Elongation behaviour of elastic stitch types in household sewing machines: stretch-stitches versus serger overlock stitces

Lectio praecursoria

Verkkovaihtosuuntaajan vektorisäädön toteutus FPGA-piirillä

Verkkovaihtosuuntaajalla pystytään muuntamaan tasajännite vaihtojännitteeksi ja päinvastoin. Verkkovaihtosuuntaajan toiminta perustuu tehokytkinten ohjaukseen ja sopivan modulointimenetelmän käyttöön. Vektorisäädössä vaihtosuuntaajanvirrat ja jännitteet esitetään kompleksitasossa, jolloin virta- ja jännitekomponentit voidaan esittää vektoreina. Vektorisäädössä verkkovaihtosuuntaajan ohjaustoteutetaan laskemalla kompleksitasossa vektoreille arvot, jotka tuottavat vaihtosuuntaajan lähtöön halutun vektorin. Koska FPGA-piirit mahdollistavat nopean rinnakkaisen laskennan, soveltuvat ne hyvin vektorisäädön toteuttamiseen. FPGA-piirien rakenteesta johtuen on säätöjärjestelmän suunnittelussa huomioitava kiinteän pilkun lukujen riittävä bittileveys ja järjestelmän diskretointiaika. Työssä suunnitellaan verkkovaihtosuuntaajan vektorisäätö ja tutkitaan bittileveyden vaikutusta säädön toteuttamiseen FPGA-piirillä. Bittileveyden tarkasteluun esitetään käytettäväksi tilastollisia menetelmiä. Työssä tarkastellaan kiinteän pilkun järjestelmän ja liukulukujärjestelmän erosuureen tilastollisia tunnusmerkkejä sekä histogrammia. Tarkasteluissa huomattiin, että maksimivirhe itsessään ei tarjoa riittävästi tietoa erosuureen jakautumisesta. Näin ollen maksimivirhe ei ole kaikissa tilanteissa sovelias menetelmä riittävän bittitarkkuuden määrittämiseen. Työssä esitetään riittävän bittitarkkuuden määrittelemiseen käytettäväksi otossuureista otosvarianssia, keskipoikkeamaa ja vaihteluväliä.

Measuring irregularities and surface defects from printed patterns

Quality inspection and assurance is a veryimportant step when today's products are sold to markets. As products are produced in vast quantities, the interest to automate quality inspection tasks has increased correspondingly. Quality inspection tasks usuallyrequire the detection of deficiencies, defined as irregularities in this thesis. Objects containing regular patterns appear quite frequently on certain industries and science, e.g. half-tone raster patterns in the printing industry, crystal lattice structures in solid state physics and solder joints and components in the electronics industry. In this thesis, the problem of regular patterns and irregularities is described in analytical form and three different detection methods are proposed. All the methods are based on characteristics of Fourier transform to represent regular information compactly. Fourier transform enables the separation of regular and irregular parts of an image but the three methods presented are shown to differ in generality and computational complexity. Need to detect fine and sparse details is common in quality inspection tasks, e.g., locating smallfractures in components in the electronics industry or detecting tearing from paper samples in the printing industry. In this thesis, a general definition of such details is given by defining sufficient statistical properties in the histogram domain. The analytical definition allowsa quantitative comparison of methods designed for detail detection. Based on the definition, the utilisation of existing thresholding methodsis shown to be well motivated. Comparison of thresholding methods shows that minimum error thresholding outperforms other standard methods. The results are successfully applied to a paper printability and runnability inspection setup. Missing dots from a repeating raster pattern are detected from Heliotest strips and small surface defects from IGT picking papers.

Elastomeerien kesto viherlipeäkäsittelyissä

Työssä on tutkittu eri kumilaatujen soveltuvuutta viherlipeäympäristöön laboratoriomittausten avulla. Kumia tultaisiin käyttämään viherlipeälinjan letkuventtiilissä. Suomalaisista sellutehtaista saaduista viherlipeänäytteistä mitattiin alkali- ja vierasainepitoisuudet. Kumitestauksissa viherlipeässä pyrittiin selvittämään kumien kesto prosessiolosuhteita vastaavissa olosuhteissa. Kumit asetettiin kuumaan viherlipeään jännitettynä ja pidettiin siinä kolme vuorokautta. Kumista tutkittavia ominaisuuksia olivat kumin massan muutos, kovuus, vetolujuus sekä murtovenymä. Kolmen vuorokauden testien tulosten perusteella valittiin kolme kumilaatua tuhannen tunnin kestotestiin, joissa seurattiin kumin massan käyttäytymistä sekä kumin pitkäaikaisen altistamisen viherlipeässä vaikutusta lujuusominaisuuksiin. Kokeissa havaittiin osan testatuista kumeista sitovan viherlipeää itseensä, mikä aiheuttaisi viherlipeän pääsyn letkun vahvikkeisiin ja aiheuttaisi letkun hajoamisen. Osa kumeista kului kemiallisesti, mikä taas aiheuttaisi letkun rasitustilanteissa repeämiä letkun pinnassa ja lopulta letkun hajoamisen. Kuitenkin suuressa osassa testatuissa kumimateriaaleissa ei ollut suuria massanmuutoksia. Tällöin lujuusmittaukset kertoivat muilta osin kumin kestosta. Muutamilla kumeilla massanmuutokset olivat alhaisia, mutta lujuusarvot olivat romahtaneet. Kuitenkin laboratoriomittausten tulosten perusteella pystyttiin löytämään kumimateriaali, joka kestäisi paremmin viherlipeäprosessissa kuin teollisuudessa käytössä ollut kumimateriaali. Kuitenkin lopullinen varmuus tästä voidaan saada teollisuudessa tehtyjen testausten avulla.

Kuitujen kiharuuteen vaikuttavia tekijöitä sulfaattiselluloosan valmistuksessa

Diplomityön tarkoituksena oli selvittää kuitujen kihartuvuuden profiili koivu- ja havusellulinjalla prosessivaiheiden suhteen. Profiilin perusteella pyrittiin selvittämään kuitulinjojen prosessista kuitujen kiharuuteen voimakkaimmin vaikuttavia tekijöitä. Työn kirjallisuusosassa käsiteltiin kuitujen ominaisuuksia sekä teollisen sellun valmistusprosessin kuituihin aiheuttamia kuituvaurioita ja niiden mahdollisia syitä. Lisäksi käytiin läpi kuituvaurioiden analysointimenetelmiä ja kuituvaurioiden kanssa korreloivia sellun laatuarvoja. Työn kokeellinen osa suoritettiin kuitulinjojen normaalin tuotannon ohessa. Kokeellisen osan massanäytteitä otettiin varsin moninaisista tuotantotilanteista mahdollisimman kattavan kiharuusprofiilin aikaansaamiseksi. Koivusellulinjalla vuokeittimen tuotantotaso vaikutti suuresti valmistettavan sellun ominaisuuksiin. Kuituvaurioiden syntyyn voimakkaimmin vaikuttavaksi tekijäksi osoittautui keittimen pohja-alueen, puskun ja massan pesuvaiheen sakeus. Tämän alueen sakeus muuttui tuotantotason mukaan, tuotantotason kasvun myötä alueen sakeus laski. Sakeuden lasku vähensi kuitujen kiharuutta sekä massan venymää ja paransi vetojäykkyyttä. Tuotantotason kasvu paransi myös keittimestä otettujen massanäytteiden vetojäykkyyspotentiaalia. Havusellulinjalla käytetyn Lo-Solids –keittomallin ja konventionaalisen keittomallin kesken esiintyi varsin merkittäviä laadullisia eroja. Lo-Solids –keittomallilla keitetyt sellukuidut kihartuivat konventionaalisella keittomallilla keitettyjä sellukuituja enemmän. Lo-Solids –keittomallilla keitetyn sellun vetojäykkyys oli konventionaalisella mallilla keitetyn sellun vetojäykkyyttä heikompi.

Kartonkimateriaalien muotoutuvuus vuokien valmistuksessa

Diplomityön tavoitteena oli tutkia erilaisten elintarvikekartonkien muotoutuvuutta prässäämällä valmistettujen vuokien valmistuksessa. Kirjallisuusosassa käsiteltiin mm. kartongin muotoutuvuuteen vaikuttavia ominaisuuksia sekä lämpötilan ja kosteuden vaikutusta muotoutuvuuteen. Lisäksi kirjallisuusosassa käytiin läpi vuokien valmistusprosessi, jossa vuoka-aihiot valmistetaan stanssaamalla ja vuoat prässäämällä. Lopuksi on esitetty vuokien valmistuksessa kartongin muotoutuvuuteen vaikuttavia ajoparametrejä. Kokeellisessa osassa valmistettiin prässäämällä vuokia erilaisista kartonkimateriaaleista. Jokaiselle materiaalille etsittiin sopivat ajoparametrit erilaisissa kosteuspitoisuuksissa ja vertailtiin niiden muotoutuvuutta. Työ sisälsi myös kaksi laminointikoeajoa, jonka tuloksena saatuja materiaaleja verrattiin referenssi vuokakartonkiin. Vuokien todettiin muotoutuvan parhaiten kosteuden ollessa 7 – 9,4 % välillä. Työssä erottui kartongit, jotka muotoutuivat muita paremmin sekä kartongit, jotka muotoutuivat muita huonommin. Näiden muotoutuvuutta pyrittiin selvittämään mitattujen paperiteknisten ominaisuuksien avulla, mutta selvää yksittäistä selittävää ominaisuutta ei löytynyt. Parhaiten muotoutuvuutta kuvasivat kartonkien kuitukoostumukset. Laminoitujen rakenteiden todettiin muotoutuvan vuokakartonkia paremmin. Tähän vaikuttivat laminaattien korkeammat lujuus- ja venymäarvot.

Natural and synthetic fibres improving tensile strength and elongation of paper products

The theory part of the Master’s thesis introduces fibres with high tensile strength and elongation used in the production of paper or board. Strong speciality papers are made of bleached softwood long fibre pulp. The aim of the thesis is to find new fibres suitable for paper making to increase either tensile strength, elongation or both properties. The study introduces how fibres bond and what kind of fibres give the strongest bonds into fibre matrix. The fibres that are used the in manufacturing of non-wovens are long and elastic. They are longer than softwood cellulose fibres. The end applications of non-wovens and speciality papers are often the same, for instance, wet napkins or filter media. The study finds out which fibres are used in non-wovens and whether the same fibres could be added to cellulose pulp as armature fibres, what it would require for these fibres to be blended in cellulose, how they would bind with cellulose and whether some binding agents or thermal bonding, such as hot calendaring would be necessary. The following fibres are presented: viscose, polyester, nylon, polyethylene, polypropylene and bicomponent fibres. In the empiric part of the study the most suitable new fibres are selected for making hand sheets in laboratory. Test fibres are blended with long fibre cellulose. The test fibres are viscose (Tencel), polypropylene and polyethylene. Based on the technical values measured in the sheets, the study proposes how to continue trials on paper machine with viscose, polyester, bicomponent and polypropylene fibres.

Comparison of Local Feature Detectors and Descriptors for Visual Object Categorization

Local features are used in many computer vision tasks including visual object categorization, content-based image retrieval and object recognition to mention a few. Local features are points, blobs or regions in images that are extracted using a local feature detector. To make use of extracted local features the localized interest points are described using a local feature descriptor. A descriptor histogram vector is a compact representation of an image and can be used for searching and matching images in databases. In this thesis the performance of local feature detectors and descriptors is evaluated for object class detection task. Features are extracted from image samples belonging to several object classes. Matching features are then searched using random image pairs of a same class. The goal of this thesis is to find out what are the best detector and descriptor methods for such task in terms of detector repeatability and descriptor matching rate.

Automated, adaptive methods for forest inventory

Forest inventories are used to estimate forest characteristics and the condition of forest for many different applications: operational tree logging for forest industry, forest health state estimation, carbon balance estimation, land-cover and land use analysis in order to avoid forest degradation etc. Recent inventory methods are strongly based on remote sensing data combined with field sample measurements, which are used to define estimates covering the whole area of interest. Remote sensing data from satellites, aerial photographs or aerial laser scannings are used, depending on the scale of inventory. To be applicable in operational use, forest inventory methods need to be easily adjusted to local conditions of the study area at hand. All the data handling and parameter tuning should be objective and automated as much as possible. The methods also need to be robust when applied to different forest types. Since there generally are no extensive direct physical models connecting the remote sensing data from different sources to the forest parameters that are estimated, mathematical estimation models are of "black-box" type, connecting the independent auxiliary data to dependent response data with linear or nonlinear arbitrary models. To avoid redundant complexity and over-fitting of the model, which is based on up to hundreds of possibly collinear variables extracted from the auxiliary data, variable selection is needed. To connect the auxiliary data to the inventory parameters that are estimated, field work must be performed. In larger study areas with dense forests, field work is expensive, and should therefore be minimized. To get cost-efficient inventories, field work could partly be replaced with information from formerly measured sites, databases. The work in this thesis is devoted to the development of automated, adaptive computation methods for aerial forest inventory. The mathematical model parameter definition steps are automated, and the cost-efficiency is improved by setting up a procedure that utilizes databases in the estimation of new area characteristics.

Magnetic Resocance Imaging Methods in the Follow-up of Multiple Sclerosis and in Farby Disease

Multiple sclerosis (MS) is a chronic immune-mediated inflammatory disorder of the central nervous system. MS is the most common disabling central nervous system (CNS) disease of young adults in the Western world. In Finland, the prevalence of MS ranges between 1/1000 and 2/1000 in different areas. Fabry disease (FD) is a rare hereditary metabolic disease due to mutation in a single gene coding α-galactosidase A (alpha-gal A) enzyme. It leads to multi-organ pathology, including cerebrovascular disease. Currently there are 44 patients with diagnosed FD in Finland. Magnetic resonance imaging (MRI) is commonly used in the diagnostics and follow-up of these diseases. The disease activity can be demonstrated by occurrence of new or Gadolinium (Gd)-enhancing lesions in routine studies. Diffusion-weighted imaging (DWI) and diffusion tensor imaging (DTI) are advanced MR sequences which can reveal pathologies in brain regions which appear normal on conventional MR images in several CNS diseases. The main focus in this study was to reveal whether whole brain apparent diffusion coefficient (ADC) analysis can be used to demonstrate MS disease activity. MS patients were investigated before and after delivery and before and after initiation of diseasemodifying treatment (DMT). In FD, DTI was used to reveal possible microstructural alterations at early timepoints when excessive signs of cerebrovascular disease are not yet visible in conventional MR sequences. Our clinical and MRI findings at 1.5T indicated that post-partum activation of the disease is an early and common phenomenon amongst mothers with MS. MRI seems to be a more sensitive method for assessing MS disease activity than the recording of relapses. However, whole brain ADC histogram analysis is of limited value in the follow-up of inflammatory conditions in a pregnancy-related setting because the pregnancy-related physiological effects on ADC overwhelm the alterations in ADC associated with MS pathology in brain tissue areas which appear normal on conventional MRI sequences. DTI reveals signs of microstructural damage in brain white matter of FD patients before excessive white matter lesion load can be observed on conventional MR scans. DTI could offer a valuable tool for monitoring the possible effects of enzyme replacement therapy in FD.

Hygro-elasto-plastic behavior of planar orthotropic material

The mechanical and hygroscopic properties of paper and board are factors affecting the whole lifecycle of a product, including paper/board quality, production, converting, and material and energy savings. The progress of shrinkage profiles, loose edges of web, baggy web causing wrinkling and misregistration in printing are examples of factors affecting runnability and end product quality in the drying section and converting processes, where paper or board is treated as a moving web. The structural properties and internal stresses or plastic strain differences built up during production also cause the end-product defects related to distortion of the shape of the product such as sheet or box. The objective of this work was to construct a model capable of capturing the characteristic behavior of hygroscopic orthotropic material under moisture change, during different external in-plane stretch or stress conditions. Two independent experimental models were constructed: the elasto-plastic material model and the hygroexpansivity-shrinkage model. Both describe the structural properties of the sheet with a fiber orientation probability distribution, and both are functions of the dry solids content and fiber orientation anisotropy index. The anisotropy index, introduced in this work, simplifies the procedure of determining the constitutive parameters of the material model and the hygroexpansion coefficients in different in-plane directions of the orthotropic sheet. The mathematically consistent elasto-plastic material model and the dry solids content dependent hygroexpansivity have been constructed over the entire range from wet to dry. The presented elastoplastic and hygroexpansivity-shrinkage models can be used in an analytical approach to estimate the plastic strain and shrinkage in simple one-dimensional cases. For studies of the combined and more complicated effects of hygro-elasto-plastic behavior, both models were implemented in a finite element program for a numerical solution. The finite element approach also offered possibilities for studying different structural variations of orthotropic planar material, as well as local buckling behavior and internal stress situations of the sheet or web generated by local strain differences. A comparison of the simulation examples presented in this work to results published earlier confirms that the hygro-elasto-plastic model provides at least qualitatively reasonable estimates. The application potential of the hygro-elasto-plastic model is versatile, including several phenomena and defects appearing in the drying, converting and end-use conditions of the paper or board webs and products, or in other corresponding complex planar materials.

Monivaihemuovauksen soveltaminen kuitumateriaalille

Tämän diplomityön tavoitteena on kehittää uudentyyppinen menetelmä erään kuitumateriaalin muovaukseen ja testata sen toimivuutta. Työ aloitetaan kirjallisuustutkimuksena koskien olemassa olevia kuitumateriaalin muovausmenetelmiä ja kuitumateriaalin materiaaliominaisuuksia. Kehitettävä menetelmä eroaa olemassa olevista kuitumateriaalin muovausmenetelmistä monivaiheisuudellaan. Menetelmässä monivaiheinen muovaus tapahtuu yhdellä iskulla, joka eroaa myös olemassa olevista metallin muovausmenetelmistä merkittävästi. Muovauksessa on tarkoitus hyödyntää kuitumateriaalin paikallista venymää. Kehitettävään muovausmenetelmään soveltuva työkalu ideoidaan ja suunnitellaan hyödyntäen nykyaikaisia CAD-ohjelmistoja. Suunniteltu työkalu myös valmistettiin ja sen todettiin toimivan suunnitellusti: muovaus on monivaiheista, eikä aihio pääse luistamaan pidättimien alla. Työkalulla suoritetaan myös koeajoja eri kuitumateriaaleilla, joilla selvitetään eri prosessiparametrien ja materiaaliominaisuuksien vaikutus muovauksen onnistumiseen. Koeajetut materiaalit soveltuvat kehitetylle menetelmälle heikosti, mutta työkalun jatkokehityksellä ja eri materiaaleilla voi onnistunut muovaus olla mahdollista.