DE69738499T2

DE69738499T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung des spektralen Reflektionsvermögens eines Materials

Info

Publication number: DE69738499T2
Application number: DE69738499T
Authority: DE
Inventors: Seyhan Thornhill Nuyan
Original assignee: Valmet Automation Canada Ltd
Current assignee: Valmet Automation Oy
Priority date: 1996-06-04
Filing date: 1997-05-06
Publication date: 2009-01-29
Anticipated expiration: 2017-05-07
Also published as: CN1176326A; NO972518D0; DE69738499D1; CA2198543A1; US6052194A; BR9701449A; ZA972807B; EP0811829B1; EP0811829A2; NO972518L; FI972211A; ID17741A; JPH1082696A; KR980002432A; FI972211A0; ATE385564T1; TW324797B; FI120473B; CA2198543C; EP0811829A3

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2. Allgemeiner gesprochen bezieht sich die Erfindung auf die Regelung der Menge einer Mehrzahl von Farbstoffen wie etwa Färbemitteln, die auf ein Material aufgebracht werden, um den Reflexionsgrad des Materials über den gesamten Bereich des sichtbaren Spektrums zu regeln, und insbesondere die Farbe eines Papiergewebes zu regeln.
In Farbregelsystemen nach dem Stand der Technik ist das Färbungsmodell im Allgemeinen eine 3×3-Matrix, die das Verhältnis zwischen den Strömen dreier wohlüberlegt ausgewählter Farbstoffe und den drei Farbkoordinaten eines der üblichen Farbräume ausdrückt. Diese Koordinaten können beispielsweise die Hunter Laborstories L, a, b, oder C. I. E. L*, a*, b*, oder der Farbwert x, y, z, oder der Tristimulus X, Y, Z sein.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art ist im US-Patent 4 439 038 offenbart. Es verwendet ein variables Bandpassfilter in der Form einer drehbaren Scheibe mit veränderlicher Dicke der Filterbeschichtung, und einen Rechner, um die Tristimulus-Werte zu erzeugen. Die US 5 182 721 verwendet spektrale Messungen, um den Einfärbeprozess in einer Druckmaschine zu regeln.
In der oben genannten Anwendung sind metamere Einflüsse das größte Problem, da zwei unterschiedlich erscheinende Farben in einem gegebenen Farbraum dieselben Farbkoordinaten haben können. Dies geschieht nicht nur bei unterschiedlichen Beleuchtungs- und Beobachterbedingungen, sondern auch einfach als Folge des Verfahrens, mit dem die verschiedenen Farbkoordinaten abgeleitet werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, gemessene Reflexionsgrade in einer Mehrzahl von Wellenlängenbändern, die sich über das sichtbare Spektrum erstrecken, mit Soll-Reflexionsgraden zu vergleichen und die Mengen einer Mehrzahl von auf einen Gegenstand aufgebrachten Färbemitteln entsprechend anzupassen.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, ein Farbregelsystem zu schaffen, bei dem die Anzahl der Wellenlängenbänder, bei denen die Reflexionsgradwerte gemessen und mit Sollwerten verglichen werden, größer als die Anzahl der Färbemittel ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Soll- und gemessenen Reflexionsgradwerte in diesen Wellenlängenbändern zu vergleichen, während die Soll- und gemessenen Farbkoordinaten für einen gegebenen Farbraum ebenfalls verglichen werden.
Es ist eine wiederum weitere Aufgabe der Erfindung, das Aufbringen eines besonders teuren Färbemittels als einen Fehler anzusehen, der zusammen mit anderen Reflexionsgrad-Fehlern verringert werden muss.
Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Prädiktor-Schaltkreis für die Färbung von Papiergewebe einzusetzen, der die Zeitkonstante einer exponentiellen Systemantwort und Transport- oder Zeitverzögerungen in Betracht zieht.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, Farbstoffantwort-Simulationsschaltkreise für die Färbung von Papiergewebe bereitzustellen, die für eine Änderung im Farbstofffluss den erwarteten Reflexionsgrad-Bereich über das sichtbare Spektrum oder in einem gewissen Farbraum erzeugen, so dass die Wirkungen einer Änderung im Farbstofffluss abgeschätzt werden können, während der tatsächliche Farbstofffluss unverändert bleibt.
Diese und andere Ziele der Erfindung werden durch eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff und mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 2 zur Verfügung gestellt. Die Ziele werden auch durch ein Verfahren mit dem Oberbegriff und den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Die Vorrichtung führt insbesondere einen Vergleich zwischen Soll- und gemessenen Reflexionsgradwerten in einer Anzahl von sich über das sichtbare Spektrum erstreckenden Wellenlängenbändern durch, die größer sind – nominell wenigstens drei – als die Anzahl verschiedener Färbemittel, deren Flussraten die gemessenen Reflexionsgradwerte regeln. Der Vergleich quantifiziert Fehler, die gewichtet werden – nominell mit einem Faktor von eins –, dann durch eine nichtlineare Operation verändert werden – nominell durch Quadrieren oder durch die Ermittlung des Absolutwerts –, und dann zusammenaddiert werden, um einen Ausgang bereitzustellen, der minimal gemacht wird, indem die einzelne Flussrate jedes Färbemittels angepasst wird.
Diese und andere Ziele der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
In den beigefügten Zeichnungen, die einen Teil der vorliegenden Beschreibung bilden, im Zusammenhang mit ihr gelesen werden müssen und in der gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche Teile in den verschiedenen Ansichten zu bezeichnen, ist
1 eine schematische Darstellung, die die Erfindung und insbesondere die mechanische Anordnung der Teile veranschaulicht.
2 eine schematische Ansicht, die eine Ausführungsform der Erfindung zeigt.
3 eine schematische Ansicht, die eine vereinfachte Form der Erfindung zeigt, die Mittel für die Optimierung des Flusses zweier Färbemittel beinhaltet.
4 eine schematische Ansicht, die einen vereinfachten Simulationskreis für die spektrale Farbstoffantwort zeigt.
5 eine schematische Ansicht, die einen Polaritäts-Diskriminatorschaltkreis zeigt.
6 eine schematische Ansicht, die einen fünfstufigen Ringzähler zeigt, der während eines Korrekturzyklus iterative Änderungen in den Farbstoffflüssen erzeugt.
7 eine schematische Ansicht, die eine Schaltung zeigt, um den Absolutwert eines Fehlersignals zu erhalten.
8 eine schematische Ansicht, die eine Prädiktorschaltung zeigt, die die Wirkungen der Zeitkonstante und der Zeitverzögerung kompensiert.
9 ein Schaubild, das die Veränderung des Prädiktionsfaktors über der Zeit zeigt.
10 ein Schaubild der Änderung des Reflexionsgrades pro Änderung im Farbstofffluss für ein blaues Färbemittel an dreizehn Endpunkten von zwölf Bändern des sichtbaren Spektrums.
11 ein Schaubild der Änderung des Reflexionsgrades pro Änderung im Farbstofffluss für ein violettes Färbemittel an fünf Endpunkten von vier Bändern des sichtbaren Spektrums.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Unter Bezug auf die 1 der Zeichnungen regelt der Schaltkreis 12 die Farbe eines Papiergewebes 14, welches von einer Papiermühle erzeugt wird, die teilweise allgemein mit dem Bezugszeichen 16 bezeichnet ist. Die Mühle 16 umfasst einen Stoffeinlauf 18, der aus einem Brei von Pulpe 20, der durch ein Rohr 21 zu dem Stoffeinlauf 18 fließt, ein nasses Papiergewebe 14 abgibt. Das Gewebe 14 wird anfänglich von einem porösen Gurt 13 gestützt und erhält in dem Maße Stärke und Form, wie es entlang den Rollen 22 zu einem Paar von sich gegenüberliegenden Pressrollen 23 läuft, die für das Schlichten der Oberfläche oder für pigmentierte Oberflächenbeschichtungen verwendet werden können. Das Gewebe 14 passiert schließlich einen Rahmen 24, entlang dessen ein Spektrofotometer 50 die Breite des Papiergewebes 14 abtastet.
Das Spektrofotometer 50 fühlt Licht ab, das von dem Gewebe 14 reflektiert wurde, und leitet diese Information an den Regelschaltkreis 12 in der Form von gemessenen Reflexionsgradsignalen weiter, die allgemein mit dem Bezugszeichen 28 bezeichnet sind und bei einer Anzahl von Wellenlängenbändern, typischerweise dreißig oder mehr, die sich über das sichtbare Spektrum erstrecken und eine Rotmessung 28R und eine Violettmessung 28V umfassen, aufgenommen wurden. Der Schaltkreis 12 erzeugt Farbstofffluss-Regelsignale 30D und Zusatzstofffluss-Regelsignale 30A. An den Schaltkreis 12 wird auch eine Sollspektrum angelegt, welches allgemein mit dem Bezugszeichen 36 bezeichnet ist und Wellenlängenbänder umfasst, die den gemessenen Wellenlängenbändern einschließlich eines roten Sollwerts 36R des Reflexionsgradwertes und eines violetten Sollwerts 36V des Reflexionsgradwertes entsprechen. Das Sollspektrum kann das gemessene Reflexionsgradspektrum einer Probe sein, deren Farbe experimentell als wünschenswert bestimmt worden ist. Unabhängig geregelte Indexer 39 stellen Signale bereit, welche durch Gatter 38 an den Schaltkreis 12 weitergeleitet werden, um den Fluss der auf das Gewebe 14 aufgebrachten Zusatzstoffe zu regeln. Ein Signal M schaltet die Gatter 38 zu bestimmten Zeiten in den "enable"-Modus, wie im Folgenden beschrieben werden wird.
In Abhängigkeit von den Farbstofffluss-Regelsignalen 30D von dem Schaltkreis 12 geben die Farbstofffluss-Regelvorrichtungen 100D Farbstoffe 42D ab, um die Farbe des Gewebes 14 zu regeln. In Abhängigkeit von den Zusatzstofffluss-Regelsignalen 30A gibt die Zusatzstoff-Regelvorrichtung 100A geregelte Volumen von Zusatzstoffen 42A ab, die andere Eigenschaften des Papiergewebes 14 beeinflussen. Hier ist gezeigt, dass die Farbstoffe 42D und die Zusatzstoffe 42A alle in das Rohr 21 aus derselben Entfernung von dem Stoffeinlauf 18 eingespritzt werden, um die Konstruktion der weiter unten zu beschreibenden Prädiktor-Schaltkreise zu vereinfachen.
Obwohl die Zusatzstoffe 42A die Farbe des Gewebes 14 beeinflussen können, besteht ihr hauptsächlicher Zweck darin, die Qualität des Gewebes zu steuern. Einige Beispiele von Zusatzstoffen 42A umfassen TIO₂ (Titaniumdioxid), um die Lichtundurchlässigkeit zu erhöhen, CaCO₂ (Kalziumkarbonat) zur Füllung von Lücken, um eine glatte Oberfläche zu erhalten, Natriumaluminiumsilikat, um Undurchlässigkeit für Wasser und Widerstandfähigkeit gegen Hitze herzustellen, Harz und andere Chemikalien für das interne Schlichten, um die Wasserdurchdringungsrate zu verringern, und verschiedene Retentionshilfsmittel. Solche Retentionshilfsmittel können Polyacrylamide, Polyamine, Stärke, Bentonit, Alaunsorten, Polyäthylenimine, Polyäthylenoxide, Silika und Polydadamac umfassen. Diese Hilfsmittel werden verwendet, um die Sauberkeit und Maschinengängigkeit von Papiermaschinen zu erhöhen, die Produktion durch Erhöhung der Entwässerung zu erhöhen, die Flexibilität der Fasereinsatzsubstitution zu erhöhen, die Wirksamkeit des Füllers und des chemischen Auftrags zu erhöhen, den Faserverlust zu verringern und Siebkreisläufe zu schließen.
Die 2 zeigt eine vereinfachte Ausführung des Schaltkreises 12, der einen Zusatzstoff aufweist und die Flussrate von drei Farbstoffen moduliert. Das gemessene Spektrum 50 kann dreißig Bänder von Reflexionssignalen 28 umfassen, die in 10 Nanometer-Wellenlängenbändern zwischen 400 und 700 nm aufgenommen wurden. Der Wert des Violett-Reflexionssignals 28V für das sich von 400 bis 410 nm erstreckende Band stellt den tatsächlichen Reflexionsgrad, geteilt durch einen reinweißen Referenzreflexionsgrad, dar. Das rote Reflexionssignal 28R wird in dem sich von 690 bis 700 nm erstreckenden Band gemessen.
In ähnlicher Weise stellt das Sollspektrum 52 entsprechende dreißig erwünschte Reflexionssignale 36 in 10 nm-Bändern von 400 bis 700 nm bereit.
Das Sollspektrum 52 kann auch dadurch erhalten werden, dass die Farbstoffflüsse angepasst werden, bis die gemessenen und die Soll-Farbkoordinaten in einem gegebenen Farbraum einander entsprechen. Das sich daraus ergebende gemessene Spektrum wird als Sollspektrum verwendet. Dieses Sollspektrum kann für die ausgewählten Soll-Farbkoordinaten nicht eindeutig sein; aber das System wird immer für ein gemessenes Spektrum sorgen, das dem gleichen Metamer eng entspricht.
Der Schaltkreis 54 addiert die Werte von dreißig vorhergesagten Änderungen der Reflexionssignale 56 von den Schaltkreisen 116 zu den gemessenen Reflexionssignalen 28, um dreißig erwartete Reflexionssignale 58 zu erzeugen. Die erwarteten Reflexionssignale 58 und die Soll-Reflexionssignale 36 werden an Komparatoren 60 angelegt, die die Soll-Reflexionssignale 36 von den erwarteten Reflexionssignalen 58 subtrahieren, um dreißig Fehlersignale 62 zu erzeugen. Ein Gewichtungsschaltkreis 64 kann jedes Fehlersignal mit einer Konstanten multiplizieren, um bestimmte Bereiche des Spektrums hervorzuheben oder abzuschwächen. Die zentralen Wellenlängen können abgeschwächt oder hervorgehoben werden, tiefe Wellenlängen können abgeschwächt oder hervorgehoben werden, und hohe Wellenlängen können hervorgehoben oder abgeschwächt werden. Daraus ergeben sich dreißig einzelne gewichtete Fehlersignale 66. Die Fehlersignale 66 reichen von positiven bis zu negativen Werten und werden an die nichtlinearen Operationsschaltkreise 68 angelegt.
Die Schaltkreise 68 erheben jedes Fehlersignal nominell zu einer geraden Potenz, wie beispielsweise zwei, und stellen daher einen positiven Ausgang zur Verfügung, unabhängig davon, ob das Fehlersignal positiv oder negativ ist. Wie in 3 gezeigt, kann der Schaltkreis 68 den Absolutwert eines Fehlersignals 66 nehmen und dann diesen Absolutwert in eine Potenz erheben, die von weniger als eins bis zu mehr als zwei reicht.
Die nichtlinearen Operationsschaltkreise 68 stellen modifizierte Fehlersignale 70 zur Verfügung, die an einem Summierschaltkreis 72 angelegt werden. Der Schaltkreis 72 addiert alle modifizierten Fehlersignale 70 auf, um einen Summenausgang 74 zu erzeugen.
Der Ausgang 74 ist mit einem Summenminimierungs-Schaltkreis 76 verbunden. Bei Kurvenanpassungs-Approximationen ist das übliche Kriterium, dass die Summe der Fehlerquadrate minimal wird. Der Schaltkreis 76 erzeugt Änderungen in der Menge jedes Farbstoffs, der auf den Gegenstand, das Gewebe 14, aufzutragen ist, so dass der Ausgang 74 des Summierungsschaltkreises 72 minimal wird. Der Minimierungsschaltkreis 76 führt diese Funktion aus, indem er Signale zur Verfügung stellt, die selektiv durch sequenziell betriebene Gatter 168 hindurchgeführt werden, um die Farbstoffzähler 82, 84 und 86 in Abhängigkeit von Änderungen im Wert des Summen-Fehlersignals 74 nach oben oder nach unten zu schalten. Die Ausgänge 88, 90 und 92 der Farbstoffzähler 82, 84 und 86 stellen Änderungen in den Flüssen der entsprechenden Farbstoffe D1, D2 und D3 dar. Der Minimierungs-Schaltkreis 76 treibt einen Folgeschaltkreis 166 an, der für einen Ausgang sorgt, der die Gatter 168 in den "enable"-Modus schaltet, um Schaltsignale sequenziell von dem Schaltkreis 76 auf die Farbstoffzähler zu schalten.
Die Zählerschaltkreise 78 umfassen einen Zusatzstoffzähler 80 wie auch drei Farbstoffzähler. Der Ausgang 94 des Zusatzstoff-Zählers 80 stellt eine Änderung im Fluss eines Zusatzstoffs dar. Der Zusatzstoff-Zähler 80 wird von dem Schaltkreis 39 weitergeschaltet, wenn das Signal M das Gatter 38 in den "enable"-Modus bringt. Der Schaltkreis 39 kann zwei von Hand bedienbare Druckknopfschalter umfassen, die mit einer positiven Potenzialquelle 255 (7) verbunden sind, um den Ausgang des Zählers 80 selektiv um jeweils einen Zählerstand zu einem Zeitpunkt zu erhöhen oder zu erniedrigen.
Die Ausgänge 88, 90 und 92 der Farbstoffzähler wie auch der Ausgang 94 des Zusatzstoff-Zählers von den Zählerschaltkreisen 78 werden an Integrationsschaltkreise 96 angelegt, deren Ausgänge mit Speicherschaltkreisen 98, die die Farbstoff- und Zusatzstoff-Flussregelsignale 30D und 30A bereitstellen, verbunden sind. Diese sind wiederum mit den Flussreglern 100 verbunden. Die Flussregler 100, die Flussregelvorrichtungen wie 100D und 100A der 1 beinhalten, regeln die Farbe und andere Eigenschaften des Gewebes 14, indem der Fluss jedes Farbstoffs und Zusatzstoffs geregelt wird.
Die Ausgänge 88, 90, 92 und 94 der Zählerschaltkreise 78 werden auch an entsprechende Farbstoffantwort-Simulatorschaltkreise 102, 104 und 106 und an einen Zusatzstoffantwort-Simulatorschaltkreis 108 angelegt. Die Farbstoffantwort-Schaltkreise 102, 104 und 106 erzeugen jeweils die erwartete Änderung des Reflexionsgrades über dem sichtbaren Spektrum für eine Änderung im Farbstofffluss. In ähnlicher Weise erzeugt der Zusatzstoffantwort-Schaltkreis 108 die erwartete Änderung des Reflexionsgrades über dem sichtbaren Spektrum für eine Änderung im Zusatzstofffluss. Die Antwortsimulatorschaltkreise 102, 104, 106 und 108 stellen die erwarteten Änderungen im Reflexionsgrad des Gewebes 14 zur Verfügung, bevor eine tatsächliche Änderung des Flusses der Farbstoffe oder der Zusatzstoffe vorgenommen wird.
Die Ausgänge der Farbstoff- und Zusatzstoffantwortschaltkreise, die allgemein mit dem Bezugszeichen 110 bezeichnet sind, werden an die Summierschaltkreise 112 angelegt. Die Ausgänge 114 des Summierschaltkreises 112 sind die erwarteten Änderungen im Reflexionsgrad des Gewebes 14 über dem sichtbaren Spektrum für die Änderungen in den Farbstoff- und Zusatzstoffflüssen, die von den Ausgängen der Zähler 78 dargestellt werden.
Der Ausgang 114 wird einem Prädiktor-Schaltkreis 116 zugeführt, der die Zeitkonstante der exponentiellen Änderung der Menge an Farbe oder Zusatzstoff kompensiert, die am Ausgang des Stoffeinlaufs 18 erscheint und von einer Änderung des in die Röhre 21 eingespritzten Flusses von Farbe oder Zusatzstoff herrührt. Der Prädiktor-Schaltkreis 116 kompensiert auch die Zeitverzögerung oder Transportverzögerung zwischen dem Ausgang des Stoffeinlaufs 18 und dem Spektrofotometer 50. Die dreißig Ausgänge 56 des Prädiktor-Schaltkreises 116 werden an den Additionsschaltkreis 54 angelegt, an den auch wie vorstehend beschrieben die Ausgänge 28 des Spektrofotometers 50 angelegt werden.
Der Folgeschaltkreis 166 erzeugt auf der Leitung 119 ein Signal M, auf der Leitung 118 ein Signal L und auf der Leitung 120 ein Signal K. Das Signal L zeigt an, dass der Summenfehler 74 minimiert wurde, und aktiviert den Integrationsschaltkreis 96 und den Prädiktor-Schaltkreis 116. Das Signal K tritt kurze Zeit später auf und setzt die Zählerschaltkreise 78 auf Null zurück. Dies stellt sicher, dass die Ausgänge der Zählerschaltkreise 78 integriert werden, bevor die Zähler rückgesetzt werden. Das Signal M setzt das Gatter 38 in "enable"-Modus, um die Schaltsignale von dem Schaltkreis 39 an den Zusatzstoffzähler 80 anzulegen.
Die Ausführungsform der 2 schließt einen Schaltkreis ein, der allgemein mit dem Bezugszeichen 122 bezeichnet ist, um den Fluss des Farbstoffs D1 zu vermindern und schließt weiterhin einen Farbkoordinatenschaltkreis ein, der allgemein mit dem Bezugszeichen 124 bezeichnet ist, wobei diese Schaltkreise durch entsprechende Schalter 126 und 128 optional in die Regelschaltkreise 12 einbezogen werden. Der Schaltkreis 122 ist für die Verminderung des Flusses eines relativ teuren Farbstoffs wie D1 nützlich, indem er jeden Fluss eines solchen Farbstoffs als Fehler behandelt. Bei geschlossenem Schalter 126 werden die Flussrate 96D des Farbstoffs D1 von dem Integrator 96 und die inkrementale Änderung der Flussrate 92 des Farbstoffs D1 von dem Regelzähler 86 im Schaltkreis 130 addiert. Der Ausgang 132 des Addierschaltkreises 130 ist immer positiv und wird einem Gewichtungsschaltkreis 134 zugeführt, dessen Ausgang dem Schaltkreis 136 zugeführt wird, der diesen Ausgang in eine von weniger als eins bis zu mehr als zwei reichende Potenz erheben kann. Wenn die Potenz eins ist, gibt es keine nichtlineare Operation; und eine solche wäre nicht erforderlich, da der Fluss eines Farbstoffs wie D1 niemals negativ sein kann. Der Fehlersignalausgang 138 des Schaltkreises 136 wird über den Schalter 126 dem Summierschaltkreis 72 zugeführt.
Indem wir uns nun dem Farbkoordinaten-Schaltkreis 124 zuwenden, werden die gewünschten oder Soll-Reflexionssignale 36 und die erwarteten Reflexionssignale 58 entsprechenden Schaltkreisen 144 und 142 zugeführt, um Farbkoordinaten bereitzustellen. Wie oben angegeben, können die Koordinaten beispielsweise Hunter Laborstories L, a, b oder C. I. E. L*, a*, b* oder der Farbwert x, y, z sein. Die Ausgänge der Schaltkreise 144 und 142 werden einem Komparator 140 zugeführt, dessen drei Fehlerausgänge 146 durch gekoppelte Schalter 128 zu drei korrespondierenden Eingängen der Gewichtungsschaltkreise 64 geführt werden. Die drei entsprechenden Ausgänge der Schaltkreise 64 werden drei entsprechenden Eingängen der nichtlinearen Operationsschaltkreise 68 zugeführt. Die drei entsprechenden Ausgänge der Schaltkreise 68 werden einem Summierschaltkreis 72 zugeführt.
Es versteht sich, dass ich auf ähnliche Weise gewünschte und erwartete Farbkoordinaten für eine Mehrzahl von anderen Farbräumen zur Verfügung stellen kann, sie vergleichen kann, um Fehler zu erzeugen, die Fehler gewichten kann, die gewichteten Fehler nichtlinearen Operationen unterziehen kann und die modifizierten Fehler dem Summierschaltkreis 72 zuführen kann.
Optische Aufheller, auch als fluoreszierende Bleichmittel bekannt, sind Farbstoffe, die nicht im sichtbaren Spektrum, aber im ultravioletten Bereich absorbieren und die in den violetten oder blauen Bereichen fluoreszieren oder emittieren. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung können sie entweder als "Farbstoffe" oder als Zusatzstoffe behandelt werden. Es versteht sich, dass das von dem Spektrofotometer 50 gemessene "Reflexionsgrad"-Spektrum Ausstrahlungen in den kürzeren Wellenlängen des sichtbaren Spektrums, wo solche fluoreszierenden Farbstoffe verwendet werden, einschließt.
Indem nunmehr auf die 3 Bezug genommen wird, zeigt diese einen vereinfachten Schaltkreis, um den Fluss zweier Farbstoffe zu optimieren. Die Anzahl der Werte der Soll- und gemessenen Spektra ist auf vier Bänder verringert worden, die sich von 400 nm bis 475 nm, von 475 nm bis 550 nm, von 550 nm bis 625 nm, und von 625 nm bis 700 nm erstrecken, wie man aus 11 erkennen kann, die die normalisierte spektrale Antwortkurve 236 eines violetten Farbstoffs D2 zeigt. Die 10 zeigt eine normalisierte spektrale Antwortkurve 234 eines blauen Farbstoffs D1 in zwölf 25 nm-Bändern, die sich über das sichtbare Spektrum erstrecken, wobei sich ein erstes Band von 400 bis 425 nm erstreckt und das zwölfte Band von 675 nm bis 700 nm. Das System regelt zwei unabhängige Variablen, nämlich den Fluss von zwei Farbstoffen, in Abhängigkeit von vier abhängigen Variablen, nämlich den gemessenen Reflexionsgradsignalen von vier Wellenlängenbändern, die das sichtbare Spektrum abdecken.
In der 3 sorgen Komparatoren 60a für die Unterschiede zwischen dem Sollspektrum 52 und dem gemessenen Reflexionsgradspektrum 50; und die Ausgänge der Komparatoren 60a sind mit Summierschaltkreisen 54a verbunden. Die spektralen Änderungen, die sich durch Änderungen im Fluss eines blauen Farbstoffs D1 ergeben, werden von dem Schaltkreis 106 bereitgestellt; und die spektralen Änderungen, die sich durch Änderungen im Fluss eines violetten Farbstoffs D2 ergeben, werden von dem Schaltkreis 104 bereitgestellt. Die Ausgänge der Schaltkreise 104 und 106 werden in Additionsschaltkreisen 112 summiert; deren Ausgänge sind an die Prädiktor-Schaltkreise 116 angelegt. Die Ausgänge der Prädiktor-Schaltkreise 116 sind mit den Summierschaltkreisen 54a verbunden. Die Ausgänge der Summierschaltkreise 54a werden an entsprechende Gewichtungsschaltkreise 64 angelegt, wobei diese Gewichtungsschaltkreise weggelassen werden können, wenn die Gewichtung jedes Fehlersignals eins beträgt. Die Ausgänge von drei der Gewichtungsschaltkreise 64 sind mit entsprechenden Quadrierschaltkreisen 150 verbunden. Es versteht sich, dass das Erheben eines Fehlers in eine gerade Potenz ein positives Ergebnis liefert, ungeachtet ob der Fehler positiv oder negativ ist. Wenn der Fehler zu einer anderen als einer geraden Potenz erhoben wird, sollte zuerst der Absolutwert des Fehlersignals erhalten werden. Der Ausgang des vierten Gewichtungsschaltkreises 64 wird an einen Absolutwert-Schaltkreis 146 angelegt, dessen Ausgang an einen Schaltkreis 148 angelegt wird, der den Absolutwert des gewichteten Fehlersignals in eine Potenz erhebt, die von weniger als eins bis mehr als zwei reicht. Es versteht sich, dass der Schaltkreis 148 der 3 und der Schaltkreis 136 der 2 weggelassen werden können, wenn die Potenz, zu der ein Fehlersignal erhoben wird, eins ist. Die Ausgänge der nichtlinearen Operationsschaltkreise 68 werden an den Summierschaltkreis 72 angelegt.
Man wird bemerken, dass in der 3 die Soll- und die gemessenen Reflexionsgradsignale direkt verglichen werden; und dann werden die vorhergesagten Änderungen der Reflexionssignale addiert. Die Fehlersignale von den Additionsschaltkreisen der 3 sind dieselben wie die Fehlersignale vom Ausgang des Komparators 60 in 2. Die Soll-, die gemessenen und die vorhergesagten Signale können entweder wie in 2 kombiniert werden oder wie in 3, wenn keine Farbkoordinaten-Fehlersignale gewünscht werden. Wenn Farbkoordinaten-Fehlersignale gewünscht werden, sollten die Soll-, die gemessenen und die vorhergesagten Signale wie in 2 gezeigt kombiniert werden.
Eine optimale spektrale Übereinstimmung tritt auf, wenn der Ausgang 74 des Summierschaltkreises 72 minimiert wird. Von der Quelle 152 werden Zeitpulse mit einer Rate von beispielsweise 1 MHz durch das Gatter 154 an einen vierstufigen Ringzähler 156 weitergeleitet. Das Spektrofotometer 50 sorgt für eine gewisse Integration oder Glättung der Reflexionssignale über eine Zeitdauer von beispielsweise ½ Sekunde, was bei einer Abtastgeschwindigkeit von 25,4 cm (zehn Zoll) pro Sekunde 12,7 cm (fünf Zoll) Gewebebreite entspricht. Ein erster Impuls "A" von dem Zähler 156 veranlasst das Gatter 158, das Fehlersignal 74 in dem Schaltkreis 160 zu speichern. Unter der Annahme, dass das Zähler-Flip-Flop 162 das Gatter 164 in den "enable"-Modus setzt, geht der nächste Impuls "B" von dem Zähler 156 durch das Gatter 164 hindurch. Unter der Annahme, dass der Folgeringzähler 166a für einen "1"-Ausgang sorgt, der die Gatter 168a in den "enable"-Modus setzt, geht der Ausgang des Gatters 164 durch die Gatter 168a hindurch, um einen Blaufarbstoffzähler 86 negativ von 0 auf –1 zu schalten. Die Ausgänge des Farbstoff-Antwortsimulators 106 ändern sich von Null in Beträgen, die zu der normalisierten Farbstoff-Antwortkurve der 11 proportional sind. Dies ändert die Ausgänge der Addierschaltungen 112 und führt schließlich zu einem neuen Ausgang 74 des Summierschaltkreises 72. Der nächste Impuls "C" von dem Zähler 156 setzt das Gatter 172 in "enable"-Modus, so dass dieser Ausgang zu dem Speicherschaltkreis 174 durchgeht.
Wenn der Ausgang des Speicherschaltkreises 174 größer ist als derjenige des Schaltkreises 160, wird der Ausgang des Komparators 176 positiv; und auf einen Impuls "D" von dem Zähler 156 wird das Gatter 178 diesen positiven Ausgang an einen Polaritätsdiskriminator 180 weiterleiten, dessen positiver Ausgang das Zähler-Flip-Flop 162 triggert, so dass das Gatter 164 in den "disable"-Modus gesetzt wird und das Gatter 182 in den "enable"-Modus. Beim nächsten "A"-Impuls von dem Zähler 156 wird das Summenfehlersignal 74 durch das Gatter 158 gehen und in dem Schaltkreis 160 gespeichert werden. Der nächste "B"-Impuls geht nun durch das Gatter 182, um den Zähler 170 wiederum positiv von –1 auf 0 zurück zu schalten. Der nächste "C"-Impuls von dem Zähler 156 bewirkt, dass der verminderte Summenfehler 74 in dem Schaltkreis 174 gespeichert wird. Der Ausgang des Komparators 176 ist nun negativ. Ein Impuls "D" von dem Zähler 156 setzt das Gatter 178 in den "enable"-Modus; aber der Diskriminator 180 stellt keinen Ausgang zur Verfügung, so dass sich keine Wirkung auf das Zähler-Flip-Flop 162 ergibt. Eine aufeinanderfolgende Erhöhung des Blaufarbstoffzählers 86 ergibt sich aus "B"-Impulsen des Ringzählers 156, bis der im Schaltkreis 174 gespeicherte Fehler denjenigen im Schaltkreis 160 übertrifft, so dass der Komparator 176 einen positiven Ausgang bereitstellt. Dies zeigt an, dass beispielsweise ein +4-Ausgang des Blauzählers 86 einen Schritt zu groß ist.
Der nächste "D"-Impuls setzt das Gatter 178 in den "enable"-Modus; und der positive Ausgang des Komparators 176 geht durch das Gatter 178 zu dem Diskriminator 180, der das Zähler-Flip-Flop 162 triggert, und nach einer von dem Schaltkreis 181 bereitgestellten Verzögerung von 0,1 μSek wird er an das Gatter 184 angelegt. Die ersten beiden "D"-Impulse des Zählers 156 schalten einen Zähler 186 durch das Gatter 188. Ein "1"-Ausgang des Zählers 186 sperrt das Gatter 184, während ein "2"-Ausgang des Zählers 186 das Gatter 184 in den "enable"-Modus setzt. Der "2"-Ausgang des Zählers 186 setzt das Gatter 188 in den "disable"-Modus, so dass der Zählerstand "2" bleibt. Der positive Ausgang des Diskriminators 180 geht nun durch das Gatter 184 durch, um das Flip-Flop 190 zu setzen. Der nächste "B"-Impuls von dem Zähler 156 geht nun durch das Gatter 164 hindurch, um den Blaufarbstoffzähler 170 um einen Schritt von +4 auf +3 zu dekrementieren. Die Änderung in der Flussrate des blauen Farbstoffs D1 ist nun optimiert worden.
Das Setzen des Flip-Flops 190 setzt das UND-Gatter 192 teilweise in den "enable"-Modus. Der nächste "D"-Impuls von dem Zähler 156 setzt das UND-Gatter 192 in den "enable"-Modus. Der Ausgang des UND-Schaltkreises 192 wird durch den ODER-Schaltkreis 194 geleitet, um den Folgeringzähler 166a von "1" auf "2" zu schalten. Dies setzt die Gatter 168a auf "disable" und die Gatter 168b auf "enable", so dass nun der Fluss des violetten Farbstoffs D2 optimiert werden kann. Die Optimierung eines gegebenen Farbstoffs erfordert eine Mehrzahl von "B"-Eingängen von dem Zähler 156 an die Zähler 86 und 84. Wenn für den Zähler 86 ein Zählerstand von +1 das Optimum ist, setzt sich die Zählung entweder als 0, +1, +2, +1, oder als 0, –1, 0, +1, +2, +1 fort. Wenn ein Zählerstand von 0 für den Zähler 86 das Optimum ist, setzt sich die Zählung entweder als 0, +1, 0, –1, 0, oder als 0, –1, 0, +1, 0 fort.
Man wird bemerken, dass bei dem ersten "D"-Impuls von dem Zähler 156 ein positiver Ausgang des Diskriminators 180 das Flip-Flop 190 nicht setzt, da ein +1-Ausgang des Zählers 186 das Gatter 184 in den "disable"-Modus setzt. Man kann weiterhin bemerken, dass jeder Ausgang des UND-Gatters 192 den Zähler 186 auf "0" zurücksetzt und, nach der von dem Schaltkreis 200 bereitgestellten Verzögerung von 0,1 μSek, das Flip-Flop 190 zurücksetzt. Nachdem der Violettfarbstoffzähler 84 optimiert wurde, wird der Ausgang des UND-Gatters 192 durch den ODER-Schaltkreis 194 geleitet, um den Folgeringzähler 166a von "2" auf "0" zu schalten.
Der "0"-Ausgang des Zählers 166a stellt das M-Signal 119 bereit, welches das Gatter 38 der 2 in den "enable"-Modus schaltet, um Schaltsignale von dem Schaltkreis 39 an den Zusatzstoff-Farbstoffzähler 80 weiterzuleiten. Während eines Korrekturzyklus, wenn die Farbstofffluss-Zähler 84 und 86 geschaltet werden, gibt es kein M-Signal; und der Ausgang des Zusatzstoff-Zählers 80 kann nicht geändert werden. Das Signal 119 wird durch ein Hochpassfilter oder eine Differenzierschaltung 204 geleitet und dann durch den Gleichrichter 206 geleitet, um das L-Signal 118 bereitzustellen, welches wie in den 2 und 3 gezeigt die Integratoren 96 und die Prädiktorschaltkreise 116 betätigt. Das L-Signal wird durch einen 0,1 μSek-Verzögerungsschaltkreis 210 geleitet, um das K-Signal 120 bereitzustellen, welche die Speicherschaltkreise 98 betätigt und die Farbstoffzähler 84 und 86 auf Null zurücksetzt. Es ist der Zweck des Verzögerungsschaltkreises 210, es den Schaltkreisen 96 zu erlauben, die Integration der Änderungen im Farbstofffluss zu beenden, bevor die inkrementalen Farbstofffluss-Zähler 84 und 86 auf Null zurückgesetzt werden. Die Ausgänge der Integratoren 96 sind wiederum mit Speicherschaltkreisen 98 verbunden, deren Ausgänge an die Farbstofffluss-Regler 100D angelegt werden.
Ich habe angenommen, dass die Zeitkonstante der exponentiellen Änderung des Farbstoffflusses am Ausgang des Stoffeinlaufs 18 infolge von Änderungen des Farbstoffflusses in der Röhre 21 an dem Eingang des Stoffeinlaufs 15 Sekunden beträgt. Ich habe weiterhin angenommen, dass die Zeit- oder Transportverzögerung zwischen dem Ausgang des Stoffeinlaufs 18 und dem Spektrofotometer 50 30 Sekunden beträgt. Dies kann beispielsweise einer Geschwindigkeit des Gewebes 14 von 609,6 m (2 000 Fuß) pro Minute und einer Länge des Gewebes 14 zwischen dem Stoffeinlauf und dem Spektrofotometer 50 von 304,8 m (1 000 Fuß) entsprechen. Die Zeitimpulse werden an den Schaltkreis 214 angelegt, der durch ungefähr 15 × 10⁶ teilt und alle fünfzehn Sekunden einen Ausgang bereitstellt. Der Ausgang 216 des Pulsteilerschaltkreises 214 wird durch einen ODER-Schaltkreis 194 geleitet, um den Folgeringzähler von "0" auf "1" zu schalten, so dass ein anderer Korrekturzyklus begonnen wird.
Man wird sich daran erinnern, dass vier Zyklen des Ringzählers 156 benötigt werden, um sicherzustellen, dass ein 0-Ausgang des Blaufarbstoffzählers 86 immer noch richtig ist, und vier weitere Zyklen des Ringzählers 156 werden benötigt, um sicherzustellen, dass ein 0-Ausgang des Violettfarbstoffzählers 84 immer noch richtig ist. Die acht Zyklen des Ringzählers 156 benötigen 32 Zeitimpulse von der Quelle 152. Um sicherzustellen, dass einmal alle 15 Sekunden Messungen gemacht werden und an die Farbstofffluss-Regler 100D Korrekturen geliefert werden, kann der Schaltkreis 214 nur durch 14 999 968 teilen. Nachdem der Korrekturzyklus beendet ist, setzt das M-Signal 119 von dem Folgezähler 166a das Gatter 154 in den "disable"-Modus, so dass Zeitimpulse von der Quelle 152 nicht mehr länger an den Ringzähler 156 angelegt werden.
Es versteht sich, dass die Änderungen im Farbstofffluss statt von dem in 3 gezeigten Summenminimierungs-Schaltkreis 76 von einer Vorrichtung geregelt werden können, die andere Verfahren wie beispielsweise Newton-Raphson, Davidon-Fletcher-Powell und Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shannon umfassen.
Unter Bezugnahme auf 4 sind dort die Einzelheiten des Violettfarbstoff-Antwortsimulationsschaltkreises 104 gezeigt, welcher vier Multiplizierschaltkreise 220 einschließt, wobei an jeden der Ausgang des Violettfarbstoffzählers 84 angelegt ist. Die Multiplizierschaltkreise 220 sind mit einem weiteren Eingang von entsprechenden Quellen 222, 224, 226 und 228 versehen, die für entsprechende Koeffizienten C1, C2, C3 und C4 sorgen.
Unter Bezugnahme auf die 4 und 11 ist ersichtlich, dass der Koeffizient C1 für das Band von 400 bis 475 nm einen mittleren Wert von ungefähr – 0,013 aufweist; der Koeffizient C2 für das Band von 475 bis 550 nm einen mittleren Wert von ungefähr –0,033; der Koeffizient C3 für das Band von 550 bis 625 nm einen mittleren Wert von ungefähr –0,024; und der Koeffizient C4 für das Band von 625 bis 700 nm einen mittleren Wert von ungefähr –0,005.
Wie in den 10 und 11 gezeigt, haben die spektralen Antwortkurven für die blauen und violetten Farbstoffe eine Ordinate, die die Änderung im Reflexionsgrad geteilt durch die Änderung im Farbstofffluss darstellt, wobei der Farbstofffluss in Litern pro Minute gemessen wird. Diese Kurven erhält man, indem man eine Änderung von einer Einheit im Farbstofffluss vornimmt und die daraus resultierenden Änderungen des Reflexionsgrades für die verschiedenen Bänder im sichtbaren Spektrum misst. Man würde annehmen, dass es vorteilhaft wäre, diese Antwortkurven zu messen, wenn sich die Farbstoffflüsse nahe ihrer korrekten Werte befinden. Es scheint jedoch, dass die Antwortkurven im Wesentlichen gleich bleiben, sogar wenn die Farbstoffflüsse weit von denjenigen abweichen, die für minimale Fehler von dem gewünschten Sollspektrum sorgen.
Es versteht sich natürlich, dass die spektralen Antwortkurven der 10 und 11 skaliert werden müssten, falls sich die Geschwindigkeit oder die Dicke des Gewebes 14 verändert, oder falls sich eine Änderung des Faserflusses oder der Konzentration einer Farbstofflösung ergäbe. Veränderungen in der Gewebegeschwindigkeit, der Gewebedicke, dem Faserfluss und der Farbstoffkonzentration können dadurch kompensiert werden, dass zwischen jedem Farbstoffzähler und Farbstoffantwort-Simulationsschaltkreis ein Multiplizierschaltkreis vorgesehen wird und der Multiplikationsfaktor größer als eins oder kleiner als eins gemacht wird.
Der Zusatzstoff-Antwortschaltkreis 108 der 2 ist in derselben Weise wie in 4 gezeigt konstruiert; und für eine Zusatzstoff-Spektralantwortkurve ähnlich der der 10 und 11 würde die Ordinate die Änderung im Reflexionsgrad, geteilt durch die Änderung im Zusatzstofffluss in Litern pro Minute, sein. Es ist nochmals darauf hinzuweisen, dass zwischen dem Zusatzstoffzähler 80 und dem Zusatzstoffantwort-Simulationsschaltkreis 108 ein Multiplizierschaltkreis bereitgestellt werden kann, so dass Änderungen der Gewebegeschwindigkeit, der Gewebedicke und der Zusatzstoffkonzentration kompensiert werden können.
Unter Bezugnahme auf 5 sind dort die Einzelheiten des Polaritätsdiskriminators 180 gezeigt. Der Vorzeichenausgang des Komparators 176 ist typischerweise EIN für Ausgänge, die auf "Null" stehen oder positiv sind, und AUS nur für negative Ausgänge. Der Vorzeichenausgang 241 des Gatters 178 ist durch das Gatter 242 mit dem "+"-Ausgang des Diskriminators 180 verbunden. Die binären 1, 2 und 4-Komparatorausgänge von dem Gatter 178 werden an einen ODER-Schaltkreis 244 angelegt, dessen Ausgang das Gatter 242 in den "enable"-Modus setzt. Daher liefert das Gatter 242 nur dann einen "+"-Diskriminatorausgang, wenn der binäre Komparatorausgang des Gatters 178 +1 oder größer ist, und nicht, wenn der binäre Komparatorausgang des Gatters 178 Null oder negativ ist.
Unter Bezugnahme auf 6 ist dort ein fünfstufiger Ringzähler 166b gezeigt, der den Folgezähler 166a der 3 ersetzt. Der "1"-Ausgang des Zählers 166b ist durch das ODER-Gatter 250 geführt, um die Gatter 168a in den "enable"-Modus zu setzen; der "2"-Ausgang des Zählers ist durch das ODER-Gatter 252 geführt, um die Gatter 168b in den "enable"-Modus zu setzen; der "3"-Ausgang des Zählers ist durch den ODER-Schaltkreis 250 geführt, um die Gatter 168a in den "enable"-Modus zu setzen; der "4"-Ausgang des Zählers ist durch den ODER-Schaltkreis 252 geführt, um die Gatter 168b in den "enable"-Modus zu setzen; und der "0"-Ausgang des Zählers 166b stellt wiederum das M-Signal 119 bereit. Dies ermöglicht iterative Korrekturen zuerst des Blaufarbstoffzählers 86, dann des Violettfarbstoffzählers 84, dann des Blaufarbstoffzählers 86 und schließlich des Violettfarbstoffzählers 84. Da sich die Zeit für den Korrekturzyklus verdoppelt, benötigt dies 64 Zeitimpulse von der Quelle 152; und der Schaltkreis 214 kann nun durch 14 999 936 teilen.
In der 7 sind die Einzelheiten des Absolutwertschaltkreises 146 der 3 gezeigt. Der Vorzeichenausgang 254 des vierten Gewichtungsschaltkreises 64 ist mit einem Eingang eines ODER-Schaltkreises 256 verbunden. An den anderen Eingang des ODER-Schaltkreises 256 ist eine Quelle positiven Potentials 255 angelegt. Der Ausgang des ODER-Schaltkreises 256 ist daher ungeachtet des Vorzeichenausgangs 254 des vierten Gewichtungsschaltkreises 64 positiv.
Die 8 zeigt die Einzelheiten eines der Prädiktor-Schaltkreise 116. Der Ausgang des Summierungsschaltkreises 112 wird an ein Schieberegister 264 angelegt, welches beispielsweise fünf Stufen aufweist. Die fünf Stufen sind mit entsprechenden Schaltkreisen verbunden, die allgemein mit 266 bezeichnet sind und die die Signale der verschiedenen Stufen jeweils mit 1, 1, e^–1, e^–2 und e^–3 multiplizieren. Die Ausgänge der Multiplizierschaltkreise 266 werden an einen Summierschaltkreis 268 angelegt. Die Ausgänge der Summierschaltkreise 112 und 268 werden in dem Summierschaltkreis 270 zusammengefasst; und der Ausgang des Schaltkreises 270 wird an den Summierschaltkreis 54a der 3 angelegt (oder an den Summierschaltkreis 54 der 2). Das Register 264 wird von dem L-Signal 118 geschoben.
Wenn die Ausgänge der Farbstoffantwort-Schaltkreise 104 und 106 zum ersten Mal optimiert worden sind, was der Zeit Null in der 9 entspricht, wird der Ausgang des Summierschaltkreises 268 zu Null; und die Ausgänge der Summierschaltkreise 112 und 270 sind gleich. Der Prädiktionsfaktor zur Zeit Null ist daher eins. Für eine Zeit- oder Transportverzögerung von 30 Sekunden wird der Prädiktionsfaktor bei 15 Sekunden und 30 Sekunden eins. Aufgrund der Zeitkonstanten von 15 Sekunden einer exponentiellen Änderung im Farbstofffluss am Ausgang des Stoffeinlaufs 18, um den Farbstofffluss in der Röhre 21 zu ändern, fällt der Prädiktionsfaktor bei 45 Sekunden auf e^–1, bei 60 Sekunden auf e^–2 und bei 75 Sekunden auf e^–3. Es versteht sich, dass beispielsweise eine weitere Stufe des Schieberegisters 264 und ein weiterer Multiplizierer 266 vorgesehen werden können, um bei 90 Sekunden für einen Prädiktionsfaktor von e^–4 zu sorgen. Das Spektrofotometer 50 misst keine auf einer Änderung des Farbstoffflusses in der Röhre 21 beruhende Änderung des Reflexionsgrades des Gewebes 14, bis seit dieser Änderung im Farbstofffluss 30 Sekunden vergangen sind. Danach misst das Spektrofotometer 50 einen exponentiell zunehmenden Anteil einer solchen Änderung während eines Zeitabschnitts von beispielsweise 30 bis 75 Sekunden. Idealerweise sollte die Summierung des Ausgangs des Prädiktor-Schaltkreises 116 und der Änderungen im Ausgang des Spektrofotometers 50 für jedes Wellenlängenband eine Konstante sein, die gleich dem Ausgang des Summierschaltkreises 112 für den ersten Korrekturzyklus ist, so dass während nachfolgender Korrekturzyklen keine weiteren Korrekturen mehr vorgenommen werden müssen. Der Prädiktor-Schaltkreis 116 wird üblicherweise als Smith-Prädiktor bezeichnet. Wenn die Periode zwischen Korrekturzyklen auf 7,5 Sekunden halbiert wird, kann die Anzahl der Stufen des Schieberegisters 264 und die Anzahl der Multiplizierschaltkreise 266 jeweils verdoppelt werden. Die entsprechenden Prädiktionsfaktoren wären 1, 1, 1, 1, e^–0,5, e^–1, e^–1,5, e^–2, e^–2,5 und e^–3.
Es versteht sich, dass die Prädiktorschaltkreise 116 stark vereinfacht werden, wenn die Zeitkonstante des exponentiellen Antwort im Wesentlichen Null ist und sich zwischen der Auftragung von Farbstoffen auf einen Gegenstand und der Messung des von solchen Änderungen in der Auftragung der Farbstoffe erzeugten Spektrums keine Zeit- oder Transportverzögerung einstellt; und das Auftragen von Farbstoffen auf einen Gegenstand kann im Wesentlichen kontinuierlich geregelt werden.
In solch einem vereinfachten oder rückentwickelten Prädiktorschaltkreis 116 können die Komponenten 264, 266, 268 und 270 weggelassen werden; und der Ausgang des Summierschaltkreises 112 wird direkt an den Addierschaltkreis 54a oder 54 angelegt.
Wenn die Oberflächenbeschichtungen wie Pigmentation und Faserschlichtung durch die Druckrollen 23 der 1 auf das Gewebe 14 aufgebracht werden, wird die Dicke der Filme auf den Rollen 23 vorzugsweise durch (nicht gezeigte) Abstreifmesser oder Stäbe geregelt, wobei deren Abstand von den Oberflächen der Rolle 23 einstellbar ist. Änderungen in der Dicke der Oberflächenbeschichtungsfilme werden in einer Weise behandelt, die Änderungen im Farbstoff- oder Zusatzstofffluss zu der Röhre 21 entspricht. Die normalisierte Antwortkurvenordinate wäre dann die Änderung des Reflexionsgrades, geteilt durch die Änderung im Abstand der Abstreifmesser. Für von den Druckrollen 23 aufgebrachte Oberflächenbeschichtungen ist die Zeitkonstante der Systemantwort im Wesentlichen Null. Da die Druckrollen 23 stromaufwärts des Spektrofotometers 50 angeordnet sind, ergibt sich eine Zeit- oder Transportverzögerung; aber wenn die Zeitdauer zwischen den Korrekturzyklen größer als diese Zeitverzögerung ist, kann der vorher beschriebene vereinfachte oder rückentwickelte Prädiktorschaltkreis 116 verwendet werden.
Es versteht sich, dass bestimmte Merkmale und Unterkombinationen nützlich sind und ohne Bezugnahme auf andere Merkmale und Unterkombinationen verwendet werden können. Dies ist beabsichtigt und innerhalb des Gegenstands meiner Ansprüche. – Die Wellenlängenbänder müssen beispielsweise keine gleichen Breiten aufweisen. Anstelle der Gewichtung der Eingänge zu den nichtlinearen Operationsschaltkreisen 68 können deren Ausgänge gewichtet werden, bevor sie an den Summierschaltkreis 72 angelegt werden. Anstelle der Verwendung verschiedener Schaltkreise und Einrichtungen, die gleichzeitig parallel arbeiten, können die zur Verfügung gestellten Wirkungen seriell im Zeitscheibenverfahren durch geeignete Programmierung eines Universalrechners erhalten werden. Somit könnte im Fall des Farbstoff-Simulatorschaltkreises der 4 ein einzelner Multiplizierer 220 die vier Koeffizienten als sequentielle Eingänge empfangen. Es versteht sich daher, dass die Erfindung nicht auf die spezifischen gezeigten und beschriebenen Einzelheiten beschränkt ist.

Claims

Verfahren zum Regeln der Farbe eines Gegenstandes (14) einschließlich der Schritte des Aufbringens einer ersten Anzahl von Farbstoffen auf den Gegenstand (14), des Messens des Reflexionsgrades des Gegenstandes (14) in einer zweiten Anzahl von sich über das sichtbare Spektrum erstreckenden Wellenlängenbändern, die größer ist als die erste Anzahl und wenigstens vier beträgt, der Bereitstellung der gewünschten Reflexionsgrade des Gegenstandes (14) in denselben sich über das sichtbare Spektrum erstreckenden Wellenlängenbändern, die Bereitstellung der erwarteten Änderung des Reflexionsgrades, die sich aus einer Änderung in dem Farbstofffluss zu dem Gegenstand ergeben würde, für jeden Farbstoff in jedem derselben sich über das sichtbare Spektrum erstreckenden Wellenlängenbänder, der algebraischen Zusammenfassung der gemessenen Reflexionsgrade und der gewünschten Reflexionsgrade und der erwarteten Änderungen im Reflexionsgrad, um eine Anzahl von Fehlersignalen bereitzustellen, die gleich der zweiten Anzahl ist, der Durchführung einer nichtlinearen Operation mit jedem der genannten Fehlersignale, um entsprechend abgeänderte Fehlersignale zu erzeugen, der Summierung der abgeänderten Signale, und der Anpassung der Menge jedes Farbstoffs, der auf den Gegenstand (14) aufgetragen wird, so dass das Ergebnis des Summierungsschritts minimal wird.
Vorrichtung zum Regeln der Farbe eines Gegenstandes (14) einschließlich eines Mittels (100; 100A, 100D) zum Aufbringen einer ersten Anzahl von Farbstoffen auf den Gegenstand (14), eines Mittels (50) zum Messen der Reflexionsgrade des Gegenstandes (14) in einer zweiten Anzahl von sich über das sichtbare Spektrum erstreckenden Wellenlängenbändern, die größer ist als die erste Anzahl und wenigstens vier beträgt, eines Mittels (36; 52) zur Bereitstellung der gewünschten Reflexionsgrade des Gegenstandes (14) in denselben sich über das sichtbare Spektrum erstreckenden Wellenlängenbändern, eines Simulationsmittels (102–116), um für jeden Farbstoff in jeder der genannten Wellenlängenbänder die erwartete Änderung des Reflexionsgrades, die sich aus einer Änderung in dem Farbstofffluss zu dem Gegenstand (14) ergeben würde, zu erzeugen, eines Mittels (64), das linear auf die gemessenen Reflexionsgrade und die gewünschten Reflexionsgrade und die von dem Simulationsmittel (102–116) erzeugten erwarteten Änderungen des Reflexionsgrades anspricht, um für eine Anzahl von Fehlersignalen (66) zu sorgen, die gleich der zweiten Anzahl ist, eines Summierungsmittels (72), das für einen Ausgang (74) sorgt, Mitteln einschließlich eines Mittels (68) zur Durchführung einer nichtlinearen Operation, um die Fehlersignale (66) mit dem Summierungsmittel (72) zu verbinden, und eines Mittels (76), das auf das Summierungsmittel (72) anspricht, um die Menge jedes Farbstoffs, der auf den Gegenstand (14) aufgetragen wird, so anzupassen, dass der Ausgang des Summierungsmittels (72) minimal wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der das nichtlineare Operationsmittel (68) Mittel (150) einschließt, um eine numerische Darstellung in eine gerade Potenz zu erheben.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Potenz zwei ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der das nichtlineare Operationsmittel (68) Mittel (146) einschließt, um den Absolutwert einer numerischen Darstellung zu erhalten.
Vorrichtung nach Anspruch 5, die weiterhin ein Mittel (148) einschließt, um den genannten Absolutwert ein eine Potenz zu erheben, die von kleiner als eins bis zu mehr als zwei reicht.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der das Mittel (64), das für die Fehlersignale (66) sorgt, Mittel (54, 60) umfasst, um die gemessenen und gewünschten Reflexionsgrade und die von dem Simulationsmittel (102–116) bereitgestellten erwarteten Änderungen der Reflexionsgrade algebraisch zusammenfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der das Simulationsmittel (102–116) Mittel (84) umfasst, um für eine numerische Darstellung einer Änderung in dem Aufbringen des Farbstoffs auf den Gegenstand (14) zu sorgen, Mittel (222–228), um in jedem der Wellenlängenbänder für ein Antwortsignal zu sorgen, welches die sich aus einer vorbestimmten Änderung beim Aufbringen des Farbstoffs auf den Gegenstand (14) ergebende tatsächliche Änderung im Reflexionsgrad darstellt, und Mittel (220) zum Multiplizieren der genannten numerischen Darstellung mit jedem der Antwortsignale.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der das Mittel zur Farbstoffanpassung Mittel (76) umfasst, um die genannte numerische Darstellung anfänglich so anzupassen, dass der Ausgang des Summierungsmittels (72) minimal wird, und ein Mittel, das auf die angepasste Darstellung anspricht, um danach eine entsprechende Änderung beim Aufbringen des Farbstoffs auf den Gegenstand (14) zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der das Mittel, das eines der Fehlersignale (66) mit dem Summierungsmittel (72) zu verbindet, Mittel (64) zur Gewichtung umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der ein Fehlersignal (66) an das Gewichtungsmittel (64) angelegt wird, das einen Ausgang bereitstellt, und wobei der Ausgang des Gewichtungsmittels (64) an das Mittel zur nichtlinearen Operation (146, 148; 150) angelegt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2, die weiterhin ein Mittel umfasst, welches auf die gemessenen Reflexionsgrade anspricht, um für drei gewünschte gemessene Farbkoordinaten in einem vorbestimmten Farbraum zu sorgen, ein Mittel, um drei gewünschte Farbkoordinaten im gleichen Farbraum bereitzustellen, ein Mittel, welches auf die gemessenen Farbkoordinaten und die gewünschten Farbkoordinaten anspricht, um drei weitere Fehlersignale zu erzeugen, und ein Mittel einschließlich eines nichtlinearen Operationsmittels, um die drei weiteren Fehlersignale mit dem Summierungsmittel (72) zu verbinden.
Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der das Mittel, welches eines der weiteren Fehlersignale mit dem Summierungsmittel (72) verbindet, ein Mittel (64) zur Gewichtung beinhaltet.
Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der das genannte eine weitere Fehlersignal an das genannte Gewichtungsmittel (64) angelegt wird, welches für einen Ausgang sorgt, und wobei der Ausgang des Gewichtungsmittels (64) an das nichtlineare Operationsmittel (146, 148; 150) angelegt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2, die weiterhin ein Mittel umfasst, welches ein zu der Menge eines auf den Gegenstand (14) aufgebrachten Farbstoffs proportionales Signal bereitstellt, und ein Mittel, um das Farbsignal mit dem Summierungsmittel (72) zu verbinden.
Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der das Farbsignal-Verbindungsmittel ein Mittel (64) zur Gewichtung umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der das Farbsignal-Verbindungsmittel ein Mittel (150) umfasst, um eine numerische Darstellung in eine Potenz zu erheben, die von weniger als eines bis mehr als zwei reicht.
Vorrichtung nach Anspruch 2, die weiterhin ein Mittel (116) umfasst, welches eine Anzahl von Prädiktionen erzeugt, die gleich der zweiten Anzahl ist, wobei das Prädiktionsmittel (116) Ausgänge bereitstellt, die die Zeitverzögerung zwischen dem Aufbringen eines Farbstoffs auf den Gegenstand (14) und der Messung der daraus sich ergebenden Reflexionsgrade ausgleichen, wobei das Mittel (64), welches die Fehlersignale (66) bereitstellt, ein Mittel (54a) beinhaltet, um die gemessenen und gewünschten Reflexionsgrade und die Ausgänge des Prädiktionsmittels (116) algebraisch zusammenzufassen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Gegenstand (14) ein Papiergewebe und der Farbstoff ein Färbemittel ist, und die weiterhin einen Stoffeinlauf (18) umfasst, welcher einen Einlass aufweist, der mit einem Brei von Pulpe (20) und Wasser versehen wird, und einen Auslass, an dem sich das Papiergewebe bildet, wobei das Auftragmittel ein Mittel (100D) umfasst, um das Färbemittel in den Eingangsbrei (20) einzuspritzen, ein Mittel (116), welches für eine Anzahl von Prädiktionen sorgt, die gleich der zweiten Anzahl ist, wobei das Prädiktionsmittel (116) Ausgänge bereitstellt, die die Zeitkonstante der exponentiellen Änderung in den Färbemittelmengen am Ausgang des Stoffeinlaufs (18), die sich aus einer Änderung in der Menge des eingespritzten Färbemittels ergeben, ausgleichen, wobei das Mittel (64) zur Bereitstellung der Fehlersignale (66) ein Mittel (54a) umfasst, um die gemessenen und gewünschten Reflexionsgrade und die Ausgänge des Prädiktionsmittels (116) algebraisch zusammenzufassen.
Vorrichtung nach Anspruch 19, welche weiterhin ein Mittel (100A) umfasst, um einen Zusatzstoff in den Eingangsbrei (20) einzuspritzen, wobei der genannte Zusatzstoff die gemessenen Reflexionsgrade beeinflusst, und ein Mittel, um in jedem der genannten Wellenlängenbänder die erwartete Änderung der Reflexionsgrade zu erzeugen, die sich aus einer Änderung der Menge des eingespritzten Zusatzstoffs ergeben würde.
Vorrichtung nach Anspruch 2, die weiterhin ein Mittel umfasst, das auf die gemessenen Reflexionsgrade in den genannten Wellenlängenbändern anspricht, um in einem gegebenen Farbraum für drei gemessene Farbkoordinaten zu sorgen, ein Mittel, um für drei gewünschte Farbkoordinaten in dem gleichen Farbraum zu sorgen, ein Mittel, um die entsprechenden gemessenen und gewünschten Farbkoordinaten in dem genannten Farbraum zu vergleichen, um drei Farbraum-Fehlersignale zu erzeugen, und ein Mittel, welches auf die genannten Farbraum-Fehlersignale anspricht, um das Aufbringen eines Farbstoffs auf den Gegenstand (14) zu regeln.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin folgende Schritte umfasst: die Verwendung der gemessenen Reflexionsgrade in den genannten Wellenlängenbändern, um für drei gemessene Farbkoordinaten in einem gegebenen Farbraum zu sorgen, die Bereitstellung von drei gewünschten Farbkoordinaten in demselben Farbraum, das Vergleichen der entsprechenden und gewünschten Farbkoordinaten in dem genannten Farbraum, um drei Farbraum-Fehlersignale zu erzeugen, und das Verwenden der genannten Farbraum-Fehlersignale, um das Aufbringen eines Farbstoffs auf den Gegenstand (14) zu regeln.