CN100458469C - 光学镀膜多位比较片换位装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学镀膜多位比较片换位装置及控制方法。该装置中包括机械换位和自动控制两部分，其中机械换位包括固定在镀膜蒸镀腔的顶部的连接法兰盘，法兰盘的上端装有步进电机，下端装有伸入镀膜蒸镀腔内的工位内筒，筒内设置有比较片换位机构；控制部分包括可编程逻辑控制器、步进电机、驱动器、编码器、显示器、转换电路和工控机，通过比较片换位装置并利用其控制方法，可使镀膜监控系统的比较片能够容纳和切换更多的监控光点，能够实现十几位或几十位比较片的自动换位，同时还可提高比较片的换位速度及准确性，达到提高镀膜效率及膜厚精度的实用效果。

Description

光学镀膜多位比较片换位装置及控制方法

技术领域

本发明属于光学镀膜技术领域，特别是用于光学镀膜膜厚监控系统的一种多位比较片换位装置及控制方法。

背景技术

在公知的技术中，针对非规整膜系的需要，镀膜膜厚监控系统一般是通过一个或几个比较片的切换，分别用不同的监控波长信号对膜系各层的光学厚度进行监控。随着膜系的复杂化设计，要在一个或几个比较片上完成整个膜系的控制，是无法实现的，必须在十几个或几十个比较片上进行切换才能完成，因此要求监控系统的比较片上能够容纳和切换更多的监控点。现代的镀膜机上都装备了比较片切换装置，当进行切换时，须从下方取出、放入比较片。这种切换装置不仅操作麻烦，工作人员容易被烫伤，而且造成蒸镀效率低，质量得不到保证。还有一种镀膜比较片装置为拨盘式单片切换结构，它是将镀膜比较片叠摞置放在一个上筒体内，切换时比较片通过拨盘拨动一个工位，上筒体内落下一个比较片，同时被切换的比较片随工位转动落到一个下筒体内，每切换一片，拨动一个工位。由于拨盘转动完全是靠机械转动，其定位精度低，转动位置不易到位，比较片也容易摩擦损坏，而且操作环节多、工作效率低，动作可靠性差。另外，在比较片的定位控制方面，一般是利用接近开关、霍尔开关或光耦等控制元件进行手动控制，由于手动控制定位精度低，造成每切换一个比较片，监控投射光斑与比较片都会产生偏离，并在完成整个膜系蒸镀过程中不断形成积累误差，使比较片托盘转动一周，投射光斑有时会偏离半个比较片，光斑的重复性差，加之定位元器件体积的限制，比较片的片位不能太多，而且安装起来又比较麻烦，需要反复调整定位元件，因此切换时定位的准确与否取决于操作员的熟练程度，导致镀膜监控的精度低，可靠性差。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够实现多位比较片的自动换位，且换位精确、动作可靠，并可提高镀膜效率的光学镀膜多位膜厚比较片换位装置及控制方法。

实现本发明的目的所采取的技术方案是：该换位装置包括机械换位部分和自动控制部分，机械换位部分具有一个固定在镀膜蒸镀腔顶部的连接法兰盘，法兰盘的上端通过支撑架装有步进电机，下端固装有伸入镀膜蒸镀腔内的工位内筒，筒内设置有比较片换位机构，该机构由动力输入轴、比较片转动组件和托盘组件构成，其中，动力输入轴的上端伸出工位内筒外通过连轴套与步进电机输出轴连接，下端与比较片转动组件连接，托盘组件通过易于拆卸的连接件固装在工位内筒的底端，并通过轴承与比较片转动组件连接。

所述比较片转动组件是由主动齿轮、转套齿轮、比较片、压块、轴承组成，其中，转套齿轮的上部为齿圈，并与主动齿轮啮合，转套齿轮的底部内圈装有轴承，外圈通过压块装有比较片。

所述托盘组件是由上托盘和下托盘组成，上托盘通过压块固装在转动组件下部，下托盘通过轴承与转动组件连接，两盘之间设有调平顶丝，并在比较片的对应部位设有投射光束入射锥孔。

所述步进电机的输出轴采用双向输出，上端连接编码器，下端连接动力输入轴。

所述动力输入轴的上部装有密封件，轴外部设有筒式轴承座。

实现多位比较片准确换位的自动控制部分包括：

一个可编程逻辑控制器，是主控部件，用于接受工控机发送的换片命令，并发出指令给驱动器，控制步进电机的运动角度；同时读取编码数据，计算确定比较片的位置，然后显示出来，并向工控机发送到位信号；

一个驱动器，用于接收可编程逻辑控制器的指令，并控制步进电机的运行步数，驱动器可设定细分数，并控制步进电机的起、停步距；

一个编码器，用于识别步进电机运转的角度，并将输出信号送至可编程逻辑控制器，使比较片当前位置在显示器予以显示；

一个显示器，使用双位数码管，用于显示当前比较片的位数；

一个转换电路，用于实现控制器与工控机的信号通讯。

镀膜比较片换位装置的控制方法：

(1)利用可编程逻辑控制器，自动检测编码器输入的信号，计算出比较片当前的位置并将信息发给数码管，显示出当前片位；

(2)当控制器接到选位指令，发出控制信号给驱动器，驱动器驱动步进电机，由步进电机带动比较片机构转动，并通过安装在步进电机转轴上的编码器将电机转动的角度编码送给控制器，由控制器判断所转角度和发出指令是否一致，如果一致，停止给驱动器发出指令，同时输出显示信号，并给工控机送出比较片到位信号，使控制器每接收到一个选位信号，控制比较片转一个位置；

(3)当控制器接到复位信号，发出控制信号给驱动器，控制步进电机运转，当显示器显示输出01时，更换新的比较片。

按照上述方案制成的光学镀膜多位比较片换位装置，可实现十几位或几十位比较片的自动换位，并能提高比较片的换位速度及准确性，达到提高镀膜效率及膜厚精度的有益效果。同时，利用其监控方法，可使镀膜监控系统的比较片能够容纳和切换更多的监控光点，具有减少操作时间、换位精度高、动作可靠、成本低等优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是镀膜比较片的结构示意图；

图3是本发明的电路控制框图；

图4是本发明的程序控制流程框图。

具体实施方式

参看图1、图2，本发明的光学镀膜多位比较片换位装置是由机械换位和自动控制两部分组成，其中机械换位部分包括：步进电机、比较片换位机构和连接法兰盘，连接法兰盘6固定在镀膜蒸镀腔的顶部，其上端通过支撑架4装有步进电机2，下端固装有伸入镀膜蒸镀腔内的工位内筒16，比较片换位机构通过连接法兰盘6组装在工位内筒16内，它是由动力输入轴5、比较片转动组件和托盘组件构成，其中，动力输入轴5的上端伸出工位内筒16外通过连轴套3与步进电机2的输出轴连接，下端与比较片转动组件连接，动力输入轴5的上部装有密封件3，用于真空蒸镀腔与外部大气的隔绝，轴外部设有筒式轴承座7。所述步进电机2采用步进电机，电机轴采用双输出，上端连接编码器1，下端连接动力输入轴5。比较片转动组件是由主动齿轮8、转套齿轮9、压块10、轴承12和比较片15组成，其中，转套齿轮9的上部为能够精确分度的齿圈，并与精确分度的主动齿轮8啮合，用以保证步进电机的转动位移精确的传递给上托盘13。转套齿轮9的底部内圈装有轴承12，外圈通过压块10装有比较片15，如图2所示，图中排列的圆圈为比较片镀膜片位。托盘组件通过易于拆卸的连接件固装在工位内筒16的底端，是由上托盘13和下托盘14组成，两盘之间设有调平顶丝11，并在比较片15的对应部位设有投射光束入射锥孔17，通过调平顶丝11的调整可保证上下托盘接触端面的平行，以使光束入射锥孔17与比较片15的位置严格对应。

参看图3，实现多位比较片的准确换位的自动控制部分是由可编程逻辑控制器、编码器、驱动器、显示器和转换电路组成，并由各器件组成比较片控制箱，其中可编程逻辑控制器为主控部件，当它接到换片命令后，发出命令给驱动器，用于控制步进电机的运转角度，同时读取编码器数据，计算后确定比较片的位置，然后显示出来，同时给工控机发出到位信号，再由步进电机带动比较片机构，实施换片任务。并通过驱动器接收可编程逻辑控制器的指令，决定步进电机的运行步数，由驱动器设定细分数，使步进电机的起、停步距控制的更精确。通过编码器可识别步进电机的运转角度，它将识别输出信号送给可编程逻辑控制器，能够准确知道比较片当前的位置并在显示器上显示出来。显示器使用双位数码管，显示当前比较片的位数，其显示位数为99位。转换电路用于实现比较片控制器与工控机的信号通讯，比较片机构是比较片的载体，并在传动机构带动下实现比较片的换位。所述转换电路及各电器元件之间的连接均为常识性公知技术，此处不在赘述。

结合图3，参看图4，在进行镀膜比较片的换位控制时，首先打开比较片控制箱电源开关，可编程逻辑控制器(简称PLC)自动检测编码器输入的信号，计算出比较片当前的位置并将信息发给数码管，显示出当前片位；当PLC接到选位指令，发出控制信号给驱动器，驱动器驱动步进电机，步进电机带动比较片机构转动。安装在步进电机转轴上的编码器将电机转动的角度编码送给PLC，PLC判断所转角度和发出指令是否一致，如果一致，停止给驱动器发命令，步进电机停止转动，PLC输出显示信号，并给工控机送出比较片到位信号。PLC每接收到一个选位信号，控制比较片转一个位置；当PLC接到复位信号，一直发控制信号给驱动器，控制步进电机运转，直到编码器输出原点信号给PLC，步进电机停转，显示输出01，此时更换新的比较片，从01位开始，本发明可以实现20位以上比较片的换位。

根据工艺要求，当一个位置比较片用完后，需要更换新的比较片，这时候，可以使用手动选位，也可以通过工控机发出的选位指令进行选位。手动选位时，每按一次控制箱面板上的选位按钮，比较片换一个位置。自动运行时，由工控机发出选位信号，PLC接到换片信号即执行换片操作，到位后向工控机发出到位信号，可以进行下一个镀膜工艺。

在比较片控制器的前面板上，装有用于片位显示的双位数码管，可以显示比较片的实际位置，如1～99位的任意一个位置；并设置了掉电记忆功能，每次掉电以后再启动，数码管显示的仍是上次使用的位置；并具有准确定位功能，比较片不论转到哪个角度，数码管都能准确地显示当前位置；还具有复位功能，如果用不到规定的片位就想换掉整片比较片，换新片后又想从第一个位置开始，可以按下控制箱前面板上的复位按钮，将自动运行到第一个位置比较片。比较片的位数可根据光斑直径的大小而定，光斑越小，位数越多。

Claims (6)

1、一种光学镀膜多位比较片换位装置，由机械换位部分和自动控制部分组成，其特征在于：机械换位部分包括：步进电机、比较片换位机构和连接法兰盘，其中，连接法兰盘固装在镀膜蒸镀腔的顶部，其上端通过支撑架装有步进电机，下端固装有伸入镀膜蒸镀腔内的工位内筒，比较片换位机构位于工位内筒中，比较片换位机构由动力输入轴、比较片转动组件和托盘组件组成，动力输入轴的上端伸出工位内筒外通过连轴套与步进电机的输出轴连接，下端与比较片转动组件连接，托盘组件通过易于拆卸的连接件固装在工位内筒的底端，并通过轴承与比较片转动组件连接；

自动控制部分包括：一个用于接受工控机发送的换片命令的可编程逻辑控制器，其是主控部件，由其发出指令给驱动器，控制步进电机的运转角度，同时读取编码数据，计算确定比较片的位置，通过显示器显示，并向工控机发送比较片到位信号；

一个用于接收可编程逻辑控制器指令的驱动器，并由其设定细分数，控制步进电机的运行步数和起、停步距；

一个用于识别步进电机运转角度的编码器，将输出信号送至可编程逻辑控制器，使比较片当前位置通过显示器予以显示；

一个用于显示当前比较片位数的显示器，其使用双位数码管；

一个用于实现控制器与工控机信号通讯的转换电路。

2、根据权利要求1所述光学镀膜多位比较片换位装置，其特征在于：所述比较片转动组件是由主动齿轮、转套齿轮、比较片、压块、轴承组成，其中，转套齿轮的上部为齿圈，并与主动齿轮啮合，转套齿轮的底部内圈装有轴承，外圈通过压块装有比较片。

3、根据权利要求1所述光学镀膜多位比较片换位装置，其特征在于：所述托盘组件是由上托盘和下托盘组成，上托盘通过压块固装在转动组件下部，下托盘通过轴承与转动组件连接，两托盘之间设有调平顶丝，并在两托盘上与比较片对应的部位设有投射光束入射锥孔。

4、根据权利要求1所述光学镀膜多位比较片换位装置，其特征在于：所述步进电机的输出轴采用双向输出，上端连接编码器，下端连接动力输入轴。

5、根据权利要求1所述光学镀膜多位比较片换位装置，其特征在于：所述动力输入轴的上部装有密封件，轴外部设有筒式轴承座。

6、一种用于权利要求1所述的比较片换位装置的控制方法：

(1)利用可编程逻辑控制器，自动检测编码器输入的信号，计算出比较片当前的位置并将信息发给数码管，显示出当前片位；

(2)当控制器接到选位指令，发出控制信号给驱动器，驱动器驱动步进电机，由步进电机带动比较片机构转动，并通过安装在步进电机转轴上的编码器将电机转动的角度编码送给控制器，由控制器判断所转角度和发出指令是否一致，如果一致，控制器停止给驱动器发出指令，同时输出显示信号，并给工控机送出比较片到位信号，使控制器每接收到一个选位信号，控制比较片转一个位置；

(3)当控制器接到复位信号，一直发出控制信号给驱动器，控制步进电机运转，直到编码器输出原点信号给控制器，步进电机停转，当显示器显示输出01时，更换新的比较片。

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