Na szybko zmieniającym się rynku dóbr konsumpcyjnych nie ma mowy o kompromisie w kwestii jakości. Nie ulega też wątpliwości, że opakowanie produktu musi w dużym stopniu przyciągać uwagę klienta. Co więcej, w niektórych branżach – jak farmaceutyczna, tytoniowa czy niektóre segmenty przemysłu spożywczego – brak pewnych informacji może być kwestią kluczową. Wyobraźmy sobie, że na ulotce dotyczącej stosowania lekarstwa brakuje przecinka bądź ostrzeżenia o możliwej reakcji alergicznej. Tego rodzaju pomyłka może być zagrożeniem dla czyjegoś życia. W czasach, gdy na opakowaniu znajdują się informacje w kilku językach, jego kontroli nie można dłużej pozostawiać jedynie złudnej ocenie wzrokowej. By ustrzec się poważnych błędów, niezbędna jest zaawansowana analiza.
Współczesny system inspekcji musi dostarczać stabilnych wyników kontroli wszelkiego rodzaju podłoży wykorzystywanych w druku opakowań (papieru, folii czy kartonu). Musi mieć możliwość zmierzenia całej szerokości wstęgi podłoża oraz każdego wychodzącego z maszyny wydruku z osobna, w całym cyklu produkcyjnym. Musi też pracować w trybach in-line i on-the-fly, tj. bez przerywania produkcji, przy pełnej jej prędkości dochodzącej nawet do 900 m/min.
Kluczowymi elementami takiego systemu są kamera wysokiej rozdzielczości z odpowiednim oświetleniem punktowym oraz zamknięty system, w którym drukowany produkt może zostać porównany z oryginalnym plikiem PDF lub zaakceptowaną przez klienta odbitką próbną. Co więcej, system inspekcji musi być w pełni zintegrowany z maszyną drukującą i zdolny do komunikacji z urządzeniami do odwijania i przewijania wstęgi, umożliwiając jednocześnie szybkie i wydajne oznaczanie oraz usuwanie zawierającej błędy roli z materiałem. System ten musi wreszcie zbierać i przechowywać informacje na temat produkcji, oferując łatwy do nich dostęp, gdy potrzebna jest analiza danych. Musi zatem pełnić funkcję centralnego magazynu wyposażonego w oprogramowanie do „inteligentnej” analizy i połączonego z firmowym serwerem IT.
Specyfikacja kamery: szerokość, prędkość i rozdzielczość druku
W sytuacji, gdy zalecana rozdzielczość druku wynosi około. 200 dpi, zakres tolerancji waha się między 0,1 a 0,2 mm na całej szerokości wstęgi oraz 0,15-0,35 mm w kierunku wzdłużnym. Technicy stosują tu specjalny kalkulator oparty na prędkości, szerokości wstęgi i liczbie kamer, które chcą wykorzystać do inspekcji. W rezultacie uzyskiwane są dwa wykresy prezentujące pracę systemu inspekcji i minimalną, wykrywalną wielkość błędu.
Szerokość druku, minimalna wielkość błędu i prędkość produkcyjna to czynniki determinujące liczbę niezbędnych kamer. Generalnie kamery do skanowania liniowego wyposażone w matryce CCD o wielkości 4096 pikseli są zalecane przy drukowaniu z prędkością maksymalną wynoszącą ok. 400 m/min. Ten typ kamer jest dostosowany do wymagań niemal wszystkich rodzajów opakowań. Jeżeli np. użytkownik chce wykryć błąd o średnicy 0,1 mm na wstędze o szerokości 1200 mm, optymalnym rozwiązaniem jest w tym przypadku zastosowanie trzech kamer o łącznej wielkości matryc wynoszącej 12 228 pikseli.
Prędkość drukowania i prędkość liniowa kamery odgrywają znaczącą rolę w procesie określania minimalnego wykrywalnego rozmiaru błędu w kierunku wzdłużnym. Kamera z matrycą o wielkości 4096 pikseli działa z prędkością 17 500 pikseli liniowych na sekundę. Przy prędkości drukowania wynoszącej 300 m/min (5000 mm/s) minimalna rozdzielczość wzdłużna wynosi 0,285 mm. Ponieważ proces drukowania jest dynamiczny, bardziej istotna jest rozdzielczość krzyżowa podłoża. Na przykład kropla farby, która przy kontakcie z podłożem teoretycznie przybiera kształt okrągły, na koniec staje się wydłużona i owalna za sprawą momentu względnego podłoża. Przy technice wklęsłodrukowej niezwykle ważne stają się błędy rakla. Mogą one wystąpić na długości wstęgi liczonej w kilometrach, ale mieć zaledwie 0,1 mm szerokości.
Oświetlenie
Przy zastosowaniach „z roli na rolę” sprzęt do inspekcji jest umieszczony w maszynie drukującej w jednej pozycji, tuż za ostatnim zespołem drukującym. Składa się on z szeregu kamer odpowiedzialnych za inspekcję, wyposażonych w punktowe lampy zapewniające stały poziom oświetlenia obszaru podłoża podlegającego kontroli. Kluczowe kryteria decydujące o rodzaju kamer i lamp stosowanych w maszynach do drukowania opakowań to: rodzaje wykorzystywanych podłoży, maksymalna prędkość drukowania, maksymalna szerokość druku i wymagana rozdzielczość.
Podłoża mają znaczenie, gdyż przezroczystość i odblaskowość materiałów wpływają na rodzaj i liczbę lamp stosowanych do inspekcji, jak również kąty, pod jakimi się je pozycjonuje. Przy oświetlaniu podłoża wykorzystywane są trzy rodzaje lamp. Lampa górna dostarcza wiązkę światła o dużej intensywności, skierowaną dokładnie w miejsce, na które nakierowana jest kamera; służy do oświetlania podłoży nieodblaskowych i nieprzezroczystych. Lampa „foliowa” generuje bezpośrednie światło odblaskowe o niskiej intensywności oświetlające materiały odblaskowe takie jak folie metalizowane, farby odblaskowe i tłoczenia na gorąco. Strumień światła musi zostać wprowadzony do kamery; w innym wypadku półprzezroczyste farby i barwy zostaną zobrazowane jako ciemna, szara masa. Lampa tylna z kolei pokazuje błędy występujące na podłożach przezroczystych i półprzezroczystych takich jak nadruki na szybach. Można ją dostosować tak, by dostarczała maksymalnie kontrastowe światło w stosunku do różnych farb kolorowych stosowanych w poszczególnych pracach.
We wszystkich przypadkach zaleca się stosowanie białych lamp typu LED, kontrolowanych temperaturą i aktywnie chłodnych. Dzięki długiej żywotności gwarantują one stały poziom jakości i pozwalają na wykrywanie barw w szerszym spektrum niż to widziane ludzkim okiem – od UV do podczerwieni.
Zamknięty system
System inspekcji działa jak system wstępnego ostrzegania, gwarantując raczej zminimalizowanie niż całkowite wyeliminowanie strat. Zdolność do porównywania wydrukowanego wyrobu ze „złotym szablonem” jest krytyczna przy zapewnieniu stabilnej kontroli jakości. „Złoty szablon” to będący wzorcem obraz wychwytywany przez system inspekcji, gdy maszyna wydrukuje właściwy egzemplarz produktu. Każda kolejna odbitka jest porównywana z tym swoistym oryginałem. Inne rozwiązania wykorzystują „ruchomy punkt referencyjny”, gdzie pierwszy obraz jest wykorzystywany do inspekcji obrazu nr 2 itd. To podejście eliminuje konieczność śledzenia wstęgi za pomocą wysublimowanego oprogramowania. Jego wadą jest to, że niewielkie błędy – zbyt słabe, by zostały wychwycone przy porównywaniu następujących po sobie odbitek, takie jak zmiany kolorów czy przesunięcie registra – mogą się prześliznąć przez proces kontroli jakości. Stały punkt odniesienia to doskonałe antidotum na spadającą jakość podczas drukowania danego nakładu, gdyż pozwala na wychwycenie nawet najwolniej przemieszczającego się błędu.
Porównywanie z obrazem wzorcowym jest możliwe przy zastosowaniu zaawansowanego oprogramowania i sprzętu, które pozwalają na boczne ruchy podłoża w maszynie. Nie może ich wyeliminować nawet sprzęt do śledzenia wstęgi, a powstają one z wielu różnych powodów, np. za sprawą złego łączenia czy zbyt dużego naprężenia wstęgi. Produkowane przez QuadTech system inspekcji i kamera SpectralCam pomagają w rozwiązaniu tego problemu i umożliwiają dokładne porównywanie bieżącego wydruku z docelową odbitką.
Weryfikacja plików PDF
„Złoty wzorzec” sam w sobie nie za-pewnia jednak użytkownikowi całkowitego spokoju. Może się zdarzyć, że uzyskany wydruk będzie wiernie odzwierciedlał projekt graficzny, spełniał parametry kolorystyki i pasowania, jednak okaże się, że do jego wykonania zastosowano niewłaściwy cylinder, gdyż włożono go na odwrót lub został on uszkodzony przy zakładaniu. Chcąc sprostać coraz bardziej rygorystycznym przepisom o zdrowiu i bezpieczeństwie obowiązującym na współczesnym rynku, operator nie może ręcznie sprawdzić jakości druku. Jeden projekt opakowania jest często przeznaczony na wiele rynków, dlatego typowe zlecenia często zawierają tekst w wielu językach i alfabetach, m.in. po arabsku i japońsku. Jedynym zapewniającym eliminację błędów rozwiązaniem jest program do weryfikacji plików PDF, pozwalający na strukturalne porównanie „złotego wzorca” i zaakceptowanego przez klienta pliku zlecenia. To gwarantuje z kolei, że wydrukowane opakowanie zawiera właściwy kod kreskowy, zalecenia zdrowotne, informacje o dozowaniu i sposobie odżywiania się oraz cenę.
Zdolność do komunikacji z maszyną drukującą
System zarządzania odpadami pozwala na zobrazowanie pełnego podglądu roli z podłożem, podświetlając odrzucone obszary w kolorze czerwonym, zaś zaakcep-
towane – w zielonym. System kontroluje prędkość odwijarko-przewijarki, zmuszając ją do zwalniania i zatrzymywania dokładnie w tych miejscach, które zostały podświet-
lone na czerwono i odrzucone. Odpady są usuwane, a rola jest na nowo łączona. To uwalnia operatora od konieczności polegania wyłącznie na czasochłonnych i niedoskonałych metodach wykrywania błędów. Opracowana przez QuadTech nowa funkcja śledzenia błędów wykorzystuje wagę do określania konieczności usunięcia odpadu i eliminuje konieczność oznaczania roli podłoża specjalnymi etykietami.
Centrala danych
Inspekcja nie byłaby jednak pełna bez zdolności systemu do audytowania, przechowywania i generowania raportów na temat bieżących oraz archiwalnych danych. To zaś umożliwia śledzenie i zbieranie informacji o całym procesie produkcyjnym. Odpowiedzią firmy QuadTech na te potrzeby jest Data Central – centralny magazyn ze wszystkimi danymi produkcyjnymi, zarówno bieżącymi, jak i historycznymi. Pozostaje on w bliskim kontakcie ze wszystkimi systemami zarządzania odpadami i inspekcji druku, rejestrując całą aktywność maszyny i wychwytując nawet najmniejsze błędy. Dostęp do niezbędnych danych jest możliwy z każdego miejsca sieci inspekcyjnej oraz poprzez korporacyjną sieć klienta wykorzystującą firewall DCI.
Błędy najczęściej spotykane w druku opakowań
Systemy inspekcji są wykorzystywane do wykrywania wielu błędów występujących w różnych procesach drukowania. Niektóre z nich są charakterystyczne dla techniki rotograwiurowej.
W przypadku produkcji wklęsłodrukowej powstające smugi wskazują, że rakiel podlega nierównomiernemu naciskowi, jest uszkodzony lub zabrudzony. Niezbędna jest natychmiastowa reakcja – w innym razie metry zniszczonego podłoża będzie można liczyć nawet w tysiącach. System inspekcji jest tu pomocny w optymalnym usunięciu farby – dzieje się tak, gdyż rakiel podlega lekkim drganiom podczas działania maszyny.
Innym sygnałem, że rakiel nie został właściwie założony, jest efekt mgiełki. Przybiera on postać długiej, cienkiej i mdłej linii niewidocznej miejscowo, ale zauważalnej na długości całej wstęgi, gdy tysiące metrów podłoża zostaną nawinięte wokół siebie. Tego rodzaju błędy mogą skutkować odmową przyjęcia całej roli przez klienta. Rozwiązaniem w tym przypadku jest wymiana rakla. Aby wychwycić tego rodzaju błąd, rozdzielczość krzyżowa przy inspekcji musi wynosić 0,1 mm.
Niespasowanie pojawia się z kolei, gdy różne kolory zostaną w niewłaściwy sposób nałożone na siebie. Jego najczęstszą przyczyną jest przesuwanie się wstęgi w kierunku poprzecznym lub wzdłużnym. W celu zapobieżenia temu zjawisku drukarz może zastosować funkcję trappingu (zalewko-wania) poprzez nieznaczne przekroczenie ilości nadrukowywanej na wierzch farby. Tolerancja tego zabiegu jest zróżnicowana – przy podłożach falistych akceptowane jest przesunięcie registra nawet o 0,5 mm, jednak przy zleceniach, gdzie ważne jest zachowanie wierności znaku handlowego (marki) lub gdy w grę wchodzi bezpieczeństwo produkcji, normą są odchylenia nie większe niż 0,1 mm.
Łatwa wykrywalność w dużej mierze zależy od rozmiaru błędu i kontrastu kolorów. Przy białym podkładzie i ciemnym nadruku problemy z pasowaniem są łatwiejsze do
zdiagnozowania niż np. w przypadku lekkich odcieni. Co ciekawe, niektórzy drukarze akceptują nieznaczne odchylenia registra od normy. Systemy firmy QuadTech można skonfigurować w taki sposób, aby uwzględniały preferencje operatora maszyny.
Chlapanie farby/lakieru. Gdy farba wykazuje zbyt niski poziom lepkości, a wstęga porusza się zbyt szybko, wzrasta prawdopodobieństwo wyrzucenia farby na jej brzegi. Zwłaszcza we wklęsłodruku chlapanie może stanowić problem z uwagi na bliskość kałamarzyków farbowych i podłoża drukowego.
Zanieczyszczenia w hali maszyn wywołane przez kurz bądź owady mogą stanowić zagrożenie dla bezpieczeństwa i zdrowia, zwłaszcza w gorącym lub wilgotnym klimacie.
Efekt ducha (ghosting) to pojawianie się niewyraźnych reprodukcji drukowanych obrazów w miejscach, w których nie powinno ich być. W przypadku wklęsłodruku jest on powodowany np. niską lepkością farby. We fleksografii może być wynikiem odchyleń w docisku formy drukowej. Błędy w niezajętych obszarach są przez to łatwe do wykrycia. Jednak brakujący lub mglisty, niewielki punkt na końcu linii tekstu może być trudny do wychwycenia, gdyż operator musi wziąć pod uwagę dopuszczalne odchylenia registra dla pozostałych kolorów. Nie jest żadną niespodzianką, iż ten rodzaj wykrywania błędów wymaga zaangażowania oraz odpowiednich, kompleksowych algorytmów, zwłaszcza tu, gdzie liczy się czas: zdarza się, że istnieje konieczność inspekcji nawet 20 powtórzeń na sekundę. Dopiero od niedawna dostępne na rynku oprogramowanie do komputerów PC jest na tyle wydajne, że może przetwarzać bardziej „inteligentne” algorytmy stworzone przez firmy specjalizujące się w systemach inspekcji. Dzięki temu możliwa jest nawet inspekcja w trybie on-the-fly.
Firma QuadTech opracowała dodatkowy algorytm, który – zamiast poszukiwać nowych elementów obrazu – szuka brakujących informacji widniejących w „złotym wzorcu”.
Pomiary kolorystyczne
Kluczowymi wymaganiami wydajnego procesu pomiarów kolorystycznych w drukowaniu opakowań są:
n standardowe, obiektywne, spektrofotometryczne podejście do procesu mierzenia barw;
n zdolność do monitorowania jakości barw w czasie drukowania nakładu, nie tylko na początku i końcu każdej roli z podłożem;
n rozwiązanie pracujące w trybie in-line eliminujące konieczność czasochłonnego i pracochłonnego procesu zatrzymywania maszyny oraz pobierania próbek off-line;
n zdolność mierzenia koloru w różnych miejscach danego obszaru, zarówno wzdłuż, jak i wszerz wstęgi.
Przy konwencjonalnych aplikacjach typu „z roli na rolę” możliwe jest jedynie sprawdzanie kolorów na końcu każdej roli. Jest to wysoce ryzykowne, a przy tym
w zasadzie niemożliwe staje się określenie,
czy odchylenia powstały podczas realizacji danego nakładu. Drukarz ryzykuje tym samym stratę tysięcy metrów podłoża.
Pomiar kolorów w poprzek wstęgi
Pobieranie próbek kolorów w celach pomiarowych, wykonywane w różnych miejscach podłoża (na całej jego szerokości) oznacza, że wykrycie niechcianych odchyleń kolorystycznych pojawiających się tylko na jednej stronie jest bardziej prawdopodobne. Problem prawie zawsze wynika z nierównomiernego ułożenia cylindra dociskowego, który powoduje zbyt duży nacisk.
Odpowiedzią firmy QuadTech jest tu system in-line, który pomaga drukarzowi w szybszym osiągnięciu zamierzonych celów i monitoruje kolor w całym zleceniu. Urządzenie spektralne QuadTech do produkcji opakowaniowej i wąskowstęgowej nosi nazwę SpectralCam i stanowi część stworzonego przez firmę systemu inspekcji. System mierzy przestrzeń spektralną obliczając wartości L*a*b*, delta E, gęstość i deltę gęstości przy pełnej prędkości pracy maszyny drukującej. Zapewnia on obiektywne i szybkie rezultaty, umożliwiając operatorowi podjęcie stosownych działań, które skracają czas narządzania maszyny i redukują ilość odpadów.
Znacząca redukcja makulatury rozruchowej
Główną zaletą stosowania tego rodzaju systemu jest jego zdolność do redukowania ilości odpadów podczas rozruchu maszyny oraz skrócenie czasu jej narządu. Ponieważ SpectralCam działa w trybie in-line, nie ma konieczności ciągłego zatrzymywania maszyny i analizowania poszczególnych próbek aż do osiągnięcia oczekiwanego rezultatu.
SpectralCam umożliwia użytkownikowi wybór interesującego go obszaru, np. paska kolorystycznego czy obszaru zajmowanego przez dany kolor na drukowanym obrazie. Pozwala na pozyskanie 31 kanałów z dokładnymi danymi kolorystycznymi w ramach spektrum widzialnego (400-700 nm), w dodatku z różnych punktów każdego obszaru, którym zainteresowany jest użytkownik. Operator może dostarczyć wartości L*a*b dla maksymalnie 72 punktów realizowanej pracy, przy czym każdy z nich powinien mieć minimalną powierzchnię 3x3 mm.
Wybór badanego miejsca jest bardzo prosty. Operator wyświetla „złoty wzorzec” obrazu na ekranie dotykowym i zaznacza docelowy obszar, który ma zostać zmierzony. SpectralCam wykonuje zdjęcie obszaru i przekazuje informację o gęstości kolorów. Poza urządzeniem do pomiarów kolorystycznych SpectralCam jest też wyposażony w kamerę, która widzi większy obszar i gwarantuje, że pomiar został dokonany we właściwym miejscu. Kamera wybiera silniejszy punkt znaleziony na drukowanym obszarze, np. kod kreskowy czy tekst, a następnie mierzy jego odległość od celu. Następnie ten parametr jest wykorzystywany przez urządzenie do zlokalizowania docelowego miejsca podczas realizacji nakładu. SpectralCam może wykryć odchylenie rzędu 0,3 w skali delta E, co jest praktycznie nieosiągalne gołym okiem.
Podsumowanie
Inwestycja w system inspekcji czy system mierzenia kolorów nie powinna być tematem dłuższej refleksji. Pracujące w trybie in-line, spektrofotometryczne, zintegrowane rozwiązanie to najlepszy sposób zapewnienia klientowi satysfakcji z końcowych rezultatów i zminimalizowania odpadów, zwłaszcza na rynkach, na których standardy są wyjątkowo wysokie.
