Met een minimale inschiet op maximale productiesnelheid verpakkingen drukken, en liefst nog meerdere kleinere oplages: in de groeiende & verpakkingsmarkt blijft het een uitdaging voor de productiebedrijven. Doorgedreven procesautomatisatie is hierin een sleutelelement en inline-camerasturing voor het supersnel instellen van drukregisters en inktlaagdiktes is de nieuwe norm geworden. Elk systeem heeft echter zijn plus- en minpunten. In dit overzicht gaan we dieper in op de performantie van camerasystemen voor het afregelen van proces -en steunkleuren.

Inktlaagdikte

Inktlaagdikte is misschien wel de belangrijkste parameter in gestandaardiseerde conventionele drukprocessen. Een flinterdun laagje transparante inkt op een witte ondergrond zorgt voor de juiste kleur. Kennis van de witheid van het papier en laagdikte van de inkt zijn de sleutel tot procescontrole in de drukkerij: Er bestaat maar één optimale laagdikte voor een papier/inkt-combinatie. Te weinig laagdikte leidt tot onstabiele inktsturing, teveel vergroot het risico op migratie van inkt. Door licht uit te sturen op het drukoppervlak en de hoeveelheid gereflecteerd licht op te meten, kan een densiteitswaarde bepaald worden. Deze is perfect bruikbaar om de inktgeving op de pers aan te sturen.

Fig 1. Scannende densiteitsmeter en werkingsprincipe: een meetkop vangt het gereflecteerde licht van de inktlaag op. Minder laagdikte betekent minder gereflecteerd licht! Vandaag de dag is de scannende densiteitsmeter grotendeels vervangen door een camera. Deze heeft namelijk een gelijkaardig werkingsprincipe: opvangen van gereflecteerd licht via een set kleurfilters. Grote verschil is dat de camera dit supersnel kan: de controlestrip van élk drukvel dat tegen productienelheid passeert, kan gefotografeerd worden en gebruikt voor inktsturing.

Verzadiging

Een eerste aandachtspunt in densiteitsmeting is het optreden van een verzadigingseffect. Vanaf een bepaalde laagdikte wordt de lichtreflectie bijna constant, de gedrukte kleur verandert bijna niet meer door meer inkt te geven. Je komt in een zone waar je opgezadeld zit met gelijke (hoge) densiteitswaarden voor verschillende laagdiktes.

Fig 2. Werkingsgebied voor densiteitsmeting. De optimale laagdikte voor het gebruikte papier is 1.1 micron. Vanaf een laagdikte van 1.7 micron treedt verzadiging op: de drukkleur verandert niet langer door meer inkt te gebruiken, densiteitsmeting heeft hier geen zin meer.

Nauwkeurigheid van een densiteitsmeting

Tweede aandachtspunt is de tolerantie van het meetsysteem: je metingresultaat valt binnen 2 grenzen. Belangrijk is dat tolerantie voldoende klein is om de inktlaagdikte voldoende nauwkeurig te kunnen afregelen. Laten we 0.1 micron variatie in laagdikte toe (een typische gedrukte inktlaag bedraagt 1 micron), dan kunnen we voorwaarden opstellen waaraan meetapparatuur dient te voldoen.

Uitgangssituatie:

Magenta inkt gedrukt op juiste laagdikte:

  • laagdikte 1.1 micron: lichtreflectie 10.7%, densiteit 0.97

Te licht gedrukt:

  • Laagdikte 1.0 micron: lichtreflectie 11.3%, densiteit 0.95

Te zwaar gedrukt:

  • Laagdikte 1.2 micron: lichtreflectie 10.1%, densiteit 1.00

De meetnauwkeurigheid moet dus flink kleiner zijn dan 0.05D om een afwijking van 0.1micron te kunnen registreren. Klassieke densiteitsmeters bieden een tolerantie van ±0.01D, perfect bruikbaar dus voor onze toepassing.

Fig 3. Op zoek naar de vereiste tolerantie van een densiteitsmeting. Willen we de laagdikte op 0.1 micron nauwkeurig afregelen, dan moeten we voldoende stappen kunnen onderscheiden tussen 10.1% en 11.3% lichtreflectie. Dit komt overeen met een densiteitsinterval van 0.05D. De verticale aslijnen komen overeen met 0.01D, dit is de nauwkeurigheid die je terugvindt in de specificaties van densitometers.

Inline-meting en Procesinkten

Om nauwkeurig de lichtreflectie van proceskleuren geel, magenta en cyaan te kunnen registreren worden smalband-kleurfilters of gekleurd licht (LED) gebruikt. Naargelang de inktkleur wordt immers een gedeelte van het invallende licht áltijd gereflecteerd, onafhankelijk van de laagdikte (dit bepaalt net de kleur). Opdracht is hier een filter te vinden waarin de proceskleur maximaal wordt geabsorbeerd (minimale reflectie). Dit is de zone waarin we het best de relatie met inktlaagdikte kunnen vaststellen.

Fig 4. Toepassen van een groenfilter voor het bepalen van laagdikte van magenta-inkt. Door enkel lichtreflectie op te meten in de groene zone, kunnen kleine verschillen in laagdikte geregistreerd worden. Vanaf het gele kleurgebied zie je al dat de reflectie voor beide laagdiktes gelijk begint te lopen (hier zou je dezelfde densiteit meten voor verschillende laagdiktes). Voor elke proceskleur is een gestandaardiseerde kleurfilter gedefinieerd:
• Cyaan inkt: roodfilter (of sample verlichten met rood ledlicht)
• Magenta inkt: groenfilter (of sample verlichten met groen ledlicht)
• Gele inkt: blauwfilter (of sample verlichten met blauw ledlicht)

Inline-meting en spotinkten

Verpakkingen en merkkleuren gaan hand-in-hand. Elke merkeigenenaar heeft zijn eigen belangrijke logo-kleur die hij zo goed mogelijk wil terugzien op het eindproduct. De designer gebruikt kiest een kleur uit de Pantone-waaier, de drukkerij mengt de overeenkomstige Pantone-inkt. Bij het drukken met menginkten rijst de vraag hoe je hier procescontrole kan opbouwen. Welke densiteit moet ik gebruiken? Hoever mag deze variëren? Bestaan er betere meetsystemen?

Via het mengprincipe van een set basis inktkleuren kan een volledige Pantonewaaier gesimuleerd worden. Dit impliceert een grote variatie in spectrale lichtreflectie van de gemengde inktsoort.

Fig 5. Lichtreflectie van Pantone Rhodamine Red. Elke Pantonekleur heeft een eigen unieke lichtreflectie.

In een standaard inline-meetsysteem zitten minimaal de 3 basis lichtsoorten/kleurfilters rood, groen, blauw. Om hiermee Pantone-inkten op de pers te kunnen sturen moet aan volgende voorwaarden voldaan zijn:

  • Aanwezigheid van een goede absorptiezone in het groene, blauwe of rode gebied.
  • Buiten de saturatiezone liggen: hier blijft densiteit gelijk voor verschil in inktlaagdikte, sturing is niet mogelijk.

Illustreren we dit met voorbeelden:

Geval 1: drukken van Pantone Rhodamine Red

Bekijken we de spectrale reflectie van Rhodamine Red dan zien we dat aan bovenstaande voorwaarden voldaan is: In het groene filtergebied is er grote absorptie van licht en vergelijking van 2 verschillende laagdiktes toont dat er geen saturatie is. De berekende densiteiten tonen dit aan:

  • Rhodamine Red drukken op laagdikte 1.5: groendensiteit 1.28
  • Rhodamine Red drukken op laagdikte 1.4: groendensiteit 1.24

Fig 6. Geschikte kleurfilter om Pantone Rhodamine Red te sturen op basis van densiteit.

Geval 2: drukken Pantone Reflex blauw

Reflex Blauw is een populaire kleur onder designers, bij het drukken echter oorzaak van veel frustratie. De diepblauwe kleur valt in vele gevallen enkel te behalen met hoge laagdiktes.

Reflex Blue heeft een hoge lichtabsorptie in het rode filtergebied (voorwaarde 1). Vergelijken van 2 laagdiktes toont echter aan dat we hier met kleursaturatie te maken hebben: verschillende laagdiktes kunnen niet gedetecteerd worden. De groene filterband is een veel betere keuze: goede absorptie en buiten de saturatiezone.

Bijhorende densiteiten:

  • Reflex Blue drukken op laagdikte 1.8: groendensiteit 1.65, rooddensiteit 2.00
  • Reflex Blue drukken op laagdikte 1.7: groendensiteit 1.60, rooddensiteit 2.00

Fig 7. Lichtreflectie van Pantone Reflex Blue. Rooddensiteit zit in het saturatiegebied, groendensiteit is hier een betere keuze.

Geval 3: drukken van Pantone 502 (Pastelkleur)

Pantone 502 is een pastelkleur. In het kleurenspectrum is er geen goede absorptie te vinden, de lichtreflectie is bijna nergens lager dan 50%. Het verschil met de reflectie van onbedrukt papier is aanzienlijk kleiner dan in de andere voorbeelden. Wat zijn hiervan de implicaties voor de inlinemeting?

Om te beginnen ligt de beste lichtabsorptie in het groene gebied: hier wordt ongeveer de helft van het meetlicht geabsorbeerd. We krijgen dan volgende situatie:

Pantone 502 inkt gedrukt op juiste laagdikte:

  • Laagdikte 1.4 micron: lichtreflectie 45.8%, densiteit 0.34

Te licht gedrukt:

  • Laagdikte 1.3 micron: lichtreflectie 47.3%, densiteit 0.33

Te zwaar gedrukt:

  • Laagdikte 1.5 micron: lichtreflectie 44.4%, densiteit 0.35

Fig 8. Reflectie van Pantone 503-inkt. Dit is een pastelinkt met hoge lichtreflectie (let op waarden op de Y-as!).

Merk op dat om de laagdikte tot op 0.1 micron nauwkeurig in te stellen, je voldoende onderscheiding nodig hebt in een bereik van 0.02D. (vergelijk met de nauwkeurigheid hierboven). Met een standaard nauwkeurigheid van 0.01D is het sturen al de helft minder nauwkeurig als bij proceskleuren!

Fig. Verschillen in laagdikte detecteren bij pastelkleuren. Pastelkleuren reflecteren veel licht. Dit betekent dat je kleine verschillen in reflectie probeert de detecteren in een grote lichthoeveelheid (situatie rechts). Dit is een pak moeilijker dan kleine reflectieverschillen detecteren in een veel kleinere lichthoeveelheid (situatie links). Bij zeer lichte pastelkleuren is de kans reëel dat je buiten de tolerantie van +/- 0.01D komt. Voorbij dit punt valt inkt niet langer te sturen op de pers met een inline-regelsysteem.

Spectraalmeting

Open vraag blijft welke procescontrole dan wel mogelijk is bij het drukken van lichte pastelkleuren. Kan fotospectraalmeting bijvoorbeeld een uitweg bieden? Fotospectraalmeting levert naast densiteiten (gebaseerd op willekeurige smalband filter) ook Lab-kleurwaarden op. Je kan deze lab-waardes beschouwen als het meten van de lichtreflectie via 3 verschillende kleurfilters (XYZ), dus eigenlijk niet zo verschillend van rood-groen-blauw densiteiten. Deze Lab-kleurwaarden kunnen vergeleken worden met een doelkleur via kleurverschilformules (deltaE of DeltaE2000). Voor ons drukwerk met Pantone 503 pastelinkt leidt dit tot volgende resultaten:

  • Pantone 503 (pastel) drukken op laagdikte 1.4 micron: L* 76.7, a* 13.2, b*6.0
  • Pantone 503 (pastel) drukken op laagdikte 1.3 micron: L* 77.9, a* 12.4, b*5.4
  • Berekende kleurverschil tussen beide samples is 1.5 deltaE.

Op een drukpers staat echter jammer genoeg nog geen deltaE-knop gemonteerd. Met de deltaE-waarde op zich kan je geen goede beslissing nemen tot meer of minder inkt. Wat wel kan is de Lab-kleur te vergelijken met voorgeprogrammeerde waarden om hiermee tot een oordeelkundige meer/minder-inkt besluit te komen (deze aanpak vind je o.a. terug in de X-rite’s BestMatch-functie). Belangrijk is hier wel te vergelijken met de juiste referentie: Pantone-inkten zijn transparant en worden dus ook sterk beïnvloed door de ondergrond waarop ze gedrukt worden: Pantone 503 op offsetpapier en verpakkingskarton geven een verschillend kleurresultaat.

Fig. Densiteit versus Lab. Of je nu met densiteit of Lab-werkt: dit verandert niets aan de prestaties van het inline-meetsysteem, enkel de kleurfiltering is verschillend. De nauwkeurigheid om pastelkleuren te sturen zal niet verhogen door Lab te gebruiken.

Inline-fotospectraalmeting op een drukpers is eigenlijk nog onbestaande. Systemen onder deze noemer maken gebruik van meerdere smalband-kleurfilters of lichtbronnen. Op deze manier kunnen per kleur meerdere densiteitswaardes ingezameld worden. Technisch superieur maar met de 3 basisdensiteiten en intelligente software kom je toch ook al een heel end.

Fig. (Led)licht-kleuren die gebruikt worden bij de meer geavanceerde inline-meetsystemen.

Conclusies

  • Inlinemeting op basis van densiteit is snel en accuraat voor het sturen van proceskleuren
  • Bij het drukken met spotinkten bepaalt de inktkleur de geschiktheid voor inlinesturing. Volgende situaties zijn kritisch:
  • Sturen op zeer hoge densiteiten. Deze duiden erop dat je in een gesatureerd kleurveld probeert te meten, de densiteit verandert niet langer met inktlaagdikte.
  • Sturen op zeer lage densiteiten. Deze duiden op pastelachtige kleuren. De toleranties van je meting wordt te groot om nog een goede overeenkomst te hebben met inktlaagdikte.

Spectraalmeting bestaat in handtoestellen maar niet als supersnelle inline-meting. Hier is het principe van smalband (led) lichtbronnen wel een technische verbetering die afgewogen dient te worden tegen de investeringskost.