DE102016108904A1

DE102016108904A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Ermitteln des Eindringverhaltens von einer Flüssigkeit in ein Substrat

Info

Publication number: DE102016108904A1
Application number: DE102016108904.4A
Authority: DE
Inventors: Alfons Ritzer; Karl Zappe
Original assignee: Oce Holding BV
Current assignee: Canon Production Printing Holding BV
Priority date: 2016-05-13
Filing date: 2016-05-13
Publication date: 2017-11-16

Abstract

Ein Verfahren (100) zum Ermitteln einer Eindringdauer (τ) von einer Flüssigkeit in ein Substrat (14) umfasst ein Auftragen der Flüssigkeit als eine Flüssigkeitsschicht (18) mit einer vorbestimmten und konstanten Auftragshöhe auf einen Bereich des Substrats (14). Mit Hilfe einer Beleuchtungseinheit (24) wird zumindest ein Abschnitt der Oberfläche (20) der Flüssigkeitsschicht (18) beleuchtet. Mit Hilfe einer Bildaufnahmeeinheit (28) werden mehrere Bilder (32, 34) des Abschnitts der Oberfläche (20) der Flüssigkeitsschicht (18) fortlaufend aufgenommen und den Bildern (32, 34) entsprechende Bilddaten erzeugt. Mit Hilfe einer Bildverarbeitungseinheit (30) werden die Bilddaten von jedem Bild (32, 34) verarbeitet, indem deren ortsabhängige Grauwerte jeweils über eine vorbestimmte Fläche der Bilder (32, 34) integriert und als zeitlicher Verlauf dargestellt werden. Ferner wird mit Hilfe der Bildverarbeitungseinheit (30) eine Eindringdauer (τ) der Flüssigkeit in das Substrat (14) ermittelt, indem basierend auf dem zeitlichen Verlauf der integrierten Grauwerte ein Zeitpunkt, der einem vorgegeben Schwellwert zugeordnet ist, bestimmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ermitteln des Eindringverhaltens von einer Flüssigkeit in ein Substrat.
Das zeitliche Eindringverhalten dünner Flüssigkeitsschichten auf Bedruckstoffen, wie z.B. Verpackungskarton oder gestrichenes Offsetpapier, bestimmt wesentlich das Verhalten in nachfolgenden Schritten eines jeweiligen Druckprozesses. Beim elektrofotografischen Flüssigtonerprozess treten beispielsweise Druckbildstörungen auf, wenn die Menge an Flüssigkeit auf dem Substrat durch vorangegangene Druckwerke zu stark erhöht wurde, wie es beispielsweise in dem nicht veröffentlichten Dokument DE 10 2015 101 851 beschrieben ist. Beim Inkjet-Druck führt ein unzureichendes Wegschlagen in das Substrat zu einem Verschmieren des Druckbildes oder zu Ablagerungen in nachfolgenden Aggregaten. Ferner ist das Eindringverhalten örtlich ungleichmäßig, wodurch im Druckbild weitere Störungen, wie z.B. „Mottling“ (d.h. Fleckigkeit), auftreten können.
Das Zeitverhalten des Eindringens von einer Flüssigkeit in Bedruckstoffe kann durch verschiedene bekannte Verfahren bestimmt werden. Diese bekannten Verfahren umfassen insbesondere die Verwendung eines sogenannten „Dynamic Absorption Tester“ (DAT), wie z.B. das Modell 68–96 des „DAT Dynamic Absorption Tester“ der Firma Testing Machines, Inc., oder die Durchführung eines sogenannten HFC („Highspeed Fluid-penetration Characterization“) – Tests, wie er beispielsweise im Dokument Keller, G., Weinzierl, D., Wochenblatt für Papierfabrikation, „Penetration von Fluiden in Papieroberflächen", Seiten 490 bis 499, August 2014, beschrieben wird. Bei diesen bekannten Verfahren wird ein Tropfen auf den Bedruckstoff aufgebracht und die Tropfenkontur mit Hilfe einer Kamera zeitaufgelöst bestimmt. Dadurch können sowohl die Eindringdauer als auch ihre Variation von Ort zu Ort bestimmt werden.
Jedoch wird bei der Verwendung des DAT eine Tropfengröße im Bereich oberhalb von 4 μl erzeugt. Die Tropfen werden insbesondere mit Hilfe einer Spritze auf den Bedruckstoff aufgebracht. Dadurch ergibt sich ein Tropfenradius von etwa 100 μm. Übliche Bedruckstoffe im Verpackungsbereich haben eine Schichtdicke des „Strichs“, d.h. die Beschichtung des gestrichenen Papiers, von etwa 10 μm bis 30 μm, so dass nur ein Bruchteil der aufgebrachten Flüssigkeit vom Strich aufgenommen wird. Bei der Flüssigentwicklung werden Tonerschichtdicken im Bereich von wenigen Mikrometern auf dem gestrichenen Papier verwendet. Somit ist für dieses Druckverfahren die Aufnahmefähigkeit durch den Strich wesentlich bestimmt. Auch beim Inkjet-Druck treten nur Tintenschichtdicken von wenigen 10 μm auf. Die mit Hilfe des DAT ermittelte Eindringcharakteristik ist somit bezogen auf die gerade genannten Druckverfahren zu ungenau.
Ferner wird bei der Weiterentwicklung des auf dem DAT basierenden Verfahrens, insbesondere das sogenannte „Micro-DAT“ oder HFC, anstelle der Spritze ein Einzeldüsenpiezodruckkopf benutzt. Mit Hilfe dieses Piezodruckkopfes sind Tropfengrößen im Picoliter-Bereich und Schichtdicken im Bereich oberhalb von etwa 10 μm möglich. Das weiterentwickelte Messverfahren bewegt sich somit in einem ähnlichen Empfindlichkeitsbereich, wie er für die oben genannten Druckverfahren benötigt wird. Der Nachteil liegt jedoch darin, dass bei einer örtlich aufgelösten Messung der Eindringdauer für jeden Punkt auf dem Substrat ein Tropfen aufgebracht und sein Eindringen mit Hilfe einer Kamera gemessen werden muss. Die Messung zur Bestimmung der Ortsverteilung der Eindringdauer muss daher an vielen Punkten wiederholt werden. Somit ist dieses Verfahren zeitlich sehr aufwendig. Ferner hat das weiterentwickelte Messverfahren den Nachteil, dass es auf Flüssigkeiten beschränkt ist, die durch einen Piezodruckkopf aufgebracht werden können. Dabei können Piezodruckköpfe typischerweise nur Flüssigkeiten in einem engen Fenster der Viskosität verarbeiten, insbesondere von 1 mPa·s bis 100 mPa·s, wie es beispielsweise bei einem bekannten Piezodruckkopf der Firma Microdrop Technologies GmbH der Fall ist.
Es ist nachteilig bei allen diesen bekannten Verfahren, dass das durch die Tropfenmethode aufgebrachte Tintenvolumen pro Flächeneinheit gegenüber den im Druckbetrieb herrschenden Verhältnissen unrealistisch hoch ist. Ferner ist es nachteilig, dass diese bekannten Verfahren nur eine lokale Messgröße für die Eindringdauer an einem bestimmten Ort liefern. Somit ist mit diesen bekannten Verfahren keine globale Untersuchungsmethode zur Ermittlung des Eindringverhaltens der Flüssigkeit in Bedruckstoffe möglich.
Verschiedene Verfahren zur Messung des Eindringverhaltens von einer Flüssigkeit in ein Substrat sind beispielsweise aus den Dokumenten EP 1 234 676 B1 und EP 1 847 574 A1 bekannt.
Aus dem Dokument US 2009/0266258 A1 ist ein auf einer Reflexionsmessung basierendes Verfahren zur optimalen Trocknung von Tinte auf einem Substratmaterial bekannt.
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Konzept zum Ermitteln einer Eindringdauer von einer Flüssigkeit in ein Substrat anzugeben, das eine präzise, effiziente und flexible Ermittlung derselben ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 wird eine präzise, effiziente und flexible Ermittlung einer Eindringdauer von einer Flüssigkeit in ein Substrat erreicht, indem die Flüssigkeit als eine Flüssigkeitsschicht mit einer vorbestimmten und konstanten Auftragshöhe auf einen Bereich des Substrats, vorzugsweise mit Hilfe einer Rakel, aufgetragen wird. Mit Hilfe einer Beleuchtungseinheit wird zumindest ein Abschnitt der Oberfläche der Flüssigkeitsschicht beleuchtet. Mit Hilfe einer Bildaufnahmeeinheit werden mehrere Bilder des Abschnitts der Oberfläche der Flüssigkeitsschicht fortlaufend aufgenommen und den Bildern entsprechende Bilddaten erzeugt. Die Aufnahme der Bilder wird unter Verwendung einer vorbestimmten Bildwiederholrate durchgeführt. Die Bilddaten von jedem Bild umfassen ortsabhängige, als Grauwerte vorliegende Pixelintensitäten. Mit Hilfe einer Bildverarbeitungseinheit werden die Bilddaten von jedem Bild verarbeitet, indem die Grauwerte jeweils über eine vorbestimmte Fläche der Bilder integriert und als zeitlicher Verlauf dargestellt werden. Ferner wird mit Hilfe der Bildverarbeitungseinheit eine Eindringdauer der Flüssigkeit in das Substrat ermittelt, indem basierend auf dem zeitlichen Verlauf der integrierten Grauwerte ein Zeitpunkt, der einem vorgegeben Schwellwert zugeordnet ist, bestimmt wird. Dadurch kann eine zeitlich aufgelöste und/oder örtlich aufgelöste Ermittlung des Eindringverhaltens realisiert werden. Insbesondere ist die Ermittlung der Eindringdauer durch eine hohe Genauigkeit gekennzeichnet. Ferner wird durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise eine flächenhafte Untersuchungsmethode ermöglicht. Mit Hilfe dieser flächenhaften Untersuchungsmethode kann eine punktuelle bzw. lokale Ungleichmäßigkeit des Eindringverhaltens effizient erfasst werden. Des Weiteren ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise nicht auf die Verwendung von bestimmten Flüssigkeiten beschränkt. Beispielsweise umfasst die Flüssigkeit Wasser, Tinte oder einen Träger eines elektrofotografischen Flüssigtoners (z.B. Mineral- oder Silikonöl). Somit wird eine präzise, effiziente und flexible Ermittlung einer Eindringdauer von einer Flüssigkeit in ein Substrat ermöglicht.
Vorzugsweise werden die Reflexionseigenschaften der Oberfläche der Flüssigkeitsschicht ermittelt. Somit kann die Ermittlung der Eindringdauer über eine Reflexionsmessung einfach und zuverlässig erfolgen.
Vorzugsweise wird die Ermittlung der Eindringdauer wiederholt durchgeführt. Dabei wird die Flüssigkeit jeweils als eine Flüssigkeitsschicht mit einer unterschiedlichen Schichtdicke auf das Substrat aufgebracht. Somit kann die Eindringdauer für verschiedene Schichtdicken der Flüssigkeitsschicht ermittelt werden.
Vorzugsweise hat die Flüssigkeitsschicht eine Schichtdicke von 6 μm. Somit kann eine relativ dünne Flüssigkeitsschicht für die Ermittlung des Eindringverhaltens bereitgestellt werden.
Vorzugsweise umfasst die Bildaufnahmeeinheit eine Kamera zum Erfassen des Bildes aus einer vorbestimmten Erfassungsrichtung. Die Kamera ist insbesondere derart angeordnet, dass die vorbestimmte Erfassungsrichtung einem Reflexionswinkel bei einem an der Oberfläche der Flüssigkeitsschicht reflektierten Beleuchtungsstrahl entspricht. Somit kann die Kamera im Reflexionswinkel angeordnet sein, um eine Hellfeldmethode für die Ermittlung der Reflexionseigenschaft zu realisieren.
Alternativ dazu kann die Kamera derart angeordnet sein, dass die vorbestimmte Erfassungsrichtung mit der Normalen der Oberfläche des Substrats einen Winkel bildet, der von dem Reflexionswinkel bei der spiegelnden Reflexion des Beleuchtungsstrahls an der Oberfläche der Flüssigkeitsschicht abweicht. Somit kann die Kamera auch außerhalb des Glanzwinkels angeordnet sein, um eine Dunkelfeldmethode für die Ermittlung der Reflexionseigenschaft zu realisieren.
Vorzugsweise werden die Bilddaten verarbeitet, indem die Bilder jeweils unter Verwendung eines weiteren vorgegebenen Schwellwerts in entsprechende Binärbilder konvertiert werden. Mit Hilfe dieser Binärbilder kann die Ermittlung der Reflexionseigenschaft sehr effizient durchgeführt werden.
Beispielsweise umfasst die Flüssigkeit den Träger des elektrofotografischen Flüssigtoners, der mit einem vorbestimmten Anteil an Tonerteilchen gemischt ist. Dadurch kann eine Kontrasterhöhung bei der Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Reflexionseigenschaft erreicht werden. Mit Hilfe dieser Kontrasterhöhung kann die Ermittlung der Eindringdauer noch präziser durchgeführt werden.
Die Flüssigkeit wird insbesondere als eine homogene Flüssigkeitsschicht auf das Substrat aufgebracht. Dabei hat die Flüssigkeitsschicht vorzugsweise eine Schichtdicke im Bereich von 1 μm bis 15 μm, im Bereich von 3 μm bis 12 μm oder im Bereich von 5 μm bis 10 μm.
Der zu untersuchende Abschnitt der Oberfläche der Flüssigkeitsschicht erstreckt sich insbesondere parallel zur Oberfläche des Substrats. Vorzugsweise hat dieser Abschnitt eine Ausdehnung im Bereich von 1 mm² bis 100 cm².
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Eindringdauer von einer Flüssigkeit in ein Substrat. Die Vorrichtung umfasst eine Beschichtungseinheit, eine Bildaufnahmeeinheit und eine Bildverarbeitungseinheit. Die Beschichtungseinheit bringt die Flüssigkeit als eine Flüssigkeitsschicht mit einer vorbestimmten und konstanten Auftragshöhe auf einen Bereich des Substrats auf. Die Beleuchtungseinheit beleuchtet zumindest einen Abschnitt der Oberfläche der Flüssigkeitsschicht. Die Bildaufnahmeeinheit nimmt fortlaufend mehrere Bilder des Abschnitts der Oberfläche der Flüssigkeitsschicht auf und erzeugt den Bildern entsprechende Bilddaten. Die Aufnahme der Bilder wird unter Verwendung einer vorbestimmten Bildwiederholrate durchgeführt. Die Bilddaten von jedem Bild umfassen ortsabhängige, als Grauwerte vorliegende Pixelintensitäten. Mit Hilfe einer Bildverarbeitungseinheit werden die Bilddaten von jedem Bild verarbeitet, indem die Grauwerte jeweils über eine vorbestimmte Fläche der Bilder integriert und als zeitlicher Verlauf dargestellt werden. Die Bildverarbeitungseinheit verarbeitet die Bilddaten von jedem Bild, indem die Grauwerte jeweils über eine vorbestimmte Fläche der Bilder integriert und als zeitlicher Verlauf dargestellt werden. Ferner ermittelt die Bildverarbeitungseinheit eine Eindringdauer der Flüssigkeit in das Substrat, indem basierend auf dem zeitlichen Verlauf der integrierten Grauwerte ein Zeitpunkt, der einem vorgegeben Schwellwert zugeordnet ist, bestimmt wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, die die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den beigefügten schematischen Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Darstellung einer Vorrichtung zum Ermitteln des Eindringverhaltens von einer Flüssigkeit in ein Substrat mit einer Bildaufnahmeeinheit;
2a ein mit Hilfe der Bildaufnahmeeinheit nach 1 zu einem ersten Zeitpunkt aufgenommenes, erstes Bild eines Abschnitts der Oberfläche einer Flüssigkeitsschicht;
2b ein zu einem zweiten Zeitpunkt aufgenommenes Bild des Abschnitts der Oberfläche der Flüssigkeitsschicht;
3a ein nach einer Umwandlung (Binarisierung) des ersten Bildes nach 2a erhaltenes, erstes Binärbild;
3b ein nach einer Binarisierung des zweiten Bildes nach 2b erhaltenes Binärbild;
4 ein ermittelter zeitlicher Verlauf einer Kennzahl zur Ermittlung der Eindringdauer der Flüssigkeit in das Substrat;
5a eine ermittelte Glanzkurve zur Ermittlung der Eindringdauer der Flüssigkeit in das Substrat;
5b eine nach einer Normierung der Glanzkurve nach 5a erhaltene normierte Glanzkurve;
6 eine erste bis dritte Ausgleichskurve zur Darstellung des Zusammenhangs zwischen der ermittelten Eindringdauer und der Schichtdicke der Flüssigkeitsschicht;
7 eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Kontrasterhöhung bei einer ermittelten Glanzkurve aufgrund einer Zumischung von nicht reflektierenden Teilchen zu einer durchsichtigen Flüssigkeit;
8a bis 8g verschiedene Darstellungen zur Veranschaulichung des Reflexionsverhaltens eines zumindest teilweise flüssigkeitsbenetzten und/oder unbenetzten Substrats bei der Beleuchtung mit Hilfe einer Lichtquelle;
9 eine Zuordnung der Gestalt des flüssigkeitsbenetzten bzw. unbenetzten Substrats zu einem jeweiligen Zeitpunkt einer ermittelten Glanzkurve; und
10 ein Flussdiagramm eines Verfahrens, das mit Hilfe der Vorrichtung nach 1 ausführbar ist.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Vorrichtung 10 zum Ermitteln des Eindringverhaltens von einer Flüssigkeit in ein Substrat 14. Wie in 1 gezeigt, umfasst die Vorrichtung 10 eine Beschichtungseinheit 11, eine Beleuchtungseinheit 24, eine Bildaufnahmeeinheit 28 und eine Bildverarbeitungseinheit 30. Die Beschichtungseinheit 11 dient zum Aufbringen der Flüssigkeit als eine Flüssigkeitsschicht 18 auf das Substrat 14. Die Bildaufnahmeeinheit 28 dient zum Aufnehmen mindestens eines Bildes zumindest eines Abschnitts der Oberfläche 20 der Flüssigkeitsschicht 18 und zum Erzeugen von dem Bild entsprechenden Bilddaten. Die Bildverarbeitungseinheit 30 dient zum Verarbeiten der Bilddaten, zum Ermitteln mindestens einer Reflexionseigenschaft der Oberfläche 20 der Flüssigkeitsschicht 18 und zum Ermitteln eines Maßes für das Eindringverhalten der Flüssigkeit in das Substrat 14 basierend auf der ermittelten Reflexionseigenschaft. Mit Hilfe der in 1 gezeigten Vorrichtung 10 ist eine zeitlich aufgelöste und/oder örtlich aufgelöste Ermittlung des Eindringverhaltens der Flüssigkeit in das Substrat 14 möglich.
Gemäß 1 umfasst die Beschichtungseinheit 11 einen sogenannten „K-Control-Coater“ 12 und eine Drahtrakel 22. Das Substrat 14 wird von dem K-Control-Coater 12 getragen. Durch eine Relativbewegung zwischen der Rakel 22 und dem Substrat 14 kann die Flüssigkeitsschicht 18 auf das Substrat 14 aufgetragen und verteilt werden, um eine bestimmte Schichtdicke der Flüssigkeitsschicht 18 zu erzeugen. Ferner umfasst gemäß 1 die Vorrichtung 10 als Beleuchtungseinheit 24 eine Lichtquelle. Die Lichtquelle 24 dient zum Beleuchten der Flüssigkeitsschicht 18. Insbesondere ist in 1 ein Beleuchtungsstrahl 26 gezeigt, der von der Lichtquelle 24 erzeugt wird.
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Bildaufnahmeeinheit 28 eine Kamera zum Erfassen des Bildes aus einer vorbestimmten Erfassungsrichtung P. Gemäß 1 ist die Bildaufnahmeeinheit 28 derart angeordnet, dass die vorbestimmte Erfassungsrichtung P einem Reflexionswinkel α_r bei einer spiegelnden Reflexion des Beleuchtungsstrahls 26 an der Oberfläche 20 der Flüssigkeitsschicht 18 entspricht. Der Beleuchtungsstrahl 26 umfasst einen auf die Flüssigkeitsschicht 18 auftreffenden ersten Strahlabschnitt 26a und einen unter dem Reflexionswinkel α_r reflektierten und auf die Bildaufnahmeeinheit 28 auftreffenden zweiten Strahlabschnitt 26b. In 1 ist die Normale 27 der Oberfläche 16 des Substrats 14 durch eine gestrichelte Linie dargestellt.
Gemäß 1 ist die Bildaufnahmeeinheit 28 mit der Bildverarbeitungseinheit 30 verbunden. Mit Hilfe der Bildverarbeitungseinheit 30 werden die von der Bildaufnahmeeinheit 28 erzeugten Bilddaten verarbeitet. Die Verarbeitung der Bilddaten wird im Folgenden anhand von 2 bis 5 näher erläutert.
2a und 2b zeigen mit Hilfe der Bildaufnahmeeinheit 28 nach 1 zu einem ersten bzw. zweiten Zeitpunkt aufgenommene Bilder 32, 34 eines Abschnitts der Oberfläche 20 der Flüssigkeitsschicht 18. Die Kamerabilder 32, 34 sind zu verschiedenen Zeitpunkten nach dem Aufbringen der Flüssigkeit auf das Substrat 14 aufgenommen. Der erste Zeitpunkt, zu dem das erste Bild 32 aufgenommen wurde, entspricht einer vorbestimmten Zeitdauer von 100 s nach dem Aufbringen der Flüssigkeit. Der zweite Zeitpunkt, zu dem das zweite Bild 34 aufgenommen wurde, entspricht einer vorbestimmten Zeitdauer von 300 s nach dem Aufbringen der Flüssigkeit. Mit Hilfe der in 2a und 2b gezeigten Bilder 32, 34 wird das Reflexionsverhalten der Oberfläche 20 der Flüssigkeitsschicht 18 ermittelt. Wie in 2a und 2b gut sichtbar, ist der dem ersten Bild 32 zugeordnete Glanz stärker als der dem zweiten Bild 34 zugeordnete Glanz. Ferner ist gemäß 2a und 2b der Glanz im Wesentlichen örtlich ungleichmäßig verteilt.
Durch die in 1 gezeigte Anordnung der Bildaufnahmeeinheit 28 im Glanzwinkel kann insbesondere eine Hellfeldmethode zur Ermittlung des Eindringverhaltens der Flüssigkeit in das Substrat 14 realisiert werden. Bei dieser Hellfeldmethode erscheinen flüssigkeitsbedeckte Stellen des Substrats 14 im aufgenommenen Bild 32, 34 vergleichsweise hell (da die feuchte Oberfläche mehr reflektiert), während Stellen des Substrats 14 mit eingedrungener Flüssigkeit im aufgenommenen Bild 32, 34 vergleichsweise dunkel erscheinen (da die trockenere Oberfläche weniger Licht reflektiert).
Alternativ zu der in 1 gezeigten Anordnung kann die Bildaufnahmeeinheit 28 auch derart angeordnet sein, dass die vorbestimmte Erfassungsrichtung P mit der Normalen 27 der Oberfläche 16 des Substrats 14 einen Winkel bildet, der von dem Reflexionswinkel αr bei der spiegelnden Reflexion des Beleuchtungsstrahls 26 an der Oberfläche 20 der Flüssigkeitsschicht 18 abweicht. Durch diese Anordnung der Bildaufnahmeeinheit 28 außerhalb des Glanzwinkels kann auch eine Dunkelfeldmethode zur Ermittlung des Eindringverhaltens der Flüssigkeit in das Substrat 14 realisiert werden. Bei dieser Dunkelfeldmethode erscheinen flüssigkeitsbedeckte Stellen des Substrats 14 im aufgenommenen Bild vergleichsweise dunkel, während Stellen des Substrats 14 mit eingedrungener Flüssigkeit im aufgenommenen Bild vergleichsweise hell erscheinen.
3a und 3b zeigen nach einer Umwandlung (Binarisierung) des ersten und zweiten Bildes 32, 34 nach 2a bzw. 2b erhaltene Binärbilder 36, 38. Gemäß 2a und 2b wird das erste und zweite Bild 32, 34 jeweils als Grauwertbild (oder Farbbild) aufgenommen. Mit Hilfe eines vorbestimmten Schwellwerts wird das jeweilige Grauwertbild 32, 34 in das entsprechende erste bzw. zweite Binärbild 36, 38 umgewandelt. Basierend auf dem in 3a und 3b gezeigten ersten und zweiten Binärbild 36, 38 wird jeweils eine Kennzahl dadurch ermittelt, dass ein Verhältnis der Anzahl von Pixeln, deren Helligkeitswerte den vorbestimmten bzw. festgelegten Schwellwert (z.B. 72% der maximalen Pixelintensität) erreichen oder überschreiten, und der Anzahl aller Pixel der Binärbilder 36, 38 berechnet wird.
Dadurch kann die Ermittlung der Kennzahl einfach und effizient durchgeführt werden.
In Bezug auf 3a und 3b ist das nach der Binarisierung erhaltene erste bzw. zweite Binärbild 36, 38 jeweils ein Schwarz/Weiß-Bild. Zur Auswertung kann für jedes Binärbild 36, 38 des Abschnitts der Oberfläche 20 der Flüssigkeitsschicht 18 die Summe aller weißen Pixel gebildet und der relative Anteil am Gesamtbild berechnet werden. Insbesondere sind die Pixelintensitäten der weißen Flächen im Binärbild 36, 38 größer oder gleich dem vorbestimmten Schwellwert, während die Pixelintensitäten der schwarzen Flächen im Binärbild 36, 38 kleiner oder gleich dem vorbestimmten Schwellwert sind. Beispielsweise erfolgt die Umrechnung bzw. Konversion aus dem ersten bzw. zweiten Bild 32, 34 jeweils entsprechend der Aufnahmeart, d.h. in der Konfiguration der Bildaufnahmeeinheit 28 im Glanzwinkel (Hellfeldmethode) oder in der Konfiguration der Bildaufnahmeeinheit 28 außerhalb des Glanzwinkels (Dunkelfeldmethode).
4 zeigt einen ermittelten, beispielhaften zeitlichen Verlauf 40 einer Kennzahl zur Ermittlung der Eindringdauer der Flüssigkeit in das Substrat 14. Insbesondere ist in 4 der zeitliche Verlauf des Prozentsatzes der hellen Flächen im jeweils aufgenommenen Bild bei einem festgelegten Schwellwert von 72% der maximalen Pixelintensität gezeigt. Dabei ist in den hellen Flächen insbesondere noch keine Flüssigkeit in das Substrat 14 eingedrungen. Vorzugsweise wird der Prozentsatz, d.h. die Kennzahl in %, durch die Auswertung der aufgenommenen Bilder 36, 38 ermittelt. In 4 ist die Kennzahl in % als Funktion der Zeit (t in s) aufgetragen.
Der in 4 gezeigte, zeitliche Verlauf 40 der Kennzahl wird beispielsweise folgendermaßen ermittelt. Mit Hilfe der Kamera werden viele Bilder des Abschnitts der Oberfläche 20 der Flüssigkeitsschicht 18 über die vorgegebene Zeitdauer Δt fortlaufend aufgenommen. Die Aufnahme der Bilder wird unter Verwendung einer vorbestimmten Bildwiederholrate durchgeführt. Die Bilddaten von jedem Bild umfassen ortsabhängige, als Grauwerte vorliegende Pixelintensitäten. Ferner wird insbesondere für jedes Bild eine Kennzahl ermittelt. Beispielsweise wird die Kennzahl dadurch ermittelt, dass jedes Bild in ein entsprechendes Binärbild konvertiert wird, wobei die Pixelintensitäten der einzelnen Bildpunkte mit dem festgelegten Schwellwert verglichen werden (Binarisierung), und die nach der Binarisierung erhaltenen Binärbilder, wie anhand von 3a und 3b beschrieben, ausgewertet werden. Die den Zeitpunkten der Aufnahme der Bilder jeweils zugeordnete Kennzahl beschreibt den zeitlichen Verlauf derselben.
Dabei ist insbesondere anzumerken, dass dieser zeitliche Verlauf der Kennzahl dem zeitlichen Verlauf der über eine vorbestimmte Fläche der Bilder integrierten Grauwerte entspricht.
Vorzugsweise wird die Ermittlung des zeitlichen Verlaufs 40 der Kennzahl nach 4 während einer vorbestimmten Zeitdauer Δt nach dem Aufbringen der Flüssigkeit durchgeführt. Gemäß 4 beträgt diese vorbestimmte Zeitdauer Δt beispielsweise etwa drei Minuten.
Vorzugsweise wird basierend auf dem in 4 gezeigten zeitlichen Verlauf 40 der Kennzahl eine Eindringdauer der Flüssigkeit in das Substrat 14 ermittelt. Beispielsweise wird die Ermittlung der Eindringdauer durchgeführt, indem der einer vorgegebenen Kennzahl (bzw. einem vorgegebenen Schwellwert für den integrierten Grauwert) zugeordnete Zeitpunkt mit Hilfe des ermittelten zeitlichen Verlaufs 40 der Kennzahl ermittelt wird. Dabei beträgt die vorgegebene Kennzahl beispielsweise 50 %. Es wird angenommen, dass bei dieser vorgegeben Kennzahl von 50% etwa die Hälfte der Flüssigkeit eingedrungen ist.
5a zeigt eine ermittelte, beispielhafte Glanzkurve 42 zur Ermittlung der Eindringdauer der Flüssigkeit in das Substrat 14. Insbesondere ist in 5a das Messergebnis, d.h. die Messdatenpunkte 44, gezeigt, wenn zur Ermittlung des Glanzes anstatt der Kamera ein von der Bildaufnahmeeinheit 28 umfasstes Glanzmessgerät verwendet wird. Beispielsweise kann das Glanzmessgerät ein handelsübliches Glanzmessgerät, wie z.B. ein „BYK-MicroGloss“, sein. Bei der Verwendung des Glanzmessgeräts erfolgt, bedingt durch die Messgeometrie, eine räumliche Mittelung über den von dem Glanzmessgerät erfassten Abschnitt der Oberfläche 20 der Flüssigkeitsschicht 18. Dabei hat dieser Abschnitt insbesondere eine Ausdehnung im Quadratzentimeter-Bereich. Wie in 5a gezeigt, ist die Glanzkurve 42 insbesondere eine durch die Messdatenpunkte 44 definierte gefittete Kurve. In 5a ist der Glanz in % als Funktion der Zeit (t in s) aufgetragen. Beispielsweise beträgt die vorbestimmte Zeitdauer Δt, während der die Messdatenpunkte 44 für die Glanzkurve 42 ermittelt werden, etwa 20 s.
Die in 5a gezeigte Glanzkurve 42 wird wie der in 4 gezeigte zeitliche Verlauf 40 der Kennzahl ermittelt, wobei jedoch für jedes mit Hilfe des Glanzmessgerätes aufgenommene Bild anstelle der Kennzahl der zugeordnete Glanz ermittelt wird.
5b zeigt eine nach einer Normierung der Messdatenpunkte 44 nach 5a erhaltene, beispielhafte normierte Glanzkurve 46. Die in 5b gezeigte, normierte Glanzkurve 46 ist eine durch die normierten Messdatenpunkte 48 definierte gefittete Kurve. Beispielsweise wird basierend auf dieser normierten Glanzkurve 46 die Eindringdauer τ der Flüssigkeit in das Substrat 14 ermittelt. Dabei erfolgt die Ermittlung der Eindringdauer τ insbesondere dadurch, dass der einem vorgegebenen Glanz zugeordnete Zeitpunkt mit Hilfe der normierten Glanzkurve 46 nach 5b ermittelt wird. Beispielsweise beträgt der vorgegebene Glanz 5 %.
In Bezug auf 5a und 5b ist insbesondere gezeigt, wie nach der Normierung der Glanzkurve 42 ein Maß für das Eindringverhalten der Flüssigkeit in das Substrat 14, insbesondere Papier, ermittelt wird. Es wird beispielsweise derjenige Wert benutzt, bei dem der Glanz auf 5 % des Anfangswerts gesunken ist. Dies ist in 5b beispielhaft dargestellt. Darüber hinaus ist es möglich, jeden anderen Prozentwert als Kenngröße, d.h. als den vorgegebenen Glanz, zu benutzen.
6 zeigt eine beispielhafte erste bis dritte gefittete Kurve 49a bis 49c zur Darstellung des Zusammenhangs zwischen der ermittelten Eindringdauer τ und der Schichtdicke D (d.h. die maximale Auftragshöhe am Anfang des Eindringvorgangs) der Flüssigkeitsschicht 18. Insbesondere ist in 6 das Ergebnis der im Vorhergehenden beschriebenen Vorgehensweise zur Ermittlung der Eindringdauer für verschiedene Schichtdicken der Flüssigkeitsschicht 18 gezeigt. Die in 6 gezeigten Symbole („GZ“: gestrichener Zellstoffkarton, „GC1“: Chromokarton 1, „GC2“: Chromokarton 2) sind Messdatenpunkte jeweils für drei verschiedene Schichtdicken D, während die in 6 gezeigte, durchgezogene Linie jeweils die erste bis dritte gefittete Kurve 49a bis 49c darstellt. In 6 ist insbesondere der Zusammenhang zwischen der Schichtdicke D in m und der Eindringdauer τ in s aufgetragen. Wie in 6 gut sichtbar, nimmt die Eindringdauer τ mit größer werdender Schichtdicke D monoton zu.
Der in 6 dargestellte Zusammenhang wird insbesondere dadurch erhalten, dass die Ermittlung der Eindringdauer τ für unterschiedliche Schichtdicken D der Flüssigkeitsschicht 18 wiederholt durchgeführt wird. Dabei wird die Flüssigkeit jeweils als eine Flüssigkeitsschicht 18 mit einer unterschiedlichen Schichtdicke D auf das Substrat 14 aufgebracht, so dass bei jeder Messung eine andere Schichtdicke D vorgesehen ist.
7 zeigt eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung einer Erhöhung des Kontrastes, d.h. des Dynamikbereiches, bei einer ermittelten, beispielhaften Glanzkurve 50a aufgrund einer Zumischung von nicht reflektierenden Teilchen zu einer zu untersuchenden, transparenten Flüssigkeit. Insbesondere ist in 7 der Effekt der Zumischung der nicht reflektierenden Teilchen mit einem Durchmesser im Mikrometer-Bereich gezeigt. Dabei stellt die Kurve 50b das Ergebnis der Messung mit der transparenten Flüssigkeit dar, während die Kurve 50a das Ergebnis der Messung mit den beigemischten nicht reflektierenden Teilchen darstellt. Wie in 7 gut sichtbar, wird der Kontrast der Messung deutlich erhöht.
8a bis 8g zeigen verschiedene schematische Darstellungen zur Veranschaulichung des Reflexionsverhaltens eines zumindest teilweise flüssigkeitsbenetzten und/oder unbenetzten Substrats 14 bei der Beleuchtung mit Hilfe einer Lichtquelle 24. In 8a ist eine Reflexion von einem glatten Substrat 14 gezeigt. In 8b ist eine Reflexion an einem Substrat 14 mit niedriger Rauheit gezeigt, die zu einer diffusen, teilweise gerichteten Reflexion führt. In 8c ist eine diffuse Reflexion (Streuung) von einem Substrat 14 bzw. Bedruckstoff mit einem ausgeprägten Rauhigkeitsprofil gezeigt. Ferner ist in 8d eine Reflexion von einem flüssigkeitsbedeckten Substrat 14 gezeigt.
8e zeigt die Aufnahme der Reflexion von einem glatten Substrat 14 mit der Kamera 28 im Glanzwinkel. Im Gegensatz dazu zeigt 8f die Aufnahme der Reflexion von einem glatten Substrat 14 mit der Kamera 28 außerhalb des Glanzwinkels. 8g verdeutlicht eine örtlich inhomogene Reflexion bzw. Streuung von flüssigkeitsbedeckten und nicht bedeckten Stellen auf dem Substrat 14. In 8a bis 8g ist die spiegelnde Reflexion durch den Pfeil 52 dargestellt, während die diffuse Reflexion bzw. Streuung durch die Pfeile 54 dargestellt ist.
9 zeigt drei aufgenommene Bilder zu drei verschiedenen Zeitpunkten t₁ bis t₃ zur Darstellung einer Zuordnung der Gestalt des flüssigkeitsbenetzten bzw. unbenetzten Substrats 14 zu einem jeweiligen Zeitpunkt t₁ bis t₃ einer ermittelten, beispielhaften Glanzkurve 56. Insbesondere ist in 9 ein zu dem jeweiligen Zeitpunkt t₁ bis t3 aufgenommenes erstes bis drittes Bild 58a bis 58c gezeigt. In 9 sind die teilweise noch nicht eingedrungenen Flüssigkeitsbereiche 60 des Substrats 14 schematisch angedeutet.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung in Bezug auf 1 bis 9 zusammengefasst. Gemäß 1 wird ein Bedruckstoff 14 mit Hilfe der Beschichtungseinheit 11 mit Flüssigkeit beschichtet. Der Bedruckstoff 14 wird mit der vorzugsweise homogenen Lichtquelle 24 beleuchtet. Die Kamera 28 wird so angeordnet, dass sie das Reflexionsverhalten des auf das Substrat gestrahlten Lichts erfassen kann. Auf den Bedruckstoff 14 wird ein dünner, homogener Flüssigkeitsfilm 18 bekannter Dicke aufgebracht, dessen Volumen größer ist als das der Rauheit des Bedruckstoffs 14. Da der Bedruckstoff 14 porös ist, dringt die Flüssigkeit nach und nach in den Bedruckstoff 14 ein. Der Flüssigkeitsfilm 18 reflektiert das eingestrahlte Licht so lange, bis die Schichtdicke des Flüssigkeitsfilms 18 unter die Rauhtiefe des Bedruckstoffs 14 gesunken ist. Durch eine numerische Auswertung der Kamerabilder kann eine Kurve (z.B. die in 4 gezeigte Kurve 40) erzeugt werden, die das mittlere zeitliche Eindringen des Flüssigkeitsfilms 18 in den Bedruckstoff 14 charakterisiert. Außerdem kann durch eine Bildanalyse die örtliche Verteilung der Stellen mit einem schnellen bzw. langsamen Eindringverhalten ermittelt werden. Die Messung kann für mehrere definierte Schichtdicken wiederholt werden, so dass die Eindringdauer für verschiedene Schichtdicken bestimmt werden kann (vgl. 6).
Gemäß Ausführungsbeispielen wird das Substrat 14 auf einen K-Control-Coater aufgespannt. Die Flüssigkeit wird beispielsweise mit einer Drahtrakel 22 (oder einer Gummiwalze) zum Erzeugen einer Flüssigkeitsschicht 18 mit vorzugsweise 5 μm nomineller Schichtdicke aufgebracht. Alternativ dazu können auch Drahtrakeln zum Erzeugen einer Flüssigkeitsschicht mit einer anderen nominellen Schichtdicke benutzt werden. Als Flüssigkeit wird insbesondere der Träger eines elektrofotografischen Flüssigtoners benutzt, der zur Kontrasterhöhung mit einem geringen Prozentsatz an Tonerteilchen gemischt werden kann. Der Effekt der Kontrasterhöhung ist in 7 beispielhaft gezeigt.
Gemäß 1 befinden sich die Lichtquelle 24 für die Beleuchtung und die Kamera 28 jeweils im Glanzwinkel. Vorzugsweise liegt die Drahtrakel 22 im Ausgangszustand auf einer Plastikfolie, auf die die Flüssigkeit aufgebracht wird. Nach Einschalten des Rakelmotors bewegt sich die Drahtrakel 22 beispielsweise mit gleichförmiger Geschwindigkeit über das Substrat 14. Gleichzeitig werden die Bilder des Substrats 14 mit Hilfe der Kamera 28 aufgenommen, wobei die Kamera 28 vorzugsweise ortsfest ist. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Bildwiederholrate der Kamera 28 an die zu erwartende Eindringdauer angepasst ist. Die Drahtrakel 22 wird am Ende des Substrats 14 angehalten. Ferner wird die Aufnahme mit Hilfe der Kamera 28 so lange durchgeführt, bis die gesamte Flüssigkeit in das Substrat eingedrungen ist.
In 2a und 2b sind beispielhafte Kamerabilder 32, 34 zu verschiedenen Zeitpunkten nach dem Rakeln gezeigt. Flüssigkeitsbedeckte Stellen erscheinen im Kamerabild hell. Stellen, an denen die Flüssigkeit in das Substrat 14 eingedrungen ist, erscheinen dunkel. Alternativ zu dem Träger des elektrofotografischen Flüssigtoners können auch andere Flüssigkeiten, wie z.B. Wasser oder Tinte, benutzt werden. Falls eine klare Flüssigkeit verwendet wird, kann insbesondere diejenige Aufnahmebedingung gewählt werden, bei der die Kamera 28 knapp außerhalb des Glanzwinkels angeordnet ist. In diesem Fall erscheinen Stellen mit vollständig eingedrungener Flüssigkeit hell, während flüssigkeitsbedeckte stellen dunkel erscheinen. Für die Auswertung werden die aufgenommenen Grauwert- oder Farbbilder zunächst durch die Angabe eines Schwellwerts in Binärbilder, wie beispielsweise die in 3a und 3b gezeigten Binärbilder 36, 38, umgewandelt, so dass nur noch schwarze oder weiße Pixel vorhanden sind. Durch die Zählung der Pixelzahl der weißen Pixel und die Bildung des Verhältnisses zur Gesamtpixelzahl erhält man für jedes Bild eine Kennzahl. Die Auftragung der Kennzahl zu jedem Zeitpunkt der Bildaufnahme ergibt dann eine Kurve, wie beispielsweise die in 4 gezeigte Kurve 40, die den Zeitverlauf des Flächenanteils angibt, wo die Flüssigkeit noch nicht eingedrungen ist.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann anstelle des K-Control-Coater ein „K-Lox-Roller“ benutzt werden. Mit Hilfe des K-Lox-Roller können insbesondere Schichtdicken der Flüssigkeitsschicht 18 unterhalb von 5 μm erzeugt werden.
Gemäß Ausführungsbeispielen wird anstelle der Kamera 28 ein handelsübliches Glanzmessgerät, wie z.B. ein BYK-MicroGloss, benutzt. Mit Hilfe dieses Geräts ist die zeitaufgelöste Messung des Glanzes mit einer Abtastrate von maximal etwa 3 Hz möglich, wobei über einen Bereich von etwa 1 cm² gemittelt wird. Der Aufbau mit dem Glanzmessgerät ist somit vergleichsweise einfach. Aufgrund der teilweise großen örtlichen Variation des Eindringverhaltens sollte die Messung jedoch mehrmals wiederholt werden und das Ergebnis durch eine Mittelung über die Messkurven ermittelt werden. Beispielhafte Messkurven, die mit diesem Aufbau ermittelt wurden, sind in 5a und 5b gezeigt.
Vorzugsweise wird die Ermittlung des zeitlichen Verlaufs der Reflexionseigenschaft während einer vorbestimmten Zeitdauer Δt nach dem Aufbringen der Flüssigkeit durchgeführt. Dabei liegt diese vorbestimmte Zeitdauer Δt insbesondere im Bereich von 0,5 s bis 10 min, im Bereich von 0,5 s bis 3 min, im Bereich von 0,5 s bis 1 min oder im Bereich von 0,5 s bis 20 s.
10 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 100, das mit Hilfe der Vorrichtung 10 nach 1 ausführbar ist. Das Verfahren 100 nach 10 umfasst insbesondere die folgenden Schritte. In einem Schritt 102 wird eine Flüssigkeit als eine Flüssigkeitsschicht 18 auf ein Substrat 14 aufgebracht. In einem Schritt 104 wird mindestens ein Bild zumindest eines Abschnitts der Oberfläche 20 der Flüssigkeitsschicht 18 mit Hilfe einer Bildaufnahmeeinheit 28 aufgenommen und dem Bild entsprechende Bilddaten erzeugt. In einem Schritt 106 werden die Bilddaten mit Hilfe einer Bildverarbeitungseinheit 30 verarbeitet. Dabei wird mit Hilfe der Bildverarbeitungseinheit 30 mindestens eine Reflexionseigenschaft der Oberfläche 20 der Flüssigkeitsschicht 18 ermittelt. Ferner wird mit Hilfe der Bildverarbeitungseinheit 30 basierend auf der ermittelten Reflexionseigenschaft ein Maß für das Eindringverhalten der Flüssigkeit in das Substrat 14 ermittelt.
Die vorliegende Erfindung hat insbesondere die folgenden Vorteile. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorgehensweise kann das Eindringverhalten von einer Flüssigkeit in ein Substrat, d.h. das Penetrationsverhalten, gemessen werden. Dadurch kann eine Kombination aus einer Druckfarbe und dem Substrat hinsichtlich seines Verhaltens in einem Drucker klassifiziert werden. Im Drucker kann dadurch wiederum die aufgebrachte Flüssigkeitsmenge bestimmt und somit ein Regelkreis zur Einstellung dieser Flüssigkeitsmenge betrieben werden. Ferner kann mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorgehensweise eine örtliche Ungleichmäßigkeit des Penetrationsverhaltens erfasst werden.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht das Aufbringen und die Messung von Flüssigkeitsschichten, die im Vergleich zu bekannten Verfahren wesentlich dünner sind und insbesondere eine Schichtdicke im Bereich zwischen 3 μm und 12 μm haben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung schaffen eine flächige Untersuchungsmethode, mit deren Hilfe eine Aussage über das globale Verhalten des Bedruckstoffs, insbesondere die charakteristische Verteilung der Eigenschaften über die Messfläche, getroffen werden kann. Dies ist insbesondere bei Stoffen wie Papier oder Karton, die lokal deutlich unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, interessant.
Es wird explizit darauf hingewiesen, dass die im Zusammenhang mit einer Vorrichtung offenbarten Merkmale auch in Verbindung mit einem Verfahren genutzt werden können, so dass die Funktion einer Einheit der Vorrichtung, eines Teils der Vorrichtung, eines Bauelements der Vorrichtung oder der Vorrichtung selbst auch ein entsprechendes Verfahrensmerkmal, insbesondere einen entsprechenden Verfahrensschritt, offenbart. Analog dazu offenbaren Merkmale, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt offenbart wurden, jeweils auch ein entsprechendes funktionelles Merkmal der Vorrichtung selbst oder einer Einheit der Vorrichtung, insbesondere einer Steuereinheit, Speichereinheit oder Datenverarbeitungseinheit.
Bezugszeichenliste

10: Vorrichtung
11: Beschichtungseinheit
12: K-Control-Coater
14: Substrat
16, 20: Oberfläche
18: Flüssigkeitsschicht
22: Drahtrakel
24: Lichtquelle
26: Beleuchtungsstrahl
26a, 26b: Strahlabschnitt des Beleuchtungsstrahls
27: Normale
28: Bildaufnahmeeinheit
30: Bildverarbeitungseinheit
32 bis 38: Bild
40, 42, 46: Glanzkurve
44, 48: Messdatenpunkte
49a bis 49c: gefittete Kurve
50a, 50b, 56: Glanzkurve
52, 54: Pfeil
56: Glanzkurve
58a bis 58c: Bild
60: flüssigkeitsbedeckte Stelle
100: Verfahren
102 bis 106: Verfahrensschritte
α_r: Reflexionswinkel
D: Schichtdicke
P: Erfassungsrichtung
τ: Eindringdauer
Δt: Zeitdauer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015101851 [0002]
EP 1234676 B1 [0007]
EP 1847574 A1 [0007]
US 2009/0266258 A1 [0008]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Dokument Keller, G., Weinzierl, D., Wochenblatt für Papierfabrikation, „Penetration von Fluiden in Papieroberflächen“, Seiten 490 bis 499, August 2014 [0003]

Claims

Verfahren (100) zum Ermitteln einer Eindringdauer (τ) von einer Flüssigkeit in ein Substrat (14), bei dem die Flüssigkeit als eine Flüssigkeitsschicht (18) mit einer vorbestimmten und konstanten Auftragshöhe auf einen Bereich des Substrats (14) aufgetragen wird, bei dem zumindest ein Abschnitt der Oberfläche (20) der Flüssigkeitsschicht (18) mit Hilfe einer Beleuchtungseinheit (24) beleuchtet wird, bei dem mehrere Bilder (32, 34) des Abschnitts der Oberfläche (20) der Flüssigkeitsschicht (18) mit Hilfe einer Bildaufnahmeeinheit (28) fortlaufend aufgenommen werden und den Bildern (32, 34) entsprechende Bilddaten erzeugt werden, wobei die Aufnahme der Bilder (32, 34) unter Verwendung einer vorbestimmten Bildwiederholrate durchgeführt wird, und wobei die Bilddaten von jedem Bild (32, 34) ortsabhängige, als Grauwerte vorliegende Pixelintensitäten umfassen, und bei dem die Bilddaten von jedem Bild (32, 34) mit Hilfe einer Bildverarbeitungseinheit (30) verarbeitet werden, indem die Grauwerte jeweils über eine vorbestimmte Fläche der Bilder (32, 34) integriert und als zeitlicher Verlauf dargestellt werden, und wobei mit Hilfe der Bildverarbeitungseinheit (30) eine Eindringdauer (τ) der Flüssigkeit in das Substrat (14) ermittelt wird, indem basierend auf dem zeitlichen Verlauf der integrierten Grauwerte ein Zeitpunkt, der einem vorgegeben Schwellwert zugeordnet ist, bestimmt wird.
Verfahren (100) nach Anspruch 1, bei dem der zeitliche Verlauf der integrierten Grauwerte eine zeitlich aufgelöste Intensität von Licht, das an der Oberfläche (20) der Flüssigkeitsschicht (18) reflektiert wird, beschreibt.
Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Bilddaten verarbeitet werden, indem die Bilder (32, 34) jeweils unter Verwendung eines weiteren vorgegebenen Schwellwerts in entsprechende Binärbilder (36, 38) konvertiert werden.
Verfahren (100) nach Anspruch 3, bei dem der zeitliche Verlauf der integrierten Grauwerte ermittelt wird, indem für jedes Binärbild (36, 38) ein Verhältnis der Anzahl von Pixeln, deren Helligkeitswerte den vorbestimmten weiteren Schwellwert erreichen oder überschreiten, und der Anzahl aller Pixel des jeweiligen Binärbildes (36, 38) gebildet wird.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Flüssigkeit als eine homogene Flüssigkeitsschicht (18) auf das Substrat (14) aufgebracht wird, und bei dem die Flüssigkeitsschicht (18) eine maximale Auftragshöhe im Bereich von 1 μm bis 15 μm, im Bereich von 3 μm bis 12 μm oder im Bereich von 5 μm bis 10 μm hat.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem sich der Abschnitt der Oberfläche (20) der Flüssigkeitsschicht (18) parallel zur Oberfläche des Substrats (14) erstreckt, und bei dem dieser Abschnitt eine Ausdehnung im Bereich von 1 mm² bis 200 cm² hat.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem eine Reflexionseigenschaft der Oberfläche (20) der Flüssigkeitsschicht (18) durch einen optischen Sensor ermittelt wird.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Ermittlung der Eindringdauer (τ) für unterschiedliche Schichtdicken (D) der Flüssigkeitsschicht (18) wiederholt durchgeführt wird, wobei die Flüssigkeit jeweils als eine Flüssigkeitsschicht (18) mit einer unterschiedlichen Schichtdicke (D) auf das Substrat aufgebracht wird, so dass die Ermittlung des Maßes für das Eindringverhalten jeweils bei einer anderen Schichtdicke (D) durchgeführt wird.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Flüssigkeit mit Hilfe einer Rakel (22) oder einer Gummiwalze auf das Substrat (14) aufgetragen wird.
Vorrichtung (10) zum Ermitteln einer Eindringdauer (τ) von einer Flüssigkeit in ein Substrat (14), mit einer Beschichtungseinheit (11), mit einer Beleuchtungseinheit (24), mit einer Bildaufnahmeeinheit (28) und mit einer Bildverarbeitungseinheit (30), wobei die Beschichtungseinheit (11) die Flüssigkeit als eine Flüssigkeitsschicht (18) mit einer vorbestimmten und konstanten Auftragshöhe auf einen Bereich des Substrats (14) aufbringt, wobei die Beleuchtungseinheit (24) zumindest einen Abschnitt der Oberfläche (20) der Flüssigkeitsschicht (18) beleuchtet, wobei die Bildaufnahmeeinheit (28) mehrere Bilder (32, 34) des Abschnitts der Oberfläche (20) der Flüssigkeitsschicht (18) fortlaufend aufnimmt und den Bildern (32, 34) entsprechende Bilddaten erzeugt, wobei die Aufnahme der Bilder (32, 34) unter Verwendung einer vorbestimmten Bildwiederholrate durchgeführt wird, und wobei die Bilddaten von jedem Bild (32, 34) ortsabhängige, als Grauwerte vorliegende Pixelintensitäten umfassen, wobei die Bildverarbeitungseinheit (30) die Bilddaten von jedem Bild (32, 34) verarbeitet, indem die Grauwerte jeweils über eine vorbestimmte Fläche der Bilder (32, 34) integriert und als zeitlicher Verlauf dargestellt werden, und wobei die Bildverarbeitungseinheit (30) eine Eindringdauer (τ) der Flüssigkeit in das Substrat (14) ermittelt, indem basierend auf dem zeitlichen Verlauf der integrierten Grauwerte ein Zeitpunkt, der einem vorgegeben Schwellwert zugeordnet ist, bestimmt wird.