-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Flächengewichtsmessung
einer Fasermatte, die während
eines Herstellprozesses entlang einer Förderstrecke förderbar
ist, bei dem ein Messsignal von einem auf einer Seite der Fasermatte
angeordneten Sender ausgesendet wird, ein Messsignalwert von einem
auf der gegenüberliegenden
Seite der Fasermatte angeordneten Empfänger erfasst wird und das Flächengewicht
der zwischen dem Sender und dem Empfänger anordnenbaren Fasermatte
in Abhängigkeit
einer Schwächung
des erfassten Messsignals durch Vergleichen mit mindestens einem
vorbestimmten Messsignalwert ermittelt wird, der einem definierten
Flächengewicht
eines Materialmusters zugeordnet wird. Die Erfindung betrifft ferner
eine Vorrichtung zur Durchführung
eines derartigen Verfahrens.
-
Ein
derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung werden bei der
Herstellung von Holzwerkstoffplatten, beispielsweise Spanplatten
oder Faserplatten, eingesetzt. Bei der Produktion von Holzwerkstoffplatten
aus Spänen
und/oder Fasern wird ein möglichst
gleichmäßiges Flächengewicht der
zu produzierenden Platten angestrebt. Um dies zu erreichen, werden
zunächst
entsprechende Fasermatten, die zuvor be leimte Späne und/oder Fasern aufweisen,
durch eine möglichst
gleichmäßige Streuung
der Späne
und/oder Fasern vorbereitet. Diese Fasermatten werden anschließend in
einer geeigneten Presse zu den herzustellenden Platten üblicherweise
bei höheren
Temperaturen zusammengepresst. Die für die Herstellung der Fasermatten
verwendeten Maschinen weisen üblicherweise
Verstelleinrichtungen auf, mit denen die Streuung der Späne und/oder
Fasern beeinflusst werden kann.
-
Zur
Steuerung und Kontrolle der Streuung der Späne und/oder Fasern werden üblicherweise Flächengewichtsmessanlagen
eingesetzt, da die Verteilung des Flächengewichtes der Fasermatte
vor dem Pressen gleich der Flächengewichtsverteilung der
produzierten Platte ist und durch den Pressvorgang nicht verändert wird.
Durch den Pressvorgang wird das Flächengewicht lediglich insgesamt
um flüchtige
Bestandteile des Materials sowie um Feuchtigkeit reduziert, nicht
aber die Verteilung in Längs- und Querrichtung
zur Produktion modifiziert.
-
Die
Flächengewichtsmessanlagen
weisen oftmals einen Röntgenstrahler
und einen sich auf der gegenüberliegenden
Seite des Materialstromes befindlichen Detektor bzw. Strahlungsempfänger auf, der
zur Erfassung von Röntgenstrahlung
geeignet ist. Die durch das Späne-
bzw. Fasermaterial hindurch dringende Röntgenstrahlung wird in Abhängigkeit
der Materialmenge mehr oder weniger stark geschwächt. Aus der Schwächung der
Röntgenstrahlung
kann das Flächengewicht
am jeweiligen Messort ermittelt werden.
-
Um
die Flächengewichtsmessanlage
in einem kontinuierlichen Produktionsprozess, d. h. bei der Herstellung
eines sog. Endlostranges, kalibrieren zu können, ist es bekannt, den Röntgenstrahler
und den Detektor aus dem Bereich des Materialstroms heraus zu verfahren.
Außerhalb
des Materialstroms wird eine Musterplatte angeordnet, die ein bekanntes Flächengewicht
hat. Diese Musterplatte wird nun für die Kalibrierung der Messanlage
verwendet. Üblicherweise
ist das Muster eine bereits fertig verpresste Holzwerkstoffplatte.
-
Die
Schwächung
des Röntgenstrahles
ist jedoch nicht nur von dem Flächengewicht
abhängig. Vielmehr
hängt das
Maß der
Strahlungsabschwächung
bzw. der Absorpti on auch von der Strahlungsenergie ab. Je niedriger
die Energie der Photonen der Röntgenstrahlung
ist, desto stärker
werden diese Photonen bei dem Durchgang durch das zu überprüfende Material
absorbiert. Da die eingesetzten Röntgenstrahler üblicherweise
Photonen mit unterschiedlichen Energien aussenden, werden hierbei
die niederenergetischen Photonen überproportional stärker absorbiert.
Nach dem Materialdurchgang verbleiben in dem Strahl vermehrt die
höherenergetischen
bzw. härteren
Photonen. Daraus folgt, dass Bereiche mit einem vergleichbaren Flächengewicht
in Abhängigkeit
der Stärke
der Aufhärtung
der Röntgenstrahlung unterschiedliche
Messsignale bewirken. Dieses charakteristische Phänomen der
Strahlaufhärtung
wird auch als Beam-Hardening-Effekt bezeichnet.
-
Bei
den bekannten Flächengewichtsmessanlagen
wird dieser Beam-Hardening-Effekt
nicht berücksichtigt,
so dass eine Kalibriermessung mit einem vollständig verpressten Materialmuster,
das eine höhere
spezifische Dichte als die unverpresste, geschüttete Fasermatte aufweist,
zu einer unpräzisen
Kalibrierung führt.
-
Vor
diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
die Genauigkeit und Präzision
einer Flächengewichtsmessung
einer Fasermatte in einem Plattenherstellungsprozess zu erhöhen bzw.
zu steigern.
-
Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
-
Bei
einem eingangs beschriebenen Verfahren zur Flächengewichtsmessung ist erfindungsgemäß vorgesehen,
das zur Bestimmung des vorbestimmten Messsignalwertes ein Materialmuster
verwendet wird, das in Bezug auf die Fasermatte entsprechende Dichteeigenschaften
aufweist. Bei einer eingangs beschriebenen Vorrichtung ist erfindungsgemäß vorgesehen,
dass die Auswerteeinheit zusätzlich
eingerichtet ist, zur Bestimmung des vorbestimmten Messsignalwertes
ein Materialmuster zu verwenden, das in Bezug auf die Fasermatte
entsprechende Dichteeigenschaften aufweist.
-
Der
wesentliche Kern der Erfindung besteht darin, dass das für eine Kalibrierung
verwendete Materialmuster aufgrund der vergleichbaren Dichteeigenschaften
und bei einem gleichen Flächengewicht im
Wesentlichen die gleiche Materialstärke aufweist. Die Materialstärke bzw.
die Wegstrecke, die die Strahlen des Messsignals durchdringen müssen, ist somit
sowohl für
das Kalibriermuster als auch für
die zu messende Fasermatte in der gleichen Größenordnung. Dies führt dazu,
dass das Phänomen
der Strahlaufhärtung
bzw. der Beam-Hardening-Effekt sowohl beim Durchdringen des Materialmusters
als auch beim Durchdringen der zu überprüfenden Fasermatte gleichwirkend
die Strahlung des Messsignals abschwächt.
-
In
vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass als Messsignal elektro-magnetische
Strahlung verwendet wird. Bevorzugt wird Röntgen-Strahlung als Messsignal
verwendet.
-
Um
eine gleichmäßige Verteilung
des Flächengewichtes
der Fasermatte ermitteln zu können, werden
der Sender und der Empfänger
der Fasermatte entlang bewegt. In vorteilhafter Weise sind der Sender
und der Empfänger
hierfür
an einem Rahmengestell verschieblich angeordnet.
-
Da
die Auswirkung des Phänomens
der Strahlaufhärtung
nicht linear verläuft,
werden erfindungsgemäß bevorzugt
mehrere Messsignalwerte anhand mehrerer Materialmuster mit unterschiedlichen
Flächengewichten
vorbestimmt.
-
Insbesondere
bevorzugt wird anhand der mehreren vorbestimmten Messsignalwerte
eine funktionale Beziehung zwischen dem Messsignalwert und dem Flächengewicht
berechnet. Diese mittels eines geeigneten Algorithmus aufgenommene
Koeffizientenkurve steht anschließend zur Flächengewichtsmessung bei Fasermatten
beliebiger Stärke
zur Verfügung.
-
Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der detaillierten Beschreibung einer Ausführungsform unter
Bezug auf die beigefügten
Figuren beispielhaft näher
erläutert,
in denen:
-
1 eine
perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Flächengewichtsmessung
zeigt,
-
2 die
Vorrichtung zur Flächengewichtsmessung
aus 1 in einer Vorderansicht zeigt, und
-
3 die
Vorrichtung zur Flächengewichtsmessung
aus 2 mit einer Fasermatte einer anderen Materialstärke zeigt.
-
In
der Figur ist schematisch skizziert eine Vorrichtung zur Flächengewichtsmessung
als ein Teil einer Produktionsstraße zur Herstellung von Holzwerkstoffplatten,
beispielsweise Span- und/oder Faserplatten, dargestellt. Obwohl
die Erfindung hierin als Einrichtung für die Holzwerkstoffindustrie
vorgestellt wird, ist es klar, dass auch platten- bzw. mattenartige
Produkte, die aus anderem nicht-holzartigem Material hergestellt
sind, unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in Bezug auf ihr Flächengewicht
untersucht werden können.
-
Nachdem
eine Matte 1, die in der 1 mit Hilfe
einer Strichlinie angedeutet ist, durch Streuen von Spänen und/oder
Fasern bereit gestellt ist, wird sie in einer Produktionsstraße entlang
einer Förderstrecke
weitergeführt
und durch die erfindungsgemäße Messvorrichtung
gefördert.
Im weiteren Verlauf der Produktionsstraße wird die Matte 1 in
einer geeigneten Pressvorrichtung (nicht gezeigt) zur herzustellenden
Platte verpresst. Mit dem Begriff Förderstrecke wird der Volumenbereich
der Produktionsstraße bezeichnet,
den die gestreuten Matten 1 vereinzelt oder als Endlosstrang
einnehmen. Die Streuvorrichtung selbst ist in der Figur nicht dargestellt.
-
Die
Flächengewichtsmessvorrichtung
weist ein Rahmengestell 2 mit zwei im Wesentlichen vertikal
ausgerichteten und seitlich neben der Förderstrecke angeordneten Stützen 3a und 3b auf.
Die Stützen 3a und 3b sind
durch zwei im Stützen 3a und 3b auf.
Die Stützen 3a und 3b sind
durch zwei im Wesentlichen horizontal ausgerichteten und parallel
zueinander angeordneten Rahmenträger 4a und 4b verbunden.
Hierbei ist der erste Rahmenträger 4a oberhalb
und der zweite Rahmenträger 4b unterhalb der
Förderstrecke
mit der Matte 1 vorgesehen, so dass die Förderstrecke
durch die von den beiden Seitenstützen 3a und 3b und
den beiden Rahmenträgern 4a und 4b definierte
Fläche
im Wesentlichen orthogonal zu dieser hindurch tritt. Die Förderrichtung der
Förderstrecke
bzw. der Platte 1 wird in der 1 mit Hilfe
des Pfeils 5 angezeigt.
-
Die
Flächengewichtsmessvorrichtung
weist einen Sender 6, der ein Messsignal aussendet, und einen
entsprechenden Empfänger 7 auf,
der einen Messsignalwert erfasst. Der Sender 6 ist an dem
unteren Rahmenträger 4b angeordnet
und der Empfänger 7 ist
hingegen an dem oberen Rahmenträger 4a angeordnet.
Der Sender 6 und der Empfänger 7 sind einander
zugewandt vorgesehen, so dass das von dem Sender 6 ausgesendetes
Messsignal von dem Empfänger 7 erfasst
werden kann. Um das Flächengewicht
an mehreren Positionen bzw. über
die gesamte Breite der Matte 1 bestimmen zu können, werden
sowohl der Sender 6 als auch der Empfänger 7 quer in Bezug
auf die Förderrichtung
(Pfeil 5) an den jeweiligen Rahmenträgern 4b bzw. 4a verschoben. Hierbei
werden der Sender 6 und der Empfänger 7 stets in gleicher
Weise bewegt, so dass sich ihre Relativposition zueinander nicht
verändert.
-
In
der Figur sind der Sender 6 und der Empfänger 7 nur
schematisch skizziert wiedergegeben. Es ist klar, dass alternativ
zu der gezeigten Anordnung ein Sender oberhalb und ein entsprechender Detektor
unterhalb der Förderstrecke
vorgesehen werden können.
Bevorzugt ist der Sender 6 eine geeignete Röntgenquelle,
die als Messsignal Röntgenstrahlen
aussendet. Eine erfindungsgemäße Auswerteeinrichtung
für den
erfassten Messsignalwert, beispielsweise ein geeigneter Mikroprozessor,
kann direkt im Gehäuse
des Empfängers 7 integriert
sein, um einen möglichst
kompakten Aufbau der gesamten Messanlage zu ermöglichen.
-
Die 2 zeigt
die Flächengewichtsmessvorrichtung
aus der 1 in einer Vorderansicht. Der 2 ist
deutlich zu entnehmen, dass die Matte 1 zwischen dem Sender 6 und
dem Empfänger 7 hindurch
gefördert
wird. Die Förderanlage
selbst, auf der Matte 1 aufliegt, ist in den Figuren aus
Gründen
einer vereinfachten und übersichtlichen
Darstellung nicht gezeigt.
-
Die
Darstellung der 3 entspricht im Wesentlichen
der Darstellung aus 2 mit dem Unterschied, dass
eine Matte 1' mit
einer größeren Materialstärke bzw.
Faserschichtdicke gezeigt wird.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
sieht vor, dass zur Kalibrierung für die Flächengewichtsmessung der Matte 1 bzw. 1' ein Materialmuster
verwendet wird, das die gleichen oder zumindest ähnlichen Dichteeigenschaften
wie die zu überprüfende Matte 1 aufweist.
In Abhängigkeit
der Materialdicke bzw. der Wegstrecke für die Messstrahlen durch das
Material ist das Absorptionseigenschaft der Matten 1 bzw. 1' selbst bei
einem gleichen Flächengewicht
unterschiedlich. Erfolgt die Kalibrierung der Messvorrichtung mittels
eines Materialmusters gleicher Dichte, d. h. das Materialmuster
weist bei einem gleichen Flächengewicht
die gleiche Schichtdicke wie die Matte 1 auf, kann die
durch den Beam-Hardening-Effekt hervorgerufene Messungenauigkeit
weitgehend reduziert werden.
-
Zur
Kalibrierung wird ein Materialmuster mit einem bekannten Flächengewicht
zwischen den Sender 6 und dem Empfänger 7 angeordnet.
Das Messsignal, das von dem Sender 6 ausgesendet wird,
durchdringt das Materialmuster und wird hierbei abgeschwächt. Der
Empfänger 7 nimmt
das abgeschwächte
Messsignal auf und erfasst einen entsprechenden Messsignalwert,
der auch als Kalibrierwert bezeichnet werden kann. Dieser Wert wird
in einem geeigneten Speicher einer in dem Gehäuse des Empfängers 7 integrierten
Auswerteeinheit zwischengespeichert.
-
Während des
Produktionsprozesses wird von dem Sender 6 erneut ein Messsignal
ausgesendet, das nun die zu überprüfende Matte 1 durchdringt.
Das von dem Fasermaterial der Matte 1 abgeschwächte Messsignal
wird von dem Empfänger 7 aufgenommen,
der einen entsprechenden Messsignalwert erfasst. Die Auswerteeinheit
wird nun diesen Messsignalwert mit dem zwischengespeicherten Kalibrierwert
vergleichen, um das Flächengewicht
der Matte 1 bzw. ein Abweichen des Flächengewichtes von einem Sollwert
zu ermitteln.
-
Zusätzlich können Kalibriermessungen
mit mehreren Materialmustern unterschiedlicher Schichtdicken vorgenommen
werden. Die jeweiligen Messwerte werden in einem geeigneten Zwischenspeicher,
beispielsweise als Tabelle, abgelegt, so dass bei der Herstellung
unterschiedlicher Platten variierende Flächengewichte eingestellt und überprüft werden
können.
-
Um
eine größtmögliche Flexibilität für ein bestimmtes,
vorgegebenes Flächengewicht
zu erhalten, kann aus mehreren Messungen ein funktionaler Zusammenhang
zwischen Flächengewicht
und Abschwächung
berechnet werden, so dass für
beliebige Mattendicken ein den Beam-Hardening-Effekt berücksichtigender
Korrekturfaktor zur Verfügung
steht. Schließlich
ist es auch möglich,
bereits aus einer einzigen Vergleichsmessung mit einem Muster der
vergleichenden Dichteeigenschaften und einer geeignet ausgewählten mathematischen
Funktion einen Korrekturkoeffizient zu bestimmen, um für beliebige
Mattendicken den Beam-Hardening-Effekt zu berücksichtigen.