本发明涉及薄膜制备技术领域，具体涉及一种制备宽幅面涂层的喷涂装置和喷涂方法。
背景技术：
随着以半导体材料、微电子、柔性导电薄膜和太阳能电池为代表的行业技术的快速发展，先进的薄膜制备技术成为关键，对这些行业技术的发展起到重要的推动作用。传统的膜层制备方法，如浸涂法、化学气相沉积法和溶胶凝胶法，适用于实验室小规模研究，而大规模生产制备，其价格昂贵，成本较高。
涂料被外力从容器中压出或吸出并形成雾状粘附在物面上的工作方式，称为喷涂法。与传统的压力喷涂和静电喷涂相比，压电喷涂使用压电雾化的方式能使雾滴粒径达到微米的级别，所以压电涂覆的方法为薄膜制备技术的进一步发展提供了新的方向。压电喷涂是利用超声波振动产生的毛细波，对流经超声波换能器工作端的液体进行雾化，产生微米级细小液滴的技术，适用于精确层应用、可以喷涂任何形状的物体，具有涂层均匀、压电雾化喷涂量可控，喷涂质量可靠、能耗低，雾化效率高等优点。所以压电雾化被广泛应用于印刷电路制备、太阳能光伏电池、tco导电涂层、抗菌涂层等方面。
然而，目前市场上采用喷涂法制备宽幅面的大面积涂层，其自动化程度比较低，常需要人工喷涂才能完成操作，工作效率低，人力成本比较高，喷涂所获得的膜层均匀性不佳。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种制备宽幅面涂层的喷涂装置和喷涂方法，其喷涂均匀，方便大规模制备膜层，工作效率高。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种制备宽幅面涂层的喷涂装置和喷涂方法，包括第一平台，所述第一平台上设置有三轴机械手、电热板和透明的预喷检测台，所述三轴机械手上设置有压电喷头，所述压电喷头位于所述电热板和预喷检测台的上侧；所述第一平台上贯穿开设有槽体，所述预喷检测台嵌设在所述槽体内，所述预喷检测台的下侧设置有视觉检测组件，所述视觉检测组件包括环形光源和相机，所述环形光源朝向所述预喷检测台设置，所述相机位于所述环形光源的正下方。
作为优选的，所述压电喷头与所述三轴机械手间设置有第一摆动气缸，所述第一摆动气缸驱动压电喷头在竖直平面内转动，所述第一摆动气缸与压电喷头间设置有第二摆动气缸，所述第二摆动气缸驱动压电喷头在水平平面内转动。
作为优选的，所述预喷检测台为透明玻璃。
作为优选的，所述第一平台的下侧设置有第二平台，所述第二平台平行于第一平台设置，所述视觉检测组件设置在所述第二平台上。
作为优选的，所述三轴机械手包括x轴机械手、y轴机械手和z轴机械手。
作为优选的，所述电热板的上表面低于所述预喷检测台设置。
作为优选的，所述电热板上设置有定位块，在所述三轴机械手初始化状态下喷头位于所述定位块上方。
一种制备宽幅面涂层的喷涂方法，包括以下步骤：
s1、所述电热板对基底进行预热处理；
s2、所述三轴机械手带动压电喷头移动至预喷检测台上方，所述压电喷头朝向所述预喷检测台喷洒雾化液滴，所述雾化液滴在所述预喷检测台上形成膜层；
s3、所述环形光源照亮所述预喷检测台，所述相机拍摄预喷检测台并采集膜层图像，所述相机将膜层图像传输至图像处理系统，所述图像处理系统分析膜层的均匀性和膜层的宽度d，获得预喷检测结果；
s4、所述图像处理系统将预喷检测结果传输至数据处理与控制系统，所述数据处理与控制系统根据检测结果控制三轴机械手带动压电喷头在基底上进行喷涂，具体包括x轴方向喷涂和y轴方向喷涂：
s41、所述喷头移动至第一横向起点px1(x0，y0)，沿x轴方向喷涂至第一横向终点px1’(x1，y0)，之后压电喷头移动至第二横向起点px2(x1，y0-r)，沿x轴方向喷涂至第二横向终点px2’(x0，y0-r)，之后压电喷头移动至第三横向起点px3(x0，y0-2*r)，沿x轴方向喷涂至第三横向终点px3’(x1，y0-2*r)，如此压电喷头以s形往复运动，并进行喷涂，最终喷涂至x轴终点pxn’(x0，y0-(n-1)*r)，完成x轴方向喷涂，其中r＝d/2，其中px1(x0，y0)、px1’(x1，y0)、px2(x1，y0-r)、px2’(x0，y0-r)、px3(x0，y0-2*r)、px3’(x1，y0-2*r)和pxn’(x0，y0-(n-1)*r)为压电喷头正下方的基底上的点坐标，n为大于1的整数；
s42、压电喷头由pxn’(x0，y0-(n-1)*r)移动至y轴起点py1(x0+r，y0-n*r)，沿y轴方向喷涂至第一纵向终点py1’(x0+r，y0+r)，压电喷头移动至第二纵向起点py2(x0+2*r，y0+r)，沿y轴方向喷涂至第二纵向终点py2’(x0+2*r，y0-n*r)，之后压电喷头移动至第三纵向起点py3(x0+3*r，y0-n*r)，压电喷头喷涂至第三纵向终点py3’(x0+3*r，y0+r)，如此压电喷头以s形往复运动，最终喷涂至y轴终点pym’(x0+m*r，y0+r)，完成y轴方向喷涂，其中r＝d/2，其中，py1(x0+r，y0-n*r)、py1’(x0+r，y0+r)、py2(x0+2*r，y0+r)、py2’(x0+2*r，y0-n*r)、py3(x0+3*r，y0-n*r)、py3’(x0+3*r，y0+r)和pym’(x0+m*r，y0+r)为压电喷头正下方的基底上的点坐标，m为大于1的整数。
与现有技术相比，本发明中喷涂装置的有益效果是：本发明使用三轴机械手带动压电喷头在基底上做喷涂操作，自动化程度高，工作效率高，节省人力；本发明设置预喷检测台，可通过相机拍摄预喷情况，便于对喷涂情况进行分析处理；本发明采用压电喷头制备膜层，均匀性好，能够大面积制备，方便制备宽幅面涂层。
与现有技术相比，本发明中喷涂方法的有益效果是：通过相机采集预喷检测台上的膜层图像，图像处理系统可分析膜层的均匀性和膜层的宽度，便于在基底上喷涂前做试验；通过获得预喷检测台上的膜层宽度，三轴机械手已此做参考，在基底上喷涂作业，提高膜层的均匀性；在基底上通过x轴方向喷涂和y轴方向喷涂共同作用获得均匀膜层，网状型的喷涂方式可以避免局部的薄边和厚边的出现，可以有效的提高涂层的均匀性。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还能够根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的主视图；
图3为图2在a区域的局部放大图；
图4为压电喷头喷涂效果图；
图5为压电喷头喷涂时的运动轨迹图。
其中，10、第一平台；11、第二平台；20、电热板；21、预喷检测台；22、定位块；30、压电喷头；301、雾化液滴；31、第一摆动气缸；32、第二摆动气缸；40、x轴机械手；50、y轴机械手；60、z轴机械手；70、相机；71、光源；80、基底。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
参照图1～图5所示，本发明公开了一种制备宽幅面涂层的喷涂装置和喷涂方法，包括第一平台10，第一平台10上设置有三轴机械手、电热板20和透明的预喷检测台21，三轴机械手上设置有压电喷头30，压电喷头30位于电热板20和预喷检测台21的上侧；第一平台10上贯穿开设有槽体，预喷检测台21嵌设在槽体内，预喷检测台21的下侧设置有视觉检测组件，视觉检测组件包括环形光源71和相机70，环形光源71朝向预喷检测台21设置，环形光源可照亮预喷检测平台，相机70位于环形光源71的正下方。电热板20可在喷涂前对基材进行预热处理，当喷涂结束时可以静致流平处理和基材上溶液的加热烘干处理，电热板的温度调节范围为0～150℃。
压电喷头30与三轴机械手间设置有第一摆动气缸31，第一摆动气缸31驱动压电喷头30在竖直平面内转动，第一摆动气缸31与压电喷头30间设置有第二摆动气缸32，第二摆动气缸32驱动压电喷头30在水平平面内转动。第一摆动气缸31旋转90°，即可可进行竖直方向的喷涂；第二摆动气缸32可以使喷头倾斜一定的角度15°～45°，可以对曲面的基底进行各角度的喷涂。即本装置第一摆动气缸31和第二摆动气缸32共同作用，可用于表面弯曲不规则的基底喷涂，适用范围广。
预喷检测台21为透明玻璃。压电喷头30在透明玻璃上喷涂形成膜层，方便照相机70拍照。
第一平台10的下侧设置有第二平台11，第二平台11平行于第一平台10设置，视觉检测组件设置在第二平台11上。
三轴机械手包括x轴机械手40、y轴机械手50和z轴机械手60。三轴机械手能够驱动压电喷头30沿x轴、y轴和z轴方向运动。
电热板20的上表面低于预喷检测台21设置。由于在电热板20上还放置基底，放置基底后，基底的上表面与预压检测台的上表面高度在几乎在同一水平面上，便于预喷检测台21能够检测到较为精准的膜层数据。
电热板20上设置有定位块22，在三轴机械手初始化状态下喷头位于定位块22上方。基底以定位块22为基准放置，从而保证基底落入喷涂范围。本发明中压电喷头与物料罐连接，物料罐中装有待喷涂的溶液。
图4为压电喷头30喷涂效果图。压电喷头30为宽幅面发散的锥型喷头，压电喷头向基底80喷出雾化液滴301，通过调节喷头到基材的高度h可以控制喷头所喷出液体的覆面。这种压电喷头最宽可以实现300mm～400mm的喷涂。
基于上述装置，本发明还公开了一种制备宽幅面涂层的喷涂方法，包括以下步骤：
步骤一s1、所述电热板对基底进行预热处理；
步骤二s2、所述三轴机械手带动压电喷头移动至预喷检测台上方，所述压电喷头朝向所述预喷检测台喷洒雾化液滴，所述雾化液滴在所述预喷检测台上形成膜层；
步骤三s3、所述环形光源照亮所述预喷检测台，所述相机拍摄预喷检测台并采集膜层图像，所述相机将膜层图像传输至图像处理系统，所述图像处理系统分析膜层的均匀性和膜层的宽度d，获得预喷检测结果；
步骤四s4、所述图像处理系统将预喷检测结果传输至数据处理与控制系统，所述数据处理与控制系统根据检测结果控制三轴机械手带动压电喷头在基底上进行喷涂，具体包括x轴方向喷涂和y轴方向喷涂：
s41：所述喷头移动至第一横向起点px1(x0，y0)，沿x轴方向喷涂至第一横向终点px1’(x1，y0)，之后压电喷头移动至第二横向起点px2(x1，y0-r)，沿x轴方向喷涂至第二横向终点px2’(x0，y0-r)，之后压电喷头移动至第三横向起点px3(x0，y0-2*r)，沿x轴方向喷涂至第三横向终点px3’(x1，y0-2*r)，如此压电喷头以s形往复运动，并进行喷涂，最终喷涂至x轴终点pxn’(x0，y0-(n-1)*r)，完成x轴方向喷涂，其中r＝d/2，其中px1(x0，y0)、px1’(x1，y0)、px2(x1，y0-r)、px2’(x0，y0-r)、px3(x0，y0-2*r)、px3’(x1，y0-2*r)和pxn’(x0，y0-(n-1)*r)为压电喷头正下方的基底上的点坐标，n为大于1的整数；
s42、压电喷头由pxn’(x0，y0-(n-1)*r)移动至y轴起点py1(x0+r，y0-n*r)，沿y轴方向喷涂至第一纵向终点py1’(x0+r，y0+r)，压电喷头移动至第二纵向起点py2(x0+2*r，y0+r)，沿y轴方向喷涂至第二纵向终点py2’(x0+2*r，y0-n*r)，之后压电喷头移动至第三纵向起点py3(x0+3*r，y0-n*r)，压电喷头喷涂至第三纵向终点py3’(x0+3*r，y0+r)，如此压电喷头以s形往复运动，最终喷涂至y轴终点pym’(x0+m*r，y0+r)，完成y轴方向喷涂，其中r＝d/2，其中，py1(x0+r，y0-n*r)、py1’(x0+r，y0+r)、py2(x0+2*r，y0+r)、py2’(x0+2*r，y0-n*r)、py3(x0+3*r，y0-n*r)、py3’(x0+3*r，y0+r)和pym’(x0+m*r，y0+r)为压电喷头正下方的基底上的点坐标，m为大于1的整数。
通过x轴方向喷涂和y轴方向喷涂共同作用，即可在基底获得均匀的膜层。这种网状型的喷涂方式可以避免局部的薄边和厚边的出现，可以有效的提高涂层的均匀性。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理能够在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖点相一致的最宽的范围。