Небольшое вступление.

Эта статья была написана Игорем Головочевым при моем участии еще в 2000м году, но до сих пор практически все опорные моменты и выводы не теряют своей актуальности. По мере возможности я делаю небольшие редакции содержимого, стараясь не затрагивать основную цель - дать читателю возможность получить системный подход к решению вопросов в покупке и выборе фотонаборного оборудования

Авторы: Игорь Головачев, Валерий Савченко

Оценка характеристик фотонаборного автомата

Фотонаборный автомат (ФНА) — хорошо известное и привычное отечественным полиграфистам устройство...

Фотонаборный автомат (ФНА) — хорошо известное и привычное отечественным полиграфистам устройство. Однако вопросы, поступающие в сервисную службу нашей компании, показывают, что далеко не всегда пользователи представляют реальные возможности фотонаборного оборудования и особенности его эксплуатации для получения качественных фотоформ. Мы попытаемся ответить на наиболее часто задаваемые вопросы, а также дадим оценку основным параметрам фотонаборного оборудования. В связи с тем, что авторы ближе всего знакомы с оборудованием Heidelberg Prepress (Linotype-Hell), большинство примеров основано именно на нем.

Формат

Это первый параметр ФНА, который оценивают как при покупке оборудования, так и при выборе репроцентра, где собираются выводить фотоформы. Формат должен перекрывать запечатываемую область печатных машин соответствующего класса с учетом приводочных отверстий, расстояния от них до начала печатаемой области, контрольных шкал и т. д. В наибольшей степени это относится к дизайн-студиям и репроцентрам, работающим с разными типографиями и заказчиками. Возможен вывод фотоформ под монтаж, но это ограничивает область применения ФНА и понижает производительность. В табл. 1 приведены размеры запечатываемых областей, печатных пластин и величина клапана (расстояние от края формы до начала печатной области) для некоторых машин.

Область экспонирования ФНА должна превышать длину и ширину запечатываемой области минимум на 5–10 мм. Это требование связано с возможностью негативного экспонирования, необходимого, в частности, для работы с полиэстером.

В качестве примера подсчитаем формат экспонирования для Speedmaster 74 (рис. 1), у которого величина клапана составляет 59,5 мм. Система приводки Bacher, имеющая у нас преимущественное распространение, занимает 24 мм на краю печатной формы. Формат, соответственно, должен превышать область печати на величину оставшихся 35,5 мм, плюс дополнительная полоса безопасности шириной 10 мм в конце запечатываемой области. В итоге получаем, что минимальная область экспонирования составляет 558x750 мм. В данном случае мы рассматривали ситуацию, когда приводочные отверстия пробиваются вне области, за ее краем. В некоторых ФНА приводочные отверстия пробиваются внутри ее. В этом случае минимальная площадь экспонирования для работы с Speedmaster 74 увеличивается на 24 мм и равна 582x750 мм. Если работа с негативом не требуется, то область экспонирования должна составлять не менее 547,5 (512+35,5)x740 мм для случая, когда отверстия пробиваются вне рабочего поля.

Классическим является расположение формата длинной стороной поперек пленки. Некоторые производители для повышения скорости ФНА разворачивают область экспонирования длинной стороной формата вдоль пленки. В итоге оказывается не совсем удобным расположение приводочных отверстий (рис. 2).

При ориентации отверстий вдоль длинной стороны экспонирование любого формата меньше максимального приводит к перерасходу пленки. Размещение их вдоль короткой стороны, напротив, делает экспонирование максимальным форматом невозможным, требуется перепробивка отверстий.

Поэтому авторы считают такой подход к увеличению скорости весьма сомнительным, применимым лишь в случаях, когда пробивка приводочных отверстий не требуется. Однако в последнее время все больше типографий отказываются, в силу понятных причин, от монтажа и просят заказчиков предоставлять готовые спуски с пробитыми приводочными отверстиями.

Повторяемость и геометрические искажения

Несовмещение фотоформ, как и последующее несовмещение печатных форм — один из главных факторов, определяющих качество печатной продукции. Именно максимальная величина несовмещения часто определяет реально достижимую линиатуру печати. Что влияет на совмещение фотоформ? Как добиться наилучшего результата на ФНА различных конструкций?

Традиционно одним из основных параметров ФНА считается разрешение. Однако достаточно высокое разрешение сегодня имеет практически любой ФНА. Тем не менее качество фотоформ, в зависимости от типа конструкции и качества реализации ФНА, значительно отличается. Почему?

Необходимое условие качественной цветной печати — совмещение печатных форм (точнее, растровых структур на оттиске) с высокой точностью. Установлено, что для качественной печати точность совмещения печатных форм должна быть не хуже четверти величины растровой точки. Например, при линиатуре 200 lpi печатные формы должны быть совмещены с погрешностью не более 30 мкм. При этом в указанную величину включаются погрешности, возникающие на всех технологических этапах: от растрового процессора до печатной машины.

Погрешности растрирования при расчете углов и линиатур, хотя это и не очевидно, в равной степени с другими технологическими факторами вносят свою долю в формирование общей ошибки совмещения растровых структур. Особенность этих погрешностей — трудность объективного контроля за ними, так как даже идеальное совмещение приводочных крестов ничего не говорит о точности углов и линиатур. Если исходить из вышеуказанного требования к качественной печати, то для ФНА формата А2 при линиатуре 150 lpi требуемая точность расчета составляет 0,003 градуса и 0,00005 lpi. При растрировании на формат А1 требования ужесточаются. И это без учета погрешностей других технологических операций!

Немногие растровые процессоры способны обеспечить такую точность. Например, для случая иррационального растрирования, применяемого в Delta Technology IS компании Heidelberg, точность расчета растра равна 0,0000012 градуса и 0,000000015 lpi, т. е. первое систематическое отклонение от номинальной позиции на величину одного пиксела ФНА произойдет при размере фотоформы более 80x80 м (т. е. никогда). Точности расчета растровых процессоров как программных, так и аппаратных, использующих метод суперячейки (таких большинство на рынке), достаточно для работы с ФНА до формата А3. В случае больших форматов нужно учитывать вносимую процессорами погрешность.

Техническим параметром фотонаборного оборудования, определяющим точность совмещения фотоформ, является повторяемость. Она указывает, на какую максимальную величину не совместятся приводочные метки. Лучшее значение повторяемости для современных барабанных ФНА — 5 мкм на восьми последовательно выведенных фотоформах максимального формата. Для хороших фотонаборов ролевого (capstan) типа — 25 мкм. Много это или мало? И сколь существенна эта разница с точки зрения качества печати?

Посчитаем максимальную линиатуру, удовлетворяющую требованию качественной печати, в зависимости от суммарного несовмещения. Формула очевидна: lpi = 25,4/4n, где n — суммарное несовмещение в миллиметрах. Процессы монтажа фотоформ, производства печатных форм и собственно печати, в зависимости от используемого оборудования и профессионализма персонала типографии, добавляют от 25 до 100 мкм к общему несовмещению. Приняв погрешности растрирования равными нулю (!), а погрешности типографии при монтаже и приладке 25 мкм (на более низкую величину рассчитывать не приходится), получим, что при несовмещении фотоформ на 5 мкм (барабанный ФНА хорошего класса) максимальная линиатура качественной печати — 211 lpi. При прочих равных условиях несовмещение фотоформ на 25 мкм (ролевые ФНА и некоторые барабанные) приводит к максимальной линиатуре печати 127 lpi. Разница очевидна.

Таким образом, далеко не разрешение сегодня определяет качество фотоформ. Чаще главными являются такие параметры, как величина повторяемости ФНА, точность и качество алгоритма растрирования, размер и жесткость точки. Во всяком случае, эти параметры должны соответствовать друг другу.

Анализ фактов обращения в сервисную службу владельцев ФНА с паспортной повторяемостью 5 мкм, жалующихся на брак несовмещения фотоформ до 50 мкм, показал, что в большинстве случаев оборудование было исправно. Для выяснения причин этого «загадочного» несовмещения рассмотрим влияние на геометрические размеры фотоформ таких факторов, как температура и влажность воздуха. Некоторых пояснений требует и параметр «повторяемость».

Влияние температуры и относительной влажности воздуха

На рис. 3 приведены усредненные характеристики влияния относительной влажности и температуры воздуха на геометрические размеры фотопленки. Коэффициенты влияния относительной влажности 0,01 мм/(м x процент относит. влажности) и температуры воздуха 0,017 мм/(м x °С) могут отличаться для разных типов пленок. Это зависит от толщины основы, состава и толщины фоточувствительного слоя, состояния пленки (проявлена или нет) и т. д. В любом случае очевидно, что температура и относительная влажность являются факторами, сильно влияющими на совмещение фотоформ.

Изменение во время экспонирования фотоформ относительной влажности воздуха на 1% или температуры воздуха на 0,5 °С приводит к несовмещению порядка 5 мкм на формате А2 и соизмеримо с точностью работы хорошего фотонаборного автомата барабанного типа!

Из сказанного понятно, что поддержание постоянной температуры и относительной влажности воздуха в помещении — необходимые условия для получения фотоформ высокого качества.

Нужно также учитывать, что фотопленка упаковывается на заводе при 50% относительной влажности. Если у вас она составляет 30%, то использование фотопленки сразу после разгерметизации упаковки может привести к несовмещению фотоформ порядка 200 (!) мкм. Поэтому фотопленку необходимо распаковать и выдержать в помещении, где будет происходить экспонирование, в течение как минимум 12 часов. Идеальные параметры для фотонаборного оборудования: относительная влажность 50% и температура 20 °С.

Особенно внимательно нужно следить за климатом, если ФНА установлен в одном помещении с проявочной машиной. Мощные нагревательные элементы и емкости с жидкостями проявочной машины могут создавать при своей работе большие перепады температуры и относительной влажности. В этом случае также обязательно наличие системы принудительной вентиляции. Причина — большое количество соли, которая, испаряясь из секций проявочной машины, оседает не только в легких оператора, но и на электронных и механических частях ФНА, что существенно сокращает срок его службы.

Пленка, долгое время находившаяся внутри ФНА (при больших перерывах в работе), может иметь другие размеры по сравнению с пленкой в рулоне. Это связано как с механическими усилиями, прикладываемыми к ней механизмом ФНА, так и различиями в климатических условиях внутри ФНА и рулона. Тот же процесс наблюдается при длительном хранении фотопленки в связи со старением. Поскольку это определяется параметрами внешней среды, хранить пленки нужно в одинаковых условиях и, желательно, герметично упакованными.

Высокая чувствительность пленки к климату порой является аргументом в пользу необязательности высокой повторяемости ФНА, что в принципе неверно. Все ошибки, к сожалению, суммируются, и для получения фотоформ высокого качества должны быть минимизированы все влияющие факторы.

Влияние экспонирующего устройства

В зависимости от добротности аппарата требования к климатическим условиям могут значительно отличаться для устройств разных производителей — жесткие требования связаны, как правило, с более простой, «облегченной» конструкцией с обилием пластмассовых деталей. Типовые проблемы таких ФНА — плохие повторяемость и геометрия. Нередки проблемы со статическим электричеством, проявляющиеся в виде «прострелов» статики на пленке.

Большое влияние на качество фотоформ оказывает тип конструкции аппарата.

ФНА, выполненные по схеме «внутренний барабан», обеспечивают повторяемость 5-10 мкм. (Это характерно для лучших моделей. Встречается повторяемость до 25 мкм.) Однако этот параметр, как правило, указывается только для режима экспонирования максимального для данного ФНА формата. Если на барабан ФНА экспонируются без продвижки пленки несколько фотоформ для различных красок одного задания, то величина повторяемости для этого случая в технической документации не оговаривается и может быть существенно хуже. Для объяснения причин обратимся к типовой конструкции сканирующего устройства ФНА барабанного типа (рис. 4).

Вдоль геометрической оси барабана, внутри которого находится неподвижная пленка, во время экспонирования медленно движется оптическая сканирующая система (не путать со сканерами), состоящая из лазера и вращающегося на большой скорости (порядка 40 000 об./мин) зеркала. Этим определены два направления сканирования — быстрое и медленное. Прямая линия, нарисованная в направлении медленного сканирования (поперек пленки), на исправном оборудовании имеет минимальную (менее 1 мкм) кривизну. Это контролируется электроникой и оптическим датчиком начала строки сканирования. Кривизна линии, нарисованной в направлении быстрого сканирования, ничем не контролируется и зависит только от качества оптической системы и ее настройки. В идеальном случае луч лазера, ось вращения зеркала и геометрическая ось барабана в точности совпадают, зеркало имеет идеальную поверхность и повернуто точно на 45 градусов относительно геометрической оси барабана. На практике, увы, линия в направлении быстрого сканирования может иметь кривизну различной формы с амплитудой отклонения до 50 мкм, причем даже у вполне приличного оборудования.

При полноформатном экспонировании несовмещение отсутствует, т. к. геометрические искажения всех фотоформ одинаковы, абсолютно повторяемы и накладываются друг на друга. Иное дело, когда фотоформы различных красок одного задания экспонируются в разных местах барабана (рис. 5).

В этом случае фотоформы различных красок имеют различные геометрические искажения, что может привести к их заметному несовмещению. Типовая рекомендация изготовителей ФНА — экспонирование цветоделенных фотоформ непосредственно друг за другом, в точности на одном и том же месте барабана ФНА. Только тогда гарантируются паспортные характеристики повторяемости большинства барабанных ФНА. К сожалению, этот режим достигается выключением всех функций автоматического размещения страниц на пленке, и перерасход ее неизбежен. Уберечься от перерасхода можно, используя программы электронного монтажа и спуска полос (рис. 6). При этом выполняются все условия совмещения с паспортной точностью, т. к. фотоформы для всех красок каждого задания всегда экспонируются на одном месте барабана.

Внимательно посмотрев на рис. 5, можно заметить, что пара фотоформ 1 и 2 имеет одинаковые геометрические искажения. Это верно и для фотоформ 3 и 4. Несовмещение возникнет лишь при попытке совместить, например, фотоформы 1 и 3. Эта особенность используется для оптимизации использования пленки без ущерба для совмещения. Необходимо применять автоматическое размещение страниц только в направлении медленного сканирования (поперек пленки). После заполнения пленки по ширине должна выполняться промотка экспонированного участка в приемную кассету (рис. 7).

В таком режиме экспонирования не происходит перерасхода пленки и одновременно обеспечивается высокая точность совмещения фотоформ, практически равная паспортной величине повторяемости. В барабанных ФНА компании Heidelberg Prepress, например, для осуществления этого режима нужно включить Collect Mode и выключить APP (Automatic Page Position).

Зная механизм образования геометрических искажений, можно в значительной степени ослабить его влияние на качество фотоформ. При больших искажениях проблема часто возникает при печати «лица с оборотом». Никакими «хитрыми» способами экспонирования обойти ее не удастся. Единственный выход — точная настройка оптики. Кстати, проверка совмещения лицевой и оборотной сторон — лучший метод оценки геометрических искажений. В случае идеального или близкого к нему совмещения можно забыть об искажениях и использовать все доступные способы экспонирования.

Большинство автоматов конструкции «внутренний барабан» используют вакуум для прижима пленки к барабану и ее фиксации. Хотя есть удачные примеры безвакуумных аппаратов, в общем случае его наличие желательно.

ФНА конструкции «внешний барабан» (рис. 8) обеспечивают повторяемость, сравнимую с предыдущей конструкцией. Здесь экспонирование происходит на пленку, закрепленную вакуумом на внешней поверхности барабана. Во время экспонирования вдоль вращающегося барабана на небольшом расстоянии от него движется оптическая система. Единственный источник искажений — механические биения барабана, вызванные неточностью изготовления деталей, их износом и т. д. К этим ФНА, с точки зрения пользователя, может быть применено все, сказанное выше о «внешнем барабане».

ФНА ролевого типа (рис. 9) по сравнению с барабанными имеют ряд принципиальных отличий, существенно ухудшающих повторяемость и совмещение фотоформ. Эти особенности — экспонирование на подвижную пленку и разница в длине оптического пути от развертывающего зеркала до различных участков пленки. Для таких ФНА характерны геометрические искажения как вдоль, так и поперек пленки.

Отметим, что в ФНА ролевого типа направления быстрого и медленного сканирования меняются местами относительно пленки. Направлением медленного сканирования здесь является направление протяжки пленки, неравномерность которой может возникать по нескольким причинам. Одна из них — не идеальная точность изготовления валов протяжки, приводящая к эксцентриситету. При постоянной угловой скорости валов линейная скорость на их поверхности меняется синусоидально с периодом, равным периоду вращения ведущего вала. Соответственно, частота линий сканирования пленки лазерным лучом меняется по тому же закону, приводя к геометрическим искажениям изображения. В Linotronic 330 компании Linotype-Hell проблема решается так: поскольку ошибка повторяется циклически, нужно выводить каждый цвет комплекта фотоформ, начиная с одного и того же положения ведущего вала. Для этого требуется включить Color Separation Mode (по умолчанию установлен Black&White Mode). Хотя недостаток данного подхода — повышенный расход пленки (дополнительно до 20 см на каждый цвет), он помогает получить фотоформы с хорошим совмещением.

Неравномерность при протяжке пленки может возникать и из-за ее проскальзывания по ведущему валу. При том, что в некоторых ФНА, например серии Linotronic, механизм протяжки оснащен рядом технических решений, которые обеспечивают постоянное натяжение, проблема проскальзывания существует, и ее надо учитывать. Наибольший вклад в проскальзывание пленки вносят приемная и подающая кассеты. Чем меньше пленки в подающей кассете и чем больше в приемной, тем оно сильнее (уменьшается диаметр роля пленки, увеличивается угловая скорость его вращения и, соответственно, прикладываемое усилие). По мере заполнения приемной кассеты усилие, необходимое на укладку пленки, возрастает, т. к. приемная кассета, как правило, не имеет системы подмотки. В аппаратах с контролем натяжения (Linotronic 560) после 15-минутного перерыва в работе (и более длительного) нужно промотать 15-20 см пленки для выравнивания натяжения.

Недопустимо выводить комплект цветоделенных форм, если он не умещается на оставшийся в подающей кассете метраж. Замена в процессе вывода на новый рулон приводит к резкому изменению нагрузки на механизм протяжки, что влечет за собой несовмещение фотоформ. Крайне желательно серьезные работы выводить в пустую приемную кассету. Не стоит выводить цветные работы сразу после загрузки пленки в ФНА. Аппарату необходимо промотать до двух метров пленки, чтобы окончательно закончить процесс ее выравнивания по валам после загрузки.

Искажения в направлении быстрого сканирования (поперек пленки) возникают вследствие разной длины оптического пути лазерного луча от центра к краю формата экспонирования. В ФНА хорошего класса вносимые геометрические искажения не превышают нескольких микрометров благодаря используемым схемам оптической и электронной коррекции. Искажения в направлении быстрого сканирования практически идеально повторяемы и, в случае достаточно большой их величины, по аналогии с барабанными ФНА, все краски комплекта фотоформ нужно размещать в одном и том же месте относительно краев пленки (например по центру).

Опыт многих компаний свидетельствует, что при аккуратном подходе на ролевом ФНА вполне реально производство фотоформ с линиатурой до 150 lpi (с натяжкой — 175 lpi). ФНА барабанного типа, при учете вышесказанного, обеспечивают совмещение, достаточное для изготовления фотоформ с линиатурой до 300 lpi.

Разрешение и линиатура

Линиатура — базовая величина, точка отсчета для определения требуемого качества печати. Распространенными величинами линиатуры являются:

• 75–110 lpi для газетной печати;

• 150 lpi для качественной черно-белой печати и простых полноцветных работ;

• 175–200 lpi для качественной полноцветной печати.

Большинство людей перестают замечать растровую структуру черно-белого изображения начиная с линиатуры 150 lpi. При полноцветной печати информация передается не отдельными точками, а растровыми розетками, линиатура которых ниже линиатуры растра составляющих ее цветов. Визуальная линиатура полноцветной печати 150 lpi достигается, когда линиатура растров составляющих цветов примерно равна 175 lpi. Линиатура газетной печати ограничивается возможностями печатного оборудования. Разумеется, это относится к стандартному растрированию. В ряде случаев соотношения могут быть иными. Например, стохастическое растрирование, изначально предназначавшееся для высококачественной печати, получило преимущественное распространение при выпуске газетной продукции. При размере точки 30–40 мкм, стабильно передающейся при газетной печати, визуальное качество (или контраст печати) существенно выше по сравнению с традиционным растром из-за отсутствия растровой структуры изображения.

Некоторые новые методы растрирования, например Megadot от Heidelberg, при печати линиатурой 150 lpi позволяют получить визуальное качество сравнимое с качеством печати обычным растром 175 lpi (в связи с заметной подавленностью растровой структуры отсутствует визуальный эффект понижения линиатуры при цветной печати). При этом, в отличие от стохастики, Megadot является обычным растром, не вызывающим проблем при перекопировке и печати. Напротив, владельцы относительно простой или старой печатной техники отмечают повышение качества при использовании Megadot.

Отметим, что высокая линиатура не всегда улучшает качество печати. При превышении некоторого порога, определяемого возможностями оборудования, качество может заметно снизиться.

Напомним, что разрешение и максимальная линиатура печати с 256 градациями серого связаны известным соотношением:

lpi = dpi/16. B случае линиатуры 200 lpi, которая является предельной для большинства лучших отечественных типографий и покрывающей почти все потребности качественной печати, необходимо разрешение 3200 dpi.

Иногда, если позволяет растровый процессор, допустимо использование свыше 256 уровней серого. С появлением PostScript 3 появилась возможность задействования до 4096 уровней. Однако особо обольщаться не стоит. Для полноценного применения 4096 уровней соотношение линиатуры и разрешения должно выглядеть как lpi = dpi/64. Для 200 lpi требуется разрешение 12 800 dpi. При этом 4096 уровней доступны только для оператора smooth shading, в остальных случаях используется обычное 8-битное (256 уровней) представление данных. Так же очевидно, что при обработке 16-разрядных данных скорость растрирования ощутимо снижается.

Существует другой способ улучшения качества растрового изображения (в основном этого требуют градиентные переходы), применяемый в некоторых растровых процессорах, — добавление псевдослучайного сигнала («dithering technic»). В растровом процессоре Delta Technology, например, используется 12-битная (4096 уровней) расчетная матрица растровой точки, и даже в случае 8-битного представления входных данных осуществляются 12-битная обработка и цифровая фильтрация. Форма растровой точки в небольших пределах имеет псевдослучайный характер, что дает визуальное представление большего количества уровней серого, чем есть на самом деле. Pеализация такого метода дает приемлемую картинку при количестве градаций серого менее 256, и заявляемая некоторыми компаниями высокая максимальная линиатура при относительно невысоком разрешении основывается, как правило, именно на этом. Использовать такой режим для качественных работ, тем не менее, не стоит. Как минимум «честные» 256 уровней должны присутствовать всегда. Это связано с тем, что качество изображения при наложении псевдослучайного сигнала зависит от сюжета и труднопредсказуемо.

Весьма эффективным представляется задействование асимметричного разрешения, под которым подразумевается увеличение разрешения ФНА в направлении быстрой развертки (вращение луча лазера) по отношению к разрешению медленной развертки (продвижка оптической системы). В результате появляется «бесплатная» возможность либо экспонировать заданную линиатуру при более низком разрешении (и соответственно быстрее), либо получить больше чем 256 уровней серого, если, конечно, растровый процессор умеет с ними работать. Симметричное разрешение 2540 dpi позволяет получить максимальную линиатуру растра 150 lpi с 256 уровнями серого. При удвоении разрешения в направлении быстрой развертки (т. е. при разрешении 2540x5080 dpi) можно экспонировать растр с линиатурой до 225 dpi без потери уровней серого. Скорость экспонирования линиатуры 200 dpi при разрешении 2540x5080 dpi примерно в 1,5 раза выше, чем при «штатном» 3386x3386 dpi.

Асимметричное разрешение ощутимо помогает увеличить скорость экспонирования и/или улучшить качество фотоформ. Однако повышать соотношение разрешений более чем вдвое практического смысла не имеет. Это связано с требованием передачи на пленке динамического диапазона, равного, как минимум, 2–98% растровой точки. Так, при экспонировании линиатуры 300 lpi при разрешении 1270 dpi (даже при соответствующем увеличении разрешения в направлении вращения лазера для обеспечения 256 градаций серого) тоновый диапазон составит 5–95%, что никак не соответствует требованиям качественной печати, тем более для такой высокой линиатуры. Это определяется размером пятна лазера, который для разрешения 1270 dpi составляет 20–25 мкм. Взаимное перекрытие пятен лазера при асимметричном разрешении (при удвоении разрешения — до 50%) накладывает определенные требования на размер пятна и его жесткость.

ПРОДОЛЖЕНИЕ СТАТЬИ