CN101329153A - 片材起伏度的测量装置和测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纸张等片材起伏度的测量装置，其包括一个设有可支撑片材堆垛的光滑水平上表面的基座、一个置于片材堆垛上的砝码，以及一个测量砝码的基准面和基座的基准面之间垂直距离的测量装置，测得的距离表示片材的堆垛高度。根据本发明的一个实施方式，测量装置还包括一个可操作程序化微处理器，测得的实际堆垛高度H和计算出的理想堆垛高度可根据起伏度＝H/(n·t)来计算起伏度，其中，n为片材的层数，t为片材的平均厚度。

Description

片材起伏度的测量装置和测量方法

技术领域

本发明涉及造纸技术，尤其是利用回收纸的造纸技术。

背景技术

回收纸上特别容易产生起伏，起伏一般沿着机器方向延伸，但是有时也会沿着与机器方向交叉的方向延伸。理想状态下，纸张最好平坦没有起伏。但是，纸张的实际状态通常会和理想状态存在一定偏差，有时这种偏差可能会导致纸张无法正常使用。

目前，市场上还没有价格低廉、操作简单的装置可用来测量纸张的起伏度，纸张的起伏度一般通过人的触摸和感觉来评定，这样的主观评定存在准确性低、可靠性差和难以标准化等缺陷。

发明内容

因此，本发明的目的在于：提供一种纸张等片材起伏度的测量装置和测量方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种片材起伏度的测量装置，其包括一个设有可承载片材堆垛的光滑水平上表面的基座、置于片材堆垛上的砝码，以及一个测量片材堆垛上表面对应的上基准面与片材堆垛下表面对应的下基准面之间垂直距离的测量装置，测得的垂直距离表示堆垛高度H。

根据本发明的一个实施方式，测量装置还设有一个可操作程序化微处理器，以根据测得的实际堆垛高度与计算出的理想堆垛高度计算起伏度。如果片材足够平坦，那么n层片材堆垛的理想高度应该为片材平均厚度t的n倍。由于起伏的存在，实际堆垛高度大于理想堆垛高度，起伏度为测得的实际堆垛高度H和理想堆垛高度的比值：

起伏度＝H/(n·t)

因此，起伏度通常大于1.0。

堆垛高度H可以通过多种方式测量，根据本发明的一个实施方式，基座上装有一个刻度尺，刻度尺靠近置于片材堆垛上的砝码的一边。刻度尺的零刻度和基座的上表面(即下基准面或片材堆垛的下表面)的垂直高度相同，砝码下表面(即上基准面或片材堆垛的上表面)在刻度尺上对应的刻度表示堆垛高度H。根据本发明的另一个实施方式，也可以先确定砝码的上表面在刻度尺上的读数，然后将测得的垂直距离减去砝码的厚度(即砝码的上表面和下表面之间的垂直距离)，从而获得堆垛高度H。

堆垛高度H最好可以是片材堆垛围绕一个垂直轴旋转时不同位置测量值的平均值，这样有利于消除片材堆垛高度不一致带来的影响。纸样等片材的机器方向最好可以一致，且片材堆垛整体围绕垂直轴旋转以获得不同的测量值。例如，可以测量两个堆垛高度值并将两个堆垛高度值平均以获得堆垛高度H，即将片材堆垛自第一个堆垛高度测量值所在位置旋转180°后再测量第二个堆垛高度测量值。

根据本发明的一个实施方式，砝码包括一个矩形或正方形平板，砝码的长度和宽度最好可以与基座的长度和宽度一致，测量装置可以设有垂直导引件以将砝码适当定位于基座上。根据本发明的另一个实施方式，砝码的四个角附近分别设有一个通孔，四个垂直导引件对应延伸穿过相应的通孔。

为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种片材的质量控制方法，其包括以下步骤：将n层片材依次堆叠形成一个片材堆垛，片材的平均厚度为t；测量片材的堆垛高度H；根据起伏度＝H/(n·t)计算起伏度；以及将计算出的起伏度与一个预定的临界值对比，如果计算出的起伏度超过预定的临界值，则确定片材不合格。

根据本发明的另一个实施方式，除了计算起伏度之外，还可以根据t_eff＝H/n来计算片材的平均有效厚度t_eff。本发明片材的质量控制方法也可以将计算出的平均有效厚度t_eff与片材的平均厚度t对比，如果计算出的平均有效厚度t_eff超过平均厚度t达到一个预定的临界值，则确定片材不合格。

附图说明

下面结合附图，详细说明本发明的具体实施方式及其对应的有益技术效果，其中：

图1为本发明片材起伏度的测量装置的立体示意图。

图2为图1所示测量装置的主视图，为了清晰起见，图中片材的起伏度已经放大。

图3为理想片材堆垛的主视图。

图4为本发明测量装置中，用于计算起伏度的微处理器、输入装置和显示装置的方框图。

具体实施方式

下面结合附图，详细说明本发明的各个具体实施方式，其中，相同的元件符号代表相同的元件。

图1和图2为本发明测量装置10一个具体实施方式的示意图，其包括一个基座12，基座12设有一个光滑水平上表面14以支撑待测片材堆垛S于其上，基座12可以设有一个由金属或其他适当材料制成的平板。基座12的长度和宽度大于片材堆垛S的长度和宽度，基座12的厚度足以满足基座12的强度要求，以在使用状态下维持上表面14的理想平面度。测量装置10可以支撑于一个适当的水平支撑面上，如工作台的顶部等。

测量装置10还包括一个置于片材堆垛S上的砝码16，砝码16设有一个平直上表面18和一个平行于上表面18的平直下表面20。砝码16可以设有一个玻璃或透明高分子材料等透明材料制成的平板，平板也可以由金属等不透明材料或半透明高分子材料等半透明材料制成。根据本发明的一个实施方式，在测量305平方毫米纸板片材时，砝码16设有一个约16毫米厚的玻璃板，例如5.64毫米厚的玻璃板。砝码16的质量约为61克。需要说明的是，砝码16的具体尺寸和质量取决于待测片材的特性。

测量装置10还包括一个用于测量片材堆垛S的堆垛高度H的测量装置，如刻度尺22。刻度尺22固定于基座12上，且自临近基座12一边处垂直向上延伸。刻度尺22设有用于测量距离的刻度线24，刻度线24的零刻度值和基座12的上表面14的垂直高度相同。因此，通过刻度线24，操作者可以确定砝码16的上表面18与基座12的上表面14之间的垂直距离D。垂直距离D等于片材堆垛S的堆垛高度H加上砝码16的厚度，因此，根据测得的垂直距离D和已知的砝码16的厚度即可计算出堆垛高度H。

测量装置10最好可以设有垂直导引件26，以导引砝码16并将砝码16适当定位在基座12上，以使得砝码16的一边紧靠刻度尺22。导引件26位于基座12的四个角附近，并自基座12垂直向上延伸，导引件26可以是金属、塑料或其他材料制成的实心杆或空心杆。砝码16的四个角附近分别设有一个通孔28，以对应收容导引件26。导引件26松散地置于通孔28中，并不限制砝码16的运动。砝码16可以在垂直方向上自由运动，以使得砝码16可以完全由片材堆垛S支撑。

图2为待测片材30的片材堆垛S的示意图，片材堆垛S置于基座12的上表面14上，砝码16置于片材堆垛S的上端。片材30并不平坦，而是具有如图2所示的起伏。为了定量确定片材30的起伏度，使用刻度尺22测量砝码16的上表面18和基座12的上表面14之间的垂直距离D即可确定片材堆垛S的堆垛高度H。如前所述，堆垛高度H等于垂直距离D减去砝码16的厚度。

随后，根据如下公式计算起伏度：

起伏度＝H/(n·t)

其中，n为片材30的层数(在图示实施方式中，n＝5)，t为片材30的平均厚度，片材30的平均厚度t通常由制造商确定。

纸张等片材厚度的测量方法标准已为业界所知，例如，美国纸浆与造纸工业技术协会(TAPPI)的测量方法T411揭示了一种测量单张纸、纸板或组合板厚度和测量同一张纸、纸板或组合板厚度变化的方法，TAPPI T500也揭示了一种在250Kpa压力下测量纸张堆垛的总厚度的方法。此外，美国材料实验协会(ASTM)D 645-96也揭示了一种类似的测量方法。

请参照图3，如果片材30平坦没有任何起伏，则(n·t)表示片材堆垛S理想的堆垛高度。起伏度等于实际的堆垛高度除以理想的堆垛高度，因此其比值总是超过单位值1，起伏度超过单位值1的量反映待测量片材30的起伏状态。

通常，片材堆垛S的上表面不是理想的水平状态，因此，砝码16的上表面(或上基准面)在刻度尺22上的读数实际上仅仅反映了片材堆垛S一侧的高度(第一测量值)。如果将片材堆垛S围绕垂直轴旋转后重新测量，则第二测量值一般不等于第一测量值。因此，根据本发明的一个实施方式，考虑到堆垛高度H的变化，通常对堆垛高度H进行多次测量并取测量值的平均值。例如，在第一旋转位置测量片材堆垛S的堆垛高度H的第一测量值H₁，当片材30为具有机器方向的纸张或纸板时，所有片材30的机器方向相同。

随后，移走砝码16并将片材堆垛S围绕一个垂直轴旋转180°，重新放上砝码16并测量第二测量值H₂，然后将两个堆垛高度H测量值的平均值(H₁、H₂)作为起伏度公式的堆垛高度H。当然，本发明的测量方法并不局限于仅仅测量两个位置的堆垛高度H值，也可以每旋转90°后分别测量三点的堆垛高度H值，或可以每旋转90°后分别测量四点的堆垛高度H值。

使用测量装置10时，相对于通过观测砝码16的下表面20在刻度尺22上的读数来确定堆垛高度H的值，通过观测砝码16的上表面18在刻度尺22上的读数来确定垂直距离D更为方便。因此，操作者通过测量装置10可以记录片材堆垛S在第一方向的第一垂直距离D₁，然后旋转片材堆垛S并记录第二垂直距离D₂。此时，起伏度可以根据下公式计算：

起伏度＝[0.5·(D₁+D₂)-TW]/(n·t)

其中，TW为砝码16的厚度。

也可以定位刻度尺22，使得刻度线24的零刻度值相对于基座12的上表面14向上偏离的值等于砝码16的厚度。此时，砝码16的上表面18在刻度尺22上的位置即为片材堆垛S的堆垛高度H。但是，此方法的缺点在于：当替换一个厚度不同的砝码16时，刻度尺22需要重新定位。

为了方便操作者根据上述公式计算起伏度，测量装置10还可以设有一个连接于键盘等输入装置50上的微处理器40。通过程序设置，微处理器40可以根据其上连接的存储器中存储的D₁、D₂的输入值、已知的TW、n和t值，根据上述公式计算起伏度，计算出的起伏度随后通过微处理器40上连接的一个显示装置60显示。微处理器40还可以设置程序对测得的若干起伏度列表和/或列图进行分析，分析的结果可以以数据列表、图形和图表等形式在显示装置60上显示。

本发明的测量装置10和测量方法还可以有其它形式的变更，例如，除了通过计算(n·t)来获得理想的堆垛高度，还可以通过在砝码16的上端再添加一个砝码或用一个更重的砝码来替换砝码16，以按压片材堆垛S并测量部分或所有片材30的起伏度。在此方法中，用一个较轻的砝码测得一个堆垛高度H_light，用一个较重的砝码测得另一个堆垛高度H_heavy，根据如下公式计算起伏度：

起伏度＝H_light/H_heavy

此方法也可以在不同方向对片材堆垛S进行多次测量，具体过程和前述过程相似，不再另行说明。

测量装置10也可以具有各种形式的变更，例如，砝码16可以具有不同的外形，只要砝码16的下表面20平坦且和片材堆垛S的上表面充分接触以在片材堆垛S上施加大致均匀的压力即可。此外，还可以使用其它的测量装置来测量片材堆垛S的堆垛高度H。例如，基座12上可以组接或一体设置一个光学传感器42(图4)，以测量砝码16的下表面20相对于基座12的高度。例如，当操作者按压按钮开始测量时，光学传感器42可以直接向微处理器40输出一个信号，操作者无需使用键盘50输入堆垛高度H值，这样可以减少输入错误。当然，测量装置10还可以设有两个或更多个这样的光学传感器42和44(图4)，以获得两个或更多个堆垛高度H的测量值，不必通过旋转片材堆垛S来获得多个测量值。

作为本发明测量方法的一种变更，不一定要通过起伏度来评价片材30的起伏，可以通过以下公式来确定片材30的平均有效厚度t_eff：

t_eff＝H/n

因为有起伏，所以片材30的平均有效厚度较大。如果所有的片材30都非常平坦，则平均有效厚度等于平均厚度。因此，片材的平均有效厚度超过有效厚度的程度可以用来反映片材30的起伏。

在上述实施方式中，片材堆垛S的堆垛高度H不是直接测得的，而是通过测量砝码16一个面的高度计算得出的，其要么和片材30的堆垛高度H相对应(当测量砝码16的下表面20的高度时)，要么和片材30的堆垛高度H相差一个砝码16的厚度(当测量砝码16的上表面18的高度时)。但是，也可以直接测量片材堆垛S的上表面相对于基座12的上表面14的高度。例如，基座12的上方设有一个或多光学传感器40，光学传感器40直接向下对准片材堆垛S的上表面，以在一个或多个位置上测量片材堆垛S的堆垛高度H。此方法的缺点在于，如果砝码16覆盖片材堆垛S的整个上表面时，砝码16通常会影响正常测量。因此，砝码16需要比基座12小，以使得片材堆垛S的周边不被砝码16覆盖，光学传感器40可以对准这些周边区域来测量堆垛高度H。此方法的另一个缺点在于：片材堆垛S中，顶部片材30的起伏可能会使测量结果失真。例如，如果光学传感器40的位置碰巧对应波峰，则测得的堆垛高度H有可能偏高，而如果光学传感器40的位置碰巧对应两个波峰之间的波谷，则测得的堆垛高度H有可能偏低。通过前述的多点测量和对测量值进行平均可以部分消除测量的偏差；类似地，使用砝码16和测量砝码16的高度也可以抵消顶部片材30起伏的影响。

根据本发明的上述各个实施方式，从片材30中抽取的样品的测量结果可以用来控制片材30的质量。通常，片材样品选自生产线或大量片材中，以确保片材样品真实反映片材的特性。例如，大量由再生纤维和添加淀粉制成的纸板容易产生沿机器方向延伸或相对于机器方向交叉延伸的起伏，可以在纸板上各个位置抽取多个样品片材。例如，可以在纸板的长度方向边缘附近抽取一组五个片材样品，在纸板长度方向边缘的中间抽取另一组五个片材样品，在纸板的另一长度方向边缘附近再抽取一组五个片材样品，具体的片材样品组取自纸板沿机器方向的间隔位置。根据本发明的另一个实施方式，各个样品组的片材样品可以取自纸板沿与机器方向交叉的方向的间隔位置，各片材样品组也可以取自沿机器方向的间隔位置。此外，每组中的片材可以从各个位置随即抽取，各个样品组也可以随即抽取，还可以使用其他样品抽取方法。

当用来控制片材的质量时，本发明的方法通常包括将一个实际量(例如，片材的堆垛高度，或片材的平均有效厚度)和一个相应的理想量(例如，理想的堆垛高度，或平均厚度)进行对比。设定一个临界值，以用来确定片材是否合格。例如，当起伏度为实际堆垛高度和理想堆垛高度的比值时，即可确定一个比值的临界值。如果计算出的起伏度超过预定的临界值，则确定片材不合格；如果计算出的起伏度不超过预定的临界值，则确定片材合格。起伏度的具体临界值取决于各种因素，如待测片材的类型、片材的应用领域、以及客户对片材的具体要求等等。

需要说明的是，根据本发明说明书和附图的技术启示，本领域的普通技术人员还可以对本发明的测量装置和测量方法进行适当的变更和修改。因此，本发明的保护范围并不局限于本发明的各个具体实施方式，本发明的其他类似实施方式和变更均应落入本发明权利要求的保护范围。

Claims (20)

1、一种片材起伏度的测量装置，其包括：

一个基座，其设有一个可承载片材堆垛的水平上表面；

一个置于片材堆垛上的自由砝码；以及

一个测量装置，用以测量片材堆垛上表面对应的上基准面和片材堆垛下表面对应的下基准面之间的垂直距离，垂直距离表示堆垛高度H。

2、根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述测量装置还包括一个微处理器、一个连接于微处理器上的输入装置，以及一个连接于微处理器上的显示装置，设置程序的微处理器根据“起伏度＝H/(n·t)”计算起伏度，其中，n为片材的层数，t为片材的平均厚度，且起伏度的计算结果显示在装置显示上。

3、根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述测量装置设有一个垂直基座向上延伸的刻度尺。

4、根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于：所述测量装置还包括一个导引装置，以导引砝码并使砝码和刻度尺对位。

5、根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于：所述导引装置设有一个和砝码对接的垂直导引件。

6、根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于：所述垂直导引件延伸穿过砝码上开设的一个通孔。

7、根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于：所述导引装置设有若干个水平间隔设置的垂直导引件，各个垂直导引件延伸穿过砝码上对应设置的若干通孔。

8、根据权利要求7所述的测量装置，其特征在于：所述砝码设有一个大致呈矩形或正方形的平板，平板设有四个角，四个角附近对应设有四个通孔，四个垂直导引件分别延伸穿过对应的通孔。

9、根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述测量装置设有一个用于测量堆垛高度H的可操作光学传感器。

10、根据权利要求9所述的测量装置，其特征在于：所述测量装置还包括一个与所述光学传感器相连的微处理器，微处理器设置程序以根据光学传感器测得的堆垛高度进行计算。

11、根据权利要求10所述的测量装置，其特征在于：所述测量装置设有若干个可在不同位置测量堆垛高度的可操作光学传感器，且所述微处理器设置程序取各个光学传感器测得堆垛高度的平均值。

12、根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述基座为具有一定长度和宽度的矩形或正方形，且所述砝码的长度和宽度与基座的长度和宽度大致相等。

13、一种片材的质量控制方法，其包括以下步骤：

将n层片材依次堆叠以形成一个片材堆垛，片材的平均厚度为t；

测量堆垛高度H；以及

将测得的堆垛高度H与没有起伏时的理想堆垛高度对比，以评价片材的起伏度。

14、根据权利要求13所述的质量控制方法，其特征在于：所述质量控制方法还包括步骤：

根据起伏度＝H/(n·t)计算起伏度；以及

将计算出的起伏度和一个预定的临界值对比，如果计算出的起伏度超过预定的临界值，则确定片材不合格。

15、根据权利要求13所述的质量控制方法，其特征在于：所述片材为纸张，每页纸都有一个机器方向，堆叠在一起的各纸张的机器方向相同。

16、根据权利要求13所述的质量控制方法，其特征在于：所述堆垛高度H为片材堆垛围绕一个垂直轴旋转不同角度后所得若干个测量值的平均值。

17、根据权利要求16所述的质量控制方法，其特征在于：所述堆垛高度H为片材堆垛围绕一个垂直轴旋转180°前后所得两个测量值的平均值。

18、根据权利要求13所述的质量控制方法，其特征在于：在确定堆垛高度H时，片材堆垛上置有一个砝码。

19、根据权利要求18所述的质量方法，其特征在于：所述片材堆垛承载于一个基座的上平面上，基座设有一个下基准面，砝码设有一个上基准面，确定堆垛高度H的步骤为测量下基准面和上基准面之间的垂直距离。

20、一种片材的质量控制方法，其包括以下步骤：

依次堆叠n层片材以形成一个片材堆垛，片材的平均厚度为t；

测量堆垛高度H；

根据t_eff＝H/n计算片材的平均有效厚度t_eff；以及

对比计算出的片材有效厚度t_eff和平均厚度t，如果计算出的有效平均厚度t_eff超过平均厚度t达到一个预定的临界值，则确定片材不合格。

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