紙張墨斑性能檢測方法研究初探

陳春霞 鄧健信 徐梅英 王玉峰 黎偉波陳健鴻 歐海龍 邱玉桂,2

(1.廣東省東莞市質(zhì)量監(jiān)督檢測中心國家紙制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心,廣東東莞,523808;2.華南理工大學(xué)制漿造紙工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東廣州,510640)

紙張墨斑性能檢測方法研究初探

陳春霞1鄧健信1徐梅英1王玉峰1黎偉波1陳健鴻1歐海龍1邱玉桂1,2

(1.廣東省東莞市質(zhì)量監(jiān)督檢測中心國家紙制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心,廣東東莞,523808;2.華南理工大學(xué)制漿造紙工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東廣州,510640)

探討了不同平滑度紙張的墨斑性能檢測及評判方法。結(jié)果表明,4種墨斑測試方法能夠較好地預(yù)測紙和紙板在實(shí)際印刷過程中的墨斑產(chǎn)生情況;主觀判定采用成對比較法較為穩(wěn)定可靠;通過與成對比較法的相關(guān)性分析,PTS分析軟件采用的光譜法能夠較客觀地定量評價墨斑。

印刷效果;墨斑;檢測;評估;定量分析

紙張的印刷質(zhì)量是當(dāng)今印刷中所考慮的重要因素之一。擁有高品質(zhì)的圖像質(zhì)量是最基本的要求。然而,在高速印刷過程中,紙張與油墨并不能完全達(dá)到理想的接觸狀態(tài),因而會對印品產(chǎn)生不良影響,其中之一就是墨斑。

墨斑是指在印品表面形成的顏色不正常、深淺不均勻的斑點(diǎn)或條紋[1]。墨斑用于評價紙張的 xy向的印刷情況,表征印刷效果的不均勻性,受紙張的吸收性和平滑度的影響最大。一般在文字印刷中見不到墨斑,在印刷較厚重的圖案中也難發(fā)現(xiàn),而在顏色均勻的實(shí)地區(qū)域、階調(diào)較為平緩的區(qū)域或其他色調(diào)均勻的背景中則較為明顯。

墨斑主要有 4種形式：轉(zhuǎn)印墨斑、印刷墨斑、水?dāng)_墨斑及濕粘印墨斑[2]。轉(zhuǎn)印墨斑和印刷墨斑是由于紙張吸墨不勻或油墨由橡皮布向紙張的轉(zhuǎn)移能力變差而引起的。水?dāng)_墨斑是紙張受水膜的影響不吸收油墨從而減少油墨轉(zhuǎn)移量時形成的。濕粘印墨斑是由于每道油墨之間的黏度不同、次序選擇不當(dāng)而引起的。

目前以墨斑為指標(biāo)來評價紙張印后性能的比較少,基本上是以主觀判定為主,因此受主觀的影響比較大。采用本實(shí)驗(yàn)所述的墨斑測試方法,使墨斑問題的表現(xiàn)效果得以加強(qiáng),有利于通過實(shí)驗(yàn)室的檢測手段來預(yù)評估印刷效果。本文初步探討了新聞紙、銅版紙和單面涂布白紙板印刷后的 4種墨斑測試方法,并結(jié)合墨斑主、客觀判定方法對不同紙張的墨斑測試結(jié)果進(jìn)行分析,以期為實(shí)際印刷過程中墨斑的形成及評定提供一定的理論參考。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 儀器

A IC2-5T2000型 IGT印刷適性儀,HSI U4高速勻墨儀。德國 PTS公司的DOMAS定量分析軟件。

1.2 原材料

實(shí)驗(yàn)用 Huber墨斑測試油墨,并選用 47 g/m2新聞紙 (A)、47 g/m2新聞紙 (B)、150 g/m2銅版紙(E)、400 g/m2單面涂布白紙板 (F)、300 g/m2單面涂布白紙板 (H)5個紙樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn),紙張物理性能的測試結(jié)果見表 1[3]。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

在標(biāo)準(zhǔn)恒溫恒濕大氣 (23±1)℃、(50±2)%RH實(shí)驗(yàn)條件下,紙張、油墨、儀器均預(yù)處理 6 h以上,每個紙樣都進(jìn)行 4種墨斑測試實(shí)驗(yàn)。

1.3.1 轉(zhuǎn)印墨斑 BT M(正交實(shí)驗(yàn) 1)

采用橡皮布印刷盤 (寬度為 50 mm,Φ68 mm);墨膜厚度 8.0μm (即 0.35 mL)或其他油墨量,勻墨過程不補(bǔ)加油墨;調(diào)節(jié)勻墨儀的勻墨方式為模式 2(水浴 23℃、開始時間 5 s、勻墨時間 10 s、勻墨速度1.2 m/s、印刷盤勻墨時間 5 s);調(diào)節(jié)印刷儀上輥的壓力為 500 N,并調(diào)節(jié)合適的間隙;調(diào)節(jié)速度為勻速0.2 m/s;進(jìn)行上輥印刷;計(jì)時 15 s(首次印刷可無需等待),再更換 3個干凈的印刷盤進(jìn)行印刷。

由于紙張吸收油墨的不規(guī)則性,沒有被完全吸收的油墨就會轉(zhuǎn)移到印刷盤上。采用這種方法,墨斑的表現(xiàn)效果得到加強(qiáng),使結(jié)果評估更加容易。

使用這種轉(zhuǎn)印墨斑測試方法可以預(yù)測不同紙張轉(zhuǎn)印墨斑的形成情況。對于同一種紙張,通過不同的油墨量 (0.10、0.35、0.5 mL)、不同的壓力 (200、500、650 N)、不同的速度 (0.2、0.3、0.4 m/s)進(jìn)行三因素三水平的正交實(shí)驗(yàn),來獲取不同墨斑效果的印刷紙樣,便于后續(xù)主、客觀判定及相關(guān)性分析。

表1 紙張的物理性能

1.3.2 印刷墨斑 (正交實(shí)驗(yàn) 2)

墨膜厚度 2.4μm (即 0.10 mL)或其他油墨量,勻墨過程不補(bǔ)加油墨;調(diào)節(jié)印刷儀上輥的壓力為625 N,并調(diào)節(jié)合適的間隙;調(diào)節(jié)速度為勻速 0.2 m/s;計(jì)時 15 s(首次印刷可無需等待),再更換 1個干凈的印刷盤進(jìn)行 3次印刷;其余步驟同轉(zhuǎn)印墨斑 BT M。

由于紙張吸墨性的不均勻或油墨由橡皮布向紙張的轉(zhuǎn)移能力變差,采用這種方法,使油墨在紙張和印刷盤之間轉(zhuǎn)移達(dá)到平衡。使用印刷墨斑測試方法可以預(yù)測不同紙張印刷墨斑的形成情況。對于同一紙張,通過改變油墨量 (0.05、0.10、0.20 mL)、壓力(325、625、800 N)、速度 (0.2、0.3、0.4 m/s)進(jìn)行三因素三水平的正交實(shí)驗(yàn),來獲取不同墨斑效果的紙樣,便于后續(xù)主客觀判定及相關(guān)性分析。

1.3.3 水?dāng)_墨斑W I M

采用橡皮布印刷盤 (寬度為 50 mm,Φ66 mm),潤濕盤 (形成 1μm水膜);墨膜厚度 8.0μm (即0.35 mL)或其他油墨量,勻墨過程不補(bǔ)加油墨;裝刮刀,刀口斜面朝右;切取 5 mm×50 mm的棉花,濕潤后置于潤濕盤上面的刀片后面;順時針轉(zhuǎn)動潤濕盤,保持潤濕盤的潤濕狀態(tài);調(diào)節(jié)勻墨儀的勻墨方式為模式 2;將印刷盤放于印刷儀下輥;調(diào)節(jié)印刷儀上、下輥壓力為 500 N,并調(diào)節(jié)合適的間隙;調(diào)節(jié)速度為勻速 0.2 m/s;印刷,保持潤濕盤上的棉花足夠濕潤,僅首印需要潤濕,其余不用;計(jì)時 15 s印刷(首次印刷可無需等待);下輥再更換 3個干凈 (無上墨)的印刷盤進(jìn)行 3次印刷。

1.3.4 濕粘印墨斑WT M

采用邵爾 A 65°膠盤 (寬度為 50 mm,Φ66 mm);使用 Huber墨斑測試油墨和光澤度膠印油墨,墨膜厚度 2.4μm(即 0.10 mL),勻墨過程不補(bǔ)加油

墨;調(diào)節(jié)勻墨儀的勻墨方式為模式 2;使用兩個注墨器注墨 0.1 mL進(jìn)行兩段勻墨;將印刷盤放于印刷儀上、下輥 (上輥第一色、下輥第二色);調(diào)節(jié)印刷儀上、下輥壓力為625 N,并調(diào)節(jié)合適的間隙;調(diào)節(jié)速度為勻速 1 m/s(或手動印刷 0.2 m/s);印刷。下個試樣色序相反,印刷;進(jìn)行不同時間間隔的印刷。測試完畢,晾干 4 h以上,使用密度計(jì)測量紙條各部分的平均密度,計(jì)算油墨轉(zhuǎn)移率 F。

式中：F為油墨轉(zhuǎn)移率,F值高色序好;D(1+2)為兩色重疊處的密度;D1、D2分別為第一色和第二色的密度。

2 結(jié)果與討論

2.1 墨斑的定性分析方法

印刷企業(yè)或?qū)嶒?yàn)室中經(jīng)常使用分級法來評價紙張印刷后的墨斑。通過收集不同勻度的紙張作為基準(zhǔn)樣品,在一定的印刷條件下,將這些基準(zhǔn)樣品進(jìn)行印刷,然后通過目測評估,確定印刷不均勻度 (墨斑)的等級,將這些等級作為今后的待測樣品的評估標(biāo)準(zhǔn)。但是,由于這種方法穩(wěn)定性較差,受主觀、外界環(huán)境的影響較大。因此,本實(shí)驗(yàn)采用成對比較法來分析印刷后的墨斑。對 5個紙樣 4種墨斑測試方法共20組實(shí)驗(yàn)的印樣進(jìn)行目測判定墨斑,每組樣品 10條紙樣。主觀判定分為 2人及 4人組合,每人都進(jìn)行同樣的 10條紙樣的兩兩對比。

每人進(jìn)行兩兩比對后形成一個矩陣 (見表 2),多人組合的判定以每人所得單個矩陣相加得到的復(fù)合矩陣來計(jì)算。

表2 試樣兩兩對比矩陣

通過指數(shù)高低進(jìn)行定級,指數(shù)越高,級別越高,墨斑越少;然后將成對比較法所得結(jié)果與定量分析方法比較,進(jìn)行相關(guān)性評定。

2.2 墨斑的定量評估方法

使用數(shù)據(jù)圖像測試分析系統(tǒng),將印刷后的樣品通過專業(yè)掃描儀進(jìn)行有選擇的圖文掃描,然后將掃描的圖文傳送至電腦,通過專用分析軟件,進(jìn)行圖文分析,從而得到相關(guān)印刷不均勻性指數(shù) (即墨斑)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

數(shù)據(jù)圖像分析可以客觀地評估和定量勻度[4]。PTS-DOMAS系統(tǒng)提供的這種印刷不均勻性測試模塊可以定量地測試實(shí)地印刷。模塊運(yùn)用了三大關(guān)鍵的統(tǒng)計(jì)方法來評估印刷不均勻性：光譜法、灰度法及PTS法。

2.2.1 測試步驟

(1)圖像獲取

樣品在入射光下分析,通過掃描儀獲取圖像。墨斑這種質(zhì)量缺陷可以僅限于小樣品面積也可以影響大區(qū)域,任何一種情況都會干擾影像。模塊使用的標(biāo)準(zhǔn)分辨率是 420 dpi,足以檢測小的印刷瑕疵。

當(dāng)使用光譜分析法進(jìn)行測試時,選擇一個掃描面積,包含一個或多個邊長為 512像素 (pixels)的選定區(qū)域 (Rois)。當(dāng)分辨率為 420 dpi時,此邊長即為31 mm。所以選擇足夠大的面積,使其高、寬是這個長度的整數(shù)倍。如果印刷面積的形狀大大偏離方形,圖像就必須選用一組 Rois。

(2)加載圖片,進(jìn)行分析

程序同樣能夠自動識別出印樣是如何被定位在掃描儀中的。如果是水平定位,將從左到右逐行處理加載的選定區(qū)域 (Rois)。如果是垂直定位,則從上到下進(jìn)行列處理。

2.2.2 定量分析方法

(1)光譜法分析

光譜法分析是建立在對 FFT原始圖像頻譜計(jì)算的基礎(chǔ)上,即分析印刷圖像通過快速傅里葉變換 FFT產(chǎn)生的頻譜。印刷圖像的表面狀態(tài)形成的 “能量蹤跡”的強(qiáng)度反映了表面狀態(tài)產(chǎn)生的頻率。FFT可形成一個不均勻性指數(shù),這個指數(shù)的大小表示印刷圖像的均勻程度。不均勻性指數(shù)越小,圖像的均勻性越好,墨斑越少。

式中：N為圖像大小 (像素);r為半徑,λ為波長,S為波譜,u、v分別為 x、y向的頻率。

(2)灰度法

采用灰度法進(jìn)行分析,設(shè)定像素的間距是很重要的。通常設(shè)定像素的間距為 3 pixels,分辨率為 420 dpi。然而,灰度法分析過程中像素的真正間距受到圖像分辨率等因素的影響。

式中：Index為印刷不均勻性指數(shù);νk為相對變異系數(shù);COR為灰度值的相關(guān)系數(shù)。νk是灰度值的標(biāo)準(zhǔn)偏差與平均灰度值之比。νk受圖像的平均灰度值直接影響,因此僅相似顏色和密度的圖像之間進(jìn)行灰度法分析比較才最有意義。入射光掃描結(jié)果受到諸如印刷密度、印刷光澤度和印刷顏色等因素的影響。為了獲得有意義的評定結(jié)果,用于對比的印刷紙樣必須保持這些因素的均一性。

(3)PTS法

PTS方法基于對圖像的三維分析,z軸表征灰度,水平線和垂直線置于圖像內(nèi),并由這些線來確定灰度值。水平指數(shù)和垂直指數(shù)計(jì)算得出一個不均勻性指數(shù)。

2.3 墨斑定性與定量分析比較

試樣通過成對比較法得到的定性分析結(jié)果 (2人和 4人組合)與通過專用分析軟件進(jìn)行圖文分析得到的統(tǒng)計(jì)結(jié)果比較如表 3所示。

從表 3可見,由于視覺分辨能力與客觀掃描分析軟件分析的差異,造成主客觀分析的相關(guān)性較差。3種客觀分析方法中,光譜法與主觀評定的一致性最好,PTS法次之,灰度法最差。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)的正交實(shí)驗(yàn)中 3個油墨量水平差異較大,灰度法判定結(jié)果經(jīng)常出現(xiàn)在油墨量最少時,即印樣顏色最淺時墨斑最少。而其他方法則在中等油墨量 (或正交實(shí)驗(yàn) 2的最大油墨量,這是由于正交實(shí)驗(yàn) 2的總體油墨量偏低)時墨斑最少。這就是導(dǎo)致灰度法判定結(jié)果與主觀視覺判定結(jié)果差別大的原因所在。

圖1 PTS法三維分析圖

由表 3可見,3個因素中油墨量的影響較大,即印樣的顏色深淺對墨斑結(jié)果的判定影響較大。隨著油墨量的增加、印樣顏色的加深,導(dǎo)致人眼視覺判定效果較好;因此加大油墨量至中等墨量時,人眼判定墨斑較少。由此可見,視覺判定存在一定的局限性,人眼辨別總是傾向于顏色較深的印樣的印刷效果較好,受顏色的影響較大。這可能是人眼對深顏色中的不均勻性的識別不夠靈敏[5]。相對而言,客觀分析的方法則能夠屏蔽掉外界因素的影響而得出較客觀的定量結(jié)果。如光譜法和 PTS法受這些因素的影響很小,判定結(jié)果穩(wěn)定性較強(qiáng)。

實(shí)驗(yàn)表明,客觀分析的 3種方法中,灰度法具有一定局限性。由于灰度法受樣品密度和顏色的影響最大。因此為了獲得有意義的評定結(jié)果,使用灰度法進(jìn)行定量分析時,用于對比的印刷紙樣必須保持密度和顏色等因素的均一性。

同一墨斑測試方法,3類紙張 (銅版紙、單面涂布白紙板及新聞紙)的表面物理性能對墨斑有一定影響。5種紙張轉(zhuǎn)印墨斑測試 (即正交實(shí)驗(yàn) 1)結(jié)果表明,銅版紙平滑度最好而吸收性較小,油墨主要以黏著形式附在紙張表面,油墨轉(zhuǎn)移均勻,印刷效果好,勻度高,即使在油墨量多的情況下轉(zhuǎn)印墨斑也很少,因此在較高油墨量、中等印刷壓力及最低速度的情況下得到最優(yōu)的印刷效果,墨斑最少;單面涂布白紙板平滑度較好,優(yōu)化條件須在中等油墨量、最低印刷壓力及中等速度時獲得;新聞紙的平滑度較低、吸收性強(qiáng),在油墨量較大時,由于吸收過快容易造成顏色分布不均勻,因此需在較小供墨量時獲得墨斑較少的效果,優(yōu)選出的條件為最低油墨量,最大壓力及最快速度。

5種紙張印刷墨斑測試 (即正交實(shí)驗(yàn) 2)結(jié)果表明,平滑度較高的紙張?jiān)诠┠枯^大時仍能得到較好的印刷效果,平滑度較低的紙張?jiān)诠┠枯^少時墨斑最少。

5種紙張的水?dāng)_墨斑測試結(jié)果表明,新聞紙平滑度低、吸收性大,水膜對印刷效果的影響小,紙樣干濕區(qū)墨斑差異較小;單面涂布白紙板和銅版紙受水膜的影響較大,尤其是較低供墨量時較為嚴(yán)重。

5種紙張濕粘印墨斑的結(jié)果表明,以紅色為底色,即色序?yàn)樗{(lán)色為一色、紅色為二色時濕粘印墨斑較少、密度較高、油墨轉(zhuǎn)移率較高。

表3 墨斑測試分析結(jié)果

3 結(jié) 論

3.1 實(shí)驗(yàn)采用 4種墨斑的測試方法,使墨斑問題的表現(xiàn)效果得以加強(qiáng),有利于通過實(shí)驗(yàn)室的檢測手段來預(yù)評估印刷效果。

3.2 現(xiàn)行通用的目測分級法受主觀、環(huán)境的影響較大,本實(shí)驗(yàn)采用的成對比較法分析結(jié)果較為穩(wěn)定可靠。

3.3 通過與成對比較法的相關(guān)性分析,3種客觀分析方法中,光譜法與主觀評定的一致性最好,PTS法次之,灰度法最差。

3.4 PTS-DOMAS系統(tǒng)提供的這種印刷不均勻性測試模塊可以定量地測試實(shí)地印刷,所用的 3種統(tǒng)計(jì)方法光譜法、灰度法、PTS法中光譜法能夠客觀地評估墨斑效果。

3.5 3種定量分析方法中灰度法具有一定局限性?；叶确ㄊ軜悠访芏群皖伾挠绊懽畲?而光譜法和PTS法受這些因素的影響很小,判定結(jié)果穩(wěn)定性較強(qiáng)。

[1] 劉春林,臧冬娟,張逸新,等.印刷“墨斑”成因分析與控制[J].上海造紙,2007,38(1)：19.

[2] Nancy Plowman Sandreuter.Predicting printmottle：a method of differentiating between three types of mottle[J].Tappi Journal,1994,77(7)：173.

[3] 陳春霞,歐海龍,邱玉桂,等.紙張油墨轉(zhuǎn)移性能的測試方法探討[J].中國造紙,2009,28(11)：22.

[4] Morin V,Piette P,Maume J P.Image analysis as a tool for the mottle evaluation[C]//STFI3rdEuropean Research Symposium.1995.

[5] Shiratori N,Yoshidomi N,Ishimura H.Quantitative evaluation of print mottle and correlation to subjuctive rating[C]//Proceedings,TAPPI Coating Conference,1994：269.

(責(zé)任編輯：馬 忻)

Studies on Measurement of Mottle

CHEN Chun-xia1,＊DENG Jian-xin1XU Mei-ying1WANG Yu-feng1LI Wei-bo1CHEN Jian-hong1OU Hai-long1Q IU Yu-gui1,2
(1.Dongguan Quality Supervision Testing Center,Dongguan,Guangdong Province,523808;2.State Key Lab of Pulp and Paper Engineering,South China University of Technology,Guangzhou,Guangdong Province,510640)
( ＊ E-mail：jane01212000@126.com)

The mottles on the prints of different kinds of paper with different smoothness such as color offset newsprint,art paper and one-side coated paper were measured and evaluated.Results showed that four kinds of mottle measurement methods are useful to predict the print quality,comparisons in pairs is a quite reliable subjective evaluationg method however spectrum analysis of the PTS DOMAS module is an better objective quantitative assessment of the mottle.

print quality,mottle,measurement;evaluation method,objective quantitative assessment

TS801.41

A

0254-508X(2011)01-0028-05

陳春霞女士,碩士,質(zhì)量工程師;主要從事紙張與紙制品檢測及標(biāo)準(zhǔn)研究工作。

2010-09-20(修改稿)

本課題為國家質(zhì)檢總局立項(xiàng)科研項(xiàng)目 (2007QK298)。