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Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zum Betreiben einer Maschine zur Herstellung und/oder
Veredelung einer Materialbahn, insbesondere einer Papierbahn, bei
dem im Bereich zumindest eines Abschnitts der Materialbahn und/oder
der Maschine, insbesondere auf einem Zylinder oder einer Walze,
die Temperatur mittels einer Infrarot-Kamera erfasst wird.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 199 11 394 A1 (PD 10876 DE) des Anmelders sind ein derartiges
Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bekannt.
Hierbei werden bei der Herstellung und/oder bei der Veredelung von
Materialbahnen, insbesondere von Papierbahnen, im Bereich zumindest
eines Maschinenabschnitts, insbesondere der Trockenpartie einer
Papiermaschine, den Herstellungsprozess betreffende Messgrößen erfasst,
wobei die Prozessdatenerfassung an mehreren Messbereichen erfolgt,
die in Prozessrichtung hinter einander angeordnet sind. Hierbei
wird auch die Temperatur der Papierbahn bestimmt.
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Aus der nicht vorveröffentlichten
deutschen Patentanmeldung DE 101 31 281.4 vom 28.06.2001 (PD 11278
DE) des Anmelders ist es ferner bekannt, als Temperatursensor eine
IR-Thermographie-Kamera einzusetzen.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung,
ein Verfahren zu schaffen, mit dem eine genaue Temperaturmessung
mit hoher Ortsauflösung
möglich
ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem
der Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass
die Auslösung
der Infrarot-Kamera durch eine mit der Infrarot-Kamera verbundene Triggereinrichtung
erfolgt, durch die die von der Infrarot-Kamera aufgenommenen Bilder
auf einen ortsfesten Punkt oder eine ortsfeste Fläche festgelegt werden.
Hierdurch lässt
sich eine berührungslose Temperaturmessung
zumindest eines Abschnitts der Materialbahn und/oder der Maschine,
insbesondere auf einem Zylinder oder einer Walze, mit sehr präzisen Temperaturprofilen
und -verteilungen erreichen.
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Erfindungsgemäß nimmt eine hochauflösende Hochgeschwindigkeits-Infrarot-Kamera
Bilder mit einer Geschwindigkeit auf, die ausreicht, um sich ändernde
Vorgänge
in Maschinenlaufrichtung mit der gewünschten Genauigkeit abzubilden.
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Es ist möglich, während des normalen Produktionsbetriebs
an beliebigen Stellen der Maschine eine Infrarot-Kamera zu installieren,
wobei der zur Verfügung
stehende- Raum lediglich ausreichen muss, um die Infrarot-Kamera
aufzunehmen. Auf diese Weise lassen sich auch Temperaturverteilungen auf
der Materialbahn, insbesondere der Papierbahn, beim mechanischen
Entwässern
in der Sieb- und Pressenpartie bestimmen. Temperaturverteilungen beim
thermischen Trocknen der Materialbahn in der Trockenpartie lassen
sich ebenso ermitteln.
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Ebenso betrifft die Erfindung ein
Verfahren zum Betreiben einer Maschine zur Herstellung und/oder
Veredelung einer Materialbahn, insbesondere einer Papierbahn, bei
dem im Bereich zumindest eines Abschnitts der Maschine, insbesondere auf
einem Zylinder oder einer Walze, die Temperatur mittels einer Infrarot-Kamera erfasst wird.
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Hierbei ist es die Aufgabe der Erfindung,
mittels der Infrarot-Kamera auch den Ablauf der Maschine selbst
mit hoher Ortsauflösung
zu erfassen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch
gelöst,
dass die Auslösung
der Infrarot-Kamera durch eine mit der Infrarot-Kamera verbundene Triggereinrichtung
erfolgt, durch die die von der Infrarot-Kamera aufgenommenen Bilder
auf einen ortsfesten Punkt oder eine ortsfeste Fläche festgelegt werden.
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Hiermit lassen sich sämtliche,
sich in einer Maschine zur Herstellung und/oder Veredelung einer Materialbahn
schnell bewegende Teile mit hoher Ortsauflösung erfassen, um deren Temperaturen
und Temperaturprofile zu gewinnen.
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Mittels der Triggereinrichtung, die
mit der Kamera verbunden ist, werden die einzelnen Bilder auf einen
ortsfesten Punkt eines sich bewegenden Maschinenbauteils, also beispielsweise
einer Walze oder eines Zylinders, festgelegt. Die nachträgliche Bearbeitung
der Bilder mittels eines Computers durch eine geeignete Software,
also beispielsweise eine Mapping-Software, und die Sortierung der
Bilder durch den Computer lässt
exakte Zuordnungen der räumlichen
Lage und der zeitlichen Veränderungen der
gemessenen Temperaturprofile an der Maschine zu.
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Mittels einer in der Maschine installierten
Infrarot-Kamera lassen sich Streifenbildungen auf rotierenden Walzenbezügen oder
Zylinderbeschichtungen ermitteln. Auch Temperaturverteilungen auf
der Materialbahn, insbesondere der Papierbahn, beim mechanischen
Entwässern
in der Sieb- und Pressenpartie lassen sich bestimmen. Temperaturverteilungen
beim thermischen Trocknen der Materialbahn in der Trockenpartie
lassen sich ebenso ermitteln. Ebenso dient das Verfahren dazu, Temperaturverteilungen
auf den verschiedenen Bespannungen, d. h. auf Sieben, Filzen oder
Vliesen, in der Maschine festzustellen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung in
Verbindung mit den Zeichnungen.
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Insbesondere vorteilhaft ist, wenn
an mehreren Bereichen der Maschine, insbesondere entlang des Laufs
der Materialbahn, und/oder an mehreren Stellen quer zum Lauf der
Materialbahn, von mehreren Infrarot-Kameras gleichzeitig Bilder
erzeugt werden, wobei die Infrarot-Kameras jeweils von einer ihnen
zugeordneten Triggereinrichtung oder einer gemeinsamen Triggereinrichtung
getriggert werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des
Verfahrens ist vorgesehen, dass mindestens eine Infrarot-Kamera
während
des Messens und/oder zwischen Messphasen quer zur Laufrichtung der
Materialbahn verfahren wird. Dadurch lässt sich der Temperaturverlauf über die
gesamte Breite der Materialbahn an einer bestimmten, festgelegten Stelle
in der Maschine oder auch der Maschine, beispielsweise über eine
Walze, ermitteln. Auch eine Längsverschiebbarkeit
der Infrarot-Kamera lässt
sich vorsehen.
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Mit Vorteil werden die von der Infrarot-Kamera
beziehungsweise von den Infrarot-Kameras
aufgenommenen Bilder einem Computer zur Verarbeitung und Auswertung
der Bilddaten und zur Erzeugung von Prozessdaten zugeführt Diese
Prozessdaten werden vorteilhaft zur Steuerung oder Regelung eines.
Parameters der Materialbahn und/oder der Maschine eingesetzt.
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Insbesondere lassen sich die Prozessdaten auch
zur Durchführung
eines Wechsels zwischen verschiedenen Prozessarten erfassen und
auswerten, insbesondere bei einem Sortenwechsel in einer Papiermaschine.
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Die Prozessdaten lassen sich mit
Vorteil zur Lokalisierung von Störungen,
insbe sondere von streifenförmigen
Temperaturprofilen in Richtung der Längsachse einer Walze oder eines
Zylinders der Maschine, auswerten.
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Ebenso bezieht sich die Erfindung
auch auf eine Vorrichtung, bei der die Infrarot-Kamera mit einer Triggereinrichtung
und zusätzlich
mit einem Computer zur Auswertung von von der Infrarot-Kamera gewonnenen
Bilddaten verbunden ist.
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Hierbei ist vorteilhaft die Triggereinrichtung als
Drehzahlmesser ausgebildet, oder es ist eine Einrichtung zur Messung
der Drehzahl vorgesehen. Die Triggereinrichtung lässt sich
auch durch Software in einer zur Verarbeitung dieser Software ausgebildeten Recheneinrichtung
realisieren.
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Dadurch, dass sich die Infrarot-Kamera
mittels einer bewegbaren Trägeranordnung
quer zur Laufrichtung der Materialbahn und/oder entlang der Laufrichtung
der Materialbahn bewegen lässt,
kann diese an vielen Stellen der Maschine eingesetzt werden. Die
Infrarot-Kamera hat vorzugsweise bezüglich der Trägeranordnung
mindestens einen translatorischen und/oder einen rotatorischen Freiheitsgrad.
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Die Infrarot-Kamera ist in einer
Ausgestaltung der Erfindung mit einem Objektiv zur Überdeckung
eines Winkels von beispielsweise mindestens 20° bezüglich des abzubildenden Objekts
ausgestattet. Das Objektiv lässt
sich jedoch auch ein Weitwinkelobjektiv einsetzen, das beispielsweise
einen Winkel bis zu 60° ermöglicht.
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Die Infrarot-Kamera lässt sich
auch im Bereich von Aggregaten zur Herstellung einer Faserstoffsuspension,
von Rohrleitungen zur Zuführung der
Faserstoffsuspension zu der Maschine, im Bereich einer Siebpartie,
vor, in oder nach einer Pressenpartie, im Bereich von Trockenzylindern,
von Filzen, Faservliesen oder Sieben einer Trockenpartie, im Bereich
eines Kalanders, im Bereich von Streicheinheiten oder einer Leimpresse
anordnen.
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Nachfolgend wird die Erfindung in
einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. In
den beigefügten
Zeichnungen zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Anordnung einer Infrarot-Kamera in
einer Maschine zum Herstellen einer Papierbahn in der Seitenansicht;
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2a, b eine Seitenansicht einer Papiermaschine;
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3 ein
Temperaturprofil einer Kalanderwalze, die ein Streifenmuster (Barringmuster)
aufweist; und
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4 eine
Aufnahme einer Infrarot-Kamera einer rotierenden Walze einer Papiermaschine.
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Eine sich bewegende Fläche, beispielsweise eine
runde Oberfläche
einer Walze oder eine ebene Fläche
einer sich in Richtung eines Pfeils A bewegenden Papierbahn 1 (1), wird mittels einer Hochgeschwindigkeits-Infrarot-Kamera 2 aufgenommen,
die bis zu 900 Bilder je Sekunde ohne Überlappungen durch die Bewegung
der Walze beziehungsweise der Papierbahn 1 erzeugt. Von
der Papierbahn 1 wird Wärmestrahlung
unter einem Winkel α =
90° zu der
Infrarot-Kamera abgestrahlt. Diese ist auf einer Trägeranordnung 3 quer
zur Bewegungsrichtung der Papierbahn 1 bewegbar angebracht.
Ferner ist die Kamera 2 auch drehbar und/oder zusätzlich in
ihrem Abstand zu der Papierbahn 1 verstellbar angeordnet. Über ein
Kabel 4 ist sie mit einer Triggereinrichtung 5 verbunden,
die den Zeitpunkt der Aufnahme durch die Kamera 2 vorgibt.
Die Triggereinrichtung 5 empfängt ihrerseits ein Signal zur
Erzeugung des Triggersignals, beispielsweise aufgrund der Drehzahl
der Zylinder und Walzen der Maschine oder durch eine angepasste
Analyse-Software eines Computers, welcher beispielsweise derselbe Computer 6 ist,
an den die Infrarot-Kamera 2 über ein beispielsweise bis
zu 20m langes Kabel 7 ihre Ausgangssignale abgibt. Der
Computer 6 führt
eine statistische Bearbeitung der von der Kamera 2 aufgenommenen
Bilder durch.
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Durch die Triggereinrichtung 5 werden
die von der Kamera 2 aufgenommenen Bilder auf einen ortsfesten
Punkt oder eine ortsfeste Fläche
festgelegt, so dass es möglich
ist, die Änderung
einer Temperatur auf dieser Fläche
oder an diesem Punkt während
der Produktion der Papierbahn 1 zu beobachten. Das von
der Kamera 2 aufgenommene Bild hat 320 × 240 Bildpunkte (Pixel). Alternative
Bildgrößen je nach
Aufnahmegeschwindigkeit sind 320 × 16 Pixel, 320 × 48 Pixel
oder 320 × 80
Pixel. Bei runden Oberflächen
wird je nach Abstand ein kleineres Fenster aufgenommen. Um breite
Walzen aufzunehmen, werden anstelle von 20°-Standardobjektiven Objektive mit einem Öffnungswinkel
von 60° eingesetzt.
Die nachträgliche
Bearbeitung und Sortierung der Bilder lässt exakte Zuordnungen der
räumlichen
Lage und der zeitlichen Veränderungen
der gemessenen Temperaturprofile in Maschinen- und in Querrichtung
zu.
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Eine Papiermaschine 8 (2a, b)
weist Aggregate 9 zur Erzeugung einer Faserstoffsuspension und
Rohrleitungen 10 zur Zuführung der Faserstoffsuspension
zu einem Stoffauflauf 11 auf, der diese in einen Spaltformer
mit einer Doppelsiebpartie 12 einbringt.
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Sowohl im Bereich der Aggregate 9,
der Rohrleitungen 10 als auch in der Doppelsiebpartie 12 lassen
sich Infrarot-Kameras 2 anordnen. An die Doppelsiebpartie 12 schließt sich
eine Pressenpartie 13 mit drei umlaufenden Filzen 14, 15 und 16.
Sowohl vor als auch nach der Pressenpartie lassen sich Infrarot-Kameras 2 einsetzen,
insbesondere im Bereich von Nipwalzen 17, 18 oder
der der Nipwalze 18 gegenüberliegenden Pickup-Walze 19.
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In der nachfolgenden Trockenpartie 20 werden
Trockenzylinder 21 und Umlenkwalzen 22 von Trockenfilzen 23 umschlungen.
Auch die Trockenzylinder 21 lassen sich mit und ohne Papierbahnbelegung
von einer Infrarot-Kamera 2 beobachten, beispielsweise
an Stellen B, C und D. Auch im Bereich weiterer Trockenfilze lassen
sich an den Stellen E, F und G Aufnahmen mit einer Kamera 2 durchführen.
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Der Trockenpartie 20 ist
ein Kalander 24 mit einer Vielzahl von Nipwalzen 25 angeordnet,
an denen ebenso wie an der Bahnoberseite im Bereich N vor dem Kalander 24,
an der Bahnunterseite im Bereich 1, ebenfalls vor dem Kalander 24,
oder im Bereich J nach dem Kalander 24 Beobachtungen mittels der
Kamera 2 möglich
sind. Dies gilt ebenso für
eine (hier nicht dargestellte) Vorrichtung zum Auftragen einer Beschichtung
auf die Papierbahn, eine Leimpresse oder eine Wickelmaschine zum
Aufwickeln der Papierbahn, wobei die Kamera 2 den Aggregaten insbesondere
sowohl vor- als auch nachgeordnet angebracht wird, um die Temperaturänderung
in dem jeweiligen Aggregat ermitteln zu können.
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3 zeigt
ein Temperaturprofil einer Temperatur T als Funktion der Bildfeldhöhe BF an
einer Kalanderwalze, die von oben nach unten dargestellt ist, wobei
die Temperatur einen Bereich von 1 bis 2 °C einnimmt und eine streifenförmige Struktur
(Barring) erkennbar wird.
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In 4 ist
eine Struktur von streifenförmigen
und sektionalen Temperaturprofilen zu erkennen, die mit einer erfindungsgemäßen Hochgeschwindigkeits-Infrarotkamera 2 unter
Einsatz einer Triggereinrichtung 5 an einer rotierenden
Walze einer Papiermaschine aufgenommen wurden. Dabei zeigt ein Pfeil
DR die Drehrichtung der Walze an. Sowohl in Drehrichtung (vertikaler
Verlauf) als auch senkrecht zur Drehrichtung (horizontaler Verlauf),
in Richtung der Längsachse
der Walze, sind Temperaturprofile erkennbar.