陶瓷喷墨印刷设备线性校准的研究

2015-12-09 08:59付文亭邓体俊
陶瓷学报 2015年6期
关键词:线性化喷墨墨水

付文亭,邓体俊

(中山火炬职业技术学院,广州 中山 528436)

陶瓷喷墨印刷设备线性校准的研究

付文亭,邓体俊

(中山火炬职业技术学院,广州 中山 528436)

陶瓷喷墨印刷设备线性校准,是准确复制图案颜色、层次的基础,是保证喷墨印刷质量的重要环节。本文设计陶瓷喷墨印刷线性化测试色块,待印刷烧成后测量其密度值,找出喷墨印刷机单通道墨量限值对应的有效网点面积率,利用映射计算得到线性校准的方法,最后通过线性回归拟合算法验证此方法的可行性。此研究对设计陶瓷喷墨印刷设备化线性软件及色彩管理等相关研究具有重要的指导意义。

陶瓷喷墨印刷设备;墨量控制;线性化;色彩管理

0 引 言

自2009年,中国从意大利引进了第一台陶瓷喷墨印刷机,便开启了中国陶瓷产业的喷墨印刷时代[1-3],同时也开启了中国陶瓷印刷技术的改革之路。陶瓷喷墨印刷设备与其它喷墨输出设备一样,通过电流控制系统,将接收到的图像信号转换为打印头的墨滴信号,输出彩色图像[4]。理论上图像输入信号与打印输出值之间应该呈45度直线的对应关系,但由于陶瓷喷墨印刷呈色受陶瓷材料、墨水自身属性以及高温发色等因素影响,打印机输出值与输入的图像信号并不呈线性关系,属于非线性输出设备。印刷设备在非线性状态下输出,容易造成图像层次并级,暗调层次偏色等印刷故障[5]。因此,陶瓷喷墨印刷设备线性校准,是准确复制图案颜色、层次的基础,是保证喷墨印刷质量的重要环节。

本文通过测量线性化校准前设备输出测试色块的密度值,分别找出墨水发色点和饱和密度点对应的网点面积率(称为有效网点面积率),利用映射算法将有效网点面积率映射到0-100%,通过此方法来实现设备的线性化校准。

通信联系人:付文亭(1984-),女, 硕士,讲师。

1 线性化基本原理

陶瓷喷墨印刷设备在实际印刷输出时,由于呈印材料、墨水发色属性等原因,油墨的输出密度值与输入的网点面积率并不成正比,而呈现出一种复杂的非线性关系,如图1曲线所示。喷墨印刷机的每个墨水通道都有类似的情形。

根据图1可看出,印刷实际输出的墨水密度与网点百分比关系曲线包括OA、AB和BC三段。OA段,随着网点面积率的增大,输出密度值为0,此段是由于喷墨打印墨水中的色料颗粒磨细以后,一些颜色如黄色、桔色,就会变浅,甚至没有颜色;且由于颗粒较细,其熔点比普通色料也降低了很多,当烧成温度波动大以后,色料可能全部熔化,熔化后就不是晶体而是熔融体,导致出现色差甚至褪色[6]。AB段,随着网点面积率增大,印刷输出的密度值逐渐增加,此段的网点面积率称为有效网点面积率;BC段,随着网点面积率增大,输出密度值保持不变,达到饱和密度值 。根据朗伯-比尔定律,随着网点面积率增大,墨层厚度增大,墨水密度并不会无限制的增加,从某一墨量开始,密度就会达到饱和,设为饱和密度值 ,并满足以下关系式[7]:

Correspondent author:FU Wenting(1984-), female, Master, Lecturer.

E-mail:99878766@qq.com

图1 线性化校准前网点面积率与密度的关系Fig.1 Relation between ink density and dot area percentage before linearization

线性回归是利用数理统计中的回归分析,来确定两种或两种以上变量间相互依赖的定量关系的一种统计分析方法,运用十分广泛。

回归分析中,只包括一个自变量x和一个因变量Y,且二者的关系可用一条直线近似表示,这种回归分析称为一元线性回归分析,其线性函数如下式(3):其中, 不是Y的实际值y,是估计值。

如果回归分析中包括两个或两个以上的自变量,且因变量和自变量之间是线性关系,则称为多元线性回归分析。其线性函数如下式(4):

其中,D为油墨密度;m是与承印物有关的参数;D∞为饱和密度;l为油墨厚度。

喷墨印刷设备线性校准的方法是指将OA段和BC段从整个密度范围内删掉,只保留AB段,即有效网点面积率段Fstart-Feffective,密度范围仍保持为0- D∞,保证了在减小墨量的情况下仍可达到同样的油墨密度值。同时,为了与输入信号网点面积率1-100%相符合,利用映射算法,将Fstart-Feffective的墨量对应的密度关系映射到1-100%的范围内[8]。线性映射公式如下式:

式中,K为有效网点面积率段,Fi为输入信号分别为1%-100%对应的输出网点面积率。

2 数据处理方法

数据拟合中常见的多项式拟合算法,可通过令x1=x,x2=x2,...,xk=xk,利用上述多元线性回归函数,求解多项式回归的统计数。

可决系数可以作为综合度量回归模型对样本观测值拟合度的度量指标,如式(5):如果样本回归线对样本观测值拟合程度越好,各样本观测点与回归线靠得越近,由样本回归做出解释的离差平方和与总离差平方和越相近,可决系数越接近于1;反之,拟合程度越差,相差越大,可决系数越接近于0[9]。

3 实验设计与实现

3.1 设备与条件

喷墨印刷机:efi-cretaprint C3喷墨印刷机;实验印刷分辨率:300 dpi

瓷砖系列:厚抛釉砖系列

墨水:陶丽西墨水;色序及墨色为:C、M、O、K、Y

印后工序:淋厚抛釉-烘干-烧成-抛光-纳米防污

测量仪器:分光光度计SpectroEye

实验软件:Adobe Photoshop CS5;Excel 2010

3.2 数据获取

设计色卡见图2所示,每个通道设计网点面积率分别为1%、3%、5% 、7%、10%、15%......90%、95%、100%的色块。在原始条件下喷墨印刷色卡,烧制后用分光光度计测量各通道每个色块的密度,测量数据如表2。

图2 单通道线性色卡Fig.2 Linearization chart of single channel

3.3 数据分析

根据表1中的测量数据,绘制C、M、Y、K、O各网点百分比密度值散点图,并添加了C、M、K的趋势线,如图3所示。

对各色测量数据进行趋势线性回归运算,得到各通道密度与网点面积率的拟合关系,见表2。

根据表1、表2及图3可以看出,C、M、K墨水从1%的网点开始发色,且随着网点面积的增大,密度逐渐增加,密度和网点百分比的拟合关系符合基本线性(线性R2均达到0.99以上),拟合程度很高,不需要进行线性化校准。而Y和O墨水发色效果并不理想,Y墨水从7%的位置开始发色,而O墨水从10%的位置才开始发色,发色后,随着网点面积的增大,密度亦逐渐增加,但密度和网点百分比的拟合关系符合二次多项式关系(二次多项式关系R2均达到0.99以上),因此,Y和O通道需要进行线性化校准,Y通道将7%-100%映射到1%-100%,O通道将10%-100%映射到1%-100%。

3.4 验证实验

根据式(2),利用photoshop对Y通道和O通道进行输入、输出信号线性映射调整,模拟喷墨印刷机输出线性校准过程。调整后,喷墨印刷输出,烧制后重新测量此两个通道每个色块的密度,测量数据如表3。

根据表3中的测量数据,重新绘制C、M、Y、K、O各网点百分比密度值散点图,并添加了C、M、Y、K、O的趋势线,如图4所示。

表1 线性校准前线性色卡测量数据Tab.1 The measured data of the test chart before linearization

表2 实验设备校准前网点百分比与密度的拟合关系Tab.2 Correlation between dot and density of every channel before equipment calibration

表3 线性校准后线性色卡测量数据Tab.3 The measured data of the test chart after linearization process

图3 实验设备校准前网点百分比与密度的关系Fig. 3 The relationship between dot and density before equipment calibration

图4 实验设备校准后网点百分比与密度的关系Fig.4 The relationship between dot and density after equipment calibration

表4 实验设备校准后网点百分比与密度的拟合关系Tab.4 Correlation between dot and density of every channel after equipment calibration

对各色测量数据重新进行趋势线性回归运算,得到各通道密度与网点面积率的拟合关系,见表4。

结合表3、图3和表4可以看出,Y通道和O通道分别经过7%-100%和10%-100%的映射校准后,发色起始点均提高到1%,且密度与网点面积率的拟合关系符合基本线性(线性关系R2均达到0.99以上),线性拟合程度大大提高。

3 结 论

本文通过测量线性化校准前设备输出测试色块的密度值,分别找出墨水发色点和饱和密度点对应的网点面积率(称为有效网点面积率),利用映射算法将有效网点面积率映射到0-100%,通过此方法来实现设备的线性化校准。喷墨印刷设备的线性校准,是准确复制图案颜色、层次的基础,是保证喷墨印刷质量的重要环节,且本文研究对设计陶瓷喷墨印刷设备化线性软件及色彩管理等相关研究具有重要的指导意义。

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Linear Calibration of Ceramic Ink-jet Printing Equipment

FU Wenting, DENG Tijun
( Zhongshan Torch Polytechnic, Zhongshan 528436, Guangdong, China)

Linear calibration is basic to accurate copy of color and shade variation to ensure the quality of inkjet printing. In this study, the test chart for ceramic ink-jet printer linearization was designed and the density value of the chart after printing and firing was measured to get the effective dot area rate of every single channel of the ink-jet printer. Then an approach to equipment calibration was obtained by mapping calculation, and its feasibility was verified by linear regression algorithm. The study provides an important guide for the design of linearization software and color management for ceramic inkjet printing equipment.

ceramic ink-jet printing equipment; ink limit; linear calibration; color management

date: 2015-05-19. Revised date: 2015-10-20.

10.13957/j.cnki.tcxb.2015.06.018

TQ174.6

A

1000-2278(2015)06-0673-05

2015-05-19。

2015-10-20。

中山高校及事业单位创新发展项目(2014A2FC323)。

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