CN117324191A - 涂膜装置及其液罐重力自适应泵送方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涂膜装置及其液罐重力自适应泵送方法，该方法先通过泵送‑溢流的动态平衡方式将高位液罐中的液位高度维持于预设高度，以通过重力泵送方式实现涂膜液的泵送；在涂膜过程中通过传感器检测涂膜液的涂膜压力/流量，当其偏离预设值时通过高位液罐升降机构带动高位液罐进行升降活动而使其恢复至预设高度，从而确保涂膜过程的始终稳定，实现提高成膜的品质和良品率的作用。

Description

涂膜装置及其液罐重力自适应泵送方法

技术领域

本发明涉及光学涂膜技术领域，特别涉及一种涂膜装置以及可用于涂膜装置的液罐重力自适应泵送方法。

背景技术

目前许多大口径光开关器件，例如光学镜头、光学显示器等，都需要涂制特殊的膜层来改变光学器件的表面性质，比如：通过改变通光率(涂制增透膜或高反膜)、改变耐磨擦性以延长材料使用寿命、改变器件表面扩散性能以提高器件抗激光性能等，有的需要单面多层膜，有的需要双面异质膜，涂膜装置用于实现这些要求。

对于光学元件而言，涂膜装置的结构以及涂膜控制方法对涂层的表面质量及厚度有重要的影响，在对光学元件涂膜时一方面光学元件水平运动的直线度、径向跳动、与涂布模头的距离误差、外界震动等均会对涂层表面质量、厚度造成影响从而影响良品率，另一方面涂膜装置涂膜过程涂布模头狭缝出口处是否喷射形成稳定的弯月面，也会对成膜的良品率造成影响。

发明内容

本发明涉及一种不依赖于高精度泵体且涂膜成膜品质优秀、良品率高的涂膜装置，以及该涂膜装置的液罐重力自适应泵送方法。

作为本发明的第一方面，提供了一种涂膜装置的液罐重力自适应泵送方法，所述方法包括如下步骤：

配置涂膜装置使其包括泵送机构，所述泵送机构包括高位液罐、低位液罐、泵送管路、溢流管路以及高位液罐升降机构，所述泵送管路连接于低位液罐的连接口与高位液罐的第二连接口之间以从低位液罐向高位液罐中泵送涂膜液，所述溢流管路连接于高位液罐的第一溢流口与低位液罐的第二溢流口之间以允许高位液罐中的高于第一溢流口的涂膜液流向低位液罐，所述高位液罐固定于所述高位液罐升降机构上以沿竖直方向活动地设置。

配置涂膜装置使其包括涂膜管路和涂布模头，所述涂膜管路连接于所述高位液罐与所述涂布模头之间以使所述高位液罐中的涂膜液在重力作用下被泵送至所述涂布模头狭缝出口处以用于形成稳定的弯月面，在所述喷胶管路上、靠近所述涂布模头处设有传感器，所述传感器为压力传感器或流量传感器。

涂膜开始前，经所述泵送管路向高位液罐中泵送涂膜液以使所述高位液罐中的液位高度维持于第一溢流口处；所述喷胶管路开启以经所述涂布模头将涂膜液喷出，以溢流静压方式实现恒压供液，提供胶液给涂布模头狭缝出口处形成稳定不会波动的弯月面，在涂膜过程中所述泵送管路持续泵送涂膜液以维持液位高度不变、所述传感器检测喷胶管路中的压力或流量是否稳定不变；若所述传感器的检测信号稳定则所述高位液罐升降机构维持不动作，若所述传感器的检测信号变动则所述高位液罐升降机构升降以带动所述高位液罐升降活动而调节所述高位液罐的高度直至所述传感器的检测信号恢复至稳定状态。

根据上述的方法，其中：所述溢流管路的内径大于或等于所述泵送管路的内径以使所述溢流管路的流量大于所述泵送管路的流量。

根据上述的方法，其中：所述泵送管路和/或溢流管路的流量为所述涂布模头的涂膜流量的两倍以上。

根据上述的方法，其中：所述溢流管路的流量为所述泵送管路的流量的1.5倍以上。

根据上述的方法，其中：所述高位液罐升降机构通过导轨对被导向，并经丝杆机构被驱动为沿所述导轨对活动。

根据上述的方法，其中：所述高位液罐升降机构经直线驱动机构被导向和驱动以沿竖直方向活动。

根据上述的方法，其中：所述泵送机构设置于涂膜装置的一侧处，所述泵送管路的流量为所述涂布模头的涂膜流量的2-10倍，所述溢流管路的流量为所述涂布模头的涂膜流量的2-10倍，所述溢流管路的流量为所述泵送管路的流量的1.2-10倍。

作为本发明的第二方面，提供了一种涂膜装置，其包括设备平台和设置于其上的涂膜机构，所述涂膜机构上设置所述涂布模头，所述泵送机构的高位液罐高于所述涂布模头地设置。其中，所述涂膜装置的泵送机构根据上述任一项所述的方法运作，所述高位液罐经泵送-溢流方式维持于预设液位高度，所述高位液罐升降机构依所述传感器的检测信号带动所述高位液罐升降以在液位偏离预设高度时使其复位。

根据上述的涂膜装置，其中：所述泵送机构包括设置于设备平台外侧的机械手机构、沿设备平台设置的轨道机构，以及位于设备平台上的翻转机构。

根据上述的涂膜装置，其中：所述设备平台包括重型平台件、支脚和水平调节件，所述重型平台件采用石材或金属制成、其质量不小于500kg，通过水平调节件被水平地安置于支脚上。

本发明的涂膜装置以及该涂膜装置的液罐重力自适应泵送方法，具有以下有益效果：

1.不需要依赖于高精度的泵体进行泵送，从而可以降低设备成本，也能提升涂膜稳定性。

2.基于重力进行液体的泵送，以将待涂膜的成膜液通过其自身的重力泵送至涂布模头处进行涂膜；并且，高位液罐还设有用于向其中泵送液体的第二连接口以及从其中通过溢流排出液体的第一溢流口，从而可以通过泵送和溢流的同步进行来将高位液罐中的液体(即成膜液)维持于稳定的高度，即溢流口的高度处，从而能提供稳定的涂膜过程。

3.考虑实际中可能存在的各种意外因素，上述的泵送-溢流的液位维持平稳有可能被打破，导致液位高于或低于预设高度致使涂膜压力/流量偏离预设值，此时可能会导致涂膜作业受其影响而导致成膜失败或品质下降；通过在靠近涂布模头处的涂膜管路上设置压力传感器或流量传感器以检测液体的实时涂膜压力，并通过高位液罐升降机构相应地带动高位液罐或升或降以抵消高位液罐中的液位高度变化、使其恢复到预设状态，例如，当传感压力/流量大于预设值时代表液位高度高于预设值(即液位高于溢流口的高度)、可通过高位液罐升降机构带动高位液罐下降来使液位恢复至预设值；相反，若检测信号偏低则应通过高位液罐的上升来恢复预设值。

4.泵送机构为半封闭式设计，其不动作部件被设置于半封闭的腔室内以减小其受外部环境影响的可能性，需要上下升降的高位液罐则设于开放式设计的腔体中以允许其动作。

附图说明

图1是本发明某一实施例的重力自适应泵送方法的流程示意图；

图2是本发明另一实施例的涂膜系统的立体结构示意图；

图3是图2实施例的背面正视图；

图4是图2实施例的正面结构示意图，其中一些内部结构被虚拟未出或分解示出；

图5是图2实施例的泵送机构的俯视图；

图6是不同流量的膜厚-速度曲线，其中横坐标为玻璃样片的行进速度(单位mm/min)、纵坐标为涂膜的膜厚(单位nm)；

图7是涂膜样片在不同点位处的膜厚均匀性测试曲线，其为波长-透射率曲线，其中横坐标为波长(单位nm)、纵坐标为透射率(单位％)。

其中，

设备平台11，机械手机构12，轨道机构13，涂膜机构14，翻转机构15，

重型平台件111，支脚112，水平调节件113，控制台114，

泵送机构20，泵送单元21，

泵送框架201，后面板202，侧面板203，前面板204，顶板205，泵送腔206，

低位液罐211，高位液罐212，第二连接口213，第一溢流口214，通气口215，

高位液罐升降机构220，导向轨道对221，滑块222，伺服电机223，丝杆升降组件224。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明，从而对本发明要求保护的范围作出更清楚地限定，下面就本发明的某些具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是，以下仅是本发明构思的某些具体实施方式仅是本发明的一部分实施例，其中对于相关结构的具体的直接的描述仅是为方便理解本发明，各具体特征并不当然、直接地限定本发明的实施范围。本领域技术人员在本发明构思的指导下所作的常规选择和替换，均应视为在本发明要求保护的范围内。

如图2-5所示，一种涂膜装置，其包括设备平台11、机械手机构12、轨道机构13、涂膜机构14和翻转机构15，以形成为该涂膜装置。

其中，设备平台11为该装置的承载主体以用于供相关部件设置于其上，特别地，设备平台11为重型平台、其具有较大的重量以减轻涂膜装置工作时受地面振动的影响；机械手机构12用于将待涂膜的物料(例如玻璃)等搬运至装置上或从装置上取下；轨道机构13用于承载待涂膜的物料、并沿设备平台11运动以进行涂膜作业，其中，轨道机构13具体有沿设备平台11延伸设置的平移轨道和活动设置于平移轨道上以承载待涂膜的物料的轨道活动架；涂膜机构14设置于设备平台11的中部处、以用于涂膜作业；翻转机构15位于涂膜机构14的后侧、以用于待涂膜完成后将物料进行翻页操作以对其另一面进行涂膜。

因此，该涂膜装置在使用时过程如下：

首先，机械手机构12将物料搬运至轨道机构13的轨道活动架上(此时轨道活动架处于如图2所示的初始位置)，以使物料被轨道活动架承载，自动或手动调节其承载位置以使物料适于被涂膜。

其次，轨道活动架沿平移轨道在设备平台11上位移，以使物料的下表面从涂膜机构14上方经过，涂膜机构14开启以对物料的下表面进行涂膜作业。

然后，轨道活动架位移至翻转机构15处，并将物料从轨道活动架转移至翻转机构15上并被其承载，而后轨道活动架位移以离开翻转机构15的位置。

之后，翻转机构15动作以将物料翻转，以使其上下表面颠倒，轨道活动架位移至翻转机构15处并将物料重新承载于轨道活动架上。

再后，轨道活动架重新经过涂膜机构14的上方以完成对物料另一表面的涂膜作业。在本步骤中，再次涂膜作业可以是类似于第二步骤的自轨道活动架的初始位置向翻转机构15位移，也可以是自翻转机构15向轨道活动架的初始位置位移的反向活动。

此外，上述5步骤是两面均单次涂膜时的步骤说明，实际操作中可以对某一面进行分次重复涂膜，亦或是只对其中一面进行单次或多次涂膜、这只需要相应地重复相应步骤即可，在此不再赘述。

最后，待涂膜完成后，轨道活动架位移至其初始位置，机械手机构12将物料取下。

在本实施例中，所述设备平台11具体有重型平台件111、支脚112、水平调节件113、和控制台114所组成；其中，重型平台件111优选为方形石材所构成的重型平台、质量500-3000kg，以使其具有较大的质量和平整度、并且成本可控，采用重型平台件111的优点在于可以减轻地面振动对涂膜过程的不利影响、提升涂膜的品质和良品率；支脚112优选采用金属或合金制成并相互连接以形成为承载架，其具体数量和形状可以根据需要设置；重型平台件111被放置于支脚112所形成的承载架上，并通过水平调节件113与其相连接以实现将重型平台件111水平地设置的目的；控制台114用于操控该装置的各动作机构或活动部件/阀门等部件的开闭等动作以实现自动或手动作业。

如图2所示，所述涂膜装置还包括可自适应调节的泵送机构20，其用于在涂膜机构14工作时向其泵送涂膜液以完成涂膜作业。

在本实施例中，涂膜机构14具有四组涂膜单元、以分别用于涂膜四种不同的涂膜液，相应地泵送机构20亦具有四个泵送单元21并与各涂膜单元对应连接以向其泵送涂膜液。当然，在其他实施例中，涂膜单元与泵送单元21可以根据需要设置，并不局限。

其中，所述泵送机构20为重力式泵送机构，即将涂膜液置于高于涂膜单元的位置处以利用涂膜单元的重力进行泵送而不采用电动或气动等有源动力的方式进行泵送。

在本实施例中，泵送机构20具有泵送框架201，泵送框架201的内部形成有沿其前后方向的前后两部分腔室，在泵送框架201的后、侧、前表面处分别设有至少部分覆盖的后面板202、侧面板203和前面板204，并且在前腔室的顶面处还设有顶板205、在后腔室内形成有泵送腔206。这样一方面可以使得泵送机构20的主要部件被设置于全部或部分封闭的腔室内以减小落灰、提高稳定性和寿命，同时也更美观，另一方面也可以使得泵送机构20的重力式泵送功能不受框架的封闭影响。

在本实施例中，泵送机构20还具有处于位置固定设置的低位液罐211、处于高位处并活动设置的高位液罐212、分别连接于低位液罐211与高位液罐212之间的泵送管路(图中未示出)和溢流管路(图中未示出)、贯通地设置于高位液罐212上以使其与大气连通的通气口215，以及用于驱动高位液罐212活动的高位液罐升降机构220。

较佳地，泵送机构20可以设置于涂膜装置的一侧处。

其中，低位液罐211在其下部某处设有第一连接口(图中未示出)、任意位置处设有第二溢流口(图中未示出)，第一连接口用于供泵送管路连接以从低位液罐211吸取涂膜液，第二溢流口则用于供溢流的液体再次进入低位液罐211内因而其位置原则上不作限制。当然，在其他实施例中，所述第一连接口亦可以设置于低位液罐211的上部或顶部某处，此时泵送管路优选为穿过第一连接口后置于液面以下以用于吸取涂膜液。

较佳地，第二溢流口高于低位液罐211的液面地设置，以避免低位液罐211内高压将涂膜液意外地压入高位液罐212内。

高位液罐212在其上任意位置处设有第二连接口213，以用于供泵送管路与其相连或穿过后置于高位液罐212内而向其中泵送涂膜液。较佳地，第二连接口213的位置低于高位液罐212的液面高度。高位液罐212上还设有第一溢流口214，以用于高位液罐212的溢流。

在本实施例中，所述泵送管路连接于低位液罐211的第一连接口与高位液罐212的第二连接口213之间以从低位液罐211向高位液罐212中泵送涂膜液，所述溢流管路连接于高位液罐212的第一溢流口214与低位液罐211的第二溢流口之间以允许高位液罐212中的高于第一溢流口214的涂膜液流向低位液罐211。

其中，所述高位液罐212固定于所述高位液罐升降机构220上以沿竖直方向活动地设置。

在本实施例中，高位液罐升降机构220包括用于导向高位液罐212位移方向的导向轨道对221，导向轨道对221包括沿竖向固定设置的第一导向轨道和滑动装配在第一导向轨道上的第二导向轨道，两者相配合以形成为轨道对；丝杆升降组件224包括平行设置于导向轨道对221设置的丝杆和螺纹配合在丝杆上的螺母件，伺服电机223耦合至丝杆上以驱动其旋转；滑块222固定连接至螺母件上以随其滑动，从而使得伺服电机223能驱动高位液罐212沿导向轨道对221位移。

较佳地，所述导向轨道对221沿竖直方向设置。当然，在其他实施例中，所述导向轨道对221也可以是与竖直方向呈夹角的倾斜设置的，倾斜角度可按需要设置；其中，倾斜设置虽会占用较大空间、但可以使竖向的调节分量减小而易于提高精度。

在本实施例中，涂膜装置还包括喷胶管路(图中未示出)和涂布模头(图中未示出)，涂布模头设置于涂膜机构14上以用于涂膜，涂膜管路连接于高位液罐212与涂布模头之间以使高位液罐212中的涂膜液在重力作用下被泵送至涂布模头以用于涂膜，在涂膜管路上、距离所述涂布模头1-500mm处设有传感器，所述传感器为压力传感器或流量传感器。

较佳地，所述涂膜装置的泵送机构按下述的方法运作以提升泵送稳定性、使成膜质量和良品率增加。

如图1所示，一种用于涂膜装置的液罐重力自适应泵送方法，其优选为基于上述的涂膜装置实现，并按以下步骤实施。

具体来说，该自适应泵送方法包括如下步骤：

步骤S1：涂膜开始前，经所述泵送管路向高位液罐212中泵送涂膜液以使所述高位液罐212中的液位高度维持于第一溢流口214处。

步骤S2：高位液罐212中的液位高度处于第一溢流口214处，泵送管路保持泵送、溢流管路保持溢流，以维持高位液罐212中液位平稳。

步骤S3：所述涂膜管路开启以经所述涂布模头将涂膜液喷出以涂膜，在涂膜过程中所述泵送管路持续泵送涂膜液以维持高位液罐212中的液位高度不变。

步骤S4：涂膜全程过程中，传感器检测涂膜管路中的压力或流量是否偏离预设值。

步骤S5：若传感器的检测信号稳定，则所述高位液罐升降机构维持停止不动作；若传感器的检测信号偏离预设值，则所述高位液罐升降机构220升降动作以带动所述高位液罐212升降活动，而调节所述高位液罐212的高度直至所述传感器的检测信号恢复至预设值。

步骤S6：高位液罐升降机构220动作停止并保持于其所在位置，该位置可以是初始不变的、也可以是经上述升降调节后所处的稳定位置。

步骤S7：结束涂膜。

在本实施例中，溢流管路的内径与泵送管路的内径之比，对于上述步骤S2中的作用尤其重要，当不采用变频电机时两者内径之比决定了是否能形成稳定的溢流状态。因此，溢流管路的内径大于或等于泵送管路的内径，以使溢流管路的流量大于泵送管路的流量而能形成稳定溢流。

此外，泵送管路与溢流管路的流量为涂布模头的涂膜流量的两倍以上，从而使得涂膜平稳。

因此，本发明的泵送方法与涂膜装置，先通过溢流静压方式实现恒压供液，提供给涂布模头的狭缝出口处以稳定不易波动的弯月面而涂膜，传感器优选为可以检测多种液体流量的流量传感器(包括高粘度液体)、其安装于涂布模头的进口处以实时监测流量并反馈给流量控制系统，如发现流量(或压力)与预设值出现偏差，流量控制系统就可以通过伺服电机驱动流量调整机构改变高位液罐212的高度来控制流量，达到流量稳定的目的，从而实现了除了基于重力的自适应稳流/稳压泵送外、还能针对特殊情况导致的流量/压力波动进行弥补和平衡，实现更好的成膜品质和良品率。

实施例

通过对具有上述结构的涂膜装置的各处参数进行具体设计，并将其应用以模拟测试其成膜品质和良品率。

低位液罐211的容积为500L，高位液罐212的容积为10L，泵送管路的流量调节范围为0-2L/min、流量稳定性≤0.01L/min，涂膜管路内径10mm，溢流管路内径25mm，采用流量传感器、精度0.003mL/min、传感器距离涂布模头的位置10mm，涂布模头为狭缝式长条形涂布模头、其具有60°弯月面角；高程差H＝0.5-2m，涂膜管路长度L＝H+1.5m(即在高程差的基础上增加1.5m长度)。本实施例采用氧化硅胶体作为涂膜液，粘度2mPa·s、表面张力22.32mN/m。

如图6所示，分别测试10、12、14、16、18L/min流速条件下不同速度下的膜厚曲线，图中五条曲线自下向上分别为10、12、14、16、18L/min的对应曲线；从图中可以看出：膜厚随着速度增大而增大，同样速度下流量越大膜厚越大，流量对膜厚的影响随速度的增大而增大且在速度超过60以后流量对膜厚的影响明显。因此，对于速度较低的涂膜装置而言，流量的变化对膜厚影响并不明显，但随着速度的增加、在同样的较高速度下流速的变化会显著影响膜厚，例如：在100mm/min的速度下，流量每增加2L/min大约会导致4nm的膜厚增量；在140mm/min的速度下，流量每增加2L/min大约会导致5nm的膜厚增量；在160mm/min的速度下，流量每增加2L/min大约会导致6nm的膜厚增量。因此，对于高速度的涂膜装置而言，流量的稳定性尤其重要。

如图7所示，将该实施例的涂膜装置对200mm*200mm的玻璃样片进行涂膜作业，流量设定为15L/min、速度160mm/min。在涂膜完成后于其上随机取样6个点位进行透射率测试，以测试各点位处的波长-透射率曲线(图7中横坐标为波长、单位nm，纵坐标为透射率、单位百分比)，将6个点位的测试结果在同一坐标系中体现而形成图7所示的膜厚均匀性测试结果，从图7中可以看出：在薄膜上随机选择的6个点位的透射率测试曲线几乎完全重合、透射率误差小于0.1％；此外，其膜厚误差也小于5nm，均匀性优异。

Claims (10)

1.涂膜装置的液罐重力自适应泵送方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

配置涂膜装置使其包括泵送机构，所述泵送机构包括高位液罐、低位液罐、泵送管路、溢流管路以及高位液罐升降机构，所述泵送管路连接于低位液罐的连接口与高位液罐的第二连接口之间以从低位液罐向高位液罐中泵送涂膜液，所述溢流管路连接于高位液罐的第一溢流口与低位液罐的第二溢流口之间以允许高位液罐中的高于第一溢流口的涂膜液流向低位液罐，所述高位液罐固定于所述高位液罐升降机构上以沿竖直方向活动地设置；

还配置涂膜装置使其包括涂膜管路和涂布模头，所述涂膜管路连接于所述高位液罐与所述涂布模头之间以使所述高位液罐中的涂膜液在重力作用下被泵送至所述涂布模头，用于提供胶液给涂布模头狭缝出口处形成稳定不会波动的弯月面，在所述涂膜管路上、靠近所述涂布模头处设有传感器，所述传感器为压力传感器或流量传感器；

涂膜开始前，经所述泵送管路向高位液罐中泵送涂膜液以使所述高位液罐中的液位高度维持于第一溢流口处；所述涂膜管路开启以经所述涂布模头将涂膜液喷出以涂膜，在涂膜过程中所述泵送管路持续泵送涂膜液以维持液位高度不变、所述传感器检测涂膜管路中的压力或流量是否稳定不变；若所述传感器的检测信号稳定则所述高位液罐升降机构维持不动作，若所述传感器的检测信号变动则所述高位液罐升降机构升降以带动所述高位液罐升降活动而调节所述高位液罐的高度直至所述传感器的检测信号恢复至稳定状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溢流管路的内径大于或等于所述泵送管路的内径以使所述溢流管路的流量大于所述泵送管路的流量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述泵送管路和/或溢流管路的流量为所述涂布模头的涂膜流量的两倍以上。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述溢流管路的流量为所述泵送管路的流量的1.5倍以上。

5.根据权利要求2-4任一项所述的方法，其特征在于，所述高位液罐升降机构通过导轨对被导向，并经丝杆机构被驱动为沿所述导轨对活动。

6.根据权利要求2-4任一项所述的方法，其特征在于，所述高位液罐升降机构经直线驱动机构被导向和驱动以沿竖直方向活动。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述泵送机构设置于涂膜装置的一侧处，所述泵送管路的流量为所述涂布模头的涂膜流量的2-10倍，所述溢流管路的流量为所述涂布模头的涂膜流量的2-10倍，所述溢流管路的流量为所述泵送管路的流量的1.2-10倍。

8.一种涂膜装置，其包括设备平台和设置于其上的涂膜机构，所述涂膜机构上设置所述涂布模头，所述泵送机构的高位液罐高于所述涂布模头地设置；

其特征在于，所述涂膜装置的泵送机构根据权利要求1-7任一项所述的方法运作，所述高位液罐经泵送-溢流方式维持于预设液位高度，所述高位液罐升降机构依所述传感器的检测信号带动所述高位液罐升降以在液位偏离预设高度时使其复位。

9.根据权利要求8所述的涂膜装置，其特征在于，所述泵送机构包括设置于设备平台外侧的机械手机构、沿设备平台设置的轨道机构，以及位于设备平台上的翻转机构。

10.根据权利要求8或9所述的涂膜装置，其特征在于，所述设备平台包括重型平台件、支脚和水平调节件，所述重型平台件采用石材或金属制成、其质量不小于500kg，通过水平调节件被水平地安置于支脚上。