玻璃纤维成型操作中的固化监视与过程控制设备与方法技术

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】玻璃纤维成型操作中的固化监视与过程控制设备与方法对相关申请的交叉引用本申请要求于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。
本专利技术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。
技术介绍
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（loftrecovery）”的过程。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。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。授予Charbonneau等人的美国专利7,781,512描述了用于监视无甲醛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。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。本专利技术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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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：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；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。另一方面，本专利技术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：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。本段中所描述的可选特征可以存在于本专利技术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（ROI），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(differentialvalue)，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。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。本专利技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.04.19 US 13/089,457;2011.05.26 US 13/116,6111.一种用于监视纤维制品中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被置于第一炉区中的纤维制品之上，并且至少另一个热电偶被置于至少两个炉区中的任一个炉区中的纤维制品之下；及处理器，用于从热电偶接收信号。2.如权利要求1所述的设备，其中至少一个炉区具有至少两个热电偶。3.如权利要求2所述的设备，其中至少一个炉区的至少两个热电偶都是出口热电偶或进口热电偶，并且其中处理器包括用于把来自至少两个热电偶的信号求平均的电路。4.如权利要求2所述的设备，其中至少一个炉区的至少两个热电偶包括至少一个出口热电偶和一个进口热电偶，并且其中处理器包括用于把来自至少两个热电偶的信号求平均的电路。5.如权利要求2所述的设备，其中至少一个炉区的至少两个热电偶中的至少一个热电偶位于区入内口附近并且至少一个炉区中的至少两个热电偶中的至少另一热电偶位于区外出口附近，并且其中处理器包括用于比较来自至少两个热电偶的信号以确定温度差异的电路。6.如权利要求2所述的设备，其中至少一个炉区的至少两个热电偶包括至少一个出口热电偶和一个进口热电偶，并且其中处理器包括用于比较来自出口热电偶的信号和来自进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，其中热电偶中的每一个都位于紧靠纤维制品路径的位置。8.如权利要求7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12英寸的范围内。9.如权利要求7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6英寸的范围内。10.如权利要求1所述的设备，其中一个区是烘干区，而另一个区是固化区，并且烘干区和固化区中的至少一个被进一步分成至少两个子区。11.如权利要求10所述的设备，其中第一子炉区具有至少一个出口热电偶，并且相邻的后续子炉区具有至少一个出口热电偶。12.如权利要求11所述的设备，其中第一子炉区中的出口热电偶被置于炉区的入内口附近，并且后续子炉区中的出口热电偶被置于子区的外出口附近。13.如权利要求12所述的设备，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。14.如权利要求1所述的设备，其中至少两个热...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，M·D·皮埃特罗，D·罗德恩鲍格，
申请(专利权)人：欧文斯科宁知识产权资产有限公司，
类型：
国别省市：