專利名稱：刻畫(huà)玻璃帶特性的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明針對(duì)形成玻璃的方法，特別是在熔化向下拉制玻璃制造工藝中形成 的那些玻璃。尤其，根據(jù)本發(fā)明的裝置和方法提供玻璃帶的特性，其中用高的 空間分辨率來(lái)獲得帶的屬性。
背景技術(shù)：
在多種應(yīng)用中使用顯示設(shè)備。例如，在筆記本計(jì)算機(jī)、平板臺(tái)式監(jiān)視器、LCD電視機(jī)以及因特網(wǎng)和通信設(shè)備中使用薄膜晶體管液晶顯示器(TFT — LCD)， 僅提出了幾種應(yīng)用。直接在平玻璃板(玻璃基板)上制造諸如TFT — LCD板和有機(jī)發(fā)光二極管 (0LED)板之類的許多顯示設(shè)備。為了提高生產(chǎn)率和降低成本，典型的板制造 工藝在單塊基板上或基板的子板上同時(shí)制造多塊板。在這種工藝的各個(gè)點(diǎn)上， 沿切割線把基板分割成各個(gè)部分。這種切割改變了玻璃中的應(yīng)力分布，具體地，當(dāng)在真空下使玻璃平坦時(shí)看 到的同平面應(yīng)力分布。尤其，切割解除了切割線處的應(yīng)力以致切割邊緣部分會(huì) 顯示出無(wú)應(yīng)力。如此的應(yīng)力解除一般導(dǎo)致玻璃子板在真空下的平坦形狀改變， 這是顯示器制造者稱之為"畸變"或"纏繞"的一種現(xiàn)象。雖然形狀改變量一 般是十分小的，但是考慮到現(xiàn)代顯示器中使用的像素結(jié)構(gòu)，從切割引起的畸變 會(huì)大到足以引起相當(dāng)大數(shù)量的有缺陷的(不合格的)顯示。因此，顯示器制造 者給予畸變問(wèn)題相當(dāng)大的關(guān)注，并且關(guān)于切割導(dǎo)致的可允許畸變的規(guī)格要低至 2微米或更小。為了符合如此小的容差以及將來(lái)可能的更小的容差，重要的是 基板制造者要提供可能殘留應(yīng)力為最小的基板產(chǎn)品。制造供顯示應(yīng)用的基板玻璃的一個(gè)方法是通過(guò)溢出向下拉制工藝。例如， 美國(guó)專利3，338，696號(hào)和3，682,609號(hào)(審查中(Dockerty))揭示了一種熔 化向下拉制工藝，該工藝包括使熔化的玻璃在通常稱之為均勻管道(isopipe)的形成楔子的邊緣或溢水孔(weir)上流動(dòng)。熔化的玻璃在均勻管道的收斂形 成表面上流動(dòng)，并且分立的流在兩個(gè)收斂形成表面相遇的頂點(diǎn)和根部再結(jié)合， 以形成玻璃板或帶。在均勻管道根部的下游設(shè)置拖曳或牽引滾筒，并且獲得帶 的邊緣部分以調(diào)節(jié)帶離開(kāi)均勻管道的速率，因此確定完工的板的厚度。隨后從 完工的玻璃板除去接觸邊緣部分。當(dāng)玻璃帶從均勻管道的根部下降時(shí)，它冷卻而形成固態(tài)的、有伸縮性的玻 璃帶，然后可以切割玻璃帶而形成較小的玻璃板。例如，這可以通過(guò)對(duì)帶進(jìn)行 劃線和接著根據(jù)劃痕線折斷玻璃。在向下拉制玻璃形成工藝的情況中，特別薄的流動(dòng)玻璃板一O. 7 mm或更小 的數(shù)量級(jí)一在板的寬度和長(zhǎng)度上都可能經(jīng)受大的溫度變化。當(dāng)板從粘滯的液體 冷卻成有伸縮性的固體時(shí)，這些溫度變化會(huì)使板中產(chǎn)生應(yīng)力。此外，劃線工藝 或其它下游處理會(huì)產(chǎn)生帶中的運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)會(huì)向上傳送到帶的粘滯一有伸縮 性區(qū)域，這種運(yùn)動(dòng)會(huì)在該區(qū)域中導(dǎo)致剩余應(yīng)力或玻璃形狀的凍結(jié)，使完工的產(chǎn) 品變形。通常認(rèn)為玻璃的粘滯一有伸縮性區(qū)域是溫度大于玻璃的軟化溫度的一 個(gè)區(qū)域。此外，由于可變熱收縮或厚度可變性的影響，玻璃帶冷卻時(shí)還可以具 有伸縮性形狀或變彎曲。這可以是有伸縮性區(qū)域中帶形狀變化的源，這傳播到 粘滯一有伸縮性區(qū)域，因此導(dǎo)致應(yīng)力或形狀的凍結(jié)。 一般認(rèn)為有伸縮性區(qū)域是 玻璃的溫度小于可施加的軟化溫度的一個(gè)區(qū)域。為了克服帶中會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力或形狀凍結(jié)的不受控制的溫度變化，使用向下拉 制方法的制造者一般把玻璃帶中應(yīng)力凍結(jié)的拉制區(qū)域包圍在溫度受控制的外 殼內(nèi)。消除沿外殼長(zhǎng)度的開(kāi)口到可以防止破壞外殼內(nèi)溫度分布的程度。不幸地， 完全包圍拉制機(jī)器的形成區(qū)域的需求造成極大的玻璃帶測(cè)量困難。至今，通過(guò) 使用位于沿外殼的寬度或長(zhǎng)度的某些位置處的熱電偶或光測(cè)高溫計(jì)來(lái)執(zhí)行玻 璃帶的溫度測(cè)量。使進(jìn)入外殼的穿過(guò)物的數(shù)量最小，以避免破壞外殼內(nèi)的熱環(huán) 境。不幸地，使迸入外殼的穿過(guò)物的數(shù)量最小的需求同樣限制了為了屬性測(cè)量 而對(duì)帶進(jìn)行的訪問(wèn)只能在一些點(diǎn)上進(jìn)行屬性測(cè)量，限制了獲得沿帶的寬度或 長(zhǎng)度的屬性分布的完整圖像。此外，熱電偶和光測(cè)高溫計(jì)具有相當(dāng)大的檢測(cè)現(xiàn) 場(chǎng)(用任何單個(gè)測(cè)量測(cè)量到的區(qū)域)，在一些情況中是5 cm的數(shù)量級(jí)，因此 只提供了檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)上的平均測(cè)量值。因此它們不能夠正確地辨別相當(dāng)短距離(毫米或厘米數(shù)量級(jí))上的數(shù)百度的溫度梯度。例如，在帶的珠子區(qū)域(bead area)中的溫度可以作為距離的函數(shù)而急劇地改變，在小于數(shù)十厘米時(shí)改變多 達(dá)15(T C。同樣，不同于其它玻璃形成工藝，特別地，所謂的浮法工藝，其中 通過(guò)在熔化金屬的容器上漂浮熔化的玻璃來(lái)形成玻璃板，在向下拉制玻璃形成 工藝(諸如熔化工藝)中，使玻璃帶懸掛在空氣中，并且極容易變形。接觸型 屬性測(cè)量也是不合適的，特別對(duì)于玻璃板的最終用途需要光學(xué)上高度透明度的 應(yīng)用(諸如顯示應(yīng)用)，與玻璃表面的接觸會(huì)破壞玻璃原來(lái)的性質(zhì)。最終，顯示應(yīng)用的玻璃是異常地薄的，一般小于約1 mm，更一般地，小于 0. 7nrni，因此極容易發(fā)生機(jī)械和熱誘發(fā)的變形。同樣地，必須嚴(yán)格地控制玻璃 板的熱環(huán)境。因此，測(cè)量帶的某些屬性是極有利的，例如，特別是作為通過(guò)非 接觸方法的距離的虛擬連續(xù)的函數(shù)的、在向下拉制玻璃形成工藝中形成的玻璃 帶的溫度和/或形狀。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一些實(shí)施例提供用于制造玻璃板的方法和裝置。尤其，可以使用 所述方法和裝置通過(guò)測(cè)量玻璃帶的某些屬性來(lái)刻畫(huà)出在向下拉制玻璃制造工 藝中形成的玻璃帶的特性?？梢允褂猛ㄟ^(guò)使用本發(fā)明顯示的數(shù)據(jù)來(lái)控制玻璃制 造工藝，從而通過(guò)減小帶的剩余應(yīng)力和/或形狀來(lái)提高對(duì)帶切割而產(chǎn)生的玻璃 板的質(zhì)量。簡(jiǎn)單地說(shuō)，其中，可以如這里所描述的那樣實(shí)施所述方法的一個(gè)實(shí)施例。 經(jīng)由向下拉制工藝來(lái)形成玻璃帶。較佳地，例如，向下拉制工藝是美國(guó)專利 3,338,696號(hào)中所述的熔化向下拉制方法。玻璃帶包括其間具有寬度的第一側(cè) 邊緣和第二側(cè)邊緣。在帶的多個(gè)點(diǎn)上測(cè)量帶的至少一個(gè)屬性，測(cè)量點(diǎn)最好具有 小于約2 mm的空間分辨率。溫度測(cè)量最好包括能夠檢測(cè)熱玻璃帶輻射的電磁 輻射的一個(gè)器件(傳感器)。電磁輻射最好是在紅外范圍內(nèi)；電磁輻射的波長(zhǎng) 最好在約4. 8 um和約5. 2 um之間或約5 P m和14 nm之間。有利地，所述方法可以促進(jìn)在玻璃帶的實(shí)質(zhì)上整個(gè)寬度上(從第一側(cè)邊緣 到第二側(cè)邊緣)、或其一部分上，執(zhí)行具有高度空間分辨率的屬性測(cè)量。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在通過(guò)向下拉制工藝形成的玻璃帶的粘滯的和粘彈性的區(qū)域周圍設(shè)置外殼，在外殼的壁中存在一個(gè)裂縫。外殼上安裝至少一個(gè)測(cè)量組 件。至少一個(gè)測(cè)量組件包括外殼以及適用于通過(guò)裂縫測(cè)量玻璃帶的至少一個(gè)屬 性的至少一個(gè)測(cè)量設(shè)備。最好在帶和至少一個(gè)測(cè)量設(shè)備之間設(shè)置可以在打開(kāi)位 置和關(guān)閉位置之間操作的可移動(dòng)的快門。最好可以調(diào)節(jié)快門的溫度。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，在通過(guò)向下拉制工藝形成的玻璃帶的至少一個(gè)粘滯的 和粘彈性的區(qū)域周圍設(shè)置外殼，外殼具有一個(gè)裂縫。外殼上安裝至少一個(gè)測(cè)量 組件，至少一個(gè)測(cè)量組件包括外殼、分別用于測(cè)量溫度和帶的位移的溫度測(cè)量 設(shè)備以及位移測(cè)量設(shè)備。適配所述測(cè)量組件以致可以同時(shí)測(cè)量帶的溫度和位 移。在另一個(gè)實(shí)施例中，提供刻畫(huà)玻璃帶特性的一種方法，該方法包括通過(guò)向 下拉制方法形成流動(dòng)玻璃帶以及同時(shí)測(cè)量部分帶的溫度和相對(duì)于參考平面的 位移。位移的測(cè)量可以包括把有圖案的光投射到玻璃帶的表面上的光源，以及能 夠檢測(cè)有圖案的光的檢測(cè)器?？梢酝ㄟ^(guò)玻璃發(fā)光或從玻璃帶表面散射或從玻璃 鏡子表面反射來(lái)引導(dǎo)檢測(cè)到的表示玻璃變形的有圖案的信號(hào)。有圖案的光最好是有圖案的激光器光。激光器光的波長(zhǎng)在約0.24 "m和約O. 7 um之間的范 圍內(nèi)。經(jīng)測(cè)量的一部分帶最好在帶的至少一半寬度上延伸。通過(guò)下面說(shuō)明性描述的課程和參考附圖，將更容易地理解本發(fā)明以及本發(fā) 明的其它目標(biāo)、特征、細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)將變得更顯而易見(jiàn)，給出該說(shuō)明性描述并不 暗示任何限制。旨在使包括在本說(shuō)明中的所有如此的附加系統(tǒng)、方法特征和優(yōu) 點(diǎn)都落在本發(fā)明的范圍內(nèi)，并且受到所附的權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)。


圖1是用于拉制包括外殼的玻璃帶的向下拉制熔化工藝的透視圖。 圖2是圖1的一部分外殼的靠近的透視圖，示出用于得到測(cè)量數(shù)據(jù)的一個(gè) 裂縫。圖3是外殼的從上到下的視圖，包括用于測(cè)量圖1的玻璃帶屬性的測(cè)量組件。圖4a是附加到外殼上的圖3的測(cè)量組件的側(cè)視橫截面圖。圖4b是用于關(guān)閉裂縫的多片快門的靠近的側(cè)視圖。 圖5是圖4的測(cè)量組件的側(cè)視橫截面圖，示出傾斜預(yù)定角度ct的能力。 圖6是外殼的從上到下的視圖，示出有圖案的光的使用以及其檢測(cè)，用于 確定玻璃帶的位移。圖7是外殼的從上到下的視圖，描繪以并排關(guān)系設(shè)置的兩個(gè)測(cè)量組件的使用。
具體實(shí)施方式
在下面的詳細(xì)說(shuō)明中，為了說(shuō)明的目的而非限制，闡述了揭示特定細(xì)節(jié)的 示例實(shí)施例以提供對(duì)本發(fā)明的透徹的理解。然而，熟悉本領(lǐng)域普通技術(shù)的人員 是會(huì)顯而易見(jiàn)的，具有本揭示的益處，可以在與這里揭示的特定細(xì)節(jié)不同的其 它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。此外，省略了眾知的設(shè)備、方法和材料，為的是不會(huì) 使本發(fā)明的說(shuō)明模糊。最終，無(wú)論什么可應(yīng)用的情況，相同的標(biāo)號(hào)是指相同的 元件。本發(fā)明的一些實(shí)施例涉及一種方法和裝置，用于測(cè)量通過(guò)向下拉制工藝形 成的玻璃板或帶的屬性或特性。這些屬性包括，但是不局限于，溫度。其它期 望的屬性可以包括帶離開(kāi)垂直基準(zhǔn)平面的位移以及雙折射。尤其，這里揭示的 方法和裝置能夠測(cè)量?jī)?yōu)良清晰度中所期望的屬性。測(cè)量的空間分辨率最好小于 約2 mm，更好地，小于約1 mm?？臻g分辨率的意義是在帶的預(yù)定區(qū)域上的多 個(gè)點(diǎn)處進(jìn)行測(cè)量，并且各個(gè)測(cè)量點(diǎn)之間的距離一空間分辨率一最好小于最大 值，并且僅受到儀器采樣率的限制。使用光測(cè)高溫計(jì)(對(duì)于這種光測(cè)高溫計(jì)， 在每個(gè)獨(dú)立測(cè)量期間所測(cè)量的區(qū)域可以跨越數(shù)個(gè)毫米)的傳統(tǒng)方法提供獨(dú)立測(cè) 量的區(qū)域上的平均溫度。根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行的一些測(cè)量通過(guò)對(duì)帶進(jìn)行掃描而在所 測(cè)量的距離上產(chǎn)生帶屬性的虛擬連續(xù)知識(shí)，因此能夠提供顯示實(shí)質(zhì)上連續(xù)的空 間屬性分布(屬性對(duì)距離)所需要的信息。例如，根據(jù)本發(fā)明的溫度測(cè)量可以 導(dǎo)致在所測(cè)量的距離上每隔1或2 mm就確定帶的實(shí)際溫度，因此有助于作為 距離的函數(shù)的溫度的虛擬連續(xù)分布?？梢园磳挾确较蚍绞交蜷L(zhǎng)度方向方式來(lái)進(jìn) 行這些測(cè)量。最好，按寬度方向方式進(jìn)行這些測(cè)量。最好在帶的實(shí)質(zhì)上整個(gè)寬 度上測(cè)量屬性。實(shí)質(zhì)上整個(gè)寬度的意義是當(dāng)從近似于一側(cè)邊緣到相對(duì)側(cè)邊緣以及至少越過(guò)帶的優(yōu)質(zhì)區(qū)域的寬度而拉制帶時(shí)，測(cè)量沿帶的長(zhǎng)度的預(yù)定垂直位置 處的所測(cè)量的帶的屬性，其中定義優(yōu)質(zhì)區(qū)域?yàn)樵竭^(guò)用于拉制帶向下的牽引滾筒 (珠子)的接觸區(qū)域內(nèi)部的帶寬度的區(qū)域，并且該區(qū)域最終成為可以用于顯示 應(yīng)用的玻璃基板的一部分。當(dāng)然，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)理解，本發(fā)明的操 作不需要溫度的邊緣一到一邊緣測(cè)量，然而，對(duì)于優(yōu)質(zhì)玻璃的制造是如此期望 的。例如，可以使用本發(fā)明的方法和裝置來(lái)測(cè)量比帶的總寬度小的寬度分段。 例如，測(cè)量從帶的一側(cè)邊緣到帶的中心延伸的一個(gè)區(qū)域(即，帶的一半)的溫 度也可提供有價(jià)值的工藝信息。也可以設(shè)想寬度較窄的分段，并且可以僅包括 帶的珠子區(qū)域。對(duì)于顯示應(yīng)用，在帶的優(yōu)質(zhì)區(qū)域內(nèi)時(shí)，玻璃帶厚度的數(shù)量級(jí)一般小于約1 mm,更一般地，小于約0.7 imn。帶的其它部分，特別在帶邊緣處 的窄珠子可能較厚。此外，由于與牽引滾筒接觸，珠子趨向于比其余的帶要冷。 因此而可能在帶的寬度上相對(duì)短的距離內(nèi)(在每側(cè)邊緣的數(shù)十厘米內(nèi))發(fā)生要 求增加測(cè)量分辨率的大的溫度變化。圖1示出包括形成楔子10的熔化向下拉制裝置，形成楔子10包括通過(guò)壁 部分14結(jié)合在其縱向側(cè)上的向上打開(kāi)通道12，壁部分14在其上部區(qū)域處以相 對(duì)的縱向延伸溢出唇狀物或溢水孔16的形式而終止。通常把形成楔子10稱為 均勻管道。溢水孔16與楔子件10的相對(duì)的外板形成表面互通。如所示，楔子 件IO配備有與溢水孔16互通的、 一對(duì)實(shí)質(zhì)上垂直的形成表面部分18，以及一 對(duì)向下傾斜的會(huì)聚表面部分20，會(huì)聚表面部分20在形成直的玻璃牽引線的實(shí) 質(zhì)上水平的下頂點(diǎn)或根部22處終止。通過(guò)與通道12互通的傳送通路26使熔化的玻璃24饋入通道12。到通道 12的饋入可以是單端的，或如果需要的話，可以是雙端的。在與通道12的每 一端相鄰的溢出溢水孔16的上方提供一對(duì)限制障礙物28，以引導(dǎo)溢出溢水孔 16上的熔化玻璃24的自由表面30的溢出作為獨(dú)立的流，并且通過(guò)相對(duì)的形成 表面部分18、 20向下到根部22，以鏈狀線示出的獨(dú)立的流在根部22處會(huì)聚而 形成表面潔白無(wú)瑕疵的玻璃帶32。在溢出向下拉制熔化工藝中，在楔子件10的根部22的下游處設(shè)置牽引滾 筒34，并且接觸帶的側(cè)邊緣36 (珠子)而不接觸內(nèi)部，帶的優(yōu)質(zhì)區(qū)域38。使 用牽引滾筒來(lái)拉制帶，并且有助于設(shè)置玻璃離開(kāi)會(huì)聚形成表面的速率，因此而確定了完工的板的額定厚度。例如，在公開(kāi)的美國(guó)專利申請(qǐng)2003 / 0181302號(hào) 中描述了合適的牽引滾筒。在熔化向下拉制玻璃制造裝置中，當(dāng)玻璃帶從形成楔子向下到裝置的拉制 部分時(shí)，帶經(jīng)歷了不僅在物理尺寸方面而且還在分子級(jí)方面的復(fù)雜的結(jié)構(gòu)性改 變。通過(guò)仔細(xì)地選擇專門平衡機(jī)械和化學(xué)要求以完成從液態(tài)或粘滯狀態(tài)到固態(tài) 或有伸縮性狀態(tài)變形的溫度場(chǎng)，得到例如，從形成楔子或均勻管道的根部處的 柔軟的但是厚液態(tài)形式到厚度約半個(gè)厘米的硬玻璃帶的變化。因此，當(dāng)形成玻 璃帶時(shí)，它通過(guò)包圍帶的外殼40，該外殼還可以包圍形成楔子件10。外殼40 可以配備有沿外殼40的至少一部分長(zhǎng)度安排的、用于對(duì)玻璃帶進(jìn)行加熱或冷 卻的加熱和/或冷卻設(shè)備(未示出)。通常，根據(jù)預(yù)定的規(guī)劃來(lái)完成這種加熱 和冷卻，以致按一個(gè)速率來(lái)冷卻(或加熱)玻璃帶，并且凍結(jié)內(nèi)部應(yīng)力，這些 內(nèi)部應(yīng)力會(huì)使從帶上切割的玻璃板展現(xiàn)出彎曲(即，形狀)。加熱器和/或冷 卻器在空間上是隔離開(kāi)的，以致當(dāng)帶通過(guò)外殼40下降時(shí)，對(duì)玻璃帶的某些部 分以與帶的其它部分不同的速率進(jìn)行加熱或冷卻。因此，帶可以通過(guò)外殼中的不同區(qū)域，每個(gè)區(qū)域具有溫度分布的預(yù)定的溫度。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，并且如圖2所描繪，外殼40包括在外殼的寬 度上延伸的至少一個(gè)開(kāi)口或裂縫42。最好在外殼上安裝測(cè)量組件44 (圖3), 以致測(cè)量組件44可以通過(guò)裂縫42以光學(xué)方法來(lái)訪問(wèn)由外殼40包圍的玻璃帶。 通過(guò)光學(xué)方法訪問(wèn)的意義是在執(zhí)行測(cè)量的時(shí)間周期期間，在與測(cè)量組件相關(guān) 聯(lián)的每個(gè)測(cè)量設(shè)備和玻璃帶整個(gè)寬度的至少一部分之間存在清楚的、光學(xué)上無(wú) 障礙的視線，最好，在執(zhí)行測(cè)量的時(shí)間周期期間，在與測(cè)量組件相關(guān)聯(lián)的每個(gè) 測(cè)量設(shè)備和玻璃帶整個(gè)寬度之間存在清楚的、光學(xué)上無(wú)障礙的視線。如圖3所 示，測(cè)量組件44包括遮蔽物或外殼46以及用于測(cè)量玻璃帶屬性的至少一個(gè)測(cè) 量設(shè)備。外殼46的內(nèi)部部分可以受溫度控制，諸如通過(guò)加熱外殼46。例如， 可以通過(guò)安裝在外殼上或內(nèi)的電阻加熱器(未示出)對(duì)外殼46加熱?？梢酝?過(guò)使用自動(dòng)溫度調(diào)節(jié)裝置來(lái)控制提供給加熱器的電流，以致把外殼內(nèi)的溫度控 制在預(yù)定范圍內(nèi)。另一方面，可以用合適的難熔絕緣材料來(lái)隔離外殼46。還可 以在裂縫42處設(shè)置能從圖4較佳地看到的可移動(dòng)的快門50，使測(cè)量組件與外 殼46的內(nèi)部隔離。使用快門50來(lái)穩(wěn)定外殼40內(nèi)的玻璃帶的溫度，諸如使空氣流動(dòng)蕩最小化?！熠?，如前所述，當(dāng)玻璃帶從粘滯狀態(tài)到有伸縮性狀態(tài)變遷時(shí)， 極度要求玻璃帶經(jīng)受外殼40內(nèi)的穩(wěn)定的、受控制的溫度環(huán)境。因此，可以對(duì)快門50進(jìn)行熱控制以致可調(diào)節(jié)快門50的溫度，并且快門關(guān)閉時(shí)外殼的熱損失實(shí)質(zhì)上與快門打開(kāi)時(shí)外殼的熱損失相同?？梢栽O(shè)計(jì)快門，為的是提供裝置的最小的存儲(chǔ)空間要求。因此，快門可以具有任何適當(dāng)?shù)臉?gòu)成例如，如通過(guò)圖4a 表明的一片；或如圖4b所示的多片。測(cè)量組件44通過(guò)裂縫42訪問(wèn)外殼40，該裂縫表示玻璃帶相對(duì)穩(wěn)定的熱環(huán) 境中的一個(gè)裂口。在與玻璃帶相對(duì)的裂縫(外殼40) —側(cè)出現(xiàn)測(cè)量組件表示相 對(duì)于外殼內(nèi)環(huán)境的一定的熱獲取能力一測(cè)量組件具有一定的熱質(zhì)量，并且對(duì)于 外殼40中的熱環(huán)境起到散熱器的作用。還可以起中斷外殼內(nèi)的空氣流的作用， 進(jìn)一步擾動(dòng)熱環(huán)境。存在使外殼40中的熱環(huán)境的中斷最小化的數(shù)個(gè)方法。 一個(gè)方法是使測(cè)量 組件預(yù)熱到外殼內(nèi)的溫度。當(dāng)然，測(cè)量組件可能不能夠長(zhǎng)期暴露于如此的高溫 下，在某些情況中，高達(dá)900° C。在另一個(gè)方法中，當(dāng)快門關(guān)閉時(shí)可以使用受 熱控制的快門50來(lái)模仿測(cè)量裝置的溫度以致可以在表示測(cè)量裝置的條件下穩(wěn) 定帶拉制工藝。因此，可以通過(guò)關(guān)閉位置的快門50(即，快門50覆蓋裂縫42) 來(lái)穩(wěn)定帶形成工藝，以使測(cè)量組件與外殼內(nèi)的高溫環(huán)境隔離。最好調(diào)節(jié)關(guān)閉位 置的快門50的溫度以仿效測(cè)量組件44的熱獲取特性(例如，熱質(zhì)量)。例如， 可以在快門內(nèi)或上包括水通路(未示出)以調(diào)節(jié)快門溫度。然后通過(guò)位于離快 門較遠(yuǎn)的和例如用合適的管道連接到快門通路的輔助設(shè)備對(duì)流過(guò)通路的水進(jìn) 行加熱和/或冷卻。當(dāng)要求測(cè)量時(shí)，打開(kāi)快門。因?yàn)樵诜滦ㄟ^(guò)裂縫42到測(cè) 量組件的打開(kāi)通路同時(shí)快門50處于關(guān)閉位置的一些條件下，帶形成工藝是穩(wěn) 定的，所以可以使快門50打開(kāi)時(shí)的熱環(huán)境的變化最小化。在某些情況中可能要求使測(cè)量組件44和外殼40內(nèi)部之間的打開(kāi)光路徑保 持到延長(zhǎng)的時(shí)間周期。例如，可能要求在進(jìn)行的、不中斷的基礎(chǔ)上執(zhí)行玻璃帶 的測(cè)量，為的是提供連續(xù)反饋到玻璃形成工藝的數(shù)據(jù)源。為了促進(jìn)這種延長(zhǎng)的 周期，可以使用跨越裂縫42或跨越遮蔽組件44的窗口。這些窗口對(duì)于所測(cè)量 的輻射必須是光學(xué)透明的。 一般，可以從氟化鈣(CaF2)、蘭寶石(A1203)或 硫化鋅(ZnS)來(lái)制造這些窗口。使用光學(xué)透明的窗口減輕了熱控制快門的需要，因?yàn)楸┞队谕鈿?0內(nèi)環(huán)境的以及圍繞玻璃帶32的熱質(zhì)量實(shí)質(zhì)上是恒定的。 可以獨(dú)立地使用透明窗口，或連同快門一起使用。最終，在某些實(shí)例中，如果 發(fā)現(xiàn)打開(kāi)的裂縫招致外殼40內(nèi)的熱環(huán)境的最小的改變，則可以保持裂縫42打 開(kāi)，無(wú)需使用窗口或快門使測(cè)量組件與外殼內(nèi)的環(huán)境分開(kāi)。對(duì)于測(cè)量、監(jiān)視特別重要的，和當(dāng)可能控制時(shí)，玻璃屬性是玻璃帶的溫度 和玻璃帶離開(kāi)基準(zhǔn)平面51的位移(帶的形狀)。理想地，玻璃帶應(yīng)該在通過(guò) 形成楔子根部的平面中垂直地下降。實(shí)際上，如上所述，玻璃帶的厚度在帶的 寬度上變化。例如，帶的厚度可以從板的垂直邊緣處的厚珠子變化成較薄的中 心部分。厚度的變化可以導(dǎo)致帶的不同部分的溫度與帶的其它部分的溫度不 同，并且具有不同的冷卻速率。因此，在帶的寬度上以及沿帶的長(zhǎng)度的帶的空 間上變化的溫度可能導(dǎo)致帶假設(shè)非平面的形狀。有利地，在帶的寬度(寬度分 段或?qū)嵸|(zhì)上整個(gè)寬度)上、或沿帶的長(zhǎng)度、或兩者的溫度分布的知識(shí)是用來(lái)控 制這些溫度分布的極有用的數(shù)據(jù)?？梢詰?yīng)用于這里描述的溫度度量衡學(xué)的最合 適的技術(shù)是紅外線掃描器，紅外線陣列攝像機(jī)或2—維溫度記錄。這些技術(shù)與 作為確定帶溫度的傳統(tǒng)熱電偶或光測(cè)高溫計(jì)技術(shù)相比，提供了更重大的優(yōu)點(diǎn)。 尤其，可以有利地使用紅外處理成像系統(tǒng)，即，線掃描器或線陣列攝像機(jī)。可 以分析從這些測(cè)量得到的數(shù)據(jù)以產(chǎn)生帶溫度的總的橫截面溫度分布。熱玻璃帶輻射的能量是分布在電磁譜中的波長(zhǎng)帶上的。輻射能量的強(qiáng)度和 波長(zhǎng)分布是所測(cè)量的物體的溫度的函數(shù)。因此與諸如熱電偶或光測(cè)高溫計(jì)之類 的其它點(diǎn)方式的設(shè)備相比，線掃描或線陣列紅外系統(tǒng)表現(xiàn)出重大的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)?它們可以從儀器視場(chǎng)中的輻射溫度產(chǎn)生表面溫度的詳細(xì)的、空間上分解的圖。 在傳統(tǒng)上這些設(shè)備是眾知的，并且可以大批量地得到。例如，合適的線掃描設(shè) 備是Land Instruments International制造的LSP 50ZT7651型的紅夕卜(IR)線掃 描器對(duì)于溫度測(cè)量，重要的是玻璃帶在執(zhí)行測(cè)量的波長(zhǎng)處是光學(xué)不透明的，以 便排除帶的相對(duì)側(cè)上的物體輻射對(duì)溫度測(cè)量的干擾(即，測(cè)量設(shè)備通過(guò)玻璃帶 沒(méi)有"看到"帶的其它側(cè)上的物體的溫度和沒(méi)有結(jié)合該溫度到帶溫度中)。最好，掃描器能夠檢測(cè)約4.8pm和約14)im之間波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射。例如，合適 的檢測(cè)波長(zhǎng)范圍是4.8 pm到5.2 pm。在圖3所示的實(shí)施例中，IR線掃描器48位于端口52處，玻璃帶的中部，并且檢測(cè)帶寬度上的溫度，如鏈狀線49所表 示。在某些其它實(shí)施例中，可相對(duì)于外殼40傾斜地安裝遮蔽46。然后可以旋 轉(zhuǎn)或傾斜遮蔽46，垂直地，以致可以通過(guò)預(yù)定角度a (或其一部分)來(lái)移動(dòng)測(cè) 量平面54，如圖5所描繪，不僅對(duì)于單個(gè)水平溫度和/或位移分布產(chǎn)生數(shù)據(jù)， 而且使用多個(gè)水平掃描來(lái)促進(jìn)小的但是有用的垂直范圍上的垂直溫度和/或 位移分布的顯示。最好，遮蔽按直到和包括a的角度從法線到玻璃帶表面向下 傾斜。例如，可以使某些玻璃"凍結(jié)"的溫度范圍小于約70° C，而對(duì)于某些 玻璃，可以小到約20 — 30。 C。在向下拉制玻璃形成工藝中，會(huì)十分快速地發(fā) 生少量的溫度改變，即在短的垂直距離上。通過(guò)在測(cè)量組件中包括垂直傾斜或 旋轉(zhuǎn)的能力，可以用單個(gè)設(shè)備來(lái)獲得這個(gè)范圍而無(wú)需使用測(cè)量組件的數(shù)個(gè)垂直 陣列組。測(cè)量組件獲得一個(gè)垂直位置處的帶寬度上的水平溫度分布，傾斜預(yù)定 量，然后獲得第二個(gè)垂直位置處的水平溫度分布。沿帶長(zhǎng)度的一系列垂直位置 上的這些水平溫度分布可以提供編輯帶溫度的二一維圖的數(shù)據(jù)。當(dāng)然，還設(shè)想使用多個(gè)測(cè)量組件，這些測(cè)量組件位于沿帶長(zhǎng)度的各個(gè)位置 處。例如，可以按預(yù)定間隔垂直地堆疊測(cè)量組件以致每個(gè)測(cè)量組件的垂直范圍 形成鄰接的垂直范圍。然后可以結(jié)合來(lái)自每個(gè)測(cè)量組件的測(cè)量值以確定所測(cè)量 的屬性在大距離上的總的垂直分布。另一方面，在其它情況中，個(gè)別的范圍不 需要形成鄰接的總范圍。下列情況在本發(fā)明的范圍內(nèi)，即，在垂直配置中的外殼40上安裝測(cè)量組 件從而裂縫42也是垂直的。在該配置中，測(cè)量組件44沿跨越帶的寬度的預(yù)定 水平位置處的垂直路徑收集測(cè)量數(shù)據(jù)(例如，溫度和位移)。在垂直的定向中， 在測(cè)量組件44中的測(cè)量?jī)x器，例如，溫度掃描設(shè)備48，在垂直掃描平面中進(jìn) 行掃描，并且能夠水平地"傾斜"。用于測(cè)量的玻璃帶32的另一個(gè)有用的屬性是帶相對(duì)于預(yù)定基準(zhǔn)平面的位 移， 一般選擇通過(guò)形成楔子10的根部22的垂直平面51為預(yù)定基準(zhǔn)平面。可 以使用傳統(tǒng)的成像方法來(lái)進(jìn)行位移測(cè)量。例如，通過(guò)把一般為激光器光的、"結(jié) 構(gòu)化的"(即，有圖案的)光引導(dǎo)到玻璃帶的表面來(lái)執(zhí)行測(cè)試?？梢允褂秒?荷耦合檢測(cè)器(CCD)來(lái)檢測(cè)圖案。然后可以使用傳統(tǒng)成像軟件來(lái)計(jì)算玻璃帶表面的寬度上的畸變。在圖6所描繪的實(shí)施例中，從激光器源58投射結(jié)構(gòu)化 的激光器光56，并且通過(guò)CCD攝像機(jī)60進(jìn)行檢測(cè)。例如，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)(未示出)估計(jì)從溫度和/或位移測(cè)量得到的測(cè)量 數(shù)據(jù)，并且可以在反饋環(huán)路中使用，以控制安排在遮蔽中或周圍的加熱和/或 冷卻設(shè)備，從而使玻璃帶經(jīng)受的溫度分布改變。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，可以在外殼寬度上并排布置如圖7所示的數(shù) 個(gè)測(cè)量組件44，從而減少任何一個(gè)測(cè)量組件的橫向測(cè)量任務(wù)。在該實(shí)例中，使 用兩個(gè)IR掃描設(shè)備48，每個(gè)掃描設(shè)備適用于覆蓋玻璃帶的一半寬度。相似地， 使用用于投射有圖案的激光器光的兩個(gè)激光器56以及兩個(gè)檢測(cè)設(shè)備58(例如， CCD攝像機(jī))，每一半帶使用一對(duì)(一個(gè)激光器和一個(gè)CCD攝像機(jī))。本實(shí)施 例的獨(dú)立的測(cè)量組件可以具有以前各個(gè)實(shí)施例描述的任何的或所有的特征。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，本發(fā)明的上述實(shí)施例，尤其，任何"較佳的"實(shí)施例，只是實(shí) 施的可能的例子，只為了清楚地理解本發(fā)明的原理而闡述?？梢詫?duì)本發(fā)明的上 述實(shí)施例進(jìn)行許多改變和修改而實(shí)質(zhì)上不偏離本發(fā)明的精神和原理。例如，雖 然是較佳的和有利的，但是布置測(cè)量組件為的是能夠測(cè)量玻璃帶的粘彈性區(qū)域 中的溫度或形狀，其中使形狀和/或應(yīng)力凍結(jié)到帶中，實(shí)質(zhì)上可以沿牽引滾筒 和切割位置之間的帶的長(zhǎng)度的各個(gè)位置上布置多個(gè)測(cè)量組件。這些位置包括帶 的粘滯區(qū)域、粘彈性區(qū)域以及有伸縮性區(qū)域。沿帶的長(zhǎng)度布置測(cè)量組件的陣列 意味著可以顯示大規(guī)模二一維溫度和/或形狀圖，大大地提高了帶的形狀和溫 度的知識(shí)。這些數(shù)據(jù)可以導(dǎo)致帶條件的詳細(xì)知識(shí)，并且允許更有效地管理各種 工藝控制(例如，形成楔子溫度、拉制速率等)。這里揭示的測(cè)量組件并不需 要局限于測(cè)量溫度和形狀(偏差)?？梢允褂闷渌ㄟ^(guò)光學(xué)方法確定的測(cè)量， 諸如雙折射的在線測(cè)量，導(dǎo)致玻璃帶中直接的、在線的應(yīng)力測(cè)量。此外，雖然 已經(jīng)根據(jù)熔化向下拉制工藝描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明可以應(yīng)用于其它向下拉 制工藝，諸如狹縫拉制工藝(其中從坩鍋或其它容器的底部的狹縫拉制玻璃 帶)，或再拉制工藝(其中在爐子中熔化固體玻璃粗加工成品，并且從其中拉 制熔化的玻璃帶)。旨在使所有如此的修改和變化都包括在本揭示和本發(fā)明的 范圍內(nèi)，并且受到下述權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)。
權(quán)利要求
1.一種用于刻畫(huà)玻璃帶特性的裝置，包括外殼，它包括開(kāi)口且被設(shè)置成至少圍繞著通過(guò)向下拉制工藝形成的玻璃帶的粘性和粘彈性區(qū)域；測(cè)量組件，它適用于通過(guò)對(duì)穿過(guò)開(kāi)口的玻璃帶的寬度進(jìn)行掃描而測(cè)量玻璃帶的至少一個(gè)屬性。
2. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，所述至少一個(gè)屬性包括溫度。
3. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述至少一個(gè)屬性包括帶的 位移。
4. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述測(cè)量組件適用于同時(shí)測(cè) 量多個(gè)帶屬性。
5. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述測(cè)量組件檢測(cè)被投射到 玻璃帶表面上的有圖案的光。
6. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括設(shè)置在所述帶和所述 測(cè)量組件之間的快門。
7. —種用于刻畫(huà)玻璃帶特性的裝置，包括外殼，它包括開(kāi)口且被設(shè)置成至少圍繞著通過(guò)熔化向下拉制工藝形成的玻 璃帶的粘性和粘彈性區(qū)域；測(cè)量組件，它包括溫度測(cè)量設(shè)備和位移測(cè)量設(shè)備，分別用于同時(shí)測(cè)量穿過(guò) 開(kāi)口的帶的溫度和位移。
8. 如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，還包括被設(shè)置在所述帶和所述測(cè)量組件之間的、可在打開(kāi)位置和關(guān)閉位置之間操作的可移動(dòng)的快門。
9. 一種刻畫(huà)玻璃帶特性的方法，包括 通過(guò)向下拉制方法形成流動(dòng)玻璃帶；通過(guò)對(duì)所述帶的寬度的至少一部分進(jìn)行掃描，在所述帶的粘性或粘彈性區(qū) 域中同時(shí)測(cè)量所述帶的溫度和位移。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，測(cè)量位移包括檢測(cè)被投射到所述帶上的有圖案的光。
全文摘要
一種方法和裝置，用于測(cè)量在向下拉制玻璃形成工藝中形成的玻璃帶的溫度和/或位移，并且在帶的寬度上進(jìn)行測(cè)量。通過(guò)不與玻璃帶接觸的一種測(cè)量裝置可以有利地執(zhí)行溫度和位移測(cè)量，同時(shí)具有高度的空間分辨率。實(shí)質(zhì)上可以在帶的整個(gè)寬度上執(zhí)行溫度測(cè)量。可以在自動(dòng)反饋環(huán)路中使用測(cè)量裝置顯示的數(shù)據(jù)以控制玻璃帶形成條件。
文檔編號(hào)G01K1/00GK101336366SQ200680051769
公開(kāi)日2008年12月31日 申請(qǐng)日期2006年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月20日
發(fā)明者K·L·豪斯, L·K·克林史密斯, M·Y·西本, P·J·威索羅斯基 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司