WO1999002940A1 - Vorrichtung zur messung von querprofilen bestimmter eigenschaften einer laufenden materialbahn, insbesondere aus papier oder pappe - Google Patents
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- D21G9/00—Other accessories for paper-making machines
- D21G9/0009—Paper-making control systems
Definitions
- the invention relates to a device for measuring cross profiles of certain properties of a running material web, in particular made of paper or cardboard, with sensors for recording measured values which are connected to a measuring frame spanning the running material web in the transverse direction.
- Porosity and / or formation has so far been measured traversing with a single sensor.
- a single sensor is known, for example, from DE 38 27 084 Cl, in which a measuring bridge is provided which is stationary over a running paper web and transversely to it, with one on the
- the number of measuring points depends solely on the measuring speed of the sensor. If the number of measuring points is sufficient, a process control system can be fed in which a traversing sequence program is used.
- a sensor array is in the DE 42 32 538 AI indicated. It specifically deals with a method and a device for checking running, opaque material webs for the presence of holes, in which only a yes / no signal is generated with a transmitter diode array and an associated receive diode array.
- the object of the invention is to create a practical device which takes advantage of array technology, but minimizes the number of individual sensors.
- a sensor array is formed from a predetermined number of sensors which are attached to fixed positions of the measuring space, and that the measuring frame laterally in one compared to its extension small range can be deflected, the deflection of the measuring frame increasing the number of measuring points of the cross profile of the properties to be determined per sensor.
- the number of measuring points of linear sensor arrays for measuring the transverse profile of the paper web is determined by the invention. increased due to a lateral movement of the entire measuring frame.
- a linear sensor array can thus advantageously also be used to regulate the transverse profile of certain properties in the production process of the paper web by means of a paper machine with paper head and actuators. According to the theory, it is necessary that three measured values are required for the control of each actuator on the paper head. With a paper web width of up to 10 m, there may be, for example, approximately 120 actuators on the headbox which require a number of 360 measured values. The construction of a sensor array would mean that 360 individual sensors would be required.
- the invention enables the high number of 360 individual sensors to be reduced in order to keep the expenditure for the entire measuring system within limits.
- the entire measuring frame only needs to be movable in both directions transversely to the paper web, which is on the order of less than 1%.
- the deflection should be as large as the width of an actuator, e.g. with 120 actuators over a width of 10 m a total of approx. 8 cm, i.e. 4 cm in each direction.
- a sensor is thus directly assigned to each actuator and the number of sensors is considerably reduced.
- the movement of the measuring frame is advantageously coordinated or synchronized with the measuring speed of the sensors so that when the frame moves e.g. 8 cm at least three measurements can be made.
- FIG. 1 shows an online spectrometer for a sequential measurement on a paper web
- FIG. 2 shows a movable measuring frame for use in an arrangement according to FIG. 1.
- Figure 1 shows the arrangement of sensors, e.g. of infrared sensors, for measuring paper quality.
- the sensors are arranged as a linear array to record the cross profile.
- a light source 1 can form the linear array on a running paper web 100 via a plurality of light guides 10, 10 ',...
- the absorption of optical radiation is measured via a large number of receiving light guides 20, 20 ', ... arranged in accordance with the transmission light guides 10, 10', ....
- the received signals are fed to a detector 30 via a multiplexer 25.
- a measuring frame for the sensors which is fixedly arranged in the prior art and spans the current paper transitions in the transverse direction.
- Such a measuring frame is designated by 200 in FIG.
- Sensor elements 201, 201 ',... are connected to the measuring frame as a linear array 210, with each of which individual measuring points are acquired transverse to the path.
- the number of measuring points can be increased by a lateral movement of the measuring frame 200 in FIG. 2, without an increase in the number of sensors being necessary.
- a paper width of, for example, 10 m you have about 120 actuators of about 8 cm in width on the headbox.
- 360 measurements ie 360 sensors, would be required. If the entire frame 200 is moved laterally by a total of 8 cm, only 120 sensors are required.
- the speed of the frame 200 is coordinated with the sensors 201, 201 ', ... in such a way that at least three pass through the frame Measurements take place. If a single measurement takes approx. 50 ms and thus the measurement of 120 sensors 6 s, the frame has to cover a distance of 8 cm in 18 s. This means that the speed of the movable measuring frame 200 is approximately 27 cm / min.
- the frame 200 is movably mounted on rollers 220, 220 '... and 225.
- the drive takes place with at least one stepper motor 250, the speed of which is synchronized with the measuring speed of the sensors 201, 201 ',...
- the transmission of the movement of the motor 250 to the frame can e.g. B. with a system of gears 240, 240 ', ... done.
- Endpoint switches 235 are provided at the ends of the running route, which automatically reverse the
- the signal from the end point switch 235 can also be used to check the synchronization of frame movement and measuring speed and to readjust if necessary.
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Abstract
Bei einer Vorrichtung zur Messung von Querprofilen bestimmter Eigenschaften einer laufenden Materialbahn sind Sensoren zur Erfassung von Meßwerten mit einem die laufende Papierbahn in lateraler Richtung überspannenden Meßrahmen verbunden. Erfindungsgemäß wird aus einer Vielzahl von Sensoren (10, 10', ...; 201, 201'), die fest am Meßrahmen (200) angebracht sind, ein Sensorarray (210) gebildet, und ist der Meßrahmen (200) in einem lateral gegenüber seiner Ausdehnung vergleichsweise geringen Bereich auslenkbar, so daß die Zahl der Meßpunkte des Querprofils der zu bestimmenden Eigenschaften pro Sensor (10, 201) erhöht ist.
Description
Beschreibung
Vorrichtung zur Messung von Querprofilen bestimmter Eigenschaften einer laufenden Materialbahn, insbesondere aus Papier oder Pappe
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung von Querprofilen bestimmter Eigenschaften einer laufenden Materialbahn, insbesondere aus Papier oder Pappe, mit Senso- ren zur Erfassung von Meßwerten, die mit einem die laufende Materialbahn in Querrichtung überspannenden Meßrahmen verbunden sind.
Zur Bestimmung von Profilen von Papier- oder Pappeeigenschaf- ten quer zu einer laufenden Papierbahn, wie beispielsweise
Porosität und/oder Formation, wurde bislang mit einem einzigen Sensor traversierend gemessen. Eine solche Einrichtung ist beispielsweise aus der DE 38 27 084 Cl vorbekannt, bei der eine ortsfest über einer laufenden Papierbahn und quer zu ihr angeordnete Meßbrücke vorgesehen ist, mit einem an der
Meßbrücke hin- und her-, d.h. quer zur Papierbahn, bewegbaren Meßkopf zur Vornahme der Messungen. Bei solchen Messungen ist die Zahl der Meßpunkte allein von der Meßgeschwindigkeit des Sensors abhängig. Ist die Anzahl der Meßpunkte hinreichend, lassen sich damit ein Prozeßleitsystem speisen, in dem ein Traversierungsablaufprogramm eingesetzt ist.
In kinematischer Umkehrung zu einem über der Materialbahn traversierenden Meßkopf könnte auch mit einem feststehenden Sensorarray mit einer Vielzahl von Sensoren gemessen werden. Sensorarrays zur Bestimmung von Querprofilen werden allerdings bisher in Papierfabriken nicht eingesetzt, da bei der großen Breite der Papierbahnen die Anzahl der Sensoren und der damit verbundene technische Aufwand einschließlich der Auswertung zu groß würde. Zwar wird ein Sensorarray in der
DE 42 32 538 AI angegeben. Dort geht es speziell um ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen von laufenden, opaken Materialbahnen auf das Vorhandensein von Löchern, bei dem mit einem Sendediodenarray und einem dem zugeordneten Empfangs- diodenarray jeweils nur Ja/Nein-Signale erzeugt werden.
Weiterhin ist aus der DE 36 18 518 AI ein Verfahren zum Messen von Eigenschaften einer durchgehenden Materialbahn im Querprofil bekannt, bei dem aus Lasern Lichtimpulse mit ge- wünschten Wellenlängen über eine optische Verzögerungsleitung auf die Materialbahn gerichtet werden, auf der damit eine Reihe quer angeordneter Meßpunkte gebildet wird, von denen die Meßergebnisse als serielle Impulsamplitudenfolge erhalten werden. Aus den Auswertungsergebnissen mit normierter Impuls- amplitude kann daraus das Querprofil der zu messenden Größe unter Eichung mit bekannten Proben berechnet werden.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine praxisgerechte Vorrichtung zu schaffen, die Vorteile der Array- technik ausnützt, aber die Anzahl der Einzelsensoren minimiert .
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art gemäß Patentanspruch 1 dadurch gelöst, daß aus einer vorgegebenen Anzahl von Sensoren, die an festen Positionen des Meßraumes angebracht sind, ein Sensorarray gebildet ist, und daß der Meßrahmen lateral in einem gegenüber seiner Ausdehnung vergleichsweise geringen Bereich auslenkbar ist, wobei durch die Auslenkung der des Meßrahmen die Zahl der Meßpunkte des Querprofils der zu bestimmenden Eigenschaften pro Sensor erhöht wird. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Durch die Erfindung wird die Zahl der Meßpunkte von linearen Sensorarrays zur Messung des Querprofiles der Papierbahn auf-
grund einer lateralen Bewegung des gesamten Meßrahmens erhöht. Damit kann vorteilhafterweise ein lineares Sensorarray auch zur Regelung des Querprofiles bestimmter Eigenschaften im Produktionsprozeß der Papierbahn mittels einer Papier- maschine mit Papierauflauf und Stellgliedern eingesetzt werden. Nach der Theorie ist es erforderlich, daß für die Regelung jedes Stellgliedes am Papierauflauf jeweils drei Meßwerte benötigt werden. Bei einer Papierbahnbreite von bis zu 10 m können z.B. ca. 120 Stellglieder am Stoffauflauf vorhanden sein, die eine Zahl von 360 Meßwerten benötigen. Bei dem Aufbau eines Sensorarrays wäre damit verbunden, daß 360 Einzelsensoren benötigt würden.
Die Erfindung ermöglicht, daß die hohe Zahl von 360 Einzel- sensoren verringert wird, um den Aufwand für das gesamte Meßsystem in Grenzen zu halten. Dazu braucht der gesamte Meßrahmen quer zur Papierbahn jeweils nur einige cm in beide Richtungen bewegbar sein, was in einer Größenordnung von weniger als 1 % liegt. Im Rahmen der Erfindung sollte die Auslenkung so groß wie die Breite eines Stellgliedes sein, z.B. bei 120 Stellgliedern auf 10 m Breite insgesamt ca. 8 cm, d.h. 4 cm in jede Richtung. Damit ist jedem Stellglied unmittelbar ein Sensor zugeordnet und die Anzahl der Sensoren erheblich verringert.
Die Bewegung des Meßrahmens wird vorteilhafterweise mit der Meßgeschwindigkeit der Sensoren so abgestimmt bzw. synchronisiert, daß bei einer Bewegung des Rahmens von z.B. 8 cm mindestens drei Messungen erfolgen können.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Patentansprüchen. Es zeigen in schemati- scher Darstellung
Figur 1 ein Online-Spektrometer für eine sequentielle Messung an einer Papierbahn und Figur 2 einen beweglichen Meßrahmen zur Verwendung bei einer Anordnung gemäß Figur 1.
Figur 1 zeigt die Anordnung von Sensoren, z.B. von Infrarotsensoren, zur Messung der Papierqualität. Zur Erfassung des Querprofiles sind die Sensoren als lineares Array angeordnet. Beispielsweise kann eine Lichtquelle 1 über eine Vielzahl von Lichtleitern 10, 10', ... an einer laufenden Papierbahn 100 das lineare Array bilden. Gemessen wird die Absorption von optischer Strahlung über eine Vielzahl entsprechend den Sendelichtleitern 10, 10', ... angeordnetem Empfangslichtleiter 20, 20' , ... . Über einen Multiplexer 25 werden die Empfangssignale einem Detektor 30 zugeführt.
Bei Verwendung einer Anordnung gemäß Figur 1 zur Messung im Produktionsbetrieb einer Papiermaschine ist ein Meßrahmen für die Sensoren vorhanden, der beim Stand der Technik fest ange- ordnet ist und in Querrichtung die laufenden Papierübergänge überspannt. Ein solcher Meßrahmen ist in Figur 2 mit 200 bezeichnet. Mit dem Meßrahmen sind Sensorelemente 201, 201', ... als lineares Array 210 verbunden, mit denen jeweils einzelne Meßpunkte quer zur Bahn erfaßt werden.
Durch eine Lateralbewegung des Meßrahmens 200 in Figur 2 läßt sich die Zahl der Meßpunkte erhöhen, ohne daß damit eine Vergrößerung der Zahl der Sensoren erforderlich ist. Bei einer Papierbreite von z.B. 10 m hat man etwa 120 Stellglieder von ca. 8 cm Breite am Stoffauflauf . Nach der Theorie wären 360 Messungen, d.h. 360 Sensoren erforderlich. Wenn der gesamte Rahmen 200 um insgesamt 8 cm lateral bewegt wird, sind nur noch 120 Sensoren erforderlich. Die Geschwindigkeit des Rahmens 200 wird so mit den Sensoren 201, 201', ... abge- stimmt, daß bei einem Durchlauf des Rahmen mindestens drei
Messungen erfolgen. Benötigt eine Einzelmessungen ca. 50 ms und damit die Messung von 120 Sensoren 6 s, muß der Rahmen in 18 s einen Weg von 8 cm zurücklegen. Dies bedeutet, daß die Geschwindigkeit des beweglichen Meßrahmens 200 bei etwa 27 cm/min liegt.
In Figur 2 ist weiterhin die Konstruktion der Vorrichtung verdeutlicht: Der Rahmen 200 ist auf Rollen 220, 220' ... und 225 beweglich gelagert. Der Antrieb erfolgt mit wenigstens einem Schrittmotor 250, dessen Geschwindigkeit mit der Meßgeschwindigkeit der Sensoren 201, 201', ... synchronisiert wird. Die Übertragung der Bewegung des Motors 250 auf den Rahmen kann z. B. mit einem System von Zahnrädern 240, 240', ... erfolgen. An den Enden der Laufstrecke sind Endpunkt- Schalter 235 vorzusehen, die eine automatische Umkehr der
Bewegungsrichtung einleiten. Das Signal der Endpunktschalter 235 kann auch benutzt werden, die Synchronisation von Rahmenbewegung und Meßgeschwindigkeit zu kontrollieren und ggf. nachzuregeln .
Claims
1. Vorrichtung zur Messung von Querprofilen bestimmter Eigenschaften einer laufenden Materialbahn, insbesondere aus Papier oder Pappe, mit Sensoren zur Erfassung von Meßwerten, die mit einem die laufende Materialbahn in Querrichtung überspannenden Meßrahmen verbunden sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß aus einer vorgegebenen Anzahl von Sensoren die Sensoren (201, 10, ...), die an festen Positionen des Meßrahmens (200) angebracht sind, ein Sensorarray (210) bilden und daß der Meßrahmen (200) in einem lateral gegenüber seiner Ausdehnung vergleichsweise geringen Bereich auslenkbar ist, wobei durch die Auslenkung des Meßrahmens (200) die Zahl der Meßpunkte des Querprofils der zu bestimmenden Eigenschaften pro Sensor (201, 10, ...) erhöht wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, zur Messung von Querprofilen an einer in einer Papiermaschine mit Papierauflauf laufenden Papierbahn, mit einer Anzahl von vorgegebenen Stellgliedern für den Papierauflauf, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Zahl der Sensoren (10, ..., 201, ...) der Zahl der Stellglieder der Papiermaschine entspricht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Meßrahmen (200) weniger als 1 % seiner Breite lateral verschiebbar ist und in der Lateralrichtung Oszillationsbewegungen ausführt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei einer Papierbreite von etwa 10 m der Meßrahmen (200) eine Oszillationsbewegung von etwa i 4 cm ausführt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Bewegungen des Meßrahmens (200) und die Messungen derart synchronisierbar sind, daß bei einer Oszillation des Rahmens mindestens drei Messungen er- folgen können.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2 und Anspruch 5, wobei 360 Stellglieder am Papierauflauf vorhanden sind, d a d r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Sensorarray (210) aus 120 Sensoren (10, 10', ..., 210, 210', ...) besteht.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß für die Auslenkung des Meßrahmens (200) ein Schrittmotor (250) vor- handen ist.
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