DE19643474A1

DE19643474A1 - Verfahren und Vorrichtung für die Online-Bestimmung der Faserausrichtung und Anisotropie in einem nicht-gewobenem Bahnmaterial

Info

Publication number: DE19643474A1
Application number: DE19643474A
Authority: DE
Inventors: Ake Arvid Hellstrom; Walter Anthony Gregory
Original assignee: ABB Industrial Systems Inc
Current assignee: ABB Automation Inc
Priority date: 1995-11-02
Filing date: 1996-10-22
Publication date: 1997-05-07
Anticipated expiration: 2016-10-23
Also published as: DE19643474B4; US5640244A

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Online-Messung von Eigenschaften von Materialbahnen, während sie hergestellt werden und, genauer gesagt, auf ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Online-Messung der Faserausrichtung und Anisotropie von nicht-gewobenen Materialbahnen, während sie hergestellt werden. Während die vorliegende Erfindung generell auf die Messung einer Vielfalt von nicht-gewobenen Materialbahnen anwendbar ist, wird sie hier unter Bezug auf die Herstellung von Papierbahnen beschrieben, für welche sie insbesondere anwendbar und zunächst angewandt worden ist.

Die Qualitätserfordernisse für fertige Papierprodukte stiegen immer weiter an, da die Ausrüstung bzw. Maschinen, welche derartige Produkte handhaben, technisch immer fortgeschrittener werden. Beispielsweise haben moderne Druckpressen und Kopiermaschinen beträchtlich gesteigerte Arbeitsgeschwindigkeiten. Gleichzeitig fordern die Personen, welche diese Ausrüstung verwenden, daß sie im wesentlichen fehlerfrei, ohne Zerreißen von Papier, Papierstaus, falsches Einfädeln oder dergleichen arbeiten. Zusätzlich zu der höheren Arbeitsgeschwindigkeit ist die Möglichkeit für Fehler weiter gesteigert aufgrund des intensiven und schnellen Aufheizens und Trocknens von Papier, beispielsweise in modernen Kopiermaschinen und Laserdruckern.

Ein Merkmal einer Papierbahn, welches einen großen Einfluß auf die Handhabungseigenschaften des aus der Bahn hergestellten Papieres hat, ist die Ausrichtung von Fasern der Bahn. Eine starke Ausrichtung in Längsrichtung der Maschine, welche gegenüber der Querrichtung der Maschine dominiert, macht die Bahn stärker in Längsrichtung, jedoch schwächer in Querrichtung oder seitlicher Richtung. Eine Faserausrichtung, die einen gewissen von Null verschiedenen Dominanzwinkel relativ zu der (Längs-) Richtung der Maschine hat, tritt üblicherweise aufgrund eines Strömungsmusters am nassen Ende der Papierherstellungsmaschine auf. Eine solche von Null abweichende Faserausrichtung bewirkt sehr oft, daß Papier ein diagonales Einrollen, Verdrillen und dergleichen zeigt. Noch problematischer ist es, wenn Unterschiede in der Faserausrichtung zwischen der oberen Fläche und der unteren Fläche einer Bahn eine starke Verziehungskraft bewirken, die dazu führen, daß Papierbögen sich aufrollen, sobald sich die Feuchtigkeit verändert. Das Aufrollen, sich Verdrillen und andere Verformungen aufgrund einer schlechten Faserausrichtung führt zu Problemen bei der Handhabung des Papiers, so daß das Papier unannehmbar ist.

Die Faserausrichtung ist im Stand der Technik auch schon gemessen worden. Faserausrichtungs messungen werden üblicherweise an fertigen Papierprodukten durchgeführt und können nur verwendet werden, um Papierherstellungsmaschinen künftig einzustellen. Derartige Messungen führen zur Herstellung von beträchtlichen Mengen an Papierbahnen, die möglicherweise unannehmbar sind, und sie ermöglichen keine Steuerung der Papierherstellungsmaschine während der Produktion, um sc die Faserausrichtung zu steuern. Während schon einige Meßverfahren der Faserausrichtung für Online-Sensoren für die Messung von einer oder beiden Seiten einer Papierbahn entwickelt worden sind, siehe z. B. US-Patent Nr. 5.394.247 und die veröffentlichte europäische Patentanmeldung Nr. 0 612 977 A2, sind der Anmelderin keinerlei kommerziell erfolgreiche Online-Sensoren bekannt, die derzeit in Betrieb sind.

Papierherstellungsmaschinen und Systeme für die Steuerung von Papierherstellungsmaschinen haben bei dem Versuch einer besseren Überwachung und Steuerung verschiedener Eigenschaften von Papierbahnen beträchtliche Verbesserungen erfahren, um dadurch zunehmend konsistente bzw. gleichbleibende, fertige Papierprodukte von immer höherer Qualität herzustellen. Diese modernen Maschinen stellen die Fähigkeit bereit, die Qualität der gerade hergestellten Papierbahn einschließlich der Faserausrichtung in der Bahn dynamisch zu steuern. Unglücklicherweise fehlt doch bisher eine Online-Messung der Faserausrichtung und ihrer Steuerung.

Es besteht also das Bedürfnis nach einer wirtschaftlichen, genauen Online-Messung für die Faserausrichtung in Maschinen, die nicht-gewobene Bahnmaterialien herstellen, wie z. B. eine Papierherstellungsmaschine. Vorzugsweise sollte eine solche Online-Messung sowohl die Faserausrichtung der Bahn als auch die Faseranisotropie messen. Zusätzlich würde die Online- Messung das Messen der Faserausrichtung sowohl für die Oberseite der Bahn als auch für die Unterseite der Bahn erlauben.

Zusammenfassung der Erfindung

Dieses Erfordernis wird erfüllt durch die Erfindung gemäß der vorliegenden Anmeldung, wobei ein Verfahren und eine Vorrichtung für das Erzeugen von Signalen bereitgestellt werden, die repräsentativ für die Faserausrichtung in einer nicht-gewobenen Materialbahn sind, und, genauer gesagt, für die Online-Messung der Faserausrichtung und Anisotropie in einem nicht-gewobenen Bahnmaterial, während die Bahn hergestellt wird. Während Messungen unter Verwendung einer einzelnen Lichtquelle gemacht werden können, richtet vorzugsweise ein optischer Scanner zumindest drei Lichtquellen auf einen Abtast- bzw. Erfassungsbereich einer Materialbahn, die überwacht wird. Licht von jeder Lichtquelle, welches durch Reflexion von dem Erfassungsbereich gestreut wird, wird von einem Paar von Lichtsensoren erfaßt, die auf jeder Seite der Einfallebene angeordnet sind, welche den einfallenden Lichtstrahl enthält. Licht von jeder Lichtquelle, welches zurückgestreut wird, wird ebenfalls durch zumindest einen Lichtsensor erfaßt, der im allgemeinen oberhalb des Abtast- bzw. Erfassungsbereiches angeordnet ist. Vorzugsweise werden zwei Sensoren für zurückgestreutes Licht für jede Lichtquelle bereitgestellt, wobei ein Lichtsensor allen Lichtquellen gemeinsam ist und je ein Lichtsensor jeder der Lichtquellen zugeordnet ist. Die Signale von den Lichtsensoren für jede der Lichtquellen werden miteinander kombiniert, um daraus resultierende Faserausrichtsignale zu erzeugen, die verwendet werden, um einen Faser ausrichtungswinkel relativ zu der Maschinenrichtung sowie eine Anisotropieeigenschaft für die Bahn zu berechnen.

Die mehrfachen Lichtquellen werden moduliert und die Signale von den Lichtsensoren werden synchron demoduliert, so daß das Licht, welches gleichzeitig auf den Abtastbereich auftrifft, elektrisch aufgespalten wird, so daß es optischen Pfaden entspricht, welche durch die Lichtquellen definiert werden. Das entstehende Signal definiert Punkte auf einer im allgemeinen elliptischen, polaren Verteilungsfunktion einer resultierenden Faserausrichtungskurve. Die Kurve wird angenähert durch eine Gleichung, wobei die gemessenen Punkte in die Gleichung eingesetzt werden, um einen Satz von Gleichungen zu bilden, beispielsweise drei Gleichungen mit drei Unbekannten, die dann gelöst wird, um die Faserausrichtung und Anisotropie der gemessenen Bahn zu bestimmen.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren für die Online-Messung der Faserausrichtung in einem nicht-gewobenem Bahnmaterial, welches in einer Maschinenrichtung läuft, die Schritte auf: Richten von Licht aus zumindest drei Lichtquellen auf einen Abtastbereich der Materialbahn, wobei die Lichtquellen relativ zueinander unter verschiedenen Winkeln angeordnet und in einer entsprechenden Anzahl von Einfallebenen angeordnet sind, die in etwa senkrecht zu der Materialbahn ausgerichtet sind, und sich in dem Abtastbereich schneiden, um Licht in Richtung des Abtastbereiches unter spitzen Einfallwinkeln relativ zu der Materialbahn entlang der jeweiligen Achsen innerhalb der Einfallebenen zu richten, Erfassen von Licht, welches unter Reflexion von dem Abtastbereich gestreut wird, an Stellen, die näherungsweise jeder der Lichtquellen diametral gegenüberliegen, jedoch beiderseits der Einfallebenen, Erzeugen von Reflexionssignalen aus dem erfaßten, unter Reflexion gestreuten Licht, Erfassen des Lichtes, welches aus dem Abtastbereich an Stellen zurückgestreut wird, die jeder der Lichtquellen zugeordnet sind, wobei die Erfassungsorte des zurückgestreuten Lichtes in etwa innerhalb der Einfallebenen liegen und oberhalb des Abtastbereiches angeordnet sind, Erzeugen von Rückstreusignalen aus dem erfaßten, zurückgestreuten Licht, Kombinieren der Reflexionssignale und der Rückstreusignale für jede der Lichtquellen, um daraus resultierende Faserausrichtungs signale zu erzeugen, und Berechnen eines Faserausrichtungswinkels relativ zu der Maschinenrich tung aus den resultierenden Faserausrichtsignalen. Vorzugsweise wird das unter Reflexion gestreute Licht unter Verwendung von Polarisationsfiltern gefiltert, bevor der Schritt des Erfassens des unter Reflexion gestreuten Lichtes, welches aus dem Abfüllbereich empfangen wird, durchgeführt wird.

Das Verfahren kann weiterhin den Schritt aufweisen, daß die zumindest drei Lichtquellen moduliert werden, wobei der Schritt des Erzeugens von Reflektivitätssignalen den Schritt aufweist, daß das erfaßte, unter Reflexion gestreute Licht demoduliert wird, und den Schritt, daß Rückstreusignale erzeugt werden, was den Schritt einschließt, daß das erfaßte rückgestreute Licht demoduliert wird. Das Verfahren kann weiterhin den Schritt aufweisen, daß eine Anisotropieeigenschaft für das Bahnmaterial aus den sich ergebenden Faserausrichtsignalen berechnet wird. Das Verfahren kann weiterhin den Schritt aufweisen, die Lichtquellen voneinander unter Winkelabständen anzuordnen, die näherungsweise einem Winkel von 360°, geteilt durch die Anzahl der Lichtquellen, entsprechen.

Vorzugsweise weist der Schritt des Erfassens des unter Reflexion von dem Abtastbereich zurückgestreuten Lichtes die Schritte auf: Erfassen von Licht unter einer ausgewählten Anzahl von (Winkel-) Graden links von jeder Einfallebene und in etwa diametral gegenüberliegend jeder der Lichtquellen, und Erfassen von Licht unter einer ausgewählten Anzahl von Graden rechts von der Einfallebene und in etwa diametral gegenüberliegend an jeder der Lichtquellen. Für diese Ausführungsform weist der Schritt des Erzeugens von Reflektivitätssignalen aus dem erfaßten, unter Reflexion gestreuten Licht die Schritte auf: Erzeugen eines ersten Reflektivitätssignales aus dem unter Reflexion gestreuten Licht, welches unter einer ausgewählten Anzahl von Graden links von jeder Einfallebene und in etwa diametral gegenüberliegend von jeder der Lichtquellen erfaßt wird, und Erzeugen eines zweiten Reflektivitätssignals von unter Reflexion gestreutem Licht, welches unter einer ausgewählten Anzahl von Graden rechts von der Einfallebene und in etwa diametral gegenüberliegend von jeder der Lichtquellen erfaßt wird.

Weiterhin wird bei dieser Ausführungsform der Schritt des Erfassens von aus dem Abtastbereich unter Reflexion gestreuten Licht unter spitzen Reflexionswinkeln durchgeführt, die im wesentlichen dieselben sind, oder etwas geringer sind als die spitzen Einfallwinkel relativ zu der Materialbahn. Zusätzlich weist der Schritt des Erfassens von aus dem Abtastbereich zu Orten zurückgestreutem Licht, welche jeder der Lichtquellen zugeordnet sind, die Schritte auf: Erfassen von Licht im wesentlichen direkt oberhalb des Abtastbereiches, und Erfassen von Licht oberhalb des Abtastbereiches und unter einer ausgewählten Anzahl von Graden in Richtung jeder der Lichtquellen in etwa innerhalb der Einfallebenen. Für die Zwecke der Verarbeitung weist der Schritt des Erzeugens von Rückstreusignalen aus dem erfaßten, rückgestreuten Licht vorzugsweise die Schritte auf: Erzeugen eines ersten Rückstreusignales von zurückgestreutem Licht, welches direkt oberhalb des Abtastbereiches erfaßt wird, und Erzeugen eines zweiten Rückstreusignales von zurückgestreutem Licht, welches oberhalb des Abtastbereiches und unter einer ausgewählten Gradzahl in Richtung jeder der Lichtquellen in etwa innerhalb der Einfallebenen erfaßt wird.

Der Schritt des Kombinierens der Reflektivitätssignale und der Rückstreusignale für jede der Lichtquellen, um daraus resultierende Faserausrichtsignale zu erzeugen, kann die Schritte aufweisen: Multiplizieren der ersten und zweiten Reflektivitätssignale miteinander, Multiplizieren der ersten und zweiten Rückstreusignale miteinander und Dividieren des Produktes der ersten und zweiten Reflektivitätssignale durch das Produkt der ersten und zweiten Rückstreusignale. Weiterhin können die Schritte des Berechnens eines Faserausrichtwinkels relativ zu der Maschinenrichtung aus den resultierenden Faserausrichtsignalen und das Berechnen einer Anisotropieeigenschaft für das Bahnmaterial den Schritt aufweisen: Lösen der Gleichung R(α + cos)2(α-θ))) für θ und α wobei R(α) eine polare Verteilungsfunktion der resultierenden Faserausrichtsignale ist, α ein polarer Koordinatenwinkel ist und K eine Größenskalierungskonstante ist, wobei θ der Verkippungswinkel einer Hauptorientierungsachse der polaren Verteilungsfunktion R(α) ist, welche den Faserausrichtwinkel wiedergibt, und a eine elliptische Größenkonstante ist, die die Anisotropie der Bahn wiedergibt.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein optischer Scanner für die Bestimmung von Eigenschaften einer Bahn aus einem nicht-gewobenem Material zumindest drei Lichtquellen auf, die so angeordnet sind, daß sie Licht auf einen Abtast- bzw. Abtastbereich der Materialbahn unter einem spitzen Winkel relativ zu der Materialbahn richten. Die Lichtquellen sind voneinander und um den Abtastbereich herum beabstandet und strahlen das Licht entlang ihrer jeweiligen Achsen ab. Paare von Sensoren für unter Reflexion gestreutes Licht, deren Anzahl der Anzahl der Lichtquellen entspricht, sind vorgesehen, wobei jedes Paar von Lichtsensoren auf je einer Seite einer Einfallebene und im Abstand zu dieser angeordnet ist, welche senkrecht zu der Bahn verläuft und eine Achse enthält, entlang welcher das Licht von jeder der Lichtquellen auf den Abtastbereich gerichtet wird. Die Paare von Lichtsensoren erzeugen erste erfaßte Lichtsignale unter Ansprechen auf das empfangene, unter Reflexion gestreute Licht, und zumindest ein Sensor für zurückgestreutes Licht, welcher oberhalb des Abtastbereiches der Bahn angeordnet ist, erzeugt zweite Signale von erfaßtem Licht unter Ansprechen auf das empfangene, zurückgestreute Licht. Vorzugsweise weist der optische Scanner weiterhin Polarisationslichtfilter auf, die den Paaren von Sensoren für unter Reflexion gestreutes Licht zugeordnet sind, um das unter Reflexion von dem Abtastbereich gestreute Licht zu filtern.

Für Zwecke der Signalverarbeitung kann der Scanner weiterhin einen Modulatorschaltkreis zur Erzeugung von Modulationssignalen für die Lichtquellen aufweisen. Synchrone Detektorschalt kreise sind an die Paare von Sensoren für unter Reflexion gestreutes Licht und den Sensor für zurückgestreutes Licht angeschlossen und werden von den Modulationssignalen getrieben, um die den Lichtquellen entsprechenden Quellsignale aus den ersten und zweiten erfaßten Lichtsignalen zu extrahieren bzw. abzutrennen. Der Modulatorschaltkreis kann eine Uhr bzw. einen Zeitgeber für die Erzeugung eines ersten Signales aufweisen, welches eine im wesentlichen feste Frequenz hat, einen ersten Teilerschaltkreis aufweisen, um das erste Signal durch 2 zu teilen, um ein zweites Signal zu erzeugen, welches eine Frequenz von im wesentlichen der Hälfte der Frequenz des ersten Signales hat, und einen zweiten Teilerschaltkreis aufweisen, um das zweite Signal durch 2 zu teilen, um ein drittes Signal zu erzeugen, welches eine Frequenz von im wesentlichen der Hälfte der Frequenz des zweiten Signales hat. Die ersten, zweiten und dritten Signale dienen dann als die Modulationssignale. In einer praktisch arbeitenden Ausführungsform der Erfindung beträgt die erste Frequenz näherungsweise 40 kH, die zweite Frequenz etwa 20 kH und die dritte Frequenz etwa 10 kH.

Der optische Scanner kann weiterhin Tiefpaßfilter aufweisen, um die Quellsignale in Reflektivitäts signale umzuwandeln, welche dem erfaßten, unter Reflexion gestreuten Licht entsprechen, und Rückstreusignale, welche dem erfaßten rückgestreuten Licht entsprechen. In einer praktisch arbeitenden bzw. verwirklichten Ausführungsform der Erfindung lassen die Tiefpaßfilter-Frequenzen gleich und unterhalb von etwa 1 kHz hindurch.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen von Signalen bereitzustellen, die die Faserausrichtung einer Materialbahn wiedergeben, unter Verwendung von unter Reflexion gestreutem Licht, welches auf je einer Seite einer Einfallebene erfaßt wird, die eine Lichtquelle einschließt, welche unter einem spitzen Winkel relativ zu der Bahn ausgerichtet ist, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Faserausrichtung einer Materialbahn bereitzustellen, während die Bahn hergestellt wird, d. h. Online bzw. im Arbeitsbetrieb unter Verwendung von unter Reflexion gestreutem Licht und zurückgestreutem Licht, und ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Faserausrichtung einer Materialbahn bereitzustellen, die arbeiten, während die Bahn herstellt wird, indem zumindest drei Lichtquellen auf die Bahn gerichtet werden, das unter Reflexion gestreute und zurückgestreute Licht gemessen und die resultierenden Signale kombiniert werden, um die Faserausrichtung und Anisotropie der Bahn zu bestimmen.

Andere Ziele und Vorteile der Erfindung werden offensichtlich anhand der folgenden Beschreibung, der zugehörigen Zeichnungen und der anhängenden Ansprüche.

Kurzbeschreibung der Figuren

Fig. 1 ist eine schematische, perspektivische Ansicht, welche von einer linierten Fläche unter Reflexion gestreutes Licht veranschaulicht,

Fig. 2 ist eine schematische, perspektivische Ansicht, in welcher von einer linierten Fläche zurückgestreutes Licht veranschaulicht wird,

Fig. 3 ist eine elliptische oder halbelliptische polare Verhältnisverteilung eines resultierenden Faserausrichtungssignales,

Fig. 4 ist eine idealisierte Darstellung von unter Reflexion gestreuten Signalen und zurückgestreuten Signalen anhand einer Analyse eines Abschnittes aus einer nicht gewobenen Materialbahn,

Fig. 5 ist eine schematische Ansicht von unten auf einen optischen Scanner gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 6 ist eine schematische Schnittansicht des optischen Scanners nach Figur mit einem Schnitt entlang der Schnittlinie 6-6 in Fig. 5,

Fig. 7-10 veranschaulichen schematisch eine Lichtquelle und die zugehörigen Lichtsensoren für die Erfassung ihrer Beleuchtung bzw. Ausleuchtung von einem Abtastbereich von einer Bahn aus nicht-gewobenem Material, und

Fig. 11 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Signalverarbeitungssystems für die Umsetzung bzw. Funktionsweise der Erfindung gemäß der vorliegenden Anmeldung.

Genaue Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung der vorliegenden Anmeldung wird jetzt unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Zur Verdeutlichung der vorliegenden Erfindung wird zunächst ihre Entwicklung beschrieben. In einem anfänglichen Schritt hat die Anmelderin Glanz- bzw. Glättemessungen in Maschinenrichtung (MD) und quer zur Maschinenrichtung (CD) durchgeführt. Die Glanz- bzw. Glättemessungen erfolgten unter Reflexion oder spiegelnd und ergaben sehr kleine Unterschiede zwischen den MD-Messungen und den CD-Messungen, mit Unterschieden in der Größenordnung von wenigen Prozent. Ein zusätzliches Problem bei der Verwendung von Glanzmessungen wurde dahingehend festgestellt, daß das Kalandrieren bzw. Satinieren der Papierbahn während ihrer Herstellung die Testergebnisse ändern würde. Eine direkte (gerade) Reflexionsmessung einer Papierbahn war also für die Messung der Faserausrichtung ineffektiv bzw. ungeeignet.

Nach diesen anfänglichen Tests begann die Anmelderin zu untersuchen, wie die Unempfindlichkei ten und Fluktuationen beseitigt werden konnten, welche aus der Verwendung von Glanzmessun gen für die Erfassung der Faserausrichtung resultierten. Licht, welches auf eine linierte Fläche fiel, beispielsweise eine Metalloberfläche mit fein gezeichneten (gekörnten), parallelen Nuten, die durch Sandstrahlen, Schleifen, Fräsen oder dergleichen hergestellt wurden, wurde untersucht, was zu der Beobachtung führte, daß Licht von einer Quelle 102, welches auf eine linierte Oberfläche 104 und parallel zu den Linien der linierten Fläche 104 auftraf, eine Reflexionsstreuung des Lichtes mit einer konusförmigen Lichtverteilung 106 erzeugt, wie in Fig. 1 dargestellt. Das unter Reflexion gestreute Licht innerhalb der konusförmigen Lichtverteilung 106 kann außerhalb der Achse, d. h. außerhalb der Achse der Lichtquelle 102, auf jeder Seite der Einfallebene 108 der Lichtquelle 102 gemessen werden, z. B. durch Lichtdetektoren 110, 112, so daß Veränderungen in der Spiegelung der linierten Oberfläche 104 die Größe bzw. das Maß des unter Reflexion gestreuten Lichtes nicht wesentlich beeinflussen.

Wenn Licht von der Quelle 102 im wesentlichen senkrecht zu den Linien der linierten Fläche 104 gerichtet wird, so wird eine Rückstreuung des Lichtes mit einer Lichtverteilung 114 im wesentlichen in der Einfallebene 108 der Lichtquelle 102 erzeugt. Zurückgestreutes Licht in der Lichtverteilung 114 kann an einer Stelle im wesentlichen oberhalb eines beleuchteten oder Abtastbereiches 116 der linierten Fläche 104 gemessen werden, z. B. durch zumindest einen Lichtdetektor 118.

Um Störungen erster Ordnung zu unterdrücken, wollte die Anmelderin den Faserausrichtsensor gemäß der vorliegenden Erfindung auf radiometrische Weise betreiben. Dementsprechend wurde das Verhältnis der Signale von reflektiv gestreutem Licht zu den Signalen von zurückgestreutem Licht für die Erfassung der Faserausrichtung ausgewählt. Wenn man das Verhältnis dieser beiden Signale hernimmt, so erzeugt dieses eine viel größere Unterscheidung der Faserausrichtung als die Verwendung nur eines Signales in Anbetracht der Eigenschaften dieser Signale, d. h. die Signale des unter Reflexion gestreuten Lichtes sind maximal, wenn die Signale des zurückgestreu ten Lichts minimal sind (für eine Probe mit einer Faserausrichtung entlang des Meßweges), und die Signale des unter Reflexion gestreuten Lichtes sind minimal, wenn die Signale des zurückgestreuten Lichtes maximal sind (für eine Probe mit einer Faserausrichtung, die im wesentlichen senkrecht zu dem Meßweg verläuft), siehe Fig. 4. Die radiometrische Verarbeitung liefert auch eine Gleichtaktunterdrückung von unerwünschten Effekten der Bahn- und Bogenhel ligkeit, der Intensität der Quelle und dergleichen.

Anfänglich wurde eine Laborauswertung durchgeführt mit einer Papierprobe, die in einer Art und Weise ähnlich dem Stand der Technik für Erfassungsanordnungen der Faserausrichtung Offline gedreht wurde. Ablesungen wurden alle 15° bei einer vollen 360°-Drehung vorgenommen und führten zu einer ausgeprägten und ausrichtungsabhängigen, elliptischen oder halbelliptischen, polaren Verhältnisverteilung wie in Fig. 3 dargestellt. Die besten Ergebnisse wurden erzielt unter Verwendung eines 780 nm-IR-Lasers als Lichtquelle 102, der parallel zur Papieroberfläche polarisiert war, wobei Polarisationsfilter mit einer Polarisationsebene, die ebenfalls parallel zu der Papieroberfläche war, vor jedem der Lichtdetektoren 110, 112 für unter Reflexion gestreutes Licht angeordnet waren.

Eine Betrachtung der Fig. 1 und 2 zeigt, daß das Muster des gestreuten Lichtes von dem konischen Lichtmuster gemäß der konusförmigen Lichtverteilung 106, wenn die Faserausrichtung parallel zur Einfallebene 108 ist, sich zu einem vertikalen Band gemäß der Lichtverteilung 114 ändert, wenn die Faserausrichtung gedreht oder verschoben wird, so daß sie senkrecht zu der Einfallebene 108 verläuft. Wie es im wesentlichen in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, sind zwei Lichtdetektoren 110,112 für das Erfassen des unter Reflexion gestreuten Lichtes vorgesehen und ein Lichtdetektor 118 ist vorgesehen, um zurückgestreutes Licht zu erfassen. Um jedoch eine Symmetrie bei der Signalverarbeitung und eine weitergesteigerte Empfindlichkeit bereitzustellen, kann ein zweiter Rückstreudetektor 120 hinzugefügt werden, wie es gestrichelt in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist.

Die Signale von den Lichtdetektoren 110, 112, welche das unter Reflexion gestreute Licht von der Lichtquelle 102 überwachen, und der Lichtdetektoren 118, 120, welche das von der Lichtquelle 102 zurückgestreute Licht überwachen, werden so verarbeitet, daß sie ein Faserausrichtungssignal R ergeben. Das resultierende Faserausrichtsignal R wird berechnet unter Verwendung der Gleichung:

R = (R1×R2)/(BS1×BS2) (1)

wobei R1 und R2 die Reflektivitätssignale sind, die von den Lichtdetektoren 110, 112 erzeugt werden, und BS1 und BS2 die Rückstreusignale sind, die von den Lichtdetektoren 118,120 erzeugt werden. Idealisierte Kurvenverläufe der Signale R1, R2, BS1, BS2, die sich aus der oben erwähnten Laborauswertung ergeben haben, sind in Fig. 4 dargestellt. Es versteht sich, daß die Kurven in Fig. 4 prinzipiell die Signalveränderungen zeigen, weiche während der Drehung eines Bogens in Laborexperimenten beobachtet wurden. Die Grafiken sind jedoch nicht die Rohdaten, sondern sind überarbeitet worden, um Rauschen und Unregelmäßigkeiten zu beseitigen, um ein besseres Verständnis der Signalerzeugung für die vorliegende Erfindung bereitzustellen.

Unter Fortsetzung der Skizzierung der vorhergehenden Entwicklung, werden jetzt das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung der vorliegenden Anmeldung für die Online-Bestimmung der Faserausrichtung und Anisotropie einer nicht-gewebten Bahn, wie z. B. einer Papierbahn, beschrieben. Wie zuvor bereits erwähnt, ergibt sich, wenn ein Papiersensor und die Lichtquelle /die Lichterfassungsvorrichtung gemäß den Fig. 1 und 2 relativ zueinander gedreht werden und Ablesungen für eine vollständige 360°-Drehung vorgenommen werden, eine ausrichtungs abhängige, elliptische oder halbelliptische, polare Verhältnisverteilung wie in Fig. 3 dargestellt.

Eine Ellipsengleichung ist eine Annäherung, die nur für kleine Abweichungen von einer Kreisform gültig ist. Es gibt viele bekannte Verfahren, um ovale Formen mathematisch zu beschreiben, einschließlich mehrfacher trigonometrischer Therme und Korrekturfaktoren für asymmetrische Formen. Die Auswahl eines geeigneten mathematischen Modells für die Verwendung bei einem Online-Sensor muß hinreichend einfach sein, um eine Realzeitverarbeitung zu ermöglichen, und dennoch genau genug in den typischen Bereichen von Papierprodukten. Die Anmelderin der vorliegenden Erfindung hat experimentelle Daten an verschiedene mögliche Gleichungen angepaßt und sich für ein akzeptabel gutes und einfaches Modell entschieden, welches in der Literatur wohlbekannt ist und geschrieben werden kann als:

R(α) = K/(a + cos (2(α-θ))) (2)

wobei R (α) die polare Verteilungsfunktion des resultierenden Faserausrichtungssignales ist, α der polare Koordinatenwinkel ist, θ der Verkippungswinkel der Hauptachse der Faserausrichtung ist, K eine Größenskalierungskonstante ist und a (<1) eine Elliptizitätsgrößenkonstante ist, welche die Faseranisotropie wiedergibt. Die elliptische Größenkonstante bzw. Elliptizitätskonstante ist größer für eine mehr kreisförmige Verteilung und kleiner für eine in hohem Maße ausgerichtete, elliptische Verteilung.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Satz von Gleichungen entwickelt, indem die sich ergebenden Faserausrichtsignale bei einer entsprechenden Anzahl von Polarwinkeln von 0 bis 360° gemessen werden. Die gemessenen Signale werden in die Gleichung (2) eingesetzt, um den Satz von Gleichungen zu bilden, die dann gelöst werden, um den Verkippungswinkel der Faserausrichtung und die Anisoptropie einer Bahn von Materialien zu messen, während sie hergestellt wird, d. h. Online. Das bedeutet, daß eine unbekannte Verteilungsfunktion eines resultierenden Faserausrichtsignales R(α) bestimmt wird, oder eher das K, a und α bestimmt werden, indem ein Satz von zumindest drei Gleichungen gelöst wird, welche aus zumindest drei gegebenen, polaren Messungen bei bestimmten Winkeln herrühren. In der dargestellten Ausführungsform sind die drei definierten polaren Winkel 0°, 120° und 240°, wie in Fig. 3 dargestellt. Drei getrennte Messungen bei diesen Winkeln werden verwendet, um die polare Verteilungsfunktion vollständig zu definieren und dadurch den Verkippungswinkel θ der Faserausrichtung und die Anisotropie a zu messen.

Um die Faserausrichtung und Anisotropie Online zu messen, ist es erforderlich, daß die Messungen ohne mechanische Drehung entweder der Sensorvorrichtung oder der gerade gemessenen Bahn durchzuführen. Insoweit ist ein optischer Abtastsensor entwickelt worden, der gleichzeitig drei Messungen der Bahn aus drei verschiedenen Winkeln durchführt. Selbstver ständlich könnten mehr als drei Messungen gemäß der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden, jedoch werden aus Gründen der Kosten und der Komplexität derzeit drei Messungen bevorzugt.

Eine beispielhafte Ausführungsform eines optischen Scanners 122 mit einem Feld von Quellen und Detektoren in einem kreisförmigen Gehäuse 123 ist in den Fig. 5 und 6 dargestellt. Für die Ausführungsform wird Licht durch drei Quellen 102a, 102b, 102c erzeugt, wobei derzeit 780 nm-IR- Laser die bevorzugten Lichtquellen sind, welche in einer kreissymmetrischen Anordnung und unter 120° Winkelabstand angeordnet sind, um einen Abtastbereich 124 einer Materialbahn 126 zu beleuchten, welche sich während ihrer Herstellung durch eine Papierherstellungsmaschine bewegt. Wie in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist, sind die Lichtquellen vertikal montiert und Spiegel, die durch einen Spiegel 128 wiedergegeben werden, lenken unter einem spitzen Winkel A Licht auf den Abtastbereich 124.

Es sind drei Sätze von entsprechenden Sensoren 110a-110c und 112a-112c vorgesehen. Aufgrund der Konusform der Lichtverteilung 106, sind die für reflektiertes Licht vorgesehenen Sensoren 110a-110c und 112a-112c so angeordnet, daß sie Licht aus dem Erfassungsbereich 124 unter einem Winkel B empfangen, der etwas kleiner ist als der Winkel A. Wie zuvor bereits erwähnt, und wie derzeit bevorzugt ist, können Lichtquellen mit polarisiertem Licht und entsprechende Polarisationslichtfilter vor jedem der Detektoren 110, 112 für unter Reflexion gestreutes Licht verwendet werden. Ein Beispiel eines solchen Polarisationslichtfilters 112f ist in Fig. 6 dargestellt. Auch wenn es nicht ausdrücklich dargestellt ist, so sollte es doch offensichtlich sein, daß passende Polarisationsfilter an den Detektoren 110, 112 für reflektiv gestreutes Licht angebracht oder diesen auf andere Weise zugeordnet sein können.

Zumindest ein Sensor 118 für zurückgestreutes Licht ist vorgesehen und vorzugsweise sind drei Sätze von entsprechenden Rückstreulichtsensoren 118, 120a-120c, wie noch beschrieben wird, vorgesehen. Der zentrale Sensor 118 für zurückgestreutes Licht wird zwischen allen drei Lichtquellen 102a, 102b, 102c geteilt, wie dargestellt, die Sensoren 120a-120c für zurückgestreutes Licht befinden sich in Einfallebenen IPa, IPb, IPc ihrer jeweiligen Lichtquellen 102a, 102b, 102c und sie sind um eine ausgewählte Gradzahlen C von dem zentralen Sensor 118 für zurückgestreu tes Licht in Richtung der Lichtquellen 102a, 102b, 102c angeordnet, siehe Fig. 6 und 7.

Um den Aufbau des optischen Scanners 122 deutlicher zu machen, sind eine Lichtquelle 102a und Lichtsensoren für das Erfassen ihrer Ausleuchtung des Abtastbereiches 124 in schematischer Form in den Fig. 7 bis 10 wiedergegeben.

Der Erfassungsbereich 124 wird gleichzeitig durch alle Lichtquellen 102a, 102b, 102c beleuchtet, dementsprechend müssen die einzelnen Beleuchtungen, die von jeder der Lichtquellen 102a, 102b, 102c bewirkt werden, voneinander isoliert werden, um, wie oben unter Bezug auf die Gleichung (2) beschrieben, nach der Faserausrichtung und Anisotropie auflösen zu können. Eine solche Signaltrennung ist notwendig, um kontinuierlich und mit einer ausreichend hohen Geschwindigkeit zu messen, so daß Licht entlang aller drei optischer Pfade innerhalb der Einfallebenen IPa, IPb, IPc gleichzeitig gemessen werden kann.

Die Messungen müssen mit einer sehr hohen Geschwindigkeit durchgeführt werden, wobei das Ansprechen der Sensoren eine Millisekunde oder weniger beträgt. Gemäß der Erfindung der vorliegenden Anmeldung ist ein neues Signalverarbeitungssystem 130 entwickelt worden, um die Beiträge der Quellen von den jeweiligen Sätzen von Detektoren mit sehr geringem Übersprechen voneinander zu isolieren, siehe Fig. 11.

In dem Signalverarbeitungssystem 130 werden die Lichtquellen 102a, 102b, 102c bei drei unterschiedlichen, hohen Frequenzen jeweils moduliert. In einer funktionsfähigen Ausführungsform der Erfindung betrugen die Modulationsfrequenzen 40 kH, 20 kH und 10 kH. Moderne Festkörperlaserdioden haben sehr schnelle Ansprechzeiten und können mit Frequenzen in dem Bereich von Hunderten von Megahertz moduliert werden, falls dies gewünscht wäre. Die Modulationsfrequenzen dieser drei Lichtquellen 102a, 102b, 102c sollten von einem gemeinsamen Taktoszillator 132 abgeleitet werden, mit konventionellen Frequenzteilern 134, 136, damit die resultierende Signalverarbeitung exaktohne irgendwelche Schwebungsfrequenzen erfolgen kann.

Die Modulationssignale von dem Oszillator 132 und den Teilern 134, 136 werden zu Treiberschalt kreisen 138, 140, 142 durchgeleitet, die ihrerseits die Laser- oder Lichtquellen 102a, 102b, 102c treiben. Die drei Lichtsignale von den Lichtquellen 102a, 102b, 102c werden in dem Abtastbereich 124 optisch gemischt oder addiert und werden jeweils durch die Lichtsensoren 110a-110c, 112a- 112c, 118, 120a-120c des optischen Scanners 122 in elektrische Signale umgewandelt.

Die Abtrennung der komplexen Signale von jedem der Lichtsensoren 110a-110c, 112a-112c, 118, 120a-120c, welche zunächst durch Vorverstärkerschaltkreise 144 verstärkt werden, wird durch die synchronen Detektorschaltkreise 146 für jeden der Kanäle durchgeführt. Die synchronen Detektorschaltkreise 146 sind von konventioneller Art, wobei jeder im wesentlichen einen Multiplikator für eine Verstärkung von +1 oder -1 bereitstellt, in Abhängigkeit von einem digitalen Steuersignal. Die digitalen Steuersignale für die synchronen Detektorschaltkreise 146 sind dieselben wie die Modulationssignale von dem Oszillator 132 und den Teilern 134, 136, wie in Fig. 11 dargestellt ist. Die Ausgangssignale von dem zentralen Sensor 118 für zurückgestreutes Licht werden von einem Satz von drei synchronen Detektoren 146c verarbeitet, so daß Signale, welche je einer der Lichtquellen 102a, 102b, 102c entsprechen, erzeugt werden können.

Tiefpaßfilter 148, die in einer funktionierenden Ausführungsform eine Abschneidefrequenz von näherungsweise 1 kHz haben, entfernen Schaltkomponenten aus den Signalen und ergeben ein reines Gleichspannungsausgangssignal. Indem die synchronen Detektorschaltkreise durch die Modulationssignale von dem Oszillator 132 und den Teilern 134, 136 gesteuert bzw. kontrolliert werden, kann der Beitrag von jeder der Lichtquellen 102a, 102b, 102c zu den komplexen Detektorsignalen, welche Komponenten von allen drei der Lichtquellen 102a, 102b, 102c haben, voneinander insoliert werden. In einer funktionierenden Ausführungsform betrug die Trennung der Lichtquellen 102a, 102b, 102c näherungsweise 40 db mit einer Bandbreite von 1 kH_z für die sich ergebenden Gleichstrom- bzw. Gleichspannungssignale.

Auf diese Weise werden die drei optischen Pfade, welche den Lichtquellen 102a, 102b, 102c entsprechen, elektrisch voneinander getrennt, auch wenn das modulierte Licht von allen drei Lichtquellen 102a, 102b, 102c gleichzeitig vorhanden ist. Das Endergebnis besteht in drei winkelmäßig getrennten Messungen der polaren Verteilungsfunktion R (α) der Faserausrichtung in Realzeit, so daß der Verkippungswinkel θ der Faserausrichtung und die Anisotropie a ohne mechanisches Drehen entweder des optischen Scanners 122 oder der Bahn 126 bestimmt werden können.

Eine Systemsteuerung 150 empfängt alle Ausgangssignale von den Tiefpaßfiltern 148 und verarbeitet sie gemäß Gleichung (1), um den Wert der polaren Verteilungsfunktion für jeden der drei optischen Pfade abzuleiten, und zwar unter Verwendung der Gleichungen:

bei = 0°: R1* = (R11×R12)/(BS11×BS12) (3)

bei = 120°: R2* = (R21×R22)/(BS21×BS22) (4)

bei = 240°: R3* = (R31×R32)/(BS31×BS32) (5)

wobei R11 das abgetrennte Signal ist, welches von dem Lichtsensor 112a herkommt, R12 das abgetrennte Signal ist, welches von dem Lichtsensor 110a herkommt, R21 das abgetrennte Signal ist, welches von dem Lichtsensor 112b herkommt, R22 das abgetrennte Signal ist, welches von dem Lichtsensor 110b herkommt, R31 das abgetrennte Signal ist, welches von dem Lichtsensor 112c herkommt, R32 das abgetrennte Signal ist, welches vom Lichtsensor 110c herkommt, BS12 das abgetrennte Signal ist, welches von dem Lichtsensor 120a herkommt, BS22 das abgetrennte Signal ist, welches von dem Lichtsensor 120b herkommt, BS32 das abgetrennte Signal ist, welches von dem Lichtsensor 120c herkommt, BS11 das abgetrennte Signal ist, welches von dem Lichtsensor 118 für die Lichtquelle 102a kommt, BS21 das abgetrennte Signal ist, welches von dem Lichtsensor 118 für die Lichtquelle 102b kommt und BS32 das abgetrennte Signal ist, welches von dem Lichtsensor 118 für die Lichtquelle 102c kommt.

Die drei resultierenden Meßsignale bei 0°, 120° und 240° (R1*, R2*, R3*) werden in drei Gleichungen für die Verteilungsfunktion R (α), Gleichung (2) eingesetzt, die an den gegebenen Punkten exakt sind und der resultierende Satz aus drei Gleichungen mit drei Unbekannten wird gelöst, um den Verkippungswinkel θ der Phaseausrichtung und die Anisotropie a zu bestimmen.

Messungen, die durch den optischen Scanner 122 an nicht-gewobenen Materialbahnen, wie z. B. einer Papierbahn durchgeführt werden, müssen bezüglich der Bezugsablesungen, die an einer vollständig isotropen Probe genommen werden, z. B. einer weißen Keramikplatte, normalisiert werden, um irgendwelche Variabilitäten zwischen den drei optischen Kanälen, welche den Lichtquellen 102a, 102b, 102c entsprechen, zu kompensieren. Solche Normalisierungsvorgänge werden während eines Standardisierungs- bzw. Eichungszyklus durchgeführt. Während der optische Scanner an einem festen Ort über einer Bahn, die überwacht wird, angeordnet sein kann, oder mehrere optische Scanner in einer Anzahl von Positionen quer über der Materialbahn vorgesehen sein können, ist es bevorzugt, den optischen Scanner an einer konventionellen Abtastausrüstung zu montieren, die ihn über die Materialbahn quer zur Maschinenrichtung vor- und zurückbewegt. Für abgetastete Ausgestaltungen wird der optische Scanner von der Bahn wegbewegt, was oft als der Prozeß bezeichnet wird, und wird über einer geeigneten, vollständig isotropen Probe für solche Kalibrierung-/Normalisierungsvorgänge angeordnet, wie es in der Industrie üblich ist.

Zusätzliche Information über die Oberflächeneigenschaften der Materialbahn, die überwacht wird, ist in den einzelnen Werten jedes der Rohsignale enthalten, die in die Gleichungen 3-5 eingehen. Dementsprechend ist zu erwarten, daß verbesserte mathematische Verarbeitungsanordnungen möglich sind, um vieles, wenn nicht alles, von dieser Information zu extrahieren, um die Meßgenauigkeit der Faserausrichtung zu verbessern oder um die Materialbahn weiter zu analysieren, wie z. B. bezüglich der Oberflächenglätte und dergleichen.

Ein MD/CD Verhältnis ebenso wie ein Verkippungswinkel der Hauptachse bezüglich MD kann bestimmt werden, nachdem die Verteilungsfunktion gelöst worden ist. Diese können auf einer Anzeigeeinrichtung 152 als zwei zusätzliche Profilvariable angezeigt werden, die von dem optischen Scanner 122 abgeleitet wurden.

In einer Anordnung für Online-Sensoren für eine Papierherstellungsmaschine werden vorzugsweise zwei Identische optische Scanner 122 für Messungen der Ober- bzw. der Unterseite verwendet. Auf diese Weise kann eine vollständige Charakterisierung der Faserausrichtung für beide Seiten der Papierbahn oder eines Vorganges bestimmt werden und der Maschinenbetrieb kann abgestimmt oder gesteuert werden, um die Faserausrichtung zu optimieren und um Unterschiede in der Orientierung der Fasern auf der Ober- im Vergleich zur Unterseite zu vermindern, um einen gleichmäßigeren Bogen herzustellen mit verminderter Tendenz zum Aufrollen oder anderen Qualitätsmängeln.

Nachdem also die Erfindung gemäß der vorliegenden Anmeldung im einzelnen und unter Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen derselben beschrieben worden ist, ist es offensichtlich, daß Modifikationen und Änderungen möglich sind, ohne vom Rahmen der Erfindung abzuweichen, der in den anhängenden Ansprüchen definiert ist.

Claims

1. Verfahren für die Online-Messung der Faserausrichtung in einer nicht-gewobenen Materialbahn, die entlang einer Maschinenrichtung läuft, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Richten von Licht von zumindest drei Lichtquellen auf einen Abtastbereich der Materialbahn, wobei die Lichtquellen winkelmäßig voneinander beabstandet und in einer entsprechenden Anzahl von Einfallebenen angeordnet sind, die im wesentlichen senkrecht zu der Materialbahn ausgerichtet sind und sich in dem Abtastbereich schneiden, um Licht auf den Abtastbereich unter spitzen Einfallwinkeln relativ zu der Materialbahn entlang entsprechender Achsen innerhalb der Einfallebenen zu richten,
Erfassen von Licht, welches unter Reflexion von dem Abtastbereich an Stellen gestreut wird, die näherungsweise jeder der Lichtquellen diametral gegenüber liegen, jedoch auf beiden Seiten der Einfallebene,
Erzeugen von Reflektivitätssignalen aus dem erfaßten, unter Reflexion gestreuten Licht,
an Stellen, die jeder der erwähnten Lichtquellen zugeordnet sind, Erfassen von aus dem Abtastbereich zurückgestreutem Licht, wobei die Erfassungspositionen des zurückgestreuten Lichtes in etwa innerhalb der Einfallebenen liegen und oberhalb des Abtastbereiches angeordnet sind,
Erzeugen von Rückstreusignalen aus dem erfaßten, zurückgestreuten Licht, Kombinieren der Reflektivitätssignale und der Rückstreusignale aus jeder der Lichtquellen, um daraus resultierende Faserausrichtungssignale zu erzeugen, und
Berechnen eines Faserausrichtungswinkels relativ zu der Maschinenrichtung aus den sich ergebenden Faserausrichtungssignalen.

2. Verfahren für die Online-Messung der Faserausrichtung in einer nicht-gewebten Materialbahn nach Anspruch 1, welches weiterhin den Schritt aufweist, daß das Licht, welches unter Reflexion von dem Abtastbereich gestreut wird, mit Polarisationsfiltern gefiltert wird, bevor der Schritt des Erfassens des unter Reflexion gestreuten Lichtes durchgeführt wird.

3. Verfahren für die Online-Messung der Faserausrichtung in einer nicht-gewebten Materialbahn nach Anspruch 1, welches weiterhin den Schritt aufweist, daß die zumindest drei Lichtquellen moduliert werden, wobei der Schritt des Erzeugens der Reflektivitätssignale den Schritt aufweist, daß das erfaßte, unter Reflexion gestreute Licht demoduliert wird, sowie den Schritt, daß das Erzeugen der Rückstreusignale den Schritt aufweist, daß das erfaßte, rückgestreute Licht demoduliert wird.

4. Verfahren für die Online- Messung der Faserausrichtung in einer nicht-gewebten Materialbahn nach Anspruch 1, welches weiterhin den Schritt aufweist, daß aus den sich ergebenden Faserausrichtsignalen eine Anisotropieeigenschaft der Materialbahn berechnet wird.

5. Verfahren für die Online-Messung der Faserausrichtung in einer nicht-gewebten Materialbahn nach Anspruch 1, welches weiterhin den Schritt aufweist, daß die Lichtquellen in Winkelrichtung vom Winkel von näherungsweise 360°, geteilt durch die Anzahl der Lichtquellen, voneinander getrennt werden.

6. Verfahren für die Online-Messung der Faserausrichtung in einer nicht-gewebten Materialbahn nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Erfassens von Licht, weiches unter Reflexion aus dem Erfassungsbereich gestreut wird, die Schritte aufweist:
Erfassen von Licht unter einer ausgewählten Gradzahl links von jeder Einfallebene und in etwa diametral gegenüber von jeder der Lichtquellen, und
Erfassen von Licht unter einer ausgewählten Gradzahl rechts von jeder Einfallebene und in etwa diametral gegenüberliegend von jeder der Lichtquellen.

7. Verfahren für die Online-Messung der Faserausrichtung in einer nicht-gewebten Materialbahn nach Anspruch 6, wobei der Schritt des Erzeugens von Reflektivitätssignalen aus dem erfaßten, unter Reflexion gestreuten Licht die Schritte aufweist:
Erzeugen eines ersten Reflektivitätssignales aus dem unter Reflexion gestreuten Licht, welches unter einer Gradzahl links von jeder Einfallebene und im wesentlichen diametral gegenüberliegend von jeder der Lichtquellen erfaßt wird, und
Erzeugen eines zweiten Reflektivitätssignales von unter Reflexion gestreutem Licht, welches unter einer ausgewählten Gradzahl rechts von jeder Einfallebene und in etwa diametral gegenüber von jeder der Lichtquellen erfaßt wird.

8. Verfahren für die Online-Messung der Faserausrichtung in einer nicht-gewebten Materialbahn nach Anspruch 7, wobei der Schritt des Erfassens von Licht, welches unter Reflexion von dem Abtastbereich gestreut wird, unter spitzen Reflexionswinkeln durchgeführt wird, die relativ zu der Materialbahn im wesentlichen dieselben sind oder etwas geringer sind als die spitzen Einfallwinkel.

9. Verfahren für die Online-Messung der Faserausrichtung in einer nicht-gewebten Materialbahn nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Erfassens von aus dem Abtastbereich zurückgestreutem Licht an Stellen, die jeder der Lichtquellen zugeordnet sind, die Schritte aufweist:
Erfassen von Licht im wesentlichen direkt über dem Abtastbereich, und
Erfassen von Licht oberhalb des Abtastbereiches und unter eines ausgewählten Gradzahl in Richtung auf die Lichtquellen in etwa innerhalb der Einfallebenen.

10. Verfahren für die Online-Messung der Faserausrichtung in einer nicht-gewebten Materialbahn nach Anspruch 9, wobei der Schritt des Erzeugens der Rückstreusignale aus dem erfaßten, zurückgestreutem Licht die Schritte aufweist:
Erzeugen eines ersten Rückstreusignales aus zurückgestreutem Licht, welches direkt über dem Abtastbereich erfaßt wird, und
Erzeugen eines zweiten Rückstreusignales aus zurückgestreutem Licht, welches oberhalb des Abtastbereiches und unter einer ausgewählten Gradzahl in Richtung der erwähnten Lichtquellen in etwa innerhalb der Einfallebenen erfaßt wird.

11. Verfahren für die Online-Messung der Faserausrichtung in einer nicht-gewebten Materialbahn nach Anspruch 10, wobei der Schritt des Kombinierens der Reflektivitätssignale und der Rückstreusignale für jede der Lichtquellen zwecks Erzeugung der resultierenden Faser ausrichtungssignale die Schritte aufweist:
Multiplizieren der ersten und zweiten Reflektivitätssignale miteinander,
Multiplizieren der ersten und zweiten Rückstreusignale miteinander, und
Dividieren des Produktes der ersten und zweiten Reflektivitätssignale durch das Produkt der ersten und zweiten Rückstreusignale.

12. Verfahren für die Online-Messung der Faserausrichtung in einer nicht-gewebten Materialbahn nach Anspruch 11, wobei die Schritte des Berechnens eines Faserausrichtungs winkels relativ zu der Maschinenrichtung aus den sich ergebenden Faserausrichtungssignalen und das Berechnen einer Anisotropieeigenschaft für die Materialbahn den Schritt aufweist, daß die Gleichung: R(α) =K/(a+cos(2(α-θ)))für α und a gelöst wird, wobei R (α) eine polare Verteilungsfunktion der resultierenden Faserausrichtungssignale ist, α ein Polarkoordinatenwinkel ist und K eine Größenskalierungskon stante ist, θ ein Verkippungswinkel der Hauptausrichtungsachse der polaren Verteilungsfunktion R (α) ist, welche den Faserausrichtungswinkel wiedergibt und a eine elliptische Größenkonstante ist, welche die Anisotropie der Bahn wiedergibt.

13. Optischer Scanner für die Bestimmung der Eigenschaften einer Bahn aus nicht gewobenem Material mit:
zumindest drei Lichtquellen, die so angeordnet sind, daß sie Licht auf einen Abtastbereich der Materialbahn unter einem spitzen Winkel relativ zu der Materialbahn richten, wobei die Lichtquellen um den Abtastbereich herum voneinander beabstandet sind und Licht entlang entsprechender Achsen richten,
Paaren von Sensoren für unter Reflexion gestreutes Licht, deren Anzahl der Anzahl der Lichtquellen entspricht, wobei jedes Paar von Lichtsensoren auf je einer Seite einer Einfallebene und dem Abstand zu dieser angeordnet ist, welche in etwa senkrecht zu der Bahn verläuft und eine Achse einschließt, entlang welcher das Licht auf den Abtastbereich von jeder der Lichtquellen gerichtet wird, wobei die Paare von Lichtsensoren erste erfaßte Lichtsignale unter Ansprechen auf das empfangene unter Reflexion gestreute Licht erzeugen, und
zumindest einem Sensor für rückgestreutes Licht, welcher oberhalb des Abtastbereiches der Bahn angeordnet ist, um zweite erfaßte Lichtsignale unter Ansprechen auf die empfangenen Signale von zurückgestreutem Licht zu erzeugen.

14. Optischer Scanner für die Bestimmung der Eigenschaften einer Bahn aus nicht gewobenem Material nach Anspruch 13, welcher weiterhin Polarisationslichtfilter aufweist, die jedem Paar von Sensoren für unter Reflexion gestreutes Licht zugeordnet sind, um Licht, welches unter Reflexion aus dem Abtastbereich gestreut wird, zu filtern.

15. Optischer Scanner für die Bestimmung von Eigenschaften einer Bahn aus nicht gewobenem Material nach Anspruch 13, welcher weiterhin aufweist:
einen Modulatorschaltkreis zum Erzeugen von Modulationssignalen für die Lichtquellen, und
synchrone Detektorschaltkreise, die mit den Paaren von Sensoren für unter Reflexion gestreutes Licht und mit dem Sensor für zurückgestreutes Licht verbunden sind und durch die Modulationssignale getrieben werden, um Quellsignale zu extrahieren, welche den Lichtquellen von den ersten und zweiten erfaßten Lichtsignalen entsprechen.

16. Optischer Scanner für die Bestimmung der Eigenschaften einer Bahn aus nicht-
gewobenem Material nach Anspruch 15, wobei der Modulatorschaltkreis aufweist:
einen Taktgeber zur Erzeugung eines ersten Signales, welches eine im wesentlichen feste Frequenz hat,
einen ersten Teilerschaltkreis für das Teilen des ersten Signales durch 2, um ein zweites Signal zu erzeugen, welches eine Frequenz von im wesentlichen der Hälfte des ersten Signales hat, und
einen zweiten Teilerschaltkreis für das Teilen des zweiten Signales durch 2, um ein drittes Signal zu erzeugen, welches eine Frequenz hat, die im wesentlichen die Hälfte der Frequenz des zweiten Signales ist, wobei die ersten, zweiten und dritten Signale als die Modulationssignale dienen.

17. Optischer Scanner zur Bestimmung der Eigenschaften einer Bahn aus nicht gewobenem Material nach Anspruch 16, wobei die erste Frequenz näherungsweise 40 kHz, die zweite Frequenz näherungsweise 20 kHz und die dritte Frequenz näherungsweise 10 kHz beträgt.

18. Optischer Scanner für die Bestimmung von Eigenschaften einer Bahn aus nicht gewobenem Material nach Anspruch 15, welcher weiterhin Tiefpaßfilter für die Umwandlung der Quellsignale in Reflektivitätssignale aufweist, die für das erfaßte, rückgestreute Licht repräsentativ sind.

19. Optischer Scanner für die Bestimmung der Eigenschaften einer Bahn aus nicht gewobenem Material nach Anspruch 18, wobei die Tiefpaßfilter Grenzen von gleich und unter näherungsweise 1 kHz passieren lassen.

20. Verfahren zum Erzeugen von Signalen, welche repräsentativ sind für die Faser ausrichtung in einer nicht-gewobenen Materialbahn, mit den Schritten:
Richten von Licht von einer Lichtquelle auf einen Abtastbereich der Materialbahn, wobei das Licht auf den Abtastbereich unter einem spitzen Einfallwinkel relativ zu der Materialbahn gerichtet wird und sich in einer Einfallebene befindet, die im wesentlichen senkrecht zu der Materialbahn angeordnet ist und den Abtastbereich schneidet,
Erfassen von Licht, welches unter Reflexion aus dem Abtastbereich zu einer Stelle gestreut wird, die näherungsweise der Lichtquelle diametral gegenüberliegt, jedoch auf jeweils einer Seite der Einfallebene, und
Erzeugen von Signalen, welche die Faserausrichtung aus dem erfaßten, unter Reflexion gestreuten Licht wiedergeben.

21. Verfahren zum Erzeugen von Signalen, welche die Faserausrichtung in einer nicht gewobenen Materialbahn wiedergeben, nach Anspruch 20, welches weiterhin die Schritte aufweist:
Erfassen von Licht, welches aus dem Abtastbereich an einer Stelle zurückgestreut wird, die in etwa innerhalb der Einfallebene liegt und oderhalb des Abtastbereiches angeordnet ist, und
Erzeugen von Rückstreusignalen aus dem erfaßten, zurückgestreuten Licht.

22. Verfahren zum Erzeugen von Signalen, welche die Faserausrichtung in einer nicht gewebten Materialbahn wiedergeben, nach Anspruch 21, welches weiterhin die Schritte aufweist:
Erzeugen von Reflektivitätssignalen aus dem erfaßten, reflektiv gestreuten Licht,
Erzeugen von Rückstreusignalen aus dem erfaßten, zurückgestreuten Licht, und
Kombinieren der Reflektivitätssignale und der Rückstreusignale für diese Lichtquelle, um sich daraus ergebene Faserausrichtsignale zu erzeugen.