CN110722769B - 一种膜厚测量辅助定位装置与测厚仪的同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种膜厚测量辅助定位装置与膜厚检测仪的同步方法，根据测厚仪扫描周期设定单个矩形刻槽的刻印周期，设定刻槽的宽度、长度和单次横向刻槽群的刻槽数；刻印V形或U形刻槽群，并使得测厚仪单程从一边移动到另一边的时间等于刻槽群周期Tq的整数倍；获取测厚仪的剖面曲线，在检测到刻槽后，根据在一个刻槽群刻印周期内检测到刻槽的数量来判断是否完成同步；并在未完成同步时，根据所检测到两个刻槽的深度大小来提前或推后刻印开始的时刻。本发明通过同步，使得在测厚仪的一个单程扫描时间内，仅需要刻印一个刻槽群就能使所有的所述矩形刻槽均能被测厚仪检测到，从而使得膜厚测量辅助定位所需刻印量大大减小。

Description

一种膜厚测量辅助定位装置与测厚仪的同步方法

本申请为申请号201710429650.1、申请日2017年05月28日、发明名称“膜厚测量辅助定位装置及其与膜厚检测仪的同步方法”的分案申请。

技术领域

本发明涉及薄膜制造技术领域，具体涉及一种膜厚测量辅助定位装置与测厚仪的同步方法。

背景技术

BOPP薄膜即双向拉伸聚丙烯薄膜是由双向拉伸所制得的，它是经过物理、化学和机械等手段特殊成型加工而成的塑料产品。BOPP生产线是一个非线性、时变、大延迟的复杂系统。其工艺流程主要包括：原料熔融、挤出、冷却成型、纵向拉伸、横向拉伸、切边、电晕处理、卷取等。

作为BOPP薄膜产品质量指标的物理机械性能如拉伸强度、断裂伸长率、浊度、光泽等，因主要决定于材料本身的属性，所以都易达到要求。而作为再加工性和使用性能的主要控制指标，即薄膜厚度偏差和薄膜平均厚度偏差，则主要决定于薄膜的制造过程。即使制造过程中薄膜厚度控制在在标准允许的偏差范围内，但经数千层膜收卷累计后，厚度偏差大的位置上就可能形成箍、暴筋或凹沟等不良缺陷，这些缺陷直接影响到用户的再加工使用。所以BOPP薄膜生产中最关键的质量间题是如何提高和稳定薄膜厚度精度，也正是这种薄膜厚度精度才直接影响到薄膜的使用价值，决定了薄膜的商品价值。

薄膜厚度控制基于对厚度的实时检测，如申请号为2014201577223的中国专利通过X射线扫描获得薄膜厚度后，分别采用两个PID调节器来进行薄膜横向和纵向厚度的控制，申请号为2007201517097的中国专利也采用了类似的方法，其同时指出，为了得到厚度均匀的薄膜，必须要实现厚度测量值和测量位置精确定位。申请号为2014204575910的中国专利则通过定边装置来进行基膜的对齐。

目前，对测厚仪输出的厚度数据进行螺栓对应的常用方法主要有以下两种，一是在不同螺栓处划线做记号，然后在测厚仪扫描架上找到对应的地方，以确定螺栓的位置；二是在用测厚仪检测剖面的同时，也测量出膜幅的实际宽度，参照模头的宽度来计算薄膜的缩颈量，进而对模头螺栓进行对应。这两种方法均需要人工根据实际生产情况进行辅助标识、测量和判断，人工判断不但不精确，也无法稳定。由于缺乏对薄膜剖面的连续准确定位，薄膜的厚度控制效果及所生产产品的质量往往受到影响。为此，需要解决自动对测厚仪输出的薄膜剖面厚度曲线进行螺栓定位的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能辅助测厚仪对螺栓进行测厚定位的装置，通过在挤出成型的铸片预设位置上刻印印记后，对测厚仪输出的薄膜剖面厚度曲线进行采集和分析处理，获取印记位置，从而对挤出机模头螺栓进行准确定位，确定模头螺栓在厚度曲线上的坐标，为薄膜厚度控制系统提供完善准确的反馈信号。

本发明的技术解决方案是，提供一种以下结构的膜厚测量辅助定位装置，其包括采集模块、分析处理模块、同步模块，以及强度调节模块、调焦模块、驱动模块和执行机构，

所述执行机构包括一个刻印单元，所述刻印单元设置在用来将从挤出机挤出的薄膜原料熔体贴在激冷辊上的主气刀的前方；所述采集模块从测厚仪获取薄膜剖面厚度曲线数据，由分析处理模块进行处理后向强度调节模块、调焦模块并通过同步模块向驱动模块发出指令信息，由所述强度调节模块、调焦模块和驱动模块控制执行机构动作，使刻印单元在由挤出机挤出后冷却成型的铸片的预设位置上刻印出V形或U形缺口印记。

作为优选，所述刻印单元刻印的印记由多个深度不同的矩形刻槽组成，所述同步模块为驱动模块提供刻印开始的时间信息，使得所有的所述矩形刻槽均能被测厚仪检测到。

作为优选，所述刻印单元包括两个其刻印头分别与挤出机模头两端部螺栓位置相固定连接的刻印模块，所述刻印模块采用激光刻印模块。

作为优选，所述刻印单元包括一个与挤出机模头唇口平行的导轨以及一个刻印模块，所述刻印模块包括一个可沿所述导轨移动的刻印头，所述导轨上有多个与模头螺栓有固定位置关系的停靠点，所述刻印模块采用激光刻印模块。

作为优选，所述刻印单元刻印的印记最大深度为所刻印铸片厚度的0.05至0.1倍。

本发明的另一技术解决方案是，提供一种膜厚测量辅助定位装置与测厚仪的同步方法，其特征在于，该膜厚测量辅助定位装置包括采集模块、分析处理模块、同步模块，以及强度调节模块、调焦模块、驱动模块和执行机构，所述执行机构包括一个刻印单元，所述刻印单元在由挤出机挤出后冷却成型的铸片的预设位置上刻印出V形或U形缺口印记，所述印记由多个深度不同的矩形刻槽组成，为使得所有的所述矩形刻槽均能被测厚仪检测到，所述同步模块采用如下步骤为所述膜厚测量辅助定位装置中的驱动模块提供刻印开始的时间信息：

s1)根据测厚仪扫描周期设定单个矩形刻槽的刻印周期，设定刻槽的宽度、长度和单次横向刻槽群的刻槽数M，随机选择t0值；

s2)初始工位准备，从t0时刻开始刻印第一个刻槽，记录下开始时刻t0＝t；

s3)刻槽深度按增量增加，根据深度值控制强度调节模块、调焦模块，在与上一工位横向和纵向上均相邻的新工位上刻印矩形刻槽；

s4)判断M个刻槽是否均已刻印完毕？如果是转下一步s5，否则转s3；

s5)获取测厚仪的剖面曲线，判断是否检测到刻槽？如果是则转下一步s6，否则等待；

s6)判断在一个刻槽群刻印周期Tq内，是否仅检测到两个不同深度的刻槽？如果是则转下一步s7，否则转s8；

s7)提取被连续检测到的两个刻槽的深度值，判断第一刻槽深度是否大于第二刻槽深度？如果是，则将每周期的刻印开始时刻提前：t0＝t0-t1，否则，将每周期的刻印开始时刻推后：t0＝t0+t2，其中，t1和t2均小于Tq/2；然后，转步骤s2，重复开始一次刻槽群的刻印；

s8)同步完成，结束。

作为优选，所述步骤s3中刻槽深度线性增加，每次增加一个相同的量，且使得最大刻槽深度为所刻印铸片厚度的0.05至0.1倍。

作为优选，所述步骤s3中刻槽深度按倒抛物线非线性增加，且使得最大刻槽深度为所刻印铸片厚度的0.05至0.1倍。

作为优选，假设所检测到的刻槽的深度对应为M个序列中的第p个，则所述时间提前量t1和推后量t2均可按下式计算：

采用本发明的方案，与现有技术相比，具有以下优点：本发明应用于薄膜生产在线厚度检测的辅助定位，通过在铸片的两个或多个与模头两端螺栓相对固定的预设位置上进行深槽刻印，从而在薄膜剖面厚度曲线上定位出所有螺栓位置，实现了对薄膜厚度测量位置的自动准确定位，有效防止了人为判断错误的影响，为进行薄膜厚度一致性控制提供了实时依据。本发明能快速实现刻印单元与测厚仪的同步，并且通过同步能减少刻印量。

附图说明

图1为BOPP生产工艺流程示意图；

图2为本发明膜厚测量辅助定位装置的结构示意图；

图3为本发明中刻印单元及挤出机模头局部结构示意图；

图4为本发明中刻印头及周边局部结构示意图图；

图5为本发明中刻印印记示意图；

图6为本发明中刻槽群结构示意图；

图7为本发明中矩形刻槽结构示意图；

图8为本发明中刻印工作流程图；

图9为本发明中刻印印记被测厚仪检测过程示意图；

图10为本发明中同步模块工作流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。

为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如图1所示，BOPP生产从原材料熔融开始，经挤出成型为厚片即铸片，铸片再经纵向和横向拉伸展宽展薄为宽卷薄膜，然后在牵引过程中进行切边和电晕等处理，最后收卷为大母卷，后续按订单要求对母卷进行分切和包装。由于厚度对产品质量起着至关重要的作用，因此，在BOPP生产中往往用两台测厚仪分别对铸片和宽卷薄膜进行厚度实时监测，两台测厚仪均可对外输出剖面的厚度数据集，同时它们均还连接显示器以显示铸片或宽卷薄膜的剖面图像。两台测厚仪中前面对铸片测厚的那一台在薄膜初拉出时使用，等到后面第二测厚仪投入后便暂停使用。

如图2所示，本发明膜厚测量辅助定位装置100，其包括采集模块110、分析处理模块120、同步模块130，以及强度调节模块140、调焦模块150、驱动模块160和执行机构170。

结合图2和图3所示，本发明膜厚测量辅助定位装置100，还包括固定于机架200的支架180，所述执行机构170包括一个刻印单元。挤出机300的模头包括上下两个唇片310，唇片之间形成唇口330，唇口开度大小由横向排列的加热螺栓320来调节。所述刻印单元中有刻印模块171，所述刻印模块171采用激光刻印模块，其在由挤出机挤出后冷却成型的铸片的预设位置上刻印出V形或U形缺口印记。

作为优选，该刻印模块设置为两个，它们的刻印头分别与模头两端部螺栓位置相固定，如可以使得刻印头基座或其基准位置与两端部第一个或第二个的螺栓中心线沿唇口垂线对齐且严格固定，使其基座或其基准位置在横向方向上不能移位。

作为优选，还可以仅设置一个刻印模块，但在支架180上设置一个与模头唇口平行的导轨190，刻印模块171的刻印头可沿此导轨横向移动，且该导轨上有多个与模头螺栓有固定位置关系的停靠点，从而可以在铸片的多个预设横向位置上形成一个V形或U形缺口印记。

图4为本发明中刻印头及周边局部结构示意图图，其中，图4a为侧视图，图4b为正视图。结合图2至图4所示，BOPP薄膜生产线中，挤出机300之后有冷却成型单元500，其中包括激冷辊501、主气刀502等模块，挤出的熔体离开挤出机300的模头唇片后，在主气刀502等的外力作用下，迅速贴在低温、高光洁度的激冷辊501上，熔体被快速冷却并形成固体厚片即铸片，刻印模块171设置在沿熔体前进方向上主气刀502的前方。

结合图1和图4所示，铸片经拉伸牵引后形成宽卷薄膜，期间通过测厚仪400对其进行厚度检测；采集模块110从测厚仪400获取薄膜剖面厚度曲线数据，由分析处理模块120进行处理后向强度调节模块140、调焦模块150并通过同步模块130向驱动模块160发出指令信息，由所述强度调节模块140、调焦模块150和驱动模块160控制执行机构170动作，刻印模块171基于执行机构170的动作在快速冷却成型的铸片上进行刻印。

作为优选，所述刻印模块171还可以采用与主气刀相匹配的辅助气刀模块。

结合图1和图5、6、7所示，测厚仪输出的剖面厚度曲线的横向采样密度足够高，当刻印单元在铸片上形成V形或倒抛物线的U形缺口印记时，由于刻印头基座与螺栓的固定位置关系如刻印时使得印记的中心点与螺栓中心线沿唇口垂线对齐，经采集模块110采集厚度曲线，分析处理模块120通过对所述曲线的极值点搜索和判断，将获得模头螺栓在曲线上的准确定位。此定位最少需要两个，假设第U1和U2两个螺栓对应的两个定位端点在厚度曲线的横轴坐标分别为X1和X2，则可以获得其他螺栓的定位。对第Uk个螺栓，其对应的横轴坐标Xk为：

其中，Round()为四舍五入取整函数。

本发明膜厚测量辅助定位装置还可以设置一个模块，输出上述处理过程获得的所有模头螺栓在厚度曲线上的横坐标Xk。

如图5所示，以V形缺口印记为例，印记整体深度Lz设定为所刻印铸片厚度的0.05至0.1倍。

为了刻印出所述印记，可以选择一次性形成，或用多次叠加的形成方法。如果用一次性形成法，需要较大功率的刻印模块，且若连续在同一横向位置刻印，对铸片本身可能造成一些影响。为此，选择如图6所示的刻槽群形成法，假设薄膜以Vy速度向下移动，刻槽群中的刻槽印记以Vx速度进行横向来回移动，如图中所示的刻槽群形成为V形印记的右半部分，即刻槽群总共含N＝2k个矩形刻槽。

结合图5～7所示，宽度Lx设定为一个值，使得能从测厚仪获得的剖面厚度曲线上获得足够多的点，如在Lx范围内，可采样出NS＝2N个点。作为优选，可以设定Lx为与Lz在相同数量级上。每个矩形刻槽的宽度dx和深度增量dz分别为印记整体宽度Lx和深度Lz的1/k，而其长度dy则可以选择为：

使得相邻矩形刻槽在纵向上相邻或部分重合，从而使得同步后测厚仪能连续检测到矩形刻槽。

如图8所示为本发明中刻印工作流程图，整个刻槽群周期为Tq，测厚仪单程从一边移动到另一边的时间等于Tq的整数倍。系统初始化后，从t0时刻开始刻印V形刻槽群，每个矩形刻槽的刻印周期为Tr，且Tr＝Tq/k。每刻印一个矩形刻槽，都要判断是否已将k个刻槽刻印完毕，如果是，则等待下一刻槽群周期的到来，否则，要准备下一次刻印：刻印头复位准备、驱动模块控制执行机构中的精密运动模块进行工位准备、强度调节模块配合进行刻印功率的调整、调焦模块改变聚焦点的高度，待到下一刻印周期Tr到来后，刻印当前矩形刻槽。刻印时，执行机构的运动模块要对薄膜移动进行纵向速度补偿。刻印在铸片上的印记随铸片被牵引后被测厚仪检测到，并通过同步模块进行同步。

由于刻印单元刻印的印记由多个深度不同的矩形刻槽组成，为了使得所有这些刻槽均能被测厚仪检测到，需要同步模块为驱动模块提供刻印开始时刻的对齐。如图9所示为本发明中刻印印记被测厚仪检测过程的示意图，其中，图9a为一个刻槽群Tq周期内的检测，图中箭头A给出了薄膜被牵引的方向；箭头B为测厚仪往返移动示意，测厚仪轨迹如实线折线所示；两条纵向实线为薄膜边缘；箭头C为刻印头往返移动示意，刻印头所刻印刻槽的中点的连线如虚线折线所示。图9中，测厚仪单程从一边移动到另一边的时间等于Tq的5倍，实际刻印时此倍数可根据模头调节螺栓数量进行优选。

如图9a所示，当刻印单元没有与测厚仪同步时，在每个刻槽群Tq周期内，测厚仪仅能检测到两个刻槽，在图中用圈进行了示意。

图9b与9a类似，不同的是两个被测厚仪检测到的刻槽位置不同。图9c为刻印单元实现了与测厚仪同步时的情况，从图中可见首尾两个刻槽群中的刻槽均被测厚仪检测到。图9d为图9a中虚线往下移，但移动量过大而超出图9c的示意图。

如图10所示，膜厚测量辅助定位装置与测厚仪的同步流程为：

s1)根据测厚仪扫描周期设定单个矩形刻槽的刻印周期，设定刻槽的宽度、长度和单次横向刻槽群的刻槽数M，随机选择t0值；

s2)初始工位准备，从t0时刻开始刻印第一个刻槽，记录下开始时刻t0＝t；

s3)刻槽深度按增量增加，根据深度值控制强度调节模块、调焦模块，在与上一工位横向和纵向上均相邻的新工位上刻印矩形刻槽；

s4)判断M个刻槽是否均已刻印完毕？如果是转下一步s5，否则转s3；

s5)获取测厚仪的剖面曲线，判断是否检测到刻槽？如果是则转下一步s6，否则等待；

s6)判断在一个刻槽群刻印周期Tq内，是否仅检测到两个不同深度的刻槽？如果是则转下一步s7，否则转s8；

s7)提取被连续检测到的两个刻槽的深度值，判断第一刻槽深度是否大于第二刻槽深度？如果是，则将每周期的刻印开始时刻提前：t0＝t0-t1，否则，将每周期的刻印开始时刻推后：t0＝t0+t2，其中，t1和t2均小于Tq/2；然后，转步骤s2，重复开始一次刻槽群的刻印；

s8)同步完成，结束。

在同步期间，两个相邻矩形刻槽在纵轴上不需要部分重叠而采用紧邻布置，M个刻槽最大刻槽深度为所刻印铸片厚度的0.05至0.1倍。

作为优选，刻槽的深度线性增加，每次增加一个相同的量，M个刻槽叠加后从正面看形成一个直线斜坡。

作为优选，刻槽的深度非线性增加，每次增加量逐步减小，M个刻槽叠加后从正面看形成一个倒抛物线斜坡。

在步骤s7中时间提前量t1和推后量t2均可按下式计算：

其中，假设所检测到的刻槽的深度对应为M个序列中的第p个。

结合图9和图10所示，在同步过程中出现图9a所示的检测结果时，在下一次刻印时，将开始时刻在原定时基础上提前，如图中箭头D所示，按式(3)移动，则刻印后下一次检测将出现图9c的情况；但如果提前量过大，则将出现图9d的情况。如果出现图9b的检测结果，则应该如其中箭头E所示，将刻印开始时间推后。

观察图9c可以发现，一旦实现刻印单元与测厚仪的同步后，并不需要连续不断的刻印。结合图5所示，同步后，在测厚仪的一个单程扫描时间内，仅需要刻印一个刻槽群，即所刻印的N个刻槽叠加后从正面看形成一个V形或U形缺口印记，就能实现辅助定位目的。

本发明膜厚测量辅助定位装置通过刻印和检测，能对模头螺栓进行准确定位，所获得的标记有所有模头螺栓位置的薄膜剖面厚度值数对集合，将传送给控制器进行薄膜厚度控制，以实现薄膜厚度的均匀。

除此之外，虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种膜厚测量辅助定位装置与测厚仪的同步方法，其特征在于，包如下步骤：

F1)根据测厚仪扫描周期设定单个矩形刻槽的刻印周期，设定刻槽的宽度、长度和单次横向刻槽群的刻槽数M，随机选择t0值；

F2)从t0时刻开始刻印刻槽群，刻槽群中每个矩形刻槽的刻印周期为Tr，且Tr＝Tq/k，其中，刻槽群周期Tq取值使得测厚仪单程从一边移动到另一边的时间等于Tq的整数倍；

F3)获取测厚仪的剖面曲线，判断是否检测到刻槽？如果是则转下一步F4，否则等待；

F4)判断在一个刻槽群刻印周期Tq内，是否仅检测到两个不同深度的刻槽？如果是则转下一步F5，否则转F6；

F5)提取被连续检测到的两个刻槽的深度值，判断第一刻槽深度是否大于第二刻槽深度？如果是，则将每周期的刻印开始时刻提前：t0＝t0-t1，否则，将每周期的刻印开始时刻推后：t0＝t0+t2，其中，t1和t2均小于Tq/2；然后，转步骤F2，重复开始一次刻槽群的刻印；

F6)同步完成，结束。

2.根据权利要求1所述的一种膜厚测量辅助定位装置与测厚仪的同步方法，其特征在于，所述步骤F2)包括以下处理：

F21)初始工位准备，从t0时刻开始刻印第一个刻槽，记录下开始时刻t0＝t；

F22)刻槽深度按增量增加，在与上一工位横向和纵向上均相邻的新工位上刻印矩形刻槽；

F23)判断M个刻槽是否均已刻印完毕？如果是转下一步s5，否则转s3。

3.根据权利要求1所述的一种膜厚测量辅助定位装置与测厚仪的同步方法，其特征在于，所述刻槽的深度线性增加，每次增加一个相同的量，M个刻槽叠加后从正面看形成一个直线斜坡。

4.根据权利要求1所述的一种膜厚测量辅助定位装置与测厚仪的同步方法，其特征在于，所述刻槽的深度非线性增加，每次增加量逐步减小，M个刻槽叠加后从正面看形成一个倒抛物线斜坡。

5.根据权利要求1所述的一种膜厚测量辅助定位装置与测厚仪的同步方法，其特征在于，所述矩形刻槽的宽度dx和深度增量dz分别为印记整体宽度Lx和深度Lz的1/k，而其长度dy则可以选择为：

使得相邻矩形刻槽在纵向上相邻或部分重合，从而使得同步后测厚仪能连续检测到矩形刻槽；其中，Vy为薄膜纵向移动速度，Vx为刻槽群中刻槽印记横向来回移动速度进行。

6.根据权利要求2所述的一种膜厚测量辅助定位装置与测厚仪的同步方法，其特征在于，所述步骤F22中刻槽深度线性增加，每次增加一个相同的量，且使得最大刻槽深度为所刻印铸片厚度的0.05至0.1倍。

7.根据权利要求2所述的一种膜厚测量辅助定位装置与测厚仪的同步方法，其特征在于，所述步骤F22中刻槽深度按倒抛物线非线性增加，且使得最大刻槽深度为所刻印铸片厚度的0.05至0.1倍。

8.根据权利要求1所述的一种膜厚测量辅助定位装置与测厚仪的同步方法，其特征在于，假设所检测到的刻槽的深度对应为M个序列中的第p个，则所述t1即时间提前量和t2即推后量均可按下式计算：

Images