第九章 印刷质量控制的基本原理和方法

第五节 控制印刷质量的方法

　　要使印刷品保持稳定的印刷质量，首先要对印刷品抽样检查。一般是把印张和样张相比较，看看是否印得好；大批量的印刷品，也是用对比法观看质量是否一致，然后再根据比较结果，进行调整。为了实现印刷的数据化、标准化和规范化，人们把印刷质量信号条，放置在印张的拖梢或侧旁，和印刷图像一起印刷，用密度计测量各种图像色块的光学密度，经过计算换算成需要控制的质量数据，用人工的方法或利用"印刷质量自动控制装置"来控制印刷质量。

一、反射密度计和密度测定

　　反射密度计，是一种测定光量的仪器，它的测试原理如图9-21所示。发自稳定光源的光通过透镜聚焦而射到印刷表面上。有一部分光被吸收，吸收量取决于墨膜厚度和油墨中颜料的浓度。未被吸收的光由纸张反射。透镜系统收集与测量光线成45°角的反射光线并送到接收器(光敏二极管)。光敏二极管将收到的光理转变为电量，电子系统将此测量电流与基准值9绝对白色的反射量)进行比较，根据此差值计算所测量墨膜的吸收特性，墨膜测量结果显示于显示器上。


图9-21 反射密度计测试原理图

　　在不同类型的密度计中，光路也可以反过来，也即入射光以45角射到被测印刷品上，接收器则和印刷纸张表面成90°角。

　　从公式可知，当R＝0时，光量被全部吸收，密度D趋近于无穷大。对于印样来说，墨层越厚，吸收的光量越多，反射率越小，测得的密度值越大。表9-10列出了印刷品的反射密度与反射率的关系。

　　表9-10 反射密度和反射率的关系

反射率(%)	90	80	60	40	20	10	8	6	4	2	1
反射密度(D)	0.045	0.097	0.221	0.398	0.699	1.000	1.097	1.221	1.398	1.699	2

　　为了测定彩色印刷品的密度，要在反射密度计上装上与测试印样成补色的滤色片，滤色片能吸收与其成补色的色光，透过其余的色光，如图9-22所示。因此，印刷品上的青色、品红色和黄色，分别用红、绿、蓝滤色片去观看，便都是黑色的了随着彩度的增加，显示出的彩色密度值也随之增大，即彩色密度值与彩度给人的视觉印刷是一致的。


图9-22 彩色密度的测定示意图

　　打样时，用反射密度计，测定合首质量要求的色标的实地密度，印刷时，参照样张色的实地密度印刷，就能使两者的墨色相接近。另外，在印刷过程中，抽样测量印张上色标的实地密度，可以检查出供墨量是否适当，以及批量印刷品的供墨量是否均匀。

　　印刷品的色彩，是用色偏少、灰度低、色效率高的三原色油墨还原的，但不是理想的。而且，如果印刷过程中，水墨失去平衡，或原色油墨在调墨时混入本色以外的其它油墨，就更会产生色偏或带灰，结果使印刷品的色彩得不到理想的还原。为了检查印刷油墨的色偏、灰度和色效经是否符合要求，可以用反射密度计测定三原色油墨的实地密度，再换算成色偏、灰度、色效率值。其方法是用红滤色片、绿滤色片、蓝滤色片，分别测定青油墨、品红油墨、黄油墨的实地密度，得到表9-11中青、品红、黄各原色油墨的高密度值DH；用和原色油墨色相不成补色的其它两种滤色片，测定油墨的中、低密度DM、DL值，然后按下列公式计算油墨的色偏、灰度、色效率。

　　色偏＝(D_M/D_L)/D_H-D_L×100%

　　灰度=D_L/D_H×100%

　　色效率=(1-D_M+D_L/2D_H)×100%

　　例如，将青油墨的高、中、低三种密度值，代入上述公式，求得的色偏是22%，灰度是14%，色效率是77%；将黄油墨的高、中、低三种密度值代入上述各公式，求得黄油墨的色是7%，灰度是25%，色效率是94%显然黄油墨的色相较青油墨纯正。表9-12所列天津亮光快干四色油墨的色偏、灰度、色效率值也是利用上述方法测定计算的。

　　表9-11 三原色油墨的密度值

油墨	滤色片
	红	绿	蓝
黄	0.02	0.08	0.85
品红	0.09	0.89	0.33
青	1.25	0.40	0.17

　　用反射密度地，测量油墨的密度时，必须注意湿墨膜和干墨膜密度的变化。刚从印刷机印出的印张比经过一定渗透和干燥时间之后的印张的色彩明显地要高一些。这种随着油墨的渗透和干燥，密度值下降的现象叫做干退密度现象。

　　表9-12 天津GS型胶印亮光快干油墨色偏、灰度、色效率值

品名	色相密度	色偏(%)	灰度(%)	色效率(%)
GS-135洋红	1.40	38.10	14.50	69.2
GS-124桃红	1.40	33.00	13.00	70.41
GS-236中黄	0.95	8.30	10.60	85.64
GS-233中黄	1.00	5.20	9.40	88.21
GS-425天蓝	1.50	26.00	10.17	78.15
GS-414孔雀蓝	1.50	24.20	10.90	81.00

　　由于存在着干退密度现象，给印刷生产中使用反射密度计测量密度，造成一定的困难。例如，作为印刷管理的密度值，应该使用刚刚印刷的密度，作为评价印刷质量的密度，就应该使用油墨干燥的密度。油墨的墨层由湿变干的过程比较长，这就需要人们等待较长的时间才能对密度进行测量，显然不能适应生产需要。实际上，只要使用一种带有偏振光滤色片的反射密度计进行测量，就能消除油墨表面的反射，并进而消除油墨膜的亮光，使湿墨膜的密度和干墨膜的密度一致。

　　由于装有偏振光滤色片的反射密度计比没有装偏捺虎光片的密度计，测定的彩色密度高，所以测得的彩色密度和人眼视彩色彩度的印象不一致，故对干燥印张的彩色密度进行比较时，一般用不带偏光滤色片的密度计测定密度。凡暖和偏光滤色片密度计测定的密度值，所拟定的密度标准，也应是用偏光滤色片密度计测量的数据。此外，只有用统一标准校准后的密度计，测量出来的密度值，才能够互相比较。

二、质量控制条的应用

　　评定彩色图像印刷品印刷质量的客观标准，主要是印刷品的阶调再现和色彩再现。由于印刷图像各不相同，直接在印张上检测某一质量评定项目，进而控制印刷质量是无法实现的。为此，选择几项主要的质量评定指标，设计一些标准的图像，将各个标准图像以不同的方式组合起来，便构成了印刷质量控制条。标准图像可以是图像原有的图像像素，如实地块，网线块；也可以是印刷图像没有的标准像素，如检查网点变形的星标、线条块等。质量控制条一般分为信号条和测试条两种，信号条用于视觉检查，提供性的信息。测试条则能用密度计测定密度数据。目前，大多数的印刷质量控制条，都是由信号条和测试条组成的，可以监测网点变形的情况，并配合密度计来检查各色印刷油墨的实地密度、网点扩大、相对反差、油墨叠印率等主要质量指标。


图9-23 星和星标楔形放大图

　　1?GATF星标。GATF星标如图9-23所示，是36根黑色的楔形线条以相等的间隔距离，排列在一个圆周之内组成的。由于这种排列的几何特性，它对印张上的各种印迹缺陷如"重影"、"网点扩大"等能明显的反映出来。当发生"重影"或"网点扩大"时，楔形线会如衅9-24所示，产生等量的扩张宽度，正如不同大小的网点扩大值一样，楔尖是最小的网点，楔尾是最大的网点，等量的扩大或缩小，会在楔尖相对集中的圆的中心明显地显示出来。星标每条楔线与相邻的另一条楔线，在圆的中心叠合，若设楔线在圆中心重合的长度为L，由L引起楔线尾部的宽度增量为ΔS，则ΔS和L有如下的关系：

　　ΔＳ/L=tg5°

　　因为：

　　tg5°=0.087=1/11.5

　　所以：ΔＳ＝Ｌ／１１．５

　　考虑到楔线在圆中心两侧的同时扩展，故有下列关系：

　　２ΔＳ＝２Ｌ／１１．５

　　印刷过程中，如果因为供墨量过大，印刷包衬不合适或滚筒之间的速差，发生"重影"、"糊版"、"椭圆点形"……等问题，网点直径扩大0.025mm时，就会在圆中心发生直径缩减0.575mm，约改变23倍(即放大23倍)。这种放大作用，能帮助工人及时发现质量。例如图9-24所示的几种质量故障，星标均有明显的变化。


图9-24故障的检验

　　通常印张上的网点没有变形、重影，印版供墨量合适时，星标的中心发白。若供墨量过大，星标的中心呈大黑圈，黑圈越大，说明共墨量愈大，网点扩大愈严重。若印版的供墨量不足，星标空白的圆圈扩大，网点缩小。若网点发生横向变形，星标中心的圆圈就纵向扩展成蛋形。若网点产生纵向变形，星中心的黑圈就横向变形扩展成椭圆形。若网点出现重影，星标的中央部分消失，剩下的轮廓呈"8"字形。8字形横向扩大，重影纵向出现；8字形纵向扩展，重影横向出现。

　　GATF星，虽然是高精度的星纹圆标，但经过多次翻拷，原始星标的精度很难保证，单独使用时效果不甚理想，常和GATF数码条一起使用。

　　2?GATF数码信号条。GATF数码信号条如图9-25所示。GATF数码信号条的左侧标着从0到9的数码，每个数码为一个梯级。1～7数码每梯级网点增大为3%～5%，7～9数码每梯级网点增大为5%以上。从0～9数码颜色逐渐变淡，号码上的网点相当于80线/cm，衬底部分相当于25线/ｃｍ，利用细网点增大比粗网点更敏感的特点来判断网点增大值。

　　印刷时，以某一数码为标准，观察标准数码周围数码的颜色显示的深淡来调整印刷，控制印刷质量。例如，某工厂根据印刷工艺条件规定"3"为标准数码，实际印刷过程中，印刷正常时，如图9-25(ａ)所示，"3"字看不太清。图9-25(ｂ)表示网点增大，4字变深看得很清楚。图9-25(ｃ)表示网点缩小，数码2甚至1变浅。根据数码变深或变浅的梯级，还可以粗略地估计网点扩大值。当印刷品上的网点发生变形时，信号条上横线竖线的密度就会不同，"SLUR"就会因此底色深或浅而显示出来。例如，SLUR比底色深，表明网点纵向变形，如图9-25(ｂ)所示；SLUR比底色浅，表明网点横向变形，如图9-25(ｃ)所示。


图9-25 GATF数码信号条


图9-26 布鲁纳尔测试条

　　3?测试条。GATF星和GATF数码信号条以及其它的一些信号条，只能给人们提供定性的质量信息，而不能提供控制印刷质量的定量数据。为了评定网点扩大或网点缩小量、相对反差等，需要用密度计对实地密度和网点密度做精确的测定，故有由实地测试块和网点测试块组成的测试条，来控制印刷质量。

　　实地测试块其网点面积覆盖率是100%，主要供反射密度计测量实地密度。

　　网点测试块，一般选用圆形网点。有20%，25%，40%，7%%，08%等几个网点阶调块。将实地块和选定的网点阶调块连结在一起，用反射密度计测定实地密度和网点密度，即可计算出印刷中的网点扩大值和相对反差。

　　除此之外，还有供测定油墨印率的多色叠印实地块和灰色平衡的色标等等。

　　目前，国际上使用的质量控制条种类较多，下面只简单的介绍GATF彩色信号条和布鲁纳尔(Ｂｒｕｎｎｅｒ)彩色信号条。

　　GATF彩色信号条宽为0.25英寸，长为20英寸，每5英寸为一个单位，每一个单位由26个1/4英寸×3/6英寸大小的信号、测试块组成。各信号、测试块包括如下内容：

　　第1～7块：单色或两色叠印的实地块；

　　第8块：三色叠印的实地块；

　　第9块：40%网线的黄、品红套印色块；

　　第10块：40%、30%品红和黄构成的灰色平衡色块；

　　第11块：40%网线的黑色块；

　　第12块：40%青、30%黄、20%品红相叠而成的灰色块；

　　第13块：黑色实地块；

　　第14块～19块：青、黄、品红每一色的实地和40%网点色块；

　　第20块～22块：各二色40%网点的套印色块；

　　第23块～26块：GATF星标。

　　布鲁纳尔彩色信号条，和GATF彩色信号条相比，增加了晒版质量控制条，如图9-26(ａ)所示，并增加了油墨控制段以及超精细测量段，如图9-26(ｂ)和图9-26(ｃ)所示。既可以控制晒版质量也可以控制印刷质量。

三、印刷质量自动检测及控制系统

　　随着电子技术的飞速发展和计算机应用的普及，印刷生产开始摆脱了长期以来靠人的视力，凭经验操作的落后局面，逐步实现着印刷过程的自动化。

　　1?平版印刷质量自动检测及控制系统。利用密度计的测量技术，检测印刷质量、自动控制印刷质量的装置，目前已应用于平版印刷机，有效地控制了印刷质量，并取得了良好的效果。例如德国海堡的CPC(Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｐｒｉｎｔｉｎｇ　Ｃｏｎｔｒｏｌ)系统，日本小森的PQC(Ｐｒｉｔｉｎｇ　Ｑｕａｌａｔｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌ)系统和德国罗兰的ＣＰＩ（Ｃｐｍｐｕｔｅｒ　Ｐｒｉｎｔｉｎｇ　Ｉｎｋｉｎｇ)系统等。这里仅对CPC系统作一简单介绍。

　　CPC系统由CPCⅠ、CPCⅡ、CPCⅢ组成。

　　CPCⅠ是一个中心控制台，主要控制多色平版印刷机，每一色各个着墨区的输墨量、以及遥控调节印版滚筒位置，确保套印精度。

　　CPCⅡ采用遥控装置的计量墨斗，将原来平版印刷机的整块墨斗刀片，改换成若干段片条拼合的组合式墨斗刀片。墨斗底面有32个板条，把沿墨斗辊轴向的长度分为32个输墨区，每个墨墨区均有一套独立的调节装置。计量墨斗的结构简图如图9-27所示。当中心控制台需要调节输墨量时，控制微电机转动，通过螺旋机构和连杆机构，使偏心柱转动，改变墨斗刀片与墨斗辊的间隙，让需要的墨量流过。遥控计量墨斗对整个墨量的调节，是按照公式δ＝Ｃ１·θ·Δｌ，即调节墨斗辊间隙Δｌ，墨斗辊转角θ的大小来实现的。调节精度可达最大转角的1%。


图9-27 计量墨斗结构简图

　　CPCⅠ中心控制台，安装有套准装置。和墨量控制的原理相同，用控制印版端部的电机，并通过一定的机构，使印版滚筒在轴向或周向产生位移，以适应套印精度的要求。印版滚筒的调节精度可达0.01ｍｍ。

　　CPCⅡ是一台印刷质量控制台。按照印刷品质量控制的基本数据设计而成。能在数秒钟之内，对印张的实地密度、网点增大值、相对反差和其它印刷质量数据进行检测。

　　作为被检测的印张，在沿宽度的方向上，印刷专供检测的色标，如图9-28所示。色标包括各色实地色标，阶调值为80%，40%，20%的网点色标。检测时，把印张的色标放在检测头下，检测头沿轨道快速移动，测量色标各区段的实地密度和80%，40%，20%的网点密度，取得各种密度信号。将测量的信号输送给电子计算机，与计算机储存的规定密度值进行比较，或与输入的控制信号相比较。经过判断、校正、对墨斗辊电机和墨斗刀片电机进行调控，调整墨斗辊转角、墨斗刀片和墨斗辊间隙，改变墨斗出墨量，以达到需要的墨层厚度。


图9-28CPCⅡ

　　CPCⅢ是专用的印版图像识读器，不与印刷机相连，可以放制版车间。晒好的印版，在安装到印刷机上之前，首先由CPCⅢ识读印版图像，确定印版对应的每一输墨区的油墨覆盖面积，并将所得的结果存在CPC盒式磁带中。若将磁带的数据输入CPCⅠ中心控制台由CPCⅢ记录的数据便自动地转换成墨斗各输墨区的输墨量，印刷机很快地进入正常印刷状态。

　　整个的CPC系统如图9-29所示，CPCⅠ用于控制一台印刷机，CPCⅡ进行集中控制，把所控制的印张经检测和计算的数据，输入到有关机器的CPCⅠ中，对印刷机的供墨系统做修正和调整。CPCⅢ对印版图像进行识读，决定印版各区段的供墨量，并贮存在磁带里，此磁带将作为CPCⅠ的输入。


图9-29 CPC系统

　　2?凹版印刷质量自动检测及控制系统。凹版印刷机为卷筒纸高速印刷机，印刷过程中，由于各种因素的影响，往往使彩色套印出现误差。为了提高凹版印刷的套印精度，在凹版印刷机上安装自动套准装置，利用套准检测标记进行套准误差检测及控制。

　　自动套准装置由电子控制装置、扫描头、脉冲发生器、套印调节辊、调节电机、示波器等几部分组成，如图9-30所示。


图9-30 凹印自动套准装置

　　套准检测标记又叫马克线，长为10ｍｍ，宽为1ｍｍ，检测方法分为平行式和垂直式两种。平行式是将马克线按照印刷顺序的先后，每两色间隔5ｍｍ从左到右平放于印张的空白部分，如图9-31(ａ)所示。垂直式如图9-31(ｂ)所示，线与线的间隔为20ｍｍ。无论是平行式还是垂直式，检测原理都一样，均通过扫描头的反射波来测量马克线的水平度误差和间隔间的误差。


图9-31 套准检测标记

　　在印刷过程中，各色印刷单元的扫描头监视着马克线。扫描头由一个光源、两个透镜和两个光电池组成。当马克线在扫描头下通过时，光电池受光量发生变化，这个变化被转换成脉冲信号，该信号又被送入电子控制装置中如果第二印刷单元的马克线相对于第一印刷单元的马克线推迟或提前到达扫描头时，就会产生电脉冲相对时间的偏移，此信号输入第二印刷单元的电子控制装置后，就直接驱动调节电机，使第一单元和第二单元之中的套准调节辊微动，进行套准调节。

[时间：2001-07-09  作者：冯瑞乾  来源：《印刷原理及工艺》·第九章 印刷质量控制的基本原理和方法]