DE4102122A1 - Verfahren zur untersuchung von bahnfoermigem, durchscheinendem material, insbesondere fotografischen papiertraegern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur visuellen Kon­ trolle der Formation von bahnförmigem, sich relativ zur Vorrichtung bewegendem, durchscheinendem Material, insbesondere fotografischen Papierträgern, mit einer Vorrichtung, die eine Lichtquelle auf einer Seite der Bahn, mit der ein die Bahn durchdringender Lichtstrom gewünschter Farbe und Intensität erzeugt wird, und eine Kamera auf der der Lichtquelle gegenüberliegenden Seite der Bahn umfaßt, die den durch die Bahn dringenden Lichtstrom auffängt und in ein Video-Signal umwandelt, das einem Video-Monitor-Gerät mit Bildschirm zuleitbar ist. Die Zuleitung kann direkt, von einem digitalen (Pixel-) Speicher oder unter gleichzeitiger Speicherung des Video-Signals erfolgen.

Ein solches Verfahren ist bekannt aus der US-PS 48 57 747. Die genannte Patentschrift beschreibt Verfahren und Vorrichtung zur On-Line-Untersuchung von bahnförmigem Material zur Ermittlung der sogenannten Formation. Die Vorrichtung arbeitet mit einer quer zur Bahn liegenden Lichtquelle und einer CCD-Kamera, mit der ein digitalisierbares Signal aufgefangen werden kann. Durch entsprechende Schaltkreise wird das digitalisierte Signal Pixel für Pixel normiert und untersucht, wobei ein "Formationsindex" generiert wird für die gesamte Breite des Gewebes.

Das bekannte Verfahren erfordert einen relativ hohen Aufwand an Computer- und Speicherkapazität. Es zeigt sich, daß trotz des hohen Aufwandes es schwierig ist, ein für eine wiederholbare Aussage ausreichendes Signal- Rausch-Verhältnis zu erzeugen. Insbesondere Papier ist ein Naturprodukt, dessen Eigenschaften, die unter dem Gesamtbegriff "Formation" zusammengefaßt werden sollen, sich dem Fachmann bei Durchsicht der Papierbahn er­ schließen; es ist jedoch äußerst schwierig, Indexzahlen allein auf der Basis der Informationen zu gewinnen, die sich aus den einzelnen Bildpunkten (Pixeln) ablesen lassen.

Die Abtastgeschwindigkeit bei dem Verfahren gemäß Stand der Technik ist dadurch begrenzt, daß die Verarbeitungs­ geschwindigkeit der optischen und datenverarbeitenden Systeme begrenzt ist. Das Überwachungssystem überwacht im gleichen Zeitpunkt die gesamte Breite mit einer 2048- Pixel-pro-Zeile-Kamera. Die Scan-Rate beträgt etwa 5000 pro Sekunde, was einer Belichtungszeit von 200 µsec pro Scandurchlauf entspricht. Bei einer Bahngeschwindigkeit von 10 m/sec würde dies einem Vorschub von 2 mm entspre­ chen. Dies führt bei Papier und Karton zu erheblichen Bewegungsunschärfen, die insbesondere bei fotografischen Basispapieren zu Fehlbeurteilungen bezüglich des sogenannten mottle (s. u.) führen.

Demnach ist das in der US-PS beschriebene Verfahren nur für "normale" Papiere geeignet, womit Papiere eines Flächengewichtes zwischen 50 bis 320 g/m² verstanden wer­ den. Dagegen ist eine derartige Belichtungszeit bei Strukturuntersuchungen an Halbkartons (Flächengewicht 120-190 g/m²) und Kartons (Flächengewicht von 190-300 g/m²) zu groß, so daß es zu Bewegungsunschärfen kommt.

Gerade bei Halbkartons und Kartons ist eine relativ gleichmäßige Formation gegeben, die Abweichungen von einer Norm nur schwer erkennen lassen. Die Unterschiede in der Faserverteilung sind demnach schwieriger zu be­ urteilen. Insbesondere bei fotografischen Basispapieren besteht ein Zusammenhang zwischen der Faserverteilung der Papierunterlage und dem sogenannten "mottle" des später entwickelten fotografischen Bildes. Unter "mottle" werden Schwankungen der optischen Dichte im fotografischen Bild bezeichnet. Bestimmend für dies un­ erwünschte Phänomen ist die Oberfläche des Trägermateri­ als. Unebene Oberflächen führen selbst bei absolut gleichmäßigem Schichtauftrag zu Fließerscheinungen in der Schicht, die im fertigen Bild als "mottle", d. h. Schwankungen der optischen Dichte, sichtbar werden. Die Unebenheit eines Papiers ist in starkem Maße von der Faserstruktur des Zellstoffs und von der Bildung von Zellstoff-Flocken während der Blattbildung bestimmt. Dies wirkt sich selbst bei starker Satinage der Rohpapiere bis zu den beschichteten Papieren aus.

Eine solche Untersuchung ist durch das bekannte Verfah­ ren nicht gewährleistet.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Papier-Formation typi­ scherweise aufgrund einer Papier-Durchsicht ermittelt wird. Diese Art der Analyse bleibt mit einer gewissen Subjektivität behaftet; es zeigt sich jedoch, daß das menschliche Auge und die menschliche Erfahrung für die Analyse und Fehlerbestimmung in Bezug auf die Papierfor­ mation immer noch bessere Ergebnisse liefern als noch so ausgeklügelte Computer-Programme. Es wird hierzu verwie­ sen auf den Artikel "Characterization of Paper-Forma­ tion", Part 1, Verfasser: Cresson, T.H., Tomi masu, H. und Luner, P., erschienen im "Tappi"-Journal, July 1990, Seite 153 ff.

Es stellt sich demnach die Aufgabe, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die es ermöglicht, möglichst ermüdungsfrei und der physischen und psychi­ schen Fähigkeit eines menschlichen Betrachters entgegen­ kommend zu arbeiten, so daß eine für die Foto-, Textil­ und Druckindustrie ausreichende Analyse der Bahn-Forma­ tion möglich ist.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren zur Unter­ suchung von bahnförmigem, sich relativ zur Vorrichtung bewegendem, durchscheinendem Material, das insbesondere für Papier, Halbkarton und Karton geeignet sein soll, die als fotografische Basispapiere dienen. Das Verfahren ist gemäß Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle jeweils den Lichtstrom als Lichtblitz mit einer Belichtungszeit t₁ abgibt, die so kurz bemessen ist, daß während der Belichtungszeit der Vorschub der Bahn unterhalb der Grenze liegt, die das Bild bewegungs­ unscharf macht, daß das Bild von der Kamera aufgefangen wird und daß das dem Bildschirm des Video-Monitor-Gerä­ tes ein sichtbares Bild erzeugt wird, dem ein Vergleichs­ bild visuell zugeordnet wird.

Wesentlich zur Durchführung des Verfahrens ist eine mit einer Blitzlampe gekoppelte Kamera, wobei die Blitzlampe oberhalb und die Kamera unterhalb der Bahn angeordnet ist. Diese Zuordnung ist allerdings nicht zwingend, da eine Umkehrung oder eine auf gleicher Höhe liegende An­ ordnung von Blitzlampe und Kamera mit vertikal laufender Bahn ebenfalls möglich scheinen. Die Kamera/Belichtungs­ anordnung ist vorzugsweise parallel gegenüber der Bahn bewegbar, wobei jeweils ein willkürlich gewählter Aus­ schnitt der Bahn erfaßt wird, etwa in der Größe 5 cm × 5 cm bis 20 cm × 20 cm, jedoch auch ein größeres Bild.

Bahngeschwindigkeit und Belichtungszeit müssen so aufeinander abgestimmt sein, daß die Belichtungsunschär­ fe vernachlässigbar ist, wobei sich als annehmbarer Wert ein Bahnvorschub von kleiner/gleich 0,5 mm während der Belichtungszeit t₁ herausgestellt hat. Die Blitzdauer sollte unter 100 µsec, vorzugsweise zwischen 10 und 40 µsec. liegen.

Demnach erhält man ein "eingefrorenes" Bild eines be­ stimmten Bahnausschnittes, das vorzugsweise von einer CCD-Kamera (charged coupled device) aufgenommen ist und das bereits eine leicht zu digitalisierende Pixel-Matrix besitzt. Das das Bild enthaltende Video-Signal wird von der Kamera auf einen Bildschirm übertragen, wobei diesem gewonnenen Bild ein Vergleichsbild visuell zugeordnet ist. Das heißt, daß entweder auf zwei nebeneinanderlie­ genden Monitoren das eine und das andere Bild nebeneinan­ der erscheinen oder aber der Bildschirm geteilt wird und die beiden Bilder nebeneinander oder übereinander er­ scheinen. Es ist auch möglich, die beiden Bilder aufein­ ander zu projizieren, wenn dies für den Vergleich bes­ sere Möglichkeiten bietet. Jedenfalls sollen alle diese Möglichkeiten durch den Ausdruck "visuell zuordnungsbar" erfaßt sein. Das Vergleichsbild wird anhand einer Mu­ ster-Vorlage (Papier, Halbkarton oder Karton) erstellt und gibt ein Bild einer guten Formation wieder.

Der Vergleich der beiden Bilder anhand eines "einge­ frorenen Bildes" erlaubt eine sichere Beurteilung der Papier- bzw. Karton-Qualität, da das eingefrorene Bild eine äußerst geringe Bildunschärfe aufweist, die jeden­ falls so klein ist, daß Faser-Anordnungen, Verteilungen und dergleichen sehr genau visuell ausgemacht werden können. Das Verfahren kann demnach auch für einen brei­ ten Bereich der Flächengewichte kontinuierlich verwendet werden, wobei Flächengewichte zwischen 50 und 300 g/m² liegen können.

Pausen zwischen den Aufnahmen sind so lang, daß der Be­ trachter in Ruhe die beiden Bilder nebeneinander betrach­ ten kann, also beispielsweise alle 60 sec eine Aufnahme.

Wie an sich bekannt, können dem Objektiv der Kamera Fil­ ter, und zwar z. B. Polarisations- und/oder Farbfilter, Graufilter oder andere optische Geräte vorgeschaltet werden. CCD-Kameras sind käuflich erhältlich und bilden nicht für sich einen Teil der Erfindung. Es soll auch nicht ausgeschlossen werden, daß anstelle einer CCD- Kamera eine übliche Vidikon-Kamera, wie sie zur Erzeu­ gung von Video-Signalen bekannt ist, verwendet wird. Es muß lediglich eine ausreichende Auflösung und Licht­ empfindlichkeit gegeben sein, um ein brauchbares Bild zu erzielen.

Wesentlich ist ferner, daß das Videobild der Kamera nicht nur direkt einem Monitor zuzuleiten ist, sondern noch über ein Datenverarbeitungsgerät geführt werden kann. Das Signal kann in diesem Gerät in Bezug auf Farb- und/oder Graustufen digitalisiert werden, gegebenenfalls bezüglich seines digitalisierten Signalinhaltes über elektrische Filterkreise verändert werden und in der ver­ änderten Form dem Monitor-Gerät zugeführt werden. Es las­ sen sich hierdurch beispielsweise Falschfarben-Bilder erzeugen, die bestimmte Eigenschaften stärker hervorhe­ ben und die die visuelle Analyse erleichtern. Das Datenverarbeitungsgerät enthält vorzugsweise auch digitale Bildspeicher, so daß ein früher erzeugtes Bild erneut abrufbar ist.

Einzelheiten des Aufbaues zeigt schematisch die Zeichnung, anhand derer das Verfahren erläutert wird.

Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrich­ tung ist im Bereich einer sich bewegenden Papierbahn 1 angeordnet. Über Umlenk- und Antriebsrollen 2 bzw. 3a/3b wird die Papierbahn 1 in Richtung des Pfeiles in Rich­ tung des Pfeiles P gefördert, und zwar mit einer Vor­ schubgeschwindigkeit in der Größenordnung 2 bis 10 m/sec. Das Papier hat ein Flächengewicht etwa zwischen 70 bis 250 g/m².

In einem Abstand von etwa 1 cm sind sogenannte Spiegel­ schächte 4 oberhalb der Bahn 1 angeordnet. Im Kopf der Spiegelschächte 4 befinden sich Xenon-Blitzlampen 5, die mit Hilfe eines Reflektors 6 ihr Licht gebündelt mit hoher Energie nach unten werfen. Über eine Milchglas- Diffusorscheibe 7 wird das Licht gestreut auf und durch die Papierbahn 1 gestrahlt. Andere Blitzlampen sind beispielsweise mit LED-Dioden, Laser-Dioden oder speziellen Impuls-Lichtquellen zu verwirklichen.

Der auf die Papierbahn fallende Lichtstrom ist entspre­ chend der gewünschten Farbe und Intensität einstellbar, die Zeit der Auslösung der Blitzlampen mit einer Kamera 10 (siehe unten) synchronisiert. Die Blitzlampen, von denen nur eine dargestellt sind, können auch stroboskop- oder kaskadenartig hintereinander geschaltet werden.

Gegenüberliegend, d. h. auf der unteren Seite der Papier­ bahn, ist eine lichtweglenkende Vorrichtung, hier Spie­ gelkasten 9, vorgesehen, der mit einem Spiegel 9′ ver­ sehen ist, der das ankommende Licht durch das Objektiv 11 der Kamera 10 auf die lichtempfindliche CCD-Matrix 12 lenkt. Die Kamera 10 ist demnach vor Kopf des Spiegel­ kastens 9 angeordnet und kann dort leicht abgenommen wer­ den. Der Kamera 10 können Filter 20, z. B. Polarisations- oder Farbfilter, vorgeschaltet werden.

Die CCD-Matrix 12 erzeugt in an sich bekannter Weise ein Videosignal, das über eine Leitung 13 einem Datenverar­ beitungsgerät 14 zuführbar ist, in dem das Signal in Bezug auf Farb- und/oder Graustufen oder andere Informa­ tionen digitalisierbar ist. In der Datenverarbeitungsvor­ richtung 14 befinden sich weiterhin elektronische Filter­ kreise, mit denen das digitalisierte Signal veränderbar ist. Zusätzlich können noch elektronische Speichereinhei­ ten vorgesehen werden, so daß der digitalisierte Inhalt des Videosignales jederzeit abrufbar zu speichern ist. Derartige Techniken sind für die Videoverarbeitung be­ kannt und brauchen hier nicht mehr erläutert zu werden.

Die CCD-Kamera 10 besitzt eine vertikal und horizontal auflösende Pixel-Matrix, beispielsweise mit einer Auflö­ sung horizontal 378 Pixel-Punkte und vertikal 485 Pixel- Punkte im sogenannten 2 : 1 "Interlaced Mode".

Die Blitzdauer beträgt weniger als 100 µsec, vorzugswei­ se 10 bis 40 µsec, so daß bei einer kontinuierlichen Bahngeschwindigkeit in der Größenordnung 5 bis 10 m/sec. Aufnahmen möglich sind, ohne daß eine Bewegungsunschärfe die Aufnahme wesentlich beeinflußt, da der Vorschub der Bahn unterhalb von 0,5 mm während der Blitzdauer liegt.

Die Steuerung des Blitzes erfolgt über die Leitung 15, sowie mit Hilfe von Ladungsspeicher- und Auslöse­ vorrichtungen 8. Das gegebenenfalls verarbeitete Video-Signal wird einem Monitor 16 mit Bildschirm 17 in üblicher Zeilenablenktechnik zugeordnet. Im vorliegenden Falle ist auf dem Bildschirm auf der linken Hälfte das gewonnene Bild 18 und auf der rechten Bildschirmhälfte das Vergleichbild 19 vorgesehen. Der Beobachter kann demnach beide Bilder unmittelbar nebeneinanderliegend ver­ gleichen. Die beiden Bilder ruhen solange, bis der Be­ trachter ausreichende Informationen erfahren und gegebe­ nenfalls durch Sprache auf ein Bandgerät gespeichert hat. Erst dann erfolgt automatisch oder durch entspre­ chende Auslösung eine neue Aufnahme an anderer Stelle der Bahn.

Es hat sich gezeigt, daß diese Art der Analyse brauch­ barere Ergebnisse liefert als eine Scanning-Methode ge­ mäß dem Stand der Technik. Die Zeitspanne zwischen zwei Aufnahmen liegt etwa zwischen einer bis fünf Minuten. Die Vorrichtung kann quer zur Bahn beweglich sein und einen willkürlich herausgegriffenen Ausschnitt festhal­ ten.

Die Vorrichtung ist in erster Linie für Papier- oder Kartonbahnen konzipiert, kann jedoch auch ohne weiteres für kleingemusterte Gewebe angewendet werden.

Claims (9)

1. Verfahren zur visuellen Kontrolle der Formation von bahnförmigem, sich relativ zur Vorrichtung bewegen­ dem, durchscheinendem Material, mit einer Vorrich­ tung, die eine Lichtquelle (5) auf einer Seite der Bahn (1), mit der ein die Bahn durchdringender Licht­ strom gewünschter Farbe und Intensität erzeugt wird, und eine Kamera (10) auf der der Lichtquelle gegen­ überliegenden Seite der Bahn umfaßt, die den durch die Bahn dringenden Lichtstrom auffängt und in ein Video-Signal umwandelt, das einem Video-Monitor-Gerät mit Bildschirm zuleitbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß insbesondere zur Untersuchung von Papier und Kar­ ton die Lichtquelle (5) jeweils den Lichtstrom als Lichtblitz mit einer Belichtungszeit t₁ abgibt, die so kurz bemessen ist, daß während der Belichtungszeit der Vorschub der Bahn (1) unterhalb der Grenze liegt, die das Bild bewegungsunscharf macht,
daß das Bild von der Kamera (10) aufgefangen wird, und daß auf dem Bildschirm des Video-Monitor-Gerätes ein sichtbares Bild erzeugt wird, dem ein Vergleichs­ bild visuell zugeordnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zur Untersuchung von Papier und Karton für fotografische Zwecke verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorschub der Bahn während der Belichtungszeit t₁0,5 mm ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Blitzdauer unter 100 µsec, vorzugsweise zwischen 10 und 40 µsec, liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Bahngeschwindigkeit zwischen 5 und 15 m/sec liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß das Vergleichsbild und das von der Kamera er­ zeugte Bild synoptisch auf demselben Bildschirm er­ zeugt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß der zu der Kamera gelangende Lichtstrom pola­ risations- oder farbgefiltert wird.

8. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Video-Signal der Kamera einem Datenverarbeitungsgerät (14) zuge­ führt wird, in dem es in Bezug auf Farb- und/oder Graustufen digitalisiert wird, sowie gegebenenfalls bezüglich der digitalisierten Signale über elektri­ sche Filterkreise verändert und verändert auf dem Bildschirm (17) dargestellt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer gegenüber der Bahn (1) verstellba­ ren Kamera (10) und/oder Lichtquelle (5) ein willkürlich gewählter Ausschnitt der Bahn erfaßt wird.