SE528526C2 - Förfarande och apparat för optisk utvärdering av en pappersyta - Google Patents

Description

25 30 35 LH M3 CIO QF :N23 (_, »_ 2 och stokastiska topografier. Eftersom de fysiologiska svaren för det mänskliga ögat på dessa tre topografifor- mer är olika, uppstår det situationer där de traditionel- la tidigare nämnda förfarandena inte detekterar brister i "jämnhet" vilka straffar den slutliga konsumenten.

Det mest använda mekaniska förfarandet för att mäta pappersràheten är baserat på flödet av luft på pappers- ytan. Anordningar som t ex Bendtsen, Parker Print Surf, Sheffield, Bekk och Gurley Hill används. I dessa anord- ningar pressas ett cylindriskt element mot pappersytan med en viss kraft. Ett differentialtryck skapas på ele- mentet i förhållande till atmosfären och luften som pas- serar genom utrymmet mellan kanten av det cylindriska elementet och pappersytan mäts. En nackdel med detta för- farande är den felfaktor som förorsakas av beroendet mel- lan resultatet av mätningen och den kraft som används för att pressa det cylindriska elementet mot ytan av det be- fintliga pappret. Mätningens omfattning är vidare ett stort område av ytan av pappret, och av den anledningen kan precis information för den detaljerade strukturen av pappersytan inte erhållas.

Optiska förfaranden för att mäta defekter på en pap- persyta har också utvecklats. Dokument WO 0068638 beskri- ver ett förfarande som förlitar sig på mätningen av en defekt på en pappersyta baserat på intensiteten för lju- set som tas emot vid pixlarna för en kamera som reflekte- ras från ljuset som kollimeras på ett sätt vilket är väsentligen parallellt med normalen för pappret. Andra exempel på traditionella utrustningar och tekniker som är tillgängliga inom teknikens ståndpunkt är "DOMAS"-analys- anordning ("DOMAS" - "Digital Optical Measurement and Analysis System" - system för digital optisk mätning och analys), som är utvecklad av PTS Heidenau och "Eureka"- systemet som är utvecklat av IFP ("Institut für Papier- fabrikation"). Dessa system är baserade på Fourier-spek- tralanalys av en bild av en pappersyta och på identifie- ringen av intensiteten och våglängden för de periodiska lO 15 20 25 30 35 LN üâ CO LH :'23 Lñ 3 strukturerna som detekteras på pappret, för senare analys av en specialiserad operatör. Användningen av dessa sy- stem är emellertid inte möjlig i ett laboratorium för omedelbar kontroll eftersom de varken är uträttande ("expedite") eller autonoma.

Värt att nämna, mellan de optiska förfarandena för utvärdering av defekter på en pappersyta, är dokument OF 4230068 som beskriver ett förfarande där förvärvet av den bild som reflekteras på pappersytan och behandlingen av det respektive spektrumet med hjälp av Fourier-transform görs, varvid dess jämförelse görs i efterhand med karak- teristiska värden på ytråheten. Det är därför ett kompa- rativt förfarande som använder etablerade och klassifice- rade mönster, som därför är begränsat till detekteringen av välkända mönsterdefekter.

Man kan då dra slutsatsen att tekniker är tillgäng- liga för att detektera råhetsvariationer i realtid i ett laboratorium för omedelbar kontroll, och för att analyse- ra svaga "jämnhets"-defekter starkt detaljerat i ett spe- cialiserat stödjande laboratorium ("back laboratory") och med en omfattande tidsfördröjning. Behovet av ett detek- teringsförfarande i realtid av godtyckliga "jämnhets"-de- fekter, dvs av icke tidigare klassificerade defekter, existerar fortfarande inom den aktuella teknikens ständ- punkt.

Det finns därför för närvarande ett behov av ett sy- stem för utvärdering av utseendet av en pappersyta som möjliggör detektering, i realtid, av icke-klassificerade "jämnhets"-defekter.

Föreliggande författare har funnit, ganska oväntat, att, genom användning av en särskild grupp av belysnings- geometrier, förstärkt med filtrering av den så erhållna optiska bilden av pappersytan för att eliminera brus, ett index för ytmärkning, nämligen standardavvikelsen för grånivåerna, erhölls som kännetecknar det visuella in- trycket av pappersytan på användaren, utan behovet av att lO 15 20 25 30 35 o ÉQÉ) 4 använda kända mönster, varvid de således gjorde förelig- gande uppfinning.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen Föreliggande uppfinning tillhandahåller de nödvändi- ga organen för att detektera godtyckliga "jämnhets"-de- fekter med intryck på den slutliga användaren i realtid (dvs som överensstämmer med de ovan nämnda kraven för drift i ett laboratorium för omedelbar kontroll), för att möjliggöra detekteringen av "jämnhets"-defekter som inte återges vid råhetsbestämningar.

Föreliggande uppfinning tillhandahåller därför ett förfarande och en automatiserad installation för utvärde- ring av utseendet av en pappersyta, vars grunder och drift definieras i de bifogade kraven och som kommer att beskrivas i detalj. För att göra detta kommer illustrati- va figurer att visas, vilka inte bör betraktas som be- gränsande av uppfinningens omfattning som definieras av de bifogade kraven, varvid: Fig 1 schematiskt representerar de funktionsblock som utgör det automatiska systemet för utvärderingen ut- seendet av en pappersyta.

Fig 2 representerar belysnings- och bildförvärvs- systemet som är konfigurerat för utvärdering av topogra- fidefekter.

Fig 3 representerar belysnings- och bildförvärvs- systemet som är konfigurerat för utvärdering av defekter från stärkelseapplicering pà pappersytan.

Fig 4 representerar belysnings- och bildförvärvs- systemet som är konfigurerat för utvärdering av vatten- linjedefekter.

Fig 5 representerar systemet för papperstransport och papperspositionering.

Fig 6 schematiskt representerar algoritmen för ut- värdering av papperstopografidefekter.

Fig 7 också schematiskt representerar algoritmen för utvärdering av defekter på stärkelseappliceringen på pap- persytan. 10 15 20 25 30 35 5 Fig 8 schematiskt representerar algoritmen för ut- värdering av pappersvattenlinjedefekter.

Föreliggande uppfinning hänför sig därför till ett förfarande och en automatiserad utrustning för optisk ut- värdering av "jämnhets"-defekter, nämligen topografide- fekter av strecktyp ("streak type") (periodiska eller ungefärligen periodiska variationer av topografin väsent- ligen orienterade i enlighet med en väldefinierad rikt- ning), brister i ytappliceringen av stärkelse (som, vid applicering gemensamt med en fluorescerande optisk blek- ning - OBA - resulterar i uppträdandet av band längs riktningen för pappersmaskinen - MD-riktningen - med sig- nifikant variation av pappersfluorescensen) och defekter av vattenlinjetyp (variationer i papprets synbara lyster ("apparent glow") med en struktur väsentligen orienterad i enlighet med MD), för den erhållna pappersytan vid en installation för pappersproduktion, vilken innefattar ett system l för transport och positionering av pappret på ett plant bord, ett system 2 för belysning och bildför- värv, ett datorbaserat styrsystem 3 för positionering av pappret i transportsystemet och slutligen ett system 4 för analys och behandling av de erhållna bilderna.

Förfarandet för optisk utvärdering av defekter på en pappersyta, nämligen förekomsten av streck som förorsakas av pappersproduktionsmaskinen, använder en utrustning innefattande ett system 2 för belysning och bildförvärv och ett system 4 för analys och behandling av den erhåll- na bilden, varvid: a) systemet 2 för belysning och bildförvärv använder en belysning 5 med en bestrykningsvinkel i förhållande till ytan på pappret vid analys, som är försedd med en ljussträle med liten öppning, och en digitalkamera 6 med den optiska axeln vinkelrät mot papprets yta, b) systemet 4 för bildanalys och bildbehandling ut- för stegen som beskrivs i algoritmen enligt fig 6, nämli- gen: 10 l5 20 25 30 35 6 - beräkning av spektrumet för den förvärvade bilden, genom användning av en FFT-algoritm (FFT - "Fast Fourier Transform" - snabb Fourier-transform), - användning av ett digitalt filter för att elimine- ra en del av det beräknade spektrumet som typiskt består av lågfrekvenskomponenter, såsom ej homogen belysning, och strukturer med föredragen orientering parallell med belysningsriktningen, - beräkning av den inverterade Fourier-transformen för det filtrerade spektrumet för att erhålla en filtre- rad version av den ursprungliga bilden, - optisk mätning av ràhetsindexet som definieras som standardavvikelsen för grànivåerna för den filtrerade bilden, - registrering av ràhetsindexet och CD-positionen.

För detekteringen av strukturer som är väsentligen parallella med riktningen för maskinen för pappersproduk- tion (MD-riktningen), använder systemet 2 för belysning och bildförvärv enligt uppfinningen en bestrykningsvin- kelbelysning 5 som är vinkelrät mot maskinriktningen. För detekteringen av strukturer som är väsentligen vinkelräta mot riktningen för maskinen för pappersproduktion (CD- riktningen) använder systemet 2 för belysning och bild- förvärv enligt uppfinningen en bestrykningsvinkelbelys- ning 5 som är parallell med maskinriktningen.

Pappersytan som skall analyseras rullas på ett plant bord 7 från ett prov som är insamlat vid full bredd av pappersrullen vid analys (rulle 8).

I en annan utföringsform möjliggör förfarandet en- ligt uppfinningen optisk utvärdering av defekter i appli- ceringen av stärkelse på pappersytan genom användning av en utrustning innefattande ett system 2 för belysning och bildförvärv och ett system 4 för analys och behandling av den erhållna bilden, varvid: a) systemet 2 för belysning och bildförvärv använder en diffus belysning av ultraviolett ljus 9, 10 15 20 25 30 35 LH PJ CO LH U 1 7 b) systemet 4 för bildanalys och bildbehandling ut- för stegen som visas i fig 7, nämligen: - registrering av den absoluta positionen för koor- dinaternas origo i ramen på digitalkameran i ögonblicket för bildförvärv, - omvandling av bilden till en binär bild som diffe- rentierar zoner med signifikanta variationer av fluore- scens, som motsvarar zonerna där brister i den ytliga appliceringen av stärkelse påträffades, 1) reduktion till en dimension, CD-riktning, för den erhållna bilden, med hjälp av beräkning av medelvärdet av MD-värdena i varje CD-position, 2) filtrering av lågfrekvenskomponenter (subtraktion från varje pixel av medelvärdet för dess n grannar), 3) registrering av de relativa positionerna där grå- nivàerna är utanför det fönster som definieras som ty- piskt - relativ position för stärkelsebrister. - beräkning och registrering av den absoluta CD- positionen för stärkelsebristerna, - väntan tills positionering i den närliggande ra- men, - upprepning av analyscykeln tills fullständig av- lindning av pappersprovet. V I ytterligare en annan utföringsform utför förfaran- det enligt uppfinningen också optisk utvärdering av vat- tenlinjedefekter på pappersytan genom användning av en u- trustning innefattande ett system 2 för belysning och bildförvärv och ett system 4 för analys och behandling av den erhållna bilden, varvid: a) systemet 2 för belysning och bildförvärv använder en belysning med en ljusstråle 10 med liten öppning och med en låg infallsvinkel, justerbar, i papprets plan och digitalkameran 11 är placerad i en (justerbar) position ungefär symmetriskt till lampan 10 i förhållande till en axel som är vinkelrät mot pappret, b) systemet 4 för analys och bildbehandling utför stegen som representeras i fig 8, nämligen: 10 15 20 25 30 35 - förvärv av bilden, - reduktion till en dimension, linje längs CD-rikt- ningen, för den erhållna bilden, med hjälp av beräkning av medelvärdet av MD-värdena i varje CD-position, - filtrering av lâgfrekvenskomponenterna (subtrak- tion från varje pixel av medelvärdet för dess n grannar), - mätning av vattenlinjeindexet som definieras som standardavvikelsen för grånivâerna för den filtrerade bilden - registrering av det beräknade indexet och CD-posi- (linje), tionen.

Uppfinningen hänför sig också till en utrustning för" automatisk och integrerad optisk utvärdering av "jämn- hets"-defekter, i enlighet med de ovan nämnda förfaran- dena, som innefattar ett system l för transport och posi- tionering av pappret på ett plant bord 7, ett system 2 för belysning och bildförvärv, ett datorbaserat styrsy- stem 3 för styrning av positionering av pappret i tran- sportsystemet och slutligen ett system 4 för analys och behandling av den erhållna bilden, som utför de följande stegen: - laddning av pappersprovet i transportsystemet l, - transport av pappret så att den första analysposi- tionen är under digitalkamerorna 6, ll, - tillämpning av algoritmen för mätning av stärkel- seappliceringsbrister enligt krav 8, som förblir aktiv under hela mätningsprocessen, - tillämpning av algoritmen för topografimätning enligt krav 5 för varje belysningsinfallsriktning, och för vattenlinjemätning enligt krav 9, - transport av pappret till nästa position för mät- ning och àtergång till den tidigare punkten, upprepning av cykeln tills pappersprovet är fullständigt avlindat.

I denna utrustning innefattar systemet l för trans- port och positionering av pappret på ett plant bord 7 enligt uppfinningsutrustningen en pappersavlindare som möjliggör avlindning av ett prov svarande mot bredden av 10 15 20 25 9 en rulle papper 8, 12 för att ett område 13 av pappret som skall analyseras, vars avstånd till slutet av rullen papper 12 kontrolleras, skall vara tillgängligt på det plana bordet 7.

Systemet 2 för belysning och bildförvärv enligt upp- finningsutrustningen innefattar en ljuskälla 5, 9, 10 och en digitalkamera 6, ll, varvid orienteringen av ljuset och av kameran i förhållande till papprets plan, såväl som ljusspektrumet och öppningen för den emitterade strå- len, är vald som en funktion av den typ av defekt som skall detekteras. Valet görs bland lampor och kameror som är tillgängliga i systemet.

Det datorbaserade styrsystemet 3 för positioneringen av pappret i systemet för transport enligt uppfinnings- utrustningen är helautomatiskt varvid det därför inte er- fordras något mänskligt ingripande för dess drift efter laddning av pappersprovet.

Utrustningen för automatisk och integrerad optisk utvärdering av "jämnhets"-defekter enligt uppfinningen kan nämligen tillämpas på den optiska utvärderingen av: a. topografidefekter av strecktyp, b. stärkelseappliceringsdefekter, c. vattenlinjedefekter.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 LN hâ få ”w bär Un Ûs-:f Q 10 PATENTKRAV

1. l. Förfarande för optisk utvärdering av defekter på en pappersyta genom användning av en utrustning innefat- tande ett system (2) för belysning och bildförvärv och ett system (4) för analys och behandling av den erhållna bilden, k ä n n e t e c k n a t a) systemet (2) av att: för belysning och bildförvärv använ- der en belysning (5) med en bestrykningsvinkel till ytan av pappret vid analys, försedd med en ljusstråle från li- ten öppning, och en digitalkamera (6) med en optisk axel som är vinkelrät mot papprets yta, b) systemet (4) för bildanalys och bildbehandling utför: - enkel FFT-baserad digital filtrering för att eli- minera den del av det beräknade spektrumet som typiskt består av lågfrekvenskomponenter, såsom ej homogen belysning, och strukturerna med föredragen orientering parallell med belysningsriktningen, - optisk mätning av råhetsindexet som definieras som standardavvikelsen för den filtrerade bildens grànivàdis- tribution.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k - av att systemet (2) använder en bestrykningsvinkelbelysning (5) som är vin- n a t för belysning och bildförvärv kelrät mot maskinriktningen för detekteringen av struktu- rer som är väsentligen parallella med maskinriktningen.

3. Förfarande enligt krav l, av att systemet (2) k ä n n e t e c k - H ä t för belysning och bildförvärv använder en bestrykningsvinkelbelysning (5) som är paral- lell med maskinriktningen för detekteringen av strukturer som är väsentligen vinkelräta mot maskinriktningen.

4. Förfarande för optisk utvärdering av vattenlin- jer, d.v.s. glansiga streck , på en pappersyta genom an- vändning av en utrustning innefattande ett system (2) för belysning och bildförvärv och ett system (4) för analys 10 15 20 25 30 35 sf -;> 11 och behandling av den erhållna bilden, k ä n n e t e c k n a t av att: a) systemet (2) för belysning och bildförvärv använ- der en belysning av en justerbar ljusstråle från liten öppning (10), med infall i papprets plan, och en digital- kamera (ll) är anordnad i en justerbar position ungefär symmetriskt till lampan (10) i förhållande till en axel som är vinkelrät mot pappersytan, b) systemet (4) för analys och behandling av bilden utför de följande stegen: - förvärv av bilden, - reduktion till en dimension, linje längs en CD- riktning, vilket är en riktning som är väsentligen vin- kelrät mot en riktningen för pappersproduktion, för den erhållna bilden, med hjälp av beräkning av medelvärdet av maskinriktningsvärdena i varje CD-position, - filtrering av den endimensionella bilden, - mätning av ett vattenlinjeindex som definieras som standardavvikelsen för grånivåerna för den filtrerade bilden, - registrering av det beräknade indexet och CD-posi- tionen. linje,

5. Utrustning för automatisk och integrerad optisk utvärdering av jämnhetsdefekter enligt förfarandena som beskrivs i krav l till 4, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar ett system (1) för transport och positionering av pappret på ett plant bord (7), ett sys- tem (2) för belysning och bildförvärv, ett datorbaserat styrsystem (3) för styrning av positionen för pappret i transportsystemet och slutligen ett system (4) för analys och behandling av den erhållna bilden, vilken utför de följande stegen: - laddning av pappersprovet i utrustningens system (1) för papperstransport, - transport av papper för att anordna det första för positions-CD-analys under digitalkamerorna (6, ll), 10 15 20 25 30 35 F'f>f xD f. ä) 12 - tillämpning av algoritmen enligt krav 4 för varje infallsriktning för belysningen, och vattenlinjemätning, - transport av pappret till nästa position för mät- ning och återgâng till den tidigare punkten, upprepning av cykeln tills pappersprovet är fullständigt avlindat.

6. Utrustning för automatisk och integrerad optisk utvärdering av jämnhetsdefekter enligt krav 5, av att systemet (l) för trans- port och positionering av pappret på ett plant bord (7) k ä n n e t e c k n a d innefattar en avlindare för pappret som möjliggör avlind- ning av ett prov svarande mot bredden av en pappersrulle (8, 12) för att ett område (13) av pappret som skall ana- lyseras, vars avstånd till slutet av pappersrullen (12) kontrolleras, skall vara tillgängligt på det plana bordet (7).

7. Utrustning för automatisk och integrerad optisk utvärdering av jämnhetsdefekter enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d av att systemet (2) för belys- ning och bildförvärv innefattar en ljuskälla (5, 9, 10) och en digitalkamera (6, ll), gen av ljuset och av kameran i förhållande till papprets och även av att orienterin- plan, såväl som ljusspektrumet och strålöppningen, kan väljas som en funktion av den defekt som skall detekte- ras.

8. Utrustning för automatisk och integrerad optisk utvärdering av jämnhets defekter enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d av att det datorbaserade styr- systemet (3) för positionering av pappret i transport- systemet är helautomatiskt, och därför utan behov av något mänskligt ingripande för dess drift efter laddning av pappersprovet.

9. Användning av utrustningen för automatisk och integrerad optisk utvärdering av jämnhets defekter enligt krav 5 till 8, k ä n n e t e c k n a d tillämpas vid den optiska utvärderingen av: a. topografidefekter av strecktyp, b. vattenlinjedefekter. av att den