專利名稱：一種玻璃預制棒的拉伸方法
技術領域：
本發明涉及玻璃預制棒的拉伸方法，尤其是通過利用重力傳感器測量反映拉伸力的玻璃預制棒的內部張力，同時利用拉伸過程中玻璃預制棒體積不變的性質來控制玻璃預制棒的起始拉伸與收尾拉伸的玻璃預制棒的拉伸方法。
背景技術：
隨著玻璃預制棒尺寸的不斷大型化，原廣泛使用的橫向火焰延伸技術已無法滿足預制棒延伸的要求，更新型的縱向電爐延伸技術受到了廣泛的研究，并取得了快速的進展。目前，玻璃預制棒的縱向拉伸方法主要是采用上下兩個夾具對玻璃預制棒兩頭進行上下夾持，使用電爐對玻璃預制棒的有效區域進行順序軟化，依據軟化區錐面某處的直徑變化來控制上下夾
具的運動速度差而實現對玻璃預制棒的拉伸。例如96118554.6號發明專利申請中提出設定徑與測定徑的比值控制法；中國CN1159243C號發明專利說明書提出了一種玻璃預制棒兩頭錐面處的拉伸控制方法，以達到充分利用玻璃預制棒的目的。
而它們在拉伸速度的設定上都是一個經驗值， 一般是由多次延伸試驗后得到的經驗速度。且該速度需要爐體內部溫度場始終保持一個穩定的狀態。實際上，要保證錐面控制點不變，就需要玻璃預制棒的內部張力保持在某一穩定狀態，也就是玻璃預制棒的軟化區在整個拉伸過程中的溫度場是一致的。而一般情況下加熱電爐的溫控系統是保證爐體某一點的溫度穩定，從而粗略地保證爐體內部溫度場的穩定。但這不能保證玻璃預制棒軟化區內部的溫度場穩定。這樣，在玻璃預制棒吸收的熱量盈余時，玻璃預制棒內部張力減小，玻璃預制棒軟化區錐面將會上移。相反，在玻璃預制棒吸收的熱量不足時，玻璃預制棒內部張力變大，玻璃預制棒軟化區錐面將會下移。在這兩種情況下，錐面測徑點將發生飄移，從而不能準確反映
4實際需要測定處的直徑，如圖1A中對應測徑^義4的i殳定測量控制點0-0，當玻璃預制棒因吸收熱量盈余造成內部張力變小時，玻璃預制棒軟化區錐
面上移，實際測量控制點m-m將會相對設定測量控制點0-o偏下(如圖IB所示)，當玻璃預制棒因吸收熱量不足造成內部張力變大時，玻璃預制棒軟化區錐面下移，實際測量控制點n-n將會相對設定測量控制點o-o偏上(如圖1C所示)。換句話說，就是在熱平衡發生變化時，玻璃預制棒軟化區錐面的形狀和位置都將發生變化，從而影響控制精度，最終會導致拉伸后的玻璃預制棒外徑波動較大，并出現外徑沿一個方向遞增或遞減的情況。
目前的拉伸方法還存在不能充分利用玻璃預制棒的問題，由于被拉伸之前的玻璃預制棒的中間部分為直徑趨于一致的主體段2g,玻璃預制棒的上、下兩端分別具有上端夾持段2a和上端錐段2b、下端錐段2h和下端夾持段2f;由于拉伸起始階段是從對下端錐段2h的拉伸開始的，比較難控制，經常需要拉伸很大一部分預制棒成為過渡段2e后才能得到所需要的符合目標直徑的目標拉伸段2d，而在收尾階段，由于對上端錐段2b的拉伸比較難控制，因此在沒有拉伸到上端錐段2b時就停止拉伸，這樣造成了玻璃預制棒兩端很大一部分浪費，如圖2B所示，造成了上端錐段2b、上端的恒定狀態的拉伸錐段2c和過渡段2e的浪費。
發明內容
伸的起始階段和收尾階段實際測量控制點會相對設定測量控制點偏移而導致拉伸后的玻璃預制棒外徑波動較大以及不能充分利用玻璃預制棒的缺陷，提供一種通過利用重力傳感器測量反映拉伸力的玻璃預制棒的內部張力，同時利用拉伸過程中玻璃預制棒體積不變的性質來控制玻璃預制棒的起始拉伸與收尾拉伸的玻璃預制棒的拉伸方法。為此，本發明采用以下技術方案
一種玻璃預制棒的拉伸方法，是將玻璃預制棒的上端、下端分別夾持在上夾具、下夾具上進行順序加熱，利用上夾具的速度和下夾具的速度之差對該玻璃預制棒進行拉伸，在該拉伸過程中，通過調整上夾具的速度始
5終保證拉伸力的穩定性，利用測徑儀的設定控制直徑和設定點測量直徑控
制下夾具的速度，其特征是利用重力傳感器測量反映所述拉伸力的玻璃
預制棒的內部張力，同時利用拉伸過程中玻璃預制棒體積不變的性質來控制玻璃預制棒的起始拉伸階段和收尾拉伸階段。
本發明的有益效果是
通過將玻璃預制棒的張力控制在穩定狀態來保證測量控制點的前后一致性，再根據測量控制點來控制整體拉伸速度，在拉伸的起始階段與結尾階段，利用玻璃預制棒在整個拉伸過程中體積的不變性來控制拉伸速度。在對玻璃預制棒的拉伸過程中，玻璃預制棒張力的變化反應到稱重傳感器，對于不同外徑玻璃預制棒的拉伸，就不需要通過多次試驗得到拉伸速度，直接通過控制張力的穩定性來控制上夾具的運動速度；在兩端錐面的拉伸過程中，采用等體積法控制， 一方面提高了拉伸精度，另一方面提高了玻璃預制棒的利用率。
圖1A為現有縱向拉伸技術中對應測徑儀的設定測量控制點o-o的示意圖；圖IB為現有縱向拉伸技術中測徑儀的實際測量控制點m-m相對設定測量控制點o-o偏下的示意圖；圖1C為現有縱向拉伸技術中測徑儀的實際測量控制點n-n相對設定測量控制點o-o偏上的示意圖；它們揭示了實施現有縱向拉伸技術時玻璃預制棒在拉伸過程中存在的實際測量控制點相對設定測量控制點漂移的現象。
圖2A為玻璃預制棒拉伸前的形狀示意圖；圖2B所示為玻璃預制棒按照現有縱向拉伸技術拉伸后的形狀示意圖，其目標拉伸段2d較短，玻璃預制棒的利用率低；圖2C為按照本發明的方法對玻璃預制棒進行拉伸后的比較理想的形狀示意圖，其目標拉伸段2d得到了明顯的增加。
圖3為實施本發明拉伸方法所使用的拉伸裝置結構示意圖。
該拉伸裝置主要由上塔架9和下塔架7構成裝置的主體。上塔架9通過絲桿帶動上滑座10和上夾具1上下移動，下塔架7通過絲桿帶動下滑座6和下夾具5上下移動；石墨加熱爐3固定在上塔架9上，上夾具1的中心、下夾具5的中心和石墨加熱爐3的中心保持同軸；下夾具5和下滑座6固定連接；上夾具1和上滑座10通過導軌滑塊進行滑動連接；上夾具1下面安裝一個重力傳感器12，重力傳感器12通過固定板11固定到上滑座10上；石墨加熱爐3上方安裝測徑儀4a，測徑儀4a設置在上塔架9上面；石墨加熱爐3下方安裝測徑儀4，測徑儀4設置在上塔架9上面，并且位置可調；安裝控制器13,通過重力傳感器12的輸入信號控制上塔架9的絲桿電機轉速；安裝控制器8，通過測徑儀4的輸入信號控制下塔架7的絲桿電^L轉速。
圖4A所示為玻璃預制棒起始拉伸階段中的開始狀態示意圖，圖4B所示為玻璃預制棒起始拉伸階段中的結束狀態示意圖，它們揭示了在起始拉伸階段，需要滿足體積不變原則，即V(a,c)=V(al，bl)。
圖5所示為整個^i伸過程中上夾具1的速度VI和下夾具5的速度V2的變化曲線示意圖。
圖6A為用本發明的方法對玻璃預制棒進行拉伸的收尾拉伸階段的開始狀態示意圖，圖6B所示為用本發明的方法對玻璃預制棒進行拉伸的收尾拉伸階段單位時間后的上錐面拉伸狀態示意圖。它們揭示了在收尾拉伸階段，需要滿足體積不變原則，即(Vm-Vn)/A-V2-VI。
具體實施例方式
以下結合說明書附圖對本發明做進一步說明。
一種玻璃預制棒的拉伸方法，是將玻璃預制棒2的上端、下端分別夾持在上夾具1、下夾具5上進行順序加熱，利用上夾具1的速度VI和下夾具5的速度V2之差對該玻璃預制棒2進行拉伸，在該拉伸過程中，通過調整上夾具1的速度VI始終保證拉伸力F的穩定性，利用測徑儀4的設定控制直徑DO和設定點測量直徑D01控制下夾具5的速度V2,其特征是利用重力傳感器12測量反映所述拉伸力F的玻璃預制棒的內部張力，同時利用拉伸過程中玻璃預制棒體積不變的性質來控制玻璃預制棒的起始拉伸階段和收尾拉伸階段。
作為對上述技術方案的進一步完善和補充，本發明還包括以下附加的技術特征以便在實施使根據需要選用
將所述的重力傳感器12設置在上夾具1的下面，且將上夾具1滑動連接在上滑座10上。
在起始拉伸階段和收尾拉伸階段之間為穩定拉伸階段，在該穩定拉伸
階段，上夾具1的速度V1和下夾具5的速度V2分別為設定速度；在起始 拉伸階段，上夾具1的速度VI上升到其在穩定拉伸階段的設定速度V0和 下夾具5的速度V2上升到其在穩定拉伸階段的設定速度(DlVD22) VI過程 中，始終符合體積關系V(a,c)=V(al,bl),其中
Dl為拉伸前玻璃預制棒2的主體段2g的平均直徑，
D2為目標拉伸段2d的目標拉伸直徑，
a、 c為起始拉伸階段拉伸前玻璃預制棒上的兩個耳又樣點，
al、 bl為起始拉伸階段拉伸后玻璃預制棒上的對應拉伸前a、 c取樣 點的兩個取^羊點，
V (a, c)為起始拉伸階段拉伸前玻璃預制一奉上的兩個耳又樣點a、 c之間的 體積，
V(al，bl)為起始拉伸階段拉伸后玻璃預制棒上的兩個取樣點al、 bl 之間的體積。
上夾具1和下夾具5在達到穩定拉伸階段的設定速度后，按照 V1-V0+K1 (1-Fr/F0) ， V2= (Dl2/D22) Vl+K2 (D01/D0-1)的拉伸控制方法進行 拉伸控制，其中
VI為上夾具1的速度，
V0為上夾具1在穩定拉伸階段的設定速度，
Kl為影響系數，2<K1<5，
Fr為測量力，
F0為拉伸設定力，
V2為下夾具5的速度，
K2為影響系凄t， 5<K2<20,
DO為拉伸錐段2c的設定控制直徑，
D01為拉伸錐段2c的設定點測量直徑。
在收尾拉伸的控制過程中，在每單位拉伸時間內，上夾具、上夾具速 度的變化符合體積關系(Vm-Vn)/A=V2-Vl，其中Vm為收尾拉伸階段開始時上端錐段2b與目標拉伸段2d之間部分的體 積，即圖6A中兩個取樣點e、 d之間的體積，取樣點e為上端錐段2b與 上端夾持段2a的結合部位，取樣點d為拉伸錐段2c在起始拉伸階段開始 時與目標拉伸段2d的結合部位，
Vn為收尾拉伸階段結束時上端錐段2b與目標拉伸段2d之間部分的體 積，取樣點e為上端錐段2b與上端夾持段2a的結合部位，取樣點dl為 拉伸錐段2c在起始拉伸階段結束時與目標拉伸段2d的結合部位，
A為々立伸目標直徑所對應的截面積，
VI為上夾具1的速度，
V2為下夾具5的速度。
重力傳感器的位置是可調的。
上述方法，通過上夾具1和上滑座10的滑動連接，可以減少絲桿、配 重等外部因素對稱重傳感器的影響，就可以使稱重傳感器12充分反應出 玻璃預制棒2的內部張力的變化，亦即拉伸力F的變化。其整個拉伸方法 在于先利用測徑儀4a對整個玻璃預制棒拉伸部位進行測徑，得到拉伸前 玻璃預制棒2的主體段2g的平均直徑Dl，設定目標拉伸段2d的目標拉伸 直徑為D2，拉伸后目標拉伸段2d的截面積為A。根據生產經驗，在保持 電爐特定溫場的情況下，每種規格外徑的玻璃預制棒有其概定的拉伸張力 需求F0和以及對應的上夾具1在穩定拉伸P介—歐的4i伸速度VO,據此將F0 作為拉伸設定力、VO作為上夾具1在穩定拉伸階段的設定速度，因此當測 量力Fr偏離拉伸設定力F0時即通過本發明的方法控制上夾具1的實際速 度VI。
以下分別說明各個拉伸階段
起始拉伸階l殳圖4A為拉伸前狀態，b點為中心位置(通常為拉伸過 程中拉伸錐段2c與主體段2g的結合部位)，圖4B為起始拉伸階段的結束 狀態。該拉伸目標是形成穩定狀態的拉伸錐段2c，并保證該拉伸錐段2c 為后續拉伸過程中的錐段。在從圖4A拉伸至圖4B的過程中，上夾具1下 降的距離為Ll,下夾具5下降的距離為L2。根據拉伸前后體積一致性原 則(即玻璃預制棒特定段位的體積在拉伸前后的體積不變)，圖4A中ac段體積V(a，c)等于圖4B中albl段體積V(al，bl)。在測得玻璃預制棒各 點直徑后，可以得到Ll與L2的具體數值，通常情況下，此時L1/L2-(Dl2/D22),根據Ll和L2的數值及比例關系，可以擬出合適的上夾具1和 下夾具5的速度變化曲線。而最終使得V1=V0, V2=(D12/D22)*V1，如圖5 起始拉伸階段所示。
穩定拉伸階段在起始拉伸階段結束后，上下夾具的運動速度都達到 了初始設定值，即V1=V0， V2=(D12/D22)V1,改變控制公式，在測量力為 Fr的情況下，可以將上夾具1的下降速度表示為
V1-V0+K1 (1-Fr/FO) ， Kl為影響系數,牙見具體的^立神環境而定。
下夾具的下降速度可以表示為
V2=(D12/D22)V1+K2(D01/D0-1), K2為影響系數,視具體的拉神環境而 定。DO為錐面設定控制直徑，D01為錐面設定點測量直徑，如圖5穩定拉 伸階段所示。
收尾拉伸階段如圖6A、 6B所示，當中心位置b點與上端錐段2b的 大端b2點重合時，進入收尾拉伸階段。由于錐段部分單位時間的體積縮 減量等于下端拉伸量，即(Vm-Vn)/A=V2-Vl。所以當(Vm-Vn)逐漸減小到0 時，V2-V1,此時4立伸結束。
下面根據附圖對該拉伸方法進行實施實例的分析。
拉伸裝置如圖3所示。
拉伸對象如圖2A所示，拉伸之前玻璃預制棒的主體段2g外徑Dl 為100mm,有效長度為700 mm，其目標拉伸直徑D2為40mm。兩端有上端 錐段2b和下端錐段2h，兩錐段端再連接尾棒作為上端夾持段2a和下端夾 持段2f ，尾棒直徑為40,。拉伸設定力F0為2kgf ，拉伸錐段2c的設定 控制直徑DO為50mm。上夾具1在穩定拉伸階段的設定速度V0為5mm/min。
拉伸過程
將上滑座10提升到最高點，然后用上夾具1夾緊上端夾持段2a,將 上滑座10慢慢下降，利用測徑儀4a對玻璃預制棒進行預掃描，得到玻璃 預制棒2中上端錐段2b長為78mm，體積為3. 2 x I05mm3;主體段2g長度 為685mm,平均直徑Dl為98. 6，可以計算得到下夾具5的理論下降速度
10為30. 38 mm/min，體積為5. 3 x 10 mm ;下端錐段2h長度為74鵬，體積為 3. 1 x 105mm3。拉伸程序中選中玻璃預制棒的初始拉伸位置，取下端錐段2h 與主體段2g的結合處即中心位置b，上滑座IO運動到指定位置，使得爐 體加熱中心與圖4A所示的中心位置b重合。
對石墨加熱爐3進行通電，等待爐溫慢慢升高到170(TC,提升下滑座 6到一定位置，使用下夾具5夾持下端夾持段2f。啟動上下夾具的旋轉電 機，使得玻璃預制棒在爐體內轉動。
當溫度升高到1800。C的時候，進入起始^i伸階l殳。如圖4A和4B所示， 根據玻璃預制棒2的預掃描結果及拉伸前后的體積不變性原理，可以得到 上夾具1的下降距離Ll為27mm ，下夾具5的下降距離L2為58mm,在10 分鐘內將上夾具按指定速度變化曲線下降27mm,速度達到5mm/min，下夾 具5在10分鐘內下降58mm，速度達到30. 38mm/min。此時張力顯示為 2. 4kgf,控制點直徑為49. 2mm，溫度為1887°C,溫度繼續升高。改變控 制方式，改用穩定拉伸階段的控制方式，其中控制參數Kl取2.8， K2取 15。當張力顯示為2.0kgf時，停止升溫，此時溫度為1912°C。溫控系統 將石墨加熱爐測量點溫度始終保持1912°C，繼續以穩定拉伸階段的控制方 式進行拉伸。當上夾具下降的距離達到中心位置b與上端錐段2b的大端 b2重合點時，如圖6A所示，進入收尾拉伸階段。保持上夾具1下降速度 VI不變，下降65mm停止，時間為13min。下夾具5估夂減速運動，下降距 離為245mm，最終降低到5nim/min，停止拉伸。
拉伸完成后，有效長度為3964mm，有效長度上平均外徑40. 13mm,預 制棒利用率為95.8%，同規格的玻璃預制棒，相對用現有方法進行拉伸， 拉伸后的外徑波動減小了 60%以上，有效長度增加了 7%以上。
需要特別指出的是，上述實施例的方式僅限于描述實施例，但本發明 不只局限于上述方式，且本領域的技術人員據此可在不脫離本發明的范圍 內方便的進行修飾，因此本發明的范圍應包括本發明所揭示的原理和新特 征的最大范圍。
權利要求
1、一種玻璃預制棒的拉伸方法，是將玻璃預制棒(2)的上端、下端分別夾持在上夾具(1)、下夾具(5)上進行順序加熱，利用上夾具(1)的速度(V1)和下夾具(5)的速度(V2)之差對該玻璃預制棒(2)進行拉伸，在該拉伸過程中，通過調整上夾具(1)的速度(V1)始終保證拉伸力(F)的穩定性，利用測徑儀(4)的設定控制直徑(D0)和設定點測量直徑(D01)控制下夾具(5)的速度(V2)，其特征是利用重力傳感器(12)測量反映所述拉伸力(F)的玻璃預制棒的內部張力，同時利用拉伸過程中玻璃預制棒體積不變的性質來控制玻璃預制棒的起始拉伸階段和收尾拉伸階段。
2、 根據權利要求1所述的一種玻璃預制棒的拉伸方法，其特征是將所 述的重力傳感器(12)設置在所述的上夾具(1)的下面，且將所述的上 夾具(1 )滑動連接在所述的上滑座(10 )上。
3、 根據權利要求1所述的一種玻璃預制棒的拉伸方法，其特征是在所 述的起始拉伸階段和收尾拉伸階段之間為穩定拉伸階段，在該穩定拉伸階 段，所述上夾具(1)的速度(VI)和下夾具(5)的速度分別為設定速度； 在起始拉伸階段，所述上夾具(1)的速度(VI)上升到其在穩定拉伸階 段的設定速度(V0)和下夾具(5)的速度(V2)上升到其在穩定拉伸階 段的設定速度(D力D2"V1過程中，始終符合體積關系V(a,c)-V(al，bl)， 其中Dl為拉伸前玻璃預制棒(2 )的主體段2g的平均直徑， D2為目標拉伸段2d的目標拉伸直徑， a、 c為起始拉伸階段拉伸前玻璃預制棒上的兩個取樣點， al、 bl為起始拉伸階段拉伸后玻璃預制棒上的對應拉伸前a、 c取樣 點的兩個取^羊點，V (a， c)為起始拉伸階段拉伸前玻璃預制棒上的兩個取樣點a、 c之間的 體積，V(al,bl)為起始拉伸階段拉伸后玻璃預制棒上的兩個取樣點al、 bl 之間的體積。
4、 根據權利要求3所述的一種玻璃預制棒的拉伸方法，其特征是所述的上夾具(1)和下夾具(5)在達到穩定拉伸階段的設定速度后，按照 V1-V0+K1 (1-Fr/F0) ， V2=(D12/D22)V1+K2 (D01/D0-1)的拉伸控制方法進行 拉伸控制，其中VI為上夾具(1)的速度，vo為上夾具(1 )在穩定拉伸階段的設定速度，Kl為影響系數，2<K1<5,Fr為測量力，F0為拉伸設定力，V2為下夾具(5)的速度，K2為影響系數，5<K2<20，DO為拉伸錐段2c的設定控制直徑，D01為拉伸錐段2c的設定點測量直徑。
5、 根據權利要求1所述的一種玻璃預制棒的拉伸方法，其特征是在收 尾拉伸的控制過程中，在每單位拉伸時間內，上夾具、上夾具速度的變化 符合體積關系(Vm-Vn) /A=V2-VI ，其中:Vm為收尾拉伸階段開始時上端錐段2b與目標拉伸段2d之間部分的體積，Vn為收尾拉伸階段結束時上端錐段2b與目標拉伸段2d之間部分的體積，A為目標拉伸段2d拉伸目標直徑所對應的截面積， VI為上夾具(1)的速度， V2為下夾具(5)的速度。
6、 根據權利要求1所述的一種玻璃預制棒的拉伸方法，其特征是所述 的重力傳感器的位置是可調的。
全文摘要
本發明公開了一種玻璃預制棒的拉伸方法，其是將玻璃預制棒的上端、下端分別夾持在上夾具、下夾具上進行順序加熱，利用上夾具的速度和下夾具的速度之差對該玻璃預制棒進行拉伸，在該拉伸過程中，通過調整上夾具的速度始終保證拉伸力的穩定性，利用測徑儀的設定控制直徑和設定點測量直徑控制下夾具的速度，其特征是利用重力傳感器測量反映拉伸力的玻璃預制棒的內部張力，同時利用拉伸過程中玻璃預制棒體積不變的性質來控制玻璃預制棒的起始拉伸階段和收尾拉伸階段。該方法具有拉伸精度和玻璃預制棒利用率高的特點。
文檔編號C03B37/02GK101481208SQ200910096089
公開日2009年7月15日 申請日期2009年2月9日 優先權日2009年2月9日
發明者馮高鋒, 楊軍勇, 章海峰, 羊榮金 申請人:富通集團有限公司