SE531410C2 - Förfarande och anordning för bestämning av en materialytas topografi - Google Patents

Description

20 25 30 35 531 410 Vid en bestämning enligt den sistnämnda metoden kommer papperet att ligga med större eller mindre partier antryckta mot glaset i prismat. För de punkter där prismats kontaktyta saknar kon- takt med provytan, kommer ett mot kontaktytan snett infallande kol- limerat ljus att reflekteras inuti prismats glaskropp och dessa punkter framträder därvid som mörka ytor i den bild, som registreras av kameran.

I de partier av kontaktytan, mot vilka papperet anligger, kommer ljuset att brytas genom prismats anpressningsyta och belysa underliggande partier av papperet. Dessa belysta partier kommer där- vid att bli ljusa. En bild som tas genom prismat, vinkelrätt mot an- pressningsytan, kommer därför att uppvisa ljusa och mörka partier.

Denna bild utvärderas sedan för bedömning av papperets topografi en- ligt ovan.

Samtliga etablerade mätmetoder har en eller flera brister genom att de dels kan vara tidsödande att använda, dels ger otill- räcklig detaljinformation om kontaktytans beskaffenhet; Vissa mät- metoder använder tryckfärg, vilket påverkar mätresultaten. De flesta saknar belastande tryck vid mätningen. gppfinningen ändamål och viktigaste kännetecken _ Ändamålet med föreliggande uppfinning är att tillhanda- hålla ett förfarande och en anordning, vid vilka nackdelarna med hittills kända tekniker undviks eller åtminstone reduceras.

Beträffande Chapmanmetoden gäller att kontaktytan mellan en pappersyta och prismats anpressningsyta ökar med ökande tryck- kraft. Därutöver har det befunnits att kontaktytan även ökar vid ett konstant tryck som funktion av tiden då en tryckkraft är applicerad till följd av ökad kompression av pappersytan över tiden. Därför ger Chapmanmetoden ett felaktigt värde för kontaktyta, eftersom den kom- primerar mätomràdet under väsentligt längre tid än den som gäller i en tryckpress.

Vid en ordinär tryckprocess förs en pappersbana med stor hastighet genom ett trycknyp, i vilket råder ett högt tryck, varvid papperet sammanpressas. En punkt på pappersbanan befinner sig nor- 10 15 20 25 30 35 531 41Ü malt i trycknypet under en mycket kort tid, typiskt 10 - 50 milli- sekunder (ms).

Genom uppfinningen erbjuds möjlighet att utföra kvalitets- kontroll av ett materials, och i synnerhet ett pappers tryckegenska- per med en mer relevant mätmetod, som kan utföras snabbt och enkelt i samband med produktionen av ordinarie, ej speciellt tränad, driftspersonal. Med den här föreslagna metoden tar en enstaka mät- ning endast ett fàtal sekunder att genomföra. Metoden enligt denna uppfinning ger en bild av papperet vid ett tillstànd, som väl över- ensstämmer med de förhållanden som råder i själva trycknings- ögonblicket.

Dessutom kan användas ett reglerbart provtryck för att re- producera de tryckkrafter som uppstår i en tryckpress vid olika tryckmetoder med så olika förhållanden som t. ex. flexografi (2,5 MPa) eller djuptryck (10 MPa). Den föreslagna metoden ger därför ett exakt och direkt kvalitetsmàtt för provytan beroende på vald tryck- metod. j En utrustning för belysning och avbildning, som beskrivits ovan för Chapmanmetoden kan med fördel utnyttjas.

Ett pappersprov förs härvid in mellan en övre, fast monte- rad glaskropp i form av nämnda prisma med plan undersida och en und- re, plan anpressningskropp, vilken är rörlig i riktning mot och fràn prismat. Anpressningskroppen trycks snabbt mot glaskroppens undersi- da, tills bestämt tryck uppnåtts och papperet således pressats mel- lan glaskroppen och anpressningskroppen, motsvarande de för- utsättningar, som råder i ett trycknyp.

Vid en bestämd tidpunkt under ihoptryckningen tas en bild av papperet, vilken bild sedan kan utvärderas. Det ligger även inom ramen för uppfinningen att ett flertal bilder tas vid olika tidpunk- ter under ihoptryckningsförfarandet för att kontrollera papperets topografis dynamiska kompressibilitet som funktion av tiden under processen och möjliggöra utvärdering av hur papperet uppträder under olika faser av en tryckprocess.

Det finns många möjligheter att variera uppfinningen. Så- lunda kan systemet ställas in för att motsvara olika tryckmetoder med avseende pà: 10 l5 20 25 30 35 531 419 - tryckkraften, för att simulera kompressionen i trycknypet, - acceleration, för att simulera olika banhastigheter i en tryck- press, - kompressionstiden under inställd maximal tryckkraft, - tidpunkten eller tidpunkterna då en eller flera bilder ska regi- streras av kameran.

A Viktigt för uppfinningen ar att simulera de verkliga till- stànd, som papperet utsätts för vid en verklig tryckprocess och att synkronisera avbildningen så att den sker vid önskad tidpunkt eller tidpunkter.under den mycket korta provtryckningen.

Med ”dynamisk topografi” avses här topografin hos en mate- rialyta under ett dynamiskt förlopp, i synnerhet enligt uppfinningen vid ett snabbt förlopp, såsom vid en verklig tryckprocess.

Med referens till särdraget att åtminstone en representa- tion upprättas av ytpartier av materialet, som är i kontakt med åt- minstone en av sagda anpressningsytor ska förstås att enligt upp- finningen även omfattas det omvända, nämligen representationer av ytpartier av materialet, som är inte i kontakt med åtminstone en av sagda anpressningsytor, eftersom även detta är att betrakta som en form av representationer av ytpartier av materialet, som är i sådan kontakt. Huvudsaken är att genom sagda representation topografin be- stäms .

Kortfattad redogörelse för ritningar Uppfinningen ska nu beskrivas närmare med ledning av utfö- ringsexempel och med hänvisning till ritningarna, på vilka: Figur 1 schematiskt visar en anordning enligt uppfinningen för bestämning av en materialytas topografi, Figur 2 visar en kurva över anpressningstryck som funktion av tiden vid ett förfarande enligt uppfinningen, Figur 3 scbematiskt visar en förfarandesekvens i formen av ett enkelt flödesschema, och Figur 4 visar en detalj av en variant av uppfinningen. 10 l5 20 25 30 35 531 *VID Detaljerad beskrivning av utforingsexempel Med hänvisningsbeteckning l är generellt betecknad en an- ordning enligt uppfinningen för bestämning av en materialytas och i synnerhet ytans av ett papper dynamiska topografi, relaterat till dess förmåga att motta tryck genom mekanisk kontakt.

Anordningen l omfattar en belysnings- och representations- enhet 2 och en anpressningsenhet 3. Enheten 2 omfattar ett prisma 4, vilket kan vara av typen Chapmanprisma, en belysningsanordning 5 och en kamera 6 med tillhörande linssystem. Prismats 4 på bilden undre yta är en anpressningsyta 7. Strålgángen från belysningsanordningen 5 är indikerad med avbrutna linjer, varvid med 8 betecknas mot pris- mats anpressningsyta 7 infallande ljus och med 9 från prismats an- pressningsyta reflekterat ljus där kontakt med provets yta saknas.

I de ytpartier av kontaktytan, mot vilka papperet anligger, kommer, enligt ovan, det infallande ljuset 8 att brytas genom pris- mäts anpressningsyta 7 och belysa underliggande partier av papperet.

Dessa belysta partier kommer därvid således att bli ljusa. Ljus fràn dessa belysta partier, som når kameran 6, betecknas i figuren med 10.

Ett provstycke som ska bestämmas är betecknat med 40, och detta kan hållas sammanpressat, enligt anordningen i det visade ex- emplet, anpressat mot prismats anpressningsyta 7 med hjälp av en i anpressningsenheten 3 ingående kolvartad anpressningskropp ll. Denna anpressningskropp ll är i det visade exemplet bestyckad med en mot provstycket 40 vettande anpressningsyta 27 med arean a under det att dess undre sida, vilken påverkas av ett tryck (beskrivs nedan) har arean A.

Anpressningskroppen ll är rörlig upp och ner i ett cylin- derhus 12 och är avtätad mot cylinderhusets inneryta genom en tät- ningsring 13. Genom att anpressningskroppen har en liten massa und- viker man att skada glaskroppens undersida. Därmed kan man nå ett sammanpressat läge på mycket kort tid.

I figuren är för tydlighets skull delarna 4 och ll visade separerade så långt att det visas även avstånd mellan respektive an- pressningsyta 7 och 27 och provstycket 40. I sammanpressat läge an- 10 15 20 25 30 35 531 410 ligger givetvis provstycket 40 inklämt mellan anpressningsytorna 7 och 27.

Till cylinderhuset 12 är ansluten en tryckledning 20, i sin tur ansluten till en ventil 16, vilken är förbunden med en styrenhet 18. Med 19 är betecknad en datorenhet ansluten till en bildskärm 22, vilken dels kan vara en pekskärm för manövrering av anordningen, dels en skärm kopplad till kameran 6 för visning av bilder tagna av kameran 6 under ett provningsförlopp.

För att åstadkomma tryckkrafter utöver vad som är direkt möjligt med hjälp av tillgänglig tryckluft har uppfinningen försetts med en tryckstegringsenhet T 14, i vilken normalt systemlufttryck (t. ex. 6 bar) kan upparbetas till ett erforderligt, högre tryck (t. ex. 15 bar), vilket lagras i en ackumulatortank A 15.

I fig. 2 visas trycket som funktion av tiden för en an- pressningsprocess utförd av anordningen enligt fig. 1. Vid tid- punkten to päläggs anpressningskroppen 11 i fig. l med ett ansätt- ningstryck Pa för att för det första komma nära prismats 4 anpress- ningsyta 7 och därigenom undvika dynamiska krafter vid det efter- följande steget, för det andra att på detta sätt tillförsäkra paral- lellitet mellan anpressningskroppens 11 anpressningsyta 27 och pris- mats anpressningsyta 7. Pàfyllning av cylinderhuset 12 med tryck av den jämförelsevis ringa trycknivàn Pa kan ske på olika sätt. I fig. 1 är visad en regulator R 21, vilken på signal från styrenheten 18 om- besörjer denna trycksättning. Genom att på detta sätt anbringa ett lågt inledande ansättningstryck Pa kommer anpressningskroppen ll att röra sig i riktning mot glasprismat och anligga mot och fasthàlla provet i läge. Anpressningskroppen ll kommer därvid att ställa in sig parallellt med prismats undersida. 2 Vid tidpunkten tl i fig. 2 avgives från styrenheten 18 en styrsignal att förflytta ventilen 16 till ett läge A där trycket i trycktanken 15 förmedlas till cylinderhuset 12. Härvid sker en snabb tryckökning i cylinderhuset 12 upp till trycknivàn Pmu vid tidpunk- ten tz. Trycknivån Pmfl kan väljas så att den motsvarar en vald tryck- process, för vilken papperet el dyl. ska bestämmas.

Nar trycket Pmfl har uppnåtts tas en eller flera bilder, t. ex. vid tidpunkterna tg och tå. Det kan även förekomma att bilder tas 10 15 20 25 30 35 531 440 under tryckuppbyggnaden mellan tidpunkterna tl och t2. Tidpunkten t5 indikerar avlastning av trycket i cylinderhuset 12, varvid ventilen 16 förflyttas till ett läge V, som ansluter cylinderhuset 12 till ett undertryck 17.

Det är även möjligt att genom utformning av ventilen och ventildrivanordningen 17 förändra karaktäristiken på kurvan i figur 2, t. ex. så att den kan anta olika icke-linjära förlopp eller göras mer eller mindre flack. Tryckökningsförloppet mellan trycket Pa och Pm” kan också styras efter önskemål.

Genom den visade utformningen av anpressningskroppen kan en relativt låg trycknivà utnyttjas för trycksättning av kammaren så att ett högre tryck erhålles mot provet genom förhållandet mellan areorna: A/a. i Figur 3 illustrerar en förfarandesekvens enligt en utfö- ringsform av uppfinningen, varvid: Position 30 indikerar sekvensens start.

Position 31 indikerar insättning av ett pappersprov i spal- ten mellan de två anpressningsytorna och val av parametervärden så- som maximal trycknivå, tryckuppbyggnadskaraktäristik, samt tid- punkter för bildexponering för det aktuella provet.

Position 32 indikerar initiering av ett lågt ansättnings- tryck Pa på anpressningskroppen.

Position 33 indikerar initiering av en tryckpuls Pmx på anf pressningskroppen.

Position 34 indikerar upprättande av en eller flera repre- sentationer av det sammanpressade provet genom en eller flera expo~ neringar, genom att låta styrenheten synkronisera bildtagningen vid antingen en viss tidpunkt efter initieringen av tryckpulsen, vid en viss trycknivà eller en viss tid efter att en viss trycknivà nåtts.

Position 35 indikerar utvärdering av nämnda bild(-er) eller representation(-er).

Position 36 indikerar sekvensens avslutning.

Uppfinningen kan modifieras inom ramen för de efterföljande patentkraven. Sålunda kan belysnings» och representationsenheten vara utförd annorlunda. T ex kan det förekomma att belysning sker på annat satt, såsom antyds i fig. 4, genom en genomskinlig anpress- 10 15 20 25 30 35 531 410 ningskropp ll', vilken anpressar mot en snabbt reagerande tryckkäns- lig folie 24, vilken i sin tur är i anliggning mot ett provstycke 40', vilket pressas mot en fast, plan kropp 4'. vid kontaktområden är folien 24 anordnad att t. ex. andra färg för att lokala varia- tioner i lastfördelningen över ytan ska kunna registreras genom ka- meran 6'.

A Anpressningen genom en anpressningskropp kan även ske på annat sätt än den visade pneumatiska metoden, t. ex. rent mekaniskt med hjälp av en mekanisk eller hydraulisk päverkningsanordning eller på annat sätt. Varianter av uppfinningen kan utnyttja andra medel för att åstadkomma trycket, även om den pneumatiska metoden, som vi- sas i fig. 1, föredras.

Dessutom kan anpressningskroppens yta utformas på olika satt eller ha olika egenskaper. Å ena sidan kan anpressningsytan vara stel. Å andra sidan kan den vara elastisk, såsom försedd med en gummiduk, varvid fördelen uppnås att förhållandena kan simuleras i riktning av tryckning med en gummiklädd offsetcylinder, även om själva gummiduken kommer att verka på en ej tryckmottagande yta av provet, eftersom den elastiska beklädnaden kommer att partiellt ut- öva en ökad intryckning av provet mot prismats eller motsvarande kontaktyta.

Vid en praktisk utföringsform av uppfinningen är avståndet litet mellan de inbördes rörliga ytorna, som sammanpressar provet, genom att anpressningskroppen först ansätts med en mindre kraft ge- nom ett mindre tryck av t. ex. 0,3 bar under en kort tid för att ställa in anpressningskroppen parallellt med glaskroppen. Denna an-' sättningskraft hålles typiskt mellan cza 4 och 25% av nämnda förut- bestämda tryck beroende på tryckmetod, som ska simuleras, och är fö- reträdesvis mindre än 10% av den maximala anpressningskraften för att inte påverka provresultatet.

Utrymmet under den rörliga anpressningskroppen laddas sedan med en tryckluftspuls inställd så att papperet komprimeras med öns- kad tryckkraft på mycket kort tid mellan de två sammanpressade plana ytorna. Efter det att inställt provtryck har uppnåtts, tas efter en förvald tid, t ex efter igàngsatt process, (typiskt efter l - 100 millisekunder) en eller flera bilder av kontaktytan genom den övre 10 15 20 531 410 glaskroppen. Vid avslutad provning sänks den rörliga anpressnings- kroppen med hjälp av ett undertryck som tillförs cylinderhusets kam- mare så att provet kan tas ut.

Inlästa bilder analyseras och utvärderas med avseende på sannolikheten för ”missing dots”, vilket redovisas som ett kvali- tetsmátt.

Provstycket 40, 40' kan även utvärderas med avseende på dess topografis dynamiska kompressibilitet som funktion av tiden ut- ifrån ett flertal representationer upprättade vid olika tidpunkter.

Detta kan vara värdefullt för att fullt ut kunna bedöma materialets lämplighet vid olika tryckprocesser, eftersom det kan vara väsent- ligt att t. ex. få en bild av materialets uppförande vid processer av olika varaktighet. Organ för att genomföra denna bedömning är lämpligen tillhandahållna inom ramen för datorenheten 19.

Andra provmaterial än papper kan komma ifråga för att un- dersökas vid ett förfarande enligt uppfinningen såsom t.ex. olika textilier eller plastmaterial.

De trycknivâer som kan vara aktuella är sådana, som mot- svarar olika tryckprocesser, t. ex.: 2,5 MPa för att simulera flexo- grafi, 5,0 MPa för att simulera offsettryckning och mellan 7,5 MPa och 15 MPa för att simulera olika typer av högtrycksförfaranden. I allmänna termer kan sägas att ett normalt tryckområde vid vilket uppfinningen används ligger mellan cza l MPa och 20 MPa. Andra tryckvarden kan emellertid komma ifråga.

Claims (21)

10 15 20 25 30 35 531 440 10 Patentkrav:

1. l. Förfarande för bestämning av en topografi under tryck hos ytan av ett material, varvid ett provstycke (40, 40') av det för bestämning avsedda materialet utsätts för en sammanpressning med ett förut- bestämt tryck mellan en första och en andra anpressningsyta (7,27), varefter, i ett sammanpressat tillstånd, avbildning utförs genom att åtminstone en representation upprättas av ytpartier av materialet, som är i kontakt med åtminstone en av sagda anpressningsytor (7,27), och att representationen utvärderas, kännetecknat av ~ att sammanpressningen styrs med avseende på dess hastighet för att uppnå nämnda förutbestämda tryck och för att simulera de verkliga tillstànd, som ett provstycke utsätts för vid en verklig tryckpro- cess, och - att ävbildningen synkroniseras så att nämnda åtminstone en repre- sentation upprättas vid en vald tidpunkt eller valda tidpunkter un- der en period då sammanpressning av provstycket (40, 40') råder-

2. Förfarande enligt kravet l, kännetecknat av att förloppet styrs för att simulera förhållandena i någon process ur gruppen: en flexo- grafisk tryckprocess, en offsettryckprocess, en litografisk tryck- process, en djuptryckprocess.

3. Förfarande enligt kravet l eller 2, kännetecknat av att samman- pressningen styrs vad avser ett tryckuppbyggnadsförlopp för att upp- nå nämnda förutbestämda tryck.

4. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att nämnda förutbestämda tryck sätts till mellan cza l MPa och cza 20 MPa.

5. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att sammanpressningen sker genom.att en första av nämnda anpressnings" ytor (27) är anordnad på en rörlig anpressningskropp (ll), Vilken är styrt tryckbelastningsbar. 10 15 20 25 30 35 535 4%) ll

6. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att varaktighet av sammanpressningen ställs in.

7. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid varje nämnda representation görs i form av en analog eller digital avbildning, kännetecknat av att nämnda vald tidpunkt eller valda tidpunkter för upprättande av representationen styrs i förhållande till en period då sammanpressning råder.

8. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid ett flertal representationer upprättas vid olika tidpunkter, kännetecknat av att provstycket (40, 40') utvärderas med avseende på dess topografis dy- namiska kompressibilitet som funktion av tiden.

9. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att nämnda vald tidpunkt eller valda tidpunkter under en period då sam- manpressning av provstycket (40, 40') råder är inom en period av cza 1 - 100 ms efter igångsättning av förfarandet för sammanpressning till förutbestämda tryck.

10. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att en undersida av ett snedbelyst prisma (4) utnyttjas som den andra anpressningsytan (7).

11. ll. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att provstycket (40) ansätts med ett ansättningstryck (Pa) av lägïe trycknivå innan sammanpressning till nämnda förutbestämda tryck ini- tíeras.

12. Förfarande enligt kravet ll, kännetecknat av att ansättnings- trycket (Pa) är mellan c:a 4 och 25% av nämnda förutbestämda tryck.

13. Anordning (1) för bestämning av en topografi under tryck hos ytan av ett material, inkluderande organ för att utsätta ett prov- stycke av det för bestämning avsedda materialet för en sammanpress- ning med ett förutbestämt tryck mellan en första och en andra an- 10 15 20 25 30 35 531 41Ü 12 pressningsyta (7,27) och organ för att i ett sammanpressat tillstånd upprätta avbildning genom åtminstone en representation av ytpartier av materialet, som är i kontakt med åtminstone en av sagda anpress- ningsytor (7,27}, kännetecknad av ~ organ (l6,l8) för att styra sammanpressningen med avseende på dess hastighet för att uppnå nämnda förutbestämda tryck och för att simu- lera de verkliga tillstånd, som ett provstycke utsätts för vid en verklig tryckprocess, och - organ (6,l8,l9) för att synkronisera avbildningen för att upprätta nämnda åtminstone en representation vid en vald tidpunkt eller valda tidpunkter under en period då sammanpressning av provstycket (40, 40') råder

14. Anordning enligt kravet 13, kännetecknad av organ för att styra sammanpressningen vad avser ett tryckuppbyggnadsförlopp för att upp- nå nämnda förutbestämda tryck.

15. Anordning enligt kravet 13 eller 14, kännetecknad av organ för att sätta nämnda förutbestämda tryck till mellan cza 1 MPa och cza 20 MPa.

16. Anordning enligt något av kraven 13 - 15, kännetecknad av en rörlig anpressningskropp (11), på vilken är anordnad en av anpress- ningsytorna (27), och vilken är styrt tryckbelastningsbar.

17. Anordning enligt något av kraven 13 - 16, kännetecknad av organ (18) för att variera sammanpressningens varaktighet.

18. Anordning enligt något av kraven 13 - 17, varvid nämnda organ för att upprätta nämnda representation inkluderar en analog eller digital kamera (6), kännetecknad av organ (l8,19) för att styra nämnda vald tidpunkt eller valda tidpunkter för upprättande av re- presentationen i förhållande till en period då sammanpressning rå~ der. 10 15 531 410 13

19. Anordning enligt något av kraven 13 - l8, kännetecknat av organ för att utvärdera provstycket (40, 40') med avseende på dess topo- grafis dynamiska kompressibilitet som funktion av tiden utifrån ett flertal representationer upprättade vid olika tidpunkter.

20. Anordning enligt något av kraven 13 - l9, kännetecknad av ett snedbelyst prisma (4), vars undersida utnyttjas som den andra an- pressningsytan (7).

21. Anordning enligt något av kraven 13 - 20, kännetecknad av organ (21,18) for att ansatta provstycket (40) med ett ansättningstryck av lägre trycknivå (Pa) innan sammanpressning till nämnda förutbestämda tryck initieras.