KR20210049830A - 크레이프지의 시트 특징화 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 방법은 티슈 또는 다른 크레이프지 제품과 같은 종이 또는 종이 제품의 온라인 특징화에 관한 것이다. 방법은 이미징 소스를 사용하고, 하나 이상의 이미지는 시트 표면 또는 형태학적 영역 또는 구역으로부터 획득되거나, 이미지는 형성된 시트의 에지를 갖는다. 하나 이상의 이미지는 형성된 시트의 구조를 특징화하기 위한 다양한 기술 및 메트릭을 사용하여 향상되고 분석된다. 정보는 기계의 실시간 조정을 제공한다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 그 내용이 본 명세서에 참조로서 명시적으로 합체되어 있는, 2018년 8월 10일 출원된 미국 출원 제16/100,719호의 이익을 청구한다.
기술분야
본 개시내용은 티슈 또는 타월과 같은 크레이프지(creped paper)에 관한 것으로서, 상호 교환 가능하게 사용될 것인 양키 건조기(Yankee dryer) 또는 양키 실린더라 칭하는 가열된 원통형 건조기의 표면에 대해 습식 섬유질 웨브를 가압하여 습식 섬유질 웨브가 그에 부착되게 하고, 이어서 건조하고, 다음에 닥터 블레이드 또는 크레이프 블레이드를 사용하여 양키 건조기로부터 건식 섬유질 웨브를 박리함으로써 제조된다.
크레이핑 프로세스는 관련 기술분야에 공지되어 있다. 섬유질 웨브는 건조기, 예를 들어, 양키 건조기에 부착되고 가요성 크레이핑 블레이드를 사용하여 건조기로부터 제거된다. 용어 "크레이핑 블레이드", "크레이프 블레이드" 및 "닥터 블레이드"는 본 명세서에서 상호 교환 가능하게 사용된다. 크레이핑 블레이드는 금속, 세라믹, 또는 관련 기술분야에 공지된 다른 재료로 제조될 수 있다. 웨브가 건조기에 부착되는 정도는 크레이핑이 얼마나 효과적인지, 및 그에 따른 크레이프 웨브의 벌크, 신축성, 인장 강도 및 연성을 결정하는 인자이다. 크레이핑은 크레이프 구조를 형성하고, 상당한 수의 섬유간 결합을 파괴하고, 시트의 표면으로부터 섬유 단부를 노출시킴으로써 종이의 연성을 증가시킨다. 크레이프 구조는 긴 치수부가 일반적으로 기계 방향; 즉 시트의 진행 방향에 수직인 상태로 배향되는 크레이프 마루(ridge) 및 크레이프 골(trough)에 의해 특징화된다. 이들 마루의 크기, 형상 및 공간 빈도는 시트의 벌크에 영향을 미친다. 크레이프 구조는 종이가 기계 방향으로 기계적으로 축소되게 하는데, 이는 벌크 및 신축성, 뿐만 아니라 연성을 향상시킨다. 개별 제조자는 제조되는 제품과 그 고객의 요구 사항에 기초하여 크레이프 웨브의 벌크, 신축성, 인장 강도 및 연성에 대한 사양을 결정한다.
고품질 크레이프지를 형성하기 위해, 가열된 원통형 건조기에 대한 섬유질 웨브의 접착력 및 박리 능력이 중요하고, 그 정도는 시트의 크레이프 구조에 큰 영향을 미친다. 박리 능력의 정도는 시트의 특성, 습식 시트를 양키에 부착하는 데 사용되는 재료의 조성, 크레이프 블레이드의 셋업, 양키의 온도 및 통상의 기술자들에게 공지된 다른 인자에 의해 제어된다.
일단 양키 실린더 표면 상의 습식 섬유질 웨브가 건조되면, 건조된 섬유질 웨브 또는 크레이프지는 닥터 블레이드를 사용하여 양키 실린더 표면으로부터 "크레이핑 제거(creped off)"된다. 접착력은 최종 종이 제품에 원하는 "촉감(hand-feel)", 벌크, 신축성 및 인장 강도 특성을 제공할 양호한 크레이프 구조를 생성하기에 충분해야 한다. 그러나, 접착력은 종이 웨브가 닥터 블레이드에 의해 양키 실린더로부터 "스크레이핑 제거(scraped off)"되는 것을 방해할만큼 크기 않아야 한다.
크레이프 구조화 시트는 크레이프 시트의 변형예이고 통상의 기술자에게 공지되어 있다. 통기 건조(Through Air Drying: TAD) 프로세스는 크레이프 구조화 시트를 생성하는 최초의 프로세스였다. 현재, Valmet에 의해 개발된 NTT 프로세스 및 Voith에 의해 개발된 ATMOS 프로세스를 포함하여, 다른 프로세스가 사용되고 있다. 크레이프 구조화 시트는 초기 형성 직후 및 양키 건조기에 적용되기 전에 시트 상에 부여된 특정 3차원 구조를 갖는다. 제조 프로세스의 이 스테이지에서, 시트는 시트를 구성하는 섬유 및 섬유들 사이의 틈새 구역의 모두 내에 상당한 양의 물을 함유하고 있는데, 그 결과 시트는 특히 기계적 변형이 쉽다. 통상적으로, 프로세스는 그 표면이 설계된 3차원 구조를 갖는 직물 상에 시트를 가압하기 위해 진공 및/또는 기계적 작용을 사용하고, 구조는 특정 패턴을 갖고, 일반적으로 독점적이며 제조되는 특정 제품에 대해 설계된다. 시트는 직물 내에 매립되고, 직물의 3차원 구조의 경면 대칭 이미지를 취한다. 구조가 시트 상에 부여된 후, 시트는 열적 및/또는 기계적 방법을 사용하여 부분적으로 탈수된다. 시트는 이어서 양키 건조기로 이송되고, 완전히 건조되고, 다음에 크레이핑된다. 크레이핑 프로세스로부터 발생하는 크레이프 마루 및 골 구조는 이전에 부여된 설계된 3차원 구조에 중첩된다. 크레이프 구조화 시트의 경우, 부여된 3차원 구조 및 크레이프 마루 및 골 구조의 모두는 시트 특성, 예를 들어 벌크, 신축성, 인장 및 연성을 결정한다. 현재의 방법은 크레이프 마루 및 골 구조뿐만 아니라 부여된 3차원 구조 모두를 모니터링하는 데 특히 양호하게 적합된다. 부여된 3차원 구조는 크레이프 마루 및 홈과 동일한 스케일 또는 더 큰 스케일을 갖고, 더 쉽게 평가되는 규칙적인 패턴을 갖는다.
크레이프 구조 및 구조화 시트 프로세스에 의해 부여되는 임의의 구조의 모두인 티슈 또는 타월 시트의 구조는 크레이프 시트 제조에서 최종 제품의 특성을 제어하는 주요 인자 중 하나이다. 시트의 크레이프 구조가 온라인 기계 센서를 통해 실시간으로 모니터링되고 특징화될 수 있으면, 티슈 제조업자는 원하는 제품의 제조를 보장하기 위해, 크레이프 블레이드 진동, 크레이프 블레이드 마모, 양키 접착제 코팅 조성, 양키 접착제 코팅량, 양키 온도, 고온 공기 후드 충돌, 섬유 정제 및 양키 앞에 화학물 첨가(탈착제, 연화제, 강도)와 같은 프로세스 변수를 조정하거나 모니터링할 수 있다. 다수의 온라인 크레이프 모니터링 시스템이 제안되어 있지만, 어떠한 기술도 시트를 다차원 데이터 소스로서 처리하지 않는다. 또한, 현재의 기술은 시트의 에지를 검사하지 않는데, 이러한 검사는 시트 벌크, 시트 내부 파괴 및 자유 섬유 단부를 포함하여, 크레이프 구조에 대한 중요한 정보를 제공할 수 있다.
현재 기술은 다양한 조명 소스, 이미징 기술 및 분석 방법을 사용하는 광범위한 이미징 방법 및 데이터 분석 기술을 커버한다. 다양한 기술이 크레이프지를 평가하기 위해 사용되는데, 여기서, 크레이프 마루의 각도 및 크레이프 마루의 횡방향 길이가 측정된다. 크레이프 절첩부 피치, 크레이프 절첩부의 분포, 선형 크레이프 절첩부의 배향 각도 및 기계 방향 공간 빈도와 같은 다른 기술이 크레이프 마루를 특징화하는 데 사용된다. 그러나, 현재의 방법 중 어느 것도 크레이프 마루 및 골과 임의의 부여된 구조를 기계 방향((machine direction: MD)과 횡방향(cross-direction: CD)의 모두뿐만 아니라 면외 방향(out-of-plane direction)에서 변화하는 복잡한 기하학적 특징을 갖는 3차원 구조로서 처리하지 않고, 또한 시트의 이미지를 다차원 정보 소스로서 처리하지도 않는다.
크레이프 시트를 평가하는 현재의 방법은 시트가 3차원 구조, 크레이프 마루 및 골 구조의 모두뿐만 아니라 구조화 시트 프로세스에 의해 시트에 부여된 설계된 3차원 구조로 구성되어 있는 것을 고려하지 않고, 또한 조합된 구조가 또한 다차원 데이터 소스로서 사용될 수 있는 것도 고려하지 않는다. 새로운 방법은 이미지를 다차원 정보 소스로서 처리한다. 시트의 평면에서, 크레이프 마루 및 골은 다양한 기하학 식을 사용하여 특징화되는 불규칙적 2차원 특징부 및 이들 메트릭의 공간 및 시간적 변화 둘 다를 이미지 내에 형성한다. 이들 메트릭은 또한 구조화 시트 프로세스에 의해 부여된 3차원 구조 및 이들 구조의 공간 및 시간적 변화를 특징화하는 데 사용된다. 이미지의 밝기 변화는 크레이프 높이, 골 깊이 및 구조화 시트 프로세스에 의해 생성된 평면외 변화에 대한 간접적인 정보를 제공하고; 이들 변화는 강도, 공간적 장소 및 시간적 변화에 기초하여 특징화된다. 이미지는 다차원 정보 소스로서 처리되기 때문에, 2차원 스펙트럼 분석 방법이 적용되어 이들 특징부의 발생의 스케일 및 빈도에 기초하여 크레이프 구조 특징부를 식별하는 데 사용된다. 이들 측정치의 시간적 변화는 기계 동작을 모니터링하고 제어하기 위한 능력을 제공한다.
현재의 방법은 또한 시트의 에지에 적용될 수 있고, 여기서 시트의 에지의 이미지는 MD 및 시트의 두께 또는 면외 방향에서 2차원 특징부를 나타낸다. 크레이프 마루, 크레이프 골, 파괴된 구역 및 섬유 단부는 다양한 기하학적 척도 및 이들 척도의 공간적 및 시간적 변화의 모두에 의해 특징화되는 불규칙한 2차원 특징부를 이미지 내에 형성한다. 에지 이미지의 경우, 이미지의 밝기 변화는 조밀한 구역과 덜 조밀한 구역 사이의 차이를 지시하고; 변화는 강도, 공간적 장소 및 시간적 변화에 기초하여 특징화된다. 에지 이미지는 또한 벌크 정보를 제공한다. 2차원 스펙트럼 분석 방법이 적용되어 특징부의 발생의 스케일 및 빈도에 기초하여 크레이프 구조 특징부를 식별하는 데 사용된다. 표면 이미지와 마찬가지로, 이들 측정치의 시간적 변화는 기계 동작을 모니터링하고 제어하기 위한 능력을 제공한다.
본 발명의 방법은 티슈 또는 다른 크레이프지 제품과 같은 종이 또는 종이 제품의 온라인 특징화를 제공한다. 더 구체적으로, 이미징 센서 또는 소스가 신호를 생성하고, 이미지가 종이 제품 형태학적 또는 표면 영역 또는 구역으로부터 획득될 수 있다.
이미징 또는 사진 센서는 하나 이상의 디바이스 및 메트릭이 크레이프 시트의 형태에 대한 다양한 정보를 도출하기 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 이미지를 정의하는 신호를 생성한다.
본 발명의 방법은 크레이프 시트의 표면 영역 또는 구역을 평가하기 위해 사용되는 것과 유사한 방식으로 크레이프 시트의 에지 영역 또는 구역의 이미지를 획득하는 단계를 또한 포함한다. 하나 이상의 센서로부터의 하나 이상의 신호는 하나 이상의 이미지로 변환된다. 이미지는 하나 이상의 메트릭을 사용하여 평가된다.
표면 및 에지 구역 2차원 스펙트럼 분석의 조합은 크레이프 시트 구조의 다차원 특징화를 제공하는 데, 이는 방법의 부가의 혁신적이고 고유한 용례이다.
본 발명이 이하의 도면과 함께 이하에 설명될 것이고, 여기서, 동일한 번호는 동일한 요소를 나타낸다.
도 1은 크레이프 시트 구조의 표면 구역의 초기 이미지이다.
도 2는 2개의 광 강도 레벨 사이의 실제의 급격한 전이의 이미지이다.
도 3은 알고리즘을 이미지에 적용한 후 도 2의 이미지의 디지털 표현이다.
도 4는 도 3과 관련된 선명화된 이미지의 디지털 표현이다.
도 5는 선명화되고 확대된 도 1의 이미지이다.
도 6은 크레이프 마루 구역 주위에 폐쇄 윤곽을 갖는 도 5의 이미지이다.
도 7은 도 6에 도시되어 있는 폐쇄 윤곽 사이의 거리의 막대그래프이다.
도 8, 도 6에 도시되어 있는 폐쇄 윤곽 사이의 광 강도의 막대그래프이다.
도 9는 크레이프 시트 구조의 에지뷰이다.
도 10은 도 9의 선명화된 이미지이다.
도 11은 크레이프 마루 구역 주위에 폐쇄 윤곽을 갖는 도 10의 선명화된 이미지이다.
도 12는 도 11의 폐쇄 윤곽의 영역의 막대그래프이다.
도 13은 도 11의 폐쇄 윤곽의 진원도(roundness)의 막대그래프이다.
도 14는 기준선을 도시하고 있는 크레이프 시트 구조의 에지뷰이다.
도 15는 도 14의 기준선을 따른 광 강도의 그래프이다.
도 16은 도 14의 기준선을 따른 광 강도의 막대그래프이다.
도 17은 도 5의 시트 이미지의 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform: FFT)이다.
도 18은 윤곽의 외부의 정보의 제거 후에, 도 5의 시트 이미지의 고속 푸리에 변환(FFT)이다.
도 19는 도 5의 필터링된 FFT 이미지의 역이다.
도 20은 도 17의 FFT 이미지 절반이다.
도 1은 크레이프 시트 구조의 표면 구역의 초기 이미지이다.
도 2는 2개의 광 강도 레벨 사이의 실제의 급격한 전이의 이미지이다.
도 3은 알고리즘을 이미지에 적용한 후 도 2의 이미지의 디지털 표현이다.
도 4는 도 3과 관련된 선명화된 이미지의 디지털 표현이다.
도 5는 선명화되고 확대된 도 1의 이미지이다.
도 6은 크레이프 마루 구역 주위에 폐쇄 윤곽을 갖는 도 5의 이미지이다.
도 7은 도 6에 도시되어 있는 폐쇄 윤곽 사이의 거리의 막대그래프이다.
도 8, 도 6에 도시되어 있는 폐쇄 윤곽 사이의 광 강도의 막대그래프이다.
도 9는 크레이프 시트 구조의 에지뷰이다.
도 10은 도 9의 선명화된 이미지이다.
도 11은 크레이프 마루 구역 주위에 폐쇄 윤곽을 갖는 도 10의 선명화된 이미지이다.
도 12는 도 11의 폐쇄 윤곽의 영역의 막대그래프이다.
도 13은 도 11의 폐쇄 윤곽의 진원도(roundness)의 막대그래프이다.
도 14는 기준선을 도시하고 있는 크레이프 시트 구조의 에지뷰이다.
도 15는 도 14의 기준선을 따른 광 강도의 그래프이다.
도 16은 도 14의 기준선을 따른 광 강도의 막대그래프이다.
도 17은 도 5의 시트 이미지의 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform: FFT)이다.
도 18은 윤곽의 외부의 정보의 제거 후에, 도 5의 시트 이미지의 고속 푸리에 변환(FFT)이다.
도 19는 도 5의 필터링된 FFT 이미지의 역이다.
도 20은 도 17의 FFT 이미지 절반이다.
이하의 상세한 설명은 본질적으로 단지 예시일 뿐이고, 본 발명 또는 본 발명의 용례 및 사용을 한정하도록 의도되지 않는다. 더욱이, 본 발명의 상기 배경기술 또는 이하의 상세한 설명에 제시된 임의의 이론에 의해 구속될 의도가 없다.
크레이프 시트 구조를 특징화하는 방법이 제공되고, 이미징 시스템은 크레이프 시트 구조의 표면 또는 형태학적 영역 또는 구역 또는 에지 영역 또는 구역을 표현하는 신호를 생성하는 것이 가능한 하나 이상의 센서를 포함한다. 신호(들)는 하나 이상의 이미지로 변환되고 하나 이상의 이미지는 하나 이상의 메트릭을 사용하여 평가된다.
방법의 몇몇 양태에서, 하나 이상의 센서는 이미징 또는 사진 센서일 수 있고, 영역 또는 구역을 정의하는 신호가 이미지로서 표시된다.
방법의 몇몇 양태에서, 다양한 메트릭이 크레이프 시트 구조의 영역 또는 구역에서 생성되는 이미지를 평가하기 위해 사용될 수 있다. 메트릭은 크레이프 마루 및 골 구조뿐만 아니라 구조화 크레이프 시트의 부여된 3차원 구조의 모두에 사용된다. 이들 메트릭은 크레이프 마루 특징, 크레이프 골 특징, 부여된 3차원 구조의 특징화, 시트 벌크, 시트 내부 파괴 및 자유 섬유 단부를 포함하는 필수 정보를 제공할 수 있다.
이미징되는 크레이프 시트 구조의 영역 또는 구역이라는 것은, 크레이프 시트 구조의 상부면, 하부면 및/또는 에지 구역의 하나 이상의 이미지가 생성되는 것을 의미한다. 크레이프 시트 구조는 통상적으로 제조 프로세스 중에 그리고 시트가 양키 건조기로부터 크레이핑된 후에 이미징된다. 이미징은 제조 프로세스가 행해진 후 시트 상에서 수행될 수 있지만, 제조 프로세스를 실시간으로 최적화하기 위해 크레이프 시트가 양키 건조기로부터 해제될 때 이미징을 수행하는 것이 가장 유리하다. 이미징 시스템은 이미지로 변환될 수 있는 신호를 생성하는 것이 가능한 하나 이상의 센서 또는 평가되는 형성된 크레이프 시트의 영역 또는 구역의 명확한 이미징을 제공할 수 있는 사진 또는 이미징 디바이스를 포함할 수 있다. 본 출원에서, 용어 크레이프 시트 구조 및 형성된 크레이프 시트는 본 명세서에서 상호 교환 가능하게 사용된다.
크레이프 시트 구조는 크레이프 마루, 크레이프 골, 시트 내부 파괴, 노출된 자유 섬유 단부 및/또는 형성된 크레이프 시트 내의 부여된 3차원 구조에 의해 정의되고, 이들 정의된 구조는 연성, 인장 강도, 신축성 및 벌크를 포함하는 크레이프 시트의 최종 특성을 나타낸다. 따라서, 생성된 이미지는 이동 시트를 갖기 때문에, 센서 또는 이미징 디바이스 또는 시스템은 형성된 크레이프 시트의 구역의 명확한 이미지가 획득되도록 이루어져야 한다.
본 발명의 방법의 몇몇 양태에서, 요구 명확도를 갖는 이미징 또는 사진 디바이스로 이미지를 획득하는 것은, 이미징 디바이스를 향한 또는 이격하는 시트의 작은 모션에도 불구하고 포커싱된 이미지를 획득하기 위해 적절한 피사계 심도를 갖는 렌즈를 요구한다. 적절한 렌즈 시스템을 선택하기 위해 요구되는 프로세스는 통상의 기술자들에게 공지되어 있다. 크레이프 구조화 시트의 크레이프 마루 및 골 구조 및/또는 부여된 3차원 구조는 MD 및 CD에 기초하는 직교 좌표계의 기초를 제공한다. 따라서, 이미지 수직축 및 수평축이 MD 및 CD와 정렬되도록 이미징 시스템이 배향되는 것이 요구되지 않는다.
본 발명의 방법의 몇몇 양태에서, 기하학적 기술이 크레이프 시트 구조의 MC/CD 좌표계와 생성된 이미지의 수직축 및 수평축에 기초하는 좌표계 사이를 변환하기 위해 사용된다. 좌표계 회전은 공지된 기하학적 기술이고, 이들 동작을 자동으로 수행하기 위해 이용 가능한 다양한 이미징 분석 소프트웨어 패키지가 존재한다.
본 발명의 방법의 몇몇 양태에서, 이미징 또는 사진 디바이스가 이미지를 생성하기 위해 사용된다. 크레이프지가 초당 1500 미터(m/sec)를 초과하는 속도로 진행할 수 있으면, 이미지 명확도는 이미징 또는 사진 디바이스가 0.5 내지 5 마이크로초(㎲) 정도의 셔터 속도를 갖는 것을 요구한다. 이 기간의 셔터 속도는 특히 강렬한 광원을 요구한다. 몇몇 용례에서, 할로겐 광원이 필요한 광 강도를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 할로겐 및 유사한 유형의 광은 상당한 양의 열을 생성하고, 이는 티슈나 타월 제품 부근에서 잠재적인 화재 위험을 나타낸다. 대안적인 광원은 고강도 LED이다. 이 유형의 광원은 광을 생성하는 데 더 효율적이고 과도한 양의 열을 생성하지 않는다. 미국 플로리다주 탤러해시 소재의 Veritas는 고속 이미징을 위한 LED 시스템의 일 제조업자이다.
크레이프 시트 구조의 이미지는 시트의 표면에 대한 광원의 배향에 무관하게, 색상/음영이 더 밝게 나타나는 크레이프 마루와 색상/음영이 더 어둡게 나타나는 크레이프 골 사이의 콘트라스트를 제공한다. 크레이프 구조화 시트의 부여된 3차원 구조에 의해 유사한 효과가 생성된다. 임의의 특정 용례에서, 콘트라스트를 향상시키는 크레이프 시트에 대한 광원의 배향이 존재할 수도 있다. 이들 배향 및 요구 광 강도를 식별하는 데 사용되는 방법 및 메트릭이 이미징 작업의 통상의 기술자들에게 공지되어 있다. 0.5 내지 5 ㎲의 셔터 속도로 10,000 프레임/sec 초과의 빈도에서 이미지를 촬영할 수 있는 디지털 카메라 시스템이 상업적으로 입수 가능하다. 미국 캘리포니아주 샌디에고 소재의 Photron USA, Inc.는 이러한 이미징 시스템 일 공급자의 예이다. 이 유형의 시스템은 촬영된 이미지 수로 인해 광범위한 데이터 저장 용량을 요구한다. 이미지 빈도가 높을수록 그리고 데이터 저장 용량이 클수록, 전체 시스템 비용과 저장된 데이터 처리의 복잡성이 커진다.
본 발명의 방법의 몇몇 양태에서, 신호 또는 이미지는 크레이핑 프로세스의 실시간 모니터링을 허용하는 빈도로 촬영된다. 예로서, 이미징 빈도는 10초마다 약 1개의 이미지의 정도일 수 있고, 여전히 기계 동작의 실시간 제어를 허용할 수 있다. 이미지 데이터에 기초하여 취해진 임의의 제어 작용은 프로세스의 동작의 변화를 야기하는 데 약 10초 이상 소요될 것이다. 이는 티슈 또는 타월 기계의 고유한 지연 시간에 기인한다. 2개의 티슈 또는 타월 기계가 동일한 방식으로 동작하지 않기 때문에, 이미지 획득의 최소 요구 빈도는 용례에 의존한다.
방법의 몇몇 양태에서, 크레이프 시트 구조의 표면 또는 형태학적 구역이 이미징된다. 표면은, 크레이프 구조화 시트의 크레이프 구조 및/또는 부여된 3차원 구조를 구성하는 특징부의 발생의 스케일 및 빈도를 결정하기 위해 2차원 스펙트럼 분석 도구가 사용될 수 있는 크레이프 시트 구조의 상부면 또는 하부면일 수 있다. 임의의 종이 제품의 제조시에, 시트의 구조를 가능한 한 균일하게 하기 위해 상당한 노력이 소비된다. 그러나, 모든 종이 제품은 섬유마다 변화하는 물리적 및 화학적 특성을 갖는 개별 섬유로 구성된다. 그 결과, 시트는 그 특성에 공간적 가변성을 가질 것이고, 이는 이어서 크레이프 및 골 구조에 공간적 가변성을 야기한다. 이 가변성은 개별 섬유의 치수로부터 크레이프 마루 및 골의 치수보다 큰 스케일에 이르기까지 다양한 치수에 걸쳐 있다. 몇몇 가변성은 랜덤이고 몇몇은 랜덤이 아니다.
시트 표면 이미지는 MD 및 CD 방향의 모두에서 크레이프 구조화 시트의 크레이프 및 골 구조 및/또는 부여된 3차원 구조의 변화를 나타내고 있다. 이들 구조는 광범위한 치수 및 발생 빈도에 걸친 특징부를 갖는다. 시트 에지 이미지는 MD 및 면외 방향의 모두에서 시트 파괴 및 자유 섬유 단부로 인한 시트 밀도의 변화를 나타낸다. 시트 표면 이미지와 마찬가지로, 이들 구조는 광범위한 치수 및 발생 빈도에 걸친 특징부를 갖는다. 양 유형의 이미지는 2차원 스펙트럼 분석 도구를 사용하여 분석될 수 있다. 이 유형의 도구는 공간 도메인, 즉 표준 디지털 이미지로부터 이미지를 촬영하고 이를 빈도 도메인으로 변환한다. 원본 이미지에 포함된 모든 정보는 유지되지만 빈도와 크기 또는 스케일의 견지에서 존재한다. 2차원 스펙트럼 분석 도구는 2차원에서 크레이프 구조 특징부의 스케일 및 발생 빈도를 동시에 특징화하는 능력을 제공한다. 일 스펙트럼 분석 도구는 고속 푸리에 변환(FFT)이다. 다른 스펙트럼 분석 기술은 웨이블렛(Wavelet) 변환, 하틀리(Hartley) 변환 및 위그너-빌(Wigner-Ville) 변환을 포함한다. 이들 스펙트럼 분해 기술 및 기술의 구현은 신호 처리 및 이미지 분석의 분야의 표준 방법이다. 가장 적합한 방법의 선택은 이미지 데이터 내용, 이용 가능한 컴퓨팅 능력 및 구현의 용이성에 기초한다. FFT 방법은 다수의 기존의 이미지 분석 패키지에 포함되어 있다. 일 예는 미국 국립 보건원(National Institutes of Health)에서 개발된 공용 도메인, Java 기반 이미지 처리 프로그램인 ImageJ이다. FFT 방법을 포함하는 상업적으로 입수 가능한 이미지 처리 패키지의 예는 미국 뉴저지주 먼로 타운쉽 소재의 Amrinex Applied Imaging, Inc.로부터 입수 가능한 AphelionTM Image Software Suite이다.
본 발명의 방법의 몇몇 양태에서, 스펙트럼 분석 방법은 크레이프 시트 구조 또는 구조화 크레이프 시트 구조의 비랜덤 변화의 스케일 및 빈도를 정량화하는 데 사용된다. 비랜덤 변화는 시트를 특징화하고 시트 구조의 시간적 및 공간적 변화를 식별하는 데 사용될 수 있다. CD 크레이프 구조의 상당한 변화는 불균일하게 형성된 및/또는 불균일하게 건조된 시트를 지시한다. 가변성이 기계 폭의 상당한 부분에 상응하는 스케일일 때, 결과는 감소된 변환 효율이다. 하나의 폭 섹션으로부터 절단된 롤은 상이한 폭 섹션으로부터 절단된 롤과는 상이한 특성을 가질 것이어서 변환 장비가 이에 따라 조정되어야 하는 것을 요구한다. 변화가 최종 제품의 폭의 일부에 상응하는 스케일일 때, 결과는 연성으로 인식되지 않는 제품 및/또는 그 의도된 기능을 수행하지 않는 제품이다. MD 구조의 상당한 변화는 양호하게 제어되지 않은 기계를 지시하고; 하나 이상의 기계 요소의 동작이 시간에 따라 변화한다. 시트 품질의 모니터링은 MD와 CD의 모두에서, 크레이프 마루 및 골의 MD 및 CD 특성뿐만 아니라 발생 빈도를 공간적 및 시간적으로 특징화하는 것을 요구한다. 단지 MD 또는 CD 방향으로만 시트를 분석하는 것은 시트의 불완전한 특징화를 야기한다. 따라서, 형성된 크레이프 시트의 이미징된 영역 또는 구역은 2차원 스펙트럼 분석 도구를 사용하여 평가된다.
본 발명의 방법의 다른 양태에서, 크레이프 시트 구조의 에지 구역의 이미지가 평가된다. 에지 구역 이미지는 벌크 변화, 밀도 변화 및 자유 섬유 발생의 변화와 같은, 시트의 두께를 통한 크레이프 시트 구조의 변화를 나타내고 있다. 상당한 노력이 일관된 평면외 시트 특징을 유지하기 위해 제조 프로세스에서 소비된다. 그러나, 시트를 구성하는 섬유의 특성과 모든 제조 프로세스의 변화는 그 특성의 공간적 가변성을 갖는 시트를 야기하고, 이는 이어서 크레이프 및 골 구조의 공간적 가변성을 야기하고, 이는 면외 방향에서 벌크, 밀도 및 자유 섬유 발생의 가변성을 야기한다. 몇몇 가변성은 랜덤이고 몇몇은 랜덤이 아니다. 스펙트럼 분석은 비랜덤 변화의 스케일과 빈도를 정량화한다. 비랜덤 변화는 시트를 특징화하고 시트 구조의 시간적 및 공간적 변화를 식별하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 방법의 또 다른 양태에서, 2차원 스펙트럼 분석 방법이 이미지 필터로서 사용될 수 있다. 이는 먼저 고속 푸리에 변환(FFT)과 같은 도구를 사용하여 이미지를 빈도 도메인으로 변환함으로서 행해진다. 특정 빈도 범위 또는 스케일 범위에서 발생하는 특징부가 이어서 빈도 도메인으로부터 제거된다. 최종 단계는 역변환을 수행하고 이미지를 원래 공간 도메인으로 복귀시키는 것이다. 결과는 원본 이미지와 유사하지만 빈도 도메인에서 제거된 특징부가 결여되어 있는 시간 도메인의 이미지이다. 2개의 이미지는 이어서 여기에 설명된 기술 중 임의의 하나를 사용하여 비교되고 차이가 정량화될 수 있다.
본 발명의 방법은 자유 섬유 단부, 크레이프 마루 및/또는 크레이프 골 구조에 합체되는 때때로 "마이크로 크레이프"라 칭하는 시트 파괴부, 크레이프 구조화 시트의 부여된 3차원 구조의 작은 변화와 같은 작은 특징부를 정량화하는 데 사용될 수 있다. 이 기술은 MD를 따라, 하나의 차원으로 적용되었지만, 여기서 혁신은 크레이프 구조의 다차원적 성질을 인식하고 크레이프 시트 구조를 완전히 특징화하기 위해 2차원 또는 3차원 분석을 적용하는 것이다. 2차원 분석의 개념에 따라, 이 기술은 크레이프 시트 구조의 에지 영역 또는 구역의 생성된 이미지를 평가하는 데 동등하게 적용 가능하다. 본 발명의 방법은 크레이프 시트 구조의 다차원 특징화를 제공하는 표면 및 에지 구역 2차원 스펙트럼 분석의 조합을 제공하는데, 이는 방법의 부가의 혁신적이고 고유한 용례이다.
크레이프 시트가 다차원 데이터 소스로서 처리될 때, 크레이프 구조의 더 완전한 설명이 획득될 수 있다. 데이터는 형성된 크레이프 시트의 크레이프 구조를 특징화하기 위해 본 명세서에 설명된 하나 이상의 메트릭에서 사용될 수 있다. 크레이프 시트 표면 또는 에지의 영역 또는 구역의 생성된 이미지에는, 더 밝게 나타나는 구역과 더 어둡게 나타나는 구역이 있다. 더 밝은 구역은 크레이프 마루이고, 더 많은 입사광이 이미징 디바이스를 향해 반사됨에 따라 더 밝고; 광 강도가 더 크다. 더 어두운 구역은 크레이프 골이고, 더 적은 입사광의 부분이 이미징 디바이스를 향해 반사됨에 따라 더 어둡고; 광 강도가 더 작다. 구조화 크레이프 시트의 경우에, 유사한 효과가 발생하고, 조명 소스에 가장 가까운 요소는 더 밝게 나타나고, 조명 소스로부터 더 멀리 있는 요소, 즉 표면 내에 매립된 이들 특징부는 더 어둡게 나타난다. 형성된 크레이프 시트의 부여된 3차원 구조는 크레이프 및 골 구조의 기하학적으로 균일한 버전으로서 고려될 수 있고, 동일한 방법을 사용하여 평가되고 특징화될 수 있다.
디지털 이미지에서, 상대적인 밝음 및/또는 어두움은 이미지를 구성하는 각각의 픽셀에 대한 픽셀 값에 의해 표현된다. 따라서, 픽셀 값은 크레이프 구조를 구성하는 요소의 고도의 간접적인 척도이다. 밝은 구역 및 어두운 구역은 기하학적으로 정의 가능한 형상을 형성한다. 면적, 둘레, 길이, 폭, 대칭성 또는 규칙적 형상으로부터의 상대적인 변화, 형상들 사이의 공간 간격 및 형상 및 형상 특징부의 발생의 공간 빈도와 연관 메트릭에 기초하여 이들 형상을 정량화하는 것은 이미지 내의 크레이프 시트의 구조를 특징화하는 것을 가능하게 한다.
시트의 동일한 CD 장소에서 상이한 시간에 촬영된 이미지는 상대적인 변화, 변화의 빈도 및 변화율의 견지에서, 크레이프 구조화 시트의 마루 및 골 구역 및/또는 부여된 3차원 구조 구역의 시간적 변화를 특징화하는 데 사용될 수 있다. 크레이프 구조화 시트의 크레이프 마루 및 크레이프 골 및/또는 부여된 3차원 구조의 형상에 추가하여, 각각의 구역 내의 광 강도, 구역들 간의 광 강도 및 유사한 구역들 사이의 광의 변화가 크레이프 구조화 시트의 크레이프 마루 및 크레이프 골의 수직 분포 및/또는 부여된 3차원 구조를 특징화하는 데 사용될 수 있다. 시트의 동일한 CD 장소에서 상이한 시간에 촬영된 이미지는 상대적인 변화, 변화의 빈도 및 변화율의 견지에서, 크레이프 구조화 시트의 크레이프 마루 및 크레이프 골 및/또는 부여된 3차원 구조의 수직 분포의 시간적 변화를 특징화하는 데 사용될 수 있다. 부가의 특징화의 방법이 2차원 스펙트럼 분석 기술을 사용함으로써 제공된다. 스펙트럼 분석은 CD와 MD의 모두의 구조적 변화를 스케일 및 빈도별로 동시에 고려하고 정량화한다. 획득된 정보는 제지 프로세스의 실시간 조정 및 특히 티슈 종이, 타월 또는 크레이프지의 다른 제품의 제조에서 더 양호한 품질의 종이 제품의 제조에 사용된다.
본 발명의 방법의 다른 양태에서, 크레이프 시트 구조의 에지 구역의 이미지가 평가된다. 에지 구역 이미지는 벌크 변화, 밀도 변화 및 자유 섬유 발생의 변화와 같은, 시트의 두께를 통한 크레이프 시트 구조의 변화를 나타내고 있다. 양키에 반대되는 시트의 표면은 더 많은 수의 세장형의 더 어두운 구역을 나타내는 경향이 있다. 이들은 크레이핑 프로세스 중에 시트의 표면으로부터 견인된 섬유 또는 섬유의 그룹이다. 표면 이미지와 마찬가지로, 밝은 구역 및 어두운 구역은 기하학적으로 정의 가능한 형상이다. 면적, 둘레, 길이, 폭, 대칭성 또는 규칙적 형상으로부터의 상대적인 변화, 형상들 사이의 공간 간격 및 형상 및 형상 특징부의 발생의 공간 빈도와 연관 메트릭에 기초하여 이들 형상을 정량화하는 것은 이미지 내의 크레이프 시트의 구조를 특징화하는 것을 가능하게 한다. 상이한 시간에 촬영된 이미지는 상대적인 변화, 변화의 빈도 및 변화율의 견지에서, 더 조밀한 구역 및 덜 조밀한 구역의 시간적 변화를 특징화하는 데 사용될 수 있다. 크레이프 마루 및 크레이프 골의 형상에 추가하여, 각각의 구역 내의 광 강도, 구역들 간의 광 강도 및 유사한 구역들 사이의 광의 변화가 벌크, 파괴의 영역 및 자유 섬유 단부를 특징화하는 데 사용될 수 있다. 상이한 시간에 촬영된 이미지는 상대적인 변화, 변화의 빈도 및 변화율의 견지에서 이들 특징의 시간적 변화를 특징화하는 데 사용될 수 있는데, 이 스펙트럼 분석은 MD 및 면외 방향의 모두에서 구조적 변화를 스케일 및 빈도별로 동시에 고려하고 정량화한다.
본 발명의 방법의 몇몇 양태에서, 윤곽 맵핑과 같은 이미징 처리 기술은 크레이프 구조화 시트의 크레이프 구조 및/또는 부여된 3차원 구조를 강조하고 크레이프 구조화 시트의 크레이프 마루 구역 또는 부여된 3차원 구조의 구역들 주위에 폐쇄 윤곽을 그리는 데 사용될 수 있다. 폐쇄 윤곽의 개념은 형태학적 맵에서 일정한 고도 윤곽의 개념과 유사하다. 윤곽은 이미지 내의 픽셀 값에 기초하여 이미지 상에 그려지고, 윤곽선은 동일한 수치 픽셀 값을 갖는 픽셀을 연결한다. 크레이프 시트의 이미지 내의 픽셀 값은 국소 높이에 간접적으로 대응하기 때문에, 결과적인 윤곽선은 크레이프 마루를 윤곽화한다. 윤곽은 크레이프 마루의 형상 및 크기와 연관 크레이프 골의 형상 및 크기를 정의한다. 윤곽이 그려지는 픽셀 값을 변경함으로써, 크레이프 마루의 기울기의 변화가 특징화될 수 있다. 크레이프 마루의 기울기는 고려되는 윤곽들 사이의 픽셀의 수로 나눈 픽셀 값의 변화이다. 이미징 디바이스와 시트 사이의 거리가 알려지면, 또는 캘리브레이션 이미지가 이용 가능하면, 물리적 거리는 윤곽선 사이의 픽셀의 수와 연관될 수 있다. 이러한 기술은 표준이고, 이미지 분석 분야에서 공지되어 있다.
본 발명의 방법의 또 다른 양태에서, 형성된 크레이프 시트의 표면 또는 형태학적 구역은 기계 방향(MD) 및 횡방향(CD)으로 이미징되고, 이 이미지는 이어서 폐쇄 윤곽이 크레이프 마루 주위에 그려져서, 크레이프 마루와 크레이프 골의 모두를 형성하도록 평가된다. 크레이프 마루 구조의 윤곽선 폐쇄 윤곽은 일반적으로 형상이 장방형이고, 더 큰 치수부는 횡방향에 평행하고 더 짧은 치수부는 기계 방향에 평행한 상태로 배향될 것이다. 시트 구조와 제조 프로세스의 모두의 변화로 인해, 폐쇄 윤곽은 광범위한 형상 및 크기를 나타낼 것이다. 게다가, 제조 프로세스의 변화는 크레이프 구조의 변화를 야기할 것이고, 이는 이어서 폐쇄 윤곽의 형상 및 크기의 모두뿐만 아니라 이들 형상 및 크기의 상대적인 분포의 변화를 야기할 것이다. 제조되는 제품에 따라, 크레이프 마루 및 크레이프 골의 형상과 크기의 모두에 트렌드가 존재할 것이고, 이들 트렌드는 연성, 신축성, 인장 강도 및 벌크와 같은 크레이프 시트 특성과 상관될 수 있다. 크레이프 마루의 형상을 특징화하기 위해 적용될 수 있는 다수의 기하학적 척도가 있다. 크레이프 구조화 시트의 경우, 동일한 기술이 크레이프 구조화 시트의 부여된 3차원 구조에서 더 밝은 구역 주위에 폐쇄 윤곽선을 그려, 구조를 특징화하는 능력을 제공하는 데 사용된다. 부여된 구조는 시간적 및 공간적으로 모두 균일하도록 의도되었지만, 제조 프로세스의 전술된 변화는 특징화되어 연성, 신축성, 인장 강도 및 벌크와 같은 시트 특성과 상관될 수 있는 구조 변화를 야기한다.
본 발명의 방법의 일 양태에서, 생성된 이미지를 평가하는 데 사용되는 메트릭은 종횡비의 개념과 관련된다. 종횡비 메트릭은 일반적으로 직사각형 및 타원과 같은 규칙적 형상에 관하여 정의되고, 단순히 긴 치수를 직교하는 짧은 치수로 나눈 값이다. 이는 2개의 직교 방향에서 형상의 치수를 관련시키는 데 사용되는 단순한 메트릭이다. 이 메트릭은 크레이프 마루 및 크레이프 골의 MD 및 CD 치수의 변화를 결정하기 위해, 형성된 크레이프 시트의 표면 또는 형태학적 영역 또는 구역을 평가하는 데 특히 적용 가능하다. 길고 얇은 형상은 짧고 두꺼운 형상보다 더 높은 종횡비를 가질 것이다. 크레이프 시트의 경우에, 낮은 종횡비 및 높은 종횡비 형상은 연성인 것으로서 인식되지 않을 가능성이 높고, 마루의 상대적 간격에 따라 불량한 신축성 및 강도 특성을 가질 수도 있다. 낮은 종횡비 마루는 치밀하게 패킹된 구성에서도 기계 방향으로 더 넓게 분리될 것이다. 그 결과, 크레이프 마루는 연성에 대한 인식을 손상시키는 별도의 구조로서 인식될 가능성이 더 높을 것이다. 높은 종횡비 형상의 경우, 이는 날카로운 에지가 있는 피크를 갖는 마루를 나타낼 수 있으며, 이는 재차 연성을 인식하지 못하게 한다. 이는 크레이프 마루가 더 넓게 분리되면 악화된다. MD와 CD 모두에서 크레이프 마루의 신율과 단위 면적당 및/또는 단위 길이당 마루의 수 모두는 최종 시트 특성을 제어하는 인자이다.
본 발명의 방법의 몇몇 양태에서, 크레이프 마루가 단순한 타원이 아니면, 표준 형태의 종횡비보다는 수정된 형태의 종횡비가 크레이프 마루 구조를 특징화하는 데 사용된다. 전술된 바와 같이, 표준 형태의 종횡비는 최대 치수/직교하는 작은 치수이다. 이미징 시스템의 센서 또는 이미징 디바이스가 이미징되는 표면으로부터 비교적 일정한 거리에 남아 있으면, MD 또는 CD에서의 픽셀의 수가 MD 또는 CD에서의 물리적 치수에 대한 대용물로서 사용될 수 있다. 종횡비의 표준 정의는 정의 평균 길이/평균 폭을 사용함으로써 비대칭성 형상을 수용하도록 수정될 수 있다. 이 경우, 평균 길이는 CD에서의 픽셀의 라인의 길이의 평균이고, 평균 폭은 MD에서의 픽셀의 평균 길이이다. 종횡비 메트릭의 추가의 수정은 신율 형상 계수이고,
F신율 = (ICD/IMD)1/2
여기서, ICD 및 IMD는 각각 MD와 CD에서의 제2 관성 모멘트이고, 여기서 제2 관성 모멘트는 이하와 같이 정의된다.
메트릭은 부가의 계산을 요구하지만, 크레이프 마루의 MD 및 CD 치수 사이의 관계를 잠재적으로 더 양호하게 정량화한다.
본 발명의 방법의 또 다른 양태에서, 다수의 메트릭이 크레이프 마루 및 골의 형상의 길이와 폭 사이의 관계를 처리하는 데 사용된다. 메트릭은 하나 또는 양 치수를 형상의 면적 또는 둘레와 비교한다. 이들 메트릭 중 가장 단순한 것은 MD와 CD를 개별적으로 처리하고, i) 폐쇄 윤곽 둘레/최대 CD 치수; ii) 폐쇄 윤곽 둘레/최대 MD 치수; iii) 폐쇄 윤곽 면적/최대 CD 치수; 및 iv) 폐쇄 윤곽 면적/최대 MD 치수를 포함한다. i)을 ii)로 나눈 값 또는 iii)을 iv)로 나눈 값은 종횡비를 산출한다는 것이 주목할만한 가치가 있다. 면적에 대한 둘레의 비에 최대 MD 치수에 대한 최대 CD 치수의 비를 곱한 값에 기초하는 메트릭을 획득하기 위해 i)을 iv)로 또는 ii)를 iii)으로 나눌 수 있다. 더 계산적으로 복잡한 메트릭은 MD 또는 CD의 회전 반경이고, 이하와 같이 정의된다.
R회전-CD = [ICD/면적]1/2
및
R회전-MD = [IMD/면적]1/2
이들 메트릭은 크레이프 마루 및 골의 길이 또는 폭 치수가 둘레 또는 면적의 수치 값에 근접함에 따라 1에 더 가까워질 것이다. 측정치가 1에 가까울수록, 형상이 덜 타원형일 것인데, 이는 낮은 종횡비가 바람직하지 않은 것과 동일한 이유로 크레이프 구조에 일반적으로 바람직하지 않다. 동일한 형상 파라미터를 처리하지만 MD 및 CD 치수의 모두를 고려하는 메트릭은 콤팩트성(compactness) 형상 계수이다.
F콤팩트성 = 면적 / [2 π (IMD 2 + ICD 2)1/2].
등주 몫,
Q = 4 π 구역 면적/구역 둘레2
이 콤팩트성의 대안 척도이다. 일반적으로, 증가된 콤팩트성은 더 원형 형상을 표현한다. 이는 낮은 종횡비 형상에 대한 것과 유사한 조건을 야기하기 때문에 크레이프 마루 구조에는 바람직하지 않다.
크레이프 마루 형상은 일반적으로 오목 섹션을 갖지 않는 것으로서 고려된다. 오목 섹션은, 크레이프 마루 사이에 넓게 퍼지면 감소된 연성, 벌크, 인장 및 신축성을 야기하는 크레이프 마루 구조의 불균일성의 증거이다.
본 발명의 방법의 몇몇 양태에서, 이미징 분석 기술이 볼록한 형상의 둘레의 부분을 결정하기 위해 사용된다. 이는 파상도 계수라고 명명하고 이하의 식을 사용하여 결정될 수 있고,
F파상도 = P볼록/P
여기서, P볼록은 볼록 형상을 갖는 둘레 길이이고, P는 총 둘레이다. 1에 가까운 파상도 계수가 바람직하다.
본 발명의 방법의 또 다른 양태에서, 메트릭은 원형 또는 둥근 형상으로부터의 편차의 척도이다. 이는 이하의 수학식을 사용하여 결정될 수 있고,
R = (1/N) Σ Ri
여기서, R은 형상의 중심으로부터 둘레까지의 측정치이고, N은 형상의 원주에 대해 동일한 각도 증분으로 이루어진 총 측정 수이고, 합계는 1 내지 N으로 취해진다. 파라미터 a와 b가 이어서 계산되고,
a = (2/N) Σ Ri cos θi
b = (2/N) Σ Ri sin θi
여기서, θ는 반경방향 측정치의 각도 증분이며 이하의 표현에 사용되고,
Δ = Ri - R - a cos θi - sin θi
여기서, Δ은 진원도로부터의 편차이고, 이는 크레이프 마루의 경우에 최대화되어야 한다. 둥근 형상을 포함하는 크레이프 마루는 점자(Braille)와 유사하게 인식될 것이다.
모든 전술된 메트릭은 크레이프 구조화 시트의 부여된 3차원 구조를 평가하고 특징화하는 데 적용될 수 있다.
방법의 다른 양태에서, 크레이프 마루 및 크레이프 골의 형상을 특징화하는 것에 대한 대안은 크레이프 및 골 구역의 광 강도의 변화, 크레이프 구역과 골 구역 사이의 광 강도, 및 유사한 형상의 구역들 간의 광 강도 차이를 직접 정량화하는 것이다.
본 발명의 방법의 다른 양태에서, 크레이프 및 골 구역에 대한 기하학적 메트릭의 적용 및/또는 구역에 대한 광 강도의 정량화 후에, 통계 도구가 크레이프 시트 구조를 더 특징화하기 위해 적용될 수 있다. 크레이프 마루 및 골을 특징화하기 위한 가장 단순한 도구 중에는, 예를 들어 평균, 중앙값 및 표준 편차가 있다. 크레이프 마루 및 골이 광범위한 형상 및 크기에 걸쳐 있는 크레이프 시트의 경우, 이들 유형의 도구는 구조를 불완전한 방식으로 설명한다. 더 완전한 설명은 채용된 메트릭의 분포를 정량화하는 것일 것이다. 단순한 예는 종횡비의 막대그래프이다. 이는 종횡비의 범위뿐만 아니라 상대적 발생 빈도를 나타내고 있다.
광 강도의 정량화에 관련된 전술된 방법은 또한 크레이프 구조화 시트의 부여된 3차원 구조를 평가하고 특징화하는 데 적용될 수 있다.
동일한 기하학적 척도 및 광 강도의 정량화가 시트의 에지의 이미지에 적용된다. 시트의 에지의 경우, 짧은 치수보다 상당히 더 큰 긴 치수를 갖는 장방형 형상은 평면외 치수의 제한된 범위로 인해 가능하지 않고, 일반적으로 바람직하지 않은 특징을 나타낼 것이다. 긴 장방형 형상은 크고 날카로운 에지가 있는 크레이프 마루에 기인할 것이다. 둥근 형상이 아닌 낮은 종횡비는 요구 벌크, 신축성, 인장 강도 및 연성을 갖는 시트에 더 바람직하다.
예
여기에 열거된 예는 크레이프 및 골 구조를 특징화하는 것에 관련되고, 이는 구조화 시트 프로세스에 의해 생성된 더 균일한 구조가 제공되면 예가 크레이프 구조화 시트에 동등하게 적용되는 것이 명백할 것이다. 도 1은 대략 1200 m/min의 통상적인 티슈 종이 기계 속도로 이동하는 크레이프 시트의 시트 표면의 이미지를 도시하고 있다. 이미지는, 양키에 부착되었던 시트의 측면인 시트의 저부를 도시하고 있다. 시트의 상부면과 비교할 때, 시트의 이 표면은 더 둥근 크레이프 마루, 마루와 골 사이의 덜 급격한 전이부 및 노출된 섬유 단부를 나타내는 더 큰 경향을 갖는다. 이 이미지는 1000 프레임/sec의 고속 디지털 카메라를 사용하여 획득되었다. 렌즈 시스템은 시트와 이미징 시스템 사이의 통상적인 분리 거리의 변화에도 불구하고 이미지가 초점을 유지할 수 있게 하는 피사계 심도를 가졌다. 셔터 속도는 2 □s였다. LED 조명 시스템이 시트 표면을 조명하기 위해 사용되었다. 이미지에서, 크레이프 마루는 더 밝은 색상의 구역이고, 크레이프 골은 더 어두운 색상의 구역이다. CD 축은 일반적으로 크레이프 마루의 긴 치수에 평행하고, MD 축은 일반적으로 크레이프 마루의 긴 치수에 수직이다. 이들 방향은 이미지 상에 중첩된 화살표에 의해 지시된다. MD/CD 좌표계는 이미지의 수직축 및 수평축과 정렬되지 않는다. 대부분의 현재 이용 가능한 이미지 분석 및 이미지 처리 소프트웨어 패키지는 2개의 시스템이 정렬되도록 MD/CD 좌표계 또는 수직/수평 이미지 축 좌표계를 회전하는 기술을 합체하고 있다.
이미지를 검사할 때, 크레이프 마루 및 크레이프 골 구조는 "모호한" 에지를 갖고 더 명확한 방식으로 나타날 수 있다는 것이 명백하다. 이는 별개의 픽셀이 이미지를 구성하는 데 사용되는 디지털 이미징에 고유하다. 광 강도의 변화의 실제 장소는 픽셀의 경계 대신에 픽셀을 가로질러 발생할 수도 있다. 그 결과, 픽셀은 2개 사이에 있는 광 강도의 레벨을 표현하는 값이 "할당"된다. 이는 이미지를 선명화하고; 관찰된 콘트라스트를 증가시키는 알고리즘을 적용함으로써 처리될 수 있다. 예가 도 2, 도 3 및 도 4에 도시되어 있다. 도 2는 2개의 광 강도 레벨 사이의 실제의 급격한 전이를 표현하고 있다. 도 3은 그 이미지의 디지털 표현이다. 2개의 광 강도 레벨 사이의 전이 라인은 픽셀 경계를 따를 수 없고, 그 결과, 전이 라인을 따른 픽셀은 중간값을 갖는다. 도 4는 이미지를 선명화하기 위한 알고리즘을 적용한 결과를 도시하고 있다. 이러한 알고리즘은 이미지 분석 및 이미지 처리 분야에서 공지되어 있고, 디지털 이미지를 처리하는 데 사용되는 사실상 모든 소프트웨어 패키지에 합체되어 있다. 도 5는 이미지를 선명화하는 알고리즘이 적용되고 확대된 후 도 1로부터의 이미지를 도시하고 있다.
폐쇄 윤곽 시트 표면 구역
도 6은 크레이프 마루 구역을 윤곽화하는 폐쇄 윤곽선을 갖는 도 5의 이미지를 도시하고 있다. 윤곽선을 식별하는 데 사용되는 기술은 이미지 분석 및 이미지 처리 분야에서 양호하게 확립되어 있다. 이들 기술은 이미지를 선명화하는 데 사용되는 것과 같은 방식으로 디지털 이미지에 수치 알고리즘을 적용하는 것을 수반한다. 구역은 일반적으로 CD 방향으로 더 긴 치수를 갖고 배향되지만 형상이나 크기가 균일하지 않다는 것을 주목하라. 이는 통상적이다. 구역의 발생의 형상, 크기 및 상대적 공간 빈도는 시트의 품질을 결정한다. 이 관계는 섬유 조성, 제품 유형 및 다른 인자에 따라 변경된다. 전술된 기하학적 척도는 일관되고 정량화 가능한 척도를 사용하여 크레이프 및 골 구조를 특징화하는 데 사용된다. 설명된 메트릭을 사용함으로써 크레이프 시트 구조의 다차원적 성질이 본질적으로 정량화되고 특징화된다는 것이 주목되어야 한다. 시간적 및 공간적 메트릭 둘 다의 변화가 이어서 기계 동작 및 시트 품질의 변화를 식별하고 정량화하기 위해 사용된다. 제조된 시트가 원하는 품질을 갖는 것을 보장하기 위해 기계 동작의 적절한 변경이 이어서 이루어질 수 있다.
통계적 평가
사용되는 메트릭의 변화를 모니터링하는 일 방법은 통계 도구를 적용하는 것이고, 이는 공간적 및 시간적 변화 및 이들 변화의 빈도 모두의 정량화 가능한 비교를 가능하게 한다. 도 7 및 도 8은 막대그래프와 같은 통계 도구를 적용하는 예이다. 도 7은 폐쇄 윤곽에 의해 정의된 바와 같은 크레이프 마루 구역 사이의 거리 분포를 도시하고 있다. 이 경우, 분포는 콤팩트하여 일관된 크레이프 마루 공간 분포를 지시한다. 도 8은 폐쇄 윤곽에 의해 정의된 구역에 대한 광 강도의 분포를 도시하고 있다. 이 도면은 크레이프 마루 형상의 몇몇 불균일성의 지시일 수 있는 다소 바이모달(bimodal) 분포를 도시하고 있다. 게다가, 시트의 상이한 장소 또는 상이한 시간으로부터의 막대그래프가 비교될 수 있고, 상대적인 차이, 변화율 및 주기적 이벤트가 식별되어 시트 구조의 변화를 특징화하는 데 사용될 수 있다. 전술된 메트릭 또는 척도 중 임의의 하나는 유사한 방식으로 처리될 수 있다. 메트릭은 크레이핑 화학 조성, 시트 또는 코팅 습기, 섬유/미립자로의 코팅 오염, 크레이프 블레이드 마모 등에 따라 변화할 것이다. 따라서, 특정 동작 조건 및/또는 특정 시트 품질 척도와 적용된 메트릭 및 이들 메트릭으로의 통계 도구의 적용에 의해 제공된 정보 사이에 상관이 이루어질 수 있다. 상관은 이어서 기계 동작 및 시트 품질을 최적화하는 데 사용될 수 있다. 가장 유용한 상관은 용례에 의존할 것이다.
폐쇄 윤곽 시트 에지 구역
도 9는 시트 에지 구역의 이미지를 도시하고 있다. 이 이미지는 도 1에서 이미지를 획득하는 데 사용된 것과 동일한 이미징 디바이스 및 조명을 사용하여 획득되었다. 표면 구역 이미지와 마찬가지로, 선명화 알고리즘이 원본 이미지에 적용되어 픽셀 유도 흐릿함을 보상하여, 증가된 명확도 및 콘트라스트를 갖는 이미지를 제공한다. 도 10은 결과적인 이미지를 도시하고 있다. 도 11은 폐쇄 윤곽선을 갖는 동일한 이미지를 도시하고 있는데, 윤곽선은 시트의 더 조밀한 구역 및 덜 조밀한 구역을 묘사한다. 더 크고 더 긴 구역은 일반적으로 수직으로 배향된다는 것을 주목하라. 상대 발생 빈도, 구역들 사이의 거리 및 마루의 총 높이는 시트의 벌크와 연관된다. 윤곽은 평균, 중간 및 표준 편차를 사용하여 설명될 수 있지만, 표면 이미지와 마찬가지로, 이는 구조의 불완전한 설명을 야기한다.
도 13 및 도 14는 막대그래프의 형태로 제시되는 결과를 갖고 적용되는 기하학적 척도의 부가의 예이다. 도 13은 폐쇄 윤곽 내에 포함된 영역에 대한 막대그래프를 도시하고 있다. 대부분의 구역은 면적이 비교적 작지만, 낮은 발생 빈도를 갖는 상당히 큰 구역이 존재한다는 것을 알 수 있다. 이들은 잠재적으로 추가의 조사를 초래할 것인 형태의 불일치의 지시이다. 도 14는 폐쇄 윤곽 진원도의 막대그래프이다. 막대그래프는 몇몇 갭에도 불구하고, 상당히 평활한 분포를 지시하는 것으로 나타난다. 이는 시간 경과에 따른 변화가 분포의 특징에 대한 부가의 정보를 제공할 수 있는 경우이다. 가능한 부가의 척도는 시간 평균 분포일 것이다.
에지 이미지의 경우, 라인이 이미지에 중첩되고 측정이 라인에 대해 이루어질 수 있다. 도 15는 예를 도시하고 있다. 라인은 상이한 평면외 장소에 있고 라인을 따른 특징이 측정될 수 있다. 이는 다수의 평면외 장소에서 행해질 수 있어 시트의 두께를 통해 변화를 정량화하는 것을 가능하게 한다. 도 15는 라인을 따른 광 밀도를 도시하고 있고, 도 16은 그 척도에 대한 막대그래프를 도시하고 있다. 광 밀도가 밀도의 지시기이면, 다수의 평면외 장소에서 이 평가를 행하는 것은 시트의 두께를 통한 밀도의 맵핑을 가능하게 하여, 고분해능 벌크 측정을 효과적으로 제공한다.
예 - 스펙트럼 분해의 적용
시트 표면 이미지는 MD 및 CD에서 공간 정보를 제공하고, 시트 에지 이미지는 MD 및 면외 방향에서 공간 정보를 제공한다. 따라서, 양 유형의 이미지는 2차원 스펙트럼 분석 프로세스를 사용하여 분석될 수 있다. 2차원 스펙트럼 분석 방법은 이미지를 구성하는 반복되는 특징부인 이미지의 스펙트럼 콘텐트를 정량화한다. 가장 통상적인 방법은 푸리에 변환의 사용을 수반한다. 디지털 이미지의 경우, FFT는 푸리에 변환을 구현하는 데 사용된다. 프로세스는 이미지를 공간 도메인으로부터 빈도 도메인으로 변환하고, 원본 이미지 내의 모든 정보는 변환된 이미지 내에 존재한다.
이 예는 도 5에 도시되어 있는 이미지를 채용한다. 이미지는 공간 도메인으로부터 빈도 도메인으로 변환되고, 이는 도 17에서 볼 수 있다. 이미지의 우측 절반은 이미지의 좌측 절반의 역이고, 이는 변환의 특징이다. 더 밝은 영역은 가장 크고 가장 지배적인 공간 특징부에 대한 정보를 포함하고, 반면 더 어두운 영역은 더 작고 덜 지배적인 특징부에 대한 정보를 포함한다. 도 17에는, 이미지에서 가장 밝은 영역 주위에 윤곽이 그려져 있다. 윤곽은 도 6의 크레이프 마루 주위에 윤곽이 그려져 있는 것과 동일한 방법을 사용하여 그려진다. 도 18은 도 17로부터의 이미지를 도시하고 있지만, 윤곽선 외부에 포함되었던 모든 정보가 제거되어 있다. 달리 말하면, 자유 섬유 단부와 같이 더 작고 덜 지배적인 특징부를 설명하는 정보는 삭제되어 있다. 이 이미지는 이어서 역변환을 받게 되고, 공간 도메인으로 복귀되지만 삭제된 정보는 없으며, 도 19에서 볼 수 있다. 도 5와 도 19를 비교하면, 메인 크레이프 및 골 특징부는 양 이미지에 공통이다. 자유 섬유 단부와 같은 더 작은 특징부의 기여도는 양 이미지에 동일한 메트릭을 적용하고 결과를 비교함으로써 평가될 수 있다. 예를 들어, 도 7 및 도 8에 도시되어 있는 것들과 같은 막대그래프에서, 구역들 사이의 거리 및 광 강도가 양 이미지에 대해 계산되고 이어서 비교될 수 있다. 이 프로세스는 윤곽이 연속적으로 더 밝은 영역 또는 더 어두운 영역의 구역 주위에 그려진 상태로 다수회 반복될 수 있어, 따라서 광범위한 크기에 걸쳐 기여도, 전체 크레이프 구조에 대한 기여도를 정량화하는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 방법의 또 다른 양태에서, 이미지 내의 가장 밝은 영역을 윤곽화하는 데 사용되는 윤곽의 위치와 형상을 평가하기 위해 2차원 변환이 사용된다. FFT로부터 발생하는 이미지는 대칭성이기 때문에, FFT의 단지 절반만이 평가를 위해 요구되고, 이는 도 20에서 볼 수 있다. 크레이프 패턴이 사인파이면, FFT는 검정색 배경에 단일 점으로 이루어질 것이다. 그 패턴으로부터의 편차량이 크레이프 균일성 및 규칙성의 척도로서 사용될 수 있다. 표면 및 에지 이미지 내의 윤곽에 적용된 기하학적 및 광 강도 메트릭은 FFT 이미지 내의 윤곽에 적용될 수 있고, 따라서 도 20의 2차원 FFT 이미지 내의 윤곽화된 구역에 대한 정밀한 척도를 제공한다.
도 20은 단일 윤곽을 도시하고 있지만, 다수의 윤곽이 윤곽을 결정하기 위해 연속적으로 더 낮은 강도 임계값을 사용하여 생성될 수 있다. 크레이프 구조에 변화가 존재하면, 윤곽의 장소, 형상 및 크기가 변화될 것이다. 최적의 크레이프 구조를 표현하는 윤곽의 세트가 식별될 수 있다. 시트 제조 중에, 최적의 윤곽은 실시간 측정된 윤곽 및 결정된 최적으로부터의 편차와 비교된다. 그 패턴으로부터의 편차량이 크레이프 균일성 및 규칙성의 척도로서 사용될 수 있다. 이 프로세스의 장점은 이미지 내의 특정 특징부가 측정될 필요가 없어, 분석 프로세스를 단순화한다는 것이다.
본 발명의 실시예가 다양한 실시예의 설명에 의해 예시되었고, 이들 실시예는 상당히 상세히 설명되었지만, 첨부된 청구범위의 범주를 이러한 상세에 제한하거나 임의의 방식으로 한정하는 것은 본 출원인의 의도가 아니다. 부가의 장점 및 수정이 통상의 기술자들에게 쉽게 나타날 것이다. 따라서, 본 발명은 그 더 넓은 양태에서, 도시되고 설명된 특정 상세, 대표적인 방법 및 예시적인 예에 한정되지 않는다. 이에 따라, 출원인의 일반적인 발명적 개념의 사상 또는 범주로부터 벗어나지 않고 이러한 상세로부터 이탈이 행해질 수도 있다.
적어도 하나의 예시적인 실시예가 상기 상세한 설명에서 제시되었지만, 광대한 수의 변형이 존재한다는 것이 이해되어야 한다. 예시적인 실시예 또는 예시적인 실시예들은 단지 예일 뿐이고, 본 발명의 범주, 적용성 또는 구성을 임의의 방식으로 한정하도록 의도된 것은 아니라는 것이 또한 이해되어야 한다. 오히려, 상기 상세한 설명은 예시적인 실시예를 구현하기 위한 편리한 로드맵을 통상의 기술자들에게 제공할 것이고, 첨부된 청구범위에 설명된 바와 같은 본 발명의 범주 및 그 법적 등가물로부터 벗어나지 않고, 다양한 변경이 예시적인 실시예에 설명된 요소의 기능 및 배열에 이루어질 수도 있다는 것이 이해된다.
Claims (15)
- 크레이프 시트 구조를 특징화하는 방법이며,
하나 이상의 이미징 또는 사진 센서 또는 디바이스를 포함하는 이미징 시스템을 제공하는 단계;
크레이프 시트 구조의 구역의 하나 이상의 이미지를 정의하는 하나 이상의 신호를 생성하는 단계; 및
하나 이상의 메트릭을 사용하여, 크레이프 시트 구조를 취한 생성된 이미지를 평가하는 단계
를 포함하는 방법. - 제1항에 있어서, 크레이프 시트 구조가, 부여된 3차원 구조인 방법.
- 제1항에 있어서, 생성된 이미지 중 하나 이상이 2차원 스펙트럼 분석 도구를 사용하여 평가되는 것인 방법.
- 제3항에 있어서, 2차원 스펙트럼 분석 도구가 크레이프 시트 구조의 이미징된 구역에서 구조의 빈도를 결정하는 데 사용되는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 이미징 프로세스 기술을 사용하여 크레이프 구조를 강조하고 크레이프 마루 구역 주위에 폐쇄 윤곽을 그리는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 크레이프 시트 구조의 이미징된 구역이 기계 방향 및 횡방향에서 평가되는 것인 방법.
- 제6항에 있어서, 크레이프 시트 구조의 기계 방향 및 횡방향이 구역 면적; 구역 둘레; 최대 치수/최대 치수에 수직인 최소 치수, 평균 길이/평균 폭에 의해 정의되는 바와 같은 종횡비; 폐쇄 윤곽 둘레/길이; 구역 경계/폭; 구역 면적/길이; 구역 면적/폭; F신율 = (ICD/IMD)1/2로서 정의되는 신율 형상 계수로서, 여기서 ICD 및 IMD는 MD 및 CD에서의 제2 관성 모멘트이고 제2 관성 모멘트는로서 정의되는 것인 신율 형상 계수; F콤팩트성 = 면적/ [2 π (IMD 2 + ICD 2)1/2]으로서 정의되는 콤팩트성 형상 계수; R회전-CD = [ICD/면적]1/2 및 R회전-MD = [IMD/면적]1/2로서 정의되는 회전 반경; P볼록 = 볼록한 구역 둘레 부분/총 구역 둘레로서 정의되는 볼록 계수; Q = 4 π 구역 면적/구역 둘레2으로서 정의되는 등주 몫; 원으로부터의 변화로서 정의되는 구역의 진원도, 구역 내의 광 강도, 구역들 간의 광 강도, 이후에 빈도수로 변환되는 이미지 내 구역의 수, 최소 및 최대 높이, 크기 및 형상에 따른 구역의 수직 분포, 긴 수직 구역의 발생 빈도, 짧은 구역의 발생 빈도로 이루어진 군으로부터 선택된 메트릭 중 하나 이상을 사용하여 평가되는 것인 방법.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 크레이프 구조화 시트의 부여된 3차원 구조의 크레이프 마루 및/또는 주위 구역이, 이미징되는 크레이프 시트 구조의 구역 내에서 평가되는 것인 방법.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 이미지가 크레이프 구조화 시트의 시트 벌크, 시트 내부 파괴, 자유 섬유 단부, 크레이프 구조 및/또는 부여된 3차원 구조를 결정하는 데 사용되는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 이미징되는 크레이프 시트 구조의 구역이 크레이프 시트 구조의 기계 방향 에지인 방법.
- 제10항에 있어서, 2차원 스펙트럼 분석 도구가 크레이프 시트 구조의 이미징된 구역에서 구조의 빈도를 결정하는 데 사용되는 것인 방법.
- 제10항에 있어서, 이미징 프로세스 기술을 사용하여 크레이프 구조를 강조하고 크레이프 마루 구역 주위에 폐쇄 윤곽을 그리는 것인 방법.
- 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 크레이프 시트 구조의 에지 구역이 구역 면적; 구역 둘레; 최대 치수/그에 수직인 최소 치수, 및 ii) 평균 길이/평균 폭에 의해 정의되는 바와 같은 종횡비; 구역 경계/길이; 구역 경계/폭; 구역 면적/길이; 구역 면적/폭; F신율 = (ICD/IMD)1/2로서 정의되는 신율 형상 계수로서, 여기서 ICD 및 IMD는 MD 및 CD에서의 제2 관성 모멘트이고 제2 관성 모멘트는로서 정의되는 것인 신율 형상 계수; F콤팩트성 = 면적/ [2 π (IMD 2 + ICD 2)1/2]으로서 정의되는 콤팩트성 형상 계수; R회전-CD = [ICD/면적]1/2 및 R회전-MD = [IMD/면적]1/2로서 정의되는 회전 반경; P볼록 = 볼록한 구역 둘레 부분/총 구역 둘레로서 정의되는 볼록 계수; Q = 4 π 구역 면적/구역 둘레2으로서 정의되는 등주 몫; 원으로부터의 변화로서 정의되는 구역의 진원도, 구역 내의 광 강도, 구역들 간의 광 강도, 이후에 빈도수로 변환되는 이미지 내 구역의 수, 최소 및 최대 높이, 크기 및 형상에 따른 구역의 수직 분포, 긴 수직 구역의 발생 빈도, 짧은 구역의 발생 빈도로 이루어진 군으로부터 선택된 메트릭 중 하나 이상을 사용하여 평가되는 것인 방법.
- 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 크레이프 마루가, 이미징되는 크레이프 시트 구조의 구역 내에서 평가되는 것인 방법.
- 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 이미지가 크레이프 구조화 시트의 시트 벌크, 시트 내부 파괴, 자유 섬유 단부, 크레이프 구조 및/또는 부여된 3차원 구조를 결정하는 데 사용되는 것인 방법.
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