-
Die
vorliegende Erfindung betrifft Techniken zum Überwachen und Kontrollieren
der Herstellung einer sich bewegenden Bahn aus einem Tissuepapierprodukt.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung
und ein Verfahren, das Zusammensetzungsinformation bezüglich der
sich bewegenden Bahn liefert, welche zur Steuerung des Herstellungsprozesses
verwendet werden kann.
-
Moderne
Anlagen für
die Produktion von Gesichtstissuepapier und anderen faserartigen
Bahnen können
mit Liniengeschwindigkeit bis zu 610 m/Minute (2000 feet/Minute)
arbeiten. Während
die Bahn den Herstellungsprozess durchläuft, werden oft verschiedene
Substanzen aufgebracht, um dem Endprodukt bestimmte gewünschte Eigenschaften
zu verleihen. Beispielsweise kann das Tissuepapierprodukt mit einem
relativ "schweren" Zusatz. wie z.B.
einer Hautlotion oder Feuchtigkeitscreme imprägniert werden. Weitere Substanzen,
wie z.B. Analgetika oder rezeptfreie Medikamente, können ebenfalls
in einigen Fällen
aufgebracht werden.
-
Information
bezüglich
der Zusammensetzung des Bahnproduktes wurde in der Vergangenheit mittels
einer indirekten oder "Off-line"-Analyse gewonnen.
Insbesondere wurde einfach eine Probe des Produktes aus der Bahn
entnommen und im Labor auf seine Bestandsteilkomponenten untersucht.
Beispielsweise wurde oft eine "Massenbilanz"-Analyse angewendet, um die Konzentration
einer auf ein Gesichtstissuepapier aufgebrachten Lotion zu ermitteln. Gemäß dieser
Technik wird eine fragliche Substanz aus der Probe durch Extraktion
entfernt. Ein Wiegen der Probe vor und nach der Extraktion ergibt
das Gewicht und somit die Konzentration der Lotion.
-
Durch
eine Massenbilanz-Analyse erhaltene Zusammensetzungsinformation
ist bei der Durchführung
sofortiger Anpassungen an dem Herstellungsprozess von geringem Nutzen.
Aufgrund der Liniengeschwindigkeiten, mit welcher sich das Bahnprodukt
bewegt, kann die Aufbringung überschüssiger Mengen
an Lotion oder einer anderen derartigen Substanz schnell kostspielig
werden. Zusätzlich
liefert eine reine Massenbilanzanalyse keine Information bezüglich der
Konzentration der interessierenden Substanz an ver schiedenen Stellen
quer zur Bahnoberfläche.
Ferner ist das Massengleichgewicht oft nicht unzureichend, um die
Konzentration von "leichteren" Zusätzen, wie
z.B. Medikamenten, zu bestimmen.
-
Eine
Vorrichtung zur Ermittlung der Dicke einer sich bewegenden Papierbahn
ist in
DE 198 30 323 offenbart.
Die unabhängigen
Ansprüche
der vorliegenden Anmeldung sind über
dieses Dokument gekennzeichnet.
DE
198 30 323 verwendet das von
DE 196 53 477 offenbarte Verfahren.
Eine weitere Vorrichtung für
die Detektion der Eigenschaften einer sich bewegenden Bahn ist in
DE 197 09 963 offenbart.
DE 197 09 963 offenbart
eine Anordnung mit mehreren faseroptischen Kabeln, welche wiederum mit
einer Umschaltvorrichtung mit einer Übertragungsfaser verbunden
werden können,
um von der Bahn reflektiertes Licht einem Spektrometer zuzuführen.
-
Die
vorliegende Erfindung erkennt und befasst sich mit den vorgenannten
und weiteren Nachteilen des Stands der Technik. Demzufolge ist es
eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zuverlässige Information bezüglich der
Zusammensetzung einer sich bewegenden Bahn auf einer Echtzeitbasis
zu liefern.
-
Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, gleichzeitig
Zusammensetzungsinformation in Bezug auf mehrere Aspekte einer sich
bewegenden Bahn für
die Zwecke einer Prozesssteuerung oder Qualitätsanalyse zu liefern.
-
Es
ist eine speziellere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine graphische
Anzeige von Zusammensetzungsinformation bezüglich des Aufbaus einer sich
bewegenden Bahn zu liefern.
-
Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verschiedene
Verbesserungen in der Herstellung eines Tissuepapierproduktes bereitzustellen.
-
Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Echtzeit-Verfahren zur
Erzielung von Zusammensetzungsinformation bezüglich einer sich bewegenden
Bahn gemäß Anspruch
1 bereitgestellt.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung
nach Anspruch 18 bereitgestellt.
-
Beispielsweise
kann die Aufbringung der vorbestimmten Komponente automatisch auf
der Basis der Zusammensetzungsinformation gesteuert werden. Alternativ
oder zusätzlich
kann eine graphische Anzeige für
eine menschliche Bedienungsperson präsentiert werden, welche quantitative
Werte der vorbestimmten Komponente in einer Querrichtung der sich
bewegenden Bahn darstellt. In derartigen Fällen kann die Aufbringung der
vorbestimmten Menge manuell von der menschlichen Bedienungsperson
gesteuert werden.
-
Wenn
eine graphische Anzeige erzeugt wird, kann die graphische Anzeige
quantitative Pegel in Korrelation zu einer zwei- oder dreidimensionalen Darstellung
der sich bewegenden Bahn darstellen. Eine zwei- oder dreidimensionale
Repräsentation wird
bevorzugt, da sie eine graphische Anzeige liefert, welche den Vorteil
der natürlichen
Mustererkennungsfähigkeiten
der menschlichen Bedienungsperson nutzt. Bevorzugt stellt die graphische
Darstellung quantitative Werte der vorbestimmten Komponente sowohl
in Quer- als auch in Maschinenrichtung dar.
-
In
exemplarischen Ausführungsformen
kann die Vorrichtung ferner eine Anzeigeeinrichtung zum Präsentieren
einer graphischen Anzeige enthalten, die quantitative Werte der
vorbestimmten Richtung in einer Querrichtung der sich bewegenden
Bahn anzeigt. Bevorzugt kann die Anzeigeeinrichtung so betrieben
werden, dass sie die quantitativen Werte in Korrelation zu einer
zwei- oder dreidimensionalen Darstellung der sich bewegenden Bahn
präsentiert, um
vorteilhaft die Mustererkennungsfähigkeiten der menschlichen
Bedienungsperson zu nutzen. Die Anzeigeeinrichtung kann auch konfiguriert
werden, dass sie ferner quantitative Werte in einer Maschinenrichtung
darstellt.
-
In
einigen Ausführungsformen
kann die Vielzahl der Strahlungsquellen auf derselben Seite der sich
bewegenden Bahn wie die Fotodetektoranordnung angeordnet sein. In
weiteren Ausführungsformen
kann die Vielzahl der Strahlungsquellen auf einer gegenüberliegenden
Seite der sich bewegenden Bahn zur Fotodetektoranordnung angeordnet
sein. Natürlich
können
die Strahlungsquellen in einigen Fällen auch auf beiden Seiten
der sich bewegenden Bahn angeordnet sein.
-
Die
vorliegende Erfindung kann auch ein Echtzeitverfahren zur Gewinnung
von Zusammensetzungsinformation bezüglich wenigstens einer vorbestimmten
Komponente liefern, die einer sich bewegenden Bahn aus Tissuepapier
in einer Herstellungsumgebung zugesetzt wird. Gemäß dem Verfahren wird
die sich bewegende Bahn mit elektromagnetischer Energie in wenigstens
zwei vorbestimmten Frequenzbändern
bestrahlt. Anschließend
wird die durch die sich bewegende Bahn gestreute elektromagnetische
Energie an jeder von einer Vielzahl von Detektionsstellen über deren
Querrichtung gemessen. Zusammensetzungsinformation für jede von
den Detektionsstellen wird auf der Basis einer Absorption von elektromagnetischer
Energie an dieser Stelle gewonnen. Schließlich wird die Aufbringung
der vorbestimmten Komponente auf die sich bewegende Bahn auf der
Basis der Komponenteninformation gesteuert.
-
Die
vorliegende Erfindung kann auch ein Echtzeitverfahren zur Gewinnung
von Zusammensetzungsinformation bezüglich wenigstens einer vorbestimmten
Komponente bereitstellen, die einer sich bewegenden Bahn zugesetzt
wird. Ein Schritt des Verfahrens beinhaltet die Beleuchtung der
sich bewegenden Bahn mit elektromagnetischer Energie. An jeder von
einer Vielzahl von Detektionsstellen über eine Querrichtung der sich
bewegenden Bahn wird elektromagnetische Energie in einer Vielzahl von
Frequenzbändern
gemessen, die in einem Frequenzbereich von 0,2–200 μm fallen. Die spektrale Information
aus den Frequenzbändern
wird dann in einem Supervektor kombiniert. Ein zusätzlicher Schritt
beinhaltet die Verarbeitung des Supervektors unter Verwendung multivariater
mathematischer Techniken, um eine räumliche Datenmatrix der Zusammensetzungsinformation
in Korrelation zu den Detektionsstellen zu erzeugen.
-
Verschiedene
bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nun lediglich im Rahmen eines
Beispiels und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben,
in welchen:
-
1 eine
schematische Darstellung eines gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufgebauten Systems zur Bestimmung von
Zusammensetzungsinformation bezüglich
einer sich bewegenden Bahn ist;
-
2 eine
perspektivische Ansicht ist, die eine Vielzahl spektrometrischer
Anordnungen darstellt, die über
dem Pfad der sich bewegenden Bahn angeordnet sind;
-
3 eine
schematische Darstellung ist, welche die relativen Positionen mehrerer
Strahlungsquellen und spektrometrischer Detektoren in jeder von
den in 2 dargestellten Anordnungen zeigt;
-
4 ein
Flussdiagramm allgemeiner Verfahrensschritte ist, die zum Gewinnen
von Zusammensetzungsinformation in dem System von 1 verwendet
werden;
-
5 ein
exemplarisches Spektrum ist, aus welchem gewisse Zusammensetzungsinformation gewonnen
werden kann;
-
6 eine
exemplarische dreidimensionale Zusammensetzungskarte ist, die auf
der Basis der gewonnenen Zusammensetzungsinformation angezeigt werden
kann;
-
7 eine
exemplarische zweidimensionale Zusammensetzungskarte ist, die auf
der Basis der gewonnenen Zusammensetzungsinformation angezeigt werden
kann; und
-
8A und 8B Balkendiagrammanzeigen
in der Maschinenrichtung bzw. Querrichtung sind, die auf der Basis
der gewonnenen Zusammensetzungsinformation dargestellt werden können.
-
Eine
wiederholte Nutzung von Bezugszeichen in der vorliegenden Beschreibung
und den Zeichnungen ist gewollt, um gleiche oder analoge Merkmale
oder Elemente der Erfindung darzustellen.
-
Es
dürfte
sich für
den Fachmann auf diesem Gebiet verstehen, dass die vorliegende Diskussion eine
Beschreibung lediglich exemplarischer Ausführungsformen ist, und nicht
als Einschränkung
der breiteren Aspekte der vorliegenden Erfindung gedacht ist, deren
breiteren Aspekte in den exemplarischen Aufbauten verkörpert sind.
-
Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform hat
es sich herausgestellt, dass Zusammensetzungsinformation bezüglich eines
sich bewegenden Bahnproduktes genau unter Verwendung einer speziell angepassten
spektrometrischen Überwachungseinheit
gewonnen werden kann. Beispielsweise kann Information bezüglich der
Konzentration von Substanzen, die während des Herstellungsprozesses
zugesetzt werden, an mehreren Stellen in der Querrichtung der sich
bewegenden Bahn ermittelt werden. Diese Information kann in digitaler
Form dazu genutzt werden, automatisch stromaufseitige Parameter
in dem Herstellungsprozess zu steuern. Eine graphische Anzeige kann
ferner einer menschlichen Bedienungsperson präsentiert werden, um die Bahnzusammensetzung
auf einer Echtzeitbasis zu veranschaulichen. Zusätzlich kann Information bezüglich verschiedener
physikalischer Eigenschaften der Bahn (wie z.B. Dicke, Dichte, Opazität und dergleichen)
ebenfalls für
Qualitätssteuerungszwecke
erhalten werden.
-
1 stellt
eine sich bewegende Bahn 10 dar, die einen Fertigungsprozess
bei typischen Liniengeschwindigkeiten durchläuft. Sprüheinrichtungen 12 und 14 sprühen kontinuierlich
entsprechende Komponenten "X" und "Y" auf die vorbeilaufende Oberfläche der
sich bewegenden Bahn 10 auf. Im Falle von Gesichtstissuepapier
kann beispielsweise die Komponente X eine Lotion oder Feuchtigkeitscreme-Formulierung
sein. Die Komponente Y kann eine "geringere" Komponente, wie z.B. ein rezeptfreies Medikament
sein, das auf die Bahn in deutlich geringeren Konzentrationen als
die Komponente X aufgebracht wird.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird Zusammensetzungsinformation bezüglich wenigstens einer vorbestimmten
Komponente in der Form einer Lotionssubstanz oder einer Feuchtigkeitscreme-Formulierung,
die auf die sich bewegende Bahn aus Tissuepapier aufgesprüht wird,
gewonnen, und die Aufbringung der Komponente auf die Bahn auf der
Basis der gewonnenen Information gesteuert.
-
In
diesem Falle ist ein Paar spektrometrischer Anordnungen 16 und 18 über der
sich bewegenden Bahn 10 angeordnet. Ein Paar spektrometrischer
Anordnungen 20 und 22 sind in gleicher Weise unter
der sich bewegenden Bahn 10 gemäß Darstellung angeordnet. Die
spektrometrischen Vorrichtungen arbeiten so, dass sie die Absorption
elektromagnetischer Energie bei ausgewählten Frequenzen in dem Spektrum
elektromagnetischer Strahlung messen. Wie es nachstehend vollständiger erläutert wird, werden
die durch die spektrometrischen Vorrichtungen erfassten Messungen
einem Prozessor 24 zugeführt, welcher multivariate mathematische
Techniken anwendet, um die gewünschte
Zusammensetzungsinformation gewinnen.
-
Eine
dem Prozessor 24 zugeordnete geeignete Speichereinrichtung 25 speichert
Information bezüglich
der idealen Werte jeder Komponente oder jeder anderen gemessenen
Eigenschaft. Somit kann der Prozessor die gewonnene Information
mit einem gewünschten
Profil für
dieses Attribut der Bahn vergleichen. Die Zusammensetzungsinformation
wird einer Prozesssteuerung 26 zur automatischen Steuerung
der Sprüheinrichtungen 12 und 14 oder
anderer steuerbarer Fertigungsparameter zugeführt. Alternativ oder zusätzlich kann
die Zusammensetzungsinformation einer Anzeigeeinrichtung 28,
wie z.B. einem geeigneten Flachbildschirm oder einer CRT zugeführt werden.
Unter Reaktion auf die Anzeigeeinrichtung kann eine menschliche
Bedienungsperson 30 verschiedene Aspekte des Fertigungsprozesses steuern.
Eine zwei- oder dreidimensionale graphische Anzeige wird bevorzugt,
um die natürlichen Mustererkennungsfähigkeiten
der Bedienungsperson zu nutzen.
-
Die
spektrometrischen Anordnungen in dem System von
1 nutzen
ausgewählte
Frequenzbänder
zum Aufdecken detaillierter Information bezüglich der Zusammensetzung der
sich bewegenden Bahn
10. Diesbezüglich ist es hilfreich, einige
allgemeine Aspekte der spektrometrischen Theorie zu betrachten,
bevor weitere Details der Ausführungsform diskutiert
werden. Die erste Annahme in der spektroskopischen Messung ist,
dass die Beziehung des Lambert-Beer'schen Gesetzes zwischen einer Veränderung
in der Spektrometerantwort und der Konzentration des in einer Abtastprobe
vorhandenen Analytenmaterials zutrifft. Die Bouguer-, Lambert- und
Beer-Beziehung nimmt an, dass die Transmission (oder Reflexion)
einer Probe innerhalb eines auffallenden Strahls äquivalent
zu 10 Exponent des negativen Produktes des molaren Extinktionskoeffizienten
(in L·mol
1cm
–1) mal der Konzentration
eines Moleküls
in Lösung
(in mol
–1L
–1)
mal der Pfadlänge
(in cm) Probe in Lösung
ist. Die Bouguer-, Lambert- und Beer-Beziehung (Lambert-Beer-Gesetz)
ist gegeben als:
wobei T = Transmission, I
0 = Intensität der auffallenden Energie,
I = Intensität
des durchgelassenen Lichtes, ε =
molarer Extinktionskoeffizient (in L·mol
–1cm
–1),
C die Konzentration (in mol·L
–1)
und L = Pfadlänge
(im cm) ist.
-
Die
vorstehende Gleichung kann in ihre üblichere Form vereinfacht werden,
welche die Absorption als einen logarithmischen Term darstellt,
der dazu verwendet wird, die Beziehung zwischen der Spektrometerantwort
und der Konzentration zu linearisieren. Dieses ergibt den nachstehenden
Ausdruck als die Beziehung zwischen Absorption und Konzentration:
-
-
Man
beachte: Der Reflexionsterm (R) kann den Transmissionsterm (T) für einen
Lambert'schen unendlich
dicken Reflektor ersetzen.
-
Die
nachfolgenden Aussagen gelten für
das, was meistens als das Lambert-Beer'sche Gesetz bezeichnet wird: (1) Die
Beziehung zwischen Transmission (oder Reflexion) und Konzentration
ist nichtlinear, (2) trotzdem ist die Beziehung zwischen Absorption
und Konzentration linear. Eine weitere Erläuterung der Spektrometriephysik
kann in J. Workman, Jr., "A
Review of Process Near Infrared Spectroscopy: 1980–1994", Journal of Near
Infrared Spectroscopy 1, 221–245
(1993) gefunden werden.
-
Somit
kann das Lambert-Beer'sche
Gesetz dazu genutzt werden, Zusammensetzungsinformation bezüglich der
Konzentration einer Komponente in einer sich bewegenden Bahn zu
gewinnen. Spektrumsmessungen können
in einem Volumentransmissionsmodus unternommen werden, in welchem die
Strahlungsquelle und der Detektor auf gegenüberliegenden Seiten der sich
bewegenden Bahn angeordnet sind. Alternativ können die Messwerte in einem
Streuungsreflexionsmodus unternommen werden, in welchem die Quelle
und der Detektor auf derselben Seite der Bahn angeordnet sind. Volumentransmissionsmessungen
können
unternommen werden, um den Gesamtwerte der Zusätze für die gesamte Probe zu detektieren,
während
Messungen für die
Zusatzwerte für
jede Oberfläche
typischerweise die Anwendung der Streureflexion erfordern.
-
Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform werden
mehrere Bereiche des elektromagnetischen Spektrums ausgewählt, dass
sie die zuverlässigste Information
bezüglich
der Komponenten oder anderer interessierender Eigenschaften enthalten.
Eine umfangreichere Zusammensetzungsinformation kann gewonnen werden,
wenn mehrere spektrale Bereiche simultan detektiert werden statt
lediglich die Zusammensetzungsinformation unter Verwendung nur eines
einzigen Bereichs detektiert wird. Die verschiedenen spektralen
Bereiche (z.B. Ultraviolett + sichtbar + nahes Infrarot (NIR) +
Infrarot (IR) + Raman usw.), welche jeweils eine bestimmte Information
bezüglich
des fraglichen Attributes enthalten, können simultan detektiert werden,
und in einen einzigen "Supervektor" unter Verwendung
von spektraler Fusion kombiniert werden. Der Supervektor wird unter Anwendung
einer multivariaten Datenanalyse verarbeitet, um eine räumliche
Datenmatrix der erforderlichen Eigenschaft in Korrelation zu den
Detektionsstellen zu erzeugen. Typischerweise fallen die spektralen
Bereiche in den Wellenlängenbereich
von 0,2–200 μm.
-
Diesbezüglich ist
jeder Satz spezifischer Quellen und Detektoren bevorzugt für einen
spezifischen Messbereich optimiert. Jeder Detektor kann dann über die
Oberfläche
der Bahn bewegt werden (gerastert) oder die Detektoren können in
mehreren Sensoranordnungen aufgebaut werden. In diesem letzteren
Falle würde
jede von den Anordnungen typischerweise für einen spezifischen Typ einer
Wellenlängenmessung
(z.B. einer für
Ultraviolett, Sichtbar, NIR, IR oder Raman) konfiguriert werden.
Somit wird jede von den spektrometrischen Anordnungen 16, 18, 20 und 22 die
in dem Beispiel von 1 dargestellt sind, zur Detektion
von Strahlung in einem ausgewählten
Bereich des elektromagnetischen Spektrums konfiguriert.
-
Gemäß der Erfindung
wäre die
minimale Anzahl von Frequenzmessungen, die zur Eigenschaftsbestimmung
erforderlich ist, mindestens zwei, eine für die Messung, und eine für die Bezugsfrequenzen. Die
Messung wenigstens einer Bezugswellenlänge und einer Eigenschaftswellenlänge ist
erwünscht,
um Basislinienänderungen
zu kompensieren, welche ebenfalls das Gesamtmesssignal für die interessierende
Eigenschaft beeinflussen. Die Notwendigkeit zwei derartige Frequenzen
zu messen, wird durch die Bewegung eines Bahnsystems und die Variabilität des Signals
auf der Basis von Bahnflattern und Oberflächenbedingungen weiter verstärkt. Im
Gegensatz dazu kann nur eine Fre quenz zu weniger stabilen Ergebnissen
führen,
da kein Bezugspunkt zur Verwendung für die Signalkorrektur vorhanden
ist.
-
Gemäß den 2 und 3 ist
jede von den spektrometrischen Vorrichtungen in diesem Falle mit
einer Vielzahl fester Fotodetektoren aufgebaut, die benachbart zu
entsprechenden Detektionsstellen A–F in den transversalen (oder "Quer"-Richtung) der sich
bewegenden Bahn angeordnet sind. Diese Anordnung erübrigt die
Notwendigkeit eines sich quer bewegenden Detektors, welcher zu einem
gewissen Verlust an Information führt, da sich die Bahn selbst bewegt,
während
sich der Detektor quer bewegt. Gemäß Darstellung in 3 enthält beispielsweise
die Anordnung 16 eine Vielzahl fester Fotodetektoren D1–D6.
-
Eine
oder mehrere Strahlungsquellen (S1–S6) sind jeweils jedem Fotodetektor
zugeordnet. Beispielsweise sind zwei Strahlungsquellen jedem einzelnen
der Detektoren in der dargestellten Ausführungsform zugeordnet. Unter
Verwendung des Detektors D1 als ein Beispiel ist die erste derartige Quelle
(bezeichnet mit dem Bezugszeichen 31) auf derselben Seite
der Bahn 10 wie der Detektor angeordnet, um Streureflexionsmessungen
zu erhalten. Die zweite derartige Quelle 32 richtet die
auffallende Strahlung durch die Bahn 10 für eine Volumentransmissionsmessung.
Wenn Streureflexionsmessungen auszuführen sind, werden die Quelle
und ihr zugeordneter Detektor oft in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.
Wenn Volumentransmissionsmessungen auszuführen sind, wird die Quelle
und der Detektor typischerweise in getrennten Gehäusen angeordnet,
die auf gegenüberliegenden
Seiten der sich bewegenden Bahn 10 angeordnet sind. Wie
vorstehend erwähnt,
werden die Ausgangssignale der Fotodetektoren einem Prozessor 24 zur
weiteren Analyse zugeführt.
Obwohl der Prozessor 24 in 1 als eine
einzige Vorrichtung dargestellt ist, dürfte es sich verstehen, dass
verschiedene Funktionen der Datenverarbeitungsprozedur über verschiedene
Rechenvorrichtungen verteilt werden können. Beispielsweise sind kommerzielle
Spektrometer oft mit einer elektronischen Steuereinheit (ECU) ausgestattet,
in welcher wenigstens eine gewisse Vorverarbeitung der Daten stattfindet.
Diese Daten können dann
einem speziell programmierten Computer zur weiteren Verarbeitung
sowie zur Erzeugung der gewünschten
graphischen Anzeigen zugeführt
werden.
-
Obwohl
verschiedene Arten von Spektrometervorrichtungen innerhalb der Lehren
der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können, verwenden derzeit bevorzugte
Ausführungsformen
Filterspektrometer, um die Zusammensetzungsinformation gewinnen.
Allgemein gesagt, erzeugen Filterspektrometer eine Anzeige der Absorption
in selektierten Frequenzbändern
durch Vergleichen von Referenz- und Messwerten der in diesem Band
auftretenden Strahlen. Der Referenzwert wird typischerweise erhalten,
indem elektromagnetische Energie aus der Strahlungsquelle direkt
dem Detektor zugeführt
wird. Der gemessene Wert ist elektromagnetische Energie, die nach
der Wechselwirkung mit dem Probenmaterial gesammelt wurde. Die interessierende
Frequenz wird typischerweise erzeugt, indem eine Breitbandstrahlung
aus der Strahlungsquelle durch ein oder mehrere Schmalbandfilter
hindurchgeführt
wird. Der Aufbau eines Filterspektrometers, welcher für die Verwendung
in der vorliegenden Erfindung angepasst werden kann, ist in dem
U.S. Patent Nr. 4,097,743 für
Carlson beschrieben.
-
4 veranschaulicht
die allgemeinen Prozessschritte, die zur Gewinnung der Komponenteninformation
in dem System von 1 angewendet werden. Bei dem
Block 33 wird elektromagnetische Energie bei ausgewählten Frequenzen
an jeder von den Detektionsstellen in der Querrichtung der Bahn detektiert.
Bevorzugt werden die mehreren Spektren durch spektrale Fusion kombiniert,
um den "Supervektor" zu erzeugen, aus
welchem Komponentendaten erzeugt werden. Dieses erfolgt bei dem
Block 34, bei dem multivariate voll-spektrale chemische
Messungen angewendet werden, um eine räumliche Datenmatrix der erforderlichen
Eigenschaften zu berechnen. (Tatsächlich kann eine Anzahl von
räumlichen
Datenmatrizen aus derselben spektralen Supervektorinformation gewonnen
werden).
-
Es
wird in Betracht gezogen, dass die räumlichen Datenmatrizen unter
Einsatz graphischer Techniken "rückprojiziert" werden, um eine
virtuelle Eigenschaftenkarte (d.h., Zusammensetzungskarte) der fraglichen
Komponente zu erzeugen. Als eine Alternative zu direkter Projektion
kann das Profil mit einem Idealprofil für jede interessierende Bahneigenschaft
(gemäß Darstellung
bei dem Block 38) verglichen werden. Bei dem Block 40 können die
sich ergebenden Abweichungskarten einer menschlichen Bedienungsperson
zur visuellen Interpretation angezeigt werden, oder können einer
Bildanalyse oder Mustererkennung für eine automatisierte Steuerung unterzogen
werden. Gemäß Darstellung
bei 41 könnte
der ideale Übereinstimmungsindex
für den
tatsächlichen
Wert gegenüber dem
Idealwert auch als eine einzige geradzahlige Zahl berechnet werden, welche
den "Gleichheits"- oder einfachen
Qualitätswert
für die
interessierende Komponente während des
Bahnherstellungsprozesses repräsentiert.
-
5 stellt
ein Beispiel eines Spektrums dar, das dazu verwendet werden kann,
Information bezüglich
der Menge der auf das Gesichtstissuepapier aufgebrachten Lotion
zu erhalten. In diesem Beispiel repräsentiert das Spektrum die Differenz
zwischen einem Spektrum eines unbehandelten Tissuepapiers und einem
Spektrum von Tissuepapier, auf welches die Lotion aufgebracht wurde.
Die Spektren werden durch Volumentransmission von elektromagnetischer NIR-Energie
erhalten.
-
Wie
man sehen kann, zeigt das sich ergebende Spektrum mehrere Absorptionsspitzen,
wovon einige dem Lotionsmaterial des behandelten Tissuepapiers entsprechen.
Beispielsweise zeigen die Spitzen bei 1214 nm, 1727 nm, 2314 nm
und 2400 nm das Vorhandensein von Mineralöl, einem Hauptbestandteil der
Lotion an. Eine mathematische Verarbeitung dieser Absorptionswerte
ergibt somit eine Anzeige einer Lotionskonzentration an einer speziellen
Detektionsstelle.
-
Die
restlichen Figuren stellen verschiedene graphische Anzeigen dar,
die mit der Zusammensetzungsinformation erzeugt werden können. Beispielsweise
stellt 6 ein dreidimensionales Gitternetzbild (42)
von Zusatzprozentsätzen
für eine
spezielle interessierende Komponente an jeder der Detektionsstellen
dar. Die sich ergebende Karte stellt die Zusatzprozentsätze in Korrelation
zu der Oberfläche der
Bahn in einer Weise dar, die leicht durch eine menschliche Bedienungsperson
erkennbar ist. In diesem Falle zeigt die Karte Konzentrationspegel
in der Maschinenrichtung auf einer FIFO-(first in -first out) Basis,
die das Aussehen einer Bewegung ergibt, die der Bewegung des Bahnproduktes
entspricht. 2 stellt eine zweidimensionale
Darstellung derselben Daten dar. In diesem Falle sind die Bereiche
hoher, mittlerer oder niedriger Zusatzprozentsätze durch eine entsprechende
Farbe dargestellt. Somit werden hohe Pegel des Zusatzes durch eine
erste Farbe dargestellt, welche einfach Weiß sein kann. Mittlere Zusatzpegel
in der Nähe
des Sollwertes können
durch eine zweite Farbe 48 repräsentiert werden. Eine dritte
Farbe 50 bezeichnet die niedrigeren Pegel des Zusatzes
für die
interessierende Komponente.
-
Noch
eine weitere Art einer graphischen Darstellung ist in den 8A und 8B veranschaulicht.
Insbesondere zeigt 8A eine Balkengraphik 52,
in welcher die Zusammensetzungsinformation auf einer FIFO-(first
in -first out) Basis in der Maschinenrichtung der Bahn dargestellt
ist. Die Zusammensetzungsinformation in der Querrichtung der sich
bewegenden Bahn an den verschiedenen Detektionsstellen wird durch
eine Balkengraphik 54 von 8B dargestellt.
-
Man
kann somit sehen, dass die vorliegende Erfindung ein verbessertes
Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Fertigungsqualität einer sich
bewegenden Bahn bereitstellt. Obwohl bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung dargestellt und beschrieben wurden, können von
dem Fachmann auf diesem Gebiet daran Modifikationen und Veränderungen
ohne Abweichung von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung
vorgenommen werden, welcher insbesondere in den beigefügten Ansprüchen beschrieben
ist. Zusätzlich
dürfte
es sich verstehen, dass Aspekte der verschiedenen Ausführungsformen
sowohl vollständig
als auch teilweise ausgetauscht werden können. Ferner wird der Fachmann
auf diesem Gebiet erkennen, dass die vorstehende Beschreibung nur
ein Beispiels ist, und nicht als Einschränkung der Erfindung gedacht
ist, sofern sie in derartigen beigefügten Ansprüchen beschrieben ist.
