CN114212978B

CN114212978B - 一种石英玻璃棒温度和功率联合控制真空烧结方法

Info

Publication number: CN114212978B
Application number: CN202111655488.8A
Authority: CN
Inventors: 蒋辉; 罗军; 余保国; 朱继红; 顾立新; 吴梦杰; 鲁戎; 喻均涛
Original assignee: Yangtze Optical Fibre and Cable Co Ltd
Current assignee: Changfei Quartz Technology Wuhan Co ltd
Priority date: 2021-12-31
Filing date: 2021-12-31
Publication date: 2022-12-23
Anticipated expiration: 2041-12-31
Also published as: CN114212978A

Abstract

本发明公开了一种石英玻璃棒温度和功率联合控制真空烧结方法，升温至烧结温度前，加热电源采用温度PID控制模式，达到烧结温度10min后，程序自动切换至功率控制模式，以避免因红外测温不准，而造成石英玻璃棒因实际温度过高造成的玻璃棒拉长报废的问题，烧结阶段Phase结束后，程序再自动切换至温度PID控制模式；根据上一炉烧结运行数据，各段红外测温温度和加热电源功率输出，对下一炉烧结配方recipe数据进行修正；本发明采用温度和功率联合控制控制，可实现真空烧结多段红外温度与实际温度相差较大时，仍可烧结出均匀性较好的石英玻璃棒，以提高真空烧结设备使用率和石英玻璃棒成品合格率。

Description

一种石英玻璃棒温度和功率联合控制真空烧结方法

技术领域

本发明涉及石英玻璃制造设备技术领域，尤其涉及一种石英玻璃棒温度和功率联合控制真空烧结方法。

背景技术

在制备石英玻璃过程中，比较常用的方法是采用VAD、OVD生产工艺制备预制棒母棒的松散体，之后采用烧结的方法使其烧结成玻璃体，烧结过程使用真空烧结炉进行烧结。

真空烧结炉常采用4段或5段加热方式，每段均配置一台红外测温仪进行测温，加热电源每段单独控温，常采用温度PID调节控温方式，但由于在因某些外部原因或石墨件材质问题，石墨件所含杂质较多，或在安装法兰时，使用真空油脂较多，加热时，石墨件杂质或真空油脂挥发，经常造成真空烧结炉体上红外测温透光镜片模糊，测量温度比实际温度低几十度，而采用PID调节控温方式，从而造成实际温度比recipe设置温度高几十度，预制棒在该段位置将会拉长，产品报废。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种石英玻璃棒温度和功率联合控制真空烧结方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种石英玻璃棒温度和功率联合控制真空烧结方法，该方法包括：

将石英玻璃棒真空烧结分为多个阶段Phase，在工控机系统的烧结配方Recipe中为每个阶段Phase设置烧结步骤、烧结数据，并将烧结数据下载入工控机的PLC存储区内；启动自动烧结后，控制程序将按烧结配方Recipe中的烧结步骤、烧结数据进行烧结；

在烧结过程中，若某段测温异常时，烧结配方Recipe的加热数据小于一定阈值时，系统采用温度和功率联合控制程序进行控制，在烧结阶段Phase前，加热电源控制模式采用温度PID控制模式，达到烧结温度一定时间后，温度和功率趋于稳定后，程序自动切换至功率控制模式，烧结阶段Phase结束后，系统自动还原为温度PID控制模式。

进一步地，本发明的所述方法还包括烧结数据的设置方法：

获取工控机系统HMI历史烧结记录，查看上一炉的烧结数据，汇总出正常烧结时阶段Phase(n)中，各段功率值{p1^’(n)，p2^’(n)，p3^’(n)，p4^’(n)，p5^’(n)}和烧结阶段结束时的红外测温值{t1^’(n)，t2^’(n)，t3^’(n)，t4^’(n)，t5^’(n)}，’表示上一炉某阶段Phase(n)结束时的数据；将上一炉的功率值和测温值作为下一炉烧结数据的设置依据。

进一步地，本发明的所述方法还包括：

若某段测温异常时，将烧结配方Recipe中该段烧结前一个阶段Phase的加热数据设定为上一炉该段烧结阶段Phase即将结束时的温度值，该段烧结阶段Phase加热数据设置为原先烧棒正常烧结阶段Phase稳定时的功率值；若测温正常，按原先方式设定；即：

假设第k段测温异常时，设置数据为：

Phase(n-1)＝{t1(n-1)，t2(n-1)，…，tk(n-1)，…，tm-1(n-1)，tm(n-1)}

Phase(n)＝{t1(n)，t2(n)，…，pk(n)，…，tm-1(n)，tm(n)}

其中，m表示石英玻璃棒的段数，n表示烧结阶段Phase，k表示第k段测温异常，t表示温度，p表示功率，’表示上一炉某阶段Phase(n)结束时的数据。

进一步地，本发明的所述方法还包括：

通过程序自动判断，当烧结配方recipe运行时，执行某个阶段Phase的烧结数据，若某段设置数据小于100时，默认为功率控制模式，该段功率设定值为此加热数据，单位为KW；若某段设置数据大于100时，默认为温度控制模式，该段温度设定值为此加热数据，单位为℃。

进一步地，本发明的所述方法中达到烧结温度10分钟后，程序自动切换至功率控制模式。

本发明产生的有益效果是：本发明的石英玻璃棒温度和功率联合控制真空烧结方法，能根据上一炉烧结运行数据，各段红外测温温度和加热电源功率输出，对下一炉烧结配方数据进行修正；本发明采用温度和功率联合控制控制，可实现真空烧结多段红外温度与实际温度相差较大时，仍可烧结出均匀性较好的石英玻璃棒，以提高真空烧结设备使用率和石英玻璃棒成品合格率。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明逻辑控制程序；

图2为本发明Recipe数据；

图3为本发明加热温度曲线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例的石英玻璃棒温度和功率联合控制真空烧结方法，针对某段红外测温异常问题，采用温度和功率联合控制方式，它在不断对烧结前一阶段升温过程的目标温度进行修正，在烧结阶段状态稳定后10min，切换至功率控制方式，不受红外测温的影响，可以有效地解决因红外测温透光镜片模糊，测温不准，造成的预制棒玻璃棒拉长的问题。

该方法包括：

在烧结过程中，若某段测温异常时，烧结配方Recipe的加热数据小于一定阈值时，阈值取100，系统采用温度和功率联合控制程序进行控制，在烧结阶段Phase前，加热电源控制模式采用温度PID控制模式，达到烧结温度10分钟后，温度和功率趋于稳定后，程序自动切换至功率控制模式，烧结阶段Phase结束后，系统自动还原为温度PID控制模式。

烧结数据的设置方法具体为：

获取工控机系统HMI历史烧结记录，查看上一炉的烧结数据，汇总出正常烧结时阶段Phase(6)中，各段功率值{p1^’(6)，p2^’(6)，p3^’(6)，p4^’(6)，p5^’(6)}和烧结Phase结束时的红外测温值{t1^’(6)，t2^’(6)，t3^’(6)，t4^’(6)，t5^’(6)}，’表示上一炉某阶段Phase(6)结束时的数据；将上一炉的功率值和测温值作为下一炉烧结数据的设置依据。

假设第k段测温异常时，设置数据为：

Phase(n-1)＝{t1(n-1)，t2(n-1)，…，tk(n-1)，…，tm-1(n-1)，tm(n-1)}

Phase(n)＝{t1(n)，t2(n)，…，pk(n)，…，tm-1(n)，tm(n)}

在本实施例中，假设第3段测温异常时，设置数据为：

Phase(5)＝{t1(5)，t2(5)，t3(6)，t4(5)，t5(5)}

Phase(6)＝{t1(6)，t2(6)，p3(6)，t4(6)，t5(6)}

如图1所示，编写PLC控制程序SLC语句，在执行recipe时，当加热数据PHASE_DATA小于100时，置位POWER_MODE模式，复位TEMP_MODE模式，功率设定为加热数据PHASE_DATA；反之，置位TEMP_MODE模式，复位POWER_MODE模式，温度设定为加热数据PHASE_DATA；

统计出上一炉需要设定为温度&功率联合控制控制那段的烧结阶段稳定后的功率值和烧结阶段结束时的温度值(温度值取值点如图2标示2)，填写入图3，将温度值填写入recipe中的Phase Nbr 5的相应加热数据单元格，将功率值填写入recipe中的Phase Nbr 6的相应加热数据单元格，填写完毕将recipe下载入PLC。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种石英玻璃棒温度和功率联合控制真空烧结方法，其特征在于，该方法包括：

在烧结过程中，若某段测温异常时，烧结配方Recipe的加热数据小于一定阈值时，系统采用温度和功率联合控制程序进行控制，在烧结阶段Phase前，加热电源控制模式采用温度PID控制模式，达到烧结温度一定时间后，温度和功率趋于稳定后，程序自动切换至功率控制模式，烧结阶段Phase结束后，系统自动还原为温度PID控制模式；

所述方法还包括烧结数据的设置方法：

获取工控机系统HMI历史烧结记录，查看上一炉的烧结数据，汇总出正常烧结时阶段Phase(n)中，各段功率值{p1’(n)，p2’(n)，p3’(n)，p4’(n)，p5’(n)}和烧结阶段结束时的红外测温值{t1’(n)，t2’(n)，t3’(n)，t4’(n)，t5’(n)}，’表示上一炉某阶段Phase(n)结束时的数据；将上一炉的功率值和测温值作为下一炉烧结数据的设置依据；

所述方法还包括：

假设第k段测温异常时，设置数据为：

Phase(n-1)＝{t1(n-1)，t2(n-1)，…，tk’(n-1)，…，tm-1(n-1)，tm(n-1)}

Phase(n)＝{t1(n)，t2(n)，…，pk’(n)，…，tm-1(n)，tm(n)}

2.根据权利要求1所述的石英玻璃棒温度和功率联合控制真空烧结方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过程序自动判断，当烧结配方recipe运行时，执行某个阶段Phase的烧结数据，若某段设置数据小于100时，默认为功率控制模式，该段功率设定值为此加热数据，单位为kW ；若某段设置数据大于100时，默认为温度控制模式，该段温度设定值为此加热数据，单位为℃。

3.根据权利要求1所述的石英玻璃棒温度和功率联合控制真空烧结方法，其特征在于，所述方法中达到烧结温度10分钟后，程序自动切换至功率控制模式。