01

       背景

       手機、平板等電子產(chǎn)品的普及，造成關鍵的原材料之一，即電子玻璃的需求激增。電子玻璃不僅包括手機蓋板玻璃，還廣泛應用在液晶基板、OLED基板等關鍵環(huán)節(jié)。

       電子玻璃前面部分是流程性生產(chǎn)，將原材料放置于池爐中，通過高溫熔化，形成半液態(tài)膠狀體，再通過高溫箱式馬弗爐的溢流磚，在受重力影響、膠體下溢的過程中，通過兩邊裝有熱電偶的冷凝管進行淬火成片，到了高溫箱式馬弗爐低端再使用機械臂進行切片。后半部分是離散制造，即對成片后的玻璃進行傳輸、磨邊和在線的檢驗(檢驗結(jié)石、氣泡等缺陷)，最后進入按小時抽樣的離線檢測環(huán)節(jié)。

       電子玻璃的制造分為兩種，即浮法和溢流法。溢流法相對于浮法，有著如有較高的玻璃應變點；有較低的密度；更佳的耐化學性；更高的機械強度等優(yōu)點，因此得到了美國康寧、日本旭硝子和電氣硝子等三家主流玻璃廠家的采用，由于其生產(chǎn)過程對工藝和質(zhì)量的要求非常高，因此國內(nèi)很多廠家，如彩虹、東旭和華映，雖然也采用了溢流法的工藝，但是在質(zhì)量和產(chǎn)能上一直沒有辦法保持高品質(zhì)穩(wěn)定生產(chǎn)，因此全球*90%以上主要被美國康寧、日本旭硝子和電氣硝子所占據(jù)。

       在玻璃的離線檢驗環(huán)節(jié)，質(zhì)檢工程師會使用專業(yè)的光學儀器測量玻璃片在不同位置的厚度，對厚度進行對比。如果不同區(qū)域的厚度差值超過一定范圍，就會影響電子玻璃的成色，導致色差，這類質(zhì)量缺陷叫做翹曲。

       翹曲產(chǎn)生的原因一般都是因為高溫箱式馬弗爐里的熱電偶控制出現(xiàn)了偏離。但是為了保證在不同環(huán)境和產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的魯棒性，這些控制門限往往都是靜態(tài)門限，不會自動調(diào)整，而且通常會設置得較為寬泛，因此會導致在不同產(chǎn)品的工藝要求下，即使工作在容忍限以內(nèi)，仍然會出現(xiàn)翹曲的缺陷問題。

       翹曲一旦出現(xiàn)，傳統(tǒng)的解決方案是基于翹曲產(chǎn)生位置的離線報告，由技術人員手動挑選出來厚度數(shù)據(jù)，再根據(jù)專家的經(jīng)驗去調(diào)整高溫箱式馬弗爐特定位置的熱電偶控制參數(shù)。同時，熱電偶控制參數(shù)的調(diào)整范圍也是根據(jù)專家的經(jīng)驗，并沒有明確的量化值，只能不斷去嘗試增大或者減少熱電偶的功率反復嘗試。

       同時，因為溫度調(diào)整和最終的質(zhì)檢質(zhì)檢，相隔了幾個小時，因此即使溫度出現(xiàn)了偏差，也只能在后期幾個小時的光學檢驗中才能知道，因此調(diào)整工藝參數(shù)到發(fā)現(xiàn)問題改進之間隔了幾個小時的時間，因此每次嘗試都會花很長時間。

       正是因為這些問題的存在，導致一旦出現(xiàn)翹曲，產(chǎn)線就有可能幾個星期都無法正常生產(chǎn)，非常影響綜合的良率和產(chǎn)量。

       02

       方案

       系統(tǒng)主要工作內(nèi)容如下：

       ① 自動采集質(zhì)檢數(shù)據(jù)，并且將其和熱電偶控制參數(shù)進行關聯(lián)分析

       翹曲的質(zhì)檢數(shù)據(jù)是以csv格式的文件，保存在檢驗儀器內(nèi)置的ftp服務器上；而實時的熱電偶控制參數(shù)數(shù)據(jù)，則是保存在高溫箱式馬弗爐的DCS系統(tǒng)中。

       通過自動的文件提取和格式解析，寄云提取了玻璃片不同區(qū)域的厚度數(shù)據(jù)，并為其打上時間標簽；同時，通過OPC接口，讀取高溫箱式馬弗爐DCS的實時數(shù)據(jù)。將厚度數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)都保存在寄云時序數(shù)據(jù)庫中。

       ② 根據(jù)翹曲厚度數(shù)據(jù)，自動定位發(fā)生異常的熱電偶

       將不同時間段(正常和出現(xiàn)翹曲)的工藝數(shù)據(jù)進行對比，確定正常和異常時間段哪些熱電偶的控制參數(shù)發(fā)生了變化。

       針對玻璃片并沒有批次號碼，因而無法按照批次進行質(zhì)量追蹤的問題，寄云開發(fā)了基于相關性搜索的算法，通過分析確定了跟翹曲變化規(guī)律相似度最高的若干個控制變量，并確定了工藝參數(shù)變化到翹曲檢測之間的時間差。

       基于以上的分析，自動的定位了導致翹曲的特定的、有最大嫌疑的熱電偶控制參數(shù)，并得到了工藝工程師的確定。

       通過以上的分析，幫助工藝工程師實現(xiàn)了問題原因的快速定位。

       ③ 根據(jù)歷史的熱電偶數(shù)據(jù)和質(zhì)檢數(shù)據(jù)，建立起翹曲值和熱電偶控制之間的模型

       在大量正常工藝數(shù)據(jù)和質(zhì)檢數(shù)據(jù)的基礎上，構建了熱電偶的歷史數(shù)據(jù)(因)和質(zhì)檢數(shù)據(jù)(果)之間的回歸方程，得到一個表征了因果關系的映射函數(shù)。

       在映射函數(shù)上可以做兩件事情：

       1)量化調(diào)參：在翹曲發(fā)生的時候，根據(jù)特定翹曲的目標值，反推出對應的熱電偶控制參數(shù)對應的調(diào)整范圍，進行精確調(diào)參。在高溫箱式馬弗爐溢流的過程中，高溫箱式馬弗爐里面有數(shù)百個呈柵格狀分布的熱電偶，在重力下溢的過程中，對膠狀體進行淬火，雖然不同的熱電偶控制參數(shù)都會設置容忍的工作范圍，超出門限會告警。；

       2)虛擬量測：根據(jù)熱電偶控制參數(shù)的當前數(shù)據(jù)，基于映射函數(shù)，實時預測未來數(shù)小時之后的翹曲值，一旦當翹曲超過預設的門限，立即告警，甚至需要停產(chǎn)。

       03

       應用效果

       通過與彩虹特種玻璃工藝工程師的聯(lián)合開發(fā)，實現(xiàn)了自動化的工藝數(shù)據(jù)和質(zhì)檢數(shù)據(jù)的集成，提高了問題分析和問題產(chǎn)生原因的定位效率，并實現(xiàn)了基于實時工藝數(shù)據(jù)對未來數(shù)小時之后的翹曲缺陷的精準預測。

       如需了解更多技術知識，歡迎聯(lián)系上海喆圖科學儀器有限公司。