WO2009077218A1 - VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR ERFASSUNG ZUMINDEST EINER DIE EIGENSCHAFTEN EINER OBERFLÄCHE IN EINER MATERIALBAHNBEHANDLUNGSEINRICHTUNG WENIGSTENS MITTELBAR CHARAKTERISIERENDEN GRÖßE UND VERFAHREN ZUR OPTIMIERUNG DER BETRIEBSWEISE EINER MATERIALBAHNBEHANDLUNGSEINRICHTUNG - Google Patents

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR ERFASSUNG ZUMINDEST EINER DIE EIGENSCHAFTEN EINER OBERFLÄCHE IN EINER MATERIALBAHNBEHANDLUNGSEINRICHTUNG WENIGSTENS MITTELBAR CHARAKTERISIERENDEN GRÖßE UND VERFAHREN ZUR OPTIMIERUNG DER BETRIEBSWEISE EINER MATERIALBAHNBEHANDLUNGSEINRICHTUNG Download PDF

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Rudolf Münch
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for detecting at least one of the properties of a surface in a material web treatment device at least indirectly characterizing size by determining the reflection behavior / reflectance of the surface.
  • the invention further relates to a method for optimizing the operation of a material web treatment device.
  • Material webs in particular fibrous webs in the form of paper, board or tissue webs are known in a large number of designs from the prior art.
  • the surface condition is of particular importance, in particular the gloss and the printability.
  • Gloss is an optical property of a surface characterized by the ability to reflect light. The measurement of gloss with known Refiexionsmesssystemen in the surface of the fibrous web by determining the reflection in a very specific angle of usually either 45 ° according to DIN 45402 or 75 ° according to TAPPi T480.
  • a separate measuring device is required for each measuring location in a machine for producing fibrous webs, in particular the surface-finishing treatment devices before and after such a treatment device.
  • a plurality of nip-forming rolls act successively on the web of material using steam, water, temperature and pressure.
  • the material web is passed through a plurality of treatment units.
  • the measurement takes place only at the end of the calendering process, ie after the last treatment unit.
  • the measurement includes the effect of all individual treatment steps on the individual treatment units in superimposed form. An assessment of the individual treatment steps is therefore quite difficult. An optimization of the individual treatment steps, i. The individual treatment units within the treatment facility is not possible on this basis.
  • the invention is therefore based on the object to provide a method for assessing individual treatment steps in a treatment facility with simple means and low control engineering effort.
  • the requisite measurements of a variable determining the properties of the surface of a material web should be able to be realized with minimal effort.
  • the solution according to the invention is characterized by the features of claims 1, 20 and 40. Advantageous embodiments are described in the subclaims.
  • the inventive method for detecting at least one of the properties of a surface in a material web treatment device at least indirectly characterizing size by determining the Reflezenverha- / Refiexionsterrorisms, in particular the Refiexionsgrades is characterized in that at least one emission source, the surface at at least two different measuring locations off or illuminated and at least one of the Refiexions / Refelexionshunt, in particular the Refiexionsgrad the surface at least indirectly characterizing size at the individual measuring locations is detected simultaneously by means of a detector device.
  • the method according to the invention it is possible to detect simultaneously at different measuring locations at least one variable which at least indirectly characterizes the reflection behavior of the surface and thus a variable describing the surface quality during operation of the treatment device at different treatment units, which cover the different measuring locations, so that the determined actual variables also allow an assessment of the mode of operation of the individual treatment units of a treatment facility and also form the basis for the control of the control units associated with these treatment units.
  • the effort for detecting the sizes is low due to the use of only one detector device.
  • Measuring locations are point, line or flat areas where the surface is scanned.
  • the reflectance indicates how much of the incident radiation is reflected.
  • a part is transmitted and / or absorbed by the material web.
  • the quantities which at least indirectly characterize a size or a property are quantities which describe either the size or the property directly or else those which are functionally related to the variables characterizing the surface condition. That is, the properties can be derived directly from these variables, for example by mathematical operations or empirically determined characteristic curves, characteristic diagrams.
  • the measuring locations for detecting a variable which at least indirectly characterizes the reflection behavior of the surface can be arranged directly adjacent to each other or at a distance from each other in the longitudinal and / or transverse direction of the treatment device.
  • the longitudinal direction describes the direction of passage of the material web and is also referred to as the machine direction.
  • the Guerraum corresponds to the width direction of the treatment device.
  • offset from one another in the longitudinal direction of the treatment device measuring locations can also be offset from each other in the height direction, so that there is a completely different measurement geometry for the individual sites.
  • the measurement geometry is characterized by the distances between the measurement sites and the emission source, the distances between the measurement sites and the detector device and the arrangement detector device and emission sources.
  • the detection takes place on at least two measuring locations spaced apart from one another in the machine longitudinal direction of the treatment device.
  • This solution is particularly advantageous in the case of treatment units arranged one behind the other and treating a material web, since the detected actual values can be used to control the mode of operation during the passage of the Matertaibahn.
  • the detection of a parameter which at least indirectly characterizes the reflection behavior / reflectance of the surface at at least two measurement locations which are arranged at a distance from the machine direction offers the advantage that Optimum monitoring of the properties of the material web in the transverse direction. According to a particularly advantageous further development, the detection takes place at a plurality of measuring locations over the machine width for the determination of a transverse profile, wherein this can be controlled as a function of the deviations of the determined actual values from the required setpoint values.
  • the detection takes place by means of only one detector device, comprising at least one image capture device, wherein the images are evaluated in an evaluation device.
  • the evaluation can take place directly after the acquisition of these variables, in particular if they are needed directly as input variables for a controller.
  • the detection takes place by means of an image recording device, in particular a camera, wherein a spatial resolution greater than 10 cm per measuring location is selected. By this it is meant that, for example, at least 100 quality values (e.g., gloss) across the web width can be determined on a 10 meter wide paper web.
  • an image recording device is used, by means of which a plurality of measurement locations in the machine longitudinal direction and / or transverse direction can be recorded simultaneously with a predefined resolution, preferably greater than 20 ⁇ 20 pixels.
  • a predefined resolution preferably greater than 20 ⁇ 20 pixels.
  • an image acquisition device with sufficiently predefined pixel resolution is always used, so that a certain predefined width of the measurement location is imaged, preferably greater than 1 m.
  • the detector device used in accordance with the invention is designed in such a way that different reflection angles can be recorded simultaneously at at least one of the measuring locations and / or the individual measuring locations. This is particularly advantageous for the guidance of material webs on curved surfaces, such as rollers or for determining the surface quality of Materiaibahnrollen.
  • a goniophotometer is preferably used for this purpose.
  • the quantity which at least indirectly characterizes the reflection behavior / reflectance it is preferable to detect a measure relating to the intensity of the reflection, for example the reflectance degree.
  • the determination at the individual measuring locations is preferably carried out continuously.
  • the inventive method is suitable in a particularly advantageous manner for detecting the reflection behavior of a moving surface, in particular material web during operation of a treatment device.
  • the reflection behavior of the surface of the material web in the through-direction of the material web at the measurement sites arranged at a distance is preferably determined and the change in the reflection behavior of the surface between the two measurement locations is detected, deviations in the change behavior between the measurement locations being an indication of a disturbance or an error not optimized operation of a treatment unit can be considered.
  • the reflection behavior of a rotating surface in the form of a Waize for example, for diagnostic purposes and / or a MateriaSbahnrolle be determined.
  • the gloss, the roughness and the printability as the function of the reflection behavior can be determined as the variables which at least indirectly characterize the surface properties.
  • the inventive method for optimizing the operation of a treatment device is characterized in that at least one, the
  • Treatment device at least indirectly characterizing size during the operation of the treatment device is determined at different measuring locations such that the surface at the at least two different measuring locations is illuminated by means of at least one emission source and at least one variable which at least indirectly characterizes the reflection behavior of the surface is detected simultaneously at the individual measuring locations and those which Properties of the surface at least indirectly characterizing size at the individual measuring locations as input of the control and / or regulation of the operation of the treatment device is at least indirectly characterizing size set.
  • the simultaneous actual value detection at different treatment units allows optimal monitoring of the operation of a treatment device containing them.
  • The, the properties of the surface of a material web and / or a component of the treatment device at least indirectly characterizing size is preferably determined according to one of claims 1 to 19.
  • a change in the properties of the surface of the material web at least indirectly characterizing variables is detected, depending on the change behavior, the treatment device is controlled in order to achieve a homogeneous surface of the material web.
  • the moving surface in particular material web surface, is treated by at least one of the following measures:
  • a calender device is used as the treatment device, comprising a plurality of smoothing cylinders each forming a nip, the Measuring locations preferably provided on different smoothing cylinders or Whyswaizen.
  • a manipulated variable for controlling at least one of the following components of the calender device can be generated: steam box;
  • the treatment device is designed, for example, as a Wtckel adopted for a roll of web material
  • at least one, the properties of the surface of a Materiaibahnrolie and / or one of the rollers of the winding device at least indirectly characterizing size is detected and used as the input large control of the winding device.
  • the properties of the surface of a Mater ⁇ aibahnroile and / or one of the rollers of the winding device at least indirectly descriptive size of one of the following parameters of the winding device is controlled:
  • an initial state is predefined before the start-up of the treatment device and, during operation, a measurement of at least one of the sizes at least indirectly characterizing the surface of the material web is carried out and a change of this from the initial state is monitored.
  • the comparison variables of the initial state can be freely defined.
  • an adjustment of the treatment device can be regarded as the initial state, by means of which a slight influence on the surface condition of the material web is produced.
  • An alternative possibility is to regard as starting state a state free from the passage of a material web and to cover the measuring locations to be assessed in the measuring area with a material which has a known, as homogeneous as possible surface characteristic. Mitteis this cover is a reference measurement.
  • the surfaces of the roller not yet wrapped by the material web can be used to define the initial state.
  • the individual measurement results which form actual values at a specific time, can be continuously recorded for correlation purposes and compared with predefined measured values of a standard measuring system within the machine or in the laboratory.
  • the differences in the measurement geometry when viewing more than one measurement location with the same detector unit can be compensated in the measurement result by suitable means, reference measurements being used and / or theoretical models and / or previously known experimental characteristics being used.
  • the reflection behavior of the surface is evaluated at different wavelengths or spectra.
  • At least one quality value of the material web is determined from the reflection behavior of the surface.
  • Other available measuring variables from other measuring devices or data sources such as basis weight, humidity, temperature, thickness, Formation, composition, gloss, smoothness, roughness, printability, blackening, fiber orientation can be used as additional information in order to more accurately determine the quality values by appropriate consideration and linking of the relevant information.
  • the device for detecting at least one size at least indirectly characterizing a surface in a treatment device for material webs comprising at least one emission source which is directed onto the surface and a detector unit, via which the reflection behavior of the surface takes place, is characterized in that an emission source and a detector device are assigned to a plurality of measurement locations together. An angle of less than 150 degrees relative to the measuring location is selected between the emission device and the detector device, and the distance between the measuring location in the machine and the detector device is greater than 5 m. This ensures that the detector device is not exposed to extreme conditions.
  • the inventive method can be carried out on one and / or both sides of the Materiaibahn.
  • FIG. 1 shows, in a schematically simplified representation, the basic structure of a device designed according to the invention for detecting at least one variable which at least indirectly characterizes the properties and / or quality of a surface in a treatment device;
  • Figures 2a and 2b illustrate exemplary embodiments of the detector device
  • FIG. 3 illustrates the arrangement of the device for detecting at least one variable which at least indirectly characterizes the properties and / or quality of a surface in a calender device
  • Figures 4a and 4b illustrate possibilities of measurement in the transverse direction of the surface
  • FIG. 5 illustrates the processing of the detectable quantities on the basis of a block diagram
  • Figure 6 illustrates the operation of a goniophotometer
  • FIG. 7 illustrates, on the basis of a signal flow diagram, a method for optimizing the mode of operation of a treatment device.
  • FIG. 8 illustrates another method for optimizing the operation of a treatment device.
  • FIG. 1 illustrates, in a schematically simplified representation, the basic structure of a device 1 designed according to the invention for detecting at least one variable whose characteristics and / or quality of a surface 2 are at least indirectly characterized by its reflection behavior.
  • the device 1 serves to detect these quantities at at least two different measurement locations 3 and 4, which are arranged at a particular distance from each other, in a treatment device 5 for a material web 6.
  • the measurement locations 3, 4 can be dot-shaped, line-shaped or area-shaped regions describe.
  • Each individual measuring location 3, 4 can be described by coordinates in a fixed coordinate system XYZ.
  • the XYZ coordinate system is determined with reference to a device or device in which the reflection behavior of the surface 2 is to be determined.
  • the surfaces 2 are directly around the surface 2 of material webs 6, in particular in the form of fibrous webs, for example paper, board or tissue webs and thus around a surface 2 moved by a machine
  • the coordinate system XYZ determined by the respective treatment device 5 and thus of the part of the machine for producing such webs, in which at least one of the properties and / or the quality of the surface 2 of the material web 6 at least indirectly characterizing size is detected.
  • the X direction is described by the guide direction of the material web 6, which also corresponds to the machine longitudinal direction. This is also called machine direction MD direction designated.
  • the Y direction describes the direction perpendicular to the machine direction MD and is also referred to as CD.
  • FIG. 1 illustrates, in a schematized simplified representation with reference to a view from the right, the basic structure of the device 1 for detecting a variable characterizing the properties of a surface 2 at least partly associated with a treatment device 5.
  • the device 1 comprises at least one emission device 7, in particular in shape a light source.
  • the light source 7 is selected and designed such that it is suitable for illuminating the surface 2 at the two measuring locations 3 and 4.
  • the distance a- [describes the distance between the emission device 7 and the measuring location 3, the distance a 2 describes the distance between the emission device 7 and the measuring location 4.
  • the emitted by the emission device 7 and incident on the surface 2 light beams 8, 9 meet while on the surface 2 at the spaced apart in the machine direction MD measuring locations 3 and 4.
  • the surface 2 of the material web 6 is a moving surface. At this the incident light beams 8, 9 are at least partially reflected.
  • the light beams 8, 9 meet obliquely, ie at an angle of incidence CH on the surface 2 at the measuring location 3 and at an angle of incidence ⁇ 2 at the measuring location 4.
  • the angle ⁇ becomes relative to a vertical, the detailed sound L, here Li and L 2 measured at the surface.
  • the light beams 8, 9 at the two measuring locations 3, 4 are reflected in the area of the surface 2 and the reflected light beams 10, 11 occur in a so-called exit angle ßi or ß 2 again.
  • the individual Ausfallwinkei ßi or ß 2 is determined with respect to the Lot Li or L 2 , to the surface 2.
  • the incident light beams 8 and 9, the solders L 5 , L 2 and the outgoing or reflected beams 10, 11 lie here in a plane. For the measuring location 3, these lie in a plane E 3 and for the measuring location 4 they lie in a plane E 4 . Depending on the opacity of the surface 2, either the light beams 8, 9 can be completely reflected or a part is trans mitted and absorbed.
  • the reflected light beams 10, 11 are detected by a measuring device 3 and 4 jointly associated detector device 12.
  • the detector device 12 can be designed in various ways. This can be an image capture device 13.
  • the image capture device 13 may be embodied, for example, in the form of a camera, with which the reflected light beams 10 and 11 are detected simultaneously for the individual measurement locations 3 and 4, the reference between image acquisition 13 and the measurement locations 3 and 4 being established by a corresponding allocation device 14 and an exact assignment of the recoverable from the outgoing light beams 10, 11 and derivable reflection values allows.
  • the surface quality of the surface 2 in the region of the measuring locations 3, 4 can be described as a function of the reflection behavior, in particular of the reflectance RG, in the region of these measuring locations 3, 4.
  • the detector unit 12 can be equipped only with the image capturing device 13 and the associating device 14 and an interface 15 in the form of a communication interface for preferably immediate transmission of the ascertained information.
  • the interface 15 comprises at least one transmitter device 16, which forwards the ascertained parameters to a receiving device 17 of an image processing device 18.
  • the receiving device 17 can be integrated in a separate device 18 arranged at a distance from the detector device 12.
  • FIG. 2b illustrates an embodiment of the detector device 12 with integrated image processing device 18.
  • This device comprises an image acquisition device 13, an allocation device 14 to the individual measurement locations 4 and 3, wherein the allocation device 14 can already form a unit with the detection device.
  • the image processing device 18 is integrated here in the detector device 12, that is to say that even in this case a bitderfas solution, storage and evaluation.
  • This detector device 12 is also preferably provided with a communication interface 15, from which the characteristic values determined by the processes of the image processing can be read out.
  • FIG. 3 illustrates a concrete application of a device 1 for detecting at least one of the properties, in particular the quality, of the surface 2 of a fibrous web or a variable which at least indirectly characterizes it in a quaying device 19.
  • At least "indirectly characterizing” means that it It does not have to be direct in terms of size, but it can also be a variable describing this parameter or a parameter describing it in a direct functional or proportional relationship, for example.
  • a calendering device 19 for calendering the material web 6.
  • the quay 19 comprises a plurality of smoothing cylinders 20.1 to 20.6, wherein in each case two together form a smoothing gap 21.1 to 21.5.
  • the material web is guided through the gap 21.1 to 21.5 and exposed to a surface treatment.
  • the treatment of the material web 6 can be described by various process parameters, in particular a pressure p and a temperature T.
  • the leadership of the material web on guide rollers here for example for the three measuring locations 3, 4, 22 with 27, 28 and 29 is called.
  • the surface properties change from the entry into the calender device 19 in throughput.
  • the calender device 19 is assigned a device 1 according to the invention.
  • three measuring locations are provided, a first measuring location 3, a second measuring location 4, and a third measuring location 22, which are here exemplified in the machine direction MD of the treatment unit.
  • direction 5 are arranged in the form of calender 19 spaced from each other.
  • the machine direction MD of the treatment device 5 is determined by the passage direction of the material web through this.
  • a coordinate system XYZ is provided in the illustrated case, the X direction determining the extent in the machine direction MD.
  • the first measuring location 3 is arranged in the region of the inlet or the passage after the first smoothing gap 21.1.
  • the third measuring location 22 is arranged behind the last smoothing gap 21.5 of the calendering device 19, and the further second measuring location 3 is assigned to a treatment station therebetween.
  • the emission device 7 emits light onto the surface 2 of the material web 6 at the measurement locations 3, 4 and 22.
  • the different distances between the light source 7 and the measurement locations 3, 4 and 22, ie the impact area on the surface 2, can be seen here the light beams 8, 9 and 23, which impinge on the surface 2 in an angle of incidence ⁇ -i, ⁇ 2 and 0 3 which is not shown here for reasons of clarity.
  • the light beams 8, 9 and 23 are reflected on the surface 2 and the light beams 10, 11 and 24 reflected therefrom are detected by the detector device 12.
  • the detector device 12 is embodied here in the form of a camera. Furthermore, the different distances between the surface 2 at the measuring location 3, 4 and 22 and the detector device 12 as well as the different failure angles, which are not designated here, are recognizable.
  • About the detector device 12 is from the reflected light beams 10, 11 and 24 at least one, the reflection behavior of the surface 2 at least indirectly characterizing size, in particular the reflectance at the respective measuring location 3, 4 or 22 and determined from this a backshoot on the parameters or properties of Surface 2 of the material web at these measuring points 3, 4, 22 pulled.
  • FIG. 3 illustrates, by way of example, an embodiment with measurement at measuring sites 3, 4, 22 spaced apart from each other in the machine direction and thus at different measuring locations within a treatment facility 5. From these individual measurement results assigned to the measuring locations 3, 4 and 22, which are shown in FIG As a rule, further evaluation can be made as to the mode of operation and the optimization possibilities of the mode of operation of the material web treatment device 5. This is the case in particular if the parameters which would correspond to the required surface quality are not determined at the measuring location 22.
  • measuring locations 3, 4 and possibly 22 are provided in the machine direction, but the measuring locations 3, 4 and 22 are preferably designed as measuring ranges which extend over a part of the machine width, ie transversely to the machine longitudinal direction MD. This corresponds to the coordinate system to the corresponding treatment device 5 of the Y-direction.
  • An example is shown in schematic simplified representation in FIG. 4a.
  • the individual measuring locations 3, 4 are designed as measuring areas which extend over part of the width of the surface 2 to be evaluated.
  • At least two or a plurality of detector devices 12 are arranged transversely (CD direction) to the machine direction MD and allow image acquisition over the entire machine width in a measuring range by the the same coordinate is characterized in the machine direction MD.
  • CD direction transversely
  • the individual detector devices 12 are assigned to a measuring range 3.n, 4.n which extends in the transverse direction, that is to say transversely to the machine longitudinal direction.
  • Sizes are processed, in particular the reflectance.
  • This is for example example reproduced in Figure 5 using a block diagram. It can be seen that here as input quantities for the light beams 10 and 11 in each case at least the reflection angle! in the form of the failure angle ßi and ß 2 and possibly the measurement geometry, that is, the parameters that describe the arrangement of the measuring arrangement, for example, the distance a of the emission source and the distance b between the measuring locations 3, 4 and the detector device 12. Further determined from the image pickup device 13 parameters that allow a conclusion about the properties. As properties, for example, the roughness R or the smoothness G of a surface 2 can be determined as a direct function of the reflectance RG.
  • micro-goniophotometer In particular, if the surface 2 is curved in the region of the measuring location 3, 4, a so-called micro-goniophotometer arrangement is used according to the invention as the detector device 12.
  • the micro-goniophotometer is assigned to measuring locations 3 and 4.
  • the function of a micro-goniophometer is known from "A Microgoniophotometer and the Measurement of the Print Gloss" from Journal of Imaging Science and Technology, Vol 48, No. 5, pp. 458 et seq in that the individual light beams are thrown over an alignment device 25 onto the measuring locations 3 and not shown here 4.
  • the goniophotometer is used to shape a two-dimensional image.
  • the goniophotometer measures the reflected light beams 10 and 11 as a function the angle between the solder L to the surface 2 and the detector device 12, the angle of the emission source 7 to the solder, that is, the angle of incidence and Ausfali- and / or the angle gamma of the inclination of the surface 2. In dependence of one of these sizes In this case, a two-dimensional reflection factor function is created, which includes a specific course over the curved surface 2.
  • the possibilities described in the figures of determining a variable which at least indirectly characterizes the reflection behavior of the surface 2 are examples.
  • the decisive factor is that at the same time at least two different measuring locations 3, 4 a determination of these quantities takes place and an evaluation is carried out. This results in different possibilities.
  • a transverse profile over the entire width can be created in a simple manner.
  • the mode of operation of a treatment device 5 can be assessed in the direction of passage of the material web. Furthermore, it is possible to detect changes in the mode of operation of the treatment device 5 in a measuring range and to actively act on them or to operate the system in an optimized manner in this area with regard to desired predefined function parameters to be set.
  • the reflection behavior of FIG Surface 2 monitored in these measuring ranges 3, 4.
  • actual values of one or more variables X 3 and X 4 that at least indirectly characterize the reflection behavior on the surfaces 2 in the region of the measuring locations 3 and 4 are continuously monitored and recorded by means of the device 1. These are a function of the smoothness G or the roughness RG of the surface 2 in these areas and lead to actual variables G 3 and G 4 or R 3 and R 4.
  • G So ii4 then a comparison with the determined variables. If this comparison yields a deviation, a manipulated variable Y 3 or Y 4 is determined for activation at the treatment devices 5 in the region of the measuring locations 3 and 4. Since, in particular in the case of calender devices 19, the function can be set in particular via the pressures in the individual smoothing gaps as well as over the temperatures, different measures can be taken in the individual measurement site regions 3 and 4. In this case, at least either only in a measuring range 3, 4, a parameter change, or preferably in both. In this regard, the corresponding measurement results are integrated into the control of the operation of the calender device 19.
  • an initial state is predefined for each of the measuring locations 3, 4.
  • the initial state is designated here by A.
  • This predefined initial state is characterized by the output state variables X 3A and X 4A . These are used as comparison or reference values for the further procedure. These can be predefined or determined during operation of the machine. The determination will be discussed in more detail below.
  • the machine or treatment device 5 is then operated in normal operation, and the actual values of at least one of the quantities X 3 , X 4 that at least indirectly characterize the reflection behavior of the surface 2 in the measuring locations 3, 4 or measuring ranges are measured.
  • This determination is carried out continuously and a comparison is made with the variables X 3A , X 4 A characterizing the initial state A, a deviation variable ⁇ X 3 and AX 4 being determined from the comparison, which is determined continuously. Depending on a change in this deviation variable ⁇ X 3 or AX 4, it is then possible to conclude a change in the surface properties of the surfaces 2 passing through in a calendering device 19 and thus to determine defects in a material web 6 to be produced over its length.
  • the initial state A can be determined variously. According to a first embodiment, only in the operating step A, a reference measurement on the surface 2 of the material web to the Measuring locations 3 and 4 of the treatment device 5 made.
  • the calendering device 19 it is preferably set in such a way, at least in one of the measuring regions 3 or 4, that the smallest possible influence on the material web 6 is exerted. This can be done, for example, in the calendering device 19 in such a way that the pressure p and the temperature T above the actual normal operating state are reduced in the measuring range 3. It is also conceivable to carry out the measurement at the start of the calender 19, in which it has not yet reached the operating temperature.
  • Another way of determining the output variables X A3 and X A4 takes place when covering the measuring ranges 3 and 4 by means which have a known and as homogeneous as possible surface characteristics. The reference measurement is made on this cover. Even then, the measurement is continued during normal operation of the machine and monitored the signal change in normal operation relative to the initial state. Optionally, a further step can be inserted here, in that the reference measurement is carried out with other known materials.
  • the surface of the roller, in particular the Giötzylinders be detected and defined as the initial state.
  • the material web is not even passed through the calender 19.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung zumindest einer die Eigenschaften einer Oberfläche (2) in einer Materialbahnbehandlungseinrichtung (5) wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe durch Bestimmung des Reflexionsverhaitens, insbesondere Reflexionsgrades der Oberfläche (2). Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass mitteis zumindest einer Emissionsquelle (7) die Oberfläche (2) an zumindest zwei unterschiedlichen Messorten (3, 4, 22) beleuchtet wird und wenigstens eine das Reflexionsverhalten, insbesondere den Refiexionsgrad der Oberfläche (2) wenigstens mittelbar charakterisierende Größe an den einzelnen Messorten (2, 3, 4) gleichzeitig mittels einer Detektoreinrichtung (12) erfasst wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Optimierung einer Materialbahnbehandiungseinrichtung.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung zumindest einer die Eigenschaften einer Oberfläche in einer Materialbahnbehandlungseinrichtung wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe und Verfahren zur Optimierung der
Betriebsweise einer Materialbahnbehandlungseinrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung zumindest einer die Eigenschaften einer Oberfläche in einer Materialbahnbehandlungsein- richtung wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe durch Bestimmung des Reflexionsverhaltens/Reflexionsvermögens der Oberfläche. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Optimierung der Betriebsweise einer Materialbahn- behandlungseinrichtung.
Materiafbahnen insbesondere Faserstoffbahnen in Form von Papier-, Karton- oder Tissuebahnen sind in einer Vielzahl von Ausführungen aus dem Stand der Technik bekannt. Dabei ist in Abhängigkeit des Einsatzfalles die Oberflächenbeschaffenheit von besonderer Bedeutung, insbesondere der Glanz und die Bedruckbar- keit. Der Glanz ist eine optische Eigenschaft einer Oberfläche, die durch das Vermögen Licht zu reflektieren gekennzeichnet ist. Dabei erfolgt die Messung von Glanz mit bekannten Refiexionsmesssystemen im Bereich der Oberfläche der Faserstoffbahn durch Bestimmung der Reflexion in einem ganz bestimmten Winkel von üblicherweise entweder 45° nach der DIN-Norm 45402 oder 75° entsprechend TAPPi T480. Dadurch ist für jeden Messort in einer Maschine zur Herstellung von Faserstoffbahnen, insbesondere den die Oberfläche veredelnden Behandlungseinrichtungen vor und nach einer derartigen Behandlungseinhchtung eine eigene Messvorrichtung erforderlich. Diesbezüglich wird unter anderem auf den Firmendruck „Glanz/Gloss" (Printed llbQ2007) der Firma Zehntner GmbH Testing Instruments, CH-4450 Sissach, www.zehntner.com, verwiesen. Diese Druckschrift offenbart die Grundlagen der Erfassung von Oberflächeneigenschaften von Materialbahnen, insbesondere des Glanzes sowie die Kriterien zur Wahl der korrekten Messgeometrie.
Eine weitere Möglichkeit der Messung von die Oberflächeneigenschaften bestimmenden Parametern, insbesondere der Glätte, ist in J. S. Arney, Hoon Heo und P. G. Anderson: „A Micro- Goniophotometer and the Measurement of the Print Gloss", Journal of Imaging Science and Technology, Vol. 48, Nr. 5, September/Oktober 2004 beschrieben. Diese Druckschrift offenbart die Messung mittels eines Micro-Goniophotometers, wobei die zu vermessende Oberfläche, insbesondere Materialbahn, um eine Rolle gelegt wurde, so dass gleichzeitig mehrere Reflexionswinkel gemessen werden können.
In Behandlungseinrichtungen in Form von Kalandereinrichtungen wirken nachein- ander eine Mehrzahl von Glättspalten bildenden Walzen auf die Materialbahn unter Verwendung von Dampf, Wasser, Temperatur und Druck ein. Die Materialbahn wird durch eine Mehrzahl von Behandlungseinheiten geführt. Die Messung findet dabei aber erst am Ende des Kalandrierprozesses statt, das heißt nach der letzten Behandlungseinheit. Dabei beinhaltet die Messung die Wirkung aller einzelnen Behandlungsschritte an den einzelnen Behandlungseinheiten in überlagerter Form. Eine Beurteilung der einzelnen Behandlungsschritte gestaltet sich daher recht schwierig. Eine Optimierung der einzelnen Behandlungsschritte, d.h. der einzelnen Behandlungseinheiten innerhalb der Behandlungseinrichtung ist auf dieser Basis nicht möglich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Beurteilung einzelner Behandlungsschritte in einer Behandlungseinrichtung mit einfachen Mitteln und geringem steuerungstechnischem Aufwand zu schaffen. Die dazu erforderlichen Messungen einer, die Eigenschaften der Oberfläche einer Material- bahn bestimmenden Größe sollen mit minimalem Aufwand realisierbar sein. Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale der Ansprüche 1 , 20 und 40 charakterisiert. Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erfassung zumindest einer die Eigenschaften einer Oberfläche in einer Materialbahnbehandlungseinrichtung wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe durch Bestimmung des Reflexionsverhai- tens/Refiexionsvermögens, insbesondere des Refiexionsgrades ist dadurch charakterisiert, dass mitteis zumindest einer Emissionsquelle die Oberfläche an zumindest zwei unterschiedlichen Messorten aus- beziehungsweise beleuchtet wird und wenigstens eine das Refiexionsverhalten/Refelexionsvermögen, insbesondere den Refiexionsgrad der Oberfläche wenigstens mittelbar charakterisierende Größe an den einzelnen Messorten gleichzeitig mittels einer Detektorein- richtung erfasst wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, gleichzeitig an unterschiedlichen Messorten wenigstens eine das Reflexionsverhaiten der Oberfläche wenigstens mittelbar charakterisierende Größe und damit eine die Oberflächengüte beschreibende Größe während des Betriebes der Behandlungseinrichtung an unterschiedlichen Behandlungseinheiten, die die unterschiedlichen Messorte biiden, zu erfassen, so dass die ermittelten Istgrößen auch eine Beurteilung der Betriebsweise der einzelnen Behandlungseinheiten einer Behandlungseinrichtung erlauben und ferner Grundlage für die Ansteuerung der diesen Behandlungseinheiten zugeordneten Stelleinrichtungen bilden. Der Aufwand zur Erfassung der Größen ist aufgrund der Verwendung nur einer Detektoreinrichtung gering.
Unter Messorten werden punkt-, linien- oder fiächenförmige Bereiche verstanden, an denen die Oberfläche gescannt wird.
Der Reflexionsgrad gibt an, wieviel der einfallenden Strahlung reflektiert wird. Üblicherweise wird ein Teil transmittiert und/oder von der Materialbahn absorbiert. Die eine Größe oder eine Eigenschaft wenigstens mittelbar charakterisierenden Größen sind Größen, die entweder die Größe oder die Eigenschaft direkt beschreiben oder aber Größen, die in funktionalem Zusammenhang mit den die Oberflächenbeschaffenheit charakterisierenden Größen stehen. D.h. aus diesen Größen können die Eigenschaften direkt abgeleitet werden, beispielsweise durch mathematische Operationen oder empirisch ermittelte Kennlinien, Kennfelder.
Bezüglich der Anordnung der Messorte zur Erfassung einer das Reflexionsver- haiten der Oberfläche wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe bestehen je nach Erfordernis eine Vielzahl von Möglichkeiten. Diese können unmittelbar einander benachbart oder auch beabstandet zueinander in Längs- und/oder Querrichtung der Behandlungseinrichtung angeordnet werden. Die Längsrichtung beschreibt die Durchlaufrichtung der Materialbahn und wird auch als Maschinenrichtung bezeichnet. Die Guerrichtung entspricht der Breitenrichtung der Behand- lungseinrichtung. Ferner können zueinander in Längsrichtung der Behandlungseinrichtung versetzte Messorte auch in Höhenrichtung zueinander versetzt angeordnet sein, so dass sich für die einzelnen Messorte eine gänzlich unterschiedliche Messgeometrie ergibt. Die Messgeometrie ist dabei durch die Abstände zwischen den Messorten und der Emissionsquelle, den Abständen zwischen den Messorten und der Detektoreinrichtung sowie der Anordnung Detektoreinrichtung und Emissionsquelte charakterisiert.
Gemäß einer ersten besonders vorteilhaften Ausführung erfolgt die Erfassung an zumindest zwei zueinander in Maschineniängsrichtung der Behandiungseinrich- tung beabstandet angeordneten Messorten. Diese Lösung ist insbesondere bei hintereinander angeordneten und eine Materialbahn behandelnden Behandlungs- einheiten von Vorteil, da die erfassten Istwerte zur Steuerung der Betriebsweise während des Durchlaufens der Matertaibahn genutzt werden können.
Die Erfassung einer das Reflexionsverhalten/Reflexionsvermögen der Oberfläche wenigstens mittelbar charakterisierende Größe an zumindest zwei Messorten, die quer zur Maschinenrichtung beabstandet angeordnet sind, bietet den Vorteil, die Eigenschaften der Materialbahn auch in Querrichtung optimal überwachen zu können. Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterentwicklung erfolgt die Erfassung an einer Vielzahl von Messorten über die Maschinenbreite zur Bestimmung eines Querprofils, wobei dieses in Abhängigkeit der Abweichungen der ermittelten Istwerte von geforderten Sollwerten steuerbar ist.
Die Erfassung erfolgt mittels nur einer Detektoreinrichtung, umfassend zumindest eine Bilderfassungseinrichtung, wobei die Bilder in einer Auswerteinrichtung ausgewertet werden. Die Auswertung kann direkt im Anschluss an die Erfassung dieser Größen erfolgen, insbesondere wenn diese direkt als Eingangsgrößen für eine Steuerung benötigt werden. Die Erfassung erfolgt mittels einer Bildaufnahmeeinrichtung, insbesondere Kamera, wobei eine Ortsauffösung größer 10 cm pro Messort gewählt wird. Damit ist gemeint, daß beispielsweise an einer 10 m breiten Papierbahn mindestens 100 Qualitätswerte (z.B. Glanz) über die Bahnbreite bestimmt werden können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung wird eine Biidaufnahmeeinrichtung verwendet, mittels welcher über entsprechende Bildausschnitte mehrere Messorte in Maschinenlängsrichtung und/oder Querrichtung gleichzeitig mit einer vordefinier- ten Auflösung, vorzugsweise größer 20 x 20 Pixel aufgenommen werden können. Vorzugsweise wird jedoch immer eine Bildaufnahmevorrichtung mit ausreichend vordefinierter Pixelauflösung verwendet, so dass eine bestimmte vordefinierte Breite des Messortes abgebildet wird, vorzugsweise größer 1 m.
Die erfindungsgemäß verwendete Detektoreinrichtung ist derart ausgeführt, dass an zumindest einem der Messorte und/oder den einzelnen Messorten gleichzeitig unterschiedliche Reflexionswinkel erfasst werden können. Dies ist insbesondere für die Führung von Materiaibahnen an gekrümmten Oberflächen, wie Walzen oder aber zur Bestimmung der Oberflächengüte von Materiaibahnrollen von Vorteil. Vorrichtungsmäßig wird dazu vorzugsweise ein Goniophotometer verwendet. Als die das Reflexionsverhalten/Reflexionsvermögen wenigstens mittelbar charakterisierende Größe wird vorzugsweise ein Maß die Stärke der Reflexion betreffend erfasst, beispielsweise der Reflextonsgrad.
Zur zeitnahen Integration der Messgrößen in Steuer- und/oder Regelungsvorgängen erfolgt die Ermittlung an den einzelnen Messorten vorzugsweise fortlaufend. Denkbar ist jedoch auch eine Ermittlung der die Eigenschaften der Oberfläche wenigstens mittelbar charakterisierenden Größen in vordefinierten zeitlichen Intervallen.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich in besonders vorteilhafter Weise zur Erfassung des Reflexionsverhaltens einer bewegten Oberfläche, insbesondere Materialbahn während des Betriebes einer Behandlungseinrichtung. Dabei wird vorzugsweise das Reflexionsverhalten der Oberfläche der Materialbahn in Durch- iaufrichtung der Materialbahn an den zueinander beabstandet angeordneten Messorten bestimmt und die Änderung des Refiexionsverhaltens der Oberfläche zwischen den beiden Messorten erfasst, wobei Abweichungen im Änderungsverhalten zwischen den Messorten als ein Indiz für eine Störung oder eine nicht optimierte Betriebsweise einer Behandlungseinheit angesehen werden können.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung kann auch das Reflexionsverhalten einer rotierenden Oberfläche in Form einer Waize, beispielsweise zu Diagnosezwecken und/oder einer MateriaSbahnrolle bestimmt werden.
Als die, die Eigenschaften der Oberfläche wenigstens mittelbar charakterisierenden Größen können unter Anderem der Glanz, die Rauhigkeit und die Bedruck- barkeit ais Funktion des Reflexionsverhaltens bestimmt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Optimierung der Betriebsweise einer Behandlungseinrichtung ist dadurch charakterisiert, dass wenigstens eine, die
Eigenschaften der Oberfläche einer Materialbahn und/oder einer Komponente der
Behandlungseinrichtung wenigstens mittelbar charakterisierende Größe während des Betriebes der Behandlungseinrichtung an unterschiedlichen Messorten derart bestimmt wird, dass mittels zumindest einer Emissionsqueile die Oberfläche an den zumindest zwei unterschiedlichen Messorten beleuchtet wird und wenigstens eine das Reflexionsverhalten der Oberfläche wenigstens mittelbar charakterisie- rende Größe an den einzelnen Messorten simultan erfasst wird und die, die Eigenschaften der Oberfläche wenigstens mittelbar charakterisierende Größe an den einzelnen Messorten als Eingangsgröße der Steuerung und/oder Regelung einer die Betriebsweise der Behandlungseinrichtung wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe gesetzt wird.
Die gleichzeitige Istwerterfassung an unterschiedlichen Behandlungseinheiten ermöglicht eine optimale Überwachung der Betriebsweise einer diese beinhaltenden Behandlungseinrichtung. Die, die Eigenschaften der Oberfläche einer Materialbahn und/oder einer Komponente der Behandlungseinrichtung wenigstens mittelbar charakterisierende Größe wird vorzugsweise gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19 ermittelt.
Vorzugsweise wird auch eine Änderung der die Eigenschaften der Oberfläche der Materialbahn wenigstens mittelbar charakterisierenden Größen erfasst, wobei in Abhängigkeit des Änderungsverhaltens die Behandlungseinrichtung gesteuert wird, um eine homogene Oberfläche der Materialbahn zu erzielen.
In der Behandlungseinrichtung erfolgt eine Behandlung der bewegten Oberfläche, insbesondere Materialbahnoberfläche durch wenigstens eine der folgenden Maß- nahmen:
- Änderung der Temperatur;
- Änderung des Druckes;
- Befeuchtung;
- Bedampfung.
Wird als Behandlungseinrichtung eine Kalandereinrichtung eingesetzt, umfassend eine Mehrzahl von jeweils einen Glättspalt bildenden Glättzylindern, werden die Messorte vorzugsweise an unterschiedlichen Glättzylindern oder Führungswaizen vorgesehen. In Abhängigkeit einer Abweichung eines Ist-Wertes für die Oberflächengüte kann eine Stellgröße zur Steuerung zumindest einer der nachfolgend genannten Komponenten der Kalandereinrichtung erzeugt werden: - Dampfblaskasten;
- Dampf-Wassersprüheinrichtung;
- Wassersprüheinrichtung;
- Walzentemperatur;
- Belastung im Waizenspalt, insbesondere Druckprofil.
Ist die Behandlungseinrichtung beispielsweise ais Wtckeleinrichtung für eine Materialbahnrolle ausgebildet, wird an dieser zumindest eine, die Eigenschaften der Oberfläche einer Materiaibahnrolie und/oder einer der Walzen der Wickeleinrichtung wenigstens mittelbar charakterisierende Größe erfasst und ais Eingangs- große einer Steuerung der Wickeleinrichtung verwendet. In Abhängigkeit der die Eigenschaften der Oberfläche einer Materϊaibahnroile und/oder einer der Walzen der Wickeleinrichtung wenigstens mittelbar beschreibenden Größe wird einer der nachfolgend genannten Parameter der Wickeleinrichtung gesteuert:
- Drehzahl der Tragwalzen; - Anpressdruck im Wickelspalt
Vorzugsweise wird vor der inbetriebnahme der Behandlungseinrichtung ein Ausgangszustand vordefiniert und im Betrieb an den Messorten eine Messung zumindest einer der die Oberfläche der Materialbahn wenigstens mittelbar charakterisie- renden Größe vorgenommen und eine Änderung dieser gegenüber dem Anfangszustand überwacht. Dabei können die Vergleichgrößen des Ausgangszustandes frei definiert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführung kann als Ausgangszustand eine Einstellung der Behandlungseinrichtung angesehen werden, mittels welcher ein geringer Einfluss auf die Oberflächenbeschaffenheit der Materialbahn erzeugt wird. Eine alternative Möglichkeit besteht darin, als Ausgangszustanci einen Zustand frei vom Durchlauf einer Materialbahn anzusehen und die zu beurteilenden Messorte im Messbereich mit einem Material abzudecken, das eine bekannte möglichst homogene Oberflächencharakteristik aufweist. Mitteis dieser Abdeckung erfolgt eine Referenzmessung. Ferner können zur Definition des Ausgangszustandes die Oberflächen der noch nicht von der Materialbahn umschlungenen Walze herangezogen werden.
Die einzelnen Messergebnisse, die Istwerte zu einem bestimmten Zeitpunkt bilden, können zu Korrelationszwecken fortlaufend erfasst und mit vordefinierten Messwerten eines Standardmesssystems innerhalb der Maschine oder im Labor verglichen werden.
Die Unterschiede der Messgeometrie bei der Betrachtung von mehr als einem Messort mit der gleichen Detektoreinheit können im Messergebnis mit geeigneten Mitteln kompensiert werden, wobei Referenzmessungen herangezogen werden und/oder theoretische Modelle und/oder vorbekannte experimentelle Kennlinien Verwendung finden.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung wird das Reflexionsverhalten der Oberfläche bei verschiedenen Wellenlängen oder Spektren ausgewertet.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird ferner mindestens ein Quaiitätswert der Materialbahn wie z.B. Glanz, Glätte, Rauhigkeit, Bedruckbarkeit, Blackening, Faserorientierung aus dem Reflexionsverhalten der Oberfläche bestimmt Dabei können auch weitere verfügbare Messgrößen aus anderen Messeinrichtungen oder Datenquelien wie flächenbezogene Masse, Feuchte, Temperatur, Dicke, Formation, Zusammensetzung, Glanz, Glätte, Rauhigkeit, Bedruckbarkeit, Blackening, Faserorientierung als Zusatztnformationen verwendet werden, um durch geeignete Berücksichtung und Verknüpfung der jeweils relevanten Informationen die Qualitätswerte genauer zu bestimmen. Die Vorrichtung zur Erfassung zumindest einer eine Oberfläche in einer Behandlungseinrichtung für Materialbahnen wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe, umfassend zumindest eine Emissionsquelle, die auf die Oberfläche gerichtet ist und eine Detektoreinheit, über die das Reflexionsverhalten der Ober- fläche erfolgt, ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Emissionsquelle und eine Detektoreinrichtung mehreren Messorten gemeinsam zugeordnet sind. Zwischen der Emissionseinrichtung und der Detektoreinrichtung wird ein Winkel von weniger 150 Grad bezogen auf den Messort gewählt und der Abstand zwischen Messort in der Maschine und Detektoreinrichtung beträgt größer 5 m. Dadurch wird gewähr- leistet, dass die Detektoreinrichtung keinen Extrembedingungen ausgesetzt ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei auf einer und/oder beiden Seiten der Materiaibahn durchgeführt werden.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen Folgendes dargestellt".
Figur 1 verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung den Grundaufbau einer erfindungsgemäß ausgeführten Vorrichtung zur Erfassung wenigstens einer, die Eigenschaften und/oder Güte einer Oberfläche wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe in einer Behandlungseinrichtung;
Figuren 2a und 2b verdeutlichen beispielhaft Ausführungen der Detektorein- richtung;
Figur 3 verdeutlicht die Anordnung der Vorrichtung zur Erfassung wenigstens einer, die Eigenschaften und/oder Güte einer Oberfläche wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe in einer Kalandereinrichtung; Figuren 4a und 4b verdeutlichen Möglichkeiten der Messung in Querrichtung der Oberfläche; Figur 5 verdeutiicht anhand eines Blockschaltbildes die Verarbeitung der erfassbaren Größen;
Figur 6 verdeutücht die Funktionsweise eines Goniophotometers;
Figur 7 verdeutlicht anhand eines Signalflussbildes ein Verfah- ren zur Optimierung der Betriebsweise einer Behandlungseinrichtung; und
Figur 8 verdeutlicht ein weiteres Verfahren zur Optimierung der Betriebsweise einer Behandlungseinrichtung.
Die Figur 1 verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung den Grundaufbau einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung 1 zur Erfassung wenigstens einer, die Eigenschaften und/oder Güte einer Oberfläche 2 wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe aus deren Reflexionsverhalten. Die Vorrichtung 1 dient dabei der Erfassung dieser Größen an zumindest zwei unterschiedlichen, insbesondere zueinander beabstandet angeordneten Messorten 3 und 4 in einer Behandlungseinrichtung 5 für eine Materialbahn 6. Die Messorte 3, 4 können je nach Größe und Ausrichtung punkt-, linien- oder flächenförmige Bereiche beschreiben. Jeder einzelne Messort 3, 4 ist dabei durch Koordinaten in einem ortsfesten Koordinatensystem XYZ beschreibbar. Das XYZ-Koordinatensystem wird mit Bezug auf eine Einrichtung oder Vorrichtung, in welcher das Reflexionsverhalten der Oberfläche 2 ermittelt werden soll, festgelegt. Handelt es sich bei den Oberflächen 2 gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung direkt um die Oberfläche 2 von Materialbahnen 6, insbesondere in Form von Faserstoffbahnen, beispielsweise Papier-, Karton- oder Tissuebahnen und damit um eine durch eine Maschine bewegte Oberfläche 2, wird das Koordinatensystem XYZ durch die jeweilige Behandlungseinrichtung 5 und damit des Teils der Maschine zur Herstellung derartiger Bahnen bestimmt, in weicher wenigstens eine, die Eigenschaften und/oder die Güte der Oberfläche 2 der Materialbahn 6 wenigstens mittelbar charakterisierende Größe erfasst wird. Die X-Richtung wird dabei durch die Füh- rungsrichtung der Materialbahn 6, die auch der Maschinenlängsrichtung entspricht, beschrieben. Diese wird auch ais Maschinenrichtung MD-Richtung bezeichnet. Die Y-Richtung beschreibt die Richtung senkrecht zur Maschinenrichtung MD und wird auch mit CD bezeichnet.
Die Figur 1 verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung anhand einer Ansicht von rechts den Grundaufbau der Vorrichtung 1 zur Erfassung einer die Eigenschaften einer Oberfläche 2 wenigstens mitteibar charakterisierenden Größe mit Zuordnung zu einer Behandlungseinrichtung 5. Die Vorrichtung 1 umfasst dazu zumindest eine Emissionseinrichtung 7, insbesondere in Form einer Lichtquelle. Vorzugsweise ist die Lichtquelle 7 derart ausgewählt und ausgebildet, dass diese zur Ausleuchtung der Oberfläche 2 an den beiden Messorten 3 und 4 geeignet ist. Der Abstand a-[ beschreibt den Abstand zwischen der Emissionseinrichtung 7 und dem Messort 3, der Abstand a2 beschreibt den Abstand zwischen der Emissionseinrichtung 7 und dem Messort 4. Die von der Emissionseinrichtung 7 ausgesandten und an der Oberfläche 2 einfallenden Lichtstrahlen 8, 9 treffen dabei auf die Oberfläche 2 an den zueinander in Maschinenrichtung MD beabstandet angeordneten Messorten 3 und 4 auf. Bei der Oberfläche 2 der Materialbahn 6 handelt es sich um eine bewegte Oberfläche. An dieser werden die einfallenden Lichtstrahlen 8, 9 zumindest teilweise reflektiert. Die Lichtstrahlen 8, 9 treffen dazu schräg, das heißt in einem Einfallswinkel CH auf die Oberfläche 2 am Messort 3 auf und in einem Einfallswinkel α2 am Messort 4. Der Winkel α wird relativ zu einer Senkrechten, dem Einfailsiot L, hier Li und L2 an der Oberfläche 2 gemessen. Die Lichtstrahlen 8, 9 an den beiden Messorten 3, 4 werden im Bereich dessen an der Oberfläche 2 reflektiert und die reflektierten Lichtstrahlen 10, 11 treten in einem sogenannten Ausfallwinkel ßi beziehungsweise ß2 wieder aus. Auch der einzelne Ausfallwinkei ßi beziehungsweise ß2 bestimmt sich in Bezug auf das Lot Li beziehungsweise L2, an die Oberfläche 2. Die einfallenden Lichtstrahlen 8 beziehungsweise 9, die Lote L5, L2 sowie die ausfallenden beziehungsweise reflektierten Strahlen 10, 11 liegen dabei in einer Ebene. Für den Messort 3 liegen diese in einer Ebene E3 und für den Messort 4 liegen diese in einer Ebene E4. In Abhängigkeit der Opazität der Oberfläche 2 können entweder die Lichtstrahlen 8, 9 vollständig reflektiert werden oder aber ein Teil wird trans- mittiert und absorbiert. Die reflektierten Lichtstrahlen 10, 11 werden von einer beiden Messorten 3 und 4 gemeinsam zugeordneten Detektoreinrichtung 12 erfasst. Die Detektoreinrichtung 12 kann verschiedenartig ausgeführt sein. Bei dieser kann es sich um eine Bilderfassungseinrichtung 13 handeln. Die Bilderfassungseinrichtung 13 kann beispielsweise in Form einer Kamera ausgeführt sein, mit welcher die reflektierten Lichtstrahlen 10 beziehungsweise 11 für die einzelnen Messorte 3 und 4 simultan erfasst werden, wobei durch eine entsprechende Zuordnungseinrichtung 14 der Bezug zwischen Bilderfassung 13 und den Messorten 3 und 4 hergestellt wird und eine genaue Zuordnung der aus den ausfallenden Lichtstrahlen 10, 11 ermittelbaren und ableitbaren Reflexionswerte ermöglicht. Die Oberflächengüte der Oberfläche 2 im Bereich der Messorte 3, 4 kann als eine Funktion des Reflexionsverhaltens, insbesondere des Reflexionsgrades RG im Bereich dieser Messorte 3, 4 beschrieben werden.
Bezüglich der weiteren Ausführung der Detektoreinheit 12 bestehen je nach Art der Bildverarbeitung unterschiedliche Möglichkeiten. Diese kann gemäß einer ersten Ausführung in Figur 2a lediglich mit der Bilderfassungseinrichtung 13 sowie der Zuordnungseinrichtung 14 und einer Schnittstelle 15 in Form einer Kommuni- kationsschnittstelle zur vorzugsweise sofortigen Weitergabe der ermittelten Informationen ausgestattet sein. Die Schnittstelle 15 umfasst in diesem Fall zumindest eine Sendereinrichtung 16, die die ermittelten Parameter an eine Empfangseinrichtung 17 einer Bild Verarbeitungseinrichtung 18 weiterleitet. Die Empfangseinrichtung 17 kann dabei in einer separaten beabstandet zur Detektoreinrichtung 12 angeordneten Einrichtung 18 integriert sein.
Demgegenüber verdeutlicht die Figur 2b eine Ausführung der Detektoreinrichtung 12 mit integrierter Bildverarbeitungseinrichtung 18. Diese umfasst eine Bilderfassungseinrichtung 13, eine Zuordnungseinrichtung 14 zu den einzelnen Messorten 4 und 3, wobei die Zuordnungseinrichtung 14 auch mit der Erfassungseinrichtung bereits eine Einheit bilden kann. Die Bildverarbeitungseinrichtung 18 ist hier in der Detektoreinrichtung 12 integriert, das heißt, dass bereits in dieser eine Bitderfas- sung, Speicherung und Auswertung erfolgen kann. Auch diese Detektoreinrichtung 12 ist vorzugsweise mit einer Kommunikationsschnittstelle 15 versehen, aus der die durch die Prozesse der Bild Verarbeitung ermittelten Kennwerte ausgelesen werden können.
Die Figur 3 verdeutlicht eine konkrete Anwendung einer Vorrichtung 1 zur Erfassung zumindest einer, die Eigenschaften, insbesondere der Güte der Oberfläche 2 einer Faserstoffbahn beziehungsweise eine diese wenigstens mittelbar charakterisierende Größe in einer Kaiandereinrichtung 19. Wenigstens „mittelbar charakteri- sierend" bedeutet dabei, dass es sich nicht um die Größe direkt handeln muss, sondern es kann auch eine diese Größe beziehungsweise eine diesen Eigenschaftsparameter beschreibende Größe sein, die beispielsweise mit dieser in einem direktem funktionalem oder proportionalem Zusammenhang steht,
Dargestellt ist hier beispielhaft eine Kalandereinrichtung 19 zum Kalandrieren der Materialbahn 6. Der Kaiander 19 umfasst eine Mehrzahl von Glättzylindern 20.1 bis 20.6, wobei jeweils zwei miteinander einen Glättspalt 21.1 bis 21.5 bilden. Durch den Giättspalt 21.1 bis 21.5 wird dabei die Materialbahn hindurchgeführt und einer Oberflächenbehandlung ausgesetzt, im Glättspalt 21.1 bis 21.5 ist die Behandlung der Materialbahn 6 dabei durch verschiedene Prozessparameter beschreibbar, insbesondere einen Druck p und eine Temperatur T. Durch diese Maßnahmen wird die Materialbahn 6 beim Durchlaufen der Kalandereinrichtung 19 hinsichtlich ihrer Oberfläche veredelt. Zwischen den Giättspalten 21.1 bis 21.5 erfolgt die Führung der Materialbahn an Führungswalzen, hier beispielsweise für die drei Messorte 3, 4, 22 mit 27, 28 und 29 bezeichnet. Die Oberfiächeneigen- schaften ändern sich dabei vom Einlauf in die Kalandereinrichtung 19 in Durch- laufrächtung. Um während des Kalandrierprozesses die Änderung der Eigenschaften der Oberfläche 2, insbesondere die an dieser erzielte Glätte G oder Rauhigkeit R zu ermitteln, ist der Kalandereinrichtung 19 eine erfindungsgemäße Vor- richtung 1 zugeordnet. Dabei sind in der dargestellten Ausführung beispielhaft drei Messorte vorgesehen, ein erster Messort 3, ein zweiter Messort 4 und ein dritter Messort 22, die hier beispielhaft in Maschinenrichtung MD der Behandlungsein- richtung 5 in Form der Kalandereinrichtung 19 zueinander beabstandet angeordnet sind. Die Maschinenrichtung MD der Behandlungseinrichtung 5 wird durch die Durchlaufrichtung der Materialbahn durch diese bestimmt. Dazu ist im dargestellten Fall ein Koordinatensystem XYZ vorgesehen, wobei die X-Richtung die Erstre- ckung in Maschinenrichtung MD bestimmt. Der erste Messort 3 ist dabei im Bereich des Einlaufes oder des Durchlaufes nach dem ersten Glättspalt 21.1 angeordnet. Der dritte Messort 22 ist hinter dem letzten zu durchlaufenden Glättspalt 21.5 der Kalandereinrichtung 19 angeordnet, und der weitere zweite Messort 3 ist einer Behandiungsstation dazwischen zugeordnet.
Die Emissionseinrichtung 7 emittiert Licht auf die Oberfläche 2 der Materialbahn 6 an den Messorten 3, 4 und 22. Erkennbar sind hier die unterschiedlichen Abstände zwischen der Lichtquelle 7 und den Messorten 3, 4 und 22, das heißt dem Auftreffbereich an der Oberfläche 2, ferner die Lichtstrahlen 8, 9 und 23, die in einem, hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargesteilten Einfallswinkel α-i, α2 und 03 auf die Oberfläche 2 treffen. Die Lichtstrahlen 8, 9 und 23 werden an der Oberfläche 2 reflektiert und die daraus reflektierten Lichtstrahlen 10, 11 und 24 werden von der Detektoreinrichtung 12 erfasst. Die Detektoreinrichtung 12 ist hier in Form einer Kamera ausgeführt. Erkennbar sind dabei ferner die unterschiedli- chen Abstände zwischen der Oberfläche 2 am Messort 3, 4 und 22 und der Detektoreinrichtung 12 sowie die unterschiedlichen, hier jedoch nicht bezeichneten Ausfaliwinkel. Über die Detektoreinrichtung 12 wird aus den reflektierten Lichtstrahlen 10, 11 und 24 zumindest eine, das Reflexionsverhalten der Oberfläche 2 wenigstens mittelbar charakterisierende Größe, insbesondere der Reflexionsgrad am jeweiligen Messort 3, 4 beziehungsweise 22 bestimmt und aus diesem ein Rückschiuss auf die Parameter beziehungsweise Eigenschaften der Oberfläche 2 der Materialbahn an diesen Messpunkten 3, 4, 22 gezogen.
Die Figur 3 verdeutlicht beispielhaft eine Ausführung mit Messung an zueinander beabstandeten Messorten 3, 4, 22 in Maschinenrichtung und damit an unterschiedlichen Messorten innerhalb einer Behandlungseinrichtung 5. Aus diesen einzelnen, den Messorten 3, 4 und 22 zugeordneten Messergebnissen, die in der Regel weiter ausgewertet werden, kann ein RückschJuss auf die Funktionsweise und die Optimierungsmögiichkeiten der Betriebsweise der Materialbahnbehand- lungseinrichtung 5 gezogen werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn am Messort 22 nicht die Parameter ermittelt werden, die der geforderten Ober- flächengüte entsprechen würden.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterentwicklung werden nicht nur Messorte 3, 4 und eventuell 22 in Maschinenrichtung vorgesehen, sondern die Messorte 3, 4 und 22 werden vorzugsweise als Messbereiche ausgebildet, die sich über einen Teil der Maschinenbreite, das heißt quer zur Maschineniängsrichtuπg MD, erstrecken. Dies entspricht dem Koordinatensystem an die entsprechende Behandlungseinrichtung 5 der Y-Richtung. Ein Beispiel ist in schematisiert vereinfachter Darstellung in der Figur 4a wiedergegeben. Hier sind die einzelnen Messorte 3, 4 als Messbereiche ausgebildet, die sich über einen Teil der Breite der zu beurteilenden Oberfläche 2 erstrecken. Um gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung in Figur 4b die gesamte Breite zu überwachen, sind vorzugsweise zumindest zwei oder eine Mehrzahl von Detektoreinrichtungen 12 quer (CD- Richtung) zur Maschinenrichtung MD angeordnet und ermöglichen eine Bilderfassung über die gesamte Maschinenbreite in einem Messbereich, der durch die glei- che Koordinate in Maschinenrichtung MD charakterisiert ist. Dadurch kann beispielhaft über die gesamte Oberflächenbreite, insbesondere Materialbahnbreite, eine Aussage über das Glättverhalten vorgenommen werden. Dies wird durch Erstellung eines Querprofiles ermöglicht.
Vorzugsweise sind die einzelnen Detektoreinrichtungen 12 einem Messbereich 3.n, 4.n zugeordnet, der sich in Querrichtung, das heißt quer zur Maschineniängsrichtung, erstreckt.
Als Parameter zur Bestimmung wenigstens einer, die Eigenschaften beziehungs- weise die Güte der Oberfläche 2 wenigstens mittelbar beschreibenden Größe, können die den Ausfalllichtstrahl 10, 11 wenigstens mittelbar beschreibenden
Größen verarbeitet werden, insbesondere der Reflexionsgrad. Dies ist beispieis- weise in Figur 5 anhand eines Blockschaltbildes wiedergegeben. Daraus ersichtlich ist, dass hier als Eingangsgrößen für die Lichtstrahlen 10 und 11 jeweils zumindest der Reflexionswinke! in Form des Ausfallwinkels ßi und ß2 ermittelt wird sowie eventuell die Messgeometrie, das heißt die Parameter, die die Anordnung der Messanordnung beschreiben, beispielsweise der Abstand a der Emissionsquelle sowie der Abstand b zwischen den Messorten 3, 4 und der Detektoreinrichtung 12. Ferner werden aus der Bildaufnahmeeinrichtung 13 Parameter bestimmt, die einen Rückschluss auf die Eigenschaften erlauben. Als Eigenschaften können dabei beispielsweise die Rauhigkeit R oder die Glätte G einer Oberfläche 2 als direkte Funktion des Reflexionsgrades RG bestimmt werden.
insbesondere wenn die Oberfläche 2 im Bereich des Messortes 3, 4 gekrümmt ausgebildet ist, wird erfindungsgemäß eine sogenannte Micro-Goniophotometera- nordnung als Detektoreinrichtung 12 verwendet. Das Micro-Goniophotometer ist hierbei den Messorten 3 und 4 zugeordnet. Die Funktion eines Micro-Goniopho- tometers ist beispielhaft aus „A Micro- Goniophotometer and the Measurement of the Print Gloss" aus Journal of Imaging Science and Technology, Vol. 48, Nr. 5, S. 458 ff. vorbekannt. Daraus ersichtlich ist, dass die einzelnen Lichtstrahlen über eine Ausrichtungseinrichtung 25 auf die Messorte 3 und hier nicht dargestellt 4 geworfen werden. Dadurch treffen im Messbereich der Messorte 3 und 4 immer gleich gerichtete Lichtstrahlen auf die Oberfläche 2 auf. Das Koordinatensystem ist hier in den Mittelpunkt der gekrümmten Fläche verlegt. Die X-Richtung verläuft durch den Durchmesser. Die Y-Richtung verläuft in Querrichtung. Die einfallenden Lichtstrahlen werden an der Oberfläche 2 reflektiert und treten als reflektierte Lichtstrahlen 10 und 11 wieder aus. Diese werden über eine Bilderfassungseinrichtung 13, insbesondere in Form einer Kamera, erfasst und es wird ein Bild erstellt, welches in Abhängigkeit des Winkels Gamma aufgetragen wird. Dieser Winkel Gamma entspricht dabei dem Hauptneigungswinkel der gekrümmten Oberfläche 2,
Über das Goniophotometer wird dabei ein zweidimensionales Bild ersteilt. Dabei misst das Goniophotometer die reflektierten Lichtstrahlen 10 und 11 als Funktion des Winkels zwischen dem Lot L an die Oberfläche 2 und der Detektoreinrichtung 12, dem Winkel der Emissionsquelle 7 zum Lot, das heißt der Einfall- und Ausfali- winkel und/oder dem Winkel Gamma der Neigung der Oberfläche 2. In Abhängigkeit einer dieser Größen kann dabei eine zweidimensionale Reflektionsfaktorfunk- tion erstellt werden, die über die gekrümmte Oberfläche 2 einen bestimmten Verlauf beinhaltet.
Die in den Figuren beschriebenen Möglichkeiten der Ermittlung einer das Reflexi- onsverhalten der Oberfläche 2 wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe stellen Beispiele dar. Entscheidend ist, dass gleichzeitig an zumindest zwei unterschiedlichen Messorten 3, 4 eine Ermittlung dieser Größen erfolgt und eine Auswertung vorgenommen wird. Daraus ergeben sich unterschiedliche Möglichkeiten. Insbesondere kann bei Anordnung der Messorte 3, 4 mit den gleichen Koordinaten in Maschinenrichtung MD ein Querprofil über die gesamte Breite auf einfache Art und Weise erstellt werden. Gemäß einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführung kann beispielsweise die Funktionsweise einer Behandlungseinrichtung 5 in Durchlaufrichtung der Materialbahn beurteilt werden. Ferner ist es mögiich, in einem Messbereich Änderungen in der Funktionsweise der Behandlungseinrichtung 5 zu detektieren und aktiv auf diese einzuwirken oder auch in diesem Bereich im Hinblick auf gewünschte vordefinierte einzustellende Funktionsparameter die Anlage in optimierter Weise zu betreiben.
Gemäß einer ersten Ausführung in Figur 7 wird dabei zumindest an zwei Messorten 3 und 4, die in Längsrichtung, das heißt MD-Richtung der Maschine zueinan- der versetzt angeordnet sind und/oder in Querrichtung, das heißt in CD-Richtung, das Reflexionsverhalten der Oberfläche 2 in diesen Messbereichen 3, 4 überwacht. Dazu werden jeweils Istwerte einer oder mehrerer das Refiexionsverhalten an den Oberflächen 2 im Bereich der Messorte 3 und 4 wenigstens mittelbar charakterisierender Größen X3 und X4 fortlaufend überwacht und mittels der Vorrichtung 1 erfasst. Diese sind eine Funktion der Glätte G oder der Rauhigkeit RG der Oberfläche 2 in diesen Bereichen und führen zu Istgrößen G3 und G4 beziehungsweise R3 und R4. In Abhängigkeit von einer gewünschten Sollvorgabe Rsoii3, Rsoii4 beziehungsweise Gsoiß, GSoii4 erfolgt dann ein Vergleich mit den ermittelten Größen. Ergibt dieser Vergleich eine Abweichung, wird eine Stellgröße Y3 beziehungsweise Y4 zur Ansteuerung an den Behandlungseinrichtungen 5 im Bereich der Messorte 3 und 4 bestimmt. Da insbesondere bei Kalandereinrichtun- gen 19 die Funktion insbesondere über die Drücke in den einzelnen Glättspalten als auch über die Temperaturen eingestellt werden kann, können in den einzelnen Messortsbereichen 3 und 4 unterschiedliche Maßnahmen getroffen werden. Dabei kann zumindest entweder nur in einem Messbereich 3, 4 eine Parameteränderung erfolgen, oder aber vorzugsweise in beiden. Diesbezüglich werden die entspre- chenden Messergebnisse in die Steuerung der Betriebsweise der Kalandereinrichtung 19 integriert.
Gemäß Figur 8 wird ein Ausgangszustand für jeden der Messorte 3, 4 vordefiniert. Der Ausgangszustand ist hier mit A bezeichnet. Dieser vordefinierte Ausgangszu- stand ist dabei durch die Ausgangszustandsgrößen X3A und X4A charakterisiert. Diese werden als Vergleichs- oder Referenzwerte für das weitere Verfahren zugrunde gelegt. Diese können vordefiniert sein oder aber im Betrieb der Maschine bestimmt werden. Auf die Bestimmung wird im Nachfolgenden noch näher eingegangen. Die Maschine beziehungsweise Behandlungseinrichtung 5 wird dann im Normalbetrieb betrieben und es erfolgt die Messung der Ist-Werte zumindest einer das Reflexionsverhalten der Oberfläche 2 in den Messorten 3, 4 beziehungsweise Messbereichen wenigstens mittelbar charakterisierenden Größen X3, X4. Diese Ermittlung erfolgt fortlaufend und es erfolgt ein Vergleich mit den den Ausgangszustand A charakterisierenden Größen X3A, X4A, wobei aus dem Vergleich eine Abweichungsvariable ΔX3 und AX4 ermittelt wird, die fortlaufend ermittelt wird. In Abhängigkeit einer Änderung dieser Abweichungsvariable ΔX3 beziehungsweise AX4 kann dann auf eine Änderung der Oberflächeneigenschaften der gerade durchlaufenden Oberflächen 2 in einer Kalandereinrichtung 19 geschlossen werden und somit Fehler in einer herzustellenden Materialbahn 6 über deren Länge ermittelt werden. Der Ausgangszustand A kann verschiedenartig ermittelt werden. Gemäß einer ersten Ausführung wird lediglich im Betriebsschritt A eine Referenzmessung an der Oberfläche 2 der Materialbahn an den Messorten 3 und 4 der Behandlungseinrichtung 5 vorgenommen. Dabei wird diese vorzugsweise derart eingestellt, zumindest in einem der Messbereiche 3 oder 4, dass ein möglichst geringer Einfiuss auf die Materialbahn 6 ausgeübt wird. Dies kann beispielsweise in der Kalandereinrichtung 19 derart erfolgen, dass im Mess- bereich 3 der Druck p und die Temperatur T über dem eigentlichen Normalbe- triebszustand verringert werden. Denkbar ist es auch, hier die Messung beim Anlaufen der Kalandereinrichtung 19 vorzunehmen, in welcher diese noch nicht die Betriebstemperatur erreicht hat.
Eine weitere Möglichkeit der Bestimmung der Ausgangsgrößen XA3 und XA4. erfolgt bei Abdeckung der Messbereiche 3 beziehungsweise 4 durch Mittel, die eine bekannte und möglichst homogene Oberflächencharakteristik aufweisen. Die Referenzmessung wird an dieser Abdeckung vorgenommen. Auch dann wird die Messung im Normalbetrieb der Maschine fortgesetzt und die Signaländerung im Normalbetrieb gegenüber dem Anfangszustand überwacht. Optional kann hier ein weiterer Schritt eingefügt werden, indem die Referenzmessung mit weiteren bekannten Materialien erfolgt.
Gemäß einer weiteren möglichen Ausführung kann die Oberfläche der Walze, insbesondere des Giättzylinders erfasst werden und als Ausgangszustand definiert werden. In diesem Fall ist die Materialbahn noch gar nicht durch die Kalandereinrichtung 19 geführt.
Bezugszeicheniiste
1 Vorrichtung
2 Oberfläche
3 Messort, Messbereich
4 Messort, Messbereich
5 Behandlungseinrichtung
6 Materialbahn
7 Emissionseinrichtung
8 Einfallender Lichtstrahl
9 Einfallender Lichtstrahl
10 Reflektierter Lichtstrahl
11 Reflektierter Lichtstrahl
12 Detektoreinrichtung
13 Bilderfassungseinrichtung
14 Zuordnungseinrichtung
15 Schnittstelle
16 Sendeeinrichtung
17 Empfangseinrichtung
18 Bildverarbeitungsetnrichtung
19 Kalandereinrichtung
20.1-20.6 Glättzylinder
21.1-21.5 Glättspalt
22 Messort
23 Lichtstrahl
24 Reflektierter Lichtstrahl
25 Ausrichtungseinrichtung
27 Führungswalze
28 Führungswalze
29 Führungswalze A Verfahrensschritt ai Abstand a2 Abstand a3 Abstand
B Bedruckbarkeit bi Abstand b2 Abstand b3 Abstand
E3 Ebene
E4 Ebene
G Glätte
G3 Istwert
G4 Istwert
Gsoil3, 4 Sollwert
Li Lot
L2 Lot
L3 Lot
R Rauigkeit
R3 Istwert
R4 Istwert
RG Reflexionsgrad
Rsoll3, 4 Istwert
X3 Istwert
X4 Istwert
XA3 Anfangskennwert
XA4 Anfangskennwert
Y3 Stellgröße
Y4 Stellgröße
Einfallswinkel α2 Einfallswinkel ßi Ausfallwinkel, Reflexionswinkel ß2 Ausfallwinkel, Reflexionswinkel

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erfassung zumindest einer die Eigenschaften einer Oberfläche (2) in einer Materialbahnbehandlungseinrächtung (5) wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe durch Bestimmung des Reflexionsverhaitens, insbesondere Reflexionsgrades der Oberfläche (2), dadurch gekennzeichnet, dass mittels zumindest einer Emissionsqueile (7) die Oberfläche (2) an zumindest zwei unterschiedlichen Messorten (3, 4, 22) beleuchtet wird und wenigstens eine das Reflexionsverhaiten, insbesondere den Refiexionsgrad der Oberfläche (2) wenigstens mittelbar charakterisierende Größe an den einzelnen Messorten (3, 4, 22) mittels einer Detektoreinrichtung (12) erfasst wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der zumindest einen, das Reflexionsverhalten, insbesondere den Reflexionsgrad der Oberfläche (2) wenigstens mittelbar charakteri- sierende Größe an zumindest zwei zueinander in Maschinenlängsrichtung
(MD) der Materialbahnbehandlungseinrichtung (5) beabstandet angeordneten Messorten (3, 4, 22) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der zumindest einen, das Reflexionsverhalten, insbesondere den Reflexionsgrad der Oberfläche (2) wenigstens mittelbar charakterisierende Größe an zumindest zwei Messorten (2, 3, 22) erfolgt, die quer zur Maschinenrichtung (CD) beabstandet angeordnet sind.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der zumindest einen, das Reflexionsverhalten, insbeson- dere den Reflexionsgrad der Oberfläche (2) wenigstens mittelbar charakterisierende Größe an einer Vielzahl von Messorten (3, 4, 22) quer zur Maschinenrichtung (CD) zur Bestimmung eines Querprofils der Oberfläche (2) erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der zumindest einen, das Reflexionsverhalten, insbesondere den Reflexionsgrad der Oberfläche (2) wenigstens mittelbar charakterisierende Größe mittels einer Detektoreinrichtung (12) erfolgt, umfassend zumindest eine Bildaufnahmeeinrichtung (13), wobei die Abbilder in einer
Auswerteinrichtung (18) ausgewertet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der zumindest einen, das Reflexionsverhalten, insbesondere den Reflexionsgrad der Oberfläche (2) wenigstens mittelbar charakterisierende Größe mittels einer Bildaufnahmeeinrichtung (13), insbesondere Kamera erfolgt und die Ortsauflösung größer 10 cm pro Messort (3, 4, 22) beträgt.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Biidaufnahmeeinrichtung (13) verwendet wird, mittels welcher über entsprechende Bildausschnitte mehrere Messorte in Maschineniängsrichtung (MD) und/oder Querrichtung (CD) gleichzeitig mit einer vordefinierten Auflösung, vorzugsweise größer 20 x 20 Pixel pro Quaütätswert aufgenommen werden können.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bildaufnahmeeinrichtung (13) mit ausreichend vordefinierter Pixel- auflösung verwendet wird, so dass eine bestimmte vordefinierte Breite am
Messort (3, 4, 22) abgebildet wird, vorzugsweise größer 1 m.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einem der Messorte (3, 4, 22) und/oder den einzelnen
Messorten (3. 4, 22) gleichzeitig unterschiedliche Reflexionswinkel (ßi, ß2) erfasst werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die das Reflexionsverhalten, insbesondere den Reflexionsgrad wenigstens mittelbar charakterisierende Größe als ein Maß der Stärke der Reflexion erfasst wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der zumindest einen, das Reflexionsverhalten, insbesondere den Reflexionsgrad der Oberfläche (2) wenigstens mittelbar charakterisierende Größe an den einzelnen Messorten (3, 4, 22) fortlaufend erfolgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der zumindest einen, das Reflexion sverh alten, insbesondere den Reflexionsgrad der Oberfläche (2) wenigstens mittelbar charakterisierende Größe in zeitlichen Intervallen erfolgt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine, das Reflexionsverhalten, insbesondere den Reflexionsgrad der Oberfläche (2) wenigstens mittelbar charakterisierende Größe an einer bewegten Oberfläche (2) erfasst wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine, das Reflexionsverhalten, insbesondere den Reflexionsgrad der Oberfläche (2) wenigstens mittelbar charakterisierende Größe an einer bewegten Oberfläche (2) in Form einer Materialbahnoberfläche (2) ermittelt wird,
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine, das Reflexionsverhalten, insbesondere den Reflexionsgrad der Oberfläche (2) wenigstens mittelbar charakterisierende Größe in Durchlaufrichtung der Materialbahn (6) an zueinander beabstandet angeordneten Messorten (3, 4, 22) bestimmt wird und die Änderung des Reflexionsgrades der Oberfläche (2) zwischen den Messorten (3, 4, 22) erfasst wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine, das Reflexionsverhalten, insbesondere den Refle- xionsgrad der Oberfläche (2) wenigstens mittelbar charakterisierende Größe an einer rotierenden Oberfläche in Form einer Walze und/oder einer Mate- rialbahnrolie bestimmt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ais eine, die Eigenschaften der Oberfläche (2) wenigstens mittelbar charakterisierende Größe der Glanz (G) als Funktion des Reflexionsgrades bestimmt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ais eine, die Eigenschaften der Oberfläche (2) wenigstens mittelbar charakterisierende Größe die Rauhigkeit afs Funktion des Reflexionsgrades bestimmt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass als eine, die Eigenschaften der Oberfläche (2) wenigstens mittelbar charakterisierende Größe eine die Bedruckbarkeit und/oder Schwarz-Sati- nage und/oder Faserorientierung charakterisierende Größe als Funktion des Reflexionsgrades bestimmt wird.
20. Verfahren zur Optimierung der Betriebsweise einer Behandlungseinrichtung (5) für Materialbahnen (6), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine, die Eigenschaften der Oberfläche (2) einer Materiai- bahn (6) und/oder einer Komponente der Materialbahnbehandlungseinrich- tung wenigstens mittelbar charakterisierende Größe derart bestimmt wird, dass mittels zumindest einer Emissionsquelle (7) die Oberfläche (2) an zumindest zwei unterschiedlichen Messorten (3, 4, 22) beleuchtet wird und wenigstens eine das Reflexionsverhalten, insbesondere den Reflexionsgrad der Oberfläche (2) wenigstens mittelbar charakterisierende Größe an den einzelnen Messorten (3, 4, 22) simultan erfasst wird und die, die Eigenschaften der Oberfläche (2) wenigstens mittelbar charakterisierende Größe ais Eingangsgröße einer Steuerung und/oder Regelung einer die Betriebsweise der Materialbahn behandlungseinrichtung (5) wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe gesetzt wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die, die Eigenschaften der Oberfläche (2) einer Materialbahn (6) und/oder einer Komponente der Materialbahnbehandiungseinrichtung (5) wenigstens mittelbar charakterisierende Größe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19 ermittelt wird.
22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Änderung der die Eigenschaften der Oberfläche (2) der Material- bahn (6) wenigstens mittelbar charakterisierenden Größen erfasst wird und in
Abhängigkeit des Änderungsverhaltens die Materialbahnbehandlungsein- richtung (5) gesteuert wird.
23. Verfahren nach Anspruch 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass in der Materialbahnbehandlungseinrichtung (5) die Materiaibahn (6) wenigstens einer der folgenden Maßnahmen ausgesetzt wird:
- Änderung der Temperatur;
- Änderung des Druckes; - Befeuchtung;
- Bedampfung.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass als Materialbahnbehandlungseinrichtung (5) eine Kalandereinrichtung
(19) eingesetzt wird, umfassend eine Mehrzahl von jeweils einen Glättspalt (21.1 bis 21.5) bildenden Glättzylindern (20.1 bis 20.6), wobei die Messorte (3, 4, 22) vorzugsweise an unterschiedlichen Glättzylindern und/oder Führungswalzen vorgesehen sind.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit einer Abweichung eines Ist-Wertes der zumindest eine, das Reflexionsverhalten, insbesondere den Reflexionsgrad der Oberfläche (2) wenigstens mittelbar charakterisierende Größe von einem Sollwert eine Stellgröße zur Steuerung und/oder Regelung der Betriebsweise zumindest einer der nachfolgend genannten Komponenten und/oder Parameter erzeugt wird:
- Dampfblaskasten;
- Dampf-Wassersprüheinrichtung;
- Wassersprüheinrichtung; - Walzentemperatur;
- Belastung im Walzenspalt, insbesondere Druckprofil.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialbahnbehandlungseinrichtung (5) als Wickeleinrichtung für eine Materialbahnrolle ausgebildet ist und zumindest eine, die Eigenschaften der Oberfläche einer Materialbahnrolle und/oder einer der Walzen der Wickeleinrichtung wenigstens mittelbar charakterisierenden Größen erfasst wird und als Eingangsgröße einer Steuerung der Wickeleinrichtung verwen- d et wird.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der zumindest einen, das Reflexionsverhaften, insbesondere den Reflexionsgrad der Oberfläche (2) einer Materiaibahnrolle und/oder einer der Walzen der Wickeleinrichtung wenigstens mittelbar beschreibenden Größe eine der nachfolgend genannten Parameter der Wickeleinrichtung gesteuert wird:
- Drehzahl der Tragwaizen;
- Anpressdruck im Wickelspait
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Emissionseinrichtung (7) gegenüber der Detektoreinrichtung (12) ein einem Winkel von weniger 150 Grad bezogen auf den Messort (3, 4, 22) angeordnet wird und der Abstand (b3t b4) zwischen Messort (3, 4, 22) in der
Maschine und Detektoreinrichtung (12) größer 5 m beträgt.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass vor Inbetriebnahme der Materialbahnbehandlungseinrichtung (5) ein
Ausgangszustand vordefiniert wird und im Betrieb an den Messorten (3; 4, 22) eine Messung zumindest einer, das Reflexionsverhalten, insbesondere den Reflexionsgrad der Oberfläche (2) wenigstens mittelbar charakterisierende Größe erfolgt, wobei das Verhalten der erfassten Istwerte gegenüber dem Anfangszustand überwacht wird.
30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die den Ausgangszustand der Oberfläche (2) charakterisierenden Größen frei definiert werden.
31. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass afs die den Ausgangszustand der Oberfläche (2) charakterisierenden Größen Istgrößen gesetzt werden, die bei einer Einstellung der Behandlungseinrichtung (5) ermittelt werden, die durch einen geringen Einfluss auf die Oberfläche (2) der Materialbahn (6) erzeugt wird.
32. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass als die den Ausgangszustand der Oberfläche (2) charakterisierenden Größen Istgrößen gesetzt werden, die bei einer Einsteilung der Behand- iungseinrichtung (5) ermittelt werden, die frei vom Durchlauf einer Materialbahn (6) ist und in weichem die Messorte (3, 4, 22) mit einer Abdeckung abgedeckt werden, das eine bekannte möglichst homogene Oberfiächencha- rakteristik aufweist, wobei mitteis dieser Abdeckung eine Referenzmessung vorgenommen wird.
33. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass als die den Ausgangszustand der Oberfläche (2) charakterisierenden Größen die die Oberflächen der noch nicht von der Materialbahn (6) umschlungenen Walzen beschreibenden Größen herangezogen werden.
34. Verfahren nach Anspruch 20 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Messungen zu Korreiationszwecken fortlaufend wiederholt werden und mit Messwerten eines Standardmesssystems innerhalb der Materialbahnbehandlungseinrichtung (5) oder im Labor verglichen werden.
35. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die, die Unterschiede der Messgeometrie bei der Betrachtung von mehr als einem Messort (3, 4, 22) mit der gleichen Detektoreinheit (12) im Messergebnis mit Kompensationsmitteln kompensiert werden, wobei Referenzmessungen gemäß einem der Ansprüche 27 bis 34 herangezogen werden und/oder theoretische Modelle Verwendung finden und/oder vorbekannte experimenteile Kennlinien Verwendung finden.
36. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zeitweise polarisiertes Licht und/oder ein Polarisationsfilter vor der Detektoreinheit verwendet werden.
37. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflexionsverhalten der Oberfläche bei verschiedenen Wellenlängen oder Spektren ausgewertet wird.
38. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine, die Qualität der Materialbahn (6) wenigstens mittelbar beschreibende Größe, insbesondere in Form von Glanz, Glätte, Rauhigkeit, Bedruckbarkeit, Blackening, Faserorientierung aus dem Reflexionsverhalten der Oberfläche (2) bestimmt wird.
39. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass weitere verfügbare Istwerte von Messgrößen aus anderen Messeinrichtungen oder Datenquellen wie flächenbezogene Masse, Feuchte, Temperatur, Dicke, Formation, Zusammensetzung, Glanz, Glätte, Rauhigkeit, Bedruckbarkeit, Blackening, Faserorientierung als Zusatzinformationen berücksichtigt werden, um durch geeignete Berücksichtung und Verknüpfung der jeweils relevanten Informationen die die Qualität der Materialbahn (6) wenigstens mittelbar beschreibenden Größen genauer zu bestimmen.
40. Vorrichtung zur Erfassung zumindest einer eine Oberfläche (2) in einer Materialbehandlungseinrichtung (5) wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe, umfassend zumindest eine Emissionsquelle (7), die auf die Oberfläche (2) gerichtet ist und eine Detektoreinheit (12), über die das Reflexionsverhalten, insbesondere der Refiexionsgrad der Oberfläche (2) erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Emissionsquelle (7) und eine Detektoreinrichtung (12) mehreren Messorten (3 4, 22) gemeinsam zugeordnet sind.
41. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Emissionseinrichtung (7) gegenüber der Detektoreinrichtung (12) ein einem Winkel von weniger 150 Grad bezogen auf den Messort (3, 4, 22) angeordnet wird und der Abstand (b3, b4) zwischen Messort (3, 4, 22) in der Maschine und Detektoreinπchtung (12) größer 5 m beträgt.
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