KR20020067054A - 이동 웨브의 제조 품질을 제어하는 방법 및 장치 - Google Patents

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KR20020067054A
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Abstract

본 발명은 제조 공정 중에 실시간으로 이동 웨브 제품의 구성 성분을 검출하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 분광계 감시 장치가 웨브의 횡단 방향으로 다수개의 위치에서 웨브의 물리적 및/또는 화학적 특성에 대한 정보를 추출하도록 작동한다. 복수개의 스펙트럼 영역으로부터의 데이터가 웨브의 구성 성분에 대한 정확한 정보를 담은 벡터로서 생성되도록 결합될 수 있다. 이러한 정보는 각각의 관심 구성 성분에 대한 공간 데이터 매트릭스를 산출해내도록 다변수 수학 기법을 사용하여 추출된다. 공간 데이터 매트릭스에 담긴 구성 성분 정보는 "가상 구성 성분 맵"으로서 재가공될 수 있거나, 컴퓨터 메모리에 저장된 이상적인 프로파일에 대해 비교될 수 있다.

Description

이동 웨브의 제조 품질을 제어하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING THE MANUFACTURING QUALITY OF A MOVING WEB}
안면용 티슈 및 다른 섬유 웨브의 제조를 위한 현대적인 시설은 610 m/분(2000 피트/분)을 초과하는 라인 속도로 가동될 수 있다. 웨브에 여러 제조 공정이 진행됨에 따라, 다양한 물질이 최종 제품에 대한 어떤 바람직한 특성을 부여하도록 종종 가해진다. 예컨대, 티슈 제품에는 스킨 로션 또는 보습제 등의 비교적 "무거운" 첨가 성분(add-on)이 주입된다. 또한, 진통제 또는 다른 일반 약물(over-the-counter medication)과 같은 물질이 일부의 경우에 가해질 수도 있다.
과거에는 웨브 제품의 구성 성분에 대한 정보가 "오프-라인" 분석을 사용하여 얻어졌다. 구체적으로, 제품의 샘플이 웨브로부터 단순히 제거되어 구성 성분에 대해 실험실에서 분석되었다. 예컨대, "질량 수지(mass balance)" 분석이 안면용 티슈에 가해진 로션의 농도를 결정하는 데 종종 사용되었다. 이러한 기술에 따르면, 추출 전후의 샘플의 중량 측정은 로션의 중량 및 농도를 산출해낸다.
오프-라인 분석에 의해 추출되는 구성 성분 정보는 제조 공정에 대한 즉각적인 조정을 하는 데 별로 사용되지 않는다. 웨브 제품이 이동하는 라인 속도로 인해, 로션 또는 또 다른 물질의 과량의 인가는 급속하게 많은 비용이 들게 된다. 또한, 순수한 질량 수지 분석은 웨브의 표면을 가로지르는 다양한 위치에서 관심 물질의 농도에 대한 어떠한 정보도 제공하지 못한다. 또한, 질량 수지는 약물과 같은 "가벼운" 첨가 성분의 농도를 결정하는 데 종종 불충분하다.
본 발명은 티슈 제품의 웨브와 같은 제품의 이동 웨브의 제조를 감시하고 제어하는 기술에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 제품 공정을 제어하는 데 사용될 수 있는 이동 웨브에 대한 구성 성분 정보를 제공하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 이동 웨브에 대한 구성 성분 정보를 확인하도록 본 발명에 따라 구성된 시스템을 나타내는 개략도.
도 2는 이동 웨브의 경로에 걸쳐 위치되는 복수개의 분광계 조립체를 도시하는 개략도.
도 3은 도 2에 도시된 각각의 조립체에서의 다수개의 복사 광원 및 분광계 검출기의 상대적인 위치를 도시하는 개략도.
도 4는 도 1의 시스템에서 구성 성분 정보를 추출하는 데 사용되는 일반적인 방법 단계의 플로우챠트.
도 5는 어떤 구성 성분 정보가 추출될 수 있는 예시적인 스펙트럼.
도 6은 추출된 구성 성분 정보에 기초하여 표시될 수도 있는 예시적인 3차원 구성 성분 맵.
도 7은 추출된 구성 성분 정보에 기초하여 표시될 수도 있는 예시적인 2차원 구성 성분 맵.
도 8a 및 도 8b는 추출된 구성 성분 정보에 기초하여 제시될 수도 있는 예시적인 2차원 구성 성분 맵.
본 발명은 종래 기술의 상기 및 다른 단점을 인식하여 취급하고 있다. 따라서, 본 발명의 목적은 실시간으로 이동 웨브의 구성 성분에 대한 신뢰성 있는 정보를 제공하는 것이다.
본 발명의 추가 목적은 공정 제어 또는 품질 분석을 위해 이동 웨브의 다수의 특성에 관한 구성 성분 정보를 동시에 제공하는 것이다.
본 발명의 구체적인 목적은 이동 웨브의 구성에 관한 구성 성분 정보의 그래픽 표시를 제공하는 것이다.
본 발명의 추가 목적은 종이 티슈 제품의 제조에 있어서 다양한 개선을 제공하는 것이다.
이들 목적 중 일부는 제조 환경에서 이동 웨브에 대한 구성 성분 정보를 추출하는 실시간 방법에 의해 달성된다. 이 방법에 따르면, 이동 웨브의 횡방향을 가로지르는 각각의 검출 위치에서 복수개의 광검출기를 갖는 광검출기 조립체가 제공된다. 다음에, 이동 웨브는 각각의 광검출기에서 전자기 에너지를 제공하도록 조사된다. 다음에, 적어도 2개의 선택된 주파수의 전자기 에너지가 각각의 광검출 위치에서 측정된다. 마지막으로, 각각의 검출 위치에 대한 구성 성분 정보는 전자기 에너지의 흡광도에 기초하여 추출된다.
예시적인 방법은 구성 성분 정보에 기초하여 이동 웨브에 대한 소정 구성 성분의 인가를 제어하는 단계를 추가로 포함한다. 예컨대, 소성 구성 성분의 인가는 구성 성분 정보에 기초하여 자동적으로 제어될 수도 있다. 대체 또는 추가 방법으로, 이동 웨브의 횡단 방향으로의 소정 구성 성분의 양적 수준을 나타내는 그래픽 표시가 인간 작업자에게 제시될 수 있다. 이러한 경우에, 소정 구성 성분의 인가는 인간 작업자에 의해 수동으로 제어될 수 있다.
그래픽 표시가 생성되는 곳에서, 그래픽 표시는 이동 웨브의 2차원 또는 3차원 표현과 상호 관련된 양적 수준을 나타낼 수 있다. 2차원 또는 3차원 표현은 인간 작업자의 자연 패턴 인식 기술을 이용한 그래픽 표시를 산출해내기 때문에 양호하다. 바람직하게는, 그래픽 표시는 이동 웨브의 횡단 및 기계 방향 모두로의 소정 구성 성분의 양적 수준을 나타낸다.
본 발명의 다른 목적들은 이동 웨브의 적어도 하나의 소정 구성 성분에 대한 구성 성분 정보를 추출하는 장치에 의해 달성된다. 이 장치는 적어도 2개의 소정 주파수 대역에서의 전자기 에너지로 이동 웨브를 조사하도록 된 복수개의 복사 광원을 포함한다. 이 장치는 각각의 주파수 대역에서의 전자기 에너지의 수준을 검출하도록 이동 웨브로부터 이격된 복수개의 광검출기를 갖는 광검출기 조립체를 추가로 포함한다. 또한, 전자기 에너지 수준은 이동 웨브의 횡단 방향을 가로지르는 다수개의 검출 위치에서 검출된다. 또한, 광검출기 조립체와 전기 통신되는 프로세서 수단이 제공된다. 프로세서 수단은 전자기 에너지의 흡광도에 기초하여 각각의 검출 위치에 대한 구성 성분 정보를 추출하도록 작동된다.
예시적인 실시예에서, 이 장치는 이동 웨브의 횡단 방향으로의 소정 구성 성분의 양적 수준을 나타내는 그래픽 표시를 제시하는 디스플레이 수단을 추가로 포함할 수도 있다. 바람직하게는, 디스플레이 수단은 이동 웨브의 2차원 또는 3차원 표현과 상호 관련된 양적 수준을 제시하도록 작동될 수도 있다. 또한, 디스플레이 수단은 이동 웨브의 기계 방향으로의 양적 수준을 추가로 나타내도록 구성될 수도 있다.
어떤 실시예에서, 복수개의 복사 광원은 광검출기 조립체로서 이동 웨브의 동일측 상에 위치될 수도 있다. 다른 실시예에서, 복수개의 복사 광원은 광검출기 조립체로부터 이동 웨브의 대향측 상에 위치될 수도 있다. 물론, 복사 광원은 일부의 경우에 이동 웨브의 양측 상에 놓일 수도 있다.
본 발명의 다른 목적들은 제조 환경에서 티슈 종이의 이동 웨브에 첨가되는 적어도 하나의 소정 구성 성분에 대한 구성 성분 정보를 추출하는 실시간 방법에 의해 달성된다. 이 방법에 따르면, 이동 웨브는 적어도 2개의 소정 주파수 대역에서의 전자기 에너지로 조사된다. 다음에, 이동 웨브에 의해 확산됨에 따라 전자기 에너지가 이동 웨브의 횡방향을 가로지르는 복수개의 검출 위치 중 각각의 위치에서 측정된다. 각각의 검출 위치에 대한 구성 성분 정보가 전자기 에너지의 흡광도에 기초하여 추출된다. 마지막으로, 이동 웨브에 대한 소정 구성 성분의 인가가 구성 성분 정보에 기초하여 제어된다.
본 발명의 추가 목적들은 이동 웨브에 첨가되는 적어도 하나의 소정 구성 성분에 대한 구성 성분 정보를 추출하는 실시간 방법에 의해 달성된다. 이 방법의 제1 단계는 전자기 에너지로 이동 웨브를 조사하는 단계를 포함한다. 이동 웨브의 횡방향을 가로지르는 복수개의 검출 위치 중 각각의 위치에서, 전자기 에너지가 0.2 내지 200 ㎛의 주파수 범위 내에 속하는 복수개의 주파수 대역에서 측정된다. 다음에, 주파수 대역으로부터의 스펙트럼 정보는 슈퍼벡터(supervector)로 결합된다. 추가 단계는 검출 위치와 상호 관련된 구성 성분 정보의 공간 데이터 매트릭스(spatial data matrix)를 생성시키도록 다변수 수학 기법(multivariate mathematical technique)을 사용하여 슈퍼벡터를 처리하는 단계를 포함한다.
본 발명의 목적, 특징 및 측면은 개시된 요소들의 다양한 조합 및 부속 조합에 의해 달성되는데, 이는 이하에서 상세하게 논의될 것이다.
첨부 도면에 대한 참조를 포함하여 명세서의 잔여부에서는 당업자 중 어느 하나에 대해 본 발명의 가장 양호한 모드를 포함한 본 발명의 완전하고 합당한 개시 사항을 구체적으로 기재하기로 한다.
본 명세서 및 도면에서 도면 부호의 반복적인 사용으로 본 발명의 동일하거나 유사한 특징부를 나타내고자 한다.
당업자라면 이러한 논의가 예시적인 실시예의 설명일 뿐으로 폭넓은 태양이 예시적인 구성으로 실시되는 본 발명의 폭넓은 태양을 제한하는 것으로 해석되지 말아야 한다는 것을 이해할 것이다.
본 발명에 따르면, 이동 웨브 제품에 대한 구성 성분 정보가 특히 적절한 분광계 감시 장비를 사용하여 정확하게 추출될 수 있다는 것으로 밝혀졌다. 예컨대,제조 공정 중에 첨가되는 물질의 농도에 대한 정보는 이동 웨브의 횡단 방향으로의 여러 위치에서 결정될 수 있다. 이러한 정보는 제조 공정에서 상류 매개 변수를 자동적으로 제어하도록 디지털 형태로 사용될 수 있다. 또한, 그래픽 표시가 실시간으로 웨브의 구성 성분을 나타내도록 인간 작업자에게 제시될 수 있다. 또한, 웨브의 다양한 물리적 특성에 대한 정보(두께, 밀도, 불투명도 등)가 품질 제어를 위해 얻어질 수도 있다.
도 1은 전형적인 라인 속도로 제조 공정을 통해 진행하는 이동 웨브(10)를 도시하고 있다. 분무기(12, 14)가 이동 웨브(10)의 통과 표면으로 각각의 구성 성분("X" 및 "Y")을 연속적으로 가한다. 안면용 티슈의 경우에, 예컨대 구성 성분(X)은 로션 또는 보습제일 수도 있다. 구성 성분(Y)은 구성 성분(X)보다 상당히 낮은 농도로 웨브에 가해지는 일반 약물과 같은 "보조(minor)" 구성 성분일 수도 있다.
이러한 경우에, 한 쌍의 분광계 조립체(16, 18)가 이동 웨브(10) 위에 위치된다. 마찬가지로, 한 쌍의 분광계 조립체(20, 22)가 도시된 바와 같이 이동 웨브(10) 아래에 위치된다. 분광계 장치는 전자기 복사의 스펙트럼에서의 선택된 주파수에서 전자기 에너지의 흡광도를 측정하도록 작동한다. 이하에서 보다 완전하게 설명되겠지만, 분광계 장치에 의해 수행된 측정치는 프로세서(24)로 이송되어, 원하는 구성 성분 정보를 추출하도록 다변수 수학 기법을 적용한다.
프로세서(24)와 결합되는 적절한 메모리 수단(25)은 측정될 각각의 구성 성분 또는 다른 특성의 이상적 수치에 대한 정보를 저장한다. 이와 같이,프로세서(24)는 추출된 정보와 웨브의 속성을 위한 원하는 프로파일을 비교할 수 있다. 구성 성분 정보는 분무기(12, 14)의 자동 제어 또는 다른 제어 가능한 제조 매개 변수를 위한 공정 제어기(26)로 이송된다. 대체 또는 추가 방법으로, 구성 성분 정보는 적절한 평판 또는 CRT 등의 디스플레이(28)로 이송될 수도 있다. 디스플레이에 따라, 인간 작업자(30)는 제조 공정의 다양한 측면도 제어할 수 있다.
도 1의 시스템에서의 분광계 조립체는 이동 웨브(10)의 구성 성분에 대한 상세 정보를 드러내도록 선택된 주파수 대역을 사용한다. 이러한 관점에서, 본 발명의 추가 세부 사항을 논의하기 전에 분광계 이론의 어떤 일반적인 측면을 고찰하는 것이 유용하다. 분광학적 측정에서의 제1 가정은 베르의 법칙(Beer's law)이 분광계의 응답 변화와 샘플 시료에 존재하는 분석물 재료의 농도 사이에 적용된다는 것이다. 부게, 람베르트 및 베르 관계식(Bouguer, Lambert and Beer relationship)은 입사빔 내에서의 샘플의 투과율(또는 반사율)은 {[몰 흡광 계수(L·mol-1㎝-1)]×[용액 중의 분자의 농도(mol-1L-1)]×[용액 중의 샘플의 경로 길이(㎝)]×(-1)}의 10 익스포넌트와 동등한 것으로 가정하기로 한다. 부게, 람베르트 및 베르(베르의 법칙) 관계식은 다음과 같이 주어진다:
여기에서, T=투과율, I0=입사 에너지의 강도, I=투과된 광의 강도, ε=몰 흡광 계수(L·mol-1㎝-1), C=농도(mol·L-1), L=경로 길이(㎝).
상기 식은 분광계 응답과 농도 사이의 관계를 선형화하는 데 사용되는 로그 항으로서 흡광도를 나타낸 보다 표준형 형태로 단순화될 수도 있다. 이는 흡광도와 농도 사이의 관계로서 아래의 표현식을 제공한다:
주의: 반사율(R) 항은 람베르트의 무한 두께 반사면(Lambertian infinitely thick reflector)에 대한 투과율(T) 항으로 대체될 수 있다.
다음의 진술은 베르의 법칙으로 가장 자주 불리는 것에 대해 유효하다: (1) 투과율(또는 반사율)과 농도 사이의 관계는 비선형이지만, (2) 흡광도와 농도 사이의 관계는 선형이다. 분광계의 물리적 현상에 대한 추가 설명은 1993년에 발행된근적외선 분광학 학회지(Journal of Near Infrared Spectroscopy)제1호의 제221면 내지 제245면에 기재된 제이.워크맨, 주니어의 "프로세스 근적외선 분광학의 고찰(A Review of Process Near Infrared Spectroscopy)"에서 찾아볼 수 있으며, 이는 참조로 여기에 포함되어 있다.
이와 같이, 베르의 법칙은 이동 웨브에서 소정 구성 성분의 농도에 대한 구성 성분 정보를 추출하는 데 사용될 수 있다. 스펙트럼 측정은 복사 광원 및 검출기가 이동 웨브의 대향측 상에 위치되는 벌크 전송 모드(bulk transmission mode)에서 수행될 수도 있다. 대체 방법으로, 측정은 광원 및 검출기가 웨브의 동일측 상에 위치되는 확산 반사율 모드(diffuse reflectance mode)에서 수행될 수도 있다. 벌크 전송 측정은 전체 샘플에 대한 총 첨가 수준을 검출하도록 수행될 수 있으며, 각각의 표면에 대한 첨가 수준의 측정은 일반적으로 확산 반사율의 사용을 필요로 한다.
본 발명에 따르면, 전자기 스펙트럼의 다수개의 영역이 각각의 구성 성분 또는 다른 관심 특성에 대한 가장 신뢰성 있는 정보를 담도록 선택된다. 단순히 단일 영역을 사용하여 구성 성분 정보를 검출하기보다는 다수개의 스펙트럼 영역이 동시에 검출되면 보다 풍부한 구성 성분 정보가 얻어질 수 있다. 문제의 속성에 대한 일부 정보를 각각 담은 다양한 스펙트럼 영역(예컨대, 자외선+가시광선+근적외선(NIR)+적외선(IR)+라만광 등)은 스펙트럼 융합(spectral fusion)을 사용하여 동시에 검출되어 단일 "슈퍼벡터"로 결합될 수 있다. 다음에, 슈퍼벡터는 검출 위치와 상호 관련된 요구 특성의 공간 데이터 매트릭스를 생성시키도록 다변수 데이터 분석을 사용하여 처리된다. 일반적으로, 스펙트럼 영역은 0.2 내지 200 ㎛의 파장 범위에 속할 것이다.
이러한 점에서, 특정 광원 및 검출기의 각각의 세트는 바람직하게는 특정 측정 영역에 대해 최적화된다. 다음에, 각각의 검출기는 웨브의 표면에 걸쳐 이동될 수 있거나(래스터 방식), 다수개의 센서 어레이로 설정될 수 있다. 이러한 후자의 경우에, 각각의 어레이는 일반적으로 특정 형태의 파장 측정(예컨대, 자외선, 가시광선, NIR, IR 또는 라만광 중 하나)에 대해 구성된다. 이와 같이, 도 1의 예에 도시된 각각의 분광계 조립체(16, 18, 20, 22)는 전자기 스펙트럼의 선택 영역에서의 복사선의 검출에 대해 구성될 것이다.
일반적으로, 특성 결정에 필요한 주파수 측정치의 최소수는 적어도 2개인데,하나는 측정치에 대한 것이고, 다른 하나는 기준 주파수에 대한 것이다. 적어도 하나의 기준 파장과 하나의 특성 파장의 측정은 관심 특성에 대한 전체적인 측정 신호에 영향을 주기도 하는 기준선 변화를 보상하는 것이 바람직하다. 이러한 2개의 주파수를 측정할 필요성은 웨브 시스템의 운동과 웨브 플러터(web flutter) 및 표면 상태에 기초한 신호의 변화 가능성(variability)에 의해 악화된다. 대조적으로, 단일 주파수는 신호 보정에 사용될 기준점이 없기 때문에 보다 안정하지 못한 결과를 일으킬 수도 있다.
이제, 도 2 및 도 3을 참조하면, 각각의 분광계 장치는 이러한 경우에 이동 웨브의 횡(또는 "횡단")방향으로의 각각의 검출 위치(A 내지 F)에 인접하게 위치되는 복수개의 고정 광검출기를 갖도록 구성된다. 이러한 배열은 가로질러 이동하는 검출기에 대한 필요성을 제거시키는데, 이는 검출기가 가로질러 이동함에 따라 웨브 자체가 이동하기 때문에 정보의 일부 손실을 일으킨다. 도 3에 도시된 바와 같이, 예컨대, 조립체(16)는 복수개의 고정 광검출기(D1 내지 D6)를 포함한다.
하나 이상의 복사 광원(S1 내지 S6)은 각각의 광검출기와 각각 결합된다. 예컨대, 2개의 복사 광원은 도시된 실시예에서의 각각의 검출기와 결합된다. 예로서 검출기(D1)를 사용하면, 제1 광원(31)은 확산 반사율 측정치를 얻기 위해 검출기로서 웨브(10)의 동일측 상에 위치된다. 제2 광원(32)은 벌크 전송 측정을 위해 웨브(10)를 통한 입사 복사선을 유도한다. 확산 반사율 측정이 수행되어야 하는 곳에서, 광원 및 이에 결합된 검출기는 종종 공통 포위부(common enclosure)에 위치될 것이다. 벌크 전송 측정이 수행되어야 하는 곳에서, 광원 및 검출기는 일반적으로 이동 웨브(10)의 대향측 상에 위치된 별도의 포위부에 위치될 것이다.
상기된 바와 같이, 광검출기의 신호 출력은 추가 분석을 위해 프로세서(24)로 이송된다. 프로세서(24)는 도 1에 단일 장치로서 도시되어 있지만, 데이터 처리 절차의 다양한 기능이 여러 개의 계산 장치들 사이에 분산될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 예컨대, 상용 분광계에는 종종 전자 제어 유닛(ECU: electronic control unit)이 제공되는데, 여기에서 적어도 일부의 데이터 처리가 일어난다. 다음에, 이러한 데이터는 원하는 그래픽 표시의 발생뿐만 아니라 추가 처리를 위해 특정하게 프로그래밍된 컴퓨터로 이송될 수도 있다.
다양한 형태의 분광계 장치가 본 발명의 개시 내용 내에서 이용될 수도 있지만, 이러한 양호한 실시예는 구성 성분 정보를 추출하도록 필터 분광계를 채용한다. 일반적으로 말하면, 필터 분광계는 그 대역에서 나타나는 복수선의 기준치 및 측정치를 비교함으로써 선택 주파수 대역에서 흡광도의 표시를 생성시킨다. 기준치는 일반적으로 복사 광원으로부터 검출기로 직접 전자기 에너지를 유도함으로써 얻어진다. 측정치는 샘플 재료와의 상호 작용 후에 수집된 전자기 에너지이다. 관심 주파수는 일반적으로 복사 광원으로부터 하나 이상의 협소한 대역 필터를 통해 광대역 복사선을 통과시킴으로써 생성된다. 본 발명에 사용되는 데 적합할 수 있는 필터 분광계는칼슨에게 허여된 미국 특허 제4,097,743호에 기재되어 있는데, 이는 참조로 여기에 포함되어 있다.
도 4는 도 1의 시스템에서의 구성 성분 정보를 추출하는 데 이용되는 일반적인 공정 단계를 도시하고 있다. 블록(33)에서, 선택 주파수에서의 전자기 에너지는 웨브의 횡단 방향으로의 각각의 검출 위치에서 검출된다. 바람직하게는, 다수개의 스펙트럼은 구성 성분 데이터가 생성될 "슈퍼벡터"를 발생시키도록 스펙트럼 융합에 의해 결합된다. 이는 블록(34)에서 일어나는데, 여기에서 다변수 전체 스펙트럼 케모메트릭스(multivariate full-spectrum chemometrics)가 요구 특성의 공간 데이터 매트릭스를 계산하는 데 적용된다. (실제로, 다수개의 공간 데이터 매트릭스가 동일한 스펙트럼 슈퍼벡터 정보로부터 추출될 수도 있다.)
공간 데이터 매트릭스는 문제의 구성 성분의 가상 특성 맵(즉, 구성 성분 맵)을 생성시키도록 그래픽 기술을 사용하여 "재가공"될 수도 있는 것으로 고려되어야 한다. 직접 투사에 대한 대체 방법으로서, 프로파일은 [블록(38)에 나타낸 바와 같은] 각각의 관심 웨브의 특성에 대한 이상적인 프로파일과 비교될 수도 있다. 이제, 블록(40)으로 진행하면, 결과적인 편차 맵이 육안 해석을 위해 인간 작업자에게 표시될 수도 있거나, 자동 제어를 위한 화상 분석 및 패턴 인식이 적용될 수도 있다. 도면 부호 41로 나타낸 바와 같이, 실제 대 이상에 대한 이상적인 매치 인덱스는 웨브 제조 공정 중에 관심 구성 성분에 대한 "유사(alikeness)" 또는 단순 품질 수치(Simple Quality Value)를 나타내는 단일 정수로서 계산될 수 있다.
도 5는 안면용 티슈에 적용되는 로션의 양에 대한 정보를 얻는 데 사용될 수도 있는 스펙트럼의 일례를 도시하고 있다. 이러한 예에서, 스펙트럼은 처리되지 않은 티슈의 스펙트럼과 로션이 인가된 티슈의 스펙트럼 사이의 차이를 나타낸다. 스펙트럼은 NIR 전자기 에너지의 벌크 전송에 의해 얻어졌다.
이해할 수 있는 바와 같이, 결과적인 스펙트럼은 다수개의 흡광도 피크를 나타내는데, 이들 중 일부는 처리된 티슈의 로션 재료에 대응한다. 예컨대, 1214 ㎚, 1727 ㎚, 2314 ㎚ 및 2400 ㎚에서의 피크는 로션의 광유(mineral oil) 및 주요 성분의 존재를 나타낸다. 이와 같이, 이들 흡광도 수치의 수학적 처리는 특정 검출 위치에서의 로션 농도의 지시를 제공한다.
잔여 도면은 구성 성분 정보로 발생될 수 있는 다양한 그래픽 표시를 도시하고 있다. 예컨대, 도 6은 각각의 검출 위치에서의 특정 관심 구성 성분에 대한 첨가율의 3차원 메시 화상(three-dimensional mesh image)(42)을 도시하고 있다. 결과적인 맵은 인간 작업자에 의해 용이하게 인식 가능한 방식으로 웨브의 표면과 상호 관련된 첨가율을 나타낸다. 이러한 경우에, 맵은 웨브 제품의 이동에 대응하는 이동 외관을 제공하는 선입 선출 방식으로 기계 방향으로의 농도 수준을 나타낸다.
도 7은 동일한 데이터의 2차원 표현 도면이다. 이러한 경우에, 높거나 중간의 또는 낮은 첨가율의 영역이 각각의 색상에 의해 나타내어져 있다. 이와 같이, 높은 수준의 첨가는 제1 색상에 의해 나타내어져 있는데, 이는 단순히 백색일 수도 있다. 목표치 근처의 중간 첨가 수준은 제2 색상(48)에 의해 나타낼 수도 있다. 제3 색상(50)은 관심 구성 성분에 대한 낮은 수준의 첨가를 나타낸다.
추가 형태의 그래픽 표시는 도 8a 및 도 8b에 도시되어 있다. 구체적으로, 도 8a는 구성 성분 정보가 웨브의 기계 방향으로 선입 선출 방식으로 표시된다. 다양한 검출 위치에서의 이동 웨브의 횡단 방향으로의 구성 성분 정보는 도 8b의 막대 그래프(54)에 의해 도시되어 있다.
이와 같이, 본 발명은 이동 웨브의 제조 품질을 제어하는 개선된 장치 및 방법을 제공한다는 것을 알 수 있다. 본 발명의 양호한 실시예가 도시되고 설명되었지만, 첨부된 청구의 범위에 보다 구체적으로 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 범주를 벗어나지 않고 당업자에 의해 본 발명에 대한 수정 및 변형이 이루어질 수도 있다. 또한, 다양한 실시예의 태양이 전체적으로 또는 부분적으로 상호 교체될 수도 있는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 당업자라면 상기 설명은 예시를 위한 것일 뿐으로 첨부된 청구의 범위에 추가로 기재된 본 발명을 제한하려는 것은 아니다는 것을 이해할 것이다.

Claims (34)

  1. 제조 환경에서 이동 웨브에 대한 구성 성분 정보를 추출하는 실시간 방법에 있어서,
    (a) 상기 이동 웨브의 횡방향을 가로지르는 각각의 검출 위치에서 복수개의 광검출기를 갖는 광검출기 조립체를 제공하는 단계와;
    (b) 상기 각각의 광검출기에서 전자기 에너지를 제공하도록 상기 이동 웨브를 조사(illuminating)하는 단계와;
    (c) 상기 각각의 검출 위치에서 전자기 에너지를 측정하는 단계와;
    (d) 상기 전자기 에너지의 흡광도에 기초하여 상기 각각의 검출 위치에 대한 상기 구성 성분 정보를 추출하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구성 성분 정보에 기초하여 상기 이동 웨브에 대한 상기 소정의 구성 성분의 인가를 제어하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 소정의 구성 성분의 인가는 상기 구성 성분 정보에 기초하여 자동적으로 제어되는 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 이동 웨브의 횡단 방향으로의 상기 소정의 구성 성분의 양적 수준을 나타내는 그래픽 표시를 인간 작업자에게 제시하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 소정의 구성 성분의 인가는 상기 인간 작업자에 의해 수동으로 제어되는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 이동 웨브의 횡단 방향으로의 상기 소정의 구성 성분의 양적 수준을 나타내는 그래픽 표시를 인간 작업자에게 제시하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 그래픽 표시는 상기 이동 웨브의 2차원 표현과 상호 관련된 상기 양적 수준을 나타내는 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 그래픽 표시는 상기 이동 웨브의 3차원 표현과 상호 관련된 상기 양적 수준을 나타내는 방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 그래픽 표시는 상기 이동 웨브의 기계 방향으로의 양적 수준을 추가로 나타내는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 이동 웨브는 티슈 종이의 웨브이고, 상기 소정의 구성성분은 상기 이동 웨브에 첨가되는 로션(lotion) 물질인 방법.
  11. 제1항에 있어서, 단계 (c)는 상기 소정의 구성 성분에 흡광 스펙트럼을 제공하기 위해 상기 각각의 검출 위치에서 복수의 주파수를 검출하는 단계를 포함하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 구성 성분 정보는 상기 이동 웨브의 복수의 소정의 구성 성분에 대해 동시에 추출되는 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 전자기 에너지는 상기 이동 웨브의 동일측 상에 위치된 입사 광원으로부터 상기 광검출기로 반사되는 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 전자기 에너지는 상기 이동 웨브의 대향측 상에 위치된 입사 광원으로부터 상기 광검출기로 전송되는 방법.
  15. 이동 웨브의 적어도 하나의 소정 구성 성분에 대한 구성 성분 정보를 추출하는 장치에 있어서,
    적어도 2개의 소정 주파수 대역에서의 전자기 에너지로 상기 이동 웨브를 조사하도록 된 복수의 복사 광원과;
    상기 각각의 주파수 대역에서의 상기 전자기 에너지의 수준을 검출하도록 상기 이동 웨브로부터 이격된 복수개의 광검출기를 갖고 상기 이동 웨브의 횡방향을 가로지르는 다수의 검출 위치에서 상기 전자기 에너지의 수준을 검출하도록 작동되는 광검출기 조립체와;
    상기 광검출기 조립체와 전기 통신되고 상기 전자기 에너지의 흡광도에 기초하여 상기 각각의 검출 위치에 대한 상기 구성 성분 정보를 추출하도록 작동되는 프로세서 수단
    을 포함하는 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 이동 웨브의 횡단 방향으로의 상기 소정의 구성 성분의 양적 수준을 나타내는 그래픽 표시를 제시하는 디스플레이 수단을 추가로 포함하는 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 디스플레이 수단은 상기 이동 웨브의 2차원 표현과 상호 관련된 상기 양적 수준을 제시하도록 작동되는 장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 디스플레이 수단은 상기 이동 웨브의 3차원 표현과 상호 관련된 상기 양적 수준을 제시하도록 작동되는 장치.
  19. 제16항에 있어서, 상기 디스플레이 수단은 상기 이동 웨브의 기계 방향으로의 양적 수준을 추가로 나타내는 장치.
  20. 제16항에 있어서, 상기 복수의 복사 광원은 상기 광검출기 조립체로서 상기 이동 웨브의 동일측 상에 위치되는 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 복수의 복사 광원은 상기 광검출기 조립체로부터 상기 이동 웨브의 대향측 상에 위치되는 장치.
  22. 제조 환경에서 티슈 종이의 이동 웨브에 첨가되는 적어도 하나의 소정의 구성 성분에 대한 구성 성분 정보를 추출하는 실시간 방법에 있어서,
    (a) 적어도 2개의 소정 주파수 대역에서의 전자기 에너지로 상기 이동 웨브를 조사하는 단계와;
    (b) 상기 이동 웨브의 횡방향을 가로지르는 복수의 검출 위치들 중 각각의 위치에서 상기 이동 웨브에 의해 확산됨에 따라 상기 전자기 에너지를 측정하는 단계와;
    (c) 상기 전자기 에너지의 흡광도에 기초하여 상기 각각의 검출 위치에 대한 구성 성분 정보를 추출하는 단계와;
    (d) 상기 구성 성분 정보에 기초하여 상기 이동 웨브에 대한 상기 소정의 구성 성분의 인가를 제어하는 단계
    를 포함하는 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 소정의 구성 성분의 인가는 상기 구성 성분 정보에 기초하여 자동적으로 제어되는 방법.
  24. 제22항에 있어서, 상기 이동 웨브의 횡단 방향으로의 상기 소정의 구성 성분의 양적 수준을 나타내는 그래픽 표시를 인간 작업자에게 제시하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 소정의 구성 성분의 인가는 상기 인간 작업자에 의해 수동으로 제어되는 방법.
  26. 제22항에 있어서, 상기 이동 웨브의 횡단 방향으로의 상기 소정의 구성 성분의 양적 수준을 나타내는 그래픽 표시를 인간 작업자에게 제시하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 그래픽 표시는 상기 이동 웨브의 2차원 표현과 상호 관련된 상기 양적 수준을 나타내는 방법.
  28. 제26항에 있어서, 상기 그래픽 표시는 상기 이동 웨브의 3차원 표현과 상호 관련된 상기 양적 수준을 나타내는 방법.
  29. 제27항에 있어서, 상기 그래픽 표시는 상기 이동 웨브의 기계 방향으로의 양적 수준을 추가로 나타내는 방법.
  30. 제22항에 있어서, 상기 소정의 구성 성분은 상기 이동 웨브에 첨가되는 로션 물질인 방법.
  31. 제30항에 있어서, 상기 구성 성분 정보는 상기 로션 물질의 주요 성분을 검출함으로써 추출되는 방법.
  32. 이동 웨브에 첨가되는 적어도 하나의 소정의 구성 성분에 대한 구성 성분 정보를 추출하는 실시간 방법에 있어서,
    (1) 전자기 에너지로 상기 이동 웨브를 조사하는 단계와;
    (2) 상기 이동 웨브의 횡방향을 가로지르는 복수의 검출 위치들 중 각각의 위치에서, 0.2 내지 200 ㎛의 주파수 범위 내에 속하는 복수의 주파수 대역에서의 상기 전자기 에너지를 측정하는 단계와;
    (3) 상기 각각의 주파수 대역에서 스펙트럼 정보를 슈퍼벡터(supervector)로 결합시키는 단계와;
    (4) 상기 검출 위치와 상호 관련된 상기 구성 성분 정보의 공간 데이터 매트릭스를 생성시키도록 다변수 수학 기법을 사용하여 상기 슈퍼벡터를 처리하는 단계
    를 포함하는 방법
  33. 제32항에 있어서, 상기 공간 데이터 매트릭스로부터 상기 소정의 구성 성분의 구성 성분 맵을 생성시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  34. 제32항에 있어서, 상기 공간 데이터 매트릭스로부터 상기 소정의 구성 성분에 대한 단순 품질 수치를 생성시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
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