CN1257057C - 操作胶印机的方法及其控制装置、胶印机及胶印材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种操作胶印机的方法及其控制装置、胶印机及胶印材料。所述操作胶印机的方法包括步骤：(a)把一条光束照射到包括承载有印刷油墨的图像区域和承载有润版液的非图像区域的胶印机的胶印版上，该光束入射到胶印版上，以从该胶印版上散射和镜面反射，(b)检测散射光，并且提供表示所检测散射光的亮度以及表示图像区域中的印刷油墨量的相应第一信号，从而第一信号能够用于控制印刷油墨的施加，(c)检测镜面反射光，并且提供表示所检测反射光的光强的相应第二信号，(d)处理第一信号以识别光线何时落在图像区域上，(e)当光线照射到非图像区域上时，使用从处理第一信号而得的数据来过滤第二信号，以提供一个输出信号，该输出信号表示在胶印版上存在的润版液量。

Description

操作胶印机的方法及其控制装置、胶印机及胶印材料
技术领域
本发明一般涉及在运动或固定表面上的薄膜，特别涉及近似于实时地监控在胶印机的印版上的这种薄膜。
背景技术
胶印使用油墨和润版剂来区分印版的印刷和非印刷区域。非图像区域的亲水性和图像区域的亲油性是胶印工艺的基本先决条件。为了产生连续高质量的输出，需要适当地用油墨覆盖印版的图像区以及用润版剂覆盖非图像区域。当油墨与润版剂的比率能够清楚地区分非图像和图像区域时，产生清晰锐利的图像。
简而言之，非印刷区域具有一层润版剂，而印刷区域具有附着有油墨的一层照相平版印刷膜。在打印区域中也有少量的润版剂进入到油墨中。
在现有技术中，通常把润版剂简称为“水”，这样用“油墨/水平衡”来表示在打印和非打印区域之间油墨与润版剂的比率(或者反之亦然)。
如果施加太少油墨，则图像变淡，色彩平衡不正确，图像密度变得不均匀，并且锐利的边缘变得模糊。另一方面，如果施加太多油墨，则图像具有不良的边界，可能出现非打印区的斑纹(起脏)，导致不正确的色彩平衡，并且增加颜色剥落和分离的危险(即，当折叠时在页面之间的油墨转印)。
油墨过多或油墨过少都会导致降低印刷质量，并且这种印制品必须被丢弃。把印刷质量保持在最低水平之上将减少浪费和节约纸张、油墨以及润版剂。
不同的印刷和操作条件需要不同的油墨/水的平衡，以获得最佳的印刷质量。除了获得油墨与水之间的正确比率之外，油墨和水的绝对量具有二次影响。减少水和油墨将在一些阶段中导致起脏并且要避免这种情况。增加水和油墨将保持印刷质量，但是会造成这两者的浪费。当在正常处理过程中还容易导致过量油墨的剥落和分离。产生高质量的印刷和经济的印刷输出的目标是正确的油墨/水的平衡。在实践中，随着由于印刷温度和印版的磨损这样的因素所导致条件的逐步改变，因此目标范围倾向于改变。
印刷工业很大程度上依赖于确定输出产品的质量的主观判断。特别地，视觉检查被用于根据一组公共的工业标准而评价一个印制品。印刷机操作员根据所获得的个人经验调节油墨与润版剂的比率。使用对一个采样点的视觉检查的当前方法，使得打印机操作员可能不会注意到打印质量的逐步或间断性的下降。打印质量可能根据所涉及的人员不同而在各打印批次之间具有变化。
寻找解决润版剂厚度的问题的解决方案的尝试可以从美国专利No.5,646,738(在2000年2月29日授予Fukuoka等人)、6,029,577(在1997年7月8日授予Honkawa等人)以及4,737,035(在1988年4月12日授予Aoki等人)。但是没有一种现有技术文献中提供近似于实时地确定润版剂厚度的改变的方法。也没有任何上述文献提供高空间分辨率的测量方法(即，小于1平方毫米的测量面积)。
美国专利5,341,734(在1994年8月30日授予Jeschke等人)描述从一块版上的测试图案区域上(通过施加能量)除去一些润版剂的方法。因此，该测试图案以比其它版更低的湿润度进行打印，从而它在其它版之前先起脏。当油墨转移到非图像区域上时，在测试区域测量到起脏。
美国专利5,551,342(在1996年9月3日授予Fuchs等人)、美国专利5,568,769(在1996年10月29日授予Leuerer)以及美国专利4,649,502(在1987年3月10授予Keller等人)都描述了测量在从印刷机出来的印刷纸张上的油墨密度。该油墨密度测量值与所存储的一组点或来自原始校样副本的测量值相比较，以及一个反馈信号用于纠正印刷机的设置。
当(在版、覆盖层或纸张上)测量到油墨密度的减小时，没有一种现有技术能够确定这是否是油墨不足还是过度润湿(即，太多水而导致过度的乳化)的结果。
发明内容
本发明的一个目的是精确和接近实时地获得表示润版剂和/或油墨厚度的指示，从而克服或至少改进与现有技术相关的一个或多个问题。最好还自动监控油墨和润版剂以及它们的相对量，以进一步提供用于印刷机的控制机制。
根据本发明的一个方面，提供一种操作胶印机的方法，包括步骤：(a)把一条光束照射到包括承载有印刷油墨的图像区域和承载有润版液的非图像区域的胶印机的胶印版上，该光束入射到胶印版上，以从该胶印版上散射和镜面反射，(b)检测散射光，并且提供表示所检测散射光的亮度以及表示图像区域中的印刷油墨量的相应第一信号，从而第一信号能够用于控制印刷油墨的施加，(c)检测镜面反射光，并且提供表示所检测反射光的光强的相应第二信号，(d)处理第一信号以识别光线何时落在图像区域上，(e)当光线照射到非图像区域上时，使用从处理第一信号而得的数据来过滤第二信号，以提供一个输出信号，该输出信号表示在胶印版上存在的润版液量。
根据本发明的另一方面，提供一种用于控制胶印机的装置，其中包括：(i)用于把一条光束照射到包括载有印刷油墨的图像区域和承载有润版液的非图像区域的胶印机的胶印版上的装置，该光束入射到胶印版上，以从该胶印版上散射和镜面反射，(ii)用于检测散射光并且提供表示所检测散射光的亮度以及表示图像区域中的印刷油墨量的相应第一信号的装置，从而第一信号能够用于控制印刷油墨的施加，(iii)用于检测镜面反射光并且提供表示所检测反射光的光强的相应第二信号的装置，(iv)用于处理第一信号以识别光线何时落在图像区域上的装置，(v)当光线照射到非图像区域上时，使用从处理第一信号而得的数据来过滤第二信号，以提供一个输出信号的装置，并且该输出信号表示在胶印版上存在的润版液量。
本发明还提供一种胶印机，其中包括如前所述的用于控制胶印机的装置。
另外，本发明还提供一种胶印材料，其通过如前所述的方法或装置而制造。
本发明还提供一种用于确定在胶印机中出现起脏情况的方法，其中包括如下步骤：把光源照射在一个移动部件上；检测从所述移动部件散射的光并且形成其亮度信号；存储表示非图像区域的一个或多个位置的记录；以及对所述散射的光亮度信号进行数据处理，以识别在至少一个位置处油墨的存在情况。
本发明还提供一种操作胶印机的方法，其中包括如下步骤：把一个光源照射在移动部件上；检测从所述移动部件散射的光并且形成其亮度信号；存储表示非图像区域的一个或多个位置的记录；以及对所述散射的光亮度信号进行数据处理，以识别在至少一个位置处油墨的存在情况；以及调节胶印机的油墨和/或润版液控制，以便于当出现表示起脏的条件时避免起脏。
本发明还提供一种用于检测在胶印印刷机中出现起脏情况的仪器，其中包括：用于把光线照射在所述胶印版上的光源，该光源具有已知的亮度；光检测器，用于接收从所述版散射的光并且产生其亮度信号；数据处理器，其存储表示非图像区域的一个或多个位置的记录，以及对所述散射的亮度信号进行处理，以识别在所述位置处油墨的存在情况。
本发明还提供一种操作胶印机的方法，其中包括如下步骤：a)把光束照向胶印机的胶印版，其具承载印刷油墨的图像区域和承载有润版液的非图像区域，该光束入射到胶印版上，以从该胶印版上散射和镜面反射，b)检测散射光，并且提供表示所检测散射光的亮度并且表示在胶印版上的润版液量的相应信号，c)使用该信号来控制把润版液施加到该胶印机上，其中d)该光束是一个偏振激光束，其相对于胶印版的法线方向形成至少30度的角度照射在胶印版上，并且在该版上形成面积小于25mm2的一个点。
在此提供一种用于确定在胶印版的非图像区域中的润版剂厚度改变的方法，其中包括如下步骤：
把光源照射在胶印版上，该光源具有已知的亮度；
检测从所述版镜面反射的光线，并且形成其亮度信号；以及
确定在所检测光亮度信号中的相对改变，作为润版剂的厚度改变的指示。
在此进一步提供一种仪器，用于确定在胶印版上的润版剂的厚度改变，其中包括：
光源，用于把已知亮度的光线照射在一个胶印版上；
光检测器，用于检测从所述版镜面反射的光线，并且形成其亮度信号；以及
数据处理器，用于确定在所反射的光亮度信号中的相对改变，该改变量作为润版剂的厚度改变的指示。
在所检测光亮度信号中的相对改变量可以被确定为光源亮度信号与所检测光亮度信号的比率，或者当该光源的亮度保持恒定时直接从所检测光亮度信号确定在所检测光亮度信号中的相对改变量。
在此进一步提供一种用于确定在移动的胶印版上的图像密度的改变量的方法，其中包括如下步骤：
把一个光源照射到所述胶印版上；
检测从所述版散射的光，并且形成表示其亮度的信号；
对所述散射亮度信号进行数据处理，以识别图像区域，以及
对所述图像数据进行进一步的数据处理，以确定在每个图像区域中的图像密度。
在此进一步提供一种用于确定在移动的胶印版上的图像密度的改变量的仪器，其中包括：
光源，用于把光线照射到胶印版上；
光检测器，用于检测从所述版散射的光，并且产生表示其亮度的信号；
数据处理器，用于从所述散射的亮度信号识别图像区域，以及确定在每个图像区域中的图像密度。
对于非图像区域，散射的亮度信号被表示为零密度，其数值被用作为确定图像密度的一个参考值。阈值电平可以被确定以通过比较其散射亮度信号而识别图像和非图像区域。
在此还提供一种用于确定在移动的胶印版上的润版剂的厚度的方法，其中包括如下步骤：
把光源照射在所述胶印版上；
检测从所述版散射的光并且形成其亮度信号；
检测从所述版镜面反射的光并且形成其亮度信号；
对所述散射亮度信号进行数据处理，以识别非图像区域；
对所述反射亮度信号进行滤波，以仅仅接收对应于所述识别的非图像区域的数据；以及
从所述滤波的信号确定润版剂的厚度。
在此进一步提供一种用于确定在移动的胶印版上的润版剂的厚度的仪器，其中包括：
照射在一个胶印版上的光源；
光检测器，用于接收从所述版散射的光并且形成其亮度信号；
光检测器，用于接收从所述版镜面反射的光并且形成其亮度信号；
数据处理器，用于对所述散射亮度信号进行处理，以识别非图像区域，对所述反射亮度信号进行滤波，以仅仅接收对应于所述识别的非图像区域的数据，以及从所述滤波的信号确定润版剂的厚度。
该滤波可以通过把该印版到所反射亮度信号的空间映射而实现，以仅仅通过与非图像区域相关的数据。阈值电平可以被确定以通过比较散射亮度信号而识别图像和非图像区域。
在此进一步提供一种用于确定在胶印印刷机中出现起脏情况的方法，其中包括如下步骤：
把光源照射在所述胶印版上；
检测从所述版散射的光并且形成其亮度信号；
存储表示非图像区域的一个或多个位置的记录；以及
对所述散射的亮度信号进行数据处理，以识别在所述位置处油墨的存在情况。
在此进一步提供一种用于确定在胶印印刷机中出现起脏情况的仪器，其中包括：
用于把光线照射在所述胶印版上的光源，该光源具有已知的亮度；
光检测器，用于接收从所述版散射的光并且产生其亮度信号；
数据处理器，其存储表示非图像区域的一个或多个位置的记录，以及对所述散射的亮度信号进行处理，以识别在所述位置处油墨的存在情况。
该散射亮度信号可以与表示出现起脏的一个阈值相比较。该阈值可以从由没有油墨的印版收集的数据得出。
在此进一步提供一种光学仪器，用于确定移动的胶印版的图像和非图像区域的属性，其中包括：
用于把一束光照射到所述胶印版上的光源；
第一光检测器，用于接收从所述版上镜面反射的光线，并且产生其亮度信号；以及
第二光检测器，用于检测来自所述版的散射光，并且产生其亮度信号。
该光源被设置为把光线以相对印版表面形成锐角的方向照射。另外，第一检测器可以被设置在类似的锐角上，并且第二检测器被设置为基本上与印版表面相垂直。最好，该光源为激光源。该光源、第一和第二检测器可以容纳在单个壳体中。在此可以进一步提供一个数据处理器，用于接收和处理反射亮度信号和散射亮度信号。
附图说明
下面参照附图描述本发明的多个实施例，其中：
图1为表示对于理想化的印版的测量装置的一个实施例的示意图；
图2A为表示该装置的一个实施例的部件分解透视图；
图2B为在图2A中所示的电子模块的示意电路图；
图3为示出当润版剂的量变化时所测量的反射光亮度的曲线图；
图4为示出控制仪器测量与已经在一个测试过程中获得的该装置的一个实施例的测量之间的关系的曲线图；
图5为示出仪器测量与生产控制信号的对应关系的曲线图；
图6示出表示从测试版的测试图图案获得的图像密度的确定的数据；
图7为示出厚度测量的曲线图；
图8为版间距检测系统的示意电路图；
图9A示出用于自动测量同步的装置和数据；
图9B为与图9A的自动测量同步相关的流程图；
图10为与确定平均润版剂厚度相关的流程图；
图11为与印刷机反馈特性的优化相关的示意图；
图12A为与起脏的检测相关的流程图；
图12B为示出用于检测起脏的测量的曲线图；
图13示出润版剂厚度的正覆盖层测量的数据；以及
图14为示出可能的仪器位置的示意图。
具体实施方式
测量仪器
图1示出一种仪器10，其中包含(要在下文中描述的)电子部件的外壳20包含直接光源30、反射光检测器40和散射光检测器50。光源的光按照入射路径35入射，并且与位于印版60上的(理想)薄膜表面58相互作用，导致在镜面反射路径45和散射路径55上反射。
直接光源30可以是任何光源，但是最好是激光器，因为它容易获得并且容易获得指向给定目标的光源。检测器40和50容易通过市场上可获得的硅电池检测器而实现。为了清楚起见，与光源30相关的光滤光器和检测器40、50没有示出。
更加具体来说，光源30通常为650nm，3mW的二极管激光器模块，其具有使用塑料非球面镜的准直透镜300-0360-780。适合采用由美国Optima Precision公司所制造的型号为DLM 2103-650的激光器模块。该光源可以被准直或聚焦，以根据设备/印刷机的速度而检测在该版上的不同尺寸的区域。另外，光线可以在该光源附近被偏振，最好使用s-偏振方向(其中电矢量与入射面正交)，以最佳的入射角使反射信号强度最大。也可以包含滤光器，以阻挡来自一般位于检测器的正前方的例如人工光源或阳光的干扰波长。根据被测量起脏情况的油墨的颜色和/或厚度，可以采用其它波长的激光源。
检测器40、50可以是硅光电二极管型，例如可以从英国的Centronic公司获得的OSD15-5T型号，其具有15mm2的有效面积和400-1050nm的波长范围。来自反射和散射检测器40、50的输出数据信号r(t)、s(t)被提供到一个常规的数据处理器70。
图2A示出图1的装置的仪器的布线分解示意图。主体100被提供作为用于构成部件的一个气密、粗糙的外壳。具有0mm至25mm的测量射束点尺寸的激光器30提供一个直接相干光源，并且光线在经过一个透明模块110射出该装置之前通过一个光学元件105。该反射检测器40被设置为检测通过光学元件115的光线的镜面反射光。该散射检测器50被垂直安装，从而检测通过光学元件120的被散射光。各个的O环被提供以安装各种光学元件105、115、120。
通过电路板130提供激光器30的控制，使得来自激光器30的光强保持恒定(在任何适当的电平上)。特定的电子电路将参照图2B描述。
为了保证光学元件的检测器没有灰尘、蒸汽和雾水，提供一个用于通风窗的空气管道，提供干燥压缩空气。通过这种设计，不需要定期地进行清理和维护。
顶板140完成用于工业应用的装置的组装。该装置的尺寸大约为32H×94W×96L mm。仪器10被设计为在稳定测量表面上方8毫米的工作距离上工作，并且能够在每秒中提供最少1000次的测量。当然，该仪器的尺寸可以根据个人需求的实际规定而改变。
再次参见图1，个人计算机70接收来自反射检测器40和散射检测器50的预处理信号，该预处理是在该仪器上执行的。现在参见图2B，示出基于微处理器的电子设备的优选实施例。来自两个检测器40、50的模拟信号被提供到模-数电路200(德州仪器公司的TMS320F240)，一般以20MHz的速度进行工作。微处理器205(德州仪器公司的TMS320F240)具有构成存储器210、存储器(RAM和ROM)215、系统时钟220和通信接口235。在图2A中所示的连接器145表示一般基于RS485标准的双向数据总线230。由微处理器所执行的功能包括：
检测版间距，
计算相对于版间距的位置，
计算印刷机的速度，
识别图像和非图像区域，
确定润版剂的厚度，
确定油墨厚度，
统计操作，例如计算平均值、标准偏差、统计过程控制限度，
触发在预设的版位置处的测量，
与主机系统进行通信，以及
诊断自检测以及向主机报告状态。
确定润版剂的厚度
第一实施例提供用于对印版的非图像部分上的润版剂厚度的接近实时的测量。它仅用于非图像区域，例如空白印版或印刷滚轮。其工作原理是把不需要相干的光源指向印刷滚轮的非图像部分，其被润版剂的薄膜所覆盖。从薄膜反射的光量被检测，并且获得反射光的亮度与输入光的亮度的比值(即，Ii/I0)。
在一个变型中，如果光源的光强(输出功率)为恒定，则它仅仅足以测量反射光，不需要形成该比率。
如上文所述，该直接光源30提供直接光束35，最好具有在0mm2至25mm2的射束尺寸。光束35最好以30度和60度之间的角度入射到印版60上的润版剂58(或根据情况为油墨)的涂层上。最好，图1中所示的润版剂58是一种理想的表示，并且由于印版的多孔性质，在显微水平上实际表面覆盖是不均匀的。
假设液体不能够完全覆盖印版60，则在反射方向上的散射光束55的光强随着润版剂覆盖程度而单调增加，如下文所述。当润版剂58完全覆盖印版60时，散射光55的光强趋向于饱和。
通过相关的数据处理器，例如个人计算机75或者板上微处理器130，然后可以确定反射光束45的光强与直接光束35的光强的比率。识别这种润版剂58的涂层上的改变使得印刷机的操作员能够减少废品量。因此，接近实时地定量测量润版剂厚度可以有助于制作高质量的印制品。
图3示出在对Roland 2000胶印机上执行测试过程中通过图2中所示的实施例所获得的曲线图(即，仅仅具有所连接的反射光检测器40)。y轴为所测量的随时间变化的反射信号。在点A处，印刷机每小时大约印刷3000张，并且产生与高质量相符合的输出。在点B，少量地向上调节润版剂的流量，以稳定在点C。在点C，润版剂的流量明显地减少，当到达点D时，有少量的润版剂遗留在印版上。然后在点E增加润版剂的流量。点F示出该润版剂稳定，但是没有过多的润版剂，该状态保持到点G。润版剂的流量再次减小，在点H，具有非常少的润版剂。在点J，润版剂被恢复到比点A处的原来的流量略高，并且在点K之后稳定。
可以看出，在测量的反射光和输入信号的比值与覆盖印版的润版剂厚度之间形成单调增加的关系。因此，信号比的观察给出对润版剂浓渡的良好测量。
图4示出从使用对工作在50000张报纸每小时(即，以25000转每小时的速度旋转的双滚筒)的MAN-Roland Colorman 40打印机的装置的一个实施例进行测试所获得的数据。在46分钟的印刷过程中，数据被以大约3kHz的数据率装载到数据处理器70。为了确认该装置的结果，摄像机被设置用于在印刷运行过程中监视操作显示控制台和用于测量在运转过程中所经过的时间的时钟。在控制台上读取的润版剂的每个改变被随着时间的经过而顺序地记录。上方的曲线(即，“控制”)表示控制设置，而下方的曲线(即“tmfi”)表示由图2中的仪器所确定的反射光强。
需要大约26分种进入印刷状态，润湿器设置大约每分钟增加2个单位，直到润湿器读数表示30个单位为止。每分钟之后，润湿器设置大约减小2个单位，直到控制显示示出14个单位。在此时，彩色打印问题变得明显，过量的蓝墨出现在测试页上。润湿器控制然后返回到大约20个单位的正常设置。从该曲线可以看出从仪器10获得的读数通常对应于控制仪器。但是，显然仪器10在点A和B检测的大的跃变可能由于润版剂溅到印版上而造成的，这不被控制仪器所检测。在用于报纸工业中正常的润湿器设置范围内，装置的响应大约为线性。另外，还示出该装置在工业环境中并且以商用打印速度获得满意的测试。
图5涉及用安装在MAN-Roland Colorman S机器上的仪器10所获得的测量。润版剂厚度的可识别测量被确定，并且y轴示出从反射检测器40推得的一个平均输出信号。x轴示出从印版的最佳润版剂覆盖率推算而得的机器控制仪器(被表示为百分比)。该数据再次表示一个润版剂厚度的单调递增函数。
图像密度的确定
如上文所述，仪器10收集来自印刷机的滚轮表面的散射光所测量的光强量基本上与出现在该版上的润版剂水平无关。所检测信号的幅度对于滚轮的表面粗糙度以及在滚轮上的油墨量敏感。按照这种方式测量在散射信号中的光强提供几个因素的指示(在下文中描述)，包括滚轮的表面粗糙度、图像区域中的油墨密度变化、以及出现在非图像区域上的油墨存在情况(通常称为起脏)。
具体来说，散射检测器50可以用于测量在印版上的图像密度，例如已经在以全速进行工作的报纸印刷机上进行的测试。图6示出对一个印版(以15000周/每小时的速度工作的MAN-Roland GEOMAN印刷机)记录的散射检测器50的信号。该版包括具有增加的图像密度的图像块的测试图案。从(标记的)非图像区域测量的更高信号。在该版上来自非图像区域的测量值基本上相接近，并且基本上与同时测量的润版剂的量无关。根据良好建立的光散射模式(例如，Rayleigh和Mie)，散射信号主要与光的波长和所测量介质(即，印版)的粗糙度相关。因此，对于非图像区域的散射信号的幅度提供相对测量值，由此可以计算印版的状态和进行准备。
如图6中所示，不同图像密度的区域可以容易识别。由于阈值St(如图所示)，表示图像区域和非图像区域的数据可以被唯一地识别(即，分别在直线的下方和上方)。“在阈值之上”的数据可以提供对同时测量的润版剂测量值的前后关系。换句话说，来自反射检测器40的镜面反射光信号-给出对润版剂厚度的测量-可以通过根据阈值对散射数据进行高通滤波而排除图像区域数据而进行量化。在数据处理的意义上，来自散射检测器50的信号与一个确定的阈值设置点相比较，并且该结果信号用于确定检测区域是否为图像或非图像区域。
油墨厚度的确定
在印版上的图像图案在特定印刷周期过程中应当不会改变，但是施加到该版上的油墨量可能改变。通过重复测量在固定图像点处的散射信号，然后计算油墨量的相对变化量。在图6的意义上，这是识别表示图像区域的数据点的幅度的相对改变量的处理。但是重要的是仪器10能够在印版上基本上相同的位置进行测量，以保证在印刷周期过程中的测量可直接地比较(即，来自相同的图像密度区域)。
当获得最大颜色密度时，获得目标油墨量。如果油墨量小于该目标油墨密度，则不能够获得最大的可能密度。如果油墨量太大，则需要润版剂来防止起脏，并且由于油墨和水的过度乳化，油墨密度还小于最大可能密度。另外，乳化的油墨层导致印制品的持久性降低。这表现为油墨脱落在读者的手上或者表现为当报纸在印刷机中被切割和重叠时一页的图像转印到其相对页面上的脱离。
使用所述的散射和反射检测器40、50，密度不足可以与润湿水平相关联。如果润湿水平正常(相对于以前确定的定位点，例如在打印工作的初始优化时)，油墨密度可以通过增加油墨而提高。相反，如果润湿水平比正常情况要高，则油墨密度可以通过减少水和油墨而提高。
图7示出由从10％至100％密度范围内的图像块所构成的印版测试图案的厚度测量。插入示出对于测试图案的一个印制品的实际散射信号测量的表现。主曲线图示出在(非优化的)“正常”印刷条件下并且在油墨关键设置被增加“10clicks”之后对于图案的散射信号级别高度。在10至90％的密度范围上，所测量的散射信号级别已经增加20％。在0％(非图像)处，信号保持相同(没有要测量的油墨)，并且具有100％的密度块(表示这已经是最大密度)。
利用同时对润湿和油墨密度的测量，可以把油墨和润湿水平置于反馈控制之下。
版间距检测系统
由散射检测器50所收集的信号的另一个用途是检测间距。例如，散射密度测量能够对印版进行定时或启动。反射光检测器信号r(t)还可以单独或与散射信号s(t)相结合用于间距检测。
在典型的印刷机工作速度进行版间距的实际检测需要比100微秒更好的时间分辨率。需要超过12000样本每秒的数据获取速度来实现该性能。使用用于此目的的数据获取系统对模-数转换器和处理速度具有较高的要求。另外，这种设计捕获比润版剂测量所需数据更多得多的数据。
在简化以实际应用中，基于混合微处理器/硬件的间距检测系统在图8中示出。包含来自反射传感器40或散射传感器50(以零信号为特征)的间距信息的模拟测量信号250被放大和滤波252，然后在输入到比较器256之前被进行另外的信号处理254。比较级别由来自微处理器258的数-模信号所提供，并且可以自动确定或手动设置。当间距条件被比较器256所确定时，一个中断请求信号被发送到微处理器258。
间距信号被微处理器258所使用，以计算圆筒版的旋转速度，并且还与数据获取相同步，从而需要大大减少的测量速度来保证版上的空间配合。例如，用于测量在后续圆筒旋转上的相同位置。
间距信号测量对于确定在版上的确切空间位置来说，以及如果特定的印刷机具有两块在圆筒版的圆周上的印版，则对于区别两个版来说是重要的。
自动测量同步
通过把微处理器控制、基于中断请求的间距检测、印刷机速度计算以及微处理器编程相整合，可以获得自动的测量同步功能。参见图9A，通过检测版间距(如上文所述)，仪器10与印刷机操作相同步。通过时间序列间距，微处理器精确地计算印刷机速度。在该版上的单个或多个(空间)测量位置被通过微处理器的直接编程而指定，或者通过来自主机系统的数字通信而指定。使用这些特定位置、间距同步和印刷机速度计算作为输入，微处理器计算用于连续版测量的精确时间触发点。在计算时间时，微处理器进行测量，随后进行任何其它可以被指示的处理，与在版上的特定空间位置相关的结果被传输到该主机(即，作为[位置]、[反射信号]、[散射信号])。
图9B示出描述自动测量同步的应用的流程图。
在步骤300中，确定要在版圆周上进行测量的分布的预定标准。在步骤302，该信息被存储在一个存储器位置。这产生印刷品测量的空间分布的一个库304。在步骤306，计算印刷机速度，并且在步骤308中与印刷品测量的空间分布一同允许对将用于下一个检测周期的一组基于时间的触发进行计算，创建检测的时间分布的一个库310。
在步骤312中，该处理等待下一个版间距的检测。在检测到版间距之后，步骤314触发对版印刷的测量，并且使得定时器复位。在步骤316中，在定时器的当前数值与数据获取事件之间进行比较。一旦它们一致，则在步骤318中，触发测量和数据记录，导致创建所存储数据记录320。在步骤322中，执行任何必要的统计操作，导致创建统计计算的数据记录324。在步骤326中，检查最后的数据点是否被采样，如果没有，则该处理反馈到步骤316。如果最后数据点已经被处理，则在步骤328中，所存储的数据记录和计算结果被传输到主机。在步骤330中，准备下一次印刷的处理，并且在重复从步骤306开始的处理之前，在步骤332中等待来自主机的指令。
使用这种方案，该设备获得最大的空间分辨率和空间可重复性，但是还把数据通信保持在中等水平。接收该结果的主机系统不需要强大的获取和处理系统。集成的设计方案便于该仪器与一般用于印刷机控制中的系统控制器相集成。
平均润版剂厚度计算
如参见图6所述，可以按照自动识别和排除来自图像区域的测量的方式执行对印版上的平均润版剂厚度的测量和计算。图10为详细示出在一个处理的应用的流程图。
在步骤350中，设置非图像阈值。在步骤352中，从反射传感器40和散射传感器50获取数据。接着，在步骤354中检测印版间距。如果结果为“否”，则从该印版取得数据点，并且在步骤356中，检测该区域是否为非图像区域。这是通过测试散射信号数值与预定值St的比较而实现的。如果该数值大于阈值，则比较结果为“是”，并且在步骤358中，用反射信号的新数值更新变化的润版剂的平均值，并且存储为平均润版剂厚度值的一个记录360。在出现与步骤354检测的版间距时，在步骤362中，传送润版剂厚度值的平均值。
润版剂应用的闭环控制
工业程序不涉及润版剂厚度的直接测量。现在存在有多种方式可以把这种测量集成到半自动或全自动润湿控制系统中。在第一实施例中，该仪器被本地集成到润湿控制器中。在该结构中，印刷机控制系统指示润湿系统把特定的润版剂膜厚度提供到该版上。然后，润湿控制器使用润版剂膜厚度测量来在内部纠正该润湿程度，该设计方案特别适用于在润湿系统响应中的纠正短期和长期漂移，因为反馈控制环路具有非常小的时间常数。
在图11中所示的第二实施例中，仪器10直接通过数据总线400和传感器控制器405连接到印刷机控制系统410。印刷机操作员可以监视和控制在每个版425上的润湿程度。如果水膜厚度偏离所需的设置，则该印刷机控制系统410指示润湿控制系统415来根据需要增加或减小润湿程度。在设置中，操作员和印刷机控制系统对于印刷机具有非常全面的状态指示。这是非常重要的，例如如果在该印刷机控制器被用于响应由印刷机控制系统410当前测量的任何参数设置幅度而调节水/油墨平衡的情况下。
在印刷处理可以用于最佳设置之前，整个系统必须使用对印刷机“跟踪标记(footprinting)”的费时间和人力的方法来特性化和优化。该过程涉及几天的测量和调节，在该过程中，打印质量发生一定程度的变化，使得输出产品不能够用于商用目的。因此，对印刷机跟踪标记是费时和费钱的处理过程。把本发明的仪器包含到印版425中，把信号传输回印刷机控制器410，使得印刷机自动保持在特定的输出质量范围内。印刷机操作员能够调节印刷机的参数，例如油墨厚度或润湿程度，以对该印刷机进行特性化调节，但是会导致输出质量下降到预设值之下的任何调节立即被该印刷机控制系统所抵消。即使在跟踪标记过程中，可以保证印刷机的额定输出质量高于预定水平，这使得跟踪标记处理能够在商业运作中实现。这将对印刷机的所有人带来显著的成本方面的优势。
印刷机返回特征的自动优化
图11的另一个方面提供一种机制用于对不同印刷机结构计算最佳反馈性能。
最小安装包括仪器10通过通讯总线400连接到传感器控制器405。传感器控制器405反过来连接到印刷机控制系统410。印刷机控制系统410指示润湿器控制系统415何时进行润湿以及润湿量如何。把该仪器与润湿控制器415相集成能够使该润湿控制器监控实际出现在该版上的润湿量，因此提供一种反馈机制，由此计算误差信号，并且用于纠正润湿量。更改润湿要求的印刷机结构变化被通过反馈机制而自动纠正。这种因素包括但不限于印刷机部件的温度变化(例如，圆筒版的加热导致润版剂的蒸发加剧、在纸张吸收性中的变化、版的磨损)。
把传感器直接或间接地与印刷机控制系统相集成能够通过在印刷机控制软件中的算法充分地进行测量和反馈控制。保持印刷机控制系统的集中性能够采用考虑到整个印刷机系统的更加灵活的方法。
润版剂和油墨量被通过使用该方法而进行可控制地反馈。在油墨密度中的变化可能会导致在油墨或润湿程度中的变化并且被相应地纠正对于油墨，可以采有相同或其它仪器10、10’，连接到相同的数据总线400。该油墨量控制器420与印刷机控制系统410进行通信。
在控制系统中的反馈特性的优化需要印刷机对由控制器所发出的指令的动态响应的估计。仪器在印版上的定位使得能够实现比当印制品退出该印刷机时进行检查更加迅速和稳定的反馈机制。估计印刷机动态响应的优选方法是以可接受的打印质量输出操作该打印机，以及一旦实现一种稳定的结构，则(使用计算机或印刷机控制器)在润湿中施加显著的干扰。油墨和润湿水平相被监控。响应的速度、幅度和振荡成份的检验将允许使用常规的反馈方法或者例如神经网络或者人工智能这样的自适应处理控制机制进行反馈参数的估计(例如成比例、积分和微分PID)。在另一种优化处理中，印刷机将在油墨和水的返回控制下被操作，并且手动地干扰该润湿。把印刷机返回到原始操作设置的反馈控制的效果将被校准，并且反馈参数被根据需要而调节，以接近到目前为止可用的临界润湿系统。这种方法例如被记录在″自调节控制器的应用(Implementation of Self Tuning Controller)″，Kevin Warwick，1988，Peter Perigrenus，UK(ISBN 0863411274)或者″自调节系统：控制器和信号处理(Self-Tuning Systems：Control & Signal Processing)″，P.E.Wellstead and M.B.Zarrop 1991，John Wiley & Sons(ISBN0471928836)中。
还可以进行涉及油墨量干扰的模拟方法。
起脏检测
起脏是由于具有不足的润版剂的印刷机运行的结果。来自油墨印版滚轮的油墨转移到印版的非图像区域，因为防止油墨沾附到版的非图像区域上的水不足。起脏的视觉效果是在印刷页面上出现油墨的杂色图案。起脏是最不希望出现的现象。在该仪器中的散射光检测器55对于由于油墨的存在而导致的光吸收敏感。因此，输出信号s(t)还可以被用于确定何时出现起脏情况。该信号可以被集成到润湿控制器或者印刷机控制器系统中(如上文所述)，然后进行为了防止进一步的起脏而所必需的调节。
图12A为示出如何实现起脏检测的流程图。在步骤450中，提供用于起脏阈值的数值。该起脏阈值被存储作为一个记录451。步骤452和454表示在一个或多个非图像位置处从散射光检测器50连续获取数据，直到印刷机操作员确定该印刷机能够正确地工作为止。一旦出现这种情况，在步骤456，计算并存储一组预定的测量位置作为一个发布记录458。这些位置可以表示从以前的经验得知与该印版的其它位置相比较早出现起脏现象的位置(例如，紧接着在高密度图像之后的非图像区域)。
在步骤460中，根据测量发布记录458执行一个数据获取周期。该数据设置表示对于可接受的打印质量的参考值，并且同样地在步骤462中被存储，以及由此建立一个传感器参考数据集记录464。然后该进程进行到监视阶段，其中在步骤466中对完整的版印刷获取数据，然后在步骤468，与参照记录464相比较。如果在步骤470中确定该差别大于一个阈值，然后在步骤472中，一个警报被发过到主机。在步骤474中，等待进一步的指令，其中在步骤476判断重新开始在步骤466的监视，或者在步骤478停止监视并等待进一步的指令。
图12B示出在使用MAN Roland GEOMAN印刷机的一个商业报纸印刷运作过程中从散射检测器50获得的信号的例子的曲线图。上曲线示出当没有观察到起脏时的响应。在该版表面上，散射信号保持在一个小的范围内。当出现起脏时，如下曲线所示，在打印输出的页面上观察到油墨，并且该油墨还被散射检测器所观察出现在该版上。平均信号的幅度减小以及信号的视在噪声增加。通过在无起脏周期过程中用非图像区域的空间分布来调试控制系统，可以由该仪器进行数据处理来识别油墨何时明显地出现在任何非图像区域上(即，起脏)。当在整个印刷处理过程中采用，并且这种信号被反馈回印刷机控制器，则当在打印过程中在任何位置处出现起脏时，将会提醒操作员。
如上文所述，该传感器能够最初确定测量区域是否包括图像或非图像区域。该信息可以用于指导被已知非图像的区域进行起脏检测测量。由于起脏倾向于开始在高图像密度块之后出现，因此起脏检测可以集中在这些区域上。
在覆盖后位置中的水厚度的测量
在这一点所述的测量假设该工作位置是在润湿和着色之后，但是在覆盖滚轮(blanket roller)之前(参见图10)。覆盖滚轮430和圆筒版425之间的相互作用使得水和油墨从圆筒版转印到覆盖滚轮上，然后转印到纸上。体现本发明的仪器可以在与覆盖滚轮接触之前和之后采用。在覆盖后位置中，仪器10可以测量任何剩余的润版剂厚度，表示并非所有的水都转印到覆盖滚轮上。
图13示出在各种润湿设置(在x轴上示出)测量的覆盖后水厚度的结果。该曲线表明在覆盖后位置中测量的耐久性，因为水膜厚度与覆盖前位置具有相同的量级。
仪器位置
本领域的专业人员容易理解，该仪器位置不限于在印版上的测量。还可以有利地在把油墨和润版剂从版425转印到纸张440上的润版剂传送印版滚轮435或者在覆盖滚轮430上进行测量。在覆盖滚轮430和圆筒版425上具有多个位置将提供有利的信息。图14示出可以安装该仪器的多个位置。
由本发明的实施例所提供的其它优点
与现有技术相反，本发明的实施不需要测试图案，因为传感器系统能够同时确定水量和油墨密度。并且，进行测量的时间非常接近印刷的时间，因此没有由于下游的纸张测量所导致时间延迟。这使得可以应用更加有效的控制环路。
布鲁斯特角反射变化的影响可以通过使用s-偏振光(即，与入射平面相正交的电矢量)来减小。
结合凹进传感器壳体的保护透明窗是有利的。通过把恒定的清理气体流施加到该窗表面上，使这些窗保持在无污染状态下。凹陷到仪器体中的窗提供一个管道使空气流到外部环境中。该气流防止弹道污染物(ballistic contaminants)进入，例如液滴或特定物体的快速移动。
结合常规滤光器(例如薄膜干涉滤光器)使得来自光源的光通过；但是阻挡来自例如人工照明或阳光这样的潜在干扰源的光线通过。光滤光器还可以包括偏振元件，以在检测之前对光信号进行光学分析。光滤光器还可以包括聚焦元件，用于提高灵敏度和减小对杂散光线干扰的易感性。
本领域的专业人员容易理解该仪器可以优选地安装在扫描仪机构上，以把该仪器的检测器沿着印刷机的宽度方向上平移。
所述的仪器可以应用于印刷机上的其它表面，例如覆盖滚轮或者水或油墨印版滚轮上。
上文仅仅针对本发明的一个/一些实施例进行描述，可以作出各种变型和/或改变而不脱离本发明的精神和范围，该实施例是说明而非限制性的。

Claims (28)

1.一种操作胶印机的方法，包括步骤：
(a)把一条光束照射到包括承载有印刷油墨的图像区域和承载有润版液的非图像区域的胶印机的胶印版上，该光束入射到胶印版上以从该胶印版上散射和镜面反射，
(b)检测散射光，并且提供表示所检测散射光的亮度以及表示图像区域中的印刷油墨量的相应第一信号，从而第一信号能够用于控制印刷油墨的施加，
(c)检测镜面反射光，并且提供表示所检测反射光的光强的相应第二信号，
(d)处理第一信号以识别光线何时落在图像区域上，
(e)当光线照射到非图像区域上时，使用从处理第一信号而得的数据来过滤第二信号，以提供一个输出信号，该输出信号表示在胶印版上存在的润版液量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中该输出信号被用于控制润版液施加到胶印机上。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中第一信号被用于控制油墨施加到胶印版的图像区域上。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中该光线是照射到胶印版的激光，以实时地确定润版液的有效厚度，从而调节胶印机，以在印刷过程中保持所需的工作性能。
5.根据权利要求4所述的方法，其中光线以相对于胶印版的表面成30度至60度的方向照射。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中光线是在相对于胶印版的法线方向形成大约60度的角度在较小区域上照射到胶印版上的激光。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中通过在胶印机的宽度方向上扫描检测器来执行散射光和镜面反射光的检测。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中激光通过一个准值透镜，被偏振和聚焦以在该胶印机的胶印版上的小于25mm2的面积上形成一个入射点。
9.根据权利要求8所述的方法，其中光检测是通过具有大约15mm2的有效面积以及工作在400至1050nm波长范围上的的硅光电二极管检测器所实现的。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其中包括使用用于从非图像区域散射光线的阈值与当光束照射到非图像区域上时的数据相比较，如果该数据大于该阈值，则确定该光束照射在非图像区域上，并且把该数据包含到表示在非图像区域上的润版液量的移动平均值中，该方法进一步包括分析第一和第二信号，以确定当一个间距出现在胶印版之间时，输出对应于润版液量的所获取的平均值，并且把平均设备复位为0，从而清空该平均设备的数据并能够进一步获取与随后的胶印版的非图像区域中的润版液量相关的数据。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其中进一步包括使用第一信号来控制与胶印版同步。
12.根据权利要求11所述的方法，其中进一步包括使用第二信号用于胶印版间距检测并且实时地产生一个间隙信号，该信号然后被用于确定圆筒版旋转速度，以及相对于胶印版的移动同步输出信号。
13.一种用于控制胶印机的装置，其中包括：
(i)用于把一条光束照射到包括承载有印刷油墨的图像区域和承载有润版液的非图像区域的胶印机的胶印版上的装置，该光束入射到胶印版上，以从该胶印版上散射和镜面反射，
(ii)用于检测散射光并且提供表示所检测散射光的亮度以及表示图像区域中的印刷油墨量的相应第一信号的装置，从而第一信号能够用于控制印刷油墨的施加，
(iii)用于检测镜面反射光并且提供表示所检测反射光的光强的相应第二信号的装置，
(iv)用于处理第一信号以识别光线何时落在图像区域上的装置，
(v)当光线照射到非图像区域上时，使用从处理第一信号而得的数据来过滤第二信号，以提供一个输出信号的装置，并且该输出信号表示在胶印版上存在的润版液量。
14.根据权利要求13所述的装置，其中用于照射光束的装置提供在相对于胶印版的法线方向形成大约60度的角度入射在胶印版上的激光，并且该激光照射在面积小于25mm2的较小区域上。
15.一种胶印机，其中包括如权利要求13或14所述的装置。
16.一种胶印材料，其通过使用如权利要求1至12任一所述的方法或权利要求13、14、15任一所述的装置而制造。
17.一种用于确定在胶印机中出现起脏情况的方法，其中包括如下步骤：
把光源照射在一个移动部件上；
检测从所述移动部件散射的光并且形成其亮度信号；
存储表示非图像区域的一个或多个位置的记录；以及
对所述散射的光亮度信号进行数据处理，以识别在至少一个位置处油墨的存在情况。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述数据处理步骤包括把所述散射亮度信号与表示出现起脏的阈值相比较。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述阈值从没有油墨的胶印版收集的数据推算而得。
20.一种操作胶印机的方法，其中包括如下步骤：
把一个光源照射在移动部件上；
检测从所述移动部件散射的光并且形成其亮度信号；
存储表示非图像区域的一个或多个位置的记录；以及
对所述散射的光亮度信号进行数据处理，以识别在至少一个位置处油墨的存在情况；以及
调节胶印机的油墨和/或润版液控制，以便于当出现表示起脏的条件时避免起脏。
21.一种用于检测在胶印印刷机中出现起脏情况的仪器，其中包括：
用于把光线照射在所述胶印版上的光源，该光源具有已知的亮度；
光检测器，用于接收从所述版散射的光并且产生其亮度信号；
数据处理器，其存储表示非图像区域的一个或多个位置的记录，以及对所述散射的亮度信号进行处理，以识别在所述位置处油墨的存在情况。
22.根据权利要求21所述的仪器，其中所述数据处理器把所述散射亮度信号与表示出现起脏的阈值相比较。
23.根据权利要求22所述的仪器，其中所述数据处理器具有接收和使用从没有油墨的印版收集的数据推算而得的阈值的装置。
24.根据权利要求23所述的仪器，其中光源是一个偏振激光束，其被设置为相对于胶印版的法线方向形成大约60度的角度照射在胶印版上，并且该激光照射在面积小于25mm2的较小区域上。
25.一种操作胶印机的方法，其中包括如下步骤：
a)把光束照向胶印机的胶印版，其具承载印刷油墨的图像区域和承载有润版液的非图像区域，该光束入射到胶印版上，以从该胶印版上散射和镜面反射，
b)检测散射光，并且提供表示所检测散射光的亮度并且表示在胶印版上的润版液量的相应信号，
c)使用该信号来控制把润版液施加到该胶印机上，其中
d)该光束是一个偏振激光束，其相对于胶印版的法线方向形成至少30度的角度照射在胶印版上，并且在该版上形成面积小于25mm2的一个点。
26.根据权利要求25所述的方法，其中该光束以相对于法线方向大约60度的角度照射。
27.根据权利要求25或26所述的方法，其中使用仪器检测器在胶印机的宽度方法上扫描。
28.根据权利要求25或26所述的方法，其中光检测是通过具有大约15mm2的有效面积以及工作在400至1050nm波长范围上的硅光电二极管检测器所实现的。
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