CN107209127B - 对丝束的多个熔纺的纤维条子进行质量监控的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于在短纤维工艺过程中对丝束的多个熔纺的纤维条子进行质量监控的方法和设备。为此，将丝束的纤维条子平行、并排、带状地引导、共同卷曲变形并且切割成短纤维。在切割之前探测和分析丝束的至少一个表面特性。为了发现在丝束内的可能的异常情况，根据本发明在丝束的纤维条子上以面的方式或以线的方式横向于丝束地检测和分析表面温度。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于对丝束的大量熔纺的纤维条子进行质量监控的方法以及一种根据权利要求8的前序部分所述的用于在短纤维/切断纤维工艺过程中对丝束的大量熔纺的纤维条子进行质量监控的设备。
背景技术
用于对丝束的多个熔纺的纤维条子进行质量监控的此类方法和此类设备由文献WO 2007/073784 A1已知。
在制造短纤维时常见的是，在熔纺工艺过程中产生多个纤维条子。在一步式工艺过程/单级工艺过程中在熔融纺丝之后将纤维条子直接拉伸、卷曲变形并且切割成纤维。在两步式工艺过程/两级工艺过程中在熔融纺丝之后将纤维条子铺放在条筒中，以便随后在纤维生产线中作为丝束被拉伸、卷曲变形并且切割。与相应的工作步骤无关地，希望具有在工艺工序中的高一致性。然而在此通常不能避免由于例如纺丝装置失效、接收条筒的变换或其它材料缺陷例如纤维条子中的未伸张的塑化的材料积聚而引起的纤维条子中的缺陷。在已知的方法和已知的设备中，具有多个纤维条子的丝束的表面特性被连续探测。为此，通过摄像机系统获得丝束的表面的监控图像并且分析所述监控图像的缺陷。然而，缺陷的发现需要高耗费的图像分析，以便有针对性地确定纤维条子中的瑕疵。在此重要的是丝束的表面结构的标准图样，以便能够作出明确的诊断。
发明内容
因此本发明的目的是，对用于对丝束的多个熔纺的纤维条子进行质量监控的此类方法和此类设备这样加以改进，使得能够利用简单的方法/装置识别丝束或纤维束内的材料缺陷。
该目的根据本发明利用一种方法由下述方式实现，即在丝束的纤维条子上面状地或线状地横向于丝束地检测和分析表面温度。
该目的根据本发明在设备方面由下述方式实现，即监控装置具有用于测量纤维条子上的表面温度的测量装置。
本发明的有利的改进方案通过相应的从属权利要求的特征和特征组合来限定。
本发明使用了以下认识，即在热处理丝束的纤维条子时，材料缺陷、例如纤维加厚部、纤维端部、拼接处或未伸张的材料具有和纤维条子不相同的表面温度。因此已知的是，材料加厚部通过材料积聚或通过未伸张的纤维在例如通过蒸汽处理或通过接触加热实现的相同调温的情况下具有比纤维条子低的温度，或例如通过冷却而具有比纤维条子高的温度。通过检测丝束的纤维条子的表面温度可以通过比较来确定丝束中的异常情况。为此，在丝束的整个宽度上以面的方式或以线的方式检测表面温度。通过例如与平均表面温度相比较可以因此首先可靠地确定温度偏差并从中推导出丝束的纤维延伸长度中的异常情况。
因此优选地实施如下方法变型方案，其中，将在一个或多个测量区中测量到的表面温度实际值与之前由实际值求得的表面温度平均值相比较，对从中求得的差值进行评估以用于发现丝束中的缺陷。因此可以单独仅从表面温度的实际值中就识别出丝束的纤维结构中的异常情况。通过样本图像或理论温度给定的额外的参数不是必需的。
为了实现表面温度的面覆盖方式的测量，还提出，在纤维条子上通过探测红外辐射无接触地测量表面温度。因此由丝束的整个纤维表面产生红外辐射，其根据探测得出统一的温度剖面/温度分布/温度廓线。
优选地借助于热成像摄像机检测红外辐射并生成热图像和/或温度剖面。因此可以例如在显示器上可视化地显示热图像，从而操作人员可以直接识别不允许的偏差。
丝束内的多种材料缺陷已经是源于纺丝疵点，该纺丝疵点在纤维条子的熔纺过程中产生。因此可能由于所谓的纺丝喷滴而使得单独的液滴从纺丝喷嘴单元的下侧脱离并且导致在纤维条子内的材料积聚。在此甚至可能出现短时间的纺丝中断，其导致在纤维复合物内的材料空隙。就此来说，下述的方法变型方案是特别有利的，其中，紧接在熔纺的纤维条子冷却之后立即测量表面温度。因此，在纤维结合处内的材料积聚导致，该材料积聚由于冷却不充足而具有比纤维条子高的温度。就此来说可以通过纤维条子的表面温度来识别这种纺丝疵点。
在此存在以下可能性，即通过纺丝喷嘴单元纺出的纤维条子与相邻的纺丝喷嘴单元的纤维条子无关地被监控。为此，在通过多个纺丝喷嘴单元之一熔纺出的纤维条子上测量表面温度。因此可以例如基于纺丝疵点的积累通过工艺过程控制器开始清洁纺丝喷嘴单元的下侧。
为了识别特别在纤维条子拉伸过程中出现的材料缺陷，提出一种方法变型方案，其中，在在纤维生产线内引导的纤维条子上测量表面温度。纤维条子的监控在此优选地在被拉伸的丝束上进行，以便在识别缺陷的过程中利用拉伸的热反应。
为了测量表面温度，优选地应用根据本发明的设备，其中，测量装置具有与纤维条子间隔开地布置的红外探测器单元，该红外探测器单元的传感器对准丝束上的一个或多个测量区。因此可以在之前确定的测量区上以面覆盖的方式检测由纤维表面产生的红外辐射。
为此，红外探测器单元有利地具有热成像摄像机，从而能够实现直接整合/集成到纤维生产系统中。
为了监控纤维条子的熔纺工艺过程，提出所述设备的根据本发明的改进方案，其中，监控装置被分配给位于所述多个装置上游的纺丝装置。在此这不依赖于纺丝装置是直接在一步式工艺过程中连续地与处理装置相组合还是纺丝装置与用于暂时铺放丝束的条筒站共同作用。在此重要的是，由于纤维条子内的材料缺陷而在纤维条子熔融纺丝期间出现的纺丝疵点在冷却之后能够被识别。
为了彼此独立地监控通过纺丝装置的多个纺丝喷嘴单元产生的纤维条子，根据本发明的设备的下述改进方案是特别有利的，其中，监控装置具有多个测量装置。就此来说，每个纺丝喷嘴单元都可以分配有测量装置，以便监控在挤出之后被冷却的纤维条子。
为了识别特别在纤维生产线中处理丝束时出现的材料缺陷，提出根据本发明的设备的下述改进方案，其中，监控装置被分配给纤维生产线的装置之一。
特别是丝束中的缺陷——该缺陷由于塑化的材料的积聚而出现在丝束中——可能导致在系统部件、例如卷曲变形装置中的损坏。就此来说必须从丝束的纤维复合物中去除这种塑料部分。为此特别适合的是下述设备变型方案，其中，监控装置与工艺过程控制单元相联接，通过该工艺过程控制单元能够改变丝束的引导速度。因此可以特别在纤维生产线中在出现丝束的局部的加厚部时改变工艺过程速度。
在直接在纤维条子的纺丝之后出现的纤维条子中的材料缺陷的情况下，可以通过工艺过程控制单元改变纺丝喷嘴单元上的熔体通过量。因此可以例如切断单个的纺丝泵，以便能够在纺丝喷嘴单元之一上进行清洁。
在此特别有利的是，监控装置与信号发生器相联接，通过该信号发生器能够为操作人员产生信号、例如光信号或声音信号。因此能够在工艺过程速度降低时快速干预和排除丝束内的缺陷。
附图说明
为了进一步说明本发明，下面参考附图详细说明根据本发明的设备的一个实施例。
其中:
图1示意性地示出用于制造短纤维的系统的整体视图，
图2示意性地示出用于质量监控的根据本发明的设备的一个实施例的视图，
图3示意性地示出丝束的俯视图，
图4示意性地示出根据本发明的设备在纺丝装置方面的另一个实施例的视图，
图5示意性地示出根据本发明的设备在纺丝装置方面的又一个实施例的视图
具体实施方式
在图1中示意性地示出用于由丝束制造合成短纤维的系统。该系统具有处理装置3，以便接纳丝束用于进行处理和分割。处理装置3在专业领域也被称为所谓的纤维生产线，以便由丝束连续地制造短纤维。在图1中示出的处理装置3因此可以与熔纺装置1或选择性地与条筒站2组合。处理装置3因此既适用于制造短纤维的一步式工艺过程又适用于两步式工艺过程。
在图1中，熔纺装置1以及条筒站2象征性地示出并且在此不进一步说明。
处理装置3在该实施例中包括多个拉伸装置4和5、一个定型装置12、一个移距装置14、一个卷曲变形装置15、一个带式烘干机16、一个牵引调节装置17以及一个切割装置18。上述装置部件被依次布置以形成纤维行进路线。
拉伸装置4和5具有多个拉伸辊4.1和5.1，以便将多个熔纺的纤维条子以带形的布置引导成丝束。在此可以将纤维条子直接从熔纺装置1中抽出或另选地从条筒站2的多个条筒中抽出。在一步式工艺过程中，在熔纺装置1的多个纺丝站中由聚合物熔体挤出纤维条子并将纤维条子在冷却之后抽出并作为带形的布置结构并排地汇集成丝束。在两步式工艺过程中将分别中间存放在条筒中的丝束从多个条筒中以多个数量同时抽出并带形并排地作为丝束被引导。与纤维条子的提供无关地，在拉伸装置4和5之间拉伸丝束。为此，拉伸装置4和5的拉伸辊4.1和5.1被以差速驱动。在此，拉伸装置4或拉伸装置5的辊可以被单独驱动器或组合驱动器驱动。拉伸辊4.1和5.1在此优选地被悬伸地、并排地和上下重叠地布置，从而在拉伸辊4.1和5.1上形成丝束的S形纤维行进路线。依赖于聚合物类型和短纤维类型，可以将拉伸装置4和5的拉伸辊4.1和5.1设计为被加热的或不加热的。
如由图1的图示中得出地，在拉伸装置5后面跟随有定型装置12，该定型装置具有多个被加热的定型辊13。定型辊13同样被布置在辊支架上，其中，辊套被自由悬伸地保持。定型辊13的驱动可以通过单独驱动或组合驱动实现。
为了使得丝束的纤维条子在热定型之后卷曲变形，丝束的处理宽度通过移距装置14调节成卷曲变形宽度。移距装置14为此具有多个移距辊25。
跟随在移距装置14后面的卷曲变形装置15在该实施例中具有两个卷曲变形辊26，这两个卷曲变形辊与填塞箱27共同作用。
在卷曲变形装置15的排出侧上布置有带式烘干机16的传送带28，通过该传送带将被卷曲变形的纤维条子引导用于通过带式烘干机16烘干。
在纤维生产线的末端上设有牵引调节装置17以及切割装置18，以便将纤维条子连续地切割成具有规定的纤维长度的短纤维。
为了进行质量监控，处理装置3具有监控装置6，该监控装置在该实施例中在纤维行进路线中被布置在拉伸装置5与定型装置12之间。为了说明监控装置6，在此额外参考图2。图2示出具有布置在拉伸装置5与定型装置12之间的监控装置6的处理装置3局部。就此来说，只要不明确地指出参照哪个附图，下面的描述就对两个附图都适用。
监控装置6被设计为用于测量纤维条子的表面温度的测量装置。为了能够无接触地测量纤维条子上的表面温度，测量装置7具有红外探测器单元7.1。红外探测器单元7.1包含传感器的布置结构，这些传感器对准丝束的表面上的一个或多个测量区。传感器能够接收来自于纤维条子的辐射并且由此确定表面温度。作为红外探测器单元可以使用所谓的高温计或热成像摄像机。在应用热成像摄像机时已经可以显示出丝束的被可视化的纤维表面以及测得的温度剖面。在此重要的是，根据表面温度测量获得在丝束的纤维延伸长度上的局部界定的不均匀性。
如由在图1和图2中的图示得出地，测量装置7直接与工艺过程控制装置8联接。工艺过程控制装置8与处理装置3内的装置部件的驱动器和执行器连接，以便控制用于拉伸、卷曲变形和切割纤维的整个工艺过程。监控装置6与工艺过程控制装置8之间直接连接的优点是，依赖于所探测到的缺陷能够直接实现工艺过程变化。特别是由在丝束内的未被拉伸的无定形材料引起的较厚部位可能导致在卷曲变形装置或切割装置上的损坏。
如此外由图1和图2的图示得出地，监控装置6具有信号发生器11，该信号发生器与测量装置7联接。因此可以将在丝束的表面上所探测到的不均匀性直接转换为可视信号，从而操作人员可以对工艺过程进行必要的修改。
在工作时，以带形的布置并排地引导丝束的纤维条子。丝束的示意性图示在图3中在俯视图中示出。丝束用附图标记9表示，纤维条子用附图标记10表示。纤维条子10基本上平行、并排地设置并且共同形成丝束9。
为了在工作时当丝束9连续运动时能够探测整个表面，在图3中示意性地以点划线示出测量区19。测量区19形成丝束9上的、通过红外探测器装置7.1检测辐射的表面区域。在丝束9内均匀布置和分配纤维条子时在测量区的所有区域中得到基本上均匀的表面温度。就此来说丝束9的质量是令人满意的。
对于在丝束9中出现缺陷的情况，在测量区19中检测温差。在图3中示意性地示出作为较厚部位的缺陷20。如果纤维材料相互粘合成块而未被拉伸，则得到这种较厚部位。缺陷20的材料积聚引起在丝束9的表面上的温差。因此该缺陷显示出比其余的纤维条子明显低的温度。因此在测量表面温度时便已可以明确地通过实际温度与实际温度的平均值的比较来定位缺陷。借助于这种温度分析可以有利地探测所有常用的缺陷、像例如拼接处、丝束端部、未伸张的材料(塑料)、缺少的丝束部分(成卷)，移动的丝束层、较薄部位或较厚部位。通过指示出缺陷，还能实现手动干预，从而例如能够从丝束中有针对性地去除由较厚部位或塑化的材料造成的杂质。
在图3中示出的丝束9实施例中示出用于在丝束的整个宽度上线状地检测表面温度的测量区。然而原则上也存在以下可能性，即：在丝束的表面上通过红外探测器装置7.1的一个或多个传感器布置结构来探测多个面状交叠的测量区。因此可以有利地也将纤维行进方向上的温差考虑用于进行分析。根据本发明的方法因此特别适合于改进短纤维制造质量。通过纤维表面的无接触的温度测量和随后的分析，根据本发明的设备也可以有利集成到已经安装好的系统中。
如由图1的图示所得出地，监控装置6被布置在最后的拉伸装置5下游。监控装置在纤维生产线内的该位置是示例性的。然而该位置具有特别的优点，即在拉伸纤维条子期间被释放的动能可以被直接用于，确定丝束的纤维结构中的缺陷。就此来说可以单独仅从拉伸能量中识别缺少的丝束部分或丝束端部。
在图4中示意性地示出用于对纤维条子进行质量监控的根据本发明的设备的另一实施例。该实施例基本上等同于前述的根据图2的实施例，其中，监控装置6被直接分配给纺丝装置1。就此来说将根据本发明的设备在该实施例中用于，在熔纺纤维条子时识别和指示出纺丝疵点。
在图4中示出的纺丝装置1具有纺丝箱体30，在其下侧上布置有多个纺丝喷嘴单元31.1至31.3。纺丝喷嘴单元的数量仅是示例性的。所述数量基本上取决于短纤维系统的生产能力。
每个纺丝喷嘴单元31.1至31.3分别分配有纺丝泵32.1至32.3。纺丝泵32.1至32.3通过分配管路35与挤出机34连接或另选地直接与聚合系统连接。在挤出机34内将聚合物、例如聚酯或聚丙烯熔融。被输送给纺丝泵32.1至32.3的聚合物熔体在压力下被输送给纺丝喷嘴单元31.1至31.3，纺丝喷嘴单元在其下侧上具有多个喷嘴孔，以便挤出纤维条子。纺丝喷嘴单元31.1至31.3为此具有环形的喷嘴孔布置结构。
在纺丝喷嘴单元31.1至31.3下方布置有吹风烛/吹风筒36.1至36.3，该吹风烛产生径向从内向外流动的冷却空气流。冷却空气流从内向外穿过纤维条子簇/纤维条子帘并且因此导致纤维条子的冷却和凝固。
在吹风烛下方设有多个上油装置38.1至38.3，以便对纤维条子上油。
为了将纤维条子聚束和转向，为纺丝喷嘴单元31.1至31.3以收敛的间隔分配有多个转向辊37.1至37.3。转向辊37.1至37.3与牵引装置33共同作用，以便将纤维条子汇集成丝束9。牵引装置33可以在此直接与纤维生产线或与条筒铺放站共同作用。
在丝束9的位于牵引装置33与最后的纺丝喷嘴单元31.3之间的纤维部段中布置有监控装置6。监控装置6与根据图2的实施例相同地设计并且检测丝束9上的纤维条子的表面温度。
纤维条子上的表面温度的测量类似于前述实施例进行，其中，纤维条子中的可能的较厚部位——其例如由于熔滴引起——在纤维条子冷却之后由于材料积聚而具有较高的表面温度。因此可以提早识别这种纺丝疵点。
监控装置6与工艺过程控制单元8连接，其中，工艺过程控制单元8与纺丝泵32.1至32.3并且与挤出机34联接。就此来说可以根据纺丝疵点实现工艺过程修改。同样地，工艺过程控制单元8与条筒铺放处或纤维生产线的后面的装置联接，从而能够考虑丝束中的缺陷进入纤维生产线中或条筒铺放处中。
已知了，必须反复清洁纺丝装置中纺丝喷嘴单元的下侧，这是因为在挤出时在喷嘴板的表面上形成沉积物。然而，这种沉积物促进产生可能的纺丝疵点，因此监控装置可以有利地用于，通过工艺过程控制单元改变单个纺丝泵上的熔体通过量。为此在图5中示出根据本发明的设备的另一实施例。该实施例被整合到纺丝装置1中，其中，纺丝装置1等同于根据图4的实施例。就此来说，纺丝装置1的各个装置在此不进一步说明并且可以参考前面的描述。
在图5中示出的监控装置6具有多个测量装置7，该测量装置分别被分配给通过纺丝喷嘴单元31.1，31.2和31.3之一挤出的纤维条子。就此来说，监控装置6由三个测量装置7组成，该测量装置相同地被设计并且分别具有红外电子单元7.1。因此可以例如使用三个热成像摄像机来监控每个新挤出的纤维条子。监控装置6在这种情况下同样与工艺过程控制单元8联接。通过分开监控新挤出的纤维条子，可以将在纤维条子中出现的纺丝疵点直接与相关的纺丝喷嘴单元31.1至31.3对应起来。就此来说可以通过纺丝疵点的频率来识别可能的提前的纺丝喷嘴单元污染。在这种情况下可以通过工艺过程控制单元8切断相关的纺丝泵32.1、32.2或32.3。通过额外的信号发生器则存在以下可能性：为操作人员指示出纺丝喷嘴的相应即将发生的清洁循环。
根据本发明的设备和根据本发明的方法因此特别适合于监控用于产生短纤维的完整的工艺过程。在此可以在所谓的一步式工艺过程中设置多个监控装置，以便监控在纺丝装置中纤维条子的挤出和在纤维生产线中纤维条子的处理。
Claims (14)
1.一种用于在短纤维工艺过程中对丝束的多个熔纺的纤维条子进行质量监控的方法，其中，将丝束的纤维条子平行并排地引导、共同卷曲变形并切割成短纤维，其中，探测和分析丝束的至少一个表面特性，其特征在于，在丝束的纤维条子上以面的方式横向于丝束地检测和分析表面温度，
其中，在丝束的表面上探测多个面状交叠的测量区，以便在分析中还考虑纤维行进方向上的温差，
其中，将在多个测量区中测量到的表面温度实际值与之前由实际值求得的表面温度平均值相比较，对所求得的差值进行评估以用于发现丝束中的缺陷。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在纤维条子上通过探测红外辐射无接触地测量表面温度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，借助于热成像摄像机检测红外辐射并生成热图像和/或温度剖面。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，紧接在熔纺的纤维条子冷却之后立即测量表面温度。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在通过多个纺丝喷嘴单元之一熔纺出的纤维条子上测量表面温度。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在被在纤维生产线内引导的纤维条子上测量表面温度。
7.一种用于在短纤维工艺过程中对丝束(9)的多个熔纺的纤维条子(10)进行质量监控的设备，该设备具有用于引导、卷曲变形和切割纤维条子(10)的多个装置(4，5，12，15，18，33)，该设备还具有用于探测丝束(9)的表面特性的监控装置(6)，其特征在于，监控装置(6)具有用于测量纤维条子(10)上的表面温度的测量装置(7)，所述测量装置被设计用于，在丝束的纤维条子(10)上以面的方式横向于丝束地检测和分析表面温度，
其中，所述测量装置(7)被设计用于，在丝束的表面上探测多个面状交叠的测量区，以便在分析中还考虑纤维行进方向上的温差，
其中，所述监控装置(6)被设计用于，将在多个测量区中测量到的表面温度实际值与之前由实际值求得的表面温度平均值相比较，对所求得的差值进行评估以用于发现丝束中的缺陷。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，测量装置(7)具有与纤维条子(10)间隔开地布置的红外探测器单元(7.1)，该红外探测器单元的传感器对准丝束(9)上的多个测量区。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，红外探测器单元(7.1)被设计为热成像摄像机。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的设备，其特征在于，监控装置(6)被分配给位于所述多个装置(4，5，12，15，18，33)上游的纺丝装置(1)。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，监控装置(6)具有多个测量装置(7)，所述测量装置被分配给纺丝装置(1)的多个纺丝喷嘴单元。
12.根据权利要求7至9中任一项所述的设备，其特征在于，监控装置(6)被分配给所述多个装置(4，5，12，15，18，33)之一。
13.根据权利要求7至9中任一项所述的设备，其特征在于，监控装置(6)与工艺过程控制单元(8)联接，通过该工艺过程控制单元能够改变在熔纺期间的熔体通过量和/或丝束(9)的引导速度和/或丝束(9)的温湿度调节。
14.根据权利要求7至9中任一项所述的设备，其特征在于，监控装置(6)与信号发生器(11)连接，通过该信号发生器为操作人员可视化显示出故障消息。
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