對玻璃斷裂能量進行在線測量的聲發射系統和方法

2023-07-03 23:27:26 2

專利名稱：對玻璃斷裂能量進行在線測量的聲發射系統和方法
技術領域：
本發明一般涉及玻璃製造領域，尤其涉及可檢測在玻璃板上劃線並使其斷 裂時所產生的玻璃斷裂能量(或另一種參數)的聲發射系統和方法。
背景技術：
在玻璃板上劃線並使其斷裂以除去不想要的部分是一種用於調整玻璃板 尺寸的成熟、可靠且經濟的過程。為了調整玻璃板的尺寸，用預定的力使劃線 輪在玻璃板上滾動，這在玻璃板內產生了裂紋。這種裂紋的存在能夠使玻璃板 很容易地斷裂成期望的形狀。然而，在劃線和斷裂的過程中有太多的變量可能 使劃線和切割邊質量較差。例如，劃線輪可能已磨損或者劃線壓力可能太高或 太低。這樣，若能優化劃線和斷裂過程以減少因劃線不佳而導致的缺陷並增大 恰當調整過尺寸的玻璃板的產量，則這將是值得期待的。這種需求以及其它需 求在本發明中都得到了滿足。發明內容本發明包括用於檢測在玻璃板被劃線且斷裂時所產生的玻璃斷裂能(或另 一種參數)的聲發射系統和方法。在較佳實施方式中，聲發射系統包括聲發射 傳感器、數據獲取系統以及處理器。聲發射傳感器與玻璃板對接並產生聲發射 信號，這種信號代表當玻璃板被劃線且斷裂時所產生的聲發射波形。數據獲取 系統記錄上述聲發射信號。處理器處理所記錄的聲發射信號以確定玻璃斷裂能(或另一種參數)。然後，處理器可以使用玻璃斷裂能(或另一種參數)來確 定斷裂玻璃板的邊緣質量。另外，處理器可以將玻璃斷裂能(或另一種參數) 作為反饋來使用以調節後續玻璃板的劃線和斷裂。


參照附圖，結合下面的詳細描述，可以對本發明作更完整的理解，其中 圖1是根據本發明用於檢測在玻璃板上劃線並使其斷裂時所產生的玻璃斷裂能(或另一種參數)的聲發射系統的框圖；圖2是示出了根據本發明用於檢測在玻璃板上劃線並使其斷裂時所產生的玻璃斷裂能(或另一種參數)的方法的基本步驟的流程圖；圖3是根據本發明在製造玻璃板的同時包括並使用聲發射系統的兩種不同實施方式的典型玻璃製造系統的框圖；圖4是示出了根據本發明第一實施方式的聲發射系統的基本組件的框圖； 圖5是示出了根據本發明第二實施方式的聲發射系統的基本組件的框圖；以及圖6-9用於幫助描述為證明圖5所示聲發射系統的功能而進行的三次實驗的結果。
具體實施例方式
參照圖l和2，分別示出了聲發射系統100的框圖和方法200的流程圖， 它們可用於檢測在玻璃板150被劃線且斷裂時所產生的玻璃斷裂能(或另一種 參數)。聲發射系統IOO包括一個或多個聲發射傳感器102、數據獲取系統104 以及處理器106 (計算機106)。
如圖1所示，聲發射傳感器102 (示出了一個)定位成使得它與玻璃板150 對接(圖2中的步驟202)。聲發射傳感器102產生並輸出一個或多個聲發射 信號105，這些信號代表當玻璃板150被劃線且斷裂時所產生的聲發射波形108 (圖2中的步驟204)。特別是，聲發射信號105是基於聲發射波形108的， 聲發射波形108代表了因玻璃板150的劃線和斷裂所引起的以波傳播為形式的 彈性能的自然釋放。數據獲取系統104記錄了聲發射信號105 (圖2中的步驟206)。處理器106處理所記錄的聲發射信號105，以檢測在玻璃板150被劃線 且斷裂時所產生的玻璃斷裂能110 (或另一種參數)(圖2中的步驟208)。 然後，處理器106可以使用測得的玻璃斷裂能110 (或另一種參數)來確定被 分開的玻璃板150的邊緣質量(圖2中的步驟210)。另外，處理器106可以 將測得的玻璃斷裂能IIO用作反饋以調節後續玻璃板150的劃線和斷裂(圖2 中的步驟212)。下文結合圖3-5詳細描述了典型玻璃製造系統300中所包括 的聲發射系統100的兩個不同實施方式。
參照圖3，示出了典型玻璃製造系統300的示意圖，該系統可以在製造玻 璃板150的同時還包括並使用兩種實施方式的聲發射系統100a和100b。玻璃 製造系統300包括熔化容器310、澄清容器315、混合容器320 (比如攪拌腔 320)、供給容器325 (比如供料筒325)、成形容器335 (比如均質腔(is叩ipe) 335)、拉輥組件340、水平劃線設備350、垂直劃線設備355以及兩種不同類 型的聲發射系統100a和100b。
如圖3所示，熔化容器310是引入成批玻璃材料312並使其熔化成熔融玻 璃326的地方。澄清容器315 (比如澄清管315)具有高溫處理區域，該區域 接收來自熔化容器310的熔融玻璃326 (此時未示出)並且從熔融玻璃326中 除去氣泡。通過澄清管到攪拌腔連接管322，澄清容器315便連接到混合容器 320 (比如攪拌腔320)。通過攪拌腔到供料筒連接管327，混合容器320便連 接到供給容器325。供給容器325通過降液管330將熔融玻璃326供給到入口 332並進入成形容器335 (比如均質腔335)。
成形容器335包括用於接收熔融玻璃326的開口 336，熔融玻璃326流入 料槽337，然後從料槽337中溢出再沿兩邊338a和338b向下，最後在根部339 處熔融在一起。根部339是兩邊338a和338b合在一起的地方，還是熔融玻璃 326的兩個溢流壁重新結合(比如重新熔融)的地方，最後拉輥組件340將其 向下拉出以形成玻璃板150。然後，劃線設備350水平劃線並將所拉出的玻璃 板分成不同的玻璃板150。當劃線設備350水平劃線並將所拉出的玻璃板150 分開時，第一實施方式的聲發射系統100a檢測在玻璃板150被劃線且分開時所 產生的玻璃斷裂能110a (或另一種參數)。下文參照圖4詳細描述了聲發射系 統100a。 參照圖4，該框圖示出了根據本發明第一實施方式的聲發射系統100a的基 本組件。聲發射系統100a包括一個或多個聲發射傳感器102a、數據獲取系統 104a和處理器106a(比如計算機106a)。在本實施方式中，聲發射傳感器102a (示出了一個)實際上並不接觸玻璃板150。可以看出，非接觸聲發射傳感器 102a定位成使得它在劃線設備350進行劃線並使所拉出的玻璃板150分開的位 置附近的一點處與玻璃板150對接。非接觸聲發射傳感器102a是想要的，因為 它不受玻璃製造過程中常見的高溫或震動的影響。在較佳的實施方式中，該非 接觸聲發射傳感器102a是一種雷射幹涉儀，它包括光學探頭404和雷射-超聲 波檢測器406。例如，非接觸聲發射傳感器102a可以是TENCAR所製造的被 稱為"法布裡-波羅雷射-超聲波檢測器(Fabry-Perot Laser-Ultrasonic Detector)" 的設備，或者它可以是由加拿大的國家研究理事會(NRC)的工業材料研究所 (IMI)或LAS SON所製造的設備之一 。在操作過程中，聲發射傳感器102a產生並輸出一個或多個聲發射信號 105a，這些信號基於當玻璃板150被劃線且斷裂時所產生的聲發射波形108a。 數據獲取系統104a記錄聲發射信號105a。處理器106a處理聲發射信號105a 以確定當玻璃板150被劃線且分開時所產生的玻璃斷裂能110a (或另一種參 數)。然後，處理器106a可以使用測得的玻璃斷裂能110a (或另一種參數) 以確定被分開的玻璃板150的邊緣的質量(參照圖8A-8D)。另外，處理器106a 可以將玻璃斷裂能llOa(或另一種參數)作為反饋來使用以調節後續玻璃板150 的劃線和斷裂。例如，處理器106a可以將測得的玻璃斷裂能110a (或另一種 參數)作為反饋來使用以調節水平劃線設備350中的劃線輪的劃線壓力。處理 器106a可以使用測得的玻璃斷裂能110a (或另一種參數)來檢測水平劃線設 備350內的劃線輪是否已磨損並需要更換。參照圖3，在水平劃線設備350在所拉出的玻璃板150上劃線並使其斷裂 之後，便將該切割好的玻璃板150移至製造過程中具有垂直劃線設備355的那 一部分。垂直劃線設備355用於垂直劃線並將兩端152a和152b從玻璃板150 上切下來。當垂直劃線設備355在玻璃板150上劃線並使其斷裂時，使用第二 實施方式的聲發射系統100b來檢測玻璃板150被劃線且斷裂時在壓力點502a 和502b處所產生的玻璃斷裂能110b'和110b"(或另一種參數)。下文參照圖
5A和5B詳細描述了聲發射系統100b。參照圖5A和5B，示出了根據本發明第二實施方式的聲發射系統100b的 基本組件。聲發射系統100b包括一個或多個聲發射傳感器102b、數據獲取系 統104b以及處理器106b (比如計算機106b)。在本實施方式中，聲發射傳感 器102b(示出了 8個)在兩端152a和152b處實際接觸玻璃板150，這兩端152a 和152b將要被垂直劃線設備355 (參照圖3)切割掉。從圖5A中可以看出， 玻璃基板150的一端152b位於壓板502和四個聲發射傳感器102b之間，這四 個傳感器102b附著於支撐底座504 (另一端152a也如此)。每一個聲發射傳 感器102b都可以由裝有彈簧的夾具506來支撐著。每一個裝有彈簧的夾具506 使玻璃板150的界面與聲發射傳感器102b穩定地接觸著。在較佳實施方式中， 聲發射傳感器102b是一種壓電式換能器，它能夠進行模態聲發射測量。例如， 聲發射傳感器102b可以是由DIGITAL WAVE製造的被稱為"B1025系列傳感 器"的器件。在操作過程中，聲發射傳感器102b產生並輸出一個或多個聲發射信號 105b，這些信號基於當玻璃板150被劃線且斷裂時所產生的聲發射波形108b。 數據獲取系統104b記錄聲發射信號105b。處理器106b處理聲發射信號105b 以確定當端152a和152b被劃線且分開時在玻璃板150上的點502a和502b處 所分別產生的玻璃斷裂能110b'和110b"(或其它參數)。然後，處理器106b 可以使用測得的玻璃斷裂能110b'和110b"(或其它參數)以確定被分開的玻璃 板150的邊緣的質量(參照圖8A-8D)。另外，處理器106b可以將玻璃斷裂 能110b'和110b"(或其它參數)作為反饋來使用以調節後續玻璃板150的劃線 和斷裂。例如，處理器106b可以將測得的玻璃斷裂能110b'和110b"(或其它 參數)作為反饋來使用以調節垂直劃線設備355中的劃線輪的劃線壓力。處理 器106b可以使用測得的玻璃斷裂能110b'和110b"(或其它參數)來檢測垂直 劃線設備355內的劃線輪是否己磨損並需要更換。下文所給出的討論描述了為測試第二實施方式的聲發射控制系統100b而 進行的三個實驗的結果。在一個實驗中，四個聲發射傳感器102b在裝有彈簧 的夾具506的幫助下被安裝到玻璃板150的端152b (入口端152b)上(參照 圖5A和5B)。這四個聲發射傳感器102b被標記為通道1、 2、 3和4。然後， 使用垂直劃線設備355在玻璃板150上劃線並使端152b從玻璃板150上分離 下來。在分離過程中，數據獲取系統104b接收到來自四個聲發射傳感器102b 的四個聲發射信號105b。這四個聲發射信號105b分別示出在圖6A-6D。處理器106b分析這四個聲發射信號105b並且確定四個不同的玻璃斷裂能 110b"，它們僅是聲發射信號105b中的許多參數/特徵之一。圖7表示"典型的" 聲發射信號105b中能被處理器106b測量的其它特徵/參數中的一些。這些特徵 /參數包括 檢測的時間 通道計數 信號強度 絕對能量(玻璃斷裂能110b") 振幅 能量 計數 持續時間 平均頻率 上升時間 計數-峰值在另一個實施方式中，使用聲發射控制系統100b來確定由四個不同聲發 射傳感器102b所輸出的四個不同聲發射信號105b的"絕對能量"(玻璃斷裂 能110b')和"信號強度"。處理器106b使每一對"絕對能量"和"信號強度" 相關，以確定切割好的玻璃板150的邊緣的質量(參照圖8A-8D)。在這些圖 中，應該注意到，邊緣分數越高，則玻璃板150的切割邊緣上的缺陷就越多。在另一個實驗中，使用聲發射控制系統100b，以實時和在線的方式連續地 監控7個連續的玻璃板150的劃線/斷裂過程。特別是，聲發射控制系統100b 輸出在7個不同的玻璃板150被劃線期間所產生的一系列聲發射信號105b(參 照圖9A-9F)。如上所述，這種與不同聲發射信號105b相關的數據可用作反饋， 以改進後續玻璃板150的劃線和切割工藝。應該注意到，圖9B-9F的y軸的單 位是相對的，因為該信號是電壓輸出並且可以被任意放大。對於圖6A-6D中的
y軸，情況也如此。下面便是本發明的一些特徵、優點和用途 聲發射系統ioo能夠對玻璃邊緣質量進行實時在線監控。 聲發射系統ioo能實時且在線地準確檢測玻璃分離過程中的聲波特徵波形。 聲發射系統100能利用寬帶濾波器(較佳的)或窄帶濾波器來處理聲發 射信號105。 應該理解，可以使用非接觸式聲發射系統100a來替代接觸式聲發射系 統100b，以檢測垂直劃線設備355所產生的玻璃斷裂能(或其它參數)。 應該理解，玻璃製造系統300是示例性的並且其它類型和配置的玻璃制 造系統可以包括並使用本發明的聲發射系統100和方法200。 關於利用熔融工藝生產玻璃板150的玻璃製造系統300的更多細節，請 參照美國專利3,338,696和3,682,609。這些專利的內容引用在此作為參考。儘管在附圖和上文的詳細描述中已示出了本發明的兩種實施方式，但是應 該理解，本發明並不限於所揭示的各種實施方式，而是能在不背離權利要求書 所闡明和定義的本發明的精神的情況下作出大量的重新安排、修改和替代。
權利要求
1.一種系統，包括聲發射(AE)傳感器，它能夠與玻璃板對接；所述AE傳感器還能夠產生AE信號，所述AE信號基於當玻璃板被劃線且斷裂時所產生的AE波形；數據獲取系統，它能夠記錄所述AE信號；以及處理器，它能夠處理所記錄的AE信號以獲得所記錄的AE信號中的玻璃斷裂能或另一種特徵。
2. 如權利要求l所述的系統，其特徵在於，所述AE傳感器在玻璃板被劃線 且斷裂的同時實際接觸所述玻璃板。
3. 如權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述AE傳感器是壓電換能器。
4. 如權利要求2所述的系統，還包括能夠支撐所述AE傳感器的裝有彈簧的 夾具。
5. 如權利要求l所述的系統，其特徵在於，所述AE傳感器在玻璃板被劃線 且斷裂的同時並不實際接觸所述玻璃板。
6. 如權利要求5所述的系統，其特徵在於，所述AE傳感器是非接觸式雷射 幹涉儀。
7. 如權利要求6所述的系統，其特徵在於，所述非接觸式雷射幹涉儀包括光 學探頭和雷射-超聲波波檢測器。
8. 如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述處理器還能夠處理所記錄的 AE信號中的玻璃斷裂能或另一種特徵以確定已斷裂的玻璃板的邊緣的質量。
9. 如權利要求l所述的系統，其特徵在於，所述測得的玻璃斷裂能被用作反 饋以調節後續玻璃板的劃線和斷裂。
10. 如權利要求l所述的系統，其特徵在於，所述AE信號是基於AE波形的， 所述AE波形代表了因玻璃板的劃線和斷裂所引起的以波傳播為形式的彈性能 的自然釋放。
11. 如權利要求l所述的系統，其特徵在於，所述AE信號是由寬帶濾波器來 處理的。
12. 如權利要求l所述的系統，其特徵在於，所述AE信號是由窄帶濾波器來 處理的。
13. 如權利要求l所述的系統，其特徵在於，每一個AE信號都包括玻璃斷裂 能和下列參數檢測的時間；通道計數；信號強度；振幅；能量；計數；持續時間；平均頻率；上升時間；以及計數-峰值。
14. 一種用於獲取與玻璃板的劃線和斷裂相關的信息的方法，所述方法包括 如下步驟使聲發射(AE)傳感器與玻璃板對接；當所述AE傳感器檢測到在玻璃板上劃線並使其斷裂時所產生的AE波形時， 產生AE信號；記錄所述AE信號；以及處理所記錄的AE信號以確定所記錄的AE信號中的玻璃斷裂能或另一個特徵。
15. 如權利要求14所述的方法，其特徵在於，所述對接的步驟包括當玻璃 板被劃線且斷裂時使AE傳感器實際連接到所述玻璃板。
16. 如權利要求15所述的方法，其特徵在於，所述AE傳感器是壓電換能器。
17. 如權利要求14所述的方法，其特徵在於，所述對接的步驟包括當玻璃 板被劃線且斷裂時使AE傳感器與所述玻璃板實際分開。
18. 如權利要求17所述的方法，其特徵在於，所述AE傳感器是一種包括光 學探頭和雷射-超聲波檢測器的非接觸式雷射幹涉儀。
19. 如權利要求14所述的方法，還包括如下步驟處理所記錄的AE信號中 的玻璃斷裂能或另一種特徵，以確定已斷裂的玻璃板的邊緣的質量。
20. 如權利要求14所述的方法，還包括如下步驟將測得的玻璃斷裂能用作 反饋，以調節後續玻璃板的劃線和斷裂。
21. —種玻璃製造系統，包括至少一個用於熔化成批材料並形成熔融玻璃的容器；用於接收熔融玻璃並形成玻璃板的成形裝置； 用於拉出所述玻璃板的拉動機器； 用於水平切割玻璃板並使其斷裂的第一切割機； 第一聲發射(AE)系統，包括第一AE傳感器，它能夠與玻璃板對接，還能夠基於水平切割玻璃板並使其斷裂時所產生的聲發射波形來產生第一 AE信號；數據獲取系統，它能夠記錄第一AE信號；和處理器，它能夠處理所記錄的第一 AE信號以獲得所記錄的第一 AE信號中的第一玻璃斷裂能或另一個特徵； 用於垂直切割先前切割過的玻璃板並使其斷裂的第二切割機，以及 第二AE系統，包括第二AE傳感器，它能夠與玻璃板對接，還能夠基於垂直切割玻璃板並使其斷裂時所產生的聲發射波形來產生第二 AE信號；數據獲取系統，它能夠記錄第二AE信號；和處理器，它能夠處理所記錄的第二 AE信號以檢測所記錄的第二 AE信號 中的第二玻璃斷裂能或另一個特徵。
22. 如權利要求21所述的玻璃製造系統，其特徵在於，所述第一AE傳感器 在玻璃板正被切割且斷裂的同時並不實際接觸所述玻璃板。
23. 如權利要求21所述的玻璃製造系統，其特徵在於，所述第二AE傳感器 在玻璃板正被切割且斷裂的同時實際接觸所述玻璃板。
24. 如權利要求21所述的玻璃製造系統，其特徵在於，所述第一和第二AE 信號中的第一玻璃斷裂能、第二玻璃斷裂能以及其它特徵中的至少一種被用於確定 已斷裂的玻璃板的至少一個邊緣的質量。
25. 如權利要求21所述的玻璃製造系統，其特徵在於，所述第一和第二AE 信號中的第一玻璃斷裂能、第二玻璃斷裂能以及其它特徵中的至少一種被用於調節 後續玻璃板的切割和斷裂。
26. —種用於生產玻璃板的方法，所述方法包括如下步驟 使成批材料熔化以形成熔融玻璃； 處理所述熔融玻璃以形成玻璃板；拉出所述玻璃板；水平切割所拉出的玻璃板並使其斷裂； 使用第一聲發射(AE)系統，它執行如下步驟 使第一 AE傳感器與玻璃板對接；當第一 AE傳感器檢測到在水平切割玻璃板並使其斷裂時所產生的AE波形時，產生第一AE信號； 記錄所述第一AE信號；和處理所記錄的第一AE信號以檢測所述第一AE信號中的第一玻璃斷裂能或另一種特徵； 垂直切割先前切割好的玻璃板並使其斷裂；以及 使用第二AE系統，它執行下列步驟使第二 AE傳感器與玻璃板對接；當第二 AE傳感器檢測到在垂直切割玻璃板並使其斷裂時所產生的AE波形時，產生第二AE信號； 記錄所述第二AE信號；和處理所記錄的第二 AE信號以檢測所述第二 AE信號中的第二玻璃斷裂能 或另一種特徵。
27. 如權利要求26所述的方法，其特徵在於，所述第一 AE傳感器在玻璃板 正被切割且斷裂的同時並不實際接觸所述玻璃板。
28. 如權利要求26所述的方法，其特徵在於，所述第二 AE傳感器在玻璃板 正被切割且斷裂的同時實際接觸所述玻璃板。
29. 如權利要求26所述的方法，還包括如下步驟使用所述第一和第二AE 信號中的第一玻璃斷裂能、第二玻璃斷裂能以及其它特徵中的至少一種，來確定已斷裂的玻璃板的至少一個邊緣的質量。
30.如權利要求26所述的方法，還包括如下步驟使用所述第一和第二AE信號中的第一玻璃斷裂能、第二玻璃斷裂能以及其它特徵中的至少一種，來調節後 續玻璃板的切割和斷裂。
全文摘要
本文描述了一種用於檢測當玻璃板被劃線且斷裂時所產生的玻璃斷裂能(或另一種參數)的聲發射系統和方法。在較佳實施方式中，聲發射系統包括聲發射傳感器、數據獲取系統以及處理器。聲發射傳感器與玻璃板對接並產生聲發射信號，這種信號代表當玻璃板被劃線且斷裂時所產生的聲發射波形。數據獲取系統記錄上述聲發射信號。處理器處理所記錄的聲發射信號以確定玻璃斷裂能(或另一種參數)。然後，處理器可以使用玻璃斷裂能(或另一種參數)來確定斷裂玻璃板的邊緣質量。另外，處理器可以將玻璃斷裂能(或另一種參數)作為反饋來使用以調節後續玻璃板的劃線和斷裂。
文檔編號G08B13/00GK101160607SQ200680012712
公開日2008年4月9日 申請日期2006年3月29日 優先權日2005年4月19日
發明者D-H·X·丹恩, Z·施 申請人:康寧股份有限公司