FI12430U1

FI12430U1 - Valvontajärjestelmä paperi- tai kartonkikoneen märkäpään massan aktiivisuuden mittaamiseksi

Info

Publication number: FI12430U1
Application number: FIU20194017U
Authority: FI
Inventors: Mika Valkonen
Original assignee: Procemex Oy Ltd
Priority date: 2019-02-04
Filing date: 2019-02-04
Publication date: 2019-07-15
Also published as: EP3921469A1; DE202019103973U1; US20210355637A1; US11313080B2; EP3921469A4; WO2020161389A1; CN113811652A

Description

Valvontajärjestelmä paperi- tai kartonkikoneen märkäpään massan aktiivisuuden mittaamiseksi

Keksinnön kohde

Nyt esillä oleva keksintö kohdistuu massan, kuten esim. paperi-ja kartonkiko-neissa massan, aktiivisuuden tarkkailuun käytettävään valvontajärjestelmään.

Keksinnön taustaa

Paperi- ja kartonkikoneiden märkäpäässä muodostetaan massaa, kuten paperi- tai kartonkimassaa. Massan aktiivisuus vaikuttaa lopulliseen paperi- ja kartonkituotteen laatuun sekä tuotteen vedenpoistoon käytettävän energian määrään. Aktiivisuutta seuraamalla ja niiden mukaan paperi- tai kartonkikoneen asetuksia säätämällä voidaan löytää koneelle sellaiset asetukset, että massan aktiivisuus pysyy halutulla tasolla ja on halutun laista, jolloin saavutetaan laadukas lopputuote. Aktiivisuutta tarkkailevat kamerat on yleensä kiinnitetty erilaisten massan yläpuolella kulkevien palkki tai palkkirakenteiden sisään tarkkailemaan massaa ylhäältä päin ja/tai viiraosan sivustoille tarkkailemaan massaa sivusta. Massaa yläpuolelta tarkkailevan kameran tuottama kuvalaatu saattaa kuitenkin kärsiä paperi- ja kartonkikoneissa massasta ylöspäin lentävien roiskeiden sotkiessa kameroiden linssit. Tämä hankaloittaa massan laadukasta kuvaamista ja siten aktiivisuuden tarkkaa määrittämistä. Lisäksi paperikoneen viiraosan sivualueet saattavat olla sellaiset, että niihin ei voida sijoittaa kameroita esim. tilanpuutteen ja kudostenvaihtojen vuoksi. Massan aktiivisuuden seuranta on kuitenkin edullista lopputuotteiden tiukkojen laatuspe-sifikaatioiden ja optimaalisen kuivatusenergiatason saavuttamiseksi.

Keksinnön lyhyt yhteenveto

Nyt esillä olevan keksinnön tarkoituksena on aikaansaada ja esitellä uudenlainen valvontajärjestelmä massan aktiivisuuden määrittämiseksi märkäpäässä. Keksinnön mukaiselle valvontajärjestelmälle on tunnusomaista se, mitä sanotaan itsenäisissä vaatimuksissa ja keksinnön edullisia suoritusmuotoja on epäitsenäisten vaatimusten kohteena.

Keksintö kohdistuu valvontajärjestelmään paperi- tai kartonkikoneen märkäpään massan aktiivisuuden mittaamiseksi. Järjestelmä käsittää ainakin yhden kuvasensorin sijoitettavaksi koneen märkäpään perälaatikon päälle kuvaamaan perälaatikosta syötetyn massan aktiivisuutta viiraosalla viiran liikkeen suuntaisesti, ja tietokonelaitteen, jonne kuvasensori on järjestetty siirtämään kuvainformaatio massan aktivisuuden mittaamiseksi.

Erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti kuvasensori mittaa massan aktiivisuutta korkeintaan 45° kulmassa viiran pintaan nähden. Erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti aktiivivisuus on amplitudi, laajuus, aktiivisuuden kesto tai niiden yhdistelmä ennalta määrätyllä alueella. Erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti tietokonelaite on integroitu osa kuvasensoria tai jossa tietokonelaite on langallisesti tai langattomasti kytketty kuvasensoriin kuvainformaa-tion vastaanottamiseksi. Erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti mitattua aktiivisuustietoa käytetään perälaatikon ja/tai säätölistojen ohjaamiseksi.

Piirustusten kuvaus

Nyt esillä olevaa keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin viitaten samalla oheisiin piirustuksiin, jossa kuvio 1 esittää sivusta keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaista massan aktiivisuutta määrittävää valvontajärjestelmää paperikoneen märkäpäässä, kuvio 2 esittää sivusta keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaista massan aktiivisuutta määrittävää valvontajärjestelmää paperikoneen märkäpäässä, kuvio 3 esittää yksinkertaistetusti kuvion 1 massan poikkileikkausta kuvion 1 esittämään suuntaan A, kuvio 4 esittää keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaista massan aktiivisuutta määrittävää valvontajärjestelmää paperikoneen märkäpäässä, ja kuvio 5 esittää ylhäältä kuvion 4 valvontajärjestelmän.

Yksityiskohtainen kuvaus

Paperikoneen rainanmuodostusosa käsittää perälaatikon ja viiraosan, karton-kikoneessa näitä rainanmuodostusosia voi olla useampia. Paperikoneen alkuosaa voidaan kutsua paperikoneen märkäpääksi. Massan jauhatuksen ja sekoituksen sekä rainanmuodostusosan lisäksi märkäpäähän kuuluu puristin-osa. Märkäpään jälkeen alkaa kuivatusosa ja koneen kuivapää. Rullaimen jälkeen valmis kartonki voidaan leikata rulliksi pituusleikkurilla.

Rainanmuodostusosan perälaatikosta massa suihkutetaan tasaisena suihkuna viiralle, koko viiran leveydeltä. Tässä yhteydessä termi ”massa” käsittää myös termin ”massasuspensio”. Säätämällä perälaatikon ja sen syöttöputkis-ton asetuksia voidaan vaikuttaa massan ominaisuuksiin. Niitä säätämällä suihkutettavasta massasta pyritään tekemään tasakoosteinen sakeuden ja hie-noainejakauman suhteen. Myös massasuihkun nopeutta, suuntausta ja turbu-lenttisuutta säätämällä voidaan vaikuttaa neliömassajakaumaan ja kuituorien-taatioon. Viiraosalla massasta poistetaan vettä, jotta muodostunut raina on tarpeeksi kuiva jatkaakseen puristinosalle. Yli 90 % perälaatikkomassan vedestä poistuu viiraosalla ala-ja yläviiroilla. Rainan koossapysyvyys on kuitujen välisten sidosten lisäksi pintajännitysvoimien ansiota.

Aktiivisuutta mittaamalla ja mittaustuloksia analysoimalla, esim. vertaamalla aiempiin mittaustuloksiin tai eri aktiivisuustyypeille/aktiivisuuksille tallennettuihin kynnysarvoihin ja niissä käytettyihin perälaatikoiden säätöihin, voidaan perälaatikon ja sen syöttöputkiston sekä viiran alla olevien säätölistojen asetuksia säätää/muuttaa. Asetuksia säätämällä esim. sekoitussuhdetta muuttamalla voidaan aikaansaada tasakoosteisempi sakeus ja hienoainejakauma. Lisäksi säätämällä perälaatikon massasuihkun nopeutta, suuntausta ja turbulentti-suutta voidaan vaikuttaa massan neliömassajakaumaan ja kuituorientaatioon. Asetuksia säätämällä voidaan siis löytää perälaatikolle ja/tai säätölistoille sellaiset asetukset, että massan aktiivisuus on halutunlaista, jolloin laadukas lopputuote on todennäköisempi. Massasta mitattava aktiivivisuus voi olla esimerkiksi amplitudi, aktiivisuuden laajuus, aktiivisuuden kesto tai niiden yhdistelmä ennalta määrätyllä alueella. Säätölistojen säädettäviä ominaisuuksia voivat olla esimerkiksi säätölistojen korkeus ja/tai kulma.

Kuvio 1 esittää sivusuunnasta erään edullisen suoritusmuodon mukaista massan aktiivisuutta määrittävää valvontajärjestelmää 10 paperikoneen märkäpäässä. Perälaatikon 15 päälle on asennettu ainakin yksi kamera 14, tässä suoritusmuodossa ns. Smart kamera, joka käsittää kuvasensorin 11 ja tietokonelaitteen 12 kuvasensorin 11 kuvaaman kuvadatan eli kuvainformaation analysoimiseksi ja perälaatikon 15 viiralle 13 syöttämän massan 16 aktiivisuuden mittaamiseksi. Tietokonelaite 12 käsittää ainakin yhden muistin tietokoneohjelman ja kuvadatan tallentamiseksi, prosessorin tietokoneohjelman suorittamiseksi, yhden- tai useammanlaisia tiedonsiirtovälineitä tiedon vastaanottamiseksi ja lähettämiseksi. Tietokonelaite 12 on liitetty kuvasensoriin 11 siten, että kuvadata voidaan siirtää kuvasensorilta 11 tietokonelaitteelle 12. Kamerassa 14 voi lisäksi olla näyttö, joka esittää esim. kuvadataa tai mittaustuloksia, ja myös muita välineitä, kuten tiedonsyöttövälineet, erilaisia ohjelmistoja jne.

Perälaatikon 15 päälle asennettu ainakin yksi kamera 14 on siis järjestetty kuvaamaan viiran 13 päällä kulkevaa massaa 16. Kuvasensori 11 kuvaa massaa 16 kulmassa a. Kulma a on kulma, joka muodostuu kuvasensorin 11 näkymän (Field Of View) keskilinjan 17 ja viiran 13 muodostaman tasopinnan väliin ja on yleensä alle 45°, edullisesti 30° - 40° esim. 35°. Tästä kulmassa a kuvatusta kuvadatasta tietokonelaite 12 suorittaa tarvittavat mittaukset määrittääkseen massan 16 aktiivisuuden. Viiran 13 alla on sijoitettu säätölistoja 18, joita ohjaamalla/ joiden asetuksia säätämällä voidaan aiheuttaa halutunlaista turbu-lenttisuutta (aktivisuutta) massaan 16. Aktiivisuustietoja voidaan tietokonelaitteella 12 verrata tietokonelaitteelle ennalta määritettyihin aktiivisuustietoihin kuten aiempiin mittaustietoihin tai aktiivisuuksille asetettuihin kynnysarvoihin ja niissä käytettyihin perälaatikoiden säätöihin. Näiden vertailujen pohjalta voidaan määrittää tarvittavat säädöt perälaatikon 15 massan 16 syötölle tai sää-tölistoille massan 16 aktiivisuuden muuttamiseksi. Massan 16 kulkusuunta on perälaatikosta 15 poispäin, kuten kuvion 1 nuoli osoittaa. Kameroita, jotka kuvaavat massan aktiivisuutta voidaan kutsua aktiivisuuskameroiksi.

Kuvio 2 esittää sivusta keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaista massan aktiivisuutta määrittävää valvontajärjestelmää 20 paperikoneen märkäpäässä. Perälaatikon 25 päälle on asennettu ainakin kaksi kameraa 21a, 21b, jotka käsittävät kuvasensorin. Vaikka kameroita tässä suoritusmuodossa on kaksi, niin niitä voisi myös olla vain 1, 3 tai vielä useampia riippuen mm, viiran 23 ja sen päällä olevan massan 26 leveydestä. Leveydellä tarkoitetaan tässä viiran ja massan kulkusuuntaan kohtisuoraa olevaa suuntaa. Kamerat 21a, 21b on kytketty, joko langallisesti tai langattomasti tietokonelaitteeseen 22. Tietokonelaite 22 on järjestetty käsittelemään kameroiden 21a, 21b tietokonelaitteeseen 22 siirtämää kuvadataa eli kuvainformaatiota perälaatikon 25 viiralle 23 syöttämän massan 26 aktiivisuuden mittaamiseksi. Tietokonelaite 22 käsittää ainakin yhden muistin tietokoneohjelman ja kuvadatan tallentamiseksi, prosessorin tietokoneohjelman suorittamiseksi, yhden- tai useammanlaisia tiedonsiirtovälineitä tiedon vastaanottamiseksi ja lähettämiseksi. Tietokonelaite 22 on liitetty kameroihin 21a, 21b siten, että kuvadata voidaan siirtää 21a, 21 b tietokonelaitteelle 22 langallisesti tai langattomasti. Tietokone-laitteella 22 voi lisäksi olla näyttö, joka esittää kuvadataa tai mittaustuloksia, ja myös muita välineitä, kuten tiedonsyöttövälineet, erilaisia ohjelmistoja jne. Tietokonelaite 22 kommunikoi kameroiden 21a, 21b kanssa tiedonsiirtoverkon yli, esim. WLAN (Wireless Local Area Network), Bluetooth tai GSM-, CDMA- tai WCDMA-tekniikoilla tai tulevilla tekniikoilla tai muilla tiedonsiirtoverkkoteknii-koilla.

Perälaatikon 25 päälle asennettu kamerat 21a, 21b on siis järjestetty kuvaamaan viiran 23 päällä kulkevaa massaa 26 massan 26 aktiivisuuden määrittämiseksi. Kuvasensorit 21a, 21b kuvaavat massaa 26 kulmassa β ja y. Kulma β on kulma, joka muodostuu kameran 21a kuvasensorin näkymän (Field Of View) keskilinjan 24a ja viiran 23 muodostaman tasopinnan väliin ja kulma y on kulma, joka muodostuu kameran 21b kuvasensorin näkymän (Field Of View) keskilinjan 24b ja viiran 23 muodostaman tasopinnan väliin. Nämä kulmat ovat niin ikään yleensä alle 45°, edullisesti 30° - 40°, esim. 35°. Saman perälaatikon päälle sijoitettujen kameroiden kuvauskulmat voivat olla keskenään saman suuruisia tai erisuuruisia. Kamerat 21a, 21 b voivat kuvata eri kohtaa tai samaa kohtaa massassa 16 mutta eri kulmilla. Kuvadatasta tietokone-laite 22 suorittaa tarvittavat mittaukset määrittääkseen massan 26 aktiivisuuden. Viiran 23 alle on sijoitettu säätölistat 28 massan 26 aktiivisuuden säätämiseksi. Aktiivisuustietoja voidaan tietokonelaitteella 22 verrata tietokonelaitteelle ennalta määritettyihin aktiivisuustietoihin ja tallennettuihin kynnysarvoihin ja niissä käytettyihin säätöihin, joiden vertailujen pohjalta voidaan määrittää tarvittavat säädöt perälaatikon 25 massan 26 syötölle ja/tai säätölistoille 28 aktiivisuuden muuttamiseksi/säätämiseksi. Massan 26 kulkusuunta on perälaatikosta 25 poispäin, kuten kuvion 2 nuoli osoittaa.

Kuvio 3 esittää yksinkertaistetusti kuvion 1 massan 16 poikkileikkausta suuntaan A eli kohti perälaatikkoa 15 ja kohtisuorassa massan 16 kulkusuuntaan nähden. Kuten kuviosta 3 voi havaita, niin massan 16 aktiivisuus 32 vaihtelee eri osissa massan 16 leveyttä. Tässä aktiivisuus 32 tarkoittaa massan 16 poikkeamia perusmassatasosta.

Kuvio 4 esittää erään edullisen suoritusmuodon mukaista massan 46 aktiivisuutta määrittävää valvontajärjestelmää 40 paperikoneen märkäpäässä. Perälaatikon 45 päälle asennettujen aktiivisuuskameroiden 41 lisäksi tässä valvontajärjestelmässä 40 on massan aktiivisuutta mittaavia kameroita myös viiran 43 molemmilla sivuilla. Tässä suoritusmuodossa sivuilla on sekä matalan-tason aktiivisuuskameroita 42a (vasemmalla puolella viiraa 43 perälaatikosta 45 katsottuna), 42b (oikealla puolella viiraa 43 perälaatikosta 45 katsottuna), että korkeantason aktiivisuuskameroita 44a (vasemmalla puolella viiraa 43 perälaatikosta 45 katsottuna), 44b (oikealla puolella viiraa 43 perälaatikosta 45 katsottuna). Matalantason aktiivisuuskamerat 42a, 42b mittaavat viiran 42 päällä syötettävän massan (ei esitetty) aktiivisuutta oleellisesti viiran 43 tasolta eli vaakatasossa tai esim. kulmassa, joka on pienempi kuin 15 °. Korkeantason aktiivisuuskamerat 44a, 44b mittaavat viiran 43 päällä olevan massan aktiivisuutta ylempää kuin matalantason aktiivisuuskamerat 42a, 42b, esim. kulmassa, joka on pienempi kuin 90°, mutta yli 15°, esimerkiksi 45°. Kulmat määritetään tässäkin suoritusmuodossa, kuten kuvioiden 1 ja 2 kohdalla on esitetty eli kulma muodostuu aktiivisuuskameroiden kuvasensorien näkymän (Field Of View) keskilinjan ja viiran 43 muodostaman tasopinnan väliin.

Kameroiden määrä ei ole rajoitettu kuviossa esitettyihin määriin eli niin niitä voisi myös olla vain 1,3 tai vielä useampia riippuen mm, viiran 43 ja sen päällä olevan massan leveydestä. Kamerat 41, 42a, 41b, 44a, 44b on kytketty, joko langallisesti tai langattomasti tietokonelaitteeseen (ei esitetty) kuten kuviossa 2 tai sitten ne ovat ns. Smart kameroita, kuten kuviossa 1. Viiran 43 alle on sijoitettu säätölistat 48 massan aktiivisuuden säätämiseksi. Tietokonelaitteen suorittamien vertailujen pohjalta voidaan edelleen määrittää tarvittavat säädöt perälaatikon 45 massan syötölle ja/tai säätölistoille 48 aktiivisuuden muutta-miseksi/säätämiseksi. Viiran 43 kulkusuunta on perälaatikolta 45 poispäin, kuten kuvion 4 nuoli osoittaa. Viiran kulkusuunta on aina sama kuin massan kulkusuunta. Kuvio 5 esittää ylhäältä kuvion 4 esittämän valvontajärjestelmän 40.

On siis mahdollista, että keksinnön mukainen valvontajärjestelmä käsittää pelkästään perälaatikon päälle sijoitettuja aktiivisuutta mittaavia kameroita eli ak-tiivisuuskameroita tai, että keksinnön mukainen valvontajärjestelmä käsittää perälaatikon päällä sijoitettujen aktiivisuuskameroiden lisäksi matalantason aktiivisuuskameroita joko yhdellä tai molemmilla puolilla viiraa (ja massaa) tai, että keksinnön mukainen valvontajärjestelmä käsittää perälaatikon päällä sijoitettujen aktiivisuuskameroiden lisäksi korkeantason aktiivisuuskameroita joko yhdellä tai molemmilla puolilla viiraa (ja massaa) tai, että keksinnön mukainen valvontajärjestelmä käsittää perälaatikon päällä sijoitettujen aktiivisuuskameroiden lisäksi sekä matalantason että korkeantason aktiivisuuskameroita joko yhdellä tai molemmilla puolilla viiraa (ja massaa).

Kamerat voidaan kiinnittää perälaatikon päälle erilaisiin kehikkoihin tai tukiin, jotka on voitu valmistaa esimerkiksi metallista. Tai on myös mahdollista, että kamerat kiinnitetään suoraan perälaatikon päälle tai että perälaatikon päälle on järjestetty kamerapalkki, johon kamera on sijoitettu. Niin ikään viiran sivuille sijoitettuja kameroita varten on voitu järjestää erilaisia kehikolta, tukia tai varsia, esim. metallista. Kehikoilla, tuilla, varsilla tai palkeilla voidaan mm. varmistaa kameran oikea kuvauskulma ja sijainti viiraan nähden.

Aktiivisuuskameroiden kuvakulma viiraan nähden voidaan valita melko lailla vapaasti mitattavan aktiivisuuden tai kohteen mukaan, mutta yleisesti ottaen aktiivisuuskamerat kuvaavat siis alle 90° kulmassa ja perälaatikon päällä olevat kamerat ja matalantason kamerat kuvaavat alle 45° kulmassa viiraan nähden.

On selvää, että nykyinen keksintö ei ole rajoitettu vain ylläesitettyihin suoritusmuotoihin, vaan sitä voidaan soveltaa seuraavien suojavaatimusten puitteissa.

Claims

Suojavaatimukset:

1. Övervakningssystem (10) för mätning av aktivitet av massa (16) i våtpartiet på en pappers- eller kartongmaskin, kännetecknad av att system (10) omfattar: minst en bildsensor (11) för att placeras på inloppslådan (15) i maskinens våtparti för att fånga aktivitet av från inloppslådan (15) utmatad massa (16) i vira-partiet, i virans (13) rörelseriktning; och en datoranordning (12, 22), till vilken bildsensor (11) är avsedd att överföra bildinformationen för mätning av massans (16) aktivitet.

1. Valvontajärjestelmä (10) paperi- tai kartonkikoneen märkäpään massan (16) aktiivisuuden mittaamiseksi, tunnettu siitä, että järjestelmä (10) käsittää: ainakin yhden kuvasensorin (11) sijoitettavaksi koneen märkäpään perälaati-kon (15) päälle kuvaamaan perälaatikosta (15) syötetyn massan (16) aktiivisuutta viiraosalla viiran (13) liikkeen suuntaisesti; ja tietokonelaitteen (12, 22), jonne kuvasensori (11) on järjestetty siirtämään ku-vainformaatio massan (16) aktivisuuden mittaamiseksi.

2. Övervakningssystem (10) enligt skyddskrav 1, varvid bildsensorn (11) mäter massans (16) aktivitet i en vinkel på högst 45° mot virans (13) yta.

2. Suojavaatimuksen 1 mukainen valvontajärjestelmä (10), jossa kuvasensori (11) mittaa massan (16) aktiivisuutta korkeintaan 45° kulmassa viiran (13) pintaan nähden.

3. Övervakningssystem (10) enligt skyddskrav 1 eller 2, varvid aktiviteten är amplitud, vidd, aktivitetens varaktighet, eller en kombination av dessa i ett förutbestämt område.

3. Suojavaatimuksen 1 tai 2 mukainen valvontajärjestelmä (10), jossa aktiivisuus on amplitudi, laajuus, aktiivisuuden kesto tai niiden yhdistelmä ennalta määrätyllä alueella.

4. Övervakningssystem (10) enligt något av skyddskraven 1-3, varvid datoranordningen (12) är en integrerad del av bildsensorn (11), eller varvid datoranordningen (22) är trådbundet eller trådlöst kopplad till bildsensorn för mottagning av bildinformation.

4. Jonkun suojavaatimuksen 1-3 mukainen valvontajärjestelmä (10), jossa tietokonelaite (12) on integroitu osa kuvasensoria (11) tai jossa tietokonelaite (22) on langallisesti tai langattomasti kytketty kuvasensoriin kuvainformaation vastaanottamiseksi.

5. Jonkun suojavaatimuksen 1-4 mukainen valvontajärjestelmä (10), jossa mitattua aktiivisuustietoa käytetään perälaatikon (15) ja/tai säätölistojen ohjaamiseksi (18). Skyddskrav

5. Övervakningssystem (10) enligt något av skyddskraven 1-4, varvid den mätta aktivitetsinformationen används för styrning av inloppslådan (15) och/el-ler regleringslistor (18).