专利名称：带有自动在线浸液损耗控制的染色机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种染色机，该染色机能够在处理过程中自动记录染料浸液内的染料浓度，检测它们随时间的变化趋势，如果需要，通过对适当选择的控制参数，例如温度、PH值等起作用来改变它们。该机器特别设计但并非只能用于纺织品。
背景技术：
在现有技术的染色机中，所谓“配方”，也就是染料浸液的成分对于获得最佳效果的重要性众所周知。
通常，染料浸液由溶液或水性分散剂中的几种染料，如果需要包括添加剂或与溶剂一起的混合物构成。在染色过程中，各种染料通常以不同的速度被染色的产品吸收。当一种染料在浸液中没有足够数量时，浸液就会损耗。因此，知道处理过程中浸液的发展变化以至能够优化浸液配方并确保处理工艺很好的进行就非常重要。
在已知的技术中，通常在处理过程中隔一段时间制作一系列染液样品，并且在实验室中分析样品，并推知处理过程中各种染料浓度的动态变化。因为该操作在时间和费用上代价很高，为了优化浸液配方和随后在线处理的应用方法，通常只进行一次或几次最初的样品处理。在正常的在线染色处理中浸液分析不再进行或者很少进行，并相信浸液总是保持与开始相同的性能。
不幸的是，染料浓度的进程实际上决定于各种参数，如温度、PH值、盐度、辅料数量、循环泵速度等。
已经有人建议通过使用选择具有三种基本颜色的浸液分解作用的滤色镜监视染料浸液中颜色的性能。但是该方法证明非常粗略，并且不适合在线使用。
发明内容
本发明的一般目的是通过使用一种染色机消除上述缺陷，该染色机在正常处理过程中对浸液内染料的浓度进行测量并根据需要采取必要的纠正措施。
考虑到该目的，试图根据本发明提供一种染色机，该染色机包括一个放置要染色的产品的容器、一个根据命令添加液体到容器内实现染料浸液的染色液源和一个相对于产品循环染料浸液的单元，其特征在于它另外包括一个采样和分析装置和一个电子控制和计算装置，前者在染色过程中将隔一段时间自动从容器中采集液体样品，并对其进行光谱分析，后者接收光谱分析数据并基于先前存储的各种染料的光谱信息计算浸液内各种染料的浓度。
为了清楚说明本发明的创新原理及其相比于现有技术的优势，下面借助于附图通过应用所述原理的非限制性实例说明一个可能的实施例。在图中图1显示了根据本发明的一种机器的示意图；和图2显示了图1所示机器细节的示意图。
具体实施例方式
参考附图，图1显示了一种整体由参考数字10表示的纺织品染色机，它包括一个加压或不加压的容器11，决定于现有技术的需要，容器11内放置纱线、松散纺织纤维、深灰色带(mouse ribbon)或纤维束或缠绕或没有缠绕在锥体或支架上的成卷布形式的要染色的产品。一种已知的液体染料源12根据命令将液体输入到容器中，通过用于该目的的循环单元13，例如泵或产品操作系统制备相对于产品保持循环的所需染料浸液。
一个采样和分析装置14连接到容器，每隔一段时间采集容器中的液体样本并对其进行光谱分析。分析装置14将分析数据送到一个电子控制和计算装置，例如一台适当编程控制的个人计算机，该装置在接收光谱分析数据之后基于先前存储的各种染料的光谱信息计算浸液内各种染料的浓度。该信息已经单独提供或购买。
装置14可以限于在存储器16内存储关于浸液浓度发展变化的数据，用于将来使用，或者甚至可以将该浓度与预先设置用于参考的浸液损耗状态进行比较，并通过合适的已知驱动器34(加热器、PH值校正器)对处理参数采取行动，并通过改变浸液循环速度以控制产品对各种染料的吸收。例如，通过降低浸液温度，可以减慢染料吸收。染色处理状态的校正可以通过这种方式自动进行。
为了扩展关于处理发展变化的信息，该机器也可以包括已知的传感器17，用于检测浸液的各种预选物理量。
装置15可以使传感器17的测量值与根据光谱分析计算的染料浓度相关联，并存储这一相互关系用于将来对处理工艺进行分析和优化。例如，当浸液温度超过某一数值时可以检测到染料没有很好地吸收，并且这可以用于将来优化温度状态。由传感器检测的物理量可以有利地包括浸液的温度和PH值、循环泵的速度、盐度等。也可以在浓度状态和添加剂，例如盐的添加之间建立相互关系，以优化这些添加剂添加到浸液的次数。
能够得知染料浸液中特定染料损耗随周围参数和染料变化的不同分布也很重要。
该传感器也可以用作精确控制驱动器34的反馈装置。
光谱分析装置包括一个读数单元(reading cell)18、一个将取自容器11的液体填充该单元的抽吸装置19和一个分光光度计20。有利的是，采样装置为通过该单元抽吸液体然后在测量后将其返回容器11的注射装置。即使在很高的测量频率下这也避免了液体的浪费。
分析装置也可以包括洗涤液，有利地为水或者具有带适当添加剂的水性基的循环，它们可以根据命令通过阀23添加(代替由阀24截留的染液体)并通过阀25排尽。于是就有可能确保读数单元内不会存留任何能够影响测量的残液。
另外，从外部进入的水对于装置的校准是必要的。分光光度计在可见物中具有很高的分辨率，并通过光纤21、22有利地连接到读数单元18。
图2更详细地示意性显示了读数单元18的一个有利实施例。从图中可以看出，读数单元有一个用于发光表面27和读数表面28之间液体的通道26。表面27通过光纤21连接到一个合适的光源29，而面对的读数表面28通过光纤22连接到分光光度计的传感器30。通道26的一端通过管道31连接到浸液容器，而通道的另一端通过管道32连接到受控抽吸装置19。于是被检的测量光在从进行光谱分析的分光光度计通过之后通过形成于两个表面27和28之间形成的液体厚度。
读数通道26的量值(gauge)“d”可以通过由驱动器33，例如步进电机使表面27受控移动来精确改变。这样，在每次测量之前，控制装置15可以调节量值“d”，用于在分光光度计上测量包括在预定为正确测量最佳值的最小值和最大值之间的吸收的峰值。由于可改变的光径，就有可能基于信号所表示的吸收状态，特别是基于峰值，通过采用仪器的最佳读数环境在可能感兴趣的全部浓度范围内进行读数。
实际上，通过分光光度计对浓度进行的仪器分析是基于与染料浓度成比例的吸收率的某一范围内适用的众所周知的朗伯-比尔定律。在染料浓度很高的情况下，除了离开线性范围以外，因为低信号和由此产生的可能与仪器背景噪声的混合可以产生仪器读数问题。在现有技术的实验室分析中，有必要进行稀释并在计算中加入所产生的比率。但是将该系统用于在线自动测量中将过于昂贵，因为自动获得精确稀释非常困难。因为不可能以改变浸液比率为代价再次添加样品，也就将浪费浸液，或在小机器中存在不可接受的染料浪费。
在根据本发明的机器中，所有这些可以通过使用一种可变步长读数探测器来避免，该探测器允许使用与吸收率成反比例或者与浸液的透射(染料浓度)成比例的量值的读数计。
通道量值在0至25mm，有利地为0至10mm之间的范围内以大约0.01mm或者更小的步长变化。
但是，当距离“d”降低到可能的最小数量，即当驱动器33被操作为使表面27、28相互接触时，因为探测器有限的机械结构精度，结果，确定量值大小的难度就产生了不同于0并且各仪器之间各不相同的有效最小吸收率值。为了避免这一点，就规定了一种允许计算该间隙并将读数值恢复到名义计算值的专门系统。修正值通过启动步进电机被用于设置最佳读数步长。读数可以总是以最佳方式如此自动进行。
因为对于相等的液体，吸收率和量值之间的关系是线性的，为了补偿剩余间隙，驱动器33由电子控制和计算装置15控制在相同液体上对不同“d”量值，例如，0mm和1mm之间进行测量，它必须在吸收率-量值图表中绘出直线。如果量值0没有对应于表面27、28的实际接触，产生的直线将不会通过零点，而是会在对应剩余量值的某一负值点横截量值轴，剩余量值于是可以由电子装置计算、存储并用于补偿正常测量。
这导致了计算机械量值的间接光学方式，该量值采用其它方式很难计算，因为它可能不够充分，并且因为用安装的探测器计算它很重要。
当测量量值减小时，该参数的正确计算总是逐步地更多地影响测量结果。
由电子装置存储的参数保持与专门的测量装置连接。
现在很清楚，预定的目的已经达到。在运行过程中该机器将进行染色循环，而检测到并可能记录下来的数据将在装置15中进行处理以发现关于浸液中染料浓度的数据。染料浓度与时间、温度、PH值、盐度、泵流速度(浸液循环设备内)或材料再循环速度(在物品移动的设备内)之间的关系提供染色材料上染料增加的动态变化(浸液损耗)数据。另外，可以使用覆盖分光光度计波长测量全程的计算，采用平方最小法，作为基于神经网络(neural networks)或类似网络的计算的替代或者与其结合。相比于，例如，企图通过简单滤色镜分析液体的现有技术的建议，该系统非常精确而可靠。
获取并计算的数据可以用于优化将来的处理或者用于实时改变浸液参数。于是控制装置甚至可以通过上述合适的驱动器34对处理参数采取行动或作用。
采用根据本发明的机器，有可能调节并优化要染色的产品上染料的增加，同时优化处理次数、染色一致性以及排入下水道的染料数量的控制等。也可能通过改变多个处理变量中的一个来优化要染色的材料上染料的增加。也可能获得浸液损耗和具有各自读数的各种配方的染料百分比的精确显示。
在处理过程中，浓度测量的采样可以以很高频率进行，结果确定用于校正的有害瞬间以及染色处理的质量，并且具有快速、准确动作的能力。
对于昂贵的现有技术的染色浸液采样操作、实验室控制以及产生的采集浸液部分的浪费所有这些都是不可能的。此外，浸液浪费以及长期占用实验室的需要使得对于各处理循环的采样和分析的数量实际上可能只是有限的，无论如何，产生的数据可以用于改进随后的处理，而不用作进行中的循环的自调节。
自然地，对于应用本发明创新原理的实施例的上述说明是为了在这里要求的专有权利范围内提供所述原理的非限制性实例。例如，取决于特定的染色处理，该机器可以包括用于实现这种处理的合适的其它元件以及已知设备。
权利要求
1.一种染色机，包括一个放置要染色的产品的容器(11)、一个根据命令添加液体到容器内实现染料浸液的染色液源(12)和一个相对于产品循环染料浸液的单元(13)，其特征在于，它另外包括一个采样和分析装置(14)和一个电子控制和计算装置(15)，前者在染色过程中隔一段时间自动从容器中采集液体样品，并对该液体样品进行光谱分析，后者接收光谱分析数据并基于先前存储的各种染料的光谱信息计算浸液内各种染料的浓度。
2.根据权利要求1所述的机器，其特征在于，采样装置具有连接容器以返回样品到容器内的分析样品排水管道。
3.根据权利要求1所述的机器，其特征在于，采样和分析装置包括一个读数单元，该单元有一个具有受控可变量值的液体通道，并使被检的测量光通过所述量值，在通过之后由分光光度计传送数据到进行光谱分析的所述电子装置，用于计算浓度。
4.根据权利要求3所述的机器，其特征在于，在每次测量之前，读数单元内所述通道的量值由电子装置根据命令调节，在分光光度计出口检测包括在预定最大值和最小值之间的吸收率峰值。
5.根据权利要求3所述的机器，其特征在于，通道量值根据命令调节为具有与液体吸收率成反比例的数值的读数量值。
6.根据权利要求3所述的机器，其特征在于，通道量值在包含于0mm至25mm之间的范围内以大约0.01mm的步长变化。
7.根据权利要求3所述的机器，其特征在于，读数单元内的通道在一端连接到所述容器，而在另一端连接到一个受控抽吸装置，用于从容器抽吸液体到该单元，反之亦然。
8.根据权利要求7所述的机器，其特征在于，抽吸装置为注射器型抽吸器。
9.根据权利要求1所述的机器，其特征在于，它包括浸液物理量检测传感器，其测量值被送到一个使所述测量值与根据光谱分析计算的浓度相关联的电子装置。
10.根据权利要求9所述的机器，其特征在于，被检的物理量包括从浸液的温度、PH值和盐度以及浸液相对于产品的循环速度中选择的一个或多个量。
11.根据权利要求1所述的机器，其特征在于，接收光谱分析数据并由此计算浸液内各种染料浓度的电子装置将计算的浓度与预定性能及时比较并根据比较结果控制染色参数。
12.根据权利要求11所述的机器，其特征在于，染色参数包括从浸液的温度、PH值和盐度以及浸液相对于产品的循环速度中选择的一个或多个量。
13.根据权利要求3所述的机器，其特征在于，光谱分析装置的一个阶段中所述装置由电子控制和计算装置控制，通过所述通道的不同量值对液体进行一系列吸收率测量，而电子装置计算由一系列测量值确定的量值-吸收率直线，并将所述直线与量值轴的交点存储为剩余量值，该剩余量值随后被电子装置用于纠正在接下来的测量中使用的量值。
14.根据权利要求3所述的机器，其特征在于，光谱分析装置的一个阶段中所述装置由电子控制和计算装置控制以将所述通道的量值减小到最小量值并测量留在剩余量值内液体的吸收率，而所述吸收率测量值由电子装置存储并随后被用于纠正接下来的所述剩余量值测量的测量值。
15.根据权利要求3所述的机器，其特征在于，它包括一个回路用于读数单元内洗涤液的受控注入和抽出。
16.根据权利要求13所述的机器，其特征在于，洗涤液为水或带有添加剂的水基。
全文摘要
一种染色机包括一个放置染色品的容器(11)、一个根据命令添加液体到容器内实现染料浸液的染色液源(12)和一个相对于产品循环染料浸液的单元(13)。在染色处理过程中，一个采样和分析装置(14)隔一段时间自动从容器中采集液体样品，并对其进行光谱分析。一个电子控制和计算装置(15)接收光谱分析数据并由此计算浸液内各种染料的浓度。如此获得的浸液状态可以存储下来用于将来使用并且/或者可以用于控制合适的染色处理纠正参数。
文档编号G01N21/05GK1656275SQ03812553
公开日2005年8月17日 申请日期2003年5月20日 优先权日2002年5月31日
发明者G·贝利尼, G·梅内盖洛, M·罗西 申请人:洛里斯贝利尼及扎伊特克斯染色控制有限公司