恒定力刻线装置及其使用方法

1.一种刻线装置，该装置包括：
刻线轮;
水平线性马达/致动器（402），其构造成使所述刻线轮（400）在X方向、沿着材料板的面移动;
粗略垂直线性马达/致动器（404），其构造成使所述刻线轮（400）在Y方向、朝向所述材料板的面移动;
精细垂直线性马达/致动器（406），其构造成使所述刻线轮（400）相对于所述粗略垂直线性马达/致动器（404）进一步沿所述Y方向移动;
测距传感器（410），其构造成获得关于材料板的面的位置的位置信息，使得所述水平线性马达/致动器（402）和所述粗略垂直线性马达/致动器（404）都能移动而使所述刻线轮（400）与所述材料板的面保持基本恒定的距离，且在所述刻线轮（400）沿着材料板的面移动并对其进行刻线的同时，对所述材料板施加恒定的刻线作用力。
2.如权利要求1所述的刻线装置,其特征在于，所述材料板为弯弓形状，所述材料板与一致性凸缘装置接触，所述一致性凸缘装置也具有基本上与所述材料板的弯弓形状匹配的弯弓形状。
3.如权利要求1所述的刻线装置,所述刻线装置还包括致动器（408），其使所述刻线轮延伸。
4.一种制造玻璃板的方法，所述方法包括以下步骤：
使批料熔融，形成熔融玻璃，对所述熔融玻璃进行加工，形成玻璃板（105）;
使用熔融拉制机（141）拉制所述玻璃板（105）;
沿着凸缘装置（152）确定玻璃板（105）的路线;
使用刻线装置（154）对所述玻璃板进行刻线，所述刻线装置包括:
刻线轮（400）;
水平线性马达/致动器（402），其构造成使所述刻线轮（400）在X方向、沿着玻璃板的面移动;
粗略垂直线性马达/致动器（404），其构造成使所述刻线轮（400）在Y方向、朝向所述玻璃板的面移动;
精细垂直线性马达/致动器（406）;
致动器（408）;
测距传感器（410）;
从所述测距传感器（410）获得关于所述玻璃板的面的位置的位置信息，使用来自所述测距传感器（410）的所述位置信息来依照所述玻璃板（105）的轮廓移动所述水平线性马达/致动器（402）、所述粗略垂直线性马达/致动器（404）、所述精细垂直线性马达/致动器（406）和所述刻线轮（400）;
操作所述致动器（408）以使所述刻线轮（400）朝所述玻璃板（105）延伸；以及其中，在刻线过程中，延伸的所述刻线轮（400）与所述玻璃板（105）的面保持基本恒定的距离，且对所述玻璃板的面施加恒定的力。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述凸缘装置（152）是一致性凸缘装置，其被构造成具有基本符合所述玻璃板（105）的弯弓形状的弯弓形状。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在刻线操作结束的时候改变所述刻线轮（400）施加到所述玻璃板（105）的力。
7.一种玻璃制造系统，其包括:
至少一个用来使批料熔融并形成熔融玻璃（126）的容器（110）;
用来接受熔融玻璃并形成玻璃板（105）的成形装置（135）;
用来拉制玻璃板的熔融拉制机（141）;
移动砧机（150），其包括:
凸缘装置（152），在该凸缘装置上确定玻璃板（105）第一面的路线;
一种刻线装置（154），该装置包括：
刻线轮（400）;
水平线性马达/致动器（402），其构造成使所述刻线轮（400）在X方向、沿着玻璃板（105）的第二面移动;
粗略垂直线性马达/致动器（404），其构造成使所述刻线轮在Y方向、朝向所述玻璃板（105）的第二面移动;
精细垂直线性马达/致动器，其构造成使所述刻线轮（400）相对于所述粗略垂直线性马达/致动器进一步在所述Y方向移动；
致动器（408），其构造成使所述刻线轮（400）朝所述玻璃板（105）延伸；
测距传感器（410），其构造成获得关于玻璃板第二面的位置的位置信息，这样所述水平线性马达/致动器、所述粗略垂直线性马达/致动器和所述致动器都可以移动，使得所述刻线轮与所述玻璃板（105）的第二面保持基本恒定的距离，且在所述刻线轮（400）沿着玻璃板的第二面移动并对其进行刻线的同时，对所述玻璃板施加恒定的刻线作用力。
8.如权利要求7所述的玻璃制造系统，其特征在于，所述凸缘装置（152）是一致性凸缘装置，其被构造成具有基本上与所述玻璃板（105）的弯弓形状匹配的弯弓形状。

恒定力刻线装置及其使用方法\n[0001] 相关申请的交叉参考\n[0002] 本申请涉及2007年5月9日提交的题为″用来在制造玻璃板的时候减少玻璃板中的移动和应力的一致性凸缘装置(Conformable Nosing Devicefor Reducing Motion and Stress Within a Glass Sheet While Manufacturing theGlass Sheet)″的美国专利申请第11/801,213号，该专利内容特此参考结合入本文中。\n技术领域\n[0003] 本发明涉及一种刻线装置，此种刻线装置在对一块材料刻线的时候施加恒定的作用力，因此划过线的这块材料中刻线质量(或者裂口深度)是一致的。在一个实施方式中，这块材料是弯弓形玻璃板，该玻璃板用一致性凸缘装置支承，所述凸缘装置被构造成具有基本上与玻璃板的弯弓形状匹配的弯弓形状。\n背景技术\n[0004] 包括刻线轮的刻线装置通常被用于玻璃工业中，对玻璃板进行刻线，这样玻璃板可以按所需形状断开。目前用来对玻璃板进行刻线的一种示例性的刻线装置包括安装在滚珠轴承枢轴上的刻线轮，所述枢轴固定在轴上，所述轴又安装在线性致动器(气缸)上，所述致动器使刻线轮朝着玻璃板移动，这样使其可以沿玻璃板的面进行拉动和刻线。这种特殊刻线装置的一个问题是，当刻线轮沿着玻璃板的面移动的时候，由于玻璃板厚度、玻璃板平面度以及玻璃板位置的变化，刻线轮与玻璃板之间的刻线压力会发生变化。这会造成在玻璃板中沿着刻线的刻线质量(例如裂口深度)不一致和刻线作用力会变化。如果刻线作用力过高，则会在玻璃板中沿着刻线产生横向裂纹(或碎屑)。如果刻线作用力过低，则可能会产生裂口损失，这会对划过线的玻璃板的分离带来负面影响。这种特定的刻线装置的另一个问题是，在刻线轮朝着玻璃板表面移动并最初与玻璃板表面接触的位置，会由于线性致动器(气缸)的“刀刃切入(cutter in)”移动而产生大的玻璃碎屑。存在这些大的玻璃碎屑会对刻线轮在玻璃板上的旋转造成负面影响。因此，人们需要一种新的刻线装置，这种新的装置能够解决这些缺陷以及与该特殊刻线装置以及公知的其它刻线装置有关的其它缺陷。通过本发明的刻线装置和刻线方法可以满足这些需要和其他的需要。\n[0005] 概述\n[0006] 本发明提供了一种刻线装置，这种装置能够在对玻璃板进行刻线的同时施加预先设定并且调节的刻线作用力，因此在划过线的玻璃板中刻线质量(或裂口深度)是一致的。\n在一个实施方式中，所述刻线装置包括，(a)刻线轮；(b)水平线性马达/致动器，其使刻线轮在X方向、沿着玻璃板的面移动；(c)粗略垂直线性马达/致动器，其使刻线轮在Y方向、朝向玻璃板的面移动；(d)精细垂直线性马达/致动器(或者音圈致动器(voice coil actuator))，其使刻线轮在Y方向移动到更加靠近玻璃板的面；以及(e)测距传感器。在操作中，所述测距传感器工作，得到关于玻璃板面上的位置的位置信息，这样水平线性马达/致动器、粗略垂直线性马达/致动器和精细垂直线性马达/致动器可以移动，使得刻线轮与玻璃板的面保持基本恒定的距离，由此使得当刻线轮沿着玻璃板的面移动并进行刻线的时候，所述刻线轮可以延伸以施加基本恒定的刻线作用力。另外，本发明还提供了一种使用所述刻线装置制造玻璃板的玻璃制造系统以及方法。\n[0007] 附图简要说明\n[0008] 参照以下结合附图的详细描述，可以更完整地理解本发明，附图中：\n[0009] 图1是使用根据本发明的刻线装置的示例性玻璃制造系统的示意图；\n[0010] 图2是根据本发明的刻线装置的基本部件的方框图；\n[0011] 图3A-3E是正在使用根据本发明的刻线装置进行刻线的时候玻璃板所能具有的一些不同形状的图；\n[0012] 图4是根据本发明第一个实施方式构造的刻线装置的透视图；\n[0013] 图5是当具有30毫米的弯弓形状的Gen6玻璃板使用图4所示的根据本发明的刻线装置，以1米/秒的速度进行刻线的时候，所得到的恒定和合乎需要的裂口深度(μm)的图；\n[0014] 图6是根据本发明第二个实施方式构造的刻线装置的透视图；\n[0015] 图7更详细地显示了在根据本发明一个实施方式，在图6所示的刻线装置中，如何将音圈致动器与刻线轮相连的方框图。\n[0016] 详细描述\n[0017] 参见图1，图1是使用根据本发明的刻线装置154的示例性玻璃制造系统100的示意图。所述玻璃制造系统100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(例如滚筒(bowl)125)，熔融拉制机(FDM)141以及移动式砧机(TAM)150。在熔融容器110中，如箭头112所示将玻璃批料加入其中，熔融形成熔融玻璃\n126。所述澄清容器115(例如澄清管115)具有高温加工区域，其接受来自熔融容器110的熔融玻璃126(此处未显示)，并从熔融玻璃126中除去气泡。通过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。通过从搅拌室到滚筒的连接管127，将所述混合容器120与输送容器125相连。\n[0018] 所述输送容器125通过下导管130将熔融玻璃126送入FDM 141中，所述FDM141包括进口132，成形容器135(例如溢流槽(isopipe)135)以及牵引辊组件140。如图所示，来自下导管130的熔融玻璃126流入进口132中，由该进口进入成形容器135(例如溢流槽\n135)。所述成形容器135包括开口136，用来接受熔融玻璃126，使熔融玻璃126流入槽137中，然后从两个侧面138a和138b溢流并沿着这两个侧面向下流动，然后在被称为根部139的位置熔合在一起。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)，然后通过牵引辊组件140向下拉制，形成玻璃板\n105。\n[0019] 所述牵引辊组件140将拉制的玻璃板105(在该工艺中此处的玻璃板具有弯曲的/弯弓形的形状)送到TAM150，所述TAM150包括一致性凸缘装置152和刻线装置154，这些装置用来对弯弓形的玻璃板105进行刻线，并将其分割成不同的各块玻璃板105。所述一致性凸缘装置152设置成具有基本上与玻璃板105的弯弓形状匹配的弯弓形状(见图1中所示的TAM150的放大顶视图)。然后使所述一致性凸缘装置152移动，以约束弯弓形玻璃板\n105的一个面，然后刻线装置154使刻线轮156延伸，在弯弓形玻璃板105的裸露面上进行刻线(关于一致性凸缘装置152的结构和作用的详细讨论，请参见上述美国专利申请系列号第11/801,213号)。刻线之后，弯弓形玻璃板105朝着垂直于弯曲表面的方向弯曲并分离，形成图中显示位于TAM150下方的较小的玻璃板105。下面对于图2-7提供了关于刻线装置154的基本部件和基本作用的详细讨论。\n[0020] 参见图2，该图显示了刻线装置154的基本部件，图中显示，该刻线装置的位置在所述弯弓形玻璃板105附近，所述弯弓形玻璃板用所述一致性凸缘装置152支承。所述刻线装置154包括：(1)刻线轮200；(2)水平线性马达/致动器202(其使刻线轮200在X方向、沿玻璃板105的面移动)；(3)垂直线性马达/致动器204(其使刻线轮200在Y方向、朝向玻璃板105移动)；以及(4)测距传感器206。在操作中，所述测距传感器206(例如激光传感器206)在刻线过程中得到关于玻璃板105面上的位置的位置信息，将该位置信息提供给计算机/控制器208。所述计算机/控制器208命令水平线性马达/致动器202和垂直线性马达/致动器204都移动，这样刻线轮200依照弯弓形玻璃板105的轮廓移动。同时，计算机/控制器312命令装置210(例如低磨擦性气动致动器210，音圈致动器210)使刻线轮200延伸，因此，在刻线轮在玻璃板105的面上移动并进行刻线的同时，该刻线轮可施加基本恒定的刻线作用力(注：恒定的刻线作用力可以通过优化刻线轮156的寿命而有助于减少生产中的浪费)。\n[0021] 在此实施例中，图中显示用刻线装置154对用一致性凸缘装置152支承的弯弓形玻璃板105(正性钟形玻璃板105，在Gen 5玻璃板105的情况下是常见的)进行刻线，所述一致性凸缘装置152的形状调整到基本上与所述弯弓形玻璃板105的形状相匹配。或者，所述玻璃板105可以具有制造过程中的许多种形状中的任意一种，可以对一致性凸缘装置\n152进行调整，使其形状对应于玻璃板105的特定形状。例如，所述一致性凸缘装置152具有固定可伸长元件214的阵列的端部中的一个的支架212，对所述可伸长元件214进行调整，使得挠性梁216(其上施加凸缘材料(nosing material)218)具有以下任意一种外形：\n(1)负性钟形(见图3A-这种形状在Gen 5玻璃板105的情况下是常见的)；(2)S-形(见图3B-这种形状在Gen 7玻璃板105的情况下是常见的)；(3)M-形(见图3C-这种形状在Gen 7玻璃板105的情况下是常见的)；(4)W-形(见图3D-这种形状在Gen 7玻璃板105的情况下是常见的)；以及平坦形状(见图3E-这种形状在基本平坦的凸缘装置上对玻璃板105刻线的情况下是常见的)(注1：非常大的GEN玻璃板，即8，9，&10，发生“S”，“W”，“M”弯曲的倾向增大，这些玻璃板可以很容易地用恒定力刻线装置154刻线)(注2：因为恒定力刻线装置154可以允许在启动过程中遇到的各种玻璃形状，因此可以缩短制造大GEN玻璃板的启动时间)(注3：在将来的应用中，可以使用所述恒定作用力刻线装置154对弯曲程度大于目前观察到的常规弯曲的特殊的弯曲玻璃容易地进行刻线)。\n[0022] 参见图4，该图更详细地显示了根据本发明第一个实施方式构造的示例性刻线装置154a的基本部件(注：图中没有显示玻璃板105，但是应当理解在正常操作条件下，玻璃板105的位置应当在刻线装置154a上的刻线轮400前方)。该示例性的刻线装置154a包括：(1)刻线轮400；(2)水平线性马达/致动器402(其使刻线轮400在X方向、沿着玻璃板\n105的面移动)；(3)粗略垂直线性马达/致动器404(其使刻线轮400在Y方向、朝向玻璃板105移动)；(4)精细垂直线性马达/致动器406(其使刻线轮400在Y方向移动，因而使该刻线轮更加靠近玻璃板105)；(5)低磨擦气动致动器408(其使刻线轮400延伸，这样在刻线轮对玻璃板105的面刻线的同时，刻线轮能够施加基本恒定的刻线作用力)；以及(6)测距传感器410。可以看到，这些部件400，402，404，406，408和410都安装固定在机构412上。\n[0023] 在操作中，所述测距传感器410(例如激光传感器410)在刻线过程中得到关于玻璃板105面上的位置的位置信息，将该位置信息提供给计算机/控制器414(注：所述激光传感器410可以由KEYENCE公司制造(型号KEYENCE-LKG系列)。然后计算机/控制器\n414命令水平线性马达/致动器402，粗略垂直线性马达/致动器404和精细垂直线性马达/致动器406都移动，这样刻线轮400依照弯弓形玻璃板105的轮廓移动(注：所述粗略垂直线性马达/致动器404可以由SMC公司制造(型号SMC-MXS20-50A)，所述精细垂直线性马达/致动器406可以由帕克哈尼芬公司(Parker HannifinCoporation)制造(型号PARKER-MX80L-TO4))。同时，所述计算机/控制器414命令低摩擦气动致动器408使刻线轮400延伸，使得在刻线轮400在玻璃板105的裸露面上移动并刻线的时候，刻线轮能够施加基本恒定的刻线作用力(注：所述低摩擦气动致动器408可以由AIRPOT公司制造(型号AIRPOT-915U))。图5显示了当使用刻线装置154a、以1米/秒的速度在30毫米的弯弓形Gen6玻璃板105(用一致性凸缘装置152支承)上刻线的时候，得到一致和合乎需要的裂口深度(微米)(注：当未使用恒定刻线装置154a的时候，则在划过线的玻璃板中观察到显著的裂口深度变化)。\n[0024] 参见图6，该图更详细地显示了根据本发明第一个实施方式构造的示例性刻线装置154b的基本部件(注：图中没有显示玻璃板105，但是应当理解在正常操作条件下，玻璃板105的位置应当在刻线装置154b上的刻线轮600前方)。该示例性的刻线装置154b包括：(1)刻线轮600；(2)水平线性马达/致动器602(其使刻线轮600在X方向、沿着玻璃板105的面移动)；(3)粗略垂直线性马达/致动器604(其使刻线轮600在Y方向、朝向玻璃板105移动)；(4)音圈致动器606(其作用类似精细垂直线性马达/致动器，使刻线轮\n600在Y方向移动，因而使其可以更加接近玻璃板105，还有以下作用，使刻线轮600延伸，因而在刻线轮对玻璃板105的面刻线的同时，刻线轮能够施加基本恒定的刻线作用力)；以及(5)测距传感器608。可以看到，这些部件600，602，604，606和608都安装固定在机构\n610上。\n[0025] 在操作中，所述测距传感器608(例如激光传感器608)在刻线过程中得到关于玻璃板105面上的位置的位置信息，将该位置信息提供给计算机/控制器612(注：所述激光传感器608可以由KEYENCE公司制造(型号KEYENCE-LKG系列)。然后计算机/控制器612命令所述水平线性马达/致动器602，粗略垂直线性马达/致动器604和音圈致动器606都移动或者操作，这样刻线轮600依照弯弓形玻璃板105的轮廓移动(注：所述粗略垂直线性马达/致动器604可以由SMC公司制造(型号SMC-MXS20-50A)，所述音圈致动器606可以由SMAC有限公司制造，型号为SMAC-LAL95-50-53))。同时，所述计算机/控制器612命令音圈致动器606使刻线轮600延伸，使得刻线轮在玻璃板105的裸露面上移动和刻线的同时，刻线轮能够施加基本恒定的刻线作用力。\n[0026] 参见图7，其是截面方框简图，更详细地显示了如何将音圈致动器606与根据本发明的刻线轮600相连的例子。在此实施例中，音圈致动器606具有从中伸出的第一轴702，其一端704固定于第二轴708固定于其中联接器706中，所述第二轴708具有第一端710，第一端710的一部分被空气刷枢轴712包围，所述第二轴708具有第二端714，在第二端714上连接了轴承716，该轴承716又与刻线轮600相连。所述轴承716(例如宝石轴承716)的作用是为刻线轮600提供低摩擦而耐磨的支承。\n[0027] 如图所示，音圈致动器606在垂直于玻璃板105的表面的方向使刻线轮600移动。\n所述音圈致动器606还使用速度控制伺服机构以确保刻线轮600柔和地落在玻璃板105上。这有助于消除最成问题的大玻璃碎屑，当刻线轮600穿透玻璃板105的时候，就会产生这样的大玻璃碎屑。一旦刻线轮600穿透了玻璃板105，音圈致动器的控制就会转变为作用力控制模式，在刻线轮600对玻璃板105刻线的同时保持基本恒定的刻线作用力。另外，在刻线操作结束的时候，音圈致动器606还可以使得刀刃作用力变化(向上或向下)以确保产生合适的恒定的裂口，以有助于裂纹的扩展。\n[0028] 这种设置还使用空气刷枢轴712(例如多孔的石墨空气刷枢轴712)，其允许第二轴708在与切割方向平行的平面内自由地转动，以便有助于避免在刻线过程中出现任何过度约束。在此实施方式中，使用停止销718限制该枢轴发生+/-10度的运动。另外，所述空气刷枢轴712提供了非常坚硬的零摩擦枢轴，此枢轴是自清洁的(由于提供了正压的压缩空气)，因此有助于减少会带来问题的静摩擦，当刻线轮600粘附在玻璃板105上的时候，会发生静摩擦(注：如果需要的话，所述音圈致动器606可以具有作用力反馈系统，该系统可以帮助操作者追踪和分析玻璃板105中的带特性(例如形状、移动等)的变化)。\n[0029] 通过上文，本领域技术人员应当容易理解，玻璃制造系统100可以结合和使用能够在刻划玻璃板105(例如弯弓形玻璃板105，平坦玻璃板105)的时候施加恒定作用力的刻线装置154。另外，应当理解任何种类的拉制熔融玻璃制造玻璃板的玻璃制造系统都可以结合和使用所述刻线装置154。实际上，所述刻线装置154除了可以用来对玻璃板进行刻线以外，还可以用于对其它种类的材料进行刻线，例如有机玻璃板等。因此，本发明的刻线装置\n154不应被视为以有限的方式使用。\n[0030] 虽然参照附图以及前面的详细描述说明了本发明的一些实施方式，但是应理解，本发明不限于揭示的实施方式，在不偏离由以下权利要求书限定的本发明的精神的情况下本发明能够进行各种重新配置、调整和替换。