TWI247112B - Apparatus and method for on-line measuring the weight uniformity of a continuous web with a specific wavelength - Google Patents

Description

1247112 狄、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種重量均勻度量測裝置及方法，且 特別是有關於在生產連續帶狀物（例如：纖維製品（棉網、 不、、哉布、造紙、塗佈布（針織物、梭織物、不織布））、薄 "、2膠、玻纖蓆、玻纖預浸材、皮革布、、塗佈膜、塗 佈材料）時，以使用特定波長光源的光電方式線上量測其 重量均勻度的裝置及方法。 【先前技術】 ^現今的連續帶狀物（例如\纖維製品（棉網、不織布 造紙、塗佈布（針織物、梭織物、不織布））、薄膜、塑膠 玻纖鹿、玻纖預浸材、皮革布、塗佈膜、塗佈材料等等 的生產技術已臻至相當之純熟，所以其生產時的線上品， 監控就顯得極為重要。 傳統的檢測技術主要有幾種方式： 一、利用人工磅秤直接量測連續帶狀物之重量均名 度。然而’現在工業生產講求效率與成本，如此一來q 僅造成人工成本的負荷’且在人為測量時易有誤幻，名 者也無法幫助技術及品管人員進行有效診斷線上精確$ 質出現的變異數分析誤差。 一、以=動加壓羅拉（roUer)量測連續帶狀物之 f，藉以換算連續帶狀物重量的重量均勻度之方法。但 是’這種方法在進行量測時必須接觸連續帶狀物，因此容 1247112 易破壞或改變連續帶狀物原有的物理性質，此現象於輕量 之連績帶狀物（l〇〇g/m2以下）量測尤為明顯。 三、放射線法，利用放射線式的偵測器置於連續帶狀 ^上方mm續帶狀物之物理性f。這種放射線式的 =利方法很a易在量測時同時破壞連續帶狀物之物理性 質，且放射線的輻射對人體有t。再者，基於人體健康及 成f考量’故此方法一般在使用時均以單點取樣作為量測 連績帶狀物重量均勻度的依據。 「習知技術如中華民國專利公告編號557357所示之 「以光電方式量測連續帶狀物重量均勻度之溫度補償裝 置」針對上述提出一種發射元件與接收元件之組合， 連續帶狀物置於該組合之間’制光源訊號的穿透率 该連績帶狀物之重量均勻度。 、 然而，不同材質的連續帶狀物具有各自不同的特徵光 谱’在不同的光譜波段具有各自不同的吸收或反射光 性。若使用同-光源訊號來量測各種不同材f的連續^狀 物’則可能會因該弁办 ❹絲而降低量測的靈 敏度，甚至發生完全無法穿透的情形。也就是說，同 源訊號在實際上並益法摘用协旦 ‘,，、法剌於里測各種不同材質的連續 帶狀物。 心貝 ::外，當連續帶狀物具有各種不同的花色或圖樣時， 此時右使用普通的光源訊號來進行重量均勻度量測，則容 樣的吸收光譜特性不同，而造成連續 f 重篁均勾度的誤判，使得品管人員無法正確且有 1247112

及—回授比較器。第二胜〜、士 E 定波長發目n™ · 元件之特性與第—特 號。第-特定:Λ 發射特定波長之-參考光源訊 件相同且接::收元件之特性與第， f卢 接收❹考光源訊號，並產生-參考電氣1 :回杈比較器根據該參考電氣訊號，分別補償第— 波長發=元件以及第-特定波長接收㈣之驅動電流、。疋 依本發明一較佳實施例，發射元件可視不同材質的 “帶狀物選擇使用適用於紫外光、可見光、或近、中、 延紅外光的發光二極體或雷射二極體，而接收元件則為與 發射元件相對應之偵測器或感應器。上述之特定波長之範 圍係介於10至4800 nm之間。 “訊號處理器更包含一接收端電路、一訊號放大及積分 電路' 一發射端電路、一振盪器、一訊號觸發時序、一訊 號前處理器以及一類比/數位轉換電路。訊號放大及積分 電路觸發訊號觸發時序，使振盪器產生一同步頻率訊號傳 送至溫度補償裝置，並藉由該發射端電路使第一特定波長 發射元件產生量測光源訊號。量測光源訊號穿透連續帶狀 物之後’會被第一特定波長接收元件所接收，並產生一量 測電氣訊號。 接收端電路接收量測電氣訊號。接著，此量測電氣訊 號被訊號前處理裔處理後，利用訊號放大及積分電路對其 電壓及時間做積分，再藉由類比/數位轉換電路將已積分 之量測電氣訊號轉換為一數位訊號。此數位訊號會被傳送 至該電腦，供計算連續帶狀物之重量均勻度。此外，發射 1247112 :路之驅動電流流過第二特定波長發射元 授比較^弟二特定波長接收元件，藉以利用回 C早又态校正環境溫度差。 用口 測方較，實施例’上述之重量均勻度量 適用之特。則:？驟’用以決定連續帶狀物所 特徵光譜，再：據直吸：：帶狀物進行光譜測試，求出其 狀物進行重以擇㈣心該連續帶 使用適用測的特定波長，並依此調整或更換 ;δ亥特疋波長的發射元件及接收元件。 【實施方式】 均勻==:示本發明之一較佳實施例之示意圖。重量 -第-Μ 含—第—特心皮長發射元件102、 干_ έ 句勻度里測裝置10〇之配置如第1圖所 塑膠了帶狀物110’例如棉網、不織布、造紙、薄膜、 *佈材料纖席、玻纖預浸材、皮革布、塗佈布、塗佈膜、 等’置於第—特定波長發射元件⑽與第一特 =長接收元件104之間’但未與兩者相接觸。如此，以 連續帶狀物⑽之手段來量測該 no 之重量均勻度。 第2圖係繪示本方法詳敘如下·· 田特疋波長發射器202發射一束光線穿過一介質 10 1247112 時’可藉由光子吸收得到透光介質之物理性質，在材料密 度D，以透過介質後光之強度It與特定波長投射光之強度 I。等於每單位面積所能穿輸能量速率，光線通過厚度為h 的吸收，重ϊ均勻度（w)與透光率之關係：

It = e-aDh 其中1。= 特定波長投射光之強度 It= 透過介質後光之強度 a = 介質光吸收係數 h = 介質厚度 D = 材料密度 K=D a ^e-Kh (1-2) Kh=W (1-3) (1-4) W==1n(It/I〇) (1-5)

若此介質為一連續帶狀物2〇丨時，則其重量均勻度可 利用（1-1)式至（1-5)式數學推導，藉由透光率與連續帶 狀物201物理性質之關係得到一訊號，再藉由訊號處理器 106 (第1圖）透過數值分析計算出重量均勻度。 第3圖係繪示本發明之一較佳實施例之方法流程 圖。首先，對連續帶狀物進行光譜測試，求出其特徵光譜 11 1247112 (步驟3G2)，再根據其吸收光譜特性來選擇適用於声 帶狀物進行重量均勻度量測的特定波長，並依此 = 換使用適用於該特定波長的發射元件及接收元件（= 304)。 卜 再者，可選擇地進行一測試㈣，測試此選定的特定 波長是否符合量測之重量均勻度的標準（步驟3〇6)，例如 量測光源訊號的量測數據的準確度。此重量均勾度的伊準 係選自 ISO 9073-4、DIN EN29073、JIS 1〇85^ as'tm D3 776-85 以及EN 29073_2其中之一o咎μl·4*A丄 N T ^ 右此特定波長並不 適用，則重複上述之光譜測試步驟，重新選擇另一適用於 量測該連續帶狀物之重量均勻度的特定波長。若此特定波 長適用’則進行連續帶狀物之重量均勻度的生產線上量測 (步驟308)。 第4圖係繪示本發明之一較佳實施例之裝置流程 圖。如第4圖所示，訊號放大及積分電路45〇觸發訊號觸 發時序430,使振盪器420產生一同步頻率訊號傳送至溫 度補償裝置410’並使第一特定波長發射元件1〇2產生量 測光源訊號。量測光源訊號穿透連續帶狀物丨丨〇之後，會 被第一特定波長接收元件104所接收，並產生一量測電氣 訊號。 接收端電路404負責接收此量測電氣訊號。接著，此 重測電氣i机*5虎被*5虎&處理益440處理後，利用訊號放大 及積分電路450對其電壓及時間做積分，再藉由類比/數 位轉換電路460將已積分之量測電氣訊號轉換為一數位 12 1247112 訊號。此數位訊號會祜種 物"。之重量均勻：至電腦1〇8’供計算連續帶狀 溫度補償裝置41〇包j — 412、第-胜—必且 第一特疋波長發射元件 特疋波長接收元件414、以及一回授比較哭 苐特定波長發射元件1〇2 。 元件412相同，而第—特宏、由旦拉、/弟一特疋波長發射 特疋波長接收元件1 〇4鱼箆—~ 波長接收元件414亦相 “弟—特疋 與第二特定波長接收元件414 波長發射元件412 接收7L件414之組合，其特性與 =長《元件1G2與第—特定波長接收元件1〇4之組= 因此可作為回授比較器416的參考模組 整弟特疋波長發射元件102以及第

件104之驅動電流。 反長接收7L 因此，當發射端電路402之驅動電流會流過第〜 第皮長==2,且接收端電路404之驅動電流二 …會發射特定m時’第二特定波長發射元件 接收元件…接收，以產生-參考電氣訊號。回 416即根據該參考電氣訊號’分別調整第一特 元件…以及第-特定波長接收4 IQ4之驅 償環境溫度差。 ^ ^ Μ ’補 進一步來說’通過第—特定波長發射元件ig 電流也導通溫度補償…1〇之第二特定波長發射：： 412’並紐過積分放大得到輸出電麼。若輸出電壓灸 考電魔’則輸出電麼會下降。反之，若輸出電壓比參考電 13 124^112 麼小’則輸出電壓會上升。 2另—方面，驅動電流受到溫度補償裝置410之平 電壓影變，泣屯认+广、 ^^ 曰+句電壓升高’則驅動電流會變大，反之， 21電壓變小，則驅動電流會變小。舉例來說，當第一 長發射元件1〇2發出量測光源訊號至第一特定波 朦變大H 1G4時，此時若因外界溫度㈣而使得平均電 厂二：，則溫度補償裂置410内之輸出電壓會上升，因此 均電壓隨之下降，進而降低原本的驅動電流。這種 於y &貝】可七成抑制溫度變化，因此可得到穩定的 輸出電壓。 〃 本發明可利用可見光、势冰....A丄 ^ 儿7L寡外先、近紅外線、中紅外線、 运紅外線發光二極體或雷鉍— 一 射一極體作為發射元件，而接收 元件則為與發射元件相對庫 、 訂應之偵測裔或感應器，不僅可提 升透光率及準確性，更可、函芸一 ^ /函盍較廣之光波範圍。依照本發 明之貫施例，發射元件盘垃丨^ _ 仵興接收凡件之組合所能夠量測的光 譜範圍可介於10〜4800 nm之間。 上述之車父佳貫施例中伟用裔 u Y便用適用於特定波長之發射元 件、接收元件、溫度補償奘罢，+ > * 1貝裒置，以靈敏度佳的光電感測裝 置量測連續帶狀物重量均句产。里 ^ ^ ^ 里J Ί度。再者，根據連續帶狀物之

光譜特性來選擇合適的特定波E闷L 疋/反長因此可避免破壞連續帶 狀物的物理特性。當用以線上於：目綠 天上i，則連績帶狀物的生產時， 不但可提升生產效率與品質、竑，|y、A * # $ ^ 、口貝减）人為誤差、並可降低人 工成本。 此外，此實施例中的裴置除了留 衣1降Γ早點（早一組發射元件 14 1247112 與接收元件之組合）量測之外，亦能以多 夕6 件器與接收元件）㈣於待測的連續帶狀^^射元 圖所示)’如此可同時量測連續帶狀物之縱向二(=1 維重量均勻度。 口 /、杈向的兩 '雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其

以限定本發明，任何孰習肤姑蓺 W 技藝者，在不脫離本發明之精 珅和範圍内，當可作各種之更動與潤飾，因 護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂，下文特舉一舫杜杳 季乂 4土貝轭例，並配合所附圖式，作詳 細說明如下： 第—1圖係繪示本發明之一較佳實施例之示意圖； 第2圖係綠不本發明之一較佳實施例的方法示意圖； 第圖係繪不本發明之一較佳實施例之方法流程 圖；以及 弟4圖係綠示本發明之一較佳實施例之裝置流程圖。 【元件代表符號簡單說明】 1 〇〇 .重置均勻度量測裝置 102:第-特定波長發射元件 104:第-特定波長接收元件 15 1247112 106 ··訊號處理器 108 :電腦 11 0 :連續帶狀物 201 :連續帶狀物 202 :特定波長發射器 203 :特定波長接收器 302、304、306、308 :步驟 402 :發射端電路 404 :接收端電路

4 1 0 :溫度補償裝置 412 :第二特定波長發射元件 414 :第二特定波長接收元件 416 :回授比較器 420 :振盪器 430 :訊號觸發時序 440 :訊號前處理器 450 :訊號放大及積分電路 460 :類比/數位轉換電路

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Claims (1)

1247112 拾、申請專科親屬 _ . 里㈡度量測農置，以特定波長量測-連 績帶狀物之重量均勺声，兮i曰^ ^ ^勺度，^重量均勻度量測裝置至少包 含· …-第-特定波長發射元件，發射—特定波長之一量測 光源汛號至该連續帶狀物； :特疋波長接收兀件’接收穿透該連續帶狀物之 该1測光源訊號’並輸出一量測電氣訊號； 一訊號處理器，呈古—、、田由、士# # 償裝置包含：皿度補侦裝置’其中該溫度補 --第二特定波長發射元件，該第二特定波長發射 :件之特性與該第_特定波長發射元件相同，發射該 特定波長之一參考光源訊號； _ -第二特定波長接收元件’該第二特定波長接收 ^牛之特性與該第-特定波長接收元件相同，接收該 多考光源訊號，並產生一參考電氣訊號；以及 = 回授比較器，根據該參考電氣訊號，分別補償 該第m長發射元件以及該第一 μ波長接收 兀件之驅動電流；以及 一電腦，根據該量測電氣訊號，計算該連續帶狀物之 17 1247112 2·如申請專利範圍第1項所述之重量均勻度量測袭 置，其中該訊號處理器更包含： 一發射端電路； 一訊號放大及積分電路； 一訊號觸發時序； 一振盈器’其中該訊號放大及積分電路觸發該訊號觸 發時序，使該振盪器產生一同步頻率訊號傳送至該溫度補 你裝置，並藉由该發射端電路使該第一特定波長發射元件 產生該量測光源訊號； 一接收端電路，接收該量測電氣訊號； 一訊號前處理器；以及 一類比/數位轉換電路，其中該量測電氣訊號經由該 訊號前處理器之處理後，利用該訊號放大及積分電路對電 壓及時間做積分，並藉由該類比/數位轉換電路將該量測 電氣訊號轉換為一數位訊號，再傳送該數位訊號至該電 腦。 3. 如申請專利範圍第2項所述之裝置，其中該發射 端電路之驅動電流流過該第二特定波長發射元件，且該接 收端電路之驅動電流流過該第二特定波長接收元件，藉以 利用該回授比較器校正環境溫度差。 4. 如申請專利範圍帛工項所述之裝置，其中該特定 波長之範圍係介於1〇至4800 nm之簡。 1247112 5·如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該第_ 特定波長發射元件係為一發光二極體或一雷射二極體。 6·如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該第一 特定波長接收元件係為一偵測器或一感應器。 7 · 種重里均勻度罝測方法，至少包含： 以特疋波長之一量測光源訊號照射一連續帶狀 物；以及 ' 接收穿透該連續帶狀物之該量測光源訊號，藉由該連 續帶狀物之透光率與單位面積重量之函數關係，量測該連 續帶狀物之重量均勻度。 8.如申請專利範圍第7項所述之重量均勻度量測方 法，其中該重量均勻度量測方法更包含： 以一光譜測試步驟決定該連續帶狀物所適用之 定波長；以及 依此調整或更換使用適 一 I⑺週用於忑特疋波長的發射元件 ^ •如甲晴專利範圍第8項所述 法 其中"亥重里均勻度量測方法更包含 測武該特定泳具θ 亏疋夜長疋否符合量測該連續帶狀物之 19 1247112 均勻度的標準。 10.如申請專利範圍第9項所述之重量均勻度量測方 法，其中該標準係選自iso 9073_4、DIN EN29()73、ns 1085、ASTM D3776-85 以及 ΕΝ 29073-2 其中之一。 11·如申請專利範圍第8項所述之重量均勻度量測方 法，其中該發射元件係為一發光二極體或一雷射二極體。 12.如申請專利範圍第8項所述之重量均勻度量測方 法，其中該接收元件係為一感測器。 13.如申請專利制第7項戶斤述之重量均句度量測方 法’其中該量測光源訊號係以—第一特定波長發射元件來 發射’並以-第-特^波長發射元件來接收，其中該重量 均勻度量測方法更包含： 發射該特定波長之一參考光源訊號； 接收該參考光源訊號’並產生一參考電氣訊號；以及 _根據該參考電氣訊號，分別補償該第一特定波長發射 疋件以及该第一特定波長接收元件之驅動電流。 所述之重量均勻度量測 一第一特定波長發射元 收元件來接收，該第二 14.如申請專利範圍第13項 方法’其中該參考光源訊號係利用 來發射，並利用-第二特定波長接 20 1247112 特定波長發射元件之特卜 ^ — 特性與該第一特定波長菸料-μ 同，且該弟二特定波長技 *射凡件相 長接收7L件之特性與該第〜 接收元件相同。 特&波長 15·如申請專利範圍第13項所述之重 方法，其中該第一特定波長發射元件以及該第 接收兀件之驅動電流係利用—回授比較器來補償。、 、I6.如申請專利範圍第7項所述之重量均勻度量測方 法其中該重篁均勻度量測方法更包含： 以一訊號放大及積分電路觸發一訊號觸發時序，使一 振盪is產生一同步頻率訊號傳送至該溫度補償裝置以及 一發射端電路，使該第一特定波長發射元件產生該量測光 源§fL 虎； 在該第一特定波長接收裝置產生該量測電氣訊號 後’以一接收端電路接收該量測電氣訊號； 以一訊號前處理器處理該量測電氣訊號，並利用該訊 號放大及積分電路對該量測電氣訊號之電壓及時間做積 分； 以一類比/數位轉換電路將已積分之該量測電氣訊 號轉換為一數位訊號；以及 傳送該數位訊號至一電腦，供計算該連續帶狀物之重 量均勻度。 21 1247112 1 7.如申請專利範圍第1 6項所述之重量均勻度量測 方法，其中該發射端電路之驅動電流流過該第二特定波長 發射元件，且該接收端電路之驅動電流流過該第二特定波 長接收元件，藉以利用該回授比較器校正環境溫度差。 1 8.如申請專利範圍第7項所述之重量均勻度量測方 法，其中該特定波長之範圍係介於10至4800 nm之間。 22