CN103502812A - 用于在线确定玻璃纤维制品的固化状态的方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种估算利用矿物纤维和粘合剂制造的纤维毯的固化状态的方法，该方法包括利用在线光反射率测量作为固化状态的估算。光反射率测量可以优选地是取自任何表面，尤其是截断面，的彩色图像，之后图像被光学地分成多个感兴趣区域（ROI），并且对代表固化状态的色彩系统变量进行分析。在有些实施例中，色彩系统变量是B值。作为替代，光反射率测量可以是截断面的UV或IR反射率。当在截断面上定义了两个或更多个感兴趣区域时，比较信息对于估算在纤维制品内部的不同的面、层或部分的固化是有价值的。

Description

用于在线确定玻璃纤维制品的固化状态的方法

技术领域

本发明总体上涉及由像玻璃这样的纤维矿物制成的绝缘制品，尤其是涉及用于确定固化状态——即，制品在规格与工艺控制限制内是固化不完全、过度固化还是适当固化——的质量控制方法。

背景技术

纤维玻璃绝缘制品通常包括通过固化的热固性聚合物材料键合到一起的随机定向玻璃纤维。熔化的玻璃流被吸入随机长度的纤维中并且被吹到成型室或罩中，在那里它们作为一包随机淀积到多孔、移动的传送带或链上。在成型室中通过的同时及由于吸入操作而仍然发热的同时，纤维与水分散体或粘合剂溶液一起被喷射。来自玻璃纤维和燃烧气体的残余热量，连同成型操作中的气流一起，足以汽化并除去大量被喷射的水，由此浓缩粘合剂分散体并且把粘合剂作为具有高固态成分的粘性液体淀积到纤维上。通风机在传送带下面产生负压力并且吸入空气，及未在包中限定的任何颗粒物质，通过传送带并最终把它释放到大气中。未固化的纤维包被传输到烘干与固化炉，在那里，气体，例如热空气，被吹过该包，以便烘干包并且固化粘合剂，以在随机、三维结构中把玻璃纤维刚性键合到一起，这种随机、三维结构通常被称为“毯子”。足够的粘合剂被应用并固化，使得纤维包可以被压缩，用于打包、存储与运送，但是在除去压缩之后仍然可以恢复其厚度–一个称为“伸缩性恢复（loft recovery）”的过程。

尽管制造商为刚性过程控制而努力，但是，由于多种原因，贯穿整个包的粘合剂固化程度可能不总是均匀的。除其它原因之外，未固化的包的湿度的不规律、玻璃的不均匀的跨整机重量分布、固化炉中烘干气体的流或对流的不规律、来自像传送带这样的相邻装备的不均衡热传导及粘合剂的不均匀应用全都有可能造成过度固化或固化不完全的粘合剂区域。因此，期望对最终制品中的这些区域进行测试，以确保质量。

授予McGowan等人的美国专利4,363,968；授予Sturm的4,582,520；及授予Aschenbeck的4,609,628全都讲授了利用多波长的红外线（“IR”）辐射监视玻璃纤维毯制品中粘合剂的量或者粘合剂固化程度的方法。总的来说，它们全都依赖粘合剂化学反应物（羧酸基(carboxylic acid group)与醇基(alcoholic group)）与固化的粘合剂制品（酯基(ester group)）之间IR吸收/发送的区别。除它们依赖不同波长的IR和/或不同比率的反应物/制品之外，授予Dahlquist的美国专利4,769,544和授予Packard的7,435,600是相似的。

美国专利7,520,188公开了一种染色并扫描玻璃纤维制品并且执行红像素比率的色彩分析来确定固化程度的破坏性、离线方法。

尽管这些方法中的每一种都有优点，但是也存在缺点。到目前为止的IR方法依赖于在一个方向上通过纤维包的辐射发送，因此不能够提供关于在包的各个深度处的固化的信息。

发明内容

本发明总体上涉及用于估算利用矿物纤维与粘合剂制造的纤维毯的固化状态的方法。在第一个重要方面，本发明包括确定矿物纤维制品的固化状态的方法，该方法依赖捕捉任一表面的彩色数字图形并且分析该图像。该方法包括：

利用彩色数码相机捕捉来自纤维制品的表面的彩色数字图像；

分析来自所述彩色数字图像的至少一个感兴趣区域以获得用于感兴趣区域的色彩系统变量；及

基于来自感兴趣区域的色彩系统变量来估算纤维制品的固化程度。

在这方面，彩色数字图像可以从作为纤维制品未切割的外表面的表面或者从纤维制品的切割或截断的面捕捉。如果该表面是截断面，则它可以被纵向截断或分割，或者横向切削或者甚至水平分离。它可以，但不必需是，在线连续执行而不需要为了测试而把制品从生产线移除。以下讨论其它变体。

在第二个重要方面，本发明包括确定矿物纤维制品的固化状态的方法，该方法不需要彩色图像，但是可能依赖来自纤维制品的切割或内部面的任何光反射率。在这方面，该方法包括：

从截断的纤维制品的面捕捉光反射率测量；

分析来自截断面的至少一个感兴趣区域的光反射率测量；及

基于在感兴趣区域的光反射率测量来估算纤维制品的固化程度。

根据这第二方面的方法依赖在观察纤维制品的内部以便确定固化时获得的改进结果。光反射率测量可以是彩色数字图像，但是也可以包括其它光谱测量，诸如UV或IR反射率。在这方面，测量可以来自一个感兴趣区域或者来自多个感兴趣区域。它可以，但不必需是，在线连续执行而不需要为了测试而把制品从生产线移除。以下讨论其它变体。

在第三个重要方面，该方法涉及通过分析来自任何表面，优选地是切割内表面，的至少两个不同的感兴趣区域的光反射率属性来确定矿物纤维制品的固化状态。这第三方面包括：

从纤维制品的表面捕捉光反射率测量；

分析来自表面的至少两个感兴趣区域的光反射率测量；及

基于在至少两个感兴趣区域的光反射率测量来估算纤维制品的固化程度。

在这第三方面，至少两个感兴趣区域可以来自Y方向、X方向或者二者上的不同位置；而且可以涉及在多个方向上的多个感兴趣区域。光反射率测量可以是彩色数字图像，但是也可以包括其它光谱测量，诸如UV或IR反射率。它可以，但不必需是，在线连续执行而不需要为了测试而把制品从生产线移除。以下讨论其它变体。

关于上述三个方面中的任意一方面都存在几种变体。当反射率测量或彩色图像取自截断或内部的面时，它可以被纵向截断或分割，产生用于反射的X-Z平面；或者横向切削以产生用于反射的Y-Z平面；或者甚至水平截断以产生用于反射的Y-Z平面。这些方法可以进一步包括分析在任一方向上的至少3个感兴趣区域。

在有些方面与实施例中，分析多个感兴趣区域。当发生这种情况时，识别出在沿至少一个维度，即X，Y或Z，位置不同的至少两个不同的感兴趣区域；例如，在X方向有至少两个区域，在Y方向有至少两个区域，在Z方向有至少两个区域。任何给定维度上的多个区域的个数可以是2、3、4、5、6或更多，可以多达N=100。此外，可以同时在两个维度上有多个区域，从而在由这两个维度定义的平面内产生多个区域的网格，诸如在切削面的Z和Y方向上都有多个区域。这种网格可以在每个维度上具有相同或不同个数的区域而且可以是例如：2x2；2x3；2x4；2xN；3x3；3x4；3x5；3xN；4x4；4x5；4x6；4xN，等等，如果期望的话，可以多达NxN。

在有些方面与实施例中，光反射率测量是数字彩色图像。当发生这种情况时，对感兴趣区域的分析可以包括为每个感兴趣区域获得用于色彩变量系统的至少一个变量的值。许多不同的色彩变量系统都可以使用并在此描述，但是一种实施例使用LAB色彩系统而且该方法包括获得LAB色彩系统的（a）A值、（b）B值和/或（c）L值中的至少一个。

可以作出的过程控制决定包括调整过程控制以把过程带回到预定的过程控制限制内，而且这可以在炉子中或者成型罩区域内完成。例如，过程调整可能意味着在固化炉的至少一个区域内调整选自该炉的区域中的温度与气流的炉子参数。作为替代，过程调整可能意味着调整选自冷却剂流、粘合剂流、气流和重量分布变量（或研磨系统(lapping system)变量）的至少一个成型区域参数。

当参考附图阅读以下优选实施例的具体描述时，本发明的各方面将对本领域技术人员变得显而易见。

附图说明

图1是用于制造纤维制品的生产线的成型罩部件的部分截断侧面(sectioned side)正视图；

图2是代表固化炉及其几个区域的示意图示；

图3是显示截断面(sectioned face)的纤维制品的透视图；

图4A是安装在生产线之上的照相机系统的前视图；图4B是这个系统的侧视图；

图5是代表根据本发明的一种过程实施例的步骤的框图；及

图6是从例子中所描述的试运行生成的色彩系统变量，随时间推移的B值的曲线图。

具体实施例

除非另外定义，否则本文所使用的所有技术与科学术语都具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。尽管与本文所述的那些类似或等价的任何方法与材料都可以在本发明的实践或测试中使用，但是在本文描述了优选的方法与材料。本文所引用的任何参考，包括书籍、期刊文章、公开的美国或外国专利申请、发布的美国或外国专利及任何其它参考中的每个都引入其全部作为参考，包括在所引用的参考中给出的全部数据、表格、图与文字。

在附图中，为了清晰，线条、层和区域的厚度可能被夸大。

除非另外指示，否则表达本说明书和权利要求中所使用的诸如角度或片速度、成分数量的量值范围、诸如分子重量、反应条件等的属性的所有数字都应当理解为在所有情况下都可以通过术语“大约”来修改。相应地，除非另外指示，否则在本说明书与权利要求中所阐述的数值属性都是近似值，其可以依赖要在本发明实施例中设法获得的期望属性而变化。虽然阐述本发明广义范围的数值范围和参数是近似值，但是在具体例子中阐述的数值是尽可能精确地报告的。但是，任何数值都固有地包含不可避免地由于在其对应测量中存在的误差所导致的某些误差。所有数值范围都应当理解为包括在该范围外边界内的所有可能的递增子范围。因而，30至90度的范围公开了例如35至50度、45至85度及40至80度等。

“粘合剂(binder)”在本行业中是众所周知的，指热固性有机制剂或化学品，常常是聚合树脂，用于在三维结构中把玻璃纤维彼此粘到一起，该三维结构可以压缩，但是在除去压缩后仍然能恢复其伸缩性(loft)。“粘合剂递送”指递送到玻璃纤维的“粘合剂化学品”，例如“粘合剂固体”，的质量或数量。在本行业中，这一般是通过烧失量或“LOI”来测量的，其中LOI是对将烧掉纤维矿物的有机材料的测量。称纤维包的重量，然后经受极高温度以烧掉有机粘合剂化学品，然后再称。重量差除以初始重量（x100）就是%LOI。

作为固体，粘合剂递送的速率适当地是以质量/时间单位，例如克/分钟，来考虑的。但是，粘合剂一般是作为粘合剂化学品的水性分散体递送的，其中粘合剂化学品可能溶于水或者可能不溶于水。因而，“粘合剂分散体”指介质或媒介中粘合剂化学品的混合物，而且作为一个实际问题，粘合剂“分散体”的递送是以体积/时间的流速，例如升/分钟，或者分散体的LPM给出的。这两种递送表示通过每单位体积的粘合剂质量，即，粘合剂分散体的浓度，关联起来。因而，以每分钟Z升的递送速率流动的、具有每升X克粘合剂化学品的粘合剂分散体递送X*Z克/分钟的粘合剂化学品。分散体包括真正的溶液，及胶体、乳状液或悬浮液。

对“酸性粘合剂”或“低pH粘合剂”的引用意味着粘合剂具有离解常数(dissociation constant)（Ka），使得在水性分散体中pH小于7，通常小于大约6，而且更一般地小于大约4。

“矿物纤维”指可以被熔化以便形成熔化矿物的任何矿物材料，熔化后的矿物可以被吸入或稀释到纤维中。玻璃是用于纤维绝缘目的最常使用的矿物纤维，并且确保本描述将主要参考玻璃纤维，但是其它有用的矿物纤维包括岩石、矿渣和玄武岩。

“制品属性”指绝缘样条所拥有的一组可测试物理属性。这些可以包括至少以下常见属性：

·“恢复性”-这是样条或毯子在从打包或存储过程中的压缩释放之后恢复到其原始或设计厚度的能力。这可以通过测量已知或预期额定厚度的制品的压缩后高度或者通过其它合适的方式来测试。

·“刚度”或“垂度”-这是指样条或毯子维持刚性或且保持其线性形状的能力。这是通过在支点上悬挂固定长度的部分并且测量弯曲变形的角范围，或者垂度，来测量的。越低的值指示越硬和更加期望的制品属性。其它方式也可以使用。

·“横向重量分布”（LWD或者“横过重量(crossweight)”）-这是制品贯穿其整个宽度的相对均匀性或同质性。它也可以被看作是制品密度的均匀性，而且可以通过把制品纵向截断成等宽度（和尺寸）的段并且通过核密度仪或者通过其它合适的方式称这些段的重量来测量。

·“纵向重量分布”（VWD）-这是制品贯穿其整个厚度的相对均匀性或同质性。它也可以被看作是制品密度的均匀性，而且可以通过把制品水平截断成等厚度（和尺寸）的层并且通过核密度仪或者通过其它合适的方式称这些层的重量来测量。

当然，其它制品属性也可以在最终制品的评估中使用，但是以上的制品属性被发现对于绝缘制品的消费者来说是重要的属性。

图1图示了包括前炉10、成型罩部件或部分12、斜面传送带部分14和固化炉16的玻璃纤维绝缘制品生产线。来自熔炉（未示出）的熔化玻璃被引导通过流通路径或通道18，到达在机器方向串行布置的多个纤维化站或单元20，如图1中由箭头19所示。在每个纤维化站，流通道18中的孔22允许熔化玻璃流24流入旋动装置(spinner)26中，该旋动装置可以可选地被燃烧炉（未示出）加热。纤维化旋动装置26被电动机30关于轴28高速旋转，使得熔化玻璃被强迫通过旋动装置26周边侧壁中的小孔以形成原纤维。吹风机32以基本上向下的方向指引气流，一般是空气，以撞击到纤维上，然后使它们向下转并且把它们稀释成次纤维，这些次纤维形成被强迫向下的包膜(veil)60。纤维在跨机器方向通过机械或气动“研磨机”（未示出）分布，最终在多孔的传送带64上形成纤维层62。层62利用来自串行纤维化单元的附加纤维的淀积来增加质量（而且一般是厚度），由此当其在机器方向19行进通过成型区域46时变成纤维“包”66。

一个或多个冷却环34在包膜60上喷射冷却剂液体，诸如水，以便冷却包膜中的纤维。当然，其它冷却剂喷射器配置是可能的，但是环具有从多个方向与角度把冷却剂液体递送到贯穿整个包膜60的纤维的优点。粘合剂分散系统包括粘合剂喷射器36，其把粘合剂喷射到包膜60的纤维上。说明性的冷却剂喷射环与粘合剂喷射环在给予Cooper的美国专利公开2008-0156041A1中公开。因而，每个纤维化单元20都包括旋动装置26、吹风机32、一个或多个冷却液体喷射器34及一个或多个粘合剂喷射器36。图1绘出了三个这种纤维化单元20，但是任何数量都可以使用。对于绝缘制品，一般从二至大约15个单元可以在用于一行的一个成型罩部件中使用。

成型区域46进一步由侧壁40和端壁48（示出了一个）来定义，封住成型罩。侧壁40和端壁48中每一个常规上都是由连续的带状物形成的，这些带状物分别关于滚筒44或50、80旋转。术语“成型罩壁”、“罩壁”和“罩的壁”可以在本文中互换使用。不可避免地，粘合剂与纤维在罩壁上的局部块中累积并且，偶然地，这些块可能落到包中并造成难以固化的异常密集区域或“湿点”。

传送带链64包含多个小的开口，从而在链接支撑不断增长的纤维包的同时允许空气流通过。经输送管72连接到风扇或吹风机（未示出）的吸引箱70是位于传送带链64下面的附加生产部件，以便产生负压力并且除去注入到成型区域中的空气。当传送带链64围绕其滚筒68旋转时，未固化的包66在出口滚筒80下面离开成型区12，其中缺少向下指引的空气流和负压力（可选地由包升力风扇帮助，未示出）允许包恢复到其自然的未压缩高度或厚度s。后续的支撑传送带或“斜面”82把纤维包朝着炉子16并且在另一组多孔压缩传送带84之间引导，用于把包成型到期望的厚度，以供在炉子16中固化。

图2是代表炉子16的示意图，炉子16一般可以包括四个不同的区域，Z1、Z2、Z3和Z4。这些区域被设计成执行多个过程。在区域1和2中，风扇90、91把温暖的空气流向上吹，通过包66；而在区域3和4中，风扇92、93把温暖的空气流向下吹，通过包66。上通风与下通风相对的选择是优选的，但常常首先使用向上的，以帮助抵消在成型罩中存在的向下吸力。空气被任何合适的方式，诸如与每个区域关联的气体燃烧炉（未示出），加热至从大约400F（204C）到大约600F（315C）范围内的温度。在有些实施例中，区域1和2通常被加热至大约400F（204C）到大约450F（232C）的温度，而区域3和4通常被加热至大约430F（221C）到大约550F（288C）的温度。通常，初始区域用于逐出由于成型过程而残留在包中的大部分湿气，而后面的区域用于完成粘合剂的固化。

过程控制包括用于独立地增加或减小每个炉区温度的合适的控制阀门（未示出）。为了监视炉子的温度，可以安装热电偶。在有些实施例中，无线热电偶94可以在进入炉子中之前直接插入到绝缘包中。这种移动式热电偶被称为鼹鼠（mole），并且提供对实际包温度的最佳估计，但是只在一个位置且只有包在炉子中的时候才提供。作为替代，热电偶95A-98A可以在包66之上安装在炉子中，和/或热电偶95B-98B可以在包66下面安装。尽管在图2中的每个区域中在包66的上面和下面示出了3或4个热电偶，但是，依赖于区域的横截面积和/或长度，这个数字在每个位置都可以从1到大约15变化。热电偶可以，但不必需是，在X方向线性对准。通过按组放置热电偶，有些在包上面（A）而且有些在包下面（B），有可能获得对包自己的温度的代理估计(proxy estimate)，诸如通过平均这两个读数。还有可能理解在从其蒸发湿气的过程中或者在执行固化反应的过程中包吸收了多少能量。因为实时的包温度数据可以连续获得，所以这比鼹鼠热电偶有利。

利用包任一侧上的双热电偶（A-B）并且考虑在每个区域中空气流的上通风或下通风本质，考虑下面的热电偶95B和96B作为“上游”或“入口”热电偶是有用的，因为它们在空气进入包的时候监视空气的温度；并且考虑上面的热电偶95A和96A作为“下游”或“出口”热电偶，因为它们在空气离开包的时候监视空气的温度。相反，因为流在区域3和4中倒转，所以下面的热电偶97B和98B可以被看作“下游”或“出口”热电偶，而上面的热电偶97A和98A可以被看作“上游”或“入口”热电偶。通过在实验中使用鼹鼠结合静态热电偶，申请人已经发现：区域1中出口热电偶与区域2中出口热电偶之间的差（ΔT）可以用于推断包中的湿气烘干速率；同时，后两个炉区中的出口温度可以用于在包一旦干了以后估计包的温度。

在离开炉子16时，固化包或“毯子”67向下游传送，用于切割与打包步骤。对于许多制品，毯子被纵向截断或“分割”成标准宽度维度的多个片或条，例如，14.5英寸（37cm）宽度与22.5英寸（57cm）分别被标准化成适合2x4柱头螺栓之间的空间，所述柱头螺栓放在16英寸或24英寸中心上。其它标准宽度也可以使用。毯子的宽度可以是4至8英尺（1.2至2.4m）并且毯子可以产生多个这种标准宽度的片。

毯子一般还在横穿机器方向的方向上被截断或“切削”，用于打包。横向切削把毯子条分成被称为“样条（batt）”的更短的段，其中样条的长度可以从大约4英尺（1.2m）高达大约12英尺（3.6m）；或者分成更长的卷起来的段，这些段的长度可以从大约20英尺（6.1m）高达大约175英尺（53m）或者更长。这些样条和卷可以最终捆绑打包。在样条被切削之后，更快运转的卷绕传送带把样条彼此分离，以在截断的样条末端之间产生空间。如果期望纵向的“条”，则通常在切削成更短的长度之前将其分割。

参考图3，示出了离开炉子之后毯子67的一部分。利用X、Y、Z坐标系统描述三维方面是有用的，而且在本行业中把X维度指定为机器方向102、Y维度指定为跨机器方向而Z维度指定为高度或厚度方向是常规的，如轴描述104所示出的。如本文中所使用的，术语“断面”是进入毯子内部的任何切口而且在大多数情况下是直的或者平面的切口。但是，术语“断面”（及其派生词，像“截断的”或者“截断”等）包括在任何方向的切口，包括与正交轴平面平行的切口和不与其平行的切口。通常位于X-Z平面中的截断面也被称为纵向“分割”而且通常定义特定宽度的“条”。相反，通常位于Y-Z平面中的断面也被称为“切削”断面。虽然术语“端面”包含被切削的毯子的起始和终止面，但是图3说明了显露毯子端面100的“切削”断面。“切削”断面切口横穿由箭头102指示的机器方向。最后，断面可以包括在X-Y平面内或者在不与XYZ轴对准的平面内的切口。

如下所述，一个或多个照相机捕捉这个端面100的图像，而且，在有些实施例中，处理软件把这个图像分成具有至少两个感兴趣区域（“ROI”）的网格，优选地是多个ROI，例如在垂直或Z方向中的至少3个ROI。在图3中，绘出了九个这种ROI：对于顶部、中间和底部指定为T、M和B的三行，及指定为L1、L2和L3的三个“条”。ROI条可以，但不必须，对应于把宽毯子纵向截断成如上所述的标准宽度条。因而，每个ROI可以利用行/列坐标来描述，更像电子数据表。除了图3的九个ROI，还有在左边指定为S1和在右边指定为S2的两个侧区域。通常期望像这样切除并回收侧边缘。

图4A和4B说明了用于捕捉以上提到的图像的图像捕捉系统110。在离开炉子16时，固化后的毯子67被引导通过这个图像捕捉系统110，一般是在其下面。如以上所指出的，纵向分割可以把毯子分成多条，如由条108A、108B和108C所表示的。安装支架112挂在水平轨道113上，其中水平轨道113在生产线之上延伸。支架112具有两个末端。第一末端（在图4B中的右边）包括照相机臂114，在该照相机臂上固定了照明灯116和至少一个照相机118。安装支架112的第二末端包括校准臂120，在该校准臂上安装了校准板122，该校准板具有面向照相机118的校准表面123。照相机臂114或校准板122或者这两者都枢轴安装，使得允许其上/下摆动以把校准板122放到照相机118的视野中，用于校准照相机。在图4B中，枢轴支架125枢轴安装到照相机臂114并且关于枢轴销127枢轴运动，使得照相机118可以向上摇摆以从校准板表面123捕捉校准图像。电动机106和传动箱107耦合到枢轴销127，造成枢轴运动照相机118的旋转。每个照相机的视角是由从照相机透镜延伸的线121来表示的，依赖于毯子67的厚度，这些线可以重叠，如所示出的。

尽管在图4B中示出并且在本文中描述了单个照相机，但是图像捕捉系统110可以包括在Y方向并排布置的多个照相机的阵列，如图4A中所示，以在Y方向跨毯子67的整个宽度及Z方向中的整个高度捕捉截断面100的图像。例如，宽度为4-6英尺的毯子可以利用3至6个照相机，利用足够的灯116来捕捉合适的图像。根据需要，支撑塔128把图像系统110升高到生产线之上，而且控制面板129可以安装在一侧或另一侧上。附加的支架、臂和校准板可以根据需要添加来支撑照相机和灯。

安装在支架112上（在支撑支柱的剖面后面示出）的是激光高度传感器124。该传感器检测毯子的高度，并且把二进制（开/关）信号发送到处理器（未示出），其中毯子的高度可以依赖期望的R值而变。当毯子的高度高于预先设定的阈值时，传感器124发送“开”信号，而当毯子的高度降至低于该阈值时（例如，相对于传送带降至零，就像在遇到切削样条之间的间隙的时候），传感器124向处理器发送“关”信号。依赖于照相机配置，任一种变化（从关到开，或者从开到关）都可以用于触发照相机118来捕捉图像。端面100可以是已经通过的样条的终止边缘，如图3中所绘出的，对于这种情况，开到关的传感器信号变化触发照相机。作为替代，端面100可以是如图4B中打算通过的样条的起始边缘，则传感器的关到开变化触发照相机。在任一种情况下，照相机118的角度与高度传感器124离毯子的距离都可以协调，以确保照相机捕捉截断端面100的图像。任何合适的间隙或高度或中断传感器都可以代替激光传感器124使用。

照明灯116可以包括任何照明方式，包括但不限于白炽灯、荧光灯和发光二极管（LED）。它们可以配置成持续地开启或者它们可以配置成结合照相机触发器闪烁或“频闪”。“白”灯的颜色是非常主观的(subjective)，因而需要照相机的“白平衡”或者色彩校准。但是，期望照明随时间推移尽可能恒定而且期望温度最小化重新校准。色彩或强度偏移越多，照相机就必须越频繁地校准。合适的照明是从可以从位于Muskegon，MI的Smart Vision Lights获得的ModelL300Linear Connect-a-Light获得；或者从由位于Burlington，MA的CCS America制造的型号HBR-LW16白LED灯获得。在有些情况下，利用一个或两个灯棒。在有些实施例中，灯关于照相机枢轴运动，而在其它实施例中，灯是固定的。

在有些实施例中，照相机118是电荷耦合设备（CCD）数字彩色照相机。分辨率不是至关重要的；成功的操作是利用480x640及1024x760、1296x966及1392x1040的分辨率实现的。合适的照相机制造商包括Sony、Hitachi、Basler、Toshiba、Teledyne Dalsa和JAI。

有各种图像处理软件包商业可用而且相信许多都将适用于本发明。示例性图像处理软件程序包括来自Cognex、Matrox、NationalInstrument和Keyence的那些。软件可以执行的一般化步骤在图5的一部分框图中阐述。如以上提到并且由块130所表示的，毯子，或者其纵向截断，被横向截断，产生起始面和终止面。毯子高度中的间隙触发一个或多个照相机捕捉端面的图像，块132。这个图像被馈送到由块134代表的处理器，在那里，软件对图像执行合适的分析。如果必要，处理器就把多个图像组合成一个全景图（块136）。如果纵向断面已经切入毯子中，则处理器可以识别该纵向断面的边缘并且产生对应于纵向条的图像边界。处理器还把感兴趣区域（ROI）的网格覆盖到图像上，块138。为了比较，应当有至少两个垂直ROI，而且优选地是在垂直或Z方向有至少3个ROI。水平方向（即，Y方向）可以有一个或多个ROI。ROI的Y方向界限可以精确地对应于分段的条，或者图像的每个条都可以有多个水平的ROI。如以上所提到的，图3说明了总共9个ROI：水平方向3个和垂直方向3个。

然后，处理器分析每个ROI以获得用于至少一个色彩系统变量的值，块140。许多色彩系统变量都是有用的而且下面描述一些。虽然许多其它的色彩系统变量也可以使用，但是B值是已经发现适于监视纤维绝缘制品的固化状态的一个色彩系统变量，并且在这里作为一个例子进行描述。为每个ROI获得至少一个色彩系统变量。如果期望，则来自每个ROI的色彩系统变量值可以数学组合，为更大的区域找出平均值、差值或混合值，块142。例如，在有些实施例中，作为一个组为所有水平ROI计算色彩系统变量值，从而产生平均顶部色彩值、平均中间色彩值和平均底部色彩值。检查这些之间相减的差值有助于估算毯子是否从上至下均衡地固化。类似地，单个条的所有垂直ROI可以求平均来估算从右边条到左边条固化的均衡性。最后，在有些实施例中，把所有ROI组合到一起来估算整个端面的平均固化可能是有用的。

许多软件包还将提供所收集到的数据可变性的统计测量，诸如最小值、最大值、范围、均值、中值、标准偏差等。为了讨论，假定只测量一个色彩系统变量。尽管那可能足够了，但是在有些实施例中，可能期望从每个ROI测量多个色彩系统变量（诸如但不限于L、A和B，见下面）和用于每个值的统计信息。

所有数据都被处理器检查，处理器可以报告可能固化不完全（或者过度固化）的区域的存在与位置，块144。随后，操作人员可以手动调整过程控制来改进固化状态，块146。作为替代，处理器可以编程为进行自动过程控制调整。例如，固化中从右向左或者并排的变化（跨机器方向或Y方向）可能使气动研磨机(pneumatic lapper)的调整实现更均匀的重量分布。由于许多可能的原因，底层有时候固化更多，这些原因包括例如当包通过炉子时炉子的区域1和2中高温空气的向上对流及附加热量从传送带链64的传导。固化不完全的顶部区域（相对于中间或底部）可以建议（具有下向通风的气流的）区域3和4中更高的温度或更高的风扇速度或者，相反地，通过降低区域1和2中的温度或气流。中间ROI中的固化不完全（相对于顶部和底部）可能建议降低中间成型单元中的湿度。

安装支架和臂可以是任何合适的材料，诸如不锈钢或铝，用于悬挂所需的装备。

本发明一个关键特征是在包的里面持续地看到“截断”面或内部面来检查包内的固化状态的能力。这与只在外表面查看的现有在线系统和不能持续地执行的现有离线视觉或色彩系统区别非常大。

许多不同的色彩系统变量都适用于本发明。由于眼睛的生理特质（灵敏度在所有波长上不是均匀的），因此已经进行了许多不同的尝试来在人类感觉到色彩的时候量化色彩，这方面的细节对于本发明不是必要的。但是，它们使用的一些有用的色彩空间系统与色彩系统变量在下表A中阐述。

表A：色彩系统变量系统与描述符

CIE代表国际照明委员会（commission internationale del'eclairage或者International Commission on Illumination）。

对于以上系统，就算不是全部，至少也是许多色彩系统变量都可以从其它系统的值数学导出。这方便了测量，因为只需要测量一组值，例如RGB，而且许多其它色彩系统变量可以计算得到。如以上所指出的，在有些实施例中，只需要测量单个色彩系统变量，而在其它实施例中，测量多个色彩系统变量。多个测量可以考虑系统的所有色彩系统变量或者所有值的一个子集。LAB系统已经被发现是特别有用的，而且可以测量并使用全部三个值：L（感觉到的发光度）；A（红/洋红与绿之间的色彩位置）；及B（黄与蓝之间的色彩位置）；仅一个值，诸如L、A或B值；或者两个值的组合。

尽管本发明已经利用在截断端面上的至少两个ROI中测量到的对色彩系统变量的优选光测量进行了描述，但是应当认识到，本发明涵盖了在两个领域中的其它更广泛的实施例。在第一个广义的方面，本发明包括周期性地捕捉并分析来自于纤维制品任一表面的彩色图像的在线方法，而不需要破坏制品。“在线”意味着进行测量而不需要从生产线移除纤维制品的样本。在线测量基本上是持续的，这是因为，虽然每个捕捉到的图像保持为静止照片或快照；但是，如果期望的话，每个样条都可以被采样，而不破坏或损失生产线速度。截断的末端是有利的，因为它提供了制品内部的视图，但是截断的末端在这方面不是必需的而且可以在根据本发明的在线过程中捕捉其它表面的彩色图像。

在进一步广义的方面，除了取自截断面的彩色图像，本发明还包括光反射率测量的使用。数字彩色图像是优选的而且暗示在电磁光谱的可见范围内反射率的使用。但是，本发明还预期其它电磁辐射的反射率的使用，包括电磁光谱的红外线（IR）和紫外线（UV）区域。因而，对截断面至少一部分的像光谱仪的IR或UV反射率可以产生对根据本发明分析固化状态有用的数据。在其它实施例中，反射率测量可以从未切割的表面取得。

在进一步广义的方面，本发明包括使用取自毯子的任意面的多个光反射率测量。尽管在线的像光谱仪的反射率在过去已经用在顶部表面的单个位置，但是，就我们的知识而言，这还没有扩展到涉及多个反射率测量的侧表面、底表面或者这些面的组合。例如，对根据本发明的固化状态分析有用的数据可以通过来自Y方向上的两个并排位置、来自顶部和底部表面和/或来自沿侧表面的Z方向上的多个位置的光谱仪反射率测量来获得。

通过掌握固化估算的至少一个光反射率测量，可以高度准确地知道包或样条的固化状态，包括，如果有的话，关于固化不完全或过度固化的程度或量值的信息。这为制造商提供了有价值和可操作的数据，利用这些数据可以根据需要调整过程控制。例如，制造商已经预先确定了制品规格而且不属于那些范围的制品被说成是“不符合规格”而且通常必须报废或回收。而且，大多数制造商都具有过程控制并且把预先确定的限制设定成他们过程的可变性。这些参数，连同用于每种类型制品的说明性值一起，在下表B中概述。

*表示的B值是用于针对添加了粉红色颜料、中等密度绝缘的光。如果没有粉红色颜料或者是用于更高密度的制品，概念还是相同的，但实际的值可能偏移。

知道与这些限制量化相关的固化状态对制造商极其重要。如以上所指出的，“不符合规格”的制品通常报废或回收。但是，如果制造商可以获得的唯一信息是制品固化不完全–那么，如果这个值虽然低但是仍然高于LSL的话，制造商可能不必要地报废制品。更具体地说，测试在USL与LSL之外的制品仍然必须报废，但测试在USL与UCL之间或者在LCL与LSL之间的制品仍然可以使用而且不用报废。这是有价值的信息，因为制造商将较不频繁地不正确地报废好的制品。

甚至有可能更重要的是，制造商现在获得了关于制品离上面所提到的任何一个限制有多远的量化信息。之前，如果制品在规格内，它就可以保留，而且过程被认为是可接受的而且不必调整。测试在控制限制之外（即，>UCL或者<LCL）但是仍然在规格内（即，>LSL而且<USL）的制品给了制造商调整过程控制来尝试把过程带回到处于更严格控制之下的机会。而且，知道量化测试结果提供了关于调整过程控制多少的信息。换句话说，量化结果不仅提供了关于过程变化方向的信息，而且提供了关于这种过程变化量值的信息。利用简单的定性测试过程，这些都是不可能的。

例子

试验是在Edmonton的一个工厂进行的，其中准备了R-20轻密度、粉红色住宅绝缘(residential insulation)。安装在生产线之上的是4个Basler CCD照相机，照相机的配置非常像图4A。Cognex供应照相机和Vision Pro处理软件。进行试运行而且毯子被横向切削以产生端面，端面的图像被照相机捕捉。处理软件编程成识别毯子端面中的顶部、中间和底部ROI的三个垂直区域。Vision Pro为每个ROI计算B值，这些B值相对于时间来绘制曲线。图6说明了对于特定制品的毯子端面的顶部（轨迹T）、中间（轨迹M）、底部（轨迹B）和整体平均（虚线轨迹）的大约30分钟的典型B值轨迹。水平轴是时间，每个小增量是1分钟，而垂直轴是从-2到15的B值的刻度。

本发明的操作原理与模式已经在其优选实施例中进行了解释和说明。但是，必须理解，在不背离其主旨或范围的情况下，本发明可以用与具体解释和说明的不同的方式来实践。

Claims (30)

1.一种确定矿物纤维制品的固化状态的方法，包括：

利用彩色数码相机捕捉来自纤维制品的表面的彩色数字图像；

分析来自所述彩色数字图像的至少一个感兴趣区域以获得用于感兴趣区域的色彩系统变量；及

基于来自感兴趣区域的色彩系统变量来估算纤维制品的固化程度。

2.如权利要求1所述的方法，其中彩色数字图像是从作为纤维制品未切割的外表面的表面捕捉的。

3.如权利要求1所述的方法，其中彩色数字图像是从作为纤维制品的切割断面的表面捕捉的。

4.如权利要求3所述的方法，其中切割断面横穿机器方向。

5.如权利要求3所述的方法，还包括：

分析来自截断面的Z方向上的不同位置的至少两个不同的感兴趣区域。

6.如权利要求5所述的方法，还包括：

分析Z方向上的至少3个感兴趣区域。

7.如权利要求3所述的方法，还包括：

分析来自截断面的Y方向上的不同位置的至少两个不同的感兴趣区域。

8.如权利要求1所述的方法，其中分析至少一个感兴趣区域的步骤包括：

获得LAB色彩系统的（a）A值、（b）B值和（c）L值中的至少一个。

9.如权利要求1所述的方法，其中彩色数字图像是在线捕捉的，而不需要从生产线移除纤维制品。

10.一种确定矿物纤维制品的固化状态的方法，包括：

从截断的纤维制品的面捕捉光反射率测量；

分析来自截断面的至少一个感兴趣区域的光反射率测量；及

基于在感兴趣区域的光反射率测量来估算纤维制品的固化程度。

11.如权利要求10所述的方法，还包括：

分析来自截断面的至少两个感兴趣区域的光反射率测量。

12.如权利要求11所述的方法，其中至少两个不同的感兴趣区域来自所述截断面的Z方向上的不同位置。

13.如权利要求11所述的方法，其中至少两个不同的感兴趣区域来自所述截断面的Y方向上的不同位置。

14.如权利要求10所述的方法，其中光反射率测量是数字彩色图像。

15.如权利要求14所述的方法，其中分析感兴趣区域的步骤包括：

获得图像的至少一个色彩系统变量。

16.如权利要求15所述的方法，其中获得色彩系统变量的步骤包括：

获得LAB色彩系统的（a）A值、（b）B值和（c）L值中的至少一个。

17.如权利要求10所述的方法，其中光反射率测量是光谱测量。

18.如权利要求10所述的方法，其中捕捉光测量的步骤是在线执行的，而不需要从生产线移除纤维制品。

19.如权利要求18所述的方法，其中捕捉光测量的步骤是对切削后的端面执行的。

20.一种确定矿物纤维制品的固化状态的方法，包括：

从纤维制品的表面捕捉光反射率测量；

分析来自表面的至少两个感兴趣区域的光反射率测量；及

基于在至少两个感兴趣区域的光反射率测量来估算纤维制品的固化程度。

21.如权利要求20所述的方法，其中至少两个不同的感兴趣区域来自所述表面的Z方向上的不同位置。

22.如权利要求20所述的方法，其中至少两个不同的感兴趣区域来自所述表面的Y方向上的不同位置。

23.如权利要求20所述的方法，还包括：

分析任一方向上的至少3个感兴趣区域。

24.如权利要求20所述的方法，其中捕捉光测量的步骤是对切割的内面执行的。

25.如权利要求24所述的方法，其中切割的内面是切削后的端面。

26.如权利要求20所述的方法，其中光反射率测量是数字彩色图像。

27.如权利要求26所述的方法，其中分析感兴趣区域的步骤包括：

为每个感兴趣区域获得至少一个色彩系统变量。

28.如权利要求27所述的方法，其中获得色彩系统变量的步骤包括：

获得LAB色彩系统的（a）A值、（b）B值和（c）L值中的至少一个。

29.如权利要求20所述的方法，其中光反射率测量是光谱测量。

30.如权利要求20所述的方法，其中捕捉光测量的步骤是在线执行的，而不需要从生产线移除纤维制品。

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