續(xù)芯如 陳兆民 馮建業(yè) 陳福

（1.秦皇島玻璃工業(yè)研究設計院有限公司 秦皇島 066001；2.河北省玻璃節(jié)能減排技術創(chuàng)新中心 秦皇島 066001；3.河北省企業(yè)技術中心 秦皇島 066001）

0 引言

平板玻璃的生產需要對原料的熔化、澄清、冷卻、成形、退火、裁切等的全過程進行生產控制。為保證成品玻璃的質量，實時獲取從退火窯拉引出來的玻璃的厚度和應力數值，并快速反饋至生產控制系統使其能針對性地調整玻璃成形工藝，生產線冷端玻璃應力和厚度的在線檢測非常必要。

為了保證玻璃使用時的安全，其殘余內應力和厚度偏差要控制在合理范圍內?；诖耍O計開發(fā)了玻璃生產線冷端玻璃應力與厚度在線檢測系統及檢測方法。

1 冷端應力與厚度在線測量系統組成及功能分析

玻璃生產線冷端應力與厚度在線測量系統設計了一種連續(xù)自動測量玻璃厚度、應力及其分布的方法，該測量系統是一種無損檢測系統。系統由應力監(jiān)測單元，厚度檢測單元，傳動單元，控制單元組成。

利用Senarmont法測量應力，數據反饋給退火窯，便于快速調整參數，減少玻璃炸裂帶來的成品率下降。厚度測量數據反饋給錫槽成形控制單元，能夠快速調整成形參數，以減少不符合厚度要求產品，提升成品率，提高生產效率。智能綜合處理系統將各類數據信號傳輸到綜合處理系統，通過數據計算驗證、對比，并將數據傳輸反饋給成形、退火工段，實現快速調整，同時將穩(wěn)定生產的厚度、應力、板寬、速度、溫度等信號通過數據傳輸調整單元傳輸到中央控制室，并在中控室進行顯示，以調整生產工藝參數，滿足其整體性參數控制要求。其網絡架構如圖1所示。

圖1 應力、厚度在線測量系統網絡架構

測量裝備距離退火窯出口0.5～2 m，既能盡快反應厚度數據，又能使裝置附近的溫度不至于過高，影響測量裝置的精度，同時測量支架還需要有一定的強度和小的彎曲度，保證應力和厚度測量裝置的水平，使測量裝置和玻璃帶處于平行狀態(tài)，減少裝置對測量的影響。

2 工作原理

2.1 在線應力測量原理

玻璃板在退火時由于溫度差異會存在應力，設置與檢測光源一致的參考光源，通過測定透射一定厚度玻璃帶的單色光束偏振面的旋轉角來實現玻璃應力的測量。將測量信號和基準信號處理后，獲得測量信號與基準信號之間的相位差，將相位差轉化為電壓值，經高精度A/D轉換，所采集的值由顯示器和數字表顯示，且數據存儲于工業(yè)控制計算機中，這就是所要測量玻璃的綜合應力。在冷卻區(qū)板寬方向上存在著溫度差，這一溫差使玻璃產生暫時應力。使用高分辨率快速反應的紅外測溫儀連續(xù)測出板寬方向上的溫度變化，根據熱彈性原理即可計算出玻璃的暫時熱應力。將測得的數據反饋給退火窯，調整參數，減少玻璃炸裂。應力值顯示可分為數字表數字顯示和計算機屏幕曲線顯示。應力測量原理見圖2。

圖2 應力測量原理

2.2 厚度測量原理

彩色共焦位移傳感器發(fā)射一束白光，經過光筆上的棱鏡，生成沿著Z軸連續(xù)的不同顏色的單色光，其中一個特定波長的單色光聚焦在物體表面，這束單色光通過針孔濾波光譜儀反射回傳感器，分析這束光的波長，從而計算目標所在的位置，如圖3所示。

圖3 厚度測量原理

彩色共焦成像基于兩個原則：共焦成像，光軸的色差編碼。

（1）共焦裝置是光學系統在物體表面生成點源S的像S'的一種光學裝置。背散射的光由相同的光學系統收集，將光斑成像在一個針孔S''上。針孔被放置在光電探測器的前面。它過濾能到達光電探測器的光線，因此也被稱為“空間過濾器”。共焦裝置的特點是具有特殊的信噪比。對于CCI，光學系統是彩色光筆，光電探測器是分光計。

（2）光軸的色差編碼意味著光學系統具有軸向色差：每個波長沿著該軸聚焦在不同的點上。假設一個樣品存在于色差編碼范圍內，使得波長l0聚焦在它的表面上。當反射（或背散射）光束到達針孔平面時，波長上的光線聚焦在針孔上，穿過針孔到達分光計的敏感區(qū)。其他波長被成像為大斑點，因此被針孔阻擋。光譜儀通過識別波長l0來“解碼”樣品位置。

該系統跟隨傳動系統在運動的平板玻璃上方做定時往復運動。厚度測量數據反饋給錫槽成形，快速調整成形參數，減少不符合厚度要求產品，提升成品率，提高生產效率。玻璃厚度及參數可在計算機屏幕曲線顯示。

3 冷端應力與厚度測量對玻璃質量的影響

3.1 應力對玻璃質量的影響

玻璃的強度受到玻璃應力的直接影響，如：以熱鋼化或化學鋼化增加玻璃的表面壓應力，從而使玻璃的強度增加。但熱應力過大引起玻璃的熱炸裂；玻璃受到機械沖擊力或撞擊力而產生的機械應力過大使玻璃受擊破裂；玻璃內部應力過大導致玻璃自爆。玻璃的應力與強度有著密不可分的關系。

①平面應力：由退火窯橫向溫度不均引起，各種在線應力儀均可測出。其大小與玻璃帶降溫速度（退火窯長度）無關，僅取決于玻璃板橫向溫度分布。平面應力對玻璃帶掰斷、掰邊影響很大。掰斷去邊之后，平面應力大部分消失，對玻璃進一步加工影響很小。相對于厚玻璃而言，由平面應力引起的主要問題是多缺角以及劈邊、白渣等。

②厚度應力：即端面應力，由玻璃表面與板芯在冷卻時產生的溫度差引起。其大小由退火窯長度決定，在退火窯長度一定時，各區(qū)的進出口溫度即冷卻速度直接決定了應力的大小。厚度應力不但對玻璃一次生產有影響，而且對后續(xù)深加工也有很大影響，是玻璃產品出廠質量的一項重要指標。厚度應力對厚玻璃生產的影響主要是糖狀物；對深加工的影響主要有不易切割、鋼化炸爐等。

3.2 厚度測量對玻璃質量的影響

傳統應力與厚度測量是采用人工測量的方式，該方法會由于人為因素造成測量偏差，無法固化控制制度，不僅費用高，而且費時費力?，F有技術中應力常用的補償法需要測量偏振旋轉角度或補償器移動距離，可靠性差、測量精度低。厚度采用玻璃徹底冷卻后再檢測的方法，導致玻璃厚度測量反饋信號滯后玻璃厚度控制系統至少40 min甚至更長時間，造成生產損失。

3.3 冷端應力與厚度測量系統應用前后數據對比

應力測量范圍：±90°應力角，玻璃帶最大板速1000 m/h，測量其原板寬3850 mm，玻璃厚度：1.0 mm，玻璃表面溫度90 ℃左右，玻璃綜合應力范圍為±4 MPa，產品應力指標符合平板玻璃標準要求。

厚度測量范圍：0.2～19 mm，測量精度：±0.03 mm，玻璃原板寬度范圍：1000～5200 mm，某電子玻璃生產線實際測量厚度1.1 mm，測量精度±0.015 mm，滿足平板玻璃檢測要求。不同厚度應用情況見表1。

表1 應用前后應力厚度測量數據對比

4 結語

冷端應力與厚度測量系統的應用更好地為玻璃生產企業(yè)的節(jié)能減排工作提供新的技術支撐，減少了生產損失，提升了玻璃成品率。實現生產和調整的智能化，為企業(yè)節(jié)約生產成本，對企業(yè)的自動化和精細化管理能力均有提升，技術指標滿足生產要求，設備運行安全可靠。對優(yōu)化平板玻璃產業(yè)結構，推動浮法玻璃、太陽能光伏玻璃、硼硅玻璃行業(yè)技術進步具有重要意義。