玻璃拉制工艺中主动的边缘滚轮控制的制作方法

专利名称：玻璃拉制工艺中主动的边缘滚轮控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过主动改变由与玻璃带接触的边缘滚轮向该玻璃带施加的力来控制通过玻璃拉制操作而制成的玻璃带中的应力的装置和方法。
背景技术：
形成薄板玻璃的一个方法是拉制工艺(drawing proces s),其中从玻璃液容器中拉出玻璃带。这可通过例如上拉工艺(例如Foucault或Colburn)或下拉工艺(例如流孔或 熔融)来实现，在上拉工艺中带从容器中被向上拉制，在下拉工艺中带通常从成形主体被向下拉制。一旦带形成，就从该带中切割出个体玻璃板。在常规的下拉工艺(例如熔融下拉工艺)中，玻璃液被成形为容纳在拉制腔内的玻璃带，所述拉制腔室由围绕所述带的罩(shroud)限定。所述罩用于在所述罩限定的且围绕所述带的区域中维持一致的热环境等。成对的辊(roller)穿透所述罩并夹捏带边缘。所述辊(或滚轮(roll))可被用于向所述带施加牵引力、向所述带施加横贯张力，或者仅用于引导所述带。据此，可通过电机向所述滚轮施加旋转力，或者所述滚轮可自由轮转(freewheeling)且通过下降的带向所述棍施加旋转力。在任一,清况下,滚轮都旋转。生产滚轮机构通常允许滚轮从玻璃接触区域水平和/或竖直移动。这适应了滚轮的几何公差、运行中的偏移(run out)和公差变化以及玻璃厚度的正常可变性。此外，生产滚轮机构通常允许滚轮远离玻璃而移动，以用于维护接近、工艺重启以及其他实际考虑。然而，所述滚轮还必须适应所述带的边缘处的厚度变化，或者所述边缘滚轮自身的直径变化。在生产运行期间阻碍所述边缘滚轮相对于所述带横向自由运动的摩擦力可导致力循环，该力循环表现出带中的不期望的扰动或应力变化，该扰动或应力变化在该玻璃从粘性材料转变成弹性材料时可冻结到该玻璃内。

发明内容
用于下拉玻璃制造系统的滚轮驱动系统的改进带来了显著改善的属性、更长的工艺寿命(且在由该工艺产生的玻璃带刚性较小的情况下将是尤其有益的拉制)，这意味着更宽的平台以及更薄和更长的带。对带的粘弹性区域(visco-elastic area)中的张力进行规定从而减少这些力的循环的能力，可为带属性(尤其是带的翘曲和应力)带来显著的益处。待解决的一个问题是目前的滚轮系统限定夹捏力(pinch force)，该力将滚轮压到一起，并导致它们产生跨拉(跨越所述带的)张紧(或压缩)效应。所述夹捏力可因各种摩擦机械问题随着设备设置而变化，且可随着滚轮磨损、或因热环境变化、或随着由环境中的外来颗粒(例如玻璃颗粒)导致的设备干扰而变化。
夹捏力变动导致由所述滚轮产生的横跨拉制张力(cross-draw tension)发生变化。一致的滚轮张力对于所述带的形状和应力是重要的，且分立的玻璃板或块稍后将从所述带中分离。另一个问题是目前的滚轮系统显示出发生在滚轮对旋转中的力循环。该旋转可变性表现为张力和牵引力的循环(当滚轮被驱动时)。此外，该滚轮对循环在各个滚轮对之间相互作用。来自该力循环的效应影响到玻璃(导致翘曲和应力变化)，还对工艺稳定性做出贡献。例如，力的改变可导致带形状“骤变(pop)”。即，立刻改变。滚轧力循环(roll force cycling)的主导来源是所述带的对立侧的滚轮对之间的机械偏移。这可由每个滚轮的不圆而导致、由轴承的偏移而导致，如果滚轴(axle)不是直的且彼此平行的，或者在滚轮的圆周上滚轮材料可压缩性或其他性质有差别。由于滚轮对已经偏移，滚轮安装机构必须允许滚轴在滚轮旋转时移动分开。尽管试图使夹捏力 变化最小化，但是该夹捏力循环进而导致跨拉张力(且当被驱动时导致牵引力)以循环模式改变。为了避免该循环效应，可以要么消除滚轮偏移(这有实践限制)、消除摩擦以允许滚轮移动，要么(通过施加偏置力以抵消循环摩擦力)自动抵消摩擦效应。此外，在分立的板被从带中移除时，滚轧力循环源自可变的牵引负荷。例如，带重量的改变对滚轧力具有可辨别的影响。而且，在所述板被从分离处理设备切掉时，力的改变被观察到。这是由被施加以分离所述板的力引起的，以及简单地由来自移除板重量的力变化引起的。这些板循环力不同于上述滚轮旋转效应。所述板循环力与所述滚轮系统相互作用，并影响产品。因此，此处描述了一种精确操纵来自板拉制滚轮对的张力水平的装置。该张力对于产品板形状和应力是重要的。手动或自动控制机制可被用于将滚轮张力调节到对于产品属性的最优水平。在延伸跨越带的宽度的滚轮的情况下，或者在一些其他具体应用中，可能不能够直接测量张力。在该情况下，公开了一种测量和控制夹捏力的方法，作为对滚轮张力操纵的合适替代。此处描述的装置可被用于使用自动化系统消除来自几何偏移或材料性质变化的板拉制滚轧力，所述自动化系统自动改变所施加的夹捏力，以抵消(或弥补)可变性，并维持恒定的跨拉张力和/或恒定的牵引力。作为一个替代，可使用夹捏力传感器。通过致动滚轮对夹捏力，或者通过诸如致动下倾角或接触角的方法，连同滚轮张力的感测，可动态改进张力的一致性——本质上是给予玻璃工艺恒定的张力。其他针对本发明的调节滚轮张力的手段，诸如改变滚轮下倾角或通过改变滚轮/带接触角(二者都在使用悬臂滚轮的情况下)，是实用的。此处描述的方法可导致改进的平坦度(没有翘曲)和小的应力(源自没有产品形状)。这对于玻璃带缺少刚度的带拉制工艺尤其重要，要么因为正在制造非常薄的带，要么如果带是长的和/或宽的，要么如果工艺热条件不允许操纵热曲线(向下跨越该带)以维持高的热致张力。此处描述的装置和方法可，例如，将由这样的力循环导致的、由边缘滚轮向该带施加的横向(跨越该带的宽度)张力变化和/或垂直(法向)夹捏力限制到小于4. 5千克峰到峰变化，优选地小于3. O千克。可使用已知的PiD途径或预感器(anticipator)控制机制来构造自动化控制机制，所述PiD途径或预感器控制机制会消除来自滚轧力循环的可变性和来自玻璃板的分离和移除的滚轮负荷可变性。可使用全长边缘滚轮(full-length edge rolls)或悬臂滚轮。然而,在一些实施方式中，用于测量张力的传感器可能不是实用的。在该情况下，可对控制目标使用夹捏力(或法向力)传感器。实用的致动器可由多种选择制成。已发现线性伺服电机良好地执行该功能，尽管多种其他选择也是可行的。线性伺服电机被用于提供滚轮夹捏力(或压缩力)的一部分或全部。在一些实施方案中，所述伺服电机被添加到配重联动机构(counterweight linkages),其为滚轮提供加压功能。还可使用泄放(bleeding)压缩空气缸以及线性电机作为致动器。一个设计考虑是致动器的总体力性能，连同快响应时间(如果该致动器被用于抵消短期可变性)。可通过实验或脱机建模(offline modeling)来限定最优的滚轧力水平。据信,最广泛的手段是针对滚轧力进行实验，以针对特定生产设置优化给予最佳产品属性的力。可 应用类似DOE或进化运算的方法，以针对滚轮张力限定最优的条件。对于悬臂滚轮，据信，滚轮对的总张力(即右滚轴传感器和左滚轴传感器的总和)对于产品性能是最重要的。然而，针对每个滚轮对的最优张力应被独立确定。还可使用更复杂的优化途径，例如滚轧力与拉制的热设置相互呼应地优化。协作优化的策略可有助于限定最优的滚轮张力水平。一旦针对每个滚轮对限定了目标水平，则致动器和传感器系统可被用于保持最优水平，由此抵消力的法向过程漂移(drift)。另一个途径是补偿来自滚轮旋转的短期滚轧力可变性和来自板移除过程的可变的牵引负荷。这可结合上文的方法，以将张力保持在最优目标，或者可被用于简单地消除循环力。据此，在一个实施方案中，公开了一种用于拉制无机玻璃带的装置，该装置包括边缘滚轮组件，该边缘滚轮组件包括可旋转的杆(shaft)和联接至所述杆的边缘滚轮,该边缘滚轮接触玻璃带的边缘。该装置还包括传感器，其检测张力或夹捏力，并生成与所述张力或夹捏力成比例的电信号；控制器，其接收所述传感器信号，并生成修正信号；以及联接至所述边缘滚轮杆的致动器，其从所述控制器接收所述修正信号，并响应于所述修正信号来改变所述张力或夹捏力。所述装置可被配置为在水平平面或竖直平面中移动所述边缘滚轮杆。在一些实施方案中，所施加的夹捏力的至少一部分是被动力。即，力不是主动改变的。被动力的实例是重力(即通过静负载(deadweight)起作用)和弹簧力。与之相比,主动力是可主动改变(诸如随时间发生量值变化)的力。主动力的一个实例是由致动器(诸如电机、气动活塞或液压活塞、螺线管等)施加的力。在一些实施方案中，总夹捏力是作为(诸如通过致动器施加的)主动力供应的。在其他实施方案中，总夹捏力是被动和主动夹捏力的总和。在另一个实施方案中，描述了一种制造玻璃带的方法，该方法包括以下拉玻璃制造工艺来生产玻璃带，所述玻璃带包括粘弹性区域；将玻璃带的粘弹性区域与对立(opposing)棍接触,所述对立棍向所述玻璃带施加夹捏力和张力；以及感测所述夹捏力的量值或所述张力的量值，并产生表示所感测到的夹捏力或张力的量值的信号。将所产生的信号与预定设置点进行比较，并生成修正信号。所述修正信号可随后被用于驱动致动器，所述致动器改变由所述对立辊施加至所述玻璃带的夹捏力或张力，以使得所施加的夹捏力或张力基本等于所述设置点。所述夹捏力除了主动力之外还可包括被动力。在一些实施方案中，所述致动器在垂直于所述对立棍之一的杆的纵轴线的方向上平移该杆。在另一个实施方案中，所述致动器将所述对立辊之一的杆旋转经过水平平面中的一个角度。所述致动器可将所述对立辊中至少之一的杆旋转经过竖直平面中的一个角度。通过下文的示例性描述，将更容易理解本发明并且更明了本发明的其他目的、特征、细节和优势，所述示例性描述是参考附图给出的，没有以任何方式暗示限制。包括所有这样的附加系统、方法、特征和优势旨在被包括在本说明书内、落在本发明的范围内，并被所附权利要求保护。



图IA是根据本发明的一个实施方案的示例性熔融下拉工艺的前正视图。图IB是通过下拉工艺形成的玻璃带的一部分的边缘视图，其中该玻璃带的边缘接合在一对对立边缘滚轮之间。图2是示出了与玻璃带接合的一对边缘滚轮组件的截面图，其中夹捏力由被动力和主动力二者施加。图3是相对于玻璃带的侧视图，其中夹捏力由被动力(经由重力G的静负载)和主动力(致动器)二者通过旋转运动而施加。图4是根据本发明的一个实施方案的边缘滚轮组件的立体图。图5是图4的边缘滚轮组件的侧视图，示出了其内部的一部分。图6是图4的边缘滚轮组件的一部分的仰视图，示出了用于测量力的连接辐条(web)。图7是图4的实施方案的端视图，示出了联接在上支撑组件部和下(框架)支撑组件部之间的鸠尾榫。图8是图4的实施方案的侧视图，示出了相对于水平平面处于倾斜关系的边缘滚轮壳(housing)和杆。图9是图4的实施方案的立体图，例示了上支撑件与框架之间的联接。图10是图9的框架的俯视图，示出了辐条的挠曲。图11是图9的框架的侧视图，示出了用于相对于玻璃带移动边缘滚轮的杆的传感器和传感器目标、致动器、控制器以及信号通信线。图12是根据本发明的另一个实施方案的另一个框架配置的俯视图。图13是图12的框架的侧视图，示出了该框架的旋转。图14是本发明的一个实施方案，例示了边缘滚轮杆在水平平面中的平移运动，以通过联接至该杆的致动器来调节夹捏力和/或张力。图15是本发明的一个实施方案，例示了边缘滚轮杆在水平平面中的成角运动，以通过致动器来调节夹捏力和/或张力。图16是本发明的一个实施方案，例示了边缘滚轮杆在竖直平面中的成角运动。
具体实施例方式在下面的详细描述中，出于解释而非限制的目的，对公开了具体细节的示例实施方案进行陈述，以提供对本发明的透彻理解。然而，已受益于本公开内容的本领域普通技术人员将明了，可在脱离此处公开的具体细节的其他实施方案中实践本发明。此外，可省略对众所周知的设备、方法和材料的描述，从而不模糊本发明的描述。最后，只要适用，相似的参考数字指代相似的元件。拉制薄材料带以形成具有小于约I毫米的厚度的玻璃板并达到现代显示应用(诸如电视机和计算机监视器)所要求的严格标准的平坦度，要求对制造工艺的所有方面进行仔细控制。然而，必须特别关注玻璃带从粘弹性状态转变为固体弹性状态的时间段。甚至该带上的小的力变化(诸如可能由拉制区域中气流引起的，或者来自运行设备的变化)可表现为原应平坦的表面中的扰动，并可导致该带中的残留应力，该残留应力可由从该带中分 尚的最终板保留。在一个示例性熔融型下拉工艺中，玻璃液被供应至成形主体(forming body),该成形主体包括在该主体的上表面中形成的顶部开放的通道。该玻璃液溢出该通道的壁，并沿着该成形主体的一些会聚外表面向下流动，直到分立的流在这些会聚表面的汇合线处(即“根部”)相遇为止。在这里，分立的流结合或熔合，以成为从该成形主体向下流动的单个玻璃带。沿着该带的边缘定位的各个辊(或“滚轮”)用于向下拉制或牵引该带，并且/或者向该带施加向外的张力，该张力帮助抵抗向内的收缩而维持该带的宽度。一些滚轮可被电机转动，而其他滚轮自由轮转。随着该带从该成形主体下降，该材料液冷却，并从该成形主体底部的粘性液体状态转变为粘弹性状态，并最终转变为固体弹性状态。用在此处，弹性状态通常被认为出现在玻璃材料已达到低于玻璃转变温度范围的温度时。在一些实施方案中，弹性状态可被认为是相当于大于IO13泊(poise)的粘度。当该带已冷却至弹性状态时，该带可跨越其宽度而被划刻，并沿着划刻线被分离，以产生分立的玻璃板。在一些实施方案中，分立的玻璃板可在单次通过(single pass)中被切割而无需划刻。 在该带处于液体粘性状态期间，施加在该材料液上的应力被立即解除(rel ieve )。然而，随着该带冷却且粘度增大，所引起的应力被不这么快地解除，直到达到所引起的应力和形状会被该玻璃保持的温度范围。这发生在玻璃转变温度范围内。二者都是不期望的残留应力(其可导致最终产品翘曲)的源。例如，通过使该带或板改变形状，残留应力可被该带(或分立的板)解除。由此，该应力可被完全或部分解除，但是代价是该板的屈曲(buckling)。另一方面，试图使该带或板平坦(诸如通过迫使该带或板平坦)导致在该玻璃中引起应力。因此，期望在应力和/或形状可以被冻结到该玻璃中期间，施加在该玻璃带上的力尽可能一致(并且小)。力变化的一个源是边缘滚轮。注意，来自边缘滚轮的力变化也可导致玻璃厚度以及其他产品属性的可变性。经验已显示，在达到(例如LCD衬底板的)超低应力和高平坦度要求中，力的一致性是最重要的。尽管边缘滚轮可采取不同的形式，但典型的边缘滚轮子组件包括一对夹捏或钳握带边缘的边缘滚轮。因此，成对的边缘滚轮被定位在该带的对立边缘处，以使得对于沿着该带长度的特定竖直位置(即，距根部的距离)使用两对边缘滚轮。边缘滚轮可被诸如电机或液压电机所驱动，或者边缘滚轮可自由轮转。边缘滚轮可被布置为基本平行和水平的，或者边缘滚轮可倾斜，以使得滚轮的旋转轴线是非水平的。例如，一些边缘滚轮可在竖直平面中倾斜，而其他边缘滚轮可在水平平面中倾斜。处于该玻璃带的对立边缘但邻近相同表面的滚轮可共享共用的杆，以使得该杆的延伸至少跨越该带的宽度；或者每个边缘滚轮可具有它自己的、分立的杆，该杆的延伸仅足以将边缘滚轮接触表面定位在适当位置从而钳握该玻璃带的边缘处的带扩大部分(珠(bead))。该边缘滚轮应充分接触该玻璃带以施加期望的力，但应理解，该滚轮与该板的接触越向内朝向该带的中心，可提供产生原始(pri stine )玻璃板的原始玻璃表面就越少。该边缘滚轮被设计为承受由接触该玻璃带而引起的长时间的高温(有时超过800°C )，并优选地利用陶瓷材料。例如，可通过堆叠多个盘状陶瓷纤维形态以产生圆柱形滚轮主体来形成边缘滚轮。该圆柱形滚轮主体可随后被固定至边缘滚轮杆的端部。每对边缘滚轮被设计为适应对立滚轮接触表面之间的变化着的间隙。例如,每个边缘滚轮可以不与其附接至的杆完美同心，而是随着滚轮旋转产生偏移。用在此处，偏移指的是在滚轮绕旋转轴线(通常被认为是该滚轮联接至的杆的旋转轴线)旋转时接触该玻璃带的滚轮表面的轴向位置。如果滚轮表面(圆柱形主体的表面)关于旋转的轴线不是确切同心，则滚轮接触表面上的在给定位置(例如任意成角位置)的点之间的距离会因该接触 表面随着该杆的旋转而改变。这可发生在，例如，该圆柱形主体不是完美圆柱形的情况下，或者该杆没有居中在该圆柱形滚轮主体的中心的情况下。此外，对杆的平直度的加工公差(machining tolerance)以及在运行温度的翅曲也会导致这样的运行偏移。另外,所述边缘滚轮被设计为，通过枢转或滑动抵抗反作用力(配重)来适应带边缘厚度的小波动。所述边缘滚轮的这一运动可在该带在边缘滚轮对之间下降时发生。换言之，该边缘滚轮对必须能够分离，并且随后随着滚轮运行再次被拉近到一起，以适应前述的滚轮自身缺陷和/或带的厚度变化。优选地，所述边缘滚轮被偏置力向内朝该玻璃带的平面偏置。该偏置力足够小以适应(例如可由该玻璃带导致的)从给定的开始位置的向外运动(拓宽边缘滚轮对之间的间隙)，但足够强以在导致该向外运动的力被移除之后将该滚轮组件朝该开始位置移回。例如，所述边缘滚轮可包括附接构件(例如杠杆)，该附接构件被布置为绕枢转点枢转，并允许边缘滚轮杆位置(以及与该带接触的滚轮表面)适应滚轮形状或带厚度的波动。配重可被用于向该杠杆施加足够的力，以使得边缘滚轮接触表面可钳握该玻璃带，但仍允许所述滚轮相对于该带平面向外移动(例如响应于变化着的滚轮偏心率)。然而，可使用其他施加偏置力的方法，诸如被布置为沿着预定路径拉或推该滚轮组件的弹簧。在玻璃商业制造中使用的生产滚轮系统的一个固有问题是，在滚轮机构滑动件和轴承内的摩擦(连同对如下开口进行密封的密封盘内的摩擦，所述开口使边缘滚轮杆横贯包围该带的罩)阻止杆的侧向(偏离轴线)运动，并施加不期望的可变力，该力改变了由对立滚轮施加至该玻璃的实际夹捏力。例如，所述滚轮在垂直于带行进方向的方向上受到的力的精确测量已显示了在单次滚轮旋转中超过4. 5千克的力可变性。施加至该带的竖直牵引力可类似地被影响，且类似的测量已显示了施加至该带的牵引力的大变化。总之，随着带从成形主体下降，带边缘(珠)厚度的小波动，或者例如边缘滚轮的偏心，导致边缘滚轮在横贯玻璃带的平面的方向上(垂直于该带的行进方向)的运动。偏置力可被用于维持滚轮接触表面与玻璃带边缘之间的接触，但该偏置力传统上是“哑的(dumb)”(在该偏置力由具有给定的但静态的量值的配重供应，或者由具有给定的弹簧常量的一个或多个弹簧供应的意义上)。理想地，所述边缘滚轮应对系统变量(例如带厚度变化、非同心滚轮杆表面、或其他导致滚轮旋转偏移的缺陷)中的变化自由地做出反应，而没有对抗。然而，系统中摩擦对抗这些适应运动。在极端情况下，诸如在牵引滚轮对被冻结就位且仅能够旋转滚轮接触表面(即，对抗摩擦的量值无限大)的情况下，系统中的变化会被该带敏锐地感知。例如，如果边缘滚轮对中的一个或两个边缘滚轮不与对应的杆同心，则滚轮的每一转都会向该带施加一个循环力，有效地驱 动该滚轮进入该带。该循环力对该带中的应力具有随时间而变化的直接影响。为了克服上述缺陷，下文描述了一种边缘滚轮组件，其主动监测边缘滚轮杆处的张力，并使用所测得的张力作为反馈信号，以修正由边缘滚轮对施加至该带的夹捏力，由此维持恒定的夹捏力。在其他实施方案中，该夹捏力可响应于来自其他过程变量的反馈而主动改变。替代地，实际夹捏力可被监测，并被用作反馈信号。虽然监测夹捏力更直接，但在实践中也更难于实施。不过，夹捏力监测可被用在，例如，边缘滚轮杆延伸跨越该带的宽度并联接至对立边缘滚轮的情况下。这些和其他方面在下文中更详细地描述。图IA中示出的是示例性熔融下拉装置10，其包括成形主体12，成形主体12包括通道或槽(trough) 14以及会聚成形表面16。会聚成形表面16在根部18汇合,形成了基本水平的拉制线，玻璃液由此被拉出。“基本水平”指的是该成形主体可在一些情况下纵向倾斜(端到端)或侧向倾斜，以调节玻璃液在该槽的顶部边缘上的流动，但这样的倾斜通常是轻微的，并且仅改变一度或两度。槽14被供应有来自源(诸如熔炉及附带的输送管)(未示出)的玻璃液，且该玻璃液溢出该槽的壁，并作为分立的流在该成形主体的会聚成形表面上下降。在成形表面16上流动的玻璃液的分立流在根部18汇合，并彼此结合以形成玻璃带20。玻璃带20从根部18在方向21上被向下拉制，并随着从该根部下降而冷却，从粘性材料液转变为弹性固体。当玻璃带20在该带的弹性区域中已达到最终厚度和粘度时，该带跨越其宽度而被完全分离，以提供独立的玻璃板或块。随着玻璃液继续被供应至该成形主体，且该带变长，更多的玻璃板以相似的方式从该带中被分尚。下部罩22围绕并罩住根部18下方的带20的上游，并与容纳成形主体12的上部罩24连接。下部罩22保护该带免受环境影响(例如气流、灰尘等)，并作为可供各种加热和/或冷却设备坐落的平台，以在该带向下行进时调节该带的温度。其他设备(包括边缘滚轮组件)可被安装在下部罩22上，或者与下部罩22交互。边缘滚轮组件26被定位在根部18下方的预定竖直位置。每个边缘滚轮组件包括边缘滚轮28和边缘滚轮杆30。边缘滚轮组件26可包括被驱动的边缘滚轮和/或不被驱动的惰边缘滚轮，所述被驱动的边缘滚轮用于向该带施加牵引力和/或张力，所述不被驱动的惰边缘滚轮引导该带，且可进一步帮助维持该带的宽度上的张力。如上文描述的，定位在该带的一侧的边缘滚轮可在该带的宽度上共享共用的杆，或者每个边缘滚轮可具有它自己的杆。边缘滚轮通常被布置成对，其中边缘滚轮对中的每个边缘滚轮28被定位在该带的给定边缘的相对于另一个边缘滚轮的对立侧，以使得该带可被夹捏在该滚轮对的对置滚轮之间，如图IB中例示的。在一些实施方案中，一对对立边缘滚轮中的一个边缘滚轮静止，而另一个边缘滚轮能自由地远离和朝向该带移动。即，静止的边缘滚轮能自由轮转，但它不改变位置而远离或朝向该带。另外，边缘滚轮对自身被布置成对，每个带边缘在给定的竖直位置具有一对滚轮。每个边缘滚轮组件26包括支撑结构、轴承以及施加驱动力的工具(如果需要)。边缘滚轮组件26，包括其运行结构，受到通常的制造公差的影响。例如，接触带边缘部32的边缘滚轮可能不与相应的杆30精确同心。或者，边缘滚轮可能是不圆的(例如，包括局部平坦或具有椭圆形状)。或者，边缘滚轮杆可能不是完美地直的。这些因素可导致边缘滚轮的周期性横向位移，并且在该滚轮完成每一转时可导致该带中的周期性扰动(类似于不圆的轮胎)。该扰动可表现为可冻结到该带中的应力的变化。另外，带边缘(或“珠”)略微成球根状，并且其厚度可沿着该带的长度而改变。换言之，边缘滚轮对的边缘滚轮应被配置为适应它们之间的变化着的间隙。理想地，边缘滚轮组件26被设计为适应边缘滚轮28的操作运动，且仍维持对边缘滚轮对的滚轮之间的玻璃带的一致的夹捏力。然而，在实际中，对穿过下部罩和/或其他操作机构的边缘滚轮杆进行密封的密封盘内的摩擦可导致该夹捏力改变。夹捏力的变化进而 可导致施加至该玻璃带的滚轧力的水平分量和竖直分量循环地改变。滚轧力循环可直接影响所制成的玻璃板，表现为应力或应力可变性、翘曲或翘曲可变性、或者甚至表现为玻璃厚度的变化。图2中示出的是朝玻璃带20的一个边缘部32看到的图IB的装置的一部分的视图。描绘了一对对立边缘滚轮组件26，每个边缘滚轮组件包括边缘滚轮28，边缘滚轮28通过边缘滚轮杆30和壳36联接至边缘滚轮支撑组件34。边缘滚轮组件26可被定位为使得其各自的边缘滚轮28可在该带的任何竖直位置(包括粘性、粘弹性或弹性部，取决于该边缘滚轮的功能)接触带20。边缘滚轮28通常是联接至该杆的圆柱形主体。例如，将多个陶瓷盘堆叠成合适的滚轮杆30，可构成该圆柱形主体。向边缘滚轮支撑组件34施加被动偏置力(例如，图2中示出的偏置力38)，并且(与对立边缘滚轮组件联合)运行，以用预定的夹捏力将玻璃带20夹捏在边缘滚轮28之间。被动偏置力38可以是，例如，联接至该滚轮组件的弹簧或静负载。这两个边缘滚轮组件都可被配置成移动的。然而，如上文所述，一个边缘滚轮组件也可以是静止的。该夹捏力的扰动可导致所述边缘滚轮在相对于该带的平面大致横贯的方向上横向向外运动，并抵抗该被动偏置力。为了使所述边缘滚轮的运动的摩擦阻力最小化，在所述组件中使用的轴承可以是低摩擦轴承,诸如空气轴承。虽然图2的实施方案示出了依赖于一对边缘滚轮组件朝向或远离玻璃带的平移的装置，但应注意，每个边缘滚轮支撑件的运动不需要是简单的平移。例如，每个边缘滚轮组件可被配置为绕轴线摆动，以使得边缘滚轮成弧线远离该带，如图3中示出的。在该例中，支撑组件34包括支撑臂40和42，并被设计为绕旋转轴44旋转，由此使得支撑臂40(以及联接至支撑臂40的边缘滚轮28)移动经过弧46。弹簧或静负载48可被联接至所述支撑臂中的任一个，以通过边缘滚轮28之一向玻璃带20施加压力。在图3的实施方案中，该被动偏置力通过静负载48由重力G施加。优选地，跨越该带的张力和/或在一个或多个边缘辊处的夹捏力可被实时测量。更精确地，该边缘滚轮杆中的反作用力被测量，并被用作该玻璃带中的力的替代量度。另外，每个边缘辊施加至该带的夹捏力也可被实时测量。总体而言，每个边缘滚轮的杆中(从而该玻璃带中)的张力和夹捏力可被测量，例如使用安装该滚轮的挠性构件。例如，在2009年5月27日提交的美国专利申请公布文本2010/0300214中公开了一种合适的测量布置，在下文描述。该挠性构件被设计为，当由该带将具有正交方向(即张力和夹捏方向)的力分量的负荷施加至滚轮接触表面时，该挠性构件在这些方向上经历小挠曲。位移传感器检测该挠性构件的小挠曲，针对每个正交轴线(力沿着它被测量)使用至少一个传感器。测量所述挠曲并且随后将它们关联到由已知负荷形成的挠曲，可测量施加至该滚轮的力的正交分量。该挠性构件被设计为基本仅测量沿着特定正交轴线的负荷，即使负荷可在多个方向上被施加。更尤其地，该挠性构件被设计为使得它具有至少一个如下的部分当特定负荷被施加时，该部分在所关心的方向上挠曲；但当横贯负荷被施加时，该部分沿着相同的方向具有接近零的挠曲。随后布置位移传感器，以检测该挠性构件的这个部分的挠曲。以此方式，该挠性构件/位移传感器组合测量了该挠性构件的来自沿着所关心的方向的负荷的挠曲，但在横贯方向上的负荷对该传感器仅有极小的影响。 该挠性构件还被设计为足够刚性，以不会消极影响(扰乱)玻璃成形工艺。尤其，已发现，具有高顺从性的挠性构件可使得该成形工艺变得不稳定。刚性挠性构件导致小的挠曲，但在实践中已发现，如果使用具有高分辨率的位移传感器，仍可实现准确的力监测。合适的高分辨率位移传感器的实例包括感应传感器，即涡流传感器；压电传感器；应变计；电容传感器；和光传感器。应注意，该挠性构件越刚性，该位移传感器就需要越灵敏，反之亦然。测力计(诸如负荷单元)也可代替位移传感器被使用。应注意，该负荷单元不会提供对力的直接测量，因为负荷被每个辐条共享，因此对该负荷单元的校准会是必要的。在一个实施方案中，所述装置包括被外部框架围绕的中心梁(支撑构件)。该中心梁通过一系列薄辐条连接至该外部框架，且该辊附接至该中心梁。该外部框架相对于玻璃制造机的框架是固定的，而由于该薄辐条的挠性，该中心梁被允许相对于该外部框架挠曲。当轴向负荷通过玻璃运动被施加至滚轮接触表面时，该力通过辐条被传递至该固定框架。该力导致辐条像弹簧那样挠曲。该装置包括传感器，该传感器测量该中心梁相对于该外部框架的相对挠曲。通过执行校准过程(由此一系列已知负荷被施加且该挠曲被记录)，并且通过随后使用插值，可针对任何得的挠曲来计算该负荷。在使用薄的平坦辐条的情况下，该负荷与挠曲的关系是线性的，这允许通过使用力-位移校准曲线的斜率来简单计算该负荷。当向滚轮施加法向负荷(而不是轴向负荷)时，该力又通过福条被传递至该固定框架。在该情况下，该中心梁的运动是旋转，而不是平移。再一次，一系列已知负荷被用于校准该旋转，并且通过使用插值，可针对任何测得的旋转来校准该法向负荷。正如轴向负荷那样，对于薄的平坦辐条，该负荷与挠曲的关系是线性的。为了提供足够的刚度，辐条可由具有高弹性模量的材料制成，诸如陶瓷或者金属，诸如不锈钢，例如17-4不锈钢。除了高弹性模量之外，该材料优选地具有高屈服强度，以承受在辐条中引起的应力。对辐条数量的估计，以及适于特定应用的材料性质，可通过例如将福条建模为悬臂(cantilevers)来获得。见，例如，Mechanical Analysisand Design byArthur H. Burr, Elsevier North Holl and, Inc. , 1981, page 400。也可为此目的使用有限元分析。除了高弹性模量和高屈服强度之外，该材料需要在高温下能抵御腐蚀，诸如与玻璃制造设备关联的腐蚀，因为辐条的腐蚀会改变其刚度，从而消极影响由监测装置做出的测量的准确性。再一次，各种陶瓷和不锈钢可较长时间承受玻璃制造温度而没有实质性的退化。在一个实施方案中，辐条和固定框架可由单块材料(例如单块不锈钢)制成。在某些实施方案中，对轴向负荷的测量和对法向负荷的监测是基本彼此独立的。即，这两个测定之间的串扰(cross talk)(即，任一个测定中的因另一个力的存在而产生的误差)小于1%。因此，例如，如果使用这两个力之一来校准该设备，且随后另一个力被施加，则所测得的值的变化应小于1%。图4-13示出了诸如可被用在图2的实施方案中的边缘滚轮组件26。图4_13的边缘滚轮组件包括支撑组件34和壳36，适于测量张力50以及因边缘滚轮28与玻璃带20接触而产生的夹捏力52。在图4中，玻璃带20被假定为以方向21向下移动，以使得从杆30看去，杆30逆时针旋转(见参考数字54)。应注意,在对立组件(未示出)中，该杆顺时针转动。总的看来，支撑组件34包括支撑边缘滚轮的杆30的支撑构件56 (见例如图5、图 6和图10)。该支撑构件响应于张力50而经历线性位移(见图10中的78)，并且响应于夹捏力52而旋转(见图13中的参考数字58)。如上文讨论的，在实践中，该线性位移和该旋转被检测，随后通过校准程序转化为力值，在该校准程序中，已知负荷被施加至该杆，并且所产生的线性位移和旋转被测量。如图4、图5和图9中最清楚地示出的，支撑组件34包括两个子组件60和62，它们在所示出的实施方案中彼此可分离。子组件60包括杆30和边缘滚轮28，而子组件62包括支撑构件56和其关联的用于检测该支撑构件的线性位移和旋转的设备。由于是可分离的，一个边缘滚轮可被替换(例如作为日常维护的一部分)，而将该辊的支撑构件和其关联的设备留在原位。如图7和图9中最清楚地示出的，子组件60和62可装配有凹鸠尾榫部(female dovetail portion) 64 和凸鸠尾禪部(male dovetail portion) 66,这允许这两个子组件通过线性运动而分离和重新结合，如图9中的参考数字68例示的。除了便于组装和拆卸之外，如果进行力测量需要，鸠尾榫接头当被(例如可移动的楔(未示出))锁定就位时也提供所述子组件之间的牢固连接。当然，所述子组件之间的其他类型的连接可用于替代鸠尾榫，例如，所述子组件可螺栓连接在一起。而且，如果期望，支撑组件34可被构造为单一设备而没有子组件。在所示出的实施方案中，子组件60包括壳36和盘(plate) 70，壳36和盘70通过枢轴72彼此连接。该枢轴允许杆30和边缘滚轮28以如图4中例示的相对于水平的角度定向，而将盘70留在水平平面中。为杆30选择的具体角度取决于应用和待由辊施加至带的期望张力量。如果期望，则不使用枢轴，而是将杆30和边缘滚轮28定向在固定角度。如上文讨论的，杆30和边缘滚轮28可自由转动或被驱动。在被驱动的情况下，杆30将被连接至合适的驱动装置74 (图I)。子组件62包括支撑构件56和框架76。在使用期间，支撑构件56在垂直于带20的平面(即，对于下拉工艺的水平平面)中被定向为平行于带20的表面，以使得该支撑构件响应于施加至杆30的跨带力。具体地,如图10中例示的，当向杆30施加包括在跨带方向上(例如在图4的箭头50的方向上)的力分量的力时，支撑构件56在该力分量的方向上经历线性位移，如图10中的箭头78例示的。更具体地，在所示出的实施方案中，作为辐条80的弹性变形的结果，支撑构件56经历这样的线性位移。出于例示的目的，在图10中仅示出了八个辐条，且这些辐条的变形的量值已被夸大。在实践中，通常可以使用多于八个的辐条，例如十六个辐条。重要的是，辐条80的变形是无摩擦的，从而不会有摩擦力干扰对施加至杆30的力的监测。尽管对于支撑构件56，辐条是优选的，但可使用其他支撑件，例如可为此目的采用各种配置的弹簧。如图11中例示的，使用传感器82和传感器目标84，例如感应传感器(见上文)，来检测支撑构件56的位移。该传感器/目标组合中的一个构件被附接至支撑构件56，且另一个构件被附接至框架76。在图11中，传感器目标84被假定为附接至支撑构件56，并经历从初始位置86到最终位置88的运动。通过使用已知力(见上文)来校准该位移，可通过监测该传感器与其目标之间的相对运动来实时监测在跨带方向上施加至杆30的力。响应于传感器目标的位移，传感器82产生如下的信号，该信号通过线92被控制器90接收。控制器90比较从传感器82接收的信号，并将所接收的信号与预定设置点进行比 较。控制器90进而产生如下的修正信号，该修正信号通过线96被致动器94接收。致动器94进而被联接至杆30，以使得杆30 (从而张力或夹捏力)可响应于该修正信号而改变。致动器94可(例如通过支撑组件34的框架76)联接至杆30，其中轴承组件允许框架76在垂直于杆30的方向上运动。致动器94可包括例如压缩空气或液压缸、线性伺服电机，或者任何其他合适的致动装置。致动器94可单独使用，其中致动器94供应总夹捏力，或者致动器94可与被动力施加器组合使用，诸如前文描述的施加夹捏力的方法之一(例如配重和/或弹簧)。控制器90可以是例如通用计算机，或者任何其他类型的能够进行合适的信号处理的处理单元。响应于该修正信号，致动器94被致动，以在垂直于杆30的方向上移动框架76,由此恰当地增大或减小该夹捏力，以将该夹捏力维持在预定值。例如，如果该夹捏力因接触表面的圆环不完美而增大，则传感器82产生如下的力信号，该力信号向控制器90警示该夹捏力从预定的目标夹捏力的变化。控制器90随后产生如下的修正信号，该修正信号成比例于该预定目标与被致动器94接收的力信号之间的差。响应于该修正信号，致动器94在垂直于杆30的纵轴线的方向上使框架76移动远离带20，由此减小该夹捏力。该响应可被用于例如维持恒定的夹捏力。在一些实施方案中，位于该带的一侧的边缘滚轮可配置有致动器，该致动器响应于夹捏力和/或杆张力的变化，而位于该带的另一侧的对立边缘滚轮被固定就位。在其他实施方案中，控制器90可被配置为施加如下的力，该力根据预定安排或者响应于其他拉制条件而提供总夹捏力。例如，带温度的变化可被控制器90用于在由致动器94施加的力中产生补偿变化，由此响应于带温度变化来改变总夹捏力。除了跨带力之外，支撑构件56的运动也可被用于监测施加至杆30的力，该力包括在与该带呈法向的方向上(例如在图4的箭头52的方向上)的分量。在该情况中，如图12和图13中例示的，支撑构件56的运动是旋转(见参考数字58)，与线性位移相对。在这些附图中，箭头96例示了与该带呈法向的力分量。如图13中最佳示出的，力96使得辐条80在旋转期间弹性变形。对于图10的线性位移，除了辐条之外的其他工具可用于支撑构件56，以使得它可响应于具有与该带的表面呈法向的分量的力而旋转。无论怎样支撑，都使用传感器/目标组合来检测支撑构件56的旋转。如图13中示出的，传感器82可被安装在框架76上，且目标(未示出)可被安装在附接至支撑构件56的臂98上。该臂用于放大该支撑构件的旋转，从而便于对旋转的检测。通过使用已知力来校准臂98的旋转(见上文)，在与该带呈法向的方向上施加至杆30的力可被实时测量，且该力的量值被传达至控制器90。如上文描述的，该控制器将所测得的力的量值与预定设置点值进行比较，并且如果所测得的值与设置点值不相等，则生成修正信号。该修正信号被致动器94接收，致动器94致动并使边缘滚轮移动，以改变夹捏力。应注意，如上文讨论的，支撑构件56响应于跨带方向上的力分量的线性位移基本独立于该支撑构件响应于与该带呈法向的力分量的旋转，因此允许这些力分量彼此独立地被监测。根据需要，这两个分量可同时被监测、依次被监测、或周期性地被监测。而且，如果特定应用仅关心支撑构件56的这两个运动之一，则仅检测支撑构件56的这两个运动之一，而不是检测线性位移和旋转二者。在一些应用中，可能期望监测支撑组件34相对于带20的位置。在这样的情况下，可在该组件的外表面安装目标(例如光学目标)，且检测其位置与时间的关系。作为另一个替代，可将电缆传感器附接至支撑构件34，并将其用于监测该装置的位置的任何变化，例如 由边缘滚轮28随时间磨损而导致的变化。图14-16提供了可配置前文描述的实施方案的不同配置的示例性、非限制性视图。为清楚起见，没有示出密封盘。例如，图14示出了跨越玻璃带的厚度而对立的一对边缘滚轮组件，且其中致动器94 (经由联动构件100)被用于在垂直于杆30的纵轴线的方向上(如箭头102指示的)平移一个边缘滚轮组件。(也见图2)图15描绘了一种配置,其中不是在垂直于杆30的方向上平移杆30之一或二者，而是致动器94被用于改变该杆在水平平面中的角度。在图15的实施方案中，对立边缘滚轮的两个滚轮杆都在水平平面中移动经过角度α。在图16的实施方案中(仅例示了一对对立边缘滚轮中的单个边缘滚轮)，致动器94被用于使边缘滚轮杆30在竖直平面中移动经过角度β，由此改变该杆相对于带20的边缘的角度。应强调，本发明的上述实施方案，尤其是任何“优选的”实施方案，只不过是实施方式的可行实施例，只不过是为了清楚理解本发明的原理而阐述的。在本质上不脱离本发明的精神和原理的前提下，可对本发明的上述实施方案做出变更和修改。所有这些变更和修改旨在被包含在此处、在本公开内容和本发明的范围内，并且被下列权利要求保护。
权利要求
1.一种用于拉制玻璃带的装置，包括 边缘滚轮组件，包括 可旋转的杆； 联接至所述杆的边缘滚轮，其接触所述玻璃带的边缘； 传感器，其检测张力或夹捏力，并生成与所述张力或夹捏力成比例的电信号； 控制器，其接收所述传感器信号，并生成修正信号；以及 联接至所述边缘滚轮杆的致动器，其从所述控制器接收所述修正信号，并响应于所述修正信号来改变所述张力或夹捏力。
2.根据权利要求I所述的装置，其中所述致动器被配置为在水平平面中移动所述边缘滚轮杆。
3.根据权利要求I所述的装置，其中所述致动器被布置为在竖直平面中移动所述边缘滚轮杆。
4.根据权利要求I所述的装置，其中所述夹捏力的至少一部分是被动力。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述被动力由静负载施加。
6.根据权利要求I所述的装置，其中由所述边缘滚轮产生的、在跨越所述带的宽度的横向方向上的张力的最大峰到峰变化小于4. 5千克。
7.根据权利要求I所述的装置，其中夹捏力的最大峰到峰变化小于4.5千克。
8.—种制造玻璃带的方法，包括 以下拉玻璃制造工艺来产生玻璃带，所述玻璃带包括粘弹性区域； 将所述玻璃带的粘弹性区域与对立辊接触，所述对立辊向所述玻璃带施加夹捏力和张力； 测量所述夹捏力的量值或所述张力的量值，并产生表示所述夹捏力或张力的测得的量值的力信号； 将所述力信号与设置点进行比较，并产生表示所述力信号与所述设置点之间的差的修正信号；以及 使用所述修正信号来驱动致动器，所述致动器改变由所述对立辊施加至所述玻璃带的夹捏力或张力，以使得所施加的夹捏力或张力基本等于所述设置点。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述夹捏力的至少一部分包括被动力。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述致动器在垂直于所述对立辊之一的杆的纵轴线的方向上平移该杆。
11.根据权利要求8所述的方法，其中所述致动器将所述对立辊之一的杆旋转经过水平平面中的一个角度。
12.根据权利要求8所述的方法，其中所述致动器将所述对立辊之一的杆旋转经过竖直平面中的一个角度。
13.根据权利要求8所述的方法，其中在跨越所述带的宽度的横向方向上，张力的最大峰到峰变化小于4. 5千克。
14.一种制造玻璃带的方法，包括 以下拉玻璃制造工艺来产生玻璃带； 将所述玻璃带的边缘与对立辊接触，所述对立辊向所述玻璃带施加夹捏力或张力；感测所述夹捏力的量值或所述张力的量值，并产生表示所感测到的夹捏力或张力的信号; 将所产生的信号与设置点进行比较，并产生修正信号；以及 使用所述修正信号来驱动致动器，所述致动器改变施加至所述玻璃带的夹捏力或张力，以维持跨越所述玻璃带的恒定的张力。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述致动器响应于所述修正信号，在垂直于所述对立辊中至少一个辊的杆的纵轴线的方向上移动该杆。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述致动器响应于所述修正信号，将所述至少一个辊的杆移动经过水平平面中的一个角度。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述致动器响应于所述修正信号，将所述至少一个辊的杆移动经过竖直平面中的一个角度。
18.根据权利要求14所述的方法，其中在跨越所述带的宽度的横向方向上，所述张力的最大峰到峰变化小于4. 5千克。
19.根据权利要求14所述的方法，其中在跨越所述带的宽度的横向方向上，所述张力的最大峰到峰变化小于3. O千克。
20.根据权利要求14所述的方法，其中夹捏力的最大峰到峰变化小于4.5千克。
全文摘要
一种用于拉制玻璃带的装置，包括边缘滚轮组件，该边缘滚轮组件以由致动器动态改变的力接触该玻璃带，该致动器电联接至传感器，该传感器测量向该带施加的力。边缘滚轧力的动态或实时变化使得该玻璃带中的应力可变性最小化，并改善了带形状控制。
文档编号C03B18/02GK102811961SQ201180005456
公开日2012年12月5日 申请日期2011年1月7日 优先权日2010年1月8日
发明者J·G·安德森, L·K·克林根史密斯, J·P·佩里斯, D·J·乌尔里克 申请人:康宁股份有限公司