CN110508463A - 一种精准控制涂层形状厚度的涂覆方法 - Google Patents

一种精准控制涂层形状厚度的涂覆方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种精准控制涂层形状厚度的涂覆方法，本发明的涂覆方法是使用红外热成像法测量涂层的形状信息以及涂层上下表面的温度即通过温度差来得到涂层厚度反馈给涂层涂覆自适应PID控制算法，精准的控制脉冲喷头对LED基板的涂覆过程，达到所要求的涂层的形状厚度的高精度控制。本发明通过脉冲喷涂与图形化钢网掩膜喷涂大致的形状厚度，使用红外热成像法测得涂层的形状厚度得到的信息传递给数据库接收器进行对比，数据处理其误差反馈给自适应PID控制算法来不断优化修正涂覆过程中的控制参数，实现涂层涂覆形状厚度的精准控制。

Description

一种精准控制涂层形状厚度的涂覆方法
技术领域
本发明涉及涂覆方法，尤其涉及到一种精准控制涂层形状厚度的涂覆方法。
背景技术
涂层应用于航空航天，燃气化工，微电子，汽车工业等各大领域，具有防腐，隔热，耐磨等优点，对提高产品的寿命有巨大的作用。国内外对涂层的涂覆方法也在不断改进升级，因此涂层的涂覆方法有一定的研究价值。
在LED封装实现白光的过程中，荧光粉对芯片发出的蓝光进行颜色和能量转换而混合形成白光，因此荧光粉的涂覆工艺在一定程度上决定了白光LED品质的好坏。而目前荧光粉涂覆工艺主要采用喷涂法和点胶法，而这两种制造工艺很难保证涂覆的精准形状和厚度，将导致出射光局部偏黄或偏蓝，形成的白色光斑不均匀，从而影响功率型LED的性能。
因此，本文提出一种精准控制涂层形状厚度的涂覆方法来解决这个问题。
发明内容
本发明提供了一种精准控制涂层形状厚度的涂覆方法，本发明的涂覆方法是使用红外热成像法获得的涂层形状厚度反馈给涂层涂覆自适应PID控制算法，精准的控制脉冲喷头对LED基板的涂覆过程，达到所要求的涂层的形状厚度的高精度控制。从而提高荧光粉涂覆形状厚度的均匀性，提高LED的光学性能。
本发明通过以下技术方案实现：
一种精准控制涂层形状厚度的涂覆方法，通过红外热成像法测得使用图形化掩膜和脉冲喷涂的涂层的形状信息和温度差再把信息与数据库中的理想涂层形状厚度进行对比，反馈给自适应PID控制算法来不断优化修正涂覆过程中的控制参数，实现涂层涂覆形状厚度的精准控制；包括以下步骤：
步骤1.1使得脉冲喷头与待喷涂的基板中心在同一条垂直线上；
步骤1.2待步骤1.1完成后，将图形化钢网设置在具有磁性的载具上，通过磁力吸引将图形化钢网覆盖在基板表面，从而实现了封装表面的图形化遮盖，对设定的图形化钢网图案进行喷涂；
步骤1.3待步骤1.2完成后，设定涂覆的控制参数，控制脉冲喷头完成基板的涂层形状厚度的涂覆工作；
步骤1.4待步骤1.3完成后，通过基于红外热成像法得到涂层形状厚度的检测方法测出当前涂覆涂层的形状厚度，使用PID控制算法通过计算迭代优化喷枪的控制参数，完成下一次涂覆。
进一步的，喷枪喷头采用点胶喷头或者雾化喷头或者压电喷头进行涂覆，具体为：使用脉冲喷涂进行初步喷涂，脉冲喷涂通过撞针以脉冲频率间歇性冲击胶体通道，使胶体以小液滴的形式进入到喷射通道；喷枪气压驱动液滴胶体快速流动，到达雾化腔，雾化成更加微小的液滴，在压差的作用下，喷出喷枪。
进一步的，红外热成像法获得涂层的形状和厚度的分布包括以下步骤：
步骤3.1：使用脉冲激励对涂层面持续加热，同时采用红外热成像仪对标准试件涂层面采集从开始加热时刻至温度持续上升阶段的红外热图像；
步骤3.2：待步骤3.1完成后根据对应的时间Δt和涂层厚度拟合曲线，搜寻Δt所对应的涂层厚度，即为所测涂层厚度；
步骤3.3：通过红外热图像可以看出喷涂的涂层的准确形状。
进一步的，对于曲线的拟合，具体操作步骤如下：
步骤4.1制备一系列涂层厚度不同，基板厚度相同的标准件，记每个标准件的涂层厚度为dn，n＝1，2...N，N表示标准试件数量；
步骤4.2待步骤4.1完成后对每个标准试件，分别采用加热设备对标准试件涂层面进行持续均匀加热，同时采用红外热像仪对标准试件的涂层面采集从开始加热时刻至温度稳定上升阶段的红外热图像，获得红外热图像序列；
步骤4.3待步骤4.2完成后，使用红外热像仪采集刚开始温度持续上升阶段处涂层上下面的温度tm、tn，计算温度差Δti1，Δti2....Δtin；
步骤4.4基于步骤4.3采集到的数据，拟合得到温度差-厚度曲线；
步骤4.5当需要对被测件进行涂层厚度测量时，采用相同的加热设备对待测件进行持续加热，得到温度差。
进一步的，使用自适应PID控制算法来不断优化修正涂覆过程中的控制参数，具体操作步骤如下：
步骤5.1将测量得到的涂层的形状厚度与设定的涂层的形状厚度相比较，计算之间的误差；
步骤5.2根据步骤5.1测出的涂覆的涂层与设定的误差，使用自适应PID控制算法，通过学习修正一些控制参数，包括喷涂胶体浓度修正，喷涂高度修正，喷涂速度修正，喷涂时序修正；
步骤5.3通过步骤5.2的修正完成，进行下一步涂覆工作；
步骤5.4待步骤5.3完成后，将得到的涂层与设定涂层进行再次对比，分析误差，传递给自适应PID控制算法，修改控制参数，直到与设定的涂层形状厚度无限接近。
一种精准控制涂层形状厚度的涂覆方法，通过红外热成像法测得使用图形化掩膜和脉冲喷涂的涂层的形状以及温度差(通过温度差来得到涂层厚度)信息，再把信息与数据库中的理想涂层结构进行对比，数据处理其误差反馈给自适应PID控制算法来不断优化修正涂覆过程中的控制参数，实现涂层涂覆形状厚度的精准控制。包括以下步骤：
1.1控制脉冲喷头与待喷涂的基板中心在同一条垂直线上
1.2待步骤1.1完成后，将图形化钢网配合具有磁性的的载具(载具上具有与待喷涂的器件匹配的凹槽与定位孔，用于固定与定位基板)，通过磁力吸引将钢网覆盖在基板上，实现封装表面的图形化遮盖，喷涂特定设计的钢网图案。
1.3待步骤1.2完成后，设定涂覆的控制参数，控制脉冲喷头完成基板的特定涂层形状厚度的涂覆工作。
1.4待步骤1.3完成后，通过基于红外热成像法得到涂层形状厚度的检测方法获得当前涂覆涂层的形状厚度，使用PID控制算法通过计算迭代优化喷枪的控制参数，完成下一次涂覆。
根据权利要求1所述的一种精准控制涂层形状厚度的涂覆方法，其特征在于喷枪喷头使用点胶喷头，雾化喷头，压电喷头用于涂层涂覆。
2.1根据涂覆的涂层形状厚度，脉冲喷涂过程中，撞针以脉冲频率间歇性的冲击胶体通道，使胶体以小液滴的形式进入到喷射通道；喷枪气压驱动液滴胶体快速流动，到达雾化腔，雾化成更加微小的液滴，在压差的作用下，喷出喷枪。
进一步的所述的一种精准控制涂层形状厚度的涂覆方法，其特征在于基于红外热成像法获得涂层的形状和厚度的分布方法包括以下步骤：
3.1使用脉冲激励对涂层面持续加热，同时采用红外热成像仪对标准试件涂层面采集从开始加热时刻至温度持续上升阶段的红外热图像；
3.2待步骤3.1完成后根据对应的时间Δt和涂层厚度拟合的曲线，搜寻Δt所对应的涂层厚度，即为所测。对于曲线的拟合，具体操作步骤如下：
1.1.1制备一系列涂层厚度不同，基板厚度相同的标准件，记每个标准件的涂层厚度为 dn,n＝1，2...N，N表示标准试件数量；
3.2.2待步骤3.2.1完成后对于每个标准试件，分别采用加热设备对标准试件涂层面进行持续均匀加热，同时采用红外热像仪对标准试件的涂层面采集从开始加热时刻至温度稳定上升阶段的红外热图像，获得红外热图像序列；
3.2.3待步骤3.2.2完成后，使用红外热像仪采集刚开始温度持续上升阶段处涂层上下面的温度tm,tn,计算温度差Δti1，Δti2....Δtin；
3.2.4基于步骤3.2.3采集到的数据，拟合得到温度差-厚度曲线；
3.2.5当需要对被测件进行涂层厚度测量时，采用相同的加热设备对待测件进行持续加热，得到温度差，在步骤4得到的温度差-厚度曲线搜索出Δt所对应的涂层厚度即可
进一步的一种精准控制涂层形状厚度的涂覆方法，其特征在于使用自适应PID控制算法来不断优化修正涂覆过程中的控制参数，具体操作步骤如下：
4.1根据步骤2的涂覆和步骤3的测量，与设定的涂层的形状厚度相比较，计算之间的误差。
4.2根据步骤4.1测出的涂覆的涂层与设定的误差，使用自适应PID控制算法，通过学习修正一些控制参数，包括喷涂胶体浓度修正，喷涂高度修正，喷涂速度修正，喷涂时序修正； 4.3通过步骤4.2的修正完成，进行下一步涂覆工作。
4.4待步骤4.3完成后，将得到的涂层与设定涂层进行再次对比，分析误差，传递给自适应PID控制算法，修改控制参数，直到与设定的涂层形状厚度无限接近。
本发明的有益效果是，本发明的精准控制涂层形状厚度的涂覆方法，目的解决工业喷涂工艺上的涂层厚度不均匀，形状不精确的问题，提高了生产质量，提高LED的色光一致性，出光效率高。对LED的生产制造提高了技术支持。
附图说明
图1是本发明提供的涂覆荧光粉的流程图；
图2是本发明提供的利用红外成像仪获得涂层厚度形状的流程图；
图3是本发明提供的自适应PID控制算法的控制框图。
具体实施方式
一种精准控制涂层形状厚度的涂覆方法，如图一所示，包括以下步骤；(1)控制由激光刻制的图形化钢网移动到基板的上方，与基板中心重合11(2)待步骤一完成后，控制喷枪喷头移动到待涂覆的LED基板上，与图形化钢网中心重合12(3)待步骤2完成后，通过脉冲操作屏设置喷涂参数(喷涂距离，胶体浓度，喷涂速度等)13(4)待步骤3完成后，完成LED基板涂层的喷涂工作，并获得其厚度形状14(5)通过红外热成像仪+PC完成当前涂层与设定涂层之间的形状厚度误差15(6)将误差与设定误差比较，若小于设定误差，也结束喷涂。如大于误差，把误差数据向下传16(7)待步骤6完成后，根据误差，自适应PID 控制算法学习修正控制参数17(8)待步骤7完成后，脉冲喷头会根据修正的参数，再一次喷涂，直至误差小于设定误差，即可得到理想的形状厚度的涂层。荧光粉涂层厚度的测量，如图二所示，包括以下步骤；(1)制备基板厚度相同，涂层厚度不同的N个标准件21(2) 对标准件加载持续的热脉冲激励22(3)待步骤2完成后，使用红外线成像仪获取得到的标准件红外热像23(4)待步骤3完成后提取上下表面温度变化曲线24(5)获取温度差ΔT- 涂层厚度曲线25(6)涂层厚度测量26自适应PID控制算法，如图三所示；包括以下步骤； (1)根据设定的涂层形状厚度，与上一次涂覆的涂层计算其误差31(2)根据步骤一得到的涂层误差，使用自适应PID控制算法，计算得到当前修正的控制参数，包括喷涂高度的修正，喷涂速度的修正，喷涂胶体浓度的修正32(3)待步骤2完成后，通过PID调节器，把调节参数传输给涂覆控制器33(4)涂覆控制器控制涂覆喷头，完成涂覆工作34(5)待步骤4完成后，使用红外热像仪获得厚度形状，并把信息反馈到步骤1，这是一个闭环控制35
针对自适应PID控制算法：如下；
式中-比例、积分、微分的学习速率,以便根据需要对各自对应的加权系数进行调整。-喷涂速度的参数修正系数，-喷涂距离的参数修正系数
-胶体浓度的参数修正系数
U(K)-当前喷涂得到的修正的控制参数量
U(K-1)-上一次喷涂的控制参数
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种精准控制涂层形状厚度的涂覆方法，其特征在于，通过红外热成像法测得使用图形化掩膜和脉冲喷涂的涂层的形状信息和温度差再把信息与数据库中的理想涂层形状厚度进行对比，反馈给自适应PID控制算法来不断优化修正涂覆过程中的控制参数，实现涂层涂覆形状厚度的精准控制；其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.1使得脉冲喷头与待喷涂的基板中心在同一条垂直线上；
步骤1.2待步骤1.1完成后，将图形化钢网设置在磁性载具上，通过磁力吸引将图形化钢网覆盖在基板表面，从而实现了封装表面的图形化遮盖，对设定的图形化钢网图案进行喷涂；
步骤1.3待步骤1.2完成后，设定涂覆的控制参数，控制脉冲喷头完成基板的涂层形状厚度的涂覆工作；
步骤1.4待步骤1.3完成后，通过红外热成像法测出当前涂覆涂层的形状厚度，使用PID控制算法通过计算迭代优化喷枪的控制参数，完成下一次涂覆。
2.根据权利要求1所述的精准控制涂层形状厚度的涂覆方法，其特征在于，喷枪喷头采用点胶喷头或者雾化喷头或者压电喷头进行涂覆，具体为：使用脉冲喷涂进行初步喷涂，脉冲喷涂通过撞针以脉冲频率间歇性冲击胶体通道，使胶体以小液滴的形式进入到喷射通道；喷枪气压驱动液滴胶体快速流动，到达雾化腔，雾化成更加微小的液滴，在压差的作用下，喷出喷枪。
3.根据权利要求2所述的精准控制涂层形状厚度的涂覆方法，其特征在于，红外热成像法获得涂层的形状和厚度的分布包括以下步骤：
步骤3.1：使用脉冲激励对涂层面持续加热，同时采用红外热成像仪对标准试件涂层面采集从开始加热时刻至温度持续上升阶段的红外热图像；
步骤3.2：待步骤3.1完成后根据对应的时间Δt和涂层厚度拟合曲线，搜寻Δt所对应的涂层厚度，即为所测涂层厚度；
步骤3.3：通过红外热图像可以看出喷涂的涂层的准确形状。
4.根据权利要求3所述的精准控制涂层形状厚度的涂覆方法，其特征在于，对于曲线的拟合，具体操作步骤如下：
步骤4.1制备一系列涂层厚度不同，基板厚度相同的标准件，记每个标准件的涂层厚度为dn，n＝1，2...N，N表示标准试件数量；
步骤4.2待步骤4.1完成后对每个标准试件，分别采用加热设备对标准试件涂层面进行持续均匀加热，同时采用红外热像仪对标准试件的涂层面采集从开始加热时刻至温度稳定上升阶段的红外热图像，获得红外热图像序列；
步骤4.3待步骤4.2完成后，使用红外热像仪采集刚开始温度持续上升阶段处涂层上下面的温度tm、tn，计算温度差Δti1、Δti2....Δtin；
步骤4.4基于步骤4.3采集到的数据，拟合得到温度差-厚度曲线；
步骤4.5当需要对被测件进行涂层厚度测量时，采用相同的加热设备对待测件进行持续加热，得到温度差。
5.根据权利书要求3的精准控制涂层形状厚度的涂覆方法，其特征在于，使用自适应PID控制算法来不断优化修正涂覆过程中的控制参数，具体操作步骤如下：
步骤5.1将测量得到的涂层的形状厚度与设定的涂层的形状厚度相比较，计算之间的误差；
步骤5.2根据步骤5.1测出的涂覆的涂层与设定的误差，使用自适应PID控制算法，通过学习修正一些控制参数，包括喷涂胶体浓度修正，喷涂高度修正，喷涂速度修正，喷涂时序修正；
步骤5.3通过步骤5.2的修正完成，进行下一步涂覆工作；
步骤5.4待步骤5.3完成后，将得到的涂层与设定涂层进行再次对比，分析误差，传递给自适应PID控制算法，修改控制参数，直到与设定的涂层形状厚度无限接近。
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