專利名稱：控制材料的光譜反射率的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明總的來說涉及控制加入到材料中各種著色劑(例如染色劑)的量，以便控制材料在整個可見光譜范圍內(nèi)的反射率，更具體地說涉及控制卷筒紙的顏色。
在現(xiàn)有的顏色控制系統(tǒng)中，著色模型通常是3×3矩陣，用來表示三種適當選擇的著色劑流速和一種通用色空間中三個色坐標之間的關(guān)系。例如，這些坐標可以是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。
由于兩種看似不同的顏色在給定的色空間可能具有相同的顏色坐標，所以位變異構(gòu)效應是最大的問題。這個問題不僅在不同照明和觀察者的情況下出現(xiàn)，而且由于不同的顏色坐標的導出方法不同而出現(xiàn)。
本發(fā)明的一個目的是在可見光譜的多個波段范圍內(nèi)比較測量反射率和目標反射率，并且據(jù)此調(diào)整加入物質(zhì)中的各種染色劑的量。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種顏色控制系統(tǒng)，其中給定反射率的測量值和目標值的波段數(shù)目大于染色劑的數(shù)目。
本發(fā)明的第三個目的是比較在這些波段上的目標反射率和測量反射率值的同時，也比較一種給定的色空間的目標顏色坐標和測量顏色坐標。
本發(fā)明的第四個目的是將一種特別昂貴的染色劑的使用量當作誤差，它可與其他反射率誤差一起減小。
本發(fā)明的第五個目的是將一種預測電路用于卷筒紙染色，該電路考慮指數(shù)系統(tǒng)響應的時間常數(shù)和傳輸延遲或時間延遲。
本發(fā)明的第六個目的是提供一種對于卷筒紙染色響應的模擬電路，該電路用于當一種染色劑流速發(fā)生變化時產(chǎn)生可見光譜的反射率或某一色空間的期望變化量，以便在實際染色劑流速沒有變化時評估染色劑流速變化的影響。
本發(fā)明的這些和其他目的是通過一種裝置實現(xiàn)。該裝置比較可見光譜內(nèi)多個波段目標反射率值和測量反射率值。其中所比較的波段的數(shù)目大于其流速控制測量反射率值的不同染色劑的數(shù)目(通常至少為3)。該比較操作用數(shù)量表示各誤差經(jīng)過加權(quán)(通常采用單位因子)，然后進行非線性修正(通常取平方或絕對值)，然后求和產(chǎn)生一個輸出值，通過調(diào)整每種染色劑的流速使該輸出值趨于最小值。
從下面的描述可以看到本發(fā)明的其他目的。
附圖是本說明書的一部分，閱讀說明書時要結(jié)合附圖。在所有附圖中，相同參考標記用來表示相同部件。


圖1是描述本發(fā)明，尤其是部件的機械布局的示意圖；圖2是本發(fā)明的一個實施例的原理圖；圖3是包括優(yōu)化兩種染色劑流速的裝置的本發(fā)明的簡化形式的原理圖；圖4是簡化的光譜染色劑響應模擬電路的原理圖；圖5是極性鑒別器電路的原理圖；圖6是五級環(huán)形計數(shù)器的原理圖，該計數(shù)器用于在一個修正周期內(nèi)使染色劑流速反復變化；圖7是取得誤差信差絕對值的電路的原理圖；圖8是用于補償時間常數(shù)和時間延遲效應的預測電路的原理圖；圖9是描述預測因子隨時間變化的曲線圖；圖10是一種藍色染色劑單獨流速變化所對應的在可見光譜的十二個波段的十三個端點處反射率變化的曲線；圖11是一種色染色劑單位流速變化所對應的在可見光譜的四個波段的五個端點處的反射率變化曲線；參見圖1，電路12控制由造紙機生產(chǎn)的卷筒紙14的顏色，一般用參考標記16表示造紙機。造紙機16包括料箱18，用于排放濕的卷筒紙14，該濕卷筒紙是由徑管道21流入料箱18的紙漿20形成的。卷筒紙14開始由多孔帶13承載，然后在經(jīng)過滾子22到達一對相對的壓滾23時獲得強度并成形。壓滾23可以用于表面整形或在表面上形成顏色層。最后卷筒紙14經(jīng)過框架24，分光光度計50沿該框架掃描卷筒紙14的寬度。
分光光度計50感應來自卷筒紙14的反射光，并將該信息以測量反射率信號(通常用參考標記28表示)的形式傳給控制電路12。測量反射率信號在可見光譜的幾個波段上(通常是三十個或更多)取值，并且包括紅光的測量值28R和紫光測量值28V。電路12產(chǎn)生染色劑流速控制信號30D和添加劑流速控制信號30A。加到電路12上的還有目標光譜，通常用參考標記36表示。該目標光譜包括與測量波段相應的波段，它包括紅光目標反射率值36R和紫光目標反射率值36V。目標光譜可以是試樣的測量反射率光譜，該試樣的顏色是通過實驗確定成所希望的顏色。獨立控制的檢索器39產(chǎn)生的信號經(jīng)門電路38耦合到電路12上，用來改變加入卷筒紙14的添加劑的流速。如下文所述，信號M在某些時刻能使門電路38啟動。
根據(jù)來自電路12的染色劑流速控制信號30D，染色劑流速調(diào)節(jié)器100D分配染色劑42D以便控制卷筒紙14的顏色；根據(jù)添加劑流速控制信號30A，添加劑流速調(diào)節(jié)器100A分配添加劑42A。添加劑影響卷筒紙14的其他性質(zhì)。圖中示出，染色劑42D和添加劑42A在離料箱18相同距離處從管道21注入，以便簡化預測電路的結(jié)構(gòu)。下面將介紹預測電路。
雖然添加劑42A可以影響卷筒紙14的顏色，但是使用它們的主要目的是控制卷筒紙的性質(zhì)。一些添加劑42A的例子包括TiO2(二氧化鈦)，用來提高不透光性；CaCO3(碳酸鈣)，用來填充空隙以便提供光滑的表面；鈉鋁硅酸鹽，用來提供不透水性和阻熱性，松香或其他化學物質(zhì)用來改變內(nèi)部粒級細成以便減小水的透過速率，以及各種助留劑。這樣的助留劑可以包括聚丙烯酰胺，聚烯胺、淀粉、皂漿土、明礬、聚乙烯亞胺、聚環(huán)氧乙烯、二氧化硅以及聚合物(polydamac)。這些助留劑用于提高造紙機的清潔度和運轉(zhuǎn)能力，通過增加排泄量提高生產(chǎn)率，提高替換纖維配料的靈活性，提高添充劑和化學物質(zhì)的使用效率，減少纖維損失和關(guān)閉白水系統(tǒng)。
圖2表示電路12的簡單型式，該電路有一種添加劑，并調(diào)整三種染色劑的流速。測量光譜50可以包括三十個波段的反射率信號28，這些信號從400至700nm范圍內(nèi)10nm波段上取值。在400至410nm波段上紫光反射率信號28V的值代表實際反射率除以純白光參考反射率。紅光反射率信號28R在波段690至700nm上測得。
類似地，目標光譜52提供三十個相應的在400至700nm范圍內(nèi)10nm波段上的期望反射率信號36。
也可以通過下面方法獲得目標光譜52即調(diào)整染色劑流速，直到在給定的色空間中測量的顏色坐標和目標顏色坐標互相匹配。所產(chǎn)生的測量光譜作為目標光譜。該目標光譜對于選定的目標顏色坐標可能不是唯一的，但是系統(tǒng)總是提供與同一條件等色最相應的測量光譜。
電路54將來自電路116的三十個反射率信號56的預測變化值與測量反射率信號28相加，產(chǎn)生三十個預期反射率信號58。預期反射率信號58和目標反射率信號36被加到比較器60上，比較器60從預期反射率信號58中減去目標反射率信號36，產(chǎn)生三十個誤差信號62。加權(quán)電路64可以將每個誤差信號乘以一個常數(shù)，以便增強或減弱光譜的某些區(qū)域。可以減弱或增強中心波長，也可以減弱或增強短波波長，也可以減弱或增強長波波長。電路64產(chǎn)生三十個分別加權(quán)的誤差信號66。誤差信號66取值從正到負，該信號被加到非線性工作電路68。
電路68名義上將每個誤差信號提高偶數(shù)次方，(例如2次方)，因此不管誤差信號是正或負，都產(chǎn)生一個正的輸出。如圖3所示，電路68可以取誤差信號66的絕對值，然后將該絕對值按冪函數(shù)提高，冪指數(shù)在小于1至大于2的范圍內(nèi)。
非線性工作電路68提供修正的誤差信號70給求和電路72。求和電路72將所有修正的誤差信號70相加，產(chǎn)生一個和輸出信號74。
將輸出信號74耦合到求和最小值電路76。在曲線擬合近似中，通常的判斷標準是誤差的平方和是最小。電路76改變加到產(chǎn)品(卷筒紙14)中的每種染色劑的量，以便求和電路72的輸出信號74最小。求和最小值電路76由提供信號來完成上述功能，根據(jù)總誤差信號74值的變化將所述信號通過時序2作門電路168有選擇地耦合，標記染色劑計數(shù)器82、84、86的上升或下降。染色劑記數(shù)器82、84、86的輸出88、90、92分別代表染色劑D1、D2、D3的流速變化。求和最小值電路76驅(qū)動時序電路166產(chǎn)生一個輸出信號，該信號使門電路168把來自電路76的標記信號按順序耦合到染色劑記數(shù)器。
記數(shù)器電路78包括三個染色劑記數(shù)器外，還包括一個添加劑記數(shù)器80。添加劑記數(shù)器80的輸出94代表添加劑流速的變化。當信號M啟動門電路38時，由電路39標記添加劑計數(shù)器80。電路39可以包括兩個與正的勢源255相連的手動控扭開關(guān)，用來選擇性地將記數(shù)器80的輸出每次增加或減小一個數(shù)。
來自記數(shù)器電路78的染色劑記數(shù)器輸出信號88、90、92和添加劑記數(shù)器輸出信號94被加到積分電路96，該積分電路96的輸出又被耦合到存儲電路98，該電路提供染色劑和添加劑流速控制信號30D和30A。隨后，這些信號又耦合到流速控制器100。流速控制器100包括流速調(diào)節(jié)器(如圖1中的100D和100A)，流速控制器通過調(diào)整每種染色劑和添加劑的流速控制卷筒紙14的顏色和其他性質(zhì)。
記數(shù)器電路78的輸出信號88、90、92和94也被加到各個染色劑響應模擬電路102、104、106和添加劑響應模擬電路108。對于染色劑流速的變化，每個染色劑響應模擬電路102、104和106使可見光譜內(nèi)的反射率發(fā)生一個預期的變化量。與此類似，對于添加劑流速的變化，添加劑響應模擬電路108使可見光譜內(nèi)的反射率發(fā)生一個預期的變化量。在真正改變?nèi)旧珓┖吞砑觿┑牧魉僦?，染色劑響應模擬電路102、104、106和添加劑響應模擬電路108提供卷筒紙14的反射率的預期的變化量。
染色劑和添加劑響應模擬電路的輸出信號(通常用參考標記110表示)被加到求和電路112上。求和電路112的輸出114是在可見光譜內(nèi)卷筒紙14的反射率的預期變化量，這些預期變化量與記數(shù)器78的輸出所表示的染色劑和添加劑流速變化相對應。
輸出信號114被加到預測電路116上，該電路補償料箱18輸出端染色劑或添加劑量的指數(shù)變化的時間常數(shù)，該變化是由于注入管道21的染色劑和添加劑流速變化引起的。預測電路116也補償料箱18的輸出和分光光度計50的輸出之間的時間延遲或傳輸滯后。預測電路116的三十個輸出信號56加到加法電路54，如前所述，分光光度計50的輸出信號28也加到加法電路54上。
時序電路166在導體119上產(chǎn)生信號M，在導體118上產(chǎn)生信號L，在導體120上產(chǎn)生信號K。信號L表示總誤差74已經(jīng)取得最小值，并且激勵積分電路96和預測電路116工作。過一會，信號K出現(xiàn)并將記數(shù)器電路78復位為零。這樣可以保證在記數(shù)器復位前，記數(shù)器電路78的輸出已被積分。信號M使得門電路38能將來自電路39的標記信號耦合到添加劑記數(shù)器80上。
圖2的實施例包括減小染色劑D1流速的電路，該電路通常用參考標記122表示；還包括顏色坐標電路，通常用參考標記124表示，該電路可以分別通過開關(guān)126和128隨意連接到控制電路12上。電路122對于減小相對昂貴的染色劑(例如D1)的流速是有用的，它是通過把這種染色劑的流速作為誤差處理實現(xiàn)該功能的。開關(guān)126閉合時，來自積分電路96的染色劑D1的流速信號96D和來自控制記數(shù)器86的染色劑D1的流速增量信號92在電路130處相加。加法電路130的輸出信號132總是正值，并被加到加權(quán)電路134，該電路的輸出被加到電路136，電路136可以將該輸出按冪函數(shù)提高，其冪指數(shù)在小于1至大于2的范圍。如果冪指數(shù)是1，就不進行非線性處理；由于染色劑(例如D1)的流速永遠不能為負值，所以也不需進行非線性處理。電路136輸出的誤差信號138通過開關(guān)126耦合到求和電路72。
現(xiàn)在介紹顏色坐標電路124，把期望或目標反射率信號36和預測反射率信號58加到相應電路144和142，以便提供顏色坐標。如前所述，作為例子坐標可以是Hunter Laboratories L，a，b或C.I.E.L*，a*，b*或色度x、y、z。把電路144和142的輸出加到比較器140，該比較器140輸出的三個誤差信號146通過聯(lián)動開關(guān)128耦合到加權(quán)電路64的三個相應電路上。電路64的三個相應輸出信號加到非線性工作電路68的三個相應電路上。電路68的三個相應輸出加到求和電路72上。
應該明白，也可以用類似方法提供其他各種色空間的期望和預測的顏色坐標，對它們進行比較產(chǎn)生誤差信號，對誤差信號加權(quán)，對加權(quán)的誤差信號進行非線性操作，再將經(jīng)修正的誤差信號加到求和電路72。
光學增白劑也稱為熒光增白劑，他們是不吸收可見光，而是吸收紫外光和熒光或發(fā)射紫光和藍光的染色劑。為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，將它們作染色劑或添加劑處理。應該明白，在使用這種熒光染色劑時分光光度計50所測得的反射率光譜包括在可見光譜短波范圍的光輻射。
現(xiàn)在參見圖3，圖中示出為優(yōu)化兩種染色劑流速的簡化電路。目標和測量光譜段的數(shù)目減少為4個，分別為400nm至475nm，475nm至550nm，550nm至625nm和625nm至700nm，如圖11所示，該圖表示紫色染色劑D2的歸一化光譜響應曲線236。圖10表示藍色染色劑D1在可見光譜段的12個25nm波段上的歸一化光譜響應曲線234，第一波段從400nm至425nm，第十二波段從675至700nm。系統(tǒng)根據(jù)四個相關(guān)變量控制兩個獨立變量，即兩種染色劑的流速。所述四個相關(guān)變量是在可見光譜區(qū)的四個波段上測得的反射率信號。
在圖3中，比較器60a比較目標光譜52和測量反射率光譜50的差異；并將比較器60a的輸出耦合到求和電路54a。藍色染色劑D1流速變化引起的光譜變化由電路106提供；紫色染色劑D2流速變化引起的光譜變化由電路104提供。加法電路112將電路104和106的輸出求和，電路112的輸出加到預測電路116上。預測電路116的輸出耦合到求和電路54a。求和電路54a的輸出又加到相應的加權(quán)電路64。如果每個誤差信號的權(quán)重都相同，則可以省略加權(quán)電路64。加權(quán)電路64的三個輸出信號被加到相應的平方電路150。應該明白，將一個錯誤信號提高偶數(shù)次方，使得無論誤差是正或負，結(jié)果都為正值。如果誤差沒有提高偶數(shù)次方，則應該先取誤差信號的絕對值。第四加權(quán)電路64的輸出加到絕對值電路146上，該電路的輸出又加到電路148上，電路148用來將加權(quán)誤差信號的絕對值按冪函權(quán)提高，冪指數(shù)在小于1至大于2的范圍。應該理解，如果誤差信號被提高的冪次為1，則圖3中的電路148和圖2中的電路136可以省略。非線性工作電路68的輸出加到求和電路72。
在圖3中可以看到，將目標和測量反射率信號直接比較，然后加上反射率信號的預測變化量。圖3中來自加法電路54a的誤差信號與圖2中來自比較器60的誤差信號相同。在不希望有顏色坐標誤差信號時，可以將目標信號，測量信號和預測信號如圖2或圖3所示方式結(jié)合起來。在希望有顏色坐標誤差信號時，應將目標信號，測量信號和預測信號如圖2所示方式結(jié)合。
當求和電路72的輸出74取最小值時，出現(xiàn)最佳光譜匹配。例如，來自時間脈沖源152的頻率為1MHz的定時脈沖經(jīng)過門電路154耦合到四級環(huán)形記數(shù)器156。例如分光光度計50對反射率信號積分或平滑化1/2秒以上時間，相當于以每秒十英寸的速度掃描五英寸寬的卷筒紙。來自記數(shù)器156的第一脈沖“A”激勵門電路158將誤差信號74存儲在電路160中。假設記數(shù)觸發(fā)器162啟動門電路164，來自記數(shù)器156的下一個脈沖“B”通過門電路164。假設時序環(huán)形記數(shù)器166a提供輸出信號“1”啟動門電路168a，門電路164的輸出通過門電路168a沿負方向標記藍色染色劑記數(shù)器，從0至-1。染色劑響應模擬電路106的輸出從零開始，按圖11的歸一化染色劑響應曲線正比例變化。這將改變加法電路112的輸出并最終在求和電路72產(chǎn)生一個新的輸出74。來自記數(shù)器156的下一個脈沖“c”啟動門電路172，將所述新的輸出74傳給存儲電路174。
如果存儲電路174的輸出大于電路160的輸出，比較器176的輸出是正的；當記數(shù)器156的脈沖“D”出現(xiàn)時，門電路178將該正的輸出傳給極性鑒別器180，該極性鑒別器的正的輸出觸發(fā)記數(shù)觸發(fā)器162，關(guān)閉門電路164，并且啟動門電路182。在記數(shù)器156的下一個“A”脈沖出現(xiàn)時，總誤差信號74將通過門電路158并且存儲在電路160中。這時下一個“B”脈沖通過門電路182沿正方向標記記數(shù)器170，從-1又回到0。來自記數(shù)器156的下一個“c”脈沖使減小的總誤差74存儲在電路174中。這時比較器176的輸出是負的。來自記數(shù)器156的脈沖“D”啟動門電路178，但是鑒別器180沒有輸出，所以對記數(shù)觸發(fā)器162沒有發(fā)生作用。從環(huán)形記數(shù)器156的“B”脈沖開始，藍色染色劑記數(shù)器86連續(xù)增加，直到存儲在電路174中的誤差超過電路160中的誤差，因此比較器176產(chǎn)生一個正的輸出。這表示，例如，從藍色記數(shù)器86的一個+4輸出的步長太大。
下一個“D”脈沖啟動門電路178；然后比較器176的正的輸出通過門電路178到鑒別器180，鑒別器180觸發(fā)記數(shù)觸發(fā)器162；經(jīng)過電路181產(chǎn)生的0.1微秒的延遲以后，比較器176的正的輸出也被加到門電路184。來自記數(shù)器156的前兩個“D”脈沖經(jīng)過門電路188標記，記數(shù)器186。記數(shù)器186的“1”輸出使門電路184截止，而記數(shù)器186的“2”輸出啟動門電路184。記數(shù)器186的“2”輸出關(guān)閉門電路188，使得記數(shù)值保持為“2”。這時鑒別器180的正的輸出經(jīng)過門電路184設置觸發(fā)器190。然后來自計數(shù)器156的下一個“B”脈沖經(jīng)過門電路164使藍色染色劑計數(shù)器170減小一步，從+4變?yōu)?3。這時藍色染色劑D1的流速變化最優(yōu)。
設置觸發(fā)器190部分啟動“與”電路192。來自記數(shù)器156的下一個“D”脈沖啟動“與”電路192?！芭c”電路192的輸出經(jīng)“或”電路194耦合，從“1”至“2”標記時序環(huán)形記數(shù)器166a。這將關(guān)閉門電路168a，并啟動門電路168b，以便可以優(yōu)化紫色染色劑D2的流速。優(yōu)化一種給定的染色劑的流速需要有多個“B”脈沖從記數(shù)器156輸入到記數(shù)器86和84。如果記數(shù)器86的記數(shù)值+1恰好是最佳值，則計數(shù)進程為0，+1，+2，+1或0，-1，0，+1，+2，+1。如果記數(shù)器86的0記數(shù)恰好是最佳值，則記數(shù)進程為0，+1，0，-1，0或0，-1，0，+1，0。
應該注意到，當來自記數(shù)器156的第一個“D”脈沖出現(xiàn)時，由于記數(shù)器186的“+1”輸出關(guān)閉門電路184，所以鑒別器180的正的輸出不設置觸發(fā)器190。還應注意到，“與”電路192的每個輸出將記數(shù)器186復位為0，并且經(jīng)過電路200提供的0.1微秒的延時后，復位觸發(fā)器190。在紫色染色劑記數(shù)器84優(yōu)化完成后，“與”電路192的輸出經(jīng)“或”電路194耦合，從“2”至“0”標記時序環(huán)形記數(shù)器166a。
記數(shù)器166a的“0”輸出提供“M”信號，該信號啟動圖2中的門電路38，將標記信號從電路39耦合到添加劑記數(shù)器80。在一個修正周期內(nèi)，當正在標記染色劑流速記數(shù)器84和86時，沒有M信號；并且添加劑記數(shù)器80的輸出不能變化。信號119經(jīng)高通濾波器或微分電路204，進而經(jīng)過檢波器206耦合，提供L信號118，該信號激勵積分電路96和預測電路116(如圖2和3所示)。L信號經(jīng)過電路210延時0.1微秒后提供K信號120，該信號激勵存儲電路，并且將染色劑記數(shù)器84和86復位為0。延時電路210的目的使積分電路96在遞增的染色劑流速記數(shù)器84和86復位為0之前完成染色劑流速變化的積分。積分電路96的輸出再耦合到存儲電路98，該電路的輸出加到染色劑流速控制器100D上。
假設在料箱輸入端管道21中，染色劑流速變化引起的料箱18的輸出端染色劑流速指數(shù)變化的時間常數(shù)為15秒。還進一步假設料箱18的輸出和分光光度計50之間的時間延遲或傳輸滯后為30秒。作為例子，這可能相當于每分鐘2000英尺的卷筒紙14的速度，料箱18和分光光度計50之間卷筒紙長度為1000英尺。定時脈沖被加到電路214，該電路被大約15×106除，每15秒鐘產(chǎn)生一個輸出。脈沖劃分電路214的輸出216經(jīng)“或”電路194耦合，從“0”至“1”標記時序環(huán)形記數(shù)器，因此開始另一個修正周期。
可以看到，需要環(huán)形記數(shù)器156的四個周期確保藍色染色劑記數(shù)器86的輸出仍然是0，并且需要環(huán)形記數(shù)器156另四個周期確保紫色染色劑記數(shù)器84的輸出仍然是0。環(huán)形記數(shù)器156的8個周期需要32個來自脈沖源152的定時脈沖。為了保證每15秒鐘進行一次測量并對染色劑流速控制器100D提供修正信號，可以只用14,999,968除電路214。修正周期一旦完成，來自時序記數(shù)器166a的M信號119關(guān)閉門電路154，因此來自脈沖源152的定時脈沖不再加到環(huán)形記數(shù)器156上。
應該明白，可以不使用圖3所示的求和最小值電路76，而采用其他方法和裝置(例如Newton-Raphson、Davidon-Fletcher-Powell，和Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno)控制染色劑流速變化。
參見圖4，圖中詳細示出紫色染色劑響應模擬電路104，該電路包括四個乘法電路220，紫色染色劑記數(shù)器84的輸出加到所述的乘法電路的每個電路上。還向乘法電路220提供一個來自相關(guān)源222，224，226和228的輸入，這些源分別提供相關(guān)系數(shù)C1，C2，C3和C4。
參見圖4和圖11，可以看出，對于波段400至475nm的系數(shù)C1的平均值大約為-.013；對于波段475至550nm的系數(shù)C2的平均值大約為-.033；對于波段550至625nm的系數(shù)C3的平均值大約為-.024，對于波段625至700nm的系數(shù)C4的平均值大約為-.005。
如圖10和11所示，藍色和紫色染色劑的光譜響應曲線的縱坐標代表反射率變化除以染色劑流速的變化，其中染色劑流速的測量單位是升/分鐘。這些曲線是通過使染色劑流速發(fā)生單位變化，并測量所引起的在可見光譜的不同波段的反射率變化得到的。也許認為最好在染色劑流速接近合適的值時測量這些響應曲線。然而，即使染色劑流速和對期望目標光譜產(chǎn)生最小誤差的流速相差很遠，響應曲線似乎仍保持基本一致。
當然可以理解，如果卷筒紙14的速度或厚度發(fā)生變化，或者如果纖維流速或染色劑溶液濃度發(fā)生變化，則圖10和11中的光譜響應曲線必須進行換算。卷筒紙速度、厚度變化、纖維流速和染色劑濃度變化可以通過在每個染色劑計數(shù)器和染色劑響應模擬電路之間加一個乘法電路，并使乘法因子大于單位量或小于單位量的方式予以補償。
圖2中的添加劑響應電路108按圖4所示方式構(gòu)成；和圖10和11類似，添加劑光譜響應曲線的縱坐標為反射率變化除以添加劑流速(單位升/分)的變化。也可以在添加劑記數(shù)器80和添加劑響應模擬電路108之間加一個乘法電路，以便可以補償卷筒紙速度、厚度和添加劑濃度變化。
現(xiàn)在參見圖5，圖中詳細示出了極性鑒別器180。比較器176的符號輸出對零和正的輸出通常為ON，僅對負的輸出為OFF。門電路178的符號輸出241通過門電路242耦合到鑒別器1 80的“+”輸出端。門電路178的1，2和4雙態(tài)比較器輸出加到“或”電路244上，該電路的輸出啟動門電路242。因此，只有當來自門電路178的雙態(tài)比較器輸出為1或大于1時，門電路242提供一個“+”的鑒別器輸出，而當來自門電路178的雙態(tài)比較器輸出為0或負時，則門電路242不提供“+”的鑒別器輸出。
現(xiàn)在參見圖6，圖中示出代替圖3中的時序記數(shù)器166a的五級環(huán)形記數(shù)器166b。記數(shù)器166b的“1”輸出經(jīng)過“或”電路250的耦合啟動門電路168a；該記數(shù)器的“2”輸出經(jīng)過“或”電路252的耦合啟動門電路168b；該記數(shù)器的“3”輸出經(jīng)過“或”電路250的耦合啟動門電路168a；該電路的“4”輸出經(jīng)過“或”電路252的耦合啟動門電路168b；該記數(shù)器的“0”輸出又提供M信號119。這使得首先是藍色染色劑記數(shù)器86進行反復修正，然后是紫色染色劑記數(shù)器84，進行反復修正，再后又是藍色染色劑記數(shù)器86，最后又是紫色染色劑記數(shù)器84。由于修正周期的時期加倍，這需要64個來自脈沖源152的定時脈沖；并且電路214可以用14,999,936來除。
參見圖7，圖中詳細示出圖3中的絕對值電路146。第四個加權(quán)電路64的符號輸出254耦合到“或”電路256的一個輸入端。正的勢源255連到“或”電路256的另一個輸出端。則不管第四加權(quán)電路64的符號輸出254如何，“或”電路256的輸出總是正值。
參見圖8，圖中詳細示出預測電路116的一個電路。求和電路112的輸出加到移位寄存器264上(作為例子，該寄存器有五級)。這五級與相應電路(通常用266表示)耦合，所述電路將不同級的信號分別乘以1，1，e-1，e-2，e-3。乘法電路266的輸出加到求和電路268上。求和電路112和268的輸出在求和電路270中相加；電路270的輸出加到圖3中的求和電路54a上(或圖2中的求和電路54)。寄存器通過L信號118移位。
當染色劑響應模擬電路104和106的輸出第一次優(yōu)化完成后，與圖9中的0時刻相對應，求和電路268的輸出將為零，求和電路112和270的輸出相同。因此，在0時刻，預測因子為1。經(jīng)過30秒的時間延遲或傳輸滯后以后，在15秒和30秒時預測因子是1。由于料箱18輸出端染色劑流速對管道21中染色劑流速變化按指數(shù)變化的時間常數(shù)為15秒，在45秒時預測因子降為e-1，在60秒時降為e-2，在75秒時降為e-3。應該明白，作為例子移位寄存器264可以再加一級，乘法電路266可以再加一個電路，以便在90秒時產(chǎn)生預測因子e-4。直到管道21中染色劑流速變化完30秒之后，分光光度計才檢測到由于管道21中染色劑流速變化所引起的卷筒紙14的反射率變化。然后，分光光度計50測量這種變化的指數(shù)增長部分(例如從30至75秒的時間段內(nèi))。理想情況是，在第一個修正周期內(nèi)，對每個波段預測電路116的輸出和分光光度計50的輸出的變化量之和應該是一個常數(shù)，該常數(shù)等于求和電路112的輸出，以便在后續(xù)的修正周期內(nèi)不需繼續(xù)修正。預測電路116通常稱為Smith預測器。如果修正周期之間的時間間隔減少一半，變?yōu)?.5秒，則移位寄存器264的級數(shù)和乘法電路266的數(shù)目都需加倍。相應的預測因子分別為1，1，1，1，e-0.5，e-1，e-1.5，e-2，e-2.5，e-3。
可以明白，當指數(shù)響應的時間常數(shù)基本為零，并且在產(chǎn)品中加染色劑和測量加入染色劑量的變化所產(chǎn)生的光譜之間沒有時間延遲或傳輸滯后時，則預測電路116將大大簡化，并且可以對向產(chǎn)品中加染色劑大體進行連續(xù)控制。
在這種簡化的或簡并的預測電路116中，可以省略元件264，266、268和270；并且求和電路112的輸出直接加到加法電路54a或54。
當通過圖1中的壓滾23對卷筒紙14進行鍍膜(例如顏色膜)和表面整形時，最好用刮片或連桿(未示出)控制壓滾23上的膜層厚度，該刮片或連桿與壓滾23表面之間的間隔是可調(diào)的。對表面鍍膜層厚度的變化采用與處理管道21中的染色劑或添加劑流速相似的方法處理。歸一化響應曲線的縱坐標是反射率變化除以刮片間隔變化。用壓滾23進行表面鍍膜的系統(tǒng)響應時間常數(shù)基本為零。由于壓滾23位于分光光度計50的上游，因此有傳輸滯后或時間延遲。但是，如果修正周期之間的時間間隔大于該時間延遲，則可以使用前述的簡化的或簡并的預測電路116。
應該明白，某些部件和局部組合是有用的，并且可以使用，而與其他部件或局部組合無關(guān)。權(quán)利要求書中考慮到這些情況，并且包含在權(quán)利要求范圍內(nèi)。顯然，可以在權(quán)利要求范圍內(nèi)作許多細節(jié)上改變，而不離開本發(fā)明的實質(zhì)。例如，波段不必等寬度?？梢圆粚Ψ蔷€性工作電路68的輸出加權(quán)，而是將它的輸出在加到求和電路72之前加權(quán)?？梢圆皇共煌娐泛驮O備同時并聯(lián)工作，它們所起的作用可以通過分時方向串聯(lián)獲得，如同通過通用計算機的恰當編程方式。因此，對于圖4中的染色劑響應模擬電路，單一乘法電路220可以接收四個系數(shù)作為順序輸入。因此應理解，本發(fā)明并不局限于所圖示或描述的具體細節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種控制產(chǎn)品的顏色的方法，包括下列步驟將一定數(shù)目的著色劑加到產(chǎn)品中，所加著色劑數(shù)目為第一個數(shù)；在可見光譜的幾個波段上測量產(chǎn)品的反射率，測量波段數(shù)目為第二個數(shù)，該數(shù)大于第一個數(shù)，最小為4；提供產(chǎn)品在可見光譜的相同波段上的期望反射率；利用測量反射率和期望反射率提供一定數(shù)目的誤差信號，該誤差信號數(shù)目等于第二個數(shù)；對每個所述誤差信號進行非線性處理，以便提供相應的修正信號；將所有修正的信號相加；調(diào)整加到產(chǎn)品中的每種著色劑的量，以便求和一步的結(jié)果是最小。
2.一種控制產(chǎn)品的顏色的裝置，總的包括將第一個數(shù)目的著色劑加到產(chǎn)品中的裝置；測量產(chǎn)品在可見光譜第二個數(shù)目的波段上的反射率的裝置，其中第二個數(shù)大于第一個數(shù)，至少等于4；提供產(chǎn)品在可見光譜的相同波段上的期望反射率的裝置；根據(jù)測量反射率和期望反射率提供一定數(shù)目的誤差信號的裝置，其中誤差信號數(shù)目等于第二個數(shù)；提供輸出信號的求和電路；包括執(zhí)行非線性處理裝置用以將誤差信號耦合到求和電路的裝置；根據(jù)求和電路調(diào)整加到產(chǎn)品中的每種著色劑的量的裝置，以便求和電路的輸出為最小。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，非線性處理裝置包括將一個數(shù)字量提高至偶數(shù)次方的裝置。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，冪指數(shù)是2。
5.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，非線性處理裝置包括取得數(shù)字量的絕對值的裝置。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于還包括將所述絕對值提高一定冪次的裝置，冪數(shù)在小于1至大于2的范圍內(nèi)。
7.如權(quán)利要求2所述裝置，其特征在于還包括模擬裝置，用來提供每個所述波段上的期望反射率變化，這些期望反射率變化是由加入物質(zhì)中著色劑量的變化引起的；其中提供誤差信號的裝置包括將測量和期望反射率以及由模擬裝置提供的期望反射率變化量代數(shù)求和的裝置。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，模擬裝置包括一個記數(shù)器，可以標記該記數(shù)器的上升和下降，該記數(shù)器提供一個代表加入到產(chǎn)品中的著色劑的變化的輸出信號；提供每個波段的響應信號的裝置，該響應信號代表加入產(chǎn)品中的著色劑的預定變化所引起的實際反射率變化；和用每個響應信號去乘記數(shù)器輸出信號的裝置。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，著色劑調(diào)整裝置包括一開始標記記數(shù)器直到求和電路的輸出為最小的裝置和根據(jù)記數(shù)器輸出隨后產(chǎn)生相應的加入產(chǎn)品中的著色劑的變化量的裝置。
10.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，將一個誤差信號耦合到求和電路的裝置包括一個加權(quán)電路。
11.如權(quán)要求10所述的裝置，其特征在于，一個誤差信號加到加權(quán)電路上，該加權(quán)電路產(chǎn)生一個輸出信號，并且加權(quán)電路的輸出被加到非線性處理裝置。
12.如權(quán)利要求2所述裝置，其特征在于還包括根據(jù)測量反射率提供在預定色空間的三個測量顏色坐標的裝置；提供在同一色空間的三個期望顏色坐標的裝置；根據(jù)測量顏色坐標和期望顏色坐標提供三個另外的誤差信號的裝置；以及包括非線性處理裝置，用來將三個另外誤差信號耦合到求和電路的裝置。
13.和權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，將三個另外的誤差信號中的一個耦合到求和電路的裝置包括一個加權(quán)電路。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，一個另外誤差信號加到所述加權(quán)電路，該電路提供一個輸出信號，其中加權(quán)電路的輸出信號加到非線性處理裝置上。
15.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于還包括提供與加到產(chǎn)品中的著色劑量成正比的著色劑信號的裝置和將該著色劑信號耦合到求和信號的裝置。
16.如權(quán)利要求14所述裝置，其中，著色劑信號耦合裝置包括一個加權(quán)電路。
17.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，著色劑信號耦合裝置包括將數(shù)字量提高一定冪數(shù)的裝置，冪指數(shù)在小于1至大于2的范圍內(nèi)。
18.如權(quán)利要求2所述裝置，其特征在于還包括一定數(shù)目的預測電路，該數(shù)目等于第二個數(shù)，所述預測電路提供輸出信號，該信號補償向產(chǎn)品中加入著色劑和測量由此產(chǎn)生的反射率之間的時間延遲，其中提供誤差信號的裝置包括將測量和期望反射率以及預測電路的輸出信號代數(shù)求和的裝置。
19.如權(quán)利要求2所述裝置，其特征在于，產(chǎn)品是卷筒紙，著色劑是染料，該裝置包括一個料箱，該料箱有一個用來供給紙漿和水的入口和一個出口，卷筒紙在該出口處形成，所述將第一個數(shù)目的著色劑加到產(chǎn)品中的裝置包括將染料注入紙漿入口的裝置；個數(shù)為第二個數(shù)的預測電路，該預測電路提供輸出信號，該信號補償由注入的染料的量的變化引起的在料箱出口處的染料量按指數(shù)變化的時間常數(shù)；其中提供誤差信號的裝置包括將測量和期望反射率以及預測電路的輸出代數(shù)求和的裝置。
20.如權(quán)利要求19所述裝置，其特征在于還包括將添加劑注入紙漿入口的裝置，所述添加劑影響測量反射率；以及提供每個所述波段上有期望反射率變化的裝置，該反射率變化是由注入的添加劑量的變化引起的。
21.一種控制產(chǎn)品顏色的裝置，總的包括將著色劑加入產(chǎn)品的裝置；測量產(chǎn)品在可見光譜的至少四個波段上的反射率的測量裝置；包括根據(jù)測量裝置在給定色空間內(nèi)提供三個測量顏色坐標的裝置的裝置；提供在同一色空間的三個相應期望顏色坐標的裝置；一個比較器；將測量顏色坐標和相應的期望顏色坐標信號耦合到比較器的裝置；根據(jù)比校器提供誤差信號的裝置；根據(jù)誤差信號調(diào)整加到產(chǎn)品中的著色劑量的裝置；該調(diào)整裝置包括模擬裝置，該模擬裝置用來提供在每個所述波段上的期望反射率變化量，該變化量將由加入到產(chǎn)品中的著色劑量的變化引起；以及根據(jù)測量裝置的裝置，包括將測量反射率和模擬裝置提供的反射率期望變化量代數(shù)求和的裝置。
22.一種控制產(chǎn)品的顏色的方法，包括下列步驟將一種著色劑加到產(chǎn)品中；測量該產(chǎn)品在可見光譜的幾個波段上的反射率，其中波段數(shù)至少為4；利用測量反射率提供給定色空間的三個測量顏色坐標；提供同一色空間的三個相應期望顏色坐標；比較測量顏色坐標和相應的期望顏色坐標，以便提供一個誤差信號；利用所述誤差信號調(diào)整加到產(chǎn)品中的著色劑量并且提供每個所述波段上的期望反射率變化，該變化將由加入到產(chǎn)品中的著色劑量的變化引起；以及將所述期望的反射率變化用在提供三個測量顏色坐標的步驟。
全文摘要
控制產(chǎn)品例如卷筒紙的顏色的方法和裝置,包括在可見光譜的幾個波段上比較目標和測量反射率值。所述比較過程用數(shù)量表示許多誤差,這些誤差經(jīng)非線性處理修正,例如二次冪處理,然后加起來。通過分別調(diào)整加到產(chǎn)品中的各種著色劑的量,使最終的和是最小。波段的數(shù)目大于著色劑的數(shù)目。這避免了傳統(tǒng)系統(tǒng)中常見的位變異構(gòu)效應,這種效應依賴三個顏色空間坐標。
文檔編號G01J3/46GK1176326SQ9711550
公開日1998年3月18日 申請日期1997年6月4日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月4日
發(fā)明者S·盧巖 申請人:維美德自動化(加拿大)有限公司