BRPI0610234A2 - método para regularizar o estiramento de uma mistura de fibras e sistema de estiramento para fibras - Google Patents

Abstract

A presente invenção diz respeito a um método que executa nivelamento, por assegurar que existe uma distribuição uniforme de extremidades de avanço por unidade de comprimento na saida entregue. Particularmente, a invenção diz respeito a um método para estiramento de uma mistura de fibras de um tecido, o método compreendendo detectar variações nas extremidades de avanço na alimentação, computar as correções necessárias para minimizar as variações na saída, e aplicar correções durante operação.

Description

"MÉTODO PARA ESTIRAMENTO DE FITA E APARELHO PARA O MESMO"

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção diz respeito a um método paraestirar mistura de fibras de tecido que envolve detectar va-riações na espessura de alimentação, computar as correçõesnecessárias para reduzir as variações e aplicar as correçõesnecessárias fornecendo controle preciso sobre a espessura dealimentação.

ANTECEDENTES

Autonivelamento é o nome da tecnologia usada paracontrolar as variações de massa em máquinas preparatórias defiação. 0 aparelho para autonivelamento é tipicamente usadonos estágios de cardagem e estiramento para controlar a me-cha da fita entregue. Existem diversos sistemas de ciclo a-berto e ciclo fechado que controlam as variações de massa nafita entregue. Entretanto, estes métodos dependem da mediçãodireta da espessura da fita. Subseqüentemente, com base naespessura da fita, a velocidade dos roletes de autonivela-mento é ajustada.

0 aparelho de estiramento convencional consiste deum sistema de três pares de roletes. Um de estiramento deabertura é usualmente fixo, enquanto que um de estiramentoprincipal variável é usado para controlar o processo de ni-velamento. À medida que o material atravessa o sistema deestiramento, diversas correções podem ter que ser aplicadaspara variar o de estiramento principal. Isto torna a relaçãoentre as espessuras medidas e as correções aplicadas duvido-sa.

A patente US 5.018.248 diz respeito a um sistemade estiramento e um aparelho de autonivelamento consistindode dois roletes referidos como os roletes "macho" e "fêmea".

Os dois roletes são arranjados de maneira tal que o rolete"macho" e o rolete "fêmea" do sensor de fita são colocados àfrente dos primeiros roletes de estiramento. Estes dois ro-letes servem para medir a espessura da fita entre o macho ea fêmea. A saida medida como uma resposta para a distânciaentre os dois roletes é usada, sujeita a um tempo de retar-do, para variar a velocidade de rotação dos roletes de esti-ramento subseqüentes. A velocidade de passagem autonivelado-ra é ajustável e o tempo de retardo na variação de razão deestiramento é automaticamente ajustado em resposta à veloci-dade selecionada. Deve ser notado que na invenção declaradao autonivelamento é realizado por meio das correções feitasno nivel macro usando a medições de espessura, enquanto queas microvariações subjacentes responsáveis pela não unifor-midade na alimentação não são consideradas.

Os sistemas de autonivelamento convencionais ten-tam assim determinar o valor ideal para a correção a ser a-plicada por tentativa e erro na suposição de que a série demedições de espessura pode ser usada para computar a sériede correções necessárias. Estas correções devem ser aplica-das quando o material alcança o ponto de correção ideal.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO

O principal objetivo da presente invenção é forne-cer um sistema a fim de obter uma fita possuindo alto graude uniformidade pela redução das variações no nivel microassim como no macro.

Um outro objetivo da presente invenção é assegurarque as extremidades de fibra alcancem os roletes de entregaem uma taxa por unidade de tempo constante por todo o pro-cesso de estiramento.

Também um outro objetivo da presente invenção édeterminar a espessura da fita pela correlação da espessuracom outros parâmetros tais como a quantidade de extremidadesde fibra de avanço na fita.

Um outro objetivo da presente invenção é capacitara correção de erro a ser aplicada aos roletes de estiramentocom base na distribuição de extremidades de fibra na entrada e saida.

Mais um objetivo da invenção é fornecer um apare-lho de estiramento de autonivelamento no qual a taxa de ve-locidade de processamento é ajustada, a fim de fornecer umafita tendo alto grau de homogeneidade pelo aumento/melhorada precisão de autonivelamento.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Desta maneira, a presente invenção diz respeito aum modelo inédito para as fitas de alimentação que descrevea fita como um sistema com microvariações em distribuiçõesde extremidade de fibra, e a espessura de fita como uma con-volução desta distribuição. A presente invenção utiliza aestrutura de nivel micro da fita. A presente invenção mantéme supera a capacidade de mecanismos convencionais para cor-rigir erros que ocorrem por causa das variações na espessurado meio. Ela corrige variações, referidas como variações es-tacionárias, que não envolvem uma mudança em parâmetros comomeio ou espessura média. 0 método é baseado em um modelo ma-temático de som da fita, e usa técnicas bem estabelecidas deprocessamento de sinal digital para recuperar a distribuiçãodas microvariações que caracterizam inteiramente a alimenta-ção no nivel micro.

0 sistema atinge correções no nivel micro, e con-seqüentemente foi denominado de "Micronivelador". A capaci-dade para assegurar correções no nivel micro fornece a capa-cidade para corrigir a alimentação para uma extensão muitomaior do que os sistemas existentes.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS ANEXOS

A Figura 1 é uma representação esquemática de umsistema micronivelador.

A Figura 2 é uma representação do sistema de role-te de varredura que procede de forma similar a um sistemaharmônico amortecido de massa-mola de um sistema micronivelador.

A Figura 3 é uma comparação simulada entre a téc-nica de nivelamento da presente invenção com técnicas de au-tonivelamento convencionais e com situações onde não é usadoautonivelamento.

A Figura 4 mostra um entendimento de estiramentoinstantâneo usando extremidades de avanço.

A Figura 5 mostra um tipo de "Tudo ou Nada" decorrelação entre espessura e extremidades de avanço.

A Figura 6 mostra uma representação gráfica deresposta de impulso de fibra.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Uniformidade é um dos parâmetros de qualidade maisdesejados para fios de tecer não somente em virtude de afe-tar a produtividade em estágios subseqüentes na indústriatêxtil, mas também em virtude de ter um impacto significati-vo na aparência dos produtos acabados. A uniformidade do fiode tecer pode ser medida e comparada com base em variaçõesde pequeno e longo termo na massa por unidade de comprimen-to, variações na resistência, variações nas proporções demistura, etc.

Os processos anteriores à fiação são chamados deestágios preparatórios. O propósito dos estágios preparató-rios é preparar o material de alimentação pela paralelizaçãodas fibras, e tornar a alimentação uniforme. Isto melhora aeficiência e qualidade do processo de fiação. A uniformidadedo material de alimentação é atingida por meio de um proces-so referido como autonivelamento. Autonivelamento é o nomeda tecnologia usada para controlar as variações de massa emmáquinas preparatórias de fiação. O aparelho para autonive-lamento é tipicamente usado.nos estágios de cardagem e esti-ramento para controlar a mecha da fita entregue.

Os processos anteriores à fiação são chamados deestágios preparatórios. 0 propósito dos estágios preparató-rios é preparar o material de alimentação pelo alinhamentode todas as fibras em uma direção paralela, e tornar a ali-mentação tão uniforme quanto possivel para melhorar' a efici-ência e qualidade do processo de fiação. Neste aspecto, aestrutura de estiramento autoniveladora reproduz uma funçãomuito importante.

0 esquema de um sistema micronivelador é dado naFigura 1. 0 sistema inclui o sensor de deslocamento 20, osroletes de varredura 21, o acelerômetro 22, o amortecedor23, o controlador 24, os roletes de alimentação 25, os role-tes centrais 26, os roletes de entrega 27, e o funil de en-trega com sensores 28 tal como indicado no diagrama. Os ele-mentos 20, 21, 22 e 23 conjuntamente permitem a estimativade direção da mudança na espessura da alimentação mesmoquando a velocidade da alimentação varia na faixa de opera-ção da máquina. Os roletes centrais 26 e os roletes de en-trega 27 têm sensores fixados a eles que comunicam seus res-pectivos deslocamentos ao controlador 24 durante o processode estiramento. O controlador 24 também recebe entradas pro-venientes do sensor de deslocamento 20, do acelerômetro 22 edos sensores 28 em posições precisamente sincronizadas dosroletes centrais 26 e dos roletes de entrega 27. O controla-dor é responsável pelo armazenamento de dados de entrada deusuário, calibração e calibração de cruzamento de sensores,e da sincronização de medições, computações e correções. Ocontrolador 24 também pode agir como um dispositivo de ser-vocontrole, ou interagir com um servocontrolador dedicadoque implemente o controle de movimento dos roletes dé esti-ramento. Os roletes de alimentação 25 e os roletes centrais26 usualmente têm uma razão de velocidades fixa dependendodo estiramento de abertura selecionado pelo usuário.

O ponto de correção tal como indicado anteriormen-te está tipicamente dentro do comprimento de unidade de fi-bra para longe dos roletes de entrega. Nos métodos e apare-lho revelados, o ponto de correção e a correção que necessi-ta ser aplicada são determinados pela avaliação da quantida-de de extremidades de fibra de avanço em uma alimentação. AFigura 4 mostra claramente que a distribuição de extremida-des de avanço na saida é controlada quando o estiramento va-ria. 0 caso 1 representa um alto grau de estiramento sendoaplicado enquanto que o caso 2 representa um baixo grau doestiramento aplicado. No caso 1, até que as extremidades deavanço no local 4 alcancem o local 5, com o aperto dos role-tes de entrega 3 (girando em uma velocidade constante), asextremidades de avanço em 5 teriam alcançado o local 6. Istoé alcançado pela redução da velocidade das extremidades deavanço na zona 8 pela redução da velocidade dos roletes cen-trais (não mostrados no diagrama). Para reduzir o estiramen-to, a velocidade na zona 8 é aumentada. 0 estiramento ins-tantâneo pode então ser dado pela razão das distâncias per-corridas pelas extremidades de avanço no lado de entrega pa-ra a distância percorrida no lado de alimentação.

É importante notar que em cada intervalo de tempode controle indicado pelas pequenas linhas verticais, o des-locamento relativo entre fibras acontece de uma maneira con-trolada somente para as extremidades de fibra perto de atin-gir os roletes de entrega. As fibras já agarradas pelos ro-letes de entrega, e as fibras que não serão agarradas pelosroletes de entrega no atual intervalo de tempo, não são afe-tadas pelas variações impostas à velocidade dos roletes pelomecanismo de nivelamento. Portanto, é de maior importânciaque o estiramento aplicado dependa da quantidade de extremi-dades de avanço na zona próxima de ser agarrada pelos role-tes de entrega.

Os processos de autonivelamento existentes aplicamcorreções com base nas variações de nivel macro na espessurade alimentação. A espessura de alimentação é determinada pe-las medições feitas em intervalos de amostragem regulares.Entretanto, espessura é realmente uma soma complexa sobretodas as distribuições de extremidades de fibra nas proximi-dades da medição. Tais distribuições de extremidades de fi-bra são infinitas em número para a mesma seqüência de espes-sura medida. Portanto, um método como este necessita de cor-relação entre a espessura medida e a quantidade de extremi-dades de avanço em qualquer zona de correção. Na ausência deuma correlação como esta a medição de espessura é ineficazna determinação do estiramento. A correlação de tipo "Tudoou Nada" da Figura 5 corresponde aos casos não estacionárioe estacionário respectivamente. No caso estacionário, quandoqualquer parte medida alcança o local predeterminado de cor-reção 10, não existe correlação entre a espessura medida e aquantidade de extremidades de avanço apresentadas aos role-tes de entrega naquele instante na zona 8 (ou em quaisqueroutras zonas tais como também 11 ou 12), em virtude dosgraus extras de liberdade no arranjo das fibras. Entretanto,no caso de variações não estacionárias na alimentação, emvirtude da mudança na espessura média, as extremidades deavanço em todas as zonas dentro de 13 são provavelmente paracorrelacionar com a espessura medida. Portanto, exceto du-rante variações não estacionárias na alimentação, em geral,não haverá nenhuma correlação em quaisquer das zonas com asespessuras medidas. Esta é a desvantagem dos sistemas exis-tentes. Em outras palavras, para o mesmo conjunto de medi-ções de espessura um diferente conjunto de ações corretivaspode ser apropriado, exceto durante variações não estacioná-rias. Esta falta de correlação entre espessura e correçãonecessária pode ser explicada com a ajuda de um exemplo sim-plificado. Assumir que existe uma alimentação uniforme feitade fibras de 30 mm. Nisto é colocado um feixe, de quase 30mm de comprimento, de um arranjo de fibras bem-alinhadas quetornam dupla a espessura sobre estes 30 mm de comprimento.Os sistemas presentes aplicarão múltiplas correções corres-pondentes a cada medição de espessura mais alta sobre estes30 mm de comprimento. Entretanto, o modo apropriado paracorrigir a alimentação, tal como indicado pelo método da a-tual invenção é aplicar um estiramento mais alto somente umavez, quando as fibras extras alcançam os roletes de entrega.

Muitas abordagens têm sido feitas para melhorar osistema de autonivelamento. Os dois parâmetros da intensida-de de correção e o ponto de correção não são suficientes pa-ra determinar inteiramente a correção necessária que é paraser aplicada à alimentação. Informação adicional usando-setécnicas tais como análise de Fourier também não é útil, emvirtude de que estas fornecem informação que não é do localdo ponto sendo corrigido. Mesmo transformações de ondulaçãosão inadequadas quando as variações na alimentação são ver-dadeiramente aleatórias.

A presente invenção difere dos autoniveladores co-nhecidos. A invenção, entre outras coisas, rastreia exata-mente as variações na alimentação no nivel micro de maneiraque as correções apropriadas podem ser aplicadas no ponto decorreção ideal. Os parágrafos seguintes explicam a maneirana qual a presente invenção é capacitada.

O método de micronivelamento é com base em um mo-delo matemático da alimentação de fibra que explica a manei-ra na qual as variáveis no dito modelo afetam as variaçõesna espessura da alimentação. É óbvio que cada fibra podecontribuir para a espessura da alimentação somente para aextensão do comprimento da fibra. Deve ser notado que emborao comprimento de todas as fibras individuais na alimentaçãoseja dificil de predizer/calcular, a distribuição de compri-mentos de fibra das ditas fibras é provavelmente para serestatisticamente similar em qualquer local na alimentação.Portanto, no caso de os comprimentos de uma grande quantida-de de fibras ser realmente medidos, é provável que a distri-buição de comprimentos de fibra em uma seção transversal emqualquer dado ponto na alimentação não varie de forma signi-ficativa em relação à distribuição medida. Em outras pala-vras, mesmo que os comprimentos de fibras individuais variemde forma significativa, a média de comprimentos de fibra e odesvio padrão de comprimentos de fibra em diferentes seçõestransversais da alimentação não variarão de forma significa-tiva. De forma similar, o número médio de fibras dobradas, aextensão média de dobramento, a inclinação média de fibras,e as médias de outras propriedades de configuração das fi-bras não variarão de forma significativa em relação ao com-primento da alimentação. Portanto, no presente caso a ênfaseé dada para a variação nas extremidades de avanço das fibraspara considerar a variação na espessura. A quantidade de ex-tremidades de avanço das fibras seria menor quando comparadaà quantidade de fibras presentes através de uma dada seçãotransversal. Deve ser notado que para uma dada distribuiçãode extremidades de fibra de avanço, a espessura da alimenta-ção variaria com o comprimento de uma maneira que é caracte-rística das propriedades médias da distribuição de fibra naalimentação. De modo oposto, é possível computar a distribu-ição de extremidades de avanço ao longo do comprimento daalimentação a partir da espessura de alimentação e das pro-priedades médias da distribuição de comprimento de fibra.

Em um sistema onde a ação de nivelamento é regula-da pela variação da velocidade do rolete central, ao mesmotempo que conservando fixa a velocidade do rolete de entre-ga, é claro que as fibras agarradas pelos roletes de entreganão podem mais ser controladas. De modo oposto, melhor nive-lamento pode ser alcançado pela garantia de que a quantidadede novas fibras (extremidades de avanço) apresentadas aosroletes de entrega por unidade de tempo é constante. Istoassegurará que existem quantidades iguais de extremidades deavanço por unidade de comprimento no lado de entrega. Istopor sua vez assegurará que a espessura no lado de entrega éuniforme tal como indicado pela equação (1).

A Figura 2 representa um sistema de rolete de var-redura de um típico sistema micronivelador. 0 sistema de ro-lete de varredura se comporta de uma maneira similar a umsistema harmônico amortecido de massa-mola. Este sistema derolete de varredura é um sistema possuindo um único grau deliberdade com uma função de força aleatória. Isto significaque o sistema é influenciado por uma força não periódica va-riável externa. 0 sistema é projetado para ser de "rigidezdominada" isto é, o sistema massa-mola não oscilaria de for-ma harmônica, ou continuaria a oscilar, se o rolete de var-redura fosse deslocado pelas variações da alimentação quechega. A exigência de o sistema massa-mola tal como repre-sentado na Figura 2 é que a medição de aceleração deve mos-trar comportamento linear em freqüências na faixa de cercade 1.000 Hz. Acelerância é dada por:

Acelerância = (jco) 2/[m (jco) 2+c (jco) +k]

onde j=V-T

A constante de mola é k, o coeficiente de amorte-cedor é c, a massa é m, e a freqüência é co. A função de for-ça energiza o sistema, enquanto que o amortecedor dissipa aenergia.

Quando o efeito de mola é dominado (co2 » k/m) , e oamortecimento pode ser negligenciado, acelerância * l/m. Is-to significa que além de uma certa freqüência, a aceleraçãomedida não será afetada pela freqüência. Isto é uma exigên-cia essencial em virtude de o mecanismo de nivelamento vari-ar a velocidade em que a alimentação se desloca através dosroletes de varredura. A velocidade mais baixa em que o errona aceleração medida permanece dentro de tolerância determi-nará o estiramento máximo aplicável no sistema. Uma vez queas medições de interesse são na faixa de cerca de 1 kHz, ovalor de k/m tem que ser selecionado com isso em mente..Tam-bém, os dados medidos devem ser filtrados adequadamente paraeliminar freqüências fora da faixa acima.

Deve ser notado que a fim de se calcular e aplicara correção de forma apropriada é importante correlacionar odeslocamento e aceleração dos roletes de varredura com dis-tribuição de extremidade de fibra de avanço. 0 deslocamentodos roletes de varredura é causado pela força exercida nosistema massa-mola dos roletes de varredura. A variação naforça é um resultado dirigido da variação da espessura dafita na alimentação em que as variações são tanto por causada presença das variações de nível macro quanto de nível mi-cro. A aceleração medida é em resposta à força exercida pelomaterial de alimentação que está correlacionada à mudança naquantidade de fibras na alimentação. A aceleração do sistemade rolete de varredura é medida em conjunto com o desloca-mento dos roletes de varredura.

As principais propriedades de relevância são o mó-dulo volumétrico, B, da alimentação e o volume específico Cda fibra. 0 módulo volumétrico é dado por

B =Ap/(Av/v)

onde Ap é a pressão necessária para comprimir omaterial em volume, v, por Av. 0 volume específico C = Av/Andiz respeito à mudança em volume da alimentação comprimidapara a mudança na quantidade de fibras, An, na seção trans-versal. Estas duas equações, juntamente com as relações en-tre força e aceleração (f = ma), pressão e força (p =f/área), e volume e área de seção transversal (v = área.d),são combinadas para relacionar a aceleração medida com An.

An = m.a.d/B.C)

onde m é a massa do sistema massa-mola, a é a ace-leração, e d é a medição de deslocamento da mola. Deve sernotado que por obter diretamente as variações na espessuraem vez da espessura, a precisão do valor An medido é melho-rada de maneira excepcional. Também, a medição de aceleraçãotem uma largura da fita muito mais alta do que medição dedeslocamento, e isto é essencial para se monitorar variaçõesno nivel micro.

Uma equação relacionando distribuição de extremi-dades de avanço com a espessura da fita/alimentação é essen-ciai para.processar de forma apropriada os dados coletados.

Neste aspecto é benéfico considerar os dados coletados, aespessura e extremidades de avanço por unidade de comprimen-to como um conjunto de série temporal. A contribuição para aespessura por uma única fibra sobre a série temporal repre-sentando a fita depende do comprimento da fibra, sua finura,sua orientação, sua configuração de dobramento, etc. Entre-tanto, dado que existe uma grande quantidade de tais extre-midades de avanço de fibra na unidade comprimento de inte-resse, a contribuição total média para a espessura (da fi-ta), de todas estas fibras conjuntamente em localizações es-pecificas da posição de partida (das fibras), não variará deforma significativa ao longo do comprimento total da alimen-tação. Além disso, esta relação entre posição e contribuiçãopara espessura é uma propriedade da alimentação que dependeda distribuição de comprimentos de fibra, finura, orienta-ção, etc. na alimentação. Esta relação é análoga à respostade impulso de um filtro eletrônico, e a série temporal deespessura, t(n), pode ser interpretada como a convoluçãodesta resposta, h(), com série temporal de extremidades deavanço, x (n) .

t (n) = j=~£j=0 h(j)x(n-j) (1)

An medido diretamente acima diz respeito a t(n), eassim por meio de desconvolução para x(n) como se segue:

An = t(n) - t(n-l) = j=L£j=0 h(j)x(n-j) - j=L£j=0h(j)x(n-j-l) (2)

Desta pode-se derivar o seguinte:

x(n) = {An + j=L£j=0 h (j) x (n-j-1) - j=L£j=i h(j)x(n-j)}/h(0) (3)

Da equação exposta anteriormente pode ser vistoque os valores atuais são determinados a partir de valoresanteriores. Portanto, esta equação necessita ser inicializa-da com os valores corretos na partida. Com este propósito, aespessura do material estirado no ponto onde exatamente omaterial deixa os roletes de entrega frontais antes de amembrana estirada ser condensada em uma fita também é medi-da. Isto pode ser feito usando-se qualquer técnica de medi-ção padrão tal como o método de medição de capacitância. Es-ta informação juntamente com as medições de An é usada paradeterminar a distribuição de extremidades de fibra desejadatal como mostrado a seguir.

A fim de explicar como determinar a distribuiçãode extremidades de fibra consideramos o caso simples de umarranjo paralelo de fibras para ilustração. Entretanto, ométodo também é aplicável ao caso geral tal como mostradomais tarde. Deixamos a distribuição de comprimento de fibrana alimentação ser k(0), k(l),... k(L), onde k(L) é a por-centagem de fibras de comprimento L na alimentação. De umadistribuição acumulativa de porcentagem da exposta acima, aresposta de impulso que seria característica da alimentaçãoé computada e está mostrada na Figura 6. Da Figura pode serconcluído que uma contribuição da única fibra para a espes-sura em uma unidade comprimento como uma função de distânciade sua extremidade de avanço é aplicada rateada sobre a po-pulação total de únicas fibras. É possivel para a contribui-ção ser mais do que unidade, como no caso de fibras inclina-das ou fibras dobradas. Respostas de impulso diferentes cor-responderiam à distribuição de comprimento e/ou configura-ções diferentes das fibras na alimentação. A resposta de im-pulso é exatamente um fator de ponderação consolidando emuma única função de posição todas as propriedades fisicas eadaptáveis das fibras que dizem respeito à espessura da ali-mentação. A espessura em qualquer localização na alimentaçãoé influenciada por fibras cujas extremidades de avanço estãoaté um comprimento de fibra completo distante. A espessuratotal em qualquer localização é uma soma sobre os pesos naresposta de impulso graduada pelo número de extremidades deavanço em cada zona correspondente. Deixamos a real distri-buição de extremidades de fibra de avanço na alimentação, aseqüência necessária para nivelamento apropriado, ser dadapela série temporal

x (ri) = a0, ai, a2, . . . an (4)

e deixamos a resposta de impulso das fibras acimaser dada por

h (n) = h0, hi h2, . . . hL (5)

A espessura t(n) é então relacionada por uma con-volução da distribuição de extremidade de fibra de avanço ea resposta de impulso das fibras como

t = h * x (6)

Aplicando transformação de z à equação acima obtemos,

T(z) = H(z) X(z) (7)

De forma similar ao z transformado x(n) e h(n) sãocomo se segue:

H(z) = h0 + hiz + h2z2 + ... hLzL (8)

X(z) = a0 + axz + a2z2 + ... Anzn (9)

A transformação de Z converte uma série de dominiotemporal distinta, que é uma seqüência de números reais, emuma representação de domínio de freqüência complexa.

Vamos indicar por xa(n) a seqüência de extremida-des de avanço no lado de entrega. Vamos assumir adicional-mente que um estiramento de valor inteiro constante, D, éaplicado. Então, assumindo que as extremidades de fibra sãodistribuídas uniformemente dentro de um único segmento,Xd(z) = [ (a0 + a0z +. a0z2 + ... D vezes) + (aiZD + aiZD+1 +aizD+2 + ... D-vezes) + ... + (anznD + anznD+1 + anznD+2 + ... Dvezes) +...}/ D (10)

A espessura da fita entregue é então dada porTd(z) = H(z)Xd(z) (11)

Vamos agora assumir que os valores de x(n) não sãoconhecidos exatamente, de maneira que os valores conhecidossão dados pela série temporal

*(n) = oí0, oíi, a2, ... an (12)

Deixamos ao= ao + £o; ai = ai + a2= oí2 + £2; • • •etc. (13)

Os £0, Ei, etc. representam o erro nas estimativasdas extremidades, de avanço, que em virtude da natureza dofiltro de retorno da equação (3) resultará também em errosnas futuras estimativas. Estes erros por sua vez resultarãoem erros nas estimativas subseqüentes e assim por diante. Demodo oposto, qualquer correção para reduzir o erro nisto re-sultará em melhorias nas estimativas de futuros . valores dedistribuições de extremidade de fibra.

A diferença entre a série temporal real de espes-sura de fita entregue Td(z), e a espessura esperada (errô-nea), Td(z), é dada a seguir: Td(z) - Td(z) = H(z) [e0 (1+z+ z2 + . . . D vezes) + ei (zd + zD+1 + zD+2 + ... D vezes) + ...+ el (zLD + zLD+1 + zLD+2 + ... D vezes) + ...] / D(14)

Assumindo que o valor medido de espessura no ladode entrega é usado para obter Td(z), e o valor de Td(z) écomputado a partir da convolução de valores de *(n) estira-do, o conjunto de equações acima (obtido pelo casamento doscoeficientes das potências de z na equação (14)) pode serresolvido por regressão para se obter os valores dos termosde erro, ' e0r £1, . . . eL. Estes podem então ser usados nas e-quações (13) para melhor estimar os valores corretos dos va-lores iniciais da série temporal de extremidades de fibra.Com estes novos valores iniciais, a equação (3) é usada maisuma vez para computar novamente também as partes a ser cor-rigidas da alimentação. 0 sistema pode corrigir continuamen-te a si próprio desta maneira. Ele também pode fazer corre-ções para a estimativa da resposta de impulso H(z) usandoperiodicamente a mesma técnica.

0 conjunto de equações (14) indicado anteriormenteusando técnicas padrões pode ser descrito e resolvido comouma matriz. Apesar de a equação (14) ter sido mostrada paraum estiramento inteiro constante, o método também pode manu-sear estiramentos variáveis com valores não integrais nasmatrizes. Isto pode ser feito pelo cálculo da média pondera-da para todos os elementos na matriz, a cada vez que o esti-ramento mudar no meio de um segmento medido.

Uma vez a distribuição de extremidades de avançoesteja estimada, pode ser assegurado que as extremidades deavanço alcançam os roletes de entrega em uma dada taxa cons-tante, usando-se técnicas descritas mais tarde.

O método e aparelho da invenção indicada anterior-mente foram simulados em um computador, assumindo:

a) Um conjunto selecionado aleatoriamente de com-primentos de fibra para um comprimento de fibra máximo de 30mm e variando de 19 a 30 mm;

b) A distância do rolete de varredura até o pontode correção é em torno de 1 m;

c) Velocidade no lado de alimentação é em torno de1 m/s;

d) Os valores iniciais recomputados devem estardisponiveis até que os primeiros 30 mm de fibra tenham sidoestirados;

e) Leituras de espessura e mudança na espessurasão feitas a cada um 1 mm;

f) A alimentação consiste de cerca de 150.000 fi-bras na seção transversal;

g) Existem em média 5.000 extremidades de avançopor mm de alimentação, com uma variação aleatória estaciona-ria de mais ou menos 15%;

h) Existe um erro na medição de mais ou menos 3%;

i) O sistema mecânico é capaz de produzir as mu-danças desejadas nas velocidades de rolete;

j) A alimentação é considerada para ser feita deum arranjo paralelo de fibras para a computação da respostade impulso.

As suposições indicadas anteriormente são boas a-proximações para as condições que existiriam quando a máqui-na estivesse realmente funcionando. Os resultados mostradosna Figura 3 demonstram a correção superior alcançada pelainvenção quando comparados com os resultados simulados deforma similar para 1) nenhuma autocorreção e 2) autocorreçãousando técnicas de autonivelamento convencionais. Valorestipicos de 1 m cv% obtidos são da ordem de 0,02 contra osusuais 0,5% nas máquinas de hoje.

A invenção também pode ser usada para outras oti-mizações no processo de autonivelamento. Por exemplo, umprocesso pode tentar assegurar distribuição uniforme de ex-tremidades de arraste, em vez de extremidades de avanço,considerando o fato de que estas extremidades de arraste se-rão as extremidades de avanço no próximo estágio no proces-so. Tais mudanças envolveriam somente algumas modificaçõessecundárias no método básico descrito aqui, mas ainda esta-riam dentro do escopo da presente invenção.

A invenção também pode ser usada em situações ondeas fibras não são todas alinhadas em paralelo umas com asoutras. Este fator pode ser incorporado no algoritmo porprimeiro usar duas funções de resposta de impulso diferen-tes, uma para a alimentação e uma função diferente para aentrega (em virtude da tendência para paralelização depoisdo estiramento). Estas respostas de impulso podem ser perio-dicamente estimadas usando-se a múltipla regressão da mesmamaneira tal como indicado anteriormente pelo rearranjo daequação de matriz gerada da equação (14).

A presente invenção pode ser implementada com mui-tas combinações de hardware e software. Se implementada comoum aparelho controlado por computador, a presente invenção éimplementada usando dispositivo para executar todas as eta-pas e funções descritas anteriormente. A presente invençãotambém pode ser incluída em um artigo de fabricação (por e-xemplo, um ou mais dispositivos) tendo, por exemplo, senso-res e controladores. 0 controlador tem incorporado no mesmo,por exemplo, código de programa legível por máquina, dispo-sitivo para fornecer e facilitar os mecanismos da presenteinvenção. 0 artigo de fabricação pode ser incluído como par-te de uma máquina, sistema de computador ou vendido separa-damente. 0 sistema pode ser usado para processar uma amplafaixa de materiais naturais e sintéticos incluindo, mas nãose limitando a estes, algodão, lã, poliéster, viscose, acri-lico, etc.

Juntamente com o procedimento descrito anterior-mente para o cálculo da distribuição de extremidade de fibrade avanço, diversos aspectos práticos necessitam ser aborda-dos para tornar factível a realização do processo delineadoanteriormente. Estes aspectos práticos incluem medição sin-cronizada, cálculo e controle. 0 processo descrito na seçãoanterior teve acesso aos valores iniciais, dados obtidos emdiferentes instantes, em locais diferentes, por diferentestipos de dispositivos, e também foi assumido que os dadospodem ser perfeitamente casados, tanto para análise comocorreção, para se obter o resultado desejado. Também foi as-sumido que as correções aplicadas podem ser efetuadas ins-tantaneamente pelo sistema de servocontrole. As técnicas u-sadas para fazer o sistema descrito anteriormente trabalharessencialmente tal como descrito serão reveladas.

SINCRONIZAÇÃO

O processo para o autonivelamento descrito anteri-ormente exige que os dados provenientes dos dois sensoresestejam sincronizados com as mudanças de velocidade aplica-das no rolete central. Isto exige estimativas precisas dotempo de retardo a partir do instante em que o material épercebido pelos roletes de varredura, até o instante em queele está próximo de ser agarrado pelos roletes de entrega.Esta informação é exigida para' cada segmento, e o retardoreal necessário para cada segmento pode variar consideravel-mente em virtude das variações de velocidade introduzidaspelo mecanismo de nivelamento. Igualmente, o tempo gasto pa-ra o material ir para além dos sensores de lado de entregatambém pode variar. Estes retardos são adicionalmente depen-dentes dos ajustes de rolete usados, e este fator tem queser considerado.

Para o sistema de estiramento tipico no qual umestiramento de abertura fixo é aplicado, um codifica-dor/determinador no rolete inferior central e um outro norolete inferior frontal são instalados. Embora a distânciados roletes de varredura até os roletes de entrega seja fi-xa, a distância entre os roletes central e frontal pode va-riar dependendo dos ajustes usados. Igualmente, a distânciado rolete de alimentação até o rolete central também podevariar. Mas, uma vez a máquina esteja preparada para proces-samento, estes ajustes não são perturbados na duração dofuncionamento. Assim, sincronização é alcançada usando oprocedimento seguinte depois de cada mudança de ajuste.

PROCEDIMENTO DE SINCRONIZAÇÃO

0 processo para sincronização começa primeiro porajustar a máquina para um estiramento fixo baixo de, diga-mos, 6. Cortar uma fita exatamente antes de os roletes devarredura. Incapacitar os movimentos de parada, e funcionara máquina até que a fita cortada desobstrua completamente ossensores de lado de entrega. 0 sistema controlador é proje-tado para detectar o amplo desvio na espessura (em virtudeda fita cortada), e gravar as leituras instantâneas de codi-ficador de rolete central à medida que o material entra pri-meiro nos roletes de varredura e subseqüentemente nos senso-res de lado de entrega. 0 procedimento descrito anteriormen-te é repetido para um estiramento fixo alto, digamos, 10. Osdados coletados são usados para computar os parâmetros ne-cessários para sincronização tal como mostrado a seguir.

Deixamos XL e XH ser as revoluções do rolete cen-tral necessárias para- o material atingir o sensor de lado deentrega, a partir dos roletes de varredura, para estiramen-tos baixo e alto, respectivamente. Deixamos Y ser as revolu-ções do rolete central necessárias para o material atingir oaperto de rolete frontal, a partir dos roletes de varredura.Deixamos Z ser as revoluções do rolete frontal necessáriaspara o material atingir o sensor de lado de entrega, a par-tir do aperto de rolete frontal. Deixamos o estiramento en-tre os roletes centrais e os roletes de entrega ser DL e DH,para os dois casos. Então, (assumindo mesmos diâmetros derolete),

XL = Y + Z / DL (15)XH = Y + Z / DH (16)

A partir das duas equações expostas anteriormente,os valores de Y e Z podem ser estimados. Y representa o tem-po de retardo, nas revoluções do rolete central, entre a me-dição nos roletes de varredura e a aplicação da correçãocorrespondente. De forma similar, Z representa o retardo en-tre os roletes frontais e o sensores frontais nas revoluçõesdo rolete frontal.Toda a precisão e sofisticação dos métodos descri-tos anteriormente não são muito úteis se as extremidades deavanço que estavam na mesma linha transversal à medida que omaterial avançou para além dos roletes de varredura não a-tingiram o sistema de estiramento no mesmo instante. Istopode acontecer em virtude de as fitas no lado de alimentaçãotender a abrir em leque depois de as forças de compressãonos roletes de varredura ser liberadas. Como um resultado, adistância percorrida pelas fitas no meio é menor do que adistância percorrida pelas mesmas nas laterais para atingiros roletes de alimentação. Os poucos milímetros de diferençapodem introduzir erros significativos nas computações de Mi-cronivelador. Conseqüentemente, um simples dispositivo afas-tado tipo ponte abobadada necessita ser introduzido no ladode alimentação entre os roletes de varredura e os roletes dealimentação para aumentar o comprimento de caminho das fitascentrais.

CONTROLE DE MOVIMENTO

Os recentes aperfeiçoamentos no campo de Controlede Movimento Programável torna possível regular mudanças develocidade com quase uma largura de banda de 1 kHz. Estessistemas trabalham com codificadores/determinadores para a-tingir os perfis de velocidade desejados. Estes têm suportesconstruídos para efetuar mudanças suaves na velocidade. 0algoritmo de Micronivelador calculará as extremidades de a-vanço em cada zona de correção, estimará as posições de co-dificador e, possivelmente, os movimentos de mudança de ve-locidade para cada zona, e solicitará o controlador de movi-mento para executar os movimentos.

CALIBRAÇÃO

0 processo para corrigir as variações estacioná-rias tal como delineado anteriormente trabalha usando em seucálculo a quantidade de fibras na seção transversal. Entre-tanto, os dois sensores no sistema não medem diretamente aquantidade de fibras. As medições de aceleração e as medi-ções de capacitância têm que ser convertidas para valorescorrespondentes para a quantidade de fibras, e então para aquantidade de extremidades de avanço por unidade de compri-mento. A tendência para variações nas medições de capacitân-cia com variação de umidade tem que ser considerada. Os doissensores terão que ser calibrados em cruzamento para assegu-rar que não existe erro de conversão entre os sensores.

O sensor de lado de entrega pode ser facilmentecalibrado pelo uso de um método de corte e pesagem para umcomprimento conhecido de fita que tenha sido medido indepen-dentemente usando-se o sensor de capacitância. O valor decapacitância média pode ser relacionado à massa média porunidade de comprimento, que pode então ser convertida usan-do-se o valor de denier/micronaire para a quantidade de fi-bras na seção transversal. Esta informação, juntamente com ainformação de comprimento de fibra pode ser usada para com-putar as extremidades de avanço médias no material de ali-mentação. A calibração em cruzamento entre os sensores é al-cançada pelo método descrito a seguir.

O Micronivelador tem duas maneiras independentesde determinar a espessura do material de saida. Um métodousa o sensor de lado de entrega. 0 outro usa os dados desensor de lado de alimentação para computar os mesmos usandoconvolução do material estirado. Os dois métodos produzemduas séries temporais sincronizadas representando a mesmapropriedade. Portanto, as propriedades estatísticas tais co-mo a média e o desvio padrão devem ser as mesmas para as du-as séries temporais. A conversão necessária para casar asséries é determinada pela razão dos desvios padrões.

É conveniente considerar as duas séries menciona-das anteriormente como uma representação de caverna. Uma dasséries é exibida como estalactites enquanto que a outra éexibida no mesmo eixo geométrico de tempo como estalagmites.Isto permite que os usuários avaliem a eficácia do algoritmode Micronivelador no rastreamento das extremidades de avan-ço. 0 usuário pode usar a representação (computada e restau-rada em intervalos periódicos), para monitorar o progressoda função de nivelamento. Também pode ser conveniente forne-cer um mecanismo de correção de fase simples no sistema decontrole de movimento programável que pode ser controladomanualmente ao mesmo tempo que monitorando continuamente arepresentação de caverna.

COLETA DE DADOS

Tal como exposto anteriormente, a coleta de dados,as computações e o controle com retardos variáveis têm queestar precisamente sincronizados. Isto exige que registro deconservação apropriado seja feito pelo algoritmo de Microni-velador.

Assumindo que os dados provenientes do rolete devarredura e os dados de espessura de lado de entrega são co-letados a cada mm, e a mudança nas leituras de codificadorcorrespondentes a estes são Em e Ed, para os codificadoresde rolete central e de entrega, respectivamente, as tabelasde dados seguintes necessitam ser concluídas. A tabela abai-xo é preenchida para cada mudança de Em no codificador cen-tral .

<table>table see original document page 29</column></row><table>

Os dados acima são baseados em medições de lado dealimentação e computações usando esses dados. A primeira co-luna é a leitura de codificador central quando o materialdetectado está nos roletes de varredura. Os dados de extre-midades de avanço e o estiramento exigido são computados pa-ra este material, e a posição de codificador central quandoa correção deve ser iniciada é gravada pela adição de Y àprimeira coluna. A última coluna é o valor computado para amudança na posição de codificador de entrega à medida que ocodificador central atravessa para a próxima posição de yi-nicio de correção'. Isto efetivamente determina o estiramen-to instantâneo a ser aplicado. Dados desta tabela são usadospara acionar o controlador de movimento programável. Podeser preferível a partir de uma perspectiva de projeto desistema variar também a velocidade dos sistemas de lado deentrega (incluindo o bobinador), além dos roletes de lado dealimentação, de maneira que a relação desejada entre os doisconjuntos de roletes pode ser mantida com motores de menorcapacidade do que seria necessário de outro modo.

A tabela abaixo é preenchida para cada mudança deEd no codificador de entrega, partindo de Z revoluções dorolete frontal depois de o codificador central atingir oponto de inicio de correção da tabela anterior.

<table>table see original document page 30</column></row><table> Os dados de lado de entrega gravados na tabela an-terior são usados para computar o erro nas estimativas dasextremidades de avanço por múltipla regressão, tal como ex-plicado anteriormente. Pode ser suficiente executar estacomputação de retorno de forma intermitente. Também, durantea inicialização do Micronivelamento, estes dados de retornopodem ser usados para corrigir a resposta de impulso estima-da do material de alimentação. Deve ser notado que mesmo queas simulações fossem executadas sob certas suposições, estasnão seriam limitações do sistema de Micronivelador, mas exa-tamente a limitação do método de simulação usado a fim deexemplificar a invenção. Por exemplo, o sistema de Microni-velador pode trabalhar mesmo em arranjo de fibras não para-lelas na alimentação, e mesmo quando existem ganchos de a-vanço/arraste na alimentação. Estes efeitos são facilmenteconsiderados pela mudança da forma da função de resposta deimpulso.

O trabalho do micronivelador será similar ao de umautonivelador tipico, exceto para o procedimento de inicia-lização depois de um ajuste de mudança/mudança no materialde alimentação, e está descrito em uma maneira de exemplifi-cação por meio das seguintes etapas:

1) Entrada de dados com relação às propriedades defibra, ajustes de estiramento de abertura e de máquina, me-cha de alimentação, etc.

2) Alimentar material em estiramento alto e baixopara coletar dados de sincronização. As medições feitas pe-los sensores de lado de entrega podem ser usadas para cali-brar automaticamente os sensores usando-se as propriedadesde fibra fornecidas pelo usuário na etapa 1.

3) Dados também pode ser coletados a partir do a-celerômetro e dós sensores de deslocamento. Estes dados sãoprocessados para calibração de cruzamento entre o acelerôme-tro e o sensor de capacitância de lado de entrega. Esta é aúnica vez no funcionamento que o acelerômetro é calibrado emcruzamento com o sensor de capacitancia. Subseqüentemente, oacelerômetro é usado para calibrar em cruzamento o sensor decapacitancia. Isto é em virtude da tendência dos sensores decapacitancia para desvio durante o curso de um funcionamento.

4) Os dados de entrada de usuário são usados paracomputar a estimativa inicial da resposta de impulso de fi-bra. Os valores iniciais para a quantidade de extremidadesde avanço são supostos ser o valor médio. A máquina está a-gora pronta para computar as extremidades de avanço reais.

5) Dados de rolete de varredura e os dados de ladode entrega são coletados, e os valores de erro para o valorinicial para as extremidades de avanço são computados pormúltipla regressão. Isto é usado para corrigir os valoresiniciais de extremidades de avanço.

6) A equação (3) é agora usada para computar osvalores subseqüentes de extremidades de avanço. Usando estesnovos valores, os coeficientes da resposta de impulso sãodeterminados por múltipla regressão. Usando a nova respostade impulso, o erro em extremidades de avanço é computado.

7) Este processo é repetido até que o sistema es-tabiliza em uma resposta de impulso e característica apro-priada da alimentação.

8) 0 sistema de estiramento agora calcula as ex-tremidades de avanço na alimentação a partir dos dados dedeslocamento e aceleração de rolete de varredura. 0 sistemadeve ser configurado para obter retorno da correção proveni-ente dos sensores de lado de entrega. Logo que as variaçõessuperarem certos limites, as estimativas de extremidades deavanço e de resposta de impulso devem ser repetidas. 0 sen-sor de lado de entrega também deve ser monitorado periodica-mente para impedir desvio.

9) A computação de extremidades de avanço é usadapara enviar as entradas de controle para o sistema de con-trole de movimento para atingir as mudanças de velocidadedesejadas para os roletes centrais. 0 objetivo da mudança develocidade é assegurar que as extremidades de avanço alcan-cem os roletes de entrega em uma taxa constante.

Deve ser notado que as etapas delineadas anterior-mente que são essenciais para o trabalho prático da invençãosão somente indicativas. A calibração e a sincronização po-dem ser alcançadas por meio de outros dispositivos e taismétodos se executados com o processo de Micronivelador reve-lado ainda estariam no escopo da invenção.

Claims (16)

1. Método para regularizar o estiramento de umamistura de fibras de um tecido usando propriedades das fi-bras compondo uma alimentação, CARACTERIZADO pelo fato deque compreende:a. detectar espessura e variação na espessura daalimentação como uma função de posição ou série temporal oua combinação de ambas;b. computar as propriedades médias representativasda alimentação total, como uma resposta de impulso e o localde propriedades de arranjo para o ponto de medição, a fim dederivar uma relação entre uma entrada e uma saida;c. computar a série temporal de correções necessá-rias para minimizar as variações de espessura na saida usan-do o acima; ed. aplicar correções.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que as variações são estacioná-rias e/ou não estacionárias.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que as variações incluem varia-ções no nivel micro da alimentação que não afetam as propri-edades estatísticas da alimentação.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que a detecção das variações écorrelacionada às variações estacionárias e não estacioná-rias na espessura de alimentação.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que as variações na alimentaçãono nivel micro são computadas a fim de aplicar as correçõesapropriadas nos roletes de estiramento.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que distribuição de extremidadede fibra de avanço resulta nas variações na alimentação.

7. Sistema de estiramento para fibras com disposi-tivos para medir, computar, controlar e corrigir as varia-ções estacionárias e/ou as não estacionárias na espessura dealimentação da fibra de entrada, CARACTERIZADO pelo fato deque compreende:a. sistema de massa-mola amortecido consistindo dei. pelo menos um par de roletes de varredura;ii. um amortecedor;iii. um acelerômetro; eiv. sensor de deslocamento;b. roletes de alimentação;c. roletes centrais com sensores de posição;d. roletes de entrega com sensores de posição;e. sensor de lado de entrega;f. controlador de movimento; eg. controlador para computar e coordenar todas asmedições e correções.

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 7,CARACTERIZADO pelo fato de que distribuição de extremidadede fibra de avanço causando a variação da espessura da ali-mentação é computada a partir dos dados como a força exerci-da nos roletes de varredura pela alimentação.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 7,CARACTERIZADO pelo fato de que força exercida no rolete devarredura é medida em termos de aceleração.

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 7,CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de rolete de varre-dura é projetado para ter acelerancia perto de constante.

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 7,CARACTERIZADO pelo fato de que dados computados a partir dosroletes de varredura e dos sensores de lado de entrega- sãousados para computar série temporal das correções necessá-rias .

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 7,CARACTERIZADO pelo fato de que variações na distribuição decomprimento de fibra, o grau de orientação de fibras, pre-sença de fibras enganchadas, variações na finura de fibraé/são considerado(s) na(s) computação(s).

13. Sistema, de acordo com a reivindicação 12,CARACTERIZADO pelo fato de que a espessura da saida pode seravaliada para qualquer dada série temporal de dados dos ro-letes de varredura e a série temporal de ações corretivasnos roletes de estiramento.

14. Sistema, de acordo com a reivindicação 13,CARACTERIZADO pelo fato de que a série temporal é comparadacom as medições de lado de entrega para fazer a total auto-correção de sistema.

15. Sistema, de acordo com a reivindicação 14,CARACTERIZADO pelo fato de que as medições dos sensores sãocalibradas em cruzamento.

16. Sistema, de acordo com a reivindicação 14,CARACTERIZADO pelo fato de que as medições e correções sãosincronizadas.