(57)【要約】  繊維製品のバインダーの硬化状態を決定及び管理するシステム及び方法を開示する。１つ又はそれ以上の制御変数を測定して、それらを既知の管理制限の範囲内に維持するように試みることによって、硬化状態がモニターされる。例示的な制御変数は、種々の位置のオーブン温度及び繊維製品の断面の色値を含む。熱電対及び画像取込システムなどのセンサーが、これらの変数をオンラインで連続的に感知し、ＭＰＣプロセッサ・オプティマイザーへの入力信号を供給する。ＭＰＣオプティマイザーは、プログラミングされた最適化関数、及び制御変数の優先順位に従って、制約のバランスを取り、オーブンファン速度、オーブン設定温度、及び冷却水流量などの操作可能変数に設定する最適な制御について解く。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維製品内のバインダーの硬化状態をモニターするための装置であって、
ブロワーを含む少なくとも２つのゾーンを有する硬化オーブンを含み、
前記ブロワーは、加熱されたガスをオーブンゾーンを通して循環させ、
繊維製品を前記オーブンゾーンの中に運ぶための繊維製品通路を構成するコンベヤーと、
前記オーブンゾーン内で循環する前記ガスの温度に対応する信号を生成するための少なくとも２つの熱電対と、
をさらに含み、
少なくとも１つの熱電対は、最初のオーブンゾーン内の排気口熱電対であり、
少なくとも１つの他の熱電対は、前記少なくとも２つのオーブンゾーンのいずれかの排気口熱電対又は吸気口熱電対から選択され、
前記熱電対から前記信号を受け取り、前記少なくとも２つの熱電対からの前記信号に基づいて、バインダー硬化状態を生成するプロセッサをさらに含む、ことを特徴とする装置。
【請求項２】
少なくとも１つのオーブンゾーンは、吸気口、排気口、入口及び出口から選択された場所に独立に位置決めされた、少なくとも２つの熱電対を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記プロセッサは、前記少なくとも２つの熱電対からの前記信号を減算又は平均化するための回路を含む、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記熱電対の各々は、前記繊維製品通路にきわめて接近して位置する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記熱電対の各々は、前記繊維製品通路から約１２インチの範囲内に位置する、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
少なくとも１つのオーブンゾーンは、少なくとも一次サブゾーン及び近接する二次サブゾーンに分割され、
前記サブゾーンの各々は、排気口熱電対を含み、
前記プロセッサは、前記一次サブゾーンの前記排気口熱電対からの前記信号を、前記二次サブゾーンの前記排気口熱電対からの前記信号と比較するためのコンパレーター回路を含み、温度差を決定する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記繊維製品の色値を示す信号を生成するための画像取込システムを含む、少なくとも１つの追加的なセンサーをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
繊維製品がオーブンを通過するときに前記繊維製品内のバインダーの硬化状態をモニターするための方法であって、
少なくとも２つのゾーンを有する硬化オーブンの少なくとも１つの最初のゾーン内の第１の排気口温度を測定すること、を含み、
各ゾーンは、加熱されたガスをオーブンゾーンを通して循環させるためのブロワーを有し、
コンベヤーは、繊維製品をオーブンゾーンの中に運び、
前記繊維製品は、硬化されるべき熱硬化性のバインダーを有し、
前記オーブンの前記少なくとも２つのオーブンのいずれかの第２の吸気口又は排気口の温度を測定することと、
前記第１の排気口温度を、第２の吸気口温度、第２の排気口温度、又は基準温度の少なくとも１つと比較して、比較差温度を生成することと、
前記比較差温度に基づいてバインダー硬化状態を決定することと、
をさらに含む、ことを特徴とする方法。
【請求項９】
少なくとも１つのオーブンゾーンは、吸気口、排気口、入口及び出口から選択された場所に独立に位置決めされた、少なくとも２つの熱電対を有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも２つの熱電対は両方とも、排気口熱電対又は吸気口熱電対のいずれかであり、
比較するステップは、前記少なくとも２つの熱電対からの前記信号を減算又は平均化することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記熱電対の各々は、前記繊維製品通路にきわめて接近して位置する、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記熱電対の各々は、前記繊維製品通路から約１２インチの範囲内に位置する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも１つのオーブンゾーンは、少なくとも一次サブゾーン及び近接する二次サブゾーンに分割され、
前記サブゾーンの各々は、排気口熱電対を含み、
比較するステップは、前記一次サブゾーンの前記排気口熱電対からの前記信号を、前記二次サブゾーンの前記排気口熱電対からの前記信号と比較して、温度差又は温度平均を決定することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記繊維製品の一部分のカラー画像を取り込むことと、
前記カラー画像の少なくとも１つの関心領域から、少なくとも１つの色変数を生成することと、をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
決定された前記硬化状態の情報を用いて、前記オーブンの制御装置を調整することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
決定された前記硬化状態の情報を用いて、前記オーブンの制御装置を調整することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１７】
製造ラインで製造された繊維製品に適用されるバインダーの硬化状態を管理する装置であって、
ブロワーを含む少なくとも２つのゾーンを有する硬化オーブンを含み、
前記ブロワーは、加熱されたガスをオーブンゾーンを通して循環させ、
前記製造ラインの少なくとも１つの操作パラメータを変化させるための操作可能な制御装置と、
前記繊維製品の前記硬化状態を示す第１の信号を生成する第１のセンサーと、
前記繊維製品の前記硬化状態を示す異なる第２の信号を生成する異なる第２のセンサーと、
前記第１及び第２の信号を前記第１及び第２のセンサーから受け取り、前記硬化状態を示す前記第１及び第２の信号に応じて、前記製造ラインの少なくとも１つの前記操作可能な制御装置を調整するための少なくとも１つの制御信号を生成するプロセッサと、
をさらに含む、ことを特徴とする装置。
【請求項１８】
前記操作可能な制御装置は、オーブンゾーンのファン速度、オーブンゾーンの設定温度、及び冷却水流量から選択される、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記第１及び第２のセンサーは、熱電対及び画像取込システムから別々に選択される、請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
複数のセンサーをさらに含み、
前記複数のセンサーの各々は、前記繊維製品の前記硬化状態を示す各信号を生成する、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記第１及び第２の信号を減算又は平均化して、温度差又は温度平均を作り出す比較器をさらに含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項２２】
少なくとも１つのセンサーは、前記繊維製品の色値を示す信号を生成する画像取込システムを含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項２３】
少なくとも１つのセンサーは、前記繊維製品の多数のＲＯＩからの色値を示す、多数の信号を生成する画像取込システムであり、
１つの色値から別の色値を減算して、色差信号を作り出すプロセッサをさらに含む、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
複数のセンサーをさらに含み、
前記複数のセンサーの各々は、前記繊維製品の前記硬化状態を示す各信号を生成し、
少なくとも１つのセンサーは、熱電対を含み、
少なくとも１つのセンサーは、画像取込システムを含み、
少なくとも１つのセンサーは、ランプ高さセンサーを含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項２５】
硬化オーブン、及び製造ラインの操作パラメータのための操作可能な制御装置を含む、前記製造ラインで製造された繊維製品内のバインダーの硬化状態を管理する方法であって、
前記繊維製品の前記硬化状態を示す少なくとも１つの第１の制御変数を感知することと、
前記硬化状態を示す第１の信号を生成することと、
前記繊維製品の前記硬化状態を示す少なくとも１つの異なる第２の制御変数を感知することと、
前記硬化状態を示す異なる第２の信号を生成することと、
前記第１及び第２の信号を、最適な制御条件、前記制御変数のための与えられた所定の制約、及び最適化関数について解くことができるＭＰＣプロセッサ・オプティマイザーに入力することと、
記ＭＰＣプロセッサ・オプティマイザーからの少なくとも１つの出力制御信号を生成して、前記最適な制御条件に応じて、前記製造ラインの少なくとも１つの前記操作可能な制御を調整することと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２６】
前記操作可能な制御装置は、オーブンゾーンのファン速度、オーブンゾーンの設定温度、及び冷却水流量から選択される、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記第１及び第２の制御変数を感知するステップは、温度を感知する熱電対、及び画像を感知する画像取込システムから別々に選択されたセンサーを用いて行われる、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
少なくとも２つの感知するステップは、排気口温度を感知するように位置決めされた熱電対を用いて行われ、
前記２つの信号を減算して温度差を作り出すことをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
減算して前記温度差を作り出すことは、
同じオーブンゾーン内で吸気口温度から排気口温度を減算することと、
異なるオーブンゾーン内で吸気口温度から排気口温度を減算することと、
同じオーブンゾーン内で入口温度から出口温度を減算することと、
異なるオーブンゾーン内で入口温度から出口温度を減算することと、
のうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
少なくとも２つの感知するステップは、熱電対を用いて行われ、
前記第１及び第２の信号を平均化して、平均温度を作り出すことをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
前記第１及び第２の制御変数を感知するステップの少なくとも一方は、前記繊維製品の色値を示す信号を生成する画像取込システムを用いて行われる、請求項２７に記載の方法。
【請求項３２】
前記色値は、Ｌ、Ｌ＊、Ａ、ａ＊、Ｂ、及びｂ＊から選択される、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
感知するステップは、前記繊維製品の多数のＲＯＩからの色値を示す多数の信号を生成することと、色差値を作り出すために、１つの色値から別の色値を減算することと、をさらに含む、請求項３１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願との相互参照）
本出願は、２０１１年４月１９日に出願された共有の米国特許出願第１３／０８９，４５７号、２０１１年５月２６日に出願された共有の米国特許出願第１３／１１６，６１１号、及び２０１１年１１月３日に出願された共有の米国特許出願第１３／２８８，３０２号の恩恵を主張し、それらの全体を援用する。
【０００２】
本発明は、概略的には、結合した断熱製品をガラスのような繊維状無機物から作る方法及び装置に関し、より詳細には、硬化状態を、即ちバインダーが仕様及び工程管理制限の範囲内で硬化不足であるか、過硬化であるか、或いは適切に硬化されたかを決定し、且つそれが管理制限の範囲内でない場合に工程を最適化するための品質管理方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ガラス繊維断熱製品は、一般的に、硬化した熱硬化性高分子物質で結合された、ランダムに配向したガラス繊維を有する。溶融ガラス流は、吸い込まれてランダムな長さの繊維に延伸され、成形チャンバー又はフード内に吹き込まれ、そこで、繊維は多孔性の移動コンベヤー又はチェーン上にパック（pack）としてランダムに堆積される。繊維が、成形チャンバー内での移動中の間に、且つ延伸作業からまだ熱い間に、バインダーの水性分散液又は溶液が繊維に吹き付けられる。成形作業中の気流に加えて、ガラス繊維及び燃焼ガスからの残留熱は、多くの吹き付け水を蒸発させて除去するのに十分であり、それにより、繊維のバインダー分散液を濃縮して、バインダーを、高い固形分を含む粘性液体として繊維に堆積させる。換気ブロワーが、コンベヤーの下に負圧を生じさせ、空気並びにパック内で結合されなかった粒状物をコンベヤーを通して吸い込み、ついには、それを大気に排出する。未硬化繊維パックは、乾燥且つ硬化用のオーブンに移され、そこで、ガス、例えば熱風などがパックに吹き込まれて、パックを乾燥させ、バインダーを硬化させ、通常「ブランケット（blanket）」と呼ばれるランダムな３次元構造内でガラス繊維を互いにしっかり結合させる。十分なバインダーが付与されて硬化され、その結果、繊維パックを梱包、貯蔵及び輸送のために圧縮することができるけれども、圧縮が取り除かれたときに繊維パックが厚さを取り戻す（「厚さ回復」として知られる工程）。
【０００４】
製造業者は厳重な工程管理に努力しているが、パック全体にわたるバインダー硬化度が種々の理由から常に均一にならないことがある。なかんずく、未硬化パックの水分の不規則性、ガラスの不均一な横重量分布、硬化オーブン内の乾燥ガスの流れ又は対流の不規則性、コンベヤーのような隣接した設備からの不均一な熱伝導、及びバインダーの不均一な付与が、全て、過不足硬化バインダーの領域に寄与することがある。したがって、品質を保証するために最終工程でこれらの領域のために検査すること、及び、必要ならば、工程を管理制限の範囲内に維持するために工程管理を調整すること、が望まれている。
【０００５】
特許文献１及び特許文献２は両方とも硬化オーブンを記載しており、熱電対は、硬化オーブン内に設置されており、感知された温度が所定の設定値でない場合に、調整を行うべく、フィードバックをヒーター制御装置に提供するように用いられる。このやり方は、役に立つが、熱電対が、全体的なオーブン空気温度を感知し、バインダーが位置するパック温度の情報を提供しないため、硬化状態の情報を提供しないという点で、欠点がある。
【０００６】
特許文献３は、ホルムアルデヒドのないガラス繊維製品の硬化状態をモニターするための２つの機構を記載している。第１実施形態では、赤外線センサーのような１つ又はそれ以上の分光センサーが、オーブンの出口でのパックからの放射エネルギーを検出する。第２実施形態では、熱電対が、オーブンに入る前にパック内に直接設置され、信号が、外部デバイス、又はM.O.L.E（登録商標）レコーダーなどの可搬型の記憶デバイス（しばしば、「オーブンモル」の文言が一般的に用いられる）に、有線で伝えられる。出口で、記憶デバイスに収集されたデータが全ての場合に転送され、測定された温度が硬化を決定するために基準値と比較される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第３，５３９，３１６号
【特許文献２】米国特許第４，２０３，１５５号
【特許文献３】米国特許第７，７８１，５１２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
これらの方法も欠点を有する。「モル」は実際のパック温度についての良好な推定を提供するが、それは幾つかの不利な点を有する。第一に、それは、パックの一箇所のみの温度を測定し、製品の１つの試料のみを検査するだけである。第二に、それは、オーブンの前に挿入し、且つオーブンの後に取り外さなければならず、これは、労働集約的な手動工程を含む。第三に、それは、リアルタイムデータを提供していない、即ち、記憶デバイスが取り外されて評価されるが、これはパックが現れてからずっと後であるため、任意の工程パラメータを調整するための手段としてデータを効果的に用いることができない。最後に、それは、パックがオーブン内にある間だけ、データを提供している。言い換えると、それが提供するデータは、連続的ではない。他方で、赤外面測定値は、連続的であるかもしれないが、オーブンから出た後に測定されるとき、及び１つの表面（たいてい上部）のみから取り込まれるとき、工程管理として役に立たない。
【０００９】
本発明は、これらの不利な点を克服しようとすると共に、管理制限の範囲内に工程を維持するための手段を提供しようとする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、繊維製品のバインダーの硬化状態を連続的にモニターし、且つ、製品効果を向上させるために、定められた管理制限の範囲内で操作パラメータ又は変数を制御するための、装置及び改良された方法に関する。１つの側面では、本発明は、繊維製品内のバインダーの硬化状態を測定するための装置であって、ブロワーを含む少なくとも２つのゾーンを有する硬化オーブンを含み、ブロワーは、加熱されたガスをオーブンゾーンを通して循環させ、繊維製品をオーブンゾーンを通して運ぶための繊維製品通路を構成するコンベヤーと、オーブンゾーン内で循環するガスの温度に対応する信号を生成するための少なくとも２つの熱電対と、をさらに含み、少なくとも１つの熱電対は、最初のオーブンゾーン内の排気口熱電対であり、少なくとも１つの他の熱電対は、少なくとも２つのオーブンゾーンのいずれかの中の、排気口熱電対又は吸気口熱電対から選択され、熱電対から信号を受け取り、少なくとも２つの熱電対からの信号に基づいて、バインダー硬化状態を生成するプロセッサをさらに含む。
【００１１】
別の側面では、本発明は、硬化オーブン、及び製造ラインの操作パラメータのための操作可能な制御装置を含む、製造ラインで製造された繊維製品内のバインダーの硬化状態を管理する方法であって、繊維製品の硬化状態を示す少なくとも１つの第１の制御変数を感知することと、硬化状態を示す第１の信号を生成することと、繊維製品の硬化状態を示す少なくとも１つの異なる第２の制御変数を感知することと、硬化状態を示す異なる第２の信号を生成することと、第１及び第２の信号を、最適な制御条件、制御変数のための与えられた所定の制約、及び最適化関数について解くことができるＭＰＣプロセッサ・オプティマイザーに入力することと、ＭＰＣプロセッサ・オプティマイザーからの少なくとも１つの出力制御信号を生成して、最適な制御条件に応じて、製造ラインの少なくとも１つの操作可能な制御装置を調整することと、を含む。
【００１２】
この段落に記載する任意の特徴は、本発明における装置及び方法の一方又は両方の側面に存在していてもよい。操作可能な制御装置は、オーブンゾーンのファン速度、オーブンゾーンの設定温度、及び冷却水流量から選択されてもよい。第１及び第２のセンサーの一方又は両方は、別々に、温度を感知する熱電対、及び、色値などの画像を感知する画像取込システムであってもよい。ちょうど２つよりも多いセンサーがあってもよく、実際には、複数のセンサーがあってもよい。例えば、ここで詳細に述べるように、即ち或る入口、或る出口、或る吸気口、或る排気口、或る上部、或る下部など、オーブンの種々のゾーン全体にわたって配置された多数の熱電対があってもよい。色値が取り込まれる多数の関心領域（ＲＯＩ）があってもよく、色値は、ここに記載するもののどれか、例えば色Ｂ値などであってもよい。類似のセンサーの任意の組み合わせによって生成される信号は、プロセッサ又は比較器で操作されて、センサーの位置に関わらずに、両方の温度及び／又は画像取込システムからの色値についての平均値又は差分値を作り出してもよい。システムは、最初のオーブンゾーンに入る前の位置に、ランプ高さセンサーをさらに含んでいてもよく、この情報は、最適化手順を検討する（ＭＰＣ）プロセッサにも入力されてもよい。
【００１３】
少なくとも１つの実施形態では、装置は、複数のセンサーをさらに含み、複数のセンサーの各々は、繊維製品の硬化状態を示す各信号を生成し、少なくとも１つのセンサーは、熱電対を含み、少なくとも１つのセンサーは、画像取込システムを含み、少なくとも１つのセンサーは、ランプ高さセンサーを含む。また、少なくとも１つの方法では、これら３つ（又はそれ以上）の信号の各々は、ＭＰＣオプティマイザーに入力されて、オーブンゾーンのファン速度、オーブンゾーンの設定温度、及び冷却水流量などの操作可能変数のための制御信号を生成する。
【００１４】
本発明の主要な特徴は、硬化状態を示す、フィードバック変数の「連続的な」又は「オンラインの」測定値を提供し、そのような測定された変数を用いて、結合した断熱製品を形成するための工程にわたって「管理」を維持することである。「オンライン」は、繊維製品の試料を製造ラインから取り出すことなく、測定値を取得することができることを意味する。オンラインの測定値は、熱電対及びビデオ画像の場合に連続的であり、取り込まれた画像の各々がスチール写真又はスナップ写真のままであるが、全てのバットが、ライン速度の破壊又は損失なしに、必要に応じてサンプリングされ得る点で、本質的に連続的である。
【００１５】
ＭＰＣプロセッサ・オプティマイザーが硬化状態に対応する熱信号入力を受け取れるように、本発明は、硬化状態の連続的な熱モニターのための装置及び方法も提供する。１つの側面では、本発明は、繊維製品内のバインダーの硬化状態をモニターするための装置を提供し、該装置は、ブロワーを含む少なくとも２つのゾーンを有する硬化オーブンを含み、ブロワーは、加熱されたガスをオーブンゾーンを通して循環させ、繊維製品をオーブンゾーンの中に運ぶための繊維製品通路を構成するコンベヤーと、オーブンゾーン内で循環するガスの温度に対応する信号を生成するための少なくとも２つの熱電対と、をさらに含み、少なくとも１つの熱電対は、最初のオーブンゾーン内の排気口熱電対であり、少なくとも１つの他の熱電対は、少なくとも２つのオーブンゾーンのいずれかの排気口熱電対又は吸気口熱電対から選択され、熱電対から信号を受け取り、少なくとも２つの熱電対からの信号に基づいて、バインダー硬化状態を生成するプロセッサをさらに含む。
【００１６】
別の観点では、本発明は、繊維製品がオーブンを通過するときに繊維製品内のバインダーの硬化状態をモニターするための方法を提供し、該方法は、少なくとも２つのゾーンを有する硬化オーブンの少なくとも１つの最初のゾーン内の第１の排気口温度を測定すること、を含み、各ゾーンは、加熱されたガスをオーブンゾーンを通して循環させるためのブロワーを有し、コンベヤーは、繊維製品をオーブンゾーンの中に運び、繊維製品は、硬化されるべき熱硬化性のバインダーを有し、オーブンの少なくとも２つのオーブンのいずれかの第２の吸気口又は排気口の温度を測定することと、第１の排気口温度を、第２の吸気口温度、第２の排気口温度、又は基準温度の少なくとも１つと比較して、比較差温度を生成することと、比較差温度に基づいてバインダー硬化状態を決定することと、をさらに含む。
【００１７】
このような後の「熱硬化モニター側面」では、熱電対は、硬化状態を示す信号を提供するセンサーである。上記又はここの他のどこかで説明したように、熱電対は、１つ又はそれ以上の幾つかの場所に、例えば吸気口、排気口、入口、又は出口などに、あってもよく、オーブンゾーン又はサブゾーン内の繊維製品通路にきわめて接近して位置してもよい。全体的に多数の熱電対が用いられ、温度差、温度平均、平均差、及び同様の演算操作を計算するステップのために、比較回路が提供されてもよい。
【００１８】
別の特徴は、どの変数を制御するかを選択し、動的な最適化プロセッサによる検討のために、それらの優先順位を付ける能力である。
【００１９】
他の利点及び特徴は、以下の詳細な説明から明らかである。
【００２０】
ここに組み込まれ、明細書の一部を形成する、添付の図面は、幾つかの側面で本発明を説明すると共に、明細書と一緒に、本発明の原理を説明するのに役立つ。図面では、線、層及び領域の厚さは、明瞭にするために誇張されている。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】繊維製品を製造するための製造ラインの成形フード構成部分の部分断面側面図である。
【図２】１つの実施形態のための、硬化オーブン、幾つかのゾーン、及びオーブンゾーン内の熱電対の位置を示す概略図である。
【図３】１つの実施形態のための、２つのオーブンゾーン、プロセッサ、熱電対の位置及び用語を示す概略図である。
【図４】図４Ａは、製造ラインの上に設置されたカメラシステムの正面図であり、図４Ｂは、このシステムの側面図である。
【図５】本発明に係る１つの実施形態の工程のステップを表すブロック図である。
【図６】製造工程の動的最適化のためのＭＰＣプロセッサを用いることに関わるステップの概略図である。
【図７】実施例でより詳細に記載されたデータのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の種々の側面は、添付の図面に照らして、好適な実施形態についての以下の詳細な説明から、当業者に明らかになるだろう。
【００２３】
別段の定めがない限り、ここで用いられる全ての技術及び科学用語は、本発明が属する技術分野で通常の技術を有する者によって広く理解されているものと同じ意味を有する。ここに記載されたものと類似又は同等のどの方法及び材料も、本発明の実施又は検査に用いることができるが、ここでは好適な方法及び材料を記載する。本、雑誌論文、公開された米国又は外国の特許出願、交付済みの米国又は外国の特許、及びその他の参考文献を含む、ここで引用した全ての参考文献は、引用文献内に存在する全てのデータ、テーブル、図、及び文章を含めて、それらの全体をそれぞれ援用する。
【００２４】
別段の指示がない限り、明細書及び特許請求の範囲に用いられる、角度又はシート速度のような大きさ、成分の量、分子量のような特性、反応条件などの、範囲を表現する全ての数字は、全ての例で「約」の用語によって変更されるものと理解されるべきである。よって、別段の指示がない限り、明細書及び特許請求の範囲に記載の数値的性質は、本発明の実施形態で得ようとしている所望の特性によって変化することがある近似値である。本発明の広い範囲を示す数値範囲及びパラメータは近似値であるものの、具体例に記載する数値はできるだけ正確に報告する。しかしながら、どんな数値も、それらの各々の測定値に見られる誤差から必然的に生ずる、或る誤差を本質的に含む。全ての数値範囲は、該範囲の外側境界内の、全ての可能な増分の小範囲を含むことが理解される。したがって、３０〜９０度の範囲は、例えば、３５〜５０度、４５〜８５度、及び４０〜８０度などを示す。
【００２５】
「バインダー」は、圧縮でき、しかも圧縮が取り除かれたときに厚さを取り戻す３次元構造で、ガラス繊維を互いに接着するのに用いられる、熱硬化性の有機剤又は化学物質（たいてい高分子樹脂）を指すことが産業界でよく知られている。「バインダー送出」は、ガラス繊維に送出される大量の「バインダー化学物質」、例えば「バインダー固形物」を指す。これは、典型的には、産業界では強熱減量によって測定され、この強熱減量は繊維状無機物を焼き払うであろう有機物質の量である。繊維パックを計量し、次いで、繊維パックは高熱にさらされて有機バインダー化学物質を焼き払い、繊維パックを再び計量する。重量差を最初の重さで割って１００を掛けたものが、強熱減量（％）である。
【００２６】
固体のときには、バインダー送出量は、質量／時間の単位、例えばグラム／分で考えられる。しかしながら、バインダーは、典型的には、水に溶ける又は溶けない、バインダー化学物質の水性分散液として送出される。かくして、「バインダー分散液」は、媒体又はビヒクル中のバインダー化学物質の混合物を指し、また、実際には、バインダー「分散液」の送出量は、体積／時間の流量、例えば分散液のリットル／分又はＬＰＭで与えられる。２つの送出量の表現は、単位体積当たりのバインダーの質量によって、即ちバインダー分散液の濃度によって関連付けられる。したがって、毎分Ｚリットルの送出速度で流れている、リットル当たりＸグラムのバインダー化学物質を有するバインダー分散液は、Ｘ×Ｚグラム／分のバインダー化学物質を送出する。分散液は、コロイド、エマルション又は懸濁液だけでなく、真溶液も含む。
【００２７】
「酸性バインダー」又は「低ｐＨバインダー」の言及は、水性分散液ではｐＨが７未満になるように、一般的には約６未満、より典型的には約４未満になるように、解離定数（Ｋａ）を有するバインダーを意味する。
【００２８】
繊維製品は、ランダムに配向した複数の繊維からなる製品である。「無機繊維」は、引き伸ばされて又は細められて繊維となり得る溶融無機物を形成するように、溶かすことができる任意の無機物質を指す。ガラスは、繊維断熱材の目的で最も一般的に使用される無機繊維であり、次の説明は主としてガラス繊維に言及するが、他の有用な無機繊維は岩、スラグ及び玄武岩を含む。ポリマー繊維は、例えば、ポリエチレンのようなポリビニル又はポリエステル、ポリプロピレン、及びそれらのテレフタラート誘導体のような、任意の熱可塑性プラスチック材料の繊維である。
・「製品特性」は、断熱バット（batt）が有する、一連の検査可能な物理的特性を指す。これらは、少なくとも以下の一般的な特性を含むとよい。
・「回復」…梱包中又は貯蔵中の圧縮からの解放に続いて、元の又は設計厚さを回復する、バット又はブランケットの能力である。それは、既知の又は所望の呼称厚さの製品の圧縮後の高さを測定することによって、又は他の適切な方法によって、検査されるのがよい。
・「剛性」又は「たるみ」…剛性を保ち、且つ直線形状を保持する、バット又はブランケットの能力を指す。それは、一定長さの部分を支点に掛けて、曲げたわみ又はたるみの角度範囲を計測することによって、測定される。より低い値は、より堅く、且つより望ましい製品特性を示す。他の方法を用いてもよい。
・「引張強さ」…繊維製品を２つに引き裂くのに必要な力を指す。それは、典型的には、縦方向（ＭＤ）及び横方向（「ＣＤ」又は「ＸＭＤ」）の両方で測定される。
・「横重量分布」（ＬＷＤ又は「横重量」）…幅全体にわたる製品の相対的な均一性又は均質性である。それは、製品の密度の均一性とも考えてよく、製品を等しい幅（及びサイズ）のバンドに長手方向に分割して、バンドの重さを量ることによって、又は核密度計によって、或いはその他の適切な方法によって、測定されてもよい。
・「垂直重量分布」（ＶＷＤ）…厚さ全体にわたる製品の相対的な均一性又は均質性である。それは、製品の密度の均一性とも考えてよく、製品を等しい厚さ（及びサイズ）の層に水平に分割して、層の重さを量ることによって、又は核密度計によって、或いはその他の適切な方法によって、測定されてもよい。
【００２９】
もちろん、他の製品特性も最終製品の評価に用いてもよいが、上記の製品特性は、断熱製品の消費者にとって重要と思われているものである。
【００３０】
（全体的な線維化工程）
図１は、前炉１０、成形フード構成部分又はセクション１２、ランプ（ramp）コンベヤーセクション１４及び硬化オーブン１６を含む、ガラス繊維断熱製品の製造ラインを示している。炉（図示せず）からの溶融ガラスは、流路１８を通して、図１の矢印１９で指示するような縦方向に連続的に配置された複数の繊維化ステーション又はユニット２０に導かれる。各繊維化ステーションでは、流路１８の孔２２によって、溶融ガラス２４流がスピナー２６に流れ込むようになり、スピナー２６はバーナー（図示せず）によって任意に加熱されるのがよい。繊維化スピナー２６は、モーター３０によってシャフト２８を中心に高速で回転させられ、それにより、溶融ガラスをスピナー２６の外周側壁の小さな孔を強制的に通過させて、一次繊維を形成する。ブロワー３２が、ガス流（典型的には空気）を実質的に下向きの方向に向けて繊維に当て、繊維を下向きに変えて細くして二次繊維にし、二次繊維は下方に押されるベール６０を形成する。繊維は、機械式又は空気圧式「ラッパー」（図示せず）によって横方向に分配され、ついには、多孔性コンベヤー６４上に繊維層６２を形成する。層６２は、連続の繊維化ユニットからの追加繊維の堆積で、質量（及び典型的には厚さ）を得る、こうして、成形領域４６の中を長手方向１９に移動するにつれて、繊維「パック」６６になる。
【００３１】
１つ又はそれ以上の冷却リング３４は、水などの冷却液をベール６０に噴霧し、ベール内の繊維を冷却する。もちろん、他の冷却液噴霧器構成も可能であるが、リングは、冷却液を多数の方向及び角度からベール６０全体にわたって繊維に送り出す利点を有する。リング３４のような塗布器又は噴霧器からの冷却水の流れは、以下でより詳細に説明するように、操作可能な変数の一例である。バインダー分配システムは、バインダーをベール６０の繊維に噴霧するためのバインダー噴霧器３６を含む。例示的な冷却液噴霧リング及びバインダー噴霧リングは、米国特許公報第２００８−０１５６０４１号に開示されている。このように、各繊維化ユニット２０は、スピナー２６と、ブロワー３２と、１つ又はそれ以上の冷却液噴霧器３４と、１つ又はそれ以上のバインダー噴霧器３６と、を有する。図１は、このような３つの繊維化ユニット２０を描いているが、どのような数を用いてもよい。断熱製品のために、典型的には、２ないし約１５のユニットを、１つのラインについて１つの成形フード構成部分に用いるのがよい。
【００３２】
さらに、成形領域４６は、成形フードを取り囲むための側壁４０及び端壁（それぞれ１つ示す）によって構成される。側壁４０及び端壁の各々は、ローラー４４又は５０、８０のそれぞれのまわりを回転する連続ベルトによって適切に形成される。「成形フード壁」及び「フード壁」の用語は、ここでは区別しないで用いることがある。バインダー及び繊維は、必然的に、フード壁に局所的な塊で堆積し、それらの塊は、時々、パック内に落ち込んで、硬化しにくい、異常に密な領域又は「ウェット領域」を引き起こすかもしれない。
【００３３】
コンベヤーチェーン６４は、気流を通過させるようにする多数の小さな開口部（例えば領域の約５０％を包含する）を有し、リンクが大きくなる繊維パックを支持する。ダクト７２を介してファン又はブロワー（図示せず）に連結された吸引ボックス７０が、コンベヤーチェーン６４の下に配置された追加の生産構成部分であり、負圧を生じさせ、成形領域に吹き込まれた空気を除去する。コンベヤーチェーン６４がローラー６８のまわりを回転するとき、未硬化パック６６が出口ローラー８０の下から成形セクション１２を出て、そこでは、下方に向けられた気流及び負圧がないことによって（図示しないパックリフトファンによって任意に補助される）、パックが、自然な圧縮されていない高さ又は厚さを取り戻す。後続の支持コンベヤー又は「ランプ」８２が、繊維パックを、オーブン１６に向けて、他の一組の多孔性圧縮コンベヤー８４の間に導き、パックをオーブン１６内で硬化するのに望ましい厚さに成形する。
【００３４】
オーブン１６から出ると、硬化パック又は「ブランケット」６７は切断及び梱包のステップのために下流に運ばれる。多くの製品のために、ブランケットは、標準幅寸法の多数のピース又はレーンに長手方向に切断される又は「スリットされる」、例えば、幅１４．５インチ（３７センチメートル）及び２２．５インチ（５７センチメートル）が、それぞれ、中心１６インチ又は２４インチに配置された２×４の間柱間の間隔に嵌り込むように、標準化されている。他の標準幅も用いてよい。ブランケットは、幅が４ないし８フィート（１．２ないし２．４メートル）で、このような標準幅ピースを多数作り出すのがよい。
【００３５】
ブランケットは、典型的には、梱包のために、縦方向と直交する方向にも切断される又は「細断される」。横細断は、ブランケットレーンを、長さが約４フィート（１．２メートル）から約１２フィート（３．６メートル）までの「バット」として知られている短いセグメントに、或いは、長さが約２０フィート（６．１メートル）から約１７５フィート（５３メートル）又はそれ以上までの長い巻取りセグメントに、分割する。これらのバット又はロールは、最終的には、梱包のために束ねられるのがよい。高速運転巻き取りコンベヤーは、切断されたバットの端間に空間を作り出すためにバットが細断された後に、一方のバットを別のバットから分離する。長手方向「レーン」が望まれる場合には、それらは、短い長さへと細断される前に全体的にスリットされる。
【００３６】
（オーブンゾーン及び熱電対）
硬化オーブンは、加熱ガス（典型的には空気）が付与され、それを繊維パックを通して循環させ、繊維パックを乾燥させて硬化させる。繊維製品が水分を含んで形成されているとき、水分は、それがバインダーを硬化させるのに必要な臨界温度に達する前に、取り去らなければならない（即ち製品が乾燥しなければならない）。便宜上、オーブンは、少なくとも２つのゾーンに、即ち乾燥ゾーン及び硬化ゾーンに、分割されるのがよく、それらの各々は、サブゾーンにさらに細かく分割されるのがよい。ここで用いる「ゾーン」及び「サブゾーン」の各々は、温度設定値及びブロワー又はファンの速度のために、別々で異なる制御を有するだろう。以下でより詳細に説明するように、加熱ガス（空気）の温度と流量の両方は、操作可能な変数である。図２及び３は、ゾーン及び／又はサブゾーンを含むオーブンの概略的な表現である。
【００３７】
図２は、４つの異なるゾーン（サブゾーン）Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３及びＺ４を典型的に含むオーブン１６を表した概略図である。ゾーンは、多数の工程を実行するように設計されている。ゾーン＃１及び＃２では、ファン９０、９１が温風流をパック６６に上向きに吹き通し、一方で、ゾーン＃３及び＃４では、ファン９２、９３が温風流をパック６６に下向きに吹き通すゾーン＃１及び＃２は、「乾燥」サブゾーンと考えるのがよく、一方で、ゾーン＃３及び＃４は、「硬化」ゾーンと考えるのがよい。上流対下流の選択は好まれるが、しばしば、上向きが、成形フード内に存在する下向きの吸引力を打ち消すのを助けるために最初に用いられる。
【００３８】
空気は、各ゾーンと関連したガスバーナー（図示せず）のような任意の適切な手段によって、華氏約４００度（摂氏２０４度）ないし華氏約６００度（摂氏３１５度）の範囲の温度に加熱される。或る実施形態では、乾燥ゾーン（サブゾーン）、例えばゾーン＃１及び＃２は、一般的には、華氏約４００度（摂氏２０４度）ないし華氏約４５０度（摂氏２３２度）の温度に加熱され、一方で、硬化ゾーン（サブゾーン）、例えばゾーン＃３及び＃４は、一般的には、華氏約４３０度（摂氏２２１度）ないし華氏約５５０度（摂氏２８８度）の温度に加熱される。
【００３９】
オーブン制御装置は、各オーブンゾーンの温度及び又はファン速度を独立に上昇又は低下させるための制御装置（図示せず）を含む。オーブンの温度をモニターするべく、熱電対が、実際のオーブン温度を設定値と比較するために設置されるのがよい。
【００４０】
しかしながら、本発明は、オーブン全体にわたる種々の位置での温度を連続的にモニターし、且つ、パック温度及び硬化状態についての有用な情報を取得するべく、それらの測定値を操作するための、装置及び方法を提供するために、上記を超えたことを行う。これらの幾つかはパック温度の近似値であるが、良好な相関が実験データに存在することが発見された。さらに、これらの測定値がリアルタイムで連続的に伝えられるため、それらは工程管理に用いることができる。後の点は、重要な利点である。
【００４１】
繊維パック内の熱硬化性バインダーを硬化させるために、パックは、化学架橋又は熱硬化性の硬化反応を開始して完了するために、或る臨界温度に達しなければならない。具体的な臨界温度は、バインダーの性質、製品の厚さ、及び他の要因によって変化することがあるが。それは、一般的に、華氏約２００度（摂氏９３度）ないし華氏約４００度（摂氏２０４度）の範囲にある。エネルギーが、加熱ガス（典型的には加熱空気）の形で、パック内に投入される。しかし、水分がパック内に存在する限り、多くの投入エネルギーは、パックの温度を臨界温度に向かって上昇させるのではなく、水を蒸発させ、且つパックを乾燥させるのに用いられる。パック温度は、この乾燥段階中にはほとんど変化しない。パックの大部分がいったん乾燥した時点で（この時点は「乾燥時点」又は「乾燥間隔」として知られている）、追加的なエネルギー投入が、パック温度を臨界温度に向けて上昇させ始めると共に、化学的バインダーが、硬化段階で架橋又は「硬化」し始める。出願人は、多数の熱電対センサーをオーブンゾーンの種々の位置に設置することで、熱電対センサーが、乾燥段階及び硬化段階のタイミング及び状態を推定することができる、温度情報を示す有益な信号を取得することができることを発見した。
【００４２】
オーブン内の熱電対センサーの位置は重要であり、幾つかの具体的な用語が、その位置を記述するために開発された。最初に、熱電対が設置されたゾーンを特定するのがよい。少なくとも２つのゾーンがある、例えば「Ｄ」及び「Ｃ」でそれぞれ指示された乾燥ゾーン及び硬化ゾーンがある。これらがサブゾーンに分割された場合、サブゾーンは、例えばＤ１、Ｄ２、Ｄ３…Ｄｎ又はＣ１、Ｃ２、Ｃ３…Ｃｎなどの数字によって指示されてもよい。他の例では、乾燥ゾーンと硬化ゾーンの差異が識別できない場合、サブゾーンの多数のゾーンがＺ１、Ｚ２、Ｚ３…Ｚｎで指示されてもよい。図２の４つのゾーンは、こうして、Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３及びＺ４に分類されている。しかしながら、明細書及び特許請求の範囲では、「第１の」、「第２の」、「一方の」及び「別の」オーブンゾーン又はサブゾーンの言及は、１つのゾーンを任意の他のゾーンと区別する役割のみを果たし、どの特定の順序位置を指すのではなく、ゾーン＃１及び＃２を特定することに明示的に限定しない。「先の」、「前の」、「隣接した」、「後の」、「次の」のような記述は、或る特定のユニット又は位置ではなく、ゾーンの相対的な順序を指す。特定のオーブンゾーンを参照するとき、Ｄｎ／Ｃｎ（又はＺｎ）の記号が用いられる。
【００４３】
各オーブンゾーンの中で、コンベヤー８４は、しばしば上又は下の位置に、繊維パックが運ばれる通路を構成する。コンベヤー８４は、小孔のあるウェブであり、約５０％の多孔質であってもよく、約０．２ないし約６インチ（０．５ないし１５．２センチメートル）の厚さを有する。コンベヤー８４及びそれが構成する繊維パック通路は、各オーブンゾーンに「入口」で入り、各オーブンゾーンから「出口」から出る。熱電対は、各ゾーン内で、入口付近、出口付近、又は入口と出口の間の通路に沿った任意の中間又は中央の位置に、設置されるのがよい。これらの位置は、簡単な表記法で、即ち、入口のための「Ｎ」、出口のための「Ｇ」、及び中央位置のための「Ｍ」で与えられる。或る実施形態では、熱電対は、縦方向に比較的線形であり、且つゾーンの横中央線にほぼ沿っているが、非線形に配置されてもよいし、或いは、熱電対間に横の間隔を有する配列で配置されてもよい。当然ながら、任意のゾーンでは、コンベヤーチェーン自体が、かなりの熱を前のゾーンから運んでもよく、これが、入口付近のパック温度の分析を構成してもよい。
【００４４】
さらに、熱電対は、コンベヤー通路より上又はコンベヤー通路の上部（Ｔ）、通路より下（Ｂ）、又は通路より上及び下の両方（Ｔ／Ｂ）に設置される。「上」又は「下」は重力と関連した意味を有するが、与えられた任意のゾーンでの空気流の方向は、より関連性のある事項であるため、熱電対を、パック通路の上流又は下流に配置され、且つ吸気口（「Ｉ」で指示される）又は排気口（「Ｏ」で指示される）の温度をそれぞれ感知するものとして考えることは、より便利である。例えば、上方へ流れるゾーンでは、パックよりも下の熱電対は、パックの「上流」の空気（つまり空気がパックを通過する前）の「吸気口」温度を感知し、パックより上の熱電対は、パックの「下流」の空気（つまり空気がパックを通過した後）の「排気口」温度を感知する。下方へ流れるゾーンでは、その逆であり、パックより上の熱電対が吸気口温度を感知し、一方で、パックより下の熱電対が排気口温度を感知する。空気のエネルギー量に関して、上流又は吸気口（Ｉ）の熱電対は、より高いエネルギーの吸気温度をいつも感知し、下流又は排気口（Ｏ）の熱電対は、パックがエネルギーを加熱空気から吸収した後に、より低い温度を感知する。
【００４５】
したがって、各熱電対の位置は、オーブン内の位置を示す一連の指示文字（又は数字）で特定されるのがよい。線形な配列では、３つの指示子が十分であるが、４つは、非線形な配列で役に立つかもしれない。過剰な熱電対が、正確性及び安全性のために任意の位置で使用されるかもしれないので、下付き数字を付与するのがよい。以下のテーブルＡは、可能性のある位置指示子の幾つかを示しているが、全ての可能性のある配列もあり得る。
【００４６】
【表１】
2014517917.tif 000003
【００４７】
最後の位置の検討事項は、熱電対が繊維パック通路自体よりも上又は下にどれだけ離して設置されるかである。概略的には、熱電対は、パックにきわめて接近して設置される。ここで用いる「きわめて接近」は、パック経路よりも上又は下のオーブンゾーンの部分の範囲内で、繊維パック温度を、本質的に均一な混合ガス（空気）の温度と十分に区別できるぐらい近い距離の範囲内を意味する。典型的には、この「きわめて接近」の距離は、約２４インチ（６１センチメートル）未満、よりふさわしくは約１８インチ（４６センチメートル）又は１２インチ（３０．５センチメートル）未満、或いは、約９インチ（２３センチメートル）、６インチ（１５．２センチメートル）、又は３インチ（７．６センチメートル）未満である。機械的安全性のためのマージンを加えたコンベヤー自体の厚さは、熱電対が繊維パックにどれだけ近付けるかを制約するであろう。
【００４８】
したがって、図２に示すように、熱電対９５Ａ〜９８Ａはパック６６より上にオーブン内に設置するのがよい、及び／又は、熱電対９５Ｂ〜９８Ｂはパック６６より下に設置するのがよい。いずれの場合も、熱電対は、パック６６及びコンベヤー８４に沿った通路にきわめて接近している。図２は、各ゾーンにパック６６より上及び下の２〜４の熱電対を示しているが、その数は、ゾーンの断面積及び／又は長さによって、各ゾーンで１から約３０までに変化してもよい。
【００４９】
熱電対を組みにして、即ち、パックの上Ａに幾つか、パックの下Ｂに幾つか設置することで、パックから水分を蒸発させるとき、又は乾燥及び硬化反応を行うとき、どれだけのエネルギーがパックに吸収されたかを理解することができる。これは、リアルタイムのパック温度データが連続的に利用できる点で、モル熱電対よりも有利である。上方へ流れるゾーンと表現されたゾーン＃１及び＃２では、下側の熱電対９５Ｂ及び９６Ｂは、空気がパックに入るときに空気の吸気口温度をモニターするため、「上流」又は「吸気口」の熱電対であり、一方で、上側の熱電対９５Ａ及び９６Ａは、空気がパックを出るときに空気の温度をモニターするため、「下流」又は「出口」の熱電対（ゾーン＃１及び＃２内）である。反対に、流れはゾーン３及び４で逆転するので、下側の熱電対９７Ｂ及び９８Ｂは、「下流」又は「出口」の熱電対とみなすことができ、上側の熱電対９７Ａ及び９８Ａは、「上流」又は「吸気口」の熱電対とみなすことができる。さらに、ゾーン＃１では、排気口熱電対９５Ａがゾーン＃１の入口付近であることが観察でき、一方で、ゾーン＃２では、排気口熱電対がゾーン＃２の出口付近であることが観察できる。
【００５０】
埋め込まれた熱電対又は「モル」が９４で指示されている。
【００５１】
実際に用いられる熱電対は、硬化オーブン温度で作動するように設計された幅広い種類のどれでもよい。適切な熱電対は、金属の合金、即ち１℃の変化ごとに約４０μＶから約６０μＶ変化する感度を有する主なニッケル、銅、アルミニウム及びクロム（例えばクロメル、アルメル及びコンスタンタンなどの、少量のシリコン及び／又はマンガンを含む幾つかのもの）の合金、からなるものを含む。熱電対は、一般的に、タイプを示す文字で等級分けされる。タイプＫ及びＪが適切であることがわかり、Ｊは一般的により高い感度を有する。
【００５２】
（温度変数）
図３は、２つのゾーン、即ち乾燥ゾーン１（１００）及び硬化ゾーン２（１０２）を含むオーブンを概略的に示す。乾燥ゾーン１は、矢印１０４で示すように、上方へ流れるゾーンであり、硬化ゾーン２は、矢印１０６で示すように、下方へ流れるゾーンである。一連の熱電対が各オーブンゾーン内に示され、各熱電対は、上記した位置指示用語を用いて特定される。熱電対導体リード１０８は、熱電対をプロセッサユニット１１０に接続する。明瞭にするため、導体リード１０８は、経路１１２より上に配置された熱電対のみについて示されており、経路１１２より下の熱電対も同様にプロセッサ１１０に接続されていることがわかる。キーボード、タッチパッド、タッチスクリーン又はマウスなどのような入力デバイス１１４が、プログラミングするように、又は他の情報をプロセッサに提供するように、任意に設けられてもよい。プリンター、ディスプレイモニター又はスピーカーなどのような出力デバイス１１６も、プロセッサに接続されてもよい。入力デバイス１１４及び出力デバイス１１６は、インターフェース（例えば視覚用の、可聴式の、触知できる又はその他のインターフェース）を提供するようになっている。
【００５３】
絶対温度が有用であるが、典型的には比較がより有用である。熱電対出力を比較するのに適したプロセッサの回路及び構成要素は、産業界で普通であり、ここで詳細に説明する必要はない。一般的に、２種類の比較が有用である、即ち、温度平均、及び、絶対温度と基準との差を含む温度差が有用である。しかしながら、これらから収集された情報は、出力が比較される熱電対の位置に応じて変わる。図３〜５を参照すると、テーブルＢは、有用であると証明された、任意の平均化比較及び任意の差分比較を記載している。
【００５４】
【表２】
2014517917.tif 000004
【００５５】
上記のテーブルＢに記載されているように、出願人は、ゾーン＃１の入口付近の排気口温度とゾーン＃２の出口付近の排気口温度との差（ΔＴ）は、パック内の水分乾燥速度を推測するのに用いるのがよいことを発見した。これは、幾つかの可能性のある温度変数のうちの重要な１つである。第２の有用な温度変数は、ゾーン＃１の入口温度（吸気口及び排気口）から得られる。与えられた吸気口の入口温度のために、結果としての排気口の入口温度は、最初の水分がエネルギーを吸収するためにパック内にどれだけ存在するかを示唆し、この差が大きいほど、水分レベルが高くなる。第３の可能性のある温度変数は、乾燥段階又は乾燥間隔（典型的にはゾーン＃１及び＃２）の全体にわたる、及び、硬化段階（例えばゾーン＃３及び＃４）の全体にわたる、吸気口熱電対と排気口熱電対のペアの間の差である。各ゾーンの範囲内で、一対の熱電対差は、水分が蒸発したときに、入口から出口に移動して、全体的に減少する。差が十分小さい閾値に達するとき、パックが実質的に乾燥し、且つ残りのエネルギー吸収が化学的な硬化反応に起因すると結論付けられる。これは、乾燥間隔の別の推定である。別の有用な温度変数は、パックが乾燥した時点でパック温度を推定するのに用いることができる、オーブンゾーンの排気口温度である。
【００５６】
上記のテーブルＢに記載された各比較は２値のものであったが、複合の比較も包含する。例えば、２つの平均化した示度の差を取ること、又は、最初の吸気口−排気口の差を入口−出口の排気口差と組み合わせることが、複雑な比較である。もちろん、当然ながら、少なくとも２つが比較のために感知されなければならないため、このような２つ又はそれ以上の信号又は値の全ての演算操作は、「少なくとも１つの」変数を感知するステップに必然的に包含される。
【００５７】
本発明の使用方法は、製造運転中に熱電対の信号（又は信号が示す温度）を取得すること、及び、繊維ブランケットの硬化状態を評価するために、上記したような種々の手法で信号を比較することを含む。この方法は、以下でより詳細に説明する。さらに、オーブン熱電対から取得された熱情報は、単独で用いてもよいし、或いは硬化を評価するための他の測定値と組み合わせて用いてもよい。任意の他の可能性のある測定値は、例えば、触知できる、目に見える、及びｐＨの測定値を含む。
【００５８】
（色値変数及び検出システム）
硬化をモニターするのに有用な別の変数は、２０１１年４月１９日に出願された出願第１３／０８９４５７号に記載された表色系の一部としての色値であり、この出願はここで援用する。表色系変数は、ブランケットが完全にオーブンから梱包に進んだときに、ブランケットの切断面のビデオ又は連続した画像を取り込むことで、連続してモニターするのがよい。画像取り込みシステムは、確実な状態を示す信号を生成するセンサーを構成する。
【００５９】
オーブンを出るガラス繊維製品のブランケットは、多数のピースへと切断される。ここで用いられるように、「切断」の用語は、ブランケット内部への任意の切断であり、多くの場合、真っすぐな又は平面的な切断である。しかしながら、「切断」（及び「切断された」又は「切断している」のような派生語）の用語は、在来の直交軸（Ｘ＝縦方向、Ｙ＝横方向、及びＺ＝高さ）により定義される平面に平行する切断及び平行しない切断を含めて、いかなる方向の切断も含む。ほぼＸ−Ｚ平面内にある切断面は、長手方向「スリット」としても知られており、一般的には、特定幅の「レーン」を構成する。反対に、ほぼＹ−Ｚ平面内にある断面は、「細断された」断面としても知られている。「端面」の用語は、細断されたブランケットの前か後ろの面のいずれかを包含する。完全を期すため、切断は、Ｘ−Ｙ平面での切断、又はＸＹＺ軸と整合しない平面での切断を含んでもよい。
【００６０】
出願第１３／０８９４５７号にさらに記載されているように、任意の断面は、グリッドフォーマットになり得る多数の関心領域（ＲＯＩ）に、「仮想的に」分割される。例えば、端面の細断された断面では、Ｚ方向の３つのＲＯＩが、上部、中間部及び下部についてＴ、Ｍ及びＢで指示されており、Ｙ方向の４つのＲＯＩ（例えばＬ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４で指示される）が、上記したような長手方向レーンに相当するのがよいが、そうでなくてもよい。このように、各ＲＯＩは、スプレッドシートによく似た、行／列の座標を用いて記述するのがよい。上記の例示的な説明で生成された１２個のＲＯＩに加えて、おそらくブランケットの左でＳ１にて指示されると共に右でＳ２にて指示される、２つの側領域又は端領域がある。一般的には、このような側端を切り取って再利用するのが望ましい。どのような数のＲＯＩを用いてもよい。
【００６１】
多くの異なる表色系変数が、本発明での使用に適している。眼の生理的特異性により（感受性は全ての波長にわたって一様ではない）、人間が色を知覚するときの色を定量化するための多くの異なる試みがあったが、それらの詳細は本発明にとって本質的ではない。しかしながら、幾つかの有用な色空間系、及びそれらが利用する表色系変数を、以下のテーブルＣに記載する。
【００６２】
【表３】
2014517917.tif 000005
【００６３】
ＣＩＥは「Commission Internationale de I'eclairage」又は「International Commission on Illumination」の略である。
【００６４】
上記の系の表色系変数の全てではないが、その多くは、他の系の値から数学的に導くことができる。これは、一組の値のみ（例えばＲＧＢ）を測定する必要があり、他の表色系変数の多くは計算することができるので、測定を容易にする。多数の測定は、システムの全ての表色系変数又は全ての値の一部を考慮に入れるのがよい。ＬＡＢ系は、特に有用であることが見出されており、３つの値の全てを測定して用いるとよい、即ち、Ｌ（知覚される明度）、Ａ（赤色／マゼンタと緑色の間の色位置）、及びＢ（黄色と青色の間の色位置）であり、Ｌ、Ａ又はＢ値のような１つの値のみ、或いは２つの値の組み合わせ、を測定して用いるとよい。
【００６５】
図４Ａ及び４Ｂは、上記した画像を取り込むための画像取込システム２００を示している。オーブン１６から出ると、硬化されたブランケット６７は、この画像取込システム２００に導かれ、典型的にはその下に導かれる。上記したように、長手方向のスリットは、ブランケットを、レーン２０２Ａ、２０２Ｂ及び２０２Ｃで表された如き多数のレーンに分割するのがよい。取り付けブラケット２０４が、製造ラインの上に延びる水平レール２０６からつるされている。ブラケット２０４は、２つの端部を有する。第１の端部（図４Ｂの右）は、カメラアーム２１０を含み、照明ライト２１２及び少なくとも１つのカメラ２１４がカメラアーム２１０に固定されている。取り付けブラケット２０４の第２の端部は、校正アーム２２０を含み、カメラ２１４に面する校正面２２４を有する校正プレート２２２が校正アーム２２０に取り付けられている。カメラアーム２１０及び校正プレート２２２の一方又は両方は、枢動可能に取り付けられ、それにより、上向き／下向きに揺動させ、カメラ２１４を校正するために校正面２２４をカメラ２１４の視野内に配置する。図４Ｂでは、ピボットブラケット２１６が、カメラアーム２１０に枢動可能に取り付けられ、ピボットシャフト２１８を中心に枢動し、それにより、カメラ２１４が、校正プレート面２２４から校正画像を取り込むように上向きに揺動することができる。モーター２３０及びギヤボックス２３２は、ピボットシャフト２１８に連結され、カメラ２１４を枢動させる回転を生じさせる。各カメラの画角は、カメラレンズから延びる線２３４によって表され、線２３４は、ブランケット６７の厚さに応じて、図示のように重なり合ってもよい。
【００６６】
１つのカメラを図４Ｂに示して説明したが、画像取込システム２００は、図４Ａに示すように、Ｙ方向に並んで配置された一連の多数のカメラを含むのがよく、それにより、Ｚ方向のブランケット６７の全体の高さだけでなく、Ｙ方向のブランケット６７の全体の幅を横切る切断面２０３の画像を取り込む。例えば、幅４〜６フィート（１．２〜１．８メートル）のブランケットは、適切な画像を取り込むのに十分なライト２１２と一緒に、３〜６台のカメラを用いるのがよい。支持タワー２３６は、画像システム２００を必要に応じて製造ラインよりも上に持ち上げ、コントロールパネル２３８は、一方の側又は他方の側に設置されるのがよい。付加的なブラケット、アーム及び校正プレートが、カメラ及びライトを支持するために必要に応じて追加されてもよい。取り付けブラケット及びアームは、必要な設備をつり下げるために、ステンレス鋼又はアルミニウムなど、どのような適切な材料でもよい。
【００６７】
ブラケット２０４には（支持支柱の切り取り内部図の後ろに示す）、レーザー高さセンサー２４０が取り付けられている。これは、所望のＲ値に応じて変化することがある、ブランケットの高さを検出し、２値信号（オン／オフ）をプロセッサ（図示せず）に送る。ブランケットの高さが予め設定された閾値を超えているとき、センサー２４０は「オン」信号を送るが、高さが閾値を下回っているとき（例えば、細断されたバット間の間隔に出くわしたときのように、高さがコンベヤーに対してゼロまで下がったとき）、センサー２４０は「オフ」信号をプロセッサに送る。いずれの変化も（オフからオン、又はオンからオフ）、カメラの構成に応じて、画像を取り込むためにカメラ２１４を作動させるのに用いてもよい。端面２０３は、既に通過したバットの後ろの端であってもよく、オンからオフへのセンサー信号変化がカメラを作動させる。他の例では、端面２０３は、図４Ｂに示すように、通過しようとしているバットの前の端であってもよく、オフからオンへの信号変化がカメラを作動させる。いずれの場合にも、カメラ２１４の角度、及びブランケットからの高さセンサー２４０の距離は、カメラが切断端面２０３の画像を確実に取り込むように調整される。任意の適当な間隔、又は高さ、若しくは遮断センサーを、レーザーセンサー２４０の代わりに用いてもよい。
【００６８】
照明ライト２１２は、白熱灯、蛍光灯及び発光ダイオード（ＬＥＤ）などの任意の照明手段を含んでよいが、それらに限定されない。これらは、常にオンであるように構成されてもよいし、或いは、これらは、カメラの作動に合わせて閃光を発するように構成されてもよい。「白色」ライトの色は非常に主観的であるので、カメラの「ホワイトバランス」又は色校正が必要である。しかしながら、長い期間できるだけ一定のままでいる照明、及び再校正を最小限に抑える温度が望ましい。色又は輝度がシフトするほど、カメラはより高頻度で校正されなければならない。適切な照明は、「Smart Vision Lights, Muskegon, MI」より利用できる「Model L300 Linear Connect-a-Light」から、又は「CCS America, Burlington, MA」製の「HBR-LW16, white LED light」のモデル番号から得られた。或る場合には、１つ又は２つのライトバーが利用された。或る実施形態では、ライトはカメラと一緒に枢動し、他の実施形態では、ライトは静止している。
【００６９】
或る実施形態でのカメラ１１８は、電荷結合素子（ＣＣＤ）のデジタルカラーカメラである。解像度は重要ではなく、良好な作用は、１０２４×７６０、１２９６×９６６、及び１３９２×１０４０だけでなく、４８０×６４０の解像度でも達成された。適切なカメラの製造業者は、ソニー、日立、Basler、東芝、Teledyne Dalsa、JAIを含む。
【００７０】
種々の画像処理ソフトウェアパッケージが商業的に利用でき、多くが本発明での使用に適していると考えられる。例示的な画像処理ソフトウェアは、Cognex、Matrox、National Instrument、及びKeyenceのものを含む。ソフトウェアが実行する一般化されたステップは、図５のブロック図の一部分に記述される。上記したように、及びブロック１３０に示すように、ブランケット又はその長手方向スライスは、前及び後ろの端面を作り出すために横に切断される。ブランケット高さのずれは、ブロック１３２で、端面の画像を取り込むためにカメラを作動させる。この画像は、ブロック１３４に示されるプロセッサに供給され、そこでは、ソフトウェアが画像の適切な分析を行う。必要ならば、プロセッサは、多数の画像を組み合わせて、１つのパノラマ写真にする（ブロック１３６）。長手方向断面がブランケットへと既に切断されている場合、プロセッサは、長手方向断面の端を特定して、長手方向レーンに対応する画像の境界を作り出すのがよい。また、プロセッサは、ブロック１３８で、画像上に関心領域（ＲＯＩ）のグリッドを重ねる。比較のために少なくとも２つの垂直ＲＯＩがあるべきである、好適には垂直方向又はＺ方向に少なくとも３つのＲＯＩがあるべきである。水平には（即ちＹ方向）、１つ又はそれ以上のＲＯＩがあるのがよい。ＲＯＩのＹ方向境界は切断されたレーンに正確に一致してもよく、或いは、画像のレーンごとに複数の水平ＲＯＩがあってもよい。
【００７１】
そして、プロセッサは、ブロック１４０で、少なくとも１つの表色系変数のための値を取得するべく、各ＲＯＩを分析する。幅広い種類の表色系変数が有用であり、幾つかを以下に記載する。Ｂ−値は、繊維断熱製品の硬化状態をモニターするのに適すると見出された１つの表色系変数であり、ここでは一例として記載するが、種々の他の表色系変数も用いてよい。少なくとも１つの表色系変数が、各ＲＯＩに対して得られる。必要に応じて、各ＲＯＩからの表色系変数値は、ブロック１４２で、大きな領域に対して平均値、差分値又は混合値を見つけるために、数学的に組み合わされるのがよい。例えば、或る実施形態では、表色系変数値は、全ての水平ＲＯＩに対してグループとして計算され、上部の平均色値、中間部の平均色値及び下部の平均色値を生成する。これら間の引き算による差分を調べることで、ブランケットが上部から下部まで均一に硬化しているかどうかを評価するのに役立つ。同様に、１つのレーンの全ての垂直ＲＯＩは、右レーンないし左レーンの硬化の均一性を評価するために平均化するのがよい。最後に、或る実施形態では、端面全体の平均硬化を評価するために、全てのＲＯＩを組み合わせるのは有用であるかもしれない。当然ながら、少なくとも２つが比較のために感知されなければならないため、このような２つ又はそれ以上の信号又は値の計算操作を実行する任意の工程は、「少なくとも１つの」変数を感知するステップに必然的に包含される。
【００７２】
本発明の重要な特徴は、パック内の硬化状態を調べるために、パックの内側の「切断」面又は内部の面まで連続的に見る能力である。これは、単に外面を見るだけの既存のオンラインシステムとは大きく異なると共に、連続的に実行することができない既存のオフライン視覚又は色システムとは大きく異なる。
【００７３】
多くのソフトウェアパッケージが、最小値、最大値、範囲、平均、中央値、標準偏差などの、収集されたデータのばらつきの統計的量も提供することであろう。議論のために、１つの表色系変数のみを測定することを仮定する。それで十分かもしれないが、或る実施形態では、各ＲＯＩから、多数の表色系変数（例えば以下に示すＬ、Ａ及びＢであるが、それに限定はされない）、及び各値に対して統計的情報を測定することが望まれるかもしれない。全ての色値データは、ブロック１４４で、硬化不足（又は過硬化）かもしれない領域の存在及び位置を報告することができるプロセッサによって調べられる。その後、工程管理が、ブロック１４６で、硬化状態を改善するように調整されるのがよい。
【００７４】
（是正処置及びＭＰＣプロセッサ／オプティマイザー制御）
工程管理を調整するための是正処置が、特定の硬化状態の状況に応じてなされる。例えば、硬化の左右又は横の変化（横方向又はＹ方向）によって、空気動力式ラッピング機の調整が、より一様な重量分布を達成させるかもしれない。時々、下の層は、例えば、オーブンのゾーン１及び２内の高温空気の上昇対流、及びパックがオーブンを横切るときのコンベヤーチェーン６４からの付加熱の対流など、種々の可能性のある理由によって、より大きく硬化される。硬化不足の上部の領域（中間部又は下部と比較して）は、ゾーン３及び４（下降気流を有する）のより高い温度又はより速いファン速度を勧めるのがよい、逆に言うと、ゾーン１及び２の温度又は気流を低下させることを勧めるのがよい。中間部ＲＯＩの硬化不足（上部及び下部と比較して）は、中間部の成形ユニットでの水分を減らすことを勧めるのがよい。種々の硬化状態の状況に応じてなされる、追加の可能性のある是正処置は、以下の実施例７で特定される。
【００７５】
このような是正処置は手動でなされてもよいが、成形フード及びオーブンの作動を特定の管理制限の範囲内に維持するための自動システムがより望ましい。比例・積分・微分（ＰＩＤ）制御装置が、簡単な操作工程のための適切な制御解決法を提供してもよい。これらは、該技術で周知であり、さらなる説明は必要ない。それらは、単ループ型のフィードバック制御システムに頻繁に用いられる。
【００７６】
モデル予測制御（ＭＰＣ）システムも、より複雑で動的なプラント操作工程管理のための周知のツールである。例えば、「Zheng (Ed.) Model Predictive Control, Sciyo, 2010」（「http://www.intechopen.com/books/show/tifle/model-predictive-control」でダウンロード可能）や、「Badgwell & Qin, Industrial Model Predictive Control - An Updated Overview, presentation March 9, 2002」（「http://vvwvv.ntjitmj.no/users/skoge/presentation/mpc badgwell/mpc survey handout.pdf as of October 11, 2011」に引用されている）であり、両方とも全体を援用する。ＭＰＣは、化学産業から起こり、操作工程から定期的にサンプリングされた複数の従属変数及び独立変数をモニターするため、及び独立変数を調整する従属変数への影響を予測するために、反復手段を提供する。これは、一般的に、経済変数又はコスト変数を最適化するため、制限された時間範囲にわたって動的な方法でなされる。ＭＰＣを実施するためのソフトウェアシステムは、AspenTech, Honeywell, Shell Global Systems, Invensys, Continental Controls、及びPavillion/Rockwellを含む、多種多様のサプライヤーから入手できる。種々のＭＰＣアルゴリズムが、異なるプロバイダーによって採用され、その詳細は本質的ではない。一般的に、アルゴリズムは、線形計画法又は非線形計画法のいずれか、及び、調整について予測するための、経験的データ又は「第一原理」理論（エネルギー及び／又は質量の保存及び平衡など）を用いる。本発明の或る実施形態では、ＭＰＣ最適化アルゴリズムは２つのステップを含む。第１のステップでは、それは、最適動作点を特定するために、線形計画法（ＬＰ）を用いて定常最適化問題を解く。そして、第２のステップでは、動的最適化を用いて、第１のステップからの最適な定常動作条件が制御問題に課される。
【００７７】
図６は、成形フード又はセクション１２及びオーブン１６を含む、全体的な繊維製品操作１５０の概略図である。外乱１５２は、矢印１５４で操作１５０に影響を与えるように示され、それらは、成形フード１２又はオーブン１６に、或いはその両方に、影響を与えることがある。ここで用いられるように、「外乱」１５２は、工程で容易に制御されない入力変数を指す。これらは、測定されてもよいし、或いは測定されなくてもよいし、従属であってもよいし、或いは独立であってもよい。例えば、繊維製品のための典型的な製造プラントでは、周辺の温度及び湿度は独立しており、容易に制御されない。同様に、与えられた製品仕様のために、繊維直径及びガラス・プルスルー（pull-through）（ファイバライザーへのガラス流量）は容易に制御されない。ときどき、１つ又はそれ以上のファイバライザーユニットは、掃除、調整又は修理のためにオフラインにしなければならいことがあるため、運転中のファイバライザーユニットの数（与えられた生産作業のための計画された数と比較して）は制御可能でない。最後に、成形フードとオーブンの間のランプ上のパックの或る性質は従属しているが、直接制御可能でない。これらは、パックの水分含量、及びパックの厚さ又は「ランプ高さ」（これらは水の投入及び湿度に依存する）、並びにパックの垂直重量分布（これはバインダーの添加及び各ファイバライザーユニットでのガラス・プルスルーに依存する）を含む。上記した全ての変数、及び同様に容易に制御されないものは、外乱１５２である。パック水分又は厚さは、オーブン制御の設定値からの外乱と考えてもよいが、それらは、液体の流れが制御可能であり、且つランプ高さ及び水分に間接的に影響を与える、たくさんの成形作業全体で、制御変数と考えてもよい。パック水分は、テーブルＢとともに上記で説明したΔＴ量によって決定され得る、乾燥間隔に影響を与える。オーブンファン速度の制限の制約の範囲内で、オーブン最適化制御は、パック水分の測定されない外乱を拒むように、ΔＴを制御してもよい。
【００７８】
容易に調整することができる独立変数は、ここで使用するとき、「操作可能」変数１５６である。これらは、操作１５０に影響を与えるように調整することができる、いわゆる「ノブ（knob）」及び「レバー」である。繊維製品成形作業の場合、操作可能変数１５６は、オーブン又はゾーンのファン速度、オーブン又はゾーンの設定温度、冷却水流量を含むと共に、バインダー希釈流量（バインダー送出量に影響を与えずに追加の水を付加する）を任意に含む。バインダー流量は、制御可能であるが、所望の荷重速度（ＬＯＩ）及び製品特性によって決定され、この理由から、「操作可能」変数１５６と考えられていない。
【００７９】
入力変数に依存し、且つオンライン又は「連続的な」方法で測定できる変数は、可能性のある「制御変数」１５８である。これらは工程変数であり、オペレーター及びＭＰＣがその値を特定の許容可能な制限内に維持しようとする。重要な「制御変数」１５８を、以下のテーブルＤにさらに記載する。
【００８０】
【表４】
2014517917.tif 000006
【００８１】
センサー１６０は、１つ又はそれ以上の制御変数１５８を感知及び測定する。適切な例示的なセンサー１６０は、熱電対９５〜９８及び画像取込システム２００として、上記に記載されている。センサー１６０は、既に述べた熱プロセッサ１１０又は画像プロセッサ１３４などの、比較器又は他のプロセッサ１６４Ａ、１６５Ｂを通じて処理される信号１６２を生成する。そして、プロセッサ１６４Ａ、１６５Ｂは、ＭＰＣシステム１６８に入力される信号１６６を出力する。アルゴリズム及び変数優先順位（以下で説明する）に応じた処理後に、ＭＰＣプロセッサは、１つ又はそれ以上の制御信号１７０を、１つ又はそれ以上の操作可能変数１５６に出力し、それは、信号１７２及び１７４によって操作の制御をもたらす。図６に示すように、信号１７２は、成形フードの操作可能変数１５６を制御し、一方で、信号１７４は、オーブンの操作可能変数１５６を制御する。簡単にするために、１つの制御信号ラインのみを示しているが（１７０、１７２及び１７４）、当然ながら、多数の信号ラインが測定又は制御される変数の数に応じて要求されてもよい。２つのセンサー信号１６２及び２つの比較プロセッサ出力信号１６６が、多変数工程管理のための最低限を表すように示されているが、２つよりも多い信号が多数の実施形態で用いられる。
【００８２】
これらの制御変数１５８の任意の１つ又はそれ以上は、所定の制限内に維持する工程管理のために選択されてもよい。例えば、２つ又はそれ以上、３つ又はそれ以上、４つ又はそれ以上、６つ又はそれ以上、８つ又はそれ以上、或いは１０又はそれ以上の変数が、制御のために選択されてもよい。典型的には、全ての特定制御変数が制限範囲内であれば、少なくとも１つが最適化のために選択される。典型的には、最適化変数は、コスト又は他の経済的利益を表すものである。本発明では、使用された総エネルギーは、コストのために有用な代理であり、ＭＰＣプロセッサは、全ての変数がいったん管理されると、総エネルギーを最小化する（経済的利益を最大化する）条件を選択する。
【００８３】
２つ又はそれ以上の可能性のある制御変数が、ＭＰＣによって制御されるように選択された場合、それらは、それぞれの制限内に維持するための優先度の観点からランク付けされてもよい。これは、多数の制御変数のための制限が、多くの制約を、全ての制約を満たす実現可能な解決法がないような操作に課すことができるので、必要であるかもしれない。それゆえ、制御変数の優先順位は、他の制御変数を制限内に維持するために制御制限が犠牲にされる、ＭＰＣオプティマイザーに伝えるのに有益であるかもしれない。制御変数は、厳格な順序方式でランク付けされてもよいし、或いは、重要度が最も高いものから重要度がより低いものを介して重要度が最も低いものに至るようランク付けした、２つ又はそれ以上の段階にグループ化されてもよい。多くの優先順位化スキームが、断熱材のような繊維製品を製造するのに有用であるが、出願人は、テーブルＥの優先順位が有用であることを発見した。他のオプションは、実施例で説明する。
【００８４】
【表５】
2014517917.tif 000007
【００８５】
本発明は、多くの実施形態及びオプションの観点から説明された。以下の実施例は、本発明の具体的な実施形態をさらに説明するのに役立つが、本発明の範囲は、それらの実施例に制限されると解釈されるべきではない。
【実施例】
【００８６】
（実施例１−３：例示的なＭＰＣ最適化）
AspenTechのＭＰＣオプティマイザーは、操作可能変数を用いる、つまり（１）ゾーン１〜４のファン速度、及び（２）ゾーン１〜４の設定温度を用いる４つのゾーンオーブンで、以下のテーブル１に示す変数をモニター及び制御するようにプログラミングされている。いずれの場合も、選択された変数がいったん管理されると、総エネルギー使用量が最適化のために選択される。
【００８７】
【表６】
2014517917.tif 000008
【００８８】
（実施例５−６：例示的なＭＰＣ最適化）
AspenTechのＭＰＣオプティマイザーは、操作可能変数を用いる、つまり（１）ゾーン１〜４のファン速度、（２）ゾーン１〜４の設定温度、及び（３）成形フードへの冷却水流量を用いる４つのゾーンオーブンで、以下のテーブル２に示す変数をモニター及び制御するようにプログラミングされている。いずれの場合も、色Ｂ差が総エネルギー使用量に加えて二次的な最適化変数として選択された実施例５を除いて、選択された変数がいったん管理されると、総エネルギー使用量が最適化のために選択される。
【００８９】
【表７】
2014517917.tif 000009
【００９０】
（実施例７：選択された是正処置）
以下の処置テーブルは、種々のサンプリングされた位置の硬化状態に応じて、与えられた状況を受け入れるための任意の是正処置を示す。これらの多くは、連続的なオンライン測定及び動的なＭＰＣプロセッサを用いて、自動化されるのがよい。
【００９１】
【表８】
2014517917.tif 000010
【００９２】
【表９】
2014517917.tif 000011
【００９３】
【表１０】
2014517917.tif 000012
【００９４】
【表１１】
2014517917.tif 000013
【００９５】
【表１２】
2014517917.tif 000014
【００９６】
【表１３】
2014517917.tif 000015
【００９７】
【表１４】
2014517917.tif 000016
【００９８】
【表１５】
2014517917.tif 000017
【００９９】
【表１６】
2014517917.tif 000018
【０１００】
（実施例８：温度プロファイル）
４つのゾーン硬化オーブンの各オーブンゾーンに多数の熱電対を設置して、試験を工場内で実施した。種々の繊維ガラス製品の試験製品が、Ｒ−１１、Ｒ−１３、Ｒ−１９、Ｒ−２５、及びＲ−３０のＲ−値指定を有する断熱ブランケットを含めて、生成された。熱電対によって感知された温度（華氏温度）が、図７Ａに示す温度プロファイルを生成するために記録された。温度差も、各熱電対位置での吸気口温度と排気口温度の間で計算され、これも図７Ａに示している。いずれの場合も、データ点は、各位置ごとに６０分の示度の平均を示しており、ｘ軸は、４つのゾーンオーブン経路に沿った熱電対位置を示している。
【０１０１】
プロファイルは有益である。設定された温度及びファン速度の条件は、１つのゾーンから次のゾーンまでに変わるため、ゾーン間の遷移は、急な変化を生じさせることがある。しかし、特定ゾーンの条件では、水分が蒸発した時点で（この時点は「乾燥時点」又は「乾燥間隔」として知られている）、温度が徐々に上昇し始めるであろう。図７Ａでは、これが、各製品について、ゾーン＃２の端付近で観察され得る。また、硬化反応を遂げるためにエネルギーが繊維製品にまだ吸収されているので、吸気口−排気口の差は、大きく減少したが、完全に消滅していない。ゾーン＃４の端の近くでは、吸気口温度及び排気口温度がほとんど等しく（つまりほぼゼロの差）、そのため、ゾーン＃４の排気口温度はパック温度の正しい値である。プロファイルが十分な期間での十分に高い出口温度を示していれば、硬化状態が確かめられる。
【０１０２】
各製品厚さ（Ｒ−値）によって異なるプロファイルが生成されることが観察される。人が予測するように、製品は、より高いＲ−値（厚く、おそらくより多くの水分を含む）について、より大きな吸気口−排気口の差で多少順序付けされるが、これは、予測されるプロファイルを混乱させるかもしれない、冷却液又はバインダーの調整、或いはオーブンの温度又はファン速度などの他の生産要因により、正確ではない。
【０１０３】
（実施例９：熱電対とオーブンモルの比較）
工場では、熱電対が設置されて、吸気口温度及び排気口温度が各オーブンゾーンごとに測定されていた。図７Ｂは、時間をかけて記録された、ゾーン４で個別の吸気口熱電対及び排気口熱電対からのデータを示す。各熱電対での吸気口温度は、華氏４５０度と華氏５００度の間（摂氏２３２〜２６０度）に収まった。各熱電対での排気口又は「出口」の温度は、華氏４２０度と華氏４４０度の間（摂氏２１５〜２２７度）に全て収まった。オーブンモルが、パックに挿入されて、比較のために、それらの記録時間中にオーブンの中に移送された。出口では、モルが、ゾーン４の通過中、華氏４３９．３度（摂氏２２６度）の平均温度を記録したことがわかる。これは、排気口温度とかなり良く相関しており、平均が華氏約４３０度（摂氏２２１度）であり、華氏約４２０ないし４４０度（摂氏２１５〜２２７度）の範囲に全て収まっている。
【０１０４】
また、華氏約４３０度（摂氏２２１度）の比較的安定した平均温度は、経験的で歴史的な証拠に基づくと、この特定の製品（オーストラリア製のＲ−３．５の繊維ガラス製品）が完全に硬化していることを示す。
【０１０５】
（実施例１０：連続的な熱測定値の使用）
本硬化評価の少なくとも１つの光反射率測定値により、パック又はバットの硬化状態は、もし硬化不足又は過硬化であれば、硬化不足又は過硬化の程度又は大きさについての情報を含めて、より高い精度でわかる。これは、製造業者に、必要に応じて工程管理を調整する、貴重且つ実用的なデータを提供する。例えば、製造業者は、所定の製品仕様書、及び、その範囲に入っておらず、「仕様外」といわれ、且つ一般的に廃棄又は再利用しなければならない製品を有する。さらに、多くの製造業者は、工程管理を有しており、工程のばらつきに対して所定の制限を設定する。これらのパラメータは、１つの種類の製品用の例示的な値と一緒に、以下のテーブル３にまとめられている。
【０１０６】
【表１７】
2014517917.tif 000019
【０１０７】
これらの制限に関して硬化状態を定量的に知ることは、製造業者に重大な影響を与える。上記したように、「仕様外」である製品は、一般的に廃棄又は再利用される。しかし、製造業者が利用できる唯一の情報が、製品が硬化不足であることである場合には、製造業者は、それが低いがＬＳＬよりもまだ上だったとしても、製品を不必要に廃棄するかもしれない。より詳しくは、ＵＳＬ及びＬＳＬの外で検査する製品は、やはり廃棄しなければならないが、ＵＳＬとＵＣＬの間又はＬＣＬ又はＬＳＬの間で検査する製品は、まだ使用してもよく、廃棄しなくてもよい。これは、製造業者が良製品を間違ってほとんど廃棄しないため、有益な情報である。
【０１０８】
おそらくより重要なのは、製造業者は、今、製品が上記した制限のいずれかからどれだけ離れているかについての定量的な情報を得ている。以前は、製品が仕様範囲内であった場合、製品が保有され、工程が許容できると考えられて、必ずしも調整されなかった。管理制限の外（即ちＵＣＬより大きいか、ＬＣＬより小さい）であるが、まだ仕様範囲内（即ちＬＳＬより大きく、且つＵＳＬより小さい）で検査する製品は、製造業者に、工程をより厳しい管理下に戻そうとするように、工程管理を調整する機会を与える。また、検査結果を定量的に知ることによって、工程管理をどれくらい調整するかについての情報が提供される。言い換えると、定量的な結果は、工程変化の方向の情報だけでなく、そのような工程変化の大きさの情報も提供する。これのいずれも、簡易な質的検査手順では可能でない。
【０１０９】
本発明の種々の側面及び実施形態についての上記した記載は、例示及び説明の目的で提示した。それは、包括的であること、又は全ての実施形態を特定すること、若しくは開示された具体的な側面に本発明を限定すること、を意図してはいない。明らかな修正又は変形は、上記した教示を考慮すると可能性があり、そのような修正及び変形は、それらが公平に、法的に及び公正に権利が与えられる広がりに従って解釈されるとき、添付の特許請求の範囲によって定義されるような本発明の範疇に適切に属する。
【図１】
2014517917.tif 000020
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
2014517917.tif 000025
【図６】
2014517917.tif 000026
【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年12月20日(2013.12.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製造ラインで製造された繊維製品に適用されるバインダーの硬化状態を管理する装置であって、
ブロワーを含む少なくとも２つのゾーンを有する硬化オーブンを含み、
前記ブロワーは、加熱されたガスをオーブンゾーンを通して循環させ、
前記製造ラインの少なくとも１つの操作パラメータを変化させるための操作可能な制御装置と、
前記繊維製品の前記硬化状態を示す第１の信号を生成する第１のセンサーと、
前記繊維製品の前記硬化状態を示す異なる第２の信号を生成する異なる第２のセンサーと、
前記第１及び第２の信号を前記第１及び第２のセンサーから受け取り、前記硬化状態を示す前記第１及び第２の信号に応じて、前記製造ラインの少なくとも１つの前記操作可能な制御装置を調整するための少なくとも１つの制御信号を生成するプロセッサと、
をさらに含む、ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記操作可能な制御装置は、オーブンゾーンのファン速度、オーブンゾーンの設定温度、及び冷却水流量から選択される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１及び第２のセンサーは、熱電対及び画像取込システムから別々に選択される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
複数のセンサーをさらに含み、
前記複数のセンサーの各々は、前記繊維製品の前記硬化状態を示す各信号を生成する、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記第１及び第２の信号を減算又は平均化して、温度差又は温度平均を作り出す比較器をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
少なくとも１つのセンサーは、前記繊維製品の色値を示す信号を生成する画像取込システムを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
少なくとも１つのセンサーは、前記繊維製品の多数のＲＯＩからの色値を示す、多数の信号を生成する画像取込システムであり、
１つの色値から別の色値を減算して、色差信号を作り出すプロセッサをさらに含む、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
複数のセンサーをさらに含み、
前記複数のセンサーの各々は、前記繊維製品の前記硬化状態を示す各信号を生成し、
少なくとも１つのセンサーは、熱電対を含み、
少なくとも１つのセンサーは、画像取込システムを含み、
少なくとも１つのセンサーは、ランプ高さセンサーを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
硬化オーブン、及び製造ラインの操作パラメータのための操作可能な制御装置を含む、前記製造ラインで製造された繊維製品内のバインダーの硬化状態を管理する方法であって、
前記繊維製品の前記硬化状態を示す少なくとも１つの第１の制御変数を感知することと、
前記硬化状態を示す第１の信号を生成することと、
前記繊維製品の前記硬化状態を示す少なくとも１つの異なる第２の制御変数を感知することと、
前記硬化状態を示す異なる第２の信号を生成することと、
前記第１及び第２の信号を、最適な制御条件、前記制御変数のための与えられた所定の制約、及び最適化関数について解くことができるＭＰＣプロセッサ・オプティマイザーに入力することと、
記ＭＰＣプロセッサ・オプティマイザーからの少なくとも１つの出力制御信号を生成して、前記最適な制御条件に応じて、前記製造ラインの少なくとも１つの前記操作可能な制御を調整することと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記操作可能な制御装置は、オーブンゾーンのファン速度、オーブンゾーンの設定温度、及び冷却水流量から選択される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１及び第２の制御変数を感知するステップは、温度を感知する熱電対、及び画像を感知する画像取込システムから別々に選択されたセンサーを用いて行われる、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
少なくとも２つの感知するステップは、排気口温度を感知するように位置決めされた熱電対を用いて行われ、
前記２つの信号を減算して温度差を作り出すことをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
減算して前記温度差を作り出すことは、
同じオーブンゾーン内で吸気口温度から排気口温度を減算することと、
異なるオーブンゾーン内で吸気口温度から排気口温度を減算することと、
同じオーブンゾーン内で入口温度から出口温度を減算することと、
異なるオーブンゾーン内で入口温度から出口温度を減算することと、
のうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
少なくとも２つの感知するステップは、熱電対を用いて行われ、
前記第１及び第２の信号を平均化して、平均温度を作り出すことをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１及び第２の制御変数を感知するステップの少なくとも一方は、前記繊維製品の色値を示す信号を生成する画像取込システムを用いて行われる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記色値は、Ｌ、Ｌ＊、Ａ、ａ＊、Ｂ、及びｂ＊から選択される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
感知するステップは、前記繊維製品の多数のＲＯＩからの色値を示す多数の信号を生成することと、色差値を作り出すために、１つの色値から別の色値を減算することと、をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【国際調査報告】
2014517917.tif 000029
2014517917.tif 000030
2014517917.tif 000031