Die vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein das Messen und Steuern bzw. Regeln mindestens einer Eigenschaft einer Bahn eines flächigen Materials, wenn die Bahn hergestellt wird, und insbesondere Verfahren und Vorrichtungen zum Messen und Steuern bzw. Regeln einer Bahn eines flächigen Materials während ihrer Herstellung mittels eines ersten Sensors, vorzugsweise eines ortsfesten Sensors, um die Gleichförmigkeit der Bahn zu gewährleisten, und eines zweiten Sensors, ebenfalls vorzugsweise eines ortsfesten Sensors, um den Absolutwert mindestens einer Eigenschaft der Bahn zu gewährleisten. Während die vorliegende Erfindung ganz allgemein auf das Messen und Steuern bzw. Regeln der Herstellung einer Anzahl von unterschiedlichen Typen des Bahnmaterials anwendbar ist, wird sie vorliegend unter Bezugnahme auf Papierbahnen beschrieben, für die sie insbesondere anwendbar ist und anfänglich verwendet wurde.

Man hat eine Vielzahl von Sensoren zum Messen und Steuern bzw. Regeln der Herstellung von flächigem Material verwendet, das in Form von kontinuierlichen Bahnen hergestellt wird, die sich bei dem Herstellungsverfahren mit hohen Geschwindigkeiten bewegen. Das Bahnmaterial kann beispielsweise Metall, Kunststoff oder, für die Beschreibung der vorliegenden Erfindung, Papier sein.

Die üblichste und gegenwärtig beliebte Form des Papierbahnsensors wird im Allgemeinen quer über die Bahn des Papiers hinweg bewegt, was man als Querrichtungs- (CD-) Abtasten der Bahn bezeichnet. Während der Sensor, beispielsweise ein Betadickenmesser-Flächengewichtssenor, die Papierbahn in Querrichtung abtastet, bewegt sich das Papier schnell durch die Papierherstellungsmaschine. Dementsprechend erfasst der Sensor das Flächengewicht in Form eines Zickzackmusters auf der Bahn in der Richtung der Bahnbewegung oder Maschinenrichtung (MD). Bei Abtastgeschwindigkeiten im Bereich von 100 bis 400 Millimetern (mm) pro Sekunde, Scannerinstrument-Messzonen im Bereich von 10 bis 30 mm und Bahngeschwindigkeiten im Bereich von 3 bis 30 Metern pro Sekunde wird weniger als 1% der Bahn unter Verwendung solcher Abtastmesseräte gemessen.

Die Trennung der Ursachen und Wirkungen der Bahneigenschaftsveränderlichkeit in Querrichtung und Maschinenrichtung ist aufgrund der begrenzten Messhäufigkeit in der Maschinenrichtung, die sich aus dem Zickzackabtastmuster ergibt, und der begrenzten Menge der Bahn, die tatsächlich erfasst wird, schwierig und zeitraubend. Des weiteren müssen typischerweise fünf bis zehn CD-Abtastungen vollständig ausgeführt werden, bevor die Sensorergebnisse bestimmt werden können, was möglicherweise einen Zeitraum von bis zu 30 oder mehr Minuten bedeutet. Zusätzlich zu der Verzögerung, die durch Mehrfachabtastungen erforderlich ist, befinden sich Sensorabtaster normalerweise nahe der Aufnahmerolle für die Maschine, was zu einer zusätzlichen Verzögerung für das Papier beim Verlassen des Stoffauflaufkastens, der Durchquerung der Maschine und der Ankunft am Sensor führt. Diese Verzögerung bei der Bahnbewegung addiert sich zu der Zeit, die erforderlich ist, bevor die Bewertung der Wirkung irgendwelcher Korrekturmaßnahmen beginnen kann.

Bei einem Versuch, die Bahnmessung und Bahnsteuerung und -regelung zu beschleunigen, ist ein ortsfester, optischer Sensor, der sich kontinuierlich über eine Papierbahn erstreckt, im US-Patent Nr. 5,071,514 offenbart. Wie in dem '514 Patent offenbart muss ein ortsfester, optischer Sensor zum Steuern bzw. Regeln der Maschine, die die Papierbahn herstellt, kalibriert werden. Die Kalibrierung kann durch einen eng zugehörigen optischen Abtastsensor erfolgen, der diskrete Bereiche der Bahn abtastet, während er über die Bahn bewegt wird.

Die erwähnten ortsfesten und optischen Abtastsensoren sind an der Nasspartie der Papierherstellungsmaschine angeordnet und werden durch Abtastsensoren ergänzt, die sich an der Trockenpartie der Papierherstellungsmaschine befinden. Die Daten von den Abtastsensoren an der Trockenpartie der Papierherstellungsmaschine können mit dem ortsfesten, optischen Sensor korreliert werden, um eine endgültige Steuerung bzw. Regelung der Papierherstellungsmaschine zu erzielen. Unglücklicherweise ist bei dem System des '514 Patents die Kalibrierung, die durch den optischen Abtastsensor an der Nasspartie durchgeführt wird, nicht vollkommen genau, sodass die Kalibrierung im Effekt bis zur Korrelation der Abtastsensoren der Trockenpartie mit dem ortsfesten optischen Sensor, der sich an der Nasspartie der Maschine befindet, verzögert werden muss.

Ein zweiter ortsfester optischer Sensor ist im US-Patent Nr. 4,950,911 zur Durchführung des Prüfens eines flachen Materials offenbart, der Fehler feststellen soll, die innerhalb des flachen Materials auftreten. Bei diesem System sind die Schwellenwerte auf einer Pixel-für-Pixel-Basis in Reaktion auf die Rohdaten, die von dem ortsfesten optischen Sensor ankommen, angepasst. Ereignissignale werden für Pixelsignale erzeugt, die die Schwellenwerte passieren, wobei die Ereignissignale dazu verwendet werden, Fehler in dem flachen Material, das untersucht wird, festzustellen. Während das System des '911 Patents zum Feststellen von Fehlern in Flachmaterialien sehr wirksam ist, ist das System, was die Geschwindigkeit und folglich die Datensammelraten anbetrifft, begrenzt. Des weiteren ist nichts vorgesehen, um die Maschine, die das flächige Material herstellt, in Reaktion auf die durch das Untersuchungssystem erzeugten Daten zu steuern bzw. zu regeln.

So besteht ein Bedarf an einer verbesserten Anordnung zum Überwachen von Bahnen aus flächigem Material zur genauen Bestimmung der Eigenschaften des flächigen Materials und zur Verwendung dieser Eigenschaften, um die Maschine, die die Bahnen herstellt, schnell zu steuern bzw. zu regeln. Vorzugsweise ist die Überwachungsanordnung imstande, Daten für die statistische Analyse des Materials und das Verfahren, das das Material herstellt, zu sammeln. Die Überwachungsanordnung sollte auch das flächige Material in der Nähe des anfänglichen Bearbeitens des Materials, d.h. nahe der Nasspartie einer Papierherstellungsmaschine, überwachen und fähig sein, die Gleichförmigkeit der Bahnen des flächigen Materials unabhängig zu steuern bzw. zu regeln. Falls die Eigenschaften des flächigen Materials in Absolutwerten gesteuert bzw. geregelt werden sollen, sollten sie von einem zweiten Sensor, vorzugsweise einem ortsfesten Sensor, gesteuert bzw. geregelt werden, der die Bahn in der Nähe der Endbearbeitung des flächigen Materials überwacht.

Diese Anforderung wird durch die Verfahren und die Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung erfüllt, bei denen eine Bahn aus flächigem Material zur Messung und Steuerung bzw. Regelung von einer von mehreren Charakteristiken oder Eigenschaften der Bahn während der Herstellung überwacht wird.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein System zum Steuern bzw. Regeln einer Maschine, die ein Produkt in der Form einer sich bewegenden Bahn aus flächigem Material herstellt: einen ersten Sensor, der sich im Wesentlichen benachbart der anfänglichen Bearbeitung der Bahn aus flächigem Material befindet, um die Bahn aus flächigem Material über die gesamte Querrichtung der Bahn hinweg zu überwachen und erste Bahnsignale zu erzeugen, die für die Bahn aus flächigem Material aussagekräftig sind; und ein Steuer- bzw. Regelgerät, das auf die ersten Bahnsignale reagiert, um die Maschine zu steuern bzw. zu regeln, um die Gleichförmigkeit der Bahn aus flächigem Material, ungeachtet der absoluten Anforderungen an die Bahn aus flächigem Material, aufrechtzuerhalten.

Vorzugsweise umfasst der erste Sensor einen ortsfesten Bahnsensor, der sich über die gesamte Querrichtung (CD) der Bahn hinweg derart erstreckt, dass die gesamte Bahn überwacht werden kann. Falls beispielsweise eine oder mehrere Zeilenabtastkameras verwendet werden, um eine Zeile von Punkten, Elementen oder Pixeln über die gesamte Bahn hinweg zu überwachen, können die Ausgangssignale der Kamera mit einer Geschwindigkeit gelesen werden, die mit der Bewegung der Bahn während ihrer Herstellung synchronisiert ist, um ein Rasterabtasten der Bahn durchzuführen. Auf jeden Fall erzeugt der Sensor gewaltige Mengen an Daten, die bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung mittels eines Nachschlagetabellenspeichers bzw. einer Darstellungslogik (look up table memory), der von digitalisierten Sensordaten und dem Ausgang aus einem Bezugsspeicher ausgesteuert wird, der spezifische Punkt-, Element- oder Pixelinformationen für die festgestellte Charakteristik oder Eigenschaft aufrechterhält, verarbeitet werden.

Die Nachschlagetabelle ist mit solchen Daten gefüllt, dass ihr Auslesen eine Charakteristik oder Eigenschaft der Bahn definiert, die durch die Daten des digitalisierten Sensors bestimmt ist, die angesichts der pixelspezifischen Daten interpretiert werden, die im Bezugsspeicher enthalten sind. Diese schnelle Verarbeitung von gewaltigen Mengen an Daten wird in einer Speicherbank in einer Form gespeichert, die ihre Anzeige und folglich ihre Interpretation durch eine Bedienungsperson einer Maschine, die die Bahn herstellt, erleichtert, und zwar zum Messen oder Überwachen der Bahn und auch zum Steuern bzw. Regeln der Maschine. Durch das Steuern bzw. Regeln des Betriebs der die Bahn herstellenden Maschine wird die Gleichförmigkeit der Bahn beträchtlich verbessert, und indem die Messungen sehr nahe an der anfänglichen Bearbeitung der Bahn durchgeführt werden, werden Korrekturen der Nichtgleichförmigkeit der Bahn schnell und genau durchgeführt.

Der erste Sensor kann einen Abtast-Bahnsensor umfassen, der zur Bewegung über die gesamte Breite der Bahn aus flächigem Material hinweg zum Überwachen der Bahn aus flächigem Material geeignet ist und Bahnsignale erzeugt, die für die Bahn aus flächigem Material aussagekräftig sind, wobei der Abtastbahnsensor eine lineare Anordnung von Sensorelementen umfasst, die quer zur Bahn aus flächigem Material fluchtend angeordnet sind.

Alternativ kann der erste Sensor einen ortsfesten Bahnsensor umfassen, der mindestens zwei lineare Anordnungen von Sensorelementen aufweist, die sich über mindestens zwei Bereiche der Bahn aus flächigem Material erstrecken, um die mindestens zwei Bereiche der Bahn aus flächigem Material zu überwachen und Bahnsignale zu erzeugen, die für die mindestens zwei Bereiche der Bahn aus flächigem Material aussagekräftig sind.

Da Messungen, die in der Nähe der anfänglichen Materialbahn-Herstellung durchgeführt werden, für das fertiggestellte Bahnprodukt nicht aussagekräftig sein können, kann ein zweiter Sensor in der Nähe der fertiggestellten Bahn vorgesehen sein, um die absoluten Charakteristiken und Eigenschaften der Bahn zu messen und zu steuern bzw. zu regeln. Der Sensor kann ein zweiter ortsfester Sensor sein, der die Bahn in der Nähe einer Bahnaufnahme- oder Sammelrolle überwacht. Alternativ wird für das Messen und Steuern bzw. Regeln des Flächengewichts das Gewicht der Sammelrolle überwacht und mit der Bahnbreite und der Betriebsgeschwindigkeit der Maschine kombiniert, um das absolute Flächengewicht für die Bahn zu bestimmen. So können die Gleichförmigkeit der Bahn und die absoluten Werte der Charakteristiken und Eigenschaften der Bahn durch die Erfindung der vorliegenden Anmeldung gemessen und gesteuert bzw. geregelt werden.

So überwacht der erste Sensor des Systems vorzugsweise eine gegebene Charakteristik der Bahn aus flächigem Material, und das System kann des weiteren einen zweiten ortsfesten Bahnsensor zum Messen der gegebenen Charakteristik der Bahn aus flächigem Material und zum Erzeugen von zweiten Bahnsignalen umfassen, die für die Bahn aus flächigem Material aussagekräftig sind. Das Steuer- bzw. Regelgerät spricht vorzugsweise auf die ersten und zweiten Bahnsignale an, um die Maschine zu steuern bzw. zu regeln und eine Gleichförmigkeit und einen absoluten Wert der gegebenen Charakteristik in der Bahn aus flächigem Material aufrechtzuerhalten. Der zweite ortsfeste Bahnsensor kann eine Rollenabtastvorrichtung zum Messen des Gewichts einer Rolle umfassen, die die Bahn aus flächigem Material aufnimmt, während sie hergestellt wird.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Steuern bzw. Regeln einer Maschine, die ein Produkt in der Form einer Bahn aus flächigem Material herstellt: Betreiben der Maschine zur Herstellung einer Bahn aus flächigem Material; Überwachen der Bahn aus flächigem Material über die gesamte Querrichtung der Bahn hinweg an einem Ort, der sich im Wesentlichen benachbart zu der anfänglichen Bearbeitung der Bahn aus flächigem Material befindet, Erzeugen von Bahnsignalen, die für die Bahn aus flächigem Material aussagekräftig sind; und Steuern bzw. Regeln der Maschine in Reaktion auf die Bahnsignale, um eine Gleichförmigkeit der Bahn aus flächigem Material, ungeachtet der absoluten Anforderungen an die Bahn aus flächigem Material, sicherzustellen.

Der Schritt des Überwachens der Bahn aus flächigem Material an einem Ort, der sich im Wesentlichen benachbart zur anfänglichen Bearbeitung befindet, kann das Überwachen einer gegebenen Charakteristik der Bahn umfassen, und das Verfahren kann des weiteren die folgenden Schritte umfassen: Überwachen des Produkts an einem Ort, der sich im Wesentlichen benachbart der Endbearbeitung der Bahn aus flächigem Material befindet, um Produktsignale zu erzeugen, die für eine gegebene Charakteristik des Produkts aussagekräftig sind; und Steuern bzw. Regeln der Maschine in Reaktion auf die Produktsignale, um außerdem den absoluten Wert der gegebenen Charakteristik der Bahn aus flächigem Material zu steuern bzw. zu regeln.

Der Schritt des Überwachens des Produkts an einem Ort im Wesentlichen benachbart der Endbearbeitung der Bahn aus flächigem Material kann den Schritt des Überwachens des Gewichts des Produkts, während es sich ansammelt, umfassen.

Der Schritt des Überwachens der Bahn aus flächigem Material kann den Schritt des Anordnens eines ersten ortsfesten Flachmaterialsensors an einem ersten Ort entlang des flächigen Materials im Wesentlichen benachbart der anfänglichen Bearbeitung des flächigen Materials umfassen, und der Schritt des Erzeugens von Bahnsignalen, die für die Bahn aus flächigem Material aussagekräftig sind, kann die folgenden Schritte umfassen: Betreiben des ersten ortsfesten Flachmaterialsensors zum Erzeugen von ersten Sensorsignalen, die für mindestens eine erste Charakteristik von diskreten Elementen des flächigen Materials aus ersten Ort aussagekräftig sind; Umwandeln der ersten Sensorsignale in erste digitale Signale, die Größen aufweisen, die die mindestens erste Charakteristik der diskreten Elemente des flächigen Materials an dem ersten Ort darstellen, Ansteuern eines Bezugsspeichers in Synchronität mit den diskreten Elementen des flächigen Materials, um auf die elementenspezifischen Informationen für die diskreten Elemente zuzugreifen; Adressieren einer Nachschlagetabelle mit den ersten digitalen Signalen und den elementenspezifischen Informationen, um aus der Nachschlagetabelle physikalische Eigenschaftsinformationen für das flächige Material entsprechend den ersten Sensorsignalen zu gewinnen; und Steuern bzw. Regeln der Herstellung des flächigen Materials in Reaktion auf die physikalischen Eigenschaftsinformationen, um die Gleichförmigkeit der mindestens einen physikalischen Eigenschaft des flächigen Materials aufrechtzuerhalten.

Das Verfahren kann des weiteren die folgenden Schritte umfassen: Anordnen eines zweiten Flachmaterialsensors an einem zweiten Ort entlang des flächigen Materials in Nachbarschaft zur Endbearbeitung des flächigen Materials; und Betreiben des zweiten Flachmaterialsensors zum Erzeugen von Produktsignalen, die für eine gegebene Charakteristik der Bahn aus flächigem Material aussagekräftig sind. Der Schritt des Betreibens des zweiten Flachmaterialsensors zum Erzeugen von Produktsignalen kann den Schritt des Überwachens des Gewichts des flächigen Materials, während es sich ansammelt, umfassen.

Der Schritt des Überwachens der Bahn aus flächigem Material an einem Ort, der sich im Wesentlichen benachbart zur anfänglichen Bearbeitung der Bahn aus flächigem Material befindet, kann den Schritt des Empfangens von Licht, das für das Produkt aus der Bahn aus flächigem Material aussagekräftig ist, umfassen, und der Schritt des Erzeugens von Bahnsignalen, die für die Bahn aus flächigem Material aussagekräftig sind, kann das Erzeugen von Bahnsignalen in Reaktion auf das von der Bahn aus flächigem Material empfangene Licht umfassen.

Das Verfahren kann des weiteren die folgenden Schritte umfassen: Überwachen des flächigen Materials an einem Ort, der sich im Wesentlichen benachbart zur Endbearbeitung des flächigen Materials in einer Flachmaterial-Herstellungsmaschine befindet, um Flachmaterial-Signale zu erzeugen, die für eine gegebene Charakteristik des Flachmaterials aussagekräftig sind; und Steuern bzw. Regeln der Maschine in Reaktion auf die Flachmaterial-Signale, um außerdem den absoluten Wert der gegebenen Charakteristik des Flachmaterials zu steuern bzw. zu regeln.

Vorzugsweise umfasst die gegebene Charakteristik oder Eigenschaft das Flächengewicht, und der Schritt des Überwachens des Flächenmaterials an einem Ort, der sich im Wesentlichen benachbart zur Endbearbeitung des Bogenmaterials befindet, umfasst – ebenfalls bevorzugt – den Schritt des Überwachens des Gewichts des Flächenmaterials, während es sich ansammelt.

So ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verbesserte Verfahren und Vorrichtungen zum Überwachen von Bahnen von flächigem Material zum Messen einer oder mehrerer Charakteristiken und Eigenschaften des flächigen Materials zu schaffen; verbesserte Verfahren und Vorrichtungen zum Überwachen von Bahnen aus flächigem Material zum Messen von einer oder mehreren der Charakteristiken und Eigenschaften des flächigen Materials zu schaffen und diese Charakteristiken und Eigenschaften. zu verwenden, um die Maschine, die die Bahnen herstellt, schnell zu steuern bzw, zu regeln; verbesserte Verfahren und Vorrichtungen zum Überwachen von Bahnen aus flächigem Material zu schaffen, wobei Daten für die statistische Analyse des Materials und des Verfahrens, mit dem das Material hergestellt wird, gesammelt werden; verbesserte Verfahren und Vorrichtungen zum Überwachen von Bahnen aus flächigem Material benachbart zur anfänglichen Bearbeitung des Materials zum Messen der Gleichförmigkeit der Bahnen aus flächigem Material zu schaffen; verbesserte Verfahren und Vorrichtungen zum Überwachen von Bahnen aus flächigem Material benachbart zur anfänglichen Bearbeitung des Materials zum Messen und unabhängigen Steuern bzw. Regeln der Gleichförmigkeit der Bahnen aus flächigem Material zu schaffen; und verbesserte Verfahren und Vorrichtungen zum Überwachen von Bahnen aus flächigem Material zu schaffen, wobei die Charakteristiken oder Eigenschaften des flächigen Materials durch Signale von einem zweiten Sensor, vorzugsweise einem ortsfesten Sensor, absolut gesteuert bzw. geregelt werden, wobei die Bahn in der Nähe der Endbearbeitung des flächigen Materials überwacht wird.

Andere Aufgaben oder Gegenstände, bevorzugte Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung, den beiliegenden Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen ersichtlich.

Damit die Erfindung leichter verstanden werden kann, wird nun Bezug genommen auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Papierherstellungsmaschine, die die Erfindung der vorliegenden Anmeldung beinhaltet;

2 eine schematische, perspektivische Darstellung von drei unterschiedlichen Ausführungsformen von optischen Bahnsensoren für die vorliegende Erfindung;

3 ein Blockdiagramm eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung zum Messen und Steuern bzw. Regeln der Herstellung des flächigen Materials;

4 ein kartesisches Diagramm, das das Adressieren und den Inhalt eines Nachschlagetabellenspeichers von 3 darstellt;

5 eine Reihe von Linien, die in das kartesische Diagramm von 4 eingezeichnet sind und die die Messzonen für definierte Bahn-Messgrenzen segmentieren;

6 einen auszugsweisen Bereich von Eintragungen in einem Darstellungslogikspeicher (Nachschlagetabellenspeicher) von 3;

7 eine Anzeige einer Gleichförmigkeits-Korrekturroutine im Mikromaßstab für Daten, die aus 5 Abtastungen von 5 Detektorelementen einer Kamera gemäß 3 gesammelt wurden;

8 ein Speicherbereichsdiagramm für ein Gleichförmigkeitsprofil einer Bahn; und

9 ein Profilereignisdiagramm für Daten, die aus den 5 Abtastungen der 5 Detektorelemente einer Kamera gemäß 3 gesammelt wurden.

Während die vorliegende Erfindung ganz allgemein auf das Messen und Steuern bzw. Regeln der Herstellung vieler unterschiedlicher Arten von Bahnen aus flächigem Material anwendbar ist, wird sie hier unter Bezugnahme auf Papierbahnen beschrieben, für die sie besonders gut anwendbar ist und anfänglich angewendet wurde. Des weiteren ist zu beachten, dass, während die Erfindung unter Bezugnahme auf das Messen und Steuern bzw. Regeln der Herstellung einer Papierbahn in Abhängigkeit von einer optischen Überwachung beschrieben wird, andere Formen von Sensoren bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. So ist die Erfindung ganz allgemein auf Verfahren und Vorrichtungen zum Überwachen oder Verarbeiten von Signalen anwendbar, die eine Wechselwirkung mit oder eine Emanation aus einer Bahn aus flächigem Material darstellen. Solche Signale können das Ergebnis von Sensoren sein, die Schall, Licht, Strahlung oder andere gegenwärtig verwendete oder später entwickelte Sensortechnologien verwenden.

Unter Bezugnahme auf 1 veranschaulicht eine Papierherstellungsmaschine 100 schematisch die Erfindung der vorliegenden Anmeldung zum Messen und Steuern bzw. Regeln der Herstellung einer Papierbahn 102. Die Maschine 100 umfasst einen kopfständigen Behälter 104, der einen Behälterschlitz durch eine Schlitzlippe definiert, die entlang ihrer Länge durch eine Vielzahl von Stellgliedzellen 106 gesteuert bzw. geregelt wird. Eine Pulpeaufschlämmung von in Wasser suspendierten Fasern wird von einem Vorrat 108 aus über ein Versorgungsventil 110 dem kopfständigen Behälter 104 derart zugeführt, dass die Aufschlämmung auf ein Gitter oder Sieb 112 aufgebracht werden kann, um die Papierbahn 102 zu bilden.

Während die Bahn 102 entlang des Gitters oder Siebes 112 befördert wird, wird der Bahn 102 überschüssiges Wasser entzogen, die dann das Gitter oder Sieb 112 verlässt und durch eine Nasspresse 114 hindurchgeführt wird. Auf die Bahn 102 können Trockenzylinder 116, 118, eine Leimpresse 120, ein Kalanderstapel 122 und andere Vorrichtungen und Bearbeitungsstationen (nicht gezeigt) einwirken, bevor sie auf eine Aufnahme- oder Sammelrolle 124 aufgewickelt wird.

Ein Bedienungsplatz 126 umfasst ein Prozessorsystem 127 zum Steuern bzw. Regeln der Papierherstellungsmaschine 100 durch verschiedene Mittel, einschließlich einer Vielzahl von Stellgliedzellen 106, des Versorgungsventils 110 und der anderen Vorrichtungen und Bearbeitungsstationen, die entlang des Wegs der Bahn 102 durch die Maschine 100 verwendet werden. Der Bedienungsplatz 126 umfasst eine Tastatur 128 für das Eingeben. von Informationen in das und für die Steuerung des Prozessorsystems 127, um dadurch die Maschine 100 zu steuern bzw. zu regeln, und eine Anzeige 130, mittels der eine Bedienungsperson der Maschine 100 über Maschinenvorgänge, Maschineneinstellungen und dergleichen und auch die Messungen und Steuerungen bzw. Regelungen gemäß der Erfindung der vorliegenden Anwendung informiert wird.

Das Prozessorsystem 127 des Bedienungsplatzes 126 empfängt Bahnsignale von mindestens einem Sensor zum Messen und Steuern bzw. Regeln der Bahn 102 des Materials, während es hergestellt wird. In 1 umfasst ein erster Bahnsensor vorzugsweise einen ortsfesten Bahnsensor 132, der bei der veranschaulichten Ausführungsform einen optischen Sensor mit einer Lichtquelle 134 auf einer Seite der Bahn 102 und eine Kamera 136 auf der gegenüberliegenden Seite der Bahn 102 aufweist, um Licht von der Lichtquelle 134, das durch die Bahn 102 fällt, abzutasten. Vorzugsweise sorgt die Lichtquelle für Licht über die gesamte Breite oder Querrichtung (CD) der Bahn 102 hinweg, und die Kamera 136 umfasst eine oder eine Reihe von Kameras, die die gesamte Breite der Bahn 102 überwachen können.

Während das Hindurchfallen von Licht in 1 dargestellt ist, ist ersichtlich, dass Licht von der Bahn 102 entweder nach dem Hindurchtreten durch die Bahn 102 hindurch und/oder nach der Reflexion von der Bahn 102 in Abhängigkeit von der bzw. den Eigenschaft(en), die überwacht wird bzw. werden, empfangen wird. Ein Beispiel eines Detektierens von reflektiertem Licht ist im US-Patent Nr. 4,950,911 gezeigt, das ein Flächenmaterial-Untersuchungssystem offenbart und hier durch Bezugnahme aufgenommen ist. Des weiteren können, während optische Sensoren gezeigt sind, andere Bahnsensoren in der Erfindung der vorliegenden Anmeldung verwendet werden.

2 zeigt drei unterschiedliche Ausführungsformen von optischen Bahnsensoren für die vorliegende Erfindung. Die erste Ausführungsform eines optischen Bahnsensors WS1, der sich über die gesamte Breite oder CD einer Bahn 102a hinweg erstreckt und diese überwacht, umfasst eine Reihe von fünf (5) Kameras 138, die über der Bahn 102 gehalten werden und überlappende Betrachtungsfelder schaffen, um die gesamte Breite oder CD der Bahn 102a abzubilden. Jede der Kameras 138 umfasst eine lineare Detektoranordnung von Sensorelementen oder ein Äquivalent einer solchen Anordnung, um Bildsignale zu erzeugen, die für einzelne Elemente der Bahn 102a aussagekräftig sind. Selbstverständlich können mehr oder weniger Kameras in Abhängigkeit beispielsweise von der Kamerakonstruktion und der Breite der Bahn, die überwacht wird, vorgesehen werden. Die Bahn 102a wird von oben mit Hilfe einer Lichtquelle 140 für das Abtasten von reflektiertem Licht durch die Kameras 138 beleuchtet und/oder die Bahn 102a wird von unten mit Hilfe einer Lichtquelle 142 für das Abtasten von durchtretendem Licht durch die Kameras 138 beleuchtet.

Die zweite Ausführungsform eines optischen Bahnsensors WS2, der mindestens zwei Bereiche der Bahn 102a überwacht, umfasst drei Kameras 144, die drei Bereiche der Bahn 102a überwachen, wie in 2 gezeigt: die Kamera 144a überwacht die Vorderseite der Bahn 102a, die Kamera 144b überwacht den mittleren Teil der Bahn 102a und die Kamera 144c überwacht die rückwärtige Seite der Bahn 102c. Jede der Kameras 144 umfasst eine lineare Detektoranordnung von Sensorelementen oder ein Äquivalent einer solchen Anordnung. Wiederum kann die Bahn 102a von oben durch eine oder mehrere Lichtquelle(n) beleuchtet werden, wobei drei entsprechende Lichtquellen 146a–146c gezeigt sind, und/oder von unten durch eine Lichtquelle 148, die sich vollständig über die Bahn 102a hinweg erstrecken oder aus zwei, drei oder mehr einzelnen Quellen bestehen kann, um die Bahn 102a von unten angemessen zu beleuchten.

Die dritte Ausführungsform eines optischen Bahnsensors WS3, der die gesamte Breite oder CD der Bahn 102a überwacht, umfasst einen Abtastbahnsensor. Bei dieser Ausführungsform wird eine Kamera 150, die eine lineare Detektoranordnung von Sensorelementen oder ein Äquivalent einer solchen Anordnung umfasst, von einem Abtastrahmen 152 zur Hin- und Herbewegung über die Bahn 102a hinweg in Querrichtung (CD), d.h. quer zur Bewegungsrichtung der Bahn 102a, gehalten. Die Bahn 102a kann von oben durch eine Lichtquelle 154 und/oder von unten durch eine Lichtquelle 156 beleuchtet werden, die ebenfalls mit Hilfe des Abtastrahmens 152 über die Bahn 102a hinweg hin und her bewegt wird. Die Lichtquellen können beliebige aus einer Vielzahl von bekannten Quellen sein, einschließlich beispielsweise der Lichtquelle, die im US-Patent 4,954,891 gezeigt ist, das hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.

Während jede der in 2 gezeigten Ausführungsformen des optischen Bahnsensors in der Erfindung der vorliegenden Anmeldung verwendet werden kann, ist die erste Ausführungsform WS1 die gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform, und dementsprechend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf diese Ausführungsform beschrieben. Das Verfahren und die Vorrichtungen der vorliegenden Anmeldung zum Messen und Steuern bzw. Regeln der Herstellung eines flächigen Materials, einer Papierbahn, wird nun unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.

Ein Kamera-Steuer- bzw. -Regelgerät 160 umfasst einen Kameramultiplexer 162 zum Multiplexen der Zeilengeschwindigkeits- und Datengeschwindigkeitstaktungen aus einer Taktregelungsschaltung 164 zu einer oder mehreren Zeilenabtastkameras 166, wobei siliciumladungsgekoppelte Schaltungs- (CCD-) Kameras in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Die Zeilenabtastkameras 166 werden synchron zur Bewegung der Bahn 102 bewegt, um ein Rasterabtasten der Bahn 102 zu bewirken. Selbstverständlich können ausreichend schnelle oder getaktete Rasterabtastkameras, d.h. Kameras, bei denen mehr als eine Linie von Detektoren über die Bahn 102 hinweg angeordnet ist, bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, da die Bilddaten aus solchen Rasterabtastkameras auf einer zeilenweisen Basis extrahiert werden können.

Die Taktregelungsschaltung 164 erzeugt auch Takt- und Zeilen-Gleichlauf-Signale für einen digitalen Signalprozessor 168 aus den Zeilengeschwindigkeits- und Datengeschwindigkeitsechos, die mit Bezug auf analoge Videosignale synchronisiert sind, die von den Zeilenabtastkameras 166a bis 166x empfangen werden. Das Kamera-Steuer- bzw. -Regelgerät 160 führt auch eine Gleichstromwiederherstellung für Signale aus den Zeilenabtastkameras 166a bis 166x, analog über einen Analogprozessor 170 verarbeitend, und eine Zeilensynchronisation von Videosignalen aus den Zeilenabtastkameras 166a bis 166x zu einem (einzigen) Videosignal zur Eingabe in den digitalen Signalprozessor 168 durch. Beispielsweise liefern Zeilenabtastkameras oft Videosignale in zwei Kanälen A und B, die aufgrund von unterschiedlicher Elektronik innerhalb der beiden Kanäle unabhängig abgeglichen werden sollten.

Die Videosignale können in einem Modus mit einem einzigen Detektor, d.h. einer CCD, einem Ladungsinjektions-Bauelement (CID) oder einer äquivalenten Detektionszelle pro Messung oder in einem Modus mit zwei Detektoren pro Messung, 1D/M oder 2D/M, ausgegeben werden. Falls Paare von Detektoren kombiniert werden, beispielsweise um zu verhindern, dass fehlangepasste Kanäle einen Streifeneffekt, oft als "Zebrastreifen" bezeichnet, verursachen, dann werden die Detektoren-Paare durch eine Videosteuerschaltung 172 kombiniert, die auch die Zeilenabtastkamerabanktaktsteuerung zum RS-170 TV-Standard für die VCR-Aufzeichnung von Zeilenabtastungen erfüllt und eine Standard-TV-Flächenkamera oder eine VCR-Standard-TV-Wiedergabe mit dem digitalen Signalprozessor 168 anschließt. Der Kameraabschnitt umfasst auch eine serielle Schnittstellenverknüpfungsschaltung 174 zum Anschließen an (einen) zentrale(n) Prozessor(en) 127a des Prozessorsystems 127. Das Kamera-Steuer- bzw. –Regelgerät 160 kann aus im Handel erhältlichen Komponenten hergestellt sein, wie dies für Fachleute ersichtlich ist und nachstehend nur in dem Umfang beschrieben wird, der für das Verständnis der Erfindung der vorliegenden Anmeldung erforderlich ist.

Ein Analog-Digital- (A/D-) Wandler 176 des digitalen Signalprozessors 168 wandelt von dem Kamerasteuer- bzw. Regelgerät 160 empfangene, analoge Videosignale in digitale Videosignale oder digitale Punkt-, Element- oder Pixelsignale mit Größen um, die der Intensität der elektromagnetischen Strahlung entsprechen, die von den entsprechenden Punkten an der Bahn 102 aus flächigem Material empfangen wurden. Die digitalen Videosignale werden durch einen Darstellungslogik- bzw. Nachschlagetabellenspeicher 178, der durch die digitalen Videosignale angesteuert wird, und entsprechende Pixelbezugswerte, die in einem Bezugsspeicher 180 auf einer pro Pixel (oder Pixelpaar-) Basis gespeichert sind, verarbeitet. Das Auslesen aus dem Nachschlagetabellenspeicher 178 ist dementsprechend eine Funktion von sowohl den digitalen Videosignalen als auch einem entsprechenden gespeicherten Bezugswert und ist für diese repräsentativ.

Eine Ereignis- und Graustufen-Parserschaltung 182 parst die funktionelle Ausgabe des Darstellungslogik- oder Nachschlagetabellenspeichers 178 in Ereignis- und Pegelsignale, die zusammen mit Adressen- (Positions-) Signalen zu einer Histogrammschaltung 184 übertragen werden. Ein Positionslogik- und Takt-Generator 186 erzeugt alle Takte, die für den digitalen Signalprozessor 168 und die Histogrammschaltung 184 benötigt werden. Der digitale Signalprozessor 168 kann sich auch einen Schnappschuss von entweder den Rohdaten aus dem A/D-Wandler 176 oder den Ausgabedaten aus dem Nachschlagetabellenspeicher 178 in einem Schnappschussspeicher 188 "aneignen" und auf Anforderung einen sich ergebenden Schnappschuss oder Datensatz an eine externe Einheit wie den bzw. die Hostprozessor(en) 127a des Prozessorsystems 127 zur Darstellung oder weiteren Verarbeitung liefern.

Die Sortier- und Packungsschaltungen 190, 192 der Histogrammschaltung 184 sortieren und packen ankommende Ströme von Ereignis-, Pegel- und Adress- (Positions-) Signalen, die sie von dem digitalen Signalprozessor 168 erhalten, gemäß einer aus einer Reihe von wählbaren Histogrammier-Betriebsarten, die nachstehend beschrieben werden. Eine Histogrammbetriebsart-Steuerschaltung 194 steuert die Betriebsart-Multiplexerschaltungen 196, 198 und eine Inkrement- oder Additionsschaltung 200 zum inkrementalen oder additiven Speichern der gepackten Signale in einer von zwei unabhängigen Histogrammspeicherbanken, der Bank A 202 und der Bank B 204. Die Histogrammschaltung 184 liefert dann einen der beiden Datensätze, die in der Speicherbank A 202 und der Speicherbank B 204 enthalten sind, auf Anforderung an eine externe Einheit, wie den bzw. die Hostprozessor(en) 127a des Prozessorsystems 127 zur Darstellung oder weiteren Verarbeitung.

Im Vergleich zum Stand der Technik liefert die Erfindung der vorliegenden Anmeldung ein klareres Bild der räumlichen und zeitlichen Veränderlichkeit der Flachmaterial-Eigenschaften sowohl für das schnelle und genaue Messen der Bahn 102, während sie hergestellt wird, als auch zum Steuern bzw. Regeln des Herstellungsverfahrens. Die Kameras 138, bei denen eine oder mehrere lineare Anordnungen von Sensorelementen verwendet werden, tun dies durch das Bilden eines dynamischen Bilds der Flachmaterialeigenschaften unter Verwendung der Materialbewegung selbst, um eine Rasterabdeckung in Maschinenrichtung (MD) zu liefern, während eine elektronische Abtastung durch die eine oder die mehreren Detektoranordnung(en) in Richtung quer zur Maschine- (CD) erfolgt.

Bei den Kameras 138 werden zum Abtasten von optischer Energie aus Strahlungsquellen in den sichtbaren Bereichen oder den Bereichen des nahen Infrarot des elektromagnetischen Spektrums eine oder mehrere lineare Detektoranordnungen verwendet. Die abgetastete Quellenenergie trifft nach Durchtritt durch die und/oder nach Reflexion von der Bahn 102 auf den Kameras 138 auf. Die Intensität, der Spektralgehalt und die Polarisation der von jedem Element der einen oder mehreren linearen Anordnungen empfangenen Quellenenergie wird durch die Wechselwirkung, die Streuung und/oder Absorption mit der durch die Bahn 102 verändert und trägt folglich Informationen über die Gleichförmigkeit oder Veränderlichkeit der Fasern, der Feuchtigkeit und anderer Eigenschaften der Bahn 102.

Erfindungsgemäß steuert bzw. regelt das System von 3 die Kameraabtastungen, sammelt die Videoinformationen von den Detektoranordnungen und standardisiert, organisiert, verarbeitet, komprimiert und packt die Daten der Anordnungen zu knappen Formaten, die sich für die Steuerungsalgorithmuseingabe, die Bilddarstellung und die Extraktion kompakter Datenmerkmale eignen. Das System kann eine Multiplizität von rechtwinkligen Bildern für unterschiedliche Aufgaben, einschließlich der 100%igen Flächen-Abdeckung von Rand zu Rand, Ausschnittsproben der Eigenschaften im Mikromaßstab, Proben von Streifen in Maschinenrichtung mit der Breite zwischen einem Pixel und einer ausgewählten Vielzahl von Pixeln für die Häufigkeitsanalyse der Maschinenintegrität, ausgewählte, superfeine CD-Geschehnisse, ausgewählte Abbildungen der Stellgliedwirkung und Durchschnitts- und Varianzstatistiken mit Bezug auf ein beliebig ausgewähltes Wahl-Rechteck liefern. Um den Betrieb und die Vielseitigkeit des Systems von 3 zu veranschaulichen, werden nun Beispiele der Messungen und Maschinensteuerung bzw. -regelung unter Bezugnahme auf den digitalen Signalprozessor 168 und die Histogrammschaltung 184 beschrieben.

Bei einer Arbeitsausführungsform der Erfindung der vorliegenden Anmeldung umfasst der Darstellungslogik- bzw. Nachschlagetabellenspeicher 178 65536 = 256 × 256 Bytes. Es gibt 8 Eingangs-Adressbitleitungen an der linken Seite des Speichers 178 in 3, die 256 verschiedene Codes oder Adressen tragen können, und 8 Eingangs-Adressbitleitungen an der Unterseite, die weitere 256 Adressen tragen können. So ist der gesamte Adressraum des Speichers 178 durch das 16-Bit-Adressfeld oder eher zwei 8-Bit-Unterfelder abgedeckt. Bei normalem Betrieb werden die 8-Bit-Leitungen an der linken Seite des Speichers 178 vom A/D-Wandler 176 aus versorgt, und die 8-Bit-Leitungen an der Unterseite des Speichers 178 werden vom Bezugsspeicher 180 aus versorgt. Es ist jedoch auch möglich, den Nachschlagetabellenspeicher 178 direkt zu adressieren, um den Speicher 178 mit geeigneten Tabellenladedaten aus dem bzw. den Hostprozessor(en) 127a des Prozessorsystems 127 zu beladen.

Für diese Ausführungsform umfasst der Bezugsspeicher 180 32768 Bytes. Der digitale Signalprozessor 168 wählt die Daten, die aus dem Bezugsspeicher 180 ausgelesen werden sollten, sequentiell in Synchronität zu den digitalen Videosignalen aus dem A/D-Wandler 176 aus. So steuert bei normalem Betrieb, da jede ankommende Videomessung (eine oder zwei Detektorantworten pro Messung, 1D/M oder 2D/M) A/D-umgewandelt wird und den Darstellungslogikspeicher 178 ansteuert, ein Bezugswert, der für genau diese Messung spezifisch ist und aus dem Bezugsspeicher 180 ausgelesen wird, auch den Nachschlagetabellenspeicher 178 an. Das Ergebnis ist ein Nachschlagetabellenausgabebyte für die i-te Positionsmessung, die eine zweifach variable Funktion der zwei Eingabebytes ist, die sich auf die gleiche Position beziehen: Nachschlagetabellen-(LUT-) Speicherausgabe_i = f (digitalisiertes Videobyte_i, Bezugsspeicherbyte_i). Diese allgemeine Funktionalität wird durch die Natur der in den Bezugsspeicher 180 und den Nachschlagetabellenspeicher 178 geladenen Daten in spezifische Benutzung genommen.

Für den Betrieb des Nachschlagetabellenspeichers 178 wird das eingehende Videosignal für die i-te Position durch den A/D-Wandler 176 in eine der 256 Ebenen oder Codes digitalisiert. Die A/D-Wandlerausgangcodes DV_i, dargestellt als Dezimalzahlen, können als y-Achsen-Ankreuzmarkierungen oder -Gitterlinien auf einem x-y-Diagramm betrachtet werden, wobei die Ausgabebytes DR_i aus dem Bezugsspeicher 180, als Dezimalzahlen dargestellt, als x-Achsen-Ankreuzmarkierungen oder -Gitterlinien auf dem x-y-Diagramm betrachtet werden, wie dies in 4 gezeigt ist. Für diese Darstellung kann jede Gitterkreuzungsstelle als das Ausgabebyte für den Darstellungslogikspeicher 178 in einer durch einen Kreis dargestellten Speicherzelle enthaltend angesehen werden.

Die Ausgabebytes des Bezugsspeichers 180 stehen im Allgemeinen in einer Beziehung zur Standardisierung des Verfahrens, das gemessen und gesteuert bzw. geregelt wird. Während dies ganz allgemein der Fall für das Papierherstellungsverfahren von 1 ist, ist hier, im Gegensatz zu einer Standardisierung von absoluten Sensorwerten zu exakten physikalischen Messungen, wie beispielsweise bei einem herkömmlichen Abtastsensor verwendet, die Bestimmung für die Werte, die innerhalb des Bezugsspeichers 180 enthalten sind, mehr eine Sache der Festlegung der Normalität. Dementsprechend wird die Werteauswahl für den Inhalt des Bezugsspeichers 180 vorliegend Normalisierung genannt.

Der Nachschlagetabellenspeicher 178 und der Bezugsspeicher 180 der vorliegenden Erfindung können in einer großen Vielzahl unterschiedlicher Arten verwendet werden, von denen zwei nachstehend für zwei unterschiedliche Messungen beschrieben werden, die an der Bahn 102 durchgeführt werden können. Für optische Messungen der Erzeugung und Maschinenrichtungs-Stichprobenmessungen wird der Bezugsspeicher 180 mit durchschnittlichen Reaktionswerten geladen, die während der Szenennormalisierung festgelegt werden, und der Tabellenspeicher 178 wird mit Ereignisinformationen über fünf oder mehr Reaktionspegelzonen geladen. Für Messungen der optischen Gleichförmigkeit wird der Bezugsspeicher 180 mit oberen und unteren Grenzwerten beladen, die während der Szenenormalisierung festgelegt werden, und der Nachschlagetabellenspeicher 178 wird sowohl mit Ereignis- als auch mit Pegelinformationen, die auf diesen Grenzwerten basieren, beladen. Jede dieser Verwendungen wird nachstehend vollständig beschrieben.

Bei der vorliegenden Erfindung ist es möglich, viele einzelne Zeilenabtastungen einer Szene, die als Darstellung der Normalität gewählt wurde, Pixel für Pixel und in Echtzeit zu speichern, zu lesen, zu summieren und zu mitteln. Für die hoffentlich reizarme Szene einer sich bewegenden Papierbahn ist dies nicht mehr als der Durchschnitt eines längeren Blicks auf die Bahn 102. Der durchschnittliche, digitalisierte optische Signalwert für ein Pixel wird dann als Bezugsspeicherbyte für dises Pixel gespeichert. Ein digitalisiertes, normales Videosignal DVN für die i-te Messung ist: DVN_i = DO_i + OAG * PN_i wobei der Index i besagt, dass alle Werte für die i-te Messung oder Pixel gelten, PN die normale physikalische Eigenschaft des abgetasteten Flachmaterials ist, OAG die Gesamtverstärkung vom physikalischen Eigenschaftswert zur digitalen Bytewirkung ist und DO die digitalisierte Regelabweichung aufgrund einer nichtidealen Elektronik und der Erzeugung von Dunkelpixelladung ist.

Als nächstes ist, da regelförmige Messungen von der Postnormalisierungs-Bildabtastung hereinströmen, das Ergebnis ein digitalisiertes Videosignal DV mit: DV_i = DO_i + OAG_i (*PN_i + &Dgr;P_i) worin DO, OAG und PN die vorstehend angegebene Bedeutung haben und &Dgr;P_i die Abweichung der Materialeigenschaft vom Normalwert ist, die bewirkt, dass DV vom Normalwert DVN abweicht. Diese Beziehung gilt wiederum für jedes Pixel oder jede Messung mit einer möglicherweise unterschiedlichen Verstärkung und Regelabweichung für jedes Pixel.

Es kann angenommen werden, dass die Regelabweichung und die gesamte Verstärkung langsam genug variieren, sodass eine Renormalisierung nur gelegentlich im Lauf der Zeit in der Größenordnung von zig Minuten bis Stunden erforderlich ist. Es kann auch angenommen werden, dass die Regelabweichung gleichmäßig für alle ungeraden Pixel (Auslesen des A Kanals) und gleichmäßig für alle geraden Pixel (Auslesen des B Kanals) sind, jedoch zwischen A- und B-Kanälen geringfügig verschieden ist, üblicherweise aufgrund einer fehlerhaften Anpassung bei der Chipladung der Anordnungen an die Spannungswandler und die Regelabweichungen bei den Betriebsverstärkern im Kameraabschnitt. Die gesamte Verstärkung variiert, während sie für jeden Detektor stabil ist, inhärent von Detektor zu Detektor und hängt auch von der Gleichmäßigkeit der Beleuchtung, dem Winkel zur Linsenmittellinie der Kamera und der Verstärkungsfehlanpassung zwischen der Ladung des A- und B-Kanals zum Spannungswandler ab. Der schlimmste Teil dieser Veränderungen bei der Regelabweichung und der Verstärkung ist derjenige zwischen den A und B Kanälen, der eine "Zebrastreifenbildung" der Ergebnisse, wie bereits erwähnt, verursachen kann.

Um die Wirkungen der Veränderungen der Verstärkung und der Regelabweichung in der Kombination von Anordnung, Kamera, Flachmaterial und Lichtquelle auszuschalten, wird der folgende Ansatz bei der Referenz- und LUT-Beladung für die optische Bildung und Maschinenrichtungsstichprobennahme verwendet. Man nehme das Verhältnis des regelmäßigen Messergebnisses und des Normalisierungsmessergebnisses auf der Grundlage einer Messung für Messung:

Der A/D-Wandler 176 liefert DV, und DVN und DO werden während der Normalisierung gemessen, DO durch Betrachten der Dunkelreferenzdetektoren, die in die Detektoranordnung eingebaut sind. Der Bezugsspeicher 180 wird mit den DVN-Werten für jedes Pixel geladen. Die vorstehende Gleichung ist von der Form: y–y_o=m*(x–x_o) die eine gerade Linie mit einer Neigung von m darstellt und gegenüber dem Ursprung um (x_o, y_o) versetzt ist. Beim Vergleich der Gleichungen ist die Neigung nur eine partielle Abweichung (1 + &Dgr;P_i/PN_i) von der Normalität, und die Regelabweichung ist die digitalisierte Regelabweichung DO_i. Das Auftragen eines Satzes solcher Linien in dem in 4 gezeigten Nachschlagetabellen-x-y-Diagramm führt zu der graphischen Darstellung von 5, die ein Beispiel einer Normalisierungsantwort für eine interessierende Messung von 153 A/D-Einheiten zeigt, wobei die Regelabweichung 32 A/D-Einheiten beträgt. Gitterkreuzungen können durch Abweichung von der 45° "normalen" Linie identifiziert werden. Falls die regelhafte Messung bei 153 angekommen ist, wäre das Verfahren normal. Falls die Messung bei angenommen 164 ankommen würde, wäre das Verfahren bei (164 – 32)/(153 – 32)*100 Prozent oder 109 oder 9% über Normal.

Die in den Nachschlagetabellenspeicher 178 geladenen Informationen für die Herstellung und die Maschinenrichtungsstichproben umfassen Codes, die identifizieren, in welcher Zone sich die Messantwort befindet: deutlich oberhalb von normal, oberhalb von normal, normal, unterhalb von normal oder deutlich unterhalb von normal, siehe 5. Die Abweichungsgrenzen, die jede dieser Zonen definieren, können durch die Bedienungsperson der Maschine beim Start oder zu irgendeinem Zeitpunkt danach eingestellt werden, und der Nachschlagetabellenspeicher 178 wird entsprechend geladen. Beispielsweise kann eine Anwendung eine normale Zone mit ± 1%, eine Zone mit 1% bis 3% oberhalb von normal und eine. Zone mit –1% bis –6% unterhalb normal verlangen. Die entsprechenden Codes würde man dann in die entsprechenden Zonengitterpunktzellen geladen. Es ist so ersichtlich, dass die Ausgabe des Nachschlagetabellenspeichers 178 nur eine Funktion der Abweichungen der physikalischen Eigenschaften ungeachtet der einzelnen Detektorverstärkungen ist. Während hier fünf Zonen gezeigt sind, ist ersichtlich, dass es bei der Codierung der Zonen einen beträchtlichen Spielraum gibt und auch dabei, wie viele Zonen gebildet werden.

Für das Messen und das Steuern bzw. Regeln der Bogen-Gleichförmigkeit des Flachmaterials ist das Laden des Bezugsspeichers 180 und des Nachschlagetabellenspeichers 178 ziemlich unterschiedlich. Das Normalisierungsverfahren wird verwendet, um die Grenzen bei den normalen i-ten Messsignalauslenkungen durch Einstellen von hohen und niedrigen Testpegeln und Zählen der Kreuzungen, die innerhalb eines gewissen Zeitraums auftreten, beispielsweise eine Sekunde oberhalb des hohen Pegels und unterhalb des niedrigen Pegels, festzulegen. Die hohen und niedrigen Testpegel werden zurückgehalten, bis die gezählte Anzahl von Kreuzungen akzeptabel niedrig, vielleicht sogar Null ist. Die Kriterien der Akzeptabilität können durch die Bedienungsperson des Systems ausgewählt werden. Solche Pegel werden für eine Messstelle mit. jeweils einem oder zwei Pixeln während des Normalisierungsverfahrens bestimmt.

In einer Arbeitsausführungsform der vorliegenden Erfindung gibt es 16 Suchschritte für einen hohen Pegel, entsprechend A/D-Einheitspegeln von 0, 16, 32, 48, ..., 240, und 16 Suchschritte für einen niedrigen Pegel, entsprechend 0, 16, 32, ..., 240. Etwa die Hälfte der Suchschritte ist nicht möglich, d.h. der hohe Pegel ist geringer als der oder gleich dem niedrigen Pegel. Jedoch sind alle Suchschritte, bei denen der hohe Pegel höher als der niedrige Pegel ist, annehmbar. Man nehme beispielsweise an, dass das Messsignal für einen gegebenen Pixel immer innerhalb der Zone zwischen dem 112 Pegel und dem 144 Pegel liegt, einer Spanne von 32 A/D-Schritten oder Signalpegelkriterien. Dann wird die obere Grenze bei 144 eingestellt und die untere Grenze wird bei 112 eingestellt.

Das Laden des Bezugsspeichers 180 für jede Messung ist ein Byte, bei dem die signifikantesten vier Bits die obere Grenze codieren und die am wenigsten signifikanten vier Bits die untere Grenze codieren. Die Codes sind einfach die binär codierten Dezimaldarstellungen der Dezimalgrenzen, geteilt durch 16. So hat die obere Grenze 144 einen Code von 144/16 = 9, und das obere Halbbyte des Bytes ist 1001. Die untere Grenze 112 hat einen Code von 112/16 = 7 und das untere Halbbyte des Bytes ist 0111. Die Ladung in den Bezugsspeicher 180 für diese Messung ist das Byte 10010111, und das bedeutet, dass diese Messung fast immer im A/D-Einheitsbereich von 112 bis 144 zu finden ist.

Datenbytes, die in den Nachschlagetabellenspeicher 178 geladen werden, haben zwei Teile: ein oberes 4-Bit-Halbbyte, das Zonen zum Identifizieren von Veränderungen von Zonenereignissen codiert und ein unteres 4-Bit-Halbbyte, das die Spanne zwischen der unteren Grenze und der oberen Grenze in 16 Graustufenpegel teilt. Um mit dem vorstehenden Beispiel fortzufahren, wird die Zone oberhalb der Obergrenze 144, "darüber" genannt, durch 0111 codiert. Die Zone von 134 (Suchschritt) bis 144, "hohes Grau" genannt, wird durch 1011 codiert. Die Zone von 122 bis 134, "normal" genannt, wird durch 1111 codiert. Die Zone von 112 bis 122 (Suchschritt), "niedriges Grau" genannt, wird durch 1101 codiert. Die Zone unterhalb der Untergrenze 112, "darunter" genannt, wird durch 1110 codiert. Für die Graupegel werden 112 und 113 mit 0000 codiert, 114 und 115 werden mit 0001 codiert, 116 und 117 werden mit 0010, codiert, ..., und 142 und 143 werden mit 1111 codiert. Der Suchschritt der Zonengrenzen zwischen normal und hohem Grau und zwischen Normal und niedrigem Grau ist beliebig und kann durch die Bedienungsperson des Systems gewählt werden. Die Wahl der darüber und darunter beiliegenden Zonengrenzen ist auch beliebig, wird jedoch vorzugsweise als hohe und niedrige Grenze gewählt.

Für jedes Paar von Ober- > Untergrenzen gibt es ein Byteladungsmuster des Nachschlagetabellenspeichers 178 der gleichen Art wie bei dem vorstehenden Beispiel. So adressiert jede ankommende, digitalisierte Videomessung in die Ereigniszonen und Graustufenpegel eines Byteladungsmusters in der Nachschlagetabelle 178, was dem Messort entspricht und aus dem Bezugsspeicher 180 für diesen Messort ausgelesen wird. Das Ausgabebyte des Nachschlagetabellenspeichers 178 trägt Informationen über die Ereigniszone und den Graustufenpegel, wobei der Graustufenpegel, was die Messungsdefinition betrifft, von besonderem Nutzen ist, falls sich die Videomessung innerhalb der Spanne Ober – Untergrenze, d.h. in der normalen Zone, befindet.

Von besonderer Bedeutung ist, dass diese Informationen auf einer pro Messung (1 oder 2 Pixel) Basis bei einer hohen Frequenz, 10 MHz in einer Arbeitsausführungsform, bezogen auf Ergebnisse der Normalisierungslernphase, erhalten werden. Es ist ersichtlich, dass diese Form des Ladens des Nachschlagetabellenspeichers 178 und des Bezugsspeichers 180 für eine Vielzahl von Messungen und Steuer- bzw. Regelungsoperationen verallgemeinert werden kann. Des weiteren ist, während 4 Bits für jede Ereigniszone und den Graustufenwert verwendet werden, ersichtlich, dass jede angemessene Anzahl von Bits n für diese Zwecke verwendet werden könnte oder, falls gewünscht, unterschiedliche Anzahlen von Bits n und m für die Ereigniszone bzw. den Graustufenpegel verwendet werden könnten.

Die n Bit-Graustufenwerte können in der Speicherbank A 202 und der Speicherbank B 204 der Histogrammschaltung 184 gespeichert werden, indem folgende Schritte durchgeführt werden: Trunkieren der n Bits niedriger Ordnung jeder Speicheradresse zur Definition von räumlichen, 2ⁿ Bit breiten Zonen, die von resultierenden, trunkierten Speicheradressen adressiert werden; Ersetzen der trunkierten n Bits niedriger Ordnung durch die digitalen Graustufenwerte zur Bildung von 2ⁿ Datenstrukturadressen für jede der trunkierten Speicheradressen; Adressieren des Speichers mit den Datenstrukturadressen, Auslesen jedes Speicherorts, der von den Datenstrukturadressen adressiert wird oder wurde; Inkrementieren des Werts, der von jedem durch die Datenstrukturadressen adressierten Speicherort ausgelesen wurde; und Speichern des inkrementierten Werts in jeden von den Datenstrukturadressen adressierten Speicherort. Dementsprechend enthalten die innerhalb jeder räumlichen Zone adressierten Orte nicht die entsprechenden Rohpixeldaten, sondern statt dessen eine Zählung der Anzahl der Pixel innerhalb der räumlichen Zone, die den Graustufenwert besaßen, der den n Bits niedriger Ordnung der Adressen entspricht. Solche Daten erleichtern die Bildung von graphischen Graustufendarstellungen oder Histogrammanzeigen und die Durchführung verschiedener statistischer Analysen.

Während der Betrieb des Nachschlagetabellenspeichers 178 und des Bezugsspeichers 180 aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich sein sollte, wird um der Klarheit willen nun ein Beispiel, das aus einem System von fünf Detektorelementen, durch ihre vergleichbaren Detektorpositionen mit 1 bis 5 numeriert, besteht, beschrieben. Die Detektorelementpositionen werden als Index in dem Bezugsspeicher 180 derart verwendet, dass die gegenwärtigen Verweise für den Detektor #1 in der Position #1 des Bezugsspeichers 180 zu finden sind, in gleicher Weise die Verweise für den Detektor #2 in der Adresse #2 zu finden sind usw.

Der Nachschlagetabellenspeicher 178 wird mit Werten derart beladen, dass eine variable Anzahl von digitalen Videosignalen vom A/D-Wandler 176 mit den 16 Graustufenwerte verknüpft ist. Der untere Grenzwert kann als Auswahl dafür angesehen werden, welcher Bereich der 256 möglichen A/D-Digitalvideosignalwerte mit den 16 Graustufenwerten verknüpft sind. Die Differenz zwischen der Obergrenze und der unteren Grenze definiert die Verknüpfung des Bereichs der Werte. Dies wird durch einen exzerpierten Teil der Eintragungen im Nachschlagetabellenspeicher 178, der in 6 gezeigt ist, veranschaulicht.

Beide Tabelleneintragungen, die für die Referenz 11-5 (obere Grenze – untere Grenze) und den Verweis 10-5 (obere Grenze – untere Grenze) verwendet werden, beginnen beim A/D-Wert 80, während die Tabelle für die Referenz 10-4 (obere Grenze – untere Grenze) beim A/D-Wert 64 beginnt. Gleichzeitig verknüpfen die Referenzen 11-5 und 10-4 6 A/D-Werte mit jedem Graustufenwert, während die Referenz 10-5 nur 5 Werte mit jedem verknüpft. Mit anderen Worten: die untere Grenze liefert die Regelabweichung, während die Differenz zwischen der oberen Grenze und der unteren Grenze die Steigung der Umwandlung liefert. Die Ereignisdaten sind sowohl was den Mindestwert als auch was den Bereich der Werte betrifft, die mit den Ereignisdatenpegeln verknüpft sind, auf eine Weise ähnlich der Graustufenwertverknüpfung skaliert.

Unter diesen Anfangsbedingungen wird der Langzeit-Durchschnitt für diese fünf Detektoren bestimmt, und er wird verwendet, um die oberen und unteren Grenzwerte in den Bezugsspeicher 180 zu laden. Zur Veranschaulichung sei angenommen, dass es gewünscht wird, den Langzeit-Durchschnitt des Detektoreingabesignals auf den Mittelwert, bezogen auf den normalisierten Graustufenwert, zu setzen. Des weiteren sei angenommen, dass es gewünscht wird, die Grenzen so einzustellen, dass 5% der Daten des Langzeit-Durchschnitts außerhalb des Bereichs der Graustufenwerte liegen.

Nach dem Sammeln einer großen Anzahl von Proben kann bestimmt werden, dass die Detektoren #1 und #2 einen Langzeit-Durchschnitt von 125 A/D haben, der Detektor #3 einen Langzeit-Durchschnitt von 117 A/D hat und die Detektoren #4 und #5 einen Langzeit-Durchschnitt von 109 A/D haben. Unter Verwendung dieser Werte und einer Messung der Verteilung der Werte als Abweichungen von diesen Durchschnitten derart, dass der 5% Wert erreicht wird, werden die Grenzwerte in dem Bezugsspeicher 180 gesetzt auf: hoch = 11, niedrig = 5 für die Detektoren 1 und 2, d.h. die Speicherplätze 1 und 2 enthalten hexadezimal 0xB5 (dezimal 11–5); hoch = 10, niedrig = 5 für den Detektor 3, d.h. der Speicherplatz 3 enthält hexadezimal 0xA5 (dezimal 10–5) und hoch = 10, niedrig = 4 für die Detektoren 4 und 5, d.h. die Speicherplätze 4 und 5 enthalten hexadezimal 0xA4 (dezimal 10-4).

Diese Selektion bewirkt die Umwandlung eines jeden digitalen Videosignals vom A/D-Wandler 176 in die normalisierten Graustufen- und Ereigniswerte, wie nachstehend für jede Abtastung der Detektoren 1 bis 5 beschrieben. Es ist ersichtlich, dass jede der Ober-/Untergrenzwertkombinationen eine Tabelle von Werten auswählt wie vorstehend beschrieben und in 6 gezeigt, derart, dass es nur ein einziges mögliches Ergebnis für jedes mögliche digitale Videosignal vom A/D-Wandler 176 gibt.

Die nachfolgenden Daten zeigen fünf aufeinanderfolgende Abtastungen der Detektoren 1 bis 5, einschließlich des digitalen Videosignals vom A/D-Wandler 176 (A/D), des aus dem Nachschlagetabellenspeicher 178 (LUT) ausgelesenen Werts und der Daten, die im Datenspeicher der Datenbank A 202 oder der Datenbank B 204 der Histogrammschaltung 184 gespeichert sind, für jede der zwei Speicherbetriebsarten: Ereignispegel und Detektoradresse für eine mikroskalierte Gleichförmigkeitskorrekturbetriebsart und die Anzahl des Auftretens von spezifischen Graustufenwerten für einen Graustufenhistogrammanzeigemodus.

Für die mikroskalierte Gleichförmigkeitskorrektur wären die Ergebnisse, die in der Speicherbank A 202 oder der Speicherbank B 204 der Histogrammschaltung 184 enthalten sind, aus dem vorstehend angegebenen ersten Satz: F001, D001, F002, D005, F001, D002, F003, D004, F005, D001, F002, B003, 7004, B005, F001.

Wenn diese Daten durch Abtastungen geteilt werden, wobei die Farben E = Rot, D = Gelb, F = Grün, B = Purpur und 7 = Blau als Ersatz dienen und ein einziger Pegel fortgeführt wird, bis eine Veränderung festgestellt wird, ist das Ergebnis eine Anzeige wie in 7 gezeigt, worin:

Diese gleichen Daten werden für eine Maschinenrichtungs-Veränderlichkeitsanzeige mit der Änderung verwendet, dass alle Daten mit Ausnahme derjenigen, die beispielsweise vom Detektor #2 kommen, verworfen werden.

Für ein Flachmaterial-Gleichförmigkeitsprofil werden die Ergebnisse, die in der Speicherbank A 202 oder der Speicherbank B 204 der Histogrammschaltung 184 enthalten sind, dem zweiten vorstehend angegebenen Satz entnommen und wären:

Diese Daten werden normalerweise in einer in 8 gezeigten Bereichsgraphik angezeigt, wobei der Durchschnittswert, 5,7, in der vorstehenden Darstellung die Mittellinie des Diagramms ist. Diese Daten können als Abtastprofil auf der Basis von Abtastung für Abtastung gesichert werden und können zusammen mit einer Anzahl von anderen Daten nach oben verschoben werden, um ein Profilgeschichtsdiagramm, wie in 9 gezeigt, zu liefern, in dem Zonen, die "durchschnittlich" (grün), "oberhalb von durchschnittlich" (gelb), "deutlich oberhalb von durchschnittlich" (rot), "unterhalb von durchschnittlich" (blau) und "deutlich unterhalb von durchschnittlich" (purpur) entsprechen, wie gezeigt farbcodiert sind. Da die Verteilung der Werte bei jeder Abtastung gesichert wird, können verschiedene statistische Werte aus diesen diskreten Punkten berechnet werden, z.B. die Standardabweichung, die Varianz usw.

Durch Verarbeitung von Videosignalen wie beschrieben können beträchtliche Mengen an Daten genommen und zur Anzeige von Messungen verschiedener Eigenschaften und Charakteristiken der Bahn 102 verwendet werden. Auf diese Weise kann die Bahn 102 im Wesentlichen für Mess- und Steuer- bzw. Regelungszwecke kontinuierlich überwacht werden, obgleich die Bahn mehrere Meter breit sein kann und sich mit Geschwindigkeiten von 30 Metern pro Sekunde bewegt. Falls die zweite und die dritte Ausführungsform der Bahnsensoren WS2 und WS3 bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, wird, obgleich nicht die gesamte Bahn überwacht wird, eine beträchtlich erhöhte Anzahl von Bahnelementen derart überwacht, dass die Eigenschaften und Charakteristiken der Bereiche der Bahn 102, die nicht direkt überwacht werden, durch Interpolation abgeschätzt werden können. Da große Bereiche der Bahn überwacht werden, kann selbst mit der Abtastausführungsform des Bahnsensors WS3 eine viel schnellere Bewertung der akkumulierten Daten durchgeführt werden als dies mit herkömmlichen Bahnabtastsensoren möglich ist.

Die Erfindung der vorliegenden Anmeldung gestattet das Bahnabtasten an im Wesentlichen jedem Ort entlang der Bahn von einer Nasspartieendposition, die von dem ortsfesten Bahnsensor 132 besetzt ist, bis zum Ende der Trockenpartie der Maschine im Wesentlichen in der Nähe der Sammelrolle 124. Wie in 1 gezeigt ist, kann ein Trockenpartiesensor 210, vorzugsweise ein ortsfester Bahnsensor, verwendet werden, um einen absoluten Wert wie das Flächengewicht der Bahn 102 zu bestimmen. Andere Sensoren können entlang der Bahn 102 eingesetzt werden, beispielsweise zum Überwachen eines gegebenen, an der Bahn 102 durchgeführten Verfahrens. Wie in 1 gezeigt ist, kann die Leimpresse 120 durch Sensoren 212 und 214 überwacht werden, die entlang der Bahn 102 an gegenüberliegenden Seiten der Leimpresse 120 angeordnet sind.

In vorteilhafter Weise kann der ortsfeste Bahnsensor 132 zum Messen und Anzeigen der Bahn 102 an ihrer Nasspartie-Endseite verwendet werden, um es einer Bedienungsperson des Systems zu gestatten, eine oder mehrere Charakteristiken oder Eigenschaften der Bahn 102 zu bewerten. Beispielsweise kann die Gleichförmigkeit der Bahn 102 über die Anzeige 130 der Bedienungskonsole 126 überwacht werden. Die Videosignale, die wie vorstehend offenbart erzeugt und verarbeitet werden, können auch zum Steuern bzw. Regeln einer oder mehrerer Charakteristiken und Eigenschaften der Bahn 102 verwendet werden. Durch die Verwendung der vom System der vorliegenden Erfindung erzeugten Signale für Steuer- bzw. Regelungszwecke, können Veränderungen innerhalb der Bahn 102 im Wesentlichen beseitigt werden.

Da die Messungen, die an der Nasspartie-Endseite der Maschine durchgeführt werden, das letztendlich erhaltene Produkt nicht genau bestimmen können, das hergestellt und auf die Sammelrolle 124 aufgewickelt wird, können die absoluten Charakteristiken und Eigenschaften der Bahn 102 durch eine solche Steuerung bzw. Regelung unter Verwendung des ortsfesten Bahnsensors 132 nicht sichergestellt werden. Jedoch kann durch. die Verwendung einer beliebigen Anzahl von herkömmlichen Steuerungs- bzw. Regelungssystemen die Veränderbarkeit im Wesentlichen derart eliminiert werden, dass ein sehr gleichmäßiges Produkt oder eine sehr gleichmäßige Bahn 102 hergestellt wird.

Falls die Papierherstellungsmaschine 100 anfänglich so eingerichtet wird, dass sie eine bekannte Papierqualität herstellt, und dann gemäß der vorliegenden Erfindung betrieben wird, um ein hochgradig gleichförmiges Produkt herzustellen, sollten die Absolutwerte des sich ergebenden Papiers, das auf die Sammelrolle 124 aufgewickelt wird, sehr nahe dem gewünschten Produkt liegen. Jedoch kann erfindungsgemäß ein zweiter ortsfester Bahnsensor zum Messen einer gegebenen Charakteristik der Bahn 102 des flächigen Materials und zum Erzeugen zweiter Bahnsignale, die für die Bahn 102 in ihren Absolutwerten aussagekräftig sind, vorgesehen sein. Solche Messungen können durch Anordnen des zweiten ortsfesten Bahnsensors in der Nähe der Trockenpartie-Endseite der Maschine durchgeführt werden. Ein Steuerungs- bzw. Regelungssystem, das auf Bahnsignale von den Sensoren sowohl an der Nasspartie als auch an der Trockenpartie der Maschine 100 anspricht, kann dann die Maschine steuern bzw. regeln, um Gleichförmigkeit und einen Absolutwert einer oder mehrerer gegebener Charakteristiken der Bahn 102 aufrechtzuerhalten.

Der zweite ortsfeste Bahnsensor kann der gleiche sein wie die Bahnsensoren, die vorstehend mit Bezug auf 2 beschrieben sind, oder diesen ähnlich sein. Alternativ kann der zweite ortsfeste Bahnsensor eine gewichtserfassende Vorrichtung 216 zum Messen des Gewichts der Sammelrolle 124 umfassen, die die Bahn 102, sobald sie hergestellt ist, sammelt. Wenn man die Breite der Bahn 102 und die Betriebsgeschwindigkeit der Papierherstellungsmaschine 100 kennt, kann das Flächengewicht der Bahn 102 aus dem Gewicht der Sammelrolle oder, genauer, dem auf der Rolle akkumulierten Papier bestimmt werden. Das Gewicht der Sammelrolle 124 kann unter Verwendung von herkömmlichen gewichtserfassenden Vorrichtungen, einschließlich Lastzellen oder dergleichen, genau bestimmt werden.

Da die Erfindung der vorliegenden Anmeldung so detailliert und unter Bezugnahme auf ihre bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, ist ersichtlich, dass Modifikationen und Abänderungen möglich sind, ohne vom Umfang der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.