CN109507225A - 一种高应变点电子玻璃的热收缩率测量装置及测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高应变点电子玻璃的热收缩率测量装置及测量方法，该装置在加热装置下方设置激光发射装置和CCD接收装置，测量过程使得玻璃纤维在被加热后，通过激光发射装置和CCD接收装置测量出玻璃纤维的尺寸变化量，并将该数据通过控制系统进行处理，计算出玻璃的热收缩率，一方面解决了砂纸或玻璃刀划线引入的划线深浅差异造成在光学显微镜下观察到边缘模糊的划线图像，同时避免了膨胀仪或退火应变点仪测试过程中载荷对样品尺寸的影响，采用本发明的测量方法使热收缩率的测量结果受人工干扰的影响降低，准确性更高；本发明巧妙的将加热装置、激光发射装置和CCD接收装置配合使用，使得整个测量过程简化，精确度高。

Description

一种高应变点电子玻璃的热收缩率测量装置及测量方法
【技术领域】
本发明属于玻璃测量技术领域，涉及一种高应变点电子玻璃的热收缩率测量装置及测量方法。
【背景技术】
TFT(Thin Film Transistor)LCD即薄膜晶体管LCD，是有源矩阵类型液晶显示器(AM-LCD)中的一种。TFT是在玻璃基板上通过溅射、化学沉积工艺形成制造电路必需的各种膜，通过对膜的加工制作大规模半导体集成电路(LSIC)以实现对各像素点的开关控制。
随着显示技术的不断发展，人们日趋追求高分辨率和高品质画面。对制造商而言，目前主流的技术选择是基于多晶硅的薄膜晶体管(TFT)，因为该器件能够更有效地传输电子。基于多晶硅的晶体管(p-Si)的特征是比那些基于无定形的晶体管(a-Si)具有更高的迁移率。这样可以制造更小且更快的晶体管，最终产生更亮和更快的显示器。多晶硅(p-Si)基晶体管的一个问题在于，相对于a-Si晶体管的制造需要更高的加工温度，约为400-600℃，而a-Si晶体管的最高温度不超过350℃。在这些温度条件下，大部分的LCD基板玻璃经历了称为紧缩的过程，也称为热稳定性或是尺寸变化。图1反映了加工过程中尺寸变化的影响，为防止玻璃在之后的热加工过程中收缩变形，玻璃需要有较低的收缩率，高应变点电子玻璃很好地解决了这一问题。一般高应变点电子玻璃的收缩率低于40ppm,为了进一步解决收缩的问题，收缩率最好达到10ppm以下，这就要求热收缩具有很高的测量精度。
目前主要使用膨胀仪或退火应变点仪对玻璃的热收缩进行测试，但是这种测量装置在测量时会对样品施加一定载荷的力，该载荷会使样品在整个热处理过程中尺寸发生变化，特别是在保温阶段，对厚度较小或直径较细的玻璃影响更加明显，所以测量结果不能真实反映玻璃的热收缩性能，同时不同的热收缩测试条件需要在测试前使用膨胀仪提前做出与该测试条件对应的标准曲线，增加了测量周期。
还有一种使用玻璃刀或砂纸在样品的两端进行划线，将样品分成基准片与测量片两部分，测量片放入热处理设备中按照测试条件进行热处理，然后在光学显微镜下与基准片进行比对，测量出基准片与测量片上划线间距，从而计算出样品热收缩量。这种方法在划线过程中会由于外界力量的变化导致划线的深浅不一样，严重时会使划线产生崩边现象，这样会造成划线边缘在光学显微镜高倍观察时图像模糊，并且基准片与测量片拼合后，拼合区域在光学显微镜高倍下也会呈现模糊的图像，基准片上的划线与测量片上的划线总是很难处于同一焦平面上，观察倍数越大，这种现象越明显，这样就会导致测量划线间距时的误差增加，对于高分辨显示用的电子玻璃，其热收缩值一般都很小，这种误差对测量结果的影响会更大。再者，使用砂纸划线时一般会在同侧划出至少大于2条的线，这样在后续观察、测量时会增加选线错误的几率，因此需要一种操作简单，且能准确、快速反映电子玻璃在下游制造过程中所经历的热收缩测量装置。
【发明内容】
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种高应变点电子玻璃的热收缩率测量装置及测量方法。该装置结合加热装置、激光发射装置、CCD接收装置和控制装置，测量出高应变点电子玻璃的热收缩率。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种高应变点电子玻璃的热收缩率测量装置，包括加热装置，加热装置的下方设置有激光发射装置和CCD接收装置；激光发射装置的发射面和CCD接收装置的成像面相对设置，发射面和成像面之间留有空间；加热装置、激光发射装置和CCD接收装置均受控于控制系统；
测量高应变点电子玻璃的热收缩率时，玻璃纤维穿过加热装置伸入至空间内；玻璃纤维的一部分在加热装置中，另一部分在空间内。
本发明的进一步改进在于：
优选的，控制系统包括升温模块、激光控制模块、数字信号处理模块和计算模块；升温模块用于控制加热装置加热玻璃纤维；激光控制模块用于控制激光发射装置发射激光信号；数字信号处理模块用于接收CCD接收装置传回的电信号同时将电信号转换为数字信号，计算模块用于根据数字信号计算热收缩率。
优选的，加热装置包括加热器和炉膛，炉膛开设在加热器的竖向中心线上；炉膛的上端和下端均和空气连通。
优选的，加热装置为圆柱形，其竖向中心线上开设有炉膛。
优选的，玻璃纤维的一端为玻璃球，玻璃球横截面积大于炉膛的水平横截面积。
优选的，玻璃纤维的直径≥0.5mm。
优选的，加热装置的升温速率为5～10℃/min。
一种基于上述高应变点电子玻璃的热收缩率测量装置的测量方法，包括以下步骤：
步骤1，测量玻璃纤维的长度Y并输入至控制系统中，将玻璃纤维架装在加热装置中，玻璃纤维的一部分在加热装置中，另一部分伸入至空间内；
步骤2，激光发射装置发射激光光束，使玻璃纤维在CCD接收装置上成像，CCD接收装置将玻璃纤维成像高度L1的光学影像信号转换为电信号，同时将电信号传回至控制系统；
步骤3，加热装置加热玻璃纤维，到达目标温度T时，保温设定时间10～300min，到达设定保温时间后，激光发射装置发射激光光束，使玻璃纤维在CCD接收装置上成像，CCD接收装置将玻璃纤维成像高度L2的光学影像信号转换为电信号，同时将电信号传回至控制系统；
步骤4，控制系统计算在目标温度T下，高应变点电子玻璃的热收缩率η，η的计算公式为：
η＝(L1-L2)/Y (1)。
优选的，控制系统包括升温模块、激光控制模块、数字信号处理模块和计算模块；步骤2中，激光控制模块控制激光发射装置发射激光光束；步骤3中，升温模块控制加热装置的启停与升温速率；步骤2和步骤3中，数字信号处理模块接收CCD接收装置传回的电信号同时将电信号转换为数字信号；步骤4中，计算模块依据数字信号计算电子玻璃的热收缩率η。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种高应变点电子玻璃的热收缩率测量装置，该装置在加热装置下方设置激光发射装置和CCD接收装置，使得玻璃纤维在被加热后，通过激光发射装置和CCD接收装置测量出玻璃纤维的尺寸变化量，并将该数据通过控制系统进行处理，计算出玻璃的热收缩率，一方面解决了砂纸或玻璃刀划线引入的划线深浅差异造成在光学显微镜下观察到边缘模糊的划线图像，也不用将基准片与测量片上的划线进行拼接比对，从而造成很大的测量误差，同时避免了膨胀仪或退火应变点仪测试过程中载荷对样品尺寸的影响，采用本发明的测量装置使热收缩率的测量结果受人工干扰的影响降低，准确性更高；本发明巧妙的将加热装置、激光发射装置和CCD接收装置配合使用，使得整个测量过程简化，精确度高。
进一步的，本发明的控制系统设置有不同的模块控制测量装置内的不同设备，实现测量过程中每一个步骤的精准、可靠。
进一步的，本发明的加热装置包括加热器和炉膛，炉膛开设在加热器的竖向中心线上，测量的精准度高。
进一步的，本发明的加热器选用圆柱形，竖向中心线上开设有炉膛，使得炉膛内的玻璃纤维四周受热更加均匀。
进一步的，本发明中玻璃纤维的一端烧制为玻璃球，且玻璃球的横截面积大于炉膛的水平横截面积，使得玻璃纤维能够悬挂在炉膛上，测量过程中，玻璃纤维不需要其他外力支撑。
进一步的，本发明的玻璃纤维的直径大于等于0.5mm，玻璃纤维太细，热处理过程中变形太大，无法反应真实的玻璃收缩率。
进一步的，加热装置的升温速率要求5～10℃/min，与实际的玻璃热处理加工过程中升温速率相同，测量过程中能够真实的还原玻璃形变过程。
本发明还公开了一种高应变点电子玻璃的收缩率测量方法，该方法通过加热装置加热玻璃纤维，激光发射装置与CCD接收装置配套使用；测量时，发射装置用于发射具有一定直径的平行激光光束，使置于激光光束中的玻璃纤维在CCD接收装置上成像，通过控制系统对热处理前后的玻璃纤维成像差异进行计算，从而得到玻璃纤维的尺寸变化量△L，根据玻璃纤维的尺寸变化量△L及置于加热装置炉膛内的玻璃纤维原始尺寸Y，即可确定玻璃纤维的热收缩率η＝△L/Y。该方法通过使用激光发射装置及CCD接收装置实现测量热处理过程中被测玻璃纤维的尺寸变化量，从而计算玻璃的热收缩率，解决了砂纸或玻璃刀划线引入的划线深浅差异造成在光学显微镜下观察到边缘模糊的划线图像，也不用将基准片与测量片上的划线进行拼接比对，从而造成很大的测量误差，同时避免了膨胀仪或退火应变点仪测试过程中载荷对样品尺寸的影响，测量出的热收缩率精确度高。
进一步的，本发明的设备在操作过程中通过控制系统控制，使得测量过程能够真实的还原玻璃在热加工处理时的形变过程，使得整个测量过程真实，精确。
【附图说明】
图1为高应变点电子玻璃热处理加工过程中长度变化规律图；
图2为本发明的测量装置结构图；
其中：1-加热装置；2-激光发射装置；3-CCD接收装置；4-激光光束；5-控制系统；6-玻璃纤维；7-加热器；8-炉膛；9-发射面；10-成像面；11-空间。
【具体实施方式】
下面结合装置的具体结构和附图对本发明做进一步详细描述：
参见图2，本发明提供了一种高应变点电子玻璃的热收缩率测量装置，该装置包括加热装置1、激光发射装置2、CCD接收装置3和控制系统5。控制系统5分别和加热装置1、激光发射装置2、CCD接收装置3通过导线连接。
激光发射装置2和CCD接收装置3相对设置，激光发射装置2相对CCD接收装置3的端面为发射面9，CCD接收装置3相对激光发射装置2的端面为成像面10；发射面9和成像面10之间留有空间11，即激光发射装置2和CCD接收装置3之间有一段距离，用于放置需要成像的物品；激光发射装置2的激光发射源在发射面9上，当激光发射装置2发射激光时，具有一定直径的平行激光光束4投射在CCD接收装置3上；本实施例中，激光发射装置及CCD接收装置3为高精度型KEYENCEVG-301。
加热装置1包括加热器7和炉膛8，设置在激光发射装置2和CCD接收装置3空间11的上方。加热装置1由支架架装在地面上，其正下方摆放激光发射装置2和CCD接收装置3。加热器7的形状能够为长方体或者圆柱体，其竖向中心线上开设有炉膛8，炉膛8的上、下两端为开放式，使得玻璃纤维6能够竖直悬挂在炉膛8上，本发明中加热装置1为型号为的ANS800加热炉；加热装置1的升温速率为5～10℃/min，与玻璃实际生产过程中的热加工过程的升温速率相符，使得整个测量过程能够还原玻璃纤维的热加工过程，玻璃纤维6为直径≥0.5mm线条，其一端为横截面积≥炉膛8水平横截面积的玻璃球；当测量玻璃纤维6的长度变化时，玻璃纤维6架装在加热装置1中炉膛8上，即玻璃纤维6一端的玻璃球架装炉膛8上端，玻璃纤维6的另一端纵穿炉膛8，伸出至炉膛8下端，伸至激光发射装置2和CCD接收装置3之间，能够减少外部装置，对玻璃纤维6进行支撑。
控制系统5内设置有升温模块、激光控制模块、数字信号处理模块和计算模块；控制系统5内的升温模块用于控制加热装置1的升温；激光控制模块用于控制激光发射装置2的发射，数字信号处理模块用于接收CCD接收装置3传回的电信号同时将电信号转换为数字信号；计算模块用于根据数字信号计算热收缩率。
测量原理：
当玻璃纤维6架装在加热炉上时，玻璃纤维6下端的一部分在激光发射装置2和CCD接收装置3之间，激光发射装置2发射激光光束4，玻璃纤维6在CCD接收装置3上成像，测量玻璃纤维6在CCD接收装置3上的竖直成像长度L，同时CCD接收装置3将该玻璃纤维6的光学影像转换为数字信号，将成像长度L的数字信号传递至控制系统5中的计算模块；从而计算出玻璃纤维6的尺寸变化量△L，根据玻璃纤维6的尺寸变化量△L及玻璃纤维6原始尺寸Y，计算玻璃纤维6的热收缩率η＝(L1-L2)/Y＝△L/Y。
具体的测量方法包括以下步骤：
步骤1，使用千分尺测量玻璃纤维6的原始长度Y，原始长度Y不包括玻璃纤维6一端玻璃球的长度，将原始长度Y输入值控制系统5中；将玻璃纤维6上端内的玻璃球架装在炉膛8的上端，被测玻璃纤维6下端在激光发射装置2和CCD接收装置3之间；
步骤2，激光控制模块控制激光发射装置2发射激光光束4，使玻璃纤维6在CCD接收装置3上成像，CCD接收装置3将玻璃纤维6成像高度L1的光学影响信号转换为电信号，同时将电信号传回至控制系统5中的数字信号处理模块中，数字信号处理模块将电信号转换为计算模块能够识别并使用的数字信号；
步骤3，控制系统5中的升温模块，发出加热装置1升温的指令，加热装置1按照需要的热处理条件对玻璃纤维6进行热处理，当达到目标温度T时，保温设定的时间，到达该时间时，激光发射装置2发射激光光束4，使玻璃纤维6在CCD接收装置3上成像，CCD接收装置3将玻璃纤维6成像高度L2的光学影响信号转换为电信号，同时将电信号传回至控制系统5中的数字信号处理模块中，数字信号处理模块将电信号转换为计算模块能够识别并使用的数字信号。
步骤4，控制系统5根据收缩率η的计算公式(1)，结合步骤2和步骤3传回的在不同温度下的玻璃纤维6的成像高度L的数字信号，计算出被测玻璃纤维6在该温度T下的热收缩率；式(1)如下所示：
η＝(L1-L2)/Y (1)
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。

Claims (9)

1.一种高应变点电子玻璃的热收缩率测量装置，其特征在于，包括加热装置(1)，加热装置(1)的下方设置有激光发射装置(2)和CCD接收装置(3)；激光发射装置(2)的发射面(9)和CCD接收装置(3)的成像面(10)相对设置，发射面(9)和成像面(10)之间留有空间(11)；加热装置(1)、激光发射装置(2)和CCD接收装置(3)均受控于控制系统(5)；
测量高应变点电子玻璃的热收缩率时，玻璃纤维(6)穿过加热装置(1)伸入至空间(11)内；玻璃纤维(6)的一部分在加热装置(1)中，另一部分在空间(11)内。
2.根据权利要求1所述的一种高应变点电子玻璃的热收缩率测量装置，其特征在于，控制系统(5)包括升温模块、激光控制模块、数字信号处理模块和计算模块；升温模块用于控制加热装置(1)加热玻璃纤维(6)；激光控制模块用于控制激光发射装置(2)发射激光信号；数字信号处理模块用于接收CCD接收装置(3)传回的电信号同时将电信号转换为数字信号，计算模块用于根据数字信号计算热收缩率。
3.根据权利要求1所述的一种高应变点电子玻璃的热收缩率测量装置，其特征在于，加热装置(1)包括加热器(7)和炉膛(8)，炉膛(8)开设在加热器(7)的竖向中心线上；炉膛(8)的上端和下端均和空气连通。
4.根据权利要求3所述的一种高应变点电子玻璃的热收缩率测量装置，其特征在于，加热装置(1)为圆柱形，其竖向中心线上开设有炉膛(8)。
5.根据权利要求3所述的一种高应变点电子玻璃的热收缩率测量装置，其特征在于，玻璃纤维(6)的一端为玻璃球，玻璃球横截面积大于炉膛(8)的水平横截面积。
6.根据权利要求1所述的一种高应变点电子玻璃的热收缩率测量装置，其特征在于，玻璃纤维(6)的直径≥0.5mm。
7.根据权利要求1所述的一种高应变点电子玻璃的热收缩率测量装置，其特征在于，加热装置(1)的升温速率为5～10℃/min。
8.一种基于权利要求1所述高应变点电子玻璃的热收缩率测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，测量玻璃纤维(6)的长度Y并输入至控制系统(5)中，将玻璃纤维(6)架装在加热装置(1)中，玻璃纤维(6)的一部分在加热装置(1)中，另一部分伸入至空间(11)内；
步骤2，激光发射装置(2)发射激光光束(4)，使玻璃纤维(6)在CCD接收装置(3)上成像，CCD接收装置(3)将玻璃纤维(6)成像高度L1的光学影像信号转换为电信号，同时将电信号传回至控制系统(5)；
步骤3，加热装置(1)加热玻璃纤维(6)，到达目标温度T时，保温设定时间10～300min，到达设定保温时间后，激光发射装置(2)发射激光光束(4)，使玻璃纤维(6)在CCD接收装置(3)上成像，CCD接收装置(3)将玻璃纤维(6)成像高度L2的光学影像信号转换为电信号，同时将电信号传回至控制系统(5)；
步骤4，控制系统(5)计算在目标温度T下，高应变点电子玻璃的热收缩率η，η的计算公式为：
η＝(L1-L2)/Y (1)。
9.根据权利要求8所述的测量方法，其特征在于，控制系统(5)包括升温模块、激光控制模块、数字信号处理模块和计算模块；步骤2中，激光控制模块控制激光发射装置(2)发射激光光束(4)；步骤3中，升温模块控制加热装置(1)的启停与升温速率；步骤2和步骤3中，数字信号处理模块接收CCD接收装置(3)传回的电信号同时将电信号转换为数字信号；步骤4中，计算模块依据数字信号计算电子玻璃的热收缩率η。
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