本发明专利技术属于柔性薄膜加工制造相关设备领域，并公开了一种局部接触式薄膜张力测量装置，其包括位置调节模块、力检测模块、滚轮模块、下压深度检测模块和人机交互模块，其中位置调节模块用于实现调节滚轮的下压位置与下压深度；力检测模块用于测量滚轮下压后所受到的反作用力；下压深度检测模块用于精确检测滚轮的下压深度；滚轮模块用于实现将薄膜的反作用力传递给力检测模块，并同时实现薄膜进给速度的测量；人机交互模块用于参数输入与信号的处理运算等。本发明专利技术还公开了相应的测量方法。通过本发明专利技术，可以在不改变卷到卷设备整体布局的情况下，将该张力检测装置灵活布置于卷到卷设备的各个区域，并具备高精度、高效率和操控方便等特点。
【技术实现步骤摘要】
一种局部接触式薄膜张力测量装置及方法
本专利技术属于柔性薄膜加工制造相关设备领域，更具体地，涉及一种局部接触式薄膜张力测量装置及方法。
技术介绍
张力检测系统广泛应用于RFID、柔性太阳能电池、薄膜传感器、柔性电路板等柔性电子产品之类薄膜的制备中。基板的输送张力是影响薄膜产品的关键因素之一，因此需要在其制备过程中必需对输送张力进行稳定的闭环控制。而张力检测是张力闭环控制的源头，只有实现张力的准确、稳定的测量，才能实现张力的有效控制。随着柔性电子技术的发展，基板的进给速度越来越快，这就需要卷到卷设备在各个模块中均需要实现张力控制，要实现柔性电子产品的稳定、高效、可靠的生产，有效的张力检测手段便显得尤为重要。最常见的薄膜张力检测方法是通过检测张力辊上的受力或者是摆辊上受到的力矩来获取张力。市面上如美国Maxcess、德国E+L、瑞士FMS、武汉楚鹰科技、东莞博兴等公司的张力检测装置大多是按此种方法设计，这种张力检测方法简单有效，但是通常需要配合惰辊使用，而且需要较大的安装空间，此外如果在设备上布置各个模块容易改变设备整体布局，同时造成设备整体体积庞大。现有技术中也提出了一些非接触测量方法，如通过位移传感器监测薄膜振动来获取张力，由于该方法在使用中发现实际设备中振动源较多且操作复杂，导致该方法的张力检测精度不高。相应地，本领域亟需对此作出进一步的研究和改进，以便更好地满足实际生产制造中的实施应用需求。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种局部接触式薄膜张力测量装置及方法，其中对其整体构造布局进行了重新设计，并重点针对一些关键组件如力检测模块、下压深度检测模块和位置调节模块等的具体组成结构和设置方式等进行改进，相应不仅能够高精度、高效率实现对柔性电子之类薄膜的局部接触式张力检测功能，而且与现有技术相比装置体积不受薄膜宽度的限制，整体构造显著小型化，可灵活布置于设备的各个模块，实现各个区域的灵活测量，因而尤其适用于各类小型化卷到卷的柔性电子之类产品的制备场合。为实现上述目的，按照本专利技术，提供了一种局部接触式薄膜张力测量装置，其特征在于，此装置包括位置调节模块、力检测模块、滚轮模块、下压深度检测模块和人机交互模块，并且所述滚轮模块、所述力检测模块与所述位置调节模块在空间上自下而上分布，所述位置调节模块与所述滚轮模块分别安装于所述力检测模块的上端与下端，所述下压深度检测模块与所述人机交互模块分别安装于所述位置调节模块的前端与两侧，其中：所述位置调节模块作为其他模块的安装基础，包括沿着水平方向分别布置的x向模组和y向模组以及沿着竖直方向布置的z向模组，并且这三个模组彼此垂直，由此带动安装其上的其他模块执行多轴方向上的来回移动，进而实现所述滚轮模块中的滚轮相对于薄膜的下压位置及下压深度的调节；此外，所述z向模组包括z向模组安装板和设置在其下端的z向模组滑杆；所述力检测模块包括第一连接件、力传感器和第二连接件，其中该第一连接件与所述z向模组滑杆在竖直方向上配合安装，由此实现此力检测模块与所述位置调节模块之间的联接；该第二连接件继续沿着竖直方向设置在所述第一连接件的下端；该力传感器则用于来自所述薄膜的反作用力执行实时测量和反馈；所述滚轮模块整体布置在所述力检测模块的下端，并包括滚轮模块连接杆、滚轮支架、所述滚轮和速度传感器，其中该滚轮模块连接杆的上端与所述第二连接件的下端相连，由此实现所述滚轮模块与所述力检测模块之间的联接；该滚轮经由所述滚轮支架安装于所述滚轮模块连接杆的下端，并用于与输送中的所述薄膜保持接触，同时将来自该薄膜的所述反作用力传递给所述力检测模块；该速度传感器则用于对所述薄膜的进给速度执行实时测量和反馈；所述下压深度检测模块包括第一位移传感器和第二位移传感器，其中该第一位移传感器通过第一位移传感器安装板)设置在所述z向模组安装板的左侧，该第二位移传感器通过第二位移传感器安装板设置在所述z向模组滑杆的右侧且可随之一同沿着竖直方向移动，并与所述第一位移传感器配合用于执行所述滚轮与所述薄膜之间的接触状态及下压深度的测量及反馈；所述人机交互模块用于采集来自所述力传感器、所述速度传感器、所述第一位移位移传感器和第二位移传感器的信号，同时实现参数输入和实时显示的功能。作为进一步优选地，对于上述位置调节模块而言，它优选还包括x向锁紧机构、y向锁紧机构和z向锁紧机构，该x向锁紧机构、y向锁紧机构和z向锁紧机构用于当所述滚轮到达预定位置后将其在XYZ三轴方向上予以锁紧，并排除滚轮位置变化对薄膜张力检测的影响。作为进一步优选地，对于所述力检测模块的第一连接件而言，它的上端优选加工有第一圆柱面，且经由该第一圆柱面插入至所述z向模组滑杆的安装孔中；它的下端优选加工有第一螺纹面，且经由该第一螺纹面执行与所述力传感器的连接；此外，它的中端优选还加工有第一环状梯形槽，且经由该第一环状梯形槽与第一紧定螺钉彼此压紧。作为进一步优选地，对于所述力检测模块的第二连接件而言，它的下端优选加工有第二圆柱面，且经由该第二圆柱面插入至所述滚轮模块连接杆的安装孔中；它的上端优选加工有第二螺纹面，且经由该第二螺纹面执行与所述力传感器的连接；此外，它的中端优选还加工有第二环状梯形槽，且经由该第二环状梯形槽与第二紧定螺钉彼此压紧。作为进一步优选地，对于所述第一位移传感器而言，它优选还配备有第一位移传感器挡板，该第一位移传感器挡板设置在所述z向模组滑杆的左侧且可随之一同沿着竖直方向移动；此外，所述第一位移传感器安装板、第一位移传感器挡板上各自加工有沿着竖直方向延伸的第一滑槽、第二滑槽，由此可自由调节该第一位移传感器与所述第一位移传感器挡板之间的距离；；以此方式，使得所述第一位移传感器与所述第一位移传感器挡板在竖直方向上在一定范围可调，同时通过两者的配合使用，用于执行所述滚轮与所述薄膜之间接触状态的判定及下压深度的测量。作为进一步优选地，上述薄膜张力测量装置可根据工况需要布置于卷到卷设备的各个区域，并且无需改变卷到卷设备的整体布局。作为进一步优选地，对于下压深度检测模块，其具体可通过下述方式来设置所述滚轮的下压深度：假设欲使滚轮下压深度为d1，首先，在滚轮下方水平放置一刚性平板，z向模组垂直于该刚性平板，调节z向模组使滚轮与刚性平板接触，记录此时第二位移传感器的读数为d2；然后，移除刚性平板，调节x向模组与y向模组，移动滚轮至薄膜中部上方，调节z向模组使滚轮下压，直至第二位移传感器的读数为d2，记录此时第一位移传感器读数d3；最后，调节z向模组使滚轮下压，直至第一位移传感器读数d1+d3，此时滚轮下压深度即为d1。按照本专利技术的另一方面，还提供了相应的局部接触式薄膜张力测量方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：(i)由所述人机交互模块输入所需的一系列参数，包括所述薄膜的几何参数、以及期望达到的预设滚轮下压深度d1；(ii)在所述滚轮的下方水平放置一刚性平板且使得所述z向模组与该刚性平板保持垂直；通过调节所述z向模组，使得所述滚轮正好与该刚性平板相接触，并记录此时所述第二位移传感器的读数d2；接着移除所述刚性平板，通过调节所述x向模组与y向模组，使得所述滚轮移动至所述薄膜的中部上方，接着调节所述z向模组驱使该滚轮下压，直至所述第二位移传本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种局部接触式薄膜张力测量装置，其特征在于，此装置包括位置调节模块(10)、力检测模块(40)、滚轮模块(30)、下压深度检测模块(20)和人机交互模块(50)，并且所述滚轮模块(30)、所述力检测模块(40)与所述位置调节模块(10)在空间上自下而上分布，所述位置调节模块(10)与所述滚轮模块(30)分别安装于所述力检测模块(40)的上端与下端，所述下压深度检测模块(20)与所述人机交互模块(50)分别安装于所述位置调节模块(10)的前端与两侧，其中：所述位置调节模块(10)作为其他模块的安装基础，包括沿着水平方向分别布置的x向模组(103)和y向模组(102)以及沿着竖直方向布置的z向模组(101)，并且这三个模组彼此垂直，由此带动安装其上的其他模块执行多轴方向上的来回移动，进而实现所述滚轮模块(30)中的滚轮(304)相对于薄膜(60)的下压位置及下压深度的调节；此外，所述z向模组(101)包括z向模组安装板(101b)和设置在其下端的z向模组滑杆(101a)；所述力检测模块(40)包括第一连接件(401)、力传感器(402)和第二连接件(403)，其中该第一连接件(401)与所述z向模组滑杆(101a)在竖直方向上配合安装，由此实现此力检测模块与所述位置调节模块(10)之间的联接；该第二连接件(403)继续沿着竖直方向设置在所述第一连接件(401)的下端；该力传感器(402)则用于来自所述薄膜(60)的反作用力执行实时测量和反馈；所述滚轮模块(30)整体布置在所述力检测模块(40)的下端，并包括滚轮模块连接杆(301)、滚轮支架(303)、所述滚轮(304)和速度传感器(305)，其中该滚轮模块连接杆(301)的上端与所述第二连接件(403)的下端相连，由此实现所述滚轮模块与所述力检测模块之间的联接；该滚轮(304)经由所述滚轮支架(303)安装于所述滚轮模块连接杆(301)的下端，并用于与输送中的所述薄膜(60)保持接触，同时将来自该薄膜的所述反作用力传递给所述力检测模块(40)；该速度传感器(305)则用于对所述薄膜(60)的进给速度执行实时测量和反馈；所述下压深度检测模块(20)包括第一位移传感器(201)和第二位移传感器(205)，其中该第一位移传感器(201)通过第一位移传感器安装板(202)设置在所述z向模组安装板(101b)的左侧，该第二位移传感器(205)通过第二位移传感器安装板(204)设置在所述z向模组滑杆(101a)的右侧且可随之一同沿着竖直方向移动，并与所述第一位移传感器(201)配合用于执行所述滚轮(304)与所述薄膜(60)之间的接触状态及下压深度的测量及反馈；所述人机交互模块(50)用于采集来自所述力传感器(402)、所述速度传感器(305)、所述第一位移位移传感器(201)和第二位移传感器(205)的信号，同时实现参数输入和实时显示的功能。...
【技术特征摘要】
1.一种局部接触式薄膜张力测量装置，其特征在于，此装置包括位置调节模块(10)、力检测模块(40)、滚轮模块(30)、下压深度检测模块(20)和人机交互模块(50)，并且所述滚轮模块(30)、所述力检测模块(40)与所述位置调节模块(10)在空间上自下而上分布，所述位置调节模块(10)与所述滚轮模块(30)分别安装于所述力检测模块(40)的上端与下端，所述下压深度检测模块(20)与所述人机交互模块(50)分别安装于所述位置调节模块(10)的前端与两侧，其中：所述位置调节模块(10)作为其他模块的安装基础，包括沿着水平方向分别布置的x向模组(103)和y向模组(102)以及沿着竖直方向布置的z向模组(101)，并且这三个模组彼此垂直，由此带动安装其上的其他模块执行多轴方向上的来回移动，进而实现所述滚轮模块(30)中的滚轮(304)相对于薄膜(60)的下压位置及下压深度的调节；此外，所述z向模组(101)包括z向模组安装板(101b)和设置在其下端的z向模组滑杆(101a)；所述力检测模块(40)包括第一连接件(401)、力传感器(402)和第二连接件(403)，其中该第一连接件(401)与所述z向模组滑杆(101a)在竖直方向上配合安装，由此实现此力检测模块与所述位置调节模块(10)之间的联接；该第二连接件(403)继续沿着竖直方向设置在所述第一连接件(401)的下端；该力传感器(402)则用于来自所述薄膜(60)的反作用力执行实时测量和反馈；所述滚轮模块(30)整体布置在所述力检测模块(40)的下端，并包括滚轮模块连接杆(301)、滚轮支架(303)、所述滚轮(304)和速度传感器(305)，其中该滚轮模块连接杆(301)的上端与所述第二连接件(403)的下端相连，由此实现所述滚轮模块与所述力检测模块之间的联接；该滚轮(304)经由所述滚轮支架(303)安装于所述滚轮模块连接杆(301)的下端，并用于与输送中的所述薄膜(60)保持接触，同时将来自该薄膜的所述反作用力传递给所述力检测模块(40)；该速度传感器(305)则用于对所述薄膜(60)的进给速度执行实时测量和反馈；所述下压深度检测模块(20)包括第一位移传感器(201)和第二位移传感器(205)，其中该第一位移传感器(201)通过第一位移传感器安装板(202)设置在所述z向模组安装板(101b)的左侧，该第二位移传感器(205)通过第二位移传感器安装板(204)设置在所述z向模组滑杆(101a)的右侧且可随之一同沿着竖直方向移动，并与所述第一位移传感器(201)配合用于执行所述滚轮(304)与所述薄膜(60)之间的接触状态及下压深度的测量及反馈；所述人机交互模块(50)用于采集来自所述力传感器(402)、所述速度传感器(305)、所述第一位移位移传感器(201)和第二位移传感器(205)的信号，同时实现参数输入和实时显示的功能。2.如权利要求1所述的一种局部接触式薄膜张力测量装置，其特征在于，对于所述力检测模块(40)的第一连接件(401)而言，它的上端优选加工有第一圆柱面(401a)，且经由该第一圆柱面插入至所述z向模组滑杆(...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈建魁，金一威，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42
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