ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК КРЕПИРОВАННОЙ БУМАГИ Российский патент 2023 года по МПК G06T7/40 G06T15/04 G06V10/40 

Перекрестная ссылка на родственные заявки

В настоящей заявке испрашивается конвенционный приоритет по заявке US 16/100,719, поданной 10 августа 2018 г., содержание которой ссылкой вводится в настоящую заявку в полной форме.

Область техники

Настоящее изобретение относится к крепированной бумаге, такой как салфетки или полотенца, которую изготавливают прижатием влажного волокнистого материала к поверхности нагретой цилиндрической сушилки, указываемой как сушильный Янки-барабан или Янки-цилиндр (эти термины будут использоваться попеременно), так что влажный волокнистый материал прилипает к этой поверхности и высушивается, после чего высушенный волокнистый материал снимают с поверхности сушильного Янки-барабана с помощью счищающего ножа или крепирующего шабера.

Уровень техники

В технике хорошо известны способы получения крепированных материалов. Волокнистый материал прижимают к поверхности сушилки, например Янки-сушилки, и снимают с этой поверхности с помощью гибкого крепирующего шабера. Термины "крепирующий шабер" и "счищающий нож" используются в настоящей заявке попеременно. Крепирующий шабер может быть изготовлен из металла, керамики или других известных материалов. Степень сцепления материала с поверхностью сушилки - это фактор, определяющий эффективность крепирования и, соответственно, пухлость, растяжение, прочность на разрыв и мягкость крепированного материала. Крепирование улучшает мягкость бумаги за счет формирования крепированной структуры, разрыва значительного количества связей между волокнами и выведения концов волокон от поверхности полотна. Крепированная структура характеризуется гребешками и желобками, которые обычно ориентированы по наибольшему размеру, перпендикулярному машинному направлению (движения в машине), то есть, направлению продвижения полотна. Размеры, форма и пространственная частота этих гребешков влияют на пухлость полотна. Крепированная структура обеспечивает возможность получения бумаги, которая механически укорочена в машинном направлении, в результате чего повышается пухлость, растяжение и мягкость. Отдельные производители определяют технические условия для пухлости, растяжения, прочности на разрыв и мягкости крепированного материала на основе производимой продукции и требований своих заказчиков.

Для получения высококачественной крепированной бумаги важна способность прилипания к нагретому цилиндрическому барабану сушилки и снятия с него волокнистого материала, и это сильно влияет на структуру крепированного полотна. Способность снятия материала определяется свойствами полотна, составом материала, который используется для приклеивания влажного полотна к Янки-цилиндру, настройкой крепирующего шабера, температурой Янки-цилиндра и другими факторами, известными специалистам в этой области техники.

После того как волокнистый материал на поверхности Янки-цилиндра высушен, высушенный волокнистый материал или крепированная бумага счищается с поверхности янки-цилиндра с помощью счищающего ножа. Сцепление должно быть достаточным для формирования удовлетворительной крепированной структуры, которая будет обеспечивать требуемые тактильные ощущения, пухлость, растяжение и прочность на разрыв конечного бумажного продукта (крепированной бумаги). Однако сцепление не должно быть слишком большим, чтобы оно не препятствовало снятию бумажного материала с Янки-цилиндра с помощью счищающего ножа.

Крепированное структурированное полотно представляет собой модификацию крепированного полотна и хорошо известно специалистам в данной области техники. Для формирования крепированного структурированного полотна первоначально использовалась TAD-технология (от англ. Through Air Drying - сушка сквозным потоком воздуха). В настоящее время используются и другие технологии, включая NTT-технологию, разработанную фирмой Valmet, и ATMOS-технологию, разработанную фирмой Voith. Крепированные структурированные полотна имеют специфическую трехмерную структуру, создаваемую на полотне сразу же после первоначального формирования, перед подачей на сушильный Янки-цилиндр. На этой стадии производственного процесса полотно содержит значительное количество воды, как в волокнах, которые формируют полотно, так и в промежутках между волокнами, в результате чего полотно особенно подвержено механическим деформациям. Обычно в процессе используется разрежение и/или механическое воздействие для прижатия полотна к ткани, поверхность которой имеет трехмерную структуру с определенным рисунком, обычно являющимся собственностью производителя и разработанным для определенного выпускаемого продукта. Полотно вдавливают в ткань для получения зеркального оттиска трехмерной структуры, имеющейся на ткани. После получения на полотне оттиска структуры полотно частично обезвоживают, используя термические и/или механические способы. Затем полотно передается на Янки-цилиндр, где оно полностью высушивается и затем крепируется. Структура гребешков и желобков крепированной бумаги, полученная в результате операции крепирования, накладывается на ранее выдавленную трехмерную структуру. В случае крепированного структурированного полотна выдавленная трехмерная структура и структура гребешков и желобков определяют характеристики полотна, напр. пухлость, растяжение, прочность на разрыв и мягкость. Предлагаемый способ особенно хорошо подходит для мониторинга как структуры гребешков и желобков крепирования, так и выдавленной трехмерной структуры. Выдавленная трехмерная структура имеет такие же размеры, что и гребешки и желобки крепирования, или большие размеры и характеризуется правильным узором, который гораздо легче оценивать.

Структура полотна салфеток или полотенец, как крепированная структура, так и выдавленная структура, - это один из основных факторов, определяющих характеристики конечного продукта при производстве крепированного полотна. Если может осуществляться мониторинг структуры крепированного полотна, и ее характеристики могут определяться в режиме реального времени с помощью датчика машины, то производитель тонкой бумаги может регулировать или контролировать переменные параметры производственного процесса, такие как вибрация крепирующего шабера, износ крепирующего шабера, состав клейкого покрытия Янки-цилиндра, количество клейкого покрытия Янки-цилиндра, температура Янки-цилиндра, направление и интенсивность потока горячего воздуха, отбеливание волокон и химическая добавка перед Янки-цилиндром (разделительный агент, размягчитель, усилитель) для обеспечения получения требуемого продукта. Хотя были предложены различные системы мониторинга крепирования в режиме реального времени, однако ни в одной из них полотно не рассматривается как источник многомерных данных. Также известные системы не контролируют край полотна, хотя такой контроль может обеспечивать важную информацию о крепированной структуре, включая пухлость полотна, внутренние разрывы полотна и свободные концы волокон.

Современные технологии включают ряд способов получения изображений и анализа данных, в которых используются различные источники освещения, технологии получения изображений и методы их анализа. Для оценки крепированной бумаги используются различные технологии, в которых измеряется угол наклона гребешков и длина гребешков на поверхности крепированного полотна в поперечном направлении. Другие технологии используются для получения характеристик гребешков, таких как шаг складок крепирования, распределение складок крепирования, углы ориентации и пространственная частота линейных складок крепирования в машинном направлении. Однако ни в одном из современных способов гребешки и желобки крепирования и какие-либо выдавленные структуры не рассматривались как трехмерные структуры, имеющие сложные геометрические характеристики, варьирующиеся как в машинном направлении (MD, от англ. Machine-Direction), так и в поперечном направлении (CD, от англ. Cross-Direction), а также в направлении, перпендикулярном плоскости полотна, а также в них изображение полотна не рассматривалось как источник многомерной информации.

В современных способах оценки крепированного полотна не учитывается, что полотно содержит трехмерные структуры, как гребешки и желобки крепирования, так и трехмерные структуры, выдавленные на полотне в процессе формирования на полотне заданного рисунка, и также, что эти комбинированные структуры могут использоваться в качестве источника многомерных данных. В предлагаемом новом способе изображение рассматривается как источник многомерной информации. В плоскости полотна гребешки и желобки формируют на изображении неправильные двухмерные характерные особенности, характеристики (показатели) которых могут быть получены с использованием различных геометрических уравнений, причем эти показатели могут изменяться как в пространстве, так и во времени. Эти показатели также используются для получения характеристик трехмерных структур, полученных на полотне в процессе выдавливания (тиснения), а также для их изменений в пространстве и во времени. Изменения яркости на изображении обеспечивают косвенную информацию о высоте структур крепирования, глубине желобков и изменениях вне плоскости полотна, создаваемых в результате структурирования полотна, причем эти вариации характеризуются на основе изменений интенсивности, пространственного расположения и времени. Поскольку изображение рассматривается как источник многомерной информации, то применяются способы двухмерного спектрального анализа, используемые для идентификации признаков структур крепирования на основе размеров и частоты появления этих признаков. Изменения во времени этих размеров обеспечивают возможность мониторинга и управления работой машины.

Предлагаемый способ может быть также применен к краю полотна, где изображение края полотна представляет двухмерные признаки в направлении MD и по толщине (в направлении, перпендикулярном плоскости полотна). Гребешки, желобки, зоны разрывов крепирования, а также концы волокон формируют нерегулярные двухмерные особенности, которые характеризуются различными геометрическими размерами, а также изменениями этих размеров в пространстве и во времени. В случае изображений гребешков изменения яркости на изображении указывают на разницу между зонами с более высокой и с менее высокой плотностью, причем изменения характеризуются на основе изменений интенсивности, пространственного расположения и времени. Изображение края также обеспечивает информацию о пухлости. Для идентификации признаков структур крепирования на основе размеров и частоты появления этих признаков применяются и используются способы двухмерного спектрального анализа. Что касается изображений поверхности, то изменения во времени этих размеров обеспечивают возможность мониторинга и управления работой машины.

Раскрытие изобретения

Предлагаемый способ обеспечивает определение в процессе производства характеристик бумаги или бумажной продукции, такой салфетки или другая продукция из крепированной бумаги. Более конкретно, используется датчик или источник изображений, обеспечивающий сигнал, так что может быть получено изображение топографической или поверхностной зоны или области.

Телевизионные или фотографические датчики обеспечивают сигнал, определяющий одно или более изображений, и одно или несколько устройств и показателей могут использоваться для извлечения из изображений различной информации о формировании крепированного полотна.

Предлагаемый способ также включает получение изображения зоны или области края крепированного полотна таким же образом, как это делается при оценке зоны или области поверхности крепированного полотна. Один или более сигналов от одного или более датчиков преобразуют в одно или более изображений. Изображения оценивают с использованием одного или более показателей.

Объединение двухмерного спектрального анализа поверхности и зоны краев обеспечивает многомерные характеристики структуры крепированного полотна, что представляет собой дополнительно новое и уникальное применение способа.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение будет описано далее со ссылками на прилагаемые фигуры чертежей, на которых одинаковые ссылочные номера указывают одинаковые элементы.

На фиг. 1 - исходное изображение участка поверхности со структурой крепированного полотна;

на фиг. 2 - изображение реального резкого перехода между двумя уровнями интенсивности освещенности;

на фиг. 3 - цифровое представление изображения фиг. 2 после применения к изображению одного из алгоритмов;

на фиг. 4 - цифровое представление изображения фиг. 3 после повышения резкости;

на фиг. 5 - увеличенное изображение фиг. 1 с повышенной резкостью;

на фиг. 6 - изображение фиг. 5 с замкнутыми контурами вокруг зон гребешков крепирования;

на фиг. 7 - гистограмма расстояний между замкнутыми контурами, показанными на фиг. 6;

на фиг. 8 - гистограмма интенсивности освещенности между замкнутыми контурами, показанными на фиг. 6;

на фиг. 9 - вид края структуры крепированного полотна;

на фиг. 10 - изображение фиг. 9 после повышения резкости;

на фиг. 11 - изображение фиг. 10 с повышенной резкостью, с замкнутыми контурами вокруг зон гребешков крепированного полотна;

на фиг. 12 - гистограмма площадей замкнутых контуров фиг 11;

на фиг. 13 - гистограмма округлости замкнутых контуров фиг 11;

на фиг. 14 - вид края структуры крепированного полотна с опорной линией;

на фиг. 15 - график интенсивности освещения вдоль опорной линии фиг. 14;

на фиг. 16 - гистограмма интенсивности освещения вдоль опорной линии фиг. 14;

на фиг. 17 - вид быстрого преобразования Фурье (БПФ) изображения полотна фиг. 5;

на фиг. 18 - вид быстрого преобразования Фурье (БПФ) изображения полотна фиг. 5 после удаления информации за пределами контуров;

на фиг. 19 - инверсия БПФ изображения фиг. 5 после фильтрации;

на фиг. 20 - половина БПФ изображения фиг. 17.

Подробное описание изобретения

Нижеприведенное подробное описание дается лишь в иллюстративных целях и не должно рассматриваться как ограничение объема изобретения или заявки и применений изобретения. Кроме того, заявка не содержит цели быть ограниченной какой-либо теорией, представленной выше в разделе "Уровень техники" или в нижеприведенном подробном описании.

Предлагается способ получения характеристик структур крепированного полотна, в котором используется система получения изображений, включающая один или несколько датчиков, способных обеспечивать сигнал, представляющий зону (часть) поверхности или рельефа или зону (часть) края структуры крепированного полотна. Сигнал преобразуется в одно или несколько изображений, и эти изображения оцениваются с использованием одного или нескольких показателей.

В вариантах осуществления способа один или несколько датчиков могут быть телевизионными или фотографическими датчиками, причем сигнал, который определяет указанную зону (часть), отображается в форме изображения.

В некоторых вариантах осуществления способа могут использоваться различные показатели для оценки изображений зоны (части) структуры крепированного полотна. Эти показатели используются как для структуры гребешков, так и для структуры желобков крепирования, а также для выдавленной трехмерной структуры крепированного структурированного полотна. Эти показатели могут дать важную информацию, включая характеристики гребешков крепирования, характеристики желобков крепирования, а также характеристики выдавленной трехмерной структуры, пухлости полотна, внутренних разрывов полотна и свободных концов волокон.

Под отображаемой зоной (частью) структуры крепированного полотна, понимается получаемое одно или несколько изображений верхней поверхности, нижней поверхности и/или зоны края структуры крепированного полотна. Изображения структуры крепированного полотна обычно получают в производственном процессе и после крепирования полотна, сходящего с Янки-цилиндра. Хотя получение изображений поверхности полотна может быть осуществлено после завершения производственного процесса, однако для оптимизации этого процесса в режиме реального времени наиболее предпочтительно, чтобы изображения были получены после схода крепированного полотна с Янки-цилиндра. Система получения изображений может включать один или несколько датчиков, способных обеспечивать сигнал, который может быть преобразован в изображение, или фотографическое или телевизионное устройство, которое может обеспечивать четкое изображение зоны (части) оцениваемого сформированного крепированного полотна. В настоящей заявке термины "структура крепированного полотна" и "сформированное крепированное полотно" используются попеременно.

Структура поверхности крепированного полотна определяется гребешками крепирования, желобками крепирования, внутренними разрывами полотна, выходящими наружу свободными концами волокон и/или выдавленной трехмерной структурой в сформированном крепированном полотне, и эти элементы определяют свойства конечного крепированного полотна, включая мягкость, прочность на разрыв, растяжение и пухлость. Поскольку необходимо получать изображения движущегося полотна, датчики или устройство или система получения изображений должны обеспечивать четкое изображение зоны сформированного крепированного полотна.

В некоторых вариантах осуществления предлагаемого способа получение изображений с помощью телевизионного или фотографического устройства, обеспечивающего необходимую четкость, требует использования линзы с соответствующей глубиной поля резкости для получения сфокусированного изображения, несмотря на небольшие перемещения полотна в направлении к устройству получения изображений или от него. Способ выбора подходящей системы линз хорошо известен специалистам в данной области техники. Структура гребешков и желобков крепирования и/или выдавленная трехмерная структура крепированного структурированного полотна обеспечивают основу для декартовой системы координат, связанной с направлениями MD и CD. Поэтому нет необходимости в том, чтобы система получения изображений было ориентирована таким образом, чтобы вертикальная и горизонтальная оси изображений были совмещены с направлениями MD и CD.

В некоторых вариантах осуществления предлагаемого способа используется геометрическое преобразование между системой координат MD/CD структуры поверхности крепированного полотна и системой координат, связанной с вертикальной и горизонтальной осями полученного изображения. Поворот системы координат - это хорошо известный способ геометрического преобразования, и существуют различные пакеты программного обеспечения для выполнения этих операций в автоматическом режиме.

В некоторых вариантах осуществления предлагаемого способа для получения изображения используется телевизионное или фотографическое устройство. С учетом того, что крепированная бумага может двигаться со скоростями, превышающими 1500 метров в секунду (м/с), для обеспечения требуемой четкости необходимо, чтобы выдержка затвора составляла 0,5-5 микросекунд (мкс). Такие выдержки затвора требуют особенно мощных источников света. В некоторых применениях для обеспечения требуемой интенсивности освещенности могут использоваться галогенные источники света. Однако галогенные и им подобные источники света выделяют много тепла, которое вблизи бумажной продукции (салфетки, полотенца) представляет потенциальную опасность пожара. Альтернативными источниками света являются светодиоды высокой интенсивности. Этот тип источника более эффективен в обеспечении света и не выделяет большого количества тепла. Одним из производителей светодиодных систем для высокоскоростной съемки является компания Veritas, г. Таллахасси, шт. Флорида.

Изображение структуры крепированного полотна обеспечивает контраст между гребешками крепирования, которые имеют более светлый цвет/оттенок, и желобками крепирования, которые имеют более темный цвет/оттенок, независимо от ориентации источника света относительно поверхности полотна. Аналогичный эффект создается выдавленной трехмерной структурой крепированного структурированного полотна. В любом конкретном применении могут быть ориентации источника света относительно крепированного полотна, при которых это отличие усиливается. Способы и показатели, используемые для определения таких ориентаций и требуемой интенсивности освещения, известны специалистам в данной области техники. На рынке предлагаются системы цифровых камер, которые могут обеспечивать изображения с частотой более 10000 кадров/сек с выдержками затвора 0,5-5 мкс. Компания Photron USA, Inc., г. Сан-Диего, шт. Калифорния, - один из поставщиков таких систем получения изображений. Системы такого типа требуют использования средств хранения данных большой емкости в связи с количеством получаемых изображений. Чем выше частота получения изображений и больше емкость устройств хранения данных, тем выше стоимость всей системы и сложнее обработка записанных данных.

В некоторых вариантах осуществления предлагаемого способа сигналы или изображения получают с частотой, которая обеспечивает возможность мониторинга процесса крепирования в режиме реального времени. Например, частота получения изображений может быть порядка одного изображения каждые 10 секунд, и в этом случае все же обеспечивается возможность управления работой машины в режиме реального времени. Любое управляющее действие, предпринятое на основе информации изображений, займет более 10 секунд для внесения изменения в работу производственной линии. Это связано со временем запаздывания, которое присуще машине по производству салфеток или полотенец. Минимально необходимая частота получения изображений зависит от применения, поскольку никакие две машины, производящие салфетки или полотенца, не работают одинаковым образом.

В некоторых вариантах осуществления предлагаемого способа получают изображение поверхности или рельефа структуры крепированного полотна. Поверхность может быть верхней или нижней поверхностью структуры крепированного полотна, для которой может использоваться двухмерный спектральный анализ для определения размеров и частоты повторяемости особенностей рельефа, которые составляют структуру поверхности полотна после крепирования и/или выдавленной трехмерной структуры крепированного структурированного полотна. При изготовлении любой бумажной продукции немало усилий тратится на то, чтобы сделать структуру полотна как можно более однородной. Однако вся бумажная продукция состоит из отдельных волокон, физические и химические характеристики которых варьируются от волокна к волокну. В результате характеристики полотно будут изменяться в пространстве, что, в свою очередь, приводит к пространственной изменчивости структур гребешков и желобков крепированного полотна. Такая изменчивость проявляется в разных масштабах: от индивидуальных волокон до размеров, превышающих размеры гребешков и желобков крепирования. Такая изменчивость может иметь случайный характер, или же в ней могут быть закономерности.

На изображениях поверхности крепированного полотна просматривается изменчивость структур гребешков и желобков крепирования и/или выдавленной на этом полотне трехмерной структуры, в направлениях MD и CD. Эти структуры имеют признаки, которые изменяются в некотором диапазоне размеров и частоты их повторяемости. На изображениях краев полотна видна изменчивость плотности полотна из-за его нарушений и свободных концов волокон, как в машинном, так и в направлении, перпендикулярном плоскости полотна. Как и в случае изображений поверхности полотна, упомянутые структуры имеют признаки, которые изменяются в некотором диапазоне размеров и частоты их повторяемости. Оба типа изображений могут быть проанализированы с использованием двухмерного спектрального анализа. Для этого типа преобразования используется изображение из пространственной области, то есть, стандартное цифровое изображение, и преобразуется в частотную область. Вся информация, содержавшаяся в исходном изображении, сохраняется, однако она присутствует в единицах частоты и величины или масштаба. Способы двухмерного спектрального анализа обеспечивают возможность одновременного получения размеров и частоты повторяемости признаков структуры крепированного полотна в двух измерениях. Одним из способов спектрального анализа является быстрое преобразование Фурье (БПФ). Другие методы спектрального анализа включают преобразования элементарных волн, преобразования Хартли и преобразования Вигнера-Вилла. Эти технологии спектрального разложения и осуществление этих технологий являются стандартными в области обработки сигналов и анализа изображений. Выбор наиболее подходящего метода осуществляют на основе содержания информации изображений, имеющихся вычислительных мощностей и простоты реализации. БПФ включен во многие имеющиеся пакеты анализа изображений. В качестве одного из примеров можно указать ImageJ, бесплатную программу обработки изображений, написанную на языке Java и разработанную в Национальных институтах здравоохранения. В качестве примера платного пакета обработки изображений, включающего БПФ, можно указать пакет Aphelion™ Image Software Suite, предлагаемый компанией Amrinex Applied Imaging, Inc., r. Монро, шт. Нью-Джерси.

В некоторых вариантах осуществления предлагаемого способа методы спектрального анализа используются для определения количественных характеристик величин и частоты неслучайных изменений структуры крепированного полотна или структуры крепированного структурированного полотна. Неслучайные изменения могут использоваться для получения характеристик полотна и для определения изменений структуры полотна в пространстве и времени. Значительные изменения крепированной структуры в направлении CD указывают на неоднородно сформированное и/или неоднородно высушенное полотно. Если масштабы изменчивости сравнимы с существенной частью ширины машины, то в этом случае эффективность преобразования снижается. Край с одной части ширины будет иметь другие характеристики по сравнению с краем с другой части ширины, что требует соответствующей настройки технических средств преобразования. Если размеры изменений сравнимы с частью ширины конечного продукта, то в этом случае получаемый продукт не будет ощущаться как мягкий, и/или продукт не будет выполнять функцию, предназначенную для него. Значительные изменения структуры в направлении MD указывают на неудовлетворительное управление работой машины, что происходит в связи с изменением со временем работы одного или нескольких компонентов машины. Мониторинг качества полотна требует получения характеристик гребешков и желобков крепирования в направлениях MD и CD, а также частоты повторяемости в направлениях MD и CD, как в пространстве, так и во времени. Анализ полотна только в направлении MD или CD дает неполное представление о полотне. Таким образом, отображаемую зону (часть) сформированного крепированного полотна оценивают с использованием двухмерного спектрального анализа.

В других вариантах осуществления предлагаемого способа оценивается изображение зоны края структуры крепированного полотна. Изображения зон краев показывают изменения структуры крепированного полотна по его толщине, такие как изменения пухлости, изменения плотности и изменения во встречаемости свободных концов волокон. В производственном процессе тратятся значительные усилия на поддержание устойчивых характеристик полотна вне его плоскости. Однако характеристики волокон, составляющих полотно, и изменение в каждом производственном процессе, дают в результате пространственную изменчивость характеристик полотна, которая, в свою очередь, приводит к пространственной изменчивости структур гребешков и желобков крепирования, в результате чего в направлении, перпендикулярном плоскости полотна, изменяются такие характеристики как пухлость, плотность и встречаемость свободных концов волокон. Такие изменения могут иметь случайный характер, или в них могут быть закономерности. Спектральный анализ позволяет получить количественные характеристики масштабов и частоты неслучайных изменений. Неслучайные изменения могут использоваться для получения характеристик полотна и для определения пространственных и временных изменений структуры полотна.

В других вариантах осуществления предлагаемого способа метод двухмерного спектрального анализа может использоваться в качестве фильтра изображений. Это осуществляется с помощью первого преобразования изображения в частотную область с использованием такого средства как, например, быстрое преобразование Фурье (БПФ). Затем из частотной области удаляют признаки в определенном диапазоне частот или в диапазоне размеров. На заключительной стадии осуществляют обратное преобразование для возвращения изображения в исходную пространственную область. В результате получают изображение во временной области, которое сходно с исходным изображением, но в нем отсутствуют признаки, удаленные в частотной области. Затем можно сравнить два изображения с использованием любого из способов, описанных в настоящей заявке, и различия между ними могут быть выражены в количественной форме.

Предлагаемый способ может использоваться для получения количественных характеристик небольших особенностей, таких как свободные концы волокон, мелкие нарушения полотна, иногда указываемые как "микроскладки", присутствующие в структурах гребешков и/или желобков крепирования и небольшие изменения выдавленной трехмерной структуры крепированного структурированного полотна. Поскольку известные способы применяются для одного измерения, для направления MD, то новизна предлагаемого решения заключается в признании двухмерного характера структуры крепированного полотна и в применении двухмерного или трехмерного анализа для полного описания структуры крепированного полотна. Идея двухмерного анализа в предлагаемом способе в равной степени применима к оценке изображений зон (частей) краев структуры крепированного полотна. Предлагаемый способ обеспечивает возможность объединения двухмерного спектрального анализа поверхности и зоны краев, в результате чего обеспечиваются многомерные характеристики структуры крепированного полотна, что представляет собой дополнительную новизну и уникальность применения способа.

Если крепированное полотно рассматривать как источник многомерных данных, то может быть получено более полное описание структур этого полотна. Данные могут использоваться в одном или в нескольких показателях, рассмотренных в настоящем описании, для получения характеристик структур сформированного крепированного полотна. На получаемом изображении зоны (части) поверхности крепированного полотна имеются зоны, которые выглядят более светлыми, и зоны, которые выглядят более темными. Более светлые зоны - это гребешки крепирования, которые выглядят более светлыми, поскольку больше падающего света отражается от них в направлении устройства получения изображений, так что интенсивность освещенности в этом случае больше. Более темные зоны - это желобки крепирования, которые выглядят более темными, поскольку меньше падающего света отражается от них в направлении устройства получения изображений, так что интенсивность освещенности в этом случае меньше. В случае крепированного структурированного полотна достигается аналогичный эффект, элементы, расположенные ближе всего к источнику освещения, кажутся более светлыми, а элементы, более удаленные от источника освещения, то есть, углубленные в поверхность, кажутся более темными. Выдавленная трехмерная структура сформированного крепированного полотна может рассматриваться как геометрически однородный вариант структуры гребешков и желобков крепирования, и может оцениваться и характеризоваться с использованием одних и тех же способов.

На цифровом изображении относительная яркость и/или темнота представляется значениями пикселей для каждого из пикселей, составляющих изображение. Поэтому значение пикселя обеспечивает косвенное указание возвышения элементов, формирующих структуру крепированного полотна. Светлые и темные зоны формируют геометрически определяемые фигуры. Количественное описание этих фигур на основе показателей, связанных с площадью, периметром, длиной, шириной, отклонением от симметричной или правильной формы, пространственным разделением этих фигур и частотой повторяемости фигур и признаков фигур в пространстве дает возможность охарактеризовать структуру крепированного полотна, представленного на изображении.

Изображения, полученные в разные моменты времени в одном и том же месте в направлении CD полотна, могут использоваться для определения изменения во времени зон гребешков и желобков крепирования и/или зон выдавленной трехмерной структуры крепированного структурированного полотна в показателях относительных изменений, частоты изменения и скорости изменения. Кроме форм гребешков и желобков крепирования и/или выдавленной трехмерной структуры крепированного структурированного полотна интенсивность освещенности в каждой зоне, интенсивность освещенности между зонами и изменения интенсивности освещенности между сходными зонами могут использоваться для получения характеристик вертикального распределения гребешков и желобков крепирования и/или выдавленной трехмерной структуры крепированного структурированного полотна. Изображения, полученные в разные моменты времени в одном и том же месте в поперечном направлении полотна, могут использоваться для определения изменения во времени вертикального распределения гребешков и желобков и/или зон выдавленной трехмерной структуры структурированного крепированного полотна в показателях относительных изменений, частоты изменения и скорости изменения. Дополнительный способ получения характеристик обеспечивается за счет использования методов двухмерного спектрального анализа. При спектральном анализе одновременно учитывается и определяется количественно масштаб и частота изменений структуры в направлениях CD и MD. Полученная информация используется для регулировки в режиме реального времени процесса изготовления бумаги и получения бумажной продукции более высокого качества, особенно бумаги санитарно-гигиенического назначения, полотенец и других изделий из крепированной бумаги.

В других вариантах осуществления предлагаемого способа оценивается изображение зоны края структуры крепированного полотна. Изображения зон краев показывают изменения структуры крепированного полотна по его толщине, такие как изменения пухлости, изменения плотности и изменения в повторяемости свободных концов волокон. Поверхность полотна, которая была прижата к Янки-цилиндру, как правило, имеет большее число удлиненных более темных зон. Они представляют собой волокна или группы волокон, которые были вытянуты из поверхности полотна в процессе крепирования. Как и в случае изображения поверхности светлые и темные зоны представляют собой геометрически определяемые фигуры. Количественное описание этих фигур на основе показателей, связанных с площадью, периметром, длиной, шириной, отклонением от симметричной или правильной формы, пространственным разделением этих фигур и частотой повторяемости фигур и признаков фигур в пространстве дает возможность охарактеризовать структуру крепированного полотна, представленного на изображении. Изображения, полученные в разные моменты времени, могут использоваться для получения характеристик изменений во времени более плотных и менее плотных зон в показателях относительных изменений, частоты изменения и скорости изменения. Кроме форм гребешков и желобков крепирования интенсивность освещенности в каждой зоне, интенсивность освещенности между зонами и изменения освещенности между сходными зонами могут использоваться для получения характеристик пухлости, областей нарушений и свободных концов волокон. Изображения, полученные в разные моменты времени, могут использоваться для определения изменений этих характеристик во времени в показателях относительных изменений, частоты изменения и скорости изменения, и при спектральном анализе одновременно учитывается и определяется количественно масштаб и частота изменений структуры, как в направлении MD, так и в направлении, перпендикулярном плоскости полотна.

В некоторых вариантах осуществления предлагаемого способа для выделения структуры крепированной поверхности и/или выдавленной трехмерной структуры крепированного структурированного полотна, а также для построения замкнутых контуров вокруг зон гребешков крепирования или зон выдавленной трехмерной структуры крепированного структурированного полотна могут использоваться технологии обработки изображений, такие как построение контуров. Концепция замкнутого контура аналогична концепции линий постоянных высот (горизонталей) на топографической карте. Контуры строятся на изображении на основе значений пикселей изображения, причем линии контуров соединяют пиксели с одинаковыми численными значениями пикселей. Поскольку значения пикселей изображения крепированного полотна косвенно соответствуют местной высоте, получаемые линии контуров очерчивают гребешки крепированного полотна. Контуры определяют форму и размеры гребешков, а также форму и размеры связанных с ними желобков. По изменению значения пикселей, для которых вычерчиваются контуры, можно охарактеризовать наклон гребешков. Наклон гребешка крепированного полотна равен изменению значения пикселей, деленному на число пикселей, находящихся между рассматриваемыми контурами. Если расстояние между устройством получения изображений и полотном известно, или если имеется в наличии калибровочное изображение, то физическое расстояние может быть связано с количеством пикселей между контурными линиями. Такие технологии являются стандартными и хорошо известны в области анализа изображений.

В других вариантах осуществления предлагаемого способа получают изображения поверхности или рельефной зоны сформированного крепированного полотна в машинном (MD) и поперечном (CD) направлениях, и эти изображения оценивают таким образом, чтобы замкнутые контуры были построены вокруг гребешков крепирования, в результате чего обозначаются как гребешки, так и желобки крепирования. Замкнутые контуры, в качестве очертаний структуры гребешков крепирования, будут в общем случае иметь удлиненную форму, и их больший размер будет ориентирован параллельно поперечному направлению, а меньший размер будет параллелен машинному направлению. Из-за вариаций, как в структуре полотна, так и в производственном процессе, замкнутые контуры будут варьироваться в некотором диапазоне форм и размеров. Кроме того, изменения в производственном процессе будут приводить к изменениям структуры поверхности крепированного полотна, которые, в свою очередь, влекут за собой изменения, как формы, так и размеров замкнутых контуров, а также относительного распределения этих форм и размеров. В зависимости от производимой продукции могут быть тенденции изменений как формы, так и размеров гребешков и желобков крепирования, причем эти тенденции могут коррелировать с характеристиками крепируемого полотна, такими как мягкость, растяжение, прочность на разрыв и пухлость. Существует ряд геометрических показателей, которые могут быть применены для получения характеристик форм гребешков крепирования. В случае крепированных структурированных полотен такая же технология используется для построения замкнутых контуров вокруг более светлых зон выдавленной трехмерной структуры крепированного структурированного полотна, так что обеспечивается возможность получения характеристик структуры. Хотя выдавленная структура должна быть однородной, как во времени, так и в пространстве, вышеупомянутые вариации производственного процесса приводят к изменениям структуры, которые могут быть охарактеризованы и коррелируют с характеристиками полотна, такими как мягкость, растяжение, прочность на разрыв и пухлость.

В одном из вариантов предлагаемого способа показатели, используемые для оценки получаемых изображений, связаны с идеей характеристического отношения. Показатель "характеристическое отношение" обычно определяется в отношении правильных фигур, таких как прямоугольники и эллипсы, как отношение большего размера к перпендикулярному меньшему размеру. Это простой показатель, который используется установления связи между размерами фигуры в двух перпендикулярных направлениях. Этот показатель особенно подходит для оценки поверхности или рельефной зоны (части) сформированного крепированного полотна для определения изменения размеров гребешков и желобков крепирования в направлениях MD и CD. Длинная тонкая фигура будет иметь более высокое характеристическое отношение по сравнению с короткой утолщенной фигурой. В случае фигур с низким и высоким характеристическим отношением крепированное полотно обычно не ощущается как мягкое, и в зависимости от относительного разделения гребешков полотно может иметь неудовлетворительные характеристики растяжения и прочности. Гребешки с низким характеристическим отношением будут в большей степени отделены друг от друга в машинном направлении даже в плотноупакованной конфигурации. В результате гребешки крепирования будут скорее восприниматься как раздельные структуры, что ухудшает ощущение мягкости. Если фигуры имеют большое характеристическое отношение, то это может указывать на гребешки с заостренными вершинами, что также ухудшает ощущение мягкости. Это усугубляется в том случае, когда гребешки крепирования в большей степени отделены друг от друга. Как удлинение гребешков крепирования, так и количество гребешков на единицу поверхности и/или на единицу длины, в направлениях MD и CD, являются факторами, влияющими на характеристики конечного полотна.

В некоторых вариантах осуществления предлагаемого способа, если гребешки крепирования не являются простыми эллипсами, то для получения характеристик структуры гребешков крепирования вместо стандартной формы характеристического отношения используется его модифицированная форма. Как уже указывалось, стандартная форма характеристического отношения представляет собой отношение наибольшего размера к перпендикулярному меньшему размеру. Если датчик или устройство получения изображений остается на сравнительно постоянном расстоянии от изображаемой поверхности, то число пикселей в любом из направлений MD или CD может использоваться в качестве идентификатора физических размеров в направлении MD или CD. Стандартное определение характеристического отношения может быть модифицировано для асимметричных фигур путем использования определения отношения средняя длина/средняя ширина. В этом случае средняя длина - это среднее значение длин линий пикселей в направлении CD, и средняя ширина -это среднее значение длин пикселей в направлении MD. Другая модификация характеристического отношения - это коэффициент удлинения фигуры,

F_{удлинения} = (I_CD/I_MD)^1/2

где I_CD и I_MD - второй момент инерции в направлениях CD и MD, соответственно, и где второй момент инерции определяется как

I_x=ƒƒx² dx dy.

Этот показатель требует дополнительных вычислений, но он потенциально лучше определяет количественную зависимость между размерами гребешков крепирования в направлениях MD и CD.

В других вариантах осуществления предлагаемого способа используется несколько показателей для определения зависимости между длиной и шириной фигур гребешков и желобков крепирования. В этих показателях осуществляется сравнение одного или обоих размеров с площадью или с периметром фигуры. Самые простые из таких показателей относятся к направлениям MD и CD по отдельности и включают: i) периметр замкнутого контура/максимальный размер в направлении CD; ii) периметр замкнутого контура/максимальный размер в направлении MD; iii) площадь замкнутого контура/максимальный размер в направлении CD; и iv) площадь замкнутого контура/максимальный размер в направлении MD. Стоит отметить, что i), деленное на ii) или iii), деленное на iv) дает в результате характеристическое отношение. Можно разделить i) на iv) или ii) на iii) для получения показателя, в котором отношение периметра к площади умножено на отношение максимального размера в направлении CD к максимальному размеру в направлении MD. Показатель, более сложный для вычислений, представляет собой радиус поворота для направления MD или CD, который определяется как:

R_{поворота-CD} = [I_CD/площадь]^1/2

и

R_{поворота-MD} = [I_MD/Площадь]^1/2.

Эти показатели будут приближаться к единице, когда величина длины или ширины гребешков и желобков крепирования достигает численного значения периметра или площади. Чем ближе показатель к единице, тем больше фигура похожа на эллипс, что обычно нежелательно для структур крепирования по той же причине, по которой нежелательна низкая величина характеристического отношения. Показателем, который относится к тому же параметру формы, но учитывает как направление MD, так и направление CD, является коэффициент компактности фигуры:

F_{компактности} = Площадь/[2 π (I_MD²+I_CD²)^1/2].

Изопериметрический коэффициент

Q = 4 π площадь зоны/периметр зоны²

является альтернативным показателем компактности. Как правило, увеличенная компактность характеризует более округлые фигуры. Это нежелательно для структуры гребешков крепирования, поскольку в этом случае качество поверхности будет аналогично качеству, типичному для фигур с низким характеристическим отношением.

Обычно предполагается, что формы гребешков крепирования не имеют вогнутых участков. Вогнутые участки свидетельствуют о неоднородности структуры гребешков крепирования, которая в случае обширного распространения среди гребешков приводит к снижению мягкости, пухлости, прочности на разрыв и растяжения.

В некоторых вариантах осуществления предлагаемого способа технологии анализа изображений используются для определения, какая часть периметра фигуры является выпуклой. В этом случае используется показатель волнистости, который может определяться в соответствии с уравнением:

F_{волнистости} = Р_{выпуклости}/Р,

где Р_{выпуклости} - длина периметра с выпуклой формой, и Р - полная длина периметра. Предпочтительным является значение показателя волнистости, близкое к единице.

В других вариантах осуществления предлагаемого способа используется показатель отклонения от круглой или округлой формы. Этот показатель определяется с использованием уравнения

R=(1/N) Σ R_i,

где R - расстояние от центра фигуры до периметра, N - общее количество измерений, сделанных с равными угловыми приращениями по линии периметра фигуры, и суммирование осуществляется от 1 до N. Затем вычисляются параметры а и b:

а = (2/N) Σ R_i cos θ_i

b = (2/N) Σ R_i sin θ_i,

где θ - угловое приращение при радиальных измерениях, и используются в выражении

Δ=R_i - R - a cos θ_i - sin θ_i,

где Δ - отклонение от округлости, которое должно максимизироваться в случае гребешков крепирования. Гребешки крепирования, содержащие округлые фигуры, ощущаются как выпуклые знаки системы Брайля.

Все вышеописанные показатели могут быть применены также и для оценки и получения характеристик выдавленной трехмерной структуры крепированного структурированного полотна.

В других вариантах осуществления предлагаемого способа альтернативой получения характеристик форм гребешков и желобков крепирования является непосредственное количественное определение интенсивности освещенности в зонах гребешков и желобков, интенсивности освещенности между зонами гребешков и желобков и различие в интенсивности освещенности между зонами с похожими формами.

В других вариантах осуществления предлагаемого способа, после применения геометрических показателей к зонам гребешков и желобков крепирования и/или количественного определения интенсивности освещенности для этих зон, могут быть применены технологии статистической обработки для получения дополнительных характеристик структуры крепированного полотна. Самыми простыми средствами для получения характеристик гребешков и желобков крепирования являются, например, средняя величина, медианная величина и среднеквадратическое отклонение. В случае крепированного полотна, в котором гребешки и желобки крепирования имеют формы и размеры в некотором диапазоне, указанные типы средств описывают структуру не в полной мере. Более полное описание заключается в количественном определении распределения используемого показателя. Простой пример - гистограмма характеристического отношения. Она показывает диапазон измерения характеристических отношений, а также относительную частоту повторяемости.

Все вышеописанные способы, относящиеся к количественному описанию интенсивности освещенности, могут быть также применены для оценки и получения характеристик выдавленной трехмерной структуры крепированного структурированного полотна.

Те же самые геометрические показатели и количественное описание интенсивности освещенности применяются к изображениям края полотна. В случае края полотна вытянутая форма с наибольшим размером, значительно превышающим наименьший размер, невозможна из-за ограниченного расстояния в направлении, перпендикулярном плоскости полотна, и обычно приводит к нежелательным характеристикам. Длинные вытянутые формы возникают в случае больших гребешков крепирования с острыми краями. Формы с меньшими характеристическими отношениями, но не круглые, более желательны для полотна с требуемыми характеристиками пухлости, растяжения, прочности на разрыв и мягкости.

Примеры

Нижеприведенные примеры относятся к получению характеристик структур гребешков и желобков крепирования, и при этом должно быть очевидно, что в случае более однородных структур, создаваемых в процессе получения структурированного полотна, приведенные примеры в равной степени применимы к крепированным структурированным полотнам. На фиг. 1 показано изображение поверхности крепированного полотна, движущегося в машине по производству обычной тонкой бумаги с типичной скоростью порядка 1200 м/мин. На изображении видна нижняя поверхность полотна, сторона полотна, которая была приклеена к Янки-цилиндру. Что касается верхней поверхности полотна, то эта его поверхность имеет более закругленные (сглаженные) гребешки крепирования, менее резкие переходы между гребешками и желобками и, как правило, содержит больше открытых концов волокон. Это изображение было получено с использованием высокоскоростной цифровой камеры, обеспечивающей 1000 кадров/сек. Система линз имела глубину резкости, которая обеспечивала сохранение фокуса изображения, несмотря на обычные изменения расстояния между полотном и системой получения изображений. Скорость затвора была 2 мкс. Для освещения поверхности полотна использовалась светодиодная осветительная система. На изображении гребешки крепирования выглядят как более яркие зоны, и желобки крепирования выглядят как более темные зоны. Направление CD в общем случае параллельно наибольшему размеру гребешков крепирования, а направление MD в общем случае перпендикулярно этому наибольшему размеру. Эти направления указаны стрелками, наложенными на изображение. Система координат MD/CD не выровнена с вертикальной и горизонтальной осями изображения. Большинство современных программных пакетов анализа и обработки изображений включают технологии поворота системы координат MD/CD или системы координат с вертикальной и горизонтальной осями изображений, так чтобы эти две системы были выровнены друг с другом.

При просмотре изображения можно заметить, что структуры гребешков и желобков крепирования имеют размытые границы и могли бы быть более четкими. Это характерно для цифрового представления изображений, при котором для формирования изображения используются дискретные пиксели. Действительное расположение изменения интенсивности освещенности может иметь место на протяжении всего пикселя вместо границы пикселя. В результате пикселю присваивается значение, которое представляет уровень интенсивности освещенности, который находится между двумя. Это может быть исправлено путем применения алгоритма улучшения резкости изображения (повышения наблюдаемого контраста). На фиг. 2, 3 и 4 иллюстрируется пример. На фиг. 2 представлен действительный резкий переход между двумя уровнями интенсивности освещенности. На фиг. 3 приведено цифровое представление этого изображения. Линия перехода между двумя уровнями интенсивности освещенности не может проходить по границам пикселей, в результате чего пиксели, расположенные по линии перехода, имеют промежуточные значения. На фиг. 4 показан результат применения алгоритма повышения резкости изображения. Такие алгоритмы хорошо известны в области анализа и обработки изображений, и они введены практически во все пакеты программного обеспечения, используемые для обработки цифровых изображений. На фиг. 5 показано изображение фиг. 1 после применения алгоритма повышения резкости изображения и увеличения.

Зона поверхности полотна с замкнутыми контурами

На фиг. 6 приведено изображение фиг. 5 с замкнутыми контурами, обозначающими зоны гребешков крепирования. Технологии, использованные для определения контурных линий, хорошо известны в области анализа и обработки изображений. Эти технологии включают применение численных алгоритмов к цифровым изображениям аналогично применению алгоритмов, которые использовались для повышения резкости изображения. Следует отметить, что зоны в общем случае ориентированы своим наибольшим размером в направлении CD, однако они не однородны по форме и размерам. Это типичный случай. Форма, размеры и относительная пространственная частота повторяемости этих зон определяет качество полотна. Эта зависимость изменяется в зависимости от состава волокон, типа продукции и других факторов. Вышеописанные геометрические размеры используются для получения характеристик структур гребешков и желобков крепирования с помощью единообразных и количественно определяемых размеров. Следует отметить, что с помощью описанных показателей естественным образом определяется количественно и характеризуется многомерный характер структуры крепированного полотна. Затем изменения показателей, как в пространстве, так и во времени, используются для идентификации и количественного определения изменений в работе машины и в качестве полотна. После этого могут быть внесены соответствующие изменения в работу машины для обеспечения требуемого качества полотна.

Статистические оценки

Один из способов мониторинга изменений используемых показателей представляет собой применение статистических инструментов, которые обеспечивают возможность количественного сравнения изменений, как в пространстве, так и во времени, и частоты этих изменений. На фиг. 7, 8 приведены примеры применения статистических инструментов, таких как гистограммы. На фиг. 7 показано распределение расстояний между зонами гребешков крепирования, которые определены замкнутыми контурами. В этом случае распределение компактно, что указывает на однородное распределение гребешков в пространстве. На фиг. 8 показано распределение интенсивности освещенности для зон, которые определены замкнутыми контурами. Как можно видеть, распределение имеет две вершины (вторая выражена нечетко), что может быть указанием на некоторую неоднородность форм гребешков крепирования. Кроме того, можно сравнить гистограммы из разных мест на полотне или в разные моменты времени, и относительные отличия, скорость изменения и явления, носящие регулярный характер, могут быть идентифицированы и использованы для получения характеристик изменений структуры полотна. Любой из вышеупомянутых показателей или размеров может обрабатываться аналогичным образом. Показатели будут изменяться в зависимости от состава композиций, используемых при крепировании, от влажности полотна или покрытия, от загрязнения покрытия волокнами/мелкими волокнами, от износа крепирующего шабера и т.п. Таким образом, могут быть установлены взаимосвязи между специфическими режимами работы и/или специфическими характеристиками качества полотна, а также информацией, обеспечиваемой используемыми показателями и применением к этим показателям статистических инструментов. Затем эти взаимосвязи могут быть использованы для оптимизации работы машины и качества полотна. Наиболее полезные взаимосвязи будут зависеть от применения.

Зона края полотна с замкнутыми контурами

На фиг. 9 приведено изображение зоны края полотна. Это изображение было получено с помощью той же системы освещения и получения изображений, которая использовалась для получения изображения фиг. 1. Как и в случае изображения зоны поверхности к исходному изображению применялся алгоритм улучшения резкости для компенсации размытости, обусловленной пикселями, в результате чего было получено изображение с повышенной четкостью и контрастностью. На фиг. 10 показано полученное изображение. На фиг. 11 показано это же изображение с линиями замкнутых контуров, отграничивающими более плотные и менее плотные зоны полотна. Необходимо отметить, что более длинные зоны, имеющие большие размеры, как правило, ориентированы вертикально. Относительная повторяемость, расстояние между зонами и общая высота гребешков связаны с пухлостью полотна. Контуры могут быть описаны с использованием средних значений, медианных значений и значений среднеквадратических отклонений, однако, как и в случае изображения поверхности, это не дает полного описания структуры.

На фиг. 12, 13 приведены дополнительные примеры примененных геометрических размеров с результатами, представленными в форме гистограмм. На фиг. 12 показана гистограмма для площадей, охватываемых замкнутыми контурами. Можно видеть, что большая часть зон имеет сравнительно небольшую площадь, однако имеются зоны с очень большими площадями, но повторяемость их невысока. Они являются возможным указанием на неоднородность формирования, однако это требует дальнейшего исследования. На фиг. 13 приведена гистограмма округлости замкнутых контуров. Как можно видеть, гистограмма показывает более или менее гладкое распределение, несмотря на некоторые пропуски. Это тот случай, в котором изменение во времени может обеспечить дополнительную информацию о характеристиках распределения. Возможным дополнительным показателем будет распределение во времени среднего значения.

В случае изображения края на это изображение может быть наложена линия, и измерения могут выполняться относительно этой линии. На фиг. 14 приведен пример. Линия может проходить через разные точки, расположенные вне плоскости полотна, и характеристики могут быть определены вдоль этой линии. Это может быть выполнено во многих точках, расположенных вне плоскости полотна, так что обеспечивается возможность количественного определения изменений по толщине полотна. На фиг. 15 приведена интенсивность освещенности вдоль линии, и на фиг. 16 приведена гистограмма для этого измерения. Поскольку интенсивность освещенности является показателем плотности, то выполнение этой оценки во многих точках, расположенных вне плоскости полотна, обеспечивает возможность получения карты плотности по толщине полотна, эффективно обеспечивая измерение пухлости с высоким разрешением.

Пример - применение разложения в спектр

Изображение поверхности полотна обеспечивает пространственную информацию в направлениях MD и CD, а изображение края полотна обеспечивает пространственную информацию в направлении MD и в направлении, перпендикулярном плоскости полотна. Таким образом, любой тип изображений может быть проанализирован с использованием двухмерного спектрального анализа. Способы двухмерного спектрального анализа дают количественную оценку спектрального содержания изображения, повторяющихся признаков, которые составляют изображение. Наиболее часто используемым способом является преобразование Фурье. В случае цифровых изображений для осуществления преобразования Фурье используется БПФ. При этом обеспечивается преобразование изображения из пространственной области в частотную область, причем вся информация, содержащаяся в исходном изображении, сохраняется в преобразованном изображении.

В этом примере используется изображение, показанное на фиг. 5. Это изображение преобразуется из пространственной области в частотную область, и результат представлен на фиг. 17. Правая половина изображения представляет собой инверсию левой половины изображения, что характерно для этого преобразования. Более светлые зоны содержат информацию для наибольших, преобладающих пространственных признаков, в то время как более темные зоны содержат информацию для меньших, не преобладающих признаков. На фиг. 17 вокруг наиболее яркой зоны изображения прочерчен контур. Контур построен с использованием тех же способов, которые использовались для построения контуров вокруг гребешков крепирования на фиг. 6. На фиг. 18 показано изображение фиг. 17, из которого удалена вся информация, которая содержалась вне контуров. Иначе говоря, удалена информация, описывающая меньшие, не преобладающие признаки, такие как, например, свободные концы волокон. Затем осуществляли обратное преобразование изображения для возвращения в пространственную область, но без удаленной информации, и результат приведен на фиг. 19. Сравнивая фиг. 5 и 19, можно видеть, что оба изображения содержат основные гребешки и желобки крепирования. Вклад более мелких признаков, таких как свободные концы волокон, может оцениваться путем применения одинаковых показателей к обоим изображениям и сравнения результатов. Например, для обоих изображений могут быть построены гистограммы, подобные гистограммам фиг. 7, 8 (расстояние между зонами и интенсивность освещенности), с последующим их сравнением. Затем процесс можно неоднократно повторить с построением контуров вокруг областей с последовательно увеличивающейся или уменьшающейся яркостью, так чтобы можно было оценить количественно вклад размеров в некотором диапазоне в общую структуру крепированного полотна.

Еще в одном варианте осуществления предлагаемого способа двухмерное преобразование используется для оценки положения и формы контура, используемого для очерчивания самой яркой площади на изображении. Поскольку изображение, получаемое в результате БПФ, симметрично, то только половина БПФ нужна для оценки, как это можно видеть на фиг. 20. Если рисунок крепирования имеет вид синусоидальной волны, то результат БПФ будет состоять из единственной точки на черном фоне. Степень отклонения от этого результата может использоваться в качестве показателя однородности и периодичности структуры крепированного полотна. Геометрические параметры и интенсивность освещенности, которые были применены к контурам на поверхности и на краю, могут быть применены к контуру на БПФ-изображении, в результате чего будет обеспечиваться возможность точного измерения выделенной зоны на двухмерном БПФ-изображении фиг. 20.

Хотя на фиг. 20 показан единственный контур, однако могут быть построены многочисленные контуры с последовательным уменьшением пороговых величин интенсивности освещенности для определения контура. Расположение, форма и размеры контуров будут изменяться, если имеются изменения структуры крепированного полотна. Может быть получен ряд контуров, который представляет оптимальную структуру крепированного полотна. В процессе производства полотна оптимальные контуры сравнивают с контуром, измеренным в режиме реального времени, и определяют отклонение от оптимума. Степень отклонения от этого результата может использоваться в качестве показателя однородности и периодичности структуры крепирования. Достоинство этого процесса заключается в том, что нет необходимости в измерении специфических признаков изображения, что упрощает процесс анализа.

В то время как варианты осуществления изобретения иллюстрируются в описании с использованием различных примеров, и эти варианты описаны с достаточной степенью детализации, заявитель не намерен ограничивать в какой-либо мере объем прилагаемой формы описанными вариантами. Дополнительные достоинства и модификации могут быть понятны специалистам в данной области техники. Поэтому изобретение в его более широких аспектах не ограничивается конкретными элементами, представленными способами и вышеописанными иллюстративными примерами. Соответственно, могут использоваться и другие элементы без выхода за пределы сущности и объема основной идеи изобретения, предложенной заявителем.

В то время как по меньшей мере один иллюстративный вариант осуществления изобретения представлен в вышеприведенном подробном описании, следует понимать, что существует большое количество модификаций. Также следует понимать, что иллюстративный пример или иллюстративные примеры - это всего лишь примеры, и они никоим образом не ограничивают объем, применимость или структуру изобретения. Напротив, вышеприведенное подробное описание будет обеспечивать специалистов удобным руководством для реализации иллюстративного варианта, причем следует понимать, что в функцию и расположение элементов, описанных в иллюстративном варианте, могут быть внесены различные изменения без выхода за пределы объема изобретения, определяемого прилагаемой формулой и ее юридически значимыми эквивалентами.

Изобретение относится к способу получения характеристик структуры крепированного полотна. Технический результат заключается в повышении точности детектирования характеристик структуры крепированного полотна. Способ включает обеспечение системы получения изображений, содержащей один или более телевизионных или фотографических датчиков или устройств, формирование одного или более сигналов, определяющих одно или более изображений зоны структуры крепированного полотна и оценку сформированного изображения структуры крепированного полотна посредством двухмерного спектрального анализа с использованием одного или более показателей для определения характеристик гребешков крепирования, характеристик желобков крепирования, характеристик выдавленной трехмерной структуры, пухлости полотна, внутренних разрывов полотна и/или свободных концов волокон. 12 з.п. ф-лы, 20 ил.

1. Способ получения характеристик структуры крепированного полотна, включающий:

обеспечение системы получения изображений, содержащей один или более телевизионных или фотографических датчиков или устройств;

формирование одного или более сигналов, определяющих одно или более изображений зоны структуры крепированного полотна; и

оценку сформированного изображения структуры крепированного полотна посредством двухмерного спектрального анализа с использованием одного или более показателей для определения характеристик гребешков крепирования, характеристик желобков крепирования, характеристик выдавленной трехмерной структуры, пухлости полотна, внутренних разрывов полотна и/или свободных концов волокон.

2. Способ по п. 1, в котором структура крепированного полотна представляет собой выдавленную трехмерную структуру.

3. Способ по п. 1, в котором двухмерный спектральный анализ используют для определения частоты повторяемости структуры на изображенной зоне структуры крепированного полотна.

4. Способ по п. 1, в котором используются технологии обработки изображений для выделения структуры крепированного полотна и для построения замкнутых контуров вокруг зон гребешков крепирования.

5. Способ по п. 1, в котором изображаемую зону структуры крепированного полотна оценивают в машинном направлении и в поперечном направлении.

6. Способ по п. 5, в котором структуру крепированного полотна в машинном и поперечном направлениях оценивают с использованием одного или более показателей, выбранных из группы, состоящей из следующих показателей: площадь зоны; периметр зоны; характеристическое отношение, определяемое как наибольший размер/наименьший размер, перпендикулярный к наибольшему размеру, средняя длина/средняя ширина; периметр замкнутого контура/длина; граница зоны/ширина; площадь зоны/длина; площадь зоны/ширина; коэффициент удлинения фигуры, определяемый как где и - второй момент инерции в направлениях MD и CD, и второй момент инерции определяется как коэффициент компактности фигуры, определяемый как радиус поворота, определяемый как коэффициент выпуклости, определяемый как Р_{выпуклости} = выпуклая часть периметра зоны/полный периметр зоны; изопериметрический коэффициент, определяемый как Q=4 π площадь зоны/ периметр зоны²; округлость зон, определяемая как отклонение от круга, интенсивность освещенности в зонах, интенсивность освещенности между зонами, количество зон на изображении, которые преобразуют затем в номер частоты, минимальные и максимальные высоты, вертикальное распределение зон по размерам и форме, частота повторяемости длинных вертикальных зон, частота повторяемости коротких зон.

7. Способ по любому из пп. 1-6, в котором гребешки крепирования и/или окружающие зоны в выдавленной трехмерной структуре крепированного структурированного полотна оценивают внутри изображаемой структуры крепированного полотна.

8. Способ по любому из пп. 1-6, в котором изображение используют для определения пухлости полотна, внутренних нарушений полотна, свободных концов волокон, структуры крепирования и/или выдавленной трехмерной структуры крепированного структурированного полотна.

9. Способ по п. 1, в котором изображаемая зона структуры крепированного полотна представляет собой край структуры крепированного полотна в машинном направлении.

10. Способ по п. 9, в котором используют двухмерный спектральный анализ для определения частоты повторяемости структуры на изображенной зоне структуры крепированного полотна.

11. Способ по п. 9, в котором используют технологии обработки изображений для выделения структуры крепированного полотна и для построения замкнутых контуров вокруг зон гребешков крепирования.

12. Способ по п. 9, в котором зону края структуры крепированного полотна оценивают с использованием одного или более показателей, выбранных из группы, состоящей из следующих показателей: площадь зоны; периметр зоны; характеристическое отношение, определяемое как наибольший размер/наименьший размер, перпендикулярный к наибольшему размеру, и ii) средняя длина/средняя ширина; граница зоны/длина; граница зоны/ширина; площадь зоны/длина; площадь зоны/ширина; коэффициент удлинения фигуры, определяемый как где и - второй момент инерции в направлениях MD и CD, и второй момент инерции определяется как коэффициент компактности фигуры, определяемый как радиус поворота, определяемый как и коэффициент выпуклости, определяемый как Р_{выпуклости} = выпуклая часть периметра зоны/полный периметр зоны; изопериметрический коэффициент, определяемый как Q=4 π площадь зоны/ периметр зоны²; округлость зон, определяемая как отклонение от круга, интенсивность освещенности в зонах, интенсивность освещенности между зонами, количество зон на изображении, которые преобразуют затем в номер частоты, минимальные и максимальные высоты, вертикальное распределение зон по размерам и форме, частота повторяемости длинных вертикальных зон, частота повторяемости коротких зон.

13. Способ по п. 10, в котором гребешки крепирования оценивают внутри зоны изображаемой структуры крепированного полотна.