FI89749C - Foerfarande och anordning foer bestaemning av papprets fiberorientering - Google Patents

Description

S 9 7 < 9

MENETELMÄ JA LAITE PAPERIN KUITUSUUNTAUTUNEISUUDEN MÄÄRITTÄMISEKSI

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 5 johdanto-osan mukainen mentelmä paperin kuitusuuntau-tuneisuuden määrittämiseksi. Keksinnön kohteena on myös patenttivaatimuksen 7 johdanto-osan mukainen laite paperin kuitusuuntautuneisuuden määrittämiseksi.

Paperin kuitusuuntautuneisuus ilmaisee sen, 10 mihin suuntiin kuidut ovat sijoittuneet ja missä suhteellisessa määrin ne ovat jakautuneet eri suuntiin paperissa. Kuitusuuntautuneisuus on paperin lujuus- ja myös eräiden painettavuusominaisuuksien kannalta tärkeä suure. Sillä on merkitystä myös paperin käytettävyydel-15 le painamisen jälkeisissä prosessivaiheissa.

Paperin kuitusuuntautuneisuuden määritys tapahtuu laboratorio-olosuhteissa tavalla tai toisella laskien yksittäisten kuitujen suunnat. Koska kuidut menevät paperissa lomittain, laskeminen on hyvin hidas-20 ta. Tällaista menetelmää onkin käytetty lähinnä yksittäisissä tutkimuksissa. Menetelmällä päästään hyvin tarkkoihin tuloksiin.

On huomattava, että paperintuotantoprosessissa : on kaksi luonteeltaan erilaista pääsuuntaa so. paperi- ; 25 radan suunta ja paperiradan poikkisuunta. Paperin kui tusuuntautuneisuus näissä suunnissa so. pääsuunnassa on tärkeää tietää. Paperintuotantoprosessissa vaikuttavat erilaiset mekanismit näissä kahdessa pääsuunnassa. Käytännössä paperin kuitusuuntautuneisuus määrätään useim-30 miten mittaamalla paperin vetolujuus ko. pääsuunnissa ja ottamalla suhteelliseksi kuitusuuntautuneisuudeksi : eli kuituorientaatioksi näiden suhde.

Paperin kuitusuuntautuneisuus voidaan määrit-tää läpivalaisemalla paperi röntgensäteilyllä sopivassa 35 kulmassa. Tällöin saadaan aikaan jaksottainen diffrak-tiokuvio, joka riippuu kuitujen suuntautuneisuudesta. Tämän menetelmän avulla voidaan määrittää kuitusuuntau- 2 Π ^ /.- , y tuneisuus jonkinlaisena keskiarvona läpi paperin. Dif-fraktion pääasiallinen aiheuttaja on paperikuidun sisässä oleva spiraalimainen säie, joka antaa kuidulle sen massan ja tilavuuden. Tämän säikeen suuntautunei-5 suus määrittää sirontakulman. Virhelähteenä ovat säikeen muodostamien suorakulmien hajonta jo yhden kuidun tapauksessa sekä kuidun ulkomuodon vaikutus ja muu aines paperissa.

Paperin kuitusuuntautuneisuuden määrittämiseen 10 voidaan käyttää myös näkyvää valoa. Paperi läpivalaistaan näkyvällä valolla sopivassa kulmassa samoin kuin edellä röntgensäteitä käytettäessä. Tässä menettelyssä käytetään hyväksi pyörivää rakoa, joka on sijoitettu paperin taakse ennen ilmaisimena toimivaa valomonistin-15 putkea. Pyörivän raon avulla saadaan mitatuksi diffraktio eli kulmissa. Tämä menettely sopii vain ohuille papereille.

Toisessa näkyvää valoa käyttävässä menetelmässä paperin pinnan valaiseminen suoritetaan koh-20 tisuoraan ja sironnut valoteho mitataan 30° kulmassa vaakatasoon nähden kahdessa 90° erillään olevassa suunnassa. On todettu, että valotehojen suhde on tällöin suurin, kun toinen mittaus tapahtuu radan suunnassa ja toinen radan poikkisuunnassa. Tulos korreloi kuitusuun-25 tautuneisuuden kanssa.

Epäkohtana edellä esitetyissä menetelmissä on, että ne sopivat lähinnä laboratorioon. Edelleen epäkohtana on, että ne ovat hitaita ja käsityötä vaativia. Näitä menetelmiä ei siis voida soveltaa suoraan paperin 30 tuotantoprosessiin paperirainasta suoritettaviin mittauksiin.

• Keksinnön tarkoituksena on tuoda julki uusi menetelmä ja laite paperin kuitusuuntautuneisuuden määrittämiseksi. Keksinnön tarkoituksena on erityisesti 35 saada aikaan uusi menetelmä ja laite, jonka avulla paperiradalta voidaan suoraan määrittää kuitusuuntau-tuneisuus.

3 8 9 7 9 9

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 1.

Keksinnön mukaiseen menetelmään paperin kui-tusuuntautuneisuuden määrittämiseksi eritysesti paperi-5 radalta kuuluu seuraavat toimenpidevaiheet: - paperin pinta kuvataan tutkittavalta alueelta näkyvällä aallonpituusalueella toimivalla kuvauslaitteella; - kuvaus toteutetaan siten, että kuvan kuva-alkion koko 10 vastaa olennaisesti paperikuidun läpimittaa; - kuvasta muodostetaan kuva-alkioittain digitaalinen harmaasävykuva; ja - kuva analysoidaan laskemalla sille kuva-alkioiden harmaasävyarvojen perusteella ja käyttäen viivemuut- 15 tujana kuva-alkioiden etäisyyttä joukko autokorrelaa-tiofunktioiden arvoja, joita verrataan ennalta asetettuihin kynnysarvoihin viivemuuttujien määrittämiseksi, joita viivemuuttujien arvoja käytetään tunnuslukuina kuitusuuntautuneisuuden määrittämiseksi.

20 Keksinnön mukainen menetelmä perustuu siihen olettamukseen, että mikäli kuitujen lukumäärät ovat eri suuret paperin tutkittavan alueen kahdessa toisiaan ' vasten kulmassa olevassa suunnassa, niin myös kynnyste- tyt autokorrelaatiofunktion arvot ovat vastaavasti eri ; · : 25 suuria. Tämä voidaan päätellä seuraavasti: jos kuidut ovat voimakkaasti suuntautuneet esim. paperiradan suuntaan, niin tällöin pintakuvassa on kuitujuonteita sa-massa suunnassa. Kun nyt lasketaan autokorrelaatiofunktion arvo tässä suunnassa eri viiveillä, niin kuidun 30 suunnassa ja sitä pitkin harmaasävyarvo muuttuu vain vähän. Tämä merkitsee sitä, että harmaasävyarvot korreloivat voimakkaasti keskenään. Korrelaatio pienenee, ·;· kun kyseinen kuitu loppuu. Autokorrelaatiofunktion arvon laskennassa kuvan alueelta tulee mukaan lukuisia _ 35 kuituja, joten saatu arvo on eräänlainen keskiarvo yli koko kuvan. Näin ollen autokorrelaatiofunktion arvo laskee tässä esimerkkitapauksessa vähitellen ja voimak- 8 9 7 4 9 4 kaimmin viimeistään viiveellä, joka vastaa suunnilleen kuitupituutta. Jos taas autokorrelaatiofunktion arvot lasketaan pääasialliseen kuitusuuntaan nähden selvästi poikkeavassa suunnassa, niin tällöin ylitetään monia 5 kuituja. Koska kuidut ovat kapeita, niin peräkkäisiä korreloivia harmaasävyarvojakin on kuitukohtaisesti vähän. Näin saatava autokorrelaatiofunktion arvo laskee nopeasti. Voidaan tehdä likimääräinen oletus, että viivemuuttujien arvot kahdessa eri kulmassa olevassa 10 suunnassa edustavat kuitujen lukumääriä ko. suunnissa.

Menetelmän eräässä sovellutuksessa kuvauslaitteella otetulle kuvalle lasketaan yksiulotteiset auto-korrelaatiofunktiot kahdessa toisiaan vasten kohtisuorassa suunnassa; etsitään ne viivemuuttujien arvot, 15 joilla autokorrelaatiofunktioiden arvot laskevat alle asetetun kynnysarvon; ja viivemuuttujien arvoja käytetään mainittuina tunnuslukuina kuitusuuntautuneisuuden määrittämiseksi.

Menetelmän eräässä sovellutuksessa kuvaus 20 toteutetaan siten, että kuvan koordinaatisto on yhteneväinen paperiradan pituus- ja poikkisuuntien kanssa .

Menetelmän eräässä sovellutuksessa autokorra-laatiofunktio lasketaan sekä radan pituus- että poik-25 kisuunnassa useasta kuvan rivistä ja sarakkeesta yksiulotteisena laskentana ja tuloksista lasketaan edelleen keskiarvoistettu autokorrelaatiofunktion arvo ko. suunnille.

Menetelmän eräässä sovellutuksessa kuitusuun-30 tautuneisuuden kulmajakauma määritetään tutkittavalla alueella mainitun kahden tunnusluvun perusteella käyt- : : täen hyväksi kaavaa: 1 7 2 - i A (Φ) = — + e cos (2Φ) , missä e = — -½-^ , ja π π 12 + 11 Φ = suuntakulma paperiradan suunnan suhteen, i 5 39749 = ensimmäinen tunnusluku eli viivemuuttuja radan poikkisuunnassa, ja 12 = toinen tunnusluku eli viivemuuttuja paperiradana pituussuunnassa.

5 Menetelmän eräässä sovellutuksessa kuvauslait teelta saatu kuva analysoidaan laskemalla sille kuva-alkioiden harmaasävyarvojen perusteella ja käyttäen viivemuuttujana kuva-alkioiden etäisyyttä kaksiulotteinen autokorrelaatiofunktio; autokorrelaatiofunktios-10 ta etsitään se ensimmäinen suunta, jolla saadaan suurin viivemuuttuja silloin, kun autokorrelaatiofunktion arvo laskee alle asetetun kynnysarvon; autokorrelaatiofunk-tiosta etsitään se toinen suunta, jolla saadaan pienin viivemuuttuja silloin, kun autokorrelaatiofunktion arvo 15 laskee alle asetetun kynnysarvon; ja kuitusuuntautunei-suuden ensimmäiseksi pääsuunnaksi asetetaan ensimmäinen laskettu suunta ja toiseksi pääsuunnaksi toinen laskettu suunta.

Mikäli paperin kuitusuuntautuneisuuden pää-20 suunta poikkeaa paperiradan suunnasta esim. muutamalla asteella, siitä on haittaa paperin käyttövaiheessa esim. kopiokoneella. Tämä pääsuunta saadaan määrätyksi edellä esitetyllä keksinnön sovellutuksella. Lähtökohtana menetelmässä on siis se tosiasia, että kuitusuun-25 tautuneisuuden pääsuuntia ei tunneta, vaan ne määritetään mittauksen avulla. Aikaisemmissa keksinnön mukaisissa menetelmissä lähtökohtana taas on se tosiasia, .·: että kuitusuuntautuneisuuden ensimmäinen pääsuunta oletetaan paperiradan suunnaksi ja toinen pääsuunta . . 30 siihen nähden kohtisuoraksi suunnaksi, joiden tietojen ; / perusteella määritetään viivemuuttujien arvot näissä suunnissa ja edelleen niiden suhteella paperin kui- tusuuntautuneisuus.

' · Menetelmän eräässä sovellutuksessa tutkitta- 35 valle alueelle kohdistetaan hetkellinen voimakas va- • · laistus pysäytyskuvan aikaansaamiseksi. Hyvin lyhyen valopulssin avulla nopeasti liikkuvasta paperiradasta 6

p o 7 / G

-J ' * / saadaan tällaisen salamalaitteen avulla hyvä pintakuva tutkittavasta alueesta edelleen edellä esitetyin tavoin analysoitavaksi.

Keksinnön mukaiseen laitteeseen paperin kui-5 tusuuntautuneisuuden määrittämiseksi erityisesti paperiradalta kuuluu keksinnön mukaisesti: - kuvauslaite, kuten puolijohdevideokamera tai vastaava, joka on kohdistettu paperin pintaan tutkittavalla alueella; 10 - optiikkayksikkö sellaisen kuvan muodostamiseksi ku vauslaitteen valoherkälle ilmaisimelle, jonka kuva-alkion koko vastaa olennaisesti paperikuidun läpimittaa; - valolähde tutkittavan alueen valaisemiseksi; 15 - kuvankäsittely-yksikkö, johon kuuluu digitointiyksik- kö, jossa kuvasta muodostetaan digitaalinen harmaasävykuva; kuvamuistiyksikkö, johon digitaalinen harmaasävykuva tallennetaan; analysointiyksikkö, jossa kuva analysoidaan laskemalla sille kuva-alkioi-20 den harmaasävyarvojen perusteella ja käyttäen viive-muuttujana kuva-alkioiden etäisyyttä joukko autokor-relaatiofunktioiden arvoja, joita verrataan ennalta asetettuihin kynnysarvoihin tätä vastaavien viive-muuttujien arvojen määrittämiseksi, joita viivemuut-25 tujien arvoja käytetään tunnuslukuina kuitusuuntau-tuneisuuden määrittämiseksi; ja liityntäyksikkö kuvankäsittely-yksikön liittämiseksi ulkopuolisiin järjestelmiin.

Laitteen eräässä sovellutuksessa valolähde on 30 muodostettu salamavaloyksiköstä valopulssin kohdistamiseksi tutkittavalle alueelle.

Keksinnön mukaisen menetelmän ja laitteen eduista voidaan todeta seuraavaa. Keksinnön mukainen menetelmä on automaattinen, jolloin ei tarvita mitään 35 ihmisten suorittamaa kuitujen ja niiden suuntien laskentaa. Kuvan sieppaus kuvauslaitteelta voidaan suorittaa on-line-toimintona paperikoneen paperiradalla tai i 7 ' . r'"' r-7 λ ,ä s ·' / q ^ muussa prosessissa. Etuna on edelleen, että paperirataa tutkitaan koskettamatta itse paperirataa. Keksinnön etuna on myös, että laskenta voidaan toteuttaa lyhyessä ajassa, esim. 5 sekunnissa, riippuen kuvankäsittely-5 yksikössä käytetystä signaaliprosessorista. Edelleen kuvan sieppaus ja laskenta voidaan toistaa peräkkäin sopivin etäisyyksin ja näin saadaan kuitusuuntautunei-suuden muutosnopeuteen nähden tiheä näytejono paperiradalta. Edelleen etuna on, että menetelmä on suoravii-10 vainen siinä mielessä, että laskennassa käytetään hyväksi kuvassa näkyviä kuitujen aiheuttamia juonteita eikä esim. paperin vetolujuutta tai muita mekaanisia ominaisuuksia. Edelleen etuna on, että menetelmä on tilastollinen, joten pienet paikalliset kuitujen suun-15 tautuneisuuden vaihtelut eivät vaikuta tulokseen häiritsevästi .

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti oheisten piirustusten avulla, jossa kuva 1 esittää kaaviomaisesti keksinnön mukaista lai-20 tetta paperin kuitusuuntautuneisuuden määrittämiseksi; kuva 2 esittää havainnollisesti kuvauslaitteen näkemää kuvaa tutkittavasta alueesta paperin pinnalla; kuva 3 esittää havainnollisesti autokorrelaatiofunk-tiota paperiradan suunnassa; ja 25 kuva 4 esittää vastaavasti autokorrelaatiofunktiota paperiradan poikkisuunnassa; kuva 5 esittää havainnollisesti kaksiulotteista auto-·· korrelaatiofunktiota.

Keksinnön mukainen laite paperin kuitusuuntau-30 tuneisuuden määrittämiseksi erityisesti paperiradalta on esitetty kuvassa 1. Laitteeseen kuuluu kuvauslaite 1, optiikkayksikkö 2, valolähdeyksikkö 3 ja kuvankäsittely-yksikkö 4. Kuvauslaite 1 on edullisesti puoli-johdekamera tai vastaava, edullisesti CCD-videokamera. 35 Tällaisen kameran erotuskyky on esim. 512 x 512 kuva-pistettä kuva-alalla. Kuvauslaite 1 on kohdistettu paperin 5 pintaan tutkittavalla alueella. Optiikkayk- °> 9 7' · 9 8 sikkö 2 on toteutettu sopivalla linssijärjestelyllä. Sen avulla kuva paperin 5 pinnasta muodostetaan kuvauslaitteen 1 valoherkälle ilmaisinpinnalle siten, että ilmaisimen kuvapisteen tai kuvapisteryhmän muodostaman 5 kuva-alkion koko vastaa olennaisesti paperin kuidun läpimittaa. Optiikkayksikkö 2 on valittu esim. siten, että kuvauslaitteen kuva-alan muodostuessa 512 x 512 kuvapisteestä tai alkiosta, niin se vastaa 10 x 10 - 20 x 20 mm2 aluetta paperin 5 pinnalla. Tällöin yksi kuva-10 piste vastaa 20 - 40 μπι matkaa eli suunnilleen kuidun maks imileveyttä.

Valolähteellä 3 valaistaan tutkittavaa aluetta. Mikäli kyseessä on paperinäyte valolähteenä voidaan käyttää tavanomaista sopivaa jatkuvatoimista valoläh-15 dettä. Mikäli kyseessä on paperirata, valolähteenä 3 käytetään salamavaloyksikköä. Salamavaloyksikön avulla pysäytyskuva voidaan muodostaa nopeasta paperiradasta kohdistamalla paperiradan pintaan valopulssi, joka kestää edullisesi alle 1 /is. Kaupallisesti on saatavana 20 salamavalolamppuja, jotka antavat esim. 250 - 750 ns:n säädettävän ja kohdennettavan valopulssin.

Kuvankäsittely-yksikköön 4 kuuluu digitoin-tiyksikkö 6, kuvamuistiyksikkö 7, analysointiyksikkÖ 8 ja liityntäyksikkö 9. Liityntäyksikön 9 kautta laite on 25 yhdistettävissä esim. näyttöyksikköön, prosessityöase-maan tai vastaavaan.

Kuvauslaitteella 1 saatu kuva 11 paperin pinnasta kuitujuonteineen 9 on esitetty havainnollisesti kuvassa 2. Oletetaan, että tutkittava paperi 5 on pape-30 rirata, joka liikkuu esitetyssä koordinaatistossa suuntaan y. Salamavaloyksikön 3 nopealla valopulssilla paperiraina on tavallaan jäädytetty ja siitä on saatu otetuksi kuvassa 2 esitetty pysäytyskuva. Kuvauslaitteessa 1, kuten CCD-kameran ilmaisinpinnan erotuskyky 35 on maksimissaan N x N kuva-alkiota eli tässä tapauksessa kuvapistettä kussakin kuva-alkiossa i signaalin arvo on X(i). Digitointiyksikössä 5 kuvasta muodostetaan i 8 9 7/19 9 digitaalinen harmaasävykuva, jossa kussakin kuva-alkiossa i ilmaistu harmaasävy tallennetaan arvona, joka on numeerisesti esim. välillä 0 - 256. Kuvamuistiyksik-köön 7 tallennetaan digitaalinen harmaasävykuva.

5 Digitaalinen harmaasävykuva otetaan kuvamuis- tiyksiköstä 7 analysoitavaksi analysointiyksikköön 8. Kuva analysoidaan laskemalla sille kuva-alkioiden i harmaasävyarvojen X(i) perusteella ja käyttäen viive-muuttujana kuva-alkioiden i etäisyyttä 1 joukko auto- 10 korrelaatiofunktioiden r(l) arvoja. Näitä arvoja verrataan ennalta asetettuihin kynnysarvoihin T tätä vastaavien viivemuuttujien 1 määrittämiseksi. Näitä viive-muuttujien 1T arvoja käytetään tunnuslukuina kuitusuun-tautuneisuuden määrittämiseksi.

15 Kuvan 2 sovellutuksessa kameran kuvalta laske taan yksidimensioinen autokorrelaatio paperiradan pituussuunnassa eli etenemissuunnassa y ja paperiradan poikkisuunnassa x. Tämä voidaan esittää kaavana N-i-l r(l) = -iy £ XU)XU+1), jossa 20 i = kuva-alkio, jonka koordinaatit x, y kuva-alueella; ’ N = kuva-alkioiden määrä eli datavektorin pituus suun- • nassa x, y; ·- 1 = viivemuuttuja so. kuva-alkioiden etäisyys (koko naisluku maks. N); 25 X(i) = kuva-alkion i harmaasävyarvo; ja r(l) = autokorrelaatiofunktio viiveellä 1.

. . Autokorrelaatiofunktio rx(l) paperiradan poik kisuunnassa x ja vastaavasti autokorrelaatiofunktio ry(l) paperiradan suunnassa y voidaan laskea kaikille 30 rinnakkaisille datavektoreille eli kuva-alkio riveille ja ottaa näistä vastaavasti keskiarvot. Autokorrelaa- tiofunktion keskiarvo R(l); R (1), R (1) edustaa tällöin r' x y : - paperin näytealan keskimääräistä autokorrelaatiofunkti- ’ 9 7 Λ ;· 10 on arvoa vastaavasti suuntaan x ja y: R(l) - ± iV 2« 0 jossa R(1) = Rxd), Ry(l) ; ja r(1) = rx(l), ry(l).

5 Kuvissa 3 ja 4 on havainnollisesti esitetty autokorrelaatiofunktiot paperiradan suunnassa ry(l) ja paperiradan poikkisuunnassa rx(l). Kun autokorrelaa-tiofunktioiden arvot on laskettu, tarkistetaan, milloin autokorrelaatiofunktion arvo laskee arvosta 1 (viive-10 muuttuja 1=0) alle asetetun kynnyksen T. Kynnyksen T arvon perusteella saadaan määritettyä tätä vastaava viivemuuttujän arvo 1T = 1 , 12 paperiradan suunnassa y ja vastaavasti paperiradan poikkisuunnassa x. Mikäli paperikuitujen lukumäärät ovat eri suuret paperiradan 15 pitkittäis- ja poikkisuunnissa, niin myös kynnystettyjä autokorrelaatiofunktion arvoja vastaavat viivemuuttuji-en arvot 1 , 12 ovat vastaavasti eri suuria. Niiden suhde kuvaa paperiradan kuitusuuntautuneisuutta.

Kuitusuuntautuneisuuden kulmajakauma voidaan 20 määrittää tutkittavalla alueella eli kuva-alueella mainitun kahden tunnusluvun eli autokorrelaatiofunktion kynnystystä vastaavan viivemuuttujän arvon 1 = 12, 12 avulla.

Kuitusuuntautuneisuuden kulmajakauma Α(Φ) on 25 seuraava /1/: Α(Φ) = - + e cos (2Φ) , missä e = 1 ~ SnT' π π Ν(π/2) + ΛΓ(0) : jossa Ν(η/2) = kuitujen risteämien lukumäärä radan poik- kisuunnan kuiduille; N(0) = kuitujen risteämien lukumäärä radan suunnan 30 kuiduille; ja i 'ί 9 7 /. ν 11 ' Φ = suuntakulma paperiradan suunnan suhteen.

Kulmajakauma Α(Φ) on symmetrinen kulman Φ suhteen. Kaava edellyttää, että ensin määrätään kuitujen risteämien lukumäärä radan suunnan kuiduille ja radan 5 poikkisuunnan kuiduille tutkittavalla alueella. Tämän jälkeen saadaan määritetyksi koko jakauma.

Voidaan tehdä likimääräinen oletus, että yksiulotteisten autokorrelaatiofunktioiden r (1), r (1) x y avulla määretetyt viivemuuttujien arvot 1 , 12 kahdessa 10 kohtisuorassa suunnassa edustavat kuitujen lukumääriä ko. suunnissa. Näin saatuja arvoja voidaan käyttää mainittujen arvojen N(0) ja Ν(π/2) sijasta edellä esitetyssä kaavassa. Koska N(0) tarkoittaa kuitujen ris-teämiä radan suunnassa, niin se on kääntäen verrannol-15 linen kuitujen lukumäärään radan poikkisuunnassa. Täten N(0) ja Ν(π/2) merkitys vaihtuu käytettäessä autokorre-laatiofunktion viivemuuttujien arvoja sijaismittoina. Näin ollen kuitusuuntautuneisuuden kulmajakauma voidaan määrittää edellä esitettyyn perustuen muodossa: i o 1-1 A (Φ) = — + e cos (2Φ) , missä e = — -ri .

π π 12 * lx 20 Edellä esitetyssä keksinnön mukaisen menetel män sovellutuksessa oletettiin, että paperiradan pituussuunta ja kuitusuuntautuneisuuden pääsuunta osuvat yksiin ja että kuitusuuntautuneisuuden määrittämisessä on lähinnä kysymys tämän pääsuunnan ja siihen nähden 25 kohtisuoran suunnan mukaisen kuitu jakautuman määrittäminen. Tämän lisäksi edellä esitettiin, miten näiden . kahden tunnusluvun avulla voidaan määrittää kuitusuun- tautuneisuuden kulmajakauma. Mikäli kuitusuuntautuneisuuden pääsuunta poikkeaa paperiradan suunnasta esim. 30 muutamalla asteella, siitä on haittaa paperia hyödyn-nettäessä esim. kopiokoneella tai painokoneessa. Tämä pääsuunta saadaan määrätyksi keksinnön toisella sovellutuksella, jossa kuitusuuntautuneisuuden pääsuunta 12 r . r * » ,-«> Λ ·. < , . - saadaan määritetyksi kuvauslaitteella otetusta kuvasta laskemalla sille kuva-alkioiden harmaasävyarvojen perusteella ja käyttäen viivemuuttujana kuva-alkioiden etäisyyttä kaksiulotteinen autokorrelaatiotunktio: r<*-“ · (iv-iiUä-H l'1 ^ *“.:»*<“****».

5 jossa k, 1 = viivemuuttujät eli kuva-alkioiden etäisyydet y-ja x-suunnissa (kokonaislukuja välillä 0-N); N x N = kuvan koko, jossa N on kuva-alkioiden määrä y-ja x-suunnissa; ja 10 X(i,j) = pisteessä i, j olevan kuva-alkion harmaasävy- arvo .

Tämän jälkeen etsitään kaksiulotteisen auto- korrelaatiofunktion r(k, 1) avulla se suunta Φ = Φ__, jolla saadaan suurin viivearvo 1 kynnystettäessä 15 halutulla kynnysarvolla T esim. 0,2 tai haluttu sopiva kynnysarvo (vert. kuva 5). Näin saadaan määritetyksi kuitusuuntautuneisuuden ensimmäinen pääsuunta. Samoin saadaan toinen pääsuunta selville etsimällä kaksiulotteisesta autokorrelaatiofunktion r(k, 1) avulla se 20 suunta Φ = Φ , jossa kynnystämällä vastaavalla tavalla saadaan viivemuuttujän 1 arvoksi mahdollisimman pieni arvo 1 . Näin on saatu määritetyksi kuitusuuntautunei- suuden pääsuunnat Φ ja Φ . .

Edellä esitetyt laskentatoimenpiteet sekä 25 yksiulotteisen autokorrelaatiofunktion että kaksiulot teisen autokorrelaatiofunktion kohdalla ovat tarpeen vain muutamien sekunnin välein otetuista paperiradan kuvanäytteistä. Autokorrelaatiofunktiot lasketaan kuvauslaitteella otetun kuvan kuva-alkioiden rivistä ja 30 sarakkeesta yksiulotteisena laskentana tai kaksiulot teisena laskentana. Vaikka näytteenotto tapahtuu siis suhteellisen harvoin, tarvitaan nopeita laskenta-algo-ritmejä. Autokorrelaatiofunktion laskenta voidaan to- i : 79 13 teuttaa esim. paloittain konvoluution kautta käyttäen tehokasta "split radix" ID FFT tai 2D FFT hyväksi. Laskentaohjelmia on saatavissa mainittujen autokorrelaa-tiofunktioiden nopeaksi laskemiseksi.

5 Kuvankäsittely-yksikkö itsessään voidaan to teuttaa sinänsä tunnetuista elektronisista komponenteista, joten niiden yksityiskohtaiseen rakenteeseen ei tässä hakemuksessa puututa.

Edellä keksintöä on selostettu pääasiassa 10 kahteen sen edulliseen sovellutusmuotoon viittaamalla, mutta on selvää, että keksintöä voidaan monin tavoin muunnella oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

15

Viitejulkaisu: 20 /1/ H.F. Ranee (Editor): Handbook of Paper Science: 2

The Structure and Physical Properties of Paper. Elsevier 1982.

Claims (9)

14

1. Menetelmä paperin kuitusuuntautuneisuuden määrittämiseksi erityisesti paperiradalta, t u n - 5. e t t u siitä, että - paperin (5) pinta kuvataan tutkittavalta alueelta näkyvällä aallonpituusalueella toimivalla kuvauslaitteella (1) ; - kuvaus toteutetaan siten, että kuvan kuva-alkion (i) 10 koko vastaa olennaisesti paperikuidun läpimittaa; - kuvasta muodostetaan kuva-alkioittain digitaalinen harmaasävykuva; ja - kuva analysoidaan laskemalla sille kuva-alkioiden (i) harmaasävyarvojen (X(i)) perusteella ja käyttäen vii- 15 vemuuttujana kuva-alkioiden (i) etäisyyttä (1) joukko autokorrelaatiofunktioiden (r(1)) arvoja, joita verrataan ennalta asetetuihin kynnysarvoihin (T) viive-muuttujien (1T) määrittämiseksi, joita viitemuuttujien arvoja (lr) käytetään tunnuslukuina kuitusuuntautunei-20 suuden määrittämiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että - kuvalle lasketaan yksiulotteiset autokorrelaatiofunk-tiot kahdessa toisiaan vasten kohtisuorassa suunnassa 25 (rx(l), ry( 1) ) ; - etsitään ne viivemuuttujien (1) arvot (1^ 12), joilla autokorrelaatiofunktioiden arvot laskevat alle asetetun kynnysarvon (T); ja - viivemuuttujien (1) arvoja (1 , 12) käytetään mainit- 30 tuina tunnuslukuina kuitusuuntautuneisuuden määrittä miseksi.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuvaus toteutetaan siten, että kuvan koordinaatisto (x, y) on yhteneväinen pape- 35 riradan pituus- ja poikkisuuntien kanssa.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että autokorrelaatiofunktiot i 15 (rx(1), ry(l)) lasketaan sekä radan pituus- että poik-kisuunnassa (x, y) useasta kuvan rivistä ja sarakkeesta yksiulotteisena laskentana ja tuloksista lasketaan edelleen keskiarvoistettu autokorrelaatiofunktion 5 (R (1), R (1)) arvo ko. suunnille. x y

5. Patenttivaatimuksen 3 tai 4 mukainen mene telmä, tunnettu siitä, että kuitusuuntautunei-suuden kulmajakauma (Α(Φ)) määritetään tutkittavalla alueella mainitun kahden tunnusluvun (11, 12) perus- 10 teella käyttäen hyväksi kaavaa: A (Φ) = — + g cos (2Φ) , missä e = — -----1, ja π π h + h Φ = suuntakulma paperiradan suunnan suhteen, lt = ensimmäinen tunnusluku eli viivemuuttuja radan poikkisuunnassa, ja 12. toinen tunnusluku eli viivemuuttuja paperiradana 15 pituussuunnassa.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että - kuva analysoidaan laskemalla sille kuva-alkioiden (i) harmaasävyarvojen (X(i)) perusteella ja käyttäen 20 viivemuuttujana kuva-alkioiden (i) etäisyyttä (1, k) kaksiulotteinen autokorrelaatiofunktio (r(k,l)); - autokorrelaatiofunktiosta etsitään se ensimmäinen suunta (Φ^), jolla saadaan suurin viivemuuttu ja (1^) silloin, kun autokorrelaatiofunktion arvo laskee alle 25 asetetun kynnysarvon (T); - autokorrelaatiofunktiosta etsitään se toinen suunta (Φ^), jolla saadaan pienin viivemuuttuja (lnln) silloin, kun autokorrelaatiofunktion arvo laskee alle asetetun kynnysarvon (T); ja 30. kuitusuuntautuneisuuden ensimmäiseksi pääsuunnaksi asetetaan ensimmäinen laskettu suunta (Φ ) ja toisek-si pääsuunnaksi toinen laskettu suunta (Φ ).

7. Jonkin edeltävistä patenttivaatimuksista 16 !S9749 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tutkittavalle alueelle kohdistetaan hetkellinen voimakas valaistus pysäytyskuvan aikaansaamiseksi.

8. Laite paperin kuituorientaation määrittämi-5 seksi erityisesti paperiradalta, tunnettu siitä, että laitteeseen kuuluu: - kuvauslaite (1), kuten puolijohdevideokamera tai vastaava, joka on kohdistettu paperin (5) pintaan tutkittavalla alueella; 10. optiikkayksikkö (2) sellaisen kuvan muodostamiseksi kuvauslaitteen valoherkälle ilmaisimelle, jonka kuva-alkion (i) koko vastaa olennaisesti paperikuidun läpimittaa; - valolähde (3) tutkittavan alueen valaisemiseksi; 15. kuvankäsittely-yksikkö (4), johon kuuluu digitoin- tiyksikkö (6), jossa kuvasta muodostetaan digitaalinen harmaasävykuva; kuvamuistiyksikkö (7), johon digitaalinen harmaasävykuva tallennetaan; analysoin-tiyksikkö (8), jossa kuva analysoidaan laskemalla 20 sille kuva-alkioiden (i) harmaasävyarvojen (X(i)) perusteella ja käyttäen viivemuuttujana kuva-alkioiden etäisyyttä (1) joukko autokorrelaatiofunktioiden (r(l)) arvoja, joita verrataan ennalta asetetuihin kynnysarvoihin (T) tätä vastaavien viivemuuttujien 25 (11, 12) arvojen määrittämiseksi, joita viivemuuttu- jien arvoja käytetään tunnuslukuina kuitusuuntau-tuneisuuden määrittämiseksi; ja liityntäyksikkö (9) kuvankäsittely-yksikön (4) liittämiseksi ulkopuolisiin järjestelmiin.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että valolähde (3) on muodostettu salamavaloyksiköstä valopulssin kohdistamiseksi tutkittavalle alueelle. i ' ) f / / V l 17 '