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Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren gemäß des Oberbegriffs
des Anspruchs 1 zur Bestimmung der Trockenlinie in einer Papiermaschine.
Die Erfindung betrifft entsprechend eine Vorrichtung zur Ausführung dieses
Verfahrens. Um ein Endprodukt mit gleichmäßiger Qualität bei der
Papierherstellung zu erreichen, ist es wichtig, daß die Eigenschaften
der Stoffbahn schon an der Naßpartie
der Papiermaschine gemessen und gesteuert werden, wo sich die wichtigsten
Stellorgane befinden, die die Bahnbildung und folglich die Qualität des Papiers
oder Pappe beeinflussen. Hierdurch vermeidet man die Verzögerung,
die für
die herkömmliche
Steuerung charakteristisch ist, die auf Messungen beruht, die an
der Trockenpartie vorgenommen werden.
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Ein
wesentlicher Teil der Naßpartie
einer Langsiebpapiermaschine ist das sich kontinuierlich bewegende
ebene Langsieb, auf das der verdünnte Holzfaserstoff
zugeführt
wird und auf dem er sich absetzt, wobei eine Bahn gebildet wird.
Ein Hauptteil des Wassers, das im Faserstoff enthalten ist, wird durch
die Löcher
des Langsiebs entfernt. Es erscheint eine im wesentlichen transversale,
gewundene Trockenlinie oder mehrere Trockenlinien, die mit der Entfernung
des Wassers aus dem Stoff zusammenhängen, auf der Oberfläche der
Bahn. Die Beobachtung und Ausnutzung genau dieser Trockenlinie ist
für die
vorliegende Erfindung wesentlich.
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Wenn
das Wasser oder tatsächlich
die verdünnte
Wasserlösung,
die sich wie Wasser verhält,
in der Oberflächenschicht
des Stoffs vermindert und von ihr entfernt wird, wird das Reflexionsvermögen der
Oberfläche
geändert.
Eine typische Tro ckenlinie zeigt das Verschwinden des spiegelnd
reflektierenden Wassers von der Stoffoberfläche und die Verdunkelung der
Stoffoberfläche
bei der Überführung zur nachfolgenden
Seite dieser Stelle. Die Änderung kann
an einigen Stellen sogar mit dem bloßen Auge beobachtet werden,
hauptsächlich
wenn ein geeignet angeordneter Beobachter das Spiegelbild der Lichtquelle
nur als eine Teilabbildung sieht, die durch die Trockenlinie zerschnitten
wird. Die Maschinenbediener gründen
folglich ihre zahlreichen manuellen Steuerungsaktionen herkömmlich auf
ihren teilweisen und subjektiven Trockenlinienbeobachtungen dieser
Art.
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Es
sind früher
Instrumentenverfahren zur Bildung eines Bildes der Trockenlinie
für deren
gesamtes Ausmaß entwickelt
worden. Ihr praktischer Betrieb erfordert es u.a., daß der Bereich
ihrer Erscheinung so homogen wie möglich beleuchtet wird. Ein optisches
Bild des gesamten Erscheinungsbereichs der Trockenlinie kann dadurch
durch eine Videokamera auf ihrer Detektoroberfläche gebildet werden. Indem
das elektrische Bildsignal zu einem Digitalcomputer übertragen
wird, kann man das Bild weiter analysieren und die Trockenlinie
mittels eines Programms bestimmen, das zu diesem Zweck dient. Die derart
bestimmte Trockenlinie kann durch eine graphische Monitoranzeige
oder durch eine gedruckte Ausgabe wiedergegeben werden und außerdem als eine
Datenabfolge oder mittels Durchschnitts- und anderer charakteristischer
Zahlen ausgedrückt
werden. Die Trockenliniendaten können
ferner zu einer Steuereinrichtung übertragen werden, die ein Programmblock,
der so programmiert ist, daß er
als eine Steuereinrichtung dient, oder eine getrennte Geräteeinheit
sein kann, und die durch Rückkopplung
ein Stellorgan steuert, das die Trockenlinie beeinflußt, wie
den Ausguß oder
Ausgußschnecken
des Stoffauflaufkastens, oder in einer Optimalwertregelungsweise
Stellorgane steuert, die an einem nachfolgenden Teil der Papiermaschine
vorhanden sind.
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Ein
Verfahren und eine Vorrichtung gemäß der vorhergehenden Beschreibung
zur Bestimmung der Trockenlinie und zur darauf beruhenden Steuerung
ist z.B. im EP-Patent Nr. 341248 präsentiert worden. Sie beruhen
auf einer Beleuchtung des Langsiebs in einer solchen Weise, daß bei einer Überführung in
die Richtung des Stofftransports die Trockenlinie im Bild erscheint,
die als ein Übergang von
einer dunklen Oberfläche
einer Breite der Bahn zu einer hellen Oberfläche gebildet wird. Entsprechend
beruhen das Verfahren und die Vorrichtung gemäß des EP-Patents Nr. 586458,
um dasselbe Resultat zu erreichen, auf einer Beleuchtung des Langsiebs
in einer solchen Weise, daß die
Trockenlinie als ein Übergang
von einer hellen Oberfläche
zu einer dunklen erscheint.
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Die übliche Trockenlinie
manifestiert, falls sie mittels der Eigenschaften der Stoffoberfläche ausgedrückt wird,
eine Abnahme des spiegelnden Reflexionsvermögens und eine Zunahme des diffusen
Reflexionsvermögens
der Oberfläche,
von denen das erstgenannte Verfahren (
EP
341248 ) das letztere Merkmal und der letztgenannte das
(
EP 586458 ) das erstere
Merkmal betont. Ein detaillierter Bericht über die Verwendung der angegebenen
Verfahren ist im Prioritätsjahr
(in Proceedings of Control Systems 2002 Conference, Stockholm, 3-5.
Juni, 2002, Seiten 308-312, A.J. Niemi & S. Karine), und in den verwandten
Verweisveröffentlichungen
veröffentlicht worden.
Es geht aus dem angegebenen Artikel auch hervor, daß typischerweise
zwei unterschiedliche Trockenlinien gleichzeitig auf einem Langsieb
erscheinen können.
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Die
oben beschriebenen Verfahren können jedoch
nicht immer in allen Papiermaschinen ausgeführt werden, wenn die Strukturen
der Maschine selbst oder ihrer Umgebung die angegebene Beleuchtung
oder Beobachtung verbieten, die auf beiden Seiten der Maschine Platz
benötigt.
Selbst wenn sie ausgeführt
werden, können
die Systeme der beschriebenen Arten die Instandhaltung der Maschine behindern,
wie den Wechsel der Langsiebbespannung, der in regelmäßigen Abständen stattfindet.
Sie vergeuden auch einen Großteil
der durch die kontinuierliche Beleuchtung verbrauchten elektrischen
Energie, da die ihnen gemäße Online-Bildanalyse
auf einer Reihe von Einzelbildern beruht, wodurch die Leistung, die
während
ihrer Abstände
zur Beleuchtung verwendet wird, die vom Analyseprogramm abhängen, verschwendet
wird. Da die angegebenen Verfahren zur Erzeugung des Trockenliniensignals
Licht mit einem breiten Spektrum verwenden, das sich nicht sehr
vom Spektrum der allgemeinen Beleuchtung am Ort ihres Gebrauchs
unterscheidet, muß das zur
Detektion der Trockenlinie verwendete Licht verhältnismäßig stark sein, um ein ausreichendes
Signal-Hintergrund-Verhältnis zu
erzeugen.
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung zu schaffen, die ein primäres Meßsignal,
das sich vom Hintergrund besser als jene unterscheidet, die durch
die früheren
Verfahren erzeugt werden, und durch es eine Detektion der Trockenlinie
und Steuersignal der Papiermaschine mit einer wesentlich niedrigeren
elektrischen Leistung erzeugt, als die durch sie benötigte. Eine
Aufgabe ist es außerdem,
eine Lösung
zu präsentieren,
die ebenso gut in vielen solchen Papiermaschinenumgebungen ausgeführt werden
kann, in denen die früheren
Verfahren aus strukturellen Gründen
nicht anwendbar sind.
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Um
dieses Ziel zu erreichen, ist das für das erfindungsgemäße Verfahren
kennzeichnend, was im Patentanspruch 1 präsentiert wird, während die Eigenschaften
der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechend
aus Anspruch 4 hervorgehen.
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Die
Erfindung wird im folgenden mittels Beispielen und unter Bezugnahme
auf die beigefügten Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 die
Anlage, auf die die Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
abzielt,
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2 eine
alternative Geometrie der Anlage, und
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3 schematisch
eine Laserstrahlabtastung des Langsiebs. 1 stellt
den Langsiebteil 10 der Papiermaschine dar, auf dem sich
die turbulente Oberfläche
des Stoffs, der aus dem Stoffauflaufkasten 50 kommt, an
der Grenze III zu einer ebenen, spiegelnd reflektierenden Wasseroberfläche beruhigt.
An der Trockenlinie I wird das spiegelnde Reflexionsvermögen der
Oberfläche
vermindert und ihr streuendes Reflexionsvermögen erhöht.
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Eine ähnliche
Erscheinung tritt ferner an der Trockenlinie II auf, die sich am
flachen Saugkasten befindet. Die Strahlungsquelle 20 emittiert
eine Abtastlaserstrahl A1, der, wenn er auf die spiegelnd reflektierende
Oberfläche
trifft, den spiegelnd reflektierten Strahl A2 erzeugt. Wenn er wiederum
den Teil hinter der Trockenlinie trifft, erzeugt der Abtastlaserstrahl
B1 einen schwächeren,
spiegelnd reflektierten Strahl B2. Der Detektor 30 detektiert
die Strahlen A3 und B3, die durch die Auftreffpunkte diffus reflektiert werden.
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Die
alternative Struktur gemäß 2 unterscheidet
sich von 1 nur darin, daß der Detektor 40 an
oder nahe der Strahlungsquelle 20 angeordnet ist. Die diffusen
Reflexionen oder die Strahlen, die den Detektor treffen, sind durch
A4 bzw. durch B4 bezeichnet.
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Die
neue Erfindung zur Erzeugung eines Trockenliniensignals beruht auf
der Verwendung einer Lichtquelle, die elektromagnetische Strahlung
eines engen Wellenlängenbereichs
oder mehrere solche Strahlungskomponenten gleichzeitig emittiert, wodurch
ein hohes Signal/Hintergrund-Verhältnis hinsichtlich der Hintergrundstrahlung
mit einem breiten Spektrum erreicht wird. Strahlung dieser Art wird in
der Praxis durch die Verwendung einer stark richtenden Quelle von
Laserstrahlung erzeugt. Die durch eine solche Quelle emittierte
Strahlung zeigt typischerweise eine Wellenlänge oder eine engen Wellenlängenbereich
oder nur einige getrennte Wellenlängen. Die Wellenlänge kann
im sichtbaren oder unsichtbaren Teil des Spektrums liegen. Der He-Ne-Laser, der rotes
Licht der Wellenlänge
633 nm emittiert, ist ein passendes Beispiel einer Strahlungsquelle,
die zu vielen Arten von Stoffen paßt. Die kommerziell erhältlichen
Laserstrahlungsquellen sind üblicherweise für die Emission
unidirektionaler Strahlung mit einem dünnen Querschnitt aufgebaut.
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Eine
Lichtquelle aus einem Festkörper,
wie ein Laser wird vorzugsweise bei der Messung der Rauhigkeit der
Oberfläche
eines Produkts an der Trockenpartie der Papiermaschine durch das
Verfahren gemäß des kanadischen
Patents Nr. 1014638 angegeben.
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Die
Quelle und der Detektor des reflektierten, gestreuten Lichts sind
dauerhaft in einem Meßkopf angeordnet,
der ein fester sein kann oder sich in die Querrichtung der Maschine
bewegt, und der sich nahe der Bahnoberfläche und in Kontakt mit dieser befindet.
Jedoch schließt
dieses Verfahren nicht die Verteilung der Beleuchtung auf eine weite,
zweidimensionale Materialoberfläche
ein, die für
die Detektion der gewundenen Trockenlinie erforderlich wäre, die
sich von einer Seite des Stoffs zur anderen Seite erstreckt. Es
ist offensichtlich auch unmöglich,
die Vorrichtung gemäß des Verfahrens
in Kontakt mit dem Stoff in der Naßpartie der Papiermaschine
zu bringen, und auch sie in der Nähe der feuchten Stoffoberfläche anzuordnen,
aufgrund z.B. der kondensierenden Feuchtigkeit, die aus dem Stoff
verdampft.
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Ein
Laser wird als die bevorzugte Lichtquelle bei der Bestimmung der
Faserorientierung in der Trockenpartie der Papiermaschine durch
das Verfahren gemäß des US-Patents
Nr. 5640244 verwendet. Die Lichtstrahlung wird dadurch in eine feste
Richtung auf die Oberfläche
des Papiers gerichtet, während jede
Strahlungsquelle und jeder Detektor entweder dauerhaft installiert
sind oder zusammen mechanisch in die Querrichtung der Maschine verfahren, wobei
die Bestimmung auf der Detektion der reflektierend gestreuten Lichts
und üblicherweise
auch auf der des Lichts beruht, das in andere Richtungen, d.h. diffus
zurückgestreut
wird. Dieses Verfahren umfaßt weder
eine Verteilung der Beleuchtung auf eine zweidimensionale Materialoberfläche, noch
ist seine Verwendung für
eine andere Überwachung
des feuchten Faserstoffs in der Naßpartie der Papiermaschine
offenbart worden.
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Laserstrahlung
gehorcht den allgemeinen Gesetzen der physikalischen Optik. Wenn
es z.B. die diffus reflektierende Stoffoberfläche auf der anderen Seite der
angegebenen, typischen Trockenlinie I trifft, wird es von ihr in
den Raum über
dem Langsieb gestreut, insbesondere in die Richtung der spiegelnden Reflexion
und Richtungen nahe dazu, jedoch diffus auch in alle anderen Richtungen.
Aus allen Richtungen über
dem Langsieb wird der getroffene Punkt als ein Fleck gesehen, der
beträchtlich
heller als seine Umgebung ist. Wenn der Strahl stattdessen die spiegelnd
reflektierende Wasseroberfläche
trifft, die der Trockenlinie vorausgeht, wird ein Teil von ihm,
der durch den Einfallswinkel bestimmt wird, in die Richtung der
Hauptreflexion reflektiert, und der andere Teil unter der Wasseroberfläche gebrochen.
Der letztgenannte Teil wird unter Wasser durch Fasern und durch
die sich absetzende Fasermasse absorbiert, oder durch sie gestreut
und nach der Streuung durch Totalreflexion an der Wasseroberfläche zurück zum Stoff
gebracht, oder nach Brechung an der Oberfläche über ihm zurückgeworfen. Aufgrund der zuletzt
angegebenen Komponente kann der primäre getroffene Punkt und seine
nahe Umgebung auch aus anderen Richtungen über der Oberfläche als
jener der Hauptreflexion wahrgenommen werden, ist jedoch infolge
der Reflexion und Absorption beträchtlich schwächer als
der getroffene Punkt auf der anderen Seite der Trockenlinie. Die
wahrnehmbare Differenz der Intensitäten ist umso größer, je
kleiner der Einfallswinkel des primären Strahls ist, und ihre Erzeugung
ist analog zur Differenz, die durch die Verwendung von gerichtetem üblichen
Licht erzeugt wird, was im vorhergehend angegebenen EP-Patent Nr.
341248 ausgedehnter erläutert
wird.
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Die
Trockenlinie, die das Verschwinden von freiem Wasser von der Stoffoberfläche anzeigt,
kann folglich bestimmt werden, indem sowohl vor als auch nach der
Trockenlinie ein Laserstrahl in einem niedrigen Winkel auf die Stoffoberfläche gerichtet
wird, oder indem der Stoff mit einem Laserstrahl in die Maschinenrichtung
abgetastet wird und die Intensitäten der
gestreuten Strahlung an einem getrennten Detektor von unterschiedlichen
getroffenen Punkten gemessen werden. Ein Übergang von einem schwachen,
gestreuten Signal zu einem starken Signal zeigt dadurch die Stelle
eines einzelnen Trockenlinienpunkts an, der näher definiert werden kann als
der Ort z.B. des Durchschnittswertes der Messungen vor und nach
der Trockenlinie, oder als jener ihrer steilsten Änderung
oder als jener gemäß eines
anderen geeigneten Kriteriums.
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Eine Änderung
des Reflexionsvermögens
in dieselbe Richtung wie jene der Trockenlinie I erscheint erneut
an der Trockenlinie II, die sich im Bereich des flachen Saugkastens
befindet. Aufgrund des starken Sogs durch den flachen Saugkasten
wird ein wesentlicher Teil des Wassers, das zwischen den Fasern
geblieben ist, hier aus dem Stoff auf dem Langsieb entfernt, wodurch
die reflektierend gestreute Strahlung weiter vermindert wird und
die diffus gestreute Strahlung erhöht wird. Die Zunahme der Intensität der diffus
gestreuten Strahlung und die Trockenlinie II, die dem entspricht,
können
daher im wesentlichen auf dieselbe Weise gemessen und bestimmt werden,
wie jene, die vorhergehend hinsichtlich der Bestimmung der Trockenlinie
I dargestellt wurde. Um die Form oder den durchschnittlichen Ort der
Trockenlinie zu detektieren, muß nach
einer ausreichenden Menge an Trockenlinienpunkten über die gesamte
Breite des Langsiebs gesucht worden, indem die Laserabtastung und
Analyse der gemessenen Daten auf den gesamten zweidimensionalen
Erscheinungsbereich der Trockenlinie erweitert wird. 3 stellt
durch ein Beispiel die Art und Weise dar, in der der Laserstrahl
den Erscheinungsbereich der Trockenlinie I sowohl in Längs- als
auch in Querrichtung abtastet.
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Es
können
z.B. Schwenk- oder Drehspiegel, wie der Galvanometerabtaster, der
mit zwei Schwenkspiegeln versehen ist, auf die der Laserstrahl gerichtet
ist, verwendet werden, um den Laserstrahl gemäß der beschriebenen Weise zu
steuern. Gemessene Daten, die proportional zur Streuung sind, werden
an den Punkten im Erscheinungsbereich der Trockenlinie erhalten,
die mittels der bekannten Abhängigkeiten
des Richtungswinkels von der Spannung und der bekannten Galvanometer/Langsiebgeometrie
durch stufenweise Änderung der
Steuerspannungen der Spiegel erfahren werden. Die Daten können in
einem rechtwinkligen Koordinatensystem entsprechend der Hauptrichtungen
der Maschine für
eine rechnerische Bestimmung der Trockenlinie und sie beschreibenden Größen interpoliert werden.
Alternativ können
die angegebenen Größen in einer
direkten Weise bestimmt werden, indem die Steuerspannungen der Spiegel
in einer solchen Weise eingestellt werden, daß die Treffer des Strahls auf der
Stoffoberfläche
ein rechtwinkliges Netzwerk entsprechend der Hauptrichtungen der
Maschine bilden. Als solche stellt die Laserabtastung ähnlich wie
die Detektion der durch ihr Ziel gestreuten Strahlung den Stand
der Technik dar, der z.B. in dem Buch „Laser Beam Scanning", Marcel Dekker,
Inc. 1985, herausgegeben von G.F. Marshall beschrieben wird; das Buch
enthält
außerdem
Beispiele von industriell hergestellten Laserabtastern.
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Ein
geeigneter Ort der Laserstrahlungsquelle 20 befindet sich über der
Mittellinie des Langsiebs an einer solchen Stelle, von der der Laserstrahl
auf alle Teile des Erscheinungsbereichs der Trockenlinie in einem
niedrigen Winkel gerichtet werden kann. Jedoch kann die Quelle auch
woanders über
dem Niveau des Langsiebs und außerhalb
des Langsiebs angeordnet werden, unter der Voraussetzung, daß die im
vorhergehenden Satz angegebenen Bedingungen erfüllt werden.
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Der
Sensor zur Messung der durch das Ziel gestreuten Strahlung kann
eine Photodiode, ein Photovervielfacher oder anderer optoelektrischer
Detektor sein, der für
die Strahlung empfindlich ist. Es können auch Gegenlichtblenden,
Optiken mit hoher Lichtstärke
und optische Filter für
eine zusätzliche Unterscheidung
des gemessenen Signals verwendet werden. Der Detektor kann in einer
festen oder rotierenden Weise an einer solchen Stelle angeordnet sein
(siehe 30, 1), wo ihn das Licht von allen Punkten
des Trockenlinienbereichs erreichen kann. Da die gestreute oder
diffus reflektierte Strahlung häufig
in Richtungen nahe der spiegelnd reflektierten Strahlung stark ist,
ist es im allgemeinen vorteilhaft, daß sich die Richtung der Messung
der gestreuten Strahlung deutlich von der Richtung der spiegelnden Reflexion
unterscheidet. Die Wahl des Typs und der Leistung des Lasers und
die der Empfindlichkeit des Detektors wird u.a. auch durch die Schwächung der Sekundärstrahlung
zwi schen dem Langsieb und dem Detektor beeinflußt, während erwartet werden kann, daß der dünne primäre Strahl
alle Teile des Trockenlinienbereichs mit einer praktisch gleichen
Leistung erreicht.
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Es
ist ziemlich nützlich,
diesen Detektor 40, ähnlich
wie in 2 dargestellt, in einer solchen Weise an der Strahlungsquelle
zu befestigen, daß die
gestreute Strahlung, die vom Ziel ankommt, ihn immer trifft; Verfahren
zur Trennung der zurückkommenden rückgestreuten
Strahlung von den primären
Strahlen sind in der oben angegebenen Quelle beschrieben (G.F. Marshall).
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Die
angegebene Quelle (G.F. Marshall) enthält auch Informationen, die
sich mit dem Lesen von Informationen vom Gegenstand, wie dem Lesen
von Bildern und Schriften von Papier mittels eines Laserabtasters
und Sensors beschäftigen.
Auf dieser Grundlage kann man folgern, daß der Trockenlinienbereich
auf einer Stoffbahn mit einer Breite von z.B. 5 Meter mit einer
Auflösung
von 256×256
Pixeln in Intervallen von weniger als 5 s abgetastet und durch den
Sensor und weiterhin durch den Computer gelesen werden kann. Ein
solches Intervall ist zur Steuerung der Papiermaschine auf der Grundlage
der sich kontinuierlich bewegenden Trockenlinie ausreichend kurz,
wobei mit der Verwendung der Stellorgane sparsam umgegangen wird.
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Die
gemessenen elektrischen Signale, die die gemessene Helligkeit und
den Richtungswinkel betreffen, oder ihre Steuerspannungen werden
in Echtzeit, wobei gleichzeitig die analogen Signale in digitale
Datenfolgen umgewandelt werden, zu einem Computer übertragen,
in dem die Bestimmung des Ortes jedes Trockenlinienpunkts stattfindet;
die für diese
Vorgänge
benötigte
Technologie ist aus der Vergangenheit allgemein bekannt. Zur Detektion
der durch Gegenstände
der Laserstrahlung emittierten Sekundärstrahlung kann man auch eine
Videokamera verwenden, die falls notwendig mit optischen Filtern
und Gegenlichtblenden versehen ist, deren photoelektrischer Detektor
vorzugsweise eine integrierte Matrix von getrennten Elementen ist,
auf der das Bild des Trockenlinienbereichs kontinuierlich gebildet wird.
Sowohl die Orts- als auch Helligkeitsdaten des Gegenstands der Strahlung
werden hierdurch durch die Kamera erhalten, ohne einen Bedarf an
Rückkopplungsinformationen über die
Richtung des primären
Strahls oder über
die Größen, die
dies steuern. Es ist hierdurch auch nützlich, die Geschwindigkeit
der kontinuierlichen oder stufenweisen Abtastung des Strahls und
die Lesegeschwindigkeit des Detektors und möglicherweise auch die Schrittweite und
den Laserstrahldurchmesser miteinander in einer solchen Weise zu
synchronisieren, daß die
wiederholt bestimmten Trockenliniendaten unmittelbar miteinander
verglichen werden können.
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Der
Computer ist programmiert, außerdem das
Bild, das in der Kamera und in ihre Richtung zusammengesetzt wird,
der sekundären
Strahlungsquellen, oder die entsprechenden Sensorinformationen,
die in der vorher beschriebenen Weise erhalten werden, in Ort und
Helligkeit und weiterhin in Trockenliniendaten in das longitudinale
und quergerichtete, rechtwinklige Koordinatensystem des Langsiebs
zu transformieren und, falls notwendig, die Sensorinformationen
außerdem
in ein Koordinatensystem zu transformieren, das durch das Bild bestimmt
wird, das z.B. durch eine schief ausgerichtete Kamera gebildet wird.
Auf der Grundlage des erhaltenen Trockenlinienprofils, das sich
von einer Seite des Langsiebs zur anderen Seite erstreckt, kann
man weiterhin, wie programmiert, außerdem den momentanen durchschnittlichen
Ort der Trockenlinie und, falls notwendig, ihre Standardabweichung
und andere statistische, charakteristische Zahlen, den gleitenden
durchschnittlichen Ort, die momentanen maximalen und minimalen Ablesungen
usw. bestimmen, die zur Verwendung durch den Maschinenbediener zusammen
mit der graphischen Trockenlinienkurve und der entsprechenden, gleitenden
durchschnittlichen Kurve angezeigt werden. Die erhaltenen wiederholt
erneuerten Trockenliniendaten können
synchron zum Starten von Alarmeinrichtungen, zur Rückkopplungssteuerung
der Trockenlinie und zur Optimalwertsteuerung der Papiermaschine
ver wendet werden, entsprechend den Verfahren, die auf der Grandlage
von Trockenliniendaten verwendet worden sind, die durch andere Verfahren
bestimmt werden; es wird auf Veröffentlichungen
und Patente verwiesen, die früher
angegeben wurden (J. Berndtson, A.J. Niemi & S. Karine, in Proceedings of 27th
Eucepa Conf., Grenoble, 11-14. Okt., 1999, ATI P, S. 131-136 und
A.J. Niemi & al.
2002).
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Die
oben als Beispiel verwendete Trockenlinie, die das Ende der einheitlichen,
spiegelnd reflektierenden Wasseroberfläche anzeigt, liegt üblicherweise
in einem Bereich, wo transversale Folien, möglicherweise durch ein kleines,
getrennt erzeugtes Vakuum unterstützt, an der Wasserentfernung
teilnehmen. Jedoch kann die Stoffoberfläche an anderer Stelle ähnliche
Grenzlinien aufweisen, die eine Änderung
des Reflexionsvermögens
der Oberfläche
beschreiben und die daher ebenfalls als Trockenlinien bezeichnet
werden können.
Eine solche andere Trockenlinie wird als ein Teil des Langsiebs
erzeugt, das hinter der vorher beschriebenen Trockenlinie liegt, wobei
das freie Wasser, das zwischen den Fasern bleibt, oder ein wesentlicher
Teil davon entfernt wird, indem der Stoff einem kraftvollen Sog
durch den flachen Saugkasten oder die Kästen ausgesetzt wird, die sich
am Endteil des Langsiebs befinden, wodurch das streuende Reflexionsvermögen der
Stoffoberfläche
durch diesen Wasserentfernungsprozeß zur selben Zeit erhöht wird,
zu der das restliche spiegelnde Reflexionsvermögen der Oberfläche weiter
vermindert wird. – In
der Tat ist es außerdem
möglich,
eine Papiermaschine in einer solchen Weise zu betreiben, daß sich die
einheitliche, spiegelnd reflektierende Oberfläche bis zum flachen Saugkasten
hinab erstreckt, wo beide Trockenlinien durch einen kraftvollen
Sog zusammengebracht werden.
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Die
früher
präsentierte
Beschreibung (J. Berndtson & al.
1999 und einige ihrer Verweisveröffentlichungen)
betrifft diese andere Trockenlinie, die am flachen Saugkasten erscheint,
obwohl dies nicht angegeben wird, und belegt, daß sie mittels des Verfahrens
gemäß des EP-Patents
Nr. 586458 detektiert werden kann. Auf der Grundlage von Analogien
ist es offensichtlich, daß auch
diese andere Trockenlinie durch das erfindungsgemäße Verfahren
detektiert werden kann. Die Analogien bedeuten hier sowohl die Mittel
der Detektion, d.h. das ähnliche
Reflexionsvermögen
der Strahlung eines engen und eines breiten Spektrums, als auch
die Ähnlichkeit
der Prozesse, d.h. jede Trockenlinie als ein Indikator einer Zunahme
des streuenden Reflexionsvermögens
und als den einer Abnahme des spiegelnden Reflexionsvermögens, mit
dem Unterschied, daß das
neue Verfahren dem erstgenannten der zuletzt angegebenen Merkmale
Bedeutung einräumt
und das Verfahren gemäß des angegebenen
Patents dem letztgenannten von ihnen.
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Eine
Grenzlinie, die mit den vorhergehenden vergleichbar ist, erscheint
auch in dem Bereich, wo der turbulente Stoff, der vom Stoffauflaufkasten
auf das Langsieb überführt wird,
zum vorher angegebenen, spiegelnd reflektierenden Stoff beruhigt
wird. Das streuende Reflexionsvermögen des turbulenten Stoffs ändert hierdurch
das spiegelnde Reflexionsvermögen
der Wasseroberfläche
des Stoffs oder, genauer gesagt, wird das streuende Reflexionsvermögen der
Stoffoberfläche
vermindert und sein spiegelndes Reflexionsvermögen erhöht. Das Vorhandensein dieser
Erscheinung ist selbst mit dem bloßen Auge und über die
gesamte Breite des Langsiebs beobachtbar, u.a. aus 6 der
vorher angegebenen Veröffentlichung
(A.J. Niemi & S.
Karine, 2002). Da diese anfängliche
Grenze der Wasseroberfläche
mit der Abnahme von Wasser im Stoff verbunden ist, kann sie ebenfalls
als eine Trockenlinie bezeichnet werden, obwohl die Änderung
des Reflexionsvermögens
bei ihr eine zur Änderung
an den beiden vorher angegebenen Trockenlinien entgegengesetzte
Richtung aufweist. Diese dritte Trockenlinie kann offensichtlich
in derselben Weise wie die oben angegebenen Trockenlinien als ein
Unterschied der Antworten bestimmt werden, die durch Laserstrahlen
erzeugt werden. Die vorliegende Erfindung betrifft folglich die Bestimmung
aller solcher Grenzlinien, die auf der Bahnoberfläche erscheinen,
und die mit der Änderung
des Reflexionsvermögens
der Oberfläche
zusammenhängen
und die direkt oder indirekt durch eine Änderung der Wassermenge, oder
durch eine Änderung
der Feuchtigkeit, oder durch jene des Wasseranteils oder durch jene
der Qualität
der Wasser/Fasersuspension an der Oberfläche oder in der Oberflächenschicht
der Bahn erzeugt werden.
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Die
Vorrichtungen zur Ausführung
des dargestellten Verfahrens, insbesondere der Laserabtaster und
der Strahlungsdetektor, die Teile der Papiermaschinenumgebung sind,
sind für
ihre Größe klein und
werden daher leicht in einer solchen Weise installiert, daß sie die
Verwendung oder Instandhaltung der Maschine nicht stören. Der
Laserstrahl kann den Trockenlinienbereich in einem niedrigen Winkel
aus einer beliebigen Richtung abtasten, wofür leicht eine geeignete Richtung
gefunden wird. Dasselbe gilt für die
Beobachtungsrichtung, insbesondere wenn ein punktförmiger Detektor
verwendet wird. Die Richtung der optischen Beobachtung kann sogar
dieselbe wie die des primären
Laserstrahls sein (2), wodurch die Anlage praktisch
keinen Bedarf nach einem zusätzlichen
Platz verursacht, wodurch sie sich von den früheren Anlagen unterscheidet,
die im allgemeinen einen Ort für
Vorrichtungen auf beiden Seiten des Langsiebs benötigten.
Das neue Verfahren ist imstande, die Trockenlinien auch auf solchen
Bereichen des Langsiebs zu detektieren, die nicht durch die Beleuchtung
oder Beobachtung gemäß der früheren Verfahren
erreicht wurden. Es benötigt
weniger elektrische und Beleuchtungsenergie als die früheren Verfahren
und erzeugt ein besseres Signal/Hintergrundverhältnis, als sie es taten.
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Die
früher
angegebenen Patente und Berichte (J. Berndtson & al. 1999, A.J. Niemi & al. 2002) belegen,
daß die
früheren
Verfahren zur Trockenlinienmessung für eine Rückkopplungssteuerung der Trockenlinie
gelten. Das neue Verfahren kann in einer direkten Weise auf Aufgaben
angewendet werden, die den Steueraufgaben entsprechen, die in ihnen
beschrieben werden. Die Forschungsergebnisse und die angegebenen
Berichte zeigen zusätzlich,
daß die Trockenlinien,
die sich auf anderen Teilen des Langsiebs befinden, auf andere Arten
mit anderen Prozeßvari ablen
korreliert sind, wie der Auslaufspaltöffnung des Stoffauflaufkastens
und den Qualitätseigenschaften
des Endprodukts. Als ein neues Merkmal zeigt der letztgenannte Bericht,
daß die
Trockenlinie, die das Ende der spiegelnd reflektierenden Oberfläche anzeigt,
mit der Bildung des Produkts oder mit einem dazu proportionalen
Index korreliert ist. Insbesondere bei der Herstellung eines mehrlagigen
Produkts unter Verwendung von Stoffauflaufkästen mit bestimmten Strukturen
ist es daher möglich, ein
Verfahren zu verwenden, das zusätzlich
zur Messung der Bildung auch das Trockenliniensignal als eine andere
gemessene Größe nutzt.
Das neue Meßverfahren
ist daher bei der Entwicklung von Steuerverfahren nützlich,
die diese Korrelationen nutzen, und die z.B. auf der gleichzeitigen
Bestimmung der beiden unterschiedlichen Trockenlinien und auf deren
Verwendung als Eingangsgrößen für das Steuersystem
in einer Papiermaschine beruhen.
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Ein
in der Technologie der Papierherstellung bewanderter Fachmann kann
auf der Grundlage der präsentierten
Erfindung Schlüsse
auf alternative Verfahren ziehen, die in anderen Papiermaschinenumgebungen
offensichtlich sind. Eine solche Alternative ist die Verwendung
von Laserstrahlung hauptsächlich
auf der Grundlage einer Änderung
der spiegelnd reflektierenden Komponente auf der Stoffoberfläche. Es
ist z.B. möglich,
in der im EP-Patent Nr. 586458 präsentierten Weise auf der Seite
des Langsiebs und parallel dazu eine vertikale Oberfläche anzubringen, die
Licht streut und auf die der Laserstrahl gerichtet wird. Der erzeugte
Lichtfleck emittiert Licht in alle Richtungen, auch auf die Stoffoberfläche. Eine
Kamera, die auf der anderen Seite des Langsiebs angebracht ist und
das Langsieb unter einem niedrigen Winkel betrachtet, beobachtet
in einem solchen Fall den Fleck, wenn dieser durch die spiegelnd
reflektierende Oberfläche
des Stoffs zu ihr reflektiert wird, d.h. durch die, die der Trockenlinie
vorangeht, andernfalls nicht, da eine diffus reflektierende Stoffoberfläche weder
ein ausreichend deutliches noch kräftiges Bild um den Fleck überträgt. Wenn
die vertikale, lichtstreuende Oberfläche mit einem Laserstrahl abgetastet
wird, kann die Kamera folglich eine Bildfolge bilden, aus der die
Trockenlinie bestimmt werden kann. Andere offensichtliche Alternativen
sind z.B. eine gleichzeitige Verwendung von mehreren Abtastlaserstrahlen
und die Spreizung des primären
Laserstrahls durch eine Zylinderlinse auf eine ebene Oberfläche, die
auf der Stoffoberfläche
einen Lichtstreifen erzeugt, der senkrecht zur Richtung der Abtastung ist,
oder durch Beugungsoptiken zu einem pyramidenförmigen oder kegelförmigen Strahlenbündel, um die
Bildanalyse zu beschleunigen. Die hier angegebenen Verfahren und
andere Verfahren, die ihnen entsprechen, werden auf der Grundlage
der Erfindung so betrachtet, daß sie
für einen
Fachmann offensichtlich sind und daher zum Rahmen der präsentierten
Erfindung gehören.