专利名称：在线控制纤维网的纤维方向的设备和方法
技术领域：
本发明涉及造纸机或纸板机中在线控制连续纤维网的纤维方向的设备，造纸机或纸板机包含至少一个成形器(former)，成形器包括至少一个网前箱(headbox)，网前箱被安排成通过挡板输送在成形器中形成所述纤维网的浆料，挡板包括可彼此相关地移动和限定出料孔的唇板(lip)，所述设备包括-被安排在成形器下游的纤维方向测量仪，用于测量纤维网的纤维方向；-被安排在沿着所述唇板的预定位置中的预定个致动构件，用于响应每一个是测量纤维方向值的函数的各自控制信号，局部调节出料孔；和-控制单元，被安排成从纤维方向测量仪接收测量纤维方向值，计算所述控制信号，和将控制信号发送到致动构件。
本发明还涉及造纸机或纸板机中在线控制连续纤维网的纤维方向的方法，造纸机或纸板机包含至少一个成形器，成形器包括至少一个网前箱，网前箱被安排成通过挡板输送在成形器中形成所述纤维网的浆料，挡板包括可彼此相关地移动和限定出料孔的唇板，所述方法包括-通过安排在成形器下游的纤维方向测量仪，测量纤维网的纤维方向；-计算和向预定个致动构件发送每一个是测量纤维方向值的函数的各自控制信号，预定个致动构件被安排在沿着所述唇板的预定位置中，用于响应控制信号，局部调节出料孔。
在造纸行业中，专业人员都知道，制成纸板中的纤维方向，即，板中纸浆纤维的主要取向在很大程度上影响板特性。当制纸时，一般说来，希望使纤维方向沿着整个纸网均匀分布，也就是说，纤维的取向在机器中是相似的，并且与纸网的方向相交。例如，人们知道，通过使纤维方向均匀分布，可以提高板的特性，譬如，平滑性、韧性、抗弯曲性、伸展性和适印性。于是，纤维方向的均匀分布使制成纸产品较少被人们废弃和较少引起人们抱怨。
按照造纸行业内的所谓矢量理论，控制纤维方向的参数是造纸网速度、浆料的出料速度和浆料相对于机器方向的出料方向。人们知道，在造纸机中安排测量系统，以便当纸网经过该系统时，横向测量纸网的纤维方向。来自这样测量系统的结果通常以所谓纤维取向分布图形式给出，纤维取向分布图是纤维方向在纸网的横向上如何变化的图形。根据测量的纤维方向，工作人员然后可以通过人工调整造纸机的网前箱，例如，通过人工调整网前箱的边阀或出料率，即，浆料出料速度/造纸网速度的比率，减小纤维方向的任何变化。
但是，这种减小纤维方向变化的方法是难以执行的和不合理的。首先，所述人工调整相比而言难以预测。因此，少量调整可能导致纤维方向的不可控变化。其次，难以预测所述调整如何独自或相互结合影响纤维方向。即使工作人员具有长期的造纸经验，调整方法也往往遵从“边看边拧”的原则，即，工作人员在重复的过程中不加区分地测量纤维方向和调整网前箱，直到获得纤维方向的足够均匀分布为止。这种调整方法效率低下，在获得纤维方向的可接受均匀分布之前，可能经过了相当长时间，在这段时间间隔内制造的纸网面临着不得不被废弃的风险。
本发明的目的是解决这些问题，并且提供在线控制纤维方向和在纸正在制造期间，能够迅速和精确地减小纤维方向的变化的设备和方法。
根据本发明的设备的特征在于，-将控制单元安排成识别测量纤维方向值的一组纤维方向值{v1v2v3...vN}，所述组的所述纤维方向值来源于与致动构件的位置相对应、沿着纤维网的横向的位置；-将控制单元安排成通过计算一组误差值{e1e2e3...eN}＝{b1-v1b2-v2b3-v3...bN-vN}，将所识别组的纤维方向值与一组期望的纤维方向值{b1b2b3...bN}相比较；和-将控制单元安排成按照sn=enC0+Σi=1i=JCi(en+i-en-i),]]>计算作为预定个所述误差值的函数、每个致动构件的所述控制信号，其中，J是预定整数，和C0C1C2...CJ是预定常数。
根据本发明的方法的特征在于，-识别测量纤维方向值的一组纤维方向值{v1v2v3...vN}，所述组的所述纤维方向值来源于与致动构件的位置相对应、沿着纤维网的横向的位置；-通过按照{e1e2e3...eN}＝{b1-v1b2-v2b3-v3...bN-vN}计算一组误差值，将所述识别组的纤维方向值与一组期望的纤维方向值{b1b2b3...bN}相比较；和-按照sn=enC0+Σi=1i=JCi(en+i-en-i),]]>计算作为预定个所述误差值的函数的所述控制信号的每一个，其中，J是预定整数，和C0C1C2...CJ是预定常数。
由于可以局部调节每个致动构件上的出料孔和控制信号是测量纤维方向的函数，基本上可以连续地校正不想要的纤维方向变化。最后，控制信号由微处理器来计算，微处理器包括在被安排成从纤维方向测量仪接收测量纤维方向和在计算之后将控制信号发送到致动构件的控制单元中。于是，无需任何人工操作就可以控制纤维方向，从而能够取得迅速和精确控制。
在下文中，参照附图对本发明作进一步描述。
图1是造纸机安装了根据本发明的设备的部分的示意性表示；图2示出了例示如何校正不规则纤维取向分布的纤维取向分布图；图3示出了例示在浆料的出料速率低于造纸网速度的情况下，如何通过局部缩小网前箱的出料孔改变纤维方向的纤维取向分布图；和图4示出了例示在浆料的出料速率低于造纸网速度的情况下，如何通过局部增大网前箱的出料孔改变纤维方向的纤维取向分布图。
图1是纸板机1的示意性表示，纸板机1包含成形器2，在这种情况下，改良型长网(fourdrinier)成形器，成形器2包括网前箱3和造纸网部分(wirepart)4。造纸网部分4包括造纸网(wire)5和造纸网5绕在上面的胸辊6。网前箱3被安排成通过挡板将浆料输送到使浆料脱水以便形成纤维的连续网，即，纤维网8的造纸网部分4。挡板7包括被安排成可彼此相关地移动，以便形成浆料流过的可调整出料孔11的两个唇板9，10。
在成形器2的下游，在纤维已经固定在形成网络中的位置中，安排了用于测量纤维的取向的纤维方向测量仪12。最后，纤维方向测量仪12位于纸板机1的烘干部分(未示出)中，或在它的下游，但是，从原理上来讲，它可以位于沿着纤维网8的走向的任何地方，只要所选位置中的纤维已经固定在网络中。最好，纤维方向测量仪12包括激光器-摄像机组合(未示出)，激光器-摄像机组合在纤维网8的横向作往复运动，以便在纤维网8的横向测量纤维方向。纤维方向测量仪12与控制激光器-摄像机组合和接收和处理测量纤维方向值的控制单元13连接。适用的测量仪有，例如，由瑞士ABB AB公司销售的“AccuRay智能纤维取向传感器”。
根据本发明，挡板7包括预定数量N个致动构件14，预定数量N个致动构件14位于沿着唇板9，10，最好均匀分布，例如，相互之间距离为大约10cm(厘米)的预定位置中。每个致动构件14被安排成控制与相邻位置中的浆料流有关的在自身位置中的浆料流。这可以通过每个致动构件14响应来自控制单元13的控制信号，为出料孔设置单独值来实现。于是，将致动构件14与控制单元连接，以便从中获取它们各自的控制信号。在根据图1的实施例中，致动构件14与可移动的上唇板9连接，以便与静止的下唇板10相关地操作上唇板9，从而调整在不同位置中的出料孔11。于是，上唇板9可在某种程度上移动，从而可以沿着挡板7的长向，为出料孔11设置不同值。
在下文中，参照图2-4描述计算所述控制信号的方法。
该方法包括纤维方向测量仪12横向测量纤维方向和将测量纤维方向值发送到控制单元13的步骤。于是，测量纤维方向值描述在纤维网8横向的纤维取向分布。图2中的曲线15是这样分布的图形显示。从曲线15可明显看出，在这种情况下的纤维方向与纤维网8的走向，即，与机器方向成一个角度，这个角度在纤维网8的一侧是大约-7°，并且，沿着纤维网8的横向不断增大，在另一侧达到大约8°。于是，在这种情况下，纤维网8呈现不规则纤维取向分布。
从测量的纤维方向值中，控制单元13识别向值的一组纤维方向值{v1v2v3...vN}这些值是纤维方向和机器方向之间的角度值，它们来源于与致动构件14的位置相对应、沿着横向的位置。
然后，将测量的纤维方向值与一组期望的纤维方向值{b1b2b3...bN}相比较，这些期望的纤维方向值决定期望纤维方向分布。通常，最好在纤维网8的整个宽度上，主纤维方向与机器方向一致，因此，如图2中的曲线16所示，所有期望的纤维方向值通常被设置成0°。但是，从原理上来讲，也可以选择其它期望的纤维方向值。
上述比较是通过控制单元13按照{e1e2e3...eN}＝{b1-v1b2-v2b3-v3...bN-vN}，
计算一组误差值，即，通过计算测量纤维方向值和期望的纤维方向值之间的差值完成的。在图2中，曲线17例示了计算的误差值。于是，误差值决定与为了获得期望纤维方向分布而必须完成的纤维方向校正相对应的误差分布。
此后，控制单元13计算作为误差值的函数、每个致动构件的控制信号。因此，到位置n中的致动构件的控制信号s一般写成sn＝f(...en-1，en，en+1...)。
但是，根据上述矢量理论，人们知道浆料流的局部变化如何影响纤维方向。如果，例如，浆料的出料速度低于造纸网速度，在某个位置n中的出料孔的局部缩小意味着，如从图3中的纤维取向分布图明显看出的那样，纤维方向受到影响。在位置n的左边，纤维沿着顺时针方向，即，沿着正方向转动，而在位置n的右边，纤维沿着逆时针方向，即，沿着负方向转动。同样，人们还知道纤维方向如何受出料孔的增大影响，这例示在图4中。
于是，某个位置中的出料孔的局部变化通常影响相邻位置中的纤维方向。因此，到位置n中的致动构件的控制信号sn最好应该是来源于相邻位置，即，n-1，n+1，n-2，n+2，...的预定个误差值，最好至少两个误差值的函数。
然后，控制单元13按照sn=enC0+en+1C1+en+2C2+...+en+JCJ-(en-1C1+en-2C2+...+en-JCJ)]]>=enC0+Σi=1i=JCi(en+i-en-i),]]>计算每个控制信号，其中J是预定整数和C0C1C2...CJ是预定常数。如果J被选为例如5，那么到位置n中的致动构件的控制信号sn是位置n中的误差值和相邻位置n+1，n-1，n+2，n-2，n+3，n-3，n+4，n-4，n+5和n-5中的误差值两者的函数。于是，这些常数决定具有通过J的选择确定的宽度的滤波器。
为了计算到每一侧的J个最外面致动构件，即，位置n＝1到n＝J和n＝N-J到n＝N中的致动构件的控制信号，插入被设置成0的虚误差值e-J+1到e0和eN+1到eN+J。
最好，控制单元13包括进行上述计算的微处理器(未示出)。当控制部分13已经计算了控制信号时，最好通过适当调节器(未示出)，将这些控制信号发送到致动构件14。
当在制造纸板的机器中进行试验时，利用根据上述方法的不同滤波器可以使沿着纤维网的横向的纤维方向变化减小50％。这样滤波器的例子有C0＝0C1＝0.0650C2＝0.3150C3＝0.5000C4＝0.3150C5＝0.0650C6＝0和C0＝0C1＝0.0326C2＝0.1599C3＝0.4144C4＝0.7360C5＝0.9670C6＝0.9670C7＝0.7360C8＝0.4144C9＝0.1599C10＝0.0326C11＝0在第一例中是J＝6，而在第二个例子中是J＝11。可选地，可以利用更大的滤波器，例如，像J＝30或甚至J＝60那样的滤波器。但是，这些滤波器是机器特有的，并且，即使这些滤波器已证明在所涉及的纸板机中起良好作用，显然，在其它造纸机或纸板机中其它滤波器可能更可取。在上面的例子中，所有常数都等于或大于0，这是优选的，但负值也可以用作常数。但是，由于按照结合图3和4给出的描述，通常，通过改变位置n中的出料孔不会促进所述位置n中的纤维方向的校正，所以最好将常数C0选为0。
为了保证纤维方向保持在规定极限值内，最好在纸制造期间基本上连续地执行上述步骤，即，纤维方向的测量、适当控制信号的计算、和按照这些控制信号对出料孔的调整。但是，实际上，当测量纤维方向时，纤维方向测量仪12扫描纤维网8的整个宽度需要花费一些时间，因此，取而代之，每分钟或在任何其它适当时间间隔内使出料孔改变1到2次似乎更切实可行。
显然，在本发明的范围内，可以使用除了上述从测量纤维方向值中计算适当控制信号的那一种之外的其它算法。例如，可以计算和分开校正误差分布的平均值，或者，可选地，可以将误差分布划分成分开对待的不同波段，这是一种本身已知的技术。例如，为了降低系统中的所谓“振铃”，还可以在算法中应用附加滤波器。
此外，显然，本发明可应用在不同类型的造纸机，以及纸板机上，并且，这些机器可以包括使本发明得以实施的数个成形器和网前箱。
权利要求
1.一种在造纸机或纸板机(1)中在线控制连续纤维网(8)的纤维方向的设备，所述造纸机或纸板机(1)包含至少一个成形器(2)，所述成形器(2)包括至少一个网前箱(3)，所述网前箱被安排成通过挡板(7)输送在所述成形器(2)中形成所述纤维网(8)的浆料，所述挡板(7)包括可彼此相关地移动和限定出料孔(11)的唇板(9，10)，所述设备包括-被安排在成形器(2)下游的纤维方向测量仪(12)，用于测量纤维网(8)的纤维方向；-被安排在沿着所述唇板(9，10)的预定位置中的预定个致动构件(14)，用于响应每一个是测量纤维方向值的函数的各自控制信号，局部调节出料孔(11)；和-控制单元(13)，被安排成从纤维方向测量仪(12)接收测量纤维方向值，计算所述控制信号，和将控制信号发送到致动构件(14)，其特征在于，-将控制单元(13)安排成识别测量纤维方向值的一组纤维方向值{v1v2v3...vN}，所述组的所述纤维方向值来源于与致动构件(14)的位置相对应、沿着纤维网(8)的横向的位置；-将控制单元(13)安排成通过计算一组误差值{e1e2e3...eN}＝{b1-v1b2-v2b3-v3...bN-vN}，将所识别组的纤维方向值与一组期望的纤维方向值{b1b2b3...bN}相比较；和-将控制单元(13)安排成按照sn=enC0+Σi=1i=JCi(en+i-en-i),]]>计算作为预定个所述误差值的函数、每个致动构件(14)的所述控制信号，其中，J是预定整数，和C0C1C2...CJ是预定常数。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，常数C1C2...CJ大于0。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，常数C0＝0。
4.根据权利要求1-3的任何一项所述的设备，其特征在于，控制单元(13)包括计算所述控制信号的微处理器。
5.一种在造纸机或纸板机(1)中在线控制连续纤维网(8)的纤维方向的方法，所述造纸机或纸板机(1)包含至少一个成形器(2)，所述成形器(2)包括至少一个网前箱(3)，所述网前箱被安排成通过挡板(7)输送在所述成形器(2)中形成所述纤维网(8)的浆料，所述挡板(7)包括可彼此相关地移动和限定出料孔(11)的唇板(9，10)，所述方法包括-通过安排在成形器(2)下游的纤维方向测量仪(12)，测量纤维网(8)的纤维方向；-计算和向预定个致动构件(14)发送每一个是测量纤维方向值的函数的各自控制信号，预定个致动构件(14)被安排在沿着唇板(9，10)的预定位置中，用于响应控制信号，局部调节出料孔(11)。其特征在于，-识别测量纤维方向值的一组纤维方向值{v1v2v3...vN}，所述组的所述纤维方向值来源于与致动构件(14)的位置相对应、沿着纤维网(8)的横向的位置；-通过按照{e1e2e3...eN}＝{b1-v1b2-v2b3-v3...bN-vN}计算一组误差值，将所述识别组的纤维方向值与一组期望的纤维方向值{b1b2b3...bN}相比较；和-按照sn=enC0+Σi=1i=JCi(en+i-en-i),]]>计算作为预定个所述误差值的函数的所述控制信号的每一个，其中，J是预定整数，和C0C1C2...CJ是预定常数。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，常数C1C2...CJ大于0。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，常数C0＝0。
全文摘要
一种在线控制纤维网(8)的纤维方向的设备和方法，纤维网由通过可移动唇板(9，10)限定的出料孔(11)，从网前箱(3)输送的浆料制成，同时使用位于上游的纤维方向测量仪(12)和沿着唇板排列的致动构件(14)，致动构件用于响应每一个是测量纤维方向值的函数的各自控制信号，调节出料孔，其中，控制单元(13)接收测量纤维方向值，计算控制信号，和将这些控制信号发送到致动构件。根据本发明，控制单元识别来源于与致动构件的位置相对应、沿着纤维网的横向的位置的一组纤维方向值。然后，控制单元将该组纤维方向值与一组期望的纤维方向值相比较。
文档编号D21G9/00GK1659334SQ03813152
公开日2005年8月24日 申请日期2003年4月15日 优先权日2002年4月22日
发明者约翰·弗姆, 安德斯·休比尼特 申请人:斯托拉恩索公司