专利名称：一种玻璃预制棒的拉伸方法
技术领域：
本发明涉及玻璃预制棒的拉伸方法，尤其是通过利用重力传感器测量反映拉伸力的玻璃预制棒的内部张力，同时利用拉伸过程中玻璃预制棒体积不变的性质来控制玻璃预制棒的起始拉伸与收尾拉伸的玻璃预制棒的拉伸方法。
背景技术：
随着玻璃预制棒尺寸的不断大型化，原广泛使用的横向火焰延伸技术已无法满足预制棒延伸的要求，更新型的纵向电炉延伸技术受到了广泛的研究，并取得了快速的进展。目前，玻璃预制棒的纵向拉伸方法主要是采用上下两个夹具对玻璃预制棒两头进行上下夹持，使用电炉对玻璃预制棒的有效区域进行顺序软化，依据软化区锥面某处的直径变化来控制上下夹
具的运动速度差而实现对玻璃预制棒的拉伸。例如96118554.6号发明专利申请中提出设定径与测定径的比值控制法；中国CN1159243C号发明专利说明书提出了一种玻璃预制棒两头锥面处的拉伸控制方法，以达到充分利用玻璃预制棒的目的。
而它们在拉伸速度的设定上都是一个经验值， 一般是由多次延伸试验后得到的经验速度。且该速度需要炉体内部温度场始终保持一个稳定的状态。实际上，要保证锥面控制点不变，就需要玻璃预制棒的内部张力保持在某一稳定状态，也就是玻璃预制棒的软化区在整个拉伸过程中的温度场是一致的。而一般情况下加热电炉的温控系统是保证炉体某一点的温度稳定，从而粗略地保证炉体内部温度场的稳定。但这不能保证玻璃预制棒软化区内部的温度场稳定。这样，在玻璃预制棒吸收的热量盈余时，玻璃预制棒内部张力减小，玻璃预制棒软化区锥面将会上移。相反，在玻璃预制棒吸收的热量不足时，玻璃预制棒内部张力变大，玻璃预制棒软化区锥面将会下移。在这两种情况下，锥面测径点将发生飘移，从而不能准确反映
4实际需要测定处的直径，如图1A中对应测径^义4的i殳定测量控制点0-0，当玻璃预制棒因吸收热量盈余造成内部张力变小时，玻璃预制棒软化区锥
面上移，实际测量控制点m-m将会相对设定测量控制点0-o偏下(如图IB所示)，当玻璃预制棒因吸收热量不足造成内部张力变大时，玻璃预制棒软化区锥面下移，实际测量控制点n-n将会相对设定测量控制点o-o偏上(如图1C所示)。换句话说，就是在热平衡发生变化时，玻璃预制棒软化区锥面的形状和位置都将发生变化，从而影响控制精度，最终会导致拉伸后的玻璃预制棒外径波动较大，并出现外径沿一个方向递增或递减的情况。
目前的拉伸方法还存在不能充分利用玻璃预制棒的问题，由于被拉伸之前的玻璃预制棒的中间部分为直径趋于一致的主体段2g,玻璃预制棒的上、下两端分别具有上端夹持段2a和上端锥段2b、下端锥段2h和下端夹持段2f;由于拉伸起始阶段是从对下端锥段2h的拉伸开始的，比较难控制，经常需要拉伸很大一部分预制棒成为过渡段2e后才能得到所需要的符合目标直径的目标拉伸段2d，而在收尾阶段，由于对上端锥段2b的拉伸比较难控制，因此在没有拉伸到上端锥段2b时就停止拉伸，这样造成了玻璃预制棒两端很大一部分浪费，如图2B所示，造成了上端锥段2b、上端的恒定状态的拉伸锥段2c和过渡段2e的浪费。
发明内容
伸的起始阶段和收尾阶段实际测量控制点会相对设定测量控制点偏移而导致拉伸后的玻璃预制棒外径波动较大以及不能充分利用玻璃预制棒的缺陷，提供一种通过利用重力传感器测量反映拉伸力的玻璃预制棒的内部张力，同时利用拉伸过程中玻璃预制棒体积不变的性质来控制玻璃预制棒的起始拉伸与收尾拉伸的玻璃预制棒的拉伸方法。为此，本发明采用以下技术方案
一种玻璃预制棒的拉伸方法，是将玻璃预制棒的上端、下端分别夹持在上夹具、下夹具上进行顺序加热，利用上夹具的速度和下夹具的速度之差对该玻璃预制棒进行拉伸，在该拉伸过程中，通过调整上夹具的速度始
5终保证拉伸力的稳定性，利用测径仪的设定控制直径和设定点测量直径控
制下夹具的速度，其特征是利用重力传感器测量反映所述拉伸力的玻璃
预制棒的内部张力，同时利用拉伸过程中玻璃预制棒体积不变的性质来控制玻璃预制棒的起始拉伸阶段和收尾拉伸阶段。
本发明的有益效果是
通过将玻璃预制棒的张力控制在稳定状态来保证测量控制点的前后一致性，再根据测量控制点来控制整体拉伸速度，在拉伸的起始阶段与结尾阶段，利用玻璃预制棒在整个拉伸过程中体积的不变性来控制拉伸速度。在对玻璃预制棒的拉伸过程中，玻璃预制棒张力的变化反应到称重传感器，对于不同外径玻璃预制棒的拉伸，就不需要通过多次试验得到拉伸速度，直接通过控制张力的稳定性来控制上夹具的运动速度；在两端锥面的拉伸过程中，采用等体积法控制， 一方面提高了拉伸精度，另一方面提高了玻璃预制棒的利用率。
图1A为现有纵向拉伸技术中对应测径仪的设定测量控制点o-o的示意图；图IB为现有纵向拉伸技术中测径仪的实际测量控制点m-m相对设定测量控制点o-o偏下的示意图；图1C为现有纵向拉伸技术中测径仪的实际测量控制点n-n相对设定测量控制点o-o偏上的示意图；它们揭示了实施现有纵向拉伸技术时玻璃预制棒在拉伸过程中存在的实际测量控制点相对设定测量控制点漂移的现象。
图2A为玻璃预制棒拉伸前的形状示意图；图2B所示为玻璃预制棒按照现有纵向拉伸技术拉伸后的形状示意图，其目标拉伸段2d较短，玻璃预制棒的利用率低；图2C为按照本发明的方法对玻璃预制棒进行拉伸后的比较理想的形状示意图，其目标拉伸段2d得到了明显的增加。
图3为实施本发明拉伸方法所使用的拉伸装置结构示意图。
该拉伸装置主要由上塔架9和下塔架7构成装置的主体。上塔架9通过丝杆带动上滑座10和上夹具1上下移动，下塔架7通过丝杆带动下滑座6和下夹具5上下移动；石墨加热炉3固定在上塔架9上，上夹具1的中心、下夹具5的中心和石墨加热炉3的中心保持同轴；下夹具5和下滑座6固定连接；上夹具1和上滑座10通过导轨滑块进行滑动连接；上夹具1下面安装一个重力传感器12，重力传感器12通过固定板11固定到上滑座10上；石墨加热炉3上方安装测径仪4a，测径仪4a设置在上塔架9上面；石墨加热炉3下方安装测径仪4，测径仪4设置在上塔架9上面，并且位置可调；安装控制器13,通过重力传感器12的输入信号控制上塔架9的丝杆电机转速；安装控制器8，通过测径仪4的输入信号控制下塔架7的丝杆电^L转速。
图4A所示为玻璃预制棒起始拉伸阶段中的开始状态示意图，图4B所示为玻璃预制棒起始拉伸阶段中的结束状态示意图，它们揭示了在起始拉伸阶段，需要满足体积不变原则，即V(a,c)=V(al，bl)。
图5所示为整个^i伸过程中上夹具1的速度VI和下夹具5的速度V2的变化曲线示意图。
图6A为用本发明的方法对玻璃预制棒进行拉伸的收尾拉伸阶段的开始状态示意图，图6B所示为用本发明的方法对玻璃预制棒进行拉伸的收尾拉伸阶段单位时间后的上锥面拉伸状态示意图。它们揭示了在收尾拉伸阶段，需要满足体积不变原则，即(Vm-Vn)/A-V2-VI。
具体实施例方式
以下结合说明书附图对本发明做进一步说明。
一种玻璃预制棒的拉伸方法，是将玻璃预制棒2的上端、下端分别夹持在上夹具1、下夹具5上进行顺序加热，利用上夹具1的速度VI和下夹具5的速度V2之差对该玻璃预制棒2进行拉伸，在该拉伸过程中，通过调整上夹具1的速度VI始终保证拉伸力F的稳定性，利用测径仪4的设定控制直径DO和设定点测量直径D01控制下夹具5的速度V2,其特征是利用重力传感器12测量反映所述拉伸力F的玻璃预制棒的内部张力，同时利用拉伸过程中玻璃预制棒体积不变的性质来控制玻璃预制棒的起始拉伸阶段和收尾拉伸阶段。
作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加的技术特征以便在实施使根据需要选用
将所述的重力传感器12设置在上夹具1的下面，且将上夹具1滑动连接在上滑座10上。
在起始拉伸阶段和收尾拉伸阶段之间为稳定拉伸阶段，在该稳定拉伸
阶段，上夹具1的速度V1和下夹具5的速度V2分别为设定速度；在起始 拉伸阶段，上夹具1的速度VI上升到其在稳定拉伸阶段的设定速度V0和 下夹具5的速度V2上升到其在稳定拉伸阶段的设定速度(DlVD22) VI过程 中，始终符合体积关系V(a,c)=V(al,bl),其中
Dl为拉伸前玻璃预制棒2的主体段2g的平均直径，
D2为目标拉伸段2d的目标拉伸直径，
a、 c为起始拉伸阶段拉伸前玻璃预制棒上的两个耳又样点，
al、 bl为起始拉伸阶段拉伸后玻璃预制棒上的对应拉伸前a、 c取样 点的两个取^羊点，
V (a, c)为起始拉伸阶段拉伸前玻璃预制一奉上的两个耳又样点a、 c之间的 体积，
V(al，bl)为起始拉伸阶段拉伸后玻璃预制棒上的两个取样点al、 bl 之间的体积。
上夹具1和下夹具5在达到稳定拉伸阶段的设定速度后，按照 V1-V0+K1 (1-Fr/F0) ， V2= (Dl2/D22) Vl+K2 (D01/D0-1)的拉伸控制方法进行 拉伸控制，其中
VI为上夹具1的速度，
V0为上夹具1在稳定拉伸阶段的设定速度，
Kl为影响系数，2<K1<5，
Fr为测量力，
F0为拉伸设定力，
V2为下夹具5的速度，
K2为影响系凄t， 5<K2<20,
DO为拉伸锥段2c的设定控制直径，
D01为拉伸锥段2c的设定点测量直径。
在收尾拉伸的控制过程中，在每单位拉伸时间内，上夹具、上夹具速 度的变化符合体积关系(Vm-Vn)/A=V2-Vl，其中Vm为收尾拉伸阶段开始时上端锥段2b与目标拉伸段2d之间部分的体 积，即图6A中两个取样点e、 d之间的体积，取样点e为上端锥段2b与 上端夹持段2a的结合部位，取样点d为拉伸锥段2c在起始拉伸阶段开始 时与目标拉伸段2d的结合部位，
Vn为收尾拉伸阶段结束时上端锥段2b与目标拉伸段2d之间部分的体 积，取样点e为上端锥段2b与上端夹持段2a的结合部位，取样点dl为 拉伸锥段2c在起始拉伸阶段结束时与目标拉伸段2d的结合部位，
A为々立伸目标直径所对应的截面积，
VI为上夹具1的速度，
V2为下夹具5的速度。
重力传感器的位置是可调的。
上述方法，通过上夹具1和上滑座10的滑动连接，可以减少丝杆、配 重等外部因素对称重传感器的影响，就可以使称重传感器12充分反应出 玻璃预制棒2的内部张力的变化，亦即拉伸力F的变化。其整个拉伸方法 在于先利用测径仪4a对整个玻璃预制棒拉伸部位进行测径，得到拉伸前 玻璃预制棒2的主体段2g的平均直径Dl，设定目标拉伸段2d的目标拉伸 直径为D2，拉伸后目标拉伸段2d的截面积为A。根据生产经验，在保持 电炉特定温场的情况下，每种规格外径的玻璃预制棒有其概定的拉伸张力 需求F0和以及对应的上夹具1在稳定拉伸P介—歐的4i伸速度VO,据此将F0 作为拉伸设定力、VO作为上夹具1在稳定拉伸阶段的设定速度，因此当测 量力Fr偏离拉伸设定力F0时即通过本发明的方法控制上夹具1的实际速 度VI。
以下分别说明各个拉伸阶段
起始拉伸阶l殳图4A为拉伸前状态，b点为中心位置(通常为拉伸过 程中拉伸锥段2c与主体段2g的结合部位)，图4B为起始拉伸阶段的结束 状态。该拉伸目标是形成稳定状态的拉伸锥段2c，并保证该拉伸锥段2c 为后续拉伸过程中的锥段。在从图4A拉伸至图4B的过程中，上夹具1下 降的距离为Ll,下夹具5下降的距离为L2。根据拉伸前后体积一致性原 则(即玻璃预制棒特定段位的体积在拉伸前后的体积不变)，图4A中ac段体积V(a，c)等于图4B中albl段体积V(al，bl)。在测得玻璃预制棒各 点直径后，可以得到Ll与L2的具体数值，通常情况下，此时L1/L2-(Dl2/D22),根据Ll和L2的数值及比例关系，可以拟出合适的上夹具1和 下夹具5的速度变化曲线。而最终使得V1=V0, V2=(D12/D22)*V1，如图5 起始拉伸阶段所示。
稳定拉伸阶段在起始拉伸阶段结束后，上下夹具的运动速度都达到 了初始设定值，即V1=V0， V2=(D12/D22)V1,改变控制公式，在测量力为 Fr的情况下，可以将上夹具1的下降速度表示为
V1-V0+K1 (1-Fr/FO) ， Kl为影响系数,牙见具体的^立神环境而定。
下夹具的下降速度可以表示为
V2=(D12/D22)V1+K2(D01/D0-1), K2为影响系数,视具体的拉神环境而 定。DO为锥面设定控制直径，D01为锥面设定点测量直径，如图5稳定拉 伸阶段所示。
收尾拉伸阶段如图6A、 6B所示，当中心位置b点与上端锥段2b的 大端b2点重合时，进入收尾拉伸阶段。由于锥段部分单位时间的体积缩 减量等于下端拉伸量，即(Vm-Vn)/A=V2-Vl。所以当(Vm-Vn)逐渐减小到0 时，V2-V1,此时4立伸结束。
下面根据附图对该拉伸方法进行实施实例的分析。
拉伸装置如图3所示。
拉伸对象如图2A所示，拉伸之前玻璃预制棒的主体段2g外径Dl 为100mm,有效长度为700 mm，其目标拉伸直径D2为40mm。两端有上端 锥段2b和下端锥段2h，两锥段端再连接尾棒作为上端夹持段2a和下端夹 持段2f ，尾棒直径为40,。拉伸设定力F0为2kgf ，拉伸锥段2c的设定 控制直径DO为50mm。上夹具1在稳定拉伸阶段的设定速度V0为5mm/min。
拉伸过程
将上滑座10提升到最高点，然后用上夹具1夹紧上端夹持段2a,将 上滑座10慢慢下降，利用测径仪4a对玻璃预制棒进行预扫描，得到玻璃 预制棒2中上端锥段2b长为78mm，体积为3. 2 x I05mm3;主体段2g长度 为685mm,平均直径Dl为98. 6，可以计算得到下夹具5的理论下降速度
10为30. 38 mm/min，体积为5. 3 x 10 mm ;下端锥段2h长度为74鹏，体积为 3. 1 x 105mm3。拉伸程序中选中玻璃预制棒的初始拉伸位置，取下端锥段2h 与主体段2g的结合处即中心位置b，上滑座IO运动到指定位置，使得炉 体加热中心与图4A所示的中心位置b重合。
对石墨加热炉3进行通电，等待炉温慢慢升高到170(TC,提升下滑座 6到一定位置，使用下夹具5夹持下端夹持段2f。启动上下夹具的旋转电 机，使得玻璃预制棒在炉体内转动。
当温度升高到1800。C的时候，进入起始^i伸阶l殳。如图4A和4B所示， 根据玻璃预制棒2的预扫描结果及拉伸前后的体积不变性原理，可以得到 上夹具1的下降距离Ll为27mm ，下夹具5的下降距离L2为58mm,在10 分钟内将上夹具按指定速度变化曲线下降27mm,速度达到5mm/min，下夹 具5在10分钟内下降58mm，速度达到30. 38mm/min。此时张力显示为 2. 4kgf,控制点直径为49. 2mm，温度为1887°C,温度继续升高。改变控 制方式，改用稳定拉伸阶段的控制方式，其中控制参数Kl取2.8， K2取 15。当张力显示为2.0kgf时，停止升温，此时温度为1912°C。温控系统 将石墨加热炉测量点温度始终保持1912°C，继续以稳定拉伸阶段的控制方 式进行拉伸。当上夹具下降的距离达到中心位置b与上端锥段2b的大端 b2重合点时，如图6A所示，进入收尾拉伸阶段。保持上夹具1下降速度 VI不变，下降65mm停止，时间为13min。下夹具5估夂减速运动，下降距 离为245mm，最终降低到5nim/min，停止拉伸。
拉伸完成后，有效长度为3964mm，有效长度上平均外径40. 13mm,预 制棒利用率为95.8%，同规格的玻璃预制棒，相对用现有方法进行拉伸， 拉伸后的外径波动减小了 60%以上，有效长度增加了 7%以上。
需要特别指出的是，上述实施例的方式仅限于描述实施例，但本发明 不只局限于上述方式，且本领域的技术人员据此可在不脱离本发明的范围 内方便的进行修饰，因此本发明的范围应包括本发明所揭示的原理和新特 征的最大范围。
权利要求
1、一种玻璃预制棒的拉伸方法，是将玻璃预制棒(2)的上端、下端分别夹持在上夹具(1)、下夹具(5)上进行顺序加热，利用上夹具(1)的速度(V1)和下夹具(5)的速度(V2)之差对该玻璃预制棒(2)进行拉伸，在该拉伸过程中，通过调整上夹具(1)的速度(V1)始终保证拉伸力(F)的稳定性，利用测径仪(4)的设定控制直径(D0)和设定点测量直径(D01)控制下夹具(5)的速度(V2)，其特征是利用重力传感器(12)测量反映所述拉伸力(F)的玻璃预制棒的内部张力，同时利用拉伸过程中玻璃预制棒体积不变的性质来控制玻璃预制棒的起始拉伸阶段和收尾拉伸阶段。
2、 根据权利要求1所述的一种玻璃预制棒的拉伸方法，其特征是将所 述的重力传感器(12)设置在所述的上夹具(1)的下面，且将所述的上 夹具(1 )滑动连接在所述的上滑座(10 )上。
3、 根据权利要求1所述的一种玻璃预制棒的拉伸方法，其特征是在所 述的起始拉伸阶段和收尾拉伸阶段之间为稳定拉伸阶段，在该稳定拉伸阶 段，所述上夹具(1)的速度(VI)和下夹具(5)的速度分别为设定速度； 在起始拉伸阶段，所述上夹具(1)的速度(VI)上升到其在稳定拉伸阶 段的设定速度(V0)和下夹具(5)的速度(V2)上升到其在稳定拉伸阶 段的设定速度(D力D2"V1过程中，始终符合体积关系V(a,c)-V(al，bl)， 其中Dl为拉伸前玻璃预制棒(2 )的主体段2g的平均直径， D2为目标拉伸段2d的目标拉伸直径， a、 c为起始拉伸阶段拉伸前玻璃预制棒上的两个取样点， al、 bl为起始拉伸阶段拉伸后玻璃预制棒上的对应拉伸前a、 c取样 点的两个取^羊点，V (a， c)为起始拉伸阶段拉伸前玻璃预制棒上的两个取样点a、 c之间的 体积，V(al,bl)为起始拉伸阶段拉伸后玻璃预制棒上的两个取样点al、 bl 之间的体积。
4、 根据权利要求3所述的一种玻璃预制棒的拉伸方法，其特征是所述的上夹具(1)和下夹具(5)在达到稳定拉伸阶段的设定速度后，按照 V1-V0+K1 (1-Fr/F0) ， V2=(D12/D22)V1+K2 (D01/D0-1)的拉伸控制方法进行 拉伸控制，其中VI为上夹具(1)的速度，vo为上夹具(1 )在稳定拉伸阶段的设定速度，Kl为影响系数，2<K1<5,Fr为测量力，F0为拉伸设定力，V2为下夹具(5)的速度，K2为影响系数，5<K2<20，DO为拉伸锥段2c的设定控制直径，D01为拉伸锥段2c的设定点测量直径。
5、 根据权利要求1所述的一种玻璃预制棒的拉伸方法，其特征是在收 尾拉伸的控制过程中，在每单位拉伸时间内，上夹具、上夹具速度的变化 符合体积关系(Vm-Vn) /A=V2-VI ，其中:Vm为收尾拉伸阶段开始时上端锥段2b与目标拉伸段2d之间部分的体积，Vn为收尾拉伸阶段结束时上端锥段2b与目标拉伸段2d之间部分的体积，A为目标拉伸段2d拉伸目标直径所对应的截面积， VI为上夹具(1)的速度， V2为下夹具(5)的速度。
6、 根据权利要求1所述的一种玻璃预制棒的拉伸方法，其特征是所述 的重力传感器的位置是可调的。
全文摘要
本发明公开了一种玻璃预制棒的拉伸方法，其是将玻璃预制棒的上端、下端分别夹持在上夹具、下夹具上进行顺序加热，利用上夹具的速度和下夹具的速度之差对该玻璃预制棒进行拉伸，在该拉伸过程中，通过调整上夹具的速度始终保证拉伸力的稳定性，利用测径仪的设定控制直径和设定点测量直径控制下夹具的速度，其特征是利用重力传感器测量反映拉伸力的玻璃预制棒的内部张力，同时利用拉伸过程中玻璃预制棒体积不变的性质来控制玻璃预制棒的起始拉伸阶段和收尾拉伸阶段。该方法具有拉伸精度和玻璃预制棒利用率高的特点。
文档编号C03B37/02GK101481208SQ200910096089
公开日2009年7月15日 申请日期2009年2月9日 优先权日2009年2月9日
发明者冯高锋, 杨军勇, 章海峰, 羊荣金 申请人:富通集团有限公司