專利名稱：確定移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)的彈性模量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本方法涉及一種用于確定移動(dòng)的纖維網(wǎng)的彈性模量的方法。更具體地講，所述方法涉及連續(xù)確定移動(dòng)的纖維網(wǎng)的彈性模量。
背景技術(shù)：
例如印刷、工業(yè)和薄紙級(jí)紙制品、金屬箔、纖維素和聚合物膜、金屬絲、繩索、打包帶和線等材料纖維網(wǎng)是人們所熟知的。用這些材料纖維網(wǎng)制得的產(chǎn)品也是人們所熟知的。提高與材料纖維網(wǎng)和纖維網(wǎng)產(chǎn)品相關(guān)的制造過(guò)程的生產(chǎn)率的持續(xù)要求至少部分集中在提高材料纖維網(wǎng)的處理速度上。隨著處理速度的提高，材料纖維網(wǎng)變化對(duì)纖維網(wǎng)處理生產(chǎn)率的不利影響也隨之增加。維網(wǎng)拉伸強(qiáng)度和纖維網(wǎng)彈性模量等特性的動(dòng)態(tài)變化可在這些變化沒(méi)有在纖維網(wǎng)處理工藝中被充分地補(bǔ)償時(shí)導(dǎo)致纖維網(wǎng)破裂。
材料纖維網(wǎng)的處理經(jīng)常包括將材料從輥上退繞。材料纖維網(wǎng)的彈性模量可能在整個(gè)輥上變化。模量的變化可影響材料纖維網(wǎng)的處理特性。材料纖維網(wǎng)可對(duì)纖維網(wǎng)處理工藝的控制系統(tǒng)所嘗試的變化變得更敏感或更不敏感。輥退繞時(shí)感應(yīng)彈性模量的變化可在纖維網(wǎng)處理工藝中補(bǔ)償變化，以抵消纖維網(wǎng)被處理時(shí)彈性模量的變化。
本發(fā)明提供一種用于動(dòng)態(tài)確定移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)的彈性模量的方法。所述確定的彈性模量可被用作輸入值以修正纖維網(wǎng)處理工藝的控制方案。通過(guò)感應(yīng)彈性模量的變化和在控制方案中結(jié)合被感應(yīng)的變化，模量變化的不利影響可以被減輕。
發(fā)明概述本文說(shuō)明了一種確定移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)的彈性模量的方法。材料纖維網(wǎng)用一種設(shè)備傳送。所述設(shè)備至少包括第一范圍和第二范圍。確定第一范圍和第二范圍內(nèi)的所述移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)的縱向纖維網(wǎng)張力模擬值。確定第一范圍和第二范圍內(nèi)的縱向纖維網(wǎng)速度模擬值。然后根據(jù)第一范圍和第二范圍內(nèi)的纖維網(wǎng)張力模擬值和纖維網(wǎng)速度模擬值來(lái)確定纖維網(wǎng)彈性模量模擬值。
在本發(fā)明的另一方面，所述纖維網(wǎng)張力模擬值和纖維網(wǎng)速度模擬值被確定并且被用于確定所述纖維網(wǎng)的流速模擬值。第一范圍或第二范圍的流速模擬值和纖維網(wǎng)張力和纖維網(wǎng)速度模擬值可被用于確定所述彈性模量模擬值。
附圖概述雖然本權(quán)利要求書(shū)特別指出并清楚地要求保護(hù)本發(fā)明的主題物，但據(jù)信由以下的詳細(xì)描述并對(duì)照附圖可更好地理解本發(fā)明，整個(gè)附圖中的相同參考數(shù)字代表相同的元件，其中

圖1是說(shuō)明本發(fā)明所述方法一個(gè)實(shí)施方案的步驟的流程圖。
圖2示意性說(shuō)明了一種適用于本發(fā)明所述方法的一個(gè)實(shí)施方案的實(shí)踐的纖維網(wǎng)處理設(shè)備。
圖3示意性說(shuō)明了一種適用于本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的實(shí)踐的纖維網(wǎng)處理設(shè)備。
發(fā)明詳述本文所用術(shù)語(yǔ)“彈性模量模擬值”描述了在材料變形過(guò)程中模擬材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線斜率的一個(gè)計(jì)算值或確定值。
“纖維網(wǎng)張力模擬值”描述了在材料纖維網(wǎng)的指定點(diǎn)或指定范圍內(nèi)模擬材料纖維網(wǎng)的縱向張力的一個(gè)確定值或計(jì)算值，包括與實(shí)際纖維網(wǎng)張力相等的數(shù)值。
“纖維網(wǎng)速度模擬值”描述了在材料纖維網(wǎng)的給定點(diǎn)或給定范圍內(nèi)模擬材料纖維網(wǎng)的縱向速度的一個(gè)確定值或計(jì)算值，包括與實(shí)際纖維網(wǎng)速度相等的數(shù)值。
“流速模擬值”描述了松弛的纖維網(wǎng)通過(guò)纖維網(wǎng)處理系統(tǒng)的一部分時(shí)的一個(gè)確定的或計(jì)算的理論速率。
“卷繞張力模擬值”描述了模擬纖維網(wǎng)在材料纖維網(wǎng)卷繞輥內(nèi)的縱向張力的一個(gè)數(shù)值。根據(jù)纖維網(wǎng)的退繞速度、纖維網(wǎng)的彈性模量模擬值和纖維網(wǎng)的流速模擬值來(lái)計(jì)算卷繞張力模擬值。
“材料纖維網(wǎng)的范圍、加工范圍或范圍”描述了在纖維網(wǎng)處理設(shè)備內(nèi)的部分材料纖維網(wǎng)，所述纖維網(wǎng)處理設(shè)備位于第一纖維網(wǎng)接觸點(diǎn)和隨后纖維網(wǎng)接觸點(diǎn)之間。材料纖維網(wǎng)從第一纖維網(wǎng)接觸點(diǎn)、上游末端通過(guò)此范圍到隨后纖維網(wǎng)接觸點(diǎn)、下游末端。
“退繞纖維網(wǎng)速度模擬值”描述了從材料纖維網(wǎng)的卷軸上退繞移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)的速度。
以下說(shuō)明涉及單層材料纖維網(wǎng)的處理。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，本發(fā)明不限于用于處理單層纖維網(wǎng)的系統(tǒng)而且本發(fā)明可被用于多層纖維網(wǎng)的處理。例如，所述發(fā)明可被用于多層基質(zhì)的轉(zhuǎn)換加工。在這個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明可用于確定被所述系統(tǒng)處理的一個(gè)或多個(gè)纖維網(wǎng)的特性。本發(fā)明可被用作多層纖維網(wǎng)處理系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)纖維網(wǎng)張力和速度控制系統(tǒng)的一部分。本發(fā)明可被用于一個(gè)處理多層纖維網(wǎng)的系統(tǒng)，所述多層纖維網(wǎng)具有基本上類似的應(yīng)力應(yīng)變特性。本發(fā)明也可用于一個(gè)處理多層纖維網(wǎng)的系統(tǒng)，其中所述纖維網(wǎng)具有適度的或基本上不同的應(yīng)力應(yīng)變特性。
根據(jù)移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)的張力和速度，可動(dòng)態(tài)地確定移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)的彈性模量模擬值。當(dāng)確定部分材料纖維網(wǎng)的彈性模量模擬值時(shí)，即認(rèn)為彈性模量模擬值被動(dòng)態(tài)地確定，此時(shí)所述部分材料纖維網(wǎng)移動(dòng)通過(guò)纖維網(wǎng)處理系統(tǒng)。確定移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)分別兩個(gè)范圍的每一個(gè)范圍的纖維網(wǎng)張力模擬值。確定相同的兩個(gè)范圍內(nèi)的纖維網(wǎng)速度模擬值。然后兩個(gè)纖維網(wǎng)張力模擬值和兩個(gè)纖維網(wǎng)速度模擬值可用于確定纖維網(wǎng)的彈性模量模擬值和/或流速模擬值。
圖1提供了作為流程圖的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的以下步驟。根據(jù)圖1步驟10和20，確定第一范圍1和第二范圍2的纖維網(wǎng)張力模擬值。根據(jù)圖2，移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W，繼續(xù)移動(dòng)通過(guò)張力感應(yīng)元件100、速度感應(yīng)元件300、張力感應(yīng)元件200和速度感應(yīng)元件400。根據(jù)所述圖，元件100和元件300限定了第一范圍1，而且元件200和元件400限定了范圍2。以下討論是根據(jù)張力感應(yīng)元件100，但可理解也適用于張力感應(yīng)元件200(包括具有感應(yīng)軸215的羅拉205和測(cè)力傳感器210)。如圖2所示，張力感應(yīng)元件100可包括惰輪羅拉105和張力感應(yīng)測(cè)力傳感器110。所述測(cè)力傳感器110可沿測(cè)力方向具有感應(yīng)軸115。張力感應(yīng)元件100，標(biāo)志上游范圍的末端和下游范圍的起始端。張力感應(yīng)元件100的測(cè)力傳感器110的感應(yīng)軸115可定向成垂直于上游范圍或下游范圍的運(yùn)動(dòng)方向。測(cè)力傳感器110不能感應(yīng)到垂直作用于測(cè)力傳感器110的感應(yīng)軸115的力。用這種方式，測(cè)力傳感器110可被設(shè)定為僅感應(yīng)一個(gè)范圍的張力而不是感應(yīng)兩個(gè)范圍的組合張力。因此，這種設(shè)定為移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W指定范圍的張力提供了更精確的表示。對(duì)于圖2所示的實(shí)施方案，測(cè)力傳感器110被定向?yàn)閺膹埩Ω袘?yīng)元件100的下游范圍確定纖維網(wǎng)張力模擬值。測(cè)力傳感器110可被設(shè)定，使得測(cè)力傳感器感應(yīng)兩個(gè)纖維網(wǎng)片段的組合張力的模擬值，所述兩個(gè)纖維網(wǎng)片段共用張力感應(yīng)羅拉。通過(guò)定向感應(yīng)軸115，使得感應(yīng)軸115不垂直于任一個(gè)范圍，測(cè)力傳感器110將感應(yīng)兩個(gè)片段組合張力的模擬值。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，張力感應(yīng)元件可包括一個(gè)張力調(diào)節(jié)臂和一個(gè)連接到傳感器上的彈簧，所述傳感器能確定彈簧位移并使所述位移與纖維網(wǎng)張力相聯(lián)系。在另外一個(gè)實(shí)施方案中，張力感應(yīng)元件可以是本領(lǐng)域中任何已知用于感應(yīng)移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W張力的方法，包括纖維網(wǎng)張力感應(yīng)部件，其描述于普通轉(zhuǎn)讓的、共同未決的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)10/461321和10/461580，所述兩個(gè)專利均提交于2003年6月13日。
張力感應(yīng)元件感應(yīng)隨著移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W內(nèi)的張力變化而變化的力。這個(gè)力可與移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W內(nèi)的縱向張力相等、成正比，或另外模擬移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W內(nèi)的縱向張力。所述感應(yīng)的力的模擬值被視為纖維網(wǎng)張力模擬值。本文中使用的術(shù)語(yǔ)張力和張力模擬值都被視為包括實(shí)際纖維網(wǎng)張力和任何纖維網(wǎng)張力模擬值。
根據(jù)圖1步驟30和40，確定了第一范圍1的第一纖維網(wǎng)速度模擬值和第二范圍2的第二纖維網(wǎng)速度模擬值。以下說(shuō)明是根據(jù)速度感應(yīng)元件300，但可以理解地同樣適用于速度感應(yīng)元件400(包括羅拉405和傳感器410)。在圖2所示的一個(gè)實(shí)施方案中，速度感應(yīng)元件300可包括羅拉305和傳感器310。羅拉305可以是主動(dòng)羅拉或惰輪羅拉。機(jī)械或電編碼器、解析器、轉(zhuǎn)速計(jì)或本領(lǐng)域所知的其它方法可用于為通過(guò)速度感應(yīng)元件300的移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W提供纖維網(wǎng)速度模擬值。移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W至少部分卷繞在羅拉305上。當(dāng)移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W通過(guò)羅拉305時(shí)，羅拉305隨著材料纖維網(wǎng)W轉(zhuǎn)動(dòng)，在羅拉305和材料纖維網(wǎng)W之間無(wú)滑移，并且傳感器310測(cè)定了羅拉305的轉(zhuǎn)動(dòng)。這個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)可被輸入到確定每單位時(shí)間轉(zhuǎn)數(shù)的處理器500。纖維網(wǎng)速度模擬值是以已知的羅拉305的周長(zhǎng)、纖維網(wǎng)的中徑和處理器500確定的每單位時(shí)間轉(zhuǎn)數(shù)為基礎(chǔ)確定的。在另一個(gè)實(shí)施方案中，傳感器310確定羅拉305的轉(zhuǎn)動(dòng)并且也確定了羅拉305每單位時(shí)間轉(zhuǎn)數(shù)。在這個(gè)實(shí)施方案中，傳感器310可將每單位時(shí)間轉(zhuǎn)數(shù)作為輸入值提供給處理器500。在另一個(gè)實(shí)施方案中，多普勒激光測(cè)速儀可用于確定纖維網(wǎng)速度模擬值。這種測(cè)速儀通過(guò)感應(yīng)激光束中的頻移確定纖維網(wǎng)速度模擬值，所述頻移由激光束與移動(dòng)纖維網(wǎng)的相互作用導(dǎo)致。測(cè)速儀可將測(cè)量的速度作為輸入值提供給處理器500。在另一個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)本領(lǐng)域所知的其它纖維網(wǎng)速度感應(yīng)方法可確定兩個(gè)速度中的一個(gè)或兩個(gè)。
通過(guò)速度感應(yīng)元件300和400可確定纖維網(wǎng)速度模擬值。所述確定的數(shù)值與移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W的縱向速度成比例，并且隨著移動(dòng)的纖維網(wǎng)W的縱向速度的變化而變化。纖維網(wǎng)速度模擬值可等于實(shí)際纖維網(wǎng)的速度或模擬纖維網(wǎng)的速度。本文所用術(shù)語(yǔ)速度和速度模擬值都包括實(shí)際纖維網(wǎng)速度和實(shí)際纖維網(wǎng)速度的模擬值。
在圖2所示的實(shí)施方案中，材料纖維網(wǎng)W從卷軸R上退繞，并移動(dòng)通過(guò)所述設(shè)備。第一范圍1和第二范圍2的纖維網(wǎng)張力模擬值都在各自的上游末端由張力感應(yīng)元件100和200確定。每個(gè)范圍的纖維網(wǎng)速度模擬值都在各自范圍的下游末端由速度感應(yīng)元件300和400確定。然后，所述四個(gè)輸入量將會(huì)提供給處理器500，其中利用下文中所述公式可確定移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W的彈性模量模擬值和/或流速模擬值。
一個(gè)范圍的速度和張力模擬值可在所述范圍的特定點(diǎn)被感應(yīng)。在圖3所示的實(shí)施方案中，利用一個(gè)適當(dāng)裝備的纖維網(wǎng)處理元件可在特定位置確定給定范圍的纖維網(wǎng)速度模擬值和纖維網(wǎng)張力模擬值。如圖所示，第一范圍1的纖維網(wǎng)張力模擬值和纖維網(wǎng)速度模擬值分別通過(guò)連接到羅拉102上的傳感器112和312確定。第二范圍的纖維網(wǎng)張力模擬值和纖維網(wǎng)速度模擬值分別通過(guò)連接到羅拉202上的傳感器212和412確定。連接到角坐標(biāo)傳感器和測(cè)力傳感器的惰輪羅拉是既可感應(yīng)纖維網(wǎng)速度模擬值又可感應(yīng)纖維網(wǎng)張力模擬值的纖維網(wǎng)處理元件的一個(gè)非限制性實(shí)施例。作為另一個(gè)實(shí)施例，激光多普勒測(cè)速儀可被用于在纖維網(wǎng)通道上的某一點(diǎn)確定纖維網(wǎng)速度模擬值，如上所述確定移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W的特定區(qū)域的張力模擬值，纖維網(wǎng)張力模擬值可在同一點(diǎn)正在被確定。
根據(jù)圖1所示的實(shí)施方案，步驟50和60，纖維網(wǎng)速度和張力模擬值被用作所述確定纖維網(wǎng)彈性模量模擬值和流速模擬值方法的輸入值。將輸入值提供給可以確定移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W的彈性模量模擬值Ew(步驟50)和流速模擬值V0(步驟60)的處理器500。輸入值可以模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)提供給處理器500，這取決于特性傳感器的輸出、與處理器500的通信連接裝置和處理器500對(duì)輸入的要求。在一個(gè)實(shí)施方案中，輸入傳感器可直接有線接入處理器500的輸入電路。在另一個(gè)實(shí)施方案中，輸入信號(hào)可以多路傳送并且經(jīng)由本領(lǐng)域所知的術(shù)語(yǔ)信息通路或信息總線發(fā)送到處理器500。在另一個(gè)實(shí)施方案中，輸入信號(hào)可經(jīng)由每個(gè)傳感器和處理器500之間的或一個(gè)或多個(gè)傳感器集線器和處理器500之間的無(wú)線連接提供給處理器500。傳感器集線器可接收來(lái)自至少一個(gè)傳感器的輸入信號(hào)和將此信號(hào)無(wú)線輸送給接收器，接收器繼而將信號(hào)傳送給處理器500。傳感器集線器可接收來(lái)自傳感器的直接有線接入的、多路傳送的或無(wú)線輸入的信號(hào)。本領(lǐng)域所知的其它聯(lián)結(jié)方法可用于提供輸入信號(hào)給處理器500。
第一張力T1、第二張力T2、第一速度V1和第二速度V2，可在輸送到處理器500之前被處理。示例性處理包括應(yīng)用反鋸齒、平滑和信號(hào)的限制濾波。在輸入傳感器上處理信號(hào)。傳感器集線器可在輸送信號(hào)到處理器500之前過(guò)濾和/或處理輸入信號(hào)?？稍谔幚砥?00接收信號(hào)后對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理。輸入信號(hào)可被本領(lǐng)域所知的帶通濾波，以除去外來(lái)噪音和增強(qiáng)信號(hào)的信噪比。輸入信號(hào)可如本領(lǐng)域所知的被低通濾波和/或經(jīng)過(guò)平滑濾波。輸入信號(hào)可經(jīng)過(guò)時(shí)間平均。時(shí)間平均可以是傳感器、中間傳送集線器的一個(gè)功能，或所述平均發(fā)生在處理器500上。控制系統(tǒng)可被設(shè)定為將輸入值限制在最小值和最大值之間以防止發(fā)生不可取的控制回路輸出。如果傳感器出現(xiàn)故障或在處理器500使用異常的輸入值時(shí)的其它狀況下，這些上限和下限可保護(hù)受控設(shè)備。
處理器500接收輸入信號(hào)和確定移動(dòng)的纖維網(wǎng)W的彈性模量模擬值。纖維網(wǎng)的張力和纖維網(wǎng)的速度與彈性模量模擬值的關(guān)系如下式Tn=Ew(Vn-V0)V0]]>其中Tn＝范圍n內(nèi)的纖維網(wǎng)的張力Ew＝纖維網(wǎng)的彈性模量模擬值Vn＝范圍n內(nèi)的纖維網(wǎng)速度模擬值，和V0＝纖維網(wǎng)的流速模擬值。
通過(guò)確定兩個(gè)不同范圍內(nèi)的纖維網(wǎng)的張力和速度，一個(gè)體系的兩個(gè)等式可用于解開(kāi)V0和Ew。兩個(gè)等式為T(mén)1=Ew(V1-V0)V0]]>和T2=Ew(V2-V0)V0]]>其中T1＝第一范圍內(nèi)的纖維網(wǎng)張力模擬值T2＝第二范圍內(nèi)的纖維網(wǎng)張力模擬值V1＝第一范圍內(nèi)的纖維網(wǎng)速度模擬值，和V2＝第二范圍內(nèi)的纖維網(wǎng)的速度模擬值解開(kāi)兩個(gè)等式中的Ew生成等式Ew=(V2T1-V1T2)(V1-V2)]]>這個(gè)等式可用在處理器500上確定Ew，Ew模擬移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W的實(shí)際彈性模量。
可供選擇地，解開(kāi)兩個(gè)等式中的V0，生成等式
Vo=(V2T1-V1T2)(T1-T2)]]>這個(gè)等式可用在處理器500上確定V0，V0模擬移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W的實(shí)際流速。
根據(jù)V0，所述等式也可用于確定EwEw=T1VO(V1-VO)]]>或，Ew=T2VO(V2-VO)]]>或，根據(jù)Ew確定V0VO=V1Ew(Ew+T1)]]>或，VO=V2Ew(Ew+T2)]]>利用上述推導(dǎo)等式，以確定值Ew和輸入值T1、和V1，或T2和V2為基礎(chǔ)處理器500可被設(shè)定確定V0?？晒┻x擇地，V0可僅用輸入值T1、V1、T2和V2確定。在這種選擇下，Ew可用V0和輸入值T1和V1，或T2和V2確定。另一種選擇是，Ew和V0的值都可用T1、V1、T2和V2的值確定。
根據(jù)圖1所示的實(shí)施方案的步驟80，處理器500可進(jìn)一步被設(shè)定以確定移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W的卷繞張力模擬值TW。根據(jù)數(shù)值Ew、V0的值和移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W退繞纖維網(wǎng)速度模擬值Vu，通過(guò)等式TW可被確定TW=Ew(Vu-VO)VO]]>如圖1步驟70，通過(guò)上述確定纖維網(wǎng)速度的方法或通過(guò)本領(lǐng)域所知的其它方法，確定Vu。
確定的Ew可與轉(zhuǎn)移函數(shù)聯(lián)合用于調(diào)節(jié)涉及纖維網(wǎng)轉(zhuǎn)換加工操作的纖維網(wǎng)處理工藝。例如，對(duì)纖維網(wǎng)壓花以預(yù)設(shè)方法改變Ew的值。這種方法可被表示為Ew的轉(zhuǎn)移函數(shù)。根據(jù)第一法則，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)或根據(jù)本領(lǐng)域所知的其它方法確定這個(gè)轉(zhuǎn)移函數(shù)，然后轉(zhuǎn)移函數(shù)可與確定的Ew一起用于控制壓花操作的下游纖維網(wǎng)。確定的Ew和轉(zhuǎn)換加工的下游轉(zhuǎn)移函數(shù)可被用于本領(lǐng)域所知的任何轉(zhuǎn)換操作，和用于單層纖維網(wǎng)和多層纖維網(wǎng)的轉(zhuǎn)換。
根據(jù)以下等式，Ew和V0也可被用于確定纖維網(wǎng)應(yīng)變的在線值。
應(yīng)變也可被視為張緊纖維網(wǎng)的長(zhǎng)度變化和原長(zhǎng)的商。應(yīng)變的確定值也可作為控制系統(tǒng)中的輸入值，所述控制系統(tǒng)適于調(diào)節(jié)張力和/或速度以達(dá)到和保持纖維網(wǎng)應(yīng)變的所需值。
如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解，以下涉及Ew確定的說(shuō)明部分也可用于V0，和Tw的確定。
輸入值時(shí)間選擇在所述方法的一個(gè)實(shí)施方案中，利用同時(shí)提供的T1、T2、V1和V2值，處理器500可確定Ew。T1和V1對(duì)應(yīng)于移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W的第一部分通過(guò)第一范圍，T2和V2對(duì)應(yīng)于移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W的第二部分通過(guò)第二范圍，與第一纖維網(wǎng)部分通過(guò)第一范圍的時(shí)間大致相同。利用同一點(diǎn)輸入值處理器500可確定Ew?；就瑫r(shí)感應(yīng)到同時(shí)輸入值。在許多情況下，這個(gè)同時(shí)Ew為移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W的Ew提供了一個(gè)精確近似值。
在一些情況下，按上述方式確定同時(shí)Ew可能是所用移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W的彈性模量的不夠精確的近似值。在這些情況下，利用T1、T2、V1和V2的值可有利地確定Ew，這些值與移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W同一特定部分相關(guān)，而且與纖維網(wǎng)同時(shí)處理的相關(guān)值相對(duì)。
在T1、T2、V1和V2的同時(shí)確定無(wú)法產(chǎn)生完全滿意的結(jié)果的情況下的一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)輥上的材料纖維網(wǎng)退繞時(shí)不圓輥引起纖維網(wǎng)張力和速度的波動(dòng)。這些波動(dòng)可能由于不圓輥直徑的變化和/或纖維網(wǎng)從圓周上退繞的輥圓周上的點(diǎn)(退繞點(diǎn))和第一纖維網(wǎng)處理部件間距的伴生波動(dòng)。在不圓輥單轉(zhuǎn)的整個(gè)過(guò)程中，纖維網(wǎng)的退繞點(diǎn)向第一纖維網(wǎng)處理部件移動(dòng)，然后遠(yuǎn)離第一纖維網(wǎng)處理部件。退繞點(diǎn)相對(duì)于第一纖維網(wǎng)處理部件的擺動(dòng)可引起纖維網(wǎng)的張力和速度的擺動(dòng)。這些擺動(dòng)可與移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W的彈性模量變化無(wú)關(guān)。這種擺動(dòng)可沿纖維網(wǎng)通道傳輸或傳遞。根據(jù)纖維網(wǎng)的張力和速度確定Ew。由于不圓輥，張力和速度的值是波動(dòng)的，不管移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W的實(shí)際彈性模量如何，根據(jù)張力和速度確定的Ew的值也是波動(dòng)的。因此對(duì)這種能對(duì)Ew的精確確定產(chǎn)生不利影響的外部張力和速度波動(dòng)的可能來(lái)源進(jìn)行補(bǔ)償是有利的。確定通過(guò)第一范圍和第二范圍中的每一個(gè)時(shí)的移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W相同部分的T1、T2、V1和V2值是可能的。按這種方法確定的輸入值與波動(dòng)同相，并且因此可減少波動(dòng)對(duì)處理器500計(jì)算Ew的影響。
在T1、T2、V1和V2的確定無(wú)法產(chǎn)生完全滿意結(jié)果的情況下的另一個(gè)實(shí)施例中，Ew在材料退繞的整根輥上變化相當(dāng)大。第一范圍內(nèi)的纖維網(wǎng)部分的實(shí)際Ew可能與第二范圍的纖維網(wǎng)部分的實(shí)際Ew不同。對(duì)于這些材料，確定與通過(guò)第一范圍和隨后通過(guò)第二范圍的材料纖維網(wǎng)特定部分相關(guān)的Ew可能是有益的。然后與任何特定的纖維網(wǎng)部分相關(guān)的Ew在此部分通過(guò)纖維網(wǎng)處理系統(tǒng)時(shí)可被用于制定此部分的材料的纖維網(wǎng)處理。
利用時(shí)間緩沖輸入值可提供附加的有益效果，在更短時(shí)間內(nèi)能確定更精確的值并且減少控制系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。通過(guò)輸入值濾波需要的降低，可提供這些有益效果。因?yàn)檩斎胫凳峭嗟?，可以降低輸入值濾波，并且可以減少由于相位調(diào)整引起的信號(hào)間的波動(dòng)。
在所述方法的一個(gè)實(shí)施方案中，與部分纖維網(wǎng)通過(guò)第一范圍1相應(yīng)的張力和速度值被存在預(yù)先設(shè)定時(shí)間量的時(shí)間緩沖器中。然后，處理器500利用這些時(shí)間緩沖值并與相同部分纖維網(wǎng)通過(guò)第二范圍相應(yīng)的張力和速度值一起確定這部分纖維網(wǎng)的Ew。確定的Ew與特定部分纖維網(wǎng)的彈性模量相對(duì)應(yīng)。當(dāng)彈性模量在整個(gè)輥過(guò)程中的變化時(shí)，確定的Ew也變化。
考慮已知的范圍間的距離和每一個(gè)范圍內(nèi)確定的纖維網(wǎng)的速度，可為存儲(chǔ)第一范圍1時(shí)間緩沖值確定預(yù)設(shè)延遲時(shí)間。利用這個(gè)信息，可能確定部分移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W離開(kāi)上游范圍開(kāi)始進(jìn)入下游范圍的相應(yīng)位置的時(shí)間。根據(jù)移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W的確定速度由處理器500可動(dòng)態(tài)地確定延遲時(shí)間量。纖維網(wǎng)的速度可在纖維網(wǎng)處理工藝中變化，這些變化可能影響處理第一范圍1的移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W和處理第二范圍2的相同部分的移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W之間的時(shí)間間隔。這些速度的變化可被上述方法感應(yīng)或被本領(lǐng)域所知的其它方法感應(yīng)，而且作為輸入值提供給處理器500。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，時(shí)間延遲量可通過(guò)感應(yīng)纖維網(wǎng)W上的一個(gè)記號(hào)來(lái)確定。第一范圍的輸入值可通過(guò)感應(yīng)第一范圍的記號(hào)來(lái)確定。第二范圍的輸入值可通過(guò)感應(yīng)第二范圍的記號(hào)來(lái)確定。所述記號(hào)可以是纖維網(wǎng)W的固有特征或在纖維網(wǎng)生產(chǎn)過(guò)程中或隨后的工藝中被放置在纖維網(wǎng)W上的?？衫萌魏伪绢I(lǐng)域中所知的適用于所述記號(hào)的特性的方法感應(yīng)所述記號(hào)。示例性的方法包括但不局限于，紅外傳感器、光學(xué)傳感器、機(jī)械可視系統(tǒng)、磁傳感器和接近傳感器。
處理器500可被設(shè)置調(diào)節(jié)時(shí)間延遲緩沖器的量，使其與纖維網(wǎng)速度的變化或第一記號(hào)感應(yīng)與第二記號(hào)感應(yīng)之間的時(shí)間相一致。時(shí)間緩沖器的量可隨纖維網(wǎng)速度的減小而增加。時(shí)間緩沖器的量可隨纖維網(wǎng)速度的增加而減小。因此，至少在通過(guò)第二范圍2的移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W相同部分相對(duì)應(yīng)的T2和V2的值作為輸入值提供給處理器500之前保存值T1和V1。提供了在第二范圍2處理部分纖維網(wǎng)的相應(yīng)值T2和V2之后，利用移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W特定處理部分相應(yīng)的輸入值可確定Ew。
可進(jìn)一步對(duì)T1、V1、T2和V2進(jìn)行時(shí)間緩沖而且直到處理器500確定了另一個(gè)Ew之前被保存。可以保存時(shí)間緩沖值并且與T1、T2、V1和V2的輸入信號(hào)相比較，當(dāng)輸入值變化時(shí)進(jìn)行更新。可供選擇地，可在預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)保存時(shí)間緩沖值，然后或被當(dāng)前輸入值或被另一個(gè)時(shí)間緩沖值替換。在這種方法中，可保存對(duì)應(yīng)材料纖維網(wǎng)不同部分的一串時(shí)間緩沖值，然后用于確定對(duì)應(yīng)于移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W特定部分的Ew值。
值確定頻率在一個(gè)實(shí)施方案中，根據(jù)處理器的預(yù)設(shè)掃描速率，本發(fā)明所述方法可用于確定Ew。預(yù)設(shè)掃描速率說(shuō)明了分配給指定處理器工作的定時(shí)。在每次執(zhí)行處理器程序時(shí)確定Ew。在另一個(gè)實(shí)施方案中，處理器可被設(shè)置為在每次感應(yīng)到任何輸入值變化時(shí)確定Ew。在這個(gè)實(shí)施方案中，僅當(dāng)確定的Ew可能不同時(shí)確定Ew。如上所述，輸入值保存在處理器存儲(chǔ)器中直到至少一個(gè)輸入值變化。當(dāng)至少一個(gè)值變化時(shí)，對(duì)應(yīng)變化的輸入值的時(shí)間緩沖值可被更新。然后，利用時(shí)間緩沖值確定Ew。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，以預(yù)設(shè)時(shí)間量的通過(guò)為基礎(chǔ)，處理器500可設(shè)置為定期地確定Ew。作為非限制性實(shí)施例，處理器500可被設(shè)置為一秒內(nèi)多次、每一秒、每十秒、每三十秒、每一分鐘、每十分鐘、每三十分鐘或更長(zhǎng)纖維網(wǎng)移動(dòng)周期后確定一次Ew的值。在另一個(gè)實(shí)施方案中，處理器500可被設(shè)置為在處理預(yù)設(shè)量的材料纖維網(wǎng)后確定Ew。作為一個(gè)非限制性實(shí)施例，處理器500可被設(shè)置為在每處理100英尺(30.5m)纖維網(wǎng)后確定Ew。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，處理器500可被設(shè)定為在輥R退繞時(shí)以材料纖維網(wǎng)W的輥R的旋轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)確定Ew。如圖2所示，傳感器600可用于提供輸入值給處理器500，所述處理器模擬材料纖維網(wǎng)W的輥R的角位置。傳感器600可包括模擬或數(shù)字編碼器、解析器、與齒輪一起使用的接近或光學(xué)傳感器，所述齒輪與轉(zhuǎn)動(dòng)的輥連結(jié)并且傳感器被用于檢測(cè)齒輪的“零位置”或?qū)X輪的齒計(jì)數(shù)和從而確定轉(zhuǎn)動(dòng)位置，或這兩項(xiàng)都進(jìn)行，或檢測(cè)本領(lǐng)域所知的其它角位置傳感器。
然后，利用時(shí)間緩沖值或T1、V1、T2和V2的同時(shí)值，輥的角位置被用于觸發(fā)Ew的確定。這個(gè)實(shí)施方案允許確定對(duì)應(yīng)于輥圓周上角位置的Ew。作為一個(gè)實(shí)施例，這個(gè)實(shí)施方案允許確定對(duì)應(yīng)于移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W的輥每轉(zhuǎn)動(dòng)每十度的Ew。十度間隔決不是對(duì)實(shí)施方案的限定，并且所述間隔的限定與傳感器分辨輥的轉(zhuǎn)動(dòng)位置的限制有關(guān)，并且限定處理器500確定新的Ew。作為一個(gè)非限制性實(shí)施例，可將單個(gè)輥的轉(zhuǎn)動(dòng)分解成兩百萬(wàn)個(gè)片段的編碼器可作為輸入量提供給處理器500來(lái)觸發(fā)Ew、V0、Tw以及它們的組合的計(jì)算，并在移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W的輥每轉(zhuǎn)一周計(jì)算兩百萬(wàn)次。
張力控制在一個(gè)實(shí)施方案中，根據(jù)預(yù)設(shè)的張力設(shè)定點(diǎn)的值控制初始范圍內(nèi)材料纖維網(wǎng)和/或任何所需的下游范圍的張力。設(shè)定點(diǎn)的值可被確定并提供給高產(chǎn)的和可靠的纖維網(wǎng)處理而不會(huì)超過(guò)材料纖維網(wǎng)的上限或下限。所述上限和下限可取決于材料纖維網(wǎng)的特性。所述極限與纖維網(wǎng)的破裂張力或發(fā)生不可接受變形張力有關(guān)。所述極限可與生產(chǎn)出不可接受質(zhì)量的成品的加工張力有關(guān)。在這個(gè)實(shí)施方案中，如上所述在所需的范圍內(nèi)確定纖維網(wǎng)張力模擬值，所述范圍的上游傳動(dòng)速度、所述范圍的下游傳動(dòng)速度或上游和下游的傳動(dòng)速度兩者可以是不同的，以保持纖維網(wǎng)的張力模擬值等于或約等于預(yù)設(shè)的張力設(shè)定點(diǎn)的值。這種傳動(dòng)速度的不同除了可以控制傳動(dòng)速度達(dá)到所需的纖維網(wǎng)加工速度之外，還可以保持所需的纖維網(wǎng)加工速度。
在一個(gè)實(shí)施方案中，根據(jù)材料纖維網(wǎng)初始范圍內(nèi)的張力控制輥的退繞。在這個(gè)實(shí)施方案中，輥退繞速度可以不同以保持材料纖維網(wǎng)在初始范圍內(nèi)所需的纖維網(wǎng)張力模擬值。在不圓輥退繞的過(guò)程中，當(dāng)輥退繞時(shí)，輥退繞速度可以不同，以補(bǔ)償由輥直徑的波動(dòng)而引起的張力波動(dòng)。這種控制方法可減少不圓輥對(duì)隨后下游范圍的纖維網(wǎng)張力和速度的影響。纖維網(wǎng)的退繞速度也可以不同以便補(bǔ)償材料纖維網(wǎng)卷繞張力的變化。根據(jù)控制器的輸出，纖維網(wǎng)退繞速度的產(chǎn)生變化，所述控制器的輸出以初始范圍內(nèi)感應(yīng)的張力變化為基礎(chǔ)。所述控制器可利用感應(yīng)的纖維網(wǎng)張力模擬值、張力設(shè)定點(diǎn)的值、纖維網(wǎng)張力模擬值和張力設(shè)定點(diǎn)的值之間的差異(張力誤差值)來(lái)執(zhí)行控制操作和控制回路增益值，確定控制器輸出值的調(diào)節(jié)量，所述輸出值可以減少?gòu)埩φ`差。
除所述處理器500之外，還提供了作為二級(jí)元件的上述控制器。處理器500可能提供確定Ew、V0和Tw的功能，也可能提供控制器的功能。以下說(shuō)明是根據(jù)處理器500，但本領(lǐng)域中的技術(shù)人員可以理解本發(fā)明不局限于使用能提供所述所有功能的特定元件。還可理解，纖維網(wǎng)張力的控制可由與處理器500不同的控制器提供。處理器500和不同控制器件間的通信可通過(guò)本領(lǐng)域中所知的任何方法完成。
本發(fā)明所述方法可用于確定任何移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)的彈性模量。根據(jù)纖維網(wǎng)張力設(shè)定點(diǎn)上指示的所需的纖維網(wǎng)張力，彈性模量可作為輸入值控制纖維網(wǎng)處理設(shè)備的速度?？捎肊w確定控制回路增益值。所述控制回路增益值可用于處理器500的控制計(jì)算以確定處理器500輸出值的調(diào)節(jié)，以在感應(yīng)的張力和所需張力設(shè)定點(diǎn)的基礎(chǔ)上達(dá)到和保持所需張力。隨著確定的Ew的變化，與Ew相關(guān)的控制回路增益值也會(huì)變化。以Ew的變化為基礎(chǔ)的控制回路增益的動(dòng)態(tài)變化可使纖維網(wǎng)處理系統(tǒng)更快和更可靠地相應(yīng)材料纖維網(wǎng)特性的變化。
不受理論的約束，申請(qǐng)者相信彈性模量在張力控制回路中可作為過(guò)程增益起作用。纖維網(wǎng)對(duì)纖維網(wǎng)處理工藝控制回路中的變化的響應(yīng)速率隨著移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W彈性模量的增加而增加。響應(yīng)速率的增加可導(dǎo)致控制回路出現(xiàn)不希望的擺動(dòng)和/或不穩(wěn)定。由于調(diào)節(jié)傳動(dòng)元件達(dá)到或保持所需的纖維網(wǎng)張力設(shè)定點(diǎn)，增加的響應(yīng)速率可導(dǎo)致控制回路圍繞張力設(shè)定點(diǎn)的擺動(dòng)。這種擺動(dòng)可能對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)和/或傳動(dòng)馬達(dá)產(chǎn)生危害。所述擺動(dòng)可能導(dǎo)致纖維網(wǎng)斷裂的增加，引起不希望的生產(chǎn)效率降低。所述擺動(dòng)可引起不希望的成品差異。
由于彈性模量的降低，纖維網(wǎng)對(duì)控制回路變化的響應(yīng)速率降低，導(dǎo)致張力控制效率降低。由于控制效率降低，所述系統(tǒng)不能使纖維網(wǎng)保持在所需的張力設(shè)定點(diǎn)上。纖維網(wǎng)張力可以不同，導(dǎo)致了產(chǎn)品的差異和由于實(shí)際張力和所需張力間的差異使得纖維網(wǎng)處理困難。
彈性模量補(bǔ)償(模量補(bǔ)償)利用確定的Ew值作為輸入值調(diào)節(jié)控制運(yùn)算法則的處理器500的增益。雖然纖維網(wǎng)彈性模量有差異，這些調(diào)節(jié)可能產(chǎn)生更加統(tǒng)一的響應(yīng)速率。在一個(gè)典型的比例+整體處理器500控制運(yùn)算法則中，模量可用于確定比例增益值以使控制回路達(dá)到更加一致的響應(yīng)速率。隨著Ew的增加，模量補(bǔ)償可減小系統(tǒng)的比例增益值以抵消否則增加的響應(yīng)速率。隨著Ew的減小，模量補(bǔ)償可增加比例增益值以保持否則減少的響應(yīng)速率。
模量補(bǔ)償可與控制張力的方法一起使用，所述控制張力的方法描述于2002年9月4日提交的普通轉(zhuǎn)讓的共同未決的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)10/234,735。本發(fā)明所述方法可與本領(lǐng)域中所知的其它的張力控制方案一起作為輸入值調(diào)節(jié)工藝控制增益。
在圖2所示的一個(gè)實(shí)施方案中，模量補(bǔ)償可用于確定控制系統(tǒng)比例增益的瞬間值。在這個(gè)實(shí)施方案中，整體增益可以隨著正被處理的材料纖維網(wǎng)的張力和/或速度的變化而變化。確定纖維網(wǎng)張力模擬值，纖維網(wǎng)張力模擬值可與所需的纖維網(wǎng)張力設(shè)定點(diǎn)一起確定纖維網(wǎng)張力誤差。同時(shí)地，可確定纖維網(wǎng)速度模擬值。所述纖維網(wǎng)速度模擬值可與加工范圍的長(zhǎng)度一起確定用于受控加工范圍的過(guò)程瞬間整體增益值。可根據(jù)纖維網(wǎng)速度模擬值和加工范圍的長(zhǎng)度的比率或這個(gè)比率的倒數(shù)(所述比率取決于處理器500控制運(yùn)算法則的設(shè)置)確定瞬間整體增益。處理器500根據(jù)纖維網(wǎng)張力誤差，使用控制計(jì)算確定了輸出值的調(diào)節(jié)值。瞬間比例增益和瞬間整體增益可用于控制計(jì)算以確定輸出值調(diào)節(jié)量。輸出值可從處理器500傳送到傳動(dòng)控制器900。傳動(dòng)控制器900可調(diào)節(jié)傳動(dòng)馬達(dá)910的速度以調(diào)節(jié)材料纖維網(wǎng)W的張力。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，根據(jù)參考速度值和加工范圍的長(zhǎng)度可以確定參考整體增益。根據(jù)纖維網(wǎng)速度模擬值和參考速度值之間的比率，然后處理器瞬間整體增益可隨參考整體增益成比例的變化。
在這些實(shí)施例的每一個(gè)中，纖維網(wǎng)速度模擬值可包括由合適儀器確定的實(shí)際纖維網(wǎng)速度值，如上述的實(shí)施例；或纖維網(wǎng)速度模擬值可包括與用來(lái)在纖維網(wǎng)處理系統(tǒng)中控制一個(gè)或多個(gè)傳動(dòng)元件的主要速度參考值成比例的數(shù)值。
在這些示例性實(shí)施方案中的每一個(gè)中，控制系統(tǒng)瞬間比例增益值可隨材料纖維網(wǎng)的彈性模量的變化而變化。
每當(dāng)纖維網(wǎng)的速度模擬值或張力變化時(shí)，可重新計(jì)算瞬間整體增益值。每當(dāng)Ew變化時(shí)，可重新計(jì)算瞬間比例增益值?？晒┻x擇地，以定時(shí)周期或纖維網(wǎng)周期為周期可重新計(jì)算瞬間整體和比例增益。在定時(shí)周期下，只要經(jīng)過(guò)設(shè)定的時(shí)間周期，可重新計(jì)算瞬間整體和比例增益值。如實(shí)施例，每十秒鐘，三十秒鐘，或經(jīng)過(guò)任何其它預(yù)先設(shè)置的時(shí)間間隔后重新計(jì)算所述數(shù)值。在以纖維網(wǎng)為周期時(shí)，當(dāng)預(yù)選量的材料纖維網(wǎng)被纖維網(wǎng)處理系統(tǒng)處理完后，確定瞬間整體和比例增益值。
特定處理器500的硬件和/或軟件可限定用于計(jì)算瞬間整體增益的最低纖維網(wǎng)速度模擬值。根據(jù)控制加工的具體說(shuō)明可以確定數(shù)值的下限。在一個(gè)實(shí)施方案中，瞬間整體增益值可被固定為小于最大加工速度1％的任何纖維網(wǎng)速度模擬值。在另一個(gè)實(shí)施方案中，整體增益值可被固定為小于最大加工速度0.1％的任何纖維網(wǎng)速度模擬值。瞬間整體增益的下限可被確定的速度不限于上述實(shí)施方案。所述下限速度可以是任何低于最大加工速度的速度。可確定下限纖維網(wǎng)速度模擬值的下限瞬間整體增益。下限瞬間整體增益可然后用于任何纖維網(wǎng)速度模擬值，此值小于或等于下限纖維網(wǎng)速度模擬值。
如本領(lǐng)域所熟知，輔助增益可與上述實(shí)施方案一起為調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)提供附加參數(shù)。
推導(dǎo)出的纖維網(wǎng)張力控制在利用纖維網(wǎng)張力控制的多范圍纖維網(wǎng)處理系統(tǒng)中，通常僅在一個(gè)指定范圍內(nèi)測(cè)試?yán)w維網(wǎng)張力和控制纖維網(wǎng)速度以保持所需的纖維網(wǎng)張力。然后其它所有系統(tǒng)范圍可作為固定速度范圍操作或具有可人工調(diào)節(jié)的速度。如上所述確定Ew和V0，有利于控制方法，其中可根據(jù)Ew的變化控制每個(gè)范圍的速度以提高纖維網(wǎng)處理操作的一致性，和減小纖維網(wǎng)彈性模量波動(dòng)對(duì)生產(chǎn)率的不利影響。
可以在移動(dòng)的纖維網(wǎng)材料W的Ew和V0的變化得出的推論的基礎(chǔ)上控制系統(tǒng)速度，和所述速度下纖維網(wǎng)張力。對(duì)于在纖維網(wǎng)處理工藝中給定的范圍，纖維網(wǎng)張力T存在一個(gè)可接受的操作范圍和在這個(gè)范圍中的所需張力TD。已知TD，Ew，和V0。達(dá)到TD所必需的范圍速度Vn根據(jù)關(guān)系式可以確定Vn=V0(Ew+TD)Ew]]>處理纖維網(wǎng)速度為Vn范圍內(nèi)的移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)將產(chǎn)生纖維網(wǎng)張力為T(mén)D，所需的移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W操作張力。
轉(zhuǎn)到圖2，當(dāng)退繞移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W時(shí)，Ew和V0可被確定且與移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W的特定部分相關(guān)聯(lián)。對(duì)任何Ew和V0，可能推出保持特定纖維網(wǎng)部分的所需張力TD所必需的速度Vn的值。通過(guò)已知的纖維網(wǎng)處理系統(tǒng)的范圍長(zhǎng)度和通過(guò)跟蹤移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W退繞時(shí)的纖維網(wǎng)的速度，可能確定移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W的任何部分以確定的所需張力通過(guò)任何特定范圍的時(shí)間。當(dāng)纖維網(wǎng)隨著羅拉705轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，速度傳感器710可以提供纖維網(wǎng)在特定范圍內(nèi)的速度。確定的Ew，和V0可被用于處理器500為纖維網(wǎng)處理設(shè)備的范圍確定速度設(shè)定點(diǎn)Vn。速度設(shè)定點(diǎn)可與所述范圍的傳動(dòng)控制器800通信。利用傳感器710的速度輸入和處理器500確定的速度設(shè)定點(diǎn)，傳動(dòng)控制器800可利用速度控制回路傳動(dòng)所述范圍的元件720。速度控制回路可將所述范圍的纖維網(wǎng)速度調(diào)節(jié)為Vn。當(dāng)纖維網(wǎng)處理設(shè)備的每一范圍處理那個(gè)部分時(shí)，可完成這種調(diào)節(jié)并為部分纖維網(wǎng)保持所需的TD。
當(dāng)與彈性模量值變化有關(guān)的部分纖維網(wǎng)通過(guò)纖維網(wǎng)處理設(shè)備時(shí)，可根據(jù)Ew和V0調(diào)節(jié)加工范圍速度控制，通過(guò)所述調(diào)整減少移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W彈性模量的變化對(duì)纖維網(wǎng)處理生產(chǎn)率的潛在影響。
利用上述的推導(dǎo)張力控制有利于更加一致的纖維網(wǎng)處理，而不用為纖維網(wǎng)處理工藝的每個(gè)范圍提供張力傳感器和張力控制硬件。
處理器限制限制處理器500以限定確定Ew、Tw和V0的上限值和下限值限制。如果確定的EwV0或Tw超過(guò)預(yù)設(shè)的上限或低于預(yù)設(shè)的下限，這種設(shè)定使得確定值缺省在合適的極限。作為一個(gè)非限制性實(shí)施例，處理器500可將Ew的預(yù)設(shè)上限設(shè)置等于6。根據(jù)輸入值處理器500可將Ew的值設(shè)置等于10。在這個(gè)例子中，被處理器500用來(lái)確定V0、Tw和/或用于控制計(jì)算的Ew的值默認(rèn)為6。
處理器可以限制用于隨后計(jì)算中確定值的變化速率。作為一個(gè)實(shí)施例，處理器可限制Ew的變化不超過(guò)原來(lái)Ew值的50％。限制的百分比可為與加工需要一致的任選值。對(duì)可允許的高變化速率的加工，所述百分比變化范圍可從100％到1000％或者以更大的百分比增加。對(duì)可允許的低變化速率的加工，可允許的百分比變化范圍可從1％到100％。依據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或工藝操作員的經(jīng)驗(yàn)來(lái)選擇所述數(shù)值。
處理器500可被設(shè)置限制用于隨后控制計(jì)算的輸出值使其保持在預(yù)設(shè)的絕對(duì)極限內(nèi)。作為一個(gè)實(shí)施例，可確定基本比例增益和基本彈性模量。然后根據(jù)基本彈性模量值和確定的彈性模量模擬值間的比率，可以調(diào)節(jié)輸出比例增益。可限制這個(gè)比率以便保持在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施方案中，范圍可從0到100。在另一個(gè)實(shí)施方案中，范圍可從0.1到50。確定所述范圍以提供所需限制范圍。
處理器500可設(shè)置成使得超出預(yù)設(shè)極限確定值被記錄以備以后檢查。確定的實(shí)際值和導(dǎo)致所述確定的輸入值可被保存并且還蓋上時(shí)間戳記或另外與注冊(cè)數(shù)據(jù)值相關(guān)聯(lián)。
數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在上述任何實(shí)施方案中，當(dāng)材料纖維網(wǎng)的輥R退繞時(shí)，確定的Ew、V0和Tw可以陣列的形式儲(chǔ)存?？蓛?chǔ)存由同時(shí)輸入值確定的和/或由時(shí)間緩沖輸入值確定的Ew、V0和Tw的值。根據(jù)所述值的采集頻率將所述數(shù)值與一個(gè)注冊(cè)值一起儲(chǔ)存。利用值確定時(shí)間作為注冊(cè)值，基于時(shí)間的采集可設(shè)置陣列數(shù)據(jù)。利用連續(xù)的長(zhǎng)度作為注冊(cè)值，基于長(zhǎng)度的確定可設(shè)置陣列數(shù)據(jù)。利用角位置作為注冊(cè)值，基于角位置的采集可設(shè)置陣列數(shù)據(jù)?？纱_定其它的注冊(cè)值以提供確定值的附加信息。作為一個(gè)實(shí)施例，與根據(jù)時(shí)間緩沖輸入確定的Ew值有關(guān)的一卷纖維網(wǎng)的實(shí)際位置以及采集頻率數(shù)據(jù)可以被確定和以陣列儲(chǔ)存。也可用時(shí)間注冊(cè)、長(zhǎng)度注冊(cè)和位置注冊(cè)的組合。
將Ew、V0、Tw以及它們的組合編譯成一個(gè)陣列以編譯彈性模量的特征圖、流速的特征圖、卷繞張力的特征圖和退繞材料輥的這些特征圖的組合。這些特征圖可與相似材料纖維網(wǎng)輥的特征圖一起為用于分析的指定類型纖維網(wǎng)輥來(lái)確定典型的彈性模量、纖維網(wǎng)流速或卷繞張力特征圖。任何這些特征圖可用于改變隨后退繞材料輥的控制方案。所述特征圖也可用于預(yù)測(cè)輥上材料的彈性模量的可能變化時(shí)間和允許控制運(yùn)算法則中的補(bǔ)償性變化。
特征圖也可作為數(shù)據(jù)支持使用基于智能或模型的控制方案來(lái)影響加工和材料纖維網(wǎng)輥的卷繞。作為一個(gè)實(shí)施例，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將在加工工藝和卷繞材料纖維網(wǎng)輥中已知的操作條件作為輸入，所述操作條件與材料輥的每部分相對(duì)應(yīng)，并且將已知條件與輥歷史提供的輥相同部分的彈性模量相關(guān)。然后所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可預(yù)測(cè)加工和卷繞條件的必要變化以產(chǎn)生成品輥所需的彈性模量特征圖、纖維網(wǎng)流速特征圖、卷繞張力特征圖以及它們的組合。然后神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可控制加工和卷繞工藝，動(dòng)態(tài)地實(shí)施預(yù)測(cè)的變化以產(chǎn)生所需的Ew、V0和Tw特征圖。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可將已知的加工和卷繞條件和這些條件下產(chǎn)生的Ew、V0和Tw的值相關(guān)，這些值是由輥彈性模量的歷史提供。通過(guò)操作條件的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，這些相關(guān)可形成預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)，所述操作條件將在隨后的卷繞的移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)W的輥上產(chǎn)生所需的彈性模量特征圖。
按周期時(shí)間間隔確定的Ew、V0和Tw，可以與值相應(yīng)的特定間隔排列。作為一個(gè)實(shí)施例，對(duì)這個(gè)實(shí)施方案的典型排列可包含與第一時(shí)間段相關(guān)的Ew、V0、Tw的第一值和它們的組合，與第二時(shí)間段相關(guān)的Ew、V0、Tw的第二值和它們的組合等。
按周期纖維網(wǎng)長(zhǎng)度間隔確定的Ew、V0和Tw，可以與值相應(yīng)的長(zhǎng)度間隔排列。作為一個(gè)實(shí)施例，對(duì)這個(gè)實(shí)施方案的典型排列可包含與第一纖維網(wǎng)長(zhǎng)度相關(guān)的Ew、V0、Tw的第一值和它們的組合，與第二纖維網(wǎng)長(zhǎng)度相關(guān)的Ew、V0、Tw的第二值和它們的組合等。
按周期轉(zhuǎn)動(dòng)位置間隔確定的Ew、V0和Tw，可以與值相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)位置間隔排列。作為一個(gè)實(shí)施例，對(duì)這個(gè)實(shí)施方案的典型排列可包含與第一轉(zhuǎn)動(dòng)位置相關(guān)的Ew、V0、Tw的第一值和它們的組合，與第二轉(zhuǎn)動(dòng)位置相關(guān)的Ew、V0、Tw的第二值和它們的組合等。
在一個(gè)實(shí)施方案中，其中無(wú)論何時(shí)任何輸入值變化，Ew、V0、Tw以及它們的組合被確定，所述陣列可包括Ew、V0、Tw以及它們的組合的數(shù)據(jù)點(diǎn)，還包括自上次確定Ew、V0、Tw以及它們的組合以來(lái)所加工的材料纖維網(wǎng)長(zhǎng)度。
這些陣列可對(duì)給定輥提供彈性模量的特征圖、流速特征圖、卷繞張力特征圖以及它們的組合。這些特征圖可以說(shuō)明從輥頭端到輥末端的所述材料纖維網(wǎng)的Ew、V0、Tw以及它們的組合的變化?；趯?duì)應(yīng)于特定的Ew，V0，Tw，以及它們的組合的纖維網(wǎng)輥片段中的位置，所述陣列可改造輥彈性模量的特征圖、流速特征圖、卷繞張力特征圖，以及它們的組合。在任何上述實(shí)施方案中，可確定輥位置并且輥位置與各自的纖維網(wǎng)部分有關(guān)。這個(gè)輥位置可作為陣列部分被儲(chǔ)存，所述陣列部分與為各自纖維網(wǎng)部分所確定的值相關(guān)。
在一個(gè)實(shí)施方案中，所述處理器500在處理器500的存儲(chǔ)器中可建立和儲(chǔ)存上述數(shù)據(jù)陣列。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述處理器500可輸出包括陣列的數(shù)值給二級(jí)處理器，或其他方法，建立和/或儲(chǔ)存所述陣列。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述處理器500可輸出數(shù)值給一個(gè)或多個(gè)二級(jí)處理器。在這個(gè)實(shí)施方案中，所述二級(jí)處理器或處理器可編譯所述陣列數(shù)據(jù)點(diǎn)和儲(chǔ)存陣列或?qū)⒕幾g的數(shù)據(jù)點(diǎn)輸送到其它另一個(gè)處理器或數(shù)據(jù)儲(chǔ)存設(shè)備中。
彈性模量模擬值的來(lái)源如上所述，通過(guò)利用所知的在線超聲波傳感器或通過(guò)本領(lǐng)域所知的其它任何方法可提供按上述方法使用的彈性模量模擬值。
實(shí)施例1紙質(zhì)纖維網(wǎng)從一個(gè)大的母輥上退繞以將纖維網(wǎng)轉(zhuǎn)換加工為消費(fèi)紙制品。纖維網(wǎng)卷繞在第一惰輪羅拉上。惰輪羅拉連接到一對(duì)ABBPressductor測(cè)力傳感器，其型號(hào)為PFTL301E。所述Pressductor測(cè)力傳感器接從ABB Tension Electronics元件PFEA111上接受控制電力，并向它提供輸出信號(hào)。Tension Electronics元件對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行低通濾波。測(cè)力傳感器和張力電子元件購(gòu)自ABB，Brewster，NY。TensionElectronics元件放大來(lái)自測(cè)力傳感器的信號(hào)，產(chǎn)生0-10伏特的模擬輸出信號(hào)。Tension Electronics元件的輸出硬連接到Robox RBXMModular Motion控制器的輸入電路板上，所述控制器購(gòu)自Robox S.P.A.，Ticino，Italy。
速度輸入值來(lái)自與傳動(dòng)馬達(dá)也和主動(dòng)羅拉相連的編碼器。傳動(dòng)馬達(dá)和主動(dòng)羅拉是纖維網(wǎng)處理系統(tǒng)的部件。Siemens傳動(dòng)馬達(dá)包括購(gòu)自紐約Siemens AG，NY的整體編碼器和購(gòu)自TR Electronic Inc.，Troy，MI的TR Electronics增量編碼器，型號(hào)為IE58a，所述編碼器是示例性的非限制性編碼器。編碼器分別提供了每轉(zhuǎn)4096和3000個(gè)脈沖，并且硬連接到控制器編碼器的輸入線路。控制器接收編碼器的輸出脈沖作為輸入脈沖，并且將輸入脈沖轉(zhuǎn)化為每秒鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，然后利用已知的纖維網(wǎng)接觸羅拉周長(zhǎng)和處理器時(shí)鐘，轉(zhuǎn)化為速度。
速度和張力輸入信號(hào)通過(guò)Robox控制器進(jìn)行一階濾波和時(shí)間緩沖，然后用于確定Ew的值。用確定的Ew的值除以在Robox控制器中預(yù)設(shè)的基本彈性模量值來(lái)確定模量比率。然后模量比率乘以設(shè)置在Robox控制器中的基本比例增益來(lái)確定瞬間比例增益。隨著確定的Ew增加，模量比率減小以及瞬間比例增益值減小。模量比率限制在0.5與1.5之間。
瞬間比例增益被用于Robox控制器中控制計(jì)算以確定控制器的輸出。Robox控制器輸出0-10伏特模擬信號(hào)，所述信號(hào)提供給購(gòu)自Allen-Bradley，Milwaukee，WI的Allen-Bradley 1336 Force Drive。然后1336型Force Drive元件調(diào)節(jié)纖維網(wǎng)處理工藝中的被控馬達(dá)的速度。隨著纖維網(wǎng)彈性模量的變化，確定的Ew的值變化。隨著Ew的變化比例增益變化，并且隨著比例增益的變化對(duì)傳動(dòng)控制器的輸出變化。隨著對(duì)傳動(dòng)控制器的輸出的變化被控馬達(dá)的速度變化。
利用確定的Ew的值和T1和V1，或T2和V2確定V0的值。確定的Ew，和V0的值隨后被用于計(jì)算基于每一個(gè)范圍所需的張力的纖維網(wǎng)速度設(shè)定點(diǎn)。通過(guò)在特定范圍內(nèi)連接到羅拉或馬達(dá)的編碼器，可以提供特定范圍的速度模擬值。利用計(jì)算的速度設(shè)定點(diǎn)和所述范圍的速度模擬值，然后將每個(gè)特定范圍的速度控制回路用于所述范圍。當(dāng)確定的Ew和V0變化時(shí)，速度設(shè)定點(diǎn)的值可能變化并且由速度控制回路控制的馬達(dá)速度可能變化。
在發(fā)明詳述中引用的所有文獻(xiàn)的相關(guān)部分均引入本文以供參考；任何文獻(xiàn)的引用并不可理解為是對(duì)其作為本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)的認(rèn)可。盡管已用具體實(shí)施方案來(lái)說(shuō)明和描述了本發(fā)明，但對(duì)于本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可作出許多其它的變化和修改。因此，有意識(shí)地在附加的權(quán)利要求書(shū)中包括屬于本發(fā)明范圍內(nèi)的所有這些變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種確定移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)的彈性模量模擬值的方法，所述方法包括以下步驟a)確定第一范圍內(nèi)的所述移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)的第一纖維網(wǎng)張力模擬值，b)確定所述第一范圍內(nèi)的所述移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)的第一纖維網(wǎng)速度模擬值，優(yōu)選地確定所述第一纖維網(wǎng)張力模擬值和所述第一纖維網(wǎng)速度模擬值是在第一位置確定，c)確定第二范圍內(nèi)的所述移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)的第二纖維網(wǎng)張力模擬值，d)確定所述第二范圍內(nèi)的所述移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)的第二纖維網(wǎng)速度模擬值，和e)根據(jù)所述第一纖維網(wǎng)張力模擬值、所述第二纖維網(wǎng)張力模擬值、所述第一纖維網(wǎng)速度模擬值和所述第二纖維網(wǎng)速度模擬值，確定所述移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)的彈性模量模擬值，優(yōu)選地，每當(dāng)選自由所述第一纖維網(wǎng)張力模擬值、所述第一纖維網(wǎng)速度模擬值、所述第二纖維網(wǎng)張力模擬值、所述第二纖維網(wǎng)速度模擬值以及它們的組合構(gòu)成的群組的任何數(shù)值變化時(shí)，確定所述彈性模量模擬值，優(yōu)選地在預(yù)設(shè)時(shí)間間隔確定所述彈性模量模擬值，優(yōu)選地在處理預(yù)設(shè)長(zhǎng)度的移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)之后確定所述彈性模量模擬值，優(yōu)選地根據(jù)輥的轉(zhuǎn)動(dòng)位置確定所述彈性模量模擬值。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括根據(jù)所述彈性模量模擬值和所述第一纖維網(wǎng)張力模擬值和所述第一纖維網(wǎng)速度模擬值，或根據(jù)所述彈性模量模擬值和所述第二纖維網(wǎng)張力模擬值和所述第二纖維網(wǎng)速度模擬值確定所述移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)的流速模擬值，優(yōu)選地每當(dāng)選自由所述第一纖維網(wǎng)張力模擬值、所述第一纖維網(wǎng)速度模擬值以及它們的組合構(gòu)成的群組，或選自由所述第二纖維網(wǎng)張力模擬值、所述第二纖維網(wǎng)速度模擬值以及它們的組合構(gòu)成的群組的任何數(shù)值變化時(shí)確定流速模擬值。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，所述方法還包括以下步驟a)確定所述移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)的退繞纖維網(wǎng)速度模擬值，和b)根據(jù)所述流速模擬值、所述彈性模量模擬值和所述退繞纖維網(wǎng)速度模擬值，確定所述移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)的卷繞張力模擬值。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，所述方法包括以下步驟a)從材料纖維網(wǎng)的輥上退繞所述移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)，b)將至少第一纖維網(wǎng)部分與輥?zhàn)鴺?biāo)位置相關(guān)聯(lián)，c)確定至少所述第一纖維網(wǎng)部分的彈性模量模擬值，和d)將確定的所述第一纖維網(wǎng)部分的彈性模量模擬值與相關(guān)于所述第一纖維網(wǎng)部分的輥?zhàn)鴺?biāo)位置相關(guān)聯(lián)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，所述方法還包括以下步驟a)將時(shí)間值與所述確定的彈性模量模擬值相關(guān)聯(lián)，和b)至少將彈性模量模擬值與相關(guān)聯(lián)的時(shí)間值一起存儲(chǔ)。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，所述方法還包括以下步驟a)確定所述第一纖維網(wǎng)部分的流速模擬值，和b)將所述第一纖維網(wǎng)部分的流速模擬值與所述第一纖維網(wǎng)部分的輥?zhàn)鴺?biāo)位置相關(guān)聯(lián)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，所述方法還包括以下步驟a)確定所述第一纖維網(wǎng)部分的退繞纖維網(wǎng)速度模擬值，b)確定所述第一纖維網(wǎng)部分的卷繞張力模擬值，和c)將所述退繞纖維網(wǎng)速度模擬值和所述卷繞張力模擬值與所述第一纖維網(wǎng)部分的輥?zhàn)鴺?biāo)位置相關(guān)聯(lián)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，所述方法還包括將數(shù)據(jù)值與相關(guān)聯(lián)的注冊(cè)值一起儲(chǔ)存，所述數(shù)據(jù)值選自由所述彈性模量模擬值、所述流速模擬值、所述卷繞張力模擬值，以及它們的組合構(gòu)成的群組。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，所述方法包括至少部分過(guò)濾至少一個(gè)值，所述至少一個(gè)值選自由所述第一纖維網(wǎng)張力模擬值、所述第二纖維網(wǎng)張力模擬值、所述第一纖維網(wǎng)速度模擬值、所述第二纖維網(wǎng)速度模擬值、所述彈性模量模擬值、所述流速模擬值，以及它們的組合構(gòu)成的群組。
10.一種確定移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)的彈性模量模擬值的方法，所述方法包括以下步驟a)確定第一范圍內(nèi)的所述移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)的第一纖維網(wǎng)張力模擬值，b)確定所述第一范圍內(nèi)的所述移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)的第一纖維網(wǎng)速度模擬值，c)確定第二范圍內(nèi)的移動(dòng)的所述材料纖維網(wǎng)的第二纖維網(wǎng)張力模擬值，d)確定所述第二范圍內(nèi)的所述移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)的第二纖維網(wǎng)速度模擬值，e)根據(jù)所述第一纖維網(wǎng)張力模擬值、所述第二纖維網(wǎng)張力模擬值、所述第一纖維網(wǎng)速度模擬值和所述第二纖維網(wǎng)速度模擬值，確定所述移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)的流速模擬值，和f)根據(jù)所述流速模擬值和所述第一纖維網(wǎng)張力模擬值和所述第一纖維網(wǎng)速度模擬值，或根據(jù)所述流速模擬值和所述第二纖維網(wǎng)張力模擬值和所述第二纖維網(wǎng)速度模擬值，確定所述彈性模量模擬值。
全文摘要
一種利用纖維網(wǎng)張力和纖維網(wǎng)速度來(lái)動(dòng)態(tài)地確定移動(dòng)的材料纖維網(wǎng)的彈性模量的方法。在第一范圍內(nèi)確定移動(dòng)的纖維網(wǎng)的所述張力和速度。在第二范圍內(nèi)也對(duì)所述移動(dòng)的纖維網(wǎng)確定所述移動(dòng)的纖維網(wǎng)的所述張力和速度。然后根據(jù)在所述兩個(gè)范圍內(nèi)的所述移動(dòng)的纖維網(wǎng)的所述張力和速度確定所述移動(dòng)的纖維網(wǎng)的彈性模量的模擬值。
文檔編號(hào)G01N33/34GK1914497SQ200580003778
公開(kāi)日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2005年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月4日
發(fā)明者邁克爾·J·弗朗斯, 布里安·C·斯奇沃姆伯格, 馬太·D·都萊 申請(qǐng)人:寶潔公司