CC BY
34
УДК 006.91:655.34:004.42
ШКЛЛЫ-ЫЙ КОНТРОЛЬ И УГРЛЗЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯМИ КАЧЕСТВА ПЕЧАТНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ
О. А Новосельская1. В. Л. Колесников1. Т. В. Соловьева1, И В Нагорноия2.0 Л Трапезникова5 Р К Трапезников5
' Учреждение образования «Белору сски! государственный технологический университет»,
г. Минск Республика Беларусь -Московский государственный университет печати имени Ивана Федорова, с. Омск, Россия 5Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия
Анншаиия - В статье дано сравнение техник оценки основного регламентируемого показателя печатных свойств бумага для печати офсетной по действующим стандартам ГОСТ 2-1356 и КО 5783:2006. Представлены результаты разработки и практической реализации комплексной тестовой шкалы для контроля и управления качеством печатной продукции. В качестве оценочной шкалы были взяты нормированные знамения показателен оптической плотности оттиска, однородности печати, стойкости поверхности к вышнпывшню. величины растнскнвания. контраста печати, а также добавлены критерии минимизации воспроизведения шрифтов, величины скольжения бриги, разрешающей и выделяющей способности поверхности бумаги. Результаты анализа позволяют направленно формировать свойства поверхности запечатываемой подложки, способствующие достижению требуемых показателей качества печатного изображения: оптической плотности оттиска на заданном уровне не ниже 1.3. однородности печати с минимальным отклонением и величиной растискивания порядка 10%.
Ключевые слова: тестовые шкалы контроля, управление качеством, офсетная печать, бумага.
1. введение
Бумага для печати офсетная имеет ряд особенностей: анизотропность структуры полотна, сложный композиционный н химический состав. Обзор современных технологий по изучению многомасштабной структуры печатной бумаги, данный в [I]. показал значимость и актуальность этого вопроса.
Прошо4ьриванш\> и у иракл е.-шю свошльами бумах и для исчах и ь насюхщсе время удсмлсия нее больше знимання. Изучением печатных свойств бумаги занимаются I А>р1е1. А. Маскау. Д. В. Дунаев. В. Н. Леонтьев. П. В. Луканин. I А$р1ег в своих работах [2, 3] связал качество оттисков и бумаги, показал, что структура ее поверхности существенно влияет на показатели качества печатного изоорзжения. А. Маскау проводил изучение корреляционной сбяш показателей качества печати и результатов испытания по стандартным методам с приме неннем просопечатных устройств. Было показано, что для лабораторных испытаний корреляция данных реальной печати близка к пороговому значению, что указывает на непрямую зависимость [4]. Д. В. Дунаев, В. Н. Леонтьев. Л. В. Луканин [:". б], изучая технологию изготовления бумаги дтя печати, ввели понятие «облачности». как показателя неоднэролносш ее структуры и свойств, ю их исследования не охватывали совместного влияния композиции на качествэ получаемого печатного изображения.
Вопросы оценки количественного распределения по размерам наполнителя в бумаге с помощью СЭМ-тсхнолошй затронуты в [7]. Несмотря на достигнутые результаты, для управления качеством бумаги офсетной необходимо точно знать, как изменяются показатели ее свойств от изменения композиции. В процессе изготовления бумага задействовано множество факторов: температура, концентрация смеси на входе > выходе, скорость педачн смеси, количество н вид добавок, которые могут кардинально изменить свойства конечного мате-рнага С другой гторонк- тр^борантп к гронзводнмой бумаге устанавливают обязательное ссблк-денне показа-
телей разрывной длины, непрозрачности, белизны, зольности, впигкваемосга при одностороннем смачизании. плотности, прочности на излом и специальное требование - обладать заданным показателем стойкости поверхности к вьгссипквангпо. характеризующим печатные свойства бумаги.
П. Постановка задачи
Сравнение техник оценки основного регламентируемой: показателя печатных свойств бумаги для печати офсетной по ГОСТ 24356 [8] н ISO 3783:2006 [Р] показывает различия в методике его определения. Например в соответствии с ГОСТ 24356 регламентированным количеством препарата на форме является 3-^4 мкм, а по ISO 3783:2006 заданным является 8.0 =0.5 мкм. Постоянное рекомендованное давление печати по ГОСТ 24356 - 650 il'm , а по iso 3783:2006 - 350 il'm". Имеет место различие и в нормируемом значении стойкости поверхности к выщипыванию (по ГОСТ 24356 - 2.2 м/с. по ISO 3783:2006 - ¿.0 м/с). Также имеется расхождение в количестве параллельных опытов. Вышесказанное обусловтнвает сложности в сравнении печатных свойств бумаги по регламентируемым показателям н необходимость более детального изучения печатных свойств бумаги. в том числе методами шкального контроля, применяемого в полиграфическом производстве с целью прогнозировании ее поведения в печатном процессе н управлении ее качеством.
Следует отметить, что большая часть стандартизированных показателен характеризует прочность бумаги для печати, а не ее поведение в печатном процессе. Взаимодействие с краской списывается весьма ограниченным количеством показателей, определение которых осуществляется косвенными методами, что и обусловило необходимость :озданш комплексной тестевой шкалы. Основным отлипнем комплексной тестсвой шкалы от шкал, применяемых в полиграфическом производстве, является ее высокая разрешающая способность, позволяющая показать изменения в печатном изображении от композиции бумаги В шкалу также введен ряд дополнительных графических элементов, позволяющих определить машинное и поперечное направление отлива бумажного листа, сеточную н лицевую стороны.
D работе поставлена цель: разработать методику управления качеством печатного изображения, учитывающую особенности композиционного состава бумаги для печати офсетной. Для решения указанной цели необходимо: разработать комплекс критериев для оценки и управления качеством продукции; провести испытания по выоранным критериям: выраоотать рекомендации пс управлению качеством оумаги для печати.
Ш Методы исследования В качестве оборудовании дгл проведения процесса выбран проЗопечатный станок Когех н лабораторное прооопечатнос устройство IGT. Печать проводили при стандартных услознях D качестве испытуемых образцов брали смешанную стопу бумаги с различным композиционным составом н получали оттиски с изображением комплексной тестовой шкалы. Еоторая позволяла оценить такие показатели качества печатного изображения, как абсолютная оптическая плотность оттиска, однородность печати, величина растаскивания, контраст печати, воспроизведение шрифтов, величина скольжении бумаги, разрешающая и выделяющая способность поверхности бумаги. Дополнительно проводили оценку стойеости поверхности к выщипыванию ло ISO 3783:2005. Минимальное количество параллельных опытов составляло 10 оттисков хи каждого типа бумаги, определяемого его композиционным составом.
Основной проблемой при оценке экспериментальных данных явился большой массив данных (более 400 типов бумаги и перядка 15 критериев для каждого). Поэтому для прогнозирования поведения бумаги в печатном продессе и принятия управленческого решения применялась технология комплексной количественной оценки качества. Алгоритм решения: включает два оснсвных этапа - опенка отдельных показателей и свойств и комплексная оценка качества в целом. Оценка свойства объекта сводится к определению местоположения данного свойства на определенной оценочной шкале Расчет проведен исходя из греднего геометрического расчета экспертных оценок
1
о- ГК5-)§5" ®
ч а-1 )
где - гтатистичегчлш чег (-шлчимегтк) и-го критерия
В (1) du- частная функция желательности для каждого из показателей, рассчитываема? по формуле:
¿и-ехр[-ехр(-^)]. где у'и - кодированное значение параметра.
В качестве оценочной шкалы быта взяты нормированные значения показателен оптической плотности оттиска. олноролностн печати, стойкости поверхности к вьшшпыванню. величины растаскивания, контраста печати. а также добавлены критерии минимизации воспроизведения шрифтов, величины скольжения бумаги, разрешающей и выделяющей способности поверхности бумаги.
Результаты, проведенных нами испытании показали, что предельные значения не всегда вписывались в рекомендованные пределы хтя показателя контраста печати, рассчитанного по коэффициенту Ширмера Кш.и соответствовали бумаге с худшими характеристиками печатных свойств. Поэт эму бь^ло принято решение прнве-сти интервалы показателя к оценочной шкале в пределах экспериментальных данных. Кщ = 0.3н-0.5. причем наилучшему чначенто гоотнетгтиуе- точка 0 4
Обработка экспериментальных данных с расчетом частных функций желательности н обобщенного критерия: качества проведенз с помощью программного средства FUZZY, разработанного в У О «БГТУ». Копни экрана по заданию кривых частных функций желательности для бумаги офсетной представлены на рис. 1.
CTjr С4С- * |
• 0 13
□
II'а
I ' I KOMiptct пвчити
^ йяж*>мио<||
CTjr С4С- t.i * |
С-»- "1С- C2S
■ рвт. вес- -» oj ; v: . озз - *
Рис. 1. Форма кривых частных функций желательности: а - тип функгнн - снгмоид: о - тип функции - Гаусс
р"] Оптмчссам nnavMOcn»,Ci
[*] -AHiCUflK^J» спсксСлки
•Q
' а
[ * | ИММПМ*««! «П|Н««П1Л1ЬПО>111<1*
Р"1 ВидштиижспосоОмссгь мвглиш
В
Q Сюлмепк
а
J MmBClCT.l 1»>1ИГ|« A»a
Qj Мшрогт».! I«гаг»« Mil
Величина растаскивания нормирована го 1264/-2 [10]. Лрактика показывает, что для получения оумагн с улучшенными печатными свойствами следует ограничить интервал допустимого растаскивания хтя 50%-гэ растрового поля до 12%. Для негативного изображения лгрпфтов и вгсделяющеп способиостн вес уменьшен па 0.05 по сравненоо с позитивным, поскольку применяется сравнительнэ редко.
IV. Результаты экспериментов Для оценки печатных свойств бумаги была разработана комплексная тестовая шкала (табл.1) [11, 12]. основным требованием при изготовлении которой было высокое качество ее изготовления с линнатурой вывода
не менее 300 lpi. что гарантированно обеспечивало минимальный размер микроточкн в 5 мкм которому соответствует толщина ьолокон в бумажном листе.
Значения показателен нормированы с учетом рекомендации различных нормативных документов. Статистический вес для нормируемых показателей задан на уровне 0.9. а дтя ненормнруемых - 0.65.
Например, для показателя эггппеской плотности отгаска согласно технологическим инструкциям ВНИИ полиграфии для бумаги офсетной нормативное значение по черной краске составляет 1.2 Б; согласно требованиям ISO 12647-2, нормируемым является В= 1.0 Б. а по данным фирмы X-Riîe значения оптической тгтотнг>гтилля немелованной бумаги составляют для черной краскк 1,5е Б
ТАБЛИЦА 1
ШКАЛА ЖЕЛАТЕЛЬНОСТИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ДЛЯ ОФСЕТНОЙ БУМАГИ
Наименование показателя Значения показателен по шкале желательности
брак удовлетвори I ел ьно хорошо очень хорошо отлично
Оптическая плотность. Б менее 1.1 и 1,3 1.5 более 1,5
Контраст печати.Кл менее 0.25 0.25 0.3-0.5 0,35-0.45 0.4
Однородность печати. Б более ±0.1 ±0.1 ±0.02 ±0 001 0
Растаскивание 50% р.т.. % более±15 ±15 ±12 =9 0
Разрешающая способность, мкм более 100 100 so 50 менее 50
Воспроизводимость шрифтов для
рубленых гарнитур, п.: - позитив более 35 3,5 з.о 1-0 менее 1.0
- негатив более 5,0 5.0 4.0 1,5 менее 1,5
Выделяющая способность, мкм:
- позитив - негатив более 40 более 50 40 50 50 40 10 20 менее 10 менее 20
Скольжение, мкм более 50 50 40 30 менее 30
Поэтому, опираясь на диапазон изменения показателя по экспериментальным данным В = 0.95+1.6 Б. принято минимально дспустнмос значение на уровне 1.1 Б. а для оценки отлично выше 15 Б.
Результаты проведенных опытно-промышленных испытаний на УП «Бумажная фабрика» Гознака (г. Борисов. Республика Беларусь) с оптимизированным композиционным составом приведены в таблицах 2, 3.
ТАБЛИЦА 2
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА БУМАГИ ДЛЯ ПЛОС КОЙ ОФСЕТНОЙ ПЕЧАТИ.
ПОЛУЧЕННОЙ В ПРОМЫШЛЕННЫХ УСЛОВИЯХ
Наименование показателей Бумага офсетная (контрольная) Бумага с оптимизированным композиционным составом
Сопротивление излому, ч. д п. 14Р 264
Разрывная длина, м - в машинном направлении - в поперечном направлении 6700 3900 6900 4000
Сопротивление раздиранию. мН 630 640
Вгапываемость при одностороннем смачивании, г /м2 18 18
1 падкость, с 50 6/
.Линейная деформация, мм 2.9 2.8
Степень проклейки, мм 2.0 2.0
Зольность. % 6,2 9.7
Анализ экспериментальных данных (табл. 2, 3) показывает, что управление композиционным составом бумаги путем использования нечетких множеств и обобщенных функций желательности для обработки результатов опытно-промышленных испытании, позволяет предположить повышение не только физико-механических
свойств бумаги для печати офсетной, но и ее печатных свойств по всем показателям качества печатного изображения.
ТАБЛИЦА 3
ПЕЧАТНЫЕ СВОЙСТВА БУМАГИ ДЛЯ ПЛОСКОЙ ОФСЕТНОЙ ПЕЧАТИ, ПОЛУЧЕННОЙ В ПРОМЫШЛЕННЫХ УСЛОВИЯХ
Наименование Бумага офсетная Бумага с оптимизированным
показателен Оптическая плотность оттиска, Б (контрольная) 1,17 компошцнонным составом 1,45
Однородность печати, Б ±3.0924 ±0.0531
Arial 2,0 1,9
Воспроизведение шрифта, пт Негатив Times 2,5 2,0
Script 4,0 2,5
Arial 1,4 0,9
Позппт Times 1,7 0,9
Script 2,5 1,7
Разрешающая способность бумаги, мкм 80 50
Выделяющая способность, мкм 30 10
Контраст печати Кш 0,324 0350
Скольжение, мкм 60 40
Растаскивание 50% р. т Д, % ■ь12,8 +10,8
В частности, повышение сродства краски к поверхности за счет поверхностной проклейки, увеличение однородности иовсрхыосш в рсзулыате лзмененнл коинозицни но волокну и виду нашмшигеля, чш увс.шчивасх однородность печати, воспроизводимость шрифтов, оптическую плотность н снижает величину растаскивания
и гкгаткжетте
СЭМ-изображенне позерхно:таого слоя образца бумаги с увеличением 1000' показано на рнс. 2а. На образце обнаружены образования модифицированного наполнителя неорганической природы, полученного по технологии УП «Бумажная фабрика» Гознака, с содержанием СаСОз (рис. 25).
с
Ркс. 2. СЭМ-изображения структуры бумаги (а) и наполнителя (б) с наложенной ЭДС-картой распределения элементов (с)
На рнс. 2а хорошо видно формирование сетей бумажного листа из волокон, мигрофибрилл и частиц наполнителя. На ри:. 2с приведена карта распределения элементного состава бумажного листа (углерода С - синим цветом, кислорода О - красным и кальция Са - зеленым).
V. Обсуждение результатов Однороднсстъ печагн. согласно рекомендациям ВШИ полиграфии для черной краски, должна быть не солее ±0.1 Б. Эксперимент, проведенный для бумаги с поверхностной проклейкой, показал что однородность печати не превысила уровня ±0.05 Б. Поэтому в качестве критерия взято усредненное значение однородности печати ±0.02 Б. Показатель должен отображаться функцией с двусторонними ограничениями с минимумом в точке 0. Для остальных показателей в Еачестве функции принадлежности использовались логистические сиг-монды с термами 0.33-0.9 в соответствующем процентном соотношении, которые оцениваются на «хорошо» н «очень хорошо».
Для определения критериев, по которым изменяются показатели печатных свойств бумаги, проведено построение дерева решения, полученного в результате обработки массива данных в среде ШР. для каждого из показателей, определенных по комплексной шкале. Пример дерева решения для показателя оптическая плотность представлен на рис. 3.
Рнс. 3 Пример дерева решения в среде ЛЛР
Детальный анализ показан на примере поверхностного прокленвания бумаги для печати офсетной композициями на основе крахмала различного вида с добавками, рекомендуемыми фирмами-производителями химических реактивоз для целлюлозно-бумажной промышленности с целью улучшения печатных свойств бумаги.
На показатель оптической плотности описка, полученного на бумаге офсетной с поверхностной проклейкой, в наибольшей степени влияет концентрация и вид крахмальной композиции состава (рис. 3).
Для достижения максимальной оптической плотности необходимо, чтобы масса 1 м2 не превышала 80 г. Дальнейший анализ показал, что для повышения разрешающей и выделяющей способности поверхности
бумаги необходимо изменять вид крахмальной композиции и скорость истечения крахмала. На показатель скольжения наибольшее злняние сказывает также вид крахмальной композиции и концентрация крахмала.
Для повышения воспронзЕоднмоста шрифтов целесообразно варьировать видом крахмальной композиции, расходом крахмала и его скоростью истечения. Для снижения величины растаскивания необходимо изменять температуру варки крахмала, его концентрацию и скорость истечения. Контраст печати находится в оптимальных пределах при изменении вид? композиции и концентрации крахмала. Для показателя однородность печати важно изменение всех зависимых фасторов.
Получено, что б совокупности для бумага офсстнсй при сс повсрхностком прокленваннн показатели варьируются ст изменения вида композиции для поверхностной проклейки, скорости истечения и концентрации крахмала.
Общий анализ полученных- SFVT-иаобряжешш покапал сулпесттеннсе повышение однородности бумажного .листа за счет более равномерного распредетении частиц наполнителя в структуре листа и его удержании фибриллами и микрофибрилламн целлюлозных волокон, изменения его формы и дисперсности.
В целом, доля распределенных по поверхности частно наполнителя в относительных атомных единицах невелика. что способствует повышению гладкости разрешающей и выделяющей способности поверхности бумаги. снижает величину растнсыташш.
VI. выводы и заключение
В работе показана взаимосвязь показателен качества печатного изображения с режимными параметрами технологического процесса изготовления бумага для печати по комплексной тестоьон шкале, что позволило спрогнозировать и направленно управлять сс конечными свойствами с целью повышения равнемерности структуры бумажного листа, изменения разрешающей и выделяющей способности, что особенно актуально для специальных видов бумаги.
Использование нечетких множеств, лингвистических переменных, функций принадлежности и формулы для вычисления комплексного критерия оценки качества изображения снижают размерность задачи анализа свойств бумаги для печати.
С точки зрения улучшения воспроизводимости шрифтов, повышения насыщенности огтисеов за счег улучшения сродства к краске составов для поверхностного прокленвания. повышения однородности структуры бумаги. ее гладкоггн е зольности за счет введения композиций с моднфицнреваннымн наполнителями, повышающими естественную белизну бумаги, выявлены наиболее важные критерии для прогнозирования и управления качеством печатного изображения.
Результаты анализа позволяют направленно повысить свойства поверхности с получением бумаги с улучшенными показателями качества печатного изображения: оптической плотности оттиска на заданном уровне не ниже 1,3 Б. однородности печати с минимальным отклонением -КГ5, величины растаскивания для бумаги офсетной на уровне мелованной бумаги порядка 1Э%, воспроизводимости микрошоифтов. разрешающей и выделяющей способности и минимизации скольжения. Данная методика может быть применена не только к бумаге, но. например, и к краске. офсстному полотну, формной пластине.
список литературы
1. Chinga-Carrasco. G. Exploring tlie multi-scale stmcture of printing paper - a review of modern tecimology // J. Microscopy. 2009. Vol. 234. no. 3. P. 211-242.
2. Aspler J..Jordan В.. O'NeillM.Offset print quality of uncoated mechanical printing papers: Results of a commercial hcatsct offset tria]//TACA Proceedings. 1?99.P. 302-327.
3. DonderiB. C.AsplerJ.Proscale: a fast new way to measure subjective print and paper quality // Test methods. Pulp & Paper. Canada, 20C0.P. 43^15.
4 Mac'cay A , Wright A Corre:atior between laboratory prinrabilry testing and commercial printing.'/ 50th Appi-ta Annual General Conference.APPITA. Rotura. 1996.P. 405-414.
5. Дунаев Д. В.. Леонтьев В. Н.. Луканин П. В.Метод оценки влияния неоднородности бумаги на колебания оптической плотности оттиска // Целлюлоза, бумага. картон.2С07. № i .e. 50-51.
6. Леонтьев В. Н. Системный подход к задаче совершенствования печатных свойств бумага // Лесной журнал. 2009J& 3. С. 125 128.
7. Benins Н.. Benslimane R. Vicini S.. Mairan A. Princi E.. Bennis H. Fibre width measureaientand quantification of filler size distribution in paper-based materials by SEM and image analysis // Journal of electron microscopy (Tokyo). 2010.no. 59(2). P. 91-102.
8. ГОСТ 24356. Метод определения печатных свойств. URL: http://vsegost.com/Catalog/78/7845.shtml.
9. ISO 3783:2006. Paperandboard.Deternimalion of resistance to picking. Accelerated speed method using the IGT-type tester [electric model), 2006.
10. ISO 12647-2:2004. Graphic technology - Process control for the production of half-tone colour separation proof and production prints. Part 2: Offset lithographic processes, 2012.
11. Пат. 1550?Респ. Беларусь. МПК S G 01 N21/89 G 01N 33/34. Способ контроля отклонений печатных свойств бумаги от номинальных. О. .А. Новосельская. Б. И. Темрук. А. А. Пенкин. Т. В. Соловьева: № 200915S5; заявл. 11.10.09; опубл. 02.2&.12:Бюл. № 1. С. 150.
12. Novoselskava О., Knlak M. Modelling the printing properties of the offset paper// ProceedingsofChem-mtzUnivrratyoffliechnology Berlin. 2009. P. 171-176.
