确定旋转辊的角位置的系统和方法

确定旋转辊的角位置的系统和方法
【专利摘要】确定辊的角位置的方法包括：（a）检测由附接于旋转辊的端部的加速度计生成的信号；（b）确定在步骤（a）中生成的信号是否已经达到预触发阈值，并且如果信号还没有达到预触发阈值，则重复步骤（a）；（c）如果在步骤（b）中确定了信号已经达到预触发阈值，则检测由加速度计生成的随后的信号；（d）确定在步骤（c）中检测的信号是否已经达到触发阈值，并且如果信号还没有达到触发阈值，则重复步骤（c）；以及（e）如果信号已经达到触发阈值，则基于已经达到触发阈值的信号建立辊的角位置。
【专利说明】确定旋转辊的角位置的系统和方法
[0001]相关申请
本申请要求来自2012年I月17日提交的美国临时专利申请(N0.61/587，361)的优先权，其公开内容在此整体并入本文中。
【技术领域】
[0002]本发明一般涉及工业辊，并且更特别的是，涉及带有感测系统的工业辊。
【背景技术】
[0003]在通常的造纸过程中，将纤维素纤维(被称为造纸“原料”)的水浆或悬浮液馈送到在两个或更多的辊之间行进的铁丝网和/或合成材料的环形带的上部运行部分的顶部上。经常被称作“成形织品”的皮带提供了在其上部运行部分的上表面上的造纸表面，所述上部运行部分作为过滤器进行操作以从水介质分离造纸原料的纤维素纤维，由此形成湿纸幅。水介质通过位于织品的上部运行部分(即，“机器侧”)的下表面上的重力或真空来通过被称为排水孔的成形织品的网孔开口进行排水。
[0004]在离开成形部分之后，将纸幅转移到造纸机的加压部分，其中，它经过用通常被称作“压榨毛毯”的另一个织品覆盖的一个或多个压力机(经常是辊压力机)的辊隙。来自压力机的压力从织物去除了附加的水分；水分去除经常通过压榨毛毯的“细毛毡”层的存在来加强。然后，将纸张转移到烘干机部分以进一步去除水分。在烘干之后，纸张准备进行二次处理和封装。
[0005]圆柱辊通常用在造纸机的不同部分(诸如加压部分)中。这样的辊驻留在要求高的环境中且在其中进行操作，其中，它们可暴露于高动态负载和温度以及侵蚀性或腐蚀性化学试剂。例如，在通常的造纸厂中，使用辊不仅为了在处理站之间输送纤维状织物薄片，在加压部分和砑光辊的情况下也为了将织物薄片自身处理为纸张。
[0006]通常用记住的造纸机内的位置来构建用在造纸中的辊，因为驻留在造纸机内的不同位置中的辊被要求执行不同的功能。因为造纸辊可以具有许多不同的性能要求，并且因为替换整个金属辊可以是非常昂贵的，所以许多造纸辊包括围绕在通常金属核心的圆周表面的聚合物盖罩。通过使在盖罩中采用的材料变化，盖罩设计者可以因为造纸应用要求而向辊提供不同的性能特性。同样地，修补、再磨研或替换在金属核心上方的盖罩可以比替换整个金属辊显著地便宜。用于盖罩的示例性聚合物材料包括天然橡胶、诸如氯丁橡胶的合成橡胶、苯乙烯-丁二烯(SBR)、丁晴橡胶、氯磺化聚乙烯(在来自杜邦的商品名称HYPAL0N?下也被称为“CSPE”)、EDPM (对于由乙烯-丙烯、二烯单体组成的乙丙三元共聚物所给出的名称)、聚氨酯、热固树脂复合材料以及热塑树脂复合材料。
[0007]在许多情况下，辊盖罩将包括至少两个不同的层:基层，其覆盖在核心上面并且提供到其的连结；以及顶料层，其覆盖在基层上面且连结到基层，并且可作辊的外表面(一些辊也将包括由基层与顶料层夹入中间的中间“接头(tie-1n)”层)而用。用于这些材料的层通常被选定来向盖罩提供用于操作的物理属性的规定集合。这些可以包括必不可少的强度、弹性模量以及对高温、水和残酷化学物的抗力，以经受住造纸环境。此外，盖罩通常被设计来具有预先确定的表面硬度，其适合于它们将执行的过程，并且它们通常要求纸张薄片从盖罩“释放”，而不破坏纸张薄片。同样地，为了经济，盖罩应当是抗磨损和抗磨耗的。
[0008]因为纸幅被运送通过造纸机，可非常重要的是，理解由纸幅经历的压力分布。压力中的变化可影响从织物排出的水的量，其可影响最终的薄片水分含量、厚度和其它属性。所以，用辊施加的压力的量值可以影响用造纸机生产的纸张的质量。
[0009]已知的是，在工业辊的盖罩中包括压力和/或温度传感器。例如，Moschel等人的美国专利(N0.5，699，729)描述了带有成螺旋形放置的引线的辊，其包括嵌入在辊的聚合物盖罩中的多个压力传感器。该传感器成螺旋形地放置以便沿着辊的长度在不同的轴向位置处提供压力读数。通常，传感器连接到两个引线或光纤，其将传感器信号传送到处理器，所述处理器处理信号并提供压力和位置信息。
[0010]因为将多个传感器附接于两个共同的引线或光纤，所以来自不同的传感器的信号沿着相同的引线线或光纤行进。因此，处理器应当具有用来区分哪个传感器已经产生了特别的信号的某种方式；否则，处理器无法辨别提供信号的传感器的轴向位置。一个普通的技术是“触发”信号的使用，其警告处理器辊的每一次回转。以上在美国专利(N0.5，699，729)中描述的该技术采用触发信号生成器，其每当在辊上的特别的位置经过特别的地方时提供信号。然而，该技术可能易受由于在信号中的噪声而导致的错误读取的影响。因此，可以期望的是，提供采用解决信号噪声不精确的触发信号的技术。

【发明内容】

[0011]作为第一方面，本发明的实施例涉及一种确定辊的角位置的方法，包括以下的步骤:(a)检测由附接于旋转辊的端部的加速度计生成的信号；(b)确定在步骤(a)中生成的信号是否已经达到预触发阈值，并且如果信号还没有达到预触发阈值，则重复步骤(a) ; (C)如果在步骤(b)中确定了信号已经达到预触发阈值，则检测由加速度计生成的随后的信号；
(d)确定在步骤(C)中检测的信号是否已经达到触发阈值，并且如果信号还没有达到触发阈值，则重复步骤(c);以及(e)如果信号已经达到触发阈值，则基于已经达到触发阈值的信号建立辊的角位置。该方法可以确保触发信号正确地指示辊的适当的位置而不是噪声的结果O
[0012]作为第二方面，本发明的实施例涉及一种工业辊组件，包括:圆柱形辊，具有安装到其的多个传感器以及安装到其端部的加速度计；以及控制器，可操作地与加速度计相关联。该控制器被配置为:(a)检测由加速度计生成的信号；(b)确定在(a)中生成的信号是否已经达到预触发阈值，并且如果信号还没有达到预触发阈值，则重复(a); (C)如果在(b)中确定了信号已经达到预触发阈值，则检测由加速度计生成的随后的信号；(d)确定在(C)中检测的信号是否已经达到触发阈值，并且如果信号还没有达到触发阈值，则重复(c);以及(e)如果信号已经达到触发阈值，则基于已经达到触发阈值的信号建立辊的角位置。
[0013]作为第三方面，本发明的实施例涉及一种用于确定辊的角位置的计算机程序产品，计算机程序产品包括计算机可读存储媒介，其具有在其中体现的计算机可读程序代码，所述计算机可读程序代码被配置为:(a)检测由加速度计生成的信号；(b)确定在(a)中生成的信号是否已经达到预触发阈值，并且如果信号还没有达到预触发阈值，则重复(a) ; (C)如果在(b)中确定了信号已经达到预触发阈值，则检测由加速度计生成的随后的信号；(d)确定在(C)中检测的信号是否已经达到触发阈值，并且如果信号还没有达到触发阈值，则重复(C);以及(e)如果信号已经达到触发阈值，则基于已经达到触发阈值的信号建立辊的角位置。
【专利附图】

【附图说明】
[0014]图1是根据本发明的实施例的工业辊的正视图。
[0015]图2是示出了加速度计的图1的辊的放大端部视图以及由此在辊的旋转期间创建的向量。
[0016]图3是图1的辊的电子设备子组件的示意图。
[0017]图4是将加速度计向量绘制为辊角度的函数的曲线图，其示出了由该绘制创建的曲线是正弦曲线。
[0018]图5是图示了根据本发明的实施例的图1的辊的操作的流程图。
【具体实施方式】
[0019]在下文中将参考附图更特别地描述本发明。本发明不意在被限制为图示的实施例；相反，这些实施例意在向本领域技术人员充分地且完全地公开本发明。在附图中，相同的数字指代通篇相同的元素。一些部件的厚度和尺寸可以为了清楚而被夸大。
[0020]为了简短和/或清楚，可能不详细地描述公知的功能或构造。
[0021]除非另有定义，本文中使用的全部技术和科学术语具有如由该发明所属的领域的普通技术人员共同理解的相同的意义。本文中在本发明的描述中使用的术语仅为了描述特别的实施例的目的，而不意在对本发明进行限制。如在本发明的描述和所附权利要求中使用的，单数形式“一” “一个”和“该”也意在包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。如本文中使用的，术语“和/或”包括相关联的列出的项目中的一个或多个项目的任何一个和全部组合。在使用的时候，术语“附接”、“连接”、“互连”、“接触”、“耦合”、“安装” “覆盖在……上面”等等可以意指在元件之间的直接或间接附接或接触，除非另有说明。
[0022]一些实施例可以被体现在硬件(包括逻辑电路和/或数字电路)和/或在软件(包括固件、驻留软件、微代码等等)中。因此，如本文中使用的，术语“信号”可以采取连续波形和/或一个或多个离散值(诸如在存储器或寄存器中的一个或多个数字值)的形式。此外，各种实施例可以采取在具有体现在媒介中的计算机可用或计算机可读程序代码的计算机可用或计算机可读存储媒介上的计算机程序产品的形式以供指令执行系统使用或以结合指令执行系统使用。因此，如本文中使用的，术语“电路”和“控制器”可以采取数字电路(诸如逻辑门阵列和/或由一个或多个指令处理装置(例如通用微处理器和/或数字信号处理器)执行的计算机可读程序代码)和/或逻辑电路的形式。虽然图中的一些包括在通信路径上的箭头以显示通信的主要方向，但将理解的是，通信可以在与描绘的箭头相反的方向上发生。
[0023] 工业辊(诸如在造纸中使用的辊)在图1中示出并在其中在20处概括地指定。辊20包括核心(未不出)和聚合物盖罩24 ;聚合物盖罩24通常包括基层和顶料层。核心和盖罩24的示例性材料和构造在美国专利公开(N0.2007/0111871)和美国专利公开(N0.2005/0261115)中进行了描述，其公开内容在此并入本文中。
[0024]图1也图示了包括多个传感器30的感测系统29，所述多个传感器30沿着辊20的长度以单螺旋配置来放置。将传感器30安装在引线28a、28b上，所述引线28a、28b连接到微处理器/发射器31。将信号从微处理器/发射器31 (经由无线链路26)无线地发送到远程处理器/显示器32。感测系统的各种示例性配置例如在美国专利(N0.5，562，027、699，729,6, 981，935,7, 572，214 和 8，236，141)以及美国专利公开(N0.2005/0261115 和2011/0301003)中详细地进行了描述，其中的每一个通过引用并入本文中。
[0025]当将传感器(诸如压力或温度传感器30)安装到诸如辊20的旋转辊上时，可能变得必要的是，在每一次旋转的特定的点处(即，在特别的角位置处)触发数据收集或某个其它活动。下面描述了可以用来在旋转的相同的点处触发数据收集的技术。
[0026]系统包括装置40 (图1 )，其被安装在辊20的端部上并包含安装来检测在与辊的轴垂直的方向上的加速度的常规构造的加速度计42。如图2所示，通常的安装位置在辊20的圆周附近。在加速度计42成切线地安装到辊20的情况下，在辊20转动时，由重力加速度引起的加速度向量也旋转。参考图2中的辊20，其被示出为顺时针方向地旋转，当加速度计42在“3点钟”位置处时，向量指向下并具有IG的量值。当加速度计42在“6点钟”位置处(即，它的最低点)时，它读取零的量值，因为重力向量与加速度计向量正交。当加速度计42在“9点钟”位置处时，加速度计42读取-1G，并且在“12点钟”处，它读取零(再次，因为重力向量与加速度计向量正交)。因为将加速度计42成切线地安装，所以由旋转生成的离心力基本上恒定并因此不是因素。
[0027]图3是图示了可以用来监控加速度计信号的布置的电子线路图。模数转换器50可以用来将由加速度计50传送的信号从电压转换为数字数据流，其接着被馈送给微处理器31。因为辊20正围绕它的轴旋转，所以加速度计数据跟随旋转重力向量，并且因此当绘制为角位置的函数时一般在形状上是正弦曲线。图4示出了示例性理论的正弦曲线函数的曲线图。
[0028]在具有图4中图示的特定的术语的情况下，图5示出了用于建立触发点的方法。从加速度计取得数据采样(块100)。将该读取与预先确定的“预触发”阈值相比较(决定102)。假定它为否，取得另一个采样(块100)并做相同的比较。在加速度计数据采样的值下降到预触发阈值以下的某个点处，在所述点处记录该采样的角位置(块104，也见图4)。跟随图5的流程图，在数据电平经过“预触发盒子(box)”且朝预先确定的“触发点”电平前进时，取得附加的加速度计数据采样(块106)。将这些采样与触发点电平相比较(决定108)，其中，采样继续直到信号电平经过触发电平上方。在该点处，触发已经发生(块110，也见图4)，并且现在可以开始对传感器数据进行采样，因为已经知道了辊的角位置。
[0029]图5的流程图图示了根据本发明的各种实施例的硬件和/或软件的实施例的体系结构、功能和操作。将理解的是，流程图中的每一个块以及流程图中的块的组合可以通过计算机程序指令和/或硬件操作来实现。在这点上，每一个块表示代码的模块、片段或部分，其包括用于实现一个或多个指定的逻辑函数的一个或多个可执行指令。
[0030]应当注意的是，在其它实现中，在块中记录的一个或多个函数可以不按在图5中记录的次序发生。例如，连续地示出的两个块实际上可以基本上并发地执行，或者块有时候可以以相反的次序执行，这取决于所涉及的功能。[0031]可以将计算机程序指令提供给通用计算机、专用计算机或者其它可编程数据处理设备的处理器以产生机器，使得经由计算机或其它可编程数据处理设备的处理器执行的指令创建用于实现在流程图中指定的功能的装置。
[0032]也可以将计算机程序指令存储在计算机可用或计算机可读存储器(其可以指示计算机或其它可编程数据处理设备以特别的方式运行)中，使得存储在计算机可用或计算机可读存储器中的指令广生包括实现在流程图中指定的功能的指令的制造物品。
[0033]也可以将计算机程序指令加载到计算机或其它可编程数据处理设备上以使一系列操作步骤在计算机或其它可编程设备上执行，从而产生计算机实现的过程，使得在计算机或其它可编程设备上执行的指令提供了用于实现在流程图中指定的功能的步骤。
[0034]通过使用加速度计数据来生成触发，辊的位置可以几乎被确切地找到。辊将在循环中重复地在相同的点处触发，并且因此可以用来识别在辊周围排成一列的传感器。低的预触发电平和较高的触发电平两者的使用可以确保加速度计在例如图4所示的旋转的底部。因为该方法确保了在寻找触发电平信号以前已经接收到预触发电平信号，所以可以避免由于信号噪声而导致的错误肯定。触发信号的精确位置在读取每次旋转的多个事件的传感器配置(诸如具有多组传感器的辊)中可以是尤其重要的。
[0035]值得注意地，在一些实施例中可以执行上面描述的技术，使得预触发阈值位于加速度计函数的正弦曲线的极值(即，最大值或最小值)附近，和/或触发阈值可以在正弦曲线的中间点附近。在中间点附近的数据点趋向于定义比在极值附近的斜率更高的斜率；因此，将触发阈值定位在中间点附近可以减小不正确的“嘈杂”信号可能引起触发的机会。在一些实施例中，将触发阈值与极值分开在约70与110度之间。在其它实施例中，将触发阈值与预触发阈值分开在约90与130度之间。
[0036]前面是本发明的说明，且不被解释为对其的限制。虽然已经描述了该发明的示例性实施例，但是本领域技术人员将容易理解在不实质上脱离该发明的新颖性教导和优点的情况下，在示例性实施例中的许多修改是可能的。因此，所有这样的修改意在被包含在如权利要求中限定的该发明的范围内。本发明由下面的权利要求以及将被包含在其中的权利要求的等同形式来限定。
【权利要求】
1.一种确定辊的角位置的方法，包括: Ca)检测由附接于旋转辊的端部的加速度计生成的信号； (b)确定在步骤(a)中生成的信号是否已经达到预触发阈值，并且如果所述信号还没有达到所述预触发阈值，则重复步骤(a)； (c)如果在步骤(b)中确定了所述信号已经达到所述预触发阈值，则检测由所述加速度计生成的随后的信号； (d)确定在步骤(C)中检测的所述信号是否已经达到触发阈值，并且如果所述信号还没有达到所述触发阈值，则重复步骤(C); (e)如果所述信号已经达到所述触发阈值，则基于已经达到所述触发阈值的所述信号建立所述辊的所述角位置。
2.权利要求1限定的所述方法，其中所述触发阈值高于所述预触发阈值。
3.权利要求2限定的所述方法，其中由所述加速度计生成的所述信号限定了正弦曲线。
4.权利要求3限定的所述方法，其中所述预触发阈值位于所述正弦曲线的极值附近，并且其中所述触发阈值位于所述正弦曲线的中间点附近。
5.权利要求4限定的所述方法，其中所述触发阈值在与所述正弦曲线的极值分开的约70与110度之间。
6.权利要求4限定的所述方法，其中所述触发阈值在与所述预触发信号分开的约90与130度之间。
7.权利要求1限定的所述方法，其中所述辊进一步包括配置为检测操作参数的多个传感器。
8.权利要求7限定的所述方法，其中所述触发阈值对应于所述多个传感器的最末端的传感器。
9.权利要求7限定的所述方法，其中所述多个传感器沿着所述辊的所述长度被布置在单螺旋中。
10.一种工业辊组件，包括: 圆柱形辊，具有安装到其的多个传感器以及安装到其端部的加速度计；以及 控制器，可操作地与所述加速度计相关联，所述控制器被配置为: Ca)检测由所述加速度计生成的信号； (b)确定在(a)中生成的信号是否已经达到预触发阈值，并且如果所述信号还没有达到所述预触发阈值，则重复(a); (c)如果在(b)中确定了所述信号已经达到所述预触发阈值，则检测由所述加速度计生成的随后的信号； (d)确定在(C)中检测的所述信号是否已经达到触发阈值，并且如果所述信号还没有达到所述触发阈值，则重复(C);以及 (e)如果所述信号已经达到所述触发阈值，则基于已经达到所述触发阈值的所述信号建立所述辊的所述角位置。
11.权利要求10限定的所述组件，其中所述触发阈值高于所述预触发阈值。
12.权利要求11限定的所述组件，其中由所述加速度计生成的所述信号限定了正弦曲线。
13.权利要求12限定的所述组件，其中所述预触发阈值位于所述正弦曲线的极值附近，并且其中所述触发阈值位于所述正弦曲线的所述中间点附近。
14.权利要求13限定的所述组件，其中所述触发阈值在与所述正弦曲线的所述极值分开的约70与110度之间。
15.权利要求13限定的所述组件，其中所述触发阈值在与所述预触发信号分开的约90与130度之间。
16.权利要求10限定的所述组件，其中所述触发阈值对应于所述多个传感器的最末端的传感器。
17.权利要求16限定的所述组件，其中所述多个传感器沿着所述辊的所述长度被布置在单螺旋中。
18.一种用于确定辊的角位置的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机可读存储媒介，其具有在其中体现的计算机可读程序代码，所述计算机可读程序代码被配置为: Ca)检测由所述加速度计生成的信号； (b)确定在(a)中生成的信号是否已经达到预触发阈值，并且如果所述信号还没有达到所述预触发阈值， 则重复(a); (c)如果在(b)中确定了所述信号已经达到所述预触发阈值，则检测由所述加速度计生成的随后的信号； (d)确定在(C)中检测的所述信号是否已经达到触发阈值，并且如果所述信号还没有达到所述触发阈值，则重复(c); (e)如果所述信号已经达到所述触发阈值，则基于已经达到所述触发阈值的所述信号建立所述辊的所述角位置。
【文档编号】D21F3/08GK103998682SQ201380003528
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2013年1月16日 优先权日:2012年1月17日
【发明者】C.B.肯特雷尔 申请人:斯托·伍德沃德许可有限责任公司