BRPI0614984A2 - método para produção de substratos em camadas - Google Patents

Abstract

MéTODO PARA PRODUçãO DE SUBSTRATOS EM CAMADAS. A presente invenção se refere a um método, um sistema, instrumentos legíveis em um computador e produtos de programa de computador para controlar um processo para produção de um substrato em camadas. O método compreende as etapas de: coletar (32) pelo menos um primeiro conjunto de dados experimentais relacionados aos parâmetros de um substrato em um primeiro estágio do processo localizado antes da etapa de prensagem na direção de translação (A) do dispositivo de transporte (14); coletar (34) pelo menos um segundo conjunto de dados experimentais referentes a parâmetros do substrato em um segundo estágio do processo localizado antes da etapa de prensagem na direção de translação (A) do dispositivo de transporte (14); e controlar (36) a dosagem de resina utilizando dados experimentais coletados do primeiro e do segundo estágios do processo e um modelo de calibração calculado, cujo modelo é baseado em dados experimentais coletados de substratos do primeiro e/ou segundo estágios do processo.

Description

"MÉTODO PARA PRODUÇÃO DE SUBSTRATOS EM CAMADAS"

A presente invenção se refere geralmente à produçãode substratos em camadas e, em particular, a um método e aum sistema para monitorar ou controlar a aplicação deresina na produção de substratos em camadas incluindoprodutos em camadas a base de madeira.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Substratos em camadas, tais como produtos a base demadeira em camadas são normalmente produzidos revestindo umsubstrato como uma placa com um revestimento. Placasapropriadas incluem, por exemplo, chapas de madeiraaglomerada, chapas de fibra de média densidade, chapas demadeira compensada, chapas de tiras de madeira nãoorientadas, chapas de partículas orientadas (OSB), e chapasde fibra de madeira reconstituída (ou chapas duras). Acamada pode ser aplicada sobre a placa por meio dechapeamento, pavimentação, ou laminação com o objetivo deproduzir, por exemplo, chapas de madeira aglomerada depapel laminado, pavimentação laminada, pavimentação comparquê, madeira compensada revestida de densidade média(MDO), placa de persiana, placa de chapeado e os similares.Na aplicação da camada podem ser utilizados váriosaplicadores diferentes de resina, incluindo aplicadores derolos ("roll coaters"), aplicadores de cortinas ("curtaincoaters"), extrusores, vaporizadores, etc.

Contudo, um problema encontrado na produção deprodutos em camadas a base de madeira, independente datécnica ou dispositivo utilizado para aplicar a resina, é adeterminação da dosagem de resina que deve ser aplicadasobre uma placa especifica e também a manutenção da dosagemde resina desejada. A dosagem requerida ou apropriada daresina pode variar significativamente entre diferentesplacas, mesmo dentro da mesma remessa, devido a variaçõesnas propriedades ou características entre diferentesplacas, tais como, espécies de madeira na placa, umidade,tamanho da partícula na camada superficial, densidade daplaca, quantidade de resina uréia/formaldeídò na camadasuperficial, a variação no grau de -.penetração da resina nosubstrato, etc. Outros fatores podem ser relacionados àlinha de produção, incluindo a velocidade da linha detransporte, dosagem do endurecedor; espessura da placa,etc. Além disso, podem ocorrer mudanças na própria resina.

Tais propriedades ou características· de variação dasplacas e/ou fatores da linha de produção podem resultar emuma aplicação não-uniforme da resina !sobre as placas. Alémdisso, as mesmas podem acarretar em, uma dosagem excessivada resina que, por sua vez, pode conduzir a custos maiores(devido ao fato de que uma grande quantidade desnecessáriade resina é utilizada), defeitos na fibra, como ereção dasmesmas na camada superficial do substrato, resultando emuma aspereza na· superfície da borda que, por sua vez, podeocasionar o chamado efeito "casca de laranja". Ademais, adosagem excessiva pode resultar, entre outras coisas, emdescoloração da superfície aplicada e bolha na interfacesubstrato-camada. A dosagem de resina em baixas quantidadestambém é um problema sério que, por exemplo, pode fazer comque a camada aplicada se desprenda da placa. Portanto, éessencial que a dosagem de resina seja ajustada comprecisão com relação a estas propriedades variantes daplaca especifica, características modificadas da linha deprodução e/ou da própria resina, etc.

Um outro parâmetro importante na produção desubstratos em camadas é a penetração da resina dentro dossubstratos, que está diretamente relacionada à presença deporos no substrato. 0 fenômeno de penetração da resina éessencial para a qualidade do produto em camadas. Isto édevido ao fato de que a quantidade de resina aplicada quepenetra dentro dos substratos não participa da junção comcola no processo de colagem do produto, que de fato dependeda profundidade da penetração. A penetração em um substratocomo uma madeira aglomerada poderia estar relacionada aparâmetros como conteúdo de água, propriedades .hidrofóbicasda superfície do substrato, 'presença de poros em uma escalamacroscópica devido à distância -entre partículas dèserragem que formam a superfície da placa, mas também emuma escala, microscópica devido à presença de canais deresina, pontuações areoladas e lumens dos traqueóides nomaterial da madeira. A presença de poros em uma madeiraaglomerada está diretamente relacionada à permeabilidade damadeira aglomerada. A permeabilidade é medida simplesmentemedindo o transporte de ar através da placa. Outrasferramentas analíticas que poderiam possuir o potencial demedir as respostas referentes á penetração é análise doângulo de contato no modo dinâmico e estático.

No documento WO 2004/094947, Mbachu et al. divulgamum método para monitorar espectroscopicamente a aplicaçãode resina de folhas de madeira laminada durante o trajetoem uma linha de montagem. A instrumentação espectroscópicapara monitorar a resina aplicada é calibrada por mediçõesde aplicações de resina pré-determinadas em relação àsamostras-teste de referência, de modo garantir uma relaçãopré-determinada que permita o monitoramento re resinaaplicada durante a produção comercial de um produto demadeira laminada utilizando o espectro de luz visível e oinfravermelho próximo que se estende até 2500 nm. A medidaespectroscópica é realizada diretamente após o aplicador deresina por meio de uma sonda adaptada para permitir umaseleção de comprimentos de radiação eletromagnética dentroda faixa acima mencionada. Contudo, o método de acordo como documento WO 2004/094947, de Mbachu et al. , não leva emconta efeitos tais como, por exemplo, o grau de penetraçãoda resina dentro do substrato.

Do mesmo modo, a umidade do substrato pode variarentre diferentes substratos. Como a resina utilizada, porexemplo, uréia/formaldeído (UF) ou fenol/formaldeido (PF)também contém água, existe um risco considerável deinterferência da água (na resina e no substrato) noespectro de NIR quando a aplicação da resina é medidautilizando os métodos divulgados nos documentos WO2004/094947, Mbachu et al.

Além disso, os substratos também podem conterquantidades de resina UF disposta sobre a camadasuperficial que também pode variar entre diferentessubstratos. Isto pode induzir a erros no espectro de NIRquando a aplicação da resina é medida utilizando os métodosdivulgados no documento WO 2004/094947, Mbachu et al.

Portanto, existe uma necessidade por um método esistema aprimorado para monitoramento ou controle deparâmetros, por exemplo, dosagem de resina oupermeabilidade dos substratos, na produção de substratos emcamadas, tal como produtos em camadas a base de madeira.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

Um objeto da presente invenção é fornecer um método eum sistema melhorado para monitorar ou controlarparâmetros, por exemplo, a dosagem de resina ou apermeabilidade dos substratos, na produção de substratos emcamadas, tais como produtos em camadas a base de madeira.

Um outro objeto da presente invenção é fornecer ummétodo e um sistema melhorado para monitorar ou controlar aaplicação de resina na produção de substratos em camadas,tais como produtos em camadas a base de madeira, comrelação à precisão da dosagem de resina.

Estes e outros objetos são obtidos pela presenteinvenção fornecendo um método, um sistema, um meio legívelem computador, e um programa de computador possuindo ascaracterísticas definidas nas reivindicações independentes.Realizações diferentes são definidas nas reivindicaçõesdependentes.

No contexto deste pedido, o termo "substrato" serefere a um painel, tal como uma placa, incluindo, entreoutros, chapas de madeira aglomerada, chapas de fibra demédia densidade, chapas de madeira compensada, chapas detiras de madeira não orientadas, chapas de partículasorientadas (OSB), e chapas de fibra de madeirareconstituída (ou chapas duras).

Com relação a este pedido, o termo "substrato emcamadas" se refere a um substrato munido com uma camada pormeio de, entre outros, chapeamento, pavimentação, oulaminação.

De acordo com um primeiro aspecto da presenteinvenção, é fornecido um método para controlar um processopara produção de um substrato em camadas, o processoenvolvendo as etapas de aplicar um endurecedor sobre osubstrato; aplicar uma resina sobre o substrato; etransportar o substrato para uma prensa por meio de umdispositivo de transporte onde pelo menos uma camada éaplicada sobre o substrato em uma etapa de prensagem com oobjetivo de formar um substrato em camadas. 0 métodocompreende ainda as etapas de: coletar pelo menos umprimeiro conjunto de dados experimentais referentes aosparâmetros do substrato em um primeiro estágio do processoempregando um primeiro dispositivo de medição, o primeiroestágio do processo estando localizado após a etapa deprensagem na direção de translação do dispositivo detransporte; coletar pelo menos um segundo conjunto de dadosexperimentais referentes aos parâmetros do substrato em umsegundo estágio do processo empregando um segundodispositivo de medição, o segundo estágio do processoestando localizado antes da etapa de prensagem e após oprimeiro estágio do processo na direção de translação dodispositivo de transporte; e controlar uma quantidade deresina a ser aplicada sobre um substrato na etapa deaplicação da resina durante o processo para produção desubstratos em camadas, utilizando dados experimentaiscoletados a partir do primeiro e segundo estágios doprocesso e um modelo de calibração calculado, sendo omodelo baseado em dados experimentais coletados desubstratos do primeiro e/ou segundo estágios do processo.

Conforme um segundo aspecto da presente invenção, éfornecido um sistema para controlar um processo paraproduzir um substrato em camadas, tal como um substrato emcamadas a base de madeira, o sistema compreendendodispositivos para aplicar um endurecedor sobre o substrato;dispositivos para aplicar uma resina sobre o substrato; edispositivos de transporte adaptados para transladar osubstrato para dispositivos de prensagem adaptados paraaplicar pelo menos uma camada sobre o substrato de modo aproduzir um substrato em camadas. 0 sistema compreendetambém um primeiro dispositivo de medição adaptado paracoletar pelo menos um primeiro conjunto de dadosexperimentais referentes aos parâmetros do substrato noprimeiro estágio do processo, o primeiro dispositivo demedição sendo disposto antes do dispositivo de prensagem nadireção de translação do dispositivo de transporte; umsegundo dispositivo de medição adaptado para coletar pelomenos um segundo conjunto de dados experimentais referentesaos parâmetros do substrato em um segundo estágio doprocesso, o segundo dispositivo de medição sendo dispostoantes do dispositivo de prensagem e após o primeirodispositivo de medição na direção de translação dodispositivo de transporte; e dispositivos de controleconectados aos primeiro e segundo dispositivos de mediçãoadaptados para controlar o dispositivo de aplicação daresina com o objetivo de determinar uma quantidade deresina a ser aplicada sobre um substrato durante o processopara produzir um substrato em camadas, utilizando dadosexperimentais coletados do primeiro e segundo estágios doprocesso e um modelo de calibração calculado, o modelosendo baseado em dados experimentais coletados desubstratos no primeiro e/ou segundo estágios do processo.

De acordo com um terceiro aspecto da presenteinvenção, é fornecido um programa de computador para umsistema conforme o segundo aspecto da presente invenção. 0programa compreende instruções de programa que, quandoexecutado em um dispositivo de controle do sistema, permiteque o dispositivo de controle realize etapas do métodoinventivo.

Com relação ao quarto aspecto da presente invenção, éfornecido um produto de programa de computadorcompreendendo um meio legível em computador e um programade computador de acordo com o terceiro aspecto, onde oprograma de computador é armazenado no meio legível emcomputador.

Portanto, a presente invenção é baseada noentendimento de que o efeito de penetração da resina nosubstrato é essencial quando se determina a aplicação daresina (a dosagem da resina) devido ao fato de que aquantidade de resina que penetra no substrato não participada junção com cola no processo de colagem do produto(dependendo da profundidade da penetração). A penetração daresina no substrato, como uma madeira aglomerada, poderiaestar relacionada a parâmetros tais como conteúdo deumidade, propriedades hidrofóbicas da superfície dosubstrato, etc. Além disso, a invenção também é baseada noentendimento de que estas propriedades podem serquantificadas por espectroscopia utilizando sondas demedição localizadas em pelo menos dois estágios específicosdo processo ao longo de uma linha de produção para produçãode substratos em camadas. Por isso, é possível desenvolverum modelo de calibração, baseado em dados coletados nestespelo menos dois estágios do processo, capaz de fornecer umaalta habilidade de previsão com relação a, por exemplo, adosagem de resina. A presente invenção possui diversasvantagens em comparação com a técnica convencionaldivulgada no documento WO 2004/094947, Mbachu et al., noqual efeitos tais como, por exemplo, o grau de penetraçãoda resina no substrato, não são considerados. Por exemplo,a presente invenção garante um controle altamente preciso econfiável da aplicação da resina já que efeitos, tais comoa profundidade da penetração, são considerados no modelo decalibração.

De acordo com uma realização da presente invenção, oprimeiro estágio do processo, isto é, o primeirodispositivo de medição, é localizado antes do estágio deaplicação do endurecedor. Os testes mostraram que estalocalização do primeiro dispositivo de medição garante,dados experimentais especialmente úteis para o modelo decalibração, assim como para ao controle da dosagem deresina durante o processo de produção.

Em uma realização da presente invenção, o segundoestágio do processo está localizado após o estágio deaplicação da resina. Observou-se nos testes que estalocalização do segundo dispositivo de medição garante dadosde medição úteis, sobretudo para o modelo de calibração,assim como para o controle da dosagem de resina durante oprocesso de produção.Em uma outra realização da presente invenção, dadosreferentes à dosagem de endurecedor aplicado sobre osubstrato são coletados durante a produção do substrato emcamadas, e os dados de dosagem do endurecedor sãoutilizados no controle da dosagem de resina. Desse modo, aprecisão e a confiabilidade do modelo de calibração, assimcomo o controle da dosagem de resina durante o processo deprodução, podem ser melhorados mesmo posteriormente.

Em uma realização posterior, são coletados dadosrelativos à velocidade da linha do transportador durante aprodução de um substrato em camadas e utilizados nocontrole da dosagem de resina. Assim, a precisão e aconfiabilidade do modelo de calibração, assim como ocontrole da dosagem de resina durante o processo deprodução, podem ser melhorados.

Conforme outras realizações da presente invenção,dados referentes às variáveis do processo, tais como atemperatura e/ou a umidade atmosférica onde ocorre oprocesso, a temperatura da prensa, ou o efeito do aquecedorpodem ser coletados e utilizados no controle da dosagem deresina.

Preferencialmente, o modelo de calibração é calculadopor meio de análise multivariada. De · acordo com asrealizações, PLS, PCA ou PCR são técnicas multivariadas quepodem ser utilizadas na invenção. Ademais, redes neuraistambém são técnicas que podem ser utilizadas para odesenvolvimento do modelo de calibração.

De acordo com uma realização da presente invenção, omodelo de calibração é calculado de acordo com as seguintesetapas: os dados de medição coletados no primeiro estágiodo processo são dispostos em pelo menos uma matriz; umprimeiro sub-modelo para o primeiro estágio do processo écalculado utilizando análise multivariada; e receber, nosegundo estágio do processo proveniente de pelo menos umprimeiro estágio do processo, informação referente a umsub-modelo multivariável calculado pelo menos no primeiroestágio do processo. Portanto, um modelo possuindo um altograu de previsibilidade pode ser obtido, isto' é, a dosagemde resina prevista por meio do modelo mostra um alto graude precisão e confiabilidade. Isto se deve ao fato de quevariações no substrato, por exemplo, variação no conteúdode água ou diferenças na carga de resina UF na camadasuperficial do substrato, são incluídos no primeiro sub-modelo e transferidos para o segundo sub-modelo comoprincipal componente de um modelo de análise multivariável(tal como um modelo PCA ou PLS). 0 uso de componentesprincipais ao invés de um espectro amplo reduz o risco desobreadaptação ("overfit") e problemas relacionados devidoa muitas variáveis não-correlacionadas e ruídos no modelode calibração.

Os dados experimentais podem ser coletados através demedidas espectroscópicas obtidas em espectros deultravioleta (UV), infravermelho (IV), infravermelhopróximo (NIR), ou luz visível (VI) e, preferencialmente, noespectro de infravermelho próximo (NIR). Em uma realizaçãoalternativa, os dados experimentais podem ser coletados pormeio de ultra-som.De acordo com uma realização da presente invenção, omodelo de calibração é utilizado para controlar apermeabilidade do substrato.

As características que caracterizam a invenção, tantona organização quanto no método de operação, junto comobjetos e vantagens adicionais da mesma, será melhorentendido a partir das descrições a seguir, utilizadas emconjunto com os desenhos em anexo. Dever ser expressamenteentendido que os desenhos têm o propósito de ilustração edescrição, e não devem ser interpretados como uma definiçãodos limites da invenção. Estes e outros objetivosalcançados, e vantagens oferecidas, pela presente invençãose tornarão mais plenamente aparentes quando a descrição aseguir é lida em conjunto com os desenhos em anexo.

DESCRIÇÃO DETALHADA DOS DESENHOS

Na seguinte descrição detalhada da invenção seráfeita referência aos desenhos em anexo, nos quais:

Figura 1 é uma vista esquemática de uma linha de produçãopara produzir um substrato em camadas na qual apresente invenção pode ser utilizada.

Figura 2 é uma vista esquemática de um sistema paramonitorar a aplicação de resina durante aprodução de um substrato em camadas na linha deprodução mostrada na Figura 1 de acordo com umarealização da presente invenção.

Figura 3 é uma vista esquemática de um sistema paramonitorar a aplicação de resina durante aprodução de um substrato em camadas na linha deprodução mostrada na Figura 1 de acordo com umaoutra realização da presente invenção.

Figura 4 mostra os princípios gerais do método paramonitorar a aplicação de resina durante aprodução de um substrato em camadas na linha deprodução mostrada nas Figuras 2 ou 3 de acordocom uma realização da presente invenção.

DESCRIÇÃO DAS REALIZAÇÕES PREFERIDAS

Primeiramente à Figura 1, será descrita uma linha deprodução para produzir um substrato em camadas na qual osistema e o método de acordo com a presente invenção podemser utilizados.

A linha de produção (10) compreende dispositivos paraaplicar um endurecedor (16) adaptados para aplicar o mesmosobre o substrato (12), por exemplo, um distribuidor,dispositivos para aplicar uma resina (18) sobre osubstrato, por exemplo, um distribuidor de resina, e umdispositivo para prensagem (20), tal como uma prensa rolo aquente, adaptada para aplicar pelo menos uma camada sobre osubstrato de modo a formar um substrato em camadas.

Contudo, um técnico no assunto entenderá que a camada podeser aplicada sobre o substrato por meio de, por exemplo,chapeamento, pavimentação, ou laminação. A camada pode ser,por exemplo, papel, verniz ou tecido. Além do mais, tambémdeverá ser notado que existem vários outros dispositivos deprensagem apropriados além de uma prensa rolo a quente quesão possíveis, incluindo uma máquina de prensagem planaque, contudo, não é apropriada no caso de foliação, ou umamáquina de prensagem a frio.Substratos, como produtos a base de madeira na formade placas (12), são transportados ou conduzidos por meio deum dispositivo de transporte (14) entre os diferentesestágios do processo da linha de produção (10) em umadireção da seta indicada com um A. Entre os distribuidoresdo endurecedor (16) e da resina (18) é disposto umaquecedor (22), que é adaptado para aquecer o substrato esecar o endurecedor aplicado. Preferencialmente, oaquecedor (22) é um aquecedor de IV. Normalmente, uma serra(não mostrada) é disposta após a prensa de rolo a quente(20) com o propósito de serrar o substrato em pedaços comum tamanho desejado.

Recorrendo agora à Figura 2, será descrito um sistemapara monitorar a aplicação de resina durante a produção deum substrato em camadas instalado na linha de produçãomostrada na Figura 1, de acordo com uma realização dapresente invenção. Um primeiro dispositivo de medição (24)adaptado para coletar pelo menos um primeiro conjunto dedados experimentais relacionados aos parâmetros dosubstrato é disposto no primeiro estágio do processo, quenesta realização é localizado antes da prensa rolo a quente(20). Preferencialmente, o primeiro dispositivo de mediçãoé localizado antes do distribuidor do endurecedor (16).

Além disso, um segundo dispositivo de medição (26) adaptadopara coletar pelo menos um segundo conjunto de dadosexperimentais referentes aos parâmetros do substrato édisposto em um segundo estágio do processo. Nestarealização, o segundo dispositivo de medição (26) élocalizado antes da prensa de rolo a quente (20) e após oprimeiro dispositivo de medição (24). Preferencialmente, osegundo dispositivo de medição (26) está localizado entre odistribuidor de resina (18) e a prensa rolo quente (20).

De acordo com uma realização preferida, os primeiro esegundo dispositivos de medição (24 e 26) são sondasespectroscópicas adaptadas para emitir comprimentos de ondade radiação eletromagnética com pico de absorbância em umaou mais faixas pela resina aplicada, e por outrosconstituintes, tais como conteúdo de água do material dosubstrato e da resina. Em particular, a radiaçãoeletromagnética está na forma de ultravioleta,infravermelho, infravermelho próximo, ou luz visível. Se aluz de infravermelho próximo é utilizada, as chamadassondas de NIR podem ser utilizadas.

Ademais, o sistema compreende dispositivos decontrole (28) que consistem de dispositivos deprocessamento (27) conectados aos primeiro e segundodispositivos de medição (24 e 26, respectivamente). 0dispositivo de controle (28) controla se os primeiro esegundo dispositivos de medição (24 e 26, respectivamente)deveriam estar ativos ou não, isto é, quando as mediçõesdeveriam ser realizadas. Além disso, o dispositivo decontrole (28) compreende um dispositivo de estocagem (29)que se comunica com o dispositivo de processamento (27)através de um controle/barramento de endereços padrão (nãomostrado). 0 dispositivo de estocagem (29) pode incluir umamemória de acesso aleatório (RAM) e/ou uma memória não-volátil, tal como uma memória de apenas leitura (ROM) . Osversados na arte compreenderão que dispositivos deestocagem podem incluir vários tipos de instrumentosfísicos para estocagem temporária ou permanente dos dados,o que inclui instrumentos no estado sólido, magnéticos,óticos ou combinação dos mesmos. Por exemplo, osdispositivos de estocagera podem ser implementadosutilizando um ou mais dispositivos físicos como DRAM,PROMS, EPROMS, EEPROMS, memória flash, e os similares. 0dispositivo de estocagem (29) pode compreender,adicionalmente, um programa de computador (21)compreendendo instruções para que um computador desempenheetapas do método de acordo com a presente invenção.

0 dispositivo de controle (28) também é adaptado paracontrolar o distribuidor de resina (18) de modo adeterminar uma quantidade de resina que deve ser aplicadasobre um substrato durante o processo para produção de umsubstrato em camadas. Este controle do distribuidor daresina (18) é realizado utilizando dados experimentaiscoletados que podem ser estocados no dispositivo deestocagem (29) oriundo do primeiro e/ou segundodispositivos de medição (24 e 26, respectivamente), e ummodelo de calibração calculado, que pode ser estocado nodispositivo de estocagem (29) . Preferencialmente, o modelode calibração é baseado nos dados experimentais coletadosdos substratos nos primeiro e segundo estágios do processo.

De acordo com uma realização alternativa da presenteinvenção, dados experimentais referentes à dosagem deendurecedor aplicado e à velocidade da linha dotransportador (14) podem ser utilizados no cálculo domodelo de calibração. Estes dados experimentais podem serobtidos por meio de um dispositivo de medição de dosagem deendurecedor (30) e de um sensor de velocidade na linha(32). 0 uso de integração dos sinais do processo nainvenção não é, contudo, limitado à dosagem do endurecedore à velocidade da linha, como um técnico no assuntoentenderá, e outros sinais relevantes provenientes doprocesso podem ser utilizados para este propósito. Taissinais incluem a temperatura e/ou a umidade atmosférica nolocal onde ocorre o processo, a temperatura da prensa, ouos efeitos do aquecedor.

Com relação à Figura 3, uma realização alternativa dapresente invenção é mostrada. Partes ou dispositivosmostrados nas Figuras 2 e 3 e que possuam função (oufunções) similar(es) ou próxima(s) serão denotados com osmesmos numerais de referência. Nesta realização, o primeirodispositivo de medição (24) adaptado para coletar pelomenos um primeiro conjunto de dados de medição referentesaos parâmetros do substrato é disposto após o distribuidordo endurecedor (16). Além disso, o segundo dispositivo demedição (26) adaptado para coletar pelo menos um segundoconjunto de dados de medição referentes aos parâmetros dosubstrato está localizado entre o distribuidor de resina(18) e a prensa rolo a quente (20). A função de, e alocalização de outros dispositivos e partes, tal como odispositivo de controle (28), são os mesmos da realizaçãomostrada na Figura 2 e, portanto, as descrições destes sãoomitidas nesta realização.

No que se refere à Figura 4, os princípios gerais dométodo para controlar um processo para produzir umsubstrato em camadas de acordo com a presente invençãoserão descritos. As etapas diferentes serão descritas agoraseguindo a ordem do fluxo para o processo de produção (istoé, no sentido do transportador (14), que é indicado com aseta A). Primeiro, na etapa (30), um endurecedor é aplicadosobre o substrato através do distribuidor do endurecedor(16). Em seguida, na etapa (32), pelo menos um primeiroconjunto de dados de medição referente aos parâmetros dosubstrato é coletado em um primeiro estágio do processoempregando um primeiro dispositivo de medição (24) que,como indicado acima, é preferencialmente uma sonda NIRadaptada para operar com comprimentos de onda na faixa de400-2500 nm. Os dados de medição são transferidos para odispositivo de controle (28) para uso na determinação dadosagem de resina com base no modelo de calibração. Em umarealização, a primeira sonda NIR (24) é localizada antes dodistribuidor do endurecedor (16). Ά seguir, na etapa (34),pelo menos um segundo conjunto de dados de mediçãoreferentes aos parâmetros do substrato empregando umsegundo dispositivo de medição (26) que, como indicadoacima, é preferencialmente uma sonda NIR adaptada paraoperar com comprimentos de onda na faixa de 400-2500 nm. Osdados de medição são transferidos para o dispositivo decontrole (38) para utilização na determinação da dosagem deresina tomando por base o modelo de calibração. Em umarealização, a segunda sonda NIR (26) está localizada antesda prensa rolo a quente (22) e após o distribuidor daresina (19). Subseqüentemente, na etapa (36), umaquantidade de resina a ser aplicada sobre o substrato écontrolada utilizando os dados de medição coletados dasprimeiras e segundas sondas NIR (24 e 26, respectivamente),e um modelo de calibração calculado. 0 modelo de calibraçãoé, como indicado acima e, como será descrito em maioresdetalhes abaixo, tomando por base os dados de mediçãocoletados dos substratos através das primeiras e segundassondas NIR (24 e 26, respectivamente).

Preferencialmente, os dados de medição coletados dosubstrato no primeiro estágio do processo, isto é, pelaprimeira sonda NIR (24), e no segundo estágio do processo,isto é, pela segunda sonda NIR (26) , durante o processo deprodução são comparados no dispositivo de controle (28) comdados de referência provenientes do modelo de calibração,calculado durante a produção de um substrato em camadas, demodo a ajustar a dosagem da resina às propriedades dosubstrato especifico no processo.

Finalmente, na etapa (38), o substrato é transladadopara a prensa rolo a quente . (22), onde pelo menos umacamada é aplicada sobre o substrato de modo a formar umsubstrato em camadas.

Como indicado acima, dados referentes à dosagem doendurecedor aplicada sobre as amostras-teste do substrato edados referentes à velocidade da linha do dispositivo detransporte (14) são utilizados quando se calcula o modelode calibração.

DESENVOLVIMENTO DO MODELO DE CALIBRAÇÃO

A técnica espectroscópica de NIR ganhou uma largaaceitação nos anos recentes como uma ferramenta poderosa dediagnóstico, particularmente com o propósito deconfiabilidade e controle em linha do processo em ambientesindustriais mais severos (Antti et al. Journal ofChemometrics, 10, 591-603 (1996), Pope J. M. "Near-InfraredSpectroscopy of Wood Products" (1995), Conners Τ. E. andBanerjee S. Ed., "Surface Analysis of Paper", 142-151).Normalmente, na espectroscopia de NIR, são utilizadoscomprimentos de onda entre 400-2500 nm. Os princípiosfundamentais da espectroscopia de NIR têm sido resumidos emum grande número de artigos, por exemplo, em BartonSpectrocopy Europe 14, no. 1, 12-18 (2002) . Uma razãoprincipal para o sucesso da espectroscopia de NIR é odesenvolvimento de técnicas de análise multivariável, quetêm tornado possível manusear a enorme quantidade de dadosobtidos em tais medidas de NIR, por exemplo, análise decomponentes principais (PCA) e projeção parcial dos mínimosquadrados para estruturas latentes (PLS), vide, entreoutros, P. Geladi "Partial least-S.quar.es Regression: Atutorial", Anal. Chim. Acta, 185, 1-32. (1986). Uma outratécnica pode ser regressão de componentes principais (PCR).

Nos anos recentes, outras técnicas apropriadas paramanusear grandes quantidades de dados têm sidodesenvolvidas, tais como redes neurais.

Análise do componente principal (PCA)

Por PCA, um conjunto de variáveis correlacionadas écondensado em um conjunto menor de variáveis nãocorrelacionadas. Esta transformação consiste de uma rotaçãodo' sistema de coordenada, resultando no alinhamento dainformação de um menor número de eixos do que no arranjooriginal. Desse modo, as variáveis que são altamentecorrelacionadas umas com as outras serão tratadas como umaentidade única. Utilizando PCA, seria então possível obterum pequeno conjunto de variáveis não-correlacionadasrepresentando ainda a maioria da informação que estavapresente no conjunto original de variáveis, mas sendo muitomais fácil utilizar nos modelos. Em geral, de 2 a 15componentes principais corresponderão por 85% a 98% davariância das variáveis.

Projeção parcial dos mínimos quadrados para estruturaslatentes (PLS)

PLS é um método computacional e de modelagem atravésdo qual relações quantitativas podem ser estabelecidasentre blocos de variáveis, isto é, um bloco de descritoresde dados (espectro) para uma série de amostras e um blocode dados de respostas medidas sobre estas amostras. Pelarelação quantitativa entre os blocos, é possível introduzirdados espectrais para uma nova amostra ao descritor dedados e fazer previsões sobre a resposta esperada. Umagrande vantagem do método é que os resultados podem sercalculados graficamente por diferentes gráficos. Na maioriados casos, interpretações visuais do gráfico sãosuficientes para obter um bom entendimento das diferentesrelações entre as variáveis. 0 método é baseado nasprojeções, similar ao PCA. 0 método PLS é divulgado emdetalhes em Carisson R., "Design and optimization inorganic synthesis", e B. G. M. Vandeginste, O. M.Kavalheim, Eds., "Data handling in science and Technology",(Elsevier, 1992), vol. 8.

Principais componentes da regressão (PCR)

PCR está diretamente relacionado ao PCA e ao PLS.Como no PCA cada objeto no descritor de bloco é projetadoem um espaço dimensional menor produzindo dados e cargas.Os dados regressam então na direção do bloco de resposta emum procedimento de mínimos quadrados produzindo um modelode regressão que pode ser utilizado para prever amostrasdesconhecidas. Os mesmos modelos estatísticos podem serutilizados para validar o modelo, como no PCA e no PLS.

PCA, PLS, e PCR são descritos a fundo em P. Geladi"Partial Ieast-Squares Regression: A tutorial", Anal. Chim.Acta, 185, 1-32 (1986).

Modelagem hierárquica e seqüencial

Modelagem hierárquica é um método onde dados e/ouresíduos oriundos de um modelo são utilizados comovariáveis em um outro modelo. 0 método é descrito por S.Wold et al. em "Hierarchical multiblocks PLS and PC modelsfor easier model interpretation and as an alternative tovariable selection", Journal of Chemometrics, vol. 10, 463-482 (1996).

Estes métodos são desenvolvidos ainda por S. Wold nodocumento WO 2004/003671 Al, que descreve um método paraaplicação em um processo industrial, compreende um primeirosub-processo e um segundo sub-processo disposto em umprocesso em camada, compreende, para o segundo sub-processoas etapas de coletar dados e calcular um sub-modelomultivariável tomàndo por base os dados coletados, ditométodo sendo caracterizado pelas etapas de receber noprimeiro sub-processo oriundo do segundo sub-processoinformação referente ao sub-modelo multivariável calculadopara o segundo sub-processo, coletar dados relativos aoprimeiro sub-processo, e calcular um sub-modelomultivariável para o primeiro sub-processo tomando por baseos dados coletados e a informação recebida.Redes neurais

Redes neurais artificiais (ANNs) são descriçõesmatemáticas do que é conhecido sobre uma estrutura física emecanismo de aprendizado e conhecimento biológico (J.Zupan, J. Gasteiger, Anl. Chim. Acta. 248 (1991) 1-30). OANN pode ser utilizado para prognóstico e previsão devalores de saída e para detecção de tendências.

Exemplo: Previsão de dosagem de resina

De acordo com um primeiro exemplo, um primeiroinstrumento ou sonda NIR (24) foi introduzido antes dodistribuidor do endurecedor (16), e um segundo instrumentoou sonda NIR (26) foi introduzido antes do rolo calendárioa quente (20) e após o distribuidor de resina (20) , comomostrado esquematicamente na Figura 2. Neste exemplo, ambosos instrumentos eram do tipo conjunto de diodos operando a900-1700 nm. De fato, instrumentos operando a, por exemplo,400-2500 nm também podem ser utilizados. Contudo, testescomparativos entre instrumentos operando a comprimentos deonda entre 900-1700 nm e instrumentos operando acomprimentos de onda entre 400-2500 nm têm mostradoresultados similares. A operação dos instrumentos (24,26)foi sincronizada de modo a tornar possível coletarespectros oriundos da mesma placa de amostra-teste nos doispontos de medição ou estágios do processo. As seguintesvariáveis: tipo da placa (dois fabricantes diferentes),dosagem de endurecedor (5-15 g/m2) , velocidade da linha(12-19 m/min) e aplicação da resina (resinauréia/formaldeído UF 1205 da Casco Adesivos AB, 45-70 g/m2)foram variados de acordo com um projeto experimental 24 comtrês pontos centrais. Medições da dosagem de resina realforam realizadas por análise gravimétrica das placas testesantes e após a aplicação da resina. Neste caso os modelosPLS para previsão da dosagem de resina foram utilizados. Osmodelos PLS foram construídos utilizando diferentesestratégias de modelagem, conforme a Tabela 1. 0 vetorcaracterístico consistiu de quatro medidas de cadaconfiguração de acordo com o projeto experimental. 0 errode previsão da raiz quadrada média (RMSEP) para o conjuntoteste foi utilizado para calcular a performance do modelo.R2 representa a soma cumulativa dos quadrados da dosagem deresina prevista explicada pelos componentes extraídos. Q2representa a fração da variação total da dosagem de resina,que pode ser prevista pelos componentes extraídos, comoestimado por validação cruzada. Na validação cruzada partesdos dados é mantida fora do desenvolvimento do modelo e éentão prevista pelo modelo e comparada com os valoresreais.

Tabela 1

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As estratégias de modelagem foram as seguintes:

A) Apenas a sonda NIR posterior ao distribuidor deresina. Os dados de medida contêm valores deabsorbância de 128 a comprimentos de onda na faixa de900 a 1700 nm utilizando 44 placas de teste.

B) Ambas as sondas NIR foram utilizadas. Os dados demedida contêm valores de absorbância de 128 acomprimentos de onda na faixa de 900 a 1700 nmutilizando 44 placas de teste.

C) Ambas as sondas NIR foram utilizadas. Os dados demedida contêm valores de absorbância de 128 acomprimentos de onda na faixa de 900 a 1700 nmutilizando 44 placas de teste. Os resultados naTabela 1 contêm os dados espectrais da sonda NIRposterior ao distribuidor de resina e valores dedesempenho para cada placa oriunda de doiscomponentes principais da análise PCA dos dadosespectrais provenientes da sonda NIR localizadaanteriormente ao distribuidor de endurecedor.

D) Como no modelo A, incluindo a velocidade da linha e adosagem de endurecedor exatas para cada placa.

E) Como no modelo C, incluindo a velocidade da linha e adosagem de endurecedor exatas para cada placa.

Os resultados acima demonstram claramente asvantagens de introduzir a informação espectroscópicaoriunda da primeira sonda NIR como avaliações de desempenho("scores") de uma análise de PCA. Contudo, como umaalternativa, a análise de PLS poderia ser utilizada aoinvés da análise de PCA dos dados espectrais provenientesda primeira sonda NIR.

0 modelo C é superior aos modelos AeB porcomparação de RMSEP e o modelo E é superior ao modelo D. 0modelo E mostra a melhor capacidade de previsão geral dosmodelos comparados.

Exemplo: Previsão da permeabilidade

Madeira aglomerada com diferentes característicasforam construídas de acordo com um planejamentoexperimental, onde a densidade da placa, a quantidaderelativa de chips na superfície e a razão molar entreformaldeído e uréia na resina a base de uréia/formaldeídoforam variados de acordo com um planejamento 23. As placasforam analisadas utilizando espectroscopia NIR na faixa decomprimento de onda de 410-2250 nm sobre placas rotativas ea permeabilidade do ar através das placas foi determinada.

A modelagem dos dados espectroscópicos utilizando PLS compermeabilidade como resposta resultou em um modelo de oitocomponentes descrevendo 75,1% da variação napermeabilidade. Portanto, os resultados acima indicam queum controle melhorado da permeabilidade do substrato podeser obtido utilizando um modelo de calibração de acordo coma presente invenção.

Embora realizações específicas tenham sido mostradase descritas no presente pedido com o propósito de ilustrare exemplificar, aqueles versados na arte entendem que asrealizações específicas mostradas e descritas podem sersubstituídas por uma ampla variedade de implementaçõesalternativas e/ou equivalentes sem se afastar do escopo dapresente invenção. Os técnicos no assunto compreenderão deimediato que a presente invenção poderia ser implementadaem uma ampla variedade de realizações, compreendendoimplementações de hardware e software, ou combinaçõesdestes. Este pedido pretende envolver quaisquer adaptaçõesou variações das realizações discutidas no mesmo.Conseqüentemente, a presente invenção é definida pelo textodas reivindicações em anexo e equivalentes.

Claims (20)

1. Um método para controlar um processo para produzir umsubstrato em camadas (12), dito processo envolvendoas etapas de aplicar (30) um endurecedor sobre o ditosubstrato (12); aplicar uma resina sobre o ditosubstrato (12); e transportar o dito substrato (12) auma prensa (20) por meio de um dispositivo detransporte (14) onde pelo menos uma camada é aplicada(38) sobre o dito substrato (12) em uma etapa deprensagem com o objetivo de formar um substrato emcamadas, dito método compreendendo as etapas·adicionais de:coletar (32) pelo menos um primeiro conjunto dedados experimentais relacionados, a parâmetros do"dito substrato (12) em um primeiro estágio: doprocesso empregando um primeiro dispositivo demedição (24), dito primeiro estágio do processoestando localizado antes da dita etapa deprensagem na direção de translação (A) do ditodispositivo de transporte (14);coletar (34) pelo menos um segundo conjunto dedados experimentais relacionados a parâmetrosdo dito substrato (12) em um segundo estágio doprocesso empregando um segundo dispositivo demedição (26), dito segundo estágio do processoestando localizado antes da dita etapa deprensagem e após o dito primeiro estágio doprocesso na direção de translação (A) do ditodispositivo de transporte (14); econtrolar (36) uma quantidade de resina a seraplicada sobre um substrato (12) na dita etapade aplicar resina durante o dito processo paraprodução de substratos em camadas utilizandodados experimentais coletados a partir dos ditos,primeiro e segundo estágios do processo e ummodelo de calibração calculado, dito modelosendo baseado nos dados experimentais coletadosde substratos nos ditos primeiro .e/ou segundoestágios do processo.

2. 0 método de acordo com a reivindicação 1, onde aetapa de controle (36) compreende as etapas de:comparar os ditos dados experimentais coletados,do substrato nos ; ditos primeiro e. segundoestágios do processo com referência' aos dados"do dito modelo de calibração calculado durante:a produção do substrato em camadas.

3. 0 método de acordo com as reivindicações 1 ou 2, ondeo dito primeiro estágio do processo é localizadoantes da dita etapa de aplicação (30) do endurecedor.sobre o dito substrato (12).

4. O método de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, onde o dito segundoestágio do processo é localizado após a dita etapa deaplicação da resina sobre o dito substrato (12).

5. O método de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, compreendendo as etapasadicionais de:coletar dados relacionados à dosagem deendurecedor aplicado sobre um substrato durantea produção do substrato em camadas; e utilizaros ditos dados de dosagem do endurecedor nadita etapa de controle (36).

6. O método de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, compreendendo as etapasadicionais de:coletar dados relacionados a velocidade dalinha do dito transportador durante a produçãodo substrato em camadas e utilizar os ditosdados da velocidade da linha na dita etapa decontrole (36).

7. O método de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, onde o dito modelo decalibração é calculado por meio de análisemultivariada,

8. O método de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, compreendendo as etapasadicionais de:coletar dados experimentais de amostras testedo substrato no dito primeiro estágio doprocesso;organizar os dados experimentais coletados dasditas amostras teste no dito primeiro estágiodo processo em pelo menos uma matriz;calcular um primeiro sub-modelo para o ditoprimeiro estágio do processo utilizando análisemultivariada; ereceber, no segundo estágio do processoproveniente de pelo menos um primeiro estágiodo processo, informação referente a um sub-modelo multivariado calculado para pelo menos odito primeiro estágio do processo.

9. 0 método de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, onde os ditos dadosexperimentais são coletados por meio de um métodoespectrométrico e/ou a partir de variáveis doprocesso.

10. 0 método de acordo com a reivindicação 9, onde o ditométodo espectrométrico utiliza ultravioleta,infravermelho, infravermelho próximo, ou luz visível.

11. Um sistema (10) para controlar um processo paraproduzir um substrato em camadas (12), dito sistemacompreendendo dispositivos para aplicar umendurecedor sobre o dito substrato (16);·dispositivospara aplicação de uma- resina sobre o dito' substrato(18); e dispositivos de transporte (14) adaptadospara transladar o. dito substrato (12) a umdispositivo de prensagem (20) adaptado para aplicarpelo menos uma camada sobre o dito substrato (12) como objetivo de formar um substrato em camadas, ditosistema compreendendo adicionalmente:um primeiro dispositivo de medição (24)adaptado para coletar pelo menos um primeiroconjunto de dados experimentais referentes aosparâmetros do dito substrato (12) em umprimeiro estágio do processo, dito primeirodispositivo de medição (24) sendo dispostoantes do dito dispositivo de prensagem (20) nadireção de translação (A) do dito dispositivode transporte (14);um segundo dispositivo de medição (26) adaptadopara coletar pelo menos um segundo conjunto dedados experimentais referentes aos parâmetrosdo dito substrato (12) em um segundo estágio doprocesso, dito segundo dispositivo de medição(26) sendo disposto antes do dito dispositivode prensagem (20) e após o dito primeirodispositivo de medição (24) na direção detranslação (A) do dito dispositivo detransporte (14); edispositivos de controle (28) conectados aosditos primeiro e segundo dispositivos demedição (24,26) sendo adaptados para controlaro dito dispositivo de aplicação de resina (18)dé modo a determinar uma guantidade a seraplicada sobre um substrato durante o ditoprocesso para produzir um substrato em camadasutilizando dados de medição coletados a partirdos ditos primeiro e segundo estágios doprocesso e um modelo de calibração calculado,dito modelo sendo baseado em dados de mediçãocoletados de substratos nos ditos primeiro e/ousegundo estágios do processo.

12. O sistema de acordo com a reivindicação 11, onde odito dispositivo de controle (28) é adaptado paracomparar os ditos dados de medida coletados dosubstrato nos ditos primeiro e segundo estágios doprocesso com dados de referência do dito modelo decalibração calculado durante a produção de umsubstrato em camadas.

13. O sistema de acordo com as reivindicações 11 ou 12,onde o dito primeiro dispositivo de medição (24) estálocalizado antes do dito dispositivo de aplicação doendurecedor (16).

14. 0 sistema de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores 11-13, onde o dito segundodispositivo de medição (26) está localizado após odito dispositivo de aplicação da resina (18).

15. 0 sistema de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores 11-14, onde o dito primeirodispositivo de medição (24) é uma sonda adaptada paracoletar dados por meio de um método espectrométrico.

16. 0 sistema de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes 11-15, onde o dito segundodispositivo de medição (26) é uma sonda adaptada paracoletar dados por meio de um método espectrométrico.

17. Um sistema (10) para controlar um processo paraproduzir um substrato em camadas (12) em uma linha doprocesso, a dita linha do processo compreendendodispositivos para aplicar um endurecedor sobre o ditosubstrato (16); dispositivos para aplicação de umaresina sobre o dito substrato (18); e dispositivos detransporte (14) adaptados para transladar o ditosubstrato (12) a um dispositivo de prensagem (20)adaptado para aplicar pelo menos uma camada sobre odito substrato (12) com o objetivo de formar umsubstrato em camadas, dito sistema compreendendoadicionalmente:um primeiro dispositivo de medição (24)adaptado para coletar pelo menos um primeiroconjunto de dados experimentais referentes aosparâmetros do dito substrato (12) em umprimeiro estágio do processo, dito primeirodispositivo de medição (24) sendo dispostoantes do dito dispositivo de prensagem (20) nadireção de translação (A) do dito dispositivode transporte (14);um segundo dispositivo de medição (26) adaptadopara coletar pelo menos um segundo conjunto dedados experimentais referentes aos parâmetrosdo dito substrato (12) em um segundo estágio doprocesso, dito segundo dispositivo de medição(26) sendo disposto antes do dito dispositivode prensagem (20) e após o dito primeirodispositivo de medição (24) na direção detranslação (A) do dito dispositivo detransporte (14); edispositivos de controle (28) conectados aosditos primeiro e segundo dispositivos demedição (24,26) sendo adaptados para controlaro dito dispositivo de aplicação de resina demodo a determinar uma quantidade a ser aplicadasobre um substrato (12) durante o dito processopara produzir um substrato em camadasutilizando dados de medição coletados a partirdos ditos primeiro e segundo estágios doprocesso e um modelo de calibração calculado,dito modelo sendo baseado em dados de mediçãocoletados de substratos nos ditos primeiro e/ousegundo estágios do processo.

18. O sistema de acordo com a reivindicação 17, onde odito sistema é disposto de acordo com qualquer umadas reivindicações precedentes 11-16.

19. Um produto de programa de computador (21), que quandoexecutado em um computador, realiza etapas de acordocom qualquer uma das reivindicações 1-10.

20. Instrumento legivel em computador compreendendoinstruções para permitir que um computador realize ummétodo de acordo com qualquer um das reivindicaçõesanteriores 1-10.