DE112017003510T5 - Messverfahren, Messanordnung und Messvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Messverfahren, eine Messanordnung und eine Messvorrichtung. In der offenbarten Lösung wird eine Silikon-beschichtete Schicht (1) mit einer Lichtquelle (2) beleuchtet. Unter Verwendung einer bildgebenden Messvorrichtung (4) wird ein Bild der Silikon-beschichteten Schicht (1) erzeugt. Die Silikonbedeckung der Silikonbeschichtung wird anhand des durch die Bildgebung beobachteten Bildes analysiert.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Messverfahren, eine Messanordnung und eine Messvorrichtung.
  • So wird beispielsweise bei der Herstellung von selbstklebendem Etikettenlaminat die Trennschicht mit Silikon beschichtet. Silikon dient dazu, die Abtrennung des selbstklebenden Etiketts von der Trennschicht zu gewährleisten, d.h. die Trennkraft muss auf dem endgültigen Verwendungszweck des selbstklebenden Etikettenlaminats abgestimmt sein. Andererseits ist Silikon ein relativ teures Material, daher ist es das Ziel, so wenig wie möglich davon auf der Trennschicht zu verwenden.
  • Beispielsweise ist es mit Messmethoden, die auf Infrarotspektroskopie oder Röntgenfluoreszenzspektroskopie basieren, möglich, die Silikonmenge auf der Trennschicht ziemlich genau zu messen. Die Silikonmenge korreliert jedoch nicht in allen Fällen genau genug mit der Trennkraft. Daher ist es neben der Messung der Silikonmenge notwendig, die Silikonbedeckung zu bestimmen. Die Silikonbedeckung wird durch einen sogenannten Farbstoff-Färbetest bestimmt. Bei einem Farbstoff-Färbetest wird ein Färbemittel für eine bestimmte Zeit auf eine Silikon-beschichtete Trennschicht gesprüht. Nach dem Entfernen des Färbemittels wird das Eindringen des Färbemittels in die Trennschicht gemessen, indem der Farbunterschied zwischen einem gefärbten und ungefärbten Produkt beobachtet wird.
  • Der Farbstoff-Färbetest muss als Labormessung durchgeführt werden, was oft zu einer sehr langen Verzögerung im Hinblick auf die Produktionsprozesskontrolle führt und nur einen kleinen Teil des hergestellten Produkts umfasst. Ein Farbstoff-Färbetest ist auch ziemlich mühsam, umständlich und langsam. Daher besteht der Bedarf an einer verbesserten Messlösung zur Bestimmung der Silikonbedeckung.
  • Kurze Beschreibung der Erfindung
  • Die Lösung gemäß der Erfindung ist durch das gekennzeichnet, was in den unabhängigen Ansprüchen offenbart wird. Einige Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.
  • In der offenbarten Lösung wird eine Silikon-beschichtete Schicht mit einer Lichtquelle beleuchtet. Darüber hinaus wird mit Hilfe der Bildgebung (Imaging) in der Silikon-beschichteten Schicht das von der Lichtquelle stammende Licht beobachtet, das durch spiegelnde Reflexion reflektiert wird. Ausgehend von dem durch die Bildgebung beobachteten Bild wird die Bedeckung der Silikonbeschichtung analysiert. Dadurch kann die Silikonbedeckung auf einfache, schnelle und zuverlässige Weise gemessen werden. Das Messergebnis kann beispielsweise zur Optimierung der Silikonmenge verwendet werden, wobei dann beispielsweise auf einer Trennschicht so wenig Silikon wie möglich angeordnet wird, andererseits aber so viel, dass die Silikonbedeckung ausreichend gut ist und die gewünschte Trennkraft erreicht wird.
  • Die Idee einer Ausführungsform ist, dass bei der Analyse Poren und/oder Hohlräume in der Silikonbeschichtung im Bild detektiert werden, und basierend auf der Anzahl der Poren und/oder Hohlräume, deren Größenverteilung, dem Anteil des Oberflächenbereichs oder einer anderen ähnlichen Eigenschaft die Silikonbedeckung bestimmt wird. Eine solche Lösung entspricht ziemlich gut dem Endergebnis des vorstehend beschriebenen Farbstoff-Färbetest, wobei diese Lösung leicht an die Anwendung anpassbar ist und ihre Zuverlässigkeit leicht nachgewiesen werden kann.
  • Kurzbeschreibung der Zahlen
  • Die Erfindung ist in den beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, in denen die
    • 1 eine schematische Seitenansicht der Messanordnung ist,
    • 2 ein Bild einer spiegelnden Oberfläche eines silikonisierten Papiers ist, und
    • 3 ein Bild einer spiegelnden Oberfläche einer silikonisierten Kunststofffolie ist.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • 1 zeigtplat eine Silikon-beschichtete Schicht 1, die durch Bildgebung beobachtet wird.
  • Die Schicht 1 kann ein mit Silikon beschichtetes Trennpapier oder ein anderes Silikon-beschichtetes Papier sein. Weiterhin kann die Schicht 1 eine Silikon-beschichtete Trennschicht aus Kunststoff sein. Eine solche Trennschicht kann aus Polyethylenterephthalat, PET, hergestellt sein. Die Schicht 1 kann während der Messung stationär sein. Die Schicht 1 kann beispielsweise eine Folie oder ein Stück Silikon-beschichtete Bahn sein. In diesem Fall kann die Messung beispielsweise in einem Messlabor durchgeführt werden. Weiterhin kann die Schicht 1 eine bewegliche Bahn sein, wobei die Messung in diesem Fall als Online-Messung durchgeführt wird. In diesem Fall wird die Messanordnung in Verbindung mit einer silikonisierenden Selbstklebeetikett-Laminatmaschine, einer speziellen silikonisierenden Beschichtungsmaschine oder einer Papiermaschinenbeschichtung mit Silikon angeordnet, um die Eigenschaften einer laufenden Bahn zu messen.
  • Die Messanordnung beinhaltet eine Lichtquelle 2. Die Lichtquelle 2 ist angepasst, um einen Lichtstrahl bei dem Winkel α in Bezug auf die Normale der Schicht 1 zu erzeugen. Die Lichtquelle 2 kann beispielsweise sichtbares Licht im Bereich von 400 nm bis 750 nm erzeugen. Die Lichtquelle kann auch Licht bei Wellenlängen außerhalb des sichtbaren Lichts erzeugen, wie etwa im Ultraviolettbereich oder im Infrarotbereich. Die Lichtquelle 2 kann eine oder mehrere Glühlampen, Halogenlampen, Gasentladungslampen, LED (Light Emitting Diode), Laser oder eine Kombination der vorgenannten oder dergleichen umfassen.
  • Die Wellenlänge der Lichtquelle 2 ist bevorzugt an den Empfindlichkeitsbereich der bildgebenden Messvorrichtung 4 angepasst. Weiterhin kann die Lichtquelle 2 kollimiert werden. Die Lichtquelle 2 kann eine diffuse Oberfläche sein, die als spiegelnde Reflexion durch eine glänzende Oberfläche abgebildet wird. Die von der Lichtquelle 2 erzeugte Beleuchtung kann kontinuierlich oder gepulst sein. Die kontinuierliche Beleuchtung eignet sich gut für den Einsatz in Labormessungen, während die gepulste Beleuchtung insbesondere bei Online-Messungen eingesetzt werden kann.
  • Die Messanordnung beinhaltet weiterhin eine bildgebende Messvorrichtung 4. Die bildgebende Messvorrichtung 4 ist so angeordnet, dass sie durch Bildgebung einen Lichtstrahl 3 beobachtet, der von einem Ziel durch spiegelnde Reflexion reflektiert wird, und somit ein gespiegeltes Bild des Ziels erzeugt. Die bildgebende Messvorrichtung 4 ist bei dem Winkel β in Bezug auf die Normale der zu beobachtenden Schicht 1 angeordnet. Da die bildgebende Messvorrichtung 4 angeordnet ist, um Licht zu beobachten, das als spiegelnde Reflexion reflektiert wird, sind die Winkel α und β im Wesentlichen gleich. Die Größe der Winkel α und β kann beispielsweise im Bereich 10° - 80° liegen.
  • Die bildgebende Messvorrichtung 4 kann eine Kamera sein, wie etwa eine CMOS-Kamera oder eine CCD-Kamera. Die Kameraoptik ist so angepasst, dass auf der Oberfläche der 2D-Zelle der Kamera bei der Aufnahme bei dem gewünschten Winkel β ein ausreichender Tiefenschärfebereich mit der erforderlichen Auflösung erreicht wird.
  • Die bildgebende Messvorrichtung 4 erzeugt ein Bild in der gewünschten Größe von der Oberfläche der Schicht 1. Die Größe des Bildes kann beispielsweise 10 mm mal 10 mm betragen.
  • Die Messanordnung beinhaltet weiterhin eine Verarbeitungseinheit 5. Die Verarbeitungseinheit 5 kann ein Teil der bildgebenden Messvorrichtung 4 oder eine separate Einheit sein. Die Verarbeitungseinheit 5 kann ein Computer sein. Die Verarbeitungseinheit 5 kann mindestens einen Prozessor, einen Speicher und mindestens ein geeignetes Computerprogramm zur Ausführung der einen oder mehreren in Verbindung mit dieser Beschreibung offenbarten Funktionen umfassen. Die Verarbeitungseinheit 5 ist angepasst, um das von der bildgebenden Messvorrichtung erzeugte Bild zu analysieren. Die Verarbeitungseinheit 5 ist angepasst, um die Silikonbedeckung aus dem durch die Bildgebung beobachteten Bild zu analysieren.
  • Die Verarbeitungseinheit 5 kann angepasst sein, um Poren und/oder Hohlräume in der Silikonbeschichtung aus dem Bild zu erkennen. Ein Hohlraum in der Silikonbeschichtung kann beispielsweise ein nicht silikonisierter Bereich auf der Oberfläche der Schicht 1 sein. Ein Hohlraum oder eine Pore in der Silikonbeschichtung kann beispielsweise durch eine Luftblase in der Beschichtungspaste verursacht werden. Eine Pore und/oder ein Hohlraum kann beispielsweise definiert werden als die Punkte, die ein Intensitätsniveau unterhalb eines bestimmten Schwellenwerts aufweisen. Darüber hinaus kann zur Definition einer Pore und/oder eines Hohlraums eine geringe Intensität in einem bestimmten Bereich verwendet werden. Die Verarbeitungseinheit 5 ist beispielsweise in der Lage, die Anzahl der Poren und/oder Hohlräume in einer bestimmten Oberfläche zu definieren. Andererseits kann die Größe und Größenverteilung von Poren und/oder Hohlräumen bestimmt werden. Weiterhin kann der Anteil der Poren und/oder Hohlräume in einem Oberflächenbereich bestimmt werden.
  • Die Verarbeitungseinheit 5 kann angepasst sein, um auch die Silikonbedeckung und/oder -ebenheit aus dem Bild zu analysieren, so dass die Verarbeitungseinheit 5 die Spektralleistung der Maschinenrichtung/Quermaschinenrichtung (MD/CD-Richtungen) bei den ausgewählten Wellenlängen bestimmt. Weiterhin kann die Verarbeitungseinheit 5 die Standardabweichung der MD/CD-Richtungen bei den ausgewählten Wellenlängen bestimmen. Weiterhin kann die Verarbeitungseinheit angepasst sein, um die Silikonbedeckung aus dem Bild zu analysieren, indem ein anderes Bildanalyseverfahren verwendet und ein anderer statistischer Parameter angewendet wird.
  • Die Messvorrichtung und die Messanordnung können weiterhin noch einen Polarisator 6a zwischen der Lichtquelle und der Schicht 1 und/oder einen Polarisator 6b zwischen der Schicht 1 und der Bildmessvorrichtung 4 aufweisen. Die Polarisatoren 6a und 6b können beispielsweise horizontale Polarisatoren sein. Ein horizontaler Polarisator hebt die spiegelnde Reflexion einer Oberfläche hervor. Durch die Änderung der Polarisationswinkel kann das Verhältnis oder die spiegelnde Komponente variiert werden, was eine Änderung des Verhältnisses zwischen einer spiegelnden Reflexion und einer diffusen Reflexion ermöglicht.
  • 2 ist ein Bild einer spiegelnden Oberfläche eines silikonisierten Papiers. Das Bezugszeichen 7 in 2 veranschaulicht einige Poren in der Silikonbeschichtung. Durch einen Farbstoff-Färbetest, bei dem ein Färbemittel für eine bestimmte Zeit auf eine silikonisierte Trennschicht gesprüht wird und nach dem Entfernen des Färbemittels das Eindringen des Färbemittels in die Trennschicht beispielsweise durch Messen der Farbdifferenz zwischen einem gefärbten und ungefärbten Produkt beobachtet wird, wird ein entsprechendes Ergebnis wie in 2 gezeigt erreicht. Daher kann die offenbarte Messlösung so eingestellt werden, dass sie mit dem Farbstoff-Färbetest recht gut korreliert. Auf diese Weise kann die Silikonbedeckung ähnlich wie bei einem Farbstoff-Färbetest bestimmt werden, und die Trennkraft kann weiterhin bestimmt werden. So können mit der offenbarten Messlösung ähnliche Informationen über die Trennkraft wie aus dem umständlichen und langwierigen Farbstoff-Färbetest gewonnen werden. Die offenbarte Messlösung liefert daher schneller Informationen über die Qualität des Produkts, so dass erforderliche Reparaturmaßnahmen schneller umgesetzt werden können.
  • Die Messung der Silikonbedeckung kann auch an einer Produktionsmaschine online durchgeführt werden, so dass eine direkte Rückmeldung zur Einstellung der Silikonmenge möglich ist. Das Messergebnis der Silikonbedeckung kann zur Bestimmung des Sollwerts des Reglers der Silikonmenge verwendet werden.
  • Die Online-Messung kann entweder von einem festen Punkt in Bezug auf die Querrichtung der Produktionsmaschine oder als konventionelle Traversierungsmessung durchgeführt werden. Die Traversierungsmessung ermöglicht es, aus den berechneten Variablen sowohl einen Maschinenrichtung-(MD)-Trend als auch ein Quermaschinenrichtung-(CD)-Profil zu erzeugen.
  • Die zu detektierenden Poren und/oder Hohlräume sind typischerweise einige zehn Mikrometer groß. Wenn also beispielsweise die Auflösung einer bildgebenden Messung in der Größenordnung von 5 µm liegt, kann eher ein gutes Endergebnis erzielt werden.
  • Handelt es sich bei der Schicht 1 um eine laufende Bahn, kann die Lichtquelle 2 und/oder die bildgebende Messvorrichtung 4 beispielsweise mit den in der Veröffentlichung WO 2014/068188 offenbarten Technologien gesteuert werden. Auf diese Weise werden auch von einer laufenden Bahn ausreichend scharfe Bilder erhalten. Es ist beispielsweise anzumerken, dass, wenn die Bahn mit einer Geschwindigkeit von 15 m/s, also 900 m/min, läuft und eine Bildauflösung in der Größenordnung von 10 µm gewünscht ist, die Dauer der Beleuchtung/Detektion in der Größenordnung von 1 µs liegen muss, um ein ausreichend scharfes Bild von der laufenden Bahn zu erhalten.
  • 3 zeigt eine spiegelnde Reflexion einer Silikon-beschichteten PET-Folie, deren Bildgebung mit dem oben beschriebenen Verfahren erfolgte. Ein entsprechendes Farbbild würde die Variation der Silikonschichtdicke als lokale Farbdifferenz basierend auf dem an sich bekannten Interferenzphänomen zeigen. Das Bezugszeichen 8 in 3 veranschaulicht die Unebenheiten der Silikonoberfläche.
  • Die Ebenheit der Silikonoberfläche kann durch die Eigenschaften der Beschichtung, die Eigenschaften des Trocknungs-/Härtungsprozesses, die Oberflächenenergie der PET-Folie oder die Ebenheit der Oberfläche der PET-Folie beeinflusst werden. Ebenso kann die Ebenheit der Silikonoberfläche durch die Eigenschaften des Silikons und der reagierenden Substanzen und/oder deren Menge beeinflusst werden.
  • So können auf der Grundlage eines Interferenzbildes die Dicke der Silikonschicht, die Ebenheit der Silikonschicht und die Ebenheit der Oberfläche der PET-Folie bestimmt werden. Die Oberflächenstruktur einer rein silikonfreien PET-Folie zeigt beispielsweise kein entsprechendes von der Oberfläche der silikonfreien PET-Folie erfasstes Interferenzmuster, da das in diesem Zusammenhang genannte Interferenzmuster aus einer Silikonschicht mit einer Dicke in der Größenordnung von 0,1 bis 1 µm gebildet wird.
  • Wird die Rauheit der Silikonoberfläche durch die Oberflächenenergie der PET-Folie verursacht, kann die Oberfläche beispielsweise durch Koronabehandlung modifiziert werden. In diesem Fall kann die Koronabehandlung auf der Grundlage des Interferenzmusters gesteuert werden.
  • Der Kontrast des Interferenzmusters kann unter Laborbedingungen verbessert werden, indem beispielsweise die Rückseite der PET-Folie schwarz lackiert wird, wodurch die Grenzflächenreflexion von der unbeschichteten Seite entfernt wird.
  • Eine der in dieser Beschreibung offenbarten Messanordnung entsprechende Messanordnung kann in Verbindung mit einer anderen beschichteten Schicht als einer Silikon-beschichteten Schicht angewendet werden. Die Bedeckung einer anderen Beschichtung als einer Silikonbeschichtung kann somit gemessen werden. Das Ziel der Anwendung kann daher beispielsweise die Bestimmung der Bedeckung einer Kunststoffbeschichtung von Kunststoff-beschichtetem Papier oder Karton sein. Die Kunststoffbeschichtung kann beispielsweise Polyethylen sein. Darüber hinaus kann die Beschichtung Lack, Wachs oder ähnliches ein. So kann die beschichtete Schicht beispielsweise ein Wachs-beschichteter Fotokarton oder Lack-beschichtete Drucksachen sein.
  • Für einen Fachmann ist es selbstverständlich, dass die Grundidee der Erfindung im Zuge des technischen Fortschritts auf vielfältige Weise umgesetzt werden kann. Die Erfindung und ihre Ausführungsformen sind daher nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern können im Rahmen der Ansprüche variieren.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2014/068188 [0024]

Claims (10)

  1. Messverfahren, wobei in dem Messverfahren: eine Silikon-beschichtete Schicht mit einer Lichtquelle beleuchtet wird, das von der Lichtquelle stammende und durch spiegelnde Reflexion von der Silikon-beschichteten Schicht reflektierte Licht durch Bildgebung beobachtet wird, so dass ein Bild von der Oberfläche der Silikon-beschichteten Schicht erzeugt wird, die Silikonbedeckung anhand des durch die Bildgebung beobachteten Bildes analysiert wird, und in der Analysephase Poren und/oder Hohlräume im Bild detektiert werden und die Silikonbedeckung auf der Grundlage der detektierten Poren und/oder Hohlräume analysiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Silikon-beschichtete Schicht eine laufende Bahn ist.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Silikon-beschichtete Schicht ein Silikon-beschichtetes Papier ist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Trennkraft auf der Grundlage der Silikonbedeckung bestimmt wird.
  5. Messanordnung, wobei die Messanordnung beinhaltet: eine Silikon-beschichtete Schicht, eine Lichtquelle zum Ausrichten eines Lichtstrahls auf die Oberfläche der Silikon-beschichteten Schicht in einem gewünschten Winkel, eine bildgebende Messvorrichtung, die angepasst ist, um ein Bild der spiegelnden Reflexionsoberfläche der Silikon-beschichteten Schicht zu erzeugen, und eine Verarbeitungseinheit, die angepasst ist, um die Silikonbedeckung aus dem Bild zu analysieren, wobei die Verarbeitungseinheit angepasst ist, um Poren und/oder Hohlräume in der Silikonbeschichtung aus dem Bild zu detektieren und die Silikonbedeckung auf der Grundlage der detektierten Poren und/oder Hohlräume zu analysieren.
  6. Anordnung nach Anspruch 5, wobei die Silikon-beschichtete Schicht eine laufende Bahn ist.
  7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Silikon-beschichtete Schicht ein Silikon-beschichtetes Papier ist.
  8. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Verarbeitungseinheit angepasst ist, um die Trennkraft auf der Grundlage der Silikonbedeckung der Silikonbeschichtung zu bestimmen.
  9. Messvorrichtung, wobei die Messvorrichtung beinhaltet: eine Lichtquelle zum Ausrichten eines Lichtstrahls auf die Oberfläche der Silikon-beschichteten Schicht in einem gewünschten Winkel, eine bildgebende Messvorrichtung, die angepasst ist, um ein Bild der spiegelnden Reflexionsoberfläche der Silikon-beschichteten Schicht zu erzeugen, und eine Verarbeitungseinheit, die angepasst ist, um die Silikonbedeckung aus dem Bild zu analysieren, wobei die Verarbeitungseinheit angepasst ist, um Poren und/oder Hohlräume in der Silikonbeschichtung aus dem Bild zu detektieren und die Silikonbedeckung auf der Grundlage der detektierten Poren und/oder Hohlräume zu analysieren.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Verarbeitungseinheit angepasst ist, um die Trennkraft auf der Grundlage der Silikonbedeckung der Silikonbeschichtung zu bestimmen.
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