CN105431386B - 在熔合拉制中对玻璃带进行冷却的方法 - Google Patents

Abstract

在融合拉制机器的拉制段中的玻璃带的受控冷却包括获得玻璃带的目标温度曲线以及在拉制段中提供至少2个端口。测量由于在每个端口的流体注入导致的玻璃带的温度变化曲线以及由于在每个端口的流体抽取导致的玻璃带的温度变化曲线。采用上述测量计算温度增益因子。通过以迭代方式采用温度增益因子来解最小二乘问题，计算每个端口的注入流体流量或抽取流体流量，以实现玻璃带的目标温度曲线。

Description

在熔合拉制中对玻璃带进行冷却的方法

相关申请的交叉参考

本申请根据35U.S.C.§119，要求2013年2月28日提交的美国临时申请系列第61/770362号的优先权。

背景技术

技术领域

本说明书一般地涉及在超高流量熔合拉制法中对玻璃带进行受控冷却。更具体地，本说明书涉及将流体注入融合拉制机器中，并在融合拉制机器中的多个位置从融合拉制机器抽取流体，以控制正在成形的玻璃带的温度曲线。

技术背景

将玻璃基材用于各种商业应用的需求正在增长。为了跟上该需求的步伐，玻璃制造工艺中的玻璃流量相应地增加。增加熔合拉制过程中的玻璃流量以降低制造成本。在熔合拉制过程中获得高的玻璃流量的一个障碍在于缺乏以受控的方式对玻璃进行冷却的能力。通常来说，已经尝试将增加拉制段的高度、改进拉制段的隔热以及提供额外的水冷却表面用于在高玻璃流量熔合拉制过程中进行受控冷却。但是，已经证明此类措施是不充分的。

在其他玻璃制造方法中使用主动空气冷却，但是其并未被用于熔合拉制过程。已经尝试从拉制段的顶部、中部或底部抽取流体(例如空气)，但是仅有有限的成功。仅在拉制段中采用抽取(即没有空气注入)增加的空气流增加了玻璃带的对流热损耗。但是，空气抽取导致拉制段的下部分的最大冷却，并且其并不总是可以实现玻璃带所需的温度曲线，例如当玻璃流量高的时候。

因此，需要对玻璃带进行冷却的替代方法。

发明内容

根据一个实施方式，提供了一种对融合拉制机器的拉制段中的玻璃带进行受控冷却的方法。该方法可包括获得玻璃带的目标温度变化曲线，以及在拉制段中提供至少两个端口。可以测量由于在每个端口的流体注入导致的玻璃带的温度变化曲线以及由于在每个端口的流体抽取导致的玻璃带的温度变化曲线。可以采用在每个端口的流体注入导致的玻璃带的温度变化曲线以及在每个端口的流体抽取导致的玻璃带的温度变化曲线来评估温度增益因子。可以通过采用温度增益因子求解最小二乘问题，来计算注入流体流量或者抽取流体流量。可以通过向每个端口施加确定的空气流，来获得与目标温度变化曲线类似的玻璃带的实际温度变化曲线。

优选地，在第一端口从所述拉制段抽取流体，以及在第二端口将流体注入到所述拉制段中。

优选地，通过所述第一端口从所述拉制段抽取的流体的流量不同于通过所述第二端口注入到所述拉制段中的流体的流量。

优选地，在最靠近所述玻璃带的根部的端口，从所述拉制段抽取流体。

优选地，在所述拉制段中提供五个或更多个端口。

优选地，注入到所述拉制段中的流体的流量以及从所述拉制段抽取的流体的流量为基线流体流量的0-18倍。

优选地，注入到所述拉制段中的流体的流量以及从所述拉制段抽取的流体的流量为基线流体流量的2-15倍。

优选地，所述基线流体流量为0.010-0.040m³/s。

优选地，通过如下计算所述温度增益因子：

其中i是端口，

T(y)是沿着所述拉制段的垂直方向的温度函数，以及

m_i是在端口i处注入或抽取的流体的质量。

优选地，通过采用方程式(2)求解最小二乘问题来计算所述注入流体流量或抽取流体流量：

F(m)＝w1.||ΔT(y)-AGain_i(y)Δm_i||+w2.||Δm_i|| (2)

其中w1和w2是重量因子，以及

ΔT(y)是要求的温度变化。

优选地，通过物理实验来进行每个端口处的由于流体注入所导致的所述玻璃带的温度变化曲线的测量以及每个端口处的由于流体抽取所导致的所述玻璃带的温度变化曲线的测量。

优选地，通过数据建模来进行每个端口处的由于流体注入所导致的所述玻璃带的温度变化曲线的测量以及每个端口处的由于流体抽取所导致的所述玻璃带的温度变化曲线的测量。

优选地，以1x的玻璃流量测量所述玻璃带的目标温度变化曲线。

优选地，以3x的玻璃流量测量所述玻璃带的实际温度变化曲线。

优选地，以4x的玻璃流量测量所述玻璃带的实际温度变化曲线。

在另一个实施方式中，提供了一种用于对融合拉制机器的拉制段中的玻璃带进行冷却的主动流体流动方案。该主动流体流动方案可包括获得玻璃带的目标温度变化曲线，以及在拉制段中提供至少两个端口。可以测量由于在每个端口的流体注入导致的玻璃带的温度变化曲线以及由于在每个端口的流体抽取导致的玻璃带的温度变化曲线。可以采用在每个端口的流体注入导致的玻璃带的温度变化曲线以及在每个端口的流体抽取导致的玻璃带的温度变化曲线来计算温度增益因子。可以通过采用温度增益因子求解最小二乘问题，来计算每个端口的注入流体流量或者抽取流体流量，以获得与目标温度变化曲线类似的玻璃带的实际温度变化曲线。可以应用每个端口各自计算的注入流体流量或者抽取流体流量。可以确定玻璃带的实际温度变化曲线与玻璃带的目标温度变化曲线之差的容差，并且可以评估玻璃带的实际温度变化曲线与玻璃带的目标温度变化曲线之差是否落在容差内。当玻璃带的实际温度变化曲线与玻璃带的目标温度变化曲线之差落在容差之外，则该方案返回到计算增益因子的步骤并继续再次进行计算步骤。当玻璃带的实际温度变化曲线与玻璃带的目标温度变化曲线之差落在容差之内，则该方案休息一段预定的时间量然后返回到评估步骤。

优选地，当所述玻璃带的实际温度变化曲线与所述玻璃带的目标温度变化曲线之差落在所述容差之内时，所述方法停止预定的时间量然后返回至评估所述玻璃带的实际温度变化曲线与所述玻璃带的目标温度变化曲线之差的步骤。

优选地，通过方程式(1)计算所述温度增益因子：

其中i是端口，

T(y)是沿着所述拉制段的垂直方向的温度函数，以及

m_i是在端口i处注入或抽取的流体的质量。

优选地，所述计算步骤包括采用方程式(2)求解最小二乘问题：

F(m)＝w1.||ΔT(y)-AGain_i(y)Δm_i||+w2.||Δm_i|| (2)

其中w1和w2是重量因子，以及

ΔT(y)是要求的温度变化。

优选地，以1x的玻璃流量测量所述玻璃带的目标温度变化曲线。

优选地，以3x的玻璃流量测量所述玻璃带的实际温度变化曲线。

在以下的详细描述中给出了本实施方式的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的本发明而被认识。

应理解的是，前面的一般性描述和以下的详细描述介绍了各种实施方式，用来提供理解要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各种实施方式的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图以图示形式说明了本文所述的各种实施方式，并与说明书一起用来解释要求保护的主题的原理和操作。

附图说明

图1示意性显示包括熔合拉制机器的玻璃制造工艺的实施方式；

图2示意性显示熔合拉制机器的拉制段；

图3显示根据一些实施方式，在拉制段中的玻璃带的温度变化曲线，其设计成对1x的玻璃流量的玻璃带的温度曲线的变化进行优化；

图4显示根据一些实施方式，在2x玻璃流量且没有任意冷却的情况下，玻璃带的温度曲线；

图5A显示根据一些实施方式的温度曲线的变化，其大致显示在抽取之后的温度曲线的变化形状；

图5B显示根据一些实施方式的温度曲线的变化，其大致显示在注入之后的温度曲线的变化形状；

图6是根据一些实施方式的主动流体流动方案的流程图；

图7显示根据实施例1，仅有流体抽取的方案以及流体注入/抽取方案的情况下，对于目标温度的玻璃带的温度曲线变化；

图8示意性显示根据一些实施方式，拉制段中的端口的位置；

图9显示在根据实施例1的7个端口***中，由于流体抽取导致的每个端口处的温度曲线的变化；

图10显示在根据实施例1的7个端口***中，由于流体注入导致的每个端口处的温度曲线的变化；

图11的柱状图显示在根据实施例1的7个端口***中，计算的仅有流体抽取的方案以及计算的流体注入/抽取方案；

图12A显示根据实施例2，1x玻璃流量的玻璃带的基线温度曲线、在没有冷却的情况下2x玻璃流量的玻璃带的温度曲线、具有流体注入/抽取冷却情况下2x流量的玻璃带的温度曲线以及仅具有流体抽取冷却情况下2x流量的玻璃带的温度曲线之间的对比；

图12B的柱状图显示在根据实施例2的2x玻璃流量的7个端口***中，计算的仅有流体抽取的方案以及计算的流体注入/抽取方案；

图13A显示根据实施例2，1x玻璃流量的玻璃带的基线温度曲线、在没有冷却的情况下3x玻璃流量的玻璃带的温度曲线以及具有流体注入/抽取冷却情况下3x流量的玻璃带的温度曲线之间的对比；

图13B的柱状图显示根据实施例2的3x玻璃流量的7个端口***中，计算的流体注入/抽取方案；

图14A显示根据实施例2，1x玻璃流量的玻璃带的基线温度曲线、在没有冷却的情况下4x玻璃流量的玻璃带的温度曲线以及具有流体注入/抽取冷却情况下4x流量的玻璃带的温度曲线之间的对比；

图14B的柱状图显示根据实施例2的4x玻璃流量的7个端口***中，计算的流体注入/抽取方案。

具体实施方式

下面详细参考本发明的实施方式，这些实施方式的例子在附图中示出。只要有可能，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或类似的部分。图1显示融合拉制机器的一个实施方式，本文中一般由附图标记100指代。

本文所用术语“流体”应该理解成包括任意气体、气体混合物、气体/液体混合物、蒸汽，或其组合，它们能够以气状方式移动通过拉制段。流体可包括但不限于，空气、氮气、硼蒸汽以及来源于玻璃制造过程的其他气体或蒸汽。

参见图1，显示示例性玻璃制造***100的示意图，其利用熔合法来制造玻璃板105。玻璃制造***100可包括熔融容器110、澄清容器115、混合容器120(例如搅拌室120)、输送容器125(例如碗125)、熔合拉制机器(FDM)140a以及移动式砧机(TAM)150。在熔融容器110中，如箭头112所示可将玻璃批料加入其中，并熔化形成熔融玻璃126。澄清容器115(例如澄清管115)可具有高温加工区域，其从熔融容器110接收熔融玻璃126(此处未显示)，在澄清容器115中，可从熔融玻璃126中除去气泡。可以使用从澄清器到搅拌室的连接管122，将澄清容器115与混合容器120(例如搅拌室120)相连。并且可以通过从搅拌室到碗的连接管127，将混合容器120与输送容器125相连。输送容器125可通过下导管130将熔融玻璃126输送进入FDM 141a中，所述FDM 141a可包括进口132、成形容器135(例如溢流槽135)以及牵引辊组件140。

如图1所示，来自下导管130的熔融玻璃126可流入导向成形容器135的入口132。成形容器135可包括开口136，所述开口136接收熔融玻璃126并可流入槽137，然后可以溢流并从两个侧面138a和138b流下(138b在138a之后，不可见)。根部139是两个侧面138a和138b汇合的位置，在此处，熔融玻璃126的两个溢流壁重新结合(例如重新熔合)，之后通过牵引辊组件140向下拉制，形成玻璃片105。根部139和牵引辊组件140之间的区域在本文中称作拉制段。在该拉制段中，根据本文的实施方式对玻璃的温度进行控制。然后TAM 150将拉制的玻璃片105切割成各个玻璃片155。

拉制段，玻璃从根部139进行拉制的位置，可以被分成3个不同区域。参见图2，玻璃带表示为虚线，拉制段的壁表示为实线。第一区域210是过渡区，在其中，玻璃从FDM的上部分(图2中未示出)转变成拉制段。拉制段的第二区域220是玻璃具有粘性性质和弹性性质的区域，从而玻璃在该拉制段的区域中可被称作粘弹性。在第三区域230中，其靠近拉制段的底部，玻璃可以是弹性的。

不同融合拉制机器的热人工产物的来源可能不同。玻璃带的热人工产物的一个潜在来源是FDM的设计，例如，如果拉制段包封壁不是由横跨拉制段的宽度的单个连续材料制造。玻璃带的热人工产物的另一个潜在来源可能是***FDM中的设备，例如***拉制段中对拉制段中的热辐射进行测量的温度测量装置。热人工产物的另一个潜在来源可能是玻璃带与拉制机器包封壁之间的不均匀间隔距离，这可能与FDM的设计相关，或者与玻璃带的厚度变化相关，所述玻璃带的厚度变化是由于例如拉制段中差的温度控制导致的。如果在玻璃带处于粘性或者粘弹性状态时，玻璃带中存在玻璃带热人工产物，则玻璃带热人工产物可能在玻璃带中诱发应力。在玻璃凝固区，诱发的应力可能被凝固在玻璃中。该凝固的诱发的应力可能表现为最终玻璃片中不合乎希望的垂直应力带。

FDM的设计(包括例如，拉制段的高度以及拉制段的隔热)被设计制造成对具体玻璃流量(下文称作1x玻璃流量)下的玻璃带的温度曲线进行优化。参见图3所示的非限制性实施方式，对于1x玻璃流量的拉制段内的优化的温度变化曲线，其从玻璃带的根部到拉制段的约为中点可具有大的温度变化。在该实施方式中，在拉制段内的温度变化不如在拉制段的约为中间处到达温度的最大变化之后那么快速。该温度曲线可以为玻璃带提供所需的应力曲线。但是，应理解的是，除了图3所示的温度曲线之外的温度曲线可以更好地适用于其他类型的工艺和其他玻璃组合物。

当玻璃流量增加，流动通过FDM的玻璃的热容量增加。由于玻璃中夹带的热量增加，玻璃带没有以其所需的速率冷却，这会导致高应力和开裂。如图4所示，在2x玻璃流量且没有任何形式的冷却的情况下，拉制段的温度曲线(显示为曲线410)从1x玻璃流量的玻璃带的基线温度曲线(显示为曲线420)向上偏移。该温度曲线的偏移可能导致玻璃带由于不充分冷却引起的应力增加和开裂。本文所揭示的方法的实施方式可以提供处于增加的玻璃流量下的拉制段内的玻璃带的温度曲线的精确控制。在一些实施方式中，可以将处于增加的玻璃流量下的拉制段内的玻璃带温度曲线(显示为曲线430)改进为与1x流量下的基线温度曲线420相同或者相似。在一些实施方式中，该方法可包括约为2x的玻璃流量或者甚至约为3x的玻璃流量。在其他实施方式中，该方法可包括约为4x的玻璃流量或者甚至约为5x的玻璃流量。

除了控制拉制段内的温度曲线，本文所揭示的方法的实施方式可用于控制流体向上流过拉制段和向下流过拉制段。可以对流动通过拉制段的流体的方向和量进行控制，以降低杂质的引入，所述杂质的引入可能会对当牵拉玻璃带通过拉制段时玻璃带的质量造成负面影响。例如，如果流体在拉制段的顶部进入并向下流动通过过渡部分210，可能在过渡区域210中存在的硼蒸汽可能随着流体向下拉动硼蒸汽通过拉制段而冷却。该硼蒸汽的冷却可能导致硼蒸汽随着玻璃带的冷却在其上冷凝，这是不合乎希望的。类似地，如果高体积的流体从拉制段的底部流动到拉制段的顶部，靠近拉制段的底部存在的固体颗粒可能会被流体携带向上通过拉制段，并沉积到粘性玻璃上。这些沉积的固体颗粒被称作污染物(onclusion)，它们是不合乎希望的。除了控制玻璃带的温度曲线，各个实施方式可以采用流体抽取和/或流体注入来控制流体向上和向下流动通过拉制段。应理解的是，对于流体注入或流体抽取来控制拉制段内的流体流动的选择的确定可不仅基于所需的温度曲线，还可基于拉制段内的流体流动以及拉制段内所需的流体流动的变化。

根据一些实施方式，从拉制段抽取流体可以提供玻璃带的温度变化，例如如图5A所示。对于流体抽取，玻璃带的温度曲线的变化可以提供靠近拉制段的底部的玻璃带的最大温度变化，这与如图3所示的所需的玻璃带的温度变化曲线并不是紧密一致的。

在一些实施方式中，将流体注入拉制段可以提供如图5B所示的玻璃带的温度曲线变化。对于流体注入，玻璃带的温度曲线的变化在注入流体的位置或者靠近注入流体的位置具有最大值。例如，在图5B中，注入流体的位置是在拉制段中比玻璃带的根部139低约125英寸的位置，因而玻璃带的温度曲线的最大变化也位于拉制段中比玻璃带的根部139低约125英寸的位置。本文所揭示的实施方式结合了流体抽取和流体注入，以当玻璃带的温度曲线偏离如图3所示的玻璃带的目标温度曲线时(例如，当玻璃流量增加到高于1x时，如下文所述)，对玻璃带的温度曲线进行控制。虽然下文涉及由于玻璃流量的增加引起的玻璃带的温度曲线的变化，本文所揭示的方法可用于对由于任意温度人工产物引起的玻璃带的实际温度曲线相对于目标温度曲线的偏移进行调节。

可以通过任意常规技术，对1x玻璃流量期间的拉制段内的玻璃带的温度曲线的变化进行测量。根据一些实施方式，玻璃带的温度曲线的变化可类似于如图3所示的曲线。在测量了1x玻璃流量的拉制段的情况下的玻璃带的温度曲线变化之后，可以确定多个用于注入流体或从拉制段抽取流体的端口。端口的数量和位置没有具体限制，并且可以基于成本和所需的拉制段内的温度曲线的控制进行确定。在一些实施方式中，可以使用较高数量的端口以提供拉制段内玻璃带的温度曲线的较好控制。在其他实施方式中，可以包括较少数量的端口，以降低成本。

在一些实施方式中，可以在拉制段的一个或多个区域包括至少两个用于注入流体或从拉制段抽取流体的端口。在一些实施方式中，拉制段可包括三个或更多个用于注入流体或从拉制段抽取流体的端口，例如四个或更多个端口。在其他实施方式中，拉制段可包括五个或更多个用于注入流体或从拉制段抽取流体的端口，或者甚至六个或更多个端口。在一些其它实施方式中，拉制段可包括七个或更多个用于注入流体或从拉制段抽取流体的端口，或者甚至八个或更多个端口。可以采用任意已知的机制将流体注入到拉制段中。在一些实施方式中，可以使用泵或加压流体将流体注入到拉制段中。可以采用任意已知的机制从拉制段抽取流体。在一些实施方式中，可以使用泵或真空源从拉制段抽取流体。

将流体注入到拉制段中或者从拉制段抽取流体的流量没有具体限制，并且取决于所需的冷却以及拉制段的其他热特性，不同的拉制段可以相互不同。在一些实施方式中，相对于流体在没有注入或抽取的情况下通过拉制段的基线流量，来测量流体注入到拉制段中或者从拉制段抽取流体的流量。例如，在没有流体注入到拉制段中或者从拉制段抽取流体的情况下，当流体移动通过拉制段(例如，从顶部到底部或者从底部到顶部)；该流体流量可被视作基线流量。在一些实施方式中，基线流体流量可以约为0.010-0.040m³/s，或者甚至约为0.015-0.035m³/s。在其他实施方式中，基线流体流量可以约为0.020-0.030m³/s，或者甚至约为0.022-0.025m³/s。但是，应理解的是，不同拉制段的基线流体流量可以变化相当大，因此，其他基线流量不落在本发明的范围之外。

不必在每个端口将流体注入到拉制段中或者从拉制段抽取流体，因而根据一些实施方式，注入到拉制段或者从拉制段抽取的流体的流量可以是零。根据其他实施方式，注入到拉制段或者从拉制段抽取的流体的流量可以与基线流体流量相同。在一些实施方式中，注入到拉制段或者从拉制段抽取的流体的流量可以约为基线流体流量的2倍、3倍或者甚至4倍。在一些实施方式中，注入到拉制段或者从拉制段抽取的流体的流量可以约为基线流体流量的5倍、6倍或者甚至7倍。在其他实施方式中，注入到拉制段或者从拉制段抽取的流体的流量可以约为基线流体流量的8倍、9倍或者甚至10倍。在其他实施方式中，注入到拉制段或者从拉制段抽取的流体的流量可以约为基线流体流量的11倍、12倍或者甚至13倍。在其他实施方式中，注入到拉制段或者从拉制段抽取的流体的流量可以约为基线流体流量的14倍、15倍或者甚至16倍。在一些实施方式中，注入到拉制段或者从拉制段抽取的流体的流量可以约为基线流体流量的17倍或者甚至18倍。

一旦确定了用于从拉制段抽取流体或者将流体注入到拉制段中的端口的数量和位置，可以测量在每个端口处由于流体注入和流体抽取导致的玻璃的温度曲线的实际变化。例如，在拉制段具有3个端口的实施方式中，可以在第一个端口，以一定的流量注入流体，该一定的流量仅仅高至足以测量该注入流量对于温度曲线变化的影响。类似地，将流体个别地注入到第二端口和第三端口中(即，一次仅将流体注入到一个端口中)，注入流量仅仅高至足以测量该注入流量对于温度曲线变化的影响。来自7个端口实施方式的注入所获得的玻璃带的温度曲线的变化的例子如图10所示，其在下文实施例中更详细讨论。在一些实施方式中，可以从第一个端口以一定的抽取流量抽取流体，该一定的抽取流量仅仅高至足以测量该抽取流量对于玻璃带的温度曲线变化的影响。类似地，在一些实施方式中，将流体个别地从第二端口和第三端口进行抽取(即，一次仅从一个端口抽取流体)，抽取流量仅仅高至足以测量该抽取流量对于玻璃带的温度曲线变化的影响。来自7个端口实施方式的抽取所获得的温度曲线的变化的例子如图9所示，其在下文实施例中更详细讨论。在一些实施方式中，可以通过在测试拉制段中注入或抽取流体实验性地获得由于进行流体注入和进行抽取所实现的玻璃带的温度曲线的这些变化。在其他实施方式中，可以通过本领域已知的计算机建模程序(包括但不限于ANSYS产生的Fluent)理论地或数值地获得由于进行流体注入和进行流体抽取所实现的玻璃带的温度曲线的这些变化。

在获得了在各个端口的流体抽取和流体注入导致的玻璃带的温度曲线的变化之后，可以通过采用如下等式对流体抽取和流体注入的影响进行线性化，来获得优化的流体对流方案。首先，温度曲线的变化可用于计算温度增益，AGain，在各个端口采用方程式(1)：

其中，i是端口，T(y)是沿着拉制段的垂直方向的温度函数，以及m_i是在端口i处注入或抽取的流体的质量。在一些实施方式中，可以通过在测试拉制段中注入或抽取空气，实验性地确定T(y)和m_i。在其他实施方式中，或者可以通过采用计算机建模软件理论地确定m_i和T(y)。一旦确定了各个端口的AGain_i，可以采用方程式(2)进行最小二乘法，来计算各个Δm_i：

F(Δm)＝w1.||ΔT(y)-AGain_i(y)Δm_i||+w2.||Δm_i|| (2)

其中w1和w2是重量因子，ΔT(y)是所要求的温度变化。重量w1和w2可以是正实数，并且可以根据玻璃组成和使用的工艺进行选择。在所有实施例中，将它们设定为0.5。在对Δm_i进行最小二乘等式(2)求极值(minimizing)之后，通过将m_i加入Δm_i，计算m_i的新的值。新获得的m_i的值可用于采用方程式(1)来计算后续AGain_i值。采用方程式(1)和方程式(2)的组合，可以对每个端口的m_i进行迭代改良，直至采用流体注入和流体抽取的玻璃带的温度曲线的实际变化与采用1x流量测得的玻璃带的温度曲线的目标变化相匹配，或者紧密近似。因此，采用该技术，当采用与1x流量相同的拉制段的玻璃流量从1x开始增加时，可以将玻璃带的实际温度曲线改进至与玻璃带的目标温度曲线相匹配。

根据一些实施方式，可以提供用于冷却FDM的主动流体流动方案。主动流体流动方案的一个实施方式如图6所示。在步骤1中，选择模型或拉制段，其设计成使得在1x的玻璃流量情况下在拉制段中玻璃带的温度曲线最优化。在步骤2中，确定选择的模型或拉制段中的温度曲线，以在拉制段中产生玻璃带的温度曲线的目标变化。在一些实施方式中，可以实验性地确定玻璃带的温度曲线的目标变化，在其他实施方式中，可以通过建模获得玻璃带的温度的目标变化。在步骤3中，进行数值实验(例如，采用计算机建模的实验)或者物理实验，以评估每个注入/抽取端口的AGain_i因子，如上文所述。在步骤4中，对于每个m_i，采用来自方程式(1)的AGain_i值，求解方程式(2)的最小二乘问题，以得到每个端口的最佳流体质量流量m_i。在步骤5中，将步骤4中计算的每个端口的流体质量流量代入模型或拉制段中。在步骤6中，确定测试拉制段或模具中所实现的玻璃带的温度变化曲线与玻璃带的目标温度变化曲线之差是否处于或者低于预定容差值，该预定容差值是在步骤2中确定的。如果步骤6中的评估的答案为“是”的话，则主动流体流动方案停止预定时间，然后返回到步骤6。预定的时间量没有具体限制，可以是例如大于或等于5秒。如果步骤6中的评估的答案为“否”的话，则主动流体流动控制方案返回到步骤3，其中再次评估新的增益因子，并用于解最小二乘法，以改良(refine)流动。

可以通过包括处理器、输入/输出硬件、网络接口硬件、数据存储组件(其储存温度变化曲线)和存储器的装置来执行主动流体控制方案。存储器可配置成易失性和/或非易失性存储器，例如可包括随机存取存储器(如SRAM、DRAM和/或任意其他类型的随机存取存储器)、闪存、寄存器、光盘(CD)、数字通用盘(DVD)和/或其他类型的非暂时存储组件。此外，存储器可配置成储存计算流体注入流量或流体抽取流量的程序(其可分别包含例如计算机程序、固件或硬件。)。

处理器可包括配置成接收和执行(例如来自数据储存组件和/或存储器的)指令的任意处理组件。输入/输出硬件可以包括监测器、键盘、鼠标、打印机、照相机、麦克风、扬声器和/或用于接收、输送和/或显示数据的其他装置。网络接口硬件可包括任意有线或无线网络硬件，例如，调制解调器、局域网端口、无线保真度(Wi-Fi)卡、WiMax卡、移动通信硬件和/或用于与其他网络和/或装置进行通讯的其他硬件。

采用本发明实施方式的主动流体控制方案，可实现对每个端口的流体质量流量进行监测，并且如果所实现的玻璃带的温度变化曲线与玻璃带的温度变化曲线之差变得太大时，进行改进。因此，通过采用空气注入/抽取方案来补偿工艺偏差，采用根据本发明实施方式的流体注入/抽取过程的温度曲线可以在熔合拉制工艺的任意给定时间始终对应于玻璃带的目标温度曲线。

实施例

通过以下实施例进一步阐述本发明的实施方式。

实施例1

实施例1显示如何改进玻璃带的温度曲线的实际变化以近似玻璃带的温度曲线的目标变化。对于拉制段，采用建模软件实验性或理论地确定玻璃带的温度曲线的变化，所述拉制段设计成使得1x玻璃流量且无冷却情况下的玻璃带的温度曲线最优化。该玻璃带的温度曲线的目标变化在图7中显示为710。在拉制段中的各个位置包括7个端口，如图8所示。在图8中，拉制段的壁显示为实线，玻璃带显示为虚线。参见图8，第一端口810位于距离根部约40英寸处，第二端口820位于距离根部约60英寸处，第三端口830位于距离根部约65英寸处，第四端口840位于距离根部约80英寸处，第五端口850位于距离根部约105英寸处，第六端口860位于距离根部约125英寸处，以及第七端口870位于距离根部约140英寸处。

测量流体抽取对于玻璃带温度曲线的影响。以约280磅/小时的速率从第一端口810抽取流体，沿着拉制段的垂直方向测量玻璃带的温度曲线的变化。所得到的玻璃带的温度曲线的变化在图9中显示为910。类似地，以约280磅/小时的速率从第二端口820抽取流体，沿着拉制段的垂直方向测量玻璃带的温度曲线的变化。所得到的玻璃带的温度曲线的变化在图9中显示为920。类似地，以280磅/小时的速率单独地从第三端口830、第四端口840、第五端口850、第六端口860以及第七端口870抽取流体，沿着拉制段的垂直方向测量玻璃带的温度的变化。所得到的温度曲线的变化在图9中分别显示为930、940、950、960和970。从图9可以看出，空气抽取导致拉制段的下部区域比拉制段的上部区域冷却得更多的玻璃本体冷却。在出口处没有观察到回流。

在抽取测量之后，测量注入室温空气对于玻璃温度的影响。以约280磅/小时的速率将室温空气注入到第一端口810中，沿着拉制段的垂直方向测量玻璃带的温度曲线的变化。所得到的玻璃带的温度曲线的变化在图10中显示为1010。类似地，以280磅/小时的速率将室温空气注入到第二端口820中，沿着拉制段的垂直方向测量玻璃带的温度曲线的变化。所得到的玻璃带的温度曲线的变化在图10中显示为1020。类似地，以280磅/小时的速率单独地将室温空气注入到第三端口830、第四端口840、第五端口850、第六端口860以及第七端口870中，沿着拉制段的垂直方向测量玻璃带的温度的变化。所得到的温度曲线的变化在图10中分别显示为1030、1040、1050、1060和1070。从图10可以看出，室温空气注入使得靠近注入点位和高于注入点位的玻璃冷却，但是其加热了拉制段的下方区域(即，最远离根部的部分)中的玻璃。预期在出口没有回流。

采用来自上文的抽取和注入测量的温度曲线变化，对于每个端口，采用方程式(1)计算AGain_i：

一旦计算了每个端口的AGain_i，采用方程式(2)进行最小二乘，以计算每个端口的m_i值：

F(m)＝w1.||ΔT(y)-AGain_i(y)Δm_i||+w2.||Δm_i|| (2)

然后将最小二乘计算获得的每个m_i导入到物理实验拉制段或软件模型中。采用计算的m_i值，再次测量每个端口的温度变化曲线。然后可以将这些新的温度变化曲线用作新的基线来计算额外的AGain_i值，然后所述额外的AGain_i值可以用于方程式(2)来进一步改良温度变化曲线。可以重复该过程，直到获得的温度变化曲线紧密匹配对1x流量优化的拉制段的温度变化曲线。采用该方法，建立了图11所示的组合的流体注入/抽取方案。在图11中，正空气流表示从拉制段抽取流体，负空气流表示将室温空气注入到拉制段中。图11还将空气注入/抽取方法与仅有抽取的方法进行对比，所述仅有抽取的方法从第一端口810以大于40磅/小时从拉制段抽取流体。如图7所示，采用注入/抽取方法的玻璃带的温度曲线的变化(显示为曲线720)能够比通过仅仅通过抽取实现的玻璃带的温度曲线的变化(显示为曲线730)更紧密地近似没有冷却情况下的1x玻璃流量得到的玻璃带的温度曲线变化(显示为曲线710)的形状。

因此，该实施例显示组合的注入/抽取冷却能够比仅抽取冷却更紧密地近似温度曲线的目标变化。具体来说，通过注入实现的玻璃带的温度曲线的变化，例如如图10所示，具有更高的自由度，使得玻璃带的温度曲线变化的定制化实现。

实施例2

采用本文所揭示以及实施例1中所示的方法，流体注入/抽取冷却可用于控制当拉制段内的玻璃流量增加时的玻璃带的温度曲线。

2x玻璃流量

通过测量设计成使得1x玻璃流量的温度曲线最优化的拉制段内的温度曲线，获得玻璃带的基线温度曲线。该基线拉制段中的流体流动是向上流过拉制段的自然流体，不是由注入或抽取引起的。基线空气流约为0.0022m³/s。玻璃带的基线温度曲线在图12A中显示为1210。

然后将拉制段中的玻璃流量增加到2x，采用上文和实施例1中所述的方法分别确定7个端口的流体流量。当计算了每个端口的流体流量，获得如图12B所示的注入/抽取方案。在图12B中，测量空气流量与玻璃流量为1x的拉制段中基线空气流量的关系(例如，图12B中y轴上的2是两倍基线空气流)。图12B中所示的正流动表示来自拉制段的流体抽取，负流动表示流体注入到拉制段中。在图12B中，通过仅在第一端口以约为3.5的速率抽取流体，来计算仅抽取的方案。图12A显示(1x玻璃流量测得的)基线温度曲线为1210，在没有任何流体冷却情况下的2x玻璃流量的温度曲线为1220，在具有采用如图12B所示的方案的流体注入/抽取冷却的2x玻璃流量的温度曲线为1230，以及仅具有流体抽取的2x玻璃流量的温度曲线为1240。如图12A所示，在没有流体冷却情况下的2x玻璃流量的温度曲线的斜率不近似基线温度曲线，这表明当玻璃流量设定为2x时，拉制段中的冷却较少。但是，注入/抽取方案和仅抽取的方案都紧密近似基线温度曲线。因此，对于2x的玻璃流量，注入/抽取方案以及仅抽取的方案可提供拉制段内的充分冷却。但是，如图12A所示，采用流体注入/抽取冷却获得的温度曲线与基线温度曲线几乎相同。这显示通过采用注入/抽取方案可以获得改进的温度控制。

3x玻璃流量

通过测量设计成使得1x玻璃流量的温度曲线最优化的拉制段内的温度曲线，获得玻璃带的基线温度曲线。该基线拉制段中的流体流动是向上流过拉制段的自然流体，不是由注入或抽取引起的。基线空气流约为0.0022m³/s。玻璃带的基线温度曲线在图13A中显示为1310。

然后将玻璃流量增加到3x，采用实施例1中所述的方法分别确定7个端口的流体流量。当计算了每个端口的流体流量，获得如图13B所示的注入/抽取方案。在图13B中，测量空气流量与玻璃流量为1x的拉制段中基线空气流量的关系(例如，图13B中y轴上的2是两倍基线空气流)。图13B中所示的正流动表示来自拉制段的流体抽取，负流动表示流体注入到拉制段中。图13A显示(1x玻璃流量测得的)基线温度曲线为1310，在没有任何流体冷却情况下的3x玻璃流量的温度曲线为1320，以及在具有采用如图13B所示的方案的流体注入/抽取冷却的3x玻璃流量的温度曲线为1330。如图13B所示，在没有流体冷却情况下的3x玻璃流量的温度曲线的斜率不近似基线温度曲线，这表明当玻璃流量设定为3x时，拉制段中的冷却较少。在3x的玻璃流量，单独的抽取无法在不使得过渡区的流动发生反转的情况下对玻璃进行充分冷却。该流动反转会加热玻璃而不是冷却玻璃，并且可能引起冷凝问题。如图13A所示，流体注入/抽取方案可用于提供与基线温度曲线几乎相同的温度曲线。因此，采用注入/抽取方案，玻璃的流量可以增加到3x，而无需改变拉制段的物理尺寸或隔热。

4x玻璃流量

通过测量设计成使得1x玻璃流量的玻璃带温度曲线最优化的拉制段内的温度曲线，获得玻璃带的基线温度曲线。该基线拉制段中的流体流动是向上流过拉制段的自然流体，不是由注入或抽取引起的。基线空气流约为0.0022m³/s。玻璃带的基线温度曲线在图14A中显示为1410。

然后将玻璃流量增加到4x，采用实施例1中所述的方法分别确定7个端口的流体流量。当计算了每个端口的流体流量，获得如图14B所示的注入/抽取方案。在图14B中，测量空气流量与玻璃流量为1x的拉制段中基线空气流量的关系(例如，图14B中y轴上的2是两倍基线空气流)。图14B中所示的正流动表示来自拉制段的流体抽取，负流动表示流体注入到拉制段中。图14A显示(1x玻璃流量测得的)基线温度曲线为1410，在没有任何流体冷却情况下的4x玻璃流量的温度曲线为1420，以及在具有采用如图14B所示的方案的流体注入/抽取冷却的4x玻璃流量的温度曲线为1430。如图14A所示，在没有流体冷却情况下的4x玻璃流量的温度曲线的斜率不近似基线温度曲线，这表明当玻璃流量设定为4x时，拉制段中的冷却较少。在4x的玻璃流量，单独的抽取无法在不使得过渡区的流动发生反转的情况下对玻璃进行充分冷却。该流动反转会加热玻璃而不是冷却玻璃，并且可能引起冷凝问题。如图14A所示，流体注入/抽取方案可用于提供与基线温度曲线几乎相同的温度曲线。因此，采用注入/抽取方案，玻璃的流量可以增加到4x，而无需改变拉制段的物理尺寸或隔热。

本领域的技术人员显而易见的是，可以在不偏离要求专利权的主题的精神和范围的情况下，对本文所述的实施方式进行各种修改和变动。因此，本说明书旨在涵盖本文所述的各种实施方式的修改和变化形式，只要这些修改和变化形式落在所附权利要求及其等同内容的范围之内。

Claims (22)

1.一种在融合拉制机器的拉制段中对玻璃带进行受控冷却的方法，该方法包括：

获得所述玻璃带的目标温度变化曲线；

测量所述拉制段中由于至少两个端口处的流体注入所导致的所述玻璃带的温度变化曲线；

测量每个所述端口处的流体抽取所导致的所述玻璃带的温度变化曲线；

采用在每个端口处的流体注入导致的所述玻璃带的温度变化曲线以及在每个端口处的流体抽取导致的所述玻璃带的温度变化曲线来评估温度增益因子；

基于所述温度增益因子通过求解最小二乘问题来计算每个端口的注入流体流量或者抽取流体流量，以通过施加计算的每个端口的注入流体流量或者抽取流体流量来获得与所述目标温度变化曲线近似的所述玻璃带的实际温度变化曲线；以及

对于每个端口，将现有流量调节为计算的注入流体流量或者抽取流体流量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在第一端口从所述拉制段抽取流体，以及在第二端口将流体注入到所述拉制段中。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，通过所述第一端口从所述拉制段抽取的流体的流量不同于通过所述第二端口注入到所述拉制段中的流体的流量。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在最靠近所述玻璃带的根部的端口，从所述拉制段抽取流体。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述拉制段中提供五个或更多个端口。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，注入到所述拉制段中的流体的流量以及从所述拉制段抽取的流体的流量为基线流体流量的0-18倍。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，注入到所述拉制段中的流体的流量以及从所述拉制段抽取的流体的流量为基线流体流量的2-15倍。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基线流体流量为0.010-0.040m³/s。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过如下计算所述温度增益因子：

<mrow> <msub> <mi>AGain</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mo>&amp;part;</mo> <mi>T</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>y</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <mo>&amp;part;</mo> <msub> <mi>m</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

其中i是端口，

T(y)是沿着所述拉制段的垂直方向的温度函数，以及

m_i是在端口i处注入或抽取的流体的质量。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，通过采用方程式(2)求解最小二乘问题来计算所述注入流体流量或抽取流体流量：

F(m)＝w1.||ΔT(y)-AGain_i(y)Δm_i||+w2.||Δm_i|| (2)

其中w1和w2是重量因子，以及

ΔT(y)是要求的温度变化。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过物理实验来进行每个端口处的由于流体注入所导致的所述玻璃带的温度变化曲线的测量以及每个端口处的由于流体抽取所导致的所述玻璃带的温度变化曲线的测量。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过数据建模来进行每个端口处的由于流体注入所导致的所述玻璃带的温度变化曲线的测量以及每个端口处的由于流体抽取所导致的所述玻璃带的温度变化曲线的测量。

13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，以1x的玻璃流量测量所述玻璃带的目标温度变化曲线。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，以3x的玻璃流量测量所述玻璃带的实际温度变化曲线。

15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，以4x的玻璃流量测量所述玻璃带的实际温度变化曲线。

16.一种对融合拉制机器的拉制段中的玻璃带进行冷却的主动流体流动方法，该主动流体流动方法包括：

获得所述玻璃带的目标温度变化曲线；

测量每个端口处的流体注入所导致的所述玻璃带的温度变化曲线；

测量每个端口处的流体抽取所导致的所述玻璃带的温度变化曲线；

采用在每个端口处的流体注入导致的所述玻璃带的温度变化曲线以及在每个端口处的流体抽取导致的所述玻璃带的温度变化曲线来评估温度增益因子；

通过采用所述温度增益因子求解最小二乘问题，来计算每个端口的注入流体流量或者抽取流体流量，以通过施加计算的每个端口的注入流体流量或者抽取流体流量来获得与所述目标温度变化曲线近似的所述玻璃带的实际温度变化曲线；

对于每个端口，将流体流量调节为计算的注入流体流量或者抽取流体流量；

确定所述玻璃带的实际温度变化曲线与所述玻璃带的目标温度变化曲线之差的容差；以及

评估所述玻璃带的实际温度变化曲线与所述玻璃带的目标温度变化曲线之差是否落在所述容差内。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，当所述玻璃带的实际温度变化曲线与所述玻璃带的目标温度变化曲线之差落在所述容差之外时，所述方法返回对增益因子进行评估的步骤。

18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，当所述玻璃带的实际温度变化曲线与所述玻璃带的目标温度变化曲线之差落在所述容差之内时，所述方法停止预定的时间量然后返回至评估所述玻璃带的实际温度变化曲线与所述玻璃带的目标温度变化曲线之差的步骤。

19.如权利要求16所述的方法，其特征在于，通过方程式(1)计算所述温度增益因子：

<mrow> <msub> <mi>AGain</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mo>&amp;part;</mo> <mi>T</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>y</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <mo>&amp;part;</mo> <msub> <mi>m</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

其中i是端口，

T(y)是沿着所述拉制段的垂直方向的温度函数，以及

m_i是在端口i处注入或抽取的流体的质量。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述计算步骤包括采用方程式(2)求解最小二乘问题：

F(m)＝w1.||ΔT(y)-AGain_i(y)Δm_i||+w2.||Δm_i|| (2)

其中w1和w2是重量因子，以及

ΔT(y)是要求的温度变化。

21.如权利要求16所述的方法，其特征在于，以1x的玻璃流量测量所述玻璃带的目标温度变化曲线。

22.如权利要求16所述的方法，其特征在于，以3x的玻璃流量测量所述玻璃带的实际温度变化曲线。