TWI659931B - 控制玻璃帶中楔形物變化的方法以及熔融拉引裝置 - Google Patents

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Abstract

一種用於控制玻璃帶中楔形物變化的方法，包括以下步驟：使熔融玻璃流過成形容器之會聚側面；從該成形容器之根部拉引玻璃帶；在該玻璃帶之至少一部分該寬度上量測該楔形物變化；基於測得的楔形物變化調整該成形容器之傾斜及該成形容器之堰附近的溫度，以減少在該玻璃帶之該寬度上的該楔形物變化；以及在該玻璃帶之該部分寬度上再量測該楔形物變化。

Description

控制玻璃帶中楔形物變化的方法以及熔融拉引裝置 【相關申請案之交叉引用】
本專利申請案依據專利法主張於2014年9月22日提出申請的美國專利申請案序號第14/492580號的優先權權益，該申請案之內容為本案所依據且該申請案之內容以引用方式全部併入本文中。
本說明書大體而言係關於製造玻璃片，更具體言之係關於控制生產玻璃片的玻璃帶中厚度楔形物的方法。
隨著玻璃基板被用於更大量的應用，控制各種玻璃特性的能力變得越來越重要。尤其，保持規定的玻璃片厚度特性對於許多消費性裝置的應用是重要的，因為規格以外的變化會影響玻璃基板的安裝及/或裝置的最終總尺寸。
傳統上，使用下拉製程來製造可被分割成個別玻璃片的玻璃帶。形成玻璃帶的熔融玻璃之流量和溫度變化會導致玻璃缺陷，例如片厚度的變化及其他影響。因此，控制玻璃的流量和溫度可被用來最小化玻璃帶厚度的變化。然而，傳統用於補償玻璃帶厚度中的長期變化的方 法會放大玻璃帶厚度中的短期變化，從而導致製造損失和生產成本增加。
因此，需要用於控制玻璃帶厚度的替代方法，該方法解決厚度的長期和短期變化，以減小從玻璃帶形成的玻璃片之厚度變化。
依據一個實施例，一種用於控制玻璃帶中楔形物變化的方法包括以下步驟：使熔融玻璃流過成形容器之會聚側面；從該成形容器之根部拉引玻璃帶；在該玻璃帶之至少一部分該寬度上量測該楔形物變化；基於測得的楔形物變化調整該成形容器之傾斜及該成形容器之堰附近的溫度，以減少在該玻璃帶之該寬度上的該楔形物變化；以及在該玻璃帶之該部分寬度上再量測該楔形物變化。
在另一個實施例中，一種熔融拉引裝置包括成形容器、傾斜機構、至少一加熱機構、及自動厚度控制系統。該成形容器具有第一端、第二端、及位於該成形容器之上表面中的槽。該傾斜機構使該成形容器傾斜以改變該成形容器之該第一端相對於該成形容器之該第二端的位置。該加熱機構將熱提供到在該成形容器之堰的區域。該自動厚度控制系統包括控制器，該控制器具有處理器及記憶體，該記憶體儲存電腦可讀和可執行指令集。當該指令集被該處理器執行時，該多變數控制系統接收來自在拉引底部的厚度計的楔形物變化計算；基於接收的楔形物變化計算來決定該楔形物變化之高頻分量及該楔形物變化之 低頻分量；計算傾斜設定值以減少該楔形物變化之該高頻分量；計算溫度設定值以減少該楔形物變化之該低頻分量；提供該傾斜設定值給該傾斜機構；及提供該溫度設定值給該至少一加熱機構。
在又另一個實施例中，一種在玻璃帶之寬度上控制楔形物變化的方法包括以下步驟：使熔融玻璃流過成形容器之會聚側面；從該成形容器之根部拉引玻璃帶；在該玻璃帶之一部分該寬度上量測該楔形物變化；基於該楔形物變化之高頻分量調整該成形容器之傾斜，以減少在該玻璃帶之該寬度上的該楔形物變化；基於該楔形物變化之低頻分量調整在該成形容器之堰的溫度，以減少在該玻璃帶之該寬度上的該楔形物變化；以及量測在該玻璃帶之該部分寬度上的經調整楔形物變化。
將在以下的實施方式中提出其他特徵與優點，而且從實施方式，部分的特徵與優點對於所屬技術領域中具有通常知識者而言將是顯而易見的，或者可藉由實施本文所述的實施例而認可部分的特徵與優點，本文所述的實施例包括以下的實施方式、申請專利範圍以及附圖。
應瞭解的是，前述的一般性描述與以下的實施方式皆描述各種實施例，而且意圖提供用於理解主張標的物之本質與特點的概觀或架構。附圖被涵括以提供對各種實施例的進一步瞭解，而且附圖被併入本說明書中並構成本說明書的一部分。圖式說明本文中描述的各種實施例， 而且該等圖式與實施方式一起用以解釋主張標的物的原理與操作。
1‧‧‧熔化容器
2‧‧‧箭頭
3‧‧‧精煉容器
4‧‧‧混合容器
5‧‧‧連接管
6‧‧‧熔融玻璃
7‧‧‧連接管
8‧‧‧輸送容器
9‧‧‧降流管
10‧‧‧入口
11‧‧‧成形容器
12‧‧‧開口
13‧‧‧槽
14a‧‧‧會聚側面
14b‧‧‧會聚側面
22‧‧‧外殼
50‧‧‧拉引組件
51‧‧‧方向
52‧‧‧玻璃基板
100‧‧‧熔融拉引裝置
100A‧‧‧玻璃製造裝置
102‧‧‧成形容器
104‧‧‧第一端
106‧‧‧第二端
108‧‧‧槽
110‧‧‧堰
112‧‧‧根部
114‧‧‧玻璃帶
116‧‧‧寬度
118‧‧‧厚度
120‧‧‧加熱機構
122‧‧‧傾斜機構
200‧‧‧厚度計
202‧‧‧多變數控制系統
300‧‧‧方法
302‧‧‧目前的楔形物設定值
304‧‧‧量測的楔形物量
306‧‧‧比較器
308‧‧‧步驟
310‧‧‧溫度設定值
312‧‧‧傾斜設定值
314‧‧‧新的目前溫度
316‧‧‧比較器
318‧‧‧溫度控制器
320‧‧‧熱處理
322‧‧‧熱楔形物處理
324‧‧‧比較器
326‧‧‧目前傾斜角
328‧‧‧步驟
330‧‧‧步驟
332‧‧‧傾斜楔形物處理
334‧‧‧相加點
336‧‧‧楔形物干擾
340‧‧‧楔形物量
900‧‧‧線
902‧‧‧線
2000‧‧‧線
2002‧‧‧線
2004‧‧‧線
2006‧‧‧線
第1A圖圖示依據本文描述的一個或更多個實施例的熔融拉引製程；第1B圖為依據本文描述的一個或更多個實施例的熔融拉引裝置之立體圖；第2圖為依據本文描述的一個或更多個實施例的熔融拉引裝置之側視圖；第3圖為依據本文描述的一個或更多個實施例由多變數控制系統執行的、用於控制楔形物厚度的方法之流程圖；第4圖為楔形物厚度數據(y軸)為時間(x軸)的函數之圖；第5圖為楔形物厚度數據(y軸)為第4圖圖示的楔形物厚度數據之頻率(x軸)的函數之圖；第6圖為熔融拉引裝置之傾斜角變化(y軸)為時間(x軸)的函數之圖；第7圖為對應於第6圖圖示的傾斜角變化，楔形物厚度的變化(y軸)為時間(x軸)的函數之圖；第8圖為響應-0.3℃的上側溫度變化，楔形物厚度的變化(y軸)為時間(x軸)的函數之圖； 第9圖為對於使用傳統用於熱調整和傾斜的比例積分(PI)控制系統的楔形物變化之增益響應(y軸)對頻率(x軸)之圖；第10圖為依據傳統PI控制系統產生的溫度移動(y軸)隨時間(x軸)的圖；第11圖為依據多變數控制演算法產生的溫度移動(y軸)隨時間(x軸)的圖；第12圖為依據傳統PI控制系統產生的傾斜移動(y軸)隨時間(x軸)的圖；第13圖為依據多變數控制演算法產生的傾斜移動(y軸)隨時間(x軸)的圖；第14圖為使用傳統PI溫度控制系統模擬的楔形物變化(y軸)為時間(x軸)的函數之圖；第15圖為使用傳統PI傾斜控制系統模擬的楔形物變化(y軸)為時間(x軸)的函數之圖；第16圖為使用多變數控制系統模擬的楔形物變化(y軸)為時間(x軸)的函數之圖；第17圖為顯示在傾斜控制下楔形物量(y軸)為時間(x軸)的函數之圖；第18圖為顯示在使用傳統自動厚度控制系統(ATCS)的熱控制下楔形物量(y軸)為時間(x軸)的函數之圖；第19圖為傾斜控制結果與使用傳統ATCS控制楔形物的熱控制結果相比的楔形物量(y軸)之箱形圖； 第20圖為楔形物的滾動標準差(y軸)為時間(x軸)的函數之圖；以及第21圖圖示使用多變數楔形物控制(MWC)、傳統ATCS、及PI控制系統的總楔形物控制、長期楔形物控制、及短期楔形物控制之結果，其中楔形物量係沿著y軸量測。
現在將詳細描述用於控制玻璃帶中楔形物變化的方法和設備之各種實施例，將其中的實例圖示於附圖中。只要可以，將在所有圖式中使用相同的元件符號來指稱相同或相似的部件。將熔融拉引裝置的一個實施例圖示在第1B圖，並且在全文中以元件符號100通稱該熔融拉引裝置。一般來說，熔融拉引裝置包括成形容器、使該成形容器傾斜以改變該成形容器的第一端相對於該成形容器的第二端的位置的傾斜機構、至少一個位於該熔融拉引裝置之上部中的加熱機構用於提供熱到在該成形容器之堰或該堰附近的區域、以及自動厚度控制系統。該自動厚度控制系統基於楔形物變化來決定傾斜設定值和溫度設定值，以減少玻璃帶中的楔形物變化。尤其，該自動厚度控制系統提供傾斜設定值到該傾斜機構以減少楔形物變化的高頻分量，並提供溫度設定值到該加熱機構以減少楔形物變化的低頻分量。本文中將具體參照附圖來描述用於控制玻璃帶中楔形物變化的方法和設備之各種實施例。
現在參照第1A圖，示意性描繪出用於從熔融玻璃形成玻璃基板的例示性玻璃製造裝置100A，其中使用熔融拉引裝置來使熔融玻璃成形為玻璃基板。玻璃製造裝置100A包括熔化容器1、精煉容器3、混合容器4、輸送容器8、及熔融拉引裝置100。如箭頭2所指示將玻璃批料引入熔化容器1中。將批料熔化以形成熔融玻璃6。精煉容器3具有從熔化容器1接收熔融玻璃6的高溫處理區域，而且在該區域中氣泡被從熔融玻璃6移除。精煉容器3藉由連接管5流體耦接到混合容器4。也就是說，從精煉容器3流到混合容器4的熔融玻璃流經連接管5。混合容器4接著藉由連接管7流體耦接到輸送容器8，使得從混合容器4流到輸送容器8的熔融玻璃流經連接管7。
輸送容器8通過降流管9供應熔融玻璃6到熔融拉引裝置100中。熔融拉引裝置100包含外殼22，外殼22中定位入口10、成形容器11及至少一個拉引組件50。如第1A圖所示，來自降流管9的熔融玻璃6流入入口10中，入口10通到成形容器11。成形容器11包括接收熔融玻璃6的開口12，熔融玻璃6流入槽13，然後溢流並沿著成形容器11的兩個會聚側面14a和14b流下，然後在成形容器11的底部邊緣112熔融在一起，成形容器11的底部邊緣112為兩側會合之處，下文稱為根部112。然後生成的玻璃基板在向下的方向51上被拉引組件50拉引成為連續的玻璃基板52，玻璃基板52在本文中也被稱為玻璃帶。
更具體來說，如第1B圖所示，熔融拉引裝置100包括成形容器102，成形容器102具有第一端104、第二端106、及被定位在上表面中的槽108。第一端104和第二端106垂直於成形容器102的會聚側面14a和14b並以成形容器102的長度L分隔。熔融玻璃被從成形容器102的第一端104提供到槽108並流過堰110且沿著成形容器102的外表面流動，直到到達根部112。根部112由成形容器102的側面14a和14b會聚而形成。在根部112，沿成形容器102的每一側流下的兩片熔融玻璃結合在一起而形成玻璃帶114。玻璃帶114被複數個邊緣滾輪和拉引滾輪(第1A圖)從成形容器102的根部112拉引。玻璃帶114具有平行於槽108的寬度116及垂直於玻璃帶114之寬度116的厚度118。厚度118會沿著玻璃帶114的寬度116改變。例如，玻璃帶114靠近成形容器102之第一端104的厚度118可以大於玻璃帶114靠近第二端106的厚度，而且玻璃帶114的厚度118可以從第二端106線性增加到第一端104，使得玻璃帶114沿著玻璃帶114的寬度116具有「楔形物」的形狀。因此，如本文中使用的，厚度118沿著玻璃帶114之寬度116的斜率被稱為「楔形物」。在各種實施例中，該楔形物可以表示厚度118沿著玻璃帶114之一部分寬度116的斜率，例如玻璃帶114未處於末端效應的一部分寬度116，如以下將討論的。
有幾個變數可能會影響楔形物。具體來說，在堰110的溫度可能會藉由在玻璃流過成形容器時影響玻璃的黏度來影響楔形物。例如，提高堰110附近的溫度可促使玻璃從入口端(即成形容器102靠近入口10的端部)流到壓縮端(即成形容器102與入口10相隔成形容器102之長度L的端部)，而降低溫度可抑制熔融玻璃流過成形容器102。為了影響熔融玻璃的溫度，熔融拉引裝置100還包括至少一個加熱機構120，加熱機構120被定位在堰110附近。在實施例中，加熱機構120可以是電阻式加熱器、燃氣加熱器、或類似物。雖然第1圖圖示具有兩個加熱機構120的熔融拉引裝置100，但可以採用數量更多或更少的加熱機構，取決於具體的實施例。例如，一個或更多個加熱機構120可以被定位在每個堰110附近。加熱機構120提供熱到在成形容器102之堰110的區域。可以開啟或開大加熱機構120(例如增加加熱機構的熱輸出)，以主動加熱在成形容器102之堰110的區域。相反地，可以關閉或關小加熱機構120(例如減少加熱機構的熱輸出)，以被動地冷卻在成形容器102之堰110的區域。
在一些實施例中，熔融拉引裝置100可以包括主動冷卻機構(未圖示)。主動冷卻機構可以使用強制空氣、水、或另一種冷卻劑來降低在成形容器102之堰110附近的區域的溫度。因此，在成形容器102之堰110附近的區域的溫度可以藉由主動加熱、被動冷卻、主動冷卻在成形容器102之堰110附近的區域、及/或主動加熱與主 動冷卻在成形容器102之堰110附近的區域之組合來控制。
除了在成形容器102之堰110的熔融玻璃之溫度以外，成形容器102的傾斜量也會影響使用成形容器102形成的玻璃帶之楔形物。例如，使用傾斜機構122(圖示於第1A圖)使成形容器102向下傾斜(例如，相對於成形容器102的第二端106升高成形容器102的第一端104)會促使熔融玻璃從第一端104流到第二端106。相反地，使用傾斜機構122使成形容器102向上傾斜(例如，相對於第二端106降低第一端104)會抑制熔融玻璃流過成形容器102。因此，在各種實施例中，熔融拉引裝置100利用傾斜機構122來傾斜形成容器102，以相對於成形容器102之第二端106改變成形容器102之第一端104的位置，從而增加或減少流過成形容器之堰110的熔融玻璃流量，進而影響使用成形容器102形成的玻璃帶之楔形物。
在各種實施例中，楔形物變化是通過傾斜成形容器102及調整堰110附近的溫度之組合進行控制。更具體來說，成形容器102可以被傾斜以減少楔形物變化之高頻(例如短期)分量，而溫度可以經由加熱機構120進行調整，以減少楔形物變化之低頻(例如長期)分量。如本文中使用的術語「高頻」是指約3小時或更短的期間，並且術語「低頻」是指約10小時或更長的期間。然而，楔形物變化的高頻和低頻分量可以視具體實施例而改變，前 提是高頻和低頻之間有一些頻帶分離。高頻和低頻分量之間所需的頻帶分離水平可以取決於對變數的控制水平。為了控制楔形物的目的，所界定的高頻和低頻範圍之間的頻率在計算時可被忽略，而且將基於高頻和低頻分量的控制而被自然地調整。例如，由於熱調整需要時間讓玻璃響應(即加熱或冷卻)，因此，更緩慢影響橫跨玻璃帶114之寬度116的厚度分佈，可以使用在堰110的溫度調整來減少長期(例如數十小時甚至數天)的楔形物變化。然而，溫度調整對於控制短期內的楔形物變化是無效的。因此，為了迅速解決楔形物變化並減少超出預定楔形物變化範圍的玻璃帶114總量，可以使成形容器102傾斜，從而比溫度調整更迅速地影響橫跨玻璃帶的厚度分佈。
可以利用單獨調整傾斜來補償低和高頻的變化。然而，解決低頻變化所需的傾斜角變化會相對較大，而且對於熔融拉引裝置可能有負面的影響。例如，由於在下方拉引時玻璃帶與拉引滾輪之間的相互作用，大的傾斜角變化會導致可察覺的帶位置變化，此舉會對帶的形狀產生負面的影響，並於最終影響從帶切割下的最終玻璃片之形狀。因此，在各種實施例中，採用傾斜來解決高頻的楔形物變化，同時調整堰附近的溫度來補償低頻的楔形物變化。這使得較小的傾斜移動可被採用，並允許相對快速地控制和校正楔形物變化。
現在參照第2圖，依據一個或更多個實施例描繪傾斜成形容器102的側視圖。作為實例，橫跨玻璃帶 114寬度的楔形物變化可以使用厚度計200來決定。厚度計可以位於熔融拉引裝置的拉引底部。厚度計200可以是例如基於雷射的厚度計。厚度計200量測玻璃帶114之至少一部分寬度間的玻璃帶114厚度。在成形容器102的任一端，所謂的「端部作用」會提高流動密度，從而導致玻璃帶114在兩個垂直邊界的厚度增加。增加的厚度出現在從垂直邊界朝向玻璃帶114中心延伸的有限寬度間，其中每個有限寬度皆被稱為「珠區」。在各種實施例中，玻璃帶114的厚度是在不包括玻璃帶114之珠區的玻璃帶114寬度部分量測的，例如在玻璃帶的中心線。在各種實施例中，在不包括珠區的玻璃帶114寬度間量測楔形物。
基於由厚度計200計算出的楔形物變化，可以使用傾斜機構122來改變成形容器102之第一端104相對於成形容器102之第二端106的位置。當第一端104比第二端106更高時，更多的熔融玻璃將流到第二端106，從而使靠近第二端106的玻璃帶114變厚。使成形容器102的第一端104降低可有效減少第一端104與第二端106之間的高度差的量會導致第二端106附近的玻璃帶114變薄。因此，成形容器102的傾斜變化可調整在玻璃帶114之寬度116上的楔形物變化。
現在參照第1A-2圖，為了控制玻璃帶114的楔形物變化，成形容器102的溫度和傾斜是由熔融拉引裝置100的多變數控制系統202(圖示於第1A圖)控制，多變數控制系統202進行操作來基於依據接收到的厚度 量測值所計算的楔形物變化而調整成形容器102的溫度和傾斜。多變數控制系統202通訊地耦接到厚度計200和加熱機構120，並且通常包括具有處理器和記憶體的控制器，用於儲存電腦可讀和可執行指令集。在各種實施例中，溫度和傾斜的調整是基於隨著時間量測和再量測楔形物變化的疊代過程。當多變數控制系統202的處理器執行電腦可讀和可執行指令集時，指令集使控制器從厚度計接收楔形物變化訊號，並基於接收到的楔形物變化訊號來決定楔形物變化的高頻分量和楔形物變化的低頻分量。楔形物變化的高頻分量和低頻分量可以例如藉由自動辨識楔形物變化訊號之傅立葉轉換中的尖峰或是藉由測定在對應於「高頻」和「低頻」的使用者定義窗內的變化來決定。指令集還使控制器計算傾斜設定值以減少楔形物變化的高頻分量，並計算溫度設定值以減少楔形物變化的低頻分量。指令集還使控制器提供傾斜設定值給傾斜機構及提供溫度設定值給加熱機構。多變數控制系統的處理器可以以各種不同的方式執行這些指令，取決於具體的實施例。例如，將依據一個實施例用於控制玻璃帶中楔形物變化的方法300之方塊圖圖示於第3圖。
如第3圖所示，在多變數控制器的比較器306比較目前的楔形物設定值302與量測的楔形物量304，以測定楔形物變化。比較器306輸出表示測定的楔形物變化的楔形物變化訊號並將此楔形物變化訊號輸入多變數控制器的楔形物控制器，該楔形物控制器基於接收到的楔形 物變化訊號來決定楔形物變化的高頻分量和楔形物變化的低頻分量。楔形物變化的高頻分量和低頻分量可以例如藉由量化楔形物數據隨時間變化的量值和頻率來決定。例如，高頻分量可以被標識為在使用者定義頻率內的最大量值，例如1-3小時，並且低頻分量可以被標識為在不同使用者定義頻率內的最大量值，例如大於10小時。在一些實施例中，楔形物變化的高頻分量和低頻分量可以藉由識別楔形物厚度為時間的函數之圖的頻率之傅立葉變換上的最大峰來決定。在實施例中，高頻和低頻分量可以分別對應於1-3小時以外及大於10小時的期間，前提是頻率分量之間有可明確辨識的頻帶分離。在各種實施例中，在頻率分量的期間之間應該有至少2小時的頻帶分離。
在步驟308，多變數控制系統的控制器計算用以減少或最小化楔形物變化之低頻分量的溫度設定值310及用以減少或最小化楔形物變化之高頻分量的傾斜設定值312。溫度設定值310和傾斜設定值312可以各種方式計算，取決於具體的實施例。例如，可以基於成形容器的幾何形狀和流體流動物理學來模型化傾斜響應(即由於傾斜改變而在玻璃帶造成的厚度變化)，以得到近似的傾斜設定值312。同樣地，可以基於熱傳和流體流動的原理來模型化溫度響應，以得到近似的溫度設定值310。使用傾斜設定值312和溫度設定值310來取代或更新系統目前的傾斜和溫度設定值。或者，可以使用製程實驗來模型化傾斜和溫度響應，其中傾斜或溫度任一者為步階變化 的並量測楔形物衝擊。對於傾斜和溫度設定值的各種組合來說，楔形物的量測變化可以被儲存在自動厚度控制系統之記憶體中的查找表(LUT)中，而且可以被控制器使用來決定未來的傾斜和溫度設定值，以在玻璃帶的楔形物中實現所需的變化。
在各種實施例中，傾斜和溫度響應的模型可被組合和調整，以產生多變數控制演算法供多變數控制器使用。多變數控制演算法使熱和傾斜處理的處理效果可以依據熱和傾斜處理對楔形物的影響進行特徵化。這些處理效果可被加權，以只針對在某些頻率觀察到的楔形物變化。例如，在各種實施例中，可以使用H∞控制方法。在各種實施例中，H∞控制方法的使用包括不依賴楔形物變化的低頻分量來計算傾斜設定值以及不依賴楔形物變化的高頻分量來計算溫度設定值。H-∞控制方法在Kemin Zhou的Essentials of Robust Control(Prentice Hall,1998)中有更完整的描述，將此文獻以引用方式併入本文中。例如，H∞控制方法之最適化成本函數中的高頻方案不利於溫度調整，使得所得的控制演算法只為溫度選擇低頻調整，並且H∞控制方法之最適化成本函數中的低頻方案不利於傾斜調整，使得所得的控制演算法只為傾斜選擇高頻調整。結果是控制演算法輸出溫度設定值和傾斜設定值。
仍參照第3圖，表示溫度設定值310的溫度設定值訊號和目前的溫度訊號被輸入比較器316，比較器 316比較溫度設定值訊號與目前的溫度訊號，並計算溫度的變化來實現所需的效果。將溫度的變化輸入溫度控制器318，溫度控制器318將溫度的變化轉化為加熱器所需的功率電平，以實現溫度的變化。隨著加熱器的功率提高或降低，熱處理320將成形容器的堰附近的溫度提高或降低到調整後的溫度(新的目前溫度314)，調整後的溫度被反饋到比較器316。溫度的變化有助於通過熱楔形物處理322來改變楔形物。
表示由楔形物控制器計算出的傾斜設定值312的傾斜設定值訊號與表示目前傾斜角326的目前傾斜角訊號一起被輸入比較器324。在比較器324，計算傾斜變化量以實現所需的效果。在步驟328表示傾斜變化量的訊號被轉換為由傾斜機構輸出的轉矩量，以在玻璃帶的楔形物中實現所需的減少。在步驟330，當計算的轉矩量被施加到傾斜機構時，成形容器的傾斜角增加或減小到調整後的傾斜角。調整後的傾斜角(為新的傾斜角326並相當於由傾斜設定值訊號表示的傾斜設定值312)被反饋到比較器324。調整後的傾斜角通過傾斜楔形物處理332調整楔形物。
熱楔形物處理322的作用及傾斜楔形物處理332的作用在相加點334被結合，以決定對楔形物的控制作用量。對楔形物的控制作用量與楔形物干擾336的量一起產生整體量測楔形物量340。楔形物干擾336會由多種因素造成，例如成形容器內的不均勻玻璃流動或成形容器 各處的不均勻熱分佈。量測楔形物量340作為量測楔形物量304被反饋到比較器306。
這個量測、調整及再量測過程使系統能夠不斷地補償因控制短期變化所造成的長期變化，反之亦然，從而對楔形物變化產生更大的整體控制。
實例
將藉由以下的實例進一步闡明用於控制玻璃帶中楔形物的方法之各種實施例。
實例1
使用厚度計量測玻璃帶中楔形物變化持續一段兩週的時間。第4圖圖示楔形物厚度數據(y軸)為時間(x軸)的函數之圖。使用傅立葉轉換轉換第4圖的數據以產生第5圖。更具體來說，第5圖為第4圖圖示的訊號之頻率分量圖。第5圖的圖量化楔形物變化的量值(y軸)和頻率(x軸)。在第5圖可以看出高頻和低頻的變化。如第5圖所示，楔形物干擾在相對較低的頻率(10小時或更長的期間)和相對較高的頻率(例如3小時或更短的期間)具有變化。尤其，出現週期約2小時的明顯循環。可以使用第5圖圖示的數據來決定楔形物變化的高頻分量和低頻分量。
例如，如第5圖所圖示，大的尖峰出現在對應於2小時週期、3-10小時週期、及30小時週期的點。基於這些尖峰和頻帶分離，對應於2小時週期的尖峰被識別為高頻分量，而對應於30小時週期的尖峰被識別為低頻 分量。因為在對應於2小時週期的尖峰與對應於3-10小時週期的尖峰之間沒有明確界定的頻帶分離，所以為了識別頻率分量的目的，忽略3-10小時的週期，因為3-10小時的週期將會作為控制較高和較低頻分量的函數受到控制。
實例2
為了測定傾斜在楔形物變化上產生的影響，傾斜度是步階變化的並觀察楔形物的影響(即楔形物的變化)。這使得系統對傾斜變化的響應能夠被特徵化。更具體來說，將傾斜角從0度的起始角度向上傾斜(即相對於第二端106降低第一端104)0.3度(到0.3度的最終角度)，並監測楔形物響應持續約40分鐘。第6圖和第7圖圖示對0.3度的傾斜角變化觀察到的楔形物響應。如第6圖所示，將成形容器向上傾斜0.3度。將所得的楔形物響應以圖形繪示於第7圖。在第7圖中，以y軸表示增益(或楔形物的變化)並以x軸表示時間(秒)。一階時延模型適配於響應，而且如第7圖所示，該模型與處理數據相關(R2=0.98)。R2值表示一階模型與由於傾斜步階變化而觀察到的增益非常密切相關。使用適配於響應的一階時延模型連同以下從實例3得到的模型來產生多變數控制演算法。
第7圖進一步圖示傾斜在楔形物變化上產生的影響可以有效解決楔形物變化的高頻分量。尤其，518秒的時間延遲表示傾斜角改變的時間與楔形物開始響應的時間之間的經過時間，確認了可在調整成形容器的傾斜 約10分鐘的時間內觀察到影響。此外，該模型產生91秒的時間常數，表示在91秒內，傾斜角的影響達到最終值的約63%。
實例3
為了測定溫度在楔形物變化上產生的影響，使溫度步階變化0.3℃並觀察楔形物的影響(即楔形物的變化)持續約90分鐘。這使得系統對熱變化的響應能夠被特徵化。第8圖圖示對-0.3℃的上側溫度變化所觀察到的楔形物響應。在第8圖中，y軸表示增益(或楔形物的變化)，並且x軸表示取樣期間，其中每個樣品為15秒。一階(即線性)時延模型適配於響應。一階時延模型與處理數據良好相關(R2=0.94)，表示該模型為良好的適配而且可被用來估計基於熱變化的楔形物響應。因此，一旦楔形物開始對熱變化作出反應，則熱變化會直接並線性相關於觀察到的楔形物響應。經測定，溫度下降0.3℃導致樣品的楔形物升高1.18(楔形物/℃)。發現約1926秒的時間常數和約714秒的時間延遲。時間常數表示熱變化達到最終值的約63%所花費的時間。時間延遲表示上側溫度設定值改變的時間與楔形物開始響應的時間之間的經過時間。比較第8圖與第7圖的數據顯示，相對於傾斜調整，熱調整導致較慢的楔形物變化。使用適配於響應的一階時延模型連同以上從實例2得到的模型來產生多變數控制演算法。
實例4
理解了從實例1觀察到的楔形物響應頻率資訊、來自實例2的傾斜步階響應、及來自實例3的溫度步階響應，使用電腦模擬和分析計算來確認使用各個傾斜和溫度進行控制的估計限值。換句話說，藉由查看在這些頻率間對每個控制的楔形物衝擊響應來確認衍生自第5圖的估計「高頻」和「低頻」範圍。
第9圖為使用比例和積分(PI)控制系統進行熱調整和傾斜的楔形物變化之增益響應(y軸)對頻率(x軸)之圖。PI控制系統可以控制每個熱和傾斜變數，而且可以彼此獨立地控制每個變數。此外，PI控制系統可以在忽略高頻楔形物分量的同時不特別採用熱變數來控制低頻楔形物分量，並在忽略低頻楔形物分量的同時採用傾斜變數來控制高頻楔形物分量，如關於多變數楔形物控制器所述。在第9圖中，高頻分量通常是指圖的右手邊，而低頻分量通常是指圖的左手邊。更具體來說，將低頻分量描繪於10-1頻率標記的左側，表示10小時以上的週期。將高頻分量以虛線描繪於x軸上的10-1頻率標記與100頻率標記之間。如上文所述，對應於「高頻」和「低頻」的具體時間週期可以在具體實施例上改變。第9圖確認的是，如實例1第5圖的調查所測定，對應於高頻分量和低頻分量的週期估計是實現所需控制水平可接受的。具體來說，第9圖確認的是，被選擇來對應「高頻」和「低頻」的時間週期是在可藉由相應變數(例如分別為傾斜和溫度)控制的範圍內。
線900顯示當使用傳統的PI溫度控制時預期的楔形物干擾衰減。線900顯示，預期的低頻變化(0.083小時-1)衰減為0.2倍(即減少80%)。然而，高頻變化(0.5小時-1)被放大2.4倍，這被認為是不可接受的。因此，這表示儘管溫度控制可被用於校正在低頻(其中週期為約10小時或更長)的楔形物干擾，但對於校正在高頻的楔形物干擾(其中楔形物干擾影響的量值大於1)並非有效的。
第9圖的線902顯示當使用傳統PI控制的傾斜機構時預期的楔形物干擾衰減。線902顯示，低頻變化(0.083小時-1)可被補償90%以上。高頻變化(0.5小時-1)的預期楔形物干擾衰減增益為0.56，與使用傳統PI控制的溫度所得之增益相比，幾乎減少50%。線902的量值在較高頻率時保持在小於1的值，表示傾斜控制可以有效控制在這些較高頻率下的楔形物干擾。此外，線902表示傾斜控制可以有效控制在高和低頻下的楔形物干擾。
實例5
已經在實例4確認的理論是，熱控制可被用來控制週期10小時以上的楔形物衝擊，並且傾斜控制可被用來控制較短時間週期的楔形物衝擊，於是開發了多變數控制演算法。第10-16圖圖示結合來自實例2和3的模型用於控制楔形物變化的模擬結果。特別是，將從實例2和3得到的模型合併並採用H-∞控制方法來產生演算法，該 演算法選擇溫度調整來解決低頻變化並選擇傾斜調整來解決高頻變化。更具體來說，將適配於實例2和3中的數據的模型合併，以形成使用H∞控制方法形成的演算法。
在H∞控制方法中，操縱溫度變數來最小化低頻變化而不考慮高頻變化，同時操縱傾斜變數來最小化高頻變化而不考慮低頻變化。將所得的多變數控制演算法應用於實例1收集到的數據，以產生第10-16圖呈現的模擬數據。
第10圖為依據傳統PI控制系統產生的溫度移動(y軸)隨時間(x軸)的圖。第11圖為依據多變數控制演算法產生的溫度移動(y軸)隨時間(x軸)的圖。如在第10圖和第11圖可以看到的，模擬數據表示，與多變數控制演算法相比，PI熱控制具有較大的短期和長期變化(例如，溫度變化的次數更多，而且變化表現出更大的量值)。
第12圖為依據傳統PI控制系統產生的傾斜移動(y軸)隨時間(x軸)的圖。第13圖為依據多變數控制演算法產生的傾斜移動(y軸)隨時間(x軸)的圖。如第13圖所示，模擬數據表示，相對於傳統PI控制系統，多變數控制演算法具有非常小的長期變化。調整傾斜移動來解決高頻分量。這導致傾斜移動訊號具有遠小於標準PI控制的量值(約5倍)。
第14圖、第15圖、及第16圖圖示分別使用傳統PI溫度控制系統、傳統PI傾斜控制系統、及多變數控 制系統的模擬楔形物變化。如比較第14-16圖可以看出的，多變數控制系統實現遠較小的楔形物變化，比僅使用傾斜的改良了70%。因此，合併的作法提供了比單獨使用傾斜或熱補償任一者更大的控制。
實例6
估計了在楔形物變化上使用傾斜控制優於單獨使用熱控制的改良控制後，進行實驗來確認模擬的結果。實驗採用與實例2使用的相同的參數。尤其，採用從實例2得到的模型來測定更新的傾斜設定值，以滿足所觀察到的楔形物(將結果圖示於第17圖)。
第17圖和第18圖圖示實驗的結果，以確定傾斜控制楔形物變化的可行性。特別是，第17圖為顯示在約2.5天的期間在傾斜控制下楔形物量(y軸)為時間(x軸)的函數之圖。第18圖為顯示在使用傳統自動厚度控制系統(ATCS)的熱控制下楔形物量(y軸)為時間(x軸)的函數之圖。傳統ATCS不特別採用熱變數來控制低頻楔形物分量，同時如關於多變數楔形物控制器所述忽略高頻楔形物分量。如比較第17圖和第18圖可以看出的，儘管在傾斜控制運作期間有功率擾動，但當與使用傳統ATCS提供的熱控制來控制楔形物變化相比時，使用傾斜控制實現了楔形物變化改良。值得注意的是，在實驗期間對傾斜機構調整最小的角變化量，而且控制移動的粗糙度限制了可實現的帶寬及解決高頻變化的能力。然而，實驗顯示預期使用較不保守的移動控制改良的良好結果。
第19圖為傾斜控制結果(如第17圖所示)與使用ATCS控制楔形物的熱控制結果(如第18圖所示)相比的箱形圖。傾斜控制顯示，在四分位範圍(即中間範圍或中間50%)中有27%的改良。四分位範圍表示數據點的分佈，而在四分位範圍中的改良表示變異減小。儘管有傾斜移動控制系統的限制，還是實現了優於熱控制的短期變化改良。
第20圖圖示第17圖和第18圖圖示的數據之楔形物的滾動標準差(「STD」)(y軸)為時間(x軸)的函數之圖。使用6個小時的視窗，並在整個數據組(約45小時)期間以10秒鐘步進。以線2000圖示傾斜下的楔形物結果，並以線2002圖示使用傳統ATCS的熱控制下的楔形物結果。以線2004圖示傾斜控制的6小時滾動STD數據組之平均變化值，並以線2006圖示傳統ATCS熱控制的6小時滾動STD數據組之平均變化值。數據指出，傾斜楔形物控制系統具有平均比ATCS熱控制小約15%的短期變化(0.07對0.0825)。再次地，儘管在傾斜控制實驗期間有溫度擺動，這還是可被觀察到。因此，第19圖和第20圖證明使用傾斜控制楔形物可比使用單獨熱控制來控制楔形物產生更大的控制和更小的變化。
實例7
已經證實了使用傾斜控制來控制楔形物的可行性之後，對產生的多變數控制演算法進行測試，以確定多變數控制演算法是否提供優於僅使用熱控制的傳統楔 形物控制方法的優點。特別是，在實驗期間沒有進行傾斜移動，以確定多變數控制演算法是否如關於熱變數所預期地發揮功能。因此，對於通過熱控制來控制楔形物的系統，在數天的期間量測楔形物，該熱控制係藉由多變數楔形物控制、傳統ATCS、及傳統PI控制系統引導。更具體來說，對傳統的PI控制系統在7天的期間量測楔形物，並對多變數楔形物控制系統在18天的期間量測楔形物。觀察並比較總楔形物、短期頻率(1-3小時)、及長期(多於10小時)楔形物變化。
具體來說，第21圖圖示使用多變數楔形物控制(MWC)、傳統ATCS、及傳統PI控制系統的楔形物控制結果。表1提供附加的比較數據。
第21圖的左側箱形圖比較總楔形物變化。可以看出，MWC具有比傳統ATCS和PI控制系統更小的中位數和更緊的變化範圍。中間的圖圖示楔形物的低頻變化(長期週期)。第21圖的右側箱形圖圖示在高頻的楔形物變化。此處，使用MWC觀察到的變化與使用傳統ATCS(差4%)觀察到的相似，並優於使用傳統PI控制系統觀察到的(改良21%)。因此，MWC與傳統ATCS相 比並未表現出補償高頻變化，但如演算法設計預期的，MWC並沒有像傳統PI控制系統一樣放大高頻變化。
基於上述內容，現在應當理解的是，本文中揭示控制玻璃帶中厚度楔形物的方法之各種態樣。依據第一態樣，一種用於控制玻璃帶中楔形物變化的方法包括以下步驟：使熔融玻璃流過成形容器之會聚側面；從該成形容器之根部拉引玻璃帶，該玻璃帶具有寬度；在該玻璃帶之至少一部分該寬度上量測該楔形物變化；以及基於測得的楔形物變化調整該成形容器之傾斜及該成形容器之堰附近的溫度，以減少在該玻璃帶之該寬度上的該楔形物變化。
在第二態樣中，一種熔融拉引裝置包含成形容器，該成形容器具有界定該成形容器之長度的第一端和第二端、及被定位在該成形容器之上表面中的槽；使該成形容器傾斜以改變該成形容器之該第一端相對於該成形容器之該第二端的位置的傾斜機構；至少一加熱機構，將熱提供到該成形容器之堰附近的區域；以及包含控制器的自動厚度控制系統，該控制器具有處理器及記憶體，該記憶體儲存電腦可讀和可執行指令集。當該電腦可讀和可執行指令集被該處理器執行時，該電腦可讀和可執行指令集：接收來自在拉引底部的厚度計的楔形物變化計算；基於接收的該楔形物變化計算來決定該楔形物變化之高頻分量及該楔形物變化之低頻分量；計算傾斜設定值以減少該楔形物變化之該高頻分量；計算溫度設定值以減少該楔形物 變化之該低頻分量；提供該傾斜設定值給該傾斜機構；及提供該溫度設定值給該至少一加熱機構。
在第三態樣中，一種在玻璃帶之寬度上控制楔形物變化的方法，包含以下步驟：使熔融玻璃流過成形容器之會聚側面；從該成形容器之根部拉引玻璃帶，該玻璃帶具有寬度；在該玻璃帶之一部分該寬度上量測該楔形物變化；基於該楔形物變化之高頻分量調整該成形容器之傾斜，以減少在該玻璃帶之該寬度上的該楔形物變化；基於該楔形物變化之低頻分量調整在該成形容器之堰的溫度，以減少在該玻璃帶之該寬度上的該楔形物變化；以及量測在該玻璃帶之該部分寬度上的經調整楔形物變化。
第四態樣包括第一至第三態樣中之任一態樣，進一步包含基於該楔形物變化之高頻分量來決定該成形容器之傾斜變化。
第五態樣包括第一至第四態樣中之任一態樣，其中調整該成形容器之該傾斜包含調整該成形容器之第一端相對於該成形容器之第二端的位置，其中該成形容器之該第一端和該第二端垂直於該成形容器之該會聚側面並被該成形容器之長度分隔。
第六態樣包括第一至第五態樣中之任一態樣，進一步包含依據該楔形物變化之低頻分量決定在該堰之溫度變化。
第七態樣包括第一至第六態樣中之任一態樣，其中調整在該堰之溫度包含調整至少一位於該成形容器之上部附近的加熱機構之功率輸出。
第八態樣包括第一至第七態樣中之任一態樣，其中調整在該堰之溫度包含調整位於該成形容器周圍的冷卻機構之功率輸出。
第九態樣包括第一至第八態樣中之任一態樣，其中調整在該堰之溫度包含調整至少一加熱機構之功率輸出及調整位於該成形容器周圍的冷卻機構之功率輸出。
第十態樣包括第一至第九態樣中之任一態樣，其中該自動厚度控制系統基於該傾斜設定值來調整該成形容器之傾斜度。
第十一態樣包括第一至第十態樣中之任一態樣，其中該自動厚度控制系統基於該溫度設定值來調整提供到在該成形容器之該堰的該區域的熱量。
第十二態樣包括第一至第十一態樣中之任一態樣，進一步包含位於該堰附近的冷卻機構，其中該自動厚度控制系統使在該成形容器之該堰的該區域基於該溫度設定值被主動冷卻。
第十三態樣包括第一至第十二態樣中之任一態樣，其中該自動厚度控制系統計算該傾斜設定值以最小化該楔形物變化之該高頻分量。
第十四態樣包括第一至第十三態樣中之任一態樣，其中該自動厚度控制系統計算該溫度設定值以最小化該楔形物變化之該低頻分量。
第十五態樣包括第一至第十四態樣中之任一態樣，其中該自動厚度控制系統不依賴該楔形物變化之該低頻分量計算該傾斜設定值。
第十六態樣包括第一至第十五態樣中之任一態樣，其中該自動厚度控制系統不依賴該楔形物變化之該高頻分量計算該溫度設定值。
第十七態樣包括第一至第十六態樣中之任一態樣，其中該玻璃帶之該部分寬度不包括該玻璃帶之珠區。
第十八態樣包括第一至第十七態樣中之任一態樣，其中調整該成形容器之該傾斜包含基於傾斜度和楔形物變化量來決定傾斜設定值。
第十九態樣包括第一至第十八態樣中之任一態樣，其中調整該堰附近的溫度包含基於楔形物變化之溫度和量來決定溫度設定值。
第二十態樣包括第一至第十九態樣中之任一態樣，進一步包含：基於該經調整楔形物變化之高頻分量來調整該成形容器之該傾斜；以及基於該經調整楔形物變化之低頻分量來調整在該成形容器之該堰的溫度。
所屬技術領域中具有通常知識者將顯而易見的是，可以在不偏離請求保護的標的物之精神和範圍下對 本文描述的實施例進行各種修改和變更。因此，意圖使說明書涵蓋本文描述的各種實施例之修改和變更，前提是這樣的修改和變更來到所附申請專利範圍及其均等物的範圍內。

Claims (8)

  1. 一種用於控制一玻璃帶中楔形物變化的方法，包含以下步驟：使熔融玻璃流過一成形容器之會聚側面；從該成形容器之一根部拉引一玻璃帶，該玻璃帶具有一寬度；在該玻璃帶之至少一部分該寬度上量測該楔形物變化；決定該測得的楔形物變化之一高頻分量以及該測得的楔形物變化之一低頻分量；基於該測得的楔形物變化之該高頻分量來決定該成形容器之傾斜變化；基於該測得的楔形物變化之該低頻分量來決定該成形容器之一堰附近的溫度變化；以及基於該決定的傾斜變化來調整該成形容器之該傾斜及基於該決定的該堰附近的溫度變化來調整該成形容器之該堰附近的該溫度，以減少在該玻璃帶之該寬度上的該楔形物變化。
  2. 如請求項1所述之方法，其中調整該成形容器之該傾斜包含調整該成形容器之一第一端相對於該成形容器之一第二端的位置，其中該成形容器之該第一端和該第二端垂直於該成形容器之該會聚側面並被該成形容器之長度分隔。
  3. 一種熔融拉引裝置，包含：一成形容器，具有界定該成形容器之長度於其間的一第一端和一第二端、及被定位在該成形容器之一上表面中的一槽；一傾斜機構，經配置以改變該成形容器之該第一端相對於該成形容器之該第二端的位置；至少一加熱機構，經配置以加熱該成形容器之一堰附近的一區域；以及一自動厚度控制系統，包含一厚度計及一控制器，該厚度計位於該熔融拉引裝置的一底部，該控制器包含一處理器及記憶體，該記憶體儲存一電腦可讀和可執行指令集，當該電腦可讀和可執行指令集被該處理器執行時，該自動厚度控制系統：接收來自該厚度計之一楔形物變化計算；基於接收的該楔形物變化計算，藉由辨識該楔形物變化訊號之一傅立葉轉換中的尖峰，來決定該楔形物變化之一高頻分量及該楔形物變化之一低頻分量，其中低頻是指大於一第一預定時數之期間，高頻是指小於一第二預定時數之期間，其中該第二預定時數小於該第一預定時數，且該第一預定時數與該第二預定時數之差值大於或等於2小時；計算一傾斜設定值以減少該楔形物變化之該高頻分量；計算一溫度設定值以減少該楔形物變化之該低頻分量；提供該傾斜設定值給該傾斜機構；及提供該溫度設定值給該至少一加熱機構。
  4. 如請求項3所述之熔融拉引裝置，其中該自動厚度控制系統調整基於該傾斜設定值的該成形容器之傾斜度及基於該溫度設定值提供到在該成形容器之該堰的該區域的熱量中之至少一者。
  5. 如請求項3所述之熔融拉引裝置，進一步包含位於該堰附近的一冷卻機構，其中該自動厚度控制系統使在該成形容器之該堰的該區域基於該溫度設定值被主動冷卻。
  6. 如請求項3至5中任一項所述之熔融拉引裝置，其中該自動厚度控制系統不依賴該楔形物變化之該低頻分量地計算該傾斜設定值。
  7. 如請求項3至5中任一項所述之熔融拉引裝置，其中該自動厚度控制系統不依賴該楔形物變化之該高頻分量地計算該溫度設定值。
  8. 一種在一玻璃帶之一寬度上控制一楔形物變化的方法，包含以下步驟：使熔融玻璃流過一成形容器之會聚側面；從該成形容器之一根部拉引一玻璃帶，該玻璃帶具有一寬度；在該玻璃帶之一部分該寬度上量測該楔形物變化；決定該測得的楔形物變化之一高頻分量以及該測得的楔形物變化之一低頻分量；基於該楔形物變化之該高頻分量調整該成形容器之一傾斜，以減少在該玻璃帶之該寬度上的該楔形物變化；基於該楔形物變化之該低頻分量調整該成形容器之一堰附近的一溫度，以減少在該玻璃帶之該寬度上的該楔形物變化；以及量測在該玻璃帶之該部分寬度上的一經調整楔形物變化。
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