CN100569493C - 成型片材制造装置中的成形相位对齐装置 - Google Patents

Abstract

第一成形辊和第二成形辊彼此平行且相对地设置，双面成型片材通过该第一成形辊和第二成形辊形成。本发明设有：相位调节单元，其被构造为使第二成形辊沿着第二成形辊的轴向移动；上部成型形状探测器，其探测双面成型片材正面的成型形状；下部成型形状探测器，其探测双面成型片材背面的成型形状；正面/背面相差算术操作单元，其被构造成将上下部成型形状探测器的探测信号进行相互比较，计算双面成型片材正面和背面的成型形状之间的相对于轴向的成形相差，并输出表示成形相差的相差值信号；相位对齐控制处理单元，其被构造成接收相差值信号，并输出指令给相位调节单元从而可减少成形相差。

Description

成型片材制造装置中的成形相位对齐装置

发明领域

本发明涉及一种成型片材制造装置中的成形相位对齐装置，特别涉及一种将挤压成型方法所形成的光学高精度双面成型片材的正面和背面相位对齐的成形相位对齐装置。

背景技术

光学高精度双面成型片材、例如背面投影仪的屏幕中所用的透镜板的成形是通过利用成型片材制造装置的挤压成型法来执行的，该双面成型片材的正面和背面形成不规则图案，在所述的成型片材制造装置中，外圆周面上具有雕刻图案的成形辊彼此平行且相对地设置。

这种成型片材制造装置包括一种构造，它能够通过伺服电机驱动的相位调节机构使成形辊对之一沿着辊轴线方向、也即片材宽度方向移动，以便使双面成型片材的正面和背面相位在辊轴线方向对齐(例如，参照日本专利特开平NO.2004-142182)。

在成型片材制造装置中，由于构成成型片材制造装置的旋转机械部件的精度，在推力方向上的精度等等，每个辊旋转一次就发生周期变化，这影响了辊轴线方向(推力方向)上的相位精度，该推力方向的精度是被雕刻的辊本身用于成形目的等所具有的。

在现有技术的成型片材制造装置的相位调节机构中，虽然该机构本身在辊轴线方向上的位置精度的调节是精确的，但有关由该制造装置制造的产品的正面和背面实际成形精度的信息不包括在控制因素内。所以，在现有技术中，最终产品成形所需的高精度很难再高些。

在通过挤压成型法进行光学高精度双面成形的过程中，用于成形辊成形所设定的温度范围由于产品规格、树脂类型、成形图案等而被加宽。例如，温度设在80℃-120℃。而且，用于成形的辊推力条件范围也被加宽。相应地，为了涵盖这种宽的成形条件，在轴向上调节成形辊的相位所需的力的范围也被加宽。

用机械解决上述条件的机构的可选择性也受到限制，并且所选机构在推力方向上基本发生变化。由于所选机构在推力方向上的所述变化，例如为±4μm，这种变化即使在高精度止推轴承上也存在。而且，在实际的机器中，在加工作为其它旋转体的成形辊的场合下，推力方向上的周期变化随着成形位移而存在，由此导致旋转体的复合变化。

在目前的这种控制方法中，不包括有关最终产品成形变化的信息，并且相应地，旋转体复合变化的影响将出现在该产品中。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而作出的。本发明的目的是提供一种成形相位对齐装置，该装置将双面成型片材的正面和背面相位精确对齐，并把影响其机构的成形精度的机械重复位移消减，由此能够制造高精度双面成型片材。

为了获得上述目的，本发明的一方面概括了一种成形相位对齐装置，包括：第一成形辊；第二成形辊，其与第一成形辊一起形成双面成型片材，第二成形辊与第一成形辊平行且相对设置；相位调节单元，其被构造成使第二成形辊沿着第二成形辊的轴向移动；上部成型形状探测器，其探测双面成型片材正面的成型形状；下部成型形状探测器，其探测双面行成型片材背面的成型形状；正面/背面相差算术操作单元，其被构造成将上部成型形状探测器的探测信号与下部成型形状探测器的探测信号进行相互比较，计算双面成型片材正面的成型形状与双面成型片材背面的成型形状之间的相对于轴向的成形相差，并输出表示成形相差的相差值信号；和相位对齐控制处理单元，其被构造成接收相差值信号，并输出指令至相位调节单元从而可减少成形相差。

根据本发明的该方面，由于相位对齐控制的控制偏差，相位对齐是通过作为最终产品的成型片材(产品片材)的相位误差的实际测量值来实施的。相应地，可补偿由于机械残余位移所导致的相位误差，从而可制造正面和背面之间几乎没有误差的高精度双面成型片材。

而且，相位调节单元可包括：螺旋装置，其中该螺旋装置包括：伺服电机；可由伺服电机旋转驱动的丝杆元件；和可使第二成形辊沿着轴向移动的螺母元件，它与丝杆元件以螺旋的方式啮合，被固定以不旋转，并随着丝杆元件的旋转而沿着与第二成形辊的轴向相同的方向位移，相位对齐控制处理单元可输出指令给伺服电机从而可减少成形相差。

采用上述构造，可获得与上述方面类似的效果。

此外，相位对齐控制处理单元可基于第二成形辊一次旋转的相差信号执行相位对齐控制。

采用上述构造，相位对齐控制处理单元可基于第二成形一次旋转的相差值信号执行相位对齐控制。

而且，相位对齐控制处理单元可基于第二成形辊多次旋转的相差值信号的平均值执行相位对齐控制。

采用上述构造，把关于必要数目旋转例如五次旋转和十次旋转的相差数据平均，并通过所获得的相位控制信号，来控制相位调节机构也即相位调节减速电机。相应地，即使上述成形相差数据包括与第一和第二成形辊旋转无关的长周期变化的数据、和由于突发故障所导致的短周期变化的数据，也可根据上述变化进行相位调节。

附图说明

图1为平面图，其根据本发明的实施例示出了用于成型片材成形的成形相位对齐控制装置，和应用该成形相位对齐控制装置的成型片材制造装置；

图2为正视图，其根据本发明的实施例示出了用于成型片材成形的成形相位对齐控制装置，和在成型片材制造装置的轴向上的相位调节侧的辊，所述的成形相位对齐控制装置应用于该成型片材制造装置中；

图3为透视图，其根据本发明的实施例示出了用于成型片材成形的成形相位对齐控制装置，和成型片材制造装置的轴向上的辊的驱动系统和相位调节系统，所述的成形相位对齐控制装置应用于该成型片材制造装置中；

图4为示意性侧视图，其根据本发明的实施例示出了用于成型片材成形的成形相位对齐控制装置，和应用该成形相位对齐控制装置的成型片材制造装置。

具体实施方式

以下基于附图描述本发明的实施例。在下文基于附图的描述中，相同或类似的参考标号指的是相同或类似的部分。然而，要注意的是，附图是示意性的，厚度和平面尺寸之间的关系、各层的厚度比等等与实际的不同。

而且，以下所述的实施例例示了体现本发明技术原理的装置和方法，对于本发明的技术原理，组件的材料、形状、结构和布置等不受下文限定。

参照图1至图4，根据本发明的实施例，将对用于成型片材成形的成形相位对齐控制装置、应用该控制装置的成型片材制造装置进行叙述。

成型片材制造装置包括构架10，其构成基底。辊轴承箱12和13分别固定地连接至构架10的操作侧10A和从动侧10B。

辊轴承箱12和13分别通过径向滚动轴承16和17支撑在第二成形辊11两端一体形成的辊轴14和15，从而可围绕第二成形辊11的中心轴线旋转并可沿着其轴向(图1中的左、右方向)移动。

辊轴承箱46和47分别通过辊直径方向(图1所示的上下方向)所设的线性导轨44和45设置在构架10的操作侧10A和从动侧10B，从而可沿着辊直径方向远离和接近第二成形辊11地移动。

辊轴承箱46和47分别通过径向滚动轴承51以及一组径向滚动轴承52和推力滚动轴承54支撑在第一成形辊48两端一体形成的辊轴49和50，从而可围绕第一成形辊48的中心轴线旋转并且在其轴向(图1中的左右方向)上不能移动。止推轴承仅设置在第一成形辊48一侧的辊轴承箱47上。

第一成形辊48和第二成形辊11彼此平行且相对。作为形状成形辊的第一和第二成形辊48和11的外圆周表面上各自雕刻有周向凹槽状成形图案(未示出)。

第二成形辊11的从动侧的辊轴15的轴端经联接器(凸缘联轴节)18与辊驱动轴19同轴耦合。辊驱动轴19沿着辊轴线方向穿过齿轮箱20和中空齿轮轴22，该齿轮箱20固定地连接至构架10的从动侧10B，该齿轮轴22通过径向滚动轴承21设置于齿轮箱20内从而可旋转。

辊驱动轴19经滑键、花键23等以转矩传递的关系连接至中空齿轮轴22上从而能够在辊轴线方向上位移。中空齿轮轴22支撑驱动齿轮24。添加有减速器的辊旋转驱动电机(伺服电机)25与齿轮箱20相连。

输出齿轮27与电机轴26相连，该电机轴为辊旋转驱动电机25的输出轴。输出齿轮27与驱动齿轮24啮合。探测辊旋转驱动电机25的电机旋转状态的脉冲发生器63与辊旋转驱动电机25相连。

辊旋转驱动电机25的旋转力通过电机轴26、输出齿轮27、驱动齿轮24、中空齿轮轴22、滑键或花键23、辊驱动轴19、以及联接器18传送至辊轴15。通过这样传送旋转力，第二成形辊11围绕其中心轴线旋转。第二成形辊11的旋转方向为图4所示的逆时针方向。

辊驱动轴19的轴端在辊轴线方向(产品宽度方向)上通过旋转/滑动联轴节28与相位调节单元33的位移元件34相连。旋转/滑动联轴节28包括与辊驱动轴19的轴端固定相连的旋转壳体29，以及与辊驱动轴19同轴线设置的连接轴32。连接轴32由设置在旋转壳体29内的径向滚动轴承30和推力滚动轴承31轴向支撑，从而不会在轴线方向(辊轴线方向)相对于旋转壳体29位移以及不会相对于该旋转壳体29相对地旋转。

旋转/滑动联轴节28通过上述的径向滚动轴承30和推力滚动轴承31而使辊驱动轴19与位移元件34之间的旋转传送断开，和将轴向力从位移元件34传送至辊驱动轴19。注意，如果给推力滚动轴承31提供预载，就使旋转壳体29与连接轴32相连并且轴向不含齿隙。

相位调节单元33的位移元件34包括滑动底座35和固定至滑动底座35上以便不旋转的滚珠螺母元件36，并且能够通过与构架10的从动侧10B相连的线性导轨37在辊轴线方向上位移。滚珠螺母元件36设置在与第二成形辊11的中心轴线相同的轴线上，滚珠丝杆38以螺旋的方式与滚珠螺母元件36啮合。

滚珠丝杆38由设置在轴承箱39内的径向滚动轴承40和推力滚动轴承41支撑，从而可随着轴承箱39旋转。滚珠丝杆38经联轴节42与相位调节减速电机(伺服电机)43的输出轴(未示出)相连，由此被驱动。探测相位调节减速电机43的电机旋转状态的脉冲发生器64，与相位调节减速电机43相连。

相位调节减速电机43旋转地驱动滚珠丝杆38，这样包括滚珠螺母元件36的位移元件34沿着辊轴线方向位移。旋转/滑动联轴节28将这种位移传送给辊驱动轴19和辊轴15，第二成形辊11沿轴向移动。通过这种轴向移动，辊轴线方向的相位得到调节。

这里，概括了各部件所设置的状态。辊轴14和15、联轴节18、辊驱动轴19、旋转/滑动联轴节28的旋转壳体29、连接轴32、滚珠螺母元件36、和滚珠丝杆38都沿着与第二成形辊11的中心轴线相同的轴线设置。

相应地，轴向力被从位移元件34施加于第二成形辊11的中心轴线的位置上，第二成形辊11沿着轴向移动而直径方向上不发生偏移，由此可以高精度地调节第二成形辊11的轴向相位，而不会伴有由于直径方向上偏移所导致的弯矩。

第一成形辊48的轴承箱46和47通过进给丝杆58和59平行于辊间间隙方向(辊直径方向)移动，该进给丝杆分别由辊间间隙调节电机56和57驱动。通过这种移动，第二成形辊11和第一成形辊48之间的辊间间隙得到调节。

第一成形辊48的从动侧上的辊轴50的轴端经由万向联轴节60与辊旋转驱动电机(伺服电机)61的电机轴62相连，由此被驱动，所述的万向联轴节60由施密特联轴节(Schmidt coupling)等组成。

辊旋转驱动电机61是具有减速器的电机。辊旋转驱动电机61的旋转力经电机轴62和万向联轴节60传送给辊轴50，并且通过这样传送旋转力，第一成形辊48围绕其中心轴线旋转。探测辊旋转驱动电机61的电机旋转状态的脉冲发生器65与辊旋转驱动电机61相连。

T型模具66直接位于第二成形辊11和第一成形辊48之间的间隙部上方的位置处。T型模具66将熔融状态的用于形成成型片材的树脂施加至第二成形辊11和第一成形辊48之间的间隙部。

从T型模具66施加至第二成形辊11和第一成形辊48之间的间隙部的熔融树脂，通过挤压成型法在所述的辊之间形成片材形状，然后形成成型片材(产品)100，该成型片材的双面被形成。于是，成型片材进行下一步骤。

接下来，将对本发明的成型片材制造装置的控制系统进行描述，该制造装置包括用于成型片材成形的成形相位对齐控制装置。

脉冲发生器(PGs)63和65控制成型片材(产品)100在流向上的状态以及第二成形辊11和第一成形辊48的旋转相位，该脉冲发生器分别为辊旋转驱动电机25和61而备。而且，第二成形辊11和第一成形辊48每次旋转的起源是由下文将描述的旋转起源点传感器71的输出信号指令的。

在构架10的从动侧10B，设有旋转起源点传感器71、第一相位检测传感器72、和第二相位检测传感器73。所述的旋转起源点传感器71光学检测标出管驱动轴19的旋转起源标记(未示出)，所述的第一相位检测传感器72由反射激光位置传感器等组成，并根据联轴节18的辊轴线方向上的位置光学检测第二成形辊11的辊轴线方向上的位置，所述的第二相位检测传感器73由线性激光编码器等组成，并光学检测相位调节单元33的位移元件34的辊轴线方向上的位置。

在双面成型片材100的输送通道中，在双面成型片材100的成型状态变得稳定从而双面成型片材100被冷却并凝固的位置处(图4的相位测量点Ps)，设有上部成型形状探测器74，用于探测双面成型片材100的正面(上表面)100A的成型形状，并设有下部成型形状探测器75，用于探测双面成型片材100的背面(下表面)的成型形状。上部成型形状探测器74和下部成型形状探测器75彼此相对设置。

上部成型形状探测器74和下部成型形状探测器75由诸如线性图像传感器和CCD之类的图像部件组成，且不与双面成型片材100接触，以及光学检测双面成型片材100的正面100A和背面100B的成型形状。

上部成型形状探测器74和下部成型形状探测器75的探测信号被输入至正面/背面相差算术操作单元76。正面/背面相差算术操作单元76由图像分析处理部件等组成，并将上部成型形状探测器74的探测信号与下部成型形状探测器75的探测信号进行比较，然后计算双面成型片材100的正面100A的成型形状与双面成型片材100的背面100B的成型形状之间的相对于片材宽度方向(辊轴线方向)的成形相差。

正面/背面相差算术操作单元76所计算的成形相差的值是直接从作为产品的目标进行测量的测量值，对此相差被测量。表示成形相差值的信号被输入至相位对齐控制处理单元77。

相位对齐控制处理单元77为微型计算机类型，单独从脉冲发生器64、旋转起源位置传感器71、第一相位检测传感器72、和第二相位检测传感器73接收传感器信号，并从正面/背面相差算术操作单元76接收表示成形相差值的相差信号。而且，相位对齐控制处理单元77将电机驱动指令输出至相位调节减速电机43，这样可使双面成型片材100的正面100A的成型形状与双面成型片材100的背面100B的成型形状之间的在辊轴线方向上的相差为零。

根据电机驱动指令旋转驱动相位调节减速电机43，相位调节减速电机43以预定的旋转角旋转驱动滚珠丝杆38，因此相位调节单元33的位移元件34在辊轴线方向上发生位移。伴随着这种位移，第二成形辊11在辊轴线方向上相对于第一成形辊48发生位移。通过第二成形辊11在辊轴线方向上的这种位移，辊轴线方向上的成形相位得到调节，也即，相位在此被对齐。

根据混合法通过半闭合式反馈补偿和全闭合式反馈补偿来执行用于这种相位对齐控制的反馈控制，所述的相位对齐控制由相位调节减速电机43来执行，所述的半闭合式反馈补偿采用脉冲发生器64输出的电机位置信号，所述的全闭合式补偿采用第一相位检测传感器72输出辊轴线方向的位置信号。

而且，在相位调节减速电机43处于静止状态的同时，相位对齐控制处理单元77将第一相位检测传感器72的输出信号与第二相位检测传感器73的输出信号进行比较，当其间出现差别时，判定辊机械系统中已经出现热变形等，然后执行补偿控制。

相位调节减速电机43的脉冲发生器(PG)64的输出信号、以及第一相位检测传感器72和第二相位检测传感器73的输出信号，控制相位对齐控制处理单元77在辊轴线方向(产品宽度方向)上的成形相位调节。

由于辊旋转驱动电机25和61拥有的脉冲发生器63和65控制成型片材(产品片材)100在流向上的位置，在图4所示的成形点Pw至相位测量点Ps范围内，每个脉冲发生器所输出的脉冲数目被设为相位对齐控制处理单元77中的控制偏移量(滞后量)的参数。

关于从正面/背面相差算术操作单元76接收相差信号的时间，相位对齐控制处理单元77通过利用旋转起源位置传感器71输出的作参考的旋转起源信号来处理一个范围内的作为一部分(一组)的相差信号，该范围从上述控制偏移量的通道一端至下一旋转起源信号的这种偏移量的通道一端。这样，相位对齐控制处理单元77监视与一个周期(辊旋转一次的周期)的相差有关的数据，该周期从辊旋转起源至下一起源。这样，相位对齐控制处理单元77基于第二成形辊11旋转一次的相差值信号来执行相位对齐控制。

相差数据的变化不必总是完全定期的，相差数据包括与成形辊11和48旋转无关的长周期变化的数据以及由于突发故障所导致的短周期变化的数据。相应地，考虑到这些变化，把关于必要数目旋转例如五次旋转和十次旋转的相差数据平均，并通过利用所获得的相位控制信号，控制相位调节机构也即相位调节减速电机43的驱动。相位调节机构在待平均的设定次数的旋转的过程中总是重复调节操作以便利用相同图案补偿一次旋转中的周期变化，并更新下一组待平均的设定次数旋转的控制量。

如上所述，由于相位对齐控制的控制偏差，相位调节是通过利用作为最终产品的成型片材(产品片材)100的相位误差的实际测量值来实施的。相应地，可补偿由于机械残余位移所导致的相位误差，从而可制造正面相位和背面相位之间几乎没有误差的高精度双面成型片材。

总而言之，在本发明中，引入了现有技术中还没使用的关于最终产品成形精度的信息，通过处理包括该信息的信号来进行相位控制。相应地，消除了直径方向上由于成形辊等旋转而产生的复合变化，所述的旋转发生在机械装置侧。而且，前提是辊轴线方向上的复合变化基本与其量级无关。已经因此发生的变化通过随动控制来校正发生的状态，从而可使正面和背面的成形相位精度保持在高精度。这样，光学高精度双面成型片材的成型形状之间的正面/背面位置精度可设定在几微米范围的精度。

注意，虽然上述的实施例例示了以在线的方式实施产品的成形相位测量的实例，即使采用离线测量也能进行与上述实施例的类似的控制，其中所测位置和辊旋转起源根据上述实施例可彼此逐一对应。然而，在这种情况下，按照和这种在线测量相比的操作，控制参数的设定范围受到限制。

虽然本发明已经基于所述实施例进行了描述，但本发明不限于此，各个单元和部件可用任意构造的具有类似功能的单元和部件进行替换。

Claims (6)

1.一种成形相位对齐装置，包括：

第一成形辊；

第二成形辊，其被构造为与第一成形辊一起形成双面成型片材，第二成形辊与第一成形辊平行且相对地设置；

相位调节单元，其被构造成使第二成形辊沿着第二成形辊的轴向移动；

上部成型形状探测器，其被构造成探测双面成型片材正面的成型形状；

下部成型形状探测器，其被构造成探测双面成型片材背面的成型形状；

正面/背面相差算术操作单元，其被构造成将下部成型形状探测器的探测信号与上部成型形状探测器的探测信号进行相互比较，计算双面成型片材正面的成型形状与双面成型片材背面的成型形状之间的相对于所述轴向的成形相差，并输出表示成形相差的相差值信号；和

相位对齐控制处理单元，其被构造成接收相差值信号，并输出指令给相位调节单元，这样可减少成形相差。

2.根据权利要求1所述的成形相位对齐装置，其中，相位调节单元包括：

螺旋装置，其中螺旋装置包括：

伺服电机；

丝杆元件，其被构造成由伺服电机旋转地驱动；和

螺母元件，其被构造成使第二成形辊沿着所述轴向移动，螺母元件以螺旋的方式与丝杆元件啮合，且被固定以不旋转，并通过丝杆元件的旋转而沿着与第二成形辊的所述轴向相同的方向移动；以及

所述相位对齐控制处理单元被构造成输出驱动指令给伺服电机从而可减少成形相差。

3.根据权利要求1所述的成形相位对齐装置，其中，

相位对齐控制处理单元被构造成基于第二成形辊一次旋转的相差值信号执行相位对齐控制。

4.根据权利要求2所述的成形相位对齐装置，其中，

相位对齐控制处理单元被构造为基于第二成形辊一次旋转的相差值信号执行相位对齐控制。

5.根据权利要求1所述的成形相位对齐装置，其中，

相位对齐控制处理单元被构造为基于第二成形辊多次旋转的相差值信号的平均值进行相位对齐控制。

6.根据权利要求2所述的成形相位对齐装置，其中，

相位对齐控制处理单元被构造为基于第二成形辊多次旋转的相差值信号的平均值进行相位对齐控制。

Images