BR112013025252B1

BR112013025252B1 - método e dispositivo para detectar parâmetros de uma trama de material transversal ou circular em uma máquina de processamento de material e uso do método

Info

Publication number: BR112013025252B1
Application number: BR112013025252-9A
Authority: BR
Inventors: Peter Lange; Gerd Michaelis; Stefan Schwarzer; Andreas Ziroff; Christian Merkel; Alexander Stukenkemper
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2021-01-12
Also published as: WO2012130618A3; DE102011006391A1; US20140107830A1; CN103477221B; EP2673633B1; BR112013025252A2; ES2579989T3; CN103477221A; WO2012130618A2; BR112013025252B8; EP2673633A2

Abstract

MÉTODO E DISPOSITIVO PARA DETECTAR PARÂMETROS DE UMA TRAMA DE MATERIAL TRANSVERSAL OU CIRCULAR EM UMA MÁQUINA DE PROCESSAMENTO DE MATERIAL. A presente invenção refere-se a um método para detectar parâmetros de uma trama de material (6) transversal ou circular em uma máquina de processamento de material (1). De acordo com a invenção, pelo menos um parâmetro de oscilação de pelo menos uma oscilação transversal que ocorre sobre a trama de material (6) é detectado de modo sem contato por meio de pelo menos um sensor (9), e pelo menos um parâmetro da trama de material (6) que resulta a partir do dito parâmetro de oscilação é determinado. Além disso, a invenção refere-se a um dispositivo para detectar parâmetros de uma trama de material (6) transversal ou circular em uma máquina de processamento de material (1).

Description

MÉTODO E DISPOSITIVO PARA DETECTAR PARÂMETROS DE UMA TRAMA DE MATERIAL TRANSVERSAL OU CIRCULAR EM UMA MÁQUINA DE PROCESSAMENTO DE MATERIAL E USO DO MÉTODO

[001] A presente invenção refere-se a um método para detectar parâmetros de uma trama de material transversal ou circular em uma máquina de processamento de material A invenção refere-se ainda a um dispositivo para detectar parâmetros de uma trama de material transversal ou circular em uma máquina de processamento de material.

[002] As máquinas para a fabricação e subsequente processamento de tramas de material, por exemplo, tramas de papel, são usualmente equipadas com equipamento de medição de tensão que detecta uma força de tração e/ou um esforço de tração. A detecção destes valores é necessária a fim de assegurar a tensão de trama constante da trama de material durante o processo de fabricação ou de processamento, isto sendo essencial para a alta qualidade do produto e de produtividade. Em um equipamento de medição convencional, a medição ocorre por meio da transferência de uma força para um coletor de força de tração, que está disposto em um mancal de contato de rolamento da máquina. Tais coletores de medição têm uma conexão mecânica ativa à máquina e são expostas a influências físicas externas, tais como, por exemplo, flutuações de temperatura, oscilações mecânicas da máquina, distorção dos rolos da máquina e/ou desequilíbrios, que reduzem a precisão da medição ou corrompem os resultados da medição.

[003] DE 197 07 691 A1 descreve um método e um dispositivo para medir uma distribuição de esforço de tração sobre uma largura de uma tira de metal, em que uma força é exercida sobre a tira de metal por meio de um campo eletromagnético. O desvio resultante da tira de metal é medido e usado para calcular a distribuição do esforço de tração.

[004] GB 2 082 323 A descreve um método e um dispositivo para medir um esforço de tração em uma trama de material, em que ondas transversais são geradas na trama de material por meio de ultrassom, a velocidade de propagação destas ondas é medida e o esforço de tração é determinado a partir das mesmas.

[005] EP 1 985 990 A2 descreve um método e um dispositivo para determinar a resistência de uma trama de material fibrosa de uma variável que é representativa de um módulo de elasticidade da trama de material fibrosa. Esta variável é determinada por meio de sinais de ultrassom que são aplicados à trama de material fibrosa.

[006] DE 10 2007 032 095 A1 descreve um dispositivo de enrolamento para desenrolar uma trama de material a partir de um carretel cheio, compreendendo um dispositivo sensor para detectar oscilações que são essencialmente perpendiculares a um eixo de rolo de um rolo da trama de material.

[007] WO 96/11396 A1 descreve um sistema para medir as propriedades elásticas de uma trama de material em movimento. Neste caso, provisão é feita para gerar uma onda de ultrassom na trama de papel e para determinar a velocidade de propagação de dita onda na trama de papel.

[008] US 2001/0003112 A1 descreve um método para detectar vibrações em um rolo, em particular em uma superfície do rolo.

[009] US 6 792 807 B2 descreve um método e um dispositivo para detectar vedações de um filme de plástico em movimento para a fabricação de bolsas. Neste caso, uma força é exercida sobre o filme, capturada por um sensor de força e analisada por uma unidade de controle.

[0010] US 6 324 912 B1 descreve um sistema para detectar falhas em um meio por meio de um efeito de Doppler acústico resultante do movimento relativo do sistema e o meio. Neste caso, um sinal acústico é passado através do meio e um sinal deslocado de Doppler é detectado e analisado.

[0011] US 4 688 423 A descreve um sistema para medir a velocidade de vibrações em uma trama de material em movimento, em particular uma trama de papel. Neste caso, as vibrações são geradas na trama de material e sua velocidade de propagação é determinada.

[0012] WO 91/17435 A1 descreve um método para determinar o módulo de elasticidade de um material flexível em movimento. Neste caso, o material é submetido a uma onda de ultrassom, e a difusão da onda de ultrassom pelo material e a velocidade de propagação da onda de ultrassom são detectadas e analisadas.

[0013] US 5 025 665 A descreve um sistema para a medição sem contato de uma resistência do material em uma trama de material. Neste caso, uma onda de ultrassom é gerada no material por meio de um primeiro feixe. Neste caso, uma onda de ultrassom é gerada no material por meio de um primeiro feixe de laser e a velocidade de propagação da onda de ultrassom é determinada e analisada por meio de um segundo feixe de laser direcionado para o material.

[0014] O objetivo da invenção é, portanto, especificar um método melhorado e um dispositivo melhorado para detectar os parâmetros de uma trama de material transversal ou circular em uma máquina de processamento de material.

[0015] No método para detectar parâmetros de uma trama de material transversal ou circular em uma máquina de processamento de material, de acordo com a invenção, pelo menos um parâmetro de oscilação de pelo menos uma oscilação transversal que ocorre na trama de material é detectado no modo sem contato por meio de pelo menos um sensor, e pelo menos um parâmetro relativo à trama de material e resultante de dito parâmetros de oscilação é determinado. Isto permite a detecção de não desgaste ou virtualmente de não desgaste dos parâmetros da trama de material. Em particular, o sensor funcionando no modo sem contato é insensível a influências externas, tais como, por exemplo, flutuações de temperatura, oscilações mecânicas da máquina, distorção de rolos da máquina e/ou desequilíbrios. A precisão de medição pode, portanto, ser aumentada e consequentemente uma tensão de trama constante da trama de material pode ser ajustada durante o processo de fabricação ou de processamento, deste modo melhorando a qualidade e a velocidade de fabricação da trama de material.

[0016] Em uma modalidade preferida, as oscilações que ocorrem em uma direção longitudinal e/ou cruzada da trama de material devido à autoexcitação são detectadas como oscilações transversais. Esta autoexcitação pode ser causada por vibrações da máquina de processamento de material por si mesma ou por desequilíbrios nos rolos através dos quais a trama de material é orientada na máquina de processamento de material.

[0017] Em uma modalidade alternativa, as oscilações transversais da trama de material que ocorrem em uma direção longitudinal e/ou cruzada são excitadas separadamente. Tal excitação separada é aplicável, por exemplo, se os parâmetros de oscilação suficientemente precisos não puderem ser detectados por meio de autoexcitação. Isto pode ser necessário devido, por exemplo, a uma frequência incorreta, largura de banda estreita, baixa amplitude e/ou falta de repetição da autoexcitação.

[0018] Em uma modalidade vantajosa, a excitação separada das oscilações transversais da trama de material é efetuada por meio da aplicação de uma pressão sonora. Neste caso, uma pressão sonora é direcionada para ou aplicada à trama de material pelo menos usando secionalmente um meio apropriado, em que amplitude, diretividade, frequência, largura de banda, forma de pulso e/ou taxa de repetição de pulso podem ser variavelmente adaptadas à respectiva trama de material e às oscilações transversais que devem ser geradas.

[0019] Em uma modalidade vantajosa, a excitação separada de oscilações transversais da trama de material é efetuada por excitação mecânica da trama de material. Neste caso, meios apropriados são usados para aplicar seletivamente vibrações à trama de material, ditas vibrações resultando em oscilações transversais.

[0020] Uma força de tração e/ou um esforço de tração em uma direção de movimento da trama de material, uma velocidade, um módulo de elasticidade em uma direção de movimento da trama de material, um umidade relativa e/ou uma espessura da trama de material são vantajosamente determinados como parâmetros da trama de material por meio de um modelo de cálculo matemático predeterminado e em particular da trama de material contida e oscilante. Usando estes parâmetros é possível ajustar uma tensão de trama constante da trama de material durante o processo de fabricação ou de processamento.

[0021] Em virtude do dispositivo para detectar parâmetros de uma trama de material transversal ou circular em uma máquina de processamento de material, pelo menos um parâmetro de oscilação de pelo menos uma oscilação transversal que ocorre na trama de material pode ser detectada no modo sem contato por meio de pelo menos um sensor, e pelo menos um parâmetro relativo à trama de material e resultante este parâmetro de oscilação pode ser determinado por meio de uma unidade de controle. Os parâmetros de oscilação das oscilações transversais podem, portanto, ser detectados sem ser influenciados por influências externas.

[0022] Em um desenvolvimento particularmente preferido, uma pluralidade de sensores é disposta ao longo da trama de material, longitudinalmente e/ou no modo cruzado com relação à direção de movimento, e alinhada com a mesma. Em virtude de uma pluralidade de sensores, estes sendo alinhados com áreas de superfície diferentes da trama de material, é facilmente possível detectar uma direção de propagação e uma velocidade de propagação das oscilações transversais.

[0023] O sensor ou sensores vantajosamente toma a forma de sensores de radar, sensores de radar de Doppler, sensores de ultrassom e/ou sensores de laser. Estes sensores sem contato são insensíveis a influências mecânicas tais como vibrações, depósitos de poeira, flutuações de temperatura e/ou alta umidade do ar, e não desgastam.

[0024] As modalidades exemplares da presente invenção são explicadas em maior detalhe abaixo com referência aos desenhos, em que:

[0025] a figura 1 mostra esquematicamente uma máquina de processamento de material de acordo com a técnica anterior,

[0026] a figura 2 mostra esquematicamente uma máquina de processamento de material apresentando um dispositivo de acordo com a invenção para detectar parâmetros de uma trama de material transversal ou circular, e

[0027] a figura 3 mostra esquematicamente um fluxograma de método de um método de acordo com a invenção.

[0028] As peças correspondentes são indicadas pelos mesmos sinais de referência em todas as figuras.

[0029] A figura 1 ilustra esquematicamente uma máquina de processamento de material 1 de acordo com a técnica anterior. Tal máquina de processamento de material 1 compreende uma pluralidade de rolos 2, 3, 4, 5, cada um dos quais pode ter um diâmetro diferente, através dos quais uma trama de material 6 é orientada. Os rolos individuais 2, 5 podem ser acionados ativamente neste caso, em que velocidades diferentes de rotação ou velocidades rotativas D podem ser ajustadas nos rolos individuais 2, 5. Uma tensão da trama da trama de material 6 pode ser influenciada variando as velocidades rotativas ou as velocidades giratórias D. As velocidades de rotação ou velocidades rotativas D podem ser ajustadas manualmente por um operador ou automaticamente por meio de uma unidade de controle 7.

[0030] Uma força de tração e/ou um esforço de tração em uma direção de movimento (também chamada direção de percurso ou direção longitudinal) da trama de material 6 é determinada convencionalmente por meio de um coletor de força de tração 8, que está preferivelmente disposto em um mancal de contato de rolamento do rolo 4 da máquina de processamento de material 1. Tal coletor de força de tração 8 tem uma conexão mecânica ativa à máquina de processamento de material 1 e está exposto a influências físicas externas tais como, por exemplo, flutuações de temperatura, oscilações mecânicas da máquina de processamento de material 1, distorção dos rolos da máquina de processamento de material 1, acúmulo de sujeira e/ou desequilíbrios, que reduzem a precisão de medição ou corrompem os resultados da medição.

[0031] A velocidade rotativa D dos rolos acionados 2, 5 pode ser ajustada manualmente ou automaticamente com referência à força de tração Z e/ou esforço de tração que foi determinado, de modo que uma tensão da trama constante da trama de material 6 é possível durante o processo de fabricação ou de processamento.

[0032] A trama de material 6 preferivelmente toma a forma de uma trama de papel convencional e a máquina de processamento de material 1 toma a forma de uma máquina de papel, máquina de revestimento, máquina de enrolar e/ou de corte de rolo, por exemplo.

[0033] A figura 2 ilustra esquematicamente uma máquina de processamento de material 1 apresentando um dispositivo de acordo com a invenção para detectar parâmetros de uma trama de material transversal 6. Alternativamente, a máquina de processamento de material pode ser projetada para uma trama de material circular (não mostrada em detalhe). O dispositivo da invenção para detectar os parâmetros relativos a uma trama de material circular não difere essencialmente daquele para a detecção de parâmetros relativos a uma trama de material transversal 6. Somente a posição do dispositivo pode ser diferente. Os componentes são essencialmente idênticos.

[0034] A máquina de processamento de material 1 de acordo com a figura 2 corresponde essencialmente à máquina de processamento de material 1 ilustrada na figura 1, com a diferença de que nenhum coletor de força e tração 8 está disposta no mancal de contato de rolamento do rolo 4.

[0035] Uma pluralidade de sensores 9 está disposta longitudinalmente e/ou no modo cruzado com relação à direção de movimento da trama de material 6, em que uma zona de detecção 10 dos sensores 9 está alinhada com a trama de material 6 e detecta as chamadas oscilações transversais que ocorrem ali. Em um modo particularmente vantajoso, uma direção de propagação e/ou velocidade de propagação das oscilações transversais podem ser facilmente detectadas por meio de uma pluralidade de sensores 9 que são alinhadas com áreas de superfície diferentes da trama de material 6 em cada caso. A velocidade de propagação das oscilações transversais está diretamente relacionada à tensão da trama da trama de material 6 neste caso e, portanto, dita tensão da trama pode ser determinada a partir da velocidade de propagação das oscilações transversais. Os sensores 9 podem detectar parâmetros de oscilação diferentes das oscilações transversais tais como, por exemplo, frequência, amplitude e/ou fase. Para este fim, os sensores 9 são alinhados longitudinalmente ou no modo cruzado com relação à direção de movimento da trama de material 6, dependendo da direção da propagação de onda das oscilações transversais.

[0036] A trama de material 6 está contida em ambas as extremidades na direção de tensão entre os rolos 2 e 5. A trama de material 6 não está contida ao longo de seus lados longitudinais. As oscilações transversais normais podem, portanto, propagar-se na trama de material 6, que é transversal a uma velocidade predefinível, na direção de percurso ou movimento (= direção longitudinal), isto é, entre as extremidades contidas, e no modo cruzado com relação à direção de percurso ou movimento (= direção cruzada), isto é, entre os lados longitudinais. Ondas contínuas e estacionárias ou oscilações transversais podem ocorrer em uma direção longitudinal devido à retenção e ao movimento da trama. Em uma direção cruzada, as ondas contínuas das oscilações transversais podem ocorrer e podem ser refletidas nos lados longitudinais.

[0037] As oscilações transversais da trama de material 6 podem ser autoexcitadas ou excitadas separadamente. As oscilações transversais autoexcitadas ocorrem, por exemplo, devido a vibrações da máquina de processamento de material 1 ou peças da máquina individuais, por exemplo, como um resultado de desequilíbrio em pelo menos um dos rolos 2 a 5 através dos quais a trama de material 6 é orientada na máquina de processamento de material 1, ou como um resultado de fluxo de ar turbulento ao longo da trama de material 6.

[0038] Não é possível detectar parâmetros de oscilação suficientemente precisos das oscilações transversais por meio de tal autoexcitação, excitação separada pode ser aplicada. Isto pode ser necessário devido à frequência incorreta, largura de banda estreita, baixa amplitude e/ou falta de repetição da autoexcitação, por exemplo. Para este fim, as oscilações transversais excitadas separadamente são induzidas por meio de pressão sonora ou mecanicamente, por exemplo. Neste caso, uma pressão sonora é direcionada a ou aplicada à trama de material pelo menos usando secionalmente um meio apropriado, em que amplitude, diretividade, frequência, largura de banda, forma de pulso e/ou taxa de repetição de pulso podem ser adaptadas variavelmente à respectiva trama de material e as oscilações transversais que devem ser geradas.

[0039] Em uma modalidade alternativa, a excitação separada das oscilações transversais da trama de material 6 é produzida por excitação mecânica da trama de material 6. Neste caso, meios apropriados são usados para aplicar seletivamente vibrações à trama de material 6, ditas vibrações resultando em oscilações transversais.

[0040] Oscilações transversais diferentes podem ser excitadas seletivamente e repetidamente selecionando o local e/ou a direção em que elas são ativadas.

[0041] Os sensores 9 vantajosamente tomam a forma de sensores de radar convencionais, sensores de radar de Doppler, sensores de ultrassom e/ou sensores de laser. Estes sensores 9 sem contato são insensíveis a influências mecânicas tais como vibrações, depósitos de poeira, flutuações de temperatura e/ou alta umidade do ar, e sem desgaste.

[0042] Em um desenvolvimento particularmente vantajoso, os sensores de radar de Doppler são usados como sensores 9 porque eles podem medir diretamente a amplitude e fase de uma oscilação transversal de um material reflexivo. Estes sensores de radar de Doppler operam preferivelmente em uma faixa de frequência de 77 GHz neste caso.

[0043] Na base de um modelo de cálculo matemático predeterminado e em particular da trama de material 6 contida e oscilante, cujo modelo é preferivelmente armazenado na unidade de controle 7, os parâmetros de oscilação registrados das oscilações transversais podem ser usados para determinar, como parâmetros da trama de material 6, uma força de tração e/ou um esforço de tração em uma direção de movimento da trama de material 6, uma velocidade, um módulo de elasticidade em uma direção de movimento da trama de material 6, uma umidade relativa e/ou uma espessura da trama de material 6.

[0044] Para alguns destes parâmetros, pode ser necessário dispor e distribuir os sensores 9 em uma pluralidade de seções da trama de material 6, isto é, entre pares de rolos diferentes, e estender o modelo de cálculo matemático em conformidade, por exemplo, a fim de obter o fluxo de massa. Neste caso, os parâmetros e/ou as combinações de parâmetros que podem ser determinados com precisão suficiente dependem do número e da posição dos sensores 9 e da coordenação dimensional do modelo de cálculo matemático da trama de material 6.

[0045] A figura 3 ilustra esquematicamente um fluxograma de método de um método de acordo com a invenção. Como parte do método, pelo menos uma oscilação transversal excitada separadamente é aplicada à trama de material 6 em uma primeira etapa I do método.

[0046] Em uma segunda etapa II do método, pelo menos um parâmetro de oscilação de uma oscilação transversal que ocorre na trama de material 6 é detectado no modo sem contato por meio de pelo menos um sensor 9 e transferido para a unidade de controle 7, esta estando acoplada ao sensor 9.

[0047] Em uma terceira etapa III do método, os parâmetros da trama de material 6 são determinados na base do modelo de cálculo matemático da trama de material 6 de oscilação contida transversal, dito modelo sendo armazenado na unidade de controle 7, e os parâmetros de oscilação que foram detectados.

[0048] Em uma quarta etapa IV do método, os parâmetros da trama de material 6 determinados são exibidos visualmente a um operador da máquina de processamento de material 1, em que o operador controla ou ajusta a máquina de processamento de material 1 manualmente.

[0049] Em uma modalidade preferida alternativa, os parâmetros calculados da trama de material 6 são usados para controlar e/ou ajustar a máquina de processamento de material 1 automaticamente.

Claims

Método para detectar parâmetros de uma trama de material transversal ou circular (6) em uma máquina de processamento de material (1), caracterizado pelo fato de que pelo menos um parâmetro de oscilação de pelo menos uma oscilação transversal que ocorre na trama de material (6) é detectado no modo sem contato por meio de pelo menos um sensor (9), e pelo menos um parâmetro relacionado à trama de material (6) e o resultado de dito parâmetro de oscilação é determinado, em que uma frequência e/ou uma amplitude e/ou uma fase da oscilação transversal é detectada como pelo menos um parâmetro de oscilação de uma oscilação transversal, e uma força de tração e/ou tensão de tração em uma direção de movimento da trama de material (6) e/ou uma velocidade e/ou um módulo de elasticidade em uma direção de movimento da trama de material (6) e/ou uma umidade relativa e/ou uma espessura da trama de material (6) é determinado como pelo menos um parâmetro da trama de material (6), e em que as oscilações que ocorrem em uma direção longitudinal e/ou cruzada na trama de material (6) devido à autoexcitação são detectadas como oscilações transversais, ou as oscilações transversais da trama de material (6) que ocorrem em uma direção longitudinal e/ou cruzada são excitadas separadamente por excitação mecânica da trama de material (6).
Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um parâmetro da trama de material (6) é determinado a partir de pelo menos um parâmetro de oscilação detectado por meio de um modelo de cálculo da trama de material (6) contida e oscilante, dito modelo sendo armazenado em uma unidade de controle (7).
Dispositivo para detectar parâmetros de uma trama de material (6) transversal ou circular em uma máquina de processamento de material (1), caracterizado pelo fato de que pelo menos um sensor (9) tomando a forma de um sensor de radar, sensor de radar Doppler, sensor de ultrassom ou sensor de laser para detectar no modo sem contato uma frequência e/ou amplitude e/ou fase de uma oscilação transversal que ocorre na trama de material (6) como um resultado de autoexcitação ou é excitada separadamente como um resultado da excitação mecânica da trama de material (6), e por uma unidade de controle (7), esta estando acoplada pelo menos a um sensor (9), para determinar uma força de tração e/ou tensão de tração em uma direção de movimento da trama de material (6) e/ou uma velocidade e/ou um módulo de elasticidade em uma direção de movimento da trama de material (6) e/ou uma umidade relativa e/ou uma espessura da trama de material (6) na base dos dados detectados por pelo menos um sensor (9).
Dispositivo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que uma pluralidade de sensores (9) está disposta ao longo da trama de material (6), longitudinalmente ou no modo cruzado com relação à direção de movimento, e alinhada com a mesma.
Dispositivo, de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que um modelo de cálculo da trama de material (6) contida e oscilante é armazenado na unidade de controle (7) para o fim de determinar uma força de tração e/ou esforço de tração em uma direção de movimento da trama de material (6) e/ou uma velocidade e/ou módulo de elasticidade em uma direção de movimento da trama de material (6) e/ou uma umidade relativa e/ou uma espessura da trama de material (6) na base dos dados detectados por pelo menos um sensor (9).
Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 5, caracterizado pelo fato de que os sensores (9) estão dispostos entre dois rolos dispostos adjacentemente (2, 3) na máquina de processamento de material (1) ou entre uma pluralidade de rolos (2, 3, 4, 5).
Uso do método como definido na reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que se destina para detectar parâmetros de uma trama de material (6) tomando a forma de uma trama de papel em uma máquina de processamento de material (1) tomando a forma de uma máquina de papel, máquina de revestimento, máquina de reenrolar e/ou máquina de corte de rolo.