SE515640C2 - Metod och anordning vid tillverkning av papper eller kartong, samt pappers- eller kartongprodukt - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 . » . . - I m. n 5152640: j: krympning i samband med torkning, visar sig detta som att papperet eller kartongen har en tendens att ”slå sig”, rulla sig eller böja sig i hörnor/kanter. Ännu ett problem är att felaktig och ojämn fiberfordelning och fiberorientering är att papperet eller kartongen ofta måste ges onödigt hög ytvikt, för att dess kvalitets- och styrkeegenskaper skall kunna garanteras. Detta ökar naturligtvis kostnaderna for pappe- ret eller kartongen.

Ett annat problem är att det färdiga papperet eller kartongen oña uppvisar fel i kanterna, vilket beror på att det, med dagens teknik är svårt att mäta och styra förhållandena vid inloppslådans kortändar. Fibersuspensionsstrålen påverkas här av friktion mot inlopps- lådans kortändessidor, vilket ger minskad hastighet och/eller avböjning hos strålen. Ofta monteras en tryckgivare på insidan av den ena eller båda av inloppslådans kortändessi- dor. Avsikten med tryckgivaren placering är därvid att ge indata for blandningspumpens varvtal, for justering av strålhastigheten, men detta forsvåras således av att tryckgivaren störs av flödets variationer i inloppslådan, speciellt vid dess kortändar. Felaktiga kanter i den färdiga produkten avlägsnas som så kallat utskott, eller nedklassas, vilket kan bety- da ett stort ekonomiskt avbräck for pappers- eller kartongfabriken.

För pappers- eller kartongfabriken är det också en stor nackdel att inte kunna kontrollera hur jämn och rak fibersuspensionsstråle som inloppslådan kan ge. Man har då ingen möjlighet att kontrollera de garantiutfästelser som givits av tillverkaren av inloppslådan.

Det är därför mycket önskvärt att, i CD-led, kunna mäta och styra strålens hastighet och riktning, så att fördelningen av fibrer och fiberorienteringen blir så jämn som möjligt.

Traditionellt har indata för styrningen tagits fram genom laboratorieanalys av den färdi- ga produkten, varefter inloppslådans driftsparametrar har justerats på ett sätt som man av erfarenhet antagit skulle ge optimal fiberfordelning och fiberorientering i den färdiga produkten, Resultatet av justeringen har sedan analyserats i den färdiga produkten för eventuella ytterligare eñerjusteringar. Den färdiga produkten kan dock enbart laborato- rieanalyseras då en så kallad tambour-rulle är färdig och har tagits ut ur pappers- eller kartongmaskinen, vilket innebär att ledtiden mellan en justering av inloppslådans drifts- parametrar och analys av resultatet kan vara minst en, ofta flera timmar. Vid tillverk- ning av en laminerad flerskiktsprodukt är det också svårt eller omöjligt att laboratorie- analysera de enskilda skikten efier lamineringen. l0 20 30 35 - « , X - ~ För att i någon mån förkorta ledtiden har man i vissa fall infört en on-line mätning av fiberorienteringen i det formerade och pressade arket, innan produkten lämnar pappers- eller kartongmaskinen. Detta genomförs medelst en mätare med ett reflekterande laser- ljus, vilket mäter fiberorienteringen i produktens yta. Mätningen ger underlag för beräk ning och justering av inloppslådans driñsparametrar. En nackdel med sådan on-line mätning av fiberorienteringen är att det enbart är i ytan av produkten som fiberorienter- ingen kan mätas. Speciellt vid tillverkning av en flerskiktsprodukt inses det att värdena for ytan inte ger adekvata indata for justering av de inloppslådor som fördelar fibersus- pension for de skikt som ligger under ytskiktet. Dessa inloppslådor kan alltså vara an- ordnade i en och samma pappers- eller kartongmaskin, varvid de olika skikten lägges samman i maskinens våtparti.

Hastighetsstyrning for en ñbersuspensionsstråle har enligt en standardmetod utförts genom att man utifrån en önskad hastighet har beräknat ett erforderligt tryck i inlopps- lådan, vilket tryck genereras av en blandningspump. Beräkningens noggrannhet beror därvid på den utnyttjade beräkningsformelns noggrannhet, vilken formel ger ett medel- värde över maskinbredden. Styrningen av trycket sker över en regulator som styr bland- ningspumpens varvtal, vilket ej ger möjlighet att styra ñbersuspensionsstrålen i CD.

Enligt ett modifierat utförande av hastighetsstyrningen har man utnyttjat en beröringsfri strålhastighetsmätare för att mäta fibersuspensionsstrålens hastighet i maskinriktningen (MD), vilket ger möjlighet att korrigera styrningen for felaktigheter i beräkningsfor- meln, så att önskad strålhastighet kan uppnås. Det av hastighetsmätaren uppmätta värdet kan också utnyttjas för att, via blandningspumpens varvtal, direkt styra trycket till öns- kad strålhastighet.

Ett stort problem med kända typer av strålhastighetsmätare är att de enbart kan mäta i en förinställd MD-riktning, varvid man, genom traversering av ett mäthuvud för strålhas- tighetsmätaren, kan erhålla en hastighetsprofll i CD. Vid variationer i riktningen hos fibersuspensionsstrålen längs CD får man dock bara en hastighetsprofil som i varje mät- punkt visar komposanten, dvs projektionen, av den sanna hastigheten i mätpunkten, i MD-riktningen. Det är därvid också så att hastighetskomposanten beräknas med ut- gångspunkt i ett avstånd mellan två undermätpunkter, vilket avstånd, då mätriktningen skiljer sig från strålens sanna riktning, inte helt motsvarar det korrekta avståndet for beräkning av hastighetskomposanten. Detta innebär att den beräknade hastighetskompo- santen innehåller ett litet fel då mätningen utföres i en mätriktning (dvs MD-riktningen) som inte motsvarar den sanna riktningen. (Detta gäller generellt, dvs även for metoden och anordningen enligt uppfinningen, vilket dock inte har någon betydelse i metoden 10 20 25 30 515 sin och anordningen enligt uppfinningen, efiersom man, som framgår nedan, enligt förelig- gande uppfinning, utnyttjar mätvärden som registrerats i en mätriktning som motsvarar strålens sanna riktning.) Det finns inte något idag känt sätt att, i varje mätpunkt utmed CD, mäta de sanna has- tighetsvektorerna, dvs den sanna hastigheten i dess sanna riktning. Då det inte finns någon möjlighet att mäta dessa sanna hastighetsvektorer finns det inte heller någon möjlighet att låta fibersuspensionsstrålens sanna riktning att påverka justeringen av in- loppslådans drifisparametrar. Icke desto mindre har fibersuspensionsstrålens riktning i varje punkt en avgörande betydelse for produktens karakteristika i form av fiberfordel- ning och fiberorientering. Vidare ger de insamlade värdena på hastigheten felaktiga for- utsättningar för justeringen av inloppslådans driftsparametrar, eftersom den uppmätta hastigheten ej är den sanna, utan bara en beräknad komposant i MD, inkluderande be- räkningsfel, av den sanna hastigheten.

REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN Enligt uppfinningen minskas eller elimineras ovanstående problem genom utnyttjande av en metod där en fibersuspensionsstråle, vilken fibersuspensionsstråle går från en in- loppslåda i en pappers- eller kartongmaskin, och ut på en vira, karakteriseras genom att strålens sanna riktning och hastighet bestämmes i minst en mätpunkt utmed pappers- eller kartongmaskinens tvärriktning. Karakteriseringen utföres företrädesvis i flera mät- punkter i pappers- eller kartongmaskinens tvärriktning (CD), så att ett vektorfalt for strålens sanna riktning och hastighet kan bestämmas som en profil i CD. Genom att fi- bersuspensionsstrålens sanna riktning och sanna hastighet, dvs dess hastighetsvektor, kan bestämmas i en eller flera mätpunkter utmed CD, åstadkommes en unik möjlighet att direkt och återkopplat styra fibersuspensionsstrålens riktning och hastighet utmed CD. Fibersuspensionsstrålen karakteriseras således redan då formningen av produkten börjar, och karakteriseras med fler och noggrannare mätvärden än vad som tidigare varit möjligt, varigenom styrning/justering av inloppslådans driftsparametrar kan optimeras för erhållande av en produkt med jämn ytvikt, fiberfordelning och fiberorientering över tvärsnittet.

Enligt en aspekt av uppfinningen åstadkommes detta genom att ett antal komposanter för strålens riktning och hastighet, i ett mätplan som är parallellt med ett plan for viran, bestämmes för en mätpunkt i pappers- eller kartongmaskinens tvärriktning, varefter riktning och hastighet för den av dessa komposanter som uppvisar den största hastighe- ten, eller riktning och hastighet for den av komposanterna som uppvisar den största kor- 10 20 25 30 n. u. 515 É40 relationsfaktorn, utnyttjas som riktnings- och hastighetsvärde för strålens sanna riktning och hastighet, eller utnyttjas för en beräkning av strålens sanna riktning och hastighet, i mätpunkten, varefier karakteriseringen företrädesvis fortsätter på samma sätt i en efter- följande mätpunkt i pappers- eller kartongmaskinens tvärriktning, för bildande av sagda profil.

Med begreppet korrelationsfaktor avses att man för varje mätpunkt registrerar mätda- ta/mätsignal i två undermätpunkter som ligger ett kort stycke, företrädesvis l - 5 mm, och än mer föredraget 1,5 - 3,5 mm från varandra utmed en linje som följer den för ögonblicket aktuella mätriktningen, dvs komposantriktningen. Mätdata/mätsignal för de två punkterna jämföres sedan med varandra, varvid en korrelationsfaktor kan bestäm- mas, vilken korrelationsfaktor utgör ett mått på hur nära den sanna riktningen för fiber- suspensionsstrålen som den aktuella mätriktningen ligger. En förutsättning för att en hög korrelationsfaktor skall kunna uppmätas är, förutom att mätningen sker i den sanna strålriktningen, att fibersuspensionsstrålen uppvisar konstanta data i denna mätriktning, vilket är ett antagande som kan göras med stor säkerhet. Korrelationsfaktorn bestämmes på detta sätt för ett önskat antal mätriktningar i mätpunkten, och samtidigt uppmätes hastigheten hos strålen i varje mätriktning genom registrering av den tid det tar för strå- len att förflytta sig från den första undermätpunkten till den andra undermätpunkten.

Den hastighet som uppmätes i de olika mätriktningarna är därvid en komposant av den sanna hastigheten. De registrerade korrelationsfaktorerna för de olika mätriktningarna i mätpunkten utnyttjas sedan för att avgöra vilken av de uppmätta komposanterna som ligger närmast strålens sanna riktning och hastighet i mätpunkten, varvid riktnings- och hastighetsvärde hos den av de uppmätta komposanterna som uppvisar störst korrela- tionsfaktor utnyttjas som riktnings- och hastighetsvärde för strålens sanna riktning och hastighet i mätpunkten. Antalet mätriktningar väljes därvid med tillräckligt liten steg- vinkel emellan varje, företrädesvis 0,001 - 1°, än mer föredraget 0,01 - 0,5 °, och mest fördraget 0,05 - 0,5 °, för att den komposant som utvalts som den sanna skall kunna anges i termer av riktning och hastighet med önskad noggrannhet.

Alternativt väljes den komposant som ligger närmast den sanna ut, med utgångspunkt i hastighetsvärdet för komposantema. Som den sanna riktningen och hastigheten väljes då riktnings- och hastighetsvärdena för den komposant som uppvisar störst hastighet.

Det är då föredraget att utnyttja en laser-doppler-mätare, för att undvika problem med fel i hastighetsberäkningen enligt ovan. 10 20 30 35 Om noggrannhetskraven är stora, eller om stegvinkeln av någon anledning inte kan väljas så liten som det erfordras för önskad noggrannhet, kan de registrerade korrela- tionsfaktorerna utnyttjas för att avgöra vilka två av de uppmätta komposanterna som ligger närmast strålens sanna riktning och hastighet i mätpunkten. Därvid utnyttjas rikt- ning och hastighet hos de två av de uppmätta komposantema som uppvisar störst kor- relationsfaktor, for beräkning av riktnings- och hastighetsvärde för strålens sanna rikt- ning och hastighet i mätpunkten.

Alternativt utnyttjas riktnings- och hastighetsvärden för de två komposanter som uppvi- sar störst hastighetsvärde for beräkning av riktnings- och hastighetsvärde för strålens sanna riktning och hastighet i mätpunkten.

Enligt en aspekt av uppfinningen utnyttjas den vid karakteriseringen bestämda vektor- faltsprofilen i pappers- eller kartongmaskinens tvärriktning for att justera inloppslådans drifisparametrar för optimering av fibersuspensionsstrålens, och därmed det producera- de papperets eller kaitongens, egenskaper. De av inloppslådans driftsparametrar som justeras är en eller några av parametrarna temperaturkompensering, tryckbalans, kant- ventilinställning, spädflöde och läppöppning, eller någon annan relevant parameter. I den mån dessa parametrar kan justeras variabelt utmed CD kan således inloppslådan ställas in optimalt för varje mätpunkt, eller åtminstone för olika mätpunktsområden.

Karakteriseringen av vektorfältet och justeringen av inloppslådans drifisparametrar utfö- res företrädesvis on-line, med direkt och återkopplad reglering, vilket innebär att fiber- suspensionsstrålens karakteristika kan regleras direkt mot önskade börvärden, dvs nor- malt sett till att stråla rakt iMD.

Det som avses med inloppslådans drifrsparametrar och deras justering är väl känt för fackmannen inom området och beskrives därför endast kortfattat i det följande. Med temperaturkompensering avses normalt att delar av inloppslådan, främst dess botten, kan värmas upp medelst t.ex. varmt vatten i en omgivande mantel, så att inloppslådan erhåller samma temperatur som den inkommande fibersuspensionen. Detta är aktuellt främst vid uppstart av inloppslådan, efter det att systemet varit ur drift, och har till syfte att motverka termiska spänningar i inloppslådans olika delar. Det som kan regleras är därvid flöde och temperatur på det uppvärmande mediet, varmvattnet.

Med tryckbalans avses reglering av det tryck som blandningspumpen ger, och/eller re- glering av en cirkulationsventil som upprätthåller ett mottryck i en cirkulation s_om för- delar fibersuspensionen över inloppslådans bredd vid inloppet till inloppslådan. Det är 10 20 30 . . . - . v ; - . . .s en stor fördel vid utnyttjande av uppfinningen att blandningspumpen kan styras direkt mot den sanna hastigheten for strålen.

Med kantventilinställning avses justering/inställning av en kantventil i vardera kortän- dessidan av inloppslådan, vilka kantventiler är anordnade att minska eller öka ett flöde av fibersuspension vid inloppslådans kortändar, för att motverka friktionspåverkan på fibersuspensionsstrålen. Genom tillsats eller avdrag av fibersuspension via kantventiler- na kan således strålen riktas upp mot MD vid kanterna.

Med spädflöde avses ett flöde av spädvätska som tillsättes fibersuspensionsstrålen, van- ligen i vald position utmed en tubbank som fördelar fibersuspensionen över inloppslå- dans tvärsnitt. Genom tillsats av spädvätska i fibersuspensionsflödet kan strålens lokala fiberkoncentration och därmed produktens ytvikt justeras och CD-profilen optimeras. I samband med detta kan eventuell påverkan på strålens lokala riktning och hastighet fastställas medelst metoden och anordningen enligt uppfinningen.

Med läppöppning avses den spaltliknande öppning som inloppslådan uppvisar i CD, från vilken öppning fibersuspensionsstrålen strålar ut på viran. Åtminstone öppningens ovankant är reglerbar utmed CD, genom att ”överläppen”, dvs framväggen och listen, är reglerbar uppåt eller nedåt for ökande eller minskande av öppningens höjd. Utmed överläppen/listen finns också ett antal jämnt fördelade ställskruvar, medelst vilka listen, som i någon mån är flexibel, kan höjas eller sänkas lokalt. Läppöppningen är på detta vis reglerbar över CD.

För att kunna bilda en relevant vektorfaltsprofil i CD bör mätningar utföras i minst två mätpunkter utmed CD, företrädesvis tre punkter eller minst tre punkter och än mer före- draget fem punkter eller minst fem punkter utmed CD. Hur många mätpunkter som analyseras beror på vilken typ av analys eller vilken typ av driftsparameterjustering som är aktuell. Då kantventilinställning eller tryckbalans skall göras kan det t.ex. räcka med tre mätpunkter, varvid en referensmätpunkt mitt i CD analyseras, och en i närheten av vardera kortänden av inloppslådan. Avses läppöppningen justeras kan det däremot vara befogat att analysera mätdata i upp till dubbelt så många mätpunkter som det finns ställ- skruvar, dvs att analysera mätdata med en mätpunktstäthet med mellanrum av i stor- leksordningen 5-10 cm. Önskas en analys av så kallad stråkighet kan det behövas mät- ningar i 2-3 mätpunkter för varje tub i tubbanken, vilket kan betyda en mätpunktstäthet med mellanrum av i storleksordningen 5-40 mm, eller omkring 10-20 mm i CD, Det kan också anordnas en fast mätare som analyserar fibersuspensionsstrålen mitt i CD, 10 20 30 - » f . . v ~ . . . .i plus en traverserbar mätare som analyserar en profil i CD. Mätdata från den fasta mäta- ren kan då utnyttjas för att kompensera profilmätningarna för blandningspumpens pul- sationer och reglervariationer, etc.

Enligt en ytterligare aspekt av uppfinningen kan två eller flera fibersuspensionsstrålar i en pappers- eller kartongmaskin karakteriseras var för sig. Dessa olika fibersuspen- sionsstrålar är då avsedda för olika skikt i en flerskiktsprodukt, vilken företrädesvis läg- ges samman i maskinens våtparti. Detta är en mycket stor fördel med uppfinningen, eftersom det konventionellt sett inte finns någon möjlighet att, genom konventionella laboratorieprov eller on-line mätningar på produktens yta, styra fiberfördelning och fi- berorientering i de enskilda skikten hos en flerskiktsprodukt, Vid utnyttjande av uppfinningen erhålles en unik möjlighet att karakterisera fibersus- pensionsstrålen avseende dess sanna riktning och hastighet i varje given mätpunkt. Re- sultatet kan sedan utnyttjas för att justera fibersuspensionsstrålen till önskat utseende.

Härigenom erhålles en möjlighet att motverka bildande av spänningar i papperet eller kartongen p. g.a. ojämn och felaktig fiberorientering, att på ett relevant sätt styra ytvikt och fiberorientering, att sänka papperets eller kartongens ytvikt med bibehållen styrka, att minska utskottsmängden, att kontrollera givna garantiutfastelser, att undvara tryck- givare som störs av strålen och därmed kan ge felaktiga reglerdata, etc.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas i större detalj, med hänvisning till figurerna, av vilka: Pig. 1 schematiskt visar olika sektioner i en pappers- eller kartongmaskin, med en in- loppslåda som styres med hjälp av karakteriseringsutrustning enligt uppfinning- en, Pig. 2 schematiskt visar ett mäthuvud, enligt en första utföringsform, för karakterise- ringsutrustningen i Fig. 1, Fig. 3 schematiskt visar ett mäthuvud, enligt en andra utföringsform, för karakterise- ringsutrustningen i Fig. 1, Pig. 4 principiellt visar ett exempel på en registrerad korrelationsfaktorgraf, Fig. 5 principiellt visar ett exempel på en registrerad vektorgraf.

I Fig. 1 visas en pappers- eller kartongmaskin, sedd från sidan, vid vilken uppfinningen implementerats. En fibersuspension, dvs en mäld, pumpas från en blandningspump 1 till 10 20 30 35 9 515 640 en inloppslåda 2 för att sedan, via en läppöppning 3, fördelas ut som en fibersuspen- sionsstråle 6 på en vira 4. Läppöppningen utgöres i princip av en långsträckt spalt, vars utsträckning är parallell med maskinens tvärriktning (CD). En karakteriseringsutrust- ning 5 enligt uppfinningen monteras vid den linje där fibersuspensionsstrålen 6 träffar viran 4, dvs vid en linje där fibersuspensionsstrålen 6 löper parallellt med viran 4, men ännu inte har hunnit påverkas av mötet med viran, eller vid en linje där fibersuspen- sionsstrålen precis har lagt sig på viran, varvid endast den understa ytan av strålen har börjat påverkas av mötet med viran. Då fibersuspensionsstrålen väl har lagt sig på viran 4 bildas en fiberbana, med vissa karakteristika i form av fiberfördelning och ñberorien- tering, vilka karakteristika ej går att positivt påverka ytterligare i den fortsatta tillverk- ningsprocessen. Vid utrymmesbrist kan karakteriseringsutrustningen 5 enligt uppfin- ningen monteras i en position innan fibersuspensionsstrålen 6 möter viran 4, varvid ka- rakteriseringsutrustningen dock anordnas att mäta vinkelrätt mot fibersuspensionsstrå- len.

Fiberbanan fortsätteri våtpartiet 7 av maskinen och vidare in i presspartiet 8 och tork- partiet 9, för att sedan rullas upp som så kallad tambour-rulle 10. Från tambour-rullen 10 kan det tas laboratorieprov.

I den visade Fig. l är det också, enligt känd teknik, anordnat en on-line fiberorienter- ingsmätare 11, som mäter fiberorienteringen i fiberbanans yta i torkpartiet 9.

Karakteriseringsutrustningen 5 är anordnad att registrera ett antal komposanter för fiber- suspensionsstrålens 6 riktning och hastighet i ett mätplan som är parallellt med viran 4, eller åtminstone parallell med fibersuspensionsstrålen. Ett mäthuvud 12 är därvid tra- verserbart anordnat, på en traverseringsbalk, i CD-riktningen, för att kunna registrera en profil över CD. Registrerade mätadata analyseras medelst en dator 13, som också får indata från en eventuell tryckgivare 14 vid inloppslådans läppöppning 3. Datorn 13 är programmerad att analysera mätdata från mäthuvudet 12, och att utifrån detta bestämma fibersuspensionsstrålens 6 sanna riktning och sanna hastighet i varje mätpunkt utmed CD, för bildande av en profil. Denna profil jämfores sedan med en börvärdesprofil, var- efter inloppslådans 2 driñsparametrar, inklusive blandningspumpen 1, regleras mot bör- värdesprofilen.

Då uppfinningen implementeras i äldre system, som saknar möjlighet till datorstyrd reglering, kan naturligtvis regelringen av inloppslådans driftsparametrar utföras manu- ellt. 10 20 25 30 35 10 515 640 I Fig. 2 visas ett mäthuvud 12 för karakteriseringssystemet i större detalj. Mäthuvudet 12 är anordnat att för varje mätpunkt utmed CD registrera mätdata i en första undermät- punkt 14, vilken utgör referenspunkt, och en andra undermätpunkt 15. Mäthuvudet 12 och dessa undermätpunkter 14, 15 är orienterade så att en mätstråle, företrädesvis en optisk mätstråle, och än mer föredraget en lasermätstråle, eventuellt en laser-doppler- mätstråle, med en diameter av 20 - 150 um, företrädesvis 40 - 120 um, genom vardera undermätpunkten 14, 15 kommer att träffa fibersuspensionsstrålen 6 vinkelrätt mot den- samma, och företrädesvis vara orienterad vinkelrätt mot viran 4. Avståndet mellan de två undermätpunkterna, och därmed mellan de två mätstrålarna, är känt, enligt ovan, och i den visade föredragna utföringsformen 2,5 mm. Figuren är dock ej skalenlig. De båda mätstrålarna, eller med andra ord, de båda undermätpunkterna 14, 15 är anordnade att individuellt registrera mätdata för fibersuspensionsstrålen 6, företrädesvis i form av analoga och/eller digitala bilder av fibersuspensionsstrålens yta. Principen för detta är känd och allmänt utnyttjad sedan tidigare, varvid exempel på kända mäthuvuden av denna typ är Dantec Sensorline 7510, 7520 och 7530. Kortfattat går principen ut på att den översta ytan hos fibersuspensionsstrålen belyses med de båda laserstrålarna, varvid återreflektionen bildar mätdata i form av en analog signal som sedan göres om till en digital signal. 1 karakteriseringssystemet jämföres/korskorreleras en i den första undermätpunkten 14 registrerad mätdata/signal/bild med en i den andra undermätpunkten 15 registrerad mät- data/signal/bild. Varje bild registreras med en bildyta som motsvarar mätstrålens dia- meter, i den föredragna utföringsformen 80 um, varvid karakteriseringssystemet är an- ordnat att vid jämförelse mellan bilderna bestämma en korrelationsfaktor, eller en bild- korrelationsfaktor. Då bilden från den första undermätpunkten 14 stämmer överens med bilden från den andra undermätpunkten 15 uppnås en maximal korrelationsfaktor, vilket innebär att mätriktningen motsvarar fibersuspensionsstrålens sanna riktning. Om korre- lationsfaktorn är lägre än vad som maximalt kan förväntas, tyder det på att endast en del av de två bilderna överensstämmer sinsemellan, vilket innebär att riktningen mellan de två undermätpunkterna 14, 15 ej överensstämmer med fibersuspensionsstrålens sanna riktning. Enligt tidigare känd teknik har bristande korrelationsfaktor ej påverkat den registrerade hastigheten, vilket betyder att den registrerade hastigheten egentligen varit en projektion av den sanna hastigheten.

Korrelationsfaktorn kan, på i sig känt sätt, bestämmas som korrelationshöjd eller som korrelationsbredd. Därvid motsvarar en stor korrelationshöjd eller en låg korrelations- 10 15 20 30 35 » ~ . . i- ll 515 640 bredd en hög korrelationsfaktor. Teoretiskt skulle en korrelationshöjd av 100% motsva- ra fullständig korrelation, dvs indikera att den aktuella mätriktningen är lika med fiber- suspensionsstrålens sanna riktning. I praktiken har det dock visat sig att korrelationshöj- den, då mätriktningen överensstämmer med fibersuspensionsstrålens sanna riktning, ligger på värden omkring 45-50%, vilket beror på optiska fenomen och avvikelser i mätnoggrannhet etc. För korrelationsbredden gäller att en korrelationsbredd av 3,2 % teoretiskt skulle motsvara fullständig korrelation. Någon djupare definition av begrep- pen korrelationshöjd och korrelationsbredd ges ej här, men begreppen är väl kända inom det aktuella mätteknikområdet.

Enligt uppfinningen har nu mäthuvudet 12 anordnats att vara roterbart omkring den för- sta 14 av de två undermätpunkterna, eller med andra ord, omkring den optiska axel som utgöres av en centrumlinje for mätstrålen genom den första undermätpunkten 14. Mät- huvudet är därvid, enligt den föredragna utföringsformen, upphängt i en första, utvän- digt ringformad, upphängningsanordning 16, vilken första upphängningsanordning 16 är roterbart anordnad i en andra, invändigt ringformad, upphängningsanordning 17. Den andra upphängningsanordningen 17 är upphängd i ett fäste 18 som är anordnat att röra sig utmed traverseringsbalken.

Mäthuvudet är roterbart, företrädesvis medelst ett vinkelservo, i vinkelsteg med önskade intervall, vilka steg i Pig. 2 indikerats med beteckningarna -3, -2, -1, (O), +1, +2, +3.

Det skall förstås att ytterligare vinkelsteg kan finnas på båda sidor om nollpunkten.

Nollpunkten/nollriktningen sammanfaller med MD och kalibreras genom mätning av virans löpriktning, vilken definitionsmässigt utgör MD. Tack vare roterbarheten kan således, för varje mätpunkt utmed CD, registreras mätdatai flera olika mätriktningar.

Resultatet blir då, för varje mätpunkt utmed CD, en korrelationsfaktorgraf, som sam- manställs med hjälp av datorn 13. Ett exempel på en sådan korrelationsfaktorgraf visas i Fig. 4, varvid den streckade kurvan är en kalibreringskurva mot virans löpriktning i MD och den heldragna kurvan är mätresultat för fibersuspensionsstrålen i de olika mätrikt- ningarna. I den visade, heldragna korrelationsgrafen ser man att grafens topp ligger i riktningen -1 och att korrelationsfaktorn är lägre i alla andra mätriktningar. Den högsta korrelationsfaktorn, dvs grafens topp, motsvarar fibersuspensionsstrålens sanna riktning, varför den i denna riktning registrerade hastigheten för fibersuspensionsstrålen noteras som dess sanna hastighet i den sanna riktningen. Ju noggrannare mätdata som önskas, desto mindre stegvinkel väljes vid mätningarna. 10 15 20 30 35 . ~ . : f.

Ett annat sätt är annars att utnyttja mätvärdena i riktningen -1, dvs den riktning som uppvisar störst korrelationsfaktor, tillsammans med mätvärden i en annan intilliggande riktning, som uppvisar näst störst korrelationsfaktor, för att, med hänsyn tagen till stor- leken av dessa två största korrelationsfaktorer, beräkna den sanna riktningen och den sanna hastigheten for fibersuspensionsstrålen 6 i mätpunkten. Då den sanna hastigheten beräknas ur uppmätta komposanter i riktningar som skiljer sig från den sanna riktning- en, bör man utnyttja laser-doppler for att erhålla exakta hastighetsvärden. Ännu en variant att erhålla noggranna resultat avseende fibersuspensionsstrålens 6 san- na riktning och hastighet i varje mätpunkt, kan vara att utnyttja vektoranalys for de has- tighetsvektorer som registreras i de olika mätriktningarna i varje mätpunkt. I Fig. 5 visas en vektorgraf, där varje vektor visar riktning samt hastighet (vektoremas längder är pro- portionella mot uppmätt hastighet i respektive riktning). I grafen är uppmätta vektorer i olika mätriktningar från den forsta undermätpunkten 14, visade som heldragna vektorer.

Eftersom alla dessa vektorer är den sanna vektorns komposanter längs respektive rikt- ning, så följer att den sanna vektom måste ligga mellan de två uppmätta vektorer som uppvisar störst längd. Längden av den sanna vektorn (streckad) kan då beräknas vekto- riellt utifrån dessa två längsta uppmätta vektorer. En variant är också att välja den upp- mätta vektor som uppvisar störst hastighet som den sanna vektorn. Då hastighetsvärdena utnyttjas för att välja ut eller beräkna den sanna vektorn, är det föredraget att mätstrålar av typen laser-doppler användes.

Det har vidare visat sig att den för varje mätpunkt registrerade korrelationsfaktorgrafen är symmetrisk, eller åtminstone huvudsakligen symmetrisk, omkring dess topp, dvs om- kring den sanna riktningen. Detta innebär att metoden enligt uppfinningen kan utföras snabbare och enklare medelst ett mäthuvud av den typ som visas i Fig. 3. I mäthuvudet i Fig. 3 utgör, liksom i Fig. 2, undermätpunkten 14 referensmätpunkten, runt vilken mät- huvudet är roterbart. I mäthuvudet enligt Fig. 3 finns det dock hela tre ytterligare un- dermätpunkter, vilka alla är belägna på samma avstånd från den forsta undermätpunkten 14, så att en andra undermätpunkt 15a är anordnad mellan en tredje 15b och en fjärde l5c intilliggande undermätpunkt. De tre undermätpunkterna 15a, 15b och l5c är före- trädesvis anordnade precis intill varandra, dock utan att överlappa varandra, och med samma vinkel mellan den yttre undermätpunkten 15b, l5c och den centrala undermät- punkten 15a på båda sidor om den centrala undermätpunkten 15a. Med vinkel avses vinkeln med origo i referensmätpunkten 14. Mäthuvudet roteras på samma sätt som tidigare beskrivits, varvid tre olika korrelationsfaktorer och tre motsvarande hastighets- komposanter registreras i varje vinkelsteg, en för varje undermätpunkt 15a, 15b respek- 10 15 20 25 30 35 . i 1 « .n 13 i 515 640 tive 15c. Tack vare att korrelationsfaktorgrafen är symmetrisk kommer därvid den rikt- ning i vilken den centrala undermätpunkten 15a är orienterad att motsvara den sanna riktningen for fibersuspensionsstrålen då de två yttre undermätpunkterna 15b, 15c regi- strerar lika värde på korrelationsfaktor, eller huvudsakligen lika värde på korrelations- faktor, eller lika värde på hastighetskomposant, eller huvudsakligen lika värde på has- tighetskomposant. På så sätt behöver mäthuvudet 12 enbart roteras, i en mätpunkt, tills det registreras lika, eller huvudsakligen lika, värde på korrelationsfaktor eller hastighet for 15b och 15c, varvid riktningsvärde och hastighetsvärde for 15a utnyttjas som de sanna värdena for fibersuspensionsstrålen.

Det inses att mäthuvudet även kan kompletteras med ytterligare undermätpunkter på var sida om de i Fig. 3 visade yttersta undermätpunkterna 15b och 15c, varvid fler än tre korrelationsfaktorer och hastighetskomposanter kan registeras i varje vinkelsteg. Detta kan utnyttjas för att ytterligare säkerställa att grafens topp, dvs den sanna riktningen, identifieras, samt for att minska tidsåtgången.

Vid behov av att kunna lägga undermätpunkterna med litet inbördes vinkelavstånd kan undermätpunkterna 15a, 15b, 15c, osv. positioneras med samma inbördes vinkelavstånd relativt varandra, men på olika avstånd från den forsta undermätpunkten 14. De olika kända avstånden utnyttjas då för hastighetsberäkningen i respektive riktning. Med detta vinner man att undermätpunkterna kan ligga med litet inbördes vinkelavstånd utan att mätstrålarna överlappar varandra.

Man kan även tänka sig att utesluta den centrala undermätpunkten 15a, varvid fibersus- pensionsstrålens sanna riktning och hastighet beräknas ur värdena for undermätpunkter- na 15b och 15c, då dessa registrerar lika värde på korrelationsfaktor, eller huvudsakli- gen lika värde på korrelationsfaktor, eller lika värde på hastighetskomposant, eller hu- vudsakligen lika värde på hastighetskomposant.

Två eller fler undermätpunkter 15a, 15b, 15c, utöver den första undermätpunkten 14, kan även utnyttjas enbart för att minska tidsåtgången i varje mätpunkt. Mäthuvudet kan då roteras med större vinkelsteg, varvid flera riktningar registreras i varje vinkelsteg, varefter den sanna riktningen och den sanna hastigheten väljes ut på tidigare beskrivet sätt.

Normalt sett behöver metoden enligt uppfinningen, vilken metod karakteriseranñber- suspensionsstrålen, ej utföras kontinuerligt, även om det är möjligt om så önskas. Ty- 10 . : - - 1» 14 515 640 piskt utnyttjas den vid förändrade drifisbetingelser, såsom t.ex. vid omställning av pro- duktionen och/eller ändrat inflöde av fibersuspension. Den kan vidare utföras rutinmäs- sigt t.ex. 1-3 gånger per dygn eller en gång per tambour-rulle, eller då fel upptäcks i produkten, t.ex. genom on-line mätning av fiberorientering, on-line mätning av ytvikt eller laboratorieprov.

Uppfinningen är ej begränsad till de beskrivna utföringsformema, utan kan varieras inom ramen för patentkraven. Således inses t.ex. att det traverserbara mäthuvudet kan ersättas av en mängd mäthuvuden, anordnade utmed CD, vilket dock skulle vara en så- väl praktiskt som ekonomiskt sämre lösning, åtminstone om mätpunkterna önskas ligga tätt. Vid analysen av vilken mätriktning som motsvarar fibersuspensionsstrålens sanna riktning och vilken hastighet som föreligger i den riktningen, kan också en kombination av korrelationshöjd och/eller korrelationsbredd och/eller hastighet utnyttjas.

Claims (6)

1. 0 15 20 25 30 - | . ~ i u . , . > i n | ~ . . i. n i | . v v 15 515 640 PATENTKRAV l. Metod att karakterisera en fibersuspensionsstråle (6), vilken fibersuspensionsstråle går från en inloppslåda (2) i en pappers- eller kartongmaskin, och ut på en vira (4), k ä n n e t e c k n a d a v att strålens (6) sanna riktning och hastighet bestämmes i minst en mätpunkt utmed pappers- eller kartongmaskinens tvärriktning.

2. Metod enligt krav 1, k ä n n et e c k n a d a v att ett vektorfält för strålens (6) sanna riktning och hastighet bestämmes som en profil for ett antal mätpunkter i pappers- eller kartongmaskinens tvärriktning, företrädesvis minst tre mätpunkter.

3. Metod enligt krav 1 eller 2, k ä n n et e c k n a d a v att ett antal komposanter för strålens (6) riktning och hastighet, i ett mätplan som företrädesvis är parallellt med ett plan för viran (4), bestämmes i mätpunkten, varefier dessa komposanter analyse- ras så att den komposant som motsvarar fiberssuspensionsstrålens sanna riktning och hastighet kan utväljas eller beräknas.

4. Metod enligt krav 3, k ä n n et e c k n a d a v att riktning och hastighet for den av dessa komposanter som uppvisar den största hastigheten, eller riktning och hastighet för den av komposantema som uppvisar den största korrelationsfaktorn, utnyttjas som riktnings- och hastighetsvärde for strålens (6) sanna riktning och hastighet, eller utnyttjas för en beräkning av strålens sanna riktning och hastighet, i mätpunkten.

5. Metod enligt krav 3, k ä n n et e c k n a d a v att sagda komposanter bestämmes genom registrering av mätdata for strålen (6) i två undermätpunkter (14, 15; l5a) i mätplanet, varvid mätriktningen varieras genom att en andra (15 ; l5a) av sagda två undermätpunkter är roterbar omkring en forsta (14) av sagda två undermätpunkter, i mätplanet, så att hastighetskomposanten for strålen (6), genom de två undermät- punkterna (14, 15; l5a) kan bestämmas i valda mätriktningar.

6. Metod enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d a v att sagda mätdata registreras, företrä- desvis medelst en mätstråle i varje undermätpunkt (14, 15; l5a), som en forsta digi- tal och/eller analog signal i sagda forsta (14) undermätpunkt och en andra digital och/eller analog signal i sagda andra (15; l5a) undermätpunkt, varefter en korrela- tionsfaktor för de två signalerna bestämmes i den aktuella mätriktningen, vilken kor- relationsfaktor utgör ett mått på en överensstämmelse mellan de två signalerna. 10 15 20 25 30 7. 10. ll. . , , . | n 16 515 640 Metod enligt krav 5, k ä n n et e c k n a d a v att mätdata for strålen (6) även regi- streras i en tredje (15b) undermätpunkt i mätplanet, vilken tredje (15b) undermät- punkt är anordnad vid sidan om sagda andra undermätpunkt (l5a), varvid mätrikt- ningen varieras genom att sagda andra (l5a) och tredje (15b) undermätpunkter är roterbara omkring den forsta (14) av sagda undermätpunkter, i mätplanet, så att has- tighetskomposanten for strålen (6), genom undermätpunkterna (14, 15a; 14, 15b) kan bestämmas i två olika mätriktningar på samma gång. Metod enligt krav 5, k ä n n et e c k n a d a v att mätdata for strålen (6) även regi- streras i en tredje (15b) och en fjärde (15c) undermätpunkt i mätplanet, vilken tredje (1 Sb) och fjärde (15c) undermätpunkt är anordnad på ömse sidor om sagda andra undermätpunkt (l5a), varvid mätriktningen varieras genom att sagda andra (1 Sa), tredje (15b) och fjärde (15c) undermätpunkter är roterbara omkring den första (14) av sagda undermätpunkter, i mätplanet, så att hastighetskomposanten for strålen (6), genom undermätpunkterna (14, 15a; 14, 15b; 14, 15c) kan bestämmas i tre olika mätriktningar på samma gång. Metod enligt krav 4 och 8, k ä n n e t e c k n a d a v att riktnings- och hastighets- värde for sagda andra undermätpunkt (l5a) utnyttjas som riktnings- och hastighets- värde for strålens sanna riktning och hastighet i mätpunkten, då mätriktningen är så- dan att sagda tredje (l5b) och fjärde (15c) undermätpunkt registrerar lika värde på korrelationsfaktor, eller huvudsakligen lika värde på korrelationsfaktor, eller lika värde på hastighetskomposant, eller huvudsakligen lika värde på hastighets- komposant. Metod enligt krav 4, k ä n n et e c k n a d a v att sagda korrelationsfaktor utnyttjas för att avgöra vilken av de uppmätta komposanterna som ligger närmast strålens (6) sanna riktning och hastighet i mätpunkten, varvid sagda riktning och hastighet hos den av de uppmätta komposanterna som uppvisar störst korrelationsfaktor utnyttjas som riktnings- och hastighetsvärde for strålens sanna riktning och hastighet i mät- punkten. Metod enligt krav 4, k ä n n et e c k n a d a v att sagda korrelationsfaktor utnyttjas for att avgöra vilka två av de uppmätta komposanterna som ligger närmast strålens (6) sanna riktning och hastighet i mätpunkten, varvid riktning och hastighet hos de två av de uppmätta komposanterna som uppvisar störst korrelationsfaktor, utnyttjas för beräkning av riktnings- och hastighetsvärde för strålens sanna riktning och has- 10 20 30 35 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. r - r | » : v v a i n __ . .. . rwf. . . . - - _ . . . . . 17 , , _ ,, _, .. ,.. ... .. 515 640 tighet i mätpunkten. Metod enligt krav 3, k ä n n et e c k n a d a v att riktning och hastighet hos två av de uppmätta komposantema, företrädesvis de två komposanter som uppvisar störst hastighetsvärde, utnyttjas for beräkning av riktnings- och hastighetsvärde for strå- lens (6) sanna riktning och hastighet i mätpunkten. Metod enligt något av ovanstående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att sagda karak- terisering utföres i minst en, företrädesvis minst två, mätpunkter i pappers- eller kartongmaskinens tvärriktning, varvid karakteriseringen utnyttjas for att justera in- loppslådans (2, 1) drifisparametrar för optimering av fibersuspensionsstrålens (6), och därmed det producerade papperets eller kartongens, egenskaper. Metod enligt krav 13, k ä n n e t e c k n a d a v att de av inloppslådans (2, 1) drifts- parametrar som justeras är en eller några av parametrarna temperaturkompensering, tryckbalans, kantventilinställning, spädflöde och läppöppning. Metod enligt krav 14 eller 15, k ä n n e t e c k n a d a v att sagda karakterisering och sagda justering utfores on-line, med direkt och återkopplad reglering (13). Metod enligt något av ovanstående krav, k ä. n n e t e c k n a d a v att två eller flera fibersuspensionsstrålar i en pappers- eller kartongmaskin karakteriseras var för sig, vilka fibersuspensionsstrålar är avsedda for olika skikt i en flerskiktsprodukt. System vid en inloppslåda (2) i en pappers- eller kartongmaskin, vilket system inne- fattar medel för att karakterisera en ñbersuspensionsstråle (6), vilken fibersuspen- sionsstråle går från sagda inloppslåda, och ut på en vira (4), k ä n n e t e c k n at a v att sagda system är anordnat att bestämma strålens (6) san- na riktning och hastighet i minst en mätpunkt i pappers- eller kartongmaskinens tvärriktning. System enligt krav 17, k ä n n e t e c k n at a v att sagda system är anordnat att bestämma ett vektorfält for strålens (6) sanna riktning och hastighet som en profil i pappers- eller kartongmaskinens tvärriktning. System enligt krav 17 eller 18, varvid sagda medel innefattar ett mäthuvud (_12) som är anordnat att, i en mätpunkt i pappers- eller kartongmaskinens tvärriktning, regi- 10 15 20 25 30 35 20. 21. 22. 23, 24. . ~ « | a . . . . . - s 18 i 515 640 strera mätdata för två undermätpunkter (14, 15; l5a), så att en hastighetskomposant för strålen (6), i ett mätplan som företrädesvis är parallellt med ett plan för viran (4), genom dessa två undermätpunkter (14, 15; l5a) kan bestämmas, k ä n n e t e c k n a t a v att mäthuvudet (12) är anordnat att vara roterbart omkring en forsta (14) av sagda två undermätpunkter, så att hastighetskomposanter för strå- len (6) kan bestämmas i ett antal olika mätriktningar i mätplanet, varvid systemet även innefattar analys- och/eller beräkningsutrustning (13) i stånd att, utifrån de uppmätta hastighetskomposanterna i de olika mätriktningarna, bestämma strålens (6) sanna riktning och hastighet i mätpunkten. System enligt krav 19, k ä n n et e c k n at a v att sagda mäthuvud (12) är traver- serbart i pappers- eller kartongmaskinens tvärriktning, för mätning i ett antal mät- punkter, så att sagda vektorfaltsprofil i pappers- eller kartongmaskinens tvärriktning kan genereras. System enligt krav 19 eller 20, k ä n n e t e c k n at a v att sagda mäthuvud (12) utgöres av en beröringsfri, företrädesvis laserbaserad, ythastighetsmätare, anordnad att mäta fibersuspensionsstrålens (6) ythastighet. System enligt krav något av kraven 19 - 21, k ä n n e t e c k n at a v att mäthuvudet (12) är anordnat att, företrädesvis medelst en mätstråle i varje undermätpunkt ( 14, 15; l5a), registrera sagda mätdata som en första digital och/eller analog signal i sag- da första (14) undermätpunkt och en andra digital och/eller analog signal i en andra (15; 15a) av sagda två undermätpunkter, varvid sagda medel är anordnat att be- stämma en korrelationsfaktor för de två signalerna, vilken korrelationsfaktor utgör ett mått på en överensstämmelse mellan de tvâ signalerna. System enligt krav något av kraven 19 - 22, k ä n n e t e c k n at a v att sagda me- del är anordnat att mäta den tid det tar för fibersuspensionsstrålen (6) att förflytta sig mellan de två undermätpunktema (14, 15; l5a), vilket tidsmått utnyttjas tillsammans med ett känt, företrädesvis konstant, avstånd mellan de två undermätpunkterna, för att bestämma sagda hastighetskomposant for frbersuspensionsstrålen (6). System enligt krav 22, k ä n n e t e c k n at a v att mäthuvudet även är anordnat att, företrädesvis medelst en mätstråle i varje undermätpunkt (1 Sb, 15c), registrera mät- data som en tredje digital och/eller analog signal i en tredje (1 5b) undermätpunkt, och eventuellt ytterligare digitala och/eller analoga signaler i ytterligare (15c) un- 10 15 20 25 30 35 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31. . . . . . s dermätpunkter. System enligt krav 24, k ä n n et e c k n a t a v att samtliga undermätpunkter (15a, l5b, 15c), utöver sagda forsta underrnätpunkt (14), är belägna på samma avstånd från sagda forsta underrnätpunkt (14), och med samma inbördes vinkel relativt origo i sagda första undermätpunkt (14). System enligt krav 24, k ä n n et e c k n at a v att minst två undermätpunkter (15a, l5b, 15c), utöver sagda första undermätpunkt (14), är belägna på olika avstånd från sagda forsta undermätpunkt (14), och att samtliga undermätpunkter (15a, l5b, 15c), utöver sagda forsta undermätpunkt (14) är belägna med samma inbördes vinkel re- lativt origo i sagda första undermätpunkt (14). System enligt krav något av kraven 17 - 26, k ä n n e t e c k n at a v att mäthuvudet (6) är roterbart, företrädesvis medelst servo, och anordnat att rotera i steg med öns- kade intervall, företrädesvis 0,001 - 1°, än mer föredraget 0,01 - 0,5 °, och mest för- draget 0,05 - 0,5 °. System enligt krav något av kraven 17 - 27, k ä n n e t e c k n at a v att sagda mät- huvud (12) är upphängt i en första, utvändigt ringformad, upphängningsanordning (16), vilken forsta upphängningsanordning är roterbart anordnad i en andra, invän- digt ringformad, upphängningsanordning (17), vilken andra upphängningsanordning är upphängd i ett fäste (18), System enligt krav något av kraven 17 - 28, k ä n n e t e c k n at a v att systemet är anordnat att utnyttja den vid karakteriseringen bestämda sanna riktningen och has- tigheten for minst en, företrädesvis minst två, mätpunkter i pappers- eller kartong- maskinens tvärriktning för att justera inloppslådans (2, 1) driftsparametrar for opti- mering av fibersuspensionsstrålens (6), och därmed det producerade papperets eller kartongens, egenskaper. System enligt krav 29, k ä n n et e c k n at a v att de av inloppslådans (2, 1) driñs- parametrar som justeras är en eller några av parametrarna temperaturkompensering, tryckbalans, kantventilinställning, spädflöde och läppöppning. System enligt krav 29 eller 30, k ä n n e t e c k n a t a v att sagda karakterisering och sagda justering utföres on-line, med ett direktverkande och återkopplat reglersy- @ t » . . 1 stem (13). 32. System enligt något av ovanstående krav, k ä n n et e c k n at a v att systemet är anordnat att karakterisera två eller flera fibersuspensionsstrålar i en pappers- eller kartongmaskin var for sig, vilka fibersuspensionsstrålar är avsedda for olika skikt i en flerskiktsprodukt. 33. Pappers- eller kartongprodukt, k ä n n e t e c k n a d a v att den tillverkats med ut- nyttjande av en metod och/eller ett system enligt något av ovanstående krav.