DE1048045B - Glanzmesser - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft einen verbesserten Glanzmesser, z. B. für die Bestimmung des Glanzwertes von Blattpapier.

Wenn Licht von einem Blatt Papier reflektiert wird, so wird ein Teil diffus reflektiert, d. h. er zerstreut sich in alle Richtungen; der andere Teil wird spiegelnd reflektiert, d. h. derart, daß der Einfallswinkel gleich dem Ausfallwinkel ist. Das spiegelnd reflektierte Licht ist polarisiert, wobei das Ausmaß der Polarisation von dem Winkel abhängt, unter dem das Licht auf das Blatt Papier einfällt. Je glänzender der Papierbogen ist, desto größer ist das Verhältnis von spiegelnd reflektiertem zu diffus reflektiertem Licht und desto höher liegt mithin der prozentuale Anteil des im reflektierten Strahl enthaltenen polarisierten Lichtes. Somit wird durch die Bestimmung des Prozentsatzes von polarisiertem Licht im reflektierten Strahl eine Meßmethode für den Glanz des Papiers geschaffen.

Nach dieser Methode arbeitet der bekannte Ingersoll-Glanzmesser. Im Ingersoll-Glanzmesser wird der vom Papier reflektierte Lichtstrahl auf ein Wollaston-Prisma geworfen, wodurch er in zwei Komponenten aufgespalten wird, die zueinander rechtwinklig polarisiert sind. Eine der Komponenten enthält alles spiegelnd reflektierte Licht und die Hälfte des diffus reflektierten Lichtes, während die andere Komponente nur die Hälfte des diffus reflektierten Lichtes enthält. Die zwei Komponenten durchdringen dann einen Analysator in Gestalt eines um eine Achse drehbar angebrachten Nicoischen Prismas. Durch Drehen des Nicoischen Prismas kann man das Intensitätsverhältnis der beiden aus ihm austretenden Komponenten ändern. Im Betrieb wird das Nicoische Prisma so lange gedreht, bis die zwei Komponenten, die aus ihm austreten, von gleicher Intensität sind, jedenfalls soweit das vom Auge des Bedienenden beurteilt werden kann. Die Winkelstellung des Nicoischen Prismas ist dann ein Maß für den Prozentsatz an spiegelnd reflektiertem Licht in dem vom Papier reflektierten Strahl.

Das im Ingersoll-Glanzmesser angewendete Prinzip, regulär und diffus vom Prüfling reflektiertes Licht miteinander zu vergleichen, erlaubt auf die beschriebene Weise eine absolute Bestimmung des Glanzes, im Gegensatz zu einer relativen, bei der der Glanz des Prüflings nur im Verhältnis zu der einer Vergleichsoberfläche ermittelt werden kann. Einrichtungen zur relativen Glanzwertbestimmung bzw. verwandte Vergleichsphotometer sind in verschiedener Ausführung bekannt, während die an sich überlegene absolute Glanzwertbestimmung bisher nur mit dem Ingersoll-Glanzmesser möglich ist.

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Glanzmesser zu absoluten Glanzwertbestimmung zu schaffen, der gegenüber dem Ingersoll-Glanzmesser in

Anmelder:

The Bowater Research and Development

Company Limited,

London

Vertreter: Dr. W. Müller-Bore, Patentanwalt,
Braunschweig, Am Bürgerpark 8

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 12. Oktober 1953

Archibald Howard Wells, Gravesend, Kent,

Alfred Heskel Nissan, Leeds, Yorkshire,

Allan Peter Highton, Gravesend, Kent,

und Leonard Frank Hopkins, Brockley, London

(Großbritannien),
sind als Erfinder genannt worden

mindestens zweierlei Hinsicht verbessert ist. Erstens soll der subjektive, nach Augenschein vorgenommene Vergleich der aus dem Analysator austretenden Intensitäten auf möglichst einfache Weise durch eine objektive Messung ersetzt werden. Zweitens sollen auch größere Oberflächen untersucht werden können als die Verwendung des Wollaston-Prismas bisher zuließ.

Beim Ingersoll-Glanzmesser wird als nachteilig empfunden, daß der Intensitätsvergleich der beiden aus dem Wollaston-Prisma austretenden Lichtanteile hinter dem Analysator nach Augenschein vorgenommen werden muß. Dadurch wird die Messung ungenau und zeitraubend. Nun sind zwar mit Photozelle und nachgeschalteter Verstärker- und Anzeigeeinrichtung an sich Mittel bekannt, die einen selbsttätigen Vergleich von Lichtintensitäten gestatten, ihre Anwendung beim Ingersoll-Gerät ist jedoch ohne einen unvertretbar großen Aufwand nicht möglich.

Dieser Aufwand würde vor allem dadurch bedingt, daß das verwendete Wollaston-Prisma die beiden senkrecht zueinander polarisierten Anteile des zu analysierenden Lichtstrahls in Form zweier unter einem Winkel räumlich auseinanderlaufender, konstanter Teilstrahlen liefert. Wollte man die beiden Anteile also nach Durchgang durch einen Analysator zwecks Intensitätsvergleichs auf eine Photokathode od. dgl.

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geben, so wären sowohl Mittel vorzusehen, die die Wenn jedoch lichtundurchlässige Zwischenstücke an Teilstrahlen wechselweise unterbrechen, als auch den Verbindungsstellen vorgesehen sind, so enthält Mittel, die sie auf die Photokathode umlenken. Der der Ausgangsstrom zwar eine Komponente infolge Aufwand wäre beträchtlich; außerdem würde die Meß- dieser Zwischenstücke; diese Komponente liegt mit genatiigfceit unter diesen Maßnahmen leiden. Eine 5 ihrer Frequenz aber doppelt so hoch wie die Grundandere Möglichkeit könnte in der Anbringung von frequenz, die dem pulsierenden Strahl entspricht, und zwei Photozellen gesehen werden. In diesem Fall da sie in der Form einer eindeutig bestimmbaren würde ein entsprechender, unangemessener Aufwand Schwingung von anderer Frequenz als der allein interatif der photoelektrischen und elektrischen Seite ge- essierenden Signalfrequenz vorliegt, kann sie mittels trieben werden müssen. io einer elektrischen Siebschaltung entfernt werden.

Das hier zutage liegende Problem wird erfindungs- Die Beseitigung dieser Komponente wird erleichtert,

gemäß dadurch gelöst, daß die beiden, senkrecht zuein- wenn sich ihre Frequenz deutlich von der Grundander polarisierten Anteile nicht mehr räumlich ge- frequenz abhebt. Daher ist es empfehlenswert, eine trennt in Form zweier auseinanderlaufender Teil- weitere Anzahl von lichtundurchlässigen Zwischenstrahlen, sondern zeitlich getrennt innerhalb eines 15 stücken gleichen Abstandes auf jedem Polarisationseinzigen Strahles entstehen. Es genügt dann eine ein- element vorzusehen, wodurch die Frequenz der gezige Photozelle am Ende des Strahlenganges, um die nannten Komponente zu einer höheren Harmonisehen zu analysierenden Intensitätsunterschiede in Gestalt verschoben wird. Es hat sich z. B. herausgestellt, daß impulsartiger Intensitätsschwankungen aufzunehmen zwei weitere Streifen lichtdurchlässigen Materials, die und der Verstärkung und Anzeige zuzuführen. Weitere 20 die sechste Oberwelle ergeben, ausreichend sind. Diese Hilfsmittel wie Unterbrecher, Umlenkmittel usw. Oberwelle kann mittels eines schmalbandigen Bandwerden nicht mehr benötigt. filters entfernt werden, das auf die Grundfrequenz ab-

Erfindungsgemäß werden, um die erwähnten senk- gestimmt ist und diese in Form einer Sinuswelle allein recht zueinander polarisierten Anteile des vom Prüf- durchläßt. Die Sinuswelle schrumpft zu einer geraden ling reflektierten Lichts in periodischem Wechsel 35 Linie zusammen, wenn der Analysator so eingestellt innerhalb eines einzigen Strahles zu erhalten, Polari- wird, daß der Lichtstrahl nicht mehr pulsiert,
sationselemente mit zueinander senkrecht stehenden Da die Erfindung das Wollaston-Prisma nicht mehr

Polarisationsachsen abwechselnd in den vom Prüfling enthält, entfällt die Beschränkung auf kleine Oberreflektierten Lichtstrahl eingebracht. Diese Polari- flächen in der Anwendung des Glanzmessers. Damit sationselemente können zu einem endlosen Band etwa 30 ist das eingangs erwähnte zweite Ziel der Erfindung in Gestalt einer rotierenden Trommel aneinander- ohne weiteren Aufwand zusätzlich zum ersten erreicht, gereiht sein. Eine solche Aneinanderreihung ist von Lichtempfindliche Mittel am Ende des Strahlen-

einem Vergleichsphotometer her an sich bekannt und gangs und ein davorgeschalteter Analysator, dessen wird von der Erfindung vorzugsweise angewendet. Funktion vom Ingersoll-Glanzmesser her bekannt ist, Weitergehende Parallelen zwischen dem bekannten 35 ergänzen das erfindungsgemäße Gerät, sind aber an Photomeier und der Erfindung bestehen aber nicht, da · sich nicht Teil der Erfindung.

das vom Prüfling reflektierte Licht bei dem Photo- Der Analysator kann eine Platte sein, die so ein-

meter stest nur Polarisationselemente mit gleich- gerichtet ist, daß sie räumlich verschoben werden kann, gerichteter Polarisationsachse durchsetzt. Die anderen _z. B. durch Drehung um eine Achse, um auf diese Polarisationselemente sind dort dem vom Vergleichs- 40 Weise die Neigung ihrer Polarisationseinrichtung normal reflektiertem Licht vorbehalten. Die für die relativ zum pulsierenden Strahl verändern zu können. Erfindung wesentliche Wirkung ergibt sich aber gerade Die lichtempfindlichen Mittel bestehen vorzugsweise

daraus, daß das vom Prüfling reflektierte Licht ab- aus einer photoelektrischen Zelle, die hinter dem Anawechselnd in verschiedener Richtung polarisiert wird. lysator angeordnet ist. Der pulsierende Ausgangsstrom

Es ist für die Erfindung zwar meistens vorteilhaft, 45 der Zelle wird durch einen Wechselstromverstärker aber nicht unbedingt notwendig, eine ganze Reihe von geschickt, gleichgerichtet und dann auf ein passendes Polarisationselementen zu verwenden und sie in der Anzeigeinstrument gegeben.

erwähnten, an sich bekannten Weise auf einem end- Die Erfindung wird an Hand eines Beispiels unter

losen, in sich zurücklaufenden Band anzuordnen. Es Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Bei genügen auch zwei Polarisationselemente mit zu- 50 der Zeichnung handelt es sich lediglich um eine einander senkrecht stehenden Polarisationsachsen. In schematische Darstellung einer Ausführungsform der diesem Falle sollten Mittel vorgesehen sein, die diese Erfindung.

Elemente schwingend durch den Strahlengang des Gemäß der Zeichnung wird ein Lichtstrahl 1 von

vom Prüfling reflektierten Lichts zu bewegen gestatten, einer Glühfadenlampe 2 über eine Linse 3 und eine und zwar mit einer gegenseitigen Phasenverschiebung. 55 Blende 4 auf ein Blatt Papier 5 geworfen, dessen Glanz

Bei der bevorzugten Anordnung der Polarisations- bestimmt werden soll. Der Einfallswinkel des elemente auf einer rotierenden Trommel erwies es sich Strahles 1 auf das Blatt Papier 5 ist beispielsweise als ratsam, an der Verbindungsstelle zwischen je zwei 57V2°, obgleich andere Einfallswinkel, falls gewünscht, benachbarten Polarisationselementen lichtundurch- verwendet werden können. Vorzugsweise läßt man den lässige Zwischenstücke vorzusehen. Wenn keine der- 60 Strahl 1 auf dem Blatt Papier eine Fläche von unartigen Zwischenstücke angebracht sind und man den gefähr 6,5 cm² beleuchten. Das Blatt Papier wirft Ausgangsstrom der photoelektrischen Zelle auf einen einen reflektierenden Strahl 1' über eine Blende 6 auf Oszillographen gibt, so sieht man, daß die Ver- eine Polarisationstrommel. Die zylindrische Wand bindungsstellen Störungen von beträchtlicher Größe dieser Trommel 7 ist abwechselnd aus den Polariverursachen: auch wenn nämlich der Analysator so 65 sationselementen 8 und 9 zusammengesetzt. Die Polarit'ingestellt wird, daß die Schwankungen der Licht- sationsachsen der Elemente 8 liegen in einem rechten .strahlintensität an sich verschwinden, so wird trotz- Winkel zu denen der Elemente9; d.h. die Polaridem der Ausgangsstrom der photoelektrischen Zelle sationsachsen, z. B. der Elemente 8 liegen in Richtung nicht konstant sein, da er eine Komponente enthält, des Umfangs derTrommel, während diePolarisationsdio auf die Verbindungsstücke zurückzuführen ist. 70 achsen der Elemente 9 axial verlaufen.

Die Trommel f kann aus zwei konzentrischen Zylindern von nicht polarisierendem durchsichtigen Material bestehen, zwischen die die Elemente 8 und 9 eingelegt sind. Die Zylinder können aus einem Kunststoff auf Akrylsäurebasis gemacht sein, wie er z. B. unter S dem eingetragenen Warenzeichen »Perspex« im Handel ist. Die Polarisationselemente können beispielsweise aus einem plastischen, durchsichtigen Material mit Polarisationseigenschaften hergestellt werden, das in Plattenform im Handel ist.

Die Trommel 7 ist um eine Achse drehbar angeordnet und mit einem Motor 10 verbunden, der sie antreibt. Es darf angenommen werden, daß der polarisierte Strahl 1' sowohl spiegelnd reflektiertes als auch diffus reflektiertes Licht enthält. Das spiegelnd reftektierte Licht ist teilweise in einer zu dem Blatt Papier 5 parallelen Richtung polarisiert. Aus diesem Grunde wird bei Drehung der Trommel die Intensität des durchtretenden Lichtes schwanken, da nämlich das durch die Elemente 8 mit ihren parallel zum spiegelnd ao reflektierten Licht verlaufenden Polarisationsachsen hindurchgehende Licht beide Komponenten, d. h. spiegelnd und diffus reflektiertes Licht enthält, während das Licht, das die Elemente 9 durchsetzt, diffus reflektiertes Licht allein enthält.

Der pulsierende Lichtstrahl wird durch den Analysator 11 geschickt, der als Scheibe ausgebildet ist, die winkelmäßig um eine zum pulsierenden Strahl parallele Achse einstellbar ist. In der Zeichnung ist der Analysator in der Weise dargestellt, daß er mittels einer Spindel 12, die eine in Graden geeichte Skala trägt, welche mit Hilfe eines feststehenden Zeigers 13' abgelesen wird, um seine Achse gedreht werden kann. Die Spindel wird über einen Schneckenantrieb (nicht dargestellt) vorzugsweise von Hand gedreht. Da die Skala 13 fest mit dem Analysator verbunden ist, beeinträchtigt ein eventuell vorhandener toter Gang im Schneckentrieb nicht die Skalenablesung.

Das Licht, das den Analysator durchsetzt hat, wird auf die Photokathode 14 einer photoelektrischen Zelle 15 gelenkt, deren Ausgangstrom durch einen dreistufigen frequenzelektiven Wechselstromverstärker (nicht gezeigt) geschickt wird. Die Ausgangsleistung des Verstärkers wird gleichgerichtet und auf ein passendes Anzeigeinstrument gegeben.

Im Betrieb legt man das Blatt Papier in seine richtige Lage und dreht den Analysator so lange, bis der Wechselstrom, der am Ausgang der photoelektrischen Zelle vorhanden ist, ein Minimum wird. Die Ablesung, die auf der Skala 13 erscheint, ist dann ein Maß für den Glanz des untersuchten Papiers.

Es hat sich herausgestellt, daß die Ausmaße der Polarisationstrommel die von der Meßeinrichtung gegebene Anzeige kaum beeinflussen.

Die Meßeinrichtung kann auf Grund der Annahme geeicht werden, daß 100% an diffusem Licht einer Papierprobe vom Glänze Null entspricht. Wenn man diese Annahme macht, dann wird der Strahl bei einer Papierprobe vom Glänze Null dann nicht mehr pulsieren, wenn der Analysator auf einen Winkel von 45° gegenüber jedem der beiden Elemente 8 und 9 eingestellt ist. Das Ingersoll-Glarimeter hat seine Nullstellung, wenn der Analysator unter 60'° zur Polarisationsrichtung des spiegelnd reflektierten Lichtes liegt. Die Ablesungen, die auf der erfindungsgemäßen Einrichtung gemacht werden, können also durch Hinzufügen von 15 Graden in Ingersoll-Grade umgerechnet werden. Die Skala kann auch so eingerichtet sein, daß die Ablesung bei geeigneter Nulleinstellung direkt in Ingersoll-Graden erfolgt.

Wenn man den Nullpünktfehler der erfindungsgemäßen Einrichtung absehätzen will, so legt man ein Blatt Papier ein, dann sollte der Wechselstrom am Ausgang der photoelektrischen Zelle an zwei Punkten ein Minimum sein, von denen der eine einer Stellung des Analysators zwischen 0 und 45° entspricht und der andere einer Stellung zwischen 45' und 90°, wobei diese beiden Einstellungen hinsichtlieh der 45°-Lage symmetrisch sind. Mithin erhält man aus diesen beiden Ablesungen, indem man aus ihnen den arithmetischen Mittelwert bildet,, die wahre 45^Q-Stetlung. Auf diese Weise ergibt sich der Nullpunktfehler der Einrichtung als Differenz zwischen der wahren und der auf der Skala angezeigten 45°-Stellung.

Ein Hilfsmotor, der von der photoelektrisehen Zelle gesteuert wird, könnte, wenn es wünschenswert erscheint, dazu benutzt werden, den Analysator selbsttätig zu drehen, wobei die Drehhung dann angehalten würde, wenn die zwei Komponenten, die aus dem Analysator austreten, von gleicher Intensität sind. Auf diese Weise kann eine Ablesung zur Glanzwertbestimmung automatisch erhalten werden. Es können Mittel, vorgesehen sein, die diese Ablesung selbsttätig auf einen Papierstreifen aufdrucken. Die erfindungsgemäße Einrichtung kann auch gegebenenfalls so eingerichtet sein, daß sie eine fortlaufende Glanzwertanzeige gestattet, während gleichzeitig die Produktion des zu prüfenden Papiers fortschreitet.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Messen des Glanzes einer Oberfläche mit polarimetrischem Intensitätsvergleich des von der Oberfläche regulär und diffus reflektierten Lichtes unter Verwendung von Polarisationsmitteln, die das von der Oberfläche reflektierte Licht in zwei zueinander senkrecht polarisierte Anteile zerlegen, sowie eines Analysators, mit dem diese beiden Anteile auf Intensitätsgleichheit eingestellt werden können, wobei die zur Intensitätsgleichheit erforderliche Verstellung des Analysators ein Maß ist für den zu messenden Glanz, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationsmittel aus Polarisationselementen mit zueinander senkrecht stehenden Polarisationsachsen bestehen, die abwechselnd durch geeignete Mittel in den von der zu messenden Oberfläche (Prüfling) reflektierten Lichtstrahl eingebracht werden, so daß die Zerlegung des reflektierten Lichts in zwei senkrecht zueinander polarisierte Anteile darin besteht, daß der vom Prüfling reflektierte Strahl in sich abwechselnd und in periodisch wiederkehrender Folge nach der einen bzw. der anderen Richtung polarisiert ist und entsprechend des unterschiedlichen Gehalts der beiden Anteile an regulär reflektiertem Licht eine zeitliche Intensitätsschwankung aufweist, die mit dem Wechsel der Polarisationsrichtung der Polarisationsmittel einhergeht, ferner dadurch, daß sich der erwähnte Analysator im Strahlengang des auf diese Weise modulierten Strahles befindet und bei geeigneter Verstellung die Intensitätsschwankungen desselben zum Verschwinden bringt, und schließlich dadurch, daß hinter dem Analysator zur selbsttätigen Anzeige der erreichten Intensitätsgleichheit eine an sich sowie zur Aufnahme von Lichtintensitätsschwankungen bekannte lichtempfindliche Einrichtung angeordnet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Polarisationselemente vor-

gesehen sind sowie Mittel, die dieses Polarisationselemente oszillierend durch den vom Prüfling reflektierten Strahl bewegen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine an sich bekannte, fortlaufend in sich zurückkehrende Reihe von Polarisationselementen, von denen zwei jeweils benachbarte in den besagten unterschiedlichen Richtungen polarisiert sind, und durch Mittel, die diese Reihe von Polarisationselementen stetig durch den vom Prüfling reflek- tierten Lichtstrahl hindurchlaufen lassen.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß lichtundurchlässige Zwischenstücke zwischen benachbarten Polarisationselementen angeordnet sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl weiterer licht-

undurchlässiger Zwischenstücke auf jedem Polarisationselement vorgesehen ist und diese Zwischenstücke untereinander und mit den zwischen je zwei benachbarten Polarisationselementen angeordneten Zwischenstücken in fortlaufend gleichem Abstande liegen.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die fortlaufend in sich selbst zurückkehrende Reihe von Polarisationselementen zwischen zwei konzentrische Zylinder aus nicht polarisierendem durchsichtigem Werkstoff eingelegt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 698 340, 658 025;
britische Patentschrift Nr. 456 286;
USA.-Patentschrift Nr. 2 450 761.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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