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科技小数据|虚拟量测技术在电子玻璃缺陷预测中的应用


虚拟量测由于成本低、部署快、收效明显 ， 已经在半导体、光电、能源、化工行业得到了大量的应用 。

科技小数据|虚拟量测技术在电子玻璃缺陷预测中的应用
本文插图

01
背景
手机、平板等电子产品的普及 ， 造成关键的原材料之一 ， 即电子玻璃的需求激增 。 电子玻璃不仅包括手机盖板玻璃 ， 还广泛应用在液晶基板、OLED基板等关键环节 。
电子玻璃的制造分为两种 ， 即浮法和溢流法 。 溢流法相对于浮法 ， 有着如有较高的玻璃应变点；有较低的密度；更佳的耐化学性；更高的机械强度等优点 ， 因此得到了美国康宁、日本旭硝子和电气硝子等三家主流玻璃厂家的采用 ， 其电子玻璃已广泛应用在包括苹果、华为、三星、魅族等的高端手机上 。 但是由于其生产过程对工艺和质量的要求非常高 ， 因此国内很多厂家 ， 如彩虹、东旭和华映 ， 虽然也采用了溢流法的工艺 ， 但是在质量和产能上一直没有办法保持高品质稳定生产 ， 因此全球市场份额90%以上主要被美国康宁、日本旭硝子和电气硝子所占据 。
基于溢流法的电子玻璃的生产过程大致如下图所示：

科技小数据|虚拟量测技术在电子玻璃缺陷预测中的应用
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电子玻璃前面部分是流程性生产 ， 将原材料放置于池炉中 ， 通过高温熔化 ， 形成半液态胶状体 ， 再通过马弗炉的溢流砖 ， 在受重力影响、胶体下溢的过程中 ， 通过两边装有热电偶的冷凝管进行淬火成片 ， 到了马弗炉低端再使用机械臂进行切片 。 后半部分是离散制造 ， 即对成片后的玻璃进行传输、磨边和在线的检验（检验结石、气泡等缺陷） ， 最后进入按小时抽样的离线检测环节 。
在玻璃的离线检验环节 ， 质检工程师会使用专业的光学仪器测量玻璃片在不同位置的厚度 ， 对厚度进行对比 。 如果不同区域的厚度差值超过一定范围 ， 就会影响电子玻璃的成色 ， 导致色差 ， 这类质量缺陷叫做翘曲 。
翘曲产生的原因一般都是因为马弗炉里的热电偶控制出现了偏离 。 在马弗炉溢流的过程中 ， 马弗炉里面有数百个呈栅格状分布的热电偶 ， 在重力下溢的过程中 ， 对胶状体进行淬火 ， 虽然不同的热电偶控制参数都会设置容忍的工作范围 ， 超出门限会告警 。 但是为了保证在不同环境和产品生产过程中的鲁棒性 ， 这些控制门限往往都是静态门限 ， 不会自动调整 ， 而且通常会设置得较为宽泛 ， 因此会导致在不同产品的工艺要求下 ， 即使工作在容忍限以内 ， 仍然会出现翘曲的缺陷问题 。
翘曲一旦出现 ， 传统的解决方案是基于翘曲产生位置的离线报告 ， 由技术人员手动挑选出来厚度数据 ， 再根据专家的经验去调整马弗炉特定位置的热电偶控制参数 。 同时 ， 热电偶控制参数的调整范围也是根据专家的经验 ， 并没有明确的量化值 ， 只能不断去尝试增大或者减少热电偶的功率反复尝试 。
同时 ， 因为温度调整和最终的质检质检 ， 相隔了几个小时 ， 因此即使温度出现了偏差 ， 也只能在后期几个小时的光学检验中才能知道 ， 因此调整工艺参数到发现问题改进之间隔了几个小时的时间 ， 因此每次尝试都会花很长时间 。
正是因为这些问题的存在 ， 导致一旦出现翘曲 ， 产线就有可能几个星期都无法正常生产 ， 非常影响综合的良率和产量 。
02
方案
寄云科技与中国电子彩虹集团特种玻璃的技术人员 ， 联合开发了针对翘曲的虚拟量测系统 ， 并且取得了不错的效果 。
系统主要工作内容如下：
① 自动采集质检数据 ， 并且将其和热电偶控制参数进行关联分析
翘曲的质检数据是以csv格式的文件 ， 保存在检验仪器内置的ftp服务器上；而实时的热电偶控制参数数据 ， 则是保存在马弗炉的DCS系统中 。


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