Un medidor de brillo (también medidor de brillo ) es un instrumento que se utiliza para medir el brillo de reflexión especular de una superficie. El brillo se determina proyectando un haz de luz con una intensidad y un ángulo fijos sobre una superficie y midiendo la cantidad de luz reflejada en un ángulo igual pero opuesto.
Hay varias geometrías diferentes disponibles para medir el brillo, cada una de las cuales depende del tipo de superficie a medir. En el caso de no metales, como revestimientos y plásticos, la cantidad de luz reflejada aumenta con un mayor ángulo de iluminación, ya que parte de la luz penetra en el material de la superficie y es absorbida por él o dispersada de forma difusa dependiendo de su color. Los metales tienen una reflexión mucho mayor y, por lo tanto, dependen menos del ángulo.
Se encuentran disponibles muchas normas técnicas internacionales que definen el método de uso y las especificaciones para diferentes tipos de brillómetros utilizados en diversos tipos de materiales, incluidos pintura, cerámica, papel, metales y plásticos. Muchas industrias utilizan medidores de brillo en su control de calidad para medir el brillo de los productos y garantizar la coherencia en sus procesos de fabricación. La industria automotriz es un usuario importante del brillómetro, con aplicaciones que se extienden desde la fábrica hasta el taller de reparación.
De las muchas publicaciones registradas internacionalmente relacionadas con la medición del brillo, los primeros estudios registrados (percibidos e instrumentales) se atribuyen a Ingersoll, [1] quien en 1914 desarrolló un medio para medir el brillo del papel. El "Glarimeter" de Ingersoll, el primer instrumento conocido desarrollado para medir el brillo, se basó en el principio de que la luz se polariza en reflexión especular. El instrumento empleó ángulos de incidencia y de visión de 57,5° y utilizó un método de contraste para restar el componente especular de la reflexión total utilizando un elemento polarizador. Ingersoll solicitó y patentó con éxito este instrumento unos años más tarde, en 1917.
En 1922, Jones, [2] durante su estudio del brillo de papeles fotográficos utilizando goniofotometría, desarrolló un medidor de brillo basado en su investigación, que proporcionó una correlación más estrecha con las calificaciones de brillo asignadas mediante evaluación visual. El brillómetro de Jones utilizó una configuración geométrica de 45°/0°/45° mediante la cual la superficie se iluminó a 45° y dos ángulos reflectantes incidentes se midieron y compararon a 0° (reflectancia difusa) y 45° (reflectancia difusa más especular). Jones fue el primero en enfatizar la importancia del uso de mediciones goniofotométricas en estudios de brillo.
Los primeros trabajos realizados en 1925 por Pfund [3] condujeron al desarrollo de un "glosímetro" de ángulo variable para medir el brillo especular que luego fue patentado en 1932. El instrumento de Pfund permitía variar el ángulo de medición, pero mantenía el ángulo de visión para el ángulo de iluminación. La luz reflejada se midió utilizando una lámpara pirómetro como fotómetro. El "glosímetro" fue el primero en utilizar patrones de vidrio negro como base para el ajuste de la reflectancia. Como el ángulo era variable, este instrumento también podría usarse para medir el brillo o el brillo especular en ángulos cercanos al rasante.
Durante este tiempo, el creciente interés en este campo dio lugar a una serie de estudios similares realizados por otras personas, cada una con su propio método para medir el brillo, la mayoría de los cuales se publicaron como artículos técnicos en revistas científicas de la época. Algunos de ellos también dieron lugar a patentes.
En 1937, Hunter, como parte de un proyecto de investigación para la Oficina Nacional de Normas de EE. UU., produjo un artículo sobre los métodos para determinar el brillo. En este artículo analizó los instrumentos que estaban disponibles en ese momento (incluidos los mencionados anteriormente) en relación con la clasificación de seis tipos diferentes de glosas. En este artículo, Hunter también detalló los requisitos generales para un brillómetro estandarizado. La estandarización en la medición del brillo fue liderada por Hunter y ASTM (Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales), quienes produjeron el método de prueba estándar ASTM D523 para brillo especular en 1939. Este incorporó un método para medir el brillo en un ángulo especular de 60°. Las ediciones posteriores de la Norma (1951) incluyeron métodos para medir a 20° (alto brillo) y 85° (mate o bajo brillo). ASTM tiene otras normas relacionadas con el brillo diseñadas para su aplicación en industrias específicas.
En la industria de pinturas, las mediciones de brillo especular se realizan según la Norma Internacional ISO 2813. Esta norma es equivalente a las normas nacionales ASTM D523 (Estados Unidos), BS 3900, Parte 5 (Reino Unido); DIN 67530 (Alemania), NFT 30-064 (Francia), AS 1580 (Australia), JIS Z8741 (Japón).
Un brillómetro típico consta de un conjunto mecánico fijo que comprende una fuente de luz estandarizada que proyecta un haz de luz paralelo sobre la superficie de prueba a medir y un detector filtrado ubicado para recibir los rayos reflejados desde la superficie. El método ASTM establece que la iluminación debe definirse de manera que la combinación fuente-detector se corrija espectralmente para dar la eficiencia luminosa CIE, V(?), con el iluminante CIE SC. [4]
Hay varios instrumentos disponibles comercialmente que cumplen con los estándares anteriores en términos de su geometría de medición. Los instrumentos se calibran utilizando estándares de referencia que generalmente están hechos de vidrio negro plano, altamente pulido, con un índice de refracción de 1,567 para la línea Sodium D, y a estos se les asigna un valor de brillo de 100 para cada geometría. [5]
El medidor de brillo proporciona una forma cuantificable de medir la intensidad del brillo, lo que garantiza la coherencia de la medición al definir las condiciones precisas de iluminación y visualización. [6] La configuración tanto de la fuente de iluminación como de los ángulos de recepción de observación permite la medición en un pequeño rango del ángulo de reflexión general. Los resultados de medición de un brillómetro están relacionados con la cantidad de luz reflejada por un estándar de vidrio negro con un índice de refracción definido. La relación entre la luz reflejada y la incidente de la muestra, en comparación con la relación del estándar de brillo, se registra como unidades de brillo (GU).
El ángulo de medición se refiere al ángulo entre la luz incidente y la perpendicular. Se especifican tres ángulos de medición (20°, 60° y 85°) para cubrir la mayoría de aplicaciones de recubrimientos industriales. El ángulo se selecciona en función del rango de brillo previsto, como se muestra en la siguiente tabla.
Por ejemplo, si la medición realizada a 60° es mayor que 70 GU, el ángulo de medición debe cambiarse a 20° para optimizar la precisión de la medición. Hay tres tipos de instrumentos disponibles en el mercado: instrumentos de un solo ángulo de 60°, una combinación de 20° y 60° y un tipo que combina 20°, 60° y 85°.
Se utilizan dos ángulos adicionales para otros materiales. Se especifica un ángulo de 45° para la medición de cerámica, películas, textiles y aluminio anodizado, mientras que se especifica un ángulo de 75° para papel y materiales impresos.
La escala de medición, unidades de brillo (GU), de un brillómetro es una escala basada en un estándar de vidrio negro de referencia altamente pulido con un índice de refracción definido que tiene una reflectancia especular de 100 GU en el ángulo especificado.
Este estándar se utiliza para establecer una calibración del punto superior de 100 con el punto final inferior establecido en 0 sobre una superficie perfectamente mate. Este escalado es adecuado para la mayoría de revestimientos y materiales no metálicos (pinturas y plásticos), ya que generalmente se encuentran dentro de este rango. Para otros materiales, de apariencia altamente reflectante (espejos, componentes de metal enchapado/en bruto), se pueden lograr valores más altos, llegando a 2000 unidades de brillo. Para materiales transparentes, estos valores también pueden aumentar debido a múltiples reflejos dentro del material. Para estas aplicaciones es común utilizar el porcentaje de reflexión de la luz incidente en lugar de unidades de brillo.
El fabricante configura cada brillómetro para que sea lineal en todo su rango de medición calibrando con un conjunto de mosaicos de calibración maestros rastreables al Instituto Federal BAM para la Investigación de Materiales u organizaciones similares.
Para mantener el rendimiento y la linealidad del brillómetro se recomienda utilizar una loseta estándar de control. Esta loseta estándar tiene valores unitarios de brillo asignados para cada ángulo de medición que también son rastreables según estándares nacionales como el Instituto Federal BAM para la Investigación de Materiales. El instrumento está calibrado según este estándar de verificación, que comúnmente se conoce como "baldosa de calibración" o "estándar de calibración". El intervalo de verificación de esta calibración depende de la frecuencia de uso y las condiciones de funcionamiento del brillómetro.
Se ha visto que las baldosas de calibración estándar mantenidas en condiciones óptimas pueden contaminarse y cambiar en unas pocas unidades de brillo a lo largo de un período de años. Las baldosas estándar que se utilizan en condiciones de trabajo requerirán una calibración o verificación periódica por parte del fabricante del instrumento o del especialista en calibración del brillómetro.
Se debe considerar como período mínimo un período de un año entre las recalibraciones estándar de las baldosas. Si un estándar de calibración se raya o daña permanentemente en cualquier momento, será necesario recalibrarlo o reemplazarlo inmediatamente, ya que el medidor de brillo puede dar lecturas incorrectas.
Los estándares internacionales establecen que es la baldosa la que es calibrada y un artefacto rastreable, no el brillómetro. Sin embargo, los fabricantes suelen recomendar que el instrumento también se revise para verificar su funcionamiento en una frecuencia que depende de las condiciones de funcionamiento.
El brillómetro es un instrumento útil para medir el brillo de una superficie. Sin embargo, no es sensible a otros efectos comunes que reducen la calidad de la apariencia, como la turbidez y la piel de naranja.
La neblina es causada por una estructura superficial microscópica que cambia ligeramente la dirección de la luz reflejada provocando una floración adyacente al ángulo especular (brillante). La superficie tiene menos contraste reflectante y un efecto lechoso poco profundo.
La piel de naranja es causada por una formación superficial desigual de grandes estructuras superficiales que distorsionan la luz reflejada.
Dos superficies de alto brillo pueden medir de forma idéntica con un brillómetro estándar, pero pueden ser visualmente muy diferentes. Hay instrumentos disponibles para cuantificar la piel de naranja midiendo la distinción de la imagen (DOI) o la calidad de la imagen reflejada (RIQ) y la turbidez.
El brillómetro es adoptado por muchas industrias, desde fábricas de papel hasta automoción, y se utiliza en cada etapa del proceso de fabricación, desde la recepción de mercancías hasta la inspección final. Los ejemplos incluyen: pinturas; recubrimientos en polvo y para madera; aditivos; tintas; plástica; fabricación de automóviles, vidrio y yates; aeroespacial, piedra pulida y metal; electrónica de consumo; y metales anodizados.