Wprowadzenie
Paskowanie (fluting, striping) jest wadą druków w postaci widocznej zmienności barwy obrazu na odbitce wykonanej na tekturze falistej, która koresponduje z jej strukturą wewnętrzną. W drukowaniu obrazów paskowanie związane jest z okresową zmianą ciśnienia w strefie kontaktu (NIP), prowadzącą do zmian wielkości transferu farby z formy drukowej na podłoże oraz wielkości przyrostów punktów rastra obrazu. Efekt paskowania ma ścisły związek z występowaniem washboardingu, czyli brakiem płaskości powierzchni użytkowej tektury falistej.
Intensywnie występujące paskowanie jest wadą, która w istotny sposób obniża jakość druków. Intensywność paskowania w dużej mierze zależy od właściwości zastosowanych materiałów i warunków technologicznych drukowania [1]. Przez odpowiedni ich dobór możliwe jest ograniczenie wielkości tej wady do poziomu akceptowalnego. Opracowanie prostej metody pomiaru paskowania i określenie niezbędnych standardów pomiarów byłoby pomocne w procesie optymalizacji parametrów procesu drukowania lub w sytuacjach, kiedy dochodzi do sporu z klientem drukarni, polegającego na kwestionowaniu jakości druków, na których obecne jest paskowanie. Obecnie w zakładach produkcyjnych nie są stosowane żadne metody obiektywnej oceny wielkości efektu paskowania, niewiele jest też publikacji informujących o metodach pomiaru tego parametru.
Firma MacDermid [2] zaproponowała technikę polegającą na pomiarze różnic gęstości optycznych na odbitce w obszarach wzgórków i zagłębień tektury falistej i ujęcie zakresu jej zmienności w postaci współczynnika K. W dostępnych publikacjach nie podano bardziej szczegółowej informacji na temat tej metody pomiaru. Wadą przedstawionej metody jest to, że nadaje się jedynie do oceny pól monochromatycznych o równomiernym stopniu pokrycia.
Inny sposób oceny efektu paskowania na polach pełnych obrazów wydrukowanych na tekturze falistej zaproponował Wendler w swojej rozprawie doktorskiej [3]. Metoda ta polegała na skanowaniu obrazu i zapisaniu go jako skali szarości, a następnie przetworzeniu tak, aby pikselom obrazu przypisać wartości 0 lub 255, w zależności od tego, czy ich wartość była większa, czy mniejsza od wartości będącej średnią z najczęściej występujących wartości pikseli obszarów wzgórków i zagłębień. Jako miarę paskowania przyjęto współczynnik procentowy będący średnią wartości pikseli tak przekształconej bitmapy obrazu, odniesionej do wartości maksymalnej pikseli. Taka metoda nie nadaje się do oceny paskowania na polach rastrowanych i nie uwzględnia wahań wartości pikseli w obszarach wzgórków i zagłębień, które również mają istotny wpływ na wynik oceny wizualnej.
W pierwszej części pracy [4] przedstawiono metodę oceny wielkości efektu paskowania opartą na analizie bitmapy obrazu nadruku. W metodzie tej badana próbka jest skanowana w skanerze optycznym z wysoką rozdzielczością. Obraz zapisywany jest jako bitmapa, gdzie poszczególnym pikselom przypisane są wartości z ośmiobitowej skali szarości. Następnie obraz ten jest analizowany pod kątem wartości pikseli opisujących miejsca pokryte farbą w obszarach zagłębień i wzgórków powierzchni zadrukowanej tektury falistej. Miarą wielkości paskowania jest różnica pomiędzy średnimi wartości pikseli w obszarach zagłębień i wzgórków. Metoda jest bardzo prosta, wymaga jedynie skanera i odpowiedniego programu komputerowego przetwarzającego obraz i dokonującego obliczeń. Na podstawie uzyskanych wyników pomiarów i obliczeń dla zbadanych obrazów rastrowanych pól testowych stwierdzono, że istnieje wyraźna zbieżność pomiędzy wielkością obliczonych różnic średnich wartości pikseli z obszarów wzgórków i zagłębień a oceną wizualną efektu paskowania na badanych próbkach. Metoda analizy bitmapy powinna być dalej rozwijana w kierunku określenia standardów skanowania pól kontrolnych i opracowania odpowiedniego oprogramowania umożliwiającego automatyczne odczytywanie wartości pikseli obszarów wzgórków i zagłębień oraz wyliczanie wyniku, tak aby był on zgodny z oceną wizualną badanych próbek.
W niniejszym artykule przedstawiono kolejne, zaproponowane przez autora metody pomiarowe, które można wykorzystać do opracowania metody oceny efektu paskowania w drukowaniu na tekturze falistej. Opisane rozwiązania i badania są kontynuacją prac przedstawionych w pierwszej części publikacji pt. „Metody oceny efektu paskowania na tekturze falistej zadrukowanej w procesie postprintowym, Część 1. – Metoda analizy bitmapy” [4].
Metoda skanowania spektrofotometrycznego
Do przeprowadzenia badań mających na celu praktyczne sprawdzenie metody skanowania spektrofotometrycznego przygotowano stanowisko pomiarowe, w którym możliwe było przemieszczanie okna pomiarowego spektrofotometru wzdłuż linii prostej po powierzchni zadrukowanego podłoża i wykonywanie w niewielkich odstępach pomiarów współrzędnych Lab. Schemat stanowiska pomiarowego przedstawiono na rys. 1.
W badaniach wykorzystano spektrofotometr SpectroEye firmy GretagMacbeth, w którym zmodyfikowano aperturę. Modyfikacja polegała na przesłonięciu okna pomiarowego przyrządu przesłoną o wymiarach 1x4,5 mm (oryginalnie 4,5 mm). Przysłona była tak umieszczona, że w czasie pomiaru dłuższy bok otworu przesłony był usytuowany równolegle do kierunku ułożenia fal w badanych próbkach tektury falistej. Spektrofotometr i badaną próbkę ułożono na stabilnym, odpowiednio wyprofilowanym podłożu. Dzięki śrubie mikrometrycznej połączonej ze spektrofotometrem możliwe było jego przemieszczanie po powierzchni próbki. Próbka była tak umieszczona, że spektrofotometr wraz ze swoim oknem pomiarowym poruszał się wzdłuż linii prostej, prostopadłej względem kierunku ułożenia fal jej struktury wewnętrznej. Mechanizm przesuwania spektrofotometru połączony był z dokładną podziałką umożliwiającą odczytanie aktualnego położenia apertury. Dla każdej badanej próbki wykonano serie pomiarów wzdłuż 5 linii o długości 25 mm, co pozwalało objąć każdorazowo cztery fale struktury tektury. Każda seria składała się z 51 pomiarów współrzędnych Lab, wykonywanych co 0,5 mm. Współrzędne te były wykorzystywane do wyliczania różnic barw pomiędzy poszczególnymi fragmentami badanych pól. Warunki pomiarów spektrofotometrycznych przedstawiały się następująco: Abs, D50,2°, DIN, F-NO. W celu określenia wpływu obecności przesłony w polu pomiarowym spektrofotometru na wyniki pomiarów wykonano pomiary porównawcze różnic barw na polach o barwie zielononiebieskiej i purpurowej. Dla szeregu par pól i szerokiego zakresu różnic barw wyznaczono różnice barw wykorzystując najpierw spektrofotometr z przesłoną, a następnie bez niej. Pomiary te wykazały, że zmniejszenie apertury spowodowane umieszczeniem opisanej powyżej przesłony powoduje zmniejszenie wielkości różnicy barw wskazanej przez przyrząd o stałą wielokrotność równą około 1,6; niezależnie od wielkości różnicy tych barw.
Wyniki wykonywanych pomiarów współrzędnych Lab badanych druków były automatycznie wpisywane do arkusza programu Excel za pomocą programu KeyWizard. Dla każdej próbki w arkuszu kalkulacyjnym z pięciu serii wyliczono średnie wartości współrzędnych Lab dla każdego z 51 punktów pomiarowych. W badaniach przyjęto, że wyniki pomiarów efektu paskowania powinny być przedstawione jako różnica barw wyrażona jako DE*ab. Z tego powodu należało określić kolorystyczny punkt odniesienia, względem którego będą porównywane wyniki pomiarów współrzędnych Lab poszczególnych punktów pomiarowych. Jako kolorystyczny punkt odniesienia dla danej próbki przyjęto jeden z 51 punktów pomiarowych, dla którego suma kwadratów współrzędnych L, a i b osiągała wartość najniższą. Względem współrzędnych tego punktu wyliczono DE*ab dla pozostałych punktów.
Wyniki badań
W badaniach efektu paskowania m
etodą skanowania spektrofotometrycznego wykorzystano druki z polami kontrolnymi o pokryciu procentowym 40% i 70% o barwie niebieskozielonej i purpurowej, wydrukowane na dwóch rodzajach podłoży. Zostały one przedstawione na rys. 2 i 3 oraz w części 1. artykułu, poświęconej metodzie analizy bitmap i były wykonane zgodnie z opisem tam zamieszczonym. Badania spektrofotometryczne rozszerzono o obrazy pól pełnych barw zielononiebieskiej i purpurowej wykonane na tekturze z toplinerem powlekanym i niepowlekanym. Obrazy tych pól przedstawiono na rys. 4.
Wyniki pomiarów i obliczeń wielkości wahań barwy na poszczególnych próbkach obarczonych wadą paskowania, określonych powyżej przedstawiono na rys. 5 i 6. Z uwagi na fakt, że wyznaczone wielkości różnic barw były uzyskane za pomocą spektrofotometru wyposażonego w przesłonę i w związku z tym były odpowiednio niższe od rzeczywistych, oznaczono je na wykresach jako DE*abP.
Wykreślone krzywe profilu zmienności barwy na drukach obarczonych wadą paskowania pozwalają ocenić, że wyniki wykonanych pomiarów wykazują znaczną zbieżność z oceną wizualną. Kształt fali wewnętrznej warstwy tektury jest dokładnie odzwierciedlony w wahaniach wielkości DEabP. Efekt paskowania dla konkretnych próbek produkcyjnych może być oceniany na podstawie wykresów sporządzonych jak powyżej lub w postaci bardziej syntetycznej przez wyliczenie odchylenia standardowego, wariancji lub wielkości amplitudy zmienności wyników poszczególnych pomiarów.
W przypadku, gdy nanoszony na podłoże obraz farbowy w obszarze pola pomiarowego nie jest jednorodny z innych względów (np. taki jest charakter obrazu, występują nierównomierności nanoszenia farby na formę lub forma wykazuje niejednorodne właściwości), na wyniki pomiarów mogą nałożyć się zmiany barwy z nimi związane. Zmiana taka została zaobserwowana w przypadku próbki npm70, gdzie widać wyraźne przemieszczanie się oscylacji barwy wzdłuż łatwej do określenia linii trendu. Korzystając z danych przygotowanych do wykonania wykresów można wyznaczyć współczynniki równania tej linii trendu i korygując odpowiednio współrzędne osi DE*ab wyeliminować wpływ tych zakłóceń na ocenę efektu paskowania. Po korekcie wykresu efekt ten można ocenić zaproponowanymi powyżej sposobami.
Skanowanie połysku
Wynik pomiaru zmienności połysku druków wykonanych na tekturze falistej może stanowić parametr pomocniczy, który będzie istotny w przypadku wybranych rodzajów druków. Światło padające na nierówną powierzchnię tektury, składającą się ze wzgórków i z zagłębień fali, odbija się w różnych kierunkach pogłębiając wizualny efekt nierówności pokrycia powierzchni. W przypadku powierzchni o niskim połysku efekt ten będzie pomijalny, zaś tam, gdzie połysk jest znaczny, w istotny sposób będzie on wpływać na ogólną ocenę jakości druków i widoczność nierównej powierzchni tektury. W przypadku toplinerów niskiej jakości o dużej chłonności nie należy oczekiwać, że naniesiona cienka warstwa farby pozwoli wytworzyć druki o znacznym połysku. Jak wiadomo, wysokiemu połyskowi druków sprzyja wysoka gładkość podłoży, szczególnie kiedy warstwa farby osiąga znaczną grubość, na przykład w wyniku wielokrotnego nakładania. Na połysk w pewnym stopniu mogą również wpływać zmienne warunki drukowania związane z wahaniami ciśnienia w strefie kontaktu, wynikające z falistej struktury wewnętrznej tektury.
W przeprowadzonych badaniach pomiary zmian połysku wykonywano na stanowisku pomiarowym o budowie analogicznej do stosowanej w skanowaniu spektrofotometrycznym, z tą różnicą, że urządzeniem pomiarowym przemieszczanym po powierzchni badanej próbki był połyskościomierz Picogloss 503 firmy Erichsen (wykorzystywana geometria pomiarowa 60°). Podczas skanowania połysku dokonywano odczytu wskazań urządzenia pomiarowego co 0,5 mm. W ramach niniejszej pracy zmierzono wszystkie próbki wykorzystywane do tej pory w badaniach, jednak tylko druki wykonane na podłożach z toplinerem powlekanym i zadrukowane farbą zielononiebieską wykazały istotną zmianę wskazań przyrządu pomiarowego. Wyniki tych pomiarów przedstawiono na rys. 7.
Z wykresu wynika, że połysk badanej próbki nie jest wysoki. Widoczne są jednak wyraźne zmiany jego wielkości w zgodności z rozłożeniem fal w tekturze. Na podstawie tego badania nie można jednoznacznie określić, w jakim stopniu na wynik pomiaru miały wpływ nierówności powierzchni tektury (washboarding), a w jakim lokalna zmiana parametrów warstwy farby utrwalonej. Należy przypuszczać, że w zagłębieniach nierówności, gdzie powierzchnia badana była na znacznym odcinku równoległa do podstawy urządzenia pomiarowego i występowała prawidłowa geometria odbicia promienia świetlnego urządzenia pomiarowego, występowało także wskazanie wyższego połysku. Na wzgórkach promień świetlny ulegał odchyleniu od prawidłowego toru, czemu towarzyszył spadek wykazanej wartości połysku. Jeśli był to główny czynnik determinujący wielkość połysku, to można powiedzieć, że wyniki pomiarów połysku wykonanych próbek były głównie miarą washboardingu. Ponadto przypuszcza się, że dodatkowo wzgórki mogą wykazywać niższy połysk z uwagi na niższą gładkość papieru w tych miejscach, spowodowaną ścieraniem powierzchni w wyniku tarcia występującego pomiędzy arkuszami w trakcie ich przemieszczania przed drukowaniem i po drukowaniu.
Wnioski
n Na podstawie uzyskanych wyników pomiarów i obliczeń można stwierdzić, że dla badanych próbek istnieje wyraźna zbieżność pomiędzy wielkością różnic barw określonych za pomocą metody skanowania spektrofotometrycznego a wielkością efektu paskowania ocenianego wizualnie.
n Przedstawiając wyniki pomiarów paskowania w postaci graficznej łatwo jest wyeliminować z nich błędy związane ze zmianami kolorystycznymi badanych próbek, spowodowanymi innymi czynnikami niż struktura wewnętrzna tektury. Możliwe jest również wychwycenie i odrzucenie błędnych punktów pomiaru, które mogłyby niekorzystnie rzutować na ocenę ostateczną.
n Metoda skaningu spektrofotometrycznego wymaga urządzenia pomiarowego, którego głównym elementem jest spektrofotometr zdolny do samoczynnego skanowania badanego obrazu z małym krokiem. Ponadto apertura tego spektrofotometru powinna mieć kształt prostokąta, którego krótszy bok jest równoległy do kierunku ruchu skanującego przyrządu.
n Do wyznaczenia wielkości paskowania na drukach potrzebne jest niewielkie pole pomiarowe o szerokości kilku milimetrów i długości obejmującej kilka fal tektury. Może być ono fragmentem drukowanego obrazu o niewielkim zróżnicowaniu barwy lub specjalnym polem pomiarowym, będącym np. elementem paska kontrolnego.
n Wynik pomiaru efektu paskowania wyrażony jako różnica barw (DE*ab, DEcmc itp.) powinien być dobrze akceptowany przez użytkowników z uwagi na powszechne stosowanie tego parametru w poligrafii do oceny jakości druków.
n Spośród przebadanych próbek tylko pola o pokryciu pełnym farbą niebieskozieloną na tekturze z toplinerem powlekanym wykazywały zmiany połysku wzdłuż linii skanowania.
n Wynik skaningowego pomiaru połysku może być parametrem pomocniczym przy ocenie efektu paskowania, którego znaczenie jest istotne w przypadku, gdy powierzchnia zadrukowana charakteryzuje się wysokim połyskiem.
n Należy podjąć badania, które pozwolą ustalić, w jakim stopniu na wyniki pomiaru połysku druków wykonanych na tekturze falistej wpływają zmiany połysku warstwy farby wywołane cyklicznie zmieniającymi się warunkami jej transferu, a w jakim są one spowodowane zmieniającą się geometrią odbicia światła od niepłaskiej powierzchni tektury falistej.
Literatura
1. Holmvall M., Striping on flexo post-printed corrugated board, praca licencjacka, MID Sweden University, Sundsvall 2007
2. LUX In the Corrugated Post-Print Market, white paper 4/2011
3. Wendler D. S., rozprawa doktorska Washboarding of Corrugated cardboard, RMIT Australia, 3/2006
4. Kowalczyk J., Metody oceny efektu paskowania na tekturze falistej zadrukowanej w procesie postprintowym Część 1. – Metoda analizy bitmapy, Opakowanie 10/2015
