Rauigkeit und Topografie – ein Vergleich unterschiedlicher ... - Alicona

MESSTECHNIK
den bereits von Löjdmark [7] vorgestellt. Alle indirekten Methoden
lassen demnach gleiche Aussagen bezüglich der Papierrauigkeit
zu. Die restliche Streuung ist durch die Messung an unterschiedlichen
Stellen der Papiere begründet.
3.1.2 Evaluierung des Farbfokussensors
In diesem Teil werden die Auswirkungen unterschiedlicher Einstellungen
des Farbfokussensors auf die Topografiebewertung durch
Parameter untersucht. Es wird auch darauf eingegangen, wie sich
zwei unterschiedliche Filterungen auf die Parameter auswirken.
Ein wichtiger Schritt ist auch die Wahl des geeigneten Parameters.
Schlussendlich wird der Farbfokussensor mit den Luftstromverfahren
verglichen.
Variation der Aufnahmeeinstellung des Farbfokussensors
Die oben genannten Papiere wurden mit folgenden Objektiven und
Auflösungen vermessen (Tab. 2):
Tab. 2: Einstellungen des Farbfokussensors
Aus den Topografiedaten wird der Sa-Wert berechnet und für den
Vergleich herangezogen.
In Abb. 4 sind die Sa-Werte der Filterwellenlänge 1,8 mm aufgetragen.
Ein fast identisches Diagramm erhält man mit 0,2 mm Filterwellenlänge
(nicht angeführt). Unterschiedlichen Auflösungen (vgl.
Tab. 2), die durch die Wahl der Objektive einstellbar sind, liefern gleiche
Aussagen. Offensichtlich
lassen sich Unterschiede
zwischen den
Papieren auch mit der
hier „gröberen“ Auflösung
von etwa 3 µm in
x,y- und 1 µm in z-Richtung
aufzeigen. Die Wahl
des 10-fach-Objektivs ist
aus statistischer Sicht
vorteilhaft, da mit diesem
größere Fläche erfassbar
sind.
Abb. 4: Vergleich unterschiedlicher Aufnahmeeinstellungen
Abb. 5: Vergleich unterschiedlicher Filterung
Vergleich unterschiedlicher
Filterung
Ein Vergleich der unterschiedlicher
Filterung
und Aufnahmeeinstellungen
ist in Abb. 5 dargestellt.
Eine Filterung
mit 1,8 mm Wellenlänge
ergibt einen um 1 bis 2
µm höheren Sa-Wert im
Vergleich zu einer Wellenlänge
mit 0,2 mm.
Der Grund dafür sind
große Strukturen, die bei
einer größeren Filterwellenlänge
erhalten bleiben.
Interessant ist, dass
die Ergebnisse beider
Filterungen hoch korreliert sind (R 2 =0,97). Ob das eine Besonderheit
von Papieroberflächen, des Farbfokussensors oder auch bei
größeren Grenzwellenlängen der Fall ist, wurde hier nicht untersucht.
Vergleich unterschiedlicher Oberflächenkennzahlen
Um die Topografiendaten des Farbfokussensors mit den indirekten
Methoden vergleichen zu können, gilt es einen geeigneten Parameter
zu finden. Dafür wurden unterschiedliche Oberflächenkennzahlen
berechnet, die im Anhang aufgelistet sind.
Diese Oberflächenkennzahlen wurden zur Beschreibung metallischer
Oberflächen entwickelt. Durch diese soll es möglich sein, die
Qualität und Funktionalität einer Oberfläche zu charakterisieren.
Eine Auflistung und ausführliche Beschreibung der Oberflächenparameter
geben Blunt et al. [16]. Zu deren Berechnung wird die Topografie
zuvor ausgerichtet und mit zwei unterschiedlichen Wellenlängen
gefiltert (s. Anhang). So kann auch zwischen Mikro- und Makrorauigkeit
unterschieden werden.
Die anschließende statistische Analyse zeigt, dass die
unterschiedlichen Parameter in starker Korrelation
(R 2 zwischen 0,8 und 0,98) stehen. Dies kann man der
Korrelationsmatrix im Anhang entnehmen. Das ist besonders
für den Vergleich zu anderen Messmethoden
von Bedeutung, da hochkorrelierte Parameter die gleiche
statistische Aussage liefern und einer stellvertretend
für die übrigen herangezogen werden kann.
Für den Vergleich des Farbfokussensors mit den indirekten Methoden
wurde stellvertretend für alle anderen Parameter der Sa-Wert
gewählt. Eine Beschreibung des Sa-Wertes findet sich ebenfalls im
Anhang.
Vergleich des Farbfokussensors mit den indirekten Verfahren
Der Vergleich zwischen den Luftstromverfahren und dem Farbfokussensor
wird auf Basis der Messungen mit dem 10-fach-Objektiv
und mit einer Filterwellenlänge von 1,8 mm errechnet Sa-Werte vorgenommen.
In Abb. 6 sind die Streudiagramme als Vergleiche angeführt.
Aus diesen geht hervor, dass die Ergebnisse des Farbfokussensors
sehr gut mit denen der Luftstromverfahren vergleichbar
sind. D. h. eine Unterscheidung der Papierrauigkeiten, die durch
Luftstromverfahren gegeben ist, kann auch mit den Topografieparametern
des Farbfokussensors gemacht werden.
3.1.3 Vergleich zwischen den direkten Methoden der Topografiemessung
Für einen Vergleich der direkten Methoden wurden vier Papiere an
exakt derselben Stelle mit dem Farbfokussensor, der dynamischen
Laserfokussierung und der mechanischen Abtastung vermessen.
Diese Papiere stammten aus demselben oben vorgestellten Probensatz:
Copypaper LQ, Woodfree Calandered, SC Calandered und
LWC Uncalandered.
Die Auflösungen der drei Verfahren wurden so gewählt, dass sie in
einer vergleichbaren Größenordnung liegen (Tab. 3).
Die Größe der Untersuchten Fläche ist durch den Farbfokussensor
vorgegeben. Sie beträgt in etwa 5 x 0,6 mm 2 .
Tab. 3: gewählte Auflösungen der direkten Verfahren
1230 WOCHENBLATT FÜR PAPIERFABRIKATION 21 · 2006