用于真空涂布对象表面的设备及方法与流程

1.本发明涉及一种用于在由真空系统提供的真空下借由气相沉积法涂布对象表面的设备，其包括处理室，该处理室包括用于接纳待涂布对象、尤其是中空体(例如饮料容器)内表面的处理腔以及连接到该处理腔的用于提供待沉积的气体/气体混合物的处理室。本发明还涉及一种相应的用于监测涂布设备、尤其是其内部气体空间/管道表面的方法。


背景技术：

2.作为涂布设备的气相沉积法，例如可考虑pvd、cvd、pcvd。
3.在涂布过程中，并非所有的反应成分都在涂布腔室中和设置用来涂布的对象的待涂布表面上受到转化。在真空系统内部，这种活化的残余气体混合物意外覆盖了涂布设备的一些组件，例如泵、铺管、活瓣等。这种意外覆层的程度取决于待涂布对象的表面几何形状和容器形状(瓶形状)以及采用的配方。
4.迄今为止，清洁涂布设备的组件和处理室表面的维护间隔是根据经验值得出，而未考虑到意外覆层引起的实际污染。如有疑问，则无法实现预测，系统必须尽早进行维护和清洁，或运行到意外停机。
5.这即为主要的缺陷和不确定因素，尤其是在气体混合物配方强烈或频繁变化的涂布系统中。
6.因此，需要确定是否要维护前述类型的涂布设备，这涉及到剥离意外覆层，而无需停用并检查整个设备。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本发明的目的是提出一种前述类型的涂布设备，确保能够确定涂布设备的与剥离意外覆层相关联的维护需求，而无需停用整个设备。
8.本发明用以达成上述目的的解决方案参阅独立权利要求的特征。本发明的有利设计方案参阅从属权利要求。
9.根据本发明，提出一种用于在真空系统提供的真空下借由气相沉积法涂布对象表面的设备，该设备包括处理室，该处理室包括用于接纳待涂布对象的至少一个处理腔以及连接到至少一个处理腔的至少一个附加处理室，用于导通待沉积气体和/或排放未沉积的部分气体量。至少一个附加处理室中布置有用于检测处理室的表面或表面部段上涂层厚度的测量单元，其中，该测量单元能连接到控制评估单元。优选地，控制评估单元配置为确定通过去除意外覆层来清洁至少一个附加处理室或处理腔的表面的需求和/或时间点。特别优选地，控制评估单元配置为评估实际覆盖度或实际覆盖度进程，尤其是关于目标覆盖度或目标覆盖度进程的评估。
10.在当前情形下，设备中在正常操作期间至少暂时经受真空且待沉积气体通入其中的任意内部空间视为处理室。优选地尤其是其中可涂布至少一个对象的实际处理腔以及与之相连的真空管线即视为处理室，这些真空管线连接到一个或多个真空泵，以设定必要的
过程压力(真空)和/或导通气体。
11.待涂布的对象表面优选为中空体、例如容器、尤其是瓶、优选塑料瓶的内表面。特别优选地，该设备配置成涂布瓶、尤其是pet瓶的内壁。
12.气相沉积法例如是pvd(物理气相沉积)、cvd(化学气相沉积)或pcvd(等离子(辅助)化学气相沉积)方法。这些方法在真空下进行。
13.在所连接的处理室中可提供的气体可以是气体或气体混合物。在本文中，气体应理解为有化合物或化学元素组成的气体。气体混合物是由至少两种不同的化学元素或化合物组成的气体。在目前情形下，汽相也同义地称为气体，除非另作明确说明。气体混合物还优选为均质物质混合物。
14.优选地在运行过程中测量沉积速率，从而允许在不开真空系统的情况下预测各个组件的污染程度。
15.另外，本发明能够确保长期在线测量意外覆层。这样保证了有效力地预测过程用泵、活瓣(蝶阀)、真空管道等的维护间隔。这样就能持续不断地将剩余的运行时间(直到维护前)与计划中的运行时间进行匹配，必要时，甚至能够识别和跳过或推迟当前不必要的维护活动。
16.最后，根据本发明监测意外沉积物的沉积速率，由此提高了涂布设备的效率，因为能够实现预测最大容许应力状态。这样也会确保能够避免计划外的迫停。
17.有利地规定，测量单元布置于附加处理室中无需打开涂布设备的整个真空系统便可及的区域内。
18.这里优选地提供一种设备，其中测量单元布置于旁路中、可分的腔室或管线部段中、真空系统的真空管线中、处理腔的供给管线中或处理腔的排放管线中。
19.优选地，这个布置有测量单元的位置可阻隔，从而可在操作期间更换测量单元或传感器元件。这一点优选地通过双端或双侧阀以及合适的开放/移除措施来实现，确保不必打开整个真空系统。
20.可以考虑涂层系统中适于此目的的其他位置，只要优选地确保测量单元可及此处而不必打开涂布设备的整个真空系统即可。
21.根据本发明采用的测量单元优选地包括具有传感器部段的涂层厚度检测元件，该传感器部段包括应变测量片和/或电阻测量片和/或电容传感器测量片和/或磁感应测量片。优选地，该元件可适用所有不同构型的传感器，尤其是若它们小型化到使其在无需大量空间的情况下能够用在涂布设备的适当部位或区域。它们优选地包含用于根据磁感应原理测量金属基材上非金属涂层的层厚的传感器以及利用涡流原理测量有色金属上的绝缘层(金属载体材料上的涂层)的传感器。在当前情形下特别适用可呈条形实现的涂层厚度传感器或检测元件，例如应变测量片、电阻测量片、电容传感器测量片和/或磁感应测量片。特别优选地，测量单元是重量测量单元，即考虑沉积物重量差异的测量单元，尤其是在测量单元的传感器上。
22.在另一实施例中，测量单元包括载体封闭部段和传感器部段，其中，传感器部段能与载体封闭部段以无损连接和脱离的方式组合。优选，传感器部段成可插拔构造。这样就能仅在评估时移除传感器部段以及更换新的传感器部段，而不必更换整个测量单元。
23.在另一实施例中，传感器部段具有测量舌和接口段，经此能与载体封闭部段建立
连接。这样，当移除传感器部段时，仅需移除与测量舌相连接的接口段，而不必移除测量单元的任何其他元件。
24.在另一实施例中，提供了一种设备，其中测量单元具有转发器，借用该转发器能将来自控制评估单元的数据和/或信号无线传输到接收站。这种转发器可以优选为无线电发射器或基于rfid技术。
25.在另一实施例中，提供一种设备，其中测量单元伸入真空系统的管道中。通过在真空系统的管道中进行测量来监测涂布设备的关键部分。
26.特别有利的是测量单元，该测量单元包括用于优选条状的涂层厚度检测元件的载体，该载体附接到真空馈通件，其中，该真空馈通件能连接到法兰管，该法兰管通入至少一个附加处理室的壁体中的通孔，且其中，涂层厚度检测元件置于该通孔的区域内。
27.本发明达成上述发明目的的解决方案还涉及一种用于监测根据本发明用于涂布对象表面的设备的传导路径中表面的方法，其中，测量单元检测至少一个附加处理室表面上涂层厚度的实际数据作为测量值，这些实际数据转发到评估装置，在该评估装置中将这些实际数据与额定数据进行比较。
28.这里，测量单元根据所采用的传感器检测实际数据作为测量值。通过这些测量值，能够推断出采用测量单元的区域的涂层厚度以及相邻的管线或处理室。
29.优选地预设额定数据，并且额定数据对应于测量值或由此得出的涂层厚度。额定数据优选地可预设并且优选地也可调整。无论是在同一设备中还是在并行运行的设备中，可以优选地根据所选配方、停机时间、采用时间或来自并行运行的测量单元的经验值来进行调整。
30.评估单元优选地包括比较器，借用该比较器可将实际数据与额定数据进行比较。优选地，实际数据还包括时间戳，从而可以根据所确定的实际数据的数量来确定随时间的梯度。这可用来预测未来的涂布方案。
31.优选地，连续或依序进行实际数据与额定数据的比较。为了测量运行系统中的涂层厚度，优选地每日执行一次比较便足矣。优选地，根据过去确定的实际数据的梯度来预先确定进行比较的时间间隔。就此，在新清洁设备的情况下，可以三日进行一次比较，而在梯度的情况下，很快即可达到额定数据，从而可以预设更短的间隔。
32.特别优选地，连续进行实际数据与额定数据的比较，并将其无线传输到评估单元且在此进行连续评估。特别优选地，实际数据随时间的发展与在设备上执行的涂布过程相关联。这样就能识别尤为关键的方法，其中实际数据的梯度高于其他方法。上述获知考虑到将来要在设备上进行的涂布过程，可用于预测涂层厚度。
33.优选地，在预定组态情况下，当将实际数据与额定数据进行比较时，产生信号，根据该信号生成消息，尤其是错误消息或警告消息。该组态可以优选地自由定义以及针对预定涂层厚度来选择，例如在清洁前最大可达涂层厚度的80％得到警告消息或95％得到错误消息。
34.优选地，根据测量值随时间的梯度，预测且优选地也报告维护和/或停机时间。
35.优选地，在多个位置进行测量，分段报告关于维护和/或清洁要求的消息和/或预测停机。通过在设备中的多个位置进行测量，可以虑及多个选定位置的涂层情况并将它们相互比较。通过这种方式，能够更精确地确定涂层情况，并冗余补偿和识别单个(部分)有缺
陷的测量单元或传感器元件。此外，不同部位对涂层的敏感性可能有所不同，这种差异也能确定并用于预测。
36.优选地，将测量单元、尤其是传感器部段移除，并在用于涂布对象表面的设备之外进行评估。通过简单地插拔传感器元件，可以更换该元件并从外部读取加载的传感器元件。特别优选地，随后对加载后的旧传感器元件进行加工，以使其可重复利用。
附图说明
37.下面结合附图所示的实施例详细说明本发明的更多细节和优势。图中：
38.图1示出容器的双涂布室以及供应和排放真空和气体的管线；
39.图2示出根据本发明的涂布设备的管道部段中布置有测量单元的剖视图；以及
40.图3示出图2的管道部段中的测量单元的实施方式的俯视图。
具体实施方式
41.图1中所示的涂布设备1显示有容器2的双涂布室6以及供应和排出真空和气体的管线7.1至7.6。在排放管线7.1中，管道部段10显示在真空泵5的上游，其中布置有测量单元14。
42.在图2中更详细地示出图1中的管道部段10。用于在真空系统提供的真空下借由气相沉积法涂布对象表面的设备中的管道部段10具有呈管道形式的附加处理室12，其具有用于容纳测量单元14的测量接头。瓣阀或活瓣9(显示在附加处理室12的左侧)与该附加处理室12保持连接。真空泵5连接到另一侧上(在附加处理室12的右侧—本图未示出)。
43.附加处理室12的壁体上附接有测量单元14，该测量单元14通过通孔13与该附加处理室12的内部空间连通，请详见图3。该测量单元14优选为重量测量单元。测量单元14用于(优选通过重量法)检测通孔13区域内处理室12表面的涂层厚度。通过图2中未示出的方式，测量单元14连接到控制评估单元，以确定是否需要通过去除意外覆层来清洁处理室或其部分的表面。
44.从图3可以看出，测量单元14包括应变测量片形式的条状涂层厚度检测元件15，其两个传感器面板16和17的输出信号经由相应两对测量线对18和19连接到控制评估单元。应变测量片15附接到由绝缘材料制成的基板21保持的平板钣金件20，该基板21固定在管状载体23的轴向切割的管端部22上。两对测量线对16和17贯穿管状载体23并从中穿过真空馈通件24引出。
45.从图2中可以看出，测量单元14经由法兰管25耦合到附加处理室12，该法兰管25以真空密封方式连接到附加处理室12的壁体，使其检测元件15置于通孔13的区域内，但自附加处理室12的壁体内凹，以便确定附加处理室12在此处的表面上意外覆层的厚度。
46.通过测量涂层厚度，能够在运行中的维护间隔期间持久或连续地(动态地)监测真空组件的状态。这样就能持续不断地将剩余的运行时间(直到维护前)与计划中的运行时间进行匹配，必要时，甚至能够识别和跳过或推迟当前不必要的维护活动。
47.本发明提高了系统的效率，因为它能够实现预测最大容许应力状态，从而避免计划外的迫停。
48.附图标记列表
[0049]1ꢀꢀꢀꢀ
涂布设备
[0050]2ꢀꢀꢀꢀ
瓶，中空体
[0051]5ꢀꢀꢀꢀ
真空泵
[0052]6ꢀꢀꢀꢀ
容器的双涂布室
[0053]7ꢀꢀꢀꢀ
供应和排出真空和气体的管线
[0054]9ꢀꢀꢀꢀ
瓣阀或活瓣(蝶阀)
[0055]
10
ꢀꢀꢀ
管道部段
[0056]
12
ꢀꢀꢀ
附加处理室(例如带测量接头的管段)
[0057]
13
ꢀꢀꢀ
通孔
[0058]
14
ꢀꢀꢀ
测量单元
[0059]
15
ꢀꢀꢀ
涂层厚度检测元件
[0060]
16
ꢀꢀꢀ
传感器面板
[0061]
17
ꢀꢀꢀ
传感器面板
[0062]
18
ꢀꢀꢀ
测量线对
[0063]
19
ꢀꢀꢀ
测量线对
[0064]
20
ꢀꢀꢀ
钣金件
[0065]
21
ꢀꢀꢀ
基板
[0066]
22
ꢀꢀꢀ
管端部
[0067]
23
ꢀꢀꢀ
载体
[0068]
24
ꢀꢀꢀ
真空馈通件
[0069]
25
ꢀꢀꢀ
法兰管