Many properties of the use of paper are influenced by its surface quality. The surface quality can be measured
by different techniques. We aim to characterise its topography and the link between its structural
and physical properties.
Generalised description of the three-dimensional structure of paper
Characterisation of the properties use of paper by topographical analysis of its surface
1. Characterisation of the properties use of paper by topographical analysis of its surface Gérard Baudin et Jean-Francis Bloch - LGP2 - PAGORA Contact: mercier.christophe1@googlemail.com Christophe Mercier – September 2004
2. Outline Introduction Presentation of topics Pertinence and interpretation of topographical parameter s Application Conclusion and perspectives
3. Paper surface / PhD 23 May 2010 PhD defense " Paper is really not a perfect substrate for printing. A number of optical and physical imperfections, such as local variations in colour , optical density and surface topography , degrade the image each in their own manner . " Gustavson S. , 1995 " Although print gloss has been used as a quality factor for many years, the relation between the visual apparence of a printed paper and its surface roughness is not well understood " Bélan M.C., 2001 " It is mainly the surface properties like roughness and distribution of flocs that determine the quality of print. " Johansson J.O., 2002 Printing Gloss Profile model
6. Outline Introduction Presentation of topics Pertinence and interpretation of topographical parameters Applications Conclusion and perspectives
7. Objectives 23 May 2010 PhD defense I nterpretation of parameters Calend e ring Offset printing Acquisition Treatments
8. Measurement methods 23 May 2010 PhD defense Determination of spacing and acquisition length in order to obtain a statistically representative surface. Raw data treatment before exploitation.
9. Calendering 23 May 2010 PhD defense Objectives: Characterisation of surface variations due to successive passages in calendaring nip with : * 3D parameters, * ray-tracing.
10. Offset printing 23 May 2010 PhD defense Determination of the repartition of ink at the surface. Objectives: Determination of surface modifications due to printing.
11. Pertinence and interpretation 23 May 2010 PhD defense Discriminate different surfaces or profiles, with standard parameters . Objectives: For quality control, detect the variations of paper surface.
12. Outline Introduction Presentation of topics Pertinence and interpretation of topographical parameter s Application Conclusion and perspectives
13. Outline / param e t er interpr e tation 23 May 2010 PhD defense Introduction of 1 D and 2 D param e t er s Interpr e tations of 1 D et 2 D param e t er s Conventions : 1D for profile z = f(x) 2D for surface z = f(x,y)
15. Functional Characterisation 1D 23 May 2010 PhD defense Notations: P : Raw profile R: Roughness profile W: waviness profile Standard: NF EN ISO 4287, Dec 1998 Form Form + waviness Form + waviness + r oughness Y X
16. Functional Characterisation 1D 23 May 2010 PhD defense mean line Xs i Z p Z v Z t dz(x) dx Height distribution X Abbott curve Z i
21. Fourier limitation : L # N. 23 May 2010 PhD defense T1 = 323 (15); T2 = 212(24); T3 = 145(34);
22. Power Densit y S pectr um 23 May 2010 PhD defense Ajouter la définition Ind e pendance / acquisition length T1 = 323 (15) T2 = 212 (24) T3 = 145 (34)
23. A utocorrelation fu nction 23 May 2010 PhD defense Is c orrelation l ength a c h aract e risti c scale for paper ? l c
24. 2D classi cal ch aract e risation 23 May 2010 PhD defense Me thod s are similar to those used for p rofil e s : – Fourier T ransform – Areal A utocorrelation function (AACF)
25. Fourier: spectrum 23 May 2010 PhD defense Original surface Frequency spectrum Std
26. Areal A utocorrelation function (AACF) 23 May 2010 PhD defense Normalisation: Maximum = 1
27. Areal A utocorrelation function (AACF) 23 May 2010 PhD defense Simulated s urface AACF of the simulated surface AACF characteristic parameter
28. Areal A utocorrelation function (AACF) 23 May 2010 PhD defense Parameters: Sal and Str Representation of central lobe
29. 2 D Recommandation s 23 May 2010 PhD defense Five famil ies of param e t er s: * amplitude : 4 * spaci al (Sal, Str,….) : 4 * hybrid : 3 * Functional (Bearing Area) : 3 * Functional (Volumes) : 3 :17 Five famil ies of param e t er s: * amplitude : 4 * spaci al (Sal, Str,….) : 4 * hybrid : 3 * Functional (Bearing Area) : 3 * Functional (Volumes) : 3 :17
30. A mplitude p aram e t ers 23 May 2010 PhD defense
31. S pa tial p aram e t er s 23 May 2010 PhD defense
32. H ybrid p aram e t er s 23 May 2010 PhD defense
33. Outline / param e t er interpr e tation 23 May 2010 PhD defense Introduction of 1 D and 2 D param e t er s Interpr e tation of 1 D and 2 D param e t er s
34. Inter p r e tation of 1 D param e t er s 23 May 2010 PhD defense I nfluence of the n u mb er of param e t er s in order to c h aract e ris e a surface B ijectivit y profiles / param e t er s Objecti ve : P rofil e models : three fixed param e t er s four fixed param e t er s five fixed param e t er s five fixed param e t er s + Abbott curve
35. Studied (me a sure d ) p rofil e 23 May 2010 PhD defense Abbott curve
36. T hree param e t er s: mod el 23 May 2010 PhD defense Lm Psm h X Z X Principle Three targeted parameters : Pa, Psk, PSm Overhead
37. Three param e t ers : r e sults 23 May 2010 PhD defense
38. Four param e t er s: mod el 23 May 2010 PhD defense L1 L4 L3 L2 Psm hv hp Z X Remar k : Sku is constant F our targeted parameters : Pq, Psk, PSm , PDq
39. Four param e t er s: r e sults 23 May 2010 PhD defense
40. Five param e t er s: mod e l 23 May 2010 PhD defense Five targeted parameters : Pq, Psk, PSm, PDq, Pku d d p 1 p 3 p 2 V 2 V 1 V 3
41. Five param eters : r e sult s 23 May 2010 PhD defense Altitude d istribution
42. Five param e t er s + Abbott: mod e l 23 May 2010 PhD defense Five targeted parameters : Pq, Psk, Pku, PSm, PDq + Abbott curve C onstant height , variable ellipticit y
43. Five param e t er s + Abbott: r e sult s 23 May 2010 PhD defense Measured profile Virtual profile
44. Conclusion / profile 23 May 2010 PhD defense Models of profiles : non-bijectivity (discrimination / Fourier T ransform or autocorr e lation f u nction …)
45. Outline / param e t er interpr e tation 23 May 2010 PhD defense Introduction of 1 D and 2 D param e t er s Interpr e tation of 1 D and 2 D param e t er s
46. 2D param e t er s i nterpr e tation 23 May 2010 PhD defense S urface m od e l s : * either with rectangular or curved e l e ments / fibres * or with sinuso idal functions Study bijectivit y surfaces param eters Objecti ve s:
47. Texture n°1: m e thod 23 May 2010 PhD defense rectangular or curved e l e ments + random noise
48. Texture n°1: r e sults 23 May 2010 PhD defense 12 parameters are similar Overhead
49. Texture n°1: r es ults 23 May 2010 PhD defense Measured s urface Virtual s urface
52. Texture n°1bis: r e sults 23 May 2010 PhD defense Measured s urface Simulated s urface 12 parameters and Abbott curve are similar !
53. Second method 23 May 2010 PhD defense Condition : S tructura l e l e ment of the model surface: fibre. Question: Other s tructura l e l e ment s ? Surface mod e l Measured Surface
54. Texture n°2: m e thod 23 May 2010 PhD defense µm µm A mplitude d istribution Orientation Noise
55. Texture n°2: r e sults 23 May 2010 PhD defense Param e t er s A mplitude d istribution Measured s urface S imul ated s urface
56. Texture n°2: r e sults 23 May 2010 PhD defense 12 parameters and Abbott curve are similar !
57. Texture n°2: limitations 23 May 2010 PhD defense Areal A utocorrelation function S imul ated s urface Measured s urface
58. Conclusion / surface 23 May 2010 PhD defense Non bijectivity parameters / surfaces Visu al perception
59. Outline Introduction Presentation of topics Pertinence and interpretation of topographical parameter s Application calandering offset printing Conclusion and perspectives
62. Light re fle ction 23 May 2010 PhD defense Objecti ve : Simulation of 1 D and 2 D indicatrix of diffusion Measured indicatrix of diffusion S urface topography
63. Surface light reflection 23 May 2010 PhD defense Normal lobe Specular reflection Incident ray Forescatter lobe Net reflexion 2µm Backscatter lobe
64. BRDF : Bidirectionnal Reflectance Distribution Function 23 May 2010 PhD defense 3 2 1 d i d r X N Y ds
65. Reflection models 23 May 2010 PhD defense Re fle ct ion m od e l E mpiri cal a ppro a ch Ge om e tri cal a ppro a ch P hysi cal a ppro a ch Th e or y pertubati on Th e or y Kirchhoff Mod e l Lamberti a n Mod e l Phong Mod e l Ward Mod e l Torrance-Sparrow Mod el Cook and Torrance Mod e l Nayar Mod e l Beckmann and Spizzichino
66. Cook and Torrance 23 May 2010 PhD defense D: surface model Length of correlation root mean square of altitudes
67. RMS + Length of correlation 23 May 2010 PhD defense Profils measure Filering Calculation rms and lc plot Measure of indicatrix /
68. RMS + Length of correlation 23 May 2010 PhD defense / Profils measure Filering Calculation rms and lc plot Measure of indicatrix
69. Ray tracing - profiles - principle 23 May 2010 PhD defense Source Mean plan of surface
70. Ray tracing - profiles - simulation 23 May 2010 PhD defense Simulation of profiles (RMS and L c ) Control of RMS and L c Trace of curve Ray-tracing / Trace of curve RMS constant
71. Ray tracing - profiles - simulation 23 May 2010 PhD defense L c constant
72. Ray tracing – measured profiles 23 May 2010 PhD defense
73. Ray tracing - measured profiles 23 May 2010 PhD defense
74. Ray tracing - measured profiles 23 May 2010 PhD defense Examples : Measured indicatrix of diffusion Simulated indicatrix of reflection sb 0 sb 1*60 sb2*60 sb 3*60
75. Conclusion ray tracing 23 May 2010 PhD defense Ray-tracing: qualitative effect of calandering RMS and correlation length # paper profile
76. Solid printing (1) 23 May 2010 PhD defense Objective: Spatial non- uniformit y ch aract e risation of ink distribution , mean ink thickness , … Only one crater considered : Contact angle controled
79. Conclusion / Solid printing 23 May 2010 PhD defense This model is useful to study industrial problems linked to non- homogeneous repartition of ink
80. Halftone printing (1) 23 May 2010 PhD defense Objective: Determination of ink distribution in surface thanks to modification of amplitude distribution before/after printing. % surface
81. Halftone printing(2) 23 May 2010 PhD defense Method: determination of mean and RMS ink thickness repartition
83. Conclusion / Halftone printing 23 May 2010 PhD defense From a paper surface measurement, we obtain a number of points and a thickness of deposed ink in order to superpose the amplitude distribution of both measured and simulated printed surface.
84. Outline Introduction Presentation of topics Pertinence and interpretation of topographical parameter s Application Conclusion and perspectives
85. Conclusion 23 May 2010 PhD defense From a paper surface measurement, we obtain a number of points and a thickness of deposed ink in order to superpose the amplitude distribution of both measured and simulated printed surface. Printing model are useful to study industrial problems linked to non- homogeneous repartition of ink Ray-tracing: qualitative effect of calandering , RMS and correlation length # paper profile
92. Fourier: spectres 23 May 2010 PhD defense Surface simulée TF de la surface simulée
93. Classical characterisation 2D 23 May 2010 PhD defense Spectral analysis : periodic components of the profile are pointed out using Fourier transform, due periodogramme and power spectrum density Spatial analysis : des correlations entre une réalisation à une position x t et les positions précédentes sont recherchées. La fonction d’autocorrélation est utilisée l’analyse temps/fréquence : elle a pour vocation de mettre en évidence des inhomogénéités présentes dans le profil. (/O ndelettes)
94. Ray tracing - surfaces - principe 23 May 2010 PhD defense
95. Ray tracing - surfaces - cas réels 23 May 2010 PhD defense Papier Alpastar Gloss Semi-mat Mat
96. Ray tracing - surfaces - cas réels 23 May 2010 PhD defense Papier Hello Gloss Semi-mat Mat
97. Ray tracing - surfaces - cas réels 23 May 2010 PhD defense Papier Alpanova Gloss Semi-mat Mat
98. Ray tracing - surfaces - cas réels 23 May 2010 PhD defense Papier Econova Gloss Semi-mat Mat
99. BRDF : Bidirectionnal Reflectance Distribution Function 23 May 2010 PhD defense 3 2 1 d i d r X N Y
100. Cook and Torrance 23 May 2010 PhD defense D: surface model Length of correlation root mean square of altitudes
101. Correlation length vs Length of statistical stability 23 May 2010 PhD defense C:arteauorel_calandreiltre_5mmb3f100_5mm.pro Measured profile Correlation length Length of statistical stability
Notes de l'éditeur
Quel est le problème en question? Qu’est-ce qui a été fait dans le passé pour régler ce problème? Qu’est-ce que VOUS faites pour régler le problème? Quelle est la valeur ajoutée de votre approche? Que devons-nous faire maintenant?
Nous nous sommes dotées d’un système d’acquisition, comprenant un capteur point à point basée sur la principe de l’aberaation chromatique, qui permet de décrire la surface par une matrice de point espacé du distance appelé pas
Déterminer le choix
Situé entre la présentation des outils et leur utilisation au chapitre 6, un chapitre est consacré à leur connaissance
Quel est le problème en question? Qu’est-ce qui a été fait dans le passé pour régler ce problème? Qu’est-ce que VOUS faites pour régler le problème? Quelle est la valeur ajoutée de votre approche? Que devons-nous faire maintenant?
Ne sont présentés …
Par rapport au cas précédent, nous introduisons le paramètre Pku, traduisant l’aplatissement de la distribution des amplitudes Remarque: la méthode plus simple consisterait à faire des marches sur trois niveaux. Nous passons au niveaux des fibres.
Par rapport au cas précédent, nous ajoutons la courbe d’Abbott Nous jouons sur l’ellipticité de la fibre
Quel est le problème en question? Qu’est-ce qui a été fait dans le passé pour régler ce problème? Qu’est-ce que VOUS faites pour régler le problème? Quelle est la valeur ajoutée de votre approche? Que devons-nous faire maintenant?
Quel est le problème en question? Qu’est-ce qui a été fait dans le passé pour régler ce problème? Qu’est-ce que VOUS faites pour régler le problème? Quelle est la valeur ajoutée de votre approche? Que devons-nous faire maintenant?
Quel est le problème en question? Qu’est-ce qui a été fait dans le passé pour régler ce problème? Qu’est-ce que VOUS faites pour régler le problème? Quelle est la valeur ajoutée de votre approche? Que devons-nous faire maintenant?
Quel est le problème en question? Qu’est-ce qui a été fait dans le passé pour régler ce problème? Qu’est-ce que VOUS faites pour régler le problème? Quelle est la valeur ajoutée de votre approche? Que devons-nous faire maintenant?
Quel est le problème en question? Qu’est-ce qui a été fait dans le passé pour régler ce problème? Qu’est-ce que VOUS faites pour régler le problème? Quelle est la valeur ajoutée de votre approche? Que devons-nous faire maintenant?
Quel est le problème en question? Qu’est-ce qui a été fait dans le passé pour régler ce problème? Qu’est-ce que VOUS faites pour régler le problème? Quelle est la valeur ajoutée de votre approche? Que devons-nous faire maintenant?
Quel est le problème en question? Qu’est-ce qui a été fait dans le passé pour régler ce problème? Qu’est-ce que VOUS faites pour régler le problème? Quelle est la valeur ajoutée de votre approche? Que devons-nous faire maintenant?
Quel est le problème en question? Qu’est-ce qui a été fait dans le passé pour régler ce problème? Qu’est-ce que VOUS faites pour régler le problème? Quelle est la valeur ajoutée de votre approche? Que devons-nous faire maintenant?
Quel est le problème en question? Qu’est-ce qui a été fait dans le passé pour régler ce problème? Qu’est-ce que VOUS faites pour régler le problème? Quelle est la valeur ajoutée de votre approche? Que devons-nous faire maintenant?
Quel est le problème en question? Qu’est-ce qui a été fait dans le passé pour régler ce problème? Qu’est-ce que VOUS faites pour régler le problème? Quelle est la valeur ajoutée de votre approche? Que devons-nous faire maintenant?