Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ литературных источников. 10
1.1 Особенности структуры и свойств бумаг используемых в рамках струйных технологий печати 10
1.2 Методы определения свойств носителей информации, используемые в условиях производства 16
1.3 Физические методы исследования поверхности материалов 21
1.4 Использование теории фракталов для описания и моделирования свойств материалов 22
1.5 Мультифрактальный формализм 29
1.6 Принципы формирования изображения на поверхности носителя информации и возможности управления его качеством. 35
1.7 Оценка качества цифровых изображений 39
Заключение 45
Глава 2. Методическая часть 47
2.1. Методология мультифрактальной параметризации исследуемой структуры 47
2.2. Статистический анализ результатов измерений 55
2.3 Метод расчета оптических характеристик тестового изображения сформированного на поверхности носителя 60
Глава 3. Экспериментальная часть 64
3.1 Сравнительный анализ материалов для струйной технологии печати с одинаковой морфологией поверхности 64
3.2 Сравнительный анализ материалов для струйной технологии печати с различными типами морфологии поверхности 77
3.3 Сравнительный анализ материалов для струйной технологии печати с поверхностью модифицированной полимером 86
Заключение 90
Выводы 92
Список использованной литературы 94
Приложение 104
- Методы определения свойств носителей информации, используемые в условиях производства
- Использование теории фракталов для описания и моделирования свойств материалов
- Метод расчета оптических характеристик тестового изображения сформированного на поверхности носителя
- Сравнительный анализ материалов для струйной технологии печати с различными типами морфологии поверхности
Введение к работе
В материаловедении под топологической структурой понимают совокупность геометрических параметров элементов формирующих объект, каждый из которых обладает уникальными свойствами, а класс подобных элементов - закономерностями в распределении по объему и/или поверхности объекта. Предполагается, что знания о топологической структуре позволяют делать обоснованные выводы об объекте, как едином целом, прогнозировать его реакцию на воздействия различной физической природы, и осознано подходить к улучшению его качественных показателей
[1].
Наиболее распространенным материалом для получения твердой копии
информации является бумага (носитель информации), чьи поверхностные
свойства зависят от типа исходных волокон - как правило, это древесная
целлюлоза, метода производства - сульфитный, сульфатный или
азотнокислый, а также вида и количества дополнительных технологических
операций - массный размол, введение добавок, проклейка, каландрирование
и т.д.
Поверхность носителя информации представляет собой сложную
систему, элементы которой не являются изолированными структурными
единицами, реагирующими на внешнее воздействие в силу своих уникальных
характеристик, а обладают синергическим влиянием на свойства материала и
механизм его взаимодействия с информацией, веществом и энергией
поступающим из внешней среды [2, 3]. В процессе формирования твердой
копии информации подобные взаимодействия могут привести к различным
девиациям цифрового образа на поверхности материала от экранного
оригинала, причем, степень их выраженности находится в существенной
зависимости от состояния поверхности носителя [4 — 7]. При этом
топографические и оптические характеристики бумаг, определяющиеся
совокупностью адсорбционных, геометрических, оптических и механических свойств, носят, в каждом конкретном случае, индивидуальный характер.
Всё многообразие выпускаемых сортов бумаг (более 600) можно условно разделить на следующие группы [7]:
бумаги общего назначения, характеризуются минимальной степенью модификации поверхности: писчие и газетные бумаги;
бумаги улучшенного качества, характеризуются: введением добавок; с целью увеличения гладкости подвергаются дополнительной механической обработке - пигментированные и мелованные бумаги;
бумаги для печати фотографического качества, носители с рабочей поверхностью модифицированной полимером — это, как правило, многослойные, композитные системы.
Всё более широкое распространение приобретают материалы с применением модифицирующих поверхность композиций, в которых существенную долю занимают гидрофильные полимеры, например, такие как поливинилпирролидон, катионоактивный крахмал, производные целлюлозы и т.д. [8-Ю].
Технологические операции, связанные с введением добавок и увеличением степени гладкости носителя, помимо влияния на топографическую структуру, также определяют и его оптические свойства -белизну, глянец, непрозрачность носителя в целом. Это обеспечивает правильность передачи цветов и тонов оригинального изображения, а также оказывает влияние на контрастность твердой копии [11, 12].
Наиболее распространенные технологии печати предполагают использование всех перечисленных видов носителей на бумажной основе, но материалы с поверхностью модифицированной полимером, в основном, предназначены для применения в рамках струйных методов печати, что связано с особенностями взаимодействия их поверхности с компонентами чернил принтера. Принципы формирования изображения на носителе информации, с использованием этих технологий, основаны на переносе
компонент чернил из сопла печатающей "головки" на поверхность, обладающую по отношению к ним соответствующей сорбционной активностью. Среди струйных методов печати наибольшее распространение получил пузырьковый способ (bubble-jet). Эта технология использует направленное распыление капелек чернил на бумагу при помощи мельчайших сопел печатающей головки со встроенными термоэлементами. Тем не менее, большинство фирм производителей печатающих устройств вносит изменения в реализацию струйной технологии печати, что приводит к необходимости выпуска специальных носителей информации ориентированных на уникальные особенности формирования изображения [11,12].
В большинстве случаев чернила струйного принтера представляют собой коллоидную систему, в которой твердая фаза образована частицами пигмента, а жидкая фаза является водным раствором, содержащим стабилизирующие вещества. При этом основными параметрами печатающего устройства, влияющими на качество твердой копии, являются его разрешающая способность, определяющая размер единичного элемента изображения и плотность печати на поверхности носителя, а также колориметрические характеристики используемых в чернилах пигментов.
Стандартные методики испытаний бумаг позволяют количественно определять их единичные показатели, которые, однако, не всегда дают возможность с достаточной вероятностью предсказывать качество печати, так как характеристики твердой копии обуславливаются результатами синергетического процесса взаимодействия компонент чернил и такой комплексной системы как поверхность носителя. В результате чего, выбор материала для получения твердой копии изображений больше основан на интуитивных представлениях, чем на количественной информации, отражающей его обобщенные свойства.
Таким образом, наиболее целесообразно сосредоточиться на количественной оценке топологической структуры материала и её влияния на
характеристики изображения сформированного на нем. Это оправдано тем, что в настоящее время отсутствуют стандарты на параметризацию поверхности носителей, в частности на наличие и распределение структурной неоднородности поверхности материала. Так же в достаточной мере не исследованы корреляции между печатными и поверхностными свойствами бумаг, которые могли бы позволить прогнозировать качество печати у существующих и перспективных материалов для струйной печати.
Структура поверхности носителя представляет собой систему с плавными переходами высот, которые, в случае уменьшения степени модифицированное поверхности, могут принимать более резкий и хаотический характер. Это приводит к повышению структурированности поверхности, и, в сумме со стохастическим характером в распределении поверхностных свойств, делает затруднительным изолированное применение для их параметризации методов математической статистики или теории самоподобных фракталов.
В диссертационной работе для выявления тонких различий в топографической структуре носителей информации, принадлежащих как одной категории, так и качественно различным группам, использовался мультифрактальный (МФ) формализм. При этом предполагалось, что основными факторами, оказывающими влияние на качество твердой копии изображения, являются топографические особенности (сингулярности) поверхности материала, выявляемые на цифровых микрофотографиях
сделанных с увеличениями Х60 [4 - 7]. Выбор цифровой технологии получения изображений поверхности материала, продиктован необходимостью разработки экспресс метода анализа носителя.
Цель диссертационной работы состояла: в обосновании возможности описания топографической структуры поверхности материалов предназначенных для струйных технологий печати; в выявлении наличия и вида связи мультифрактальных показателей со структурными особенностями носителя информации для печати фотографического качества; в
исследовании влияния структурных особенностей на «фотографические» свойства материалов; в исследовании влияния степени модифицированности поверхности материала на его топографические и «фотографические» характеристики; создание математической модели системы прогнозирования и управления качеством струйной печати. Положения, выносимые на защиту:
обоснованность использования мультифрактального формализма для описания топологических структур поверхности носителя;
алгоритмы расчета мультифрактальных характеристик и применяемые методы анализа изображений поверхности носителя;
результаты исследования топографических особенностей исследуемых носителей, доказательства их статистической значимости;
оценка влияния топографии поверхности носителя на контрастно-резкостные характеристики изображения;
результаты исследования влияния технологических и структурных особенностей на топографические характеристики поверхности носителя.
Научная новизна
на примере морфологически различных поверхностей широкого круга носителей для струйной технологии печати впервые показана применимость мультифрактального описания и статистически обоснованная значимость полученных мультифрактальных оценок;
установлены связи между топологическими и фотографическими свойствами материалов, которые могут быть положены в основу математической модели управления качеством струйной печати;
исследования материалов для печати фотографического качества показали высокую чувствительность мультифрактального описания к изменениям в морфологии поверхности;
исследовано влияние степени модификации поверхности бумаги, показано влияние дополнительных полимерных слоев на топографические и контрастно-резкостные характеристики изображения сформированного на поверхности исследуемого материала;
показана прогностическая ценность мультифрактального описания, как характеристики существующих материалов, так и в целях создания новых перспективных носителей для струйной печати.
Практическая ценность
Предложен новый подход для получения количественной информации о топологии поверхности носителей информации учитывающей её влияние на качество печати с использованием струйных технологий. Количественно оценено влияние различных технологических методов модификации поверхности носителя на топологические и фотографические свойства материала.
Мультифрактальные характеристики могут быть использованы для обоснованного прогноза качества печати на поверхности исследуемых бумаг, а также позволяют делать предположения об их технологическом прошлом.
Создана система экспресс-анализа поверхности носителей для струйных методов печати, дающая объективную информацию о топографии материала.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, трех частей, заключения и 3-х приложений, изложена на 103 листах, содержит 14 рисунков, 21 таблицу. Список использованной литературы включает 108 наименований.
Методы определения свойств носителей информации, используемые в условиях производства
Испытания бумаг в основном направлены на получение количественных показателей свойств имеющих наиболее сильное влияние на их печатные свойства. Наиболее полное описание методов испытаний бумаги собраны Германским Институтом Стандартизации (DIN) и в информационных проспектах Ассоциации химиков и инженеров по целлюлозе и бумаге [45 - 47 и далее цитируется по этим источникам]. Белизна, степень белизны Эта величина показывает отражение света при действующей длине волны 457 Нм (синяя часть спектра). Она измеряется как коэффициент отражения R.457 с помощью рефлектометров. Значение указывается в %. Гелио-испы гание Это испытание позволяет оценить результат при глубокой печати, в частности, отсутствие видимых белых точек вследствие несовершенной печати иолу- и четверть тонов. Определение: с помощью устройства IGT с Гелио-тестером. Значение выражает длину испытательного участка (в мм), которая содержит 20 пропущенных точек. Если на всей длине испытательной полоски содержится менее 20 точек, то вместо этого подсчитывают количество точек. Гидрорасширение, продольное/поперечное Испытание на гидрорасширение проводится для определения изменения длины бумаги в результате варьирования влажности окружающей среды.
Значения измеряются в машинном направлении и/или перпендикулярно ему. Определение: DIN 53130. Значение расширения или сжатия в %. Гладкость/шероховатость Эти параметры описывают равномерность поверхности бумаги. Согласно Бекку, гладкость зависит от формы, общего объема и распределения неравномерных участков, образующихся между поверхностью бумаги и идеальной плоскостью при заданных условиях контакта между ними. Измеряется значение времени, необходимое для извлечения определенного количества воздуха при заданном перепаде давлений из области между поверхностью бумаги и тщательно отполированной стеклянной поверхностью, которая почти идеально плоская. Определение: DIN 53107 с использованием испытательного устройства Бекка; значение в Бекк-s (большое значение s = высокий уровень гладкости). DIN 53108 с использованием испытательного устройства Бендтсена; значение в мл/мин (большое значение Бендтсена = высокий уровень гладкости). Глянец Это визуальная характеристика, которая все еще не поддается точному измерению или физическому описанию. Эффект глянца в большой степени определяется воспринимаемой областью отражения (в отличие от диффузной области). Воспринимаемая область может быть измерена для ряда различных углов освещения или наблюдения. Описание: в соответствии с DIN 54502 (геометрия 4557). Присутствие древесной массы Качественно на присутствие древесной массы указывает окраска испытательного участка непосредственно раствором флороглюцина. Если бумага приобретает красную окраску, то это свидетельствует о наличии древесной массы. Для получения количественных данных образец волокна из пробы бумаги окрашивают раствором хлора/цинка/йода и затем подсчитывают с помощью микроскопа количество окрашенных волокон древесной массы. Зольность Содержание золы определяется как остаток после сжигания бумаги и охлаждения. Эта величина дает представление о количестве неорганических веществ, в частности, наполнителей и пигментов, содержащихся в бумаге.
Определение: DIN 5437. Значение: процентное содержание по массе. Машинное направление (направление волокон) Машинное направление бумаги - это преобладающее направление волокон. Может быть определено несколькими способами, например: при увлажнении одной стороны листа бумаги она изогнется в направлении, перпендикулярном направлению волокон, поскольку в этом направлении волокна могут расшириться легче всего. Непрозрачность и плотность Определяется как непроницаемость данной бумаги для света. Определение: DIN 53146. Значение в %. В повседневной практике под плотностью понимают вес 1 м бумаги. Проникновение краски Это скорость, с которой жидкие компоненты краски проникают в материал. Проникновение краски частично зависит от пористости материала, а частично от состава связующего в краске. Определение: проникающая краска печатается на бумаге с помощью испытательной печатной машины Пруфбау. Через заданное время печать наносят на стандартную испытательную бумагу; значения выражаются через плотность окраски или показания рефлектометра для запечатанных участков. Прочность на изгиб Это сопротивление бумаги упругому изгибу. При этом испытании бумагу не изгибают слишком сильно, чтобы она не разорвалась. Сопротивление бумаги изгибу определяют либо динамическим методом (метод длины собственной частоты), либо статическим методом (метод стержня).Определение: DIN 52123, часть 1 - метод длины собственной частоты и DIN 53121 - метод стержня. Значение в Н/мм Разрывная длина Разрывная длина - это расчетная предельная длина полоски бумаги или картона постоянной ширины, причем при превышении этой длины полоска, которая была бы подвешена за один конец, разорвалась бы под действием собственного веса. Определение: DIN 53112, Часть 1 Значение: в метрах Толщина Толщина - это расстояние по вертикали между двумя параллельными поверхностями бумаги при заданном давлении на поверхности. Определение: D1N 53105, часть 1: с использованием микрометра при заданном давлении на поверхности. Значение: в миллиметрах
Использование теории фракталов для описания и моделирования свойств материалов
Наличие свойства самоподобия у изучаемого объекта позволяет количественно охарактеризовать его величиной фрактальной размерности. В научной литературе тема параметризации структур материалов с использованием представлений о регулярных фракталах затрагивается достаточно часто [1, 67- 69]. Причем некоторые результаты позволили использовать регулярные фрактальные структуры при решении задач моделирования свойств объектов, например для определения площади адсорбента по методу Пфейфера - Авнира [70]. В таб. 1.4.1. приводится описание некоторых наиболее распространенных подходов к параметризации структур материалов с использованием представлений о регулярных фракталах. На сегодняшний день разработано достаточно большое число методов измерения фрактальных размерностей [71 - 73]. Их условно можно разделить на геометрические и физические. Физические методы требуют применения сложной аппаратуры и последующей усложненной интерпретации результатов измерений, поэтому непосредственно для параметризации структур материалов используются сравнительно редко. Геометрические методы являются более наглядными и чаще применяемыми в материаловедении. При использовании геометрических методов параметризации для количественного описания структур реальных материалов существуют два принципиально разных стратегических подхода. Первый подход базируется на измерении фрактальной размерности непосредственно самой изучаемой структуры.
Второй подход заключается в моделировании реальной изучаемой структуры какой-либо наиболее близкой к ней по конфигурации регулярной фрактальной структурой, фрактальная размерность которой уже известна или задается формулой зависимости от параметров. Геометрические методы измерения фрактальной размерности. На практике геометрические методы измерения фрактальной размерности основаны на проведении нескольких (многих) аппроксимаций (покрытий) конфигураций исследуемых структур наборами конечного числа N(s) элементов конечного размера є и определения наклона зависимости \\\{N{L)) ОТ ln(«s) например, методом наименьших квадратов. Реализовать проведение аппроксимаций (покрытий) структуры можно множеством разнообразных способов, применяя различную форму покрывающих элементов (шары и круги, кубы и квадраты, отрезки и др.) и алгоритмы процедуры покрытия и/или совмещения покрывающих элементов [74]. Методы, которые в принципе сводятся к реализации этой идеи, можно назвать прямыми. Тестирование таких методов можно проводить на модельных фрактальных структурах. Из относящихся к этой группе методов наиболее известным является метод подсчета клеток ("box counting method"). В этом случае производится последовательный набор разбиений пространства, охватывающего изучаемую структуру, на ячейки разного размера и подсчет числа ячеек, "занятых" структурой для каждого варианта разбиения. Помимо прямых геометрических методов известны метод вертикальных сечений, метод островов среза и Фурье анализ профилей поверхностей разрушения, которые тоже могут служить наглядной иллюстрацией возможностей фрактальной параметризации, но с помощью непрямых геометрических методов [75].
Эти методы отличаются от прямых методов тем, что непосредственно определяется фрактальная размерность кривых на поверхности разрушения, а фрактальная размерность самой поверхности разрушения пересчитываегся из результатов измерения на основе тех или иных предположений. Метод вертикальных сечений [75] состоит в исследовании зависимости длины профиля поверхности от масштаба измерения. Наибольшая статистическая достоверность достигается при анализе нескольких ориентации профилей на обрабатываемой поверхности. Профили получаются при шлифовании вертикальных сечений поверхности разрушения, покрытой твердым компаундом или пластиком. При этом зависимость длины профилей L от масштаба измерения в описывается уравнением: где d-\ - целая размерность линии, D- размерность профиля. Одним из вариантов метода вертикальных сечений является измерение отношения L()-L(E)/V длины профиля к длине его проекции на плоскость, параллельную средней плоскости поверхности разрушения, называемого шероховатостью: где La, Ср — некоторые постоянные. Таким образом, в методе вертикальных сечений непосредственно измеряется наклон зависимости \п(Щє)) от 1п(гт), а размерность самой поверхности разрушения определяется по формуле: Метод островов среза [76] состоит в получении зависимости А(Р), где Р- периметр, А- площадь "островов", получающихся при сечении поверхности разрушения плоскостями, параллельными основной (средней) плоскости поверхности разрушения. При этом используется особая технология: поверхность разрушения сначала покрывается тонким слоем никеля электролитическим способом, образец заливается твердым компаундом или пластиком, после чего подвергается полировке. Последовательные шлифы обрабатываются анализатором изображений, выделяющим границы островов "срезанной" поверхности разрушения, что позволяет набирать хорошую статистику точек на плоскости 1п(Р) - 1п(А). Наклон Dv прямой, проводимой по методу наименьших квадратов, является размерностью береговых линий островов. Фрактальную размерность самой поверхности разрушения определяют по формуле (1.4.3), или альтернативно по формуле: Метод Фурье анализа профилей [76] состоит в получении зависимости Фурье - спектра профилей поверхности (суммы квадратов амплитуд синусоидальной и косинусоидальной составляющих) от волнового числа: которая наблюдается в некотором определенном диапазоне волновых чисел, отвечающем диапазону масштабов самоподобия профиля поверхности. Получение Фурье спектров является стандартной процедурой. Размерность поверхности определяется из формулы
Метод расчета оптических характеристик тестового изображения сформированного на поверхности носителя
Одной из наиболее современных концепций в материаловедении является мультифрактальный формализм. Данное направление было вызвано к жизни некоторыми существенными недостатками теории фракталов, связанными с аппроксимацией объектов реального мира регулярными (модельными) структурами. Основной предпосылкой метода стало представление о неравномерности распределения свойств по объему или поверхности изучаемой структуры. Подобные свойства проявляют, например, распределение пор в объеме материала, фрактографические особенности поверхности его разрушения и т.д. Таким образом, переход от фрактального описания к мультифрактальному означает смещение акцента исследований масштабно-инвариантных свойств объектов в направлении изучения особенностей распределения его физических свойств. Мультифрактальный формализм особенно хорошо зарекомендовал себя при исследовании динамики разрушения металлов по микрофотографиям их зо поверхности; в результате были найдены корреляции механических свойств объектов и их мультифрактальных характеристик [1, 78]. Мультифрактальная параметризация структур основана на "помещении" исследуемого объекта с неупорядоченной структурой в евклидово пространство, которое разбивается на ячейки характерного размера. Ячейкам приписываются "веса" в соответствии с распределением свойств, которыми характеризуется объект.
Например, при изучении особенностей пространственной конфигурации структуры для каждой ячейки подсчитывается число единичных элементов структуры, попавших в ячейку, которое делится на общее число элементов структуры. Каждой ячейке сопоставляется мера в виде некоторого положительного числа, а полученная совокупность (матрица) значений задает глобальную меру на том или ином масштабе дискретизации изображения структуры. Понятие меры формализует субъективный подход к описанию изучаемых объектов соответственно их природе или функциям. Довольно полезным для задач материаловедения является использование вероятностной меры. Дальнейшим развитием такого подхода может служить генерация меры по "рельефу" плоского изображения структуры. В материаловедении и смежных с ним областях в подавляющем большинстве случаев изучаемые структуры представлены именно в виде плоских изображений, например, в виде микрофотографий. Для так или иначе построенной меры Р, строится производящая функция меры: Г{с,т,1)=± (Р,У/(1,У (1.5.1) где Ph - мера / - ой ячейки размера /, / 1, 2Р/= 1; / - характеристический размер ячейки, если размер исследуемого множества принимается равным единице. Суммирование проводится только по непустым ячейкам с мерой /?,- 0; q и г произвольные вещественные числа: -оо , г со. В случае сингулярного поведения меры, имеющего место во многих ситуациях, где а - положительное вещественное число. Было показано [79], что существует единственная функция r(q), такая, для которой Г(д, r(q), I) конечна при /— 0.
При данном q для T r(q) и x x(q) функция T(q, x(q), I) обращается в бесконечность или нуль соответственно. Для обобщенной корреляционной функции % и ее экспоненты г имеем: Таким образом, изучаемой структуре (носителю меры) ставится в соответствие вещественная функция x(q), посредством которой можно ввести полезные (статистические) характеристики структуры. От суммирования по ячейкам в (1.5.3) для % можно перейти к интегралу: где p(a)P(a)da - вероятность того, что произвольно выбранная сингулярность а в выражении (1.5.5) для ph имеет значение в диапазоне (а\ a +da ); р(а) — несингулярная гладкая функция. Поэтому исследуемое самоподобное множество моделируется набором взаимопроникающих множеств сингулярностеи а, каждое из которых имеет соответствующую фрактальную размерность/Сое,) (f(a) - спектр) [79]. В пределе /—»0 значение интеграла (1.5.5) определяется некоторым а, при котором qa-f(a)=min, откуда получается соотношение между функцией x(q) и спектром сингулярностей/fa): т.е. х(ц) и Да) связаны преобразованием Лежандра. Из последних соотношений, в том числе (1.5.4), видно, что в силу условия нормировки т(\)—0. Это обстоятельство можно выразить в явном виде, положив: где Д7 - обобщенные размерности Реньи (энтропии Реньи), причем D(j Dj D2 - являются хаусдорфовой или фрактальной ( 7 -0), информационной (g l) и корреляционной ( у 2) размерностями соответственно [80]. При исследовании мультифрактальных свойств регулярных фрактальных структур в качестве D0 выступает фрактальная размерность. Строго говоря, термин "размерность" применим только к Dn, так как значение q-О снимает различия мер разных ячеек, и мы имеем дело с конфигурацией носителя "в чистом виде". Величины же остальных "размерностей" Dq определяются как конфигурацией носителя, так и его мерой. Фрактальная параметризация в представлении о регулярных фракталах с полным основанием может быть использована только для однородных, самоподобных фракталов. По сравнению с фрактальной параметризацией на основе использования одной лишь величины фрактальной размерности, мультифрактальный формализм предоставляет неизмеримо большие возможности использования двух вещественных функций :/fa) - спектра и Dq - спектра (или каких-либо их характеристик), причем Dq автоматически предоставляет в распоряжение исследователя величину фрактальной размерности. Элементы информационной интерпретации мультифрактального формализма. Рассмотренная выше стандартная интерпретация мультифрактального формализма не является единственной. Имеются также интерпретация Б. Мандельброта, термодинамическая и информационная интерпретации [81]. Использование последней в целях параметризации дает целый ряд дополнительных возможностей, в том числе позволяет вводить характеристики упорядоченности и однородности изучаемых структур, измерять относительную величину степени нарушенной фрактальной симметрии и т.д.
Сравнительный анализ материалов для струйной технологии печати с различными типами морфологии поверхности
По микрофотографиям с образцов исследуемых носителей различных производителей: ЗАО «Славич» и Lomond были построены аппроксимационные изображения, с достаточной степенью достоверности отражающие характер геометрической структуры их поверхности. Как отмечалось в методической части, топографическая структура не модифицированной полимером поверхности исследуемых носителей носит стохастический характер, поэтому мультифрактальные (МФ) характеристики рассчитывались не по каждому аппроксимационному изображению в отдельности, а по их наборам. Таким образом, одновременно оцениванию подвергалось 27-мь модельных изображений одного вида, для каждого образца, с размерами 128X128 пикселей. Это позволило получить нормально распределенные оценки МФ характеристик с узким доверительным интервалом для всех типов аппроксимационных изображений. Наличие аномальных значений и непротиворечивость МФ оценок закону нормального распределения проверялось непосредственно в процессе их расчета по алгоритму, описанному в методической части. Таким образом, для рабочей поверхности матовой бумаги для печати фотографического качества ЗАО «Славич» по группам нормально распределенных величин были получены усредненные значения, которые в дальнейшем использовались для решения задачи параметризации (табл. 3.2.1 - 3.2.4). Таким же образом был проведен анализ не-рабочей поверхности материалов (табл. 3.2.5-3.2.9). Более низкие МФ оценки, полученные по не-рабочей стороне материала, говорят о наличии в технологической схеме производства дополнительной процедуры обработки поверхности, что делает целесообразным проведение статистического анализа МФ показателей рабочей поверхности по схеме приведенной в методической части.
Статистический анализ матрицы значений D(l) аппроксимационных изображений отражающих распределение неровностей на поверхности носителей («поверхность вершин», «поверхность долин») методом одиофакторного дисперсионного анализа (ANOVA) показал наличие значимых различий в топографии некоторых видов матовых бумаг ЗАО «Славич» с различными плотностями (таблица 3.2.9), а тест на линейные контрасты определить пары средних значений обладающих этими различиями (таблица 3.2.10 и приложение №1). Аналогичные результаты были получены и для матрицы )(2). Для остальных характеристик — D(50) и Л 0), значимых различий найдено не было, что соответствует смыслу данных показателей и говорит об одинаковых условиях формирования исследуемых поверхностей. Для аппроксимационных изображений, характеризующих границы неровностей, значимых различий между носителями обнаружено не было (таблица 3.2.11) Анализ МФ характеристик полученных по апироксимационным изображениям «поверхности нулевого градиента» позволил найти статистически значимые различия для всех МФ характеристик, аналогичные данным, представленным в таблицах 3.2.12 и 3.2.13 Аналогичные результаты были получены и для матовых бумаг фирмы Lomond (приложение №3), что, в свою очередь, делает возможным парное сравнение носителей обладающих близкими характеристиками (в данном случае плотностью).
Сравнение МФ характеристик, по аппроксимационным изображениям «поверхности долин», матовых бумаг для печати фотографического качества ЗАО Славич (плотность 110 г/м") и аналогичной бумагой фирмы Lomond (плотность 100 г/м2), дало следующие результаты: 1. были найдены значимые различия для средних значений таких МФ характеристик как D(0) D{ 1), D(2), D(50); 2. для Д50) подобных различий найдено не было. Среди оценок имеющих статистически значимые различия особый интерес представляют величины D(50), т.к. они указывают на условия формирования поверхности носителей. В данном случае они составили: ZJ (50) — 1,5163 и 1,5358 для матовых бумаг фирмы Lomond и ЗАО «Славич» соответственно. При этом с ростом плотности носителя различия в показателе D(50) сохраняются (табл. 3.2.14 и 3.2.15). Похожие результаты были получены при дисперсионном анализе МФ характеристик по изображениям «поверхности вершин», где также были обнаружены статистически значимые различия у показателей D(l), D(2), D(50), причем данные различия присутствовали как при сравнении бумаг плотностью 100 - 110 г/м , так и у бумаг плотностью 180 - 180 г/м , фирмы Lomond и ЗАО «Славич» соответственно. Таким образом, были сделаны выводы о различиях в распределении микронеровностей у сравниваемых носителей и одновременно о влиянии на данное свойство поверхностной плотности носителя (при сравнении бумаг с -у разными плотностями, например 100 и 110 г/м"). Сравнение МФ показателей рабочей и не рабочей поверхностей матовой бумаги ЗАО «Славич» показало наличие между ними существенных различий. Так МФ показатели рабочей поверхности носителей (плотность 110, 125, 140, 180 г/м") существенно выше соответствующих показателей нерабочей поверхности (см. табл. 3.10). Последний факт отражает наличие большей структурированности у нерабочей поверхности, что, в свою очередь, указывает на меньшую степень её модифицированности и, соответственно, превалировании в её топографии волокнистой структуры целлюлозы. Остальные МФ характеристики указывают на большую упорядоченность и однородность рабочей поверхности носителей, а также на существенное различие в условиях их формирования для отечественного и зарубежного производителя. Анализ оптических свойств изображения тест-объекта сформированного на поверхности носителя показал, что контрастно-резкостные характеристики слабо изменяются с увеличением плотности носителя (рис. 3.2.1). Что фактически подтверждает предположение о независимости оптических свойств от поверхностной плотности материала, по крайней мере для исследуемых материалов.
