AT506414B1 - Verfahren zum visualisieren einer formation von papier oder einem ähnlichen werkstoff - Google Patents

Description

ästeifcscfistiiö patent AT506 414B1 2009-09-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Visualisieren einer Formation von Papier oder einem ähnlichen Werkstoff.

[0002] Als Formation eines Papiers wird eine Gleichmäßigkeit des Flächengewichtes desselben definiert (Gullichsen et al., Papermaking Science and Technology, Vol. 16, Helsinki, Fapet Oy, 1998). Papier weist ein sogenanntes „wolkiges" inhomogenes makroskopisches Lichttransmissionsverhalten auf, welches mit freiem Auge erkennbar und vom Rohmaterial und Herstellungsprozess abhängig ist. Hierbei sind visuell wahrnehmbare Strukturen im Bereich von unter einem Millimeter bis hin zu mehreren Zentimetern Größe angesprochen.

[0003] Die Formation eines Papiers ist für einen Papierproduzenten, aber auch für einen Kunden des Papierproduzenten wichtig, um eine Qualität eines produzierten bzw. gelieferten Papiers zu beurteilen.

[0004] Die Qualitätsbeurteilung eines Papiers anhand visuell wahrnehmbarer bzw. erkennbarer Strukturen wird in der Regel von erfahrenem Fachpersonal qualitativ durch Besichtigung vorgenommen. Dabei kann allerdings der Fall auftreten, dass eine Qualität eines Papiers von verschiedenen Personen, z. B. Fachpersonal des Papierproduzenten sowie Fachpersonal des Kunden, unterschiedlich beurteilt wird. Es kann auch Vorkommen, dass die Qualität eines Papiers von einer einzigen Person an verschiedenen Tagen unterschiedlich beurteilt wird oder ein an sich brauchbares Papier subjektiv als Ausschuss beurteilt wird.

[0005] Bisher bekannte Verfahren zur automatisierten Messung einer Formation ergeben nicht nur stark unterschiedliche Ergebnisse in Bezug auf eine Formation, sondern korrelieren auch nur wenig mit einer menschlichen Wahrnehmung der Strukturen eines Papiers. Daher können mit solchen Verfahren kaum nachvollziehbare Aussagen gewonnen werden, weshalb eine automatisierte bzw. computergestützte Qualitätsbeurteilung auf Basis dieser Verfahren bislang nicht eingesetzt wird, sondern stattdessen eine menschliche Qualitätsbeurteilung vorgenommen wird, die jedoch fehlerbehaftet sein kann.

[0006] Hier setzt die Erfindung an. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, dessen Ergebnis auf einfache Weise eine möglichst objektive und nachvollziehbare Qualitätsbeurteilung von Papier oder einem ähnlichen Werkstoff erlaubt.

[0007] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Visualisieren einer Formation von Papier oder einem ähnlichen Werkstoff anhand einer flächigen Probe gelöst, das folgende Schritte umfasst: [0008] a) Beleuchten der Probe und ortsaufgelöstes Aufnehmen von Intensitätswerten in Bezug auf eine von der Probe in einer Ebene transmittierte oder von dieser reflektierte Strahlung, sodass eine zweidimensionale Matrix von Intensitätswerten erhalten wird; [0009] b) Korrigieren der im Schritt a) erhaltenen Intensitätswerte durch zumindest eine Korrekturfunktion, mit welcher ein Wahrnehmungsverhalten eines menschlichen Sehapparates berücksichtigt wird; [0010] c) Unterteilen der korrigierten Matrix in Quadrate, welche jeweils mehrere Intensitätswerte umfassen, und Berechnen einer Standardabweichung der Intensitätswerte für jeden quadratischen Bereich und Visualisieren der Standardabweichungen in Form von Bildpunkten, deren Farbe oder Grauton zur jeweiligen Standardabweichung korrespondiert.

[0011] Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, dass durch die vorgesehenen Verfahrensschritte eine Darstellung einer Probe eines Papiers oder eines ähnlichen Werkstoffs erhalten wird, die eine Textur von Papier oder einem ähnlichen Werkstoff objektiv widerspiegelt, wobei auch menschliches Wahrnehmungsverhalten in möglichst objektiver Weise berücksichtigt ist. Die so erhaltene Darstellung kann auf einfache Weise computergestützt, z. B. mithilfe von Bilderkennungsverfahren, ausgewertet werden, um eine objektive und visuell nachvollziehbare Aussage über die Formation zu treffen. Da erfindungsgemäß ein 1/5

ästeifcscfistiiö patent AT506 414B1 2009-09-15 menschliches Wahrnehmungsverhalten mehrfach berücksichtigt ist, ist eine gute Korrelation der so erhaltenen Qualitätsbeurteilung und einer durch eine von einem Menschen vorgenommene Qualitätsbeurteilung gegeben, wobei jedoch menschliche Fehlerquellen ausgeschlossen sind. Es ist nun ferner auch möglich, das erfindungsgemäße Verfahren in einem Produktionsprozess einzusetzen und eine Online-Qualitätskontrolle durchzuführen.

[0012] Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind darauf zurückzuführen, dass einerseits auf die erhaltenen Intensitätswerte eine Korrekturfunktion angewendet wird, die dem menschlichen Wahrnehmungsverhalten Rechnung trägt, insbesondere einer Distanz- und Frequenzabhängigkeit der visuellen Wahrnehmung, beispielsweise durch Modifikation der Intensitätswerte mit einer Korrekturfunktion, mit der das Weber-Fechner-Gesetz oder die Potenzfunktion von Stevens auf die gemessenen Intensitätswerte angewendet wird. Das Weber-Fechner-Gesetz besagt beispielsweise, dass zwischen der subjektiven Stärke von visuellen Eindrücken und den zugrunde liegenden physikalischen Reizen ein nicht linearer Zusammenhang besteht. Auch andere Korrekturfunktionen können berücksichtigt werden, z. B. solche, die eine selektive Empfindlichkeit des menschlichen Sehapparates in Bezug auf bestimmte Wellenlängen von Licht beschreiben. Andererseits wird durch das Unterteilen der Matrix in Quadrate, welche jeweils mehrere Intensitätswerte umfassen, vereinfacht ausgedrückt eine Art Glättung vorgenommen, indem feine Strukturen wie auch ein Bildrauschen unterdrückt werden, das vom menschlichen Sehapparat bei Beurteilung einer Formation eines Papiers nicht bewusst wahrgenommen wird. Gleichzeitig trägt auch dieser Schritt dem menschlichen Wahrnehmungsvermögen Rechnung, da durch die Bildung von Quadraten auch das intensitäts- und ortsabhängige Wahrnehmungsverhalten des menschlichen Sehapparates berücksichtigt wird. Jedem einzelnen Wert der Standardabweichungen wird anschließend entsprechend einem erhaltenen Wert eine Farbe oder ein Grauton bzw. Grauwert zugeordnet, wonach die Quadrate gemeinsam in einem Bild dargestellt werden. Im Ergebnis ist die Darstellung der so erhaltenen Bildpunkte in einer zweidimensionalen Matrix bzw. in einem Bild charakteristisch für eine Erscheinung eines Papiers bzw. eines ähnlichen Werkstoffs, wobei Effekte, die bei Betrachtung der Probe an sich bei verschiedenen Betrachtern zu unterschiedlichen Wahrnehmungen führen können, weitgehend eliminiert sind. Die Darstellung dient daher als objektive Repräsentation der Formation des Papiers oder Werkstoffs und kann in der Folge zur z. B. computergestützten Qualitätsbeurteilung herangezogen werden.

[0013] Es empfiehlt sich, dass bezogen auf eine Länge und Breite der Probe von etwa 80 mm bis etwa 120 mm etwa 1000 mal 1000 bis etwa 3000 mal 3000 Intensitätswerte aufgenommen werden. Um eine Darstellung der Bildpunkte bestmöglich an das menschliche Wahrnehmungsverhalten anzupassen, ist dabei bevorzugt vorgesehen, dass die Matrix in Quadrate von etwa 10 mal 10 bis 30 mal 30 Intensitätswerten unterteilt wird.

[0014] Ein Aufnehmen der Intensitätswerte erfolgt bevorzugt mit einer Lampe, deren Licht eine flächige Probe des Papiers oder Werkstoffs durchstrahlt, wobei entsprechende Transmissionswerte mit einer Charge-coupled-Device-Kamera (CCD-Kamera) oder einer Complementary-Metal-Oxide-Semiconductor-Kamera (CMOS-Kamera) gemessen werden.

[0015] Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen und den Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen: [0016] Fig. 1 eine zweidimensionale Matrix von Intensitätswerten einer Probe eines ersten Papiers; [0017] Fig. 2 eine aus den Intensitätswerten gemäß Fig. 1 erhaltene Matrix von Bildpunkten bzw. Darstellung von Bildpunkten; [0018] Fig. 3 eine zweidimensionale Matrix von Intensitätswerten einer Probe eines zweiten Papiers; [0019] Fig. 4 eine aus den Intensitätswerten gemäß Fig. 3 erhaltene Matrix von Bildpunkten bzw. Darstellung von Bildpunkten.

[0020] In Fig. 1 ist eine zweidimensionale Darstellung von Intensitätswerten gezeigt, die durch 2/5

Claims (3)

1. tarssÄircs patemt AT506 414 B1 2009-09-15 eine Transmissionsmessung an einer flächigen Probe eines ersten Papiers erhalten wurde. Die Intensitätswerte wurden durch eine Transmissionsmessung mit einer Hochfrequenztageslichtlampe aufgenommen, wobei die Intensitätswerte mit einer CMOS-Kamera gemessen wurden. Die untersuchte Probe wies eine Länge und eine Breite von etwa 90 mm mal 90 mm auf und es wurden ortsaufgelöst 1000 mal 1000 Intensitätswerte aufgenommen. Die Intensitätswerte sind für die Zwecke einer Darstellung gemäß Fig. 1 je nach Intensität in Farbwerte bzw. Grauwerte umgerechnet, was aber an sich nicht erforderlich ist. Anschließend wurden die Intensitätswerte in Bezug auf ein menschliches Wahrnehmungsverhalten korrigiert, wobei das Weber-Fechner-Gesetz zur Anwendung kam. Danach wurden jeweils mehrere Intensitätswerte zu einem Quadrat von 20 mal 20 Intensitätswerten zusammengefasst und innerhalb jedes Quadrats von Intensitätswerten eine Standardabweichung derselben berechnet, deren berechneter Wert Grundlage für einen Bildpunkt der Darstellung in Fig. 2 war. Wie ersichtlich weisen die einzelnen Bildpunkte, die je nach einem Wert der Standardabweichung in Färb- oder Grauwerten codiert sind, punktuell große Unterschiede auf, was für eine große Inhomogenität des vermessenen Papiers, also ein bereichsweise stark unterschiedliches Kontrastverhalten und/oder eine Ausdehnung von bestimmten Texturen, charakteristisch ist. Die in Fig. 1 bzw. Fig. 2 dargestellten Intensitätswerte bzw. Bildpunkte korrespondieren zu einem Papier, das fachsprachlich eine harte Formation aufweist. [0021] Im Gegensatz zu den gemäß Fig. 1 erhaltenen Intensitätswerten ist in Fig. 3 eine Darstellung von Intensitätswerten einer Probe eines zweiten Papiers gezeigt, welches fachsprachlich eine weiche Formation aufweist. Wie ersichtlich ergibt die entsprechende erfindungsgemäße Berechnung gemäß Fig. 4 eine Darstellung bzw. ein Bild, das sich wesentlich vom Bild gemäß Fig. 2 unterscheidet. Wie ohne Weiteres zu erkennen ist, weisen die entsprechenden Bildpunkte, die eine partielle Standardabweichung von jeweils mehreren Intensitätswerten in einem bestimmten Quadrat von Intensitätswerten widerspiegeln, visuell erkennbar eine größere Homogenität auf. [0022] Die in Fig. 2 und Fig. 4 dargestellten Bilder wurden computergestützt weiter ausgewertet, und zwar mittels Bilderkennungsverfahren, wiewohl auch andere Methoden zur Auswertung der Bilder Anwendung finden können. Dabei wurde für das erste Papier quantitativ eine härte Formation festgestellt als für das zweite Papier. Dieses Ergebnis wurde qualitativ von unabhängigen Testpersonen beim Vergleich des ersten Papiers mit dem zweiten Papier bestätigt. Daraus folgt, dass eine Homogenität eines Papiers anhand einer erfindungsgemäß erhaltenen Darstellung ähnlich einer menschlichen Beurteilung des Papiers festgestellt werden kann, wobei jedoch subjektive Komponenten und damit Fehlerquellen grundsätzlich ausgeschlossen sind. Patentansprüche 1. Verfahren zum Visualisieren einer Formation von Papier oder einem ähnlichen Werkstoff anhand einer flächigen Probe, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Beleuchten der Probe und ortsaufgelöstes Aufnehmen von Intensitätswerten in Bezug auf eine von der Probe in einer Ebene transmittierte oder von dieser reflektierte Strahlung, sodass eine zweidimensionale Matrix von Intensitätswerten erhalten wird; b) Korrigieren der im Schritt a) erhaltenen Intensitätswerte durch zumindest eine Korrekturfunktion, mit welcher ein Wahrnehmungsverhalten eines menschlichen Sehapparates berücksichtigt wird; c) Unterteilen der korrigierten Matrix in Quadrate, welche jeweils mehrere Intensitätswerte umfassen, und Berechnen einer Standardabweichung der Intensitätswerte für jeden quadratischen Bereich und Visualisieren der Standardabweichungen in Form von Bildpunkten, deren Farbe oder Grauwert zur jeweiligen Standardabweichung korrespondiert.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bezogen auf eine Länge und Breite der Probe von etwa 80 mm bis etwa 120 mm etwa 1000 mal 1000 bis etwa 3000 mal 3/5

   AT506 414 B1 2009-09-15 3000 Intensitätswerte aufgenommen werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix in Quadrate von etwa 10 mal 10 bis 30 mal 30 Intensitätswerten unterteilt wird. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 4/5