CN105074429A - 膜生产方法、膜生产过程监控装置和膜检查方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于使用简单的方法以高精度确定膜的特性。一种使用膜生成过程监控装置(100)制造膜的方法(1)包括：波谱获取步骤，其用于从光源(10)朝向沿方向A移动的膜(1)照射宽带光(L1)(其为近红外光)，从而在光接收单元(30)中接收从膜(1)发出的漫反射光(L2)，并由此在分析仪(40)的波谱获取单元(40a)中获取漫反射光(L2)的波谱；以及物理值计算步骤，其用于根据所获取的漫反射光(L2)的波谱计算与膜(1)相关的物理值。由于通过获取波谱可以得到表示膜(1)的特性的物理值，因此可以以简单的方式确定膜的特性，并且例如可以从波谱获取多条信息。因此，可以以高精度确定膜的特性。
Description
技术领域
本发明涉及一种膜生产方法、膜生产过程监控器和膜检查方法。
背景技术
用于确定膜的特性的已知方法是用来自光源的光照射该膜，测量该膜所反射或透射的光，并且基于与所反射或透射的光的强度有关的信息计算用于确定期望特性的物理量。例如，日本未审查专利申请公开No.2008-157634描述了一种方法，基于通过用包括用于树脂片材的官能团的吸收波长在内的波段中的红外光束连续照射树脂片材而获得的所反射或透射的光的强度来确定树脂片材的固化度。利用这种方法，为获得树脂片材的特定部分的物理量，需要移动红外光发射装置和红外光接收装置，并且在具有不同传输波长的多个滤光器之间进行切换的同时多次重复该特定部分的测量。在这样的***中，获得用于确定滤光器特性的物理量的操作比较复杂，并且难以实时监控例如膜生产过程。
发明内容
技术问题
本发明的目的在于提供一种能够容易且精确地确定膜的特性的膜生产方法、膜生产过程监控器和膜检查方法。
解决技术问题的方案
为实现上述目的，提供了一种包括波谱获取步骤和物理量计算步骤的膜生产方法。波谱获取步骤包括：用近红外区中的宽带光照射移动的膜；以及获取从膜发出的反射光或透射光的波谱。物理量计算步骤包括根据波谱计算与膜相关的物理量。
根据本发明的膜生产方法还包括：基于在物理量计算步骤中计算得到的物理量对膜的生产条件进行反馈控制，使得物理量在预定范围内。波谱获取步骤可以包括获取随时间推移的多个波谱，以及物理量计算步骤可以包括基于波谱随时间推移的变化计算与所膜相关的物理量随时间推移的变化。此外，宽带光可以是带宽为25nm以上的光。在本申请中，带宽定义为“半高宽”。
根据用于实现上述目的的另一实施例，提供了一种包括光源单元、分光单元、光接收单元、波谱获取单元和物理量计算单元的膜生产过程监控器。光源单元构造为用近红外区中的宽带光照射移动的膜。分光单元构造为将因用光源单元的宽带光照射膜而从膜发出的反射光或透射光分成波谱分量。光接收单元包括多个光接收元件，多个光接收元件构造为接收被分光单元彼此分开的各波长的波谱分量并且输出与所接收的波谱分量的强度相对应的信号。波谱获取单元构造为基于光接收单元输出的信号获取膜的波谱。物理量计算单元构造为根据波谱获取单元所获取的波谱计算与膜相关的物理量。
在根据本发明的膜生产过程监控器中，分光单元可以是透射型分光元件，透射型分光元件构造为通过透射从膜发出的反射光或透射光将反射光或透射光分成波谱分量。每一个光接收元件均可以包括铟镓砷且具有量子阱结构。光接收元件可以在光接收单元中二维地布置。分光单元和光接收单元可以包括成像分光器，成像分光器构造为通过接收沿与膜移动的方向相交的方向延伸的直线上的测量光并且将测量光分成波谱分量来检测波谱。
根据用于实现上述目的的另一实施例，提供了一种包括波谱获取步骤和物理量计算步骤的膜检查方法。波谱获取步骤包括：用近红外区中的宽带光照射膜；以及获取从膜发出的反射光或透射光的波谱。物理量计算步骤包括根据在波谱获取步骤中获取的波谱计算与膜相关的物理量。
本发明的有益效果
本发明提供了一种能够容易且精确地确定膜的特性的膜生产方法、膜生产过程监控器和膜检查方法。
附图说明
图1示出根据本发明的实施例的膜生产过程监控器的结构。
图2示出根据本发明的另一实施例的膜生产过程监控器的结构。
图3是示出用图1所示的膜生产过程监控器测得的近红外波段中的反射率波谱的二阶微分值的曲线图。
图4是示出图3的曲线图在2100nm至2200nm的波长范围内的一部分的放大曲线图。
图5是示出图3和图4所示波谱中的在2160nm附近的波长范围内的反射率波谱的二阶微分的极值与UV固化树脂的杨氏模量之间的关系的曲线图。
图6是示出在UV光源沿宽度方向布置的情况下的膜生产过程监控器的布置实例的概念图。
具体实施方式
现在将参考附图对本发明的各实施例进行详细描述。在附图的描述中，相同的部件用相同的附图标记表示，并由此省略重复的说明。
(膜生产过程监控器)
图1示出根据本发明的实施例的膜生产过程监控器100的结构。监控器100用宽带光(其为近红外光)照射沿方向A移动的膜1，用检测单元30检测从膜1发出的漫反射光，并且计算表示膜1的特性的物理量。监控器100包括光源10、漫反射板20、检测单元30和分析单元40。
在应用有紫外线(UV)固化树脂的膜的生产线中，沿膜1的移动方向A在膜生产过程监控器100的上游设置有与分析单元40连接的UV光源单元50。监控器100评估膜的主表面上的UV固化树脂的固化度，并且基于评估结果进行用于固化UV可固化树脂的紫外线光源的反馈控制。膜1应用有UV固化树脂，并且用于评估UV固化树脂的固化度的物理量例如为杨氏模量。
光源10用宽带光照射沿方向A移动的膜，宽带光为具有特定波段的近红外光。从光源10发出的宽带光在800nm至2500nm的波长范围内。在本实施例中，优选地在包含2160nm的波段内进行测量。然而，波长范围可以根据表示膜1的特性的物理量适当改变。例如卤素灯适合用作光源10。
光源10所发出的宽带光是带宽至少为25nm以上的光。当从光源10发出的宽带光的带宽为25nm以上时，可以获得用于精确计算表示膜1的特性的一个或多个物理量的波谱。宽带光的带宽优选地为至少50nm以上。
漫反射板20设置在膜1的与设置有光源10的一侧相反的一侧(背面侧)。宽带光L1从光源10发出，穿过膜1，然后被漫反射板20漫反射，使得漫反射光L2入射到检测单元30上。在被膜1的表面规则反射的光由检测单元30直接检测的情况下，发生折射率的异常分散效应，使得在发生吸收的波段内的峰值附近折射率剧烈变化。因此，一阶微分形式的峰值失真，并且难以进行随后的波谱分析。因此，优选地检测来自漫反射板20的漫反射光。
检测单元30包括狭缝30a、分光单元30b和光接收元件单元(光接收单元)30c。漫反射光L2穿过狭缝30a并且进入分光单元30b。分光单元30b沿与狭缝30a的纵向垂直的方向将漫反射光L2分成波谱分量。由光接收元件单元30c接收该波谱分量。
对于分光单元30b中所包括的分光元件没有特别限制。然而，分光元件优选地为透射型分光元件。透射型分光元件具有比反射型分光元件的透过量高的透过量，并因此适合对用于生产膜1的装置进行实时测量。
光接收元件单元30c包括二维布置的多个光接收元件，并且各个光接收元件接收光。因此，各个光接收元件接收包括在于膜1处反射的漫反射光L2中的对应波长的光分量。各个光接收元件输出与所接收的光的强度对应且作为包括位置信息和波长信息的二维信息的信号。由于光接收元件是二维布置的，因此可以在膜上的对应位置确定膜的物理量，并且可以更精确地确定膜的特性。
尽管对光接收元件没有特别的限制，但在要评估UV固化树脂的固化度的情况下，优选地使用含有铟镓砷且具有量子阱结构的元件作为光接收元件。这种光接收元件在较宽的近红外波段中具有高灵敏度，并因此能够进行高精度的测量。
检测单元30输出的信号被传输到分析单元40。分析单元40分析从检测单元30输出的信号，计算表示膜1的特性的物理量，并且评估膜1的状态(例如，UV固化状态)。
分析单元40包括波谱获取单元40a和物理量计算单元40b。波谱获取单元40a基于从检测单元30输入的信号获取漫反射光L2的波谱。物理量计算单元40b例如预先存储特定波长处的波谱的峰值与物理量(例如，杨氏模量)之间的关系，并且确定与通过分析波谱获取单元40a所获取的波谱而得到的特定波长处的波谱的峰值相对应的物理量。
对用于分析波谱的方法没有特别限制，并且例如可以对波谱进行二阶微分、多变量分析或标准正态变量变换。在进行多变量分析的情况下，可以精确确定多个物理量的特性。标准正态变量变换对于消除波谱中的基线变化的影响特别有效。因此，即使发生基线变化，也可以通过进行标准正态变量变换来实现高精度的分析。
物理量计算单元40b确定所计算的物理量是否在预定范围内。当所计算的物理量不在预定范围内时，UV光源单元50受到反馈控制，使物理量在预定范围内。在执行生产条件的反馈控制使得物理量在预定范围内的情况下，在根据物理量调节生产条件的同时生产膜。因此，可以生产具有均一特性的膜。
UV光源单元50根据分析单元40所进行的反馈控制改变UV光源单元50的照射条件，并且用UV光L照射膜1。还对UV光源单元50的照射条件改变之后所生产的膜1进行物理量的计算，并且确定所计算的物理量是否在预定范围内。当所计算的物理量在预定范围内时，继续使用当前的生产条件。当物理量在预定范围之外时，再次进行反馈控制，以便改变UV光源单元50的照射条件。
为了进行反馈控制，波谱获取单元40a可以获取随时间推移的膜1的多个波谱，并且在物理量计算单元40b所进行的物理量计算步骤中，可以基于波谱随时间推移的变化计算与膜相关的物理量的变化。可以基于由此获得的计算结果进行反馈控制。在这种情况下，可以确定沿膜移动方向的物理量随时间推移的变化。因此，即使例如生产状态随时间变化，也可以确定生产状态。
如上所述，使用膜生产过程监控器100生产膜1的方法包括：波谱获取步骤，用宽带光L1(其为近红外光)照射移动的膜1，并且获取从膜1发出的漫反射光L2的波谱；以及物理量计算步骤，根据所获取的漫反射光L2的波谱计算与膜1相关的物理量。利用该方法，可以通过获取波谱来获得表示膜1的特性的物理量，并因此可以很容易地确定膜的特性。此外，由于可以从波谱获取多条信息，因此可以精确确定膜的特性，并且可以基于所获取的信息生产膜。
图2是示出根据本发明的另一实施例的膜生产过程监控器200的结构的示意图。膜生产过程监控器200与生产过程监控器100的不同之处在于：在用宽带光(其为近红外光)照射沿方向A移动的膜1之后，检测单元30检测透射光L3。因此，膜生产过程监控器200无需包括漫反射板20。
检测单元30定位成与光源10相对，使得膜1设置在检测单元30与光源10之间。光源10发出的宽带光(其为近红外光)的一部分透过膜1。透射光穿过检测单元30中的狭缝30a，被分光器30b分成波谱分量，然后被光接收元件单元30c接收。在此之后，与膜生产过程监控器100的情况类似，获取波谱，并且计算和评估物理量。因此，可以使用透射光L3计算表示膜1的特性的物理量。
(用于在膜生产中控制生产条件的应用实例)
这里，将对使用膜生产过程监控器100测量应用有UV固化树脂的膜的固化度的实例进行描述，以表明根据本发明的膜生产过程监控器适于用作膜生产方法的过程监控器。
图3是示出近红外波段中的反射率波谱的二阶微分值的曲线图。对于一个表面具有均一UV固化树脂层且用UV光以10mJ/cm2、50mJ/cm2、100mJ/cm2、500mJ/cm2和1000mJ/cm2的照射量进行照射的各PET膜而言，通过使用膜生产过程监控器100获取漫反射光的波谱(在1000nm至2400nm的波长范围内)。所获取的波谱被用于计算反射率波谱，然后进行反射率波谱的二阶微分，以获得二阶微分反射率波谱。图3示出了由此获得的二阶微分反射率波谱。
图4是示出图3的在2100nm至2200nm波长范围内的一部分的放大曲线图。图5示出图3和图4所示波谱中的在2160nm附近的波长处的反射率波谱的二阶微分的极值与UV固化树脂的杨氏模量的测量结果。图5示出除了应用有UV固化树脂且用于测量图3和图4所示二阶微分反射率波谱的膜的测量结果之外，应用有UV固化树脂且用UV光以不同的照射量进行照射的多个膜的测量结果。因此，增加了样本数量。
如从图3和图4可以清楚地看出，与树脂(因用UV光进行照射，其固化度预计会增大)的物理特性值相关联的峰值(二阶微分极值)在波长2160nm附近。如从图5可以清楚地看出，波长2160nm附近的峰值与表示UV固化树脂的固化度的杨氏模量相关联。
波长2160nm附近的峰值因UV固化树脂的固化反应而变化。因此，通过利用该波段中的二阶微分值与杨氏模量之间的对应关系，可以使用膜生产过程监控器100所获得的波谱确定UV固化树脂的固化度。
例如，当在生产期间波长2160nm附近的二阶微分值在膜1的特定区域中减少时，可以假定实际的照射量因UV灯的劣化而从设定值下降或UV灯已经熄灭。在照射量已经下降的情况下，可以进行操作单元(未示出)的控制UV灯的输出的反馈控制，以便对光量的下降进行补偿。在UV灯熄灭的情况下，因为UV灯不发出光，因此可以假定UV树脂几乎不固化。因此，可以假定二阶微分值急剧下降。因此，如果检测到物理量随时间推移的这种变化，可以呈现要求更换灯的信息。因此，可以极大地降低因UV光源单元50的失效而造成的UV固化不良的出现。
此外，膜生产过程包括这样的步骤：混合和搅拌膜的材料，用挤出机挤出该混合物，然后例如进行拉伸处理和涂覆处理。在这些步骤中，从质量管理的角度考虑，膜的状态沿纵向(图1中的方向A)是否保存均一特别重要。
一般来说，在应用有UV固化树脂的膜的生产线中，沿几米宽的膜的宽度方向布置有多个UV灯。例如，图6示出包括沿宽度方向(与方向A垂直的方向)布置的三个UV光源51至53的UV光源单元50。
由于UV树脂的固化度取决于UV树脂的照射量，因此当膜1的整个区域上的固化度要求比较均一时，需要管理UV灯51至53，使得UV灯51至53的输出强度恒定不变。更具体而言，优选地，UV灯51至53具有相同的输出强度，并且在膜1移动的同时，输出强度随时间推移恒定不变。
然而，实际上，在UV灯51至53的照射区域内，UV灯51至53的照射强度并不均一。另外，灯具有个体差异，并且灯的照射强度随时间变化。因此，为了适当评估和管理UV固化度，基于被UV灯51至53的光照射的区域中的单个点处的UV光强度的测量结果可能无法对UV灯51至53的照射条件进行充分控制。
因此，如图6所示，沿宽度方向布置有多个膜生产过程监控器，膜生产过程监控器的数量与UV灯的数量对应。实时评估被UV光照射的膜的固化度，并且基于评估结果进行反馈控制。因此，膜的固化度可以在平面方向上保持均一。在这种情况下，进入三个光接收单元30所包括的每一个中的分光单元30b的光被分成波谱分量，并且由相应的光接收元件单元30c接收该波谱分量。
在根据本实施例的膜生产过程监控器应用于施加了UV固化树脂的膜的生产过程的情况下，可以基于除了固化度之外的膜厚度、混合比例等进行诸如UV灯的照射强度和线移动速度等参数的反馈控制。在该情况下，能够实现减少了失效的发生的生产线。在这种情况下，如在上述实施例那样可以根据所获取的波谱计算诸如膜厚度和混合比例等物理量，并且可以基于计算结果进行反馈控制。
(用于在膜生产中管理特定成分的凝聚的应用实例)
在膜生产过程中，通常添加诸如增塑剂或交联剂等添加剂，以赋予膜各种功能。理想的是，将这些添加剂与其它材料充分搅拌和混合，并使这些添加剂均匀地分散在所生产的膜中。然而，某些类型的添加剂可能具有熔点或吸湿性，使得它们在生产过程中根据例如温度或湿度而凝聚在局部区域中。在添加剂凝聚在局部区域中的情况下，所生产的膜可能包括特定成分的浓度不同于在其它区域的浓度的随机位置。在该情况下，最终产品将是有缺陷的。因此，从生产效率的观点考虑，在局部区域中的凝聚是不合要求的。
在特定成分凝聚在特定区域的情况下，由于该成分的含量在该区域中较高，因此该区域的特定波段中的波谱强度取决于该成分而不同于其它区域的波谱强度。因此，膜生产过程监控器100获取波段中的膜的与特定成分对应的波谱，并且根据所获取的波谱计算特定成分的量(凝聚度)作为物理量。因此，可以确定特定成分的凝聚度，并且可以基于凝聚度进行用于管理过程温度和湿度的手段的反馈控制。在这种情况下，可以减少因特定成分的凝聚而造成的失效的发生，并且可以提高生产率。
(用于在膜生产中管理多层膜厚度的应用实例)
一般来说，多层膜是通过在用作基材的第一膜上堆叠多个类型的膜或在第一膜上形成保护膜而形成的膜，使得多层膜具有诸如偏光性等光学特性或诸如隔气性等保护性能。为了实现预定性能，需要在生产过程中持续监控堆叠在一起的各个层的厚度是否在预定范围内。在根据现有技术的膜厚度测量***中，在沿膜的短边方向的单个点或多个点处进行测量。然而，通过使用本实施例的方法，可以在沿膜的短边方向的整个区域上管理各个层的厚度。
在这种情况下，需要预先测量多层膜中所包括的各层的一定厚度处的波谱。基于由此获得的波谱数据，确定各层的与特征波谱分量对应的波长，并且记录在该波长下各个膜厚度的值的变化。这些值被用于在生产过程中分析多层膜的波谱，并且监控各层的与波长对应的值的变化。当检测到异常值时，对相应层进行过程的反馈控制。因此，可以以较高的生产率生产包括具有均一厚度的各层的多层膜。
(用于所生产的膜的检查的应用实例)
生产出来的膜制品可能在膜制品存储的同时因诸如环境温度、湿度和环境光等各种因素而劣化或变质。另外，在这种情况下，可以通过使用根据上述实施例的膜生产过程监控器100检查膜。
在生产线外使用膜生产过程监控器100的情况下，预先获得膜制品相关的物理量与可以从通过用宽带光(其为近红外光)照射膜获取的波谱得到的信息之间的关系。然后，获取生产出来的要进行检查的膜制品的波谱。基于根据波谱确定的物理量是否在预定范围内来确定膜制品是否良好。
根据上述方法，可以以非接触和非侵入的方式检测不良品。与像上述实施例那样在生产线中监控膜生产过程的情况类似，当在膜制品移动的同时进行检查时，能够容易且迅速地进行全面检查，并且能够只移除不良部分。
通过使用根据上述实施例的膜生产过程监控器100的检查方法也可以检测在生产过程内外混入膜内的异物。更具体而言，对于检测异物而言上述检查方法比较有效，在存在异物的情况下，可以获得具有与品质优良的膜的波谱的特性不同的特性。
在混入或附着在膜制品上的异物的特性迥异于膜的特性的情况下，可以假定，在品质优良的制品的波谱与受检查的膜制品的波谱之间存在显著差异。因此，可以假定，通过计算例如波谱之间的差值或比率能够确定表示异物的特性的物理量。相反，如在与制品中所包括的树脂不同的树脂的情况下那样，在异物的特性类似于膜制品的特性的情况下，存在这样的可能性：品质优良的制品的波谱与受检查的膜制品的波谱彼此类似。在该情况下，例如进行多变量分析，以计算异物的物理量。
本发明不限于上述实施例，并且可以进行各种修改。例如，在上述实施例中，使用卤素灯作为光源10。然而，例如，可以替代性地使用超连续(SC)光源。作为选择，可以替代性地使用能够输出特定波段中的近红外光的激光光源。
在图6中，沿膜的宽度方向(与作为移动方向的方向A垂直的方向)布置有三个光接收单元30。然而，无需沿宽度方向布置光接收单元30，只要沿与方向A相交的方向布置多个光接收单元30即可。在该情况下，可以在沿与移动方向相交的方向布置且沿膜的宽度方向彼此分离的多个位置获取波谱，并且可以适当监控生产过程。
此外，在单个膜生产过程监控器中，分光单元30b和光接收单元30c可以为成像分光器，该成像分光器通过接收沿与膜的移动方向相交的方向延伸的直线上的测量光并且将该测量光分成波谱分量来检测波谱。在这种情况下，可以在沿与膜的移动方向相交的方向延伸的直线上的各个位置获取波谱。因此，可以更精确地进行膜的测量，并且更精确地确定膜的特性。
Claims (10)
1.一种膜生产方法，包括：
波谱获取步骤，其包括：
用近红外区中的宽带光照射移动的膜，以及
获取从所述膜发出的反射光或透射光的波谱；以及
物理量计算步骤，其包括根据所述波谱计算与所述膜相关的物理量。
2.根据权利要求1所述的膜生产方法，还包括：
基于所述物理量对所述膜的生产条件进行反馈控制，使得所述物理量在预定范围内。
3.根据权利要求1或2所述的膜生产方法，其中，
所述波谱获取步骤包括获取随时间推移的多个波谱，以及
所述物理量计算步骤包括基于所述波谱随时间推移的变化计算与所述膜相关的物理量随时间推移的变化。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的膜生产方法，其中，
所述宽带光是带宽为25nm以上的光。
5.一种膜生产过程监控器，包括：
光源单元，其构造为用近红外区中的宽带光照射移动的膜；
分光单元，其构造为将因用所述光源单元的宽带光照射所述膜而从所述膜发出的反射光或透射光分成波谱分量；
光接收单元，其包括多个光接收元件，所述多个光接收元件构造为接收被所述分光单元彼此分开的各波长的波谱分量并且输出与所接收的波谱分量的强度相对应的信号；
波谱获取单元，其构造为基于所述光接收单元输出的所述信号获取所述膜的波谱；以及
物理量计算单元，其构造为根据所述波谱获取单元所获取的所述波谱计算与所述膜相关的物理量。
6.根据权利要求5所述的膜生产过程监控器，其中，
所述分光单元是透射型分光元件，所述透射型分光元件构造为通过透射从所述膜发出的所述反射光或所述透射光将所述反射光或所述透射光分成波谱分量。
7.根据权利要求5或6所述的膜生产过程监控器，其中，
每一个所述光接收元件均包括铟镓砷且具有量子阱结构。
8.根据权利要求5至7中的任一项所述的膜生产过程监控器，其中，
所述光接收元件在所述光接收单元中二维地布置。
9.根据权利要求8所述的膜生产过程监控器，其中，
所述分光单元和所述光接收单元包括成像分光器，所述成像分光器构造为通过接收沿与所述膜移动的方向相交的方向延伸的直线上的测量光并且将所述测量光分成波谱分量来检测波谱。
10.一种膜检查方法，包括：
波谱获取步骤，其包括：
用近红外区中的宽带光照射膜；以及
获取从膜发出的反射光或透射光的波谱；以及
物理量计算步骤，其包括根据在所述波谱获取步骤中获取的所述波谱计算与所述膜相关的物理量。
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