Растр на экспертизу

Развитие цифровых технологий рождает на свет новые средства технологического контроля. В печатных цехах и лабораториях современных типографий на смену привычным денситометрам приходят цифровые микроскопы.

FAG-VRG Viplate 110

Разумеется, никто не утверждает, что денситометр перестал удовлетворять запросам производства. Изменились и расширились требования к контролируемым параметрам — это связано с внедрением в технологический процесс устройств CtP. Другая причина — широкий спрос на системы флексографской печати, использующие печатные пластины с рельефной поверхностью. Растровые элементы таких пластин представляют собой усеченный конус, что резко снижает точность показаний денситометра, независимо от оптической схемы его построения (см. статью «Денситометр: взгляд изнутри», Publish ? 7, 1999 г.).

GretagMacbeth SpectroEye

В результате, внимание технологов все больше привлекают устройства прямого (микрометрического) контроля растра, работающие по принципу цифровых камер, — встроенная в прибор светочувствительная матрица (выполненная по технологии ПЗС или КМОП) «фотографирует» поверхность пластины (пленки или печатного оттиска). После этого, на основе сделанного снимка, аппарат производит вычисление угла растра, линиатуры, относительной площади активных растровых элементов (в большинстве устройств — как для регулярных, так и для стохастических растров). Но денситометры и спектроденситометры не сдают позиции — в спецификациях часто оговаривается возможность контроля офсетных монометаллических и полиэфирных печатных пластин. Необходимость такого контроля очевидна — он позволяет оперативно отслеживать стабильность параметров формного процесса и незаменим при линеаризации систем прямого экспонирования пластин.

Информация в дефиците

GretagMacbeth SpectroEye

Исходя из этого, было решено рассмотреть присутствующие на российском рынке приборы прямого контроля растра (цифровые микроскопы), а также денситометры, спектроденситометры и спектрофотометры, способные, пусть даже теоретически, выполнять функции контроля офсетных печатных пластин. Устройства обоих типов поставляют одни и те же компании — FAG-VRG, GretagMacbeth, TECHKON, Viptronic (c 2000 г. входит в состав GretagMacbeth), X-Rite. Исключения — компания Centurfax, специализирующаяся на выпуске микрометрических систем, и ColorPartner, производящая только денситометрическое оборудование.

Viptronic Vipflex 333

Зарождающийся рынок устройств CtP и отсутствие стандартов на контрольные параметры во флексографии (выпущен лишь ISO 12647-4, оговаривающий нормативные значения оптических плотностей красок и растискивания для глубокой печати) не создают объективных условий для расширения производства и стандартизации оптических схем приборов прямого контроля. Производители средств микрометрического контроля растра не балуют специалистов подробными сведениями о принципах работы, технических параметрах и схемах построения своей аппаратуры.

Прямые измерения

Centurfax CCDot 4

Классифицируя системы прямого контроля растра, выделим приборы для офсетных и флексографских пластин. К первым относятся Centurfax CCDot 4 и PolyDot (ориентирован на контроль полиэфирных пластин), FAG Vipcam 116, GretagMacbeth iCPlate, TECHKON DMS 910, Viptronic Vipcam 114/116, X-Rite CTP11 (ACME Plate Dot Reader). Ко вторым — Centurfax FlexoDot, FAG-VRG Vipflex 333, Viptronic Vipflex 333 и Vipflex 334 (пришел на смену предыдущей модели). Аппараты могут быть монохромными (Centurfax PolyDot и X-Rite CTP11) или цветными (все остальные).

GretagMacbeth iCPlate

Принцип работы цветного устройства заключается в использовании светодиодов (или цветных фильтров) трех цветов (Red, Green, Blue), выбор которых определяется цветом контролируемой поверхности. Поскольку контроль растра базируется на субтрактивной цветовой модели CMYK, то включение соответствующего источника света осуществляется следующим образом: красного — при контроле голубых, синих, нейтральных или голубоватых поверхностей; зеленого — пурпурных, красных или красноватых; синего — желтых или желтоватых.

TECHKON RS 400

В случае контроля черных или серых поверхностей могут использоваться светодиоды (фильтры) красного цвета, как в Centurfax PolyDot или GretagMacbeth iCPlate. Цветные приборы поддерживают режим автоматического подбора цвета освещения, при котором обеспечивается максимальный контраст изображения.

Принцип работы

«Зрачок» миниатюрной видеокамеры прибора микрометрического контроля Viptronic Vipcam 116

Все приборы используют отраженный от объекта свет, т. к. в первую очередь ориентированы на работу с пластинами. Универсальные Centurfax CCDot 4 (см. обзор в Publish ? 1, 2001 г.), FAG-VRG Vipflex 333 и Viptronic Vipflex 334, GretagMacbeth iCPlate помимо того способны измерять геометрию, процент растровой точки и оптическую плотность прозрачных пленок (т. е. работают «на просвет»). Но попытка объединить в одном аппарате несколько принципиально разных технологий не всегда оказывается удачной — ряд технологов считает, что контроль оптической плотности пленок лучше проводить с помощью специализированных денситометрических систем. Тем не менее в спецификации на Centurfax CCDot 4 заявлена возможность измерения оптической плотности до 6,0 D, подтвержденная в только что анонсированном на IPEX’2002 CCDot 5 с разрешением 14 000 ppi и возможностью измерения точки диаметром 20 мкм.

О критериях

Выбирая прибор прямого контроля растра, следует обратить внимание на четыре аспекта: разрешение, диапазон измеряемых линиатур, типы контролируемых пластин, повторяемость и точность измерения. Хотя необходимые технические данные публикуют не все производители, ряд выводов все-таки можно сделать. Как видно из таблицы, максимальное разрешение 12 000 ppi имеют два прибора — GretagMacbeth iCPlate и Viptronic Vipcam 114/116, оснащенные матричными сенсорами на 110 880 пикселей.

Несколько меньшим разрешением характеризуется цифровой микроскоп TECHKON DMS 910 с емкостью светочувствительной матрицы 352x288 пикселей и размером контролируемой области 0,7x1,0 мм. За ним следует Centurfax CCDot 4 (7200 ppi при размере рабочей области 1x1 мм). Непросто оценить этот параметр для FAG Vipflex 333 и Viptronic Vipflex 334, которые, как заявлено в спецификации, контролируют растр с максимальной линиатурой 152 lpi, при размере области контроля 2,5x1,5 мм.

Увеличение области контроля и снижение емкости матрицы свойственно для приборов, предназначенных для газетного производства и типографий, работающих с низкими линиатурами. Так, версия GretagMacbeth iCPlate C имеет в три раза меньшее разрешение 6000 ppi при величине области измерения 1,6x1,2 мм. Но применение светочувствительной матрицы меньшего размера далеко не всегда исключает использование приборов для контроля образцов с высокими линиатурами — оно возможно за счет пропорционального снижения размера области контроля.

На большинство приборов заявлены значения поддерживаемых линиатур. И смотрятся они очень достойно, как правило, обеспечивая контроль линиатур до 150 lpi и даже выше — 400 lpi для Centurfax CCDot 4 и 373 lpi для GretagMacbeth iCPlate.

К сожалению, мало информации по такому важному параметру, как точность измерения. Официально он заявлен лишь для приборов компании Centurfax, FAG-VRG Vipcam 116,Viptronic Vipcam 114/116 и X-Rite CTP11.

Практические аспекты

Ситуация с типами поддерживаемых пластин и повторяемостью несколько сложнее. Мы выяснили это, беседуя с производителями и пользователями приборов. Особенности поверхностного слоя пластин разных производителей, приводящие к неодинаковым уровням контраста между печатными и пробельными элементами, не дают право назвать приборы универсальными. Помимо чисто систематических ошибок (на которые можно внести и постоянные поправки) существует проблема стабильности показаний и предельной чувствительности. Хотя проведенные специалистами GretagMacbeth исследования прибора iCPlate продемонстрировали неплохие результаты (подтвержден контроль пластин AGFA, Fujifilm, Kodak, Lastra, Mitsubishi, Presstek, Toray), была, в частности, выявлена его несовместимость с пластинами Presstek Peargold и Toray CG.

Рабочее место технолога в формном цеху компании «Лиматон». Прибор Vipflex 333 работает под управлением IBM PC и программного обеспечения Perfect Eye.

Далеко не все поставщики заявляют о такой характеристике, как повторяемость. Порой возникают и реальные претензии со стороны практиков к стабильности работы. Например, технический директор компании «Полифлекс» Вячеслав Калужский заявил, что отказался от приобретения Vipflex 333 из-за большого разброса выдаваемых значений. Однако требования к стабильности, учитывая особенности прибора, определяются характером его использования и типом решаемых задач. Заместитель директора по развитию производства компании «Лиматон» Алексей Тягунов, в принципе соглашаясь с предыдущим мнением, рассказал о положительном опыте работы с Vipflex 333. Специалисты его фирмы успешно применяют устройство для выборочного контроля аналоговых флексографских пластин производства DuPont. Разумеется, величина закладываемой погрешности соответствует возможностям прибора и составляет около 3% в области полутонов. Для сведения: существует недокументированная возможность настройки процесса измерения Vipflex путем корректировки параметров его .INI-файла, уменьшающая нестабильность показаний.

Контроль для флексографии…

Одно из интересных и перспективных направлений, для которого, к сожалению, существует не так уж много разработок, — контроль пластин во флексографии. Как и в случае с офсетными машинами, проблема контроля становится чрезвычайно актуальной при переходе к CtP. Нынешний бум флексографской печати привел к тому, что количество инсталляций CtP (в частности, систем LaserGraver) в этой отрасли превышает число аналогичных проектов в офсетном производстве.

Очень интересна конструкция прибора Centurfax FlexoDot (пока нам неизвестно ни одного факта его установки в России) — впадины объемной структуры поверхности пластины заполняются жидкостью, которая поляризует падающий на нее свет. Работающий на отражение аппарат с высокой точностью фиксирует геометрию печатных элементов и затем рассчитывает их относительную площадь. Существует даже версия прибора со специальным красочным аппаратом, наносящим технологический краситель на поверхность печатных элементов.

Программное окно управляющей программы Perfect Eye, работающей с Viptronic Vipflex 333. Функция «видеомикрометра» позволяет измерить элементарную растровую точку и оценить правильность ее формы.

На практике, все зарегистрированные отечественные инсталляции во флексографии приходятся на аппараты Vipflex от FAG-VRG и Viptronic, поставляемые в Россию сразу несколькими дистрибьюторами. Один из примеров — уже названная фирма «Лиматон», первая из отечественных компаний сумевшая внедрить аппарат в реальный технологический процесс. С его помощью технологи предприятия оценивают качество формного процесса, в частности, контролируя на форме диаметр растровой точки в светлых областях растра — его уменьшение сверх оговоренных значений приводит к пятнистости отпечатков, связанной с эффектом инверсности (величина растискивания для 4% точки может оказаться больше или быть равной величине растискивания для 10% точки). Периодически проверяется размер точки на краях и в центре пластин (благодаря очень удобной функции «видеомикрометра») и, конечно, стабильность относительных площадей печатных элементов.

…и офсета

Рабочее место оператора CtP CreoScitex Trensetter в типографии «Алмаз-Пресс». Калибровка устройства и контроль стабильности формного процесса осуществляется с помощью прибора Viptronic Vipcam 116.

Значительное число включенных в таблицу приборов прямого контроля растра ориентировано на работу с офсетными пластинами, печатными оттисками и пленками (последнюю операцию выполняют только Centurfax CCDot 4, Gretag Macbeth iCPlate и аппараты серии Vipflex). Поскольку приобретают их, как правило, для линеаризации CtP, количество проданных на сегодня образцов, увы, исчисляется единицами. Один из наиболее простых аппаратов, Viptronic Vipcam 116 используется в московской типографии «Алмаз-Пресс», где установлена система прямого экспонирования форм CreoScitex Trendsetter. Хотя опыт работы с CtP в типографии пока небольшой, с помощью Vipcam 116 уже проведена базовая линеаризация Trendsetter, выполняется периодический контроль относительной площади растровых элементов. Как рассказал главный технолог «Алмаз-Пресс» Олег Гурулев, аппарат очень пригодился для контроля на формах размера точек в 1% и 2% областей растра. Гурулев подчеркнул, что при работе с аналоговыми формами раньше не приходилось и мечтать о воспроизведении областей с 1% заполнением. Теперь это стало реальностью, за которой, тем не менее, необходим жесткий контроль. Есть и другие примеры: в типографии «Стезя» (г. Йошкар-Ола) для линеаризации CtP AGFA Galileo Thermal успешно применяется прибор FAG-VRG Viplate 115. С заделом на перспективу (планируется приобретение CtP) купили аппарат GretagMacbeth iCPlate в типографии «Тверь-Медиа» (г. Тверь). Как рассказал главный технолог Владимир Лебедев, благодаря прибору специалисты типографии получили возможность построения графиков статистического изменения формы растровой точки на разных процентах (как на пленке, так и на пластине). Теперь изменения в программу фотонабора, отслеживающую все отклонения параметров формного процесса, вносятся практически сразу.

Программный пакет TECHKON DMS Pro, поставляемый в комплекте с TECHKON DMS 910. С его помощью выбираются базовые точки для кривой характеризации печатной пластины.

Под управлением компьютера

Несмотря на то, что базовые функции приборов микрометрического контроля одинаковы — измерение геометрии точки, угла поворота растра, линиатуры и относительной площади растровых элементов (исключения — X-Rite CTP11, измеряющий только относительную площадь, а также Centurfax CCDot 4, где набор включаемых в прибор функций нужно оговаривать отдельно), существуют и индивидуальные особенности. Они касаются программного обеспечения, поддержки функции характеризации пластин (построения зависимости реального процента заполнения растра от заданного), интерфейса и работы в автономном режиме.

Кроме аппаратов TECHKON, все приборы способны работать автономно, от аккумулятора и оснащены встроенным дисплеем для отображения значений и снимков растровых точек. Снимки сохраняются в виде файлов (TIFF или BMP), которые могут быть переданы в компьютер для последующей обработки. Ряд аппаратов (Centurfax, Vipflex от FAG и Viptronic, TECHKON) оснащен программами вторичной обработки измерений. Пакет Centurfax KeyMagic позволяет передавать результаты промера относительной площади растровых элементов (процентов растра) непосредственно в RIP для их последующего пересчета в кривую характеризации. TECHKON DMS 910 (работает только в паре с PC) поставляется с программой DMS Pro, позволяющей сохранять в отдельном файле и затем корректировать кривые характеризации печатных пластин.

Отметим, что работу с кривыми характеризации и загрузку базовых значений поддерживает абсолютное большинство рассматриваемых приборов.

Денситометрический контроль

Схема отражения падающего света от гладкой матовой поверхности

Вторая группа устройств, применяемых для контроля растровых структур на поверхности печатных пластин, — специализированные денситометры, спектроденситометры и спектрофотометры (подробную информацию по оптическим схемам их построения, принципе измерений и поддерживаемым стандартам см. в справочнике покупателя, Publish ? 8, 2001 г.). По принципу работы они кардинально отличаются от средств прямого контроля. Суть в том, что значения относительных площадей растровых элементов рассчитываются исходя из измеренной величины интенсивности отраженного от пластины светового потока (денситометры) или его спектральных характеристик (спектроденситометры и спектрофотометры).

Схема отражения падающего света от неравномерной (зернистой) поверхности

Далеко не каждый денситометр, спектроденситометр или спектрофотометр адекватно выполнит расчет относительной площади растра печатной пластины. Не может быть и речи о какой-либо конкуренции с микрометрическими системами. Причин тут несколько. Первая — слабая контрастность получаемого на пластине растрового изображения, в результате чего прибор не в состоянии распознать линии перехода между пробельными и печатными элементами. Вторая — неравномерность (зернистость) эмульсионного слоя и подложки пластины, приводящая к различным уровням рассеивания света для пластин разных производителей. Третья — проблема учета цвета поверхности пластины при денситометрическом анализе. Четвертая — необходимость исключения из расчета величины оптического растискивания, стандартным образом учитываемой формулой Мюррея-Девиса, которая используется встроенным программным обеспечением любого денситометра (см. врезку «Геометрия подлинная и мнимая»).

В поисках геометрии

Решаются эти задачи оптимизацией оптических свойств прибора, а также путем автоматического расчета или ручного ввода значений поправочного коэффициента — N-фактора, или коэффициента Юла-Нильсена. Установка различных значений коэффициента (в зависимости от типа пластины) позволяет с определенной погрешностью рассчитать значение относительной площади растровых элементов, отвечающих за перенос краски с готовой формы на оттиск.

Определение коэффициента обычно выполняется следующим образом. Предварительно откалиброванным денситометром измеряется максимально близкий к 50% участок растрового клина, заранее подобранный с помощью микроскопа или сильной лупы. Полученное значение сравнивается с заданным, в результате чего находится N-фактор, который и заносится в память денситометра. Очень удобно, когда эта операция автоматизирована — в денситометрах и спектроденситометрах TECHKON и X-Rite (подчеркнем, что в официальной документации на приборы X-Rite не оговаривается их использование для контроля печатных пластин) после промера 0%, 100% и 50% участков, найденный коэффициент Юла-Нильсена автоматически вычисляется и сохраняется в памяти.

Проблемы цвета

Другая проблема связана с цветом поверхности печатной пластины. Как известно, во всех цветных денситометрах имеются стандартные цветовые фильтры, пропускающие свет в требуемом диапазоне спектра. Решение упрощается при работе со спектроденситометрами или спектрофотометрами (GretagMacbeth SpectroEye, TECHKON SD 620, аппараты 528, 530 и 938 от X-Rite). В этом случае, помимо задания коэффициента Юла-Нильсена, печатник может создать цифровой спектральный фильтр (т. е. реализуемый встроенным в прибор программным обеспечением) нужных ему характеристик. Например, в TECHKON SD 620 есть функция построения распределения оптической плотности по видимому спектру отраженного света. Базируясь на ней, пользователь способен сформировать программный цифровой фильтр, параметры пропускания которого обеспечат распознавание градаций оптической плотности на поверхности конкретной пластины. Аналогичные функции есть в GretagMacbeth SpectroEye, а также в аппаратах 528, 530 и 938 от X-Rite (поддерживают работу с характеристиками базовых цветов).

Только для серых

Решить проблему цвета можно более простым способом. Правда, применяется он при работе с серыми монометаллическими и полиэфирными пластинами. Суть — в использовании монохромного денситометра, калибруемого по серому фону пластины и 100% области ее заполнения. Подойдут включенные в таблицу денситометры от ColorPartner, FAG Viplate 115 (пришел на смену FAG-VRG Viplate 110), GretagMacbeth D19C, TECHKON RT 120, Viptronic Viplate 115.

Успешно решают такие приборы и задачи линеаризации CtP. В типографии «Медиа-Пресса», где недавно установлено устройство прямого экспонирования пластин ArtLogic APS 3850 CTP, активно применяется Viptronic Viplate 110 (сейчас на рынке более современная модель Viplate 115 с подключением к компьютеру). Как рассказал ведущий инженер Дмитрий Панов, в процессе линеаризации CtP как минимум дважды выводится и промеряется тестовая пластина. Результаты промера процентов относительных площадей растровых элементов вручную заносятся в RIP, формирующий первичную кривую линеаризации. Затем выполняется повторный вывод и обмер той же пластины, для внесения окончательных корректив в полученную зависимость.

Успешное применение денситометров в линеаризации CtP не означает, что покупка более дорогих и точных систем прямого контроля лишена смысла. Как заявила Елена Ви, начальник лаборатории типографии «Медиа-Пресса», они планируют приобретение подобного прибора. Помимо намного более точного расчета растровых процентов и контроля параметров экспонирования, аппарат позволит, за счет контроля формы точки по ширине пластины, оперативно устранять сбои в работе проявочного процессора (неравномерность прижима щеток в вымывной секции, нелинейный прогрев в ходе закрепления пластины).

Функции на выбор

Рабочее место оператора CtP ArtLogic APS 3850 CTP. Калибровка устройства и контроль стабильности формного процесса осуществляется с помощью денситометра Viptronic Viplate 110.

Поскольку в наши задачи не входит подробный рассказ обо всех возможностях денситометров, спектроденситометров и спектрофотометров, лишь вкратце коснемся их измерительных возможностей. Как видно из таблицы, их набор варьируется в очень широких пределах и достигает максимума в спектроденситометрах и спектрофотометрах, реализующих функции денситометрии. С точки зрения измерения офсетных пластин, полезной будет функция создания т. н. характеристики печатного процесса (в таблице — параметр «ХПП») — аналога кривой характеризации пластины, уже знакомой по приборам прямого контроля растра.

О фильтрах и стандартах

Итак, базовых критериев выбора подходящего прибора для контроля растровых структур на печатных пластинах, в принципе, не так уж много. Не очень велик и выбор самой аппаратуры. Но если вы все-таки решили сэкономить и купить денситометр, можно дать один совет — обратить внимание на поддерживаемые стандарты на цветовые фильтры (европейский DIN 16536 или различные варианты американского ANSI). Если они совпадают с прописанными в спецификации прибора, который стоит в вашем печатном цеху, — все прекрасно. В противном случае могут возникнуть проблемы с совместимостью показаний, что сильно затруднит создание системы сквозного контроля качества. И наконец, при работе с монометаллическими алюминиевыми формами (деполяризующими отраженный свет) далеко не бесполезным будет включенный в поставку поляризационный фильтр.

Автор выражает глубокую признательность сотрудникам представительств DuPont и GretagMacbeth в Москве, специалистам компаний Alpha, Amos, DPI, InitPress, LEGION Group, OMEGAGRAF, YAM International, «ИТРАКО», «Комлайн», «МакЦентр», «НИССА», «Полифлекс», «Терем», а также типографий «Алмаз-Пресс», «Стезя», «ЛИМАТОН» и «Медиа-Пресса» за помощь, оказанную при подготовке этой статьи.

Геометрия подлинная и мнимая

Физический смысл измерения относительной площади растровой структуры на печатной пластине (или оттиске) с помощью денситометрического оборудования заключается в вычислении отношения между интенсивностью отраженного от нее света и интенсивностью света, отраженного от расположенного на этой же пластине (или оттиске) элемента растра со 100% заполнением.

Описывается эта премудрая дефиниция следующим выражением, известным в печатном мире под названием «формула Мюррея-Девиса»:

где Dt — оптическая плотность исследуемой растровой структуры;
Ds — оптическая плотность растрового элемента со 100% заполнением.

В процессе печати взаимное давление формного и печатного цилиндров приводит к механическому растискиванию — увеличению растровой точки на оттиске. Его значение зависит от параметров печатной машины, стандартизовано и заранее учитывается в процессе создания фотоформ и печатных пластин. Тем не менее в ходе контроля пластин денситометрическим способом необходимо учитывать другую разновидность этого эффекта — оптическое растискивание, вызываемое поглощением и рассеиванием падающего света на краях растровых точек.

Схема взаимодействия падающего света с печатной пластиной

Результат — завышение показаний денситометров и спектроденситометров. Чтобы скомпенсировать ошибку, в формулу Мюррея-Девиса был введен поправочный коэффициент (N-фактор), получивший название коэффициента Юла-Нильсена. Формула приняла следующий вид:

где n — N-фактор, или коэффициент Юла-Нильсена.

Типичные формы точек при различных значениях относительных площадей растровых элементов

Определяется коэффициент Юла-Нильсена измерением областей растра с 50% заполнением, которые наиболее подвержены эффекту оптического растискивания. Связано это с тем, что в области полутонов размеры точек и протяженность их границ максимальны (см. рисунок), что приводит к наибольшим показателям краевого поглощения и рассеивания света.