柔性產(chǎn)品用不銹鋼箔柔度測(cè)試裝置設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

朱亞峰，楊向東

(1.廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院，廣東廣州510540;2.廣東工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，廣東廣州510006)

作為顯示器的新興領(lǐng)域，超薄平板顯示器、電子書、個(gè)人導(dǎo)航設(shè)備等便于攜帶的顯示裝置正在興起。另外，產(chǎn)業(yè)界也在進(jìn)行與紙相同的閱讀感覺的電子紙等顯示裝置的開發(fā)。有機(jī)EL(Electro Luminescence，電致發(fā)光)顯示器也受到特別關(guān)注。尤其是近年來符合“綠色、環(huán)保、節(jié)能”理念的柔性襯底薄膜太陽能電池技術(shù)，受到越來越多的重視和研發(fā)［1］。這些產(chǎn)品具有輕薄、耐沖擊和可變曲的特性，工業(yè)界及研究界稱為“柔性”。具有此種特性的產(chǎn)品稱為柔性產(chǎn)品。

目前，美國(guó)、歐洲、日本、韓國(guó)等世界柔性產(chǎn)品主要生產(chǎn)商采用自動(dòng)化的卷對(duì)卷(Roll to Roll，R2R)工藝來生產(chǎn)上述柔性產(chǎn)品［2］。而對(duì)于上述柔性產(chǎn)品，重要的工藝因素就是基板的選擇。目前的柔性顯示器主要有薄玻璃、金屬箔和有機(jī)樹脂［3］。

圖1 不同厚度(mm 級(jí))超薄不銹鋼HV 值測(cè)試(測(cè)量設(shè)備:HV-1000 顯微硬度計(jì))

圖2 SUS304 不銹鋼譜圖分析(測(cè)量設(shè)備:SEM)

1 測(cè)試思想的提出

不銹鋼箔壓延后，需要進(jìn)行光亮退火(BA 材)。但是，實(shí)施了光亮退火的BA 材不銹鋼箔還取決于厚度，且存在形狀復(fù)原性低的問題。將厚度為200 μm左右的箔材卷曲成直徑為50 mm 的能用一只手拿住的圓筒狀時(shí)，即使去除卷曲力，箔也不會(huì)成平面。如果使其勉強(qiáng)恢復(fù)，則會(huì)成為有凹凸的面［5］。

作為柔性顯示器所必要的柔性，是能夠反復(fù)卷繞成能夠用一只手握住的直徑為50 mm 左右的圓筒狀，或能夠經(jīng)得起以翻書頁時(shí)的平均紙的曲率半徑來反復(fù)彎曲，這成為柔性的指標(biāo)［5］。作為必要的柔性，以水平面為參考面，以經(jīng)過卷曲后最大變形角度定義，作為柔性產(chǎn)品基板使用的不銹鋼基板，變形角度小于10°較好［5］。當(dāng)變形角度大于10°時(shí)，會(huì)發(fā)生彎折或形狀不能復(fù)原的問題(如圖3所示)。

圖3 柔度定義

用手握的方法去比較不銹鋼箔的柔性，缺乏客觀性。目前，國(guó)內(nèi)外尚無柔性產(chǎn)品用不銹鋼箔柔度測(cè)試裝置報(bào)道。

鑒于以上考慮，可以在厚度、表面質(zhì)量、硬度值滿足柔性產(chǎn)品用不銹鋼箔條件下，運(yùn)用CNC 控制帶動(dòng)一沿著50 mm 的圓筒狀彎曲的SUS304 不銹鋼箔，測(cè)試其在去除彎曲力時(shí)能夠多大程序上恢復(fù)到原來形狀的機(jī)電裝置，其特征在于:能與電動(dòng)機(jī)進(jìn)行緊密配合，并能保證與不銹鋼箔緊密貼合并同時(shí)正反向低速、高速地?zé)o級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)。

2 測(cè)試裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)施

2.1 機(jī)械傳動(dòng)裝置

CNC 控制的無級(jí)變速，可以考慮電主軸及變頻器驅(qū)動(dòng)的三相異步電機(jī)。考慮測(cè)試對(duì)象為不銹鋼箔，受力較小、轉(zhuǎn)矩較小的特點(diǎn)，使用變頻器驅(qū)動(dòng)的伺服電機(jī)［6］來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。確定三相異步電動(dòng)機(jī)型號(hào)為JW7124，其傳動(dòng)軸為φ16 mm。

取φ50 mm 圓筒鋁棒材，車削加工外圓面，鏜削內(nèi)圓面，拉削鍵槽，以保證加工質(zhì)量(如圖4所示)。內(nèi)圓取5 ×5 標(biāo)準(zhǔn)鍵［7］與電機(jī)配合，并實(shí)現(xiàn)同步旋轉(zhuǎn)。

圖4 機(jī)械主軸結(jié)構(gòu)圖(φ50，鍵取5 ×5)

2.2 電氣裝置

根據(jù)設(shè)計(jì)思想，確定變頻器(0 ～50 Hz，可手動(dòng)旋轉(zhuǎn)調(diào)整)、交流接觸器(KM)、時(shí)間繼電器(KA)開關(guān)電源及導(dǎo)線組成的主電路及控制電器，實(shí)現(xiàn)電機(jī)主軸的無級(jí)變速(0 ～200 r/min)及正反轉(zhuǎn)、停止動(dòng)作［8］，并具有漏電保護(hù)功能。其電氣原理圖與控制回路圖分別如圖5、圖6所示。

4.豬疥螨病。豬疥螨是一種接觸傳染的寄生蟲病，其寄生于豬表皮深層。螨破壞皮膚屏障，為其它疾病敞開了方便之門，感染病豬劇癢，到處摩擦或以肢蹄搔擦患部皮膚。

圖5 電氣原理圖

圖6 控制回路圖

變頻器選用空間電壓矢量PWM 控制和無速度傳感器矢量控制的易能ENC800 系列，型號(hào)為4T0007，功率為0.75 kW。

2.3 測(cè)試裝置安裝

確定好機(jī)械、電氣裝置后，安裝、調(diào)試步驟如下:

(1)根據(jù)電氣原理圖(圖5)、電纜接線圖(圖6)識(shí)別并連接各元器件;

(2)安裝φ50 mm 圓筒時(shí)，需要借助百分表保證其與電機(jī)軸同心度不大于0.01 mm;

(3)根據(jù)轉(zhuǎn)速n(r/min)、頻率f(Hz)及電機(jī)磁極對(duì)數(shù)p 等參數(shù)，設(shè)定需要的變頻器參數(shù)，所用公式為

(4)接線完畢，通電啟動(dòng)系統(tǒng);

(5)按CNC 系統(tǒng)中的正轉(zhuǎn)鍵主軸能正轉(zhuǎn)，按反轉(zhuǎn)鍵主軸能反轉(zhuǎn)，按停止鍵，主軸停止;

(6)用寬度為5 ～10 mm 強(qiáng)力雙面膠(美國(guó)3M公司生產(chǎn))，將長(zhǎng)寬比為2 ～4 的不銹鋼箔粘貼在φ50圓筒外徑上;

(7)按CNC 系統(tǒng)的正轉(zhuǎn)鍵或者反轉(zhuǎn)鍵，旋轉(zhuǎn)1 ～3 min;

(8)加熱，使雙面膠粘合力降低，取下不銹鋼箔;

(9)測(cè)量不銹鋼箔沒有粘合一側(cè)翹曲部位的投影長(zhǎng)度X 與高度H，計(jì)算不銹鋼箔的柔度α，公式為。

調(diào)試、安裝好的柔性產(chǎn)品用不銹鋼箔柔度測(cè)試裝置如圖7所示。

圖7 測(cè)試裝置電氣接線實(shí)物圖

3 測(cè)試

分別采用以下3 種不同方式利用此測(cè)試裝置對(duì)不同厚度的不銹鋼箔進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試過程如圖8、圖9所示。測(cè)試結(jié)果如表1所示。

測(cè)試一:采用厚度為0.8 μm 的冷軋BA 級(jí)SUS304 不銹鋼薄板，長(zhǎng)度與寬度分別為320 與75 mm，用雙面膠粘上φ50 圓筒，設(shè)置變頻器參數(shù)為f=2 Hz。啟動(dòng)CNC 正轉(zhuǎn)按鍵運(yùn)行3 min，測(cè)量最高點(diǎn)變化，見表1。

測(cè)試二:采用厚度為0.8 μm 的冷軋BA 級(jí)SUS304 不銹鋼薄板，長(zhǎng)度與寬度分別為200 與75 mm，用雙面膠粘上φ50 圓筒，設(shè)置變頻器參數(shù)為f=2 Hz。啟動(dòng)CNC 正轉(zhuǎn)按鍵運(yùn)行4 min，測(cè)量最高點(diǎn)變化，見表1。

圖8 不銹鋼基板測(cè)試裝置工作圖

圖9 柔度測(cè)試

表1 不同尺寸不銹鋼箔柔度測(cè)試

測(cè)試三:采用厚度為0.6 μm 的冷軋BA 級(jí)SUS304 不銹鋼薄板，長(zhǎng)度與寬度分別為250 與40 mm，用雙面膠粘上φ50 圓筒，設(shè)置變頻器參數(shù)為f=3 Hz。啟動(dòng)CNC 正轉(zhuǎn)按鍵運(yùn)行5 min，測(cè)量翹曲最高點(diǎn)水平尺寸X 與高度尺寸H。

比較例1、例2，不銹鋼箔厚度相同但長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，使用該裝置測(cè)試出的變形角度大，形狀復(fù)原性不足。比較例2、例3，不銹鋼箔厚度較小且寬度較短時(shí)，使用該裝置測(cè)試出的變形角度相對(duì)較大。

4 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)表明:柔性產(chǎn)品用不銹鋼箔柔度測(cè)試裝置設(shè)計(jì)充分利用了CNC 裝置的即時(shí)控制和無級(jí)調(diào)整功能，操作方便，成本低廉，實(shí)施效果好，可以測(cè)試出供不同柔性產(chǎn)品使用的不銹鋼箔柔度，可以用來作柔性顯示器、電子紙、有機(jī)EL 顯示器、太陽能電池等柔性產(chǎn)品基板用不銹鋼箔的柔度測(cè)試。

【1】盧有祥.液晶顯示器用玻璃基板［J］.光電技術(shù)，2008(3):3－7.

【2】田民波，葉鋒.平板顯示器技術(shù)發(fā)展［M］.北京:科學(xué)出版社，2010.

【3】能紹珍，朱美芳.太陽能電池基礎(chǔ)及應(yīng)用［M］.北京:科學(xué)出版社，2009.

【4】朱建平，陶杰，汪濤，等，柔性產(chǎn)品用超薄不銹鋼基材的精密成型方法及制得的基材及應(yīng)用:中國(guó)，201010132392［P］.2010－09－01.

【5】由田紀(jì)子，小倉豊史.柔性顯示器用不銹鋼箔:日本，200980117792［P］.2011－04－20.

【6】顏嘉男.伺服電機(jī)應(yīng)用技術(shù)［M］.北京:科學(xué)出版社，2010.

【7】聞邦椿.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

【8】黃永紅.電氣控制與PLC 應(yīng)用技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010.