(57)【要約】      （修正有）【課題】ウェブ張力及びウェブ速度を使用して、移動ウェブ材料の弾性係数を動的に決定する方法を提供する。【解決手段】第１のスパンにおいて移動ウェブの張力及び速度が決定される。また、該移動ウェブについて、第２のスパンにおいても移動ウェブの張力及び速度が決定される。次いで、２つのスパンにおける移動ウェブの張力及び速度値に従って、移動ウェブの弾性係数に類似した値を決定することができる。【選択図】図１
2010117362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動ウェブ材料の弾性係数アナログ値を決定する方法であって：
ａ）第１のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第１のウェブ張力アナログ値を決定する工程と、
ｂ）前記第１のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第１のウェブ速度アナログ値を決定する工程と、
ｃ）第２のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第２のウェブ張力アナログ値を決定する工程と、
ｄ）前記第２のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第２のウェブ速度アナログ値を決定する工程と、
ｅ）前記第１のウェブ張力アナログ値、前記第２のウェブ張力アナログ値、前記第１のウェブ速度アナログ値、及び前記第２のウェブ速度アナログ値に従って、前記移動ウェブ材料の流速アナログ値を決定する工程と、
ｆ）前記流速アナログ値と、前記第１のウェブ張力アナログ値及び前記第１のウェブ速度アナログ値、又は前記第２のウェブ張力アナログ値及び前記第２のウェブ速度アナログ値のいずれかとに従って、前記弾性係数アナログ値を決定する工程と、
を含み、更に、
ｇ）前記移動ウェブ材料の巻戻しウェブ速度アナログ値を決定する工程と、
ｈ）前記流速アナログ値、前記弾性係数アナログ値、及び前記巻戻しウェブ速度アナログ値に従って、前記移動ウェブ材料の巻取り張力アナログ値を決定する工程と、
を含む方法。
【請求項２】
前記第１のウェブ張力アナログ値、前記第１のウェブ速度アナログ値、及びこれらの組み合わせからなる群、又は前記第２のウェブ張力アナログ値、前記第２のウェブ速度アナログ値、及びこれらの組み合わせからなる群のいずれかから選択される任意の値に変化があるたびに、前記流速アナログ値を決定する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
移動ウェブ材料の弾性係数アナログ値を決定する方法であって：
ａ）第１のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第１のウェブ張力アナログ値を決定する工程と、
ｂ）前記第１のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第１のウェブ速度アナログ値を決定する工程と、
ｃ）第２のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第２のウェブ張力アナログ値を決定する工程と、
ｄ）前記第２のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第２のウェブ速度アナログ値を決定する工程と、
ｅ）前記第１のウェブ張力アナログ値、前記第２のウェブ張力アナログ値、前記第１のウェブ速度アナログ値、及び前記第２のウェブ速度アナログ値に従って、前記移動ウェブ材料の流速アナログ値を決定する工程と、
ｆ）前記流速アナログ値と、前記第１のウェブ張力アナログ値及び前記第１のウェブ速度アナログ値、又は前記第２のウェブ張力アナログ値及び前記第２のウェブ速度アナログ値のいずれかとに従って、前記弾性係数アナログ値を決定する工程と、
を含み、
前記第１のウェブ張力アナログ値が、第１のスパンにおいて第１のウェブ部分で決定され、前記第２のウェブ張力アナログ値が、第２のスパンにおいて第１のウェブ部分で決定される方法。
【請求項４】
前記第１のウェブ張力アナログ値、前記第１のウェブ速度アナログ値、前記第２のウェブ張力アナログ値、前記第２のウェブ速度アナログ値、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される任意の値に変化があるたびに、前記弾性係数アナログ値を決定する工程を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
移動ウェブ材料の弾性係数アナログ値を決定する方法であって：
ａ）第１のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第１のウェブ張力アナログ値を決定する工程と、
ｂ）前記第１のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第１のウェブ速度アナログ値を決定する工程と、
ｃ）第２のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第２のウェブ張力アナログ値を決定する工程と、
ｄ）前記第２のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第２のウェブ速度アナログ値を決定する工程と、
ｅ）前記第１のウェブ張力アナログ値、前記第２のウェブ張力アナログ値、前記第１のウェブ速度アナログ値、及び前記第２のウェブ速度アナログ値に従って、前記移動ウェブ材料の流速アナログ値を決定する工程と、
ｆ）前記流速アナログ値と、前記第１のウェブ張力アナログ値及び前記第１のウェブ速度アナログ値、又は前記第２のウェブ張力アナログ値及び前記第２のウェブ速度アナログ値のいずれかとに従って、前記弾性係数アナログ値を決定する工程と、
を含み、
前記弾性係数アナログ値が、予め定められた時間間隔で決定される方法。
【請求項６】
移動ウェブ材料の弾性係数アナログ値を決定する方法であって：
ａ）第１のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第１のウェブ張力アナログ値を決定する工程と、
ｂ）前記第１のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第１のウェブ速度アナログ値を決定する工程と、
ｃ）第２のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第２のウェブ張力アナログ値を決定する工程と、
ｄ）前記第２のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第２のウェブ速度アナログ値を決定する工程と、
ｅ）前記第１のウェブ張力アナログ値、前記第２のウェブ張力アナログ値、前記第１のウェブ速度アナログ値、及び前記第２のウェブ速度アナログ値に従って、前記移動ウェブ材料の流速アナログ値を決定する工程と、
ｆ）前記流速アナログ値と、前記第１のウェブ張力アナログ値及び前記第１のウェブ速度アナログ値、又は前記第２のウェブ張力アナログ値及び前記第２のウェブ速度アナログ値のいずれかとに従って、前記弾性係数アナログ値を決定する工程と、
を含み、
前記弾性係数アナログ値が、前記移動ウェブ材料の予め定められた長さの取扱い後に決定される方法。
【請求項７】
移動ウェブ材料の弾性係数アナログ値を決定する方法であって：
ａ）第１のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第１のウェブ張力アナログ値を決定する工程と、
ｂ）前記第１のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第１のウェブ速度アナログ値を決定する工程と、
ｃ）第２のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第２のウェブ張力アナログ値を決定する工程と、
ｄ）前記第２のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第２のウェブ速度アナログ値を決定する工程と、
ｅ）前記第１のウェブ張力アナログ値、前記第２のウェブ張力アナログ値、前記第１のウェブ速度アナログ値、及び前記第２のウェブ速度アナログ値に従って、前記移動ウェブ材料の流速アナログ値を決定する工程と、
ｆ）前記流速アナログ値と、前記第１のウェブ張力アナログ値及び前記第１のウェブ速度アナログ値、又は前記第２のウェブ張力アナログ値及び前記第２のウェブ速度アナログ値のいずれかとに従って、前記弾性係数アナログ値を決定する工程と、
を含み、
前記弾性係数アナログ値が、ロールの回転位置に従って決定される方法。
【請求項８】
移動ウェブ材料の弾性係数アナログ値を決定する方法であって：
ａ）第１のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第１のウェブ張力アナログ値を決定する工程と、
ｂ）前記第１のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第１のウェブ速度アナログ値を決定する工程と、
ｃ）第２のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第２のウェブ張力アナログ値を決定する工程と、
ｄ）前記第２のスパンにおいて前記移動ウェブ材料の第２のウェブ速度アナログ値を決定する工程と、
ｅ）前記第１のウェブ張力アナログ値、前記第２のウェブ張力アナログ値、前記第１のウェブ速度アナログ値、及び前記第２のウェブ速度アナログ値に従って、前記移動ウェブ材料の流速アナログ値を決定する工程と、
ｆ）前記流速アナログ値と、前記第１のウェブ張力アナログ値及び前記第１のウェブ速度アナログ値、又は前記第２のウェブ張力アナログ値及び前記第２のウェブ速度アナログ値のいずれかとに従って、前記弾性係数アナログ値を決定する工程と、
を含み、更に、
ｇ）前記ウェブ材料のロールから前記移動ウェブ材料を巻き戻す工程と、
ｈ）少なくとも第１のウェブ部分をロール座標位置に関連付ける工程と、
ｉ）少なくとも前記第１のウェブ部分について弾性係数アナログ値を決定する工程と、
ｊ）前記第１のウェブ部分について決定された前記弾性係数アナログ値を、前記第１のウェブ部分に関連付けられた前記ロール座標位置に関連付ける工程と、
を含む方法。
【請求項９】
ａ）時刻値を、前記決定された弾性係数アナログ値に関連付ける工程と、
ｂ）少なくとも前記弾性係数アナログ値を、関連付けられた時刻値と共に格納する工程と、
を含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
ａ）前記第１のウェブ部分について流速アナログ値を決定する工程と、
ｂ）前記第１のウェブ部分についての前記流速アナログ値を、前記第１のウェブ部分の前記ロール座標位置に関連付ける工程と、
を含む請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
ａ）前記第１のウェブ部分について巻戻しウェブ速度アナログ値を決定する工程と、
ｂ）前記第１のウェブ部分について巻取り張力アナログ値を決定する工程と、
ｃ）前記巻戻しウェブ速度アナログ値及び前記巻取り張力アナログ値を、前記第１のウェブ部分の前記ロール座標位置に関連付ける工程と、
を含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
データ値を、関連付けられた登録値と共に格納する工程を含み、該データ値が、前記弾性係数アナログ値、前記流速アナログ値、前記巻取り張力アナログ値、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１のウェブ張力アナログ値、前記第２のウェブ張力アナログ値、前記第１のウェブ速度アナログ値、前記第２のウェブ速度アナログ値、前記弾性係数アナログ値、前記流速アナログ値、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つの値を少なくとも部分的にフィルタ処理する工程を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
少なくとも前記第１のウェブ張力アナログ値の決定値の高周波数フィルタ処理を含む、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動ウェブの弾性係数を決定する方法に関する。より詳細には、該方法は、移動ウェブの弾性係数を連続的に決定することに関する。
【背景技術】
【０００２】
印刷物、工業及びティッシュグレード紙、金属箔、セルロース及びポリマーフィルム、ワイヤ、ロープ、ストラップ、及び糸などのウェブ材料は、広く知られている。また、これらのウェブ材料から作製される製品も、広く知られている。ウェブ材料及びウェブ製品に関連した製造操作の生産性を向上させたいという目下の要望は、少なくとも一部には、ウェブ材料の取扱スピードの増大に焦点を合わせている。ウェブ取扱スピードが増大するにつれて、ウェブ材料のばらつきがウェブ取扱生産性に及ぼす悪影響も増大する。ウェブ引張強度やウェブ弾性係数のような特性の動的変化がウェブ取扱プロセスで適切に補正されないときには、その変化がウェブの破断を引き起こすことがある。
【０００３】
ウェブ材料の取扱いには、ロールから材料を巻き戻すことが含まれることが多い。ウェブ材料の弾性係数は、ロールを進むうちに変化することがある。弾性率の変化は、ウェブ材料の取扱特性に影響を及ぼす場合がある。ウェブ材料は、ウェブ取扱プロセスの制御システムによって試行される変更の影響を受けやすくなる、又は受けにくくなることがある。ロールが巻き戻されるときの弾性係数の変化を感知すると、ウェブを取扱いながら、ウェブ取扱プロセスの補正変更が弾性係数の変化を相殺できるようになる場合がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、移動ウェブ材料の弾性係数の動的決定のための方法を提供する。決定された弾性係数は、ウェブ取扱プロセスの制御スキームを修正するための入力として使用することができる。弾性係数の変化を感知し、感知された変化を制御スキームに組み入れることによって、弾性率変化の悪影響を緩和することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書では、移動ウェブ材料の弾性係数を決定する方法について説明する。ウェブ材料は、装置によって運搬される。該装置は、少なくとも第１のスパンと第２のスパンとを含む。移動ウェブ材料の第１のスパン及び第２のスパンそれぞれについて、該ウェブ材料の機械方向ウェブ張力アナログ値が決定される。第１のスパン及び第２のスパンそれぞれについて、機械方向ウェブ速度アナログ値が決定される。次いで、第１のスパン及び第２のスパンについてのウェブ張力アナログ値及びウェブ速度アナログ値に従って、該ウェブの弾性係数アナログ値を決定することができる。
【０００６】
本発明の別の態様では、ウェブ張力アナログ値及びウェブ速度アナログ値が決定され、それらを使用して該ウェブの流速アナログ値を決定する。流速アナログ値と、第１のスパン又は第２のスパンのいずれかからのウェブ張力アナログ値及びウェブ速度アナログ値とを使用して、弾性係数アナログ値についての値を決定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本明細書の特許請求の範囲は、本発明の主題を特に指摘し明確に請求するが、以下の本発明の詳細な説明を添付図面と併せて考慮すれば、本発明がよりよく理解されると考えられており、該添付図面では、幾つかの図の対応する特徴が同じく指定されている：
本明細書で使用するとき：
弾性係数アナログ値（modulus-of-elasticity-analog value）は、材料の変形時の該材料の応力−ひずみ曲線の傾きに類似した計算又は決定された値を表す。
【０００８】
ウェブ張力アナログ値（web-tension-analog value）は、ウェブ材料の指定時点又は指定スパンにおける実際のウェブ張力に等しい値を含めた、ウェブ材料の機械方向張力に類似した決定又は計算された値を表す。
【０００９】
ウェブ速度アナログ値（web-velocity-analog value）は、ウェブ材料の所与の時点又は所与のスパンにおける実際のウェブ速度に等しい値を含めた、ウェブ材料の機械方向速度に類似した決定又は計算された値を表す。
【００１０】
流速アナログ値（flow-rate-analog value）は、ひずみのないウェブがウェブ取扱システムの一部分を通過することになる決定又は計算された理論速度を表す。
【００１１】
巻取り張力アナログ値（wound-in-tension-analog value）は、ウェブ材料の巻取りロール内のウェブに存在する機械方向の力に類似した値を表す。この値は、ウェブの巻戻し速度、ウェブの弾性係数アナログ値、及びウェブの流速アナログ値に従って計算される。
【００１２】
ウェブ材料のスパン、プロセススパン、又はスパンは、第１のウェブ接触点と後続のウェブ接触点との間にある、ウェブ取扱装置内のウェブ材料の部分を表す。ウェブ材料は、第１のウェブ接触点、すなわち上流端から、後続のウェブ接触点、すなわち下流端へと、スパンを進行する。
【００１３】
巻戻しウェブ速度アナログ値（unwinding web velocity-analog value）は、移動ウェブ材料がウェブ材料のリールから巻き戻される速度を表す。
【００１４】
以下の説明は、材料の単一ウェブの取扱いに関する。本発明が単一ウェブを取扱うシステムだけに制限されず、本発明を多重ウェブの取扱いの際に使用してよいことが、当業者には理解されよう。一例として、ここに記載の発明を、多プライ基材の転換の際に使用してよい。この例では、本発明を使用して、システムによって取扱われる１以上のウェブの特性を決定することができる。本発明を、多重ウェブ取扱システムの１以上のウェブの張力及びスピード制御システムの一部分として使用してよい。本発明を、ほぼ類似した応力ひずみ特性を有する多数のウェブを取扱うシステムで使用してよい。また、本発明を、多数のウェブがいくらか又は実質的に異なる応力ひずみ特性を有する、多数のウェブを取扱うシステムで使用してもよい。
【００１５】
移動ウェブ材料の弾性係数アナログ値は、移動ウェブ材料の張力及び速度に従って動的に決定することができる。弾性係数アナログ値は、ウェブ材料のある部分がウェブ取扱システム内を移動する間に該ウェブ材料のその部分について決定されるときに、動的に決定されたと見なされる。ウェブ張力アナログ値は、移動ウェブ材料の２つのスパンそれぞれについて決定される。同じ２つのスパンについてウェブ速度アナログ値が決定される。次いで、２つのウェブ張力アナログ値及び２つのウェブ速度アナログ値を使用して、ウェブの弾性係数アナログ値及び／又は流速アナログ値を決定することができる。
【００１６】
本発明の一実施形態の以下の諸工程は、図１にフローチャートとして与えられている。図１の工程１０及び２０によれば、ウェブ張力アナログ値が第１のスパン１及び第２のスパン２について決定される。図２によれば、移動ウェブ材料Ｗは、順に、張力感知要素１００、速度感知要素３００、張力感知要素２００、及び速度感知要素４００を通過する。図によれば、要素１００及び３００が第１のスパン１を画定し、要素２００及び４００が第２のスパン２を画定する。以下の議論は、張力感知要素１００に関するものであるが、同様に張力感知要素２００（ローラ２０５と、感知軸２１５を有するロードセル２１０とを含む）にも当てはまることが理解される。図２に示したように、張力感知要素１００は、アイドラローラ１０５と張力感知ロードセル１１０とを含んでよい。ロードセル１１０は、それに沿って力が検出される感知軸１１５を有してよい。張力感知要素１００は、上流スパンの終わり且つ下流スパンの始まりのマークとなる。張力感知要素１００のロードセル１１０の感知軸１１５は、上流スパン又は下流スパンの任意の走行方向に垂直に向けることができる。ロードセル１１０は、該ロードセル１１０の感知軸１１５に垂直に作用する力を感知しない。この方法で、ロードセル１１０を、２つのスパンの複合張力ではなく、１つのスパンの張力だけを感知するように構成することができる。したがって、この構成は、移動ウェブ材料Ｗの特定のスパンについて、より精確に張力を指示する。図２に示した実施形態では、ロードセル１１０は、張力感知要素１００よりも下流のスパンにおけるウェブ張力アナログ値を測定するように向けられている。ロードセル１１０が張力感知ローラを共有する２つのウェブセグメントの複合張力のアナログ値を感知するように、該ロードセルを構成してもよい。感知軸１１５を、該軸１１５がいずれのスパンにも直交しないような向きにすることによって、ロードセル１１０は、２つのセグメントの複合張力のアナログ値を感知することになる。
【００１７】
別の実施形態では、張力感知要素は、ダンサーアームと、ばねの変位を決定し、その変位をウェブ張力に関係付けることが可能なセンサに結合したばねとを含んでよい。さらに別の実施形態では、張力感知要素は、本発明の譲受人に共に譲渡された同時係属米国特許出願第１０／４６１３２１号及び同第１０／４６１５８０号（それぞれ２００３年６月１３日出願）に記載されているウェブ張力感知手段を含め、当該技術分野において既知の、移動ウェブ材料Ｗ内の張力を感知するいずれの手段であってもよい。
【００１８】
張力感知要素は、移動ウェブ材料Ｗ内の張力に応じて変化する力を感知する。この力は、移動ウェブ材料Ｗ内の機械方向張力に等しい力、正比例する力、又は他の何らかの形で類似した力である場合がある。感知された力のアナログ値は、ウェブ張力アナログ値と見なされる。本明細書で使用するとき、張力、及び張力アナログ値という用語は、それぞれ、実際のウェブ張力、及び任意のウェブ張力アナログ値を包含するものと見なされる。
【００１９】
図１の工程３０及び４０によれば、第１のスパン１について第１のウェブ速度アナログ値が決定され、第２のスパン２について第２のウェブ速度アナログ値が決定される。以下の説明は、速度感知要素３００に関するものであるが、同様に速度感知要素４００（ローラ４０５とセンサ４１０とを含む）にも当てはまることが理解される。図２に示した一実施形態では、速度感知要素３００は、ローラ３０５とセンサ３１０とを含んでよい。ローラ３０５は、動力付きローラ又はアイドラローラのいずれかであってよい。速度感知要素３００を通過する移動ウェブ材料Ｗについてウェブ速度アナログ値を提供するために、機械的若しくは電気的エンコーダ、リゾルバ、タコメータ、又は当該技術分野において既知の他の手段を使用してよい。移動ウェブ材料Ｗは、ローラ３０５に少なくとも部分的に巻回される。移動ウェブ材料Ｗがローラ３０５を通過するとき、ローラ３０５は、該ローラ３０５と該ウェブ材料Ｗとの間の滑りなしに、該ウェブ材料Ｗと共に転回し、センサ３１０は、ローラ３０５の回転数を決定する。回転数をプロセッサ５００に入力することができ、該プロセッサが単位時間当たりの回転数を決定する。ウェブ速度アナログ値は、ローラ３０５の既知の周囲長、ウェブのピッチ直径、及びプロセッサ５００によって決定された単位時間当たりの回転数に基づいて決定される。別の実施形態では、センサ３１０は、ローラ３０５の回転数を決定することができ、またローラ３０５の単位時間当たりの回転数も決定することができる。この実施形態では、センサ３１０は、単位時間当たりの回転数をプロセッサ５００に入力として与える。別の実施形態では、ドップラレーザ速度計を使用してウェブ速度アナログ値を決定してもよい。かかる速度計は、レーザビームと移動ウェブとの相互作用によって引き起こされるレーザビームの周波数シフトを感知することによって、ウェブ速度アナログ値を決定する。速度計は、決定された速度をプロセッサ５００に入力として与えることができる。別の実施形態では、速度の一方又は両方を、当該技術分野において既知のように他のウェブ速度感知手段によって決定してもよい。
【００２０】
ウェブ速度アナログ値は、速度感知要素３００及び４００によって決定される。決定される値は、移動ウェブ材料Ｗの機械方向速度に比例し、且つ該機械方向速度に応じて変化する。ウェブ速度アナログ値は、実際のウェブ速度に等しくてもよく、又は該値がウェブ速度に類似した値であってもよい。本明細書で使用するとき、速度、及び速度アナログ値という用語には、それぞれ、実際のウェブ速度、及び実際のウェブ速度に類似した値が含まれる。
【００２１】
図２に示した実施形態では、ウェブ材料Ｗは、リールＲから巻き戻され、装置内を移動する。第１のスパン１及び第２のスパン２についてのウェブ張力アナログ値は、それぞれ、張力感知要素１００及び２００によって、各スパンの上流端のところで決定される。各スパンについてのウェブ速度アナログ値は、速度感知要素３００及び４００によって各スパンの下流端のところで決定される。次いで、これら４つの入力値がプロセッサ５００に与えられ、後述する等式を使用して、移動ウェブ材料Ｗの弾性係数アナログ値及び／又は流速アナログ値を決定することができる。
【００２２】
あるスパンの速度アナログ値及び張力アナログ値は、該スパンについて単一の地点で感知されてよい。図３に示した実施形態では、所与のスパンについてのウェブ速度アナログ値及びウェブ張力アナログ値を、適切な機器を備えたウェブ取扱要素を用いて単一の場所で決定することができる。図に示したように、第１のスパン１についてのウェブ張力アナログ値及びウェブ速度アナログ値は、それぞれ、ローラ１０２に結合したセンサ１１２及び３１２によって決定される。第２のスパンについてのウェブ張力アナログ値及びウェブ速度アナログ値は、それぞれ、ローラ２０２に結合したセンサ２１２及び４１２によって決定される。角度位置センサとロードセルとの両方に結合したアイドラローラが、ウェブ速度アナログ値とウェブ張力アナログ値との両方を感知可能なウェブ取扱要素の非限定例である。別の例として、レーザドップラ速度計を使用して、移動ウェブ材料Ｗの特定のスパンについて前述のようにウェブ張力アナログ値が決定されるウェブ経路内の同一の地点で、ウェブ速度アナログ値を決定してもよい。
【００２３】
図１の工程５０及び６０に示した実施形態によれば、ウェブ速度アナログ値及び張力アナログ値は、ウェブ弾性係数アナログ値及び流速アナログ値を決定する方法のための入力値として使用される。入力値は、移動ウェブ材料Ｗについて工程５０で弾性係数アナログ値Ｅwを、工程６０で流速アナログ値ＶOを決定可能なプロセッサ５００に与えられる。入力値は、特定のセンサの出力、プロセッサ５００との通信リンク、及びプロセッサ５００の入力要件に応じて、アナログ信号又はデジタル信号のいずれかとして該プロセッサ５００に与えることができる。一実施形態では、入力センサがプロセッサ５００の入力回路に直接配線されてもよい。別の実施形態では、入力信号が、データハイウェイ又は情報バス（これらの用語は当該技術分野で公知である）を介して、多重化され、プロセッサ５００に経路指定されてもよい。さらに別の実施形態では、入力信号が、各センサとプロセッサ５００との間、又は１以上のセンサハブとプロセッサ５００との間の無線接続を介してプロセッサ５００に与えられてもよい。センサハブは、少なくとも１つのセンサから入力信号を受け取り、該信号を無線で受信機にブロードキャストすることができ、次に該受信機が、該信号をプロセッサ５００に経路指定する。センサハブは、センサから、直接配線された、多重化された、又は無線の入力信号のいずれかを受け取ることができる。プロセッサ５００に入力信号を与えるのに、当該技術分野において既知の他の任意の通信手段を使用してもよい。
【００２４】
第１の張力Ｔ1、第２の張力Ｔ2、第１の速度Ｖ1、及び第２の速度Ｖ2は、条件付けされてからプロセッサ５００に送信されてもよい。代表的な条件付けとしては、信号に対するアンチエイリアス処理、平滑化、及び制限フィルタの適用が挙げられる。信号は、入力センサのところで条件付けされてよい。センサハブは、入力信号をフィルタ処理及び／又は条件付けしてから、該信号をプロセッサ５００にブロードキャストしてもよい。プロセッサ５００が受け取った後で、入力信号に条件付けしてもよい。信号から外部雑音を除去し、該信号の信号対雑音比を改善するために、当該技術分野において既知のように、入力信号に帯域通過フィルタ処理を実施してよい。入力信号は、ローパスフィルタ処理され、且つ／又は当該技術分野において既知のように平滑化フィルタ処理を実施されてよい。入力信号は、時間平均されてよい。時間平均処理は、センサ若しくは中間伝送ハブの機能であってよく、又はプロセッサ５００で平均処理が行われてもよい。制御システムは、結果として望ましくない制御ループ出力が生じるのを防ぐために、入力値を最小値と最大値との間で制約するように構成されてよい。これら上方制約及び下方制約は、センサが故障した場合に、又はプロセッサ５００が異常な入力値を使用することになる他の条件下で、被制御機器を保護することができる。
【００２５】
プロセッサ５００は、入力信号を受け取り、移動ウェブ材料Ｗの弾性係数アナログ値を決定する。ウェブ張力及びウェブ速度は、次式によって弾性係数アナログ値と関係付けられる：
【００２６】
【数１】
2010117362.tif 000003
式中：Ｔn＝スパンｎでのウェブ張力
Ｅw＝ウェブの弾性係数アナログ値
Ｖn＝スパンｎでのウェブ速度アナログ値
Ｖ0＝ウェブの流速アナログ値
２つの別個のスパンについてウェブの張力及び速度を決定することによって、２等式の系を使用して、Ｖ0及びＥwについて解くことができる。その２等式は、次の通りである：
【００２７】
【数２】
2010117362.tif 000004
式中：Ｔ1＝第１のスパンにおけるウェブ張力アナログ値
Ｔ2＝第２のスパンにおけるウェブ張力アナログ値
Ｖ1＝第１のスパンにおけるウェブ速度アナログ値
Ｖ2＝第２のスパンにおけるウェブ速度アナログ値
該２等式をＥwについて解くと、次の等式が得られる：
【００２８】
【数３】
2010117362.tif 000005
この等式をプロセッサ５００で使用して、移動ウェブ材料Ｗの実際の弾性係数に類似したＥwを決定することができる。
【００２９】
別法として、２つの等式をＶOについて解くと、次の等式が得られる：
【００３０】
【数４】
2010117362.tif 000006
この等式をプロセッサ５００で使用して、移動ウェブ材料Ｗの実際の流速に類似したＶOを決定することができる。
【００３１】
また、これらの等式を使用して、ＶOに関してＥwを決定してもよい：
【００３２】
【数５】
2010117362.tif 000007
あるいは、Ｅwに関してＶOを決定するには：
【００３３】
【数６】
2010117362.tif 000008
以上で展開した等式を使用して、Ｅwについて決定された値と、入力値Ｔ1及びＶ1又はＴ2及びＶ2とに基づいてＶOを決定するように、プロセッサ５００を構成することができる。別法として、入力値Ｔ1、Ｖ1、Ｔ2、及びＶ2だけを使用してＶOを決定してもよい。この代替形態では、Ｖ0と、入力値Ｔ1及びＶ1又はＴ2及びＶ2とを使用して、Ｅwを決定することができる。他の代替形態では、Ｔ1、Ｖ1、Ｔ2、及びＶ2の値を使用して、Ｅw及びＶ0の値をそれぞれ決定することができる。
【００３４】
図１に示した実施形態の工程８０によれば、プロセッサ５００を、さらに、移動ウェブ材料Ｗの巻取り張力アナログ値ＴWを決定するように構成することができる。ＴWは、次式により、移動ウェブ材料ＷのＥw、ＶO、及び巻戻しウェブ速度アナログ値Ｖuの値に従って決定することができる：
【００３５】
【数７】
2010117362.tif 000009
Ｖuは、図１の工程７０で、前述したウェブ速度を決定する手段によって、又は当該技術分野において既知の他の手段によって決定することができる。
【００３６】
決定されたＥwを伝達関数と併せて使用して、ウェブ取扱プロセスをウェブ転換操作に対して調節することができる。一例として、ウェブをエンボス加工すると、Ｅwの値が予測可能な方式で変化する。この方式は、Ｅwの伝達関数として表すことができる。この伝達関数は、第１原理に従って、経験的に、又は当該技術分野において既知の他の手段によって決定することができる。次いで、伝達関数を決定されたＥwと共に使用して、エンボス加工操作の下流でウェブを制御することができる。決定されたＥwと伝達関数とを転換操作の下流で使用することは、当該技術分野において既知のいずれの転換操作にも、また単一ウェブ及び多重ウェブの転換にも適用することができる。
【００３７】
また、Ｅw及びＶ0を使用して、次式に従ってウェブひずみのオンライン値を決定することもできる：
【００３８】
【数８】
2010117362.tif 000010
ひずみはまた、応力を受けたウェブの長さ変化を元の長さで割った商と考えてもよい。決定されたひずみの値は、ウェブひずみの望ましい値を達成し且つ維持するために張力及び／又は速度を調節するように適合された制御システムで入力として使用されてよい。
【００３９】
以下の説明のＥwの決定に関する部分が、同様にＶO及びＴwの決定にも適用可能であることが、当業者には理解される。
【００４０】
入力値タイミング：
該方法の一実施形態では、Ｅwは、並行して与えられるＴ1、Ｔ2、Ｖ1、及びＶ2の値を使用して、プロセッサ５００によって決定される。Ｔ1及びＶ1は、移動ウェブ材料Ｗの第１の部分が第１のスパンを通過するのに対応する。Ｔ2及びＶ2は、第１のウェブ部分が第１のスパンを通過するのとほぼ同時の、移動ウェブ材料Ｗの第２の部分が第２のスパンを通過するのに対応する。プロセッサ５００は、並行入力値を使用してＥwを決定することができる。並行入力値は、ほぼ同時に感知される。多くの場合、この並行Ｅwは、移動ウェブ材料ＷのＥwの精確な近似を与える。
【００４１】
状況によっては、前述の方式で決定される並行Ｅwは、役に立つほど精確とは言えない移動ウェブ材料Ｗの弾性係数の近似になることもある。これらの状況では、ウェブ取扱いの同じ時点に関係した値ではなく、移動ウェブ材料Ｗの同じ特定の部分に関係したＴ1、Ｔ2、Ｖ1、及びＶ2の値を使用して、Ｅwを決定することが有利な場合がある。
【００４２】
Ｔ1、Ｔ2、Ｖ1、及びＶ2の並行決定が完全に満足できるとは言えない結果をまねき得る状況の一例として、真円ではないロールは、該ロールのウェブ材料が巻き戻されるときに、ウェブ張力及び速度の揺らぎを誘発する。これらの揺らぎは、真円ではないロールの直径が一様ではないこと、及び／又は、それに付随した、ウェブがロール周囲から巻き戻される該周囲上の点（リリース点）と第１のウェブ取扱構成要素との間の距離の揺らぎに起因することがある。真円ではないロールが１回転する間に、ウェブのリリース点は、第１のウェブ取扱構成要素に近づいたり該構成要素から遠ざかったりする。リリース点が第１のウェブ取扱構成要素に対して振動運動すると、ウェブ張力及び速度の振動を引き起こすことがある。これらの振動は、移動ウェブ材料Ｗの弾性係数の変化とは無関係の場合がある。振動は、ウェブ経路に沿って移動又は伝播することがある。Ｅwは、ウェブの張力及び速度に従って決定される。また、ロールが真円ではないことが原因で揺らいでいる張力及び速度値に従って決定されるＥwの値は、移動ウェブ材料Ｗの実際の弾性係数とは無関係に揺らぐことがある。したがって、決定されるＥwの確度に悪影響を及ぼすことのある、この張力及び速度の揺らぎの考えられる外的原因を補正することが有利な場合がある。移動ウェブ材料Ｗの同一部分が第１のスパン及び第２のスパンそれぞれを通過するのに関係した、Ｔ1、Ｔ2、Ｖ1、及びＶ2の値を決定することが可能である。この方式で決定される入力値は、揺らぎと同期しており、従ってプロセッサ５００によるＥwの計算に対する揺らぎの影響を低減することができる。
【００４３】
Ｔ1、Ｔ2、Ｖ1、及びＶ2の並行決定が、完全に満足できるとは言えない結果をまねき得る状況の別の例は、巻き戻されている材料のロール全体を通じてＥwが大幅に変化する場合である。第１のスパンにおけるウェブ部分の実際のＥwが、第２のスパンにおけるウェブ部分の実際のＥwとは異なることが起こり得る。これらの材料の場合、第１のスパンを通過し、続いて第２のスパンを通過するウェブ材料の単一の部分に関係したＥwを決定することが有益なことがある。次いで、いずれか特定のウェブ部分に関係したＥwを使用して、材料の該部分がウェブ取扱システム内を進むときの該部分のウェブ取扱いを調整することができる。
【００４４】
時間バッファされた入力値を使用すると、少ない時間でより精確な値の決定が可能になり、また制御システムの応答時間が削減されるという、さらなる利益をもたらすことができる。これらの利益は、入力値をフィルタ処理する必要を低減することによってもたらすことができる。入力値が同期しており、フェージングに起因した信号間の揺らぎを低減できるので、入力値のフィルタ処理を低減することができる。
【００４５】
該方法の一実施形態では、ウェブの一部分が第１のスパン１を通過するのに対応した張力及び速度の値が、予め定められた時間量について時間バッファに格納される。次いで、これらの時間バッファされた値を、プロセッサ５００によって、同一のウェブ部分が第２のスパンを通過するのに対応した張力及び速度の値と共に使用して、ウェブのこの部分についてＥwを決定する。決定されるＥwは、特定のウェブ部分についての弾性係数に相当する。弾性係数がロール全体を通じて変化するので、決定されるＥwも変化することがある。
【００４６】
第１のスパン１からの時間バッファされた値の格納について予め定められた時間遅延は、スパン間の既知の距離、及び各スパンにおけるウェブの決定された速度を考慮することによって、決定することができる。この情報によって、上流のスパンを離れる移動ウェブ材料Ｗの一部分が下流のスパンの対応する位置に到達するのにかかる時間を決定することが可能である。時間遅延の大きさは、移動ウェブ材料Ｗの決定された速度に従ってプロセッサ５００によって動的に決定することができる。ウェブの速度は、ウェブ取扱プロセスの間に変化することがあり、これらの変動は、第１のスパン１による移動ウェブ材料Ｗの取扱いと、第２のスパン２による移動ウェブ材料Ｗの同一部分の取扱いとの間の経過時間に影響を及ぼすことがある。これらの速度変化は、前述のように、又は当該技術分野において既知のように他の手段によって感知することができ、プロセッサ５００に入力として与えることができる。
【００４７】
別の実施形態では、時間遅延の大きさは、ウェブＷ上に存在するマークを感知することによって決定することができる。第１のスパンの入力値は、第１のスパンにおけるマークの感知に関連して決定することができる。第２のスパンの入力値は、第２のスパンにおけるマークの感知に関連して決定することができる。マークは、ウェブＷの固有のフィーチャであってよく、又はウェブの製造中若しくはその後でウェブＷ上に設置されてよい。マークは、該マークの特定の性質に適した、当該技術分野において既知のいずれの手段を使用して感知されてもよい。代表的な手段としては、これらに限定するものではないが、赤外線センサ、光学センサ、マシンビジョンシステム、磁気センサ、及び近接センサが挙げられる。
【００４８】
プロセッサ５００は、ウェブ速度の変化に従って、又は第１のマーク感知と第２のマーク感知との間の時間に従って、時間遅延バッファの大きさを調節するように構成されてよい。ウェブの速度が減少するにつれて、時間バッファの大きさを増大させることができる。ウェブの速度が増大するにつれて、時間バッファの大きさを縮小させることができる。ゆえに、Ｔ1及びＶ1の値は、少なくとも、移動ウェブ材料Ｗの同一部分が第２のスパン２を通過するのに対応したＴ2及びＶ2の値がプロセッサ５００に入力値として与えられるまで、保持することができる。第２のスパン２におけるウェブ部分の取扱いに対応したＴ2及びＶ2の値が与えられた後で、移動ウェブ材料Ｗの単一部分の取扱いに対応した入力値を使用して、Ｅwを決定することができる。
【００４９】
Ｔ1、Ｖ1、Ｔ2、及びＶ2をさらに時間バッファして、プロセッサ５００が別のＥwを決定する時点まで保持することができる。時間バッファされた値を保持し、Ｔ1、Ｔ2、Ｖ1、及びＶ2についての入力信号と比較して、それら入力値が変化したときに更新することができる。別法として、時間バッファされた値を、予め定められた時間量にわたって保持し、次いでそれを現時の入力値又は別の時間バッファで保持された値に置き換えてもよい。この方式では、ウェブ材料の別個の部分に対応する時間バッファされた値のカスケードを保持し、後で使用して、移動ウェブ材料Ｗの対応する特定の部分に関係したＥwの値を決定することができる。
【００５０】
値決定頻度：
一実施形態では、本発明の方法を使用して、プロセッサの定期的スキャンレートに従ってＥwを決定することができる。定期的スキャンレートは、所与のプロセッサタスクに割り当てられたタイミングを表す。Ｅwは、プロセッサプログラムの実行のたびに決定されてよい。別の実施形態では、プロセッサは、感知された入力値のいずれかが変化するたびにＥwを決定するように構成されてよい。この実施形態では、Ｅwについて異なる値が決定されそうなときにだけ、Ｅwが決定される。前述したように、少なくとも１つの入力値の値が変化するまで、入力値をプロセッサメモリで保持することができる。少なくとも１つの値が変化するときに、変化した入力値に対応する時間バッファされた値を更新することができる。次いで、時間バッファされた値を使用してＥwを決定することができる。
【００５１】
別の実施形態では、プロセッサ５００は、予め定められた時間量の経過に基づいて定期的にＥwを決定するように構成されてよい。非限定例として、プロセッサ５００は、ウェブが移動する１秒間に１回よりも多く、１秒ごと、１０秒ごと、３０秒ごと、１分ごと、１０分ごと、３０分ごと、又はより長い期間ごとに、Ｅwの値を決定するように構成されてよい。さらに別の実施形態では、プロセッサ５００は、予め定められた量のウェブ材料の取扱い後にＥwを決定するように構成されてよい。非限定例として、プロセッサ５００は、１００フィート（３０．５ｍ）のウェブが取扱われるたびにＥwを決定するように構成されてよい。
【００５２】
別の実施形態では、プロセッサ５００は、ロールＲが巻き戻されるときのウェブ材料ＷのロールＲの回転に基づいてＥwを決定するように構成されてよい。図２に示したように、センサ６００を使用して、ウェブ材料ＷのロールＲの角度位置に類似した入力をプロセッサ５００に与えることができる。このセンサ６００は、アナログ若しくはデジタルエンコーダ、リゾルバ、ギアと併せて使用される近接又は光学センサ（該ギアがロールの回転に結合しており、該センサが、該ギアの「ゼロ位置」を検出するため、若しくは該ギア上の歯を数え、それに応じて回転の位置を決定するため、又はその両方のために使用される）、あるいは当該技術分野において既知の他の角度位置センサを含んでよい。
【００５３】
次いで、ロールの角度位置を使用して、Ｔ1、Ｖ1、Ｔ2、及びＶ2の時間バッファ値又は並行値のいずれかを使用したＥwの決定を誘引することができる。この実施形態は、ロールの周囲の角度位置に対応するＥwの決定を可能にする。一例として、この実施形態は、移動ウェブ材料Ｗのロールの回転１０度ごとに対応したＥwの値の決定を可能にする。この１０度の間隔は、決して実施形態を制限するものではなく、間隔に対する制限は、ロールの回転位置を分析するためのセンサの限界と関係があり、プロセッサ５００に対する制限は、新しいＥwを決定することと関係がある。非限定例として、ロール１回転を２００万セグメントに分解可能なエンコーダをプロセッサ５００への入力として使用して、Ｅw、ＶO、Ｔw、及びこれらの組み合わせの計算を、移動ウェブ材料Ｗのロール１回転当たり２００万回を誘引することができる。
【００５４】
張力制御：
一実施形態では、最初のスパン及び／又は下流のいずれか所望のスパンにおけるウェブ材料の張力が、予め定められた張力セットポイント値に従って制御されてよい。セットポイント値は、ウェブ材料の上限又は下限を超えることなく生産的且つ信頼性のあるウェブ取扱いをもたらすように決定されてよい。上限及び下限は、ウェブ材料の特性に左右されることがある。限界値は、ウェブが破断し得る、又は許容できない変形が起こり得る張力に関係する。限界値は、許容できない品質の完成製品をプロセスが生み出すことのある張力に関係することがある。この実施形態では、ウェブ張力アナログ値を前述のようにウェブについて所望のスパンにおいて決定することができ、該ウェブ張力アナログ値を予め定められた張力セットポイント値又はその付近で維持するように、スパンの上流駆動部のスピード、スパンの下流駆動部のスピード、又は上流及び下流駆動部の両方のスピードを変更することができる。この駆動部スピードの変更は、所望のウェブ処理スピードを達成し且つ維持するために駆動部の制御に加えて実施されてよい。
【００５５】
一実施形態では、ロールの巻戻しを、ウェブ材料の最初のスパンにおける張力に従って制御することができる。この実施形態では、ロールの巻戻しスピードを、ウェブ材料の最初のスパンにおいて所望のウェブ張力アナログ値を維持するように変更することができる。真円ではないロールの巻戻し中には、ロール直径の揺らぎによって引き起こされる張力の揺らぎを補正するように、ロールが巻き戻されるときのロール巻戻しスピードを変更することができる。この制御方法は、後続の下流スパンにおいて真円ではないロールがウェブの張力及び速度に対して及ぼす影響を低減することができる。また、ウェブの巻戻しスピードを、ウェブ材料の巻取り張力の変化を補正するように変更することもできる。ウェブの巻戻しスピードの変更は、最初のスパンで感知された張力の変化に基づいてコントローラの出力に従って実施される。コントローラは、張力エラーを低減することになるコントローラ出力に対する調節の大きさを決定するために、感知されたウェブ張力アナログ値、張力セットポイント値、ウェブ張力アナログ値と張力セットポイント値との間の差（張力エラー値）、及び制御ループゲイン値を使用して制御操作を実施することができる。
【００５６】
前述のコントローラは、既出のプロセッサ５００に加えて２次ユニットとして提供されてよい。また、プロセッサ５００が、Ｅw、ＶO、及びＴwを決定する機能に加えて、コントローラの機能を提供する機能をもたらすことも可能である。以下の説明は、プロセッサ５００に関するものであるが、ここに記載の機能すべてを提供するのに本発明が単一ユニットの使用だけに制限されないことが、当業者には理解されよう。さらに、ウェブの張力の制御を、プロセッサ５００とは別個のコントローラによって提供できることも理解されよう。プロセッサ５００と別個のコントローラとの間の通信は、当該技術分野において既知のいずれの手段によって達成されてもよい。
【００５７】
本発明の方法を使用して、あらゆる移動ウェブ材料について弾性係数を決定することができる。弾性係数は、ウェブ張力セットポイントによって示される所望のウェブ張力に従ってウェブ取扱機器のスピードを制御するための入力として使用することができる。Ｅwは、制御ループゲイン値を決定する際に使用することができる。制御ループゲイン値をプロセッサ５００の制御計算で使用して、感知された張力及び所望の張力セットポイントに基づいて所望の張力を達成し且つ維持するのに必要なプロセッサ５００の出力に対する調節を決定することができる。決定されたＥwが変化すると、Ｅwに関係した制御ループゲイン値も変化することがある。Ｅwの変化に基づいた制御ループゲインに対する動的変更は、ウェブ材料の特性変化に対するウェブ取扱システムの反応性を向上させ、また、該ウェブ取扱システムの信頼性を向上させることができる。
【００５８】
理論に束縛されるものではないが、本出願人らは、弾性係数が張力制御ループにおいてプロセスゲインの役割を果たすと考えている。移動ウェブ材料Ｗの弾性係数が増大するにつれて、ウェブ取扱プロセスの制御ループの変化に対するウェブの反応速度が増大する。反応速度の増大は、望ましくないことに制御ループが振動する且つ／又は不安定になる原因となる場合がある。駆動ユニットが所望のウェブ張力セットポイントを達成し且つ維持するように調節されるので、反応速度の増大は、制御ループを張力セットポイント付近で振動させる原因となる場合がある。この振動は、駆動システム及び／又は駆動モータに有害な場合がある。振動は、ウェブ破断の発生を増加させることになり、それが望ましくない生産性の損失を引き起こす場合がある。振動は、完成製品の望ましくないばらつきの原因となる場合がある。
【００５９】
弾性係数が減少するにつれて、制御ループの変化に対するウェブの反応速度が低下して、張力制御の有効性を低下させることになる。制御の有効性が低下すると、システムがウェブを所望の張力セットポイントで維持する能力が低下する。ウェブの張力が変化すると、製品の一貫性がなくなり、実際の張力と所望の張力との相違が原因でウェブの取扱いが困難になる場合がある。
【００６０】
弾性係数の補正（弾性率の補正）は、決定されたＥw値を、プロセッサ５００制御アルゴリズムのゲインを調節するための入力として利用する。これらの調節は、ウェブの弾性係数の変動にも関わらず、より一定した反応速度をもたらすことができる。典型的な比例＋積分プロセッサ５００の制御アルゴリズムでは、弾性率を使用して、制御ループについてより一貫した反応速度を達成するための比例ゲインの値を決定することができる。Ｅwが増大すると、弾性率補正は、システムの比例ゲインの値を減少させて、本来ならば反応速度増大となり得るものを相殺することができる。Ｅwが減少すると、弾性率補正は、比例ゲインの値を増大させて、本来ならば反応速度減少となり得るものを維持することができる。
【００６１】
弾性率補正は、本発明の譲受人に共に譲渡された同時係属米国特許出願第１０／２３４，７３５号〈２００２年９月４日出願）に記載されている、ウェブの張力を制御する方法と併せて使用されてもよい。本発明の方法は、プロセス制御ゲインの調節における入力の役割を果たすことによって、当該技術分野において既知の他の張力制御スキームと併せて使用されてもよい。
【００６２】
図２に示した一実施形態では、弾性率補正を使用して、制御システム比例ゲインの瞬時値を決定することができる。この実施形態では、積分ゲインを、取扱っているウェブ材料の張力及び／又はスピードの変化に従って変更することができる。ウェブ張力アナログ値を決定することができ、該ウェブ張力アナログ値を所望のウェブ張力セットポイントと併せて使用して、ウェブ張力エラーを決定することができる。並行して、ウェブ速度アナログ値を決定することができる。ウェブ速度アナログ値をプロセススパンの長さと併せて使用して、制御しているプロセススパンに適用されるプロセス瞬時積分ゲインの値を決定することができる。瞬時積分ゲインは、ウェブ速度アナログ値とプロセススパンの長さとの比に従って、又はプロセッサ５００制御アルゴリズムの構成によってはこの比の逆数に従って、決定することができる。プロセッサ５００は、制御計算を使用してウェブ張力エラーの値に基づいて、調節された出力値を決定する。出力値に対する調節の大きさを決定するために、瞬時比例ゲイン及び瞬時積分ゲインが制御計算で使用される。プロセッサ５００から駆動コントローラ９００に出力値を伝達することができる。駆動コントローラ９００は、ウェブ材料Ｗの張力を調節するために駆動モータ９１０のスピードを調節することができる。
【００６３】
別の実施形態では、基準スピード値及びプロセススパンの長さに従って、基準積分ゲインを決定することができる。次いで、ウェブスピードアナログ値と基準スピード値との比に従って、プロセッサ瞬時積分ゲインを基準積分ゲインに比例して変更することができる。
【００６４】
これらの各実施例では、ウェブ速度アナログ値は、適切な計測器によって決定される実際のウェブ速度値を含むことができ（その例については前述した）、又はウェブ速度アナログ値は、ウェブ取扱システム内の１以上の駆動ユニットを制御するために使用されるマスタースピード基準値に比例する値を含むことができる。
【００６５】
これら代表的な各実施形態では、制御システム瞬時比例ゲイン値を、ウェブ材料の弾性係数の変化に従って変更することができる。
【００６６】
瞬時積分ゲインの値は、ウェブの速度アナログ値又は張力が変化するたびに再計算されてよい。瞬時比例ゲインの値は、Ｅwが変化するたびに再計算されてよい。別法として、瞬時積分ゲイン及び瞬時比例ゲインは、時間を基準にした期間又はウェブを基準にした期間を使用して定期的に再計算されてもよい。時間を基準にした期間の場合、一定期間が経過するたびに、瞬時積分ゲイン及び瞬時比例ゲインの値を再計算することができる。例として、１０秒ごと、３０秒ごと、又は予め選択された他の任意の時間間隔の経過後に、値を再計算することができる。ウェブを基準にした期間の場合、予め選択された量のウェブ材料がウェブ取扱いシステムによって取扱われるたびに、瞬時積分ゲイン及び瞬時比例ゲインの値を決定することができる。
【００６７】
特定のプロセッサ５００のハードウェア及び／又はソフトウェアは、瞬時積分ゲインを計算できる、最低ウェブ速度アナログ値を制限することができる。下限値は、被制御プロセスの具体的詳細に従って決定されてよい。一実施形態では、瞬時積分ゲイン値は、最高プロセススピードの１％未満の任意のウェブ速度アナログ値に固定されてよい。別の実施形態では、積分ゲイン値は、最高プロセススピードの０．１％未満の任意のウェブ速度アナログ値に固定されてよい。瞬時積分ゲインの下限を決定できるスピードは、前述した実施形態だけに限定されない。下限スピードは、プロセスの最高スピード未満のいずれのスピードでもよい。選択された下限ウェブ速度アナログ値について、下限瞬時積分ゲインを決定することができる。次いで、下限瞬時積分ゲインを、下限ウェブ速度アナログ値以下の任意のウェブ速度アナログ値で使用することができる。
【００６８】
当該技術分野において既知のように、補助ゲインを前述の諸実施形態と併せて使用して、制御システムを調節する追加パラメータを提供することができる。
【００６９】
推定ウェブ張力制御：
ウェブ張力制御を用いる多重スパンのウェブ取扱システムでは、単一スパンだけで、ウェブ張力を測定し、所望のウェブ張力を維持するようにウェブスピードを制御することが一般的である。次いで、他のすべてのシステムスパンのスピードは、固定スピードスパンとして操作され、又は手作業で調節可能なスピードを有する。前述のようにＥw及びＶ0を決定すると制御方法が容易になり、その際、Ｅwの変化に従って、ウェブ取扱い操作の一貫性を改善し、且つウェブ弾性係数の揺らぎが生産性に及ぼす悪影響を低減するように、各スパンのスピードを制御することができる。
【００７０】
システムスピード、従ってウェブ張力は、移動ウェブ材料ＷのＥw及びＶ0の変化から引き出される推定に基づいて制御されてよい。ウェブ取扱プロセスの所与のスパンには、ウェブ張力Ｔについて許容可能な操作範囲と、この範囲内の所望の張力ＴDとが存在する。ＴD、Ｅw、及びＶ0は、既知である。ＴDを達成するために必要なスパン速度Ｖnは、次の関係に従って決定することができる：
【００７１】
【数９】
2010117362.tif 000011
あるスパンにおいて移動ウェブ材料ＷをウェブスピードＶnで取扱うと、移動ウェブ材料Ｗに望ましい動作張力であるウェブ張力ＴDが得られることになる。
【００７２】
図２を参照すると、移動ウェブ材料Ｗが巻き戻されるときに、Ｅw及びＶOを決定して、移動ウェブ材料Ｗの特定の部分に関連付けることができる。どのＥw及びＶOについても、特定のウェブ部分について所望の張力ＴDを維持するためにどれだけのスピードＶnが必要になるかを推定することが可能な場合がある。ウェブ取扱システムのスパンの長さを知り、且つ移動ウェブ材料Ｗが巻き戻されるときのウェブ速度を追跡することによって、所望の張力が決定されたいずれか特定のスパンを移動ウェブ材料Ｗの任意の部分がいつ横切るかを決定することが可能になる場合がある。速度センサ７１０は、ウェブがローラ７０５と共に転回するときに測定される、特定のスパンにおける該ウェブのスピードを提供することができる。決定されたＥw及びＶOをプロセッサ５００で使用して、ウェブ取扱装置のスパンについて速度セットポイントＶnを決定することができる。速度セットポイントは、該スパンのための駆動コントローラ８００に伝達することができる。駆動コントローラ８００は、センサ７１０からの速度入力及びプロセッサ５００からの決定された速度セットポイントを使用して、スパンの駆動ユニット７２０にスピード制御ループを適用することができる。スピード制御ループは、スパン内のウェブのスピードをＶnの値に調節することができる。この調節は、あるウェブ部分がウェブ取扱装置の各スパンによって取扱われるときに、該ウェブ部分について所望のＴDを達成し且つ維持することができる。
【００７３】
移動ウェブ材料Ｗの弾性係数の変化がウェブ取扱生産性に及ぼす潜在的な影響は、変化する弾性係数値に関係したウェブ部分がウェブ取扱装置内を進むときにＥw及びＶOに従ってプロセススパンスピード制御部を調節することによって、低減することができる。
【００７４】
前述した推定張力制御を使用すると、ウェブ取扱プロセスの各スパンに張力センサ及び張力制御ハードウェアを設ける経費負担なしに、より一貫したウェブの取扱いが促進される。
【００７５】
プロセッサ制約：
プロセッサ５００は、Ｅw、Ｔw、及びＶOについて決定できる上限値及び下限値を設定するように制約されてよい。該構成は、Ｅw、ＶO、若しくはＴwを決定すると、予め選択された上限値を上回る、又は予め選択された下限値を下回る結果が得られる場合、その決定された値が適切な限界値の初期値になると規定することができる。非限定例として、プロセッサ５００は、６に等しい値に設定された、Ｅwについて予め選択された上限値をもつ場合がある。プロセッサ５００は、入力に従ってＥwの値１０を決定する場合がある。この場合、ＶO、Ｔwを決定するためにプロセッサ５００によって、且つ／又は制御計算において使用されたＥwの値は、初期値６になる。
【００７６】
プロセッサは、後続の計算で使用される決定された値の変化率を制約することができる。一例として、プロセッサは、Ｅwが該Ｅwの前値の５０％よりも大きく変化しないように制約してよい。限界値のパーセンテージは、プロセスの必要に応じて選択されるいずれの値でもよい。高い変化率が許容されるプロセスでは、パーセンテージは、１００％〜１０００％、又はそれ以上のパーセンテージ増加に及んでよい。許容可能な変化率が低いプロセスでは、許容される変化のパーセンテージは、１％〜１００％にわたってよい。値は、経験的データ又はプロセスオペレータの経験に基づいて選択されてよい。
【００７７】
プロセッサ５００は、予め定められた絶対限界内にとどまるように、後続の制御計算で使用される出力値を制約するように構成されてよい。一例として、ベース比例ゲイン及びベース弾性係数を決定することができる。次いで、ベース弾性係数値と決定された弾性係数アナログ値との比に従って出力比例ゲインを調節することができる。この比は、予め定められた範囲内にとどまるように制約することができる。一実施形態では、範囲が０〜１００であってよい。別の実施形態では、範囲が０．１〜５０であってよい。該範囲は、所望の制約程度をもたらすように決定することができる。
【００７８】
プロセッサ５００は、予め選択された限界の外側であると決定された値が後で再調査のために記録されるような構成にすることができる。決定された実際の値並びにその決定をもたらす入力値は、保管されてよく、さらにタイムスタンプを付与されてよく、又は別の方法で登録データ値に関連付けられてもよい。
【００７９】
データストレージ：
前述した諸実施形態のいずれでも、ウェブ材料のロールＲが巻き戻されるときに決定されるＥw、ＶO、及びＴwを、アレイとして格納することができる。並列入力値から決定されるＥw、ＶO、及びＴwの値、並びに／又は時間バッファされた入力値から決定される値を格納することができる。値は、該値の獲得頻度に応じて登録値と共に格納されてよい。時間を基準にした獲得は、登録値として値決定時刻を使用してアレイデータを構成することができる。長さを基準にした決定は、登録値としてシーケンス長を使用してアレイデータを構成することができる。角度位置を基準にした獲得は、登録値として角度位置を使用してアレイデータを構成することができる。他の登録値は、決定された値に関する追加情報を提供するように決定されてよい。一例として、時間バッファされた入力に従って決定されるＥwの値に関係したウェブ部分のロール内の実際の位置を決定し、獲得頻度データに加えてアレイに格納することができる。また、時間登録、長さ登録、及び位置登録の組み合わせも使用することができる。
【００８０】
Ｅw、ＶO、Ｔw、及びこれらの組み合わせをアレイにコンパイルすると、材料の巻き戻されたロールの弾性係数プロファイル、流速プロファイル、巻取り張力プロファイル、及びこれらのプロファイルの組み合わせのコンパイルが可能になる。これらのプロファイルをウェブ材料の同様のロールのプロファイルと併せて使用して、分析に関与した特定の種類のロールについて典型的な弾性係数、ウェブ流速、又は巻取り張力プロファイルを決定することができる。材料の後続ロールを巻き戻すために使用される制御スキームを変更するために、これらのプロファイルのいずれを使用してもよい。また、該プロファイルを使用して、ロールの材料内で弾性係数の変化がいつ起こり得るかを予測することもでき、制御アルゴリズムの補正変更を可能にすることもできる。
【００８１】
また、該プロファイルを、ウェブ材料のロールの製造及び巻取りに作用を及ぼすようにインテリジェント又はモデルベースの制御スキームの使用をサポートするためのデータとして使用してもよい。一例として、ニューラルネットワークが、材料のロールの各部分に対応するウェブ材料のロールの製造及び巻取りプロセス中にわかる運転条件を入力として取得し、それら既知の条件を、ロールヒストリーによって提供されるロールの同一部分の弾性係数に関連付けることができる。次いで、ニューラルネットワークは、完成したロールにおける弾性係数、ウェブ流速、巻取り張力、及びこれらの組み合わせについて所望のプロファイルをもたらすために製造及び巻取り条件に必要な変更を予測することができる。次いで、ニューラルネットワークは、所望のＥw、ＶO、及びＴwプロファイルを生み出すために予測された変更を動的にインプリメントするように、製造及び巻取りプロセスを制御することができる。ニューラルネットワークは、既知の製造及び巻取り条件を、ロール弾性係数ヒストリーによって提供される、これらの条件が生み出したＥw、ＶO、及びＴwの値に関連付けることができる。これらの関連付けは、ニューラルネットワークによる、移動ウェブ材料Ｗの巻き取られた後続のロールにおける所望の弾性係数プロファイルをもたらす運転条件の予測のためのベースを成すことができる。
【００８２】
定期的な時間間隔で決定されたＥw、ＶO、及びＴwは、その値が対応する特定の間隔で配列されてよい。一例として、この実施形態に典型的なアレイは、第１の期間に関連付けられたＥw、ＶO、Ｔw、及びこれらの組み合わせの第１の値、並びに第２の期間に関連付けられたＥw、ＶO、Ｔw、及びこれらの組み合わせの第２の値などを含んでよい。
【００８３】
定期的なウェブ長間隔で決定されたＥw、ＶO、及びＴwは、その値が対応する長さ間隔で配列されてよい。一例として、この実施形態に典型的なアレイは、第１のウェブ長に関連付けられたＥw、ＶO、Ｔw、及びこれらの組み合わせの第１の値、並びに第２のウェブ長に関連付けられたＥw、ＶO、Ｔw、及びこれらの組み合わせの第２の値などを含んでよい。
【００８４】
定期的な回転位置間隔で決定されたＥw、ＶO、及びＴwは、その値が対応する回転位置間隔で配列されてよい。一例として、この実施形態に典型的なアレイは、第１の回転位置に関連付けられたＥw、ＶO、Ｔw、及びこれらの組み合わせの第１の値、並びに第２の回転位置に関連付けられたＥw、ＶO、Ｔw、及びこれらの組み合わせの第２の値などを含んでよい。
【００８５】
入力値のいずれかが変化するたびにＥw、ＶO、Ｔw、及びこれらの組み合わせが決定される実施形態では、該アレイは、Ｅw、ＶO、Ｔw、及びこれらの組み合わせのデータポイントを、Ｅw、ＶO、Ｔw、及びこれらの組み合わせが最後に決定されてからプロセス処理されたウェブ材料の長さと共に含むことができる。
【００８６】
これらのアレイは、所与のロールについて、弾性係数、流速、巻取り張力、及びこれらの組み合わせのプロファイルを提供することができる。これらのプロファイルは、ロールの最初から最後まで、ウェブ材料におけるＥw、ＶO、Ｔw、及びこれらの組み合わせの変化を説明することができる。該アレイは、特定のＥw、ＶO、Ｔw、及びこれらの組み合わせに対応するウェブ断片のロール内の位置に基づいて、ロール弾性係数、流速、巻取り張力、及びこれらの組み合わせのプロファイルの再構築を可能にすることができる。以上の実施形態のいずれでも、ロール位置を決定して、それぞれのウェブ部分に関連付けることができる。このロール位置は、それぞれのウェブ部分について決定された値と関連して、アレイの一部として格納されてよい。
【００８７】
一実施形態では、プロセッサ５００は、前述のデータアレイを作成して、プロセッサ５００のメモリ内に格納することができる。別の実施形態では、プロセッサ５００は、２次プロセッサ、又はアレイを構築且つ／若しくは格納するように構成された他の手段に、アレイを含む値をエクスポートする場合がある。さらに別の実施形態では、プロセッサ５００は、値を１以上の２次プロセッサにエクスポートすることができる。この実施形態では、（１つ若しくは複数の）２次プロセッサは、アレイデータポイントをコンパイルして、アレイを格納し、又はコンパイルされたデータポイントをさらに別のプロセッサ若しくはデータストレージデバイスに渡すことができる。
【００８８】
弾性係数アナログ値ソース：
前述のように使用される弾性係数アナログ値は、前述のように、既知のオンライン超音波センサを用いて、又は当該技術分野において既知の任意の手段によって提供することができる。
【実施例１】
【００８９】
紙ウェブを消費者紙製品へと転換する親ロールから、ウェブを巻き戻す。そのウェブを第１のアイドラローラに巻回する。該アイドラローラを、一対のＡＢＢプレスダクタ（ABB Pressductor）ロードセルモデル番号ＰＦＴＬ３０１Ｅに結合する。プレスダクタ（Pressductor）ロードセルは、ＡＢＢテンション・エレクトロニクス・ユニット（ABB Tension Electronics unit）ＰＦＥＡ１１１から制御電力を受け取り、該ユニットに出力信号を与える。テンション・エレクトロニクス・ユニット（Tension Electronics unit）は、入力信号をローパスフィルタ処理する。該ロードセル及びテンション・エレクトロニクス・ユニット（tension electronics unit）は、ニューヨーク州ブルースター（Brewster）のＡＢＢから入手可能である。テンション・エレクトロニクス・ユニット（Tension Electronics unit）は、ロードセルからの信号を増幅して、０〜１０ボルトのアナログ出力信号を生み出す。テンション・エレクトロニクス・ユニット（Tension Electronics unit）の出力は、イタリアのティチーノ（Ticino）のロボクスＳ．Ｐ．Ａ．（Robox S.P.A.）から入手可能なロボクスＲＢＸＭモジュラー・モーション・コントローラ（Robox RBXM Modular Motion controller）の入力回路基板に配線される。
【００９０】
速度入力は、駆動モータに結合し、またさらに動力付きローラにも結合した、エンコーダから得られる。駆動モータ及び動力付きローラは、ウェブ取扱システムの構成要素である。ニューヨーク州ニューヨークのシーメンスＡＧ（Siemens AG）から入手可能な、積分エンコーダを備えたシーメンス（Siemens）駆動モータ、並びにミシガン州トロイ（Troy）のＴＲエレクトロニック社（TR Electronic Inc.）から入手可能なＴＲエレクトロニクス（TR Electronics）インクリメンタルエンコーダモデルＩＥ５８ａが、代表的且つ非限定的なエンコーダである。エンコーダは、それぞれ１回転当たり４０９６パルス及び３０００パルスの出力を提供し、コントローラのエンコーダ入力回路に配線される。コントローラは、エンコーダの出力パルスを入力パルスとして受け取り、ウェブ接触ローラの既知の周囲長とプロセッサクロックとを使用して、該入力パルスを１秒当たりの回転数に変換し、次いでそれを速度に変換する。
【００９１】
速度及び張力入力信号は、１次フィルタ処理され、ロボクス（Robox）コントローラによって時間バッファされ、続いてＥwの値を決定するために使用される。ロボクス（Robox）コントローラに設定された、予め定められたベース弾性係数値を、決定されたＥw値によって除して、弾性係数比を決定する。次いで、該弾性係数比に、ロボクス（Robox）コントローラに設定されたベース比例ゲインを乗じて、瞬時比例ゲインを決定する。決定されたＥwが増大するにつれて、弾性係数比が減少し、瞬時比例ゲインが減少する。弾性係数比は、０．５〜１．５の間で制約される。
【００９２】
瞬時比例ゲインを、ロボクス（Robox）コントローラの制御計算で使用して、コントローラ出力を決定する。ロボクス（Robox）コントローラ出力は、０〜１０ボルトアナログ信号であり、ウィスコンシン州ミルウォーキーのアレン−ブラッドリー（Allen-Bradley）から入手可能なアレン−ブラッドリー１３３６フォースドライブ（Allen-Bradley 1336 Force Drive）に与えられる。モデル１３３６フォースドライブユニットは、続いて、ウェブ取扱プロセスにおいて被制御モータのスピードを調節する。ウェブの弾性係数が変化すると、決定されるＥwの値が変化する。比例ゲインは、Ｅwの変化に従って変化し、駆動コントローラへの出力は、比例ゲインに従って変化する。被制御モータのスピードは、駆動コントローラへの出力の変化に従って変化する。
【００９３】
決定されたＥw値と、Ｔ1及びＶ1、又はＴ2及びＶ2のいずれかを使用して、ＶOの値を決定する。続いて、決定されたＥw及びＶOの値を使用して、各スパンについて、所望の張力に基づいてウェブスピードセットポイントを計算する。特定のスパンについての速度アナログ値は、そのスパンにおいてローラ又はモータに結合したエンコーダによって提供することができる。次いで、特定のスパンそれぞれについてのスピード制御ループを、該スパンについて計算されたスピードセットポイント及び速度アナログ値を使用して、該スパンに適用することができる。決定されたＥw及びＶ0が変化すると、スピードセットポイント値が変化することがあり、またスピード制御ループによって制御されるモータのスピードが変化することがある。
【００９４】
「発明を実施するための最良の形態」で引用したすべての文献は、関連部分において本明細書に参考として組み込まれるが、どの文献の引用も、それが本発明に関する先行技術であるとの容認と解釈されるべきではない。
【００９５】
本発明の特定の実施形態を説明し、記載したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、他の様々な変更及び修正が可能であることが、当業者には自明であろう。したがって、本発明の範囲内にあるそのようなすべての変更及び修正を冒頭の特許請求の範囲で扱うものとする。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の方法の一実施形態の諸工程を説明するフローチャート。
【図２】本発明の方法の一実施形態を実施するのに適したウェブ取扱装置の概略図。
【図３】本発明の方法の別の実施形態を実施するのに適したウェブ取扱装置の概略図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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