CN104201094B - 一种重离子微孔膜蚀刻装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种重离子微孔膜蚀刻装置，包括依次设置的放卷装置、蚀刻箱、清洗箱、烘干箱和收卷装置以及用于重离子微孔膜蚀刻装置的控制系统；其中，所述控制系统包括PLC控制系统和与所述PLC控制系统电连接的HMI人机交互装置。本发明提供的重离子微孔膜蚀刻装置，结构新颖、性能稳定、自动化控制程度更高，生产出的蚀刻膜质量更好。
Description
技术领域
本发明涉及蚀刻工艺设备技术领域，尤其涉及一种重离子微孔膜蚀刻装置。
背景技术
目前用于航空、机械、化学工业中电子薄片零件精密蚀刻产品的加工，特别在半导体制程上，蚀刻是不可或缺的技术；
现有技术中存在一种蚀刻装置，应用较为广泛；具体参见附图9a、图9b以及图9c现有技术中的蚀刻装置，其主要由放卷装置301、蚀刻箱302、清洗箱305、烘干箱307、收卷装置308以及上盖303、蚀刻箱传动链轮304、清洗箱传动链轮306、蚀刻箱随动链轮312、清洗箱随动链轮313、烘干箱链轮315等结构构成。
其中蚀刻箱中装有强腐蚀性的蚀刻液，需要加热并维持恒定的温度。加热用的电加热管(或加热板)311、309集中布置在箱体外面的底部和侧面。加热管309(或加热板)贴在箱体外的底部，加热管311(或加热板)贴在箱体外面的两侧。加热管309(或加热板)和加热管311(或加热板)相互垂直；保温层302A，采用岩棉；平面型的蚀刻箱底部设有通径6分的排污管310；控温采用接触器接通或断开电源的方式控制温度；蚀刻膜的行走采用一台三相异步电机316经过减速，通过链条、链轮同时带动蚀刻箱传动轴和清洗箱传动轴的运转(即传动轴上均同轴键连接有一个链轮)，带动蚀刻膜的行走；收卷部分由收卷三相异步电机317经过减速，带动收卷轴，以调整机械阻尼的方式调整收卷张力。
上述蚀刻装置主要具有以下几个方面的技术缺陷：
1.一般地，为了保证蚀刻产品的工艺质量必须要求任意假设的同一水平位置处的蚀刻液温度差小于0.5℃；然而使用传统的蚀刻设备常常会造成蚀刻温度不均匀，蚀刻箱内同一水平位置温差达到了3℃，其将严重影响蚀刻产品质量。
2.由于传统电源电压的波动致使收卷部分以及行走部分涉及的三相异步电机不能够稳定的保持转动速度，致使绕在诸多传动轴上的蚀刻膜行进速度不一致(即蚀刻速度不均匀)，通常白天和晚上速度不一样，使蚀刻产品的孔径不一致，超过偏差。以上致使产品的废品率达到70％，从而使成本提高，质量不稳定，生产不出高质量的更高精度的蚀刻膜。只能生产孔径4μm以上的，孔径2μm以下的重离子蚀刻膜不能生产。
3.现有技术中的蚀刻设备在蚀刻过程中蚀刻膜的张力始终不稳定，或是多个传动辊上的蚀刻膜张力不一致，有大有小，张力很小时(即出现张力不够)，蚀刻膜接近为停止行走状态，或者蚀刻膜缠绕到传动轴上(即造成蚀刻膜重叠褶皱在一起)，甚至引起断膜的问题，一旦断膜(即蚀刻膜因为受力被拉伸并撕断)，致使蚀刻过程中止，并将造成材料的浪费和时间的浪费。
4.另外，现有技术中的蚀刻设备因为收卷部分没有自动纠偏装置，常常需要靠人工进行纠偏(即纠偏后可以保障整条生产线上的蚀刻膜始终沿着传动轴和收卷辊的中心铺设方向平行传动)，由于纠偏频率较高，需要经常对蚀刻膜的左右方向进行纠偏，因此就会造成人工纠偏劳动强度大；同时人工纠偏精度很难得到保障，进而致使蚀刻作业效率低下、收卷合格率下降。
综上所述，如何克服现有技术中的蚀刻装置中的上述技术缺陷，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种重离子微孔膜蚀刻装置，以解决上述问题。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种重离子微孔膜蚀刻装置，包括依次设置的放卷装置(101)、蚀刻箱(102)、清洗箱(105)、烘干箱(106)和收卷装置(109)以及用于重离子微孔膜蚀刻装置的控制系统；
其中，所述控制系统包括PLC控制系统和与所述PLC控制系统电连接的HMI人机交互装置；
所述蚀刻箱(102)包括箱本体、以及设置在箱本体内的、处于蚀刻液体中的轴支撑装置；
所述轴支撑装置的顶部固定有多个传动轴(104A)，所述轴支撑装置的底部固定有多个随动轴(104E)；所述传动轴(104A)与所述随动轴(104E)一一对应间隔铺设；所述轴支撑装置上还固定有加热器(104D)，所述加热器(104D)均匀间隔铺设在所述蚀刻箱(102)内的所述轴支撑装置的立体空间上；所述加热器(104D)的外表面还套装有绝缘软管；
所述蚀刻箱(102)的侧壁上设置有控制速度的第一蚀刻伺服电机(110)、第二蚀刻伺服电机(111)；所述清洗箱(105)的侧壁上设有控制张力的清洗伺服电机(112)；所述烘干箱(106)的侧壁上设有控制张力的烘干伺服电机(113)；
所述收卷装置(109)上设置有收卷伺服电机(114)；所述收卷装置(109)与烘干箱(106)之间还设置有第一张力传感器(107)和纠偏传感器(108)，蚀刻箱输出端设有第二张力传感器(102A)，清洗箱输出端设有第三张力传感器(105D)；所述第一张力传感器(107)、第二张力传感器(102A)、第三张力传感器(105D)用于检测蚀刻膜的张力值，并发送检测信号；所述纠偏传感器(108)用于检测蚀刻膜边缘位置，并发送纠偏信号；所述收卷装置(109)还设置有纠偏驱动装置；所述纠偏驱动装置用于牵引收卷辊的沿水平方向左右平移；
所述PLC控制系统，用于接收所述第一张力传感器(107)、第二张力传感器(102A)、第三张力传感器(105D)发送的检测信号，解析蚀刻膜的张力值，并判断张力值与张力阈值范围的关系；若大于张力阈值范围，则向清洗箱的清洗伺服电机(112)、烘干箱的烘干伺服电机(113)、收卷装置上的收卷伺服电机(114)发送控制指令，通过调节上述多个伺服电机转矩以降低蚀刻膜的张力；若小于张力阈值范围，则向清洗箱上的清洗伺服电机(112)、烘干箱上的烘干伺服电机(113)、收卷装置上的收卷伺服电机(114)发送控制指令，通过调节各个伺服电机的转矩以增加蚀刻膜的张力；若处于张力阈值范围，则维持当前操作；
所述PLC控制系统，用于接收所述纠偏传感器(108)发送的纠偏信号，解析蚀刻膜的偏离方向和偏离值；根据偏离方向和偏离值，控制所述纠偏驱动装置执行牵引收卷辊的沿水平方向左右平移的操作；
所述PLC控制系统，还用于分别独立控制每台伺服电机的工作方式和转速；
所述HMI人机交互装置，用于显示张力传感器的蚀刻膜的张力值，显示纠偏传感器(108)检测的偏离方向和偏离值以及每台伺服电机的当前工作方式和转速。
优选的，在所述蚀刻箱(102)的结构中：
所述轴支撑装置为支架(104)；所述支架(104)为桁架结构；
所述加热器(104D)的绝缘软管为聚四氟软管(1041)；其中聚四氟软管(1041)端头与聚四氟材料的堵头(1042)焊接密封，所述加热器(104D)套入所述聚四氟软管(1041)内，所述聚四氟软管(1041)的另一端连同所述加热器的电源线引入接线箱(104C)；
所述蚀刻箱(102)的底部呈漏斗形状，且所述蚀刻箱(102)的底部的最深处还设有用于排污的排渣管(115)；
所述蚀刻箱(102)沿箱本体设有保温层(116)，所述保温层(116)采用聚氨酯发泡材料，所述保温层(116)的厚度为100～160mm。
优选的，在所述蚀刻箱(102)的结构中：
每个所述传动轴(104A)上均同轴连接有一个齿轮，且相邻的两个齿轮之间通过介轮(104B)啮合连接。
优选的，在所述蚀刻箱(102)的结构中：
所述蚀刻箱(102)内的所述支架(104)与所述箱本体可拆卸连接。
优选的，在所述清洗箱(105)的结构中：
位于所述清洗箱(105)上方设置有多个传动轴(105A)，每个所述传动轴(105A)上均同轴且键连接有一个链轮，且相邻两个链轮之间通过链条连接转动；位于所述清洗箱(105)下方设置有多个随动轴(105B)；且所述传动轴(105A)与所述随动轴(105B)均一一对应且间隔铺设；
所述清洗箱(105)内竖直铺设有多个隔板(105C)；
所述清洗箱(105)内的所述伺服电机(112)用于驱动其中一个传动轴(105A)使清洗箱所有的传动轴经过链轮、链条实现同步同方向旋转。
优选的，在所述烘干箱(106)的结构中：
位于所述烘干箱(106)左端设置有多个传动轴(106A)，每个所述传动轴(106A)上均同轴且键连接有一个链轮，且相邻两个链轮之间通过链条连接转动；位于所述烘干箱(106)右端设置有多个随动轴(106B)；且所述传动轴(105A)与所述随动轴(106B)均一一对应且间隔铺设；
所述烘干箱(106)内还设有风机(106C)。
优选的，所述纠偏驱动装置为液压缸或气缸，包括：
活塞杆和缸体；
所述缸体在与收卷辊的同轴方向上设置在所述收卷装置上，所述活塞杆的一端与所述缸体固定连接，另一端与收卷辊固定连接。(需要说明是，纠偏驱动装置的动力能源还可以为电动，即为电动纠偏驱动装置，其作用与上述液压驱动纠偏动作基本相同)；
优选的，在所述蚀刻箱的另一种结构中：
所述轴支撑装置为轴架(205)；每个所述轴架(205)均由顶部横梁以及两梯形架构成，且两梯形架的底部分别安装有所述随动轴(205A)、随动轴(205B)，位于两梯形架之间以及顶部横梁下方的空间内设置有传动轴(207)。
优选的，还包括不锈钢管(204A)，所述不锈钢钢管(204A)与箱体做密封焊接，且与所述加热器(104D)套接。
优选的，所述蚀刻箱的箱本体侧壁上沿竖直方向设置有滑道(205C)；所述轴架(205)与所述滑道(205C)滑动连接。
与现有技术相比，本发明实施例的优点在于：
本发明提供的一种重离子微孔膜蚀刻装置，提供了新的加热结构和布局方式，其可以均匀地保障蚀刻箱内的溶液温度差处于合理的范围；其通过PLC控制系统、张力传感器、伺服电机的相互配合使用,既可以控制蚀刻速度(伺服电机的转速不受电网电压、负荷大小的影响，匀速同步控制达到昼夜蚀刻速度一致)也可以反馈调节各个伺服电机以调整蚀刻膜的张力；通过PLC控制系统、纠偏传感器、纠偏驱动装置的配合使用，可以在收卷部分适应性地对蚀刻膜的左右方向进行纠偏，保证蚀刻完成的蚀刻膜收卷边缘整齐，美观，成卷平整、无褶皱、松紧适度；收卷自动纠偏替代手动人工纠偏。纠偏精度高，减轻劳动强度。本装置的温度控制精度高，速度稳定，蚀刻出的重离子微孔膜合格率达到100％。
附图说明
图1a是本发明的微孔膜蚀刻装置的一种结构的主视结构示意图；
图1b是图1a的俯视结构示意图；
图2是图1a中蚀刻箱A-A向剖视图；
图3是图1a中蚀刻箱的支架及组装部件结构示意图；
图4是图3中蚀刻箱支架上的加热器的结构示意图；
图5是另一种蚀刻箱及加热器安装结构示意图；
图6是图5的B-B向剖视左视图；
图7是图5中的轴架的结构示意图；
图8是图5中的滑道的截面示意图；
图9a是现有技术中的蚀刻装置主视结构示意图；
图9b是图9a中蚀刻装置俯视结构示意图；
图9c是图9a中蚀刻装置C-C向剖视结构示意图；
在图1a以及图1b中：放卷装置 101、蚀刻箱 102、上盖 103、支架 104、清洗箱105、传动轴 105A、随动轴 105B、隔板 105C、烘干箱 106、传动轴 106A、随动轴 106B、风机106C、第一张力传感器 107、第二张力传感器 102A、第三张力传感器 105D、纠偏传感器108(即红外传感器)、收卷装置 109、第一蚀刻伺服电机 110、第二蚀刻伺服电机 111、清洗伺服电机 112、烘干伺服电机 113、收卷伺服电机 114、排渣管 115、保温层 116、漏斗形箱底 117；
在图2中：上盖 103、加热器 104D、排渣管 115、漏斗形箱底 117；
在图3中：传动轴 104A、介轮 104B、接线箱 104C、加热器 104D、随动轴 104E；
在图4中：聚四氟软管 1041、聚四氟材料的堵头 1042；
在图5中：蚀刻箱 202、上盖 203、加热器 204、不锈钢钢管 204A、电源引线 204B、轴架 205、随动轴 205A、随动轴 205B、滑道 205C、介轮 206、传动轴 207、漏斗形箱底208、排污管 209、保温层 210；
在图6中：上盖 203、加热器 204、不锈钢钢管 204A、电源引线 204B、排污管 209；
在图7中：轴架 205、随动轴 205A和随动轴 205B；
在图8中：滑道 205C；
在图9a、图9b以及图9c中：现有技术中的放卷装置 301、蚀刻箱 302、上盖 303、蚀刻箱传动链轮 304、清洗箱 305、清洗箱传动链轮 306、烘干箱 307、收卷装置 308、电热管309、排污管 310、电加热管 311、蚀刻箱随动链轮 312、清洗箱随动链轮 313、烘干箱链轮315、蚀刻三相异步电动机 316、收卷三相异步电机 317、保温层 302A。
具体实施方式
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
实施例一
参见图1a和图1b，本发明实施例一提供的一种重离子微孔膜蚀刻装置，包括依次设置的放卷装置101、蚀刻箱102、清洗箱105、烘干箱106和收卷装置109以及用于重离子微孔膜蚀刻装置的控制系统；
其中，所述控制系统包括PLC控制系统和与所述PLC控制系统电连接的HMI人机交互装置；
所述蚀刻箱102包括箱本体、以及设置在箱本体内的轴支撑装置；(需要说明的是，轴支撑装置其主要有两种结构形式：即实施例一中阐述的支架结构以及实施例二中阐述的轴架结构，两者可以相互替换)；
参见图3，所述轴支撑装置处于蚀刻液体中，顶部固定有多个传动轴104A，所述轴支撑装置的底部固定有多个随动轴104E；所述传动轴104A与所述随动轴104E一一对应间隔铺设；所述轴支撑装置上还固定有加热器104D，所述加热器104D均匀间隔铺设在所述蚀刻箱102内的所述轴支撑装置上；所述加热器104D的外表面还套接有绝缘软管；
所述蚀刻箱102的侧壁上设置有第一蚀刻伺服电机110和第二蚀刻伺服电机111；所述清洗箱105的侧壁上设有伺服电机112；所述烘干箱106的侧壁上设有烘干伺服电机113；
所述收卷装置109设置有收卷伺服电机114；所述收卷装置109与烘干箱106之间还设置有第一张力传感器107和纠偏传感器108，蚀刻箱输出端设有第二张力传感器102A，清洗箱输出端设有第三张力传感器105D；所述第一张力传感器107、第二张力传感器102A、第三张力传感器105D用于检测蚀刻膜的张力值，并发送检测信号；所述纠偏传感器108用于检测蚀刻膜位置及偏离方向，并发送纠偏信号；所述收卷装置109还设置有纠偏驱动装置；所述纠偏驱动装置用于牵引收卷辊沿水平方向左右平移；
所述PLC控制系统，用于接收所述第一张力传感器107、第二张力传感器102A、第三张力传感器105D发送的检测信号，解析蚀刻膜的张力值，并判断张力值与张力阈值范围的关系；若大于张力阈值范围，则向清洗箱的伺服电机112、烘干箱的烘干伺服电机113、收卷装置上的收卷伺服电机114发送控制指令，通过调节上述多个伺服电机的转矩降低蚀刻膜的张力；若小于张力阈值范围，则向清洗箱上的伺服电机112、烘干箱上的烘干伺服电机113、收卷装置上的收卷伺服电机114发送控制指令，通过调节各个伺服电机的转矩增加蚀刻膜的张力；若处于张力阈值范围，则维持当前操作；
所述PLC控制系统，用于接收所述纠偏传感器108发送的纠偏信号，解析蚀刻膜的偏离方向和偏离值；根据偏离方向和偏离值，控制所述纠偏驱动装置执行牵引收卷辊的沿水平方向左右平移的操作；
所述PLC控制系统，还用于分别独立控制每台伺服电机的工作方式或转速；
所述HMI人机交互装置，用于显示张力传感器的蚀刻膜的张力值，显示纠偏传感器108检测的偏离方向和偏离值以及每台伺服电机的当前工作方式和转速。
需要说明的是；本发明实施例提供的重离子微孔膜蚀刻装置的控制方面主要包括，PLC控制系统(或是单片机)以及HMI控制系统、张力传感器和纠偏传感器；执行机械结构方面：整机依次包括设置的放卷装置101、蚀刻箱102、清洗箱105、烘干箱106和收卷装置；具体涉及的加热设备，蚀刻箱102、清洗箱105、烘干箱106内部的驱动方式(各类型伺服电机)，以及各个结构布局、结构位置关系和连接方式均有改进，属于本发明实施例需要保护的重点结构。
需要说明的是，对于现有技术中的技术缺陷还包括其他几个方面：例如：现有技术中的蚀刻设备中对于温控精度较差，温度波动1℃以上，不但保证不了对于温度控制波动小于0.5℃的要求，保证不了产品质量，并且故障率也较高。
在现有技术中的蚀刻设备结构中，由于加热元件放置在箱体外部，大部分发热表面被保温材料包裹着，热能不能得到充分利用，加热损耗高，热能利用率低，蚀刻箱表面温度高，其也无法达到现代工艺生产对于节能环保方面的要求。
现有技术中的蚀刻设备，设备运转噪音大，测试蚀刻作业现场的环境噪音已经超过了70db，其高分贝的噪音将会影响操作人员身体健康。
在现有技术中的蚀刻设备结构中，蚀刻箱蚀刻出的沉淀物需要停机清理，因为排污管直径小，沉淀物只能从上部取出，这样操作显然更加费时、费力，停机清理也需要停止蚀刻进行、影响蚀刻进度。
在现有技术中的蚀刻设备结构中，岩棉保温的的导热系数比较高，且保温厚度只有40～50mm，保温效果差。在现有技术中的蚀刻设备结构中，电气化自动化控制程度低，精度低、可靠性差，其也无法满足现代工艺生产对于生产工艺自动化的要求。
本发明实施例提供的重离子微孔膜蚀刻装置还可以解决上述技术问题。
下面对本发明实施例提供的重离子微孔膜蚀刻装置的具体结构以及原理做一下详细解释说明：
首先从蚀刻膜的蚀刻过程介绍本装置：蚀刻膜经放卷装置101，从带有上盖103的蚀刻箱102的左侧入口进入，从支架104的上部传动轴104A到下部的随动轴104E上、下依次折回，从蚀刻箱102的左侧出来，经过第二张力传感器102A,进入清洗箱105，用同样的折回的方法将蚀刻膜引出到清洗箱105，清洗后的蚀刻膜经过第三张力传感器105D，进入烘干箱106，烘干后的蚀刻膜经过第一张力传感器107，再经过纠偏传感器108，由收卷装置收卷，收卷装置接收纠偏传感器108的蚀刻膜的偏离信号，进行自动纠偏，张力传感器与收卷伺服电机配合，伺服电机做清洗、烘干、收卷动力的同时，控制张力。
优选的，在所述蚀刻箱102的结构中：
所述轴支撑装置为支架104；所述支架104为桁架结构；
参见图4，所述加热器104D的绝缘软管为聚四氟软管1041；其中聚四氟软管1041端头与聚四氟材料的堵头1042焊接密封，所述加热器104D套入所述聚四氟软管1041内，所述聚四氟软管1041的另一端连同所述加热器的电源线引入接线箱104C(另参见图2)，这样一来就完成了加热器及电源引线在强腐蚀性液体中的电器绝缘；
所述蚀刻箱102的底部呈漏斗形状(参见图2，即漏斗形箱底117，上述形状的改进将有利于蚀刻工艺的废料快速地顺利的沉淀，并从排渣管115排出)，且所述蚀刻箱102的底部的最深处还设有用于排污的排渣管115；
所述蚀刻箱102沿箱本体均设有保温层116，所述保温层116采用聚氨酯发泡材料，所述保温层116的厚度为100～160mm。
关于上述技术方案所带来的技术效果包括：加热器104D的安装达到处于水平、水平距离相等、与传动轴104A平行，并且在传动轴104A下方的中垂线上，这样即保证了蚀刻膜与加热器104D平行，与加热器104D距离相等，又不会碰触到加热器104D。在保证了蚀刻膜与加热器104D表面距离相等的情况下，温度也应该一致，可以保证蚀刻膜受热温度均匀一致。解决了蚀刻膜行走时受热温度不一致，产生孔径不均匀的问题。蚀刻箱的保温层116，采用聚氨酯发泡材料，厚度为100～160mm。蚀刻箱的底部设计成漏斗形，便于收集蚀刻下来的沉淀物，沉淀物由通径2吋的排渣管115将废渣排除。
优选的，在所述蚀刻箱102的结构中：
每个所述传动轴104A上均同轴连接有一个齿轮，且相邻的两个齿轮之间通过介轮104B啮合连接。通过齿轮替代传统技术中的链轮，很明显地提升了蚀刻质量；齿轮传动是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动，其具有结构紧凑、效率高、寿命长等特点，其相比链轮传动更平稳、同步传动性能更好，可保障各轴的同步转动速度，且传动平稳噪音更低。
优选的，在所述蚀刻箱102的结构中：
所述蚀刻箱102内的所述支架104与所述箱本体可拆卸连接(即支架104可以整体吊出)。
需要说明的是上述技术效果包括：在上述支架安装后，使用一段时间蚀刻箱内的传动轴以及随动轴(还包括轴承等部件)需要更换或是维修、校正，对此上述支架与箱本体可拆卸，这样上述连接方式十分有利于零配件的维修和更换。
优选的，在所述清洗箱105的结构中：
位于所述清洗箱105上方设置有多个传动轴105A，每个所述传动轴105A上均同轴且键连接有一个链轮，且相邻两个链轮之间通过链条连接转动；位于所述清洗箱105下方设置有多个随动轴105B；且所述传动轴105A与所述随动轴105B均一一对应且间隔铺设；
所述清洗箱105内竖直铺设有多个隔板105C；
所述清洗箱105内的所述清洗伺服电机112用于驱动其中一个传动轴105A同步旋转。
需要说明的是，清洗箱内链轮传动也可以使用齿轮传动代替。上述技术效果包括：清洗箱105位于上方的是带有链轮的传动轴105A，由链条带动链轮，带动传动轴105A同方向旋转，位于下方的是随动轴105B，隔板105C将清洗箱分割成3部分，每部分的污浊程度不同，以分级的进行蚀刻膜的清洗，以达到更好的清洗效果。
优选的，在所述烘干箱106的结构中：
位于所述烘干箱106左端设置有多个传动轴106A，每个所述传动轴106A上均同轴且键连接有一个链轮，且相邻两个链轮之间通过链条连接转动；位于所述清洗箱106右端设置有多个随动轴106B；且所述传动轴105A与所述随动轴106B均一一对应且间隔铺设；
所述烘干箱106内还设有风机106C。
需要说明的是，烘干箱106，设有传动轴106A、传动轴106B，全部由链轮、链条传动，用以实现蚀刻膜的行走；设有加热器106D，为使蚀刻膜加热均匀，设有风机106C，实现热风循环，对蚀刻膜进行均匀的烘干。
优选的，所述纠偏驱动装置为液压缸或气缸(上述装置均可推动收卷辊水平移动以适应蚀刻膜的传动方向校正)，包括：
活塞杆和缸体；
所述缸体在与收卷辊的平行方向上设置在所述收卷装置上，所述活塞杆的一端与所述缸体固定连接，另一端与收卷辊固定连接。
需要说明的是，上述纠偏驱动装置、PLC控制系统以及纠偏传感器之间相互配合完成纠偏；其中纠偏传感器一般都是红外传感器、超声波传感器或是激光传感器，监测蚀刻膜运行的边缘位置，将信号发送给PLC控制系统。PLC控制系统发现蚀刻膜有位置漂移后，根据控制者预先设定的指令，通过驱动器(即纠偏驱动装置)控制收卷辊平移，纠正卷材位置。系统还可以配合不同的探头使用，以适合检测不同卷材的需要，如：红外线光电、模拟量红外线光电等。
下面对本发明实施例提供的重离子微孔膜蚀刻装置的具体结构以及原理做一下详细解释说明：
实施例二
图5所示是本发明实施例二提供的另一种蚀刻箱202，除加热器的安装及下部的随动轴的安装方式不同，其余与图1所示的蚀刻箱102结构相同，作用和功能一致。其中，所述轴支撑装置为轴架205；每个所述轴架205均由顶部横梁以及两梯形架构成，且两个梯形架的底部分别安装有所述随动轴205A、随动轴205B，位于两个梯形架之间以及顶部横梁下方的空间内设置有传动轴207。所述不锈钢钢管204A与箱体做密封焊接，且与所述加热器204套接。并采用在蚀刻箱体中直接焊接不锈钢管204A，不锈钢钢管204A与箱体做密封焊接，然后穿入加热器204，其加热器204的电源引线204B，可以在箱体外面接入电源，避免了蚀刻箱102的加热器104D接线复杂，绝缘处理困难的问题。其中不锈钢钢管204A的布置方式与图1中的加热器104D的布置方式相同，以使穿入不锈钢钢管204A的加热器204与图1中加热器104D的布置方式相同。另外，图5中还示意了漏斗形箱底208、排污管209、保温层210等结构。
带有齿轮的传动轴207与介轮206配合，实现传动轴207的同方向旋转。传动轴207，介轮206直接固定在蚀刻箱上部。轴架205下部装有随动轴205A和205B(另参见图6和图7)，轴架205可以从上部拔出和放下，连同随动轴205A和随动轴205B，从蚀刻箱中取出和放入蚀刻箱。所述蚀刻箱202的箱本体侧壁上沿竖直方向设置有滑道；所述轴架205与所述滑道205C(如图8所示)滑动连接。与此同时，滑道205C对于轴架还具有定位作用。
在安装蚀刻膜时，若采用图1所示的结构，首先将架子吊出，用折回的方式穿入聚四氟引带，将架子放入蚀刻箱，再依次将聚四氟引带穿入清洗箱、烘干箱、到收卷装置；若采用图5所示的另一种蚀刻箱，首先将聚四氟引带平铺在传动轴207的上轴面上，然后依次完成清洗箱、烘干箱的引带折回，直到收卷装置。从蚀刻膜的出口处开始，依次放下轴架205，既可以完成聚四氟引带的折回安装。用引带带动重离子原膜进行蚀刻，当引带全部走出来之后，可以将引带拿掉，不间断的实现重离子膜的蚀刻。
上述的滑道204C也可以安装在图1的架子104上，使用轴架205，实现同样的功能。
上述微孔膜蚀刻装置采用多台伺服电机实现机械动力的驱动，并且可以灵活的实现难于解决的蚀刻、清洗、烘干过程的张力控制，因为蚀刻膜在蚀刻过程中，随着微孔的逐渐出现，其强度下降、弹性下降，在轴的牵引力的作用下，蚀刻膜逐渐被拉长，若不进行过程张力控制，就会出现被拉长的蚀刻膜在传动轴上打滑，没有摩擦力，蚀刻膜不能行走，出现蚀刻膜缠绕到有摩擦力的轴上，引起断膜，使蚀刻不能进行，同时将造成材料的浪费，延误蚀刻进度。因此，蚀刻过程的张力控制很重要。
综上所述有关动力方面：
所述蚀刻箱内设置有第一蚀刻伺服电机110、第二蚀刻伺服电机111；所述清洗箱内设有清洗伺服电机112；所述烘干箱内设有烘干伺服电机113；所述收卷装置上设置有收卷伺服电机114；所述收卷装置与烘干箱之间还设置有第一张力传感器107，清洗箱输出端、烘干箱输出端设有第二张力传感器102A、第三张力传感器105D；所述张力传感器用于检测蚀刻膜的张力；
有关控制方面：
所述PLC控制系统，用于接收所述张力传感器发送的检测信号，解析蚀刻膜的张力值，并判断张力值与张力阈值范围的关系；若大于张力阈值范围，则向清洗伺服电机112、烘干箱的烘干伺服电机113、收卷装置上的收卷伺服电机114发送控制指令，通过所述调节伺服电机的转矩降低蚀刻膜的张力；若小于张力阈值范围，则向清洗箱的清洗伺服电机112、烘干箱的烘干伺服电机113、收卷装置上的收卷伺服电机114发送控制指令，通过调节各个伺服电机的转矩增加蚀刻膜的张力；若处于张力阈值范围，则维持当前操作；
所述PLC控制系统，还用于分别控制每台伺服电机的工作方式、转速或转矩；
所述PLC控制系统，还用于控制所述纠偏驱动装置牵引收卷辊的沿水平方向左右平移。
所述HMI人机交互装置，用于显示张力传感器的蚀刻膜的张力值，以及伺服电机的当前工作方式和转速。
有关蚀刻膜方面：
需要说明的是，重离子微孔膜是高科技产品，属于新工艺、新技术生产的新材料，属于筛孔型过滤介质。具有广泛的应用领域和发展前景。世界上只有少数国家能够生产，我们国家由于生产不出高精度的重离子微孔膜，只能依靠进口，现阶段只能做要求不高的、作为防伪用的重离子微孔膜。高精度的微孔膜只能由实验室做出小面积的样品。重离子微孔膜作为一种新型的过滤材料，与传统的网状滤膜相比，最大的特点是具有真实几何意义上的孔径。孔径尺寸可在很宽的范围内(0.01-15μm)严格控制，孔径大小均匀一致。可应用于电子、化工、石油、医药、卫生、食品、酿造、生物学、环境、分析检测等领域。本发明的重离子微孔膜蚀刻装置是微孔膜生产的重要设备，为生产不同需要的高精度的微孔膜提供了保障。
提高蚀刻速度的方法：
在蚀刻温度不变，蚀刻液浓度不变、蚀刻膜孔径不变的情况下，蚀刻速度与容下蚀刻液里的蚀刻膜的长度有关。即增加蚀刻速度，蚀刻液里的蚀刻膜必须增长。这样需要增加蚀刻箱的长度、深度尺寸，同时增加了蚀刻箱的制造难度。
在不改变蚀刻箱尺寸的情况下，增加蚀刻箱102的数量，以多个蚀刻箱102串联组合的方式，提高蚀刻速度。便于实现模块化，可以任意组合降低成本。
蚀刻膜的长度增加，蚀刻膜的伸长量增加，蚀刻过程张力控制更为重要。由于解决了蚀刻过程张力控制问题，为提高蚀刻速度提供了保障。
相比现有技术而言，本发明实施例提供的重离子微孔膜蚀刻装置的实际效果至少包括如下几个方面：
1、蚀刻液中，除上部接近液体表面的100～200mm高度位置以下，上下温度差小于0.3℃，水平方向温差小于0.05℃，能够蚀刻较高精度微孔膜,如孔径2μm以下的微孔膜。现在的设备水平方向的温差3℃。2、本发明由于温度控制精度高，速度稳定，蚀刻出的微孔膜合格率达到100％。现在的技术，产品合格率只有30％，并且需要大量的时间和人力检查、挑选出合格的产品，因此使生产的产品成本大幅提高。3、蚀刻出的沉淀物易于从底部加粗的排污管排出，减轻了操作人员的劳动强度，提高了劳动条件。4、本发明的加长加高的蚀刻箱，使蚀刻速度达到120m/h；同时张力控制平稳。现在的设备每小时的生产速度是40m/h左右。是现在设备的四倍。5、齿轮传动噪音较小，小于25db，效率高、构紧凑。发明前的设备运转噪声达到70db。6、保温效果明显，4.2m3液体容积总的散热功率损失小于500w。7、处于恒温状态时，加热器的功率密度0.009wcm2～0.1wcm2。温度波动0.001℃～0.1℃，电流波动小于0.5A。发明前是发明后设备温度波动的10～100倍。现在设备加热时按最大电流加热(50A～70A)，以间断通电的方式控温，电流波动大，温度波动也大。8、运行速度稳定、精确，不受电源电压波动的影响。9、控制参数数字化，直观、清晰，操作简单，劳动强度低。
本领域技术人员应该可以理解：伺服电机通过PLC控制速度，替代三相交流异步电机通过变频调速控制速度，控制精度高，伺服电机的转速不受电网电压、负荷大小的影响。箱体内部加热器以立体空间的、分散的加热，替代箱体外部的平面上集中加热；箱体内部加热器全部横向水平安装，替代箱体外部有横、纵向安装。使热能利用率高，蚀刻膜受热温度均匀。蚀刻箱由底部的漏斗形的结构，替代平面型结构，便于集中收集沉淀物。蚀刻箱底部由2吋的排污管，替代6分的排污管。使排污顺畅。齿轮传动替代链轮传动。精度高、噪音小、寿命长。保温采用导热系数为0.025～0.028w/m℃的聚氨酯发泡材料替代导热系数为0.041～0.045w/m℃的岩棉保温。并且保温层由岩棉材料的40～50mm厚，增加到由聚氨酯发泡材料的100～160mm厚。减少了热损失。多台伺服电机同步控制传动，替代单台交流异步电机靠链条同步传动。可以灵活控制每台伺服电机的工作方式和转速。伺服电机运行精度高，为高精度的控制蚀刻膜的行走提供保障。张力控制由张力传感器配合伺服电机进行自动张力控制。收卷自动张力控制，替代手动的机械阻尼控制张力。可以在线调整、精确控制，数字化控制。收卷自动纠偏替代手动人工纠偏。纠偏精度高，减轻劳动强度。
本发明达到了高标准的技术要求，不但可以近距离的操作，也可以远距离的实时监控，提高了蚀刻工艺水平和蚀刻质量，操作简便，劳动强度低，而且可靠性更高。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种重离子微孔膜蚀刻装置，其特征在于，
包括依次设置的放卷装置(101)、蚀刻箱(102)、清洗箱(105)、烘干箱(106)和收卷装置(109)以及用于重离子微孔膜蚀刻装置的控制系统；
其中，所述控制系统包括PLC控制系统和与所述PLC控制系统电连接的HMI人机交互装置；
所述蚀刻箱(102)包括箱本体、以及设置在箱本体内的轴支撑装置；
所述轴支撑装置的顶部固定有多个传动轴(104A)，所述轴支撑装置的底部固定有多个随动轴(104E)；所述传动轴(104A)与所述随动轴(104E)一一对应间隔铺设；所述轴支撑装置上还固定有加热器(104D)，所述加热器(104D)均匀间隔铺设在所述蚀刻箱(102)内的所述轴支撑装置的立体空间上；所述加热器(104D)的外表面还套装有绝缘软管；
所述蚀刻箱(102)的侧壁上设置有控制速度的第一蚀刻伺服电机(110)、第二蚀刻伺服电机(111)；所述清洗箱(105)的侧壁上设有控制张力的清洗伺服电机(112)；所述烘干箱(106)的侧壁上设有控制张力的烘干伺服电机(113)；
所述收卷装置(109)上设置有收卷伺服电机(114)；所述收卷装置(109)与烘干箱(106)之间还设置有第一张力传感器(107)和纠偏传感器(108)，蚀刻箱输出端设有第二张力传感器(102A)，清洗箱输出端设有第三张力传感器(105D)；所述第一张力传感器(107)、第二张力传感器(102A)、第三张力传感器(105D)用于检测蚀刻膜的张力值，并发送检测信号；所述纠偏传感器(108)用于检测蚀刻膜边缘位置，并发送纠偏信号；所述收卷装置(109)还设置有纠偏驱动装置；所述纠偏驱动装置用于牵引收卷辊的沿水平方向左右平移；
所述PLC控制系统，用于接收所述第一张力传感器(107)、第二张力传感器(102A)、第三张力传感器(105D)发送的检测信号，解析蚀刻膜的张力值，并判断张力值与张力阈值范围的关系；若大于张力阈值范围，则向清洗箱的清洗伺服电机(112)、烘干箱的烘干伺服电机(113)、收卷装置上的收卷伺服电机(114)发送控制指令，通过调节上述多个伺服电机的转矩以降低蚀刻膜的张力；若小于张力阈值范围，则向清洗箱上的清洗伺服电机(112)、烘干箱上的烘干伺服电机(113)、收卷装置上的收卷伺服电机(114)发送控制指令，通过调节各个伺服电机的转矩以增加蚀刻膜的张力；若处于张力阈值范围，则维持当前操作；
所述PLC控制系统，用于接收所述纠偏传感器(108)发送的纠偏信号，解析蚀刻膜的偏离方向和偏离值；根据偏离方向和偏离值，控制所述纠偏驱动装置执行牵引收卷辊的沿水平方向左右平移的操作；
所述PLC控制系统，还用于分别独立控制每台伺服电机的工作方式和转速；
所述HMI人机交互装置，用于显示张力传感器的蚀刻膜的张力值，显示纠偏传感器(108)检测的偏离方向和偏离值以及每台伺服电机的当前工作方式和转速。
2.如权利要求1所述的重离子微孔膜蚀刻装置，其特征在于，
在所述蚀刻箱(102)的结构中：
所述轴支撑装置为支架(104)；所述支架(104)为桁架结构；所述支架(104)全部浸在蚀刻液体中；
所述加热器(104D)的绝缘软管为聚四氟软管(1041)；其中聚四氟软管(1041)端头与聚四氟材料的堵头(1042)焊接密封，所述加热器(104D)套入所述聚四氟软管(1041)内，所述聚四氟软管(1041)的另一端连同所述加热器的电源线引入接线箱(104C)；
所述蚀刻箱(102)的底部呈漏斗形状，且所述蚀刻箱(102)的底部的最深处还设有用于排污的排渣管(115)；
所述蚀刻箱(102)沿箱本体设有保温层(116)，所述保温层(116)采用聚氨酯发泡材料，所述保温层(116)的厚度为100￣160mm。
3.如权利要求2所述的重离子微孔膜蚀刻装置，其特征在于，
在所述蚀刻箱(102)的结构中：
每个所述传动轴(104A)上均同轴连接有一个齿轮，且相邻的两个齿轮之间通过介轮(104B)啮合连接。
4.如权利要求3所述的重离子微孔膜蚀刻装置，其特征在于，
在所述蚀刻箱(102)的结构中：
所述蚀刻箱(102)内的所述支架(104)与所述箱本体可拆卸连接。
5.如权利要求4所述的重离子微孔膜蚀刻装置，其特征在于，
在所述清洗箱(105)的结构中：
位于所述清洗箱(105)上方设置有多个传动轴(105A)，每个所述传动轴(105A)上均同轴且键连接有一个链轮，且相邻两个链轮之间通过链条连接转动；位于所述清洗箱(105)下方设置有多个随动轴(105B)；且所述传动轴(105A)与所述随动轴(105B)均一一对应且间隔铺设；
所述清洗箱(105)内竖直铺设有多个隔板(105C)；
所述清洗箱(105)内的所述清洗伺服电机(112)用于驱动其中一个传动轴(105A)使清洗箱所有的传动轴经过链条、链轮实现同步旋转。
6.如权利要求5所述的重离子微孔膜蚀刻装置，其特征在于，
在所述烘干箱(106)的结构中：
位于所述烘干箱(106)左端设置有多个传动轴(106A)，每个所述传动轴(106A)上均同轴且键连接有一个链轮，且相邻两个链轮之间通过链条连接转动；位于所述烘干箱(106)右端设置有多个随动轴(106B)；且所述传动轴(105A)与所述随动轴(106B)均一一对应且间隔铺设；
所述烘干箱(106)内还设有风机(106C)。
7.如权利要求6所述的重离子微孔膜蚀刻装置，其特征在于，
所述纠偏驱动装置为液压缸或气缸，包括：
活塞杆和缸体；
所述缸体在与收卷辊的同轴方向上设置在所述收卷装置上，所述活塞杆的一端与所述缸体固定连接，另一端与收卷辊固定连接。
8.如权利要求1所述的重离子微孔膜蚀刻装置，其特征在于，
在所述蚀刻箱的另一种结构中：
所述轴支撑装置为轴架(205)；每个所述轴架(205)均由顶部横梁以及两梯形架构成，且两梯形架的底部分别安装有所述随动轴，位于两个梯形架之间以及顶部横梁下方的空间内设置有传动轴(207)。
9.如权利要求8所述的重离子微孔膜蚀刻装置，其特征在于，
还包括不锈钢钢管(204A)，所述不锈钢钢管(204A)与箱体做密封焊接，且与所述加热器(104D)套接。
10.如权利要求9所述的重离子微孔膜蚀刻装置，其特征在于，
所述蚀刻箱的箱本体侧壁上沿竖直方向设置有滑道(205C)；所述轴架(205)与所述滑道(205C)滑动连接。
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