KR840002374B1 - 웨브 장력의 음파측정 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

웨브 장력의 음파측정 방법

제1도는 각 단부의 로울(roll)이 약간 다른 속도로 인장되어 웨브 장력을 제어하도록 한 예를 들면 신문용지의 오픈 드로우(open draw)의 개략도로서 웨브 장력의 음파측정 방식을 도시한 것.

제2도는 예를 들면 20KHz의 초음파 펄스열에 의한 횡파의 파형을 한 웨브의 편의 운동과 제지기로부터의 잡음 및 2차 파내지 에코를 포함한 마이크로 폰에서 수신한 파형을 도시한 그래프.

제3도는 본 발명을 실시하는데 사용되는 웨브장력 측정 시스템의 개요도.

제4도는 제3도에 도시된 회로의 여러 위치에서의 신호를 그래프식으로 도시한 도면.

제5도는 제3도의 웨브장력 측정 시스템용 주 프로그램의 부분 컴퓨터 플로우 챠트.

제6도는 전자 윈도우 발생 루우틴을 도시한 컴퓨터 플로우 챠트.

제7도는 기계 속도신호를 제공하는 로울 속도 변환기에 의해 마이크로 프로세서의 인터럽트에 들어가는 루우틴을 도시한 컴퓨터 플로우 챠트.

본 발명은 웨브 장력을 측정하기 위한 것으로, 특히, 제지기에 있어서, 웨브 장력을 음파로 측정하기 위한 것이다. 제지의 움직이는 웨브를 처리하는 기술 및 종이를 만드는 기술에서 공지된 바와 같이, 과잉 장력은 웨브를 찢길 수 있고, 또 불충분한 장력은 기계가 고속일 때 웨브 연부 플러터(flutter)를 발생하고, 만약 플러터의 진폭이 과대하게 되면 파열하게 된다. 이런 두 경우에 운전 정지가 된다. 지지되지 않은 웨브 장력은 기계속도를 약간 다르게 하여 조절되고, 기계속도차는 웨브가 기계의 여러 부위를 통과함에 따라 압축하기 때문에 수동으로 제어하여 변경하지 않으면 안된다. 따라서 종래 기계속도의 제어를 통한 장력제어는 위험스런 작업이며 자주 감시되어야 한다.

웨브가 물에 적셔진 후 물이 빠지기 때문에 웨브가 수축되어 오픈 드로우(open draw)가 필요하다. 기계방향으로의 수축은 기계속도의 변화에 의해 어느 정도 억제된다. 따라서, 재질의 질(강도 및 신축성 등)은 웨브 장력에 의해 영향을 받는다.

"pulp and paper technology"란 책(E. Van Nostrant社 1970년판 P468)에서 케이. 더블유, 브리트가 발표한 바와 같이, 지금까지 제지기 상에 크리티컬 드로우의 자동화의 시도가 성공되지 못했다. 예를 들면, 오픈 드로우 기계에서 기계 와이어와 제1프레스 펠트사이의 속도차는 제지기의 주행성과 제품의 기계적 기능적 성질의 둘다에 아주 중요한 영향을 끼친다. 상술한 레벨로 웨브 장력을 유지하기 위해 그러한 드로우내에서의 장력을 감지하기 위한 기술은 매우 바람직한 일이다. 현재는, 상기 장력을 감지하기 위한 실제적인 방법이 이용될 수 있지만 광학주사 방법과 제지 유동학에 관한 기술은 상기와 같은 문제를 해결하는데 매우 바람직한 방법을 제공해줄 것이다.

장력을 가한 스트링(줄)이 교란될 때 횡파가 발생되고, 물 표면이 교란될 때도 횡파가 발생한다. 장력하의 박막(membrance)이 교란될 때 횡파가 또한 발생된다. 만약 박막의 굴곡강도(bending stiffness)가 무시된다면, 이러한 파는 다음 관계식에 따른 파속도를 가진다.

여기에서 T=박막의 강도[1b force/ft]

W=박막의 무게/단위면적 [1b mass/ft²]

a=파 속도 [ft/sec, 2nd]

gc=변환 계수(37.17 1b force/1b mass ft sec²]

라이프 에릭슨씨의 미합중국 특허 제4,109,520호에 정지 웨브의 웨브 장력측정 방법이 기재되었는데, 여기에서는 웨브에 대해 압압된 스프커의 공진주파수 근처의 주파수를 가하고 있다. 이 주파수에서 스피커의 임피던스는 웨브 장력의 함수이다.

아이. 에이. 그린우드 쥬니어 등 여러 사람들의 미합중국 특허 제2,661,714호에서는 초음파 기술을 이용하여 이동하는 웨브의 웨브 두께를 측정하기 위한 방법이 발표되었는데, 상기 초음파 기술은 웨브가 공기 압축 파를 발생하는 X-cut 압전기 결정밑의 측정 위치에서 앤빌형 지지체에 대하여 압축되거나 유지되어야만 한다.

본 발명의 목적은 웨브의 이동통로를 한정해주는 로울에 의해 주어지는 종래의 지지체외에는 측정구역에서 지지되지 않는 주행웨브의 장력을 음파 측정하는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 상기 목적은 오픈드로우 일우에 근접한 제1부위에 위치한 초음파 변환기를 부세하여 이동하는 웨브의 횡파 버스트를 발생하는 것에 의해 달성된다. 음파 변환기로부터의 하류에 위치한 제2부위에서 마이크로폰이 횡파의 버스트를 수신하고, 그것을 전기적 신호로 변환한다. 또한, 기계속도로 측정하여 전기 신호로 바꾸어 전자장치에 공급되며, 전자장치는 횡파 및 이동 웨브의 주행시간을 측정하여 웨브속도를 추출하고, 횡파속도를 제공한다. 횡파의 속도는 웨브 장력과 직접 관계되므로 이것을 계산하여 장력을 표시한다.

전자 제어회로는 횡파의 버스트가 수신되어 잡음과 에코가 제거되는 간격동안 전자윈도우를 발생한다. 또한, 제어회로는 잡음이 없는 시스템을 만들기 위하여 최소 수신 지속시간 임계치가 제공된다. 따라서, 파의 버스트는, 파의 열이 충실히 검출되었다는 것이 제어 시스템에 의해 판단되기 전에, 일정시간 사이에 검출되어야 한다.

여러 장점들이 본 발명을 실시함으로써 얻어진다. 첫째, 초음파가 사용되므로 제지기 주위의 저주파 음파에 의한 신호 간섭 문제를 피할 수 있고, 예리한 즉, 보다 정확한 측정에 의해 성취될 수 있다.

둘째, 고주파 음파의 펄스열(트레인)이 사용되기 때문에 마이크로폰으로부터의 신호가 적당한 주파수 대역 폭 통파 필터로 처리될 수 있어 초음파 변환기의 공칭주파수에 인접한 주파수만 회로를 통해 통과한다. 고주파수가 저주파수보다 훨씬 더 많이 흡수되기 때문에, 주파수의 최적 범위가 존재하고, 특별한 주파수의 선택은 편리하게 된다. 장력계산에는 웨브의 1평방 피이트당의 질량이 사용되는데, 이것은 수분 함유량 및 고체질량에 따라 다르다. 예비조사에서는 신문용지의 오픈-드로우 당 32 1b/3000ft₂의 부피가 제공되는 것으로 추측된다.

고주파수 음파는 매우 지향성이므로 좁은 비임으로써 제공될 수 있다. 따라서, 초음파 변환기는 마이크로폰 보다 웨브에서 더 멀리 떨어져 위치하게 되는데 마이크로폰이 웨브 벗어남이 아주 작아지는 로울 가까이에 위치하는 것이 신호대 잡음비를 개선시키는 가장 적당한 위치라고 생각된다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다. 제1도, 제2도는 지시된 방향으로 이동하는 웨브(16)를 운송하는 한쌍의 로울(12),(14)로 구성된 제지기(10)를 도시한 것이다. 제지기 조작자가 로울(12),(14) 각각의 속도를 적당히 조절하여 웨브 장력이 받아들일 수 있는 범위 내에 유지한다. 웨브는 초음파 혼(18)으로부터의 펄스열(트레인)에 의해 수직방향으로 진동하여 이동 웨브(16)을 따라 마이크로폰(22) 쪽으로 진행가는 횡파를 만든다. 초음파 신호의 발사와 마이크로폰(22)에서의 파의 수신사이의 시간 간격은 웨브에 관련되어 있는 웨브속도와 파속도의 결합이다. 따라서, 웨브속도(기계속도)는 웨브에 관련된 파속도를 제공하기 위해 빠져야 한다. 이러한 목적을 위해서, 기계속도 변환기(24)는 로울(14)에 연결되어 기계속도를 나타내는 신호를 발생한다.

기계속도 신호와 마이크로폰(22)에 의해 수신된 신호는 웨브 장력 전자회로(20)는 공급되는데, 이 웨브인장 전자회로(20)는 이러한 두 입력들로부터 파속도를 계산하여 웨브속도를 웨브 장력을 가리키는 입력신호로 변환시킨다. 이 출력신호는 제지기 조작자 감시용의 표시장치(26)로 공급된다.

제2도는 제지기로부터의 외부방해에 의한 소수의 편의와 초음파혼(18)의 연속 블래스트에 의한 두 연속변위세트(30)(32)를 포함하는 웨브(28)에서의 수직 변위를 도시한 것이다. 제2도의 하부 부분에서, 마이크로폰(22)에 의해 수신된 신호가 번호(34)로 표시되었는데 이것은 상기 편의운동(30)에서 발생된 신호(40)와, 앞서의 음, 제2차 파 및 제지기에 의해 발생된 소잡음에서의 합성 에코(36)(38)로 이뤄진다. 제2파는 혼에서 발생해서 웨브 이동방향에 반대방향으로 웨브를 따라 이동한다. 그러나, 만약 웨브가 횡파의 속도보다 더 빨리 진행한다면, 이러한 파들은 고정된 축에 관하여 웨브 방향으로 움직여 제1파(40)보다 더 늦게 마이크로폰에 도달하여 이동시간이 구별된다.

제3도, 제4도는 본 발명에 따라서 제작된 웨브 장력측정 시스템의 회로도와 거기에 따른 파형도를 각각 도시한 것이다. 마이크로프로세서가 본 발명을 실시하는데 필요한 단일 기능용으로 쉽게 프로그램될 수 있기 때문에, 본 발명에서는 기억회로, 전력공급회로 및 신호 조건회로를 포함하는 예를들어 Intel 8080이나 Z1g log80 마이크로프로세서가 사용된다. 상기 마이크로프로세서(42)는 로울속도 변환기(46)로부터 기계의 속도신호(44)를 수신하고, 상기 로울속도 변환기(46)는 로울에 의해 구동되는 자기 펄서 장치로서 로울의 각 회전마다 펄스를 발생한다. 마이크로프로세서(42)는 다음 방정석에 따라서 파속도를 제공하도록 프로그램된다.

a=[Y/(T_M-d최소)]-(K/T_S) (2)

여기에서, K=(D+t),

D=로울의 직경(ft),

t=웨브의 두께(ft),

a=웨브 속도(ft/sec)

Y=혼과 마이크 사이의 거리(ft)

T_M=d최소를 포함한 전송파의 시작 및 수신사이의 시간간격

d최소=잡음 내력에 대한 최소 수신시간(초)

T_S=로울의 한 주기에 대한 시 간격

마이크로프로세서는 다음 방정식에 따라서 만들어진 계산에 의해 웨브 장력을 제공하도록 또한 프로그램 되었다.

T=a²w/gc …(3)

이것은 상기 제1방정식과 같은 것이다. 이러한 기능을 수행하기 위하여, 마이크로프로세서(42)는 구형파인 초음파 주파수(48)를 발생하여 전력 증폭기(50)에 공급한다. 상기 전력 증폭기(50)는 웨브를 여기하는 초음파 혼(52)에 전력을 공급하여 횡파를 발진한다. 제4도에 도시된 바와 같이, 초음파 주파수는 반 주기(d₁)로 발생되고 간격(d₂)에 걸쳐 반복한다. 발생된 횡파는 웨브를 따라 이동하고, 웨브는 마이크로폰(54)쪽으로 움직이는데, 상기 마이크로폰(54)은 그 파를 수신하고 전기적 신호로 변환하며 증폭기(56)는 그것을 증폭한다.

이 신호들은 대역 통과 필터(60)로 공급되어 제4도에 도시된 바와 같이 출력신호(62)를 발생한다. 이 신호(62)는 정류되고 여파된 충분한 세기의 신호가 쉬미트 트리거회로(65)를 통해 통하여 게이트(66)의 한 입력 단자에 인입한다. 또한 상기 게이트(66)의 다른 입력 단자에는 마이크로프로세서(42)에 의해 제공된 신호(68)가 인입되며, 게이트는 마이크로프로세서(42)의 입력 단자에 공급되는 신호(70)을 발생한다.

신호(68)은 전자 얇도우를 표시하는 게이트 신호이며, 윈도우는 횡파의 소정 수신폭 보다 약간 길게 개방되며, 초음파의 방출개시로부터의 시간 d3에서 개방하고 방출 최초의 시간에 관계된 시간 d4에서 폐쇄하도록 결정된다. 시간간격 d3-d4 외에 마이크로폰에서 수신된 신호는 합성에코 및 잡음으로 제거된다. 잡음내력을 증가시키기 위해 즉 잡음을 더욱 제거시키기 위하여, 신호(70)는 (d최소)기간 동안만 수신되어야 한다. 키이 보오드(72)는 입력 경보설정점, 시간간격 d1,d2,d3,d4 내지 초음파 방출시간의 길이를 설정하는 변수 n을 입력하기 위해 설치된다.

제5도를 참조하면, 주 프로그램(80)에서 시작하여, 다음 스텝에서 인터럽트가 금지되고, 계수기가 0로 세트되고, 플래그(flag)가 0로 세트 처리되는 것을 도시한 플로우챠트가 도시된다. 클럭이라 불리는 실제시간의 클럭신호는 퇴피(save)되고, 클럭세이브(clocksave) 위치에 기억된다. 따라서, 변수는 초기치로 설정된다. 다음 단계는 출력선(48)(제5도)을 조작하는 것이다. 이 선은 여러 사이클에 관하여 전력 증폭기를 제어하기 위한 선으로서, 예를 들면 20 또는 22KHz의 주파수에서 예를 들면 10사이클의 블래스트를 형성한다. 각 토글마다, "1"은 번호(86)으로 표시한 바와 같이 계수기에 더해지고, 토글의 소망의 전체 수 n보다 적은지 아닌지를 90에서 결정하기 전에 소포트 웨어 지연 루우프(88)에 들어간다. 만약 계수기가 n에 도달하지 않으면, 출력 선(48)은 다시 토글된다. n의 계수가 얻어진 후에 윈도우 루우틴이 번호(92)로 표시된 바와 같이 들어가게 되고, 윈도우 루우틴에 의해 계산된 웨브 장력이 판독 루우틴(94)에 의해 표시된다. 다음, 초음파 방출개시로부터의 시간 간격이 결정되고, 간격 d2에 비교된다. 만약 간격 d2가 작다면, 상기 동작은 재반복된다. 만약 시간간격 d2가 얻어지지 않는다면, 인터럽트는 번호(98)로 표시된 것처럼 허락되어, 전자 윈도우 루우틴은 다시 시작된다.

제6도를 참조하면, 전자윈도우를 발생하는 루틴이 번호(100)에서 시작되고, 클럭-클럭 세이브 결정이 번호(102),(108)에서 시작한다. 클럭으로부터 클럭세이브를 뺀 시간이 d3와 적거나 같다면, 그리고 그 시간이 d4보다 더 크다면, 게이트 X는 O로 세트되고, 주 프로그램으로의 복귀(returo)가 번호(106)에서 실행된다. 그렇지 않으면, 게이트은 "1"로 세트된다.

선(68)이 "1"로 유지되는 동안, 마이크로폰(54)으로부터의 신호는 AND 게이트(66)을 통과한다. 그런 다음, 플래그가 "1"과 같은가 안같은가에 대한 결정이 행해진다. 이러한 플래그의 시험(테스트)은 매 방출당 웨브 강도를 단한번 계산하는 것을 허락한다. 그러나 번호(116)에서 플래그=0이라면, 선(70)이 시간간격이 d 최소동안 1인가 아닌가가 결정된다. 그렇지 않으면 복귀가 번호(118)에 제공된다. 그러나 만약 선(70)이 1을 가진다면 플래그는 번호(120)로 표시한 바와 같이 1로 세트되고, 파 속도가 계산되어 장력이 계산된다. 번호(122)에서, 만약 웨브 장력이 경보설정점에 의해 세트된 것처럼 상술한 제한점 이하로 떨어진다면 경보설정이 에너지를 받도록 되어 있다. 나중에, 웨브 장력이 번호(94)로 표시한 판독 루우틴에 의해 표시되는 주 프로그램으로 복귀된다. 번호(96)에서, 만약, 시간간격이 d2보다 더 크다면, 주 프로그램은 다시 시작한다.

로울 속도 변환기는 인터럽트 선에 연결된다. 로울 속도 변환기에 의해 발생된 인터럽트에 대해 인터럽트가 허락되며, 제7도의 루우틴이 들어가게 된다. 이것은 번호(126)에서 시작하여 다음 단계는 클럭-클럭 세이브와 같은 로울의 회전당 시간간격을 결정한다. 그런 다음, 클럭은 실제 시간 클럭 세트(130)의 값에 같게 세트되고, 복귀는 번호(132)에서 제공된다.

판독 플로우 챠트는 간략을 기하기 위하여 본 명세서에서는 생략하지만 본래 그것은 표시장치, 즉 일곱개의 세그먼트 LED장치로, 기억장치에 기억된 웨브 장력을 전송하는 것을 포함한다. 만약 세 유효 자리수가 판독된다면, 신호 전송용 멀티플렉스를 사용하면 7+3=10 출력선이 필요하다.

파 이동속도가 웨브 이동속도보다 더 빠른 경우에는 상류를 진행하는 파 속도는, 초음파 혼의 상류에 마이크로폰을 설치하는 것에 의해 측정할 수 있다. 웨브에 관한 파의 속도는 고정된 좌표에 관하여 웨브 속도와 파 속도를 더함으로써 계산될 수 있다.

Claims (1)

1. 이동하는 웨브의 웨브 장력을 측정하는 방법에 있어서, 통로에 따라 웨브를 이동시키고, 그 웨브 속도를 측정하는 단계와 ;

   상기 통로에 따른 제1부위에서 이동하는 웨브에 초음파 진동을 가하여 웨브에 횡파를 발생하는 단계와 ;

   상기 통로에 따른 제2부위에서 상기 횡파를 검출하는 단계와 ; 상기 제1부위에서의 초음파 인가로부터 상기 제2부위에서의 횡파 검출까지의 시간을 측정하여 상기 전파 속도를 결정하고 상기 제1부위와 제2부위 사이의 웨브이동 시간을 속도 수정으로서 대수 가산하는 것을 계산에 넣어서 웨브 장력을 표시하는 단계로 구성된 웨브 장력의 음파 측정방법.

Images