常用印刷质量测量方法详解

印刷品作为一种常见的视觉产品，人们习惯利用目测的方法对彩色印刷品进行评价。而这种主观的评价存在一定的局限性。在现代印刷生产中，仪器测量的结果相对来说比较客观，在印刷质量控制中使用得越来越广泛，极大地提高了生产效率，同时对印刷质量的提高发挥了积极的作用。印刷质量控制中使用的仪器测量主要包括密度测量和色度测量两种方法。

一、密度的测量方法

印刷业从属于信息传播产业，而80％以上的信息是通过人的视觉传播的；虽然现在的多媒体产品也包括有声音传播的信息，但其中占主导地位的是视觉信息。信息视觉效果的好坏取决于对象物体通过光学现象产生的颜色深浅差异。在所有印刷品的评价过程中，包括丝网印刷品在内，常常运用密度计对印刷品质量进行检测，通常称为密度测量方法，密度测量实质上是对反射光或透射光的光量大小的度量，是视觉感受对无彩色的黑、白、灰组成的画面明暗程度的度量。密度测量方法不仅能够测量密度值，还能测量网点增大、叠印率、相对反差等值，它是一种最早、最简单而又经济的客观检测方法。密度测量法在印刷中对于颜色的控制，实际上主要是控制印刷墨层厚度的变化。

1.密度的概念

密度反映的是在光线与物体相互作用过程中一般会发生透射、反射、选择性吸收等物理现象。在印刷业中通常是指其物理属性的内容，一般称其为“光学密度”，简称为“密度”。

密度可定义为表面吸收入射光的比例。不过，由于表面吸收光的数量很难用最精心制作的昂贵仪器来测量，因此，用大家认可的方法来测量从测试表面反射或透射光的比例，并假设（用于实际测量目的）所吸收的光量等于入射光（照射的光）减去反射光或透射光的数量。

也有人将密度称为“黑度”，它从侧面反映出密度中与人眼直接关联的没有量纲的物理量。所以，光学密度也可称之为“视觉密度”。它必须要符合人眼的“明视觉函数曲线”和“暗视觉函数曲线”。密度可间接表示物体吸收光量大小的性质。物体吸收光量大其密度就高，物体吸收光量小其密度就低。

印刷复制中使用的密度形式主要有：用于不透明物体的反射密度；用于透射物体的透射密度；用于网目调区域的网点积分密度。之所以采用密度作为参数，主要有以下三个优点：

①这种测量值与墨层弧度之间呈现出更加明显的线性关系。

②它更好地将人眼对亮度差别的视觉感觉联系起来。

③它提高了反射率差别较小时的测量精度。

2.密度的分类

（1）反射密度。

光的反射现象可用反射率来度量。当一束光线射向一个不透明的物体时，将有部分光被物体表面吸收，另一部分光将为反射光线。若设入射光通量为ΦO，反射光通量为Φf，入射光通量和反射光通量的比值是固定的，则比值为F，称为反射率。

反射密度的定义是以取10为底的反射率F倒数的对数，即对反射光通量与入射光通量比值的倒数再取以10为底的对数，用DF表示：

（2）透射密度。

光的透射现象可用透射率来度量。一束光线射向具有透过能力的物体时，将有部分光被吸收，另一部分光透射出来。其透射光通量和入射光通量的比值是一固定值，其比值称为透射率。在此可将它记作T。

若设入射光通量为ΦO，透射光通量为Φt，则透射率T用下式表达。

透射密度可以反映具有一定透明特性的材料吸收光的性能，用透射率的倒数的对数来表示（如密度越大表明材料吸收的光越多）。

设透射密度为D，透射率为T，类似于反射密度定义，则透射密度用公式表达如下。

透射密度主要用于传统印前生产中控制胶片、分色片的质量。

（3）网点积分密度。

网点积分密度是指一个网目调区域的密度，即密度计的测量探测头所对应的承印物上某一网目调部位的平均密度，指的是这一部位的每一个网点和网点周围的空白部位对光的反射和吸收的综合度量。

物质密度测量的密度值大小与其化学物质的数量有关，因为化学物质（如油墨层）的浓度遵守Beer-Lambert定律。除了图像表面返回的光，密度值根据样本上染料或颜料的数量的比例而变化。在生产调整中，这意味着密度计与给定的印品条件（包括印刷机、纸张、油墨和相关的成分）的油墨的数量是成比例的。对于过程控制目的，密度计测量较敏感，能分析并预知一些信息。

3.密度计

（1）密度计的分类。

根据测量物体的不同，密度计分为两大类：反射密度计和透射密度计。反射密度计主要测量反射物体的密度值，例如反射稿、印刷品的密度值。通过反射密度计测量实地密度能够监控墨量的多少，同时反射密度计还能检测印刷品的一些特性参数；透射密度计主要测量透射物体的密度值，一般是用在透射原稿的分析，输出分色片及制版工序测量分色片的密度值上。常用的反射密度计有手持式反射密度计和扫描式反射密度计。手持式反射密度计在印刷标准化生产过程中用途较大，它是随机抽样检查来控制印刷质量的重要工具，扫描式反射密度计常用于在线检测过程中，通过扫描印张上的测控条，达到连续监测印刷质量的目的，尤其在高速运转的卷筒纸印刷中作用更大。

（2）密度计的组成。

密度计属于精密光学电子仪器，其主要作用是进行密度的测量和计算。要实现这一功能，密度计一般由照明系统、采集光和测量的系统和信号处理系统组成。具体由照明光源、透镜、彩色滤色片、传感器、显示器等部分组成。

①照明系统。由光源、照明光路和供给光源能源的电源构成。光源发出的光经过转换使其符合ANSI/ISO标准，提供具有一定颜色质量的光（比如要使红光、绿光、蓝光得到平衡），称为标准光源A。也就是要求光源的相对光谱分布应当符合标准光源A的要求，即2856K±100K。

②采集光和测量的系统。这个系统由光传感器、采集光的光路和只将可见光谱的那部分光线传送到光传感器而把其他部分光线过滤的分光滤色片所组成。通常利用对380～720nm范围内的光辐射具有足够灵敏度的光电传感元件做辐射接受器。密度计采用的光电传感元件主要有光电池、光电倍增管、半导体二极管等。光电二极管与光电倍增管相比体积大大缩小，电源电压也很低，所以光学系统可以设计得很小，成为目前最常用的传感器。这个采集光的系统通常应该包括滤色片，使整个光谱感光度与某些标准相匹配。为了对印刷中所使用的标准黄、品红、青油墨本身的特性和其印刷呈色进行评价，测量滤光片应是与黄、品红、青油墨相对应的补色滤光片，即红、绿、蓝紫滤光片。三个滤光片的光谱谱带应当与标准油墨黄、品红、青的主吸收带的范围接近。测量滤光片的光谱特性取决于通带范围（半峰值与全峰值宽度）。在色密度测量时，密度计光路上有效光谱灵敏度［它等于传感器的相对光谱灵敏度S（λ）和测量滤光片的透射率λ的积］与光源相对光谱分布函数S（λ）的积应该是符合标准的，其中光源的光谱辐射是标准的。当改变密度计测量光路上的滤光片时就会改变密度计彩色响应的灵敏度。

③信号处理系统。信号处理系统得到代表入射光和接收到的光能量的电子信号，进行计算和显示。这个系统可能只是简单的比率检测器，连接到模拟式或数字式显示器的对数计算电路，也可能包括存储功能，处理诸如网点增益和反差等衍生出来的功能。

密度计的示意如图3-3-1所示。

图3-3-1　密度计的示意图

（3）密度计的测量注意事项。

①校准。包括白板校准和黑板校准，即调零和调节高密度值。调零是指将理想的完全白色的漫反射表面的密度测量值调为零。调节高密度值是指用标准黑板对密度计进行校准，将测得的密度值设定为已知的标准黑板密度值。

②密度测量。测量时要使用标准底衬，白色或黑色，以减少周围光线及底衬材料不同造成的读数差异。

测量时密度计的测量头与样品要紧密贴合，取点要准，位置统一，以减少测量误差。

在同一印刷企业尽量使用同一性能的密度计。不同密度计的测量数值可比较性差。

（4）密度测量的缺点。

首先，仪器之间的一致性差，这种差异就会导致不同密度计的读数不能进行比较，在交流沟通上很困难。其次，密度计不能提供与人眼灵敏度相关的心理物理测量，所以也就不能正确反映视感觉的明暗。密度计的分析测量能力是有限的，而且不能准确地表示出颜色的外貌。(www.xing528.com)

4.密度测量的主要参数

对于一个真正的客观评价来说，客观测量的变量和恰当的测量方法是绝对必要的。印刷图像质量受诸多工艺参数的影响，许多工艺参数往往不是独立变量而是相互影响的。譬如当增加墨层厚度的时候，网点的调值总要跟着增大，套色百分比也要受到影响。这种情况决定了印刷质量控制的复杂性，一个客观有序的质量控制方法的关键在于确定客观测量的变量和采用恰当的测量方法。

使印刷色彩在整个印刷过程中保持正确主要取决于三个参数：墨层厚度、网点覆盖率和叠印率。这三个参数各有其对应的可供客观测量的物理量，如图3-3-2所示。该图表达了三个质量参数与相关物理量之间的纵横关系，描述了印刷图像质量控制的基本原理。

图3-3-2　质量参数与相关物理量之间的纵横关系

（1）墨层厚度。

一个印刷图像的视觉色在某种程度上取决于墨层厚度。当墨层厚度合适的时候，印刷品可得到较大的复制色域。然而，用视觉检测油墨厚度是不充分的，在印刷车间要用密度计通过测量实地密度控制墨层厚度。这是因为墨层厚度与实地密度有密切的关系。墨层的吸收特性取决于油墨的色相、墨层厚度、油墨中颜料的特性和浓度。可是，因为三原色油墨的色相是标准的，颜料的浓度也是规定在一定的范围之内的，所以只有油墨层的厚度可以作为一个变量由人工进行调节。当然，墨层厚度增加到一定程度会达到最大实地密度，就是在充满油墨的容器上测量也不会高出最大密度。所以，在印刷过程中，经常测量实地密度来控制印刷品质量。

（2）网点覆盖率。

除了墨层厚度以外，网点覆盖率对印刷质量来说是一个决定性的参数。网点覆盖率的变化既可能是在制版过程中产生的，也可能是在印刷中产生的，网点覆盖率变化将引起错误的阶调复制，即使只有一个色出现网点增大，也会产生不同的色相，当然，对叠印色也产生影响。网点缩小、网点变形、重影、滑版变形都属于网点覆盖率变化的范畴。只凭视觉检查和评价网点质量，其有效性是有限的，最好在打样样张和印刷品之间直接进行比较。

在印刷时附带印刷信号条是检测和评价网点质量的有效办法。信号条指明印刷结果好坏，但不能就网点的变化及其偏差提供绝对的变化数据，因此还需要用密度计进行客观测量，以便对网目调值做出评价。在印刷质量控制和印刷标准化技术中，网点增大的测量值是最重要的变量之一。

此外，当实地密度没有变化时，还可以用相对反差值去判断不同参数对印刷效果的影响。例如：滚筒包衬和印刷压力、橡皮布和衬垫、供水情况、印刷油墨和添加剂等。

（3）油墨叠印率和色序。

影响印刷结果的第三个主要变量是油墨叠印率和色序。油墨叠印的质量可以用视觉检查和评判，其方法是观察较大的二色、三色叠印实地块或印刷控制条上的叠印块，如果二色叠印块能够得到说得过去的黑色和灰色，那么可以认为油墨叠印效果是良好的。油墨叠印的客观评价只能用色度测量的办法，但用密度计可以比较容易地测量和计算叠印率，这是一个相对值。

二、色度的测量方法

1.色度测量的基本原理

色度测量是利用色度测量仪器对印刷品进行测量，得到直接描述印刷品颜色的色度数据（例如三刺激值）的方法。色度测量是将人眼对颜色的定性颜色感觉转变成定量的描述，这个描述是基于表色系统。色度测量的依然是从印刷品表面反射或透射出来的光谱，基本原理是依据颜色的三刺激值XYZ色度计算公式。

式中　S（λ）——照明光源的光谱分布；

R（λ）——反射物体的光谱反射率；

——光谱三刺激值；

色度测量直接显示三刺激值X、Y、Z，而且还可以把三刺激值转换成均匀颜色空间色度坐标，如CIELAB坐标。

色度测量方法可以从视觉上均匀并精确地标度评价物体的颜色，利用色度测量方法可以确定一个印刷面的绝对色彩，也可以一定的公差提供一个样本，还可以通过色差比较对不同的工艺过程进行评价，所以色度测量方法在印刷质量检测中的用途更为广泛，主要表现在以下几个方面。

①首先在印刷材料的质量控制上。

②其次色度测量在对于印刷中灰平衡的分析测量、最佳阶调复制以及针对不同油墨、纸张和印刷条件的校色方面也有很大作用。

③此外利用这种方法还能分析打样张的色彩和印刷用纸的匹配情况，分析预打样工艺中所用颜料的色度特性；分析一套油墨再现的色域和各套油墨再现色域的不同以及原稿和复制图像之间的关系。

④通过对印刷品的色度测量，实现印刷过程中的色彩控制。

⑤在当前进行色彩管理时要用到色度测量。

⑥采用色度测量规范，提高标准化生产的程度，这样能达到节省材料、减少差错、提高产品质量的目的，实现了对印刷色彩的质量控制。

2.色度测量工具

（1）色度计。

色度计是仿照人眼感色的原理制成的，通过对被测颜色表面直接测量获得与颜色三剌激值X、Y、Z成比例的视觉响应，经过换算得出被测颜色的X、Y、Z值，也可将这些值转换成其他匀色空间的颜色参数。

色度计一般由照明光源、校正滤色器、探测器组成。照明光源负责照射待测物体，并通过由滤色器和光电接受器组成的光电积分探测器来模拟标准观察者对颜色的三种响应。色度计获得三刺激值的方法是由仪器内部光学模拟积分完成的，也就是由滤色器来校正照明光源和探测器的光谱特性，使输出电信号大小正比于颜色的三刺激值，所以与人的视觉相协调。色度计测量值可以精确地描述色彩，并且与人的视觉相一致。

色度计的使用步骤如下：

①确定测量孔径大小。

②选择合适的标准光源。一般印刷工业中进行色彩测量常选用D50和D65光源。测量反射稿时选用D65光源。测量透射稿时选用D50光源。

③确定视场角。当观察目标直径较小时一般都选用20°视场角，尤其对印刷图像细节部位进行观察时；当观察目标很大时，应选用100°视场角。

④在标准白板上对色度计进行校准。

⑤选定测量对象进行色度测量。

（2）分光光度计。

分光光度计测量颜色表面对可见光谱各波长光的反射率。将可见光谱的光以一定步距（5nm、10nm、20nm）照射颜色表面，然后逐点测量反射率，将各波长光的反射率值与各波长之间关系描点可获得被测颜色表面的分光光度曲线，每一条分光光度曲线唯一地表达一种颜色，也可将测得值转换成其他表色系统值。

分光光度计主要由光源、色散装置、光电探测器和数据处理与输出几部分构成。

根据分光光度计的测量数值可以计算密度值和色度值（但反向计算是不正确的）；可以分析同色异谱现象；新型分光光度计还可以把分光光度测量数据直接转换成其他表色系统的参数，转换方法与色度计是一样的。