CN1176326A - 控制材料的光谱反射率的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
控制产品例如卷筒纸的颜色的方法和装置,包括在可见光谱的几个波段上比较目标和测量反射率值。所述比较过程用数量表示许多误差,这些误差经非线性处理修正,例如二次幂处理,然后加起来。通过分别调整加到产品中的各种着色剂的量,使最终的和是最小。波段的数目大于着色剂的数目。这避免了传统系统中常见的位变异构效应,这种效应依赖三个颜色空间坐标。
Description
本发明总的来说涉及控制加入到材料中各种着色剂(例如染色剂)的量，以便控制材料在整个可见光谱范围内的反射率，更具体地说涉及控制卷筒纸的颜色。
在现有的颜色控制系统中，着色模型通常是3×3矩阵，用来表示三种适当选择的着色剂流速和一种通用色空间中三个色坐标之间的关系。例如，这些坐标可以是Hunter Laboratories L，a，b或者C.I.E L*，a*，b*或者色度x，y，z或者三色x，y，z。
由于两种看似不同的颜色在给定的色空间可能具有相同的颜色坐标，所以位变异构效应是最大的问题。这个问题不仅在不同照明和观察者的情况下出现，而且由于不同的颜色坐标的导出方法不同而出现。
本发明的一个目的是在可见光谱的多个波段范围内比较测量反射率和目标反射率，并且据此调整加入物质中的各种染色剂的量。
本发明的另一个目的是提供一种颜色控制系统，其中给定反射率的测量值和目标值的波段数目大于染色剂的数目。
本发明的第三个目的是比较在这些波段上的目标反射率和测量反射率值的同时，也比较一种给定的色空间的目标颜色坐标和测量颜色坐标。
本发明的第四个目的是将一种特别昂贵的染色剂的使用量当作误差，它可与其他反射率误差一起减小。
本发明的第五个目的是将一种预测电路用于卷筒纸染色，该电路考虑指数系统响应的时间常数和传输延迟或时间延迟。
本发明的第六个目的是提供一种对于卷筒纸染色响应的模拟电路，该电路用于当一种染色剂流速发生变化时产生可见光谱的反射率或某一色空间的期望变化量，以便在实际染色剂流速没有变化时评估染色剂流速变化的影响。
本发明的这些和其他目的是通过一种装置实现。该装置比较可见光谱内多个波段目标反射率值和测量反射率值。其中所比较的波段的数目大于其流速控制测量反射率值的不同染色剂的数目(通常至少为3)。该比较操作用数量表示各误差经过加权(通常采用单位因子)，然后进行非线性修正(通常取平方或绝对值)，然后求和产生一个输出值，通过调整每种染色剂的流速使该输出值趋于最小值。
从下面的描述可以看到本发明的其他目的。
附图是本说明书的一部分，阅读说明书时要结合附图。在所有附图中，相同参考标记用来表示相同部件。
图1是描述本发明，尤其是部件的机械布局的示意图；
图2是本发明的一个实施例的原理图；
图3是包括优化两种染色剂流速的装置的本发明的简化形式的原理图；
图4是简化的光谱染色剂响应模拟电路的原理图；
图5是极性鉴别器电路的原理图；
图6是五级环形计数器的原理图，该计数器用于在一个修正周期内使染色剂流速反复变化；
图7是取得误差信差绝对值的电路的原理图；
图8是用于补偿时间常数和时间延迟效应的预测电路的原理图；
图9是描述预测因子随时间变化的曲线图；
图10是一种蓝色染色剂单独流速变化所对应的在可见光谱的十二个波段的十三个端点处反射率变化的曲线；
图11是一种色染色剂单位流速变化所对应的在可见光谱的四个波段的五个端点处的反射率变化曲线；
参见图1，电路12控制由造纸机生产的卷筒纸14的颜色，一般用参考标记16表示造纸机。造纸机16包括料箱18，用于排放湿的卷筒纸14，该湿卷筒纸是由径管道21流入料箱18的纸浆20形成的。卷筒纸14开始由多孔带13承载，然后在经过滚子22到达一对相对的压滚23时获得强度并成形。压滚23可以用于表面整形或在表面上形成颜色层。最后卷筒纸14经过框架24，分光光度计50沿该框架扫描卷筒纸14的宽度。
分光光度计50感应来自卷筒纸14的反射光，并将该信息以测量反射率信号(通常用参考标记28表示)的形式传给控制电路12。测量反射率信号在可见光谱的几个波段上(通常是三十个或更多)取值，并且包括红光的测量值28R和紫光测量值28V。电路12产生染色剂流速控制信号30D和添加剂流速控制信号30A。加到电路12上的还有目标光谱，通常用参考标记36表示。该目标光谱包括与测量波段相应的波段，它包括红光目标反射率值36R和紫光目标反射率值36V。目标光谱可以是试样的测量反射率光谱，该试样的颜色是通过实验确定成所希望的颜色。独立控制的检索器39产生的信号经门电路38耦合到电路12上，用来改变加入卷筒纸14的添加剂的流速。如下文所述，信号M在某些时刻能使门电路38启动。
根据来自电路12的染色剂流速控制信号30D，染色剂流速调节器100D分配染色剂42D以便控制卷筒纸14的颜色；根据添加剂流速控制信号30A，添加剂流速调节器100A分配添加剂42A。添加剂影响卷筒纸14的其他性质。图中示出，染色剂42D和添加剂42A在离料箱18相同距离处从管道21注入，以便简化预测电路的结构。下面将介绍预测电路。
虽然添加剂42A可以影响卷筒纸14的颜色，但是使用它们的主要目的是控制卷筒纸的性质。一些添加剂42A的例子包括TiO2(二氧化钛)，用来提高不透光性；CaCO3(碳酸钙)，用来填充空隙以便提供光滑的表面；钠铝硅酸盐，用来提供不透水性和阻热性，松香或其他化学物质用来改变内部粒级细成以便减小水的透过速率，以及各种助留剂。这样的助留剂可以包括聚丙烯酰胺，聚烯胺、淀粉、皂浆土、明矾、聚乙烯亚胺、聚环氧乙烯、二氧化硅以及聚合物(polydamac)。这些助留剂用于提高造纸机的清洁度和运转能力，通过增加排泄量提高生产率，提高替换纤维配料的灵活性，提高添充剂和化学物质的使用效率，减少纤维损失和关闭白水系统。
图2表示电路12的简单型式，该电路有一种添加剂，并调整三种染色剂的流速。测量光谱50可以包括三十个波段的反射率信号28，这些信号从400至700nm范围内10nm波段上取值。在400至410nm波段上紫光反射率信号28V的值代表实际反射率除以纯白光参考反射率。红光反射率信号28R在波段690至700nm上测得。
类似地，目标光谱52提供三十个相应的在400至700nm范围内10nm波段上的期望反射率信号36。
也可以通过下面方法获得目标光谱52即：调整染色剂流速，直到在给定的色空间中测量的颜色坐标和目标颜色坐标互相匹配。所产生的测量光谱作为目标光谱。该目标光谱对于选定的目标颜色坐标可能不是唯一的，但是系统总是提供与同一条件等色最相应的测量光谱。
电路54将来自电路116的三十个反射率信号56的预测变化值与测量反射率信号28相加，产生三十个预期反射率信号58。预期反射率信号58和目标反射率信号36被加到比较器60上，比较器60从预期反射率信号58中减去目标反射率信号36，产生三十个误差信号62。加权电路64可以将每个误差信号乘以一个常数，以便增强或减弱光谱的某些区域。可以减弱或增强中心波长，也可以减弱或增强短波波长，也可以减弱或增强长波波长。电路64产生三十个分别加权的误差信号66。误差信号66取值从正到负，该信号被加到非线性工作电路68。
电路68名义上将每个误差信号提高偶数次方，(例如2次方)，因此不管误差信号是正或负，都产生一个正的输出。如图3所示，电路68可以取误差信号66的绝对值，然后将该绝对值按幂函数提高，幂指数在小于1至大于2的范围内。
非线性工作电路68提供修正的误差信号70给求和电路72。求和电路72将所有修正的误差信号70相加，产生一个和输出信号74。
将输出信号74耦合到求和最小值电路76。在曲线拟合近似中，通常的判断标准是误差的平方和是最小。电路76改变加到产品(卷筒纸14)中的每种染色剂的量，以便求和电路72的输出信号74最小。求和最小值电路76由提供信号来完成上述功能，根据总误差信号74值的变化将所述信号通过时序2作门电路168有选择地耦合，标记染色剂计数器82、84、86的上升或下降。染色剂记数器82、84、86的输出88、90、92分别代表染色剂D1、D2、D3的流速变化。求和最小值电路76驱动时序电路166产生一个输出信号，该信号使门电路168把来自电路76的标记信号按顺序耦合到染色剂记数器。
记数器电路78包括三个染色剂记数器外，还包括一个添加剂记数器80。添加剂记数器80的输出94代表添加剂流速的变化。当信号M启动门电路38时，由电路39标记添加剂计数器80。电路39可以包括两个与正的势源255相连的手动控扭开关，用来选择性地将记数器80的输出每次增加或减小一个数。
来自记数器电路78的染色剂记数器输出信号88、90、92和添加剂记数器输出信号94被加到积分电路96，该积分电路96的输出又被耦合到存储电路98，该电路提供染色剂和添加剂流速控制信号30D和30A。随后，这些信号又耦合到流速控制器100。流速控制器100包括流速调节器(如图1中的100D和100A)，流速控制器通过调整每种染色剂和添加剂的流速控制卷筒纸14的颜色和其他性质。
记数器电路78的输出信号88、90、92和94也被加到各个染色剂响应模拟电路102、104、106和添加剂响应模拟电路108。对于染色剂流速的变化，每个染色剂响应模拟电路102、104和106使可见光谱内的反射率发生一个预期的变化量。与此类似，对于添加剂流速的变化，添加剂响应模拟电路108使可见光谱内的反射率发生一个预期的变化量。在真正改变染色剂和添加剂的流速之前，染色剂响应模拟电路102、104、106和添加剂响应模拟电路108提供卷筒纸14的反射率的预期的变化量。
染色剂和添加剂响应模拟电路的输出信号(通常用参考标记110表示)被加到求和电路112上。求和电路112的输出114是在可见光谱内卷筒纸14的反射率的预期变化量，这些预期变化量与记数器78的输出所表示的染色剂和添加剂流速变化相对应。
输出信号114被加到预测电路116上，该电路补偿料箱18输出端染色剂或添加剂量的指数变化的时间常数，该变化是由于注入管道21的染色剂和添加剂流速变化引起的。预测电路116也补偿料箱18的输出和分光光度计50的输出之间的时间延迟或传输滞后。预测电路116的三十个输出信号56加到加法电路54，如前所述，分光光度计50的输出信号28也加到加法电路54上。
时序电路166在导体119上产生信号M，在导体118上产生信号L，在导体120上产生信号K。信号L表示总误差74已经取得最小值，并且激励积分电路96和预测电路116工作。过一会，信号K出现并将记数器电路78复位为零。这样可以保证在记数器复位前，记数器电路78的输出已被积分。信号M使得门电路38能将来自电路39的标记信号耦合到添加剂记数器80上。
图2的实施例包括减小染色剂D1流速的电路，该电路通常用参考标记122表示；还包括颜色坐标电路，通常用参考标记124表示，该电路可以分别通过开关126和128随意连接到控制电路12上。电路122对于减小相对昂贵的染色剂(例如D1)的流速是有用的，它是通过把这种染色剂的流速作为误差处理实现该功能的。开关126闭合时，来自积分电路96的染色剂D1的流速信号96D和来自控制记数器86的染色剂D1的流速增量信号92在电路130处相加。加法电路130的输出信号132总是正值，并被加到加权电路134，该电路的输出被加到电路136，电路136可以将该输出按幂函数提高，其幂指数在小于1至大于2的范围。如果幂指数是1，就不进行非线性处理；由于染色剂(例如D1)的流速永远不能为负值，所以也不需进行非线性处理。电路136输出的误差信号138通过开关126耦合到求和电路72。
现在介绍颜色坐标电路124，把期望或目标反射率信号36和预测反射率信号58加到相应电路144和142，以便提供颜色坐标。如前所述，作为例子坐标可以是Hunter Laboratories L，a，b或C.I.E.L*，a*，b*或色度x、y、z。把电路144和142的输出加到比较器140，该比较器140输出的三个误差信号146通过联动开关128耦合到加权电路64的三个相应电路上。电路64的三个相应输出信号加到非线性工作电路68的三个相应电路上。电路68的三个相应输出加到求和电路72上。
应该明白，也可以用类似方法提供其他各种色空间的期望和预测的颜色坐标，对它们进行比较产生误差信号，对误差信号加权，对加权的误差信号进行非线性操作，再将经修正的误差信号加到求和电路72。
光学增白剂也称为荧光增白剂，他们是不吸收可见光，而是吸收紫外光和荧光或发射紫光和蓝光的染色剂。为了实现本发明的目的，将它们作染色剂或添加剂处理。应该明白，在使用这种荧光染色剂时分光光度计50所测得的反射率光谱包括在可见光谱短波范围的光辐射。
现在参见图3，图中示出为优化两种染色剂流速的简化电路。目标和测量光谱段的数目减少为4个，分别为400nm至475nm，475nm至550nm，550nm至625nm和625nm至700nm，如图11所示，该图表示紫色染色剂D2的归一化光谱响应曲线236。图10表示蓝色染色剂D1在可见光谱段的12个25nm波段上的归一化光谱响应曲线234，第一波段从400nm至425nm，第十二波段从675至700nm。系统根据四个相关变量控制两个独立变量，即两种染色剂的流速。所述四个相关变量是在可见光谱区的四个波段上测得的反射率信号。
在图3中，比较器60a比较目标光谱52和测量反射率光谱50的差异；并将比较器60a的输出耦合到求和电路54a。蓝色染色剂D1流速变化引起的光谱变化由电路106提供；紫色染色剂D2流速变化引起的光谱变化由电路104提供。加法电路112将电路104和106的输出求和，电路112的输出加到预测电路116上。预测电路116的输出耦合到求和电路54a。求和电路54a的输出又加到相应的加权电路64。如果每个误差信号的权重都相同，则可以省略加权电路64。加权电路64的三个输出信号被加到相应的平方电路150。应该明白，将一个错误信号提高偶数次方，使得无论误差是正或负，结果都为正值。如果误差没有提高偶数次方，则应该先取误差信号的绝对值。第四加权电路64的输出加到绝对值电路146上，该电路的输出又加到电路148上，电路148用来将加权误差信号的绝对值按幂函权提高，幂指数在小于1至大于2的范围。应该理解，如果误差信号被提高的幂次为1，则图3中的电路148和图2中的电路136可以省略。非线性工作电路68的输出加到求和电路72。
在图3中可以看到，将目标和测量反射率信号直接比较，然后加上反射率信号的预测变化量。图3中来自加法电路54a的误差信号与图2中来自比较器60的误差信号相同。在不希望有颜色坐标误差信号时，可以将目标信号，测量信号和预测信号如图2或图3所示方式结合起来。在希望有颜色坐标误差信号时，应将目标信号，测量信号和预测信号如图2所示方式结合。
当求和电路72的输出74取最小值时，出现最佳光谱匹配。例如，来自时间脉冲源152的频率为1MHz的定时脉冲经过门电路154耦合到四级环形记数器156。例如分光光度计50对反射率信号积分或平滑化1/2秒以上时间，相当于以每秒十英寸的速度扫描五英寸宽的卷筒纸。来自记数器156的第一脉冲“A”激励门电路158将误差信号74存储在电路160中。假设记数触发器162启动门电路164，来自记数器156的下一个脉冲“B”通过门电路164。假设时序环形记数器166a提供输出信号“1”启动门电路168a，门电路164的输出通过门电路168a沿负方向标记蓝色染色剂记数器，从0至-1。染色剂响应模拟电路106的输出从零开始，按图11的归一化染色剂响应曲线正比例变化。这将改变加法电路112的输出并最终在求和电路72产生一个新的输出74。来自记数器156的下一个脉冲“c”启动门电路172，将所述新的输出74传给存储电路174。
如果存储电路174的输出大于电路160的输出，比较器176的输出是正的；当记数器156的脉冲“D”出现时，门电路178将该正的输出传给极性鉴别器180，该极性鉴别器的正的输出触发记数触发器162，关闭门电路164，并且启动门电路182。在记数器156的下一个“A”脉冲出现时，总误差信号74将通过门电路158并且存储在电路160中。这时下一个“B”脉冲通过门电路182沿正方向标记记数器170，从-1又回到0。来自记数器156的下一个“c”脉冲使减小的总误差74存储在电路174中。这时比较器176的输出是负的。来自记数器156的脉冲“D”启动门电路178，但是鉴别器180没有输出，所以对记数触发器162没有发生作用。从环形记数器156的“B”脉冲开始，蓝色染色剂记数器86连续增加，直到存储在电路174中的误差超过电路160中的误差，因此比较器176产生一个正的输出。这表示，例如，从蓝色记数器86的一个+4输出的步长太大。
下一个“D”脉冲启动门电路178；然后比较器176的正的输出通过门电路178到鉴别器180，鉴别器180触发记数触发器162；经过电路181产生的0.1微秒的延迟以后，比较器176的正的输出也被加到门电路184。来自记数器156的前两个“D”脉冲经过门电路188标记，记数器186。记数器186的“1”输出使门电路184截止，而记数器186的“2”输出启动门电路184。记数器186的“2”输出关闭门电路188，使得记数值保持为“2”。这时鉴别器180的正的输出经过门电路184设置触发器190。然后来自计数器156的下一个“B”脉冲经过门电路164使蓝色染色剂计数器170减小一步，从+4变为+3。这时蓝色染色剂D1的流速变化最优。
设置触发器190部分启动“与”电路192。来自记数器156的下一个“D”脉冲启动“与”电路192。“与”电路192的输出经“或”电路194耦合，从“1”至“2”标记时序环形记数器166a。这将关闭门电路168a，并启动门电路168b，以便可以优化紫色染色剂D2的流速。优化一种给定的染色剂的流速需要有多个“B”脉冲从记数器156输入到记数器86和84。如果记数器86的记数值+1恰好是最佳值，则计数进程为0，+1，+2，+1或0，-1，0，+1，+2，+1。如果记数器86的0记数恰好是最佳值，则记数进程为0，+1，0，-1，0或0，-1，0，+1，0。
应该注意到，当来自记数器156的第一个“D”脉冲出现时，由于记数器186的“+1”输出关闭门电路184，所以鉴别器180的正的输出不设置触发器190。还应注意到，“与”电路192的每个输出将记数器186复位为0，并且经过电路200提供的0.1微秒的延时后，复位触发器190。在紫色染色剂记数器84优化完成后，“与”电路192的输出经“或”电路194耦合，从“2”至“0”标记时序环形记数器166a。
记数器166a的“0”输出提供“M”信号，该信号启动图2中的门电路38，将标记信号从电路39耦合到添加剂记数器80。在一个修正周期内，当正在标记染色剂流速记数器84和86时，没有M信号；并且添加剂记数器80的输出不能变化。信号119经高通滤波器或微分电路204，进而经过检波器206耦合，提供L信号118，该信号激励积分电路96和预测电路116(如图2和3所示)。L信号经过电路210延时0.1微秒后提供K信号120，该信号激励存储电路，并且将染色剂记数器84和86复位为0。延时电路210的目的使积分电路96在递增的染色剂流速记数器84和86复位为0之前完成染色剂流速变化的积分。积分电路96的输出再耦合到存储电路98，该电路的输出加到染色剂流速控制器100D上。
假设在料箱输入端管道21中，染色剂流速变化引起的料箱18的输出端染色剂流速指数变化的时间常数为15秒。还进一步假设料箱18的输出和分光光度计50之间的时间延迟或传输滞后为30秒。作为例子，这可能相当于每分钟2000英尺的卷筒纸14的速度，料箱18和分光光度计50之间卷筒纸长度为1000英尺。定时脉冲被加到电路214，该电路被大约15×106除，每15秒钟产生一个输出。脉冲划分电路214的输出216经“或”电路194耦合，从“0”至“1”标记时序环形记数器，因此开始另一个修正周期。
可以看到，需要环形记数器156的四个周期确保蓝色染色剂记数器86的输出仍然是0，并且需要环形记数器156另四个周期确保紫色染色剂记数器84的输出仍然是0。环形记数器156的8个周期需要32个来自脉冲源152的定时脉冲。为了保证每15秒钟进行一次测量并对染色剂流速控制器100D提供修正信号，可以只用14,999,968除电路214。修正周期一旦完成，来自时序记数器166a的M信号119关闭门电路154，因此来自脉冲源152的定时脉冲不再加到环形记数器156上。
应该明白，可以不使用图3所示的求和最小值电路76，而采用其他方法和装置(例如Newton-Raphson、Davidon-Fletcher-Powell，和Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno)控制染色剂流速变化。
参见图4，图中详细示出紫色染色剂响应模拟电路104，该电路包括四个乘法电路220，紫色染色剂记数器84的输出加到所述的乘法电路的每个电路上。还向乘法电路220提供一个来自相关源222，224，226和228的输入，这些源分别提供相关系数C1，C2，C3和C4。
参见图4和图11，可以看出，对于波段400至475nm的系数C1的平均值大约为-.013；对于波段475至550nm的系数C2的平均值大约为-.033；对于波段550至625nm的系数C3的平均值大约为-.024，对于波段625至700nm的系数C4的平均值大约为-.005。
如图10和11所示，蓝色和紫色染色剂的光谱响应曲线的纵坐标代表反射率变化除以染色剂流速的变化，其中染色剂流速的测量单位是升/分钟。这些曲线是通过使染色剂流速发生单位变化，并测量所引起的在可见光谱的不同波段的反射率变化得到的。也许认为最好在染色剂流速接近合适的值时测量这些响应曲线。然而，即使染色剂流速和对期望目标光谱产生最小误差的流速相差很远，响应曲线似乎仍保持基本一致。
当然可以理解，如果卷筒纸14的速度或厚度发生变化，或者如果纤维流速或染色剂溶液浓度发生变化，则图10和11中的光谱响应曲线必须进行换算。卷筒纸速度、厚度变化、纤维流速和染色剂浓度变化可以通过在每个染色剂计数器和染色剂响应模拟电路之间加一个乘法电路，并使乘法因子大于单位量或小于单位量的方式予以补偿。
图2中的添加剂响应电路108按图4所示方式构成；和图10和11类似，添加剂光谱响应曲线的纵坐标为反射率变化除以添加剂流速(单位升/分)的变化。也可以在添加剂记数器80和添加剂响应模拟电路108之间加一个乘法电路，以便可以补偿卷筒纸速度、厚度和添加剂浓度变化。
现在参见图5，图中详细示出了极性鉴别器180。比较器176的符号输出对零和正的输出通常为ON，仅对负的输出为OFF。门电路178的符号输出241通过门电路242耦合到鉴别器1 80的“+”输出端。门电路178的1，2和4双态比较器输出加到“或”电路244上，该电路的输出启动门电路242。因此，只有当来自门电路178的双态比较器输出为1或大于1时，门电路242提供一个“+”的鉴别器输出，而当来自门电路178的双态比较器输出为0或负时，则门电路242不提供“+”的鉴别器输出。
现在参见图6，图中示出代替图3中的时序记数器166a的五级环形记数器166b。记数器166b的“1”输出经过“或”电路250的耦合启动门电路168a；该记数器的“2”输出经过“或”电路252的耦合启动门电路168b；该记数器的“3”输出经过“或”电路250的耦合启动门电路168a；该电路的“4”输出经过“或”电路252的耦合启动门电路168b；该记数器的“0”输出又提供M信号119。这使得首先是蓝色染色剂记数器86进行反复修正，然后是紫色染色剂记数器84，进行反复修正，再后又是蓝色染色剂记数器86，最后又是紫色染色剂记数器84。由于修正周期的时期加倍，这需要64个来自脉冲源152的定时脉冲；并且电路214可以用14,999,936来除。
参见图7，图中详细示出图3中的绝对值电路146。第四个加权电路64的符号输出254耦合到“或”电路256的一个输入端。正的势源255连到“或”电路256的另一个输出端。则不管第四加权电路64的符号输出254如何，“或”电路256的输出总是正值。
参见图8，图中详细示出预测电路116的一个电路。求和电路112的输出加到移位寄存器264上(作为例子，该寄存器有五级)。这五级与相应电路(通常用266表示)耦合，所述电路将不同级的信号分别乘以1，1，e-1，e-2，e-3。乘法电路266的输出加到求和电路268上。求和电路112和268的输出在求和电路270中相加；电路270的输出加到图3中的求和电路54a上(或图2中的求和电路54)。寄存器通过L信号118移位。
当染色剂响应模拟电路104和106的输出第一次优化完成后，与图9中的0时刻相对应，求和电路268的输出将为零，求和电路112和270的输出相同。因此，在0时刻，预测因子为1。经过30秒的时间延迟或传输滞后以后，在15秒和30秒时预测因子是1。由于料箱18输出端染色剂流速对管道21中染色剂流速变化按指数变化的时间常数为15秒，在45秒时预测因子降为e-1，在60秒时降为e-2，在75秒时降为e-3。应该明白，作为例子移位寄存器264可以再加一级，乘法电路266可以再加一个电路，以便在90秒时产生预测因子e-4。直到管道21中染色剂流速变化完30秒之后，分光光度计才检测到由于管道21中染色剂流速变化所引起的卷筒纸14的反射率变化。然后，分光光度计50测量这种变化的指数增长部分(例如从30至75秒的时间段内)。理想情况是，在第一个修正周期内，对每个波段预测电路116的输出和分光光度计50的输出的变化量之和应该是一个常数，该常数等于求和电路112的输出，以便在后续的修正周期内不需继续修正。预测电路116通常称为Smith预测器。如果修正周期之间的时间间隔减少一半，变为7.5秒，则移位寄存器264的级数和乘法电路266的数目都需加倍。相应的预测因子分别为1，1，1，1，e-0.5，e-1，e-1.5，e-2，e-2.5，e-3。
可以明白，当指数响应的时间常数基本为零，并且在产品中加染色剂和测量加入染色剂量的变化所产生的光谱之间没有时间延迟或传输滞后时，则预测电路116将大大简化，并且可以对向产品中加染色剂大体进行连续控制。
在这种简化的或简并的预测电路116中，可以省略元件264，266、268和270；并且求和电路112的输出直接加到加法电路54a或54。
当通过图1中的压滚23对卷筒纸14进行镀膜(例如颜色膜)和表面整形时，最好用刮片或连杆(未示出)控制压滚23上的膜层厚度，该刮片或连杆与压滚23表面之间的间隔是可调的。对表面镀膜层厚度的变化采用与处理管道21中的染色剂或添加剂流速相似的方法处理。归一化响应曲线的纵坐标是反射率变化除以刮片间隔变化。用压滚23进行表面镀膜的系统响应时间常数基本为零。由于压滚23位于分光光度计50的上游，因此有传输滞后或时间延迟。但是，如果修正周期之间的时间间隔大于该时间延迟，则可以使用前述的简化的或简并的预测电路116。
应该明白，某些部件和局部组合是有用的，并且可以使用，而与其他部件或局部组合无关。权利要求书中考虑到这些情况，并且包含在权利要求范围内。显然，可以在权利要求范围内作许多细节上改变，而不离开本发明的实质。例如，波段不必等宽度。可以不对非线性工作电路68的输出加权，而是将它的输出在加到求和电路72之前加权。可以不使不同电路和设备同时并联工作，它们所起的作用可以通过分时方向串联获得，如同通过通用计算机的恰当编程方式。因此，对于图4中的染色剂响应模拟电路，单一乘法电路220可以接收四个系数作为顺序输入。因此应理解，本发明并不局限于所图示或描述的具体细节。
Claims (22)
1、一种控制产品的颜色的方法，包括下列步骤：将一定数目的着色剂加到产品中，所加着色剂数目为第一个数；在可见光谱的几个波段上测量产品的反射率，测量波段数目为第二个数，该数大于第一个数，最小为4；提供产品在可见光谱的相同波段上的期望反射率；利用测量反射率和期望反射率提供一定数目的误差信号，该误差信号数目等于第二个数；对每个所述误差信号进行非线性处理，以便提供相应的修正信号；将所有修正的信号相加；调整加到产品中的每种着色剂的量，以便求和一步的结果是最小。
2、一种控制产品的颜色的装置，总的包括：将第一个数目的着色剂加到产品中的装置；测量产品在可见光谱第二个数目的波段上的反射率的装置，其中第二个数大于第一个数，至少等于4；提供产品在可见光谱的相同波段上的期望反射率的装置；根据测量反射率和期望反射率提供一定数目的误差信号的装置，其中误差信号数目等于第二个数；提供输出信号的求和电路；包括执行非线性处理装置用以将误差信号耦合到求和电路的装置；根据求和电路调整加到产品中的每种着色剂的量的装置，以便求和电路的输出为最小。
3、如权利要求2所述的装置，其特征在于，非线性处理装置包括将一个数字量提高至偶数次方的装置。
4、如权利要求3所述的装置，其特征在于，幂指数是2。
5、如权利要求2所述的装置，其特征在于，非线性处理装置包括取得数字量的绝对值的装置。
6、如权利要求5所述的装置，其特征在于还包括将所述绝对值提高一定幂次的装置，幂数在小于1至大于2的范围内。
7、如权利要求2所述装置，其特征在于还包括模拟装置，用来提供每个所述波段上的期望反射率变化，这些期望反射率变化是由加入物质中着色剂量的变化引起的；其中提供误差信号的装置包括将测量和期望反射率以及由模拟装置提供的期望反射率变化量代数求和的装置。
8、如权利要求7所述的装置，其特征在于，模拟装置包括一个记数器，可以标记该记数器的上升和下降，该记数器提供一个代表加入到产品中的着色剂的变化的输出信号；提供每个波段的响应信号的装置，该响应信号代表加入产品中的着色剂的预定变化所引起的实际反射率变化；和用每个响应信号去乘记数器输出信号的装置。
9、如权利要求8所述的装置，其特征在于，着色剂调整装置包括一开始标记记数器直到求和电路的输出为最小的装置和根据记数器输出随后产生相应的加入产品中的着色剂的变化量的装置。
10、如权利要求2所述的装置，其特征在于，将一个误差信号耦合到求和电路的装置包括一个加权电路。
11、如权要求10所述的装置，其特征在于，一个误差信号加到加权电路上，该加权电路产生一个输出信号，并且加权电路的输出被加到非线性处理装置。
12、如权利要求2所述装置，其特征在于还包括根据测量反射率提供在预定色空间的三个测量颜色坐标的装置；提供在同一色空间的三个期望颜色坐标的装置；根据测量颜色坐标和期望颜色坐标提供三个另外的误差信号的装置；以及包括非线性处理装置，用来将三个另外误差信号耦合到求和电路的装置。
13、和权利要求12所述的装置，其特征在于，将三个另外的误差信号中的一个耦合到求和电路的装置包括一个加权电路。
14、如权利要求13所述的装置，其特征在于，一个另外误差信号加到所述加权电路，该电路提供一个输出信号，其中加权电路的输出信号加到非线性处理装置上。
15、如权利要求2所述的装置，其特征在于还包括提供与加到产品中的着色剂量成正比的着色剂信号的装置和将该着色剂信号耦合到求和信号的装置。
16、如权利要求14所述装置，其中，着色剂信号耦合装置包括一个加权电路。
17、如权利要求15所述的装置，其特征在于，着色剂信号耦合装置包括将数字量提高一定幂数的装置，幂指数在小于1至大于2的范围内。
18、如权利要求2所述装置，其特征在于还包括一定数目的预测电路，该数目等于第二个数，所述预测电路提供输出信号，该信号补偿向产品中加入着色剂和测量由此产生的反射率之间的时间延迟，其中提供误差信号的装置包括将测量和期望反射率以及预测电路的输出信号代数求和的装置。
19、如权利要求2所述装置，其特征在于，产品是卷筒纸，着色剂是染料，该装置包括一个料箱，该料箱有一个用来供给纸浆和水的入口和一个出口，卷筒纸在该出口处形成，所述将第一个数目的着色剂加到产品中的装置包括将染料注入纸浆入口的装置；个数为第二个数的预测电路，该预测电路提供输出信号，该信号补偿由注入的染料的量的变化引起的在料箱出口处的染料量按指数变化的时间常数；其中提供误差信号的装置包括将测量和期望反射率以及预测电路的输出代数求和的装置。
20、如权利要求19所述装置，其特征在于还包括将添加剂注入纸浆入口的装置，所述添加剂影响测量反射率；以及提供每个所述波段上有期望反射率变化的装置，该反射率变化是由注入的添加剂量的变化引起的。
21、一种控制产品颜色的装置，总的包括：将着色剂加入产品的装置；测量产品在可见光谱的至少四个波段上的反射率的测量装置；包括根据测量装置在给定色空间内提供三个测量颜色坐标的装置的装置；提供在同一色空间的三个相应期望颜色坐标的装置；一个比较器；将测量颜色坐标和相应的期望颜色坐标信号耦合到比较器的装置；根据比校器提供误差信号的装置；根据误差信号调整加到产品中的着色剂量的装置；该调整装置包括模拟装置，该模拟装置用来提供在每个所述波段上的期望反射率变化量，该变化量将由加入到产品中的着色剂量的变化引起；以及根据测量装置的装置，包括将测量反射率和模拟装置提供的反射率期望变化量代数求和的装置。
22、一种控制产品的颜色的方法，包括下列步骤：将一种着色剂加到产品中；测量该产品在可见光谱的几个波段上的反射率，其中波段数至少为4；利用测量反射率提供给定色空间的三个测量颜色坐标；提供同一色空间的三个相应期望颜色坐标；比较测量颜色坐标和相应的期望颜色坐标，以便提供一个误差信号；利用所述误差信号调整加到产品中的着色剂量并且提供每个所述波段上的期望反射率变化，该变化将由加入到产品中的着色剂量的变化引起；以及将所述期望的反射率变化用在提供三个测量颜色坐标的步骤。
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