（材料学专业论文）印刷配色中一种新型的墨层厚度控制方法的研究.pdf

郑州人学硕士学位论文 印刷配色中一种新型的墨层厚度控制方法的研究 摘要 在专色配色过程中，为了检验某种色料的颜色能否达到预期的效果，需要制 作某一墨层厚度的色样样条，以观察油墨呈色的效果。目前，印刷生产中普遍使 用刮墨刀手工刮制油墨色样，主观因素影响较大，不易控制。针对使用刮墨刀手 工刮制油墨色样方法中存在的问题，本文提出的一种新型的刮制油墨色样的方 法。 首先为了检验墨层厚度对专色配色及印品质量的影响，研究分析了墨层厚度 与专色再现关系。结果显示随墨层厚度的增加，印品密度增加，心理明度l 降 低，但对色品指数影响不大；结合机械原理及现代机械设计方面的知识，设计一 种机械装置( 油墨刮样仪) 来实现使用带有不同微槽的圆棒在纸张上刮制色样的 过程，对油墨刮样仪的传动、驱动及执行部分进行了选择设计：重点是又设计了 一种合理的针对圆棒上的周向微槽进行加工的方法，并完成圆棒的加工及圆棒的 刮制实验，实验结果显示微槽越浅刮制墨层厚度越薄，且基本与理论计算相符， 能够达到很好地控制色样墨层厚度的设想。 油墨刮样仪结构简单、操作方面，能较精确地控制墨层厚度，使配色工作在 相对精确的范围内进行；同时也实现印刷油墨色样刮制的机械化，具有很好的需 求前景。 关键词：专色配色；墨层厚度；机械设计；油墨刮样仪 郑州大学硕士学位论文 s t u d yo nan e wm e t h o df o rc o n t r o l l i n gi n k t h i c k n e s sl np l u n tc o l o rm a t c h i n g a b s t r a c t i nt h ec o u r o f m a t c h i n gs p o t c o l o ri n k , w en e e dt om a k e p r i n t i n gs a m p l e sw i t h ac e r t a i ni n kt h i c k n e s st oo b s e r v ec o l o re f f e c t a tp r e s e n t ，m o s to fp r i n t i n gf a c t o r i e s u s es c r a p i n gb l a d et om a k ep r i n t i n gs a m p l e s ，t h a ti sa f f e c t e db ys u b j e c t i v et h i n g s e 器i l ma n dd i f f i c u l tt oc o n t r 0 1 a i ma tt h i s ，w ep u tf o r w a r dan e wm e t h o d t h i sa r t i c l er e s e a r c h e da n da n a l y z e dt h er e l a t i o nb e t w e e ni n kt h i c k n e s sa n d s p o t 。c o l o rr e a p p e a r a n c e t o v e r i f y t h ei n f l u e n c eo fi n kt h i c k n e s so nm a t c h i n g s p o t - c o l o ri n k t h er e s u l ts h o w e dt h a tw h e ni n kt h i c k n e s si n c r e a s e d ，t h ed e n s i t yo f p r e s s w o r ki n c r e a s e d ，t h eb r i l l i a n c er 脚l ，b u tf 、b + c h a n g e dl i t t l e b a s e do n m e c h a n i c a l p r i n c i p l e a n d d e s i g nk n o w l e d g e w er e s e a r c h e da n d d e v e l o p e d a m e c h a n i c a ld e v i c e ( s c r a p i n gi n ki n s t r u m e n t ) t oa c h i e v em a k i n gp r i n t i n gs a m p l e sw i t h s t i c k ，c h o i c e da n dd e s i g n e ds c r a p i n gi n ki n s t r u m e n t sd r i v i n gu n i t 、a c t u a t i n gu n i t t h e i m p o r t a n c eo ft h i sa r t i c l ew a st h a tw ea d v a n c e dal o 舀c a lp r o c e s s i n gm e t h o da i mt o s m a l lg r o o v ea r o u n ds t i c k w ep r o c e s s e das e r i e so fs t i c k sa n dc o m p l e t e de x p e r i m e n t o fs c r a p i n gp r i n t i n gs a m p l e sw i t hs t i c k s t h er e s u l ts h o w e dt h a tw h e ns m a l lg r o o v e a r o u n ds t i c kb e c a m es h a l l o w , p r i n t i n gs a m p l e s si n kt h i c k n e s si n c r e a s e d ，b a s i c a l l y a c c o r d e dw i t ht h e o r e t i cc o u n tr e s u l t t h i sc o u l dc o n t r o li n kt h i c k n e s sa c c u r a t e l y s c r a p i n gi n ki n s t r u m e n th a ss i m p l es t r u c t u r e ，c o n v e n i e n to p e r a t i o n ，a n dc a n c o n t r o li n kt h i c k n e s sa c c u r a t e l y a tt h es a m et i m e ，i ta c h i e v em e c h a n i z e ds c r a p i n g p r i n t i n gs a m p l e s ，s ot h er e q u i r e m e n tf o r e g r o u n di sg o o d k e yw o r d s ：s p o t c o l o rm a t c h i n g ；i n kt h i c k n e s s ；m e c h a n i c a ld e s i g n ；s c r a p i n gi n k i n s t r u m e n t i i 郑州人学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 专色配色技术研究综述 1 1 1 专色配色的基本原理 印刷是一门图文复制的科学，从其本质来说：印刷就是颜色的复制和还原【1 1 。 颜色是衡量印刷品质量的首要指标。因此，在印刷生产中，产品的颜色质量控制 十分重要，在进行实际的印刷生产前首先要精确配制颜色。 目前的彩色印刷，大多数是采用c m y k 四色油墨印刷。但在包装印刷上为 了达到某种特殊的效果常采用专色印刷工艺。专色印刷是指采用黄、品红、青、 黑四色墨以外的特定颜色油墨来复制原稿颜色的印刷工艺【2 l 。专色印刷与四色印 刷相比具有几个特点，首先每个专色都有本身固定的色相，能保证颜色传递的准 确性。另外专色具有实地性、不透明性、可以进行覆盖，最重要的是表现色域宽， 可在印刷品上印出一些c m y k 四色印刷油墨色域以外的颜色。 专色油墨是由印刷厂预先配置好或油墨制造厂生产的特定彩色油墨。油墨制 造厂不可能也没必要制造出各种色相的油墨，只生产几种常见的油墨( 如四色墨、 金红、大红、中蓝等) 那么对印刷厂来讲，有时就需要根据用户提供原稿色样， 用两种或两种以上的原墨按适当的比例进行调配，以得到和某种颜色相匹配的新 色相油墨，这个过程就是专色油墨的调配。 1 1 2 专色配色技术在印刷行业的发展及现状 1 1 2 1 专色配色技术的发展 配色技术在印刷行业的应用发展主要经历了人工配色、仪器配色、计算机配 色三个发展历程。 人工配色是印刷厂长期使用的一种传统配色法。早期的是以配色者从实践中 积累的经验作为指导工作的依据，中、后期的配色者是以十种基本浓色图或印刷 色谱作为目视测色的参考标准，根据色彩变化规律和原理，配制出各种色彩的油 郑州大学硕士学位论文 墨其操作过程一般是先凭借经验分析找出大概需要的油墨种类，然后称取选定 的油墨放在调色盘上混合。混合完成后，取出少量用刮刀在承印物上刮出色带， 以此来检视颜色的正确与否。发现偏色时，再加入少量油墨进行微调，直到目视 测色满足要求。这种经验配色法例常常受到配色者生理、心理因素及其它客观条 件的影响，产品质量难以保持稳定。 仪器配色 4 1 ，又称机械配色法，是近代逐渐开始流行的较先进的配色方法 它使配色工作在一定的精度范围内实施，并提高了配色速度及减少了修正次数。 仪器配色借助于各类仪器，对各种配色结果进行精密测定后找到配色规律，绘制 一系列的曲线图表作为配色的参考依据。配色时只需测定某些特征，即可从各类 图表中找到原色墨的比例，或经简单的计算就能知道配色成分。仪器配色包括测 色、配料、调配、刮墨、比较、评定等过程。 计算机配色是集测色仪、计算机及配色软件于一体的现在化设备。利用储存 在计算机内的基础数据和相关配色软件之间的连接，对样稿上的颜色数据进行分 析处理，计算出适合样稿要求的颜色配方。计算机配色要求标准色样以及配出的 色样的颜色均以数字表示，保证了每次配色的精确度和统一性，而且大大节省了 配色时间，方便、快捷、迅速、精确是计算机配色的优势。 i i 2 2 专色配色的现状 在专色配制方面，国外已有完善的专色配色系统，我国的一些有实力的大型 包装印刷企业已引进国外得的专色配色系统对其进行管理。但目前在我国许多中 小型包装印刷企业，甚至包括一些大型包装印刷企业对专色的测控手段比较落 后，多数仍普遍采用人工配色方法。下面我们具体介绍人工配色的具体操作。 首先在调配专色油墨最好要在白天室内间接光下进行，不宜阳光直射，晚上 观样时，照明最好使用同本印刷学会推荐的色评价用荧光灯管，色温度 5 0 0 0 士2 0 0 0 k ，或自制一些混合光源【5 】。 具体步骤为： 1 分辨色样，在十种基本浓色中找出与其最接近的浓色，比如色样是浅灰绿， 在基本浓色中则与绿色相似。 2 确定色样中哪个原色为主要原色( 色量占第一的原色) ，哪个原色为次要原 2 郑州大学硕士学位论文 色( 色量占第二、三等的原色) 。并估价出它们的比例，如浅灰绿色样，主色为绿 ( 绿= 原黄+ 原青) ，次要原色为黑、白( 因为是带灰色) ，根据颜色的三属性得知， 一种颜色的色相主要由色量大的一种或两种原色所支配，色量小的原色加入只 改变所形成颜色的明度和彩度而不改变色相 3 根据估价出的原色比例称取，先用少量的原色墨进行调试，一般先取少量 调和均匀的油墨，放在纸上，通过纸与纸之间平面加压，或用纸或刮墨刀刮制得 色样，于标准色样相比较。为了保证打出色样色相的准确性，用手捻看色样时应 注意：打小样的纸张最好是与印刷时所用的纸张相同；在对照时要观看小色样油墨 最薄最淡的地方：最好在标准光源或充足的自然光线下对照观看，以保持与印刷 色相相符。待调配出来的油墨达到原稿要求后，根据印刷数量的多少来确定调配 油墨的重量，进行大批量调墨。 4 将调墨用的各色油墨的配比、调墨油、燥油、油墨型号、数量、厂家等信 息进行详细登记，方便以后配墨时作为参考。 从上述步骤中我们可以看到在最后是用纸或刮墨刀刮制得色样，但用这种方 法刮制色样时很难控制好墨层厚度，颜色难以把握，墨层厚度对印品质量有重要 影响。 1 2 墨层厚度控制的研究 墨层形成的过程是依靠压力和纸张纤维交织问隙所组成的毛细作用完成 的。即当纸张受压后，交织纤维问隙压缩，而压力消失后，纸张表面由于弹性的 作用即恢复原状，并同时吸附油墨。印刷品墨层厚度是指附着在纸张表丽上的墨 层，在与纸张垂直方向上的平均厚度【6 1 。 1 2 1 墨层厚度对印品质量的重要影响 在胶印中，墨层厚度一个很重要的控制参数，墨层厚度改变时，其颜色属性 可能会发生变化，这对印刷色彩的再现，特别对一些专色印刷会有一定的影响。 印张上的墨层太薄，墨色浅淡且不能均匀地覆盖纸面：墨层太厚，印张上的实地 密度达到油墨的最大实地密度后，质量不仅不能提高，反而造成网点严重扩大， 3 郑州人学硕j ：学位论文 引起糊版或层次并级等印刷故障。因此，在油墨转移过程中，要确定最佳墨层厚 度并进行控制。一方面使印张上的墨色饱满，另一方面是网点扩大值最小，实现 层次的最佳还原，并使批量印刷品的质量稳定。 最佳的印刷是使印版上的网点尽可能忠实地传递到纸张上，并得到清晰的印 迹，正确地再现原稿的阶调和色彩。印刷中影响印品质量的主要参数有实地密度、 网点扩大值、印刷反差、油墨叠印率等。上述质量参数都和印张上的墨膜厚度有 关，因此确定最佳墨层厚度对控制印刷质量有着重要的意义r 玎 1 实地密度 实地密度是指印张上网点面积覆盖率为1 0 0 ，即印张上墨层完全覆盖的部 分，用反射密度计测量其密度，用d p 来表示根据反射密度的定义： d r = i g l r 如果胄表示墨层对光线的反射率，那么墨层愈厚，吸收的光能量愈多，反 射率r 愈小，密度d y 愈大；墨层愈薄，吸收的光能量愈少，反射率r 愈大，密 度d r 愈小。随着墨层的增厚密度值也增加。 实地密度随墨层厚度的增加，并不是无限增大的。当墨层厚增加到一定值时， 再继续增加墨层厚度，实地密度已达到最大值，不再增加。 实地密度对墨层厚度的变化率d d v d 艿随密度的增加而逐渐减小，即随 ( k d y ) 的减小而减小，因此建立的微分方程为 d d d 每= l o j ( d y 。r d n 式中，b 为与纸张性能有关的系数，主要取决于纸张的平滑度。解微分方程 得 d r = d ( 1 百“”) 油墨的最大实地密度也叫饱和密度，受印刷方式和纸张的制约。一般凹版印 刷品密度值最大。 2 网点扩大值 油墨厚度，即网点面积内油墨膜层厚薄的程度。为保证文字、图像的清晰度， 应具有一定的墨层厚度。在压力作用下，墨层的厚度由厚变薄，墨量向网点的四 周铺展，网点扩大的程度随墨量的大小而变化。当油墨的供给量小时，转移到承 印物上的油墨首先是填充凹坑和毛细孔，还没有多余的油墨向网点四周铺展，随 着油墨量的增加，多余的油墨就向网点四周铺展，网点扩大明显。若油墨量过大， 4 郑州大学硕士学位论文 就会造成糊版。油墨层的厚度一般用实地密度来控制，实地密度随墨层厚度的增 加而增大，但当墨层厚度增加到一定值时，密度不再继续增大，而网点扩大值却 明显增加，因此，通过控制实地密度值，可以控制墨层厚度和网点扩大值，从而 控制图像的色调需要注意的是，实地密度值随印刷所用纸张、油墨的不同而不 同。对于同一张纸而言，黄、品红、青、黑四色的最大密度值也是不同的 8 1 。 在打样或印刷过程中，网点适当的扩大是正常的，但是一定控制在允许的范 围内，否则将影响印张的阶调再现性和色彩的再现性 网点扩大值是指印张上的网点面积覆盖率和印版上的网点面积覆盖率之差。 因为网点面积覆盖率的大小即为阶调值的大小，所以通常把网点扩大值也叫阶调 值增大量，被理解为印张上的阶调值和印版上的阶调值之差。 网点扩大值可以用下列公式计算： a f = f d r f r p 式中：4 f _ 网点扩大值，卜印张上的网点面积覆盖率；& p 晒版原上的 网点面积覆盖率( 或质量控制条某网点区的网点百分比) 。 从整个借调复制的情况来看，网点面积的扩大和网点边缘的长度成正比。中问调 的网点边缘长度相对长，网点扩大值是中问调最大。目前用得最多的是控制7 5 网点区的网点扩大值。德国印刷标准中规定7 5 网点面积区为测试区。 3 印刷反差 印刷反差也叫印刷对比度。它是实地密度和网点密度之差与实地密度的比 值，用x 值来表示： k = ( d , 一d t ) d v = i - d j d v 足值在0 1 之白j ，k 值愈大，说明网点密度与实地密度之比愈小，印刷对 比度大，网点扩大值小。 在稳定的印刷压力和良好的印刷作业条件下，k 值最大时，网点扩大至最小， 此时印张上的墨层厚度达到最佳值。 1 2 2 印品墨层厚度的控制 印品墨层的厚薄对印品质量有很大影响。实践证明，印品墨层的厚度与油墨 的黏度和流动性有关。油墨黏度过大，墨层较厚，印刷时会发生拉脱纸毛现象： 5 郑州大学硕1 二学位论文 油墨黏度过小，墨层较薄，墨辊转动时易打滑导致墨杠，使网点增大、图像失真， 印品表面光泽度差。所以说，准确控制墨层厚度是印品质量控制的重要一环。 要准确控制墨层的厚度，就要根据实际生产的情况( 例如油墨性质、版面结 构、温度高低、印刷机速度、纸张的吸墨性及表面光滑度等) 进行分析。一般来 说，环境温度低、气候条件比较干燥的条件下，版面墨层可以适当薄些；反之， 温度高时印刷墨层要厚些。当印刷纸张表面粗糙、吸墨性较强时墨层适当加厚， 版面就不易发花。若印品以网线图像为主，墨层应薄一些，以免发生糊版。若印 刷实地版，墨层应厚些。此外，印刷机速度快时，适当加厚墨层能达到理想的墨 色总之，在生产中灵活运用上述方法就能获得较好的效果。 另外，要使印刷品保持稳定的印刷质量，还要对印刷品抽样检查。一般是把 印张和样张相比较，看看是否印得好；大批量的印刷品，也是用对比观看质量是 否一致。然后再根据比较结果，进行调整。为了实现印刷的数据化、标准化和规 范化，人们把印刷质量信号条，放置在印张的拖梢或侧旁，和印刷图像一起印刷， 用密度计测量各种图像色块的光学密度，经过计算换算成需要控制的质量数据， 用人工的方法或利用“印刷质量自动控制装置”来控制印刷质量。 1 3 现代机械设计 现代机械设计是以满足市场产品的质量、性能、时间、成本、价格综合效益 最优为目的，以计算机辅助设计技术为主体，以知识为依托，以多种科学方法及 技术为手段，改进、创造产品的设计过程。 1 3 1 现代机械设计方法 下面对几种重要的现代机械设计方法作扼要的介绍： 1 计算机辅助设计( c o m p u t e r - a i d e dd e s i g n ，简称c a d ) 9 1 计算机辅助设计就是利用计算机运算快速准确、存储量大和逻辑判断功能强 等特点，借助计算机完成设计工作的一种现代设计方法。 计算机辅助设计是人和计算机相结合、各尽所长的新型设计方法。在设计过 程中，人可以进行创造性的思维活动，完成设计方案构思、工作原理拟定等，并 6 郑州人学硕七学位论文 将设计思想、设计方法经过综合、分析，转换成计算机可以处理的数学模型和解 析这些模型的程序。而计算机的任务是进行大量的信息加工、管理和交换。 2 机械设计专家系统( e x p e r ts y s t e m ) 机械设计专家系统是计算机辅助设计在2 0 世纪9 0 年代的新发展。专家系统是 一种计算机程序，它使计算机具有学习、推理、决策和创造等智能行为，并能够 在专家的水平上工作【i o l 。 c a d 所能解决的问题局限在数值计算型工作的范围，而专家系统是要用计 算机软件来进行符号推理型的工作【】。专家系统主要包括两个特有的组成部分； 1 ) 知识库知识库存储大量的特定领域的知识，包括书本知识和实践经验。 从这些“领域专家”处获取他们的经验，纳入知识库正是依靠这些知识，才能保 证系统能在专家水平上工作。 2 ) 推理平台推理平台能针对使用者提供的问题，调用知识库中的知识，并 按照专家的思维规律进行分析、推理和综合，得到解决问题的方案。 3 优化设计 优化设计亦称最优化设计，它是数学规划理论为基础，以电子计算机为辅助 工具的一种设计方法。这种方法是，首先将设计问题按规定的格式建立数学，并 选择合适的优化算法，选择或编制计算机程序，然后通过计算机自动获得最优设 计方案。 对机械工程来说，优化使机械设计的改进和优选速度大大提高。优化技术不 仅用于产品成型以后的再优化设计过程中，而且已经渗透到产品的开发设计工程 中。 4 可靠性设计 可靠性是产品的一种属性。它是产品在规定的条件下、规定的时间内完成规 定的功能的能力。它是将概率论、数理统计、失效物理和机械学结合而形成的一 种综合性设计技术。它的特点是将常规设计方法中所涉及的物理量都视为按某种 规律分布的随机变量，用概率统计的方法确定为零、部件的主要参数和尺寸，使 机械满足所提出的可靠性指标。它的任务是在预测与预防产品所有可能发生的故 障的基础上，使所设计的产品达到规定的可靠性目标值。可靠性设计是传统设计 方法的一种重要补充和完善。 7 郑州大学硕士学位论文 5 机械创新设计【1 2 】1 3 】 创新设计指能提供被用户认可的新资源，或给出能指导设计出特殊需求的资 源的新理论或新方法。创新设计的内容很广泛，它包括现代设计的所有内容，并 行设计、智能设计、模糊设计、反求设计、纳米技术、模块化设计等h 5 】 机械刨新设计m c d 是指充分发挥设计者的创造力，利用人类已有的相关科 学技术成果，进行创新构思，设计出具有新颖性、创造性及实用性的机构或机械 产品( 装置) 的一种实践活动 机械常由简单的基本机构组合而成，因此，进行机构的创新设计是实现机械 创新的一个很重要的途径。创新设计机构是以一个原型机构为基础，通过倒置法、 扩展组合法、运动等效和相当法，组合机构法、再生运动链法、机构演绎法等方 法，创造出新机构。 1 3 2 计算机辅助设计( c a d ) 近数十年来，社会需求呈现多样化的趋势，产品更新速度加快。提高设计的 速度成为设计方法革新的最主要目标。计算机辅助设计的应用也日益广泛。计算 机辅助设计就是利用计算机运算快速准确、存储量大和逻辑判断功能强等特点， 借助计算机完成设计工作的一种现代设计方法【1 6 】。 计算机辅助设计技术的发展非常迅速，已经从u n i x 和工作站平台转换到n t 和p c 平台。目前，所有的p c 级c a d 软件多在p a r a s o l i d 与a c i s 的架构下开发，且 大都应用了c a d c a m c a e p d m 软件集成技术【1 7 】。总体上，c a d 技术经历了二 维平面图形设计，交互式图形设计、三维线框模型设计、三维实体造型设计、自 由曲面造型设计、参数化设计、特征造型设计等发展过程。近年来又出现了许多 先进技术，如变量化技术、虚拟产品建模技术等。随着互联网的普及，集成化 ( i n t e g r a t e d ) 智能化( i n t e l l i g e n t ) 、协同化( c o l l a b o r a t i v e ) 成为c a d 技术新的发展特 点，使c a d 技术得以更广泛的应用，发展成为支持协同设计、异地设计和信息 共享的网络c a d ! 哺】。 随着计算机的普及应用，推动现代机械制造技术发生了深刻的变化。这种变 化概括起来主要表现在两个方面，一是向着以提高产品加工的生产效率为主的高 度自动化方向发展，另一个是向着以提高产品质量为主的精密化方向发展【l9 1 。 8 郑州大学硕j 二学位论文 1 3 2 1c a d 与传统设计的比较 c a d 包含了从产品的方案决策、结构设计、性能分析、功能仿真一直到工 艺设计的全部过程。 c a d 系统与传统设计过程的关系如图1 1 ： 传统设计过程c a d 设计过程 图1 1c a d 系统与传统设计的比较 f i g l 一1t h ec o m p a r eb e t w e e nc a da n dt r a d i t i o nd e s i g n 相对传统设计方法，它有如下的优越性： 1 显著提高设计效率，大大缩短设计周期，加快产品的更新换代，增强市场 竞争能力。 2 能在较短的时问内给出多个方案，供设计者比较、选择以确定最佳方案。 3 使设计人员从繁琐的计算、绘图等重复性工作中解脱出来，将时间和精力 集中到创造性的工作上。 1 3 2 2c a d 系统的构成 计算机辅助设计系统由硬件和软件组成。c a d 系统的硬件配置与通用计算 9 郑州大学硕j ：学位论文 机系有所不同，其主要差异在于c a d 系统硬件配置中具有较强的人机交互设备 及图形输入、输出装置，为c a d 系统作业提供良好的硬件环境。 c a d 系统除必要的硬件设备外，还必须配备相应的软件。如无软件的支持， 硬件设备便不能发挥作用。软件水平质量的优势是决定c a d 系统效率高低、使 用是否方便的关键因素。c a d 系统软件分为两大类：一类为支撑软件，如计算 机操作系统、程序设计语言、图形支撑系统等；另一类为应用软件，它包括工程 应用图形库、常用数学方法库、典型机械零件设计及绘图程序库、面向产品的工 程数据库、面向产品的工程分析程序库和产品性能计算机仿真程序 下面介绍些常用到的应用软件： 1 a u t o c a d a u t o c a d 系统是美国a u t o d e s k 公司为微机开发的一个交互式绘图软件，它 基本上是一个二维工程绘图软件，具有较强的绘图、编辑、部面线和图案绘制、 尺寸标注以及方便用户的二次开发功能，也具有部分的三维作图造型功能。它是 目前世界上应用最广的c a d 软件，占整个世界个人微机c a d c a e c a m 软件市场 的3 7 左右，是诸多微机c a d 软件中的佼佼者 2 0 1 2 p r o e n g i n c c r p r o e n g i n c e = r 系统是美国参数技术公司( p a r a m e t r i c t e c h n o l o g y c o r p o r a t i o n ，简称p t c ) 的产品，它于1 9 8 8 年刚一面世，就以其先进的参数化设 计、基于特征设计的实体造型而深受用户的欢迎，随后各大c a d c a m 公司也纷 纷推出了基于约束的参数化造型模块。此外，p r o e n g i n e e r - - 始就建立在工作 站上，使系统独立于硬件，便于移植；该系统用户界面简洁，概念清晰，符合工 程人员的设计思想与习惯。p r o e n g i n e e r 整个系统建立在统一的数据库上，具有 完整而统一的模型，能将整个设计至生产过程集成在一起，它一共有2 0 多个模快 供用户选择。基于以上原因，p r o e n g i n c e r 在最近几年已成为三维机械设计领域 里最富有魅力的软件。 3 s o l i d e d g e s o l i d e d g e 软件是由美国e d s 公司为机械设计人员开发的中端c a d 软件包， 它是基于w i n d o w s 操作系统开发的，采用最新的s t r e a m 技术，完全与m i c r o s o f t 产品相兼容的真j 下技术指标化的三维实体造型系统。设计人员利用s o l i d e d g e 可 1 0 郑州大学硕上学位论文 以方便地实现零件三维造型，生成二维工程图、实现装配、生成爆炸图以及运动 仿真等，还可以利用s o l i d e d g e 完整的接口和其他语言相结合进行二次开发1 2 。 4 s o l i d w o r k s s o l i d w o r k s 是一套基于w i n d o w s 的c a d ，c e ，c m ，p d m 桌面集成系统，是由 美国s o l i d w o r k s 公司于1 9 9 5 年1 1 月研制开发的，其价格仅为工作站c a d 系统的四 分之一该软件采用自顶向下的设计方法，可动态模拟装配过程，它采用基于特 征的实体建模，自称1 0 0 的参数化设计和1 0 0 的可修改性，同时具有中、英文 两种界面可供选择，其先进的特征结构使操作更加简单和直观s o l i d w o r k s 提供 了几百个应用程序接口函数圈该软件于1 9 9 6 年8 月由生信国际有限公司正式引 进中国，由于其基于w i n d o w s j l z 台，而且价格合理，在我国具有广阔的市场前景。 1 4 课题的提出及研究任务 在专色配色过程中，检验某种色料的颜色能否达到预期的效果，这些要求均 需要首先制作某一墨层厚度的色样样条，以观察油墨呈色的效果。目前，印刷生 产中普遍使用刮墨刀来刮制油墨色样。由于使用刮墨刀手工翻制油墨色样时，用 力的轻重及墨层的厚薄会因人而宜、不易控制，色样的色彩不能准确地反映所需 要的呈色效果，因此会造成较大的印刷色彩误差。更精确的方法则是使用印刷适 性仪制作色样样条，但由于制作成本较高，时间较长，主观因素影响大，只有在 极少数的印刷企业中使用。 本课题j 下是针对使用刮墨刀手工刮制油墨色样样条方法中存在的问题而提 供的种用于刮制印刷油墨色样的方法。此方法主要特征是：使用带有均匀的周 向微槽的圆棒在平板上对纸张( 或其他承印材料) 表面的油墨( 或其他色料) 进 行平动或滚动的刮制，从而得到墨层厚度均匀的色样样条。所使用的系列金属圆 捧，其表面可以设计成带有不同深度和宽度的微槽或凹坑，以便在刮样时得到不 同墨层厚度的油墨色样。 本课题的研究意义： 使用一系列带有不同微槽的圆棒，代替目前印刷生产中普遍使用的刮墨刀进 行油墨色样的刮制，便于精确地确定色样色彩，使配色工作在相对精确的范围内 郑州大学硕士学位论文 进行有利于技术的传播与交流。同时也便于实现印刷油墨色样刮制的机械化， 具有很好的需求前景。 本论文要完成的以下几方面的任务： 1 为检验所要研制的机械装置在实际生产中的意义，研究分析在专色印刷中 墨层厚度与专色再现的关系。 2 根据所提出的刮制印刷油墨色样的方法来设计一种机械装置( 油墨刮样 仪) ，实现圆棒在纸张上滚动刮制色样的运动过程 3 设计一种合理的针对圆棒上的周向系列微槽进行加工的方法，并完成系列 圆棒的加2 1 1 ( 要求微槽和纸张接触处为圆弧形状) 。并通过刮样实验来确定不同 宽度( 及深度) 的微槽与刮样墨层厚度的关系。 郑州大学硕上学位论文 第二章墨层厚度与专色再现关系的实验研究 针对本课题提出的一种新型的刮制印刷油墨色样的方法，我们需要研制一种 机械装置，它主要的作用就是刮制某一精确墨层厚度的色样样条。然而，墨层厚 度对专色配色及印品质量的影响到底有多大，下面我们先在技术及设备都比较成 熟的印刷适性试验仪上打制色样来具体分析下墨层厚度和专色再现关系 2 1 概述 2 1 1 墨层厚度对专色再现的影响 专色油墨的墨层大多是半透明的，光束照射到印刷油墨上，一部分光会透过 墨层照射到底下的承印物上，在建立专色再现模型时就必须考虑墨膜和承印物两 者构成的系统。专色再现模型见图2 1 ，图中可以看到这一系统对光线有a 、b 、 c 和d 四种作用。a 是镜面反射，发生在墨膜的表面，墨膜的光泽度越高，这 一现象越明显。b 是墨膜中颜料颗粒的漫反射，在墨膜的整个范围内都会发生， 我们人跟看到的光线主要是这一部分漫反射光。c 是底层承印物的漫反射，这一 部分光线透过墨膜进入人眼，在人眼中与颜料颗粒反射的光线混合，影响墨层的 颜色。d 是墨膜对光线的透射作用，光线主要是穿过油墨的连接料进行透射，这 一作用至关重要，只有光线从颜料颗粒的空隙问透过，b 、c 两种作用才能正常 产生【2 3 1 。 郑州大学硕士学位论文 萎攒激蒜纂，呸西：讼 作用 墨礁丧嘲镱衙反射 币透明艰印物 柞彤d 连接拇舳遘甜 图2 - l 专色再现模型 f i 9 2 it h ea p p e a r a n c em o d e lo f s p o t - c o l o ri n k 从以上模型可以分析出，除了油墨本身色彩因素外，影响专色再现的因素还 有墨层厚度、油墨的遮盖力、底层承印物、墨膜表面光泽度、墨膜表面平滑度和 引起墨层变化的其它因素等。墨层的遮盖力、光泽度和平滑度与油墨本身的连接 料有很大关系，大部分因素都与油墨及承印物的选择有关。对于油墨及承印物己 确定时，只有通过改变墨层厚度控制专色再现。且专色印刷一般是印刷实地色块， 产品质量的优劣主要体现在墨色是否厚实均匀。为了达到墨色厚实均匀的视觉效 果，一方面要求墨色尽可能一致；另一方面，在不发生背面蹭脏的前提下，墨层 尽可能印得厚一点。能否获得厚实均匀的墨色，关键在于能否准确地控制墨膜厚 度 若油墨中含有颜料的浓度不变，墨层厚度增加，显然会使颜料颗粒对光线的 漫反射大大增强，引起墨层的不透明性增加。当墨层厚度达到一定程度，光线将 全部被反射而不能再到达底层的承印物，墨层变为完全不透明。墨层的透明性直 接决定着底层承印物对墨层色彩的影响。又由于油墨的选择性反射和吸收，所以 墨层厚度更是直接影响到印品的色彩，且墨层厚度对印品色彩的影响较大。 同时，从专色再现模型中可以看出物体呈色的原因在于它的选择性吸收。因 此，对印品测量最本质的方法是测量物体表面的分光反射率( 或透射率) ，而密度 值和色度值都是由物体的分光反射率导出的颜色特征参掰2 4 1 。因此，有必要通 过实验来具体研究墨层厚度与印品密度、色度的关系。 1 4 瓣 反 c 爱聊旧 柞裥 屠赢 ，、 、， 郑州大学硕士学位论文 2 1 2 色度与密度的检测区别 印刷过程控制及其质量控制历来是印刷生产管理部门感到棘手的问题，也是 印刷科技工作者的重要研究课题之一。迄今为止，基于密度检测的印刷过程控制 及其质量控制已深入人心，强有力地影响着印刷工业但是，随着人们生活水平 的日益提高，人们对印刷产品质量的要求也越来越高，仅有密度测控是不够的， 其局限性已显而易见虽然基于密度测量的那些参数对印刷过程控制很有用，但 其不能充分地描述印刷品的外观质量，尤其是颜色特征，因此，人们把目光投向 了基于色度检测的印刷过程控制及其质量监控，其拉近了人与印刷品之间的距 离，便于印刷生产企业与客户进行颜色信息交流，在某些方面显现出密度测控无 法比拟的优越性。 色度监测与密度检测的比较： 基于密度检测的印刷过程控制与质量监控之所以受到印刷生产人员的青眯， 是因为密度测量参数对印刷过程控制非常有用，它简化了印刷过程控制，通过控 制印刷品的密度值来控制印刷品颜色的稳定性，从而达到控制印刷品质量的目 的。 人跟视觉对颜色明暗感受与密度成非线性递增有关，即视觉感受颜色越深， 密度值越大；视觉感受颜色越浅，密度值越小。因此，印刷生产人员借助于视觉 可以很方便地通过控制密度来监控印刷品的颜色；另外，密度检测优化了工艺参 数，使得印刷生产人员可以容易地控制印刷过程及印刷品质量。如通过密度测量 与计算，求取印刷品的网点增大值，并将其控制在允许的范围之内，从而控制印 刷品的阶调再现性和色彩再现性；求取印刷品( 或测控条) 上的油墨叠印率，用 于过程控制，从而监视印刷生产过程的变化；求取印刷品上测量控制块不同方向 线条的密度，其密度的差值即为重影、变形，将其控制在一定的范围之内，从而 控制印刷品的清晰度。最终确定各e p s e j 色墨的最佳实地密度，将其控制在允许的 范围内，从而控制印刷品的均一性【2 5 】。 密度检测虽然在现阶段占有优势，但其缺点也很明显，主要表现在以下几 个方面：密度测量的是印刷品或样张上单位面积色料的数量，无法对颜色特征做 出精确测量，因此无法判断印刷样张与标准样张的颜色差异，也无法进行颜色的 郑州大学硕上学位论文 精确匹配；其次，密度测量值不能以某种形式跟c i e 混色系统相关联，而c i e 混色系统确是公认的色彩语言。因此密度测量不利于人们之间的颜色信息交流。 为了克服密度检测的缺陷，人们自然将目光投向了色度检测。色度检测的优 点主要有以下几点： 1 ) 能对颜色特征做出精确的测量和描述，并加以量化，因此印刷工业中常 将其用作颜色标准的建立。 2 ) 能对颜色进行精确匹配，而印刷复制正是使用c m y k 四色油墨匹配标准 色样的过程，因此可以对印刷过程实施精确控制，并对印刷质量进行精确监控。 3 ) 能直接检测印刷图像，获取印刷样张与标准样张之问色差信息，因此是 印刷生产人员确保印刷质量的极好工具 正是由于色度检测较之于密度检测的明显优势，印刷生产人员才将注意力集 中到色度检测这一系统上。 2 2 实验部分 2 2 1 仪器与材料 本章实验所用到的仪器有： 荷兰i g t c 型印刷适性仪： x r i t e5 2 8 分光密度计( 在d 5 s 光源和1 0 0 观察角进行测量) ； x r i t e s p 6 0 分光光度计( 在d 6 5 光源和1 0 0 观察角进行测量) ； 电子天平( 最大称重2 l o g ，精确到o i m g ) ： 4 - i g t 精量注墨器( 量程为2 m l ，精度为o 0 1 m 1 ) ； 夺超声波清沈机； 夺游标卡尺 夺表面皿 本章所用到的材料有： 夺油墨( t g s 1 3 9 胶印亮光快干洋红油墨、t g s 2 3 9 胶印亮光快干透明中 黄油墨、t g s - 4 2 9 胶印亮光快干天蓝油墨) 1 6 郑州人学硕士学位论文 冲淡剂( t g s 0 1 2 胶印亮光快干冲淡剂) 汽油 其中，印刷适性试验是一种模拟印刷机的小型实验机器。它可以在实验室 里模拟实际印刷条件，重现实际印刷中的各种条件，并将各种与印刷适性相关性 能的参数如纸张的吸油性、表面强度、有墨的粘着性和油墨转移过程中的墨量等 等数据通过实验量化，分析出印刷生产加工中发生的某些现象，探讨印刷材料与 印刷条件的相互关系，以便确定适合于常规印刷的工艺条件，从而为印刷工艺的 标准化、规范化生产提供可靠的参考数据 2 6 1 。 利用i g t 印刷适性仪所得到的印刷结果，可以便捷地得到油墨与纸张或其 它印材结合过程中的相关参数。 主要技术参数： 总匀墨面积：7 2 0 c m 2 印刷速度：0 3 m s 包胶印刷盘宽度：3 5 m m 匀墨时间：3 0 ( + 2 0 ) s 打墨时间：1 5 s 印区面积( 自测) ：7 2 8 4 6 r a m 2 i g t 公司设计了精量注墨器。这种精量注墨器非常适合精确取墨量的要求。 精量注墨器设计精度为0 0 1 m l ，容量为2 m l 。但为了简化通常用天平称取小墨量 油墨的方法。 2 2 2 样条的制备 利用印刷适性仪打制样条的步骤： 1 ) 用电子天平按质量称取油墨； 2 ) 给印刷适性仪的胶辊上的施墨，开机，匀墨3 0 秒，使油墨分布均匀，如 不均匀，匀墨时问延长2 0 秒； 3 ) 将印刷盘装上匀墨架，一旦匀墨均匀，转动匀墨架使得印刷盘与胶辊自 由接触进行打墨，时间为1 5 秒； 1 7 郑州大学硕士学位论文 4 ) 打墨时间到达后，转动匀墨架离开胶辊，取下印刷盘； 5 ) 向载样板上装纸张样条( 采样尺寸：4 5 x 2 5 0 m m ) ，正面朝上，并将样条 前端用透明胶带固定在载样板上，注意不要让手接触样条表面避免油脂 或潮湿影响印刷效果； 6 ) 将贴有纸张样条的载样板放在载样板导架上，将印刷盘装在印刷轴上， 设定印刷压力为3 0 0 n ，双手按下。p r i n t ”按钮，完成印刷； 7 ) 取下纸张的样条，待其干燥完全( 2 4 小时自然干燥，温度2 4 ，湿度 5 0 ) 后，用分光光度计分别测量其三刺激值、lab 值和密度值，做好 数据记录。 2 2 3 色样印刷面积的确定 印刷面积的计算可以采用下面的方法： 先把图案复印到复印纸上，然后把图案从复印纸上剪下来，把剪下来的图案 放在天平上称重量。再把空白的复印纸剪成1 0 c m x l o c m 的方块，把1 0 x 1 0 c m 2 的方块放在天平上称重量。 图案面积可以通过以下公式计掣2 7 1 ： 图案面积伽2 _ ( 1 0 0 x 图案重量) 方块重量 上述方法复杂且易出错，如果印刷面积的图案较规则，很容易能够利用数学 的不同图形公式计算面积。由于本实验所有的印区都是规则的长方形，而且均为 实地印刷，所以印刷面积的确定采用利用数学的图形公式计算面积。 理论上印刷面积是与印刷盘的圆周面积相等的，实际情况并非如此，例如本 实验所选用的印刷盘为3 5 m m 宽的印刷盘，但实际测量印区的宽度却为3 4 2 m m 。 所以印刷面积的确定没有采用仪器说明书中提供的印刷盘的圆周面积，而是选用 游标卡尺多次测量实际印刷面积的长和宽，然后取平均值相乘作为本实验的印刷 面积。 经多次测量实际印刷区域的实际宽度为3 4 2 m m 、长度为2 1 3 0 m m 。所以印 刷面积为3 4 2 x 2 1 3 0 = 7 2 8 4 6 r a m 2 。 1 8 郑州大学硕士学位论文 2 2 4 油墨密度( 体积密度) 的测定 本实验墨层厚度的计算采用测定样张印刷前后的质量差之后除以印刷面积 和油墨密度的乘积来计算墨膜厚度，因此有必要知道所用到的油墨密度。 油墨厂家一般不提供油墨密度值，而且这没有任何意义的，因为油墨密度随 周围环境的温湿度及自身溶剂的挥发而发生变化。所以试验之前需要首先测定油 墨的密度值，并且要保持油墨避光封闭保存，尽量降低油墨密度的变化带来的实 验误差 油墨密度( 体积密度) 的实验的测定，采用量程为2 m ，精度为0 0 1 n d 的 i g t 精量注墨器每次挤出一定量体积v 的油墨于空的表面皿中，之后用精