用于确定织物的特征的方法 |
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| 申请号 | CN201480061450.X | 申请日 | 2014-05-21 | 公开(公告)号 | CN105723029B | 公开(公告)日 | 2017-12-01 |
| 申请人 | 佐治亚-太平洋消费产品有限合伙公司; | 发明人 | D·H·塞; | ||||
| 摘要 | 用于确定造纸织物的特征的设备、方法和系统。所述设备、方法和系统利用织物表面的部分的表示，所述表示显示织物表面中的 纱线 结和凹穴的 位置 和尺寸。根据所述表示生成织物的所述部分的图像。利用显示的图像，描画环绕至少一个纱线结的轮廓，并且描画引 导线 以使得引导线穿过画出轮廓的纱线结的中心、穿过其它纱线结、并形成环绕图像的与在纱线结之间形成凹穴的区域对应的区域的形状。借助画出轮廓的纱线结和引导线，可以计算影响织物的造纸功能的性质。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种确定织物的特征的方法，所述方法包括： |
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| 说明书全文 | 用于确定织物的特征的方法技术领域背景技术[0002] 在形成诸如棉纸和纸巾之类的纸制品的过程中，在造纸纸幅仍然高度可变形的时候，即，当造纸纸幅具有高的含水量时，进行三维成形。通常，纸幅的这种三维成形在机织的结构化织物上进行。织物提供由织物的纱线中的纱线结(knuckle)构成的接触表面，同时在纱线结之间的织物中形成凹穴。当把造纸纸幅施加到织物时，纸幅的部分接触纱线结，并且纸幅的其它部分被吸入凹穴中。在从织物除去之前，纸幅被干燥到以使得其形状被固定或锁定的程度。从而在纸幅被吸入织物中的凹穴中的干燥的纸幅中形成穹状凸起，并且该穹状凸起存在于最终的纸制品中。从而，纸制品具有部分由结构化织物的纱线结和凹穴特性形成的独特三维结构。 [0003] 由于结构化织物的接触表面直接与最终的制品的形状相关，因此结构化织物的选择通常基于期望的制品的形状。然而，难以基于织物的简单目视检查来表征结构化织物的接触表面。虽然可以容易地看见织物的纱线结，但是通常难以准确地确定纱线结的尺寸，难以确定纱线结之间的凹穴的面积，和难以确定在造纸过程中造纸纸幅被吸入其中的凹穴的深度。因而，已存在试图例如利用基于织物的纱线参数的公式来量化织物的接触表面的特性的现有技术。然而，已经发现这种公式通常未准确到足以按照允许准确地预测将利用织物形成的纸制品结构的方式来表征织物的接触表面。另外，接触区域特性会常常随着织物在造纸机上运转而变化。例如，织物表面上的磨损通常会增大纱线结的长度，从而改变将由织物施加在纸幅上的结构化。从而，用于确定可适用于初始织物构形的接触表面特性的公式将不一定适用于随着时间的过去而变得磨损的织物。 [0004] 因此，有益的是提供一种用于准确地表征在造纸过程中使用的结构化织物的接触区域特性的技术。此外，有益的是提供一种在织物被安装在造纸机上时，可以容易地确定随着织物随时间的过去变得磨损的接触区域特性的技术。 发明内容[0005] 按照第一方面，本发明提供一种确定织物的特征的方法。所述方法包括：形成织物表面的部分的表示，所述表示显示织物表面中的纱线结和凹穴的位置和尺寸；根据所述表示生成织物表面的所述部分的图像；将所述图像的至少一部分显示在与具有处理器的计算机相关联的屏幕上；以及描画显示的图像中至少一个纱线结周围的轮廓。所述方法还包括在显示的图像中描画引导线，以使得引导线(i)通过画出轮廓的纱线结的中心，(ii)通过其它纱线结，(iii)形成环绕图像的与在纱线结之间形成凹穴的区域对应的区域的形状。所述轮廓和引导线利用存储在非临时性计算机可读介质中的图像分析程序描画。 [0006] 按照第二方面，本发明提供一种确定织物的特征的方法。所述方法包括：形成织物表面的部分的表示，所述表示显示织物表面中的纱线结和凹穴的位置和尺寸，并且所述表示是织物表面的印迹和织物表面的照片之一。所述方法还包括根据所述表示生成织物表面的所述部分的图像；将所述图像的至少一部分显示在与具有处理器的计算机相关联的屏幕上；确定所述表示的显示中的纱线结的尺寸和位置；以及确定所述表示的显示中的凹穴的尺寸和位置。所述方法还包括对于显示的图像中的织物表面的所述部分描画单元格，其中所述单元格由引导线限定，所述引导线(i)通过纱线结的中心，并且(ii)形成环绕图像的与在纱线结之间形成凹穴的区域对应的区域的形状。根据由引导线形成的单元格的性质计算织物表面的至少一个性质，并且所述轮廓和引导线利用存储在非临时性计算机可读介质中的图像分析程序描画。附图说明 [0007] 图1是利用结构化织物的造纸机的示意图。 [0008] 图2是结构化织物的截面的顶视图。 [0009] 图3A和图3B是按照本发明的接触表面打印设备的视图。 [0010] 图4是图3A和图3B中所示的印迹形成设备的压印部分的详细视图。 [0011] 图5A-图5D是按照本发明制造的结构化织物的印迹的例子。 [0012] 图6A-图6E显示了为结构化织物印迹建立坐标系的步骤。 [0013] 图7A、图7B和图7C显示了适用于织物的纱线结的照片的本文的分析技术的应用。 [0014] 图8A和图8B显示了适用于织物的纱线结的照片和印迹的备选分析技术。 [0015] 图9显示了确定被结构化织物中的纱线结环绕的凹穴的分析技术的应用。 [0016] 图10显示了确定图8中所示的凹穴的深度的分析技术的应用。 [0017] 图11A和图11B显示了适用于纸制品及其结构化织物的图像的分析技术的应用。 具体实施方式[0018] 本发明涉及用于确定造纸过程中使用的织物的接触表面的特性的设备、方法和系统。如根据下面的讨论将会清楚的那样：“织物的接触表面的特性”指的是由构成织物的接触表面的纱线结和凹穴构形产生的接触表面的特性。在具体实施例中，本发明适于和在造纸过程中用于纸幅的三维结构化的结构化织物一起使用。这种结构化织物通常用纱线构成，纱线例如由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酯、聚酰胺、聚丙烯等制造。如下将进一步说明的，结构化织物的特定接触表面将对纸制品的结构有重大影响，并且本发明利用表征接触表面的各方面技术。然而应注意，本发明可适用于造纸过程中使用的任意类型的织物，包括用于除使纸幅结构化以外的用途的织物。 [0019] 图1显示了空气穿透干燥(TAD)造纸过程的例子，其中利用结构化织物48形成纸制品的三维结构。为了开始该过程，通过流浆箱20供给的配料在喷射口中被引导至在成形织物24和转移织物28之间形成的辊隙中。成形织物24和转移织物在成形辊32和胸辊36之间通过。成形织物24和转移织物28在通过成形辊32和胸辊36之间后分离。转移织物28随后通过脱水区40，在脱水区40中，吸水箱44从纸幅和转移织物28除去水分，从而在将纸幅转移到结构化织物48之前，把纸幅的浓度例如从约10％提高到约25％。在一些情况下，有利的是在转移区56中，施加如通过真空辅助箱52所示的一定量的真空，尤其是当通过急速转移而在转移区56中将相当大量的织物起皱被施加到纸幅时，在急速转移中转移织物28比结构化织物48更快地移动。 [0020] 由于在纸幅被转移到结构化织物48之前，纸幅仍然具有高的含水量，因此纸幅可变形，使得纸幅的多个部分可被吸入在构成结构化织物48的纱线之间形成的凹穴中(织物中的凹穴的形成将在下面详细描述)。随着结构化织物48绕过空气穿透干燥器60和64，纸幅的浓度增大，例如，从约60％增大到约90％。从而，纸幅被结构化织物48或多或少永久地施加包括穹状凸起的形状，在该穹状凸起处，纸幅被吸入结构化织物48的凹穴中。从而，结构化织物48向纸幅提供三维形状，结果形成具有穹状凸起结构的纸制品。 [0021] 为了完成纸成形过程，通过刚好在与变换(translating)纸幅接触之前使纸幅与喷涂在扬克烘缸(Yankee cylinder)68上的胶粘剂接触，在不较大降低其性质的情况下将纸幅从结构化织物48转移到扬克烘缸68。在纸幅达到至少约96％的浓度之后，利用轻微(light)起皱来将纸幅从扬克烘缸68剥离。 [0022] 虽然图1示范了其中利用结构化织物向纸制品施加三维形状的一种类型的方法，但是存在其中可利用结构化织物向纸制品施加三维结构的许多其它造纸过程。例如，结构化织物可用在不利用空气穿透干燥(TAD)的造纸过程中。在美国专利No.7,494,563中，公开了这种非TAD过程的例子，该专利的公开内容通过引用整体包含于此。本领域的技术人员会意识到，这里公开的发明不限于用在任何特定的造纸过程中，相反，可适用于在各种造纸过程中使用的织物。 [0023] 图2是结构化织物200的面向纸幅侧的部分的视图。织物200包括当织物200被用在造纸过程中时会在加工方向(MD)上延伸的经纱202，以及当织物200被用在造纸过程中时在横向加工方向(CD)上延伸的纬纱204。经纱202和纬纱204编织在一起，从而形成织物200的结构。应注意，当在图2上向下看时，在结构化织物200的纸幅接触表面中，一些描绘的纱线202和204低于在造纸过程中与纸幅接触的面，即，织物200的接触表面。限定接触表面的平面的纱线202和204的最高点是纱线结206和208。即，纱线结206和208形成成形织物200的实际接触表面。在纱线结206和208之间的区域中，限定凹穴210(如图2中的轮廓区域所显示的)。在造纸操作期间，纸幅的部分可被吸入凹穴210中，同样如上所述，对应于最终纸制品中的穹状凸起的正是纸幅的被吸入凹穴210中的部分。 [0024] 应注意，最初可不制造具有诸如图2中的纱线结206和208之类的纱线结的结构化织物。而是，通常通过对结构化织物表面之一磨砂或抛光来形成纱线结。此外，当结构化织物被用在造纸操作中时，结构化织物表面上的磨损可以进一步增大纱线结的长度。如将要在下面描述的，本发明提供用于确定纱线结的特性，包括当织物受到磨损时的纱线结的特性。 [0025] 还应注意，取决于例如经纱和纬纱的编织模式以及纱线的尺寸，结构化织物可以表示为各种形式。图2中描绘的结构化织物200包括在经纱202上形成的纱线结206，和在纬纱204上形成的纱线结208。这是通过把织物200磨砂或磨损到在经纱202和纬纱204二者上形成纱线结的程度而产生的。然而，在磨砂较少的情况下，织物200可能只有在经纱202上的纱线结206，而不具有在纬纱204上的纱线结208，或者反过来。本领域已知结构化织物中的经纱和纬纱的各种构形，并且该各种构形允许利用织物形成形状不同的纸制品。 [0026] 图3A和图3B中显示了用于形成由织物的纱线结形成的接触表面的印迹的设备和技术。图3A是接触表面打印设备300的侧视图，并且图3B是接触表面打印设备300的正视图。该设备300包括具有第一臂303和第二臂305的C形框架结构302。第一板304由第一臂303可移动地支撑，并且固定的第二板306由第二臂305支撑。如将在下面详细描述的，织物的纱线结的印迹在第一板304和第二板306之间形成。 [0027] 第一板304被操作地连接到用于致动第一板304朝着第二板306的移动的液压泵308。在一些实施例中，液压泵308是手动操作的，利用释放阀来允许第一板304被从第二板 306收回。不过，泵308可以采用许多其它的形式，以便实现第一板304的移动。泵308可连接到用于测量当第一板304被压靠在第二板306上时的由泵308向第一板304施加的压力的换能器和换能器指示器310。作为具体例子，可以使用威斯康星州(Wisconsin)密尔沃基市(Milwaukee)的Actuant公司的 Hydraulic Hand Pump Model CST-18381。 作为压力换能器的具体例子，可以使用由加利福尼亚州(California)蒂梅丘拉(Temecula)的Transducer Techniques公司制造的具有对应的指示器的Transducer Techniques Load Cell Model DSM-5K。当然，在其它实施例中，泵308以及换能器和换能器指示器310可被结合成单个单元。 [0028] 接触表面打印设备300的框架302包括与框架302的前端相邻的轮子312，以及可以用于保持泵308和/或换能器310的支架313。设置在框架上的一个或多个轮子312使框架302更易于移动。按照本发明的实施例的接触表面打印设备300的一个有利特征是其可携带性。例如，利用如图3A和图3B中所示的构形来说，可容易地围绕装在造纸机上的织物的部分来移动打印设备300。如本领域的技术人员必然会意识到的那样，在织物被安装在造纸机上的时候形成织物的接触表面的印迹并从而按照下面描述的技术表征织物的能力提供多种好处。但只是作为一个例子，通过在造纸机的不同操作时期之后，利用接触表面打印设备300获得织物的纱线结的印迹，可以容易地监测造纸机上的织物的磨损。 [0029] 虽然图3A和图3B中所示的接触表面打印设备300包括连接第一板304和第二板306的框架结构302，但是在其它实施例中，接触表面打印设备可不包括这样的单个框架结构302。而是,第一板304和第二板306可以是被单独对准以形成织物的印迹的非连接的结构。 在还有的其它实施例中，板304和306可以采取与图3A和图3B中所描绘的大不相同的形式。 例如，板304和306之一可被形成为展开面，而另一板被形成为跨展开面滚转的圆形结构。这里使用的术语“板”是包含足以接触和/或支撑用于制造织物的印迹的组件的任何结构的广义术语。另外，如根据上面的描述清楚的是，任意实施例中的第一板304和第二板306的相对运动可被颠倒，以使第二板306在第一板304保持固定的情况下可移动。 [0030] 图4是当架起设备300以制造织物312的部分的印迹时，图3A中所示的接触表面打印设备300的部分A的详细视图。织物312被置于板304和306之间，并且靠着结构化织物312放置测压膜314的带(strip)。测压膜314和第一板304之间是一张或多张纸316。织物312和第二板之间是橡胶条318。 [0031] 测压膜是这样构成的材料：使得在膜上施加力使膜中的微囊破裂，从而在膜的接触区域中产生即时并且永久的高分辨率图像。这种测压膜的一个例子是由日本东京的Fujifilm Holdings公司销售的Prescale膜。测压膜的另一个例子是新泽西州麦迪逊市的Sensor Products公司的 本领域的技术人员会认识到在这里描述的打印技术中可以使用其它类型的测压膜。在这方面，应注意对于下面描述的分析技术，测压膜不必提供织物对膜施加的实际压力的指示，而是测压膜只需要提供显示了由织物的纱线结形成的接触表面的印迹图像。 [0032] 当在测压膜314上形成织物310的印迹时对板304施加的压力可以选择为以便模拟在实际造纸过程中会对靠在织物312上的纸幅施加的压力。即，泵308可用于在板304上生成压力(利用换能器310测量)，该压力模拟在造纸过程中会对靠在织物312上的纸幅施加的压力。在上面结合图1描述的造纸过程中，模拟的压力是扬克烘缸68对靠在织物48上的纸幅施加的压力。在一些造纸过程中，诸如在上述美国专利No.7,494,563中描述的过程中，对靠在织物上的纸幅施加的压力通常在600psi的范围内。因而，为了模拟该造纸过程，当在测压膜314中形成织物312的纱线结的图像时，液压泵308会对板304施加600psi的压力。对于这种操作，发现FujiFilm的中压10-50MPa Prescale膜能够提供结构化织物的纱线结的良好图像。 [0033] 重新参见图4，纸316起改善在测压膜314上形成的织物312的印迹的缓冲垫作用。即，纸316提供可压缩性和光滑的表面，以使得织物312的纱线结可“沉入”测压膜314中，而这又在膜314中形成纱线结的高分辨率图像。为了提供这些性质，美术纸和牛皮纸是可用于纸316的各种纸的例子。 [0034] 橡胶条318产生支撑织物314的水平接触表面。在本发明的实施例中，板304和306由诸如钢之类的金属材料制造。钢板最可能存在降低在测压纸316中形成的织物的纱线结的印迹质量的缺陷。然而，在板304和306之间使用的纸316和橡胶318，以及测压膜314和织物312提供比金属板304和306的表面更水平的接触表面，从而导致在测压膜314中形成更好的图像。本领域的技术人员将会认识到作为纸316和橡胶318的替代物的其它材料可以用作在设备300的板304和306之间提供水平面的结构。 [0035] 在其它实施例中，织物的纱线结的印迹由除了测压膜之外的材料制造。可用于形成膜的印迹的材料的另一个例子是蜡纸。通过把织物的接触表面压靠在蜡纸上，可以在蜡面中产生织物的接触表面的印迹。利用上述印迹形成设备300中的板304和306，或者借助板的其它构形，可以产生蜡纸中的印迹。如将在下面描述的，随后可按照和测压膜印迹相同的方式来分析蜡纸印迹。 [0036] 图5A-图5D显示了利用接触表面打印设备300在测压膜中形成的纱线结的印迹的例子。在这些印迹中，可以看到织物的纱线结的不同形状和图案。如上所述，纱线结形成织物的接触表面。从而，测压膜中的纱线结的高分辨率印迹，诸如图5A-图5D中所示的那些印迹，提供织物的接触表面的极好表示。 [0037] 下面，将描述用于分析诸如图5A-图5D中所示的那些印迹的纱线结的印迹的系统。在该系统中，将在常规的计算机系统上进行图形分析。这种计算机系统包括公知的组件，诸如连接到通信基础结构(例如，通信总线、交叉条设备或网络)的至少一个计算机处理器(例如，中央处理单元或多个处理器)。计算机系统的另一个组件是转发视频图形、文本等以便在显示屏上进行显示的显示接口(或其它输出接口)。计算机系统还可进一步包括诸如键盘、鼠标、主存储器、硬盘驱动器、可移动存储驱动器、网络接口之类的常见组件。 [0038] 作为分析的第一步骤，利用光扫描器将织物的纱线结的接触表面的印迹转换成计算机可读图像。可以利用任意类型的光扫描器来生成计算机可读图像。不过，在某些实施例中，已经发现具有至少2400dpi的光扫描器提供分析用的良好图像。借助图像扫描的分辨率，成像分析程序(如将在下面描述的那样)可对图像施加准确刻度。如将在下面描述的那样，准确定标将被用在结构化织物表面特性的计算。 [0039] 扫描的图像可被保存在非临时性计算机可读介质中，以便于下面描述的分析。这里使用的非临时性计算机可读介质包含除临时的传播信号外的所有计算机可读介质。非临时性计算机可读介质的例子例如包括硬盘驱动器和/或表示磁盘驱动器、磁带驱动器、光盘驱动器等的可移动存储驱动器。 [0040] 扫描的图像以及按照下面描述的技术确定的接触表面扫描图像的特性可以与数据库关联。这里使用的“数据库”意味按照计算机程序可快速选择期望的数据块的方式组织的数据的集合，例如，电子归档系统。在一些实现中，术语“数据库”可用作“数据库管理系统”的简略表达方式。 [0041] 为了执行扫描的印迹图像的定量分析，图像分析程序被用于织物的纱线结的扫描图像。这种图像分析程序例如利用与图形图像一起工作的计算软件开发。这种计算开发软件的一个例子是伊利诺斯州(Illinois)香槟市(Champaign)的Wolfram Research,LLC的如将在下面描述的，图像分析程序将用于具体识别结构化织物的织物印迹图像中的纱线结，并且借助织物印迹图像的已知定标，图像分析程序可计算纱线结的尺寸和估计凹穴的尺寸。 [0042] 当分析扫描的图像时，包括多个纱线结和一个凹穴的任意尺寸的区域可用于下面描述的分析。在具体实施例中，已经发现织物的图像的1.25英寸×1.25英寸区域允许利用这里描述的技术来较好地估计诸如凹穴尺寸之类的性质。具体而言，已经发现当以2400dpi的分辨率(上面描述的)来形成图像，并把图像的1.25英寸×1.25英寸的区域用于分析，能够进行接触表面的良好表征。当然，其它分辨率和/或面积也可提供良好的结果。 [0043] 图6A-图6E描绘利用图像分析程序来识别印迹的扫描图像的放大部分中的纱线结的步骤。最初，如图6A中所示的，在运行分析程序的计算机系统的显示屏上查看图像600的放大部分。可利用上面描述的打印技术形成的图像602显示了纱线结602。同时借助分析程序使用图像600，可将图像600的定标输入分析程序中。例如，这样的定标可被输入为2400dpi，根据该定标，分析程序可将刻度SC施加到图像600。如下所述的，分析程序随后利用该刻度计算纱线结的尺寸和位置。 [0044] 图6B和6C显示了利用分析程序来识别特定纱线结602A的步骤。首先根据其在放大的图像600的中央区域的位置来选择纱线结602A。在该步骤中，应用纱线结60A的粗略轮廓。可以是分析程序中存储的形状的矩形框604被初始应用到纱线结602A周围，以便启动纱线结识别过程。如图6C中所示,随后可以更加接近地修正初始矩形框604的形状，以匹配纱线结602A的形状。这种情况下，端部606和608被整形成更加圆形，并因此更紧密地对应于纱线结602A的端部。虽然未示出，但是可以对纱线结602A的轮廓进行进一步的修正，直到达到足够匹配为止。可通过进一步放大图像600来进行这样的修正。 [0045] 如图6D中所示，在纱线结602A依据轮廓被识别之后，描画引导线610和612。引导线610和612各自被描画成穿过纱线结602A的中心，并且直线延伸穿过其它纱线结的中心。特别地，引导线610和612还被描画成不穿过织物中形成凹穴的区域，该区域已知对应于各组纱线结之间的区域。通过在纱线结的中心之间直线描画引导线610和612，引导线610和612不穿过在纱线结之间形成的凹穴的区域。 [0046] 在描画了引导线610和612之后，如图6E中所示，描画更多的引导线。这些引导线按照与引导线610和612类似的方式描画，即，穿过纱线结的中心，但不穿过形成凹穴的区域。为了有助于描画引导线的过程，可以使用较低的放大倍率。借助引导线，实际上对于纱线结的位置建立了坐标系。于是，分析程序现在可以根据轮廓602A识别纱线结的尺寸和形状，并且可以识别如通过其中引导线交叉的点确定的纱线结的位置。分析程序还具有输入的图像 600的刻度SC。从而分析程序可把刻度应用于画出轮廓602A的纱线结和纱线结定位，以计算纱线结的实际尺寸和间距。另外注意，分析程序可计算引导线的频次，比如引导线612每个单位长度穿过引导线610的次数。每组引导线610和612的频次将用于织物的性质的计算，以及如下所述的本发明的其它方面。 [0047] 应注意，如图6D和6E中所示，纱线结尺寸都大约相同并且形状大约相同，并且纱线结沿着引导线被有规律地隔开。这并不奇怪，因为大部分的造纸机用织物被制造成具有高度一致的纱线图案，这产生一致的纱线结尺寸和位置。纱线结的尺寸、形状和布置的一致性允许根据单个选择的纱线结或者根据有限数目的被识别的纱线结，准确地估计织物的接触表面上的所有纱线结的尺寸和形状，并且能够在不识别每个纱线结的情况下，实现纱线结的尺寸和位置的近似估计。当然，为了获得更高的准确度，可识别多于一个的纱线结，并且可在图像的不同部分描画轮廓和引导线。 [0048] 如图6E中所示，引导线610和612限定多个单元格。在引导线线段610A、610B、612A和612B之间显示了特定的单元格613。单元格613实际上表明了织物中的最小重复图案，和可允许的最大凹穴尺寸。应注意，虽然图6A-图6E中所示的织物的每个单元格有约一个经纱线结，但是其它织物的每个单元格可以具有多于一个经纱线结和/或多于一个纬纱线结。换句话说，由纱线结图案限定的单元格将随不同的织物图案而变化。 [0049] 如将对本领域的技术人员容易清楚的是，在图6A-图6E中所示的任意或所有步骤可以或者由用户在显示屏上执行，或者可替代地，可以是自动化的以便当执行分析程序时被进行。即，分析程序可被配置成自动把纱线结识别成图像的变暗区域，画出纱线结轮廓，并且随后按照上述方式根据识别出的纱线结来描画引导线。 [0050] 在已经识别了选择的纱线结之后，并在穿过纱线结建立了引导线之后，可利用由分析程序确定的纱线结尺寸和位置来计算织物的多种性质。为了执行这样的计算，纱线结尺寸和定位数据可从分析程序输出到常规的电子表格程序以计算织物的性质。表1中显示了分析程序进行的确定以及根据这样的确定得出的计算的例子。 [0051] 表1 [0052] [0053] [0054] 从中获得图像600的织物只包括经纱线上的纱线结602。不过，其它织物可包含纬纱线上的纱线结，诸如形成图5B和图5D中的印迹的织物。就这样的织物来说，可以利用上面描述的描绘轮廓技术来识别纬纱线上的纱线结，并且可以利用上面描述的技术来穿过纬纱线结描画引导线。 [0055] 虽然可以通过利用例如由接触表面打印设备300形成的织物的纱线结的印迹来表征织物的接触表面，但是在其它实施例中，可用不同的方式获得织物的接触表面的图像。做为形成织物的纱线结的印迹的替代是为织物的纱线结照相，并且随后利用上述过程和技术分析从照片形成的图像。在这方面，已经发现2400dpi的照片提供足够高和足够低的分辨率，以便利用这里描述的技术进行分析。 [0056] 图7A中显示了具有纱线结702a的造纸织物的部分的照片700的例子，并且图7B和图7C中显示了将上述分析技术应用到从照片700生成的图像。图7A中的照片700显示紧挨着标尺R的织物701。当该照片被转换成用于分析程序使用的图像时，可以根据拍摄的标尺R输入图像700A的刻度。即，图像700A中的标尺R提供分析程序可根据其把刻度应用于图像的输入。图7B中显示了显示的图像700A以及刻度SC。 [0057] 为了识别从织物的照片获得的图像中的纱线结的尺寸和位置，可以使用与以上对于源自织物的印迹的图像描述的技术相同技术。例如，在图7C中的图像700A中显示了画出轮廓的纱线结702A及引导线710和712。借助来自分析程序的纱线结尺寸和位置数据，可以进行所有上述计算，以表征被拍照的织物700的接触表面。 [0058] 以下的表2显示了织物表面特性的计算结果，一组计算来源于织物的印迹，并且第二组计算来源于织物的照片。 [0059] 表2 [0060] [0061] [0062] 表2中所示的结果表明利用照片技术获得的接触表面表征计算与利用织物的印迹获得的计算紧密对应。 [0063] 上述技术提供了织物性质的较好估计，尤其是当由引导线线段形成的单元格的形状基本上为矩形时。然而，在由引导线形成的单元格的形状是非矩形的平行四边形的情况下，可以利用备选技术来提供织物性质的更准确估计。图8A中显示了这种备选技术的例子，其是利用上述图像分析程序从织物表面的照片生成的图像。在该图中，单元格813由引导线线段810A、810B、812A和812B限定。由引导线线段810A、810B、812A和812B形成的单元格813是基本上非矩形的平行四边形形状。在该平行四边形中，在引导线线段810A和812B相交的角A处限定角度θ，并且在引导线线段810B和812A相交的角B处也限定角度θ。根据引导线的方位角之差，利用图像分析程序可以容易地确定这个角度θ。此外，按照上面概述的方式，根据图像的刻度，图像分析程序也可确定引导线线段810A和810B之间的距离(“DIST 1”)，以及引导线线段812A和812B之间的距离(“DIST 2”)。在确定了相交角度θ、DIST 1和DIST 2之后，利用式(1)或式(2)可以计算单元格的面积(UCA)： [0064] UCA＝(DIST 1/sinθ)×DIST 2 (1) [0065] UCA＝(DIST 2/sinθ)×DIST 1 (2) [0066] 式(1)和式(2)来源于计算平行四边形的面积的标准公式，即，面积＝底边长度×高，其中DIST 1或DIST 2用作平行四边形的高，并且然后根据角度θ的正弦值和DIST 1或DIST 2中的另一个来计算底边长度。 [0067] 表3显示了当利用根据非矩形的平行四边形单元格面积计算的备选技术时，由分析程序进行的确定以及从这样的确定得出的计算的例子。 [0068] 表3 [0069] [0070] [0071] 应注意，虽然表3中的一些特性按照与在上面表1中所述相同的方式确定或计算，但是，纱线结密度、总的经纱线结或纬纱线结接触面积、接触面积比率、面积贡献百分比、凹穴面积估计和凹穴密度特性在表3中是和表1中不同地计算的。通过考虑到单元格的非矩形的平行四边形形状，这些不同的计算提供具有非矩形的平行四边形形状的单元格的织物的特性的更准确估计。 [0072] 图8B是利用上述技术制造的织物的印迹。这种情况下，织物具有非常非矩形的单元格，其中在限定单元格的平行四边形的角处的角度θ之一约为140°。为了表明所描述的第一种技术(其不是特别适合于平行四边形形状的单元格)和用于非矩形的平行四边形单元格的技术之间的差别，在织物进上进行了两组计算，结果示于表4中。 [0073] 表4 [0074] [0075] [0076] 应注意，虽然表4中所示的一些性质对两种计算来说相同，但是，总面内接触面积和凹穴密度不同。考虑到适合于非矩形的平行四边形单元格的计算方法利用与图8B中所示的织物的实际基础形状和结构更接近匹配的测量结果，则可以得出利用特别为非矩形的平行四边形单元格而修改的计算技术确定的总面内接触面积(即，与纱线结对应的织物的百分比)和凹穴密度更准确。并且，本领域的技术人员会意识到，织物的总面内接触面积和凹穴密度显著影响织物的造纸性质。从而，非矩形的平行四边形计算提供织物的重要性质的更准确估计。 [0077] 造纸织物的另一个重要特性是在造纸过程中纸幅可被吸入织物中的凹穴中的深度。如上所述，在最终纸制品中，形成与纸幅的被吸入织物中的凹穴的部分对应的穹状凸起。从而，造纸织物的凹穴深度直接影响利用织物形成的纸制品。现在将描述确定织物的凹穴深度的技术。 [0078] 图9显示了结构化织物的放大照片。就该照片来说，并且利用上面描述的图像分析程序，4个纱线结K1-K4被识别。按照连接纱线结K1-K4的方式描画了平行四边形，同时平行四边形的边线被描画成不穿过在纱线结K1-K4之间形成的凹穴区域。就描画的平行四边形来说，可以描画从纱线结K1穿过凹穴的中心到纱线结K3的剖面方向线PL。如下所述的，剖面方向线PL将用于利用深度测量仪器来确定凹穴深度。注意，始于纱线结K1和纱线结K3的剖面方向线PL穿过凹穴的中心。如将在下面描述的，结构化织物的凹穴深度被确定为在造纸过程中纤维素纤维可进入的凹穴中的深度。在图9中所示的织物的情况下，最大纤维迁移深度在凹穴的中心处。由此得出剖面方向线可备选地从纱线结K2穿过凹穴的中心到纱线结K4来描画，并且备选的剖面方向线可用于下面描述的凹穴深度确定。本领域的技术人员还会认识到，不同的结构化织物会具有不同的纱线结和凹穴构形，但是按照和如图9中确定的剖面方向线相同的方式，对于不同的结构化织物，可容易地确定剖面方向线。 [0079] 图10是用于确定图9中所示的结构化织物的凹穴的剖面的程序的屏幕截图。该屏幕截图是利用由日本大阪的Keyence公司制造的VHX-1000 Digital Microscope形成的。该显微镜配有同样由Keyence公司提供的VHX-H3M应用软件。在图10的上部显示了凹穴的显微图像。在这个图像中，可容易地看到纱线结K'1和K'3以及纱线结之间的凹穴。从点D到点C已描画了深度确定线DL，深度确定线DL穿过纱线结K'1和K'3，并穿过凹穴的中心。深度确定线DL被描画成接近地近似图8中所示的剖面确定线PL。即，根据利用图9中所示的纱线结和凹穴图像得到的深度确定线DL的观察，用户可以在图10中所示的显微图像中描画深度确定线DL，深度确定线DL穿过对应于纱线结K'1和K'3以及凹穴的中心部分的区域。 [0080] 如在图10的下部中所示的，在描画了深度确定线DL的情况下，随后可指令数字显微镜计算沿着深度确定线DL的凹穴的深度剖面。凹穴的剖面在对应于纱线结K'1和K'3的区域处最高，并且剖面在凹穴的中心处降到其最低点。从纱线结K'1和K'3的由深度剖面上的线A标记的高度开始，从该剖面确定凹穴深度。如同被测量到这种精度的结构化织物的任意两个纱线结一样，纱线结K'1和K'3不具有完全相同的高度。因而，高度A被确定为纱线结K'1和K'3的两个高度之间的平均值。凹穴深度被确定为终止于刚好在深度剖面的由深度剖面上的线B标记的最低点上的点处。本领域的技术人员会意识到，从线A到线B的凹穴的深度近似对应于在造纸过程中纸幅中的纤维素纤维可转移到的凹穴中的深度。注意，(上述)VHX-H3M软件根据织物的厚度方向上的多个切片，形成全深度剖面。另外，注意在形成深度剖面中，VHX-H3M软件采用过滤功能以平滑从厚度切片形成的深度剖面。应注意，测得的凹穴深度将随织物中的凹穴而稍微不同。不过，我们已经发现对于结构化织物的5个测得的凹穴深度的平均值提供凹穴深度的良好表征。 [0081] 虽然在上述实施例中利用数字显微镜来确定凹穴深度，但是替代地可以借助这里描述的技术利用其它仪器来确定凹穴深度。例如，在其它实施例中，可以利用激光轮廓仪(或者“激光剖面仪”)按照和上述数字显微镜类似的方式来确定凹穴深度。激光剖面仪可确定凹穴的深度剖面，该深度剖面可用于按照和如上所述的利用数字显微镜生成的深度剖面被用于确定凹穴深度相同的方式来确定凹穴深度。这种激光剖面仪的例子是由英国莱斯特的Taylor Hobson公司制造的 CLI高分辨率3D表面轮廓测量系统。在还有的其它实施例中，可以借助这里描述的技术利用对中激光剖面测量设备(“激光线扫描仪”)确定织物的凹穴深度。这种激光线扫描仪的例子是Keyence公司制造的LJ-V7000系列高速对中剖面检查设备。 [0082] 当利用激光剖面仪或激光线扫描仪时，可使用如上结合数字显微镜所描述的确定凹穴深度的相同的步骤。即，如图9所示，根据结构化织物表面的表示来确定纱线结和凹穴。随后设定激光剖面仪或激光线扫描仪以确定跨从一个纱线结到另一个纱线结的凹穴的深度剖面，即，激光剖面仪或激光线扫描仪跨如图9中的线PL的方位的线进行扫描。从该测得的剖面，可按照与上面结合图10描述的方法类似的方式来确定凹穴深度。为了执行通过激光剖面仪或激光扫描仪测量的深度剖面的分析，可以使用各种分析软件程序。一个例子是宾夕法尼亚州北亨廷顿的TrueGage提供的表面计量软件。 [0083] 各个备选的深度测量仪器，即，数字显微镜、激光剖面仪或激光线扫描仪可提供一些优点。例如，数字显微镜可提供高度精确的凹穴深度的测量。另一方面，激光剖面仪通常是易于使用的仪器，并因此可以提供凹穴深度的快速测量。作为另一个例子，激光线扫描仪具有快速收集大量数据的能力，并因此在短时间内测量许多深度剖面。在这方面，本发明的实施例包括利用激光线扫描仪确定在造纸机上运转的结构化织物的凹穴深度剖面。在该实施例中，激光线扫描仪被定位成邻近机器上的结构化织物，当织物行进通过扫描仪时，激光线扫描仪测量凹穴深度剖面。如本领域的技术人员会意识到的，造纸机中的结构化织物以每分钟大于3000英尺的速度行进。然而，诸如上述Keyance公司的LJ-V7000系列检查系统的激光线扫描仪具有每秒钟测量数千个深度剖面的能力。此外，激光线扫描仪有能力测量快速移动的结构化织物中的凹穴深度，从而在结构化织物在造纸机上实际使用时，提供非常有用的凹穴深度数据。 [0084] 应注意，与用于确定凹穴深度的测量仪器和技术无关，测得的凹穴深度将随织物中的凹穴而稍微不同。已发现，一般来说结构化织物的5个测得的凹穴深度的平均值提供凹穴深度的良好表征。当然，例如取决于测量中所需的准确性水平，可以执行更多或更少的测量来确定平均凹穴深度。 [0085] 在上面描述的凹穴深度确定技术中，结构化织物本身被用于确定凹穴深度。在一些情况下，可能更易于形成织物的表示，并且然后从该表示来确定凹穴深度。例如，同样如上所述，通过把织物的接触表面压靠在蜡纸上可以形成织物的纱线结和凹穴结构的表示。随后可利用上述技术之一来扫描织物的蜡表示。例如，可以利用激光线扫描仪确定蜡印迹中的纱线结之间的蜡印迹中的深度。 [0086] 本领域的技术人员会认识到，结构化织物的凹穴的有效体积是一旦按照上述技术之一计算了凹穴尺寸就能够被容易地确定的结构化织物的重要性质。凹穴的有效体积是在结构化织物表面(即，在纱线结表面之间)的凹穴的横截面面积，与在造纸过程中纸幅中的纤维素纤维可以转移到其中的凹穴的深度之积。凹穴的横截面面积与如在上面的表1或表2中所述的凹穴面积(PA)的估计值相同。从而，有效凹穴体积可被简单地计算为凹穴面积估计值和测得的凹穴深度之积。 [0087] 结构化织物的另一重要性质可被限定为织物的平面体积指数。一般来说，利用织物制造的纸制品的柔软性、吸收性和厚度可以受织物的接触面积，即，由在造纸过程中纸幅接触的织物的纱线结表面形成的面积的影响。此外，纸制品的柔软性、吸收性和厚度可以受织物中的凹穴的尺寸影响。平面体积指数提供接触面积和凹穴尺寸的指示，因为平面体积指数被计算为接触面积比(CAR)(如在上面的表1或表2中所示)乘以有效凹穴体积(EPV)乘以100，即，CAR×EPV×100。接触面积比和有效凹穴体积可利用上述技术计算，并且之后可容易地计算织物的平面体积指数。 [0088] 本领域的技术人员必然会意识到的，知道织物的纱线结和凹穴的特性，诸如纱线结和凹穴尺寸和密度，提供对织物的深入了解。利用特性的应用的一个例子涉及开发某些接触表面特性与最终纸制品之间的相关性。借助所述相关性，可以开发另外的织物构形，并且可以在不在造纸机上测量全尺寸织物的情况下，表征这些构形。从而，上面描述的确定织物的接触表面特性的技术可节省正在用不同织物进行实验的织物制造商和/或纸生产商二者的时间和资源。 [0089] 上述技术也可用在分析造纸织物的磨损的方法中。在一种这样的方法中，在介质中形成织物的一部分中的纱线结的第一表示。这个第一表示可以是在测压膜上的印迹，或者表示可以是织物的一部分的照片，并被保存在照相机中。诸如通过扫描测压膜或者从照相机下载照片来根据第一表示生成织物的纱线结的第一图像。根据生成的图像，可如上所述确定与织物的接触面积相关的至少一种特性。随后可对织物进行磨损。如果织物被安装在造纸机上，那么通过操作造纸机即可容易地产生磨损。可替代地，可利用磨砂或抛光对织物执行模拟磨损。 [0090] 在织物被磨损之后，再次执行获得织物的部分的图像并确定接触表面特性的过程。即，在介质中形成织物的该部分中的纱线结的第二表示，该第二表示用于生成第二图像，然后第二图像被分析以确定膜的表面特性。在这方面，第二表示可以从或者可以不从与第一表示相同的织物部分来获得。会预期到由于磨损，织物中的纱线结的尺寸会增大。此外，织物中可以形成新的纱线结。作为接触表面表征的一部分，通过比较磨损之后的第二图像和磨损之前的第一图像的分析，可以量化纱线结尺寸的增大。这种磨损织物并且之后确定接触表面特性的过程可以重复任意次数，并且各次分析之间可以是任意给定磨损量。 [0091] 分析织物的磨损的其它部分包括使利用织物制造的纸制品与归因于磨损的接触表面的变化相关联。例如，在获得织物的第一表示之前，利用织物形成纸制品。随后使纸制品的性质(诸如制品中的穹状凸起的尺寸或者制品的厚度)与通过分析利用第一表示形成的第一图像而确定的接触表面特性相关联。随后在织物受到磨损之后并在获得织物的第二表示之前，利用织物形成第二纸制品。随后使第二次形成的纸制品的性质与通过分析第二图像而确定的接触表面特性相关联。从而，可以了解所形成的纸制品是如何随着特定织物构形被磨损而变化的。 [0092] 在本发明的其它方面中，上述技术和过程可用于比较织物的不同部分，尤其是在织物在造纸机上运转一段时间之后。已知归因于造纸机中织物跟随的轨道的不一致性，织物的不同部分通常会显示不同的磨损。按照不同的实施例，例如可在织物在造纸机上运转之前和之后把表面表征技术应用于织物的不同部分。替代地，可在织物仍然安装在造纸机上的时候，把表面表征技术应用于织物的不同部分。从而，可以获得对在造纸机中织物的不同部分是如何被磨损的了解。 [0093] 按照本发明的还有的另一个方面，接触表面表征可用于获得用于制造具有特殊三维结构的纸制品的织物。图11A和11B示范这样的方法。图11A显示了利用上述技术分析的纸制品的图像800的例子。特别地，纸制品具有包括被平面区域隔开的多个穹状凸起的三维结构。如上所述，这样的纸制品可利用结构化织物制造。然而，如果用于制造这种制品的特定结构化织物构形未知，那么可以利用按照本发明的方法来识别结构化织物构形。如图11A中所示，在纸制品的图像上可利用分析程序在纸制品的平面区域中描画轮廓802A，该平面区域对应于用于制造纸制品的结构化织物中的纱线结的位置。此外，可穿过轮廓802A以及对应于其它纱线结的位置来描画包括引导线812和814的坐标系。注意，纸制品中的穹状凸起对应于结构化织物中的凹穴，并因此，不穿过穹状凸起来描画该坐标系。 [0094] 在如图11A中所示，在形成轮廓802A并描画具有引导线812和814的坐标系之后，可以把轮廓802A和坐标系与织物的图像进行匹配，以确定产生纸制品的三维结构的构形。图11B中显示了这种匹配的例子，其中轮廓802A及具有引导线812和814的坐标系被叠加在织物的图像800A之上。注意，轮廓802A与织物中的纱线结的尺寸和形状匹配，并且引导线穿过纱线结，但是不穿过对应于织物中的凹穴的区域。该匹配指示图像800A中所示的织物可用于产生与图像800中所示的纸制品类似的纸制品。 [0095] 通过创建已知织物的可搜索数据库，可便于将轮廓和坐标系从纸制品匹配到特定织物。这种数据库将包括以前确定的织物的接触表面特性，诸如纱线结尺寸、位置、凹穴尺寸等。在根据形成自纸制品的轮廓和坐标系确定了织物的纱线结和凹穴的尺寸和位置之后，可以搜索数据库寻找具有类似的纱线结和凹穴的尺寸和位置的织物。 [0096] 为了便于使纸制品的分析图像与织物的匹配的方法，可以利用在纸制品的分析中开发的其它参数。一个这样的其它参数是一组引导线穿过来自另一组引导线的引导线的频次。注意，一“组”引导线指的是平行的引导线，例如，引导线812和与之平行从而形成组的所有引导线。在图11A中，例如通过使分析程序确定与引导线810交叉的两条引导线之间的距离(沿一条引导线810测量)来计算包括引导线812的一组引导线的频次。例如，如果沿着引导线810测量，与引导线810交叉的引导线被隔开0.130cm，那么交叉引导线将具有7.7cm-1(1/0.130cm)的频次。通过沿着引导线812之一测量与引导线812交叉的另一组引导线中的引导线之间的间隔，可对于该另一组引导线进行类似的频次计算。一旦被确定，纸制品的引导线间隔的频次就可与已经保存在可搜索数据库中的先前确定的织物的引导线间隔的频次匹配。 [0097] 可被计算以便于将来自纸制品的画出轮廓的纱线结和引导线匹配到特定织物的方法的另一参数是从基准线到一组引导线的角度。例如，图11A中的刻度线SC可以用作基准，并且在刻度线SC和一组引导线之间可以确定角度α。也可确定从刻度线SC到另一组引导线的角度。一旦被确定，纸制品的从基准线到各组引导线的角度就可与已经保存在可搜索数据库中的先前确定的织物的从基准线到各组引导线的角度匹配。 [0098] 虽然从将纸制品匹配到已知织物的方面对上述方法进行了描述，但是易于意识到其它实施例包括根据期望的但还未生产的三维纸结构来选择已知织物。即，可在空白图像中创建轮廓纱线结或纱线结，并且可以通过在空白图像中描画引导线来创建纱线结和凹穴图案。随后可按照上述方式来匹配创建的图像和已知的织物。 [0099] 在还有的另一个实施例中，可以根据纸制品图像的分析或者根据所创建的表示纱线结和凹穴构形的图像来设计和制造织物。在这种方法中，经纱和纬纱被选择成对应于依据纸制品图像的分析确定的或者在空白图像中创建的所需纱线结和凹穴构形。生产具有特定编织图案的经纱和纬纱的织物的技术在本领域是公知的。从而，可以生产具有所选经纱和纬纱构形的织物。 [0100] 在本发明的其它实施例中，这里描述的织物表征技术可用于修改第一造纸织物的构形，以便产生具有不同特性的新的第二造纸织物。在这些实施例中，利用上述技术确定第一造纸织物的至少一种纱线结或凹穴特性。例如，特性可以是在上面的表1或表2中描述的特性之中的一个或多个特性。此外，特性可以是按照上述技术确定的凹穴深度或者有效凹穴体积。根据确定的(一个或多个)特性，创建修改的织物设计，其中(一个或多个)特性被改变。例如，凹穴深度可从在第一造纸织物中测量的凹穴深度增大。本领域的技术人员会意识到确定造纸织物的特性的因素，从而会意识到可如何变更第一造纸织物的设计以产生具有不同特性的新的造纸织物。例如，织物的方面，诸如纱线直径、纱线密度、纱线形状、编织式样和用于把纱线粘合在一起的热定形中的一个或多个可被变更，以产生具有修改的(一个或多个)特性的第二造纸织物。利用这些因素中的一些因素的造纸织物制造技术的许多例子之一可参见美国专利No.6,350,336，该专利的公开内容通过引用整体包含于此。 [0101] 除了用于修改造纸织物设计的构形的实施例之外，或者与所述实施例结合，利用结构化织物制造的纸制品的特性可用于具有特定特性的造纸织物的开发。例如，利用上述技术，可以确定第一造纸织物的特性。例如通过利用上面描述的造纸方法，第一造纸织物也可用于制造造纸制品。随后可以确定纸制品的特性，并且之后使纸制品的特性与第一造纸织物的确定特性相关联。例如，通过用显微镜检查穹状凸起可以测量在纸制品中形成的穹状凸起的密度和高度。如上所述，穹状凸起在造纸织物的凹穴中形成。由此得出在造纸织物中已确定的凹穴密度和凹穴深度可以与利用该造纸织物制造的纸制品中发现的穹状凸起密度和穹状凸起高度相关。这种相关性随后可用于确定利用具有可比特性的另一种造纸织物预期会产生什么纸制品。此外，如上所述，可以开发具有调整特性的新的造纸织物设计，以便生产具有所期望的修改特性的纸制品。 |
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