DE102018124001A1 - Measurement of quality parameters - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung eines Qualitätsparameters einer laufenden Materialbahn, insbesondere einer Faserstoffbahn, umfassend einen Sensor zur Messung des Qualitätsparameters zu diskreten Messzeitpunkten, sowie einen elektronischen Datenspeicher, auf dem eine oder mehrere weitere Kenngrößen der Faserstoffbahn und/oder ihrer Herstellung abgelegt sind dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiterhin eine Recheneinrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, einen Schätzwert für den Qualitätsparameter zum aktuellen Zeitpunkt zu bestimmen unter Verwendung der Sensorwerte von einem oder mehreren Messzeitpunkten sowie Werten zumindest einer weiteren Kenngröße. Device and method for determining a quality parameter of a moving material web, in particular a fibrous web, comprising a sensor for measuring the quality parameter at discrete measuring times, and an electronic data memory on which one or more further characteristics of the fibrous web and / or its production are stored, characterized in that the apparatus further comprises a computing device which is set up to determine an estimated value for the quality parameter at the current time using the sensor values of one or more measuring times and values of at least one further characteristic.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung eines Qualitätsparameters einer laufenden Materialbahn, insbesondere einer Faserstoffbahn.The invention relates to a device and a method for determining a quality parameter of a moving material web, in particular a fibrous web.
Bei der Herstellung von Faserstoffbahnen wie beispielsweise Papierbahnen ist es insbesondere in modernen Maschinen von großer Wichtigkeit, dass wichtige Qualitätseigenschaften der Papierbahn bereits während des Herstellungsprozesses ermittelt werden. Nur wenn der Betreiber laufend über die Qualität seines Produktes informiert ist, kann er im Falle von Abweichungen vom festgelegten Sollwert schnell korrigierend eingreifen.In the production of fibrous webs such as paper webs, it is of great importance, especially in modern machines, that important quality properties of the paper web are already determined during the production process. Only if the operator is constantly informed about the quality of his product, he can intervene quickly in case of deviations from the specified setpoint corrective.
In den vergangenen Jahren ist in der Papierindustrie die Produktionsgeschwindigkeit kontinuierlich gestiegen. Bei Geschwindigkeiten von bis zu 2000 m/min besteht die Gefahr, dass der Produktionsprozess durch einen Messung gestört wird, insbesondere wenn zur Messung die Materialbahn berührt werden muss.In recent years, the production speed in the paper industry has been steadily increasing. At speeds of up to 2000 m / min, there is the danger that the production process will be disturbed by a measurement, especially if the material web has to be touched for the measurement.
Ein Beispiel hierfür ist die Messung der Dicke der Papierbahn. Eine sehr genau Bestimmung dieser Dicke ist seit langen in Form von Dickensensoren bekannt, die zur Messung jedoch die Materialbahn berühren. Durch diese Messung kommt es zu leichten Beschädigungen der Materialbahn, welche zum einen die Produktqualität beinträchtigen, da sie im fertigen Produkt erkennbar sind. Außerdem verschmutzen solche Sensoren sehr schnell durch angelagerte Bestandteile der Faserstoffbahn. Dies bedingt einen erhöhten Reinigungsaufwand. Zudem kann die Bahn auch durch herabfallende Schmutzklumpen beschädigt werden.An example of this is the measurement of the thickness of the paper web. A very accurate determination of this thickness has long been known in the form of thickness sensors, which, however, touch the material web for measurement. This measurement leads to slight damage to the material web, which on the one hand affect the product quality, since they are recognizable in the finished product. In addition, such sensors pollute very quickly by accumulated components of the fibrous web. This requires an increased cleaning effort. In addition, the web can be damaged by falling debris.
Zur Vermeidung dieser Probleme wurden in der Vergangenheit berührungslose Dickensensoren entwickelt. Solche Sensoren sind beispielsweise in den Schriften
Die Aufgabe der vorlegenden Erfindung ist es, die Ermittlung von Qualitätsparametern wie z.B. der Dicke zu ermöglichen, die hinreichend genau ist und gleichzeitig mit weniger Beschädigungen auskommt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen genauen Sensor mit geringer Verschmutzungsneigung vorzuschlagenThe object of the present invention is to allow the determination of quality parameters such as the thickness, which is sufficiently accurate and at the same time manages with less damage.
Another object of the invention is to propose an accurate sensor with a low tendency to fouling
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung entsprechend Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 7 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführung finden sich in den Unteransprüchen.The object is achieved by a device according to
Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Qualitätsparameters einer laufenden Materialbahn, insbesondere einer Faserstoffbahn, welche einen Sensor zur Messung des Qualitätsparameters zu diskreten Messzeitpunkten, sowie einen elektronischen Datenspeicher, auf dem eine oder mehrere weitere Kenngrößen der Faserstoffbahn und/oder ihrer Herstellung abgelegt sind umfasst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen dass die Vorrichtung weiterhin eine Recheneinrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, einen Schätzwert für den Qualitätsparameter zum aktuellen Zeitpunkt zu bestimmen unter Verwendung der Sensorwerte von einem oder mehreren Messzeitpunkten sowie Werten zumindest einer weiteren Kenngröße.With regard to the device, the object is achieved by a device for determining a quality parameter of a moving material web, in particular a fibrous web, which has a sensor for measuring the quality parameter at discrete measuring times, and an electronic data memory on which one or more further characteristics of the fibrous web and / or their manufacture are covered. According to the invention, it is provided that the device also has a computing device which is set up to determine an estimated value for the quality parameter at the current time using the sensor values of one or more measurement times and values of at least one further characteristic.
Insbesondere kann eine solche Vorrichtung Teil einer Anlage zur Herstellung oder Verarbeitung einer Faserstoffbahn, speziell einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn sein.In particular, such a device may be part of a plant for producing or processing a fibrous web, especially a paper, board or tissue web.
Der Begriff diskreter Messzeitpunkt soll im Rahmen dieser Anmeldung so verstanden werden, dass er den Zeitraum beschreibt, den der Sensor bei bestimmungsgemäßem Gebrauch für eine Messung des Qualitätsparameters benötigt. Ein solcher Zeitraum beträgt üblicherweise wenige Sekunden, insbesondere weniger als eine Minute, und ist damit sehr kurz im Vergleich zu einer kontinuierlichen Messung. Die rechtfertigt die Verwendung des Begriffs Zeitpunkt.In the context of this application, the term discrete measuring time is to be understood as describing the period of time which the sensor, when used as intended, requires for measuring the quality parameter. Such a period is usually a few seconds, in particular less than one minute, and is thus very short compared to a continuous measurement. This justifies the use of the term time.
Mittels dieser Vorrichtung ist es nun möglich, an vergleichsweise wenigen diskreten Messzeitpunkten sehr genaue Sensormessungen durchzuführen. Für die Zeiten zwischen den Sensormessungen kann auf Bass der vorliegenden weiteren Kenngrößen eine Schätzung für den aktuellen Wert des Qualitätsparameters ermittelt werden. Derartige Schätzungen können deutlich genauere Werte liefern, als alternative berührungslose Sensoren.
Hierbei kann man sich die Tatsache zunutze machen, dass sich Störungen im Prozess, welche sich auf den Qualitätsparameter auswirken, auch auf andere Kenngrößen der Materialbahn auswirken. Viele dieser Kenngrößen können aber auch mit hoher Genauigkeit berührungslos gemessen werden.By means of this device, it is now possible to perform very accurate sensor measurements at comparatively few discrete measurement times. For the times between the sensor measurements, an estimate for the current value of the quality parameter can be determined on the basis of the further parameters. Such estimates can provide much more accurate values than alternative non-contact sensors.
Here, one can take advantage of the fact that disturbances in the process, which affect the quality parameters, also affect other characteristics of the material web. However, many of these parameters can also be measured without contact with high accuracy.
Durch die im Vergleich zur Dauermessung des Sensors sehr kurze Messzeit wird auch die Verschmutzung des Sensors und damit auch der benötigte Reinigungsaufwand massiv reduziert.Due to the very short measuring time compared to the continuous measurement of the sensor, the contamination of the sensor and thus also the required cleaning effort are massively reduced.
Weitere vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.Further advantageous embodiments are described in the subclaims.
So ist es insbesondere vorteilhaft, wenn es sich bei dem Sensor um einen berührenden Sensor handelt, welcher bei der Messung die Materialbahn an zumindest einer, insbesondere beiden Seiten berührt. Thus, it is particularly advantageous if the sensor is a contacting sensor which, during the measurement, touches the material web on at least one, in particular both sides.
In besonders bevorzugten Ausführungen kann vorgesehen sein, dass es sich bei dem Qualitätsparameter der Materialbahn um die Dicke der Bahn handelt.
Wie bereits erwähnt, ist die berührende Dickenmessung im Vergleich zu den bekannten berührungslosen Verfahren sehr genau, jedoch neigen diese Sensoren zur Verschmutzung. Zudem führen die Messungen zu leichten Beschädigungen der Materialbahn, welche einen Qualitätsmangel des Produkts darstellen. Daher ist die Vorrichtung gerade für diese Anwendung besonders vorteilhaft.In particularly preferred embodiments, it can be provided that the quality parameter of the material web is the thickness of the web.
As already mentioned, the contacting thickness measurement is very accurate compared to the known non-contact methods, but these sensors tend to be soiled. In addition, the measurements lead to slight damage to the material web, which represent a quality defect of the product. Therefore, the device is particularly advantageous for this application.
Es kann vorteilhaft sein, wenn die weiteren Kenngrößen zumindest eine Größe aus der Gruppe Flächengewicht, Feuchte, Aschegehalt, Farbe sowie Strichgewicht umfassen.It may be advantageous if the further parameters include at least one of the group of basis weight, moisture, ash content, color and coating weight.
Für diese Kenngrößen stehen berührungslose, meist radiometrische Messverfahren zur Verfügung, die in den meisten Anlagen zur Papierherstellung standardmäßig zur Verfügung stehen.
Insbesondere wenn es sich bei dem Qualitätsparameter um die Dicke der Materialbahn handelt, ist dies vorteilhaft, da diese Kenngrößen mit der Dicke in einem ursächlichen Zusammenhang stehen. So führt zum Beispiel das Ablegen von mehr Fasermaterial an einer Stelle sowohl zu einer Erhöhung der Dicke, als auch des Flächengewichtes. Somit ist es möglich, durch Kenntnis der Änderung dieser Kenngrößen eine sehr genaue Schätzung für die Änderung des Qualitätsparameters zu ermitteln. Die dynamische Entwicklung der Methoden zur Datenanalyse in den letzten Jahren hat dies noch weiter erleichtert.
Alternativ oder zusätzlich können die Kenngrößen auch Prozesskenngrößen umfassen. Beispiele für solche Prozesskenngrößen sind beispielsweise Maschinengeschwindigkeit, oder auch Einstellungen einer Presse und/oder eines Kalanders. Insbesondere sind hier Presslasten bzw. Kalanderlasten zu nennen.Non-contact, mostly radiometric measuring methods are available for these parameters, which are standard available in most papermaking plants.
In particular, if the quality parameter is the thickness of the material web, this is advantageous since these parameters are causally related to the thickness. For example, depositing more fiber material at one point will increase both the thickness and the basis weight. Thus, by knowing the change in these characteristics, it is possible to obtain a very accurate estimate of the change in the quality parameter. The dynamic development of data analysis methods in recent years has made this even easier.
Alternatively or additionally, the parameters may also include process parameters. Examples of such process parameters are, for example, machine speed, or even settings of a press and / or a calender. In particular, press loads or calender loads should be mentioned here.
Dadurch, dass zu den diskreten Messzeitpunkten der Schätzwert mit dem korrekten, gemessenen Sensorwert abgeglichen werden kann, bleibt der ermittelte Schätzwert auch langfristig sehr genau.Because the estimated value can be compared with the correct, measured sensor value at the discrete measurement times, the estimated value determined remains very accurate over the long term.
Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Sensor zur Messung des Qualitätsparameters über die Breitenrichtung der Materialbahn bewegbar ist. Damit ist es möglich, ein Querprofil des Qualitätsparameters zu bestimmen.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn auch für einige oder alle weiteren Kenngrößen Profilwerte auf dem elektronischen Datenspeicher abgelegt sind, und zur Ermittlung des Schätzwerts für den Qualitätsparameter zur Verfügung stehen.Furthermore, it can be advantageously provided that the sensor for measuring the quality parameter can be moved over the width direction of the material web. This makes it possible to determine a transverse profile of the quality parameter.
In particular, it is advantageous if profile values are also stored on the electronic data memory for some or all other parameters, and are available for determining the estimated value for the quality parameter.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung weiterhin einen Kalander umfasst, welcher dazu eingerichtet ist, die Dicke der Materialbahn zu beeinflussen. Ein solcher Kalander kann verwendet werden, um in Abhängigkeit vom ermittelten Schätzwert die Dicke der Materialbahn anzupassen.Furthermore, it is advantageous if the device further comprises a calender, which is adapted to influence the thickness of the material web. Such a calender can be used to adjust the thickness of the web depending on the estimated value determined.
In einem solchen Fall kann es weiterhin vorteilhaft sein, wenn der Sensor in Laufrichtung der Materialbahn hinter dem Kalander vorgesehen ist. In dem Fall werden die Änderungen durch den Kalander in den Sensorwerten zu den diskreten Messzeitpunkten sichtbar.In such a case, it may further be advantageous if the sensor is provided in the running direction of the material web behind the calender. In that case, the changes made by the calender become visible in the sensor values at the discrete measurement instants.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung eines Qualitätsparameters einer laufenden Materialbahn, insbesondere einer Faserstoffbahn, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- a. Messung des Qualitätsparameters mittels eines Sensors an zumindest einem diskreten Messzeitpunkt
- b. Bereitstellen einer oder mehrerer weiterer Kenngrößen der Faserstoffbahn und/oder ihrer Herstellung.
- c. Bestimmung eines Schätzwerts für den Qualitätsparameter zum aktuellen Zeitpunkt Verwendung der Sensorwerte von einem oder mehreren Messzeitpunkten sowie Werten zumindest einer weiteren Kenngröße.
- a. Measurement of the quality parameter by means of a sensor at least one discrete measurement time
- b. Providing one or more further characteristics of the fibrous web and / or its production.
- c. Determining an estimate for the quality parameter at the current time Use of the sensor values of one or more measurement times and values of at least one further characteristic.
Zur Durchführung eines solchen Verfahrens kann vorteilhafterweise eine Vorrichtung gemäß eines Aspekts der Erfindung verwendet werden.For carrying out such a method, a device according to an aspect of the invention can be advantageously used.
Weitere vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Further advantageous embodiments are specified in the subclaims.
Es kann vorteilhaft sein, den bestimmten Schätzwert in einem elektronischen Datenspeicher abzulegen und/oder auf einer Anzeigeeinrichtung anzuzeigen.It may be advantageous to store the determined estimated value in an electronic data memory and / or to display it on a display device.
Wie bereits erwähnt kann es vorteilhaft sein, wenn Sensormesswerte für mehrere Positionen in Breitenrichtung der Materialbahn bereitgestellt werden, und mittels des Verfahrens ein Schätzwert für das Profil des Qualitätsparameters in Breitenrichtung ermittelt wird.As already mentioned, it may be advantageous if sensor measured values are provided for a plurality of positions in the width direction of the material web, and an estimated value for the profile of the quality parameter in the width direction is determined by means of the method.
Weiterhin kann beispielsweise auf Basis des ermittelten Schätzwerts eine Steuerung oder Regelung des Qualitätsparameters erfolgen.Furthermore, on the basis of the determined estimated value, for example, a control or regulation of the quality parameter can take place.
Als Stellglieder für den Qualitätsparameter, insbesondere wenn es sich um die Dicke handelt, können beispielsweise Einstellungen einer Presse oder eines Kalanders verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich können aber auch weitere Prozessgrößen verändert werden. As actuators for the quality parameter, in particular when it is the thickness, for example, settings of a press or a calender can be used. Alternatively or additionally, however, other process variables can also be changed.
In vorteilhaften Ausführungen kann die Messung des Qualitätsparameters zu a priori festgelegten Messzeitpunkten erfolgen, wobei insbesondere der zeitliche Abstand zwischen zwei Messzeitpunkten jeweils konstant sein kann.In advantageous embodiments, the measurement of the quality parameter can take place at a priori fixed measurement times, wherein in particular the time interval between two measurement times can be constant in each case.
In anderen vorteilhaften Ausführungen kann vorgesehen sein, dass der zeitliche Abstand zweier diskreter Messzeitpunkte zueinander variabel ist, und der nächste Messzeitpunkt während der Laufzeit der Maschine in Abhängigkeit von Prozessparametern und/oder durch externe Events festgelegt wird.
Ein externer Event kann beispielsweise darin bestehen, dass der Betreiber aktiv eine erneute Messung auslöst.
Eine andere Möglichkeit für einen externen Event kann beispielsweise darin bestehen, dass eine Kenngröße der Faserstoffbahn oder des Prozesses einen Schwellwert überschreitet. Hier sind viele Möglichkeiten denkbar. Eine andere Möglichkeit, den Abstand zwischen zwei diskreten Messzeitpunkten zu verändern kann beispielsweise auch darin bestehen, dass eine neue Messung durchgeführt wird, sobald der Schätzwert des Qualitätsparameters von dem letzten Messwert um mehr als ein vorgegebenes Intervall abweicht. Es kann auch sinnvoll sein, wenn ein optischer und/oder akustischer Hinweis erfolgt, wenn der Schätzwert zu stark vom letzten Messwert abweicht. Auf Basis dieses Hinweises kann der Betreiber dann entscheiden, ob eine neue Sensormessung erfolgen soll, oder nicht.In other advantageous embodiments, it may be provided that the time interval between two discrete measuring times is variable with one another, and the next measuring time is determined during the running time of the machine as a function of process parameters and / or by external events.
An external event can be, for example, that the operator actively triggers a new measurement.
Another possibility for an external event may be, for example, that a parameter of the fibrous web or of the process exceeds a threshold value. Here are many possibilities conceivable. Another possibility for changing the distance between two discrete measurement times may, for example, also be that a new measurement is performed as soon as the estimated value of the quality parameter deviates from the last measured value by more than a predetermined interval. It may also be useful if an optical and / or acoustic indication is made if the estimated value deviates too much from the last measured value. On the basis of this information, the operator can then decide whether a new sensor measurement is to be made or not.
Die Abstände zwischen zwei diskreten Messpunkten sollten nicht zu lange sein, um eine genügende Genauigkeit der Schätzung zu gewährleisten. Der Abstand sollte aber auch nicht zu kurz sein, um die Vorteile der Erfindung voll nutzen zu können. Abstände zwischen 1 min und 90 min haben sich als vorteilhaft erwiesen, insbesondere 5 min, 10 min, 20 min, 30 min oder 45 min.The distances between two discrete measurement points should not be too long to ensure sufficient accuracy of the estimate. The distance should not be too short to fully exploit the advantages of the invention. Distances between 1 min and 90 min have proven to be advantageous, in particular 5 min, 10 min, 20 min, 30 min or 45 min.
Insbesondere kann es sinnvoll sein, dass die Zeiträume, in denen eine Messung, speziell eine berührende Messung erfolgt, nicht zu groß sind. So ist es vorteilhaft, wenn im Betrieb weniger als 50% der Zeit eine Messung erfolgt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn weniger als 10% der Zeit eine Messung erfolgt.In particular, it may be meaningful that the periods in which a measurement, especially a touching measurement takes place, are not too large. So it is advantageous if less than 50% of the time a measurement takes place during operation. It is particularly advantageous if less than 10% of the time a measurement takes place.
Papier wird in einer Papiermaschine kontinuierlich produziert und auf Rollen, sogenannte Tamboure aufgewickelt. Beim Erreichen einer gewünschten Dicke wird der Tambour gewechselt und das Papier auf einen neuen Tambour aufgewickelt. Üblicherweise sind sowohl der Anfang eines solchen Tambours („Tambourkern“) als auch die zuletzt aufgewickelten Lagen Ausschuss.
Eine vorteilhafte Ausführung des Verfahrens ist es daher, die Messungen in einem kurzen Zeitraum vor und/oder nach dem Tambourwechsel durchzuführen. Ein solcher Zeitraum kann beispielsweise 10 Minuten oder weniger betragen, insbesondere 5 Minuten oder weniger, speziell weniger als 2 Minuten. Dies ist ein kurzer Zeitraum, verglichen mit der Produktionszeit für einen Tambour, die üblicherweise mehr als 30 Minuten beträgt, und bis zu 90 Minuten oder länger betragen kann. Zudem ist es bei dieser Variante unerheblich, ob durch die Messung die Materialbahn beschädigt wird, da dieser Teil der Bahn ohnehin als Ausschuss verworfen wird.Paper is produced continuously in a paper machine and wound up on rolls, so-called reels. When reaching a desired thickness of the drum is changed and the paper wound on a new drum. Usually, both the beginning of such a spool ("Tambourkern") and the last wound layers are committee.
An advantageous embodiment of the method is therefore to carry out the measurements in a short period before and / or after the reel change. Such a period may be, for example, 10 minutes or less, more preferably 5 minutes or less, especially less than 2 minutes. This is a short period compared to the production time for a spool, which is usually more than 30 minutes, and can be up to 90 minutes or longer. In addition, it is irrelevant in this variant, whether the material web is damaged by the measurement, since this part of the web is discarded anyway as a committee.
Anhand eines Ausführungsbeispiels werden weitere vorteilhafte Ausprägungen der Erfindung erläutert Die genannten Merkmale können nicht nur in der dargestellten Kombination vorteilhaft umgesetzt werden, sondern auch einzeln untereinander kombiniert werden.
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1 zeigt beispielhaft eine Vorrichtung zur Dickenmessung einer Papierbahn gemäß einem Aspekt der Erfindung
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1 shows by way of example a device for measuring the thickness of a paper web according to an aspect of the invention
Die Papierbahn
Vorteilhafterweise kann der Sensor
Die Ausführung in
Advantageously, the
The execution in
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2015/131264 [0005]WO 2015/131264 [0005]
- WO 2014/191626 [0005]WO 2014/191626 [0005]
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