专利名称：确定连续材料幅的弹性模量的制作方法
技术领域：
本发明涉及连续材料幅(web)特别是纸幅的弹性模量的确定。更具体地，本发明涉及在幅在生产设备中移动的同时，从连续材料幅确定弹性模量。
背景技术：
通常针对纸、纸板等所确定的性质之一是弹性模量。弹性模量描述了受到张力的材料的可逆性响应，弹性模量可被确定为张力与由伸展导致的延长的比率，伸展发生于线性区域上并且一旦释放牵拉张力就完全倒转。纸、纸板等的弹性模量对生产设备的运转性和最终产品的质量两者都具有影响。 通常，最终产品被给定了弹性模量要满足的特定值或阈值。包装材料的低弹性模量例如意味着材料在包装期间可能会很容易撕破。类似地，对于用于印刷品的纸，打印机的运转性部分取决于弹性模量。通常，通过成品材料的实验室测量来确定弹性模量。例如，当造纸机已生产了完成的机器轧辊(roll)时，从纸中取样品以在实验室进行测量。测量的结果最好是在从机器轧辊完成起的几小时后获得。如果弹性模量显著偏离目标值，则在最坏的情况下纸的整个机器轧辊会浪费。另外，由于长的延迟，因此，基于实验室测量对生产过程的快速调整显然是不可能的。所提出的用于弹性模量的在线测量的方法包括测量传感器不与材料幅接触的方法。这些方法之一是基于幅宽度改变的测量的方法。幅宽度测量和数学模型一起允许估计抗张强度比率，从而得出关于生产期间的纸的特性的结论。另一已知方法是向纸的表面发送高频声学脉冲以及观察频率调制与纸的弹性模量之间的相互关联。也可基于纤维取向估计纸的抗张强度。所有上述用于确定纸的弹性模量或抗张强度的方法都需要专门为该目的而设计的测量装置。影响声学测量结果的可靠性的其它方面是复杂的环境和高幅速度。另外，声学测量是以材料幅的点为基础进行的，从而不一定表明整个材料的性质。而基于幅宽度测量的数学模型又要求获得全面的研究材料以得到可靠的模型。US 6993964公开了一种方法，其中，在两个不同的幅跨度处测量幅速度和紧度，基于这些测量数据确定弹性模量。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种允许解决上述问题的方法、实现该方法的设备、变频器以及软件产品。本发明的目的通过其特征在于独立权利要求中阐述的内容的方法、设备、变频器以及软件产品来实现。在从属权利要求中公开了本发明的优选实施例。本发明基于如下思想通过使用从使材料幅运行的电动机驱动器获得的信息，确定材料的弹性模量以及要从弹性模量推出的量。耦合到轧辊的受控电动机驱动器产生关于在轧辊上运行的幅的速度和关于作用于幅的扭矩的数据，基于这些数据计算弹性模量。本发明的方法和布置的优点是其为实现测量布置提供的简单性。可在材料幅上不需要任何测量装置的情况下测量弹性模量。因此，既不需要安装测量装置，也不需要其维护服务。另外，当针对该目的安装的传感器等损坏时，无法确定弹性模量。在生产过程、后处理期间以及在最终产品中，可以各种方式利用在线测量的弹性模量。
以下，将参照优选实施例和附图更详细地描述本发明，其中图1是由电动机驱动器控制的材料幅的示意图；以及图2是张力-延长曲线的示例。
具体实施例方式图1是在用于所讨论的材料的制造机器中的连续材料幅的示意图。该连续材料幅的示例是造纸机中的纸幅。图1示出了纸幅4如何在三个轧辊1、2、3上行进。该图举例示出了电动机驱动器如何控制轧辊2，该电动机驱动器包括电动机5和馈给电动机的变频器或类似装置6。电动机5的转动轴经由齿轮箱7耦合到用于以期望的方式旋转轧辊的轧辊轴。要注意，齿轮箱不是必须的，允许电动机转动轴直接耦合到轧辊。电动机可以是任何类型的电动机，诸如感应电动机或同步电动机。图1没有示出其它轧辊的电动机驱动器。可由现代的变频器或类似的控制装置以各种方式控制使轧辊旋转的电动机。控制例如可以实现为速度控制，同时将幅维持在期望的张力下。通常在如下情形下进行控制 电动机之一产生期望的幅速度，并且通过扭矩控制来控制经由纸幅与该电动机连接的电动机，以实现和维持期望的张力。在扭矩与幅张力之间存在线性相关，这是由于作用于幅宽度的力是幅张力，扭矩又是轧辊半径与幅力的乘积。在材料幅在处于静止状态的两个支撑辊(holding roll)之间行进的情形下，可通过下式确定图1的轧辊1和2之间的相对延长在静止状态中，当V1是常数并且基本等于V2时，速度V2的改变Δ V2引起延长的改变Λε ； ,(2)
’2由于对于小的延长和延长的小改变张力与延长的比率是基本线性的，因此可适用胡克定律σ = E ε， (3)其将张力σ定义为弹性模量E与延长ε的乘积。另一方面，张力可被确定为幅力与垂直于该力的幅表面积的比率
权利要求
1.一种用于确定连续材料幅的弹性模量的方法，在所述方法中，所述连续材料幅(4) 在电动机驱动器控制的轧辊( 上运行，其特征在于，所述方法包括以下步骤确定材料幅速度v2，通过所述电动机驱动器为所述连续材料幅的可调整特性提供改变，所述特性为材料幅张力T、作用于所述材料幅的扭矩M或材料幅速度v2，基于所确定的材料幅速度V2和速度改变Δν2以及扭矩改变△ M或材料幅张力的改变 Δ Τ，计算弹性模量Ε。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用所述电动机驱动器提供所述材料幅速度V2的改变，确定速度改变之前和之后的电动机扭矩以提供扭矩改变ΔΜ，以及基于材料幅速度ν2、以及所提供的材料幅速度改变△ V2和由所述材料幅速度改变导致的电动机扭矩改变ΔΜ，计算弹性模量Ε。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用所述电动机驱动器来提供材料幅张力T的改变，确定由材料幅张力改变Δ T导致的材料幅速度改变Δ V2，以及基于材料幅速度V2、以及所提供的材料幅张力的改变△ T和由所述材料幅张力的改变导致的所述电动机速度改变△V2，计算弹性模量E。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用所述电动机驱动器来提供作用于所述材料幅的扭矩M的改变；确定由扭矩改变ΔΜ导致的材料幅速度改变Δν2，以及基于材料幅速度V2和所提供的材料幅扭矩改变ΔΜ以及由所述材料幅扭矩的改变导致的所述电动机速度改变△V2，计算弹性模量E。
5.根据在前权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在所述电动机驱动器中确定所述材料幅速度和作用于所述材料幅的扭矩。
6.根据在前权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤对通过不同测量确定的弹性模量值的幅值进行比较，以及当观察到弹性模量的减小时，减小所述材料幅张力。
7.根据在前权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在所述电驱动器中确定所述弹性模量。
8.根据在前权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述电动机驱动器将确定所述弹性模量所需的数据传送到确定所述弹性模量的更高层级。
9.根据在前权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述弹性模量的计算还包括使用幅厚度、幅宽度和要驱动的轧辊的半径、以及在存在的情况下的所述电动机与所述轧辊之间的齿轮传动比。
10.根据在前权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述电动机驱动器中的电动机是交流电动机或直流电动机。
11.一种用于确定连续材料幅的弹性模量的设备，所述材料幅在被布置成由电动机驱动器驱动的轧辊上运行，其特征在于，所述设备包括用于确定所述材料幅的速度的装置；以及所述电动机驱动器被布置成提供所述连续材料幅的可调整特性的改变，所述特性为材料幅张力、作用于所述材料幅的扭矩或材料幅速度，所述设备被配置成基于所确定的材料幅速度和所述速度的改变以及扭矩的改变或材料幅张力的改变，计算所述弹性模量。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述电动机驱动器中的电动机是交流电动机或直流电动机。
13.一种变频器，其被布置作为在根据在前权利要求1至10中任一项所述的方法中使用的所述电动机驱动器的一部分，以控制连续幅在其上运行的轧辊，所述变频器被配置成被驱动以便提供所述材料幅的可调整特性的改变以及计算弹性模量。
14.一种包括计算机程序代码的计算机程序产品，当所述计算机程序代码在计算机上运行时，使得所述计算机执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法的步骤。
全文摘要
一种用于确定连续材料幅的弹性模量的方法和设备，在该方法中，连续材料幅(4)在由电动机驱动器驱动的轧辊(2)上运行。该方法包括如下步骤确定材料幅速度v2；通过电动机驱动器提供连续材料幅的可调整特性的改变，该特性为材料幅张力T、作用于材料幅的扭矩M或材料幅速度v2；基于所确定的材料幅速度v2和速度改变Δv2以及扭矩改变ΔM或材料幅张力改变ΔT计算弹性模量E。
文档编号G01N3/02GK102348969SQ201080011420
公开日2012年2月8日 申请日期2010年3月9日 优先权日2009年3月10日
发明者韦莎·卡扬德, 马尔库·海科拉 申请人:Abb公司