CN111716772A - 一种自适应束流的核孔膜自动生产装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自适应束流的核孔膜自动生产装置及方法，其特征在于，该装置包括束流装置、数据探测系统、控制装置和卷膜机；所述束流装置用于发出束流对辐照膜进行辐照；所述数据探测系统用于实时探测和采集所述束流装置发出束流的大小和位置；所述控制装置用于获取所述数据探测系统数据进行处理后发送指令到所述卷膜机，以使得所述卷膜机的转速与束流大小相匹配，确保核孔膜生产始终处于预期状态。

Description

一种自适应束流的核孔膜自动生产装置及方法

技术领域

本发明是关于一种自适应束流的核孔膜自动生产装置及方法，涉及核孔膜辐照生产制造技术领域。

背景技术

核孔膜是世界上最精密的微孔过滤膜。它是一种多孔的塑料薄膜，膜上面有密密麻麻的小孔，每一个小孔形状和尺寸都相同。核孔膜有很多规格，膜厚范围5微米到60微米，孔径范围0.2微米到15微米，孔密度范围每平方厘米1-10的9次方个。

核孔膜通常采用高能加速器提供的重离子打孔，重离子打孔是核孔膜生产工艺中最为关键的一环，现有技术中很少有拥有适合核孔膜生产的重离子加速器，且现有的核孔膜生产存在辐照不均匀及残次率过高的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种自适应束流的核孔膜自动生产装置及方法，能够实现核孔膜的高效自动化生产，提高产品合格率，避免了生产过程中出现辐照不均匀及残次率过高的问题。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种自适应束流的核孔膜自动生产装置，该装置包括束流装置、数据探测系统、控制装置和卷膜机；

所述束流装置用于发出束流对辐照膜进行辐照；

所述数据探测系统用于实时探测和采集所述束流装置发出束流的大小和位置；

所述控制装置用于获取所述数据探测系统采集的数据进行处理后发送指令到所述卷膜机，以使得所述卷膜机转速与束流大小相匹配，确保核孔膜生产始终处于预期状态。

进一步地，该装置还包括电源矫正系统，所述电源矫正系统包括矫正电子学模块和扫描电源；

所述矫正电子学模块，用于接收所述控制装置发出的指令进行波形矫正；

所述扫描电源，用于基于矫正后的波形对所述束流装置输出的电流和频率进行调整，以使辐照膜所受辐照达到预设均匀度。

进一步地，所述数据探测系统包括束流探测器和束流采集系统；

所述束流探测器用于在线实时探测所述束流装置发射束流大小和位置；

所述束流采集系统设置有多个数据采集通道，用于采集所述束流探测器的信号并发送到所述控制装置。

进一步地，所述束流探测器采用金属丝网状结构，所述金属丝网状结构扣设在所述束流装置的喇叭出口与辐照膜接触处，所述束流探测器的两侧用于进行束流的位置探测，所述束流探测器中部用于进行束流大小探测。

进一步地所述束流采集系统还包括数据分析处理模块，所述数据分析处理模块用于对各数据采集通道采集的数据进行处理得到束流大小信号和位置信号；其中，所述数据分析处理模块的数据处理过程为：将采集到的束流数据包括位置数据与流强数据，均与阈值进行比较，符合阈值条件即判断为正常值并发送到所述卷膜机控制卷膜机的卷膜速度，如果不符合阈值条件，发出异常信号警示。

进一步地，所述控制装置包括数据处理模块和数据库；

所述数据处理模块对接收的束流数据进行拟合分析和计算，并对束流的大小和位置是否满足核孔膜的最优生产作出判断，根据判断结果决定是否下发相应的指令；

所述数据库，用于对整个数据采集和运行过程的数据进行记录；

其中，所述控制装置对接收数据进行数据处理过程为：根据与预设阈值进行比对，判断束流流强大小是否合适，如果束流流强过大发出信号给所述卷膜机加快卷膜速度，如果束流流强过小就降低所述卷膜机卷膜速度，最终达到辐照膜转速与流强的匹配；

或者，所述控制装置对接收数据进行处理判断均匀度是否合适，如果均匀度不合适则发送指令给所述矫正电子学模块，由其发出矫正波形给所述扫描电源使得所述束流装置加大扫描力度，使均匀度达到合适，继续辐照正常生产。

第二方面，本发明还提供一种基于本发明第一方面所述自适应束流的核孔膜自动生产装置的生成方法，包括以下步骤：

S1、生产设备各部件启动就绪进行正常生产；

S2、生产过程中束流探测器探测束流装置发出束流流强与位置信号；

S3、束流采集系统采集束流探测器数据并发送到控制装置；

S4、控制装置接收束流采集系统数据进行拟合分析和计算后并对卷膜机进行控制，以使得所述卷膜机的转速与束流大小相匹配，使核孔膜生产始终处于预期状态。

进一步地，该方法还包括用于对束流装置输出的电流大小和频率大小进行矫正的步骤，以使辐照膜所受辐照达到预设均匀度。

进一步地，所述控制装置对接收数据进行数据处理过程为：根据与预设的阈值进行比对，判断束流流强大小是否合适，如果束流流强过大发出信号给所述卷膜机加快卷膜速度，如果束流流强过小就降低所述卷膜机卷膜速度，最终达到辐照膜转速与流强的匹配；或者，所述控制装置对接收数据进行数据处理判断均匀度是否合适，如果均匀度不合适则发送指令对束流装置输出的电流大小和频率大小进行矫正的步骤，使均匀度达到合适，继续辐照正常生产。

进一步地，所述束流采集系统还可以发送指令控制所述卷膜机的卷膜速度，达到辐照膜的转速与流强的匹配。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、核孔膜的主要生产工艺是利用重离子辐照塑料薄膜形成小孔，但是在实际的生产中，重离子束流的大小是没有办法实时掌控的，可能会出现忽大忽小的波动，这个时候如果卷膜机还是按照先前设定的速度去运行，就会造成辐照膜的孔密度有的过密，有的过疏，因此本发明可以让卷膜机的转速与束流的大小相匹配，让扫描电源扫的更开，让辐照膜更加均匀，进而达到辐照膜的稳定生产，能够最大限度的保证核孔膜在辐照的过程中保持均匀，提高产品合格率；

2、本发明在束流与辐照膜的接触处放置金属网的束流探测器，束流探测器既能探测到束流的大小又能探测到束流的位置。随着束流的大小变化，发给卷膜机的指令随动执行，卷膜机的速度就会变大或变小；随着束流位置的探测，扫描电源也随着进行矫正，本发明是根据束流探测器探测到的数据进行多次拟合，最终实现核孔膜的最优化生产；

综上，本发明采用全自动的辐照生产模式，及具有人工智能功能的束流随动系统，可以广泛应用于核孔膜生产。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明实施例1的核孔膜自动生产装置结构示意图；

图2是本发明实施例1的束流采集系统硬件结构示意图；

图3是本发明实施例1的束流探测器原理示意图；

图4是本发明实施例1的束流采集系统数据处理流程图；

图5是本发明实施例1的数据采集系统与卷膜机的数据交互原理图；

图6是本发明实施例1的控制计算机控制原理图；

图7是本发明实施例1的波形矫正原理示意图；

图8(a)和(b)均是本发明实施例1的流强与转速的关系图；

图9是本发明实施例1的数据库应用图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内侧”、“外侧”、“下面”、“上面”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。

实施例1

如图1所示，本实施例提供的自适应束流的核孔膜自动生产装置，包括数据探测系统1、束流装置2、控制计算机3和卷膜机4；

数据探测系统1包括若干束流探测器11和束流采集系统12；束流探测器11用于在线实时探测束流装置2发射束流大小和位置，束流采集系统12用于采集束流探测器11的束流信号；

控制计算机3用于获取束流采集系统12数据进行拟合后发送指令到卷膜机4，使得卷膜机4转速与束流大小相匹配，进而使核孔膜生产始终处于最优状态。其中，最优状态是指核孔膜的生产效率处于最高状态，具体是指束流的流强与卷膜的转速达到了匹配，重离子辐照到膜上的孔数分布均匀，既没有过密的孔出现，也没有遗漏的地方，且能够保持生产速度。

在本发明的一些实施例中，束流探测器11可以采用现有探测器结构，不同的是本实施例的束流探测器11采用金属丝网状结构，金属丝网状结构扣设在束流装置2的喇叭出口与辐照膜接触处，束流探测器11的两侧用于进行束流的位置探测，束流探测器11中部用于进行束流大小探测。优选地，束流探测器11的形状可以采用长方型、方型或圆型。

进一步地，如图3所示，束流探测器11的工作原理为：带电离子从管道中通过触碰到金属丝，金属丝将微弱的电荷传导给束流收集板，束流收集板将微弱的电荷信息收集起来通过信号引出接口并通过放大器进行放大后发送到然后再输入到束流采集系统12，束流探测器11的整个探测信号可分为上下左右四大部分，上下两大部分所搜集到的信号作为束流流强的监测信号，左右两部分搜集到的信号作为束流位置边界信号。其中，边界确定的原则是根据所需要的辐照宽度，例如所需要辐照膜的宽度是60CM，以中心为基准，左右各30CM处布置金属丝网状结构的探测器，如果生产中此部分探测到的流强低于平均流强，认为任务束流的辐照宽度未达到要求并进行调节。

在本发明的一些实施例中，如图2所示，束流采集系统12可以采用FPGA电路板进行实现，FPGA电路板设置有多个数据采集通道和数据分析处理模块，数据采集通道用于采集所有束流探测器的信号并发送到控制计算机3，数据分析处理模块通过各数据采集通道采集探测器数据并处理得到束流大小信号和位置信号。进一步地，如图4所示，信号处理的过程为：将采集到的束流数据包括位置数据与流强数据，与阈值进行实时的比较，符合阈值条件的即判断为正常值，数据分析处理模块输出正常信号到卷膜机4，FPGA电路板的控制界面进行正常绿色符号提示，如果不符合阈值条件，则被判断为UI长数据，数据分析处理模块发出异常信号，同时FPGA触发电路板的外触发信号警示。

在本发明的一些实施例中，还可以包括电源矫正系统5，电源矫正系统5包括矫正电子学模块51和扫描电源52，矫正电子学模块51接收到控制计算机3发出的指令进行波形矫正后发送给扫描电源52，扫描电源52接收到所需的波形后则对束流装置2输出的电流大小和频率大小进行调整使得辐照膜所受辐照的最优均匀度，其中，最优均匀度是根据膜的辐照宽度决定的，比如膜的宽度是60CM，那理论上束流宽度能达到60CM，那就可以将整个膜都可以辐照到，那就可以达到最优辐照，但是实际上这是做不到的，能达到50CM以上就算产品合格，矫正的目的想要得到最优值。进一步地，如图7所示，波形矫正的具体过程为：控制计算机收到束流数据后，则根据预设的数据信息进行判断后发送指令到矫正电子学模块，矫正电子学则根据所收到的控制计算机指令发给扫描电源52具体的波形矫正信息，从而影响扫描电源52的电流输出，进而达到扩大扫描宽度的目的。

在本发明的一些实施例中，控制计算机3包括数据处理模块31和数据库32，数据处理模块31根据预先设定的算法进行拟合分析和计算，并对束流的大小和位置是否满足核孔膜的最优化生产作出判断，根据判断结果决定是否下发相应的指令，并将数据记录到数据库中，如图9所示，数据库32用于记录卷膜机运行参数、束流参数以及其他设备运行参数，当设备出现故障或产品出现问题时可以调出各个时间段数据分析找出故障原因。

进一步地，控制计算机3控制目的是为了让卷膜机4转动速度及膜的受辐照宽度与流强及均匀度相匹配，提高辐照膜的产品合格率。如图6所示，控制计算机接收到FPGA电路板发出的束流信号后，根据与预设的阈值进行比对，判断束流流强大小是否合适，如果束流流强过大发出信号给卷膜机4加快卷膜速度，如果束流流强过小就降低卷膜机4卷膜速度，最终达到膜转速与流强的匹配；或者，控制计算机接收到FPGA电路板发出的信号后，根据与预设的阈值进行比对，判断束流流强的均匀度是否合适，如果均匀度不合适则可以发送指令给矫正电子学模块51，由其发出矫正波形给扫描电源52加大扫描力度，使均匀度达到合适，继续辐照正常生产。

在本发明的一些实施例中，辐照膜可以为塑料薄膜。

在本发明的一些实施例中，卷膜机4可以采用PLC，PLC根据算法指令进行多次实时矫正转速，达到辐照膜与束流大小始终匹配。随着束流的大小变化，发给PLC的指令随动执行，卷膜机4的速度就会变大或变小；随着束流位置的探测，扫描电源52也随着进行矫正，根据束流探测器探测到的数据进行多次拟合，最终实现核孔膜的最优化生产。

如图8所示，矫正过程根据粒子数与转速的关系推导而出，如果待生成的辐照膜要求是每平米10的6次方的膜，如果粒子数是每秒10的6次方个数，而卷膜的速度也正好是每秒1平米，那就正好达到要求，如果束流流强增大一倍，那卷膜速度也要增大一倍才能达到生产要求，否则就会造成辐照膜的孔数过密，反之依然。

进一步地，本实施例还可以采用矫正增强，如图5所示，当FPGA电路板根据比对发出矫正指令后，卷膜机4收到加速或减速的指令下发给电机，电机开始转动加快或减慢，最终达到膜的转速与流强的匹配，生产继续正常进行，上述矫正的过程是采用的双矫正的方式，两者可以共同作用使得生产能够正常进行。

实施例2

本实施例详细说明自适应束流的核孔膜自动生产方法，包括以下步骤：

S1、生产设备各部件启动就绪进行正常生产；

S2、生产过程中束流探测器11探测束流装置发出束流的流强与位置信号；

S3、束流采集系统12采集束流探测器数据并发送到控制计算机3；

S4、控制计算机3接收束流采集系统数据进行拟合分析和计算并对卷膜机4进行控制，以使得卷膜机4的转速与束流大小相匹配，确保核孔膜生产始终处于预期状态。

进一步地，该方法还包括用于对束流装置2输出的电流大小和频率大小进行矫正的步骤，以使辐照膜所受辐照达到预设均匀度。

进一步地，控制计算机3对接收数据进行数据处理过程为：根据与预设的阈值进行比对，判断束流流强大小是否合适，如果束流流强过大发出信号给卷膜机4加快卷膜速度，如果束流流强过小就降低所述卷膜机卷膜速度，最终达到辐照膜转速与流强的匹配；或者，控制计算机3对接收数据进行数据处理过判断均匀度是否合适，如果均匀度不合适则发送指令对束流装置输出的电流大小和频率大小进行矫正的步骤，使均匀度达到合适，继续辐照正常生产。

进一步地，束流采集系统12还可以发送指令控制卷膜机的卷末速度，达到辐照膜的转速与流强的匹配。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种自适应束流的核孔膜自动生产装置，其特征在于，该装置包括束流装置、数据探测系统、控制装置和卷膜机；

所述束流装置用于发出束流对辐照膜进行辐照；

所述数据探测系统用于实时探测和采集所述束流装置发出束流的大小和位置；

所述控制装置用于获取所述数据探测系统采集的数据进行处理后发送指令到所述卷膜机，以使得所述卷膜机转速与束流大小相匹配，确保核孔膜生产始终处于预期状态。

2.根据权利要求1所述的核孔膜自动生产装置，其特征在于，该装置还包括电源矫正系统，所述电源矫正系统包括矫正电子学模块和扫描电源；

所述矫正电子学模块，用于接收所述控制装置发出的指令进行波形矫正；

所述扫描电源，用于基于矫正后的波形对所述束流装置输出的电流和频率进行调整，以使辐照膜所受辐照达到预设均匀度。

3.根据权利要求2所述的核孔膜自动生产装置，其特征在于，所述数据探测系统包括束流探测器和束流采集系统；

所述束流探测器用于在线实时探测所述束流装置发射束流大小和位置；

所述束流采集系统设置有多个数据采集通道，用于采集所述束流探测器的信号并发送到所述控制装置。

4.根据权利要求3所述的核孔膜自动生产装置，其特征在于，所述束流探测器采用金属丝网状结构，所述金属丝网状结构扣设在所述束流装置的喇叭出口与辐照膜接触处，所述束流探测器的两侧用于进行束流的位置探测，所述束流探测器中部用于进行束流大小探测。

5.根据权利要求3所述的核孔膜自动生产装置，其特征在于，所述束流采集系统还包括数据分析处理模块，所述数据分析处理模块用于对各数据采集通道采集的数据进行处理得到束流大小信号和位置信号；其中，所述数据分析处理模块的数据处理过程为：将采集到的束流数据包括位置数据与流强数据，均与阈值进行比较，符合阈值条件即判断为正常值并发送到所述卷膜机控制卷膜机的卷膜速度，如果不符合阈值条件，发出异常信号警示。

6.根据权利要求2所述的核孔膜自动生产装置，其特征在于，所述控制装置包括数据处理模块和数据库；

所述数据处理模块对接收的束流数据进行拟合分析和计算，并对束流的大小和位置是否满足核孔膜的最优生产作出判断，根据判断结果决定是否下发相应的指令；

所述数据库，用于对整个数据采集和运行过程的数据进行记录；

其中，所述控制装置对接收数据进行数据处理过程为：根据与预设阈值进行比对，判断束流流强大小是否合适，如果束流流强过大发出信号给所述卷膜机加快卷膜速度，如果束流流强过小就降低所述卷膜机卷膜速度，最终达到辐照膜转速与流强的匹配；

或者，所述控制装置对接收数据进行处理判断均匀度是否合适，如果均匀度不合适则发送指令给所述矫正电子学模块，由其发出矫正波形给所述扫描电源使得所述束流装置加大扫描力度，使均匀度达到合适，继续辐照正常生产。

7.一种基于权利要求3到6任一项所述自适应束流的核孔膜自动生产装置的生成方法，其特征在于包括以下步骤：

S1、生产设备各部件启动就绪进行正常生产；

S2、生产过程中束流探测器探测束流装置发出束流流强与位置信号；

S3、束流采集系统采集束流探测器数据并发送到控制装置；

S4、控制装置接收束流采集系统数据进行拟合分析和计算后并对卷膜机进行控制，以使得所述卷膜机的转速与束流大小相匹配，使核孔膜生产始终处于预期状态。

8.根据权利要求7所述的生成方法，其特征在于，该方法还包括用于对束流装置输出的电流大小和频率大小进行矫正的步骤，以使辐照膜所受辐照达到预设均匀度。

9.根据权利要求8所述的生成方法，其特征在于，所述控制装置对接收数据进行数据处理过程为：根据与预设的阈值进行比对，判断束流流强大小是否合适，如果束流流强过大发出信号给所述卷膜机加快卷膜速度，如果束流流强过小就降低所述卷膜机卷膜速度，最终达到辐照膜转速与流强的匹配；或者，所述控制装置对接收数据进行数据处理判断均匀度是否合适，如果均匀度不合适则发送指令对束流装置输出的电流大小和频率大小进行矫正的步骤，使均匀度达到合适，继续辐照正常生产。

10.根据权利要求7所述的核孔膜自动生产装置，其特征在于，所述束流采集系统还可以发送指令控制所述卷膜机的卷膜速度，达到辐照膜的转速与流强的匹配。

Images