本发明主要涉及用于将挤压力施加在用于形成例如纸、织物材料、塑料箔和其他相关材料的移动料幅上的压区型挤压机。特别是，本发明涉及用于测量和消除来自在包覆辊中采用嵌入式传感器的压区型挤压机的压区压力曲线的旋转可变性的影响的方法和设备。虽然现有技术中采用带有嵌入式传感器的辊的挤压机可能能够检测沿着所述辊的长度的压力的变化，但是这些相同的嵌入式传感器可能不能测量和补偿可能由包覆辊的高速旋转产生的旋转可变性。本发明提供了一种用于测量和消除来自包覆辊的压区压力曲线的旋转可变性的方法和设备，以获得更加真实的正在压区区域中形成的压区压力的曲线。
背景技术
夹辊被应用于很多连续加工行业中，这些行业包括例如造纸、制钢、塑料压延和打印。夹辊的特性在造纸中尤为重要。在造纸的过程中，很多阶段需要将流浆箱原料转化成纸。最初的阶段是流浆箱原料(通常称为“白水”)沉积在造纸机成型织物(通常称为“网幅”)上。沉积之后，一部分白水流动通过成型织物网幅的孔隙而在所述成型织物网幅上留下液体和纤维的混合物。这种混合物在行业内称为“料幅”，可以通过设备进行处理，所述设备进一步降低了最终产品的内含水分的量。所述织物网幅连续支撑纤维料幅并且使其行进通过各种脱水设备，所述脱水设备有效地从所述料幅除去所希望的量的液体。
多个脱水阶段中的一个阶段通过使所述料幅经过一对或者更多的旋转辊来实现，所述旋转辊形成其一个或者一系列的压区型挤压机，在这个过程中，液体通过所述旋转辊正在施加的压力而从所述料幅中排出。在所述料幅和织物网幅上施加力时，所述辊将导致一些液体被从纤维料幅中挤压出来。所述料幅然后可以行进到其他挤压机或者干燥设备，这些挤压机或干燥设备进一步降低所述料幅中的水分的量。“压区区域”是两个相邻的辊之间的纸幅通过的接触区域。所述压区型挤压机的一个辊通常是坚硬的钢辊，而另一个是由被聚合物包覆物包覆的金属壳布局。然而，在一些应用中，两个辊可以都被包覆。将被从所述料幅中加压出来的液体的量取决于所述料幅通过所述压区区域时被施加在所述料幅上的压力的量。在该过程中的纸机压延机的后面的辊被用来控制片材的厚度和其他特性。包覆辊有时在所述压延机处使用。辊的特性在造纸中尤为重要，因为在压区型挤压机阶段的过程中施加于所述料幅上的压力的量对于获得均匀的片材特性是关键的。
与这些辊相关联的一个常见问题可能是沿着所述辊的工作长度分布的压力缺乏均一性。由所述压区型挤压机的所述辊施加的压力通常被称为“压区压力”。施加在所述料幅上的压区压力的量和所述压区的尺寸在获得均一片材特性可能是重要的。沿着所述辊的均匀的压区压力在造纸中是重要的并且归因于水分内含物、厚度、片材强度和表面外观。例如，所述压区压力缺乏均一性可能常常导致具有欠佳质量的纸。过度的压区压力能够导致纤维的压碎或者移位以及在所得的纸产品中的孔。对压区载荷的改善能够导致通过较高的机器速度获得更高的生产力和较低的故障(意外停工)。
在挤压部使用的常规辊可以由一层或者多层材料形成。辊偏移(通常是由于下垂(sag)或者压区载荷的缘故)可能是不均匀的压力和/或压区宽度分布的来源。磨损的辊包覆部也可能引起压力变化。辊已经发展为监测和补偿这些偏移。这些辊通常具有浮置的壳体，该浮置的壳体围绕固定的芯体。在所述浮置的壳体下面是可移动的表面，所述可移动的表面可以被驱动以补偿不均匀的压区压力分布。
先前已知的用于确定所述压区压力的这种差异的存在的技术要求操作员停止所述辊并且将一长条碳纸或者压敏薄膜放置到压区中。这个过程被称为进行“压区压印”。后来的用于压区压印的技术涉及使用聚酯薄膜(mylar)和压敏元件以电子方式记录跨过压区的压力。这些程序尽管有用，但是不能在压区型挤压机工作的同时使用。而且，不能将会影响压区压力的均一性的温度、辊速度和其他相关变化考虑进去。
因此，压区型挤压机发展了数年以允许操作员在所述辊正在转动的同时测量所述压区压力。一个这样的压区型挤压机在美国专利no.4,509,237中有描述。这种压区型挤压机采用具有位置传感器的辊以确定辊壳体的不均匀布置。来自所述传感器的信号启动位于所述辊壳体下面的支撑或压力元件，以使可能因为压力变化而存在的任何不均匀定位平衡。所述压力元件包括由加压油馈入线路供油的常规静压支承轴承。在美国专利no.4,898,012中描述的辊类似地尝试通过在所述辊上结合传感器以确定挤压机压区的压区压力曲线来解决这个问题。还有另一个压区型挤压机公开在美国专利no.4,729,153中。这种控制偏移辊进一步具有用于调节横跨辊表面的窄带中的辊表面温度的传感器。其他控制偏移辊如在美国专利no.4,233,011中描述的控制偏移辊依赖于辊材料的热膨胀性质来实现合适的辊挠曲。
压区型挤压机技术的进一步的优点包括无线传感器的发展，这些无线传感器被嵌入到压区型挤压机的感测辊包覆部中，如在授予moore等的美国专利no.7,225,688、7,305,894、7,392,715、7,581,456和7,963,180。这些专利显示了嵌入到辊包覆部(一般称为“感测辊”)中的很多传感器的使用，其将无线压力信号发送到远程信号接收器。授予moschel的美国专利no.5,699,729公开了用于感测展现在辊上的压力的螺旋式传感器的使用。造纸机设备制造商和供应商例如voithgmbh,xeriumtechnologies,inc.及其子公司stowe已经开发出采用嵌入在感测辊包覆部中的传感器的压区型挤压机。这些压区型挤压机通常采用以单转(revolution)卷绕在辊包覆部周围的单螺旋进行连接以形成螺旋样式的多个传感器。单个传感器被设计成在感测辊旋转时延伸进入到所述压区型挤压机的压区区域中。采用这种方式，传感器的螺旋样式提供了沿着所述压区型挤压机的横向区域的不同压力信号以为操作员提供与其通过所述压区区域时横跨压区区域的压力分布有关并且因此与正被施加至移动料幅上的压力有关的有价值信息。
与所述压区型挤压机相关联的控制仪器提供了横向压区压力的良好表示(通常称为“压区压力曲线”或只是称为“压区曲线”)，并且一旦出现的话将允许操作员修正所述压区压力分布。所述控制仪器通常在计算机屏幕或监视器上提供所述压区压力曲线的实时图形显示。所述压区曲线是正从位于感测辊上的传感器接收到的压力数据的编译。其常常就所述感测辊上的横向位置以图形显示压力信号。y轴常常指定以磅/线性英寸表示的压力而x轴指定所述辊上的横向位置。
虽然所述感测辊上的单行传感器可以提供压区压力横向可变性的非常良好的表示，但是这些相同的传感器可以能不能适当地将横跨所述压区区域的压力的由所述感测辊的高速旋转导致的可变性考虑进去。以高的角速度(高rpm)旋转的辊筒/辊的动力学可以导致由所述辊筒/辊产生的压力的轻微变化，这些轻微变化在所述辊筒/辊停止时或者以低速度旋转时不一定能够被检测到。这种动力学变化可以是作用在所述辊筒/辊上的离心力、辊绕曲、辊平衡、偏心轴安装或者外辊或圆辊造成的结果，并且可能受到环境因素的影响。典型的高速度旋转辊筒/辊的动力学行为的特征经常为产生不平衡和抗弯刚度变化。沿着所述辊筒/辊的这些刚度变化常常被称为旋转可变性。不平衡可能被观测为一些特定旋转频率下的振动分量并且也可以导致作为旋转速度的函数的具有柔性的辊筒/辊的不需要的弯曲。由于用于造纸的感测辊的长度可能非常长，旋转辊的不平衡可能对于造纸商而言是一个严重的问题，因为可能会产生并且由控制设备显示的不太均匀的压区压力曲线。当然，所述感测辊的任何不需要的弯曲可能改变料幅通过夹辊行进时正在施加在该料幅上的压力的量。同样的，由于均匀的压区压力在造纸过程中是非常需要的，因此正确显示压区压力曲线是高度有利的，因为根据不准确的压区压力曲线对旋转辊进行的任何修正肯定会使该问题恶化。定位在感测辊上的单个横向位置处的单个传感器可能不能补偿该传感器位置处的旋转可变性的影响，并且可能提供不太准确的压力读数。可变性有三个基础测量。真实的压区压力曲线具有可变性，该可变性可以被称为横向可变性，因为其是横跨所述压区的各个横向位置的平均压力的可变性。单行传感器中的各个传感器可能具有与其相关联的一定可变性，该可变性可以在数据在高速度下收集时进行计算。这种特定的可变性曲线表示单行传感器中的各个位置处的高速度测量的可变性。这种可变性包含造纸过程中其他设备的可变性，包括夹向所述感测辊的辊的旋转可变性。第三种可变性曲线是所述辊的各个横向位置处的多个传感器的压区曲线可变性。这种可变性表示感测辊旋转通过其多个位置或者感测位置时该感测辊的“旋转可变性”。
旋转可变性的问题之一是沿着所述感测辊的不同位置处的“高斑点(spot)”和“低斑点”的产生。位于发现有高斑点和低斑点的横向位置处的单个传感器可能为处理设备提供在该位置处正在形成的不准确压力读数。这是因为所述辊充分旋转通过完整一转时在该传感器的位置处形成的总压力事实上将低于所测得的“高斑点读数”。因此，基于位于高斑点或低斑点处的传感器的读数的压区压力曲线将不能指示正在该位置处形成的平均压力。依赖于这个单独的不准确的读数的处理设备将计算和显示至少部分地不准确的压区压力曲线。如果有很多单个传感器位于很多高斑点或者低斑点处，那么处理设备将显示具有很多不准确性的压区压力曲线。造纸机的操作员甚至可能不知道处理系统正在显示不准确的压区压力曲线。而且，根据不准确的压区压力曲线而尝试去修正感测辊可能导致甚至更加的不准确性。
因此，如果制造商能够检测并且测量沿着压区型挤压机的包覆辊的长度的任何旋转可变性并且在实时压区压力曲线正在被计算和显示时对其进行补偿，那将是有利的。本发明提供了真实压区压力曲线的更好的测量，并且还能够提供先前没有测量的旋转的压区曲线可变性(旋转可变性)。而且，感测元件的某些布置将会提供有关包覆部的磨损的信息。对任何旋转可变性的补偿应当产生更加准确地表示沿着所述挤压机的压区区域正在形成的压力的压区压力曲线。本发明满足这些和其他需要。
技术实现要素：
本发明提供了用于准确地检测、测量和至少部分地消除来自在压区型挤压机中使用的包覆辊(也称为“感测辊”)的旋转可变性的任何影响的装置和方法。本发明补偿这种影响，从而允许更加准确的压区压力曲线显示得到计算和显示。因此，本发明为机器操作员提供了横跨压区型挤压机的实际压力分布的更加准确的表示。本发明可以与修正仪器协同使用，这可以消除或者补偿横跨所述挤压机的所述感测辊的位置处的压力可变性。从沿着所述感测辊布置的传感器获得的数据允许计算和显示旋转可变性曲线，所述旋转可变性曲线能够为操作员提供额外的与压力读数动力学有关的实时信息，从而获得更加准确的压区压力曲线。本发明能够通过计算例如沿着所述感测辊的各个横向(“cd”)位置处的平均压力值来补偿感测机构中的旋转可变性。本发明还能够采用其他模型例如曲线拟合来计算并且获得更加准确的压区压力曲线。
本发明使用沿着所述感测辊的不同横向位置处周向地间隔开的多个传感器以抵消可能正在作用于或者可能不正在作用于所述感测辊的旋转可变性的影响。这些策略性地放置的传感器被设计成测量施加于正在行进通过所述压区型挤压机的料幅的压力。先前的工作已经表明，辊旋转可变性主要以所述辊的旋转频率的1倍发生并且偶尔主要在所述辊的边缘以所述旋转频率的两倍发生。较高的频率较为少见，并且通常只发生在所述辊的最边处。另外，各个横向位置处的圆圈可以是同相的(其中高点和低点横跨整个辊宽度同时出现的(称为“起楞(barring)”)或者高点和低点的分相可能在所述辊旋转时横跨该辊变化。分析这些可变性样式已经表明在包覆辊的横向位置处周向地间隔开180度的两个传感器的平均测量应当提供正在形成的实际压力的良好测量并且将抵消或者至少部分地抵消可能在该位置处形成的旋转频率的一倍的任何旋转可变性。类似地，在包覆辊的横向位置处周向地间隔开120度的三个传感器或者间隔开90度的四个传感器的测量的平均值应当提供正在形成的实际压力的良好测量并且将抵消或者至少部分地抵消可能在该位置处形成的旋转频率的两倍的任何旋转可变性。多个传感器的交替定位以消除旋转的影响是可能的。采用这种方式，应该可以获得横跨压区区域的压力分布的更加真实的测量。指示包覆部磨损并且已经见于压延辊组的与较高频率起楞有关的信息可以通过将感测元件间隔在不同的旋转位置处来获得。个体感测元件之间的差异和在相同横向位置处的成组感测元件的平均值提供了辊的圆度和包覆部的形状的度量。这种差异的随着包覆部老化而发展是包覆部磨损的指示。
本发明相对于采用被分配来测量特定横向位置处的压力的单个传感器的感测辊和系统而言提供了很多好处。只采用布置在辊上的横向位置处的单个传感器的感测辊不具有为比较目的以确定在相同的横向位置处是否存在任何不平衡而在该横向位置处进行二次测量的能力。因此，这种感测辊可能提供不准确的读数来计算和显示压区曲线。如果将单个传感器放置在存在因为旋转不平衡引起的高斑点或者低斑点的位置处，那么该传感器的压力读数将不能非常准确，并且其读数将导致压区压力曲线的不准确计算。另外，在各个cd位置处使用单个感测辊不能产生必要的数据以允许计算和显示能够为操作员提供额外的实时信息以获得更加准确的压区压力曲线的旋转可变性曲线。本发明允许计算和显示这样的旋转可变性曲线以及压区压力曲线。
在一个方面，在压区型挤压机中使用的感测辊包括策略地放置的传感器，所述传感器包括第一组传感器，该第一组传感器沿着叠置在圆筒形构件上的辊包覆部以特定布局布置。所述第一组的各个传感器定位在所述辊包覆部上的特定侧向位置(横向位置)处。所述感测辊进一步包括另外的组的传感器，所述另外的组的传感器同样以特定布局布置在所述辊包覆部上，第二组中的各个传感器同样布置在特定的横向位置处。所述第一组传感器中的各个传感器在所述另外的组中具有对应传感器以限定被用来获得特定横向位置处的压力读数的cd组传感器。同样的，在所述横向位置处的各个传感器彼此周向地间隔开。多个对应传感器可以策略地沿着所述感测辊的长度放置在不同的横向位置处，每一对传感器被指定来测量正在该横向位置处形成的压力。各个传感器在其进入所述挤压机的压区区域中时测量压力。从理论上来说，如果所述感测辊真正平衡的话，cd组的各对应传感器在该特定的横向位置处应当测量到相同的压力。如果两个对应传感器的压力测量显著地不同，那么测量将指示可能由旋转感测辊的动力学导致的某些可变性。本发明允许感测辊在感测辊的各个360度转的过程中在各个横向位置处进行多次而不是仅仅一次的压力测量。这些多次测量被用来获得更加准确的压区压力曲线和旋转可变性曲线。在本发明的一个方面，可以对各个传感器处的读数进行平均计算以确定该特定横向位置处的平均压力测量。这个经平均计算的测量然后可以被用来计算和显示压区压力曲线。相同的读数可以被用来计算和显示工作的压区型挤压机的旋转可变性曲线。各个位置处的读数的可变性将被监测和显示以确定辊旋转可变性是否稳定或者增加。这种可变性有很多种可能的度量，包括方差、标准偏差、2倍σ、过程百分比、协方差、峰-峰值。使用任何量度的增加的可变性都可以指示轴承或者辊包覆部的可能故障或者其他辊问题。
在另一个方面，布置多组传感器使得形成排好的传感器的特定样式。例如，样式可以是连续的螺旋布局，该螺旋布局围绕所述感测辊延伸一转，从而形成围绕所述感测辊的螺旋。若干组的传感器可以以很多不同的样式沿着所述感测辊的长度对齐以形成良好的具有代表性的压区压力曲线。在另一个方面，连续行的传感器可以仅仅围绕所述感测辊部分地延伸，例如延伸半转(1/2转)。第二组传感器也围绕所述感测辊延伸半转(1/2转)。采用这种方式，在所述感测辊10周围仅仅形成部分螺旋。传感器的这种布置仍然允许有一对传感器将被分配给特定的cd位置。这些组传感器将彼此周向地间隔开180度。采用类似的方式，三个螺旋可以各卷绕120度，四个螺旋可以各卷绕90度，或者n个螺旋各卷绕360度/n。传感器的这种布置的具体优点是感测可能与包覆部磨损相关联的短波长起楞(bar)，因为各个感测元件处在不同的旋转位置处。
在另一个方面，用于计算和显示用于压区型挤压机的压区压力曲线和旋转可变性曲线的系统包括感测辊，该感测辊被构造成带有位于压区布置中的第二辊，所述感测辊和所述第二辊适合于旋转地挤压压区区域中的其间物质。所述感测辊具有沿着其长度限定的多个横向位置。所述感测辊包括第一组压力测量传感器和另外的组的压力测量传感器，多组传感器中的各个传感器沿着所述感测辊被布置在特定的横向位置处。各个传感器被构造成当所述传感器进入所述压区型挤压机的压区区域中时感测和测量压力。同样的，所述第一组的各个传感器在所述另外的组中具有对应传感器，所述对应传感器定位于相同的横向位置处但是在所述感测辊上周向地间隔开以提供各个横向位置处的多个压力读数。所述多个读数可以被用来计算和制作用于所述挤压机的压区压力曲线和旋转可变性曲线。在一个方面，可以计算各个位置处的平均压力读数以获得更加准确的压区压力曲线。
收发器可以被附接至所述感测辊并且附接至所述多组的传感器中的各个传感器以将数据信号从所述传感器传送至接收器单元。用于根据所述第一组和所述另外的组的传感器中的各个cd组的对应传感器的压力测量来计算压区压力分布的处理单元可以被联接至所述感测辊。显示器单元还可以被联接至所述处理单元以提供所述压区压力曲线和所述旋转可变性曲线的可视化显示。
一种用于感测和消除来自压区型挤压机的感测辊的压区压力曲线的旋转可变性的影响的方法包括提供感测辊，该感测辊具有工作长度和沿着所述工作长度布置的多个横向位置。将多个压力测量传感器放置在所述横向位置中的各个位置处，各个横向位置的所述传感器彼此周向地间隔开。然后在所述传感器移动进入所述压区型挤压机的压区区域中时测量施加在各个cd组的各个传感器上的压力，并且计算位于该横向位置处的各个传感器的压力测量以获得相应横向位置处的平均压力测量。然后可以采用所计算得到的各个横向位置处的压力测量以形成用于所述压区型挤压机的压区压力曲线。
在另一个方面，一种用于感测和消除来自压区型挤压机的感测辊的压区压力曲线的旋转可变性的影响的方法包括当布置于所述压区型挤压机的所述感测辊上的特定横向位置处的第一传感器进入所述压区型挤压机的所述压区区域时测量施加在所述第一传感器上的压力。还测量所述第二传感器进入所述压区型挤压机的所述压区区域时施加在所述另外的传感器上的压力。所述另外的传感器定位于与所述第一传感器相同的横向位置处但是与所述第一传感器周向地间隔开。多个所述传感器的压力测量被用来计算和显示所述压区压力曲线和旋转可变性曲线。多组多个传感器可以沿着所述感测辊被放置在各个不同的横向位置处以针对各个横向位置测量多个偏移位置处的压力。对来自用于各个横向位置的多个传感器的压力测量进行平均计算并且所述压力测量被用来计算和显示横跨所述压区区域形成的压区压力曲线。所述方法可以包括提供针对所述感测辊的修正程序以针对沿着所述压区压力曲线的高压斑点或者低压斑点进行调节。
根据下文对优选实施方式的详细说明并结合附图，将明了本发明的这些和其他优点，所述实施方式和附图仅通过举例方式来展示本发明的原理。
附图说明
图1是显示压区型挤压机的立体图，该挤压机采用根据本发明制造的感测辊或者包覆辊的一个具体实施方式。
图2是图1的所述压区型挤压机的端视示意图，该图显示夹在压送辊之间的料幅的形成，所述压区型挤压机的压区宽度由字母“nw”标明。
图3a是根据本发明的制造的感测辊的一个具体实施方式的侧视图，该图显示两组传感器沿着所述辊的长度放置。
图3b是图3a的感测辊的端视图，该图显示第一组和第二组传感器在所述感测辊上周向地间隔开约180度进行放置。
图4是侧视图，该图显示两行传感器沿着所述感测辊的长度放置，并且有传感器放置在由一对虚线标明的压区区域内的。
图5是侧视图，该图显示在所述感测辊从其在图4中所示的初始位置旋转180度后两行传感器沿着该感测辊的长度放置。
图6a是根据本发明制造的感测辊的一个具体实施方式的侧视图，该图显示三组传感器沿着所述感测辊的长度放置。
图6b是图6a的所述感测辊的端视图，该图显示第一组、第二组和第三组传感器周向间隔开约120度地放置在所述感测辊上。
图7a是根据本发明制造的感测辊的一个具体实施方式的侧视图，该图显示四组传感器沿着所述感测辊的长度放置。
图7b是图7a的所述感测辊的端视图，该图显示第一组、第二组、第三组和第四组传感器周向间隔开约90度地放置在所述感测辊上。
图8a是根据本发明制造的感测辊的一个具体实施方式的侧视图，该图显示两组传感器沿着所述感测辊的长度周向地卷绕180度放置。
图8b是图8a的所述感测辊的端视图，该图显示第一组和第二组传感器周向间隔开约180度地放置在所述感测辊上。
图9a是根据本发明制造的感测辊的一个具体实施方式的侧视图，该图显示三组传感器沿着所述感测辊的长度周向地卷绕120度放置。
图9b是图9a的所述感测辊的端视图，该图显示所述传感器组周向间隔开约120度地放置在所述感测辊上。
图10a是根据本发明制造的感测辊的一个具体实施方式的侧视图，该图显示四组传感器沿着所述辊的长度卷绕约90度进行放置。
图10b是图10a的所述感测辊的端视图，该图显示所述传感器组周向间隔开约90度地放置在所述感测辊上。
图11是示意图，该示意图显示可以采用本发明的感测辊的一个具体检测系统和纸张加工线的基本结构。
图12是图形展示图，该图显示了示出一个循环上同相可变性的螺旋样式的单传感器阵列和双传感器阵列的归一化误差对曲线位置的作图。
图13是图形展示图，该图显示了示出一个循环上异相可变性的螺旋样式的单传感器阵列和双传感器阵列(180度)的归一化误差对曲线位置的作图。
图14是图形展示图，该图显示了示出一个循环/旋转中心和2个循环/旋转边缘上异相可变性的螺旋样式的单传感器阵列、双传感器阵列(180度)和三传感器阵列(120度)的归一化误差对曲线位置的作图。
图15是图形展示图，该图显示用于阵列1(0度)、阵列2(90度)和阵列3(180度)的三传感器阵列的压区压力与曲线位置的比较。
具体实施方式
本发明涉及具体用于压送辊型挤压机的辊，在所述压送辊型挤压机(nippedrollpress)中，所述辊将挤压力施加在料幅上以形成纸张、纺织材料、塑料箔和其他相关材料。尽管本发明可以应用于以上行业中，但是下文讨论将集中在具体用于造纸中的辊的功能，并且特别是集中在用于对纤维料幅进行脱水的压区型挤压机(nippress)的辊的功能，包括布置以旋转地与所述压区型挤压机中的另一个辊协作的感测辊。图1至5示出了在各个横向位置横跨所述辊的宽度轴向地180度定位的两个传感器的实施方式，因为这将提供最简单的图示。可以推及在各个cd位置处带有多个传感器的另外的实施方式，如图6至8b所示。
如图1所示，立体示意图显示根据本发明制造的作为压区型挤压机12的一部分的感测辊10，所述压区型挤压机12包括第二辊14，该第二辊14与所述感测辊10协作以在两个辊10、14之间行进的纤维料幅16上产生压力。所述感测辊10和第二辊14按照图2中的箭头所示的那样旋转，并且在压区区域18处间隔开，在所述压区区域18处，所述两个辊10、14有点相遇以将压力施加在所述纤维料幅16上，从而将悬浮在所述料幅16中的一些液体除去。图2中的字母nw指示所述压区区域18所形成的“压区宽度”。这个压区区域18沿着所述感测辊10和第二辊14的整个横向长度延伸。所述感测辊10可以包括内部基辊20，并且外部辊包覆部22可以包括适合用于制造压榨辊的材料。所述内部基辊20可以包括一个或者多个下层，并且所述外部辊包覆部22为上层。这种带有所述辊包覆部24的复合型感测辊10在本领域中通常被称为“包覆辊”。第二辊14可以是非包覆辊，或者由多层材料以及基辊组成。如果有多个包覆辊包含在所述压区中，那么每一个可以具有传感器并且形成压区曲线和可变性曲线。所述压区曲线或者两个包覆辊可以一起平均求算以在进行压区曲线调节时具有更高的准确度。然而，各个包覆辊的可变性曲线提供与该具体的辊的状态的信息。应当理解的是，虽然本实施方式仅仅着眼于单个压区，但是可以利用涉及在纸业中常见的双压区、三压区或者多压区相互作用的多个单辊。示出一种双棍10、14是为了更加清楚地描述与本发明有关的优点。然而，在压区型挤压机中使用各个独立的感测辊可以产生多个压区曲线。
现在参考图1和3，第一组24的传感器26与感测辊10以及第二组28的传感器30相关联。所述第一组24的传感器26由圆圈标明，而第二组28的传感器30由矩形标明。圆圈和矩形用于容易区分构成所述第一组24的传感器和构成所述第二组28的传感器。然而，在实践中，所述传感器26和传感器30可以是完全相同的传感器器件。而且，所述辊10、14中的一个或者两者可以具有与所述辊相关联的传感器。然而，为了展示目的，这里的讨论将仅仅集中在所述辊中的具有感测和测量功能的一个辊。
这些传感器26和30可以至少部分地布置在所述辊包覆部22内，所述辊包覆部22形成所述感测辊10的一部分。所述传感器26和30中的各个传感器都适合于感测和测量特定的数据参数，例如当其进入所述压区区域18时正在被施加在所述传感器上的压力。如在图3a中最好地看到的那样，所述第一组24的传感器26被显示为沿着所述感测辊10以特定的布局布置，各个传感器26被定位在所述感测辊10上的特定侧向位置(称为“横向位置”或者“cd位置”)。各个横向位置距离所述感测辊10的第一端部32有特定的距离。如在图3a中的一个具体实施方式中可以看到的那样，所述第一组24的传感器26沿着以单转螺旋围绕所述感测辊的整个长度从而形成螺旋形或者螺旋样式的线布置。所述第二组28的传感器30同样沿着以单转螺旋围绕所述感测辊的整个长度从而形成同样的螺旋形或者螺旋样式的线布置，不同之处在于所述第二组28的传感器30与所述第一组24的传感器26轴向地围绕所述感测辊10间隔约180度。图3b显示了所述第二组28与所述第一组24间隔约180度的端视图。使用这两行传感器26和30允许在所述感测辊10旋转的同时测量所述感测辊10的大量外表面。虽然所述第一组24和所述第二组28的特定样式在本文中以围绕所述辊10的螺旋样式显示，但是应当理解的是，这些组24、28的传感器可以以其他特定布局布置以提供所有沿着所述感测辊10的压力测量。
这个第二组28的各个传感器30被布置在所述感测辊10上的特定横向位置。所述第一组24的各个传感器26在所述第二组28中具有对应传感器，并且所述第一组和第二组中的各个对应传感器都沿着所述感测辊定位在相同的横向位置处。采用这种方式，所述感测辊的各个横向位置都具有测量位于两个不同周向位置处的压力的一对传感器。每一对对应传感器都沿着所述感测辊10定位在横向位置处，从而在所述感测辊完成完整的360度旋转时提供两个传感器读数。然后可以采用这两个读数的平均值来计算和显示在所述旋转的压区型挤压机12上形成的压区压力曲线。
可以进行压力测量的方式通过参考图4和5进行最佳地说明。图4和5显示了所述感测辊10的侧视图，该侧视图在直视由一对虚线示出的所述压区区域18时将看到。图4显示了一典型的图，其中所述感测辊10具有一对传感器26、30，所述一对传感器26、30直接位于所述压区区域中以准备获取压力测量。位于所述感测辊10的底部的用于展示目的的格子显示了沿着所述感测辊10的工作长度l的十四(14)个单独的横向位置。在图4中，可以看到所示的所述第一组24的传感器26定位在以数字标记为1至7的横向位置上。同样的，所述第二组28的传感器30显示为位于图4中以数字标记为8至14的横向位置上。所述第一组24的其他传感器26布置在横向位置8至14处但是在图4中没有看到。同样的，所述第二组28的其他传感器30布置在横向位置1至7处但是在图4中没有看到，因为它们位于所述感测辊的相反一侧。应当理解的是，在这些图中只显示有十四个横向位置以提供本发明操作的简单说明方式。在实际操作中，可以有多得多的与感测辊相关联的横向定位位置，只要与这些辊相关联的长度和宽度长。
只有位于第四个横向位置的传感器26和位于第十一个横向位置的传感器30处在适合于获取压力测量的位置，因为它们定位在压区区域nr中。一旦这两个传感器26、30进入所述压区区域nr后，就测量正施加在所述传感器上的压力。随着所述传感器10继续旋转，处在第五个横向位置和第十二个横向位置的其他传感器然后将定位在所述压区区域nr中，并且将能够测量这些特定位置处的压力。所述感测辊10的进一步旋转将位于第六个横向位置和第十三个横向位置的传感器放置到所述压区区域nr中以进行压力测量。最后，所述感测辊10从其图4中所示的初始位置旋转180度并且将再次具有位于第四个横向位置和第十一个横向位置的传感器。传感器26、30的这种布置显示在图5中。唯一的区别是此时所述第二组28的传感器30处在第四个横向位置处而所述第一组24的传感器26处在第十一个横向位置处。图4和5中所显示的这些传感器26和30是读取所述第四个横向位置处的压力的对应传感器。同样的，图5中的所述第一组24的传感器26此时处在所述第十一个横向位置处以准备测量该位置处的压力。在图4中所显示的所述第十一个横向位置处的传感器30和在图5的所述第十一个横向位置处的传感器26构成提供所述感测辊上的该特定位置处的压力读数的对应传感器。处理这些压力测量结果的系统能够获取位于特定的横向位置处的每一对对应传感器的读数的平均值，并且根据平均读数计算该位置处的压区曲线。例如，如果在所述第四个横向位置处的传感器26、30都读到200lb/线性英寸(pli)，那么它们的平均值将是200pli。这将指示没有或者几乎没有由所述感测辊10的旋转引起的压力变化。然后200pli的平均读数将用来计算和显示在该特定的横向位置处的压区压力曲线。例如，如果在所述第十一个横向位置处的传感器30，如图4中那样，读到240pli，并且位于图5所示的第十一个横向位置处的传感器26读到160pli，那么平均压力将为200pli。在所述第十一个横向位置处的这两个不同的读数将指示有压力变化，该压力变化很可能归因于所述感测辊10的高速旋转。然而，在处理所述第十一个横向位置处的压区压力曲线时，200pli的平均压区压力测量将被使用，因为这个平均值将抵消或者几乎抵消沿着感测辊10发生的旋转可变性的影响。两次测量的平均值将得到正在该特定横向位置处产生的压力的更加准确的表示。
在利用位于各个横向位置处的单传感器的感测辊的现有技术中，处理单元将具有位于各个横向位置处的单个传感器。在所展示的上述实施例中具有位于第十一个横向位置处的单个传感器的现有技术感测辊只能依靠该位置处的单个读数来计算并显示所述压区压力曲线。现有技术的辊然后将使用240pli或160pli读数来确定和显示这个位置处的压区压力曲线。这种读数不那么准确，因为该感测辊以360度转进行完全旋转。因此，在该位置处的所计算的压区压力将不那么准确。然而，处理单元将显示似乎准确但是实际上不那么准确的压区压力曲线。如果通过机器操作员或者通过自动调节装备对所述感测辊进行调节以补偿高或低压力读数，那么所述感测辊可能被调节成在所述压区区域中在不同的位置处产生甚至更加不正确的压力。
随着所述辊10旋转而将不同的传感器放置到所述压区区域中，相应的传感器测量压力，该压力然后被传送至所述处理单元。与各个感测辊10相关联的处理单元然后可以计算在不同横向位置处的每一对对应传感器的平均压力并产生能够在监视器或者其他视频屏幕上可视化的压区压力曲线。本领域已知的计算机设备可以被用来处理正在以微秒形成的压力读数。
于是，本发明的用于感测并消除来自压区型挤压机的感测辊的压区压力曲线的旋转可变性的影响的方法包括提供具有工作长度和沿着所述工作长度布置的多个横向位置并且在各个横向位置处放置多对压力测量传感器的感测辊。在图3a至5中显示的具体实施方式中，所述方法利用周向地彼此间隔开180度的传感器。这允许在各个横向位置处产生两个不同的压力测量。随着所述传感器移动进入到所述压区型挤压机的所述压区区域中，施加在每一对的各个传感器的压力于是可以被测量，并且可以计算各个横向位置处的两个传感器中的每一个的平均值以确定平均压力测量。然后可以使用各个横向位置处的所述平均压力测量来提供用于所述压区型挤压机的压区压力曲线。
应当理解的是，虽然本发明公开了利用由各个对应传感器测得的测量结果的直接平均求算的数学模型，但是可以获得利用能够获得并计算各个横向位置处的平均测量的其它类型模型的复杂平均测量。例如，操作设备(数据处理器)可以利用另一种模型如也能够提供更加准确的压区压力曲线的“曲线拟合”。还有本领域已知的其他模型能够被用于来自不同传感器的多压力读数以获得所述更加准确的压区压力曲线。
图6至8中公开了所述感测辊的多个变化方式。首先参照图6a和6b，传感器的三个不同的组被使用并且围绕感测辊10延伸。如在感测辊10的所公开的实施方式中能够见到的那样，第一组24的传感器26、第二组28的传感器30和第三组32的传感器34被显示为以完整一转围绕所述感测辊延伸的传感器的连续线。各个组24、28、32形成围绕所述感测辊10的螺旋。传感器34被显示为三角形以将该特定传感器与其他两个组24、28的传感器26、30区分开。相邻的组24、28和30的传感器在感测辊10的横向位置处彼此周向地间隔开120度(参见图6b)，从而提供正在形成的实际压力的良好测量，并且将抵消或者至少部分地抵消可能在这个cd位置处产生的旋转频率的两倍的任何旋转可变性。同样的，可以求算来自各个cd位置的各个对应传感器的测量的平均值以提供平均测量，该平均测量将提供正在该cd位置处产生的所述压区压力的更加准确的表示。
应当理解的是，所述感测辊的工作长度可以非常长，并且可以要求各个组传感器围着所述辊环绕不止一次。同样的，这种样式是令人满意的，只要该试样允许在各个横向位置处可以使用三个传感器(以120度间隔开)以产生三个独立的压力读数，然后处理这些压力读数以产生基础读数(basereading)。
参照图7a和7b，第四组36的传感器38已经被增加到所述感测辊10以在各个cd位置处提供又一个传感器。在所述感测辊10的横向位置处，相邻的组24、28、30、36彼此周向地间隔开90度(参见图7b)，从而提供正在产生的实际压力的良好测量，并且将抵消或者至少部分地抵消可能在这个cd位置处产生的两倍旋转频率的任何旋转可变性。同样的，应当理解的是，所述感测辊的工作长度可以非常长，并且可以要求每组传感器围绕该辊卷绕多于一次。这种样式是令人满意的，至少该样式允许在各个横向位置处使用四个传感器(间隔开90度)以产生四个独立的压力读数，然后处理这些压力读数以产生基础读数。
参照图8a和8b，第一组24的传感器26被显示为一行连续的传感器，其以半(1/2)转围绕所述感测辊延伸。同样的，第二组28的传感器30围绕所述感测辊延伸半(1/2)转。采用这种方式，在所述感测辊10周围只形成部分螺旋。传感器26、30的这种布置仍然允许一对传感器被分配给特定的cd位置。像图3a至5中显示的所述感测辊10那样，相邻的组24、28彼此周向地间隔开180度(参见图8b)。所得的结构形成在任何给定的时间仅具有一个传感器进入所述压区区域的感测辊。感测辊10的这种特定的实施方式提供了正在形成的实际压力的良好测量，并且将抵消或者至少部分地抵消可能在这个cd位置产生的旋转频率的两倍的任何旋转可变性。
采用一个类似的方式，三个螺旋可以各个环绕120度，四个螺旋可以各个环绕90度，或者n个螺旋可以各个环绕360度/n。传感器的这种布置的特别好处在于感测可能与包覆部磨损(coverwear)相关联的短波起楞(bar)，因为各个感测元件处在不同的旋转位置处。图9a和9b显示了三个连续行24、28和32的传感器26、30和34，它们以部分转(120度的转)围绕所述感测辊延伸。采用这种方式，每组24、28和32在所述感测辊10周围只形成部分螺旋。传感器26、30和34的这种布置允许传感器组被分配给特定的cd位置。像图6a和6b中显示的所述感测辊10那样，相邻的组24、28和32沿着所述辊彼此周向间隔开120度(参见图9b)。图10a和10b显示了四个连续行24、28、32和36的传感器26、30、34和38，它们以部分转(90度的转)围绕所述感测辊延伸。同样的，每组24、28、32和36在所述感测辊10周围只形成部分螺旋。传感器26、30、34和38的这种布置允许传感器组被分配给特定的cd位置。像图7a和7b中显示的所述感测辊10那样，相邻的组24、28、32和36彼此周向间隔开90度(参见图10b)。所得的结构形成了在任何给定的时间只有一个传感器进入所述压区区域中的感测辊。所述感测辊10的这个特定的实施方式应当提供了正在形成的实际压力的良好测量，并且将抵消或者至少部分地抵消了可能在这个cd位置产生的旋转频率的两倍的任何旋转可变性。可以沿着所述感测辊10的长度布置类似的传感器行，使得形成部分螺旋的n行传感器并且沿着所述辊10的长度以360度/n放置。相邻的行的传感器将沿着该辊彼此周向地间隔开360度/n。
一种用于感测和消除来自采用图6a至10b的实施方式的压区型挤压机的感测辊的压区压力曲线的旋转可变性的影响的方法包括提供感测辊，该感测辊具有工作长度和沿着所述工作长度布置的多个横向位置，并且在各个横向位置处布置成对的压力测量传感器。所述方法将利用位于各个cd位置的多个传感器计算平均压力测量。在图6a和6b以及图9a和9b的实施方式中，对定位于cd位置的三个传感器进行平均计算。同样的，来自图7a和7b以及10a和10b的实施方式的四个传感器的读数被用来产生平均压力测量。图8a和8b和图3a至5的实施方式一样，也采用位于各个cd位置处的一对传感器测量。然后可以使用各个横向位置处的平均压力测量来提供用于所述压区型挤压机的压区压力曲线。
在各种组中使用的所述传感器可以被电连接至传送器单元40，所述传送器单元40还可以附接至所述感测单元10。所述传送器单元40可以传送无线信号，该无线信号能够通过定位在远程位置的无线接收器进行接收。所述无线接收器可以是处理信号、形成压区曲线和将修正信号往回传送到所述感测辊10的系统的一部分。传感器可以在相同的收集周期收集并且一起平均计算以立即使用。然而，额外的无线发送可能降低无线单元的电池寿命。因为旋转可变性变化慢，在传感器之间交替收集并在交替收集周期内对所述收集一起进行平均计算将提供相当多的信息并且可以节省电池寿命。
用于处理信号的一个具体系统显示在图11中，并且将在下文中进行更加详细的讨论。无线发送可以通过音波、光波或者其他已知的远程传送方法来进行。如果希望进行直接有线发送，可以采用滑动环组件和其他已知的电耦合器件(未示出)。
图11展示了用于监测应用于纸生产的产品质量变量的一种具体系统的总体结构。在图11中显示的所述系统包括计算和显示压区压力曲线的处理设备。例如，压力测量可以被发送至从定位于所述感测辊上的传送器接收的无线装置(wireless)。然后信号被发送至高分辨率信号处理器以允许进行压力测量的平均计算并且被用于形成并显示压区压力曲线。数据可以被转移至过程控制，所述过程控制能够例如将信号往回发送至所述感测辊以修正横跨压区区域的压力分布。能够进行实时修正的一种这样的压区型挤压机描述在美国专利no.4,509,237中，在此通过参引的方式将其全部内容引入。这种压区型挤压机采用具有位置传感器的辊以确定辊壳体的不均匀配置。来自所述传感器的信号致动位于所述辊壳体下面的支撑元件或压力元件，以平衡可能因为压力可变性而存在的任何非均匀定位。也可以使用可以修正辊包覆部的其他已知设备。
所述传感器可以采用被本领域技术人员认为适合于检测和测量压力的任何形式。压力传感器可以包括压电传感器、压阻传感器、力敏感电阻器(fsr)、光纤传感器、基于应变计的侧力元件和电容传感器。本发明没有限于上文提及的传感器，并且可以包括本领域技术人员已知的其他压力传感器。应当理解的是，除了压力之外，与感兴趣的操作参数相关的数据也可以被应用于本发明。在这种情况下，可以使用传感器来测量温度、应力、水分、压区宽度等。所述传感器将如上文所述的那样策略地沿着所述感测辊定位。根据传感器的类型，可以要求在每个传感器位置处有额外的电子器件。上述传感器的设计和操作在本领域中是已知的并且不需要在这里进行进一步的讨论。
处理器单元通常是个人计算机或者类似得到数据交换设备，例如造纸厂的分布式控制系统，所述控制系统可以从远程位置将来自传感器的信号处理成有用的、容易理解的信息。适当的例示性处理单元在授予moore的美国专利no.5,562,027和6,568,285中有讨论，在此通过参引方式将其公开内容整体引入本文。
现在参照图12至15，提供了这样的图形显示，该图形显示进一步说明并且呈递可能在操作过程中形成的辊可变性的典型图示。辊表面根据在美国专利no.5,960,374描述的方法和设备采用与压区压力相关联的纸张性能传感器进行作图。所述作图采用分成100个cd位置和50个旋转位置的具有5000个元素的阵列。所述作图确认大多数的辊可变性以1循环/转横跨所述辊同相发生或者异相发生(相随曲线位置而移位)。有时在辊的边缘处发现2循环/转样式。较高频率(例如3循环/转)很少见到，并且只出现在最边处并几乎没有影响。对三辊表面图进行归一化(在0至100％的范围内)并且在表面图上叠映(superimpose)螺旋扫描路径。通过对100个cd位置中的各个位置处的50个旋转位置进行平均计算来确定真实压区压力曲线。使用所述螺旋扫描路径和位于各种分开的角处的两个或者更多个的平均值来形成压区压力曲线的估值。这些估值然后减去真实压区曲线以获得各个估值中的误差。图12和13展示，当旋转可变性为1循环/转时，横跨所述辊的宽度并且周向地分开180度的两个传感器阵列足以消除大多数的旋转可变性。图14展示，两个阵列不足以处理边缘处的2循环/转可变性，因为偏离真实压区曲线的估算差异在边缘处和单螺旋扫描一样大。对于这种情况，将需要分开120度的最少3个阵列。更大数量阵列/转可以进一步降低测量误差，但是需要更高的成本。因此，周向地分开120度的三(3)个阵列(行)传感器的实施方式确保了所有1循环/转和2循环/转可变性得到降低。然而，对于没有2循环/转可变性的很多辊而言，两阵列可能是足够的，并且超过3个阵列可能提供优越的可变性测量和降低但是成本更高。
图15显示了在使用不同嵌入式传感器的辊上收集的压区压力曲线。数据显示在3个阵列之间具有明显的差异。最为显著的是，阵列1和3(分开180度)显示在形状尤其是曲线位置14至20具有显著的差异。
尽管本文已经描述了被认为是本发明优选的例示性实施方式，但是根据本文的教导，本发明的其他变化方式对于本领域技术人员而言也是显而易见的，因此，希望在所附权利要求中保护所有这样的变化方式，因为它们落入本发明的实际精神和范围内。因此，构成本发明的元件的形状、布局和组成的任何变化都处在本发明的范围内。因此，被美国专利证书保护的发明是在所附权利要求书中限定和区分的发明。