本發(fā)明提供測量第一輥和第二輥之間的間隙的方法和設(shè)備。此外，本發(fā)明還提供用閉環(huán)系統(tǒng)將間隙校正至目標(biāo)距離的方法和設(shè)備。本發(fā)明也提供通過使用非接觸式測量裝置來檢測第一輥和/或第二輥的磨損的方法和設(shè)備。

背景技術(shù)：

纖維網(wǎng)材料在第一輥和第二輥之間穿過時可經(jīng)歷特定轉(zhuǎn)化。第一輥和第二輥可由工具輥和砧輥組成。例如，在第一輥和第二輥之間穿過的纖維網(wǎng)材料可經(jīng)歷壓花、切割成獨(dú)立片、或涂覆材料層等。

第一輥和第二輥之間的間隙是至關(guān)重要的，以便對纖維網(wǎng)材料進(jìn)行期望的轉(zhuǎn)化。如果第一輥和第二輥之間的間隙與目標(biāo)距離(第一輥和第二輥之間的目標(biāo)間隙)相比太大，則產(chǎn)品或轉(zhuǎn)化品質(zhì)可能受到不利影響。如果第一輥和第二輥之間的間隙與目標(biāo)距離相比太小，則第一輥和第二輥彼此接觸，這可能導(dǎo)致第一輥和第二輥過度磨損或甚至阻塞第一輥和第二輥。

在工業(yè)上，整個過程的正確實(shí)施可能常常依賴于操作者。操作者初始時設(shè)定第一輥和第二輥之間的距離，使得符合目標(biāo)距離。操作者設(shè)定第一輥和第二輥的初始位置。在所述連續(xù)過程中，操作者可能必須進(jìn)行一些調(diào)節(jié)以重新定位第一輥和/或第二輥，使得第一輥和第二輥之間的間隙連續(xù)地符合目標(biāo)距離。在不能精確地了解實(shí)際間隙的情況下，操作者的動作是基于對產(chǎn)品品質(zhì)的評估和“試錯”。

然而，此類調(diào)節(jié)可能耗時較多并且需要停止所述過程。另外，這些調(diào)節(jié)還可能不精確，這可能導(dǎo)致不能令人滿意的纖維網(wǎng)轉(zhuǎn)化或?qū)е逻^早的設(shè)備磨損。

另外，當(dāng)安裝第一輥和第二輥時，操作者可能必須考慮到在啟動期間由于設(shè)備自身或附近設(shè)備所產(chǎn)生的熱而造成的第一輥和第二輥的膨脹。所述熱可歸因于第一輥和第二輥的旋轉(zhuǎn)。第一輥和第二輥之間的間隙由于第一輥和第二輥的直徑的膨脹而減小。因此，第一輥和第二輥可彼此接觸，這導(dǎo)致纖維網(wǎng)材料的不能令人滿意的轉(zhuǎn)化和所述輥的增加的磨損。

因此期望開發(fā)出一種自動化方法以便調(diào)節(jié)初始時由操作者設(shè)定的第一輥和第二輥之間的間隙。期望第一輥和第二輥之間的間隙連續(xù)地符合目標(biāo)距離，并且不需要操作者的介入。

美國專利3,186,275中公開了一種纖維網(wǎng)切割機(jī)，其具有溫度測量和控制裝置以便在第一輥和第二輥之間保持所選定的切割間隙。

因此期望開發(fā)出一種方法和設(shè)備以推斷第一輥和第二輥之間的間隙。待選擇的測量裝置應(yīng)當(dāng)適用于工廠。因此，所述方法和設(shè)備必須盡可能地通用以適用于盡可能多的纖維網(wǎng)轉(zhuǎn)化類型。成本可盡可能地低。任何測量裝置可具有盡可能長的使用壽命，并且因此也為了耐受制造工廠的條件，期望根據(jù)其對粉塵和碎屑的穩(wěn)健性來選擇測量裝置。

纖維網(wǎng)材料通過在第一輥和第二輥之間穿過而經(jīng)歷轉(zhuǎn)化的過程通常是個連續(xù)過程。因此期望開發(fā)出適用于連續(xù)過程的方法以持續(xù)地將間隙校正至目標(biāo)距離(目標(biāo)間隙)以便確保令人滿意的纖維網(wǎng)轉(zhuǎn)化，而無需停止所述連續(xù)過程。

另外，還期望防止任何設(shè)備的磨損以便連續(xù)地確保令人滿意的纖維網(wǎng)轉(zhuǎn)化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一種測量第一輥和第二輥之間的間隙的方法包括以下步驟：

-提供具有平行旋轉(zhuǎn)軸線的第一輥和第二輥，第一輥具有第一位置，并且第二輥具有第二位置；

-限定第一輥和第二輥之間的間隙，所述間隙符合第一輥和第二輥之間的目標(biāo)距離以允許纖維網(wǎng)材料穿過所述間隙；

-提供至少第一非接觸式測量裝置，所述第一非接觸式測量裝置測量從第一非接觸式測量裝置至第一輥的第一距離以推斷第一輥的位置；

-從所推斷的第一輥的位置推斷第一輥和第二輥之間的間隙。

第一測量裝置選自由以下項(xiàng)組成的組：電感式傳感器、電容式傳感器、渦流傳感器、激光三角測量位移傳感器、共焦色彩傳感器以及它們的組合。

一種測量第一輥和第二輥之間的間隙的方法包括以下步驟：

-提供具有平行旋轉(zhuǎn)軸線的第一輥和第二輥，第一輥具有第一位置，并且第二輥具有第二位置；

-限定第一輥和第二輥之間的間隙，所述間隙符合第一輥和第二輥之間的目標(biāo)距離以允許纖維網(wǎng)材料穿過所述間隙；

-提供至少第一非接觸式測量裝置，所述第一非接觸式測量裝置測量從第一非接觸式測量裝置至第一輥的第一距離以推斷第一輥的位置；

-提供至少第二非接觸式測量裝置，所述第二非接觸式測量裝置測量從第二非接觸式測量裝置至第二輥的第二距離以推斷第二輥的位置；

-從所推斷的第一輥的位置和第二輥的位置推斷第一輥和第二輥之間的間隙。

第一非接觸式測量裝置和第二非接觸式測量裝置選自由以下項(xiàng)組成的組：電感式傳感器、電容式傳感器、渦流傳感器、激光三角測量位移傳感器、共焦色彩傳感器以及它們的組合。

用于測量第一輥和第二輥之間的間隙的設(shè)備包括：

(a)具有平行旋轉(zhuǎn)軸線的第一輥和第二輥，第一輥具有第一位置，并且第二輥具有第二位置，并且限定第一輥和第二輥之間的間隙，所述間隙符合第一輥和第二輥之間的目標(biāo)距離以允許纖維網(wǎng)材料穿過所述間隙；

(b)至少第一非接觸式測量裝置，所述第一非接觸式測量裝置用于測量從第一非接觸式測量裝置至第一輥的第一距離以推斷第一輥的位置；并且因此推斷所推斷的第一輥的位置和第二輥的位置之間的間隙；并且

其中用于從第一輥的位置推斷第一輥和第二輥之間的間隙的第一非接觸式測量裝置選自由以下項(xiàng)組成的組：電感式傳感器、電容式傳感器、渦流傳感器、激光三角測量位移傳感器、共焦色彩傳感器以及它們的組合。

用于測量第一輥和第二輥之間的間隙的設(shè)備包括：

(a)具有平行旋轉(zhuǎn)軸線的第一輥和第二輥，第一輥具有第一位置，并且第二輥具有第二位置，并且限定第一輥和第二輥之間的間隙，所述間隙符合第一輥和第二輥之間的目標(biāo)距離以允許纖維網(wǎng)材料穿過所述間隙；

(b)至少第一非接觸式測量裝置，所述第一非接觸式測量裝置用于測量從第一非接觸式測量裝置至第一輥的第一距離以推斷第一輥的位置；和

(c)至少第二非接觸式測量裝置，所述第二非接觸式測量裝置用于測量從第二非接觸式測量裝置至第二輥的第二距離以推斷第二輥的位置；并且因此推斷所推斷的第一輥的位置和第二輥的位置之間的間隙；并且

其中用于從第一輥的位置和第二輥的位置推斷所述間隙的第一非接觸式測量裝置和第二非接觸式測量裝置選自由以下項(xiàng)組成的組：電感式傳感器、電容式傳感器、渦流傳感器、激光三角測量位移傳感器、共焦色彩傳感器以及它們的組合。

所述設(shè)備還可具有多于一個第一非接觸式測量裝置和/或多于一個第二非接觸式測量裝置。

附圖說明

雖然本說明書通過特別指出并清楚地要求保護(hù)本發(fā)明的權(quán)利書要求作出結(jié)論，但據(jù)信通過結(jié)合附圖閱讀以下說明可更好地理解本發(fā)明，其中：

圖1為根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的一個示例性實(shí)施方案的透視圖，其中第一輥包括支撐環(huán)，并且其中第一非接觸式測量裝置被定位在第一輥的上面，并且第二非接觸式測量裝置被定位在第二輥的下面；

圖2為根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的一個示例性實(shí)施方案的透視圖，其包括第一輥的支撐塊和第二輥的支撐塊之間的可調(diào)節(jié)的間隔塊，并且其中第一非接觸式測量裝置和第二非接觸式測量裝置被定位成并列的；

圖3A為根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的一個示例性實(shí)施方案的透視圖，其中第一非接觸式測量裝置測定第一輥的位置；

圖3B為根據(jù)本發(fā)明的一個非限制性實(shí)施方案的設(shè)備的圖3A的側(cè)視圖；

圖4A為根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的一個示例性實(shí)施方案的透視圖，其中第一非接觸式測量裝置和第二非接觸式測量裝置被定位成并列的；

圖4B為根據(jù)本發(fā)明的一個非限制性實(shí)施方案的設(shè)備的圖4A的側(cè)視圖；

圖5A為根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的一個示例性實(shí)施方案的透視圖，其中第一非接觸式測量裝置和第二非接觸式測量裝置被定位成背對背的；

圖5B為根據(jù)本發(fā)明的一個非限制性實(shí)施方案的設(shè)備的圖5A的側(cè)視圖；

圖6A為根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的一個示例性實(shí)施方案的透視圖，其中第一非接觸式測量裝置被定位在第一輥的上面，并且第二非接觸式測量裝置被定位在第二輥的下面；

圖6B為根據(jù)本發(fā)明的一個非限制性實(shí)施方案的設(shè)備的圖6A的側(cè)視圖；

圖6C為第一輥連同第一非接觸式測量裝置的細(xì)化視圖；

圖7A為設(shè)備的一個示例性實(shí)施方案的透視圖，所述設(shè)備包括閉環(huán)系統(tǒng)，所述閉環(huán)系統(tǒng)包括控制器和作第一運(yùn)動的致動器；

圖7B為設(shè)備的一個示例性實(shí)施方案的透視圖，所述設(shè)備包括閉環(huán)系統(tǒng)，所述閉環(huán)系統(tǒng)包括控制器和作第二運(yùn)動的致動器。

具體實(shí)施方式

術(shù)語的定義

如本文所用，術(shù)語“致動器”是指某種類型的馬達(dá)，其有利于第一輥和/或第二輥的線性運(yùn)動，使得第一輥和第二輥之間的間隙連續(xù)地符合目標(biāo)距離。致動器由通常為電流、液壓流體壓力或氣動壓力的能量源來操作，并且將能量轉(zhuǎn)化為運(yùn)動。典型的致動器為機(jī)械致動器、液壓致動器、氣動致動器、機(jī)電致動器、或線性致動器。

如本文所用，術(shù)語“電容”是指主體存儲電荷的能力。

如本文所用，術(shù)語“渦流”是指在導(dǎo)體內(nèi)由導(dǎo)體中變化的磁場感應(yīng)生成的電流。這些循環(huán)的渦流具有電感并因此感應(yīng)生成磁場。這些場可導(dǎo)致排斥效應(yīng)、吸引效應(yīng)、推進(jìn)效應(yīng)、阻滯效應(yīng)和熱效應(yīng)。所施加的磁場越強(qiáng)，或者導(dǎo)體的電導(dǎo)率越大，或者所述場的變化越快，則所生成的電流就越大，因而所產(chǎn)生的場就越大。

如本文所用，術(shù)語“非接觸式測量裝置”是指既不接觸第一輥也不接觸第二輥的傳感器。非接觸式測量裝置能夠推斷從非接觸式測量裝置至輥的實(shí)際距離。當(dāng)聚焦于輥的表面時，非接觸式測量裝置可測量輥在所述輥旋轉(zhuǎn)時的整個圓周。因此，獲得輥的圓周的連續(xù)輪廓。因此非接觸式測量裝置通過如下方式有效地測量第一輥或第二輥的位置變化：比較輥的圓周的連續(xù)輪廓與所述圓周的初始輪廓。

如本文所用，術(shù)語“電感”是指導(dǎo)體的如下特性，由于所述特性的緣故，所述導(dǎo)體中的電流變化在所述導(dǎo)體自身(自感)和任何附近導(dǎo)體中“感應(yīng)生成”(產(chǎn)生)電壓(電動勢)。

用于測量第一輥和第二輥之間的間隙的方法

測量第一輥110和第二輥120之間的間隙150的方法包括如下步驟：提供具有平行旋轉(zhuǎn)軸線111,122的第一輥110和第二輥120。第一輥110具有第一位置。第二輥120具有第二位置。第一輥110和第二輥120限定間隙150。間隙150符合第一輥110和第二輥120之間的目標(biāo)距離以允許纖維網(wǎng)材料170穿過間隙150。

第一輥110和第二輥120可對纖維網(wǎng)材料170進(jìn)行轉(zhuǎn)化。第一輥110可為工具輥，而第二輥120可具有光滑表面。工具輥一般具有異形表面。另選地，第一輥110和第二輥120均可具有光滑表面。

工具輥110可切割纖維網(wǎng)材料170。已知的切割輥可選自由以下項(xiàng)組成的組：旋轉(zhuǎn)模切輥、彎曲刀切輥和剪切輥。模切輥110可包括用于抵靠砧輥120切割纖維網(wǎng)材料170的至少一個切割構(gòu)件。

工具輥110可為用于壓花或粘結(jié)纖維網(wǎng)材料170的圖案輥。當(dāng)目的是在纖維網(wǎng)材料170上產(chǎn)生明顯的凹陷圖案時，工具輥110可用于壓花。另選地，工具輥110可通過如下方式用于熱粘結(jié)和/或壓力粘結(jié)：將纖維網(wǎng)材料170的纖維熔合在一起(所述纖維網(wǎng)材料可由所述纖維制成)。

為了在所述過程中將纖維網(wǎng)材料170保持在適當(dāng)位置或?qū)⒗w維網(wǎng)材料170引導(dǎo)到特定方向上，第一輥110和第二輥120均可具有光滑表面。

另選地，第一輥110和第二輥120可為相互嚙合輥。在一對相互嚙合輥的情況下，第一輥110和第二輥120基本上平行于彼此旋轉(zhuǎn)。第一輥110包括其表面上的多個周向第一脊和周向第一凹槽。第二輥120包括其表面上的多個周向第二脊和第二凹槽。在操作中，第一輥110和第二輥120相互嚙合，使得第一輥110的所述多個第一脊延伸到第二輥120的所述多個第二凹槽中，并且第二輥120的所述多個第二脊延伸到第一輥110的所述多個第一凹槽中。

第一輥110和第二輥120可包括支撐塊，并且還包括支撐環(huán)。另選地，第一輥110和第二輥120可包括第一輥110的支撐塊和第二輥120的支撐塊之間的可調(diào)節(jié)的間隔塊或不可調(diào)節(jié)的間隔塊。支撐環(huán)為第一輥110和/或第二輥120的平行軸線111的每個邊緣上的較大直徑的環(huán)。圖1示出了第一輥110的支撐環(huán)的一個示例。第一輥110的支撐環(huán)131,132可接觸第二輥120。如圖2所示，第一輥110和第二輥120可包括支撐塊113,114,123,124而無支撐環(huán)，但在第一輥110的支撐塊和第二輥120的支撐塊之間帶有可調(diào)節(jié)的間隔塊115,116或不可調(diào)節(jié)的間隔塊。這些另選的替代方案可為第一輥110和第二輥120提供改善的穩(wěn)定性。所述設(shè)備是壓力平衡的，因?yàn)榈谝惠?10的負(fù)荷和第二輥120的負(fù)荷是通過支撐環(huán)或所述塊分配的。因此在纖維網(wǎng)材料170的任何轉(zhuǎn)化期間，第一輥110和第二輥120的平行軸線111，122不容易被顯著地移位。

第一輥110和第二輥120之間的間隙150對于實(shí)現(xiàn)纖維網(wǎng)材料170的所述正確轉(zhuǎn)化來講很重要。間隙150具有最佳操作窗口，在所述最佳操作窗口之外可能不再實(shí)現(xiàn)纖維網(wǎng)材料170的轉(zhuǎn)化。另外，如果低于目標(biāo)距離，則纖維網(wǎng)材料170可能被損壞。因此，最佳操作窗口為旨在由第一輥110和第二輥120之間的間隙150滿足的目標(biāo)距離。

本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)了新的方法和設(shè)備以通過測定第一輥110和/或第二輥120的位置來推斷間隙150。所述方法包括如下步驟：提供至少第一非接觸式測量裝置141。第一非接觸式測量裝置141測量從第一非接觸式測量裝置141至第一輥110的第一距離。第一非接觸式測量裝置141聚焦于第一輥110的表面。當(dāng)?shù)谝惠?10旋轉(zhuǎn)時，第一非接觸式測量裝置141可在第一輥110的給定區(qū)域中測量第一輥110的完整圓周。第一輥110的該圓周可包括隆起或凹入部。獲得第一輥110的圓周的輪廓，其關(guān)聯(lián)于從第一非接觸式測量裝置141至第一輥110的第一距離，因此允許推斷第一輥110的當(dāng)前位置。通過測量從第一非接觸式測量裝置141至第一輥110的表面的第一距離，就有可能測定第一輥110的實(shí)際位置，從而隨后從第一輥110的位置推斷間隙150。

第一非接觸式測量裝置141可被定位在第一輥110的外側(cè)，只要其可無阻礙地聚焦在第一輥110上即可。第一非接觸式測量裝置141可有利地被定位在第一輥110附近的任何離散位置處。第一非接觸式測量裝置141可有利地被定位在要測量的第一輥110和第二輥120之間的間隙150內(nèi)。第一非接觸式測量裝置141可較小，例如，厚度小于0.5mm，并且直徑或?qū)挾刃∮?mm，以便嵌置在所述設(shè)備的任何桿或托架中。當(dāng)存在空間約束并且第一輥110和第二輥120之間的間隙150難以觸及時，此類小的第一非接觸式測量裝置141是可用的。由于不存在與第一輥110的表面的物理接觸，相比于安裝到所述輥并與所述輥一起旋轉(zhuǎn)的其它已知的測量裝置，第一非接觸式測量裝置也可容易地移除并安裝在另一個設(shè)備上。在這種情況下，此類已知的測量裝置通常供應(yīng)有對應(yīng)的輥，這降低了所述設(shè)備的靈活性。

從第一非接觸式測量裝置141至第一輥110的距離導(dǎo)致對第一輥110的位置的推斷。因此從所推斷的第一輥110的位置推斷第一輥110和第二輥120之間的間隙150。

圖3A為包括第一輥110和第二輥120的設(shè)備100的透視圖。第一輥110和第二輥120具有平行旋轉(zhuǎn)軸線111,122。第一輥110和/或第二輥120可安裝在機(jī)架180內(nèi)。第一輥110和第二輥120限定第一輥110和第二輥120之間的間隙150，由此纖維網(wǎng)材料170穿過間隙150。第一輥110和第二輥120可對纖維網(wǎng)材料170進(jìn)行材料轉(zhuǎn)化。在圖3A中，第一輥111可為圖案輥，其可用來對纖維網(wǎng)材料170圖案粘結(jié)或圖案壓花出特定圖案160。

在圖3A和3B中，每個機(jī)架180包括第一非接觸式測量裝置141。第一非接觸式測量裝置141可牢固地螺紋連接到機(jī)架180內(nèi)的位置中并且處于纖維網(wǎng)材料170的路徑之外。僅一個第一非接觸式測量裝置141就可足以通過測定第一輥110的位置來精確地推斷第一輥和第二輥之間的間隙。然而，使用被定位在第一輥141的雙側(cè)上的兩個第一非接觸式測量裝置141可有利地在第一輥表面的兩個不同位置處沿第一輥110的旋轉(zhuǎn)軸線111測量從第一非接觸式裝置141至第一輥110的距離。實(shí)際上，有可能平均由第一非接觸式測量裝置141獲得的信號以便最小化背景噪音。

例如，期望具有多于一個第一非接觸式測量裝置141以防在第一輥110處發(fā)生熱膨脹或收縮。熱膨脹或收縮在第一輥110的表面上可為不均勻的。因此，使用多于一個第一非接觸式測量裝置141可最小化任何可能的不精確性，所述不精確性可起因于在第一輥110的不同位置處的第一輥110的直徑的變化。

使用多于一個第一非接觸式測量裝置141可尤其有益于大的第一輥110，即沿它們的縱向軸線具有大尺寸的輥。

第一非接觸式測量裝置141選自由以下項(xiàng)組成的組：電感式傳感器、電容式傳感器、渦流傳感器、激光三角測量位移傳感器、共焦色彩傳感器以及它們的組合。

電感式傳感器

電感式傳感器包括感應(yīng)環(huán)。電流產(chǎn)生磁場，當(dāng)輸入電力停止時，所述磁場使生成的電流從其初始水平漸進(jìn)地朝零塌縮。所述環(huán)的電感根據(jù)其內(nèi)的材料而變化。金屬的存在增大流過所述環(huán)的電流。該變化可由感測電路檢測到，其可在檢測到金屬時發(fā)信號通知控制器。電感式傳感器可商購獲得，速度最高至40kHz，其可能足夠地用于測量間隙150。

電感式傳感器為電子接近傳感器，其檢測磁性金屬物體而不接觸它們。由電感式傳感器生成的磁場不受不導(dǎo)電材料的影響。因此，可能粘著到電感式傳感器的任何普及的膠、油、水或粉塵將不被電感式傳感器檢測到。

電感式傳感器也可耐受從在線連續(xù)過程產(chǎn)生的熱。電感式傳感器能夠耐受相對高的溫度，只要所述溫度保持相當(dāng)恒定(±4℃)即可。另選地，電感式傳感器可具有機(jī)載的任何溫度補(bǔ)償系統(tǒng)以便耐受溫度波動。

因此，電感式傳感器相對耐受污垢、粉塵、油和溫度。電感式傳感器因此為第一非接觸式測量裝置，其為穩(wěn)健的且在工廠中耐用的。

渦流傳感器

渦流(也稱為Foucault電流)為在導(dǎo)體內(nèi)由導(dǎo)體中變化的磁場感應(yīng)生成的電流。如同電感式傳感器一樣，渦流傳感器使用這樣的磁場進(jìn)行感測。渦流傳感器可測定輥的位置，即使所述輥可由不具有磁性的材料制成。

渦流傳感器可被設(shè)計成用于非接觸位移測量、距離測量、運(yùn)動測量和位置測量，但也用于對準(zhǔn)振蕩和振動。當(dāng)需要高精度時，這些傳感器成為良好的選擇；渦流傳感器因此可用于高精度的納米測量。

由于磁場不受非導(dǎo)電污染物諸如粉塵、水、油或纖維網(wǎng)材料諸如纖維結(jié)構(gòu)的影響，渦流傳感器也是在工廠中耐用的且穩(wěn)健的。

電容式傳感器

電容式傳感器能夠檢測存儲在第一輥110中的電荷。電容式傳感器檢測導(dǎo)電材料。電容式傳感器包括兩個板電極，它們由電容式傳感器自身和相對的測量物體(所述測量物體為輥表面)表示。如果恒定的交變電流流過電容式傳感器，則電容式傳感器上的交變電壓的振幅與從電容式傳感器至輥表面的距離成比例。交變電流被解調(diào)并輸出為例如模擬信號。電容式傳感器可針對所有導(dǎo)電材料進(jìn)行測量，無論它們的磁導(dǎo)率、電阻率和厚度如何。

在一些應(yīng)用中，在電容式傳感器和輥表面之間測量的距離可受到粉塵和其它材料的污染，這可能不利地影響所述測量的精度。電容式傳感器生成電流。電容式傳感器和輥表面之間的任何污染物均可妨礙所述信號，這取決于所述污染物的介電常數(shù)。因此，相比于電感式傳感器和渦流傳感器，當(dāng)使用電容式傳感器時，第一輥110或第二輥120的受檢測表面可為清潔的。

電容式傳感器可有利地經(jīng)受高沖擊負(fù)荷(約5kg)和強(qiáng)烈的振動環(huán)境，同時在亞微米范圍內(nèi)保持距離測量的高精度。電容式傳感器可有利地在相對高的溫度下使用。電容式傳感器實(shí)際上在相對寬的溫度范圍內(nèi)具有恒定的靈敏度。

電容式傳感器的另一個優(yōu)點(diǎn)可為尺寸。電容式傳感器可具有約1mm或更小的厚度。電容式傳感器可因此嵌置在非常小的位置中。

激光三角測量位移傳感器

激光三角測量位移傳感器中的激光二極管產(chǎn)生短激光脈沖，所述激光脈沖被投射到輥表面上。從輥表面反射的光被激光三角測量位移傳感器記錄。所述光脈沖到達(dá)輥并返回激光三角測量位移傳感器的渡越時間可關(guān)聯(lián)于從輥至激光三角測量位移傳感器的距離。適用于本發(fā)明的激光三角測量位移傳感器可以Keyence例如型號LK-H057商購獲得。激光三角測量位移傳感器能夠測量亞微米范圍內(nèi)的任何距離變化，分辯率為0.025mm，并且也針對臨界表面諸如熱表面測量，而與輥無任何接觸。

由于輥的表面粗糙度的緣故，在激光三角測量位移的聚光區(qū)中可發(fā)生某種干涉作用。例如，在亞微米范圍內(nèi)可發(fā)生某種干涉作用，尤其是在物體帶有金屬光澤的情況下。該特定效應(yīng)可能使其難以對任何金屬表面進(jìn)行測量。為了補(bǔ)償此類干涉作用，激光三角測量位移傳感器可包括特別的透鏡以將激光點(diǎn)擴(kuò)展為短的橢圓形點(diǎn)。通過使用特別的算法，激光三角測量位移傳感器平均輥的表面特性以過濾任何干涉作用并且獲得精確且穩(wěn)定的從激光三角測量位移傳感器至輥表面的距離。

共焦色彩傳感器

通過多透鏡光學(xué)系統(tǒng)將多色白光聚焦到輥表面上。這些透鏡被布置成使得所述白光通過受控色差分解成單色光。從共焦色彩傳感器至輥表面的特定距離通過工廠校準(zhǔn)被分配給所述單色光的波長。僅將精確地聚焦在輥表面上的波長用于所述測量。使從輥表面反射的該光穿過共焦孔而到達(dá)分光計上，所述分光計檢測并處理光譜變化。共焦色彩傳感器因此不接觸輥。

因此根據(jù)其對環(huán)境的穩(wěn)健性來選擇第一非接觸式測量裝置141。第一非接觸式測量裝置141實(shí)際上可抵抗環(huán)境變化，諸如粉塵、碎屑或磨損。第一非接觸式測量裝置可有利地為電感式傳感器，因?yàn)殡姼惺絺鞲衅鞑皇芪酃?、粉塵和油的影響。

第一非接觸式測量裝置141能夠測量亞微米范圍內(nèi)的任何距離變化，其中第一非接觸式測量裝置141的放置具有極大的靈活性。

第一非接觸式測量裝置141也能夠遞送所測量的第一輥110和第二輥120之間的間隙150的清楚信號。為了遞送清楚的信號，第一非接觸式測量裝置141可具有最優(yōu)化帶寬以捕獲間隙150的任何緩慢變化，而不進(jìn)一步過濾所測量的數(shù)據(jù)。

每個第一非接觸式測量裝置141也能夠通過移除任何背景噪音并且也通過操縱原始數(shù)據(jù)來過濾所測量的數(shù)據(jù)，例如累加或減去從兩個第一非接觸式測量裝置141獲得的測量信號、應(yīng)用特定傳遞函數(shù)，所述特定傳遞函數(shù)導(dǎo)致對第一輥110和第二輥120之間的間隙150的測量。

另選地，測量第一輥110和第二輥120之間的間隙150的方法包括如下步驟：提供具有平行旋轉(zhuǎn)軸線111，122的第一輥110和第二輥120。第一輥110具有第一位置。第二輥120具有第二位置。第一輥110和第二輥120限定間隙150。間隙150符合第一輥110和第二輥120之間的目標(biāo)距離以允許纖維網(wǎng)材料170穿過間隙150。所述方法包括如下步驟：提供至少第一非接觸式測量裝置141。第一非接觸式測量裝置141測量從第一非接觸式測量裝置141至第一輥110的第一距離以便推斷第一輥110的位置。

所述方法還包括如下步驟：提供至少第二非接觸式測量裝置142。第二非接觸式測量裝置142測量從第二非接觸式測量裝置142至第二輥120的第二距離以便推斷第二輥120的位置。因此從第一輥110的位置和第二輥120的位置推斷第一輥110和第二輥120之間的間隙150。

如上文關(guān)于第一非接觸式測量裝置141所述的相同的原因也適用于第二非接觸式測量裝置142。第一非接觸式測量裝置141和第二非接觸式測量裝置142選自由以下項(xiàng)組成的組：電感式傳感器、電容式傳感器、渦流傳感器、激光三角測量位移傳感器、共焦色彩傳感器以及它們的組合。

第一非接觸式測量裝置141和第二非接觸式測量裝置142可在機(jī)架180內(nèi)被定位成并列的，如圖4A和4B所示。第一非接觸式測量裝置141和第二非接觸式測量裝置142可牢固地附接到機(jī)架180內(nèi)的位置中并且處于纖維網(wǎng)材料170的路徑之外。

第一非接觸式測量裝置141和第二非接觸式測量裝置142可檢測相應(yīng)的第一輥110的表面和第二輥120的表面。第一非接觸式測量裝置141可聚焦在第一輥110的表面上。第二非接觸式測量裝置142可聚焦在第二輥120的表面上，并且可相對于第一非接觸式測量裝置141被定位在背對背位置中。第一非接觸式測量裝置141可測量從第一非接觸式測量裝置141至第一輥110的第一距離。第二非接觸式測量裝置142可測量從第二非接觸式測量裝置142至第二輥120的第二距離。因此推斷出第一輥110和第二輥120之間的間隙150。

圖5A和5B為第一非接觸式測量裝置141和第二非接觸式測量裝置142的背對背位置的示例。第一非接觸式測量裝置141和第二非接觸式測量裝置142可因此分別相對于第一輥110和第二輥120聚焦于相反方向上。此類組件為合適的布置結(jié)構(gòu)，以便解決任何可能的空間約束問題，因?yàn)榇祟惤M件允許節(jié)省空間，尤其是當(dāng)?shù)谝环墙佑|式測量裝置141和第二非接觸式測量裝置142具有平坦晶片的形狀時。

當(dāng)旋轉(zhuǎn)時，第一輥110和/或第二輥120可經(jīng)受熱膨脹或熱收縮。實(shí)際上，第一輥110和第二輥120可由于啟動時(當(dāng)?shù)谝惠?10和第二輥120旋轉(zhuǎn)時)所產(chǎn)生的熱而膨脹。第一輥110和第二輥120的膨脹也可起因于附近設(shè)備所產(chǎn)生的熱。

另選地，當(dāng)所述系統(tǒng)必須被冷卻或驟冷時，可發(fā)生第一輥110和第二輥120的任何熱收縮。然而，第一非接觸式測量裝置141和第二非接觸式測量裝置142可在相對廣泛的溫度范圍內(nèi)被校準(zhǔn)而工作。另外，第一非接觸式測量裝置141和第二非接觸式測量裝置142可包括機(jī)載溫度補(bǔ)償系統(tǒng)以便不受任何溫度變化的影響。

總體上，所述方法允許測定第一輥110和/或第二輥120的精確位置而無任何必要中斷所述過程。第一輥110和第二輥120之間的間隙150因此在持續(xù)的在線過程中連續(xù)地受到監(jiān)測。

用于檢測第一輥或第二輥的磨損的方法

第一輥110可包括要壓花在纖維網(wǎng)材料170上的圖案160。已知的是通過如下方式在纖維網(wǎng)材料170諸如纖維結(jié)構(gòu)上壓花出特定圖案160：使所述纖維結(jié)構(gòu)在熱粘結(jié)和壓力粘結(jié)條件下穿過由第一輥110和第二輥120形成的輥隙。一般來講，要壓花到纖維網(wǎng)材料170上的圖案165可僅設(shè)置在第一輥110上，呈第一輥表面上的隆起形式，而第二輥表面保持光滑且非圖案化的。例如，第一輥110可圖案化而帶有菱形隆起161。然后，第一輥110可抵靠第二輥120壓縮纖維結(jié)構(gòu)，所述第二輥具有光滑且非圖案化表面。然而，由于第一輥110的菱形隆起161可能接觸第二輥120的光滑表面，菱形隆起161的上邊緣可能隨時間推移磨損。所得壓花圖案165在一段時間后將開始變得不太輪廓分明。

為了具有包括高品質(zhì)壓花或任何其它轉(zhuǎn)化的纖維網(wǎng)材料170，可監(jiān)測第一輥110或第二輥120的磨損。

所述方法可因此還包括如下步驟：通過使用第一非接觸式測量裝置141來檢測第一輥110的磨損、和/或通過使用第二非接觸式測量裝置142來檢測第二輥120的磨損。

用于檢測第一輥110或第二輥120的磨損的第一非接觸式測量裝置141和第二非接觸式測量裝置142也可選自由以下項(xiàng)組成的組：電感式傳感器、電容式傳感器、渦流傳感器、激光三角測量位移傳感器、共焦色彩傳感器以及它們的組合。

實(shí)際上，由于第一非接觸式測量裝置141和第二非接觸式測量裝置142能夠測量從第一非接觸式測量裝置141和第二非接觸式測量裝置142至相應(yīng)的第一輥110和第二輥120的距離，第一非接觸式測量裝置141和第二非接觸式測量裝置142能夠測量第一輥110和第二輥120的直徑的任何變化。

有利地，用于檢測第一輥110或第二輥120的磨損的第一非接觸式測量裝置141和第二非接觸式測量裝置142可被定位在任何位置以檢測第一輥110的磨損和第二輥120的磨損，只要第一非接觸式測量裝置141和第二非接觸式測量裝置142不妨礙纖維網(wǎng)材料170的路徑即可。第一非接觸式測量裝置141可有利地指向第一輥表面的圓周，所述圓周可包括第一輥110的所述一個或多個隆起。

如圖6A，6B和6B所示，第一非接觸式測量裝置141和第二非接觸式測量裝置142可分別被定位到第一輥110和第二輥120，與纖維網(wǎng)材料170的路徑分開。因此，第一非接觸式測量裝置141和第二非接觸式測量裝置142不導(dǎo)致對第一輥110和第二輥120之間的纖維網(wǎng)材料170的路徑的任何妨礙。

在整個第一輥表面和第二輥表面中，磨損可以不同速率發(fā)生，從而不利地影響設(shè)置在第一輥110和/或第二輥120上的要壓花的圖案。通過分別將第一非接觸式測量裝置141和第二非接觸式測量裝置142定位到第一輥110和第二輥120，第一非接觸式測量裝置141和第二非接觸式測量裝置142能夠檢測大部分嚴(yán)重的磨損，所述嚴(yán)重的磨損發(fā)生在圖案160的向外部分上。在圖案160的向外部分上發(fā)生的磨損越嚴(yán)重(由于較大表面區(qū)域接觸纖維網(wǎng)材料170)，就導(dǎo)致越大的力施加在第一輥110和第二輥120上。

用于監(jiān)測第一輥和第二輥之間的間隙的方法

當(dāng)由第一輥110和第二輥120進(jìn)行材料轉(zhuǎn)化時，第一輥110和第二輥120之間的間隙150至關(guān)重要。如果間隙150不符合目標(biāo)距離，則所得轉(zhuǎn)化可能不是令人滿意的。另外，第一輥110和第二輥120可能經(jīng)歷過度磨損。

目標(biāo)距離取決于許多因素：第一輥110和第二輥120的性質(zhì)、纖維網(wǎng)材料170的類型(非織造材料、膜……)、纖維網(wǎng)材料170的厚度。

第一輥110和第二輥120可具有光滑表面。目標(biāo)距離可為第一輥110的光滑表面和第二輥120的光滑表面之間的距離。目標(biāo)距離可為1至20μm或1至10μm或1至5μm。

另選地，第一輥110可具有從其表面向外延伸的多個隆起。每個隆起可具有上邊緣。第二輥120可具有光滑表面。目標(biāo)距離因而可為第一輥110的最上隆起的上邊緣和第二輥120的光滑表面之間的距離。目標(biāo)距離可為0至20μm或0至5μm或0至2μm。第一輥110和第二輥120可用于例如切割或壓花轉(zhuǎn)化。

另選地，第一輥110和第二輥120可具有從每個第一輥110和第二輥120的表面向外延伸的多個隆起。每個隆起可具有上邊緣。目標(biāo)距離可為第一輥110或第二輥120的最上隆起的上邊緣和相應(yīng)的第一輥110或第二輥120的表面之間的距離。目標(biāo)距離為0至20μm或0至10μm或0至5μm。第一輥110和第二輥120可用于任何穿孔轉(zhuǎn)化、相互嚙合、壓花、粘結(jié)、切割等。

所述方法可因此包括如下步驟：通過使用控制器來比較間隙150與目標(biāo)距離。在累加和校準(zhǔn)由第一非接觸式測量裝置141和第二非接觸式測量裝置142測量的信號之后獲得的所得信號導(dǎo)致第一輥110和第二輥120之間的實(shí)際間隙150?？刂破?00可比較間隙150與目標(biāo)距離。

當(dāng)?shù)谝环墙佑|式測量裝置141和第二非接觸式測量裝置142與控制器400一起使用時，可實(shí)現(xiàn)高度的信號操縱，即包括帶寬最優(yōu)化、噪音過濾。因而所測量的間隙150是精確的，沒有進(jìn)一步的過濾或數(shù)據(jù)操縱。

第一非接觸式測量裝置141和第二非接觸式測量裝置142可連接到控制器400?？刂破?00可經(jīng)由以太網(wǎng)連接而連接到計算機(jī)。例如，與共焦色彩傳感器相關(guān)聯(lián)的共焦lDT 2451/2471控制器可商購得自MICRO-EPSILON MESSTECHNIK GmbH&Co.KG。所述共焦lDT 2451/2471控制器由與共焦色彩傳感器組合的控制器組成，它們通過纖維光纜連接。控制器連接到外部氙光源以便有利于最高至70kHz的快速測量。控制器容易地經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)界面被配置。

所述方法還可包括如下步驟：重新定位第一輥110和/或第二輥120，使得第一輥110和第二輥120之間的間隙在目標(biāo)距離內(nèi)。

對第一輥110和/或第二輥120的重新定位可通過使用致動器180來進(jìn)行，所述致動器選自由以下項(xiàng)組成的組：機(jī)電致動器、氣動致動器、液壓致動器、線性致動器以及它們的組合，如圖7A和7B所舉例說明。

機(jī)電致動器是基于電動馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，所述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動被轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性位移。已發(fā)現(xiàn)機(jī)電致動器適用于任何類型的操作。當(dāng)氣動致動器不足以重新定位第一輥110和/或第二輥120的位置以便針對切割操作保持間隙150在±1至2μm的精度內(nèi)時，可替代氣動致動器使用機(jī)電致動器，盡管機(jī)電致動器的成本較高。

另選地，對第一輥110和/或第二輥120的位置的重新定位可通過使用氣動致動器來進(jìn)行。氣動致動器可將由一些壓縮空氣在高壓下形成的能量轉(zhuǎn)化為線性運(yùn)動或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。當(dāng)間隙的范圍為約4μm時，氣動致動器可因此能夠在亞微米范圍內(nèi)重新定位第一輥110和/或第二輥120的位置。

當(dāng)?shù)谝惠?10和第二輥120包括軸承環(huán)并且旨在用于進(jìn)行粘結(jié)時，可有利地使用氣動致動器。當(dāng)?shù)谝惠?10和第二輥120包括軸承環(huán)，而軸承環(huán)幾乎沒有表面區(qū)域接觸氣動致動器時，其允許氣動致動器更容易地以較小的力移動。

另選地，對第一輥110和/或第二輥120的位置的重新定位可有利地通過使用液壓致動器來進(jìn)行。液壓致動器由圓筒或流體馬達(dá)組成，其使用液壓功率以有利于機(jī)械操作。機(jī)械運(yùn)動賦予線性運(yùn)動、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動或振蕩運(yùn)動形式的輸出。由于液體不能夠被壓縮，因此液壓致動器可施加相當(dāng)大的力，但在加速度和速度方面受到限制。

另選地，對第一輥110和/或第二輥120的位置的重新定位可通過使用電動致動器來進(jìn)行。電動致動器由馬達(dá)供能，所述馬達(dá)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械扭矩。其為最清潔且最容易獲得的致動器形式之一，因?yàn)槠洳簧婕坝汀?/p>

就第一輥110和/或第二輥120的熱膨脹或收縮而言，溫度的變化可引起第一輥110和第二輥120的幾何形狀的變化，尤其是輥直徑的變化。如果第一輥110和第二輥120之間的間隙150已由于第一輥110和第二輥120的收縮而增大超過了目標(biāo)距離，這可能不利地影響穿過間隙150的纖維網(wǎng)材料170的轉(zhuǎn)化，直至在纖維網(wǎng)材料170上根本沒有發(fā)生轉(zhuǎn)化。

另外，如果間隙150已由于第一輥110和第二輥120的膨脹而減小到目標(biāo)距離以下，則第一輥110和第二輥120可能彼此接觸，這可能導(dǎo)致第一輥110和第二輥120的過度磨損和/或纖維網(wǎng)材料170的損壞。

然而，第一非接觸式測量裝置141和第二非接觸式測量裝置142可在相對廣泛的溫度范圍內(nèi)被校準(zhǔn)而工作。另外，第一非接觸式測量裝置141和第二非接觸式測量裝置142可包括機(jī)載溫度補(bǔ)償系統(tǒng)以便較少經(jīng)受任何溫度變化的影響。

可進(jìn)行對第一輥110和/或第二輥120的位置的重新定位，這可通過使用致動器180來進(jìn)行，以便間隙150符合目標(biāo)距離，而無任何必要中斷所述持續(xù)過程。

實(shí)施例

以下為根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備和方法的一個實(shí)施例，以便將第一輥和第二輥之間的間隙保持在單位數(shù)的微米精度(1μm)內(nèi)。

設(shè)備100包括第一輥110和第二輥120，所述第一輥為具有明顯圖案化表面的壓花輥，并且所述第二輥為光滑輥。

第一渦流傳感器141(其不連接到第一輥110和第二輥120)牢固地螺紋連接在機(jī)架180上以便推斷第一輥110的位置。在背對背的取向中，第二渦流傳感器142(其不連接到第一輥110和第二輥120)牢固地螺紋連接在機(jī)架180上以便推斷第二輥120的位置。

每個渦流傳感器均以名稱eddyNCDT 3100購自MICRO-EPSILON MESSTECHNIK GmbH&Co.KG，其帶有適當(dāng)?shù)腄T31000通用單信道Eddy控制器，所述控制器帶有集成的以太網(wǎng)表面。

在200,000次旋轉(zhuǎn)過程中測量了平均間隙，并且隨后進(jìn)行了校正。首先，以手動方式離線地設(shè)定了用于間隙150的期望的目標(biāo)距離。

間隙150由第一渦流傳感器141和第二渦流傳感器142監(jiān)測。用連接到控制器DT3100的適當(dāng)軟件將渦流傳感器141,142各自歸零。

所述方法通過用致動器500校正間隙150來確保壓花輥以預(yù)期的深度透入到纖維網(wǎng)材料170中。致動器500為機(jī)電致動器，其具有以下特性：0.25微米的精度、基于位置作運(yùn)動，并且可承受24kN的力(最高至74kN)。

本文所公開的量綱和數(shù)值不應(yīng)被理解為嚴(yán)格限于所述確切數(shù)值。相反，除非另外指明，否則每個這樣的量綱旨在表示所述值以及圍繞該值功能上等同的范圍。例如，公開為“40mm”的量綱旨在表示“約40mm”。

除非明確排除或限制，將本文引用的每篇文獻(xiàn)，包括任何交叉引用或相關(guān)專利或?qū)＠暾?，全文以引用方式并入本文。任何文獻(xiàn)的引用不是對其相對于任何本發(fā)明所公開的或本文受權(quán)利要求書保護(hù)的現(xiàn)有技術(shù)的認(rèn)可，或不是對其單獨(dú)地或以與任何其它參考文獻(xiàn)或多個參考文獻(xiàn)的組合提出、建議或公開了此類發(fā)明的認(rèn)可。此外，如果此文獻(xiàn)中術(shù)語的任何含義或定義與以引用方式并入本文的文獻(xiàn)中相同術(shù)語的任何含義或定義相沖突，將以此文獻(xiàn)中賦予該術(shù)語的含義或定義為準(zhǔn)。

雖然已經(jīng)舉例說明和描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)和范圍的情況下可作出多個其他改變和變型。因此，本文旨在于所附權(quán)利要求中涵蓋屬于本發(fā)明范圍內(nèi)的所有這些改變和修改。