JP2010117362A - 移動ウェブの弾性係数を決定する方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ウェブ張力及びウェブ速度を使用して、移動ウェブ材料の弾性係数を動的に決定する方法を提供する。
【解決手段】第1のスパンにおいて移動ウェブの張力及び速度が決定される。また、該移動ウェブについて、第2のスパンにおいても移動ウェブの張力及び速度が決定される。次いで、2つのスパンにおける移動ウェブの張力及び速度値に従って、移動ウェブの弾性係数に類似した値を決定することができる。
【選択図】図1
【解決手段】第1のスパンにおいて移動ウェブの張力及び速度が決定される。また、該移動ウェブについて、第2のスパンにおいても移動ウェブの張力及び速度が決定される。次いで、2つのスパンにおける移動ウェブの張力及び速度値に従って、移動ウェブの弾性係数に類似した値を決定することができる。
【選択図】図1
Description
本発明は、移動ウェブの弾性係数を決定する方法に関する。より詳細には、該方法は、移動ウェブの弾性係数を連続的に決定することに関する。
印刷物、工業及びティッシュグレード紙、金属箔、セルロース及びポリマーフィルム、ワイヤ、ロープ、ストラップ、及び糸などのウェブ材料は、広く知られている。また、これらのウェブ材料から作製される製品も、広く知られている。ウェブ材料及びウェブ製品に関連した製造操作の生産性を向上させたいという目下の要望は、少なくとも一部には、ウェブ材料の取扱スピードの増大に焦点を合わせている。ウェブ取扱スピードが増大するにつれて、ウェブ材料のばらつきがウェブ取扱生産性に及ぼす悪影響も増大する。ウェブ引張強度やウェブ弾性係数のような特性の動的変化がウェブ取扱プロセスで適切に補正されないときには、その変化がウェブの破断を引き起こすことがある。
ウェブ材料の取扱いには、ロールから材料を巻き戻すことが含まれることが多い。ウェブ材料の弾性係数は、ロールを進むうちに変化することがある。弾性率の変化は、ウェブ材料の取扱特性に影響を及ぼす場合がある。ウェブ材料は、ウェブ取扱プロセスの制御システムによって試行される変更の影響を受けやすくなる、又は受けにくくなることがある。ロールが巻き戻されるときの弾性係数の変化を感知すると、ウェブを取扱いながら、ウェブ取扱プロセスの補正変更が弾性係数の変化を相殺できるようになる場合がある。
本発明は、移動ウェブ材料の弾性係数の動的決定のための方法を提供する。決定された弾性係数は、ウェブ取扱プロセスの制御スキームを修正するための入力として使用することができる。弾性係数の変化を感知し、感知された変化を制御スキームに組み入れることによって、弾性率変化の悪影響を緩和することができる。
本明細書では、移動ウェブ材料の弾性係数を決定する方法について説明する。ウェブ材料は、装置によって運搬される。該装置は、少なくとも第1のスパンと第2のスパンとを含む。移動ウェブ材料の第1のスパン及び第2のスパンそれぞれについて、該ウェブ材料の機械方向ウェブ張力アナログ値が決定される。第1のスパン及び第2のスパンそれぞれについて、機械方向ウェブ速度アナログ値が決定される。次いで、第1のスパン及び第2のスパンについてのウェブ張力アナログ値及びウェブ速度アナログ値に従って、該ウェブの弾性係数アナログ値を決定することができる。
本発明の別の態様では、ウェブ張力アナログ値及びウェブ速度アナログ値が決定され、それらを使用して該ウェブの流速アナログ値を決定する。流速アナログ値と、第1のスパン又は第2のスパンのいずれかからのウェブ張力アナログ値及びウェブ速度アナログ値とを使用して、弾性係数アナログ値についての値を決定することができる。
本明細書の特許請求の範囲は、本発明の主題を特に指摘し明確に請求するが、以下の本発明の詳細な説明を添付図面と併せて考慮すれば、本発明がよりよく理解されると考えられており、該添付図面では、幾つかの図の対応する特徴が同じく指定されている:
本明細書で使用するとき:
弾性係数アナログ値(modulus-of-elasticity-analog value)は、材料の変形時の該材料の応力−ひずみ曲線の傾きに類似した計算又は決定された値を表す。
本明細書で使用するとき:
弾性係数アナログ値(modulus-of-elasticity-analog value)は、材料の変形時の該材料の応力−ひずみ曲線の傾きに類似した計算又は決定された値を表す。
ウェブ張力アナログ値(web-tension-analog value)は、ウェブ材料の指定時点又は指定スパンにおける実際のウェブ張力に等しい値を含めた、ウェブ材料の機械方向張力に類似した決定又は計算された値を表す。
ウェブ速度アナログ値(web-velocity-analog value)は、ウェブ材料の所与の時点又は所与のスパンにおける実際のウェブ速度に等しい値を含めた、ウェブ材料の機械方向速度に類似した決定又は計算された値を表す。
流速アナログ値(flow-rate-analog value)は、ひずみのないウェブがウェブ取扱システムの一部分を通過することになる決定又は計算された理論速度を表す。
巻取り張力アナログ値(wound-in-tension-analog value)は、ウェブ材料の巻取りロール内のウェブに存在する機械方向の力に類似した値を表す。この値は、ウェブの巻戻し速度、ウェブの弾性係数アナログ値、及びウェブの流速アナログ値に従って計算される。
ウェブ材料のスパン、プロセススパン、又はスパンは、第1のウェブ接触点と後続のウェブ接触点との間にある、ウェブ取扱装置内のウェブ材料の部分を表す。ウェブ材料は、第1のウェブ接触点、すなわち上流端から、後続のウェブ接触点、すなわち下流端へと、スパンを進行する。
巻戻しウェブ速度アナログ値(unwinding web velocity-analog value)は、移動ウェブ材料がウェブ材料のリールから巻き戻される速度を表す。
以下の説明は、材料の単一ウェブの取扱いに関する。本発明が単一ウェブを取扱うシステムだけに制限されず、本発明を多重ウェブの取扱いの際に使用してよいことが、当業者には理解されよう。一例として、ここに記載の発明を、多プライ基材の転換の際に使用してよい。この例では、本発明を使用して、システムによって取扱われる1以上のウェブの特性を決定することができる。本発明を、多重ウェブ取扱システムの1以上のウェブの張力及びスピード制御システムの一部分として使用してよい。本発明を、ほぼ類似した応力ひずみ特性を有する多数のウェブを取扱うシステムで使用してよい。また、本発明を、多数のウェブがいくらか又は実質的に異なる応力ひずみ特性を有する、多数のウェブを取扱うシステムで使用してもよい。
移動ウェブ材料の弾性係数アナログ値は、移動ウェブ材料の張力及び速度に従って動的に決定することができる。弾性係数アナログ値は、ウェブ材料のある部分がウェブ取扱システム内を移動する間に該ウェブ材料のその部分について決定されるときに、動的に決定されたと見なされる。ウェブ張力アナログ値は、移動ウェブ材料の2つのスパンそれぞれについて決定される。同じ2つのスパンについてウェブ速度アナログ値が決定される。次いで、2つのウェブ張力アナログ値及び2つのウェブ速度アナログ値を使用して、ウェブの弾性係数アナログ値及び/又は流速アナログ値を決定することができる。
本発明の一実施形態の以下の諸工程は、図1にフローチャートとして与えられている。図1の工程10及び20によれば、ウェブ張力アナログ値が第1のスパン1及び第2のスパン2について決定される。図2によれば、移動ウェブ材料Wは、順に、張力感知要素100、速度感知要素300、張力感知要素200、及び速度感知要素400を通過する。図によれば、要素100及び300が第1のスパン1を画定し、要素200及び400が第2のスパン2を画定する。以下の議論は、張力感知要素100に関するものであるが、同様に張力感知要素200(ローラ205と、感知軸215を有するロードセル210とを含む)にも当てはまることが理解される。図2に示したように、張力感知要素100は、アイドラローラ105と張力感知ロードセル110とを含んでよい。ロードセル110は、それに沿って力が検出される感知軸115を有してよい。張力感知要素100は、上流スパンの終わり且つ下流スパンの始まりのマークとなる。張力感知要素100のロードセル110の感知軸115は、上流スパン又は下流スパンの任意の走行方向に垂直に向けることができる。ロードセル110は、該ロードセル110の感知軸115に垂直に作用する力を感知しない。この方法で、ロードセル110を、2つのスパンの複合張力ではなく、1つのスパンの張力だけを感知するように構成することができる。したがって、この構成は、移動ウェブ材料Wの特定のスパンについて、より精確に張力を指示する。図2に示した実施形態では、ロードセル110は、張力感知要素100よりも下流のスパンにおけるウェブ張力アナログ値を測定するように向けられている。ロードセル110が張力感知ローラを共有する2つのウェブセグメントの複合張力のアナログ値を感知するように、該ロードセルを構成してもよい。感知軸115を、該軸115がいずれのスパンにも直交しないような向きにすることによって、ロードセル110は、2つのセグメントの複合張力のアナログ値を感知することになる。
別の実施形態では、張力感知要素は、ダンサーアームと、ばねの変位を決定し、その変位をウェブ張力に関係付けることが可能なセンサに結合したばねとを含んでよい。さらに別の実施形態では、張力感知要素は、本発明の譲受人に共に譲渡された同時係属米国特許出願第10/461321号及び同第10/461580号(それぞれ2003年6月13日出願)に記載されているウェブ張力感知手段を含め、当該技術分野において既知の、移動ウェブ材料W内の張力を感知するいずれの手段であってもよい。
張力感知要素は、移動ウェブ材料W内の張力に応じて変化する力を感知する。この力は、移動ウェブ材料W内の機械方向張力に等しい力、正比例する力、又は他の何らかの形で類似した力である場合がある。感知された力のアナログ値は、ウェブ張力アナログ値と見なされる。本明細書で使用するとき、張力、及び張力アナログ値という用語は、それぞれ、実際のウェブ張力、及び任意のウェブ張力アナログ値を包含するものと見なされる。
図1の工程30及び40によれば、第1のスパン1について第1のウェブ速度アナログ値が決定され、第2のスパン2について第2のウェブ速度アナログ値が決定される。以下の説明は、速度感知要素300に関するものであるが、同様に速度感知要素400(ローラ405とセンサ410とを含む)にも当てはまることが理解される。図2に示した一実施形態では、速度感知要素300は、ローラ305とセンサ310とを含んでよい。ローラ305は、動力付きローラ又はアイドラローラのいずれかであってよい。速度感知要素300を通過する移動ウェブ材料Wについてウェブ速度アナログ値を提供するために、機械的若しくは電気的エンコーダ、リゾルバ、タコメータ、又は当該技術分野において既知の他の手段を使用してよい。移動ウェブ材料Wは、ローラ305に少なくとも部分的に巻回される。移動ウェブ材料Wがローラ305を通過するとき、ローラ305は、該ローラ305と該ウェブ材料Wとの間の滑りなしに、該ウェブ材料Wと共に転回し、センサ310は、ローラ305の回転数を決定する。回転数をプロセッサ500に入力することができ、該プロセッサが単位時間当たりの回転数を決定する。ウェブ速度アナログ値は、ローラ305の既知の周囲長、ウェブのピッチ直径、及びプロセッサ500によって決定された単位時間当たりの回転数に基づいて決定される。別の実施形態では、センサ310は、ローラ305の回転数を決定することができ、またローラ305の単位時間当たりの回転数も決定することができる。この実施形態では、センサ310は、単位時間当たりの回転数をプロセッサ500に入力として与える。別の実施形態では、ドップラレーザ速度計を使用してウェブ速度アナログ値を決定してもよい。かかる速度計は、レーザビームと移動ウェブとの相互作用によって引き起こされるレーザビームの周波数シフトを感知することによって、ウェブ速度アナログ値を決定する。速度計は、決定された速度をプロセッサ500に入力として与えることができる。別の実施形態では、速度の一方又は両方を、当該技術分野において既知のように他のウェブ速度感知手段によって決定してもよい。
ウェブ速度アナログ値は、速度感知要素300及び400によって決定される。決定される値は、移動ウェブ材料Wの機械方向速度に比例し、且つ該機械方向速度に応じて変化する。ウェブ速度アナログ値は、実際のウェブ速度に等しくてもよく、又は該値がウェブ速度に類似した値であってもよい。本明細書で使用するとき、速度、及び速度アナログ値という用語には、それぞれ、実際のウェブ速度、及び実際のウェブ速度に類似した値が含まれる。
図2に示した実施形態では、ウェブ材料Wは、リールRから巻き戻され、装置内を移動する。第1のスパン1及び第2のスパン2についてのウェブ張力アナログ値は、それぞれ、張力感知要素100及び200によって、各スパンの上流端のところで決定される。各スパンについてのウェブ速度アナログ値は、速度感知要素300及び400によって各スパンの下流端のところで決定される。次いで、これら4つの入力値がプロセッサ500に与えられ、後述する等式を使用して、移動ウェブ材料Wの弾性係数アナログ値及び/又は流速アナログ値を決定することができる。
あるスパンの速度アナログ値及び張力アナログ値は、該スパンについて単一の地点で感知されてよい。図3に示した実施形態では、所与のスパンについてのウェブ速度アナログ値及びウェブ張力アナログ値を、適切な機器を備えたウェブ取扱要素を用いて単一の場所で決定することができる。図に示したように、第1のスパン1についてのウェブ張力アナログ値及びウェブ速度アナログ値は、それぞれ、ローラ102に結合したセンサ112及び312によって決定される。第2のスパンについてのウェブ張力アナログ値及びウェブ速度アナログ値は、それぞれ、ローラ202に結合したセンサ212及び412によって決定される。角度位置センサとロードセルとの両方に結合したアイドラローラが、ウェブ速度アナログ値とウェブ張力アナログ値との両方を感知可能なウェブ取扱要素の非限定例である。別の例として、レーザドップラ速度計を使用して、移動ウェブ材料Wの特定のスパンについて前述のようにウェブ張力アナログ値が決定されるウェブ経路内の同一の地点で、ウェブ速度アナログ値を決定してもよい。
図1の工程50及び60に示した実施形態によれば、ウェブ速度アナログ値及び張力アナログ値は、ウェブ弾性係数アナログ値及び流速アナログ値を決定する方法のための入力値として使用される。入力値は、移動ウェブ材料Wについて工程50で弾性係数アナログ値Ewを、工程60で流速アナログ値VOを決定可能なプロセッサ500に与えられる。入力値は、特定のセンサの出力、プロセッサ500との通信リンク、及びプロセッサ500の入力要件に応じて、アナログ信号又はデジタル信号のいずれかとして該プロセッサ500に与えることができる。一実施形態では、入力センサがプロセッサ500の入力回路に直接配線されてもよい。別の実施形態では、入力信号が、データハイウェイ又は情報バス(これらの用語は当該技術分野で公知である)を介して、多重化され、プロセッサ500に経路指定されてもよい。さらに別の実施形態では、入力信号が、各センサとプロセッサ500との間、又は1以上のセンサハブとプロセッサ500との間の無線接続を介してプロセッサ500に与えられてもよい。センサハブは、少なくとも1つのセンサから入力信号を受け取り、該信号を無線で受信機にブロードキャストすることができ、次に該受信機が、該信号をプロセッサ500に経路指定する。センサハブは、センサから、直接配線された、多重化された、又は無線の入力信号のいずれかを受け取ることができる。プロセッサ500に入力信号を与えるのに、当該技術分野において既知の他の任意の通信手段を使用してもよい。
第1の張力T1、第2の張力T2、第1の速度V1、及び第2の速度V2は、条件付けされてからプロセッサ500に送信されてもよい。代表的な条件付けとしては、信号に対するアンチエイリアス処理、平滑化、及び制限フィルタの適用が挙げられる。信号は、入力センサのところで条件付けされてよい。センサハブは、入力信号をフィルタ処理及び/又は条件付けしてから、該信号をプロセッサ500にブロードキャストしてもよい。プロセッサ500が受け取った後で、入力信号に条件付けしてもよい。信号から外部雑音を除去し、該信号の信号対雑音比を改善するために、当該技術分野において既知のように、入力信号に帯域通過フィルタ処理を実施してよい。入力信号は、ローパスフィルタ処理され、且つ/又は当該技術分野において既知のように平滑化フィルタ処理を実施されてよい。入力信号は、時間平均されてよい。時間平均処理は、センサ若しくは中間伝送ハブの機能であってよく、又はプロセッサ500で平均処理が行われてもよい。制御システムは、結果として望ましくない制御ループ出力が生じるのを防ぐために、入力値を最小値と最大値との間で制約するように構成されてよい。これら上方制約及び下方制約は、センサが故障した場合に、又はプロセッサ500が異常な入力値を使用することになる他の条件下で、被制御機器を保護することができる。
プロセッサ500は、入力信号を受け取り、移動ウェブ材料Wの弾性係数アナログ値を決定する。ウェブ張力及びウェブ速度は、次式によって弾性係数アナログ値と関係付けられる:
Ew=ウェブの弾性係数アナログ値
Vn=スパンnでのウェブ速度アナログ値
V0=ウェブの流速アナログ値
2つの別個のスパンについてウェブの張力及び速度を決定することによって、2等式の系を使用して、V0及びEwについて解くことができる。その2等式は、次の通りである:
T2=第2のスパンにおけるウェブ張力アナログ値
V1=第1のスパンにおけるウェブ速度アナログ値
V2=第2のスパンにおけるウェブ速度アナログ値
該2等式をEwについて解くと、次の等式が得られる:
別法として、2つの等式をVOについて解くと、次の等式が得られる:
また、これらの等式を使用して、VOに関してEwを決定してもよい:
図1に示した実施形態の工程80によれば、プロセッサ500を、さらに、移動ウェブ材料Wの巻取り張力アナログ値TWを決定するように構成することができる。TWは、次式により、移動ウェブ材料WのEw、VO、及び巻戻しウェブ速度アナログ値Vuの値に従って決定することができる:
決定されたEwを伝達関数と併せて使用して、ウェブ取扱プロセスをウェブ転換操作に対して調節することができる。一例として、ウェブをエンボス加工すると、Ewの値が予測可能な方式で変化する。この方式は、Ewの伝達関数として表すことができる。この伝達関数は、第1原理に従って、経験的に、又は当該技術分野において既知の他の手段によって決定することができる。次いで、伝達関数を決定されたEwと共に使用して、エンボス加工操作の下流でウェブを制御することができる。決定されたEwと伝達関数とを転換操作の下流で使用することは、当該技術分野において既知のいずれの転換操作にも、また単一ウェブ及び多重ウェブの転換にも適用することができる。
また、Ew及びV0を使用して、次式に従ってウェブひずみのオンライン値を決定することもできる:
以下の説明のEwの決定に関する部分が、同様にVO及びTwの決定にも適用可能であることが、当業者には理解される。
入力値タイミング:
該方法の一実施形態では、Ewは、並行して与えられるT1、T2、V1、及びV2の値を使用して、プロセッサ500によって決定される。T1及びV1は、移動ウェブ材料Wの第1の部分が第1のスパンを通過するのに対応する。T2及びV2は、第1のウェブ部分が第1のスパンを通過するのとほぼ同時の、移動ウェブ材料Wの第2の部分が第2のスパンを通過するのに対応する。プロセッサ500は、並行入力値を使用してEwを決定することができる。並行入力値は、ほぼ同時に感知される。多くの場合、この並行Ewは、移動ウェブ材料WのEwの精確な近似を与える。
該方法の一実施形態では、Ewは、並行して与えられるT1、T2、V1、及びV2の値を使用して、プロセッサ500によって決定される。T1及びV1は、移動ウェブ材料Wの第1の部分が第1のスパンを通過するのに対応する。T2及びV2は、第1のウェブ部分が第1のスパンを通過するのとほぼ同時の、移動ウェブ材料Wの第2の部分が第2のスパンを通過するのに対応する。プロセッサ500は、並行入力値を使用してEwを決定することができる。並行入力値は、ほぼ同時に感知される。多くの場合、この並行Ewは、移動ウェブ材料WのEwの精確な近似を与える。
状況によっては、前述の方式で決定される並行Ewは、役に立つほど精確とは言えない移動ウェブ材料Wの弾性係数の近似になることもある。これらの状況では、ウェブ取扱いの同じ時点に関係した値ではなく、移動ウェブ材料Wの同じ特定の部分に関係したT1、T2、V1、及びV2の値を使用して、Ewを決定することが有利な場合がある。
T1、T2、V1、及びV2の並行決定が完全に満足できるとは言えない結果をまねき得る状況の一例として、真円ではないロールは、該ロールのウェブ材料が巻き戻されるときに、ウェブ張力及び速度の揺らぎを誘発する。これらの揺らぎは、真円ではないロールの直径が一様ではないこと、及び/又は、それに付随した、ウェブがロール周囲から巻き戻される該周囲上の点(リリース点)と第1のウェブ取扱構成要素との間の距離の揺らぎに起因することがある。真円ではないロールが1回転する間に、ウェブのリリース点は、第1のウェブ取扱構成要素に近づいたり該構成要素から遠ざかったりする。リリース点が第1のウェブ取扱構成要素に対して振動運動すると、ウェブ張力及び速度の振動を引き起こすことがある。これらの振動は、移動ウェブ材料Wの弾性係数の変化とは無関係の場合がある。振動は、ウェブ経路に沿って移動又は伝播することがある。Ewは、ウェブの張力及び速度に従って決定される。また、ロールが真円ではないことが原因で揺らいでいる張力及び速度値に従って決定されるEwの値は、移動ウェブ材料Wの実際の弾性係数とは無関係に揺らぐことがある。したがって、決定されるEwの確度に悪影響を及ぼすことのある、この張力及び速度の揺らぎの考えられる外的原因を補正することが有利な場合がある。移動ウェブ材料Wの同一部分が第1のスパン及び第2のスパンそれぞれを通過するのに関係した、T1、T2、V1、及びV2の値を決定することが可能である。この方式で決定される入力値は、揺らぎと同期しており、従ってプロセッサ500によるEwの計算に対する揺らぎの影響を低減することができる。
T1、T2、V1、及びV2の並行決定が、完全に満足できるとは言えない結果をまねき得る状況の別の例は、巻き戻されている材料のロール全体を通じてEwが大幅に変化する場合である。第1のスパンにおけるウェブ部分の実際のEwが、第2のスパンにおけるウェブ部分の実際のEwとは異なることが起こり得る。これらの材料の場合、第1のスパンを通過し、続いて第2のスパンを通過するウェブ材料の単一の部分に関係したEwを決定することが有益なことがある。次いで、いずれか特定のウェブ部分に関係したEwを使用して、材料の該部分がウェブ取扱システム内を進むときの該部分のウェブ取扱いを調整することができる。
時間バッファされた入力値を使用すると、少ない時間でより精確な値の決定が可能になり、また制御システムの応答時間が削減されるという、さらなる利益をもたらすことができる。これらの利益は、入力値をフィルタ処理する必要を低減することによってもたらすことができる。入力値が同期しており、フェージングに起因した信号間の揺らぎを低減できるので、入力値のフィルタ処理を低減することができる。
該方法の一実施形態では、ウェブの一部分が第1のスパン1を通過するのに対応した張力及び速度の値が、予め定められた時間量について時間バッファに格納される。次いで、これらの時間バッファされた値を、プロセッサ500によって、同一のウェブ部分が第2のスパンを通過するのに対応した張力及び速度の値と共に使用して、ウェブのこの部分についてEwを決定する。決定されるEwは、特定のウェブ部分についての弾性係数に相当する。弾性係数がロール全体を通じて変化するので、決定されるEwも変化することがある。
第1のスパン1からの時間バッファされた値の格納について予め定められた時間遅延は、スパン間の既知の距離、及び各スパンにおけるウェブの決定された速度を考慮することによって、決定することができる。この情報によって、上流のスパンを離れる移動ウェブ材料Wの一部分が下流のスパンの対応する位置に到達するのにかかる時間を決定することが可能である。時間遅延の大きさは、移動ウェブ材料Wの決定された速度に従ってプロセッサ500によって動的に決定することができる。ウェブの速度は、ウェブ取扱プロセスの間に変化することがあり、これらの変動は、第1のスパン1による移動ウェブ材料Wの取扱いと、第2のスパン2による移動ウェブ材料Wの同一部分の取扱いとの間の経過時間に影響を及ぼすことがある。これらの速度変化は、前述のように、又は当該技術分野において既知のように他の手段によって感知することができ、プロセッサ500に入力として与えることができる。
別の実施形態では、時間遅延の大きさは、ウェブW上に存在するマークを感知することによって決定することができる。第1のスパンの入力値は、第1のスパンにおけるマークの感知に関連して決定することができる。第2のスパンの入力値は、第2のスパンにおけるマークの感知に関連して決定することができる。マークは、ウェブWの固有のフィーチャであってよく、又はウェブの製造中若しくはその後でウェブW上に設置されてよい。マークは、該マークの特定の性質に適した、当該技術分野において既知のいずれの手段を使用して感知されてもよい。代表的な手段としては、これらに限定するものではないが、赤外線センサ、光学センサ、マシンビジョンシステム、磁気センサ、及び近接センサが挙げられる。
プロセッサ500は、ウェブ速度の変化に従って、又は第1のマーク感知と第2のマーク感知との間の時間に従って、時間遅延バッファの大きさを調節するように構成されてよい。ウェブの速度が減少するにつれて、時間バッファの大きさを増大させることができる。ウェブの速度が増大するにつれて、時間バッファの大きさを縮小させることができる。ゆえに、T1及びV1の値は、少なくとも、移動ウェブ材料Wの同一部分が第2のスパン2を通過するのに対応したT2及びV2の値がプロセッサ500に入力値として与えられるまで、保持することができる。第2のスパン2におけるウェブ部分の取扱いに対応したT2及びV2の値が与えられた後で、移動ウェブ材料Wの単一部分の取扱いに対応した入力値を使用して、Ewを決定することができる。
T1、V1、T2、及びV2をさらに時間バッファして、プロセッサ500が別のEwを決定する時点まで保持することができる。時間バッファされた値を保持し、T1、T2、V1、及びV2についての入力信号と比較して、それら入力値が変化したときに更新することができる。別法として、時間バッファされた値を、予め定められた時間量にわたって保持し、次いでそれを現時の入力値又は別の時間バッファで保持された値に置き換えてもよい。この方式では、ウェブ材料の別個の部分に対応する時間バッファされた値のカスケードを保持し、後で使用して、移動ウェブ材料Wの対応する特定の部分に関係したEwの値を決定することができる。
値決定頻度:
一実施形態では、本発明の方法を使用して、プロセッサの定期的スキャンレートに従ってEwを決定することができる。定期的スキャンレートは、所与のプロセッサタスクに割り当てられたタイミングを表す。Ewは、プロセッサプログラムの実行のたびに決定されてよい。別の実施形態では、プロセッサは、感知された入力値のいずれかが変化するたびにEwを決定するように構成されてよい。この実施形態では、Ewについて異なる値が決定されそうなときにだけ、Ewが決定される。前述したように、少なくとも1つの入力値の値が変化するまで、入力値をプロセッサメモリで保持することができる。少なくとも1つの値が変化するときに、変化した入力値に対応する時間バッファされた値を更新することができる。次いで、時間バッファされた値を使用してEwを決定することができる。
一実施形態では、本発明の方法を使用して、プロセッサの定期的スキャンレートに従ってEwを決定することができる。定期的スキャンレートは、所与のプロセッサタスクに割り当てられたタイミングを表す。Ewは、プロセッサプログラムの実行のたびに決定されてよい。別の実施形態では、プロセッサは、感知された入力値のいずれかが変化するたびにEwを決定するように構成されてよい。この実施形態では、Ewについて異なる値が決定されそうなときにだけ、Ewが決定される。前述したように、少なくとも1つの入力値の値が変化するまで、入力値をプロセッサメモリで保持することができる。少なくとも1つの値が変化するときに、変化した入力値に対応する時間バッファされた値を更新することができる。次いで、時間バッファされた値を使用してEwを決定することができる。
別の実施形態では、プロセッサ500は、予め定められた時間量の経過に基づいて定期的にEwを決定するように構成されてよい。非限定例として、プロセッサ500は、ウェブが移動する1秒間に1回よりも多く、1秒ごと、10秒ごと、30秒ごと、1分ごと、10分ごと、30分ごと、又はより長い期間ごとに、Ewの値を決定するように構成されてよい。さらに別の実施形態では、プロセッサ500は、予め定められた量のウェブ材料の取扱い後にEwを決定するように構成されてよい。非限定例として、プロセッサ500は、100フィート(30.5m)のウェブが取扱われるたびにEwを決定するように構成されてよい。
別の実施形態では、プロセッサ500は、ロールRが巻き戻されるときのウェブ材料WのロールRの回転に基づいてEwを決定するように構成されてよい。図2に示したように、センサ600を使用して、ウェブ材料WのロールRの角度位置に類似した入力をプロセッサ500に与えることができる。このセンサ600は、アナログ若しくはデジタルエンコーダ、リゾルバ、ギアと併せて使用される近接又は光学センサ(該ギアがロールの回転に結合しており、該センサが、該ギアの「ゼロ位置」を検出するため、若しくは該ギア上の歯を数え、それに応じて回転の位置を決定するため、又はその両方のために使用される)、あるいは当該技術分野において既知の他の角度位置センサを含んでよい。
次いで、ロールの角度位置を使用して、T1、V1、T2、及びV2の時間バッファ値又は並行値のいずれかを使用したEwの決定を誘引することができる。この実施形態は、ロールの周囲の角度位置に対応するEwの決定を可能にする。一例として、この実施形態は、移動ウェブ材料Wのロールの回転10度ごとに対応したEwの値の決定を可能にする。この10度の間隔は、決して実施形態を制限するものではなく、間隔に対する制限は、ロールの回転位置を分析するためのセンサの限界と関係があり、プロセッサ500に対する制限は、新しいEwを決定することと関係がある。非限定例として、ロール1回転を200万セグメントに分解可能なエンコーダをプロセッサ500への入力として使用して、Ew、VO、Tw、及びこれらの組み合わせの計算を、移動ウェブ材料Wのロール1回転当たり200万回を誘引することができる。
張力制御:
一実施形態では、最初のスパン及び/又は下流のいずれか所望のスパンにおけるウェブ材料の張力が、予め定められた張力セットポイント値に従って制御されてよい。セットポイント値は、ウェブ材料の上限又は下限を超えることなく生産的且つ信頼性のあるウェブ取扱いをもたらすように決定されてよい。上限及び下限は、ウェブ材料の特性に左右されることがある。限界値は、ウェブが破断し得る、又は許容できない変形が起こり得る張力に関係する。限界値は、許容できない品質の完成製品をプロセスが生み出すことのある張力に関係することがある。この実施形態では、ウェブ張力アナログ値を前述のようにウェブについて所望のスパンにおいて決定することができ、該ウェブ張力アナログ値を予め定められた張力セットポイント値又はその付近で維持するように、スパンの上流駆動部のスピード、スパンの下流駆動部のスピード、又は上流及び下流駆動部の両方のスピードを変更することができる。この駆動部スピードの変更は、所望のウェブ処理スピードを達成し且つ維持するために駆動部の制御に加えて実施されてよい。
一実施形態では、最初のスパン及び/又は下流のいずれか所望のスパンにおけるウェブ材料の張力が、予め定められた張力セットポイント値に従って制御されてよい。セットポイント値は、ウェブ材料の上限又は下限を超えることなく生産的且つ信頼性のあるウェブ取扱いをもたらすように決定されてよい。上限及び下限は、ウェブ材料の特性に左右されることがある。限界値は、ウェブが破断し得る、又は許容できない変形が起こり得る張力に関係する。限界値は、許容できない品質の完成製品をプロセスが生み出すことのある張力に関係することがある。この実施形態では、ウェブ張力アナログ値を前述のようにウェブについて所望のスパンにおいて決定することができ、該ウェブ張力アナログ値を予め定められた張力セットポイント値又はその付近で維持するように、スパンの上流駆動部のスピード、スパンの下流駆動部のスピード、又は上流及び下流駆動部の両方のスピードを変更することができる。この駆動部スピードの変更は、所望のウェブ処理スピードを達成し且つ維持するために駆動部の制御に加えて実施されてよい。
一実施形態では、ロールの巻戻しを、ウェブ材料の最初のスパンにおける張力に従って制御することができる。この実施形態では、ロールの巻戻しスピードを、ウェブ材料の最初のスパンにおいて所望のウェブ張力アナログ値を維持するように変更することができる。真円ではないロールの巻戻し中には、ロール直径の揺らぎによって引き起こされる張力の揺らぎを補正するように、ロールが巻き戻されるときのロール巻戻しスピードを変更することができる。この制御方法は、後続の下流スパンにおいて真円ではないロールがウェブの張力及び速度に対して及ぼす影響を低減することができる。また、ウェブの巻戻しスピードを、ウェブ材料の巻取り張力の変化を補正するように変更することもできる。ウェブの巻戻しスピードの変更は、最初のスパンで感知された張力の変化に基づいてコントローラの出力に従って実施される。コントローラは、張力エラーを低減することになるコントローラ出力に対する調節の大きさを決定するために、感知されたウェブ張力アナログ値、張力セットポイント値、ウェブ張力アナログ値と張力セットポイント値との間の差(張力エラー値)、及び制御ループゲイン値を使用して制御操作を実施することができる。
前述のコントローラは、既出のプロセッサ500に加えて2次ユニットとして提供されてよい。また、プロセッサ500が、Ew、VO、及びTwを決定する機能に加えて、コントローラの機能を提供する機能をもたらすことも可能である。以下の説明は、プロセッサ500に関するものであるが、ここに記載の機能すべてを提供するのに本発明が単一ユニットの使用だけに制限されないことが、当業者には理解されよう。さらに、ウェブの張力の制御を、プロセッサ500とは別個のコントローラによって提供できることも理解されよう。プロセッサ500と別個のコントローラとの間の通信は、当該技術分野において既知のいずれの手段によって達成されてもよい。
本発明の方法を使用して、あらゆる移動ウェブ材料について弾性係数を決定することができる。弾性係数は、ウェブ張力セットポイントによって示される所望のウェブ張力に従ってウェブ取扱機器のスピードを制御するための入力として使用することができる。Ewは、制御ループゲイン値を決定する際に使用することができる。制御ループゲイン値をプロセッサ500の制御計算で使用して、感知された張力及び所望の張力セットポイントに基づいて所望の張力を達成し且つ維持するのに必要なプロセッサ500の出力に対する調節を決定することができる。決定されたEwが変化すると、Ewに関係した制御ループゲイン値も変化することがある。Ewの変化に基づいた制御ループゲインに対する動的変更は、ウェブ材料の特性変化に対するウェブ取扱システムの反応性を向上させ、また、該ウェブ取扱システムの信頼性を向上させることができる。
理論に束縛されるものではないが、本出願人らは、弾性係数が張力制御ループにおいてプロセスゲインの役割を果たすと考えている。移動ウェブ材料Wの弾性係数が増大するにつれて、ウェブ取扱プロセスの制御ループの変化に対するウェブの反応速度が増大する。反応速度の増大は、望ましくないことに制御ループが振動する且つ/又は不安定になる原因となる場合がある。駆動ユニットが所望のウェブ張力セットポイントを達成し且つ維持するように調節されるので、反応速度の増大は、制御ループを張力セットポイント付近で振動させる原因となる場合がある。この振動は、駆動システム及び/又は駆動モータに有害な場合がある。振動は、ウェブ破断の発生を増加させることになり、それが望ましくない生産性の損失を引き起こす場合がある。振動は、完成製品の望ましくないばらつきの原因となる場合がある。
弾性係数が減少するにつれて、制御ループの変化に対するウェブの反応速度が低下して、張力制御の有効性を低下させることになる。制御の有効性が低下すると、システムがウェブを所望の張力セットポイントで維持する能力が低下する。ウェブの張力が変化すると、製品の一貫性がなくなり、実際の張力と所望の張力との相違が原因でウェブの取扱いが困難になる場合がある。
弾性係数の補正(弾性率の補正)は、決定されたEw値を、プロセッサ500制御アルゴリズムのゲインを調節するための入力として利用する。これらの調節は、ウェブの弾性係数の変動にも関わらず、より一定した反応速度をもたらすことができる。典型的な比例+積分プロセッサ500の制御アルゴリズムでは、弾性率を使用して、制御ループについてより一貫した反応速度を達成するための比例ゲインの値を決定することができる。Ewが増大すると、弾性率補正は、システムの比例ゲインの値を減少させて、本来ならば反応速度増大となり得るものを相殺することができる。Ewが減少すると、弾性率補正は、比例ゲインの値を増大させて、本来ならば反応速度減少となり得るものを維持することができる。
弾性率補正は、本発明の譲受人に共に譲渡された同時係属米国特許出願第10/234,735号〈2002年9月4日出願)に記載されている、ウェブの張力を制御する方法と併せて使用されてもよい。本発明の方法は、プロセス制御ゲインの調節における入力の役割を果たすことによって、当該技術分野において既知の他の張力制御スキームと併せて使用されてもよい。
図2に示した一実施形態では、弾性率補正を使用して、制御システム比例ゲインの瞬時値を決定することができる。この実施形態では、積分ゲインを、取扱っているウェブ材料の張力及び/又はスピードの変化に従って変更することができる。ウェブ張力アナログ値を決定することができ、該ウェブ張力アナログ値を所望のウェブ張力セットポイントと併せて使用して、ウェブ張力エラーを決定することができる。並行して、ウェブ速度アナログ値を決定することができる。ウェブ速度アナログ値をプロセススパンの長さと併せて使用して、制御しているプロセススパンに適用されるプロセス瞬時積分ゲインの値を決定することができる。瞬時積分ゲインは、ウェブ速度アナログ値とプロセススパンの長さとの比に従って、又はプロセッサ500制御アルゴリズムの構成によってはこの比の逆数に従って、決定することができる。プロセッサ500は、制御計算を使用してウェブ張力エラーの値に基づいて、調節された出力値を決定する。出力値に対する調節の大きさを決定するために、瞬時比例ゲイン及び瞬時積分ゲインが制御計算で使用される。プロセッサ500から駆動コントローラ900に出力値を伝達することができる。駆動コントローラ900は、ウェブ材料Wの張力を調節するために駆動モータ910のスピードを調節することができる。
別の実施形態では、基準スピード値及びプロセススパンの長さに従って、基準積分ゲインを決定することができる。次いで、ウェブスピードアナログ値と基準スピード値との比に従って、プロセッサ瞬時積分ゲインを基準積分ゲインに比例して変更することができる。
これらの各実施例では、ウェブ速度アナログ値は、適切な計測器によって決定される実際のウェブ速度値を含むことができ(その例については前述した)、又はウェブ速度アナログ値は、ウェブ取扱システム内の1以上の駆動ユニットを制御するために使用されるマスタースピード基準値に比例する値を含むことができる。
これら代表的な各実施形態では、制御システム瞬時比例ゲイン値を、ウェブ材料の弾性係数の変化に従って変更することができる。
瞬時積分ゲインの値は、ウェブの速度アナログ値又は張力が変化するたびに再計算されてよい。瞬時比例ゲインの値は、Ewが変化するたびに再計算されてよい。別法として、瞬時積分ゲイン及び瞬時比例ゲインは、時間を基準にした期間又はウェブを基準にした期間を使用して定期的に再計算されてもよい。時間を基準にした期間の場合、一定期間が経過するたびに、瞬時積分ゲイン及び瞬時比例ゲインの値を再計算することができる。例として、10秒ごと、30秒ごと、又は予め選択された他の任意の時間間隔の経過後に、値を再計算することができる。ウェブを基準にした期間の場合、予め選択された量のウェブ材料がウェブ取扱いシステムによって取扱われるたびに、瞬時積分ゲイン及び瞬時比例ゲインの値を決定することができる。
特定のプロセッサ500のハードウェア及び/又はソフトウェアは、瞬時積分ゲインを計算できる、最低ウェブ速度アナログ値を制限することができる。下限値は、被制御プロセスの具体的詳細に従って決定されてよい。一実施形態では、瞬時積分ゲイン値は、最高プロセススピードの1%未満の任意のウェブ速度アナログ値に固定されてよい。別の実施形態では、積分ゲイン値は、最高プロセススピードの0.1%未満の任意のウェブ速度アナログ値に固定されてよい。瞬時積分ゲインの下限を決定できるスピードは、前述した実施形態だけに限定されない。下限スピードは、プロセスの最高スピード未満のいずれのスピードでもよい。選択された下限ウェブ速度アナログ値について、下限瞬時積分ゲインを決定することができる。次いで、下限瞬時積分ゲインを、下限ウェブ速度アナログ値以下の任意のウェブ速度アナログ値で使用することができる。
当該技術分野において既知のように、補助ゲインを前述の諸実施形態と併せて使用して、制御システムを調節する追加パラメータを提供することができる。
推定ウェブ張力制御:
ウェブ張力制御を用いる多重スパンのウェブ取扱システムでは、単一スパンだけで、ウェブ張力を測定し、所望のウェブ張力を維持するようにウェブスピードを制御することが一般的である。次いで、他のすべてのシステムスパンのスピードは、固定スピードスパンとして操作され、又は手作業で調節可能なスピードを有する。前述のようにEw及びV0を決定すると制御方法が容易になり、その際、Ewの変化に従って、ウェブ取扱い操作の一貫性を改善し、且つウェブ弾性係数の揺らぎが生産性に及ぼす悪影響を低減するように、各スパンのスピードを制御することができる。
ウェブ張力制御を用いる多重スパンのウェブ取扱システムでは、単一スパンだけで、ウェブ張力を測定し、所望のウェブ張力を維持するようにウェブスピードを制御することが一般的である。次いで、他のすべてのシステムスパンのスピードは、固定スピードスパンとして操作され、又は手作業で調節可能なスピードを有する。前述のようにEw及びV0を決定すると制御方法が容易になり、その際、Ewの変化に従って、ウェブ取扱い操作の一貫性を改善し、且つウェブ弾性係数の揺らぎが生産性に及ぼす悪影響を低減するように、各スパンのスピードを制御することができる。
システムスピード、従ってウェブ張力は、移動ウェブ材料WのEw及びV0の変化から引き出される推定に基づいて制御されてよい。ウェブ取扱プロセスの所与のスパンには、ウェブ張力Tについて許容可能な操作範囲と、この範囲内の所望の張力TDとが存在する。TD、Ew、及びV0は、既知である。TDを達成するために必要なスパン速度Vnは、次の関係に従って決定することができる:
図2を参照すると、移動ウェブ材料Wが巻き戻されるときに、Ew及びVOを決定して、移動ウェブ材料Wの特定の部分に関連付けることができる。どのEw及びVOについても、特定のウェブ部分について所望の張力TDを維持するためにどれだけのスピードVnが必要になるかを推定することが可能な場合がある。ウェブ取扱システムのスパンの長さを知り、且つ移動ウェブ材料Wが巻き戻されるときのウェブ速度を追跡することによって、所望の張力が決定されたいずれか特定のスパンを移動ウェブ材料Wの任意の部分がいつ横切るかを決定することが可能になる場合がある。速度センサ710は、ウェブがローラ705と共に転回するときに測定される、特定のスパンにおける該ウェブのスピードを提供することができる。決定されたEw及びVOをプロセッサ500で使用して、ウェブ取扱装置のスパンについて速度セットポイントVnを決定することができる。速度セットポイントは、該スパンのための駆動コントローラ800に伝達することができる。駆動コントローラ800は、センサ710からの速度入力及びプロセッサ500からの決定された速度セットポイントを使用して、スパンの駆動ユニット720にスピード制御ループを適用することができる。スピード制御ループは、スパン内のウェブのスピードをVnの値に調節することができる。この調節は、あるウェブ部分がウェブ取扱装置の各スパンによって取扱われるときに、該ウェブ部分について所望のTDを達成し且つ維持することができる。
移動ウェブ材料Wの弾性係数の変化がウェブ取扱生産性に及ぼす潜在的な影響は、変化する弾性係数値に関係したウェブ部分がウェブ取扱装置内を進むときにEw及びVOに従ってプロセススパンスピード制御部を調節することによって、低減することができる。
前述した推定張力制御を使用すると、ウェブ取扱プロセスの各スパンに張力センサ及び張力制御ハードウェアを設ける経費負担なしに、より一貫したウェブの取扱いが促進される。
プロセッサ制約:
プロセッサ500は、Ew、Tw、及びVOについて決定できる上限値及び下限値を設定するように制約されてよい。該構成は、Ew、VO、若しくはTwを決定すると、予め選択された上限値を上回る、又は予め選択された下限値を下回る結果が得られる場合、その決定された値が適切な限界値の初期値になると規定することができる。非限定例として、プロセッサ500は、6に等しい値に設定された、Ewについて予め選択された上限値をもつ場合がある。プロセッサ500は、入力に従ってEwの値10を決定する場合がある。この場合、VO、Twを決定するためにプロセッサ500によって、且つ/又は制御計算において使用されたEwの値は、初期値6になる。
プロセッサ500は、Ew、Tw、及びVOについて決定できる上限値及び下限値を設定するように制約されてよい。該構成は、Ew、VO、若しくはTwを決定すると、予め選択された上限値を上回る、又は予め選択された下限値を下回る結果が得られる場合、その決定された値が適切な限界値の初期値になると規定することができる。非限定例として、プロセッサ500は、6に等しい値に設定された、Ewについて予め選択された上限値をもつ場合がある。プロセッサ500は、入力に従ってEwの値10を決定する場合がある。この場合、VO、Twを決定するためにプロセッサ500によって、且つ/又は制御計算において使用されたEwの値は、初期値6になる。
プロセッサは、後続の計算で使用される決定された値の変化率を制約することができる。一例として、プロセッサは、Ewが該Ewの前値の50%よりも大きく変化しないように制約してよい。限界値のパーセンテージは、プロセスの必要に応じて選択されるいずれの値でもよい。高い変化率が許容されるプロセスでは、パーセンテージは、100%〜1000%、又はそれ以上のパーセンテージ増加に及んでよい。許容可能な変化率が低いプロセスでは、許容される変化のパーセンテージは、1%〜100%にわたってよい。値は、経験的データ又はプロセスオペレータの経験に基づいて選択されてよい。
プロセッサ500は、予め定められた絶対限界内にとどまるように、後続の制御計算で使用される出力値を制約するように構成されてよい。一例として、ベース比例ゲイン及びベース弾性係数を決定することができる。次いで、ベース弾性係数値と決定された弾性係数アナログ値との比に従って出力比例ゲインを調節することができる。この比は、予め定められた範囲内にとどまるように制約することができる。一実施形態では、範囲が0〜100であってよい。別の実施形態では、範囲が0.1〜50であってよい。該範囲は、所望の制約程度をもたらすように決定することができる。
プロセッサ500は、予め選択された限界の外側であると決定された値が後で再調査のために記録されるような構成にすることができる。決定された実際の値並びにその決定をもたらす入力値は、保管されてよく、さらにタイムスタンプを付与されてよく、又は別の方法で登録データ値に関連付けられてもよい。
データストレージ:
前述した諸実施形態のいずれでも、ウェブ材料のロールRが巻き戻されるときに決定されるEw、VO、及びTwを、アレイとして格納することができる。並列入力値から決定されるEw、VO、及びTwの値、並びに/又は時間バッファされた入力値から決定される値を格納することができる。値は、該値の獲得頻度に応じて登録値と共に格納されてよい。時間を基準にした獲得は、登録値として値決定時刻を使用してアレイデータを構成することができる。長さを基準にした決定は、登録値としてシーケンス長を使用してアレイデータを構成することができる。角度位置を基準にした獲得は、登録値として角度位置を使用してアレイデータを構成することができる。他の登録値は、決定された値に関する追加情報を提供するように決定されてよい。一例として、時間バッファされた入力に従って決定されるEwの値に関係したウェブ部分のロール内の実際の位置を決定し、獲得頻度データに加えてアレイに格納することができる。また、時間登録、長さ登録、及び位置登録の組み合わせも使用することができる。
前述した諸実施形態のいずれでも、ウェブ材料のロールRが巻き戻されるときに決定されるEw、VO、及びTwを、アレイとして格納することができる。並列入力値から決定されるEw、VO、及びTwの値、並びに/又は時間バッファされた入力値から決定される値を格納することができる。値は、該値の獲得頻度に応じて登録値と共に格納されてよい。時間を基準にした獲得は、登録値として値決定時刻を使用してアレイデータを構成することができる。長さを基準にした決定は、登録値としてシーケンス長を使用してアレイデータを構成することができる。角度位置を基準にした獲得は、登録値として角度位置を使用してアレイデータを構成することができる。他の登録値は、決定された値に関する追加情報を提供するように決定されてよい。一例として、時間バッファされた入力に従って決定されるEwの値に関係したウェブ部分のロール内の実際の位置を決定し、獲得頻度データに加えてアレイに格納することができる。また、時間登録、長さ登録、及び位置登録の組み合わせも使用することができる。
Ew、VO、Tw、及びこれらの組み合わせをアレイにコンパイルすると、材料の巻き戻されたロールの弾性係数プロファイル、流速プロファイル、巻取り張力プロファイル、及びこれらのプロファイルの組み合わせのコンパイルが可能になる。これらのプロファイルをウェブ材料の同様のロールのプロファイルと併せて使用して、分析に関与した特定の種類のロールについて典型的な弾性係数、ウェブ流速、又は巻取り張力プロファイルを決定することができる。材料の後続ロールを巻き戻すために使用される制御スキームを変更するために、これらのプロファイルのいずれを使用してもよい。また、該プロファイルを使用して、ロールの材料内で弾性係数の変化がいつ起こり得るかを予測することもでき、制御アルゴリズムの補正変更を可能にすることもできる。
また、該プロファイルを、ウェブ材料のロールの製造及び巻取りに作用を及ぼすようにインテリジェント又はモデルベースの制御スキームの使用をサポートするためのデータとして使用してもよい。一例として、ニューラルネットワークが、材料のロールの各部分に対応するウェブ材料のロールの製造及び巻取りプロセス中にわかる運転条件を入力として取得し、それら既知の条件を、ロールヒストリーによって提供されるロールの同一部分の弾性係数に関連付けることができる。次いで、ニューラルネットワークは、完成したロールにおける弾性係数、ウェブ流速、巻取り張力、及びこれらの組み合わせについて所望のプロファイルをもたらすために製造及び巻取り条件に必要な変更を予測することができる。次いで、ニューラルネットワークは、所望のEw、VO、及びTwプロファイルを生み出すために予測された変更を動的にインプリメントするように、製造及び巻取りプロセスを制御することができる。ニューラルネットワークは、既知の製造及び巻取り条件を、ロール弾性係数ヒストリーによって提供される、これらの条件が生み出したEw、VO、及びTwの値に関連付けることができる。これらの関連付けは、ニューラルネットワークによる、移動ウェブ材料Wの巻き取られた後続のロールにおける所望の弾性係数プロファイルをもたらす運転条件の予測のためのベースを成すことができる。
定期的な時間間隔で決定されたEw、VO、及びTwは、その値が対応する特定の間隔で配列されてよい。一例として、この実施形態に典型的なアレイは、第1の期間に関連付けられたEw、VO、Tw、及びこれらの組み合わせの第1の値、並びに第2の期間に関連付けられたEw、VO、Tw、及びこれらの組み合わせの第2の値などを含んでよい。
定期的なウェブ長間隔で決定されたEw、VO、及びTwは、その値が対応する長さ間隔で配列されてよい。一例として、この実施形態に典型的なアレイは、第1のウェブ長に関連付けられたEw、VO、Tw、及びこれらの組み合わせの第1の値、並びに第2のウェブ長に関連付けられたEw、VO、Tw、及びこれらの組み合わせの第2の値などを含んでよい。
定期的な回転位置間隔で決定されたEw、VO、及びTwは、その値が対応する回転位置間隔で配列されてよい。一例として、この実施形態に典型的なアレイは、第1の回転位置に関連付けられたEw、VO、Tw、及びこれらの組み合わせの第1の値、並びに第2の回転位置に関連付けられたEw、VO、Tw、及びこれらの組み合わせの第2の値などを含んでよい。
入力値のいずれかが変化するたびにEw、VO、Tw、及びこれらの組み合わせが決定される実施形態では、該アレイは、Ew、VO、Tw、及びこれらの組み合わせのデータポイントを、Ew、VO、Tw、及びこれらの組み合わせが最後に決定されてからプロセス処理されたウェブ材料の長さと共に含むことができる。
これらのアレイは、所与のロールについて、弾性係数、流速、巻取り張力、及びこれらの組み合わせのプロファイルを提供することができる。これらのプロファイルは、ロールの最初から最後まで、ウェブ材料におけるEw、VO、Tw、及びこれらの組み合わせの変化を説明することができる。該アレイは、特定のEw、VO、Tw、及びこれらの組み合わせに対応するウェブ断片のロール内の位置に基づいて、ロール弾性係数、流速、巻取り張力、及びこれらの組み合わせのプロファイルの再構築を可能にすることができる。以上の実施形態のいずれでも、ロール位置を決定して、それぞれのウェブ部分に関連付けることができる。このロール位置は、それぞれのウェブ部分について決定された値と関連して、アレイの一部として格納されてよい。
一実施形態では、プロセッサ500は、前述のデータアレイを作成して、プロセッサ500のメモリ内に格納することができる。別の実施形態では、プロセッサ500は、2次プロセッサ、又はアレイを構築且つ/若しくは格納するように構成された他の手段に、アレイを含む値をエクスポートする場合がある。さらに別の実施形態では、プロセッサ500は、値を1以上の2次プロセッサにエクスポートすることができる。この実施形態では、(1つ若しくは複数の)2次プロセッサは、アレイデータポイントをコンパイルして、アレイを格納し、又はコンパイルされたデータポイントをさらに別のプロセッサ若しくはデータストレージデバイスに渡すことができる。
弾性係数アナログ値ソース:
前述のように使用される弾性係数アナログ値は、前述のように、既知のオンライン超音波センサを用いて、又は当該技術分野において既知の任意の手段によって提供することができる。
前述のように使用される弾性係数アナログ値は、前述のように、既知のオンライン超音波センサを用いて、又は当該技術分野において既知の任意の手段によって提供することができる。
紙ウェブを消費者紙製品へと転換する親ロールから、ウェブを巻き戻す。そのウェブを第1のアイドラローラに巻回する。該アイドラローラを、一対のABBプレスダクタ(ABB Pressductor)ロードセルモデル番号PFTL301Eに結合する。プレスダクタ(Pressductor)ロードセルは、ABBテンション・エレクトロニクス・ユニット(ABB Tension Electronics unit)PFEA111から制御電力を受け取り、該ユニットに出力信号を与える。テンション・エレクトロニクス・ユニット(Tension Electronics unit)は、入力信号をローパスフィルタ処理する。該ロードセル及びテンション・エレクトロニクス・ユニット(tension electronics unit)は、ニューヨーク州ブルースター(Brewster)のABBから入手可能である。テンション・エレクトロニクス・ユニット(Tension Electronics unit)は、ロードセルからの信号を増幅して、0〜10ボルトのアナログ出力信号を生み出す。テンション・エレクトロニクス・ユニット(Tension Electronics unit)の出力は、イタリアのティチーノ(Ticino)のロボクスS.P.A.(Robox S.P.A.)から入手可能なロボクスRBXMモジュラー・モーション・コントローラ(Robox RBXM Modular Motion controller)の入力回路基板に配線される。
速度入力は、駆動モータに結合し、またさらに動力付きローラにも結合した、エンコーダから得られる。駆動モータ及び動力付きローラは、ウェブ取扱システムの構成要素である。ニューヨーク州ニューヨークのシーメンスAG(Siemens AG)から入手可能な、積分エンコーダを備えたシーメンス(Siemens)駆動モータ、並びにミシガン州トロイ(Troy)のTRエレクトロニック社(TR Electronic Inc.)から入手可能なTRエレクトロニクス(TR Electronics)インクリメンタルエンコーダモデルIE58aが、代表的且つ非限定的なエンコーダである。エンコーダは、それぞれ1回転当たり4096パルス及び3000パルスの出力を提供し、コントローラのエンコーダ入力回路に配線される。コントローラは、エンコーダの出力パルスを入力パルスとして受け取り、ウェブ接触ローラの既知の周囲長とプロセッサクロックとを使用して、該入力パルスを1秒当たりの回転数に変換し、次いでそれを速度に変換する。
速度及び張力入力信号は、1次フィルタ処理され、ロボクス(Robox)コントローラによって時間バッファされ、続いてEwの値を決定するために使用される。ロボクス(Robox)コントローラに設定された、予め定められたベース弾性係数値を、決定されたEw値によって除して、弾性係数比を決定する。次いで、該弾性係数比に、ロボクス(Robox)コントローラに設定されたベース比例ゲインを乗じて、瞬時比例ゲインを決定する。決定されたEwが増大するにつれて、弾性係数比が減少し、瞬時比例ゲインが減少する。弾性係数比は、0.5〜1.5の間で制約される。
瞬時比例ゲインを、ロボクス(Robox)コントローラの制御計算で使用して、コントローラ出力を決定する。ロボクス(Robox)コントローラ出力は、0〜10ボルトアナログ信号であり、ウィスコンシン州ミルウォーキーのアレン−ブラッドリー(Allen-Bradley)から入手可能なアレン−ブラッドリー1336フォースドライブ(Allen-Bradley 1336 Force Drive)に与えられる。モデル1336フォースドライブユニットは、続いて、ウェブ取扱プロセスにおいて被制御モータのスピードを調節する。ウェブの弾性係数が変化すると、決定されるEwの値が変化する。比例ゲインは、Ewの変化に従って変化し、駆動コントローラへの出力は、比例ゲインに従って変化する。被制御モータのスピードは、駆動コントローラへの出力の変化に従って変化する。
決定されたEw値と、T1及びV1、又はT2及びV2のいずれかを使用して、VOの値を決定する。続いて、決定されたEw及びVOの値を使用して、各スパンについて、所望の張力に基づいてウェブスピードセットポイントを計算する。特定のスパンについての速度アナログ値は、そのスパンにおいてローラ又はモータに結合したエンコーダによって提供することができる。次いで、特定のスパンそれぞれについてのスピード制御ループを、該スパンについて計算されたスピードセットポイント及び速度アナログ値を使用して、該スパンに適用することができる。決定されたEw及びV0が変化すると、スピードセットポイント値が変化することがあり、またスピード制御ループによって制御されるモータのスピードが変化することがある。
「発明を実施するための最良の形態」で引用したすべての文献は、関連部分において本明細書に参考として組み込まれるが、どの文献の引用も、それが本発明に関する先行技術であるとの容認と解釈されるべきではない。
本発明の特定の実施形態を説明し、記載したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、他の様々な変更及び修正が可能であることが、当業者には自明であろう。したがって、本発明の範囲内にあるそのようなすべての変更及び修正を冒頭の特許請求の範囲で扱うものとする。
Claims (14)
- 移動ウェブ材料の弾性係数アナログ値を決定する方法であって:
a)第1のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第1のウェブ張力アナログ値を決定する工程と、
b)前記第1のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第1のウェブ速度アナログ値を決定する工程と、
c)第2のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第2のウェブ張力アナログ値を決定する工程と、
d)前記第2のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第2のウェブ速度アナログ値を決定する工程と、
e)前記第1のウェブ張力アナログ値、前記第2のウェブ張力アナログ値、前記第1のウェブ速度アナログ値、及び前記第2のウェブ速度アナログ値に従って、前記移動ウェブ材料の流速アナログ値を決定する工程と、
f)前記流速アナログ値と、前記第1のウェブ張力アナログ値及び前記第1のウェブ速度アナログ値、又は前記第2のウェブ張力アナログ値及び前記第2のウェブ速度アナログ値のいずれかとに従って、前記弾性係数アナログ値を決定する工程と、
を含み、更に、
g)前記移動ウェブ材料の巻戻しウェブ速度アナログ値を決定する工程と、
h)前記流速アナログ値、前記弾性係数アナログ値、及び前記巻戻しウェブ速度アナログ値に従って、前記移動ウェブ材料の巻取り張力アナログ値を決定する工程と、
を含む方法。 - 前記第1のウェブ張力アナログ値、前記第1のウェブ速度アナログ値、及びこれらの組み合わせからなる群、又は前記第2のウェブ張力アナログ値、前記第2のウェブ速度アナログ値、及びこれらの組み合わせからなる群のいずれかから選択される任意の値に変化があるたびに、前記流速アナログ値を決定する工程を含む、請求項1に記載の方法。
- 移動ウェブ材料の弾性係数アナログ値を決定する方法であって:
a)第1のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第1のウェブ張力アナログ値を決定する工程と、
b)前記第1のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第1のウェブ速度アナログ値を決定する工程と、
c)第2のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第2のウェブ張力アナログ値を決定する工程と、
d)前記第2のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第2のウェブ速度アナログ値を決定する工程と、
e)前記第1のウェブ張力アナログ値、前記第2のウェブ張力アナログ値、前記第1のウェブ速度アナログ値、及び前記第2のウェブ速度アナログ値に従って、前記移動ウェブ材料の流速アナログ値を決定する工程と、
f)前記流速アナログ値と、前記第1のウェブ張力アナログ値及び前記第1のウェブ速度アナログ値、又は前記第2のウェブ張力アナログ値及び前記第2のウェブ速度アナログ値のいずれかとに従って、前記弾性係数アナログ値を決定する工程と、
を含み、
前記第1のウェブ張力アナログ値が、第1のスパンにおいて第1のウェブ部分で決定され、前記第2のウェブ張力アナログ値が、第2のスパンにおいて第1のウェブ部分で決定される方法。 - 前記第1のウェブ張力アナログ値、前記第1のウェブ速度アナログ値、前記第2のウェブ張力アナログ値、前記第2のウェブ速度アナログ値、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される任意の値に変化があるたびに、前記弾性係数アナログ値を決定する工程を含む、請求項3に記載の方法。
- 移動ウェブ材料の弾性係数アナログ値を決定する方法であって:
a)第1のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第1のウェブ張力アナログ値を決定する工程と、
b)前記第1のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第1のウェブ速度アナログ値を決定する工程と、
c)第2のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第2のウェブ張力アナログ値を決定する工程と、
d)前記第2のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第2のウェブ速度アナログ値を決定する工程と、
e)前記第1のウェブ張力アナログ値、前記第2のウェブ張力アナログ値、前記第1のウェブ速度アナログ値、及び前記第2のウェブ速度アナログ値に従って、前記移動ウェブ材料の流速アナログ値を決定する工程と、
f)前記流速アナログ値と、前記第1のウェブ張力アナログ値及び前記第1のウェブ速度アナログ値、又は前記第2のウェブ張力アナログ値及び前記第2のウェブ速度アナログ値のいずれかとに従って、前記弾性係数アナログ値を決定する工程と、
を含み、
前記弾性係数アナログ値が、予め定められた時間間隔で決定される方法。 - 移動ウェブ材料の弾性係数アナログ値を決定する方法であって:
a)第1のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第1のウェブ張力アナログ値を決定する工程と、
b)前記第1のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第1のウェブ速度アナログ値を決定する工程と、
c)第2のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第2のウェブ張力アナログ値を決定する工程と、
d)前記第2のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第2のウェブ速度アナログ値を決定する工程と、
e)前記第1のウェブ張力アナログ値、前記第2のウェブ張力アナログ値、前記第1のウェブ速度アナログ値、及び前記第2のウェブ速度アナログ値に従って、前記移動ウェブ材料の流速アナログ値を決定する工程と、
f)前記流速アナログ値と、前記第1のウェブ張力アナログ値及び前記第1のウェブ速度アナログ値、又は前記第2のウェブ張力アナログ値及び前記第2のウェブ速度アナログ値のいずれかとに従って、前記弾性係数アナログ値を決定する工程と、
を含み、
前記弾性係数アナログ値が、前記移動ウェブ材料の予め定められた長さの取扱い後に決定される方法。 - 移動ウェブ材料の弾性係数アナログ値を決定する方法であって:
a)第1のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第1のウェブ張力アナログ値を決定する工程と、
b)前記第1のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第1のウェブ速度アナログ値を決定する工程と、
c)第2のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第2のウェブ張力アナログ値を決定する工程と、
d)前記第2のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第2のウェブ速度アナログ値を決定する工程と、
e)前記第1のウェブ張力アナログ値、前記第2のウェブ張力アナログ値、前記第1のウェブ速度アナログ値、及び前記第2のウェブ速度アナログ値に従って、前記移動ウェブ材料の流速アナログ値を決定する工程と、
f)前記流速アナログ値と、前記第1のウェブ張力アナログ値及び前記第1のウェブ速度アナログ値、又は前記第2のウェブ張力アナログ値及び前記第2のウェブ速度アナログ値のいずれかとに従って、前記弾性係数アナログ値を決定する工程と、
を含み、
前記弾性係数アナログ値が、ロールの回転位置に従って決定される方法。 - 移動ウェブ材料の弾性係数アナログ値を決定する方法であって:
a)第1のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第1のウェブ張力アナログ値を決定する工程と、
b)前記第1のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第1のウェブ速度アナログ値を決定する工程と、
c)第2のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第2のウェブ張力アナログ値を決定する工程と、
d)前記第2のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第2のウェブ速度アナログ値を決定する工程と、
e)前記第1のウェブ張力アナログ値、前記第2のウェブ張力アナログ値、前記第1のウェブ速度アナログ値、及び前記第2のウェブ速度アナログ値に従って、前記移動ウェブ材料の流速アナログ値を決定する工程と、
f)前記流速アナログ値と、前記第1のウェブ張力アナログ値及び前記第1のウェブ速度アナログ値、又は前記第2のウェブ張力アナログ値及び前記第2のウェブ速度アナログ値のいずれかとに従って、前記弾性係数アナログ値を決定する工程と、
を含み、更に、
g)前記ウェブ材料のロールから前記移動ウェブ材料を巻き戻す工程と、
h)少なくとも第1のウェブ部分をロール座標位置に関連付ける工程と、
i)少なくとも前記第1のウェブ部分について弾性係数アナログ値を決定する工程と、
j)前記第1のウェブ部分について決定された前記弾性係数アナログ値を、前記第1のウェブ部分に関連付けられた前記ロール座標位置に関連付ける工程と、
を含む方法。 - a)時刻値を、前記決定された弾性係数アナログ値に関連付ける工程と、
b)少なくとも前記弾性係数アナログ値を、関連付けられた時刻値と共に格納する工程と、
を含む請求項8に記載の方法。 - a)前記第1のウェブ部分について流速アナログ値を決定する工程と、
b)前記第1のウェブ部分についての前記流速アナログ値を、前記第1のウェブ部分の前記ロール座標位置に関連付ける工程と、
を含む請求項8に記載の方法。 - a)前記第1のウェブ部分について巻戻しウェブ速度アナログ値を決定する工程と、
b)前記第1のウェブ部分について巻取り張力アナログ値を決定する工程と、
c)前記巻戻しウェブ速度アナログ値及び前記巻取り張力アナログ値を、前記第1のウェブ部分の前記ロール座標位置に関連付ける工程と、
を含む請求項10に記載の方法。 - データ値を、関連付けられた登録値と共に格納する工程を含み、該データ値が、前記弾性係数アナログ値、前記流速アナログ値、前記巻取り張力アナログ値、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項11に記載の方法。
- 前記第1のウェブ張力アナログ値、前記第2のウェブ張力アナログ値、前記第1のウェブ速度アナログ値、前記第2のウェブ速度アナログ値、前記弾性係数アナログ値、前記流速アナログ値、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1つの値を少なくとも部分的にフィルタ処理する工程を含む、請求項11に記載の方法。
- 少なくとも前記第1のウェブ張力アナログ値の決定値の高周波数フィルタ処理を含む、請求項13に記載の方法。
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