Исследование систем контроля качества печати современных рулонных печатных машин

Рис. 2.1. Принцип построения денситометра

2.1.2 Относительная площадь растра

Достоверная цветопередача  растрового изображения очень критична к изменению размера растровых  точек, поскольку эти отклонения приводят к сдвигам в тоно- и  цветопередаче. Имеется множество  факторов, которые оказывают влияние  на градационную передачу при растрировании, и поэтому они должны контролироваться в целях стандартизации. В репродукционном  процессе самой простой контролируемой величиной градационной передачи является относительная площадь растровых  точек на полях цветных контрольных  шкал. Относительная площадь растровых  точек (Sотн) на оттиске (т.е. площадь, занятая покрытыми печатной краской растровыми точками на поле контрольной шкалы) может быть измерена денситометром. Относительная площадь растровых точек (в процентах) рассчитывается по уравнению Мюррея - Девиса из значений интенсивности света, отраженного от плашечного красочного слоя и растрового поля, как

F_D [%] = 1-b_R/1-b_V *100%

где b_R - отражение растрового поля;

b_V - отражение плашечного слоя.

При этом предполагается, что  красочный слой на растровых точках и плашке имеет одну и ту же толщину. Таким образом, подставляя измеренные значения оптической плотности в  приведенную выше формулу, относительную  площадь растровой точки вычисляют  так:

F_D [%] = 1-10^-D_R/1-10^-D_V *100%

где D_v- оптическая плотность плашки;

D_R- оптическая плотность растрового поля.

При денситометрической оценке оптической плотности растровых  полей измеряемые значения соответствуют  не геометрической относительной площади  растровых точек (т.е. соотношению  площадей, занятых растровыми точками  и незапечатанной бумагой), а «оптически эффективной запечатанной площади». Различие между геометрической и  оптически эффективной площадью возникает из-за того, что как  при рассматривании, так и при  денситометрических измерениях часть  света, падающего на пробелы, рассеивается в толще бумаги и, попадая под  растровую точку поглощается  ее красочным слоем.

 

Рис. 2.2. Схематичное изображение явления оптического растискивания

 

Этот эффект «поглощения света» приводит к тому, что растровые  точки оказываются оптически  несколько большим, чем в действительности. Таким образом, оптически эффективная  относительная запечатываемая площадь  складывается из геометрической площади, определяемой из оптического растискивания. Математически это учитывается, например, посредством коэффициента Юла-Нильсена, вводимого в уравнение  Мюррея-Девиса. Формула Мюррея-Девиса с поправкой Юла-Нильсена используется в ряде денситометров (преимущественно  амриканского происхождения) и результаты рачетов сильно отличаются от результатов, рассчитанных по формуле Мюррея-Девиса, поэтому всегда важно проводить  контрольные измерения по одной  из двух формул.

 

2.1.3 Растискивание 

При оценке репродукционного процесса с учетом свойств используемых материалов относительная площадь  растровых элементов оттиска  становится важнейшей измеряемой величиной  и основной количественной характеристикой.

При растискивании увеличение растровых точек (Z) рассчитывают из относительной площади растровых точек на фотоформе (Ff) как оригинала для изготовления печатных форм и их конечной относительной площади на оттиске (Fd), полученной на запечатываемом материале в печатном процессе:

На цветных контрольных  шкалах  относительная площадь  точки, например, по голубой краске (равной 55%) получается посредством  измерения плотностей плашки и поля тоновой шкалы с относительной  площадью растровой точки фотоформы 40%. Таким образом, прирост относительной  площади точки к известному ее размеру (40%) на фотоформе составляет 15%. Приращение обычно положительно, так  как резиновое полотно увеличивает  точку при ее передаче на бумагу. Предполагается, что относительная площадь при переходе от фотоформы к печатной форме изменяется незначительно, В общем случае это зависит от того, изготавливается печатная форма на пластине позитивным или негативным копированием. Изменение градации, происходящее в печатном процессе, должно быть учтено при цветоделении и изготовлении фотоформ. Исходя из практических соображений, в стандартизированном позитивном копировальном процессе изготовления печатных форм растровые точки с фотоформы копируются на печатную форму с несколько уменьшенными размерами. При стандартных условиях ведения печатного процесса площади растровых точек снова увеличатся. На рис. …. показана типичная градационная кривая печатного процесса. Растискивание в значительной степени зависит от свойств поверхности бумаги и ее впитывающей способности, реологических свойств красок, характеристик резинотканевого полотна (декеля), давления при печати и т.д. При разработке стандартов офсетной печати были нормированы значения растискивания от фотоформы до оттиска. Эти данные по растискиванию служат печатнику нормами для соответствующего выбора материалов и необходимых регулировок печатного оборудования.

Рис. 2.3. Градационная кривая печатного процесса и растискивания

 

2.1.4 Дополнительные  показатели качества

Другие параметры качества печати могут быть получены посредством  денситометрических измерений. В особенности  это относится к краскопереносу для растровых и плашечных  красочных полей (относительный  контраст печати или просто контраст), а также наложению красок плашечных  полей одна на другую (красковосприятие/захват краски).

Контраст. Относительный  контраст печати рассчиты-вается по значениям  оптических плотностей заливки Р„ и растрового поля Ов. Значение 0В  измеряется предпочтительно на уровне 3/4 растровой шкалы, например, на 70%-ном поле шкалы контроля печатного процесса.

Красковосприятие. Красковосприятие рассчитывается по оптическим плотностям плашечных полей при их одно-, двух- и трехкрасочных наложениях с учетом их последовательности. Рассчитанные по следующим формулам величины красковосприятия говорят о том, сколько процентов  одной краски переходит на другую, причем для сравнения используются однокрасочные поля, восприятие которых  принимается за 100%.

 

 

2.2 Колориметрия

Колориметрия – это  наука прогнозирования совпадений цветов с их восприятием человеком. Иными словами, ее цель – создать  числовую модель, позволяющую предсказывать, когда метамерия имеет место  и когда она отсутствует. Удачная  колориметрическая модель должна выполнять  следующее: 

• там, где типичный человек-наблюдатель видит совпадение двух  образцов цвета (иными словами, метамерию), колориметрическая модель должна обозначать оба образца одинаковыми числовыми значениями.
• там, где типичный человек-наблюдатель видит отличия в двух образцах цвета, колориметрическая модель должна не только обозначить эти образцы разными числовыми значениями, но и обеспечить расчет числового значения цветового различия, позволяющего предсказать, насколько разными данные образцы окажутся для наблюдателя.

Современные колориметрические  системы несовершенны, но благодаря  передовым исследованиям, проводимым CIE (Commision Internationale de l’Eclairage – Международная комиссия по освещению), они оказались достаточно надежными, чтобы послужить основанием для большинства современных систем управления цветом. Числовые модели позволяют представить в числовом виде цвет, который одинаково воспринимается большинством людей с нормальным цветовым зрением.

 

2.2.1 Колориметрическая  система CIE

Свойства системы:

• стандартные осветители. Спектральные определения ряда источников цвета, при освещении которыми выполняется согласование цвета. Существует несколько стандартов на осветители, определенных  CIE – это категории A, B, C, D, E, F, отличающиеся спектральными кривыми и значениями коррелированной цветовой температуры. В полиграфии чаще всего используются источники D50 и D65 с коррелированной цветовой температурой 5000К и 6504К соответственно.
• Стандартный наблюдатель. Представляет собой полную трехцветную характеристику чувствительности типичного человека-наблюдателя, или, проще говоря, все цвета, которые мы в состоянии видеть. В большинстве колориметров применяется модель стандартного наблюдателя под углом 2° (1931 г.), хотя существует модель стандартного наблюдателя под углом 10°(1964 г.). Последняя получена в результате современных экспериментов с использованием большего числа образцов цвета6 освещавшихся под большим углом расположения ямки глаза и обнаруживших несколько иную трехцветную характеристику чувствительности человеческого зрения.
• Система координат основных цветов CIE XYZ. Удачное определение трех основных воображаемых цветов, полученных из трехцветной характеристики чувствительности стандартного наблюдателя. Основные цвета считаются воображаемыми в том отношении, что они не связаны ни с одним из настоящих источноков света,поскольку невозможно создать настоящий источнок света, возбуждающий только средне- и коротковолновые колбочки человеческого глаза, хотя реакция, смоделированная с помощью этих цветов, вполне реальна. Помимо того что каждая метамерная пара дает одни и те же значения координат XYZ, координата Y основного цвета служи также для обозначениря средней величины яркости, воспринимаемой колбочками, поэтому значение Y цвета означает также его яркость

Диаграмма цветности CIExyY – это математическое преобразование координат XYZ цветового пространства для удобства их применения на практике. Она показывает соотношение между аддитивными цветами. Так, прямая линия, проведенная между двумя точками этой диаграммы, обозначает цветв, которые могут быть созданы путем сложения двух исходных цветов в разных пропорциях. Следует, однако, отметить, что координаты XYZ и диаграммы цветности xyY не учитывают нелинейность человеческого зрения, в связи с чем искажается расстояние между цветами в цветовом пространстве.

 

Рис. 2.4. Локус цветового пространства CIE xyY

Равномерные цветовые пространства (LAB,LUV) – это два пространства, определенные CIE для уменьшения искажения расстояния между цветами. В обоих цветовых пространствах значения светлоты (L*) определяется одним и тем же образом: оно приблизительно равно кубическому корню значения яркости Y (что является грубым приближением логарифмической характеристики воспринимаемой человеко яркости). В обоих случаях предпринята попытка создать равномерно воспринимаемое пространство, т.е. по расстоянию между точками в таком пространстве можно предсказать, каким образом эти два цвета будут восприниматься человеком-наблюдателем. Эти цветовые пространства обладают свойствами, подобными оттенку, насыщенности и яркости, а также свойствами упомянутых выше трех противоположных систем (в данном случае L*a*b*). Модель LAB заменила модель LUV в большинстве практических применений, и хотя эта модель отнюдь не идеальна, поскольку преувеличивает, например, различия в желтом и недооценивает их в синем, тем не менее, она вполне пригодна. Поиски идеально равномерного цветового пространства продолжаются, а пока что модель LAB остается проверенным временем средством.

Расчеты цветового различия (DE).  Простой способ определения цветового различия между двумя образцами цвета. Если определяются два цвета, необходимо сначала найти соответствующие им точки в равномерном цветовом пространстве, а затем рассчитать растояние между ними, которое по определению соотносится с цветовым различием, воспринимаемым человеком-наблюдателем. Эта величина обозначается как DE.

Значения цветовых различий (dЕ) рассчитываются как среднеквадратичные отклонения значений координат цветности системы CIE L*a*b (CIE 1976). Формула вычисления:

dE=Ö(L₁–L₂)²+ (a₁–a₂)²+(b₁–b₂)²

 

Рис. 2.5. Цветовое тело Adobe RGB (1998)

в колориметрическом пространстве CIE LAB

 

 

2.3  Спектрофотометрия

Спектрофотометрия – это  наука об измерении спектральной отражательной способности, или  отношения силы света каждой длины  волны, падающего на поверхность, к  силе света той же длины волны, отражающегося обратно в детектор измерительного прибора. Спектральная отражательная способность аналогична коэффициенту отражения (R), который измеряется денситометром, а затем преобразуется в оптическую плотность, за одним исключением. Если оптическая плотность представляет собой единственное значение, обозначающее общее число отраженных или пропущенных фотонов, то спектральная отражательная способность – ряд значений, обозначающих число отраженных или пропущенных фотонов на разных длинах волн. Спектрофотометры, применяющиеся в полиграфии, обычно разделяют область видимого спектра на диапазоны, иногда шириной 10 или 20 нм, получая значения для каждого диапазона. Исследовательские лабораторные спектрофотометры разделяют данную область на еще более узкие диапазоны, иногда шириной 2 нм.

Данные спектрофотометрических измерений затем, как правило, подлежат обработке с использованием методов  математического моделирования  трех рецепторов стандартного наблюдателя  CIE при заданном источнике света и определенном угле зрения. Таким образом, сигнал преобразуется в соответствии с правилами колориметрического анализа с целью определения значений  X, Y и Z в системе XYZ, а также для конвертации цветовых координат при последующих переходах в другие колориметрические системы. Программное обеспечение спектрального колориметрического прибора обычно позволяет производить прямой перевод спектральных данных в данные колориметрической системы, используемой в работе, и учитывает при этом уравнение соответствующего стандарта. (например, CIE).

С помощью спектральных измерений можно также определить некоторые цветовые эффекты, искажающие результаты измерений, например, флуоресценция  – в зависимости от освещения  цвет может обнаруживать особый эффект сияния), или же можно оценить  недостатки измерительной оптики. Отклонения могут быть устранены соответствующими компенсирующими пересчетами перед  переводом цветовых значений в стандартные  CIE. Кроме того, с помощью спектрофотометра можно вычислить оптические плотности, при этом пропускание оптических фильтров денситометра моделируется цифровым методом. Также в большинстве спектофотометров доступна функция “ISO check”  - проверка соответствия координат стандарту ISO  c указанием значения DЕ.

 

2.3.1. Спектрофотометрические  машинные измерительные приборы.

Основные производители  встроенных систем контроля качества не раскрывают конструкцию и техническое  устройство модулей измерений, или  делятся подобной информацией весьма неохотно. В той или иной степени  каждая компания дорожит своим know-how, но принципиально системы действут  следующим образом: фотоголовка машинного денситометра/спектрофотометра устанавливается на каретке, перемещающейся вдоль оттиска по направляющим с помощью небольшого шагового двигателя. На валу рубящего цилиндра печатной машины, делающего один оборот за печатный цикл, установлен датчик синхроимпульсов. На определенном по счету синхроимпульсе, когда полоса меток,отпечатанных на оттиске, находится в зоне контроля, на вход контроллера поступает сигнал фотоголовки, пропорциональный отраженному от оттиска световому потоку. После завершения измерения одного тест-объекта каретка по команде контроллера перемещает фотоголовку в следующую зону  контроля. Закончив измерение вдоль всей полосы, каретка возвращает фотоголовку в исходное положение. Периодически каретка сдвигает фотоголовку в зону калибровки, где расположены эталоны «черного» и «белого», для корректировки параметров измерительного тракта системы.