Денситометр. Взгляд изнутри

В настоящее время вопросам качества полиграфической продукции уделяется большое внимание в профессиональных печатных изданиях как в России, так и за рубежом. Использование различных технологий и большого числа различных моделей оборудования повышает требования к процессу репродуцирования. Результат должен в наибольшей степени соответствовать оригиналу, при этом не важно, использовался ли вещественный оригинал или созданное цифровым способом изображение. Для достижения такого соответствия необходимо осуществлять контроль на ключевых стадиях этого процесса, и предназначенными для этого средствами.

Еще несколько лет назад на полиграфических предприятиях, в том числе и достаточно крупных, было распространено мнение, что использование дорогостоящих приборов для контроля качества на всех стадиях производственного процесса это — «от лукавого», а самым надежным прибором считался глаз печатника. Но времена меняются, и на поверку выходит, что привлечение клиента — это не просто забава, а очень кропотливая работа; борьба, в которой основным аргументом стали качество и цена конечной продукции.

Говоря о качестве какой-либо продукции, мы обычно подразумеваем «хорошее». Но понятие хорошее — абстрактно, кому-то эта продукция подходит, кому-то нет, кто-то говорит, что изображение на оттиске «почти как живое», а кто-то, сравнивая с оригиналом, замечает серьезные проблемы с репродуцированием памятных цветов. Все это субъективные мнения. Для разрешения споров необходима объективная информация, которую могут дать только инструментальные средства.

В подавляющем большинстве организаций, занимающихся полиграфической деятельностью, промежуточное изображение получают на фототехническом материале, в частности на фототехнической пленке. Все стадии репродукционных процессов в полиграфии требуют постоянного контроля, поэтому после проявления фототехнической пленки, записанной на фотонаборном автомате или отснятой на фоторепродукционном аппарате, необходимо оценить, насколько качественно были проведены эти работы.

Параметром, который может дать объективные сведения о получившемся изображении и возможности проведения с ним дальнейших копировальных работ, является оптическая плотность (D) почернения отдельных участков изображения вследствие воздействия света и последующей химикофотографической обработки. Под измерением значения оптической плотности, в случае работы с прозрачными материалами, обычно понимают определение ее интегральной величины равной десятичному логарифму от обратной величины, коэффициента пропускания материала D=lg1/t (где t — коэффициент пропускания, выражает относительную долю энергии света, проходящего через то или иное прозрачное тело определенной толщины).

При недостаточной оптической плотности изображения на фотоматериале в процессе копирования на формный материал будут наблюдаться градационные искажения. Особенно сильно это отразится на светлых участках. В то же время переэкспонирование фотоматериала может привести к так называемому эффекту «затяжки» растровых точек, что повлечет за собой значительное увеличение оптической плотности в полутонах и тенях.

В настоящее время принято считать, что нормальная оптическая плотность плашки фотоматериала для процессов офсетной печати составляет от 3,3 до 3,8 D (в случае с флексографской печатью значение может достигать 4,2 — 4,5 D) при записи изображения на фотонаборном автомате и не менее 1,8 D при использовании фоторепродукционного аппарата.

Денситометры проходящего света

Рис. 1. Общая классическая схема внутреннего устройства денситометра

Контроль качества изображения, получаемого на фотоформе, осуществляется с помощью денситометров проходящего света, принцип работы которых достаточно прост (общая классическая схема внутреннего строения показана на рис. 1). Измерения по такой схеме осуществляются следующим образом: свет от источника, обычно лампы накаливания (2), отражается от рефлектора (1), разворачивается зеркалом (3), проходит через теплофильтр (4), задерживающий часть тепла, через диафрагму (6) определенного диаметра и попадает на контролируемый участок фототехнической пленки (7), расположенной на предметном столе денситометра (5). Далее ослабленный световой поток проходит по световоду (8) через инфракрасный (9) или один из цветных светофильтров (10) и попадает на фотоприемник (11). Раньше в качестве фотоприемника использовались фотоэлектронные умножители, в настоящее время это кремниевые полупроводниковые элементы.

Рис. 2. Общий вид одной из конструкций денситометра 1 — корпус денситометра; 2 — прозрачный предметный стол; 3 — объект измерения; 4 — измерительная головка; 5 — измерительный рычаг; 6 — верхняя крышка с цифровым дисплеем.

В зависимости от количества света, прошедшего через фотоматериал, фотоэлемент модулирует электрический импульс, который пересчитывается логическим блоком в значения оптической плотности, а также относительные значения площади растровых элементов и т.д. Для установки денситометра на «0» осуществляют замер прозрачного участка подложки фотоматериала, которая также имеет свои оптические свойства, зависящие от природы самой подложки и режимов химикофотографической обработки (величина, характеризующая оптические свойства подложки, вошла в практику под названием оптической плотности вуали). Общий вид одной из конструкций настольного денситометра представлен на рис. 2

Денситометр проходящего света можно использовать и при работе с цветными позитивными пленками, например при измерении оптической плотности на слайдах. В этом случае принцип измерения остается прежним, но приемником служит фотоэлемент, который регистрирует световой поток за тремя сменными фильтрами (RGB — красным, зеленым и голубым), исправляющими его спектральную чувствительность до чувствительности трех слоев позитивной пленки. Максимум спектральной чувствительности синего, зеленого и красного каналов находятся в пределах 440±5 нм, 530±5 нм, и 630±5 нм соответственно. При этих измерениях говорят о зональной оптической плотности, которая зависит от длины волны соответствующего излучения D=lg1/t. В этом случае под интегральной оптической плотностью будет подразумеваться плотность сложного излучения трех составляющих. Надо признать, что использование денситометра в этом качестве на современных полиграфических производствах уже давно не встречается, но зато подобными устройствами оснащаются, например, фотолаборатории, работающие с цветными фотопленками.

Рис. 3. Типы используемых диафрагм

Обычно при комплектации денситометров проходящего света фирмы-производители включают набор трех диафрагм диаметром 1, 2 и 3 мм. Использование диафрагм различных диаметров дает возможность точно измерять оптическую плотность на фототехнических пленках, записанных с различной разрешающей способностью, а следовательно предназначенных для печати с различной линиатурой полиграфического растра. Для более грубой линиатуры обычно используется больший диаметр, например 3 мм, а для высокой линиатуры — меньший. Подобный подход обусловлен статистической вероятностью попадания в поле диафрагмы растровых элементов. В случае измерения текстовых или иных штриховых элементов в большинстве случаев используется так называемая щелевая диафрагма (на рис. 3 показаны все названные диафрагмы).

В последнее время денситометры на пропускание используются в основном для контроля или калибровки фотонаборных автоматов (ФНА). Процедура калибровки отработана уже давно, и все без исключения фирмы-производители фотонаборных автоматов и программного обеспечения к ним включают в свои изделия специальные полутоновые тестовые шкалы. Чем сложнее конструкция ФНА, тем большее количество тестов в ней заложено. Используя эти тестовые шкалы и денситометрическое оборудование, пользователь может контролировать и регулировать, например, мощность источника излучения при использовании различных фотоматериалов или подстраивать оптическую систему для работы с различными значениями разрешающей способности.

Во многих случаях, откалибровав ФНА, пользователь совершенно забывает о последующем контроле полученных фотоформ. Проведение любых денситометрических измерений сопряжено с возникновением различного рода ошибок как по вине устройства, так и по вине пользователя или факторов, связанных с фотоматериалом. Для уменьшения влияния этих факторов на проведение измерений технологическими инструкциями были установлены регламентирующие требования к фотоформам. Они заключаются в следующем: размеры изображения на фотоматериале должны соответствовать заданным геометрическим размерам оригинала (допустимое отклонение ±0,05 мм); должны отсутствовать механические повреждения; штриховые и растровые элементы должны иметь строго очерченные края, так как размытость приводит к нестабильности процессов копирования; плотность вуали должна составлять менее 0,02D; изображение должно быть визуально резким по всей площади фотоматериала, иметь по всей площади однородный ахроматический (нейтрально-серый) тон и располагаться по центру листа фотопленки (расстояние от края изображения до края фотопленки не менее 20 мм).

Денситометры на отражение

В некоторых случаях в условиях печатного производства необходимо контролировать оптическую плотность краски непосредственно на самом оттиске. Это можно сделать, используя другой тип денситометров, — денситометров на отражение.

Применение подобных денситометров предусматривает возможность контроля не только печатного оттиска, но и непосредственно печатной формы. В отличие от денситометров, работающих с прозрачными материалами, рассматриваемый тип измеряет коэффициент отражения и пересчитывает его в понятную пользователю величину оптической плотности. В случае повышения оптической плотности D образца, уменьшается отражение света, а следовательно, увеличивается его поглощение D=lg1/r (r — коэффициент отражения).

Рис. 5. Общий вид модели ДО-1М

Относительная спектральная чувствительность денситометра на отражение определяется распределением энергии в спектре источника излучения, спектральной чувствительностью фотоприемника, спектральным пропусканием светопоглощающей среды денситометра и спектральным пропусканием светофильтров. Для денситометров, когда-то выпускаемых в СССР (на рис. 5 приведен общий вид модели ДО-1М), перечисленные параметры должны были соответствовать ГОСТ 26661-85. В большинстве же зарубежных приборов, работающих с отраженным светом, используются фильтры, источники света и полосы пропускания фильтров согласно немецкому стандарту DIN 16536.

Денситометры, работающие на отражение, так же как и денситометры на пропускание, состоят из двух основных частей — оптико-механической и измерительного электронного блока. Основные отличия — расположение осветителя и приемника света, использование большего количества светофильтров и применение других алгоритмов при расчете измеряемых величин.

Рис. 4. Устройство денситометра на отражение компании Gretag 1 — корпус денситометра; 2 — точка для позиционирования измерительной головки; 3 — измерительная головка; 4 — колесо с фильтрами: красным, зеленым, синим и нейтрально-серым; 5 — фильтры; 6 — пр

Оптико-механическая часть представляет собой фотометрическую головку, соединенную световодом с узлом светофильтров, обычно расположенную в измерительном блоке.

Принцип работы денситометров этого типа практически идентичен рассмотренному выше, только свет от нормированного источника с определенной цветовой температурой проходит через светофильтры, которые выделяют спектр контролируемой на оттиске краски, например красный фильтр выделяет голубую составляющую, зеленый — пурпурную, синий — желтую, а затем регистрируется приемником. В результате денситометрических измерений определяются цветоделенные оптические плотности, которые обычно называются зональными плотностями, а на цифровом экране денситометра индицируются значения плотностей измеренных красок.

На рисунке 4 представлен денситометр (вид снизу со снятой нижней защитной панелью) на отражение фирмы Gretag.

Современные денситометры предоставляют пользователю широкие возможности по измерению различных величин (см. таблицу), согласование которых с отраслевыми стандартами показателей печати приводит к нормализации процесса синтеза цвета на оттиске, и следовательно, к повышению качества цветной многокрасочной печатной продукции.

Денситометры на отражение могут производить измерения большего количества величин, нежели денситометры, работающие с прозрачными материалами, а именно: оптическую плотность краски; растискивание; размер растровых точек на оттиске и печатной форме; относительный контраст печати; треппинг (переход краски); ошибку цветового тона; баланс «по серому».

Измерение каких-либо из перечисленных выше величин, в большинстве случаев, затруднительно производить по сюжетам отпечатанного изображения, поэтому для оценки качества полученных изображений на оттиске стали применять специально разработанные контрольные шкалы, изготавливающиеся в основном по стандартам FOGRA. В настоящее время подобные шкалы используются почти всеми фирмами-производителями денситометрического оборудования, и они существуют не только в вещественном виде для применения на стадии копирования фотоформ в контактно-копировальных рамах, но и в электронном виде для размещения на полосе издания в процессе верстки.

В зависимости от проводимых измерений могут использоваться поляризационные фильтры, применение которых обусловлено изменением оптической плотности красочного слоя в процессе высыхания. В условиях производства приходится проводить оперативный контроль в процессе печати тиража. Разность же измеренных значений до и после высыхания красочного слоя может составлять 0,1–0,2 единицы оптической плотности.

Основной причиной такой разницы в плотности сырого и сухого оттисков являются неодинаковые свойства их поверхности. Сырой оттиск получается глянцевым, а сухой — матовым, так как происходит частичное проникновение краски в поры и частичное высыхание, которые выявляют текстуру бумаги. При этом изменяется соотношение рассеянного и достигающего фотоприемника света.

Поляризационные светофильтры предотвращают попадание части рассеянного света от сухого оттиска на фотоприемник и тем самым препятствуют уменьшению измеряемых плотностей. Другими словами, сухой оттиск измеряется этим денситометром как сырой, хотя никакого влияния на физические характеристики этого оттиска не оказывает.

Как правило, денситометры на отражение, в отличие от денситометров на просвет, имеют только одно значение диафрагмы. Это связано со сложностью строения оптического тракта прибора, и в большинстве случаев при необходимости осуществить замену диафрагмы приходится перенастраивать всю систему.

Для получения корректных результатов необходимо постоянно заботиться о проведении различного рода тестовых и профилактических мероприятий. Одно из основных условий правильной работы денситометра — проводимая с определенной периодичностью калибровка.

Обычно этот процесс осуществляется при установке, тестировании и настройке прибора на печатный процесс, в случае изменения типа запечатываемого материала, резкого изменения температуры окружающей среды, а также с периодичностью, установленной фирмой-производителем.

Для оперативной калибровки прибора фирмы-производители применяют специальные шкалы, так называемые Density Calibration Reference, которые содержат определенные поля для триады красок и поля с определенным значением белого или для различных видов бумаги (мелованные, немелованные и т. д.). Используя их, пользователь подстраивает чувствительность светоприемников под определенные внешние условия.

Исходя из общих принципов работы и назначения, можно сформулировать основные требования к современному денситометрическому оборудованию: простота использования; портативность и возможность работы без подключения к электрической сети; наличие функций диагностики; наличие определенного набора измеряемых величин; точность измерений (значения измеренных величин при измерении одного и того же поля должны различаться не более чем на 0,01 D).

В настоящее время для увеличения гибкости приборов, а также по соображениям маркетинга фирмы-производители стремятся включить как можно большее количество измеряемых величин или, например, интегрировать в одном приборе возможности работы с прозрачными и непрозрачными материалами. В то же время, выпускаются целые серии приборов, которые отличаются друг от друга включением лишь одной или нескольких функций измерения.

Рис. 6. Денситометр DI9C компании Gretag

Для более наглядной иллюстрации сказанного в сравнительной таблице приведен ряд моделей денситометров различных фирм-производителей, а на рис. 6 и 7 представлены общие виды моделей D19C и 418 конкурирующих фирм Gretag и X-Rite. Отметим, что автор умышленно не приводит цены на приборы, так как основной целью публикации является знакомство читателя с технической стороной работы приборов, а не проведение аналитического обзора рынка.

Рис. 7. Модель 418 компании X-Rite

После знакомства с вышеизложенным кратким описанием денситометров возникает логичный вопрос, как же выбрать из многообразия представленных на рынке моделей наилучшую. Может быть, это прозвучит банально, но на взгляд автора лучшей моделью является та, которая полностью отвечает требованию технологического процесса конкретного пользователя на конкретном производстве. Говорить же о преимуществах одной модели над другой, на наш взгляд, можно лишь по четырем основным аспектам: цене, сервисному обслуживанию (сюда входит обучение персонала, предоставление возможности пробной эксплуатации, интегрирование в производственный процесс и т.д.), количеству измеряемых прибором величин и точности прибора.