Glómetro

Un brillómetro (también llamado medidor de brillo ) es un instrumento que se utiliza para medir el brillo de la 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 con un ángulo igual pero opuesto.

Existen diversas geometrías disponibles para la medición del brillo, cada una dependiente del tipo de superficie a medir. En materiales no metálicos, como recubrimientos y plásticos, la cantidad de luz reflejada aumenta con un mayor ángulo de iluminación, ya que parte de la luz penetra en la superficie y es absorbida o dispersada difusamente según su color. Los metales presentan una reflectancia mucho mayor y, por lo tanto, su medición depende menos del ángulo de incidencia.

Existen numerosas normas técnicas internacionales que definen el método de uso y las especificaciones de los distintos tipos de brillómetros utilizados en diversos materiales, como pintura, cerámica, papel, metales y plásticos. Muchas industrias emplean brillómetros en su control de calidad para medir el brillo de los productos y garantizar la uniformidad en sus procesos de fabricación. La industria automotriz es una de las principales usuarias del brillómetro, con aplicaciones que abarcan desde la planta de producción hasta el taller de reparación.

De las numerosas publicaciones internacionales sobre la medición del brillo, los primeros estudios registrados (tanto perceptivos como instrumentales) se atribuyen a Leonard R. Ingersoll, ^{[ 1 ]} quien en 1914 desarrolló un método para medir el brillo del papel. El "Glarimeter" de Ingersoll, el primer instrumento conocido para la medición del brillo, se basaba en el principio de que la luz se polariza en la reflexión especular. El instrumento empleaba ángulos de incidencia y visión de 57,5° y utilizaba un método de contraste para restar el componente especular de la reflexión total mediante un elemento polarizador. Ingersoll solicitó y patentó este instrumento con éxito unos años después, en 1917.

En 1922, L.A. Jones ^{[ 2 ],} durante su estudio del brillo de papeles fotográficos mediante goniofotometría, desarrolló un brillómetro basado en su investigación, que proporcionaba una correlación más precisa con las calificaciones de brillo asignadas por evaluación visual. El brillómetro de Jones utilizaba una configuración geométrica de 45°/0°/45°, donde la superficie se iluminaba a 45° y se medían y comparaban dos ángulos de reflexión incidentes a 0° (reflectancia difusa) y 45° (reflectancia difusa más especular). Jones fue el primero en destacar la importancia de utilizar mediciones goniofotométricas en los estudios de brillo.

Los primeros trabajos de AH Pfund en 1925 ^{[ 3 ]} llevaron al desarrollo de un "glosímetro" de ángulo variable para medir el brillo especular, que posteriormente fue patentado en 1932. El instrumento de Pfund permitía variar el ángulo de medición, manteniendo el ángulo de visión constante con respecto al ángulo de iluminación. La luz reflejada se medía 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. Dado que el ángulo era variable, este instrumento también podía utilizarse para medir el brillo o la luminosidad especular en ángulos casi rasantes.

Durante este período, el creciente interés en este campo dio lugar a varios estudios similares realizados por otros investigadores, cada uno con su propio método para medir el brillo. La mayoría de estos estudios se publicaron como artículos técnicos en revistas científicas de la época. Algunos de ellos incluso dieron lugar a patentes.

En 1937, Hunter, como parte de un proyecto de investigación para la Oficina Nacional de Estándares de EE. UU ., elaboró ​​un documento sobre los métodos para determinar el brillo. En este documento, analizó los instrumentos disponibles en ese momento (incluidos los mencionados anteriormente) en relación con la clasificación de seis tipos diferentes de brillo. Hunter también detalló los requisitos generales para un brillómetro estandarizado. La estandarización en la medición del brillo fue impulsada por Hunter y la ASTM (Sociedad Estadounidense para Pruebas y Materiales), quienes elaboraron la norma ASTM D523, método de prueba estándar para el brillo especular, en 1939. Esta norma incorporaba un método para medir el brillo a un ángulo especular de 60°. Ediciones posteriores de la norma (1951) incluyeron métodos para medir a 20° (alto brillo) y 85° (mate o bajo brillo). La ASTM cuenta con otras normas relacionadas con el brillo, diseñadas para su aplicación en industrias específicas.

En la industria de la pintura, 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) y 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 por la superficie. El método ASTM establece que la iluminación debe definirse de manera que la combinación fuente-detector esté corregida espectralmente para proporcionar la eficiencia luminosa CIE, V(?), con el iluminante CIE SC. ^{[ 4 ]}

Existen en el mercado diversos instrumentos que cumplen con los estándares mencionados en cuanto a su geometría de medición. Estos instrumentos se calibran utilizando patrones de referencia, generalmente fabricados con vidrio negro plano y altamente pulido, con un índice de refracción de 1,567 para la línea D del sodio, y a los que se les asigna un valor de brillo de 100 para cada geometría. ^{[ 5 ]}

El brillómetro proporciona una forma cuantificable de medir la intensidad del brillo, asegurando la consistencia de la medición mediante la definición de las condiciones precisas de iluminación y visualización. ^{[ 6 ]} La configuración de los ángulos de recepción de la fuente de iluminación y de observación permite la medición en un rango pequeño del ángulo de reflexión total. Los resultados de la medición de un brillómetro se relacionan con la cantidad de luz reflejada por un patrón de vidrio negro con un índice de refracción definido. La relación entre la luz reflejada y la incidente para la muestra, en comparación con la relación para el patrón de brillo, se registra como unidades de brillo (UG).

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 las 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 superior a 70 GU, el ángulo de medición debe cambiarse a 20° para optimizar la precisión. En el mercado existen tres tipos de instrumentos: instrumentos de ángulo único de 60°, una combinación de 20° y 60°, y un tipo que combina 20°, 60° y 85°.

Para otros materiales se utilizan dos ángulos adicionales. 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, en unidades de brillo (UG), de un brillómetro es una escala basada en un patrón de referencia de vidrio negro altamente pulido con un índice de refracción definido que tiene una reflectancia especular de 100 UG en el ángulo especificado.

Este estándar se utiliza para establecer una calibración del punto superior de 100, con el punto inferior fijado en 0 sobre una superficie perfectamente mate. Esta escala es adecuada para la mayoría de los recubrimientos y materiales no metálicos (pinturas y plásticos), ya que generalmente se encuentran dentro de este rango. Para otros materiales con apariencia altamente reflectante (espejos, componentes metálicos chapados o en bruto), se pueden alcanzar valores más altos, llegando a 2000 unidades de brillo. Para materiales transparentes, estos valores también pueden incrementarse debido a las múltiples reflexiones dentro del material. Para estas aplicaciones, es común utilizar el porcentaje de reflexión de la luz incidente en lugar de unidades de brillo.

Cada brillómetro viene configurado por el fabricante para ser lineal en todo su rango de medición, mediante la calibración con un conjunto de baldosas de calibración maestras que pueden ser trazadas a una norma nacional o internacional como la ISO 2813 o el Instituto Federal Alemán de Investigación y Ensayo de Materiales (BAM).

Para mantener el rendimiento y la linealidad del brillómetro, se recomienda utilizar una placa patrón de verificación. Esta placa patrón tiene valores de unidades de brillo asignados para cada ángulo de medición, los cuales son trazables a un estándar nacional como el BAM alemán. El instrumento se calibra con esta placa patrón de verificación, comúnmente denominada "placa de calibración" o "patrón de calibración". El intervalo de verificación de esta calibración depende de la frecuencia de uso y las condiciones de funcionamiento del brillómetro.

Se ha observado que las baldosas de calibración estándar, conservadas en condiciones óptimas, pueden contaminarse y variar ligeramente su brillo con el paso de los años. Las baldosas estándar utilizadas en condiciones de trabajo requieren calibración o comprobación periódica por parte del fabricante del instrumento o de un especialista en calibración de brillómetros.

Se debe considerar un intervalo de un año entre las recalibraciones de las baldosas estándar como período mínimo. Si una baldosa de calibración se raya o daña permanentemente, requerirá una recalibración o reemplazo inmediatos, ya que el brillómetro podría arrojar lecturas incorrectas.

Las normas internacionales establecen que la pieza calibrada y trazable es la baldosa, no el brillómetro. Sin embargo, los fabricantes suelen recomendar que el instrumento también se revise periódicamente para verificar su funcionamiento, en función de las condiciones de uso.

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 neblina y la piel de naranja.

La neblina se produce por una estructura superficial microscópica que altera ligeramente la dirección de la luz reflejada, generando un halo de luz cerca del ángulo especular (de brillo). La superficie presenta un menor contraste reflectante y un ligero efecto lechoso.

La apariencia de piel de naranja se produce por la formación irregular de grandes estructuras superficiales que distorsionan la luz reflejada.

Dos superficies de alto brillo pueden medirse de forma idéntica con un brillómetro estándar, pero visualmente pueden ser muy diferentes. Existen instrumentos para cuantificar el efecto piel de naranja midiendo la nitidez de la imagen (DOI) o la calidad de la imagen reflejada (RIQ) y la turbidez.

El brillómetro es utilizado por numerosas industrias, desde la papelera hasta la automotriz, y se emplea en cada etapa del proceso de fabricación, desde la recepción de la materia prima hasta la inspección final. Algunos ejemplos son: pinturas; recubrimientos en polvo y para madera; aditivos; tintas; plásticos; fabricación de automóviles, vidrio y yates; industria aeroespacial; piedra y metal pulidos; electrónica de consumo ; y metales anodizados.

• Tarjeta Drawdown : herramienta para evaluar la opacidad y la relación de contraste de los recubrimientos. 
• Brillo de la pintura : grado de brillo de un acabado de pintura. 
• Aspecto visual : cómo se ve la materia en virtud de su interacción con la luz. 

• Artículo de la revista PCI: ¿Cuál es el nivel de confianza en la medición del brillo?
• Medidor de brillo 60° - Caltech India
• Medidor de brillo triangular (20°/60°/85°) - Caltech India