Verfahren zum Messen der Farbqualität im Rollendruck

Moderne Druckmaschinen werden zunehmend mit Regelsystemen ausgerüstet, um Makulatur zu reduzieren und Qualität zu sichern. Beispiele: Schnittregister, Farbregistersysteme, Farbdichteregelung. Im Bogendruck und im Rollenakzidenzdruck werden Kontrollelemente mitgedruckt, um die Druckqualität zu beurteilen. Im Zeitungsdruck ist es wünschenswert, auf Kontrollelemente zu verzichten oder diese unauffällig zu gestalten.

WIF AG- Verfahren zur Farbdichteregelung (DE 101 31 934 Al): Anstelle von Kontrollelementen kann die Bildinformation aus der Druckvorstufe verwendet werden. Zur Regelung der Farbdichte wird unter Verwendung eines quer zur Bahn positionierbaren Sensors das von der bedruckten Bahn zurückgeworfene Licht gemessen. Das Messsignal kann z.B. mit einem oder mehreren Spektrometern ausgewertet werden. Eine andere Möglichkeit stellen lichtempfindliche Sensoren dar, die unter Verwendung von optischen Filtern bestimmte Bereiche des optischen Spektrums unterscheiden.

Bei Messung mit einem Spektrometer entspricht das Spektrum einem aus vielen Zahlen bestehenden Array, deren einzelne Werte das remittierte Licht in einem Spektralbereich darstellen. Typischerweise umfasst ein solches Array einige zehn bis mehrere tausend Zahlen. Bei Verwendung von Farbfiltern oder Interferenzfiltern erhält man für jede Messung ein Array, dessen Grosse der Anzahl der Farbkanäle entspricht. Unabhängig von der Messmethode und der Anzahl der Spektralbereiche kann man ein Array als Spektrum bezeichnen.

Beim WIF AG- Verfahren werden Remissionsspektren an der laufenden Bahn gemessen und mit theoretischen Werten aus Referenzdrucken verglichen. Dabei erfolgt die Messung

eines Spektrums an einem Messort quer zur Druckrichtung über einen oder mehr Umfange. Eine Messung setzt sich aus mehreren Teilmessungen zusammen (Burst- Messung), die summiert werden.

Papierweiss kann am unbedruckten Rand gemessen werden. Bei Broadsheet-Produkten kann insbesondere der linke und rechte Rand der einzelnen Seiten für die Papierweissmessung genutzt werden. Bei Tabloid-Produktionen kann insbesondere der obere und untere Rand der der Seiten genutzt werden.

Vorteil: Der zeitliche Verlauf des remittierten Lichts wiederholt sich periodisch. Es genügt, die Messdauer auf die Maschinengeschwindigkeit abzustimmen. Eine Triggerung auf bestimmte Bildelemente ist nicht erforderlich.

Schwierigkeit des Verfahrens: Der über eine Periode gemittelte Anteil unbedruckter Fläche ist hoch (oft >80%). Das führt zu grossem Rauschen des Signals. Insbesondere ist das Verfahren empfindlich für Schwankungen des Papierweisses und bei Durchscheinen der bedruckten Rückseite.

Ein neues Verfahren überwindet diese Schwierigkeit: Die einzelnen Elemente eines Burst entsprechen kleinen Bildausschnitten. Gleichzeitig mit der Messung des Spektrums erfolgt eine Messung des Helligkeitsverlaufs der Bahn. Der Helligkeitsverlauf kann verwendet werden, um Bildstellen den entsprechenden Elementen eines Burst zuzuordnen (Verfahren ähnlich wie Schnittlageregler).

Auch wenn der Mittelwert der Flächendeckung gering ist, findet man in der Regel Bildstellen mit höherer Flächendeckung, die einzelnen Elementen eines Burst zugeordnet werden können. Dadurch ist eine genauere Bestimmung der Volltondichte möglich.

In der Regel findet man auch Elemente eines Burst, die unbedruckten Bildstellen entsprechen, z.B. im Bereich der Seitenränder. Bei Broadsheet-Produkten ist eine Papierweiss-Messung nicht nur an den rechten und linken Rändern möglich, sondern auch zwischen den einzelnen Seiten, also im Bereich des oberen und unteren Bildrandes. Bei

Tabloid-Produkten kann ausser dem oberen und unteren Bildrand auch der Bereich der rechten und linken Seitenränder genutzt werden. Je nach Vorlage kann man auch Bildstellen innerhalb des Satzspiegels finden, die unbedruckt sind, und eine Papierweissmessung ermöglichen.

Beispiel, Figur 1: Eine Messung erfolgt über drei gleiche Druckexemplare. Es werden zwei Messpositionen quer zur Bahnlaufrichtung gewählt. Der Beginn der Messung ist beliebig und liegt typischerweise innerhalb der Seite. Eine Messung besteht aus vielen

Teilmessungen. Die Zeit, die benötigt wird um eine Seite zu messen, entspricht n-

Teilmessungen.

Messort 1 : Die Messungen (1,1), (l,n) und (l,2n) gehören zu gleichen Bildstellen. Die

Messungen (l,a), (l,n+a) und (l,2n+a) sind unbedruckte Stellen. Die Messungen (l,b),

(l,n+b) und (l,2n+b) weisen eine hohe Flächendeckung auf.

Messort 2: Die Messungen (2,1), (2,n) und (2,2n) gehören zu gleichen Bildstellen. Die

Messungen (2,c), (2,n+c) und (2,2n+c) sind unbedruckte Stellen. Die Messungen (2,d),

(2,n+d) und (2,2n+d) weisen eine hohe Flächendeckung auf.

Vorteilhafterweise wird die Messzeit möglichst kurz gewählt. Dadurch werden die Messorte kleiner und man kann Bildstellen höherer Flächendeckung finden.

Durch die Verwendung eines Helligkeitssensors und die Zuordnung der Teilmessung zu Bildstellen ist es nicht zwingend erforderlich, dass die Messzeit ein Vielfaches der Zykluszeit eines Druckvorgangs ist. Das Timing des Messvorgangs wird vereinfacht.

Zur Helligkeitsmessung kann ein separater Sensor (z.B. Kontrastsensor) mit einer eigenen Beleuchtung verwendet werden.

Vorteilhaft ist allerdings, wenn die Messvorrichtung der spektralen Messung einen zusätzlichen Messkanal zur Helligkeitsmessung aufweist. Der Helligkeitssensor nutzt dann das remittierte Licht von derselben Beleuchtungsquelle, welche für die spektrale Messung verwendet wird.

Die Messgeschwindigkeit hängt von der speziellen Hardware ab. Bei Spektrometern liegen die Messzeiten für kontinuierliche Messung im Bereich von Millisekunden für eine Teilmessung. Einzelne Photosensoren (z.B. Photodioden) können typischerweise sehr viel schneller ausgewertet werden, die Messzeiten können je nach Bandbreite der Verstärker und Analog-Digital-Wandler im Bereich von Mikrosekunden liegen.

Beispiele für den Zusammenhang von Messfleckgrösse, Messzeit, Bahngeschwindigkeit und Ortsauflösung:

Messfeldgrösse 5mm (in Bahnlaufrichtung), Messzeit lms, Bahngeschwindigkeit 10m/s. Messfeldgrösse: 15mm.

Messfeldgrösse 0.8mm (in Bahnlaufrichtung), Messzeit 2μs, Bahngeschwindigkeit 10m/s. Messfeldgrösse: lmm.

Die Helligkeitsmessung erfolgt mit kleineren Messflecken und kürzeren Messzeiten, dadurch ist die Ortsauflösung höher und die Teilbursts können den entsprechenden Bildstellen genau zugeordnet werden.

Das Helligkeitssignal kann zusätzlich zur Papierweismessung an kleinen unbedruckten Stellen auf der Seite benutzt werden. Das Papierweissignal des Helligkeitssensors kann als Parameter für die Bestimmung der Volltondichte verwendet werden.

Man kann einen optischen Filter vor dem Helligkeitssensor verwenden. Dadurch kann man z.B. die Erkennung bestimmter Farben verbessern. So ist z.B. die Erkennung von Gelb durch Verwendung eines Filters zur Erhöhung der Farbtemperatur verbessert.

Buntfarben absorbieren optische Strahlung im sichtbaren Spektralbereich. Schwarze Druckfarbe absorbiert im Infrarot-Bereich. Man kann einen IR-Filter verwenden, um insbesondere die optische Wirkung der schwarzen Druckfarbe unabhängig von den Buntfarben zu messen. Auf diese Weise ist es möglich, nicht nur Papierweiss an den

unbedruckten Stellen zu messen, sondern auch die Dichte der schwarzen Druckfarbe, wenn diese auf darunterliegende Farbschichten aufgetragen wird.

Ein Beispiel für ein optisches System, Figur 2: Beleuchtungsstrahl (221), Faserausgang für Beleuchtung (225), Abbildungsoptik (Achromat) für Beleuchtung (222), Umlenkspiegel für Beleuchtung (222), Papierbahn (200), remitierter Lichtstrahl für Spektral- bzw. Farbmessung (211), Spiegel (212), Abbildungsoptik für Spektral- bzw. Farbmessung (213), Fasereingang für Messsignal, remittierter Lichtstrahl für Helligkeitsmessung (231), Spiegel (233), Abbildungsoptik für Helligkeitssensor (232), optischer Filter für Helligkeitssensor (234), Photodiode (235).

Durch die Verwendung von Spiegeln kann der Strahlengang auf kleinem Raum verlängert werden. Ein verlängerter Strahlengang erlaubt, dass die Winkel zwischen Beleuchtungsstrahl und Messstrahl klein werden. Dadurch wird eine hohe Schärfentiefe erreicht. Das Messsystem wird unempfindlicher gegenüber Schwankungen des Abstands zwischen Optik und Papierbahn.