DE19725337C1 - Verfahren zur Bestimmung der Oberflächenstruktur einer Körperoberfläche - Google Patents

Verfahren zur Bestimmung der Oberflächenstruktur einer Körperoberfläche

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DE19725337C1
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Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Oberflächenstruktur einer Körperoberfläche.
STAND DER TECHNIK
Die Erfindung nach dem unabhängigen Patentanspruch 1 nimmt auf einen Stand der Technik Bezug, wie er aus der DE 34 13 558 A1 bekannt ist. Dort ist ein Verfahren zur berührungslo­ sen Ermittlung der Faserorientierung in Papier an laufenden Papierbahnen angegeben, bei dem Laserlicht in Strahlungs­ impulsen in das Papier eingestrahlt und die Lichtstärke in dem zur Einstrahlstelle benachbarten Bereich auf der Einstrahl- oder auf der Transmissionsseite an mehreren über einen Winkel von 180° um die Einstrahlstelle verteilt vorgegebenen Meßorten durch 2 Detektorpaare in vorbestimmtem Abstand zur Einstrahlstelle gemessen und die erhaltenen elektrischen Meßwerte miteinander verglichen werden. Die Einstrahlstelle ist im Durchmesser ≦ 100 µm. Fremdstrahlung wird durch Blenden oder Masken unterdrückt. In Abhängigkeit vom Mittelwert der Faserorientierung ergeben sich durch Drehen der Detektorpaare um die Einstrahlstelle elliptische Kurven bzw. Intensitätsverteilungen des detektierten Lichtes. Eine Kalibrierung der Meßergebnisse ist nicht vorgesehen.
In der DE 31 27 604 A1 wird ein Verfahren zur optischen Be­ stimmung der Oberflächenstruktur von Werkstücken vorgestellt. Hierfür wird das von einer Körperoberfläche reflektierte Licht unter einem Azimutwinkel und unter einer Vielzahl lateraler Winkel detektiert, indem die Streulicht- bzw. Reflexionslichtverteilung mit Hilfe eines drehbar gelagerten lichtablenkenden Prismas und stationärer Detektoren ausgemessen wird.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung, wie sie im Patentanspruch 1 definiert ist, löst die Aufgabe, ein Verfahren zur Bestimmung der Oberflächenstruktur einer Körperoberfläche der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß die Oberflächenstruktur an beliebigen Stellen einer bewegten Materialoberfläche bestimmt werden kann.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß Rauhigkeitsanisotropiewerte der zu untersuchenden Oberfläche schnell und einfach ermittelt werden können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die ermittelten Rauhigkeitsanisotropiewerte quasikontinuierlich mit Standards überprüft werden.
Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Faserorientierung in Papieren, welche u. a. für deren Reißfestigkeit und Bedruckbarkeit von Interesse ist. Je nach Beschaffenheit der Oberfläche dieses Papiers, wird eingestrahltes Licht unterschiedlich reflektiert und gestreut. Gemessen wird eine Oberflächenrauhigkeits- Anisotropie, die in einem direkten Zusammenhang mit der Faserorientierungs-Verteilung steht.
Fällt Licht unter einem flachen Winkel auf die Papieroberfläche, so wird ein großer Teil davon reflektiert, ein Teil im Papier absorbiert, ein Teil aus dem Papier diffus gestreut und ein kleiner Teil durchgelassen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird an der Körperoberfläche reflektiertes und gestreutes Licht erfaßt und ausgewertet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei­ spielen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Oberflächenstruktur- Meßeinrichtung in einer Vertikalschnittdarstellung,
Fig. 1a die Wechselwirkung von Licht mit einer Papieroberfläche,
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung einer Oberflächenstruktur- Meßeinrichtung in Draufsicht,
Fig. 3 eine Prinzipdarstellung einer Rauhigkeits- Anisotropiemessung an Papieroberflächen,
Fig. 4 eine Darstellung der Korrelation zwischen experimentell bestimmten und durch ein Bildverarbeitungsverfahren gewonnenen Werten der Faserorientierung in Papier,
Fig. 5 eine ellipsenförmige Kurve, gebildet aus 3 aus Meßwerten berechneten Ellipsenpunkten, zur Erläuterung der Bestimmung von Faserorientierungsverhältnis und Faserorientierungswinkel,
Fig. 6 eine Prinzipdarstellung einer Einrichtung zur Kalibrierung der Faserorientierung mittels eines Faserorientierungsstandards und einer ideal diffusen Oberfläche,
Fig. 7 und 8 Beispiele für Faserorientierungsstandards und
Fig. 9 ein Beispiel für eine ideal diffuse Oberfläche zur Verwendung in der Einrichtung zur Kalibrierung gemäß Fig. 5.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Oberflächenstruktur- Meßeinrichtung (FOS1) zur Messung der Rauhigkeitsanisotropie an einer Körperoberfläche bzw. Papierbahn (1) gemäß Fig. 3. Von einem HeNe-Laser mit einer elektrischen Leistung von 1 mW bzw, von einer Lichtquelle (S1) wird linear polarisiertes Laserlicht bzw. Einfallslicht (L1), dessen Polarisationsebene parallel zur Oberfläche der Papierbahn (1) und senkrecht zu einer Einfallsebene des Einfallslichtes (L1) orientiert ist, über eine Konkavlinse (5), ein Graufilter bzw. Dämpfungsglied (4) mit einem Lichtschwächungsfaktor von 20%, eine elliptische Lichtblende (3) und einen Spiegel bzw. Reflektor (2) unter einem Einfallswinkel (α1) im Winkelbereich von 10° -30°, vorzugsweise von 20°, auf die Papierbahn (1) geleitet. Von dort wird ein Teil des Einfallslichtes (L1) als reflektiertes Licht (L2) unter einem Azimutal- Reflexionswinkel (α2), der wenigstens annähernd gleich dem Einfallswinkel (α1) ist, über eine Konvexlinse (6), ein Graufilter bzw. Dämpfungsglied (7) und einen Analysator (8) zu einem Reflexionslichtdetektor (R1) reflektiert, der ausgangsseitig ein zur empfangenen Lichtleistung proportionales elektrisches Lichtleistungssignal (SR1) liefert. Ein anderer Teil des Einfallslichtes (L1) wird an der Oberfläche der Papierbahn (1) von Fasern (F), vgl. Fig. 3, als orthogonales Reflexionslicht (L3) unter einem Winkel von 90° zur Ebene der Papierbahn (1) über eine nicht dargestellte Linse und einen nicht dargestellten Analysator zu einem Orthogonallichtdetektor (BSV) reflektiert, der ausgangsseitig ein zur empfangenen Lichtleistung proportionales elektrisches Lichtleistungssignal (SBSV) liefert. Ein weiterer Teil des Einfallslichtes (L1) wird von der Oberfläche der Papierbahn (1) als Rückstreulicht (L4) unter einem Streulichtwinkel bzw. Rückstreuwinkel (γ1) im Winkelbereich von 10°-30°, vorzugsweise von 25°, zur Orthogonalen bezüglich der Papierbahn (1) über eine nicht dargestellte Linse und einen nicht dargestellten Analysator zu einem Rückstreulichtdetektor (BS12) zurückgestreut, der ausgangsseitig ein zur empfangenen Lichtleistung proportionales elektrisches Lichtleistungssignal (SBS12) liefert. Anstelle des Rückstreulichtdetektors (BS12) kann auch ein Streulichtdetektor (BS12') in Vorwärtsrichtung eines Streulichtes (L4') verwendet werden, wie es in Fig. 1 gestrichelt angedeutet ist. Dabei hat der Streuwinkel (-γ1) entgegengesetztes Vorzeichen.
Fig. 1a veranschaulicht die Wechselwirkung von Einfallslicht (L1) an der Papierbahn (1). Ein Teil des Einfallslichtes (L1) wird unter dem Azimutal-Reflexionswinkel (α2) reflektiert, Licht (L2), ein Teil wird orthogonal reflektiert, Reflexions­ licht (L3), ein Teil wird in der Papierbahn (1) absorbiert, ein Teil aus dem Papier (1) gestreut, Licht (L4'), und ein Teil als Transmissionslicht (L5) hindurchgelassen.
Statt nur einen Reflexionslichtdetektor (R1) in der Einfallsebene des Einfallslichtes (L1), wie in Fig. 1 dargestellt, kann die Oberflächenstruktur-Meßeinrichtung (FOSl) 2 Reflexionslichtdetektoren (R11) und (R12) aufweisen, welche bezüglich der Ebene der Papierbahn (1) in dem Azimutal-Reflexionswinkel (α2) und zusätzlich bezüglich der Einfallsebene des Einfallslichtes (L1) unter einem Lateral- Reflexionswinkel (β1) bzw. (-β1) angeordnet sind, vgl. Fig. 2. Fig. 2 zeigt in einer schematischen Draufsicht 3 gleichartige Oberflächenstruktur-Meßeinrichtungen, die in der horizontalen Ebene (Ebene der Papierbahn (1)) gegenseitig um 120° versetzt angeordnet sind. Die anderen beiden Lichtquellen sind entsprechend mit (S2) bzw. (S3) bezeichnet, die Reflexionslichtdetektoren mit (R21), (R22) bzw. (R31), (R32) und die Rückstreulichtdetektoren mit (BS22), bzw. (BS32). Der Orthogonallichtdetektor (BSV) ist allen 3 Oberflächenstruktur-Meßeinrichtungen gemeinsam.
Fig. 3 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Rauhigkeits- Anisotropiemessung an Papieroberflächen mit einer Oberflächenstruktur-Meßeinrichtung (FOS1) gemäß Fig. 1 bzw. 2, jedoch ohne Verwendung der Streulichtdetektoren (BS12), (BS12'). Die Lichtleistungssignale (SBSV) und (SR1) werden einem Rechner mit Anzeigeeinrichtung (9) zugeführt, der in Abhängigkeit von diesen Signalen elliptische Kurven 10-12 anzeigt bzw. liefert. Dabei wird die Papierbahn (1) um 360° um deren Auftreffpunkt des Einfallslichtes (L1) gedreht und in Winkelabständen von 7,5° gemessen. (H) bezeichnet die Faserhauptrichtung der Fasern (F) in der Papierbahn (1). Ist die Faserhauptrichtung (H) der Fasern (F) in der Ebene des Einfallslichtes (L1), so wird der überwiegende Teil des Einfallslichtes (L1) unter dem Azimutal-Reflexionswinkel (α2) reflektiert, vgl. Fig. 3 links unten; ist die Faserhauptrichtung (H) dagegen senkrecht zur Einfallsebene orientiert, so ist der Anteil des orthogonalen Reflexionslichtes (L3) größer als derjenige des unter dem Azimutal-Reflexionswinkel (α2) reflektierten Lichtes (L2), vgl. Fig. 3 links oben. Die elliptische Kurve (10) im rechten Teil von Fig. 3 zeigt eine 360°-Lichtintensitätskurve, gemessen mit einem Reflexionslichtdetektor (R1) für einen Azimutal-Reflexionswinkel (α2) von 20°, gemäß Fig. 1, mit einem Lateral-Reflexionswinkel β1 = 0°. Die elliptische Kurve (11) zeigt eine 360°-Lichtintensitätskurve für orthogonales Reflexionslicht (L3); gemessen mit dem Orthogonallichtdetektor (BSV) unter 90° zur Ebene der Papierbahn (1). Die elliptische Kurve (12) ergibt sich aus dem Verhältnis der Meßwerte von Kurve (10) zu denen von Kurve (11). Mit (13) bzw. (14) bezeichnete Kreise entsprechen Lichtintensitätswerten von 50% bzw. 100%.
Fig. 4 zeigt eine Darstellung der Korrelation zwischen experimentell bestimmten Werten und sog. IPST-Standardwerten der Faserorientierung in Papier mit einer Flächendichte von ca. 80 g/m2 entsprechend einem Photokopierpapier. Auf der Ordinate ist ein Verhältnis (V1) von Meßwerten von großer zu kleiner Ellipsenhalbachse angegeben und auf der Abszisse das Verhältnis (VB) von Faserorientierungsverhältnissen, die durch ein übliches Bildverarbeitungsverfahren ermittelt wurden, von großer zu kleiner Ellipsenhalbachse. Die Messungen wurden mit 3 Papierproben durchgeführt, wobei Vorder- und Hinterseite getrennt erfaßt wurden. Es wurde über je 3 Messungen gemittelt. Die eingetragenen Fehlerbalken zeigen die Standardabweichung der gemittelten Meßwerte und eine Fehlerabschätzung von 10% für die IPST-Standardwerte. Eine mit (16) bezeichnete Gerade stellt eine lineare Annäherung von Lichtintensitätsverhältnissen dar, welche unter Verwendung eines Reflexionslichtdetektors (R1) in der Ebene des Einfallslichtes (L1) gewonnen wurden (β1 = 0°). Eine mit (15) bezeichnete Gerade stellt eine lineare Annäherung von Lichtintensitätsverhältnissen dar, welches unter Verwendung eines Reflexionslichtdetektors (R11) um einen Lateral-Reflexionswinkel (β1) von 20° außerhalb der Ebene des Einfallslichtes (L1) gewonnen wurde. Man erkennt daraus, daß sich die beiden Geraden (15) und (16) lediglich in ihrer Steigung unterscheiden und somit einfach ineinander umrechnen lassen. Eine höhere Steigung der Gerade (15) bewirkt eine größere Meßempfindlichkeit, so daß normalerweise β1 < 1 gewählt wird.
Nachfolgend wird die Berechnung des Faserorientierungs- bzw. Hauptachsenverhältnisses V = a/b einer Ellipse (20), deren Form durch 3 berechnete Ellipsenpunkte r1, r2, r3 definierbar ist, sowie eines Faserorientierungswinkels 9, welcher die Neigung der Hauptachse der Ellipse (20) bezüglich der Faserhauptrichtung (H) bzw. des Ellipsenpunktes (r1) bezeichnet, anhand von Fig. 5 erläutert. Dabei ist mit a der Betrag der großen und mit b derjenige der kleinen Ellipsenhalbachse bezeichnet. Die 3 Ellipsenpunkte (r1, r2, r3) werden wie folgt berechnet:
ri = SRi1 . SRi2/(SBSi2 . SBSV)
mit i = 1, 2, 3, entsprechend 0°, 120° und 240°, für die 3 Oberflächenstruktur-Meßeinrichtungen gemäß Fig. 2. Damit kann man den Faserorientierungswinkel ϑ berechnen gemäß:
ϑ = 0,5 . arc tan [(30,5 . (r2 - r3)/(r2 + r3 - 2 . r1)].
Das Ellipsen-Hauptachsenverhältnis V kann berechnet werden gemäß:
V = a/b = (k + 1)/(k - 1) mit
k = (r1 + r2 + r3)/[(r2 + r3 - 2 . r1)0,5 + 3 - (r2 - r3)0,5].
Indizes 1 bzw. x bzw. B bei den Größen ϑ und V beziehen sich auf die Körperoberfläche (1) bzw. auf eine Probe (Nx) mit einer Faserorientierung, ähnlich derjenigen der zu messenden Körperoberfläche, bzw. auf Bildverarbeitungs-Standardwerte, die vorbekannt sind aufgrund von Auswertungen vergrößerter Aufnahmen von (Nx).
Insgesamt gibt es bei dieser Oberflächenstruktur- Meßeinrichtung (FOS1) 3 Lichtquellen (S1, S2, S3) und 10 Lichtdetektoren, deren Ausgangssignale ausgewertet werden. Fig. 6 zeigt im oberen Teil im Querschnitt eine Prinzipdarstellung einer Einrichtung zur Kalibrierung der Faserorientierung mittels eines Faserorientierungsstandards, d. h. einer Probe (Nx) mit einer Faserorientierung, ähnlich derjenigen der zu messenden Körperoberfläche, vgl. die Fig. 7 und 8, und einer ideal diffusen Oberfläche von einer isotropen Probe (N0), vgl. Fig. 9, welche beiden Proben in der Ebene der Papierbahn (1) auf einem Probenträger (19) zwischen einer oberen und unteren Meßplattform (17) bzw. (18) angeordnet sind. Oberhalb der Papierbahn (1) sowie unterhalb dieser sind je eine Oberflächenstruktur-Meßeinrichtung (FOS1) bzw. (FOS2) angeordnet und parallel zur Ebene der Papierbahn (1) und senkrecht zu deren Transportrichtung (T) in den Richtungen (B-B) verschiebbar. Die Transportrichtung (T) der Papierbahn (1) ist in der Regel auch deren Faserhauptrichtung (H). Über die Breite der Papierbahn (1) kann die zu messende Faserhauptrichtung (H) unterschiedlich sein, wie es im unteren Teil von Fig. 6 angedeutet ist. Dort ist eine Draufsicht auf die Papierbahn (1) dargestellt.
Die Fig. 7 und 8 stellen elektronenmikroskopische Aufnahmen in 60facher Vergrößerung von Photokopierpapier und Karton dar, die als Probe (Nx) mit einer Faserorientierung, ähnlich derjenigen der zu messenden Körperoberfläche verwendet werden. Ähnliche auswechselbare Standards gibt es für alle zum Vergleich in Betracht kommenden Körperoberflächen, z. B. von Zeitungspapier, Polyamidpapier, Polyamid/Polyester usw. Standards aus Polyamid und Polyamid/Polyester eignen sich auch für eine Kalibrierung von Xeroxpapier, Karton usw. , da sie in der feuchtwarmen Umgebung einer nicht dargestellten Papiermaschine unverändert bleiben.
Von jeder dieser Standardoberflächen wird mit Bildverarbeitungsverfahren, die allgemein bekannt und daher hier nicht beschrieben sind, ein Ellipsen- Hauptachsenverhältnis VB und ein Faserorientierungswinkel ϑB bestimmt, z. B. VB = 1,6 und ϑB = 6°. Dann werden z. B. mittels der Oberflächenstruktur-Meßeinrichtung (FOS1) die Größen Vx und ϑx bestimmt, indem die Oberflächenstruktur- Meßeinrichtung (FOS1) über die Probe (Nx) messend hinwegfährt. Nun wird das Verhältnis VB/Vx als Kalibrierungsfaktor gebildet, mit dem dann alle auf der Papierbahn (1) ermittelten V1-Werte multipliziert werden. Ferner wird von der Probe (Nx) ein Kalibrierwinkel Δ = ϑB - ϑx gebildet und zu den ϑ1-Werten, die auf der Papierbahn (1) ermittelt wurden, addiert.
Fig. 9 zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahmen in 60facher Vergrößerung von einer feinen Keramik, die als isotrope Probe (N0) zur Nullpunktbestimmung der Messungen verwendet wird, d. h., es werden die Intensitäten der Laserdioden der Lichtdetektoren derart normiert, daß für alle Lichtquellen (S1-S3) ein Ellipsen-Hauptachsenverhältnis V1 = 1 resultiert. Es könnte auch eine isotrope rauhe Keramikprobe verwendet werden.
Wichtig ist, daß die Oberflächenstruktur-Meßeinrichtungen (FOS1) und ggf. (FOS2) in periodischen Zeitabständen die Proben (N0) und (Nx) überfahren und dabei neue Skalierwerte VB/Vx und Δ = ϑB - ϑx gebildet werden.
Die Lichtquellen (S1-S3) können nacheinander mit unterschiedlichen Frequenzen von z. B. 10 kHz, 20 kHz und 40 kHz oder alle mit nur einer Frequenz von z. B. 40 kHz angesteuert werden.
Bezugszeichenliste
1
Papierbahn, Körperoberfläche
2
Reflektor, Spiegel
3
elliptische Lichtblende
4
,
7
Dämpfungsglieder, Graufilter
5
Konkavlinse
6
Konvexlinse
8
Analysator
9
Rechner mit Anzeigeeinrichtung
10
360°-Lichtintensitätskurve für einen Azimutal- Reflexionswinkel von 20°
11
360°-Lichtintensitätskurve für Reflexionslicht unter 90°
12
Kurve für das Lichtintensitätsverhältnis von
10
/
11
13
Kreis, entsprechend 50% maximaler Lichtintensität
14
Kreis, entsprechend 100% Lichtintensität
15
,
16
Näherungsgeraden für Korrelationen von experimentell bestimmten zu Standardwerten der Faserorientierung für ein Lichtintensitätsverhältnis von 20°/90° bei Reflexion in der Ebene des Lichteinfalls bzw. bei einem Lateral-Reflexionswinkel von 20°
17
,
18
Meßplattformen
19
Probenträger
20
ellipsenförmige Kurve, Ellipse
agroße Ellipsenhalbachse
bkleine Ellipsenhalbachse
B-BBewegungsrichtungen von FOS1, FOS2
BSVOrthogonallichtdetektor
BS12, BS12', BS22, BS32Rückstreulichtdetektoren
FFasern in
1
FOS1, FOS2Oberflächenstruktur-Meßeinrichtungen
HFaserhauptrichtung
L1Einfallslicht, Laserlicht
L2reflektiertes Licht
L3orthogonales Reflexionslicht
L4, L4'Rückstreulicht, Streulicht
L5Transmissionslicht
N0isotrope Probe
NxProbe mit Faserorientierung, ähnlich dem Meßobjekt
r1, r2, r3Ellipsenpunkte
R1Reflexionslichtdetektor in der Ebene des Lichteinfalls
R11, R12, R21, R22, R31, R32Reflexionslichtdetektoren außerhalb der Ebene des Lichteinfalls
S1, S2, S3Lichtquellen, Laser
SR1
, SBSV
, SBS12
;Lichtleistungssignale von R1, BSV, BS12
TTransportrichtung
VVerhältnis von großer zu kleiner Ellipsenhalbachse
V1Verhältnis von großer zu kleiner Ellipsenhalbachse, berechnet für die Körperoberfläche
1
VB
;Verhältnis von großer zu kleiner Ellipsenhalbachse, gewonnen mit einem Bildverarbeitungsverfahren
VxVerhältnis von großer zu kleiner Ellipsenhalbachse mit Werten von Nx
α1Einfallswinkel
α2Azimutal-Reflexionswinkel
β1Lateral-Reflexionswinkel
γ1Rückstreuwinkel, Streulichtwinkel
ϑFaserorientierungswinkel
ϑ1
;Faserorientierungswinkel, berechnet für die Körperoberfläche
1
ϑB
;Faserorientierungswinkel, gewonnen mit einem Bildverarbeitungsverfahren
ϑx
;Faserorientierungswinkel, berechnet für Nx

Claims (10)

1. Verfahren zur Bestimmung der Oberflächenstruktur einer Körperoberfläche (1), wobei
  • a) mindestens eine Einstrahlstelle der Körperoberfläche (1) unter einem vorgebbaren Einfallswinkel (α1) zur Ebene der Körperoberfläche (1) an der Einstrahlstelle durch ein Einfallslicht (L1) bestrahlt wird,
  • b) die Einstrahlstelle aus mindestens 3 lateralen Winkeln (0°, 120°, 240°) mit Einfallslicht (L1) bestrahlt wird,
  • c) je Einfallslicht (L1) mindestens ein unter einem Azimutal-Reflexionswinkel (α2) reflektiertes Licht (L2) detektiert und ein dazu proportionales Lichtleistungssignal (SR1) abgeleitet wird,
  • d) von der Einstrahlstelle ein bezüglich der Ebene der Körperoberfläche (1) orthogonales Reflexionslicht (L3) detektiert und ein dazu proportionales Lichtleistungssignal (SBSV) abgeleitet wird,
  • e) in Abhängigkeit von diesen Lichtleistungssignalen (SR1, SBSV) Ellipsenpunkte (r1, r2, r3) berechnet werden,
  • f) aus diesen ein Ellipsen-Hauptachsenverhältnis V1 = a/b, a = große Ellipsenhalbachse, b = kleine Ellipsenhalbachse und
  • g) ein Faserorientierungswinkel (ϑ1) berechnet werden und
  • h) zumindest dieses Hauptachsenverhältnis V1 mit einem Standard-Hauptachsenverhältnis VB verglichen wird, das von einer Probe (Nx) mit einer Faserorientierung, ähnlich derjenigen der zu messenden Körperoberfläche, (1) abgeleitet ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ellipsen-Hauptachsenverhältnis V1 mit einem Faktor VB/VX multipliziert wird, mit VB = Hauptachsenverhältnis für einen vorgegebenen Standardwert einer Probe (Nx) mit einer Faserorientierung, ähnlich derjenigen der zu messenden Körperoberfläche, und VX = Ellipsen- Hauptachsenverhältnis für die Probe (Nx), gemessen anstelle der Körperoberfläche (1)
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Faserorientierungswinkel ϑ1 der Körperober­ fläche (1) ein Kalibrierwinkel Δ1 = ϑB - ϑx addiert wird, mit ϑB = vorgegebener Standard-Faserorientierungswinkel für die Probe (Nx) mit einer Faserorientierung, ähnlich derjenigen der zu messenden Körperoberfläche (1), und ϑX = Faserorientierungswinkel für die Probe (Nx), gemessen anstelle der Körperoberfläche (1).
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
  • a) daß in dem der Einstrahlstelle benachbarten Bereich auf der Einstrahlseite eine aus der Körperoberfläche (1), insbesondere Papier, austretende Strahlung (L4, L4') in vorgebbarem Abstand zur Einstrahlstelle detektiert und ausgewertet wird und
  • b) daß die Ellipsenpunkte (r1, r2, r3) gemäß:
    ri = SRi1 . SRi2/(SBSi2 . SBSV)
    berechnet werden, mit i = 1, 2, 3, entsprechend 0°, 120°, 240°, SRi1, SRi2 = Lichtleistungssignale, detektiert von reflektiertem Licht (L2) unter einem vorgebbaren Azimutal-Reflexionswinkel (α2) SBSi2 = Lichtleistungssignal, detektiert von Streulicht (L4, L4') unter einem vorgebbaren Streuwinkel (γ1, -γ1), und
    SBSV = Lichtleistungssignal von orthogonalem Reflexionslicht (L3) der Einstrahlstelle.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die unter einem Azimutal-Reflexionswinkel (α2) detektierten Lichtleistungssignale (SB11, SB12) einen vorgebbaren Lateral-Reflexionswinkel (β1) im Winkelbereich von 5°-30° bezüglich einer Lichteinfallsebene des Einfallslichtes (L1) aufweisen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
  • a) daß unter einem Azimutal-Reflexionswinkel (α2) nur ein Lichtleistungssignal SR1 detektiert wird und
  • b) daß die Ellipsenpunkte (r1, r2, r3) gemäß:
    ri = SRi/(SBSi2 . SBSV)
    berechnet werden, mit i = 1, 2, 3, entsprechend 0°, 120°, 240°, SBSi2 = Lichtleistungssignal, detektiert von Streulicht (L4, L4') unter einem vorgebbaren Streuwinkel (γ1, -γ1), und
    SBSV = Lichtleistungssignal von orthogonalem Reflexionslicht (L3) der Einstrahlstelle,
  • c) insbesondere, daß die Ellipsenpunkte (r1, r2, r3) gemäß:
    ri = SRi/SBSV
    xberechnet werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
  • a) daß der Einfallswinkel (a1) im Winkelbereich von 10°- 30° liegt,
  • b) insbesondere, daß das Einfallslicht (L1) parallel zur Körperoberfläche (1) linear polarisiert ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserorientierungswinkel ϑ gemäß:
J = 0,5 . arc tan [(30,5 . (r2 - r3)/(r2 + r3 - 2 . r1)] berechnet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Ellipsen-Hauptachsenverhältnis V1 gemäß:
V1 = (k + 1)/(k - 1)
berechnet wird, mit:
k = (r1 + r2 + r3)/
[(r2 + r3 - 2 . r1)0,5 + 3 . (r2 - r3)0,5].
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
  • a) daß es an mindestens einer Oberfläche einer bewegten Papierbahn (1) durchgeführt wird und
  • b) daß in vorgebbaren Zeitabständen mindestens eine Probe (Nx) mit einer Faserorientierung, ähnlich derjenigen der zu messenden Körperoberfläche, gemessen und zur Kalibrierung der von der Papierbahn (1) abgeleiteten Meßwerte ausgewertet wird,
  • c) insbesondere, daß das Einfallslicht (L1) aller Lichtquellen (S1-S3) in vorgebbaren Zeitabständen auf eine isotrope Probe (N0) gerichtet und davon abgeleitete Lichtleistungssignale (SR1, SBSV) derart kalibriert werden, daß für alle Lichtquellen (S1-S3) ein Ellipsen-Hauptachsenverhältnis V1 = 1 resultiert.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6967721B2 (en) * 2000-10-23 2005-11-22 Am-Vision Technologies Ltd. Method and device for non-invasively optically determining bulk density and uniformity of web configured material during in-line processing
US7059181B2 (en) * 2003-11-10 2006-06-13 International Paper Co. Test to measure curling tendency of paper in laser printers
US7164145B2 (en) * 2005-05-12 2007-01-16 Honeywell International Inc. Measuring fiber orientation by detecting dispersion of polarized light
US8335442B2 (en) * 2007-01-30 2012-12-18 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Hard imaging devices and hard imaging methods
US7804458B2 (en) * 2007-03-25 2010-09-28 Skycross, Inc. Slot antenna
US20090157212A1 (en) * 2007-12-12 2009-06-18 Basf Corporation System and method of determining paint formula having a effect pigment
US10627709B2 (en) * 2018-06-29 2020-04-21 Ricoh Company, Ltd. Light source, projection device, measurement device, robot, electronic device, mobile object, and shaping apparatus

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3127604A1 (de) * 1981-07-13 1983-06-16 Horst Dr.-Ing. 3051 Haste Bodschwinna "verfahren zur optischen bestimmung von texturrichtungen von oberflaechen auch zur orientierung von werkstuecken mittels ihrer oberflaechentextur"
DE3413558A1 (de) * 1984-04-11 1985-10-24 Paul Lippke Gmbh & Co Kg, 5450 Neuwied Verfahren, einrichtung und schaltungsanordnung zum beruehrungslosen ermitteln der richtung und/oder zum ermitteln des relativen unterschiedes in der staerke des auftretens zweier extremer faserorientierungen in papier, insbesondere an laufenden bahnen aus papier

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH552197A (de) * 1972-11-24 1974-07-31 Bbc Brown Boveri & Cie Einrichtung zum messen der rauhigkeit einer oberflaeche.
US5394247A (en) * 1993-03-09 1995-02-28 International Paper Company Measurement of paper curl tendency using specular and diffuse light reflection

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3127604A1 (de) * 1981-07-13 1983-06-16 Horst Dr.-Ing. 3051 Haste Bodschwinna "verfahren zur optischen bestimmung von texturrichtungen von oberflaechen auch zur orientierung von werkstuecken mittels ihrer oberflaechentextur"
DE3413558A1 (de) * 1984-04-11 1985-10-24 Paul Lippke Gmbh & Co Kg, 5450 Neuwied Verfahren, einrichtung und schaltungsanordnung zum beruehrungslosen ermitteln der richtung und/oder zum ermitteln des relativen unterschiedes in der staerke des auftretens zweier extremer faserorientierungen in papier, insbesondere an laufenden bahnen aus papier

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