JPH0830314B2 - 長網抄紙機のワイヤー上の乾燥ラインを制御するための方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 水平ワイヤーを有する長網抄紙機によって紙を製造す
る場合、スラッシュパルプが該ワイヤー上に供給され、
そこでパルプ層が形成される。該パルプに含まれる水の
大部分は、該ワイヤーによって形成されるホールを介し
て除去される。この水は、最初の段階は自重によって除
去され、次いでワイヤー下方に設けられたサクションに
よって除去される。

パルプの含水量は、一般に初期で99％であり、ワイヤ
ー端部になると80〜85％である。この水分は、更に、最
終的な紙を製造する抄紙機の乾燥域において除去され
る。最終的な水分含量は、抄紙機の種々のパーツの機能
により異なり、該水分量に非常に重要な影響を与える量
は、ワイヤー端部におけるパルプウェブの水分である。

特に紙室の均質性は、パルプウェブ全体にわたっての
水分の分布及びその経時的変化に影響を受ける。パルプ
ウェブ端部における水分量、水分の経時的な平均変化量
及びウェブ全体にわたっての水分分布を決定するため
に、種々の原理に基づく計測器が開発されている。これ
らの計測器は、一般に赤外吸収或いはこれに相当する現
象に基づいている。乾燥端部においても紙の基本重量を
決定するために同様の計測器が使用されている。これら
は例えば赤外吸収に基づいている。

計測された信号は、更に例えばヘッドボックスの圧力
及び乾燥工程における熱的効果を制御することによって
調整される水分及び基本重量の平均値をフィードバック
コントロールするために使用される。従って、横方向の
水分分布は、リップスクリューを備えたヘッドボックス
リップをコントロールすることによって調整される。こ
れらのリップスクリューの各々は、それぞれ別個に手動
でコントロールされるが、自動で行われる場合もある。

乾燥機における水分分布の修正は困難であり、特別の
労力を要する。例えば、過度に乾燥されたウェブは、再
度湿潤化しなければならない。従って、ワイヤー端部に
おいて、横断方向における水分量をできるだけ均質にす
ることは極めて重要である。更にこの水分値は、水の除
去がワイヤー部と乾燥域との間で正確に分離する様に正
確でなければならない。

パルプウェブの水分は、ワイヤー上に存在する乾燥ラ
インによって明らかにされる。パルプがワイヤー上に載
置され、そこから水が除去されると、初めにワイヤーに
隣接するパルプ層の下方に繊維が蓄積する。上方部分は
希釈され、その特性として殆んど水に近い状態となる。

この希釈パルプ層は、その下に集積されたパルプ層及
びワイヤーを通って水が除去された時に消失する。

この希釈層の消失に相当する境界線は、該層の表面で
の反射光によって認識することができる。テキスト及び
ハンドブックにおいては、これは表面光沢として説明さ
れている（例えば、Suomen Paperi-insinoorien-Yhdist
yken oppija Kasikirja III:1“Paperin valmistus"198
3年第569頁参照）。

乾燥ラインの位置は、木材繊維の量及びそのワイヤー
上の分布状態によって或る程度影響を受ける。しかし、
主な因子は水分であり、その分布状態である。

乾燥ラインは、理想的にはワイヤーの縦方向に対して
直角なストレートな線となっているべきであるが、通常
はその様になっていない。その位置は横方向座標によっ
て定まるが、更にその位置は経時的にもゆっくりと変化
する。水分のピークを表わす個々のスパイクが代表的で
ある。

この乾燥線は、肉眼で観察されるから、その観察結果
に応じて、抄紙機の基本となる動作、特にリップ調整が
行われる。

この様なコントロール操作の利点は、そのスピードに
ある。抄紙機の乾燥域からの計測データを待つ必要がな
いから、乾燥域において生ずる少なくとも数十秒のデッ
ドタイムを回避し得るのである。またこの様な操作に従
って迅速に作業を進めるためには、少なくとも一人の作
業者が常時その知覚を働かせるという義務を負う。何れ
にしろ、人間の肉眼による観察が支配的である。

作業者は、乾燥ラインの位置の部分的且つ相対的な相
違を明確に認識するが、乾燥ラインを完全に認識するこ
とはできず、しかもその時間的な相違を認識することが
できない。即ち、乾燥ラインの初期の位置に比較しての
相違を認識することはできず、同じことは、乾燥ライン
の平均の位置及びワイヤーの縦方向におけるその変化に
ついても当てはまる。

以下に述べる新規な方法により、ワイヤーの乾燥ライ
ンは連続的且つ客観的に、人間の観察を必要とせずに測
定される。

測定結果は、乾燥ラインの平均位置、及びその縦横方
向の分布を示す量の形で明確に示される。この結果は更
に時間の関数として、即ち初期に測定された結果と比較
して自動的に伝達される。

この方法は抄紙機のコントロール、特に紙の水分を制
御する上で極めて重要である。この方法は、市販の部品
を組み立てることによって得られる装置を使用し、それ
自体公知のプログラム方法を使用するハードウェアシス
テムを備えたコンピュータにプログラムすることによっ
て実際に行なうことができる。このハードウェアシステ
ムは、抄紙機のアクチュータ、特にリップを駆動する機
構やヘッドボックスの圧力駆動機構を自動的にコントロ
ールすることが可能である。

第１図は、抄紙機のワイヤー部分、乾燥ライン、及び
電子光学カメラを示す図である。

第２図は、ワイヤー及びその上に設置されたカメラの
概略図である。

第３図は、パルプ内の光の進行状態を示す図である。

本発明方法において重要な特徴は、ワイヤー面及びワ
イヤー上の物質について、光学−電子カメラ（第１図参
照）を用いてその像を形成すること、及び乾燥ラインを
検出し且つそれを特定する量を決定するために、該像の
情報をデジタルコンピュータに移しそこで演算処理を行
なうことにある。

本発明を形成するこの態様においてはそれ自体公知の
技術が組み合わされてよく、例えば通常のテレビカメラ
を使用したり、不連続要素（discrete elements）から
成る電気信号を使用したり、不連続コンポーネント（di
screte components）から構成される電気デバイスを使
用することができ、これらは英国特許第1430420号明細
書に開示されている。

然しながら、上記の方法は、乾燥ラインの明確な像を
導くことができないばかりか、乾燥ラインを特定する量
の正確な値を導くことができない。これは、人間によっ
てなされる光学的観察から知られ且つ機械的観察を誤ら
せる事実に基づく。

ワイヤーの観察において認められる水の表面の光沢
（gloss）は、工場のホールのランプの様に、種々の光
源からの反射光が観察者の目に入ることによって観察さ
れるため、規則的ではないが、周囲よりも明るいスポッ
トから成っている。

単一の光源であったとしても、そのスポットは不明瞭
であり分散している。何故ならば、可動するワイヤ及び
繊維層上にあるパルプの水表面は平面ではなく且つ部分
的に傾斜している面は変化しやすいため、人間の眼で観
察されるものは、その光源からの単一の鏡像ではなく、
不明瞭な境界線を有する不規則な光り輝く区域だからで
ある。即ち、その内部にはその外側部分とは別個の暗い
部分を有する区域として表わされるためである。

パルプ表面の一部の光り輝く部分は拡がり、他の部分
では乾燥ラインの方に拡がることはない。パルプの水表
面は、狭く且つ長いピークを形成する場合があるが、そ
の観察を修正することは、光沢の不均一さのため特に困
難である。

数種の光源からワイヤーに光を照射したり、或いは照
射光の光強度を増大させたとしても、上述した困難性を
完全に解消することはできない。

これに対して、光り輝く部分の数及び輝きのレベルを
増大させることは、観察を更に困難なものとする。乾燥
ラインの画像を得るためには、種々の方向からの観察を
行なうために、観察者は動かなければならない。この様
に、乾燥ラインを自動的に観測することは、従来の測定
技術では極めて困難である。不明瞭なカメラ信号に基づ
いてコンピュータによって乾燥ラインを決定すること
は、それは完全に実行されたとしても、時間消費計算を
考慮したハードなプログラミング作業である。

本発明の第２の特徴は、上述した妨害現象を回避する
方法によってワイヤーの観察を行なうことである。

即ち、従来の測定技術とは逆に、乾燥ラインの後にお
けるウェブ表面よりも明るくないか或いは暗い部分を検
出し且つ認識するという方法によって、パルプで覆われ
た部分の観察を行うものである。これは、具体的には、
ワイヤーへの光照射及び電子光学カメラの位置決めを後
述する方法によって行なうことによってなされる。この
方法によれば、明瞭且つ正確に乾燥ラインの自動検知を
行ない得ることが実験的に証明された。

この方法において、ワイヤーには、ワイヤー面に対し
て小さな角度でそのホール幅を介して光照射が行われ、
反射の主方向とはかなり異なる光軸を有する電子光学カ
メラによってワイヤーの観察が行われる。また同時に、
該カメラには他の光源からの妨害光が入射しない様にな
っている。

第２図に示す態様においては、管状の照射器から発せ
られた光は、角度α₁とα₂との間の小さな角度で物質表
面の水平面に入射する。

パルプ表面は部分的に傾斜しているため、該入射光
は、前者よりも大きな角度（α′₁）であって後者より
も小さな角度（α′₂）で表面反射する。

これらの一番端、例えば第１の位置においては、α′
₁は角βとはかなり差があり、カメラが第２図に示され
る様にワイヤーのの中央、即ち、中心線の上方に設けら
れている場合には、その反射光は、カメラに入射するに
はβよりも大きな反射角度でなければならない。

ワイヤーの有効長さが照射される様にするためには、
照射器は管状であることが望ましく、これらの照射器は
必要に応じてワイヤーの両側に設けられるが、所望によ
りその外側或いはその両端部に設けてもよい。この照射
器からの光が直接カメラに入ることは、シェード（Shad
e）によって防止される。直接的に、或いはパルプ面か
らの反射によってカメラに入射して観察を妨げる様な他
の光源及び工場ホールからの光は、同様にして、問題と
なる方向の光照射を防止するシェードを設けることによ
って回避することができる。この様な配置によって、反
射光によって生ずる明るいスポットがカメラの視野に形
成されることが防止される。

照射光からの入射角が小さくなる程、パルプ面に照射
されて反射する光の割合は大となる（第３図参照）。他
の部分は、水の様に挙動するパルプ面で屈折する。この
パルプ層においては、単繊維及びワイヤー面上に形成さ
れている分散反射繊維層によって、前記屈折光は全ゆる
方向に散乱される。同時にその強度は吸収によって減少
する。散乱及び反射後に表面に戻る一部の光は、戻り角
が水平面に対して41.4°〜90°の範囲にあれば、パルプ
層からでる。

戻り角が大きい程、この範囲の角度で表面に到達した
光の大部分は表面で屈折して該表面の上部の全域の半分
の領域を進行し、他の部分は該表面で反射してパルプ層
に戻る。

０°〜41.4°の小さな角度の範囲で戻る光の全ては、
該表面で全反射し、続いてパルプ内を進行する。

乾燥ラインの後において、パルプ層が消失した後は、
該照射器からの光は、上方に遊離の水がないウェブに照
射される。

この場合、鏡面反射はないが、その反射係数が１であ
れば全ての光はウェブ表面においてウェブの全半面域に
向かって散乱的に反射し、一方その反射係数が小さけれ
ば、反射の割合は少なくなる。

この係数は、ウェブ表面で直接生ずる散乱反射及び前
述のパングラフにおいて述べたパルプ層の下で生ずる散
乱反射の何れの場合と同様に考慮される。

以上を要約すると、ワイヤー上の半分の領域において
は、乾燥ライン前のパルプから受ける光が、その後のウ
ェブから受ける光よりも少ないものと結論づけてよい。

この相違は、鏡面反射による光と、パルプ内を進行し
且つ断続的な全反射の間に吸収される一部の光によって
生ずるものである。

従って、乾燥ライン前にカメラが受ける光量は、その
後で受ける光量よりも少ない。

上述した光照射及び像形成法において、乾燥ライン前
のワイヤー部分は乾燥ライン後の部分よりも暗く、また
何れの部分も観察を妨げる様な反射は生じないことが理
解されよう。

この様に、乾燥ラインの前後において、ワイヤー部分
の光度は異なっているため、十分大きな角度をもってこ
れらを観察した場合、上方に設置されたカメラはこれを
区別し、これによりそのボーダーライン、即ち乾燥ライ
ンが認識される。

この様な判別及び認識が容易且つ明確に行われるこ
と、及びワイヤー上には鏡面反射を妨げるものも最も認
められないことは、実験的に証明された。

注射器がワイヤーの両側に設けられた場合、ワイヤー
の中央方向に向かって光度は幾分減少し、照射器の後側
にリフレクターが設けられていたとしても、光度の変化
はなだらかであってあまり重要でなく、これによって観
察及び判別が困難となることはない。

カメラは、その光学素子が、慣用のテレビカメラチュ
ーブにおける様な連続面である電気的検知面或いは半導
体における様な不連続要素から成る電気的検知面上にワ
イヤーの実像が形成される様に設けられる。

検出器は、光像の情報を電気的形状に変換するが、こ
の電気的形状は短時間で電気的信号として読み取られ
る。

この信号は、繰り返し受け入れのための機構を備えた
コンピューターに移送される。コンポーネントの選択に
より、アナログ信号の分離を行なうためのアナログ−デ
ジタル変換器、所定の計算機構を備えたプリプロセッサ
ー、信号の演算速度をスピードアップするためのワイヤ
リング等の他の要素を使用することもできる。これら
は、それぞれカメラ或いはコンピュータと組み合わされ
てもよい。

これらの駆動の全てに必要とされる技術は公知であ
り、市販されているコンポーネントによって駆動するこ
とができる。

ワイヤーの明暗は前記方法において互いに区別されな
ければならない。従って照射出力及びカメラの設定絞り
は、問題となる領域が検出器によって区別され得る様に
選択される。更にこの電気信号は、電気値として与えら
れたスレッショルド（threshold）よりも高い信号素及
び低い信号素が互いに明確に区別される様にスレッショ
ルドされて変換器に伝達される。スレッショルドの高さ
は装置のユーザーによって設定されるが、例えば照度の
レベルの変動に応じて、同調後に自動的に設定される様
にプログラムされていてもよい。これらも公知の技術で
ある。

画像信号がコンピュータに入力されると、直ちに演算
若しくはメモリー内への記憶が行われるか、又は演算及
び記憶の両方が行われる。公知のプログラムにより、そ
の信号は直ちに例えばディスプレイ上に再生され、これ
によって暗像素及び明像素に相当する文字（例えば0/1
又はW/.）から成る表面の間にある境界線によって乾燥
ラインが示される。

またこれに代えて、これらの横方向位置座標において
設定された最も高い位置座標を超えるものを“0"として
読み取り、最も低いものを“1"として読み取る様にして
もよい。これら要素“0"又は“1"の量及び時期を計算す
ることによって、平均の乾燥ラインの位置及び変動が決
定される。

乾燥ラインは、最も遠隔の０−要素を通る破線関数と
して表わすこともできる。乾燥ラインに最も近似した回
帰線は、その平均の傾斜を示す。

更に、その平均の曲率を示すためには２次曲線を当該
関数に適合し得るが、乾燥ラインが有効に存在する時期
を示したい場合には、更に高次の曲線或いは３角関数が
適合し得る。

これらの全ての作業は像解析に関する学問において説
明されている公知技術であり、また通常の構造のコンピ
ュータが備えている技術である。相当するプログラム
は、自動データ計算に知識のあるものによって容易に確
立され、また本発明において必要な作業に適用される。

また実際には、抄紙機作業者は常に継続して乾燥ライ
ンの制御を行なう必要があるというものではない。

従って、上記の量の一部が所定の限界を超えた場合に
警告を発する様なボイス乃至は光信号デバイスを備えた
コンピューターを設けることが実際的である。この様な
信号デバイスは、スタンダードな装置としてコンピュー
ターに備えつけられている場合がある。

上記の警告に応じて紙或いはマスメモリー内にデータ
の蓄積が行われてよく、一方、興味ある量は、所定の間
隔で蓄積される様にプログラムされる。観察者或いは抄
紙機のオペレータは、アクチュエータ、コントロールデ
バイス及びこれに連結された自動コントロールデバイス
の数値設定アドジャスターの作動制御を行なう。この制
御は、従来から、乾燥ラインの観察に従って行われてい
る。

上述した本発明によれば、乾燥ラインが従来に比して
極めて明確に示され、特に臨界的状態のみならず従来法
によっては全く観察乃至決定することのできない態様も
明瞭に示されるため、抄紙機のコントロールを有効に改
善することができる。

フィードバック或いはフィードフォードによって抄紙
機のコントロールデバイス（上述したアクチュエータ、
自動コントロールデバイス及びアジャスターのコントロ
ールデバイス）の操作を迅速に行なうために、上述した
ものに加えて、コンピュータを使用することができる。

この様なコントロールデバイスには、パルプのトータ
ル流量を制御するためのコントロールバルブ、ヘッドボ
ックスにおける圧力乃至パルプレベルを制御するための
コントロールバルブ或いは位置制御ループの数値設定ア
ジャスター（set value adjuster）用のコントロールバ
ルブが含まれる。

ワイヤー全域にわたっての分布を制御するために、ヘ
ッドボックスリップは、それに連結されたリップスクリ
ューによって調整することができる。これらは、ステッ
プ、サーボその他の対応モータによってコントロールさ
れるメカニズムによって通常異なる。

コンピュータは、これらをコントロールし得る様に接
続することができ、乾燥ラインを観察及び解析するコン
ピュータと上述したコントロールデバイス乃至機械的コ
ントローラとの間に、別個の制御コンピュータを接続す
ることが好適な場合もある。

制御及び調整用のコンピュータの使用方法は公知であ
り、解析、警告、制御及び調整作業のために標準的なプ
ロセスコンピュータが使用され、上述した作業に要求さ
れる速度でそれらの作業が実施される。

カメラ及びコントロールデバイスの接続に必要とされ
るデバイスには多くのマイクロコンピュータを設けるこ
とも可能である。調整及び制御に必要なプログラムも公
知であり、この様なプログラムの多くは、プロセスコン
ピュータの標準プログラムに属する。これらは、同調パ
ラメータの初期値から、実験により、上述した作業に同
調させることができる。

本発明方法による乾燥ラインの自動制御は、特に水分
に関して異物の含有を減少させることによって紙質を向
上させ、また抄紙機の使用を容易にする。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】乾燥ラインの前後の部分におけるパルプウ
   ェブの光学的特性の相違に基づいて長網抄紙機の乾燥ラ
   インを制御する方法において、 ワイヤー面に対して小さな角度で光を照射し、その上の
   物質表面からの鏡面反射の方向から逸れた方向において
   ワイヤーの観察を行ない、 ワイヤー上のウェブと物質の２次元像を形成する光学的
   電子カメラを用いて、乾燥ラインの後ろのウェブ部分よ
   りも暗いものとして乾燥ラインの前のウェブ部分を検知
   し、 該カメラから繰り返し発せられる電気像信号がスレショ
   ルドされてデジタルコンピュータに供給され（該コンピ
   ュータは該信号によって伝達された輝度の情報に基づい
   て、ワイヤーの乾燥ラインより前の部分と後ろの部分と
   を相互に判別できる様に、且つ抄紙機及びワイヤーの縦
   方向における乾燥ラインの位置を、種々の横方向座標の
   値によって決定できる様に、プログラムされているもの
   である）、 決定された乾燥ラインの位置に基づいて制御作業が行わ
   れることを特徴とする方法。
2. 【請求項２】前記コンピュータは、乾燥ラインの位置及
   びその位置が乾燥ラインの正常の範囲よりどれだけ後に
   あるかどれだけ前にあるかを決定できるように、且つ乾
   燥ラインが正常の範囲よりどれだけ後ろにあるかどれだ
   け前にあるかに応じて警告及び制御作業の少なくとも一
   つの動作を行なう様にプログラムされているものであ
   る、請求の範囲第１項に記載の方法。
3. 【請求項３】制御作業は、抄紙機のヘッドボックスリッ
   プの制御を含むものである請求の範囲第１項記載の方
   法。
4. 【請求項４】前記コンピュータは更に、乾燥ラインの横
   方向に対しての平均の傾斜度、その変化、ピーク及び曲
   率或いはその形状を示す他の量を決定する様にプログラ
   ムされている請求の範囲第１項記載の方法。
5. 【請求項５】パルプウェブが載置されているワイヤーを
   照射するための少なくとも１個の光源から成り、 乾燥ラインの前後におけるパルプウェブの光学的特性の
   相違に基づいて長網抄紙機の乾燥ラインを制御するため
   の装置において、 前記光源は、小さな角度でワイヤーに光照射するため
   に、ワイヤーの両側においてそのワイヤー面上に設けら
   れており、 ワイヤーからの鏡面反射の方向から離れた方向におい
   て、電気的検出器の面上にパルプウェブの光学的２次元
   像を形成する光学電子カメラと、 該検出器からの電気的像信号を繰り返し読み取るための
   部材と、 該繰り返し信号のスレショルドと伝達を行なうための部
   材と、 上記信号によって伝達された輝度の情報に基づいて乾燥
   ラインに関する量を決定する様なプログラムが記憶可能
   なデジタルコンピュータと、 該コンピュータによって与えられた量に基づいて乾燥ラ
   インを制御するためのコントロール部材とを備えている
   ことを特徴とする装置。
6. 【請求項６】前記コントロール部材が、乾燥ラインの自
   動コントロールを行なう様にコンピュータに接続されて
   いる請求の範囲第５項に記載の装置。
7. 【請求項７】前記の少なくとも一つの光源がワイヤーの
   両側に対象的に配置された二つの光源からなり、前記の
   カメラはワイヤーの流れの中心線の上方に垂直に配置さ
   れている、請求の範囲第５項の装置。
8. 【請求項８】前記コントロール部材は、抄紙機のヘッド
   ボックスリップの制御を行なう部材を含む請求の範囲第
   ５項に記載の装置。