DE60010945T2

DE60010945T2 - Vorrichtung zur Überwachung von Bahnbrüche in einer Papiermaschine

Info

Publication number: DE60010945T2
Application number: DE60010945T
Authority: DE
Inventors: Mika Valkonen; Juha Toivonen; Jorma Snellman
Original assignee: Honeywell Oy
Current assignee: Honeywell Oy
Priority date: 1999-02-25
Filing date: 2000-02-09
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2020-02-10
Also published as: ES2222169T3; JP4614492B2; EP1031658A2; EP1031658B1; CN1163652C; CN1264836A; US6463170B1; FI990408A; CA2298330A1; PT1031658E; EP1031658A3; FI110343B; CA2298330C; DE60010945D1; ATE267913T1; FI990408A0; JP2000247518A; DK1031658T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Überwachung von Bahnbrüchen in einer Papiermaschine, umfassend

– eine Anzahl von Kameras zur Bilderfassung von verschiedenen Positionen einer überwachten Bahn;
– eine Ausrüstung zur digitalen Bildbearbeitung, um Bilddaten von einer Vielzahl von Kamerapositionen zu speichern; und
– Auswahlmittel zum Auswählen eines fokussierten Bildbereichs aus den Bilddaten von verschiedenen Kamerapositionen.

Diese Art von Überwachungssystemen wurde früher für eine nachfolgende Analyse von Bahnbrüchen verwendet, aber solche Systeme wurden nicht als ein tatsächlicher Bruchsensor verwendet, der in der Lage ist, einen Bahnbruch zu erfassen. Herkömmliche Bruchsensoren, die in einer Papiermaschine verwendet wurden, sind oft unzuverlässig, und solche herkömmlichen Sensoren sind im allgemeinen an bestimmten Positionen vollkommen nutzlos, insbesondere an dem nassen Ende einer Maschine.
Das Patentdokument US 5,717,456 zeigt diese Art von Überwachungssystem, das die herkömmlichen Bruchsensoren aufweist.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Überwachungssystem der oben beschriebenen Art weiterzuentwickeln, um dessen Verwendung anstelle der herkömmlichen Bruchsensoren sowohl in Systemen zum Überwachen von Bahnbrüchen, als auch für die tatsächliche Steuerung einer Papiermaschine zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird gelöst auf der Basis der kennzeichnenden Merkmale, die im Anspruch 1 im Anhang angegeben sind. Die nicht-unabhängigen Ansprüche offenbaren bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
Im folgenden wird die Erfindung detaillierter anhand einer beispielhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrie ben, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in einem Blockschaltbild veranschaulicht.
Die Bildquelle in dem Blockschaltbild umfaßt eine Anzahl von Videokameras, die permanent ein Videobild von einer überwachten Papierbahn W aus ihren verschiedenen Bildpositionen P1...Pn erzeugen. Diese Positionen wurden auf der Bahn W aus deren verschiedenen Bildpositionen P1...Pn ausgewählt. Diese Positionen wurden aus den Stellen ausgewählt, die in bezug auf Bahnbrüche kritisch sind. Ein System der Erfindung kann in ein größeres System integriert werden, in dem einige der Kameras in anderen Überwachungsfunktionen arbeiten, wie dies in den gleichzeitig anhängigen Patentanmeldungen des Anmelders FI-981736 (& EP-A-0979995 ) und FI-990120 (& EP-A-1022909 ) beschrieben ist.
Die von jeder Kamera empfangenen Bildinformationen werden in einem digitalen Signalprozessor 2 oder einem DSP-Prozessor verarbeitet. Die Signalprozessoren ähneln normalen Mikroprozessoren, umfassen aber zum Beispiel den Einsatz von Gleitkommazahl-Technologie und Adressenformaten für eine einfachere Adressierung. Außerdem unterscheidet sich der DSP beträchtlich von einem normalen Prozessor in bezug auf seine Architektur, da er für Funktionen ausgelegt ist, die eine große Datenmenge betreffen, und Multiplikationen mit ganzen Zahlen und die Übertragungen von Daten sind statistisch wichtige Vorgänge. Die DSP-Prozessoren ermöglichen die Implementierung von einigen verschiedenen und gleichzeitig ablaufenden Rechenroutinen, die mit der Bildanalyse in Zusammenhang stehen, wobei die Ergebnisse daraus angewendet werden können, um die in den Bildinformationen erscheinenden Änderungen automatisch zu erkennen.
Die vorliegende Erfindung besteht teilweise aus Werkzeugen, die einem Benutzer zur Verfügung gestellt werden, mit denen der Benutzer auf einen Bereich oder einen Rahmen, der in bezug auf seine Position und Größe optional ist, aus dem Bildbereich jeder Kamera fokussieren kann. Unter Bezugnahme auf die DSP-Prozessoren 2 wird dieser fokussierte Rahmen durch ein Bezugszeichen 12 (ROI/Region of Interest – betroffener Bereich) angegeben. Die Auswahl einer Größe und einer Position für den fokussierten Rahmen 12 kann mit Hilfe der Werkzeuge 7, 8, 10–13 gesteuert werden, die im Computer 9 eines Benutzers vorhanden sind. Auswahlsymbole 7, die auf einem Bild schirm 10 sichtbar sind, können von dem Benutzer dazu verwendet werden, indem mit einer Maus 13 darauf gezeigt wird, ein Bild 11 einer gewünschten Kameraposition auszuwählen, das angezeigt werden soll. Mit anderen Worten, die Bilder aller Kamerapositionen werden im Computer 9 des Benutzers empfangen, aber die Bilddaten-Auswahleinheit 8 wird zum Auswählen des Bilds 11 jeder vorgegebenen Kameraposition verwendet, das auf dem Bildschirm 10 angezeigt werden soll, wobei ein fokussierter Rahmen oder Bereich 12' in bezug auf seine Größe und Position in Übereinstimmung mit der Auswahl des Benutzers definiert wird. Selbstverständlich wird die Auswahl auf den Bereich des Bilds 11 fokussiert, bei dem man davon ausgeht, daß ein Bahnbruch die deutlichsten Bildänderungen verursacht. Die Abgrenzung, die dem fokussierten Bereich 12' in dem Bild 11 jeder beliebigen gewählten Kameraposition entspricht, kann über den Computer 9 dem DSP-Prozessor 2 einer entsprechenden Kameraposition zugewiesen werden. Daher wird die vom Computer 9 des Benutzers bereitgestellte Steuerung auf die Ausrüstung 2 zur digitalen Bildbearbeitung für ein Videobild angewendet, das von den Kameras 1 empfangen wurde, wobei die Ausrüstung nach einem FIFO-Prinzip arbeitet und die zeitliche Dauer der in ihr gespeicherten Bilddaten zwischen einigen Sekunden bis zu mehreren Minuten schwankt. Daher können die von jeder Kameraposition gespeicherten Bilddaten einige Dutzend oder sogar mehrere hundert aufeinanderfolgende Bilder 11 enthalten und jeweils darin enthaltene fokussierte Rahmen der Bereiche 12/12'.
Die Ausrüstung 2 zur digitalen Bildbearbeitung ist ausgelegt für das Kompilieren von Bildbewegungsdaten durch Vergleichen der Änderung zwischen aufeinander folgenden Bildern, soweit ein fokussierter Bildbereich oder Rahmen davon betroffen ist. Des weiteren ist die Ausrüstung 2 zur digitalen Bildbearbeitung ausgelegt für die Bereitstellung einer Referenzebene für die Bildänderung, die eine normale Ebene von Bildbewegungsdaten darstellt. Die Referenzebene kann in einer Vielzahl von Möglichkeiten erstellt werden, und sie kann beispielsweise auf einer oder mehreren der folgenden Vorgänge basieren:

– dem permanenten oder periodischen Durchführen einer automatischen Bildanalyse, um eine normale Bildbewegungsebene zu bestimmen
– dem Auswählen einer Referenzebene oder eines dafür relevanten Parameters durch den Benutzer, während er den Bildbereich 12, 12' wählt oder ändert, der die Bildbewegungsdaten erzeugt
– der Verwendung von Bildbewegungsdaten, die zeitlich weiter zurückliegen als die aktuellen Echtzeit-Bildbewegungsdaten, als eine Referenzebene oder als einen Parameter beim Erstellen einer Referenzebene.

Von jedem DSP-Prozessor 2 werden die Bildbewegungsdaten und die Referenzebene zu kameraspezifischen Komparatoren 3 übertragen, welche die Bildbewegungsdaten mit der Referenzebene vergleichen und eine Alarmmeldung 3a erzeugen für den Fall, daß die Abweichung der Bildbewegungsdaten von der Referenzebene einen voreingestellten Schwellenwert übersteigt. Die Alarmgrenzwerte, d.h. die maximal akzeptablen Abweichungen der Bildbewegungsdaten von einer Referenzebene sind daher durch Einstellungen vorgegeben, die durch einen Benutzer vorwiegend basierend auf empirischem Wissen erstellt werden, wobei dieses Wissen zusammen mit der Erfahrung im Beruf erworben wird. Es ist offenkundig, daß verschiedene Kamerapositionen unterschiedliche Alarmgrenzwerte aufweisen angesichts der Optimierung des Verhältnisses zwischen Empfindlichkeit und falschen Alarmen. Ein Hauptfaktor für diese Optimierung ist eine Lösung der Erfindung, in der die Bildbewegungsdaten nur von dem Bildbereich 12 kompiliert werden, der auf ein betroffenes Ziel fokussiert ist.
Für die Komparatoren 3 werden die Alarmmeldungen 3a an eine Alarmeinrichtung 4 übertragen, die einen tatsächlichen Bruchalarm erzeugt, wenn eine Alarmmeldung 3a durch die Komparatoren 3 der Bildbewegungsdaten von einer oder mehreren vorab gewählten Kamerapositionen P1–Pn abgegeben wird. Das Auswahlmittel 5 kann zum Auswählen der Kameras verwendet werden, deren Bilddaten in einer Bruch-Datenbank 6 gespeichert werden. Außerdem kann eine von der Einrichtung 4 empfangene Meldung Informationen darüber enthalten, welche Kamerapositionen einen Alarm ausgelöst haben. Dies kann als Richtlinie für die Speicherauswahlmittel 5 für das Speichern der Bilddaten von relevanten Kamerapositionen in der Bruch-Datenbank 6 verwendet werden.
Wenn ein Alarm auf der Bildposition einer einzelnen Kamera basiert, ist es möglich, die Eliminierung falscher Alarme durch Verwenden einer geeigneten Hysterese zu erzielen. Allerdings wird eine absolut positive Anzeige eines Bruchs erreicht durch die Verwendung einer Kombination von mehreren Kameras, wobei die Bruchmeldung von einer Anzahl von Kameras empfangen werden muß, (und es ist erforderlich, eine entsprechende Anzahl von Alarmmeldungen 3a zu empfangen), bevor dies zu einem tatsächlichen Bruchalarm von der Alarmeinrichtung 4 führt.
Daher kann das System der Erfindung zur Überwachung von Bahnbrüchen zum Ausführen des Speicherns eines Bruchvorfalls mittels gerade gewählter, gewünschter Kamerapositionen P1–Pn verwendet werden.
Das Bezugszeichen 15 bezeichnet ein Papiermaschinen-Steuersystem, dem ebenfalls eine Bruchmeldung übermittelt wird durch ein Überwachungssystem der Erfindung.
Im Gegensatz zur Darstellung im Blockschaltbild ist es möglich, daß der fokussierte Bildbereich 12 bereits mit einer Kamera 1 gewählt worden ist. Dies kann entweder mit einem Auswahlmittel erfolgen, das in der Kamera selbst enthalten ist, oder unter der Steuerung des Computers 9 des Benutzers.
Des weiteren ist es im Gegensatz zur Darstellung im Blockschaltbild möglich, den Computer 9 des Benutzers, falls dies wünschenswert ist, auch zum Ansteuern des Speicherauswahlmittels 5 so zu bedienen, daß die Auswahl eines Benutzers auch die Anzahl von denjenigen Kameras 1 erhöht oder reduziert, deren Bilddaten in der Bruch-Datenbank 6 in Zusammenhang mit einem Bruchalarm gespeichert sind. Außerdem kann der Computer 9 des Benutzers in Verbindung mit der Bruch-Datenbank 6 stehen, um die darin gespeicherten Bilder auf dem Bildschirm 10 zum Analysieren anzuzeigen.

Claims

System zur Überwachung von Bahnbrüchen in einer Papiermaschine, umfassend – eine Anzahl von Kameras (1) zur Bilderfassung von verschiedenen Positionen (P1–Pn) einer überwachten Bahn (W), – eine Ausrüstung (2) zur digitalen Bildbearbeitung, um Bilddaten von einer Vielzahl von Kamerapositionen (P1 –Pn) zu speichern; und – Auswahlmittel (8–13) zum Auswählen eines fokussierten Bildbereichs (12) aus den Bilddaten von verschiedenen Kamerapositionen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrüstung (2, 12) zur digitalen Bildbearbeitung ausgelegt ist für das Kompilieren von (i) Bildbewegungsdaten durch Vergleichen der Änderung zwischen aufeinander folgenden Bildern, so weit der fokussierte Bildbereich (12) davon betroffen ist, und (ii) einer Referenzebene für die Bildbewegungsdaten, welche die normale Ebene von Bildbewegungsdaten darstellt; und daß das System des weiteren folgendes umfaßt: – Komparatoren (3) zum Vergleichen der Bildbewegungsdaten mit der Referenzebene und zum Auslösen einer Alarmmeldung (3a) für den Fall, daß die Bildbewegungsdaten eine Abweichung von der Referenzebene aufweisen, die einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet; und – eine Alarmausrüstung (4) zum Auslösen eines Bruchalarms, wenn die Alarmmeldung (3a) von dem wenigstens einen Komparator (3) von wenigstens einer Kameraposition (P1–Pn) abgegeben wird.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es des weiteren Speicherauswahlmittel (5) umfaßt, die unter der Steuerung der Alarmausrüstung (4) diejenigen Kamerapositionen (P1–Pn) auswählen, deren Bilddaten in einer Bruch-Datenbank (6) in Zusammenhang mit einem Bruchalarm gespeichert sind.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Alarmausrüstung (4) so ausgelegt ist, daß ein Alarm erst ausgelöst wird, wenn die Abweichung der Bildbewegungsdaten von der Referenzebene in einem fokussierten Bildbereich für eine Reihe von Kamerapositionen (P1–Pn) den Schwellenwert überschreitet.
System nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzebene auf einem oder mehreren der folgenden Vorgänge basiert: – einer automatischen Bildanalyse, die permanent oder periodisch ausgeführt wird, um eine normale Bildbewegungsebene zu bestimmen – einer vom Benutzer getroffenen Auswahl in Zusammenhang mit der Auswahl oder der Änderung eines Bildbereichs (12, 12'), der die Bildbewegungsdaten erzeugt – der Verwendung von Bildbewegungsdaten, die zeitlich weiter zurückliegen als die aktuellen Echtzeit-Bildbewegungsdaten, als eine Referenzebene oder als einen Parameter beim Erstellen einer Referenzebene.
System nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahlfunktion zur Rahmenbildung für den fokussierten Bildbereich (12), der für die Bildbewegungsdaten relevant ist, d.h. die Auswahl einer Größe und Ortsangabe für den fokussierten Bildbereich, mit Hilfe von Werkzeugen (7, 8, 10–13) gesteuert werden kann, die im Computer (9) eines Benutzers enthalten sind, und die Steuerung auf die Ausrüstung (2) zur digitalen Bildbearbeitung angewendet wird.