專利名稱：用于監(jiān)視和控制向起皺烘缸涂敷性能增強(qiáng)材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于監(jiān)視和控制起皺烘缸/揚(yáng)基(Yankee)烘缸涂層的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在紙巾制造過程中，揚(yáng)基涂層和起皺應(yīng)用是最重要的，控制單元操作可以說是最困難的。對(duì)于起皺的紙巾產(chǎn)品，這個(gè)步驟確定了紙巾和毛巾產(chǎn)品的吸收度、體積、強(qiáng)度和柔軟度等基本特性。作為一個(gè)整體，同等地重要的是起皺步驟的效率和運(yùn)行性能控制了紙巾機(jī)器的效率和運(yùn)行性能。紙巾制造過程常見的困難是在交叉方向上起皺烘缸上的涂層特性不均勻。由從噴桿施加的粘合劑、改性劑、脫模劑以及從網(wǎng)或板拉出的纖維、來自水蒸發(fā)過程的有機(jī)和無機(jī)材料以及在紙巾制造過程的濕部之前添加的其它化學(xué)物質(zhì)構(gòu)成涂層。涂層特性中的不均勻性通常涉及烘缸表面上的溫度、潮氣和區(qū)域化學(xué)成分的變化。變化通常是十分重要的，并且可以導(dǎo)致可變的板粘合、不同特性的沉積和/或?qū)е赂咨先鄙俨牧?，這可能導(dǎo)致過度的揚(yáng)基/起皺烘缸和起皺刀片磨損。也可能因這種變化和/或劣化而使諸如吸收度、體積、強(qiáng)度和柔軟度之類的最終的板特性變差。作為這些缺點(diǎn)的結(jié)果，因此需要對(duì)在起皺烘缸表面上的涂層進(jìn)行監(jiān)視和控制的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種方法，用于監(jiān)視和任選地控制在起皺烘缸表面上涂敷含性能增強(qiáng)材料(PEM)的涂層，該方法包括(a)把涂層涂敷到起皺烘缸表面上；(b)通過微分法測(cè)量起皺烘缸表面上涂層的厚度，其中所述微分法利用不與涂層物理接觸的多個(gè)裝置；(C)響應(yīng)于所述涂層的厚度而任選地調(diào)節(jié)所述起皺烘缸的一個(gè)或多個(gè)確定區(qū)域中涂敷所述涂層， 為的是在起皺烘缸表面上提供均勻厚度的涂層；以及(d)除了涂層的厚度之外，任選地應(yīng)用附加的設(shè)備以監(jiān)視和任選地控制起皺烘缸上涂層的其它方面。本發(fā)明還提供一種方法，用于監(jiān)視和任選地控制在起皺烘缸表面上涂敷含性能增強(qiáng)材料(PEM)的涂層，該方法包括(a)把涂層涂敷到起皺烘缸表面上；(b)提供具有源波長(zhǎng)的干涉儀探測(cè)器，所述源波長(zhǎng)給出通過起皺烘缸表面上涂層的足夠大的透射；(c)應(yīng)用干涉儀探測(cè)器以測(cè)量來自涂層空氣表面和起皺烘缸的涂層缸表面的反射光以確定起皺烘缸上涂層的厚度；(d)響應(yīng)于所述涂層的厚度任選地調(diào)節(jié)在所述起皺烘缸的一個(gè)或多個(gè)確定區(qū)域中涂敷所述涂層，為的是在起皺烘缸表面上提供均勻厚度的涂層；以及(e)除了涂層的厚度之外，任選地應(yīng)用附加的設(shè)備以監(jiān)視和任選地控制起皺烘缸上涂層的其它方面。


圖1 示意性地示出安裝在共用模塊上的渦電流和光學(xué)位移傳感器的組合。圖2 示意性地示出安裝在平移臺(tái)上的傳感器模塊，用于在交叉方向上監(jiān)視揚(yáng)基烘缸涂層。
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圖3 使用渦電流加上三角測(cè)量傳感器配置的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)收集。圖4 關(guān)于動(dòng)態(tài)裸金屬監(jiān)視的數(shù)據(jù)。圖5 關(guān)于校正的動(dòng)態(tài)裸金屬監(jiān)視的數(shù)據(jù)。圖6 關(guān)于在經(jīng)涂布的區(qū)域中的動(dòng)態(tài)位移監(jiān)視的數(shù)據(jù)。圖7 關(guān)于在經(jīng)涂布的區(qū)域中的動(dòng)態(tài)薄膜厚度監(jiān)視的數(shù)據(jù)。圖8 關(guān)于在涂層中含缺陷(裸點(diǎn))的經(jīng)涂布的區(qū)域中的動(dòng)態(tài)位移監(jiān)視的數(shù)據(jù)。圖9 關(guān)于在涂層中含缺陷(裸點(diǎn))的涂布分段中的動(dòng)態(tài)薄膜厚度監(jiān)視的數(shù)據(jù)?？拷?10 μ m的尖峰確定了涂層中缺陷的存在。圖10 示意地示出了安裝在共用模塊上的渦電流、光學(xué)位移、電容和頂溫度的組合。圖11 示意地示出了用于起皺烘缸上涂層厚度監(jiān)視的一般的干涉用途。圖12 關(guān)于圍繞選中的周長(zhǎng)區(qū)域的動(dòng)態(tài)薄膜厚度分布的數(shù)據(jù)。LHS(左手側(cè))示出涂層厚度的不均勻。RHS(右手側(cè))示出同一涂層，其中具有與刮刀交互作用的振紋。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的方法和控制策略針對(duì)起皺烘缸表面上的涂層。各種類型的化學(xué)物質(zhì)構(gòu)成起皺烘缸表面上的涂層。這些化學(xué)物質(zhì)使涂層的特性具有改善紙巾制造過程的功能。 把這些化學(xué)物質(zhì)統(tǒng)稱為性能增強(qiáng)材料(PEM)。在美國專利7，048，擬6和美國專利公報(bào) 2007/0208115中討論了這些化學(xué)物質(zhì)的示例性描述以及控制其涂敷過程的方法，這里結(jié)合這兩個(gè)專利作為參考。在一個(gè)實(shí)施例中，所利用的多個(gè)裝置中的一個(gè)裝置是渦電流傳感器。微分法可以包括渦電流和光學(xué)位移傳感器。在一個(gè)實(shí)施例中，微分法包括下列步驟應(yīng)用渦電流傳感器以測(cè)量從傳感器到起皺烘缸表面的距離，并且應(yīng)用光學(xué)位移傳感器以測(cè)量從涂層表面到傳感器的距離。在又一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)位移傳感器是激光三角測(cè)量傳感器或有色共焦傳感器。圖1描繪由渦電流傳感器和光學(xué)位移傳感器構(gòu)成的傳感器組合的示意圖。渦電流 (EC)傳感器根據(jù)測(cè)量電阻抗變化的原理而工作。通過把交流電(AC)施加于線圈使EC產(chǎn)生了磁場(chǎng)。當(dāng)EC靠近導(dǎo)電目標(biāo)時(shí)，在目標(biāo)中產(chǎn)生電流。這些電流的方向與線圈中電流方向相反，稱之為渦電流。這些電流產(chǎn)生它們自己的磁場(chǎng)，它們自己的磁場(chǎng)影響傳感器線圈的總阻抗。當(dāng)EC傳感器和目標(biāo)之間的間隙改變時(shí)，EC的輸出電壓改變，從而提供距離和電壓之間的相關(guān)性。在這個(gè)應(yīng)用中，EC傳感器建立了傳感器外殼和起皺烘缸表面之間的基準(zhǔn)。安裝在外殼中的第二傳感器通過光學(xué)方式測(cè)量傳感器相對(duì)于薄膜表面的位移。光學(xué)位移傳感器可以是像Micro-EpsiIon (北卡羅來納洲的Raleigh市)型號(hào)1700-2之類的三角測(cè)量型傳感器或像Micro-Epsilons optoNCDT MOl共焦傳感器之類的有色型傳感器。 這些傳感器根據(jù)從薄膜表面反射光的原理而工作。當(dāng)由于過程工作條件引起涂層光學(xué)性質(zhì)的變化時(shí)，傳感器監(jiān)視位置或PEM本身的性質(zhì)，然后可以保證高性能三角測(cè)量傳感器，諸如 Keyence LKG-15 (新澤西州的Woodcliff湖的Keyence)。這種Keyence三角測(cè)量傳感器具有用于測(cè)量透明和半透明薄膜的內(nèi)置算法而提供準(zhǔn)確度更高的測(cè)量。在交叉方向(⑶)和機(jī)器方向(MD)上的透射特性的變化可以保證傳感器適用于不同的涂層光學(xué)特性，并且更高性能的三角測(cè)量傳感器可以在不同測(cè)量模式之間切換。通常，大多數(shù)商用三角測(cè)量傳感器對(duì)于透明或不透明材料會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。如果薄膜特性是恒定的，則調(diào)整三角測(cè)量傳感器的角度可以減小這個(gè)誤差。然而，對(duì)于薄膜特性高度變化的過程中的測(cè)量，傳感器旋轉(zhuǎn)并非任選的。光學(xué)和EC傳感器兩者提供所需的分辨率，以便監(jiān)視具有> 50微米的期望厚度的PEM薄膜。通過取得從EC和光學(xué)位移傳感器測(cè)量到的距離之間的差而得到薄膜厚度。把傳感器置于清除外殼中，如圖1所示。使用清除氣體(清潔的空氣或擬)進(jìn)行傳感器冷卻、清潔以及保持無塵的光路。需要冷卻，因?yàn)橥鈿さ奈恢秒x開蒸汽加熱的起皺烘缸10-35毫米之間。如果需要的話，可以通過使用渦旋或Peltier冷卻器而使用附加的冷卻。從外殼中出來的清除氣體形成測(cè)量區(qū)域周圍的屏蔽氣體，以使顆粒物和潮氣最少。顆粒物會(huì)通過使發(fā)射的和反射的光強(qiáng)度衰減而影響光學(xué)測(cè)量。而凝結(jié)在該外殼的光入射窗口和光出射窗口上的潮氣會(huì)導(dǎo)致衰減和散射。對(duì)于存在顆粒物和潮氣的情況，EC傳感器不受影響。對(duì)于起皺烘缸(也被稱為揚(yáng)基烘缸)上的工業(yè)監(jiān)視，可以把圖1所示的傳感器模塊安裝在圖如2所示的平移臺(tái)上。在安裝之前，必須在平坦基板上校正傳感器的定位以得到零測(cè)量讀數(shù)。這是必需的，因?yàn)镋C和光學(xué)位移傳感器的定位可能相對(duì)于基板表面不同地偏移。校正步驟必須調(diào)節(jié)每個(gè)傳感器的位置以保證沒有薄膜存在時(shí)的零讀數(shù)。工業(yè)過程中的傳感器模塊的安裝包括把模塊安裝在兩個(gè)傳感器能工作的準(zhǔn)確范圍的一個(gè)距離處。當(dāng)缸旋轉(zhuǎn)時(shí)通過平移交叉方向上的模塊，可以處理和顯示薄膜厚度和質(zhì)量的分布。然后使用處理結(jié)果進(jìn)行反饋控制以激勵(lì)用于PEM、其它化學(xué)物質(zhì)的添加的適當(dāng)?shù)膮^(qū)域，或改變應(yīng)用條件，例如，流速、動(dòng)量或霧滴大小。此外，如果不能夠恢復(fù)薄膜質(zhì)量(厚度或均勻性)，則可以激勵(lì)報(bào)警而向操作者警告嚴(yán)重問題，例如，缸彎曲、刮刀損壞或振動(dòng)、嚴(yán)重的涂層建立等。最后，在圖2中確定三個(gè)測(cè)量位置?？梢栽诠蔚逗颓鍧嵉镀g(1)、在清潔刀片之后(2)或在壓到缸上的網(wǎng)之前(3)，進(jìn)行薄膜厚度和質(zhì)量的測(cè)量?？梢员O(jiān)視單個(gè)位置或多個(gè)位置。圖3中示出使用EC和光學(xué)位移(三角測(cè)量)傳感器的組合的實(shí)驗(yàn)室結(jié)果。既然是這樣，在以 16-20轉(zhuǎn)/分鐘(每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))旋轉(zhuǎn)的95毫米直徑鑄鐵缸上進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量。缸的一半涂布了 PEM。在缸的涂布PEM的部分上，作出一個(gè)裸點(diǎn)( 20毫米直徑)以模擬缺陷區(qū)域。圖3示出在裸金屬區(qū)域中開始的經(jīng)校正的信號(hào)(渦電流-三角測(cè)量)。把傳感器組合平移到經(jīng)涂布的區(qū)域示出由于涂布引起的 27微米的平均偏移。這里，信號(hào)是負(fù)的，這表示由于涂層的厚度而使傳感器和缸之間減少27微米的距離。在300秒處，傳感器組合平移回裸金屬區(qū)域。起初，信號(hào)表現(xiàn)出較高( 5微米)，要求進(jìn)一步調(diào)節(jié)，使傳感器的位置更接近原始測(cè)量位置。這個(gè)異常情況可能是由于傳感器沒有測(cè)量確切相同的區(qū)域以及具有小比例設(shè)置的小曲率半徑引起的實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的人為現(xiàn)象。14-18英尺直徑缸的工業(yè)監(jiān)視可以減小這些影響，由于傳感器基本上把缸視為平板。最后，通過在 375秒處把傳感器平移到含裸點(diǎn)的區(qū)域而作出檢測(cè)涂層缺陷的展示。這里，測(cè)量到的平均涂層厚度是 30 微米。這在200-300秒之間的區(qū)域得到的結(jié)果的3微米之內(nèi)。該信號(hào)中靠近-10微米處出現(xiàn)的尖峰確定了涂層缺陷的存在。當(dāng)裸點(diǎn)通過測(cè)量區(qū)域旋轉(zhuǎn)時(shí)，該信號(hào)靠近0微米。測(cè)量到的10微米的偏移要?dú)w因于缺陷區(qū)域中的剩余的涂層。表1中概括了從圖3得到的結(jié)果，用于經(jīng)校正的數(shù)據(jù)以及原始三角測(cè)量以及EC數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)視和任選地控制在起皺烘缸的表面上涂敷含性能增強(qiáng)材料(PEM)的涂層的方法，包括(a)把涂層涂敷到起皺烘缸的表面上；(b)通過微分法來測(cè)量起皺烘缸的表面上的涂層的厚度，其中所述微分法利用不與所述涂層物理接觸的多個(gè)裝置；(c)響應(yīng)于所述涂層的厚度，任選地調(diào)節(jié)所述起皺烘缸的一個(gè)或多個(gè)確定區(qū)域中的所述涂層的涂敷，以便在起皺烘缸的表面上提供厚度均勻的涂層；以及(d)任選地應(yīng)用附加的設(shè)備，以監(jiān)視和任選地控制除了起皺烘缸上的涂層的厚度之外所述涂層的其它方面。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所利用的所述多個(gè)裝置之一是渦電流傳感ο
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述微分法包括下列步驟應(yīng)用渦電流傳感器以測(cè)量從傳感器到起皺烘缸的表面的距離；以及應(yīng)用光學(xué)位移傳感器以測(cè)量從涂層表面到傳感器的距離。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述光學(xué)位移傳感器是激光三角測(cè)量傳感器或有色型共焦傳感器。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，還包括應(yīng)用電容探測(cè)器以測(cè)量所述涂層的潮氣含量；將電容測(cè)量值與微分法測(cè)量值進(jìn)行比較以確定潮氣對(duì)涂層厚度的影響；以及響應(yīng)于通過微分法所確定的潮氣對(duì)厚度的影響任選地調(diào)節(jié)起皺烘缸表面上的涂層的量和分布和/或調(diào)節(jié)所述涂層的量。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，還包括a.應(yīng)用頂溫度探測(cè)器以測(cè)量起皺烘缸的溫度分布；b.應(yīng)用頂溫度探測(cè)器以測(cè)量用于校正與溫度有關(guān)的潮氣介電常數(shù)所需要的涂層溫度；以及c.把經(jīng)校正的潮氣介電常數(shù)應(yīng)用于電容測(cè)量值以確定正確的涂層潮氣濃度。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括應(yīng)用超聲波傳感器來測(cè)量所述涂層的模數(shù)，并且任選地其中，使用模數(shù)值來測(cè)量所述涂層的硬度。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使所述多個(gè)裝置在起皺烘缸上平移以提供厚度的分布且任選地提供潮氣含量和/或溫度和/或模數(shù)的分布。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使所述多個(gè)裝置位于起皺刀片和清潔刀片之間、在清潔刀片之后、或在紙巾網(wǎng)被壓入到涂層中之前、或上述的任何組合。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，用清潔氣體清理所述多個(gè)裝置以防止污垢、薄霧干擾、灰塵干擾、過熱或它們的組合。
11.一種用于監(jiān)視和任選地控制在起皺烘缸的表面上涂敷含性能增強(qiáng)材料(PEM)的涂層的方法，包括(a)把涂層涂敷到起皺烘缸表面上；(b)提供具有源波長(zhǎng)的干涉儀探測(cè)器，所述源波長(zhǎng)給出穿過起皺烘缸表面上涂層的足夠大的透射；(c)應(yīng)用干涉儀探測(cè)器以測(cè)量來自涂層空氣表面和起皺烘缸的涂層缸表面的反射光以確定起皺烘缸上的涂層的厚度；(d)響應(yīng)于所述涂層的厚度任選地調(diào)節(jié)在所述起皺烘缸的一個(gè)或多個(gè)確定區(qū)域中的所述涂層的涂敷以便在起皺烘缸的表面上提供厚度均勻的涂層；以及(e)任選地應(yīng)用附加的設(shè)備以監(jiān)視和任選地控制除了起皺烘缸上的涂層的厚度之外該涂層的其它方面。
12.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，還包括應(yīng)用潮氣傳感器來測(cè)量所述涂層的潮氣含量；將潮氣傳感器測(cè)量值與微分法測(cè)量值進(jìn)行比較以確定潮氣對(duì)涂層厚度的影響；以及響應(yīng)于通過微分法所確定的潮氣對(duì)厚度的影響任選地調(diào)節(jié)起皺烘缸表面上的涂層的量和分布和/或調(diào)節(jié)所述涂層的量，其中所述潮氣傳感器任選地在近紅外波長(zhǎng)處測(cè)量所述涂層的組分。
全文摘要
揭示了一種方法，用于監(jiān)視和控制在起皺烘缸上的涂層的厚度。該方法包括一些裝置的協(xié)調(diào)方案，這些裝置的作用是監(jiān)視起皺烘缸涂層的各個(gè)方面，使得可以確定該涂層的厚度。
文檔編號(hào)D21F11/14GK102177294SQ200980140372
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2009年10月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月7日
發(fā)明者G·S·福爾曼, R·H·班克斯, W·A·馮德拉賽克 申請(qǐng)人:納爾科公司