CN1095430A - 运用可控的调节气体流直接控制纤维测试方法和装置 - Google Patents

Abstract

为了测试与加工诸如棉花的织物纤维而把调节 气体流供给到仪器和装置的不同关键部位。在测试 仪器方面，用引入指向一个测试区，包括测试仪器本 身的可控调节气体流来实现标准测试区环境(它也成 为测试记录的一部分)。在工艺装置方面，用“控制参 数”实现机器性能参数的直接控制，“控制参数”又由 施加调节气体流而产生。多个可能彼此矛盾的“性能 参数”可按照预定的折衷控制方略进行控制，用提供 近代统计控制学的反馈或前馈控制系统实现。

Description

本发明总体上涉及对诸如纺纱用棉花等织物纤维的测试与生产工艺。本发明特别涉及在纤维测试时进行测试区域环境控制，并在纤维生产工艺中通过控制参数的控制直接控制机器性能参数。它们全都是在不同的关键位置使用调节气体来实现的。在纤维测试仪器方面，本发明提供了对于诸如杂质含量、棉结量和短纤维含量等各种测试参数的改进了的“标准”环境。在纤维生产工艺方面，本发明可导致诸如杂质含量、棉结量和短纤维含量等多种机器性能参数的最佳控制。

为了使纱线工艺性能和最终产品质量达到最佳，通常各种测试是对织物本身、包括纤维、和诸如棉结与杂质等所不期望有的实体进行的。Zwellweger  Uster，Inc，Knoxville，田纳西州;Uster，瑞士和其它生产厂家生产出广阔应用范围的实验用与在线工艺控制用的纤维和纱线测试设备，正在日益增多地被世界上的织物生产者所使用。

在当今的高度竞争与质量意识市场中，在实验室测试及工艺监测中使用这些仪器已远超出给予用户的竞争性优点。它们已被美国政府指定用于棉花借贷合格分级领域。并已成为保全企业的需要。采购原材料与最终产品的各批量之被接受或拒绝取决于用这些仪器测定出的纤维与纱线的性质。例如，几乎100%的美国棉包都不用传统的人工棉花分级而是用HVI（高容量设备）系统（由Zellweger  Uster，Inc.Knoxville，田纳西州生产）依照纤维长度、纤维强度/伸长、颜色、马克隆尼细度及杂质含量进行分级。测量的结果决定了棉包的价值，而且它也是作为纺纱厂的第一道工艺控制措施。

对纤维性质日益提高的各种要求，诸如增加纤维的清洁度、减少棉结和短纤维含量已对测量这些性质的仪器提出更高的要求，希望提高其测量精度与准确性。例如，也由Zellweger  Uster，Inc，Knoxville田纳西州制造的AFIS（先进的纤维信息系统）并在法国，Bremen棉花会议中的论文“先进的纤维信息系统在纤维全态长度分布中的应用”及“杂质粒子数目与尺寸的光电测定”中描述的以及下面所提到的各共同未决的专利申请中，能测量出纤维杂质含量，纤维长度分布（包括短纤维量）和纤维棉结水平。由Zellweger  Uster，Inc.Knoxville，田纳西州制造的MANTIS能测量出单一纤维断裂强度、伸长量和直径。MANTIS公开在美国专利5，138，879中。

仪器和工艺机器制造者们早已知道环绕着测试区或工艺区的微环境状态能对纤维测量和工艺性能参数产生极大的影响。例如，棉花纤维主要是纤维素并有极高的吸湿性。增加含湿量会提高强度，引起纤维膨胀，恶化清洁度和类糖的粘性，并减少静电效应。这些和其它的与测试或工艺微环境相关的纤维性质变化已然公知并由纤维织物工艺人员用控制宏观环境的办法控制在有限的程度。例如在轧棉时用干燥机把纤维中的含湿量减少至约5%或更低。这样可以更有效地使之清洁、但产生了其它效果，削弱纤维并加剧静电问题。另一方面，在纤维及与其相关的纱线强度至关重要的织造车间，相对湿度可以高达85%，相应于纱线中含湿量约9%。

然而，在测试实验室或制造设备中进行精确的宏观环境控制是困难而昂贵的，而且在大多数情况下远不如所期望的那样有效。大的控制空间缓冲只产生小的扰动，例如对湿度、温度和离子浓度，而且对控制动作响应慢。通常发现花费极昂（对于大的生产区域要几百万美元）的宏观环境控制系统，它实际控制相对温度和温度到±2%与±1°F而测试或生产区却要波动到±10%与±5°F。

如Shofner专利4，512，060、4，631，781和4，686，744中所讨论的，日益增长的要求是在纤维性质方面，是在织物生产机器生产率提高和织物生产机器对纤维性质变化的容许公差降低时。当前的生产与收割方法本身就会把较多的外部物质引入到棉花纤维中，这样，例如使外部物质量达到给定的百分比的轧棉与清理工作量就增加了。清洁工作增加总是有纤维损失和损伤的消耗。清洁目标与纤维不受操作之间的矛盾增加了生产者、轧棉者、批发商和纺纱者所面临的困难。提供清洁而且不受损伤的纤维是一个世界范围的大问题，改进工艺方法与设备是当务之急，特别是在测试区和工艺区环境控制领域中。

正如在上述Shofner专利4，512，060、4，631，781和4，686，744中所通常认识到的，使用调节空气或其它气体，比如输送气体在生产工艺和测试机器中以改进机器的工作是有益的。例如像这些专利中所公开的那样，能产生对于特定操作，比如清洁操作的关于湿度和带静电方面的纤维最佳状态。从这些专利中还进一步认识到各种参数例如纤维的温度和静电荷在各种不同的工艺阶段可以不同。虽然温度、湿度和静电荷大概是被输送气体调节的最显然的参数，但也可能是其它参数。例如，上述提到的各专利也公开了对输送气体如湿度、温度、压力、气体组成、自由电荷浓度、静电荷、放射性粒子浓度、速度和压力波动的调节。

特别是在编织工艺机器中控制温度和湿度的其它例子已公开在Thannheiser专利NO.4，527，306和Leifeld等人的专利No.5，121，522中。在这些专利中公开了各种系统，其中编织工艺机器中的输送气流是相对于温度和湿度调节的，并使用了反馈控制系统。专利5，121，522中还特别公开了一种测量纤维毛圈的“湿度”和温度的系统，直接使用在控制空气调节系统中。如在这些专利中所指出的，控制的原因之一是如果，例如输送空气太干燥，静电荷将引起在设备中产生所不期望的聚集。另外，如果输送空气太湿，就会产生纱球。

这样，在纤维生产工艺中的湿度控制已然公开了。进而，还知道在调节气流的影响下，单个纤维几乎立即就达到了平衡点（例如，相对于含湿量），尽管毛圈或纤维团块需要较长的时间才达到平衡。

然而，有许多迄今尚未实际提出的互相抵触的想法，例如大家知道，纤维最好在其含湿量较低时例如低于5%时予以清洁。也知道棉花纤维强度在较高的含湿量，例如高于5%时最大。棉花纤维的强度影响在工艺操作时所不希望有的纤维断裂程度。

相应地，本发明的广义目的是通过使用适宜的可控的调节气体流来改进纤维测试仪器和工艺机器的总体性能。

简单地说，按照本发明的第一总体方面考虑认为把可控的调节气体流直接引入直接测试区包括测试仪器本身可以有效地实现由美国材料测试协会（ASTM）所提出的75°F和65%相对湿度的标准测试区环境的最佳状态。

今以举例方式，但不受其限制，加以说明，用可控的调节气体流控制的测试区环境诸参数包括湿度、温度、速度、压力、速度波动、压力波动、气体组成、自由电荷浓度、静电荷和放射性粒子浓度。为测量这些测试区的每一参数，安装有各种传感器，并作为反馈控制系统之用。

进而，从本发明中可见：可以把可控的调节气体流引入到例如HVI（高容量设备）测试线中的多个测试区中以实现最佳的测试区环境控制。

按照本发明的一个特别方面，在测试仪器例如强度测试仪中直接控制测试区环境的方法包括至少测量一个测试区环境参数、诸如上述的测试区环境参数，再在测试期间仔细调整以维持该环境参数在预定值上来控制测试区环境参数为一预定的水平或数值。

相似地，本发明还提供一种在仪器中控制测试区环境的方法，它有许多测试区，其中之一可以是棉结测试区，其中对每一测试区至少测量一个测试区环境参数，而且每个测试区的环境参数用特定测试区的适宜地点上的仔细调节以保持该环境参数到一预定值的气体流来控制。

本发明还提供一种为下一步工艺作准备的纤维性质测试后控制方法。该方法包括测试至少一种纤维性质，如含湿量的步骤，然后再在测试之后仔细运用可调节的气体流以使该纤维性质维持在预定值上来控制纤维性质在一个预先确定的水平上。

本发明的相应设备包括一个纤维测试仪，例如AFIS，一个引导调节空气至该仪器表面上的护罩，和一个引导调节空气到仪器的内部表面中的装置。在测试区中至少为测量一个环境参数设置一个传感器，还有为向测试区供应气体流的可调节供气系统。在传感器和可调节供气系统之间连接有反馈控制系统，通过控制所供气体流的环境参数保持测试区环境参数在一预定值上。

根据本发明的其他设备包括含有多个测试级并与测试区相连的各种纤维测试仪器。为了测量至少一种测试区环境参数，每个测试区有一传感器，并有相应的调节供气系统，以便在每一区域的适宜地点上运用调节气体流来影响测试区环境参数。反馈控制系统连接在传感器及调节供气系统上，借助于对所供气体流的诸环境参数的控制把每一测试区的测试区环境参数保持在一预定值上。

本发明的其它设备是一可移动的调节单元，它能供应不同的调节空气流至测试区或纤维生产区的多个地点。该单元包括，但不限于空气过滤器、鼓风机和向多个受控的调节组件分别供给冷的、干燥的经过滤的空气的致冷螺管。在各调节组件中，当空气流送入柔性导管并被分送到各适宜的测试区时，使空气流得到或不让其得到热量、湿度和带电离子。根据测试区中的各传感器的反馈，控制单元上的计算机调节各调节组件中的温度、含湿量、离子含量和流量以便把适当的调节空气送至各测试区中。

按照本发明的第二个主要方面可见，可以借助于使用调节气体流实现的所谓的“控制参数”实现机器性能参数的直接控制，不只是生产工艺区的环境。此外，多个彼此间可能是矛盾的“性能参数”可以用预定折衷控制方略进行控制，它是由提供近代统计控制学的反馈或前馈控制系统实现的。

举例来说，但并不局限于此，机器性能参数包括杂质含量、棉结量、短纤维量、杂质去除效率、棉结去除效率、短纤维去除效率和机器生产效率。安装适宜的传感器以测量这些性能参数，用于反馈控制系统中。如已经指出的那样，这些性能参数可能是互相矛盾的。例如，为改进（降低）杂质含量而降低含湿量能导致短纤维含量恶化（增加），因为在机器中有纤维断裂。在许多给定的情况中存在的解决相互矛盾机器性能参数间的特定折衷方案，可以导致最终产品的最高售价。

举例来说，但不受其局限，用调节气体流所实现控制的参数包括湿度、温度、速度、压力、速度波动、压力波动、气体组成、自由电荷浓度、静电荷和放射性粒子浓度。

此外，从本发明中可以看到，在编织工艺设备的不同阶段中相关的性能参数和相继的控制参数是不同的，在本发明中这些参数是分别控制的。

按照本发明的更加特定的情况，一种在机器中加工纤维的方法，例如在梳理机中，包括测量至少一种诸如上面所列的机器性能参数之一并在其后的加工过程中斟酌运用被至少一种上面所列出的控制参数调节的气体流来控制机器性能参数。最好根据机器性能参数的多个机器包括但不局限于杂质含量、棉结量、短纤维含量、杂质去除效率、棉结去除效率、短纤维去除效率和机器生产效率。为测量每一个性能参数，设置适宜的传感器以便在反馈控制系统中使用。正如已经指出的，这些机器性能参数可能是彼此抵触的。例如，为获得改进（降低）的杂质含量而降低含湿量会导致短纤维含量恶化（增加），这是由于在机器中纤维断裂的结果。在许多给定情况中存在的一种对互相矛盾的机器性能参数的特定折衷方案将导致最终的产品有最高售价。

例如，但不局限于此，受调节气体流作用的控制参数包括湿度、温度、速度、压力、速度波动、压力波动、气体组成、自由电荷浓度、静电荷和放射性粒子浓度。

此外，从本发明中可以看出：在编织工艺设备中不同阶段中的相关性能参数和相继的控制参数是不同的，而且在本发明中它们是分别控制的。

根据本发明更加特定的方面，在例如梳理机的机器中处理纤维的方法，它包括测量至少一个机器性能参数的各步骤，例如来自以上列出的机器性能参数，然后在处理过程中，通过借助至少一个控制参数精密地施加调节气体流来控制机器性能参数，例如控制以上列出的参数。最好地，多个机器性能参数是根据预定的折衷控制方略来控制的。

按照本发明的另外的设备包括具有多个工艺阶段的纤维加工机器和把纤维材料供给到该纤维加工机器的输送系统。为了测量至少一个机器性能参数在每一工艺阶段设置一个传感器，并有相应的调节供给系统。在每一工艺阶段的某个地点使用气体流，它用影响某一特定阶段性能参数的至少一个控制参数进行调节。反馈控制系统连接着各传感器和各调节供给系统以便用控制特定阶段的控制参数的办法来控制每一工艺阶段的机器性能参数。按照预定的折衷控制方略，最好对于每一工艺阶段控制多个机器性能参数。

通过下面，结合附图将会更加明了与理解本发明的结构和内容。

图1描画出通常纤维测试仪器用的测试区环境控制装置;

图2画出了图1中的装置用于HVI900A仪器的装置;

图3是微环境控制;

图4是测试区环境控制用的控制和调节单元;

图5是本发明控制系统的方框图，其所连接的多级纤维加工机器以高度简略形态示出;

图6是梳理阶段;

图7是图6中梳理阶段喂入端放大图;

图8是图6中梳理机道夫端的放大图;

图9是描述互相抵触的机器性能参数的曲线图;

图10是气体调节系统略图。

图1中示出了供通常纤维测试仪301用的测试区环境控制装置300。可控的调节气体，在此为空气，从分别控制326和调节310单元通过软管312供至护罩314并通过接口316供至仪器内部。纤维测试仪301可以是先进的纤维信息系统（AFIS）、高容量设备（HVI）、微尘和杂质监测仪（MTM）或MANTIS，这些仪器均由Zwellweger  Uster，Inc，Knoxville，田纳西州制造，或者使用类似的设备。下面对用HVI和AFIS的测试区环境控制的使用予以描述。

可控的调节气体流通过穿孔分配板302供至测试区306。一般地测试区306是在仪器301的上表面307之上，但是对于许多种测试传感器是在表面307之下或在仪器之内，在这种情况下可控的调节气体流通过接口316供给。有代表性的调节气体流参数的一部分列在下面：流量300英尺³/分，相对湿度65%，干泡温度70°F，尘埃浓度小于25毫克/英尺³，表面速度308在分配板处小于100英尺/分，中性离子含量，噪音或压力波动小于60dBA。

由工业界所建立的，美国材料测试协会（ASTM），费城，宾夕法尼亚的标准测试条件是65%RH和70°F。另外值得称道的是护罩314能在上表面307之上的测试区部分得到更好的控制，优于整个测试实验室的平常的宏观环境控制。另外，向实际进行纤维测试的仪器301的内部微环境区供应可控的调节气体还能得到最佳的控制。于是，供给可控的调节气体流的护罩314是处于测试室宏观环境控制和测试区的微环境控制两种设计概念之间的。

参照图1，监测装置M318和M320代表每种被控的气体条件的传感器。信号线322和324连传感器M318和M320至控制单元326。在图1中只示出两个监测传感器M318和M320，但应该理解也可以使用多个监测传感器。控制单元320包含适当的电子设备的一个计算机，它们控制着由调节单元310通过管路312所供给气体的条件。没有示出从仪器301把气体返回至调节单元310的管路。用信号和控制线327把控制单元326连接至调节单元310上。为清晰起见，在图1中把控制单元326和调节单元310表示为两个分离的实体，当然也可以把它们结合成一体而在一个壳体中。在某些情况下，希望把两者放入仪器301中。

图2是图1中的通常装置的形象图，但是使用了HVI900A仪器303。图中示出有7条供应管312自调节单元310引出，多条监测信号线325以及信号和控制线329自控制单元326引出。透明的塑料侧罩304示于图1和2中，它可由，例如Lexan制造。图2中还示出了两条把调节单元310连接到样品调节室330上的供给管路312以及两条信号和控制线325。样品调节室330用于在仪器300的更精确地控制测试区环境之前预备样。

虽然图1和2中描述了一种在包括宏观控制的测试区环境控制方面的改进，而图3则描述了一个本发明微环境控制的实施例，特别是用在AFIS（AFIS是一种图1中所示的通常仪器301中的一种）的纤维分梳器340的测试区或内部工作部分的微环境控制。使用带有现在公开的内部微环境控制的护罩300是可能的。图3中的AFIS上表面307是图1中通常表示的同一表面307。

在此简述AFIS的工作是为了更充分地公开我们的方法与设备。更详尽的描述可见之于Shofner的专利4，512，060、4，631，781、4，686，744中和共同未决的Shofner等人于1990年3月14日申请的NO.07/493，961题为“纤维或其它样品工业实体的高速、多变量光电测量方法与设备”（AFIS传感器），以及1991年9月19日申请的NO.07/762，613题为“拓扑制图机”等专利中。

在图3中的AFIS中，纤维样品342是在穿孔喂入皮带344和穿孔喂入板346之间喂入的。传感装置M响应含湿量和温度，并与传感装置M2配合使发生调节气体，供至被控制点E1，故从M2得到预置或所需值。换言之，条件E1可以选为例如65%和70°F的ASTM测试标准。

应该理解到在两种控制方略之间存在着微妙而重要的差别。当目标是取得可再现的测试结果时，整个仪器而特别是内部测试区的微环境在变成测试记录的一部分的标准条件下工作是优异的。当目标是取得较多的工艺性能时，如下面所解释的，最好是直接控制纤维的性质或工艺参数。为适应纤维测试的各种目标，承认整个测试区环境将被控制在标准条件下，并作为部分测试记录，我们现在将只对AFIS作解释。

测试区环境控制点E1、E2、E3、E4和E5全部供应不管是所需的什么空气条件，但无须是同种空气，以便控制到标准条件。下面描述的调节单元310和上述的控制单元320能做到这点。由于纤维分离机340是在负压下工作的，故使在E1-E5的每点上所示的气流被拉入机器中，供给调节空气是肯定无疑的。当完成对AFIS微环境控制系统的描述后，将会理解到控制测试环境的目标能在用传感器M3作后续测试而可记录的标准条件下对纤维进行操作。

施加在管路350上的吸力使分离的实体348沉积在动网板352上。除了在管路350和其它吸力通气室354、356和358等区域之外，网板352被内滑板360所封闭。调节气体流借助吸力通气室354、356、358通过网板352自气源E6、E7和E8被吸入。经过分离机340和传感器M3的被分离的实体在监测站M5被进一步检验，以此使测试区环境用E6和E7控制或实体的某些性质得到控制。监测装置M5最好是如公开在同时申请的Shofner等人1992年12月31日提出的NO.07/999，007的题为“加工中编织材料薄纤维网的获取，测量和控制”[代理人卷号4  8098.00]的图象分析装置。

在公开我们发明的加工区环境控制实施例之前，我们先参考图4披露测试区环境控制的内容，其中已示出单独的控制单元326和调节单元310。监测传感器M1、M2等以及控制单元326中的控制电路已是公知的。现仅对调节单元310作更详细的解释。

用风扇402将空气吸进入口400，首先通过滤尘器404，它可以是HEPA（高效粒子吸尘器）过滤器。自风扇402排出后通过冷冻螺管406。用压缩机系统408提供冷冻效应。自入口410供水用作冷凝冷却与蒸气加湿。其中示出了冷却水和冷凝排出废水。然后，气室414中的冷的干燥空气被分成8个最终调节组件416。

每个调节组件416都有再加热螺管418、蒸气针板420、离子栅422和气流控制风门424。每个调节元件418-424由控制单元326根据从上述各个监测传感器M通过导线325发来的信号分别加以控制。

当受一个调节单元作用的测试区环境本身被控制时，监测传感器响应一个或多个湿度、湿度、速度、压力、速度波动、压力波动、气体组成、自由电荷浓度、静电荷和放射性粒子浓度等，控制系统326使该组件产生输出以把受该组件作用的测试区调节至所要求的值。有代表性的微环境测试区是图3中的E1-E8，而有代表性的各区的监测点是M1-M5与M2A-M5A。

当使用调节气体流对加工机器性能的参数进行控制时，监测传感器M对此进行响应，这就是加工性能参数的直接控制而不是对加工环境进行控制，我们现在则提供本发明的进一步的实施例。

加工区环境控制

现在参照图5，它描述的是一个具有多个相接工艺阶段，有开、清棉机22、梳棉机24和并条机26等的纤维加工装置20的最为一般的形式。在包捆状态28的纤维材料被开棉、清棉并由生产线22转换成绒头状态30，纤维材料绒头从开清棉线22出来并形成棉垫30，然后进入梳棉机24，成为纱条，再进入并条机26，从并条机26出来成为混条34。

整机20不仅代表了有开包至并条操作的初始纤维加工工艺，也有纱线生产的后续工艺，包括并条、针梳、粗纱机和气流/环锭纺纱机。

由Shofner等人于1992年12月31日同时申请的NO.07/999，212[卷号48119.00]的题为“纤维加工机械的最佳控制方法”的专利中列出并讨论了棉纱制造、特别描述了气流纺纱机箱的“机械特性”，并提出了纤维加工机械最佳控制的新的总体方法。各个机械特性与受输入参数和机械工作设定影响的各种机械输出的工艺性能参数相关。在此引入这些内容作为参考。要特别指出的是带有调节气体流的控制工艺性能参数的本公开还构成了上述作参考的发明的进一步应用。

作为传感器36、38和40而示出的测量站M与加工阶段22、24和26相联系，同样的作为调节空气供给系统42、44和46的环境控制站E也与其相联系。

各传感器36、38和40均为已知的装置，其本身不构成本发明的目的。一般地，用传感器36、38和40测量诸如杂质含量、棉结量、短纤维含量以及相关参数，例如杂质去除或产生效率、棉结去除或产生效率和短纤维去除或产生效率等机器性能参数。总体地说，机器既能去除也能产生，其效率可以小于一（去除）或者大于一（产生）。例如调整不佳的梳棉能破碎杂质粒子，产生多于去除的棉结并使纤维断裂。虽然所示出的每个阶段22、24和26只连接一个传感器36、38和40，但应该理解为每个指定的传感器代表了许多与每一特定阶段相连的传感器。可以用适当的传感器测量不同的机器效率，包括生产效率。

调节气体供给系统42、44和46用于供应至少由一个控制参数调节的气体流，例如湿度、温度、速度、压力、速度波动、压力波动、气体组成、自由电荷浓度、静电荷和放射性粒子浓度。虽然示出的调节气体供给系统42、44和46是单独的元件，但应理解所述的单独元件可以包括整个空气供给系统的各元件，例如有一个风机，有多个带有各自控制元件诸如加热器、加湿器、控制风门和/或过滤器的分支导管。

根据本发明，下面参照图6-9加以详细描述梳棉机，例如梳棉机24，用传感器36、38和40测量的机器性能参数用通过调节气体供给系统42、44和46发出控制参数的方法来进行控制。相应地，有一由50代表的反馈控制系统，它接受传感器36、38和40的输出并导出，控制各调节气体供给系统42、44和46的各种信号。各反馈环用加重示意的虚线52、54和56表示。各前馈线为53、55和57。

虽然在图6中没有画出，应该理解到每个调节气体供给系统42、44和46可以包含自己的反馈环，例如，如果是反馈控制系统50支配调节气体供给系统42、44或46之一用以保持特定供应点上的给定的相对湿度的百分数时，则该特定的调节气体供给系统自身包括一个相对湿度传感器，它通过反馈控制支配加湿器元件例如喷水器的工作。

还应该理解到按照本发明，就自由电荷浓度、静电荷和放射性粒子浓度而论，反馈环52、54和56是极大地简化了的，其中示出每一个连接到一个单个传感器36、38和40上。虽然调节气体供给系统42、44和46是表示为单独的元件，应该理解为所示的单独元件可以包括整体空气调节系统的各种元件，例如有一个风机，有多个分支管路，在各个管路中有诸如加热器、加湿器、控制风门和/或过滤器等的各自的控制元件。

按照本发明，参照图6-9加以详述，文中诸如梳毛机24的梳毛机作为用传感器36、38和40测得的机器性能参数借助于控制调节气体供给系统42、44和46所发出的控制参数而加以控制。相应地还提供一总体由50代表的反馈控制系统，它接受传感器36、38和40的输出信号并推导出控制各调节气体供应系统42、44和46的各种信号。各反馈环用加重示意的方式以虚线52、54和56表示。各前馈线是53、55和57。

虽然在图6中没有示出，但应理解为每个调节气体供给系统42、44和46可以有各自的反馈环。例如，如果反馈控制系统50支配着一个调节气体供给系统42、44或46用以保持特定供给点上的相对湿度在给定的百分数上，则特定的调节气体供给系统本身可以包括一个相对湿度传感器，它通过反馈控制支配着诸如喷水器的加湿器的工作。

还应该理解，反馈环52、54和56是极大地简化了的，其中示出每个环仅连接传感器36、38和40中的一个，尽管在梳理辊102上有许多梳理盖板106。

在该工艺中纤维条30沿穿孔板108向前输送至喂入辊110，它把纤维输送给刺辊112。刺辊112以例如20米/秒的圆周速度旋转，再把纤维输送到转动的梳理辊102上，在那里的梳针104和盖板106之间受到梳理。

转动的道夫（doffer）辊114从转动的梳理辊102上移走梳理过的纤维以生产纤维网116。纤维网116约1米宽，线密度约为5克/米。漏斗状筒117将纤维网收集起来并使之成为纱条118，其线密度亦约为5克/米，其直径根据漏斗状筒而定约为1厘米，其供给速度约为2米/秒。

在本发明的仪器中，梳理级100被改型以便在关键地点安装测量站，例如，但不局限于此，在把纤维原料30供向梳理机处设置测量站M1，在喂入辊112取走纤维原料处设置M2，在纤维位于刺辊112处设置M3，在纤维位于梳理辊102处设置M4，在纤维位于道夫辊114之处设置M5，以及M6和M7，在该处分别测量织物116或纱条118的特性。

各环境控制站意味着向该处供给调节气体流，例如，使用在上述Shofner专利4，512，060、4，631，781和4，686，744中所公开的任何技术。这样，作为例子，用适宜的上气室130基本上把沿穿孔喂入板108运动的纤维材料封闭起来，把调节气体流引入环境控制站E1使之作用在沿穿孔的喂入板108传送的纤维上。用施加在下护罩131和穿孔喂入板108上的吸力作用把气流E1引入并通过纤维垫30。最好刺辊102也有穿孔、并在E2、E3和E4处引入调节气流以便达到对纤维进行调节及帮助除去尘土、杂质和微细尘埃的双重目的，其工作状态已公开在上述Shofner的专利4，512，060、4，631，781和4，686，744中。站E5把调节气体引入到梳理辊102的纤维上，而环境控制站E6把调节气体引入到道夫辊114上的纤维上，如图6和图8所示，道夫辊也是穿孔的，环境控制站E7把调节气体引入到离开碎杂辊115的纤维网116上。

现在用一个特例来说明本发明的各种构想。

在纤维将要进入刺辊112处的测量站M2，对含湿量、杂质和短纤维含量全都进行测量。许多其它性能参数也可进行测量，举例来说，含湿量可以是5%，杂质可以是500粒/克，而短纤维含量是8%。在M5或M6处，可以测量梳理机出口处的短纤维和杂质含量。

这是一个简单的例子，在其中我们只考虑一个控制参数，即温度或水，它加在环境控制站E1上用来控制气体流的绝对湿度。也可以在几个点上使用几个其它的控制参数。可以用任何方式影响E1处的绝对湿度，例如用超声增湿、喷嘴或喷射蒸汽、可用温度控制来影响相对湿度。E1处的湿度控制着M2处的含湿量，再控制M5处的杂质和短纤维含量，这将在下面详细讨论。作为一个例子，E1处的相对湿度可以是50%。

在M2测得的含湿量会影响在M6测得的杂质含量和短纤维含量，但它们是互相矛盾的。其矛盾状况以简单形式示于图9中。图9的横轴是在M2测得的含湿量，是通过引入E1的气体的调节直接控制的。左边纵轴是在测量站M6测得的杂质，其曲线是150。右边纵轴是按纤维重量百分比计算的短纤维含量，其长度小于1/2英寸，曲线为152。监测站M6可以是图象分析系统，它在Shofner等人的同时申请的专利中已有描述，申请号NO.07/999，114，申请日1992年12月31日，题为“加工中编织材料薄纤维网的获取、测量和控制”。[代理人卷号48118.00]。

在此例中，有一个与M2处5%含湿量相关的每克含杂质粒子100个的额定工作点。当含湿量增加时，杂质含量也增加;含湿量减少时杂质含量也减少。在这个人为的例子中，在含湿量4%时得到的杂质含量为每克80杂质微粒，而含湿量为6%时，杂质含量为每克120个粒子。一般地总是希望杂质含量为最少。

对于短纤维含量，在本例中相对于额定含湿量5%的点，短纤维含量为8%。含湿量减少时，出现所不期望的短纤维量增加，这是因为纤维较弱使梳理造成的损伤增大。相反地，含湿量增加，短纤维含量减少。因而，其关系是相反的。在此特例中，6%的含湿量导致6%的短纤维含量，而含湿量4%时，短纤维量为10%。

自图9中可以明显地看出机器性能参数短纤维含量和杂质含量是互相抵触的，而适宜地控制这些参数成为最佳状态则是本发明的一个重要方面。

现在考虑机器以预定的棉花供给工作，而作为初始参考点。它工作在M5处的杂质含量100粒/克，而M5处的短纤维含量为8%。在M2测得的输入纤维参数是杂质每克500，短纤维含量为8%。由于梳理机102既能除去能产生短纤维，在本例中其净影响被认为是效率为1。梳理机把杂质含量从每克500降至每克100则其杂质去除效率为0.80。

假定有例如由棉花纤维30的某些性质变化被引入机器而产生的变化。作为特定的例子，假设在M2测得的杂质含量从每克500增加到1000，而短纤维含量保持在8%。假如过程是线性的，M6处所测杂质含量将从每克100变到200，而5%的含湿量不变，其它参数均相同。

根据本发明，所控制的不是M2处的5%含湿量，也不是E1处50%相对湿度，所控制的是机器性能，在此是输出量或纱条参数杂质含量和短纤维量。

按照上面所提共同未决的申请中所描述的近代统计控制方法，根据对特定机器的分析能开发并实现一种适宜的折衷方案。这种控制系统将具有，例如，下列功能。

例如，用减少E1处按所需降低调节空气的温度的办法把M2处测得的含湿量从5%降至4%。在图9中，我们希望杂质含量减少20%。相应地每克200的杂质将被降至每克160。然而，若M2处的含湿量减少到4%，短纤维含量在M5处测得值将从8%变到10%。这样就面临一种困难的选择，即，把M6处的杂质含量降至每克160所带来的在整个工艺方面总利润方面的积极作用超过短纤维含量增至10%所带来的消极影响。由于较高的杂质含量，材料以较低成本购得，而对最终生产出的纱的价格只有很小的影响，故在实际上对总利润的影响是正面的。另一方面，增加短纤维含量会使纱的强度和均匀度恶化，这将使市场谈判变得严苛。

这样，该系统能按几种不同方式工作。在任何情况下，一个与反馈控制系统相连，用现代统计学控制方法适当编程的计算机随时地查找什么是考虑了杂质含量的短纤维最佳值，以找到一个包括纱价以及其它性能标准的综合平衡水准。

典型的情况是机器的操作者将选择一种使短纤维量最小的可接受的较高的杂质含量，这样就要编程以使控制系统不把含湿量降低到这种程度。由于短纤维量使纱的强度和均匀度下降，由短纤维量造成的市场损失总比杂质含量造成的市场损失严重。

总之，希望短纤维含量最小，也希望减少含杂质量。纱价受杂质或短纤维量的高百分含量的不利影响，短纤维量比杂质含量使价格降低更剧。因而比较评定经常是建立在价值基础上的，因此最佳含湿量是对于最佳纱价的折衷的水平。这样就希望改变对梳理机上特定地点的空气供给条件以求得满足纤维清洁和减少短纤维的要求。

可以使用多个控制点。例如，在E1之外还可以使用E4和E5。应该认识到纤维损害特别发生在两处，一处是喂入辊110把纤维供到刺辊112处，另一处是纤维进入梳理辊102和梳理盖板106之间有强烈梳理作用之处。于是在M2处引入含湿量较低的纤维用以提高该处的清洁度，在该处刺辊112上的针销通过喂入辊110和喂入板111时作用在纤维上。然后这种损害作用的增加可被用通过E4和E5引入潮湿空气给梳理辊102和盖板106而带来的损害减少所补偿。

相似地，在预想到后续工艺时希望在E6、E7处提高含湿量。例如，为了供入并条机或最后进入气流纺纱机就需要较高的含湿量。

图10中描绘了在图6的梳理机10的三个选出点供给调节空气的气体流调节系统的概观图，例如选自E1、E2、E3、E4、E5、E6和E7环境站。为了表达方便起见，图10仅示出三个加工区，分别为202、204和206。有一供给总管208，它有各自的支管210、212和214。在每一支管210、212和214串联有总体用216表示的适当控制元件，可包括例如风门、加热圈、加湿器、过滤器和离子栅等。

供给系统的中央是空气洗涤器220，例如从Pnuemafil  corp.Charlotte，北卡罗莱那或LuwaBahnson，Winstonsalem，北卡罗莱那公司购得的空气洗涤器。空气洗涤器220配合适宜的控制元件提供确定为适合本系统的具有预定初始湿度的空气流。该空气流用风机222驱动通过空腔风门224进入供给导管208中，再供向单个的支管210、212和214。在用控制元件216并根据控制信号217a、217b等进一步修正后，供气扇222就把空气供给到梳理机的三个或更多的地点上。

吸入或从梳理加工区返回的气体;以及通过风门231旁路的任何气体由导管230收集并被一两级过滤器滤清，过滤器包括初级过滤器232和次级过滤器234，它们组成鼓形或辊形过滤器。返气风扇236自过滤器232和234抽出空气并将返回空气送入混合气室238中，它最好后接第三级过滤器240，然后将滤清的空气送入空气洗涤器220。

当外界空气条件能借助蒸发冷却保持所需的空气流温度，并希望系统进行经济循环工作而避免使用激冷水或其它冷却系统时，则特别要提供混合气室238和返气扇236。相应地混合气室238配有返气风门242、外部风门244和废气风门246。

在热天气或当户外条件在不使用附加冷却不能保持所需的温度时，可以使用如Trane  Company所提供的激冷水冷却器250。用以控制喷水温度和供给空气或气体的温度和/或湿度，这是通过控制能使激冷水进入空气洗涤器再循环泵254的激冷水供给阀252来实现的。还提供另外的阀256以保证在避开可能的结冰条件下有恒定的水流通过水激冷器。

取代在空气洗涤器中喷激冷水，可以使用“闭环”激冷水系统，其冷却效果是用位于待调节的空气流中的螺圈来达到的，激冷水按所需通过螺圈进行循环以得到希望的条件。冷却塔258与单元250相联。

在此已经示出并描述了本发明的特定的实施例，应该认识到对于本领域的熟练技术人员来说能够做出许多修正与变化。应该理解后附的各权利要求意在覆盖所有这些修正使其落入本发明的精神实质与范围之中。

Claims (54)

1、一种在测试仪器中直接控制测试区环境的方法，它包括：

测量至少一种测试区环境参数；以及

控制至少一种测试区环境参数为预定值，是在测试期间仔细运用调节气体流来把至少一种测试区环境参数保持在预定值上的。

2、一种如权利要求1所述的方法，其特征在于至少一个测试环境参数是从由湿度、温度、速度、压力、速度波动、压力波动、气体组成、自由电荷浓度、静电荷和放射性粒子浓度组成的组合中选取的。

3、一种如权利要求1所述的方法，其特征在于测试仪器是供纤维测试用的。

4、一种在测试仪器中控制多个测试区环境的方法，它包括：

对于每个测试区测量至少一个测试区环境参数;以及

控制每一测试区的至少一个测试区环境参数为预定值，是在特定测试区的适宜地点仔细使用调节气体流来把至少一个测试区环境参数保持在预定值上的。

5、一种如权利要求4所述的方法，其特征在于，在每一测试区的至少一个测试区参数是从由湿度、温度、速度、压力、速度波动、压力波动、气体组成、自由电荷浓度、静电荷和放射性粒子浓度组成的组合中选取的。

6、一种如权利要求4所述的方法，其特征在于测试仪器是纤维测试用仪器。

7、一种如权利要求4所述的方法，其特征在于至少一个测试区是棉结测试区。

8、一种测试后控制纤维性质的方法，包括：

测量至少一种纤维性质;以及

把至少一种纤维性质控制在预定值，是在测试后仔细运用调节气体流使纤维性质成为预定值的。

9、一种如权利要求8所述的方法，其特征在于至少一种纤维性质是含湿量。

10、一种纤维测试装置，包括：

包含一个测试区的纤维测试仪器;

用于测量在上述测试区中的至少一个测试区环境参数的传感器;

用于向上述测试区供给调节气体流的调节供给系统;和

与上述传感器和上述调节供给系统相连的控制系统，借助于调节气体流把至少一个测试区环境参数保持在预定值上。

11、一种如权利要求10所述的装置，其特征在于上述纤维测试仪器有一个表面，该装置还包括一个把调节气体导引到上述仪器表面的护罩。

12、一种如权利要求10所述的装置，其特征在于上述测试仪器有一内部，上述测试区就在该内部中。

13、一种纤维测试装置，包括：

含有多个测试级和与之相关的测试区的纤维测试仪器;

为测量至少一个测试区环境参数的每个测试区的传感器;

各自的调节供给系统，用于在每一测试区的适当地点头供给调节气体流，以便影响特定测试区的至少一个测试区环境参数;

一个控制系统，它与上述传感器和调节供给系统相连，用控制调节气流的方法把每一测试区的至少一个测试环境参数保持在预定值上。

14、一个能向多个纤维测试或加工区供给不同的调节气体流的可移动的调节单元，它包括：

多个单独的可控的调节组件;

向上述调节组件供应冷的、干燥的滤过空气的空气过滤器、风机和冷却螺圈;以及

在上述调节组件中对通过该特定调节组件的空气可控地进行加温加湿的元件。

15、一种在机器中加工纤维的方法，包括：

测量至少一个机器性能参数;以及

用在加工期间仔细供给用至少一个控制参数调节的气体流来控制至少一个机器性能参数。

16、一种如权利要求15所述的方法，其特征在于它包括按照预定的最佳控制方略控制多个机器性能参数。

17、一种如权利要求15所述的方法，其特征在于至少一个机器性能参数是选自由杂质含量、棉结含量、短纤维含量、杂质去除率、棉结去除率、短纤维去除率和机器生产率构成的组合中。

18、一种如权利要求15中的方法，其特征在于至少一个控制参数是选自由湿度、温度、离子含量、速度、速度波动、压力、压力波动、气体组成和放射性粒子浓度构成的组合中。

19、一种如权利要求17所述的方法，其特征在于至少一个控制参数是选自由湿度、温度、离子含量、速度、压力波动、气体组成和放射性粒子浓度构成的组合中。

20、一种如权利要求17所述的方法，其特征在于它包括按照预定最佳控制方略对多个机器性能参数进行控制。

21、一种如权利要求19所述的方法，其特征在于它包括按照预定最佳控制方略对多个机器性能参数进行控制。

22、一种如权利要求15所述的方法，其特征在于它包括对纤维进行梳理的纤维处理工艺。

23、一种在有多个工艺阶段的机器中加工纤维的方法，所述方法包括：

对每一工艺阶段测量至少一种机器性能参数;

对每一工艺阶段控制至少一个机器性能参数，它是用在特定阶段的适宜地点上仔细供给至少一个控制参数调节的气体流实现的。

24、一种如权利要求23中所述的方法，其特征在于它包括按照预定的最佳控制方略对于至少一个工艺阶段控制多个机器性能参数。

25、一种如权利要求23所述的方法，其特征在于在每一工艺阶段的至少一个机器性能参数是选自由杂质含量、棉结含量、短纤维含量、杂质去除率、棉结去除率、短纤维去除率和机器生产效率构成的组合中。

26、一种如权利要求23所述的方法，其特征在于在每一工艺阶段的至少一个控制参数是选自由湿度、温度、离子含量、速度、速度波动、压力、压力波动、气体组成和放射性粒子浓度构成的组合中。

27、一种如权利要求25所述的方法，其特征在于在每一工艺阶段的至少一个机器性能参数是选自由杂质含量、棉结含量、短纤维含量、杂质去除率、棉结去除率、短纤维去除率和机器生产率所构成的组合中。

28、一种如权利要求25所述的方法，其特征在于包括预定最佳控制方略，对至少一个工艺阶段多个机器性能参数进行控制。

29、一种如权利要求27所述的方法，其特征在于包括按照预定最佳控制方略，对至少一个工艺阶段多个机器性能参数进行控制。

30、一种如权利要求23所述的方法，其特征在于它包括在至少一个工艺阶段中使纤维受到梳理。

31、一种加工纤维的装置，包括：

纤维加工机械;

把纤维材料供给到所述纤维加工机械的输送系统;

测量至少一个所述纤维加工机械的性能参数的传感器;

一个调节供给系统，用来供给由影响至少一个性能参数的至少一个控制参数调节的气体流;以及

一个与上述传感器和上述调节供给系统相连的控制系统，借助于控制至少一个控制参数来控制至少一个机器参数。

32、一种如权利要求31所述的装置，其特征在于所述控制系统按照预定最佳控制方略控制多个机器性能参数。

33、一种如权利要求31所述的装置，其特征在于至少一个机器性能参数是选自由杂质含量、棉结含量、短纤维含量、杂质去除率、棉结去除率、短纤维去除率和机器生产率构成的组合中。

34、一种如权利要求31所述的装置，其特征在于至少一个控制参数是选自由湿度、温度、离子含量、速度、速度波动、压力、压力波动、气体组成和放射性粒子浓度构成的组合中。

35、一种如权利要求33所述的装置，其特征在于至少一个控制参数是选自由湿度、温度、离子含量、速度、压力波动、气体组成和放射性粒子浓度组成的组合中。

36、一种如权利要求33所述的装置，其特征在于所述控制系统按照预定的最佳控制方略控制多个机器性能参数。

37、一种如权利要求35所述的装置，其特征在于所述控制系统按照预定的最佳控制方略来控制多个机器性能参数。

38、一种如权利要求31所述的装置，其特征在于所述加工机械包括梳理机。

39、一种纤维加工装置，包括：

具有许多工艺阶段的纤维加工机械;

把纤维材料供给到上述纤维加工机械上的输送系统;

测量每一所述工艺阶段至少一个机器性能参数的传感器;

各自的调节供给系统，用以向每个阶段的适宜地点供给用能影响特定阶段的至少一个性能参数的至少一个控制参数调节的气体流;以及

与每一所述传感器和每一所述调节供给系统相连的控制系统，用控制每一特定阶段至少一个控制参数来控制每一上述工艺阶段的至少一个机器性能参数。

40、一种如权利要求39所述的装置，其特征在于所述控制系统按照预定的最佳控制方略来控制至少所述一个工艺阶段的多个机器性能参数。

41、一种如权利要求39所述的装置，其特征在于在每一工艺阶段中至少一个机器性能参数是选自由杂质含量、棉结含量、短纤维含量、杂质去除率、棉结去除率、短纤维去除率和机器生产率组成的组合中。

42、一种如权利要求39所述的装置，其特征在于对于每一上述工艺阶段中至少一个控制参数是选自由湿度、温度、速度、压力、速度波动、压力波动、气体组成、自由电荷浓度、静电荷和放射性粒子浓度构成的组合中。

43、一种如权利要求41所述的装置，其特征在于在每一工艺阶段至少一个机器性能参数是选自由杂质含量、棉结含量、短纤维含量、杂质去除率、棉结去除率、短纤维去除率和机器生产率所组成的组合中。

44、一种如权利要求41所述的装置，其特征在于所述控制系统按照预定的控制方略控制至少一个上述工艺阶段的多个机器性能参数。

45、一种如权利要求43所述的装置，其特征在于所述控制装置按照预定的控制方略来控制至少所述一个工艺阶段的多个机器性能参数。

46、一种如权利要求41所述的装置，其特征在于至少所述工艺阶段中的一个是梳理。

47、一种在机器中加工纤维的方法，包括：

测量至少一个工艺参数;以及

控制至少一个工艺参数，它在加工过程中仔细供给由至少一个控制参数调节的气体流来实现控制。

48、一种如权利要求47所述的方法，其特征在于该工艺参数是纤维含湿量。

49、一种如权利要求47所述的方法，其特征在于所述机器是梳理机。

50、一种如权利要求49所述的方法，其特征在于该工艺参数是纤维含湿量。

51、一种如权利要求47所述的方法，其特征在于所述机器是气流纺纱箱。

52、一种如权利要求51所述的方法，其特征在于该工艺参数是纤维含湿量。

53、一种如权利要求47所述的方法，其特征在于所述机器是精梳机。

54、一种如权利要求53中所述的方法，其特征在于该工艺参数是纤维含湿量。

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