Automatische Kontrolle der Farbdruckqualität

Automatische Kontrolle der Farbdruckqualität

02 Impressum 2002 Ifra, Darmstadt Impressum Ifra Special Reports, Forschungsberichte, Untersuchungsberichte zu Technik und Organisation sowie Dokumente zur Standardisierung der Verlagstechnik. Herausgeber: Ifra, Washingtonplatz, 64287 Darmstadt, Deutschland; www.ifra.com; Telefon +49.6151.733-6; Fax +49.6151.733-800. Chief Executive Officer: Reiner Mittelbach. Director of Research and Consulting: Manfred Werfel. Research Manager: Uwe Junglas. Eine Wiederveröffentlichung auch auszugsweise ist nur mit ausdrücklicher Genehmigung des Herausgebers und unter Angabe der Quelle gestattet. Bezug: Ifra Special Reports werden zum Preis von 130 EUR* pro Exemplar vertrieben. Für Ifra-Mitglieder ist der Bezugspreis durch den Mitgliedsbeitrag im Rahmen eines vereinbarten Kontingents abgegolten. Ifra-Mitglieder erhalten auf Anfrage zusätzliche Exemplare zu einer Kostenpauschale von 13 EUR* pro Exemplar. * zuzüglich 7 % MWSt. in Deutschland sowie für Unternehmen und Personen der EU, die über keine VAT-Nr. verfügen.

2002 Ifra, Darmstadt Inhalt 03 Inhalt Einleitung... 04 1 Problemstellung... 05 2 Kriterien zur Systematisierung der Messsysteme... 06 2.1 Steuerungs- und Regelsystem... 06 2.1.1 Grundbegriffe der Automatisierung... 06 2.1.2 Inline-Messung, Regelkreis (Closed loop)... 07 2.1.3 Online-Messung, Steuerung (Open loop)... 07 2.1.4 Offline-Messung, messungsunterstützte manuelle Steuerung... 08 2.2 Messverfahren... 08 2.2.1 Densitometrische Messung... 08 2.2.2 Farbmessung... 08 2.2.3 Messung mit Kamera... 09 2.2.4 Druckbildinspektion... 09 2.3 Messfelder... 09 3 Übersicht der auf dem Markt befindlichen Messsysteme... 11 3.1 Inline-Messsysteme für den Rollendruck... 11 3.1.1 Inline-Messung mit Regelkreis (Closed loop)... 11 3.1.2 Inline-Messung und Bahnüberwachungssysteme ohne Regelkreis... 13 3.1.3 In-Line-Bildinspektionssysteme ohne Regelkreis... 13 3.2 Weitere Messsysteme... 15 3.3 Speziell für den Zeitungsoffsetdruck konzipierte Anwendungen... 15 3.3.1 Scannende Systeme... 15 3.3.2 Handmessgeräte... 15 4 Fallstudien zu Farbmesssystemen... 17 4.1 Inline-Messung mit Regelkreis (Closed loop)... 17 4.1.1 ColorQuick... 17 4.1.1.1 Systemüberblick... 17 4.1.1.2 System im praktischen Einsatz... 17 4.1.2 Color Control System (CCS)... 18 4.1.2.1 Systemüberblick... 18 4.1.2.2 System im praktischen Einsatz... 18 4.1.3 Zusammenfassung... 19 4.2. Anwenderberichte... 19 5 Druckversuche mit der Anwendung MiniTarget... 21 5.1 Messsystem... 21 5.2 Testdurchführung... 21 5.3 Testauswertung... 21 5.3.1 Allgemeine Anmerkungen zum Testsystem... 21 5.3.2 Auswertung der Dichte und Tonwertzunahme... 22 5.3.3 Farbauswertung... 22 5.4 Zusammenfassung der Ergebnisse... 23

04 Inhalt 2002 Ifra, Darmstadt 6 Anforderungen an Farbmesssysteme für den Zeitungsrollenoffsetdruck... 29 6.1 Technologische Anforderungen... 29 6.2 Betriebswirtschaftliche Anforderungen... 30 7 Zusammenfassung und Schlussfolgerung... 32 8 Literaturverzeichnis... 33 9 Herstellerverzeichnis der Mess- und Kontrollsysteme... 37

2002 Ifra, Darmstadt Einleitung 05 Einleitung Das Forschungsprojekt wurde von der TU Chemnitz am Institut für Print- und Medientechik mit dem Institutsleiter Prof. Arved C. Hübler durchgeführt. Projektleiter war Prof. Wolfgang Beier. Mitarbeiter waren Beatrix Beckmann und Studenten. Das Projekt wurde von einer Ifra-Arbeitsgruppe mit Vertretern folgender Firmen und Institutionen begleitet: Karl Altthaler MAN, Augsburg, D Torsten Bastian Axel Springer Verlag AG, Hamburg, D Dietrich Behrend Druckzentrum Freie Presse, Chemnitz, D Bob Brüwer PressTech Controls Ltd, Hemel Hempstead, UK Maarten Coerman Graphics Microsystems N.V., Mechelen, B Markus Dätwyler EMPA/Ugra, St. Gallen, CH Andreas Dreger TECHKON GmbH, Königstein, D Dirk Exner X-Rite GmbH, Köln, D Randall Freeman QTI, Sussex, USA Oswald Grütter System Brunner AG, Locarno, CH Matthias Haidt X-Rite GmbH, Köln, D Didier Havard Goss Systemes Graphiques, Nantes, F Yufan Jiang WIFAG Maschinenfabrik, Bern, CH Matthias Knoch PressTech Controls GmbH, Frankfurt, D Hansjörg Künzli EMPA/Ugra, St. Gallen, CH Hans Jörg Laubscher Heidelberger Druckmaschinen, Heidelberg, D Daniel Letournel Goss Systemes Graphiques, Nantes, F Ton Loohuizen Graphics Microsystems N.V., Mechelen, B Wolfgang Lüdge Innomess Elektronik, Berlin, D Wilhelm Mix KBA, Würzburg, D Kurt Münger EMPA/Ugra, St. Gallen, CH Hans Ott GretagMacbeth AG, Regensdorf, CH Wilfried Pütz Graphics Microsystems N.V., Mechelen, B Hessel Polstra QTI, Weesp, NL Jorge Rodriguez Giles Universität Wuppertal, Wuppertal, D Karl Schaschek KBA, Würzburg, D Marcel Schooneman QTI, Weesp, NL Werner Scherpf KBA, Würzburg, D Theodor Tatarczyk THETA SYSTEM Elektronik GmbH, Gröbenzell, D Thomas Türke KBA, Bielefeld, D Wilfried Übelher Vorarlberger Zeitungsverlag und Drukkerei GmbH, Schwarzach, A Harald van Meegen BST Servo-Technik GmbH, Bielefeld, D Andreas Wagner X-Rite GmbH, Köln, D Daniel Würgler System Brunner AG, Locarno, CH Seitens der Ifra waren Uwe Junglas, Manfred Werfel und Andy Williams beteiligt. Folgende Unternehmen trugen durch kostenlose Bereitstellung von Messgeräten oder Durchführung von Versuchen bzw. Gewähren von Beratungen zum Projekt bei: wfw Graphische Betriebe Udo Sattler in Zusammenarbeit mit Graphics Microsystems N.V: Fallstudie MOHN Media, Mohndruck GmbH in Zusammenarbeit mit QTI Europe, Inc.: Fallstudie TECHKON GmbH: Bereitstellung von Messgeräten Druckzentrum Freie Presse Chemnitz: Durchführung von Druckversuchen Die Ifra und die TU Chemnitz danken allen Mitgliedern der Projektgruppe für wertvolle Beiträge und Hinweise sowie allen Unternehmen für die geleistete Unterstützung des Projektes. Die Projektarbeit wurde beendet im August 2001. Manfred Werfel, Mai 2002

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2002 Ifra, Darmstadt 1 Problemstellung 07 1 Problemstellung Ein steigender Farbanteil in der Zeitung erfordert erhöhte Anforderungen an die Steuerung der Druckqualität. Es wird eine einwandfreie stabile Bildwiedergabe und somit die Konstanz der Farbqualität gefordert. Das bedeutet für die Druckerei, die Farbstreuungen in der Auflage bzw. die Farbabweichung zwischen Andruck und Auflage möglichst gering zu halten. Weiterhin sollten reproduzierbare 4-Farbqualitäten in unterschiedlichen Druckereien realisiert werden können. Zur Erfüllung dieser Anforderungen gibt es bereits Maßnahmen zur Standardisierung der Farbdruckqualität von Zeitungen (ISO-Standard 12647-3, Qualitätsinitiative Zeitungsdruck organisiert von Ifra und ZMG [Qua00], [Sta01]). Die steigende Leistungsfähigkeit von Systemen und Maschinen bringt spezielle Kontrollaufgaben und die Notwendigkeit, dies mit spezieller Messtechnik zu ermöglichen. Dies sollte für alle Produktionsabschnitte realisierbar sein. Eine sichere Produktion senkt die Kosten und durch eine höhere und gleichbleibende Qualität können Reklamationen vermindert werden. Der Zeitungsdruck ist ein hochproduktiver Prozess. Eine Qualitätskontrolle im Druck sollte deshalb als ein wichtiges Kriterium zur Stabilisierung dieses Prozesses angesehen werden. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit zur Messung der Farbqualität im Auflagendruck. Dabei muss die hohe Produktivität moderner Zeitungsdruckanlagen bei prozessbegleitenden dynamischen Messungen und der sich daraus ergebende Aufwand für eine konsequente messtechnische Kontrolle beachtet werden. Die Kontrollfähigkeit des Offsetdruckprozesses würde Messaussagen zur Farbwiedergabequalität liefern, woraus Maßnahmen zur Regelung des Prozesses gezielt abgeleitet werden könnten. Qualitätsbegleitende Messsysteme existieren z. B. mit der automatischen Registerregelung im Zeitungsdruck bereits. Ähnliche Systeme für die Farbqualitätskontrolle sind im Zeitungsdruck derzeit nicht im Einsatz. Zunächst anzustreben wäre ein Inline-Farbmesssystem zur automatischen Qualitätskontrolle im Druck mit nachfolgendem Regelkreislauf zur Farbnachstellung (Closed loop). Auf Grundlage einer Markt-, Literatur-, und Patentrecherche werden solche Systeme vorgestellt, die z. Zt. hauptsächlich im Akzidenzbereich vorhanden sind. Es soll eingeschätzt werden, ob und unter welchen Bedingungen Inline-Farbmesssysteme mit geschlossenem Regelkreislauf im Coldset-Rollenoffset (Zeitung) einsetzbar sind, welche Anforderungen gestellt bzw. welche Weiterentwicklungen für diesen speziellen Anwendungsfall gewünscht werden. Es geht gerade auch aus ökonomischer Sicht um die Realisierung von Zwischenlösungen. Deshalb werden in der Aufführung Inline-Lösungen ohne automatischen Regelkreislauf, Online- und Offline- Lösungen berücksichtigt. Es wird auf einige speziell für den Zeitungsdruck konzipierte Systeme eingegangen. In einem Druckversuch werden die in einer normalen Zeitungsproduktion ohne Messen und Regeln während der Produktion vorhandenen Kurzzeit- und Langzeitschwankungen über die Auflage dokumentiert. Beim Messwertvergleich und der Einbindung in ein Closed loop System soll aus pragmatischen Gründen der Vergleich zwischen Gutbogen und Fortdruckbogen und somit die Stabilität des Prozesses Priorität haben. Es interessiert der Maschinenfortdruck. Die Qualitätskontrolle des Druckprozesses durch Messen sollte einhergehen mit weiteren Standardisierungsmaßnahmen. Bildwiedergabe und Farbmessung sind höchst komplexe Themen. Deshalb sollten die Voraussetzungen für ein akzeptables Endergebnis schon im Vorstufenprozess geschaffen werden. Einen Ansatz im Zeitungsdruckbereich bietet z. B. die Ifra-Initiative Closed loop CTP Measurement mit dem Ziel der Qualitätssicherung und der Ausschussvermeidung in der CTP-Produktion.

08 2 Kriterien zur Systematisierung der Messsysteme 2002 Ifra, Darmstadt 2 Kriterien zur Systematisierung der Messsysteme An Messsysteme werden verschiedene Anforderungen gestellt. Von Seiten der Druckerei interessieren neben Investitionskosten die Einbindung in die Maschinenkonfiguration und nach dessen Realisierung der Leistungsumfang eines solchen Messsystems. Weitere Kriterien sind z. B. die Gestaltung des Layouts (Verlag), die Erreichung der gewünschten Qualität und Farbkonstanz (Kunden). Einem Prozess können durch Messen Informationen entnommen, aufbereitet und gespeichert werden (Messdatenerfassung). Der Prozess kann in einer vorgegebenen Form durch Stellen beeinflusst werden. Je nachdem, wie die Informationen für die Stellglieder bereitgestellt und entsprechende Aufgaben im Prozess erfüllt werden, wird gesteuert oder geregelt. Die Abb. 2.1 zeigt die Grundfunktionen des automatisierten Prozesses. Die Systematisierung von Messsystemen erfolgt allgemein nach der Einbindung in ein Steuerungs- und Regelsystem (Inline, Online, Offline) nach dem Messverfahren und Messort. In Kap. 3 wird dann nur auf die für das Projekt interessanten Systeme eingegangen. 2.1 Steuerungs- und Regelsystem 2.1.1 Grundbegriffe der Automatisierung Für die Qualitätskontrolle im Druck mit nachgeschaltetem Regelkreis gelten folgende Grundlagen. Durch Messung werden Informationen aus dem Prozess entnommen. Im Idealfall werden diese Werte mit vom Menschen vorgegebenen Führungsgrößen verglichen, nach Vorgabe der Regelaufgabe verändert und in Form von Stellgrößen wieder an den Prozess zurückgegeben. Die Messgröße wird durch die Stellgröße so beeinflusst, dass die Abweichung von der Führungsgröße möglichst gering wird. Der Vorgang verläuft im Regelkreis. Im Druckprozess ist das Erreichen einer bestimmten optischen Dichte und entsprechender Farbschichtdicken relevant. Diese muss durch geeignete Messgrößen kontrolliert werden. Letztlich wird der Prozess durch die Nachregelung der Farbzufuhr (beim Offsetdruck in Kombination mit dem Feuchtmittel) beeinflusst. Im Farbwerk wird dies durch das Stellen des Öffnungsgrades der Farbzonenschrauben realisiert. Die Feuchtmittelregelung wird z. B. in [Nikk97, Cur97] diskutiert. Wird gesteuert, so werden die Informationen nur in eine Richtung zu den ausführenden Teilen geschickt (realisiert über Fernsteuerpulte an Druckmaschinen). Ein geschlossener Regelkreis ist realisiert, wenn ein vom Anwender vorgegebener Sollwert automatisch überwacht (gemessen) und aufgrund des Messergebnisses automatisch so genau und so schnell wie möglich (bzw. wie nötig) geregelt wird. In Anlehnung an [MacP88] sollen in Abb. 2.2 die Grundelemente eines Closed loop Systems dargestellt werden. Einflussfaktoren für die Umsetzung eines solchen Systems sind z. B. das Angleichverhalten des Farbwerkes, um eine entsprechend gewünschte Farbzufuhr zu gewährleisten (geeignete Steuerstrategien z. B. durch Übersteuern [Loh93, Wec00]). Wichtige Kriterien sind dabei die Geometrie des Farbwerkes, der zonal druckende Flächenanteil, die Leiten Regeln Steuern Stellen Schalten Messen Melden Dokumentieren Energie, Material Prozess Produkt Abb. 2.1: Grundfunktionen im automatisierten Prozess [Schne01]

2002 Ifra, Darmstadt 2 Kriterien zur Systematisierung der Messsysteme 09 Art und Weise der Farbzufuhr, die Farbübertragungsprozesse an Spaltstellen, der Farbübertragungsprozess auf den Bedruckstoff, die Verteilung des zonalen Flächenanteils über die Farbzone. Außerdem spielt die Farbzonenvoreinstellung eine wichtige Rolle (Daten vom Plattenscanner, CIP 3/4 mit Bildinformationen für die Farbzonenvoreinstellung bzw. Kontrollelementen für Farbmessung und Farbregelung). Die Umsetzung der Regelung bzw. Steuerung liegt zumeist beim Maschinenhersteller. Die Grundlage der Gliederung der Messsysteme nach ihrer Einordnung in einen Steuer- bzw. Regelsystem bildet die Tab. 2.1. In den Kap. 2.1.2 2.1.4 werden die Begriffe Inline, Online, Offline weiter untersetzt. 2.1.2 Inline-Messung, Regelkreis (Closed loop) Voraussetzung für eine Regelung der Qualität der Farbwiedergabe im Druckprozess ist eine Inline-Messung. Für eine geschlossene Regelung werden permanent automatisch Inline-Messungen durchgeführt. Es werden die Prozessparameter automatisch innerhalb eines Toleranzbereiches konstant gehalten. Der Bediener der Maschine wird entlastet und kann sich um nicht regelbare Größen kümmern. Typisch für solche Lösungen sind z. B. Bahnkanten- und Registerregelungen. Eine für dieses Projekt interessierende Aufgabe ist die Inline-Messung von Farbwerten an laufenden Papierbahnen (oder bewegten Druckbogen) zwecks Konstanthaltung der Farbführung im geschlossenen Regelkreis. Typisch dafür ist eine dynamische Messung (kontaktlose Parametererfassung am bewegten Objekt). 2.1.3 Online-Messung, Steuerung (Open loop) Charakteristisch hierfür ist, dass der Regelkreis immer durch das Eingreifen des Bedieners unterbrochen ist. Die Messung erfolgt außerhalb der Maschine. Der Bediener handhabt das Messsystem, platziert das Messobjekt im Messsystem und löst die Messung aus. Die Ergebnisse werden interpretiert und an die Maschine weitergeleitet. Dies sind hauptsächlich stationäre Geräte, die an ein bestimmtes Produktions- und Funktionssystem einer Druckmaschine gebunden sind. Beispiele sind scannende Systeme, die vom Drucker bei Bedarf angewendet werden und unter Einbindung an das Steuersystem der Druckmaschine direkt die Farbzonenfernverstellung vornehmen. Zu kontrollierender Prozess Output Sensor Messung des Prozessoutputs, generiert Signal Steuereinheit Generiert Stellsignal für den Prozess, regelt Fehler gegen Null Fehlersignal Fehlerdetektor Vergleicht Signale von Soll und Ist Sollwert Abb. 2.2: Grundelemente eines Closed loop Systems

10 2 Kriterien zur Systematisierung der Messsysteme 2002 Ifra, Darmstadt 2.1.4 Offline-Messung, messungsunterstützte manuelle Steuerung Auch hier ist charakteristisch, dass die Messung außerhalb der Maschine stattfindet. Der Bediener setzt aber selbst die Steuerbefehle um (Gerät bzw. Software gibt u. U. Stellempfehlungen). Wenn die Möglichkeit besteht, die PC-Qualitätssoftware des Messgerätes mit der Farbsteuerung der Druckmaschine zu verknüpfen, können solche Gräte zu Online- Anwendungen umgewandelt werden. Im einfachsten Fall ist der Drucker das Messsystem selbst, indem er die Qualität subjektiv prüft (visueller Eindruck, Erfahrung) und entsprechende Einstellungen an der Maschine vornimmt. 2.2 Messverfahren Einflussfaktoren auf eine optimale Farbführung sind u. a. das Sujet, das Papier, die Farbe, das Feuchtmittel, die Farbreihenfolge, die Farbannahme, die Tonwertzunahme, der Kontrast, die Graubalance, der Farbort, der Lichtfang, die Farbschichtdicke, das Gummituch, die Pressung im Druckspalt, die Druckgeschwindigkeit und das Klima. Entscheidend für die Druckqualität sind die Schichtdicken (Volltondichten) und Rastertonwerte der Einzelfarben, das Verhältnis der Skalenfarben zueinander (Farbbalance) und das Farbannahmeverhalten. Für die Ermittlung dieser verschiedenen Kriterien der Druckqualität sollen kurz für die Systematik wichtige Messverfahren charakterisiert werden. 2.2.1 Densitometrische Messung Es wird die Remission, d. h. der remittierte Lichtanteil, der nicht absorbiert wurde, gemessen. Es wird die Menge der von der Probe remittierten Lichtstrahlung zu der vom unbedruckten Papier remittierten Lichtmenge in einem ganz bestimmten Teil des sichtbaren Spektrums (spektrale Remission der Standard-Druckfarben immer innerhalb genau definierter Toleranzwerte) ins Verhältnis gesetzt. Farbdensitometer ermitteln kleine Ausschnitte aus dem Spektrum, gemessen mit farbselektiven Messfiltern der Prozessfarben (Schwarz mit Messfilter, der der Hell- bzw. Grünempfindlichkeit des Auges entspricht). Es können Farbdichten (Volltondichte, Rastertondichte) und Tonwertzunahme, Druckkontrast, Farbannahme, Graubalance ermittelt werden. Die densitometrische Messung dient zur Kontrolle und Steuerung der Farbführung bzw. Farbhaltung und ermittelt Prozesskenngrößen, die wesentlich von der Farbschichtdicke abhängen und somit direkt in Steuerinformationen für Farbzonenschrauben umgesetzt werden können. Sie enthält aber keine Informationen zum Farbort und ist somit bei Sonderfarben problematisch. 2.2.2 Farbmessung Bei der spektralen Farbmessung wird die Remission über das gesamte sichtbare Spektrum ermittelt. Das zu messende Licht wird durch Beugung an Monochromatoren (Prisma, optische Gitter, Interferenzfilter in Verbindung mit verschiedenen Sensoren z. B. CCD-Zeilen) in Bestandteile zerlegt. Die Messung erfolgt in genau bestimmten Wellenlängenschritten und -abständen über das gesamte sichtbare Spektrum. Die Remissionswerte werden mit spektralen Augenempfindlichkeitskurven gewichtet und die Normfarbwerte XYZ ermittelt. Des weiteren gibt es Dreibereichsmessgeräte, die mit Filtern arbeiten, die den Normalspektralwertfunktionen entsprechen und somit die Normfarbwerte direkt ermitteln [Rös95]. Die Errechnung von Farbmaßzahlen z. B. L*a*b* (basierend auf Buntton, Sättigung, Helligkeit) wird ermöglicht. Steuer- und Regelsysteme Closed loop Open loop Regelkreis Halbautomatische Steuerung Messunterstützte manuelle Steuerung Prozessparameter Automatische Probenfindung Manuelle Probenentnahme, Messgerätebedienung und Messung Inline-Messung Online-Messung Offline Messung Messwert Automatischer, objektiver Soll-Ist-Vergleich Willkürlicher, subjektiver Soll-Ist-Vergleich Differenz-/Stellwert Differenzwert, Stellempfehlung Stellwerttransfer Stellwerteingabe Stellglied Korrektur des Prozessparameters Tabelle 2.1: Einteilung nach Steuer- und Regelsystemen [Kle99]

2002 Ifra, Darmstadt 2 Kriterien zur Systematisierung der Messsysteme 11 Die Messwerte entsprechen qualitativ und quantitativ der menschlichen Wahrnehmung der Farbe. Es können Farben nach ihrem Farbort genau reproduziert und Farbtoleranzen und somit Qualitätskenngrößen ermittelt werden. Ermittlung densitometrischer Werte Für die Prozessregelung erfolgt eine Umrechnung der Messwerte. Die spektralen Messwerte werden mit Tabellen verrechnet, die Messfiltern eines Densitometers entsprechen. Konventionelle Spektralphotometer und Densitometer sind z. T. gerade für dynamische Messungen in ihrem Leistungsumfang begrenzt. Sie sind hauptsächlich Punktmessgeräte, die mit definierten Kontrollfeldern arbeiten. 2.2.3 Messung mit Kamera Das digitale Bild der Kamera wird bildanalytisch ausgewertet, es erfolgt eine Umrechnung der RGB-Daten in Farb- und Dichtewerte [Kün98, Heu92]. Da die Kamera kein Farbmessgerät ist, muss eine Eichung erfolgen. In verschiedenen Arbeiten wurde die Eignung solcher Messungen zur Ermittlung von Farbqualitätskenngrößen nachgewiesen [Sey, Sey95, Sey96a, Sey96b, Sey98, Sim87, Mal94a, Mal94b, Mal99]. Der dynamische Bereich und die Auflösung der Kamera sind von den Fotosensoren abhängig. Zur Anwendung kommen hauptsächlich CCD-Sensoren (Charge Coupled Devices, ladungsgekoppelte Halbleiter) und CMOS-Sensoren (Complementary Metal Oxide Semiconductor)[Kün00a]. Ein CCD-Chip (mit Fotodioden) setzt die Helligkeit vom Motiv in Spannung um. Ein Analog/Digital-Wandler und Schaltung dienen zur weiteren Signalverarbeitung. Die Ermittlung farbiger Bildanteile erfolgt auf verschiedene Weise: 3-Chip-Kamera Ein drei geteilter Lichtstrahl wird durch drei unterschiedliche Filter (R,G,B) auf jeweils einen separaten CCD-Chip geleitet und dort gewandelt. Dies ist teurer, realisiert aber eine höhere Auflösung. 1-Chip-Kamera Der Lichtstrahl wird auf eine CCD geleitet, die RGB- Werte werden über Mosaikfilter erfasst. Dies ist billiger, realisiert aber eine kleinere Auflösung. 2.2.4 Druckbildinspektion Außer Farbe bestimmen bildabhängige Feinstrukturen, speziell geforderte Detailwiedergaben im Bild bzw. Störungen im Bild durch Störungen im Druckvorgang die Qualität des Druckbildes [Kipp00]. Gerade bei besonders schnell laufenden Bahnen im Rollendruck werden hochwertige Kamerasysteme eingesetzt, die eine Fehlererkennung ermöglichen und durch entsprechende Warnsignale den Bediener zu einer Korrektur veranlassen. Es erfolgt ein Vergleich zwischen Sollbild (z. B. OK- Bogen) und dem aktuellen Druckbild. Je nach Auslegung des Systems kann das kleine Ausschnitte bzw. das gesamte Druckbild betreffen. Je nach Funktionsumfang solcher Systeme können Fehler visuell bzw. durch entsprechende rechentechnische Auswertung Abweichungen zwischen Masterbild und aktuellem Druckbild erkannt werden. Bei entsprechendem Leistungsumfang der Systeme können in ausgewählten Messpunkten Messwerte z. B Lab-Werte (Eichung des Kamerasystems notwendig) ermittelt werden. 2.3 Messfelder Ein weiteres wichtiges Kriterium ist, mit welchen Kontrollmitteln bestimmte Messaufgaben realisiert werden können. Für den Vierfarbdruck betrifft das hauptsächlich Kontrollfelder (Volltonfelder, Rasterpunktfelder, Zweifarbenübereinanderdrucke), die zumeist innerhalb von Kontrollstreifen und somit zonal angeordnet sind. An dieser Stelle soll zusätzlich auf Messfelder eingegangen werden, die spezielle Messaufgaben ermöglichen bzw. durch ihre entsprechende Gestaltung in das Layout eingebunden werden können. Graubalancefelder Als Hauptursache für Farbabweichungen werden die Schwankungen der Rasterpunktverbreiterung angesehen. Unter der Maßgabe, wie das menschliche Auge Farbabweichungen im Bild unter dem Einfluss der Bildkontraste beurteilt, wurden Kontroll- und Auswertestrategien entwickelt [Bru98a, Bru98b]. Es existieren Farbwerksregelungen nach dem Prinzip der Graubalance. Farbbalancefelder sind empfindliche Signalfelder für Farbschwankungen im Druck, die zur Messung und Steuerung der Farbdichten herangezogen [Dol87b] und z. T. außerdem zur visuellen Kontrolle genutzt werden [Kar99]. Kontrollfelder im Zusammendruck als Indikatorfeld Neben Grautönen gelten auch Hauttöne als hochsensible Zusammendrucke. In [Bei98, Bei99] werden solche Felder vorgestellt. Mittels Messung von E können schon kleine Schwankungen bzw. ein Abdriften erkannt werden (visuell nicht mehr möglich). Nach Wahlmöglichkeiten verschiedener Qualitätsbereiche und einer Fehlerdefinition kann der Drucker durch eine Offline-Fehlersuche Gegenmaßnahmen ergreifen. Indikatorfelder bieten eine Vereinfachung und Kostenreduzierung, gerade für die Inline-Messung. Targets Spezielle Targets haben sich bewährt für Messaufgaben, bei denen der für Kontrollfelder verfügbare Platz minimiert ist.

12 2 Kriterien zur Systematisierung der Messsysteme 2002 Ifra, Darmstadt Für den Zeitungsdruck wurde beispielsweise das Mini- Target entwickelt [Kün98, Kün00b]. Auf einer Messfeldgröße von 7 x 10 mm sind Farbfelder (1,7 x 1,7 mm) mit folgenden Funktionen angeordnet: Volltonfelder, Rastertonfelder mit 50 % Flächendeckung, Volltonfelder der Mischfarben 1. Ordnung, Graubalance (Cyan 50 %, Magenta 40 %, Gelb 40 %). Angeordnete Linien und Balken lassen Rückschlüsse auf Passer und Schieben/Dublieren zu. Es ist die Möglichkeit der Messung von Farb- und Dichtewerten gleichzeitig (eine einzige Messung) gegeben. Es gibt außerdem kundenspezifische Messelemente, die diese zur Qualitätsermittlung nutzen. Als Beispiel aus dem Zeitungsbereich sei hier die Anzeigenkampagne des Modeund Handelshauses C&A [Mae98] mit der Erstellung von Qualitätsprofilen von Tageszeitungen (Druckvorstufe, Druck) genannt. Bei Ausnutzung von Layoutelementen bieten sich als Messorte auch Überschriften, Querbalken und Rahmen an. Messung im Bild Eine elegante Methode wäre die Messung im Bild. Entsprechende Offline-Lösungen gibt es im Bogenbereich. Auch für den Rollendruck sind Ansätze realisiert. Bei entsprechendem Leistungsumfang von Bahnbeobachtungsystemen können in ausgewählten Messpunkten im Bild (vorherige Eichung des Kamersystems notwendig) z. B. Lab-Werte ermittelt werden [Bah96].

2002 Ifra, Darmstadt 3 Übersicht der auf dem Markt befindlichen Messsysteme 13 3 Übersicht der auf dem Markt befindlichen Messsysteme 3.1 Inline-Messsysteme für den Rollendruck Der Aufgabenstellung entsprechend werden zuerst auf dem Markt existierende Systeme zur Inline-Messung mit Regelkreis vorgestellt. Als Alternative bieten sich außerdem Messsysteme an, die im Rollendruck eine Inline-Messung gewährleisten können, bei denen der Regelkreislauf aber nicht geschlossen ist. 3.1.1 Inline-Messung mit Regelkreis (Closed loop) Zuerst sollen für alle System gemeinsame Aspekte betrachtet werden. Die vorgestellten Systeme erlauben eine videokamerabasierende densitometrische Messung oder eine Messung aus einer Kombination aus Video/Spektralfotometrischem System. Automatisch wird ein Mikrofarbkontrollstreifen gesucht, lokalisiert und abgefahren. Das Abtasten des Farbkontrollstreifens erfolgt schrittweise quer zur laufenden Bahn. Es wird beidseitig mit je einem Messkopf auf Vorder- und Rückseite der Bahn gemessen. Die Messfelder besitzen einen Identifizierungscode, so dass die Messung der Farbzone zugeordnet werden kann bzw. Druckfehler (Butzen, Kratzer) erfasst und für die Berechnung verworfen werden können. Die Daten werden an den Steuerstand an der Maschine übertragen. Das Regeln der Farbe erfolgt nach Farbdichte. Es wird jede Farbe zum gewünschten Farbdichtewert geregelt und dieser in jeder Farbe und in jeder Zone über die gesamte Auflage konstant gehalten. Die Farbzonenschraubenänderung und damit der Angleich der Farbführung an die Zieldichte wird automatisch so schnell durchgeführt, wie die Rotationsmaschine es erlaubt. Neben der Automatisierung bieten diese Systeme eine Statistical Process Control (SPC). Es können Prozessdaten protokolliert, andere Daten z. B. Tonwertzunahme, Graubalance, Druckkontrast, Farbannahme zusätzlich ausgewertet und Daten für den nächsten Auftrag gespeichert werden. Neben der automatischen Nachregelung der Dichte kann auch in einem Optionsmodul gearbeitet werden, indem z. B. die Dichte nur angezeigt wird und der Drucker entsprechend selbst reagieren kann. Während der gesamten Produktion werden per Monitor Prozesstrends angezeigt. Die Systeme können mittels intelligenter Regelschnittstelle in Neumaschinen integriert bzw. in vorhandenen Maschinen nachgerüstet werden. Im Folgenden werden die Systeme mit ihren Besonderheiten und entsprechenden Anwendungen aufgelistet. In Tab. 3.1 sind Parameter und Referenzen zusammengefasst. Messsystem: ColorQuick Firma: Graphics Microsystems, Inc. (GMI) Systematik: Inline-Messung mit Regelkreis, Spektrale Farbmessung, Druckkontrollstreifen Das Messsystem besteht aus einer Kombination aus Video und Spektralfotometer. Die Videokamera dient zum Auffinden des Messstreifens, ein zweistrahliges Spektralfotometer (Abtastung in 20 nm Schritten) zur Messung. Installationen: 38 Installationen für Rollenoffset in Europa z. B. wfw Sattler Hornburg, D Lithoman III (vgl. Fallstudie in Kapitel 4.1.1) Bild 1: ColorQuick, Graphics Microsystems, Inc. Messsystem: CCS + (Instrument Flight-Technology) Firma: QTI + (System Brunner) Systematik: Inline-Messung mit Regelkreis, Videodensitometrische Messung, Druckkontrollstreifen Die Messung erfolgt mittels Videodensitometer. Mit Einbindung von System Brunner Instrument Flight können 30 individuelle Farbsteuerparameter zur Kontrolle der Volltondichten und Farbbalancen genutzt werden. Installationen: 14 weltweit z.b. Mohndruck GmbH, Gütersloh, D CCS an KBA Compacta (vgl. Fallstudie in Kapitel 4.1.2) Eine Installation in den USA auf einer KBA Commander (Coldset) bei Stevens Graphics in Birmingham, Alabama. Dort werden hauptsächlich Telefonbücher gedruckt. Messsystem: MicroTrak CLC Firma: Web Printing Controls Systematik: Inline-Messung mit Regelkreis, Microdensitometrische Messung, Druckkontrollstreifen Das System misst mittels Mikrodensitometer. Der Messkopf

14 3 Übersicht der auf dem Markt befindlichen Messsysteme 2002 Ifra, Darmstadt Bild 3: MicroTrak CLC, Web Printing Controls Bild 2: CCS + (Instrument Flight-Technology), QTI + (System Brunner) ist luftgespült, was der Verschmutzung entgegenwirkt. Installationen: keine Angaben verfügbar Messsystem: Firma: Systematik: Dynascan II Peretta (Graphic Web Systems BV, Europavertretung) Inline-Messung mit Regelkreis, Videodensitometrische Messung, Druckkontrollstreifen Die Messung basiert auf einem Videodensitometer. Installationen: keine Angaben verfügbar In [Das88] stellt die Firma ALTIM ein densitometrisches Mess- und Regelungssytem vor. Wesentliche Vorteile oben genannter Messsysteme sind: > verkürzte Einrichtezeiten und weniger Makulatur, > die Farbanpassung erfolgt automatisch, sonst kontrolliert Bedienpersonal visuell Probeexemplare, > Farbe ist über die gesamte Auflage konstant, > Farbe ist von Tagesproduktion zu Tagesproduktion konstant. Messsystem ColorQuickCCS + MicroTrakCLC Dynascan II (Instrument Flight- Technology) Firma Graphics Microsystems, QTI + Web Printing Peretta Inc. (GMI) System Brunner Controls Steuerungs- und Inline-Messung mit Inline-Messung mit Inline Messung mit Inline Messung mit Regelsystem Regelkreis Regelkreis Regelkreis Regelkreis Messverfahren Spektrale Farb- Videodensitometrische Microdensitometrische Videodensitometrische messung Messung Messung Messung Messort Druckkontrollstreifen Druckkontrollstreifen Druckkontrollstreifen Druckkontrollstreifen Höhe 2 mm Höhe 1,6 mm Höhe 2,3 mm Höhe kleiner 2 mm Messfeldbreite 4 mm (vom System vorgegeben) Geschwindigkeit 15 m/s 15 m/s 15 m/s 15 m/s Anwendungen Akzidenz Akzidenz Akzidenz Akzidenz Referenzen DRUPA 2000, [Hau00,DRUPA 2000,[Hau00,DRUPA 2000, DRUPA 2000, Schn01, Aus00, Grap00,Aus00, Qual00, Wec00, [Hau00] [Hau00], [Off00], Clo98, Clo00, Clo00b,The00a, The00b [Aus00] Pop00, Loy98, Far99] Cag00, Col00a, Clo00, Clo00b, Sey96c] Tabelle 3.1: Beispiele für Messsysteme mit Inline-Messung und Regelkreis, Bilder zu den Messsystemen befinden sich in Anlage 1.

2002 Ifra, Darmstadt 3 Übersicht der auf dem Markt befindlichen Messsysteme 15 3.1.2 Inline-Messung und Bahnüberwachungssysteme ohne Regelkreis Die folgenden Systeme sind für eine Inline-Messung konzipiert. Es erfolgt aber keine automatische Regelung. Der Drucker bekommt Qualitätsmängel angezeigt und muss reagieren. Eine Zusammenstellung zeigt die Tabelle 3.2. Bild 4: Dynascan II, Peretta Messsystem: ICD 40 Firma: Innomess GmbH Systematik: Inline-Messung ohne Regelkreis, Videodensitometrische Messung, Messpunkte Das System auf Basis einer 3-Chip-CCD-Kamera ist auf einer Traverse angeordnet. Es werden schrittweise über die gesamte Bahnbreite Messpunkte von 0,5 mm Durchmesser gescannt und Werte für jede Farbzone ermittelt (Scannzeit 3s/Zone, bei Bahngeschwindigkeit größer 6,6 m/s). Der Prozess soll mit diesem System konstant gehalten werden. Tests im Zeitungsdruck wurden schon vor 2 Jahren mit der Firma Wifag durchgeführt. Es können die gleichen Punkte wie für die Registermessung genutzt werden. Die Anwendungen liegen im Akzidenzbereich. Es bestehen z. T. Entwicklungsstrategien, auch die Messung im Bild zu ermöglichen. Eine weitere Untersetzung erfolgt durch die Fallstudien in Kapitel 4. Messsystem: Vip Flashdens Firma: Viptronic Systematik: Inline-Messung ohne Regelkreis, Densitometrische Messung, Druckkontrollstreifen Mit einer variablen Anzahl von Messköpfen werden mittels Firma Messsystem Referenz Innomess GmbH ICD 40 DRUPA 2000, [Aus00] Viptronic (GretagMacbeth-Gruppe) Vip Flashdens DRUPA 2000, [Gra01] X-Rite DTP24 DRUPA 2000 GVT (Graphische Verfahrenstechnik) IMS-VCI DRUPA 2000 Tabelle 3.2: Beispiele für Inline-Messsysteme ohne Regelkreis Firma Messsystem Referenz Data Engineering Ltd. Webspector + Pagevision DRUPA 2000, [Aus00] BST Servo Technik mit Innomess GmbH VideoCheck VC Serie, Euroscope, DRUPA 2000, [Aus00], [Qual00], BST Pro Mark Serie 2000 [Wer00] Eltromat Web Video Serie, Print Check Serie, Offcon DRUPA 2000, [Dru99], [Dru00] Press Tech Printeye, Inquesta DRUPA 2000, [Clo00] AVT (Advanced Vision Technology) Print Vision 9000 NT DRUPA 2000, [Loy00, Clo00, Col00b] Grafikontrol Grafikscan 2000 DRUPA 2000 Theta System Elektronik GmbH PCS [Bah96], [Pert97] Tabelle 3.3: Beispiele für Bildinspektionssysteme (Inline-Messung, ohne Regelkreis, Druckbildinspektion)

16 3 Übersicht der auf dem Markt befindlichen Messsysteme 2002 Ifra, Darmstadt Dichtemessung auf einem Druckkontrollstreifen Dichtewerte jeder Prozessfarbe ermittelt. Das System ist so ausgelegt, dass der Drucker bei Abweichungen reagiert. Laut Herstelleraussage ist das System für Rollenoffsetmaschinen verschiedener Hersteller konzipiert. Messsystem: DTP24 Firma: X-Rite Systematik: Inline-Messung ohne Regelkreis, Densitometrische Messung, Kontrollfelder Das Densitometer wurde zum Einbau in Druckmaschinen konzipiert. Derzeit wird es z. B. in einigen Digitaldruckmaschinen eingesetzt. Eine Farbsteuerung ist mit diesem Gerät möglich, muss jedoch von dem jeweiligen Druckmaschinenhersteller umgesetzt werden. Das Gerät stellt die Daten zur Verfügung. Zur Messung werden Kontrollfelder benötigt. Messsystem: IMS-VCI Firma: GVT Systematik: Inline-Messung ohne Regelkreis, Spektrale Farbmessung, Messfelder Das System besteht aus einer B/W-CCD-Kamera mit einem Spektralvorsatz. Die Farbmessung erfolgt zeilenförmig (keine Filtermessung). Je eine Kamera wird für Vorder- und Rückseite der Bahn benötigt. Die Kamera befindet sich stationär an einer Traverse über der laufenden Bahn. Üblicherweise erfolgt die Messung in Messfeldern, die Messung im Bild ist möglich. Ein geschlossener Regelkreis ist für den Tief- und Flexodruck realisiert und im Offsetbereich in der Entwicklung. Eine weitere Möglichkeit der Inline-Druckqualitätsüberwachung bieten automatische Bahninspektions- bzw. Fehlererkennungssysteme. Diese werden z. Zt. hauptsächlich im Verpackungs- und Etikettendruck (Flexodruck, Tiefdruck) einsetzt. Dass die Möglichkeit der Anwendung auch im Zeitungsdruck besteht, zeigt das Fallbeispiel in Kapitel 4.2. Die vorgestellten Messsysteme lassen sich wie folgt charakterisieren: 3.1.3 In-Line Bildinspektionssysteme ohne Regelkreis Mittels Videokameras (3-Chip-Farbkameras) werden Bilder bzw. die Bahn überwacht. Bei Abweichung festgelegter Toleranzen (Vergleich mit Masterbild, Farbabweichungen erkannt) wird ein sichtbarer Alarm ausgelöst. Der Drucker entscheidet über Abhilfe und kann z. B. die entsprechende Stelle kennzeichnen (beim Umrollen schneller zu finden). Mit einer Anbindung an das Steuerpult der Druckmaschine sind gezielt manuelle Veränderungen möglich. Je nach Funktionsumfang der Bahnbeobachtungssysteme können von ausgewählten Messpunkten auch (vorherige Eichung der Kamera notwendig) z. B. Lab-Werte ermittelt werden [Bah96]. Durch eine ständige Kontrolle der Produktion wird eine Steuerung der Qualität möglich und somit eine Produktionsstabilität erreicht. Eine Gleichmäßigkeit der Auflage wird gewährleistet. Da farbgleiche Anzeigen und Produktwiedergaben immer wichtiger werden, ist eine solche Hilfe für den Drucker sehr interessant. Ein frühzeitiges, zielsicheres Eingreifen der Maschinenbesatzung wird ermöglicht, aufkommende Fehler werden frühzeitig abgestellt und hoher Makulaturanfall wird vermieden. Anwendungen wären im Rollenoffsetdruck z. B. für die Bahnbeobachtung bei farbigen Tageszeitungen mit Regionalausgaben bei gleichbleibender Anzeigenwerbung sinnvoll und denkbar. Optionell können auftragsrelevante Parameter archiviert werden (Job Archieve) bzw. der Prozess statistisch ausgewertet werden (Statistical Process Control). An dieser Stelle sollen beispielhaft Systeme vorgestellt werden, um die Vielfalt der Anwendungen und Argumente für den Einsatz zu zeigen. In Tab. 3.3 ist eine Übersicht mit entsprechenden Referenzen zusammengestellt. PrintVision 9000 NT In der Praxis konnte mit diesem System eine Kosteneinsparung bei Makulatur erzielt werden. Rüstzeitverkürzungen von 8-10 % und eine Erhöhung der Druckgeschwindigkeit mit sicherer Produktion konnte realisiert werden. Personalaufwand reduzierte sich. Die Amortisation lag bei 8-12 Monaten (abhängig von Auftragsstruktur, Materialeinsatz, Maschinenbelegung, höhere Maschinenverfügbarkeit). Als Vorteil wurde die Kontrolle der Vorder- und Rückseite betrachtet. Offcon Dieses System bietet eine Kombination aus Register, Druckbildüberwachung und Farbsteuerung. Steigende Ansprüche an Druckqualität, Ausstattung und Kostensenkung erfordern eine Optimierung des Workflows. Der Einsatz qualitätssteigender und rüstzeitverkürzender Steuermechanismen wird notwendig. Argumente in einem Anwendungsfall waren eine deutliche Makulaturreduzierung, bis zu 90 % Rüstzeit- und Kosteneinsparung für Register und Farbgebung (niedrigerer Farbverbrauch). Das System bewährte sich bei häufigen Auftragswechseln und Mehrfarbenproduktionen. Durch Nachrüstung konnte eine alte Rotation besser ausgestattet und das Geld für eine neue vorerst gespart werden. PCS (Printing-Control-System) Dieses Bahnüberwachungssystem wird bereits im Zeitungsdruckbereich eingesetzt. Installationen: z. B. Vorarlberger Medienhaus, A, MAN Geoman (vgl. Anwenderbericht in Kapitel 4.2) Andere Anwendungen für eine Inline-Qualitätsüberwachung sollen kurz aufgeführt werden:

2002 Ifra, Darmstadt 3 Übersicht der auf dem Markt befindlichen Messsysteme 17 > AccColour-System von Sun Chemical/Hartmann Druckfarben, berührungslose Bahnüberwachung mittels Videokamera (erkennt Farbdifferenzen auf unterschiedlichen Bedruckstoffen, dokumentiert diese), Verpackungsdruck [Verp00] > Colour Valid, kamerabasierende Farbmessung [Fea98, Neu98, Row 99] > Neltec Colour Q2000, Inline-Farbmessung [Inl95] > InteliCheck von Integral Vision s European [Perf00] > GretagMacbeth Spektralfotometer SPM 700, an laufender Bahn oder Bogenauslage [Kle99] > GretagMacbeth/Viptronic SpeedyEye, Miniatur-Spektralfotometer zum Einbau in Digitaldruckern [DRUPA 2000, Farb00] Außerdem wurden die Eignung einer Qualitätskontrolle im Rollenoffsetdruck mittels 3-Chip-CCD-Kamera und nachfolgenden Bildanalyse in [Söd94] nachgewiesen und ein Bahnbeobachtungssystem ARGUS-Prototyp-System in [Söd95] vorgestellt. 3.2 Weitere Messsysteme Ergänzend sollen Systeme genannt werden, die, wenn eine Anbindung zur Maschine besteht, online arbeiten. Die Messung erfolgt meistens auf der Basis von Druckkontrollstreifen und wird außerhalb der Maschine vom Drucker ausgeführt. Es gibt auch Systeme, die variabel über einen x-y Scanntisch arbeiten und somit Messpunkte im Bild anfahren können. Das System ImageControl (Heidelberg) erlaubt das Abtasten des gesamten Bildes. Diese Systeme werden hauptsächlich im Bogendruck eingesetzt. Ein Vorteil dabei ist, dass durch die Steuerstandtechnik mit einem Messpult mehrere Druckmaschinen bedient werden können. Beispielhaft seien folgende Systeme aufgezählt: > ATD (Scanndensitometer), ATS (Scannspectrofotometer) von X-Rite [DRUPA 2000, Aus00] (vgl. Anwendung in Kapitel 3.3) > PDS-S Scanning Spectrodensitometer von Komori [DRUPA 2000, Clo00] > Scanndensitometer, von Grapho Metronic an MAN Roland CCI [Wec00, Nüe98] > SDT (Scanndensitometer) von Tobias [DRUPA 2000, Aus00, Qua00] (vgl. Anwendung in Kapitel 3.3) > Spectromat von GreatgMacbeth [DRUPA 2000, Aus00] > System CPC und ImageControl von Heidelberg [DRUPA 2000, Die93, Lohm99, Was95, Col00b] > CPC 23 Inline-Bildmessung, Bogendruck [Wes95, Obj97] > Densitronic, Spectronic von KBA [Clo98, Fuc00, Fuc98, KBA98] Aus diesen Anwendungen werden im Kap. 3.3.1 Lösungen für den Zeitungsdruck vorgestellt. Abschließend sei erwähnt, dass es außer im Druckbereich andere Anwendungsgebiete für Inline-Messung und Farberkennungssysteme gibt. Dabei geht es hauptsächlich um eine Gut/Schlecht Kontrolle mit fixen Toleranzwerten z. B. in der Pharmazie oder im Textilbereich [Hübn99, Bec93]. Für die Ermittlung von druckprozessrelevanten Größen sind sie nicht ausgelegt. 3.3 Speziell für den Zeitungsoffsetdruck konzipierte Anwendungen In diesem Kapitel sollen zusätzlich speziell für den Zeitungsdruck konzipierte Anwendungen vorgestellt werden, die eine Offline-Messung mit messungsunterstützter manueller Steuerung gewährleisten und als scannende Systeme bzw. Handmessgeräte ausgelegt sind. 3.3.1 Scannende Systeme Messsystem: Scanning Densitometer Firma: Tobias Systematik: Offline-Messung mit messungsunterstützter manueller Steuerung, Densitometrische Messung, Druckkontrollstreifen (Graubalance) Ein Graubalancestreifen von 1,6 mm Höhe wird ausgewertet. Durch ein solches qualitätsbegleitendes Messsystem kann z. B. eine Gleichmäßigkeit des Farbdruckes in 3 Druckorten auf 15 Rotationen bei einer Gesamtauflage von etwa einer Million gewährleistet werden [Werf99]. Installationen: keine Angaben verfügbar Messsystem: ATD News Firma: X-Rite Systematik: Offline-Messung mit messungsunterstützter manueller Steuerung, Spektrale Farbmessung, Druckkontrollstreifen (Graubalance) Es wird ein 2 mm (Mindesthöhe 1,6 mm) hoher Graubalancestreifen (C,M,Y-Anteil variabel) seitenbreit mitgedruckt. Außerhalb der Maschine wird der Balken gescannt. Es wird spektral gemessen, die Dichtewerte werden errechnet. Diese werden am Monitor je Farbzone angezeigt. Im Vorfeld werden Sollwerte und Toleranzen festgelegt. Es wird als Vorteil angesehen, dass nur die Messwerte angezeigt werden, die der Drucker braucht. Eine Auswertesoftware Bild 5: ATD News

18 3 Übersicht der auf dem Markt befindlichen Messsysteme 2002 Ifra, Darmstadt visualisiert die erreichte Qualität mit entsprechenden Hinweisen, sobald der Sollwert bzw. die Graubalance nicht mehr eingehalten wird. Der Drucker erhält dadurch Korrekturhinweise direkt an der Maschine. Die Messgeometrie (45 /0 ) entspricht den ISO-Normen. Die Software ist netzwerkfähig, so dass Berichte nicht direkt an der Maschine erstellt werden müssen. Eine Online-Anbindung des Messsystems wird als möglich angesehen. Installationen: seit Markteinführung Ende 2000 ca. 30 Systeme vgl. Anwenderbericht in Kapitel 4.2 3.3.2 Handmessgeräte Messsytem: MiniTarget (Ugra/Fogra), MTC 920 Firma: Techkon GmbH Systematik: Offline-Messung mit messungsunterstützter manueller Steuerung, kamerabasierende Messung, spezielles Messfeld Die Basis bildet ein MiniTarget (Ugra/Fogra Kontrollelement) Messfeld 10 x 7 mm. Das Messfeld steht allen Nutzern und Messgeräteherstellern zur Verfügung. Die technische Realisierung eines Messgerätes bietet derzeit nur die Firma Techkon. Mit einer Kamera (CMOS-Matrixsensor) wird mit einer Messung das gesamte Messfeld erfasst. Die Kamera ist kein Farbmessgerät (RGB-Filter der Kamera sind nicht identisch mit farbmetrischer bzw. densitometrischer Filterfunktion). Es muss deshalb mittels Spektralfotometer und Kalibrationsmessstreifen mit 25 Feldern kalibriert werden. Es können farbmetrische und Dichtewerte abgeleitet werden. Das System besteht aus der MiniTarget Camera MTC 920 und der Auswertesoftware MTC Pro. Zur Basiskalibration dient ein Spektralfotometer SP 810. Die Messungen erfolgen nach DIN ISO 12647-3. Bild 6: MiniTarget (Ugra/Fogra) Der Drucker bekommt eine Qualitätseinschätzung per Smily und muss reagieren. [Aus00, Kün98, Qua99] Installationen: verschiedene Zeitungen in der Schweiz und in Deutschland vgl. Anwenderbericht in Kapitel 4.2 vgl. Druckversuche in Kapitel 5 Eine Vielzahl von üblichen Handmessgeräten von verschiedenen Herstellern ist auf dem Markt. Speziell für das Erfassen kleiner Messelemente bieten einige Hersteller Geräte mit kleinen Messblendenöffnungen. Dies ist besonders für den Zeitungsdruck interessant (Einpassung von Kontrollelementen in das Layout). Tab. 3.4 zeigt einige Geräte zu dieser Systematik. Systematik: Offline-Messung mit messungsunterstützender manueller Steuerung, Densitometrische Farbmessung, Druckkontrollstreifen bzw. Unterstreichungen, Überschriften zusammengefasst. Firma Messsystem Anmerkungen und Referenzen Viptronic Vipdens 444 Kontrollstreifen (1,5 mm im Falz oder bei Verpackungen an verdeckter Kante) Messöffnungen 1 mm, Art der Messung automatisch erkannt (Nullen, Vollton), automatische Filterwahl Schnittstelle für Software für statistische Datenerfassung, Trendkontrolle [Den01] Viptronic Vipnews 917 P Messblendenöffnung standardmäßig 2,5 mm [DRUPA 2000] Beta Industries Betacolor 917 Messblendenöffnung 2,5 mm, optional 1,7 mm. Möglichkeit der Datensammlung und statistischen Qualitätskontrolle [DRUPA 2000] X-Rite Serie 500 Eine Micro-Spot-Technologie ermöglicht das Erfassen von Streifen von 1,6 mm Höhe. Daher können auch Überschriften und Unterstreichungen als Druckkontrollelemente genutzt werden. Das Modell 520 ist mit einer farbmetrischen Basisfunktion ausgestattet. [Aus00] Techkon R 410 (e) Optional mit kleiner Messblendenöffnung lieferbar (1,5 x 3 mm) Tabelle 3.4: Beispiele von Handmessgeräte mit kleiner Messblendenöffnung für den Zeitungsdruck

2002 Ifra, Darmstadt 4 Fallstudien zu Farbmesssystemen 19 4 Fallstudien zu Farbmesssystemen Für die Fallstudien wurden vorrangig Druckereien mit installierten Inline-Systemen mit Regelkreis (Closed loop) ausgewählt. Da im Zeitungsdruck noch nicht existent, stammen diese Beispiele aus dem Akzidenzbereich. Die in die Fallstudien einbezogenen Druckereien wurden vor Ort besichtigt und Informationen mittels Fragebogen erfasst. Dies bezog sich auf Aspekte der allgemeinen Betriebsbedingungen, den Anschaffungsgrund, das jeweilige Messsystem, die Einbindung des Messsystems in bestehende Maschinenkonfigurationen, die Regelung der Maschine, entstehende Folgekosten und Aspekte für den Einsatz in der Zeitung. 4.1 Inline-Messung mit Regelkreis (Closed loop) 4.1.1 ColorQuick Versuchsort: wfw Graphische Betriebe Udo Sattler, Hornburg Datum: 13. Dezember 2000 Messsystem: ColorQuick der Firma GMI Systematik: Inline-Messung mit Regelkreis, Spektrale Farbmessung, Druckkontrollstreifen 4.1.1.1 Systemüberblick Das System ist seit Mitte Mai 2000 an einer MAN Lithoman 3 (32 Seiten, 32 Farbzonen, 1260 mm Bahnbreite, 904 mm Abschnittlänge, Druckfarbenreihenfolge K, C, M Y) installiert. Es werden Aufträge im Akzidenzbereich bearbeitet. Die Plattenherstellung erfolgt über Film. Argumente seitens der Druckerei als Anschaffungsgrund für ein solches System waren: Die Makulatur konnte reduziert werden. Die Reklamationen konnten gesenkt werden. Messsystem mit seinen Qualitätsprotokollen gilt als Qualitätsbeweis gegenüber dem Kunden und als Referenz bei Reklamationen. Es kann zunehmend auf Proof und Abstimmungsbesuch verzichtet werden. Der Farbverbrauch sinkt, besonders bei Gelb kommt es durch eine effektive Farbführung zu einer Einsparung. Die Druckqualität (andere Aufträge möglich) wird verbessert, Anschlussseiten im SW-Druck mit D = 0,02 können problemlos gedruckt werden. Die Anschaffungskosten für ein solches System gegebener Konfiguration liegen bei 250 000,- EUR. 4.1.1.2 System im praktischen Einsatz Es wird ein 2 mm hoher Messkontrollstreifen mitgedruckt, der Messfelder der Größe 2 x 4 mm enthält. Ein zweistrahliges Spektralfotometer misst inline fortlaufend. Für den geschlossenen Regelkreislauf werden die Farbdichteinformationen genutzt. Der Messkopf ist nach Trockner, Kühlung, Silikonwerk und Bahnkantenregelung angeordnet. Das System besteht für eine Bahn aus einem Messkopf für die Vorder- und einem Messkopf für die Rückseite. Der Einsatz erfolgt bei jedem Auftrag. In jeder Farbzone sollten sich Messfelder für die Volltondichten befinden. Die Messfeldbreite wird durch das System vorgegeben, die Höhe ist variabel (min. 2 mm). Die spektrale Messung (Abtastung in 20-nm-Schritten) ermöglicht auch die Überwachung von Sonderfarben, die Farbverschmutzung z. B bei Gelb wird erkannt. Der Messstreifen wird auf einen Überfalz gedruckt, der nach dem Falzapparat mittels Rotoschneider entfernt wird. Die Messung erfolgt fortlaufend (bei 15 m/s Bahngeschwindigkeit), während des Messens werden Daten verarbeitet. Es wird automatisch auf Sollwerte (Erfahrungswerte) geregelt. Der Drucker wird von der Farbbedienung entlastet und wird z. B. für Arbeiten im Bereich Falz frei. Maschinenprotokolle dienen als Referenz für Produktion und gegenüber dem Kunden und werden für Folgeproduktionen archiviert. Bild 7: Traverse mit Messkopf Bild 8: Messkopf Vorderseite

20 4 Fallstudien zu Farbmesssystemen 2002 Ifra, Darmstadt 4.1.2 Color Control System (CCS) Versuchsort: MOHN Media, Mohndruck GmbH, Gütersloh Datum: 12. Januar 2001 Messsystem: CCS (ohne System Brunner) der Firma QTI Systematik: Inline-Messung mit Regelkreis, Videodensitometrische Messung, Druckkontrollstreifen 4.1.2.1 Systemüberblick Das System ist seit Mitte Mai 2000 an einer KBA Compacta C 318 (45 Farbzonen, Druckfarbenreihenfolge K, C, M, Y) installiert. Es werden Aufträge im Akzidenzbereich und vorwiegend hochwertige Druckprodukte bearbeitet. Die Platten werden optional über CTP oder konventionell hergestellt. Argumente seitens der Druckerei als Anschaffungsgrund für ein solches System waren folgende: Die Makulatur konnte reduziert werden (auftragsabhängig). Die Solldichten werden schneller erreicht (bei Auftragsbeginn und nach jedem Waschzyklus!). Es kann die Gleichmäßigkeit der Auflage für den Kunden dokumentiert werden. Bei nicht gleichmäßiger Farbführung ermöglicht das System die Ursachenfindung (z. B. Maschine, Bediener). Die Anschaffungskosten für ein solches System gegebener Konfiguration liegen bei 250 000,- EUR. Mit der Einbindung der Instrument Flight-Technology von System Brunner erhöhen sich die Anschaffungskosten entsprechend. 4.1.2.2 System im praktischen Einsatz Es wird ein Messkontrollstreifen (min. 1,6 mm Höhe) mit Messfeldern mitgedruckt. Die Messung erfolgt fortlaufend mittels Video-Densitometertechnologie. Für den geschlossenen Regelkreislauf werden die Farbdichteinformationen genutzt. Mit der Instrument Flight-Technology von System Brunner könnte zusätzlich die Steuerung nach Graubalance erfolgen. Beides zusammen liefert dann 30 individuelle Farbsteuerungsparameter (z. B. bei ET Heron, GB). Der Messkopf ist nach Trockner, Kühlung, Silikonwerk und Bahnkantenregelung angeordnet. Das System besteht für eine Bahn aus einem Messkopf für die Vorder- und einem Messkopf für die Rückseite. Der Einsatz erfolgt nicht bei jedem Auftrag. Der Messkontrollstreifen ist modifiziert. Messfelder mit Vollton, 25, 50 und 75 % Tonwerte, Kontrast, Farbannahme sind variabel pro Zone anordnenbar. In Mitte der Zone soll sich das wichtigste Feld Vollton befinden. Im vorliegenden Fall wird ein konventioneller Druckkontrollstreifen für betriebsinterne Kontrollen mitgedruckt. Die Messung erfolgt fortlaufend, der Scannlauf des Gerätes hat unabhängig von der Druckgeschwindigkeit immer die gleiche Geschwindigkeit. Es kann automatisch auf Sollwerte (Standard bzw. Kunde) geregelt werden. Optional übernimmt diese Aufgabe der Drucker. Es werden gleichzeitig die Werte für Vorder- und Rückseite am Monitor angezeigt. Maschinenprotokolle dienen als Referenz für Produktion und gegenüber dem Kunden und können für Folgeproduktionen archiviert werden. Bild 11 zeigt die zonenweise Einregelung der Volltondichte Gelb. Im Vergleich dazu stellt das Bild 12 die zonenweise Einregelung der Volltondichte Schwarz mit Eingreifen des Druckers dar. Der Istwert wird laufend gemessen und auf Grund der Abweichung werden die Zonenschrauben eingestellt. Bild 9: Messsystem CCS Bild 10: Messkopf Rückseite

2002 Ifra, Darmstadt 4 Fallstudien zu Farbmesssystemen 21 Bild 11: Zonenweise Einregelung der Volltondichte Gelb 4.1.3 Zusammenfassung Zum Einsatz der betrachteten Systeme im Zeitungsdruck sollen einige Aspekte zusammengefasst werden. Für beide Messsysteme wird je ein Messkopf für Vorder- und Rückseite der Bahn benötigt. Bei mehreren Bahnen im Zeitungsdruck würde sich somit der Preis erhöhen (bei mehreren Messköpfen ist aber auch eine Mehrfachnutzung von Systemteilen möglich). Eine Preisbestimmung liegt momentan nur für den Akzidenzbereich vor, für den Zeitungsdruck ist dies noch offen. Bei vielen Strängen sollten möglicherweise nur z. B. Inserate berücksichtigt werden (z. B. 8-er Turm S/W pro Strang). Dabei muss der Platzbedarf für das Messsystem und der Messort in der Maschine beachtet werden. Es müssten jeweils Druckkontrollstreifen ins Layout eingepasst werden (z. B. am unteren Rand im Bereich der Punkturen). Die bisher maximal realisierten Bahngeschwindigkeiten liegen bei 16 17 m/s, die realisierten Bahnbreiten bei 1,90 m. Die Regelung nach Volltondichten wird bis jetzt als ausreichend und funktionierend angesehen. Die Regelung nach Rasterdichten wäre ein Frage der Weiterentwicklung und Kosten. System QTI in Verbindung mit System Brunner bietet eine Regelstrategie nach einem Kompromiss zwischen Volltondichten, Rasterdichten und Tertiärtönen. Digitale Werte (CIP4 oder RIP-Daten) wären als Referenzwert und Voreinstellung möglich. Die Farbprofile (pro Farbe/Papier/Maschinen-Kombination) müssen bis in die Druckvorstufe berücksichtigt werden. Die Zukunft wäre das immer farbrichtige Drucken digitaler Anzeigen in verschiedenen Druckorten. Die Graubalance wird in Messfeldern bereits erfasst. Für einen Graubalancestreifen müssten Systeme angepasst werden. Weitere Anmerkungen befinden sich in Kapitel 6. Bild 12: Zonenweise Einregelung der Volltondichte Schwarz mit Eingreifen des Druckers 4.2 Anwenderberichte über Open-Loop Systeme bei Zeitungsbetrieben An dieser Stelle sollen Systeme vorgestellt werden, die bei Mitgliedern der Arbeitsgruppe im Einsatz sind bzw. innerhalb des Projektes getestet wurden. Anwender: Messsystem: Systematik: Vorarlberger Medienhaus PCS der Firma Theta System Elektronik GmbH Inline-Messung ohne Regelkreis, Bildinspekton, Messung im Bild Das Produktprogramm des Vorarlberger Medienhauses besteht aus 2 Tageszeitungen, Wochenzeitungen und Sonderprodukten, der Akzidenzanteil ist sehr hoch. In einer Druckmaschine MAN Geoman (z. Zt. 4 Achtertürme) ist im Turm 4 nach der letzten Farbe (Farbreihenfolge C, M, Y, K) das Messsystem installiert. Es dient auf der Basis einer 3-Chip-CCD-Videokamera zur Kontrolle der Farbqualität im Bild. Es wird auf Vorder- und Rückseite der Bahn gemessen. Das System ist auf einer Traverse beweglich angeordnet. Der Drucker wählt Bilder aus, die während des gesamten Druckes abgescannt werden. Der Vergleich erfolgt zum OK-Bogen, der den Sollwert darstellt. Das System funktioniert z. Zt. als Beobachtungsgerät (nicht Closed loop, Drucker reagiert), es werden Protokolle mitgeschrieben. Das System wird z. Zt. bei ausgewählten Druckprodukten eingesetzt, um eine entsprechende Qualitätssicherheit zu gewährleisten. Die Gründe für den Einsatz eines solchen Qualitätsmesssystems in diesem Fall waren: Es bestehen Forderungen nach durchgängiger Automatisierung und Standardisierung. Entsprechende Maßnahmen gibt es bereits. Der Drucker soll entlastet werden (Entbindung vom Messen), die Farbregelung soll letztlich dem Drucker durch Automatisierung abgenommen werden. Die Produktionssicherheit soll gewährleistet sein. Ein geringerer Makulaturanteil ergibt sich schon durch die jetzige Bildanalyse.