FI112280B - Tunnistin sekä menetelmä rainan fysikaalisen ominaisuuden määrittämiseksi - Google Patents

Description

112280

Tunnistin sekä menetelmä rainan fysikaalisen ominaisuuden määrittämiseksi - En sensor samt ett förfarande för bestämning av en fysikalisk egenskap hos en bana Tämän keksinnön kohteena on tunnistin rainan, jolla on kaksi pääpintaa, fysikaalisen 5 ominaisuuden määrittämiseksi, joka ominaisuus on rainan paksuuden ja rainaan kohdistuvan paineen funktio. Lisäksi keksintö kohdistuu menetelmään tällaisen ominaisuuden määrittämiseksi liikkuvasta rainasta.

Keksinnössä käytetään puristuvuusmittauksia kimmoisuuden puristuvuuskertoimen laskemiseksi siten, että sitä voi käyttää rainan erilaisten Z-suuntaominaisuuksien, ku-10 ten kimmoisuuden vetolujuuskertoimen, Z-suuntaisen vetolujuuden, venytysjäykkyy-den ja Scottin sidoksen johtamiseksi.

Tunnistintekniikassa tunnetaan erilaisia paksuusmittarityyppejä ja niitä käytetään mittaamaan nopeasti liikkuvan rainamateriaalin paksuutta. Erästä tällaista paksuusmittari-tyyppiä kutsutaan "kosketuspaksuusmittariksi". Kosketuspaksuusmittareissa on tyy-15 pillisesti kaksi vastakkaista palaa, jotka pakotetaan kosketuksiin rainan vastakkaisten puolten kanssa. Palojen välinen etäisyys mitataan ja se vastaa suoraan rainan paksuutta eli "kaliiperia".

On todettu, että paksuuspalojen aerodynaamista rakennetta on ajateltava, jos paloja on tarkoitus pitää rainan pinnalla tai sen lähellä verrattain vähäisen ulkoisen voiman 20 avulla. Aikaisempi aerodynaamisilla paksuuspaloilla varustettu paksuusmittari on jul-kistettu yhteisesti Mathew G. Boissevainille et ai. myönnetyssä US-patentissa 4 901 445. Tätä patenttia käytetään tässä yhteydessä viitteenä.

Patenttihakemuksen esittäjät eivät kuitenkaan ole perillä paksuuspaloista, joita käyte-tään mittaamaan samanaikaisesti rainan puristuvuutta useilla paineilla, tai kun näitä 25 mittauksia käytetään laskemaan kimmoisuuden puristuvuuskerroin, jota voi käyttää laskemaan kimmoisuuden vetolujuuskerroin ja johtamaan rainan erilaisia Z-suuntaisia t> >: fysikaalisia ominaisuuksia, kuten Z-suuntainen vetolujuus, venymisjäykkyys ja Scottin sidos.

: ·. ·. Paperin valmistuksen eräs kaikkein kriittisimpiä ominaisuuksia on sen lujuus. Käytän- .*··’, 30 nöllisesti katsoen kaikki valmistettu paperi myydään varustettuna jonkinlaisella lu- ^ juusspesifikaatiolla ja valmistajan paperin hyväksyminen riippuu kyvystä täyttää tämä * * '. "·; vaatimus. Paperin lujuudella on kolme perussuuntaa: 1) koneen suunta, 2) poikkisuun- ...: ta ja 3) Z-suunta. Konesuunnalla tarkoitetaan rainan kulun ensisijaista suuntaa paperi- 2 112280 koneen läpi. Poikkisuunnalla tarkoitetaan rainan leveyssuuntaa, rainan tasolla ja kohtisuorassa koneen suuntaan nähden. Z-suunta ulottuu kohtisuorassa koneen määrittämään tasoon ja poikkisuuntaan nähden ja siitä käytetään myös nimitystä paksuus-suunta.

5 Aikaisempi järjestelmä rainan lujuuden jatkuvaksi määrittämiseksi poikkisuuntaan ja koneen suuntaan on julkistettu Paul J. Houghtonille myönnetyssä US-patentissa 4 866 984, joka on liitetty tähän viitteenä. Tässä järjestelmässä ei kuitenkaan määritetä rainan lujuutta Z-suunnassa ja siksi sillä ei saada täydellistä kuvaa paperin lujuudesta. Paperin pääaineksina olevien puukuitujen suunnasta johtuen kunkin suunnan lujuus on 10 lisäksi olennaisella tavalla erilainen.

Paperin Z-suuntainen lujuus ilmoitetaan tavallisesti empiirisen rikkomiskokeen termein. Yleinen koe on Scottin sidoskoe, jossa Z-suuntainen lujuus määritetään mittaamalla koko rainan läpi ulottuvien eri kuitukerrosten välinen sidos. Scottin sidosko-keessa paperiliuska tai näyte delaminoidaan käyttämällä tasossa toimivaa leikkuuvoi-15 maa. Näytteen toinen puoli teipataan kaksinkertaisella teipillä kiinteään tukeen. Toinen puoli teipataan "L"-telineeseen. Sen jälkeen vapautetaan heiluri iskemään telineen pystysuoraan sivuun ja leikkaamaan näyte halki. Delaminointiin kulunut energia on mitattavissa heilurin pysähtymisasennosta.

Toisessa tällaisessa rikkomiskokeessa, Z-suuntaisessa vetolujuuskokeessa, näyte de-20 laminoidaan vetämällä yhtä suurella voimalla molempia pintoja Z-suuntaan. Kummal-.:. lakin puolella käytetään kaksipuolista teippiä siirtämään kuormitus näytteeseen. Pape- ’ ·rin lujuus määritetään mittaamalla se voima, joka kohdistuu paperiin sen murtuessa.

Kumpaakaan koetta ei tietenkään voi suorittaa "tosiajassa", paperia valmistettaessa, : normit alittavan materiaalin tuottamisen välttämiseksi. Näyte on sen sijaan otettava : ’ · ‘: 25 rullan päästä sen jälkeen, kun rulla on tehty valmiiksi. Koska paperinvalmistus on suu- ; ‘ . rella nopeudella toimiva jatkuva prosessi, suuria määriä paperia voi tuottaa helpostikin ennen, kun lujuus on vahvistettavissa myöhemmin tapahtuvalla mittauksella. Aikaa ,,, t. vaativan, valmistuslinjan ulkopuolella tapahtuvan kokeen suorittamisen tuloksena on, että ehkä useista neliömetreistä saatu lujuusmittaus on hyväksyttävä edustamaan koko 30 kelan tuhansien neliömetrien määrää. Näin ollen olisi erittäin toivottavaa pystyä mit-• V taamaan paperin lujuus tosiaikaisesti sen valmistuksen aikana.

Hallin kirjoittama artikkeli On-Line Ultrasonic Measurement of Paper Strength ' ·; (Paperin lujuuden tosiaikainen mittaaminen ultraäänellä), Sensors (1990), perustui

Institute of Paper Sciences and Technology -laitoksessa tehtyyn tutkimukseen ja siinä 3 112280 kuvataan kaupallisesti saatavissa olevien, nesteellä täytettyjen pyörien käyttöä, näiden ollessa sovitettuja liikkuvien paperirainojen tason ulkopuolella tapahtuviin ultraääni-nopeusmittauksiin ja paksuusmittauksiin. Siinä ei kuitenkaan esitetä mitään tosiaikaisia tietoja eikä siinä ole mitään ilmeistä selvitystä siitä, miten korreloida nämä mitta-5 ukset Z-suuntaisen paperin lujuuden kanssa.

Z-suuntaista lujuutta on kuitenkin tärkeä tarkkailla tosiaikaisesti sekä paperitehtaan tehokkuuden että prosessien tehokkuuden kannalta päällystystöissä. Paperitehtaassa on useita prosesseja, kuten sellaisia, joissa käytetään liimapuristimia ja pinnoittimia, jolloin paperin päälle tulee erittäin viskoosia materiaalia. Prosesseissa, joissa näitä mate-10 riaaleja sivellään pintaan ja kuivataan niitä, raina tai rainan osia voi nousta irti Z-suun-taan, mikä aiheuttaa kasautumista sivellyslaitteiden ja kuivureiden päälle. Lisäksi on muitakin alueita, joilla joko kalanteritelan pinta tai rainan pinnat kostuvat, mikä aiheuttaa rainan tarttumisen telaan.

Liian korkea Z-suuntainen lujuusarvo saattaa kuitenkin myös aiheuttaa ongelmia. 15 Esimerkiksi jos Z-suuntainen lujuus on saatu aikaan rainan liiallisella tiivistymisellä märkäpuristuksessa tai jollakin muulla tavalla, silloin määrätyt ominaisuudet, kurni läpikuultamattomuus, taittojäykkyys ja repäisylujuus pienenevät. Yleisesti ottaen *>n myös sanottava, että mitä parempi lujuus, sitä korkeammat kustannukset paperi vaatii.

Yhtiöllä, joka ostaa paperin ja muuttaa sen tuotteeksi, on samantyyppisiä Z-suuntaisen 20 lujuuden vaatimuksia. Monissa päällystystöissä, kuten aallotuksessa, painamisessa, pinnoituksessa ja laminoinnissa, käytetään myös erittäin viskooseja aineita, jotka saa-

* I

' ‘.'' vat paperiarkilla aikaan Z-suuntaisen voiman. Tässäkin yhteydessä on jälleen niin, että ‘ ’ jos paperin Z-suuntainen lujuus on liian pieni, rainan osat vetäytyvät irti tai delaminoi- •; ·: tuvat Z-suuntaisesti, aiheuttaen joko rainan murtumisen tai kasaantumisen syöttöteloil- ’· 25 le tai kuivurilaitteistoon.

* · · ; Näin ollen olisi toivottavaa pystyä saamaan aikaan Z-suuntaista lujuutta, kuten myös muita Z-suuntaisia ominaisuuksia, kuten vetolujuutta, venymisjäykkyyttä ja Scottin sidosvoimaa tosiaikaisesti, sen lujuuden saavuttamiseksi, jota sekä paperin valmistaja ... että päällystäjä vaativat, optimoimalla samalla kustannukset ja valmistustehokkuus.

: ‘. 30 Tämän keksinnön tavoitteena on saada aikaan tunnistin sekä menetelmä rainan erilais- • · . * · ·. ten Z-suuntaisten ominaisuuksien määrittämiseksi mittaamalla rainan puristuvuus alis tettuna useille paineille. Puristuvuustietoja voi käyttää esimerkiksi laskemaan kimmoi- » t · ’· ** suuden Z-suuntainen puristuvuuskerroin. Näitä tietoja voi käyttää myös johtamaan 4 112280 rainan muitakin Z-suuntaisia fysikaalisia ominaisuuksia, kuten vetolujuus, venytys-jäykkyys ja Scottin sidosvoima.

Keksinnön mukaiselle tunnistimelle on tunnusomaista se, että se käsittää ensimmäisen rainaa koskettavan vasteen, joka sijaitsee rainan ensimmäisen pää-5 pinnan puolella; toisen rainaa koskettavan vasteen, joka sijaitsee vastapäätä ensimmäistä vastetta rainan toisen pääpinnan puolella; kolmannen rainaa koskettavan vasteen, joka sijaitsee ylävirtaan ensimmäisestä vasteesta rainan ensimmäisen pääpinnan puolella; 10 - neljännen rainaa koskettavan vasteen, joka sijaitsee vastapäätä kolmatta vastetta rainan toisen pääpinnan puolella; elimet, jotka on toiminnallisesti kytketty ensimmäiseen vasteeseen ja järjestetty mittaamaan ja tuottamaan signaalin, joka ilmaisee ensimmäisen ja toisen vasteen välisen etäisyyden; 15 - elimet, jotka on toiminnallisesti kytketty kolmanteen vasteeseen ja järjestetty mittaamaan ja tuottamaan signaalin, joka ilmaisee kolmannen ja neljännen vasteen välisen etäisyyden; ja elimet ensimmäisen ja toisen vasteen puristamiseksi rainaa vasten ensimmäisellä ennalta määrätyllä paineella ja kolmannen ja neljännen vasteen puristamiseksi 20 rainaa vasten toisella ennalta määrätyllä paineella, mainittujen ensimmäisen ja toisen paineen ollessa keskenään erisuuruiset.

♦ · , · · · Keksinnön mukaiselle menetelmälle liikkuvan rainan, jolla on kaksi vastakkaista pää- pintaa, fysikaalisen ominaisuuden määrittämiseksi, joka ominaisuus on rainan paksuu-'; ’:. den ja rainan pintoihin kohdistuvan paineen funktio, on tunnusomaista se, että 25 - liikkuvan rainan vastakkaisia ensimmäistä ja toista pintaa puristetaan useilla eri paineilla, jolloin rainaa puristetaan ensimmäisellä paineella ensimmäisillä puris-tuselimillä ja toisella paineella toisilla puristuselimillä; ....: - mitataan kukin mainituista paineista; , * · · - mitataan rainan paksuus kullakin mainituista paineista; ja 30 - lasketaan fysikaalinen ominaisuus vastaavien paineen ja rainan paksuuden mitta- : ’.: usten perusteella.

Yhdessä keksinnön esimerkissä nämä ja muut tavoitteet saavutetaan puristamalla ensimmäistä ja toista rainan pääpintaa vastakkaisilta puolilta useilla paineilla ja mit-‘ taamalla ja lähettämällä signaalit, jotka ilmaisevat rainan paksuuden kunkin paineen 5 112280 vallitessa, analogia-digitaalimuuntimeen. Digitaalisignaalit lähetetään sen jälkeen tietokoneeseen, joka luo rasituskuormituskaavion. Kaavion ordinaattana on rainaan kohdistettu paine tai rasitus. Kaavion abskissana on se rainaan kohdistuva rasitus, joka määritetään rainan paksuuden pienentymisenä, tuloksena paine-erosta jaettuna rainan 5 paksuudella alemman paineen kohdalla. Tästä tiedosta voi laskea kimmoisuuden Z-suuntaisen puristuvuuskertoimen, joka määritellään rasituskuormituskäyrän jyrkkyytenä käyrän lineaarisella alueella. Z-suuntainen kimmoisuuden vetolujuuskerroin on sen jälkeen määritettävissä kokeellisesti. Kuten aikaisemmin jo mainittiin, tällaista tietoa voi sen jälkeen käyttää johtamaan erilaisia muita rainan Z-suuntaisia ominaisuuksia.

10 Toisessa keksinnön esimerkissä on laadittu järjestelmä liikkuvan rainan fysikaalisen ominaisuuden mittaamiseksi ensimmäisen ja toisen pääpinnan kohdalla. Ensimmäinen rainaan koskettava pala sijoitetaan ensimmäisen pääpinnan lähelle, kun taas toinen rainaan koskettava pala ensimmäistä palaa vastapäätä sijoitetaan lähelle toista pääpin-taa. Kolmas rainaan koskettava pala sijoitetaan alavirran puolelle ensimmäisestä palas-15 ta, joka on lähellä ensimmäistä pääpintaa, kun taas neljäs rainaan koskettava pala, joka on kolmatta palaa vastapäätä, sijoitetaan lähelle toista pääpintaa. Toiminnallisesti ensimmäiseen palaan kytketty väline mittaa ja saa aikaan signaalin, joka ilmaisee etäisyyden ensimmäisen ja toisen palan välillä. Toinen toiminnallisesti kolmanteen palaan kytketty väline mittaa ja saa aikaan signaalin, joka ilmaisee etäisyyden kolmannen ja 20 neljännen palan välillä. Tähän yhteyteen on tehty väline ensimmäisen ja toisen palan puristamiseksi rainaa vasten ensimmäisellä paineella ja kolmatta ja neljättä palaa toisella, tätä korkeammalla paineella. Muutin mittaaja saa aikaan signaaleja, jotka ilmai-: sevat nämä paineet. Analogia-digitaalimuunnin digitoi tämän jälkeen tietokoneeseen lähetettävät signaalit. Tietokone ottaa vastaan digitoidut signaalit ja muuntaa ne puris-25 tuvuustiedoiksi puristuvuuden kuormitusrasituskaavion luomiseksi. Käyrän jyrkkyys ·', ·· lineaarialueella määrittyy kimmoisuuden puristuvuuskertoimena, joka suhteutetaan ; ’ * ‘: kokeellisesti kimmoisuuden vetolujuuskertoimeen, jota voi sen jälkeen käyttää johta- maan erilaisia muita rainan Z-suuntaisominaisuuksia.

Edellä esitetyt keksinnön tavoitteet, piirteet ja edut käyvät entistä selvemmin ilmi seu-30 raavasta, parhaana pidetyn toteutusmuodon yksityiskohtaisesta selityksestä, joka on esitetty viittaamalla oheisiin piirroksiin, joissa: '.,, Kuvio 1 on yksinkertaistettu perspektiivinäkymä rainaskannerista, joka kannattaa pak- ’ suusmittaria rainan puristuvuuden mittaamiseksi välittömästi ennen rainan keräämistä kelalle. Osa arkista on irrotettu paksuusmittarin alaosuuden kuvauksen parantamiseksi.

6 112280

Kuvio 2 on kaavioimainen sivupystynäkymä, osittain poikkileikkauksena, tämän keksinnön mukaisen paksuusmittarin yhdestä toteutusmuodosta.

Kuvio 3 esittää perspektiivikuvana kuvion 2 paksuusmittarin alaosuuden toteutusmuodon.

5 Kuvio 4 on sivupystykuva, joka esittää kuvion 2 mukaisten paksuuspalojen yksityiskohtia.

Kuvio 5 esittää perspektiivikuvana aerodynaamiseksi suunniteltua paksuuspalaa, jollainen on kuvioissa 2 ja 3, varustettuna sähkömagneettisella ytimellä molemmin puolin tyhjöloveaja asennettuna lähelle paksuuspalan takaosaa.

10 Kuvio 6 on kuormitusrasituskaavio, joka on saatu mittaamalla rainan puristuvuus sen ollessa alistettuna useille paineille.

Seuraava selitys on keksinnön toteuttamiseksi parhaaksi harkittu tapa. Tämän selityksen tarkoituksena on kuvailla keksinnön yleisiä periaatteita eikä sitä tulisi käsittää rajoittavassa mielessä. Keksinnön käsittämä laajuus määritetään parhaiten viittaamalla 15 oheen liitettyihin patenttivaatimuksiin. Oheisissa piirroksissa samat numerot ilmaisevat samoja osia. Kuviossa 1 on kuvattuna tämän keksinnön mukaisen rainan paksuuden tai paksuusmittarin 10 yksi toteutusmuoto skannerin 12 tukemana, tämän skanie- i rin pyyhkiessä paperikoneen (ei kuvassa) tuottaman, pitkittäissuuntaan liikkuvan pape-rirainan 14 poikki edestakaisin. Skanneri 12 on tavanomaista tyyppiä, jota on selitetty 20 Mathew G. Boissevainille myönnetyssä US-patentissa 3 621 259. Tämä patentti on liitetty tähän yhteyteen viitteenä.

• I «

Skanneri 12 koostuu yleisesti ottaen kehikosta, jossa on pari väleittäin sijoitettuja, / poikittaisia ylä- ja alapalkkeja 16, 18 ja pari vastakkaisia ylempiä ja alempia kelkkoja 20, 22, jotka liikkuvat edestakaisin poikkisuuntaan pitkin palkkeja 16, 18. Tämä • ‘ ’ 25 suunta on ilmaistu nuolilla 29. Ylempään kelkkaan 20 on tuettu paksuusmittarin 10 ylempi pää 24, kun taas alempaan kelkkaan 22 on tuettu alempi pää 26. Nämä kaksi ':‘: kelkkaa 20, 22, ja siten myös kaksi paksuuspäätä 24, 26, on asetettu rinnakkain saa- maan aikaan välyksen, jonka läpi raina 14 liikkuu vapaasti koneen suuntaan, toisin sa-: v, noen, nuolen 28 osoittamaan suuntaan.

:: 30 Vaikka kuviossa 1 onkin esitetty vain paperin paksuuden mittaukseen käytettävä pak- ; suusmittari 10, kelkoissa 20, 22 voisi tyypillisesti olla myös lisälaitteita rainan 14 muiden fysikaalisten ominaisuuksien mittaamiseksi.

7 112280

Kuviossa 2 on kuvattuna osittaisena poikkileikkauskuvana paksuusmittarin 10 ylempi ja alempi pää 24, 26. Raina 14 liikkuu nopeasti koneen suuntaan ylemmän ja alemman pään 24, 26 välistä, toisin sanoen, nuolen 28 osoittamaan suuntaan. Näin raina 14 siirtyy paksuusmittarin 10 etuosasta sen takaosaan.

5 Paksuusmittarin 10 ylemmässä päässä 24 on tukeva, verrattain massiivinen jalusta 34 (näkyy myös kuviossa 1). Tukivarren 36 toinen pää on saranoitu kohti jalustan 34 etu-päätä. Tukivarren 36 toinen pää on liitetty palkeisiin 38. Palkeet 38 liittävät tukivarren 36 toisen pään lähellä mittarin 10 takaosaa olevaan jalustaan 34. Palkeet 38 on sijoitettu jokseenkin kohtisuoraan rainaan 14 nähden. Ensimmäinen rainaan koskettava 10 pala 40 on kiinnitetty palkeiden 38 päähän.

Kuten kuviosta 4 näkyy, ensimmäisessä palassa 40 on rainaan koskettava pinta 42, joka on jokseenkin samansuuntainen rain an 14 kanssa. Palassa 40 on pyöristetty osuus 44 edessä ohjaamassa paperi 14 ensimmäisen palan 40 ja toisen palan 46 välistä. Paineistettuina palkeet 38 pakottavat ensimmäisen palan kosketukseen rainan 14 yläpin-15 nan kanssa. Kuviossa 4 näkyy toinen pala 46, joka on ensimmäisen palan 40 vastakkaisella puolella. Toisessa palassa 46 on rainan kosketuspinta 54, joka on jokseenkin samansuuntainen rainan 14 kanssa. Toisessakin palassa 46 on pyöristettty osuus 62 toisen palan 46 etuosassa ohjaamassa paperi 14 ensimmäisen palan 40 ja toisen palan 46 väliin.

20 Kuten kuviosta 2 käy ilmi, paksuusmittarin 10 ylemmässä päässä 24 on myös tukivarsi 35 saranoituna jalustan 34 toiseen päähän. Toinen tukivarren 35 pää on kiinnitetty .palkeisiin 37. Palkeet 37 yhdistävät tukivarren 35 toisen pään jalustaan 34, lähelle • · paksuusmittarin 10 keskiosaa. Palkeet 37 on sijoitettu jokseenkin kohtisuoraan rainaan " * *. 14 nähden. Kolmas rainaan koskettava pala 39 on kiinnitetty palkeiden 37 päähän.

• » I

• « * 25 Kuten kuviosta 2 käy ilmi, kolmas pala 39 on rakenteeltaan samanlainen kuin ensim-mäinen pala 40. Kolmannessa palassa 39 on rainaan koskettava pinta 41, joka on jokseenkin samansuuntainen rainan 14 kanssa, ja pyöristetty osuus 43 palan etureunassa ohjaamaan raina 14 kolmannen palan 39 ja neljännen palan 45 väliin. Paineistettuina .··. palkeet 37 pakottavat kolmannen palan osuuden 43 palan etuosassa ohjaamaan raina 30 14 kolmannen palan 39 ja neljännen palan 45 väliin. Paineistettuina palkeet 37 pakot- : ’.: tavat kolmannen palan 39 kosketuksiin rainan 14 yläpinnan kanssa.

, · t Alempi pää 26 on rakenteeltaan samanlainen kuin ylempi pää 24. Ylemmän pään 24 tapaan alemmassakin päässä 26 on toinen vankka, verrattain massiivinen jalusta 48, .· toinen rainaan koskettava pala 46 liitettynä palkeisiin 50 ja tukivarsi 51. Neljäs rai- 8 112280 naan koskettava pala 45 on liitetty palkeisiin 47 ja tukivarteen 33. Jokainen näistä osista on liitetty jokseenkin samalla tavalla kuin ylemmän pään 24 kohdalla on edellä kuvattu, paitsi tietysti sikäli, että alempi pää 26 on liitetty alempaan kelkkaan 22.

Kuvio 3 esittää suhdetta tukivarsien 33, 51 välillä. Ne on saranoitu päistään alempaan 5 jalustaan 48. Tukivarsien toiset päät on liitetty molempiin palkeisiin 47, 50 sekä myös paloihin 45, 46, vastaavassa jäqestyksessä.

Kuten kuviosta 2 käy ilmi, ylempi ja alempi pää 24, 26 on sijoitettu siten, että ylemmät ja alemmat palkeet 38, 50 sekä ylemmät ja alemmat palkeet 37, 47 ovat jokseenkin lineaarisessa vastakkaissuhteessa keskenään. Näin ollen kun paksuusmittaria 10 10 käytetään, ensimmäinen ja toinen pala 40, 46 ja kolmas ja neljäs pala 39, 45 on sijoitettu jokseenkin vastakkaissuhteeseen rainan 14 vastakkaisille puolille. Palojen 45, 46 tulisi olla riittävän leveitä poikittaissuuntaan siten, ettei hienoinen poikittaissuuntainen suoruudesta poikkeaminen ylemmän ja alemman pään 24, 26 välillä aiheuta väärällä tavalla suurta paksuusmittaa.

15 Yleisesti ottaen mikä tahansa joustavasti ojentuva väline sopii käytettäväksi kunkin palkeitten sijasta. Palkeita pidetään kuitenkin parhaina, koska rainamateriaalin paksuuden mittaamiseen käytetty sähkömagneettinen piiri on sijoitettavissa palkeiden onttoon sisätilaan. Yhtä tällaista piiriä on kuvattu täydellisesti Gunnar Wennerbergille myönnetyssä US-patentissa 3 828 248, joka on liitetty tähän yhteyteen viitteenä.

20 Lyhyesti sanottuna, mikrometri 10 on kuitenkin varustettu sähkömagneettisella lähei- * * · ·;;; syyslaitteella vastakkaisten palojen välisen etäisyyden mittaamiseksi tarkasti. Laittee- ' ·' ' seen kuuluu esimerkiksi, kuten kuvioista 4-5 käy ilmi, ottaen huomioon vastakkaiset ··.:* palat 40, 46, sähkömagneettinen sydän 52 asennettuna ensimmäiseen palaan 40 ja si- * · ·*.*·: joitettuna ylempien palkeiden 38 sisään. Sähkömagneettinen sydän 52 on sijoitettu si- • · · • ' : 25 ten, että sen molemmat napapinnat 53, 55 on asennettu siihen ensimmäisen palan 40 : *: osuuteen, joka jää lähimmäs rainaa 14. Kun ensimmäisessä palassa 40 on tyhjölovi 68, sähkömagneettinen sydän 52 on sijoitettu siten, että sen kaksi napapintaa 53, 55 on sijoitettu ensimmäisen palan 40 taimmaiseen puoliskoon. Kaksi napapintaa 53, 55 on . · ·, mieluiten asennettu poikittain rainan kulkusuuntaan nähden ja tyhjöloven 68 kummal- 30 lekin puolelle. Edullisiin tuloksiin on päästy, kun kaksi napapintaa 53, 55 on sijoitettu ' . lähelle ensimmäisen palan 40 takareunaa, jossa pala 40, jossa on tyhjölovi 68, jää lä- 1.., himmäs rainaa 14.

* · / Ensimmäinen pala 40 on mieluiten tehty erittäin hyvin hankausta kestävästä, ei- .* magneettisesta materiaalista, kuten safiirista. Toinen pala 46 on tehty magneettisesti 9 112280 herkästä, hankausta kestävästä materiaalista, kuten ferriitistä, mieluiten päällystettynä safiirilla tai timantilla. Palat 40, 46 ovat mieluiten hankausta kestäviä, jotta vältettäisiin liiallinen, liikkuvan rainan 14 ja rainaan koskettavien palojen 40, 46 kosketuspintojen 42, 54 välisen kitkan aiheuttama kuluminen. Palat 39, 45 on tehty samasta mate-5 riaalista ja niiden rakenne on myös sama (kuvio 2).

Kuten kuviosta 2 käy ilmi, sähkömagneettista sydäntä 52 ympäröivä käämi 56 voi olla liitettynä sähköisesti oskillaattoripiiriin 58 ja sitä voi käyttää tämän piirin induktanssina. Tällöin magneettisesti herkän ferriittipalan 46 liike kohti käämiä 56 ja poispäin siitä, johtuen rainan paksuuden muuttumisesta, muuttaa käämin 56 induktanssia ja 10 siitä johtuen oskillaattorin 58 resonanssitaajuutta. Taajuuslaskin 60 on kytketty toiminnallisesti oskillaattoriin 58 sen resonanssitaajuuden määrittämiseksi. Sen jälkeen laskin 60 lähettää signaalin tietokoneeseen 30, ilmoittaen tämän resonanssitaajuuden. Tietokone 30 laskee etäisyyden palan 40 ja palan 46 välillä ja siitä rainan paksuuden, perustuen tähän resonanssitaajuuteen.

15 Ensimmäisen palan 40 tulisi olla myös hankausta kestävä, koska, kuten kuviossa 5 on esitetty, sähkömagneettinen sydän 52 on mieluiten sijoitettu palan 40 syvennykseen siten, että napapinnat 53, 55 ovat erittäin lähellä palan 40 rainaan koskettavaa pintaa 42. Läheisyystunnistuspiirit on kalibroitu kulumattoman palan mukaan. Tästä syystä, jos palan 40 rainaan koskettava pinta 42 on kulunut, sähkömagneettisen sydämen 52 20 napapinnat 53, 55 siirtyvät lähemmäs rainaa 14 ja saavat aikaan virheellisen pak-suusmittauksen tai repivät rainan rikki.

* * ·

Kuviossa 5 esitetty tukivarsi 36 edustaa muita tukivarsia 33, 35, 51 ja voi olla valmis- * ♦ * tettu kevyestä materiaalista, kuten Mylarista. Tukivarressa 36 tulisi mielellään olla venttiiliaukko 76 alentamaan ilman nostovaikutusta ilman siirtyessä pitkin nopeasti ,,: 25 liikkuvaa rainaa 14.

• * · ♦ *

Paksuusmittari 10 on myös varustettu samanlaisella sähkömagneettisella läheisyys-tunnistinlaitteella etäisyyden mittaamiseksi tarkasti vastakkaisten palojen 39, 45 välil-...: lä. Kuten kuviossa 2 on esitetty, aivan samalla tavalla kuin vastakkaisten palojen 40, 46 sähkömagneettisen läheisyystunnistimen kohdallakin, tässä tunnistinlaitteessa on 30 sähkömagneettinen sydän 49, käämi 57, oskillaattoripiiri 59 ja taajuuslaskin 61. Kukin • ·' näistä osista toimii ja on liitetty samalla tavalla kuin edellä on selitetty vastakkaisten : , palojen 40, 46 välisen etäisyyden mittaamista varten olevan laitteen osalta.

* I

Kun paksuusmittari 10 pyyhkii edestakaisin rainan 14 poikki, mittarista 10 peräisin ·' olevat signaalit lähetetään signaalinkäsittelypiiristön kautta taajuuslaskimista 60, 61 10 112280 tietokoneeseen 30. Koska vastakkaiset palat 39, 45 ovat suoraan palojen 40, 46 ylävirran puolella, molemmat palasarjat tunnistavat rainan 14 paksuuden samasta poikki-suuntaisesta paikasta. Tietokone 30 käsittelee taajuuslaskimista 60, 61 tulevat signaalit siten, että rainan 14 paksuus mitataan samasta koneen suunnan mukaisesta paikasta. 5 Signaalin sivupoikkeama on esimerkiksi laskettavissa etäisyydestä vastakkaisten palojen 40, 46 ja vastakkaisten palojen 39, 45 välisestä etäisyydestä ja rainan 14 koneen-suuntaisesta nopeudesta, tai se saadaan ristikkäiskorreloinnilla, jolloin signaaleja siirretään suhteessa toisiinsa, kunnes niiden korrelaatio on maksimaalinen.

Käytön yhteydessä raina 14 ajetaan vastakkaisten paksuuspäiden 24, 26 väliin ja tieto-10 kone 30 antaa skannausasemalle 12 ohjeen aloittaa pyyhkiminen paksuusmittarilla 10 edestakaisin pitkin rainan 14 poikkisuuntaa. Palkeet 37, 47 paineistetaan sijoittamaan vastakkaiset palat 39, 45 vastakkaiseen kosketukseen rainan 14 kanssa. Noin 5 vesi-tuuman (mittari) paine Pl 1 tuuman läpimittaisissa palkeissa saa aikaan riittävän paineen pitämään kuvion 2 palat 39, 45 kosketuksissa tai tiukassa läheisyydessä (alle 15 kahden mikronin päässä) rainaan 14 nähden verrattain suuren rainanopeuksien valikoiman alueella. Palkeet 38, 50 on myös paineistettu sijoittamaan palat 40, 46 vastak-kaiskosketukseen rainan 14 kanssa. Noin 10-20 vesituuman (mittari) suuruinen korkeampi paine Ph 1 tuuman läpimittaisissa palkeissa saa aikaan riittävän paineen pitämään kuvion 2 palat 40, 46 kosketuksissa rainaan 14 verrattain suuren rainanopeuksi-20 en valikoiman alueella.

Samanaikaisesti, kun paksuutta mitataan, paineenanturi (100) lähettää palkeissa 37, 47 vallitsevan paineen PL ilmaisevat signaalit analogia-digitaalimuuntimeen (ei kuvassa). Digitoidut signaalit lähetetään sen jälkeen tietokoneeseen 30. Samalla tavalla toinen • I * paineanturi (102) lähettää palkeissa 38, 50 vallitsevan paineen PH ilmaisevat signaalit : 25 analogia-digitaalimuuntimeen (ei kuvassa), sen jälkeen digitoidut signaalit lähetetään tietokoneeseen 30. Edellä selitetyn mukaisella ristikkäiskorreloinnilla rainan paksuu- . ·, -, den mittaukset CH ja CL, painearvoilla PH ja PL, vastaavassa järjestyksessä, mitataan * » # rainan 14 samasta paikasta.

‘:" ·’ Tulokseksi saatavat tiedot voidaan tallentaa tietokoneeseen 30 puristuvuuden kuormi- 30 tusrasituskaavion tekemiseksi (kuvio 6). Kaavion ordinaatta on se paine, jonka palat ; v, kohdistavat rainaan, mikä on suhteessa palkeiden paineeseen. Palkeiden 38, 50 korke- ’. ampi paine on kuitenkin säädetty riittävän alhaiseksi, jotta puristuvuustiedot pysyvät : ‘ ’ kuormitusrasituskäyrän lineaarisella alueella. Kaavion abskissa on rainaan kohdistuva . · rasitus. Rasitus määritellään paksuuden pienentymisenä, joka on tulos palkeiden 38, .· 35 50 paineen noususta palkeiden 37, 47 paineeseen, jaettuna paperin paksuudella pal- 11 112280 keiden 37, 47 alhaisemman paineen vallitessa. Näistä tiedoista voi määritellä kimmoisuuden puristuvuuskertoimen seuraavan kaavan avulla: A rasitus paineen nousu PH - Pl

Ezc =--------- = ---------------------- = -------------- 5 A rasitus (paksuuden pienennys) (Cl - Ch) (--------------------) (-------) ( alkupaksuus ) ( Cl ) jossa EC = kimmoisuuden Z-suuntainen puristuvuuskerroin. Kimmoisuuden EZT Z-suuntainen vetolujuuskerroin voidaan laskea kimmoisuuden EZc Z-suuntaisesta puris-10 tuvuuskertoimesta erilaisille paperilaaduille seuraavasti: EZt = k · Ezc jolloin k on kokeellinen vakio.

Kimmoisuuden EZT vetolujuuskerrointa voi sen jälkeen käyttää johtamaan empiirisesti useita paperin Z-suuntaisia ominaisuuksia, kuten Z-suuntainen vetolujuus, seuraavasti: 15 SZT = A · Eztb + C · Wd · Cle + F · V° jossa SZT on Z-suuntainen vetolujuus; . · · · EZT on kimmoisuuden Z-suuntainen vetolujuuskerroin;

Won rainan 14 peruspaino; * · t » 20 Cl on rainan 14 paksuus alistettuna palkeiden 37, 47 alemmalle paineelle PL; • · · '..; V on mikrometrin 10 läpi kulkevan rainan 14 nopeus; ja A, B, C, D, E, F ja G ovat kokeellisesti määritettyjä vakioita.

Scottin sidosvoima voidaan laskea samanlaisella kaavalla, jossa on erilainen sarja vakioita, seuraavasti: ’··*’ 25 SB = H · Ezt! + J · WK · Cll + M · Vn :' ·, f jossa SB on Scottin sidoksen arvo; ja 12 112280 H, I, J, K, L, M ja N ovat kokeellisesti määritettyjä vakioita.

Venymisjäykkyys voidaan laskea samanlaisella kaavalla, jossa on erilainen sarja vakioita, seuraavasti:

Xz-0-Ezrp + Q-WR-CLT + U-VY 5 jossa

Xz on rainan 14 venymisjäykkyys; ja O, P, Q, R, T, U ja Y ovat kokeellisesti määritettyjä vakioita.

Edellä esitettyjä yhtälöitä voi soveltaa suureen määrään valmistettavia papereita. Vakiot A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L, M, N, O, P, Q, R, T, U ja Y vaihtelevat, riip-10 puen kulloinkin valmistettavasta paperista ja siitä, mitä koetta kulloinkin simuloidaan. Vakio määrättyä paperivalmistusjärjestelmää varten voidaan määrittää mittaamalla järjestelmän erilaiset parametrit (esim. rainan 14 nopeus ja peruspaino jne.) tuotannon aikana ja analysoimalla edellä esitetyt kaavat lineaariregressio-ohjelmalla.

Tässä on selitetty tämän keksinnön parhaaksi katsottua toteutusmuotoa. On kuitenkin 15 käsitettävä, että siitä voi olla erilaisia muunnoksia, poikkeamatta silti oheisten patenttivaatimusten määrittämästä keksinnön hengestä ja alueesta.

• · · • · · * 1»» · »

Claims (18)

1. Tunnistin rainan (14), jolla on kaksi pääpintaa, fysikaalisen ominaisuuden määrittämiseksi, joka ominaisuus on rainan paksuuden ja rainaan kohdistuvan paineen funktio, tunnettu siitä, että se käsittää 5. ensimmäisen rainaa koskettavan vasteen (40), joka sijaitsee rainan ensimmäisen pääpinnan puolella; toisen rainaa koskettavan vasteen (46), joka sijaitsee vastapäätä ensimmäistä vastetta rainan toisen pääpinnan puolella; kolmannen rainaa koskettavan vasteen (39), joka sijaitsee ylävirtaan ensimmäi-10 sestä vasteesta rainan ensimmäisen pääpinnan puolella; neljännen rainaa koskettavan vasteen (45), joka sijaitsee vastapäätä kolmatta vastetta rainan toisen pääpinnan puolella; elimet (52, 56), jotka on toiminnallisesti kytketty ensimmäiseen vasteeseen ja jäljestetty niittaamaan ja tuottamaan signaalin, joka ilmaisee ensimmäisen ja toi-15 sen vasteen välisen etäisyyden; elimet (49, 57), jotka on toiminnallisesti kytketty kolmanteen vasteeseen ja järjestetty mittaamaan ja tuottamaan signaalin, joka ilmaisee kolmannen ja neljännen vasteen välisen etäisyyden; ja elimet (38, 50, 37, 47) ensimmäisen ja toisen vasteen (40, 46) puristamiseksi rai-20 naa vasten ensimmäisellä ennalta määrätyllä paineella ja kolmannen ja neljännen vasteen (39, 45) puristamiseksi rainaa vasten toisella ennalta määrätyllä paineel-. ·: · la, mainittujen ensimmäisen ja toisen paineen ollessa keskenään erisuuruiset.

‘ / 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tunnistin, tunnettu siitä, että mainittu ensim mäinen paine on suurempi kuin toinen paine. • K • ·

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen tunnistin, tunnettu siitä, että siinä on väli- . ·; ·. ne (30) eri paineilla niitattujen rainan paksuuksien vertailemiseksi keskenään.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen tunnistin, tunnettu siitä, että sii-':nä on väline (30) eri paineiden vertailemiseksi keskenään.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen tunnistin, tunnettu siitä, että sii- • ·* 30 nä on tietokone (30) määrittämään kimmoisuuden puristuvuuskerroin, perustuen :: useisiin paineen ja rainan paksuuden mittauksiin. 14 112280

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen tunnistin, tunnettu siitä, että siinä on tietokone (30) rainan Z-suuntaisen vetolujuuden määrittämiseksi, perustuen useisiin paineen ja rainan paksuuden mittauksiin.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen tunnistin, tunnettu siitä, että sii-5 nä on tietokone (30) rainan Scottin sidosvoiman määrittämiseksi, perustuen useisiin paineen ja rainan paksuuden mittauksiin.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen tunnistin, tunnettu siitä, että siinä on tietokone (30) rainan venymisjäykkyyden määrittämiseksi, perustuen useisiin paineen ja rainan paksuuden mittauksiin.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen tunnistin, tunnettu siitä, että rai- na on paperia.

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen tunnistin, tunnettu siitä, että pu-ristuselimet käsittävät palkeet (38, 50, 37, 47) rainan puristamiseksi ainakin kahdesta eri kohdasta.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen tunnistin, tunnettu siitä, että mainitut kaksi eri kohtaa sijaitsevat koneensuunnan suuntaisella viivalla.

12. Menetelmä liikkuvan rainan (14), jolla on kaksi vastakkaista pääpintaa, fysikaalisen ominaisuuden määrittämiseksi, joka ominaisuus on rainan paksuuden ja rainan pintoihin kohdistuvan paineen funktio, tunnettu siitä, että v ·' 20 - liikkuvan rainan vastakkaisia ensimmäistä ja toista pintaa puristetaan useilla eri t,; i * paineilla, jolloin rainaa puristetaan ensimmäisellä paineella ensimmäisillä puris- : * *. / tuselimillä (38, 40, 46, 50) ja toisella paineella toisilla puristuselimillä (37, 39, ::-;i 45,47); .1: ·. - mitataan kukin mainituista paineista; 25. mitataan rainan paksuus kullakin mainituista paineista; ja . - lasketaan fysikaalinen ominaisuus vastaavien paineen ja rainan paksuuden mitta usten perusteella. ; v. 13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rainan paksuu- ,'···, den mittauksia eri paineiden alaisena verrataan toisiinsa. 15 112280

13 1 12280

14. Patenttivaatimuksen 12 tai 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kimmoisuuden puristuvuuskertoimia lasketaan tietokoneella, perustuen rainan paksuuden ja paineen mittauksiin.

15. Jonkin patenttivaatimuksista 12-14 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 5 kimmoisuuden vetolujuuskerroin lasketaan tietokoneella, perustuen rainan paksuuden ja paineen mittauksiin.

16. Jonkin patenttivaatimuksista 12-15 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että Z-suuntainen vetolujuus lasketaan tietokoneella, perustuen rainan paksuuden ja paineen mittauksiin.

17. Jonkin patenttivaatimuksista 12-16 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että Scottin sidosvoima lasketaan tietokoneella, perustuen rainan paksuuden ja paineen mittauksiin.

18. Jonkin patenttivaatimuksista 12-17 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ve-nymisjäykkyys lasketaan tietokoneella, perustuen rainan paksuuden ja paineen mitta-15 uksiin.