CN105330136A - 制造玻璃制品的方法、热交换器设备及用于测量制品的形状的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及制造玻璃制品的方法、热交换器设备及用于测量制品的形状的设备。该制造玻璃制品的方法包括：将二维(2D)玻璃板放置在具有模具表面的模具上，所述模具表面具有三维(3D)形状；将所述2D玻璃板和模具放置在辐射环境中并且将所述2D玻璃板加热至在所述玻璃的退火点和软化点之间的第一温度；当在所述辐射环境中时，通过力使所述2D玻璃板适形于所述模具表面以形成3D玻璃制品；在使所述3D玻璃制品和模具达到第二温度的同时通过力将所述3D玻璃制品抵持于所述模具表面；释放将所述3D玻璃制品抵持于所述模具表面的力；以及将所述3D玻璃制品迅速冷却至低于所述玻璃的应变点的第三温度。

Description

制造玻璃制品的方法、热交换器设备及用于测量制品的形状的设备
本申请是国际申请日为2012年5月25日、国际申请号为PCT/US2012/039512、进入中国国家阶段的申请号为201280036651.5、名称为“玻璃模制系统及相关设备和方法”的发明专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119要求2011年5月27日提交的美国临时申请序列号61/490923的优先权，其全部内容构成本发明的依据且以引用方式并入本文。
技术领域
本发明总体涉及通过热再成形二维(2D)玻璃板制造三维(3D)玻璃制品。
背景技术
对于用于诸如膝上型电脑、平板电脑和智能手机的便携式电子装置的3D玻璃覆盖件存在大量的需求。特别理想的3D玻璃覆盖件具有用于与电子装置的显示器交互的2D表面和用于包裹在显示器的边缘周围的3D表面。3D表面可以是不可展表面，即，在不变形的情况下不能展开或铺开到平面上的表面，并且可包括弯曲、拐角和曲线的任何组合。弯曲可以是急转的和急剧的。弯曲可以是不规则的。这样的3D玻璃覆盖件是复杂的且难以使用诸如磨削和铣削的机加工工艺精密地制造。热再成形已在其它类型的应用中成功地用来由2D玻璃板形成3D玻璃制品。
本发明涉及一种允许使用热再成形来制造如上所述3D玻璃覆盖件的系统。本发明还涉及一种形成具有一致的形状和高的尺寸精度的多个3D玻璃制品的工艺。
发明内容
在本发明的一方面，一种玻璃模制系统包括：转位台；多个封罩，其沿转位台布置；以及多个工位，其限定在转位台上，使得工位中的每一个可随封罩中的任一个选择性地转位。至少一个辐射加热器布置在封罩中的至少一个中。辐射反射器表面与该至少一个辐射加热器呈相对关系布置在封罩中的该至少一个中。辐射发射体在该至少一个辐射加热器和辐射反射器表面之间布置在封罩中的该至少一个中。辐射发射体具有与该至少一个辐射加热器呈相对关系的第一表面和与辐射反射器表面呈相对关系的第二表面。
在一个实施例中，玻璃模制系统还包括冷却设备，该冷却设备至少部分地设置在封罩中的该至少一个中且可操作用于从辐射发射体除去热量。
在一个实施例中，玻璃模制系统还包括多个模具和模具支撑件，每个模具支撑件被构造成将模具中的一个支撑在工位中的一个处。
在一个实施例中，辐射反射器表面具有用于接纳模具中的任一个使得辐射反射器表面外接该模具的开口。
在一个实施例中，辐射反射器表面中的开口的面积小于辐射发射体的第二表面的面积。
在一个实施例中，玻璃模制系统还包括用于冷却模具中的任一个的冷却板。冷却板被构造成当模具由模具支撑件中的一个支撑在工位中的一个处时以间隔开的关系安装在模具下方。
在一个实施例中，冷却板包括板构件，该板构件具有：第一流动通槽，冷却板在第一流动通槽中接纳流体；第二流动通槽，冷却板从第二流动通槽排放流体；以及在第一流动通槽和第二流动通槽之间的屏障，该屏障允许流体在沿着第二流动通槽的整个长度的若干点处从第一流动通槽横穿到第二流动通槽。
在一个实施例中，玻璃模制系统还包括沿转位台布置的加热设备，以用于在模具在不随封罩中的任一个转位的工位处时预热模具中的任一个。加热设备的构型和加热设备相对于转位台的布置使得工位中的任一个可随加热设备转位。
在一个实施例中，加热设备包括至少一个辐射加热器。
在一个实施例中，加热设备被构造成在转位台的单个间歇中将模具中的任一个的温度升高预定量。
在一个实施例中，玻璃模制系统还包括用于测量由模具中的任一个制备的3D玻璃制品的形状的装置。
在一个实施例中，测量装置包括：测量表面；支撑元件，其在测量表面上用于将3D玻璃制品支撑在基本上平行于测量表面的平面中；以及至少一个位移规，其被构造成当3D玻璃制品由支撑元件支撑时测量3D玻璃制品上的点的位移。
在一个实施例中，测量装置还包括用于将3D玻璃制品在测量表面上对齐的装置。
在一个实施例中，测量装置还包括用于将3D玻璃制品夹持到支撑元件的装置。
在一个实施例中，玻璃模制系统还包括用于将2D玻璃板装载到模具上的装置和用于从模具卸载3D玻璃制品的装置。
在一个实施例中，玻璃模制系统还包括用于预热封罩外部的2D玻璃板的装置。
在一个实施例中，封罩中的每一个是由具有绝热耐火壁的外壳提供的热封罩。
在一个实施例中，至少一个辐射加热器为红外辐射加热器。
在一个实施例中，辐射发射体的辐射率大于0.8并且辐射反射器表面的辐射率小于0.4。
在一个实施例中，辐射发射体的第二表面和辐射反射器表面间隔开在10mm至50mm的范围内的间隙。
在一个实施例中，辐射反射器表面在转位台上形成，并且转位台可移动通过封罩以将辐射反射器表面定位在封罩中的至少一个中。
在一个实施例中，转位台为旋转式转位台。
在本发明的另一方面，一种制造玻璃制品的方法包括将2D玻璃板放置在具有3D形状的模具表面的模具上。2D玻璃板和模具被置于辐射环境中，并且2D玻璃板被加热至在玻璃的退火点和软化点之间的第一温度。当在辐射环境中时，通过力使2D玻璃板适形于模具表面以形成3D玻璃制品。在使3D玻璃制品和模具达到第二温度的同时，通过力将3D玻璃制品抵持于模具表面。释放将3D玻璃制品抵持于模具的力。然后，将3D玻璃制品迅速地冷却至低于玻璃的应变点的第三温度。
在一个实施例中，在使2D玻璃板适形于模具表面中使用的力大于在将3D玻璃制品抵持于模具表面中使用的力。
在一个实施例中，在模具表面和2D玻璃板或3D玻璃制品之间施加真空以产生适形力和保持力中的每一个。
在一个实施例中，该方法还包括调整至少一个过程参数以控制3D玻璃制品的形状。
在一个实施例中，调整至少一个过程参数包括在释放将3D玻璃制品抵持于模具的力的同时调整模具的温度。
在一个实施例中，调整模具的温度包括冷却模具。在一个实施例中，冷却是通过辐射热传递。
在一个实施例中，调整模具的温度还包括确定限定3D玻璃制品的形状的特性的一组形状尺度。
在一个实施例中，调整模具的温度还包括基于此前由模具制备的3D玻璃制品的至少一个形状尺度的精度来确定从模具除去的热量的量。
在一个实施例中，冷却包括使冷却流体循环通过冷却板，并且确定要除去的热量的量包括确定冷却流体被供应至冷却板的流量。
在一个实施例中，在辐射环境中加热2D玻璃板包括使用辐射发射体来发射由2D玻璃板吸收的辐射。
在一个实施例中，在辐射环境中加热2D玻璃板期间，辐射发射体从至少一个辐射加热器吸收辐射。
在一个实施例中，使3D玻璃制品和模具到达第二温度包括使用辐射发射体从3D玻璃制品吸收热量。
在一个实施例中，该方法还包括在辐射发射体从3D玻璃制品吸收热量的同时从辐射发射体除去热量。
在一个实施例中，该方法还包括在辐射发射体从3D玻璃制品吸收热量的同时选择性地递送热量至辐射发射体，以将辐射发射体保持在第二温度。
在一个实施例中，该方法还包括在将2D玻璃板放置在模具上之前单独地预热2D玻璃板和模具。
在本发明的另一方面，一种热交换器设备包括主体，该主体包括由褶皱状环形壁分离的第一流动通槽和第二流动通槽。褶皱状环形壁被构造成使得流体可在褶皱状上从第一流动通槽行进到第二流动通槽中。主体还包括至少两个流动通槽口：第一流动通槽口和第二流动通槽口，流体可通过第一流动通槽口供应至第一流动通槽，并且流体可通过第二流动通槽口从第二流动通槽排放。主体还包括与第一和第二流动通槽分离的流分布通槽。流分布通槽与第一流动通槽连通且被构造成将流体分布到沿第一流动通槽的长度的多个点。
在一个实施例中，主体呈板的形式，并且热交换器设备还包括前盖板构件，该前盖板构件覆盖第一流动通槽、第二流动通槽和褶皱状壁所位于的主体的前侧。由前盖板提供的覆盖使得在前盖板构件和褶皱状壁所位于的主体之间形成间隙。
在一个实施例中，热交换器设备还包括多个隔离物，该隔离物布置在主体和前盖板构件之间以使间隙沿褶皱状壁保持在均匀的高度处。
在一个实施例中，前盖板构件密封地接合主体以允许流体在第一流动通槽中加压，以便使第一流动通槽中的流体能够在褶皱状壁上行进进入第二流动通槽中。
在一个实施例中，热交换器设备还包括后盖板构件，该后盖板构件覆盖流分布通槽所位于的主体的后侧。后盖板构件具有至少两个流动口：用于将流体供应至主体的第一流动口和用于从主体撤出的第二流动口。由后盖板构件提供的覆盖使得第一流动口与流分布通槽连通并且第二流动口与第二流动通槽口连通。
在本发明的另一方面，一种用于测量制品的形状的设备包括测量表面和布置在测量表面上以用于稳定地支撑制品的多个支撑件。该设备还包括至少一个对齐导向器，其邻近测量表面并且充当用于将制品相对于测量表面放置的参考基准。该设备还包括至少一个位移规，以用于在制品布置在支撑件上时测量制品上的点的位移。
在一个实施例中，至少一个位移规包括非接触式位移传感器。
在一个实施例中，非接触式位移传感器选自激光三角测量传感器、光谱干涉激光位移传感器和共焦彩色位移传感器。
在一个实施例中，形状测量设备还包括用于将制品夹持到支撑件的装置。
在一个实施例中，夹持装置包括在支撑件中的轴向孔，当制品在支撑件上时，真空可通过该轴向孔施加到制品。
在一个实施例中，测量表面由具有至少一个开口的安装台提供，在该开口中布置有至少一个位移规。
在一个实施例中，形状测量设备包括用于将至少一个位移规夹持到安装台的装置。
在本发明的另一方面，一种用于测量制品的形状的设备包括用于支撑制品的第一夹具、与第一夹具呈相对关系布置的第二夹具、以及沿第二夹具支撑到位的多个位移规，以便在制品支撑在第一夹具上时测量制品上的多个点的位移。
应当理解，上述一般描述和下面的详细描述是本发明的示例并且旨在提供用于理解本发明所要求保护的本发明的性质和特征的框架。附图是为了提供对本发明的进一步了解而包含的，并且被纳入本说明书中且构成本说明书的一部分。附图示出了本发明的各种实施例并且与说明书一起用来解释本发明的原理和操作。
附图说明
以下是对附图中的图的描述。附图未必按比例绘制，并且附图的某些特征和某些视图可能为了清楚和简明起见而按比例放大或以示意性方式显示。
图1是玻璃模制系统的透视图。
图2是热传递模块的剖视图。
图3是结合了用于冷却辐射发射体的设备的热传递模块的剖视图。
图4A是冷却板的侧视图。
图4B是图4A的冷却板的中板的俯视图。
图4C是图4B的冷却板沿线4C-4C的剖视图。
图4D是图4B的中板的仰视图。
图4E是图4A的冷却板的底板的俯视图。
图5A是模具支撑系统的剖视图。
图5B是图5A的模具支撑系统的子组件的透视图。
图6A是计量系统的透视图。
图6B是图6A所示计量系统的剖视图。
图6C是另一个计量系统的透视图。
图6D是示出由图6C的计量系统进行的测量的可重复性的坐标图。
图6E是另一个计量系统的局部剖视图。
图7A是预热模块的透视图。
图7B是具有图7A的预热模块的玻璃模制系统的截面。
图7C是沿线7C-7C的图7B的剖视图。
图8是由图6A和6B的计量系统测量的改变冷却板流量对3D玻璃制品的形状的影响的坐标图。
图9A是用于控制玻璃形状的系统的框图。
图9B是用于控制玻璃形状的另一个系统的框图。
图10A是形状限定尺度的示意图。
图10B是形状限定尺度的另一个示意图。
图11A是示出空气流量对模具温度的影响的坐标图。
图11B是示出空气流量对模具温度的影响的另一个坐标图。
图12是示出制造3D玻璃制品的过程的坐标图。
具体实施方式
在以下详细描述中，可阐述许多具体细节以便提供对本发明的实施例的透彻理解。然而，对本领域技术人员明显的是，本发明的实施例可在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实施。在其它情况下，可能不详细描述熟知的特征或过程，以免使本发明不必要地难理解。此外，类似或相同的附图标记可用于标识共同或类似的元件。
图1示出用于通过热再成形由2D玻璃板制备3D玻璃制品的玻璃模制系统100。玻璃模制系统100包括具有主旋转转位台104的主旋转台系统102。主旋转台系统102可以是任何定制的或市售的旋转台系统，其能够将主旋转转位台104沿着圆形或环状路径平移通过所选的旋转角度。在备选实施例中，具有诸如线性转位台的非旋转式转位台的诸如线性台系统的非旋转台系统可用来代替具有旋转式转位台的旋转台系统。若干工位106限定在主旋转式转位台104上，并且每个工位106包括用于模具108的支撑件。热传递(HT)模块110沿主旋转式转位台104布置，并且主旋转式转位台104可被旋转以允许每个工位106随HT模块110中的任一个选择性地转位。当工位106随HT模块110转位时，支撑在工位106处的模具108设置在HT模块110内，允许支撑在模具108上的2D玻璃板在HT模块110内经受热再成形过程的至少一部分。通常，工位106的数目将超过HT模块110的数目，以使得任何时候仅工位106中的一些随HT模块110转位。在图1所示实施例中，存在24个工位106和18个HT模块110，但在选择系统中的工位106和HT模块110的数目的过程中有足够的自由空间。不随HT模块110转位的每个工位106通常是露天的，以允许进行诸如将2D玻璃板装载到模具中、从模具卸载3D玻璃制品、清洁模具和修理或更换模具的操作。
玻璃模制系统100的每个循环包括转位期和之后的等待期。在转位期内，主旋转式转位台104在所选方向(可以是顺时针或逆时针)上旋转所选的旋转角度，这导致随HT模块110转位的工位106的特定构型。旋转速度在转位期内可以是恒定的或变化的。变化的一个示例是初始加速，然后稳定的速度，然后最终减速。对于第一循环来说，可能随HT模块110转位的工位106中的仅一个支撑承载2D玻璃板的模具108。在若干更多的循环之后，随HT模块110转位的所有工位106将各自支撑承载2D玻璃板的模具108或承载3D玻璃制品的模具108或空模具108。模具108是否承载2D玻璃板或3D玻璃制品或者为空的将取决于模具108沿一系列HT模块110的位置。在等待期内，2D玻璃板向3D玻璃制品的热再成形在随HT模块110转位的每个工位106处进行。对于连续制备来说，在单个HT模块110中完成热再成形可能不是可行的，在这种情况下，热再成形可以分散在一系列HT模块110中。
典型的热再成形工艺涉及在2D玻璃板在模具顶部上时将2D玻璃板加热至成形温度，例如，在对应于107泊至1011泊的玻璃粘度的温度范围内或在玻璃的退火点和软化点之间的温度。一旦被加热，加热的2D玻璃板就可能开始松垂。通常，接着在玻璃板和模具之间施加真空以使玻璃板适形于模具表面，从而使玻璃成形为3D玻璃制品。在形成3D玻璃制品之后，3D玻璃制品被冷却至低于玻璃的应变点的温度，这将允许操纵3D玻璃制品。对于分散的热再成形来说，一部分HT模块110可以负责将2D玻璃板加热至成形温度，另一部分HT模块110可以负责将2D玻璃板成形为3D玻璃制品，并且另一部分HT模块110可以负责将3D玻璃制品冷却至低于玻璃的应变点的温度。
上述循环重复期望的次数，以便通过热再成形从2D玻璃板连续制备3D玻璃制品。在循环进行过程中，进行附加的活动，例如，从模具卸载3D玻璃制品和将新的2D玻璃板装载到空模具中。当主旋转式转位台104旋转时，支撑承载3D玻璃制品的模具108的工位106中的每一个将最终变得暴露于空气，以允许触及3D玻璃制品。然后，可使用机器人112将3D玻璃制品从模具108卸载到卸载区114。另外，机器人116可用来将新的2D玻璃板从装载区118装载到清空的模具108上。为了实现高通过量，2D玻璃板在装载到模具108上之前被预热。为此，装载区118包括副旋转转位系统120，该系统包括副旋转式转位台122。若干工位限定在副旋转式转位台122上，如在主旋转式转位台104的情况中那样。副旋转式转位台122设置在熔炉124中。2D玻璃板首先被装载到副旋转式转位台122的工位上并且在熔炉124中被预热。在一个实施例中，2D玻璃板的预热包括在2D玻璃板上方流过受热气体，例如氮气。2D玻璃板被加热至低于成形温度的温度。机器人116然后将预热的2D玻璃板转移到主旋转式转位台104的工位106，以便进一步加热和通过热再成形成形为3D玻璃制品。在一个示例中，副旋转式转位台122具有六个工位，但对于在副旋转式转位台122上可以限定多少个工位不存在特定的限制。机器人116、112可使用真空吸盘或吸盘来分别抓取2D玻璃板和3D玻璃制品。真空吸盘或吸盘或抓取2D玻璃板和3D玻璃制品的其它装置优选地不应刮擦玻璃、玷污玻璃或在玻璃上留下残余物。
HT模块110不一定是相同的。HT模块110中的一些可被构造用于主动加热。HT模块110中的一些可被构造用于主动冷却。HT模块110中的一些可被构造成既不主动冷却也不加热，而是可以简单地例如通过保温提供稳定的热环境，其中期望的温度可以保持或允许缓慢地降低。下面将描述可用作HT模块110的HT模块的具体示例。在这些具体示例中，辐射加热器优选地用于加热。然而，也可以使用其它加热装置。
图2示出可用作如上所述HT模块110中的任一个的HT模块200。加热模块200包括外壳202，其限定热封罩204。热封罩是可将其内容物保持在除环境温度之外的温度的封罩。外壳202的壁具有由耐火材料制成且围绕热封罩204的壁层203、由耐火材料制成且围绕壁层203的部分的壁层205、以及由绝热材料制成且围绕壁层203、205的壁层207。外壳202的绝热耐火壁使热封罩204中的温度可控制。加热器206的阵列设置在热封罩204的上部209中。优选地，加热器206为辐射加热器。辐射加热器通过辐射能加热。辐射能量源的示例为微波、无线电波、可见光、红外热和电能。优选地，辐射加热器为红外辐射加热器。在其它实施例中，加热器206也可以是电阻加热器。辐射发射体208也在加热器206的阵列下方设置在热封罩204的上部209中。辐射发射体208是可以发射或吸收辐射的物理主体。在一个实施例中，辐射发射体208例如通过将辐射发射体208的端部插入外壳202的耐火层203中的凹槽211内而固定到外壳202。
辐射反射器表面210在辐射发射体208下方设置在热封罩204中。在一个实施例中，辐射反射器表面210是HT模块200的一体部分，例如，辐射反射器表面210可支撑在热封罩204中的表面上或固定到外壳202的壁。在该实施例中，辐射反射器表面210将是静止的。在诸如图2所示的另一个实施例中，辐射反射器表面210由转位台104的表面提供或形成于该表面上。在该实施例中，辐射反射器表面210将能够随转位台104移动通过热封罩204。辐射反射器表面210具有接纳区域，该区域为用于接纳诸如模具214的模具的指定区域。在一个实施例中，辐射反射器表面210的接纳区域包括尺寸设计成接纳诸如模具214的模具的孔212。
热封罩204的下部213包括用于使转位台104延伸穿过热封罩204的开口215。在图2中，转位台104上的工位已随HT模块200转位，以使得在该工位处的模具214被置于热封罩204中。模具214也被置于布置在热封罩204中的辐射反射器表面210的接纳孔212中。模具214在接纳孔212中的放置允许辐射反射器表面210围绕模具214的周边。利用该布置，模具214的顶部可以与辐射反射器表面210齐平或者可以不齐平。
辐射加热器206的阵列发出辐射，该辐射被接纳在辐射发射体208的顶部表面222处且被吸收到辐射发射体208中。根据底部表面216下方的物体的温度，辐射在辐射发射体208的底部表面216处被吸收或发射。辐射发射体208的操作温度决定入射在底部表面216下方的物体上的光谱能量。与辐射发射体208结合的辐射加热器206的阵列为模具214和由模具214承载的玻璃提供了热均匀的热源。未被模具214和玻璃吸收的辐射被辐射反射器表面210反射回辐射发射体208。
在一个实施例中，辐射反射器表面210为平坦表面。在一个实施例中，辐射发射体208的底部表面216为平坦的且与辐射反射器表面210相对。在一个实施例中，辐射反射器表面210和辐射发射体208的底部表面216基本上彼此平行。辐射反射器表面210可以是板的表面或者可以是在任何合适的表面(例如，转位台104的表面)上的电镀层。在一个实施例中，辐射反射器表面210由耐火材料制成，例如，可得自泽伽耐火复合材料公司(ZIRCARRefractoryComposites,Inc)的含氧化铝陶瓷材料。在一个实施例中，辐射反射器表面210具有相对低的辐射率，优选地小于0.4的辐射率。在一个实施例中，辐射发射体208为板。在一个实施例中，辐射发射体208具有相对高的辐射率，优选地大于0.8的辐射率。优选地，辐射发射体208的辐射率高于辐射反射器表面210的辐射率。辐射发射体208的合适材料的示例为碳化硅。辐射发射体208和辐射反射器表面210的材料应适合在热封罩204内将遭遇的高温，即玻璃可能再成形的温度。
为了实现无限平行板加热系统，并且将辐射反射器表面210的辐射率选择为较低，例如，小于0.4，辐射发射体208的底部表面216的面积选择为远大于辐射反射器表面210中的接纳孔212的面积(或模具214的顶部的面积)。在一个实施例中，辐射发射体208的底部表面216的面积比辐射反射器表面210的接纳孔212的面积(或模具214的顶部的面积)大大约9倍。辐射发射体208的底部表面216的跨度可以大于辐射反射器表面210的跨度或与其跨度大约相同。系统的辐射视角系数优选地选择成最大化系统的热传递的效率。在一个实施例中，这可以通过将模具214的顶部(或辐射反射器表面210，其包括模具214的接纳孔212)定位成靠近辐射发射体208的底部表面216(优选地离辐射发射体208的底部表面21610mm至50mm)来实现。
在需要时，可以在多个辐射加热器206和辐射发射体208之间布置额外的辐射加热器218，以提供对辐射发射体208的额外加热。例如，在靠近热封罩204的周边的辐射发射体208的部分中可能需要额外的加热。额外的辐射加热器218和多个辐射加热器206被控制以均匀地加热辐射发射体208，以使得辐射发射体208均匀地加热玻璃和模具214。辐射发射体208或在加热器206、218与辐射发射体208之间的空间的温度可使用合适的温度传感器监测，并且传感器的输出可用来控制加热器206、218的输出。
辐射加热器206、218的端部突出穿过外壳202的壁并且被包封在安装在外壳202的外部上的穿孔端板220中。这些端部包括电连接器以用于将辐射加热器206、218连接到电源。为了保护这些电连接器，端板220中的穿孔可用来围绕电连接器循环冷却空气。
在开口215处示出了模具组件226。模具组件226通过转位台104的工位延伸进入开口215中。模具组件226包括以上提及的模具214和用于模具214的支撑件228。模具支撑件228可并入倾斜基座(tiltingstage)，以用于在模具214被接纳在辐射反射器表面210的接纳孔212(或接纳区域)中的同时倾斜模具214(倾斜能力的相关性在于一种在模具214上对齐玻璃的方法需要模具214被倾斜)。合适的定位系统将模具支撑件228附接到转位台104，以使得模具组件226可随转位台104行进。模具组件226还可包括用于将真空施加到模具214的导管(或多个导管)和用于在模具214周围施加气体的导管(或多个导管)。在3D玻璃制品已成形之后，施加在模具214周围的气体可用于冷却模具上的3D玻璃制品。模具214的细节在这里未公开。通常，模具214将具有模具表面，该表面具有对应于将使用模具成形的玻璃制品的3D形状的3D轮廓。模具214还将具有口，真空可穿过该口施加到玻璃以抵靠模具表面拉伸玻璃。该口将通向模具表面并且与(多个)导管连通以用于将真空施加到模具214。
HT模块200可在其中辐射发射体208发出辐射的加热模式下或在其中辐射发射体208吸收辐射的冷却模式下操作。对于在加热模式下操作的HT模块200，转位到加热HT模块200中的玻璃将吸收由辐射发射体208发出的辐射。这种吸收将继续，直到发生下列两个事件之一：(i)玻璃的温度与辐射发射体208的温度大约相同，或(ii)玻璃被转位离开HT模块200。对于在冷却模式下操作的HT模块200，转位到冷却HT模块200中的玻璃将发出将由辐射发射体208吸收的辐射。这种发射将继续，直到发生下列两个事件之一：(i)玻璃的温度与辐射发射体208的温度大约相同，或(ii)玻璃被转位离开冷却HT模块200。
图3示出了基本上为HT模块200(在图2中)加上冷却设备302的HT模块300。也就是说，如果不使用冷却设备302，HT模块300将以与上文针对HT模块200所描述的相同的方式操作。HT模块300对于冷却玻璃来说比HT模块200更有效，如下文将解释的那样。在解释HT模块300的构型的过程中，将再次使用上文已描述的HT模块200的部件。
冷却设备302包括冷却板304，冷却板304布置在HT模块300的热封罩306内部。冷却板304在辐射加热器206和HT模块300的上壁310之间。冷却板304的布置使得存在相对于辐射发射体208的冷却板304的辐射视角(radiationview)。冷却板304具有内室314。充气室316形成于冷却板304上方以用于将流体分布到冷却板304的内室314中。在邻近充气室316的冷却板304的部分中设有孔318，以用于在充气室316和内室314之间的流体连通。
流体供应管320穿过HT模块300的顶盖310延伸至充气室316并且用来将冷却流体供应至充气室316。充气室316中的冷却流体被迫使穿过冷却板304的孔318进入冷却板304的内室314。冷却流体以射流形式冲击在冷却板304的内壁上。冲击射流具有在小面积上提供大的热传递的优点。冷却流体通常为空气，并且流量通常小于200升/分钟。两个流体排放管322、324穿过HT模块300的顶盖310延伸至冷却板304并且用来从冷却板304的内室314移除流体。来自冷却设备302的热封罩306内部的颗粒污染风险较低，因为冷却流体完全包含在冷却设备302内。优选地，冷却流体为诸如空气的气体，使得如果存在来自冷却设备302的任何泄漏，该泄漏将不影响辐射加热器206的操作。冷却流体完全包含在冷却设备302内还具有降低在流体管320、322、324上的热梯度使得在冷却板304上的温度在一定程度上一致的优点。
为了冷却玻璃，辐射发射体208必须设定在某个温度，该温度将确定模具214上的玻璃将冷却到的温度。随着辐射发射体208从玻璃和模具214以及辐射反射器表面210吸收辐射，辐射发射体208的温度将升高。冷却设备302的作用是从辐射发射体208除去这种多余的热量以使得辐射发射体208处于期望的设定温度。在没有这种冷却的情况下，玻璃将最终处于比期望更高的温度。达到适当的温度是冷却的一个方面。另一个方面是以可控方式冷却玻璃，以避免以后可能在玻璃中导致诸如翘曲的缺陷的热引发应力。玻璃的可控冷却部分地通过在使用冷却设备302从辐射发射体208除去热量的同时使用辐射加热器206选择性地递送热量到辐射发射体208来实现。递送至辐射发射体208的热量的量基于在辐射发射体208吸收辐射并由冷却设备302冷却时辐射发射体208的温度。辐射发射体208的温度可直接地通过用温度传感器测量或间接地通过测量加热器206的输出和由冷却设备302除去的热量的量来监测。
为了最大通过量和效率，使用图1的系统形成玻璃制品的过程涉及将多个模具循环通过系统。对于任何给定的产品，将存在要形成的玻璃制品的理想形状。与理想形状的一定偏差是可以容忍的。对于盖玻璃应用来说，可接受的偏差通常将非常小，例如在±50微米内。每个模具可设计成产生具有在可接受偏差内的理想形状的玻璃制品。如果循环通过系统的所有模具如此设计并且具有相同的热传递特性，那么它们制备的玻璃制品应具有符合在可接受的偏差内的理想形状的一致形状。然而，由于模具材料、涂层或处理中的变化，模具通常将不具有相同的热传递特性。这些变化可来自经历不同次数的循环的模具或来自被整修的模具。模具的热传递特性的差异可能表现为例如模具表面辐射率的差异或在模具和玻璃之间的界面传导中的差异。
当玻璃适形于模具时，玻璃制品的形状受玻璃中的热梯度的影响。玻璃中的热梯度受模具的温度影响，并且模具的温度受模具的热传递特性影响。在本发明的一方面，模具温度被控制以补偿模具的热传递特性的差异，以使得由模具制备的玻璃制品具有一致的形状。置于模具下方的热交换器用来主动地控制模具温度。在热交换器和模具之间的热传递可以通过传导、对流或辐射。在一个实施例中，热交换器在中等水平操作以从模具除去预定量的热量。通过将热交换器调整至高于或低于中等水平可除去额外的或更少的热量。用于形成玻璃制品的一般程序是首先建立制备具有期望形状的玻璃制品的基本过程。然后，测量玻璃制品与理想形状的偏差。偏差用来确定在过程的后续阶段期间从模具除去多少热量。
图4A示出了可用来从模具除去热量的冷却板(或热交换器)400。通常，热通量可借助于辐射、对流或传导施加到冷却板400的顶部表面。冷却板400接着将用来通过将热量转移到循环通过其通道的流体而除去该热量。虽然将在冷却模具的背景下描述冷却板400，但应当指出，冷却板400可用于其它冷却应用中，例如冷却诸如计算机芯片的电子器件。
在一个实施例中，冷却板400包括顶板402、中板404和底板406。中板404包含冷却板400的内部流动通道。如图4B所示，中板404具有呈环形(或连续)套环形式的外带(或外部凸起区域)408和呈环形(或连续)套环形式的内带(或内部凸起区域)410，其中外带408外接内带410。内带410具有通常彼此平行的直带部段412、414。内带410也具有连接直带部段412、414的褶皱状带部段416、418。褶皱状带部段416、418由U形套环制成。
流入通槽420限定在外带408和内带410之间，并且流出通槽422限定在内带410内。流入隔离物424布置在褶皱状带部段416、418的U形套环内的流入通槽420中。流入隔离物425也沿中板404的中线布置在流入通槽420中。流出隔离物426沿直带部段412、414或在直带部段412、414和褶皱状带部段416、418之间布置在流出通槽422中。流出隔离物426充当用于导向流出通槽422中的流动路径的导流板。
外带408和隔离物424、425、426具有相同高度，而内带410短于外带408。当顶板402叠置在中板404上(如图4A所示)时，外带408和隔离物424、425、426接触并密封顶板402。同时，在对应于流入通槽420、流出通槽422和内带410的位置处，在顶板402和中板404之间形成间隙427(在图4C中)。隔离物424、425、426在顶板402和内带410之间保持固定距离，以允许间隙427在冷却板400上具有一致的高度。如图4C所示，流体可流过间隙427，从流入通槽420横穿内带410进入流出通槽422中。流入通槽420必须被淹没以允许流体从流入通槽420横穿进入流出通槽422中。在这种情况下，内带410在通槽420、422之间充当限制物。流经间隙427的流体的阻力必须远大于对流体流动贯穿通槽420的阻力或对流体流动贯穿通槽422的阻力。阻力在工程上定义为流体在其沿路径行进时经历的压降除以沿该路径流动的流体的流量。如果穿过间隙427的流体的阻力为Rg，沿流入通槽420的长度流动的流体的阻力为Rs，并且沿流出通槽422的长度流动的流体的阻力为Rd。那么，Rd和Rs中的每一个应远小于Rg，例如小至少10倍。这将确保非常均匀的流体流穿过间隙427的所有区域。均匀的流动是所需的，以便产生冷却板400的均匀的冷却和均匀的温度。还重要的是应指出，流入通槽420中的流体的压力在很大程度上是均匀的。在流体中的大部分压力变化发生在流体穿过间隙427时。
图4D示出形成于中板404的背面中的供应通槽(或流分布通槽)430的网络。网络430包括大体上沿中板404的中线延伸的主供应通槽432和从主供应通槽432分出来的支供应通槽434。岛436形成于主供应通槽432中。流体可沿主供应通槽432且围绕岛436移动以到达支供应通槽434。排放孔437从岛436延伸至流出通槽422(在图4B中)。主供应孔438、439和交叉孔440大体上沿主供应通槽432的中线设置。供应孔438、439、440从中板404的背面延伸至流入通槽420(在图4B中)。辅助供应孔442沿中板404的周边设置。辅助供应孔442位于支供应通槽434的端部处且从中板404的背面延伸至流入通槽420。网络430允许流体快速分布到流入通槽420。一旦流体被递送至主供应孔438、439，流体将会通过网络430扩散至交叉孔440和周边的供应孔442，然后进入流入通槽420。
底板406具有供应孔444、445(在图4E中)和排放孔437(在图4E中)。当中板404叠置在底板406上时，底板406的供应孔444、445将与中板406的主供应孔438、439对齐，并且底板406的排放孔437将与中板404的排放孔437对齐。在使用中，供应流体管446、447(在图4A中)分别联接到底板406的供应孔444、445，并且排放流体管448(在图4A中)联接到底板406的排放孔437。在供应流体管446、447中的冷却流体被递送至主供应孔438、439，然后经由网络430分布到流入通槽420。优选地，冷却流体为气体，例如空气。当处于足够的水平时，流入通槽420中的流体将在沿内带410的若干(无穷多个)点处横穿进入流出通槽422中。流体通过中板404中的排放孔437和底板406中的排放孔437从流出通槽422排入排放流体管448中。
在冷却板中的通道已设计成使得当在流入通槽420中时流体将吸收尽可能少的热量。如果流体在其沿流入通槽420行进时受热，那么这将导致冷却板400的不均匀温度。优选的是，流体在其越过间隙427(在图4C中)时受热，在间隙427处流被均匀地分布。如果流体在其越过间隙427时受热，这将导致冷却板400的总体均匀的温度。流入通槽420和间隙427尺寸设计成使得流体吸收的大部分热量在流体越过间隙427时发生。例如，流入通槽420大于间隙427，使得流入通槽420具有比间隙427更小的对流热传递系数。
中板404允许流体在冷却板400上平行的分布。这种平行分布具有最小化在冷却板400上的温度梯度的净效应，这将允许冷却板400为模具提供均匀的冷却。网络430和交叉孔440设计成使流体以尽可能小的阻力扩散到流入通槽420，并且具有尽可能接近入口流体的温度(即，供应至供应管446的流体的温度)的温度。如果中板404不包括网络430和交叉孔440，流体将进入主供应孔438、439和流入通槽420中。流体接着将在流入通槽420中扩散。然而，当流体移动穿过流入通槽420时，它将从中板404的壁吸收热量。然而，对于冷却板400的均匀冷却和均匀温度来说，希望最小化流体在其扩散通过流入通槽420时吸收的热量。通过包括网络430和交叉孔440，在有机会受热之前，相对冷的流体可以更直接地移动至需要的区域，即，间隙427的入口的整个周边。
冷却板400的板由具有高热导率和良好的抗氧化性及稳定性(即，在高温下不分解或脱落)的材料制成。使用具有高热导率的材料有助于冷却板400的热均匀性。在一个示例中，板由镍制成。在另一示例中，板由铜制成，然后涂以诸如镍或金的抗氧化涂层。板也可由高温青铜材料制成。
冷却板400的板可使用任何合适的装置组装在一起。在一个示例中，诸如银基金属的硬钎焊材料被用来将板组装在一起。银基金属具有高于板组件的最大操作温度的熔点。硬钎焊材料被施加到外带408和隔离物424、425、426。硬钎焊材料在顶板402和中板404之间在外带408及隔离物424、425和426的位置处形成密封。由硬钎焊材料提供的结合允许间隙427在内带410四周保持在均匀的距离处，甚至当流入通槽420和流出通槽422充满加压流体时也是如此。流体必须在流入通槽420中必要地被加压，以便迫使流体横跨间隙427。流体也处于略高于流出通槽422中的大气压的压力下，因为当流体流过流出通槽422并流出排放流体管448时存在小的压降。
图5A示出了模具支撑系统500，其在支撑模具的同时允许将冷却板400置于模具下方。模具支撑系统500可布置在如图3中的500处所示的任何工位处。模具支撑系统500包括主基座502，其安装在从转位台104向上伸出的主基座支脚504上。主基座支脚504使用任何合适的装置固定到主基座502和转位台104。模具座架506由支脚管508支撑在主基座502上方。支脚管508通过支脚基座510联接到主基座502且通过支脚安装台512联接到模具座架506。支脚管508为薄壁的，以最小化沿其壁的传导。模具座架506包括基板516和充气室518。转接板514在其底部处附接到支脚安装台512并在其顶部处附接到基板516。充气室518安装在基板516上。基板516在其顶部表面上可具有诸如销的特征，其接合在充气室518的底部表面中诸如孔的特征。
模具214安装在充气室518的顶部表面上。在一个实施例中，在充气室518的侧面设有模具对齐凸块520，以帮助对齐模具214与充气室518的顶部表面。在该实施例中，模具214简单地搁置在充气室518上，仅利用其重量将其保持到充气室518上。可以使用将模具214与充气室518的顶部表面对齐的不同方法，例如，在充气室518的顶部表面上定位接合模具214的底部表面中的孔的销。
在另一个实施例中，模具座架506(即，基板516和充气室518)和模具214螺栓连接在一起。然后，使用真空将模具座架506夹紧到转接板514。图5B示出了具有真空凹槽511和真空孔513的转接板514。真空孔513连接到真空压紧管515。真空可通过真空压紧管515施加到真空孔513然后真空凹槽511。真空凹槽511中的真空将基板516夹持到转接板514。转接板514中的真空孔513可连接到基板516和充气室518中的类似孔，以使得真空可以被施加到模具214的下侧，以便将模具214夹紧到模具座架506。
转到图5A，充气室518提供了室522，其位于模具214的底部表面和基板516的顶部表面之间。服务管523穿过转位台104、主基座502、转接板514和基板516。服务管523在基板516的顶部表面处暴露于室522。服务管523可用来在室522内执行服务。例如，服务管523可用来在室522中提供真空。在室522中提供的真空可通过模具214中的(多个)真空孔施加在模具214和模具214上的玻璃525之间。服务管523也可用来将气体递送至室522。在这种情况下，孔从模具214的底部表面延伸至模具214的顶部表面。孔将暴露于室522。通过在冷却板400和模具214的底部表面之间留下间隙，将允许进入室522的气体分散和穿过模具214中的孔。当玻璃525座置在模具214的顶部表面上时，玻璃可供应至玻璃525和模具214之间的界面处，以便将玻璃提离模具，例如，在玻璃已再成形之后。
冷却板400位于室522的顶部处和模具214下方。优选地，冷却板400紧邻但不物理接触模具214。这将允许主要通过辐射而发生从模具214到冷却板400的热传递。对于辐射热传递，在冷却板400和模具214之间应存在辐射路径。将冷却板400与模具214分离允许模具214的设计独立于冷却板400的设计，反之亦然。这将最终降低模具的制造成本。
供应支脚管446、447和排放支脚管448穿过转位台104、主基座502、转接板516和基板516并且连接到冷却板400。管446、447、448用来将冷却流体传递至冷却板400和从冷却板400传递。管446、447、448是对发生在冷却板400和基板516之间的热传导具有高阻力的薄壁管。通过具有高的热传导，冷却板400被绝热，使得其温度可通过改变到其的冷却流体的流量而容易地调整。模具214也可被绝热，以允许其温度被冷却板400充分地控制。
通常，冷却板400的温度通过使流体以中等流量循环通过冷却板400而保持在中等值。冷却板400的温度可通过从中等流量增加或减少循环流体的流体而被调整。当冷却板400的温度被调整时，模具214的温度将被调整。例如，冷却板400的温度可通过增加循环流体的流量而被调整，这将导致从模具214到冷却板400的辐射热传递的增加和模具214的温度的对应降低。反之，冷却板400的温度可通过减小循环通过冷却板400的冷却流体的流量而升高，这将导致从模具214到冷却板400的辐射热传递的减少和模具214的温度的对应升高。热量从模具214的除去将由于冷却板400的内部通道的设计而相对均匀，该设计使在冷却板400上的温度梯度最小化。冷却板400允许冷却流体尽可能有效地除去热量，使得已知质量的冷却流体产生确定的和可重复的冷却量。
计量学是确定玻璃制品的形状上的偏差以便更好控制制造玻璃制品的过程的重要方面。在本发明的一个方面，提供了迅速且准确地测量玻璃制品上的离散的点集合的计量系统。在一个实施例中，如图6A所示，计量系统601包括具有平坦的顶部表面或测量表面602的安装台600。支撑件604附接到测量表面602且提供用以支撑待测量的玻璃制品，例如玻璃制品606。在一个实施例中，至少三个支撑件604附接到测量表面602以便为玻璃制品606提供至少三个接触点。支撑件604布置成形成用于在平行于测量表面602的平面中支撑玻璃制品的稳定结构。例如，在图6中，三个支撑件604布置成足够大以稳定地支撑玻璃制品的三角形。支撑件604可以是截短的圆锥支撑件，其中截短的端部设定为提供稳定结构所需的最小值，并且使支撑件604和玻璃制品606之间的接触面积最小化。
对齐导向器608在由支撑件604形成的支撑结构外部的位置处附接到测量表面602。在一个实施例中，对齐导向器608布置成形成拐角，该拐角将接合置于支撑件604上的玻璃制品606的拐角。对齐导向器608由此充当用于在支撑件604上放置玻璃制品的参考基准，从而可以使用系统一致地进行测量。对齐导向器608通过凸块609接合玻璃制品606，凸块609是带尖的或截短的或以其它方式成型以最小化对齐导向器608和玻璃制品606之间的接触面积。安装台600座置在腿部611的顶部上。优选地，腿部611可被调整，使得安装台600以两个角度倾斜，使得玻璃制品606趋于在重力的辅助下滑动至与凸块609轻微接触。该角度通常小于5度。
在安装台的底部表面下方是激光量规610。激光量规610通过夹持环612固定到安装台600。在螺钉拧紧时，夹持环612就像套爪一样夹持激光量规610。夹持环612允许激光量规610在紧固之前沿其轴线轻微移动。夹持环612还使激光量规610在其被紧固之后保持刚性连接到安装台600，使得不存在将在读取玻璃的位置中造成误差的松动。如图6B所示，激光量规610被插入安装台600中的孔614中。安装在安装台600的侧面上的激光空气吹洗器配件616通过安装台600中的横钻孔与孔614连通。激光空气吹洗器配件用来将诸如空气流的清洁气体流供应至孔614，以便从孔614清除可能落入孔614中且落在激光量规610的顶部上的任何颗粒。
激光量规610的安装可以使得其测量方向垂直或倾斜于测量表面602并且与玻璃制品606上的离散点相交。需要至少一个激光量规610来在玻璃制品606上的离散点处进行测量。当使用多个激光量规610时，每个激光量规610将负责玻璃制品606上的一个离散点。激光量规610通过发射激光到玻璃制品606处并检测从玻璃制品606反射的光来操作。由激光量规610进行的测量记录在诸如电子数据存储的合适介质中并由计算机处理。计算机上的程序利用由激光量规610进行的测量并计算在玻璃制品606上的离散点和激光量规610或另一参考基准之间沿着激光量规610的测量方向的距离。将所测量的距离与目标距离相比较，该目标距离使用相同的计量系统或通过计算机建模而为理想的玻璃形状确定。测量距离与目标距离的任何偏差被存储在诸如电子数据存储的合适介质中，并且随后用来改善过程，例如用来控制模具冷却或从辐射发射体的除热。
在图6B中，钻出通过支撑件604中的每一个的轴向孔620。使用真空配件622和安装台600中的横钻孔(未示出)将真空压力传递至轴向孔620。在进行测量的同时，真空压力被用来将玻璃制品606夹持到支撑件604。在玻璃制品606通过真空压力夹持到支撑件604之前，可以将略微正的空气压力推过轴向孔620以将玻璃制品提离支撑件604。这将消除玻璃制品606和支撑件604之间的所有摩擦并允许抵靠对齐导向器608的凸块609主动地搁置玻璃制品606。然后，可以随后施加真空压力以将玻璃制品606夹持到支撑件604。如果玻璃制品609不抵靠凸块609而悬浮，则必须依靠操作者来抵靠凸块609主动地定位玻璃制品606。使用正空气压力将玻璃制品606悬浮到位能帮助消除操作者错误。
图6C示出了测量玻璃制品上的点的另一个计量系统。计量系统包括安装到夹具632的位移规630。夹具632具有安装台634，安装台634提供测量表面636(类似于图6A中的测量表面602)。位移规630安装在安装台634中的窗口638下方并且通过窗口638进行测量。支撑件640(类似于图6A中的支撑件604)和对齐导向器642(类似于图6A中的对齐导向器608)布置在测量表面636上以用于相对于测量表面636放置玻璃制品644。对齐导向器642或玻璃制品644可布置成使得玻璃制品644的待测量部分大约以窗口638为中心。
优选地，位移规630使用无接触位移传感器来进行测量。无接触位移传感器是计量系统所优选的，因为它将不涉及与玻璃制品的物理接触，在进行测量时，这种物理接触可能使玻璃制品变形。可以使用若干种不同类型的无接触位移传感器。激光三角测量传感器是一个示例并且通过测量激光线接触或反射离开表面的位置来操作。类似玻璃的透明或高度反射性材料被构造成将激光直接反射回传感器中(镜面反射)。非镜面材料被构造成使激光正交于表面，并且传感器检测来自该表面的漫反射。激光三角测量传感器的示例为可得自Keyence的LK系列传感器和可得自Micro-Epsilon的optoNCDE系列传感器。
非接触式位移传感器的另一个示例为光谱干涉激光位移传感器，其通过测量反射离开基准表面和目标表面的宽波长光的干涉而操作。返回的信号的光谱内容使用衍射光栅在空间上传播，并且所得信号在CCD上成像。干涉图形被分析以提取位移数据。根据从基准到目标的距离，各种光谱将通过将基准信号和目标信号加在一起或者将基准信号和目标信号相抵消或以两者间的某种方式进行干涉。光谱干涉激光位移传感器的示例为可得自Keyence的SI-F系列传感器。
非接触式位移传感器的另一个示例为共焦彩色位移传感器。在该传感器中，两个透镜(或曲面反射镜)焦点匹配地彼此共焦布置。利用共焦彩色测量原理，白光被透镜分裂成不同的光谱并且通过多透镜光学系统聚焦在物体上。透镜(或曲面反射镜)布置成使得光通过受控的色差而分解成依赖于位移的单色波长。共焦彩色位移传感器的示例为可得自Micro-Epsilon的共焦DT系列传感器。
虽然优选地在位移规630中使用非接触式位移传感器，但也可以使用接触式位移传感器。接触式位移传感器将优选地利用将不使被测量制品变形的非常低的力进行测量。线性可变差动变换器(LVDT)位置传感器是可以使用的接触式位移传感器的一个示例。
在一个实施例中，位移规630使用激光三角测量传感器进行测量。位移规630的测量轴线大体上沿着线646。测量通过操作位移规630以将激光导向至接近玻璃制品644的中心的点而进行。光入射到玻璃制品644并反射回位移规630。位移规630中的传感器检测反射光。传感器输出被传输至激光读数机648。位移规630可经由有线或无线连接与激光读数机648通信。激光读数机648显示来自传感器的位移测量值。激光读数机648也可存储测量值以供日后使用或将测量值传输到另一个系统。
计量系统可用来测量玻璃形状与理想形状的偏差。在一个示例中，系统用来测量玻璃制品的平坦部段与理想的偏差。对于该示例来说，初始地将具有亚微米平坦度的平坦玻璃制品放置在夹具632上，并且将激光位移规630调零。代替将激光位移规630调零，可以简单地记录激光位移规630对平坦玻璃制品的响应。然后，可以将任何后续的玻璃制品放置在夹具632上，并且由激光位移规630测量的位移读数将对应于玻璃制品的平坦度。
图6D示出使用图6C的系统收集的可重复性测试数据的坐标图。对于坐标图中所示数据，单件玻璃制品被用手重复地装载到夹具632上，并且记录测量值。通过将具有小于1微米的平整度的参考玻璃制品放置在夹具632上并将激光位移规630调零来获得玻璃制品的平整度值。测试的持续时间为30分钟。如果激光量规仅在测试期开始时被调零一次，那么随时间推移会在读数中出现显著偏移，如由线650所示。然而，如果参考玻璃制品被放置回夹具632上，并且激光量规在测试期间每次读数之前被再次调零，那么测量的可重复性在0.7微米内，如由线652所示。
在另一示例中，计量系统用来测量玻璃制品的弯曲部段与理想的偏差。在这种情况下，将参考3D型材放置在夹具632上，并且记录激光位移规630对参考3D型材的响应。由激光位移规630对任何后续3D型材测量的位移读数可与对参考3D型材的位移读数相比较。
图6E示出了测量在玻璃制品670上的点的位移的另一个计量系统。玻璃制品670支撑在玻璃支撑夹具672上。玻璃支撑夹具672上方为探针支撑夹具674。可采用上述传感器中任一种的位移规676在探针支撑夹具674中且沿着其被支撑。位移规与玻璃制品670呈相对关系。每个位移规676将负责测量在玻璃制品670上的点和位移规676之间的距离，即，在玻璃制品670上的点的位移。来自位移规676的信号可由测量模块678收集，测量模块678可例如使用处理器处理信号以确定玻璃制品670的形状。测量模块678可将测量的形状输出到用于控制玻璃制品的形状的系统。测量模块678可附加地比较测量的形状与参考形状并将关于测量形状与参考形状的偏差的信息输出到系统以用于控制玻璃制品的形状。下面将更详细地描述这样的系统。
转到图1，通过在将2D玻璃板放置在模具108上并将模具108转位到任一个HT模块110中之前预热模具108，可以改善循环时间。在本发明的一个方面，提供了用于预热模具的加热系统。在一个实施例中，在图7A中，用于预热模具的加热模块700包括加热器组件702，其包括在红外范围内操作的一系列辐射加热器704。加热器组件702安装在屏蔽箱708的腔体706内。屏蔽箱708很大程度上阻挡高强度光和热从加热模块700散发到光和热可能对操作者造成危险的地方。屏蔽箱708的基部710具有狭槽712。当加热模块700被安装以供使用时，如图7B所示，转位台104的顶部延伸穿过狭槽712并可相对于狭槽712平移。
在转位台104的顶部上设有由耐火材料制成的围栏714。每对相邻的围栏714之间的空间限定工位106中的一个。当工位106随加热模块700转位时，邻近工位106的围栏714封闭屏蔽箱708的狭槽712的开放侧。然后在围栏714、加热器组件702和转位台104之间限定室716。将由加热器组件702加热的模具214经由上述模具支撑系统插入室716中。在该位置中，加热器组件702可被操作以递送非常强的热通量，该热通量在系统的单个转位间隙期内可以迅速地升高模具214的温度。在一个实施例中，模具的总体温度在单个转位间歇中被升高至少40℃。通常，模具的总体温度在单个转位间歇中被升高多达100℃。转位间歇是其中转位台为静止的并且工位随HT模块转位的时期。预热模具的优点在于，将减少当玻璃在模具上就位并被转位到HT模块内时将模具加热至成形温度所需的时间，这将减少循环时间。
图7C示出了在加热模块700的顶部处的电连接器726。电连接器726联接到加热器组件702并可连接到电缆728，以允许将电功率输送至加热器组件702。图7C还示出了安装在加热器组件702上方的冷却单元718。冷却单元718可被操作以将加热器组件702保持在安全温度。冷却单元718可包括冷却流体循环通过的室720，其具有合适的配件722、724(也参见图7B)，以用于将流体供应至室720和从室720抽出流体。冷却流体优选地为水，但可以使用空气或其它冷却流体、气体或液体。
红外加热器组件702可替换成感应加热器。感应加热器可由一个或多个电极制成，这些电极可通电以产生高频电磁(EM)场。EM场将在模具中产生涡电流，该涡电流将以电阻方式加热模具。感应方法能使模具214的温度比红外加热方法甚至更快地升高。为了均匀加热模具，(多个)电极应被成型或定位在模具214上方，使得在(多个)电极和模具表面之间存在基本上均匀的间隙。
可成形为3D玻璃制品的2D玻璃板将部分地取决于3D玻璃制品的期望属性。对于3D盖玻璃应用，高强度和抗损性是重要的。通常，这些应用的要求可通过可离子交换玻璃来满足。可离子交换玻璃的特征在于在离子交换过程期间存在可交换成较大的碱金属离子或碱土金属离子的小的碱金属离子或碱土金属离子。通常，可离子交换玻璃为碱-硅铝酸盐玻璃或碱-铝硼硅酸盐玻璃。可离子交换玻璃的具体示例公开于下列专利中：美国专利No.7,666,511(Ellison等人，2008年11月20日)、美国专利No.4,483,700(Forker,Jr.等人，1984年11月20日)和美国专利No.5,674,790(Araujo，1997年10月7日)；美国专利申请No.12/277,573(Dejneka等人，2008年11月25日)、美国专利申请No.12/392,577(Gomez等人，2009年2月25日)、美国专利申请No.12/856,840(Dejneka等人，2010年8月10日)、美国专利申请No.12/858,490(Barefoot等人，2010年8月18日)和美国专利申请No.13/305,271(Bookbinder等人，2010年11月28日)；以及美国临时专利申请No.61/503,734(Dejneka等人，2011年7月1日)。
用于制造玻璃制品的一般程序包括将模具支撑在工位处和随加热模块700转位工位(在图7A-7C中)，以使得模具可以被预热。在相同的时间范围内，2D玻璃板在装载区118处被预热(在图1中)。在模具被预热之后，预热的2D玻璃板被装载到模具上，并且模具和2D玻璃板被平移到第一序列的HT模块110(在图1中)。这些HT模块110将在加热模式下操作，使得2D玻璃板可被加热到使2D玻璃板足够软以适形于模具表面从而形成3D玻璃制品的温度，通常为在玻璃的退火点和软化点之间的温度。可使用力将2D玻璃板适形于模具表面。模具和3D玻璃制品然后被平移通过在冷却模式下操作的第二序列的HT模块110，以使得3D玻璃制品可被冷却至其可被操纵的温度，通常至低于玻璃的应变点的温度。从在冷却模式下操作的第二序列的HT模块，模具和3D玻璃制品被平移至系统的卸载段，在这里，3D玻璃制品被从模具卸载。模具接着被再次循环通过系统。为了连续制备玻璃制品，模具被放置在系统的工位上，直到所有工位充满模具为止。每个模具将经历相同的上述循环，直到其与3D玻璃制品出现在卸载段。
3D玻璃制品和模具被跟踪，以便知道制备每个3D玻璃制品的模具。然后例如使用上文所述和图6中的计量系统测量每个3D玻璃制品的形状。3D玻璃制品的形状与理想形状的偏差被确定。如果偏差不在可接受的限值内，则采取措施以改善形状。可以采取措施以改善形状，即使偏差在可接受的限值内，即，为了尽可能接近完美形状。可以采取的一种措施是主动控制正在制备有偏差的3D玻璃制品的模具的温度。通常，最好的方法是在用来将3D玻璃制品抵持于模具的力被释放时控制模具的温度。这在玻璃已适形于模具之后进行。可以假设，如果玻璃适形于模具且不结合到模具，那么使玻璃可以翘曲并因此走形的剩余机制是当保持力被释放时玻璃中的热梯度。玻璃中的热梯度可通过模具的温度来控制。此前由模具制备的3D玻璃制品的形状的偏差将提供关于模具将需要多少冷却以便后继制备具有正确形状的3D玻璃制品的线索。如上文已讨论的那样，由于模具的热传递特性的变化，从模具除去的热量的量将从一模具到另一模具变化。因此，重要的是测量由循环通过系统的每一个模具制备的3D玻璃制品，以便确定如何调整每一个模具的温度。图8是示出3D玻璃制品的形状如何响应于在若干循环内模具冷却流的调整的坐标图。线800表示冷却板流量。线802、804、806表示玻璃上的不同点。随着冷却板流量被调整以改变模具温度，玻璃的形状接近理想形状，即，其中偏差几乎为零的形状。
图9A示出了用于控制3D玻璃制品的最终形状的系统900。在控制系统900中，3D玻璃制品902的理想形状和3D玻璃制品904的测量形状在求和点906处被接收。提供至求和点的理想形状和测量形状均可用一组形状尺度来计算。图10A和图10B示出了可被测量和用来表征3D玻璃制品的形状的形状尺度的示例。在图10A中，形状尺度R1表示形成于的3D玻璃制品1002的弯曲部段1000中的弯曲的曲率半径。在图10B中，形状尺度R2和R3表示在3D玻璃制品1002的平坦部段1004中的曲率半径。R2和R3的组合可以是另一个尺度。图10A和10B中所示形状尺度可使用过程参数来操纵。一种这样的过程参数是模具温度。测量和提供至求和点的形状特性可以基于以上所述形状尺度中的一个或多个或基于一组不同的形状尺度。形状测量结果可从以上所述计量系统中的任一种或从以上未描述的不同的计量系统获得。
理想形状902和测量形状904之间的差值907被馈送至基于模型的控制908，其包含将玻璃形状与冷却流量相关联的模型910。模型910的输出912是目标冷却流量。目标冷却流量912和实际冷却流量914在求和点916处被接收。目标冷却流量912和实际冷却流量914之间的差值917被馈送至流量控制器918，流量控制器918的输出920被提供至系统930。流量控制器918可以是现货产品或基于比例积分的控制方案。系统930包括一组相关联冷却板和模具(在图5A中的400、214)。冷却板使用上文已描述的机制调整模具的温度。另外，模具温度被测量并用来更新模型910，如由箭头932所示。模具温度可使用安装在过程的出口处的高温计测量。测量的模具温度将解释模具的任何辐射率变化。反馈904显示由系统930的模具成形的3D玻璃制品的形状被测量并返回到求和点906。
图9B示出了用于控制3D玻璃制品的最终形状的另一个系统950。图9B的控制系统950类似于图9A的控制系统900，区别在于，基于模型的控制952包含两个模型954、956。在图9A中，基于模型的控制908仅具有模型910。在图9B中，模型954将玻璃形状与模具温度相关联，并且模型956将模具温度与冷却流量相关联。在这种情况下，理想形状902和测量形状904之间的差值907被馈送至模型954。模型954的输出958接着被馈送至模型956。模型956的输出960是目标冷却流量并且在求和点916处与实际冷却流量914一起被接收。过程的剩余部分如上所述继续，不同的是仅模型954被更新关于模具温度的信息，如由箭头962所指。当难以确定形状和冷却流量之间的直接关系时，可以使用控制系统950。
模型可使用实验数据来开发。例如，图11A示出了对于冷却流量从最大值到最小值的变化来说模具温度中的变化。图11B示出了对于冷却流量从最小值到最大值的变化来说模具温度中的变化。在图11A和图11B中，星号1100表示模具温度，并且圆形1102表示冷却流量。图11A和图11B中所示数据的冷却流体为空气。根据图11A和图11B中所示数据，可以确定冷却流量对模具温度的模型。该模型的反演将产生模具温度对冷却流量的模型。一种方式是模型可以用一阶惯性加纯滞后(FOPDT)模型来公式化。然而，主要由于过程的高度非线性性，应当小心确定在窄的操作范围内的模型参数。以下推导是如何可以开发这样的模型的示例。
任何FOPDT模型都可以公式化为：
Y ( s ) = Ke - T d s ( 1 + s T ) U ( s ) - - - ( 1 )
其中Y(s)为输出(模型温度)的拉普拉斯变换，U(s)为输入(冷却流量)的拉普拉斯变换，K为过程增益(定义为输出变化与输入变化的比率)，Td为纯滞后(定义为过程响应于输入变化所花费的时间)，并且T为过程时间常数(定义为过程从当前状态到下一稳态的63％所花费的时间)。
根据图11A和图11B中所示数据，所获得的模型参数为：过程增益-0.75(冷却流量的负号增加降低模型温度)、纯滞后小于1倍循环时间(即，大约7分钟)和过程常数1倍循环时间(即，大约7分钟)。因此，冷却流体流量(Qc)对模具温度(Tm)的模型被定义为：
T m = [ - 0.75 e - 7 s ( 1 + 7 s ) ] Q c - - - ( 2 )
其它模型910、954可使用类似于上述方法的方法来确定。然而，如此前所提及的，必须确定窄的操作区域的模型参数。可以为多个操作区域产生多个模型参数，然后可以根据当前操作区域实时切换模型参数。控制系统900、950可以在计算机或可编程逻辑控制器上实现。此外，控制系统900、950的部分可以在计算机上实现。例如，模型910、954可以在计算机上实现。
当2D玻璃板成形为3D玻璃制品时，力被施加到玻璃，以便使玻璃适形于模具。在一个优选的实施例中，成形力通过在模具和玻璃之间施加真空而产生。真空必须足以迫使软化的玻璃完全顺应模具表面。通常，这意味着20kPa(或3.5Psi)以上的真空水平。在成形完成之后，在成形应力释放和玻璃温度平衡的同时，维持真空以使玻璃保持顺应于模具。对于高强度玻璃来说，玻璃中的高含量钠可以在成形温度下与模具表面反应，从而产生模具表面的腐蚀和劣化。该反应可通过热玻璃和模具表面之间的高接触压力而强化，从而导致模具表面的加速劣化。由于高的力仅仅是玻璃初始成形所需的，一旦初始成形完成，就可将真空减小至刚刚足以将玻璃抵持于模具表面的水平。
由上文可知，玻璃成形为3D形状涉及施加成形真空力以使玻璃适形于模具表面，然后将成形真空力减小至保持真空力以将玻璃抵持于模具。成形通常在小于20秒内发生，同时玻璃可以在真空下保持另外的40秒或以上以达到最佳的翘曲性能。在热玻璃和模具之间减小的力将减少玻璃中的钠与模具表面的反应。例如，在两阶段真空过程中，真空可以在25秒后从27kPa减少至9kPa，然后在9kPa下保持额外的35秒。已经证明，在成形之后减少真空显著地增加在需要更新模具之前的成形循环的次数。必要时可以增加额外的真空步降，以便在保持力和模具寿命之间产生最佳平衡。在玻璃适形于模具表面之后逐步减少施加到玻璃的力的这种原理可与将力施加到玻璃的其它方法一起使用，例如柱塞法。
参照图12可以解释最小化玻璃中的翘曲的使3D玻璃制品成形的方法。在该图中，将为平坦的玻璃的部分的温度在1200处指示；将为弯曲的玻璃的部分的温度在1202处指示；对应于玻璃的平坦部分的模具的部分的温度在1204处指示。对应于模具的弯曲部分的模具的部分的温度类似于904。
在时间T1和T2之间，玻璃在辐射环境中被加热至成形温度，该环境可由在加热模式下操作的一个或多个HT模块提供。优选地，成形温度在玻璃的退火点和软化点之间。模具与玻璃一起被加热，因为玻璃在该时间期间在模具上。
在时间T2，玻璃处于成形温度。在时间T2和T3之间，在玻璃处于辐射环境中时，使用力将玻璃适形于模具。该力通过在玻璃和模具之间施加真空来产生。在该阶段的辐射源通常远热于模具温度，以便在成形操作期间使玻璃保持尽可能地软。模具温度通常保持在高于玻璃的粘弹性转变区约50℃至70℃的温度。当在辐射环境中时，玻璃将保持在辐射温度和模具温度之间的中间温度并且远高于弹性转变温度。这将允许在玻璃保持适形于模具的同时释放由成形在玻璃中产生的弯曲应力。关键在于通过使玻璃温度保持远高于退火点而释放因成形导致的大部分机械应力。热梯度在此时不重要，因为玻璃是软的，并且因热梯度导致的应力将迅速释放。
在时间T3和T4之间，通过力将玻璃抵持于模具。该保持力通过在玻璃和模具之间施加真空来产生。通常，在成形力和保持力的施加之间应存在连续性，但保持力可以相比成形力减小。在玻璃和模具之间继续保持真空的同时，接着使玻璃温度匹配模具温度的温度并且通过将玻璃和模具转位到符合模具温度的辐射环境中而使玻璃温度变得尽可能均匀。理想地，模具温度将保持在退火点以上(例如，高出30℃-50℃)，以允许进一步释放残余的玻璃弯曲应力。在时间T4，模具温度、玻璃温度和辐射环境温度基本上相等且始终均匀。玻璃中的热梯度应尽可能接近零。
紧接在时间T4之后，从玻璃和模具之间释放真空，即使玻璃仍然在名义上为粘弹性的。玻璃上唯一剩下的力将为重力，即，玻璃本身的重量。该力小于使玻璃成形所施加的力的0.1％。给定较低的施加力和极高的玻璃粘度，任何额外的垂度或物理松弛将极慢，大约几分钟。
在真空释放之后，玻璃被冷却至纯弹性区。这种冷却应非常迅速地发生，大约2分钟或以下，以使得在冷却期间由热梯度产生的任何翘曲将没时间通过松垂而释放。当玻璃达到均匀的室温时，其将恢复由模具确定的形状。在这种快速冷却期间产生的热梯度相对不重要，只要它们不产生对于在所分配的时间内显著粘性松弛来说足够高的应力。
虽然已使用有限数量的实施例描述了本发明，但是得益于本公开的本领域的技术人员将认识到可以构思出不偏离如本文所公开的本发明的范围的其它实施例。因此，本发明的范围应该仅由所附权利要求限制。

Claims (17)

1.一种制造玻璃制品的方法，包括：
将二维(2D)玻璃板放置在具有模具表面的模具上，所述模具表面具有三维(3D)形状；
将所述2D玻璃板和模具放置在辐射环境中并且将所述2D玻璃板加热至在所述玻璃的退火点和软化点之间的第一温度；
当在所述辐射环境中时，通过力使所述2D玻璃板适形于所述模具表面以形成3D玻璃制品；
在使所述3D玻璃制品和模具达到第二温度的同时通过力将所述3D玻璃制品抵持于所述模具表面；
释放将所述3D玻璃制品抵持于所述模具表面的力；以及
将所述3D玻璃制品迅速冷却至低于所述玻璃的应变点的第三温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在使所述2D玻璃板适形于所述模具表面中使用的力大于在将所述3D玻璃制品抵持于所述模具表面中使用的力。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述模具表面和所述2D玻璃板或3D玻璃制品之间施加真空以产生适形力和保持力中的每一个。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括调整至少一个过程参数以控制所述3D玻璃制品的形状。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，调整至少一个过程参数包括在释放将所述3D玻璃制品抵持于所述模具的力的同时调整所述模具的温度。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，调整所述模具的所述温度包括冷却所述模具。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，调整所述模具的所述温度还包括确定限定所述3D玻璃制品的形状的特性的一组形状尺度。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，调整所述模具的所述温度还包括基于此前由所述模具制备的3D玻璃制品的至少一个形状尺度的精度来确定从所述模具除去的热量的量。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述冷却包括使冷却流体循环通过冷却板，并且确定要除去的热量的量包括确定所述冷却流体被供应至所述冷却板的流量。
10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述辐射环境中加热所述2D玻璃板包括使用辐射发射体来发射由所述2D玻璃板吸收的辐射。
11.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述辐射环境中加热所述2D玻璃板期间，所述辐射发射体从至少一个辐射加热器吸收辐射。
12.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，使所述3D玻璃制品和模具达到所述第二温度包括使用辐射发射体从所述3D玻璃制品吸收热量。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括在所述辐射发射体从所述3D玻璃制品吸收热量的同时从所述辐射发射体除去热量。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括在所述辐射发射体从所述3D玻璃制品吸收热量的同时选择性地递送热量至所述辐射发射体，以将所述辐射发射体保持在所述第二温度。
15.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括在将所述2D玻璃板放置在所述模具上之前单独地预热所述2D玻璃板和模具。
16.一种热交换器设备，包括：
主体，所述主体包括由褶皱状环形壁分开的第一流动通槽和第二流动通槽，所述褶皱状环形壁被构造成使得流体能在所述褶皱状环形壁上从所述第一流动通槽行进至所述第二流动通槽，
所述主体还包括至少两个流动通槽口：第一流动通槽口和第二流动通槽口，流体能通过所述第一流动通槽口供应至所述第一流动通槽，并且流体能通过所述第二流动通槽口从所述第二流动通槽排放，
所述主体还包括与所述第一和第二流动通槽分离的流分布通槽，所述流分布通槽与所述第一流动通槽连通且被构造成将流体分布到沿所述第一流动通槽的多个点。
17.一种用于测量制品的形状的设备，包括：
测量表面；
多个支撑件，所述多个支撑件布置在所述测量表面上以用于稳定地支撑所述制品；
至少一个对齐导向器，所述至少一个对齐导向器邻近所述测量表面且充当用于将所述制品放置在所述支撑件上的参考基准；以及
至少一个位移规，所述至少一个位移规用于在所述制品布置在所述支撑件上时测量所述制品上的点的位移。
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