EP2183576A1 - Verfahren und vorrichtung zur erkennung von strukturen in einer faserstoffbahn oder in einem faserstoffsuspensionsstrahl - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur erkennung von strukturen in einer faserstoffbahn oder in einem faserstoffsuspensionsstrahl

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Publication number
EP2183576A1
EP2183576A1 EP08760837A EP08760837A EP2183576A1 EP 2183576 A1 EP2183576 A1 EP 2183576A1 EP 08760837 A EP08760837 A EP 08760837A EP 08760837 A EP08760837 A EP 08760837A EP 2183576 A1 EP2183576 A1 EP 2183576A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
structures
digital image
elongated strip
spectral analysis
pulp suspension
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08760837A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rainer Schmachtel
Armin Bauer
Hans Loser
Markus Häußler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voith Patent GmbH filed Critical Voith Patent GmbH
Publication of EP2183576A1 publication Critical patent/EP2183576A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G9/00—Other accessories for paper-making machines
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F7/00—Other details of machines for making continuous webs of paper
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/89—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles
    • G01N21/8901—Optical details; Scanning details
    • G01N21/8903—Optical details; Scanning details using a multiple detector array
    • G—PHYSICS
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    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
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    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30108—Industrial image inspection
    • G06T2207/30124—Fabrics; Textile; Paper

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for detecting elongated strip-like structures in a fibrous web, in particular paper or board web and / or serving in a production of such fibrous web, supplied by a headbox pulp suspension jet. It further relates to a method and a device according to the preamble of claim 18 and 30, respectively.
  • the uniformity of the leaf structure ie the formation
  • the formation is characterized, for example, by an integral, i. average size, which is a measure of the variations in basis weight in the section under study.
  • an integral i. average size
  • power spectrum is used, which is subdivided to describe the formation depending on certain size classes accordingly.
  • WO 99/67625 A1 describes a method and a device for determining the fiber orientation in a paper sample, in which the sample is exposed to light at different oblique angles of incidence, the intensity of the reflected light is measured and, on the basis of the measured light intensity and the instantaneous direction Lichtbeaufschlagung the fiber orientation is determined.
  • the fiber orientation is measured both at the top and at the bottom of the paper web. The measurement can be done while the web is running.
  • the visual impression of a leaf is often determined by elongated strip-like structures. However, such structures can not be recognized by a simple size class analysis.
  • An object of the invention is therefore to provide a method and a device of the type mentioned, with which in particular elongated strip-like structures are reliably and quickly recognizable and with which these structures are particularly quantifiable.
  • elongated strip-like structures are reliably and quickly recognizable and, in particular, also quantifiable. For example, it is also possible to detect strips in the machine direction or so-called “tiger stripes", strips in the transverse direction (“barring") or flat-position disturbances such as "cockling” or "fluting". In addition, other applications are conceivable, including, for example, the quantification of diagonal structures, which may originate, for example, from lamellar vibrations in the headbox. If the strip-like structure or the ellipse is detected automatically, there is the advantage that it also determines the orientation of the strip-like structure or ellipse and thus the main orientation angle of the strip-like structure in the fibrous web and / or the pulp suspension jet is known.
  • the two-dimensional spectral analysis comprises the generation of a two-dimensional Fourier transformation and / or the generation of a two-dimensional power spectrum, in the center of which are the relatively long-wave low-frequency components and at the edge of which the relatively short-wave high-frequency components are located.
  • the direction in question can be arbitrary.
  • At least substantially frequencies which are located within an elongated strip-like region extending in the x-direction can be taken into account in the spectral analysis
  • the variance of the elongated strip-like area considered in the spectral analysis is calculated in order to generate an absolute index representative of the elongate strip-like structures.
  • the quotient of the variance of the elongated strip-like area considered in the spectral analysis and the total variance of the digital image can also be determined in order to generate a relative index which is representative of the elongate strip-like structures.
  • the type and / or form of elongated strip-like structures to be determined or quantified is controlled by the type and / or shape, in particular the width and / or length of the oblong strip-like area to be considered in the spectral analysis.
  • the length of the oblong strip-like area to be taken into account in the spectral analysis is expediently correspondingly reduced in order to determine or quantify relatively wider elongate strip-like structures.
  • spectral analysis advantageously at least in the Considered essentially only the end portions of the elongated strip-like area.
  • the selected frequencies are advantageously subjected to a back transformation.
  • the result of the spectral analysis can be supplied for controlling and / or regulating the production and / or treatment of the fibrous web, in particular a process control system.
  • the digital image is expediently generated by means of a camera in transmitted light, by means of a transmitted-light scanner, by means of a topography measuring device or from a beta-radiogram.
  • a topography measuring device measures the surface structure using confocal microscopy or any type of laser triangulation.
  • the digital image can be generated online or offline.
  • the formation in the fibrous web can be determined via the determination and / or quantification of the elongated strip-like structures.
  • a basis can therefore serve in particular the inclusion of the sheet.
  • This can be done with a camera in transmitted light online or offline or by means of a transmitted light scanner or by means of a Topographiemess réelles or from a beta-radiogram.
  • the recording in question may, if necessary or desired, still be subjected to preprocessing, which may include, for example, an illumination correction, an outbreak of the screen structure and / or the like. From the thus obtained digital image can then in particular a two-dimensional power spectrum or a two-dimensional Fourier transformation can be calculated.
  • the conventional classical flake size distribution combines the portions of the spectrum which are within a certain wavelength range (e.g., fine cloudiness between 1 and 5 mm). In the power spectrum conventionally used, this is the area between two concentric circles.
  • a narrow, elongated area such as e.g. a rectangle or an ellipse. For example, for strips in the x-direction, a rectangle around the y-axis and for strips in the y-direction a rectangle around the x-axis is considered.
  • the calculation of the index can be done either absolutely by forming the variance of the selected sub-image or relatively by forming the quotient of the variance of the sub-image and the total variance.
  • the width and length of the elongated strip-like area may be used to control the type, shape and / or the like of the strips which one wishes to recognize. For example, if one is only interested in relatively wider structures, then one reduces the length of the elongated strip-like area accordingly. If, on the other hand, one is only interested in the relatively narrower structures, one considers only the outer ends of the elongated strip-like region.
  • the user can set the size and length of a particular strip by himself.
  • the inventive device for detecting elongated strip-like structures in a fibrous web, in particular paper or board web, and / or in one of the production of such fibrous web serving, provided by a headbox pulp suspension jet is correspondingly characterized in that it comprises a receiving device for generating a digital Image of a respective section of the fibrous web to be examined, and means for subjecting the digital image to a two-dimensional spectral analysis, in which at least substantially only frequencies within itself are considered for the determination and / or quantification of the elongated strip-like structures an elongated strip-like area such as in particular a rectangle or an ellipse.
  • the strip-like structure or the ellipse is detected automatically, there is the advantage that it also determines the orientation of the strip-like structure or ellipse and thus the main orientation angle of the strip-like structure in the fibrous web and / or the pulp suspension jet is known.
  • the two-dimensional spectral analysis preferably again includes the generation of a two-dimensional Fourier transformation and / or the generation of a two-dimensional power spectrum, in the center of which are the relatively long-wave low-frequency components and at the edge of which the relatively short-wave high-frequency components are located.
  • the structure of the pulp suspension jet after exiting the nozzle of the headbox has a significant influence on the structure of the finished paper. So far, the quality of the beam is evaluated manually, ie by observing the beam at the experimental headbox or from beam photographs. Such a rating is of course subjective and poorly reproducible. It is therefore a further object of the invention to be able to investigate the pulp suspension jet by means of photos on certain structures such as stripes, large flakes, etc. out.
  • the result should be quantifiable so that, for example, the structures of different beams can be compared more objectively.
  • a comparison with measured values should be possible, as obtained by the method according to the invention described above, as well as the previously described device according to the invention for detecting elongated strip-like structures in the fibrous web.
  • this object is achieved with the features of the method according to claim 18.
  • a method for the detection of structures in a particular the production of a fibrous web, in particular paper or board web serving, in particular supplied by a headbox pulp suspension jet specified which is characterized in that of a respective section to be examined of the pulp suspension jet by means of a receiving device a digital image is generated and the digital image for determining and / or quantifying regular structures such as in particular elongated strip-like structures of an image analysis, in particular to generate so-called features of the digital image, wherein the image analysis comprises one or more of the following types of analysis:
  • the digital image is preferably first decomposed into its dominant constituents by means of a Fourier transformation.
  • a Fourier transformation e.g., a Fourier transformation
  • the digital image is expediently generated by means of a camera with low shutter speeds in transmitted or oblique light with reflection.
  • the pulp suspension jet can then be quantified based on the generated features of the digital image.
  • a single overall parameter can also be determined from a plurality of generated features of the digital image.
  • the generated features of the digital image are compared with features of at least one comparison sample.
  • the pulp suspension jet can then be evaluated, in particular with regard to certain defects.
  • the generated features of the digital image of a respective section of the pulp suspension jet to be examined are preferably compared with the elongated strip-like structures in the fibrous web determined or quantified by the method according to any one of claims 1 to 17.
  • the feature comparison may advantageously be based on data mining and preferably comprise one or more of the following comparison means: Support Vector Machines, Decision Trees, Self-Organizing Cards (SOMs), Regression Techniques.
  • SOMs Self-Organizing Cards
  • the digital image can be generated online or offline again.
  • the relevant device according to the invention for the recognition of structures in a fibrous suspension jet is accordingly characterized in that it comprises a receiving device for generating a digital image of a respective section to be examined of the pulp suspension jet, and means for image-analyzing the digital image to determine and / or quantify regular structures such as elongated strip-like structures, in particular to generate so-called features of the digital image, the image analysis comprising one or more of the following types of analysis:
  • means are again preferably provided to first divide the digital image into its dominant components by means of a Fourier transformation.
  • images of the pulp suspension jet can be taken by means of a camera with low shutter speeds, which can be done in the transmitted light process or in the oblique light with reflection.
  • these images can be evaluated with image analysis methods.
  • the images can be assessed in particular according to the method according to claims 1 to 17 and the device according to claims 28 and 29.
  • the photo can first be decomposed into its dominant components by means of a Fourier transformation. Thereafter, methods of image analysis can be applied to the image thus cleaned, including, for example, the present methods:
  • features of the image are generated. Depending on your needs, these can be a few or several dozen.
  • the "labein" of the masters can be done by a group of experts. However, the feature comparison can also be done by simply "looking up". Especially with more complex structures, the feature comparison can be based on data mining and preferably comprise one or more of the following comparison means: support vector machine,
  • the pulp suspension jet can be examined by photos on certain structures such as stripes, large flakes or the like out, the result is quantifiable, so that the structures of different rays can be compared objectively.
  • a comparison with the measured values which are obtained by the method according to the invention and the device according to the invention for the detection of elongate strip-like structures in the fibrous web is also possible in particular. For example, by comparing these measured values, it is possible to directly investigate how defects in the pulp suspension jet are reflected in the paper web.
  • the invention is basically applicable in all areas in which comparable nozzles as the headbox are used and the beam is visible.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment in which a strip extending in the original image in the y-direction is to be recognized
  • Fig. 3 is a schematic representation of an embodiment in which a strip extending in the original image in a first diagonal direction is to be recognized; 4 is a schematic representation of an embodiment in which relatively wider elongate structures are to be recognized;
  • Fig. 5 is a schematic representation of an embodiment in which relatively narrower elongated structures are to be recognized
  • FIG. 6 shows an exemplary original recording of the sheet as well as an exemplary representation of recognized narrow strips and an exemplary representation of recognized wider structures directly in the receptacle of the sheet;
  • FIG. 7 shows a schematic illustration of an exemplary control and / or regulation of a paper machine using recognized structures in the fibrous web.
  • Fig. 8 is a schematic representation of examples for the determination of
  • Figures 1 to 5 show in a schematic representation different examples of the recognition of elongated strip-like structures, for example in a fibrous web, in particular paper or board web, and / or in one of the production of such a fibrous web serving, supplied by a headbox pulp suspension jet.
  • a digital image 12 is generated from a respective section of the fibrous web or the pulp suspension jet to be examined by means of a recording device 10 (see also FIG. analysis, in which for the determination and / or quantification of elongate strip-like structures 14, at least substantially only frequencies are taken into account that are located within an elongated strip-like area 16, which may be, for example, a rectangle, an ellipse or the like ,
  • the two-dimensional spectral analysis may include the generation of a two-dimensional Fourier transformation and / or the generation of a two-dimensional power spectrum, in the center of which the relatively long-wave low-frequency components and at the edge 20 of which the relatively short-wave high-frequency components are located.
  • the elongated strip-like structures 14 are considered at least substantially only at frequencies which are within an elongated strip-like region 16 extending in a second perpendicular diagonal direction.
  • the variance of the oblong stripe-like region 16 considered in the spectral analysis can be calculated.
  • the type and / or shape of elongate strip-like structures 14 to be determined or quantized can be of the type and / or shape, such as, in particular, the width and / or length of the spectral analysis to be considered elongated strip-like area 16 are controlled.
  • the length of the oblong stripe-like region 16 to be taken into account in the spectral analysis can be correspondingly reduced in order to determine or quantify relatively wider elongate strip-like structures 14.
  • the selected frequencies are re-transformed.
  • FIG. 6 a shows an exemplary original recording of a sheet or of the examined section of a fibrous web.
  • Fig. 6b) shows an exemplary representation of recognized narrow strips and
  • Fig. 6c) an exemplary representation of wider structures directly in the receptacle of the sheet.
  • the user may set the size and location of the strip by himself.
  • the strips in the power spectrum are automatically detected by the evaluation software used.
  • FIG. 7 shows a schematic illustration of an exemplary control and / or regulation of a paper machine using inventively recognized structures in the fibrous web and / or the pulp suspension jet.
  • a recording device 10 for example, a camera system may be provided, through which a digitized recording of the sheet or the examined section, i. the digital image 12 is generated.
  • This digital image 12 can be generated online or offline, for example, in the laboratory.
  • Means 22 such as, in particular, at least one evaluation computer and / or the like are provided in order to subject the digital image 12 to a two-dimensional spectral analysis, in which at least substantially only frequencies are taken into account for determining and / or quantifying the elongated strip-like structures 14 an elongated strip-like Area 16 (see also Figs. 1 to 6) as in particular a rectangle or an ellipse.
  • the two-dimensional spectral analysis can comprise the generation of a two-dimensional Fourier transformation and / or the generation of a two-dimensional power spectrum, in whose center 18 the relatively long-wave low-frequency components and at the edge 20 of which the relatively short-wave high-frequency components are located (cf. also Figs. 1 to 5).
  • the result of the spectral analysis can then be fed to a process control system 24 for controlling and / or regulating the production and / or treatment of the fibrous web. If appropriate, a corresponding intervention on the paper machine 26 can then take place via this process control system 24.
  • FIG. 7 shows exemplary representations of striped structures and coarse-grained structures.
  • an index for strips, flakes and / or the like can be calculated in particular via the means 22 comprising, for example, an evaluation computer.
  • Fig. 8 shows a schematic representation of examples of a method for the detection of structures in a particular of the production of a fibrous web, in particular paper or board web serving, in particular supplied by a headbox pulp suspension jet.
  • a digital image 28 is generated by a respective section to be examined of the pulp suspension jet by means of a recording device, which is used to determine and / or quantify regular structures such as For example, elongated strip-like structures are subjected to image analysis in order in particular to generate so-called features of the digital image 28.
  • the image analysis may in particular comprise one or more of the following types of analysis:
  • the digital image 28 can first be decomposed into its dominant constituents again by means of a Fourier transformation.
  • the digital image 28 can be generated in particular by means of a camera with low shutter speeds in transmitted or oblique light with reflection.
  • the pulp suspension jet can then be quantified based on the generated features of the digital image 28.
  • a single overall parameter can also be determined.
  • the generated features of the digital image 28 may be compared to features of at least one comparison sample. Based on the comparison results, the pulp suspension jet can then be evaluated, in particular with regard to certain defects.
  • the generated features of the digital image 28 of a respective section of the pulp suspension jet to be examined may include the elongated strip-like structures 14 in the fibrous web, which were obtained by means of the method described for example with reference to FIGS. 1 to 7 for the determination or quantification of elongated strip-like structures 14 in the fibrous web.
  • a respective feature comparison can be based in particular on a data mining and preferably comprise one or more of the following comparison means:
  • the digital image 28 can be generated online or offline again.
  • the invention is also applicable in all other areas in which comparable nozzles such as those of the Faserstoffauflaufs are used and the beam is visible.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Erkennung von länglichen streifenartigen Strukturen in einer Faserstoffbahn, insbesondere Papier- oder Kartonbahn und/oder in einem der Herstellung einer solchen Faserstoffbahn dienenden, von einem Stoffauflauf gebildeten Faserstoffsuspensionsstrahl werden das von einem jeweiligen zu untersuchenden Abschnitt der Faserstoffbahn bzw. des Faserstoffsuspensionsstrahls mittels einer Aufnahmeeinrichtung ein digitales Bild erzeugt und das digitale Bild einer zweidimensionalen Spektralanalyse unterzogen, bei der zur Bestimmung und/oder Quantifizierung der länglichen streifenartigen Strukturen zumindest im Wesentlichen nur Frequenzen berücksichtigt werden, die sich innerhalb eines länglichen streifenartigen Gebietes wie insbesondere eines Rechtecks oder einer Ellipse befinden. Zudem wird eine entsprechende Vorrichtung zum Erkennen entsprechender Strukturen angegeben.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung von Strukturen in einer Faserstoffbahn oder in einem Faserstoffsuspensionsstrahl
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Erkennung von länglichen streifenartigen Strukturen in einer Faserstoffbahn, insbesondere Papieroder Kartonbahn und/oder in einem der Herstellung einer solchen Faserstoffbahn dienenden, von einem Stoffauflauf gelieferten Faserstoffsuspensionsstrahl. Sie betrifft ferner ein Verfahren sowie eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 18 bzw. 30.
In der Papierindustrie erfolgt die Messung der Gleichmäßigkeit der Blattstruktur, also der Formation, derzeit nach unterschiedlichen Messverfahren, zu denen insbesondere das radiometrische und das optische Messverfahren zählen. Dabei wird die Formation beispielsweise durch eine integrale, d.h. gemittelte Größe beschrieben, die ein Maß für die Schwankungen des Flächengewichts im untersuchten Abschnitt darstellt. Bei dem optischen Verfahren wird häufig ein so genanntes Powerspektrum herangezogen, das zur Beschreibung der Formation in Abhängigkeit gewisser Größenklassen entsprechend untergliedert wird.
In der WO 99/67625 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Faserorientierung in einer Papierprobe beschrieben, bei denen die Probe unter unterschiedlichen schrägen Einfallswinkeln mit Licht beaufschlagt, die Intensität des reflektierten Lichts gemessen und anhand der gemessenen Lichtintensität und der momentanen Richtung der Lichtbeaufschlagung die Faserorientierung bestimmt wird. Dabei wird die Faserorientierung sowohl an der Oberseite als auch an der Unterseite der Papierbahn gemessen. Die Messung kann bei laufender Papierbahn erfolgen. Der visuelle Eindruck eines Blattes wird häufig durch längliche streifenartige Strukturen bestimmt. Solche Strukturen können nun aber durch eine einfache Größenklassenbetrachtung nicht erkannt werden.
Ein Ziel der Erfindung ist es daher, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit denen insbesondere längliche streifenartige Strukturen zuverlässig und rasch erkennbar sind und mit denen diese Strukturen insbesondere auch quantifizierbar sind.
Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe nach der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird also ein Verfahren zur Erkennung von länglichen streifenartigen Strukturen in einer Faserstoffbahn, insbesondere Papier- oder Kartonbahn, und/oder in einem der Herstellung einer solchen Faserstoffbahn dienenden, von einem Stoffauflauf gelieferten Faserstoff- Suspensionsstrahl angegeben, bei dem von einem jeweiligen zu untersuchenden Abschnitt der Faserstoffbahn bzw. des Faserstoffsuspensionsstrahls mittels einer Aufnahmeeinrichtung ein digitales Bild erzeugt und das digitale Bild einer zweidimensionalen Spektralanalyse unterzogen wird, bei der zur Bestimmung und/oder Quantifizierung der länglichen streifenartigen Strukturen zumindest im Wesent- liehen nur Frequenzen berücksichtigt werden, die sich innerhalb eines länglichen streifenartigen Gebiets wie beispielsweise eines Rechtecks oder einer Ellipse befinden.
Aufgrund dieser Ausgestaltung sind längliche streifenartige Strukturen zuverlässig und schnell erkennbar und insbesondere auch quantifizierbar. Es können also beispielsweise auch Streifen in Maschinenlaufrichtung bzw. so genannte "Tiger Stripes", Streifen in Querrichtung ("Barring") oder Flachlagestörungen wie "Cockling" oder "Fluting" erfasst werden. Darüber hinaus sind weitere Anwendungen denkbar, zu denen beispielsweise das Quantifizieren diagonaler Struk- turen zählt, die beispielsweise von Lamellenschwingungen im Stoffauflauf stammen können. Wird die streifenartige Struktur bzw. die Ellipse automatisch detektiert, so ergibt sich der Vorteil, dass damit auch die Orientierung der streifenartigen Struktur bzw. der Ellipse bestimmt wird und somit der Hauptorientierungswinkel der streifenartigen Struktur in der Faserstoffbahn und/oder dem Faserstoffsuspensionsstrahl bekannt ist.
Bevorzugt umfasst die zweidimensionale Spektralanalyse die Erzeugung einer zweidimensionalen Fourier-Transformation und/oder die Erzeugung eines zweidimensionalen Powerspektrums, in dessen Zentrum sich die relativ langwelligen niederfrequenten Anteile und an dessen Rand sich die relativ kurzwelligen hochfrequenten Anteile befinden.
Gemäß einer bevorzugten praktischen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zur Bestimmung und/oder Quantifizierung von sich im digitalen Bild in einer vorgebbaren Richtung erstreckenden länglichen streifenartigen Strukturen bei der Spektralanalyse zumindest im Wesentlichen nur Frequenzen berücksichtigt, die sich innerhalb eines länglichen streifenartigen Gebildes befinden, das sich senkrecht zu der vorgebbaren Richtung erstreckt. Grundsätzlich kann die betreffende Richtung beliebig sein.
Von Vorteil ist, wenn zur Bestimmung und/oder Quantifizierung von sich im digitalen Bild in x-Richtung erstreckenden länglichen streifenartigen Strukturen bei der Spektralanalyse zumindest im Wesentlichen nur Frequenzen berücksichtigt werden, die sich innerhalb eines länglichen streifenartigen Gebietes befinden, das sich in y-Richtung erstreckt.
Alternativ oder zusätzlich können zur Berücksichtigung und/oder Quantifizierung von sich im digitalen Bild in y-Richtung erstreckenden länglichen streifenartigen Strukturen bei der Spektralanalyse zumindest im Wesentlichen nur Frequenzen berücksichtigt werden, die sich innerhalb eines länglichen streifenartigen Gebiets befinden, das sich in x-Richtung erstreckt. Alternativ oder zusätzlich ist beispielsweise auch denkbar, zur Bestimmung und/oder Quantifizierung von sich im digitalen Bild in einer ersten diagonalen Richtung erstreckenden länglichen streifenartigen Strukturen bei der Spektralanalyse zumindest im Wesentlichen nur Frequenzen zu berücksichtigen, die sich innerhalb eines länglichen streifenartigen Gebiets befinden, das sich in einer zur ersten senkrechten zweiten diagonalen Richtung erstreckt.
Wie bereits erwähnt, sind grundsätzlich jedoch auch jede beliebige andere Richtung und/oder gleichzeitig mehrere unterschiedliche Richtungen denkbar.
Von Vorteil ist insbesondere auch, wenn zur Erzeugung eines für die länglichen streifenartigen Strukturen repräsentativen absoluten Indexes die Varianz des bei der Spektralanalyse berücksichtigten länglichen streifenartigen Gebiets berechnet wird.
Alternativ oder zusätzlich kann zur Erzeugung eines für die länglichen streifenartigen Strukturen repräsentativen relativen Indexes jedoch auch der Quotient aus der Varianz des bei der Spektralanalyse berücksichtigten länglichen streifenartigen Gebiets und der Gesamtvarianz des digitalen Bildes bestimmt werden.
Gemäß einer zweckmäßigen praktischen Ausgestaltung wird die Art und/oder Form von zu bestimmenden bzw. zu quantifizierenden länglichen streifenartigen Strukturen über die Art und/oder Form wie insbesondere Breite und/oder Länge des bei der Spektralanalyse zu berücksichtigenden länglichen streifenartigen Ge- bietes gesteuert.
Dabei wird zur Bestimmung bzw. Quantifizierung relativ breiterer länglicher streifenartiger Strukturen zweckmäßigerweise die Länge des bei der Spektralanalyse zu berücksichtigenden länglichen streifenartigen Gebietes entsprechend reduziert.
Zur Bestimmung bzw. Quantifizierung relativ schmalerer länglicher streifenartiger Strukturen werden bei der Spektralanalyse vorteilhafterweise zumindest im Wesentlichen nur die Endbereiche des länglichen streifenartigen Gebietes berücksichtigt.
Zur optischen Darstellung der erkannten, insbesondere durch den Index defi- nierten länglichen streifenartigen Strukturen in dem Bild des untersuchten Abschnitts werden die ausgewählten Frequenzen vorteilhafterweise einer Rück- transformation unterzogen.
Das Ergebnis der Spektralanalyse kann zur Steuerung und/oder Regelung der Herstellung und/oder Behandlung der Faserstoffbahn insbesondere einem Pro- zessleitsystem zugeführt werden.
Das digitale Bild wird zweckmäßigerweise mittels einer Kamera im Durchlicht, mittels eines Durchlicht-Scanners, mittels eines Topographiemessgeräts oder aus einem Beta-Radiogramm erzeugt. Ein Topographiemessgerät misst beispielsweise mit einer konfokalen Mikroskopie oder irgendwelchen Lasertriangulationen die Oberflächenstruktur.
Das digitale Bild kann online oder auch offline erzeugt werden.
Über die Bestimmung und/oder Quantifizierung der länglichen streifenartigen Strukturen kann insbesondere die Formation in der Faserstoffbahn bestimmt werden.
Als Grundlage kann also insbesondere die Aufnahme des Blattes dienen. Diese kann mit einer Kamera im Durchlicht online oder offline erfolgen oder mittels eines Durchlichtscanners oder mittels eines Topographiemessgeräts oder aus einem Beta-Radiogramm. Die betreffende Aufnahme kann, soweit erforderlich oder gewünscht, noch einer Vorverarbeitung unterzogen werden, die beispielsweise eine Ausleuchtungskorrektur, ein Herausrechnen der Siebstruktur und/oder dergleichen umfassen kann. Von dem so gewonnenen digitalen Bild kann dann insbesondere ein zweidimensionales Powerspektrum oder auch eine zweidimensionale Fourier- Transformation berechnet werden.
Im Zentrum eines entsprechenden zweidimensionalen Powerspektrums befinden sich die langwelligen, niederfrequenten Anteile, während sich die kurzwelligen, hochfrequenten Anteile am Rand dieses Powerspektrums befinden. Dagegen werden bei der herkömmlichen klassischen Flockengrößenaufteilung die Anteile des Spektrums zusammengefasst, die innerhalb eines bestimmten Wellenlängenbereichs liegen (z.B. Feinwolkigkeit zwischen 1 und 5 mm). In dem herkömm- licherweise verwendeten Powerspektrum ist das die Fläche zwischen zwei konzentrischen Kreisen. Dagegen werden erfindungsgemäß zur Bestimmung bzw. Quantifizierung von Streifen nur diejenigen Frequenzen betrachtet, die sich innerhalb eines schmalen, lang gezogenen Gebietes wie z.B. eines Rechtecks oder einer Ellipse befinden. So wird beispielsweise für Streifen in x-Richtung ein Recht- eck um die y-Achse und für Streifen in y-Richtung ein Rechteck um die x-Achse betrachtet.
Die Berechnung des Indexes kann entweder absolut durch Bildung der Varianz des ausgewählten Teilbildes oder relativ durch die Bildung des Quotienten aus der Varianz des Teilbildes und der Gesamtvarianz erfolgen.
Über die Breite und Länge des länglichen streifenartigen Gebietes, bei dem es sich beispielsweise um ein Rechteck, eine Ellipse oder dergleichen handeln kann, kann man die Art, Form und/oder dergleichen der Streifen steuern, die man er- kennen möchte. Ist man beispielsweise nur an relativ breiteren Strukturen interessiert, so reduziert man die Länge des länglichen streifenartigen Gebietes entsprechend. Ist man dagegen nur an den relativ schmaleren Strukturen interessiert, so betrachtet man nur die äußeren Enden des länglichen streifenartigen Gebietes.
Durch die Rücktransformation der ausgewählten Frequenzen kann man direkt in der Aufnahme des Blattes die Strukturen darstellen, die durch den Indexwert be- schrieben werden. Dies ist besonders vorteilhaft, da dadurch das Ergebnis der Analyse optisch bestätigt wird.
Der Benutzer kann die Größe und die Länge eines jeweiligen Streifens beispiels- weise selbst festlegen. Es ist jedoch beispielsweise auch denkbar, die Streifen im Powerspektrum automatisch durch die Auswertesoftware zu detektieren.
Die betreffende erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erkennung von länglichen streifenartigen Strukturen in einer Faserstoffbahn, insbesondere Papier- oder Kartonbahn, und/oder in einem der Herstellung einer solchen Faserstoffbahn dienenden, von einem Stoffauflauf gelieferten Faserstoffsuspensionsstrahl ist entsprechend dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Aufnahmeeinrichtung zur Erzeugung eines digitalen Bildes von einem jeweiligen zu untersuchenden Abschnitt der Faserstoffbahn bzw. des Faserstoffsuspensionsstrahls und Mittel umfasst, um das digitale Bild einer zweidimensionalen Spektralanalyse zu unterziehen, bei der zur Bestimmung und/oder Quantifizierung der länglichen streifenartigen Strukturen zumindest im Wesentlichen nur Frequenzen berücksichtigt werden, die sich innerhalb eines länglichen streifenartigen Gebietes wie insbesondere eines Rechtecks oder einer Ellipse befinden.
Wird die streifenartige Struktur bzw. die Ellipse automatisch detektiert, so ergibt sich der Vorteil, dass damit auch die Orientierung der streifenartigen Struktur bzw. der Ellipse bestimmt wird und somit der Hauptorientierungswinkel der streifenartigen Struktur in der Faserstoffbahn und/oder dem Faserstoffsuspensionsstrahl bekannt ist.
Dabei umfasst die zweidimensionale Spektralanalyse bevorzugt wieder die Erzeugung einer zweidimensionalen Fourier-Transformation und/oder die Erzeugung eines zweidimensionalen Powerspektrums, in dessen Zentrum sich die relativ langwelligen niederfrequenten Anteile und an dessen Rand sich die relativ kurzwelligen hochfrequenten Anteile befinden. Die Struktur des Faserstoffsuspensionsstrahls nach dem Austritt aus der Düse des Stoffauflaufs besitzt einen erheblichen Einfluss auf die Struktur des fertigen Papiers. Bisher wird die Qualität des Strahls manuell, d.h. durch Beobachten des Strahls am Versuchsstoffauflauf bzw. von Strahlfotografien bewertet. Eine solche Bewertung ist naturgemäß subjektiv und schlecht reproduzierbar. Es ist daher ein weiteres Ziel der Erfindung, den Faserstoffsuspensionsstrahl anhand von Fotos auf bestimmte Strukturen wie beispielsweise Streifen, große Flocken usw. hin untersuchen zu können. Dabei soll das Ergebnis quantifizierbar sein, so dass beispielsweise die Strukturen verschiedener Strahlen objektiver miteinander ver- glichen werden können. Zudem soll ein Vergleich mit Messwerten möglich sein, wie sie durch das vorbeschriebene erfindungsgemäße Verfahrene sowie die zuvor beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erkennung von länglichen streifenartigen Strukturen in der Faserstoffbahn erhalten werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Verfahrens gemäß Anspruch 18 gelöst. Erfindungsgemäß wird hierzu also ein Verfahren zur Erkennung von Strukturen in einem insbesondere der Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere Papier- oder Kartonbahn dienenden, insbesondere von einem Stoffauflauf gelieferten Faserstoffsuspensionsstrahl angegeben, das sich dadurch auszeichnet, dass von einem jeweiligen zu untersuchenden Abschnitt des Faserstoffsuspensionsstrahles mittels einer Aufnahmeeinrichtung ein digitales Bild erzeugt und das digitale Bild zur Bestimmung und/oder Quantifizierung regelmäßiger Strukturen wie insbesondere länglicher streifenartiger Strukturen einer Bildanalyse unterzogen wird, um insbesondere so genannte Merkmale des digitalen Bildes zu generieren, wobei die Bildanalyse eine oder mehrere der folgenden Analysearten umfasst:
Local Binary Pattern, Cooccurrence-Matrix, Powerspektrum, - Relationale Kernfunktion,
Haar-Integrale, phasenbasierende Merkmale, Wavelet-Filter, Gabor-Filter.
Bevorzugt wird dabei das digitale Bild zunächst mittels einer Fourier-Transfor- mation in seine dominanten Bestandteile zerlegt. Natürlich kann nicht nur das Originalbild des digitalen Bilds, sondern auch das bereinigte Bild, welches den dominanten Frequenzen in der Fourier-Transformation entspricht, in seine dominanten Bestandteile zerlegt werden.
Das digitale Bild wird zweckmäßigerweise mittels einer Kamera mit geringen Verschlusszeiten im Durchlicht oder Schräglicht mit Reflexion erzeugt.
Der Faserstoffsuspensionsstrahl kann dann anhand der generierten Merkmale des digitalen Bildes quantifiziert werden.
Zur Quantifizierung des Faserstoffsuspensionsstrahls kann auch aus mehreren generierten Merkmalen des digitalen Bildes ein einzelner Gesamtparameter bestimmt werden.
Gemäß einer bevorzugten praktischen Ausgestaltung werden die generierten Merkmale des digitalen Bildes mit Merkmalen wenigstens einer Vergleichsprobe verglichen. Anhand des Vergleichsergebnisses kann dann der Faserstoffsuspensionsstrahl insbesondere im Hinblick auf bestimmte Defekte bewertet werden.
Bevorzugt werden die generierten Merkmale des digitalen Bildes eines jeweiligen zu untersuchenden Abschnitts des Faserstoffsuspensionsstrahls mit den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17 bestimmten bzw. quantifizierten länglichen streifenartigen Strukturen in der Faserstoffbahn verglichen.
Der Merkmalsvergleich kann vorteilhafterweise auf einem Data-Mining basieren und vorzugsweise eine oder mehrere der folgenden Vergleichsmittel umfassen: Support-Vector-Maschinen, Entscheidungsbäume, Selbstorganisierende Karten (SOMs), Regressionsverfahren.
Das digitale Bild kann wieder online oder offline erzeugt werden.
Die betreffende erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erkennung von Strukturen in einem insbesondere der Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere Papier- oder Kartonbahn dienenden, insbesondere von einem Stoffauflauf gelieferten Faserstoffsuspensionsstrahl zeichnet sich entsprechend dadurch aus, dass sie eine Aufnahmeeinrichtung zur Erzeugung eines digitalen Bildes von einem jeweiligen zu untersuchenden Abschnitt des Faserstoffsuspensionsstrahles und Mittel umfasst, um das digitale Bild zur Bestimmung und/oder Quantifizierung regelmäßiger Strukturen wie insbesondere länglicher streifenartiger Strukturen einer Bildanalyse zu unterziehen, um insbesondere so genannte Merkmale des digitalen Bildes zu generieren, wobei die Bildanalyse eine oder mehrere der folgenden Analysearten umfasst:
Local Binary Pattern, - Cooccurrence-Matrix,
Powerspektrum, Relationale Kernfunktion, Haar-Integrale, phasenbasierende Merkmale, - Wavelet-Filter,
Gabor-Filter.
Dabei sind bevorzugt wieder Mittel vorgesehen, um das digitale Bild zunächst mittels einer Fourier-Transformation in seine dominanten Bestandteile zu zer- legen. Es können also Bilder des Faserstoffsuspensionsstrahls mittels einer Kamera mit geringen Verschlusszeiten aufgenommen werden, was im Durchlichtverfahren oder im Schräglicht mit Reflexion geschehen kann. Zur Bewertung können diese Aufnahmen mit Methoden der Bildanalyse ausgewertet werden. Dabei können die Bilder insbesondere gemäß dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 17 und der Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 28 und 29 bewertet werden. Für regelmäßige Strukturen wie beispielsweise Streifen oder Lamellenschwingungen kann das Foto zunächst mittels einer Fourier-Transformation in seine dominanten Bestandteile zerlegt werden. Danach können auf das so bereinigte Bild Methoden der BiId- analyse angewendet werden, zu denen beispielsweise die vorliegenden Methoden zählen:
Local Binary Pattern,
Cooccurrence-Matrizen,
Powerspektren, - Relationale Kernfunktionen,
Haar-Integrale, phasenbasierende Merkmale,
Wavelet-Filter,
Gabor-Filter, und/oder dergleichen.
Auf diese Weise werden so genannte "Merkmale" des Bildes generiert. Je nach Bedarf können das einige wenige oder mehrere Dutzend sein.
Durch einen Vergleich dieser Merkmale mit den Merkmalen so genannter "ge- labelter" Sätze von Vergleichsproben oder Masterproben kann dann ermittelt werden, von welchen Merkmalen ein bestimmter Defekt des Faserstoffsuspensionsstrahls am besten beschreiben wird.
Das "Labein" der Masterproben kann durch eine Gruppe von Experten erfolgen. Der Merkmalsvergleich kann jedoch auch durch einfaches "Draufschauen" vorgenommen werden. Insbesondere bei komplexeren Strukturen kann der Merkmalsvergleich auf einem Data-Mining basieren und vorzugsweise eine oder mehrere der folgenden Vergleichsmittel umfassen: Support-Vector-Maschine,
Entscheidungsbäume,
Selbstorganisierende Karten (SOMs),
Regressionsverfahren.
Die so gefundenen Merkmale können zur Quantifizierung des Faserstoffsuspensionsstrahls verwendet werden. Ist die Zahl der Merkmale zu groß, so kann daraus auch ein einzelner Gesamtparameter generiert werden (z.B. "Steifigkeit des Strahls = 0,6").
Somit kann also auch der Faserstoffsuspensionsstrahl anhand von Fotos auf bestimmte Strukturen wie beispielsweise Streifen, große Flocken oder dergleichen hin untersucht werden, wobei das Ergebnis quantifizierbar ist, so dass die Strukturen verschiedener Strahlen objektiver miteinander verglichen werden können. Dabei ist insbesondere auch ein Vergleich mit den Messwerten möglich, die durch das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erkennung von länglichen streifenartigen Strukturen in der Faserstoffbahn erhalten werden. Beispielsweise durch einen Vergleich dieser Messwerte kann direkt untersucht werden, wie Defekte im Faserstoffsuspensionsstrahl sich in der Papierbahn niederschlagen.
Die Erfindung ist grundsätzlich auch in allen Bereichen anwendbar, in denen vergleichbare Düsen wie die des Stoffauflaufs zum Einsatz kommen und der Strahl einsehbar ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels, bei dem ein sich im ursprünglichen Bild in x-Richtung erstreckender Streifen erkannt werden soll;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels, bei dem ein sich im ursprünglichen Bild in y-Richtung erstreckender Streifen erkannt werden soll;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels, bei dem ein sich im ursprünglichen Bild in einer ersten diagonalen Richtung erstreckender Streifen erkannt werden soll; Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels, bei dem relativ breitere längliche Strukturen erkannt werden sollen;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels, bei dem relativ schmalere längliche Strukturen erkannt werden sollen;
Fig. 6 eine beispielhafte Originalaufnahme des Blattes sowie eine beispiel- hafte Darstellung erkannter schmaler Streifen sowie eine beispielhafte Darstellung erkannter breiterer Strukturen direkt in der Aufnahme des Blattes;
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Steuerung und/oder Regelung einer Papiermaschine unter Heranziehung er- kannter Strukturen in der Faserstoffbahn; und
Fig. 8 eine schematische Darstellung von Beispielen zur Ermittlung von
Strukturen im Faserstoffsuspensionsstrahl.
Die Fig. 1 bis 5 zeigen in schematischer Darstellung unterschiedliche Beispiele der Erkennung von länglichen streifenartigen Strukturen beispielsweise in einer Faserstoffbahn, insbesondere Papier- oder Kartonbahn, und/oder in einem der Herstellung einer solchen Faserstoffbahn dienenden, von einem Stoffauflauf gelieferten Faserstoffsuspensionsstrahl.
Dabei wird von einem jeweiligen zu untersuchenden Abschnitt der Faserstoffbahn bzw. des Faserstoffsuspensionsstrahls mittels einer Aufnahmeeinrichtung 10 (vgl. auch Fig. 7) ein digitales Bild 12 erzeugt, das einer zweidimensionalen Spektral- analyse unterzogen wird, bei der zur Bestimmung und/oder Quantifizierung von länglichen streifenartigen Strukturen 14 zumindest im Wesentlichen nur Frequenzen berücksichtigt werden, die sich innerhalb eines länglichen streifenartigen Gebietes 16 befinden, bei dem es sich beispielsweise um ein Rechteck, eine Ellipse oder dergleichen handeln kann.
Dabei kann die zweidimensionale Spektralanalyse die Erzeugung einer zweidimensionalen Fourier-Transformation und/oder die Erzeugung eines zweidimensionalen Powerspektrums umfassen, in dessen Zentrum 18 sich die relativ lang- welligen niederfrequenten Anteile und an dessen Rand 20 sich die relativ kurzwelligen hochfrequenten Anteile befinden.
Zur Bestimmung und/oder Quantifizierung der sich im digitalen Bild 12 in einer vorgebbaren Richtung erstreckenden länglichen streifenartigen Strukturen 14 werden bei der Spektralanalyse zumindest im Wesentlichen nur Frequenzen berücksichtigt, die sich innerhalb eines länglichen streifenartigen Gebiets 16 befinden, das sich senkrecht zu der vorgebbaren Richtung erstreckt.
Wie anhand von Fig. 1 zu erkennen ist, werden dabei zur Bestimmung und/oder Quantifizierung von sich im digitalen Bild 12 in x-Richtung erstreckenden länglichen streifenartigen Strukturen 14 bei der Spektralanalyse zumindest im Wesentlichen nur Frequenzen berücksichtigt, die sich innerhalb eines länglichen streifenartigen Gebietes 16 befinden, das sich in y-Richtung erstreckt.
Gemäß Fig. 2 werden zur Bestimmung und/oder Quantifizierung von sich im digitalen Bild 12 in y-Richtung erstreckenden länglichen streifenartigen Strukturen 14 bei der Spektralanalyse zumindest im Wesentlichen nur Frequenzen berücksichtigt, die sich innerhalb eines länglichen streifenartigen Gebietes 16 befinden, das sich in x-Richtung erstreckt.
Wie anhand der Fig. 3 zu erkennen ist, werden zur Bestimmung und/oder Quantifizierung von sich im digitalen Bild 12 in einer ersten diagonalen Richtung erstre- ckenden länglichen streifenartigen Strukturen 14 bei der Spektralanalyse zumindest im Wesentlichen nur Frequenzen berücksichtigt, die sich innerhalb eines länglichen streifenartigen Gebiets 16 befinden, das sich in einer zur ersten senkrechten zweiten diagonalen Richtung erstreckt.
Zur Erzeugung eines für die länglichen streifenartigen Strukturen 14 repräsentativen absoluten Indexes kann beispielsweise die Varianz des bei der Spektralanalyse berücksichtigten länglichen streifenartigen Gebiets 16 berechnet werden.
Es kann beispielsweise aber auch zur Erzeugung eines für die länglichen streifenartigen Strukturen 14 repräsentativen relativen Indexes der Quotient aus der Varianz des bei der Spektralanalyse berücksichtigten länglichen streifenartigen Gebietes 16 und der Gesamtvarianz des digitalen Bildes 12 bestimmt werden.
Wie sich insbesondere aus den Fig. 4 und 5 ergibt, kann die Art und/oder Form von zu bestimmenden bzw. zu quantisierenden länglichen streifenartigen Strukturen 14 über die Art und/oder Form wie insbesondere Breite und/oder Länge des bei der Spektralanalyse zu berücksichtigenden länglichen streifenartigen Gebietes 16 gesteuert werden.
Wie anhand der Fig. 4 zu erkennen ist, kann dabei zur Bestimmung bzw. Quantifizierung relativ breiterer länglicher streifenartiger Strukturen 14 die Länge des bei der Spektralanalyse zu berücksichtigenden länglichen streifenartigen Gebietes 16 entsprechend reduziert werden.
Dagegen werden gemäß Fig. 5 zur Bestimmung bzw. Quantifizierung relativ schmalerer länglicher streifenartiger Strukturen 14 bei der Spektralanalyse zumindest im Wesentlichen nur die Endbereiche des länglichen streifenartigen Gebietes 16 berücksichtigt.
Zur optischen Darstellung der erkannten, insbesondere durch den betreffenden Index definierten länglichen streifenartigen Strukturen 14 in dem Bild des jewei- ligen untersuchten Abschnitts werden die ausgewählten Frequenzen einer Rück- transformation unterzogen. Durch eine solche Rücktransformation der ausgewählten Frequenzen kann man dann direkt in dem Bild des untersuchten Abschnitts, d.h. beispielsweise in der Aufnahme des Blattes die Strukturen darstellen, die durch den betreffenden Indexwert beschrieben werden. Dies ist besonders vorteilhaft, da dadurch das Ergebnis der Analyse optisch bestätigt wird.
Dabei zeigt Fig. 6a) eine beispielhafte Originalaufnahme eines Blattes bzw. des untersuchten Abschnitts einer Faserstoffbahn. Fig. 6b) zeigt eine beispielhafte Darstellung erkannter schmaler Streifen und Fig. 6c) eine beispielhafte Darstellung breiterer Strukturen direkt in der Aufnahme des Blattes.
Der Benutzer kann Größe und Lage des Streifens beispielsweise selbst festlegen. Es sind jedoch auch solche Ausgestaltungen denkbar, bei denen die Streifen im Powerspektrum automatisch von der eingesetzten Auswertesoftware detektiert werden.
Fig. 7 zeigt in schematischer Darstellung eine beispielhafte Steuerung und/oder Regelung einer Papiermaschine unter Heranziehung erfindungsgemäß erkannter Strukturen in der Faserstoffbahn und/oder dem Faserstoffsuspensionsstrahl.
Danach kann als Aufnahmeeinrichtung 10 beispielsweise ein Kamerasystem vorgesehen sein, durch das eine digitalisierte Aufnahme des Blattes bzw. des untersuchten Abschnitts, d.h. das digitale Bild 12 erzeugt wird. Dabei kann dieses digi- tale Bild 12 online oder offline beispielsweise im Labor erzeugt werden.
Es sind Mittel 22 wie insbesondere wenigstens ein Auswerterechner und/oder dergleichen vorgesehen, um das digitale Bild 12 einer zweidimensionalen Spektralanalyse zu unterziehen, bei der zur Bestimmung und/oder Quantifizierung der länglichen streifenartigen Strukturen 14 zumindest im Wesentlichen nur Frequenzen berücksichtigt werden, die sich innerhalb eines länglichen streifenartigen Gebietes 16 (vgl. auch die Fig. 1 bis 6) wie insbesondere eines Rechtecks oder einer Ellipse befinden.
Wie bereits erwähnt, kann die zweidimensionale Spektralanalyse die Erzeugung einer zweidimensionalen Fourier-Transformation und/oder die Erzeugung eines zweidimensionalen Powerspektrums umfassen, in dessen Zentrum 18 sich die relativ langwelligen niederfrequenten Anteile und an dessen Rand 20 sich die relativ kurzwelligen hochfrequenten Anteile befinden (vgl. auch die Fig. 1 bis 5).
Das Ergebnis der Spektralanalyse kann dann zur Steuerung und/oder Regelung der Herstellung und/oder Behandlung der Faserstoffbahn einem Prozessleit- system 24 zugeführt werden. Über dieses Prozessleitsystem 24 kann dann gegebenenfalls ein entsprechender Eingriff an der Papiermaschine 26 erfolgen.
Beispielsweise im Prozessleitsystem 24 kann dann insbesondere auch eine Ausgabe der Indexwerte sowie eine Darstellung der Strukturen, bei denen es sich beispielsweise um Streifen oder Flocken handeln kann, erfolgen. In der Fig. 7 sind beispielhafte Darstellungen streifiger Strukturen sowie grobwolkiger Strukturen wiedergegeben.
Entsprechend kann insbesondere über die beispielsweise einen Auswerterechner umfassenden Mittel 22 ein Index für Streifen, Flocken und/oder dergleichen berechnet werden.
Fig. 8 zeigt in schematischer Darstellung Beispiele eines Verfahrens zur Erkennung von Strukturen in einem insbesondere der Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere Papier- oder Kartonbahn dienenden, insbesondere von einem Stoffauflauf gelieferten Faserstoffsuspensionsstrahl.
Dabei wird von einem jeweiligen zu untersuchenden Abschnitt des Faserstoffsuspensionsstrahls mittels einer Aufnahmeeinrichtung ein digitales Bild 28 erzeugt, das zur Bestimmung und/oder Quantifizierung regelmäßiger Strukturen wie z.B. länglicher streifenartiger Strukturen einer Bildanalyse unterzogen wird, um insbesondere so genannte Merkmale des digitalen Bildes 28 zu generieren.
Dabei kann die Bildanalyse insbesondere eine oder mehrere der folgenden Ana- lysearten umfassen:
Local Binary Pattern, Cooccurrence-Matrix, Powerspektrum, Relationale Kernfunktion, - Haar-Integrale, phasenbasierende Merkmale,
Wavelet-Filter,
Gabor-Filter.
Das digitale Bild 28 kann zunächst wieder mittels einer Fourier-Transformation in seine dominanten Bestandteile zerlegt werden.
Das digitale Bild 28 kann insbesondere mittels einer Kamera mit geringen Verschlusszeiten im Durchlicht oder Schräglicht mit Reflexion erzeugt werden.
Der Faserstoffsuspensionsstrahl kann dann anhand der generierten Merkmale des digitalen Bildes 28 quantifiziert werden. Dabei kann zur Quantifizierung des Faserstoffsuspensionsstrahls aus mehreren generierten Merkmalen des digitalen Bildes 28 auch ein einzelner Gesamtparameter bestimmt werden.
Die generierten Merkmale des digitalen Bildes 28 können mit Merkmalen wenigstens einer Vergleichsprobe verglichen werden. Anhand der Vergleichsergebnisse kann dann der Faserstoffsuspensionsstrahl insbesondere im Hinblick auf bestimmte Defekte bewertet werden.
Vorteilhafterweise können die generierten Merkmale des digitalen Bildes 28 eines jeweiligen zu untersuchenden Abschnitts des Faserstoffsuspensionsstrahls mit den länglichen streifenartigen Strukturen 14 in der Faserstoffbahn verglichen werden, die mittels des beispielsweise anhand der Fig. 1 bis 7 beschriebenen Verfahrens zur Bestimmung bzw. Quantifizierung länglicher streifenartiger Strukturen 14 in der Faserstoffbahn gewonnen wurden.
Dabei kann ein jeweiliger Merkmalsvergleich insbesondere auf einem Data-Mining basieren und vorzugsweise ein oder mehrere der folgenden Vergleichsmittel umfassen:
Support-Vektor-Maschinen, Entscheidungsbäume,
Selbstorganisierte Karten (SOMs),
Regressionsverfahren.
Das digitale Bild 28 kann wieder online oder offline erzeugt werden.
Die Erfindung ist auch in allen anderen Bereichen anwendbar, in denen vergleichbare Düsen wie die des Faserstoffauflaufs zum Einsatz kommen und der Strahl einsehbar ist.
Bezugszeichenliste
10 Aufnahmeeinrichtung
12 Digitales Bild eines zu untersuchenden Abschnitts einer
Faserstoffbahn
14 Längliche streifenartige Struktur
16 Längliches streifenartiges Gebiet
18 Zentrum
20 Rand
IO 22 Mittel, Auswerterechner
24 Prozessleitsystem
26 Papiermaschine
28 Digitales Bild eines Faserstoffsuspensionsstrahls

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erkennung von länglichen streifenartigen Strukturen (14) in einer Faserstoffbahn, insbesondere Papier- oder Kartonbahn, und/oder in einem der Herstellung einer solchen Faserstoffbahn dienenden, von einem Stoffauflauf gelieferten Faserstoffsuspensionsstrahl, dadurch gekennzeichnet, dass von einem jeweiligen zu untersuchenden Abschnitt der Faserstoffbahn bzw. des Faserstoffsuspensionsstrahles mittels einer Aufnahmeeinrichtung (10) ein digitales Bild (12) erzeugt und das digitale Bild (12) einer zweidi- mensionalen Spektralanalyse unterzogen wird, bei der zur Bestimmung und/oder Quantifizierung der länglichen streifenartigen Strukturen (14) zumindest im Wesentlichen nur Frequenzen berücksichtigt werden, die sich innerhalb eines länglichen streifenartigen Gebietes (16) wie insbesondere eines Rechtecks oder einer Ellipse befinden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zweidimensionale Spektralanalyse die Erzeugung einer zweidimensionalen Fourier-Transformation und/oder die Erzeugung eines zweidimen- sionalen Powerspektrums umfasst, in dessen Zentrum (18) sich die relativ langwelligen niederfrequenten Anteile und an dessen Rand (20) sich die relativ kurzwelligen hochfrequenten Anteile befinden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung und/oder Quantifizierung von sich im digitalen Bild (12) in einer vorgebbaren Richtung erstreckenden länglichen streifenartigen Strukturen bei der Spektralanalyse zumindest im Wesentlichen nur Fre- quenzen berücksichtigt werden, die sich innerhalb eines länglichen streifenartigen Gebietes (16) befinden, das sich senkrecht zu der vorgebbaren Richtung erstreckt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung und/oder Quantifizierung von sich im digitalen Bild (12) in x-Richtung erstreckenden länglichen streifenartigen Strukturen (14) bei der Spektralanalyse zumindest im Wesentlichen nur Frequenzen berücksichtigt werden, die sich innerhalb eines länglichen streifenartigen Gebietes (16) be- finden, das sich in y-Richtung erstreckt.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung und/oder Quantifizierung von sich im digitalen Bild (12) in y-Richtung erstreckenden länglichen streifenartigen Strukturen (14) bei der
Spektralanalyse zumindest im Wesentlichen nur Frequenzen berücksichtigt werden, die sich innerhalb eines länglichen streifenartigen Gebietes (16) befinden, das sich in x-Richtung erstreckt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung und/oder Quantifizierung von sich im digitalen Bild (12) in einer ersten diagonalen Richtung erstreckenden länglichen streifenartigen Strukturen (14) bei der Spektralanalyse zumindest im Wesentlichen nur Fre- quenzen berücksichtigt werden, die sich innerhalb eines länglichen streifenartigen Gebietes (16) befinden, das sich in einer zur ersten senkrechten zweiten diagonalen Richtung erstreckt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung eines für die länglichen streifenartigen Strukturen (14) repräsentativen absoluten Indexes die Varianz des bei der Spektralanalyse berücksichtigten länglichen streifenartigen Gebietes (16) berechnet wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung eines für die länglichen streifenartigen Strukturen (14) repräsentativen relativen Indexes der Quotient aus der Varianz des bei der
Spektralanalyse berücksichtigten länglichen streifenartigen Gebietes (16) und der Gesamtvarianz des digitalen Bildes (12) bestimmt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Art und/oder Form von zu bestimmenden bzw. zu quantifizierenden länglichen streifenartigen Strukturen (14) über die Art und/oder Form wie insbesondere Breite und/oder Länge des bei der Spektralanalyse zu berücksichtigenden länglichen streifenartigen Gebietes gesteuert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung bzw. Quantifizierung relativ breiterer länglicher streifenartiger Strukturen (14) die Länge des bei der Spektralanalyse zu be- rücksichtigenden länglichen streifenartigen Gebietes entsprechend reduziert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung bzw. Quantifizierung relativ schmalerer länglicher streifenartiger Strukturen (14) bei der Spektralanalyse zumindest im Wesent- liehen nur die Endbereiche des länglichen streifenartigen Gebietes (16) berücksichtig werden.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur optischen Darstellung der erkannten, insbesondere durch den Index definierten länglichen streifenartigen Strukturen (14) in dem Bild des untersuchten Abschnitts die ausgewählten Frequenzen einer Rücktransformation unterzogen werden.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ergebnis der Spektralanalyse zur Steuerung und/oder Regelung der Herstellung und/oder Behandlung der Faserstoffbahn einem Prozess- leitsystem (24) zugeführt wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das digitale Bild mittels einer Kamera im Durchlicht, mittels eines Durchlicht-Scanners, mittels eines Topographiemessgeräts oder aus einem
Beta-Radiogramm erzeugt wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das digitale Bild online erzeugt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das digitale Bild offline erzeugt wird.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die Bestimmung und/oder Quantifizierung der länglichen streifenartigen Strukturen die Formation in der Faserstoffbahn bestimmt wird.
18. Verfahren zur Erkennung von Strukturen in einem insbesondere der Her- Stellung einer Faserstoffbahn, insbesondere Papier- oder Kartonbahn dienenden, insbesondere von einem Stoffauflauf gelieferten Faserstoffsuspensionsstrahl, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von einem jeweiligen zu untersuchenden Abschnitt des Faserstoffsuspensionsstrahles mittels einer Aufnahmeeinrichtung ein digitales Bild (28) erzeugt und das digitale Bild zur Bestimmung und/oder Quantifizierung regelmäßiger Strukturen wie insbesondere länglicher streifenartiger Strukturen einer Bildanalyse unterzogen wird, um insbesondere so genannte Merkmale des digitalen Bildes (28) zu generieren, wobei die BiId- analyse eine oder mehrere der folgenden Analysearten umfasst:
Local Binary Pattern, Cooccurrence-Matrix, Powerspektrum, Relationale Kernfunktion, - Haar-Integrale, phasenbasierende Merkmale,
Wavelet-Filter,
Gabor-Filter.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das digitale Bild (28) zunächst mittels einer Fourier-Transformation in seine dominanten Bestandteile zerlegt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das digitale Bild (28) mittels einer Kamera mit geringen Verschlusszeiten im Durchlicht oder Schräglicht mit Reflexion erzeugt wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserstoffsuspensionsstrahl anhand der generierten Merkmale des digitalen Bildes (28) quantifiziert wird.
22. Verfahren nach 21 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Quantifizierung des Faserstoffsuspensionsstrahles aus mehreren generierten Merkmalen des digitalen Bildes (28) ein einzelner Gesamtparameter bestimmt wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die generierten Merkmale des digitalen Bildes mit Merkmalen wenigstens einer Vergleichsprobe verglichen werden und anhand des Vergleichsergebnisses der Faserstoffsuspensionsstrahl insbesondere im Hinblick auf bestimmte Defekte bewertet wird.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die generierten Merkmale des digitalen Bildes eines jeweiligen zu unter- suchenden Abschnitts des Faserstoffsuspensionsstrahles mit den nach dem
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17 bestimmten bzw. quantifizierten länglichen streifenartigen Strukturen (14) in der Faserstoffbahn verglichen werden.
25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Merkmalsvergleich auf einem Data-Mining basiert und vorzugsweise eine oder mehrere der folgenden Vergleichsmittel umfasst:
Support-Vektor-Maschinen,
Entscheidungsbäume, - Selbstorganisierende Karten (SOMs),
Regressionsverfahren.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das digitale Bild (28) online erzeugt wird.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das digitale Bild (28) offline erzeugt wird.
28. Vorrichtung zur Erkennung von länglichen streifenartigen Strukturen (14) in einer Faserstoffbahn, insbesondere Papier- oder Kartonbahn, und/oder in einem der Herstellung einer solchen Faserstoffbahn dienenden, von einem Stoffauflauf gelieferten Faserstoffsuspensionsstrahl, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Aufnahmeeinrichtung (10) zur Erzeugung eines digitalen Bildes (12) von einem jeweiligen zu untersuchenden Abschnitt der Faserstoffbahn bzw. des Faserstoffsuspensionsstrahles und Mittel (22) umfasst, um das digitale Bild (12) einer zweidimensionalen Spektralanalyse zu unterziehen, bei der zur Bestimmung und/oder Quantifizierung der länglichen streifenartigen Strukturen (14) zumindest im Wesentlichen nur Frequenzen berücksichtigt werden, die sich innerhalb eines länglichen streifenartigen Gebietes (16) wie insbesondere eines Rechtecks oder einer Ellipse befinden.
29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die zweidimensionale Spektralanalyse die Erzeugung einer zweidimensionalen Fourier-Transformation und/oder die Erzeugung eines zweidimensionalen Powerspektrums umfasst, in dessen Zentrum (18) sich die relativ langwelligen niederfrequenten Anteile und an dessen Rand (20) sich die relativ kurzwelligen hochfrequenten Anteile befinden.
30. Vorrichtung zur Erkennung von Strukturen in einem insbesondere der Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere Papier- oder Kartonbahn dienenden, insbesondere von einem Stoffauflauf gelieferten Faserstoff- Suspensionsstrahl, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Aufnahmeeinrichtung zur Erzeugung eines digitalen Bildes von einem jeweiligen zu untersuchenden Abschnitt des Faserstoffsuspensions- Strahles und Mittel umfasst, um das digitale Bild zur Bestimmung und/oder
Quantifizierung regelmäßiger Strukturen wie insbesondere länglicher streifenartiger Strukturen einer Bildanalyse zu unterziehen, um insbesondere so genannte Merkmale des digitalen Bildes zu generieren, wobei die Bildanalyse eine oder mehrere der folgenden Analysearten umfasst: - Local Binary Pattern,
Cooccurrence-Matrix, Powerspektrum, Relationale Kernfunktion, Haar-Integrale, - phasenbasierende Merkmale,
Wavelet-Filter, Gabor-Filter.
31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, um das digitale Bild zunächst mittels einer Fourier-Transformation in seine dominanten Bestandteile zu zerlegen.
EP08760837A 2007-08-02 2008-06-11 Verfahren und vorrichtung zur erkennung von strukturen in einer faserstoffbahn oder in einem faserstoffsuspensionsstrahl Withdrawn EP2183576A1 (de)

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