DE102022107497A1 - Messvorrichtung und Messverfahren - Google Patents

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Kari Veikkolainen
Marko TOSKALA
Markku Mäntylä
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Valmet Automation Oy
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Abstract

Eine Messvorrichtung weist einen optischen Sensor (20) auf, der wiederholt Transmissionsmessungen durch ein sich bewegendes Blatt (10) aus Papier oder Karton in mindestens einem Wellenlängenband, das überwiegend von Wasser absorbiert wird, und in mindestens einem Wellenlängenband, das überwiegend von Zellulose absorbiert wird, durchführt. Die Vorrichtung weist ebenfalls einen Röntgensensor (22) auf, der wiederholt Transmissionsmessungen durch das sich bewegende Blatt (10) aus Papier oder Karton mit Photonen elektromagnetischer Strahlung in einem Bereich von 1 keV bis 10 keV durchführt. Ferner weist die Vorrichtung eine Datenverarbeitungseinheit (128) auf, die Signale mit Informationen über Intensitäten der optischen Strahlung und der Röntgenstrahlung, die durch das Blatt (10) passiert sind, von dem optischen Sensor (20) und dem Röntgensensor (22) empfängt und basierend auf den Informationen alle der folgenden Eigenschaften des sich bewegenden Blattes (10) bestimmt: den Trockenstoffgehalt als eine Funktion der Zellulosemasse pro Flächeneinheit des Blattes (10), der Wassermasse pro Flächeneinheit des Blattes (10) und der Aschemasse pro Flächeneinheit des Blattes (10).

Description

  • Gebiet
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Messvorrichtung und ein Messverfahren.
  • Hintergrund
  • Messungen des Basis- bzw. Flächengewichts BW, der Wassermasse pro Flächeneinheit, d.h. des Wassergewichts WW, und des Trockenstoffgehalts OD (ofentrocken) sind bei der Herstellung von Papier oder Karton wichtig. Der Aschegehalt des Blattes stört jedoch die Messungen des Trockenstoffgehalts. Das Recycling erhöht die Unsicherheit des Aschegehalts eines Maschinenstoffs, da der Aschegehalt von Teilstoffen, die einer Papier- oder Kartonmaschine zugeführt werden, nicht bekannt ist. Dies führt zu unzuverlässigen Messergebnissen und möglichen Schwankungen des Endprodukts. Auch die Steuerung der Produktionslinie wird zu einer Herausforderung, wenn den Messungen nicht vollständig vertraut werden kann. Darüber hinaus kann eine β-Strahlungsmessung, die zuverlässige Informationen über den Aschegehalt der Papierbahn liefern könnte, aufgrund ihrer Radioaktivität und der daraus resultierenden Gefahren für Mensch und Umwelt nicht ohne weiteres eingesetzt werden.
  • Eine Verbesserung wäre daher zu begrüßen.
  • Kurzbeschreibung
  • Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, eine Verbesserung der Messungen und Steuerungen zu erreichen.
  • Die Erfindung wird durch die unabhängigen Ansprüche definiert. Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Figurenliste
  • Exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen gilt:
    • 1 veranschaulicht ein Beispiel für eine Papiermaschine,
    • 2 veranschaulicht ein Beispiel für optische und Röntgensensoren;
    • 3 veranschaulicht ein Beispiel einer Abschwächung von optischer Strahlung in Wechselwirkung mit einem Blatt Papier oder Karton;
    • 4A veranschaulicht ein Beispiel einer Messung eines Blatts quer zur Maschinenrichtung;
    • 4B veranschaulicht ein Beispiel einer traversierenden Messvorrichtung;
    • 5 veranschaulicht ein Beispiel einer Datenverarbeitungseinheit; und
    • 6 veranschaulicht ein Beispiel eines Flussdiagramms eines Mess- und Steuerungsverfahrens.
  • Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • Die folgenden Ausführungsbeispiele sind nur Beispiele. Auch wenn in der Beschreibung an mehreren Stellen auf „ein“ Ausführungsbeispiel Bezug genommen wird, bedeutet dies nicht notwendigerweise, dass sich jede dieser Bezugnahmen auf dasselbe oder dieselben Ausführungsbeispiel(e) bezieht, oder dass das Merkmal nur für ein einziges Ausführungsbeispiel zutrifft. Einzelne Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele können auch kombiniert werden, um weitere Ausführungsbeispiele zu erhalten. Darüber hinaus sind die Wörter „aufweisen“ und „umfassen“ so zu verstehen, dass die beschriebenen Ausführungsbeispiele nicht darauf beschränkt sind, nur aus den genannten Merkmalen zu bestehen, und dass solche Ausführungsbeispiele auch Merkmale/Strukturen enthalten können, die nicht ausdrücklich genannt werden. Alle Kombinationen der Ausführungsbeispiele werden als möglich erachtet, wenn deren Kombination nicht zu strukturellen oder logischen Widersprüchen führt.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass die Figuren zwar verschiedene Ausführungsbeispiele veranschaulichen, wobei es sich aber um vereinfachte Darstellungen handelt, die nur einige Strukturen und/oder Funktionseinheiten zeigen. Die in den Figuren dargestellten Verbindungen können sich auf logische oder physikalische Verbindungen beziehen. Einem Fachmann ist ersichtlich, dass die beschriebene Vorrichtung auch andere Funktionen und Strukturen aufweisen kann als die in den Figuren und im Text beschriebenen. Es sollte verstanden sein, dass Details einiger Funktionen, Strukturen und der Signalisierung, die für eine Messung und/oder Steuerung verwendet werden, für die eigentliche Erfindung irrelevant sind. Daher brauchen diese hier nicht näher erörtert zu werden.
  • 1 zeigt ein Beispiel einer Papiermaschine, die zunächst untersucht werden kann. Ein oder mehrere Stoffe, die Asche, Zellstoff bzw. Zellulose und/oder Feuchtigkeit enthalten können, werden einer Papiermaschine über ein Siebgrubensilo 100 zugeführt, dem in der Regel eine Mischbütte 132 für Teilstoffe und eine Maschinenbütte 134 vorgeschaltet sind. Der Maschinenstoff wird für einen kurzen Umlauf ausgegeben, z.B. gesteuert durch eine Flächengewichtssteuerung oder ein Sortenwechselprogramm. Die Mischbütte 132 und die Maschinenbütte 134 können auch durch einen separaten Mischreaktor (in 1 nicht dargestellt) ersetzt werden, und die Abgabe des Maschinenstoffs wird durch getrennte Zuführung jedes Teilstoffs mittels Ventilen oder anderen Durchflusssteuerungsmitteln 130 gesteuert. Im Siebgrubensilo 100 wird dem Maschinenstoff Wasser beigemischt, um eine gewünschte Konsistenz für den Kurzumlauf zu erreichen (gestrichelte Linie von einem Former 110 zum Siebgrubensilo 100).
  • Aus dem so gewonnenen Stoff können Sand oder ähnliches (Zentrifugalreiniger), Luft (Dekulator) und andere grobe Stoffe (Druckfilter) mit Hilfe von Reinigungsvorrichtungen 102 entfernt werden, und der Stoff wird mit einer Pumpe 104 in einen Stoffauflauf 106 gepumpt. Der Sand o.ä., der nicht entfernt wird, kann ein Teil der Asche in Papier oder Karton sein. Vor dem Stoffauflauf 106 kann dem Stoff in gewünschter Weise ein Füllstoff TA, umfassend z.B. Gips, Kaolin, Kalziumkarbonat, Talkum, Kreide, Titandioxid und Kieselgur usw. und/oder ein Retentionsmittel RA, wie z.B. anorganische, künstliche organische oder synthetische wasserlösliche organische Polymere, zugesetzt werden. Der Füllstoff TA und/oder das Retentionsmittel RA können Aschebestandteile des Papiers oder Kartons enthalten.
  • Asche ist das, was nach der Verbrennung bei 900°C gemäß TAPPI T 413 „Ash in Wood, Pulp, Paper and Paperboard: Combustion at 900°C“ von Papier oder Karton übrigbleibt. Nach TAPPI T 211 om-02 führt die Verbrennung von Papieren oder Zellulose, die keine zusätzlichen Füllstoffe oder Beschichtungen enthalten, bei 525°C oder 900°C zu im Wesentlichen identischen Ergebnissen von einigen Zehntel Prozent Asche oder weniger.
  • Gemäß der Norm (TAPPI T 211 om-02) kann die Asche verschiedene Rückstände von Chemikalien, die bei der Papier- oder Kartonherstellung verwendet werden, metallische Stoffe aus Rohrleitungen und Maschinen, mineralische Stoffe in der Pulpe, aus dem das Papier hergestellt wurde, und/oder Füll-, Beschichtungs-, Pigmentier- und/oder andere zugesetzte Stoffe enthalten. Im Allgemeinen handelt es sich bei Asche um Material aus Papier oder Karton, das nicht verbrennt.
  • Vom Stoffauflauf 106 wird der Stoff durch eine Spaltöffnung 108 des Stoffauflaufs einem Former 110 zugeführt, der ein Langsieb oder ein Spaltformer sein kann. Im Former 110 wird das Wasser aus der Bahn 10 abgeführt und zusätzlich Asche, Feinstoffe und Fasern in den Kurzumlauf geleitet. Im Former 110 wird der Stoff als Bahn 10 auf ein Sieb geführt und die Bahn 10 wird in einer Presse 112 vorgetrocknet und gepresst. Die eigentliche Trocknung der Bahn 10 erfolgt in Trocknern 114. Im Allgemeinen gibt es mindestens ein Paar von Sensoren 116, das eine optische Messung und eine Röntgenmessung zur Bestimmung des Flächengewichts und/oder des Trockenstoffgehalts der Bahn 10 durchführt. Das mindestens eine Paar von Sensoren 116 leitet die Messdaten an eine Datenverarbeitungseinheit 128 weiter (siehe durchgehende Linien dazwischen). Das Flächengewicht kann mit dem Trockenstoffgehalt gleichgesetzt werden, wenn das Wassergewicht nicht berücksichtigt wird.
  • Die Papier- oder Kartonmaschine kann auch einen Vorkalander 140, eine Beschichtungssektion 142 und/oder einen Endkalander 144 umfassen. Es ist jedoch nicht notwendig, die Beschichtungssektion 142 zu haben, und daher ist es auch nicht erforderlich, mehr Kalander 140, 144 als einen aufzuweisen. In der Beschichtungssektion 142 kann Beschichtungspaste, die auch Asche enthalten kann, auf das Papier aufgetragen werden. Die Beschichtungspaste kann beispielsweise Gips, Kaolin, Talkum oder Karbonat, Stärke, Latex oder Ähnliches enthalten.
  • In den Kalandern 140, 144, in denen die beschichtete oder unbeschichtete Papier- oder Kartonbahn zwischen den mit der gewünschten Kraft drückenden Walzen läuft, ist es möglich, die Oberflächeneigenschaften des Papiers, wie Glätte, Rauheit, Topographie, Glanz und dergleichen, zu verändern. Der Kalander 140, 144 kann zum Beispiel auch die Papierdicke und/oder das Flächengewicht oder eine andere Masse pro Flächeneinheit des Papiers oder Kartons beeinflussen. Im Kalander 140, 144 können die Eigenschaften der Papierbahn durch die Befeuchtung der Bahn, die Temperatur und den Anpressdruck zwischen den Walzen verändert werden. Darüber hinaus ist die Funktionsweise einer Papiermaschine dem Fachmann per se bekannt und muss daher in diesem Zusammenhang nicht näher dargestellt werden.
  • 1 zeigt auch eine Steuerungsanordnung der Papiermaschine. Dabei kann die Datenverarbeitungseinheit 128 auch die Datenverarbeitung für die Steuerung der Papier- oder Kartonmaschine übernehmen. Zu den Faktoren, die die Qualität und den Sortenwechsel beeinflussen, gehören unter anderem die Anzahl und der gegenseitige Anteil der Teilstoffe, die Füllstoffmenge, die Retentionsmittelmenge, die Maschinengeschwindigkeit, die Siebwassermenge und die Trockenkapazität. Die Datenverarbeitungseinheit 128 kann die Abgabe der Teilmengen über die Ventile 130, die Abgabe der einzelnen Füllstoffe TA über das Ventil 138, die Abgabe des Retentionsmittels RA über das Ventil 136, die Einstellung der Größe der Scheibenöffnung 108, die Steuerung der Maschinengeschwindigkeit, die Steuerung der Siebwassermenge und den Trocknungsvorgang im Block 114 (siehe gestrichelte Linien) steuern. Die Datenverarbeitungseinheit 128 nutzt das Paar der Sensoren 116 zur Messung der Bahn 10. Die Datenverarbeitungseinheit 128 kann die Eigenschaften der Bahn 10 auch an anderen Stellen messen (z.B. an denselben Stellen, an denen die Steuerungen durchgeführt werden).
  • Die Datenverarbeitungseinheit 128 kann als eine auf automatischer Datenverarbeitung basierende Steuereinrichtung für eine Papiermaschine oder einen Teil davon konzipiert sein. Die Datenverarbeitungseinheit 128 kann digitale Signale empfangen oder die empfangenen analogen Signale in digitale Signale umwandeln. Die Datenverarbeitungseinheit 128 kann mindestens einen Prozessor und mindestens einen Speicher aufweisen und die Signalverarbeitung gemäß einem geeigneten Computerprogramm durchführen. Das Arbeitsprinzip der Datenverarbeitungseinheit 128 kann z.B. eine PID- (Proportional-Integral-Derivative), MPC- (Model Predictive Control) oder GPC- (General Predictive Control) Steuerung sein.
  • 2 zeigt ein Beispiel für des mindestens eine Paar von Sensoren 116. Das mindestens eine Paar von Sensoren 116 weist einen optischen Sensor 20 mit einer optischen Quelle 200, die optische Strahlung zumindest im Infrarotbereich abgibt, und einen optischen Detektor 202, sowie einem Röntgensensor 22 mit einer Röntgenstrahlenquelle 210 und einem Röntgendetektor 212 auf.
  • Die optische Strahlung kann Infrarotstrahlung in einem NIR-Bereich (Near InfraRed) mit einem Wellenlängenbereich umfassen, der für die Erzielung der Messergebnisse erforderlich ist. Der Wellenlängenbereich kann ca. 750 nm bis ca. 2500 nm in kontinuierlicher oder diskreter Weise umfassen. Die optische Quelle 200 kann die optische Strahlung auf die Bahn 10 richten, und die optische Strahlung breitet sich durch die Bahn 10 zu einem optischen Detektor 202 aus.
  • In einem Ausführungsbeispiel kann die optische Quelle 200 die schmalen Bänder ausgeben, die von dem Detektor 202 erfasst werden. Die optische Quelle 200 kann dann eine oder mehrere LEDs (Light Emitting Diode), Laser oder Ähnliches umfassen. LEDs und Laser können schmalbandige optische Strahlung bei gewünschten Wellenlängen abgeben.
  • In einem Ausführungsbeispiel kann die optische Quelle 200 breitbandige optische Strahlung abgeben, die Messbänder enthält. Die optische Quelle 200 kann dann eine oder mehrere Glühlampen, Gasentladungslampen oder dergleichen umfassen. Die Glühlampen und Gasentladungslampen geben breitbandige optische Strahlung ab, die mehr als eine der gemessenen optischen Wellenlängen umfasst.
  • Obwohl die optische Quelle 200 eine Breitbandquelle ist, können Schmalbänder gebildet werden. Zwischen der optischen Quelle 200 für breitbandige Strahlung und dem optischen Detektor 202 können sich nämlich ein oder mehrere Filter befinden, die die Messwellenlängenbänder für den Detektor 202 durchlassen, während andere Wellenlängen ganz oder teilweise blockiert werden. Die Filter können mit der optischen Quelle 200 und/oder dem optischen Detektor 202 verbunden sein. Alternativ dazu können die Filter von der optischen Quelle 200 und dem optischen Detektor 202 getrennt sein.
  • Der optische Detektor 202 erfasst die optische Strahlung, die mit der Bahn 10 in Wechselwirkung getreten ist und von der optischen Quelle 200 stammt. Die Wechselwirkung kann bedeuten, dass die optische Strahlung die Bahn 10 durchläuft bzw. passiert, wobei die Intensität der optischen Strahlung wellenlängenselektiv in Abhängigkeit vom Zellulose- und Wassergehalt der Bahn 10 abgeschwächt wird.
  • Der Detektor 202 kann ein oder mehrere Detektorelemente umfassen. Der Detektor 202 kann Detektionselemente in Zeilen- oder Matrixform aufweisen.
  • In einem Ausführungsbeispiel kann der Detektor 202 ein Teil aufweisen, das verschiedene Wellenlängen der optischen Breitbandstrahlung in ein Spektrum aufspreizt, so dass mindestens zwei Detektorkomponenten verschiedene Wellenlängenbänder erfassen. Das Teil, das die Strahlung in ein Spektrum aufteilt, kann ein Prisma oder ein Gitter sein. Das Spektrum zeigt die Intensität oder Abschwächung bzw. Dämpfung der Strahlung in Abhängigkeit von der Wellenlänge an. Ein solcher Detektor 202 kann z.B. ein Spektrometer sein.
  • Zur Messung der Abschwächung oder Absorption wird die Intensität der Infrarotstrahlung bei einer Wellenlänge, die überwiegend von Wasser absorbiert wird, gemessen und mit der Intensität des Infrarotlichts verglichen, das bei einer anderen Wellenlänge als der von Wasser, Zellulose und Asche überwiegend absorbierten Wellenlänge gemessen wird. Entsprechend wird die Intensität der Infrarotstrahlung bei einer Wellenlänge, die überwiegend von Zellulose absorbiert wird, gemessen und mit der Intensität des Infrarotlichts verglichen, das bei einer anderen Wellenlänge als der von Wasser, Zellulose und Asche überwiegend absorbierten Wellenlänge gemessen wird.
  • Zur Kalibrierung der Vorrichtung kann die Abschwächung oder Absorption der von der optischen Quelle 200 und/oder 220 ausgehenden Infrarotstrahlung gemessen werden. Anschließend kann jede Veränderung der optischen Intensität der optischen Quelle 200 und/oder 220 erfasst und kompensiert werden.
  • 2 zeigt auch ein Beispiel für einen optischen Aschesensor 24, der eine optische Strahlungsquelle 220 und einen Aschedetektor 222 umfassen kann. In einem Ausführungsbeispiel ist die optische Strahlungsquelle 220 die gleiche wie die optische Quelle 200 für die Messung von Wasser und Zellulose. In einem Ausführungsbeispiel kann der Aschedetektor 222 auch der gleiche sein wie der Detektor 202 für die Wasser- und Zellulosemessung. Der Aschedetektor 222 kann die Abschwächung oder Absorption der optischen Strahlung, die von der optischen Strahlungsquelle 220 durch das Blatt 10 passiert wird, bei mindestens einem dominanten Absorptionsband der Asche erfassen. Talk kann beispielsweise bei etwa 1390 nm, Ton bei etwa 2208 nm und Kalziumkarbonat bei etwa 3980 nm gemessen werden.
  • 3 zeigt ein Beispiel für die Absorption der Bahn 10 und die optischen Messbänder 300, 302, 304, 306. Die y-Achse ist die Abschwächung oder Absorption in einer beliebigen Skala. Die x-Achse ist die Wellenlänge in Mikrometern. Wasser hat ein dominantes Absorptionsband 304 bei etwa 1,95 µm (Wellenzahl etwa 5130 cm-1), so dass der Feuchtigkeitsgehalt oder die Wassermasse pro Flächeneinheit der Bahn 10 in dem Band 304 gemessen werden kann. Zellulose hat ein dominantes Absorptionsband 306 bei ca. 2,11 µm (Wellenzahl ca. 4740 cm-1) und somit kann die Zellulosemasse pro Flächeneinheit der Bahn 10 in dem Band 306 gemessen werden. Die vorherrschende Absorption der optischen Strahlung findet bei einer Wellenlänge statt, bei der ein lokales Absorptionsmaximum vorliegt. Absorptionsspitzen (304, 306) sind lokale Maxima, die sich von ihrer Umgebung abheben.
  • Referenzmessungen zur Bestimmung der relativen Wasserabsorption und der relativen Zelluloseabsorption sollten in Wellenlängenbereichen gemessen werden, in denen weder Wasser noch Zellulose eine dominante Absorption aufweisen. Solche nicht-dominanten Absorptionswellenlängenbänder 300 und 302 können beispielsweise bei etwa 1,8 µm (Wellenzahl etwa 5555 cm-1) und etwa 1,3 µm (Wellenzahl etwa 7692 cm-1) liegen, ohne dass dies eine Einschränkung darstellt. Mit den Referenzmessungen kann auch eine Basislinie bestimmt werden, die dem Fachmann an sich bekannt ist. Die Basislinie definiert eine allgemeine Neigung der Abschwächung in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Der schraffierte Bereich oberhalb der Basislinie bei den dominanten Wellenlängen stellt die Stärke der Abschwächung oder Absorption dar.
  • Die Röntgenstrahlenquelle 210 gibt Röntgenstrahlen mit einer Energie zwischen etwa 1 keV und etwa 10 keV ab. Photonen dieses Energiebereichs können auch zur Gammastrahlung gezählt werden. Ein recht allgemeines Konzept ist jedoch, dass Photonen der Gammastrahlung Energien von 100 keV oder mehr haben, weshalb die Quelle 210 in diesem Dokument als Röntgenstrahlenquelle bezeichnet wird. Niederenergetische Röntgenstrahlung im Bereich von etwa 1 keV bis etwa 10 keV wird oft als weiche Röntgenstrahlung bezeichnet und gilt als weniger schädlich als z.B. Betastrahlung.
  • In einem Ausführungsbeispiel kann die Röntgenstrahlenquelle 210 aus einer Röntgenröhre bestehen, die ein bekannter Generator von Röntgenstrahlen ist. Die Röntgenröhre ist ungefährlich, wenn sie nicht unter Betriebsspannung steht. Es gibt keine Halbwertszeit eines Isotops, und die Röntgenröhre ist stabil.
  • In einem Ausführungsbeispiel kann die Röntgenstrahlenquelle 210 zum Beispiel ein radioaktives Isotop Eisen-55 (55 Fe) enthalten. Die von dem Eisen-55-Material der Röntgenstrahlenquelle 210 emittierte Röntgenstrahlung ist nahezu monochromatisch, und die Intensität der Röntgenstrahlung bleibt über Jahre hinweg konstant. Die Energie der Photonen der Röntgenstrahlung von Eisen-55 beträgt etwa 6 keV.
  • In einem Ausführungsbeispiel kann die Röntgenstrahlenquelle 210 eine Röntgenfluoreszenzquelle (XRF) sein, die fluoreszierende Röntgenstrahlen als Sekundärstrahlung aussendet, die durch die Anregung des Ausgangsmaterials mit Röntgenstrahlen höherer Energie verursacht wird. Dies sind nur Beispiele für die Röntgenstrahlenquelle 210. Röntgenstrahlenquellen sind an sich bekannt, und der Fachmann ist mit Röntgenstrahlenquellen an sich vertraut.
  • In einem Ausführungsbeispiel kann der Röntgenstrahlendetektor 212 beispielsweise ein Dosimeter sein. In einem Ausführungsbeispiel kann der Röntgendetektor 212 z.B. einen Halbleiterdetektor umfassen. Der Röntgendetektor 212 kann z.B. eine PIN-Diode (z.B. eine Standard-Si-PIN-Diode), einen Silizium-Lithium-Detektor (Si(Li)), einen Ge(Li) oder einen Silizium-Drift-Detektor (SDD) umfassen. Röntgendetektoren sind an sich bekannt, und ein Fachmann ist mit Röntgendetektoren an sich vertraut.
  • Der Si(Li)-Detektor kann Röntgenstrahlen in einem Bereich von etwa 1,5 keV bis etwa 10 keV nachweisen. Der Ge(Li)-Detektor kann Röntgenstrahlen bei oder unter 10 keV erfassen. Der Lithium-Drift-Silizium-Detektor kann z.B. für Röntgenstrahlen im Bereich von etwa 4 keV bis etwa 10 keV verwendet werden.
  • Auf der Grundlage der obigen Ausführungen umfasst eine Messvorrichtung den optischen Sensor 20, der wiederholt Transmissionsmessungen durch das sich bewegende Blatt 10 aus Papier oder Karton in mindestens einem Wellenlängenband, das überwiegend von Wasser absorbiert wird, und in mindestens einem Wellenlängenband, das überwiegend von Zellulose absorbiert wird, durchführt. Die Vorrichtung umfasst auch den Röntgensensor 22, der wiederholt Transmissionsmessungen durch das sich bewegende Blatt 10 aus Papier oder Karton mit Photonen elektromagnetischer Strahlung in einem Bereich von 1 keV bis 10 keV durchführt.
  • Die Vorrichtung umfasst ferner die Datenverarbeitungseinheit 128, die Signale mit Informationen über die Intensitäten der optischen und der Röntgenstrahlen, die das Blatt 10 durchdrungen bzw. passiert haben, von dem optischen Sensor 20 und dem Röntgensensor 22 empfängt. Die Datenverarbeitungseinheit 128 bestimmt dann auf der Grundlage der Informationen alle der folgenden Eigenschaften des Blatts 10, wobei sich der Blatt in Maschinenrichtung bewegt: Aschegehalt, Flächengewicht und Trockenstoffgehalt. Die Informationen über die Intensitäten können Informationen über die Abschwächung oder Absorption der optischen und röntgentechnischen Strahlungsintensitäten durch den Blatt 10 und/oder den prozentualen Anteil der optischen und röntgentechnischen Strahlungsenergien enthalten, die den Blatt 10 durchdrungen haben.
  • Das Flächengewicht BW des Blatts 10 ist eine Kombination aus dem Gewicht des Wassers WW und dem Trockenstoffgehalt OD, d.h. BW = WW + OD. Der Trockenstoffgehalt kann auch als Ofentrockengewicht bezeichnet werden. Das Flächengewicht ist eine Flächendichte des Blattes 10, die sich auf ihre Masse pro Flächeneinheit bezieht. Das Flächengewicht wiederum kann auch als Grammatur bezeichnet werden.
  • Die Datenverarbeitungseinheit 128 kann die Aschemasse pro Flächeneinheit des Blattes 10 auf der Grundlage der Transmissionsmessungen mit den Photonen der elektromagnetischen Strahlung in einem Bereich von 1 keV bis 10 keV bestimmen. Dann kann die Datenverarbeitungseinheit 128 die Zellulosemasse pro Flächeneinheit des Blattes 10 auf der Grundlage der optischen Transmissionsmessungen in dem mindestens einen Wellenlängenband 306, das überwiegend von Zellulose absorbiert wird, bestimmen. Die Datenverarbeitungseinheit 128 kann dann den Trockenstoffgehalt als Funktion der Zellulosemasse pro Flächeneinheit des Blattes 10, des Wassergewichts pro Flächeneinheit und der Aschemasse pro Flächeneinheit des Blattes 10 bestimmen. Die Aschemasse pro Flächeneinheit kann auf der Grundlage des mit der Röntgenmessung gemessenen Ascheanteils oder relativen Aschegehalts gebildet werden.
  • In einem Ausführungsbeispiel kann die Datenverarbeitungseinheit 128 die Zufuhr von mindestens einer der Komponenten Teilstoff, Füllstoff, Retentionsmittel und Sandentfernung auf der Grundlage der Aschemasse pro Flächeneinheit des Blatts 10 steuern.
  • In einem Ausführungsbeispiel kann die Datenverarbeitungseinheit 128 die Wassermasse pro Flächeneinheit des Blattes 10 auf der Grundlage der Transmissionsmessungen in dem mindestens einen Wellenlängenband 304, das überwiegend von Wasser absorbiert wird, bestimmen und das Flächengewicht als Funktion des Trockenstoffgehalts und der Wassermasse pro Flächeneinheit bestimmen.
  • In einem Ausführungsbeispiel, dessen Beispiel in 4A dargestellt ist, kann die Datenverarbeitungseinheit 128 das Flächengewicht und/oder den Trockenstoffgehalt als Mittelwert aus einer Vielzahl von Messungen in Maschinenrichtung MD bestimmen. Die gestrichelten Linien verdeutlichen die Vielzahl von Punkten, an denen Abschwächungs- oder Absorptionsmessungen durchgeführt wurden.
  • In einem Ausführungsbeispiel, dessen Beispiel in 4B dargestellt ist, umfasst die Messvorrichtung das mindestens eine Paar von Sensoren 116, das den optischen Sensor 20 und den Röntgensensor 22 umfassen kann und das über das sich bewegende Blatt 10 in einer Querrichtung senkrecht zur Maschinenrichtung traversieren kann. Die Traversierung ist in 4B mit einer gestrichelten Zick-Zack-Linie dargestellt, denn wenn sich das Blatt 10 in Maschinenrichtung bewegt und das mindestens eine Sensorpaar 116 sich in einer senkrechten Richtung bewegt, verläuft die Messlinie zick-zack-förmig über das Blatt 10. Die Kommunikation zwischen dem mindestens einen Sensorpaar 116 und der Datenverarbeitungseinheit 128 kann drahtgebunden oder drahtlos erfolgen, was auch in den 4A und 4B dargestellt ist.
  • In einem Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtung den optischen Aschesensor 24 umfassen, der wiederholt Transmissionsmessungen durch das sich bewegende Blatt 10 aus Papier oder Karton mit optischer Strahlung in mindestens einem Wellenlängenbereich durchführen kann, der überwiegend von mindestens einem Stoff der Asche absorbiert wird. Die Datenverarbeitungseinheit 128 kann dann ein Signal mit Informationen über die Absorption der Asche von dem optischen Aschesensor 24 empfangen und das Flächengewicht und/oder den Trockenstoffgehalt auch auf der Grundlage der Informationen von dem optischen Aschesensor 24 bestimmen. Der optische Aschesensor 24 kann verwendet werden, um zusätzliche Informationen über die Masse der Asche pro Flächeneinheit des Blattes 10 zu liefern. Weichen die mit dem Röntgensensor 22 gemessene Aschemasse pro Flächeneinheit und die mit dem optischen Aschesensor 24 gemessene Aschemasse pro Flächeneinheit um mehr als einen vorgegebenen Schwellenwert voneinander ab, kann der Betrieb der Sensoren 22, 24 überprüft werden. Der vorgegebene Schwellenwert kann einstellbar sein, und sein Wert kann beispielsweise von der Qualität und/oder der Sorte des Blechs 10, der Leistung der optischen Quelle 200, 220, der Empfindlichkeit des Detektors 202, 222 oder einer beliebigen Kombination dieser Faktoren oder Ähnlichem abhängen.
  • In einem Ausführungsbeispiel kann der optische Aschesensor 24 wiederholt Transmissionsmessungen durch ein sich bewegendes Blatt 10 aus Papier oder Karton bei mindestens einem Wellenlängenband durchführen, das von mindestens einer Substanz der Asche dominant absorbiert wird. Jeder der Bestandteile der Asche kann sein eigenes bestimmtes dominantes Absorptionswellenlängenband haben. Der Bestandteil der Asche kann eine Substanz des Füllstoffs TA und/oder ein Retentionsmittel RA sein. Zellulose aus Holz enthält aber natürlich auch Bestandteile von Asche. Die Datenverarbeitungseinheit 128 kann dann ein Signal mit Informationen über die Absorption von Asche vom optischen Aschesensor 24 empfangen und das Flächengewicht und/oder den Trockenstoffgehalt zusätzlich auf der Grundlage der Informationen über Asche vom optischen Aschesensor 24 bestimmen.
  • In einem Ausführungsbeispiel kann der optische Sensor 20 mindestens eine Referenztransmissionsmessung durch das Blatt 10 in mindestens einem Wellenlängenband durchführen, das von dem mindestens einen Wellenlängenband, das überwiegend von Wasser, Asche und Zellulose absorbiert wird, verschieden ist. Die Datenverarbeitungseinheit 128 kann dann das Flächengewicht und/oder den Trockenstoffgehalt auf der Grundlage der Absorptionsstärken der mindestens einen Referenztransmissionsmessung und der Transmissionsmessungen von Wasser und Zellulose bestimmen. Wie in 3 zu sehen ist, kann die Absorption als Differenz zwischen einem Pegel (gestrichelte Linie) der Referenzmessungen 300, 302 und dem Wert bei einem Spitzenwert der Absorption bei den Wellenlängen 304, 306 der dominanten Absorption von Wasser und Zellulose angegeben werden.
  • 5 zeigt ein Beispiel für die Datenverarbeitungseinheit 128, die einen oder mehrere Prozessoren 500 und einen oder mehrere Speicher 502 mit Computerprogrammcode umfassen kann. Der eine oder die mehreren Speicher 502 und der Computerprogrammcode können mit dem einen oder den mehreren Prozessoren 500 bewirken, dass die Messvorrichtung die Signale mit den Informationen über den Wasser-, Zellulose- und Aschegehalt des Blattes 10 von dem optischen Sensor 20 und dem Röntgensensor 22 empfängt und für das sich bewegende Blatt 10, das sich in Maschinenrichtung bewegt, mindestens eines der folgenden Eigenschaften bestimmt: den Trockenstoffgehalt als Funktion der Zellulosemasse pro Flächeneinheit des Blattes 10, der Wassermasse pro Flächeneinheit des Blattes 10 und der Aschemasse pro Flächeneinheit des Blattes 10.
  • Die Abstände zwischen den Quellen 200, 210, 220 und den Detektoren 202, 212, 222 können konstant gehalten oder deren Abstände gemessen werden, und jede Auswirkung der Abstandsvarianz auf die optischen und röntgenologischen Messungen kann kompensiert werden. Entsprechend können die Abstände zwischen den Quellen 200, 210, 220 und dem Blatt und/oder den Detektoren 202, 212, 222 und dem Blatt 10 konstant gehalten oder ihre Abstände gemessen werden, und jede Auswirkung der Abstandsvarianz auf die optischen und röntgenologischen Messungen kann kompensiert werden.
  • In einem Ausführungsbeispiel kann die Datenverarbeitungseinheit 128 eine Scheibenöffnung 108 des Stoffauflaufs 106 in einer Querrichtung steuern. Auf diese Weise kann die Menge des Stoffs auf dem Former 110 in Querrichtung gesteuert werden. Die Menge des Stoffes wirkt sich wiederum auf das Wassergewicht, das Flächengewicht und/oder den Aschegehalt des Blatts 10 aus. Auf diese Weise können das Wassergewicht, das Flächengewicht, der Zellulosegehalt und/oder der Aschegehalt des Blattes 10 und das Flächengewicht, der Zellulosegehalt und/oder der Aschegehalt des Endprodukts, d.h. des Papiers oder Kartons, gesteuert werden.
  • 6 zeigt ein Beispiel für ein Flussdiagramm des Mess- und Steuerungsverfahrens. In Schritt 600 werden von einem optischen Sensor 20 wiederholt Transmissionsmessungen durch ein sich bewegendes Blatt 10 aus Papier oder Karton in mindestens einem Wellenlängenband, das überwiegend von Wasser absorbiert wird, und in mindestens einem Wellenlängenband, das überwiegend von Zellulose absorbiert wird, durchgeführt. In Schritt 602 werden mit einem Röntgensensor 22 wiederholt Transmissionsmessungen durch das sich bewegende Blatt 10 aus Papier oder Karton mit Photonen elektromagnetischer Strahlung in einem Bereich von 1 keV bis 10 keV durchgeführt. In Schritt 604 werden Signale mit Informationen über die Wasser-, Zellulose- und Ascheabsorption des Blattes 10 von dem optischen Sensor 20 und dem Röntgensensor 22 durch eine Datenverarbeitungseinheit 128 empfangen. In Schritt 606 wird von der Datenverarbeitungseinheit 128 mindestens eines der folgenden Eigenschaften des sich bewegenden Blattes 10 in Maschinenrichtung bestimmt: Aschegehalt, Zellulosegehalt und Trockenstoffgehalt, basierend auf den Informationen.
  • In Schritt 608, der ein Steuerungsschritt ist, können das Flächengewicht, das Wassergewicht und/oder der Aschegehalt gesteuert werden.
  • In einem Ausführungsbeispiel wird die Zufuhr von mindestens einer der Komponenten Teilstoff, Füllstoffzufuhr, Retentionsmittelzufuhr und Sandentfernung durch die Datenverarbeitungseinheit 128 auf der Grundlage des Flächengewichts oder des Trockenstoffgehalts gesteuert.
  • Das in 6 dargestellte Verfahren kann als logische Schaltungslösung oder als Computerprogramm implementiert werden. Das Computerprogramm kann auf einem Computerprogramm-Verteilermittel platziert werden, um es zu verteilen. Das Computerprogramm-Verteilermittel kann von einer Datenverarbeitungsvorrichtung gelesen werden, und es kodiert die Computerprogrammbefehle, führt die Messungen durch und steuert gegebenenfalls die Prozesse auf der Grundlage der Messungen.
  • Das Computerprogramm kann über ein Verteilungsmedium verteilt werden, bei dem es sich um ein beliebiges, von der Steuereinheit lesbares Medium handeln kann. Bei dem Medium kann es sich um ein Programmspeichermedium, einen Speicher, ein Softwareverteilungspaket oder ein komprimiertes Softwarepaket handeln. In einigen Fällen kann die Verteilung mit mindestens einem der folgenden Mittel erfolgen: einem Nahfeldkommunikationssignal, einem Kurzstreckensignal und einem Telekommunikationssignal.
  • Dem Fachmann wird klar sein, dass das erfindungsgemäße Konzept im Zuge des technischen Fortschritts auf verschiedene Weise umgesetzt werden kann. Die Erfindung und deren Ausführungsbeispiele sind nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern können innerhalb des Anwendungsbereichs der Ansprüche variieren.
  • Eine Messvorrichtung weist einen optischen Sensor (20) auf, der wiederholt Transmissionsmessungen durch ein sich bewegendes Blatt (10) aus Papier oder Karton in mindestens einem Wellenlängenband, das überwiegend von Wasser absorbiert wird, und in mindestens einem Wellenlängenband, das überwiegend von Zellulose absorbiert wird, durchführt. Die Vorrichtung weist ebenfalls einen Röntgensensor (22) auf, der wiederholt Transmissionsmessungen durch das sich bewegende Blatt (10) aus Papier oder Karton mit Photonen elektromagnetischer Strahlung in einem Bereich von 1 keV bis 10 keV durchführt. Ferner weist die Vorrichtung eine Datenverarbeitungseinheit (128) auf, die Signale mit Informationen über Intensitäten der optischen Strahlung und der Röntgenstrahlung, die durch das Blatt (10) passiert sind, von dem optischen Sensor (20) und dem Röntgensensor (22) empfängt und basierend auf den Informationen alle der folgenden Eigenschaften des sich bewegenden Blattes (10) bestimmt: den Trockenstoffgehalt als eine Funktion der Zellulosemasse pro Flächeneinheit des Blattes (10), der Wassermasse pro Flächeneinheit des Blattes (10) und der Aschemasse pro Flächeneinheit des Blattes (10).

Claims (8)

  1. Messvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung aufweist: einen optischen Sensor (20), der konfiguriert ist, um wiederholt Transmissionsmessungen durch ein sich bewegendes Blatt (10) aus Papier oder Karton in mindestens einem Wellenlängenband, das überwiegend von Wasser absorbiert wird, und in mindestens einem Wellenlängenband, das überwiegend von Zellulose absorbiert wird, durchzuführen; einen Röntgensensor (22), der konfiguriert ist, um wiederholt Transmissionsmessungen durch das sich bewegende Blatt (10) aus Papier oder Karton mit Photonen einer elektromagnetischen Strahlung in einem Bereich von 1 keV bis 10 keV durchzuführen; eine Datenverarbeitungseinheit (128), die konfiguriert ist, um von dem optischen Sensor (20) und dem Röntgensensor (22) Signale mit Informationen über Intensitäten der optischen Strahlung und der Röntgenstrahlung, die das Blatt (10) durchdrungen haben, zu empfangen, und basierend auf diesen Informationen alle der folgenden Eigenschaften des Blattes (10) zu bestimmen, wobei sich das Blatt (10) in einer Maschinenrichtung bewegt: Aschemasse pro Flächeneinheit des Blattes (10) basierend auf den Transmissionsmessungen mit den Photonen einer elektromagnetischen Strahlung in einem Bereich von 1 keV bis 10 keV, Zellulosemasse pro Flächeneinheit des Blattes (10) basierend auf den Transmissionsmessungen in dem mindestens einen Wellenlängenband, das überwiegend von Zellulose absorbiert wird, und den Trockenstoffgehalt als eine Funktion der Zellulosemasse pro Flächeneinheit des Blattes (10), der Wassermasse pro Flächeneinheit des Blattes (10) und der Aschemasse pro Flächeneinheit des Blattes (10) zu bestimmen.
  2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinheit (128) konfiguriert ist, um die Wassermasse pro Flächeneinheit des Blattes (10) basierend auf den Transmissionsmessungen in dem mindestens einen Wellenlängenband, das überwiegend von Wasser absorbiert wird, zu bestimmen; und das Flächengewicht basierend auf einer Funktion des Trockenstoffgehalts und der Wassermasse pro Flächeneinheit zu bestimmen.
  3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinheit (128) konfiguriert ist, um das Flächengewicht und/oder den Trockenstoffgehalt als Mittelwert einer Vielzahl von Messungen in der Maschinenrichtung zu bestimmen.
  4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung mindestens ein Paar von Sensoren (116) aufweist, das den optischen Sensor (20) und den Röntgensensor (22) aufweist und das konfiguriert ist, um über das sich bewegende Blatt (10) in einer Querrichtung, die senkrecht zur Maschinenrichtung verläuft, zu traversieren.
  5. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor (20) konfiguriert ist, um mindestens eine Referenztransmissionsmessung durch das Blatt (20) in mindestens einem Wellenlängenband durchzuführen, das sich von dem mindestens einen Wellenlängenband unterscheidet, das überwiegend von Wasser, Asche und Zellulose absorbiert wird; und die Datenverarbeitungseinheit (128) konfiguriert ist, um das Flächengewicht und/oder den Trockenstoffgehalt basierend auf Absorptionsstärken der mindestens einen Referenztransmissionsmessung und den Transmissionsmessungen von Wasser und Zellulose zu bestimmen.
  6. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung aufweist einen oder mehrere Prozessoren (500); und einen oder mehrere Speicher (502) mit einem Computerprogrammcode; wobei der eine oder die mehreren Speicher (502) und der Computerprogrammcode konfiguriert sind, um mit dem einen oder den mehreren Prozessoren (500) die Vorrichtung zumindest dazu zu veranlassen: die Signale mit den Informationen über den Wasser-, Zellulose- und Aschegehalt des Blattes (20) von dem optischen Sensor (20) und dem Röntgensensor (22) zu empfangen und basierend auf diesen Informationen alle der folgenden Eigenschaften des sich in Maschinenrichtung bewegenden Blattes (10) zu bestimmen: die Aschemasse pro Flächeneinheit des Blattes (10), die Zellulosemasse pro Flächeneinheit und den Trockenstoffgehalt.
  7. Messverfahren, gekennzeichnet durch wiederholtes Durchführen (600) von Transmissionsmessungen durch ein sich bewegendes Blatt (10) aus Papier oder Karton mittels eines optischen Sensors (20) in mindestens einem Wellenlängenband, das überwiegend von Wasser absorbiert wird, und in mindestens einem Wellenlängenband, das überwiegend von Zellulose absorbiert wird; wiederholtes Durchführen (602) von Transmissionsmessungen durch das sich bewegende Blatt (10) aus Papier oder Karton mittels eines Röntgensensors (22) mit Photonen elektromagnetischer Strahlung in einem Bereich von 1 keV bis 10 keV; Empfangen (604) von Signalen mit Informationen über die Wasser-, Zellulose- und Ascheabsorption des Blattes (10) von dem optischen Sensor (20) und dem Röntgensensor (22) durch eine Datenverarbeitungseinheit (128); und Bestimmen (606), durch die Datenverarbeitungseinheit (128), basierend auf den Informationen, aller der folgenden Eigenschaften des Blatts (10), wobei sich der Blatt (10) in einer Maschinenrichtung bewegt: Aschemasse pro Flächeneinheit des Blattes (10) basierend auf den Transmissionsmessungen mit den Photonen einer elektromagnetischen Strahlung in einem Bereich von 1 keV bis 10 keV, Zellulosemasse pro Flächeneinheit des Blattes (10) basierend auf den Transmissionsmessungen in dem mindestens einen Wellenlängenband, das überwiegend von Zellulose absorbiert wird; und Bestimmen des Trockenstoffgehalts als eine Funktion der Zellulosemasse pro Flächeneinheit des Blattes (10), der Wassermasse pro Flächeneinheit des Blattes (10) und der Aschemasse pro Flächeneinheit des Blattes (10).
  8. Messverfahren gemäß Anspruch 7, gekennzeichnet durch Bestimmen der Wassermasse pro Flächeneinheit der Folie (10) basierend auf den Transmissionsmessungen in dem mindestens einen Wellenlängenband, das überwiegend von Wasser absorbiert wird; und Bestimmen des Flächengewichts basierend auf einer Funktion des Trockenstoffgehalts und der Wassermasse pro Flächeneinheit.
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