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虚拟量测技术在电子玻璃缺陷预测中的应用!


  来源: 数字化企业 时间:2020-07-29 编辑:仪器仪表WXF
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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。


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:


基于溢流法的电子玻璃的生产过程


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。


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。


通过自动的文件提取和格式解析,寄云提取了玻璃片不同区域的厚度数据,并为其打上时间标签;同时,通过OPC接口,读取马弗炉DCS的实时数据。将厚度数据和实时数据都保存在寄云时序数据库中。


② 根据翘曲厚度数据,自动定位发生异常的热电偶



将不同时间段(正常和出现翘曲)的工艺数据进行对比,确定正常和异常时间段哪些热电偶的控制参数发生了变化。


针对玻璃片并没有批次号码,因而无法按照批次进行质量追踪的问题,寄云开发了基于相关性搜索的算法,通过分析确定了跟翘曲变化规律相似度最高的若干个控制变量,并确定了工艺参数变化到翘曲检测之间的时间差。


基于以上的分析,自动的定位了导致翘曲的特定的、有最大嫌疑的热电偶控制参数,并得到了工艺工程师的确定。


通过以上的分析,帮助工艺工程师实现了问题原因的快速定位。


③ 根据历史的热电偶数据和质检数据,建立起翘曲值和热电偶控制之间的模型

关键词:虚拟量测 缺陷预测 应用    浏览量:683

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