SE520541C2 - Sätt och anordning för bestämning av fiberorientering i ett pappersprov - Google Patents

Description

25 30 35 520 541 2 lens form ökar i proportion till graden av orientering i provet. Instrument för detta ändamål tillverkas exempelvis av Honewyell.

Ett problem med sätten enligt teknikens ståndpunkt är att enbart medelfiberorienteringen i ett visst område i pappersprovet kan bestämmas. Sätten för bestämning av fiberorienteringen enligt teknikens ståndpunkt är svåra att använda i praktiken; exempelvis är hållfasthetskvoten inte lätt att bestämma. Hållfasthetskvoten är inte heller ett bra mått på fiberorienteringen i något avseende på grund av att den beror på fiberorienteringen och dessutom på papp- rets torkhistoria, såsom graden av den krympning i banan som sker, då denna torkar.

Ett ytterligare problem är att sätten enligt tek- nikens ståndpunkt inte är tillämpbara för bestämning av ytorientering (ytorientering avser fiberorientering i pappersytan) och ytorienteringsskillnader mellan ytorna.

Bestämning av ytorientering är emellertid en viktig funktion på grund av att banan, beroende på den i pappers- maskinen använda formningstypen och på “grammage" - nivån hos pappersbanan, kan ha en signifikant orienterings- skillnad mellan sina ytor. Detta är ett problem speciellt i banbildningar av flerskiktstyp, i vilka skikten hos banan framställs genom användning av olika inloppslådor/form- ningsanordningar eller en flerkanalsinloppslåda. Vidare kan en ytorienteringsskillnad klart observeras i papper som produceras genom användning av en konventionell kombination av inloppslåda och formningsanordning eller utspädnings- inloppslådor. Exempelvis i finkvalitetspapper och tryck- pappersark kan en ytorienteringsskillnad och variationer i orienteringen i olika områden i pappersytan orsaka all- varlig krusning hos arket, vilket återigen kan resultera i stjälpning av pappersstaplar, bland annat.

Syftet med uppfinningen är att eliminera de ovan nämnda problemen och att beskriva ett nytt, praktiskt \\CURREN'F\DB\Pub!ic\DOC\P\PO101-0861100 W Ü 25 35 520 541 3 genomförbart sätt och en anordning för bestämning av fiber- orienteringen, som kommer att vara lättare att realisera i industriella applikationer. Ett ytterligare ändamål med uppfinningen är att beskriva ett sätt och en anordning för bestämning av förutom medelfiberorienteringen även fiber- orienteringen för de övre och/eller lägre ytorna hos ett pappersprov var för sig.

Sättet och anordningen enligt uppfinningen känne- tecknas av det som presenteras i kraven.

Uppfinningen baseras på bestämning av fiberorien- tering i ett pappersprov.

Enligt uppfinningen belyses ytan hos provet i en sned vinkel med användning av mer än en ljuskälla. Belysningen vrides på ytan hos provet genom att i tur och ordning elektroniskt slå på och av ljuskällorna med hjälp av en omkopplare. Intensiteten hos det reflekterade ljuset från provytan mäts med hjälp av åtminstone en sensor, och på basis av den mätta ljusintensiteten samt den momentana belysningsriktningen bestäms fiberorienteringen i provet med användning av en datoranordning.

På basis av den mätta ljusintensiteten och den momen~ tana belysningsriktningen är det möjligt att bestämma riktningsvinkeln för och/eller graden av fiberorientering i provet. Ytan hos provet kan belysas och/eller intensiteten hos det från provytan reflekterade ljuset kan mätas konti- nuerligt.

I en utföringsform av uppfinningen belyses ytan hos provet genom att använda ljuskällor av LED-typ. Provet kan belysas med polariserat eller icke polariserat ljus om så önskas.

I en utföringsform av uppfinningen mäts intensiteten hos det från provytan reflekterade ljuset genom att använda en ljusemitterande diod. Den ljusemitterande dioden är anordnad exempelvis huvudsakligen vinkelrätt mot provytan.

I en utföringsform är åtminstone två sensorer anordnade \\CURRENT\DB\Public\DOC\P\P0 X 0 1-086 .doc 10 520 541 4 huvudsakligen i form av en stång, och är stången placerad huvudsakligen vinkelrätt mot riktningen för provets rörelse.

I en utföringsform av uppfinningen är ljuskällorna och sensorn anordnade i ett huvudsakligen enhetligt aggre- gat, som bildar en mätanordning. I en utföringsform inne- fattar anordningen ett rörligt kontrollelement, varvid mätanordningen placeras huvudsakligen i närheten av nämnda kontrollelement. Mätanordningen kan vara fri från rörliga delar. Kontrollelementet kan utformas för att vara rörligt genom en tidigare känd teknik, exempelvis genom användning av en hydraulisk anordning.

Enligt en utföringsform utförs mätningen huvudsak- ligen över och under provet. I en utföringsform av upp- finningen är provet en i rörelse varande bana.

Med sättet och/eller anordningen enligt uppfinningen kan fiberorienteringen på olika ytor hos provet bestämmas var för sig, så att det kommer att vara möjligt att bestäm- ma separata ytorienteringar och en ytorienteringsskillnad förutom medelfiberorienteringen. En ytterligare fördel med uppfinningen är att den medger direktstyrd bestämning av fiberorienteringen även från ett rörligt prov och utan att förstöra provet.

En ytterligare fördel är ett icke signifikant behov av underhåll av mätanordningen på grund av att mätanord- ningen är fullständigt eller delvis fri fràn rörliga delar.

En ytterligare fördel är en kompakt storlek, och enkelhet vid tillverkning av utrustningen. Apparaten kan lätt sättas till befintlig utrustning, exempelvis i pappersindustri, utan någon huvudsaklig förändring, vilket således medger lätt, snabb och fördelaktig realisering av metoden.

En ytterligare fördel med uppfinningen är reprodu- cerbarheten och stabiliteten hos den med sensorn mätta ljusintensiteten.

\\C URREN'I\DB\Publíc\DOC\P\P0 1 Û l -086.doc 25 35 520 541 5 Uppfinningen kommer att beskrivas nedan med hjälp av detaljerade exempel av dess utföringsformer och med hänvis- ning till bifogade ritningar, på vilka Fig l visar en sidovy av en utföringsform av anord- ningen enligt uppfinningen, Fig 2 och 3 visar en planvy av utföringsformer av anordningar enligt uppfinningen, Fig 4 visar en utföringsform av en anordning enligt uppfinningen, Fig 5 visar en direktstyrd utföringsform av en anord- ning enligt uppfinningen, och Fig 6 visar en detalj av utföringsformen som visas i Fig 5.

Fig 1 visar en utföringsform av apparaten enligt upp- finningen för mätning av fiberorientering. I denna utfö- ringsform används ljuskällor 2 och 3 av LED-typ. Ljuskällor av LED-typ kan slås på och av mycket snabbt utan väsentliga fördröjningar. Antalet ljuskällor är mer än en, företrädes- vis åtminstone tre.

Fig l visar dessutom att ljuskällorna belyser ytan hos provet l från en sned vinkel ll av exempelvis omkring 45 grader. Det är naturligtvis möjligt att likaså belysa provytan från vinklar av annan storlek. Den bestràlande stràlen kan typiskt ha en liten diameter, exempelvis under 10 mm.

Provet i denna utföringsform är en i rörelse varande pappersbana från vars yta ljuset reflekteras huvudsakligen vinkelrätt i en uppàtgående riktning. Infallsvinkeln för ljuset mot pappersytan och utgångsvinkeln för det reflek- terade ljuset från ytan kan skilja sig från varandra; exempelvis är kvoten mellan infallsvinkeln och utgångs- vinkeln 45°/90°. Intensiteten hos det från ytan reflek- terande ljuset mäts genom att använda åtminstone en sensor 5, vilken i utföringsformen enligt Fig l är en ljusemitte- rande diod, som företrädesvis är anordnad vinkelrätt mot \\CURREN'I\DB\Publíc\DOC\P\P0 1 0 l -086.doc U! 25 35 520 541 6 provet. Mätningen utförs på ett uppmätningsområde med en diameter under 10 mm.

Ytan hos provet l kan belysas och/eller intensiteten för det från provytan reflekterande ljuset kan mätas konti- nuerligt.

Fig 2 visar en utföringsform av placeringen av ljus- källorna 2, 3 och 4 i förhållande till sensorn 5, sett ovanifrän. Ljuskällorna kan placeras på lika avstånd i ett cirkulärt arrangemang på Omkretsen av en imaginär cirkel, exempelvis så att sensorn förblir i centrum för ljus- I ett föredraget fall kan ljuskällorna även anordnas i ett halvcirkulärt arrangemang källorna i mitten av cirkeln. på omkretsen av en imaginär cirkel, exempelvis såsom illustreras i Fig 3, medan sensorn placeras i centrum av den imaginära cirkeln.

Belysningen vrides på ytan av provet genom att successivt slå på och av ljuskällorna med hjälp av en (Fig 1). tiden är mycket kort speciellt för ljuskällor av LED-typ, elektronisk omkopplare 12 Eftersom påslagnings- uppnås en hög virtuell vridningshastighet utan rörliga delar då ljusstrålar, som kommer från olika riktningar, dvs ljuskällor, slås på och av, och vrides belysningen huvud- sakligen runt den av sensorn observerade punkten på prov- ytan. I anordningen enligt uppfinningen är det möjligt att använda varje ljuskälla av LED-typ och elektroniska ström- brytare, vilka är kända inom området och vilkas detaljer inte kommer att beskrivas i detta sammanhang.

Då ljusstrålen vrides faller ljus på provytan från olika riktningar, så att det reflekteras från provytan på olika sätt, beroende på fiberorienteringen och riktningen hos ljuset, som riktas mot fibrerna. Maximal reflektion inträffar när ljuset faller vinkelrätt mot fibern från en lateral riktning.

I utföringsformen enligt detta exempel mäts intensi- teten hos ljuset som reflekteras från den belysta fläcken \\CURREN"[\DB\Publíc\DOC\P\P0 I 0 l-086.doc k) KJ! 35 520 541 {ïïíf3š@ på ytan av ett prov, vilket belyses med en stråle som appliceras växlande fràn tre riktningar. Utgående från mätningen eller från serier av mätningar av ljusintensi- teten och den momentana belysningsriktningen, är det möjligt att bestämma riktningsvinkeln och/eller graden av fiber/ytorientering. Bestämningen av fiber/ytorientering kan genomföras på basis av mätresultaten genom användning av en separat datoranordning, vilken kan vara varje känd (Pig 1) beskrivas här i detalj. datoranordning 13 och vilken inte kommer att För att framställa polariserat ljus kan ett polari- (Fig l), filter, placeras framför var och en av ljuskällorna 2 och 3 seringselement 14 exempelvis ett polarisations- av LED-typ. Andra lösningar för framställning av polarise- rat ljus, såsom en ljuskälla som direkt framställer polari- serat ljus, kan även utnyttjas i sättet. Naturligtvis kan även icke polariserat ljus användas.

Fig 4 visar en utföringsform av anordningen enligt uppfinningen. I denna utföringsform är sensorerna 5 och 6 monterade i par över och under pappersprovet 1, varvid den första 5 av sensorerna är placerad över pappersprovet och den andra 6 under detta. Sensorerna är placerade mot pappersbanan 1 så att de motsatta sensorerna även_bildar stöd för pappersbanan under mätningen, varvid provet hind- ras fràn att fladdra i mätmellanrummet. Sensorerna mäter ytorienteringen i båda ytorna samtidigt. Sensorerna över och under provet kan anordnas stegvis i förhållande till varandra i riktningen för rörelsen hos provet, såsom visas i figuren, så att ljusstrålar som penetrerar pappret inte kommer att störa mätningen.

Fig 5 visar en direktstyrd utföringsform av anord- ningen enligt uppfinningen. Mätanordningen är monterad huvudsakligen tillsammans med ett rörligt kontrollelement 15. I denna utföringsform bildar sensorn 5, ljuskällorna 2, 3 och 4, en elektronisk omkopplare 12 samt datoranordningen \\CURREN1\DB\Pub|ic\DOC\P\POl01-086.doc UI b) LJ! 52Û 5413 ïïfiwkfmy? 13 en huvudsakligen enhetlig mätanordning. Mätanordningen kan naturligtvis enbart bestå av en sensor och/eller ljus- källor.

Mätanordningen i sig själv är företrädesvis fri från rörliga delar, vilket sålunda reducerar behovet av under- håll.

I utföringsformen i Fig 5 bringas kontrollelementet 15, som hålles i en mätställning, tätt intill pappersprovet 1, vilket rör sig, exempelvis på en stel cylinder 10 med en stor diameter, i en pappersmaskin. I denna utföringsform kommer inte mätanordningen i kontakt med provet. Kontroll- elementet kan förflyttas, i denna utföringsform höjas och sänkas, då det är nödvändigt. Den direktstyrda utförings- formen av anordningen kan användas för att mäta ljusinten- siteten från ett rörligt pappersprov, såsom en bana vilken löper i virapartiet hos en pappersmaskin.

Fig 6 visar en detalj av Fig 5. I utföringsformen i Fig 6 anslutes en sensorstång 8 i stället för en enda sen- sor 5, dvs en mätanordning bestående av ett antal sensor- moduler 7, dvs sensorer som är monterade sida vid sida.

Sensorstången är monterad på kontrollelementet så att stången huvudsakligen är vinkelrätt mot rörelseriktningen för provet 1. I denna utföringsform kan storleken hos sensormodulerna vara exempelvis 50x100 mm. En sensorstång med därpå monterade sensormoduler kan användas för konti- nuerliga mätningar av ytorienteringsprofilen tvärs över hela bredden av pappersbanan, exempelvis med ett avstånd av 50 mm, till exempel för att realisera noggrann övervakning av effekterna för justeringar av läppen på inloppslådan i pappersmaskinen.

Varje sensormodul 7 kan naturligtvis innefatta ljus- källor, en elektronisk omkopplare och/eller en datoranord- ning vid sidan av en sensor eller sensorer. För varje sen- sor eller sensormodul på stången kan alternativt sensor- stången 8 naturligtvis vara försedd med ett givet antal \\CURREN'PDB\Publíc\DOC\P\P010l-086.doc UI 10 25 ...- ...- szo 5419 ljuskällor och andra komponenter hos utrustningen enligt uppfinningen. Flera sensorstänger kan användas tillsammans med anordningen enligt uppfinningen.

I utföringsformen i Fig 5 mäts ljusintensiteten, som reflekteras från ytan hos pappret, från båda sidor av banan 1 genom att använda två kontrollelement 15, vilka är anord- nade pà var sin sida om banan, exempelvis huvudsakligen i närheten av två på varandra följande valsar eller cylindrar så att det första kontrollelementet är över banan och det andra under den.

Resultaten som erhålls genom användning av sättet och anordningen enligt uppfinningen för bestämning av fiber- orientering har jämförts med fiberorienteringsbestämning genom användning av en kommersiell ljudmodulmätanordning.

De erhållna resultaten indikerar att sättet enligt uppfin- ningen och de tidigare kända sätten för bestämning mot- svarar varandra.

Reproducerbara mätningar, vilka genomförts på exakt samma fläck, har dessutom visat att ljusintensiteten som uppmäts genom användning av en sensor enligt uppfinningen är reproducerbar och stabil.

Sättet och anordningen enligt uppfinningen är tillämpbara i olika utföringsformer för bestämning av varje fiberorientering, speciellt ytorientering i en pappersbana.

Utföringsformerna enligt uppfinningen kan variera inom skyddsomfånget enligt de följande kraven.

\\CURREN'I“«DB\Public\DOC\P\P0 l 0 l -086 .doc

Claims (27)

W Ü 25 520 541 10 PATENTKRAV

1. Sätt för bestämning av fiberorientering i ett pappersprov så att ytan hos provet belyses i sned vinkel med hjälp av mer än en ljuskälla, intensiteten hos ljuset som reflekteras från ytan hos provet mäts genom användning av åtminstone en sensor och fiberorienteringen i provet bestäms på basis av den mätta ljusintensiteten och momen- tana belysningsriktningen, , kännetecknat av att belys- ningen vrides på ytan hos provet genom att i tur och ord- ning elektroniskt slå ljuskällorna på och av.

2. Sätt enligt krav 1, kännetecknat av att i sättet bestämmes riktningsvinkeln och/eller graden av fiberorien- tering i provet.

3. Sätt enligt krav 1 eller 2, kännetecknat av att ytan hos provet belyses och/eller ljusintensiteten som re- flekteras från ytan hos provet mäts kontinuerligt.

4. Sätt enligt något av kraven 1-3, kännetecknat av att ytan hos provet belyses genom att använda ljuskällor av LED-typ.

5. Sätt enligt något av kraven 1-4, kännetecknat av att ytan hos provet huvudsakligen belyses från en vinkel av omkring 45°.

6. Sätt enligt något av kraven 1-5, kännetecknat av att ytan hos provet belyses med hjälp av tre ljuskällor.

7. Sätt enligt något av kraven 1-6, kännetecknat av att ljuskällorna är anordnade på lika avstånd i ett cirku- lärt arrangemang.

8. Sätt enligt något av kraven 1-7, kännetecknat av att ljuskällorna är anordnade i ett halvcirkulärt arrange- mang.

9. Sätt enligt något av kraven 1-8, kännetecknat av att provet belyses med polariserat ljus.

10. Sätt enligt något av kraven 1-9, kännetecknat av att intensiteten hos ljuset som reflekteras från ytan hos provet mäts med hjälp av en ljusemitterande diod. \\CURREN'I\DB\PubIic\DOC\P\PO l 0 l-O86.doc W 20 520 541 ll

11. Sätt enligt något av kraven 1-10, kännetecknat av att sensorn är anordnad i ett huvudsakligen vinkelrätt läge i förhållande till ytan hos provet.

12. Sätt enligt något av kraven 1-11, kännetecknat av att åtminstone två sensorer är arrangerade huvudsakligen i form av en stäng och att stången är anordnad i ett läge som är huvudsakligen vinkelrätt mot rörelseriktningen för provet.

13. Sätt enligt något av kraven 1-12, kännetecknat av att mätningen utförs huvudsakligen över och/eller under provet.

14. Sätt enligt något av kraven 1-13, kännetecknat av att provet är en i rörelse varande bana.

15. Anordning för bestämning av fiberorienteringen i ett pappersprov, nämnda anordning innefattar mer än en ljuskälla (2, 3, 4), vilka är arrangerade för att belysa (11): för mätning av intensiteten hos ytan hos provet (1) från en sned vinkel åtminstone en sensor (5, 6) ljuset, som reflekteras från ytan hos provet; och en datoranordning (13) för bestämning av fiberorienteringen i provet på basis av den mätta ljusintensiteten och den momentana riktningen för belysning; kännetecknad av att anordningen innefattar en elektronisk omkopplare (12) för att slå på och av ljuset för vridning av belysningen på ytan hos provet.

16. Anordning enligt krav 15, kännetecknad av att ljuskällorna (2, 3, 4) är ljuskällor av LED-typ.

17. Anordning enligt krav 15 eller 16, kännetecknad av att belysningsvinkeln (11) för ljuskällan (2, 3, 4) huvudsakligen år omkring 45°.

18. Anordning enligt något av kraven 15-17, känne- tecknad av att anordningen innefattar tre ljuskällor (2, 3, 4).

19. Anordning enligt något av kraven 15-18, känne- tecknad av att ljuskällorna (2, 3, 4), som innefattas i \\CURREN1\DB\Publíc\DOC\P\P0 I O 1-086.doc (Ju 10 25 30 520 541 12 anordningen, är anordnade på lika avstånd i ett cirkulärt arrangemang.

20. Anordning enligt något av kraven 15-19, känne- tecknad av att ljuskällorna (2, 3, 4), som innefattas i anordningen, är anordnade i ett halvcirkulärt arrangemang.

21. Anordning enligt något av kraven 15-20, känne- tecknad av att anordningen innefattar ett polariserings- (14) vilket är anordnat huvudsakligen i anslutning till ljuskällan (2, 3, 4). element

22. Anordning enligt något av kraven 15-21, känne- tecknad av att sensorn (5, 6) är en ljusemitterande diod.

23. Anordning enligt något av kraven 15-22, känne- tecknad av att anordningen innefattar åtminstone två sen- sorer (5, 6, 7) huvudsakligen anordnade sida vid sida i form av en stång (8).

24. Anordning enligt något av kraven 15-23, tecknad av att ljuskällan (2, 3, 4) känne- och sensorn (5, 6) är anordnade i ett huvudsakligen enhetligt aggregat som bildar en mätanordning så att sensorn år huvudsakligen vinkelrät mot ytan hos provet (1).

25. Anordning enligt något av kraven 15-24, känne- tecknad i att anordningen innefattar ett rörligt kontroll- (15), ligen tillsammans med nämnda kontrollelement. element varvid mätanordningen är anordnad huvudsak-

26. Anordning enligt något av kraven 15-25, känne- tecknad av att mätanordningen är huvudsakligen fri från rörliga delar.

27. Anordning enligt något av kraven 15-26, känne- tecknad av att mätanordningen är en kontinuerligt arbetande anordning. \\CURREN'FDB\Public\DOC\P\P0 I 0 l -086 .doc