Forschungsschwerpunkt VTV

Virtuelle Textilveredlung

Simulation der Auswirkung von Veredlungsprozessen auf das optische Erscheinungsbild von Geweben mit Methoden der digitalen Bildverarbeitung

Prof. Dr. rer. nat. Klaus Hardt
Informatik, insbesondere CAD und PPS für die Textil- und Bekleidungsindustrie
Prof. Dipl.-Ing. Joachim Mittmann
Gestaltungslehre im Bereich der Dessinatur, Industrielle Produktentwicklung
Prof. Dr. rer. nat. Hans-Karl Rouette
Veredlungstechnologie, Veredlungsverfahren und -maschinen, Ökologie
Prof. Dr. rer. nat. Rudolf L. Voller
Mathematik und Statistik für Textil- und Bekleidungsingenieure

Ziele des Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkts

Im Rahmen des Forschungsprojektes wird die Auswirkung der Veredlung auf das optische Erscheinungsbild von Geweben untersucht. Hierbei sollen digitale Bildverarbeitungsoperatoren ermittelt werden, die den Übergang von der Rohware (gewebte, noch nicht ausgerüstete Ware) zur Fertigware (nach den verschiedenen Ausrüstungsstufen) in Abhängigkeit von allen relevanten, den Veredlungsprozess charakterisierenden Parametern beschreiben. Mit Hilfe dieser Operatoren (Filter) kann dann eine Simulation des Veredlungsvorgangs auf der Basis digitaler Daten vorgenommen werden. Diese digitalen Daten können sowohl aus der Simulation in CAD/CAM - Systemen als auch von digitalisierten Rohgeweben stammen.

Es handelt sich also nicht um eine Simulation des Veredlungsprozesses im Sinne der Verfahrenstechnik, sondern um eine Analyse und Beschreibung der Auswirkungen auf die Oberfläche des Gewebes. In diesem Sinne ist es auch nicht Gegenstand des Forschungsschwerpunkts, eine Simulation des Rohgewebes selbst zu entwickeln oder zu verbessern.

Forschungsdesign, methodischer Ansatz

Das Forschungsprojekt gliedert sich in mehrere Phasen, die teilweise nacheinander, teilweise parallel bearbeitet werden können :

• Klassifizierung der eingesetzten Veredlungsverfahren und Ausgangsprodukte (Rohwaren) unter dem Aspekt der optischen Gewebeveränderung
• Identifikation der prozessrelevanten Parameter
• Herstellung bzw. Erwerb der Ausgangsprodukte (Rohware)
• Digitalisierung der Ausgangsware inklusive der Entwicklung eines standardisierten Aufnahmeverfahrens
• Erzeugung der Fertigwaren mit einer breiten Palette an Veredlungsprozessen
• Digitalisierung der Fertigware auf jeder Prozeßstufe
• Analyse der digitalen Daten mit Methoden der Bildverarbeitung
• Entwicklung von digitalen Operatoren zur Beschreibung der Auswirkungen der Veredlungsprozesse auf die Gewebeoberfläche
• Test und Optimierung der Ergebnisse an realen Fallbeispielen
• Umsetzung der Forschungsergebnisse in die praktische Anwendung und Produkte

 

 

Bedeutung des Themas

Die Anwendung von Simulationsverfahren in der Beschreibung von Textilveredlungsprozessen ist Gegenstand intensiver Forschungsaktivitäten. Diese beziehen sich jedoch auf die verfahrenstechnische Seite des Prozesses, die es zu optimieren und rationalisieren gilt.

Andererseits existieren schon seit mehreren Jahren CAD - Systeme, die eine Simulation von Geweben anbieten. Hierbei wurden auch dreidimensionale Gewebemodelle entwickelt, bei denen sowohl die Fadengeometrie selbst als auch die Geometrie der Fadenlage im Gewebe berechnet werden. Beispielhaft seien die am Fachbereich Textil- und Bekleidungstechnik in der Lehre eingesetzten Systeme "DESIGN3" der Fa. CIS Graphik und Bildverarbeitung für den Bereich der Schaft - Gewebe und "DESIGN Scope" der Fa. EAT für den Bereich Jacquard - Gewebe (siehe hierzu das Simulationsbeispiel, angefertigt mit CAD/CAM - System DESIGN3 / klicken Sie zur Vergrösserung auf das Bild) genannt.

Eine realitätsnahe Beschreibung der Vorgänge auf der Oberfläche des behandelten Gewebes und die daraus erwachsenden optischen Erscheinungen entzieht sich jedoch nach wie vor jeder EDV - technischen Lösung (siehe hierzu das nebenstehende Beispiel, in dem das in der Ausrüstung bewirkte "fasrige" Erscheinungsbild der Ware in der Simulation nicht zum Ausdruck kommt).

Dies hat aber eine bedeutende Relevanz für die Simulation in CAD/CAM - Systemen und darüber hinaus im Hinblick auf eine effektive Kommunikation über verschiedene Stufen der textilen Kette hinweg. Hier setzt das Forschungsvorhaben mit bislang nicht eingesetzten Methoden der digitalen Bildverarbeitung an.

Da es um die Beschreibung der optischen Oberflächeneigenschaften von Geweben geht, können als Ausgangspunkt und als Endprodukt dieses Simulationsschrittes digitale Bilddaten herangezogen werden. Da diese sowohl von realen Geweben, die mit digitalen Kameras aufgenommen werden, als auch aus vorgelagerten Simulationsvorgängen stammen können, öffnen sich breite Anwendungsfelder, die nicht an die Nutzung im Rahmen von CAD-Systemen gebunden sind.

Die digitale Beschreibung von Veredlungseffekten eröffnet neue Problemlösungen zumindest in folgenden Bereichen :

• Simulation von Fertigstoffen in CAD/CAM-Systemen

Wie oben erwähnt hat die Simulation von Geweben in den vergangenen Jahren beachtliche Fortschritte gemacht. Dreidimensionale Modelle beschreiben auch die Struktur des Gewebes in immer besserem Maße. Damit ist die Möglichkeit eröffnet, durch Verwendung von simulierten Ergebnissen eine drastische Kostenreduktion in der Musterung zu erreichen. Dies kann sowohl im internen Entscheidungsprozeß der Kollektionsentwicklung als auch in der Kommunikation mit dem Kunden über Ausdrucke auf Papier erfolgen.

Die Veränderung der Oberfläche durch Veredlungsprozesse wird jedoch bislang, wenn überhaupt, nur sehr unbefriedigend wiedergegeben. Dies liegt zum einen an der fehlenden Kenntnis der systematischen Veränderungen in der Gewebeoptik und zum anderen in der Komplexität der Beschreibung dieser Vorgänge mit "klassischen" Simulationsmethoden. Damit erwächst aber ein unüberwindliches Hindernis dafür, die oben aufgeführten Einsparungspotentiale auch auf den Bereich der Gewebe auszudehnen, für die eine Veränderung der Gewebeoberfläche in Veredlungsprozessen entscheidend ist.

Ist aber als Ergebnis des Forschungsvorhabens eine Beschreibung der Oberflächenveränderung im Veredlungsprozess möglich, so können diese Ergebnisse unmittelbar auf die jetzige Simulation der Gewebe angewendet werden, da als Resultat der Simulation ohnehin digitale Daten vorliegen, die dann entsprechend den Parametern des Veredlungsprozesses "nachbearbeitet" werden können.

• Optimierung des Entwicklungsprozesses durch Simulation des Endproduktes

Derzeit ist vielfach die Auswirkung eines Veredlungsprozesses auf ein vorliegendes Rohgewebe nicht exakt vorhersehbar. Insbesondere ist die geeignete Wahl von Parametern, um ein gewünschtes Endergebnis zu erzielen, schwierig abzuschätzen. Dies führt zu kostenintensiven Versuchen. Andererseits sind Auswirkungen auf das Warenbild als Ergebnis bestimmter Prozeßfolgen nicht mehr rückgängig zu machen. Die Warenoptik, die einer Vorlage nicht entspricht, wird als nicht musterkonform verworfen und unter Umständen zur Ausschußware. Solche Mißerfolge sind nicht nur kostenträchtig, sondern tragen zu unnützer ökologischer Belastung von Abwasser in der umweltproblematischen Textilveredlung bei.

Hier kann die digitale Beschreibung der Veredlungseffekte eine unmittelbare Hilfestellung geben. In Abhängigkeit von den als relevant identifizierten Parametern kann die Auswirkung auf ein vorhandenes Ausgangsprodukt "durchgespielt" werden, ohne daß Produktionsmittel eingesetzt werden müßten und ohne daß eine Belastung der Umwelt auftritt.

Natürlich wird auch der "Schritt zurück" jederzeit machbar.

• Digitale Kommunikation zwischen verschiedenen Firmen oder Standorten in der textilen Kette

Gewebeentwicklung (Entwurf, Konstruktion, Herstellung) und Gewebeveredlung finden häufig in verschiedenen Firmen oder aber an verschiedenen Standorten in großer räumlicher Entfernung statt. Hieraus erwächst ein Kommunikationsproblem, welches nur durch zeitaufwendige und kostenintensive Anstrengungen der beteiligten Partner überwunden werden kann.

Dem Gewebeentwickler fehlt oft die nötige Kenntnis und das entsprechende Vorstellungsvermögen, um die Auswirkungen eines Veredlungsprozesses auf das Zwischenprodukt Rohware exakt vorherzusehen. Dem Veredler hingegen mangelt es an der genauen Information über das vom Entwickler angestrebte Erscheinungsbild des Endproduktes. Beides resultiert wieder in zusätzlichen Versuchen und Fehlschlägen mit den schon erwähnten unweigerlichen Umweltbelastungen. Die im Forschungsschwerpunkt angestrebte digitale Beschreibung der Veredlungsvorgänge erlaubt hier eine intensive Abstimmung zwischen diesen Stufen der textilen Fertigungskette, was wiederum zu Kosten- und Zeiteinsparpotentialen führt.

In noch größeren Zusammenhängen gedacht, kann dieser Schritt einen wichtigen Bestandteil einer angestrebten "virtuellen textilen Kette" darstellen.

• Online - Qualitätskontrolle in Veredlungsprozessen

Gelingt die Vorhersage einer Gewebeoberflächenveränderung in der Veredlung mit hinreichender Genauigkeit, kann auch eine permanente optische Kontrolle des fertigen Produktes vorgenommen werden. Bei Abweichungen von entsprechenden Vorgaben an die Schwankungsbreite können Warnungen über eine Kontrolle des Prozesses ausgegeben werden. Diese im Sinne einer online - Qualitätskontrolle vorgenommenen Maßnahmen können die Produktion von Ausschuß - Ware reduzieren helfen.

Der Forschungsschwerpunkt wird gefördert durch das Ministerium für Schule, Weiterbildung, Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein Westfalen.