CN102625745B - 用于热成形塑料薄膜的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热成形装置，用于将塑料薄膜(200)加热至基本均匀的温度，以便使所述薄膜呈弯曲状。该装置包括腔室(100)，腔室的内压可变并且该腔室由该薄膜封闭；系统(300)，用于测量薄膜中的下陷(f)，它被安排在该腔室外并与所述薄膜相对；以及用于加热该薄膜的系统。该加热系统包括热空气鼓吹单元(20-62)，其适于产生在所述薄膜的两个相对的边侧(C₁、C₂)之间平行于该薄膜流动的热气流(F₂)。

Description

用于热成形塑料薄膜的装置

技术领域

本发明涉及一种用于热成形塑料薄膜的装置。

背景技术

已知的是，预先形成塑料薄膜以黏贴至基底的弯曲表面上，以便当随后将此薄膜与基底装配在一起时减少在此薄膜中产生的应力。这样，该薄膜能可被黏贴至该基底的弯曲表面而没有因黏贴该薄膜使用的工具对该薄膜产生过度的拉伸或折叠、撕裂、变形，或划痕。为此，使用一种热成形装置来预先形成塑料薄膜，该热成形装置可包括：

-具有可变内压的腔室，此腔室的一侧具有开口；

-用于在该开口周围贴附该薄膜的贴附系统，它适于牢固地固定该薄膜的外围边缘从而该薄膜封闭并密封该腔室；

-用于改变并控制腔室内压力的系统；

-用于测量由贴附系统固定的该薄膜的下陷(“竖直高度straight height”)的测量系统，此测量系统被安排在腔室外部并面向腔室的开口；以及

-用于加热该薄膜的系统，它适于加热由贴附系统固定的薄膜，并且包括热空气鼓风鼓吹单元，该单元被安排成产生在腔室外部流动并与该薄膜接触的热空气流。

由贴附系统固定的该薄膜在跨越腔室开口的地方产生形变，该形变随着腔室内产生的压力而改变。这样，该塑料薄膜当受热时能够产生形变，当测量腔室开口中该薄膜的下陷时其形变的幅度被控制。

还已知的是，将基底放在腔室的内部容积内，并以一定的方式支撑该基底，这种方式适于当该薄膜仍由贴附系统固定在腔室的开口中时控制基底与该塑料薄膜的接近。因此，该热成形装置还将该薄膜黏贴至基底上，这与将该薄膜与基底装配在一起所需的薄膜的大量操作相比特别有优势。

为了提供对该薄膜的下陷足够精确的测量，下陷测量系统必须定位得与腔室开口的中心基本对齐。为此，并当腔室的内部容积已被基底占用时，此下陷测量系统被放在该腔室外。

在所考虑类型的现有热成形装置中，用于加热该薄膜的系统同样位于腔室外，并在薄膜下陷测量系统附近。此加热系统一般使用红外辐射或鼓吹热空气。从而在腔室外并在其开口前方的区域中所需的空间与薄膜的加热相互干扰。那么，加热后薄膜的温度在所述薄膜的不同点之间改变。由热成形产生的该薄膜的形变从而以不再对应于期望形状的方式分布。特别是此形变的分布不再绕着一轴线旋转地不变，其中该轴线垂直于包含开口的腔室一侧并穿过开口中心。从而当以此方式预先形成的薄膜被黏贴在基底上时，会再次出现上文所述的某些缺点，尤其是当基底的面基本为球形时。

特别地，这类热成形装置被用于预先形成塑料薄膜，该塑料薄膜将被黏贴在光学镜片上。从而最终光学组件的质量要求特别高，特别是当它是例如眼镜片或镜片毛坯的组件时。对于此类应用，为薄膜的拉伸、折叠、撕裂、变形、或划痕对于裸眼可见时，最终的产品将被丢弃。因此，尤其对于光学或眼科应用来说，当前使用的热成形装置无法令人满意。

发明内容

因此，本发明的一个目的包括提供一种不具有上述缺陷的热成形装置，该热成形装置符合光学或眼科产品的质量要求。

为此，本发明提出对上述热成形装置的一种改进，其中该鼓吹单元被调整为让热空气流平行于该塑料薄膜从腔室开口的第一边侧向此开口的第二边侧流动，所述第二边侧对着该第一边侧。

从而，能够从腔室的一侧将用于热成形料薄膜的热空气带到该塑料薄膜，这减少了腔室外部开口前方被占用的空间。从而薄膜下陷测量系统能够被适当地安排在此空间中与该薄膜直接对齐，以提供对薄膜下陷的精确测量。

此外，假设热空气流平行于薄膜并在两个侧面的且相对的侧边之间流动，此热空气的流动能够特别稳定并且与塑料薄膜接触时具有恒定分布。被加热薄膜的温度从而更为均匀，因此该热成形为薄膜提供一种以期望方式分布的形变。随后将该薄膜黏贴在基底上不再在最终产品内产生无法接受的缺陷，甚至当它是诸如隐形眼镜或眼镜镜片的光学或眼科产品时。

优选地，该热成形装置被调整使热空气流形成一种层流，它不具有紊流，平行于薄膜并与薄膜接触，在腔室开口的第一和第二边侧之间。热空气流在塑料薄膜上的这种切向层流避免了由热空气流朝向第二边侧推动而发生的变形塑料薄膜。因此，绕着垂直于开口的中心轴，薄膜的形变被分布得更加全向。

本发明的下述改进进一步改进了薄膜上热空气流的分布，并因此改进了由热成形黏贴至薄膜的形变的分布。

在第一改进中，该装置可包括环状物，它在腔室开口周围延伸，位于所述腔室外部，它具有相对于开口的中间面倾斜的面，以及此倾斜面的下内边，该下内边被安排为接触或接近由贴附系统固定的薄膜，沿着该薄膜外围边缘的至少一部分。从而鼓鼓吹单元被安排为在该腔室开口的第一边侧上从倾斜面的上外边产生热空气流。因此，热空气流被该环状物的倾斜面引导至或接近塑料薄膜，这避免了在环状物和塑料薄膜之间的凹角中产生静止空气区。

在本发明的第二改进中，热空气鼓吹单元可包括喷嘴，该喷嘴具有指向腔室开口的热空气出口，位于开口的第一边侧上，并且该喷嘴可包括具有倾斜偏转面的偏转器，它被安排为使热空气流重新导向由贴附系统固定的薄膜。因此，热空气流在它到达塑料薄膜之前同样被引导，以便更好地建立稳定和层状的所述空气流。

当本发明的这两个改进一起被实施时，该环状物倾斜面的角度和该偏转面的角度的差可小于20°，并优选为小于10°，其中，这两个角度相对于垂直于腔室一侧的轴并在连接两个边侧的开口的中间面中测量。因此，环状物和偏转器一起形成了对热空气流的持续和有效的引导直到它到达塑料薄膜。

在本发明的第三改进中，该喷嘴可包括内壁，内壁被纵向地安排以将喷嘴划分为分离的通道，这些通道将热空气导向该喷嘴的出口。

附图说明

通过下文对非限制性示例的描述并参考下述附图将展现出本发明的其他特征和优点，其中：

-图1是本发明热成形装置的总示意图；

-图2a和2b是图1的热成形装置的一部分的更详细的透视图和侧视图；

-图3a和3b分别是在图1、图2a和2b的热成形装置中使用的喷嘴的透视图和侧视图；

-图3c是图3a和3b的喷嘴的偏转器的透视图；以及

-图4a和4b是图1、图2a和2b的热成形装置中使用的环状物的横截面图和透视图。

具体实施方式

为了清晰起见，这些附图中展现的元件的尺寸并不一定与真实的尺寸成正比，或者并不一定与真实尺寸间成相对比例。此外，在不同附图中使用的相同的附图标记表示同一元件。

现就眼科应用的背景下来详细描述本发明，其中，塑料薄膜被黏贴至眼睛镜片毛坯上。该镜片毛坯可以为任意类型，可能是矿物、有机、或甚至是混合材料。它的直径通常大约为60mm(毫米)，并具有待要黏贴该塑料薄膜的最终表面。此表面可以是凸面或凹面。对于该薄膜的黏贴，镜片毛坯的该面的形状能够与球体的一部分相比拟，即使它是一个没有对称轴的复杂表面，例如渐变镜片。该塑料薄膜同样可以是任意类型，由一种或多种能够使用热成形的材料构成。它可具有任意功能，或者多种功能，例如抗反射、抗污染、抗刮擦、抗震动、抗雾、光致变色等等。可能的是，该塑料薄膜可具有复杂、多层或多孔结构。在所有情况下，“薄膜”均被理解为意指一种元件，其初始是平直的并意欲被预先形成并随后被黏贴至镜片毛坯，不考虑其内部结构。

图1、图2a和2b的塑料薄膜热成形装置包括：

-腔室100，其内压可变并具有可位于腔室上侧的开口O；

-贴附系统，其以一种封闭开口O并形成密封的方式，贴附塑料薄膜200以跨越开口O的系统；

-用于改变和控制腔室100内部压力的系统，它可包括泵101，表示为P，以及压力传感器，其指示腔室100内部的压力，未示出；

-用于测量开口O中塑料薄膜200的形变的系统300；以及

-用于加热薄膜200的系统，包括用于生成并鼓吹热空气的单元。

在下文的描述中假定腔室100为旋转状，从而开口O基本水平并出现在腔室100的顶端上。

在薄膜200通过热成形已经预先形成后，当该热成形装置还能够将该薄膜200黏贴至镜片毛坯上时，腔室100可额外包括保持器102，其中，镜片毛坯被放在该保持器上。镜片毛坯在图1中用附图标记400表示。有利地，镜片毛坯400可被放在保持器102上从而待黏贴薄膜200的毛坯的面S₄₀₀面对薄膜200。作为说明，面S₄₀₀可以是眼镜片的凸面。可能的是，保持器102可适于将镜片毛坯400向薄膜200移动，特别是抬起该毛坯直到它接触到薄膜200。为此，保持器200可具有活塞103，能够以受控方式在圆柱体104内部抬起该活塞，例如使用水压装置105。

用于将塑料薄膜200贴附在开口O中的系统可与本发明的一个改进结合，这将在下文中进行描述。

由于薄膜200是塑料的，当它已被预先加热时，它跨越开口O形变，向着腔室100的外部或内部，这取决于腔室通过泵101相对于外界产生的压力是正压还是负压。此形变幅度的特征在于，薄膜200位于开口O中点的下陷f。此下陷f定义为相对于腔室100内压力改变之前的薄膜200的初始位置。对于大多数应用，薄膜200的初始形状是平直状。

测量塑料薄膜200形变的测量系统300被安排在开口O中心的上方，位于腔室100外部。在此位置下，它能够精确测量下陷f。系统300可包括：

一检测头301，其适于接收来自由贴附系统固定的薄膜200的中心部分的信号R；

-检测头301的位移系统303，其适于移动头301接近或远离薄膜200的中心部分；

-位移系统303的控制系统304，其适于以一种维持由检测头301接收的信号R的恒定幅度的方式激活系统303；以及

-适于读取检测头301位置的系统305。

当该薄膜被加热时，该测量系统303能够测量薄膜200在任意时刻的下陷f，尤其是以一种连续的方式。当检测头301接收此信号时，它还使得能够使用恒定幅度的信号来测量下陷f。对下陷f的测量从而对应于系统303产生的位移。它在系统305上被读取。从而能够获得对下陷f特别精确的测量。由测量头301接收的信号R可由独立的发射头302产生。这种情况下，两个头，即发射头302和检测头301，被系统303同步地移动。作为替代的，取决于所使用的测量技术，测量头301也可具有发射功能。优选地，系统300利用光或超声的反射。从而信号R是一种在薄膜200上反射的光束或超声束。

用于产生并鼓吹热空气的单元可包括，取决于空气流的方向：

-一个或多个孔20，用于吸入空气流F₀；

-用于加速空气流F₀的系统，它可包括由电机31驱动的推进器30，并产生加速的空气流F₁；

-用于加热气流F₁中空气的系统，它可由加热电阻器40组成；

-管道部分50，它将热空气流F₁输送至喷嘴60；以及

-喷嘴60，它将由流F₁产生的热空气流F₂通过该喷嘴的出口61导向到塑料薄膜200的方向。

喷嘴60的出口61位于开口O的边侧C₁上、腔室100外，并指向开口O的边C₂，它在直径上与边C₁相对。这样，热空气流F₂在薄膜200上方穿过并与暴露在开口O中的所有薄膜200接触。

喷嘴60具有另一功能，它给予热空气流F₂稳定和层状的流动，并通过出口61具有均匀的流动分布。为此，喷嘴60可有利地具有多个内壁，它们纵向地排列在热空气流F₂中，并且它们将喷嘴60划分成分开的通道。如此的内部分区在图3a中表示为63。

有利地，为了进一步改进出口61中热空气流横向分布的均匀性，可在鼓吹单元中放置额外的分布元件59，位于喷嘴60的上游。这一元件适于产生气压的损失以便修改喷嘴60中气流的分布。用于分布热空气流的元件59特别可包括网格、多孔板、或紧凑渗透块。

如图4a和4b中所示，热成形装置可有利地包括环状物1，其围绕腔室100的开口O，并位于塑料薄膜200上方。这种环状物1可具有上表面S₁，其相对于开口O的中间面朝向开口的中心和腔室100的内部倾斜。例如，表面S₁可呈锥形并连续围绕腔室100的开口O。这种情况下，它具有绕着轴A-A的旋转对称性，其中所述轴垂直于腔室100具有开口O的那侧，且所述轴穿过此开口的中心。该倾斜面S₁能够减少，或甚至消除，喷嘴60的出口61的下边缘和塑料薄膜200面向腔室100外部的面之间的高度差。这一高度差将形成可形成台阶，该台阶能在热空气流F₂中在该气流与薄膜200接触以及离开薄膜的位置处，即指在边C₁和C₂处产生紊流。换句话说，倾斜面S₁在热空气流F₂的下方引导热空气流F₂。为此，环状物1的倾斜面S₁具有下内边B₁，它将与薄膜200接触或接近，以及上外边B₂，它将接近喷嘴60的出口61。优选地，在连接边C₁和C₂的开口O的中间面中，倾斜面S₁相对于轴A-A形成角度α，其介于25°(度)和90°之间，或者更好地介于65°和80°之间。

在本发明的特别有利的实施例中，环状物1可能还起作一种将薄膜200固定在腔室100上的夹子的作用。这种情况下，环状物1是在开口O周围将薄膜贴附至腔室的贴附系统的一部分。从而它具有两个功能，一个是引导热空气流F₂，另一个是贴附薄膜200以封闭腔室100并将其密封。作为替代的，环状物1可仅覆盖用于贴附薄膜200至腔室100开口O周围的系统的至少一部分。

参考图3a至3c，喷嘴60在它的出口61中具有偏转器62。当喷嘴60与配备环状物1的腔室100装配在一起时(图1、2a和2b)，偏转器62当气流F₂接近薄膜200时在热空气流F₂的上部引导该热空气流。因此，环状物1的面S₁和偏转器62互为补充地引导流F₂。偏转器62具有偏转面S₆₂，其与热空气流F₂接触，并且它是倾斜的以将流F₂重新导向薄膜200。优选地，在连接边C₁和C₂的开口的中间面中，此偏转面S₆₂相对于轴A-A倾斜的角度β，介于25°和90°之间，或者更好地介于60°和75°之间。

有利地，环状物1的倾斜面S₁的角度α，相对于轴A-A测量，以及偏转器62的偏转面S₆₂的角度β，同样相对于轴A-A测量，两者之间的差小于20°，并且优选为小于10°。因此，环状物1和偏转器62共同形成对热空气流F₂的完整引导，在上部和下部，从而气流F₂具有层状和稳定的流动。

而且，倾斜面S₆₂可有利地具有末端边缘B₆₂，它基本平行于腔室100开口O的外围边缘的一部分延伸。

当薄膜200将被黏贴至镜片毛坯400时，开口O可以是直径D大约为77mm(毫米)的圆形(图4a和4b)。喷嘴60的出口61接近开口O的外围边缘，并可跟随此边缘具有大约150°的斜剖面θ(图3a和3c)。环状物1的倾斜面S₁可以是沿轴A-A的锥形，其顶点处的半角α基本上等于72.5°。

喷嘴60可具有热空气入口，它平行于开口O的平面，并且是例如半径为31mm的圆形。热空气分布元件59从而可被放在喷嘴60的此入口中。在喷嘴60的中心截面中，喷嘴60的长度L可大约为220mm(图3b)。此外，喷嘴60的内部可被三个内壁63划分，形成四个引导热空气的通道，这些通道具有基本相同的横截面。壁63的高度H，平行于轴A-A测量并对应于通道的深度，例如可等于25.5mm。

最后，偏转面S₆₂可以是半径为77.25mm的圆柱形的一部分并具有相对于轴A-A的倾斜角度β的旋转轴。例如，角度β可等于67.5°。出口61可具有大约5.6mm的高度h，并且偏转面S₆₂可具有大约为13.5mm的长度l，其在平行于开口O的平面的投影内测量。

热空气在喷嘴60中行进，其温度基本上等于700℃，其流量介于400和700l/min(公升每分钟)。在这些条件下，加热后薄膜200的平均温度可大约为140°，与此平均值的偏移，在开口O的不同位置处，小于10℃或甚至小于5℃。

一旦塑料薄膜200以此方式被加热，腔室100中的压力能够被改变以预先形成该薄膜，并对下陷的增加具有实时监视和控制。

可以理解的是，能够通过修改上述实施例的某些方面来实施本发明，同时保持至少某些列出的优点。特别地，上文给出的数值，尤其是尺寸，都是说明性的并且能够根据将要热成形的塑料薄膜的大小进行修改。

Claims (15)

1.用于热成形塑料薄膜(200)的装置，包括：

-具有可变内压的腔室(100)，所述腔室的一侧具有开口(O)；

-用于将薄膜(200)贴附在所述开口(O)周围的贴附系统，其适于牢固地固定该薄膜的外围边缘从而所述薄膜封闭并密封所述腔室(100)；

-用于改变并控制所述腔室(100)中的压力的系统(101)，其中，由所述贴附系统固定的薄膜(200)在所述腔室开口(O)中发生的形变根据压力而变化；

-用于测量由所述贴附系统固定的所述薄膜(200)的下陷(f)的测量系统(300)，所述测量系统被安排在所述腔室(100)外并面向所述腔室的开口(O)；以及

-用于加热所述薄膜(200)的系统，其适于加热由所述贴附系统固定的所述薄膜，其包括热空气鼓吹单元(20-62)，所述热空气鼓吹单元被安排为产生热空气流(F₂)，所述热空气流(F₂)在腔室(100)外流动并与所述薄膜接触，

其中，所述鼓吹单元(20-62)被调整为使所述热空气流(F2)平行于所述薄膜(200)从腔室(100)的开口(O)的第一边侧(C₁)向所述开口的第二边侧(C₂)流动，其中所述第二边侧面对着所述第一边侧。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置被调整为：在所述腔室(100)的开口(O)的第一边侧(C₁)和第二边侧(C₂)之间使所述热空气流(F₂)形成平行于所述薄膜(200)并与所述薄膜接触的层流。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其包括环状物(1)，所述环状物在所述腔室(100)的开口(O)周围延伸，位于所述腔室外，在开口的中间面中，具有相对于垂直于所述腔室(100)一侧的轴(A-A)倾斜的面(S₁)，该倾斜面的下内边(B₁)被安排为沿着所述薄膜的外围边缘的至少一部分，与由所述贴附系统固定的薄膜(200)接触或接近，并且所述鼓吹单元(20-62)被安排为在腔室开口的第一边侧(C₁)上，从该倾斜面的上外边(B₂)产生热空气流(F₂)。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述环状物(1)的倾斜面(S₁)呈锥形并连续地围绕腔室(100)的开口(O)。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，在连接第一边侧(C₁)和第二边侧(C₂)的开口(O)的中间面中，所述环状物(1)的倾斜面(S₁)相对于垂直于所述腔室(100)一侧的所述轴(A-A)形成介于25°和90°之间的角度(α)。

6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述环状物(1)起到将所述薄膜(200)固定在所述腔室(100)上的夹子的作用，其作为所述薄膜的贴附系统的一部分，或者至少部分地覆盖所述薄膜的贴附系统。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热空气鼓吹单元包括喷嘴(60)，所述喷嘴在所述开口的第一边侧(C₁)上具有指向所述腔室(100)的开口(O)的热空气出口(61)，所述喷嘴包括具有倾斜偏转面(S₆₂)的偏转器(62)，其被安排为将所述热空气流(F₂)重新导向由所述贴附系统固定就位的薄膜(200)。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，在连接第一边侧(C₁)和第二边侧(C₂)的开口(O)的中间面中，所述偏转面(S₆₂)相对于垂直于所述腔室(100)一侧的轴(A-A)以介于25°和90°之间的角度(β)倾斜。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，偏转面(S₆₂)具有末端边缘(B₆₂)，所述末端边缘平行于腔室(100)的开口(O)的外围边缘的一部分延伸。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，包括环状物(1)，所述环状物在所述腔室(100)的开口(O)周围延伸，位于所述腔室外，在开口的中间面中，具有相对于垂直于所述腔室(100)一侧的轴(A-A)倾斜的面(S₁)，该倾斜面的下内边(B₁)被安排为沿着所述薄膜的外围边缘的至少一部分，与由所述贴附系统固定的薄膜(200)接触或接近，并且所述鼓吹单元(20-62)被安排为在腔室开口的第一边侧(C₁)上，从该倾斜面的上外边(B₂)产生热空气流(F₂)，

在连接第一边侧(C₁)和第二边侧(C₂)的开口(O)的中间面中，所述环状物(1)的倾斜面(S₁)相对于垂直于所述腔室(100)一侧的轴(A-A)形成介于25°和90°之间的角度(α)，以及

其特征还在于，一方面，在连接第一边侧(C₁)和第二边侧(C₂)的开口(O)的中间面中，环状物(1)的倾斜面(S₁)相对于垂直于腔室(100)一侧的轴(A-A)的角度(α)，另一方面，在所述中间面中，偏转器(62)的偏转面(S₆₂)相对于所述轴的角度(β)，两者之间的差小于20°。

11.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述喷嘴(60)包括内壁(63)，所述内壁被纵向地安排以将所述喷嘴划分为把热空气导向出口(61)的分开通道。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述鼓吹单元还包括用于分布热空气流的元件(59)，该元件被安排在喷嘴(60)的上游并适于产生气压的损失以便调整所述气流在所述喷嘴中的分布。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述用于分布热空气流的元件(59)包括网格、多孔板、或紧凑渗透块。

14.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，用于测量薄膜(200)下陷(f)的系统(300)是使用光或超声反射的类型。

15.根据权利要求1所述装置，其特征在于，用于测量所述薄膜(200)下陷(f)的系统(300)包括：

-检测头(301)，其适于接收来自由贴附系统固定的薄膜(200)的中心部分的信号(R)；

-检测头的位移系统，其适于移动所述检测头接近或远离薄膜(200)的中心部分；

-所述位移系统的控制系统(304)，其适于以一种维持由所述检测头接收的信号(R)的恒定幅度的方式激活所述位移系统；以及

-适于读取所述检测头的位置的系统(305)。