CN101351699A - 通过线不敏感传感器 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于检测样本表面表面特征的装置。示例系统可以具有用于移动样本表面的传送装置及用于反射光束偏离样本表面的光源。光检测器可以接收从样本表面反射的光束。光束的面积可以不等于光检测器的光检测面的面积。基于对接收到的反射光与已知样本表面的已知反射光值的比较，参考分析仪可以确定光学表面。

Description

通过线不敏感传感器

技术领域

本发明通常涉及样本表面的表面特征的检测，更具体地说，涉及移动样本表面的表面特征的检测。

背景技术

在造纸过程期间，生产用水、精制浆和其它添加物混合，以使成品纸具有期望的性质。混合物覆盖在网筛上，形成纸张并提取出水。之后纸张经设计成从纸张中去除水的不同过程和机器传送。纸张干了之后在滚筒之间移动以给出期望平滑度。这个过程可以称为对纸砑光。纸砑光次数越多，体积就越小，但成品纸越平滑。为造出光泽纸，未涂层的纸张可以使用涂料类似产品进行涂层，并通过压辊在很高的压力下抛光，以造出光亮的外表。这个过程可以称为高度砑光。在印刷过程期间，附加的上光层可以应用到纸上，在纸张上提供光泽表面。光泽表面还可以保护纸张免受周围环境影响。在各生产过程中，纸张的连续滚动在整个压印机器中穿插进行。滚动和压印用于在各生产过程之间移动纸张。

为了确保纸张表面已获得正确量的光泽，传感器用于测量样本表面的光泽。参照图1A，传感器100A可以具有用来提供光束104A以照射在通过线(pass-line)处的样本表面的光源102A。光束104A反射偏离样本表面106A。使用光检测器108A测量反射光的强度。通过光检测器108A的光检测面110A测量反射光，以确定反射光的光强度。通过确定反射光束强度与照射光束强度的比值计算出光泽度。反射光强度与针对不同光泽样本表面的已知强度值相比较。

参照图1B，当纸张随着生产过程移动时，由于制造过程中使用的滚动装置、上涂器(applicator)和其它机器赋予的振动，纸幅(web ofpaper)的样本表面106B可能摆动或波动。该摆动或该波动可能导致样本表面106B移动到新的样本表面位置112B。样本表面106B的移动可能导致测得光泽值发生错误，原因在于光泽传感器系统的光学装置要正确工作的话需要非常精确的几何状态。

如果样本表面106B离开最佳的测量位置，一部分反射光光线可能丢失，测量信号将有偏差。当样本位置可以容易控制时，现有技术水平可以在实验室环境中提供精确测量，但是，如上所述，在生产环境中不容易获得这种控制。

在纸张和纸板的生产中，非接触测量原理优于与纸幅接触的传感器技术。此外，诸如机械薄片稳定装置的纸幅稳定技术也不是优选的。例如，使用机械薄片稳定装置可能导致不希望的可见印记或产品表面上擦痕。由于这种印记，在有些应用中可能无法使用纸张稳定装置。同样，通过与移动纸幅摩擦，纸张稳定装置可能易于增加灰尘和污垢问题。纸幅和纸板的横向轮廓与直线比可能具有许多形式的偏差。例如，基底交叉轮廓可能在多个不同的方向有弯曲。因为纸张的弯曲或擦痕，用于线上光泽度测量的纸幅最佳位置是很难保证的，有时是无法保证的。

因此，检测样本表面的表面特征需要有效且有效率的装置、方法和系统。此外，该系统和方法可以提供对移动样本表面表面特征的检测。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供检测样本表面表面特征的装置、系统和方法，其中该表面是固定的或移动的。根据本发明的示例实施例，该装置可以具有用于移动样本表面的传送装置。该装置还可以具有将光束反射离样本表面的光源和接收从样本表面反射的光束的光检测器。光束的面积(area)可以不等于光检测器光检测面的面积。基于对接收到的反射光与已知样本表面的已知反射光值的比较，参考分析仪可以确定所分析表面的光学性能。

在备选实施例中，光束的面积可以大于光检测面的面积，参考分析仪的比较可以基于检测面的区域。在另一实施例中，光束面积可以小于光检测面的面积，参考分析仪的比较可以基于光束区域。在又一实施例中，参考分析仪可以用于确定样本表面的光泽。在另一实施例中，抛光处理装置可以用来增加样本表面的光泽特性。在另一实施例中，样本表面可以是移动的纸幅表面。在另一实施例中，参考分析仪将接收到的反射光强度与已知样本表面的已知反射光强度值比较。

根据本发明的示例实施例，该方法可能涉及以下步骤。样本表面随着机械化过程传送。光束在样本表面上发射并反射偏离样本表面。从样本表面检测到光束。光束的面积可以不等于光检测器的光检测面的面积。基于对接收到的反射光束与已知样本表面的已知反射光的值的比较而确定光学表面。

附图简述

结合附图，参照以下具体介绍可以清楚的理解本发明上述及其它目的和优点，其中相似标号在全文中指的是相似部分，及其中：

图1A是现有技术中光泽传感器的概括示意图。

图1B是带有在通过线处摆动与波动的样本表面的现有技术的光泽传感器的概括示意图。

图2是用来实现本发明的示例光源实施例的传感器的概括示意图。

图3是描述了用于实现本发明光源实施例的传感器的示例方法的流程图。

图4是用来实现本发明示例光检测器实施例的传感器的概括示意图。

图5是说明了用于实现本发明的光检测器实施例的传感器的示例方法的流程图。

详细说明

通过在样本表面处引导光束，并将样本表面的反射系数与具有已知光泽的标准表面的反射系数作电子式的比较，传感器能够用于测量样本表面的光泽度。根据本发明的示例光源实施例，照射样本表面的光束面积大于由光检测器接收并检测的光束面积。样本表面的照射面积大于由光检测器可视的面积。样本表面的照射面积大于由光检测器可视的测量面积。这种设置使样本表面能够在预先规定的几何限制内改变位置。样本表面移动时，光检测器测量区域保持在照射区域内。基于光检测器的面积，光检测器接收的反射光强度与各种光泽样本表面强度的已知值相比较。

根据示例光检测器实施例，窄光束用于照射样本表面并被反射到光检测器上。样本表面的照射面积小于由光检测器可视面积。样本表面的照射面积小于测量由光检测器可视的测量面积。这种设置使样本表面能够在几何限制内改变位置。样本表面移动时，该束的测量区域保持在光检测器检测区域内。基于光束面积，光检测器接收的反射光强度与已知的各种光泽样本表面强度值相比较。在这里介绍的各种实施例可以按照各种已知标准，例如，工业技术研究组织协会(TAPPI)标准以及其它已知的工业和政府标准。

参照图2，传感器200可以包括提供光束204以照射通过线处样本表面206的光源202。光源202提供给光束204大于光检测器208的光检测面210的面积。光源202提供聚焦光束或准直射光束(比如激光)或者其他提供聚焦光束的方法。光源202可以是多种电磁能源。例如，光源可以辐射不可见波长的光能量，以防止在生产过程中头顶照射或其他光源的干扰。

样本表面206可以是在生产过程或机械化过程中处理的各种材料。例如，样本表面206可以是纸幅或板。使用各种压辊、印刷机和其他机器，纸幅在整个生产过程中连续移动。样本表面206不局限于纸幅。样本表面206可以是在传送带或者用于运输材料片的装置上前进的材料片。

传感器200提供了样本表面的精确测量，而未减少或已减少对稳定性的需求。光束204反射偏离样本表面206。用光检测器208测量反射光强度。通过光检测器208的光检测面210测量反射光，以确定反射光束204的光强度。光检测面210可以限定由光检测器208可视的面积。

光检测面210将光束204转换为电流。光检测面210可以由多种器件构成，比如电荷耦合器件(CCD)、数字互补金属氧化物半导体(CMOS)成像、光电二极管或任何其它合适的装置。光检测器208产生的信号可以是模拟信号或者转换成数字信号以便于处理。光检测器208的信号馈入到参考分析仪中(未示出)。

参考分析仪将从光检测器210接收的信号强度与已知的各种光泽样本表面的强度值比较。结构上对于硬件而言，参考分析仪可以包括处理器、存储器和一个或多个输入和输出接口装置。本地接口可以具有因简化而忽略的诸如控制器、缓冲器(缓冲存储器)、驱动器、中继器和接收器的附加元件以实现通信。进一步讲，本地接口可以包括地址、控制和/或数据连接，以实现网络组件之间的适当通信。

通过确定反射光束强度与来自光源202的照射光束强度的比值，参考分析仪可以确定样本表面206的光泽度。由样本表面206分散的光的量用于确定样本表面206的光泽度。参考分析仪可以使用存储表、方程式或者其组合来计算样本表面206的光泽度。如上所述，光泽度是通过比较强度比值与光泽度的已知样表的光泽度强度来确定的。

所述系统和方法还可以结合到与计算机或者参考分析仪的其它合适操作装置一起使用的软件中。参考分析仪还可以包括图形用户界面(GUI)，使管理员或用户能够输入、查看并存储光泽度，或者输入期望光泽度相关约束条件，从而控制生产过程中的其它装置。

参照图3，流程图描述了用于实现本发明的光源实施例300的传感器的示例方法。生产过程将样本表面206进送到传感器200的通过线(方框302)。光源202将光束204引导到样本表面206上(方框304)。光束204由样本表面206(方框306)反射。

由样本表面反射的光束在光检测器208的光检测面210上检测到(方框308)。光检测面210的面积小于光束204的面积。这使样本表面206能够在指定的几何范围内摆动或移动。指定的几何范围由光束204的面积与光检测面210上的检测面积的相对关系来控制。增加光束204的面积可以增加样本表面206到样本表面212新位置所允许的移动量。通常而言，光束204的面积是圆形；然而，本发明可以就光束204或光检测面210的面积利用多种形状。例如，光束204可以是圆的，光检测面208可以是正方形的，其宽度大于光束204的直径。基于光检测面210的面积，通过比较从光检测面210面积接收到的反射光与已知样本表面的已知反射光的值，参考分析仪能够确定样本表面206的光泽度(方框310)。

参照图4，传感器400可以具有提供光束404以照射在通过线处的样本表面406的光源402。光源402或准直射光束提供给光束404小于光检测器408的光检测面410的面积。就如相应于示例光检测器实施例的上述描述，光源402提供了聚焦光束404。就如相应于示例光源实施例的上述描述，样本表面406还可以是多种材料。

传感器400提供了样本表面406的精确测量，而未减少或减少了对稳定性的需求。光束404反射离样本表面406。用光检测器408测量反射光强度。通过光检测器408的光检测面410确定反射光束404的光强度，来测量反射光。光检测面410可以限定由光检测器408可视的面积。

就如相应于示例光源实施例的上述描述，通过使用多种光检测元件，光检测面410将光束404转换为电流。光检测器408的信号馈给到参考分析仪中(未示出)。参考分析仪将从光检测器410接收到的信号强度与各种光泽样本表面的已知强度值相比较。架构上就硬件而言，该参考分析仪类似于前述示例光源实施例的参考分析仪。

通过确定反射光束强度与来自光源408的照射光束强度的比值，参考分析仪可以确定样本表面406的光泽度。由样本表面406分散的光的量用于确定样本表面406的光泽度。参考分析仪可以使用存储表或方程式来计算样本表面406的光泽度。光泽度是通过将强度比值与光泽度的已知样表的光泽度强度相比较来确定的。

参照图5，流程图描述了用于实现本发明的光检测器实施例400的传感器的示例方法。生产过程将样本表面406进送到传感器400的通过线(方框502)。光源402将光束204引导到样本表面406上(方框504)。光束404由样本表面406(方框506)反射。

在光检测器408的光检测面410上检测到由样本表面406反射的光束404(方框508)。光检测面410的面积大于光束404的面积。这使样本表面406能够在指定的几何范围内摆动或移动。指定的几何范围由光束404的面积与光检测面410上的检测面积的相对关系控制。增加光束404的面积可以增加所允许的样本表面206到样本表面212新位置的移动量。基于光束404的面积，通过比较从光检测面410面积接收到的反射光与已知样本表面的已知反射光的值，参考分析仪能够确定了样本表面406的光泽度(方框510)。

可以理解的是，以上仅描述了本发明的原理，在不背离本发明的范围和精神的情况下，本领域技术人员可以做多种更改。相应地，这种实施例被认为是落入本发明范围内的。例如，示例实施例描述被实现以确定样本表面的光泽度，然而，本领域技术人员将可以认识到本发明实施例可以实施以用于其它多种表面特征。

本领域的技术人员还会发现本发明可以用通过不同于所述实施例的方法实施，介绍所述实施例的目的只是描述性的而不是限制性的，本发明仅由下面的权利要求书限定。

Claims (7)

1.一种用于检测样本表面的表面特征的装置，包括：

传送装置，用于移动样本表面(206，406)；

光源(202，402)，用于将光束反射离所述样本表面；

光检测器(208，408)，用于接收从所述样本表面反射的所述光束，其中所述光束的面积不等于所述光检测器的光检测面(210，410)的面积；及

参考分析仪，用于基于将接收的所述反射光与已知样本表面的已知反射光的值做比较而确定所述光学表面。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述光束(204)的所述面积大于所述光检测面(210)的所述面积，并且所述参考分析仪的比较是基于所述检测面的所述面积的。

3.如权利要求1所述的装置，其中所述光束(404)的面积小于所述光检测面(410)的面积，并且所述参考分析仪的比较是基于所述光束的所述面积的。

4.如权利要求1所述的装置，其中所述参考分析仪确定所述样本表面的光泽。

5.如权利要求1所述的装置，还包括用于将光泽面施加到所述样本表面的光泽上涂器。

6.如权利要求1所述的装置，其中所述样本表面是移动纸幅的表面。

7.如权利要求1所述的装置，其中所述参考分析仪将接收的反射光的强度与已知样本表面的已知强度反射光值做比较。

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