專利名稱：用于過程控制環(huán)路的環(huán)帶或織物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于過程控制環(huán)路的環(huán)帶或織物。環(huán)帶或織物的至少一部分有傳感器，當(dāng)受到能量激發(fā)時傳感器發(fā)出電磁輻射。環(huán)帶用于生產(chǎn)濕法產(chǎn)品如紙、紙板和衛(wèi)生紙和擦手巾產(chǎn)品、生產(chǎn)濕法紙漿和干法紙漿、在有關(guān)造紙如使用廢渣濾器和化學(xué)洗滌劑的造紙過程、在由空氣干燥法生產(chǎn)衛(wèi)生紙和擦手紙產(chǎn)品、在用水力纏繞(濕法)、熔噴、紡粘和氣流針刺法生產(chǎn)瓦楞箱紙板和非織造布中的工業(yè)過程帶。為本申請的目的，所有使用工業(yè)過程帶的上述產(chǎn)品簡稱為“產(chǎn)品”。這些工業(yè)過程帶包括但不限于非織造氈、傳送帶、壓延帶、涂布帶、預(yù)壓帶、壓鞋帶、軋紋和輸送產(chǎn)品以及用于生產(chǎn)非織造布、過濾布和過濾織物?！肮I(yè)過程帶”也包括但不限于用于經(jīng)造紙的所有階段的輸送紙漿的所有其它造紙機(jī)織物(成形、壓榨和干燥機(jī)織物)。
盡管工業(yè)過程帶有許多形式，但是一般其特征是由經(jīng)紗和緯紗花樣形成，這些紗在機(jī)器方向和橫跨機(jī)器方向延伸。在另一種中，帶由螺旋纏繞的纖維或紗線連在一起，或在另一種中，帶本身由螺旋纏繞的織物帶制造。某些工業(yè)帶可以是單層帶，或是多層帶。某些帶具有由針刺法層壓在一起，或由滾邊線結(jié)合在一起的一或多層帶，如壓輥的網(wǎng)套，具有用針刺或水力纏繞法連接的非織造纖維。這些帶的任何一種可以涂布或浸以樹脂，賦以帶某種性質(zhì)，或改進(jìn)現(xiàn)有的性質(zhì)。用在造紙機(jī)上的帶只是一種工業(yè)過程帶。這些帶用于造紙機(jī)的成形、壓輥、干燥和整理等工段。
在工業(yè)過程帶的應(yīng)用中，機(jī)器操作者希望得到有關(guān)帶的操作條件和/或在帶上傳送的產(chǎn)品的信息。例如，應(yīng)在帶上放一精確的校正線，因?yàn)檫@校正線用來測定帶的歪扭。在帶運(yùn)行在機(jī)器上時橫跨機(jī)器方向的纖維絲可能歪扭，換言之可能彎曲。歪扭的特征是在橫跨機(jī)器方向的纖維絲的彎曲。歪扭可以相對于帶的運(yùn)行方向前進(jìn)或后退。例如，對于從紙產(chǎn)品除去水分的帶來說，歪扭影響帶的滲透性，帶邊緣的滲透性不同于中央部分的滲透性。在生產(chǎn)濕法產(chǎn)品如紙產(chǎn)品時是很重要的，因此，帶的歪扭對機(jī)器操作者是很重要的。歪扭形狀的變化可向操作者表明存在問題。另外，歪扭可以是非對稱的，帶的一邊在另一邊之前。這可能是有支持輥的帶相對于其它有支持帶的輥脫離了平行排列的信號。這會使帶不穩(wěn)定，或?qū)б龓С霈F(xiàn)問題，如果帶進(jìn)入機(jī)架就會使帶損壞，引起帶的損耗和需要寶貴的停機(jī)時間以安裝新帶。而且，由于機(jī)器的高速使問題復(fù)雜化。當(dāng)機(jī)器速度大700英尺/分鐘，實(shí)際上不能看到歪扭的形狀，如果不是不可能，至少也難以用肉眼精確評價校正線。
還希望有方法測定和檢測帶的傳送速度。通過測定和檢測帶的速度，機(jī)器操作者可以精確地測定和設(shè)置拉伸。拉伸是相鄰的或相繼的帶速度之間的差別或帶和另一轉(zhuǎn)動部件速度之間的差別。在造紙過程中，帶速向機(jī)器的干端增加，在這里，紙張傳送涉及在相鄰帶之間開口拉伸。由于相鄰帶之間的速度不同，當(dāng)由一工段到另一工段時，紙張拉伸，拉力與拉伸有關(guān)。
最近，機(jī)器的操作者依靠計(jì)算機(jī)幫助設(shè)置拉伸。信息取自造紙機(jī)的每一工段內(nèi)的機(jī)器的傳動部件。據(jù)說，如果信息取自帶而不是取自傳動部件，用于設(shè)置拉伸的信息的準(zhǔn)確和可靠性會有改進(jìn)。
滑動量是帶與使帶移動的轉(zhuǎn)動部件之間的速度差?；瑒恿靠蔀榕c帶運(yùn)行有關(guān)問題的指標(biāo)。眾所周知，帶和轉(zhuǎn)動部件之間的滑動量對取自傳動部件速度的信息的精確性有負(fù)面影響，所以，傳動速度并不總是帶速度的可靠量度。另外，檢查相對于支承輥、壓輥和/或干燥機(jī)罐的轉(zhuǎn)動速度的帶速提供了滑動量的評試。過多的滑動量可能是由于不適當(dāng)?shù)膸Ю蛴捎谵D(zhuǎn)動部件軸承即將發(fā)生故障。另外，由計(jì)算機(jī)給出的傳動輥速度的示數(shù)由于校準(zhǔn)錯誤或一些其它誤差可能是不精確的。滑動量會導(dǎo)致災(zāi)難性故障，例如帶由機(jī)器脫落。由于帶的磨損，滑動可能縮短帶的壽命?？傊?，由于機(jī)器停機(jī)和換帶，可以造成經(jīng)濟(jì)損失問題。
也希望檢測正在制造的濕法或干法產(chǎn)品的寬度。例如，在如造紙等濕法產(chǎn)品中，在紙張經(jīng)過造紙機(jī)的這一工段時，所生成的紙張?jiān)跈M跨機(jī)器方向會收縮。
還希望有方法能檢測在帶上形成的濕法或干法產(chǎn)品中的破裂。一種現(xiàn)有的方法是感知濕法產(chǎn)品和運(yùn)輸帶之間反射光的強(qiáng)度差別。這種方法的問題是，整個帶的著色需要附加費(fèi)用，對帶的顏色限制，以及由于帶著色引起的帶的處置問題。
還需要導(dǎo)引帶系統(tǒng)。這種系統(tǒng)能測定帶在運(yùn)行中在橫跨機(jī)器方向是否移動或波動。如果在橫跨機(jī)器方向以高速運(yùn)行的帶移動其位置，將發(fā)生偏差，以及在高速下，帶可能從正常路徑脫軌到機(jī)架上，引起帶和昂貴的停機(jī)時間損失以及對人員的安全威脅。導(dǎo)引帶和防止這種情況的現(xiàn)有方法是利用位于帶邊緣的葉片，以便向移動的導(dǎo)引輥發(fā)送信號以導(dǎo)引帶。但是，葉片與帶的物理接觸會引起帶的磨損或邊緣的剝落。
現(xiàn)有技術(shù)表明，曾經(jīng)向帶上或帶內(nèi)提供某種物體以便向機(jī)器操作者提供信息。美國專利5,403,447公開了在造紙機(jī)的壓緊工段提供一種系統(tǒng)用于檢測和控制壓輥帶的運(yùn)行。在這一系統(tǒng)中，檢測裝置檢測氈上的準(zhǔn)直條。
檢測器包括振蕩檢測器，可以檢測壓輥或有關(guān)的元件的振蕩。當(dāng)使用光學(xué)檢測器時，能夠測定鑒定條的方向和種類，從而能發(fā)現(xiàn)每氈的運(yùn)行方向和拉力狀況。沒有任何信息關(guān)于何種材料可以用來制造鑒定條。
美國專利5,413,680公開了用在造紙機(jī)的氈的檢測微生物結(jié)垢的方法。將懷疑含微生物沉積的氈同碘硝基四唑鎓接觸，然后檢查預(yù)定的顏色的變化，以證實(shí)氈上細(xì)菌的存在。在氈同碘硝基四唑鎓接觸后三十分鐘內(nèi)每克干氈至少100萬細(xì)菌群落生成單位存在下氈現(xiàn)紅色。
美國專利5,614,063公開了用于造紙機(jī)的誘導(dǎo)邊緣檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由在邊緣摻有金屬粒子的連續(xù)帶以及連接于導(dǎo)引裝置并與摻雜邊緣相鄰的誘導(dǎo)傳感器組成。誘導(dǎo)傳感器將信號送與導(dǎo)引裝置指出連續(xù)帶的位置。根據(jù)有感的傳感器信號，導(dǎo)引裝置在機(jī)器內(nèi)相對于帶的運(yùn)行方向橫向移動連續(xù)帶。
沿邊緣生成摻雜的邊緣包括許多的金屬或沉積的金屬粒子。在美國專利5,614,063的另一方面是能夠測定在負(fù)荷條件下連續(xù)帶的“拉伸”量。
國際專利WO97/27360公開了包括聚合物基體的工業(yè)輥?zhàn)o(hù)面，該聚合物基體包括至少一種熱致變色材料。該熱致變色材料理想可提供一般由熱引起的可逆的顏色變化，使生色化合物熔化，同電子接受材料接觸。這可用來提供織物操作溫度的信息。
已知某些組合物在受到外來激光源的能量激發(fā)時可發(fā)出激光。美國專利5,448,582公開了一種光學(xué)增益介質(zhì)，這是一種多相系統(tǒng)，其中第一相是電磁輻射發(fā)射和放大相；第二相是電磁輻射散射相；第三相是透明基體相。例如，發(fā)射相可由染料分子組成，散射相可由Al2O3或TiO2粒子組成，基體相可由溶劑如甲醇組成。包括增益介質(zhì)的物體最小的尺寸可以低于散射相的散射長度。
在美國專利5,448,582的一個特殊的具體實(shí)施方案中，在含染料如若丹明和高指數(shù)反差納米粒子如TiO2或Al2O3的激光激發(fā)的甲醇溶液產(chǎn)生激光似的活性。這一系統(tǒng)還公開在美國專利5,434,878中。這種增益介質(zhì)顯示許多的有效激光源的許多性質(zhì)，并具有近乎無臨界的輸入/輸出性能。激光的活性常包括一種情況，其中一定的激發(fā)引起發(fā)射的輸出線寬變窄。
如在美國專利5,448,582所提出的，在含膠體TiO2或Al2O3納米粒子的強(qiáng)散射光學(xué)泵送的染料-甲醇溶液可達(dá)到近乎無臨界激光行為。由光學(xué)泵送的高增益的膠體介質(zhì)的發(fā)射表明顯示出在臨界泵脈沖能量上其線性輸入-輸出特性的斜度變化。斜度變化伴隨著輸出譜線寬大幅度變窄，在某些染料的高泵能量出現(xiàn)雙色光譜。發(fā)現(xiàn)在532納米用80皮秒脈沖激發(fā)膠體介質(zhì)產(chǎn)生一種發(fā)射，比一光學(xué)檢測系統(tǒng)的300皮秒時間分辨率要短，從而持續(xù)呈現(xiàn)似激光的行為，而且不僅是熒光行為。
在該領(lǐng)域顯示上述系統(tǒng)的性質(zhì)的纖維單絲或紗是眾所周知的。這些纖維或單絲包括含聚合物母體中的激光染料和散射粒子。(Textile Rental，1997年3月，36-40頁)。適宜的散射粒子和聚合物母體各為氧化鈦和尼龍6。這些纖維包括在亞麻中時，可以編碼、探索和防止亞麻損失。此多相系統(tǒng)已加入涂層或油漆中，使其可以涂布具有激光的性質(zhì)的涂層。
本發(fā)明的一個目的是提供用于過程控制環(huán)路的環(huán)帶或織物。
本發(fā)明的一個目的是提供用于精確鑒定帶的校正線的工具。
本發(fā)明的一個目的是提供用于精確評價帶歪扭的工具。
本發(fā)明的一個目的是提供測定運(yùn)行帶的速度的精確工具。
本發(fā)明的一個目的是提供檢測帶的滑動度的工具。
本發(fā)明的一個目的是提供測定在操作如造紙中產(chǎn)品如紙產(chǎn)品的收縮度的精確工具。
本發(fā)明的還有一個目的是提供帶的無接觸的導(dǎo)引系統(tǒng)。
本發(fā)明的還有一個目的是提供測定在帶上生成的產(chǎn)品是否有破裂的工具。
本發(fā)明的其它目的將從下面的敘述中看出。
本發(fā)明涉及用于過程控制環(huán)路的環(huán)帶或織物，此過程控制環(huán)路可用于上面提到的產(chǎn)品的生產(chǎn)。帶上裝有在受能源激發(fā)后發(fā)射電磁輻射的工具。即此帶上裝有傳感器，當(dāng)受到能源激發(fā)，如受到指向帶的外部能源激發(fā)時，發(fā)射電磁輻射。傳感器包括分散于基體內(nèi)的發(fā)射電磁輻射的化合物。熒光、磷光和激光染料適于用作該傳感器的發(fā)射電磁輻射的化合物。其它材料，如鑭系和熒光半導(dǎo)體材料適用作發(fā)射電磁輻射的化合物，并可以分散于基體內(nèi)。激光染料一般具有高量子效率和可在普通激發(fā)波長激發(fā)。將這些化合物加到基體材料如熱塑性塑料或熱固性聚合物內(nèi)。傳感器可取纖細(xì)狀材料、涂層或薄膜形式，加到帶上或帶內(nèi)。
這里所用的“纖細(xì)狀材料”是指纖維材料如單絲、復(fù)絲、雙成分纖維、短纖維以及該領(lǐng)域已知的其它紗型。纖細(xì)狀的傳感器可以用如編織、針刺、水力纏繞等方法加到帶中。
在操作中，由能源發(fā)射出的能量指向帶。受能量激發(fā)后，傳感器發(fā)射電磁輻射，此電磁輻射由位于附近的檢測器檢測。根據(jù)由傳感器的電磁輻射發(fā)出的強(qiáng)度和峰值波長，機(jī)器操作者可以得到關(guān)于帶的操作和運(yùn)行情況等的有用信息，如帶的速度、帶的排列、帶磨損程度、帶的溫度、pH和紙張情況。
例如，操作者可以確定和檢測校正線，即帶的歪扭的形狀和/或帶的速度。另外，如果在帶上正在制造的是濕法產(chǎn)品，操作者可以確定和檢測在制造時產(chǎn)品是否改變了尺寸、磨損，而成為損壞的或破裂的。
在具體帶上傳感器的數(shù)目、位置和排列決定于由電磁輻射發(fā)射測定的信息的種類。換言之，要測定的信息的種類決定了傳感器的位置以及傳感器相對于帶運(yùn)行的機(jī)器的方向性。關(guān)于方向性，傳感器可位于機(jī)器方向、橫跨機(jī)器方向或在帶上或帶內(nèi)的所選的方向或方式，這決定于要測信息。傳感器可位于帶上的幾個位置，這樣可以收集不同種類的信息。
盡管本發(fā)明討論與工業(yè)過程帶有關(guān)，但是，應(yīng)該理解，可以用于所有的運(yùn)輸帶。在此討論的測定工業(yè)過程帶的速度的技術(shù)可以應(yīng)用于其它種類的使用的運(yùn)輸帶。


圖1敘述本發(fā)明的帶的具體實(shí)施方案。
圖2敘述本發(fā)明的設(shè)備。
圖3敘述本發(fā)明帶的第二個具體實(shí)施方案。
圖4敘述帶的第三個具體實(shí)施方案。
圖5敘述有邊緣涂層的帶。
本發(fā)明已鑒定出發(fā)射電磁輻射化合物，這些化合物在由能源的能量激發(fā)后，顯示出可測量的和可檢測的反應(yīng)。由于這一特征，這些化合物可以用于傳感器中，在此傳感器中受到能源激發(fā)時這些化合物會發(fā)射出電磁輻射。當(dāng)放置在帶上時，傳感器可以提供關(guān)于帶、帶上形成的產(chǎn)品以及在運(yùn)行時帶遇到的情況的信息。正如下面解釋的，要測定的過程控制環(huán)路中的信息種類決定了加到織物中的傳感器的數(shù)目和在織物上的相對位置?？勺鳛閷?shí)例的要測定的信息種類是關(guān)于織物位置和其尺寸(位置、磨損和速度)和織物的操作環(huán)境(pH和溫度)。另外，要測定的信息的種類影響了是選擇提供產(chǎn)生的信號持續(xù)衡定的穩(wěn)定信號的傳感器，還是選擇提供的信號因環(huán)境而有變化的傳感器。前者適于提供關(guān)于織品位置和其尺寸，例如織物排列和織物速度的信息。后者適于提供關(guān)于織物操作環(huán)境，例如pH和溫度等參數(shù)的信息。
適用于優(yōu)選的具體實(shí)施方案的傳感器中的化合物的實(shí)例包括染料，如若丹明、次亞甲基(pyromethene)、熒光生、磺基若丹明、苯并噁嗪酮(phenoxazone)、奇通紅和曙紅Y醇以及鑭系化合物和熒光半導(dǎo)體材料。
這些傳感器可以看作一種包括多相系統(tǒng)的增益介質(zhì)，其中第一相是電磁輻射發(fā)射相；第二相是電磁輻射散射相；第三相是透明基體相。例如，發(fā)射相可由染料分子組成，散射相可由高反差粒子組成，基體相可由聚合物組成，如聚酰胺、聚酯、聚烯烴、聚醚酮、聚酮、氟聚合物、聚亞苯基硫或丙烯酸類。增益介質(zhì)可以呈涂層、薄膜或纖細(xì)狀材料形式。具體講，纖細(xì)狀傳感器可以由傳統(tǒng)的溶液或熔融擠壓法生成，在此方法中，染料、散射粒子和聚合物一起擠壓成纖細(xì)材料。但是，對某些聚合物來說，含TiO2的聚酰胺、聚酯和丙烯酸類纖維可從市場購得，第一相可通過染色加到這些材料中。
一種適用于本發(fā)明的熒光染料是激光染料。激光染料在美國專利5,448,582和美國專利5,434,878都討論過，這兩篇專利用作參考。在這些參考文獻(xiàn)中的激光工具顯示出高于臨界值的輸入泵能的輸出發(fā)射。
在傳感器中加入散射成分可以改變傳感器信號。適宜的散射材料包括二氧化鈦和氧化鋁，如美國專利5,448,582所提供的。這說明，加入散射材料引起傳感器信號的帶寬變窄和使信號強(qiáng)度增加。這些改進(jìn)示于美國專利5,448,582。
用于本發(fā)明傳感器的基體材料可以是任何的適于制造纖細(xì)材料、薄膜和涂層的任何熱塑性或熱固性材料。纖維絲、薄膜和涂層可以任何對熟練的技術(shù)人員都知道的過程和方法制造。
為確保在傳感器中電磁輻射發(fā)射化合物、基體和如果利用還有分散材料的均勻分布，可通過已知方法將該化合物和散射材料分散于基體材料內(nèi)，例如通過熔融加工、將傳感器溶于基體材料中以及紡織物染色法。為確保以所選濃度將材料均勻分布，要求在基體內(nèi)分散以避免濃縮猝熄效應(yīng)。
發(fā)射電磁輻射的化合物和散射材料可以加入到能形成纖維絲或薄膜的聚合物樹脂中。在擠壓前，該化合物和散射介質(zhì)可以混合成濃縮母料用于在擠壓前同適當(dāng)量的原料樹脂進(jìn)行干混。電磁輻射發(fā)射化合物作為濃母料混入含適當(dāng)濃度散射介質(zhì)的樹脂中。電磁輻射發(fā)射化合物和散射介質(zhì)可以以最后的濃度混合，在擠壓前不需要進(jìn)一步稀釋。在擠壓前可以以不需要進(jìn)一步稀釋的量將發(fā)射電磁輻射的化合物混入含適當(dāng)濃度散射介質(zhì)的樹脂中。在擠壓前電磁輻射發(fā)射化合物和散射介質(zhì)可以同原樹脂干混。在擠壓前電磁輻射發(fā)射化合物可同含適當(dāng)量的散射介質(zhì)的樹脂干混。
無論制成的樹脂是稀釋的母料或是干混物，都可以用已知的方法擠壓成纖維。纖維可以是或圓形或異形截面的單絲，或圓形或異形截面復(fù)絲。
工業(yè)過程帶操作在嚴(yán)酷條件下。因此可以通過包膠改進(jìn)傳感器的耐久性。例如，在電磁輻射發(fā)射化合物包括在纖細(xì)材料內(nèi)時，可將纖細(xì)材料包膠在涂層或薄膜中，以改進(jìn)傳感器的耐久性。
用于本發(fā)明的傳感器發(fā)射電磁輻射的頻率取決于電磁輻射發(fā)射化合物的性質(zhì)。峰值發(fā)射波長取決于所選用的控制傳感器輸出的電磁輻射發(fā)射化合物。不同峰值發(fā)射波長的傳感器可以用于單一的運(yùn)輸帶上，這種運(yùn)輸帶可用于要測定不只一種信息的情況。選擇電磁輻射發(fā)射化合物是控制傳感器輸出的一種方法。
為了接受多種信息，如與帶的運(yùn)行有關(guān)的多種參數(shù)(例如帶速)，或操作環(huán)境條件(例如溫度)，在帶上可以安裝多種傳感器或傳感器器組。這些傳感器可以相互區(qū)別于當(dāng)能源能量激發(fā)時發(fā)射的信號強(qiáng)度，或相互區(qū)別于信號的波長，或既區(qū)別于波長也區(qū)別于強(qiáng)度。例如，具有所選的發(fā)射強(qiáng)度和/或波長的第一個傳感器，或每個都有所選的發(fā)射強(qiáng)度和/或波長的第一組傳感器，可以位于帶上提供第一種過程參數(shù)，如帶速。具有所選的發(fā)射強(qiáng)度和/或波長的第二個傳感器，或每個都有所選的發(fā)射強(qiáng)度和/或波長的第二組傳感器可位于帶上以提供第二種過程參數(shù)，如帶的溫度。這樣，通過預(yù)選傳感器信號輸出的強(qiáng)度和波長，能夠得到能提供對過程控制環(huán)路有用的多種信息的帶。
如果一組傳感器提供關(guān)于具體的過程參數(shù)，則該組的傳感器可以有與該組其它傳感器相同的發(fā)射強(qiáng)度、發(fā)射波長、或兩者都相同。同樣，如果一組傳感器提供關(guān)于具體的過程參數(shù)，則該組的傳感器可以有與該組其它傳感器不同的發(fā)射強(qiáng)度、發(fā)射波長、或兩者都不同。但是，該組的每一傳感器具有相同的發(fā)射強(qiáng)度和/或帶寬是有利的，以便減少過程控制環(huán)路所需傳感器的總數(shù)，或有利于傳感器提供的信息的處理。
圖1敘述的工業(yè)過程帶10包括有在機(jī)器方向和橫跨機(jī)器方向延伸的纖維絲12。圖1所示的帶是編織帶，但如在此敘述的其它帶一樣，此帶也可以是其它結(jié)構(gòu)，如非織造布，螺旋纏繞纖維或織物或熟悉該領(lǐng)域人員已知的結(jié)構(gòu)形式。此帶具有跨機(jī)器方向延伸的傳感器20。如果傳感器20是纖維絲或纖維，則在編織時可以在橫跨機(jī)器方向加入帶10中。
在圖1敘述的具體實(shí)施例為帶提供了精確和可靠的校正線。如前面指出的，機(jī)器操作者使用校正線是為了評價帶的歪扭，后者會影響滲透性。校正線是由在至少一個CD帶上涂上一可見的染料。此CD帶可達(dá)12英寸寬(即在機(jī)器方向)，所以當(dāng)帶運(yùn)行時操作者可以看到。在速度接近7000英尺/分鐘下，校正線在20米長的帶每分鐘可通過100次以上。在這樣的條件下觀察校正線如果不是不可能的，也是很難的。造紙機(jī)一般同時操作多達(dá)12個帶，加重了這種困難。不可能同時看到所有的帶。帶的傳感器20是校正線，因此能被第一個光源90所激活，光源90發(fā)射第一個波長λ1的能量。第一個光源90可以是任何的能源，可使本發(fā)明的傳感器進(jìn)行電磁輻射的發(fā)射。能源包括包括激光、閃光燈和高強(qiáng)度連續(xù)光源。
事實(shí)上，校正線是由帶10的傳感器20發(fā)射的能量，發(fā)射能量的波長λ2。參見圖2。由傳感器20發(fā)射的能量可由全譜檢測器94或裝有濾波片的檢測器或其它只能通過波長λ2的工具接收。檢測器的輸出連接于控制裝置96，后者能產(chǎn)生相應(yīng)于波長λ2的輸出信號。控制裝置96控制著機(jī)器控制器98。在近來的實(shí)踐下，校正線不能以高機(jī)器速度看到。本發(fā)明提供了用于測定帶歪扭精確量的工具，可以用來測定帶如何在機(jī)器上運(yùn)行。
而且，此具體實(shí)施方案能提供在特殊的運(yùn)行拉力下的帶長信息。即如果知道機(jī)器的驅(qū)動速度和帶的速度，在過程中某點(diǎn)通過的單支紗或纖維絲的時間的測定可以用來測定通過之間的時間。通過之間的時間可以用于計(jì)算在特殊運(yùn)行條件下的帶長度。
圖3敘述圖1所示的帶，其中第二個傳感器30在橫跨機(jī)器方向延伸，第二個傳感器距離第一個傳感器預(yù)定的長度，可以或不可以以和第一個傳感器相同的波長或強(qiáng)度發(fā)射能量。如果在帶在拉力下同時測定了第一個傳感器和第二個傳感器之間的距離，則可以用圖2的設(shè)備通過測定第一個傳感器和第二個傳感器發(fā)射之間的時間差測定帶速。而且，一旦測定了帶速，則可以同機(jī)器的驅(qū)動元件的速度比較以測定帶是否發(fā)生滑動。
通過使用兩或多個傳感器，可以沿造紙機(jī)給定工段的某些點(diǎn)測定時間差，提供帶是在加速還是減速的信息。而且，拉伸或相鄰帶的速度比可以由機(jī)器的相鄰帶或機(jī)器相鄰工段的速度精確地測定。
顯然，上述的測定帶速和加速或減速的方法適用于各種的運(yùn)輸帶。因此，本申請的方法可用于工業(yè)過程帶范圍以外。
圖4表明在機(jī)器方向延伸并運(yùn)行在整個帶長的位于其表面的傳感器40的造紙機(jī)織物10。在機(jī)器延伸方向放置一或多個傳感器(即傳感器40和50)，當(dāng)這些傳感器位于帶邊緣或接近帶邊緣時，可以提供紙張收縮的信息。或者，傳感器可以作為涂層60置于織物上。在圖5，涂層60已涂于織物10的邊緣。當(dāng)紙張收縮時，在帶的邊緣的或接近邊緣的傳感器不再被紙張覆蓋。由傳感器發(fā)射的能量強(qiáng)度在收縮后大于收縮前。如果紙張是透明的，傳感器不發(fā)射出象激光的能量直到由于紙張收縮而顯露。這樣，如果帶邊緣到傳感器的距離是已知的，則通過檢測位于接近帶邊緣的傳感器的發(fā)射可以測定紙張收縮。這也可以測定紙張邊緣和帶邊緣之間的距離。紙張收縮既是拉伸(施加的拉力)的函數(shù)，也是除去水程度的函數(shù)。對大多數(shù)造紙機(jī)和品級來說，紙張收縮應(yīng)最小，可使銷售量達(dá)到最大。如果紙張的收縮主要在邊緣，這些重質(zhì)邊緣需要切掉并重新制漿。這樣，生產(chǎn)這些碎料的能量和時間就浪費(fèi)了。
帶的整個長度和寬度的延伸在機(jī)器方向和橫跨機(jī)器方向的傳感器或一排傳感器可以提供關(guān)于所測紙張是否已損壞或破裂的必要的信息。當(dāng)紙張是連續(xù)和不破裂時，能量將不會通過紙張，或紙張以較低的強(qiáng)度通過。發(fā)射或高強(qiáng)度發(fā)射之處可以證明是破裂處。這樣可以測定破裂的位置。
紙張的孔和裂縫是造紙機(jī)的故障的信號，如在一造紙帶的填充區(qū)。如果未檢測出來，這些孔或裂縫由于產(chǎn)品報(bào)廢將會引起在轉(zhuǎn)變操作中大量紙產(chǎn)品的損失。在某些印刷操作中，這能引起整個生產(chǎn)操作的損失。孔/裂縫還能導(dǎo)致在轉(zhuǎn)變或印刷中整個紙張破裂，使效率進(jìn)一步損失。
造紙機(jī)的破裂，特別是在高速下，可能是極麻煩的事。破裂本身導(dǎo)致優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的損失。找到故障的原因是一困難的任務(wù)。知道機(jī)器的那一部分或在那一帶出現(xiàn)破裂可以減少停機(jī)時間和減少產(chǎn)品損失。
將傳感器置于帶的機(jī)器方向可以構(gòu)成帶的無接觸導(dǎo)引系統(tǒng)。如果帶在機(jī)器上正當(dāng)?shù)剡\(yùn)行，帶的機(jī)器方向上的傳感器應(yīng)平行于帶的方向。但是，如果帶在橫跨機(jī)器方向移動，則傳感器不平行于機(jī)器方向。這樣，通過用能量激發(fā)傳感器使傳感器產(chǎn)生一信號，機(jī)器操作者可以檢測機(jī)器方向傳感器的排列以確保仍然平行于機(jī)器方向。如果操作者測定信號不再相當(dāng)于機(jī)器的軸，他或她可在條件惡化前重排帶。在高速下，對問題的控制和反應(yīng)實(shí)際上必須是自動的，否則，帶會損耗和損失。
應(yīng)該理解，上述的內(nèi)容代表許多方法的某些方法，其中，傳感器可以用作帶的一部分以得到關(guān)于帶的操作條件和/或在帶上運(yùn)輸?shù)漠a(chǎn)品的信息。同樣，下面的實(shí)施例僅打算舉例說明制造用于本申請的傳感器的可能的方法。這些實(shí)施例的公開不意味著任何的限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例1由在BASE ULTRAMID B 3聚酰胺6基樹脂中0.36克/磅若丹明B Base和4.35克/磅二氧化鈦組成的預(yù)混合的顆粒樹脂制成250微米直徑的單絲。使用此領(lǐng)域中的標(biāo)準(zhǔn)方法生產(chǎn)單絲。單絲的抗張強(qiáng)度、模量和伸長率如果不等于也是相似與由相同方法制造的不加染料或散射介質(zhì)的單絲的性質(zhì)。當(dāng)用Nd-YAG激光激發(fā)時，單絲在587納米顯示窄帶寬發(fā)射峰。
實(shí)施例2由在BASE ULTRAMID B 3聚酰胺6基樹脂中0.55克/磅若丹明640高氯酸鹽和1.6克/磅二氧化鈦組成的預(yù)混合的顆粒樹脂制成300微米直徑的單絲。使用實(shí)施例1的標(biāo)準(zhǔn)方法生產(chǎn)單絲。當(dāng)用Nd-YAG激光激發(fā)時，單絲在620納米顯示窄帶寬發(fā)射峰。
實(shí)施例3由在BASE ULTRAMID B 3聚酰胺6基樹脂中0.5克/磅若丹明590高氯酸鹽和3.2克/磅二氧化鈦組成的預(yù)混合的顆粒樹脂制成150微米直徑的單絲。使用實(shí)施例1的標(biāo)準(zhǔn)方法生產(chǎn)單絲。當(dāng)用Nd-YAG激光激發(fā)時，單絲在558納米顯示窄帶寬發(fā)射峰。
實(shí)施例4由在DuPont CRYSTAR 1995 PET聚酯基樹脂中0.40克/磅次亞甲基580組成的預(yù)混合的顆粒樹脂制成250微米直徑的單絲。此PET樹脂含0.5％二氧化鈦?zhàn)鳛槿ス鈩?。使用?shí)施例1的標(biāo)準(zhǔn)方法生產(chǎn)單絲。當(dāng)用Nd-YAG激光激發(fā)時，單絲在555納米顯示窄帶寬發(fā)射峰。
實(shí)施例5由在DuPont CRYSTAR 1995 PET聚酯基樹脂中含0.40克/磅次亞甲基597組成的預(yù)混合的顆粒樹脂制成250微米直徑的單絲。此PET樹脂含0.5％二氧化鈦?zhàn)鳛槿ス鈩?。使用?shí)施例1的標(biāo)準(zhǔn)方法生產(chǎn)單絲。當(dāng)用Nd-YAG激光激發(fā)時，單絲在570納米顯示窄帶寬發(fā)射峰。
實(shí)施例6實(shí)施例1、2和3的纖維平行地各固定在轉(zhuǎn)動的圓筒上。由Nd-YAG激光、光譜儀和計(jì)算機(jī)組成的系統(tǒng)在圓筒轉(zhuǎn)動時能夠檢測和分辨三種纖維的發(fā)射。將激光束指向轉(zhuǎn)動的圓筒。用激光束照射的纖維以對纖維內(nèi)存在的染料特有的波長發(fā)射能量。計(jì)算機(jī)軟件會比較檢測到的發(fā)射和各纖維的預(yù)定值。這樣，計(jì)算機(jī)可分辨出纖維，得到關(guān)于有關(guān)檢測設(shè)備圓筒的幾何位置。
實(shí)施例7在由相似尺寸和材料的單絲編織的工業(yè)織物內(nèi)平行編織了實(shí)施例4和5的纖維。將此織物固定于圓筒。由Nd-YAG激光、光譜儀和計(jì)算機(jī)組成的系統(tǒng)在織物轉(zhuǎn)動時能夠檢測和分辨三種纖維的發(fā)射。將激光束指向轉(zhuǎn)動的圓筒。用激光束照射的纖維以對纖維內(nèi)存在的染料特有的波長發(fā)射能量。計(jì)算機(jī)軟件會比較所檢測到的發(fā)射和各纖維的預(yù)定值。這樣，計(jì)算機(jī)可分辨出纖維，得到關(guān)于有關(guān)檢測設(shè)備圓筒的織物幾何位置。
實(shí)施例8將實(shí)施例4和5的兩種纖維置于加熱室中用室的溫度檢測熒光信號。隨溫度的升高發(fā)現(xiàn)兩種纖維的發(fā)射峰值波長移向長波長。在溫度范圍25-100℃觀察到峰值波長近6納米的線性移動。這種移動在單絲冷卻后是可逆的，并在重新加熱后是可重現(xiàn)的。
權(quán)利要求
1.一種用于過程控制環(huán)路的環(huán)帶或織物，由帶和至少一種傳感器材料構(gòu)成，其中傳感器位于帶或織物上或帶或織物內(nèi)的預(yù)選的位置，當(dāng)用能源激發(fā)時，傳感器發(fā)射出電磁輻射。
2.權(quán)利要求1的環(huán)帶或織物，其中帶是由纖細(xì)材料構(gòu)成。
3.權(quán)利要求1的環(huán)帶或織物，其中基體材料是涂層。
4.權(quán)利要求1的環(huán)帶或織物，其中基體材料是薄膜。
5.權(quán)利要求1的環(huán)帶或織物，其中基體材料是選自單絲、復(fù)絲纖維、雙成分纖維和短纖維中的纖細(xì)材料。
6.權(quán)利要求1的環(huán)帶或織物，其中傳感器包括選自若丹明、次亞甲基、熒光生、磺基若丹明、苯并噁嗪酮、奇通紅和曙紅Y醇以及鑭系化合物和熒光半導(dǎo)體材料的電磁輻射發(fā)射化合物。
7.權(quán)利要求1的環(huán)帶或織物，其中傳感器還包括一種散射材料選自二氧化鈦、氧化鋁和聚二氟乙烯。
8.權(quán)利要求6的環(huán)帶或織物，其中傳感器還包括一種散射材料選自二氧化鈦、氧化鋁和聚二氟乙烯。
9.權(quán)利要求8的環(huán)帶或織物，其中傳感器作為涂層置于帶或織物之上或之內(nèi)。
10.權(quán)利要求8的環(huán)帶或織物，其中傳感器作為薄膜置于帶或織物之上或之內(nèi)。
11.權(quán)利要求8的環(huán)帶或織物，其中傳感器作為選自在帶或織物上或內(nèi)的單絲、復(fù)絲纖維、雙成分纖維和短纖維等纖細(xì)材料置于帶或織物內(nèi)。
12.權(quán)利要求1的環(huán)帶或織物，其中帶是工業(yè)過程帶。
13.權(quán)利要求1的環(huán)帶或織物還包括至少包括在基體材料內(nèi)的第一個傳感器，包括在基體材料內(nèi)的第二個傳感器，其中第一和第二個傳感器位于帶或織物的預(yù)選的位置上，其中第一和第二個傳感器受能源發(fā)射的能量激發(fā)時發(fā)射電磁輻射，其中第一個傳感器的電磁輻射的發(fā)射在峰值發(fā)射波長、強(qiáng)度或兩者都不同于第二個傳感器的電磁輻射的發(fā)射。
14.權(quán)利要求1的環(huán)帶或織物，其中至少一個傳感器在帶或織物的橫跨機(jī)器方向延伸。
15.權(quán)利要13的環(huán)帶或織物，其中第一和第二個傳感器在帶或織物的橫跨機(jī)器方向延伸。
16.權(quán)利要求1的環(huán)帶或織物，其中至少一個傳感器在帶或織物的機(jī)器方向延伸。
17.權(quán)利要求13的環(huán)帶或織品，其中第一和第二傳感器在帶或織物的機(jī)器方向延伸。
18.權(quán)利要求13的環(huán)帶或織物，其中第一個傳感器在帶或織物的機(jī)器方向延伸，第二個傳感器在帶或織物的橫跨機(jī)器方向延伸。
19.權(quán)利要求1的環(huán)帶或織物，其中傳感器是多相增益介質(zhì)，此所說的多相增益介質(zhì)的第一相包括用于響應(yīng)激發(fā)而自發(fā)發(fā)射電磁輻射和用于通過放大由受激發(fā)射所說的發(fā)射的電磁輻射；以及所說的多相增益介質(zhì)的第二相包括散射發(fā)射和放大的電磁輻射以增加所說的電磁輻射在所說的第一相內(nèi)的滯留時間所用的工具，其中所說的多相增益介質(zhì)具有體積，以及其中所說的電磁輻射的放大呈現(xiàn)在所說的多相增益介質(zhì)的一部分所說的體積中，以及第三相至少在所說的受激發(fā)射的波長基本上是透明的，所說的第三相在所說的增益介質(zhì)的所說的體積內(nèi)同所說的第一相和所說的第二相混合。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)本申請所規(guī)定的產(chǎn)品的過程控制環(huán)路的環(huán)帶和織物。此帶裝有受能源激發(fā)后發(fā)射電磁輻射的工具。即此帶裝有在受到能源如指向帶的外部能源激發(fā)后發(fā)射電磁輻射的傳感器。傳感器包括分散于基體中的電磁輻射發(fā)射化合物。傳感器還含有散射材料。傳感器可取能夠加到帶中或帶上的纖細(xì)材料、涂層或薄膜形式。在操作中,由能源發(fā)射的能量指向帶。傳感器由能量激發(fā)后發(fā)射電磁輻射,電磁輻射可由位于附近的檢測器檢測。根據(jù)由傳感器發(fā)射的峰值波長和強(qiáng)度,機(jī)器操作者可得到關(guān)于帶的操作和帶的運(yùn)行條件的信息。
文檔編號D21F7/08GK1251867SQ99106670
公開日2000年5月3日 申請日期1999年5月20日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月15日
發(fā)明者D·B·艾格萊斯, W·A·盧西諾, J·S·登頓, D·A·杜恩 申請人:阿爾巴尼國際公司