Kuva-analyysin hyödyntäminen mikroreikien testauksessa

Abstract

Opinnäytetyössä tutkittiin kuva-analyysin hyödyntämistä mikroreikien eli pinholen tutkimisessa. Mikroreiät ovat ei-toivottu ilmiö paperin päällystyksessä, jossa päällyste ei levity tasaisesti ja muodostaa barrier-ominaisuuksia haittaavia, mikroskooppisen pieniä reikiä. Pienen kokonsa vuoksi mikroreiät ovat toisinaan lähes mahdoton havaita paljaalla silmällä ja niiden olemassaolo monesti huomataan vasta silloin, kun päällystekerros altistuu esimerkiksi nesteelle. Mikroreikien vaikutuksesta päällyste ei pidä ja päästää nesteen kontaktiin pohjamateriaalin kanssa, huonontaen sen ominaisuuksia merkittävästi. Esimerkiksi elintarviketeollisuudessa tämä voi aiheuttaa pakkauksessa olevan tuotteen kontaminaation tai painotuoteteollisuudessa painovärin leviämisen niin, että visuaalinen lopputulos kärsii.

Työssä tutkittiin mikroreikien esiintymistä eri pohjamateriaali- ja päällystetyypillä sekä pyrittiin kehittämään menetelmä, jolla mikroreiät voitiin paikantaa mahdollisimman tehokkaasti kuva-analyysin avulla. Mikroreikien havaitsemiseksi käytettiin COBB-menetelmää, jossa näyte altistettiin värjätylle nesteelle määritetyksi ajaksi. Tämän jälkeen märitettiin käytettyjen nesteiden ominaisuudet kullakin pohjamateriaalilla kontaktikulmamittauksen avulla. Lopuksi näkyviin saatujen mikroreikien lukumäärää ja kokoa arvioitiin siihen tarkoitetulla tietokoneohjelmalla ja pyyhkäisyelektronimikroskoopin avulla.

Kuva-analyysissä käytetty COBB-testi osoittautui tiettyjen värjäysnesteiden ja altistusaikojen kanssa luotettavaksi ja edulliseksi menetelmäksi. Jokaisesta näytteestä, jossa tiedettiin olevan mikroreikiä, pystyttiin analyysin kautta selvästi havaitsemaan mikroreikien koko ja lukumäärä. Menetelmän yksinkertaisuuden vuoksi se sopisi hyvin käytettäväksi teollisuudessa, jossa mikroreikien määritys on yleinen ongelma ja haittaa tuotannon kulkua.

The objective of this thesis was to develop image analysis methods for pinhole identification. Pinholes are unwanted phenomenon in paper coating process where incomplete connection between substrate and adhesive will cause microscopic punctures. This will reduce the barrier properties of the coating by making possible for external substances, such as water, to make direct contact with the substrate. Due to its microscopic size, pinholes are practically invisible to human eye, thus its existence is usually noticed when the coating is already exposed. For example, in food industry pinholes in packages can cause a contamination of the product inside the package and in printing industry pinholes can make the paint spread between the interface so that the visual outcome will suffer.

This work consisted of studying the incidence of pinholes in different coating and substrates and finding a solution to identify them efficiently by using image analysis. For visual identification the COBB-method was used where the sample was exposed to a dyed liquid for specific period of time. Then the properties of these dyed liquids where examined with contact angle measurements with each substrate and adhesive. Finally, the size and count of pinholes were measured with ImageJ-software and scanning electron microscope (SEM).

In this analysis the COBB-method proved to be reliable and efficient when specific exposure times and substrates were used. Pinholes were found in most of the samples, in addition the size and count of pinholes was relatively easy to measure. Due to the simplistic and economical nature of the procedure, it could be potential choice for industry where identification of pinholes is difficult and causes notable problems in the coating process.