SE525320C2 - Förfarande och apparatur för bedömning/mätning av ytviktsvariation hos arkmaterial - Google Patents

Description

anno: 10 15 20 25 30 benämnas papperets formation. En pappersmakare kan således på detta sätt göra en okulär besiktning av papperet och få en uppfattning om dess formation. Man har också utarbetat mätmetoder, som bygger på genomlysning av papperet. Dessa mätmetoder är relativt vanliga, men samtliga dessa är opålitliga, eftersom papperets optiska egenskaper varierar och påverkar mätningarna.

Såväl pappers- som kartongtillverkning har utvecklats med tiden ledande till alltmer sofistikerade produkter. Exempelvis kan själva pappersbanan förses med olika typer av fyllmedel. Som detta ord avslöjar finns dessa medel inne i själva papperet eller kartongen, d v s inne i pappers- eller kartongkroppen. Dessutom finns det ett stort antal ytbehandlingsmetoder, såsom exempelvis ytlimning och bestrykning. Den dominerande kemikalien ur mängdsynpunkt i dessa sammanhang och speciellt vid bestrykning kallas pigment. Fyllmedel och pigment överensstämmer ibland med varandra kemiskt.

Förekomsten av alla dessa kemikalier i papper och kartong bidrar till variationer i dessa materials optiska egenskaper oaktat materialets ytvikt.

Mot denna bakgrund har det vuxit fram mätmetoder för att bestämrna arkmaterials ytviktsvariationer eller formation, som baserar sig på elektronbestrålning (betastrålar) av arkrnaterialet. En stor fördel med den typen av mätmetod är att betastrålning icke låter sig påverkas av varierande optiska egenskaper hos arkmaterial, utan har direkt bäring på den vikt eller massa arkmaterialet uppvisar i dess olika delar, d v s ytviktsfördelningen.

En känd metod för att mäta, exempelvis pappers ytviktsfördelning och som har hög upplösning (vilket är positivt) benärrmes betaradio gram. Enligt denna metod användes en elektronkälla i form av en plastplatta, där en del vanliga kolatomer är utbytta mot betastrålande kol l4-atomer. Elektronavgivandet är jämnt över plattans yta. Analysen startar med att man sammanför denna platta med det arkmaterial, exempelvis papper, som skall analyseras och på motsatt sida av arket anslutes en elektronstrålekänslig film, som kan benärrmas fotofilm. Arkrnaterialets yta är mindre än de två lika stora ytorna hos kol 14-plattan och fotofilmen. Resterande yta upptas av ett antal plastfilmbitar med kända ytvikter, vilka utgör referenser. Man bildar således ett paket, som är uppbyggt på beskrivet sätt. Detta paket får vara intakt i exempelvis en timme innan detta uppdelas och det objekt som vid det tillfället, d v s vid uppdelningen, är av störst intresse är naturligtvis fotofilmen.

Av detta förstås också, att exponeringstiden är en timme. Eñer detta frarnkallas fotofilmen :anno 10 15 20 25 30 på traditionellt sätt och en bild av papperets ytviktsvariationer framträder i form av olika ljusa och mörka partier på filmen. Man brukar beskriva detta som olika svärtning av filmen. Även referenserna är avbildade på filmen. Medelst en scanner avläses fotofilmens yta med dess varierande svärtning och avläsningarna matas in i en dator. I datorn omvandlas svärtningen till ytvikt med hjälp av referenserna. Därigenom kan en karta över papperets ytviktsvariationer skapas. Denna karta eller dessa talvärden kan vidareíörädlas med olika matematiska metoder.

En fördel med denna mätmetod är, som angivits ovan, att upplösningen är hög. Dock är metoden behäfiad med många nackdelar och tillkortakommanden.

Exempelvis är metoden mycket tidskrävande och vidare måste man ha tillgång till mörkrum och frarnkallningsutrustning. Dessutom går det inte att studera ytviktsvariationema hos arkmaterial, exempelvis papper, som har en ytvikt överstigande 120 gram per kvadratmeter (g/mz).

Ovan beskriven metod har på senare tid utvecklats och förbättrats. Skillnaden består i, att man ersätter fotofilmen med en elektronstrålekänslig bildplatta. Även vid denna metod skapas ett paket på tidigare beskrivet sätt. Denna bildplatta är mycket känsligare för elektronbestrålning än vad som är fallet med fotofilmen och det leder till, att exponeringstiden minskas från cirka en timme ner till ett tidsintervall av femton till trettio minuter. Man har även framtagit en ny typ av avläsare, d v s scanner. Efier det att bildplattan avlästs med nämnda scanner hanteras avläsningarna på liknande sätt, som beskrivits ovan. Inscanningen är snabb och tar cirka tre minuter och en ytviktsvarationsbild skapas i datorn liksom vid den förstnämnda metoden. Denna senare metod har framtagits tör användning inom bland annat biomedicinområdet och beskriven bildplatta och scanner tillhandahålls av flera företag, exempelvis Fuji Film Ltd. Även om denna andra metod är mindre tidskrävande och enklare hanteringsmässigt än den förstnämnda metoden uppvisar den samma allvarliga nackdel vad gäller vilka arkmaterial man kan analysera, d v s det går ej att på ett framgångsrikt sätt analysera arkmaterial, exempelvis papper, med en ytvikt överstigande 120 g/mz. Detta orsakat av, att man använder en relativt svag elektronkälla, nämligen en plastplatta innehållande kol l4-atomer.

För att kunna studera ytviktsvariationer hos arkmaterial, exempelvis papper, med ytvikter över 120 g/mz har man frarntagit en mätmetod där man använder oo ouuvun u sanna 10 15 20 25 30 prometium 147 som elektronkälla. Det är svårt och mycket dyrbart att framställa en platta som innehåller prometium 147-atomer så istället tar man en viss mängd av detta grundärnne, d v s en klump av lämplig storlek och inför den i ett hålrum i en hållare, exempelvis en cylinderfonnad sådan. Man låter elektronstrålningen komma ut som en kägla från en sida av hållaren. På ett visst avstånd från och under elektronkällan appliceras en mottagningsanordning, d v s en kropp med ett centralt, litet hål. Dessa två objekt kan uppbäras av en bygel, där elektronkällan finns fästad vid den övre bygelarmen och mottagningsanordningen på den undre, motstående bygelarmen. Nämnda hål löper igenom mottagningsanordningen och vid änden av hålet är en elektronisk detektor applicerad. Vid mätningen, som sker punktvis över arkmaterialet, låter man elektronstrålen träffa arkmaterialet och en del av elektronema i strålen tränger igenom detta och ett antal av dessa elektroner tränger in och ner i hålrurnmet och vidare ner i den elektroniska detektom, där ett avtryck skapas. Genom att endera flytta nämnda bygel eller arkmaterialet kan en ny mätning göras. Genom att göra många sådana, enskilda mätningar utöver arkmaterialets yta kan en ytviktsbild byggas upp.

Denna tredje mätmetod uppvisar visserligen ovan beskriven fördel, d v s att även arkmaterial med en ytvikt överstigande 120 g/mz kan studeras och analyseras, men den är också behäftad med ett flertal nackdelar. En nackdel är att en stor del av elektronstrålningen inte användes för mätning utan går förlorad till tidigare beskrivet hålrums omgivning. Ju mindre diameter hålet och hålrumrnet har desto färre elektroner går igenom hålrummet och in i detektom. Eftersom hålets diameter bestämmer upplösningen så måste man använda sig av mycket långa exponeringstider om upplösningar bättre än 1 mm skall erhållas. Det betyder, att i praktiken är upplösningen hos denna mätmetod sämre än 1 mm. En annan nackdel är att mätningarna göres punktvis och därför är det icke möjligt att mäta utefter och därigenom täcka en sammanhängande delyta av arkmaterialet eller arkmaterialets hela yta. En tredje nackdel är avhängig av, att prometium 147 har en halveringstid på 4.5 år. Denna jämförelsevis korta halveringstid gör att man märker, att mängden elektroner som lämnar grundämnet per tidsenhet avklingar allteftersom. Då man enligt denna mätmetod icke använder sig av samtidig mätning av arkmaterialet och referenser måste hela mätmetoden med jämna tidsmellanrum kalibreras, vilket sker manuellt och är mycket tidsödande. :nano 10 15 20 25 30 Redogörelse fór uppfinningen Tekniskt problem Som framgår av det tidigare angivna finns det ett behov av en metod och en apparaturuppställriing för bedömning/mätning av ytviktsvariationer i arkmaterial med alltifrån låga till höga ytvikter, som är relativt snabb, rättvisande, tvådimensionell och har hög upplösning.

Lösningen Detta behov tillmötesgås både vad gäller metoden och apparaturupp- ställningen av föreliggande uppfinning, som vad gäller den förstnämnda uppfinnings- kategorin avser ett förfarande för bedömning/mätning av ytviktsvariationer i arkmaterial innefattande att elektroner från en elektronkälla, som har en energi överstigande 150 keV, bringas att träffa en långsträckt delyta av arkmaterialet, vilket vilar i en bestämd position mot ett elektronstrålekänsligt detektorunderlag innehållande ett mycket stort antal sensorelement och att arkmaterialet och underlaget sarnmanpressas innan elektronstrålen med en bestämd bredd bringas att med konstant hastighet traversera över den långsträckta delytan av arkrnaterialet ledande till att en del av elektronerna absorberas av arkmaterialet och resterande elektroner tränger igenom arkmaterialet (transmission) och gör ett avtryck i varje sensorelement i kongruent yta av underlaget, kärmetecknat därav, att arkrnaterialet och underlaget mellan varje elektronbestrålning förflyttas såväl i förhållande till elektronkällan som i förhållande till varandra på ett kontrollerat och förutbestämt sätt, där den förstnämnda förflyttningen leder till att elektronstrålen vid varje traversering, som till antalet är minst två, träffar en icke exponerad yta av såväl arkmaterialet som underlaget och den senare närnnda förflyttningen göres så, att underlaget flyttas en längre sträcka ifrån elektronkällan i sidled än vad som är fallet med arkmaterialet och att avtrycket i varje sensorelement i underlaget avläses utefter den långsträckta delytan och införes i en dator i vilken de långsträckta delytoma, som är minst två till antalet, föres mot varandra så, att en sammanhängande större mätyta bildas, och att varje avläsning i datorn återges med ett talvärde, vilka talvärden bildar en detaljerad karta över elektrontransmissionen genom den uppmätta ytan av arkmaterialet och därigenom också bildar en detaljerad karta över ytviktsvarationerna. 10 15 20 25 30 v - -. ,-_ t - r r j . , »i _ _ n) s! ___. i Exempel på lämpliga elektronkällor, d v s sådana som har en energi överstigande 150 keV, är prometium 147 och krypton 85. Det förstnämnda ämnets energi är maximalt 200 keV och det efterföljande är maximalt 700 keV. Prometium 147 är i fast form och hur detta ämne hanteras som elektronkälla har beskrivits tidigare. Krypton 85 är en gas och kan inneslutas i ett rör, vars ena ände är av genomskinligt, tunt material. Denna ände riktas mot det arkmaterial, som skall analyseras.

Som frarngår av det tidigare angivna ger förfarandet enligt uppfinningen som resultat en detaljerad karta över ytviktsvariationerna hos den uppmätta ytan av arkmaterialet. Nämnda talvärden avseende elektrontransmissionen genom den uppmätta ytan av arkmaterialet kan överföras från datorn i bildfonn på ett papper. Talvärdena överföres till mycket små områden med färg från vitt till svart ledande till att de flesta områdena har olika schatteringar av grått. En sådan bild kan tjäna som underlag för studium, d v s en okulär bedömning av ytviktsvariationerna i exempelvis papper och kartong. En rutinerad pappersmakare kan genom okulär bedömning och jämförelse mellan olika bilder bilda sig en uppfattning om respektive papper eller kartong har en ytviktsvariation som är alltifrån bra till dålig. Detta beskriver en tillämpning av förfarandet enligt uppfinningen i dess enklaste och bredaste form.

Enligt en mer sofistikerad utföringsform av förfarandet enligt uppfinningen så placeras på detektorunderlaget, jämte det arkrnaterial som skall analyseras, järnförelsematerial med varierande och kända ytvikter. Elektronstrålen bringas att traversera även över järnförelsematerialet ledande till avtryck i varje sensorelement i en långsträckt delyta av underlaget, vilka avtryck avläses och införes i datom och i denna tjänar som likare för de avlästa avtrycken för varje sensorelement i underlaget motsvarande de långsträckta exponerade delytorna i det arkmaterial som analyseras.

Om den kända ytvikten återges med dimensionen gram per m2 så återges ytvikten hos det arkmaterial som analyseras på samma sätt.

Den elektronstråle, som lämnar elektronkällan, bibringas en viss bredd medelst en avskärmning, vilken avskärrnning också orsakar att intensiteten hos avtrycken i sensorelementen i detektorunderlaget i den långsträckta delytans tvärsled varierar, med två kantpartier uppvisande låg, men från kanten och inåt räknat till en början svagt stigande och därefter krafligt stigande intensitet och ett centralt placerat parti med maximal »coon 10 15 20 25 30 'ÜÜÜ v._.d intensitet. De lângsträckta delytor, som föres mot varandra i datorn är i avsaknad av nänmda två kantpartier.

Det är möjligt att använda flera olika typer av detektorunderlag, såsom en bildplatta eller en fotofilm eller en elektronisk detektor uppbyggd av CCD-sensorer, där CCD är en förkortning av ”Charge Coupled Device”. Det är föredraget att använda en bildplatta, som finns i olika skepnader. En sådan bildplatta är uppbyggd av tre lager och består underifrån räknat av ett bärande, något elastiskt material, ett skikt av kristaller i form av (BaF(Br,I):Eu2+), som täcks av ett tunt, inert skyddsskikt. Dessa bildplattor användes i mätning efter mätning. Efter det att en sådan bildplatta använts i en mätningsomgång så regenereras den genom att den utsätts för starkt ljus. Denna behandlingstid uppgår till några minuter. Det finns speciella apparater, vari detta utförs. Vad gäller fotofihn så går det åt en film per mätning, vilket på intet sätt är ekonomiskt betungande.

Vad gäller avläsningen av avtrycken i detektonmderlaget så anpassas den till den typ av detektorunderlag, som användes. Beträffande bildplattor inkluderande den typ av bildplatta, som beskrives ovan, kan en laserstråle bringas att svepa över plattan ledande till att ljus frigöres från avtrycken via fotostimulerad luminescens, vilket ljus insamlas via en ljusledare till en fotomultiplikator där ljuset omvandlas till en elektrisk signal, som i datorn beskrives med ett talvärde.

De uppmätta ytviktsvariationema hos arkmaterialet kan presenteras och återges på många olika sätt, exempelvis i form av ett histogram beskrivande ytviktsfördelningen eller medelst en frekvensanalys som presenteras i histogramfonn.

Denna presentation och detta återgivande beskrives mer detaljerat längre fram i denna skrift. Även om det uppfinningsenliga förfarandet för bedömning/mätning av ytviktsvariationer i arkmaterial kan användas för ett stort antal skiftande arkmaterial har det visat sig speciellt tillämpligt för papper och kartong.

Uppfinningen innefattar också en apparat för bedömning/mätning av ytviktsvariationer i arkmaterial, innefattande a) en elektronkälla, med en energi överstigande 150 keV, som är förankrad i en vagn, vilken är traverserbar med konstant hastighet längs en med gejdrar eller liknande försedd anordning, vilken anordning tillsammans med vagnen är höj- och sänkbar i vertikal rörelseled och på sin undersida uppvisar en längsgående spalt av viss bredd, som aanpu 10 15 20 25 30 bestämmer bredden på en elektronstråle som lämnar elektronkällan och är riktad mot direkt underliggande arkrnaterial, b) en ram för förankring av arkmaterialet, vilken ram är fjädrande ansluten till en stödanordning c) en under nämnda ram applicerad hållare med stödanordning vid vilken hållare ett elektronstrålekänsligt detektorunderlag, innehållande ett mycket stort antal sensorelement, är förankrat d) en avtryckläsare, såsom en scanner och e) en dator.

Apparaturens kännetecken är, att objekten b) och c) är inställbart fórflyttbara i sidled i förhållande till den i denna led stationära elektronkällan och att dessa också är inställbart förflyttbara relativt varandra.

Dessa objekt b) och c) är anslutna till eller utgör del av var sitt stegbord. I sistnämnda begrepp innefattas en elektrisk motor, som förflyttar bordet till en förutbestämd position. Som drivkälla kan annat än en elektriskt driven motor användas, förutsatt att önskad position kan uppnås.

Den vagn, som bär elektronkällan, kan exempelvis ha en rektangulär eller kvadratisk form och vara försedd med ett hjul i de fyra nedre hörnen. För att vagnen skall traversera på ett kontrollerat och likartat sätt gång på gång kan två parallella, långsträckta spår urfräsas i den underliggande anordningen. Det är inte nödvändigt, att antalet hjul är just fyra. Vidare är det inte tvingande att förse vagnen med hjul, utan vagnen kan utformas av ett material med låg fiiktion eller då kan vagnen förses med ett antal klackar av ett material med låg friktion, vilket gör det möjligt att låta vagnen glida längs den underliggande anordningen. Detta underlättas av om den yta eller de ytor i underlaget, som vagnen glider utefter också består av ett material med låg friktion.

Den underliggande anordningen eller vagnen är ansluten till ett medel, som pressar anordningen och vagnen ner mot objekten b) och c) ledande till att arkmaterialet ligger dikt an mot detektorunderlaget när vagnen med elektronkällan traverserar över arkmaterialet och detektorunderlaget. Om inte arkmaterialet ligger dikt an mot detektorunderlaget kan det bildas lufifickor mellan dessa materiallag och det har visat sig att sådana lufifickor stör elektronstrålen och elektronemas absorption i arkmaterialet respektive genomträngandet av arkmaterialet. ooono 10 15 20 25 30 Flera medel kan användas för beskrivet ändamål och ett lämpligt sådant är en tryckluflcylinder. Vilken som helst drivkälla, som förmår att driva vagnen i rörelse- riktningen med konstant hastighet, kan användas för detta ändamål. Ett exempel på en sådan drivkälla är ett stegbord.

Fördelar En stor fördel med uppfinningen är att man kan mäta ytviktsvariationer hos arkmaterial med en ytvikt upp till 1200 g/mz. Med elektronkällan prometium 147 kan man med hög noggrannhet mäta ytviktsvariationer hos arkmaterial med ytvikter upp till 300 g/mz. Med elektronkällan krypton 85 är det möjligt att analysera arkmaterial inom ytviktsintervallet 300- 1200 g/mz.

Enligt uppfinningen är det möjligt att även hos jämförelsevis tjocka arkmaterial göra en tvådimensionell mätning, d v s minst en delyta av arkmaterialet kan studeras. Vidare är upplösningen utmärkt och bättre än 1 mm.

Vad gäller mätnoggrannheten har jämförelseförsök gjorts med en av de tidigare beskrivna kända mätmetoderna på papper med en ytvikt något understigande 100 g/mz (detta för att jämförelsemetoden ej klarar av mätningar på arkmaterial med en ytvikt överstigande 120 g/mz) och försöken visar, att mätresultaten är så gott som identiska.

Dessutom är mätförfarandet enligt uppfinningen snabbt och effektivt, speciellt när en bildplatta användes som detektorunderlag. Delar av mätmetoden kan automatiseras och låter sig styras via en dator till dessa delar. I det fall att fotofilm användes som detektorunderlag försinkas mätningen något av den omständliga framkallningsprocessen.

Figurbeskrivning Figur 1 visar en schematisk återgivning av den vagn vari elektronkällan är applicerad och den uppbärande anordningen samt underliggande materiallag.

Figur 2 visar en schematisk återgivning av nämnda vagn i traverseringsriktningen och de anordningar där dels arkmaterialet och dels bildplattan är förankrad.

Figur 3 visar en intensitetsbild av de avtryck i bildplattan, som gjorts av transmitterade elektroner. nyans 10 15 20 25 30 Figur 4 visar en profil av intensiteten i tvärsled av den långsträckta delyta där avtryck uppstått.

Figur 5 visar en intensitetsbild över en sammanslagning av nämnda långsträckta delytor.

Figur 6 visar denna intensitetsbild inverterad och kalibrerad.

Figur 7a, 7b och 7c visar resultat av järnförelsemätningar.

Figur 8a och 8b visar altemativa sätt att presentera mätresultat.

Bästa utföringsform I det följande beskrives, under hänvisning till det i figurerna visade, uppfinningen mer i detalj och avsnittet avslutas med två utföringsexempel.

I figur 1 visas i genomskäming vagnen 1, i vilken elektronkällan 2 är applicerad. Vagnen är försedd med fyra hjul, placerade vid den parallellepipediska vagnens fyra nedre hörn. Två likforrniga, längsgående spår 4 är urfrästa ur den underliggande anordningen 5. En längsgående spalt 6 av viss bredd finns upptagen i anordningen 5.

Bredden på denna spalt kan väljas relativt fritt. Ett exempel på spaltbredd är 10 mm. I figuren visas också en slutare 7. Denna slutare kan vara behövlig ur mätsynpunkt, men finns där främst för att täcka elektronstrålen 8 när mätapparaturen icke används. Detta för att förhindra, att elektroner strömmar ut i apparaturen och möjligen till apparaturens närmaste omgivning när den inte används för mätning. Denna förskjutning av slutaren 7 har ingen inverkan på hur länge elektronkällan kan användas för mätning, utan är enbart en försiktighetsåtgärd sett ur miljösynpunkt.

Som framgår av figuren 1 strömmar elektronema i form av en stråle 8 mot det arkmaterial 9, som skall analyseras. Arkmaterialet 9 vilar dikt mot detektorunderlaget 10, som i sin tur uppbärs av en hållare 11.

I figur 2 visas också i genomskärning hur vagnen 1, med sin elektronkälla vättande neråt, traverserar längs den med styrspår försedda anordningen 5. Denna figur visar mer i detalj hur ramen för förankring av mätobj ektet, d v s arkmaterialet, och den underliggande hållaren 11 för detektorunderlaget kan vara utfonnad. Arkrnaterialet 9 förankras på något sätt vid ramen 12. Ramens bredd och längd kan väljas fritt. Eftersom många papperstyper både konverteras till och säljs i A4-storlek är det lämpligt att anpassa ramens storlek till A4-måtten. Huruvida arkmaterialet skall exponeras av elektronstrålen 8 ø»søn 10 15 20 25 30 11 i dess längsled eller dess tvärsled är också valfritt. Själva förankringen av arkmaterialet 9 vid ramen 12 kan ske med någon form av klärnanordning eller på ett så enkelt sätt, att ett antal tejpbitar fästes såväl vid arkmaterialets kantpartier som vid ramen 12. Som framgår av figuren 2 är ramen 12 medelst fjäderanordningar 13 ansluten till en stödanordning 14.

Under arkmaterialet 9 finns detektorunderlaget 10, som i sin tur vilar på hållaren 11 med stödanordningen 15. Även detektorunderlaget 10 måste på något sätt förankras vid hållaren 1 1. Detta kan ske på flera sätt. Exempelvis kan hållaren ll utformas så, att exempelvis ett detektorunderlag 10 i form av en bildplatta passar precis in i en grund urtagning i hållaren 11. Vad gäller bildplattor är deras undre bärarlager utformat av ett något elastiskt material, vilket tillika har hög friktionskoefficient och om då även hållaren 1 1, eller åtminstone dess ytskikt, består av ett material med hög friktionskoefficient så blir förankringen tillräcklig även om hållaren ll icke uppvisar någon urtagning.

Vare sig i figur 1 eller 2 finns det medel, som kan vara en tryckluficylinder, utritat, vilket pressar anordningen 5 och med tillhörande vagn l ner mot arkmaterialet 9 och detektorunderlaget 10. Detta medel kan vara anslutet till anordningen 5 som sådan eller till vagnen 1. Resultatet blir detsamma i båda fallen. I figuren 2 visas dock de fiäderanordningar 13, som möjliggör ihoppressningen, vilket leder till att arkmaterialet ligger dikt an mot detektorunderlaget.

Själva mätförfarandet kan gå till på följande sätt.

Först ser man till att såväl arkmaterialet 9 som detektorunderlaget 10 är fixerade såväl i förhållande till varandra som i förhållande till elektronstrålen 8. Därefter utför man tidigare beskriven ihoppressning av objekten. Det är av vikt, att ihoppressningen utföres identiskt gång från gång innebärande bland annat, att nedsänkningen av anordningen 5 styrs så, att densamma är strikt vertikal. Nästa moment är att man låter vagnen 1 med sin elektronkälla 2 och elektronstråle 8 traversera med konstant och förut- bestämd hastighet över arkmaterialet 9. Därefier lyftes anordningen 5 och den medföljande vagnen 1 till sitt utgångsläge. I och med detta ges möjlighet att förflytta såväl arkmaterialet 9 som detektorunderlaget 10 i sidled i förhållande till den i denna led stationära elektron- källan 2. Dessa båda objekt förflyttas olika mycket i sidled. Exempelvis kan arkmaterialet 9 förflyttas 8 mm i sidled, medan detektorunderlaget 10 förflyttas 16 mm.

Det finns två varianter att använda sig av i detta läge. Man kan dels skjuta slutaren 7 för elektronstrålen 8 och låta vagnen 1 traversera tillbaka till utgångsläget innan puh-I 10 15 20 25 30 12 ihoppressningen släppes och anordningen 5 med tillhörande vagn 1 lyftes i vertikalled, ledande till att vagnen l alltid startar sin traversering från samma sida av apparaten, och dels släppa ihoppressningen på motsatt sida av apparaten och låta vagnen 1 traversera i motsatt riktning under utsändande av elektronstrålen innebärande att en ny delyta av arkmaterialet penetreras.

Som tidigare angivits skall antalet traverseringar vara minst två, d v s minst två olika delytor av arkmaterialet skall bestrålas. Antalet traverseringar flera än två kan väljas fritt och exempelvis uppgå till tio. Mellan varje traversering förflyttas arkmaterialet 9 och detektorunderlaget 10 såväl i förhållande till elektronkällan 2 som relativt varandra på tidigare beskrivet sätt.

Som beskrivits tidigare leder förhållandet, att en del elektroner tränger igenom arkmaterialet 9 på den exponerade ytan till att det blir avtryck i de till ett stort antal uppgående sensorelementen i detektorunderlaget 10. Efter avscanning av dessa avtryck på tidigare beskrivet sätt får man i datorn ett stort antal talvärden motsvarande avtryckens intensitet.

I figur 3 visas resultatet av tio traverseringar i form av avtryckens intensitet.

Det är ytoma mellan de svarta fälten som är av intresse och den forsta traverseringen är kopplad till delytan 16 längst till höger, medan den andra traverseringen är kopplad till delytan 17 näst längst till höger o s v.

Dessa delytor uppvisar partier av olika färg från ljust till mörkt eller om man så vill från vitt till svart och det är dessa schatteringar, som på visst sätt återger resultatet av mätningen.

Om man studerar avtryckens intensitet tvärs nämnda delytor finner man, som framgår av figur 4, att längst ut i kanterna på delytan är intensiteten mycket låg för att längre in och efter ett tag brant stiga till maxvärden tillhöriga delytans centrala del. Siffran noll på y-axeln i figur 4 motsvarar mitten i sidled på någon av delytoma i figur 3. Det grova strecket 18 i figur 4 återger intensiteten utefter delytans centrala del i tvärsled räknat. 1 datorn sammanföres de centrala delarna av de tio långsträckta delytoma så att en sammanhängande yta eller bild 19 av intensiteten bildas, som visas i figur 5. Ljus färg i bilden motsvarar hög intensitet, vilket innebär att transmissionen av elektroner är hög och absorptionen av elektroner i arkmaterialet 9 är låg och som därför betyder, att ytvikten är låg. Den till höger om ytan 19 visade färgskalan 20 är enhetslös och där talvärdet 1 09:51 10 15 20 25 motsvarar maximal intensitet från avtrycken i bildplattan 10, medan talvärdet O motsvarar minimal intensitet från avtrycken i bildplattan 10.

I figur 6 visas en från bild 19 utgående kalibrerad bild 21. Den till höger om bilden 21 visade färgskalan 22 är kopplad till dimensionen gram per m2. I denna bild är det så att de mörka partierna betyder låg ytvikt, medan de ljusa partierna betyder hög ytvikt.

Exempel 1 Mätning av ytviktsvariationer gjordes på ett kopieringspapper med en ytvikt av 80 g/mz dels enligt uppfinningen med prometium 147 som elektronkälla och med en bildplatta som detektorunderlag och utefier tio långsträckta delytor av arkinaterialet och dels enligt den mätmetod som finns beskriven i avsnittet ”Teknikens ståndpunkt” i denna skrift och där givits beteckningen en andra metod.

Orsaken till att denna jämförelse gjordes på ett papper med så förhållandevis låg ytvikt som 80 g/mz var, att nämnda andra metod passar väl för just ett sådant papper och icke går att använda vid så mycket högre ytvikter eller närmare bestämt som högst uppemot 120 g/mz.

Kopieringspapperet bestod till 67 % av massafibrer (en blandning av blekt björksulfatmassa (70 %) och blekt tallsulfatmassa (30 %)), 22 % fyllmedel (utfälld kalciumkarbonat), 6% av andra papperskemikalier, inkluderande stärkelse, retentionsmedel och fluorescerande vitrnedel. Resterande 5% utgjordes av vatten.

I figurema 7 uppvisas resultat av de företagna mätningarna i form av antalet kalibrerade intensitetspunkter i tusental inom vissa, relativt smala ytviktsintervall. Det i figur 7 a visade histograrnmet avser jämförelsemetoden och i figur 7b visas motsvarande histogram för mätförfarandet enligt uppfinningen. Redan vid jämförelse av dessa två histogram finner man, att mätresultaten är i det närmaste identiska. Detta bekräftas av figur 7c, där medelantalet av intensitetspunkter för varje ytviktsintervall inritats i kurvform (0 = jäniförelsemetoden, + = metoden enligt uppfinningen). Som framgår faller de två kurvorna in i varandra.

Detta visar, att mätnoggrannheten hos mätförfarandet enligt uppfinningen är hög. oana- 10 15 20 25 Exempel 2 I detta fall gjordes mätning av ytviktsvariationer enligt uppfinningen med prometium 147 som elektronkälla och med en bildplatta som detektorunderlag och utefier tio långsträckta delytor av arkmaterialet på en helt annan typ av papper och med en avsevärt högre ytvikt än vad som var fallet i exempel l, nämligen kabelpapper med en ytvikt av 140 g/mz.

Med kabelpapper menas papper som är starkt och som uppvisar hög elektrisk isoleringsförrnåga och som användes bland annat i transformatorer. Detta papper bestod uteslutande av massafibrer. Typ av massa är oblekt tallsulfatmassa, som tvättats extremt mycket vid framställningen. Som en följd av detta blir papperet i huvudsak fritt från ledande ämnen. Vidare skall papperet vara fritt från ”pin holes”.

I just beskriven figur 7b återges uppmätt resultat vid mätförfarandet enligt uppfinningen i form av ytviktsfördelningshistogram. Resultaten av mätfórfarandet enligt uppfinningen kan återges på flera andra sätt, vilka kommer att förklaras och definieras nedan och visas i figurerna Sa och 8b.

Som påpekats tidigare är ett papper på intet sätt homogent, d v s exakt lika i varje punkt, utan exempelvis massafibrema ansamlas i högre utsträckning på vissa ytor än på andra, närliggande ytor. Dessa materialansamlingar brukar kallas flockar. I sammanhanget användes begreppet våglängd = Ä. Det finns en tumregel som säger, att våglängden lt motsvarar dubbla flockstorleken. Man använder också begreppet total fonnation, som karakteriseras av formationstalet F, vilket definieras som variationskoefflcienten för lokala ytviktsvariationer (w), d v s standardavvikelsen dividerad med medelytvikten (W ). F ormelmässigt återges detta med F = Standardavvikelsen o erhålles exempelvis genom att integrera ytan under ytviktssignalens effektspektrum för alla frekvenser, se figur 8a, och ta kvadratroten dänir.

Med frekvens menas i detta sammanhang l och närmare bestämt 1 . längdenhet [mm] De nordiska forskningsinstituten inom massa- och pappersområdet (KCL, PFI och STFI) har tillsammans med några papperstillverkare kommit fram till följande rekommendationer för att presentera resultaten från formationsmätningar. ønunn 10 15 20 25 Tennen formation refererar till lokala fördelningen av ytvikt över arkets yta.

Formationstalet F(la,l,,)definieras som variationskoefficienten för lokala ytviktsvariationer inom våglängdsintervallet k, till Kb mm, d v s wrtaiflß där o (L, kb) är standardavvikelsen inom våglängdsintervallet L till h, mm och W är medelytvikten hos arket.

Ett normaliserat forrnationstal Fn (L, lb) kan beräknas enligt formeln Fn ÄafÄb)=F(/¶'aI/1b) normaliserat mot ytvikten n.

Ett specialfall av normaliseringen erhålles genom att sätta n = l g/mz, vilket ger specifik formation Fspec enligt formeln ÄWÅ.

FSPBC(Å419/lb)= Av ovanstående förstås, att formationstalen är dimensionslösa.

Formationstalet F(/ta , ).,,)kan som ovan beskrivits erhållas genom att integrera ytan under signalens effektspektrum för motsvarande frekvenser. Exempelvis betyder F3_30 formationstalet för våglängdsintervallet 3-30 mm. Det är sådana fonnationstal som återges i figur 8b.

Om man tänker sig, att man gör ytviktsvariationsmätningar enligt uppfinningen på ett papper, som är helt igenom likformigt och helt slätt (vilket papper icke existerar i praktiken) så skulle alla de formationstal som återges i figur 8b uppvisa talvärdet O. Av detta förstås, att ju lägre talvärdena i figur 8b är desto bättre och jämnare papper har man. De forrnationstal som återges i en sådan figur kan också uppställas i tabellform där man i en kolumn återger våglängdsintervallet i mm och i en kolumn bredvid motsvarande forrnationstal = F. Om de i figur 8b återgivna värdena överíöres till en tabell erhålles följande: 10 15 20 16 2, (mm) F O,4-30 1,94 O,4-3 0,978 3-30 1,67 0,4-0,5 0,336 0,5-1 0,559 1-2 0,57 2-4 0,635 4-8 0,842 8-16 1,04 16-32 0,941 Det är lätt att inse att olika papperstyper uppvisar olika jänmhet vad gäller ytviktsvariationen. Därför år det i första hand meningsfullt att studera och jämföra formationstalen inom en och samma papperstyp, såsom exempelvis kopieringspapper eller kabelpapper. Därvidlag har man stor nytta av mätningar på papper från en och samma pappersmaskin, men under olika skifi och/eller olika dygn och även av hur det egna papperet ligger till i förhållande till konkurrerande papper.

Som avslutning önskar vi nämna, att oss veterligt finns det ingen annan mätmetod för att bestämma ytviktsvariationer hos relativt tjocka arkmaterial, exempelvis sådana som har en ytvikt överstigande 120 g/mz, som möjliggör ett återgivande av mätresultat enligt figurema 8a och 8b i denna patentansökan.

Claims (17)

:rann 10 15 20 25 Patentkrav

1. Förfarande för bedömning/mätning av ytviktsvariationer i arkmaterial innefattande att elektroner från en elektronkälla, som har en energi överstigande 150 keV, bringas att träffa en långsträckt delyta av arkmaterialet, vilket vilar i en bestämd position mot ett elektronstrålekänsligt detektorunderlag innehållande ett mycket stort antal sensorelement och att arkmaterialet och underlaget sarnrnanpressas innan elektronstrålen med en bestämd bredd bringas att med konstant hastighet traversera över den långsträckta delytan av arkmaterialet ledande till att en del av elektronerna absorberas av arkmaterialet och resterande elektroner tränger igenom arkrnaterialet (transmission) och gör ett avtryck i varje sensorelement i kongruent yta av underlaget, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att arkmaterialet och underlaget mellan varje elektronbestrålning förflyttas såväl i förhållande till elektronkällan som i förhållande till varandra på ett kontrollerat och törutbestärnt sätt, där den förstnämnda iörflyttningen leder till att elektronstrålen vid varje traversering, som till antalet är minst två, träffar en icke exponerad yta av såväl arkmaterialet som underlaget och den senare nämnda förflyttningen göres så, att underlaget flyttas en längre sträcka ifrån elektronkällan i sidled än vad som är fallet med arkmaterialet, att avtrycket i varje sensorelement i underlaget avläses utefter den långsträckta delytan och införes i en dator, i vilken de långsträckta delytorna, som är minst två till antalet, töres mot varandra så, att en sammanhängande större mätyta bildas, att varje avläsning i datorn återges med ett talvärde, vilka talvärden bildar en detaljerad karta över elektrontransmissionen genom den uppmätta ytan av arkmaterialet och därigenom också bildar en detaljerad karta över ytviktsvariationema.

2. Förfarande enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n at d ä r a v, att som elektronkälla användes prometium 147 eller krypton 85.

3. Förfarande enligt patentkraven 1-2, k ä n n e t e c k n at d ä r a v, att ett antal jämförelsearkmaterialdelar, med varierande och kända ytvikter, placeras på underlaget jämte det arkrnaterial som analyseras och att elektronstrålen bringas att traversera även över jämförelsearkrnaterialdelarna ledande till ett avtryck i varje :nian 10 15 20 sensorelement i en långsträckt delyta av underlaget, vilka avtryck avläses och iníöres i datorn och i denna tjänar som likare för de avlästa avtrycken i varje sensorelement i underlaget motsvarande de långsträckta exponerade delytorna i arkmaterialet.

4. Förfarande enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att ytviktens dimension är gram per m2.

5. Förfarande enligt patentkraven 1-4, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att elektronstrålen bibringas en bestämd bredd medelst avskärmning, vilken avskärmning också orsakar att intensiteten hos avtrycken i sensorelementen i underlaget i den långsträckta delytans tvärsled varierar, med två kantpartier uppvisande låg, men från kanten och inåt räknat till en början svagt stigande och därefter kraftigt stigande, intensitet och ett centralt placerat parti med maximal intensitet och att de långsträckta delytoma, som föres mot varandra i datorn är i avsaknad av nämnda två kantpartier.

6. Förfarande enligt patentkraven l-5, k ä n n e t e c k n at d ä r a v, att som detektorunderlag välj es en bildplatta eller en fotofilm.

7. F örfarande enligt patentkravet 6, k ä n n e t e c k n at d ä r a v, att bland bildplattor välj es en sådan som är uppbyggd av tre lager och består underifiån räknat av ett bärande, något elastiskt material, ett skikt av kristaller i form av (BaF (Br,I):Eu2+) och ett tunt, inert skyddsskikt.

8. Förfarande enligt patentkraven 1-7, k ä n n e t e c k n at d ä r a v, att avläsningen av avtrycken i detektorunderlaget anpassas till typ av detektorunderlag och att i fallet med en bildplatta av ovan beskriven typ en laserstrâle bringas att svepa över plattan ledande till att ljus fiigöres från avtrycken via fotostimulerad luminescens, vilket ljus insamlas via en ljusledare till en fotomultiplikator där ljuset omvandlas till en elektrisk signal, som i datorn beskrives med ett talvärde. nvunn 10 15 20 25 , _ g xa.....aJ 19

9. Förfarande enligt patentkraven 1-8, k ä n n e t e c k n at d ä r a v, att de uppmätta ytviktsvariationema hos arkmaterialet återges i form av ett histogram beskrivande ytviktsfördelningen.

10. Förfarande enligt patentkraven 1-8, k ä n n e t e c k n at d ä r a v, att de uppmätta ytviktsvariationerna hos arkmaterialet återges medelst en frekvensanalys och presenteras i histogramform.

11. ll. Förfarande enligt patentkraven 1-10, k ä n n e t e c k n at d ä r a v, att det arkmaterial som bedömes/mätes är papper eller kartong.

12. Apparat för bedömning/mätning av ytviktsvariationer i arkmaterial (9), innefattande a) en elektronkälla (2), med en energi överstigande 150 keV, som är förankrad i en vagn (1), vilken är traverserbar med konstant hastighet längs en med gejdrar eller liknande försedd anordning (5), vilken anordning (5) tillsammans med vagnen ( 1) är höj- och sänkbar i vertikal rörelseled och på sin undersida uppvisar en längsgående spalt (6) av viss bredd, som bestämmer bredden på en elektronstråle (8) som lämnar elektronkällan (2) och är riktad mot direkt underliggande arkmaterial (9), b) en ram (12) för förankring av arkrnaterialet (9), vilken ram (12) är fjädrande ansluten till en stödanordning (14), c) en under nämnda rarn (12) applicerad hållare (11) med stödanordning (15), vid vilken hållare (11) ett elektronstrålekänsligt detektorunderlag (10), innehållande ett mycket stort antal sensorelement, är förankrat, d) en avtryckavläsare, såsom en scarmer och e) en dator, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att objekten b) och c) är inställbart förflyttbara i sidled i förhållande till den i denna led stationära elektronkällan (2) och att dessa också är inställbart förflyttbara relativt varandra.

13. Apparat enligt patentkravet 12, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att objekten b) och c) är anslutna till eller utgör del av var sitt stegbord. :vann 10 :T lm' í» »Ty ___, 20

14. Apparat enligt patentkraven 12 och 13, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att vagnen (1) är rektangulär eller kvadratisk och försedd med ett hjul (3) i de fyra nedre hömen, vilka hjul löper i spår (4) i den underliggande anordningen (5).

15. Apparat enligt patentkraven 12-14, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att nämnda anordning (5) eller vagn (1) är ansluten till ett medel, som pressar anordningen (5) och vagnen (1) ner mot objekten b) och c) ledande till att arkmaterialet (9) ligger dikt an mot detektorunderlaget (10) när vagnen (1) med elektronkällan (2) traverserar över arkmaterialet (9) och detektorunderlaget (10).

16. Apparat enligt patentkravet 15, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att medlet är en tryckluficylinder.

17. l7. Apparat enligt patentkraven 12-16, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att medlet som driver vagnen (1) och ger den traverserande rörelsen är ett stegbord.