BRPI0610234B1 - 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 REGULARIZAR O ESTIRAMENTO DE UMA MISTURA DE FIBRAS E SISTEMA DE ESTIRAMENTO PARA FIBRAS" CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção diz respeito a um método para estirar mistura de fibras têxteis que envolve detectar variações na espessura de alimentação, computar as correções necessárias para reduzir as variações e aplicar as correções necessárias fornecendo controle preciso sobre a espessura de alimentação.

ANTECEDENTES

Autonivelamento é o nome da tecnologia usada para controlar as variações de massa em máquinas preparatórias de fiação. O aparelho para autonivelamento é tipicamente usado nos estágios de cardagem e estiramento para controlar a me-cha da fita entregue. Existem diversos sistemas de ciclo aberto e ciclo fechado que controlam as variações de massa na fita entregue. Entretanto, estes métodos dependem da medição direta da espessura da fita. Subseqüentemente, com base na espessura da fita, a velocidade dos roletes de autonivelamento é ajustada. O aparelho de estiramento convencional consiste de um sistema de três pares de roletes. Um de estiramento de abertura é usualmente fixo, enquanto que um de estiramento principal variável é usado para controlar o processo de nivelamento. À medida que o material atravessa o sistema de estiramento, diversas correções podem ter que ser aplicadas para variar o de estiramento principal. Isto torna a relação entre as espessuras medidas e as correções aplicadas duvido- sa . A patente US 5.018.248 diz respeito a um sistema de estiramento e um aparelho de autonivelamento consistindo de 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 à frente dos primeiros roletes de estiramento. Estes dois roletes servem para medir a espessura da fita entre o macho e a fêmea. A saida medida como uma resposta para a distância entre os dois roletes é usada, sujeita a um tempo de retardo, para variar a velocidade de rotação dos roletes de estiramento subseqüentes. A velocidade de passagem autonivelado-ra é ajustável e o tempo de retardo na variação de razão de estiramento é automaticamente ajustado em resposta à velocidade selecionada. Deve ser notado que na invenção declarada o autonivelamento é realizado por meio das correções feitas no nivel macro usando a medições de espessura, enquanto que as microvariações subjacentes responsáveis pela não uniformidade na alimentação não são consideradas.

Os sistemas de autonivelamento convencionais tentam assim determinar o valor ideal para a correção a ser aplicada por tentativa e erro na suposição de que a série de medições de espessura pode ser usada para computar a série de correções necessárias. Estas correções devem ser aplicadas quando o material alcança o ponto de correção ideal.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO O principal objetivo da presente invenção é fornecer um sistema a fim de obter uma fita possuindo alto grau de uniformidade pela redução das variações no nivel micro assim como no macro.

Um outro objetivo da presente invenção é assegurar que as extremidades de fibra alcancem os roletes de entrega em uma taxa por unidade de tempo constante por todo o processo de estiramento.

Também um outro objetivo da presente invenção é determinar a espessura da fita pela correlação da espessura com outros parâmetros tais como a quantidade de extremidades de fibra de avanço na fita.

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

Mais um objetivo da invenção é fornecer um aparelho de estiramento de autonivelamento no qual a taxa de velocidade de processamento é ajustada, a fim de fornecer uma fita tendo alto grau de homogeneidade pelo aumento/melhora da precisão de autonivelamento.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Desta maneira, a presente invenção diz respeito a um modelo inédito para as fitas de alimentação que descreve a fita como um sistema com microvariações em distribuições de extremidade de fibra, e a espessura de fita como uma con-volução desta distribuição. A presente invenção utiliza a estrutura de nivel micro da fita. A presente invenção mantém e supera a capacidade de mecanismos convencionais para corrigir erros que ocorrem por causa das variações na espessura do meio. Ela corrige variações, referidas como variações estacionárias, que não envolvem uma mudança em parâmetros como meio ou espessura média. O método é baseado em um modelo matemático de som da fita, e usa técnicas bem estabelecidas de processamento de sinal digital para recuperar a distribuição das microvariações que caracterizam inteiramente a alimentação no nivel micro. O sistema atinge correções no nivel micro, e con-seqüentemente foi denominado de "Micronivelador". A capacidade para assegurar correções no nivel micro fornece a capacidade para corrigir a alimentação para uma extensão muito maior do que os sistemas existentes.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS ANEXOS A Figura 1 é uma representação esquemática de um sistema micronivelador. A Figura 2 é uma representação do sistema de role-te de varredura que procede de forma similar a um sistema harmônico amortecido de massa-mola de um sistema micronivelador . A Figura 3 é uma comparação simulada entre a técnica de nivelamento da presente invenção com técnicas de au-tonivelamento convencionais e com situações onde não é usado autonivelamento. A Figura 4 mostra um entendimento de estiramento instantâneo usando extremidades de avanço. A Figura 5 mostra um tipo de "Tudo ou Nada" de correlação entre espessura e extremidades de avanço. A Figura 6 mostra uma representação gráfica de resposta de impulso de fibra.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Uniformidade é um dos parâmetros de qualidade mais desejados para fios de tecer não somente em virtude de afetar a produtividade em estágios subseqüentes na indústria têxtil, mas também em virtude de ter um impacto significativo na aparência dos produtos acabados. A uniformidade do fio de tecer pode ser medida e comparada com base em variações de pequeno e longo termo na massa por unidade de comprimento, variações na resistência, variações nas proporções de mistura, etc.

Os processos anteriores à fiação são chamados de estágios preparatórios. O propósito dos estágios preparatórios é preparar o material de alimentação pela paralelização das fibras, e tornar a alimentação uniforme. Isto melhora a eficiência e qualidade do processo de fiação. A uniformidade do material de alimentação é atingida por meio de um processo referido como autonivelamento. Autonivelamento é o nome da tecnologia usada para controlar as variações de massa em máquinas preparatórias de fiação. O aparelho para autonivelamento é tipicamente usado nos estágios de cardagem e esti-ramento para controlar a mecha da fita entregue.

Os processos anteriores à fiação são chamados de estágios preparatórios. O propósito dos estágios preparatórios é preparar o material de alimentação pelo alinhamento de todas as fibras em uma direção paralela, e tornar a alimentação tão uniforme quanto possível para melhorar a eficiência e qualidade do processo de fiação. Neste aspecto, a estrutura de estiramento autoniveladora reproduz uma função muito importante. O esquema de um sistema micronivelador é dado na Figura 1. O sistema inclui o sensor de deslocamento 20, os roletes de varredura 21, o acelerômetro 22, o amortecedor 23, o controlador 24, os roletes de alimentação 25, os roletes centrais 26, os roletes de entrega 27, e o funil de entrega com sensores 28 tal como indicado no diagrama. Os elementos 20, 21, 22 e 23 conjuntamente permitem a estimativa de direção da mudança na espessura da alimentação mesmo quando a velocidade da alimentação varia na faixa de operação da máquina. Os roletes centrais 26 e os roletes de entrega 27 têm sensores fixados a eles que comunicam seus respectivos deslocamentos ao controlador 24 durante o processo de estiramento. O controlador 24 também recebe entradas provenientes do sensor de deslocamento 20, do acelerômetro 22 e dos sensores 28 em posições precisamente sincronizadas dos roletes centrais 26 e dos roletes de entrega 27. O controlador é responsável pelo armazenamento de dados de entrada de usuário, calibração e calibração de cruzamento de sensores, e da sincronização de medições, computações e correções. O controlador 24 também pode agir como um dispositivo de ser-vocontrole, ou interagir com um servocontrolador dedicado que implemente o controle de movimento dos roletes de estiramento. Os roletes de alimentação 25 e os roletes centrais 26 usualmente têm uma razão de velocidades fixa dependendo do estiramento de abertura selecionado pelo usuário. O ponto de correção tal como indicado anteriormen- te está tipicamente dentro do comprimento de unidade de fibra para longe dos roletes de entrega. Nos métodos e aparelho revelados, o ponto de correção e a correção que necessita ser aplicada são determinados pela avaliação da quantidade de extremidades de fibra de avanço em uma alimentação. A Figura 4 mostra claramente que a distribuição de extremidades de avanço na saida é controlada quando o estiramento varia. O caso 1 representa um alto grau de estiramento sendo aplicado enquanto que o caso 2 representa um baixo grau do estiramento aplicado. No caso 1, até que as extremidades de avanço no local 4 alcancem o local 5, com o aperto dos roletes de entrega 3 (girando em uma velocidade constante), as extremidades de avanço em 5 teriam alcançado o local 6. Isto é alcançado pela redução da velocidade das extremidades de avanço na zona 8 pela redução da velocidade dos roletes centrais (não mostrados no diagrama). Para reduzir o estiramento, a velocidade na zona 8 é aumentada. O estiramento instantâneo pode então ser dado pela razão das distâncias percorridas pelas extremidades de avanço no lado de entrega para a distância percorrida no lado de alimentação. É importante notar que em cada intervalo de tempo de controle indicado pelas pequenas linhas verticais, o deslocamento relativo entre fibras acontece de uma maneira controlada somente para as extremidades de fibra perto de atingir os roletes de entrega. As fibras já agarradas pelos roletes de entrega, e as fibras que não serão agarradas pelos roletes de entrega no atual intervalo de tempo, não são afetadas pelas variações impostas à velocidade dos roletes pelo mecanismo de nivelamento. Portanto, é de maior importância que o estiramento aplicado dependa da quantidade de extremidades de avanço na zona próxima de ser agarrada pelos role-tes de entrega.

Os processos de autonivelamento existentes aplicam correções com base nas variações de nivel macro na espessura de alimentação. A espessura de alimentação é determinada pelas medições feitas em intervalos de amostragem regulares. Entretanto, espessura é realmente uma soma complexa sobre todas as distribuições de extremidades de fibra nas proximidades da medição. Tais distribuições de extremidades de fibra são infinitas em número para a mesma seqüência de espessura medida. Portanto, um método como este necessita de correlação entre a espessura medida e a quantidade de extremidades de avanço em qualquer zona de correção. Na ausência de uma correlação como esta a medição de espessura é ineficaz na determinação do estiramento. A correlação de tipo "Tudo ou Nada" da Figura 5 corresponde aos casos não estacionário e estacionário respectivamente. No caso estacionário, quando qualquer parte medida alcança o local predeterminado de correção 10, não existe correlação entre a espessura medida e a quantidade de extremidades de avanço apresentadas aos role-tes de entrega naquele instante na zona 8 (ou em quaisquer outras zonas tais como também 11 ou 12), em virtude dos graus extras de liberdade no arranjo das fibras. Entretanto, no caso de variações não estacionárias na alimentação, em virtude da mudança na espessura média, as extremidades de avanço em todas as zonas dentro de 13 são provavelmente para correlacionar com a espessura medida. Portanto, exceto durante variações não estacionárias na alimentação, em geral, não haverá nenhuma correlação em quaisquer das zonas com as espessuras medidas. Esta é a desvantagem dos sistemas existentes. Em outras palavras, para o mesmo conjunto de medições de espessura um diferente conjunto de ações corretivas pode ser apropriado, exceto durante variações não estacionárias . Esta falta de correlação entre espessura e correção necessária pode ser explicada com a ajuda de um exemplo simplificado. Assumir que existe uma alimentação uniforme feita de fibras de 30 mm. Nisto é colocado um feixe, de quase 30 mm de comprimento, de um arranjo de fibras bem-alinhadas que tornam dupla a espessura sobre estes 30 mm de comprimento. Os sistemas presentes aplicarão múltiplas correções correspondentes a cada medição de espessura mais alta sobre estes 30 mm de comprimento. Entretanto, o modo apropriado para corrigir a alimentação, tal como indicado pelo método da atual invenção é aplicar um estiramento mais alto somente uma vez, quando as fibras extras alcançam os roletes de entrega .

Muitas abordagens têm sido feitas para melhorar o sistema de autonivelamento. Os dois parâmetros da intensidade de correção e o ponto de correção não são suficientes para determinar inteiramente a correção necessária que é para ser aplicada à alimentação. Informação adicional usando-se técnicas tais como análise de Fourier também não é útil, em virtude de que estas fornecem informação que não é do local do ponto sendo corrigido. Mesmo transformações de ondulação são inadequadas quando as variações na alimentação são verdadeiramente aleatórias. A presente invenção difere dos autoniveladores conhecidos. A invenção, entre outras coisas, rastreia exatamente as variações na alimentação no nivel micro de maneira que as correções apropriadas podem ser aplicadas no ponto de correção ideal. Os parágrafos seguintes explicam a maneira na qual a presente invenção é capacitada. O método de micronivelamento é com base em um modelo matemático da alimentação de fibra que explica a maneira na qual as variáveis no dito modelo afetam as variações na espessura da alimentação. É óbvio que cada fibra pode contribuir para a espessura da alimentação somente para a extensão do comprimento da fibra. Deve ser notado que embora o comprimento de todas as fibras individuais na alimentação seja difícil de predizer/calcular, a distribuição de comprimentos de fibra das ditas fibras é provavelmente para ser estatisticamente similar em qualquer local na alimentação. Portanto, no caso de os comprimentos de uma grande quantidade de fibras ser realmente medidos, é provável que a distribuição de comprimentos de fibra em uma seção transversal em qualquer dado ponto na alimentação não varie de forma significativa em relação à distribuição medida. Em outras palavras, mesmo que os comprimentos de fibras individuais variem de forma significativa, a média de comprimentos de fibra e o desvio padrão de comprimentos de fibra em diferentes seções transversais da alimentação não variarão de forma significativa. De forma similar, o número médio de fibras dobradas, a extensão média de dobramento, a inclinação média de fibras, e as médias de outras propriedades de configuração das fibras não variarão de forma significativa em relação ao comprimento da alimentação. Portanto, no presente caso a ênfase é dada para a variação nas extremidades de avanço das fibras para considerar a variação na espessura. A quantidade de extremidades de avanço das fibras seria menor quando comparada à quantidade de fibras presentes através de uma dada seção transversal. Deve ser notado que para uma dada distribuição de extremidades de fibra de avanço, a espessura da alimentação variaria com o comprimento de uma maneira que é característica das propriedades médias da distribuição de fibra na alimentação. De modo oposto, é possível computar a distribuição de extremidades de avanço ao longo do comprimento da alimentação a partir da espessura de alimentação e das propriedades médias da distribuição de comprimento de fibra.

Em um sistema onde a ação de nivelamento é regulada pela variação da velocidade do rolete central, ao mesmo tempo que conservando fixa a velocidade do rolete de entrega, é claro que as fibras agarradas pelos roletes de entrega não podem mais ser controladas. De modo oposto, melhor nivelamento pode ser alcançado pela garantia de que a quantidade de novas fibras (extremidades de avanço) apresentadas aos roletes de entrega por unidade de tempo é constante. Isto assegurará que existem quantidades iguais de extremidades de avanço por unidade de comprimento no lado de entrega. Isto por sua vez assegurará que a espessura no lado de entrega é uniforme tal como indicado pela equação (1). A Figura 2 representa um sistema de rolete de varredura de um típico sistema micronivelador. O sistema de rolete de varredura se comporta de uma maneira similar a um sistema harmônico amortecido de massa-mola. Este sistema de rolete de varredura é um sistema possuindo um único grau de .liberdade com uma função de força aleatória. Isto significa que o sistema é influenciado por uma força não periódica variável externa. O sistema é projetado para ser de "rigidez dominada" isto é, o sistema massa-mola nâo oscilaria de forma harmônica, ou continuaria a oscilar, se o rolete de varredura fosse deslocado pelas variações da alimentação que chega. A exigência de o sistema massa-mola tal como representado na Figura 2 é que a medição de aceleração deve mostrar comportamento linear em frequências na faixa de cerca de 1.000 Hz. Acelerância é dada por: Acelerância = {jo) V [m (j o>) 2+c (j ca) +k J onde j = v'-l A constante de mola é k, o coeficiente de amortecedor é c, a massa é m, e a freqüência é ω. A função de força energiza o sistema, enquanto que o amortecedor dissipa a energia.

Quando o efeito de mola é dominado (ω2 » k/m}, e o amortecimento pode ser negligenciado, acelerância * 1/m. Isto significa que além de uma certa freqüência, a aceleração medida não será afetada pela freqüência. Isto é uma exigência essencial em virtude de o mecanismo de nivelamento variar a velocidade em que a alimentação se desloca através dos roletes de varredura. A velocidade mais baixa em que o erro na aceleração medida permanece dentro de tolerância determinará o estiramento máximo aplicável no sistema. Uma vez que as medições de interesse são na faixa de cerca de 1 kHz, o valor de k/m tem que ser selecionado com isso em mente. Também, os dados medidos devem ser filtrados adequadamente para eliminar freqüências fora da faixa acima.

Deve ser notado que a fim de se calcular e aplicar a correção de forma apropriada é importante correlacionar o deslocamento e aceleração dos roletes de varredura com distribuição de extremidade de fibra de avanço. 0 deslocamento dos roletes de varredura é causado pela força exercida no sistema massa-mola dos roletes de varredura. A variação na força é um resultado dirigido da variação da espessura da fita na alimentação em que as variações são tanto por causa da presença das variações de nível macro quanto de nível micro. A aceleração medida é em resposta à força exercida pelo material de alimentação que está correlacionada à mudança na quantidade de fibras na alimentação. A aceleração do sistema de rolete de varredura é medida em conjunto com o deslocamento dos roletes de varredura.

As principais propriedades de relevância são o módulo volumétrico, B, da alimentação e o volume específico C da fibra. O módulo volumétrico é dado por B =Δρ/ (Δν/ν) onde Δρ é a pressão necessária para comprimir o material em volume, v, por Δν. O volume específico C = Δν/Δη diz respeito à mudança em volume da alimentação comprimida para a mudança na quantidade de fibras, Δη, na seção trans- versai. Estas duas equações, juntamente com as relações entre 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 Δη. Δη = m.a.d/B.C) onde m é a massa do sistema massa-mola, a é a aceleração, e d é a medição de deslocamento da mola. Deve ser notado que por obter diretamente as variações na espessura em vez da espessura, a precisão do valor Δη medido é melhorada de maneira excepcional. Também, a medição de aceleração tem uma largura da fita muito mais alta do que medição de deslocamento, e isto é essencial para se monitorar variações no nível micro.

Uma equação relacionando distribuição de extremidades de avanço com a espessura da fita/alimentação é essencial para processar de forma apropriada os dados coletados. Neste aspecto é benéfico considerar os dados coletados, a espessura e extremidades de avanço por unidade de comprimento como um conjunto de série temporal. A contribuição para a espessura por uma única fibra sobre a série temporal representando a fita depende do comprimento da fibra, sua finura, sua orientação, sua configuração de dobramento, etc. Entretanto, dado que existe uma grande quantidade de tais extremidades de avanço de fibra na unidade comprimento de interesse, a contribuição total média para a espessura {da fita) , de todas estas fibras conjuntamente em localizações específicas da posição de partida (das fibras), não variará de forma significativa ao longo do comprimento total da alimen- tação. Além disso, esta relação entre posição e contribuição para espessura é uma propriedade da alimentação que depende da distribuição de comprimentos de fibra, finura, orientação, etc. na alimentação. Esta relação é análoga à resposta de impulso de um filtro eletrônico, e a série temporal de espessura, t (n), pode ser interpretada como a convolução desta resposta, h(), com série temporal de extremidades de avanço, x(n). t (n) = J=~2j=o h (j ) x (n—j ) (1) Δη medido diretamente acima diz respeito a t (n), e assim por meio de desconvolução para x(n) como se segue: Δη = t (n) - t(n-l) = j=LSj=o h(j)x(n-j) - 3=L£j=o h(j)x(n-j-1) (2) Desta pode-se derivar o seguinte: x (η) = {Δη + j=LEj=o h {j ) x (n-j -1) - j=L£j=i h(j)x(n- j)}/h(0) (3) Da equação exposta anteriormente pode ser visto que os valores atuais são determinados a partir de valores anteriores. Portanto, esta equação necessita ser inicializa-da com os valores corretos na partida. Com este propósito, a espessura do material estirado no ponto onde exatamente o material deixa os roletes de entrega frontais antes de a membrana estirada ser condensada em uma fita também é medida. Isto pode ser feito usando-se qualquer técnica de medição padrão tal como o método de medição de capacitância. Esta informação juntamente com as medições de Δη é usada para determinar a distribuição de extremidades de fibra desejada tal como mostrado a seguir. A fim de explicar como determinar a distribuição de extremidades de fibra consideramos o caso simples de um arranjo paralelo de fibras para ilustração. Entretanto, o método também é aplicável ao caso geral tal como mostrado mais tarde. Deixamos a distribuição de comprimento de fibra na alimentação ser k(0) , k(l) , . . . k(L) , onde k(L) é a porcentagem de fibras de comprimento L na alimentação. De uma distribuição acumulativa de porcentagem da exposta acima, a resposta de impulso que seria característica da alimentação é computada e está mostrada na Figura 6. Da Figura pode ser concluído que uma contribuição da única fibra para a espessura em uma unidade comprimento como uma função de distância de sua extremidade de avanço é aplicada rateada sobre a população total de únicas fibras. É possível para a contribuição ser mais do que unidade, como no caso de fibras inclinadas ou fibras dobradas. Respostas de impulso diferentes corresponderíam à distribuição de comprimento e/ou configurações diferentes das fibras na alimentação. A resposta de impulso é exatamente um fator de ponderação consolidando em uma única função de posição todas as propriedades físicas e adaptáveis das fibras que dizem respeito à espessura da alimentação. A espessura em qualquer localização na alimentação é influenciada por fibras cujas extremidades de avanço estão até um comprimento de fibra completo distante. A espessura total em qualquer localização é uma soma sobre os pesos na resposta de impulso graduada pelo número de extremidades de avanço em cada zona correspondente. Deixamos a real distribuição de extremidades de fibra de avanço na alimentação, a seqüência necessária para nivelamento apropriado, ser dada pela série temporal x (n) = a0, ai, a2, - - - an (4) e deixamos a resposta de impulso das fibras acima ser 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 e a resposta de impulso das fibras como t = h * x (6) Aplicando transformação de z à equação acima obtemos , T(z) = Η(z) X(z) (7) De forma similar ao z transformado x(n) e h(n) são como se segue: H(z) = h0 + hiz + h2z2 + ... hLzL (8) X(z) = ao + aiz + a2z2 + ... Anzn (9) A transformação de Z converte uma série de domínio temporal distinta, que é uma seqüência de números reais, em uma representação de domínio de freqüência complexa.

Vamos indicar por xd(n) a seqüência de extremidades de avanço no lado de entrega. Vamos assumir adicionalmente que um estiramento de valor inteiro constante, D, é aplicado. Então, assumindo que as extremidades de fibra são distribuídas 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 + ... D vezes) + ...} / D (10) A espessura da fita entregue é então dada por Td(z) = H(z)Xd(z) (11) Vamos agora assumir que os valores de x(n) não são conhecidos exatamente, de maneira que os valores conhecidos são dados pela série temporal * (n) = ao, oíi, oí2 , ... an (12) Deixamos ao= «ο + εο; ai = oíi + Ei; a2= oí2 + ε2; · - -etc. (13) Os εο, Ei, etc. representam o erro nas estimativas das extremidades de avanço, que em virtude da natureza do filtro de retorno da equação (3) resultará também em erros nas futuras estimativas. Estes erros por sua vez resultarão em erros nas estimativas subseqüentes e assim por diante. De modo oposto, qualquer correção para reduzir o erro nisto resultará em melhorias nas estimativas de futuros valores de distribuições de extremidade de fibra. A diferença entre a série temporal real de espessura de fita entregue Td(z), e a espessura esperada (errônea), Td(z), é dada a seguir: Td(z) - Td(z) = H(z) [εο (1 + z + z2 + ... D vezes) + Ei (zd + zD+1 + zD+2 + ... D vezes) + ... + sL (zLD + ZLD+1 + zLD+2 + ... D vezes) + . . . ] / D (14) Assumindo que o valor medido de espessura no lado de entrega é usado para obter Td(z), e o valor de Td(z) é computado a partir da convolução de valores de * (n) estira-do, o conjunto de equações acima (obtido pelo casamento dos coeficientes das potências de z na equação (14)) pode ser resolvido por regressão para se obter os valores dos termos de erro, εο, ει, . . . sL. Estes podem então ser usados nas equações (13) para melhor estimar os valores corretos dos valores iniciais da série temporal de extremidades de fibra. Com estes novos valores iniciais, a equação (3) é usada mais uma vez para computar novamente também as partes a ser corrigidas da alimentação. O sistema pode corrigir continuamente a si próprio desta maneira. Ele também pode fazer correções para a estimativa da resposta de impulso H(z) usando periodicamente a mesma técnica. O conjunto de equações (14) indicado anteriormente usando técnicas padrões pode ser descrito e resolvido como uma matriz. Apesar de a equação (14) ter sido mostrada para um estiramento inteiro constante, o método também pode manusear estiramentos variáveis com valores não integrais nas matrizes. Isto pode ser feito pelo cálculo da média ponderada para todos os elementos na matriz, a cada vez que o estiramento mudar no meio de um segmento medido.

Uma vez a distribuição de extremidades de avanço esteja estimada, pode ser assegurado que as extremidades de avanço alcançam os roletes de entrega em uma dada taxa constante, usando-se técnicas descritas mais tarde. O método e aparelho da invenção indicada anteriormente foram simulados em um computador, assumindo: a) Um conjunto selecionado aleatoriamente de comprimentos de fibra para um comprimento de fibra máximo de 30 mm e variando de 19 a 30 mm; b) A distância do rolete de varredura até o ponto de correção é em torno de 1 m; c) Velocidade no lado de alimentação é em torno de 1 m/ s ; d) Os valores iniciais recomputados devem estar disponíveis até que os primeiros 30 mm de fibra tenham sido estirados; e) Leituras de espessura e mudança na espessura são feitas a cada um 1 mm; f) A alimentação consiste de cerca de 150.000 fibras na seção transversal; g) Existem em média 5.000 extremidades de avanço por mm de alimentação, com uma variação aleatória estacionária 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 mudanças desejadas nas velocidades de rolete; j) A alimentação é considerada para ser feita de um arranjo paralelo de fibras para a computação da resposta de impulso.

As suposições indicadas anteriormente são boas aproximações para as condições que existiríam quando a máquina estivesse realmente funcionando. Os resultados mostrados na Figura 3 demonstram a correção superior alcançada pela invenção quando comparados com os resultados simulados de forma similar para 1) nenhuma autocorreção e 2) autocorreção usando técnicas de autonivelamento convencionais. Valores típicos de 1 m cv% obtidos são da ordem de 0,02 contra os usuais 0,5% nas máquinas de hoje. A invenção também pode ser usada para outras oti- mizações no processo de autonivelamento. Por exemplo, um processo pode tentar assegurar distribuição uniforme de extremidades de arraste, em vez de extremidades de avanço, considerando o fato de que estas extremidades de arraste serão as extremidades de avanço no próximo estágio no processo. Tais mudanças envolveríam somente algumas modificações secundárias no método básico descrito aqui, mas ainda estariam dentro do escopo da presente invenção. A invenção também pode ser usada em situações onde as fibras não são todas alinhadas em paralelo umas com as outras. Este fator pode ser incorporado no algoritmo por primeiro usar duas funções de resposta de impulso diferentes, uma para a alimentação e uma função diferente para a entrega (em virtude da tendência para paralelização depois do estiramento). Estas respostas de impulso podem ser periodicamente estimadas usando-se a múltipla regressão da mesma maneira tal como indicado anteriormente pelo rearranjo da equação de matriz gerada da equação (14). A presente invenção pode ser implementada com muitas combinações de hardware e software. Se implementada como um aparelho controlado por computador, a presente invenção é implementada usando dispositivo para executar todas as etapas e funções descritas anteriormente. A presente invenção também pode ser incluída em um artigo de fabricação (por exemplo, um ou mais dispositivos) tendo, por exemplo, sensores e controladores. O controlador tem incorporado no mesmo, por exemplo, código de programa legível por máquina, dispositivo para fornecer e facilitar os mecanismos da presente invenção. O artigo de fabricação pode ser incluído como parte de uma máquina, sistema de computador ou vendido separadamente. O sistema pode ser usado para processar uma ampla faixa de materiais naturais e sintéticos incluindo, mas não se limitando a estes, algodão, lã, poliéster, viscose, acrílico, etc.

Juntamente com o procedimento descrito anteriormente para o cálculo da distribuição de extremidade de fibra de avanço, diversos aspectos práticos necessitam ser abordados para tornar factível a realização do processo delineado anteriormente. Estes aspectos práticos incluem medição sincronizada, cálculo e controle. 0 processo descrito na seção anterior teve acesso aos valores iniciais, dados obtidos em diferentes instantes, em locais diferentes, por diferentes tipos de dispositivos, e também foi assumido que os dados podem ser perfeitamente casados, tanto para análise como correção, para se obter o resultado desejado. Também foi assumido que as correções aplicadas podem ser efetuadas instantaneamente pelo sistema de servocontrole. As técnicas usadas para fazer o sistema descrito anteriormente trabalhar essencialmente tal como descrito serão reveladas.

SINCRONIZAÇÃO O processo para o autonivelamento descrito anteriormente exige que os dados provenientes dos dois sensores estejam sincronizados com as mudanças de velocidade aplicadas no rolete central. Isto exige estimativas precisas do tempo de retardo a partir do instante em que o material é percebido pelos roletes de varredura, até o instante em que ele está próximo de ser agarrado pelos roletes de entrega. Esta informação é exigida para cada segmento, e o retardo real necessário para cada segmento pode variar consideravelmente em virtude das variações de velocidade introduzidas pelo mecanismo de nivelamento. Igualmente, o tempo gasto para o material ir para além dos sensores de lado de entrega também pode variar. Estes retardos são adicionalmente dependentes dos ajustes de rolete usados, e este fator tem que ser considerado.

Para o sistema de estiramento tipico no qual um estiramento de abertura fixo é aplicado, um codifica-dor/determinador no rolete inferior central e um outro no rolete inferior frontal são instalados. Embora a distância dos roletes de varredura até os roletes de entrega seja fixa, a distância entre os roletes central e frontal pode variar dependendo dos ajustes usados. Igualmente, a distância do rolete de alimentação até o rolete central também pode variar. Mas, uma vez a máquina esteja preparada para processamento, estes ajustes não são perturbados na duração do funcionamento. Assim, sincronização é alcançada usando o procedimento seguinte depois de cada mudança de ajuste.

PROCEDIMENTO DE SINCRONIZAÇÃO O processo para sincronização começa primeiro por ajustar a máquina para um estiramento fixo baixo de, digamos, 6. Cortar uma fita exatamente antes de os roletes de varredura. Incapacitar os movimentos de parada, e funcionar a máquina até que a fita cortada desobstrua completamente os sensores de lado de entrega. O sistema controlador é proje- tado para detectar o amplo desvio na espessura (em virtude da fita cortada), e gravar as leituras instantâneas de codificador de rolete central à medida que o material entra primeiro nos roletes de varredura e subseqüentemente nos sensores de lado de entrega. O procedimento descrito anteriormente é repetido para um estiramento fixo alto, digamos, 10. Os dados coletados são usados para computar os parâmetros necessários para sincronização tal como mostrado a seguir.

Deixamos XL e XH ser as revoluções do rolete central necessárias para o material atingir o sensor de lado de entrega, a partir dos roletes de varredura, para estiramen-tos baixo e alto, respectivamente. Deixamos Y ser as revoluções do rolete central necessárias para o material atingir o aperto de rolete frontal, a partir dos roletes de varredura. Deixamos Z ser as revoluções do rolete frontal necessárias para o material atingir o sensor de lado de entrega, a partir do aperto de rolete frontal. Deixamos o estiramento entre os roletes centrais e os roletes de entrega ser DL e DH, para os dois casos. Então, (assumindo mesmos diâmetros de rolete), 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 tempo de retardo, nas revoluções do rolete central, entre a medição nos roletes de varredura e a aplicação da correção correspondente. De forma similar, Z representa o retardo entre os roletes frontais e o sensores frontais nas revoluções do rolete frontal.

Toda a precisão e sofisticação dos métodos descritos anteriormente não são muito úteis se as extremidades de avanço que estavam na mesma linha transversal à medida que o material avançou para além dos roletes de varredura não atingiram o sistema de estiramento no mesmo instante. Isto pode acontecer em virtude de as fitas no lado de alimentação tender a abrir em leque depois de as forças de compressão nos roletes de varredura ser liberadas. Como um resultado, a distância percorrida pelas fitas no meio é menor do que a distância percorrida pelas mesmas nas laterais para atingir os roletes de alimentação. Os poucos milímetros de diferença podem introduzir erros significativos nas computações de Mi-cronivelador. Conseqüentemente, um simples dispositivo afastado tipo ponte abobadada necessita ser introduzido no lado de alimentação entre os roletes de varredura e os roletes de alimentação para aumentar o comprimento de caminho das fitas centrais.

CONTROLE DE MOVIMENTO

Os recentes aperfeiçoamentos no campo de Controle de Movimento Programável torna possível regular mudanças de velocidade com quase uma largura de banda de 1 kHz. Estes sistemas trabalham com codificadores/determinadores para atingir os perfis de velocidade desejados. Estes têm suportes construídos para efetuar mudanças suaves na velocidade. O algoritmo de Micronivelador calculará as extremidades de avanço em cada zona de correção, estimará as posições de codificador e, possivelmente, os movimentos de mudança de ve- locidade para cada zona, e solicitará o controlador de movimento para executar os movimentos.

CALIBRAÇÃO O processo para corrigir as variações estacionárias tal como delineado anteriormente trabalha usando em seu cálculo a quantidade de fibras na seção transversal. Entretanto, os dois sensores no sistema não medem diretamente a quantidade de fibras. As medições de aceleração e as medições de capacitância têm que ser convertidas para valores correspondentes para a quantidade de fibras, e então para a quantidade de extremidades de avanço por unidade de comprimento. A tendência para variações nas medições de capacitância com variação de umidade tem que ser considerada. Os dois sensores terão que ser calibrados em cruzamento para assegurar que não existe erro de conversão entre os sensores. O sensor de lado de entrega pode ser facilmente calibrado pelo uso de um método de corte e pesagem para um comprimento conhecido de fita que tenha sido medido independentemente usando-se o sensor de capacitância. O valor de capacitância média pode ser relacionado à massa média por unidade de comprimento, que pode então ser convertida usan-do-se o valor de denier/micronaire para a quantidade de fibras na seção transversal. Esta informação, juntamente com a informação de comprimento de fibra pode ser usada para computar as extremidades de avanço médias no material de alimentação. A calibração em cruzamento entre os sensores é alcançada pelo método descrito a seguir. O Micronivelador tem duas maneiras independentes de determinar a espessura do material de saída. Um método usa o sensor de lado de entrega. O outro usa os dados de sensor de lado de alimentação para computar os mesmos usando convolução do material estirado. Os dois métodos produzem duas séries temporais sincronizadas representando a mesma propriedade. Portanto, as propriedades estatísticas tais como a média e o desvio padrão devem ser as mesmas para as duas séries temporais. A conversão necessária para casar as séries é determinada pela razão dos desvios padrões. É conveniente considerar as duas séries mencionadas anteriormente como uma representação de caverna. Uma das séries é exibida como estalactites enquanto que a outra é exibida no mesmo eixo geométrico de tempo como estalagmites. Isto permite que os usuários avaliem a eficácia do algoritmo de Micronivelador no rastreamento das extremidades de avanço. O usuário pode usar a representação (computada e restaurada em intervalos periódicos), para monitorar o progresso da função de nivelamento. Também pode ser conveniente fornecer um mecanismo de correção de fase simples no sistema de controle de movimento programável que pode ser controlado manualmente ao mesmo tempo que monitorando continuamente a representação de caverna.

COLETA DE DADOS

Tal como exposto anteriormente, a coleta de dados, as computações e o controle com retardos variáveis têm que estar precisamente sincronizados. Isto exige que registro de conservação apropriado seja feito pelo algoritmo de Micronivelador .

Assumindo que os dados provenientes do rolete de varredura e os dados de espessura de lado de entrega são coletados a cada mm, e a mudança nas leituras de codificador correspondentes a estes são Em e Ed, para os codificadores de rolete central e de entrega, respectivamente, as tabelas de dados seguintes necessitam ser concluídas. A tabela abaixo é preenchida para cada mudança de Em no codificador central .

Os dados acima são baseados em medições de lado de alimentação e computações usando esses dados. A primeira coluna é a leitura de codificador central quando o material detectado está nos rolet.es de varredura. Os dados de extremidades de avanço e o estiramento exigido são computados para este material, e a posição de codificador central quando a correção deve ser iniciada é gravada pela adição de Y à primeira coluna. A última coluna é o valor computado para a mudança na posição de codificador de entrega à medida que o codificador central atravessa para a próxima posição de 'inicio de correção' . Isto efetivamente determina o estira-mento instantâneo a ser aplicado. Dados desta tabela são usados para acionar o controlador de movimento programável. Pode ser preferível a partir de uma perspectiva de projeto de sistema variar também a velocidade dos sistemas de lado de entrega (incluindo o bobinador), além dos roletes de lado de alimentação, de maneira que a relação desejada entre os dois conjuntos de roletes pode ser mantida com motores de menor capacidade do que seria necessário de outro modo. A tabela abaixo é preenchida para cada mudança de E.í no codificador de entrega, partindo de 2 revoluções do rolete frontal depois de o codificador central atingir o ponto de início de correção da tabela anterior.

Os dados de lado de entrega gravados na tabela anterior são usados para computar o erro nas estimativas das extremidades de avanço por múltipla regressão, tal como explicado anteriormente. Pode ser suficiente executar esta computação de retorno de forma intermitente. Também, durante a inicialização do Micronivelamento, estes dados de retorno podem ser usados para corrigir a resposta de impulso estimada do material de alimentação. Deve ser notado que mesmo que as simulações fossem executadas sob certas suposições, estas não seriam limitações do sistema de Micronivelador, mas exatamente a limitação do método de simulação usado a fim de exemplificar a invenção. Por exemplo, o sistema de Micronivelador pode trabalhar mesmo em arranjo de fibras não paralelas na alimentação, e mesmo quando existem ganchos de avanço/arraste na alimentação. Estes efeitos são facilmente considerados pela mudança da forma da função de resposta de impulso. O trabalho do micronivelador será similar ao de um autonivelador típico, exceto para o procedimento de inicialização depois de um ajuste de mudança/mudança no material de alimentação, e está descrito em uma maneira de exemplifi-cação por meio das seguintes etapas: 1) Entrada de dados com relação às propriedades de fibra, ajustes de estiramento de abertura e de máquina, me-cha de alimentação, etc. 2) Alimentar material em estiramento alto e baixo para coletar dados de sincronização. As medições feitas pelos sensores de lado de entrega podem ser usadas para calibrar automaticamente os sensores usando-se as propriedades de fibra fornecidas pelo usuário na etapa 1. 3) Dados também pode ser coletados a partir do acelerômetro e dos sensores de deslocamento. Estes dados são processados para calibração de cruzamento entre o acelerômetro e o sensor de capacitância de lado de entrega. Esta é a única vez no funcionamento que o acelerômetro é calibrado em cruzamento com o sensor de capacitância. Subseqüentemente, o acelerômetro é usado para calibrar em cruzamento o sensor de capacitância. Isto é em virtude da tendência dos sensores de capacitância para desvio durante o curso de um funcionamento . 4) Os dados de entrada de usuário são usados para computar a estimativa inicial da resposta de impulso de fibra. Os valores iniciais para a quantidade de extremidades de avanço são supostos ser o valor médio. A máquina está agora pronta para computar as extremidades de avanço reais. 5) Dados de rolete de varredura e os dados de lado de entrega são coletados, e os valores de erro para o valor inicial para as extremidades de avanço são computados por múltipla regressão. Isto é usado para corrigir os valores iniciais de extremidades de avanço. 6) A equação (3) é agora usada para computar os valores subseqüentes de extremidades de avanço. Usando estes novos valores, os coeficientes da resposta de impulso são determinados por múltipla regressão. Usando a nova resposta de impulso, o erro em extremidades de avanço é computado. 7) Este processo é repetido até que o sistema estabiliza em uma resposta de impulso e característica apropriada da alimentação. 8) O sistema de estiramento agora calcula as extremidades de avanço na alimentação a partir dos dados de deslocamento e aceleração de rolete de varredura. 0 sistema deve ser configurado para obter retorno da correção proveni- ente dos sensores de lado de entrega. Logo que as variações superarem certos limites, as estimativas de extremidades de avanço e de resposta de impulso devem ser repetidas. O sensor de lado de entrega também deve ser monitorado periodicamente para impedir desvio. 9) A computação de extremidades de avanço é usada para enviar as entradas de controle para o sistema de controle de movimento para atingir as mudanças de velocidade desejadas para os roletes centrais. O objetivo da mudança de velocidade é assegurar que as extremidades de avanço alcancem os roletes de entrega em uma taxa constante.

Deve ser notado que as etapas delineadas anteriormente que são essenciais para o trabalho prático da invenção são somente indicativas. A calibração e a sincronização podem ser alcançadas por meio de outros dispositivos e tais métodos se executados com o processo de Micronivelador revelado ainda estariam no escopo da invenção.

Claims (14)

1. Método para regularizar estiramento de fita composta por fibras têxteis, as fibras têxteis compondo uma alimentação em um lado de entrada, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: a. detectar variações na espessura de uma estrutu- ra de nível micro da alimentação como uma função de série temporal por um sistema massa-mola amortecido (20, 21, 22, 23) baseado em distribuições de fibra de avanço, em que a distribuição de fibra de avanço é o número de extremidades de avanço da fibra por unidade de comprimento de fibra; b. computar propriedades médias representativas da alimentação por um controlador (24) baseado pelo menos em uma resposta de impulso recebida de um filtro eletrônico de pelo menos um par de roletes de alimentação (25) e as propriedades de arranjo em um ponto de medição localizado em pelo menos um par de roletes de entrega (27), a fim de derivar uma relação entre uma entrada e uma saída, e correções como uma função de série temporal necessária para minimizar as variações na espessura da estrutura de nível micro da alimentação em um lado de saída baseado em variações na espessura como a função de série temporal e a resposta de impulso; e c. aplicar as correções computadas por um contro- lador de movimento em um ponto de correção na proximidade dos roletes de estiramento (25, 26, 27) para obter uma fita estirada de espessura uniforme.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que as variações na espessura incluem um de varições estacionárias na espessura da alimentação e/ou variações não estacionárias na espessura da alimentação .

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que as variações na estrutura de nivel micro não afetam as propriedades estatísticas da alimentação .

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a detecção das variações na espessura é correlacionada às variações estacionárias na espessura da alimentação e não estacionárias na espessura de alimentação.

5. Sistema de estiramento para fibras com dispositivos para medir, computar, controlar e corrigir as variações estacionárias e/ou as não estacionárias na espessura de alimentação da fibra de entrada, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: a. sistema de massa-mola amortecido consistindo de i. pelo menos um par de roletes de varredura; ii. um amortecedor; iii. um acelerômetro; e iv. 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; e g. controlador para computar e coordenar todas as medições e correções.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que a distribuição de extremidade de fibra de avanço causando a variação da espessura da alimentação é computada a partir dos dados como a força exercida nos roletes de varredura pela alimentação.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que força exercida no rolete de varredura é medida em termos de aceleração.

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de rolete de varredura é projetado para ter acelerância perto de constante.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que dados computados a partir dos roletes de varredura e dos sensores de lado de entrega são usados para computar série temporal das correções necessárias .

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que variações na distribuição de comprimento de fibra, o grau de orientação de fibras, presença de fibras enganchadas, variações na finura de fibra é/são considerado(s) na(s) computação(s).

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que a espessura da saida pode ser avaliada para qualquer dada série temporal de dados dos roletes de varredura e a série temporal de ações corretivas nos roletes de estiramento.

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a série temporal é comparada com as medições de lado de entrega para fazer a total auto-correção de sistema.

13. Sistema, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que as medições dos sensores são calibradas em cruzamento.

14. Sistema, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que as medições e correções são sincronizadas.