真空鍍膜機比較片機構性能和強度的優(yōu)化設計
分析現有光學(xué)真空鍍膜機比較片機構在使用過(guò)程中存在的問(wèn)題。根據現代光學(xué)真空鍍膜機的發(fā)展趨勢和實(shí)際生產(chǎn)中急需解決的問(wèn)題，通過(guò)多方面的研究分析，優(yōu)化設計新一代的鍍膜機比較片結構，解決影響光學(xué)薄膜質(zhì)量和超多層精密光學(xué)薄膜鍍制的問(wèn)題，以提高薄膜的監控精度，實(shí)現系統的自動(dòng)控制，提高光學(xué)真空鍍膜機生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。使現代光學(xué)真空鍍膜機的結構配置及使用效果達到最佳。
從上世紀八十年代以來(lái)，全球光電科學(xué)技術(shù)發(fā)展與進(jìn)步迅猛，我國研發(fā)光學(xué)真空鍍膜機設備，在引進(jìn)消化吸收的基礎上，也迅速發(fā)展起來(lái)。最近二十多年，我國逐漸成為全球光學(xué)產(chǎn)品的加工基地，作為光學(xué)產(chǎn)品的關(guān)鍵工序，也是最后一道工序-- 鍍膜，要求越來(lái)越高，真空鍍膜機性能和配置也必然要得到加強，提高設備質(zhì)量、完善設備性能、提高生產(chǎn)效率等問(wèn)題就顯現出來(lái)，這就涉及到此類(lèi)設備的改造、設計研發(fā)，要求相關(guān)技術(shù)人員去解決。
真空鍍膜機比較片機構就是該類(lèi)設備的必不可少的關(guān)鍵部件，高端配置的設備對比較片機構要求越來(lái)越高，真空技術(shù)網(wǎng)(http://likelearn.cn/)認為它對鍍制多膜層的檢測和生產(chǎn)效率有著(zhù)重要的不可替代的作用。下面就真空鍍膜機比較片機構在使用中的出現的問(wèn)題，以及優(yōu)化創(chuàng )新設計后的結構進(jìn)行對比分析。
1、現有真空鍍膜機比較片機構
1.1、通用的鍍膜機比較片結構
國內低端的真空鍍膜機，從發(fā)展之初到近10年左右，大多還沿用的該比較片結構，如圖1 所示。此比較片換位機構，通常由6 個(gè)獨立的直徑Φ22mm 的比較片組成，如圖1(b)。該機構主要由1 個(gè)托盤(pán)16、三個(gè)支撐桿110 及1 個(gè)比較片盤(pán)18 組成，如圖1(a)，三個(gè)支撐桿110 對托盤(pán)16起固定、支撐的作用，比較片盤(pán)18 靠齒輪嚙合把運動(dòng)輸入使之旋轉撥片，三者配合就完成撥片換位動(dòng)作。由于一般的鍍膜機真空室直徑尺寸都不大，整個(gè)機構的直徑(Φ124mm)相比較就有些偏大，導致工件盤(pán)上可裝載的鍍制工件面積比較小，并且該機構只可放置6 個(gè)比較片13，直接影響生產(chǎn)效率。
該結構的特點(diǎn)是：結構簡(jiǎn)單，加工制造方便，安裝實(shí)施方便易行。缺點(diǎn)：該結構直徑面積比較大，影響裝載工件的數量；比價(jià)片放置數量少，降低了生產(chǎn)效率；強度和剛度有限，又由于該結構完全暴露在真空室內，真空室內高溫濺射磨料的影響，使轉動(dòng)平穩性、靈活性一般，傳動(dòng)位置重復的一致性誤差較大，清洗維護頻繁。
圖1 通用的鍍膜機比較片結構
1.2、改進(jìn)后的鍍膜機比較片結構
根據現有比較片結構在使用過(guò)程中暴露出的問(wèn)題，對原有通用鍍膜機比較片結構進(jìn)行多次的改進(jìn)，形成以下的結構，如圖2(a)、(b)所示。通過(guò)設計可重疊放置比較片存儲筒，使比較片機構直徑所占面積減小，但放置的比較片數量增加到20 片左右， 整個(gè)機構直徑縮小為Φ89mm。結果可增加較小工件鍍膜盤(pán)上裝載工件的數量，提高生產(chǎn)效率，還可以提高薄膜監控的精度，并降低對硬件系統的要求，容易實(shí)現對系統的自動(dòng)控制。
具體動(dòng)作實(shí)施，改進(jìn)后多片比較片機構的轉動(dòng)，通過(guò)連接板23 和連接塊21 固定在真空室頂板上，比較片機構的旋轉運動(dòng)，由旋轉密封軸把運動(dòng)輸入真空室內的大齒輪，帶動(dòng)小齒輪所在傳動(dòng)軸24 的轉動(dòng)，最終實(shí)現整個(gè)比較片機構的轉動(dòng)。比較片切換比較片時(shí)，通過(guò)撥盤(pán)29 轉動(dòng)一個(gè)工位，比較片存儲筒219 內落下一個(gè)比較片，到達預設的位置，同時(shí)，切換的比較片隨著(zhù)工位轉動(dòng)落在比較片接受筒212 內，每切換一次，撥動(dòng)一個(gè)工位。其中，傳動(dòng)軸24、大齒輪、小齒輪和軸承座組成的傳動(dòng)機構來(lái)完成撥盤(pán)轉動(dòng)。
其特點(diǎn)是：(1)減小比較片機構直徑的面積，提高裝載鍍制工件的數量；(2) 增加比較片的數量，提高生產(chǎn)效率，提高薄膜監控的精度，降低對硬件系統的要求，系統容易實(shí)現自動(dòng)控制。缺點(diǎn)：該比較片結構直徑小而長(cháng)(Φ89×370)，影響其使用的強度和剛度；由于該結構暴露在高溫濺射磨料的真空室內，影響其轉動(dòng)平穩性、靈活性，且轉動(dòng)位置重復的一致性較差，維護清洗頻繁費工。
2、鍍膜機比較片優(yōu)化設計機構
在真空鍍膜機發(fā)展過(guò)程中，真空鍍膜機比較片在光學(xué)鍍膜機中擔負著(zhù)裝載比較片的功能。比較片裝載數量少，限制光學(xué)薄膜的鍍制層數；比較片有效面積小，光路調整不方便，光信號的信噪比差，嚴重影響光學(xué)薄膜的質(zhì)量。根據現在鍍膜產(chǎn)品的要求，現有的真空鍍膜機比較片機構，已不能滿(mǎn)足現代光學(xué)30 層以上精密光學(xué)薄膜的鍍膜要求。為解決現有技術(shù)上存在的缺陷，綜合以上兩種比較片結構優(yōu)缺點(diǎn)和新產(chǎn)品鍍膜的要求，創(chuàng )新、優(yōu)化設計新一代的比較片機構，該裝置要滿(mǎn)足：結構簡(jiǎn)單；比較片裝載方便；重復定位性好；可靠性高；制造成本低等特點(diǎn)。
真空鍍膜機多片式比較片裝置，有比較片裝載換位機構、轉動(dòng)密封饋入機構和換位驅動(dòng)機構，如圖3 所示。
換位驅動(dòng)機構固定在鍍膜機箱體頂板4 上，由電機9、主動(dòng)齒輪8、從動(dòng)齒輪7、和定位盤(pán)6 組成，其中從動(dòng)齒輪7 和定位盤(pán)6 固定在軸1 上，定位盤(pán)6 上有3 個(gè)均分的狹縫，槽型光藕17 在狹縫處接受光信號，控制電機的旋轉和停止。
轉動(dòng)密封饋入機構由威爾遜密封機構5 和軸承座2 組成，軸承座2 外側套裝有固定筒3，固定在鍍膜機箱體頂板4 上。裝載換位機構由撥動(dòng)盤(pán)15、支承盤(pán)16、上盤(pán)14 和比較片存儲筒13 組成。撥動(dòng)盤(pán)15 連接的撥動(dòng)軸11，通過(guò)聯(lián)軸器10 和密封饋入機構的軸1連接。
圖2 改進(jìn)后的比較片結構 圖3 比較片優(yōu)化設計結構
真空鍍膜機多片式比較片裝置的設計特點(diǎn)：
1)固定筒3 圓筒形狀、大直徑、厚壁結構的設計和周向對稱(chēng)的固定方式，可保證其有足夠的強度和剛度，同時(shí)，還可阻止高溫濺射磨料對其內部零部件污染，保證撥動(dòng)盤(pán)15 轉動(dòng)的靈活性。
2)圓形軸承座2 的設計，保證軸承座安裝的密封性和垂直度；增大軸1 的直徑尺寸，加大軸承座2 中兩軸承的安裝間距，提高其自身的強度和剛度，保證轉動(dòng)過(guò)程中軸1 的剛度和撥動(dòng)盤(pán)15的旋轉靈活性、位置重復的一致性。
3)裝載換位機構，通過(guò)擴大支承盤(pán)16 的直徑，使該機構在平面方向的有效面積增大，可安裝直徑大(Φ26.5mm)的比較片，有利于光路調整，提高光學(xué)薄膜質(zhì)量；比較片12 由單片玻璃作為一個(gè)比較片單元，比較片采用空間立體疊加安裝方式，多片玻璃疊加安裝在一個(gè)比較片存儲筒13 內，實(shí)現一次可放置50~100 片比較片，解決鍍膜機鍍制多層精密光學(xué)薄膜，比較片數量少影響鍍膜層數和精度的問(wèn)題。
4)定位盤(pán)6 與槽型光藕17 的配合，通過(guò)槽型光藕來(lái)感知定位盤(pán)上三個(gè)均分的120°狹縫，控制電機轉動(dòng)停止。軸1 旋轉定位重復的一致性得到保證，帶動(dòng)撥動(dòng)盤(pán)15 完成準確的撥片動(dòng)作。
5) 轉動(dòng)密封饋入機構引入威爾遜密封機構5，既保證電機9 通過(guò)齒輪嚙合帶動(dòng)軸1 的靈活轉動(dòng)，又保證真空室對外部的密封作用。優(yōu)化設計的真空鍍膜機多片式比較片裝置，其特點(diǎn)：(1)結構簡(jiǎn)單，強度高，可靠性好；(2)比較片裝載數量大，生產(chǎn)效率提高，可鍍制超多層精密光學(xué)薄膜；(3)比較片直徑增大，提高薄膜監控的精度，降低對硬件系統的要求，系統容易實(shí)現自動(dòng)控制；(4)維護保養費用低。
3、結論
通過(guò)對真空鍍膜機多片式比較片裝置的優(yōu)化設計，保證了比較片機構撥片轉動(dòng)的靈活性和重復的一致性，解決了比較片有效面積小，光路調整不方便，光信號信噪比差的問(wèn)題，又解決了比較片裝載數量少的問(wèn)題，可以使現有的真空鍍膜機鍍制光學(xué)薄膜的質(zhì)量大大提高，并且30 層以上的光學(xué)薄膜得以鍍制完成。實(shí)踐證明此比較片結構是有用的，可以在現代的光學(xué)真空鍍膜行業(yè)進(jìn)行推廣和實(shí)施，真空技術(shù)網(wǎng)(http://likelearn.cn/)認為對社會(huì )帶來(lái)和產(chǎn)生更大的經(jīng)濟效益。
