TWI474980B - 玻璃模造系統及相關設備與方法 - Google Patents

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TWI474980B TW101118990A TW101118990A TWI474980B TW I474980 B TWI474980 B TW I474980B TW 101118990 A TW101118990 A TW 101118990A TW 101118990 A TW101118990 A TW 101118990A TW I474980 B TWI474980 B TW I474980B
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Description

玻璃模造系統及相關設備與方法 【交互參照之相關申請案】
本案根據專利法主張西元2011年5月27日申請的美國專利臨時申請案第61/490923號的優先權權益，本案依賴該申請案全文內容且該申請案全文內容以引用方式併入本文中。
本發明大體係關於藉由熱重組二維(2D)玻璃片，以製造三維(3D)玻璃物件。
諸如筆記型電腦、平板電腦和智慧型手機等可攜式電子裝置對3D玻璃蓋有大量需求。特別合意的3D玻璃蓋具有與電子裝置顯示器互動的2D表面和纏繞顯示器邊緣的3D表面組合。3D表面可為不可展面，即表面不能攤開或展開成平面又不會扭曲，且表面可包括任何彎折、轉角和曲線組合。彎折可能既緊湊又急劇。曲線可能不規則。此類3D玻璃蓋很複雜且難以利用諸如碾磨及銑削等機器加工製程精確製造。在其他應用類型中，熱重組已成功用於由2D玻璃片形成3D玻璃物件。
本發明係關於系統，該系統能利用熱重組來製造上述3D玻璃蓋。本發明亦關於形成具一致形狀與高尺寸精確 度之複數個3D玻璃物件的製程。
在本發明的一態樣中，玻璃模造系統包括索引檯、沿著索引檯設置的複數個封閉區和於索引檯上定義的複數個站，如此各站可選擇性偕同任一封閉區編入索引。至少一輻射加熱器設在至少一封閉區。輻射反射器表面設在至少一封閉區且與至少一輻射加熱器呈相對關係。輻射發射器主體設在至少一封閉區且位於至少一輻射加熱器與輻射反射器表面之間。輻射發射器主體具有與至少一輻射加熱器呈相對關係的第一表面和與輻射反射器表面呈相對關係的第二表面。
在一實施例中，玻璃模造系統進一步包括冷卻設備，冷卻設備至少部分置於至少一封閉區並操作以自輻射發射器主體移除熱。
在一實施例中，玻璃模造系統進一步包括複數個模具和模具支撐件，每一模具支撐件配置以支撐位於一站的一模具。
在一實施例中，輻射反射器表面具有開口，用以接收任一模具，使得輻射反射器表面包圍模具。
在一實施例中，輻射反射器表面的開口面積小於輻射發射器主體的第二表面面積。
在一實施例中，玻璃模造系統進一步包括冷卻板，用 以冷卻任一模具。當模具在一站中由一模具支撐件支撐時，冷卻板配置以間隔裝設在模具下方。
在一實施例中，冷卻板包含板構件，板構件具有供冷卻板接收流體的第一流道、供冷卻板排放流體的第二流道和位於第一流道與第二流道間的阻障層，阻障層容許流體於沿著第二流道全長的數個點從第一流道跨越到第二流道。
在一實施例中，玻璃模造系統進一步包括加熱設備，加熱設備沿著索引檯設置，以當模具處於未偕同任一封閉區編入索引的站時，預熱任一模具。加熱設備的構造和加熱設備相對索引檯的配置係使任一站可偕同加熱設備編入索引。
在一實施例中，加熱設備包括至少一輻射加熱器。
在一實施例中，加熱設備配置以在索引檯的單一靜態(dwell)下，將任一模具的溫度提高一預定量。
在一實施例中，玻璃模造系統進一步包含用以測量3D玻璃物件形狀的裝置，3D玻璃物件由任一模具製造。
在一實施例中，測量裝置包含測量表面、支撐元件和至少一位移計，該支撐元件位於測量表面，用以支撐位於實質平行測量表面之平面中的3D玻璃物件，該位移計配置以當支撐元件支撐3D玻璃物件時，測量3D玻璃物件上的點位移。
在一實施例中，測量裝置進一步包括用以對準測量表面上之3D玻璃物件的裝置。
在一實施例中，測量裝置進一步包含用以把3D玻璃物件夾在支撐元件的裝置。
在一實施例中，玻璃模造系統進一步包括用以將2D玻璃片裝載至模具的裝置和用以自模具卸載3D玻璃物件的裝置。
在一實施例中，玻璃模造系統進一步包含用以預熱封閉區外之2D玻璃片的裝置。
在一實施例中，各封閉區係具隔熱耐火壁之外殼提供的熱封閉區。
在一實施例中，至少一輻射加熱器係紅外線輻射加熱器。
在一實施例中，輻射發射器主體發射率大於0.8，輻射反射器表面發射率小於0.4。
在一實施例中，輻射發射器主體的第二表面和輻射反射器表面相隔10毫米(mm)至50 mm的間隙。
在一實施例中，輻射反射器表面形成於索引檯上，索引檯可移動穿過封閉區，以將輻射反射器表面定位在至少一封閉區中。
在一實施例中，索引檯係旋轉索引檯。
在本發明的另一態樣中，製造玻璃物件的方法包括把2D玻璃片放到模具上，模具具有3D形狀的模具表面。把2D玻璃片和模具置於輻射環境，及加熱2D玻璃片達介於退火點與玻璃軟化點間的第一溫度。處於輻射環境時，利用力量，使2D玻璃片順應模具表面而形成3D玻 璃物件。利用力量，使3D玻璃物件保持抵著模具表面，同時使3D玻璃物件和模具的溫度達第二溫度。釋放使3D玻璃物件保持抵著模具的力量。接著，快速冷卻3D玻璃物件至低於玻璃應變點的第三溫度。
在一實施例中，使2D玻璃片順應模具表面的力量大於使3D玻璃物件保持抵著模具表面的力量。
在一實施例中，在模具表面與2D玻璃片或3D玻璃物件間施加真空，以產生各自的順應和保持力量。
在一實施例中，方法進一步包括調整至少一製程參數，以控制3D玻璃物件的形狀。
在一實施例中，調整至少一製程參數包括調整模具溫度，同時釋放使3D玻璃物件保持抵著模具的力量。
在一實施例中，調整模具溫度包括冷卻模具。在一實施例中，冷卻係藉由輻射熱傳達成。
在一實施例中，調整模具溫度進一步包括決定一組形狀度規，該組形狀度規定義3D玻璃物件的形狀特徵。
在一實施例中，調整模具溫度進一步包括依據事先以模具製造之3D玻璃物件的至少一形狀度規準確度，測定自模具移除的熱量。
在一實施例中，冷卻包括使冷卻流體循環穿過冷卻板，且測定移除熱量包括測定冷卻流體供應至冷卻板的流率。
在一實施例中，在輻射環境中加熱2D玻璃片包含利用輻射發射器主體來發射輻射，輻射會被2D玻璃片吸收。
在一實施例中，在輻射環境中加熱2D玻璃片期間，輻射發射器主體吸收來自至少一紅外線輻射加熱器的輻射。
在一實施例中，使3D玻璃物件和模具的溫度達第二溫度包括利用輻射發射器主體來吸收來自3D玻璃物件的熱。
在一實施例中，方法進一步包括自輻射發射器主體移除熱，同時輻射發射器主體吸收來自3D玻璃物件的熱。
在一實施例中，方法進一步包括選擇性傳送熱至輻射發射器主體，使輻射發射器主體維持在第二溫度，同時輻射發射器主體吸收來自3D玻璃物件的熱。
在一實施例中，方法進一步包括在把2D玻璃片放到模具上前，分別預熱2D玻璃片和模具。
在本發明的又一態樣中，熱交換設備包括主體，主體包括第一流道和第二流道，第一流道與第二流道由迴旋環繞壁隔開。迴旋環繞壁配置使流體從第一流道越過迴旋壁而流入第二流道。主體進一步包括至少二流道口，流體可經由第一流道口供應至第一流道，流體可經由第二流道口排出第二流道。主體進一步包括與第一和第二流道分開的分配流道。分配流道連接第一流道，分配流道配置以將流體分配至沿著第一流道長度的複數個點。
在一實施例中，主體為平板形式，熱交換設備進一步包括前蓋板構件，前蓋板構件覆蓋第一流道、第二流道和迴旋壁所在的主體前側。前蓋板提供覆蓋效果，使得 前蓋板構件與迴旋壁所在的主體間形成間隙。
在一實施例中，熱交換設備進一步包括複數個間隔物，間隔物設在主體與前蓋板構件間，使間隙沿著迴旋壁維持呈均一高度。
在一實施例中，前蓋板構件密封嚙合主體，以容許加壓第一流道中的流體，使第一流道中的流體得越過迴旋壁流入第二流道。
在一實施例中，熱交換設備進一步包含背蓋板構件，背蓋板構件覆蓋分配流道所在的主體後側。背蓋板構件具有至少二流動埠，第一流動埠供應流體至主體，第二流動埠自主體排出流體。背蓋板構件提供覆蓋效果，使得第一流動埠連接分配流道，第二流動埠連接第二流道埠。
在本發明的再一態樣中，用於測量物件形狀的設備包括測量表面和複數個支撐件，支撐件設在測量表面，用以穩定支撐物件。設備進一步包括至少一對準導引器，對準導引器鄰接測量表面且當作相對測量表面放置物件的參考資料。設備進一步包括至少一位移計，以當物件置於支撐件上時，測量物件上的點位移。
在一實施例中，至少一位移計包括非接觸式位移感測器。
在一實施例中，非接觸式位移感測器選自由雷射三角測量感測器、光譜干涉雷射位移感測器和共焦色像位移感測器所組成的群組。
在一實施例中，形狀測量設備進一步包括用以把物件夾在支撐件的裝置。
在一實施例中，夾鉗裝置包括位於支撐件內的軸孔，當物件置於支撐件上時，可經由軸孔施加真空至物件。
在一實施例中，測量表面由具至少一開口的座塊提供，至少一位移計設在開口中。
在一實施例中，形狀測量設備包括用以把至少一位移計夾在座塊的裝置。
在本發明的另一態樣中，用於測量物件形狀的設備包括用於支撐物件的第一固定件、相對第一固定件設置的第二固定件和複數個位移計，位移計沿著第二固定件支撐在適當位置，以於第一固定件支撐物件時，測量物件上的複數個點位移。
應理解以上概要說明和下述詳細說明僅為舉例說明本發明，及擬提供架構以對本發明主張的本質和特性有所瞭解。所含附圖提供對本發明的進一步瞭解，故當併入及構成說明書的一部分。圖式描繪本發明的各種實施例，並連同實施方式說明來解釋本發明的原理和操作。
以下詳細說明提及許多特定細節，以對本發明實施例更徹底的瞭解。然熟諳此技術者將明白，本發明的實施例可不按照部分或所有特定細節實行。在其他情況下， 並未詳述已知特徵結構和製程，以免讓本發明變得晦澀難懂。此外，類似或相同的元件符號用來表示共同或相仿的元件。
第1圖圖示玻璃模造系統100，系統100利用熱重組2D玻璃片以製造3D玻璃物件。玻璃模造系統100包括主要旋轉檯系統102，旋轉檯系統102具有主要旋轉索引檯104。主要旋轉檯系統102可為任何訂製或市售旋轉檯系統，旋轉檯系統能透過選定的旋轉角度而沿著圓形或環形路徑移動主要旋轉索引檯104。在替代實施例中，具非旋轉索引檯(例如線性索引檯)的非旋轉檯系統(例如線性檯系統)可代替具旋轉索引檯的旋轉檯系統。主要旋轉索引檯104上定義數個站106，每一站106包括用於模具108的支撐件。熱傳(HT)模組110沿著主要旋轉索引檯104設置，主要旋轉索引檯104可旋轉使各站106選擇性偕同任一HT模組110編入索引。當站106偕同HT模組110編入索引時，站106支撐的模具108位於HT模組110內，以容許模具108支撐的2D玻璃片於HT模組110內經歷至少一部分的熱重組製程。通常，站106的數量超過HT模組110的數量，如此在任何時候，只有部分站106會偕同HT模組110編入索引。在第1圖所示實施例中，有24個站106和18個HT模組110，但在選擇系統中站106與HT模組110的數量方面有充分的餘地。未偕同HT模組110編入索引的各站106通常係敞開向空氣，以容許諸如將2D玻璃 片裝載至模具、自模具卸載3D玻璃物件、清潔模具及修理或更換模具等操作進行。
玻璃模造系統100的每一循環包括索引週期，然後為等待週期。索引週期期間，主要旋轉索引檯104朝選定方向(順時針或逆時針)轉動選定的旋轉角度而造成站106偕同HT模組110編入索引的特定構造。索引週期期間，轉速可為恆定或有所變化。變化一例為最初加速、然後穩定速度、最後減速。第一次循環時，只有偕同HT模組110編入索引的一站106支撐承載2D玻璃片的模具108。經過數次循環後，所有偕同HT模組110編入索引的站106將各自支撐承載2D玻璃片的模具108或承載3D玻璃物件的模具108或空的模具108。模具108為承載2D玻璃片或3D玻璃物件或為空的乃取決於模具108沿著HT模組110順序的位置。等待週期期間，偕同HT模組110編入索引的各站106將使2D玻璃片熱重組成3D玻璃物件。連續製造時，可能無法在單一HT模組110中完全熱重組，在此情況下，熱重組可分配於一連串的HT模組110中。
典型的熱重組製程涉及當2D玻璃片置於模具頂部時，加熱2D玻璃片達成形溫度，例如對應玻璃黏度107 泊至1011 泊的溫度範圍或介於退火點與玻璃軟化點之間的溫度。一旦加熱，加熱之2D玻璃片即開始下垂。通常，接著在玻璃片與模具間施加真空，使玻璃片順應模具表面，藉以把玻璃成形成3D玻璃物件。3D玻璃物件成形 後，冷卻3D玻璃物件至低於玻璃應變點的溫度，以容許搬運3D玻璃物件。就分配熱重組而言，HT模組110的一段專用於加熱2D玻璃片達成形溫度，HT模組110的另一段專用於把2D玻璃片成形成3D玻璃物件，HT模組110的又一段專用於冷卻3D玻璃物件至低於玻璃應變點的溫度。
重複上述循環達利用熱重組2D玻璃片以連續製造3D玻璃物件所期的次數。循環持續進行的同時，亦正進行附加動作，例如自模具卸載3D玻璃物件及將新的2D玻璃片裝載至空的模具。隨著主要旋轉索引檯104轉動，支撐承載3D玻璃物件之模具108的各站106最終將會暴露於空氣中，而可接取3D玻璃物件。機器人112接著可用於自模具108卸載3D玻璃物件至卸載區114。又，機器人116可用於將裝載區118的新2D玻璃片裝載至空的模具108。為得高產量，於裝載至模具108前，先預熱2D玻璃片。為達此目的，裝載區118包括次要旋轉索引系統120，旋轉索引系統120包括次要旋轉檯122。如同主要旋轉索引檯104，次要旋轉索引檯122上定義數個站。次要旋轉索引檯122設在熔爐124內。2D玻璃片先裝載至次要旋轉索引檯122的站及在熔爐124中預熱。在一實施例中，預熱2D玻璃片包括使加熱氣體(例如氮氣)流過2D玻璃片。加熱2D玻璃片達低於成形溫度的溫度。機器人116接著將預熱之2D玻璃片送入主要旋轉索引檯104的站106，以進一步加熱及利用熱重組形成 3D玻璃物件。在一實例中，次要旋轉索引檯122有6個站，但次要旋轉索引檯122上可定義多少個站並無特殊限制。機器人116、112可使用真空或吸盤來分別抓住2D玻璃片和3D玻璃物件。抓住2D玻璃片和3D玻璃物件的真空或吸盤或其他裝置較佳不會刮劃玻璃、損壞玻璃或在玻璃上留下殘留物。
HT模組110不需一樣。一些HT模組110可配置以執行加熱。一些HT模組110可配置以執行冷卻。一些HT模組110可配置以既不冷卻、也不加熱，而是如透過隔熱單純提供穩定熱環境，在此可維持預定溫度或容許緩慢降溫。以下將描述做為HT模組110的HT模組特例。在該等特例中，較佳使用輻射加熱器加熱。然也可使用其他加熱裝置。
第2圖圖示HT模組200，HT模組200可用作上述任一HT模組110。HT模組200包括外殼202，外殼202界定熱封閉區204。熱封閉區係使內容物保持在除周溫外之溫度的封閉區。外殼202的壁面具有由耐火材料製成且圍繞熱封閉區204的壁層203、由耐火材料製成且圍繞部分壁層203的壁層205和由隔熱材料製成且圍繞壁層203、205的壁層207。外殼202的隔熱耐火壁容許控制熱封閉區204的溫度。加熱器206的陣列設在熱封閉區204的上部209。較佳地，加熱器206係輻射加熱器。輻射加熱器利用輻射能加熱。輻射能源實例為微波、無線電波、可見光、紅外線加熱和電力。較佳地，輻射 加熱器係紅外線輻射加熱器。在其他實施例中，加熱器206亦可為電阻式加熱器。輻射發射器主體208亦設在熱封閉區204的上部209且位於加熱器206的陣列下方。輻射發射器主體208係可發射或吸收輻射的物體。在一實施例中，輻射發射器主體208例如藉由將輻射發射器主體208的末端插入外殼202之耐火層203的溝槽211中而固定於外殼202。
輻射反射器表面210設在熱封閉區204且位於輻射發射器主體208下方。在一實施例中，輻射反射器表面210係HT模組200的整合零件，例如輻射反射器表面210可支撐在熱封閉區204中的表面或固定於外殼202的壁面。在此實施例中，輻射反射器表面210可固定不動。在另一實施例中，如第2圖所示，輻射反射器表面210由索引檯104的表面提供或形成於索引檯104的表面上。在此實施例中，輻射反射器表面210能伴隨索引檯104移動穿過熱封閉區204。輻射反射器表面210具有接收區，接收區係用於接收模具(例如模具214)的指定區。在一實施例中，輻射反射器表面210的接收區包括接收孔212，接收孔212按尺寸製作成接收模具，例如模具214。
熱封閉區204的下部213包括開口215供索引檯104穿過熱封閉區204。在第2圖中，索引檯104上的一站已偕同HT模組編入索引，故該站的模具214係置於熱封閉區204。模具214亦置於輻射反射器表面210的接 收孔212內，輻射反射器表面210設在熱封閉區204。將模具214放入接收孔212內能使輻射反射器表面210圍繞模具214的周圍。依此放置時，模具214的頂部可以或可不與輻射反射器表面210齊平。
輻射加熱器206的陣列發射輻射，輻射在輻射發射器主體208的頂表面222接收且吸收進輻射發射器主體208。視底表面216下方的物體溫度而定，輻射會在輻射發射器主體208的底表面216吸收或發射。輻射發射器主體208的操作溫度規定了照射底表面216下方物體的光譜能量。輻射加熱器206的陣列結合輻射發射器主體208可提供模具214和模具214承載的玻璃熱均勻熱源。未被模具214與玻璃吸收的輻射由輻射反射器表面210反射回輻射發射器主體208。
在一實施例中，輻射反射器表面210係平坦表面。在一實施例中，輻射發射器主體208的底表面216係平坦且在輻射反射器表面210對面。在一實施例中，輻射反射器表面210和輻射發射器主體208的底表面216實質互相平行。輻射反射器表面210可為平板的表面或為製於任何適合表面(例如索引檯104的表面)上的平板。在一實施例中，輻射反射器表面210由耐火材料製成，例如取自ZIRCAR Refractory Composites公司的含氧化鋁陶瓷材料。在一實施例中，輻射反射器表面210有較小發射率，發射率較佳小於0.4。在一實施例中，輻射發射器主體208為平板。在一實施例中，輻射發射器主體 208有較大發射率，發射率較佳大於0.8。較佳地，輻射發射器主體208的發射率大於輻射反射器表面210的發射率。輻射發射器主體208的適合材料一例為碳化矽。輻射發射器主體208和輻射反射器表面210的材料應可適應將於熱封閉區204內所遭受的高溫，即玻璃重組溫度。
為達成無限平行板加熱系統及選擇具小發射率(例如小於0.4)的輻射反射器表面210，輻射發射器主體208的底表面216面積乃選擇成遠大於輻射反射器表面210的接收孔212面積(或模具214的頂部面積)。在一實施例中，輻射發射器主體208的底表面216面積比輻射反射器表面210的接收孔212面積(或模具214的頂部面積)大約9倍。輻射發射器主體208的底表面216的跨距可大於或約等於輻射反射器表面210的跨距。系統的輻射視角因子較佳係選擇以最大化系統的熱傳效率。在一實施例中，此達成方式為將模具214的頂部(或包括模具214用接收孔212的輻射反射器表面210)設置靠近輻射發射器主體208的底表面216，較佳相隔輻射發射器主體208的底表面21610 mm至50 mm。
附加輻射加熱器218可設在複數個輻射加熱器206與輻射發射器主體208之間，以提供輻射發射器主體208所需的額外熱量。例如，熱封閉區204周圍附近的部分輻射發射器主體208可能需要額外熱量。附加輻射加熱器218和複數個輻射加熱器206經控制以均勻加熱輻射 發射器主體208，使輻射發射器主體208均勻加熱玻璃和模具214。可利用適當溫度感測器，監測輻射發射器主體208的溫度或加熱器206、218與輻射發射器主體208之間隔的溫度，感測器輸出可用於控制加熱器206、218的輸出。
輻射加熱器206、218的末端突出外殼202的壁面並包裝在穿孔端板220中，端板220裝設於外殼202外面。該等末端包括電連接器，用以連接輻射加熱器206、218和電源。為保護該等電連接器，端板220中的穿孔可用於使冷卻空氣在電連接器周圍循環。
模具組件226繪示位於開口215。模具組件226經由索引檯104的站伸入開口215。模具組件226包括上述模具214和模具214用支撐件228。模具支撐件228可合併用於傾斜模具214的傾斜臺，模具214則由輻射反射器表面210的接收孔212(或接收區)接收(傾斜功能的關聯性為在模具214上對準玻璃的一方法需要模具214呈傾斜)。適當的定位系統附接模具支撐件228與索引檯104，使模具組件226得伴隨索引檯104行進。模具組件226可進一步包括施加真空至模具214的一或更多導管和供應氣體至模具214周圍的一或更多導管。供應至模具214周圍的氣體可用於在形成3D玻璃物件後，冷卻模具上的3D玻璃物件。在此不詳述模具214的細節。通常，模具214可包括具3D輪廓的模具表面，3D輪廓對應以模具形成的玻璃物件的3D形狀。模具214 亦可具有埠，經由埠可施加真空至玻璃，以吸取玻璃使之抵著模具表面。埠可敞開向模具表面且連接施加真空至模具214的導管。
HT模組200可在加熱模式下操作，此時輻射發射器主體208發射輻射，或在冷卻模式下操作，此時輻射發射器主體208吸收輻射。HT模組200在加熱模式下操作時，索引編入加熱HT模組200的玻璃將吸收輻射發射器主體208發射的輻射。此吸收會持續進行，直到發生以下二事件之一為止：(i)玻璃的溫度約和輻射發射器主體208的溫度一樣，或者(ii)玻璃未索引編入HT模組200。HT模組200在冷卻模式下操作時，索引編入冷卻HT模組200的玻璃將發射輻射，且輻射將被輻射發射器主體208吸收。此發射會持續進行，直到發生以下二事件之一為止：(i)玻璃的溫度約和輻射發射器主體208的溫度一樣，或者(ii)玻璃未索引編入冷卻HT模組200。
第3圖圖示HT模組300，HT模組本質為HT模組200(第2圖)加上冷卻設備302。即，若不使用冷卻設備302，則HT模組300將以和上述HT模組200一樣的方式操作。HT模組300在冷卻玻璃方面比HT模組200更有效率，此將說明於後。解說HT模組300的構造時，將重新使用上述HT模組200的零件。
冷卻設備302包括冷卻板304，冷卻板304設在HT模組300的熱封閉區306內。冷卻板304位於輻射加熱器206與HT模組300的上壁310之間。冷卻板304係配置 使冷卻板304有從輻射發射器主體208的輻射視角。冷卻板304具有內部腔室314。氣室316形成於冷卻板304上方，以將流體分配至冷卻板304的內部腔室314。孔隙318提供在冷卻板304鄰接氣室316的部分，以流體連通氣室316與內部腔室314。
流體供應管320延伸穿過HT模組300的頂壁310而至氣室316，供應管320用於供應冷卻流體至氣室316。氣室316中的冷卻流體被迫經由冷卻板304的孔隙318流入冷卻板304的內部腔室314。冷卻流體以噴射形式撞擊冷卻板304的內壁。撞擊噴射的優點為在小區域提供大量熱傳。冷卻流體通常係空氣，且流率通常小於200升/分鐘。兩個流體排放管322、324延伸穿過HT模組300的頂壁310而至冷卻板304，排放管322、324用於將流體排出冷卻板304的內部腔室314。由於冷卻流體完全盛裝在冷卻設備302內，故熱封閉區306內遭到來自冷卻設備302的微粒污染的風險很低。較佳地，冷卻流體係氣體，例如空氣，是以若冷卻設備302有任何外洩，則外洩不會干擾輻射加熱器206的操作。冷卻流體完全盛裝在冷卻設備302內還有降低遍及流體管320、322、324之熱梯度的優點，如此可讓冷卻板304各處的溫度稍微均勻。
冷卻玻璃時，輻射發射器主體208需設成某一溫度，該溫度決定了模具214上的玻璃待冷卻的溫度。當輻射發射器主體208吸收來自玻璃與模具214和輻射反射器 表面210的輻射時，輻射發射器主體208的溫度會上升。冷卻設備302係為自輻射發射器主體208移除此過量熱，使輻射發射器主體208呈預定設定溫度。若未冷卻，則結束時玻璃溫度將比預期高。冷卻一方面係為達適當溫度。另一方面係為以控制方式冷卻玻璃，以免產生熱誘發應力，導致隨後產生缺陷，例如玻璃翹曲。利用輻射加熱器206來選擇性傳送熱至輻射發射器主體208，同時利用冷卻設備302來移除輻射發射器主體208的熱，在某種程度上可控制冷卻玻璃。當輻射發射器主體208吸收輻射及由冷卻設備302冷卻時，傳送至輻射發射器主體208的熱量係基於輻射發射器主體208的溫度。可使用溫度感測器測量而直接監測，或藉由測量加熱器206的輸出與冷卻設備302移除的熱量而間接監測輻射發射器主體208的溫度。
為得最大產量和效率，利用第1圖系統來形成玻璃物件的製程涉及使多個模具循環穿過系統。就任何特定產物而言，將有欲形成的理想玻璃物件形狀。部分偏離理想形狀係可容忍的。對蓋玻璃應用而言，可接受偏差量通常很小，例如±50微米內。各模具可設計成產生具可接受偏差量內之理想形狀的玻璃物件。若所有循環穿過系統的模具依此設計且有相同熱傳性質，則模具製造的玻璃物件應有一致的形狀，且形狀匹配在可接受偏差量內的理想形狀。然模具通常因模具材料、塗層或處理不同而無相同的熱傳性質。該等差異來自經歷不同循環次 數的模具或來自刷新模具。模具的熱傳性質差異似乎像如模具表面發射率差異或模具與玻璃間界面傳導差異。
當玻璃順應模具時，玻璃物件形狀受玻璃中的熱梯度影響。玻璃中的熱梯度受模具溫度影響，模具溫度受模具的熱傳性質影響。在本發明的一態樣中，模具溫度經控制以補償模具的熱傳性質差異，使模具製造的玻璃物件有一致的形狀。置於模具下方的熱交換器用於主動控制模具溫度。熱交換器與模具間的熱傳可以傳導、對流或輻射進行。在一實施例中，熱交換器係在中間位準下操作，以自模具移除預定熱量。藉由將熱交換器調整成中間位準以上或以下，可移除更多或更少的熱。形成玻璃物件的一般程序係先建立基礎製程，以製造具預定形狀的玻璃物件。接著，測量玻璃物件偏離理想形狀的偏差量。偏差量用於決定隨後製程運行時要自模具移除多少熱。
第4A圖圖示冷卻板(或熱交換器)400，用以自模具移除熱。通常，熱通量可利用輻射、對流或傳導而施加至冷卻板400的頂表面。冷卻板400接著把熱傾倒至循環穿過通道的流體而移除熱。雖然冷卻板400係描述用於冷卻模具，但應注意冷卻板400也可做為其他冷卻應用，例如冷卻電子裝置，例如電腦晶片。
在一實施例中，冷卻板400包括頂板402、中板404和底板406。中板404含有冷卻板400的內部流道。如第4B圖所示，中板404具有環繞(或連續)迴路形式的 外帶(或外部凸起區)408和環繞(或連續)迴路形式的內帶(或內部凸起區)410，外帶408包圍內帶410。內帶410具有筆直帶段412、414，帶段412、414通常互相平行。內帶410亦具有連接筆直帶段412、414的迴旋帶段416、418。迴旋帶段416、418由U形迴路組成。
入流通道420定義於外帶408與內帶410之間，外流通道422定義於內帶410內。入流間隔物424設在迴旋帶段416、418之U形迴路內的入流通道420。入流間隔物425亦沿著中板404的中線設在入流通道420。外流間隔物426沿著筆直帶段412、414或於筆直帶段412、414與迴旋帶段416、418間設在外流通道422。外流間隔物426當作擋板，以引導外流通道422的流動路徑。
外帶408和間隔物424、425、426有相同高度，而內帶410比外帶408短。當頂板402堆疊在中板404上時(如第4A圖所示)，外帶408和間隔物424、425、426接觸及密封頂板402。同時，在頂板402與中板404間對應入流通道420、外流通道422和內帶410的位置產生間隙427(第4C圖)。間隔物424、425、426在頂板402與內帶410間保持固定距離，使間隙427按一致的高度橫越冷卻板400。如第4C圖所示，流體流過間隙427，並從入流通道420跨越內帶410而至外流通道422。入流通道420需溢出使流體從入流通道420跨越到外流通道422。在此情況下，內帶410做為通道420、422間的限制區。流體流過間隙427的阻力必須遠大於流體流 過通道420的阻力或流體流過通道422的阻力。阻力在工程上定義為流體行經路徑所遭受的壓降除以流體流經路徑的流率。若流體越過間隙427的阻力為Rg，流體沿著入流通道420長度流動的阻力為Rs，流體沿著外流通道422長度流動的阻力為Rd，則Rd和Rs分別遠小於Rg，例如至少小10倍。此將確保流體很均勻地流過間隙427的所有區域。造成均勻冷卻和均勻的冷卻板400溫度需要均勻流動。同樣重要的是要注意入流通道420中的流體壓力大半係均勻的。流體壓力改變主要發生在流體越過間隙427時。
第4D圖圖示形成於中板404背面的供應通道(或分配流道)的網路430。網路430包括大致沿著中板404中線運行的主要供應通道432和從主要供應通道432分支的側向供應通道434。島狀區436形成在主要供應通道432中。流體可沿著主要供應通道432與島狀區436周圍移動而抵側向供應通道434。排放孔437從島狀區436延伸到外流通道422(第4B圖)。主要供應孔438、439和交叉孔440通常沿著主要供應通道432的中線提供。供應孔438、439、440從中板404背面延伸到入流通道420(第4B圖)。輔助供應孔442沿著中板404周圍提供。輔助供應孔442設在側向供應通道434的末端，並從中板404背面延伸到入流通道420。網路430能快速分配流體至入流通道420。流體一傳送到主要供應孔438、439，流體就經由網路430散佈到交叉孔440與周圍供應 孔442，接著進入入流通道420。
底板406具有供應孔444、445(第4E圖)和排放孔437(第4E圖)。當中板404堆疊在底板406上時，底板406的供應孔444、445將對準中板404的主要供應孔438、439，底板406的排放孔437將對準中板404的排放孔437。使用時，供應流體管446、447(第4A圖)分別耦接至底板406的供應孔444、445，排放流體管448(第4A圖)耦接至底板406的排放孔437。供應流體管446、447中的冷卻流體輸送到主要供應孔438、439，接著經由網路430分配到入流通道420。較佳地，冷卻流體係氣體，例如空氣。入流通道420中有充足流體量時，流體將在沿著內帶410的數個(無限多)點跨越到外流通道422。流體從外流通道422經由中板404的排放孔437和底板406的排放孔437排放到排放流體管448。
冷卻板的通道已設計使流體在入流通道420中時吸收盡量少的熱。若流體沿著入流通道420行進時變熱，則會導致冷卻板400的溫度不均勻。流體較佳係在穿過間隙427(第4C圖)時變熱，在此將均勻分配流量。若流體在穿過間隙427時變熱，則將造成冷卻板400有整體均勻溫度。入流通道420和間隙427按尺寸製作成在流體穿過間隙427時，讓流體吸收大部分的熱。例如，入流通道420大於間隙427，故入流通道420的對流熱傳係數比間隙427小。
中板404能將流體平行分配至冷卻板400各處。此平 行分配具有最小化遍及冷卻板400之溫度梯度的淨效應，因而容許冷卻板400均勻冷卻模具。網路430和交叉孔440係設計成以盡量小的阻力和盡量接近入口流體溫度(即供應至供應管446的流體溫度)的溫度，讓流體散開至入流通道420。若中板404不包括網路430和交叉孔440，則流體將流入主要供應孔438、439而至入流通道420。流體接著在入流通道420中分散。然當流體流經入流通道420時，流體會吸收來自中板404之壁面的熱。然為達均勻冷卻及使冷卻板400呈均勻溫度，期最小化流體流經入流通道420時所吸收的熱。藉由包括網路430和交叉孔440，可使較冷流體在有機會變熱前，更直接地移動到所需區域，即間隙427的整個入口周圍。
冷卻板400的平板由具高傳熱性和良好抗氧化性與穩定性(即高溫下不會斷裂或脫落)的材料製成。使用高傳導性材料可促進冷卻板400的熱均勻性。在一實例中，平板由鎳製成。在另一實例中，平板由銅製成，平板接著塗覆上抗氧化塗層，例如鎳或金。平板亦可由高溫青銅材料製成。
可利用任何適合手段將冷卻板400的平板組裝在一起。在一實例中，利用黃銅材料(例如銀基材料)將平板組裝在一起。銀基材料的熔點高於平板組裝的最高操作溫度。黃銅材料塗抹於外帶408和間隔物424、425、426。黃銅材料在外帶408和間隔物424、425、426位置 的頂板402與中板404間構成密封。黃銅材料提供的接合容許內帶410各處的間隙427保持均一距離，即使入流和外流通道420、422充滿加壓流體亦然。入流通道420中的流體必須加壓，以迫使流體橫越間隙427。由於流體流過外流通道422及流出排放流體管448時會產生小壓降，故流體壓力亦略大於外流通道422的大氣壓。
第5A圖圖示模具支撐系統500，系統500支撐模具時，將容許冷卻板400置於模具下方。如第3圖元件符號500所示，模具支撐系統500可設在任何站。模具支撐系統500包括主要基底502，基底502裝設在主要基底支座504上，支座504從索引檯104往上突出。主要基底支座504利用任何適合手段固定於主要基底502和索引檯104。模具載具506由隔絕管508支撐在主要基底502上方。隔絕管508經由支座基底510耦接至主要基底502，並經由隔絕座塊512耦接至模具載具506。隔絕管508呈薄壁狀，以最小化沿著壁面的傳導作用。模具載具506包括基板516和氣室518。接裝板514的底部附接至隔絕座塊512，頂部附接至基板516。氣室518裝設在基板516上。基板516可具有特徵結構，例如位於頂表面的栓銷，栓銷嚙合特徵結構，例如氣室518底表面的孔洞。
模具214裝設在氣室518的頂表面上。在一實施例中，氣室518側邊提供模具對準舌片520，以協助對準模具214與氣室518的頂表面。在此實施例中，模具214僅 安放在氣室518上且只有自身重量托在氣室518上。可採用不同方法來對準模具214與氣室518的頂表面，例如把栓銷設置在氣室518的頂表面，讓栓銷嚙合模具214的底表面的孔洞。
在另一實施例中，將模具載具506(即基板516與氣室518)和模具214拴在一起。接著，利用真空把模具載具506向下夾在接裝板514。第5B圖圖示具有真空溝槽511和真空孔513的接裝板514。真空孔513連接至真空壓緊管515。可經由真空壓緊管515相繼施加真空至真空孔513和真空溝槽511。真空溝槽511內的真空將夾住基板516和接裝板514。接裝板514的真空孔513可連接至基板516與氣室518的類似孔洞，以施加真空至模具214下側而把模具214向下夾在模具載具506。
回溯第5A圖，氣室518提供腔室522，腔室522位於模具214的底表面與基板516的頂表面之間。檢修管523穿過索引檯104、主要基底502、接裝板514和基板516。檢修管523從基板516的頂表面暴露於腔室522中。檢修管523可用於檢修腔室522內部。例如，檢修管523可用於提供真空至腔室522。腔室522提供的真空可經由模具214的真空孔施加至模具214與模具214上的玻璃525間。檢修管523亦可用於輸送氣體至腔室522。在此情況下，孔洞從模具214的底表面貫穿到模具214的頂表面。孔洞將暴露於腔室522中。藉由在冷卻板400與模具214的底表面間留下間隙，可使進入腔室522的 氣體分散及流貫模具214的孔洞。當玻璃525座落在模具214的頂表面時，可供應氣體至玻璃525與模具214間界面，以如在重組玻璃後，把玻璃抬離模具。
冷卻板400設在腔室522的頂部且位於模具214下方。較佳地，冷卻板400十分靠近、但未實際接觸模具214。如此將使熱主要以輻射形式從模具214傳送到冷卻板400。就輻射熱傳而言，冷卻板400與模具214間應有輻射路徑。分離冷卻板400和模具214可容許模具214的設計與冷卻板400的設計無關，反之亦然。此最終可降低模具的製造成本。
供應隔絕管446、447和排放隔絕管448穿過索引檯104、主要基底502、接裝板514和基板516，且連接至冷卻板400。管446、447、448用於使冷卻流體流進及流出冷卻板400。管446、447、448係薄壁管，管446、447、448對冷卻板400與基板516間的熱傳導具高抗性。由於具高熱傳導性，冷卻板400具隔熱效果，故藉由改變穿過冷卻板400的冷卻流體流率，很容易調整冷卻板400的溫度。模具214亦可具隔熱效果，如此模具214的溫度可由冷卻板400適當控制。
通常，藉由使流體按中等流率循環穿過冷卻板400，可使冷卻板400的溫度維持在中間值。藉由從中等流率提高或降低循環流體流率，可調整冷卻板400的溫度。調整冷卻板400的溫度時，亦將調整模具214的溫度。例如，藉由提高循環流體流率，可降低冷卻板400的溫 度，此亦加強從模具214到冷卻板400的輻射熱傳，及相應降低模具214的溫度。反之，藉由降低循環穿過冷卻板400的冷卻流體流率，可提高冷卻板400的溫度，此亦減少從模具214到冷卻板400的輻射熱傳，及相應提高模具214的溫度。因冷卻板400的內部通道設計可最小化遍及冷卻板400的溫度梯度，故自模具214移除的熱相當均勻。冷卻板400容許冷卻流體盡量有效地移除熱，故已知冷卻流體量可產生決定性的可重複冷卻量。
度量係決定玻璃物件形狀偏差的重要方面，藉以更佳地控制製造玻璃物件的製程。在本發明的一態樣中，度量系統提供以快速又準確地測量玻璃物件上的一組離散點。在一實施例中，如第6A圖所示，度量系統601包括座塊600，座塊600具有平坦頂表面或測量表面602。支撐件604附接至測量表面602，且提供以支撐待測玻璃物件，例如玻璃物件606。在一實施例中，至少三個支撐件604附接至測量表面602，以提供玻璃物件606至少三個接觸點。支撐件604設置以構成穩定結構來支撐位於平行測量表面602之平面中的玻璃物件。例如，在第6圖中，三個支撐件604設置成夠大的三角形而穩定支撐玻璃物件。支撐件604可為截錐形支撐件，斜截端設成提供穩定結構所需的最小量，並最小化支撐件604與玻璃物件606間的接觸面積。
對準導引器608於支撐件604構成的支撐結構外側位置附接至測量表面602。在一實施例中，對準導引器608 設置以形成轉角，對準導引器608嚙合放在支撐件604上之玻璃物件606的轉角。故對準導引器608可當作把玻璃物件置於支撐件604上的參考基準，如此可利用系統前後一致地進行測量。對準導引器608透過舌片609嚙合玻璃物件606，舌片609經削尖或斜截或以其他方式塑形而最小化對準導引器608與玻璃物件606間的接觸面積。座塊600座落在支腳611的頂部。較佳地，可調整支腳611，使座塊600朝兩個角度傾斜，如此玻璃物件606將因重力以致滑動而稍微接觸舌片609。角度通常小於5度。
座塊的底表面下方為雷射計610。雷射計610經由夾環612固定於座塊600。鎖緊螺栓時，夾環612像筒夾一樣夾住雷射計610。夾環612容許雷射計610於鎖緊前沿著雷射計軸線稍微移動。夾環612亦可保持雷射計610於鎖緊後牢牢連接座塊600，如此將不會鬆動而造成玻璃位置讀取誤差。如第6B圖所示，雷射計610插入座塊600的孔洞614中。裝設於座塊600側邊的雷射空氣淨化配件616經由座塊600的十字鑽孔連接孔洞614。雷射空氣淨化配件用於供應清潔氣流(例如空氣流)至孔洞614，以清除掉入孔洞614內和掉在雷射計610頂部的任何微粒。
雷射計610可裝設成使雷射計的測量方向垂直或傾向測量表面602並與玻璃物件606上的離散點相交。玻璃物件606上的一離散點需要至少一雷射計610測量。使 用多個雷射計610時，每一雷射計610負責玻璃物件606上的一個離散點。藉由發射雷射光至玻璃物件606及偵測自玻璃物件606的反射光，以操作雷射計610。將雷射計610的測量值記錄在適合媒體(例如電子資料儲存器)及以電腦處理。電腦中的程式取得雷射計610的測量值，及運算玻璃物件606上之離散點與雷射計610間沿著雷射計610的測量方向的距離或另一參考基準。比較測量距離和目標距離，目標距離係利用相同度量系統或運算模型決定理想玻璃形狀的結果。將測量距離與目標距離的任何偏差量儲存在適合媒體(例如電子資料儲存器)，隨後用於改善製程，例如控制模具冷卻或移除輻射發射器主體的熱。
在第6B圖中，軸孔620鑽穿各支撐件604。真空壓力利用真空配件622和座塊600的十字鑽孔(未圖示)傳送到軸孔620。真空壓力用於把玻璃物件606夾在支撐件604，同時進行測量。利用真空壓力把玻璃物件606夾在支撐件604前，可推動輕微正氣壓穿過軸孔620，而把玻璃物件抬離支撐件604。此將消除玻璃物件606與支撐件604間的所有摩擦力，並容許玻璃物件606確實安放抵著對準導引器608的舌片609。接著，隨後施加真空壓力，把玻璃物件606夾在支撐件604。若未使玻璃物件606浮起靠著舌片609，則必須仰賴操作員確實將玻璃物件606定位抵著舌片609。利用正氣壓使玻璃物件606浮起及定位有助於消除操作員誤差。
第6C圖圖示另一度量系統，用以測量玻璃物件上的點。度量系統包括位移計630，位移計630裝設於固定件632。固定件632具有座塊634，座塊634提供測量表面636(類似第6A圖測量表面602)。位移計630裝設在座塊634的窗口638下方且經由窗口638進行測量。支撐件640(類似第6A圖支撐件604)和對準導引器642(類似第6A圖對準導引器608)設在測量表面636上，以相對測量表面636放置玻璃物件644。對準導引器642或玻璃物件644可設置使玻璃物件644的待測部分大約放在窗口638的中心。
較佳地，位移計630使用非接觸式位移感測器進行測量。度量系統較佳採用非接觸式位移感測器，因為非接觸式位移感測器未實際接觸玻璃物件，故測量時不會造成玻璃物件變形。可使用數種不同類型的非接觸式位移感測器。雷射三角測量感測器為一例，雷射三角測量感測器藉由測量雷射線接觸或表面反射的位置而操作。如玻璃之透明或高反射性材料配置以將雷射直接反射回感測器(鏡面反射)。非鏡面材料配置讓雷射垂直表面，感測器偵測表面的漫射反射。雷射三角測量感測器實例為取自Keyence的LK系列感測器和取自Micro-Epsilon的optoNCDE系列感測器。
非接觸式位移感測器的另一例為光譜干涉雷射位移感測器，光譜干涉雷射位移感測器藉由測量從參考表面與目標表面反射的寬廣波長光干涉而操作。返回訊號的光 譜內容由繞射光柵散佈於空間，由此產生的訊號則在CCD成像。分析干涉圖案，以取得位移資料。視從參考到目標的距離而定，藉由一起加入參考與目標訊號或刪去參考與目標訊號或約介於二者間，可使各種光譜受到干涉。光譜干涉雷射位移感測器實例為取自Keyence的SI-F系列感測器。
非接觸式位移感測器的又一例為共焦色像位移感測器。在此感測器中，兩個透鏡(或曲面鏡)彼此共焦設置使得透鏡焦距相配。根據共焦色像測量原理，透鏡將白光分成不同光譜，並經由多透鏡光學系統聚焦於物體。透鏡(或曲面鏡)設置以利用控制色差，依位移而定將光分解成單色光波長。共焦色像位移感測器實例為取自Micro-Epsilon的共焦DT系列感測器。
儘管非接觸式位移感測器較佳用於位移計630，然也可使用接觸式位移感測器。接觸式位移感測器較佳以不會扭曲待測物件的極小力量進行測量。線性變數微分轉換器(LVDT)位置感測器為可用接觸式位移感測器一例。
在一實施例中，位移計630採用雷射三角測量感測器進行測量。位移計630的測量軸通常沿著線646。藉由操作位移計630，把雷射光導向玻璃物件644的中心附近的點，以進行測量。光照射玻璃物件644及反射回位移計630。位移計630中的感測器偵測反射光。感測器輸出傳送到雷射讀出機器648。位移計630可透過有線或無線連接而與雷射讀出機器648通信連接。雷射讀出 機器648顯示感測器的位移測量值。雷射讀出機器648亦可儲存測量值供後續使用或將測量值傳送到另一系統。
度量系統可用於測量偏離理想的玻璃形狀偏差量。在一實例中，系統用於測量玻璃物件平坦段偏離理想的偏差量。在此實例中，平坦度為次微米的平坦玻璃物件最初放在固定件632上，且將雷射位移計630歸零。也可不將雷射位移計630歸零，而是單純記錄雷射位移計630對平坦玻璃物件的回應。接著，把任何連續的玻璃物件放到固定件632上，雷射位移計630測量的位移讀數將對應玻璃物件的平坦度。
第6D圖為圖示由第6C圖系統收集的重複性測試資料曲線圖。在曲線圖所示資料中，用手將單片玻璃物件反覆裝載至固定件632，及記錄測量值。把平坦度小於1微米的參考玻璃物件放到固定件632上及將雷射位移計630歸零，可得玻璃物件的平坦度值。測試時間為30分鐘。若只在測試之初將雷射計歸零，則如線650所示，讀數將隨時間顯著漂移。然若測試期間，把參考玻璃物件放回固定件632上及在每次讀取前將雷射計重新歸零，則如線652所示，測量重複性將在0.7微米以內。
在另一實例中，度量系統用於測量玻璃物件彎曲段偏離理想的偏差量。在此情況下，將參考3D形狀放到固定件632上，及記錄雷射位移計630對參考3D形狀的回應。比較雷射位移計630測量任何後續3D形狀的位移讀 數和參考3D形狀的位移讀數。
第6E圖圖示另一度量系統，該系統測量玻璃物件670上的點位移。玻璃物件670支撐在玻璃支撐固定件672上。玻璃支撐固定件672上方為探針支撐固定件674。位移計676可採用上述任何感測器，位移計676沿著探針支撐固定件674支撐在探針支撐固定件674中。位移計與玻璃物件670呈相對關係。各位移計676負責測量玻璃物件670上的點與位移計676間的距離，即玻璃物件670上的點位移。位移計676的訊號可由測量模組678收集，測量模組678如利用處理器來處理訊號，以測定玻璃物件670的形狀。測量模組678可輸出測量形狀至系統，以控制玻璃物件形狀。測量模組678另可比較測量形狀和參考形狀，即輸出測量形狀偏離參考形狀的偏差量相關資訊至系統，以控制玻璃物件形狀。此類系統將詳述於後。
回溯第1圖，把2D玻璃片放到模具108上及將模具108索引編入任何HT模組110前，預熱模具108，可改善循環時間。在本發明的一態樣中，提供用於預熱模具的加熱系統。在一實施例中，在第7A圖中，用於預熱模具的加熱模組700包括加熱組件702，加熱組件702包括輻射加熱器704的陣列，輻射加熱器704在紅外線範圍操作。加熱組件702裝設在屏蔽箱708的腔體706內。屏蔽箱708大幅阻擋高強度光和熱從加熱模組700散發到光和熱可能危害操作員處。屏蔽箱708的基底710具 有狹縫712。加熱模組700裝設使用時，如第7B圖所示，索引檯104的頂部延伸穿過且相對狹縫712移動。
在索引檯104的頂部提供由耐火材料製成的柵欄714。各對相鄰柵欄714的間隔定義一站106。當一站106偕同加熱模組700編入索引時，鄰接該站106的柵欄714將關閉屏蔽箱708的狹縫712的敞開側。接著在柵欄714、加熱組件702與索引檯104間界定腔室716。利用上述模具支撐系統，將加熱組件702加熱的模具214插入腔室716。處於此位置時，加熱組件702可操作以傳遞非常強的熱通量，該熱通量可在系統的單一索引靜態下，快速提高模具214的溫度。在一實施例中，模具的整體溫度在單一索引靜態下提高至少40℃。通常，模具的整體溫度在單一索引靜態下提高至多達100℃。索引靜態係索引檯固定不動且偕同HT模組替站編入索引的時間。預熱模具的優點為當玻璃放在模具上且索引編入HT模組時，可縮短加熱模具達成形溫度所需的時間，進而縮短循環時間。
第7C圖圖示位於加熱模組700頂部的電連接器726。電連接器726耦接至加熱組件702並連接至電纜728，以容許電功率輸送到加熱組件702。第7C圖亦圖示裝設在加熱組件702上方的冷卻單元718。冷卻單元718可操作使加熱組件702維持在安全溫度。冷卻單元718可包括腔室720，冷卻流體經由腔室720循環，且具有適當配件722、724(亦參見第7B圖)以供應流體至腔室 720及自腔室720抽出流體。冷卻流體較佳係水，但也可採用空氣或其他冷卻流體、氣體或液體。
可以感應加熱器代替紅外線加熱組件702。感應加熱器可由一或更多電極組成，電極經通電產生高頻電磁(EM)場。EM場會在模具中產生渦電流，以致電阻式加熱模具。感應方式能使模具214的溫度上升得比紅外線加熱方式快。為均勻加熱模具，電極應塑形或設在模具214上方，使電極與模具表面間有實質均一的間隙。
可形成3D玻璃物件的2D玻璃片取決於3D玻璃物件的部分預定屬性。就3D玻璃蓋應用而言，高強度與耐破壞性十分重要。通常，該等應用的要求可由離子交換玻璃達成。離子交換玻璃的特徵在於存有小型鹼金屬或鹼土金屬離子，離子交換製程期間，小型鹼金屬或鹼土金屬離子可交換成較大鹼金屬或鹼土金屬離子。通常，離子交換玻璃係鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃或鹼金屬硼鋁矽酸鹽玻璃。離子交換玻璃的特例描述於美國專利案第7,666,511號(Ellison等人；西元2008年11月20日)、第4,483,700號(Forker,Jr.等人；西元1984年11月20日)與美國專利案第5,674,790號(Araujo；西元1997年10月7日)、美國專利申請案第12/277,573號(Dejneka等人；西元2008年11月25日)、第12/392,577號(Gomez等人；西元2009年2月25日)、第12/856,840號(Dejneka等人；西元2010年8月10日)、第12/858,490號(Barefoot等人；西元2010年8月18日)與第13/305,271號 (Bookbinder等人；西元2010年11月28日)和美國臨時專利申請案第61/503,734號(Dejneka等人；西元2011年7月1日)。
製造玻璃物件的一般程序包括於站支撐模具，及偕同加熱模組700(第7A-7C圖)替站編入索引，藉以預熱模具。在相同時間框架內，預熱裝載區118(第1圖)的2D玻璃片。預熱模具後，將已預熱2D玻璃片裝載至模具，並將模具和2D玻璃片移入第一序列HT模組110(第1圖)。該等HT模組110將在加熱模式下操作，如此可加熱2D玻璃片達讓2D玻璃片夠軟而能順應模具表面以形成3D玻璃物件的溫度，此溫度通常介於退火點與玻璃軟化點之間。可施力使2D玻璃片順應模具表面。模具和3D玻璃物件接著傳送穿過在冷卻模式下操作的第二序列HT模組110，如此可使3D玻璃物件冷卻至可搬運3D玻璃物件的溫度，此溫度通常低於玻璃應變點。模具和3D玻璃物件從在冷卻模式下操作的第二序列HT模組移動到系統的卸載段，在此自模具卸下3D玻璃物件。接著再次使模具循環穿過系統。為連續製造玻璃物件，把模具放到系統的站，直到所有站裝滿模具為止。各模具將經歷上述相同循環，直到模具帶著3D玻璃物件出現在卸載段為止。
追蹤3D玻璃物件和模具，以獲知製造各3D玻璃物件的模具。接著如利用上述第6圖度量系統，測量各3D玻璃物件的形狀。測定3D玻璃物件形狀偏離理想形狀的 偏差量。若偏差量未落在可接受限度內，則採取措施來改善形狀。即使偏差量落在可接受限度內，也可採取措施來改善形狀，即取得接近實際的完美形狀。一採取措施為主動控制製造異常3D玻璃物件的模具溫度。通常，最佳方式係於釋放使3D玻璃物件保持抵著模具的力量時，控制模具溫度。此係在玻璃已順應模具後發生。假設玻璃已順應模具且不接合模具，則當釋放保持力量時，導致玻璃翹曲及變形的其餘機制為玻璃中的熱梯度。玻璃中的熱梯度可由模具溫度控制。模具事先製造的3D玻璃物件形狀偏差量將為模具後續製造具正確形狀的3D玻璃物件所需的冷卻程度提供線索。如上所述，自模具移除的熱量因模具熱傳性質不同而互異。因此，重要的是測量循環穿過系統的各模具製造的3D玻璃物件，以決定如何調整各模具溫度。第8圖為圖示數次循環期間，3D玻璃物件形狀回應模具冷卻流率調整的情形。線800代表冷卻板流量。線802、804、806代表玻璃上的不同點。冷卻板流量經調整以改變模具溫度時，玻璃形狀將接近理想，即偏差量近乎為零。
第9A圖圖示系統900，用以控制3D玻璃物件的最終形狀。在控制系統900中，於總和點906接收3D玻璃物件的理想形狀902和3D玻璃物件的測量形狀904。提供至總和點的理想和測量形狀各自可以一組形狀度規鑄造。第10A圖及第10B圖圖示可用於測量及描繪3D玻璃物件形狀特徵的形狀度規實例。在第10A圖中，形狀 度規R1代表形成於3D玻璃物件1002的彎折段1000的彎折曲率半徑。在第10B圖中，形狀度規R2和R3代表3D玻璃物件1002的平坦段1004的曲率半徑。結合R2與R3可為另一度規。可利用製程參數，操縱第10A圖及第10B圖所示形狀度規。一製程參數為模具溫度。測量及提供至總和點的形狀特徵可以上述一或更多形狀度規或不同組形狀度規為基礎。可從上述任何度量系統或從上面未敘述的不同度量系統取得形狀測量值。
將理想形狀902與測量形狀904間的差異907饋送至含有模型910的模型基控制908，模型910使玻璃形狀和冷卻流率產生關聯。模型910的輸出912係目標冷卻流率。於總和點916接收目標冷卻流率912和實際冷卻流率914。將目標冷卻流率912與實際冷卻流率914間的差異917饋送至流量控制器918，流量控制器輸出920則提供至系統930。流量控制器918可為現成產品或比例積分基控制方案。系統930包括相關組冷卻板和模具(第5A圖的400、214)。冷卻板利用上述機制來調整模具溫度。又如箭頭932所示，測量模具溫度及用於更新模型910。可以安裝於製程出口的高溫計測量模具溫度。測量模具溫度將計及模具的任何發射率變化。反饋904顯示系統930的模具形成的3D玻璃物件形狀經測量及返回總和點906。
第9B圖圖示另一系統950，用以控制3D玻璃物件的最終形狀。第9B圖控制系統950類似第9A圖控制系統 900，除了模型基控制952含有兩個模型954、956。在第9A圖中，模型基控制908只有模型910。在第9B圖中，模型954使玻璃形狀和模具溫度產生關聯，模型956使模具溫度和冷卻流率產生關聯。在此情況下，將理想形狀902與測量形狀904間的差異907饋送至模型954。模型954的輸出958接著饋送至模型956。模型956的輸出960係目標冷卻流率，並於總和點916一起接收目標冷卻流率和實際冷卻流率914。如箭頭962所示，繼續進行上述製程的其餘部分，除了僅有模型954更新模具溫度相關資訊。難以決定形狀與冷卻流率間的直接關係時，可使用控制系統950。
可利用實驗資料建立模型。例如，第11A圖圖示冷卻流率從最大值變成最小值時的模具溫度變化。第11B圖圖示冷卻流率從最小值變成最大值時的模具溫度變化。在第11A圖及第11B圖中，星號1100代表模具溫度，圓圈1102代表冷卻流率。用於第11A圖及第11B圖資料的冷卻流體係空氣。可從第11A圖及第11B圖所示資料決定冷卻流率對應模具溫度模型。此模型倒數將產生模具溫度對應冷卻流率模型。方式之一係把模型公式化成第一階時延(FOPDT)模型。然應小心決定窄操作範圍內的模型參數，此主要係因此為高非線性過程。以下推導為如何建立模型一例。
任何FOPDT模型可以公式表示成： 其中Y(s)係輸出(模具溫度)的拉普拉斯(Laplace)轉換，U(s)係輸入(冷卻流率)的拉普拉斯轉換，K係製程增益(定義為輸出變化與輸入變化的比率)，Td 係延時(定義為製程回應輸入變化所費的時間)，T係製程時間常數(定義為製程從當前狀態變成下一穩態之63%所費的時間)。
依據第11A圖及第11B圖所示資料，所得模型參數為：製程增益-0.75(冷卻流率負號增加會降低模具溫度)，延時小於1個循環時間(即約7分鐘)，製程常數為1個循環時間(即約7分鐘)。故冷卻流率(Qc )對應模具溫度(Tm )模型可定義為：
可利用類似上述方式，決定其他模型910、954。然如前所述，需就窄操作區域決定模型參數。可就多個操作區域產生多個模型參數，接著視當前操作區域即時交換模型參數。控制系統900、950可施行於電腦或可程式邏輯控制器。另外，部分控制系統900、950可施行於電腦。例如，模型910、954可施行於電腦。
2D玻璃片成形成3D玻璃物件時，施力於玻璃，使玻璃順應模具。在較佳實施例中，藉由在模具與玻璃間施加真空，可產生成形力量。真空必須足以迫使軟化玻璃完全順應模具表面。通常，此意指真空度超過20千帕(或 3.5磅/平方吋)。完全成形後，維持真空以保持玻璃順應模具，同時使成形應力鬆弛，且玻璃溫度達到平衡。就高強度玻璃而言，玻璃中大量的鈉在成形溫度下會與模具表面反應，以致腐蝕及惡化模具表面。熱玻璃與模具表面間的高接觸壓力會加劇此反應，因而加速惡化模具表面。由於只有最初形成玻璃時需要強大力量，故一旦完成最初成形，真空度即可降至足使玻璃保持抵著模具表面的程度。
從上可知，把玻璃成形成3D形狀涉及施加成形真空力量，使玻璃順應模具表面，接著將成形真空力量降至保持真空力量，使玻璃保持抵著模具。成形時間通常小於20秒，玻璃則保持在真空下再40秒或以上，以得最佳翹曲效能。減小熱玻璃與模具間的力量可減少玻璃中的鈉與模具表面反應。例如，在二階段真空製程中，經過25秒後，真空可從27千帕降至9千帕，接著保持在9千帕下再35秒。成形後降低真空據悉可在模具需要更新前，顯著增加成形循環次數。可依需求加入附加真空步降，以在保持力量與模具壽命間產生最佳平衡。使玻璃順應模具表面後，步降施加至玻璃的力量的原理可配合其他施力於玻璃的方法使用，例如活塞法。
形成3D玻璃物件的製程將參照第12圖說明，該製程可最小化玻璃翹曲。在此圖中，1200表示玻璃平坦部的溫度；1202表示玻璃彎曲部的溫度；1204表示對應玻璃平坦部的模具部分溫度。對應模具彎曲部的模具部分溫 度類似904。
在時間T1與T2之間，在輻射環境中，加熱玻璃達成形溫度，此可由在加熱模式下操作的一或更多HT模組提供。較佳地，成形溫度介於退火點與玻璃軟化點之間。由於此時玻璃位於模具上，故模具會和玻璃一起加熱。
在時間T2時，玻璃係在成形溫度下。在時間T2與T3之間，當玻璃處於輻射環境時，施力使玻璃順應模具。在玻璃與模具間施加真空，以產生力量。在此階段，輻射源通常遠比模具溫度熱，使玻璃在成形操作期間盡量維持柔軟。模具溫度通常保持在玻璃黏彈性轉化區以上的約50℃至70℃。在輻射環境中，玻璃保持在介於輻射溫度與模具溫度間的中間溫度且遠高於彈性轉化。此容許玻璃中因成形產生的彎折應力鬆弛，同時玻璃仍順應模具。使成形造成的大部分機械應力鬆弛的關鍵在於使玻璃溫度維持遠高於退火點。此時熱梯度並不重要，因為玻璃係軟的且熱梯度所致應力將快速鬆弛。
在時間T3與T4之間，施力使玻璃保持抵著模具。在玻璃與模具間施加真空，以產生保持力量。通常，施加成形力量與保持力量間應有連續性，儘管保持力量可能比成形力量小。持續保持玻璃與模具間的真空時，玻璃溫度接著將匹配模具溫度，且藉由把玻璃和模具索引編入匹配模具溫度的輻射環境，可使玻璃溫度盡量均勻。理想上，模具溫度保持比退火點高如30℃至50℃，以進一步使餘留玻璃彎折應力鬆弛。在時間T4時，模具溫 度、玻璃溫度和輻射環境溫度實質相等且處處均勻。玻璃中的熱梯度應盡量近乎為零。
緊接在時間T4後，即使玻璃名目上仍具黏彈性，亦釋放玻璃與模具間的真空。玻璃上唯一餘留的力量為重力，即玻璃本身重量。此力量小於施以形成玻璃的力量的0.1%。鑑於小施加力量和極高玻璃黏度，任何額外的下垂或實體鬆弛行為將很慢，即數分鐘等級。
釋放真空後，將玻璃冷卻至純彈性區。此冷卻進行得很快，即2分鐘或以下等級，故冷卻期間產生的熱梯度所造成的任何翹曲將沒有時間藉由下垂而鬆弛。當玻璃達均勻室溫時，玻璃則將變回模具決定的形狀。只要不會產生太大應力導致指定時間內發生顯著黏性鬆弛，此快速冷卻期間產生的熱梯度即較不重要。
雖然本發明已以一些實施例揭示如上，然受惠於本發明的熟諳此技術者將明白，在不脫離本發明所述範圍內，當可策劃其他實施例。因此本發明的保護範圍視後附申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧玻璃模造系統
102‧‧‧旋轉檯系統
104‧‧‧索引檯
106‧‧‧站
108‧‧‧模具
110‧‧‧HT模組
112、116‧‧‧機器人
114‧‧‧卸載區
118‧‧‧裝載區
120‧‧‧索引系統
122‧‧‧旋轉索引檯
124‧‧‧熔爐
200‧‧‧HT模組
202‧‧‧外殼
203、205、207‧‧‧壁層
204‧‧‧封閉區
206、218‧‧‧加熱器
208‧‧‧輻射發射器主體
209‧‧‧上部
210‧‧‧輻射反射器表面
211‧‧‧溝槽
212‧‧‧接收孔
213‧‧‧下部
214‧‧‧模具
215‧‧‧開口
216、222‧‧‧表面
220‧‧‧端板
226‧‧‧模具組件
228‧‧‧支撐件
300‧‧‧HT模組
302‧‧‧冷卻設備
304‧‧‧冷卻板
306‧‧‧熱封閉區
310‧‧‧壁
314‧‧‧腔室
316‧‧‧氣室
318‧‧‧孔隙
320‧‧‧供應管
322、324‧‧‧排放管
400‧‧‧冷卻板
402‧‧‧頂板
404‧‧‧中板
406‧‧‧底板
408、410‧‧‧帶
412、414‧‧‧筆直帶段
416、418‧‧‧迴旋帶段
420、422‧‧‧通道
424、425、426‧‧‧間隔物
427‧‧‧間隙
430‧‧‧網路
432、434‧‧‧供應通道
436‧‧‧島狀區
437‧‧‧排放孔
438、439、442、444、445‧‧‧供應孔
440‧‧‧交叉孔
446、447‧‧‧供應流體管
448‧‧‧排放流體管
500‧‧‧模具支撐系統
502‧‧‧基底
504‧‧‧支座
506‧‧‧載具
508‧‧‧隔絕管
510‧‧‧支座基底
511‧‧‧溝槽
512‧‧‧座塊
513‧‧‧真空孔
514‧‧‧接裝板
515‧‧‧壓緊管
516‧‧‧基板
518‧‧‧氣室
520‧‧‧舌片
522‧‧‧腔室
523‧‧‧檢修管
525‧‧‧玻璃
600、634‧‧‧座塊
601‧‧‧度量系統
602、636‧‧‧測量表面
604、640‧‧‧支撐件
606、644、670‧‧‧玻璃物件
608、642‧‧‧導引器
609‧‧‧舌片
610‧‧‧雷射計
611‧‧‧支腳
612‧‧‧夾環
614‧‧‧孔洞
616‧‧‧空氣淨化配件
620‧‧‧軸孔
622‧‧‧真空配件
630、676‧‧‧位移計
632、672、674‧‧‧固定件
646、650、652‧‧‧線
648‧‧‧讀出機器
678‧‧‧測量模組
700‧‧‧加熱模組
702‧‧‧加熱組件
704‧‧‧加熱器
706‧‧‧腔體
708‧‧‧屏蔽箱
710‧‧‧基底
712‧‧‧狹縫
714‧‧‧柵欄
716、720‧‧‧腔室
718‧‧‧冷卻單元
722、724‧‧‧配件
726‧‧‧電連接器
728‧‧‧電纜
800、802、804、806‧‧‧線
900、930、950‧‧‧系統
902‧‧‧理想形狀
904‧‧‧測量形狀/反饋
906、916‧‧‧總和點
907、917‧‧‧差異
908、952‧‧‧模型基控制
910、954、956‧‧‧模型
912‧‧‧目標冷卻流率
914‧‧‧實際冷卻流率
918‧‧‧流量控制器
920、958、960‧‧‧輸出
932、962‧‧‧箭頭
1000‧‧‧彎折段
1002‧‧‧玻璃物件
1004‧‧‧平坦段
1100‧‧‧星號
1102‧‧‧圓圈
1200、1202、1204‧‧‧溫度
以下描述附圖的圖式。圖式不必然按比例繪製，為清楚簡潔呈現，某些特徵結構和一些視圖當可放大或概要圖示。
第1圖為玻璃模造系統的透視圖。
第2圖為熱傳模組的截面圖。
第3圖為熱傳模組的截面圖，熱傳模組併入用於冷卻輻射發射器主體的設備。
第4A圖為冷卻板的側視圖。
第4B圖為第4A圖冷卻板的中板的上視圖。
第4C圖為第4B圖冷卻板沿著線4C-4C截切的截面圖。
第4D圖為第4B圖中板的底視圖。
第4E圖為第4A圖冷卻板的底板的上視圖。
第5A圖為模具支撐系統的截面圖。
第5B圖為第5A圖模具支撐系統的次組件的透視圖。
第6A圖為度量系統的透視圖。
第6B圖為第6A圖所示度量系統的截面圖。
第6C圖為另一度量系統的透視圖。
第6D圖為圖示由第6C圖度量系統測得的測量值重複性曲線圖。
第6E圖為另一度量系統的局部截面圖。
第7A圖為預熱模組的透視圖。
第7B圖為玻璃模造系統具有第7A圖預熱模組的區段。
第7C圖為第7B圖沿著線7C-7C截切的截面圖。
第8圖為圖示改變冷卻板流量對3D玻璃物件形狀的影響的曲線圖，此係由第6A圖及第6B圖度量系統測量。
第9A圖為用於控制玻璃形狀的系統方塊圖。
第9B圖為用於控制玻璃形狀的另一系統方塊圖。 第10A圖為形狀定義度規的示意圖。
第10B圖為形狀定義度規的另一示意圖。
第11A圖為圖示空氣流率對模具溫度的影響的曲線圖。
第11B圖為圖示空氣流率對模具溫度的影響的另一曲線圖。
第12圖為圖示製造3D玻璃物件的製程曲線圖。
100‧‧‧玻璃模造系統
102‧‧‧旋轉檯系統
104‧‧‧索引檯
106‧‧‧站
108‧‧‧模具
110‧‧‧HT模組
112、116‧‧‧機器人
114‧‧‧卸載區
118‧‧‧裝載區
120‧‧‧索引系統
122‧‧‧旋轉索引檯
124‧‧‧熔爐

Claims (15)

  1. 一種玻璃模造系統，包含：a)一索引檯；b)複數個封閉區，該等封閉區沿著該索引檯設置，其中至少一封閉區包含：i)至少一輻射加熱器，該輻射加熱器設置在該至少一封閉區內；及ii)一輻射發射器主體，該輻射發射器主體設置在至少一封閉區內；以及c)複數個站，該等站於該索引檯上定義，如此各站可選擇性偕同任一封閉區編入索引，其中至少一站包含：i)一輻射反射器表面，當該至少一站偕同該至少一封閉區編入索引時，該輻射反射器表面設置以與該封閉區中該至少一輻射加熱器呈相對關係；ii)一模具支撐系統，該模具支撐系統附接該索引檯且設以伴隨該索引檯行進，iii)一模具設置在該模具支撐系統上，及iv)一冷卻板，該冷卻板在該模具支撐系統上裝設在該模具下方，且包含用於循環一冷卻流體通過該冷卻板之一流體入口與一流體出口，其中該冷卻流體不直接與該模具連通；以及其中當該至少一站偕同該至少一封閉區編入索引時，該輻射發射器主體位於該至少一輻射加熱器與該輻射反射 器表面之間，且具有與該至少一輻射加熱器呈相對關係的一第一表面和與該輻射反射器表面呈相對關係的一第二表面。
  2. 如請求項1所述之玻璃模造系統，進一步包含一冷卻設備，該冷卻設備至少部分置於該等封閉區的至少一者並操作以自該輻射發射器主體移除熱。
  3. 如請求項1所述之玻璃模造系統，進一步包含複數個模具和複數個模具支撐系統，每一模具支撐系統配置以支撐位於該等站之一的該等模具之一。
  4. 如請求項3所述之玻璃模造系統，其中該輻射反射器表面具有一開口，用以接收任一模具，使得該輻射反射器表面包圍該模具。
  5. 如請求項4所述之玻璃模造系統，其中該輻射反射器表面的該開口的一面積小於該輻射發射器主體的該第二表面的一面積。
  6. 如請求項4所述之玻璃模造系統，其中該冷卻板包含一板構件，該板構件具有供該冷卻板接收流體的一第一流道、供該冷卻板排放流體的一第二流道和位於該第一流道與該第二流道間的一阻障層，該阻障層容許流體於 沿著該第二流道全長的數個點從該第一流道跨越到該第二流道。
  7. 如請求項4所述之玻璃模造系統，進一步包含一加熱設備，該加熱設備沿著該索引檯設置，以當該模具處於未偕同任一封閉區編入索引的一站時，預熱任一模具，該加熱設備的構造和該加熱設備相對該索引檯的配置係使任一站可偕同該加熱設備編入索引。
  8. 如請求項7所述之玻璃模造系統，其中該加熱設備配置以在該索引檯的一單一靜態下，將任一模具的溫度提高一預定量。
  9. 如請求項3所述之玻璃模造系統，進一步包含用以測量一三維(3D)玻璃物件之一形狀的一裝置，該3D玻璃物件由任一模具製造。
  10. 如請求項9所述之玻璃模造系統，其中該測量裝置包含一測量表面、多個支撐元件和至少一位移計，該等支撐元件位於該測量表面上，用以支撐位於實質平行該測量表面之一平面中的該3D玻璃物件，該至少一位移計配置以當該等支撐元件支撐該3D玻璃物件時，測量該3D玻璃物件上的一點位移。
  11. 如請求項3所述之玻璃模造系統，進一步包括用以將多個二維(2D)玻璃片裝載至該等模具的一裝置和用以自該等模具卸載多個三維(3D)玻璃物件的一裝置。
  12. 如請求項11所述之玻璃模造系統，進一步包含用以預熱該等封閉區外之該等2D玻璃片的一裝置。
  13. 如請求項1所述之玻璃模造系統，其中每一封閉區係具一隔熱耐火壁之一外殼提供的一熱封閉區。
  14. 如請求項1所述之玻璃模造系統，其中該輻射發射器主體的一發射率大於0.8，該輻射反射器表面的一發射率小於0.4。
  15. 如請求項1所述之玻璃模造系統，其中該索引檯係一旋轉索引檯。
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