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專利名稱：運用可控的調節氣體流直接控制纖維測試方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明總體上涉及對諸如紡紗用棉花等織物纖維的測試與生產工藝。本發明特別涉及在纖維測試時進行測試區域環境控制，并在纖維生產工藝中通過控制參數的控制直接控制機器性能參數。它們全都是在不同的關鍵位置使用調節氣體來實現的。在纖維測試儀器方面，本發明提供了對于諸如雜質含量、棉結量和短纖維含量等各種測試參數的改進了的“標準”環境。在纖維生產工藝方面，本發明可導致諸如雜質含量、棉結量和短纖維含量等多種機器性能參數的最佳控制。
為了使紗線工藝性能和最終產品質量達到最佳，通常各種測試是對織物本身、包括纖維、和諸如棉結與雜質等所不期望有的實體進行的。Zwellweger Uster，Inc，Knoxville，田納西州;Uster，瑞士和其它生產廠家生產出廣闊應用范圍的實驗用與在線工藝控制用的纖維和紗線測試設備，正在日益增多地被世界上的織物生產者所使用。
在當今的高度競爭與質量意識市場中，在實驗室測試及工藝監測中使用這些儀器已遠超出給予用戶的競爭性優點。它們已被美國政府指定用于棉花借貸合格分級領域。并已成為保全企業的需要。采購原材料與最終產品的各批量之被接受或拒絕取決于用這些儀器測定出的纖維與紗線的性質。例如，幾乎100%的美國棉包都不用傳統的人工棉花分級而是用HVI(高容量設備)系統(由Zellweger Uster，Inc.Knoxville，田納西州生產)依照纖維長度、纖維強度/伸長、顏色、馬克隆尼細度及雜質含量進行分級。測量的結果決定了棉包的價值，而且它也是作為紡紗廠的第一道工藝控制措施。
對纖維性質日益提高的各種要求，諸如增加纖維的清潔度、減少棉結和短纖維含量已對測量這些性質的儀器提出更高的要求，希望提高其測量精度與準確性。例如，也由Zellweger Uster，Inc，Knoxville田納西州制造的AFIS(先進的纖維信息系統)并在法國，Bremen棉花會議中的論文“先進的纖維信息系統在纖維全態長度分布中的應用”及“雜質粒子數目與尺寸的光電測定”中描述的以及下面所提到的各共同未決的專利申請中，能測量出纖維雜質含量，纖維長度分布(包括短纖維量)和纖維棉結水平。由Zellweger Uster，Inc.Knoxville，田納西州制造的MANTIS能測量出單一纖維斷裂強度、伸長量和直徑。MANTIS公開在美國專利5，138，879中。
儀器和工藝機器制造者們早已知道環繞著測試區或工藝區的微環境狀態能對纖維測量和工藝性能參數產生極大的影響。例如，棉花纖維主要是纖維素并有極高的吸濕性。增加含濕量會提高強度，引起纖維膨脹，惡化清潔度和類糖的粘性，并減少靜電效應。這些和其它的與測試或工藝微環境相關的纖維性質變化已然公知并由纖維織物工藝人員用控制宏觀環境的辦法控制在有限的程度。例如在軋棉時用干燥機把纖維中的含濕量減少至約5%或更低。這樣可以更有效地使之清潔、但產生了其它效果，削弱纖維并加劇靜電問題。另一方面，在纖維及與其相關的紗線強度至關重要的織造車間，相對濕度可以高達85%，相應于紗線中含濕量約9%。
然而，在測試實驗室或制造設備中進行精確的宏觀環境控制是困難而昂貴的，而且在大多數情況下遠不如所期望的那樣有效。大的控制空間緩沖只產生小的擾動，例如對濕度、溫度和離子濃度，而且對控制動作響應慢。通常發現花費極昂(對于大的生產區域要幾百萬美元)的宏觀環境控制系統，它實際控制相對溫度和溫度到±2%與±1°F而測試或生產區卻要波動到±10%與±5°F。
如Shofner專利4，512，060、4，631，781和4，686，744中所討論的，日益增長的要求是在纖維性質方面，是在織物生產機器生產率提高和織物生產機器對纖維性質變化的容許公差降低時。當前的生產與收割方法本身就會把較多的外部物質引入到棉花纖維中，這樣，例如使外部物質量達到給定的百分比的軋棉與清理工作量就增加了。清潔工作增加總是有纖維損失和損傷的消耗。清潔目標與纖維不受操作之間的矛盾增加了生產者、軋棉者、批發商和紡紗者所面臨的困難。提供清潔而且不受損傷的纖維是一個世界范圍的大問題，改進工藝方法與設備是當務之急，特別是在測試區和工藝區環境控制領域中。
正如在上述Shofner專利4，512，060、4，631，781和4，686，744中所通常認識到的，使用調節空氣或其它氣體，比如輸送氣體在生產工藝和測試機器中以改進機器的工作是有益的。例如像這些專利中所公開的那樣，能產生對于特定操作，比如清潔操作的關于濕度和帶靜電方面的纖維最佳狀態。從這些專利中還進一步認識到各種參數例如纖維的溫度和靜電荷在各種不同的工藝階段可以不同。雖然溫度、濕度和靜電荷大概是被輸送氣體調節的最顯然的參數，但也可能是其它參數。例如，上述提到的各專利也公開了對輸送氣體如濕度、溫度、壓力、氣體組成、自由電荷濃度、靜電荷、放射性粒子濃度、速度和壓力波動的調節。
特別是在編織工藝機器中控制溫度和濕度的其它例子已公開在Thannheiser專利NO.4，527，306和Leifeld等人的專利No.5，121，522中。在這些專利中公開了各種系統，其中編織工藝機器中的輸送氣流是相對于溫度和濕度調節的，并使用了反饋控制系統。專利5，121，522中還特別公開了一種測量纖維毛圈的“濕度”和溫度的系統，直接使用在控制空氣調節系統中。如在這些專利中所指出的，控制的原因之一是如果，例如輸送空氣太干燥，靜電荷將引起在設備中產生所不期望的聚集。另外，如果輸送空氣太濕，就會產生紗球。
這樣，在纖維生產工藝中的濕度控制已然公開了。進而，還知道在調節氣流的影響下，單個纖維幾乎立即就達到了平衡點(例如，相對于含濕量)，盡管毛圈或纖維團塊需要較長的時間才達到平衡。
然而，有許多迄今尚未實際提出的互相抵觸的想法，例如大家知道，纖維最好在其含濕量較低時例如低于5%時予以清潔。也知道棉花纖維強度在較高的含濕量，例如高于5%時最大。棉花纖維的強度影響在工藝操作時所不希望有的纖維斷裂程度。
相應地，本發明的廣義目的是通過使用適宜的可控的調節氣體流來改進纖維測試儀器和工藝機器的總體性能。
簡單地說，按照本發明的第一總體方面考慮認為把可控的調節氣體流直接引入直接測試區包括測試儀器本身可以有效地實現由美國材料測試協會(ASTM)所提出的75°F和65%相對濕度的標準測試區環境的最佳狀態。
今以舉例方式，但不受其限制，加以說明，用可控的調節氣體流控制的測試區環境諸參數包括濕度、溫度、速度、壓力、速度波動、壓力波動、氣體組成、自由電荷濃度、靜電荷和放射性粒子濃度。為測量這些測試區的每一參數，安裝有各種傳感器，并作為反饋控制系統之用。
進而，從本發明中可見可以把可控的調節氣體流引入到例如HVI(高容量設備)測試線中的多個測試區中以實現最佳的測試區環境控制。
按照本發明的一個特別方面，在測試儀器例如強度測試儀中直接控制測試區環境的方法包括至少測量一個測試區環境參數、諸如上述的測試區環境參數，再在測試期間仔細調整以維持該環境參數在預定值上來控制測試區環境參數為一預定的水平或數值。
相似地，本發明還提供一種在儀器中控制測試區環境的方法，它有許多測試區，其中之一可以是棉結測試區，其中對每一測試區至少測量一個測試區環境參數，而且每個測試區的環境參數用特定測試區的適宜地點上的仔細調節以保持該環境參數到一預定值的氣體流來控制。
本發明還提供一種為下一步工藝作準備的纖維性質測試后控制方法。該方法包括測試至少一種纖維性質，如含濕量的步驟，然后再在測試之后仔細運用可調節的氣體流以使該纖維性質維持在預定值上來控制纖維性質在一個預先確定的水平上。
本發明的相應設備包括一個纖維測試儀，例如AFIS，一個引導調節空氣至該儀器表面上的護罩，和一個引導調節空氣到儀器的內部表面中的裝置。在測試區中至少為測量一個環境參數設置一個傳感器，還有為向測試區供應氣體流的可調節供氣系統。在傳感器和可調節供氣系統之間連接有反饋控制系統，通過控制所供氣體流的環境參數保持測試區環境參數在一預定值上。
根據本發明的其他設備包括含有多個測試級并與測試區相連的各種纖維測試儀器。為了測量至少一種測試區環境參數，每個測試區有一傳感器，并有相應的調節供氣系統，以便在每一區域的適宜地點上運用調節氣體流來影響測試區環境參數。反饋控制系統連接在傳感器及調節供氣系統上，借助于對所供氣體流的諸環境參數的控制把每一測試區的測試區環境參數保持在一預定值上。
本發明的其它設備是一可移動的調節單元，它能供應不同的調節空氣流至測試區或纖維生產區的多個地點。該單元包括，但不限于空氣過濾器、鼓風機和向多個受控的調節組件分別供給冷的、干燥的經過濾的空氣的致冷螺管。在各調節組件中，當空氣流送入柔性導管并被分送到各適宜的測試區時，使空氣流得到或不讓其得到熱量、濕度和帶電離子。根據測試區中的各傳感器的反饋，控制單元上的計算機調節各調節組件中的溫度、含濕量、離子含量和流量以便把適當的調節空氣送至各測試區中。
按照本發明的第二個主要方面可見，可以借助于使用調節氣體流實現的所謂的“控制參數”實現機器性能參數的直接控制，不只是生產工藝區的環境。此外，多個彼此間可能是矛盾的“性能參數”可以用預定折衷控制方略進行控制，它是由提供近代統計控制學的反饋或前饋控制系統實現的。
舉例來說，但并不局限于此，機器性能參數包括雜質含量、棉結量、短纖維量、雜質去除效率、棉結去除效率、短纖維去除效率和機器生產效率。安裝適宜的傳感器以測量這些性能參數，用于反饋控制系統中。如已經指出的那樣，這些性能參數可能是互相矛盾的。例如，為改進(降低)雜質含量而降低含濕量能導致短纖維含量惡化(增加)，因為在機器中有纖維斷裂。在許多給定的情況中存在的解決相互矛盾機器性能參數間的特定折衷方案，可以導致最終產品的最高售價。
舉例來說，但不受其局限，用調節氣體流所實現控制的參數包括濕度、溫度、速度、壓力、速度波動、壓力波動、氣體組成、自由電荷濃度、靜電荷和放射性粒子濃度。
此外，從本發明中可以看到，在編織工藝設備的不同階段中相關的性能參數和相繼的控制參數是不同的，在本發明中這些參數是分別控制的。
按照本發明的更加特定的情況，一種在機器中加工纖維的方法，例如在梳理機中，包括測量至少一種諸如上面所列的機器性能參數之一并在其后的加工過程中斟酌運用被至少一種上面所列出的控制參數調節的氣體流來控制機器性能參數。最好根據機器性能參數的多個機器包括但不局限于雜質含量、棉結量、短纖維含量、雜質去除效率、棉結去除效率、短纖維去除效率和機器生產效率。為測量每一個性能參數，設置適宜的傳感器以便在反饋控制系統中使用。正如已經指出的，這些機器性能參數可能是彼此抵觸的。例如，為獲得改進(降低)的雜質含量而降低含濕量會導致短纖維含量惡化(增加)，這是由于在機器中纖維斷裂的結果。在許多給定情況中存在的一種對互相矛盾的機器性能參數的特定折衷方案將導致最終的產品有最高售價。
例如，但不局限于此，受調節氣體流作用的控制參數包括濕度、溫度、速度、壓力、速度波動、壓力波動、氣體組成、自由電荷濃度、靜電荷和放射性粒子濃度。
此外，從本發明中可以看出在編織工藝設備中不同階段中的相關性能參數和相繼的控制參數是不同的，而且在本發明中它們是分別控制的。
根據本發明更加特定的方面，在例如梳理機的機器中處理纖維的方法，它包括測量至少一個機器性能參數的各步驟，例如來自以上列出的機器性能參數，然后在處理過程中，通過借助至少一個控制參數精密地施加調節氣體流來控制機器性能參數，例如控制以上列出的參數。最好地，多個機器性能參數是根據預定的折衷控制方略來控制的。
按照本發明的另外的設備包括具有多個工藝階段的纖維加工機器和把纖維材料供給到該纖維加工機器的輸送系統。為了測量至少一個機器性能參數在每一工藝階段設置一個傳感器，并有相應的調節供給系統。在每一工藝階段的某個地點使用氣體流，它用影響某一特定階段性能參數的至少一個控制參數進行調節。反饋控制系統連接著各傳感器和各調節供給系統以便用控制特定階段的控制參數的辦法來控制每一工藝階段的機器性能參數。按照預定的折衷控制方略，最好對于每一工藝階段控制多個機器性能參數。
通過下面，結合附圖將會更加明了與理解本發明的結構和內容。


圖1描畫出通常纖維測試儀器用的測試區環境控制裝置;
圖2畫出了圖1中的裝置用于HVI900A儀器的裝置;
圖3是微環境控制;
圖4是測試區環境控制用的控制和調節單元;
圖5是本發明控制系統的方框圖，其所連接的多級纖維加工機器以高度簡略形態示出;
圖6是梳理階段;
圖7是圖6中梳理階段喂入端放大圖;
圖8是圖6中梳理機道夫端的放大圖;
圖9是描述互相抵觸的機器性能參數的曲線圖;
圖10是氣體調節系統略圖。
圖1中示出了供通常纖維測試儀301用的測試區環境控制裝置300。可控的調節氣體，在此為空氣，從分別控制326和調節310單元通過軟管312供至護罩314并通過接口316供至儀器內部。纖維測試儀301可以是先進的纖維信息系統(AFIS)、高容量設備(HVI)、微塵和雜質監測儀(MTM)或MANTIS，這些儀器均由Zwellweger Uster，Inc，Knoxville，田納西州制造，或者使用類似的設備。下面對用HVI和AFIS的測試區環境控制的使用予以描述。
可控的調節氣體流通過穿孔分配板302供至測試區306。一般地測試區306是在儀器301的上表面307之上，但是對于許多種測試傳感器是在表面307之下或在儀器之內，在這種情況下可控的調節氣體流通過接口316供給。有代表性的調節氣體流參數的一部分列在下面流量300英尺3/分，相對濕度65%，干泡溫度70°F，塵埃濃度小于25毫克/英尺3，表面速度308在分配板處小于100英尺/分，中性離子含量，噪音或壓力波動小于60dBA。
由工業界所建立的，美國材料測試協會(ASTM)，費城，賓夕法尼亞的標準測試條件是65%RH和70°F。另外值得稱道的是護罩314能在上表面307之上的測試區部分得到更好的控制，優于整個測試實驗室的平常的宏觀環境控制。另外，向實際進行纖維測試的儀器301的內部微環境區供應可控的調節氣體還能得到最佳的控制。于是，供給可控的調節氣體流的護罩314是處于測試室宏觀環境控制和測試區的微環境控制兩種設計概念之間的。
參照圖1，監測裝置M318和M320代表每種被控的氣體條件的傳感器。信號線322和324連傳感器M318和M320至控制單元326。在圖1中只示出兩個監測傳感器M318和M320，但應該理解也可以使用多個監測傳感器。控制單元320包含適當的電子設備的一個計算機，它們控制著由調節單元310通過管路312所供給氣體的條件。沒有示出從儀器301把氣體返回至調節單元310的管路。用信號和控制線327把控制單元326連接至調節單元310上。為清晰起見，在圖1中把控制單元326和調節單元310表示為兩個分離的實體，當然也可以把它們結合成一體而在一個殼體中。在某些情況下，希望把兩者放入儀器301中。
圖2是圖1中的通常裝置的形象圖，但是使用了HVI900A儀器303。圖中示出有7條供應管312自調節單元310引出，多條監測信號線325以及信號和控制線329自控制單元326引出。透明的塑料側罩304示于圖1和2中，它可由，例如Lexan制造。圖2中還示出了兩條把調節單元310連接到樣品調節室330上的供給管路312以及兩條信號和控制線325。樣品調節室330用于在儀器300的更精確地控制測試區環境之前預備樣。
雖然圖1和2中描述了一種在包括宏觀控制的測試區環境控制方面的改進，而圖3則描述了一個本發明微環境控制的實施例，特別是用在AFIS(AFIS是一種圖1中所示的通常儀器301中的一種)的纖維分梳器340的測試區或內部工作部分的微環境控制。使用帶有現在公開的內部微環境控制的護罩300是可能的。圖3中的AFIS上表面307是圖1中通常表示的同一表面307。
在此簡述AFIS的工作是為了更充分地公開我們的方法與設備。更詳盡的描述可見之于Shofner的專利4，512，060、4，631，781、4，686，744中和共同未決的Shofner等人于1990年3月14日申請的NO.07/493，961題為“纖維或其它樣品工業實體的高速、多變量光電測量方法與設備”(AFIS傳感器)，以及1991年9月19日申請的NO.07/762，613題為“拓撲制圖機”等專利中。
在圖3中的AFIS中，纖維樣品342是在穿孔喂入皮帶344和穿孔喂入板346之間喂入的。傳感裝置M響應含濕量和溫度，并與傳感裝置M2配合使發生調節氣體，供至被控制點E1，故從M2得到預置或所需值。換言之，條件E1可以選為例如65%和70°F的ASTM測試標準。
應該理解到在兩種控制方略之間存在著微妙而重要的差別。當目標是取得可再現的測試結果時，整個儀器而特別是內部測試區的微環境在變成測試記錄的一部分的標準條件下工作是優異的。當目標是取得較多的工藝性能時，如下面所解釋的，最好是直接控制纖維的性質或工藝參數。為適應纖維測試的各種目標，承認整個測試區環境將被控制在標準條件下，并作為部分測試記錄，我們現在將只對AFIS作解釋。
測試區環境控制點E1、E2、E3、E4和E5全部供應不管是所需的什么空氣條件，但無須是同種空氣，以便控制到標準條件。下面描述的調節單元310和上述的控制單元320能做到這點。由于纖維分離機340是在負壓下工作的，故使在E1-E5的每點上所示的氣流被拉入機器中，供給調節空氣是肯定無疑的。當完成對AFIS微環境控制系統的描述后，將會理解到控制測試環境的目標能在用傳感器M3作后續測試而可記錄的標準條件下對纖維進行操作。
施加在管路350上的吸力使分離的實體348沉積在動網板352上。除了在管路350和其它吸力通氣室354、356和358等區域之外，網板352被內滑板360所封閉。調節氣體流借助吸力通氣室354、356、358通過網板352自氣源E6、E7和E8被吸入。經過分離機340和傳感器M3的被分離的實體在監測站M5被進一步檢驗，以此使測試區環境用E6和E7控制或實體的某些性質得到控制。監測裝置M5最好是如公開在同時申請的Shofner等人1992年12月31日提出的NO.07/999，007的題為“加工中編織材料薄纖維網的獲取，測量和控制”[代理人卷號4 8098.00]的圖象分析裝置。
在公開我們發明的加工區環境控制實施例之前，我們先參考圖4披露測試區環境控制的內容，其中已示出單獨的控制單元326和調節單元310。監測傳感器M1、M2等以及控制單元326中的控制電路已是公知的。現僅對調節單元310作更詳細的解釋。
用風扇402將空氣吸進入口400，首先通過濾塵器404，它可以是HEPA(高效粒子吸塵器)過濾器。自風扇402排出后通過冷凍螺管406。用壓縮機系統408提供冷凍效應。自入口410供水用作冷凝冷卻與蒸氣加濕。其中示出了冷卻水和冷凝排出廢水。然后，氣室414中的冷的干燥空氣被分成8個最終調節組件416。
每個調節組件416都有再加熱螺管418、蒸氣針板420、離子柵422和氣流控制風門424。每個調節元件418-424由控制單元326根據從上述各個監測傳感器M通過導線325發來的信號分別加以控制。
當受一個調節單元作用的測試區環境本身被控制時，監測傳感器響應一個或多個濕度、濕度、速度、壓力、速度波動、壓力波動、氣體組成、自由電荷濃度、靜電荷和放射性粒子濃度等，控制系統326使該組件產生輸出以把受該組件作用的測試區調節至所要求的值。有代表性的微環境測試區是圖3中的E1-E8，而有代表性的各區的監測點是M1-M5與M2A-M5A。
當使用調節氣體流對加工機器性能的參數進行控制時，監測傳感器M對此進行響應，這就是加工性能參數的直接控制而不是對加工環境進行控制，我們現在則提供本發明的進一步的實施例。
加工區環境控制現在參照圖5，它描述的是一個具有多個相接工藝階段，有開、清棉機22、梳棉機24和并條機26等的纖維加工裝置20的最為一般的形式。在包捆狀態28的纖維材料被開棉、清棉并由生產線22轉換成絨頭狀態30，纖維材料絨頭從開清棉線22出來并形成棉墊30，然后進入梳棉機24，成為紗條，再進入并條機26，從并條機26出來成為混條34。
整機20不僅代表了有開包至并條操作的初始纖維加工工藝，也有紗線生產的后續工藝，包括并條、針梳、粗紗機和氣流/環錠紡紗機。
由Shofner等人于1992年12月31日同時申請的NO.07/999，212[卷號48119.00]的題為“纖維加工機械的最佳控制方法”的專利中列出并討論了棉紗制造、特別描述了氣流紡紗機箱的“機械特性”，并提出了纖維加工機械最佳控制的新的總體方法。各個機械特性與受輸入參數和機械工作設定影響的各種機械輸出的工藝性能參數相關。在此引入這些內容作為參考。要特別指出的是帶有調節氣體流的控制工藝性能參數的本公開還構成了上述作參考的發明的進一步應用。
作為傳感器36、38和40而示出的測量站M與加工階段22、24和26相聯系，同樣的作為調節空氣供給系統42、44和46的環境控制站E也與其相聯系。
各傳感器36、38和40均為已知的裝置，其本身不構成本發明的目的。一般地，用傳感器36、38和40測量諸如雜質含量、棉結量、短纖維含量以及相關參數，例如雜質去除或產生效率、棉結去除或產生效率和短纖維去除或產生效率等機器性能參數。總體地說，機器既能去除也能產生，其效率可以小于一(去除)或者大于一(產生)。例如調整不佳的梳棉能破碎雜質粒子，產生多于去除的棉結并使纖維斷裂。雖然所示出的每個階段22、24和26只連接一個傳感器36、38和40，但應該理解為每個指定的傳感器代表了許多與每一特定階段相連的傳感器。可以用適當的傳感器測量不同的機器效率，包括生產效率。
調節氣體供給系統42、44和46用于供應至少由一個控制參數調節的氣體流，例如濕度、溫度、速度、壓力、速度波動、壓力波動、氣體組成、自由電荷濃度、靜電荷和放射性粒子濃度。雖然示出的調節氣體供給系統42、44和46是單獨的元件，但應理解所述的單獨元件可以包括整個空氣供給系統的各元件，例如有一個風機，有多個帶有各自控制元件諸如加熱器、加濕器、控制風門和/或過濾器的分支導管。
根據本發明，下面參照圖6-9加以詳細描述梳棉機，例如梳棉機24，用傳感器36、38和40測量的機器性能參數用通過調節氣體供給系統42、44和46發出控制參數的方法來進行控制。相應地，有一由50代表的反饋控制系統，它接受傳感器36、38和40的輸出并導出，控制各調節氣體供給系統42、44和46的各種信號。各反饋環用加重示意的虛線52、54和56表示。各前饋線為53、55和57。
雖然在圖6中沒有畫出，應該理解到每個調節氣體供給系統42、44和46可以包含自己的反饋環，例如，如果是反饋控制系統50支配調節氣體供給系統42、44或46之一用以保持特定供應點上的給定的相對濕度的百分數時，則該特定的調節氣體供給系統自身包括一個相對濕度傳感器，它通過反饋控制支配加濕器元件例如噴水器的工作。
還應該理解到按照本發明，就自由電荷濃度、靜電荷和放射性粒子濃度而論，反饋環52、54和56是極大地簡化了的，其中示出每一個連接到一個單個傳感器36、38和40上。雖然調節氣體供給系統42、44和46是表示為單獨的元件，應該理解為所示的單獨元件可以包括整體空氣調節系統的各種元件，例如有一個風機，有多個分支管路，在各個管路中有諸如加熱器、加濕器、控制風門和/或過濾器等的各自的控制元件。
按照本發明，參照圖6-9加以詳述，文中諸如梳毛機24的梳毛機作為用傳感器36、38和40測得的機器性能參數借助于控制調節氣體供給系統42、44和46所發出的控制參數而加以控制。相應地還提供一總體由50代表的反饋控制系統，它接受傳感器36、38和40的輸出信號并推導出控制各調節氣體供應系統42、44和46的各種信號。各反饋環用加重示意的方式以虛線52、54和56表示。各前饋線是53、55和57。
雖然在圖6中沒有示出，但應理解為每個調節氣體供給系統42、44和46可以有各自的反饋環。例如，如果反饋控制系統50支配著一個調節氣體供給系統42、44或46用以保持特定供給點上的相對濕度在給定的百分數上，則特定的調節氣體供給系統本身可以包括一個相對濕度傳感器，它通過反饋控制支配著諸如噴水器的加濕器的工作。
還應該理解，反饋環52、54和56是極大地簡化了的，其中示出每個環僅連接傳感器36、38和40中的一個，盡管在梳理輥102上有許多梳理蓋板106。
在該工藝中纖維條30沿穿孔板108向前輸送至喂入輥110，它把纖維輸送給刺輥112。刺輥112以例如20米/秒的圓周速度旋轉，再把纖維輸送到轉動的梳理輥102上，在那里的梳針104和蓋板106之間受到梳理。
轉動的道夫(doffer)輥114從轉動的梳理輥102上移走梳理過的纖維以生產纖維網116。纖維網116約1米寬，線密度約為5克/米。漏斗狀筒117將纖維網收集起來并使之成為紗條118，其線密度亦約為5克/米，其直徑根據漏斗狀筒而定約為1厘米，其供給速度約為2米/秒。
在本發明的儀器中，梳理級100被改型以便在關鍵地點安裝測量站，例如，但不局限于此，在把纖維原料30供向梳理機處設置測量站M1，在喂入輥112取走纖維原料處設置M2，在纖維位于刺輥112處設置M3，在纖維位于梳理輥102處設置M4，在纖維位于道夫輥114之處設置M5，以及M6和M7，在該處分別測量織物116或紗條118的特性。
各環境控制站意味著向該處供給調節氣體流，例如，使用在上述Shofner專利4，512，060、4，631，781和4，686，744中所公開的任何技術。這樣，作為例子，用適宜的上氣室130基本上把沿穿孔喂入板108運動的纖維材料封閉起來，把調節氣體流引入環境控制站E1使之作用在沿穿孔的喂入板108傳送的纖維上。用施加在下護罩131和穿孔喂入板108上的吸力作用把氣流E1引入并通過纖維墊30。最好刺輥102也有穿孔、并在E2、E3和E4處引入調節氣流以便達到對纖維進行調節及幫助除去塵土、雜質和微細塵埃的雙重目的，其工作狀態已公開在上述Shofner的專利4，512，060、4，631，781和4，686，744中。站E5把調節氣體引入到梳理輥102的纖維上，而環境控制站E6把調節氣體引入到道夫輥114上的纖維上，如圖6和圖8所示，道夫輥也是穿孔的，環境控制站E7把調節氣體引入到離開碎雜輥115的纖維網116上。
現在用一個特例來說明本發明的各種構想。
在纖維將要進入刺輥112處的測量站M2，對含濕量、雜質和短纖維含量全都進行測量。許多其它性能參數也可進行測量，舉例來說，含濕量可以是5%，雜質可以是500粒/克，而短纖維含量是8%。在M5或M6處，可以測量梳理機出口處的短纖維和雜質含量。
這是一個簡單的例子，在其中我們只考慮一個控制參數，即溫度或水，它加在環境控制站E1上用來控制氣體流的絕對濕度。也可以在幾個點上使用幾個其它的控制參數。可以用任何方式影響E1處的絕對濕度，例如用超聲增濕、噴嘴或噴射蒸汽、可用溫度控制來影響相對濕度。E1處的濕度控制著M2處的含濕量，再控制M5處的雜質和短纖維含量，這將在下面詳細討論。作為一個例子，E1處的相對濕度可以是50%。
在M2測得的含濕量會影響在M6測得的雜質含量和短纖維含量，但它們是互相矛盾的。其矛盾狀況以簡單形式示于圖9中。圖9的橫軸是在M2測得的含濕量，是通過引入E1的氣體的調節直接控制的。左邊縱軸是在測量站M6測得的雜質，其曲線是150。右邊縱軸是按纖維重量百分比計算的短纖維含量，其長度小于1/2英寸，曲線為152。監測站M6可以是圖象分析系統，它在Shofner等人的同時申請的專利中已有描述，申請號NO.07/999，114，申請日1992年12月31日，題為“加工中編織材料薄纖維網的獲取、測量和控制”。[代理人卷號48118.00]。
在此例中，有一個與M2處5%含濕量相關的每克含雜質粒子100個的額定工作點。當含濕量增加時，雜質含量也增加;含濕量減少時雜質含量也減少。在這個人為的例子中，在含濕量4%時得到的雜質含量為每克80雜質微粒，而含濕量為6%時，雜質含量為每克120個粒子。一般地總是希望雜質含量為最少。
對于短纖維含量，在本例中相對于額定含濕量5%的點，短纖維含量為8%。含濕量減少時，出現所不期望的短纖維量增加，這是因為纖維較弱使梳理造成的損傷增大。相反地，含濕量增加，短纖維含量減少。因而，其關系是相反的。在此特例中，6%的含濕量導致6%的短纖維含量，而含濕量4%時，短纖維量為10%。
自圖9中可以明顯地看出機器性能參數短纖維含量和雜質含量是互相抵觸的，而適宜地控制這些參數成為最佳狀態則是本發明的一個重要方面。
現在考慮機器以預定的棉花供給工作，而作為初始參考點。它工作在M5處的雜質含量100粒/克，而M5處的短纖維含量為8%。在M2測得的輸入纖維參數是雜質每克500，短纖維含量為8%。由于梳理機102既能除去能產生短纖維，在本例中其凈影響被認為是效率為1。梳理機把雜質含量從每克500降至每克100則其雜質去除效率為0.80。
假定有例如由棉花纖維30的某些性質變化被引入機器而產生的變化。作為特定的例子，假設在M2測得的雜質含量從每克500增加到1000，而短纖維含量保持在8%。假如過程是線性的，M6處所測雜質含量將從每克100變到200，而5%的含濕量不變，其它參數均相同。
根據本發明，所控制的不是M2處的5%含濕量，也不是E1處50%相對濕度，所控制的是機器性能，在此是輸出量或紗條參數雜質含量和短纖維量。
按照上面所提共同未決的申請中所描述的近代統計控制方法，根據對特定機器的分析能開發并實現一種適宜的折衷方案。這種控制系統將具有，例如，下列功能。
例如，用減少E1處按所需降低調節空氣的溫度的辦法把M2處測得的含濕量從5%降至4%。在圖9中，我們希望雜質含量減少20%。相應地每克200的雜質將被降至每克160。然而，若M2處的含濕量減少到4%，短纖維含量在M5處測得值將從8%變到10%。這樣就面臨一種困難的選擇，即，把M6處的雜質含量降至每克160所帶來的在整個工藝方面總利潤方面的積極作用超過短纖維含量增至10%所帶來的消極影響。由于較高的雜質含量，材料以較低成本購得，而對最終生產出的紗的價格只有很小的影響，故在實際上對總利潤的影響是正面的。另一方面，增加短纖維含量會使紗的強度和均勻度惡化，這將使市場談判變得嚴苛。
這樣，該系統能按幾種不同方式工作。在任何情況下，一個與反饋控制系統相連，用現代統計學控制方法適當編程的計算機隨時地查找什么是考慮了雜質含量的短纖維最佳值，以找到一個包括紗價以及其它性能標準的綜合平衡水準。
典型的情況是機器的操作者將選擇一種使短纖維量最小的可接受的較高的雜質含量，這樣就要編程以使控制系統不把含濕量降低到這種程度。由于短纖維量使紗的強度和均勻度下降，由短纖維量造成的市場損失總比雜質含量造成的市場損失嚴重。
總之，希望短纖維含量最小，也希望減少含雜質量。紗價受雜質或短纖維量的高百分含量的不利影響，短纖維量比雜質含量使價格降低更劇。因而比較評定經常是建立在價值基礎上的，因此最佳含濕量是對于最佳紗價的折衷的水平。這樣就希望改變對梳理機上特定地點的空氣供給條件以求得滿足纖維清潔和減少短纖維的要求。
可以使用多個控制點。例如，在E1之外還可以使用E4和E5。應該認識到纖維損害特別發生在兩處，一處是喂入輥110把纖維供到刺輥112處，另一處是纖維進入梳理輥102和梳理蓋板106之間有強烈梳理作用之處。于是在M2處引入含濕量較低的纖維用以提高該處的清潔度，在該處刺輥112上的針銷通過喂入輥110和喂入板111時作用在纖維上。然后這種損害作用的增加可被用通過E4和E5引入潮濕空氣給梳理輥102和蓋板106而帶來的損害減少所補償。
相似地，在預想到后續工藝時希望在E6、E7處提高含濕量。例如，為了供入并條機或最后進入氣流紡紗機就需要較高的含濕量。
圖10中描繪了在圖6的梳理機10的三個選出點供給調節空氣的氣體流調節系統的概觀圖，例如選自E1、E2、E3、E4、E5、E6和E7環境站。為了表達方便起見，圖10僅示出三個加工區，分別為202、204和206。有一供給總管208，它有各自的支管210、212和214。在每一支管210、212和214串聯有總體用216表示的適當控制元件，可包括例如風門、加熱圈、加濕器、過濾器和離子柵等。
供給系統的中央是空氣洗滌器220，例如從Pnuemafil corp.Charlotte，北卡羅萊那或LuwaBahnson，Winstonsalem，北卡羅萊那公司購得的空氣洗滌器。空氣洗滌器220配合適宜的控制元件提供確定為適合本系統的具有預定初始濕度的空氣流。該空氣流用風機222驅動通過空腔風門224進入供給導管208中，再供向單個的支管210、212和214。在用控制元件216并根據控制信號217a、217b等進一步修正后，供氣扇222就把空氣供給到梳理機的三個或更多的地點上。
吸入或從梳理加工區返回的氣體;以及通過風門231旁路的任何氣體由導管230收集并被一兩級過濾器濾清，過濾器包括初級過濾器232和次級過濾器234，它們組成鼓形或輥形過濾器。返氣風扇236自過濾器232和234抽出空氣并將返回空氣送入混合氣室238中，它最好后接第三級過濾器240，然后將濾清的空氣送入空氣洗滌器220。
當外界空氣條件能借助蒸發冷卻保持所需的空氣流溫度，并希望系統進行經濟循環工作而避免使用激冷水或其它冷卻系統時，則特別要提供混合氣室238和返氣扇236。相應地混合氣室238配有返氣風門242、外部風門244和廢氣風門246。
在熱天氣或當戶外條件在不使用附加冷卻不能保持所需的溫度時，可以使用如Trane Company所提供的激冷水冷卻器250。用以控制噴水溫度和供給空氣或氣體的溫度和/或濕度，這是通過控制能使激冷水進入空氣洗滌器再循環泵254的激冷水供給閥252來實現的。還提供另外的閥256以保證在避開可能的結冰條件下有恒定的水流通過水激冷器。
取代在空氣洗滌器中噴激冷水，可以使用“閉環”激冷水系統，其冷卻效果是用位于待調節的空氣流中的螺圈來達到的，激冷水按所需通過螺圈進行循環以得到希望的條件。冷卻塔258與單元250相聯。
在此已經示出并描述了本發明的特定的實施例，應該認識到對于本領域的熟練技術人員來說能夠做出許多修正與變化。應該理解后附的各權利要求意在覆蓋所有這些修正使其落入本發明的精神實質與范圍之中。
權利要求
1.一種在測試儀器中直接控制測試區環境的方法，它包括測量至少一種測試區環境參數；以及控制至少一種測試區環境參數為預定值，是在測試期間仔細運用調節氣體流來把至少一種測試區環境參數保持在預定值上的。
2.一種如權利要求1所述的方法，其特征在于至少一個測試環境參數是從由濕度、溫度、速度、壓力、速度波動、壓力波動、氣體組成、自由電荷濃度、靜電荷和放射性粒子濃度組成的組合中選取的。
3.一種如權利要求1所述的方法，其特征在于測試儀器是供纖維測試用的。
4.一種在測試儀器中控制多個測試區環境的方法，它包括對于每個測試區測量至少一個測試區環境參數;以及控制每一測試區的至少一個測試區環境參數為預定值，是在特定測試區的適宜地點仔細使用調節氣體流來把至少一個測試區環境參數保持在預定值上的。
5.一種如權利要求4所述的方法，其特征在于，在每一測試區的至少一個測試區參數是從由濕度、溫度、速度、壓力、速度波動、壓力波動、氣體組成、自由電荷濃度、靜電荷和放射性粒子濃度組成的組合中選取的。
6.一種如權利要求4所述的方法，其特征在于測試儀器是纖維測試用儀器。
7.一種如權利要求4所述的方法，其特征在于至少一個測試區是棉結測試區。
8.一種測試后控制纖維性質的方法，包括測量至少一種纖維性質;以及把至少一種纖維性質控制在預定值，是在測試后仔細運用調節氣體流使纖維性質成為預定值的。
9.一種如權利要求8所述的方法，其特征在于至少一種纖維性質是含濕量。
10.一種纖維測試裝置，包括包含一個測試區的纖維測試儀器;用于測量在上述測試區中的至少一個測試區環境參數的傳感器;用于向上述測試區供給調節氣體流的調節供給系統;和與上述傳感器和上述調節供給系統相連的控制系統，借助于調節氣體流把至少一個測試區環境參數保持在預定值上。
11.一種如權利要求10所述的裝置，其特征在于上述纖維測試儀器有一個表面，該裝置還包括一個把調節氣體導引到上述儀器表面的護罩。
12.一種如權利要求10所述的裝置，其特征在于上述測試儀器有一內部，上述測試區就在該內部中。
13.一種纖維測試裝置，包括含有多個測試級和與之相關的測試區的纖維測試儀器;為測量至少一個測試區環境參數的每個測試區的傳感器;各自的調節供給系統，用于在每一測試區的適當地點頭供給調節氣體流，以便影響特定測試區的至少一個測試區環境參數;一個控制系統，它與上述傳感器和調節供給系統相連，用控制調節氣流的方法把每一測試區的至少一個測試環境參數保持在預定值上。
14.一個能向多個纖維測試或加工區供給不同的調節氣體流的可移動的調節單元，它包括多個單獨的可控的調節組件;向上述調節組件供應冷的、干燥的濾過空氣的空氣過濾器、風機和冷卻螺圈;以及在上述調節組件中對通過該特定調節組件的空氣可控地進行加溫加濕的元件。
15.一種在機器中加工纖維的方法，包括測量至少一個機器性能參數;以及用在加工期間仔細供給用至少一個控制參數調節的氣體流來控制至少一個機器性能參數。
16.一種如權利要求15所述的方法，其特征在于它包括按照預定的最佳控制方略控制多個機器性能參數。
17.一種如權利要求15所述的方法，其特征在于至少一個機器性能參數是選自由雜質含量、棉結含量、短纖維含量、雜質去除率、棉結去除率、短纖維去除率和機器生產率構成的組合中。
18.一種如權利要求15中的方法，其特征在于至少一個控制參數是選自由濕度、溫度、離子含量、速度、速度波動、壓力、壓力波動、氣體組成和放射性粒子濃度構成的組合中。
19.一種如權利要求17所述的方法，其特征在于至少一個控制參數是選自由濕度、溫度、離子含量、速度、壓力波動、氣體組成和放射性粒子濃度構成的組合中。
20.一種如權利要求17所述的方法，其特征在于它包括按照預定最佳控制方略對多個機器性能參數進行控制。
21.一種如權利要求19所述的方法，其特征在于它包括按照預定最佳控制方略對多個機器性能參數進行控制。
22.一種如權利要求15所述的方法，其特征在于它包括對纖維進行梳理的纖維處理工藝。
23.一種在有多個工藝階段的機器中加工纖維的方法，所述方法包括對每一工藝階段測量至少一種機器性能參數;對每一工藝階段控制至少一個機器性能參數，它是用在特定階段的適宜地點上仔細供給至少一個控制參數調節的氣體流實現的。
24.一種如權利要求23中所述的方法，其特征在于它包括按照預定的最佳控制方略對于至少一個工藝階段控制多個機器性能參數。
25.一種如權利要求23所述的方法，其特征在于在每一工藝階段的至少一個機器性能參數是選自由雜質含量、棉結含量、短纖維含量、雜質去除率、棉結去除率、短纖維去除率和機器生產效率構成的組合中。
26.一種如權利要求23所述的方法，其特征在于在每一工藝階段的至少一個控制參數是選自由濕度、溫度、離子含量、速度、速度波動、壓力、壓力波動、氣體組成和放射性粒子濃度構成的組合中。
27.一種如權利要求25所述的方法，其特征在于在每一工藝階段的至少一個機器性能參數是選自由雜質含量、棉結含量、短纖維含量、雜質去除率、棉結去除率、短纖維去除率和機器生產率所構成的組合中。
28.一種如權利要求25所述的方法，其特征在于包括預定最佳控制方略，對至少一個工藝階段多個機器性能參數進行控制。
29.一種如權利要求27所述的方法，其特征在于包括按照預定最佳控制方略，對至少一個工藝階段多個機器性能參數進行控制。
30.一種如權利要求23所述的方法，其特征在于它包括在至少一個工藝階段中使纖維受到梳理。
31.一種加工纖維的裝置，包括纖維加工機械;把纖維材料供給到所述纖維加工機械的輸送系統;測量至少一個所述纖維加工機械的性能參數的傳感器;一個調節供給系統，用來供給由影響至少一個性能參數的至少一個控制參數調節的氣體流;以及一個與上述傳感器和上述調節供給系統相連的控制系統，借助于控制至少一個控制參數來控制至少一個機器參數。
32.一種如權利要求31所述的裝置，其特征在于所述控制系統按照預定最佳控制方略控制多個機器性能參數。
33.一種如權利要求31所述的裝置，其特征在于至少一個機器性能參數是選自由雜質含量、棉結含量、短纖維含量、雜質去除率、棉結去除率、短纖維去除率和機器生產率構成的組合中。
34.一種如權利要求31所述的裝置，其特征在于至少一個控制參數是選自由濕度、溫度、離子含量、速度、速度波動、壓力、壓力波動、氣體組成和放射性粒子濃度構成的組合中。
35.一種如權利要求33所述的裝置，其特征在于至少一個控制參數是選自由濕度、溫度、離子含量、速度、壓力波動、氣體組成和放射性粒子濃度組成的組合中。
36.一種如權利要求33所述的裝置，其特征在于所述控制系統按照預定的最佳控制方略控制多個機器性能參數。
37.一種如權利要求35所述的裝置，其特征在于所述控制系統按照預定的最佳控制方略來控制多個機器性能參數。
38.一種如權利要求31所述的裝置，其特征在于所述加工機械包括梳理機。
39.一種纖維加工裝置，包括具有許多工藝階段的纖維加工機械;把纖維材料供給到上述纖維加工機械上的輸送系統;測量每一所述工藝階段至少一個機器性能參數的傳感器;各自的調節供給系統，用以向每個階段的適宜地點供給用能影響特定階段的至少一個性能參數的至少一個控制參數調節的氣體流;以及與每一所述傳感器和每一所述調節供給系統相連的控制系統，用控制每一特定階段至少一個控制參數來控制每一上述工藝階段的至少一個機器性能參數。
40.一種如權利要求39所述的裝置，其特征在于所述控制系統按照預定的最佳控制方略來控制至少所述一個工藝階段的多個機器性能參數。
41.一種如權利要求39所述的裝置，其特征在于在每一工藝階段中至少一個機器性能參數是選自由雜質含量、棉結含量、短纖維含量、雜質去除率、棉結去除率、短纖維去除率和機器生產率組成的組合中。
42.一種如權利要求39所述的裝置，其特征在于對于每一上述工藝階段中至少一個控制參數是選自由濕度、溫度、速度、壓力、速度波動、壓力波動、氣體組成、自由電荷濃度、靜電荷和放射性粒子濃度構成的組合中。
43.一種如權利要求41所述的裝置，其特征在于在每一工藝階段至少一個機器性能參數是選自由雜質含量、棉結含量、短纖維含量、雜質去除率、棉結去除率、短纖維去除率和機器生產率所組成的組合中。
44.一種如權利要求41所述的裝置，其特征在于所述控制系統按照預定的控制方略控制至少一個上述工藝階段的多個機器性能參數。
45.一種如權利要求43所述的裝置，其特征在于所述控制裝置按照預定的控制方略來控制至少所述一個工藝階段的多個機器性能參數。
46.一種如權利要求41所述的裝置，其特征在于至少所述工藝階段中的一個是梳理。
47.一種在機器中加工纖維的方法，包括測量至少一個工藝參數;以及控制至少一個工藝參數，它在加工過程中仔細供給由至少一個控制參數調節的氣體流來實現控制。
48.一種如權利要求47所述的方法，其特征在于該工藝參數是纖維含濕量。
49.一種如權利要求47所述的方法，其特征在于所述機器是梳理機。
50.一種如權利要求49所述的方法，其特征在于該工藝參數是纖維含濕量。
51.一種如權利要求47所述的方法，其特征在于所述機器是氣流紡紗箱。
52.一種如權利要求51所述的方法，其特征在于該工藝參數是纖維含濕量。
53.一種如權利要求47所述的方法，其特征在于所述機器是精梳機。
54.一種如權利要求53中所述的方法，其特征在于該工藝參數是纖維含濕量。
全文摘要
為了測試與加工諸如棉花的織物纖維而把調節氣體流供給到儀器和裝置的不同關鍵部位。在測試儀器方面，用引入指向一個測試區，包括測試儀器本身的可控調節氣體流來實現標準測試區環境(它也成為測試記錄的一部分)。在工藝裝置方面，用“控制參數”實現機器性能參數的直接控制，“控制參數”又由施加調節氣體流而產生。多個可能彼此矛盾的“性能參數”可按照預定的折衷控制方略進行控制，用提供近代統計控制學的反饋或前饋控制系統實現。
文檔編號G01N33/36GK1095430SQ93121479
公開日1994年11月23日 申請日期1993年12月31日 優先權日1992年12月31日
發明者F·M·索夫納, M·G·湯恩斯 申請人:澤韋格·烏斯特(美國)有限公司