DE4132992A1

DE4132992A1 - Verfahren zum bewerten von oberflaecheneigenschaften von textilien

Info

Publication number: DE4132992A1
Application number: DE19914132992
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr Mueller-Kirschbaum; Peter Dr Sandkuehler; Horst Grundmann; Theodor Voelkel
Original assignee: Henkel AG and Co KGaA
Current assignee: Henkel AG and Co KGaA
Priority date: 1991-10-04
Filing date: 1991-10-04
Publication date: 1993-04-08

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bewerten von Oberflächen eigenschaften von Textilien. Dabei digitalisiert man ein unter ge eigneten Beleuchtungsverhältnissen erhaltenes Bild des Textils, wählt ein oder mehrere Merkmale der erhaltenen Bilddaten aus und ermittelt aus diesen ein Maß für die Oberflächeneigenschaft.

Visuell erlebbare Effekte von Produkten und Substanzen werden viel fach subjektiv mit Hilfe eines Panels bewertet. Gerade im Bereich der Wäschebehandlung und -nachbehandlung sind visuelle Beurteilungen wichtige Entscheidungskriterien, um Rezepturen oder einzelne Wirk komponenten zu optimieren oder aus einer Reihe von Chemikalien die in ihrem Effekt günstigste auszuwählen. Werden Oberflächen durch chemische oder mechanische Behandlungen sichtbar verändert, so ist die visuelle Prüfung üblicherweise die erste Untersuchungsmethode. Relative Unterschiede lassen sich durch Einordnung in Rangfolgen ermitteln. Absolute Bewertungen fallen dagegen schwer. Oftmals ist die Einführung einer willkürlichen Skala vorgegebener Standards nö tig, z. B. Knitter- oder Pilling-Standards bei der Beurteilung von Gewebeoberflächen. Mit geringer werdenden Unterschieden wächst der Aufwand an Zeit und Personal zur Beurteilung. Zuätzlich kann ein subjektiver Einfluß bei der Bewertung nicht ausgeschlossen werden.

So werden Gewebeknitter visuell durch Vergleich mit einem Standard gemäß DIN 53 895 bestimmt. Als Vergleichs-Standard dienen die "Three- Dimensional Durable Press Replicas for Use with AATCC Test Method No. 124-1973", die in sechs Kunststofftafeln von 1 bis 5 abgestuf te, verschieden stark geknitterte Gewebe darstellen, wobei Stufe 1 sehr starke Knitterfalten, Stufe 5 keine Knitterfalten zeigt. Der Vergleichs-Standard enthält die Stufen 1; 2; 3; 3,5; 4 und 5. Die DIN ordnet diesen Stufen in obiger Reihenfolge ganzzahlige Noten zu: 1; 2; 4; 6; 8 und 10. Die Beurteilung ist durch drei Personen an mindestens fünf Meßproben vorzunehmen. Der Median gilt dann als Knitterwert. Das Verfahren ist personal- und zeitaufwendig.

Eine andere zu bewertende Oberflächeneigenschaft betrifft das Auf ziehverhalten von Textilbehandlungsmitteln, insbesondere von Weich spülern. Zur Verhinderung der Trocken- und Wasserstarre werden Tex tilien mit Weichspülern nachbehandelt. Zur Spülbadavivage werden im wesentlichen kationische Tenside eingesetzt. Aufgrund ihrer katio nischen Ladungen adsorbieren diese Substanzen an der Gewebeoberflä che. Während sich die Adsorptionskinetik und die adsorbierten Mengen mit analytischen Methoden nachweisen lassen, wird in der Praxis das gleichmäßige Aufziehen mit Hilfe der Anfärbung der am Gewebe adsor bierten Weichspüler vorgenommen. Ein anionischer Farbstoff, wie z. B. Bromphenolblau, markiert die adsorbierten kationischen Weich spüler. Die Abprüfung bzgl. Fleckigkeit erfolgt subjektiv. Eine ver gleichende Bewertung der Gleichmäßigkeit der Belegung mit Avivage mitteln ist die farbmetrische Auswertung der Anfärbungen (U. Denter, E. Schollmeyer, Untersuchungen zur Gleichmäßigkeit der Tensid belegung bei der Avivierung von Polyester/Baumwoll-Spulen, Chemiefa sern/Textilindustrie 40/92, 1084-1086 (1990)). Da die farbmetrischen Apparaturen meist nur kleine Ausschnitte betrachten, sind die gewon nenen Werte entweder nur für diesen engen Bereich gültig, oder es sind viele Einzelmessungen nötig.

Das Pilling ist ein weiterer zu bewertender Oberflächeneffekt. Als Pilling wird das Auftreten von Faserknötchen oder Faserflaum (Pills) an der Oberfläche von Textilien bezeichnet. Pilling entsteht während des Gebrauchs oder beim Waschen durch Reibungsvorgänge an der Tex tiloberfläche. Oft sind Chemiefasern stärker betroffen als Natur fasern, da erstere eine im Vergleich geringer strukturierte Ober fläche und höhere Biege- und Zugfestigkeiten besitzen. Aufgrund des sen werden die entstandenen Pills nicht abgerieben und bleiben be stehen. Eine Verminderung des Pillings verlängert die Gebrauchsdauer und verbessert das optische Erscheinungsbild des Textils.

Die Pilling-Bewertung ist bislang eine subjektive Abprüfung. Seit einiger Zeit stehen zur vergleichenden visuellen Bewertung Fotostan dards der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Versuchsanstalt zur Verfügung.

Schließlich ist der Farbeindruck als zu bewertende Textileigenschaft zu nennen. Gebrauch und Waschen farbiger Textilien beeinträchtigt im Laufe der Zeit den Farbeindruck. Das geschieht z. B. durch Farbver grauung. Unter diesem Begriff wird die Abnahme des Remissionswertes ohne Farbtonverschiedung verstanden. Die Vergrauung hat als Ursachen die Farbübertragung z. B. bei mehrfarbigen Textilien, Inkrustationen mit Einschluß farbiger Schmutzanteile oder die Redeposition von Pig menten. Letztlich lassen sich diese Effekte auf zu niedrige Wasch mitteldosierung, fehlende Zusätze zum Schutz vor Pigmentvergrauung im Waschmittel oder ungenügende Enthärtung zurückführen. Neben der Farbvergrauung kann es zu einem Verblassen der Farben beispielsweise durch Auswaschen kommen. Farbvergrauung und -verblassung wirken sich nachteilig auf den Farbeindruck des Gewebes aus.

In der Vergangenheit sind schon Untersuchungen zum Ersatz subjek tiver, visueller Oberflächenbeurteilungen durch optische Verfahren, beispielsweise im Korrosionsschutz (R. W. Kesseler et al., Optisches Verfahren zur Bestimmung der Korrosionsneigung von Automobilfein blechen, Werkstoffe und Korrosion 40, 539-544 (1989)) oder in der Textiltechnologie (Qualitätskontrolle in der Vliesproduktion mit digitaler Bildverarbeitung, Chemiefasern/Textilindustrie (Industrie- Textilien) 41/93, T130 (5/1991); W. Ringens, E. Schollmeyer, Opto elektronischer Sensor für die Konfektionstechnik, Bekleidung und Wäsche 19, 34-39 (1989); W. Ringens et al., Quantitative Beurteilung der Falten- bzw. Knitterbildung mittels Triangulations-Meßtechnik, Melliand Textilberichte 71, 306-307 (1990); R. Kampf et al., Auto matische Bildauswertung für textiltechnologische Untersuchungen, Textiltechnik 27, 551-556, 644-646 (1977)) durchgeführt worden. Zur Beurteilung textiler Oberflächen, vor allem zum Erscheinungsbild und der Texturanalyse textiler Bodenbeläge, wurden Bildverarbeitungs techniken angewandt (L. Van Gool et al., Texture Analysis Anno 1983, Computer Graphics and Image Processing 29, 336-357 (1985); D. J. Jose et al., Instrumental Techniques to Quantify Textural Change in Carpet, PartI: Image Analysis, Textile Research Journal, 591-597 (1986); L. H. Siew et al., Texture Measures for Carpet Wear Assess ment, IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence 10, 92-105 (1988); E. Lünenschloß et al., Die Analyse von Anlauf stellen in Geweben, textil praxis international, 35-38 (1/1988); E. J. Wood, R. M. Hodgson, Carpet Texture Measurement Using Image Ana lysis, Textile Research Journal, 1-12 (1989); Y. Wu et al., Instru mental Techniques to Quantify Textural and Appearance Changes in Carpet, Part III: Colorimetric Image Analysis, Textile Research Journal, 673-687 (1990)). Die digitale Bildverarbeitung wurde ebenso schon zur Quantifizierung von Gewebeknittern (C. Luo, R. R. Bresee, Appearence Evaluation by Digital Image Analysis, Textile Chemist and Colorist 22 (2), 17-19 (1990) oder der Pillbildung (A. Konda et al., Evaluation of Pilling by Computer Image Analysis, Part 1: Evaluated Values of Pilling Feature and their Measurements, Journal of the Textile Machinery Society of Japan 41 (7), T113-T123 (1988); A. Kon da et al., Evaluation of Pilling by Computer Image Analysis, Part 2: Evaluation of Pilling Classes, Journal of the Textile Machinery So ciety of Japan 41 (11), T152-T161 (1988)) vorgeschlagen. Die digi tale Bildverarbeitung (digital image processing) bezeichnet die rechnergestützte Veränderung eines Bildes. Aufgrund einer weitgehen den Analogie zum visuellen System des Menschen, eignet sich die Bildverarbeitung in besonderer Weise zur Quantifizierung von sub jektiv, visuell erlebbaren Effekten.

Die Erfinder haben sich die Aufgabe gestellt, das Verfahren der ein gangs genannten Art zu vereinfachen, die Auflösung auch geringfü giger Unterschiede zu steigern, eine Quantifizierbarkeit der Ergeb nisse zu ermöglichen und ein schnelleres und besseres reproduzier bares Verfahren zur Verfügung zu stellen. Ferner sollen neue Aufga benfelder für dieses Verfahren erschlossen werden. Wenn Standardbe wertungsmethoden existieren, z. B. bei der Knitterbewertung, soll außerdem die Korrelation mit solchen Standardwerten gesteigert wer den.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man nach der Digitalisierung des Bildes bei einer kontinuierlichen oder quasikon tinuierlichen Grauwertverteilung bzw. Intensitätsverteilung von Farbauszügen deren Standardabweichung und bei Grauwertverteilungen bzw. Intensitätsverteilungen mit nur zwei Helligkeitswerten deren Flächenanteil und/oder die Anzahl der Flächen mit gleichem Hellig keitswert bestimmt und aus den erhaltenen Größen, gegebenenfalls nach einer vorherigen Eichung mit einem Standard, ein Maß für die gesuchte Oberflächeneigenschaft berechnet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteran sprüchen dargestellt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Systems zur digitalen Bildverarbeitung,

Fig. 2 ein Beispiel für eine Grauwertverteilung eines Schwarzweiß- Bildes,

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Anordnung zur Knitterbewertung,

Fig. 4 die Korrelation zwischen Grauwertverteilung und Gewebeknit tern, wobei links ein Gewebeabschnitt bei seitlichem Lichteinfall und rechts die zugehörige Grauwertverteilung dargestellt ist,

Fig. 5 ein Diagramm zum Vergleich zwischen berechneter und vorge gebener Glätte-Stufe bei der Knitterbewertung,

Fig. 6 das gleiche wie in Fig. 5 nach einem bekannten Verfahren mit digitaler Bildverarbeitung,

Fig. 7 die Anzahl der Pixel über den Grauwertstufen für die Farb auszüge eines weißen Gewebes mit der Gleichmäßigkeit GL = 100%,

Fig. 8 das gleiche für ein angefärbtes Gewebe mit einer Gleich mäßigkeit GL = 24%,

Fig. 9 das gleiche für ein angefärbtes Gewebe mit einer Gleich mäßigkeit GL = 67%,

Fig. 10 die Gleichmäßigkeit eines Gewebes bei der Zugabe von 1,5 g Weichspüler pro kg Gewebe für verschiedene Weichspüler und verschie dene Flottenverhältnisse zur Bewertung des Aufziehverhaltens der Weichspüler,

Fig. 11 das gleiche für eine Anwendungskonzentration von 3 g Weich spüler pro kg Gewebe,

Fig. 12 die gemessene mittlere Gleichmäßigkeit für unterschiedliche Weichspüler,

Fig. 13 die Pillingbildung nach 15 Wäschen für unterschiedliche Gewebe,

Fig. 14 die Korrelation zwischen dem gemessenen Flächenanteil der Pills und einer subjektiven Rang-Note,

Fig. 15 die Grauwertverteilungen mit Dichtemittel und Mittelwert für ein Ausgangsgewebe und ein vergrautes Testgewebe zum Bewerten der Veränderung des Farbeindrucks,

Fig. 16 die Korrelation zwischen der gemessenen relativen Farbein druckveränderung und einer aus subjektiver Bewertung entstandenen Rangfolge,

Fig. 17 die Korrelation zwischen der subjektiven und der gemessenen Bewertung der Farbeindruckveränderung für unterschiedliche Gewebe arten mit verschiedenen Farben.

Ein System zur digitalen Bildverarbeitung besteht aus einer elektro nischen Kamera 1, einer Rechnereinheit 2, einem Bildspeicher 3, Da tenspeicher- bzw. -ausgabeeinheiten 4, 5 und einem Monitor 6 (Fig. 1). Für die Untersuchungen wurde ein PC-basiertes System mit Schwarz/Weiß- und Farb-Auswertung verwendet. Die vorhandene Pro grammbibliothek erlaubt die Bestimmung morphologischer Objektpara meter (Fläche, Umfang, Durchmesser, Formfaktor, Kanten, Winkel) und Echtfarbverarbeitung. Durch eine Vernetzung des Bildverarbeitungs rechners mit einer Workstation konnten die Datenfiles zusätzlich mit eigener Software ausgewertet werden.

Das Grundprinzip der digitalen Bildverarbeitung ist die Umwandlung eines Kamerabildes in rechnerkompatible Daten. Dazu wird die Bild fläche in eine Matrix von Zeilen und Spalten aufgeteilt, so daß sich ein feines Raster von Bildpunkten (sog. Pixel = "picture elements") ergibt. Das verwendete System löst ein Schwarz/Weiß (S/W)-Bild in eine quadratische Matrix von 512 Zeilen und 512 Spalten auf, d. h. in insgesamt 262 144 Pixel. Jedem Pixel des S/W-Bildes wird, aus gehend vom Originalbild, im Rechner eine bestimmte Grauwertstufe zugeordnet. Die Skala reicht dabei vom Grauwert 0 (vollständig schwarz) über 254 dazwischenliegende Abstufungen bis zum Grauwert 255 (vollständig weiß). Je höher die Zahl der möglichen Graustufen und je größer die Anzahl der Pixel eines Bildes, desto genauer kann das Bild digital beschrieben werden. Für jedes aufgezeichnete S/W- Bild läßt sich eine sog. "Grauwertverteilung" berechnen (Fig. 2). Das ist das Histogramm der Häufigkeit der 256 Graustufen. Eine voll ständig gleichmäßig graue Fläche sollte daher im idealen Fall eine Grauwertverteilung besitzen, bei der alle 262 144 Pixel auf eine Grauwertstufe liegen. Dieser Zustand wird jedoch im allgemeinen nicht erreicht. Vielmehr erhält man eine mehr oder weniger symme trische Verteilungskurve um einen mittleren Grauwert (Mittelwert), wie sie Fig. 2 zeigt. Die Verteilungsbreite ist z. B. durch die Standardabweichung für den Mittelwert charakterisierbar. Addiert man die Anzahl aller Pixel unter der Grauwertverteilung, so erhält man wiederum die Gesamtzahl von 262 144.

Ein Farbbild wird in ganz analoger Weise digitalisiert. Weil das Bild aus drei superpositionierten Bildern in den Farben Rot, Grün und Blau dargestellt wird, gibt es je Farbbild drei Pixelmatrizen mit jeweils 262 144 Pixeln und drei "Grauwertverteilungen" für Rot, Grün und Blau, den sogenannten "Rot-, Grün- und Blauauszügen".

Die digitale Bildverarbeitung im S/W-Modus erlaubt ein einfaches und schnelles Vorgehen bei der Knitterbewertung. Dazu wurde der zu prü fende Gewebeabschnitt 7 gemäß Fig. 3 im Abstand von etwa 1 m von der S/W-Kamera 1 fotografiert. Gewebeknitter werfen unter der Schrägbe leuchtung 8 Schatten, die auf dem hellen Untergrund sichtbar sind. Zur Auswertung wurde die Grauwertverteilung des digitalisierten Bil des herangezogen. Fig. 4 zeigt schematisch die Formänderung der Grauwertverteilung beim Auftreten von Knittern. Das völlig glatte Gewebe 9 besitzt eine schmale Grauwertverteilung 10, die eng um einen Mittelwert variiert. Sind Falten 11 im Gewebe, so erscheinen die der Beleuchtungseinrichtung zugewandten Seiten 12 der Falten heller, die abgeschatteten Seiten 13 dunkler als die übrige Ober fläche. Es treten in der Grauwertverteilung 14 daher zusätzliche Graustufen auf, die die Verteilung breiter werden lassen. In beiden Fällen sind die Verteilungen nahezu vollständig symmetrisch. Der Mit telwert ist konstant. Als Maß für die Breite dient die Standardab weichung σ des Mittelwertes. Wird die Glätte-Stufe GS definiert als

GS = a/σ - b (1)

mit
GS: Glätte-Stufe analog zur Einteilung gemäß Abstufung nach AATCC-Methode
a, b: Konstanten, abhängig von den Beleuchtungsverhältnissen und dem Einfallswinkel; hier: a=29,5; b=0,27,

so erhält man den in Fig. 5 dargestellten Zusammenghang zwischen der mit Hilfe der digitalen Bildverarbeitung berechneten Glätte-Stufe GS und der vorgegebenen Glätte-Stufe des Knitter-Standards gemäß AATCC, der eine Korrelation < 0,99 aufweist.

Mit dieser Beziehung (1) war es möglich, vor allem im Bereich star ker Knitterbildung Glätte-Abstufungen bis ± 0,1 aufzulösen. Beim bisher bekannten Verfahren, das ebenfalls mit Hilfe der Bildverar beitung Knitter bewertet, wird diese hohe Auflösung nicht erreicht (C. Luo, R. LR. Bresee, Appearence Evaluation by Digital Image Analysis, Textile Chemist and Colorist 22 (2), 17-19 (1990)). Die Korrelation zwischen Meßwert und Glätte-Stufe zeigt zudem keinen geradlinigen Verlauf (Fig. 6). Diese Effekte erklären sich aus der Wahl eines anderen Parameters zur Auswertung (Quotient aus Standard abweichung und Mittelwert) und der geringeren Auflösung des Bildes in nur zehn Grauwertstufen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch zum Bewerten des Aufzieh verhaltens von Weichspülern eingesetzt werden. Die digitale Bildver arbeitung mit Farbbildanalyse bietet eine Möglichkeit zur Quantifi zierung der Gleichmäßigkeit des Aufziehverhaltens durch eine einzige Aufnahme der angefärbten Fläche.

Dazu wird ein mit Weichspülern ausgerüsteter und mit Bromphenolblau angefärbter Frottier-Gewebeabschnitt (35 cm·35 cm) von der Kamera fotografiert. Die Anordnung gleicht derjenigen zur Knitterbewertung. Zur Beleuchtung wird ein Halogen-Kunstlicht-Scheinwerfer mit 500 Watt gewählt, der in Beobachtungsrichtung senkrecht aus etwa 2 m Abstand auf das flach ausgebreitete Gewebe gerichtet ist.

Bei der Auswertung der aufgezeichneten Farbbilder werden speziell die Rot-, Grün- und Blauauszüge betrachtet. Die Farbauszüge der Komplementäranteile zur verwendeten Markierungsfarbe - in diesem Falle die Kombination von Rot- und Grünauszügen - eignen sich be sonders zur Quantifizierung der Effekte (J. Kurz, W. Lebensaft, Farbmessung: Farbmetrik und ihre Anwendung in der Textilindustrie, Zeitschr. f. Textilindustrie, Jahrgang 67, Hefte 8, 9, 10, 12; Jahrgang 68, Hefte 1, 5, 9, 12 ). Die Gleichmäßigkeit GL der Farb stoffverteilung auf dem Gewebe kann empirisch beschrieben werden durch:

GL = 100 · FL₀/FL (2)

mit

FL = σ (1 + δ) (3)

und
GL: Gleichmäßigkeit der Anfärbung in Prozent (= 100% für ungefärbtes Gewebe)
FL: Fleckigkeitsparameter
FL₀: FL-Wert für ungefärbtes Gewebe
σ: Arithmetisches Mittel der Standardabweichungen der Rot- und Grünauszüge
δ: Korrekturterm (0 delta 0,2).

Der Korrekturterm delta verknüpft die objektive Bewertung mit sub jektivem Empfinden und hebt einen durch Frottiergewebe verursachten Effekt auf. Während von mehreren Betrachtern ein vollständig tief blau gefärbtes und ein gänzlich weißes Gewebe in beiden Fällen als 100% gleichmäßig bewertet wurden, ergibt sich in den aufgezeich neten Farbauszügen eine geringfügig höhere Standardabweichung für das weiße Gewebe. Dieser Tatbestand findet seine Erklärung in der Struktur des Frottier-Gewebes. Die Gewebeschlaufen an der Textil oberfläche tragen selbst bei gleichmäßigster Ausleuchtung durch die verursachten kleinen Schatten zu einer geringen Verbreiterung der Helligkeitsverteilungen bei (Verbreiterung der Helligkeitsverteilung bedeutet Zunahme der Standardabweichung). Beim gleichmäßig blauen Gewebe ist dieser Effekt aufgrund der ohnehin dunkleren Färbung fast ohne Einfluß. Bei glatten Gewebeoberflächen treten diese Unterschie de nicht mehr auf. Delta wächst linear mit der mittleren Blauinten sität.

Die Beeinflussung der definierten Größen wird an einem Beispiel er läutert. Die Fig. 7 bis 9 zeigen die Farbauszüge von drei Gewebe abschnitten. Fig. 7 stellt die Farbauszüge des weißen, ungefärbten Gewebeabschnittes dar. Die drei Verteilungen sind schmal und über lappen einander. Die Mittelwerte liegen nahe beeinander. Das ent spricht dem optischen Eindruck einer weißen Oberfläche. Die Stan dardabweichung σ und in Folge der Fleckigkeitsparameter sind wegen der schlanken Verteilungen klein. Die Gleichmäßigkeit ist defini tionsgemäß gleich 100%.

In Fig. 8 sind die Farbauszüge eines blau verfleckten Gewebes wie dergegeben. Die gleichzeitige Verschiebung des Rot- und Grünauszugs hin zu kleineren Werten ist ein Anzeichen für die Abnahme gelber Farbanteile in der Remission. Die Blauintensität nimmt zu. Die Zu nahme der Verteilungsbreite (Standardabweichung) führt zur Zunahme der Größe FL gegenüber FL₀ des weißen Gewebes. Damit sinkt die Gleichmäßigkeit GL auf 24%.

Für ein etwa genauso intensiv, aber gleichmäßiger angefärbtes Gewebe ergeben sich die Verteilungskurven aus Fig. 9. Die drei Farbauszüge liegen bei ähnlichen Mittelwerten im Vergleich zu Fig. 8 (Zeichen ähnlicher Farbintensität), die Verteilungsbreiten sind jedoch ge ringer. Sie gleichen aber noch nicht denjenigen des ungefärbten weißen Frottier-Gewebes. Die gemessene Gleichmäßigkeit GL liegt bei 67%. Aufgrund der optisch rauhen Oberfläche werden Frottier-Gewebe mit GL-Werten oberhalb etwa 60% i. a. als hinreichend gleichmäßig angefärbt empfunden.

Die Grenze der optischen Abprüfung - sowohl visuell als auch mit der digitalen Bildverarbeitung - ist erreicht, wenn z. B. bei der Dif ferenzierung zweier Weichspüler generelle Unterschiede in der An färbbarkeit dieser Substanzen durch den verwendeten Farbstoff zu sätzliche Effekte verursachen. Damit verlöre das Verfahren seine Übertragbarkeit im Hinblick auf verschiedene Weichspüler. Die nach folgende differenzielle Bewertung der vier Avivage-Rohstoffe geht daher zunächst von der Annahme aus, daß keine systematischen Fehler der o. g. Art die Messungen im Grundsatz verfälschen.

Die Bewertungen des Aufziehverhaltens wurden für vier verschiedene Substanzen durchgeführt, die als Avivagemittel in der Textilindu strie oder zur Formulierung von Wäscheweichspülern im Haushalt Ver wendung finden. Es handelte sich um Distearyldimethylammoniumchlorid (DSDMAC), ein Esterquat (EQ) und um ein Kondensationsprodukt aus Fettsäure und Aminoethylethanolamin (Aminoamid) sowie um ein Imida zoliniumquat (IQ).

Zur Durchführung wurden die 35 cm·35 cm großen Frottier-Gewebeab schnitte bei 95°C mit einem phosphatfreien Vollwaschmittel ausge waschen und anschließend im Wackergerät über einen Zeitraum von 5 min bei 25°C mit den Weichspülern ausgerüstet. Die eingestellten DSDMAC-Konzentrationen lagen zwischen 0,75 und 3 g Aktivsubstanz/kg Gewebe im Avivagebad. Die anderen Substanzen wurden bei 1,5 und 3 g/kg Gewebe geprüft. Diese Konzentrationsangabe wird verwendet, weil mit Ausnahme von Aminoamid bei den zwei Flottenverhältnissen 1:10 und 1:20 gearbeitet wird. Da letztlich die absolute Menge Weich spüler im Avivagebad entscheidend ist, können auch Effekte aufgrund unterschiedlich langer Flotten betrachtet werden. Der pH-Wert wurde nur für das Aminoamid auf 5 eingestellt. Nach der Lufttrocknung wur den die Gewebeabschnitte einzeln und liegend in jeweils 3 l frisch angesetzter Bromphenolblau-Lösung (0,04% in Ethanol) angefärbt. Während der 10minütigen Anfärbung wurden Gewebe und Flüssigkeit nicht bewegt. In kaltem Wasser wurden die Gewebe solange ausgespült, bis der Ablauf klar und farblos war. Die Frottier-Gewebe trockneten an der Luft. Die Untersuchungen basieren auf Ein- und Zweifachbe stimmung. Für die DSDMAC-Ausrüstung bei 0,3 g/l in kurzer Flotte wurden insgesamt acht Gewebe vermessen.

Eine Verknüpfung zwischen Farbintensität durch Bromphenolblau-Anfär bung und Oberflächenkonzentration ist zwar für jede der untersuchten Substanzen gegeben, aufgrund der substanzspezifischen Intensität des Farbstoffkomplexes kann jedoch nicht aus gleicher Blauintensität zweier Gewebeabschnitte, die mit unterschiedlichen Weichspülern be handelt wurden, auf gleiche Oberflächenkonzentrationen geschlossen werden. Daher werden nur Aussagen über die Gleichmäßigkeit der Ad sorption getroffen. Zur Bewertung der Verteilung der Weichspüler- Rohstoffe anhand der Auswertung mit der digitalen Bildverarbeitung läßt sich feststellen: Bei zwei Konzentrationen im Bereich üblicher Einsatzmengen wurden die vier Weichspüler in ihrem gleichmäßigen Aufziehen miteinander verglichen (Fig. 10 und 11). Wurden 1,5 g/kg Gewebe eingesetzt, zeigten die Textilien meist nur sehr schwach, aber gleichmäßige hellblaue Anfärbungen (Fig. 10), die untereinander mit dem bloßen Auge nicht differenziert werden konnten. Kurze und lange Flotten (Flottenverhältnis 1:10 bei dunklen und 1:20 bei hel len Balken) hatten keinen signifikanten Einfluß. An allen ausgerü steten Textilien war ein verbesserter Griff feststellbar.

Bei Erhöhung der Konzentration auf 3 g/kg Textil führte neben DSDMAC auch IQ zu einem - allerdings wesentlich geringeren - Absinken der Gleichmäßigkeit (Fig. 11). EQ und Aminoamid lagen bei etwa 90% bzw. noch darüber. Für diese beiden Stoffe blieb die Anfärbung der Gewebe auch hinter denen für DSDMAC und IQ zurück. Die Flottenverlängerung (Flottenverhältnis 1:10 bei dunklen und 1:20 bei hellen Balken) wirkte sich günstig auf die gleichmäßige Anfärbung von IQ aus. Bei allen Färbeversuchen zeigte sich, daß mit dem Auftreten großer Blauintensitäten neben der Tendenz zu höherer Fleckigkeit der Weichgriff an den stark gefärbten Stellen über das gewünschte Maß hinaus verändert wurde. Chemische Analysen der Oberflächenkonzentra tionen können Hinweise geben, inwieweit Einfach- und Mehrfachbele gungen mit Kationtensid mit starken Schwankungen der Anfärbungen korrelieren.

Aus den GL-Werten bei kurzer und langer Flotte sowie den beiden Testkonzentration wurde eine mittlere Gleichmäßigkeit berechnet (Fig. 12). Alle vier geprüften Weichspüler-Rohstoffe lagen oberhalb von etwa 70%. Die durchschnittliche Gleichmäßigkeit lag damit fast immer auch subjektiv im Bereich geringfügiger bis kaum vorhandener Fleckigkeit. Besonders günstig wirkten EQ und Aminoamid.

Die Untersuchungen beschränkten sich bisher auf reine Lösungen der Weichspüler-Rohstoffe. Es ist bekannt, daß beispielsweise Mischungen aus kationischen und nichtionischen Tensiden ein geändertes Adsorp tionsverhalten besitzen. Von den hier gefundenen Ergebnissen kann daher nicht ohne zusätzliche Untersuchungen auf das Verhalten fertig konfektionierter Weichspülerformulierungen geschlossen werden.

Im folgenden wird eine Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die Pillingbewertung näher beschrieben. Zur Objektivierung eig net sich ebenfalls ein digitales Bildverarbeitungssystem. Bei der erfindungsgemäß gewählten Anordnung wird das horizontal auf ebenem Untergrund liegende Textil mit einer Schwarzweißkamera senkrecht von oben durch ein Makroobjektiv fotografiert, während seitlich von links und rechts mit Hilfe einer Faseroptik das Textil mit tangen tialen Lichtkegeln bestrahlt wird. Durch diese Art der Beleuchtung lassen sich die Pills als helle Objekte vom dunklen Untergrund se lektieren. Die ausgewertete Fläche ist etwa 3 cm² groß (1,4 cm·2,1 cm). Mit der in der Programmbibliothek befindlichen Software kann nach Festlegung einer Detektionsschwelle sowohl die Anzahl der Pills auf der Fläche als auch ihr Anteil an der Fläche bestimmt werden. Beide Werte besitzen Aussagekraft bzgl. Pillingbildung und Wiederga be des subjektiven Eindrucks (A. Konda et al., Evaluation on Pilling by Computer Image Analysis, Journal of the Textile Machinery Society of Japan 41 (7), T113-T123 (1988) und 41 (11), T152-T161 (1988)). Bei unterschiedlich großen Pills korrelieren die Angaben in "An zahl/Fläche" und "Flächenanteil" jedoch nicht in jedem Fall. Es wur den beispielsweise Gewebe aus Baumwolle (weiß) bzw. Polyester/Baum wolle (braun) vermessen, bei denen es durch Benutzung schon zu Pil lingbildung gekommen war. Durch 15maliges Waschen jeweils einer Ge webeprobe verstärkte sich die Pillingbildung (Fig. 13). Die dunklen Balken kennzeichnen Baumwoll- und die hellen Balken Polyester/Baum woll-Gewebe. In diesem Fall korrelieren beide Quantifizierungsmetho den (Anzahl/Fläche u. Flächenanteil).

In einer Vergleichsprüfung zur Korrelation der Methode mit dem vi suellen Empfinden, wurden acht Textilien mit unterschiedlicher Pill bildung von einem Panel in eine Rangfolge gebracht. Dabei bezeich nete die Rang-Note 1 die geringste Pillingbildung. In einigen Fällen konnten die Betrachter keine Unterschiede feststellen. Die Korrela tion zwischen den Untersuchungsergebnissen mit der digitalen Bild verarbeitung und der visuellen Abprüfung zeigt Fig. 14.

Der besondere Vorteil des Einsatzes der digitalen Bildverarbeitung liegt neben Schnelligkeit und Reproduzierbarkeit in einer höheren Auflösung, als sie der menschliche Betrachter erreicht. Veränderun gen des Pilling können damit schon mit weniger als den üblichen 25 oder 50 Wäschen bestimmt werden.

Die Entwicklung eines Bewertungsverfahrens mit der digitalen Bild verarbeitung wurde an verschiedenen teilweise gefärbten, teilweise schwarzen Baumwoll- bzw. Baumwoll-Polyester-Mischgeweben vorgenom men. Dabei stand zunächst nicht die eigentliche Art der Behandlung durch unterschiedliche waschtechnische Parameter wie Waschtempera tur, Flottenverhältnis, Waschmitteldosierung oder Rezepturverände rungen des Waschmittels im Vordergrund, sondern die Möglichkeit, mit einer einfachen objektiven Bewertung das Ranking eines Panels nach vollziehen zu können.

Jeweils sechs Gewebeabschnitte im Format 15 cm·15 cm (Ausgangsma terial und fünf behandelte Abschnitte) waren von einem Panel durch Vergabe von Rang-Noten beurteilt worden. Mit der Bildverarbeitung wurden die Abschnitte bei gleichmäßiger Ausleuchtung senkrecht zur Fläche mit der S/W-Kamera fotografiert. Das S/W-Verfahren ist ange wandt worden, um von Beginn an Einflüsse des Farbtons im relativen Vergleich ausschließen zu können. Die Unterschiede im Erscheinungs bild zeigt Fig. 15 (durchgezogene Linie: Ausgangsgewebe, andere Kur ve: vergrautes Testgewebe). Die Grauverteilungen waren deutlich asymmetrisch. Ein sichbar verblaßtes Gewebe zeigte eine meßbare Ver breiterung des Kurvenverlaufs (Standardabweichung wird größer) bei Zunahme der Schiefe, charakterisiert durch den Mittelwert m und das Dichtemittel d (= Modalwert, Grauwertstufe mit maximaler Pixelzahl).

Einerseits verblassen im Ausgangsgewebe dunkle Flächenteile. Man er hält mehr Pixel im hellen Teil der Grauwertverteilung auf Kosten eines sinkenden Anteils von Pixel mit niedrigeren Grauwertstufen. Dadurch erhöht sich der Mittelwert. Andererseits werden einige Gewe bestellen aufgrund der Vergrauung dunkler als zuvor. Das Dichtemit tel der Verteilung verschiebt sich zu kleineren Werten.

Aus den vorangegangenen Überlegungen wurde ein empirischer Ansatz ab geleitet. Dabei gingen neben der Standardabweichung σ (Maß für die Breite) auch die Differenzen zwischen den Mittelwerten der Vertei lungen und den Modalwerten in die Berechnung ein. Die Vorzeichen sind so gewählt, daß mit zunehmender Farbeindruckveränderung der FV-Wert wächst.

FV = σ(T) - σ(A)
+ [m(T) - m(A)]
+ (d(A) - d(T)] (4)

mit
FV: Farbeindruckveränderung
σ: Standardabweichung der Grauwertverteilung
d: Dichtemittel (Modalwert)
m: Mittelwert der Verteilung
A,T: Kennzeichnung der Gewebe; A: Ausgangs-, T: Testgewebe.

Zur Berechnung vergleichbarer Werte unterschiedlich gefärbter Textilien wurde die relative Farbeindruckveränderung berechnet.

RFV = FV/FV_MAX (5)

mit
RFV: Relative Farbeindruckveränderung
FV_MAX: maximaler FV-Wert der Meßreihe.

In der visuellen Beurteilung sind keine Noten, sondern Rangstufen vergeben worden. Die Unterschiede der vergrauten Gewebe unterein ander waren deutlich kleiner als die Differenz zum Ausgangsgewebe. Das Ranking enthält daher eine Maßstabsverzerrung. Zur Verdeutli chung ist dies für eine Meßreihe in Fig. 16 dargestellt. Vergleicht man allerdings die Rangfolgen, die sich mit der Bildverarbeitung und aus der Panel-Bewertung ergeben, so stellt man eine hohe Überein stimmung fest (Fig. 17). Die schwarze Linie steht für Baumwolle orange, die mittlere, graue Linie für Jeans, grob, schwarz, Baum wolle grob, rosa und Bordeaux sowie für schwarzes Mischgewebe aus Polyester/Baumwolle und die helle Linie für Baumwolle, grob, schwarz. Das bisher gefundene Verfahren korreliert daher grundsätz lich mit dem subjektiven Sinneseindruck. Auch hier hat die digitale Bildverarbeitung den Vorteil größerer Schnelligkeit und hoher Repro duzierbarkeit. Um eine Skalierung über einen funktionalen Zusammen hang zwischen visuellem Eindruck und objektivem Ergebnis zu erhal ten, könnten entweder Noten-Standards zum Vergleich für den subjek tiven Test erstellt werden oder Verbesserungen bei der Auswertung der objektiven Daten erfolgen, beispielsweise durch Einführung von Gewichtungsfaktoren oder Berücksichtigung weiterer Parameter.

Claims

1. Verfahren zum Bewerten von Oberflächeneigenschaften von Texti lien, wobei man ein unter geeigneten Beleuchtungsverhältnissen erhaltenes Bild des Textils digitalisiert, ein oder mehrere Merkmale der erhaltenen Bilddaten auswählt und aus diesen ein Maß für die Oberflächeneigenschaft ermittelt, dadurch gekennzeichnet, daß man nach der Digitalisierung des Bildes bei einer kontinu ierlichen oder quasi-kontinuierlichen Grauwertverteilung bzw. Intensitätsverteilung von Farbauszügen deren Standardabweichung und bei Grauwertverteilungen bzw. Intensitätsverteilungen mit nur zwei Helligkeitswerten deren Flächenanteil und/oder die An zahl der Flächen mit gleichem Helligkeitswert bestimmt und aus den erhaltenen Größen, gegebenenfalls nach einer vorherigen Eichung mit einem Standard, ein Maß für die gesuchte Oberflä cheneigenschaft berechnet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Bewertung von Gewebeknitter ein Bild des Textils bei schräg darauf einfallender Beleuchtung aufnimmt, das Bild digitalisiert, die Standardabweichung σ der Helligkeitsvertei lung ermittelt und daraus die Glättestufe GS = (const./σ)-const.berechnet.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Bild mit einer Schwarzweiß-Videokamera aufnimmt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Konstanten in Abhängigkeit von den Beleuchtungsver hältnissen mit einem Vergleichsstandard bestimmt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Bewertung des Aufziehverhaltens von Textilbe handlungsmitteln, insbesondere von Weichspülern, nach dem An färben des an der Textiloberfläche adsorbierten Mittels ein Farbbild des Textils bei gleichmäßiger Ausleuchtung aufnimmt, das Bild digitalisiert, die Standardabweichungen der Farbauszüge ermittelt und aus deren arithmetischem Mittel σ die Gleichmäßig keit GL = const./σberechnet.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man nur die Farbauszüge der Komplementäranteile der verwen deten Markierungsfarbe zum Bestimmen der mittleren Standardab weichung heranzieht.

7. Verfahren nach Anpruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstante einen von der Gewebeart abhängigen Korrektur term 1/(1+δ) enthält, wobei δ Werte von 0 bis 0,2 an nehmen kann.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Konstante derart wählt, daß der Wert für GL bei ungefärbtem Textil 1 bzw. 100% ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Bewertung des Pilling ein Bild des Textils bei tangential einfallender Beleuchtung aufnimmt, das Bild digitali siert, den Flächenanteil und/oder die Anzahl der hellen Objekte und daraus eine Rangstufe ermittelt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Textil von zwei entgegengesetzten Seiten beleuchtet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die das Bild aufnehmende Kamera etwa senkrecht zur Textil fläche ausgerichtet ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eichung der erhaltenen Ergebnisse mit einem visuellen Standard vorgenommen wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Bewertung der Farbeindruckveränderung Schwarz weißbilder der zu vergleichenden Textilien bei gleichmäßiger Beleuchtung aufnimmt, die Bilder digitalisiert, die Grauwertver teilungen und deren Standardabweichungen σ, Mittelwerte m und Dichtemittel d ermittelt und daraus die Größe FV = σ (T)-σ (A) + m (T)-m (A) + d (A)-d (T)berechnet, wobei T das Testtextil und A das Ausgangstextil bezeichnet.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die das Bild aufnehmende Kamera etwa senkrecht zur Textil fläche ausgerichtet ist.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eichung der erhaltenen Ergebnisse mit einem visuellen Standard vorgenommen wird.