FI94176B - Menetelmä ja laite liikkuvan radan reunan seurannassa - Google Patents

Description

94176

Menetelmä ja laite liikkuvan radan reunan seurannassa Förfarande och anordning vid kontrollen av kanten av en rörlig bana 5

Keksinnön kohteena on menetelmä liikkuvan radan kuten paperikoneen 10 viiran, huovan tai materiaalirainan kuten kartonki- tai paperirainan seurannassa, jossa menetelmässä seurattavan radan pintaan kohdistetaan lähetinsarjalla säteilypalkki, joka on poikittainen radan liikesuuntaan nähden ja havaitaan radasta ja taustasta heijastuvaa säteilyä vastaan-otinsarjalla, josta saadut mittaussignaalit johdetaan elektroniikkayk-15 sikölle, jolla mittaussignaaleista ilmaistaan radan seurantaa karakterisoiva suure, ja jossa menetelmässä seurattavan radan reunan, reunojen tai vastaavien epäjatkuvuuskohtien karkea sijainti havaitaan "digitaalisesti" sillä perusteella, minkä säteilylähettimen säteilykeilan alueella tapahtuu vastaanotetussa säteilyssä suurin muutos.

20

Lisäksi keksinnön kohteena on liikkuvan radan reunan tai vastaavan seurantaan tarkoitettu laite, joka käsittää mittapään, joka on sovitettu kosketuksettomasti seurattavan radan tuntumaan, jossa mittapäässä on sarja säteilylähettimiä ja sarja säteilyvastaanottimia, jotka vastaan-25 ottavat mainituista säteilylähettimistä peräisin olevaa seurattavasta ·. radasta ja taustasta heijastunutta säteilyä, minkä perusteella on muo- dostettavissa mittaussignaali, joka kuvaa radan reunan tai reunojen asemaa ja/tai niiden välimatkaa ja/tai radan epäjatkuvuuskohtaa, joka laite käsittää elektroniikkayksikön tai keskusyksikön, jossa on lait-30 teen mittaus-sekvenssejä ohjaava ohjauslogiikka sekä signaalin siirto-yksikkö, joka on sovitettu siirtämään eri vastaanottimista saatuja signaaleja peräkkäisesti mainitulle elektroniikkayksikölle tai keskusyksikölle, jossa on muodostettavissa radan seurantasuure.

35 Paperikoneissa ja vastaavissa, joissa valmistetaan jatkuvaa materiaa-lirainaa ja/tai käytetään suljettuja kudossilmukoita, on tarpeellista tunnistaa materiaalirainan tai kudoksen kuten huovan tai viiran reunan sijainti ja/tai läsnäolo sen prosessin eri vaiheissa. Näissä tarkoituk- 2 94176 sissa käytetään yleisesti valosähköisiä tunnistuslaitteita. Ennestään tunnetut tunnistuslaitteet toimivat yleensä siten, että valolähde ja -kenno asetetaan valvottavan kudoksen tai rainan vastakkaisille puolille ja rainan katkeaminen ja/tai sen tai kudoksen reunan siirtyminen 5 aiheuttaa sen, että valokenno vastaanottaa valonsäteen, antaa impulssin edelleen ja tästä seuraa hälytys ja mahdollisesti muita toimenpiteitä.

Paperikoneen viiran reunan seurannassa on ennestään tunnettua käyttää kolmea rinnakkaista valokennoa, jotka kukin toimivat on/off-periaat-10 teella. Tämän seurantalaitteen tarkkuus ja/tai valvonta-alueen laajuus on kuitenkin osoittautunut useissa sovelluksissa epätyydyttäväksi.

Lisäksi ennestään tunnetaan erilaisia tunnistuslaitteita, jotka perustuvat valvottavasta materiaalista tapahtuvaan valonheijastukseen ja 15 siinä havaittuihin muutoksiin. Esimerkkinä näistä laitteista viitataan US-patenttiin 4 146 797, jossa on esitetty materiaalirainan reunan sijainnin tunnistuslaite, joka käsittää valolähteen ja valonilmaisimen. Tämän laitteen valolähde kohdistaa valospotin valvottavan rainan reuna-alueelle, jonka asemaa valvotaan, ja radan reunan asemaa mitataan hei-20 jastuvan valon intensiteetissä tapahtuvien muutosten perusteella.

Ennestään tunnetut valosähköiset tunnistuslaitteet eivät toimi kaikissa suhteissa moitteettomasti, vaan niissä esiintyy häiriöitä ja ne vaativat jatkuvaa valvontaa, usein toistuvaa kalibrointia ja puhdistusta.

25 Esimerkiksi paperikoneet ovat hyvin vaativa käyttöympäristö suuren lämpötilan ja kosteuden sekä epäpuhtauksien vuoksi, jotka aiheuttavat häiriöitä tunnettuihin valosähköisiin tunnistimiin. Paperikoneiden nopeuksien noustessa ovat kyseiset ongelmat entisestään lisääntyneet.

30 Paperikoneiden nopeuksien nousu vaikuttaa asiassa myös sitä kautta, että paperikoneen kudosten poikittaista asemaa hallitseville säätöjärjestelmille asetetaan entistä suurempia vaatimuksia, jotka kohdistuvat etenkin kudoksen aseman mittauksen tarkkuuteen ja nopeuteen.

35 Tunnettujen radanseurantalaitteiden toimintaa häiritsevät myös taustavalo ja sen muutokset, kuten loistelamppujen verkkotaajuudesta johtuvat

Il IN Ί Mil I l i «I

3 94176 värinät. Paperikoneen ympäristössä on myös huomattava määrä infrapuna-säteilyä, joille useimmat valokennot ovat herkkiä, mistä aiheutuu myös häiriöitä valosähköisiin tunnistuslaitteisiin.

5 Keksintöön liittyvän lähimmän tekniikan tason osalta viitataan US-pa-tenttiin 4 146 797 ja hakijan FI-hakemukseen 910571 (vast. US-hak.

719 762 ja vast. EP-hak. 91 850 153.7). Viimemainituissa hakemuksissa on esitetty menetelmä ja laite liikkuvan materiaalirainan tunnistuksessa, jossa materiaalirainaan kohdistetaan lähetinlaitteella valon-10 säde, joka aiheuttaa tunnistettavan materiaalirainan pinnasta heijastuvan valonsäteen. Tämä muutetaan vastaanottolaitteella sähkösignaaliksi, jonka perusteella suoritetaan materiaalirainan läsnäolon, laadun, kunnon ja/tai aseman tunnistus. Valolähettimestä lähetetyn valonsäteen intensiteettiä säädetään heijastuvan valonsäteen intensiteetin perus-15 teella. Heijastuvasta valonsäteestä johdetun sähköisen tunnistussignaalin referenssitasoa tai -tasoja adaptoidaan käyttöympäristöä vastaavaksi tunnistuksen optimoimiseksi ja ympäristöhäiriöiden minimoiseksi. Laite käsittää mikroprosessorin, jolle analogisignaali tuodaan A/D-muuntimen kautta. Mikroprosessori ohjaa lähetettävän valon intensitee-20 tin säätöyksikköä, joka ohjaa säädettävää jännitelähdettä, josta annetaan valolähettimelle säädetty toimintajännite.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on kehittää edelleen edellä esitetyistä viitteistä ilmenevää tekniikan tasoa ja saada aikaan uusi • 25 kudoksen tai materiaalirainan seurantajärjestelmä etenkin paperikonei siin, joka järjestelmä on toiminnaltaan luotettava ja häiriösietoinen sekä käytöltään entistä monipuolisempi sekä radan aseman ilmaisun osalta entistä tarkempi ja nopeampi.

30 Keksinnön ei-välttämättömänä lisätarkoituksena on aikaansaada sellainen menetelmä ja laite, jossa voidaan käyttää kahta tai useampaakin mit-tauspäätä, jotka voidaan sijoittaa seurattavan radan samalle reunalle ja/tai vastakkaisille reunoille. Viimemainitussa tapauksessa voidaan keksinnön menetelmään ja laitteeseen integroida myös radan leveyden 35 mittaus. Käytettäessä kahta tai useampaa kudoksen tai rainan samalla reunalla olevaa mittauspäätä, voidaan keksinnön mukaista seurantajär- 4 94176 jestelmää käyttää myös radan nopeuden ja/tai sen reunavikojen ilmaisuun.

Edellä esitettyihin ja myöhemmin selviäviin päämääriin pääsemiseksi 5 keksinnön menetelmälle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että seurattavan radan reunan tai vastaavan tarkka sijainti määrätään analogisesti vertailemalla viimemainitun säteilylähteen lähimpien vierekkäisten vastaanottimien signaalien amplitudeja keskenään.

10 Keksinnön mukaiselle laitteelle on puolestaan tunnusomaista se, että laitteen mittapäähän on keskenään vuorotellen sijoitettu säteilylähet-timiä ja -vastaanottimia riviin tai vastaavaan muodostelmaan, jonka pääsuunta on poikittainen seurattavan radan kulkusuuntaan nähden, että kunkin kahden peräkkäisen säteilylähettimen väliin sijoitettu säteily-15 vastaanotin on järjestetty havaitsemaan molemmista mainituista säteily-lähettimistä peräisin olevaa seurattavasta radasta ja/tai taustasta heijastunutta säteilyä.

Keksinnössä sovelletaan analogis-digitaalista mittausperiaatetta siten, 20 että seurattavan radan reunan tai muun epäjatkuvuuskohdan radan kulkusuuntaan nähden poikittainen karkea asema määrätään digitaalisella periaatteella ja tarkka asema analogisesti vertailemalla niiden kahden vierekkäisen säteilyvastaanottimen, joiden välisen säteilylähettimen kohdalla radan reuna on, signaalien tasoa toisiinsa, jolloin analogi-• 25 sessa määrityksessä voidaan sopivimmin soveltaa lineaarista mallia.

Keksinnössä käytetään edullisimmin mittaussäteilynä pulssitettua (λ » 620 nm) valoa siten, että mittauspulssit ohjataan vuorotellen peräkkäin pyyhkäisemään eri säteilylähettimet, joiden valopulssin kes-30 ton aikana tarkalleen määrättynä ajankohtana suoritetaan em. lähettiini-. en välisen vastaanottimen luenta. Mainittuja mittauspulssisarjoja tois tetaan riittävän tihein välein niin, että saadaan aikaan tarpeellinen havaintoresoluutio.

Il IN t III' I i f Ml > 35 5 94176

Mittausjärjestelmässä käytetään sopivimmin erillistä elektroniikka-yksikköä, jossa suoritetaan mittaustulosten laskenta ja muu käsittely-sekä mittaussekvenssien ohjaus. Elektroniikkayksikön ja mittauspään välisen tiedonsiirtokanavan kapasiteetin pitämiseksi kohtuullisena on 5 edullista sijoittaa tietty määrä ohjauselektroniikkaa ja "älykkyyttä" itse mittauspäähän.

Keksinnön edullisessa sovellusmuodossa säteilylähetinten/-vastaanotin-ten rivi ulotetaan leveämmälle alueelle kuin itse mittausalue niin, 10 että radan reunan seurannassa radan ulkopuolelta katsottuna ensimmäinen lähetin suuntaa keilansa aina taustaan ja viimeinen lähetin aina mitattavan radan pintaan.

On korostettava, että vaikka edellä ja seuraavassa puhutaan "valosta", 15 ei välttämättä tarkoiteta näkyvää valoa, vaan joissakin tapauksissa voidaan käyttää myös näkyvän valon aallonpituuden ulkopuolella olevaa sähkömagneettista säteilyä, etenkin infrapunasäteilyä, jolla on seurattavasta kohteesta sopivat heijastusominaisuudet sekä vähäiset häiriöt.

20 Keksinnön piiriin kuuluvat myös sovellutukset, joissa käytetään sähkömagneettiseen ilmiöön perustuvaa induktiomittausta, jolloin tunnistettavana rainana on johtavaa materiaalia oleva raina tai johtavaa materiaalia oleva nauha niin, että voidaan soveltaa kierrevirtaperiaatetta mittauksessa.

• : 25

Myöhemmin seurattavasta kohteesta käytetään nimitystä rata, millä tarkoitetaan yleensä liikkuvaa materiaalirainaa, kuten paperi- tai karton-kirainaa tai muuta prosessiteollisuudessa valmistettavaa materiaalirainaa, tai suljetun silmukan muodostavia kudoksia kuten paperikoneen 30 muodostusviiraa, kuivatusviiraa tai puristinhuopaa.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisen piirustuksen kuvioissa esitettyihin keksinnön eräisiin sovellus e s imerkkeihin, joiden yksityiskohtiin keksintöä ei ole mitenkään 35 ahtaasti rajoitettu.

6 94176

Kuvio 1 esittää kaaviollisesti ja osittain lohkokaaviona keksinnön mukaista radan seurantajärjestelmää.

Kuvio 2 esittää keksinnön mukaista mittapäätä keskeisenä aksiaalileik-5 kauksena kuvioon 3 merkittyä viivaa II-Il pitkin.

Kuvio 3 esittää pystypoikkileikkausta III-III kuviossa 2.

Kuvio 4 esittää mittapääyksikön ja keskusyksikön sähkökytkentöjä ja 10 näiden yksiköiden keskinäistä yhteensovitusta.

Kuvio 5 esittää keksinnön mukaisen seurantajärjestelmän elektroniikka-yksikön kuviota 1 tarkempaa lohkokaaviota.

15 Kuvio 6 havainnollistaa keksinnön mukaisten mittapäiden edullisia eri sijoitus-positioita paperikoneella.

Kuvio 7 esittää keksinnön mukaisten mittapäiden järjestelyä seurattavan radan vastakkaisten reunojen yhteyteen.

20

Kuvio 8 esittää kuviota 7 vastaavalla tavalla kahden keksinnön mukaisen mittapään sijoitusta peräkkäin seurattavan radan saman reunan yhteyteen.

25 Kuvio 9 esittää keksinnön mukaisten mittapäiden sovellusta paperikoneen kuivatusosan yksiviiravientiryhmään paperirainan katkodetektoriksi.

Kuvio 10 esittää keksinnön mukaisten mittapään sovitusta puristinosaan katkodetektoriksi.

30

Kuviossa 1 on esitetty keksinnön mukaisen seurantajärjestelmän lohko-kaavio ja periaatteellinen toteutusesimerkki. Järjestelmällä seurataan paperikoneen viiran 10 toisen reunan 10a sijaintia poikkisuunnassa. Seurattavana ratana voi olla myöskin muu kuin viira esim. huopa tai 35 paperi- tai kartonkirainan reuna tai reunat. Radan 10 reunan 10a asemaa säädetään ohjaustelalla 11, jonka toisen akselitapin 11a asemaa sääde- il m t ui: i i i n· .

7 94176 tään mekaanisella toimilaitteella, mitä kaaviollisesti kuvaa nuoli 12. Radan 10 reunan 10a tuntumaan on sijoitettu kaksi peräkkäistä mitta-päätä 15A ja 15B, jotka on kiinnitetty sopivimmin korkeusasemaltaan säädettäväksi pystyvarsiin 14, jotka on kiinnitetty paperikoneen hoito-5 puolelle sen runkopalkin 13 varaan.

Kuvion 1 mukaisesti seurantajärjestelmään kuuluu elektroniikkayksikkö 40, joka on yhdistetty mittapäihin 15A ja 15B sähkökaapelein 26. Elektroni ikkayksikkö 40 käsittää toisiinsa yhteenkytketyt ohjaimen 45, mik-10 roprosessorin 46, näytön 41, RAM:n 48, EPR0M:n 47. Mittaussignaalit tuodaan mittapäistä 15A ja 15B kaapelien 26 kautta esivahvistimille 42, jotka on yhdistetty ohjauslogiikkaan 43, joka puolestaan on kytketty ohjaimeen 45 ja mittauksen laskentayksikköön 44. Yksiköt 43 ja 45 ohjaavat mittapäiden 15a ja 15b mittaussekvenssejä, joita toistetaan 15 tietyin välein.

Mittausjärjestelmään kuuluu edelleen mekaaninen ohjausyksikkö 50, joka on kaapelilla 51 yhdistetty ohjaimeen 45. Yksikkö 50 antaa yhteen 52 välityksellä ohjaussignaalin johtotelan 11 toista akselitappia liikut-20 tavalle toimilaitteelle 12. Elektroniikkayksikkö 40 on yhdistetty sar-jakaapelilla 54 (RS-485) ja/tai I/O-ohjausjohtimilla 55a ja 55b PLC-tai muuhun vastaavaan prosessi- tai automaatiojärjestelmään 53, joka ohjaa koko prosessin kuten paperikoneen toimintaa.

25 Elektroniikkayksikkö 40 on kytketty ohjauspulpettiin 56, jonka välityksellä mm. radanseurantajärjestelmää ja radan 10 poikittaista asemaa voidaan manuaalisesti ohjata. Manuaalinen ohjaus voidaan toteuttaa myös automaatiojärjestelmällä 55 sarjakaapelin 54 välityksellä.

30 Kuviossa 1 esitetty järjestelmä toimii periaatteellisesti seuraavasti. Mittapäät 15A ja 15B kohdistavat radan 10 reunan 10a alueelle valokei-laston L, josta osa heijastuu radasta 10 ja osa taustasta. Mittapäistä 15A,15B siirretään mittaussignaalit kaapelien 26 välityksellä elekt-roniikkayksikköön 40, joka käsittelee mittaussignaaleja myöhemmin tar-35 kemmin selviävällä tavalla. Elektroniikkayksikön 40 ohjausyksikkö 45 ja ohjainlogiikka 43 antavat kaapeleiden 26 välityksellä ohjaussignaaleja, 8 94176 joilla ohjataan mittauspäiden 15A ja 15B toimintasekvenssejä, joita toistetaan tietyin välein. Täten tiedonsiirto kaapeleissa 26 tapahtuu kaksisuuntaisesti. Tietty määrä elektroniikkaa ja "älykkyyttä" voidaan sijoittaa myös itse mittapäihin 15A ja 15B.

5

Elektroniikkayksikkö 40 antaa kaapelin 51 välityksellä ohjaussignaalin yksikölle 50, joka puolestaan antaa säätösignaalin ohjaustelan 11 toimilaitteelle 12 siten, että radan 10 reuna 10a ohjataan ja pidetään takaisinkytketyllä säätöjärjestelmällä asetusarvon määräämässä asemassa. 10 Lisäksi elektroniikkayksikkö 40 on kytketty paperikoneen tai vastaavaan varsinaiseen automaatiojärjestelmään 53 niin, että elektroniikkayksikkö 40 voi saada kaapelien 54,55a ja 55b välityksellä ohjaussignaaleja ja vastaavasti antaa järjestelmälle 53 erilaisia signaaleja.

15 Seuraavassa selostetaan kuvioihin 2 ja 3 viitaten keksinnön mukaisen mittapään 15 eräs edullinen rakenne- ja toimintaesimerkki. Mittapää 15 käsittää sylinterimäisen kotelo-osan 16, jonka toisessa päässä on suljettu päätyseinämä 16a ja sen vastakkaisella puolelle toinen pää-tyseinämä 16b, jossa on liitännät kaapelia 26 ja jäähdytys- ja/tai 20 puhdistusilman tuloa Ain varten.

Mittapäässä 15 on kotelon 16 sisällä mittausvalon kuusi lähetinlediä 201...206 ja viisi vastaanotindiodia 30^..305. Lähettimet 20 ja vastaanottimet 30 on sijoitettu tasavälein suoraan riviin siten, että jo-25 kaisen vastaanottimen 30 molemmin puolin ovat lähettimet 20 esim. niin, että osat 20 ja 30 ovat n. 20 mm:n tasavälein toisistaan. Kukin vastaanotin 30 näkee (näkösektori R) puolet molempien vieressään olevien lähettimien 20 valokeilojen L valaisemista alueista. Lähettimet 20 ohjataan elektroniikkayksiköllä 40 päälle vuorotellen tietyssä järjes-30 tyksessä siten, että aina on yht'aikaa päällä kaksi vierekkäistä lähetintä 20, lukuunottamatta referenssisignaalin lähetystä. Samanaikaisesti tapahtuu aina em. lähettimien 20 välissä olevan vastaanottimen 30 luku. Lähettimien 20 säteilypulssien kestoaika on esim. 10-100 με, sopivimmin n. 50 με. Vastaanotin 30 luetaan aina tietyllä hetkellä em. 35 lähettimien säteilypulssin kestoaikana.

il laiMMiia * 9 94176

Mittapään kaksi ulointa lähetintä 20a ja 206 ovat referenssilähettimiä, joiden keilat L osuvat aina sisin kokonaan seurattavan kohteen 10;W pinnalle ja uloin kokonaan kohteen 10;W ulkopuolelle. Kuitenkin lähetintä 201 ja 206 käytetään myös mittaussignaalin muodostamiseen vastaan-5 ottimien 30j ja 305 kanssa. Kohteen 10;W reunan 10a oletetaan aina pysyvän mainittujen ulommaisten keilojen L välissä. Varsinaiset mittauskei-lat L ovat siis keilat 2.-5. Kukin keila L valaisee esim. 40-50 mm:n alueen. Varsinaisen mittausalueen leveys on yleensä n. 100-200 mm, sopivimmin. n. 160 mm. Keilat L menevät osittain päällekkäin ja varmis-10 tavat näin, ettei keilojen L välille jää katve-alueitä. Lähettimien 20 keilat L muodostetaan linssin 21 ja rajoittajan 21a avulla ledin valosta. Keilojen L kirkkaus pyritään saamaan koko heijastusalueella mahdollisimman tasaiseksi. Tätä varten elektroniikassa 40 lasketaan kor-jauskertoimet kullekin lähettimelle, jotta laskennallinen kirkkaus on 15 sama. Vastaanottimien 30 edessä ei ole linssejä, vaan suodattimet 32, joilla poistetaan suurin osa ulkoisen valaistuksen aiheuttamista häiriöistä .

Lähettimet 20 ja vastaanottimet 30 on kiinnitetty optiikkarunkoon 25 20 erillisillä pitimillä, joissa on pieni säätövara keilojen L tarkempaa suuntausta varten. Lähettimien 20 ja vastaanottimien 30 ohjauselekt-roniikkaa on sijoitettu kortille 22, joka on kiinnitetty korotushol-keilla suoraan runkoon 23. Runko 23 ja elektroniikkakortti 22 on suojattu kaksoiskotelolla 16,16C tai yhdellä kotelolla 16 ja eristeaineel-.· 25 la 17. Sisäkotelon 16C ja ulkokotelon 16 välissä on lämpöeristys 17 ulkoa siirtyvän lämmön vähentämiseksi.

Mittapään 15 jäähdytys tapahtuu ilmapuhalluksella Ain-A0ut, joka poistuu (Aout) valoaukon 19a muodostavan suuttimen 19 kautta. Poistoilmavirtauk-30 sen A^ tehtävänä on estää likapartikkelien pääsy suuttimen 19 sisäpuolelle ja valoaukkoa 19a suojaavan lasin 19b pintaan. Jäähdytysilma johdetaan (Ain) sisäkotelosta 16c suuttimen tasauskammioon peiteläpillä sulkeutuvien reikien kautta, joiden läppien tehtävänä on sulkea reiät, jos ilmapuhallus lakkaa tai pesuvesi yrittää rei'istä sisälle. Suut-35 timen 19 tasauskammion tehtävänä on tasoittaa virtausta suuttimen eri pisteissä. Suutin 19 on tehty lämpöä huonosti johtavasta aineesta veden 10 94176 kondensoitumisen estämiseksi. Ulkokotelo 16 on sileä haponkestävä putki, joka toimii varsinaisena tukirunkona ja mekaanisena suojana sekä mittapään 15 kiinnitysvartena.

5 Valokeilojen L sektorin leveys a kohteen 10;W liikesuunnassa v on yleensä alueella a = 10...30 mm, sopivimmin n. 20 mm, ja vastaava valokeilan L sektorin leveys kohtisuorassa suunnassa b ~ 35...45 mm, sopivimmin n. 40 mm. Vastaanottimien 30 näkösektorin kulmaleveys c on yleensä alueella c = 70...90 mm, sopivimmin n. 80 mm. Mittapään etäi-10 syys H kohteesta 10;W on yleensä välillä H - 150...250 mm ja se voidaan tarvittaessa järjestää säädettäväksi muuttamalla mittapään 15 asemaa tukivarressaan 14.

Kuten sanottu, lähettiraiä 20 on edullisesti yksi enemmän kuin vastaan-15 ottimia 30 (N — M - 1). Lähettimien 20 lukumäärä N on yleensä alueella N - 4...10, sopivimmin N - 5...7. lähettimien 20 lukumäärä N riippuu tarvittavan mittausalueen leveydestä ja joissakin erikoissovelluksissa voidaan käyttää jopa useita kymmeniä lähettimiä, esim. kun mitataan rainan leveyttä, jolloin mittapää voi ulottua suurelle osalle mitatta-20 van rainan leveyttä.

Keksinnön mukaisen mittausjärjestelmän toiminta perustuu siihen, että lähettimien 20 antama valo heijastuu takaisin eri tavalla kohteesta 10;W ja taustasta. Valolähettimet 20 kytketään päälle sopivimmin siten, 25 että syntyy "pyyhkäisevä" valaisu. Kun valo osuu kohteeseen 10;W, se heijastuu takaisin voimakkaammin kuin kohteen 10;W reunan 10a ulkopuolelle osuessaan ja eri vastaanottimista 30 saatavassa signaalissa on havaittavissa selvä muutos reunan 10a kohdalla. Taustasta heijastuva valomäärä on yleensä pienempi kuin kohteesta 10;W heijastuva, koska 30 etäisyys taustaan on huomattavasti suurempi. Keksinnössä kohteen 10;W reunan 10a karkea sijainti saadaan selville siitä, minkä lähetinkeilan Ln alueella suurin muutos tapahtuu ja tarkka sijainti saadaan määrätyksi vertailemalla kyseisen lähetinkeilan L* viereisten vastaanottimien 30,,^ ja 30n signaalien arvoja keskenään.

35 11 94176

Reunan 10a tarkka paikka voidaan keksinnössä edullisesti määrätä käyttämällä lineaarista mallia, jonka lähtökohtana on viimemainittujen vastaanottimien 30^ ja 30n signaalien arvon erotus ja erotuksen etumerkki. Näin ollen keksinnössä on uudella tavalla yhdistetty digitaa-5 linen ja analoginen mittausperiaate niin, että reunan 10a sijainnin karkea asema määrätään digitaalisesti ja tarkka asema analogisella periaatteella. Näin voidaan toteuttaa erityisen tarkka ja häiriötön mittaus, joka soveltuu myös radan 10;W leveyden ja erikoistapauksessa myös nopeuden mittaukseen esim. korrelaatiotekniikkaa hyväksikäyttäen.

10

Perusvertailu ja kalibrointi tapahtuu referenssilähettimien 20x ja 206 alueilta saataviin signaaleihin. Referenssilähettimet 20x ja 206 sijaitsevat valopalkin molemmissa päissä, jolloin toisen keila osuu aina kohteen 10;W pinnalle ja toisen keilan kohteen ulkopuolelle.

15

Seuraavassa selostetaan kuvioon 4 viitaten mittapään 15 ja keskusyksikön 40 sähköinen kytkentä ja keskinäinen yhteenliittäminen.

Elektroniikkakeskusyksikön 40 mikroprosessori 49 lähettää ohjaussignaa-20 Iin mittapään 15 elektroniikan multipleksaus- ja demultipleksauspii-reille 80,81 ohjaussignaalikaapelia c pitkin. Kun ohjaussignaali on annettu, lähettää lähetinledi 20x valopulssin ja vastaanotin 30j mittaa takaisinheijastuvaa valoa, siirtää signaalin esivahvistimen 42 kautta MUX-piirille 80 ja sieltä linjasovittimen 57a läpi signaalikaapeliin ja 25 edelleen elektroniikkayksikölle 40, jossa signaali muutetaan digitaaliseksi, suodatetaan digitaalifiltterillä 82 ja ohjataan edelleen /jP:lle 49 laskentaa varten. Täten saadaan ensimmäinen referenssitaso. Seuraa-vaksi elektroniikkayksikkö 40 ohjaa ledit 20x ja 202 sekä vastaanottimen 30x päälle, jonka signaalista yksikkö 40 muodostaa ensimmäisen mittasig-30 naalin. Nämä vaiheet toistetaan kunnes tullaan toiselle referenssilä-hettimelle 206, jonka ohjaus hoidetaan kuten ensimmäisen 20χ. Lisäksi viimeisenä otetaan näyte NTC-anturilta (ei esitetty) ja sen signaalin perusteella muodostetaan tieto mittapään 15 lämpötilasta. Mittapään jännitesyöttö tuodaan johtimien 26 välityksellä elektroniikkayksiköltä 35 40. Lähetinledien 20 kirkkautta säädetään referenssisignaalin perus- • 12 94176 teella virransäätöyksiköllä 83 siten, että likaisuus vastaanottimien 30 pinnalla ei aiheuta signaalin vääristymää.

Seuraavassa esitetään kuvioon 5 viitaten elektroniikkayksikön 40 tar-5 kempi rakenne lohkokaaviona sekä pääasiallinen toiminta.

Prosessorin 49 ympäristöön kuuluu kiinteänä osana kello-oskillaattori 65, RESET-logiikka 66, väyläohjain 59 ja RS-sovittimet 67 ja 68. Kello-oskillaattori 65 tahdittaa CPU:ta 49 ja samalla tahdittaa näytteenotto-10 taajuutta antureilta. RESET-logiikka 66 valvoo CPU:n 49 toimintaa.

CPU 49 lähettää käskyn linjaohjaimelle 57c ohjaamaan mittapään 15 mittaustoimintoja. Linjaohjain 57c lähettää mittapäälle kellopulssin ja RESET-pulssin, joilla tahdistetaan lähetinledit 20 ja vastaanotindiodit 30. Mitattu anturisignaali S tuodaan johdinta 84 pitkin linjasovitti-15 melle ja vahvistimelle 57a ja johdetaan edelleen CPU:lie 49, jossa suoritetaan tiedon vastaanotto ja siirretään tulos edelleen RAM-muis-tiin 48, josta se sitten haetaan laskentaa varten takaisin CPU:hun 49. NVRAM:ssa 57 säilytetään tapauskohtaiset viritysparametrit ja EPROM:ssa 47 sijaitsee varsinainen ohjelma, joista CPU 49 hakee tarvittavat para-20 metrit ja ohjelmat. LCD-näyttö ja käyttökytkimet liittyvät prosessori-väylän väyläohjaimeen 59 käyttäjäliitynnällä 58. I/0:t tuodaan erotti-mille 69 ja 70, joista ne johdetaan porttien 60 ja 61 kautta prosessorille 49. Analogia l/0:t johdetaan I/U-muuntimien 71 ja erottimien 62 kautta CPU:lie 49 sekä D/A-muuntimien 64, erottimien 63 ja U/I-muunti- % V 25 mien kautta CPU:lta 49. Jos laskenta on havainnut, että mittapää 15 on vähän likaantunut, ohjaa CPU 49 LEDien 20 ohjaussignaalia C suuremmaksi vahvistimen 57b välityksellä ja näin suurennetaan LEDien 20 valon kirkkautta. Anturikohtaisia osia 57 on elektroniikassa 40 kahdelle mittapäälle .

30

Kuviossa 6 on esitetty kaaviollisesti paperikone ja keksinnön mukaisten mittapäiden 15 edullisia sijoituksia sen yhteyteen. Hyvin kaaviollisesti esitetty paperikone käsittää viiraosan 70, puristusosan 71, kuiva-tusosan 73 ja rullaimen 74. Paperirata W siirretään muodostusviiralta 35 10A pick-up-kohdassa P puristinhuovalle, joka vie sen puristusnippien Ν2 ja N2 läpi, minkä jälkeen raina W siirtyy kolmanteen puristusnippiin N3 13 94176 ja siitä edelleen neljännen erillisnipin N* alahuovalle 10D. Neljännen nipin N4 ylätelalta raina W siirretään vapaana vetona Wc kuivatusviiral-le 10E ja edelleen kuivatusosan 73 läpi. Tämän jälkeen raina W siirretään vapaana vetona rullaimelle 74.

5

Kuviossa 6 on esitetty keksinnön mukaiset mittapäät 15 positiossa 1 seuraamassa muodostusviiran 10A, puristushuovan 10B, 10C ja 10D sekä kuivatusviiran 10E reunaa. Lisäksi keksinnön mukainen mittapää 15 on esitetty sovitetuksi positioon 2 seuraamaan rainan W vapaalla välillä W0 10 ja Wx läsnäoloa siis havaitsemaan katkoa ja/tai rainan W reunan sijaintia ja/tai rainan leveyttä T. Positiossa 3 on mittapää 15 esitetty seuraamaan kuivatusosalla 73 kuivatusviiran 10E varassa kulkevan rainan W läsnäoloa ja/tai reunan sijaintia ja/tai leveyttä.

15 Kuviossa 7 on esitetty viiran 10 tai rainan W molemmille reunoille 10a ja 10b sijoitetuiksi keksinnön mukaiset mittapäät 15A ja 15C, joilla seurataan reunojen 10a ja 10b asemaa. Mittapäiden 15A ja 15C signaalien yhteiskäsittelyllä voidaan myös seurata ja mitata rainan W poikittaista leveyttä T, kun mittapäiden keskinäinen väli T0 tarkasti tunnetaan.

20 Täten voidaan keksinnön menetelmällä seurata esim. rainan W kuivatus-kutistumaa sen kulkiessa kuivatusosan 73 läpi ja samalla kuivuessa ja sen johdosta poikkisuunnassa kutistuessa.

Kuviossa 8 on esitetty kaksi peräkkäistä mittapäätä 15A ja 15B sijoite-25 tuksi tietylle keskinäiselle etäisyydelle M. Mittapäät 15A ja 15B voivat toimia "rinnan" siten, että ne varmistavat toistensa toimintaa niin, että toinen mittapää 15A.15B voi tulla toimimattomaksi ja se voidaan jopa ottaa huoltoon kuitenkaan seurannan siitä kärsimättä. Lisämahdollisuus mittapäiden 15A ja 15B yhteiskäytölle on se, että 30 niillä mitataan viiran 10 tai rainan W reunan 10a sijainnin lisäksi myös viiran 10 ja/tai rainan W nopeutta v määräämällä se aika t0, joka viiralla 10 ja/tai rainalla W kuluu sen kulkiessa mittapäiden 15A ja 15B välimatkan M (v - M/t0). Aika t0 voidaan määrätä käsittelemällä , mittapäistä 15A ja 15B saatavia sähkösignaaleja korralaatiotekniikalla.

35 Viiran 10 tai rainan W reuna aina jossain määrin "elää" (reuna 10a ei ole suora viiva), mikä aiheuttaa mittapäistä 15A ja 15B saatavissa 14 94176 sähkösignaaleissa vastaavan suurtaajuisen värähtelyn, jolloin korrelaa-tiotekniikalla saadaan aika t0 muutoin sinänsä tunnetusti määrätyksi. Niiden värähtelyjen, joiden perusteella nopeus v määrätään, taajuusalue on huomattavasti suurempi, ainakin kertaluokkaa suurempi, kuin radan 5 10;W aseman muutostaajuus. Täten mainitut muutos signaalit ovat esim.

suodattimilla erotettavissa toisistaan. Korrelaatiotekniikan periaatteita on selostettu paperikoneen massasuspension virtausnopeuden mittauksen osalta esim. FI-patentissa 67627 (vast. US-pat. 4,484,478).

10 Kuvion 9 mukaisesti keksinnön mukaiset mittapäät 15 on sijoitettu kui-vatusviiralla 10E kulkevan paperirainan W tuntumaan toimimaan radan W katkon ilmaisimena kuivatusosassa 73 kuivatusviira 10E kulkiessa kuiva-tussylinterien 73a ja kääntöimutelojen 73b ympäri siten, että kuivattava raina W tulee kuivatusviiran 10E painamana suoraan sylinterien 73a 15 kuumennettua pintaa vasten ja kääntöimuteloilla 73b ulkokaarteen puolella, jolloin rainan W läsnäolo ja/tai sen reunan 10a sijainti havaitaan keksinnön mukaisella mittapäällä 15. Samassa yhteydessä voidaan myös havaita rainan W molempien reunojen 10a,10b sijainti ja sitä kautta kuviossa 7 selostetulla periaatteella rainan W leveys T esim. kun 20 halutaan seurata rainan W kuivatuskutistumaa sen kulkiessa kuivatusosan 73 läpi ja samalla kuivaessa.

Kuviossa 10 on esitetty mittapää 15 sijoitetuksi puristinosan viimeisen nipin NA jälkeen rainan W avoimelle vedolle W0 kun se viedään kuivatus-25 viiralle 10E. Myös tässä yhteydessä voidaan rainan W0 katkon lisäksi havaita sen toisen tai molempien reunojen 10a,10b sijaintia ja sitä kautta voidaan tarvittaessa myös mitata rainan W leveyttä.

Seuraavassa esitetään patenttivaatimukset, joiden määrittelemän keksin-30 nöllisen ajatuksen puitteissa keksinnön eri yksityiskohdat voivat vaih-: della ja poiketa edellä vain esimerkinomaisesti esitetystä.

Claims (16)

1. Menetelmä liikkuvan radan kuten paperikoneen viiran (10), huovan tai materiaalirainan (W) kuten kartonki- tai paperirainan seurannassa, 5 jossa menetelmässä seurattavan radan (10;W) pintaan kohdistetaan lähe-tinsarjalla (201...20H) säteilypalkki (L), joka on poikittainen radan (10;W) liikesuuntaan (v) nähden ja havaitaan radasta (10;W) ja taustasta heijastuvaa säteilyä vastaanotinsarjalla (30^..30^, josta saadut mittaussignaalit johdetaan elektroniikkayksikölle (40), jolla mittaus-10 signaaleista ilmaistaan radan seurantaa karakterisoiva suure, ja jossa menetelmässä seurattavan radan (10;W) reunan (10a), reunojen (10a,10b) tai vastaavien epäjatkuvuuskohtien karkea sijainti havaitaan "digitaalisesti" sillä perusteella, minkä säteilylähettimen (20n) säteilykeilan (I,,) alueella tapahtuu vastaanotetussa säteilyssä suurin muutos, 15 tunnettu siitä, että seurattavan radan reunan (10,*W) tai vastaavan tarkka sijainti määrätään analogisesti vertailemalla viimemainitun säteilylähteen (20n) lähimpien vierekkäisten vastaanottimien (30n.1,30n) signaalien amplitudeja keskenään.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että säteilylähettimet (20) kytketään päälle vuorotellen peräkkäin siten, että syntyy "pyyhkäisevä" säteilypalkki (L) ja kunkin lähetin-pulssin kanssa synkronoidusti suoritetaan vastaanottopulssien luku lähetinpulssin aikana määrätyllä hetkellä ja että mittaussekVenssit ·. 25 toistetaan mittausresoluution kannalta riittävän tihein välein elekt roni ikkayksikön (40) ohjauksella.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunne ttu siitä, että säteilylähettimet (20) ohjataan elektroniikkayksiköllä (40) päälle 30 vuorotellen tietyssä järjestyksessä siten, että yht'aikaa on päällä > # ; kaksi vierekkäistä lähetintä (20n,20n+1) ja samanaikaisesti suoritetaan mainittujen lähettimien (20n,20n+1) välissä olevan vastaanottimen (30n) luku.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä käytetään kahta referenssilahetintä (20x ja 16 94176 20„), jotka sijoitetaan varsinaisen mittausalueen ulkopuolelle siten, että ensimmäinen lähettimen (20x) säteilykeila (Lx) osuu aina seurattavan reunan (10a) tai vastaavan ulkopuolelle ja viimeisen lähettimen (20h) säteilykeila (L^) osuu kokonaan seurattavan radan (10;W) alueelle. 5

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että säteilyn vastaanottimien (30) vierekkäiset näkösektorit (R) menevät reuna-alueiltaan päällekkäin.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmää soveltavat mittapäät (15A,15C) sijoitetaan olennaisesti samalle kohtaa seurattavan radan (10;W) molemmille reunoille (10a,10b) ja että mittapäistä (15A.15C) saatavien signaalien perusteella määrätään seurattavan radan (10;W) reunan (10a) tai reunojen 15 (10a,10b) sijainnin lisäksi tai asemesta radan poikittainen leveys (T) (kuvio 7).

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä käytetään seurattavan radan (10;W) samalle 20 reunalle (10a) tietylle keskinäiselle etäisyydelle M sovitettuja menetelmän mukaisesti toimivia mittapäitä (15A.15B), jotka toimivat "rinnan" toistensa toimintaa varmistaen ja/tai joista saatavien signaalien perusteella määrätään seurattavan radan nopeus v — M/t0 määräämällä radan kulkuaika t0 mainittujen mittapäiden (15A.15B) välimatkalla M ; 25 käyttäen hyväksi korrelaatiotekniikkaa.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmän mukaisesti toimivaa mittapäätä (15) käytetään lisäksi paperi- tai kartonkiradan (W) katkon eli läsnäolon havaitsemi- 30 seen radan (W) kulkiessa kudoksen kuten kuivatusviiran (10E) kannatuksessa ja/tai vapaana vetona (W^W^ .

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmän mukaisesti toimivasta mittapäästä (15A) tai 35 mittapäistä (ISA,15B,15C) saatavia mittaussignaaleja käytetään säätö-signaaleina takaisinkytketyssä säätöjärjestelmässä (40,50,52), jolla 17 94176 säädetään seurattavan radan (10) poikittaista asemaa hallitsevaa laitetta kuten ohjaustelaa (11) (kuvio 1).

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-9 mukainen menetelmä, tunnettu 5 siitä, että menetelmää sovelletaan paperikoneella siten, että johdetaan mittapään tai mittapäiden (15A,15B,15C) mittaussignaalit elektroniikka-yksikölle (40) tai keskusyksikölle, joka yhdistetään sarjakaapelilla (54) ja tai vastaavalla I/O-ohjausjohtimilla (55a,55b) paperikoneen prosessi- tai automaatiojärjestelmään (53) ja että mittapäiden mittaus-10 sekvenssiä ohjataan elektroniikkayksikön (40) tai keskusyksikön ohjaus-logiikalla (43) (kuvio 1).

11. Liikkuvan radan (10;W) reunan tai vastaavan seurantaan tarkoitettu laite, joka käsittää mittapään (15), joka on sovitettu kosketuksetto- 15 masti seurattavan radan (10,W) tuntumaan, jossa mittapäässä (15) on sarja säteilylähettimiä (20^..20(,) ja sarja säteilyvastaanottimia (30^..30()), jotka vastaanottavat mainituista säteilylähettimistä (20) peräisin olevaa seurattavasta radasta (10;W) ja taustasta heijastunutta säteilyä, minkä perusteella on muodostettavissa mittaussignaali, joka 20 kuvaa radan (10;W) reunan (10a) tai reunojen (10a,10b) asemaa ja/tai niiden välimatkaa ja/tai radan epäjatkuvuuskohtaa, joka laite käsittää elektroniikkayksikön (40) tai keskusyksikön, jossa on laitteen mittaus-sekvenssejä ohjaava ohjauslogiikka (43) sekä signaalin siirtoyksikkö (44), joka on sovitettu siirtämään eri vastaanottimista (30) saatuja ·. 25 signaaleja peräkkäisesti mainitulle elektroniikkayksikölle (40) tai keskusyksikölle, jossa on muodostettavissa radan (10;W) seurantasuure, tunnettu siitä, että laitteen mittapäähän (15) on keskenään vuorotellen sijoitettu säteilylähettimiä (20) ja -vastaanottimia (30) riviin tai vastaavaan muodostelmaan, jonka pääsuunta on poikittainen 30 seurattavan radan (10;W) kulkusuuntaan (V) nähden, että kunkin kahden : peräkkäisen säteilylähettimen (20n + 20n+1) väliin sijoitettu säteily- vastaanotin (30n) on järjestetty havaitsemaan molemmista mainituista säteilylähettimistä peräisin olevaa seurattavasta radasta (10;W) ja/tai taustasta heijastunutta säteilyä. 35 18 94176

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen laite, tunnettu siitä, että laite käsittää mittapään (15), jossa on kotelo (16) ja pitkänomainen säteilyn lähetys- ja vastaanottolkkuna (19a) ja että mainitun kotelon (16) sisälle on sovitettu riviin vuorottain säteilylähettimiä (20) 5 ja -vastaanottimia (30).

13. Patenttivaatimuksen 11 tai 12 mukainen laite, tunnettu siitä, että säteilylähettimenä (20) on LED:t ja -vastaanottimina (30) valodiodit, jotka on tasavälein sijoitettu riviin siten, että jokaisen 10 vastaanottimen (30) molemmin puolin on lähetin (20).

14. Jonkin patenttivaatimuksen 11-13 mukainen laite, tunnettu siitä, että kaksi ulointa säteilylähetintä (201,206) ovat referenssi-lähettimia, joiden säteilykeilat (L) osuvat aina toinen kokonaan seu- 15 rattavan radan (10;W) pinnalle ja toinen kokonaan sen ulkopuolelle.

15. Jonkin patenttivaatimuksen 11-14 mukainen laite, tunnettu siitä, että mittapää (15) on järjestetty koteloon, jossa on kaksi sisäkkäistä kuorta (16,16C), joiden välillä on lämpöeriste (17) ja että 20 mainittuun koteloon on yhdistetty jäähdytys- ja/tai puhdistusilman kierto (Ain-Aout).

15 94176

16. Jonkin patenttivaatimuksen 11-15 mukainen laite, tunnettu siitä, että mittapäässä (15) on N kpl lähettimiä, N - 4...15, sopivim- ; 25 min N - 5...8, ja/tai että säteilylähettimet (20) ja -vastaanottimet (30) ovat vuorotellen suorassa rivissä keskinäisellä etäisyydellä, joka on alueella 15...30 mm, sopivimmin n. 20 mm, ja/tai että mittapään (15) kohtisuora etäisyys H seurattavan radan (10;W) tasosta on alueella H — 150...250 mm ja/tai että mittausalueen laajuus on alueella 30 n. 100-200 mm ja/tai että säteilylähettimien (20) säteilypulssien kesto ·. on alueella 10...100 ps, sopivimmin n. 50 με. Il ΪΒ t MH I I » AI ! 19 94176