CN111877042B

CN111877042B - 纤维纸浆磨浆的监测和控制

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Publication number: CN111877042B
Application number: CN202010374155.7A
Authority: CN
Inventors: L·考皮宁
Original assignee: Valmet Technologies Oy
Current assignee: Valmet Technologies Oy
Priority date: 2019-05-03
Filing date: 2020-05-06
Publication date: 2022-10-14
Anticipated expiration: 2040-05-06
Also published as: US11788229B2; FI129352B; EP3733959A1; FI20195363A1; CN111877042A; US20200347551A1

Abstract

根据本发明的示例性方面，提供了一种用于监测和控制纤维纸浆的磨浆的方法，该方法包括：捕获纸浆样品的至少一幅图像；确定至少一幅图像中的所有纤维或非原纤化纤维的量；确定至少一幅图像中的原纤化纤维的量；基于至少一幅图像中的原纤化纤维的量和所有纤维或非原纤化纤维的量，确定纸浆中原纤化纤维与所有纤维或非原纤化纤维之间的关系；基于确定的纸浆中的原纤化纤维与所有纤维或非原纤化纤维之间的关系生成控制参数；并基于控制参数通过至少一个纸浆磨浆装置控制纤维磨浆。

Description

纤维纸浆磨浆的监测和控制

技术领域

各种示例实施例涉及纤维纸浆磨浆的监测和控制。

背景技术

纸浆的磨浆是纸张、纸板或纸巾制造过程中最重要的阶段之一。磨浆对纸张机、纸板机或纸巾机的运行和能耗以及化学计量策略有影响。它还决定了最终产品的质量和最终性能，例如强度和可印刷性。因此，可以对纸浆纤维进行许多测试，例如纤维长度、直径、模量和强度、游离度和化学纯度测量，以预测和修改最终产品的性能。然而，对于更高质量的纸张、纸板、纸巾以及微原纤化纤维素(microfibrillated celulose)、纳米原纤化纤维素(nanofibrillated celulose)和纳米晶纤维素(nanocrystalline celulose)，仍然需要改善对纤维性能的确定以及对纤维改性和化学计量的控制。

发明内容

根据第一方面，提供了一种用于监测和控制纤维纸浆的磨浆的方法，该方法包括：捕获纸浆样品的至少一幅图像；确定至少一幅图像中的所有纤维或非原纤化纤维的量；确定至少一幅图像中的原纤化纤维的量；基于至少一幅图像中的原纤化纤维的量和所有纤维或非原纤化纤维的量，确定纸浆中的原纤化纤维与所有纤维或非原纤化纤维之间的关系；基于确定的纸浆中的原纤化纤维与所有纤维或非原纤化纤维之间的关系生成控制参数；并基于控制参数通过至少一个纸浆磨浆装置控制纤维磨浆。

根据第二方面，提供了一种用于监测和控制纤维纸浆的磨浆的装置，包括被配置为至少执行以下操作的装置：捕获纸浆样品的至少一幅图像；确定至少一幅图像中所有纤维或非原纤化纤维的量；确定至少一幅图像中的原纤化纤维的量；基于至少一幅图像中的原纤化纤维的量和所有纤维或非原纤化纤维的量，确定纸浆中的原纤化纤维与所有纤维或非原纤化纤维之间的关系；基于确定的纸浆中的原纤化纤维与所有纤维或非原纤化纤维之间的关系生成控制参数；以及基于控制参数通过至少一个纸浆磨浆装置引起对纤维改性的控制。

根据一实施例，纸浆样品是纸浆液体悬浮液。

根据一实施例，控制纤维磨浆包括控制被分析并磨浆的纸浆批料的进一步处理进入进一步或循环磨浆阶段或者进入纸浆磨浆后的随后处理阶段。

根据一实施例，该装置被设置在纸张机、纸板机或纸巾机的流浆箱(headbox)之前。

根据一实施例，纸浆磨浆被控制以用于微原纤化纤维素、纳米原纤化纤维素和纳米晶纤维素的制造过程。

根据一实施例，基于纸浆中的原纤化纤维与所有纤维或非原纤化纤维之间的关系和/或通过在纸浆磨浆中使用的能量来分析内部原纤化。

根据一实施例，该装置被配置为进一步基于加拿大标准游离度参数和/或肖伯尔(Schopper Riegler)参数来生成控制参数。

附图说明

图1示出了根据本发明的至少一些实施例的纸浆制造过程；

图2示出了根据本发明的至少一些实施例的用于监测和控制纤维纸浆的磨浆的方法；

图3示出了根据本发明的至少一些实施例的用于监测和控制纤维纸浆的磨浆的装置；

图4示出了磨浆之前的纸浆样品中的纤维；

图5示出了磨浆之后的纸浆样品中的纤维；以及

图6示出了在第二阶段的磨浆之后的纸浆样品中的纤维。

具体实施方式

在本文中，术语“纸浆”包括但不限于由软木、硬木或非木纤维制成的纸浆、由印刷废纸制成的再生纸浆及它们的混合物，印刷废纸例如是报纸、广告传单、杂志、数据记录纸、影印本、计算机打印输出或这些印刷品(例如，废杂志纸和办公室废纸)的混合物。该术语还包括微原纤化纤维素(MFC)、纳米原纤化纤维素(NFC)和纳米晶纤维素(NCC)、合成纸浆和人造纸浆。

在本文中，术语“原纤化(fibrillation)”包括通过外部原纤化剪切纸浆纤维以使原纤维从纤维表面和纤维壁松散下来和/或通过内部原纤化使纤维分层和膨胀。

在本文中，术语“原纤化纤维(fibrillated fibre)”包括已经被加工为形成具有更高表面积和/或分支结构的纤维的纤维。

在本文中，术语“磨浆(refining)”包括针对纤维纸浆的原纤化进行机械和/或化学处理。

在本文中，术语“化学原纤化(chemical fibrilation)”包括针对纤维纸浆的原纤化进行化学处理。

在本文中，术语“浆料流送系统(approach flow system)”包括最终原料制备储罐和造纸机的流浆箱之间的造纸过程的一部分。

在纸浆的磨浆过程中，发生纤维素纤维的原纤化。原纤化是控制最终产品的性能的最重要的纤维性能之一。例如，已经注意到原纤化纤维使最终产品具有更大的强度，因此纤维与纤维间的粘结通过增加的纤维粘结面积而更强。此外，用功能纸化学品进行的研究已经表明，化学品往往附着更多的细粉和填料，用于更多的原纤化纤维以及微原纤化纤维素、纳米原纤化纤维素和纳米晶纤维素。因此，重要的是测量纤维性能，特别是原纤化，以控制磨浆、优化化学计量策略以及对最终产品的强度和其他机械性能进行建模。然而，仍然需要改善对原纤化的确定和控制。因此，本实施例提供了一种改善的用于监测和控制纤维纸浆的磨浆的方法。

图1示出了纸浆制造过程100。该过程可包括原料制备102、预处理104、机械制浆106或化学制浆108、处理110、纸浆的筛选112和漂白114、纸浆的中间储存116、122、纸浆的磨浆118、120、纸浆的监测124、纸浆的进一步磨浆126。

在进一步磨浆126之后，可以再次监测128纸浆。可以为进一步的加工阶段提供纸浆。在图1的示例中，纸浆被提供给浆料流送系统(AFS)130。浆料流送系统步骤130可以包括例如纸张机、纸板机或纸巾机的流浆箱、混合槽、机械槽、化学处理或蒸汽喷发系统。应当理解，图1仅示出了纸浆制造过程的一个示例，并且在某些阶段可能不同，甚至被省略。纸浆制造过程还可包括其他处理阶段，例如纸浆的预处理和后处理以及中间储存。此外，可以在多个阶段进行磨浆和监测。

原料制备102可以包括例如对原料进行去皮、制碎片、蒸煮、漂白、筛选和洗涤。在制碎片中，原木(或原木的一部分)被分解成适合后续制浆操作的碎片。筛选可以基于碎片长度和/或厚度分离碎片。

机械制浆106或化学制浆108用于分解木材(或其他纤维原料)的各个纤维素纤维。机械制浆方法利用机械能通过研磨动作使纤维弱化并从木材分离纤维。机械制浆方法包括例如磨木(GW)制浆、磨浆机机械制浆(RMP)、热机械制浆(TMP)和化学热机械(CTM)制浆。化学制浆通过将木质素和半纤维素降解成小的水溶性分子，打破纤维源的大块结构，这些小的水溶性分子可以从纤维素纤维上洗掉。化学制浆方法包括例如牛皮纸法和亚硫酸盐法。

在纸浆生产之后，纸浆处理110去除杂质，例如未蒸煮的碎片，并通过纸浆洗涤过程再循环任何残留的蒸煮液。进行纸浆的筛选112以去除过大和不想要的颗粒(例如疙瘩(knot)和粗纤维素(shive))。然后，可以将纸浆漂白以获得更浅的颜色。漂白114还可用于通过去除半纤维素和木材提取物以及木质素来纯化纸浆。

在制浆厂中未经任何机械处理而生产的纸浆通常不适合大多数纸种。因此，进行磨浆118以获得更好的纸浆质量。在磨浆过程中，随着纤维的外部被至少部分地剥离，纤维通过外部原纤化而变得原纤化。纤维的一些外部部分可以保持附着并增加纤维的强度。这显著地增加了纤维的表面积。另外，内壁可以通过内部原纤化而变成分层的，这增加了纤维的顺应性(conformability)、柔韧性、粘结趋势和厚度。由于内部原纤化，获得了更大的纤维间粘结表面和更大的体积。另外，由于较少量的细粉，脱水更有效，并且减少了对干燥能量的需求。

磨浆118可以由例如打浆机或磨浆机(例如，单盘磨浆机、锥形盘磨浆机、双盘磨浆机或平盘磨浆机)进行。磨浆机可以包括两个彼此面对并相对旋转的刀片，从而产生磨浆的机械动作。

参照图1，磨浆过程可以包括同时磨浆120和/或进一步磨浆126阶段。在同时磨浆中，可将纸浆流分开并引导至至少两个磨浆机，这至少两个磨浆机同时对纤维进行磨浆。磨浆可包括例如1至10个阶段，尤其是1-5个阶段，优选1-3个阶段。可以重复磨浆阶段以产生原纤化纤维。可以监测和控制磨浆以获得优选的纤维性能。可以在纤维监测124的基础上将纸浆引导至进一步的磨浆阶段或返回至循环磨浆阶段，以实现优选的纤维性能。例如，在纤维监测124之后，可将纤维引导至先前磨浆118阶段或进一步磨浆126阶段。纤维可以被引导经过相同的磨浆阶段数次，甚至多达20-30次。然后，可以将纤维再次引导至纤维监测124。可以重复进行纤维监测和先前磨浆阶段或进一步磨浆阶段，直到获得优选的纤维性能为止。当获得优选的纤维性能时，可以将纸浆提供给进一步工艺步骤。

在以下实施例中，术语原纤化纤维比例参数用于指纸浆中的原纤化纤维与所有纤维或非原纤化纤维之间的关系。

图2示出了用于监测和控制纤维纸浆的磨浆的方法。该方法可以包括：捕获200纸浆样品的至少一幅图像；确定202至少一幅图像中所有纤维或非原纤化纤维的量；确定204至少一幅图像中原纤化纤维的量；基于至少一幅图像中的原纤化纤维的量和所有纤维或非原纤化纤维的量，确定206纸浆中原纤化纤维与所有纤维或非原纤化纤维之间的关系；基于确定的纸浆中原纤化纤维与所有纤维或非原纤化纤维之间的关系生成208控制参数；并基于控制参数通过至少一个纸浆磨浆装置控制210纤维磨浆。由于监测和控制纤维纸浆的磨浆，可以实现纸张机、纸板机或纸巾机的平稳运行，并且可以调节纸浆或最终产品的最终性能。此外，可以根据确定的原纤化纤维比例参数优化化学计量策略，并可以对最终产品的强度和其他机械性能进行建模。

除了确定的纸浆中原纤化纤维与所有纤维或非原纤化纤维之间的关系之外，该方法可以被配置为进一步基于加拿大标准游离度(CSF)参数和/或肖伯尔(SchopperRiegler，SR)参数来生成208控制参数。CSF和SR参数给出了水中纸浆悬浮液的滤水性能的量度。可以根据标准TAPPI T227和ISO 5267-2测量CSF参数。可以根据标准5267-1测量SR参数。此外，其他输入可以用于生成208控制参数。

注意，由于图2的方法可以在与成像装置分开的装置中实现，因此框200可以指接收纸浆样品的图像数据。

控制210纤维磨浆可以包括例如调节磨浆机中的各段之间的刀片间隙。刀片之间的空间可以加宽或缩短，这取决于适合于要生产的纸浆、纸张、纸板或纸巾的最终用途的磨浆程度。刀片间隙可以通过至少一个传感器来测量，或者可以从磨浆机震动或其他指示性测量间接地测量。

磨浆机中的各段之间的刀片间隙对生产率以及纸浆质量均具有重大影响。此外，最佳的刀片间隙由于更少的生产停顿和更佳的磨浆机性能而降低磨浆机的生命周期成本。因此，磨浆机以最佳的刀片间隙运行非常重要。

另外，控制210纤维磨浆可以包括控制被分析并磨浆的纸浆批次的进一步处理，进入进一步磨浆阶段或者循环磨浆阶段或进入纸浆磨浆后的随后处理阶段。可以重复磨浆阶段，直到纸浆满足设定的要求为止。原纤化纤维比例参数和其他纤维性能可以在每个磨浆阶段之前和/或之后确定。

控制210纤维磨浆还可包括控制磨浆机刀片的更换。可以根据基于原纤化纤维比例参数生成的指示来更换刀片。具有不同图案的刀片可以用于不同的磨浆阶段。刀片的最佳选择提供优选的纤维性能，并可减少对若干个磨浆阶段的需求。

此外，控制210纤维磨浆可以包括控制稀释水。稀释水引入量的增加降低了纸浆的稠度。当以不期望的高稀释水引入量运行时，高纸浆流可能发生在磨浆机的各段内部。由于各段内的磨浆时间短且比能(specific energy)输入低，这可能导致低纸浆质量。相反，减少稀释水引入量提高了稠度。由于各段之间的纸浆流不足，这可能导致强度降低，从而导致纸浆质量不足和各段的堵塞。因此，控制稀释水对于获得最佳纤维性能和纸浆流很重要。

控制210纤维磨浆还可以包括控制生产量。生产量可由螺旋送料机或泵控制。生产量影响纸浆的停留时间以及纸浆流和蒸汽流。得益于最佳的生产量，由于纸浆的均匀流入，磨浆机得以稳定。

根据一些实施例，控制210纤维磨浆可以包括基于控制参数来控制用于纤维纸浆的化学原纤化的化学处理。控制化学处理可包括控制化学品的施用的剂量和/或持续时间、控制酶处理、控制分散剂处理、控制溶剂处理、控制化学添加剂或试剂处理以促进或增强纤维素的水解、控制后磨浆处理、控制保留化学处理和/或控制水量。化学品可以包括例如保留化学品、聚丙烯酰胺(PAM)、二氧化硅和在MFC或NFC生产中使用的化学品(例如2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基(TEMPO))。酶可以包括例如纤维素酶、木聚糖酶、漆酶和脂肪酶。

化学品剂量的控制可用作磨浆和/或机械磨浆的阶段之后和/或之间的预处理。在处理阶段期间或浆料流送系统中，可将化学品直接分配到纸浆容器中。制浆后或在MFC或NFC工艺中的初步磨浆后，可分配化学品。PAM和二氧化硅的分配可以例如在造纸机的短循环中进行。保留化学品的分配可以例如在浆料流送系统中进行。

可以优化化学品的施用持续时间和剂量以达到原纤化纤维的优选比例。可以控制化学品的剂量以形成硬化纤维并用于软化纤维的上层。化学品可通过分层增加纤维的内部原纤化，其中，当纤维的壁分离时，纤维的壁变厚。控制化学品的剂量生产出具有最佳性能(例如强度)的纤维。另外，用于磨浆的酶预处理可以提高磨浆过程的效率。

在纸浆监测124和确定纤维的性能之前，准备纸浆样品。样品准备可以是手动或自动的。纸浆样品可以是纸浆液体悬浮液，例如纸浆水悬浮液。可以在控制样品的稠度和确定样品的纤维性能之前确定纸浆样品的性能(例如样品的重量和体积)。纸浆液体悬浮液的稠度可以例如通过向悬浮液中添加足够量的液体(例如水)来控制。可以将润湿剂添加到悬浮液中以改善纤维在悬浮液中的均匀分布。润湿剂可以是例如表面活性剂或醇。

原纤化和/或所有纤维的量可以由纤维分类器(例如图3的装置中所示的纤维分类器314)确定202、204，该纤维分类器被配置为：检测至少一幅图像中的纤维和纤维的原纤维，以及响应于连接到纤维的原纤维达到预定阈值参数，将检测的纤维分类为原纤化纤维。纤维分类器可以是装置的一部分或连接到装置。预定阈值参数可以例如根据使用的纸浆类型或输入材料类型(例如，树种)来设置。预定阈值参数可以是例如一到三个原纤维，特别是一个原纤维。由于纤维的分类，可以确定纸浆中的原纤化纤维比例参数。

根据一些实施例，基于对象的确定的长度和/或宽度，可以将在至少一幅图像中识别出的对象分类为纤维或原纤维。如果对象的长度例如在0.5至15mm的范围内，和/或如果对象的宽度在例如10至75μm的范围内，则可以将对象分类为纤维。如果对象的宽度例如在10μm以下，则该对象可以被分类为原纤维。如果对象的长度例如在100nm至100μm的范围内，和/或如果对象的宽度例如在10至100nm的范围内，则该对象可以被分类为MFC或NFC纤维。如果对象的宽度例如在10nm以下，特别是在5至6nm的范围内，则该对象可以被分类为MFC或NFC原纤维。纤维和原纤维的宽度和长度的预定阈值参数可以例如根据使用的纸浆类型或树种来设置。分类可以通过纤维分类器314确定至少一幅图像中的对象的长度和/或宽度来完成。由于纤维分类，可以确定原纤化纤维比例参数。

可以基于对象的确定面积将至少一幅图像中识别出的对象分类为纤维或原纤维。可以通过纤维分类器314在至少一幅图像中检测对象并确定对象的面积来进行分类。例如，可以根据使用的纸浆类型或树种来设定纤维和原纤维的面积的预定阈值参数。

根据一些实施例，可以基于纤维的确定的面积或确定的圆(circle)将在至少一幅图像中识别出的纤维分类为非原纤化纤维或原纤化纤维。可以通过纤维分类器314确定至少一幅图像中的纤维的面积或圆来进行分类。由于纤维分类，可以确定原纤化纤维比例参数。

在纤维分类之后，可以确定至少一幅图像中的原纤化纤维比例参数。可以通过使用以下等式计算原纤化纤维的比例来进行确定：

上面提到的用于测量纤维性能的新参数提供了用于控制磨浆、建模纸张、纸板或纸巾强度以及其他机械特性并优化化学计量策略的有用工具。由于该参数，可以控制纸浆的磨浆以调节原纤化纤维的比例，以获得优选的纸浆和/或最终产品性能。与根据以纤维和原纤维的表面或周长为基础的原纤化指数来控制纤维纸浆工艺相比，基于该比率控制纤维磨浆使得能够更精确地控制磨浆和纸浆性能，因为也可以将非原纤化纤维对纸浆或最终产品的性能的影响考虑进来。例如，原纤化纤维和非原纤化纤维可以具有不同的化学处理响应。因此，还检测非原纤化纤维并计算原纤化纤维比例参数对于例如在MFC、NFC和NCC生产中实现最佳纸浆性能以及在造纸中实现更高的纸幅强度(web strength)、更低的孔隙率、更高的平滑度和更高的光泽至关重要。该原纤化纤维比例参数对于优化非原纤化纤维的量以实现足够的除水性能也是至关重要的。

可以在纸张、纸板或纸巾的制造过程之前、之后和/或期间提供图2的方法。例如，可以在化学制浆106或机械制浆108之后，以及在磨浆118、120、126之前和/或之后，提供该方法。因此，该方法可以在纸张、纸板或纸巾的制造过程的不同阶段中给出关于纤维性能的有用信息，并且可以根据纤维性能控制制造过程以实现具有最佳特性的最终产品。

可以在纸张机、纸板机或纸巾机中的流浆箱之前提供图2的方法，而不是等待在纸张、纸板或纸巾制造后进行的延时实验室测试。因此，该方法可以在纸幅信息之前给出关于纤维性能的有用信息，并且可以根据纤维性能控制纤维磨浆以获得具有优选性能的最终产品。

可以针对MFC、NFC和NCC制造过程控制纸浆磨浆。因此，该方法可以在纤维素制造期间以及在形成包括纤维素的产品之前给出关于纤维性能的有用信息。而且，可以根据原纤化纤维比例参数控制MFC、NFC和NCC纤维的磨浆，以实现具有优选性能的MFC、NFC和NCC或者MFC、NFC和NCC产品。

该方法可以被配置为进一步基于内部原纤化来生成208控制参数。在一些实施例中，可以基于纸浆中原纤化纤维与所有纤维或非原纤化纤维之间的关系和/或通过在纸浆磨浆中使用的能量来分析内部原纤化。如果纤维的宽度达到预定阈值，则该纤维可以被分类为内部原纤化纤维。当磨浆过程中的能耗增加时，内部原纤化的量可能增加。因此，内部原纤化可以通过原纤化纤维比例参数和/或能量消耗来控制，以实现具有优选性能的最终产品。

图3示出了用于监测和控制纤维纸浆的磨浆的装置300，包括被配置为至少执行以下操作的装置：捕获纸浆样品的至少一幅图像；确定至少一幅图像中所有纤维或非原纤化纤维的量；确定至少一幅图像中原纤化纤维的量；基于至少一幅图像中的原纤化纤维的量和所有纤维或非原纤化纤维的量，确定纸浆中原纤化纤维与所有纤维或非原纤化纤维之间的关系；基于确定的纸浆中原纤化纤维与所有纤维或非原纤化纤维之间的关系生成控制参数；以及基于控制参数通过至少一个纸浆磨浆装置对纤维改性进行控制。应当理解，图3仅示出了用于监测和控制纤维纸浆的磨浆的适用装置的一个示例。

该装置可以包括或连接到网络326。因此，可以在磨浆期间已经快速且准确地监测和控制磨浆。

纸浆样品可以在装置300的样品处理单元302中制备。样品处理单元可以包括多个自动采样器，例如1至20个采样器，尤其是12个采样器。可以可以通过样品处理单元测量纸浆样品的性能，例如样品的重量、体积和pH，并且可以通过样品处理单元制备纸浆样品以进行成像。可以通过向悬浮液中添加足够量的液体(例如，水)来控制纸浆样品的稠度。

纸浆样品可以在纸浆料的几个点(例如1到20个点)处采集。测量周期时间可以是例如0.5至10分钟，优选地3至6分钟。

用于捕获纸浆样品的至少一幅图像的装置可以包括成像模块304。成像模块装置可以包括记录装置，该记录装置可以以数字格式记录图像。成像模块可以捕获例如30–70帧/秒。图像的尺寸可以是例如30×20mm，用于高清晰度(HD)图像的8×6mm和用于超高清晰度(UHD)图像的16×13mm。

该装置还可包括另外的模块或单元，例如游离度测量模块306。游离度控制的主要目标是生产一致地排出并在纸张机、纸板机或纸巾机上运行良好的纸浆。可以自动控制样品的稠度。纸浆的游离度可以根据标准TAPPI T227和ISO 5267-2中所述的加拿大标准游离度方法(CSF)来测量。另外，可以在游离度模块中根据标准5267-1测量肖伯尔(SR)参数。

在图像捕获之后，图像可以由图像处理软件进行处理。图像处理可以包括例如滤波、降噪、图像的清晰度、亮度和/或对比度的改变和/或图像的色彩调节。图像处理有助于对象的检测和纤维分类。

装置300或成像模块304还可以包括照明装置，以帮助捕获纤维的图像。照明装置可以包括诸如发光二极管(LED)或有机发光二极管(OLED)灯等光照装置。照明装置可以被定位成使得光透射穿过样品。另一方面，照明装置可以被定位成使得光从样品反射。照明装置帮助成像模块进行图像捕获，并帮助纤维分类器314检测对象并进行纤维分类。

用于确定至少一幅图像中的所有纤维或非原纤维化纤维的量的装置和用于确定至少一幅图像中的原纤化纤维的量的装置可以包括纤维分析模块308。纤维分析模块可以是装置的一部分或连接到装置。纤维分析模块可以包括原纤化分析器310，该原纤化分析器310可以包括或可以连接到纤维检测器312、纤维分类器314和原纤化关系参数生成器316。

可以将样品自动稀释至设定的稠度，该稠度取决于纸浆的类型。之后，样品悬浮液可以作为连续流而流过成像模块304。可以在预定时间内以固定的间隔从样品流中获取图像，直到获得图像量或置信区间的计算为止。纤维检测器312可以从捕获的图像中识别和计数各种对象，例如纤维尺寸、细颗粒、纤维原纤化、纤维束、管细胞和/或棒。纤维分类器314可以通过自动计算机图像分析对纤维进行分类。存储在计算机中的合适算法可使纤维分类器确定在至少一幅图像中检测到的对象的尺寸。图像分析是一种确定纤维的快速且可靠的方法。非原纤化纤维和原纤化纤维的量可以由原纤化关系参数生成器316的纤维分类器314来计数。最后，原纤化关系参数生成器316可以确定原纤化纤维比例参数。

纤维分析模块308还可以用于确定纤维的其他性能，例如细度、扭结(kink)、卷曲、尺寸分布、分数以及硬木和软木比率的细节。原纤化纤维比例参数的确定可以与可能的由装置所测量的其他纤维性能一起在建模工具中进行处理，该建模工具有助于预测纤维性能将如何影响最终的片材特性。

装置300和/或纤维分析模块308可以包括处理器、通信单元和存储器。纤维分析模块可以包括发送器和/或接收器，其可以被配置为根据例如全球移动通信系统GSM、宽带码分多址WCDMA、长期演进LTE、5G或其他蜂窝通信系统、无线局域网WLAN和/或以太网标准运行。

存储器可以存储计算机程序代码和参数，以在计算机程序代码由处理器执行时，使纤维分析模块308执行至少一些当前公开的特征，例如确定原纤化纤维比例参数和图2中的至少一些其他特征。因此，存储器、处理器和计算机程序代码可以是使纤维分析模块执行与新的原纤化纤维比例参数有关的至少一些当前公开的特征的装置。

用于基于确定的原纤化纤维比例参数来生成控制参数的装置可以包括过程控制器318。该过程控制器可以包括磨浆控制器320，用于生成208控制参数和/或通过应用上述至少一些特征控制210磨浆过程。

用于基于控制参数通过至少一个纸浆磨浆装置引起对纤维改性的控制的装置可包括或连接至机械磨浆控制器322和/或化学处理控制器324，以实施至少一些上述机械和/或化学纤维磨浆动作。机械磨浆控制器可以是机械磨浆机中的控制单元，并控制例如调节磨浆机中各段之间的刀片间隙、进入进一步或循环磨浆阶段或纸浆磨浆后的后续工艺阶段的纸浆批料、更换磨浆机的刀片、稀释水和/或生产量。化学处理控制器可以控制例如化学品的剂量。

该装置还可以包括一个或多个用户界面(UI)326装置，例如显示器和输入装置，诸如键盘、触摸屏、鼠标、手势输入装置或其他类型的输入/输出装置中的一个或多个。UI可以被配置为显示分析结果并提供用于控制计算单元的用户输入。将理解的是，可以经由UI显示和/或控制与纤维纸浆的磨浆的监测和控制有关的各种其他数据。

图4示出了磨浆之前纸浆样品中的纤维。原纤化量非常低。纸浆几乎仅包括普通的非原纤化纤维。图5示出了磨浆的纸浆。由于磨浆作用，可以看到原纤化，但是纸浆中仍然有很多普通的非原纤化纤维。图6示出了第二阶段的磨浆之后的纤维。由于进一步的磨浆，自然观察到更多的原纤化。但是，也有在没有损坏的情况下已经(几乎)通过了磨浆阶段的非原纤化纤维。

本实施例具有几个优点。用于监测纸浆的先前方法不足以控制磨浆。相反，本实施例给出了新的原纤化纤维比例参数，该参数可用于有效地控制磨浆并获得最佳的最终产品性能。由于通过新参数控制磨浆，因此可以通过更高的纤维与纤维的粘结来获得更高的纸幅强度。可通过该参数实现原纤化纤维和非原纤化纤维之间的最佳关系，该参数由于适量的原纤化纤维而导致优异的机械性能，以及由于适量的非原纤化纤维而导致足够的除水性能。另外，可以实现纸幅的更好的形成、最终产品的更低的孔隙率、更好的可印刷性、更高的平滑度和更高的光泽。此外，由于通过参数控制磨浆，因此可以优化化学计量策略和能耗并且可以对纸幅的强度进行建模。

应当理解，所公开的本发明的实施例不限于本文所公开的特定结构、工艺步骤或材料，而是被扩展至其等同物，如相关领域的普通技术人员将认识到的那样。还应理解，本文采用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而无意于进行限制。

在整个说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用是指结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书中各处出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”并不一定都指同一实施例。

如本文所使用的，为了方便，可以在共同的列表中呈现多个项目、结构要素、组成要素和/或材料。但是，应将这些列表解释为好像列表的每个成员都被单独标识为单独且唯一的成员。因此，仅基于它们在共同组中的呈现，而没有相反的指示，则该列表的任何单个成员都不应解释为与同一列表的任何其他成员的事实等同物。另外，在此可以参考本发明的各种实施例和示例以及用于其各种组件的替代。应该理解的是，这样的实施例、示例和替换不应被理解为彼此的事实上等同，而是应被认为是本发明的独立和自主的表示。

此外，在一个或多个实施例中，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式组合。在以下描述中，提供了许多具体细节，例如长度、宽度、形状等的示例，以提供对本发明实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可以在没有一个或多个特定细节的情况下，或者在利用其他方法、部件、材料等的情况下实践本发明。在其他情况下，公知的结构、材料或操作为了避免混淆本发明的各个方面，未被详细示出或描述。

尽管上述示例在一个或多个特定应用中说明了本发明的原理，但是对于本领域的普通技术人员而言显而易见的是，在无需创造性的实践并且不背离本发明的原理和概念的情况下，可以在形式、使用和实现细节上进行多种修改。因此，除了由下面提出的权利要求书之外，无意限制本发明。

动词“包含”和“包括”在本文中用作开放式的限制，既不排除也不要求还存在未记载的特征。除非另有明确说明，否则从属权利要求中记载的特征可以相互自由组合。此外，应该理解，在本文中使用“一个”或“一种”(即单数形式)并不排除多个。

工业适用性

至少一些实施例在监测和控制纤维纸浆的磨浆中是可行的。

Claims

1.一种用于监测和控制纤维纸浆的磨浆的方法，所述方法包括：

-捕获(200)纸浆样品的至少一幅图像；

-确定(202)所述至少一幅图像中的所有纤维或非原纤化纤维的量；其特征在于

-确定(204)所述至少一幅图像中的原纤化纤维的量；

-基于所述至少一幅图像中的原纤化纤维的量和所有纤维或非原纤化纤维的量，确定(206)纸浆中的原纤化纤维与所有纤维或非原纤化纤维之间的关系；

-基于确定的纸浆中的原纤化纤维与所有纤维或非原纤化纤维之间的关系生成(208)控制参数；以及

-基于控制参数通过至少一个纸浆磨浆装置控制(210)纤维磨浆。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，原纤化纤维和/或所有纤维的量由纤维分类器(314)确定，该纤维分类器(314)被配置为：

-在所述至少一幅图像中检测纤维和纤维的原纤维，以及

-响应于连接到纤维的原纤维达到预定阈值参数，将检测的纤维分类为原纤化纤维。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，基于对象的确定的长度、对象的宽度和对象的面积中的一个或更多个，将在所述至少一幅图像中识别出的对象分类为纤维或原纤维，以及

基于纤维的确定的面积或确定的圆，将在所述至少一幅图像中识别出的纤维分类为非原纤化纤维或原纤化纤维。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，控制纤维磨浆包括控制被分析并磨浆的纸浆批料的进一步处理进入进一步或循环磨浆阶段或者进入纸浆磨浆后的随后处理阶段。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，控制纤维磨浆包括控制被分析并磨浆的纸浆批料的进一步处理进入进一步或循环磨浆阶段或者进入纸浆磨浆后的随后处理阶段。

6.根据权利要求1、2和5中任一项所述的方法，其中，控制纤维磨浆包括基于控制参数来控制用于纤维纸浆的化学原纤化的化学处理。

7.根据权利要求3中所述的方法，其中，控制纤维磨浆包括基于控制参数来控制用于纤维纸浆的化学原纤化的化学处理。

8.根据权利要求4中所述的方法，其中，控制纤维磨浆包括基于控制参数来控制用于纤维纸浆的化学原纤化的化学处理。

9.根据权利要求1、2、5、7和8中任一项所述的方法，其中，基于纸浆中原纤化纤维与所有纤维或非原纤化纤维之间的关系和/或通过在纸浆磨浆中使用的能量来分析内部原纤化。

10.根据权利要求3所述的方法，其中，基于纸浆中原纤化纤维与所有纤维或非原纤化纤维之间的关系和/或通过在纸浆磨浆中使用的能量来分析内部原纤化。

11.根据权利要求4所述的方法，其中，基于纸浆中原纤化纤维与所有纤维或非原纤化纤维之间的关系和/或通过在纸浆磨浆中使用的能量来分析内部原纤化。

12.根据权利要求6所述的方法，其中，基于纸浆中原纤化纤维与所有纤维或非原纤化纤维之间的关系和/或通过在纸浆磨浆中使用的能量来分析内部原纤化。

13.一种用于监测和控制纤维纸浆的磨浆的装置，包括：

-成像模块(304)，被配置为捕获纸浆样品的至少一幅图像；

-纤维分析模块(308)，被配置为确定所述至少一幅图像中的所有纤维或非原纤化纤维的量，其特征在于，所述装置包括：

-纤维分析模块(308)，被配置为确定所述至少一幅图像中的原纤化纤维的量，以及基于所述至少一幅图像中的原纤化纤维的量和所有纤维或非原纤化纤维的量，确定纸浆中的原纤化纤维与所有纤维或非原纤化纤维之间的关系；

-过程控制器(318)，被配置为基于确定的纸浆中的原纤化纤维与所有纤维或非原纤化纤维之间的关系生成控制参数；以及

-机械磨浆控制器(322)和/或化学处理控制器(324)，被配置为基于控制参数通过至少一个纸浆磨浆装置对纤维改性进行控制。

14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述装置被配置为通过纤维分类器(314)来确定原纤化纤维和/或所有纤维的量，所述纤维分类器(314)被配置为：

-在所述至少一幅图像中检测纤维和纤维的原纤维，以及

15.根据权利要求13或14所述的装置，其中，所述装置被配置为基于对象的确定的长度、对象的宽度和对象的面积中的一个或更多个，将在所述至少一幅图像中识别出的对象分类为纤维或原纤维。

16.根据权利要求13或14所述的装置，其中，所述装置被配置为基于纤维的确定的面积或确定的圆，将在所述至少一幅图像中识别出的纤维分类为非原纤化纤维或原纤化纤维。

17.根据权利要求15所述的装置，其中，所述装置被配置为基于纤维的确定的面积或确定的圆，将在所述至少一幅图像中识别出的纤维分类为非原纤化纤维或原纤化纤维。

18.根据权利要求13、14和17中任一项所述的装置，其中，控制纤维磨浆包括控制被分析并磨浆的纸浆批料的进一步处理进入进一步或循环磨浆阶段或者进入纸浆磨浆后的随后处理阶段。

19.根据权利要求15所述的装置，其中，控制纤维磨浆包括控制被分析并磨浆的纸浆批料的进一步处理进入进一步或循环磨浆阶段或者进入纸浆磨浆后的随后处理阶段。

20.根据权利要求16所述的装置，其中，控制纤维磨浆包括控制被分析并磨浆的纸浆批料的进一步处理进入进一步或循环磨浆阶段或者进入纸浆磨浆后的随后处理阶段。

21.根据权利要求13、14、17、19和20中任一项所述的装置，其中，控制纤维磨浆包括基于控制参数来控制用于纤维纸浆的化学原纤化的化学处理。

22.根据权利要求15所述的装置，其中，控制纤维磨浆包括基于控制参数来控制用于纤维纸浆的化学原纤化的化学处理。

23.根据权利要求16所述的装置，其中，控制纤维磨浆包括基于控制参数来控制用于纤维纸浆的化学原纤化的化学处理。

24.根据权利要求18所述的装置，其中，控制纤维磨浆包括基于控制参数来控制用于纤维纸浆的化学原纤化的化学处理。

25.根据权利要求13、14、17、19、20、22、23和24中任一项所述的装置，其中，所述装置被配置为基于纸浆中原纤化纤维与所有纤维或非原纤化纤维之间的关系和/或通过在纸浆磨浆中使用的能量来分析内部原纤化。

26.根据权利要求15所述的装置，其中，所述装置被配置为基于纸浆中原纤化纤维与所有纤维或非原纤化纤维之间的关系和/或通过在纸浆磨浆中使用的能量来分析内部原纤化。

27.根据权利要求16所述的装置，其中，所述装置被配置为基于纸浆中原纤化纤维与所有纤维或非原纤化纤维之间的关系和/或通过在纸浆磨浆中使用的能量来分析内部原纤化。

28.根据权利要求18所述的装置，其中，所述装置被配置为基于纸浆中原纤化纤维与所有纤维或非原纤化纤维之间的关系和/或通过在纸浆磨浆中使用的能量来分析内部原纤化。

29.根据权利要求21所述的装置，其中，所述装置被配置为基于纸浆中原纤化纤维与所有纤维或非原纤化纤维之间的关系和/或通过在纸浆磨浆中使用的能量来分析内部原纤化。

30.根据权利要求13、14、17、19、20、22、23、24、26、27、28和29中任一项所述的装置，其中，所述装置还被配置用于执行根据权利要求1至12中任一项所述的方法。

31.根据权利要求15所述的装置，其中，所述装置还被配置用于执行根据权利要求1至12中任一项所述的方法。

32.根据权利要求16所述的装置，其中，所述装置还被配置用于执行根据权利要求1至12中任一项所述的方法。

33.根据权利要求18所述的装置，其中，所述装置还被配置用于执行根据权利要求1至12中任一项所述的方法。

34.根据权利要求21所述的装置，其中，所述装置还被配置用于执行根据权利要求1至12中任一项所述的方法。

35.根据权利要求25所述的装置，其中，所述装置还被配置用于执行根据权利要求1至12中任一项所述的方法。

36.一种纤维纸浆处理系统，其特征在于，所述纤维纸浆处理系统包括一组纸浆处理装置和根据前述权利要求13至35中任一项所述的装置。