Московский государственный университет печати

Вартанян С.П.


         

Оптоэлектронные приборы и устройства в полиграфии

Учебное пособие


Вартанян С.П.
Оптоэлектронные приборы и устройства в полиграфии
Начало
Печатный оригинал
Об электронном издании
Оглавление

Предисловие

1.

Введение

1.1.

Историческая справка

1.2.

Взаимодействие фотонов и электронов

1.3.

Оптический диапазон

1.4.

Основные единицы измерения

2.

Элементная база оптоэлектронных приборов и устройств

2.1.

Оптоэлектронные приемники излучения

2.1.1.

Фоторезисторы

2.1.2.

Фотодиоды

2.1.3.

Фотоэлементы

2.1.4.

Фототранзисторы

2.1.5.

Фототиристоры

2.1.6.

Фотоэлектронные умножители

2.1.7.

Видиконы

2.1.8.

Сканисторы

2.1.9.

Фотодиодные линейки и матрицы

2.1.10.

Приборы с зарядовой связью

2.2.

Оптоэлектронные источники излучения

2.2.1.

Излучающие диоды

2.2.2.

Лазеры

2.2.3.

Источники свечения

2.3.

Оптические среды и эффекты в них

2.3.1.

Световоды

2.3.2.

Оптически активные среды

2.3.3.

Эффекты отклонения луча в оптических средах

2.3.4.

Жидкие кристаллы

2.3.5.

Среды, различающие цвет

3.

Типовые оптоэлектронные приборы и устройства

3.1.

Оптопары и оптроны

3.1.1.

Резисторные оптопары

3.1.2.

Диодные оптопары

3.1.3.

Транзисторные оптопары

3.1.4.

Тиристорные оптопары

3.2.

Преобразователи линейных и угловых перемещений

3.2.1.

Преобразователи линейных перемещений

3.2.2.

Преобразователи угловых перемещений

3.3.

Волоконно-оптические световоды, кабели, линии связи

3.4.

Приборы и устройства хранения информации

3.4.1.

Оптические диски с постоянной сигналограммой

3.4.2.

Оптические диски однократной записи

3.4.3.

Реверсивные оптические диски

3.5.

Индикаторы, экраны, дисплеи

3.5.1.

Индикаторы

3.5.2.

Экраны и дисплеи

4.

Оптоэлектронные компоненты издательской и полиграфической техники

4.1.

Оптоэлектронные компоненты вводных устройств

4.1.1.

Барабанные сканеры

4.1.2.

Планшетные сканеры

4.1.3.

Слайд-сканеры

4.1.4.

Листовые сканеры

4.1.5.

Ручные сканеры

4.1.6.

Устройства ручного ввода

4.1.7.

Модемы

4.1.8.

Цифровые камеры

4.1.9.

Оптические диски

4.2.

Оптоэлектронные компоненты выводных устройств

4.2.1.

Вывод на цифровую печать (computer-to-print)

4.2.2.

Вывод на фотопленку (computer-to-film)

4.2.3.

Вывод на печатную форму (computer-to-plate)

4.3.

Оптоэлектронные компоненты систем контроля и управления

4.3.1.

Системы лабораторного контроля

4.3.2.

Системы выборочного производственного контроля

4.3.3.

Системы машинного контроля

4.3.4.

Системы регулирования и управления

Заключение

Литература

Термины и определения

Глоссарий

Указатели
66   именной указатель
426   предметный указатель
94   указатель иллюстраций
47   указатель компаний
Рис. 4.1. Вариант классификации вводных устройств Рис. 4.2. Принцип действия барабанного сканера и его оптоэлектронные компоненты Рис. 4.3. Схема устройства планшетного сканера Рис. 4.4. Устройство листового сканера Рис. 4.5. Принцип действия ручного сканера и его оптоэлектронные компоненты Рис. 4.6. Устройство манипулятора «мышь» Рис. 4.7. Координатная рамка электронно-оптической клавиатуры Рис. 4.8. Схематическое устройство цифрового фотоаппарата Рис. 4.9. Схема цифровой печатной машины фирмы INDIGO Рис. 4.10. Схема оптоэлектронных элементов рекордера серии Linotronic Рис. 4.11. Конструкция фотонаборной светоматричной машины «ФС 300» Рис. 4.12. Конструкция лазерного формного аппарата «Гранат 530» Рис. 4.13. Цветовая диаграмма xy с примерными полями цветового охвата дисплея и оттиска Рис. 4.13. Цветовая диаграмма xy с примерными полями цветового охвата дисплея и оттиска Рис. 4.14. оптическая схема головки денситометра Рис. 4.15. Оптическая схема спектрофотометра Рис. 4.16. Схема фотоголовки машинного денситометра Рис. 4.17. Схема стробоскопической видеосистемы Рис. 4.18. Схема оптоэлектронных компонентов системы динамического контроля изображения Рис. 4.19. Спектральные характеристики пропускания ИК-излучения слоем воды (1) и излучения сравнительного (2) и измерительного (3) источников и схема измерения толщины пленки влаги на форме Рис. 4.20. Схема оптоэлектронных компонентов системы управления бумагорезальной машины Рис. 4.21. Системы боковой и продольной приводки полотна перед фальцаппаратом

Современные компьютерные и оптоэлектронные аппаратные средства, подкрепленные постоянно совершенствующимся программным обеспечением, активно влияют на развитие полиграфических технологий. С успехом работают типографии, в которых традиционное полиграфическое оборудование (а следовательно, и реализовывавшиеся на нем классические технологии полиграфического репродуцирования) практически полностью уступило место электронной технике и цифровым технологиям, позволяющим тиражировать многокрасочные высококачественные издания со стабильностью и идентичностью, труднодоступными в обычных условиях. В подавляющем большинстве типов новейших полиграфических машин и аппаратов применяются те или иные оптоэлектронные компоненты, зачастую определяющие основные технические характеристики этого оборудования. Конструкции и параметры таких устройств рассматриваются в данной главе.

Исходя из сложившейся классификации используемых в полиграфии электронных систем, к многочисленному классу вводных устройств (рис. 4.1Рис. 4.1. Вариант классификации вводных устройств), предназначенных для оцифровки оригиналов с целью ввода информации в компьютер, относятся разнообразные аппараты, в основе действия которых заложено использование оптоэлектронных компонентов. В зависимости от характера оригинала, типа выводного устройства, требований к качеству репродукции и другим ее физическим параметрам (размеры изображения, состояние поверхности и т.п.), а также экономических показателей издания может быть выбран тот или иной аппарат. Оцифрованное изображение сегодня можно ввести в компьютер, используя:

  • Сканер барабанныйбарабанный сканер;

  • Сканер планшетныйпланшетный сканер;

  • Слайд-сканерслайд-сканер;

  • Сканер ручнойручной сканер;

  • Сканер листовойлистовой сканер;

  • Фотоаппарат цифровойцифровой фотоаппарат;

  • Видеокамеравидеокамеру (с возможностью передачи единичного кадра);

  • Компакт-диск оптическийоптический компакт-диск;

  • манипулятор Мышьмышь или другое средство управления курсором на экране монитора (в частности, Планшет графическийграфический планшет), позволяющие редактировать (и создавать) оригиналы в технике компьютерной графики.

Изображение, наконец, может быть получено из отдаленного пункта передачи по каналам связи. Об этом следует упомянуть, так как в определенных условиях такой канал может оказаться единственным средством срочной доставки изображения издателю. Попутно можно отметить, что сам канал может быть оптоволоконным, а для канала связи естественным сканером служит и офисный Факсфакс, также содержащий оптоэлектронные компоненты. Однако качество изображения (даже черно-белого), переданного по факсу, пока не соответствует требованиям полиграфии. Поэтому можно ограничиться рассмотрением оптоэлектронных компонентов устройств из приведенного перечня.

Всего несколько лет назад профессионалы-полиграфисты для высококачественного репродуцирования не имели альтернативы Сканер барабанныйбарабанным сканерам. Только с их помощью можно было приблизиться к разрешающей способности приличного слайда. Изображение, снятое даже узкопленочным фотоаппаратом, может содержать более 20 млн. пикселов в 35-миллиметровом кадре (при размере зерна 5-7 мкм), что соответствует разрешающей способности сканера в пределах 4000-5000 пикселов/дюйм (150-200 точек/мм).

Среди отечественных пользователей барабанных сканеров наиболее популярна продукция фирм Crosfield ElectronicsCrosfield Electronics (Великобритания), Linotype-HellLinotype-Hell (ФРГ), появившихся на нашем рынке с 1960-х годов, а также Dainippon ScreenDainippon Screen (Япония). В последнее время российские потребители приобретают и барабанные сканеры американских фирм OptronicsOptronics, HowtekHowtek и др.

Отечественный цветоделитель-цветокорректор (прообраз барабанного сканера) был разработан еще в начале 60-х годов во ВНИИ полиграфии под руководством Файнберг И.С.И.С. Файнберга и Солнцев И.А.И.А. Солнцева. По результатам этой работы ленинградским производственным объединением Красная заря«Красная заря» были изготовлены промышленные образцы электронных цветоделителей-цветокорректоров ЭЦК. Для удовлетворения потребности отечественной полиграфии в подобных устройствах в 70-х годах была начата работа во ВНИИПолиграфмаше под руководством Боглаев Л.И.Л.И. Боглаева и Вдовин В.Г.В.Г. Вдовина по освоению производства лицензионной цветоделительной машины ЭЦМ. Производство таких машин по лицензии немецкой фирмы Rudolf HellRudolf Hell было налажено в начале 80-х годов на Одесском заводе полиграфических машин.

Принцип действия барабанных сканеров (рис. 4.2Рис. 4.2. Принцип действия барабанного сканера и его оптоэлектронные компоненты) заключается в поэлементном считывании светового сигнала от изображения-оригинала с помощью оптической фотоголовки, где в качестве фотоприемников, как правило, используются фотоэлектронные умножители. Вращением барабана обеспечивается развертка изображения «по строке», а перемещением фотоголовки вдоль барабана - развертка «по кадру». Минимальный размер считываемого элемента может доходить до 5-7 мкм, т.е. практически до размера зерна фотопленки, что обеспечивает высокую разрешающую способность барабанных сканеров. Понятно, что световой сигнал от столь малого элемента будет невелик, а к этому еще добавляется требование различать более 256 градаций по уровню этого сигнала. В цветных сканерах также необходимо иметь высокую чувствительность фотоприемника к излучениям во всем видимом диапазоне спектра. И, естественно, фотоприемник должен быть практически безынерционным, поскольку сканирование оригиналов даже большого формата не может занимать много времени.

Всем этим жестким требованиям лучше других приемников излучения отвечают фотоумножители. Но высококачественный барабанный сканер из-за тонкой оптики, точной механики и сложной электроники стоит довольно дорого, поэтому круг потребителей этих устройств ограничен. Как правило, это репроцентры и издательства, выпускающие богато иллюстрированные журналы, альбомы и книги, имеющие постоянно большой объем сканирований цветных оригиналов в отраженном и проходящем свете (с позитивов и негативов), репродуцируемых на большой формат.

Для таких потребителей приемлем высококлассный барабанный сканер со сменными цилиндрами, оснащенный собственным бортовым компьютером и программным обеспечением. Такой сканер часто обладает искусственным интеллектом (AI-artifical intelligence) ссылка на источники литературы, принимающим на себя отдельные функции интеллекта человека, выбирая и реализуя оптимальные решения на основе ранее полученного опыта и рационального анализа условий сканирования. Он может осуществлять необходимые коррекции и преобразования в самом процессе сканирования (на лету - on the fly): нерезкое маскирование (USM - unsharp masking), преобразование цветовых параметров из RGB (Red-Green-Blue) в CMYK (Cyan-Magenta-Yellow-Key), вычитание цветных красок из-под черной (UCR - Under Color Removal) и т.п.

К несомненным достоинствам таких сканеров относятся высокая разрешающая способность (5000-8000 пикселов/дюйм и более), широкий диапазон масштабирования (от 10 до 3000% с шагом 0,1%), возможность сканирования оригиналов от малых (35-миллиметровые слайды) до больших размеров (500×600 мм и более), солидная глубина цвета (до 48 бит, по 16 бит на каждый цветовой канал), хороший динамический диапазон оптических плотностей (4,0 D). Безусловно, столь дорогое и сложное оборудование требует обслуживания операторами высшей квалификации и существенных постоянных затрат на поддержание техники в рабочем состоянии.

Развитие компьютерных издательских систем сделало доступной для широкого круга потребителей область обработки цветных изображений с целью последующего полиграфического репродуцирования. Появился спрос на недорогие вводные устройства, и эту нишу заполнили настольные барабанные сканеры. По многим техническим параметрам (разрешающая способность до 8000 ppi, динамический диапазон оптических плотностей до 4,0 D и глубина цвета 30-36 бит или 10-12 бит на каждый цвет) они мало чем отличаются от описанных выше высококлассных, но стоят значительно дешевле и более приспособлены к работе с открытыми компьютерными системами (такими, как IBM PC), а также с ориентированными на издательскую продукцию Apple Macintosh. Настольный вариант барабанного сканера имеет ограничения по формату оригиналов (примерно 250×300 мм) и более скромное программное обеспечение, так как ориентирован на универсальные (в смысле аппаратной совместимости) компьютерные программы обработки изображений типа Adobe Photoshop. Эти сканеры стали незаменимы для многих издательств и типографий, рекламных агентств и сервис-бюро, имеющих короткий производственный цикл.

Сканер планшетныйПланшетные сканеры отличаются от барабанных более простой конструкцией и удобством эксплуатации. В качестве фотоприемника (рис. 4.3Рис. 4.3. Схема устройства планшетного сканера) в них, как правило, используются ПЗС-линейки. Строчная развертка обеспечивается естественным для ПЗС электронным способом (см. гл. 2), а кадровая - линейным перемещением каретки с оптоэлектронными компонентами вдоль оригинала. Такая схема сканера позволяет применить не очень сложную механику.

Одним из несомненных достоинств планшетных сканеров является простота запуска в работу. При автоматизированной (пакетной) обработке планшетный сканер может обрабатывать десятки оригиналов подряд, не требуя вмешательства оператора. Кое в чем планшетные сканеры просто незаменимы. Например, сканирование оригиналов на толстой, жесткой или плохо гнущейся основе совсем невозможно осуществить на устройстве барабанного типа.

Современные высококлассные планшетные сканеры имеют очень близкие к барабанным технические данные: разрешающая способность 5000 ppi и более, динамический диапазон оптических плотностей до 3,9 D, максимальный формат оригинала около 300×400 мм, диапазон масштабирования 20-2400%, глубина цвета 36 бит (12 бит на цветной канал в RGB), возможность сканирования прозрачных (позитив или негатив) и непрозрачных оригиналов. К тому же они имеют высокую производительность - 10-12 оригиналов/ч (формата 100?125 мм) или, если оригиналами служат 35-миллиметровые слайды, 20 сканирований в час. Такими характеристиками обладают, например, планшетные сканеры фирмы ScitexScitex (Израиль), одного из лидеров производства подобных устройств. Обеспечивая приемлемое качество на уровне настольных барабанных сканеров, обладая эффективной производительностью и простотой обслуживания, они привлекательны для широкого круга издательств, производителей мультимедийных продуктов и рекламных агентств.

По данным фирмы Х.Г.С.-Центр«Х.Г.С.-Центр» ссылка на источники литературы можно ознакомиться с техническими характеристиками современных планшетных и барабанных сканеров. Чтобы при сопоставлении не задеть интересы того или иного производителя, приводятся данные по сканерам, выпускаемым одной и той же фирмой (Dainippon ScreenDainippon Screen).

Вид сканера    планшетный планшетный барабанный барабанный
Тип сканера     FT-S700 FT-S 500 DT-S1030AI DT-S1045AI
Фотоприемник    3-линейная цветная ПЗС 3-линейная цветная ПЗС 4ФЭУ (четвертый для нерезкого маскирования) 3 ФЭУ (цифровое маскирование)
Формат оригиналов   от 35 мм до 127×127 мм от 35 мм до   260×432 мм до 254×305 мм до 432×305 мм
Масштаб    15-1700% 20-1700% 33-1733% 33-2500%
Разрешение    1150 dpi до 2630 dpi до 5200 dpi до 8000 dpi
Диапазон оптических плотностей до 3,6 D до 3,6 D до 3,9 D до 3,9 D
Скорость вращения барабана - - от 300 до 1200 об/м от 150 до 1200 об/м
Скорость сканирования   1 слайд за 70 с 10 оригиналов (4×5 дюйм)/ч - -
Габаритные размеры, мм    360×530×200 340×1030×690 905×230×455 1095×1240×590
Масса, кг   23 100 45 160

Если издательство работает с 35-миллиметровыми слайдами как основным типом оригиналов или его по каким-либо причинам устраивает оцифровка слайдов на отдельном (более простом и недорогом) устройстве, вопрос может быть решен в пользу профессионального слайд-сканера. Слайд-сканер Слайд-сканер можно рассматривать как упрощенный вариант планшетного сканера, специализированный для сканирования фотокадров (слайдов), закрепленных в индивидуальных рамках или плоских футлярах (для последовательного сканирования нескольких слайдов). Такие сканеры обеспечивают динамический диапазон оптических плотностей 3,0-3,7 D, имеют разрешающую способность 2000-3000 ppi, глубину цвета до 12 бит на цветной канал.

К слайд-сканерам такого уровня можно отнести, например, устройство KODAK Professional RFS 2035 Plus ссылка на источники литературы со скоростью сканирования 35-миллиметровых слайдов - 40 с на слайд при разрешении 2000 ppi и 11 с при 1000 ppi. Фотоприемником является ПЗС-матрица на 2048×3072 пиксела (элементов изображения), что позволяет осуществлять полностью электронное сканирование с вытекающими из этого достоинствами, отмеченными для Сканер планшетныйпланшетных сканеров.

Пленочные сканеры низкого уровня обеспечивают глубину 8 бит на цвет, динамический диапазон 2,2-2,8 D, что для ряда пользователей может быть вполне приемлемым, так как большинство слайдов имеют оптическую плотность порядка 2,8-3,0 D.

В некоторых случаях в издательствах применяются Сканер листовойлистовые сканеры для оцифровки оригиналов формата А4, которые могут оснащаться автоподатчиками листов. Они снабжены роликовым (или подобным) протяжным механизмом (рис. 4.4Рис. 4.4. Устройство листового сканера), при этом сканирование осуществляется ПЗС-линейкой по мере продвижения листа через сканер. Достоинством таких сканеров является простота обслуживания, малые размеры и масса, невысокая стоимость. Например, листовой сканер Page Partner фирмы PrimaxPrimax, формата А4, имеет оптическое разрешение 300×600 dpi, глубину цвета 24 бит (8 бит на цвет) и скорость сканирования 10 с на страницу. Такие сканеры, хоть и не имеют существенного значения для полиграфии, могут быть полезны для малых типографий и дизайн-центров, где листовые оригиналы (в частности, наброски, эскизы) могут служить основой для последующей творческой работы - компьютерной графики ссылка на источники литературы.

Достаточно специфичным видом плоскостных сканеров можно считать Сканер ручнойручные сканеры, строчная развертка в которых также осуществляется ПЗС-линейкой, а развертка по кадру выполняется продвижением сканера вручную по поверхности оригинала (рис. 4.5Рис. 4.5. Принцип действия ручного сканера и его оптоэлектронные компоненты). Валик сканера вращает кодовый диск (с чередующимися щелями и перегородками), пересекающий оптическую ось оптопары «светодиод-фотодиод». Число щелей по окружности диска определяет разрешающую способность сканера в направлении его перемещения. Контролируемая полоса оригинала освещается от линейки светодиодов (аналогичный источник используется и в листовых сканерах), расположенной вдоль просмотрового отверстия.

Ручной сканер может решить задачу оцифровки там, где бессильны более профессиональные устройства: просканирует рисунок из древней книги, снимет узор с гобелена или обивочной ткани, оцифрует текстуру мебельного покрытия и может оказаться полезным в других нестандартных ситуациях, которые возникают в творческой деятельности художников, дизайнеров, искусствоведов, ориентированных на печать ссылка на источники литературы.

К устройствам ручного ввода относятся в первую очередь штатная Клавиатураклавиатура компьютера и манипулятор Мышьмышь (все иллюстрации этой книги созданы в графическом редакторе Paintbrush с помощью мыши, а пояснительные надписи в той же программе могут набираться с помощью клавиатуры). Если снять крышку с мыши, столь привычного и как будто немудреного устройства, то и там можно найти оптоэлектронные компоненты (рис. 4.6Рис. 4.6. Устройство манипулятора «мышь»).

Движения руки оператора отслеживает катающийся по коврику обрезиненный шар, к поверхности которого прижаты два ролика. Их оси расположены горизонтально во взаимно перпендикулярных направлениях. При перемещении манипулятора любая траектория мыши разлагается через вращение этих роликов на две ортогональные составляющие, преобразуемые в смещение курсора на экране дисплея по горизонтали и вертикали. На оси каждого ролика укреплен (как и в предыдущем случае) кодовый диск с прорезями, который перекрывает оптические оси соответствующих оптопар. Для определения направления вращения при каждом диске используются две Оптопараоптопары (см. пояснения к преобразователю угловых перемещений IRC-111 в разд. 3.2.2).

Клавиши традиционных компьютерных клавиатур, как правило, управляют срабатыванием механических контактов или герконов (герметизированных контактов), но в последние годы все чаще в различных устройствах (пультах управления полиграфических машин в частности) находят применение сенсорные (а также псевдосенсорные) клавиатуры, основанные на различных принципах действия, в том числе и на основе оптоэлектронных компонентов. В качестве примера может быть рассмотрен принцип действия электронно-оптической клавиатуры (ЭОК), разработанный специалистами ВНИИПолиграфмаша в рамках проекта создания печатно-отделочной линии ссылка на источники литературы.

Конструктивно клавиатура состоит из координатной рамки (рис. 4.7Рис. 4.7. Координатная рамка электронно-оптической клавиатуры) интерфейсной платы. Клавиатура разработана в двух вариантах - экранном (рамка закрепляется перед экраном компьютерного дисплея, а интерфейсная плата вставляется в свободный слот компьютера) и пультовом (рамка размещается на лицевой панели пульта управления той или иной полиграфической машины, а плата - внутри пульта). Собственно оптоэлектронной является координатная рамка клавиатуры.

По периметру рамки в ее корпусе расположены линейки чередующихся излучающих ИК-диодов и фототранзисторов, образующих оптопары с противолежащими элементами. Оптические оси оптопар, расположенных во взаимно перпендикулярных направлениях, создают в проеме рамки невидимую для глаз координатную сетку. Если оператор введет палец в любое из перекрестий, то логическая схема интерфейсной платы определит, какая горизонтальная и вертикальная ось оказалась перекрытой. Соответствующие сигналы могут быть преобразованы в команды управления. За рамкой, проем который защищен прозрачным стеклом, может быть помещен клавишный трафарет (в пультовом варианте) или экранный кадр с набором функциональных клавиш любого назначения, центры которых размещаются в перекрестьях оптических осей оптопар. Клавиатурный набор (или экранные кадры) можно менять в зависимости от управляемого оборудования или схем управления. Таким образом получается многофункциональная клавиатура, адаптируемая к любым производственным условиям, поскольку является герметичной, бесконтактной, удовлетворяющей самым жестким требованиям техники безопасности.

Планшет графическийГрафические планшеты обладают (по информации фирмы WacomWacom) сходным с вышеописанным принципом действия, только вместо оптических осей в координатной сетке планшетов используются проводнички, по которым в Режим мультиплексныймультиплексном режиме пропускаются электрические колебания определенной частоты, а в качестве указки оператор использует электронную «ручку», также генерирующую колебания. В результате интерференции двух электромагнитных волн детектором колебаний выявляются проводнички, вблизи которых находится в данный момент острие «ручки» оператора. Впрочем, это устройство не является оптоэлектронным и подробности его работы здесь не рассматриваются.

Практически самым доступным средством введения информации в компьютерную систему является Модем модем (модулятор-демодулятор). Источником информации (не только текстовой, но и иллюстрационной) в этом случае может быть как передающее устройство собственного корреспондентского пункта издательства, так и глобальная компьютерная сеть InternetInternet ссылка на источники литературы. Говоря популярно ссылка на источники литературы, для получения информации по Internet необходимы: компьютер, модем, договор с Провайдерпровайдером (компанией, подключающей компьютер клиента к сети) и программное обеспечение. Модем при этом является устройством для подключения компьютера к телефонной сети и выполнения правил обмена данными между компьютером абонента и сетью. Он может быть выполнен в виде платы, вставляемой в процессорный блок компьютера, или отдельным блоком («внешний модем»), соединяющимся с компьютером через разъем.

Многие издательства, особенно периодической печати, обзаводятся собственной «страницей» (следует заметить, что этот термин перекочевал из полиграфического лексикона в телекоммуникационный и легко там прижился в Internet, и пользователь может, не покупая ту ли иную газету или журнал, знакомиться с содержанием помещенных там материалов через «всемирную паутину» (начальные знаки индекса держателя «страницы»: www являются аббревиатурой английского word wide web - всемирная паутина).

Через модем в компьютер издательства могут передаваться фотографии с места событий. Хороший цифровой фотоаппарат в этом случае объединяет функции сразу нескольких устройств - собственно фотоаппарата (съемка изображения), цветоделителя (цвет сразу записывается в R, G, B-составляющих), аналого-цифрового преобразователя и запоминающего устройства (хранение кадров в виде цифровых файлов). Нетрудно заметить, что в определенном смысле репортер получает фотоаппарат и сканер в одной компактной упаковке.

Первые Фотоаппарат цифровойцифровые фотоаппараты появились как нечто промежуточное между традиционным фотоаппаратом и видеокамерой. Так, один из первых цифровых аппаратов фирмы CanonCanon RC-560 ссылка на источники литературы был назван Still Video Camera (still по-английски означает «спокойный», «неподвижный», а still picture - фотоснимок). От классических фотоаппаратов цифровые унаследовали прекрасную оптику (включая узлы диафрагмирования) и затвор, а от видео - многоэлементный фотоприемник, как правило, ПЗС-матрицаПЗС-матрицу. Устройство цифрового фотоаппарата схематично представлено на рис. 4.8Рис. 4.8. Схематическое устройство цифрового фотоаппарата.

Помимо упомянутых элементов аппарат содержит зональные светофильтры, электронную плату управления, блок памяти и узел автономного электропитания (батарейный или аккумуляторный). Профессиональные репортерские (еще их называют «полевые») цифровые фотоаппараты можно разделить на два типа - с одной ПЗС-матрицей и с тремя ПЗС-матрицами. В аппаратах первого типа все составляющие (R, G, B) цвета воспринимаются фоточувствительными ячейками одного ПЗС, для чего перед матрицей устанавливается пленочный светофильтр с построчными или мозаичным (сотовым) чередованием R- G- или В-фильтров (перед каждой микроячейкой - свой микроскопический зональный светофильтр). Пробелы информации между ячейками одного цветовосприятия восполняются алгоритмически интерполяцией данных, снятых в соседних ячейках. В фотоаппаратах с тремя матрицами перед каждой из них ставится свой зональный светофильтр (R, G или В) и все ячейки одной матрицы снимают информацию об одном компоненте цвета проецируемого на фотоприемник изображения.

Профессиональные фотоаппараты имеют мегапиксельные (число ячеек более 1 миллиона) ПЗС-матрицы, снабжены хорошими механизмами ручной (наряду с автоматической) фокусировки и экспонирования. Они, как правило, конструируются на базе 35-миллиметровых профессиональных зеркальных аппаратов с широким набором сменных объективов. Для аппаратов большого формата выпускаются цифровые приставки.

В качестве примера можно привести характеристики цифрового фотоаппарата Kodak Professional DCS 620 ссылка на источники литературы: зеркальный фотоаппарат на платформе камеры F5 компании NikonNikon содержит двухмегапиксельную (1736×1160) ПЗС-матрицу, обеспечивающую 36-разрядный цвет. Память на PC Card может хранить до 6 Мбайт информации о снятых изображениях. Скорость съемки составляет 3,5 кадра в секунду, и в этом режиме можно сделать 12 снимков подряд (попутно следует заметить, что в некоторых фотоаппаратах, например Nikon Coolpix 300, закладывается возможность съемки со скоростью 30 кадров в секунду видеофрагментов объемом до 132 изображений, с записью звука, т.е. на новом витке спирали развития цифровой фотоаппарат осваивает функции видеокамеры ссылка на источники литературы; другой функцией, также первоначально появившейся у видеокамер, а теперь зачастую реализуемой и в фотоаппаратах, например Kodak DCS 560 ссылка на источники литературы, является возможность представления снимаемого кадра на встроенном в аппарат небольшом цветном жидкокристаллическом дисплее). Чувствительность может изменяться в диапазоне от 200 до 1600 единиц ISO. DCS 620 совместим со всеми объективами и принадлежностями компании Nikon.

Информацию о студийных и полупрофессиональных цифровых фотоаппаратах можно получить в материалах по этой тематике ссылка на источники литературы, публикуемых в специализированных изданиях по полиграфии.

Здесь же следует отметить, что фирмы-производители цифровых видеокамер встраивают в некоторые модели селекторное устройство, позволяющее использовать камеру как цифровой фотоаппарат ссылка на источники литературы. К таким камерам относится Sony DCR-VX 1000E или Panasonic NV-DX1, с трехчиповыми ПЗС, позволяющими снимать фотокадры с разрешением 768?576 пикселов.

Если по каким-либо причинам издательству недоступна съемка представляющего интерес объекта, оно может найти нужное изображение среди тематических подборок (называемых также библиотеками, о чем см., например, ссылка на источники литературы), широко распространяемых на Компакт-диск оптическийоптических компакт-дисках, таких, как Photo-CD ссылка на источники литературы. Фирма KodakKodak разработала стандарт форматов записи Photo-CD, который предусматривает размещение на одном диске до 100 изображений, записанных (техника записи и считывания рассмотрена в разд. 3.4.1) с основным разрешением 768×512 пикселов, кроме того, с разрешениями, отличающимися от основного по числу пикселов в 4 и 16 раз в меньшую и большую сторону (192×128, 384×256, 1536×1024, 3072×2048), а максимальное разрешение в формате Master Photo-CD достигает 64-кратного (6144×4096) повышения количества элементов изображения относительно базового. Такой представительный диапазон может практически удовлетворить требования, предъявляемые к иллюстрациям любого издания - от газетных и книжно-журнальных до высокохудожественных.

В связи с рассматриваемой темой, связанной с носителями информации на оптических дисках, резонно упомянуть о широко обсуждаемых в настоящее время возможностях уже появившихся новых носителей, обозначаемых аббревиатурой DVD (digital versatile disc - универсальный цифровой диск ссылка на источники литературы).

Оптические пятидюймовые DVD-дискDVD-диски очень похожи на диски CD-ROMCD-ROM, но позволяют хранить гораздо больший объем данных. Емкость первого поколения DVD-дисков составляет 4,7 Гбайт. Чтобы вместить такой объем информации, в DVD-дисках используются ячейки меньшего размера, располагающиеся благодаря этому плотнее, чем в CD-ROM. Достигается это за счет применения лазера с меньшей длиной волны. Кроме того, в DVD-дисках реализована возможность использования двух уровней плоскости диска для записи данных. После того как считываются данные с первого уровня, мощность лазера немного увеличивается и можно прочесть информацию со второго слоя. Двухслойный односторонний DVD-диск может вмещать уже 8,5 Гбайт, а двухслойный двусторонний - до 17 Гбайт информации. DVD-RAM - перезаписываемые диски, рассчитанные на однослойную одностороннюю запись, могут вместить до 2,6 Гбайт информации ссылка на источники литературы.

Введенная в компьютерную систему информация об изображении подвергается тем или иным преобразованиям (редактируется), компонуется с текстовыми и графическими фрагментами будущего издания (верстается). При этом оператор постоянно контролирует результаты своих действий по изображению на экране монитора. Кроме того, на допечатной стадии время от времени возникает необходимость (особенно при обработке цветных иллюстраций) оперативной проверки промежуточных результатов путем вывода изображений на тот или иной вид принтеров или цветопробных устройств.

В литературессылка на источники литературы рассматриваются три варианта вывода оттисков цветопробы из компьютерных систем. Первый - цветопроба осуществляется непосредственно после сканирования и цветокоррекции (наиболее экономичный и оперативный вариант). Второй - изготовление оттисков цветопробы с окончательно сверстанных полос издания, но до вывода фотоформ (этот вариант позволяет оценить цветовое решение полосы в целом, цветовую совместимость находящихся рядом изображений). Третий - получение оттиска цветопробы непосредственно с фотоформ (наиболее дорогой - например, оттиск, полученный на устройстве Cromalin, стоит несколько десятков долларов, не говоря уж о случаях, когда по результатам цветопробы возникает необходимость переделки комплекта фотоформ). Наконец рассматривается вариант (пока редкий для наших условий) с использованием цифровых печатных машин - при этом получается оттиск, полностью адекватный тиражному, если намечено печатать тираж на этой машине.

Многие принтеры, нередко применяемые в качестве цветопробных устройств, используют электрографический способ печати. Будучи широко распространенным, он постоянно совершенствовался и нашел, пожалуй, наиболее оригинальное технологическое и конструктивное выражение в цифровых печатных машинах фирмы INDIGOINDIGO ссылка на источники литературы.

Главным отличием Цифровая печатная машинацифровой печатной машины от Принтер лазерныйлазерного принтера, также использующего принцип электрографии, является производительность. Если в цветных лазерных принтерах она оценивается единицами оттисков в минуту, то у цифровых печатных машин производительность на порядок выше - до 1000 полноцветных оттисков формата А3 в час. Достигается это благодаря многоэлементным лазерным или светодиодным излучателям, высокому быстродействию и все возрастающим объемам оперативной памяти компьютерной техники.

Схема цифровых печатных машин INDIGO серии E-Print (1000+, Pro, TurboStream) представлена на рис. 4.9Рис. 4.9. Схема цифровой печатной машины фирмы INDIGO. Скрытое электрографическое изображение формируется на предварительно заряженном до потенциала -800 В формном цилиндре с помощью лазерного экспонирующего устройства. Для обеспечения высокой скорости записи информации (200 Мбит/с уже на первых моделях E-Print 1000, в то время как скорость записи в лазерном принтере составляет 2-25 Мбит/с) разработана оригинальная пишущая головка с четырьмя лазерами ссылка на источники литературы. Под действием лазерного луча засвеченные участки разряжаются до потенциала -100 В.

Для проявления скрытого изображения между формным и проявляющим цилиндром (заряженным до потенциала -400 В) впрыскивается суспензия краски (Electroink) с носителем (маслоподобной жидкостью). Заряженные частички краски в зазоре между цилиндрами перемещаются в сторону большего потенциала, прилипая в участках скрытого изображения к формному цилиндру (потенциал -100 В больше, чем -400 В), а в пробельных - к проявляющему (-400 В больше, чем -800 В). В результате на формном цилиндре за каждый оборот формируется проявленное краской изображение, которое переносится на офсетный цилиндр (нагретый до 140°, что способствует сплавлению частичек краски в однородную мягкую пленку) и с него на бумагу. Благодаря особым свойствам краски и офсетного полотна осуществляется 100%-ный перенос краски на бумагу, поэтому офсетный цилиндр не требует очистки.

Особенности технологии позволяют последовательно наносить на оттиск краски всех цветов (до шести), благодаря чему печать многокрасочной продукции осуществляется в одной печатной секции (экономятся производственные площади, электроэнергия, конструкционные материалы и проч.). Возможность формирования в каждом цикле печати нового изображения на форме открывает в принципе перспективу печатания многостраничного цветного издания «за один прогон». Это сокращает производственный цикл, снимает проблемы складирования полуфабрикатов (в типографиях часто все проходы забиты поддонами с отпечатанными тетрадями в ожидании еще не отпечатанных тетрадей издания). Таким образом, применение новейших достижений оптоэлектроники и компьютерной техники создает новые возможности в организации производства.

Благодаря общей технологической базе изготовления компьютерных микросхем и оптоэлектронных приборов компоненты этих технических средств хорошо совмещаются и прекрасно взаимодействуют друг с другом. Удачное сочетание «компьютер - оптоэлектронный прибор» способствовало рождению новых полиграфических технологий, получивших схожие между собой наименования: computer-to-print (или computer-to-paper), computer-to-press (direct imaging), computer-to-plate, computer-to-film (пояснения этих терминов даны в глоссарии). Во всех случаях информация из компьютера в виде битового массива (bit-map) выводится на тот или иной носитель (пленку, форму, бумагу) с помощью оптоэлектронной системы записи (лазерной, светодиодной и т.п.). Справедливости ради следует сказать, что есть и другие способы вывода информации из компьютера - струйный, термосублимационный, магнитографический и другие, но они не входят в круг рассмотрения данной книги.

Рассмотренный пример цифровой печати на INDIGO E-Print реализует технологию вывода computer-to-print, пригодную для малотиражной продукции - ориентировочно от одного до 1000 экземпляров (хотя можно отпечатать и 15000 экземпляров: например, журнал PUBLISH отпечатал на машине цифровой печати Xerox DocuColor 40 цветные текстовые вкладки с полями сменной информации на каждом экземпляре тиражом 10000 экз. - см. PUBLISH № 9 за 1998 г.).

Для тиражей большего объема, как правило, готовят комплекты фотоформ или печатных форм.

Технология computer-to-film ближе к традиционной полиграфии, так как она эволюционировала от аналоговых цветоделителей-цветокорректоров с «долазерными» источниками света. Это были, как правило, устройства барабанного типа, у которых на одном валу вращались цилиндры анализа и синтеза. Компьютерная техника позволила отделить рекордер от сканера, и появилось целое поколение записывающих устройств, лидерами производства которых были упоминавшиеся в начале данной главы фирмы (см. разд. 4.1.1).

В качестве примера использования оптоэлектронных компонентов в устройствах вывода на пленку можно рассмотреть схему рекордера серии Linotronic немецкой фирмы Linotype-HellLinotype-Hell ссылка на источники литературы, приведенную на рис. 4.10Рис. 4.10. Схема оптоэлектронных элементов рекордера серии Linotronic. Поскольку фотопленки имеют высокую чувствительность к свету, пучок лазерного излучения расщепляется на восемь лучей с помощью полупрозрачных зеркал и каждый луч модулируется индивидуально, что позволяет одновременно вести запись по восьми дорожкам (половина растрового квадрата). При разрешении 3250 точек/дюйм диаметр светового пятна на форме от одного луча составляет всего 8 мкм. Для точного позиционирования световых лучей столь малых сечений передача оптических сигналов от модуляторов к записывающей головке осуществляется с помощью разветвленного световода с упорядоченной укладкой волокон.

Наряду с барабанной конструкцией записывающих устройств, требующих закрепления листа фотопленки на поверхности цилиндра, в последнее время привлекают внимание рекордеры, имеющие конструкцию типа capstan, в которых используется рулонная пленка, разматываемая в плоское состояние для построчной записи изображения и далее либо передаваемая сразу в проявочную машину, либо вновь сворачиваемая в рулон приемной кассетой. Подобные рекордеры с проявкой производит, например, фирма Dainippon ScreenDainippon Screen ссылка на источники литературы. В модели FT-R3035A выводного устройства этой фирмы экспонирование осуществляется лазерным диодом на длине волны 633 нм с разверткой многогранным зеркалом на ширину фотоматериала до 406 мм и разрешением от 1000 dpi (при скорости записи 1463 мм/мин) до 3000 dpi (при 163 мм/мин).

Примером отечественной разработки в данной области может служить фотонаборная светоматричная машина ФС 300, созданная специалистами АО «НИИПолиграфмаш» ссылка на источники литературы под руководством Богомолов В.Г.В.Г. Богомолова (рис. 4.11Рис. 4.11. Конструкция фотонаборной светоматричной машины «ФС 300»). Машина может осуществлять запись на рулонную фотопленку или фотобумагу шириной до 300 мм с разрешением 400 линий записи на 1 см (1000 dpi) при времени записи полосы формата А3 не более 11 мин. Узел записи машины размещается на каретке, перемещаемой вдоль строки записываемого изображения, и содержит светодиодную матрицу (светоматричный модуль МС-256), излучающую в диапазоне длин волн 650-670 нм, микросхемы управления и фокусирующий объектив. Движения пленки (развертка по кадру) и каретки (развертка по строке) осуществляются с помощью шаговых двигателей ДШИ200-1. Благодаря применению двухрядовой светодиодной матрицы на фотопленке одновременно записываются 256 пятен (каждое диаметром 25 мкм), образуя строку шириной 6,4 мм.

Компактность машины (размеры 960×500×360 мм, масса 60 кг) позволила создать на ее базе настольную фотонаборную систему «Кристалл», которая комплектуется управляющим компьютером, рабочими станциями (набора, верстки, обработки иллюстраций, ведения архивов), сканерами и устройствами для получения корректурных отпечатков (матричными, лазерными или светодиодными принтерами)ссылка на источники литературы.

Первые экспериментальные установки для лазерного изготовления печатных форм были созданы в 1960-х годах на кафедре автоматизации технологических процессов МПИ под руководством профессора Казакевич В.В.В.В. Казакевича. Вслед за этим, в конце 1970-х годов, были изготовлены промышленные образцы лазерного автомата ЛГА для производства офсетных форм - совместная разработка ВНИИ полиграфии (руководитель технологических исследований Маркова Н.В.Н.В. Маркова) и НИИ «Полюс» (руководитель технической разработки Мачулка Г.А.Г.А. Мачулка) ссылка на источники литературы.

Однако собственно устройство, реализующее технологию computer-to-plate (СТР), было разработано в 1980-х годах во ВНИИПолиграфмаше под руководством Десятник Э.С.Э.С. Десятника ссылка на источники литературы. Действующий образец такого устройства, выпущенного под маркой «Гранат 530», в настоящее время функционирует в лаборатории кафедры автоматизации полиграфических процессов МГУП. Схема конструкции и оптоэлектронных компонентов автомата приведена на рис. 4.12Рис. 4.12. Конструкция лазерного формного аппарата «Гранат 530».

В качестве источника излучения используется твердотельный YAG-лазер (иттрий-алюминий-гранат), работающий в ИК-диапазоне спектра на длине волны 1,064 мкм с выходной мощностью луча систему зеркал, диафрагмы, телескопа и объектива фокусируется на поверхности формной пластины, закрепленной на вращающемся цилиндре, в пятно диаметром 12,5 мкм. Развертка по строке осуществляется вращением цилиндра и контролируется оптоэлектронным преобразователем угловых перемещений (5000 имп/об), а развертка по кадру - вращением (с помощью шагового двигателя) прецизионного ходового винта, по которому движется каретка записывающей головки.

Автомат имеет разрешающую способность 400 и 800 линий записи на 1 см и может изготавливать формы размером 530×650 мм на офсетных пластинах с алюминиевой подложкой ПЛ-2, металлизированных полимерных пленках (толщиной 0,1-0,3 мм) и других материалах. Химическая обработка форм после экспонирования не требуется. Автомат управляется программным RIP PostScript-QuickScript 4.0 (Windows) ссылка на источники литературы.

За рубежом основными производителями плейтсеттеров (так называют устройства изготовления форм для технологий СТР) являются фирмы CreoCreo, OptronicsOptronics, Dainippon ScreenDainippon Screen, PresstekPresstek ссылка на источники литературы. В качестве источников излучения в этих устройствах используются несколько типов лазеров:

  • Лазер газовыйгазовые:

    • аргоновый (448 нм),

    • гелий-неоновый (633 нм);

  • Лазер твердотельныйтвердотельные:

    • YAG (1064 нм),

    • frequency doubled (с удвоенной частотой) YAG (532 нм);

  • полупроводниковые лазеры излучающие:

    • в красной зоне спектра (650-670 нм),

    • в ИК-зоне спектра (780-900 нм).

Существует два типа устройств СТР ссылка на источники литературы. Одни экспонируют пластины, требующие последующей традиционной химической обработки (металлические пластины с фоточувствительным слоем). Другие же экспонируют более мощным лазером, излучающим в ИК-зоне спектра и выжигающим чувствительное к высокой температуре специальное покрытие (так называемые Термопластинатермопластины) в местах, где должны находиться элементы изображения. Формные пластины, полученные на таких установках, не требуют последующей химической обработки (к этому типу устройств относится «Гранат 530»).

По данным литературы ссылка на источники литературы, к 1997 г. в мире уже было продано более 800 плейтсеттеров и спрос на них растет в геометрической прогрессии. Технология СТР проявляет свои преимущества в условиях полной загрузки производственной линии и большом потоке заказов, что характерно для типографий, специализирующихся на печати газет и журналов.

Экономическая выгода технологии СТР заключается в сокращении производственного цикла (исключаются процессы изготовления фотоформ), экономии фотоматериалов и химреактивов. Эти тенденции привели к созданию технологий computer-to-press и direct imaging, предлагающих осуществлять процесс изготовления форм непосредственно в печатной машине.

Фирма Dainippon ScreenDainippon Screen создала цифровую печатную машину TruePress как бы со встроенным устройством СТР ссылка на источники литературы, а фирма HeidelbergHeidelberg с начала 1990-х годов развивает технологию direct imaging, сначала на машинах GTO 52 DI ссылка на источники литературы, затем Quickmaster 46 DI, последние технические новинки воплотились в машине Speedmaster 72 DI. Технология изготовления печатных форм непосредственно в печатной машине базируется на разработках уже упоминавшейся американской фирмы PresstekPresstek и позволяет получать формы сухого офсета на пластинах, закрепленных непосредственно на формных цилиндрах листовых печатных машин. В качестве формного материала применяется специальная лавсановая (mylar) пленка толщиной 0,17 мм, покрытая тонким алюминиевым и верхним силиконовым слоями.

Лазерные записывающие устройства, устанавливаемые в каждой печатной секции, за 10-12 мин одновременно по командам компьютера изготавливают все печатные формы (силиконовый слой, не воспринимающий краску, предназначен для пробельных элементов, а лавсан, обнажающийся при выжигании верхних силиконового и алюминиевого слоев, - для печатающих). Параллельно с этим в машине осуществляется настройка красочных аппаратов на основе информации о содержании печатающих элементов в каждой красочной зоне, а проблема приводки красок практически не возникает, так как процесс нанесения изображения на формные пластины осуществляется после их закрепления на формных цилиндрах.

Затронув вопросы настройки подачи краски и приводки красок, связанные с проблемами обеспечения качества оттисков, естественно обратиться к рассмотрению систем контроля и управления.

Каждое печатное издание в процессе полиграфического репродуцирования проходит путь «от проекта - до объекта», т.е. от макета, возникающего в издательстве, до его реализации в виде книги, журнала, газеты. Искусство полиграфистов помогает максимально точно воплотить замысел издателя в печатном и отделочном производстве. Поскольку визуальное восприятие изображения человеком субъективно (особенно цветного), а изобразительная информация неоднократно трансформируется (в электронных технологиях в меньшей степени), отражаясь на экране дисплея, на пленке, на форме и, наконец, на оттиске (переходя от одного специалиста к другому), - требуются объективные критерии и средства контроля для оценки результата на каждом промежуточном этапе и на финише производства.

Дополнительные трудности обусловлены тем, что цветное изображение представляется на разных стадиях то в аддитивной (на слайде, на экране), то в субтрактивной (на цветопробе, на оттиске) системе смешения цветов (RGB, CMY) и количественные оценки в той или иной системе координат должны соответствовать реальным изменениям цветовых ощущений.

Принятая в 1931 г. Международной комиссией по освещению МКО (не менее известна ее французская аббревиатура CIE - Commission Internationale d'Eclairage) ссылка на источники литературы система представления цвета в виде графика МКО (рис. 4.13Рис. 4.13. Цветовая диаграмма xy с примерными полями цветового охвата дисплея и оттиска) через математически формализованные координаты х и у дала возможность переходить из одной системы в другую (из RGB в CMY и наоборот, а также CIELab и проч.) и определять реальную способность воспроизведения цветов, изображая их на графике в виде полей цветового охвата (из рис. 4.13Рис. 4.13. Цветовая диаграмма xy с примерными полями цветового охвата дисплея и оттиска очевидно, что некоторые цвета, представляемые на экране дисплея, не могут быть реализованы на оттиске).

Возможность воспроизведения цветов тем или иным способом на том или ином устройстве определяется характеристикой цветопередачи (profile), зная которую для каждого устройства можно учитывать трансформации цвета по всей цепочке репродуцирования, внося соответствующие коррективы в издательские разработки.

Оптоэлектроника и компьютерная техника способствовали появлению приборов, способных «профилировать» - определять профиль (profile) того или иного устройства (сканера, дисплея, цветопробы, принтера и т.п.). В качестве примера можно упомянуть прибор Spectrolino известной швейцарской фирмы GretagGretag ссылка на источники литературы, который с помощью программного обеспечения ProfileMaker позволяет калибровать сканеры, мониторы и выводные устройства. Компактная измерительная фотоголовка прибора может быть установлена как на экране дисплея, так и на специальном столике SpectroScan, позволяющем проводить измерения в проходящем и отраженном свете как эталонов (например, IT8), так и полученных по ним пленок и оттисков (а также отпечатков и других непрозрачных копий, полученных при репродуцировании эталонных шкал), с последующим компьютерным вычислением параметров и характеристик цветовоспроизведения контролируемых приборов и устройств.

Для оперативного контроля тиражных оттисков на них печатаются контрольные шкалы с метками денситометрического контроля и проверки других параметров, характеризующих качество продукции (приводка красок, растискивание, скольжение, разрешающая способность в «тенях» и «светах»). В процессе работы печатник с определенной периодичностью выбирает из машины оттиски и проверяет по этим шкалам соответствие продукции требованиям стандарта. Так как на одном оттиске требуется измерить несколько десятков, а то и более сотни контрольных меток, промышленностью выпускаются сканирующие денситометры, фотоголовки которых, перемещаясь вдоль шкалы, измеряют отраженный от ее полей световой поток и передают сигналы для обработки в бортовой компьютер.

На рис. 4.14Рис. 4.14. оптическая схема головки денситометра приведена оптическая схема денситометрической фотоголовки системы контроля печати СРС2, разработанной фирмой HeidelbergHeidelberg ссылка на источники литературы. Световой поток, излучаемый источником света, отразившись от контролируемого запечатанного участка оттиска, проходит через кольцевой поляризационный фильтр (для отсечения глянцевой составляющей на непросохшем отпечатке), через систему сферического и плоского кольцевых зеркал и расщепляется на интерференционных зеркалах (аналогичных по функциям дихроичным) на три пучка, попадающих через соответствующие зональные фильтры (R, G и В) на полупроводниковые фотоприемники красного, зеленого и синего измерительных каналов. Фотоголовка за несколько секунд измеряет всю полосу меток на оттиске, и печатник на дисплее пульта управления видит в табличной и графической (в виде гистограмм) форме представленную компьютером информацию о соответствии заданным требованиям (или отклонении от нормы) оптических плотностей по всем краскам.

Денсиметрические требования не всегда способны выявить цветовые отклонения, визуально заметные для человека (особенно при печати в 5, 6 красок и более ссылка на источники литературы). Благодаря совершенствованию элементной базы и развитию программного обеспечения стало возможным в цеховых условиях осуществлять спектрофотометрический контроль цвета на оттисках. К примеру, в рамках развития системы СРС (computer print control) фирма Heidelberg разработала сканирующий спектрофотометр СРС21, оптическая схема которого представлена на рис. 4.15Рис. 4.15. Оптическая схема спектрофотометра.

В отличие от сканирующего денситометра здесь отраженный от оттиска световой поток из фотоголовки по световоду передается на дифракционную решетку, которая разлагает его на спектральные составляющие, и уже эти лучи, отразившись от вогнутого зеркала, веерообразно падают на фотодиодную линейку так, что на каждый фоточувствительный элемент линейки попадает часть спектрального излучения шириной примерно в 10 нм. Измеряя информационный сигнал от каждого фотодиода линейки, компьютер рассчитывает спектрограмму контролируемого участка в диапазоне 380-730 нм. Определив координаты цвета в параметрах графика МКО, система может выдать их в желаемой системе цветовых пространств и рассчитать цветовые отклонения в единицах «дельта Е». Полученная информация передается на пульт управления машины и может быть использована для регулирования подачи краски в ручном или автоматическом режиме.

В рулонных печатных машинах возникают ситуации, когда печатник не может воспользоваться описанными выше системами контроля. Во-первых, скорости печати на рулонных машинах выше (до 15 м/с), чем на листовых, оттиск выкладывается на выводной транспортер в виде сфальцованной (сложенной) тетради, а не плоского листа. Иногда печать может идти «из рулона в рулон» - тогда и вовсе нельзя взглянуть на отдельно взятый отпечаток. Для таких ситуаций выпускаются системы машинного контроля, способные выдавать информацию о показателях качества оттисков в режиме «on-run» (на работающей машине), не отбирая их для измерений в статических условиях.

Первые разработки в этой области были осуществлены в нашей стране во ВНИИ полиграфии, в результате чего была создана система централизованного контроля АСЦК ОПП ссылка на источники литературы, эксплуатировавшаяся на рулонных офсетных машинах отечественного производства ПОК-84 для печати учебников (на Смоленском полиграфкомбинате) и журналов (в московской типографии «Правда» на машине LithoMAN, прототипе лицензионной ПОК-84).

Дальнейшее развитие этого направления проявилось в разработках ВНИИПолиграфмаша, где был создан контрольный комплекс ПКК РПМ упрощенных двухсекционных машин 2ПОК-84 Рыбинского завода ссылка на источники литературы. Схема фотоголовки машинного денситометра из состава ПКК РПМ приведена на рис. 4.16Рис. 4.16. Схема фотоголовки машинного денситометра. Система контроля на ее основе предназначена для измерения оптических плотностей контрольных меток с лица и оборота бумажного полотна, запечатываемого на скоростях до 22000 отт/ч. Для этих целей на машине перед воронкой фальцаппарата устанавливается бумаговедущая секция из двух валиков с S-образной проводкой бумаги так, что на одном из них бумага проходит лицевой, а на другом - оборотной стороной полотна.

Перед каждым валиком на зубчатой рейке, закрепленной на заданном расстоянии от поверхности бумаги параллельно образующей линии окружности, с помощью шагового двигателя перемещается каретка с двухканальной фотоголовкой - один канал для измерения черной краски с «серым» (визуальным) светофильтром, а второй - для измерения цветных красок, с диском из трех зональных светофильтров (R, G, B). Выбор светофильтра осуществляется в соответствии со второй краской, которая может быть как триадной, так и смесевой. Световой поток от излучателя (кварцевой лампы) через систему линз и диафрагм фокусируется в пятно диаметром 3 мм на поверхности оттиска, а отраженный световой поток поступает по каналам «серого» и «цветного» на фотодиоды, проходя последовательно через фокусирующую линзу, диафрагму, поляризационный, тепловой (для защиты фотодиода от тепловых излучений) и зональный (или визуальный) фильтры. Синхронизация момента измерения с прохождением полосы меток перед рабочим окном фотоголовки осуществляется с помощью преобразователя «угол-код», установленного в фальцаппарате на валу цилиндра рубки полотна, вращающегося синхронно с цилиндрами печатной секции.

Для периодической калибровки фотоголовка после измерений возвращается в исходное положение (вне поля оттиска), где останавливается последовательно перед эталонами «белого» и «черного», а полученные сигналы обрабатываются в процессоре комплекса для корректировки тарировочных характеристик. Обработанная информация сравнивается с заданными номиналами и допусками и предъявляется печатнику на матричном дисплее в табличной и графической (в виде гистограмм) форме для принятия решения о тех или иных управляющих воздействиях.

Предшественниками денситометрических средств контроля параметров качества оттисков на рулонных машинах (в частности, глубокой печати, а затем и флексографской) были электромеханические синхроскопы с зеркальными барабанами. Еще в 1960-х годах такие устройства выпускала фирма Crosfield Electronics LtdCrosfield Electronics Ltd. В нашей стране выпуск подобных устройств был налажен в 1980-е годы по разработке ВНИИПолиграфмаша (руководитель разработки Кухаренко В.Т.В.Т. Кухаренко, автор электронной части Сочнев А.И.А.И. Сочнев) фирмой Флексо«Флексо», специализирующейся на оборудовании для флексо-графской печати. Ныне эти синхроскопы известны под маркой «Изостоп» ссылка на источники литературы.

Суть этого электронно-механического прибора визуального контроля состоит в том, что перед полотном, движущимся со скоростью до 6 м/с, устанавливается барабан с зеркальными гранями, вращающийся синхронно со скоростью движения полотна. Каждая зеркальная полоска передает в рабочее (450×50 мм) окно наблюдателя фрагмент изображения поперечной (движению полотна) полосы оттиска. Повторяющаяся от каждой полоски картинка сливается для наблюдателя в неподвижное изображение, и печатник может рассматривать любые фрагменты печатаемой продукции, замечая отклонения в визуальном восприятии оттисков.

С появлением приборов с зарядовой связью, давших импульс к развитию компактных теле- и видеокамер, фирма CrosfieldCrosfield начала выпускать вместо синхроскопов стробоскопическую видеосистему Surveyor 3000 ссылка на источники литературы. В этой системе функцию съемки изображения на движущемся полотне берет на себе видеокамера с ПЗС-матрицей 512×512 пикселов, а сам момент съемки определяется вспышкой мощного стробоскопического источника света, срабатывающего от сигналов компьютерной системы управления на основе информации, получаемой от преобразователя угловых перемещений. Схема этой видеосистемы приведена на рис. 4.17Рис. 4.17. Схема стробоскопической видеосистемы. Печатник может наблюдать на дисплее любые восемь из выбранных им 16 фрагментов изображения, при необходимости увеличивать каждый из них до формата половины экрана, с возможностью вывести для сравнения на другую половину эталонное изображение этого же фрагмента, хранящееся в памяти системы.

Это направление (применение видеотехники для контроля продукции в машине) получило свое развитие в представленной на выставке DRUPA-90 японской фирмой KomoriKomori системе оценки печати PAS (printing assessment system) ссылка на источники литературы для своих листовых машин Lithrone 540RP. Видеокамера высокого разрешения сканирует все поле изображения каждого оттиска и оценивает эти данные в сравнении с информацией, хранящейся в памяти компьютера. Оттиски, содержащие отклонения (в цвете, приводке и т.п.), выходящие за установленные пределы, отмечаются в итоговом протоколе заказа.

О разработке подобной системы (СРС 23) заявила и фирма HeidelbergHeidelberg на выставке DRUPA-95 ссылка на источники литературы. Схема оптоэлектронных компонентов СРС 23 представлена на рис. 4.18Рис. 4.18. Схема оптоэлектронных компонентов системы динамического контроля изображения. В данном случае изображение на ПЗС поступает через канал передачи светового потока от 16 оптических модулей, расположенных в линию перед печатным цилиндром последней секции листовой машины. Каждый модуль оснащен индивидуальным источником света. Такая конструкция позволяет снять проблемы с наводкой на резкость изображения по всему полю листа, так как каждый оптический модуль просматривает только свою узкую полосу изображения, а «склеивается» оно лишь при компьютерной обработке видеосигналов от ПЗС. На экране дисплея, расположенного на пульте управления машины, печатник может видеть как весь оттиск, так и любой его фрагмент в увеличенном виде. Хранящийся (для сравнения) в памяти компьютера массив данных об эталонном изображении позволяет выдать «сертификат качества» на каждый оттиск. Это новая форма открытой работы с клиентом, когда он имеет возможность проверить (при необходимости) каждый экземпляр оплаченного им заказа.

Помимо систем контроля показателей качества оттисков оптоэлектронные приборы позволяют следить и за технологическими параметрами процесса печатания, в частности за степенью увлажнения пробельных участков печатных форм. В офсетной печати вопросы контроля подачи увлажняющего раствора на форму и поддержания оптимального баланса «краска-влага» находятся постоянно в поле зрения бригады печатников и технологов цеха.

Сложность организации контроля за подачей увлажняющего раствора заключается в том, что слой влаги на форме невидим, оценивается толщиной в несколько микрометров, а последствия плохого увлажнения приводят к браку ссылка на источники литературы - при недостатке влаги краска начинает закатывать пробельные элементы и форма «тенит», а при избытке увлажнения на печатных элементах (особенно в зонах резких поперечных направлению печати границ с пробелами) наблюдается «заливка» краски водой, т.е. на изображении появляются участки как бы разбавленной оптической плотности с характерными подтеками.

На протяжении последних 30-40 лет велись исследования и создавались отдельные образцы приборов контроля увлажнения, использующих различные принципы измерения - от радиоактивного до гигроскопического и от емкостного до глянцеметрического. Одним из объективных методов контроля увлажнения офсетных форм является инфракрасный.

Впервые в нашей стране он был реализован в приборе, разработанном в конце 1960-х годов в ВНИИ полиграфии под руководством Маневич Е.М.Е.М. Маневича ссылка на источники литературы. Позднее прибор, использующий этот метод измерения, вошел в состав упоминавшегося контрольного комплекса ПКК РПМ и аналогичного комплекса для листовых машин ПКК ЛПМ ссылка на источники литературы (разработчик фотоголовки контроля увлажнения - Герштейн Л.М.Л.М. Герштейн). Иллюстрация ИК-метода измерения приведена на рис. 4.19Рис. 4.19. Спектральные характеристики пропускания ИК-излучения слоем воды (1) и излучения сравнительного (2) и измерительного (3) источников и схема измерения толщины пленки влаги на форме ссылка на источники литературы. Еще в исследованиях Е.М. Маневича было установлено, что слой влаги на офсетной форме имеет явную зону поглощения инфракрасного излучения в зоне спектра, близкой к длине волны в 2,9 мкм.

В зависимости от толщины слоя процент поглощаемого излучения будет изменяться (толще слой - больше поглощение). Используя этот эффект и имея для сравнения опорный сигнал на другой длине волны, не поглощаемой влагой, можно контролировать подачу увлажняющего раствора на форму. Датчик, реализующий этот принцип измерения, имеет два излучающих диода, один из которых является источником сравнительного сигнала, а второй - измерительного. Импульсы излучения, прошедшие через пленку влаги и отраженные от формы, попадают на фотосопротивление, реагирующее на излучение в обеих зонах спектра. Цифровая обработка этих сигналов позволяет выделить информативную составляющую, соответствующую степени увлажненности контролируемого участка формы. Момент измерения выбранной для контроля площадки на форме определяется, как и во многих описанных системах, с помощью датчика углового положения формного цилиндра.

Информация об изменениях степени увлажненности формы помогает печатнику своевременно реагировать на нежелательные отклонения и может быть использована для автоматического регулирования подачи увлажняющего раствора.

Многие оптоэлектронные датчики используются на печатном и отделочном оборудовании в качестве средств контроля за нештатными ситуациями и связаны непосредственно с системами программного управления работой оборудования (системами блокировки). Есть фирмы, например немецкая Leuze electronicLeuze electronic ссылка на источники литературы, специализирующиеся на производстве подобных датчиков. Их изделиями оснащаются многие типы полиграфического оборудования для защиты при обрыве бумажного полотна, прохождении негабаритных материалов или их перекосе, несовпадении циклов стыкующихся операций, определении момента восполнения расходуемых материалов и т.п. Другой аспект применения таких устройств - счет продукции, распознавание штрих-кодов, подборка комплектов (например, тетрадей в книжном блоке на отделочной стадии). Наконец - в системах обеспечения безопасных цеховых условий и безопасности труда на операционном оборудовании.

Примером этому может служить система фотозащиты, применяемая на бумагорезальных машинах, где наряду с «двуручным управлением» и блокировкой включения ножа ссылка на источники литературы предусмотрена фотозащита, не допускающая опускания механизма прижима стопы и тем более исполнения операции реза, если хоть один из каналов фотозащиты перекрыт рукой оператора. На рис. 4.20Рис. 4.20. Схема оптоэлектронных компонентов системы управления бумагорезальной машины показаны оптоэлектронные компоненты системы управления бумагорезальной машины, включающие несколько оптопар «излучатель-приемник» с открытым оптическим каналом, перекрывающих все возможные направления перемещения рук оператора к зоне прижима и реза стопы. Остальные компоненты (преобразователь «угол-код» и дисплей) входят в систему программного управления автоматической разрезки стопы. Сама программа (например - сделать 16 продольных резов и 8 поперечных с заданием соответствующих перемещений стопы) вводится с клавиатуры или через сенсорный экран, индицирующий задаваемые координаты и исполняемые операции, а преобразователь «угол-код», установленный на ходовом винте подавателя стопы, определяет местоположение стопы и выдает информацию об исполнении команд заданной программы.

Примером использования оптоэлектронных компонентов в замкнутых автоматических системах регулирования на полиграфическом оборудовании могут служить представленные на рис. 4.21Рис. 4.21. Системы боковой и продольной приводки полотна перед фальцаппаратом системы боковой и продольной приводки бумажного полотна перед фальцаппаратом рулонной печатной машины (такими системами оснащена, например, книжно-журнальная офсетная печатная машина М600 фирмы HarrisHarris ссылка на источники литературы).

Система продольной приводки обеспечивает правильность совмещения нескольких (на рисунке - двух) полотен друг с другом и их приводку по отношению к месту рубки полотна, а система боковой приводки следит за тем, чтобы место будущего сгиба (фальца) полотна находилось строго по оси воронки фальцаппарата. В случае смещения полотна в боковом направлении рама с регистровыми валиками боковой приводки слегка перекашивается, смещая полотно в сторону ликвидации рассогласования. Информация о положении полотна относительно оси воронки поступает от двух датчиков положения кромок полотна, представляющих собой оптопары с открытыми оптическими каналами.

Система продольной приводки следит за правильностью положения поля изображения оттиска относительно линии рубки с помощью фотодатчиков и синхронизируется со скоростью работы машины и угловым положением рубящих ножей по сигналам преобразователя «угол-код», установленного на оси одного из рубящих цилиндров. Регулирование осуществляется с помощью регистровых валиков, изменяющих на необходимую величину длину S-образной петли каждого из полотен. В системе QTI Series 3000X ссылка на источники литературы контроль места рубки осуществляется фотоголовками по специальным меткам, печатаемым в нерабочем поле оттиска. Система может определять место рубки и без меток, по полю изображения, если находится участок с устойчиво различимым контрастом между запечатанными и пробельными (или фоновыми) элементами изображения, видеосигнал от которого может быть запомнен процессором в качестве справочного.

Приведенные примеры не исчерпывают всего многообразия применения оптоэлектронных компонентов в полиграфической технике и технологиях, но, можно надеяться, достаточно убедительны, чтобы показать важную роль оптоэлектроники в совершенствовании полиграфического производства.

© Центр дистанционного образования МГУП