玻璃纤维成型操作中的固化监视与过程控制设备与方法

玻璃纤维成型操作中的固化监视与过程控制设备与方法
【专利摘要】本发明公开了用于确定和控制纤维制品上粘合剂的固化状态的系统与方法。固化状态是通过测量一个或多个控制变量并且尝试把它们保持在已知的控制限制内来监视的。示例性控制变量包括各个位置处的炉温和纤维制品断面的色彩值。诸如热电偶和图像捕捉系统的传感器持续地在线感测这些变量并且为MPC处理器-优化器提供输入信号。MPC优化器根据编程好的优化功能和控制变量的优先级排名来平衡约束，并且求解对于可操纵变量，诸如炉子风扇速度、炉子设定点温度和冷却剂水流速率的最优控制设置。
【专利说明】玻璃纤维成型操作中的固化监视与过程控制设备与方法
[0001]对相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2011年4月19日提交的共同拥有美国专利申请序列号13/089, 457 ;于2011年5月26日提交的共同拥有美国专利申请序列号13/116,611 ;及于2011年11月3日提交的共同拥有美国专利申请序列号13/288，302的权益，这些申请都在此引入其全部作为参考。
【技术领域】
[0003]本发明总体上涉及用于从像玻璃的纤维矿物制造粘合的绝缘制品的方法与装置，并且尤其是涉及用于确定固化状态——即，粘合剂在规格与过程控制限制内是固化不完全、过度固化还是适当固化——的质量控制方法，并且如果不在控制限制内的话就优化该过程。
【背景技术】
[0004]纤维玻璃绝缘制品通常包括通过固化的热固性聚合物粘合剂材料键合到一起的随机定向玻璃纤维。熔化的玻璃流被吸入随机长度的纤维中并且被吹到成型室或罩中，在那里它们作为一包随机淀积到多孔、移动的传送带或链上。在成型室中通过的同时及由于吸入操作而仍然还热的同时，纤维与水分散体或粘合剂溶液一起被喷射。来自玻璃纤维和燃烧气体的残余热量，连同成型操作中的气流一起，足以汽化并除去大多数被喷射的水，由此浓缩粘合剂分散体并且把粘合剂作为具有高固态成分的粘性液体淀积到纤维上。通风机在传送带下面产生负压力并且吸入空气，及未限定在包中的任何颗粒物质，通过传送带并最终把它释放到大气中。未固化的纤维包被传输到烘干与固化炉，在那里，气体，例如加热空气，被吹过该包，以便烘干包并且固化粘合剂，以在随机、三维结构中把玻璃纤维刚性键合到一起，这种随机、三维结构通常被称为“毯子”。足够的粘合剂被应用并固化，使得纤维包可以被压缩，用于打包、存储与运送，但是在除去压缩之后仍然可以恢复其厚度-一个称为“伸缩性恢复(loft recovery)”的过程。
[0005]尽管制造商为刚性过程控制而努力，但是，由于多种原因，贯穿整个包的粘合剂固化程度可能不总是均匀的。除其它原因之外，未固化的包的湿度的不规律、玻璃的不均匀的跨整机重量分布、固化炉中烘干气体的流或对流的不规律、来自像传送带这样的相邻装备的不均衡热传导及粘合剂的不均匀应用全都有可能造成过度固化或固化不完全的粘合剂区域。因此，期望对最终制品中的这些区域进行测试，以确保质量，并且如果需要的话就调节过程控制，以便将过程维持在控制限制内。
[0006]授予Trethewey的美国专利3，539，316和授予Garst的美国专利4，203, 155都描述了固化炉，其中热电偶安装在固化炉内并且用于向加热器控制元素提供反馈，如果所感测到的温度不在预定的设定点就进行调整。虽然有用，但是这种方法也有缺陷，因为热电偶感测一般化的炉子气温并且不给出关于粘合剂所处的包温度的信息，而且因此不给出关于固化状态的信息。[0007]授予Charbonneau等人的美国专利7，781, 512描述了用于监视无甲醒玻璃纤维制品的固化状态的两种机制。在第一种实施例中，一个或多个光谱传感器，诸如红外线传感器，检测包在离开炉子时的辐射能量。在第二种实施例中，热电偶在进入炉子之前直接放到包中，而且信号通过电线引向外部设备或者引向可运输的存储设备，诸如M.0.L.E?记录器(虽然一般常常使用术语“炉子鼹鼠”)。在离开时，存储设备中收集到的信息被上载，而且在所有情况下，所测量到的温度都与标准值进行比较，以便确定固化。
[0008]这些方法也有缺陷。尽管“鼹鼠”提供了对实际包温度的良好估计，但是它有几个缺点。首先，它只在包的一个位置测量温度，从而只测试制品的一个采样。第二，它必须在进入炉子之前插入并且在离开炉子之后去除，而且这涉及劳动力密集的手动过程。第三，它不提供实时数据；存储设备被除去并进行评估，但这是在包出现之后很长时间才进行的，因此数据不能有效地用作调整任何过程参数的手段。最后，它只有在包在炉子中的时候才提供数据。换句话说，它所提供的数据不是连续的。另一方面，红外线表面测量可以是连续的，但是在离开炉子之后被测量时和在只从仅单个(通常是顶部)表面被取得时作为过程控制是不太有用的。
[0009]本发明寻求克服这些缺点并且提供把过程维持在控制限制内的手段。

【发明内容】

[0010]本发明涉及用于持续地监视纤维制品上粘合剂的固化状态并且把操作参数或变量控制在既定控制限制内以改进产品结果的装置与改进方法。一方面，本发明是控制施加到在生产线中制造的纤维制品的粘合剂的固化状态的装置，该装置包括:
[0011]固化炉，具有至少两个带用于使加热气体循环通过炉区的吹风机的区，用于改变生产线的至少一个操作参数的可操纵控制元素；
[0012]用于生成指示纤维制品的固化状态的第一信号的第一传感器，和用于生成指示纤维制品的固化状态的独特的第二信号的独特的第二传感器；
[0013]处理器，用于从第一和第二传感器接收第一和第二信号，并且响应于指示固化状态的第一和第二信号而生成用于调整生产线的可操纵控制元素中的至少一个的至少一个控制信号。
[0014]另一方面，本发明是用于控制在生产线上制造的纤维制品中的粘合剂的固化状态的方法，其中生产线包括固化炉和用于生产线的操作参数的可操纵控制元素，所述方法包括:
[0015]感测至少一个指示纤维制品的固化状态的第一控制变量，并且生成指示固化状态
的第一信号；
[0016]感测至少一个指示纤维制品的固化状态的独特的第二控制变量，并且生成指示固化状态的独特的第二信号；
[0017]给定用于控制变量和优化函数的预定约束，把第一和第二信号输入到能够求解最优控制条件的MPC处理器-优化器中；及
[0018]从MPC处理器-优化器生成至少一个输出控制信号以响应于最优条件而调整生产线的可操纵控制元素中的至少一个。
[0019]本段中所描述的可选特征可以存在于本发明的装置和方法方面的任何一个或两个当中。可操纵控制元素可以选自炉区风扇速度、炉区设定点温度与冷却剂水流。第一和第二传感器中的任何一个或两个可以独立地是用于感测温度的热电偶，或者是用于捕捉诸如色彩值的图像的图像捕捉系统。可以有多于两个传感器:实际上可以有多个传感器。例如，可以有贯穿炉子的各个区部署的多个热电偶，如本文具体描述的，一些在入内口(entry)、一些在外出口(egress)；一些在进口(inlet)、一些在出口(outlet)；一些在顶部、一些在底部。可以存在多个可以从其取得色彩值的感兴趣区域(R0I)，而且色彩值可以是本文所述的那些值当中的任意一个，诸如色彩B值。对于温度和/或来自图像捕捉系统的色彩值，由类似传感器的任意组合生成的信号可以由处理器或比较器操纵以形成平均值或差异值(differential value),而不考虑传感器的位置。该系统可以进一步包括在进入第一炉区之前位于某一位置的斜面高度传感器，而且这个信息也可以输入到(MPC)处理器，供在优化过程中考虑。
[0020]在至少一种实施例中，所述设备包括多个传感器，每个传感器都生成各自指示纤维制品的固化状态的信号，而且其中:至少一个传感器包括热电偶；至少一个传感器包括图像捕捉系统；而且至少一个传感器包括斜面高度传感器。而且在至少一种方法中，这三个(或者更多个)信号中的每一个都输入到MPC优化器，用于生成用于可操纵变量的控制信号，诸如炉区风扇速度、炉区设定点温度与冷却剂水流。
[0021]本发明的一个主要特征是提供对代表固化状态的反馈变量的“持续”或“在线”测量，并且利用那些实测变量来维持对用于形成粘合的纤维制品的过程的控制。“在线”意味着在不需要把纤维制品的样本从生产线除去的情况下就可以进行测量。在线测量在热电偶与视频图像的情况下是连续的，而且对于捕捉到的图像是基本连续的，这是因为，如果期望的话，每个样条都可以被采样，而不会破坏或损失线速度；虽然每个捕捉到的图像仍然是静止照片或者快照。
[0022]因此，MPC处理器-优化器可以接收对应于固化状态的热信号输入，本发明还提供用于固化状态的持续热监视的装置与方法。一方面，本发明提供了用于监视纤维制品中粘合剂的固化状态的装置，包括:
[0023]固化炉，具有至少两个带用于是加热气体循环通过炉区的吹风机的区，和定义用于携带纤维制品通过炉区的纤维制品路径的传送带；
[0024]至少两个热电偶，用于生成对应于在炉区中循环的气体温度的信号，其中至少一个热电偶是第一炉区中的出口热电偶，而至少另一个热电偶选自至少两个炉区中的任一个炉区中的出口热电偶或进口热电偶；及
[0025]处理器，用于从热电偶接收信号并且基于来自至少两个热电偶的信号生成粘合剂固化状态。
[0026]另一方面，本发明提供了在纤维制品通过炉子时监视纤维制品中粘合剂的固化状态的方法，该方法包括:
[0027]测量固化炉的至少一个第一区内的第一出口温度，所述固化炉具有至少两个区和用于携带纤维制品通过炉区的传送带，其中每个区都具有用于使加热气体循环通过该区的吹风机，纤维制品具有要固化的热固性粘合剂；
[0028]测量固化炉的至少两个区中的任一个中的第二进口或出口温度；
[0029]将第一出口温度与第二进口温度、第二出口温度或标准温度中的至少一个进行比较以生成比较差异温度；及
[0030]基于比较差异温度来确定粘合剂固化状态。
[0031]在这些后面的“热固化监视方面”中，热电偶是提供指示固化状态的信号的传感器。如以上或者本文其它地方所描述的，热电偶可以处在几个位置中的一个或多个:例如，进口、出口、入内口或外出口并且紧靠炉区或子区中的纤维制品路径。通常使用多个热电偶，而且比较器电路可以提供用于计算温度差值、平均值、平均值的差值和类似的算术操纵的步骤。
[0032]另一个特征是选择哪些变量来控制并且给它们排定优先次序以供动态优化器处理器考虑的能力。
[0033]从以下具体描述，其它优点与特征是显而易见的。
【专利附图】

【附图说明】
[0034]结合到本说明书中并且构成其一部分的附图在其几方面说明了本发明，附图连同描述一起用来解释本发明的原理。在附图中，为了清晰，线条、层和区域的厚度可能被夸大。
[0035]图1是用于制造纤维制品的生产线的成型罩部件的部分截断侧面(sectionedside)正视图；
[0036]图2是用于一种实施例的代表固化炉及其几个区域和炉区中热电偶的位置的示意说明；
[0037]图3是用于一种实施例的代表两个炉区、处理器和热电偶位置及术语的示意说明；
[0038]图4A是安装在生产线之上的照相机系统的前视图；图4B是这个系统的侧视图；
[0039]图5是代表根据本发明的一种过程实施例的步骤的框图；及
[0040]图6是利用MPC处理器进行制造过程的动态优化时所涉及的步骤的示意表示；及
[0041]图7A和7B是在例子中更具体描述的数据的图。
[0042]当根据附图阅读时，从以下优选实施例的具体描述，本发明的各方面将对本领域技术人员变得显而易见。
【具体实施方式】
[0043]除非另外定义，否则本文所使用的所有技术与科学术语都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。尽管与本文所述的那些类似或等同的任何方法与材料都可以在本发明的实践或测试中使用，但是在本文描述了优选的方法与材料。本文所引用的任何参考，包括书籍、期刊文章、公开的美国或外国专利申请、发布的美国或外国专利及任何其它参考中的每个都弓I入其全部作为参考，包括在所弓I用的参考中给出的全部数据、表格、图与文字。
[0044]除非另外指示，否则表达本说明书和权利要求中所使用的诸如角度或片速度(webspeed)、成分数量的量值范围、诸如分子重量、反应条件、维度等的属性的所有数字都应当理解为在所有情况下都可以通过术语“大约”来修改。相应地，除非另外指示，否则在本说明书与权利要求中所阐述的数值属性都是近似值，其可以依赖于要在本发明实施例中设法获得的期望属性而变化。虽然阐述本发明广义范围的数值范围和参数是近似值，但是在具体例子中阐述的数值是尽可能精确地报告的。但是，任何数值都固有地包含不可避免地由于在其对应测量中存在的误差所导致的某些误差。所有数值范围都应当理解为包括在该范围的外边界内的所有可能的递增子范围。因而，30至90度的范围公开了例如35至50度、45至85度及40至80度等。
[0045]“粘合剂(binder) ”在本行业中是众所周知的，指热固性有机制剂或化学品，常常是聚合树脂，用于在三维结构中把玻璃纤维彼此粘到一起，该三维结构可以压缩，但是在除去压缩后仍然能恢复其伸缩性(loft)。“粘合剂递送”指递送到玻璃纤维的“粘合剂化学品”，例如“粘合剂固体”，的质量或数量。在本行业中，这一般是通过烧失量或“L0I”来测量的，其中LOI是对将烧掉纤维矿物的有机材料的测量。称纤维包的重量，然后经受极高温度以烧掉有机粘合剂化学品，然后再称重量。重量差除以初始重量(XlOO)就是％L0I。
[0046]作为固体，粘合剂递送的速率适当地是以质量/时间单位，例如克/分钟，来考虑的。但是，粘合剂一般是作为粘合剂化学品的水性分散体递送的，其中粘合剂化学品可能溶于水或者可能不溶于水。因而，“粘合剂分散体”指介质或媒介中粘合剂化学品的混合物，而且作为一个实际问题，粘合剂“分散体”的递送是以体积/时间的流速，例如升/分钟，或者分散体的LPM给出的。这两种递送表示通过每单位体积的粘合剂质量，即，粘合剂分散体的浓度，关联起来。因而，以每分钟Z升的递送速率流动的、具有每升X克粘合剂化学品的粘合剂分散体递送X * Z克/分钟的粘合剂化学品。分散体包括真正的溶液及胶体、乳状液或悬浮液。
[0047]对“酸性粘合剂”或“低pH粘合剂”的引用意味着粘合剂具有离解常数(dissociation constant) (Ka),使得在水性分散体中pH小于7,通常小于大约6,而且更一般地小于大约4。
[0048]纤维制品是由多种随 机定向的纤维制成的制品。纤维通常由粘合剂粘合在合适的位置，如上所述。“矿物纤维”指可以被熔化以便形成熔化矿物的任何矿物材料，熔化后的矿物可以被吸入或稀释到纤维中。玻璃是用于纤维绝缘目的的最常使用的矿物纤维，并且确保本描述将主要参考玻璃纤维，但是其它有用的矿物纤维包括岩石、矿渣和玄武岩。聚合物纤维是任何热塑材料的纤维，例如像聚乙烯、聚丙烯及其对苯二酸盐(terephalate )衍生物的乙烯类聚合物或者聚酯。
[0049]?“制品属性”指绝缘样条所拥有的一组可测试物理属性。这些可以包括至少以下常见属性:
[0050].“恢复性这是样条或毯子在从打包或存储过程中的压缩释放之后恢复到其原始或设计厚度的能力。这可以通过测量已知或预期额定厚度的制品的压缩后高度或者通过其它合适的方式来测试。
[0051]?“刚度”或“垂度这是指样条或毯子维持刚性且保持其线性形状的能力。这是通过在支点上悬挂固定长度的部分并且测量弯曲偏转的角范围，或者垂度，来测量的。越低的值指示越硬和更加期望的制品属性。其它方式也可以使用。
[0052]?“抗张强度”-这是指把纤维制品撕成两半所需的力。这一般在机器方向(MD)和横跨机器方向(“⑶”或“XMD”)都进行测量。
[0053]?“横向重量分布”(LWD或者“横过重量(cross weight) ”)-这是制品贯穿其整个宽度的相对均匀性或同质性。它也可以被看作是制品密度的均匀性，而且可以通过把制品纵向截断成等宽度(和尺寸)的段并且通过核密度仪或者通过其它合适的方式称这些段
的重量来测量。
[0054]?“纵向重量分布”(VWD)-这是制品贯穿其整个厚度的相对均匀性或同质性。它也可以被看作是制品密度的均匀性，而且可以通过把制品水平截断成等厚度(和尺寸)的层并且通过核密度仪或者通过其它合适的方式称这些层的重量来测量。
[0055]当然，其它制品属性也可以在最终制品的评估中使用，但是以上的制品属性是被发现对于绝缘制品的消费者来说是重要的属性。
[0056]通用的纤维化过程
[0057]图1说明了包括前炉10、成型罩部件或部分12、斜面传送带部分14和固化炉16的玻璃纤维绝缘制品生产线。来自熔炉(未示出)的熔化玻璃被引导通过流通路径或通道18，到达在机器方向上串行布置的多个纤维化站或单元20，如图1中由箭头19所示。在每个纤维化站，流通道18中的孔22允许熔化玻璃流24流入旋动装置(spinner) 26中，该旋动装置可以可选地被燃烧炉(未示出)加热。纤维化旋动装置26被电动机30关于轴28高速旋转，使得熔化玻璃被强迫通过旋动装置26周边侧壁中的小孔以形成原纤维。吹风机32以基本上向下的方向指引气流，一般是空气，以撞击到纤维上，然后使它们向下转并且把它们稀释成次纤维，这些次纤维形成被强迫向下的包膜(veil)60。纤维在跨机器方向上通过机械或气动“成网机(Iapper) ”(未示出)分布，最终在多孔的传送带64上形成纤维层62。层62利用来自串行纤维化单元的附加纤维的淀积来增加质量(而且一般是厚度)，由此当其在机器方向19上行进通过成型区域46时变成纤维“包”66。
[0058]一个或多个冷却环34在包膜60上喷射冷却剂液体，诸如水，以便冷却包膜中的纤维。当然，其它冷却剂喷射器配`置是可能的，但是环具有从多个方向与角度把冷却剂液体递送到贯穿整个包膜60的纤维的优点。冷却剂水通过施加器或喷射设备，诸如环34，的流动是可操纵变量的一个例子，如以下更详细说明的。粘合剂分散系统包括粘合剂喷射器36，其把粘合剂喷射到包膜60的纤维上。说明性的冷却剂喷射环与粘合剂喷射环在给予Cooper的美国专利公开2008-0156041A1中公开。因而，每个纤维化单元20都包括旋动装置26、吹风机32、一个或多个冷却液体喷射器34及一个或多个粘合剂喷射器36。图1绘出了三个这种纤维化单元20，但是任何数量都可以使用。对于绝缘制品，可以在用于一行的一个成型罩部件中使用一般从二至大约15个单元。
[0059]成型区域46进一步由侧壁40和端壁48 (每种都示出了一个)来定义以封住成型罩。侧壁40和端壁48中每一个常规上都是由连续的带状物形成的，这些带状物分别关于滚筒44或50、80旋转。术语“成型罩壁”、“罩壁”和“罩的壁”可以在本文中互换使用。不可避免地，粘合剂与纤维在罩壁上的局部块中累积并且，偶然地，这些块可能落到包中并造成难以固化的异常密集区域或“湿点”。
[0060]传送带链64包含多个小的开口(涵盖例如大约50%的面积)，从而在链接支撑不断增长的纤维包的同时允许空气流通过。经输送管72连接到风扇或吹风机(未示出)的吸引箱70是位于传送带链64下面的附加生产部件，以便产生负压力并且除去注入到成型区域中的空气。当传送带链64围绕其滚筒68旋转时，未固化的包66在输出滚筒80下面离开成型区12，其中缺少向下指引的空气流和负压力(可选地由包升力风扇帮助，未示出)允许包恢复到其自然的未压缩高度或厚度S。后续的支撑传送带或“斜面”82把纤维包朝着炉子16并且在另一组多孔压缩传送带84之间引导，用于把包成型到期望的厚度，以供在炉子16中固化。
[0061]一从炉子16离开，固化的包或者“毯子”就向下游传送，供切割与打包步骤使用。对于许多制品，毯子被纵向截断或“分割”成标准宽度维度的多个片或条，例如，14.5英寸(37cm)宽与22.5英寸(57cm)分别被标准化成适合2x4柱头螺栓之间的空间，所述柱头螺栓放在16英寸或24英寸中心上。其它标准宽度也可以使用。毯子的宽度可以是4至8英尺(1.2至2.4m)并且毯子可以产生多个这种标准宽度的片。
[0062]毯子一般还在横穿机器方向的方向上被截断或“切削”，用于打包。横向切削把毯子条分成被称为“样条”的更短的段，其中样条的长度可以从大约4英尺(1.2m)高达大约12英尺(3.6m);或者分成更长的卷起来的段，这些段的长度可以从大约20英尺(6.1m)高达大约175英尺(53m)或者更长。这些样条和卷可以最终捆绑打包。在样条被切削之后，更快运转的收起传送带把样条彼此分离，以在截断的样条末端之间产生空间。如果期望纵向的“条”，则通常在切削成更短的长度之前将其分割。
[0063]炉区和热电偶
[0064]固化炉施加热气体，一般是空气，并且使其循环通过纤维包，以便烘干并固化它。当形成的纤维制品附带有湿气时，湿气必须在其达到固化粘合剂所需的临界温度之前除去(即，制品必须被烘干)。常规上，炉子必须分成至少两个区，一个烘干区和一个固化区，而且这些区中的每一个都可以进一步细分成子区。如在本文所使用的，每个“区”或“子区”都将具有对温度设定点与吹风机或风扇速度的单独且独特的控制。如以下更具体讨论的，力口热气体(空气)的温度与流速率是可操纵的变量。图2和3是具有区和/或子区的炉子的示意性表示。
[0065]图2是代表炉子16的示意图，炉子16 —般可以包括四个不同的(子)区，Zl、Z2、Z3和Z4。这些区被设计成执行多个过程。在区#1和#2中，风扇90、91把温暖的空气流向上吹，通过包66 ;而在区#3和#4中，风扇92、93把温暖的空气流向下吹，通过包66。区#1和#2可以被认为是“烘干”子区，而区#3和#4可以被认为是“固化”子区。对上通风还是下通风的选择是个偏好问题，但常常首先使用向上的，以帮助抵消在成型罩中存在的向下吸力。
[0066]空气被任何合适的装置，诸如与每个区关联的气体燃烧炉(未示出)，加热至从大约400F (204C)到大约600F (315C)范围内的温度。在有些实施例中，烘干(子)区(例如，区#1和#2)通常被加热至大约400F (204C)到大约450F (232C)的温度设定点，而固化(子)区(例如，区#3和#4)通常被加热至大约430F (221C)到大约550F (288C)的温度设定点。
[0067]炉子的控制元素包括用于独立地增加或减小每个炉区的温度和/或风扇速度的控制元素(未示出)。为了监视炉子的温度，可以安装热电偶，以比较实际的炉温与设定点。
[0068]但是，本发明超出了这一点，本发明提供用于持续地监视炉子中各个位置的温度，并且操纵这些测量以获得关于包温度与固化状态的有用信息的设备与方法。虽然这些当中有一些是包温度的近似，但是已经发现存在与经验数据的良好相关性。而且，这些测量是实时地持续递送的，因此它们可以用于过程控制。这后一点是一个关键性优点。
[0069]为了固化纤维包中的热固性粘合剂，包必须达到某个临界温度，以启动并完成化学交联或热固固化反应。虽然具体的临界温度会依赖粘合剂的本质、制品的厚度及其它因素而变，但是通常在从大约200° F (93C)到大约400° F (204C)的范围内。能量以热气体的形式，一般是热空气，进入包中。但是只要湿气在包中存在，大量的输入能量就会被蒸发水和烘干包用光，而不是朝着临界温度升高其温度。包温度在这个烘干阶段中改变很小。一旦包大部分干了一称为“烘干时刻”或“烘干距离”的一个点一另外的能量输入就开始朝着临界温度升高包温度并且在这个固化阶段中化学粘合剂开始交联或“固化”。 申请人:已经发现，通过在炉区中各个位置放置多个热电偶传感器，他们可以获得指示温度信息的有用信号，从这些信号可以估计烘干阶段与固化阶段的定时与状态。
[0070]炉子中热电偶传感器的位置是很重要的而且为了描述其位置开发出一些具体的术语。最初，可以识别其中放置热电偶的区。有至少两个区，例如一个烘干区和一个固化区，分别命名为(D)和(C)。如果它们被分成子区，则它们可以用数字来命名，例如D1、D2、D3…Dn或者C1、C2、C3…Cn。作为替代，当烘干区与固化区之间的区别不可识别时，多个区域或子区可以命名为Z1、Z2、Z3…Zn。因 此，图2中的四个子区标记为Zl、Z2、Z3和Z4。但是，在描述与权利要求中，对“第一”、“第二”、“一个”和“另一个”炉区或子区的引用只是用来区分一个区与任何其它区，而不是指任何特定的顺序位置，并且明确地不限于具体的区#1和#2。像“之前的”、“前面的”、“相邻的”、“后面的”或“后续的”的描述符指区域的相对次序，但不指任何具体的单元或位置。当引用一个具体的炉区时，使用Dn/Cn (或Zn)来命名。
[0071]在每个炉区中，传送带84—常常是在顶部与底部部分中一定义一条路径，沿该路径承载纤维包。传送带84同样是多孔的网而且可以具有大约50%的多孔性的并且具有大约0.2至大约6英寸(0.5至15.2cm)的厚度。传送带84及它所定义的纤维包路径在“入内口”进入每个炉区并且在“外出口”离开每个炉区。热电偶可以放到每个区中入内口附近、外出口附近或者在沿着入内口与外出口之间的路径的任何居间或中间位置。这些位置被赋予缩写标注，“N”代表入内口，“G”代表外出口，而“M”代表中间位置。在有些实施例中，热电偶在机器方向是相对线性的而且近似地沿着区的跨机器中心线，虽然它们也可以被非线性地放置或者放置成阵列，其在热电偶之间跨机器间隔开。还应当理解，在有些区中，传送带链本身会从之前的区携带显著的热量，而且这会加重入内口附近包温度的分析。
[0072]此外，热电偶可以放到传送带路径之上或者顶上(T)、该路径下面(B)或者在该路径上面和下面都有(T/B)。虽然“上”和“下”在重力背景下是有意义的，但是更加相对考虑的是在任何给定区中气流的方向，因此把热电偶的位置想成位于包路径的上游或下游更有用，分别感测进口(命名为“I”)或出口(命名为“O”)温度。例如，在上流区中，包下方的热电偶感测包的空气“上游”(即，空气通过包之前)的“进口”温度；而包上方的热电偶感测包的空气“下游”(即，空气通过包之后)的“出口”温度。在下流区中，反过来是成立的，包上方的热电偶感测进口温度而包下方的热电偶感测出口温度。在空气能量成分的背景下，上游或进口(I)热电偶总是感测更高能量的进口空气温度，而下游或出口(O)热电偶感测在包从热空气吸收能量之后的较低温度。
[0073]因而，每个热电偶的位置可以由指示其在炉子中的位置的一连串指示符字母(或数字)来规定。对于线性阵列，三个指示符就足够了，虽然第四个对于非线性阵列可能是有用的。由于为了准确性和安全性可以在任何位置使用冗余的热电偶，因此可以添加下标数字。下表A指示一些可能的位置指示符，虽然所有潜在的置换都是可能的。[0074]表A:说明性位置指示符
[0075]
【权利要求】
1.一种用于监视纤维制品中粘合剂的固化状态的设备，包括: 固化炉，具有至少两个带用于使加热气体循环通过炉区的吹风机的区，和定义用于携带纤维制品通过炉区的纤维制品路径的传送带； 至少两个热电偶，用于生成对应于在炉区中循环的气体温度的信号，其中至少一个热电偶是第一炉区中的出口热电偶，而至少另一个热电偶选自至少两个炉区中的任一个炉区中的出口热电偶或进口热电偶；及 处理器，用于从热电偶接收信号并且基于来自至少两个热电偶的信号生成粘合剂固化状态。
2.如权利要求1所述的设备，其中至少一个炉区具有独立地放置于选自进口、出口、入内口与外出口的位置的至少两个热电偶。
3.如权利要求2所述的设备，其中处理器包括用于把来自至少两个热电偶的信号相减或者求平均的电路。
4.如权利要求1所述的设备，其中热电偶中的每一个都位于紧靠纤维制品路径的位置。
5.如权利要求4所述的设备，其中热电偶中的每一个都位于离纤维制品路径大约12英寸的范围内。
6.如权利要求1所述的设备，其中至少一个炉区被分成至少第一子区和相邻的后续子区，每个子区都包括出口热电偶，而且其中处理器包括用于比较来自第一子炉区的出口热电偶的信号和来自后续子炉区的出口热电偶的信号以确定温度差异的比较器电路。
7.如权利要求1所述的设备，进一步包括至少一个附加的传感器，所述传感器包括用于生成代表纤维包的色彩值的信号的图像捕捉系统。
8.一种用于在纤维制品通过炉子时监视纤维制品中粘合剂的固化状态的方法，所述方法包括: 测量固化炉的至少一个第一区内的第一出口温度，所述固化炉具有至少两个区和用于携带纤维制品通过炉区的传送带，其中每个区都具有用于使加热气体循环通过该区的吹风机，纤维制品具有要固化的热固性粘合剂； 测量固化炉的至少两个区中的任一个中的第二进口或出口温度； 将第一出口温度与第二进口温度、第二出口温度或标准温度中的至少一个进行比较以生成比较差异温度 '及 基于比较差异温度来确定粘合剂固化状态。
9.如权利要求8所述的方法，其中至少一个炉区具有独立地放置于选自进口、出口、入内口与外出口的位置的至少两个热电偶。
10.如权利要求9所述的方法，其中至少两个热电偶都是出口热电偶或者都是进口热电偶，而且其中比较步骤进一步包括:把来自至少两个热电偶的信号相减或者求平均。
11.如权利要求8所述的方法，其中热电偶中的每一个都位于紧靠纤维制品路径的位置。
12.如权利要求11所述的方法，其中热电偶中的每一个都位于离纤维制品路径大约12英寸的范围内。
13.如权利要求8所述的方法，其中至少一个炉区被分成至少第一子区和相邻的后续子区，每个子区都包括出口热电偶，而且其中比较步骤进一步包括:比较来自第一子炉区的出口热电偶的信号和来自后续子炉区的出口热电偶的信号以确定温度差异或温度平均值。
14.如权利要求8所述的方法，进一步包括: 捕捉纤维制品的一部分的彩色图像并且从彩色图像的至少一个感兴趣区域生成至少一个色彩变量。
15.如权利要求14所述的方法，进一步包括: 利用所确定的固化状态信息来调整对炉子的控制。
16.如权利要求8所述的方法，进一步包括: 利用所确定的固化状态信息来调整对炉子的控制。
17.一种用于控制施加到在生产线中制造的纤维制品的粘合剂的固化状态的设备，所述设备包括: 固化炉，具有至少两个带用于使加热气体循环通过炉区的吹风机的区，和用于改变生产线的至少一个操作参数的可操纵控制元素； 用于生成指示纤维制品的固化状态的第一信号的第一传感器，和用于生成指示纤维制品的固化状态的独特的第二信号的独特的第二传感器； 处理器，用于从第一和第二传感器接收第一和第二信号，并且响应于指示固化状态的第一和第二信号而生成用于调整生产线的可操纵控制元素中的至少一个的至少一个控制信号。
18.如权利要求17所述的设备，其中可操纵控制元素选自炉区风扇速度、炉区设定点温度和冷却剂水流。
19.如权利要求17所述的设备，其中第一和第二传感器独立地选自热电偶和图像捕捉系统。
20.如权利要求19所述的设备，进一步包括多个传感器，每个传感器都生成各自的指示纤维制品的固化状态的信号。
21.如权利要求17所述的设备，进一步包括比较器，用于把第一和第二信号相减或求平均以形成温度差值或温度平均值。
22.如权利要求17所述的设备，其中至少一个传感器包括生成代表纤维包的色彩值的信号的图像捕捉系统。
23.如权利要求22所述的设备，其中至少一个传感器是生成代表来自纤维包的多个ROI的色彩值的多个信号的图像捕捉系统，而且进一步包括用于从一个色彩值中减去另一个色彩值以形成色彩差异信号的处理器。
24.如权利要求17所述的设备，进一步包括多个传感器，每个传感器都生成各自的指示纤维制品的固化状态的信号，而且其中: 至少一个传感器包括热电偶； 至少一个传感器包括图像捕捉系统；及 至少一个传感器包括斜面高度传感器。
25.一种用于控制在生产线上制造的纤维制品中粘合剂的固化状态的方法，所述生产线包括固化炉和对于生产线的操作参数的可操纵控制元素，所述方法包括: 感测至少一个指示纤维制品的固化状态的第一控制变量，并且生成指示固化状态的第一信号; 感测至少一个指示纤维制品的固化状态的独特的第二控制变量，并且生成指示固化状态的独特的第二信号； 给定用于控制变量和优化函数的预定约束，把第一和第二信号输入到能够求解最优控制条件的MPC处理器-优化器中；及 从MPC处理器-优化器生成至少一个输出控制信号以响应于最优条件而调整生产线的可操纵控制元素中的至少一个。
26.如权利要求25所述的方法，其中可操纵控制元素选自炉区风扇速度、炉区设定点温度和冷却剂水流。
27.如权利要求25所述的方法，其中第一和第二感测步骤是利用独立地选自用于感测温度的热电偶和用于感测图像的图像捕捉系统的传感器进行的。
28.如权利要求27所述的方法，其中至少两个感测步骤是利用被放置来感测出口温度的热电偶进行的，而且进一步包括:把两个信号相减以形成温度差值。
29.如权利要求28所述的方法，其中相减以形成温度差值进一步包括以下中的至少一个: 从相同炉区中的进口温度减去出口温度； 从不同炉区中的进口温度减去出口温度； 从相同炉区中的入内口温度减去外出口温度；及 从不同炉区中的入内口温度减去外出口温度。
30.如权利要求27所述的方法，其中至少两个感测步骤是利用热电偶进行的，而且进一步包括把第一和第二信号求平均以形成平均温度。
31.如权利要求27所述的方法，其中第一和第二感测步骤中的至少一个是利用用于生成代表纤维包的色彩值的信号的图像捕捉系统进行的。
32.如权利要求31所述的方法，其中色彩值选自L、L*、A、a *、B和b
33.如权利要求31所述的方法， 其中感测步骤进一步包括:生成代表来自纤维包的多个ROI的色彩值的多个信号，并且从一个色彩值中减去另一个色彩值以形成色彩差异值。
【文档编号】G01N33/00GK103562717SQ201280025633
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2012年4月19日 优先权日:2011年4月19日
【发明者】李伟, M·D·皮埃特罗, D·罗德恩鲍格 申请人:欧文斯科宁知识产权资产有限公司