CN103570231A - 智慧型化学强化炉控制方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明揭露一种具有智能型化学强化炉控制方法的装置，包含一强化炉、一人工操作界面与一控制***。强化炉装有化学强化溶液，而人工操作界面用于输入强化参数及显示强化相关数据，控制***用于控制强化炉的强化参数。该具有智能型化学强化炉控制方法的装置能针对玻璃的强化参数进行自动调节监控使参数最大限度优化，以节省人力成本，精确控制强化后的表面应力值与交换层深度数值。

Description

智慧型化学强化炉控制方法及其装置
技术领域
本发明涉及化学强化炉，特别是一种智能型化学强化炉控制方法及具该智能型化学强化炉控制方法的装置。
背景技术
行动电子装置包含移动电话、平板计算机等通常需使用平板玻璃作为屏幕的覆盖表面。应用在具有触控功能的行动电子装置上的平板玻璃则因为必须承受频繁的触控接触，而必须经过强化及防刮处理。
传统的玻璃化学强化制程，是将玻璃完全浸泡于高温的化学强化炉中，化学强化炉中具有纯度极高的硝酸钾溶液，利用钾离子与钠离子在高温下发生置换反应，来进行化学强化。一般的强化炉都采用设置固定强化时间及强化温度来获得所需的强化效果。
硝酸钾经过离子置换反应后，化学强化炉中钾离子浓度会持续下降，钠离子浓度则会持续上升。图1是在强化温度、时间不变条件下表面应力值或压应力值(compressive stress/CS)随化学强化溶液中钠离子浓度变化的趋势图。如图1所示，如果强化温度及强化时间不变，将玻璃于不同钠离子浓度的化学强化溶液中进行强化，则强化后玻璃的表面应力会随着化学强化溶液中钠离子浓度的增加而持续下降。而表面应力下降会使玻璃的强度下降。因此为保证玻璃的强度，表面应力值需确保在一个较高水平。如采用固定强化温度与时间生产，则无法保证表面应力维持在一个较高的水平。且硝酸钾溶液因在强化过程中钠离子浓度升高，其循环使用次数也将会受限。
图2是在不同强化温度条件下表面应力值与交换层深度(depth of exchangelayer/DOL)的关系图。如图2所示，当交换层深度为55μm时，以温度410℃进行强化时玻璃的表面应力值比400℃进行强化时玻璃的表面应力值下降了大约12.5MPa。即在相同交换层深度的条件下，玻璃强化温度对表面应力值的影响为温度越高表面应力值就越低。在相同的玻璃强化温度下，交换层深度越浅玻璃表面应力值就越高。
因此为了达成最佳或最适合的玻璃强化效果，必须针对上述参数进行优化。这些参数包含化学强化炉中钠离子浓度、强化温度、强化时间、交换层深度及表面应力值等若以人工的方式进行估算，非常可能产生偏差，耗费较高的人力成本且无法达成预定的强化目标値，同时无法保证大量批次生产的产品维持稳定的质量
发明内容
本发明提供一种具有智能型化学强化炉控制方法的装置，包含一强化炉、一人工操作界面与一控制***。强化炉装有化学强化溶液，而人工操作界面用于输入强化参数及显示强化数据，该控制***用于控制强化炉的强化参数。控制***包含有一取样检测单元、一分析单元及一控制处理单元。取样检测单元进行取样检测化学强化溶液的钠离子浓度。分析单元用于根据输入的强化的相关参数及该取样检测单元测得的钠离子浓度结合预设的方程式系数分析计算出强化时间和强化温度。控制处理单元根据该分析单元所分析计算出的强化时间和强化温度来控制强化炉的强化参数。
在本发明一实施例中，强化炉中包含一化学强化溶液。透过人工操作界面输入的强化参数包含玻璃材质、玻璃厚度、所需的表面应力目标值及交换层深度目标值。控制***系透过对化学强化溶液的钠离子浓度的检测调节强化时间与温度来确保玻璃强化后的效果达到所需的表面应力目标值及交换层深度目标值。
进一步的，该控制***包含一判断单元，该判断单元判断化学强化溶液的钠离子浓度是否超过预设的界定值。
进一步的，该化学强化溶液的钠离子浓度的预设界定值为6500PPM。
在本发明的另一实施例中，提出一种智能型化学强化炉的控制方法，此方法包括以下步骤。首先输入强化参数于人工操作界面上。接着控制***的取样检测化学强化溶液的钠离子浓度，并将该化学强化溶液钠离子浓度显示在人工操作界面上。然后控制***的分析单元接收到该强化参数及该化学强化溶液的钠离子浓度，根据已设定好的方程式系数分析计算出理想的强化时间和温度。最后控制***的控制处理单元根据该化学强化温度和强化时间控制强化炉的强化参数。
进一步的，当该控制***的取样检测单元监测到化学强化溶液的钠离子浓度超出预设界定值时，该控制***的控制处理单元透过数字模拟转换指示该具有智能型化学强化炉控制方法的装置发出警报讯息。
进一步的，该化学强化溶液的钠离子浓度的预设界定值为6500PPM。
因此，本发明提出一种具有智能型化学强化炉控制方法的装置，能针对玻璃强化的参数进行自动调节监控使参数最大限度优化，以节省人力成本，精确控制强化后的表面应力值与交换层深度数值，同时保证大量批次生产的产品质量稳定。
附图说明
图1是在强化温度、时间不变条件下压应力值随钠离子浓度变化的趋势图。
图2是在不同强化温度条件下表面应力值与交换层深度的关系图。
图3是本发明一较佳实施例之具有智能型强化炉控制方法的装置。
图4是根据本发明一实施例的智能型化学强化炉的控制方法流程图。
具体实施方式
以下将详述本案的各实施例，并配合附图作为例示。除了这些详细描述之外，本发明还可以广泛地施行在其他的实施例中，任何所述实施例的轻易替代、修改、等效变化都包含在本案的范围内，并以之后的专利范围为准。在说明书的描述中，为了使读者对本发明有较完整的了解，提供了许多特定细节；然而，本发明可能在省略部分或全部这些特定细节的前提下，仍可实施。此外，众所周知的步骤或组件并未描述于细节中，以避免造成本发明不必要之限制。附图中相同或类似之组件将以相同或类似符号来表示。特别注意的是，附图仅为示意之用，并非代表实际的尺寸或数量，除非有特别说明。
本发明提供一种智能型化学强化炉的控制方法以及具有智能型化学强化炉控制方法的装置。需特别说明的是，为便于说明本发明仅提出较佳实施例作为例示，但其他符合本发明精神的替换、修改或可达到相同功能者，也属于本发明的范围。对于本领域具有一般技术者而言，本发明各方面进一步的修改与替换实施例将为显而易见。
图3是本发明一较佳实施例之具有智能型强化炉控制方法的装置。如图3所示，本发明之具有智能型强化炉控制方法的装置100包含一强化炉102、一人工操作界面108及一控制***101。强化炉102装有化学强化溶液，可用于玻璃进行化学强化。该化学强化溶液是采用高纯度的硝酸钾溶液，以钾离子与钠离子在高温之下进行置换反应，以对玻璃进行化学强化。由于钾离子较大，因此以钾离子取代玻璃表面较小的钠离子可提高玻璃表面的表面应力。人工操作界面108用于输入强化参数，包含玻璃材质、玻璃厚度、所需的表面应力目标值、交换层深度目标值。控制***101根据输入于人工操作界面108上的强化参数结合预设的方程式系数分析计算出所需的理想强化参数，透过数字模拟转换(digital to analog converter，D/A转换)控制该强化炉102之强化参数并将该理想强化参数显示于人工操作界面108上。
控制***101包含一控制处理单元104、一取样检测单元106、一分析单元110及一判断单元112。
取样检测单元106对强化炉102内的化学强化溶液进行取样并检测该化学强化溶液的钠离子浓度。分析单元110根据输入的强化参数及该取样检测单元106测得的化学强化溶液钠离子浓度结合预设的方程式系数分析计算出强化时间和强化温度并将该取样检测单元106测得的化学强化溶液钠离子浓度传送至判断单元112，控制处理单元104根据该分析单元110所分析计算出的强化时间和强化温度，透过D/A转换来控制化学强化炉102的强化参数并进行强化，同时控制强化炉102的加热开关以及强化炉102的运转以达成预定的强化温度及强化时间。判断单元112根据默认的界定值来判断强化炉102的化学强化溶液的钠离子浓度是否超过预设界定值，并将该判断结果反馈给控制处理单元104。若强化炉102的化学强化溶液中的钠离子浓度超过预定的界定值，控制处理单元104通过D/A转换指示具有智能型强化炉控制方法的装置100发出警报讯息且不输出参数于人工操作界面108，可因此确保产品质量。具有智能型强化炉控制方法的装置100通过分析单元110计算，可以最大限度优化强化参数，增加强化炉102的化学强化溶液循环使用次数。
控制***101可进一步包含所需的相关装置软硬件，例如软件程序、储存媒体、内存以执行软件程序并储存及数据参数数据。上述软件程序、储存媒体、内存及显示单元属于对于熟悉本技术领域且具一般技术者而言均可理解，而能以适合装置或软件实施且无需过度的实验或额外的努力即可达成或实施，因此一般众所周知的组件在此并未特别显示。软件程序可为任何适合且能达成本发明实施例要求的功能的软件程序。
为了得到所需的理想强化参数，适合软件可利用来进行实验设计(design ofexperiment/DOE)。使用的软件可为minitab软件，但不限于minitab软件。利用minitab软件设计出实验设计范例如表一所示。
表一
  标准序   进行序   中心点   区组 强化温度℃   钠离子浓度   强化时间   表面应力值   交换层深度
  5   1   0   1   420   4700   6
  2   2   1   1   440   1600   4
  1   3   1   1   400   1600   8
  4   4   1   1   440   7800   8
  3   5   1   1   400   7800   4
接着对实验设计结果进行公式拟合，如表二所示。
表二
将方程式系数输入软件***，同时输入相关参数及目标值并进行模拟计算，以得出理想的强化参数。
图4是根据本发明一实施例的智能型化学强化炉的控制方法流程图。请结合图3与图4所示，应用本发明具有智能型化学强化炉控制方法的装置，可实施智能型化学强化炉的控制方法，此方法包括以下步骤。首先于步骤202中，输入强化参数于人工操作界面108上；接着于步骤204中，取样检测单元106取样检测化学强化溶液的钠离子浓度，并将该钠离子浓度显示在人工操作界面108上；然后于步骤206中，分析单元110接收到该强化相关参数及该化学强化溶液的钠离子浓度，并根据已设定好的方程式系数分析计算出理想的强化时间和温度；最后于步骤208中，控制处理单元104根据该化学强化温度和强化时间控制强化炉的强化参数。
藉由人工操作界面108输入的强化相关参数包括玻璃材质、玻璃厚度、强化表面应力目标值和强化深度目标值。分析单元110进一步的将该取样检测单元106测得的化学强化溶液的钠离子浓度传送至判断单元112。判断单元112根据默认的界定值来判断强化炉102的化学强化溶液的钠离子浓度是否超过预设界定值，并将该判断结果反馈给控制处理单元。若判断单元112判断强化炉102的化学强化溶液的钠离子浓度超过预设的界定值，并将该判断结果反馈给控制处理单元104。控制处理单元104透过D/A转换指示具有智能型强化炉控制方法的装置100发出警报讯息且不输出参数于人工操作界面108，因此确保产品质量。强化炉102的化学强化溶液钠离子浓度的界定值为6500PPM(或者其他表示)。
本发明一实施例的具有智能型化学强化炉控制方法的装置与具有传统化学强化炉控制方法的装置相较，可避免人为估算强化参数造成的偏差。设定表面应力目标值及交换层深度目标值后，本发明之具有智能型化学强化炉控制方法的装置能透过对钠离子的监控自动调节强化时间与温度来确保玻璃强化后的效果达到所需的表面应力目标值及交换层深度目标值。化学强化溶液的钠离子浓度超出默认界定值后具有智能型化学强化炉控制方法的装置可自动发出警告且不输出参数，因此可保证大批次生产的产品质量稳定。通过微电脑计算，可以最大限度优化参数，增加硝酸钾溶液循环使用次数，精确控制强化后的表面应力及交换层深度数值，且节省人力成本。
以上所述仅为本发明之较佳实施例而已，并非用以限定本发明之申请专利范围；凡其他未脱离本发明所揭示之精神下所完成之等效改变或修饰，均应包含在下述之申请专利范围内。

Claims (10)

1.一种智能型化学强化炉的控制方法，其特征在于，包括：
输入强化参数于人工操作界面上；
控制***的取样检测单元取样检测化学强化溶液的钠离子浓度，并将该钠离子浓度显示于人工操作界面上；
控制***的分析单元接收到该强化参数及该化学强化溶液的钠离子浓度，根据已设定好的方程式系数分析计算出理想的强化时间和强化温度；以及控制***的控制处理单元根据该化学强化温度和强化时间控制强化炉的强化参数。
2.根据权利要求1所述的智能型化学强化炉的控制方法，其特征在于，该输入的强化参数包括玻璃材质及玻璃厚度。
3.根据权利要求1所述的智能型化学强化炉的控制方法，其特征在于，该输入的强化参数进一步包括强化表面应力目标值和强化深度目标值。
4.根据权利要求1所述的智能型化学强化炉的控制方法，其特征在于，该取样检测单元进一步监测该化学强化溶液的钠离子浓度。
5.根据权利要求4所述的智能型化学强化炉的控制方法，其特征在于，当该控制***的取样检测单元检测测到化学强化溶液中的钠离子浓度超出默认界定值时，该控制***的控制处理单元透过数字模拟转换指示具有该智能型化学强化炉控制方法的装置发出警报讯息。
6.根据权利要求5所述的智能型化学强化炉的控制方法，其中该化学强化溶液的钠离子浓度的预设界定值为6500PPM。
7.一种具有智能型化学强化炉控制方法的装置，其特征在于，包含
一强化炉，该强化炉装有化学强化溶液；
一人工操作界面，该人工操作界面用于输入并显示强化参数；以及
一控制***，该控制***用于控制强化炉的强化参数；
其中，该控制***包含有一取样检测单元，用于检测化学强化溶液的钠离子浓度；一分析单元，根据输入的强化参数及该取样检测单元检测的化学强化溶液钠离子浓度结合预设的方程式系数分析计算出强化时间和强化温度；以及，一控制处理单元，根据该分析单元所分析计算出的强化时间和强化温度来控制强化炉的强化参数。
8.根据权利要求7所述的具有智能型化学强化炉控制方法的装置，其特征在于，该取样检测单元进一步监测化学强化溶液的钠离子浓度。
9.根据权利要求7所述的具有智能型化学强化炉控制方法的装置，其特征在于，该控制***包含一判断单元，该判断单元判断化学强化溶液的钠离子浓度是否超过预设的界定值。
10.根据权利要求9所述的智能型化学强化炉的控制方法的装置，其特征在于，该预设的界定值为6500PPM。
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