Densitometrie. Farbschichtdicke, Meßprinzip, Formeln usw.
Das Ziel der Qualitätssicherung beim Druck ist die richtige und konstante Farbwiedergabe über den gesamten Auftrag hinweg. Eine der wichtigsten Einflußgrößen sind hierfür Farbschichtdicke und Rastertonwert.
Farbschichtdicke
Die Farbschichtdicke im Offsetdruck beträgt aus verfahrenstechnisch bedingten Gründen maximal etwa 3,5 Mikrometer. Diese maximale Dicke ist jedoch nicht die optimale Dicke. Optimal ist die Dicke dann, wenn die optimalen Farborte der einzelnen Farben erreicht werden können, das heißt, wenn die Größe des Farbraumes ein Maximum erreicht. Als Faustregel kann man von einer Schichtdicke von ca 0,7 bis 1,1 Mikrometer ausgehen.
Kann in dieser optimalen Schichtdicke nicht gedruckt werden, sei es durch ungeeignete Vorstufenprodukte (Filme, Platten), durch ungeeignete Druckfarben oder anderer Einflußfaktoren, wird der darstellbare Farbraum eingeschränkt. Auch weil bspw. der Punktzuwachs von der Schichtdicke abhängt. Dies bedeutet, es können weniger Farben reproduziert werden. Dies zu vermeiden, sollte Ziel der Qualitätssicherung sein.
Ist der Auftrag erst einmal in der Maschine, kann nur noch die Farbschichtdicke beeinflußt werden. Alle anderen Korrekturen würde ein Abbrechen des Druckvorganges nötig machen. Die Fehler, die durch ungeeignete Vorstufenprodukte usw. entstehen, an der Druckmaschine ausbügeln zu wollen, ist nur in Grenzen möglich. Und oft ist trotzdem nicht die Qualität des Endproduktes erreichbar, die erreichbar wäre, wenn man diese Faktoren bereits vor dem Druck beachten würde.
Diese Farbschichtdicke im Druck einzustellen, zu überwachen und nachzuregeln, ist eine orginäre Aufgabe der Densitometrie. Mittels der Dichte kann man eine genaue Aussage über die Schichtdicke machen, zumindest im für den Druck relevanten Bereich. Diese Dichte wird mit einem Densitometer ermittelt. Man unterscheidet dabei zwischen einem Auflicht- und einem Durchlichtdensitometer. An dieser Stelle soll nur das Auflichtdensitometer betrachtet werden.
Meßprinzip eines Densitometers
Ein Densitometer beleuchtet die zu messende Stelle und mißt den Anteil des Lichts, der davon remittiert wird. So kann man das Prinzip eines Densitometers einfach beschreiben. Was geschieht aber nun mit diesem Licht auf dem Weg zwischen Lichtquelle und Meßfühler?
Die Druckfarben sind nicht deckend, sondern lasierend (durchscheinend). Das aufgestrahlte Licht dringt in die Farbe ein und trifft beim Durchgang auf die Pigmente der Druckfarbe. Je nach vorhandener Menge (abhängig von der Pigmentierung und Schichtdicke) und Farbe wird ein kleinerer oder größerer Teil des Lichts bestimmter Wellenlängen verschluckt. Das verbleibende Licht trifft dann auf den weißen Bedruckstoff, wird von diesem gestreut und wieder reflektiert. Das meiste Licht durchdringt dann nochmal die Farbschicht – mit den bereits beschriebenen Effekten.
Aus der Menge des wieder zurückkommenden Lichtes kann nun eine Aussage über die Schichtdicke getroffen werden. Selbstverständlich kann man nicht aus der Dichte eine Schichtdicke in Mikrometer berechnen, da dies auch von der Pigmentierung der verwendeten Druckfarbe abhängt. Aber man kann eine Aussage treffen, ob die Sättigung der Farbe dem gewünschten Ziel entspricht und ob dies dieselbe ist wie auf anderen Bögen der Auflage.
Dichte = 0,00 D | Dichte = 0,50 D | Dichte = 1,80 D |
Berechnungsformeln
Die Densitometer zeigen als Meßergebnis natürlich nicht an wieviel Prozent des Lichtes vom Meßfühler wieder aufgenommen wurde. Vielmehr wird aus dieser Größe die Dichte berechnet. Die Formel hierfür lautet:
D = lg β-1
In dieser Formel steht "D" für die Dichte und "(beta)" für den Remissionsgrad (an sich sollte da der griech. Buchstabe beta stehen). Der Remissionsgrad selber berechnet sich aus dem Verhältnis der Remission der untersuchten Farbe zu der des Referenzweißes.
Die Formel lautet also:
β = RF/RW
wobei RF für den Remissionsgrad der Farbprobe und RW für den Remissionsgrad des Referenzweiß steht.
Wird nun von einer Farbschicht nur noch die Hälfte des Lichtes remittiert, welches vom Referenzweiß, also dem Papierweiß remittiert wird, ergibt sich folgende Rechnung:
D = lg (RW/RF)
D = lg (1/0,5)
D = lg 2
D = 0,30
Wie bereits erwähnt besteht nun zwischen der Schichtdicke und der Dichte ein enger Zusammenhang. Da mit zunehmender Schichtdicke immer weniger Licht remittiert wird, wird der Remissionsgrad immer kleiner, die Dichte immer größer. Allerdings ist dieser Zusammenhang nicht linear, d. h. trotz gleichmäßiger Erhöhung der Schichtdicke nimmt die Dichte nicht im selben Maße zu.
Während anfangs die Dichte fast linear mit der Schichtdicke zunimmt, der Graph also annähernd eine Gerade darstellt, wird irgendwann ein Punkt erreicht, an dem die Kurve merklich abflacht. Irgendwann steigt die Dichte nicht mehr an, obwohl die Schichtdicke weiter erhöht wird. Diese Dichte bezeichnet man als "Grenzdichte". Diese wird von der jeweiligen Farbe nicht überschritten.
Diese Grenzdichte ist abhängig von der verwendeten Farbe. Während die Grenzdichte von Schwarz bei deutlich über 2,5 D liegt und damit weit jenseits der optimalen Schichtdicke von ca. 1 Mikrometer, kann diese Grenzdichte von Sonderfarben bereits deutlich vorher erreicht werden.
Rasterdichte
Die Rasterdichte ist ebenfalls abhängig von der Volltondichte. Drucken mit zu hohen Schichtdicken verursacht auch hier Probleme.
Bei den Dichten, die man bei Einhaltung einer Schichtdicke von 0,7 – 1,1 Mikrometer erreicht, bleibt die Änderung der Rasterdichte bei Änderungen der Volltondichten beherrschbar. Dies bedeutet, Schwankungen in der Volltondichte wirken sich moderat auf die Rasterdichte aus.
Ganz anders sieht es allerdings bei höheren Volltondichten aus. Hier haben geringe Änderungen der Volltondichten relativ große Änderungen der Rasterdichten zur Folge.
Grenzen der Densitometrie
Auch wenn mittels der Densitometrie ein relatives Maß für die Schichtdicke ermittelt werden kann, ist es doch unmöglich, eine Maßzahl zu erhalten die dem menschlichen Farbempfinden entspricht. Es kann ja noch nicht mal eine Aussage über die jeweilige Farbe gewonnen werden, die gemessen wurde.
Aber es gibt noch weitere Grenzen der Densitometrie, die wichtigsten seien hier genannt.
Ein Densitometer benötigt für eine Messung immer eine Volltonfläche in der Einzelfarbe. Auch Messungen des Farbannahmeverhaltens und des Tonwertzuwachses, die dieser Aussage auf den ersten Blick widersprechen mögen, benötigen immer auch ein Volltonfeld der entsprechenden Farbe(n).
Desweiteren ist es mittels der Densitometrie nur sehr eingeschränkt möglich in einem Mehrfarben-Rasterfeld zu messen (Graubalance), eine "Im-Bild-Messung" ist nicht möglich. Aus diesem Grund kann ein Punktzuwachs im Bild auch nicht ermittelt werden.
Auch kann die Densitometrie auch keine Bedruckstoffänderung erkennen.
Um diese Einschränkungen bei der Kontrolle des Druckprozesses zu Umgehen, muß also ein anderen Verfahren angewendet werden.