劉增喜，張金鐫

（青島環(huán)球集團股份有限公司，青島 266400）

數(shù)字化、信息化、智能化在磁控濺射鋁鏡生產(chǎn)線中的應用

劉增喜，張金鐫

（青島環(huán)球集團股份有限公司，青島 266400）

磁控濺射鋁鏡生產(chǎn)線是近幾年發(fā)展起來的新型設備，因其節(jié)約了大量的貴金屬白銀且價格較低，鋁鏡生產(chǎn)加工逐漸興起；磁控濺射鋁鏡生產(chǎn)線的核心技術來源于Low－E低幅射鍍膜玻璃。歐洲的制造商最早于20世紀60年代末開始研究Low－E玻璃，于1978年成功應用到建筑物上。我國鍍膜技術起步較晚，隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，玻璃加工設備產(chǎn)業(yè)已具有一定規(guī)模和品牌，民族工業(yè)的實力和創(chuàng)新能力得到極大的提高，國內的鍍膜技術已取得了階段性的成果。

磁控濺射； 真空鍍鋁； 鍍膜； 鋁鏡

磁控濺射鋁鏡生產(chǎn)線，是近幾年發(fā)展起來的新型設備，因其節(jié)約了大量的貴金屬白銀且價格較低，鋁鏡生產(chǎn)加工逐漸興起。它從玻璃原板上片、清洗、磁控濺射鍍鋁膜、淋防護漆、烘干，直至成品鏡片收片均為自動完成，鏡片質量可媲美銀鏡，生產(chǎn)過程相對銀鏡更節(jié)能，更環(huán)保，且生產(chǎn)效率高，大大減少了人工成本及管理成本，緩解了用工荒問題，其特點如下：

1）智能化、數(shù)字化、自動化程度高。該生產(chǎn)線采用PLC技術、現(xiàn)場總線技術，實時監(jiān)控鏡板的輸送、清洗、烘干、鍍膜、收集等全過程；模塊化程序控制，多臺減速電機相互配合并依次順序動作，按照設定的工藝流程完成準確的鏡板輸送及成鏡過程；該控制系統(tǒng)具有一鍵關機功能，人性化的智能關機過程，方便操作，減少人為無操作過程。在運行過程中由精密傳感器裝置實時檢測并反饋。使用觸摸屏進行人工對話，簡化了工藝調整過程，提高了工作效率；可實現(xiàn)手動、自動、半自動三種操作方式，大部分手動按鍵開關設在觸摸屏內，操作安全方便。

2）打破傳統(tǒng)鍍膜工藝，鏡片質量可媲美銀鏡，生產(chǎn)過程相對銀鏡更節(jié)能，更環(huán)保。一直以來，傳統(tǒng)鋁鏡生產(chǎn)過程中，使用單機蒸發(fā)鍍鋁鏡，鏡片時有出現(xiàn)飛濺鋁點的現(xiàn)象，膜層厚薄不均勻。磁控濺射鋁鏡生產(chǎn)線借鑒了國際上先進的Low－E低幅射玻璃生產(chǎn)線的濺射鍍膜技術原理和銀鏡生產(chǎn)線中防護漆的淋涂及烘干技術，經(jīng)優(yōu)化組合，可以生產(chǎn)高反射鋁鏡，具有無鋁點、無黑點的特點，有效的克服了傳統(tǒng)鋁鏡生產(chǎn)過程中產(chǎn)生鋁點和黑點的缺陷。

3）改變了傳統(tǒng)的管理模式，減少了管理成本，緩解了用工荒問題。由于該生產(chǎn)線配置了自動上下片設備，上片只需2人、真空磁控濺射鍍膜1人、淋漆1人、下片2人巡查監(jiān)測，整線只需6人即可，省去了人工裝片、人工卸片，降低了工人勞動強度，大大節(jié)約了人力成本及管理成本，緩解了用工荒問題，為企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能、降耗、減排生產(chǎn)提供了必要的技術保障。

1 主要應用特點

磁控濺射鋁鏡生產(chǎn)線的核心技術來源于Low－E低幅射鍍膜玻璃。歐洲的制造商最早于20世紀60年代末開始研究Low－E玻璃，于1978年成功應用到建筑物上。我國鍍膜技術起步較晚，隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，玻璃加工設備產(chǎn)業(yè)已具有一定規(guī)模和品牌，民族工業(yè)的實力和創(chuàng)新能力得到極大的提高，國內的鍍膜技術已取得了階段性的成果。磁控濺射鋁鏡生產(chǎn)線是從上片到下片的成套鋁鏡生產(chǎn)線，是將各種規(guī)格的玻璃基板進行清洗烘干等處理后，在真空鍍膜室里采用磁控濺射鍍膜的方式，鍍制高質量鋁膜，后經(jīng)表面淋保護漆后，成為高檔鋁鏡；磁控濺射鋁鏡生產(chǎn)線由上片段、預清洗、盤洗、滾洗、吹干、真空鍍膜室、淋底漆、烘干、冷卻、淋面漆、烘干、冷卻、清洗、下片段等幾大部分組成，其中主要部分是真空鍍膜室，真空鍍膜室分為9個室，分別是前預抽室（2個室）、前緩沖室、前隔離室、鍍膜室、后隔離室、后緩沖室、后粗抽室（2個室）。磁控濺射生產(chǎn)線具體外觀圖見圖1。

1.1 上片段

上片段根據(jù)自動化程度的不同可分為人工上片和自動上片，包括氣浮桌、自動放片機、轉向臺等。氣浮桌具有氣浮功能，生產(chǎn)過程中可方便人工選片或排除生產(chǎn)線的破損玻璃，適合小片作業(yè)。

自動上片可實現(xiàn)各種規(guī)格玻璃從取片到轉向等全自動上片作業(yè)。自動放片機是將玻璃原片從玻璃架上由豎直方向（與地面呈95°）翻轉為水平位置，并根據(jù)信號傳送到輸送線上。玻璃旋轉架可供兩面存放玻璃，并可根據(jù)信號適時進片。

自動收片機共有分片機構、取片機構、送片機構、吸盤翻轉升降機構、真空系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等幾部分組成。自動收片機的現(xiàn)場工作圖見圖2。

取片機構安裝了12套吸盤裝置，采用進口真空系統(tǒng)。當真空泵開始工作時，吸盤內部形成負壓，使吸盤吸附在玻璃表面，實現(xiàn)吸持并搬送玻璃。分片機構由氣缸和吸盤架組成。在玻璃被取片機構吸持后，氣缸動作，斜向上拉動玻璃，實現(xiàn)分片功能。送片機構通過同步輸送帶來實現(xiàn)。當自動收片機吸持著玻璃翻轉到水平位置時，吸盤架落下，玻璃由同步輸送帶托住并輸送到輸送線上。吸盤翻轉升降機構采用機械式翻轉，曲臂可往復旋轉運動，收片架的工作位置為0～95°，可通過PLC控制。

轉向臺采用同步帶輸送，是一套升降機構，采用膠輪輥道與傳送帶雙向轉向輸送。當玻璃由膠輥輸送至轉向臺位置時，升降機構啟動工作，轉向臺升起，托起玻璃，同時輸送帶開始輸送，實現(xiàn)了各種規(guī)格玻璃的轉向移動作業(yè)。

轉向臺與膠輥的現(xiàn)場布置圖見圖3。升降平臺升起時的外觀圖見圖4。升降平臺落下時的外觀圖見圖5。

1.2 預清洗

預清洗段通常布置了幾道滾刷，采用中性洗潔劑，來清除基板表面的油污、玻璃殘渣、人工手印、灰塵等。

1.3 盤洗

盤洗是采用盤刷進行清洗，盤刷一般是由尼龍絲或豬鬃制作而成，均勻排列。清洗過程中，每只盤刷自身旋轉的同時整排盤刷橫向擺動，確保清洗到位。盤洗也是拋光的過程，清洗過程中必須注入氧化鈰或其他拋光液，必要時加入洗潔凈等堿性清洗劑對玻璃表面的油污進行清洗，經(jīng)過幾道盤刷的拋光，可拋出玻璃表面的老化層，產(chǎn)生新鮮的表面，保證玻璃表面的潔凈度，有利于獲得結合牢固、致密無針孔缺陷的膜層。盤洗一般配置4～6組盤刷，每道盤刷有兩排毛刷，分別正反兩個方向旋轉，并沿著輥道左右擺動。

1.4 滾洗

滾洗段一般采用3道毛刷輥進行清洗，每道毛刷輥上下對稱分布。第一道采用自來水預清洗，以去除基片上的拋光劑及清洗劑，清洗后用水不予回收；第二道第三道清洗過程中注入30～50℃的溫水，清洗用水采用去離子水（純水），電阻率≥100MΩ，清除玻璃基板表面附著的雜質，獲得潔凈的基板表面，為鍍膜做準備，第二道、第三道清洗用水予以回收過濾，可重復使用。

1.5 吹干、預熱

鏡板經(jīng)過清洗在進入真空室時，需要使玻璃表面保持干燥，如果玻璃上殘留水分或附著水霧，會嚴重影響鍍膜質量，因此，鍍膜室前必須配置吹干段。吹干段一般情況下需要設置2個風刀，第一個風刀風量比較大，須傾斜安裝，可將玻璃表面及側面的水流吹走并集中吹干，第二個風刀內安裝有加熱管，平直安裝，風經(jīng)過加熱管吹出后變成熱風，加快吹干進程，去除了玻璃表面附著的水霧；同時也達到預熱的目的，使玻璃進入鍍膜段已具有一定的溫度，表面鍍膜液吹干速度加快，以減少邊部收縮，并使玻璃的溫度恒定，穩(wěn)定鍍膜工藝，便于控制鍍膜參數(shù)。由于地區(qū)不同或烘干段的配置不同，有時需要增加一個斜風刀，以加速吹干，保證工藝要求。斜風刀的現(xiàn)場布置圖見圖6。

1.6 真空鍍膜室

真空鍍膜室采用直流磁控濺射鍍膜技術，其制備薄膜的原理是：在真空室充入壓強0.1～10Pa的惰性氣體Ar的同時，在陰極靶材下面放置強力磁鐵。在高壓作用下，電子在電場作用下加速飛向基片，在此過程中電子與氬原子發(fā)生碰撞，電離出大量的氬離子和電子，二次電子受到磁場和電場作用，圍繞靶面作圓周運動，在運動過程中不斷的與氬原子發(fā)生碰撞，電離出大量的氬離子轟擊靶材，濺射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子（或分子）沉積在基片上成膜，經(jīng)過多次碰撞后電子的能量逐漸降低，擺脫磁力線的束縛，遠離靶材，最終沉積在基片上。磁控濺射就是以磁場束縛和延長電子的運動路徑，改變電子的運動方向，提高工作氣體的電離率和有效利用電子的能量。因而具有沉積速率高、基片沉積溫度低、成膜粘附性好、易控制、成本低、能實現(xiàn)大面積制膜的優(yōu)點，成為當今工業(yè)化生產(chǎn)中，研究最多、最成熟、應用最廣的一項成熟技術，也是薄膜制備中最常用的方法。

磁控濺射鋁鏡生產(chǎn)線真空室分為9個室，兩端分別為前后預抽室和前后緩沖室，前后隔離室（包括鍍膜室）；真空室輥道采用傳動電機、減速機等進行傳動，傳動軸輥為鏈條聯(lián)動，傳動軸輥軸承為無油潤滑二硫化鉬氟塑料軸承，運行過程中由行程開關控制定位；鍍膜室傳動速度由先進的進口變頻器控制，穩(wěn)定、安全、方便。真空鍍膜室現(xiàn)場外觀圖，如圖7所示。

真空鍍膜室分為9個室，分別是前預抽室（2個室）、前緩沖室、前隔離室、鍍膜室、后隔離室、后緩沖室、后粗抽室（2個室）。開機后，1～9號真空室粗抽泵開始抽氣，約10～30min后，1～9號室的真空度達到5×102Pa，羅茨泵啟動；當1～9號真空室的真空度已達5×10－0Pa時，開啟精抽泵，4～6號真空室的真空度可達2×10－2Pa或更高時（真空度抽至越高越好），所有前級工作已完成，即可進行鍍膜工作。

濺射器件系統(tǒng)是真空鍍膜室的關鍵部分，用來實現(xiàn)把靶材沉積到玻璃基片上，主要包括陰極蓋板、雙平面陰極、單平面陰極、旋轉陰極、濺射擋板、工藝氣路、陰極電源、靶材等。濺射系統(tǒng)的性能關系到沉積速率、薄膜均勻性、濺射穩(wěn)定性和靶材的利用率等關鍵問題，其中陰極的設計最為關鍵。

每個生產(chǎn)節(jié)拍的工序流程是：開外真空鎖、進玻璃板、關外真空鎖、抽真空、開內真空鎖、出玻璃板、關內真空鎖、破真空充氣恢復大氣壓。真空鍍膜室分為九室八鎖，9個真空室串聯(lián)，8個真空鎖分別位于前后預抽室、前后緩沖室、前后隔離室之間，鎖板用鋁合金材料加工而成，鎖板開關由電磁換向閥、氣缸、傳動齒輪齒條驅動。真空鎖現(xiàn)場安裝圖，如圖8所示。

1.7 淋漆、烘干、冷卻、吹干

1）淋漆。淋漆根據(jù)油漆的粘度特性和流體力學的原理，用噴淋方式使油漆產(chǎn)生瀑布式的漆膜，幕膜厚度應便于調節(jié)，且分布均勻，漆面厚度應無差異，噴鍍采用全自動控制。鋁鏡制作一般需要淋兩道保護漆，一道底漆，一道面漆，兩次淋漆過程都是相同的。漆通過漆泵打入帶有漆唇的漆刀，漆沿著漆唇垂直均勻流下如一道幕簾，鍍好鋁膜的鏡片以70～80m／min的速度，高速通過漆簾，便在鏡片上淋上一層均勻的保護漆。目前傳統(tǒng)的平面淋漆設備專用的淋漆刀，油漆通過進漆口進入相對封閉的空腔，經(jīng)過兩刀體形成的縫隙，形成幕簾，以瀑布的形式淋下，淋在快速通過的平面或曲面材料即可成膜，替代手掃及噴漆，通過調節(jié)兩刀體間隙，使淋漆更加均勻。

2）烘干。淋漆過程包括淋底漆、淋面漆，每次淋漆后都需要進行固化。固化是在烘干箱里進行的。烘干箱是一個密封的箱體，外殼是由保溫材料制作而成。烘干箱根據(jù)工藝不同可分為預熱區(qū)、烘干區(qū)和冷卻區(qū)。烘干箱內部根據(jù)溫度的不同要求設置安裝了不同數(shù)量的遠紅外石英加熱棒，預熱區(qū)溫度達到80℃左右，烘干區(qū)溫度保持在120～160℃，經(jīng)過烘干的玻璃溫度很高，為了防止驟冷碎裂，在烘干箱里還要經(jīng)過一段時間的自然冷卻，冷卻區(qū)不安裝加熱棒，當玻璃冷卻到60℃左右時，被輸送出烘干箱進入下道工序。烘干區(qū)的溫度采用溫控，可清晰地顯示各個烘箱的溫度，調節(jié)方便，易控制。烘干過程中經(jīng)常會出現(xiàn)玻璃意外碎裂需要清理的情況，烘箱加熱管屬于易損件，同樣也需要經(jīng)常更換，而烘干箱固定在輸送線側梁上，這時我們最需要的就是烘箱蓋能夠方便的升起，便于維修清理。目前，遇到這種情況，通常采用行車將烘箱蓋升起然后進行清理，這種升降方式不僅速度慢、占用空間，而且不能多段同時操作，對于行車到達不了的位置更是無法進行，因此操作起來非常費勁，通常需要一段時間來完成。該烘干箱采用翻蓋開啟模式，并配備氣缸開啟機構，方便清理玻璃碎片及更換加熱棒。

3）冷卻。經(jīng)過烘干的玻璃，漆層固化，經(jīng)高壓風冷及清水冷卻后，產(chǎn)生的漆膜均勻牢固、光滑、手感好、耐腐蝕，進一步增加了高檔鋁鏡的使用壽命。

4）吹干。在整個生產(chǎn)過程中，由于濺射或其它原因，水或溶液以及鋁、漆等雜質，會留于鏡面上，這時需要用三氯化鐵溶液和水清洗將他們除去，并吹干，以獲得潔凈干燥的鏡面。

1.8 下片段

下片段結構和上片段類同，可分為人工下片和自動下片，包括氣浮桌、自動下片機、過渡段等，但動作有所不同。由于鏡板是自動上架，為保證安全性和整齊性，自動下片段必須配置定位裝置，當鏡板行至定位部位時，定位板頂起，鏡板側面碰到定位板，定位后由自動收片機收片上架。定位裝置現(xiàn)場安裝圖見圖9。

1.9 電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)主要由電源柜、控制柜、控制系統(tǒng)、電箱、PLC及工控機、變壓器、光電、上位監(jiān)控機、PLC主機等組成。該控制系統(tǒng)采用可編程序控制器作為現(xiàn)場控制，工業(yè)控制計算機作為上位控制，組成的網(wǎng)絡對鍍膜生產(chǎn)線的工藝過程進行系統(tǒng)控制，操作者方便控制鍍膜生產(chǎn)線的工藝過程和設備的動作流程。

該控制系統(tǒng)具有一鍵關機功能，人性化的智能關機過程，方便操作，減少人為無操作過程。該生產(chǎn)線采用模塊化程序控制，多臺減速電機相互配合并依次順序動作，按照設定的工藝流程完成準確的鏡板輸送及成鏡過程；在運行過程中由精密傳感器裝置實時檢測并反饋。采用PLC技術、現(xiàn)場總線技術，實時監(jiān)控鏡板的輸送、清洗、烘干、鍍膜、收集等全過程；使用觸摸屏進行人工對話，簡化了工藝調整過程，提高了工作效率；可實現(xiàn)手動、自動、半自動三種操作方式，大部分手動按鍵開關設在觸摸屏內，操作安全方便。

粗抽泵，維持泵、羅茨泵、擴散泵分別由相應的開關進行手動控制，可根據(jù)實際生產(chǎn)情況進行開啟及關閉真空泵，達到節(jié)能的目的，見圖10。

粗抽閥、預抽閥、精抽閥、旁通閥及真空鎖分別單獨控制，生產(chǎn)過程中可根據(jù)工藝快捷選擇。由光電開關檢測各室減速、定位位置，由變頻器驅動電機，傳動系統(tǒng)定位準確。

各真空室內的行程開關、真空鎖、閥門、機械泵均有指示燈顯示相應位置，在操作中，方便觀察本設備的具體工作狀況。如圖11所示。

每只擴散泵在控制柜面板上都配備電流指示器，開啟擴散泵后可方便觀察擴散泵的運行情況。

抽真空檢測系統(tǒng)性能穩(wěn)定、壽命長，可確保生產(chǎn)過程中各動作有序進行；采用電阻規(guī)及電離規(guī)復合真空計，高低真空測量可自動轉換。

磁控靶開啟后，控制器備有電流表、電壓表，操作者可方便觀察并操作。

2 結 語

數(shù)字化、信息化、智能化在磁控濺射鋁鏡生產(chǎn)線的全自動配置，提高自動化程度；同時借鑒國際上先進的Low－E低幅射玻璃生產(chǎn)線的濺射鍍膜技術原理、銀鏡生產(chǎn)線鏡背防護漆的淋涂及烘干技術。經(jīng)優(yōu)化組合，合理設計、配置真空濺射鍍膜段，大幅降低磁控濺射鋁鏡生產(chǎn)線的造價，實現(xiàn)磁控濺射鋁鏡的低成本、高效率生產(chǎn)，是制鏡行業(yè)設備轉型升級、實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的首選設備。

［1］上海北玻鍍膜技術工業(yè)有限公司.Low－E鍍膜玻璃應用及大規(guī)模鍍膜技術的發(fā)展［N］.中國建材報，2010－06－01.

［2］劉超英.摻鋁氧化鋅透明導電膜的制備與性能研究［D］.北京：中國建筑材料科學研究總院，2011.

［3］尹冬梅.Si摻雜ZnO薄膜的制備及光學性質的研究［D］.長春：東北師范大學，2009.

［4］王曉飛.射頻磁控濺射制備Cu摻雜ZnO薄膜的結構及性質研究［D］.蘇州：蘇州大學，2008.

［5］陳惠娟.納米碳／硅異質結的制備及其氣敏性研究［D］.北京：中國石油大學，2010.

［6］韓瑩瑩.TiO2及其摻雜膜的制備、結構及性能研究［D］.南京：南京理工大學，2010.

Digitalization，Informatization and Intelligent Application in Magnetron Sputtering Aluminum Mirror Production Line

LIU Zeng－xi，ZHANG Jin－juan
（Qingdao HICORP Group Co，Ltd，Qingdao 266400，China）

Magnetron sputtering aluminum mirror production line is a new type of equipment which is developing rapidly in recent years，the aluminum mirror produce gradually rises in processing，because it saves a large amount of precious metal silver and the price is low.Magnetron sputtering aluminum mirror production line of the core technology comes from Low－E low－rising coated glass.The earliest European manufacturers in the late 1960sbegan studying Low－E glass，was successfully applied to the building in 1978.Coating technology starts late in our country，with the rapid development of economy in our country，glass processing equipment industry has a certain scale and brand，the strength of the national industry and innovation ability improves greatly，the domestic coating technology has made staggered results.

magnetron sputtering； vacuum aluminum plating； coating；the aluminum mirror

10.3963／j.issn.1674－6066.2014.02.016

2014－02－07.

劉增喜（1963－），高級工程師.E－mail：hi.corp＠163.com