专利名称：一种用于制造片材与柔性薄膜复合叠层的热压设备的制作方法
技术领域：
本发明属于复合薄膜制造领域，更具体地，涉及一种用于制造片材与柔性薄膜复合叠层的热压设备。
背景技术：
薄膜复合热压技术应用广泛，特别在柔性电子器件组装工艺中，如燃料电池、RFID电子标签、电子皮肤、薄膜太阳能电池等制造技术，部分制备工艺中均涉及多层薄膜的卷到卷的输送技术和多层异质薄膜的热压复合工艺，需要满足在柔性电子组件对齐条件下进行均匀恒温恒压复合，不仅要求较高精度的温度和压力控制，还要求一定的对准、叠层精度。薄膜与薄膜复合或片材与薄膜叠层热压技术中，温度和压力精度通过热压装置和相关温度控制系统可以解决，但涉及上料中的原料定位、卷到卷技术中的柔性薄膜的位置 定位，以及二者之间的对准技术一直是高精度薄膜复合或叠层设备的技术关键和难点。另 夕卜，还要避免因上下压合运动产生振动而造成其他平台精度误差。
发明内容
本发明的目的在于针对上述技术问题，提出一种用于制造片材与柔性薄膜复合叠层的热压设备，该设备具备热压、上料、拾取和转移等多种功能，结构紧凑，便于控制和操作，并能够利用视觉定位技术保证薄膜叠层的精度。按照本发明，提供了一种用于制造片材与柔性薄膜复合叠层的热压设备，该热压设备包括热压装置，该热压装置由上下两个热压头共同组成，用于对片材与柔性薄膜加热加压以叠合成一体；上料装置，该上料装置位于热压装置的外侧，用于将片材提供给真空拾放装置；真空拾放装置，该真空拾放装置设置在与所述上料装置相同的一侧并与其相平行，用于从上料装置的片材料盒中取料并将片材输送至所述下热压头上的相应叠合位置；以及撑膜装置，该撑膜装置位于柔性薄膜的输送路径上，用于将输送中的柔性薄膜撑起一定高度，以使得撑起后柔性薄膜的高度大于所述下热压头的高度与片材厚度之和。作为进一步优选地，所述热压设备还包括薄膜检测装置和上料检测装置，所述薄膜检测装置设置在柔性薄膜进入到所述热压装置的输送路径上，用于对进入热压装置的薄膜输送状态进行检测，同时将检测结果传送给所述真空拾取装置；所述上料检测装置设置在所述真空拾放装置附近，用于对真空拾放装置所拾取片材的位置进行检测和反馈。作为进一步优选地，所述薄膜检测装置和上料检测装置通过视觉定位方式执行检测过程。作为进一步优选地，所述真空拾放装置为机械手结构，并包括用于实现X轴、Y轴和Z轴三个方向上直线移动的移动机构、安装在Z轴移动机构上的摆动与真空拾取机构，以及用于对摆动与真空拾取机构在Z轴方向上的角度进行调节的纠姿机构；该机械手结构根据所述薄膜检测装置和上料检测装置所获得的检测结果，实时校正其移动位置以保证薄膜与片材之间的位置对准。作为进一步优选地，所述摆动与真空拾取机构包括气缸安装座、设置在气缸安装座上的摆动气缸、与摆动气缸的输出轴相连的旋转轴、固定在所述旋转轴上的固定块、分别设置在所述固定块上下两端的气管接头和真空吸盘，以及固定连接在所述旋转轴上用于将所有真空吸盘设置在同一平面上的吸附连接板；所述纠姿机构用于对摆动与真空拾取机构执行Z轴方向上的角度调节，包括执行器安装板、分别安装在执行器安装板上的线性执行器和弹簧拉紧元件、用于固定所述弹簧拉紧元件另外一端的连接块，以及与所述连接块相连并固定在所述摆动气缸顶部的气缸连接板，所述线性执行器的另外一端与所述气缸连接板相抵触。作为进一步优选地，所述纠姿机构的连接块具有两个孔，其中一个孔用于固定连接所述弹簧拉紧元件的另外一端，另外一个孔贯穿有调节螺钉由此将连接 块与所述气缸连接板相连，并通过该调节螺钉来设定弹簧拉紧元件的回复力。作为进一步优选地，所述热压装置的的上下热压头分别由依次叠合在一起的热压板、隔热板和转接板共同组成，其中所述热压板的一面为热压面，与其相对的另外一面用于与隔热板相叠合，所述热压板的内部设置有真空腔，该真空腔分别与设在热压板侧面的进出气孔、以及设在热压板的热压面上的多个真空吸附孔相连通；在所述真空腔的四周，呈阵列地布置有多个用于安装发热芯的槽，发热芯分别安装在所述槽中并通过压板压紧，所述真空腔的周边布置有密封元件并通过密封盖板压紧；所述隔热板叠合在热压板上，用于防止热压板的热量向上传递；所述转接板叠合在隔热板上，用于与运动驱动机构相连。作为进一步优选地，所述热压头还具有温度传感器元件，以便对所述发热芯加热区域的温度进行监控。作为进一步优选地，所述热压装置的下热压头是可移动式结构，以便滑出施压区域并等待接住所述真空拾放装置输送的片材。作为进一步优选地，所述上料装置、真空拾放装置和撑膜装置均设置在支撑架上，所述加热装置由独立的支撑结构另外进行安装。与现有技术相比，本发明的技术效果主要体现在以下方面I、通过采用撑膜装置来使进入到热压装置中的薄膜被撑起到一定高度，留出了更多空间以保证薄膜与热压装置中热压头的移动和位置调节，尤其当下热压头从施压区域移出并接收来自真空拾放装置所吸取的片材后，能够顺利返回施压区域而不受薄膜阻碍，相应保证了叠合精度和加工效果；2、通过在热压设备的适当位置设置薄膜检测装置和上料检测装置，能够对薄膜的输送状况和位置信息、真空拾放装置所拾取片材的位置信息等进行实时监测和反馈调整，由此进一步提高了薄膜进给精度和上料精度；3、通过特殊设计的机械手式真空拾放装置和加热头结构，能够实现对片材多自由度的精准拾放动作和角度补偿，以及对片材和薄膜充分的加热，并具备结构紧凑、可靠性高和便于操作等方面的优点4、由于将热压装置独立支撑，设备运行中不与主支撑架相连，因而能够隔开振源，避免因压合振动引起的其他组件的位置精度。
图I是按照本发明的热压设备的立体结构示意图；图2是图I中所示热压设备省略了主支撑架后的结构示意图；图3是按照本发明优选实施例的工作流程示意图；图4是按照本发明优选实施例的机械手式真空拾放装置的立体结构示意图；图5是图4中所示真空拾放装置中的摆动与真空拾取机构和纠姿机构的分解示意图；图6是按照本发明优选实施例的热压头的结构示意图；图7是图6中所示热压头结构的分解示意图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。图I是按照本发明的热压设备的立体结构示意图；图2是图I中所示热压设备省略了主支撑架后的结构示意图。如图I和图2中所示，按照本发明的用于制造片材与柔性薄膜复合叠层的热压设备主要包括热压装置101、上料装置103、真空拾放装置105和撑膜装置102。热压装置101可以譬如由上下两个热压头共同组成，用于对片材与柔性薄膜加热加压以叠合成一体。在热压装置101的外侧,例如与柔性薄膜输送方向相垂直的一侧,设置有例如将片材料盒1031顶起，以便提供将片材给真空拾放装置105的上料装置103。在上料装置103所处位置相同的一侧，设置有真空拾放装置105，该真空拾放装置105可以与上料装置103相平行，用于从上料装置103的片材料盒1031中取料并将片材输送至热压装置的上下热压头之间的适当位置，或者直接输送放在下热压头上的相应叠合位置。撑膜装置102位于柔性薄膜的输送路径上，例如并设置在柔性薄膜离开热压装置101的一侧，如图I中所示即为左侧，用于将输送中的柔性薄膜撑起一定高度，以使得撑起后柔性薄膜的高度大于所述下热压头的高度与片材厚度之和。以上设备能够以简单结构实现热压、上料、拾取和转移等多种功能，并便于控制和操作。由于撑膜装置能够使进入到热压装置中的薄膜被撑起到一定高度，留出了更多空间以保证薄膜与热压装置中热压头的移动和位置调节，尤其当下热压头从施压区域移出并接收来自真空拾放装置所吸取的片材后，能够顺利返回施压区域而不受薄膜阻碍，相应保证 了叠合精度和加工效果。在优选实施例中，本发明的热压设备还可以包括薄膜检测装置106和上料检测装置104。薄膜检测装置106可以设置在柔性薄膜的输送路径上，例如柔性薄膜进入热压装置的输送路径上，在图I中即设置在热压装置的右侧，用于对进入热压装置101的薄膜输送状态譬如位置等进行检测，同时将检测结果传送给真空拾取装置105。上料检测装置104设置在真空拾放装置105附近，例如可以设置在片材料盒1031与下热压头1011之间的适当位置，用于对真空拾放装置所拾取片材的位置进行检测和反馈。薄膜检测装置106和上料检测装置104的检测方式可以譬如是视觉定位。真空拾放装置105的结构在本发明中可以进行优化设置。图4是按照本发明优选实施例的机械手式真空拾放装置的立体结构示意图，图5是图4中所示真空拾放装置中的摆动与真空拾取机构和纠姿机构的分解示意图。如图4和图5中所示，真空拾放装置105可以为五自由度机械手结构，并由用于实现X轴、Y轴和Z轴三个方向上直线移动的移动机构、安装在Z轴移动机构上的摆动与真空拾取机构90，以及用于对摆动与真空拾取机构在Z轴方向上的角度进行调节的纠姿机构80组成。具体来说，各个X轴、Y轴和Z轴移动机构分别包括X向底座30、Y向底座10和Z向底座50、安装在各个底座上的直线导轨40、20和60及相应的驱动动力元件，其中X轴移动机构的底座30通过Y向滑块安装在Y轴移动机构的直线导轨20上，Z轴移动机构的底座50通过X向滑块安装X轴移动机构的直线导轨40上，纠姿机构80的支座70通过Z向滑块安装在Z轴移动机构的直线导轨60上。在实际应用时，Y轴移动机构带动X向底座及连接其上的所有部件进行Y向直线运动，X轴移动机构带动Z向底座及连接其上的所有部件进行X向直线运动，Z轴移动机构带动纠姿支座及连接其上的所有部件进行Z向直线运动。摆动与真空拾取机构90主要包括气缸安装座904、设置在气缸安装座904上的摆动气缸903、与摆动气缸903的输出轴相连的旋转轴908、固定在旋转轴908上的固定块906、分别设置在固定块906上下两端的气管接头905和真空吸盘907，以及固定连接在旋转轴908上用于将所有真空吸盘907设置在同一平面上的吸附连接板909。吸附连接板909可以譬如通过连接螺钉905、隔套901与旋转轴908固定相连。由此，当与气管接头与真空发生器相连并产生真空时，真空吸盘907进行吸附和拾取，并可以通过启动摆动气缸903来使得摆动与真空拾取机构90围绕图中所示的Y轴翻转。纠姿机构80通过一个支座70设置在Z轴运动机构上并与摆动与真空拾取机构90相连。纠姿机构80主要包括与支座70固定相连的执行器安装板801、分别安装在执行器安装板801上的微型线性执行器802和弹簧拉紧元件807、用于固定弹簧拉紧元件807另外一端的连接块808，以及与所述连接块808相连并固定在所述摆动气缸903顶部的气缸连接板810。执行器安装板801上面固定微型线性执行器802与弹簧拉紧元件807的一端8071，弹簧拉紧元件807的另外一端8072与连接块相固定，而线性执行器802的另外一端与气缸连接板810相抵触。通过上述构造，相应能够执行摆动与真空拾取机构90在Z轴方向上的角度调节也即纠姿过程。相应地，薄膜检测装置106和上料检测装置104可以分别检测进入热压装置101的薄膜有效区域的位置信息、和真空拾放装置105拾取片材的位置和姿姿，并通过机械手的多自由度调整功能进行位置调节和角度的补偿，由此进一步保证进入热压叠层区域的片材与薄膜的精确对位，保证叠层的精确性。上下热压头的结构在本发明中同样可以进行优化设置。图6是按照本发明优选实施例的热压头的结构示意图，图7是图6中所示热压头结构的分解示意图。如图6和图7中所示，本发明的热压头可以由依次叠合在一起的热压板200、温度传感器300、隔热板400和转接板500共同组成，其中热压板200如图6中所示朝上的一面为热压面，与其相对的另外一面用于与隔热板400相叠合。在热压板200的内部，设置有一个或两个左右的真空腔2001，该真空腔2001分别与设在热压板侧面的进出气孔、以及设在热压板的热压面上的多、个真空吸附孔相连通；隔热板400叠合在热压板200上，用于防止热压板的热量向上传递；转接板500叠合在隔热400板上，用于与运动驱动机构相连。在真空腔2001的四周，譬如呈阵列地布置有多个槽2002，这些槽2002内分别安装有发热芯并通过压板压紧。真空腔的周边布置有密封元件并通过密封盖板压紧。通过以上构造的热压头，具备真空吸附功能并包含多个发热芯同时供热，保证了热源的供应，因此特别适用于固定待加工材料的多层片材或薄膜热压复合工况。此外，为避免所述热压装置101由于重载或者压合运动造成振动从而影响所述上料装置103上料精度和所述拾取头1051的拾取片材和对片材进行纠姿的精度，所述热压装置101单独支撑，设备运行中不与支撑架107固连。所述撑膜装置102可以布置在所述热压装置101的空余侧边，或者布置在所述支撑架107上。所述上料装置103、上料对准视觉104、机械手105和薄膜检测视觉106布置在所述支撑架107上，并与之固连，以此避免所述 热压装置101工作时对其他精密运动组件造成直接影响。图3是按照本发明优选实施例的工作流程示意图。请参阅图3，按照本发明一个优选实施例的热压设备的工作流程如下薄膜进给后，热压装置101的下热压头1011从施压区域移出并等待接料；薄膜检测装置106将薄膜进给位置信息传递给机械手式真空吸放装置105 ;真空吸放装置105纠正拾取片材的位姿并将片材放到热压装置101中的下热压头1011上，下热压头1011例如通过真空吸附固定住片材后移回施压区域；在此状态中，薄膜通过所述撑膜装置102 —直将薄膜撑起合适高度，保证下热压头1011吸附原料返回时不受薄膜阻碍；最后热压装置101进行一定温度和压力下的施压，热压完成后进入下一循环。本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种用于制造片材与柔性薄膜复合叠层的热压设备，该热压设备包括 热压装置(101)，该热压装置(101)由上下两个热压头共同组成，用于对片材与柔性薄膜加热加压以叠合成一体； 上料装置(103)，该上料装置(103)位于热压装置(101)的外侧，用于将片材提供给真空拾放装置(105)； 真空拾放装置(105)，该真空拾放装置(105)设置在与所述上料装置(103)相同的一侧并与其相平行，用于从上料装置的片材料盒中取料并将片材输送至所述下热压头上的相应叠合位置；以及 撑膜装置(102)，该撑膜装置(102)位于柔性薄膜的输送路径上，用于将输送中的柔性薄膜撑起一定高度，以使得撑起后柔性薄膜的高度大于所述下热压头的高度与片材厚度之和。
2.如权利要求I所述的热压设备，其特征在于，所述热压设备还包括薄膜检测装置(106)和上料检测装置(104)，所述薄膜检测装置(106)设置在柔性薄膜进入到所述热压装置的输送路径上，用于对进入热压装置(101)的薄膜输送状态进行检测，同时将检测结果传送给所述真空拾取装置(105);所述上料检测装置(104)设置在所述真空拾放装置(105)附近，用于对真空拾放装置所拾取片材的位置进行检测和反馈。
3.如权利要求2所述的热压设备，其特征在于，所述薄膜检测装置(106)和上料检测装置(104)通过视觉定位方式执行检测过程。
4.如权利要求1-3任意一项所述的热压设备，其特征在于，所述真空拾放装置(105)为机械手结构，并包括用于实现X轴、Y轴和Z轴三个方向上直线移动的移动机构、安装在Z轴移动机构上的摆动与真空拾取机构，以及用于对摆动与真空拾取机构在Z轴方向上的角度进行调节的纠姿机构；该机械手结构根据所述薄膜检测装置(106)和上料检测装置(104)所获得的检测结果，实时校正其移动位置以保证薄膜与片材之间的位置对准。
5.如权利要求4所述的热压设备，其特征在于，所述摆动与真空拾取机构包括气缸安装座、设置在气缸安装座上的摆动气缸、与摆动气缸的输出轴相连的旋转轴、固定在所述旋转轴上的固定块、分别设置在所述固定块上下两端的气管接头和真空吸盘，以及固定连接在所述旋转轴上用于将所有真空吸盘设置在同一平面上的吸附连接板；所述纠姿机构用于对摆动与真空拾取机构执行Z轴方向上的角度调节，包括执行器安装板、分别安装在执行器安装板上的线性执行器和弹簧拉紧元件、用于固定所述弹簧拉紧元件另外一端的连接块，以及与所述连接块相连并固定在所述摆动气缸顶部的气缸连接板，所述线性执行器的另外一端与所述气缸连接板相抵触。
6.如权利要求1-5任意一项所述的热压设备，其特征在于，所述热压装置的的上下热压头分别由依次叠合在一起的热压板、隔热板和转接板共同组成，其中所述热压板的一面为热压面，与其相对的另外一面用于与隔热板相叠合，所述热压板的内部设置有真空腔，该真空腔分别与设在热压板侧面的进出气孔、以及设在热压板的热压面上的多个真空吸附孔相连通；在所述真空腔的四周，呈阵列地布置有多个用于安装发热芯的槽，发热芯分别安装在所述槽中并通过压板压紧，所述真空腔的周边布置有密封元件并通过密封盖板压紧；所述隔热板叠合在热压板上，用于防止热压板的热量向上传递；所述转接板叠合在隔热板上，用于与运动驱动机构相连。
7.如权利要求6所述的热压设备，其特征在于，所述热压头还具有温度传感器元件，以便对所述发热芯加热区域的温度进行监控。
8.如权利要求1-7任意一项所述的热压设备，其特征在于，所述热压装置(101)的下热压头是可移动式结构，以便滑出施压区域并等待接住所述真空拾放装置(105)输送的片材。
9.如权利要求1-8任意一项所述的热压设备，其特征在于，所述上料装置(103)、真空拾放装置(105)和撑膜装置(102)均设置在支撑架(107)上，所述加热装置(101)由独立的支撑结构另外进行安装。
全文摘要
本发明公开了一种用于制造片材与柔性薄膜复合叠层的热压设备，该设备包括由上下两个热压头共同组成的热压装置(101)，位于热压装置的外侧用于将片材提供给真空拾放装置的上料装置(103)，用于从上料装置的片材料盒中取料并将片材输送至下热压头上的相应叠合位置的真空拾放装置(105)，位于柔性薄膜的输送路径上用于将输送中的柔性薄膜撑起一定高度的撑膜装置(102)，以及分别用于对柔性薄膜的输送位置和片材上料位置等信息进行检测和反馈的薄膜检测装置(106)和上料检测装置(104)。通过本发明，能够同时实现热压、上料、拾取和转移等多种功能，结构紧凑，便于控制和操作，并利用视觉定位技术和独立的热压装置支撑框架来进一步保证薄膜叠层的精度。
文档编号B29C51/46GK102672948SQ20121012318
公开日2012年9月19日 申请日期2012年4月24日 优先权日2012年4月24日
发明者尹周平, 徐洲龙, 熊有伦, 陈建魁 申请人:华中科技大学