Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Maschine zur
Herstellung und/oder Veredelung einer Materialbahn, insbesondere einer Papierbahn,
bei dem im Bereich zumindest eines Abschnitts der Materialbahn und/oder
der Maschine, insbesondere auf einem Zylinder oder einer Walze, die Temperatur
mittels einer Infrarot-Kamera erfasst wird.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 199 11 394 A1 (PD10876 DE) des
Anmelders sind ein derartiges Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens bekannt. Hierbei werden bei der Herstellung und/oder bei der
Veredelung von Materialbahnen, insbesondere von Papierbahnen, im Bereich
zumindest eines Maschinenabschnitts, insbesondere der Trockenpartie einer Papiermaschine,
den Herstellungsprozess betreffende Messgrößen erfasst, wobei
die Prozessdatenerfassung an mehreren Messbereichen erfolgt, die in Prozessrichtung
hinter einander angeordnet sind. Hierbei wird auch die Temperatur der
Papierbahn bestimmt.
Aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 101 31 281.4
vom 28.06.2001 (PD11278 DE) des Anmelders ist es ferner bekannt, als Temperatursensor
eine IR-Thermographie-Kamera einzusetzen.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit dem eine genaue
Temperaturmessung mit hoher Ortsauflösung möglich ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem der Verfahren der eingangs genannten
Art dadurch gelöst, dass die Auslösung der Infrarot-Kamera durch eine
mit der Infrarot-Kamera verbundene Triggereinrichtung erfolgt, durch die die von
der Infrarot-Kamera aufgenommenen Bilder auf einen ortsfesten Punkt oder eine
ortsfeste Fläche festgelegt werden. Hierdurch lässt sich eine berührungslose
Temperaturmessung zumindest eines Abschnitts der Materialbahn und/oder der
Maschine, insbesondere auf einem Zylinder oder einer Walze, mit sehr präzisen
Temperaturprofilen und -verteilungen erreichen.
Erfindungsgemäß nimmt eine hochauflösende Hochgeschwindigkeits-Infrarot-Kamera
Bilder mit einer Geschwindigkeit auf, die ausreicht, um sich ändernde Vorgänge
in Maschinenlaufrichtung mit der gewünschten Genauigkeit abzubilden.
Es ist möglich, während des normalen Produktionsbetriebs an beliebigen Stellen
der Maschine eine Infrarot-Kamera zu installieren, wobei der zur Verfügung stehende
Raum lediglich ausreichen muss, um die Infrarot-Kamera aufzunehmen.
Auf diese Weise lassen sich auch Temperaturverteilungen auf der Materialbahn,
insbesondere der Papierbahn, beim mechanischen Entwässern in der Sieb- und
Pressenpartie bestimmen. Temperaturverteilungen beim thermischen Trocknen
der Materialbahn in der Trockenpartie lassen sich ebenso ermitteln.
Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Maschine zur
Herstellung und/oder Veredelung einer Materialbahn, insbesondere einer Papierbahn,
bei dem im Bereich zumindest eines Abschnitts der Maschine, insbesondere
auf einem Zylinder oder einer Walze, die Temperatur mittels einer Infrarot-Kamera
erfasst wird.
Hierbei ist es die Aufgabe der Erfindung, mittels der Infrarot-Kamera auch den
Ablauf der Maschine selbst mit hoher Ortsauflösung zu erfassen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Auslösung der
Infrarot-Kamera durch eine mit der Infrarot-Kamera verbundene
Triggereinrichtung erfolgt, durch die die von der Infrarot-Kamera aufgenommenen
Bilder auf einen ortsfesten Punkt oder eine ortsfeste Fläche festgelegt werden.
Hiermit lassen sich sämtliche, sich in einer Maschine zur Herstellung und/oder
Veredelung einer Materialbahn schnell bewegende Teile mit hoher Ortsauflösung
erfassen, um deren Temperaturen und Temperaturprofile zu gewinnen.
Mittels der Triggereinrichtung, die mit der Kamera verbunden ist, werden die einzelnen
Bilder auf einen ortsfesten Punkt eines sich bewegenden Maschinenbauteils,
also beispielsweise einer Walze oder eines Zylinders, festgelegt. Die nachträgliche
Bearbeitung der Bilder mittels eines Computers durch eine geeignete
Software, also beispielsweise eine Mapping-Software, und die Sortierung der Bilder
durch den Computer lässt exakte Zuordnungen der räumlichen Lage und der
zeitlichen Veränderungen der gemessenen Temperaturprofile an der Maschine
zu.
Mittels einer in der Maschine installierten Infrarot-Kamera lassen sich Streifenbildungen
auf rotierenden Walzenbezügen oder Zylinderbeschichtungen
ermitteln. Auch Temperaturverteilungen auf der Materialbahn, insbesondere der
Papierbahn, beim mechanischen Entwässern in der Sieb- und Pressenpartie
lassen sich bestimmen. Temperaturverteilungen beim thermischen Trocknen der
Materialbahn in der Trockenpartie lassen sich ebenso ermitteln. Ebenso dient das
Verfahren dazu, Temperaturverteilungen auf den verschiedenen Bespannungen,
d. h. auf Sieben, Filzen oder Vliesen, in der Maschine festzustellen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen
und der Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen.
Insbesondere vorteilhaft ist, wenn an mehreren Bereichen der Maschine, insbesondere
entlang des Laufs der Materialbahn, und/oder an mehreren Stellen quer
zum Lauf der Materialbahn, von mehreren Infrarot-Kameras gleichzeitig Bilder erzeugt
werden, wobei die Infrarot-Kameras jeweils von einer ihnen zugeordneten
Triggereinrichtung oder einer gemeinsamen Triggereinrichtung getriggert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass
mindestens eine Infrarot-Kamera während des Messens und/oder zwischen
Messphasen quer zur Laufrichtung der Materialbahn verfahren wird. Dadurch
lässt sich der Temperaturverlauf über die gesamte Breite der Materialbahn an
einer bestimmten, festgelegten Stelle in der Maschine oder auch der Maschine,
beispielsweise über eine Walze, ermitteln. Auch eine Längsverschiebbarkeit der
Infrarot-Kamera lässt sich vorsehen.
Mit Vorteil werden die von der Infrarot-Kamera beziehungsweise von den Infrarot-Kameras
aufgenommenen Bilder einem Computer zur Verarbeitung und Auswertung
der Bilddaten und zur Erzeugung von Prozessdaten zugeführt
Diese Prozessdaten werden vorteilhaft zur Steuerung oder Regelung eines Parameters
der Materialbahn und/oder der Maschine eingesetzt.
Insbesondere lassen sich die Prozessdaten auch zur Durchführung eines Wechsels
zwischen verschiedenen Prozessarten erfassen und auswerten, insbesondere
bei einem Sortenwechsel in einer Papiermaschine.
Die Prozessdaten lassen sich mit Vorteil zur Lokalisierung von Störungen, insbesondere
von streifenförmigen Temperaturprofilen in Richtung der Längsachse
einer Walze oder eines Zylinders der Maschine, auswerten.
Ebenso bezieht sich die Erfindung auch auf eine Vorrichtung, bei der die Infrarot-Kamera
mit einer Triggereinrichtung und zusätzlich mit einem Computer zur Auswertung
von von der Infrarot-Kamera gewonnenen Bilddaten verbunden ist.
Hierbei ist vorteilhaft die Triggereinrichtung als Drehzahlmesser ausgebildet, oder
es ist eine Einrichtung zur Messung der Drehzahl vorgesehen. Die Triggereinrichtung
lässt sich auch durch Software in einer zur Verarbeitung dieser Software
ausgebildeten Recheneinrichtung realisieren.
Dadurch, dass sich die Infrarot-Kamera mittels einer bewegbaren Trägeranordnung
quer zur Laufrichtung der Materialbahn und/oder entlang der Laufrichtung
der Materialbahn bewegen lässt, kann diese an vielen Stellen der Maschine eingesetzt
werden. Die Infrarot-Kamera hat vorzugsweise bezüglich der Trägeranordnung
mindestens einen translatorischen und/oder einen rotatorischen Freiheitsgrad.
Die Infrarot-Kamera ist in einer Ausgestaltung der Erfindung mit einem Objektiv
zur Überdeckung eines Winkels von beispielsweise mindestens 20° bezüglich des
abzubildenden Objekts ausgestattet. Das Objektiv lässt sich jedoch auch ein
Weitwinkelobjektiv einsetzen, das beispielsweise einen Winkel bis zu 60° ermöglicht.
Die Infrarot-Kamera lässt sich auch im Bereich von Aggregaten zur Herstellung
einer Faserstoffsuspension, von Rohrleitungen zur Zuführung der Faserstoffsuspension
zu der Maschine, im Bereich einer Siebpartie, vor, in oder nach einer
Pressenpartie, im Bereich von Trockenzylindern, von Filzen, Faservliesen oder
Sieben einer Trockenpartie, im Bereich eines Kalanders, im Bereich von Streicheinheiten
oder einer Leimpresse anordnen.
Nachfolgend wird die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In
den beigefügten Zeichnungen zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung einer Anordnung einer Infrarot-Kamera
in einer Maschine zum Herstellen einer Papierbahn in der Seitenansicht;
- Fig. 2a, b
- eine Seitenansicht einer Papiermaschine;
- Fig. 3
- ein Temperaturprofil einer Kalanderwalze, die ein Streifenmuster (Barringmuster)
aufweist; und
- Fig. 4
- eine Aufnahme einer Infrarot-Kamera einer rotierenden Walze einer
Papiermaschine.
Eine sich bewegende Fläche, beispielsweise eine runde Oberfläche einer Walze
oder eine ebene Fläche einer sich in Richtung eines Pfeils A bewegenden Papierbahn
1 (Fig. 1), wird mittels einer Hochgeschwindigkeits-Infrarot-Kamera 2 aufgenommen,
die bis zu 900 Bilder je Sekunde ohne Überlappungen durch die Bewegung
der Walze beziehungsweise der Papierbahn 1 erzeugt. Von der Papierbahn
1 wird Wärmestrahlung unter einem Winkel α = 90° zu der Infrarot-Kamera
abgestrahlt. Diese ist auf einer Trägeranordnung 3 quer zur Bewegungsrichtung
der Papierbahn 1 bewegbar angebracht. Ferner ist die Kamera 2 auch drehbar
und/oder zusätzlich in ihrem Abstand zu der Papierbahn 1 verstellbar angeordnet.
Über ein Kabel 4 ist sie mit einer Triggereinrichtung 5 verbunden, die den Zeitpunkt
der Aufnahme durch die Kamera 2 vorgibt. Die Triggereinrichtung 5 empfängt
ihrerseits ein Signal zur Erzeugung des Triggersignals, beispielsweise aufgrund
der Drehzahl der Zylinder und Walzen der Maschine oder durch eine angepasste
Analyse-Software eines Computers, welcher beispielsweise derselbe
Computer 6 ist, an den die Infrarot-Kamera 2 über ein beispielsweise bis zu 20m
langes Kabel 7 ihre Ausgangssignale abgibt. Der Computer 6 führt eine statistische
Bearbeitung der von der Kamera 2 aufgenommenen Bilder durch.
Durch die Triggereinrichtung 5 werden die von der Kamera 2 aufgenommenen
Bilder auf einen ortsfesten Punkt oder eine ortsfeste Fläche festgelegt, so dass es
möglich ist, die Änderung einer Temperatur auf dieser Fläche oder an diesem
Punkt während der Produktion der Papierbahn 1 zu beobachten. Das von der
Kamera 2 aufgenommene Bild hat 320 x 240 Bildpunkte (Pixel). Alternative Bildgrößen
je nach Aufnahmegeschwindigkeit sind 320 x 16 Pixel, 320 x 48 Pixel oder
320 x 80 Pixel. Bei runden Oberflächen wird je nach Abstand ein kleineres Fenster
aufgenommen. Um breite Walzen aufzunehmen, werden anstelle von 20°-Standardobjektiven
Objektive mit einem Öffnungswinkel von 60° eingesetzt. Die
nachträgliche Bearbeitung und Sortierung der Bilder lässt exakte Zuordnungen
der räumlichen Lage und der zeitlichen Veränderungen der gemessenen Temperaturprofile
in Maschinen- und in Querrichtung zu.
Eine Papiermaschine 8 (Fig. 2a, b) weist Aggregate 9 zur Erzeugung einer Faserstoffsuspension
und Rohrleitungen 10 zur Zuführung der Faserstoffsuspension zu
einem Stoffauflauf 11 auf, der diese in einen Spaltformer mit einer Doppelsiebpartie
12 einbringt.
Sowohl im Bereich der Aggregate 9, der Rohrleitungen 10 als auch in der Doppelsiebpartie
12 lassen sich Infrarot-Kameras 2 anordnen. An die Doppelsiebpartie
12 schließt sich eine Pressenpartie 13 mit drei umlaufenden Filzen 14, 15 und 16.
Sowohl vor als auch nach der Pressenpartie lassen sich Infrarot-Kameras 2 einsetzen,
insbesondere im Bereich von Nipwalzen 17, 18 oder der der Nipwalze 18
gegenüberliegenden Pickup-Walze 19.
In der nachfolgenden Trockenpartie 20 werden Trockenzylinder 21 und Umlenkwalzen
22 von Trockenfilzen 23 umschlungen. Auch die Trockenzylinder 21 lassen
sich mit und ohne Papierbahnbelegung von einer Infrarot-Kamera 2 beobachten,
beispielsweise an Stellen B, C und D. Auch im Bereich weiterer
Trockenfilze lassen sich an den Stellen E, F und G Aufnahmen mit einer Kamera
2 durchführen.
Der Trockenpartie 20 ist ein Kalander 24 mit einer Vielzahl von Nipwalzen 25 angeordnet,
an denen ebenso wie an der Bahnoberseite im Bereich H vor dem Kalander
24, an der Bahnunterseite im Bereich I, ebenfalls vor dem Kalander 24,
oder im Bereich J nach dem Kalander 24 Beobachtungen mittels der Kamera 2
möglich sind. Dies gilt ebenso für eine (hier nicht dargestellte) Vorrichtung zum
Auftragen einer Beschichtung auf die Papierbahn, eine Leimpresse oder eine
Wickelmaschine zum Aufwickeln der Papierbahn, wobei die Kamera 2 den Aggregaten
insbesondere sowohl vor- als auch nachgeordnet angebracht wird, um die
Temperaturänderung in dem jeweiligen Aggregat ermitteln zu können.
Figur 3 zeigt ein Temperaturprofil einer Temperatur T als Funktion der Bildfeldhöhe
BF an einer Kalanderwalze, die von oben nach unten dargestellt ist, wobei
die Temperatur einen Bereich von 1 bis 2 °C einnimmt und eine streifenförmige
Struktur (Barring) erkennbar wird.
In Fig. 4 ist eine Struktur von streifenförmigen und sektionalen Temperaturprofilen
zu erkennen, die mit einer erfindungsgemäßen Hochgeschwindigkeits-Infrarotkamera
2 unter Einsatz einer Triggereinrichtung 5 an einer rotierenden Walze einer
Papiermaschine aufgenommen wurden. Dabei zeigt ein Pfeil DR die Drehrichtung
der Walze an. Sowohl in Drehrichtung (vertikaler Verlauf) als auch senkrecht zur
Drehrichtung (horizontaler Verlauf), in Richtung der Längsachse der Walze, sind
Temperaturprofile erkennbar.