DE2356535A1

DE2356535A1 - Verfahren zur bestimmung einer flaechenungleichmaessigkeit

Info

Publication number: DE2356535A1
Application number: DE2356535A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Ing Ehrler; Rolf Dr Ing Guse
Original assignee: INST TEXTILTECHNIK AN DER UNI
Current assignee: INST TEXTILTECHNIK AN DER UNI
Priority date: 1973-11-13
Filing date: 1973-11-13
Publication date: 1975-05-15
Also published as: DE2356535B2

Description

Institut für Textiltechnik ^

741 Reutlingen, Burgstr, 29 23 56 5 3

Verfahren zur Bestimmung einer Flächen-.ungleicnmäßigkeit

Die Erfindung "betrifft ein "Verfahren zur Bestimmung einer Flächenungleichmäßigkeit₉ insbesondere "bei Textilien und Papieren₉ mit dem ZiB« Wolkigkeit^ d.h_e die Verteilung der Strahlungsdichte strahlungsdurchlässiger Flächen oder Körperj die Oberflächenunebenheiten strahlungsdurchlässiger oder strahlungsundurchlässiger !lachen oder Körper sowie die Rück- bzw_o Eigenstrahlungsverteilung von Flächen oder Körpern quantitativ erfaßt werden kann_e Dieses Verfahren wird nachfolgend als Flächenungleichmäßigkeits-Meßverfahren bezeichnete

Es gibt verschiedene visuell leicht erfaßbare Eigenschaften von Flächen oder Körpern_s die bis heute einer objektiven quantitativen Messung bzw., Auswertung verschlossen sind. Diese Eigenschaften werden dem Begriff "Flächenungleichmäßigkeit" zugeordnet, der nachfolgend allgemein verwendet wird. Dazu gehören zum Beispiel die Wolkigkeit eines Papiers, eines Faserflores, eines Faservlieses, einer Folie, jeweils im Durchlicht betrachtet,, Dazu gehören auch die Unebenheiten einer Oberfläche, z»B. einer Papier- oder Stoffbahn nach einer Knitterung bzw. einer Kreppung, die Rauheit eines Garnes und die Veränderung einer Oberfläche nach einer entsprechenden Oberflächenbehandlung, Z₀B₀ eine Stoffbahn nach einer Pilling hervorrufenden Behandlung, eine beliebige Bahn oder ein Werkstück nach einer Scheuerung im Sinne einer Oberflächenabtragung. Dazu gehören ebenfalls die Unregelmäßigkeiten in der Ruckstrahlungs- bzw«, in der Eigenstrahlungsverteilung im sichtbaren und im unsichtbaren Wellenlängenbereich, also z.B, die Schipprigkeit, die

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Streifigkeit oder überhaupt das unruhige Bild einer Oberfläche, das unregelmäßige Bild eines auf kontrastierenden Untergrund gewickelten Garnes oder anderer fadenförmiger Gebilde oder die ungleichmäßige Temperaturverteilung einer strahlenden lläche. lerner gehören zu diesem Komplex auch Teilchengrößenverteilungen bei konstanter Teilchenzahl im Betrachtungsfeld sowie die Verteilung von Teilchenzahlen je Betrachtungsfeld bei konstanter Teilchengröße. Zwar sind diese beiden Verteilungen schon heute durch optisch-elektronische Einrichtungen quantitativ erfaßbar, wenn die Teilchen genügend Kontrast zum Untergrund haben. Aber nur in diesem Pail ist die angewandte digitale Auswertung sicher. Dagegen erfolgt die Auswertung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren analog, so daß keine diskreten Teilchen und kein starker Konrtrast vorliegen müssen, um eine sichere Auswertung zu gewährleisten.

Die bisher fehlende Möglichkeit, die Ungleichmäßigkeiten objektiv zu erfassen/durch eine oder mehrere Meßzahlen zu charakterisieren und zu vergleichen, führt ständig zu Mißverständnissen und Schwierigkeiten zwischen dem Hersteller eines entsprechenden Produktes und dem Abnehmer. Diese Schwierigkeiten treten trotz der Festlegung von Vergleichsstandards auf, was nicht nur auf den unterschiedlichen Erfahrungsgrad im Umgang mit Standards, sondern auch auf psychologische Barrieren zurückzuführen ist.

Es ist zwar immer wieder versucht worden, die subjektive Beurteilung durch ein objektives Meßverfahren zu ersetzen. Weil derartige Verfahren aber entweder zu arbeitsaufwendig oder zu kostenaufwendig sind, hat sich bisher kein Verfahren durchgesetzt. Als Beispiele für solche aufwendige Verfahren wären zu nennen: das Schneiden und Wiegen von llächenabschnitten, wobei die Streuung zwischen den Gewichten dieser Abschnitte als Maß der llächenungleichmäßigkeit angesehen wird. Dabei reichen llächenabschnitte nur einer Größe nicht zur Beurteilung der

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_ . 5t _

Ungleichmäßigkeit aus; es müssen zumindest zwei Abschnitt-

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größen, z.B. 5 cm und 30 cm untersucht werden. TJm die statistische Unsicherheit nicht zu groß werden zu lassen, müssen je Abschnittgröße mindestens 20, besser aber 30 Abschnitte ausgeschnitten und gewogen sowie die Meßwerte statistisch ausgewertet werden. Ein anderes Verfahrensprinzip, das neben dem Schneiden und Wiegen immer wieder zur Diskussion steht, basiert auf der "Erfassung der Strahlungsdichte im Durchstrahloder Rückstrahlverfahren, und zwar unter Verwendung einer Strahlenquelle, z.B. einer lichtquelle oder einer radioaktiven Strahlenquelle, und eines entsprechenden Detektors. Schwankungen der Strahlungsintensität als Folge einer unterschiedlichen Strahlungsdichte korrelieren dabei mit der Flächenungleichmäßigkeit. Dieses Verfahren ist aber nur dann praktisch verwendbar, wenn die lineare Ungleichmäßigkeit längs einer Warenbahn für

2 2 eine Abtastfläche von 1 mm bis 1 cm erfaßt werden soll, und zwar bei stehendem Meßteil und linienförmig bewegter Warenbahn.

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Wenn dagegen ein Flächenbereich von z.B. 100 cm bis 1000 cm erfaßt werden soll, müßten Strahlenquelle und Detektor einerseits und Warenbahn andererseits eine zweidimensionale Relativbewegung zueinander ausführen. Die dafür erforderliche Steuerung würde das Verfahren sehr komplizieren und verteuern. Deshalb hat sich kein derartiges Verfahren bisher in der Praxis durchgesetzt.

Die Beurteilung von Oberflächen-Unebenheiten im genannten Sinn, also geknitterte oder gekreppte Stoffe bzw. Papiere bzw. die Rauhigkeit eines Garnes usw., erfolgt ebenso wie die Beurteilung einer Schipprigkeit, Streifigkeit usw. bis heute rein visuell und damit subjektiv. Der Nachteil der subjektiven Beurteilung ist hier besonders gravierend, weil es sich speziell im Textilsektor bei den genannten Merkmalen um wichtige Qualität smerkmale handelt.

Die Erfindung, mit der die obengenannten Nachteile vermieden werden sollen, besteht aus einem Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß durch die von einer ungleichmäßigen

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Fläche ausgehenden Strahlen/in Form einer Strahlungsdichteverteilung/'diese Fläche/als Ganzes gleichzeitig auf einer opto-elektronischen Wandlerschicht abgebildet wird, dieses Abbild zeilenweise elektronisch erfaßt und in ein der Strahlungsdichteverteilung proportionales elektrisches Signal umgewandelt wird, und die leistung des um den jeweiligen Mittelwert schwankenden Signals mittels eines breitbandigen Leistungsmessers gemessen wird, wobei der gefundene elektrische Meßwert

ρ
proportional der Streuung s ist-, und damit ein statistisch definiertes Maß für die Flächenungleichmäßigkeit darstellt. Diese leistung P (nachstehend Wechselleistung genannt) einer an einem Widerstand R abfallenden zeitabhängigen elektrischen Spannung u (t) ist

Cu (t) - Uj^ dt

Dabei sind Ü der Signalmittelwert und T die Zeit, innerhalb welcher die leistung ermittelt wird.

ρ
Andererseits ist die Streuung s eines zeitabhängigen Signals u(t) durch die Gleichung

tJt / Lu Ct) - ü}² dt

gekennzeichnet, wobei wiederum Ü den Signalmittelwert bedeutet und T die Zeit ist, innerhalb welcher die Streuung ermittelt wird.

Die beiden G-leichungen unterscheiden sich demnach nur durch den Faktor R, der sich durch eine entsprechende Eifaung eliminieren läßt. Der Zusammenhang zwischen der Flächenungleichmäßigkeit der beschriebenen Arten und dem zeitabhängigen Signal wird durch die beschriebene zeilenweise Abtastung erreicht.

Der Variationskoeffizient der Ungleichmäßigkeit ist beispielsweise zu erhalten, indem die Wechselleistung durch die Leistung des Signalmittelwertes dividiert und der gefundene Wert radiziert wird.

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Die Erfindung ist ferner auf die Entwicklung eines Verfahrens gerichtet, "bei dem die Ungleichmäßigkeit der geschilderten Art, bezogen auf einen bestimmten Flächenbereich, zeilenweise vorzugsweise mit Hilfe eines opto-elektronischen Wandlers in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Der Flächenbereich kann im makroskopischen oder, unter Verwendung z.B. eines Mikroskops, im mikroskopischen Bereich liegen. Beim Einsatz von Elektronenstrahl-Abtaströhren ist beispielsweise an Röhren, wie sie üblicherweise als Orthikon-, Plumbikon- und Vidikon-Fernsehröhren verwendet werden, oder an Fotodiodenmatrizen gedacht.

Bei der Erfindung wird die Wechselleistung beispielsweise mit handelsüblichen Meßgeräten, wie zum Beispiel Rauschleistungsmessern, Frequenzanalysatoren, Autokorrelatoren ausgewertet. So kann aus der Wechselleistung, wie schon erwähnt, die Streuung ermittelt werden, wohingegen durch eine Frequenzanalyse oder durch eine Autokorrelation des Frequenzspektrums eventuelle Periodizitäten der Flächenumgleichmäßigkeit erkannt werden.

Mit der Erfindung kann die Flächenungleichmäßigkeit

entweder als Verteilung der Strahlungsdichte im Durchstrahlverfahren

oder als Verteilung einer Strahlungsdichte, die die betrachtete Fläche als Rückstrahlung oder als Eigenstrahlung im Infrarot-, im sichtbaren oder im Ultraviolettbereich aussendet,

erfaßt werden. Die zeilenweise Abtastung kann sich dabei z.B. auf nur eine Zeile beschränken, vorzugsweise bei bewegtem Objekt,

oder auf mehrere Zeilen erstrecken, wobei das Objekt vorzugsweise stillsteht.

Die Proportionalität des elektrischen Signals mit der zu erfassenden Flächenungleichmäßigkeit wird dadurch erreicht, daß

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1. dem elektrischen Signal aufgeprägte Impulse, hervorgerufen z.B. durch den Zeilensprung oder den Bildsprung, durch eine geeignete elektronische Schaltung elfiminiert werden,

2. die Zeilenlänge und die Zeilenzahl bei der zeilenweisen Erfassung der Ungleichmäßigkeit durch eine weitere geeignete elektronische Schaltung soweit begrenzt werden kann, daß durch die Geometrie der Abtaströhre und des Objektivs bedingte Randfehler eliminiert werden können.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausfuhr ungsform beschrieben:

Mr das Verfahren nach der Erfindung kann man eine Fernseh-Kamera verwenden, deren Bildsignal neben dem Nutzsignal einen Gleichspannungsanteil sowie die Zeilen- und Bildimpulse enthält, Nur das Uutzsignal, das heißt das jeweils um den Mittelwert schwankende Signal, ist der Flächenungleichmäßigkeit proportional, zweckmäßigerweise werden deshalb die anderen drei Anteile eliminiert, was beispielsweise duroh die in Bild 1 wiedergegebene Schaltung geschieht.

Das von der Fernsehkamera abgegebene Bildsignal wird über einen Impedanzwandler gegeben, der u.a. den Gleichanteil eliminiert, und erreicht die abgebildete Schaltung in Punkt a. Die im Impulsdiagramm (Bild 2) des Punktes a angegebenen kurzzeitigen Spannungseinbrüche stellen die Zeilenimpulse dar, die langzeitigen Spannungseinbrüche geben die Bildimpulse wieder. Daneben werden die Zeilenimpulse und die Bildimpulse auf getrennten Leitungen aus der Kamera heraus den Punkten b bzw. e zugeführt. Die negative Planke eines Zeilenimpulses kippt den mono stabilen Multivibrator MF 1, der nach einer Zeit, die einstellbar ist und im allgemeinen etwas größer als die Zeilenimpulsdauer gewählt wird, wieder zurückkippt. Hierdurch wird der monostabile Multivibrator MF 2 gekippt, der nach einer Zeit, die ebenfalls einstellbar ist und im allgemeinen etwas kurzer als die Zeilendauer gewählt wird, wieder zurückgekippt. Durch Einstellen von MF 1 und MF 2 läßt sich somit erreichen, daß der monostabile Multivibrator MF 2 während eines 509820/1091

wählbaren Zeitabschnittes innerhalb der Zeilendauer ein "High"-Signal abgibt. Dies läßt sich dazu verwenden, aus einer Zeile einen beliebigen Ausschnitt auszublenden.

Mit den beiden monostabilen Multivibratoren MF 3 und MF 4 wird der Bildimpuls durch Einstellungen, die denen der MuI-tivibratoren MF 1 und MF 2 völlig analog sind, so aufbereitet, daß die Zeitdauer des High-Signals eine beliebige Zeilenzahl aus dem gesamten Bildsignal auszublenden gestattet.

Es sei zunächst das Ausblenden eines Zeilenausschnitts erläutert. Dazu werde für die Erklärung angenommen, die Bildabtastung befände sich gerade etwa in Bildmitte, so daß der Multivibrator MF 4- ein High-Signal abgibt. Innerhalb einer Zeile wird auch, der Multivibrator MF 2 ein High-Signal abgeben, so daß über die beiden Und-G-atter G- 1 und G-2 ·»& High- Signale an den elektronischen Schaltern ES 1 und ES 2 anliegen. Das heißt, der elektronische Schalter ES 1 ist geschlossen. Der Widerstand R und der' Speicherkondensator G sind so bemessen, daß sich auf dem Kondensator 0 der Mittelwert des im Punkt a anliegenden Signals bildet. G-leichzeitig ist am Schalter ES der Arbeitskontakt geschlossen, so daß das Signal vom Punkt a zum Punkt i durchgeschaltet wird. Der Ruhekontakt der Schal-"tung ES 2 ist geöffnet.

Gegen Ende der laufenden Zeile wird der Multivibrator MF 2 zum "Low"-Signal zurückkippen und dadurch den Schalter ES 1 sowie den Arbeitskontakt des Schalters ES 2 öffnen und den Ruhekontakt des Schalters ES 2 schließen« Hierdurch wird der Bildsignal-Fluß von Punkt a nach Punkt i sowie zum Kondensator C_e

unterbrochen. Stattdessen gelangt der auf dem Kondensator gespeicherte Signalmittelwert über den als Impedanzwandler gesohalteten Verstärker V zum Punkt i.

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Etwas völlig Analoges geschieht am Ende eines Bildes. Dadurch liegt am Punkt i stetsi wie dem Impulsdiagramm i entnommen werden kann, entweder das Bildsignal oder der zeitliche Mittelwert des Bildsignals, wodurch die Zeilen- und Bildimpulse eliminiert sind.

Über einen Koppelkondensator C, wird das aufbereitete Signal dem Leistungsmesser zugeführt.

Die Eichung der gesamten Meßschaltung kann "beispielsweise folgendermaßen durchgeführt werden: Vor der Fernsehkamera wird eine !lache bekannter Ungleichmäßigkeit (z.B. ein Graukeil oder ein. Schachbrettmuster) ausgebreitet. Mit Hilfe der Kamerablende und der Beleuchtung wird ein bestimmter mittlerer Signalpegel, der in Punkt a gemessen werden kann, eingestellt. Die hierbei gemessene Wechselleistung ist wie oben gezeigt proportional der bekannten Ungleichmäßigkeit. Dadurch, daß die beschriebene Einstellung mit Flächen weiterer bekannter Ungleiclunäßigkeiten wiederholt wird, läßt sich eine Eichkurve aufbauen. Um bei der eigentlichen Messung die absolute Helligkeit des Meßobjektes zu eliminieren, wird der Signalmittelwert mittels Kamerablende und Beleuchtung auf denselben Wert wie bei der Eichung eingestellt.

Zwei Versuchsbeispiele werden im folgenden näher beschrieben, wobei die Beispiele lediglich zur Erläuterung der Erfindung dienen.

Beispiel 1

Es wurde eine Milchglasscheibe rückseitig mit Hilfe eines Dia-Projektors gleichmäßig beleuchtet. Auf die Vorderseite der Scheibe wurde eine Fernsehkamera gerichtet, an welche die bereits beschriebene Schaltung angeschlossen wurde. Hieran wurde ein Leistungsmesser in der bereits beschriebenen Art angekoppelt. Anschließend wurden auf die Milchglasscheibe nacheinander Vliesstüoke mit unterschiedlichen

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Ungleichmäßigkeiten aufgelegt. Die Rangfolge der abgelesenen Leistungswerte entsprach der Rangfolge der subjektiv von mehreren Personen bewerteten Ungleichmäßigkeit der Vliesstücke.

Einige Vliesmuster stimmten in ihrer Wolkigkeit annähernd überein, so daß diese Muster von Person zu Person unterschiedlich eingestuft wurden.Dagegen konnte anhand der gemessenen Leistungswerte eine exakt reproduzierbare Rangfolge ermittelt werden.

Beispiel 2

Auf eine weiße Fläche wurde eine Fernsehkamera gerichtet, an welche die bereits beschriebene Schaltung angeschlossen war. Hieran war ein Leistungsmesser in der bereits beschriebenen Art angekoppelt. Die Fläche wurde einseitig schräg beleuchtet und nacheinander mit unterschiedlich geknitterten Vliesstücken belegt. Die Rangfolge der abgelesenen Rauschleistungswerte entsprach der Rangfolge der subjektiv bewerteten Knitter stärke der Vliesstücke«,

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Claims

Institut für Textiltechnik Reutlingen Burgstraße 29 Patentansprüche

1. Verfahren zur Bestimmung einer Flächenungleichmäßigkeit, insbesondere bei Textilien und Papieren,

dadurch geken nze i c h η e t , daß durch die von einer ungleichmäßigen Fläche ausgehenden Strahlen JtLn !Form einer Strahl ungsdichteverteilung j diese FlächeCals Ganzes gleichzeitig auf einer optoelektronischen Wandlerschicht abgebildet wird, dieses Abbild zeilenweise elektronisch erfaßt und in ein der Strahlungsdichteverteilung proportionales elektrisches Signal umgewandelt wird und die Leistung des um den jeweiligen Mittelwert schwankenden Signals mittels eines breitbandigen Leistungsmessers gemessen wird, wobei der gefundene elektreische Meßwert proportional der Streu-

p
ung s ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das Frequenzsp/Oktrum durch eine Frequenz- oder Autokorellationsanalyse erfaßt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsdichteverteilung im Durchstrahlungsbzw. Aufstrahlungsverfahren oder als Verteilung der von einer Fläche oder einem Körper unmittelbar ausgehenden Rück- oder Eigenstrahlung gewonnen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3»

dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Strahlung um eine solche Im infraroten, im sichtbaren bzw. im ultravioletten Wellenli»genbereich handelt. 509820/1091

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß sich das der Flächenungleichmäßigkeit proportionale elektrische Signal im Frequenzbereich bis 10 MHz erstreckt,

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daß nach der Abbildung der Flächenungleichmäßigkeit auf einer elektronischen Wandlerschicht eine Speicherung dieser Abbildung vorgesehen ist.

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