专利名称：用于监视和控制向起皱烘缸涂敷性能增强材料的方法
技术领域：
本发明属于监视和控制起皱烘缸/扬基(Yankee)烘缸涂层的领域。
背景技术：
在纸巾制造过程中，扬基涂层和起皱应用是最重要的，控制单元操作可以说是最困难的。对于起皱的纸巾产品，这个步骤确定了纸巾和毛巾产品的吸收度、体积、强度和柔软度等基本特性。作为一个整体，同等地重要的是起皱步骤的效率和运行性能控制了纸巾机器的效率和运行性能。纸巾制造过程常见的困难是在交叉方向上起皱烘缸上的涂层特性不均勻。由从喷杆施加的粘合剂、改性剂、脱模剂以及从网或板拉出的纤维、来自水蒸发过程的有机和无机材料以及在纸巾制造过程的湿部之前添加的其它化学物质构成涂层。涂层特性中的不均勻性通常涉及烘缸表面上的温度、潮气和区域化学成分的变化。变化通常是十分重要的，并且可以导致可变的板粘合、不同特性的沉积和/或导致缸上缺少材料，这可能导致过度的扬基/起皱烘缸和起皱刀片磨损。也可能因这种变化和/或劣化而使诸如吸收度、体积、强度和柔软度之类的最终的板特性变差。作为这些缺点的结果，因此需要对在起皱烘缸表面上的涂层进行监视和控制的方法。
发明内容
本发明提供一种方法，用于监视和任选地控制在起皱烘缸表面上涂敷含性能增强材料(PEM)的涂层，该方法包括(a)把涂层涂敷到起皱烘缸表面上；(b)通过微分法测量起皱烘缸表面上涂层的厚度，其中所述微分法利用不与涂层物理接触的多个装置；(C)响应于所述涂层的厚度而任选地调节所述起皱烘缸的一个或多个确定区域中涂敷所述涂层， 为的是在起皱烘缸表面上提供均勻厚度的涂层；以及(d)除了涂层的厚度之外，任选地应用附加的设备以监视和任选地控制起皱烘缸上涂层的其它方面。本发明还提供一种方法，用于监视和任选地控制在起皱烘缸表面上涂敷含性能增强材料(PEM)的涂层，该方法包括(a)把涂层涂敷到起皱烘缸表面上；(b)提供具有源波长的干涉仪探测器，所述源波长给出通过起皱烘缸表面上涂层的足够大的透射；(c)应用干涉仪探测器以测量来自涂层空气表面和起皱烘缸的涂层缸表面的反射光以确定起皱烘缸上涂层的厚度；(d)响应于所述涂层的厚度任选地调节在所述起皱烘缸的一个或多个确定区域中涂敷所述涂层，为的是在起皱烘缸表面上提供均勻厚度的涂层；以及(e)除了涂层的厚度之外，任选地应用附加的设备以监视和任选地控制起皱烘缸上涂层的其它方面。
图1 示意性地示出安装在共用模块上的涡电流和光学位移传感器的组合。图2 示意性地示出安装在平移台上的传感器模块，用于在交叉方向上监视扬基烘缸涂层。
4
图3 使用涡电流加上三角测量传感器配置的动态数据收集。图4 关于动态裸金属监视的数据。图5 关于校正的动态裸金属监视的数据。图6 关于在经涂布的区域中的动态位移监视的数据。图7 关于在经涂布的区域中的动态薄膜厚度监视的数据。图8 关于在涂层中含缺陷(裸点)的经涂布的区域中的动态位移监视的数据。图9 关于在涂层中含缺陷(裸点)的涂布分段中的动态薄膜厚度监视的数据。靠近-10 μ m的尖峰确定了涂层中缺陷的存在。图10 示意地示出了安装在共用模块上的涡电流、光学位移、电容和顶温度的组合。图11 示意地示出了用于起皱烘缸上涂层厚度监视的一般的干涉用途。图12 关于围绕选中的周长区域的动态薄膜厚度分布的数据。LHS(左手侧)示出涂层厚度的不均勻。RHS(右手侧)示出同一涂层，其中具有与刮刀交互作用的振纹。
具体实施例方式本发明的方法和控制策略针对起皱烘缸表面上的涂层。各种类型的化学物质构成起皱烘缸表面上的涂层。这些化学物质使涂层的特性具有改善纸巾制造过程的功能。 把这些化学物质统称为性能增强材料(PEM)。在美国专利7，048，拟6和美国专利公报 2007/0208115中讨论了这些化学物质的示例性描述以及控制其涂敷过程的方法，这里结合这两个专利作为参考。在一个实施例中，所利用的多个装置中的一个装置是涡电流传感器。微分法可以包括涡电流和光学位移传感器。在一个实施例中，微分法包括下列步骤应用涡电流传感器以测量从传感器到起皱烘缸表面的距离，并且应用光学位移传感器以测量从涂层表面到传感器的距离。在又一个实施例中，光学位移传感器是激光三角测量传感器或有色共焦传感器。图1描绘由涡电流传感器和光学位移传感器构成的传感器组合的示意图。涡电流 (EC)传感器根据测量电阻抗变化的原理而工作。通过把交流电(AC)施加于线圈使EC产生了磁场。当EC靠近导电目标时，在目标中产生电流。这些电流的方向与线圈中电流方向相反，称之为涡电流。这些电流产生它们自己的磁场，它们自己的磁场影响传感器线圈的总阻抗。当EC传感器和目标之间的间隙改变时，EC的输出电压改变，从而提供距离和电压之间的相关性。在这个应用中，EC传感器建立了传感器外壳和起皱烘缸表面之间的基准。安装在外壳中的第二传感器通过光学方式测量传感器相对于薄膜表面的位移。光学位移传感器可以是像Micro-EpsiIon (北卡罗来纳洲的Raleigh市)型号1700-2之类的三角测量型传感器或像Micro-Epsilons optoNCDT MOl共焦传感器之类的有色型传感器。 这些传感器根据从薄膜表面反射光的原理而工作。当由于过程工作条件引起涂层光学性质的变化时，传感器监视位置或PEM本身的性质，然后可以保证高性能三角测量传感器，诸如 Keyence LKG-15 (新泽西州的Woodcliff湖的Keyence)。这种Keyence三角测量传感器具有用于测量透明和半透明薄膜的内置算法而提供准确度更高的测量。在交叉方向(⑶)和机器方向(MD)上的透射特性的变化可以保证传感器适用于不同的涂层光学特性，并且更高性能的三角测量传感器可以在不同测量模式之间切换。通常，大多数商用三角测量传感器对于透明或不透明材料会产生测量误差。如果薄膜特性是恒定的，则调整三角测量传感器的角度可以减小这个误差。然而，对于薄膜特性高度变化的过程中的测量，传感器旋转并非任选的。光学和EC传感器两者提供所需的分辨率，以便监视具有> 50微米的期望厚度的PEM薄膜。通过取得从EC和光学位移传感器测量到的距离之间的差而得到薄膜厚度。把传感器置于清除外壳中，如图1所示。使用清除气体(清洁的空气或拟)进行传感器冷却、清洁以及保持无尘的光路。需要冷却，因为外壳的位置离开蒸汽加热的起皱烘缸10-35毫米之间。如果需要的话，可以通过使用涡旋或Peltier冷却器而使用附加的冷却。从外壳中出来的清除气体形成测量区域周围的屏蔽气体，以使颗粒物和潮气最少。颗粒物会通过使发射的和反射的光强度衰减而影响光学测量。而凝结在该外壳的光入射窗口和光出射窗口上的潮气会导致衰减和散射。对于存在颗粒物和潮气的情况，EC传感器不受影响。对于起皱烘缸(也被称为扬基烘缸)上的工业监视，可以把图1所示的传感器模块安装在图如2所示的平移台上。在安装之前，必须在平坦基板上校正传感器的定位以得到零测量读数。这是必需的，因为EC和光学位移传感器的定位可能相对于基板表面不同地偏移。校正步骤必须调节每个传感器的位置以保证没有薄膜存在时的零读数。工业过程中的传感器模块的安装包括把模块安装在两个传感器能工作的准确范围的一个距离处。当缸旋转时通过平移交叉方向上的模块，可以处理和显示薄膜厚度和质量的分布。然后使用处理结果进行反馈控制以激励用于PEM、其它化学物质的添加的适当的区域，或改变应用条件，例如，流速、动量或雾滴大小。此外，如果不能够恢复薄膜质量(厚度或均勻性)，则可以激励报警而向操作者警告严重问题，例如，缸弯曲、刮刀损坏或振动、严重的涂层建立等。最后，在图2中确定三个测量位置。可以在刮刀和清洁刀片之间(1)、在清洁刀片之后(2)或在压到缸上的网之前(3)，进行薄膜厚度和质量的测量。可以监视单个位置或多个位置。图3中示出使用EC和光学位移(三角测量)传感器的组合的实验室结果。既然是这样，在以 16-20转/分钟(每分钟转数)旋转的95毫米直径铸铁缸上进行动态测量。缸的一半涂布了 PEM。在缸的涂布PEM的部分上，作出一个裸点( 20毫米直径)以模拟缺陷区域。图3示出在裸金属区域中开始的经校正的信号(涡电流-三角测量)。把传感器组合平移到经涂布的区域示出由于涂布引起的 27微米的平均偏移。这里，信号是负的，这表示由于涂层的厚度而使传感器和缸之间减少27微米的距离。在300秒处，传感器组合平移回裸金属区域。起初，信号表现出较高( 5微米)，要求进一步调节，使传感器的位置更接近原始测量位置。这个异常情况可能是由于传感器没有测量确切相同的区域以及具有小比例设置的小曲率半径引起的实验室系统的人为现象。14-18英尺直径缸的工业监视可以减小这些影响，由于传感器基本上把缸视为平板。最后，通过在 375秒处把传感器平移到含裸点的区域而作出检测涂层缺陷的展示。这里，测量到的平均涂层厚度是 30 微米。这在200-300秒之间的区域得到的结果的3微米之内。该信号中靠近-10微米处出现的尖峰确定了涂层缺陷的存在。当裸点通过测量区域旋转时，该信号靠近0微米。测量到的10微米的偏移要归因于缺陷区域中的剩余的涂层。表1中概括了从图3得到的结果，用于经校正的数据以及原始三角测量以及EC数据。
权利要求
1.一种用于监视和任选地控制在起皱烘缸的表面上涂敷含性能增强材料(PEM)的涂层的方法，包括(a)把涂层涂敷到起皱烘缸的表面上；(b)通过微分法来测量起皱烘缸的表面上的涂层的厚度，其中所述微分法利用不与所述涂层物理接触的多个装置；(c)响应于所述涂层的厚度，任选地调节所述起皱烘缸的一个或多个确定区域中的所述涂层的涂敷，以便在起皱烘缸的表面上提供厚度均勻的涂层；以及(d)任选地应用附加的设备，以监视和任选地控制除了起皱烘缸上的涂层的厚度之外所述涂层的其它方面。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所利用的所述多个装置之一是涡电流传感ο
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述微分法包括下列步骤应用涡电流传感器以测量从传感器到起皱烘缸的表面的距离；以及应用光学位移传感器以测量从涂层表面到传感器的距离。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述光学位移传感器是激光三角测量传感器或有色型共焦传感器。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括应用电容探测器以测量所述涂层的潮气含量；将电容测量值与微分法测量值进行比较以确定潮气对涂层厚度的影响；以及响应于通过微分法所确定的潮气对厚度的影响任选地调节起皱烘缸表面上的涂层的量和分布和/或调节所述涂层的量。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括a.应用顶温度探测器以测量起皱烘缸的温度分布；b.应用顶温度探测器以测量用于校正与温度有关的潮气介电常数所需要的涂层温度；以及c.把经校正的潮气介电常数应用于电容测量值以确定正确的涂层潮气浓度。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括应用超声波传感器来测量所述涂层的模数，并且任选地其中，使用模数值来测量所述涂层的硬度。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使所述多个装置在起皱烘缸上平移以提供厚度的分布且任选地提供潮气含量和/或温度和/或模数的分布。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使所述多个装置位于起皱刀片和清洁刀片之间、在清洁刀片之后、或在纸巾网被压入到涂层中之前、或上述的任何组合。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用清洁气体清理所述多个装置以防止污垢、薄雾干扰、灰尘干扰、过热或它们的组合。
11.一种用于监视和任选地控制在起皱烘缸的表面上涂敷含性能增强材料(PEM)的涂层的方法，包括(a)把涂层涂敷到起皱烘缸表面上；(b)提供具有源波长的干涉仪探测器，所述源波长给出穿过起皱烘缸表面上涂层的足够大的透射；(c)应用干涉仪探测器以测量来自涂层空气表面和起皱烘缸的涂层缸表面的反射光以确定起皱烘缸上的涂层的厚度；(d)响应于所述涂层的厚度任选地调节在所述起皱烘缸的一个或多个确定区域中的所述涂层的涂敷以便在起皱烘缸的表面上提供厚度均勻的涂层；以及(e)任选地应用附加的设备以监视和任选地控制除了起皱烘缸上的涂层的厚度之外该涂层的其它方面。
12.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括应用潮气传感器来测量所述涂层的潮气含量；将潮气传感器测量值与微分法测量值进行比较以确定潮气对涂层厚度的影响；以及响应于通过微分法所确定的潮气对厚度的影响任选地调节起皱烘缸表面上的涂层的量和分布和/或调节所述涂层的量，其中所述潮气传感器任选地在近红外波长处测量所述涂层的组分。
全文摘要
揭示了一种方法，用于监视和控制在起皱烘缸上的涂层的厚度。该方法包括一些装置的协调方案，这些装置的作用是监视起皱烘缸涂层的各个方面，使得可以确定该涂层的厚度。
文档编号D21F11/14GK102177294SQ200980140372
公开日2011年9月7日 申请日期2009年10月7日 优先权日2008年10月7日
发明者G·S·福尔曼, R·H·班克斯, W·A·冯德拉赛克 申请人:纳尔科公司