CN101815950A - 测量移动纸幅速度的装置和方法 - Google Patents

Abstract

用于测量具有相对的第一表面和第二表面的移动纸幅(140)的二维速度的装置，其特征在于包括：至少一个光源(120)，该光源对着所述第一表面并安置成使光透过所述纸幅(140)；至少一个图像捕捉设备(110)，该图像捕捉设备对着所述第二表面，并安置成可接收所述透射光并生成所述纸幅(140)区域的二维图像；控制单元(130)，该控制单元安置成可控制所述至少一个光源(120)和至少一个图像捕捉设备(110)，并从所述至少一个图像捕捉设备(110)接收二维图像；以及包括计算部件(150)，该计算部件安置成可通过计算两个二维图像的互相关，来计算所述纸幅(140)沿纵向及/或横向的速度分量。

Description

测量移动纸幅速度的装置和方法

技术领域

本发明涉及造纸技术领域，尤其涉及测量移动纸幅的二维速度的装置和方法。

背景技术

造纸时，双长网成形和长网成形是两种常用的技术。双长网成形时，造纸机包括流浆箱、双长网压区、内部移动网和外部移动网，以及成形辊。流浆箱配有唇板，供调整浆料悬浮液流送之用。浆料悬浮液以射流形式脱离流浆箱，并被引入压区。其后，悬浮液容纳在内网和外网之间并在成形辊上脱水。在长网成形时，悬浮液以射流形式排出流浆箱，并落在包括单个移动网的网案上。复合型纸机的特征既包括长网又包括双长网。

在整个本申请中，容纳浆料悬浮液的单个移动网或多个移动网均称为移动纸幅。移动纸幅中的浆料悬浮液显示出纸幅内部的相对移动量，其速度可变，因此引起纸幅厚度变化。这意味着，在所观察的区域内，纸幅某点上的局部速度变化不定。词语“纵向”指平行于纸幅运动的方向，而“横向”则指垂直于纸幅运动的方向。

在本技术领域中，已知要测量移动纸幅的各种特性，例如成形特征(如纤维絮凝物)或表面重量均匀度，或者观察区域上的平均速度。在整个纸幅上，这些特性既可沿横向也可沿纵向变化。成形特征的变化是纸体质量的度量，而速度的变化则表示纸浆正在铺展或者纤维正在不均匀地位移，这也会影响成品的质量。

通常，用一个或多个对着纸幅的光源以及一个或多个沿纸幅的纵向安置并捕捉纸幅表面反射光的成像装置(如CCD摄像机)来进行这样的测量。然后，可用图像处理技术来分析所考虑的特性。

题为“SOFA-STFI On-line Forming analyzer”(

L.D.，10^th ControlSystems Conference，Stockholm 2002)的论文公开了一种用发射光而非反射光测量移动纸幅的特性的方法。光源和成像装置安置在纸幅的相对两侧，成像装置捕捉透过纸幅发射的光。测量只沿纵向进行。它也公开了从图像中筛选出网纹(wire pattern)的方法。

日本专利申请2003-213585公开了一种以透射光监控纸质的设备，该设备中可在纸幅上方横向安置两个或更多摄像机。此设备测量所观察区域的平均速度。

美国专利6,118,132公开了一种测量运动表面上或料幅上的速度、移位和应变的系统。该系统包括两组沿纵向相隔一定距离而布列的光传感器。对来自两组光传感器的图像进行比较，并测量幅面上独特纹型的位移，用来计算所要的参变量。使用反射光。此设备测量所观察区域中的平均速度、位移和应变。

US 2006 0171 725记述了一种二维检测系统，该系统利用光学传感器来记录纸体的图像，由此测量纸体的速度和方向。此设备测量所观察区域中的平均速度、位移和应变。

根据上面引证的现有技术，只测量该平均速度并不解决纸幅实时就地测量和调整的问题。

因此，为了提高生产效率和保证最终产品的质量，仍然需要用于测量移动纸幅二维速度的更加有效且精确的方法。

发明内容

本发明的目的是提供用于测量移动的纸幅的二维速度(即，既在纵向上又在横向上)的改进方法和装置。移动的纸幅(即浆料悬浮液)的速度与流速有关。此流速可在纸幅中相对位置之间变化，由此纸幅不同位置的局部测量需要结合正确调整唇板来进行。

根据本发明的一个方面，实时对流浆箱进行测量和随后的调整。术语“实时”和“实时调整”意指，进料在从测量起始的0-10秒的间隔内，例如在小于1秒的时间范围内供入流浆箱。所述时间周期因流浆箱和测量装置之间的距离不同而异，也因纸幅速度不同而异。所以，该时间周期通常由纸幅的长度决定。

因而，流浆箱的唇板调整纸幅两个方向上的速度。除此之外，也可测量局部表面重量并利用在调整中。利用本发明实时测量所得的平面变化和时间变化是极其重要的，因为它们是经济型生产的基础。采用如下所述的本发明，可保证最终产品具有平滑度。

根据本发明一方面，提供了一种测量移动纸幅速度的装置。该装置包括至少一个光源，该光源对着纸幅的第一表面，并安置成使光透过纸幅。另外，该装置包括对着纸幅第二表面的至少一个图像捕捉设备，该图像捕捉设备安置成接收透射光并产生纸幅区域的二维图像。该装置还包括控制单元，安置成从至少一个图像捕捉设备接收二维图像。该控制单元包括计算部件，该计算部件安置成通过计算两个二维图像的互相关来计算纸幅纵向及/或横向的速度分量。

光源可发射连续光或闪烁光。在后一种情形下，仅当捕捉到图像时，才可发射出光。光源可与网案、流浆箱或引流条结合成整体。

在一个实施例中，捕捉装置横过纸幅，由此一个捕捉装置可覆盖纸幅的相当大的区域，并提供关于所测区域的相对移动量的数据。

根据本发明的另一方面，提供一种造纸机，该造纸机包括至少一个如上所述测量移动纸幅速度的装置。

根据本发明的一个方面，造纸机包括一种处理装置，从所述一个或多个测量移动纸幅速度的装置接收所计算的速度分量，并用所述所计算的速度分量来控制流浆箱，由此进行纸幅纵向及/或横向的速度实时调整。

根据本发明的另一方面，提供一种测量移动纸幅二维速度的方法。该方法包括下列步骤：

a)使来自至少一个光源的光透过纸幅；

b)用至少一个图像捕捉设备捕捉透射光；

c)基于步骤b)所捕捉的透射光，产生所述纸幅区域的第一二维图像；

d)再次使来自至少一个光源的光透过所述纸幅；

e)再次以至少一个图像捕捉设备捕捉所述透射光；

f)基于步骤e)所捕捉的透射光，产生所述纸幅区域的第二二维图像；

g)通过计算第一图像和第二图像的互相关，计算出纸幅的纵向及/或横向的速度分量。

根据本发明的一实施例，计算出速度分量的步骤(上述步骤g)包括从第一图像提取第一询问区域和从第二图像提取第二询问区域。间隔开时间距离dt，按顺序捕捉这两种图像，该时间距离dt必须足够小，以使至少一部分纸幅复制在两个图像中。然后，通过进行第一询问区域和第二询问区域之间的互相关，确定相对移动量dx。最后，计算纸幅的速度分量dx/dt。

在整个本申请中，术语“图像捕捉设备”意在包括各种能捕捉图像或图像序列的装置，例如使用照相胶片的照相机、CCD照相机、光传感器阵列、摄像机等等。彩色装置和单色装置(例如彩色照相机和黑白照相机)都可考虑采用。

术语“光源”意在包括任何种类能发光的装置，例如常规灯泡、发光二极管(LED)、荧光灯、白炽灯、氙弧灯等等。脉冲光源和连续光源都可考虑采用。

如上所述，术语“移动纸幅”主要指的是容纳浆料悬浮液的移动的一个或多个丝网。

本发明的一个优点在于，通过使用透射光并结合测量速度的互相关技术，比已知技术方案计算得更快，且精确度更高。这为流浆箱的上述实时调整开辟了道路。

本发明的另一个优点在于，它使横向速度测量成为可能，该优点使检测例如纸幅的不均匀张力有可能比不考虑横向运动的已知方案更准确地进行。

在本发明的一个实施例中，移动纸幅的二维速度测量伴随着局部表面重量测量。根据该实施例，流浆箱得到用来调整流浆箱唇板的反馈数据，借此将纸幅的二维速度用于调整局部表面重量。纸幅的这种总体评定保证了所造纸制品的质量。

本发明同样适用于长网造纸机、双长网造纸机和复合型造纸机。

附图说明

本发明的特征和优点通过下面的详细说明和附图会变得更清晰可见，附图中：

图1示出根据本发明一实施例的使用单个图像捕捉设备的装置。

图2示出根据本发明第二实施例的沿横向安置几个图像捕捉设备的装置。

图3示出根据本发明的一个方面的造纸机。

图4示出根据本发明一实施例的造纸机，其中，几个测速装置安置在不同的位置上。

图5是示出用于测量根据本发明一方面的移动纸幅的速度的方法流程图。

图6示出根据本发明一实施例的互相关算法。

图7分别示出这种装置在一个纸幅A上的位置和在两个纸幅B之间的位置。

具体实施方式

现参照图1，示出了根据本发明一实施例的纸幅140的速度测量装置100。该装置100包括单个图像捕捉设备110(例如CCD照相机)、单一光源120和控制单元130。控制单元130包括计算部件150。图像捕捉设备110在纸幅140上方的一小间距处定位，单一光源120在纸幅140下方的一小间距处定位并与图像捕捉设备110相对。工作时，控制单元130会向图像捕捉设备110发送信号，指示其捕捉图像。同时，控制单元130向光源120发送信号，指示其发射光脉冲。光源120发出的光透射纸幅140，并由图像捕捉设备110捕捉，产生第一图像。在短暂的时间距离dt之后，控制单元130再次向图像捕捉设备110和光源120发送信号，产生第二图像。控制单元130安置成以这样的方式选择时间距离dt，即，至少纸幅140的某些部分将被捕捉在两种图像中。两种图像都由控制单元130接收，指示计算部件150根据两种图像计算出速度。最后，计算部件150利用两种图像之间的互相关执行计算。下面将结合图6更详细地叙述互相关算法。

另外，光源120也可为连续的光源(即，使光恒定不变地透过纸幅140)，在此情况下，就不需要从控制单元130到光源120的信号。

根据本发明的一个实施例，执行时间分辨的速度测量(time-resolvedvelocity measurements)。换言之，控制单元130指示图像捕捉设备110连续捕捉图像。计算部件150会通过每对连续图像之间的互相关来计算速度。

现在来参照图2，示出了根据本发明另一实施例的用于测量纸幅140的速度的装置200。这种装置采用四个沿纸幅140的横向安置的图像捕捉设备210和四个也沿纸幅140的横向安置但与图像捕捉设备210相对的光源220。在这种配置中，图像捕捉设备210有利地定位，以便它们覆盖纸幅140的整个宽度，由此保证横向上的更可靠的测量。

尽管图2示出了带有四个图像捕捉设备和四个光源的装置，但也可使用多个数量这样的装置。尤其是，图像捕捉设备数目可大于或小于光源数目，只要一个或多个光源安置成能提供足够的照明即可。

显然，在这种配置中，也能以与结合上述图1所叙述的同样方式进行时间分辨的速度测量。

图3示出根据本发明一方面的包括图2所示速度测量装置的造纸机300。造纸机300包括能排出纸浆的流浆箱310和用来控制造纸机300的各种参变量和设置值的处理装置320。工作时，控制单元130向处理装置320发送所计算的纵向及/或横向的速度的信息。处理装置320利用这种信息来控制流浆箱310。尤其是，处理装置320可调整横向上切口变量(variations in the sliceopening)及/或稀释度。

图4示出根据本发明一实施例的造纸机400，该造纸机包括两个沿纵向安置于不同位置上的测速装置。第一装置包括多个图像捕捉设备与多个光源410，以及控制单元430。第二装置包括多个图像捕捉设备与多个光源420，以及控制单元440。控制单元430和440都与处理单元320连接。作为变通方法，为了横过(transversing)纸幅，可调整捕捉装置和光源。在此情况下，只需一个装置，尽管几个横过装置也可使用。

显然，可使用多于两个的测速装置，而且这些装置可定位于造纸机400中的不同位置。在一优选实施例中，测速装置与造纸机400上网案的一个元件组合成整体。例如，该装置可以与吸气缝组合成整体。在一实施例中，(各)捕捉装置及/或(各)光源位于流浆箱中。在另一实施例中，(各)光源与纸幅下面的引流条组合成整体，据此，引流条由透明的且有利的是易清理材料如有机玻璃制成。

有利的是，该一个或多个装置处于造纸机400的流浆箱和干燥部之间的某位置上。

图5是示出根据本发明一方面的用于测量移动纸幅速度的方法流程图。该方法从步骤501开始，该步骤包括使来自至少一个光源的光透过纸幅。在步骤502中，用至少一个图像捕捉设备来捕捉该透射光。在步骤503中，基于步骤502所捕捉的透射光，产生纸幅区域的第一二维图像。然后，在步骤504-506中，产生第二二维图像。在步骤504中，光再次从至少一个光源透射纸幅(如同在步骤501中那样)。在步骤505中，用至少一个图像捕捉设备来捕捉该透射光(相当于步骤502)。在步骤506中，基于步骤505所捕捉的透射光，产生纸幅区域的第二二维图像。最后，在步骤505中，通过计算所述第一和第二图像的互相关，来计算纸幅沿纵向及/或横向的速度分量。

该方法可重复多次(例如，一分钟一次、每小时一次，或者以任意时间间隔)，正如步骤508a所述的那样。

根据本发明的这种执行时间分辨测量的实施例(上面结合图1所述的)，该方法接续有步骤508b。在步骤508b中，将步骤506中获得的第二二维图像变成新的第一二维图像。然后，再次执行步骤504-506，产生新的第二二维图像，并在步骤507中用新的第一图像和第二图像来执行新的计算。换言之，步骤507中的计算总是用这两个最新捕捉的联贯图像来执行。

图6示出根据本发明一实施例的互相关算法。由时间间距dt隔开，已捕捉两个图像610和620。可以看到图像610中的特征(texture)剧变。图像620中也捕捉相同的特征变化，但由于图像之间的时差，稍有偏移。互相关算法是从图像610和620中提取较小部分(称作询问区域)开始的。图6中，显示四个询问区域612、614、622和624。然后，在所提取的询问区域上成对执行互相关。图6示出询问区域612和622之间的互相关。通过检测两个区域612和622上出现的图形(即，本示例中的特征变化)，可确定位移dx。然后，计算速度dx/dt。

图7示出本发明的一个方面，其中纸机700包括两个纸幅140，图像捕捉设备110位于这两个纸幅之间，而相应的光源120、121彼此相对设置，分别在两个纸幅的上方和下方。在这种配置中，这种时间分辨的速度测量可按上面结合图1所叙述的同样方式来执行。

所述的这种方法既可用于纵向又可用于横向。

尽管已描述本发明与造纸有关，但技术人员会意识到，相同的装置和方法可同样应用于任何希望测量移动纸幅速度或者片材速度的场合。

前述的具体说明意在示出本发明并更容易地理解本发明，而且不应该认为是限制本发明。在不背离本发明的实质和范围的前提下，其它实施例对于本领域技术人员也是明显的。

Claims (18)

1.用于测量具有相对的第一和第二表面的移动纸幅(140)的二维速度的装置(100)，其特征在于，该装置包括：

a)至少一个光源(120)，所述光源对着所述第一表面并安置成使光透过所述纸幅(140)；

b)至少一个图像捕捉设备(110)，所述图像捕捉设备对着所述第二表面，并安置成接收所述透射光并生成所述纸幅(140)区域的二维图像；

c)控制单元(130)，该控制单元安置成控制所述至少一个光源(120)和至少一个图像捕捉设备(110)，并接收来自所述至少一个图像捕捉设备(110)的二维图像，以及包括计算部件(150)，该计算部件安置成通过计算两个二维图像的互相关，计算所述纸幅(140)沿纵向及/或横向的速度分量。

2.根据权利要求1的装置，还包括局部表面重量的测量。

3.根据权利要求1的装置，该装置包括沿所述纸幅的横向串联布置的至少两个图像捕捉设备(210)。

4.根据权利要求1的装置，该装置包括至少一个、横过的图像捕捉设备(210)。

5.根据权利要求1、3或4中任一项的装置，其中所述一个或多个图像捕捉设备安置成或可安置成生成完全覆盖纸幅整个横向宽度的图像。

6.根据权利要求1的装置，其中所述控制单元安置成使所述至少一个图像捕捉设备中的每个图像捕捉设备快速接连地捕捉第一图像和第二图像，以便所述移动纸幅的至少一部分再现在第一图像和第二图像中，而且其中所述计算部件安置成计算所述第一图像和第二图像之间的互相关。

7.根据权利要求1的装置，其中所述至少一个光源中的每个光源安置成发射光谱的两个独立部分中的两个光脉冲，并且所述至少一个图像捕捉设备中的每个图像捕捉设备适于从所述透射光中捕捉光谱的两个独立部分并产生两个相应图像，而且其中所述计算部件安置成计算所述两个相应图像之间的互相关。

8.根据权利要求1或6的装置，其中所述控制单元安置成指示所述一个或多个图像捕捉设备连续地捕捉图像。

9.根据权利要求1、6或8的装置，其中所述控制单元还安置成从计算部件接收所述计算出的速度分量，并利用所述计算出的速度分量将反馈信号发送到造纸机，所述反馈信号适于引起纸幅的纵向及/或横向的速度的实时调整。

10.造纸机，其特征在于，包括网前箱(310)和加工装置(320)，其特征在于，该造纸机包括根据权利要求1-6中任一项所述的至少一个用于测量移动纸幅(210、130)的速度的装置。

11.根据权利要求10的造纸机，其中所述装置中的至少一个装置与网案、网前箱或引流条结合成整体。

12.根据权利要求10-11中任一项的造纸机，其中所述加工装置(320)安置成从所述一个或多个用于测量移动纸幅(210、130)的速度的装置接收计算出的速度分量，并用所述计算出的速度分量来控制所述网前箱(310)，借此进行纸幅的纵向及/或横向的速度的实时调整。

13.用于测量移动纸幅速度的方法，该方法包括下列步骤：

d)使来自至少一个光源的光透过所述纸幅；

e)利用至少一个图像捕捉设备捕捉所述透射光；

f)基于步骤b)所捕捉的透射光，产生所述纸幅区域的第一二维图像；

g)再次使来自至少一个光源的光透过所述纸幅；

h)再次利用至少一个图像捕捉设备捕捉所述透射光；

i)基于步骤e)所捕捉的透射光，产生所述纸幅区域的第二二维图像；

j)通过计算所述第一图像和第二图像的互相关，计算出所述纸幅的纵向速度及/或横向的速度分量。

14.根据权利要求13的方法，其中步骤b)和e)间隔开时间距离dt，该dt小得足以使所述移动纸幅的至少一部分既再现在第一图像中又再现在第二图像中。

15.根据权利要求13或14的方法，其中步骤a)-g)被多次重复。

16.根据权利要求13或14的方法，还包括步骤：

h)使步骤f)中所得到的第二二维图像成为新的第一二维图像；

i)多次重复步骤d)-h)。

17.根据权利要求13或15的方法，其中步骤g)包括以下分步骤：

k)从所述第一图像提取第一询问区域；

l)从所述第二图像提取第二询问区域；

m)通过所述第一询问区域和第二询问区域之间进行互相关，确定相对移动量dx；

n)用dx/dt计算出所述纸幅的纵向及/或横向的速度分量。

18.根据权利要求13-17中任一项的方法，该方法还包括附加步骤：利用所述计算出的速度分量，对纸幅的纵向及/或横向的速度进行实时调整。

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