CN104844017A - 一种自动控制光纤涂覆直径的方法、系统及光纤拉丝装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动控制光纤涂覆直径的方法、系统及光纤拉丝装置，涉及光纤拉丝中的湿加湿涂覆领域。该方法包括以下步骤：光纤预制棒在冷却的过程中，调节光纤的冷却气体流量；光纤预制棒在冷却后涂覆内涂层的过程中，调节光纤预制棒内涂层的涂覆温度和涂覆压力；光纤预制棒在冷却后涂覆外涂层的过程中，调节光纤预制棒外涂层的涂覆温度和涂覆压力。本发明在提高涂层直径的稳定性的同时，能够简化拉丝工艺，降低拉丝所需的材料成本，对于提高光纤的生产效率，获得高品质光纤，降低成本具有重大意义。
Description
技术领域
本发明涉及光纤拉丝中的湿加湿涂覆领域，具体涉及一种自动控制光纤涂覆直径的方法、系统及光纤拉丝装置。
背景技术
随着光纤到户和4G(第四代移动通信技术)网络的实施建设，市场对光纤需求量大幅增加，进而使得光纤厂家不断新建和扩产。光纤厂家在生产过程中，不断改进光纤的生产工艺，以降低生产成本，提高生产效率，进而增加市场占有率和存活的资本。
现有的降低光纤生产成本，提高光纤生产效率的方法一般为：通过大尺寸光纤预制棒拉丝以提高拉丝速度。但是，提高拉丝速度会对光纤带来负面影响(例如引纤过长、冷却不足、丝径波动大等)。因此，如何在高速拉丝出高质量光纤的同时，还能够降低光纤材料成本，已经成为光纤制造时需要解决的重要问题。
高质量光纤的条件为：比较稳定的外径、较高的机械强度和较少的缺陷，上述条件均与光纤的涂覆工艺有着直接关联。与此同时，光纤的涂覆工艺还对光纤其他性能(例如微弯、剥离力、着色工序等)有至重要的影响。因此，高质量光纤在拉丝过程中，需要对涂覆工艺的涂覆直径进行严格控制。
光纤在拉丝中有多个工艺参数对涂覆直径产生影响(例如拉丝速度、冷却气流量、涂覆压力、涂覆温度等)。目前人们一般手动调整涂覆直径，调整方式比较单一，不仅会产生许多工艺问题(例如丝径波动)，而且随着拉丝速度的提升，手动调整涂覆直径的材料成本(例如引纤数量)也会相应增加。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种自动控制光纤涂覆直径的方法、系统及光纤拉丝装置，本发明在提高涂层直径的稳定性的同时，能够简化拉丝工艺，降低拉丝所需的材料成本，对于提高光纤的生产效率，获得高品质光纤，降低成本具有重大意义。
为达到以上目的，本发明提供的自动控制光纤涂覆直径的方法，包括以下步骤：
S1：光纤预制棒在冷却的过程中，当光纤的拉制速度以步长为0～100m/min发生变化时，调节光纤的冷却气体流量，光纤冷却气体流量的流量斜率为0.002～0.01(L/min)/(m/min)，转到步骤S2；
S2：光纤预制棒在冷却后涂覆内涂层的过程中，当光纤的拉制速度以步长为0～100m/min发生变化时，分别调节内涂层的涂覆温度和涂覆压力，以自动控制内涂层的直径保持恒定；涂覆温度的调温斜率为0.01～0.05℃/(m/min)，涂覆压力的调压斜率为0.001～0.005bar/(m/min)，转到步骤S3；
S3：光纤预制棒在冷却后涂覆外涂层的过程中，当光纤的拉制速度以步长为0～100m/min发生变化时，分别调节外涂层的涂覆温度和涂覆压力，以自动控制内涂层的直径保持恒定；涂覆温度的调温斜率为0.01～0.04℃/(m/min)，涂覆压力的调压斜率为0.001～0.005bar/(m/min)。
在上述技术方案的基础上，步骤S1中所述流量斜率为0.008(L/min)/(m/min)。
在上述技术方案的基础上，步骤S2中所述调温斜率为0.02℃/(m/min)或0.025℃/(m/min)。
在上述技术方案的基础上，步骤S2中所述调压斜率为0.003bar/(m/min)或0.004bar/(m/min)。
在上述技术方案的基础上，步骤S3中所述调温斜率为0.02℃/(m/min)或0.03℃/(m/min)。
在上述技术方案的基础上，步骤S3中所述调压斜率为0.002bar/(m/min)或0.003bar/(m/min)。
本发明提供的实现上所述方法的自动控制光纤涂覆直径的系统，所述系统包括可编程逻辑控制器PLC、气体流量控制模块、涂覆温度控制模块和涂覆压力控制模块，PLC分别与气体流量控制模块、涂覆温度控制模块、涂覆压力控制模块相连；
所述PLC用于：设定光纤的拉制速度的变化量为步长0～100m/min；设定光纤冷却气体流量的流量斜率为0.002～0.01(L/min)/(m/min)；设定光纤内涂层的涂覆温度的调温斜率为0.01～0.05℃/(m/min)，涂覆压力的调压斜率为0.001～0.005bar/(m/min)；设定光纤外涂层的涂覆压力的调压斜率为0.01～0.04℃/(m/min)，调压斜率为0.001～0.005bar/(m/min)；
当光纤的拉制速度发生变化时，PLC发送相应的光纤冷却气体流量的流量斜率至气体流量控制模块，发送相应的光纤内涂层和外涂层的调温斜率至涂覆温度控制模块，发送相应的光纤内涂层和外涂层的调压斜率至涂覆压力控制模块；
所述气体流量控制模块用于：根据PLC发送的流量斜率，控制光纤的冷却气体流量；
所述涂覆温度控制模块用于：根据PLC发送的调温斜率，分别控制光纤内涂层和外涂层的涂覆温度；
所述涂覆压力控制模块用于：根据PLC发送的调压斜率，分别控制光纤内涂层和外涂层的涂覆压力。
本发明提供的基于上述系统的光纤拉丝装置，包括从上之下依次设置的拉丝炉、冷却管、内涂覆杯、外涂覆杯、紫外线UV灯，UV灯的下方设置有张力轮、牵引轮和收丝筒；
所述光纤拉丝装置还包括自动控制光纤涂覆直径的系统，所述牵引轮(9)与系统中PLC的信号输入端电连接，PLC信号输出端分别与气体流量控制模块、涂覆温度控制模块、涂覆压力控制模块电连接；气体流量控制模块与冷却管电连接，涂覆温度控制模块分别与内涂覆杯、外涂覆杯电连接，涂覆压力控制模块分别与内涂覆杯、外涂覆杯电连接；
光纤在拉丝过程中，当PLC监测到牵引轮的拉制速度发生变化时：
PLC发送相应的流量斜率至气体流量控制模块，气体流量控制模块根据流量斜率，控制冷却管中冷却气体的流量；
PLC发送相应的光纤内涂层和外涂层的调温斜率至涂覆温度控制模块，涂覆温度控制模块根据调温斜率，分别控制内涂覆杯和外涂覆杯的涂覆温度；
PLC发送相应的光纤内涂层和外涂层的调压斜率至涂覆压力控制模块，涂覆压力控制模块调压斜率，分别控制光纤内涂覆杯和外涂覆杯的涂覆压力。
在上述技术方案的基础上，所述拉丝炉出口处设置裸光纤测径仪，所述UV灯与张力轮之间设置有涂层直径测径仪。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明根据光纤预制棒拉制速度的变化，预先设定光纤冷却气体流量、光纤预制棒涂覆时的涂覆温度和涂覆压力。进而能够实现实时对涂层直径进行调节控制(即使得内外层涂覆直径在较小的范围内波动)。与现有技术中手动调节光纤预制棒的涂层直径相比，本发明在提高涂层直径的稳定性的同时，避免了因拉丝速度的提升带来的工艺问题及材料成本的增加。因此，本发明能够简化拉丝工艺，降低拉丝所需的材料成本；对于提高光纤的生产效率，获得高品质光纤，降低成本具有重大意义。
附图说明
图1为本发明实施例中自动控制光纤涂覆直径的方法的流程图；
图2为本发明实施例中的光纤拉丝装置的结构示意图。
图中：1-光纤预制棒，2-拉丝炉，3-冷却管，4-内涂覆杯，5-外涂覆杯，6-UV灯，7-涂层直径测径仪，8-张力轮，9-牵引轮，10-收丝筒。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
首先阐述本发明的原理：
本发明需要自动控制涂覆涂层的直径，包括内涂层直径控制和外涂层直径控制。内涂层直径一般由光纤的拉丝速度、涂层的涂覆温度、涂覆压力和光纤的冷却气体流量四个因素决定；外涂层直径一般由光纤的拉丝速度、涂层的涂覆温度、涂覆压力三个因素决定。
由于光纤的拉丝速度变大，涂层直径变小，而涂覆温度、涂覆压力和冷却气体流量变大，均会导致涂层直径变大，因此，通过PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)和相应的功能模块，能够对上述因素进行控制。实时想法为：以拉丝速度为变量输入给PLC，PLC分别输出相应的数值至相应的功能模块(涂覆温度控制模块、涂覆压力控制模块和气体流量控制模块)，进而根据拉素速度的变量相应调节涂层(内涂层和外涂层)的涂覆温度、涂覆压力和光纤冷却气体流量，以保持涂层的直径为恒定目标值。
参见图1所示，本发明实施例中的自动控制光纤涂覆直径的方法，包括以下步骤：
S1：光纤预制棒在冷却的过程中，当光纤的拉制速度以步长为0～100m/min发生变化时，调节光纤的冷却气体流量，光纤冷却气体流量的流量斜率为0.002～0.01(L/min)/(m/min)，流量斜率可以为0.008(L/min)/(m/min)，转到步骤S2。
S2：光纤预制棒在冷却后涂覆内涂层的过程中，当光纤的拉制速度以步长为0～100m/min发生变化时，分别调节内涂层的涂覆温度和涂覆压力，以自动控制内涂层的直径保持恒定；涂覆温度的调温斜率为0.01～0.05℃/(m/min)，调温斜率可以为0.02℃/(m/min)或0.025℃/(m/min)，涂覆压力的调压斜率为0.001～0.005bar/(m/min)，调压斜率可以为0.003bar/(m/min)或0.004bar/(m/min)，转到步骤S3。
S3：光纤预制棒在冷却后涂覆外涂层的过程中，当光纤的拉制速度以步长为0～100m/min发生变化时，分别调节外涂层的涂覆温度和涂覆压力，以自动控制内涂层的直径保持恒定；涂覆温度的调温斜率为0.01～0.04℃/(m/min)，调温斜率可以为0.02℃/(m/min)或0.03℃/(m/min)；涂覆压力的调压斜率为0.001～0.005bar/(m/min)，调压斜率可以为0.002bar/(m/min)或0.003bar/(m/min)。
本发明实施例中实现上述方法的自动控制光纤涂覆直径的系统，包括PLC、气体流量控制模块、涂覆温度控制模块和涂覆压力控制模块，PLC分别与气体流量控制模块、涂覆温度控制模块、涂覆压力控制模块相连。
PLC用于：设定光纤的拉制速度的变化量为步长0～100m/min；设定光纤冷却气体流量的流量斜率为0.002～0.01(L/min)/(m/min)；设定光纤内涂层的涂覆温度的调温斜率为0.01～0.05℃/(m/min)，涂覆压力的调压斜率为0.001～0.005bar/(m/min)；设定光纤外涂层的涂覆压力的调压斜率为0.01～0.04℃/(m/min)，调压斜率为0.001～0.005bar/(m/min)。
当光纤的拉制速度发生变化时，发送相应的光纤冷却气体流量的流量斜率至气体流量控制模块，发送相应的光纤内涂层和外涂层的调温斜率至涂覆温度控制模块，发送相应的光纤内涂层和外涂层的调压斜率至涂覆压力控制模块。
气体流量控制模块用于：根据PLC发送的流量斜率，控制光纤的冷却气体流量。
涂覆温度控制模块用于：根据PLC发送的调温斜率，分别控制光纤内涂层和外涂层的涂覆温度。
涂覆压力控制模块用于：根据PLC发送的调压斜率，分别控制光纤内涂层和外涂层的涂覆压力。
参见图2所示，本发明实施例中基于上述系统的光纤拉丝装置，包括自动控制光纤涂覆直径的系统，以及从上之下依次设置的拉丝炉2、冷却管3、内涂覆杯4、外涂覆杯5、UV(紫外线)灯6，UV灯6的下方设置有张力轮8、牵引轮9和收丝筒10。拉丝炉2出口处设置裸光纤测径仪，UV灯6与张力轮8之间设置有涂层直径测径仪7。
牵引轮9与PLC的信号输入端电连接，PLC信号输出端分别与气体流量控制模块、涂覆温度控制模块、涂覆压力控制模块电连接；气体流量控制模块与冷却管3电连接，涂覆温度控制模块分别与内涂覆杯4、外涂覆杯5电连接，涂覆压力控制模块分别与内涂覆杯4、外涂覆杯5电连接。
本发明实施例中的光纤拉丝装置的拉丝过程为：光纤预制棒1在拉丝炉2的高温作用下熔融下坠，通过牵引形成裸光纤，通过裸光纤测径仪测量裸光纤的直径。裸光纤经过冷却管3降温冷却后，通过内涂覆杯4涂覆内涂层，通过外涂覆杯5涂覆外涂层，通过UV灯6固化，通过涂层直径测径仪7测量内涂层和外涂层的直径，通过张力轮8调节张力，最后通过牵引轮9牵引缠绕在收丝筒10上。
光纤在拉丝过程中，当PLC监测到牵引轮9的拉制速度发生变化时：
PLC发送相应的流量斜率至气体流量控制模块，气体流量控制模块根据流量斜率，控制冷却管3中冷却气体的流量。
PLC发送相应的光纤内涂层和外涂层的调温斜率至涂覆温度控制模块，涂覆温度控制模块根据调温斜率，分别控制内涂覆杯4和外涂覆杯5的涂覆温度。
PLC发送相应的光纤内涂层和外涂层的调压斜率至涂覆压力控制模块，涂覆压力控制模块调压斜率，分别控制光纤内涂覆杯4和外涂覆杯5的涂覆压力。
下面以在2100m/min的拉丝速度下，生产型号为G.652的光纤为例，详细说明本发明的装置。
G.652光纤的合格光纤涂层指标为：内涂直径190±10um，外涂直径245±10um。现有的方法拉制G.652光纤时，一般设定内涂层的涂覆压力为7.5bar，涂覆温度为55℃，光纤的冷却气体流量为10L/min；设定外涂层的涂覆压力为7bar，涂覆温度为60℃。
但是，光纤的涂层直径会因速度波动而波动，其波动范围分别为内涂层182～198um，外涂层237～252um；与此同时，进入2100m/min生产前的过渡引纤长达50km，浪费较大。
下面通过本发明的装置拉制G.652光纤的4个实施例进一步说明。
实施例1：设定牵引轮9的初始拉制速度为2100m/min，冷却管3中冷却气体的初始流量为10L/min；内涂层的初始涂覆温度为55℃，初始涂覆压力为7.5bar，对应的目标内涂层直径为190um。
当PLC检测到牵引轮9速度以步长15m/min降低到2050m/min时：PLC将流量斜率0.008(L/min)/(m/min)输出至气体流量控制模块，气体流量控制模块根据上述流量斜率，将冷却管3中冷却气体的流量降低至9.6L/min。
PLC将调温斜率0.02℃/(m/min)输出至涂覆温度控制模块，涂覆温度控制模块根据上述调温斜率，将内涂覆杯4的涂覆温度降低至54℃。
PLC将调压斜率0.003bar/(m/min)输出至涂覆压力控制模块，涂覆温度控制模块根据上述调压斜率，将内涂覆杯4的涂覆压力降低至7.35bar。
通过涂层直径测径仪7测试得出，实施例1中内涂层的直径为目标值190um。
实施例2：设定牵引轮9的初始拉制速度为2100m/min，冷却管3中冷却气体的初始流量为10L/min；内涂层的初始涂覆温度为55℃，初始涂覆压力为7.5bar，对应的目标内涂层直径为190um。
当PLC检测到牵引轮9速度以步长15m/min增加到2150m/min时：PLC将流量斜率0.01(L/min)/(m/min)输出至气体流量控制模块，气体流量控制模块根据上述流量斜率，将冷却管3中冷却气体的流量增加至10.5L/min。
PLC将调温斜率0.025℃/(m/min)输出至涂覆温度控制模块，涂覆温度控制模块根据上述调温斜率，将内涂覆杯4的涂覆温度增加至56.25℃。
PLC将调压斜率0.004bar/(m/min)输出至涂覆压力控制模块，涂覆温度控制模块根据上述调压斜率，将内涂覆杯4的涂覆压力增加至7.7bar。
通过涂层直径测径仪7测试得出，实施例2中内涂层的直径为目标值190um。
实施例3：设定牵引轮9的初始拉制速度为2100m/min，外涂层的初始涂覆温度为60℃，初始涂覆压力为7.0bar，对应的目标外涂层直径为245um。
当PLC检测到牵引轮9速度以步长15m/min降低至2050m/min时：
PLC将调温斜率0.02℃/(m/min)输出至涂覆温度控制模块，涂覆温度控制模块根据上述调温斜率，将外涂覆杯5的涂覆温度降低至59℃。
PLC将调压斜率0.002bar/(m/min)输出至涂覆压力控制模块，涂覆温度控制模块根据上述调压斜率，将外涂覆杯5的涂覆压力降低至6.9bar。
通过涂层直径测径仪7测试得出，实施例3中外涂层的直径为目标值245um。
实施例4：设定牵引轮9的初始拉制速度为2100m/min，外涂层的初始涂覆温度为60℃，初始涂覆压力为7.0bar，对应的目标外涂层直径为245um。
当PLC检测到牵引轮9速度以步长15m/min增加至2150m/min时：
PLC将调温斜率0.03℃/(m/min)输出至涂覆温度控制模块，涂覆温度控制模块根据上述调温斜率，将外涂覆杯5的涂覆温度增加至61.5℃。
PLC将调压斜率0.003bar/(m/min)输出至涂覆压力控制模块，涂覆温度控制模块根据上述调压斜率，将外涂覆杯5的涂覆压力增加至7.15bar。
通过涂层直径测径仪7测试得出，实施例4中外涂层的直径为目标值245um。
终上所述，经过本发明的方法、系统和装置，不仅能够将光纤的内涂层直径控制为190±1um，外涂层直径控制为245±1um，而且不会受到测径仪的污染和故障的影响；与此同时，本发明能够将拉丝进入生产前的过渡引纤控制在15km以内，对于高速或更高速生产出高质量光纤有着重大意义。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (9)
1.一种自动控制光纤涂覆直径的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：光纤预制棒在冷却的过程中，当光纤的拉制速度以步长为0～100m/min发生变化时，调节光纤的冷却气体流量，光纤冷却气体流量的流量斜率为0.002～0.01(L/min)/(m/min)，转到步骤S2；
S2：光纤预制棒在冷却后涂覆内涂层的过程中，当光纤的拉制速度以步长为0～100m/min发生变化时，分别调节内涂层的涂覆温度和涂覆压力，以自动控制内涂层的直径保持恒定；涂覆温度的调温斜率为0.01～0.05℃/(m/min)，涂覆压力的调压斜率为0.001～0.005bar/(m/min)，转到步骤S3；
S3：光纤预制棒在冷却后涂覆外涂层的过程中，当光纤的拉制速度以步长为0～100m/min发生变化时，分别调节外涂层的涂覆温度和涂覆压力，以自动控制内涂层的直径保持恒定；涂覆温度的调温斜率为0.01～0.04℃/(m/min)，涂覆压力的调压斜率为0.001～0.005bar/(m/min)。
2.如权利要求1所述的自动控制光纤涂覆直径的方法，其特征在于：步骤S1中所述流量斜率为0.008(L/min)/(m/min)。
3.如权利要求1所述的自动控制光纤涂覆直径的方法，其特征在于：步骤S2中所述调温斜率为0.02℃/(m/min)或0.025℃/(m/min)。
4.如权利要求1所述的自动控制光纤涂覆直径的方法，其特征在于：步骤S2中所述调压斜率为0.003bar/(m/min)或0.004bar/(m/min)。
5.如权利要求1所述的自动控制光纤涂覆直径的方法，其特征在于：步骤S3中所述调温斜率为0.02℃/(m/min)或0.03℃/(m/min)。
6.如权利要求1所述的自动控制光纤涂覆直径的方法，其特征在于：步骤S3中所述调压斜率为0.002bar/(m/min)或0.003bar/(m/min)。
7.一种实现权利要求1至6任一项所述方法的自动控制光纤涂覆直径的系统，其特征在于：所述系统包括可编程逻辑控制器PLC、气体流量控制模块、涂覆温度控制模块和涂覆压力控制模块，PLC分别与气体流量控制模块、涂覆温度控制模块、涂覆压力控制模块相连；
所述PLC用于：设定光纤的拉制速度的变化量为步长0～100m/min；设定光纤冷却气体流量的流量斜率为0.002～0.01(L/min)/(m/min)；设定光纤内涂层的涂覆温度的调温斜率为0.01～0.05℃/(m/min)，涂覆压力的调压斜率为0.001～0.005bar/(m/min)；设定光纤外涂层的涂覆压力的调压斜率为0.01～0.04℃/(m/min)，调压斜率为0.001～0.005bar/(m/min)；
当光纤的拉制速度发生变化时，PLC发送相应的光纤冷却气体流量的流量斜率至气体流量控制模块，发送相应的光纤内涂层和外涂层的调温斜率至涂覆温度控制模块，发送相应的光纤内涂层和外涂层的调压斜率至涂覆压力控制模块；
所述气体流量控制模块用于：根据PLC发送的流量斜率，控制光纤的冷却气体流量；
所述涂覆温度控制模块用于：根据PLC发送的调温斜率，分别控制光纤内涂层和外涂层的涂覆温度；
所述涂覆压力控制模块用于：根据PLC发送的调压斜率，分别控制光纤内涂层和外涂层的涂覆压力。
8.一种基于权利要求7所述系统的光纤拉丝装置，包括从上之下依次设置的拉丝炉(2)、冷却管(3)、内涂覆杯(4)、外涂覆杯(5)、紫外线UV灯(6)，UV灯(6)的下方设置有张力轮(8)、牵引轮(9)和收丝筒(10)；
其特征在于：所述光纤拉丝装置还包括自动控制光纤涂覆直径的系统，所述牵引轮(9)与系统中PLC的信号输入端电连接，PLC信号输出端分别与气体流量控制模块、涂覆温度控制模块、涂覆压力控制模块电连接；气体流量控制模块与冷却管(3)电连接，涂覆温度控制模块分别与内涂覆杯(4)、外涂覆杯(5)电连接，涂覆压力控制模块分别与内涂覆杯(4)、外涂覆杯(5)电连接；
光纤在拉丝过程中，当PLC监测到牵引轮(9)的拉制速度发生变化时：
PLC发送相应的流量斜率至气体流量控制模块，气体流量控制模块根据流量斜率，控制冷却管(3)中冷却气体的流量；
PLC发送相应的光纤内涂层和外涂层的调温斜率至涂覆温度控制模块，涂覆温度控制模块根据调温斜率，分别控制内涂覆杯(4)和外涂覆杯(5)的涂覆温度；
PLC发送相应的光纤内涂层和外涂层的调压斜率至涂覆压力控制模块，涂覆压力控制模块调压斜率，分别控制光纤内涂覆杯(4)和外涂覆杯(5)的涂覆压力。
9.如权利要求8所述的光纤拉丝装置，其特征在于：所述拉丝炉(2)出口处设置裸光纤测径仪，所述UV灯(6)与张力轮(8)之间设置有涂层直径测径仪(7)。
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