DE10326489A1

DE10326489A1 - Water absorption and wetting properties measuring device for use with absorbent paper, e.g. hand towels or diapers, comprises computer controlled optical imaging equipment together with frame-grabbing and image processing personal computer

Info

Publication number: DE10326489A1
Application number: DE2003126489
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl-Ing. Portner; Thomas Dipl.-Ing. Groß
Original assignee: IGT EMUS GmbH
Current assignee: GROSS, THOMAS, DIPL.-ING., 04416 MARKKLEEBERG, DE; PORTNER, WOLFGANG, DIPL.-ING., 04275 LEIPZIG, DE
Priority date: 2003-06-10
Filing date: 2003-06-10
Publication date: 2005-01-05

Abstract

Water absorption measurement device for hygiene paper, has a sample holder (2) with a transparent, thin and planar object support (3) and film-type electroluminescent surface lamp (4) together with a controlling microcomputer (7). A microprocessor-controlled precision dosing pump (21) is used to apply a test liquid (19) via a dosing cannula (12). A personal computer (PC) (17) with a frame-grabber card and image processing software is used to record a test. An independent claim is made for a device for measuring the wetting properties of material surfaces, especially hygiene paper that has a video camera for measuring the angle of the edge of a droplet on the paper surface.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Wasseraufnahme und der Benetzungseigenschaften von absorbierenden Hygienepapieren wie Zellstofftaschentücher, Papierhandtücher, Tissue, Windeln und dergleichen.The The invention relates to a device for measuring the water absorption and the wetting properties of absorbent tissue such as Pulp tissues, Paper towels, Tissue, diapers and the like.

Zur Beurteilung der Qualität und Verwendungsmöglichkeiten von absorbierenden Hygienepapieren ist die Kenntnis der Aufnahmefähigkeit von Flüssigkeiten erforderlich, die von der physikalischen oder chemischen Beschaffenheit abhängig ist. Zur Prüfung der Aufnahmefähigkeit von absorbierenden Hygienepapieren verfährt man nach einer bekannten Methode meist in Anlehnung DIN 54 540 Teil 4 in der Weise, dass man Prüfmuster von bestimmter Größe mit der Aufnahmeflüssigkeit benetzt und durch Wiegen vor und nach dem Benetzen die Gewichtsdifferenz ermittelt. Auf diese Weise lässt sich das Gewicht der beim Benetzen an das Muster abgegebenen Flüssigkeit zwar bestimmen, die Aufnahmefähigkeit des Hygienepapiers für die Flüssigkeit wird dabei jedoch nur ungenau ermittelt, da den Hygienepapieren bei der Benetzung in dieser Weise wegen der schwankenden Benetzungsbedingungen Flüssigkeit in unterschiedlicher Menge zugeteilt wird, so dass nach der Benetzung beziehungsweise beim Auswiegen dem einen Hygienepapier mehr, dem anderen Hygienepapier weniger nicht aufgenommene Flüssigkeit anhaftet. Auch die Geschwindigkeit, mit der die Flüssigkeit aufgenommen wird, lässt sich auf diese Weise nicht mit Sicherheit ermitteln. Bei der Prüfung der Aufnahmefähigkeit von Hygienepapieren für Flüssigkeiten kommt es jedoch darauf an, sowohl die Menge der aufgenommenen Flüssigkeit pro Quadratzentimeter als auch die Aufnahmegeschwindigkeit festzustellen.to Assessment of quality and uses of absorbent sanitary papers is the knowledge of receptivity of liquids required by the physical or chemical nature dependent is. For testing the absorption capacity of absorbent sanitary papers one proceeds according to a known method mostly in accordance with DIN 54 540 part 4 in such a way that one test sample of a certain size with the receiving liquid wetted and by weighing before and after wetting the weight difference determined. That way the weight of the liquid delivered to the sample when moistened while determining the receptivity of the Hygiene paper for the liquid However, it is only inaccurately determined because the tissue papers at wetting in this way because of fluctuating wetting conditions Liquid in different amount is allocated, so that after wetting or when weighing one more hygiene paper, the other sanitary paper less unaccumulated liquid adheres. Also, the speed with which the liquid is recorded, leaves can not be determined with certainty in this way. When examining the receptivity of hygiene papers for liquids However, it depends on both the amount of liquid absorbed per square centimeter as well as the recording speed.

In der Praxis wird daher bei absorbierenden Hygienepapieren die Absorptionszeit für die Wasseraufnahme mit einem Stalagmometer gemessen. Für die Messung der Absorbierzeit wird aus einer definierten Höhe ein Tropfen Wasser auf die Probe getropft und mit einer Stoppuhr die Zeit vom Auftreffen bis zur vollständigen Absorbierung gemessen. Auf diese Weise ist die Messung der Wasseraufnahme von absorbierenden Hygienepapieren nach COBB DIN EN 20 535 wegen der kurzen Durchdringungszeit außerordentlich schwierig und aufwändig.In In practice, therefore, absorbing tissue absorbs absorption time for the Water absorption measured with a stalagmometer. For the measurement The Absorbierzeit becomes from a defined height a drop of water on the Sample dripped and with a stopwatch the time from striking up to the full Absorbance measured. In this way, the measurement of water absorption of absorbent tissue according to COBB DIN EN 20 535 because of short breakthrough time extraordinarily difficult and expensive.

In der DE 101 28 643 A1 wird eine Vorrichtung zur fotoelektrischen Prüfung des Leimungsgrades und der Saugfähigkeit von Proben aus Papier, Pappe, Filtermaterial oder einem anderen saugfähigen Material mit Hilfe einer Prüfflüssigkeit und unter Verwendung einer horizontal in einer Prüfebene angeordneten Probe beschrieben, die mit einem elastischen Druckring festgehalten wird. Die Probe wird zur Messung der Saugfähigkeit auf der Unterseite mit Prüfflüssigkeit benetzt, wobei der Leimungsgrad durch Änderung des Remissionsgrades mit einem Lichtempfänger gemessen wird.In the DE 101 28 643 A1 For example, there is described an apparatus for photoelectrically testing the sizing and absorbency of samples of paper, paperboard, filter material or other absorbent material by means of a test liquid and using a sample placed horizontally in a test plane which is held in place by an elastic pressure ring. The sample is wetted with test liquid to measure absorbency on the underside, the degree of sizing being measured by changing the reflectance with a light receiver.

Mit der genannten Vorrichtung lässt sich zwar die Durchdringungszeit gut messen, die Probe eines absorbierenden Hygienepapiers saugt sich jedoch unkontrolliert mit der Prüfflüssigkeit voll. Der Grund hierfür liegt in der großen Wasseraufnahme der Probe und die damit verbundene große Ausdehnung, die teilweise bis zur Auflösung der Probe geht. Die genannte Vorrichtung eignet sich daher nur bedingt zur Messung der Wasseraufnahme und nur für festere und weniger absorbierende Hygienepapiere mit geringerer Saugfähigkeit. Auch die Messung der Absorptionszeit und die Messung der strukturellen Absorption von Prüftinte nach DIN 53 126 ist mit den bekannte Prüfgeräten zur Prüfung des Leimungsgrades wegen der genannten Eigenschaften der Hygienepapiere insgesamt nicht gut handhabbar.With the said device leaves Although the breakthrough time can be measured well, the sample of an absorbent However, sanitary paper sucks uncontrollably with the test liquid full. The reason for that lies in the big one Water absorption of the sample and the associated large expansion, the partially until the dissolution the sample goes. The said device is therefore only partially suitable for measuring water absorption and only for firmer and less absorbent Hygiene papers with lower absorbency. Also the measurement of the absorption time and measuring the structural absorption of test ink after DIN 53 126 is due to the known testing equipment for testing the sizing the properties of the hygiene papers mentioned overall not good manageable.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zu schaffen, die eine automatische, weniger aufwändige Bestimmung der Wasseraufnahme von Hygienepapieren unter Verwendung optischer Verfahren ermöglicht, um die Handhabbarkeit der Proben bei absorbierenden Hygienepapieren zu vereinfachen und die Messgenauigkeit zu verbessern. Gleichzeitig soll die Messung der Absorptionszeit und die Messung der Aufnahmefähigkeit von Wasser in ein und demselben Arbeitsgang durchgeführt werden, um die Produktivität des Verfahrens zu erhöhen. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 8 gelöst.The The object of the present invention is a device to create an automatic, less elaborate determination of water absorption of tissue papers using optical methods, to the handling of the samples in absorbent tissue simplify and improve measurement accuracy. simultaneously intended to measure the absorption time and the measurement of the absorption capacity be carried out by water in one and the same operation, about productivity of the procedure. This object is achieved by a device according to claim 1 and a Device according to claim 8 solved.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Vorrichtung zum Messung der Absorptionszeit und der Aufnahmefähigkeit von Wasser mit einem Bildaufnahmeverfahren ergibt sich eine Reihe von Vorteilen, weil die Absorbierzeit und die Wasseraufnahme an einer Probe nur mit einem einzigen Tropfen gemessen werden kann. Dadurch können die Messergebnisse durch eine höhere Genauigkeit verbessert werden. Hieraus resultiert zwischen den einzelnen Proben eine sachlichere Vergleichbarkeit und subjektive Einflüsse können bei Beurteilung der Qualität und der Verwendungsmöglichkeiten von absorbierenden Hygienepapieren vollständig vermieden werden. Die Versuchsdauer kann um ca. 50 % verkürzt werden. Durch den Einsatz der Prüfflüssigkeit in Tropfenform wird das Hygienepapier nicht vollständig mit der Prüfflüssigkeit getränkt. Es kann auf diese Weise nicht durchgängig aufweichen, so dass die Probe aus einem absorbierenden Hygienepapier weiter gut handhabbar ist.By the inventive design of a Apparatus for measuring the absorption time and the absorption capacity of water with an image capture process results in a series of benefits, because the Absorbierzeit and the water absorption a sample can only be measured with a single drop. Thereby can the measurement results by a higher Accuracy to be improved. This results between the individual Samples a more factual comparability and subjective influences can at Assessment of quality and the uses of absorbent sanitary papers are completely avoided. The Test duration can be shortened by approx. 50%. Because of the engagement the test fluid The tissue is not completely in the form of drops the test fluid soaked. It can not soften that way consistently, leaving the sample from an absorbent tissue paper is still easy to handle.

Durch eine im Grunde geringfügige Weiterbildung der Erfindung mit einem speziellen Probenhalter und einer zweiten Videokamera können außerdem Messungen der Benetzungseigenschaften von Hygienepapieren durchgeführt werden. Diese Messungen können auch an anderen Materialoberflächen durchgeführt werden. Die Erfindung ermöglicht auf diese Weise eine Messung des Randwinkels und die Verschiebung des Scheitelpunktes eines Tropfens auf einer Materialprobe. Damit einhergehend ermöglicht die Erfindung die Messung der Benetzungsgeschwindigkeit, der Benetzungsfläche und der Benetzungszeit bezogen auf den Randwinkelverlauf einer Prüfflüssigkeit.By a basically minor development of the invention with a special sample holder and a second video camera can except the measurements of the wetting properties of tissue papers are carried out. These measurements can also be performed on other material surfaces. The invention thus enables a measurement of the contact angle and the displacement of the vertex of a drop on a material sample. Along with this, the invention makes it possible to measure the wetting rate, the wetting area and the wetting time in relation to the edge angle profile of a test liquid.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Im Einzelnen zeigtThe Invention will be described below with reference to an embodiment with reference closer to the drawings explained become. Advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims. In detail shows

1 eine Vorrichtung zur Messung der Wasseraufnahme von Hygienepapieren, 1 a device for measuring the water absorption of hygiene papers,

2 einen Objekthalter in der Draufsicht mit Referenzfläche zur Messung der Wasseraufnahme, 2 an object holder in plan view with reference surface for measuring the water absorption,

3 eine Vorrichtung zur Messung der Benetzungseigenschaften von Materialoberflächen und 3 a device for measuring the wetting properties of material surfaces and

4 eine Darstellung des dynamischen Randwinkels bei einem Tropfen einer Prüfflüssigkeit auf der Oberfläche einer Materialprobe in schematischer Darstellung. 4 a representation of the dynamic contact angle at a drop of a test liquid on the surface of a material sample in a schematic representation.

Die Beurteilung der Qualität von absorbierenden Hygienepapieren durch Messung der Wasseraufnahme wird an Zellstofftaschentüchern, Papierhandtüchern, Tissue, Windeln, an weißen und eingefärbten Hygienepapieren, Haushalttüchern, Löschpapieren, Servietten und Gebrauchszellstoff durchgeführt. Von den zu untersuchenden Hygienepapieren wird eine Probe 1 auf ein Maß von 100 mm mal 100 mm geschnitten und nach DIN 53 102 vorbehandelt.The assessment of the quality of absorbent tissue by measuring water uptake is performed on tissue paper towels, paper towels, tissue, diapers, white and colored tissue papers, household tissues, blotter papers, napkins, and consumer pulp. Of the hygiene papers to be examined, a sample 1 cut to a size of 100 mm by 100 mm and pretreated according to DIN 53 102.

Der nachstehend als Probe 1 bezeichnete Zuschnitt des zu messenden Hygienepapiers wird auf einem Probenhalter 2 platziert, der mit einem durchsichtigen, sehr dünnen und planen Objektträger 3 versehen ist. Der Probenhalter 2 umfasst eine in Folienform ausgebildete Elektrolumineszenz-Flächenleuchte 4 zur flächigen und homogenen Ausleuchtung der Probe 1. Die Elektrolumineszenz-Flächenleuchte 4 gewährleistet zusammen mit dem lichtdurchlässigen Objektträger 3 eine homogene Lichtabgabe mit planer Lichtabgabefläche. Auf diese Art und Weise kann eine vergleichsweise große Fläche gleichmäßig ausgeleuchtet werden. Elektrolumineszenz-Leuchtkörper geben nur eine extrem geringe Wärme ab, so dass die Probe 1 während der Messung nicht erwärmt wird. Mit dem Objektträger 3 ist ein Temperatursensor 5 verbunden, der während der Messzeit die Temperatur des Absorptionsvorganges überwacht.The below as a sample 1 designated blank of the measured hygiene paper is on a sample holder 2 Placed, with a transparent, very thin and flat slide 3 is provided. The sample holder 2 comprises a sheet-formed electroluminescent surface light 4 for flat and homogeneous illumination of the sample 1 , The electroluminescent area light 4 ensured together with the translucent slide 3 a homogeneous light output with a flat light emission surface. In this way, a comparatively large area can be uniformly illuminated. Electroluminescent lamps emit only extremely low heat, leaving the sample 1 is not heated during the measurement. With the slide 3 is a temperature sensor 5 connected, which monitors the temperature of the absorption process during the measurement time.

Üblicherweise wird abhängig von der Färbung der Probe 1 der Strahlungsbereich der Elektrolumineszenz-Flächenleuchte 4 ausgewählt. Überraschend wurde gefunden, dass die Messung auch mit einer monochromatisch strahlenden Elektrolumineszenz-Flächenleuchte 4 durchgeführt werden kann. Trotz unterschiedlich eingefärbter Hygienepapiere ist es nicht unbedingt notwendig, die Spektralfarbe der Elektrolumineszenz-Flächenleuchte 4 zu verändern. Dies hat eine wesentliche Vereinfachung beim Aufbau der Messvorrichtung zur Folge.Usually, depending on the color of the sample 1 the radiation range of the electroluminescent surface light 4 selected. Surprisingly, it was found that the measurement also with a monochromatically radiating electroluminescent surface light 4 can be carried out. Despite differently colored hygiene papers, it is not absolutely necessary to use the spectral color of the electroluminescent surface light 4 to change. This results in a significant simplification in the construction of the measuring device result.

Die Elektrolumineszenz-Flächenleuchte 4 ist mit der Ansteuerungselektronik 6 verbunden, die durch den Mikrosteuerrechner 7 angesteuert wird. Der in 1 dargestellte Mikrosteuerrechner 7 übernimmt die Bedienerführung über ein Display 8 mit dem Tastenfeld 9 sowie die Steuerung des gesamten Messprozesses und die Messwertverarbeitung der von dem Temperatursensor 5 ermittelten Temperaturwerte.The electroluminescent area light 4 is with the control electronics 6 connected by the microcontroller 7 is controlled. The in 1 illustrated microcontroller 7 takes over the user guidance via a display 8th with the keypad 9 as well as the control of the entire measuring process and the measured value processing of the temperature sensor 5 determined temperature values.

Innerhalb der Messfläche des Objektträgers 3 von 100 mm × 100 mm ist nach 2 eine Referenzfläche 11 von 80 cm² angeordnet. Die Referenzfläche 11 ist in den Objektträger 3 kreisrund graviert und dient der genauen Berechnung der Benetzungsfläche 17 der Probe 1.Within the measuring surface of the slide 3 of 100 mm × 100 mm is after 2 a reference surface 11 of 80 cm ² arranged. The reference surface 11 is in the slide 3 circularly engraved and serves for the exact calculation of the wetting area 17 the sample 1 ,

Wie weiter aus 1 ersichtlich ist, umfasst die Vorrichtung zur Messung der Wasseraufnahme eine Dosierkanüle 12 sowie eine Videokamera 13 und einen Personalcomputer 14, der mit einer Framegrabberkarte und einer Bildverarbeitungssoftware ausgestattet ist.How farther 1 can be seen, the device for measuring the water absorption comprises a dosing 12 as well as a video camera 13 and a personal computer 14 equipped with a frame grabber card and image processing software.

Die Messung der Wasseraufnahme erfolgt mit der Videokamera 13, einer CCD-Farbkamera, die in einem festen Abstand zur Probe 1 angeordnet ist. Dabei ist der Schärfentiefebereich derart gewählt, dass auch dickere Proben 1 scharf abgebildet werden. Über ein Videokabel 15 ist die Videokamera 13 mit dem Videoeingang einer Framegrabberkarte am Personalcomputer 14 verbunden.The measurement of the water absorption takes place with the video camera 13 , a CCD color camera, which is at a fixed distance to the sample 1 is arranged. The depth of field is chosen so that even thicker samples 1 be shown sharp. About a video cable 15 is the video camera 13 with the video input of a frame grabber card on the personal computer 14 connected.

Der Personalcomputer 14 mit Framegrabberkarte ist mit einer Videosoftware für die Verarbeitung der Videomesssignale ausgestattet. Die Framegrabberkarte stellt ein System zur Digitalisierung, Komprimierung, Bearbeitung und Wiedergabe von Videosequenzen für den Personalcomputer 14 dar. Einzelbilder können zum Beispiel als Bitmaps digitalisiert, komprimiert und bearbeitet werden. Die analogen Videodaten der Videokamera 13 werden über die Framegrabberkarte digitalisiert und im Hauptspeicher des Personalcomputers 14 abgelegt. Mit der Videosoftware wird zunächst die Referenzfläche 11 gemessen. Auf diese Referenzfläche 11 werden die Benetzungsflächen 17 eines Tropfens 18 der Folgebilder bezogen. Dabei wird der Messvorgang solange wiederholt, bis sich die Benetzungsfläche 17 nicht mehr vergrößert. Nach Abschluss des Messvorgangs erhält der Mikrosteuerrechner 7 vom Personalcomputer 14 den Befehl, die Elektrolumineszenz-Flächenleuchte 4 abzuschalten. Die Wasseraufnahme nach Cobb mit den Messwerten und dem Eingabewert für die Tropfengröße sowie die absolute Wasseraufnahme pro mm² wird berechnet.The personal computer 14 with Framegrabberkarte is equipped with a video software for processing the video measurement signals. The frame grabber card provides a system for digitizing, compressing, editing and playing video sequences for the personal computer 14 For example, individual images can be digitized, compressed and edited as bitmaps. The analog video data of the video camera 13 are digitized via the frame grabber card and in the main memory of the personal computer 14 stored. With the Vi deosoftware becomes first the reference surface 11 measured. On this reference surface 11 become the wetting surfaces 17 a drop 18 the following pictures. The measuring process is repeated until the wetting area 17 no longer enlarged. After completion of the measuring process receives the microcontroller 7 from the personal computer 14 the command, the electroluminescent area light 4 off. The water absorption according to Cobb with the measured values and the input value for the droplet size as well as the absolute water absorption per mm ² is calculated.

Die Durchtränkungszeit wird gemessen und daraus wird die Benetzungsgeschwindigkeit berechnet.The soaking time is measured and from this the wetting speed is calculated.

Die Bildanalyse erfolgt mit einer auf dem Personalcomputer 14 ebenfalls vorhandenen installierten Software mit welcher die Bilder gespeichert und am Bildschirm 16 des Personalcomputer 14 mit Vergrößerung abgebildet werden. Die Bildanalyse-Software ermöglicht die automatische, quantifizierbare Auswertung der gemessenen Bilder und das Erkennen von komplexen Strukturen und die Errechnung von definierten Kennwerten. Neben der Analyse des Flächeninhaltes erlaubt die Bildanalyse-Software auch die Auswertung weiterer Objekteigenschaften wie Umfang oder maximaler Durchmesser eines Tropfens 18 der Prüfflüssigkeit 19.The image analysis is done with a on the personal computer 14 also existing installed software with which the images are stored and displayed on the screen 16 of the personal computer 14 be displayed with magnification. The image analysis software enables the automatic, quantifiable evaluation of the measured images and the recognition of complex structures and the calculation of defined characteristic values. In addition to the analysis of the surface area, the image analysis software also allows the evaluation of further object properties such as the circumference or maximum diameter of a drop 18 the test fluid 19 ,

Für das Herstellen eines Tropfens 18 einer Prüfflüssigkeit 19 ist eine Präzisionsdosierpumpe 21 mit einer Dosierkanüle 12 vorgesehen. Die Dosierkanüle 12 und der Behälter 22 für die Prüfflüssigkeit 19 liegen auf einem Niveau und sind mit einem skalierbaren Feintrieb zur Oberfläche der Probe 1 im Bereich von 20 mm bis 80 mm stufenlos höhenverstellbar an einem nicht weiter dargestellten Halter befestigt. Als Halter kann beispielsweise eine Zahnstange oder eine vertikal ausgerichtete Spindel dienen, die versetzt zum Objektträger 3 angeordnet ist. Der Verstellbereich ist identisch mit der Tropfenfallhöhe h. Die Dosierkanüle 12 ist so dimensioniert und geschliffen, dass Tropfen 18 von der Größe 0,005 ml noch abtropfen können. Zur Vermeidung des Nachtropfens ist die zu der Dosierkanüle 12 führende Zuleitung 23 U-förmig mit einer siphonartig gebogenen Krümmung 24 ausgebildet, was den Vorteil hat, dass diese wie ein Siphon funktioniert. Die Zuleitung 23 führt zu einer digitalen mikroprozessorgesteuerten dialogfähigen Präzisionsdosierpumpe 21, die mit dem Behälter 22 für die Prüfflüssigkeit 19 und schaltungstechnisch zur Ansteuerung mit einem zugehörigen Steuerrechner 25 verbunden ist. Mit der mikroprozessorgesteuerten Präzisionsdosierpumpe 21 können alle Dosieraufgaben im Mikroliterbereich durchgeführt werden. Die Steuerung übernimmt der Mikrosteuerrechner 7, der mit einer Standardschnittstelle 26 mit dem Steuerrechner 25 der digitalen Präzisionsdosierpumpe 21 verbunden ist. Die Förderleistung kann über die Hublänge oder die Hubfrequenz durch eine genaue Auflösung in Einzelhübe eingestellt werden. Im Mikrosteuerrechner 7 werden an Hand der Tropfengröße die Dosierschritte berechnet und dem Steuerrechner 25 für die Präzisionsdosierpumpe 21 zur Ausführung übergeben.For making a drop 18 a test liquid 19 is a precision metering pump 21 with a dosing cannula 12 intended. The dosing cannula 12 and the container 22 for the test fluid 19 are on a level and are with a scalable fine drive to the surface of the sample 1 in the range of 20 mm to 80 mm infinitely adjustable in height attached to a holder not shown. As a holder, for example, serve a rack or a vertically oriented spindle, which is offset from the slide 3 is arranged. The adjustment range is identical to the drop fall height h. The dosing cannula 12 is so dimensioned and honed that drops 18 of the size 0.005 ml can still drain. To avoid the dripping is the to the dosing cannula 12 leading supply line 23 U-shaped with a siphon-like curvature 24 formed, which has the advantage that it works like a siphon. The supply line 23 leads to a digital microprocessor-controlled, interoperable precision metering pump 21 that with the container 22 for the test fluid 19 and circuitry for driving with an associated control computer 25 connected is. With the microprocessor-controlled precision metering pump 21 All dosing tasks can be carried out in the microliter range. The controller takes over the microcontroller 7 that with a standard interface 26 with the control computer 25 the digital precision metering pump 21 connected is. The delivery rate can be adjusted via the stroke length or the stroke frequency by an exact resolution in single strokes. In the microcontroller 7 The dosing steps are calculated on the basis of the drop size and the control computer 25 for the precision metering pump 21 handed over for execution.

Alle mit der Prüfflüssigkeit 19 in Berührung kommenden Module sind weitestgehend resistent gegen aggressive Medien, so dass auch andere Prüfflüssigkeiten als Wasser eingesetzt werden können.All with the test liquid 19 Modules coming into contact are largely resistant to aggressive media, so that other test liquids than water can be used.

Nachfolgend wird die Messung der Wasseraufnahme von Hygienepapieren beschrieben. Der Mikrosteuerrechner 7 wird mit dem Schnittstellenkabel 27 und die Videokamera 13 mit dem Videokabel 15 mit dem Personalcomputer 14 verbunden. Beide Geräte werden eingeschaltet und melden sich mit ihrer jeweiligen Bedienoberfläche. Die Bedienung beider Geräte ist menügeführt. Am Display 8 des Mikrosteuerrechners 7 wird der Bediener aufgefordert, die Messoption für die Wasseraufnahme zu wählen und den Wert für die Tropfengröße in ml einzugeben. Während der Wahl der Messoption wird die automatische Umschaltung des Videokanals auf die Videokamera 13 auslöst und die Bedienoberfläche für die Wasseraufnahme am Personalcomputer 14 aufgerufen. Danach erfolgt die Aufforderung für das manuelle Einstellen der eingegebenen Tropfenfallhöhe h.In the following, the measurement of the water absorption of sanitary papers will be described. The microcontroller 7 comes with the interface cable 27 and the video camera 13 with the video cable 15 with the personal computer 14 connected. Both devices are switched on and report with their respective user interface. The operation of both devices is menu driven. On the display 8th of the microcontroller 7 the operator is prompted to select the water intake measurement option and enter the drop size value in ml. During the selection of the measurement option, the video channel is automatically switched to the video camera 13 triggers and the user interface for water intake at the personal computer 14 called. Thereafter, the request for the manual setting of the entered drop fall height h occurs.

Mit der Bestätigung der Aufforderung Start am Display 8 des Mikrosteuerrechners 7 wird die Elektrolumineszenz-Flächenleuchte 4 eingeschaltet und es erfolgt die Messung der Referenzfläche 11. Danach erfolgt die Aufforderung die vorbehandelte Probe 1 einzulegen und die Messung zu starten. Nachdem alle Bedienschritte abgearbeitet sind, erfolgt das Auslösen der Messung über das Tastenfeld 9.With the confirmation of the prompt Start on the display 8th of the microcontroller 7 becomes the electroluminescent area light 4 switched on and there is the measurement of the reference surface 11 , Thereafter, the request is made the pretreated sample 1 insert and start the measurement. After all operating steps have been completed, the measurement is triggered via the keypad 9 ,

Im Mikrosteuerrechner 7 werden an Hand der Tropfengröße die Dosierschritte berechnet und dem Steuerrechner 25 für die Präzisionsdosierpumpe 21 zur Ausführung übergeben. Mit der Auslösung der Messung erfolgen die Befehle an den Steuerrechner 25 der digitalen Präzisionsdosierpumpe 21 mit der Tropfenbildung und an den Personalcomputer 14 mit der Bildverarbeitung zu beginnen. Wenn der Tropfen 18 die Probenoberfläche berührt, erfolgt die Zeitmessung. Die Bildverarbeitung wird abgeschlossen, wenn sich die Benetzungsfläche 17 nicht mehr vergrößert. Der Mikrosteuerrechner 7 erhält vom Personalcomputer 14 den Befehl, die weiteren Messroutinen zu stoppen, die Elektrolumineszenz- Flächenleuchte 4 auszuschalten und den Bediener aufzufordern, die Probe 1 zu entnehmen.In the microcontroller 7 The dosing steps are calculated on the basis of the drop size and the control computer 25 for the precision metering pump 21 handed over for execution. When the measurement is triggered, the commands are sent to the control computer 25 the digital precision metering pump 21 with the dripping and to the personal computer 14 to start with image processing. When the drop 18 touches the sample surface, the time measurement takes place. The image processing is completed when the wetting area 17 no longer enlarged. The microcontroller 7 gets from the personal computer 14 the command to stop the other measuring routines, the electroluminescent surface light 4 turn off and prompt the operator to take the sample 1 refer to.

Inzwischen hat der Personalcomputer 14 aus den gemessenen Bildern die Durchtränkungszeit, die Benetzungsgeschwindigkeit und die Benetzungsfläche 17 ermittelt und die Wasseraufnahme nach Cobb mit den Messwerten und dem Eingabewert für die Tropfengröße sowie die absolute Wasseraufnahme der Benetzungsfläche 17 in g/mm² berechnet. Die gemessenen und die berechneten Werte werden in das Messprotokoll eingetragen und mit den versuchstypischen Daten, den Werten der Temperaturmessung und dem ersten und letzten Bild gespeichert. Danach erfolgt die Aufforderung, eine neue Messung auszulösen.Meanwhile, the personal computer has 14 from the measured images the Durchtränkungs time, wetting speed and wetting area 17 and Cobb's water uptake with the measurements and the input value for the drop size and the absolute water absorption of the wetting surface 17 calculated in g / mm ² . The measured and calculated values are entered in the measurement log and stored with the trial typical data, the values of the temperature measurement and the first and last image. Thereafter, the request is made to trigger a new measurement.

Die Messung der Benetzungseigenschaften von Materialoberflächen erfolgt gemäß 3 im wesentlichen nach dem gleichen Verfahrensablauf, wobei für die Messung des Randwinkels φ eine zweite Videokamera 31 und für die optische Ausleuchtung des Tropfens 18 eine Elektrolumineszenz- Flächenleuchte 34 seitlich neben dem Tropfen 18 in Höhe der optischen Achse der zweiten Videokamera 31 angeordnet ist.The measurement of the wetting properties of material surfaces is carried out according to 3 essentially according to the same procedure, wherein for the measurement of the contact angle φ a second video camera 31 and for the optical illumination of the drop 18 an electroluminescent area light 34 laterally next to the drop 18 at the level of the optical axis of the second video camera 31 is arranged.

Die gleichfalls in Folienform vorliegende Elektrolumineszenz-Flächenleuchte 34 ist in 3 im Querschnitt gesehen vorzugsweise parabelförmig oder ellipsenähnlich gebogen und senkrecht stehend, auf dem Probenhalter 2 angeordnet. Die Elektrolumineszenz-Flächenleuchte 34 ist der zweiten Videokamera 31 gegenüberliegend angeordnet. Um eine genaue Vermessung des Tropfens 18 vornehmen zu können, liegt die Oberfläche des Probenhalters 2 in der optischen Achse der zweiten Videokamera 31. Der Tropfen 18 einer Prüfflüssigkeit 19 befindet sich nahe des Brennpunktes der parabolisch gebogenen Elektrolumineszenz-Flächenleuchte 34. Der Tropfen 18 der Prüfflüssigkeit 19 wird damit völlig diffus beleuchtet.The present in foil form electroluminescent surface light 34 is in 3 When viewed in cross-section, it is preferably bent in a parabolic or ellipse-like manner and standing vertically on the sample holder 2 arranged. The electroluminescent area light 34 is the second video camera 31 arranged opposite. To make an accurate measurement of the drop 18 To be able to make, lies the surface of the sample holder 2 in the optical axis of the second video camera 31 , The drop 18 a test liquid 19 is located near the focal point of the parabolically curved electroluminescent surface light 34 , The drop 18 the test fluid 19 is thus illuminated completely diffuse.

Die Benetzung und die Tropfenform eines liegenden Tropfens 18 sind vom Verhältnis der Adhäsionskräften zwischen dem Hygienepapier als Materialprobe 32 und der Flüssigkeit und den Kohäsionskräften in der Flüssigkeit abhängig, wobei oberflächenaktive Substanzen die Oberflächenspannung verringern. Auf absorbierenden Materialien ändert sich der Randwinkel φ ständig als Funktion der Zeit. Um den dynamischen Randwinkel oder die Absorptionsrate und die Ausbreitung zu messen, ist es wichtig, eine Bildsequenz während dieser Verlaufszeit aufzunehmen. Nachdem der Tropfen 18 auf die Materialprobe 32 appliziert wurde, kann auf Grund dieser Bilder der dynamische Randwinkel unabhängig aller Bedienungseinflüsse berechnet werden.The wetting and drop shape of a lying drop 18 are the ratio of the adhesion forces between the tissue paper as a material sample 32 and the liquid and cohesive forces in the liquid, with surfactants reducing the surface tension. On absorbent materials, the contact angle φ changes constantly as a function of time. In order to measure the dynamic edge angle or the absorption rate and the propagation, it is important to record a sequence of images during this time. After the drop 18 on the material sample 32 has been applied, the dynamic contact angle can be calculated independently of all operating influences on the basis of these images.

Es ist wichtig, dass der Tropfen 18 vorsichtig auf die Probe 1 appliziert wird, um zu gewährleisten, dass der Randwinkel so groß wie möglich gehalten werden kann. Wenn der Tropfen 18 während der Applikation in die Materialprobe 32 hineingedrückt wird, entsteht ein geringerer Randwinkel φ. Tropfen 18 mit der Prüfflüssigkeit Wasser können aus einer Höhe von 2 mm ohne nennenswerte Einflüsse appliziert werden.It is important that the drop 18 careful to the test 1 is applied to ensure that the contact angle can be kept as large as possible. When the drop 18 during application in the material sample 32 is pressed in, creates a smaller contact angle φ. drops 18 with the test liquid water can be applied from a height of 2 mm without appreciable influences.

Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, wenn der Probenhalter 2 so konstruiert ist, dass mit dem beschriebenen skalierten Feintrieb eine minimale Tropfenfallhöhe h von 2 mm einstellbar ist. Die Tropfenfallhöhe h ist zwischen 2 mm und 80 mm einstellbar. Bei diesem Messverfahren ist die erste Videokamera 13 abgeschaltet. Der Tropfen 18 nach 4 wird bezüglich des Randwinkels φ und der Verschiebung des Scheitelpunktes Sv von der zweiten Videokamera 31 mit 25 Bildern/s gemessen. In 4 ist die Definition des Randwinkels φ und die Verschiebung des Scheitelpunktes Sv zeichnerisch verdeutlicht.For this reason, it is advantageous if the sample holder 2 is constructed so that with the described scaled fine drive a minimum drop drop height h of 2 mm is adjustable. The drop height h is adjustable between 2 mm and 80 mm. In this measurement method is the first video camera 13 off. The drop 18 to 4 is with respect to the edge angle φ and the shift of the vertex Sv from the second video camera 31 measured at 25 fps. In 4 is the definition of the edge angle φ and the displacement of the vertex Sv illustrated graphically.

Mit der Bildsequenz der zweiten Videokamera 31 werden die Benetzungszeit und die Benetzungsgeschwindigkeit berechnet.With the image sequence of the second video camera 31 the wetting time and the wetting speed are calculated.

Nachfolgend wird die Messung der Benetzungseigenschaften von Materialoberflächen beschrieben. Der Mikrosteuerrechner 7 wird mit dem Schnittstellenkabel 27 und das Videokabel 33 der zweiten Videokamera 31 mit dem Personalcomputer 14 verbunden. Beide Geräte werden eingeschaltet und melden sich mit ihrer jeweiligen Bedienoberfläche. Die Bedienung beider Geräte ist menügeführt. Am Display 8 des Mikrosteuerrechners 7 wird der Bediener aufgefordert die Messoption für die Benetzungseigenschaften von Materialoberflächen zu wählen und den Wert für die Tropfengröße in ml einzugeben.The following describes the measurement of the wetting properties of material surfaces. The microcontroller 7 comes with the interface cable 27 and the video cable 33 the second video camera 31 with the personal computer 14 connected. Both devices are switched on and report with their respective user interface. The operation of both devices is menu driven. On the display 8th of the microcontroller 7 the operator is prompted to select the measurement option for the wetting properties of material surfaces and to enter the value for the drop size in ml.

Mit der Wahl der Messoption erfolgt die automatische Umschaltung des Videokanals auf die zweite Videokamera 31 und der Aufruf der Bedienoberfläche für die Benetzungseigenschaften von Materialeigenschaften am Personalcomputer 14. Darauf folgt eine Aufforderung die eingegebene Tropfenfallhöhe manuell einzustellen und die versuchstypischen Daten am Personalcomputer 14 einzugeben. Mit der Bestätigung der Aufforderung Start am Display 8 wird die parabolische Elektrolumineszenz-Flächenleuchte 34 eingeschaltet. Danach erfolgt die Aufforderung, die vorbehandelte Materialprobe 32 einzulegen und die Messung über das Tastenfeld 9 zu starten. Die zu untersuchende Materialprobe 32 wird auf ein Maß von 40 × 40 mm² geschnitten. Sie sollte plan und nach DIN 53 102 vorbehandelt sein. In 4 ist stark schematisiert beispielsweise eine Materialprobe 32 von einem zweiseitig beschichteten Inkjetpapier mit 100 Gramm Gewicht dargestellt.By selecting the measurement option, the video channel is automatically switched to the second video camera 31 and calling the user interface for the wetting properties of material properties on the personal computer 14 , This is followed by a request to manually set the drop drop height entered and the trial typical data on the personal computer 14 enter. With the confirmation of the prompt Start on the display 8th becomes the parabolic electroluminescent panel light 34 switched on. Thereafter, the request is made, the pretreated material sample 32 insert and the measurement via the keypad 9 to start. The material sample to be examined 32 is cut to a size of 40 × 40 mm ² . It should be flat and pretreated in accordance with DIN 53 102. In 4 is highly schematized example, a material sample 32 represented by a two-sided coated inkjet paper with 100 grams of weight.

Im Mikrosteuerrechner 7 werden anhand der Tropfengröße die Dosierschritte berechnet und dem Steuerrechner 25 für die Präzisionsdosierpumpe 21 zur Ausführung übergeben. Zur gleichen Zeit beginnt die zweite Videokamera 31 mit der Bildverarbeitung. Wenn der Tropfen 18 die Oberfläche der Materialprobe 32 berührt, erfolgt die Zeitmessung.In the microcontroller 7 the dosing steps are calculated on the basis of the drop size and the control computer 25 for the precision metering pump 21 handed over for execution. At the same time begins the second video camera 31 with image processing. When the drop 18 the surface of the material sample 32 touched, the time is measured.

Die Bildverarbeitung wird abgeschlossen, wenn sich die Ausdehnung des Tropfens 18 nicht mehr vergrößert. Der Mikrosteuerrechner 7 erhält vom Personalcomputer 14 den Befehl, die weiteren Messroutinen zu stoppen, die Elektrolumineszenz- Flächenleuchte 34 auszuschalten und den Bediener aufzufordern, die Materialprobe 32 zu entnehmen.The image processing is completed when the extension of the drop 18 no longer enlarged. The microcontroller 7 gets from the personal computer 14 the command to stop the other measuring routines, the electroluminescent surface light 34 turn off and prompt the operator to take the material sample 32 refer to.

Inzwischen hat der Personalcomputer 14 aus den gemessenen Bildern den Randwinkel φ, die Verschiebung des Scheitelpunktes Sv, die Benetzungsgeschwindigkeit bezogen auf den Randwinkelverlauf und die Benetzungsfläche 17 berechnet. Die gemessenen und die berechneten Werte werden in das Messprotokoll eingetragen und mit den versuchstypischen Daten, den Werten der Temperaturmessung und dem ersten und letzten Bild gespeichert. Danach erfolgt die Aufforderung eine neue Messung auszulösen.Meanwhile, the personal computer has 14 from the measured images, the contact angle φ, the shift of the vertex Sv, the wetting speed with respect to the contact angle and the wetting surface 17 calculated. The measured and calculated values are entered in the measurement log and stored with the trial typical data, the values of the temperature measurement and the first and last image. Thereafter, the request is made to trigger a new measurement.

Die Vorteile des vorgeschlagenen Verfahrens sind darin begründet, dass beim Einsatz einer Elektrolumineszenz-Flächenleuchte 4 beziehungsweise einer parabolisch gebogenen Elektrolumineszenz-Flächenleuchte 34 mit einer homogen strahlenden Leuchtfläche eine geringe Erwärmung der Probe 1 beziehungsweise der Materialprobe 32 und des Tropfens 18 der Prüfflüssigkeit 19 zu verzeichnen ist. Dadurch kann die Genauigkeit der Messergebnisse erheblich gesteigert werden, weil die Versuchsdauer zur Ermittlung der Benetzungseigenschaften erheblich ist. Die Erfindung bietet weiterhin den Vorteil, dass die Messung der Benetzungseigenschaften und Messung der Wasseraufnahme von Hygienepapieren nebeneinander ohne größeren Aufwand ermöglicht wird.The advantages of the proposed method are that when using an electroluminescent surface light 4 or a parabolically curved electroluminescent surface light 34 with a homogeneously radiating luminous area a slight heating of the sample 1 or the material sample 32 and the drop 18 the test fluid 19 to be recorded. As a result, the accuracy of the measurement results can be considerably increased because the test duration for determining the wetting properties is considerable. The invention further has the advantage that the measurement of the wetting properties and measurement of the water absorption of hygiene papers is made possible side by side without much effort.

Bei einigen Hygienepapieren ist oft ein schlechtes Anfangsbenetzungsverhalten zu verzeichnen. Für die Beurteilung der Qualität und der Verwendungsmöglichkeit von absorbierenden Hygienepapieren ist es daher außerordentlich nützlich, eine entsprechende Kenntnis von der Aufnahmefähigkeit von Flüssigkeiten und dem Anfangsbenetzungsverhalten gleichzeitig zu erhalten, was mit Hilfe der vorliegenden Erfindung präzis und ohne Umstände zu bewerkstelligen ist.at Some sanitary papers often have a poor initial wetting behavior to record. For the assessment of quality and the possibility of use of absorbent sanitary papers, therefore, it is extraordinary useful, one appropriate knowledge of the absorption capacity of liquids and the initial wetting behavior at the same time, which to accomplish with the help of the present invention precisely and without difficulty is.

Claims

Apparatus for measuring the water absorption of hygiene papers, characterized by a sample holder ( 2 ) with a transparent, thin and flat slide ( 3 ) and a sheet-formed electroluminescent surface light ( 4 ) as well as a microcontroller connected to this control technology ( 7 ) for the control of the measuring processes, for the operator guidance via a display ( 8th ) with the keypad ( 9 ) and control technology with the control computer ( 25 ) of a microprocessor-controlled precision metering pump ( 21 ) and one to a personal computer ( 14 ) connected video camera ( 13 ), wherein the precision metering pump ( 21 ) a container ( 22 ) for the test fluid ( 19 ) and a dosing cannula ( 12 ) making a drop ( 18 ) of a test liquid ( 19 ) and the personal computer ( 14 ) is provided with a Framegrabberkarte and image processing software.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the video camera ( 13 ) for measuring the water absorption at a fixed distance to the sample ( 1 ) and a depth of field corresponding to the thickness of the sample ( 1 ) Has.

Apparatus according to claim 1 to 2, characterized in that the personal computer 14 equipped with frame grabber card with a video software for processing the video measurement signals, wherein the analog video data digitized as frames on the framegrabber card, for example as bitmaps and in the main memory of the personal computer ( 14 ) are stored.

Device according to claims 1 to 3, characterized in that with the slide ( 3 ) a temperature sensor monitoring the temperature of the absorption process ( 5 ) connected is.

Apparatus according to claim 1 to 4, characterized in that the slide ( 3 ) within the measuring area of 100 mm × 100 mm into the slide ( 3 ) circularly engraved and the exact calculation of the wetting area ( 17 ) of the sample ( 1 ) serving reference surface ( 11 ) of 80 cm ² .

Apparatus according to claim 1 to 5, characterized in that the dosing cannula ( 12 ) of the precision metering pump ( 21 ) for making a drop ( 18 ) of a test liquid ( 19 ) with a scalable fine drive for adjusting the drop height (h) with respect to the surface of the sample ( 1 ) is arranged in the range of 20 mm to 80 mm infinitely adjustable in height.

Apparatus according to claim 1 to 6, characterized in that the to the dosing cannula ( 12 ) leading supply line ( 23 ) U-shaped with a siphon-like curvature ( 24 ) is trained.

Device for measuring the wetting properties of material surfaces, in particular of hygiene papers, characterized by a second video camera ( 31 ) for the contact angle measurement of a drop ( 18 ) and one with the surface in the optical axis of the second video camera ( 31 ) lying sample holder ( 2 ) for a material sample ( 32 ) with one side beside the drop ( 18 ) at the level of the optical axis of the second video camera ( 31 ) arranged electroluminescent surface light ( 34 ) for the optical illumination of the drop ( 18 ) with a microcontroller ( 7 ) is connected in terms of control technology, wherein the microcontroller ( 7 ) for the control of measuring processes and for operator guidance via a display ( 8th ) with a keypad ( 9 ) and control technology with the control computer ( 25 ) of a microprocessor-controlled precision metering pump ( 21 ) and to a personal computer ( 14 ) connected second video camera ( 31 ), wherein the precision metering pump ( 21 ) a container ( 22 ) for the test fluid ( 19 ) and a dosing cannula ( 12 ) making a drop ( 18 ) of a test liquid ( 19 ) and the personal computer ( 14 ) is provided with a Framegrabberkarte and image processing software.

Device according to claim 8, characterized in that the electroluminescent surface light (FIG. 34 ) seen in cross-section preferably parabolic or ellipse-like bent and standing vertically on the sample holder ( 2 ) is arranged.

Apparatus according to claim 8 to 9, characterized in that the electroluminescent surface light ( 34 ) of the second video camera ( 31 ) is arranged opposite one another.

Apparatus according to claim 8 to 10, characterized in that the drop ( 18 ) of a test liquid ( 19 ) near the focal point of the parabolically curved electroluminescent surface light ( 34 ) is arranged and completely diffused illuminated.

Apparatus according to claim 8 to 11, characterized in that the personal computer ( 14 ) is provided with a frame grabber card with a video software for processing the video measurement signals, wherein the analog video data digitized as frames on the framegrabber card, for example as bitmaps and in the main memory of the personal computer ( 14 ) are stored.

Apparatus according to claim 8 to 12, characterized in that the sample holder ( 2 ) with a temperature sensor monitoring the temperature of the absorption process ( 5 ) is provided.

Apparatus according to claim 8 to 13, characterized in that the metering cannula 12 the precision metering pump ( 21 ) for making a drop ( 18 ) of a test liquid ( 19 ) with a scalable fine drive for adjusting the drop fall height (h) with respect to the surface of the material sample ( 32 ) is arranged in the range of 2 mm to 80 mm infinitely adjustable in height.

Apparatus according to claim 8 to 14, characterized in that the to the dosing cannula ( 12 ) leading supply line ( 23 ) U-shaped with a siphon-like curvature ( 24 ) is trained.