CC BY
12
The problem of determining the workability of a part in the early stages of design design, solved on the basis of a quantitative evaluation of the technology of manufacturing using regression analysis and a design solution model, is considered. As a measure of manufactur-ability, the value of the design complexity of manufacturing the part, calculated on the basis of the revealed correlation dependence between the input indices of the design model and output parameter of the project labor intensity. As a result of solving the multiple regression equation using regression analysis methods, regression equations were obtained to determine the design labor input for milling.
Key words: manufacturability, labor intensity, design, design decision model, regression analysis.
Trushin Nikolay Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, trushun@,tsu.tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Lobanov Aleksandr Vladimirovich, candidate of technical sciences, docent, ablobanob@,mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Abrazhenin Aleksandr Aleksandrovich, postgraduate, winelless@,gmail.com, Russia, Tula, Tula State University
УДК 65.011.56
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ СИСТЕМ ПОЛИГРАФИЧЕСКОГО
ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ НА КАЧЕСТВО И НАДЕЖНОСТЬ СЧИТЫВАНИЯ ШТРИХОВЫХ КОДОВ
Ю.С. Андреев, Е.А. Пухова, М.В. Ткачева
Исследовано влияние систем полиграфического воспроизведения глубокой и флексографской печати на качество и надежность считывания штриховых кодов. Предложен метод оценки результата воспроизведения штрихового кода в условиях реального технологического процесса.
Ключевые слова: штриховой код, глубокая печать, флексографская печать, верификация, штриховая деталь, геометрическая точность.
С каждым годом технология штрихового кодирования находит все большее применение как в производстве, так и в повседневной жизни современного общества. Помимо автоматизации сбора информации о продукции на всех стадиях ее реализации и предоставления ее производителям, штриховые коды в настоящее время становятся источником информации о продукции и для потребителей, а в некоторых случаях и гарантом качественной продукции [1, 2].
Штриховые коды размещаются, как правило, на этикетке или упаковке продукции. Также они могут быть нанесены непосредственно на саму продукцию путем так называемого метода прямой маркировки или при помощи самоклеящегося ярлыка. Параметры наносимого изображения и
220
его качество регламентируются специальными стандартами [3, 4]. Однако не всегда удается соблюсти данные условия без потери привлекательности внешнего вида продукции: некоторые производители сильно уменьшают штриховые коды, стараясь интегрировать их в общий дизайн продукции, таким образом создавая проблему нестабильного считывания кодов.
Воспроизведение штриховых кодов вместе с основной информацией этикетки или упаковки в больших тиражах чаще всего осуществляется полиграфическим способом. В зависимости от вида и способа печати в получаемое изображение кода вносятся искажения, которые в различной степени могут оказывать влияние на его качество и надежность считывания и декодирования.
Для печати упаковки и этикетки используются все известные на сегодняшний день способы и виды печати. 90% всего рынка приходится на офсетную, глубокую и флексографскую печать. Способ офсетной печати отличается высокой разрешающей способностью и точностью воспроизведения мелких деталей. Однако он редко применяется для печати на полимерных материалах, применяемых для упаковки. Способы флексографской и глубокой печати отличаются широким спектром запечатываемых материалов, высокой насыщенностью получаемых цветов, возможностью использования металлизированных красок. При этом данные способы печати имеют некоторые сложности при воспроизведении штриховых деталей. Проблемы воспроизведения штриха способом глубокой печати обусловлены формированием пилообразной границы штриха, а флексографской -высокой степенью растискивания, формированием выделенной и смещенной границы с потерей контраста к центру детали [5].
Цель данной работы - оценить влияние вносимых системами полиграфического воспроизведения искажений на качество и надежность считывания штриховых кодов различного размера в реальных системах идентификации.
Для такой оценки необходимо экспериментально воспроизвести весь технологический процесс создания и печати штриховых кодов и оценить стабильность считывания полученных кодов различными видами сканирующего оборудования, оценить их качество посредством верификационной оценки, а также оценить геометрическую точность передачи штриховых деталей кодов системами полиграфического воспроизведения.
Для проведения эксперимента был создан тест-объект, состоящий из 6 штриховых кодов символики БЛК-13 с изменяющимся масштабом от 100% до 50% с шагом 10% и отдельно стоящих штрихов, соизмеримых с модулем штриховых кодов. Получены печатные формы глубокой и флексографской печати с изображением тест-объекта. Для глубокой печати печатная форма для черной краски создана способом электромеханического гравирования на гравировальном автомате HelioKlischograph К500 с лини-атурой 70 1рь Тест-объект располагался параллельно и перпендикулярно
направлению печати. Для получения печатной формы флексографской печати использовалась фотополимерная пластина DuPont DPR 1,14 и лазерный гравер CYREL CDI SPARK 4835. Тест-объект располагался параллельно направлению печати. Печать оттисков глубокой печатью проводилась на пробопечатном станке JM Heaford Ltd на этикеточной мелованной бумаге (масса 1м2 80г) и пленке жемчужной BOPP 38 мкм. Флексографская печать проводилась на печатной машине Primaflex CL на пленках ПВД и ПЭТ. Оценка стабильности считывания штриховых кодов осуществлялась с использованием сканирующего оборудования, приведенного в табл. 1.
Таблица 1
Технические характеристики сканирующего оборудования
№ Тип сканера Модель Считываемые коды Источник излучения Тип свето-приемника
1 Светодиодный Zebex Z-3110 1D LED, 630 нм ПЗС- линейка
2 Лазерный Symbol LS1203 1D Диодный лазер, 650 нм Фотодиод
3 Лазерный Symbol LS3408-FZ 1D Диодный лазер, 650 нм Фотодиод
4 Цифровой Symbol DS3408-SF 1D, 2D Диодный лазер, 650 нм ПЗС-матрица
5 Цифровой Intermec SG20T 1D, 2D Диодный лазер, 650 нм ПЗС-матрица
При сканировании штриховые коды многократно считывались и декодировались каждой примененной единицей сканирующего оборудования.
Качество штриховых кодов по ГОСТ [4] рекомендуется оценивать по итогам процедуры верификации. Верификационная оценка проводится по параметрам технической спецификации, в результате которой определяется соответствие изображения кода требованиям, предъявляемым к данной символике штрихового кода. Каждый параметр оценивается и, в зависимости от полученного значения, ему присваивается класс качества. Полный класс качества штрихового кода соответствует наименьшему из присвоенных классов по набору оцениваемых параметров. Он может варьироваться от А до F. Штриховой код с полным классом А будет считы-ваться любым оборудованием с вероятностью 99%, а код с полным классом F считается бракованным и может быть считан в редких случаях и при определенных условиях [6].
В данной работе верификационная оценка проводилась при использовании специального программного модуля VintaSoft Barcode 7.1. Результаты приведены в табл. 2.
Таблица 2
Результаты верификационной оценки штриховых кодов
Направление Масштаб, Модуль X, Глубокая печать Флексографская печать
печати % мкм Мел. бумага ВОРР ПВД ПЭТ
Параллельное 100 330 Б Б С Б
90 296 Б С Б Б
80 264 Б Б С Б
70 231 Б Б С Б
60 198 Б Б Б Б
50 165 Б Б Б Б
Перпендикулярное 100 330 Б Б — —
90 296 Б В — —
80 264 Б Б — —
70 231 Б Б — —
60 198 Б Б — —
50 165 Б Б — —
Верификационная оценка штриховых кодов показала, что коды (80100%), соответствующие геометрическим параметрам, рекомендованным ГОСТ, будут надежно считываться всеми видами сканирующих устройств. Штриховые коды, соответствующие масштабу 70%, также должны достаточно надежно считываться несмотря на то, что техническая спецификация только в особых случаях допускает применение масштабного коэффициента 0,75 для данной символики [3]. Штриховые коды с масштабом 50-60% согласно оценке параметров качества, проведенных по ГОСТ, могут быть считаны в отдельных случаях. Однако на практике данные коды стабильно считываются достаточно широким спектром сканирующих устройств.
Анализ протоколов верификации показывает, что полный класс штрихового кода чаще всего понижается из-за низкой оценки параметра «декодируемость», который является мерой точности воспроизведения штрихового кода в соответствии с рекомендуемым алгоритмом декодиру-емости. Можно предположить, что это связано с особенностями систем воспроизведения: глубокая печать формирует пилообразный край, флексо-графской печати свойственно увеличенное растискивание. Оба этих фактора вносят геометрические искажения при печати штрихового кода, пример которых показан на рис.1.
В связи с этим представляет интерес исследовать, каково влияние полиграфических репродукционных систем на точность и качество передачи штрихов, соизмеримых с элементами штрихового кода.
Оценку влияния полиграфических репродукционных систем на воспроизведение штрихов возможно осуществить с использованием метода функции передачи модуляции (ФПМ) [7]. В данном случае целесооб-
223
разно рассматривать репродукционный процесс как совокупность формного и печатного процесса, так как именно эти процессы оказывают непосредственное влияние на качество получаемого изображения. При этом процесс получения печатных форм является более управляемым в отличие от процесса печати, который вносит менее стабильные искажения.
1111 1111
а 6
Рис. 1. Пример воспроизведения штриховых деталей способом: а - флексографской печати, б - глубокой печати
Для построения ФПМ репродукционного процесса глубокой и флексографской печати отдельно стоящие штрихи на оттисках были отсканированы с использованием планшетного сканера Heidelberg Nexscan F4100 с разрешение 600 dpi. Изображения обработаны в программе для анализа цифровых изображений Imatest 3.8 и получена ФПМ системы «репродукционный процесс - система сканирования». Для оценки ФПМ репродукционного процесса необходимо из ФПМ системы «репродукционный процесс - система сканирования» исключить ФПМ системы сканирования. ФПМ системы сканирования строилась на основании данных, полученных в программе Imatest 3.8 при сканировании с разрешением 600 dpi изображения идеальной границы.
Вследствие возможной анизотропии результатов оценки свойств репродукционных систем глубокой и флексографской печати по причине взаимодействия с растровой структурой при формировании края штриха, растискивания при печати на различных материалах, по-разному ориентированных относительно направления печати, необходимо проанализировать ФПМ репродукционного процесса при воспроизведении двух границ штриховой детали при перпендикулярном и параллельном расположении штриха относительно направления печати и на разных запечатываемых материалах. Результаты приведены на рис. 2-4.
Анализ полученных результатов показывает, что нет существенных различий при формировании разных границ штриха, следовательно, в дальнейших расчетах целесообразно использовать усредненные результаты.
Факторы направления печати, исследуемой границы штриха не оказывают существенного воздействия на ФПМ репродукционного процесса. Некоторое влияние на величину погрешности воспроизведения штриховой
224
детали оказывают поверхностные свойства запечатываемого материала. Для глубокой печати высокие частоты лучше воспроизводит пленка Ворр, чем этикеточная мелованная бумага. Очевидно, это связано с отсутствием впитывания краски, что как следствие приводит к повышению разрешающей способности. Воспроизведение штриховой детали способом флексо-графской печати на полимерном материале ПЭТ обеспечивает получение более качественного результата, чем на ПВД. Можно предположить, что это обусловлено тем, что ПВД является значительно более мягким и эластичным полимерным материалом, чем ПЭТ. В процессе печати под давлением он деформируется, в результате размытие штриховой детали увеличивается.
Рис. 2. ФПМрепродукционного процесса флексографской (А) и глубокой (Б) печати при параллельном (а, в) и перпендикулярном (б, г) расположении штриха относительно направления печати на различных материалах для двух границ
225
Рис. 3. ФПМрепродукционного процесса флексографской (а, б) и глубокой (в, г) печати при параллельном (▲) и перпендикулярном (■) расположении штриха относительно направления печати на различных материалах
Рис. 4. ФПМ репродукционного процесса флексографской (а) и глубокой (б) печати воспроизведения штриха на различных запечатываемых материалах
Для оценки качества воспроизведённого изображения штриха и влияния на него репродукционного процесса, необходимо получить распределение интенсивности в изображении полученного штриха. Для построения изображения штриха были найдены спектры воспроизводимых штрихов. Они рассчитывались с использованием функции sine для штрихов размером 330 мкм, 264 мкм и 165 мкм, что соответствует размеру модуля штрихового кода с масштабом 100%, 80% и 50% соответственно. Далее для построения спектров полученных изображений данные спектров исходных изображений умножались на ФПМ соответствующего репродукционного процесса.
Для определения геометрической точности воспроизведения штрихов необходимо построить графики распределения интенсивности в воспроизводимом штрихе путем обратного преобразования Фурье получен-
226
ных спектров воспроизведенного изображения. Оценить размер штриха можно по распределению интенсивности, определив границу по точке со значением интенсивности 0,5. Такой выбор граничной точки связан с тем, что при считывании в цифровых системах идентификации обычно применяется пороговая обработка сигнала, которую целесообразно проводить по уровню порога 0,5.
Примененный метод позволит получить полную информацию о степени влияния системных преобразований на воспроизводимую штриховую деталь. Результаты приведены на рис. 5.
Рис. 5. Распределение интенсивности в воспроизводимом штрихе разного размера, полученном способом флексографской (а-в) и глубокой (г-ж) печати на различных материалах
На основе полученных данных рассчитаны геометрические погрешности размеров штрихов кодов для различных условий воспроизведения. Они приведены в табл. 3.
Полученные результаты позволяют сделать выводы о том, что воспроизведение штриховых деталей способом глубокой печати позволяет получать очень точные результаты на материалах с различными поверхностными свойствами, погрешность составляет около 1 мкм. Способ флексографской печати также способен обеспечивать получение точных результатов. Однако при его применении необходимо учитывать свойства
запечатываемого материала, его жесткость, способность к деформациям. Использование слишком мягких, эластичных запечатываемых материалов предположительно будет увеличивать системные преобразования и уменьшать точность воспроизведения штрихов кода.
Таблица 3
Оценка геометрической точности воспроизведения штрихов __различного размера_
Способ печати Материал Исходный размер штриха, мкм
330 264 165
Глубокая печать Мелованная бумага 330 264 165
ВОРР 331 264 166
Флексографская печать ПВД 332 268 172
ПЭТ 330 263 165
На основании проведенных исследований и полученных результатов можно сделать вывод о том, что современные системы полиграфического воспроизведения не оказывают заметного влияния на воспроизведение штриховых кодов, геометрические размеры которых соответствуют ГОСТ. В зависимости от используемого материала, степень влияния системы на получаемое изображение может отличаться, но при этом не оказывает критического воздействия на качество штрихового кода. При условии соблюдения точных геометрических размеров и благодаря современным системам сканирующего оборудования, применяемым современным алгоритмам распознавания и декодирования расширяются возможности по использованию штриховых кодов меньшего размера, чем требует ГОСТ. Верификационная оценка штриховых кодов не всегда дает объективную оценку качества. Использование программного модуля, который попик-сельно анализирует изображение кода, в отличие от системы считывания верификатора [6], дает более надежные, стабильные результаты оценки штриховых кодов.
Предложенная методика оценки воспроизведения штриховых кодов полиграфическими способами в условиях реального технологического процесса позволяет получить полную информацию обо всех факторах процесса воспроизведения и степени их влияния на получаемые результаты.
Список литературы
1. Андреев Ю.С., Пухова Е.А., Ткачева М.В. Способ и программа модификации штрихового кода как способ защиты информации // Мобильные системы обработки медиаконтента. 2013. С. 52 - 60.
2. Андреев Ю.С., Пухова Е.А., Ткачева М.В. Сочетание локальной и общей термообработки штрихового кода, нанесенного на полимерную упаковку, как метод защиты продукции от фальсификации // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 6. С. 467 - 475.
3. ГОСТ ISO/IEC 15420-2010. Автоматическая идентификация. Кодирование штриховое. Спецификация символики штрихового кода EAN/UPS. М.: Стандартинформ, 2010. 44 с.
4. ГОСТ 30832-2002. Автоматическая идентификация. Кодирование штриховое. Линейные символы штрихового кода. Требования к испытаниям качества печати. М.: ИПК Издательство стандартов, 2003. 26 с.
5. Киппхан Г. Энциклопедия по печатным средствам информации. Технологии и способы производства. М.: МГУП. 2003. 1280 с.
6. Ткачева М.В., Пухова Е.А. Верификация линейных штриховых кодов, полученных способом глубокой печати // Вестник МГУП. 2013. № 7. С. 124 - 129.
7. Андреев Ю.С., Позняк Е.С. Методическое руководство по изучению дисциплины «Моделирование и исследование процессов обработки изобразительной информации» [Электронный ресурс] URL: http://www.hi-edu.ru/e-books/xbook334/01/eabout.htm (дата обращения: 12.06.2018).
Андреев Юрий Сергеевич, д-р техн. наук, профессор, andreev.yury.s@mail.ru, Россия, Москва, Московский политехнический университет,
Пухова Екатерина Александровна, канд. техн. наук, доцент, ea.puhova@mail.ru, Россия, Москва, Московский политехнический университет,
Ткачева Мария Викторовна, аспирант, shtinmv@yandex.ru, Россия, Москва, Московский политехнический университет
EVAL UA TION OF THE EFFECT OF PRINTING TECHNIQUES ON QUALITY AND R LIABILITY OF BARCODE READING
Y.S. Andreev, E.A. Pukhova, M.V. Tkacheva
The effect of intaglio and flexographic printing techniques on the quality and reliability of barcodes reading have been researched. The method of evaluation of the result of bar code reproduction in the conditions ofpractical technological process have been offered.
Key words: bar code, intaglio, flexographic, verification, bar detail, geometric accuracy.
Andreev Yury Sergeevich, doctor of technical sciences, professor, an-dreev.yury.s@mail.ru, Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University,
Pukhova Ekaterina Aleksandrovna, candidate of technical sciences, docent, ea.puhova@mail.ru, Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University,
Tkacheva Maria Viktorovna, postgraduate, shtinmv@yandex.ru, Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University
