DE102010040951A1

DE102010040951A1 - Verfahren zur Regelung des Schmutzpunktflächenanteils

Info

Publication number: DE102010040951A1
Application number: DE201010040951
Authority: DE
Inventors: Günther Kriechbaum; Dr. Bauer Armin; Jürgen Käser; Alexander Wohlmuth; Dr. Haag Jens; Dr. Naydowski Christian; Dr. Staiger Martin; Herbert Britz
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2010-09-17
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2012-03-22
Also published as: EP2616587A1; CN103228837A; WO2012035049A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Schmutzpunktflächeanteils einer laufenden Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Tissue- oder Kartonbahn, wobei eine Bildaufnahme eines Bereichs der laufende Faserstoffbahn mit wenigstens einer Kamera erfolgt, die mit wenigstens einer Bildverarbeitungsmethode den Schmutzpunktflächeanteil des aufgenommenen Bereichs als Regelgröße ermittelt und mittels einer Schmutzpunktregelung der Schmutzpunktflächenanteil auf einem vorgebbaren Sollniveau gehalten wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Schmutzpunktflächeanteils einer laufenden Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Tissue- oder Kartonbahn.
Schmutzpunkte auf bzw. in einer Faserstoffbahn entstehen, wenn in der Fasersuspension Schmutzpartikel wie z. B. Farbepartikel enthalten sind. Die Schmutzpartikel können Größen zwischen 50 μm und 500 μm, teilweise auch größer, aufweisen.
Durch die Abtrennung der Schmutzpartikel, z. B. bei der Altpapieraufbereitung, werden die optischen Eigenschaften des Endproduktes deutlich verbessert.
Im Papierherstellungsprozess werden sogenannte Disperger eingesetzt, um die Schmutzpartikel von den Fasern abzutrennen. Aufgrund der schwankenden Qualität des eingetragenen Rohstoffs, vor allem aber bei der Verwendung von Altpapier unterschiedlicher Herkunft, ändert sich der Wirkungsgrad des Dispergers und es kommt zu Schwankungen der optischen Eigenschaften der Faserstoffbahn.
Zur Bewertung der optischen Eigenschaften wird unter anderem die Schwankung der Schmutzpunktfläche der Faserstoffbahn, üblicherweise angegeben in mm² Schmutzpunkte pro m² Bahnfläche, gemessen.
Aus dem Stand der Technik sind Regelungen zur Altpapieraufbereitung und Flotation bekannt, z. B. aus der WO 2008/034953 A1 ; WO 2007/122290 A1 . Bei beiden genannten Veröffentlichung werden in der Suspension befindliche Schmutzpunkte online, im Bereich der Stoffaufbereitung, gemessen und anhand der gemessenen Daten der Aufbereitungs- oder Flotationsprozesses beeinflusst bzw. geregelt. Die dabei verwendeten Messgeräte sind teuer und wartungsintensiv. Da auch nur ein gewisser Anteil der Schmutzpartikel in der Faserstoffbahn als Schmutzpunkt erscheint, ist mit den bekannten Regelungen der Schmutzpunktflächeanteil einer Faserstoffbahn nicht zu regeln.
Auf dem Weg von der Suspensionsaufbereitung bis zur fertigen Faserstoffbahnoberfläche ändert sich zudem die Anzahl der Schmutzpartikel. Nicht alle in der Suspension befindliche Schmutzpartikel finden den Weg in die Faserstoffbahn oder erscheint in der Papierbahn, so dass nicht alle Schmutzpartikel für die Produktqualität relevant sind.
Die Effizienz der Abtrennung der Schmutzpartikel im Disperger kann über den Energieeintrag bzw. den Energieverbrauch eingestellt werden. Werden die Schmutzpunkte nicht gemessen, wie an den meisten Produktionsanlagen, muss eine schwankende Produktqualität in Kauf genommen werden oder aber der Disperger muss bei genügend hohem Energieeintrag und damit hohem Energieverbrauch gefahren werden, damit die Schmutzpunktflächen den maximal erlaubten Wert nicht überschreitet.
Dadurch, dass der Disperger meist mit konstantem Energieeintrag gefahren wird und der Energieeintrag auch bei Anpassungen an die äußeren Bedingungen sicherheitshalber immer mit einem höheren Energieeinsatz und damit mit einem besseren Schmutzpartikelabscheidegrad gefahren wird, kommt es zu einem erhöhten Energieverbrauch.
Die Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren zur Regelung des Schmutzpunktflächeanteils einer Faserstoffbahn bereitzustellen, mit dem die produktionsbedingten Schwankungen der Schmutzpunkfläche reduziert und die optischen Eigenschaften der Faserstoffbahn verbessert werden kann.
Die Aufgabe wird mittels des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie einer Anlage nach Anspruch 12 gelöst.
Die vorliegenden Erfindung löst die Aufgabe dadurch, dass ein Verfahren zur Regelung des Schmutzpunktflächeanteils einer laufenden Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Tissue- oder Kartonbahn verwendet wird, bei dem eine Bildaufnahme eines Bereichs der laufende Faserstoffbahn mit wenigstens einer Kamera erfolgt, die mit wenigstens einer Bildverarbeitungsmethode den Schmutzpunktflächeanteil des aufgenommenen Bereichs als Regelgröße ermittelt und über eine Schmutzpunktregelung den Schmutzpunktflächenanteil auf einem vorgebbaren Sollniveau hält.
Schmutzpunkte im Sinne der Erfindung sind Schmutzpartikel, die die verschiedensten Formen und Größen aufweisen können, wie z. B. kornförmig oder scheibenförmig, wobei ein Partikelmaß einen Wert zwischen 50 μm bis über 500 μm haben kann.
Dabei stellt die Position der Beleuchtung bzw. der Lichtquelle, in Bezug auf den Bereich der Faserstoffbahn, in dem die Bildaufnahme erfolgen soll, eine entscheidende Rolle.
Nach einem ersten Aspekt wird der Bereich mit einer Lichtquelle beleuchtet, so dass alle Schmutzpunkte im Oberflächenbereich der Faserstoffbahn von der Kamera erfasst werden können.
Vorzugsweise indem die Lichtquelle auf die Oberfläche der Faserstoffbahn leuchtet. So gehen besonders vorteilhaft nur die auf der Oberfläche sichtbaren Schmutzpartikel in die Regelung ein.
Die zweite Möglichkeit ist, dass der Bereich mit einer Lichtquelle durchleuchtet wird, so dass alle Schmutzpunkte in der Faserstoffbahn erfasst werden. Dies ist vor allem bei dünnen Papieren von Vorteil, bei denen auch die in der Mittelschicht liegenden Schmutzpartikel beim betrachten des z. B. Papierblattes störend wirken.
Die Kamera oder das Kamerasystem, bestehend aus Kamera und Beleuchtung, kann zur Regelung traversierend über die gesamte Bahnbreite, in Bahnquerrichtung, über Faserstoffbahn bewegt werden, um Bilddaten über die gesamte Bahnbreite zu erfassen. Alternativ können mehrere Kameras oder Kamerasysteme nebeneinander, über die Bahnbreite gesehen, positioniert werden.
Die Auflösung der Kamera ist vorzugsweise derart gewählt, dass sie Schmutzpunkte erfassen kann, die eine Partikelgröße von ca. 500 μm aufweisen. Für höhere Qualitätsstufen muss die Kamera mindestens eine Auflösung von 225 μm oder von mindestens 50 μm aufweisen.
Zur weitern Verbesserung der Regelung kann eine Bildverarbeitungsmethode verwendet werden, mit der die Schmutzpartikel nach Größe und Art bildanalytisch Klassifiziert werden können. So können vorteilhaft Stellgrößen geändert werden die direkten oder indirekten Einfluss auf die entsprechende Art der Schmutzpartikel haben.
Der Schmutzpunktflächenanteil wird zweckmäßigerweise durch entsprechendes Ändern einer oder mehrerer Stellgrößen auf einem vorgebbaren Sollniveau gehalten.
Dabei wird bevorzugt zumindest der Energieeintrag in den Disperger entsprechend gesteuert oder geregelt, um den Schmutzpunktflächenanteil auf einem vorgebbaren Sollniveau zu halten.
Alternativ kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder zusätzlich zumindest auch der Chemikalieneintrag in die Suspension entsprechend gesteuert oder geregelt werden, um den Schmutzpunktflächenanteil auf einem vorgebbaren Sollniveau zu halten.
Gemäß einer bevorzugten praktischen Ausgestaltung des Verfahrens wird in einem Regler zur Regelung der Schmutzpunktfläche zumindest ein online bestimmter Schmutzpunktflächenanteil eingegeben und es wird über den Regler der Schmutzpunktflächenanteil, durch entsprechendes Steuern oder Regeln einer oder mehrerer Stellgrößen, auf dem vorgegebenen Sollniveau gehalten. Die Verstellung der Stellgrößen kann dabei automatisch oder aber auch manuell erfolgen. So kann z. B. ein Hinweis mit der Aufforderung zur Änderung des Energieeintrags in der PLS erscheinen.
Um die Qualität der Regelung weiter zu verbessern können auch weitere Prozessparameter berücksichtigt werden. So ist es vorteilhaft in der Regelung die Temperatur und/oder die Stoffdichte zu berücksichtigen.
Eine erfindungsgemäße Anlage zur Herstellung einer Faserstoffbahn umfasst zumindest eine Schmutzpunktregelung mit der der Schmutzpunktflächenanteil auf einem vorgebbaren Sollniveau gehalten wird.
Dabei ist die mindestens eine Kamera oder Kamerasystem im Bereich des Rohpapiers angebracht.
Zweckmäßigerweise ist die mindestens eine Kamera oder Kamerasystem im Web Inspection System integriert und/oder vor der Aufrollung angeordnet.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht ferner vor, dass die mindestens eine Kamera auch für die Formationsmessung verwendbar ist.
Vorteile der vorliegenden Erfindung sind:

– Ermittlung des Schmutzpunkanteils an der Papierbahn mit einem Bildverarbeitungssystem ist billiger als eine Messung in der Suspension.
– Es werden nur die Schmutzpartikel erfasst, die im Produkt oder auf der Produktoberfläche die optischen Eigenschaften beeinträchtigen.
– Verbesserte Bewertungsmöglichkeit hinsichtlich der Partikelgröße und hinsichtlich der Partikelart.

Nachfolgend ein Diagramm zur näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigt in schematischer Darstellung:
1 ein Diagramm zur Darstellung des Verhältnisses zwischen Schmutzpunkten und Energieeintrag Disperger
In der 1 ist ein Diagramm zur Darstellung des Verhältnisses zwischen Schmutzpunkten und Energieeintrag Disperger dargestellt.
Von einem Kamerasystem, das auf das fertige Rohpapier gerichtet ist, werden die Schmutzpunkte auf oder in der Faserstoffbahn wie bereits beschrieben erfasst und mittels einer Bildverarbeitungsmethode der Schmutzpunktflächeanteil in mm²/m² ermittelt.
Dabei ist es sinnvoll alle Schutzpunkte in oder auf der Faserstoffbahn zu erfassen, die eine Größe von > 50 μm haben, da diese mit dem menschlichen Auge gerade noch erkannt werden können.
Liegt der ermittelte Wert des Schmutzpunktflächenanteils im Bereich des Arbeitspunktes 1 ist der Schmutzpunktanteil zu groß und der Energieeintrag in den Disperger muss erhöht werden, um die Produktqualität, den tolerierbaren Wert an Schmutzpunkten, wieder zu erreichen.
Liegt der ermittelte Wert des Schmutzpunktflächenanteils im Bereich des Arbeitspunktes 2 ist der Schmutzpunktanteil unnötig klein und der Energieeintrag in den Disperger kann verringert werden.
Bezugszeichenliste

1: Arbeitspunkt 1
2: Arbeitspunkt 2
3: Tolleranzwert
4: Schmutzpunkte
5: Energieeintrag Disperger

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2008/034953 A1 [0006]
WO 2007/122290 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Regelung des Schmutzpunktflächeanteils einer laufenden Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Tissue- oder Kartonbahn, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bildaufnahme eines Bereichs der laufende Faserstoffbahn mit wenigstens einer Kamera erfolgt, die mit wenigstens einer Bildverarbeitungsmethode den Schmutzpunktflächeanteil des aufgenommenen Bereichs als Regelgröße ermittelt und über eine Schmutzpunktregelung der Schmutzpunktflächenanteil auf einem vorgebbaren Sollniveau gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich mit einer Lichtquelle beleuchtet wird, um so alle Schmutzpunkte im Oberflächenbereich der Faserstoffbahn zu erfassen.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich mit einer Lichtquelle durchleuchtet wird, um so alle Schmutzpunkte in der Faserstoffbahn erfassen.
Verfahren nach einem der Anspruch 1–3 dadurch gekennzeichnet, dass eine Kamera oder Kamerasystem traversierend in Querrichtung über Faserstoffbahn bewegt wird oder mehrere Kameras oder Kamerasysteme, vorhanden sind, um Bilddaten über die gesamte Bahnbreite zu erfassen.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera die Schmutzpunkte erfasst, die eine Partikelgröße von mindestens 500 μm, mindestens 225 μm oder insbesondere mindestens 50 μm aufweisen.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Bildverarbeitungsmethode anhand bildanalytischer Klassifizierungsverfahren die Schmutzpunkte nach Größe und Art klassifiziert.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Reglung des Schmutzpunktflächenanteils durch entsprechendes Ändern einer oder mehrerer Stellgrößen auf einem vorgebbaren Sollniveau gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass als Stellgröße zumindest der Energieeintrag in den Disperger entsprechend geändert wird, um den Schmutzpunktflächenanteil auf einem vorgebbaren Sollniveau zu halten.
Verfahren nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass als Stellgröße zumindest der Chemikalieneintrag in die Suspension entsprechend geändert wird, um den Schmutzpunktflächenanteil auf einem vorgebbaren Sollniveau zu halten.
Verfahren nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung automatisch oder manuell, durch einen Hinweis zur Änderung einer Regelgröße, erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung weitere Prozessparameter, insbesondere die Temperatur und/oder die Stoffdichte, berücksichtigt.
Anlage zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Tissue- oder Kartonbahn, bei der nach einem der vorangehenden Ansprüche über eine Schmutzpunktregelung der Schmutzpunktflächenanteil auf einem vorgebbaren Sollniveau gehalten wird.
Anlage nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kamera oder Kamerasystem im Bereich des Rohpapiers angebracht ist.
Anlage nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kamera oder Kamerasystem im Web Inspection System integriert und/oder vor der Aufrollung angeordnet ist.
Anlage nach Anspruch 12 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kamera auch für die Formationsmessung verwendbar ist.