專利名稱：紙幅張力分布測量方法以及用于實施所述方法的輥的制作方法
技術領域：
本申請涉及對運行通過旋轉輥的諸如拉伸紙、紙板、薄紙之類或諸 如造紙機的脫水或干燥織物的纖維材料的拉伸纖維紙幅的張力分布進行 測量。本發(fā)明還被應用在造紙機、造紙板機或造薄紙機中的拉伸纖維紙 幅的情形中，或用于對紙的其它處理機器諸如切紙機或印刷機中。
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背景技術：
本發(fā)明的目的在于使得能通過一種簡單的測量系統(tǒng)對運行機器的紙
幅等(例如干毛氈)進行測量，以得到其CD分布。例如從專利FI 113804B 中公知使用安置在輥表面上的螺旋狀膜傳感器。本發(fā)明的目的在于，與 15利用在所引用專利中描述的螺旋形傳感器相比提高測量精度，以及能夠 以比在所引用申請中闡述的使用若干相鄰傳感器更為簡單的方式充分精 確地測量紙幅張力分布，并獲得比通過在所引用公開物中描述的螺旋傳 感器實現(xiàn)的分辨率更高的分辨率。
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發(fā)明內容
本發(fā)明優(yōu)選使用EMFi膜，所述EMFi膜為多孔塑料膜，具有永久電 荷且以與壓電傳感器一樣的方法運行。EMFi膜產(chǎn)生的電壓信號取決于整 個元件中的壓力變化，這樣隨著壓力的變化，該元件的各部分在輸出電 壓中產(chǎn)生相等的變化。因此，使用高阻抗放大器測量的短期電壓為整個
25傳感器的壓力的積分。該傳感器作為動態(tài)傳感器運行，在長時段壓縮時 不提供恒定的結果，施加在傳感器上的直流電壓分量卻由于電流損失而 變化。因此，該傳感器僅僅當經(jīng)受壓力變化時才進行工作。本發(fā)明的裝 置也可以采取其它形式的傳感器，例如電阻壓敏膜、壓電PVDF膜(聚 偏二氟乙烯膜)、或PLL膜(壓電苯三酚發(fā)光膜(piezo—pyroluminescent
film))。然而，在下文中本申請僅僅參考EMFi膜進行討論。作為技術測 量儀器，EMFi膜價格便宜，并且特別適于根據(jù)本發(fā)明的操作。
當使用EMFi膜時，在上述專利中描述的螺旋狀傳感器用于測量動 態(tài)載荷，即該螺旋狀傳感器觀察出現(xiàn)在該膜中的壓力變化，使得該膜的 5各點的壓縮產(chǎn)生電荷，在通過高阻抗放大器測量施加在膜上的電壓時， 該電荷可視為膜電壓中的變化。該變化的程度可以通過微分進行計算。 可選的是，當使用低阻抗放大器(在實踐中為電流一電壓轉換器)時， 在任何給定位置的壓縮變化可被直接感測為電流率的變化。第三種方案 為通過電荷放大器進行測量。另外，在各測量開始時，電壓和電荷放大 io器應優(yōu)選通過使傳感器和/或內放大器電容器短路而被清零。優(yōu)選的清零 時間為傳感器處于完全非壓縮狀態(tài)時。如果花費在測量上的時間僅僅是 傳感器被重疊角覆蓋的時間段，則該傳感器可以在除進行測量之外的所 有時間內被清零。放大器類型的選擇主要取決于干涉類型和有關靈敏性 和精確性的要求。
15 其它現(xiàn)有技術公開物還介紹了用來測量來自輥的壓力的大量螺旋狀
應變計傳感器。它們利用了以下事實即經(jīng)受待測壓力的處于夾壓下的
接觸區(qū)域或重疊角相對于傳感器的全長較小。常常是傳感器僅有很小的 一部分處于壓力之下。因此，由傳感器提供的電壓與壓力成正比，并且 所述處于壓力之下的部分在螺旋形狀傳感器的一次旋轉期間掃過整個紙
20幅寬度。然而，在測量紙幅張力的過程中，人們發(fā)現(xiàn)這種方法不可行，
實際上優(yōu)選的是紙幅重疊角盡可能地長，且傳感器遮蔽物不超過該重疊 角，借此該傳感器將其自身纏繞在該重疊紙幅之下，直到其從而完全被 遮蔽，并且此后該傳感器從重疊角下顯露出來，直到其再一次完全不受 遮蔽。因此，如果在該傳感器位于該重疊下方時傳感器的各點處的壓力
25保持恒定，則僅有的壓力變化點將處于紙幅在巻繞以覆蓋傳感器時的前 點和后點。實際情況通常如此，除非待測量的實際輥導致紙幅無規(guī)律的 松弛與繃緊。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方式的解決方案的另一目的在于提供一種通過 測量張力分布中夾壓引起的變化而間接地測量夾壓壓力的方法。優(yōu)選實
施方式的另一 目的在于提供一種易于改型和更換的傳感器。
由于該EMFi傳感器本質上為變化測量傳感器或動態(tài)傳感器，因此 就長期而言，其實際上測量的是壓力變化而不是壓力的絕對量。這能夠 以一種非常有利的方式測量對具有較長重疊長度的輥產(chǎn)生影響的紙幅張
5力。由于響應于變化，從而EMFi傳感器不提供來自恒定壓力區(qū)域的響應，
張力測量輥優(yōu)選地具有較低的摩擦，并且其運行速度等于紙幅的運行速 度，這就是為何在輥本身上紙幅不會被繃緊或松弛的原因。因此，只有 傳感器的與紙幅接觸的前邊緣或后邊緣提供響應，基于該響應，可以確 定螺旋狀傳感器的各接觸點處的紙幅張力。傳感器的接觸點可以例如通
10過測量傳感器自身的響應和通過識別傳感器與紙幅的最初接觸，或通過
由傳感器提供的正時信號指出輥的位置來進行標定。當傳感器處于靜態(tài) 模式，即完全處于壓縮或完全不受紙幅壓縮時，還需要通過外部傳感器
對該傳感器的電荷清零。
通常，用于測量紙幅或纖維幅的張力的輥帶有光滑的覆層，并且紙
15幅攜入的空氣產(chǎn)生薄的未擾動的氣翼，用作紙幅和輥之間的支撐層。因
此在實踐中，由于輥不能向紙幅施加任何沿長度方向的力，因此在輥的 整個行程中紙幅的張力沒有任何顯著的變化。因此，設想在傳感器進入 重疊角下方時行進通過進入喉部時的信號變化僅僅是進入喉部本身所引 起的壓力變化的結果通常是非常好的近似，直到傳感器在后邊緣處從重
20疊角下方出來的時刻為止。這種壓力變化直接為輥直徑和紙幅張力的函
數(shù)，并且在傳感器位于重疊角下的整個時間內該壓力保持恒定。因此，
本發(fā)明的特征在于，如權利要求1和6所述，該傳感器整體上裝配在重
疊角下方，而且在每一旋轉的過程中，傳感器還處于沒有被紙幅等壓縮 的完全無約束狀態(tài)。
25 本發(fā)明最適用于拉伸纖維幅，拉伸纖維幅具有相對較低的張力并具
有較高的幅面速度。金屬帶幅例如不在幅面和輥之間提供潤滑氣翼，由 此該輥的動量導致測量誤差，在帶的長度在不同部分中變化的情況下， 即使輕輕地支撐安裝的自由旋轉輥也導致導向紙幅的力。而且，纖維紙 幅缺乏剛性，從而如同在可滾動的金屬紙幅的情況下那樣，可能存在由 于紙幅成形而產(chǎn)生的力。
意外的是，在紙幅張力的測量中優(yōu)選的測量幾何形狀包括較寬的重 疊角，以及在壓力測量過程中，應變計傳感器的長度幾乎等于重疊角的 長度。另外，由于應變計傳感器保持測量其整個表面區(qū)域的整體，因此 5優(yōu)選具有較窄的應變計，結果輥表面上的較小寬度導致前邊緣和后邊緣 之間的電壓變化，且橫向分辨率較高。這易于通過以螺旋構造布置的
EMFi膜實現(xiàn)。
以下描述涉及本發(fā)明的實施方式，以及借此獲得的測量結果。 io


圖1:根據(jù)本發(fā)明的輥的立體圖。
圖2:圖1的輥的端視圖。
圖3:圖l和圖2的裝置的平面圖。
圖4A:作為螺距(helical pitch)的函數(shù)的傳感器發(fā)射信號。 5 圖4B:圖4A中信號相對于螺距的導數(shù)。
圖5A-圖5C:傳感器借助于安裝薄膜而安裝到輥上。
圖6:以曲線圖示出的夾壓作用的測量結果。
具體實施例方式
20 圖1-圖3示出了傳感器4，其被安置在輥1上，或優(yōu)選地埋入輥1
的覆層下，并且傳感器4是一段螺旋線。該傳感器具有沿紙幅2的運行 方向的螺距，該螺距在示出的實施例中略微小于重疊角3。重疊角指的是 該輥的與紙幅接觸的部分，并且在該部分，在該輥的各片段上紙幅產(chǎn)生 張力限定的恒定壓力。在圖1中，該傳感器被示出為在該重疊角的外部，
25在圖3中，該傳感器被示出為完全在該重疊角3的內部。
可以為該傳感器4準備保護凹槽，以將該傳感器安置于其中。因此， 該傳感器優(yōu)選大約與周圍的表面齊平。由紙幅2產(chǎn)生的壓力通過可能涂 布的覆層被傳輸?shù)絺鞲衅?。傳感器本身例如通過涂膠或上帶而固定。該 傳感器必須被安置在光滑表面上，并且該涂布覆層必須品質均一。由于
該傳感器相當薄，因此也可以不用保護凹槽即安置該傳感器。該涂布覆 層可以被研磨或被壓平以使其光滑，從而避免在該輥表面上形成與該傳 感器相對應的凸出部分。
因此，在輥的每一旋轉的整個過程中，該傳感器瞬間完全位于該重 5疊角3的內部，由此整個傳感器都處在紙幅壓力之下。如果該傳感器的 螺距超過該重疊角，則紙幅2邊緣處的張力將無法測定。因此，在該傳
感器的兩端與該重疊角3的邊界重合的時刻，由于傳感器4的端部的變 化彼此抵消，因此該傳感器4不能測量橫向分布。應當注意，傳感器4 相對于重疊角3非常微小地超出不一定會妨礙實際的執(zhí)行過程，并且稍
io微超出應該被認為是在本專利的范圍內的方案。至于測量精度，傳感器 在長度上正好等于重疊角時能夠提供最好的精度。比重疊角短的傳感器 瞬間完全位于重疊角內部，并且由于遮蔽較快因此橫向精度較低。
圖4A和圖4B示出了由測量傳感器在紙幅的邊緣比中部更為張緊的 情況下產(chǎn)生的信號。這種情況通常是紙幅邊緣比中部以更快地速率干燥
15的結果。圖4A和圖4B是按照相同比例的螺距繪制的，艮(3，具有共同的 x軸。在圖4A中，豎直軸線包括反映壓力的電壓，而在圖4B中，豎直 軸線包括所述電壓相對于螺距的導數(shù)(dV/dx)。通過高阻抗電壓放大器 實現(xiàn)測量4A，并且y軸表示傳感器產(chǎn)生的電壓。圖4A的上升棱線是在 傳感器4進入后邊緣下方時產(chǎn)生的。所述上升棱線的前端和后端比上升
20棱線的中部更陡地上升。在導數(shù)函數(shù)或張力分布圖4B中可看到其呈上升 沿的形式。傳感器在其整個區(qū)域中測量的是壓力、更確切而言為壓力的 變化，這樣各部分中的變量具有相同的權重。在重疊角外部的區(qū)域中， 該傳感器不受力，在該重疊角的范圍內，由于紙幅張力和紙幅繃緊曲率 半徑保持恒定，因此該力為恒定的。因此，電壓變化僅僅是由于傳感器4
25前邊緣或后邊緣所引起的變化，并且該變化可以通過對函數(shù)4A求微分而 得到。導數(shù)函數(shù)4B直接表示橫向的紙幅張力分布。最終的數(shù)值張力分布 通過用總寬度和總張力按比例縮放所述分布而獲得。如下文將描述的那 樣，按比例縮放的分布也在測量絕對張力分布中發(fā)揮作用，并且在同時 獲得較窄紙幅2的信息(有關紙幅的寬度和位置)的情況下，對分布的
橫向積分計算也產(chǎn)生總的張力。
還通過使用用于接收傳感器4的信號的電流放大器產(chǎn)生與圖形4B —
致的曲線圖。因此，在這種情況下，傳感器4的邊緣的變化是電流變化 的直接原因。通常僅僅使用圖形4B的一半，由紙幅的前邊緣產(chǎn)生一半通
5常更加穩(wěn)定，這是因為后邊緣可能會干擾空氣紊流，而后邊緣處的負壓
比前邊緣處的正壓看上去更會干擾測量的穩(wěn)定性。如圖中所示，當傳感
器進入該重疊區(qū)域3之下時，該導數(shù)函數(shù)的符號與傳感器脫離重疊區(qū)域3 下方時的符號相反。
即使沒有被覆蓋，傳感器4也能在一段時間內保持在其工作條件，
10然而通常較好的是通過適當?shù)母矊踊虮Ｗo表層來覆蓋該傳感器4。在紙幅 和輥1之間的摩擦由于空氣潤滑而足夠低的情況下，輥表面速度和紙幅 速度無須相等。該輥甚至可以沿相反的方向旋轉。這有力地支持了以下 假定，即由于輥和紙幅之間的空氣層幾乎完全消除了摩擦力，輥1不在 紙幅2上產(chǎn)生任何沿長度方向的力，因此輥1的重疊區(qū)域3內的張力保
15持恒定。由于通過EMFi膜測量的是動態(tài)力，因此必須移動該輥以使膜受 到與張力相關的壓力變化。即使輥的速度不同于紙幅的速度，適當涂覆 的輥也可以發(fā)揮功能，而且這樣不會導致任何顯著的測量誤差。利用這 種現(xiàn)象的一種方式在于，例如在離線機器的試運行或供紙期間，輥在紙 幅速度下被驅動，但是當達到能提供空氣潤滑的足夠大紙幅速度時，輥
20速度將保持恒定，因此消除了由輥的轉速變化所引起的誤差并使得傳感 器的讀數(shù)總是在相同的采樣頻率之下，且施加到輥表面的加速度以及紙 幅和傳感器之間的接觸時間以及形成接觸速度始終相同，而且還能以較 高的精度使樣本距標準化。這樣提高了在各紙幅速度下相對于以紙幅速 度運行的輥的測量的再現(xiàn)性。
25 如果輥的直徑相對于長度較小，優(yōu)選地可以將傳感器4分成多個片
段?？衫缤ㄟ^將若干傳感器片段集成在單個薄的柔性電路板基片上， 并且通過在電路板上設置導體圖案來將測量信號輸送至輥的端面從而實 現(xiàn)這一點。合適的電路板基片例如為薄的聚碳酸酯薄膜。通過在相連的 傳感器片段的接合處使用公共的導體，例如可以通過五個導體測量四個
傳感器片段。如果使用該方法，各傳感器必須分別能夠完全安裝在重疊 區(qū)域下，如權利要求l所述。因此，對90度的重疊區(qū)域而言，例如假如
傳感器位于相同的應變計上，則四個傳感器片段總共在一起必須小于360 度。
5 這導致傳感器的傾斜角較陡，并且借此提高了對紙幅的橫向分辨率。
另一方面，這樣要求有四個測量放大器或AD轉換器，或多路復用器， 所述多路復用器例如受到角傳感器的控制，從而始終從有源傳感器獲得 數(shù)據(jù)。各傳感器的布置自然可以不是相連續(xù)的，只要每一傳感器能夠分 別提供獨立權利要求的特性特征即可。
io 傳感器信號可例如通過以下方式提供，即，傳感器的前置放大器安
裝在輥的端部上，并且與輥一起旋轉。這樣，可以在從輥的附近輸送信 號以進一步處理之前進行信號處理。也可以以無線方式或者例如以調制 模式或先前數(shù)字化(previously digitized)模式進行數(shù)據(jù)傳輸，由此除了 可能需要將運行電壓傳輸?shù)綔y量電子設備外，例如無需高維修率的制動
15刷(dragbmsh)。就電子設備而言，由于EMFi膜具有較高的靈敏度，并 且該膜傳感器被完全電保護，即信噪比天然良好，因此傳感器和測量技 術并不帶來過分的挑戰(zhàn)。數(shù)字數(shù)據(jù)處理的速度要求取決于紙幅的速度和 所要求的分辨率。紙幅的橫向分辨率還取決于帶狀傳感器4對紙幅的傾 斜角和帶的寬度。帶4越窄，帶和紙幅2之間的傾斜角越垂直，則可以
20實現(xiàn)越高的分辨率，只要采樣率相對于輥l的轉速是充分的。
傳感器4優(yōu)選地安置在覆層下。由于實際中傳感器的厚度大約為400 微米，并且傳感器的邊緣被相當好地圓整，因此傳感器也可以暫時地在 覆層的頂部上使用或用在無覆層的輥1上。在這種情況下，傳感器4的 使用壽命將較短，然而另一方面，例如為了實現(xiàn)查找故障的目的，可以
25通過使用無線數(shù)據(jù)傳送而快速安裝傳感器。由于傳感器本身可能引起紙 幅和輥之間的摩擦，因此凸出的傳感器的確會略微損害測量精度。當然， 直接固定在輥上的未防護傳感器僅應用于臨時的測量。另一方面，即使 作為臨時的方案，本方法與現(xiàn)有的技術相比也非常便捷，并且提供更為 精確的結果。在實踐中，通常是不可能向現(xiàn)有紙幅添加任何其他類似的
測量裝置。
用于該傳感器的非常合適的防護覆層為具有較高潤滑性和光滑性的
陶瓷樹脂復合覆層。這種覆層的一實例為A. W. CHESTERTON CO.出售 的ARCS2⑧覆層。作為一種薄而且有彈性的表面，這是一種非常耐用的 5硬質覆層。在所進行的試驗中，證明該覆層具有優(yōu)異的實用性。由于該 覆層相對較薄，因此該傳感器將形成輕微的凸出部分，然而該覆層能夠 承受應力并具有潤滑性和耐磨性。在實踐中，這種方案是耐用的，確保 了傳感器的高靈敏度，還保護傳感器良好地抵抗磨損。
其他適當?shù)母矊影ǚ庹?stocking)式蓋，然而應注意在使用熱收
]o縮的封罩時，這種傳感器不具有高的耐熱性。該傳感器部位在加熱期間 可以通過由絕熱材料進行覆蓋而加以保護。因此，該封罩在別處縮小， 而且也在傳感器部位處拉緊?？s小封罩的底面通常設有熱凝固粘合劑。
圖5A-圖5C示出了一種安裝，其中，該傳感器首先被固定至在輥的 頂部上改裝的膜5或封罩5。由于傳感器4可以由此沿平直表面安置在薄
15膜5上，如圖5B所示，因此具體而言，由于傳感器具有簡單的安置線并 可以預先在寬敞空間內執(zhí)行該安置，因此螺旋形傳感器的安裝與直接將 其安裝在輥上相比更為方便和精確。
該膜可以為無縫封罩5，而且封罩5可具有在其表面上以對稱方式 布置的若干傳感器4。該薄膜還易于上膠或焊接，優(yōu)選的是，該薄膜可以
20通過加熱或者例如響應于化學反應而收縮。該化學反應可以例如通過兩 個膜層之間的反應而產(chǎn)生，即，通過以適宜的溶劑或硬化劑"涂抹"該 膜，通過以熱敏硬化劑涂抹輥，由此加熱輥時釋放一種在該薄膜中產(chǎn)生 縮小和/或上膠反應的材料。
由于該膜能夠制成為對稱的且厚度均勻，因此在安置傳感器之后，
25該輥無需配平。該傳感器可以以預先按照尺寸精度而設定的角度安置在 該封罩上，并且圍繞輥本身的安裝快速且容易。多個傳感器的安置和單 個傳感器的安置一樣容易。傳感器在紙幅上引起的凸出部分的影響還可 以通過安置多個傳感器或物理上類似傳感器的條而得以減輕，這樣總有 若干凸出部分位于重疊角下，從而如果一個凸出部分從重疊角下顯露出
來，則另一個凸出部分在沿紙幅的橫向觀察時的相同位置進入到重疊角 下。
該方法能夠在用戶的設備上進行不規(guī)則張力分布的測量，由此所述 方法可用于替代基于氣墊的張力桿。測量精度得以改善。封罩式傳感器 5可以被固定在任何輥材料的頂部上，并且如果該表面受到損壞，則更換 該封罩的成本低廉且處理迅速。
易于改型的膜可以為繞在輥上的長的雙層帶狀物。在這種情況下， 傳感器本身被埋在多層膜之下。該雙層薄膜可以具有以下設計，即所述 層彼此發(fā)生反應，并且在硬化時圍繞輥繃緊。例如使用相應的方法通過
10硬化雙層的帶子來保護電纜連接部免受水的影響。在將帶子纏繞到該連 接部的頂部上之前，該帶子上沒有粘合劑，而是僅僅纏繞該帶子，這樣 不同的層彼此發(fā)生反應，導致該帶子收縮，并且所述層彼此緊固地粘結 成為防水的固體層。
在所進行的試驗中，該測量方法提供紙幅2的張力分布的可靠相對
15結果。絕對分布必須通過以某些其它方法測量的值來計算，按照總紙幅 張力和紙幅寬度標定該分布。 一個試驗包括例如通過潤濕己經(jīng)沿邊緣干 燥的紙幅來改變分布的張力分布。由于該測量方法提供輥1每一旋轉的 實時結果，因此所述方法在對調節(jié)設備進行控制的方面是非常優(yōu)秀的。 對蒸汽室或噴霧的控制進行了試驗，結果令人鼓舞。進一步，就紙幅供
20給而言，該方法適于測量引導器的位置和張力，因此通過本發(fā)明的裝置 或方法能夠測量比紙幅窄的引導器2的位置和張力。這能夠實現(xiàn)迅速且 簡單的測量，該測量不僅揭示紙幅供給引導器的位置，而且還揭示其寬 度、張力分布和總張力。
就間接地測量夾壓壓力在紙幅張力中所引起影響的變化，并由此間
25接地測量該夾壓壓力而言，完全安裝在重疊角下的上述螺旋狀測量傳感 器是極佳的。這使得能進行橫向夾壓壓力測量，并能通過反饋調整夾壓 壓力。
造紙生產(chǎn)線包括多個壓區(qū)，在這些壓區(qū)中壓區(qū)壓力分布的測量無法 通過現(xiàn)有的傳感器技術容易地實現(xiàn)。在紙張整飾砑光機中，例如，輥的
溫度可以顯著地超過100度。另外，砑光機包括非常高的夾壓載荷。在 壓制部夾壓中、在薄膜尺寸壓制中或在膜傳送涂布中，力的大小也可能 超過壓敏膜傳感器的承受能力，因此該傳感器不能在任何情況下都用于 測量直接的夾壓載荷。另外，壓制機的輥例如常常設有橡膠表面，因此 5由于橡膠的硬化，該夾壓輥不能裝配目前現(xiàn)有技術的膜傳感器。
然而，該夾壓壓力為夾壓區(qū)內的應變源，并且可以通過測量紙幅張 力的變化來測量其效果。這樣提供了一種測量該砑光機等的夾壓力的間 接方式。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在軟表面輥中，例如，在膜傳輸壓制機或上膠器中，夾壓 )0區(qū)的長度以及由此存在于夾壓區(qū)中的速度通過輥涂料位移而受到線載荷 的大小的影響。相應地，夾壓區(qū)上游的張力分布受到紙幅橫向上的多個 位置處的線載荷分布的變化的影響。如果例如該夾壓區(qū)在其端部具有更 強的支承效果，則該夾壓區(qū)和紙幅的速度沿邊緣最高，由此夾壓在張力 分布上的效果使得紙幅沿邊緣繃緊。這種情況通常例如與膜傳輸壓制機 15 相關。
例如在超級砑光機的壓區(qū)中，在硬表面輥中產(chǎn)生的情況是紙幅的多 數(shù)拉伸產(chǎn)生于出現(xiàn)最高夾壓載荷處。因此，在這些部分中張力減少。這 樣提供例如關于超級砑光機夾壓的數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明安置的測量傳感器 易于(尤其是與上述封罩一起)安裝在砑光機壓區(qū)之間的輥上。 20 這樣提供了一種通過測量夾壓在張力中引起的變化來測量由夾壓載 荷所引起的張力分布變化的手段。如所指出的那樣，變化的方向取決于 輥的覆層。所述結果自然還受到由其它因素所引起的變化的影響。其它 因素的影響可以通過進行若干測量(其中改變壓區(qū)或其他的因素的效果)
或者通過測量挨著壓區(qū)并距壓區(qū)一機器方向距離(machine — directed 25 distance)處的張力而得以減輕，這些測量之間的差值顯示夾壓的效果。 因此，夾壓效果表現(xiàn)為張力分布的變化，從而可以通過測量由夾壓 壓力導致的紙幅中應變和壓區(qū)覆層本身的應變所引起的紙幅張力變化來 間接地測量夾壓壓力。如上所述安置的傳感器便于這種測量，這是因為 該傳感器易于安置在現(xiàn)有設備中，也不占據(jù)例如砑光機中的額外空間(在
該砑光機中，可能會發(fā)現(xiàn)不便于容納例如測量桿之類的測量裝置)。 夾壓效果的測量和標定可以通過至少以下三種不同方式進行 測量夾壓壓力的第一模式包括優(yōu)選通過基于螺旋狀測量傳感器進 行根據(jù)本發(fā)明的聯(lián)機張力分布測量，如以上附圖所示的那樣，測量砑光 5機壓區(qū)上游和下游處的紙幅張力分布。隨后從所討論的張力分布計算差 分分布。該差分分布取決于夾壓分布和其他因素導致的效果類型。因此， 這使得能間接確定夾壓效果的形狀，這可以被縮小為由于砑光機的困難 情況而不能直接從該壓區(qū)測量的夾壓分布的形狀。當然，有助于張力變 化的因素不僅包括夾壓分布，而且還包括溫度、濕度、紙幅性質等等， 10因此在實踐中定義的是一種分布的識別類型，其通過張力揭示了夾壓分 布和其它因素的效果。除了通過測量張力之外，還通過對蒸汽室、感應 加熱器等等進行響應試驗，其它因素的一些效果可以從總識別分布中消 除，以更加清楚地限定單獨夾壓分布形狀。
第二種方案包括測量恰好在壓區(qū)前方的張力分布(其使得能測量包 15括夾壓效果的張力分布)并測量在壓區(qū)前方相當一段距離處的張力分布 (例如，任何保持點的上游，該處在張力分布上沒有觀察到夾壓效果)。 張力分布上的夾壓效果的最大值恰位于壓區(qū)之前，并且當向紙幅的上游
進行時逐漸減小。當朝向濕端(wetend)行進足夠遠以測量張力分布時，
張力上的夾壓效果不再明顯，結果形成沒有夾壓效果的張力分布(用于
20基準)。隨后，從這兩個測量計算差分分布，只要己知夾壓的性質和/或總
的力，其可以進一步用于確定夾壓的線壓力分布。
第三種方案包括通過夾壓前行引導器/退繞機輥首先在壓區(qū)敞開的 情況下測量張力分布，然后在壓區(qū)閉合時測量張力分布，并且計算差分 分布，該差分分布揭示了張力如何受到壓區(qū)閉合，并由此受到線載荷分
25布以及類似因素的影響。通過在若干夾壓壓力下測量夾壓影響的張力分
布，還可獲得有關多種夾壓載荷產(chǎn)生的線載荷分布之間的至少差分的信 息，這是因為此時，在閉合壓區(qū)之后，張力影響的因素僅僅包括由于夾 壓壓力而導致在紙幅中的速度變化。
本發(fā)明適用于軟砑光機，并且通常用于砑光機。通過上述第二種方
案，本發(fā)明還能用于與膜傳輸涂布相關的情況中。在砑光機中，對消除 蒸汽室及其它變量的效果的功能進行確認要求進行實際測試從而模擬各 因素的效果。
圖6示出了一個指示性的測量，其中示出了紙幅張力分布如何受到 5關閉膜傳輸壓制機的壓區(qū)的影響。這種特別的膜傳輸壓制機的壓區(qū)在其 邊緣被支撐，即由于輥的撓曲，夾壓載荷具有"微笑"分布。夾壓載荷分布 (以及隆起部分等等)的效果在差分圖12中示出。曲線10為針對敞開 壓區(qū)的圖，曲線ll代表閉合壓區(qū)；曲線12表示差分。因此，圖表所代
表的含義為通過夾壓增加了多少紙幅張力，并且由于膜傳輸壓制機具有
10軟覆層，因此增加張力意味著增加線載荷。優(yōu)選的是，可以調整例如膜
傳輸壓制機的夾壓載荷或軟表面砑光機，以測量作為夾壓載荷函數(shù)的張 力分布的變化。隆起輥的載荷分布可以按照要求被優(yōu)化，例如可選擇輥 的加載以使得隆起部分提供均一的支撐，或由于獲得關于夾壓載荷分布 信息，從而可更好地調節(jié)紙幅的性質。
15 如上所述，在軟表面壓區(qū)中，通過覆層的應變施加于張力分布上的
變化超過由于纖維紙幅或紙張自身的應變引起的張力分布的變化。因此， 該測量是對夾壓載荷分布中的相對變化的相對方便且可靠的指示。由于 總載荷易于測量，從而夾壓載荷分布中的相對變化還能用于計算絕對線 載荷分布。所引起的覆層壓縮和速度變化從而也可以通過測量速度變化
20而不是張力分布而分別進行建模。
除了造紙機中的紙幅張力之外，優(yōu)選的應用領域還涉及在印刷機中 控制紙幅張力。在印刷機中，紙幅被切割成若干條。所述被切分的紙幅 通過轉動桿被導向所指定的路線(成形機、折紙機、打包機)。所述轉動 桿為不旋轉的中空的、端部不通的管，在其殼體中具有鼓風孔。行進到
25轉動桿上的紙幅被支撐在由氣動形成的氣墊的頂部。從轉動桿鼓出的空 氣的量由印刷機操作者可視地調節(jié)，使得分開的紙幅等在桿表面的上方
懸停。在印刷機中，在退繞機和RTF輥組件之間測量并調節(jié)紙幅張力。 在RTF輥組件的下游，下一個保持點位于前面的在轉動桿之后的變速夾 壓輥處。
出現(xiàn)在印刷機中的紙幅斷裂的相當多的部分來自在轉動桿上的運行 性問題。用戶巻筒的張力分布中沿長度方向的變化在分開紙幅越過轉動 桿中產(chǎn)生麻煩。該轉動桿只具有一個最佳的鼓風壓力，在該最佳的鼓風 壓力下紙幅以穩(wěn)定的方式行進。在正確鼓風壓力方面，最重要的運行參 5數(shù)包括紙幅張力、運行速度、以及印刷紙的透氣性。隨著分幵紙幅的張 力的增加，轉動桿的被適當調整的鼓風壓力不足以在該轉動桿和該分開 紙幅之間形成空氣膜，這導致機械磨損和紙幅斷裂。相應地，隨著分開 紙幅的張力的下降，由于過度鼓風，該分開的紙幅開始振動，從而導致 紙幅斷裂。
10 目前，轉動桿的壓力調整通過手動實現(xiàn)，這就是為什么轉動桿需要
主動跟蹤，并且調節(jié)需要有經(jīng)驗操作者的原因。由于手動調節(jié)，因此不 可能響應紙幅張力/分布沿長度方向的高速變化。除了在印刷機的尾端處 的運行性問題之外，張力分布中的誤差妨礙了印刷單元中像素的聚焦。
根據(jù)本發(fā)明，采用EMFi膜傳感器測量涂布有張力測量桿或分布測
15量傳感器的輥上的紙幅的張力分布。分布測量的足夠的精度為分開紙幅
的寬度，例如在A4印刷品中約為21厘米。這使得能進行簡單且廉價的
張力分布測量。該張力分布測量和運行速度被用作調節(jié)轉動桿的鼓風壓
力的基礎。不透氣紙張等級所需的鼓風壓力通過公式p:T/r來計算， 其中T-紙幅張力，產(chǎn)桿半徑。至于可透氣的紙張等級，需要考慮的另一
20 因素為運行速度。
用于轉動桿的鼓風的壓力調節(jié)由目前印刷機致動器(通過將該印刷 機致動器改型為自動閉環(huán)調節(jié)器)實現(xiàn)。除了先前所使用的之外，最近
采用的印刷機控制參數(shù)包括測量的張力分布、特定于輥的透氣性、以 及克重。該系統(tǒng)也可以通過計算機智能加以增強，使得調節(jié)系統(tǒng)具有自 25學習能力，這樣能在先前印刷的輥的基礎上從特定于輥的數(shù)據(jù)確定預置 的鼓風壓力。
另夕卜，在將紙幅切割成分開的紙幅(例如尺寸為A4)之后，可以基 于測量調整印刷機中分開紙幅的張力以及通路長度。這些分開的紙幅的 張力/通路長度可以被更改，以彼此獨立地控制分開紙幅的張力。本發(fā)明
的張力測量輥能被用于張力測量，使得各分開紙幅的張力測量彼此獨立， 且能夠將結果用于桿的自動調整?？赏ㄟ^在切割成分開紙幅之前測量全 寬度紙幅的張力分布，并通過將全寬測量分布分為與各分開紙幅的位置 重合的張力分布來推導出分幵紙幅的張力。 5 另一優(yōu)選的應用為在造紙機后部的切紙機。紙幅從全寬機器輥解繞，
被切割成分開紙幅并巻繞在紙板芯核上形成用戶巻筒，例如用于運送至 印刷廠。本發(fā)明的測量輥使用在切紙和巻繞之間，其不僅區(qū)分張力分布 而且還區(qū)分各分開紙幅的張力水平。必要時，分開紙幅的張力水平可以 例如通過可移動輥/桿而調整，從而改變各個分開紙幅在兩個不同保持位
10置之間行進的距離?？蛇x的是，可以測量全寬紙幅的張力分布，并且例 如基于切紙刀的位置數(shù)據(jù)將其分割成與分開紙幅相一致的部分。由于在 切紙操作之前測量的張力分布即使在切紙操作之后也大量保留，因此也 可以使用測量來預測分開紙幅在切紙后的特性，并且用于隨后根據(jù)所測 分布數(shù)據(jù)集而調節(jié)印刷機紙幅。
15 切紙機的特定于分開紙幅或輥的測量信號可以用于控制切紙機在切 紙和巻繞之間的運行性能。此外，可形成和存儲每個巻繞起來的用戶巻 筒，且其內含有張力分布。其后，可利用該數(shù)據(jù)，并例如隨后根據(jù)所述 輥的分布數(shù)據(jù)集來調節(jié)印刷過程，或者選擇在張力分布的方面適于每一 印刷處理的輥。
權利要求
1.一種用于測量纖維幅(2)的橫向張力分布的方法，用于測量由該纖維幅產(chǎn)生的力，該方法通過使用安置于螺旋位置與輥(1)的表面相接觸的至少一個壓敏應變計傳感器(4)，例如EMFi膜傳感器來測量纖維幅(2)的橫向張力分布，所述方法的特征在于，起到所述測量傳感器(4)作用的膜的有效區(qū)域或多個有效區(qū)域在基本完全處于重疊區(qū)域(3)下方并在基本完全敞開的空間內對輥的每一旋轉過程進行檢測。
2. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，包括傳感器(4)的單個 io螺旋形安置的帶狀物設有多個分離的傳感器，而且根據(jù)該方法，輪流地使用每一個傳感器來執(zhí)行權利要求1的方法。
3. 如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，在涂布輥或將管狀 的防護表層安置在該輥上之前，將所述傳感器(4)安置在所述輥上。
4. 如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，在將管狀封罩或防 15護膜安置在輥上之前，將所述傳感器(4)安置在所述膜或所述封罩上。
5. 如上述權利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，所述 傳感器(4)被安置在防護凹槽內。
6. 如上述權利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，所述 傳感器(4)被安置在光滑輥表面的頂部上。
7.如上述權利要求中任一項所述的方法在控制印刷機紙幅中的應 用，特別是用于對轉動桿的氣壓主動調節(jié)的應用。
8. —種用于測量張力分布的輥(1)，其特征在于，該輥(1)的表面 上安置有螺旋形壓力計傳感器(4)，例如EMFi壓力計傳感器，所述壓力 計傳感器傾斜地與紙幅(2)接觸并且與所述紙幅(2)同方向地具有測量范圍，當使用所述輥(1)來測量所述紙幅的橫向張力分布時，所述測 量范圍基本上等于或小于紙幅重疊角(3)。
9. 如權利要求8所述的張力分布測量輥(1)，其特征在于，存在有 多個連續(xù)的測量傳感器(4)，并且各個傳感器(4)在所述紙幅(2)的 行進方向上短于該重疊角(3)。
10. 如權利要求8或9所述的測量輥(1)，其特征在于，所述傳感器 位于防護層之下。
11. 如權利要求8至10中任一項所述的張力分布測量輥(1)，其特征 在于，所述傳感器(4)被安置在防護凹槽內。5
12.如權利要求8至10中任一項所述的張力分布測量輥(1)，其特征在于，所述傳感器(4)被安置在無防護凹槽的所述輥(1)的表面上。
13. 如權利要求1至6中任一項所述的方法用于調節(jié)諸如噴霧嘴或蒸 汽室之類的張力分布調節(jié)器的應用。
14. 如權利要求1至6中任一項所述的方法在用于夾壓線壓力分布的 io測量方法中的應用，其特征在于，該方法包括測量由出現(xiàn)在該夾壓中的應變所引起的張力分布變化，并且采用所述張力分布變化來確定壓區(qū)線 壓力分布的形狀和大小。
15. 如權利要求13所述的線壓力分布測量方法，其特征在于，該方 法包括通過至少兩個夾壓壓力值測量沿所述紙幅的橫向方向的張力分15 布。
16. 如權利要求1至6中任一項所述的方法的應用，用于例如與紙幅 進給相關地識別比所述紙幅窄的帶狀物的位置和/或測量所述窄的帶狀物 的張力分布和/或張力和/或寬度。
17. 如權利要求16所述的測量方法的如下應用，用于在紙幅供給操 20作中調節(jié)紙幅供給引導器的張力，以改變所述輥的速度和/或動量，或在涉及紙幅供給繩索時，調節(jié)繩索滑輪的電驅動。
18. 如權利要求1-6中任一項所述的方法的應用，用于測量其它一些 相應的細長帶的張力分布，而不是所述紙幅(2)的張力分布，例如用于 測量線或氈制品的張力分布。
全文摘要
本發(fā)明提供一種紙幅張力分布測量方法以及用于實施所述方法的輥。本發(fā)明涉及這樣一種方法和輥，其用于通過螺旋傾斜的壓力傳感器膜，例如EMFi壓力傳感器膜來測量紙幅張力分布，該壓力傳感器膜以一定傾角接觸紙幅。該膜被定向為當使用輥來測量橫截面張力分布時，其沿機器方向的測量區(qū)域的長度等于或短于紙幅的覆蓋區(qū)域。
文檔編號D21F1/40GK101107503SQ200680002487
公開日2008年1月16日 申請日期2006年1月17日 優(yōu)先權日2005年1月17日
發(fā)明者于爾基·薩洛涅米, 塔蒂·皮特凱寧, 尤西·科斯凱萊寧, 彼得里·蘭內斯, 約爾馬·金努寧, 雷約·胡斯考寧, 馬爾科·蒂利凱寧, 馬庫斯·尼隆德, 馬蒂·因納拉 申請人:梅特索紙業(yè)有限公司