控制材料的光谱反射率的方法和装置制造方法及图纸

控制产品例如卷筒纸的颜色的方法和装置，包括在可见光谱的几个波段上比较目标和测量反射率值。所述比较过程用数量表示许多误差，这些误差经非线性处理修正，例如二次幂处理，然后加起来。通过分别调整加到产品中的各种着色剂的量，使最终的和是最小。波段的数目大于着色剂的数目。这避免了传统系统中常见的位变异构效应，这种效应依赖三个颜色空间坐标。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总的来说涉及控制加入到材料中各种着色剂(例如染色剂)的量，以便控制材料在整个可见光谱范围内的反射率，更具体地说涉及控制卷筒纸的颜色。在现有的颜色控制系统中，着色模型通常是3×3矩阵，用来表示三种适当选择的着色剂流速和一种通用色空间中三个色坐标之间的关系。例如，这些坐标可以是Hunter Laboratories L，a，b或者C.I.E L*，a*，b*或者色度x，y，z或者三色x，y，z。由于两种看似不同的颜色在给定的色空间可能具有相同的颜色坐标，所以位变异构效应是最大的问题。这个问题不仅在不同照明和观察者的情况下出现，而且由于不同的颜色坐标的导出方法不同而出现。本专利技术的一个目的是在可见光谱的多个波段范围内比较测量反射率和目标反射率，并且据此调整加入物质中的各种染色剂的量。本专利技术的另一个目的是提供一种颜色控制系统，其中给定反射率的测量值和目标值的波段数目大于染色剂的数目。本专利技术的第三个目的是比较在这些波段上的目标反射率和测量反射率值的同时，也比较一种给定的色空间的目标颜色坐标和测量颜色坐标。本专利技术的第四个目的是将一种特别昂贵的染色剂的使用量当作误差，它可与其他反射率误差一起减小。本专利技术的第五个目的是将一种预测电路用于卷筒纸染色，该电路考虑指数系统响应的时间常数和传输延迟或时间延迟。本专利技术的第六个目的是提供一种对于卷筒纸染色响应的模拟电路，该电路用于当一种染色剂流速发生变化时产生可见光谱的反射率或某一色空间的期望变化量，以便在实际染色剂流速没有变化时评估染色剂流速变化的影响。本专利技术的这些和其他目的是通过一种装置实现。该装置比较可见光谱内多个波段目标反射率值和测量反射率值。其中所比较的波段的数目大于其流速控制测量反射率值的不同染色剂的数目(通常至少为3)。该比较操作用数量表示各误差经过加权(通常采用单位因子)，然后进行非线性修正(通常取平方或绝对值)，然后求和产生一个输出值，通过调整每种染色剂的流速使该输出值趋于最小值。从下面的描述可以看到本专利技术的其他目的。附图是本说明书的一部分，阅读说明书时要结合附图。在所有附图中，相同参考标记用来表示相同部件。附图说明图1是描述本专利技术，尤其是部件的机械布局的示意图；图2是本专利技术的一个实施例的原理图；图3是包括优化两种染色剂流速的装置的本专利技术的简化形式的原理图；图4是简化的光谱染色剂响应模拟电路的原理图；图5是极性鉴别器电路的原理图；图6是五级环形计数器的原理图，该计数器用于在一个修正周期内使染色剂流速反复变化；图7是取得误差信差绝对值的电路的原理图；图8是用于补偿时间常数和时间延迟效应的预测电路的原理图；图9是描述预测因子随时间变化的曲线图；图10是一种蓝色染色剂单独流速变化所对应的在可见光谱的十二个波段的十三个端点处反射率变化的曲线；图11是一种色染色剂单位流速变化所对应的在可见光谱的四个波段的五个端点处的反射率变化曲线；参见图1，电路12控制由造纸机生产的卷筒纸14的颜色，一般用参考标记16表示造纸机。造纸机16包括料箱18，用于排放湿的卷筒纸14，该湿卷筒纸是由径管道21流入料箱18的纸浆20形成的。卷筒纸14开始由多孔带13承载，然后在经过滚子22到达一对相对的压滚23时获得强度并成形。压滚23可以用于表面整形或在表面上形成颜色层。最后卷筒纸14经过框架24，分光光度计50沿该框架扫描卷筒纸14的宽度。分光光度计50感应来自卷筒纸14的反射光，并将该信息以测量反射率信号(通常用参考标记28表示)的形式传给控制电路12。测量反射率信号在可见光谱的几个波段上(通常是三十个或更多)取值，并且包括红光的测量值28R和紫光测量值28V。电路12产生染色剂流速控制信号30D和添加剂流速控制信号30A。加到电路12上的还有目标光谱，通常用参考标记36表示。该目标光谱包括与测量波段相应的波段，它包括红光目标反射率值36R和紫光目标反射率值36V。目标光谱可以是试样的测量反射率光谱，该试样的颜色是通过实验确定成所希望的颜色。独立控制的检索器39产生的信号经门电路38耦合到电路12上，用来改变加入卷筒纸14的添加剂的流速。如下文所述，信号M在某些时刻能使门电路38启动。根据来自电路12的染色剂流速控制信号30D，染色剂流速调节器100D分配染色剂42D以便控制卷筒纸14的颜色；根据添加剂流速控制信号30A，添加剂流速调节器100A分配添加剂42A。添加剂影响卷筒纸14的其他性质。图中示出，染色剂42D和添加剂42A在离料箱18相同距离处从管道21注入，以便简化预测电路的结构。下面将介绍预测电路。虽然添加剂42A可以影响卷筒纸14的颜色，但是使用它们的主要目的是控制卷筒纸的性质。一些添加剂42A的例子包括TiO2(二氧化钛)，用来提高不透光性；CaCO3(碳酸钙)，用来填充空隙以便提供光滑的表面；钠铝硅酸盐，用来提供不透水性和阻热性，松香或其他化学物质用来改变内部粒级细成以便减小水的透过速率，以及各种助留剂。这样的助留剂可以包括聚丙烯酰胺，聚烯胺、淀粉、皂浆土、明矾、聚乙烯亚胺、聚环氧乙烯、二氧化硅以及聚合物(polydamac)。这些助留剂用于提高造纸机的清洁度和运转能力，通过增加排泄量提高生产率，提高替换纤维配料的灵活性，提高添充剂和化学物质的使用效率，减少纤维损失和关闭白水系统。图2表示电路12的简单型式，该电路有一种添加剂，并调整三种染色剂的流速。测量光谱50可以包括三十个波段的反射率信号28，这些信号从400至700nm范围内10nm波段上取值。在400至410nm波段上紫光反射率信号28V的值代表实际反射率除以纯白光参考反射率。红光反射率信号28R在波段690至700nm上测得。类似地，目标光谱52提供三十个相应的在400至700nm范围内10nm波段上的期望反射率信号36。也可以通过下面方法获得目标光谱52即调整染色剂流速，直到在给定的色空间中测量的颜色坐标和目标颜色坐标互相匹配。所产生的测量光谱作为目标光谱。该目标光谱对于选定的目标颜色坐标可能不是唯一的，但是系统总是提供与同一条件等色最相应的测量光谱。电路54将来自电路116的三十个反射率信号56的预测变化值与测量反射率信号28相加，产生三十个预期反射率信号58。预期反射率信号58和目标反射率信号36被加到比较器60上，比较器60从预期反射率信号58中减去目标反射率信号36，产生三十个误差信号62。加权电路64可以将每个误差信号乘以一个常数，以便增强或减弱光谱的某些区域。可以减弱或增强中心波长，也可以减弱或增强短波波长，也可以减弱或增强长波波长。电路64产生三十个分别加权的误差信号66。误差信号66取值从正到负，该信号被加到非线性工作电路68。电路68名义上将每个误差信号提高偶数次方，(例如2次方)，因此不管误差信号是正或负，都产生一个正的输出。如图3所示，电路68可以取误差信号66的绝对值，然后将该绝对值按幂函数提高，幂指数在小于1至大于2的范围内。非线性工作电路68提供修正的误差信号70给求和电路72。求和电路72将所有修正的误差信号70相加，产生一个和输出信号74。将输出信号74耦合到求和最小值电路76。在曲线拟合近似中，通常的判断标准是误差的平方和是最小。电路76改变加到产品本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制产品的颜色的方法，包括下列步骤：将一定数目的着色剂加到产品中，所加着色剂数目为第一个数；在可见光谱的几个波段上测量产品的反射率，测量波段数目为第二个数，该数大于第一个数，最小为４；提供产品在可见光谱的相同波段上的期望反射率；利用测量反射率和期望反射率提供一定数目的误差信号，该误差信号数目等于第二个数；对每个所述误差信号进行非线性处理，以便提供相应的修正信号；将所有修正的信号相加；调整加到产品中的每种着色剂的量，以便求和一步的结果是最小。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：S卢岩，
申请(专利权)人：维美德自动化加拿大有限公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]