CN108083630A - 一种用于光纤拉丝的剪锥装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于光纤拉丝的剪锥装置，包括牵引轮组、气缸、剪切刀组、剪切刀组驱动电机、中央控制单元、以及传感器，牵引轮组、气缸、中央控制单元、以及传感器均固定设置在基板上，传感器设置于剪锥装置顶部，用于获取从拉丝炉的炉口下落的高温玻璃的直径，牵引机组包括至少一对主动轮和被动轮，主动轮固定设置在基板上，被动轮与气缸连接，并伴随气缸的运动而旋转，从而与主动轮配合改变高温玻璃的直径，剪切刀组设置在牵引机组的正下方，且包括一对剪切刀。本发明能够解决现有剪锥装置中存在的由于无法有效控制高温玻璃的下落速度会导致堵塞拉丝炉、以及剪切刀运动速度较慢引起其上方高温玻璃晃动的技术问题。

Description

一种用于光纤拉丝的剪锥装置和方法

技术领域

本发明属于光纤制造技术领域，更具体地，涉及一种用于光纤拉丝的剪锥装置和方法。

背景技术

由于光纤预制棒在熔融拉丝的初始阶段，其直径远大于光纤直径，为了控制在该初始阶段的玻璃直径，需要剪断光纤预制棒在该初始阶段产生的高温玻璃，以免损坏拉丝塔下游的设备，这就是剪锥过程，其是光纤拉丝过程中初始阶段的一道重要工序。由于熔融的高温玻璃与常温玻璃在物态和力学性能方面有很大不同，目前的剪锥工作通常都是由人工完成，其自动化程度较低，已成为阻碍实现光纤拉丝全过程自动化的瓶颈问题。

目前，有部分光纤生产厂家已经研发出光纤拉丝的自动剪锥装置，其主要工作方式是以传感器检测到光纤预制棒掉头为启动点，可编程逻辑控制器(Programmable logiccontroller，简称PLC)控制拉丝炉自动降温至某工艺参数值，并同时控制气缸驱动剪切刀开始剪锥。

然而，现有的这种自动剪锥装置存在一些不可忽视的问题：首先，剪锥工序中高温玻璃下落的粗细是连续变化的，仅靠高温玻璃的自重向下牵引，并不能够控制其下落速度，一旦光纤预制棒锥形不理想，高温玻璃下落速度慢，会有堵拉丝炉的风险；其次，现有剪锥装置中由气缸驱动的剪切刀运动速度较慢，在剪切高温玻璃时会阻挡高温玻璃的自然下落，并引起剪切刀上方的高温玻璃晃动。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于光纤拉丝的剪锥装置和方法，其目的在于，解决现有剪锥装置中存在的由于无法有效控制高温玻璃的下落速度会导致堵塞拉丝炉、以及剪切刀运动速度较慢引起其上方高温玻璃晃动的技术问题，并能够实现光纤拉丝过程中剪锥工序的自动化。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于光纤拉丝的剪锥装置，包括牵引轮组、气缸、剪切刀组、剪切刀组驱动电机、中央控制单元、以及传感器，牵引轮组、气缸、中央控制单元、以及传感器均固定设置在基板上，传感器设置于剪锥装置顶部，用于获取从拉丝炉的炉口下落的高温玻璃的直径，牵引机组包括至少一对主动轮和被动轮，主动轮固定设置在基板上，被动轮与气缸连接，并伴随气缸的运动而旋转，从而与主动轮配合改变高温玻璃的直径，剪切刀组设置在牵引机组的正下方，且包括一对剪切刀，其中一个剪切刀是固定设置在基板上，另一个剪切刀与剪切刀组驱动电机相连，并在剪切刀组驱动电机的驱动下在水平方向上做往复运动，用于对高温玻璃进行切断操作，中央控制单元与传感器和牵引机组电连接，用于根据传感器获取的高温玻璃的直径，将其与预先设定的直径阈值相比较，当前者大于后者时，采用PID模糊控制方式调整牵引机组的牵引速度，进而调整下落的高温玻璃的直径，中央控制单元还用于当上述的前者大于后者时，采用PID模糊控制方式改变剪切刀组驱动电机的速度，以适应不同速度下落的高温玻璃的剪断。

优选地，做往复运动的剪切刀设置于第一收容部中，在主动轮和被动轮的正下方、剪切刀组的正上方设置有沿竖直方向第二收容部，用于使得高温玻璃能够在相对密闭的通道内运动。

优选地，第一收容部和第二收容部均为固定在基板上的一对挡板。

优选地，所述剪锥装置进一步包括气吹冷却机构，其设置于传感器上方，用于通过连续吹气的方式对从拉丝炉的炉口处下落的高温玻璃进行冷却。

优选地，所述剪锥装置进一步包括收集装置，其设置于剪切刀组的正下方用于将剪锥过程中产生的粉尘与切断后的玻璃进行收集。

按照本发明的另一方面，提供了一种用于光纤拉丝的剪锥方法，其是应用在前述剪锥装置中，所述方法包括以下步骤：

(1)传感器获取从拉丝炉的炉口下落的高温玻璃的直径；

(2)中央控制单元传感器获取的高温玻璃的直径，将其与预先设定的直径阈值相比较，当前者大于后者时，采用PID模糊控制方式调整牵引机组的牵引速度，进而调整下落的高温玻璃的直径；

(3)中央控制单元采用PID模糊控制方式改变剪切刀组驱动电机的速度，从而对下落的高温玻璃进行切断操作。

优选地，所述方法进一步包括在上述步骤(3)之后，收集装置将剪锥过程中产生的粉尘与切断后的玻璃进行收集的步骤。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本发明能够根据剪锥过程中的实时参数来判断和控制高温玻璃的牵引速度，从而可以实现在对拉丝炉不降温的情况下自动剪锥，并解决了现有剪锥装置中存在的由于无法有效控制高温玻璃的下落速度会导致堵塞拉丝炉的技术问题。

2、本发明可通过中央控制单元、传感器、以及剪切刀组驱动电机之间的有效配合，可很好地控制剪切刀的运动速度，剪切速度更快，可瞬间完成剪断动作，若配合合理的刀具形状，对高温玻璃下落几乎没有阻滞，从而能够解决现有剪锥装置中存在的剪切刀运动速度较慢引起其上方高温玻璃晃动的技术问题。

3、本发明装置中，高温玻璃在相对密闭的通道内运动，剪切刀组位于通道出口处，剪断位置相对确定，产生的粉尘便于收集且影响范围小。

4、使用本发明能够实现光纤拉丝剪锥工序的自动化，减少工人的劳动强度，并能够将剪锥产生的粉尘与断玻璃收集，减少对拉丝洁净车间的污染。

5、本发明牵引轮组的速度、气缸的压紧力和剪切刀组的剪切频率均可调节，方便为后续智能剪锥奠定了基础。

6、本发明装置的控制系统采用总线方式，配合HMI系统，可实现对装置内多个模块的参数交互，方便操作人员的现场操控。

附图说明

图1是本发明用于光纤拉丝的剪锥装置的电气系统配置图。

图2是本发明用于光纤拉丝的剪锥装置的主视图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-牵引轮组，2-气缸，3-剪切刀组，4-气吹冷却机构，5-剪切刀组驱动电机，6-中央控制单元，7-传感器，8-第一收容部，9-第二收容部，10-收集装置，11-主动轮，12-被动轮，20-高温玻璃

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图2所示，本发明用于光纤拉丝的剪锥装置包括牵引轮组1、气缸2、剪切刀组3、剪切刀组驱动电机5(图中未示出)、中央控制单元6(图中未示出)、以及传感器7(图中未示出)。

牵引轮组1、气缸2、中央控制单元6、以及传感器7均固定设置在基板上(未示出)。

传感器7设置于剪锥装置顶部，用于获取从拉丝炉的炉口下落的高温玻璃20的直径。

牵引机组1包括至少一对主动轮11和被动轮12，主动轮11固定设置在基板上，被动轮12与气缸2连接，并伴随气缸2的运动而旋转，从而与主动轮11配合改变高温玻璃20的直径。

应该理解的是，当使用两对或以上的主动轮11和被动轮12时，各个被动轮12共同连接到气缸2。

剪切刀组3设置在牵引机组的正下方，且包括一对剪切刀，其中一个剪切刀是固定设置在基板上，另一个剪切刀与剪切刀组驱动电机5相连，并在剪切刀组驱动电机5的驱动下在水平方向上做往复运动，用于对高温玻璃20进行切断操作。

优选地，做往复运动的剪切刀可设置于第一收容部8中。

中央控制单元6与传感器7和牵引机组1电连接，用于根据传感器7获取的高温玻璃的直径，将其与预先设定的直径阈值(该阈值的大小等于使剪锥装置稳定工作且有效剪锥情况下的高温玻璃的最小直径)相比较，当前者大于后者时，采用PID模糊控制方式调整牵引机组1的牵引速度，进而调整下落的高温玻璃的直径。此外，中央控制单元6还用于当上述的前者大于后者时，采用PID模糊控制方式改变剪切刀组驱动电机5的速度，以适应不同速度下落的高温玻璃的剪断。

作为进一步优选地，本发明用于光纤拉丝的剪锥装置还可包括设置于传感器7上方的气吹冷却机构4，用于通过连续吹气的方式对从拉丝炉的炉口处下落的高温玻璃20进行冷却。

作为进一步优选地，当本发明用于光纤拉丝的剪锥装置包括一对主动轮11和被动轮12时，可在主动轮11和被动轮12的正下方、剪切刀组3的正上方设置沿竖直方向的第二收容部9，以使得高温玻璃能够在相对密闭的通道内运动，剪切刀组3位于该第二收容部9的出口处，剪断位置相对确定，产生的粉尘便于收集且影响范围小。

应该理解的是，当使用两对或以上的主动轮11和被动轮12时，可在各对主动轮11和被动轮12之间设置上述第二收容部9。

作为进一步优选地，在剪切刀组3的正下方设置有收集装置10，用于将剪锥过程中产生的粉尘与切断后的玻璃进行收集，从而减少对拉丝洁净车间的污染。

在本实施方式中，第一收容部8和第二收容部9均为固定在基板上的一对挡板。

本发明装置的工作原理如下：

用于光纤拉丝的自动剪锥装置安装在光纤拉丝塔的光纤预制棒拉丝炉的下方。当光纤预制棒开始熔融时，高温玻璃从拉丝炉路口缓慢下落进入气吹冷却机构，经气吹冷却机构冷却后，向下运动至该机构下方的密闭通道，此时气缸运动，带动被动轮向主动轮夹紧。主动轮和被动轮组成的牵引轮组牵引高温玻璃继续向下运动。高温玻璃经过剪切刀组的刀位时，剪切刀组驱动电机驱动剪切刀组往复运动，从而切断高温玻璃，断玻璃及剪断时产生的粉尘被收集装置收集。

本发明的装置在使用时，牵引轮组的牵引速度可以根据工艺要求进行自适应调整。由传感器获取的高温玻璃的直径和牵引轮电机实时功率分析计算出合适的牵引速度，再根据工艺要求将剪切刀组运动速度与牵引速度进行关联，即可以自适应的进行自动剪锥。在自动模式下，启动时，该装置的各个运动系统按流程依次动作，开始剪锥，剪锥过程中，剪切刀组驱动电机的速度自适应调节，直至自动剪锥完成。同时本装置也可以通过HMI触摸屏对系统参数进行设定，也可针对不同类型的光纤预制棒进行剪锥参数的设置。

如图1所示，本装置的电气部分由可编程逻辑电路(Programmable logiccircuit，简称PLC)控制系统、人机界面(Human machine interface，简称HMI)系统、S120伺服控制器构成，PLC通过Profinet网络与HMI系统以及S120伺服控制器通讯。PLC控制系统采用西门子的TIAPortal STEP7V14硬件组态工具进行组态和参数化，采用LAD梯形图编制应用软件。HMI系统采用TIA Portal WINCC V14系统，实现对西门子触摸屏组态及编辑操作画面。该软件为西门子视窗控制中心最新的HMI软件之一。

本发明装置的电气系统为气缸、气吹冷却机构和剪切刀组驱动电机三个部件都设置了HMI手动模式。工作在HMI手动模式时，气缸和气吹冷却机构可分别实现气缸的伸缩操作，以及用于气吹冷却机构的气吹阀的开关动作。

本发明还提供了一种用于光纤拉丝的剪锥方法，其是利用上述用于光纤拉丝的剪锥装置得以实现，该方法包括以下步骤：

(1)传感器获取从拉丝炉的炉口下落的高温玻璃的直径；

(2)中央控制单元传感器7获取的高温玻璃的直径，将其与预先设定的直径阈值(该阈值的大小等于使剪锥装置稳定工作且有效剪锥情况下的高温玻璃的最小直径)相比较，当前者大于后者时，采用PID模糊控制方式调整牵引机组1的牵引速度，进而调整下落的高温玻璃的直径；

(3)中央控制单元6采用PID模糊控制方式改变剪切刀组驱动电机5的速度，从而对下落的高温玻璃进行切断操作。

本发明的方法还可进一步包括在上述步骤(3)之后，收集装置将剪锥过程中产生的粉尘与切断后的玻璃进行收集。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于光纤拉丝的剪锥装置，包括牵引轮组、气缸、剪切刀组、剪切刀组驱动电机、中央控制单元、以及传感器，其特征在于，

牵引轮组、气缸、中央控制单元、以及传感器均固定设置在基板上；

传感器设置于剪锥装置顶部，用于获取从拉丝炉的炉口下落的高温玻璃的直径；

牵引机组包括至少一对主动轮和被动轮，主动轮固定设置在基板上，被动轮与气缸连接，并伴随气缸的运动而旋转，从而与主动轮配合改变高温玻璃的直径；

剪切刀组设置在牵引机组的正下方，且包括一对剪切刀，其中一个剪切刀是固定设置在基板上，另一个剪切刀与剪切刀组驱动电机相连，并在剪切刀组驱动电机的驱动下在水平方向上做往复运动，用于对高温玻璃进行切断操作；

中央控制单元与传感器和牵引机组电连接，用于根据传感器获取的高温玻璃的直径，将其与预先设定的直径阈值相比较，当前者大于后者时，采用PID模糊控制方式调整牵引机组的牵引速度，进而调整下落的高温玻璃的直径；

中央控制单元还用于当前者大于后者时，采用PID模糊控制方式改变剪切刀组驱动电机的速度，以适应不同速度下落的高温玻璃的剪断。

2.根据权利要求1所述的剪锥装置，其特征在于，

做往复运动的剪切设置于第一收容部中；

在主动轮和被动轮的正下方、剪切刀组的正上方设置有沿竖直方向第二收容部，用于使得高温玻璃能够在相对密闭的通道内运动。

3.根据权利要求2所述的剪锥装置，其特征在于，第一收容部和第二收容部均为固定在基板上的一对挡板。

4.根据权利要求1所述的剪锥装置，其特征在于，所述剪锥装置进一步包括气吹冷却机构，其设置于传感器上方，用于通过连续吹气的方式对从拉丝炉的炉口处下落的高温玻璃进行冷却。

5.根据权利要求1所述的剪锥装置，其特征在于，所述剪锥装置进一步包括收集装置，其设置于剪切刀组的正下方用于将剪锥过程中产生的粉尘与切断后的玻璃进行收集。

6.一种用于光纤拉丝的剪锥方法，其是应用在权利要求1至5中任意一项所述的剪锥装置中，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)传感器获取从拉丝炉的炉口下落的高温玻璃的直径；

(2)中央控制单元传感器获取的高温玻璃的直径，将其与预先设定的直径阈值相比较，当前者大于后者时，采用PID模糊控制方式调整牵引机组的牵引速度，进而调整下落的高温玻璃的直径；

(3)中央控制单元采用PID模糊控制方式改变剪切刀组驱动电机的速度，从而对下落的高温玻璃进行切断操作。

7.根据权利要求6所述的剪锥方法，其特征在于，进一步包括在上述步骤(3)之后，收集装置将剪锥过程中产生的粉尘与切断后的玻璃进行收集的步骤。