This report is a part of the research project "A New Model for Deformation of Carton Board Packages by Manual Handling". This project is a collaboration between Örebro University and two companies engaged in carton board packages. This report describes whether Syntouch's BioTac is an appropriate tool, compared with a consumer study when investigating the grip stiffness of consumer packaging. Syntouch's BioTac is an artificial sensor designed to imitate the force of a human fingertip. The concept of grip stiffness is used in the packaging industry to describe the packaging’s properties to withstand clamping pressure when handling by the user. That is, the robustness of the packaging. The carton board packaging should perceive as stiff, firm to grip and not deform during handling. The purpose is to perform laboratory tests with the BioTac sensor, to see if the sensor can be used as a measurement method for grip stiffness of card board materials. / Denna rapport som ingår i forskningsprojektet ”A New Model for Deformation of Carton Board Packages by Manual Handling”. Detta projekt är ett samarbete mellan Örebro Universitet och två företag som arbetar med förpackningar. I denna rapport beskrivs och analyseras om Syntouch’s BioTac är ett lämpligt verktyg, i jämförelse med en konsumentstudie vid undersökning av en förpacknings greppstyvhet. Syntouch’s BioTac är en konstgjord sensor som är utformad för att imitera kraften som en mänsklig fingertopp har. Greppstyvhet är ett begrepp som används i förpackningsindustrin och beskriver förpackningens egenskaper att kunna motstå klämtryck vid hantering. Det vill säga förpackningens robusthet. Förpackningen skall uppfattas som styv, greppvänlig och skall ej deformeras vid hantering. Syftet med det här arbetet är att utföra laborativa tester med sensorn BioTac, för att se om sensorn kan användas som en objektiv mätmetod för greppstyvhet för olika förpackningsmaterial.

A pilot study comparing the influence by different crease geometry on the grip stiffness of carton board packages has been executed. For this purpose, Syntouch Biotac, Lloyd LR5K tensiletester and crease measurements have been used. In total, 40 packages were manufactured and tested for this report. It was found that different crease geometries do have an effect on the difference in stiffness before and after collapse load. It was also found that vibration signals from Syntouch Biotac could be used to differentiate between different crease geometry at the instant of collapse load in the majority of cases. For continued work it is proposed that the same method used in this report should be applied on a larger number of packages. This is proposed so that a more thorough statistical analysis can be performed. It is also proposed, for continued work, that the interlaminar bonds between the plies of the carton boards be examined to gain a better understanding of the damage progress at the instant of collapse load. / En förstudie över fyra olika big-geometriers inverkan på greppstyvhet av kartongförpackningar har utförts. Syntouch Biotac, tryckprovare och bigmätningar har använts för ändamålet. Totalt har 40 kartongförpackningar tillverkats och testats för denna rapport. Det fanns att big-geometrier har en inverkan på skillnaden mellan styvhet innan och efter kollapslast av kartongförpackningen. Det fanns även att vibrationsutslag från Syntouch Biotac kunde skilja olika big-geometrier åt vid kollapslast i majoriteten av fall. Till fortsatt arbete föreslås att använda likadan metod på flera kartongförpackningar för att kunna utföra en nogrannare statistisk analys samt att undersöka styrkan hos de interlaminära bindningarna mellan kartongskikten för att bättre förstå skadeförloppet vid kollapslast.

Tissue-papper eller mjukpapper är material som används för hygienändamål och finns tillgängligt som toalettpapper, hushållspapper och näsdukar. Beroende på vilken typ av tissue-papper som tillverkas anpassas egenskaper genom bland annat val av fibrer och kemikalier. Problemet som finns idag är att vissa mjukpapper brister i kvalitet vilket exemplifieras med att de rivs sönder i längden och inte vid perforeringen. Mjukpapper kan även gå sönder efter toalettbesöket. Detta leder till ökat produktsvinn och miljöbelastning. Som en del i att försöka minska miljöbelastningen och optimera egenskaperna hos papper har en studie genomförts inom ramen för ett mekaniskt forskningsprojekt som drivs av forskargruppen ”Mechanics and materials” på Örebro universitet. I detta arbete har fyra olika typer av mjukpapper studerats. Under arbetet har de olika pappersprodukternas omslutningsförmåga, det vill säga deras kontaktvinkel, vid tryck undersökts och analyserats. Vidare har även nedböjningen vid belastning undersökts teoretiskt. Syftet med arbetet var att undersöka ifall det fanns en koncis metod för att mäta omslutningen med, som en del i det större forskningsprojektet. Som verktyg används en objektiv fingerliknande sensor för att se en möjlig korrelation med mätmetoden. Resultatet visade att metoden var koncis och hade en korrelation med den objektiva fingerliknande sensorns utslag. Till fortsatt arbete rekommenderas ytterligare tester på pappersprodukterna för att utföra en noggrann statistisk analys. Även ytterligare kopplingar till pappersprodukternas egenskaper kan ge en djupare förståelse av hur materialet böjer sig vid belastning. / Tissue paper or soft paper are materials used for hygiene purposes and are available as toilet paper, kitchen paper and handkerchiefs. Depending on the variety that is manufactured, properties are adapted based on, among other things, the choice of fibers and chemicals. The problem that exists today is that some tissues lack quality, which is exemplified by the fact that they are torn in the long run and not during the perforation. Tissue can also break after the toilet visit. This leads to increased product waste and environmental impact. As part of trying to reduce the environmental impact and optimize the properties of paper, this report is written within the constraints of a mechanical science project by the research group called “Mechanics and materials” on Orebro university. In this project, four different types of tissue have been studied. During the work, the enclosing ability of the various paper products, its contact angle, has been examined and analyzed under pressure. Furthermore, the deflection under load has also been investigated theoretically. The purpose of the work was to investigate whether there was a concise method to measure the coverage, as part of the larger research project. An objective finger-like sensor is used as a tool to see a possible correlation with the measurement method. The results showed that the method was consistent and had a correlation with the objective finger-like sensor result. For further work, further tests on the paper products are recommended to perform a thorough statistical analysis. Further connections to the properties of the paper products can also provide a deeper understanding of how the material bends under load.

Detta är en förstudie som går ut på att utveckla ett mätkonceptsförslag. Förslaget ska kunna fungera som ett potentiellt fundament för fortsatt arbete för att kunna avgöra mjukheten hos tissue-papper, det vill säga hög-absorberande papper som till stor del används för hygienändamål som exempelvis toalettpapper och servetter. Förslaget ska integreras med mätinstrumentet Syntouch BioTac som är en haptisk sensor samt tryck- och dragprovaren Lloyd LR5K. Kravet för att mätkonceptet ska vara acceptabelt är att det ska vara objektivt samt repeterbart.  En litteraturstudie genomfördes tidigt som resulterade i att författarna insåg att en prototyp behövde konstrueras. Prototypen utvecklades med hjälp av nödvändiga teorier som skulle säkerhetsställa att framtagningen av prototypen gjordes på ett objektivt sätt.  Tre olika typer av tissue-papper valdes ut för att genomgå mätmetoden med den konstruerade prototypen. Mätmetoden genererade data som sedan analyserades med lådagram och dessutom åskådliggjordes testresultatet med grafer. Datan analyserades och resulterade i att förstudien gav författarna ett positivt utslag på frågeställning. Det vill säga att mätkonceptsförslaget uppfyllde objektivitet samt repeterbarhet. / This is a pilot study which involves a development of creating a proposal for a concept that can measure tissue-paper. This study should be able to be used as a fundamental thesis for future studies that will determine the softness of tissue-paper, ergo paper that is highly absorbent of liquids which is frequently used for personal hygiene such as toilet paper and napkins etc. The concept must be integrated with the haptic sensor Syntouch BioTac which is mounted on the push-pull tester Lloyd LR5K. The requirement to make this study successful is that the measuring concept will produce data which not only is objectively created but also repeatable.  The study began with research which resulted with the conclusion that a prototype needed to be created that would make it possible to perform tests on the tissue-papers. Creating the prototype was made possible by using a few necessary theories which would ensure that it would be done accordingly with minimal subjective input.  Three different kinds of tissue-paper were chosen to go through the measuring procedure with the constructed prototype. The data that was obtained from the procedure was then analyzed with boxplots and the test results were also depicted into graphs. The conclusion that was made after analyzing the data was that the authors of this study had obtained a positive verdict according to their issued question. Thus, the measuring concept was presenting objectively and repeatable results.

Projektet avhandlar en specifik testmetod avseende hur en kartongförpackning reagerar på krafter den utsätts för när den belastas av ett artificiellt finger (BioTac), detta i syfte att undersöka om testmetoderna genererar objektiva och repeterbara resultat.   Projektet analyserar också hur en förvald kartongförpackning böjs vid en specifik punktlast, samt vilken resulterande omslutning och nedböjningen som då registreras av BioTacen. Metoderna som används kompletteras med testresultat utförda med hjälp av laborativa verktyg; en dragprovsmaskin tillverkad av Lloyd instruments med tillsatsen en haptisk sensor (BioTac) från Syntouch.  Vidare forskning har lett till ett mer definierat och objektivt sätt att mäta bland annat en förpacknings grepp-styvhet, vilket bidragit till en ökad förståelse för hur en förpackning ska konstrueras för att bäst tjäna dess syfte. / The project deals with a specific test method regarding how a cardboard package reacts to the external forces when an artificial finger (BioTac) is forced upon it, the purpose being to examine if the method generates objective and repeatable results.  The project also analyses how a pre-selected cardboard package bends at a certain load, and which the resulting enclosure is registered by the BioTac. The methods used are supplemented with laboratory tools, such as: A tensile testing machine by Lloyd instruments, in addition with a tactile sensor (BioTac) by Syntouch.  Further research has led to a more defined and objective way of measuring, amongst other things, a packaging’s grip-stiffness, which has contributed to an increased understanding of how a package should be designed to best serve its purpose.

This candidate thesis reports the findings of a study on an objective method for measuring grip stiffness in carton board packages with different geometries and material properties. Syntouch Biotac and a tensile tester were used as an objective method for measuring grip stiffness. In this project tests were carried out on packages with three different grammages and two different geometries. For each grammage and geometry, ten packages were tested. The study identifies that the applied method for the measurement of grip stiffness works to measure the change in grip stiffness regardless of where a load was applied on a package. Furthermore, the method demonstrates reasonable results. Finally, the study concluded that the objective testing method could distinguish between different material properties and geometries of the cartons being measured. / En studie om en objektiv metod för mätning av greppstyvhet hos kartongförpackningar med olika geometrier och materialegenskaper rapporteras här. Syntouch Biotac och en provdragare användes som objektiv metod för mätning av greppstyvhet. I detta projekt utfördes tester på förpackningar med tre olika materialegenskaper (ytvikter) samt två olika geometrier. För varje ytvikt och geometri testades tio förpackningar. Studien visar att den maskinbaserade metoden för mätning av greppstyvhet fungerar för att mäta förändring i greppstyvhet oberoende av på var tryck appliceras på förpackningen. Dessutom påvisade studien rimliga resultat. I studien kom författarna även fram till att den maskinbaserade metoden kan skilja olika materialegenskaper och geometrier åt, vilket är verifierar metoden.

Grip stiffness is an important property of carton board packaging. The structure of the packaging needs to withstand the handling of one or many consumers. A carton board packaging that feels stiff when handled conveys a sense of luxury to the consumer, one example of this is the packages containing new flagship smart phones. If a package is more or less stiff is at this moment subjectively interpreted by test panels. An objective method of measuring grip stiffness is sought after for repeat ability and speed. This master thesis investigates the influence of geometry and material parameters on the grip stiffness of a carton board packages. The purpose is to determine how the measured point loads differ between different geometries for one particular material.  Measurements are conducted using a tensile tester and a sensory device, Syntouch Biotac. Only two of the 19 sensors are analyzed in this thesis. Ther data analyzed in this thesis comes from experiments conducted by the author and experiments conducted during a bachelors thesis at Örebro University. The same equipment was used for both experiments. The authors experiments were aimed at finding how a rotation of the packaging would affect the results whereas no rotations were made during experiments not conducted by the author. The authors own experiments were also made using an actual human finger, but only on packages that were not rotated. A finite element study was performed to validate the results from the Syntouch Biotac. X-ray computed tomography was used to investigate if the damage done to the carton board material by a human finger was similar to the damage done to the carton board material by the Syntouch Biotac.  Results from the Syntouch Biotac show that it is possible to tell where along and how close to the edge of the packaging the Syntouch Biotac is touching the packaging and that it is possible to discern between materials if the surface weights are different enough. The X-ray computed tomography show that damages done to the carton material cone by either the Syntouch Biotac or a human finger, are not possible to tell apart with the method of analysis used in this thesis. / Greppstyvhet är en viktig egenskap hos kartongförpackningar. Strukturen behöver kunna motstå hantering av en eller flera kunder. En kartongförpackning som upplevs som styv när den hanteras ger kunden ett intryck av lyx, ett exempel är förpackningar för nya smarttelefoner. Om en kartongförpackning är mer eller mindre greppstyv avgörs just nu subjektivt av en testpaneler. En objektiv och upprepningsbar metod för att mäta greppstyvhet snabbare behövs. I den här masteruppsatsen undersökts geometri- och materialparametrars påverkan på kartongförpackningars greppstyvhet. Syftet var att avgöra hur de olika punktlasterna skiljer sig åt mellan olika geometrier för ett givet material.  Mätningar gjordes med en dragprovare och en sensorisk mätenhet, Syntouch Biotac. Endast två av 19 sensorer analyseras i det här arbetet. Datan som analyseras i det här arbetet kommer från experiment utförda av författaren samt experiment gjorda i samarbete med en kandidatuppsats vid Örebro Universitet. Samma utrustning användes för båda experiment. Författarens experiment gjordes för att undersöka hur rotation av kartongförpackningarna påverkade resultaten. Ingen rotation utfördes under experimenten som gjordes i samband med kandidatuppsatsen på Örebro Universitet. Experiment utförda av författaren innehåller även kompression av förpackningar gjorda med ett mänskligt finger, detta gjordes endast på förpackningar som inte roterades. En FEM-studie utfördes för att validera resultaten från Syntouch Biotac. Datortomografi användes för att undersöka om skador som uppkommit på kartongmaterialet av mänskligt finger var lika de som uppkommit från Syntouch Biotac. Resultaten från Syntouch Biotac visar att det är möjligt att se var längs med eller hur nära kanten på förpackningen som Syntouch Biotac trycker på förpackningen, samt att det är möjligt att skilja mellan material om deras ytvikter skiljer sig tillräckligt mycket. Datortomografin visar att skador som uppkommit på kartong materialet av mänskligt finger eller Syntouch Biotac inte går att särskilja med den analysmetod som använts i det här arbetet.