University of Oulu

Computational methods for exploiting image-based data in paper web profile control

Saved in:
Author: Ohenoja, Markku
Organizations: University of Oulu Graduate School
University of Oulu, Faculty of Technology, Process Engineering
Format: ebook
Online Access: PDF Full Text (PDF, 1.5 MB)
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789526212821
Language: English
Published: Oulu : University of Oulu, 2016
Publish Date: 2016-09-06
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Academic dissertation to be presented with the assent of the Doctoral Training Committee of Technology and Natural Sciences of the University of Oulu for public defence in Kuusamonsali (YB210), Linnanmaa, on 16 September 2016, at 12 noon
Tutor: Professor Kauko Leiviskä
Reviewer: Professor Bernt Lie
Doctor Ari Puurtinen
Opponent: Professor Erik Dahlquist
Description:

Abstract

Sheet and film forming processes such as paper manufacturing pose a challenging monitoring and control problem, where quality variations are classified into machine direction (MD), cross-machine direction (CD) and residual variation. The measurements are typically collected with a scanning sensor that covers only a small part of the paper web, and therefore provides a very limited view of the paper web, setting performance limitations on the online monitoring and control.

The development of cameras, light sources and computation hardware enable the consideration of utilizing in-use web inspection systems in paper machines to measure the paper web variations with a considerably higher resolution, sampling rate and coverage. The light transmittance images captured with this kind of system need, however, to be converted into a controllable quality property, such as basis weight, in order to utilize the new measurement information for control purposes.

In this thesis, computational methods are identified and developed that are capable of combining light transmittance and scanning measurements, and can efficiently utilize the combined information for control purposes. The possible benefits gained with these image-based measurements in paper machine online monitoring and profile control are evaluated in a simulation environment. In a real paper machine, the benefits are ultimately dependent on the machine configuration and the nature of paper variations therein.

It was found that with a suitable estimation method, light transmittance could increase the awareness of basis weight variations such as fast MD variation, tilted waves and dynamic CD variation patterns, which are practically undetectable using scanner-based measurement. The enhanced basis weight estimation enables a considerable improvement in the dynamic performance of profile controls. CD control was able to handle fast variations earlier classified as uncontrollable residual variation. In MD control, enhanced estimation enabled the development of a control strategy that led to improved reference tracking and disturbance rejection properties.


Tiivistelmä

Paperinvalmistus on yksi esimerkki levyjen tai kalvojen valmistusprosesseista, jotka ovat tyypillisesti haasteellisia prosessin monitoroinnin ja säädön kannalta. Laatuvaihtelut näissä prosesseissa luokitellaan koneensuuntaisiin (MD), poikkisuuntaisiin (CD) ja jäännösvaihteluihin. Paperikoneella mittaukset kerätään tavallisesti radan yli liikkuvalla skannaavalla sensorilla, joka tarjoaa vain hyvin rajoitetun määrän informaatiota paperiradasta, asettaen siten rajoituksia online monitoroinnin ja säädön suorituskyvylle.

Kameroiden ja valonlähteiden kehitys sekä laskentakapasiteetin kasvu mahdollistavat paperiradan vaihteluiden mittaamisen huomattavasti korkeammalla resoluutiolla ja näytteenottovälillä jo käytössä olevilla vianilmaisujärjestelmillä. Vianilmaisujärjestelmän keräämä valon transmittanssitieto pitää kuitenkin muuntaa esimerkiksi neliömassatiedoksi, jotta uutta mittausinformaatiota voitaisiin hyödyntää myös prosessin online säädössä nykyisillä toimilaitteilla.

Tässä työssä on identifioitu ja kehitetty laskennallisia menetelmiä, jotka kykenevät yhdistämään kuvantavan ja skannaavan mittauksen sekä käyttämään tätä yhdistettyä tietoa säätötarkoituksissa. Kuvapohjaisen mittauksen mahdollisia hyötyjä online monitoroinnissa ja profiilien säädössä on arvioitu simulointiympäristössä. Saavutettavat hyödyt paperikoneella ovat lopulta riippuvaisia myös koneen konfiguraatiosta ja koneella ilmenevien laatuvaihteluiden luonteesta.

Tulokset osoittavat, että transmittanssimittauksen ja tehokkaan estimointimenetelmän avulla kyetään lisäämään tietämystä neliömassamuutoksista, joita ei käytännössä voida havaita pelkän skannaavan mittauksen avulla. Estimoinnin parempi suorituskyky mahdollistaa myös profiilisäätöjen dynaamisen suorituskyvyn kasvattamisen. CD-säätö voitiin laajentaa kattamaan myös nopeita vaihteluita, jotka ovat aiemmin luokiteltu jäännösvaihteluksi. MD-säädölle voitiin kehittää säätöstrategia, jonka avulla sekä asetusarvojen seurantaa että häiriöiden vaimennusta pystyttiin parantamaan.


Series: Acta Universitatis Ouluensis. C, Technica
ISSN: 0355-3213
ISSN-E: 1796-2226
ISSN-L: 0355-3213
ISBN: 978-952-62-1282-1
ISBN Print: 978-952-62-1281-4
Issue: 577
Subjects:
Copyright information: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.