автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.15, диссертация на тему:Разработка метода формирования градационных и цветовых характеристик растровой переводной термопечати

РГ6 од

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПОЛИГРАФИИ

На правах рукописи

БУЛАНОВ АБДУЛМУМИН КИРГИЗБАЕВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ФОРМИРОВАНИЯ ГРАДАЦИОННЫХ И ЦВЕТОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК РАСТРОВОЙ ПЕРЕВОДНОЙ ТЕРМОПЕЧАТИ

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 05.02.15 - МАШИНЫ, АГРЕГАТЫ И ПРОЦЕССЫ ПОЛИГРАФИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой стеиени кандидата технических наук

МОСКВА 1993 г.

Специализированный Совет ВАК К.031.01.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте полиграфии

Москва, Старопетровский проезд, 11., тел:153-96-64

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте полиграфии.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Ю.С.Андреев

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор *

Б.Н.Шахкельдян,

кандидат технических наук, доцент

В.В.Лихачев

Ведущая организация: ВНИИГознака .

Защита состоится " 1 " &<ьйл Ьих 1993 г., в /Л ,Учас по адресу : 125130, Москва, Старопетровский проезд, 11.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан Л, 1993 г.

Ученый секретарь

специализированного Совета, кандидат технических наук у

вв-Бесков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

В полиграфии и смежных областях промышленности все больше получает распространение изготовление продукции с применением способа переводной термопечати на синтетических материалах. Этот способ может быть использован для отделки синтетических тканей, для печати на пленках и различных покрытиях и т.п. В полиграфии способ вызывает интерес для изготовления репродукций картин на тканях, для оформления переплетных крышек изданий с применением синтетических тканей, для создания различного вида наглядных пособий и.т.д. Преимуществами применения этого способа является возможность использования прочных и дешевых синтетических тканей взамен натуральных, прочность и стойкость рисунка к различным атмосферным и химическим воздействиям, к действию излучений. Сама технология нанесения рисунка на ткань способом переводной термопечати по сравнению со многими традиционными способами нанесения рисунка на ткань более проста, экологически чиста и способна обеспечить высокое качество воспроизведения изображений, в том числе многоцветных тоновых.

Однако воспроизведение сложных изображений многоцветных тоновых для обеспечения высокого качества и воспроизводимости результатов требует изучения всего комплекса вопросов, связанных с технологией воспроизведения градаций и цвета в данном процессе, существенно отличающемся от традиционных полиграфических процессов. Эти отличия заключаются в двухстадийности процесса, на первой стадии которого получают печатный оттиск на промежуточном бумажном носителе, причем этот оттиск ни по градации, ни по цвету не дает представле-

ния о том конечном результате, который будет получен после второй стадии процесса после термоперевода этого печатного оттиска на ткань. На обеих стадиях процесса возникают свои градационные и цветовые искажения, особенно сложные на второй стадии, использующей диффузионный механизм переноса изображения. Применяемые краски, а также конечный носитель изображения, его структура существенно отличаются от обычно применяемых в полиграфии.

Все это делает актуальной цель данной работы, которая заключается в обеспечении возможности получения стабильного высокого качества многоцветного тонового изображения путем изучения, оптимизации и стабилизации факторов, воздействующих на воспроизведение его градационных и цветовых характеристик.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

В работе исследованы закономерности формирования градационных и цветовых характеристик при получении изображения способом переводной термопечати на синтетических тканях и пленках с различной структурой поверхности. Определены коэффициенты светорассеяния для субстратов с различной структурой. Оценено влияние параметров термоперевода на точность воспроизведения растрового изображения, найдены математические модели изменения размеров растровых точек для различных красок и субстратов в зависимости от изменения факторов процесса. С учетом найденных закономерностей и параметров процесса рассчитаны необходимые градационные характеристики для обеспечения качества воспроизведения как отдельных

красок, так и баланса по серому в многоцветной репродукции. Рассчитаны цветоделительные характеристики для воспроизведения многоцветного изображения при применении сублимационных красок. Исследованы муарообразующие взаимодействия структуры ткани с растровой структурой репродукции.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ :

— градационные характеристики и параметры цветокоррекции фотоформ, обеспечивающие высокое качество репродукций на тканях и пленках с различной структурой поверхности;

— математические модели зависимости размеров растровых точек от переменных факторов термоперевода и параметры термоперевода, обеспечивающие минимальные диффузионные искажения;

— коэффиценты светорассеяния для тканей с различной структурой переплетения;

— метод уменьшения различимости муара при растровой печати на тканях с различной структурой.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ.

Найденные в работе градационные характеристики и параметры цветокоррекции могут служить основой стабильного получения многоцветных тоновых репродукций высокого качества на тканях с различной структурой методом переводной термопечати. Для практического определения параметров цветопередачи изготовлены шкалы цветового охвата на тканях семи типов и двух типах пленки при трех линиатурах растров.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ.

Результаты работы докладывались и обсуждались на второй Всесоюзной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов отрасли (г.Телави, 4-7 апреля 1990 г.) и на XXXIV — юбилейной научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов, посвященной 60-летию МПИ (Москва, 24-27 октября 1990г).

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ.

Внедрение: в Центральном научно-производственном объединении "Ленинец" (Санкт-Петербург); в типографии малого предприятия "Кави" (Москва); в производственных условиях малого предприятия "Полиграф" (Омск); в производственных условиях ТОО «Братья и К°» (Москва).

ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ.

Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, общих выводов и рекомендаций, библиографии и приложений, в которые внесены 4 полученных акта о внедрении: содержит 105 машинописного текста, 20 иллюстрации и 17 таблиц. Список литературы содержит 102 наименования работ отечественных и зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность, научная новизна и практическая ценность работы. Приьедены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен аналитический обзор способов нанесения рисунков на ткани и сделан вывод, что наиболее перспективным с точки зрения возможного высокого качества изображений, применения для оформления полиграфической продукции, является способ переводной термопечати с использованием для получения оттиска на промежуточном носителе офсетного способа печати. Определены задачи, которые возникают при воспроизведении многоцветных тоновых изображений на ткани. Показано, что к настоящему времени еще не определены требования к градационным и цветоделительным характеристикам, которые бы обеспечивали необходимое высокое качество воспроизведения сложных многоцветных изображений. Определены основные задачи исследований и проведен предварительный выбор методов исследований, оборудования и аппаратуры, необходимой для осуществления исследований.

Б качестве объекта исследования были изготовлены (в нормализированных условиях) шкалы цветового охвата с различной линиагурой. Также для проведения экспериментов в условиях опытно-экспериментального отдела НИИШелка были выработаны 3 вида ткаич на челночно-ткацком станке при неизменных заправочных параметрах с различными переплетениями (полотняное, саржевое и атласное).

Для правильного формирования градационных характеристик в переводной термопечати был принят за основу метод

Джонса-Миклашевского, как обладающий высокой универсальностью, достаточной простотой и эффективностью.

Во второй главе проводится разработка методов формирования градационных и цветоделительных характеристик, обеспечивающих стабильное получение высококачественных многоцветных репродукций способом сублимационной переводной термопечати.

Рассмотрена цепь стадий технологического процесса получения репродукции способом сублимационной переводной термопечати. Проведен анализ каждой стадии и оценены факторы, влияющие на качество и стабильность воспроизведения, выбраны управляемые и стабилизируемые звенья цепи. В качестве управляемого звена целесообразно рассматривать только стадию получения растровой фотоформы, все остальные звенья следует стабилизировать.

Копировально-формный процесс получения формы стабилизируется обычным методом применения контрольных шкал копировально-формного процесса. Более сложным является вопрос стабилизации печатного процесса офсетной печати на промежуточном носителе — бумаге. Для проведения исследования на основе изучения источников для переводной термопечати в качестве промежуточного носителя — бумаги была выбрана офсетная бумага №1 А массой 80 г/м2. Ранее проведенные различными исследователями работы показали , что единственным доступным методом стабилизации этого процесса является метод выбора и поддержания денсигометрических норм печати по каждой краске на сплошных запечатанных поверхностях. Проведен анализ предложенных различными исследователями денситометрических норм и по результатам собственных экспе-

римектальных исследований проведено уточнение этих норм.

В значительной степени может воздействовать на градационную характеристику изображения термоперевод с промежуточного носителя на ткань, который носит диффузионный характер. Результатом диффузии может быть не только проникновение красителей в поверхность ткани, но и расширение их за !раиицы растровой точки, отпечатанной на бумаге.

Процесс термоперевода имеет достаточно сложный характер и зависит, по-видимому, нелинейно, от трех факторов, которые могут быть переменными: температуры переноса, времени и усилия прижима при контакте между бумагой и синтетическим субстратом. Для того, чтобы обеспечить стабильность градационной характеристики процесса, необходимо стабилизировать эти факторы, предварительно оцепив их влияние па градационную характеристику в реальной области их изменения, и выбрав оптимальные значения, обеспечивающие минимально возможные искажения размеров растровой точки.

Для решения этой задачи был использован метод многофакторного планирования эксперимента. В качестве плана выбрано ортогональное центральное композиционное планирование второго порядка (ОЦКП) для трех переменных факторов. За выходной параметр была принята величина изменения площади растровой точки с относительной площадью 50%. В связи с зависимостью процесса от структуры поверхности субстрата, в качестве конечного носителя изображения исследовались два типа субстрата — полиэтилеитерефталатная пленка, т.е. субстрат с гладкой поверхностью, и лавсановая ткань с полотняным переплетением. Эти субстраты но свойствам своей поверхности в наибольшей степени пригодны для получения многоцветных

высокохудожественных изображений.

Перевод осуществлялся с бумажного носителя, отпечатанного с соблюдением выбранных норм денситометрического контроля, на термопереводном прессе с контролируемыми факторами термоперевода, специально сконструированном и изготовленном на базе позолотного пресса ПЗП-1.

Область варьирования факторов: для давления — от 139 г/см2 до 261 г/см2, для времени — от 17 с. до 34 е., для температуры — от 203 до 227°.

В результате эксперимента получены следующие математические модели:

Для пленки ПЭТФ

пурпурная краска

У, = 0,0438 + 0,00292, - 0,000522 + 0,004323 -о,оо19г, ъг + 0,01212, 23 - 0,015бг2 23

желтая краска У2 = 0,1862 -0,01282, + 0,023822 + 0,007423 + 0,02562, 22 -00,11622, 23 + 0,007622 23 (1)

голубая краска

У3 = 0,1142 + 0,00582, 4- 0,000822 + 0,00 7623 -0,0792 , 22 + 0,01212 , 23 - 0,01542, 23 черная краска

У4 = 0,0166 -.0,01082, + 0,00062, 4- 0,002123 -0,00182, 2, - 0,00172, 23 - 0,01282, 23

для лавсановой ткани

пурпурная краска

У, = 0,2301 -«- 0,00582, + 0,003122 + 0,00737-3 " 0,00622, Ъг - 0,00552, 23 - 0,005522 23 желтая краск?

У2 = 0,2885 - 0,00502, + 0,006422 + 0,011823 -0,01327, 22 + 220,00157, 23 - 0,0237522 23 (2)

голубая краска

У3 = 0,2961 + 0,00342, + 0,013922 + 0,021123 -0,01392, 22 + 0,00712, 23 - 0,007672 23 черная красна

У4 = 0,1826 + 0,02202, - 0,010922 + 0,011623 -0,01182, 22 + 0,00882, 23 + 0,009222 23

Результаты эксперимента и математического моделирования показывают, что искажения размеров зависят также от краски и от структуры субстрата. Наибольшие изменения размеров точки наблюдаются для желтой краски, затем идут голубая, пурпурная и черная краски. На пленке изменения размеров меньше, чем на ткани.

По результатам эксперимента выбраны режимы т°.рмопере-ьод:1 для пленки и ткани, обеспечивающие наименьшие в данной области изменения факторов искажении размеров точек в среднем для всех трех красок. Определены допуски на значения величин регулируемых факторов.

. Диффузионный характер переноса изображения ставит вопрос также о возможном продолжении диффузии во время хранения изображения, и следовательно, о возможном искажении градации и цвета при хранении изображения. Был проведен сне-

циальный эксперимент по стабильности изображения Б процессе хранения, в котором проводилось сравнение градационных характеристик цветных изображений на тканях различных типов непосредственно после термоперевода и после полугодового хранения при воздействии атмосферных условий и солнечного излучения. При соблюдении денситометрических норм печати значимых изменений оптической плотности и градации для всех трех красок не наблюдалось.

Получаемая градационная характеристика зависит также от преобразования растровых величин, т.е. величин относительных площадей растровых точек растрового изображения па субстрате, в визуальные оптические плотности полутонового изображения, воспринимаемого наблюдателем или оцениваемого денси-тометрически. При расчете требуемой градационной характери стики растрового изображения для обеспечения желаемой кривой тоновоспроизведения необходимо знать параметры такого переобразовапия. Обычно это преобразование описывается уравнением Юла-Нильсена, в котором коэффицент п, названный коэффициентом светорассеяния, зависит от липиатуры растра и структуры бумаги.

Структура ткани существенно отличается от структуры бумаги, оптические свойства синтетического материала субстрата, его волокон также существенно отличны от тех, для которых были найдена форма зависимости Б = отн) и оценены значения коэффициента п . Поэтому представляет интерес изучить, возможно ли преобразование растровых величии в оптические плотности для изображения, отпечатанного на ткани, описать уравнением Юла-Нильсена, и каковы значения коэффициента п в этом уравнении, если такое описание возможно.

Экспериментальные исследования были проведены с использованием красок серии 2553-533 бумаги N 1 А 80 г/м в качестве промежуточного носителя.В качестве субстратов использовали 2 типа пленок и 7 типов полиэфирной ткани, отличающихся по структуре самих волокон, и по структуре ткани в зависимости от применяемых ткацких методов. Использовались ткани с полотняным, саржевым и атласным переплетением, причем ткани с полотняным переплетением изготовлялись из двух типов полиэфирных волокон — отечественного и импортного производства. Как показали проведенные микросрезы тканей и их микрофотографии, структура этих волокон заметно различается и, очевидно, различаются их оптические свойства. Часть образцов тканей была специально изготовлена для целей данной работы в лабораториях НИИШелка.

Проведенные измерения размеров растровых точек на оттиске и его оптических плотностей позволили построить зависимости Б = Г(5отн.), которые сравнивались с аналогичными зависимостями, построенными по формуле Юла-Нильсена с различными значениями коэффициента п .Это сравнение показало, что светорассеяние в тканях (значение коэффицента п), как и следовало ожидать, существенно превышает светорассеяние в печатной бумаге. Величина светорассеяния зависит от типа переплетения ткани и от типа применяемых волокон. Для ткани с полотняным переплетением , изготовленной из импортных волокон с более компактной структурой самого волокна, светорассеяние наименьшее, хотя форма зависимости Б = ^Ботн.) уже несколько отличается от формы, даваемой формулой Юла-Нильсена. Частичное совпадение форм зависимостей наблюдается только в зоне больших оптических плотностей с кривой, име-

ющей п = 5. Ткань с полотняным переплетением, изготовленная из отечественных волокон, обладает менее гладкими волокнами и дает градационную характеристику с большей степенью отличия от уравнения Юла-Нильсена. В зоне больших плотностей ота характеристика приближается к кривой Юла-Нильсена с п, равным 8. Для тканей с саржевым и атласным переплетением зависимость Б = ^Ботн.) уравнением Юла-Нильсена не описывается. Форма полученных кривых характеризуется повышенным градиентом в светах и тенях репродукции при относительно пониженном градиенте средних полутонов. Для некоторых тканей (атласного переплетения) невозможно измерить величины относительных площадей растровых точек, так как структура ткани приводит к полному их разрушению Для этих тканей необходимо иметь зависимость оптической плотности на оттиске от Яотн. на печатной бумаге или даже фотоформе.

Еще одним фактором, который может влиять на зависимость Ю = ^Ботн.), является взаимодействие растровой структуры со структурой самой ткани. Такое взаимодействие может цавать муаровые картины, которые, как известно, характеризуются изменением оптической ппотности на равномерном поле. Было проведено экперимеитальное исследование муарообразова-ния вследствие взаимодействия растровой структуры и структуры ткани для описанных ранее 7 видов тканей. Показано, что наиболее склонна к муарообразованию ткань с полотнянным переплетением, что должно быть учтено при воспроизведении на этой ткани высокохудожественных изображений, например, репродукций картин. Рекомендован угол, прч котором следует наносить растровое изображение на ткань для уменьшения муа-рообразования. Явление муарообразования может использовать-

ся в текстильной промышленности для обогащения методов отделки тканей. Рекомендованы углы, дающие наибольшее муаро-образование.

На основе полученных данных, после осуществления стабилизации неуправляемых процессов, с применением метода цепи взаимосвязанных графиков проведены расчеты требуемых градационных характеристик растрового процесса для репродуцирования изображения с заданной желаемой кривой тоновоспроиз-ведения. Такие расчеты проведены для качественного воспроизведения тонового изображения на тканях всех исследованных структур. Эти расчеты позволяют рекомендовать режимы проведения градационного процесса в зависимости от используемого субстрата.

Для правильного воспроизведения градации в многоцветном процессе было проведено исследование условии соблюдения баланса по серому в сублимационной переводной термопечати. Для этого на основании оценки шкал цветового охвата выбрано соотношение размеров точек для всех трех красок, обеспечивающих нейтральность тона при наложении красок. Затем была создана специальная контрольная шкала, по которой проверялась нейтральность тона, и оценивались необходимые градационные характеристики цветоделенных изображений. Показано, что в отличие от обычных полиграфических красок, где баланс по-серому достигается не при некотором повышении количества голубой краски по сравнению с пурпурной и желтой, а при равенстве или даже некотором превышении количества пурпурной краски.

Отличие триады сублимационных красок по спектральным характеристикам от применяемых обычно в полиграфии красок

стандартных триад, а также существенное отличие поверхности носителя изображения, преобразование цвета в процессе термопереноса ставят вопрос о возможных отличиях цветоделитель-ного процесса от процесса, обычно применяемого в полиграфической репродукции для стандартных триад. Для потверждения этого предположения и для оценки цветоделительных характеристик и условий цветокоррекции были изготовлены шкалы цветового охвата на 2 образцах полиэтилентерефталатной пленки — прозрачном и матовом — и на вышеупомянутых 7 образцах тканей из разного волокна и с разной структурой переплетения. Фотоформы шкал были изготовлены на ЭЦМ, печать на промежуточном носителе в нормализованных условиях проводилась на малой листовой офсетной печатной машине "Доминант — 714". Для того, чтобы обеспечить термоперевод шкал с промежуточного носителя на субстрат в равных условиях для всей шкалы, использовался термопресс большого формата (до 350x450), специально изготовленный для этой цели на основе позолотного пресса.

Проведенная оценка цветового охвата для шкал изготовленного атласа показала, что существуют отличия как от шкал, отпечатанных на бумаге стандартными триадными красками, так и между шкалами на различных субстратах. На основе экспериментальных денситометрических данных, полученных анализом шкал цветового охвата, рассчитаны цветоделительные характеристики и параметры маскирования для нелинейного двухступенчатого маскирования, с выделением градационных характеристик масок отдельно по светам, теням, полутонам. Проведенные экспериментальные исследования с применением электронной цветоделительной машины выпуска Одесского завода поли-

графических машин показали, что эти параметры цветокоррекции возможно осуществить с ее применением. При этом условия цветокоррекции отличаются от тех, которые применяются для цветокоррекции при использовании в печатном процессе стандартной триады обычных полиграфических красок.

Проведенный комплекс исследований позволил разработать практические рекомендации по проведению процесса переводной термопечати, позволяющего осуществлять стабильное получение многоцветных тоновых изображений высокого качества. Получено значительное количество образцов репродукций как в экспериментальных целях, так и для практического применения.

Результаты работы использованы:

В Центральном научно-производственном объединении "Ленинец" (Санкт-Петербург) в составе технологического процесса переводной термопечати на синтетических материалах для изготовления товаров народного потребления; — в типографии малого предприятия "Кави"(Москва) в составе технологического процесса переводной термопечати, а именно: в производстве многокрасочных полутоновых изображений — репродукций с картин на синтетических тканях и оформлении переплетов книг; — в производственных условиях М П "Полиграф"(Омск) в составе технологического процесса сублимационной переводной термопечати при выпуске репродукций картин Шишкина "Рожь" на полиэфирной ткани с полотняным переплетением; В производственных условиях ТОО «Братья и К0» (Москва).

Выводы по работе:

1. На основе анализа методов получения изображений на ткани в качестве наиболее приемлемого для получения высококачественных многоцветных тоновых изображений на синтетических тканях и покрытиях выбран метод переводной термопечати сублимационными красками, с получением промежуточного изображения способом офсетной печати. Для обеспечения возможности стабильного получения репродукций высокого качества необходимо решить комплекс задач по стабилизации процесса, по выбору необходимых градационных и цветоделитель-ных характеристик процесса.

2. Проанализированы методы формирования оптимальных градационных характеристик, выбран метод решения задачи на основе цепи взаимосвязанных графиков. Проанализированы стадии процесса и задачи, возникающие при их стабилизации, учете и оптимизации.

3. Определены условия стабилизации стадий копировально-формного, печатного процесса, а также процесса термоперевода с промежуточного носителя на синтетический субстрат. Для оптимизации и стабилизации процесса термоперевода применен метод математического планирования эксперимента, найдены математические модели процесса в реальной области изменения факторов термоперевода.

4. Для оценки и учета преобразования растровых величин в значения оптических плотностей полутонового изображения проведены экспериментальные исследования этих преобразований для различных образцов синтетических пленок и тканей. Показано существенное влияние структуры поверхности и самого волокна на вид этого преобразования, его значительное отличие от вида, свойственного печати на бумаге.

18

5. Определены и рекомендованы необходимые градационные характеристики растрового процесса для одноцветной и многоцветной печати на синтетических поверхностях с различной структурой.

6. Определены параметры цветоделения и цветокоррекции для переводной термопечати сублимационными красками. Даны рекомендации по практическому проведению процесса на основе изготовленного атласа шкал цветового охвата из синтетических материалов с различной структурой.

7. Результаты работы использованы при изготовлении как экспериментальных образцов, так и для серийно выпускаемой продукции с высококачественными многоцветными тоновыми изображениями.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Буланов А.К., Андреев Ю.С., Шершнева И.В. Влияние структуры субстрата на качество переводной термопечати // Материалы Второй Всесоюзной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов отрасли.

"Книга, молодежь, перестройка" -М., 1990, с.41.

2. Буланов А.К., Андреев Ю.С., Сафонов A.B.

Влияние временного фактора на качество термопереведен-ного изображения на субстрат // Материалы 34-ой юбилейной научно-технической конференции профессорско-преподователь-ского состава, научных сотрудников и аспирантов, посвященной 60-летию МПИ-М, 1990, с .55.

3. Буланов А.К., Андреев Ю.С., Сафонов A.B. Градационная характеристика и светорассеяние для растровых изображений, полученных на различных тканях методом переводной термопечати. Журнал "Полиграфия-М., N 5,1992 г.