[0001] 本发明属于纤维生产技术领域，涉及一种用于纤维成型过程的实时监测系统及方法。

[0002] 初生纤维的生产是熔融纺丝流程的核心，直接决定最终纤维的结构与性能。具体过程为聚合物首先在螺杆挤出机中加热熔化，然后被旋转螺杆带动送至纺丝计量泵，经计量泵加压定量送入纺丝组件，在纺丝组件末端的喷丝板的毛细孔中挤出。挤出的液态高聚物熔体通过与工艺条件确定的冷却工质换热固化，由位于喷丝孔下方的高速卷绕装置牵伸成丝，形成初生纤维。

[0003] 在纤维成型过程中，冷却工质的流速、温度等参数将会直接决定熔体表面界面和内部凝固界面的热质传输特性，继而决定了熔体径向的温度和应力等参数分布，进而影响取向和结晶过程，最终决定了初生纤维性能；在熔体凝结固化过程中，过高或过低的径向温度梯度均会破坏纤维结构，损害纤维的力学性能，因此，实时获取纤维成型过程中的纤维直径、表面温度等工况参数对纤维生产有重大意义。

[0004] 目前大多只进行对成品纤维的表征观测，这一技术针对纺丝成品纤维的各项性能进行测试，进而反推纺丝过程中各项生产参数对纤维的影响，是目前熔融纺丝纤维性能研究的主流形式。但熔融纺丝的挤出与固化过程是非常复杂的，影响成品纤维的性能参数的因素有许多，仅通过成品纤维性能反推纺丝过程有一定困难。

[0005] 聚合物熔体与冷却工质之间的热质传输影响纤维成型的整个过程，涉及从喷丝孔到卷绕辊的极大空间尺度，在不同的纤维轴向位置监测的纤维各项参数数值会有较大差别。因此，为了全面分析冷却工质对整个固化过程的影响，亟待开发一种可多方向运动并实时监测纤维成型过程的熔融纺丝研究系统。

[0021] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

[0022] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0023] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

[0024] 在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0025] 此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

[0026] 在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0027] 下面结合附图对本发明做进一步详细描述：参见图1，本发明实施例公开了一种用于纤维成型过程的实时监测系统，包括平台底座101；所述平台底座101上固定连接有位移装置102；所述位移装置102包括相互垂直连接的竖直滑轨104和水平滑轨105；所述水平滑轨105能够沿竖直滑轨104上下运动；水平滑轨105上安装有激光测径仪2、高速摄像仪3、测速仪4和红外热成像仪5；所述激光测径仪2、高速摄像仪3、测速仪4和红外热成像仪5与计算机电连接。位移装置102的引入，特别是竖直滑轨104和水平滑轨105的相互垂直连接设计，使得激光测径仪2、高速摄像仪3、测速仪4和红外热成像仪5等关键监测设备能够在三维空间内自由移动，从而实现了对纤维成型过程的全方位、多角度实时监测。

[0028] 在本发明一个可行的实施方式中，所述水平滑轨105上安装有水平运载滑块106和连接件107；所述水平运载滑块106上固定连接高速摄像仪3和红外热成像仪5，水平运载滑块106能够带动高速摄像仪3和红外热成像仪5在水平滑轨105上滑动；所述连接件107位于水平滑轨105的一端，连接件107用于将激光测径仪2和测速仪4固定在水平滑轨105上。

[0029] 在本发明一个可行的实施方式中，所述连接件107具有若干个螺纹孔，用于螺纹连接激光测径仪2和测速仪4。所述水平运载滑块106分别与高速摄像仪3和红外热成像仪5之间的固定连接方式为螺纹连接。

[0030] 在本发明一个可行的实施方式中，所述平台底座101上还固定有转接板103；所述转接板103为直角三角形结构，转接板103的两个直角边分别连接平台底座101的上表面和竖直滑轨104。转接板103进一步提升了结构的稳定性，转接板103分别与平台底座101和竖直滑轨104之间的连接方式为焊接或螺纹连接。

[0031] 在本发明一个可行的实施方式中，所述激光测径仪2和测速仪4通过数据采集仪6与计算机7电连接。所述平台底座101优选采用阻尼隔振光学平台。阻尼隔振光学平台能够有效地吸收和消除来自环境的振动干扰，如机械振动、地震等，提供稳定的工作环境。所述测速仪4优选采用多普勒测速仪。

[0032] 本发明实施例公开了一种用于纤维成型过程的实时监测方法，基于上述的一种用于纤维成型过程的实时监测系统，包括以下步骤：打开纤维生产设备，待产丝稳定后，调节竖直滑轨104和水平滑轨105至待测纤维
的预设位置，采集完数据后再调节竖直滑轨104和水平滑轨105采集其他位点数据；所有数据采集完成后关闭纤维生产设备，将水平滑轨105移动至最低点，卸下激光测径仪2、高速摄像仪3、测速仪4和红外热成像仪5，关闭电源。

[0033] 本发明的工作过程如下：检查所有部件安全正常后，根据需要测量的参数选择仪器安装在水平轨道上，将
仪器数据线连接至计算机7或采集卡上，打开双轴运动控制器与仪器电源，检查控制器与仪器是否正常工作。控制正常后，打开纤维生产设备，待产丝稳定后，首先移动本发明系统到合适位置，调整垂直与水平轨道，确保所有仪器处于正确的位置；然后阻尼隔振光学平台锁死滚轮，通过旋转位移装置支撑柱上的螺丝使位移台保持水平。根据所需采集的数据要求设置仪器参数，微调水平运载滑块106至合适位置，开始实时测量。采集完一处数据后可调整竖直滑轨，依次采集其他位点数据。完成数据采集后，关闭纤维生产设备，将水平滑轨105运动至最低位置，关闭仪器和控制器电源，切断所有连接线，卸下并清理收纳所有仪器，解锁阻尼隔振光学平台锁死滚轮，将多方向运动装置移动至安全位置，清理台面。最后关闭电脑。

[0034] 实施例：本实施例提供了一种多方向运动的实时监测纤维成型过程各项参数的系统。

[0035] 如图2与图3所示，多方向运动的实时监测纤维成型过程各项参数的装置由阻尼隔振光学平台、位移装置102和转接板103组成，阻尼隔振光学平台尺寸为800*700*800 mm，有运动和水平调节功能，上表面为25*25 mm的M6螺纹阵列孔。位移装置102焊接在定制转接板103上，由15枚M6螺丝固定在阻尼隔振光学平台上，定制转接板尺寸为400*300*10 mm。位移装置102包括竖直滑轨104和水平滑轨105；垂直运动范围0‑1.5 m。

[0036] 为确保测量仪器与甬道水平位置的位置调节，在竖直滑轨104上安装有水平滑轨105和水平运载滑块106；滑块运动范围0‑0.3m，两运动滑块均使用抱闸电机控制运动，最大运动速度10 mm/s，抱闸电机由双轴运动控制器控制；如图4所示，水平滑轨105包含两处安装仪器的位置，即水平运载滑块106与水平轨道末端连接件107；两处均有每排5个孔的两排
25*25 mm的M6螺纹阵列孔用于固定仪器。该系统包含多种实时监测设备，一类需要实时水平调整位置，包括高速摄像仪3与红外热成像仪5，固定于水平运载滑块106；另一类不需要水平调整位置或水平位置固定，包括激光测径仪2与多普勒测速仪，固定于水平滑轨105末端；可按照实验需求选择仪器所有仪器，固定设备均使用仪器配送的M6螺丝固定，为确保负载安全，每个位置只安装一种仪器，每台仪器重量不超过5kg。双轴运动控制器与所有测量仪器都通过直接或通过数据采集仪6间接与一台计算机7连接，实现实时监测纤维成型过程各项参数的功能。

[0037] 在使用过程中，纤维由纺丝组件末端的喷丝板微孔8挤出，进入甬道11，经过冷却吹风装置10冷却固化，本实施例激光测径仪2的发射器202位于待测纤维9的一端，激光测径仪2的接收器201位于待测纤维9的另一端，精确测量纤维的直径。高速摄像仪3能够捕捉纤维成型过程中的细节变化，为研究人员提供直观、清晰的图像资料；多普勒测速仪则能够实时监测纤维的运动速度，帮助控制生产节奏和效率；红外热成像仪5则能够检测纤维成型过程中的温度变化，为温度控制提供重要参考。本发明将多种监测设备集成到一台多方向运动装置上，易于控制各监测设备的测量位置，所有测量数据实时导入计算机，该计算机还控制升降装置的运动，进而实时监测纤维成型过程各项参数。

[0038] 以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。