FI88827C - Foerfarande och anordning foer analysering av kvaliteten pao papper - Google Patents

Description

1 88627

MENETELMÄ JA LAITTEISTO PAPERIN LAADUN ANALYSOIMISEKSI

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa määritelty menetelmä paperin laadun 5 analysoimiseksi.

Keksinnön kohteena on myös patenttivaatimuksen 6 johdanto-osassa määritelty laite paperin laadun analysoimiseksi .

Entuudestaan tunnetaan menetelmiä ja laitteita 10 paperin laadun analysoimiseksi, joissa säteilyn annetaan kulkea paperinäytteen läpi ja säteilyn absorptio määritetään. Mitatun absorption perusteella määritetään vuorostaan paperinäytteen neliömassa, joka kuvaa paperin ominaisuuksia.

15 Paperinäytteen formaatiomittaus on periaat teessa paperin neliömassan jakautumisen mittausta. Tämä voidaan tehdä suoraan ottamalla paperista näytteitä ja punnitsemalla ne. Formaatio voidaan myös mitata epäsuorasti lähettämällä homogeeninen energiavuo näytteen lä-20 vitse ja mittaamalla absorptio. Tämä menetelmä antaa epäsuorasti tietoa paperin neliömassasta. Tulokset täytyy kalibrointien avulla täsmentää. Energiavuona käytetään pääasiallisesti hiukkassäteilyä tai valoa. Valoa käytettäessä on todettava, että absorptio korreloi 25 hyvin neliömassan kanssa vain pintakäsittelemättömillä paperilajeilla. Tästä huolimatta on valoa käytetty formaation mittaamiseen. Kysymyksessä on tällöin ollut laadun muutosten seuranta, ei niinkään absoluuttinen paperilaadun määrittely tai paperilaatujen vertailu.

30 Ennestään tunnetaan laite paperinäytteen ana lysoimiseksi, jossa pyöreä paperinäyte asetetaan kahden lasilevyn väliin ja näytettä ja lasilevyä pyöritetään vakionopeudella. Absorption ilmaisu tapahtuu valolähteen ja valoilmaisimen avulla, jossa käytetyn valopis-35 teen halkaisija on 1 mm. Valolähde-ilmaisinparia liikutetaan paperinäytteen säteen suuntaisesti, jolloin voidaan mitata tietty pinta-ala. Paperinäytteen formaa- 2 8 8 G 2 7 tiota luonnehditaan luvulla, joka on näytteen läpi kulkeneen valon keskiarvon ja keskihajonnan suhde.

Ennestään tunnetaan myös laite, jossa paperi-näyte kiinnitetään läpinäkyvälle pyörivälle sylinteril-5 le. Valolähdettä ja ilmaisinta liikutetaan sylinterin akselin suuntaisesti. Valolähteen avulla muodostetun kuvapisteen kokoa voidaan vaihdella, mutta se on tavallisesti halkaisijaltaan suuruusluokkaa 0,1 mm. Paperi-näytteen formaatiota luonnehditaan mitattujen säteilyn 10 läpäisyjen taajuusspektrillä ja kokonaisvarianssin RMS-arvolla (Root Mean Square).

Ennestään tunnetaan myös paperikoneelle tarkoitettu paperirainan formaatiomittari. Mittaus tehdään paikallisesti, mutta mittauspaikka on paperirainan suh-15 teen muutettavissa. Mittaus toteutetaan valolähteen avulla läpivalaisten. Valolähde on rainan toisella puolella ja ilmaisin on rainan vastakkaisella puolella. Kuvapisteen koko on tavallisesti 0,2 mm. Mittarin avulla lasketaan läpikulkevan valon keskiarvon ja RMS-arvon 20 suhde, jonka katsotaan luonnehtivan paperin formaatiota.

Ennestään tunnetaan paperinäytteen analysoimiseksi myös β-säteilyn läpäisyyn perustuvia mittausmenetelmiä ja -laitteita, kuten PIRA ja STFI. PIRA-menetel-25 män mukaan paperinäyte asetetaan röntgenfilmin ja β-säteilevän kalvon väliin. Röntgenfilmi säteilytetään ja kehitetään. Röntgenfilmi muutetaan numeeriseen muotoon ja digitoidaan mikrodensitometrillä. Näytteen koko on 50 x 50 mm2. Kuvapisteen halkaisija on 1 mm. Näytettä 30 voidaan luonnehtia tämän jälkeen numeerisesti tietokoneen avulla.

STFI-menetelmässä käytetään röntgenfilmiä samalla tavoin kuin PIRA-menetelmässä. Röntgenfilmi so radiogrammi muutetaan numeeriseen muotoon laitteistol-35 taan hieman PIRA-menetelmästä poikkeavalla tavalla, mutta lopputulokseksi saadaan kuitenkin radiogrammin densiteettiarvo. Kuvapisteen halkaisija on 0,1 mm.

r. o r O n 3 1 o u c. /

Radiogrammi saadaan 100 x 150 mm2 alueelta. Paperinäyt-teen formaatiota luonnehditaan laskemalla mitatun läpimenevän säteilyn tehospektri jaettuna aallonpituusalueisiin. Formaatioluku voidaan lisäksi laskea sekä mik-5 ro-että makroskaalassa.

Edellä esitetyn tekniikan tason epäkohdista voidaan todeta seuraavaa. Nykyisten laitteiden kuvanmuodostus perustuu pistemäiseen säteilylähde-ilmaisin-pariin. Paperinäytteen analysointi on tällöin suhteel-10 lisen hidasta, jolloin laitteet soveltuvat lähinnä laboratoriokäyttöön. Prosessiympäristöön laitteiden sovittaminen on vaikeaa.

Edelleen epäkohtana voidaan todeta, että radiologisten menetelmien käyttö on hidasta, vaikkakin 15 tulokset ovat tarkkoja. Tällaiset menetelmät eivät sovellu prosessiympäristöön.

Nykyisten menetelmien ja laitteiden joukko on perin kirjava. Epäkohtana on tällöin se, ettei eri mittausmenetelmin ja laittein määritellyt paperinäyt-20 teiden laatuominaisuudet ole keskenään vertailukelpoisia .

Keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä mainitut epäkohdat.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnus-25 omaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 1.

Keksinnön mukaiselle laitteistolle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 6.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä paperin laadun analysoimiseksi säteilyn annetaan kulkea paperin 30 tutkimusnäytteen läpi, näytteen absorptio mitataan ja tämän perusteella lasketaan näytteelle tunnusluvut, jotka kuvaavat paperin laatua ja joiden avulla paperin laatu arvioidaan, jossa menetelmässä tutkimusnäytteestä muodostetaan kaksiulotteinen kuva, joka analysoidaan 35 alue kerrallaan ja lasketaan sille mainitut tunnuslu vut. Keksinnölle on tunnusomaista, että - kuvaa käsitellään matriisina, joka analysoidaan las- 4 n C Γ 2 *7 kemalla sille tunnusluvut siten, että — matriisia tarkastellaan alue kerrallaan lähtemällä koko alueesta ja etenemällä kohti erottelukykyaluetta, joka vastaa pienintä matriisin havaintokykyaluetta; 5 — muodostetaan taulukko vaihteluarvoista kullekin mat riisin alueelle, ja — vaihteluarvona käytetään tutkimusnäytteen läpi kullekin alueelle tulevan säteilyn voimakkuuden varianssia; ja että 10 - kunkin taulukon sisältämät arvot vastaavat mainittuja tunnuslukuja, joiden avulla paperin laatu arvioidaan.

Menetelmän eräässä sovellutuksessa vaihteluar-vo lasketaan koko matriisille ja kullekin matriisin osa-alueelle, jotka määritetään edelleen alaspäin mat-15 riisiä jakamalla sopivaan alueeseen asti; jokaista erottelukykyaluetta varten muodostetaan histograrami, johon kerätään tiedot tiettyjen varianssiarvojen esiintymisestä; ja histogrammeja käytetään mainittuina tunnuslukuina.

20 Menetelmän eräässä sovellutuksessa vaihtelu- arvo lasketaan matriisin alueella suunnan ja etäisyyden funktiona kullekin erottelukykyalueelle; jokaista erottelukykyaluetta varten muodostetaan tiettyjen varianssiarvojen esiintymistä kuvaava kombinaatio tai kuvan 25 yhteishistogrammi (co-occurance matrix); ja mainittuja kombinaatioita ja yhteishistogrammeja käytetään tunnuslukuina.

Menetelmän eräässä sovellutusmuodossa määritetään joukko paperilaatuluokkia; tunnusluvut määritetään 30 kullekin paperilaatuluokalle; paperilaatuluokkia vastaavat tunnusluvut tallennetaan; tutkimusnäytteille määritettyjä tunnuslukuja verrataan eri paperilaatu-luokkien tunnuslukuihin; ja vertailun perusteella tut-kimusnäyte luokitellaan sopivaan paperilaatuluokkaan.

35 Menetelmän eräässä sovellutuksessa laatuluok kien määrittäminen suoritetaan mittaamalla kyseisten luokkien tyypillisiä tutkimusnäytteitä ja määrittämällä 5 f S C 2 7 tunnusluvut ko näytteille.

Keksinnön mukaiseen laitteistoon paperin laadun analysoimiseksi kuuluu säteilylähde ja ilmaisin, joiden avulla paperin tutkimusnäytteen absorptio mita-5 taan, ja käsittely-yksikkö, jonka avulla mitatun absorption perusteella lasketaan näytteille tunnusluvut, jotka kuvaavat paperin laatua, johon laitteistoon kuuluu sellainen valaisinlaite säteilylähteenä, jolla saadaan aikaan ainakin likipitäen homogeeninen säteily-10 vuo tutkimusnäytteen pinnalle; kamera ilmaisimena, jonka kameran avulla kuva muodostetaan tutkimusnäyt-teestä, joka kamera on sijoitettu valaisinlaitteeseen nähden tutkimusnäytteen toiselle puolelle; ja käsittely-yksikköön kuuluu: kuvamuisti, johon kameralta saata-15 va kuva tutkimusnäytteestä tallennetaan. Keksinnön mukaisesti laitteistoon kuuluu välineet kuvan säteily-voimakkuuserojen tutkimiseksi alue kerrallaan koko alueesta erottelukykyalueeseen asti, joka erottelukyky-alue käsittää yhden tai useamman kuvapisteen; välineet 20 kunkin tutkitun alueen tilastollisten säteilyvoimakkuu-den varianssien eli vaihteluarvojen laskemiseksi; ja välineet vaihteluarvojen tallentamiseksi sopiviin taulukoihin, joita taulukkoarvoja käytetään tunnuslukuina paperin laatua arvioitaessa.

25 Laitteiston eräässä sovellutusmuodossa väli neisiin kuvan säteilyvoimakkuuserojen tutkimiseksi kuuluu joukko rinnakkaisia suorittimia, joiden avulla kuva käsitellään alue kerrallaan rinnakkaisessa muodossa.

30 Laitteiston eräässä sovellutuksessa välineet kunkin tutkitun alueen tilastollisten säteilyvoimak-kuuden varianssien eli vaihteluarvojen laskemiseksi on sijoitettu rinnakkaisiin suorittimiin.

Laitteiston eräässä sovellutuksessa käsitte-35 ly-yksikköön kuuluu vaihde, jonka kautta kerätään kultakin suorittimelta tulokset ja tallennetaan sopiviin muistiyksiköihin jatkokäsittelyä varten.

. p o <* Ο Γ

Laitteiston eräässä sovellutuksessa välineisiin vaihteluarvojen tallentamiseksi kuuluu luokitus-muisti, johon on tallennettu ennakolta luokiteltujen paperien tutkimusnäytteiden tunnusluvut; ja mittaus-5 muisti, johon varsinaisten tutkimusnäytteiden mittausten perusteella lasketut tunnusluvut tallennetaan; ja että käsittelylaitteeseen kuuluu vertailija, jossa mittausmuistin tunnuslukuja verrataan luokitusmuistin tunnuslukuihin ja jonka vertailun perusteella paperin 10 laatuluokittelu toteutetaan.

Keksinnön etuna on, että se perustuu matriisi-muotoisen kuvan muodostamiseen tutkimusnäytteestä. Tämä helpottaa näytteen yksiselitteistä luonnehtimista.

Keksinnön etuna on edelleen, että sitä voidaan 15 soveltaa sekä prosessiympäristössä että laboratorioissa. Tutkimusnäyte voidaan kuvata kameralla liikkuvasta paperirainasta. Prosessiympäristössä on tulosten nopea saanti säädön kannalta tärkeä.

Keksinnön etuna on myös, että tunnusluvut 20 määritetään yksikäsitteisesti ja ne kuvaavat verraten luotettavasti paperin laatuominaisuuksia.

Edelleen keksinnön etuna on, että menetelmän perusteella paperin tutkimusnäytteet voidaan luokitella haluttuihin laatuluokkiin.

25 Keksinnön etu on lisäksi, että laatuluokat voidaan opettaa mittausjärjestelylle kyseisten luokkien tyypillisten edustajien so paperin tutkimusnäytteiden avulla.

Keksintö mahdollistaa laatuluokituksen muut-30 tamisen tarpeen vaatiessa; joko sen väljentämisen tai täsmentämisen

Keksintö mahdollistaa myös lisätietojen ja perustelujen saamisen tehdylle paperin luokittupäätök-selle luokittelemisen jälkeen.

35 Keksinnön etuna on myös, että laatuluokittelun tarkkuus riippuu vain tutkimus- eli mittausnäytteen laadusta.

_ O O r o 7 '1 O o l i

Edelleen keksinnön ansiosta esim. painotalon ja paperinvalmistajan välinen keskustelu helpottuu reklamaatiotapauksissa. Kummallekin osapuolelle voidaan järjestää mittauslaitteisto, joka voidaan opettaa juuri 5 tietylle paperilaadulle. Opetettuja piirteitä so tunnuslukuja voidaan siirtää laitteistosta toiseen sähköisellä tai tavanomaisella postituksella.

Keksintö tarjoaa myös tarkkuudeltaan ja erottelukyvyltään paremman mahdollisuuden paperin tutkimus-10 näytteiden mittaamiseksi kuin nykyiset tunnetut menetelmät ja laitteistot.

Edelleen keksintö helpottaa paperin valmistajaa laadun vakioinnissa. Esimerkiksi laadun vaihdon jälkeen on helppoa löytää edellisellä valmistukerralla 15 käytetty paperin laatutaso.

Edelleen keksinnön ansiosta paperin laatutason noustessa tai laskiessa menetelmä ja laitteisto voidaan sopeuttaa muutoksiin yksinkertaisen opettamisen kautta.

Keksinnön etuna on lisäksi, että menetelmä on 20 sellaisenaan sovelias sekä on-line että laboratoriomittauksiin.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää kaaviomaisesti lohkokaavion muodossa 25 erästä keksinnön mukaista laitteistoa; kuva 2 esittää havainnollisesti tutkimusnäytteestä otettua kuvaa; kuva 3 esittää havainnollisesti histogrammia; kuva 4 esittää havainnollisesti tutkimusnäytteestä 30 otettua kuvaa, josta lasketaan yhteishistogrammit; kuva 5 esittää lohkokaaviomuodossa erääseen kuvan käsittely-yksikköön kuuluvaa muistiyksikköä ja vertaili-jaa; kuva 6 esittää kaaviomaisesti lohkokaaviomuodossa eräs-35 tä toista keksinnön mukaista laitteistoa.

Tutkimusnäytteellä tarkoitetaan seuraavassa paperinäytettä tai siitä tehtyä radiogrammia. Mikäli a '"‘O' O ‘7 8 ' - (_- l · Z / kyseessä on ohut paperi, tutkimusnäyte on edullisesti paperinäyte. Mikäli kyseessä on kartonki tai paksu paperi, tutkimusnäyte on varsinaisesta paperinäytteestä tehty radiogrammi.

5 Paperin laadun tutkimisella tarkoitetaan tässä yhteydessä formaation mittausta, joka on periaatteeltaan paperin neliömassan jakautumisen mittausta. For-maatio mitataan tässä tapauksessa epäsuo rasti lähettämällä homogeeninen energiavuo näytteen 10 lävitse ja mittaamalla absorptio.

Monenlaisia säteilylähteitä voidaan käyttää neliömassan mittaamiseksi absorption avulla. Tavallisimmat säteilytyypit, joita on käytetty, ovat pehmeä röntgensäteily, hiukkassäteily ja optinen säteily. 15 Röntgen- ja hiukkassäteilyn käyttöä rajoittavat mm säteilyn tuottamiseen tarvittavien laitteiden koko, niiden jäähdytys, turvallisuusmääräykset ja hinta. Optisella säteilyllä, jonka aallonpituusalue ulottuu lähi-infrapunasäteilystä ultravioletille alueelle, ei 20 ole edellisten säteilyvaihtoehtojen haittoja. Optista säteilyä voidaan tuottaa pienessä tilassa, hukkalämpö ei aiheuta ongelmia, eikä säteily ylipäätään ole ympäristölle vaarallista.

Säteilyn transmissiota T, 0 < T < 1, väliai-25 neessa voidaan kuvata yleisesti kaavalla T = e’uW (1) jossa u on absorptiokerroin tai vastaava säteilyn vai-30 menemiskerroin ja W on neliömassa (grammage).

Paksuhkosta paperinäytteestä tehdään radiogrammi asettamalla räntgen- tai hiukkassäteiylähteen päälle tutkittava paperinäyte ja räntgenfilmi. Säteilyn annetaan vaikuttaa tietyn ajan näytteen läpi röntgen-35 filmiin. Filmi kehitetään, jonka jälkeen sen optinen densiteetti voidaan mitata. Optista densiteettiä D voidaan kuvata kaavalla Λ o n o '· 9 * o l / D = c t e"uW + D° (2) jossa c on suhteellisuusvakio, t on valotusaika ja D° on optinen densiteetti äärettömän tiheälle näytteelle.

5 Muut parametrit vastaavat kaavan (1) yhteydessä määriteltyjä parametrejä.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä ja laitteistossa optisen säteilyvuon annetaan kulkea tutkimusnäyt-teen läpi ja näytteen absorptio, jota säteilyn trans-10 missio T tai vastaava optinen densiteetti D edustavat, mitataan. Säteilylähteenä käytetään edullisesti valaisinlaitetta 1, jolla tuotetaan ja kohdistetaan homogeeninen optisen säteilyn kenttä tutkimusnäytteeseen 2. Kamera 3, kuten videokamera tai puolijohdekamera, toi-15 mix ilmaisimena, jonka avulla muodostetaan tutkimus-näytteestä kaksiulotteinen kuva eli matriisi 2a (kuvat 2 ja 4). Kamera 3 on sijoitettu valaisinlaitteeseen 1 nähden tutkimusnäytteen 2 toiselle puolelle, kuten kuvassa 1 on havainnollisesti esitetty. Näin järjestet-20 tynä mittausnäyte hajottaa ja vaimentaa läpimenevää säteilyä näytteen kuiturakenteelle ja laadulle tyypillisellä tavalla.

Kameran 3 avulla tutkimusnäytteestä muodostettu kuva siirretään kuvankäsittelylaitteeseen. Käsitte-25 lylaitteessa kuva eli matriisi analysoidaan ja sille lasketaan tunnusluvut, jotka kuvaavat tutkimusnäytteen formaatiota.

Paperin tai paperinäytteen formaatiota luonnehditaan tässä yhteydessä tekstuurin avulla. Tekstuuri 30 voidaan määritellä suurena joukkona enemmän tai vähemmän järjestyneitä samanlaisia elementtejä tai hahmoja ilman, että jokin niistä kiinnittää itseensä erityistä huomiota. Havaitsija kokee tekstuurin suurena yhdenmukaisena vaikutelmana. Tekstuuri voi olla kurinalaisesti 35 järjestetty matriisi yhdennäköisiä osahahmoja, kuten shakkilauta tai kudelma. Tällaista tekstuuria kutsutaan deterministiseksi ja sitä voidaan kuvata alihahmoilla ίο η ε:, 2 7 tai elementeillä ja elementtien sijoittelusäännöillä. Tekstuurin vaikutelma voi myös olla satunnainen ja silloin sitä kutsutaan stokastiseksi tekstuuriksi. Tällainen tekstuuri tuo mieleen kohinan television 5 kuvaruudulla. Voidaan todeta lisäksi, että determinististen ja stokastisten tekstuurien väliin jää joukko tavallaan deterministisiä tekstuureja, joissa elementtien sijoittelusäännön rytmi voimakkaasti häiriytyy.

Paperin formaatiota voidaan luonnehtia stokas-10 tiseksi tekstuuriksi, jonka sen satunnainen kuituraken-ne ja muiden ainesosien satunnainen jakautuminen muodostavat. Paperin laatua kuvaavat tunnusluvut määritetään tällöin periaatteessa seuraavasti. Tarkastellaan yhtä tai useampaa matriisin aluetta. Läpi menevän sä-15 teilyn määrä mitataan ja transmittanssin satunnainen vaihteluarvo lasketaan kullekin alueelle. Vaihteluar-voista muodostetaan taulukko kullekin erottelukykyalu-eelle, joka vastaa pienintä matriisin havaintoaluetta. Kunkin taulukon sisältämät arvot edustavat mainittuja 20 tunnuslukuja.

Keksinnön mukaiseen laitteistoon kuuluu käsittelylaite, jossa on kuvamuisti 4 ja joukko yksiköitä, kuten kuvan analysointiyksikkö 5, laskentayksikkö 6 ja muistiyksikkö 7, joiden avulla kuva tutkitaan, vaih-25 teluarvot lasketaan ja tulokset tallennetaan jatkokäsittelyä varten.

Kameralta 3 saatava kuva tutkimusnäytteestä tallennetaan kuvamuistiin 4 . Kuvan säteilyvoimakkuuk-sia tutkitaan erottelukykyalue kerrallaan analysoin-30 tiyksikössä 5. Erottelukykyalue määritetään yhden tai useamman kuvapisteen kokoiseksi alueeksi kuvassa eli matriisissa. Kunkin erottelukykyalueen tilastollisten säteilyvoimakkuusarvojen vaihtelut eli vaihteluarvot lasketaan laskentayksikössä 6. Vaihteluarvot tallenne-35 taan muistiyksikköön 7 sopivien taulukoiden muotoon. Taulukkoarvoja käytetään jatkokäsittelyssä tunnuslukuina paperin laadun arvioimiseksi.

a O r ο >

Il < o V- Z /

On todettava, että edellämainitut kuvan analy-sointiyksikkö 5 ja laskentayksikkö 6 voidaan toteuttaa paitsi konkreettisina yksiköinä myös ohjelmallisin keinoin käsittelylaitteen ohjelmallisina yksiköinä.

5 Tämä tosiasia pätee myös seuraavassa ainakin kuvan analysointiin ja laskentaan liittyvien yksiköiden kohdalla.

Tunnusluvut voidaan laskea kahdella edullisella tavalla, jotka esitetään seuraavassa.

10 Vaihteluarvona käytetään tutkimusnäytteen läpi tulevan säteilyn voimakkuuden eli transmittanssin (tai densiteetin) varianssijoukkoa. Ensin lasketaan varianssi koko kuvalle, joka sisältää esim. 512 x 512 kuvapis-tettä. Tämän jälkeen kuva jaetaan neljään osaan, joista 15 kukin sisältää esim. 256 x 256 kuvapistettä, joille kullekin osalle lasketaan varianssit. Näin saadut osa-kuvat jaetaan edelleen neljään osaan ja osille lasketaan varianssit. Näin jatketaan kunnes saavutetaan kuvan erottelukykyalue e, joka on esim. 4x4 kuvapis-20 teen kokoinen. Tätä prosessia on havainnollistettu kuvassa 2. Näin lasketuista variansseista muodostetaan jokaista kuvan erottelukykyaluetta e varten oma histo-grammi eli taulukko, joka kertoo kuinka monta kertaa tietty varianssi on esiintynyt. Tällainen histogrammi 25 on esitetty pylväsdiagrammina kuvassa 3. Näitä histogrammeja käytetään tunnuslukuina, joiden perusteella arvioidaan paperin mittausnäytteen laatu.

Toisessa tunnuslukujen laskentatavassa vaih-teluarvoina käytetään myös tutkimusnäytteen läpi tule-30 van säteilyn voimakkuuden eli transmittanssin varianssi joukkoa. Varianssit lasketaan kuvan eli matriisin alueella suunnan ja etäisyyden funktiona kullekin erot-telukykyalueelle (vrt. kuva 4). Jokaista erottelukyky-aluetta varten muodostetaan tiettyjä varianssiarvojen 35 esiintymistä kuvaava kombinaatio tai kuvan yhteishisto-grammi (co-occurence matrix) d (i, j, suunta, etäisyys).

opr o > 12 1 <- ‘

Yhteishistogrammi tulisi laskea kahteen suuntaan, koska paperi ei ole isotrooppista materiaalia. Käytännössä vaadittavan erottelukyvyn saavuttamiseen riittää kuitenkin yksi suunta. Etäisyyksiä, jotka vas-5 taavat erottelukykyaluetta, on syytä käyttää, kuten ensimmäisessä laskentavaihtoehdossakin. Yhteishistogrammi voidaan laskea myös yhdellä etäisyydellä, mutta silloin kuva-alan koon vaihtelut vaikuttavat laskentatuloksiin. Saatuja yhteishistogrammeja eri kuva-alu-10 eille voidaan käyttää sinänsä tunnuslukuina. Laskentatavan yksinkertaistamiseksi yhteishistogrammeja voidaan luonnehtia omilla tunnusluvuillaan. Tällaisina tunnuslukuina voidaan käyttää siirtymätyyppien lukumäärää, siirtymien lukumäärää neliöitynä ja siirtymien 15 inertiaa. Muitakin mahdollisuuksia on, mutta esitetyt yksinkertaiset tunnusluvut ovat osoittautuneet luotettaviksi .

Keksinnön mukaisessa menetelmässä tutkimus-näyte on mahdollista luokitella eri paperilaatuluok-20 kiin. Nämä paperilaatuluokat on määritetty etukäteen samoilla kriteereillä kuin varsinainen tutkimusnäyte luokitellaan. Käytännössä tämä toteutetaan siten, että mitataan suuri joukko kyseisten paperilaatuluokkien tyypillisiä tutkimusnäytteitä ja määritetään tunnuslu-25 vut ko näytteille. Tutkimusnäytteille määritettyjä tunnuslukuja verrataan eri paperilaatuluokkien tunnuslukuihin. Vertailun perusteella tutkimusnäyte luokitellaan sopivaan laatuluokkaan.

Keksinnön mukaiseen laitteistoon, jossa käy-30 tetään hyväksi mainittua laatuluokkien opettamista, kuuluu luokitusmuisti 7a ja mittausmuisti 7b, kuten kuvasta 5 käy ilmi. Luokitusmuistiin tallennetaan ennakolta luokiteltujen paperien tutkimusnäytteiden tunnusluvut. Varsinaisten tutkimusnäytteiden mittausten pe-35 rusteella lasketut tunnusluvut talletetaan vuorostaan mittausrnuistiin 7b. Laitteistoon kuuluu myös vertailija 8, jossa mittausmuistin 7b tunnuslukuja verrataan luo- !, r> o ο o r'> 13 · o i. / kitusmuistln 7a tunnuslukuihin. Vertailun perusteella paperin laatuluokittelu todetaan ja ilmaistaan.

Keksinnön mukaisessa laitteistossa kuvan ana-lysointiyksikkö 5 voidaan toteuttaa joukolla rinnak-5 kaisia suorittimia 9, kuten kuvassa 6 on esitetty. Suorittimien 9 avulla kuva eli matriisi käsitellään alue kerrallaan rinnakkaisessa muodossa. On edullista, että laskentayksikkö 6 on myös sijoitettu mainittuihin rinnakkaisiin suorittimiin 9. Rinnakkainen käsittelyta-10 pa kuvaa analysoitaessa nopeuttaa merkittävästi suoritettavaa laskentaa, jolloin tulokset jatkokäsittelyä varten saadaan nopeasti.

Rinnakkaisia suorittimia 9 seuraa vaihde 10, jonka kautta kultakin suorittimelta kerätään vastaavien 15 alueiden vaihteluarvot ja tallennetaan sopivaan muis-tiyksikköön 7; 7a, 7b.

Rinnakkaisten suorittimien 9 lukumäärä N valitaan sopivaksi. Se riippuu käsiteltävän kuvan koosta ja erityisesti kuvapisteiden lukumäärästä ja erottelukyky-20 alueiden koosta. Myös laskentaprosessien mutkikkuus ja asetetut nopeusvaatimukset vaikuttavat suorittimien lukumäärään. Periaatteessa suorittimet voivat olla mikroprosessoreita.

Keksintöä ei rajata pelkästään edellä esitet-25 tyjä sovellutusesimerkkejä koskevaksi, vaan monet muunnokset ovat mahdollisia pysyttäessä patenttivaatimusten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Claims (11)

1. Menetelmä paperin laadun analysoimiseksi, jossa säteilyn annetaan kulkea paperin tutkimusnäytteen 5 läpi, näytteen absorptio mitataan ja tämän perusteella lasketaan näytteelle tunnusluvut, jotka kuvaavat paperin laatua ja joiden avulla paperin laatu arvioidaan, jossa menetelmässä tutkimusnäytteestä muodostetaan kaksiulotteinen kuva, joka analysoidaan alue kerrallaan ja las-10 ketään sille mainitut tunnusluvut, tunnettu siitä, että — kuvaa käsitellään matriisina, joka analysoidaan laskemalla sille tunnusluvut siten, että — matriisia tarkastellaan alue kerrallaan lähtemällä 15 koko alueesta ja etenemällä kohti erottelukykyaluetta, joka vastaa pienintä matriisin havaintokykyaluetta; — muodostetaan taulukko vaihteluarvoista kullekin matriisin alueelle, ja — vaihteluarvona käytetään tutkimusnäytteen läpi kul-20 lekin alueelle tulevan säteilyn voimakkuuden varianssia; ja että — kunkin taulukon sisältämät arvot vastaavat mainittuja tunnuslukuja, joiden avulla paperin laatu arvioidaan.

1 Ο Γ O ri 14 '-<-> t l i

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaihteluako lasketaan koko matriisille ja kullekin matriisin osa-alueelle, jotka määritetään edelleen alaspäin matriisia jakamalla sopivaan alueeseen asti; 30. jokaista erottelukykyaluetta varten muodostetaan histogrammi, johon kerätään tiedot tiettyjen varianssi-arvojen esiintymisestä; — histogrammeja käytetään mainittuina tunnuslukuina.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 35 tunnettu siitä, että — vaihteluako lasketaan matriisin alueella suunnan ja etäisyyden funktiona kullekin erottelukykyalueelle; ·*> o r o · ·. 15 '.VO// - jokaista erottelukykyaluetta varten muodostetaan tiettyjen varianssiarvojen esiintymistä kuvaava kombinaatio tai kuvan yhteishistogrammi (co-occurance matrix); 5. mainittuja kombinaatioita ja yhteishistogrammeja käytetään tunnuslukuina.

4. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä/ tunnettu siitä, että - määritetään joukko paperilaatuluokkia; 10. tunnusluvut määritetään kullekin paperilaatuluokalle; - paperilaatuluokkia vastaavat tunnusluvut tallennetaan; - tutkimusnäytteille määritettyjä tunnuslukuja verrataan eri paperilaatuluokkien tunnuslukuihin; - vertailun perusteella tutkimusnäyte luokitellaan 15 sopivaan paperilaatuluokkaan

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että laatuluokkien määrittäminen suoritetaan mittaamalla kyseisten luokkien tyypillisiä paperinäytteitä ja määrittämällä tunnusluvut ko näyt- 20 teille.

6. Laitteisto paperin laadun analysoimiseksi, johon kuuluu säteilylähde ja ilmaisin, joiden avulla paperin tutkimusnäytteen absorptio mitataan, ja käsittely-yksikkö, jonka avulla mitatun absorption perusteel- 25 la lasketaan näytteille tunnusluvut, jotka kuvaavat paperin laatua, johon laitteistoon kuuluu - sellainen valaisinlaite (1) säteilylähteenä, jolla saadaan aikaan ainakin likipitäen homogeeninen säteily-vuo tutkimusnäytteen (2) pinnalle; 30. kamera (3) ilmaisimena, jonka kameran avulla kuva muodostetaan tutkimusnäytteestä, joka kamera on sijoitettu valaisinlaitteeseen (1) nähden tutkimusnäytteen (2) toiselle puolelle; ja että käsittely-yksikköön kuuluu: 35. kuvamuisti (4), johon kameralta (3) saatava kuva (2a) tutkimusnäytteestä (2) tallennetaan; tunnettu siitä, että laitteistoon kuuluu 1. r C) r~,

15. U l; / / - välineet (5) kuvan säteilyvoimakkuuserojen tutkimiseksi alue kerrallaan koko alueesta erottelukykyalueeseen (e) asti, joka erottelukykyalue käsittää yhden tai useamman kuvapisteen; 5. välineet (6) kunkin tutkitun alueen tilastollisten säteilyvoimakkuuden varianssien eli vaihteluarvojen laskemiseksi; ja - välineet (7) vaihteluarvojen tallentamiseksi sopiviin taulukoihin, joita taulukkoarvoja käytetään tunnuslukui- 10 na paperin laatua arvioitaessa.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että välineisiin (5) kuvan säteilyvoimakkuuserojen tutkimiseksi kuuluu joukko rinnakkaisia suorittimia (9), joiden avulla kuva käsi- 15 tellään alue kerrallaan rinnakkaisessa muodossa.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että välineet (6) kunkin tutkitun alueen tilastollisten säteilyvoimakkuuden varianssien eli vaihteluarvojen laskemiseksi on sijoitettu 20 rinnakkaisiin suorittimiin (9).

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että käsittely-yksikköön kuuluu vaihde (10), jonka kautta kerätään kultakin suorittimelta (9) tulokset ja tallennetaan sopiviin 25 muistiyksiköihin (7) jatkokäsittelyä varten.

10. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 6-9 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että välineisiin (7) vaihteluarvojen tallentamiseksi kuuluu - luokitusmuisti (7a), johon on tallennettu ennakolta 30 luokiteltujen paperien tutkimusnäytteiden tunnusluvut; - mittausmuisti (7b), johon varsinaisten tutkimusnäytteiden mittausten perusteella lasketut tunnusluvut tallennetean; ja että käsittelylaitteeseen kuuluu vertailija (8), jossa 35 mittausmuistin tunnuslukuja verrataan luokitusmuistin tunnuslukuihin. O o f" o 17 ‘ υ oZ /