Der Farbton von Druckfarben ist einer der wichtigsten Indikatoren für die Qualität von Druckerzeugnissen; daher ist das Anmischen von Druckfarben ein essenzieller Prozess in der Druckvorstufe. Das Grundprinzip der Farbabstimmung basiert auf der Theorie der Farbsynthese und -mischung, wobei durch Pigmentmischung Metamerie erreicht wird. Dank der Entwicklung der Computertechnologie können Computer große Datenmengen speichern und verfügen über hohe Rechenleistung. Mithilfe der Farbmetrik können sie große Mengen an grundlegenden Druckfarbendaten und Farbwerten verarbeiten und so eine schnelle und präzise Farbabstimmung durch Mensch-Computer-Interaktion ermöglichen. Die Einführung dieser Technologie in die Druckbranche kann das Farbmanagement und die Qualitätskontrolle modernisieren. I. Methoden der Druckfarbenabstimmung 1. Empirische Farbabstimmung Die empirische Farbabstimmungsmethode basiert ausschließlich auf der Erfahrung und Intuition des Koloristen, da keine Farbmessgeräte zur Verfügung stehen. Frühere Methoden stützten sich auf die praktische Erfahrung der Koloristen; spätere Methoden verwendeten zehn Grundfarbtafeln oder Druckfarbtafeln als visuelle Farbmessreferenzen. Die empirische Farbabstimmungsmethode wird häufig von physiologischen und psychologischen Faktoren des Koloristen sowie von anderen objektiven Bedingungen beeinflusst, was die Aufrechterhaltung einer gleichbleibenden Produktqualität erschwert. Darüber hinaus ist die auf Erfahrung und Intuition basierende Farbabstimmung qualitativ und nicht quantitativ, was die Verbreitung und den Austausch von Technologien erschwert. 2. Mechanische Farbabstimmungsmethode: Diese relativ fortschrittliche Farbabstimmungsmethode hat sich in der heutigen Zeit zunehmend etabliert. Sie nutzt spezielle Maschinen und Instrumente als Konfigurations- und Messwerkzeuge in jedem Schritt des Farbabstimmungsprozesses. Durch das Zeichnen von Kurven und Diagrammen als Referenz wird die Farbabstimmung in einem relativ präzisen Bereich durchgeführt. Diese Methode überwindet einige der Schwächen der traditionellen, erfahrungsbasierten Farbabstimmung und verbessert sowohl die Geschwindigkeit als auch die Qualität. Allerdings ist ihre Genauigkeit gering und die Fehlerquote hoch. 3. Computergestützte Farbabstimmungsmethode: Die computergestützte Farbabstimmung hat im Ausland eine etwa 30-jährige Geschichte und wird derzeit in vielen farbverarbeitenden Abteilungen im In- und Ausland eingesetzt. Sie nutzt die Verbindung zwischen einer auf einem Computer gespeicherten Farbdatenbank und einer entsprechenden Farbabstimmungssoftware, um die Farbdaten der Probe zu analysieren und zu verarbeiten. Durch Berechnung, Korrektur und Farbanpassung wird eine für die Probenanforderungen geeignete Farbformel ausgewählt und somit die automatische Farbabstimmung von Tinten abgeschlossen. Die computergestützte Farbabstimmung erfordert die numerische Darstellung der Standardfarbprobe und der Farbe der abzugleichenden Tintenprobe. Dies gewährleistet die Genauigkeit und Konsistenz jeder Farbabstimmung und spart erheblich Zeit. Komfort, Geschwindigkeit und Genauigkeit sind die Vorteile der computergestützten Farbabstimmung. Allerdings basiert die von verschiedenen Unternehmen entwickelte Farbabstimmungssoftware auf deren jeweiligen Produktions- und Anwendungsbedingungen und es fehlt ein einheitlicher Standard. Dies ist einer der Gründe, warum sich die computergestützte Farbabstimmung noch nicht weit verbreitet hat. II. Entwicklung und Merkmale der computergestützten Farbabstimmung 1. Entwicklungsstand der computergestützten Farbabstimmung In Industrieländern nutzen Branchen mit Bezug zur Färbung, wie z. B. Textildruck und -färberei, Farbstoff-, Pigment- und Beschichtungsherstellung, Kunststoffverarbeitung und Tintenherstellung, computergestützte Farbabstimmungssysteme als leistungsstarke Werkzeuge für Produktentwicklung, Produktion, Qualitätskontrolle und Vertrieb mit hoher Akzeptanzrate. Beispielsweise haben ausländische Hersteller optischer Instrumente in den letzten Jahren die Tintenformulierungssoftware Grinder McBeth InkFormulation 4.0 entwickelt. Diese Software erstellt präzise Farbrezepturen für Offset-, Flexo-, Sieb- und Rotationstiefdruck. Sie zeichnet sich durch automatische Rezepturgenerierung, schnelle Mehrkanalberechnung und die Möglichkeit zur schnellen Entwicklung kostengünstiger Rezepturen aus. Die benutzerfreundliche Oberfläche gewährleistet Rezepturgenauigkeit und eine hohe Erfolgsquote bei der ersten Rezepturerstellung. In den letzten zehn Jahren wurden in China verschiedene Farbabstimmungssysteme eingeführt, von denen jedoch nur wenige signifikante Vorteile erzielten. Ausländische Software basiert auf den Besonderheiten der europäischen und amerikanischen Verarbeitungsindustrie, was zu einer relativ stabilen Pigmentqualität führt. Die heimische Verarbeitungsindustrie weist hingegen eigene Merkmale auf, wodurch die Stabilität der Pigmentqualität vergleichsweise gering ist. Darüber hinaus behindern die ständige Weiterentwicklung von Pigmentsorten und die Einführung neuer Substrate in Verbindung mit der mangelnden Flexibilität bestehender Farbabstimmungssysteme im In- und Ausland deren praktische Anwendung. Das Chemische Forschungsinstitut Shenyang begann 1984 mit der Forschung an Farbabstimmungssystemen. Seine chinesische Software „Think-Based Color Matching“ war die erste in China entwickelte Farbabstimmungssoftware. Bei Verwendung dieses Softwaresystems mit inländischen Maschinen beträgt der Gesamtpreis nur ein Drittel des Preises eines Komplettsystems; bei Verwendung mit importierten Maschinen halbiert er sich. Das System wird derzeit von über 70 Herstellern in zahlreichen farbrelevanten Branchen eingesetzt, darunter Farbstoffe, Druckereien, Wolltextilien, Strickwaren, Farben, Tinten, Gummi und Tapeten. Darüber hinaus hat die Technische Universität Xi’an ein dichteabhängiges, computergestütztes Farbabstimmungssystem entwickelt, das ein an einen Computer angeschlossenes Farbdensitometer nutzt und sich durch Benutzerfreundlichkeit und breite Anwendbarkeit auszeichnet. Der aktuelle Entwicklungstrend zeigt, dass die computergestützte Farbabstimmung zu einem wichtigen Bestandteil der zukünftigen Tintenfarbabstimmung geworden ist. 2. Merkmale der computergestützten Farbabstimmung: (1) Sie reduziert die Farbabstimmungszeit und -kosten und verbessert die Effizienz. (2) Sie berechnet die korrigierte Formel in kurzer Zeit. (3) Sie speichert alle bisher abgeglichenen Tintenfarben in einer Datenbank und ermöglicht deren sofortigen Abruf. (4) Sie ist einfach zu bedienen. (5) Die Berechnung der Farbkorrekturformel und der Farbdifferenz wird vom Computer angezeigt oder ausgedruckt. Das endgültige Farbabgleichsergebnis wird digital im Speicher abgelegt. (6) Das System kann mit anderen Funktionssystemen verbunden werden. Beispielsweise kann es mit einem Wiegesystem verbunden werden, um Wiegefehler zu minimieren und die Reproduzierbarkeit zu verbessern. Bei kontinuierlichem Betrieb kann ein Druckqualitätsüberwachungssystem auf dem Druckmaterial installiert werden. Tritt eine Anomalie auf, stoppt die Maschine sofort, um unnötigen Ausschuss zu vermeiden. III. Prinzip und System der computergestützten Farbabstimmung 1. Kubelka-Munk-Theorie und ihre Grenzen Die Kubelka-Munk-Theorie wurde bereits 1931 vorgeschlagen, fand aber erst 1958 in der Textildruck- und Färbeindustrie erfolgreich Anwendung. Die Anwendung dieser Theorie in der Druckindustrie begann in den 1970er Jahren. Computergestützte Farbabgleichsysteme, die in Ländern wie den USA und Japan entwickelt wurden, nutzen diese Theorie noch immer weitgehend. Durch eine Reihe von Ableitungen der Kamerun-Theorie (KM-Theorie) ergibt sich die einfachste Form der für Farbabgleichberechnungen geeigneten Funktion und ihrer Ableitung: K/S = (1 - r)²/2r r = K/S + 1 - [(K/S + 1)² - 1]¹/². Hierbei steht r für das Reflexionsvermögen bei der Wellenlänge; K ist der Absorptionskoeffizient, der die Absorptionsrate einer unendlich dicken, planaren Mediumschicht bei diffuser Beleuchtung angibt; und S ist der Streukoeffizient, der die Streurate des Lichts durch die unendlich dicke Mediumschicht beschreibt. Das Grundprinzip des computergestützten Farbabgleichs (CCM) basiert nach wie vor auf der Kamerun-Theorie. So basieren beispielsweise spektrale visuelle Abgleichverfahren, spektraler Farbabgleich mittels Computerreflexion und Approximationsalgorithmen für den computergestützten Farbabgleich auf der KM-Theorie. In der Praxis treten jedoch häufig Diskrepanzen zwischen den theoretischen Berechnungen und der tatsächlichen Anwendung der KM-Theorie auf. Die Gründe hierfür lassen sich in zwei Faktoren zusammenfassen: ① Die Kamerun-Theorie selbst basiert auf bestimmten Annahmen. Erstens, unter der Annahme, dass die Farbschichtdicke *x* beträgt, ist die Farbschicht, wenn Licht auf eine infinitesimale Schicht *dx* fällt (Reflexionen an der Grenzfläche werden vernachlässigt), nach dieser Theorie zwangsläufig in ein Medium mit demselben Brechungsindex eingebettet. Dieser Algorithmus, der unterschiedliche Brechungsindizes an der Grenzfläche zur Vereinfachung des Problems ignoriert, kann Fehler verursachen. Zweitens bezeichnet *dx* eine beliebige infinitesimale Schicht innerhalb der Farbschichtdicke *x*. Die so berechneten Absorptions- und Streukoeffizienten werden als innerhalb der Farbschicht einheitlich angenommen. Diese Annahme ist jedoch bei nicht- oder halblöschenden, ölgetränkten Materialien schwer anwendbar. Drittens sind die Farbpigmentpartikel innerhalb der Farbschicht zufällig angeordnet, wodurch das Licht diffus gestreut wird. Die Partikel sind vollständig in den Streueffekt eingebunden und bilden zwei Kanäle. In der Praxis sind die Partikel in dünnen, blattartigen Ölfilmen jedoch meist horizontal angeordnet, was die Annahme zweier Lichtstromkanäle widerlegt. Viertens dringt Licht bei dünnen Farbschichten in deren Inneres ein, bevor es gestreut werden kann. In dunkleren Bereichen wird ein erheblicher Teil des Lichts vor der Streuung absorbiert, sodass die in die Farbschicht eindringenden Lichtstrahlen nicht gestreut werden, was zu signifikanten Unterschieden in den experimentellen Ergebnissen führt. 2. Bei der Beschreibung des Farbschichtungseffekts muss die Druckindustrie die Wechselwirkung zwischen Licht und Pigmentpartikeln sowie die physikalischen Eigenschaften der Tinte berücksichtigen. In der Praxis ist zu beachten, dass die KM-Theorie zwei Konstanten enthält: den Absorptionskoeffizienten K und den Streukoeffizienten S. Die Lichtstreuung der Tinte ist im Vergleich zur Streuung des Trägermaterials vernachlässigbar. Daher beruht das Farbwirkungsprinzip der Tinte hauptsächlich auf der selektiven Lichtabsorption. Die Absorptionsfähigkeit der Tinte gegenüber einfallendem Licht wird von der Dicke der Farbschicht und der Tintenkonzentration beeinflusst. Die KM-Theorie basiert auf der Annahme opaker Medien, während die im Druckwesen verwendete Tinte transparent oder halbtransparent ist. Daher weist die KM-Theorie erhebliche Schwächen auf. 2. Verwendung von Tristimuluswerten für die computergestützte Farbanpassung (1) Farbanpassung mittels Tristimuluswerten. Das mathematische Modell, das derzeit von computergestützten Farbanpassungssystemen im In- und Ausland verwendet wird, basiert hauptsächlich auf der Kolmogorov-Smirnov-Funktion (K/S-Funktion). Angesichts der Einschränkungen der K/S-Funktion und der Besonderheiten der Druckindustrie schlägt diese Arbeit eine Methode zur Farbanpassung mittels Tristimuluswerten vor. Diese Methode verwendet weder K/S-Werte noch Reflexionsvermögen oder andere Farbindikatoren, sondern ausschließlich Tristimuluswerte. Auf Basis der K/S-Theorie ist zwar auch eine Farbanpassung mittels Tristimuluswerten möglich, jedoch ist hierfür der Aufbau einer Datenbank mit K/S-Werten und Konzentrationen in Segmenten sowie die Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Tristimuluswerten und Konzentrationen, d. h. zwischen Tristimuluswerten und Punktprozenten, erforderlich. In der Druckindustrie werden Tristimuluswerte und Punktprozente hauptsächlich mithilfe der Neugeborg-Gleichung, durch Matrixtransformationen oder mithilfe von Nachschlagetabellen umgerechnet. Diese Arbeit verwendet Chromatographie zur Erstellung einer Nachschlagetabelle für die Umrechnung. (2) Prinzip der Farbanpassung mittels Tristimuluswerten. Gemäß dem CIE-Farbsystem lässt sich jede Farbe in der Natur durch die spektralen Tristimuluswerte X, Y und Z darstellen. Die meisten modernen Farbmessgeräte verwenden dieses System, d. h. die Farbe eines Objekts kann durch die Tristimuluswerte X₁₀, Y₁₀ und Z₁₀ beschrieben werden. Das Prinzip der computergestützten Farbanpassung basiert hauptsächlich auf dem Metamerieprinzip: Stimmen die Tristimuluswerte X₁₀, Y₁₀ und Z₁₀ zweier Farbmuster überein, handelt es sich um dieselbe Farbe. Die mithilfe der Chromatographie erstellte Farbtabelle beschreibt den Zusammenhang zwischen den Tristimuluswerten und den Punktanteilen der einzelnen Farbtinten. Angenommen, ein Farbmuster wird durch Überdrucken mit drei Tinten a, b und c hergestellt, deren Punktanteile l, m und n betragen. Das Verhältnis der Tinten a, b und c beträgt l:m:n, wobei die weiße Tinte den Anteil (1-l)+(1-m)+(1-n) ausmacht. Dieses Farbabgleichsystem verwendet Daten der CIE-Standardlichtquelle D65 und ein Sichtfeld von 10° für die Berechnung. Die Farbdifferenz zwischen Standardfarbmuster und Abgleichmuster wird mithilfe der CIELAB-Farbdifferenzformel ΔE_ab = [(ΔL)²+(Δa)²+(Δb)²]^1/2 berechnet. Die Verwendung von Tristimuluswerten für den computergestützten Farbabgleich ermöglicht es, die Farbe des abzugleichenden Farbmusters unter einer bestimmten Lichtquelle in Form von Daten auszudrücken. Es besteht ein Zusammenhang zwischen den Tristimuluswerten des Farbmusters und dem Tintenverhältnis. Anhand der Farbdifferenz lässt sich überprüfen, ob die Formel den Anforderungen genügt. (3) Farbabgleichverfahren mit Tristimuluswerten: Die Tristimuluswerte jedes Farbbereichs des Farbspektrums und der Punktanteil jeder Tinte werden in den Computer eingegeben, um eine Basisdatenbank zu erstellen. Beim Farbabgleich werden die Tristimuluswerte der Zielfarbprobe in das System eingegeben. Dieses berechnet die Mischungsverhältnisse der Farben und gibt die Formelvorhersage aus. Nach dem Trocknen der Farbprobe werden deren Tristimuluswerte erneut gemessen. Der Computer berechnet dann die Farbdifferenz anhand der Farbdifferenzformel und gibt Korrekturanweisungen, um schnellstmöglich eine hochwertige Metameriefarbe zu erzielen. Bezüglich der Qualitätsanforderungen an die Farbwiedergabe wird in dieser Arbeit gemäß der nationalen Norm für die Farbdifferenz ΔE*ab bei gleicher Charge von dekorativem Farbdruck ΔE*ab ≤ 3 gewählt. Das Farbspektrum umfasst die gängigsten Farben. Für Farben innerhalb des Farbspektrums kann das Farbverhältnis direkt ermittelt werden. Für Farben außerhalb des Farbspektrums wird zunächst die Farbe mit der geringsten Farbdifferenz im Farbspektrum gefunden und anschließend durch lineare Interpolation bestimmt. 3. Computergestütztes Farbabgleichsystem (1) Funktion des Farbabgleichsystems Das computergestützte Farbabgleichsystem ist ein modernes Gerät, das ein Kolorimeter, einen Computer und eine Farbabgleichsoftware integriert. Die grundlegende Funktion der computergestützten Farbabstimmung besteht darin, die Farbdaten der verwendeten Druckfarben im Voraus im Computer zu speichern und anschließend das Mischungsverhältnis der mit diesen Druckfarben erzielten Farbmuster zu berechnen, um die vorgegebene Formel zu erreichen. (2) Zusammensetzung des Farbabstimmungssystems: ① Hardware des computergestützten Farbabstimmungssystems: Computer: Windows-Betriebssystem, Festplattenspeicher von mindestens 20 MB; Spektralphotometer; Chromatograph. ② Software für die computergestützte Farbabstimmung: Hauptmenü der Software: Zeigt das Programmverzeichnis der Farbabstimmungssoftware an, sodass der Benutzer einen Überblick über die Software erhält und die angezeigten Programme je nach Bedarf auswählen und aufrufen kann. Basisdatendatei: Eine Datenbankdatei wird mit Microsoft Access erstellt und besteht aus drei Teilen: Zweifarbenüberdruck, Dreifarbenüberdruck und Sonderfarbenüberdruck. Diese Datei enthält das Programm zur Erstellung, Verwaltung und Datenverarbeitung der Basisdatendateien sowie das Programm zur Formelspeicherung. ③ Formelberechnung und -korrektur: Dieses Programm berechnet die Farbdifferenz zwischen Farbmuster und Standardmuster, wählt die Formel anhand dieser Differenz aus und korrigiert sie. Die Software des Farbabstimmungssystems zeichnet sich durch eine intuitive Mensch-Maschine-Interaktion aus. Der Bediener kann die benötigte Farbformel durch Eingabe der entsprechenden Parameter und Daten gemäß den Anweisungen auf dem Bildschirm ermitteln. Die Farbabstimmung ist ein komplexer technischer Prozess, der Licht- und Farbtheorie, Farben, Papier und weitere Verfahren umfasst. Die Verwendung von Chromatogrammen zur Farbabstimmung überwindet die Grenzen der Farbmodelltheorie, ist optimal auf die Anforderungen der Druckindustrie abgestimmt, reduziert den Arbeitsaufwand des Farbabstimmungspersonals, verbessert die Farbqualität, die Geschwindigkeit und Genauigkeit der Farbabstimmung und steigert die Wirtschaftlichkeit. Obwohl es noch Verbesserungspotenzial gibt, beispielsweise hinsichtlich der unterschiedlichen Farbdifferenzen bei der Farbabstimmung unter verschiedenen Lichtquellen und des signifikanten Zusammenhangs zwischen Abstimmungsgenauigkeit und Chromatogrammgenauigkeit, wird die computergestützte Farbabstimmung mit der Weiterentwicklung von Computern, der zunehmenden Präzision von Messgeräten, der Entwicklung mathematischer Methoden und der fortschreitenden Standardisierung und Digitalisierung von Materialien unweigerlich ihre unübertroffene Überlegenheit unter Beweis stellen.