℃±2 ℃，相對(duì)濕度50%±10%的環(huán)境中進(jìn)行至少24 h的樣品狀態(tài)調(diào)節(jié)；期間針對(duì)已卷曲翹邊的試驗(yàn)樣品，可以采用干凈的壓板對(duì)道路交通用反光膜進(jìn)行壓平，壓板與膜之間注意放置干凈的薄膜，用以保證樣品的完整，防護(hù)由于壓板對(duì)反光膜樣品搓傷損壞，從而導(dǎo)致色品性能減弱甚至不合格，隨后在環(huán)境溫度23±2 ℃，相對(duì)濕度50%±10%中進(jìn)行相關(guān)色品性能試驗(yàn)檢測工作。

1.3 試驗(yàn)流程

采用CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體D65光源，測量的幾何條件取45°a∶0°[12]分別按GB/T 18833—2012國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中規(guī)定的試驗(yàn)方法，對(duì)長度150 mm，寬度150 mm的道路交通用反光膜試樣測定。儀器先進(jìn)行預(yù)熱，隨后需要將分光測色計(jì)進(jìn)行調(diào)零操作，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)白板進(jìn)行校準(zhǔn)方可以進(jìn)行試驗(yàn)檢測工作。每個(gè)道路交通用反光膜進(jìn)行一次試驗(yàn)檢測，取三件樣品作為試驗(yàn)最終結(jié)果，測得各種反光膜晝間色的色品坐標(biāo)和亮度因數(shù)。

1.4 試驗(yàn)設(shè)備

CM-2500c分光測色計(jì)測試設(shè)備主要是由測量探頭、測試通道的控制板、白板等設(shè)備構(gòu)成的測量系統(tǒng)，可在試驗(yàn)溫度5～40 ℃，相對(duì)濕度80%以下正常工作，分光手段利用平面繞射光柵，測量波長范圍為360～740 nm之間，具備45°/0°光學(xué)系統(tǒng)。

1.5 判定依據(jù)

測定道路交通用反光膜的亮度因數(shù)及色品坐標(biāo)合格與否，是按照GB/T 18833—2012國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中給定的亮度因數(shù)范圍判定數(shù)據(jù)大小和色品坐標(biāo)在色品圖位置分布，來確定是否符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)；反光膜的表面色分為白色、黃色、紅色、綠色、藍(lán)色、棕色、熒光黃、橙色、熒光橙、熒光黃綠色等多種顏色，本文只列舉出白色、黃色、紅色、綠色、藍(lán)色等顏色的道路交通用反光膜的顏色，其色品坐標(biāo)和亮度因數(shù)應(yīng)在表1規(guī)定的范圍。

表1 反光膜顏色(晝間色)[12]

2 測量模型

基于分光測色計(jì)測試設(shè)備對(duì)道路交通反光膜測試方法分析，其建立的測量模型如公式(1)所示

ΔY=Y測量值-Y標(biāo)準(zhǔn)值

(1)

式中：ΔY是試驗(yàn)檢測測量結(jié)果的示值誤差；Y測量值是分光測色計(jì)測量試驗(yàn)樣本的測量值；Y標(biāo)準(zhǔn)值是分光測色計(jì)測量配備的標(biāo)準(zhǔn)白色標(biāo)板的測量值。

3 不確定度分析來源

測量結(jié)果的不確定度一般來源于：被測對(duì)象、測量設(shè)備、測量環(huán)境、測量人員和測量方法及被測物品所有不確定度因素的集合[13]。被測量的定義不完善、測量原理誤差、檢測人員操作誤差等因素都可能直接或間接導(dǎo)致測量結(jié)果偏差。

由于道路交通用反光膜色度性能測試整體試驗(yàn)檢測過程操作樣本制備相對(duì)簡單，測定環(huán)節(jié)也相對(duì)不復(fù)雜，從整體進(jìn)行影響測量結(jié)果的因素角度去逐個(gè)考慮分析，同時(shí)也綜合試驗(yàn)檢測所需人員、材料、設(shè)備、環(huán)境、方法等可能存在的不確定度來源，再于此結(jié)合于其他相關(guān)文獻(xiàn)期刊資料，分析發(fā)現(xiàn)環(huán)境溫度、濕度對(duì)樣品在制樣后的整體狀態(tài)是否翹曲有很大影響；但是只要能正常保證試驗(yàn)設(shè)備正常使用，檢測的試驗(yàn)環(huán)境中的溫濕度不穩(wěn)定對(duì)最終的試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，影響極小。試驗(yàn)檢測人員及相關(guān)試驗(yàn)方法方面對(duì)結(jié)果的判定可忽略，因此主要引起數(shù)據(jù)偏差不確定性的主要分布以下3個(gè)分量。

(1)試驗(yàn)檢測人員重復(fù)性測量導(dǎo)致的不確定度分量u1；

(2)試驗(yàn)檢測設(shè)備的示值誤差導(dǎo)致的不確定度分量u2。

4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

4.1 試驗(yàn)檢測人員重復(fù)性測量導(dǎo)致的不確定度分量u1

本次試驗(yàn)設(shè)備采用CM-2500c分光測色計(jì)，采用GB/T 3978規(guī)定的CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體D65光源，測量的幾何條件選取的是45°a：0°，本次試驗(yàn)采用的是Ⅳ類，高強(qiáng)級(jí)，密封膠囊式玻璃珠型結(jié)構(gòu)的白色、黃色、藍(lán)色道路交通用反光膜；通常試驗(yàn)檢測次數(shù)多少，檢測所得到的結(jié)果差值也不同，離散性也不同，往往我們可以增加試驗(yàn)檢測次數(shù)，來提高檢測結(jié)果的正確性，減少測得結(jié)果與約定真值的偏差。但是經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，在檢測次數(shù)大于10次之后，增加檢測次數(shù)相對(duì)于檢測結(jié)果偏差不成正相關(guān)，偏差減少的程度很小。又因?yàn)樵谠黾釉囼?yàn)檢測次數(shù)的同時(shí)，相應(yīng)的也難以確保試驗(yàn)檢測條件的一致性，同時(shí)也增加了時(shí)間、精力等損耗，從而可能帶來負(fù)效益，甚至可能從而帶來新的操作誤差，因此在實(shí)際操作過程中，往往選取10次或10次以內(nèi)相對(duì)再增加而言比較適應(yīng)。

測試的測定點(diǎn)選取是在試驗(yàn)樣本中隨機(jī)選取的部位進(jìn)行試驗(yàn)檢測，檢測的要求是在同一測量位置，同一測量環(huán)境，由一名試驗(yàn)檢測人員操作同一測量設(shè)備下進(jìn)行10次獨(dú)立的重復(fù)測量試驗(yàn)，得到的觀測值如表2所示。

表2 重復(fù)性測量結(jié)果

(2)

(3)

(4)

表3 試驗(yàn)檢測人員重復(fù)性測量導(dǎo)致的不確定度分量 u1計(jì)算結(jié)果

4.2 試驗(yàn)檢測設(shè)備的示值誤差導(dǎo)致的不確定度分量u2

本次試驗(yàn)，通過查看CM-2500c分光測色計(jì)的校準(zhǔn)證書得出其測量的示值誤差，見表4所示。

表4 設(shè)備校準(zhǔn)證書提供示值誤差

(5)

(6)

(7)

表5 試驗(yàn)檢測設(shè)備本身的示值誤差導(dǎo)致的不確定度分量u2計(jì)算結(jié)果

5 合成不確定度評(píng)定

由于各分量屬于獨(dú)立存在且沒有相關(guān)性，因此進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)處理，則可以得到合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度，見表6所示。

(9)

(10)

(11)

表6 合成不確定度評(píng)定計(jì)算結(jié)果

6 擴(kuò)展不確定度評(píng)定

取置信概率p=95%，包含因子k=2，擴(kuò)展不確定度U是通過合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc和包含因子k乘積得到，k是一個(gè)大于1，通常取k=2；因此通過簡單的數(shù)據(jù)計(jì)算就可以得出各個(gè)參數(shù)的擴(kuò)展不確定度的數(shù)值。

U(Y)=k×uc(Y)

(12)

U(x)=k×uc(x)

(13)

U(y)=k×uc(y)

(14)

表7 擴(kuò)展不確定度評(píng)定計(jì)算結(jié)果

7 結(jié) 論

本文在現(xiàn)行道路交通用反光膜GB/T 18833—2012標(biāo)準(zhǔn)方法框架下，利用分光測色計(jì)測定道路交通用反光膜色度性能，通過試驗(yàn)檢測以及相關(guān)的數(shù)據(jù)計(jì)算分析，利用不同不確定度評(píng)定方法在試驗(yàn)測試過程中評(píng)定可能存在的不確定度主要來源，從而得出一下結(jié)論。

(1)白色道路交通用反光膜亮度因數(shù)的擴(kuò)展不確定度U(Y)=1.2(k=2)，色品坐標(biāo)x，y擴(kuò)展不確定度U(x)=0.2(k=2)、U(y)=0.1(k=2)。

(2)黃色道路交通用反光膜亮度因數(shù)的擴(kuò)展不確定度U(Y)=0.02(k=2)，色品坐標(biāo)x，y擴(kuò)展不確定度U(x)=0.01(k=2)、U(y)=0.002(k=2)。

(3)藍(lán)色道路交通用反光膜亮度因數(shù)的擴(kuò)展不確定度U(Y)=0.003(k=2)，色品坐標(biāo)x，y擴(kuò)展不確定度U(x)=0.002(k=2)、U(y)=0.002(k=2)。

試驗(yàn)檢測設(shè)備自身由于其機(jī)器性能導(dǎo)致的數(shù)據(jù)間的示值誤差的不確定度數(shù)值最大，對(duì)數(shù)據(jù)的離散性貢獻(xiàn)最大，而試驗(yàn)檢測過程中由于試驗(yàn)檢測人員重復(fù)測量導(dǎo)致的不確定度分量引入的不確定度數(shù)值偏小，對(duì)數(shù)據(jù)離散性貢獻(xiàn)相對(duì)于設(shè)備本身偏小，貢獻(xiàn)的分量是次要的并不足以影響試驗(yàn)樣本結(jié)果的真實(shí)性。與此就可以發(fā)現(xiàn)設(shè)備的計(jì)量校準(zhǔn)結(jié)果的正確性、準(zhǔn)確性對(duì)試驗(yàn)檢測工作就相應(yīng)的顯得極其重要。