印品质量的监测控制原理

二、印品质量的监测控制原理

不同形式和名称的印品质量监测控制系统都是综合考虑诸多印刷条件，通过控制印刷特性而控制色彩复制的稳定性，其基本控制原理大致可归为两类:基于密度测量的控制系统和基于色度测量的控制系统。

1.基于密度检测的控制系统

在印刷过程中，输墨控制是影响画面质量的重要因素，因此印品质量检测控制系统一般都是以输墨控制为基础的。人们期望印刷品有稳定一致的色相，而色相是通过网点叠印产生的，大多数是并列网点，实地密度的变化将引起网点覆盖率的改变。当网点覆盖率变化时，最明显的结果是色相改变。

墨量多少与印品反射率之间存在定量关系。在印刷机上配置IGT密度计，全数连续检测印品的密度值，并进行多张均值运算，通过平滑滤波消除偶然误差。IGT机上密度计有效地测定印刷区域特定面(许多系统测量色彩控制条上的各色块密度)上的红、绿、蓝紫光的反射率，然后采用A/D转换器件转化为相应的密度数据。经过处理运算后，这些密度值转化为各色墨层厚度的变化数据，并加以显示或打印。控制模块(或操作者)将据此进行自动(或人工)调节控制，补偿印刷条件的改变，通过调节墨量，将使该测量面重新回到红、绿、蓝紫色彩的平衡，保持或重建印刷品跟标准样张的匹配关系。

(1)联机密度检测控制系统

图8－1为一个有四个测量头的控制操作单元的示意图。光通过各测量头连续射到印张上，印张再把光反射回来，每只测量头中的光电管发出一个细微电流给前置放大器2。从前置放大器中输出放大的电压信号被送到取样保持放大器3，直到发出“保持”指示。于是，放大器把瞬间信号保持一段时间。当测量信号条正好运动到测量头下就发出“保持”信号。在保持指令期间，所有取样保持输出通过一只模拟开关7以极迅速的顺序连接到对数变换器11上。对数变换器把电流强度变换成密度信号，通过阻抗变换器12把这些密度信号13送到计算机的A/D变换器中。光电脉冲发生器4受压印滚筒轴控制，给取样保持放大器确定测量信号条与测量头的对应位置关系。压印滚筒表面(纸张)每移动1mm(弧长)，就发生一个脉冲。这些脉冲由电子计数器6计数并同确定标准值5比较。当脉冲数达到与确定的值一致时，计数器6就发出一个信号，告诉整个系统，测量信号条现在正位于通过的区域(粗同步)。测量杆中的同步头开始活跃并密切注视同步表面的通过，同步表面被记录在测量杆中。一旦这些表面处于同步头下面，同步头就发出保持指令(细同步)。

图8－1　四测量头联机密度检测控制操作单元示意图

1－测量头;2－前置放大器;3－保持放大器;4－脉冲发生器;5－标准值;6－计数器;7－模拟开关; 8、13、14－信号;9－调制器;10－控制器; 11－对数变换器;12－阻抗变换器

除距离脉冲外，脉冲发生器4通过多路调制器9也产生一个与纸张边缘相应的起始脉冲8。这既是计数器的起始信号，也是计算机的起始信号。

通过多路调制的控制器10，把表示各密度信号顺序的另一个信号14送给计算机。取样保持放大器平行地(同时)进行测量，把它们的信号系列地(一个接一个)送给计算机。

当起始脉冲8通知计算机，在一定数目的脉冲信号14之后一系列新的密度值信号13将到达时，计算机就起动A/D变换器，并读出相应的测出值，这样就能依次读取一张信号条上的所有密度值。

接下来控制系统的处理流程是:根据测量值(已转换)进行处理，分析对比，指出调控数据，或直接进行机器的自动调控。

(2)联机图像缺陷检测装置

联机图像缺陷检测装置也是根据密度检测原理进行工作的。在印刷品印刷结束后，用在线方式自动、全数且全面地进行印刷品质量检查。其检查性能不低于用肉眼在50～60cm距离进行检查的效果。它可以检查出从油污、背面蹭脏那样大的印刷缺陷到空白点那样微小的印刷缺陷以及套准偏移等质量缺陷。

印刷质量检查装置查出缺陷的原理可用图8－2所示原理图予以说明。

①在光源(氙灯)的照射下，安装于印刷机内的行照相机，摄入印刷品的图像信息后，把它变换为与浓淡程度相应的电信号。行照相机的受光零件采用CCD元件(ChargeCoupledDevice)。如果行照相机使用512万个像素的CCD元件，一台照相机可摄取印刷品上宽度约为2mm的图样。行照相机的CCD元件可用最高20MHz的时钟脉冲，故印刷品的移动速度可至10mm/s以上。

②把1行份的浓淡信号分割为约500段进行分段处理，并依次记忆于当前值存储器。印刷品每移动一定距离就摄入1行份的图像信息，从而把整个印刷品分割为方眼状的检查单位，记忆于当前值存储器1。

图8－2　印刷质量检查装置示意图

1－当前值存储器;2－基准值存储器; 3－比较电路;4－缺陷显示器

③当开始印刷正品时，则把当前值存储器内容，全部移至基准值存储器2。

④其后由比较判定电路3依次比较当前值存储器和基准值存储器的同一地址(印刷物图样的同一位置)的内容。如产生缺陷，则缺陷位置的当前值数据与基准值数据就会不同。计算两者之间的差值即可判别有无缺陷。

⑤缺陷一旦被判定，灯泡、蜂鸣器、CRT显示器4就做报警显示，同时使油墨喷射标志器工作，并使自动排出缺陷印刷品的排出机构工作。

2.基于色度测量的印刷机输墨控制系统

实践证明，单单根据密度测量结果控制输墨往往是不够的。人们无法用密度测量语言明确、有效地跟顾客交换色彩信息。但是，这样的信息交换在目前变得越来越重要了。印刷图像复制重要的是色彩匹配，而不是油墨量匹配，而色相匹配又比色彩饱和度匹配更重要。这就是由密度测控向色度测控过渡的实际需求。

(1)色度测量控制原理

只有色彩测量才能表达眼睛看到的是什么色彩和什么样的色差是容许的，基于色度测量的方法已被用在海德堡CPC色彩控制系统中，使印刷图像中难以处理的重点部位的色彩跟打样稿保持一致。如果测试条上包含了实地块、中性灰块、各原色印刷油墨、专色油墨、承印材料(白纸)、三色灰平衡块，以及检测重影和变形的测试块等全部必要的图像样本信息，那么，该系统也能把因调值增加、材料差异和工艺影响造成的色差补偿到可以接受的程度。色彩测量本身既可以在控制条上进行，也可以在画面中任选的位置进行。色度测控的主要优势包括:第一，足以使被复制色跟样本色达到客观的匹配，跟照明条件的变化和人对色彩的主观感受无关;第二，这些系统在工业上的任何配色工艺中都是适用的，没有任何限制;第三，它们是印刷工人确保印刷质量的有力工具。

首先确定调试范围(范围由实验测定)内的光谱漫反射率，然后根据光谱漫反射率或据此推导出来的一些色度特征参数实现输墨控制。测色系统由测量头、光导纤维、分光光度计、计算机和专门的软件组成。扫描头扫描印在纸上的控制条，反射的光线经光导纤维直接进入分光光度计，分光光度计上的一行光电二极管接受射来的光波(波长间隔10nm)，计算机据此计算被测色在CIELAB空间的位置，然后跟参考值比较，再把出现的色差转换成恢复色彩平衡的校正值，计算的结果用图形表达并对印刷机进行直接控制。

具体应用时，首先根据印版扫描器的测量值对印刷机进行粗调;接着是调整阶段，包括色彩匹配、套准调节，在这个阶段，要根据打样细调输墨系统直到得到令人满意的印刷品;最后进行正式印刷。印刷过程中的调节集中于尽量保持调机时达到的结果不变，通常人们不再把打样作为参考，而是把认为“好”的印张作为参考，根据“好”印张的色密度测量值进行调节。在这样的密度调节阶段，把光谱反射率换算成滤光色密度(与密度测量相对应)，然后把换算得到的结果跟由“好印张”算出的结果进行比较，色密度的差值就直接转化成控制数据，对输墨进行调节控制。对于分区控制输墨的印刷机来说，可以按区分别监控。

(2)基于色度的油墨量测控系统

图8－3是基于色度测量的印刷机输墨控制系统简图。由带有输墨遥控系统的印刷机30产生的印刷品40用光谱测量与处理装置10进行光电测量，由此得到的测量数据被换算成控制数据11。这些控制数据是跟各个墨区中参加印刷的油墨和印刷材料造成的色差相对应的，并作为输入数据供给控制台20。控制台20根据控制数据11产生控制信号21，控制信号按色差最小的原则调节印刷机30的输墨元件，使偏差等于零或在许可的误差范围内。

图8－3　基于色度测量的印刷机输墨控制系统简图

10－处理装置;11－控制数据;20－控制台; 21－控制信号;30－印刷机;40－印张

图8－4是光谱测量与处理装置10(见图8－3)的结构原理图。图8－4中的测量头101借助于步进电机102相对于被测样张运动，还有一个附加的手持测量头103，它可以用手放在印张上希望测量的地方定位。这两个检测头都包括测量装置，它按通常以标准45°角照明要测量的区域，接受0°返回的光线并把它耦合在一个光导纤维中，再通过光导纤维供给分光光度计105，在分光光度计中反射的光被分色和测量，由此得到的测量值被传到计算机106，由计算机算出控制台所需要的控制数据，计算机还操纵和控制步进电机102的驱动器107、测量头101和103中光源的电源、一个显示器108、打印机109和键盘110。这个光谱测量值处理装置的特点是:对测量区进行光谱色度分析;在输墨控制方面应用光电测量数据。

图8－5是分光光度计结构原理图。来自测量头101(见图8－4)和103(见图8－4)的光经光导纤维和缝隙(光圈)落在全息光栅151上。在此，入射光被调整成在空间按波长次序排列的光谱。这些按光谱被色散的光落在行阵光电二极管152上，每个光电二极管只是接受一个波长范围相对很窄的光能，由35个光电二极管产生的测量信号跟被测量光在35个离散点上的光谱强度分布相对应，接口153把测量信号放大并数据化成为计算机可以理解的形式，接口当然也可以按空间形式布置在计算机中。

图8－4　色度测量与输纸处理系统原理图

101－测量头;102－步进电机;103－手持测量头; 105－分光光度计;106－计算机;107－驱动器; 108－显示器;109－打印机;110－键盘

图8－5　分光光度计结构图

104－传输光纤;151－全息光纤; 152－光电二极管;153－接口