CN112146729A - 坩埚内原料剩余量的检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种坩埚内原料剩余量的检测装置，包括坩埚、外壳、检测机构、永磁体、电磁铁、可调电源和控制器，所述坩埚设于所述外壳内，所述电磁铁和所述永磁体相对设置形成方向相反的磁场，且所述永磁体或所述电磁铁中的一个设置于所述外壳内与所述坩埚的底部连接，所述永磁体或所述电磁铁中的另一个设于所述外壳的下方；所述可调电源与所述电磁铁电连接，用于向所述电磁铁通电；所述检测机构设于所述密封外壳内，用于检测所述坩埚的位置变化，所述控制器与所述检测机构及所述可调电源连接，所述控制器用于根据所述坩埚位置发生变化时所述电磁铁的通电电流确定所述坩埚内的原料剩余量。该检测装置可以实现对坩埚内原料剩余量的实时在线检测。

Description

坩埚内原料剩余量的检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及电池镀膜技术领域，尤其涉及一种坩埚内原料剩余量的检测装置和检测方法。

背景技术

镀膜设备生产运行过程中，坩埚内的原料随着不断消耗重量降低，直至全部消耗最终接近坩埚重量。通常采用以下两种方式判断坩埚内原料剩余量。

方法一：直接取出坩埚，检查坩埚内原料消耗情况，这样做有以下几点缺陷：1、需要停机开盖，造成生产等待，耗时耗力；2、破坏密封设备内部的已经调试好的生产环境，设备复机后需要重新生产工艺调试，浪费调试材料。

方法二：通过其他检测设备的数据推断可能缺料的源种类，及可能位置。这种方式有以下几点缺陷：1、不能精确定位缺料原料的种类和源装置位置；2、存在时间上的滞后，此时已有大量不合格品的出现，造成成本的浪费。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种坩埚内原料剩余量的检测装置和检测方法，能够对坩埚内的原料余量进行在线实时检测。

本发明提供了一种坩埚内原料剩余量的检测装置，包括坩埚、检测机构、永磁体、电磁铁、可调电源和控制器，所述坩埚设于所述外壳内，所述电磁铁和所述永磁体上下相对设置形成方向相反的磁场，且所述永磁体或所述电磁铁中的一个设置于所述外壳内与所述坩埚的底部连接；所述可调电源与所述电磁铁电连接，用于向所述电磁铁通直流电；所述检测机构用于检测所述坩埚的位置信号，所述控制器与所述检测机构及所述可调电源连接，所述控制器用于根据所述坩埚位置发生变化时所述电磁铁的通电电流确定所述坩埚内的原料剩余量。

本发明还提供了一种坩埚内原料剩余量的检测方法，采用上述的检测装置，具体包括获取坩埚位置发生变化时电磁铁的通电电流，根据电磁铁的通电电流确定坩埚内的原料剩余量。

本发明的检测装置，采用可调电源对电磁铁通电，在检测过程中，连续增大可调电源对电磁铁的通电电流，通电电流影响电磁铁在磁场中的受力，通电电流，电磁铁在磁场中的受力越大，由于电磁铁收到的磁力和永磁体收到的磁力是一对相互作用力，当通电电流大到一定程度时，电磁铁、坩埚和原料受到的重力和磁力相互平衡，可以将坩埚带着永磁体向上推起，此时检测机构可以检测到坩埚的位置变化，当控制器接收到坩埚的位置变化信号，立即控制可调电源停止增大通电电流，记录坩埚位置变化时的通电电流值，根据力的平衡原理，可以确定坩埚内的原料剩余量。该检测装置可以实现对坩埚内原料剩余量的实时在线检测，在检测时不用停机开盖，不影响正常的镀膜工序，且不会破坏密封设备内部已经调试好的生产环境，降低了生产成本。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为本发明实施例1提供的检测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例2提供的检测装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的检测方法的流程示意图。

图中，1：坩埚；2：工艺层；3：隔热层；4：永磁体；5：电磁铁；51：铁芯；52：导电线圈；6：限位块；7：隔热件；8：发射极；9：接收极；10：可调电源；11：电流表；12：外壳；13：滑动机构；14：顶盖；15：真空腔室。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种坩埚内原料剩余量的检测装置，包括坩埚1、外壳12、检测机构、永磁体4、电磁铁5、可调电源10和控制器(图上未显示)，坩埚1设于外壳12内，电磁铁5与永磁体4相对设置形成方向相反的磁场，永磁体4或电磁铁5中的一个设置于外壳12内且与坩埚1的底部连接，永磁体4或电磁铁5中的另一个设于外壳12的下方，可调电源10与电磁铁5连接，用于向电磁铁5通直流电；检测机构设于密封外壳12内，用于检测坩埚1的位置变化，控制器与检测机构及可调电源10连接，控制器用于根据坩埚1位置发生变化时所述电磁铁5的通电电流值确定坩埚1内的原料剩余量。

本发明实施例的检测装置，采用可调电源10对电磁铁5通电，在检测过程中，从0开始连续增大可调电源10对电磁铁5的通电电流，通电电流值得大小影响电磁铁5在磁场中的受力，电磁铁的通电电流值越大，电磁铁5在磁场中的受力越大，由于电磁铁5收到的磁力和永磁体4收到的磁力是一对相互作用力，当通电电流值大到一定程度时，电磁铁5、坩埚1和原料受到的重力和磁力相互平衡，可以将坩埚1带着永磁体4向上推起，此时检测机构可以检测到坩埚1的位置变化，当控制器接收到坩埚1的位置变化信号，立即控制可调电源10停止增大通电电流，记录坩埚1位置变化时的通电电流值，根据力的平衡原理，可以确定坩埚1内的原料剩余量。该检测装置可以实现对坩埚1内原料剩余量的实时在线检测，在检测时不用停机开盖，不影响正常的镀膜工序，且不会破坏密封设备内部已经调试好的生产环境，降低了生产成本。

进一步的，在本发明的一些实施例中，检测装置还包括电流表11，电流表11连接在可调电源10与电磁铁5之间，用于读取可调电源10向电磁铁5通电的实时电流I。

进一步的，在本发明的一些实施例中，外壳12内还设有隔板，隔板将外壳12的内部空间分割为上下设置的第一容置腔和第二容置腔，隔板上设有连通孔，用于将第一容置腔和第二容置腔连通；坩埚1设置于第一容置腔内，永磁体4或电磁铁5中的一个设于第二容置腔内，通过连通孔与坩埚1的底部连接。隔板的设置，起到托起坩埚1的作用，保证坩埚1在生产的过程中，只可能向上运动，无法向下移动。

进一步的，在本发明的一些实施例中，该检测装置还包括限位块6，限位块6为直径自上而下逐渐缩小的圆锥形，限位块6穿过连通孔，且限位块6的上端与坩埚1的底部连接，下端与永磁体4或电磁铁5连接。连通孔的直径大于限位块6的最小直径，小于限位块6的最大直径，且连通孔与限位块6的外圆周面密封连接。限位块6的设置进一步限定了坩埚1向下移动，连通孔与限位块6的外圆周面的密封连接，避免在检测过程中，坩埚1的位置移动破坏生产中的真空环境。

进一步的，在本发明的一些实施例中，该检测装置还包括隔热件7，隔热件7连接在限位块6的下端与永磁体4或电磁铁5之间，为了减少坩埚1的热量传递到永磁体4上，可以将隔热件7设置为栅栏结构。

进一步的，在本发明的一些实施例中，第一容置腔内还设有工艺层3，该工艺层2可以是加热器，加热器可以是电阻式加热器或涡流式加热器等，加热器置于坩埚1的外侧，与坩埚1的外壁通过滑动机构13连接，滑动机构13包括滑块和滑槽，可以在坩埚1的外壁上开设滑槽，滑槽沿坩埚1的轴向设置，且滑槽的数量为多条，多条滑槽沿坩埚1的周向间隔设置，加热器上对应的设置有与滑槽配合的滑块，滑块可滑动的卡折于滑槽内；或者是，坩埚1的外壁向外凸起形成滑块，加热器内凹形成于滑块配合的滑槽。滑动机构13的设置不仅对坩埚1的上移起到导向的作用，而且使得坩埚1的上移过程更加平稳，提高了整体结构的稳定性。

进一步的，在本发明的一些实施例中，工艺层和外壳之间设置有隔热层3，隔热层3的设置避免了坩埚内的热量散失。

进一步的，在本发明的一些实施例中，检测机构包括对射传感器，对射传感器设置在外壳12的内壁上，且对射传感器的发射极8于接收极9相对设置，发射极8发出的光线与坩埚1的中轴线垂直且相交，当坩埚1的位置未发生变化时，发射极8发出的光线被坩埚1遮挡，接收极9无法接收到发射极8发设的光线，当坩埚1上移时，坩埚1不再遮挡发射极8发出的光线，接收极9能够接收到发射极8发出的光线。当接收极9能够接收到发射极8发出的光线时，也就证明坩埚1的位置发生了变化，此时，控制器控制可控电源停止增大对电磁铁5的通电电流。

另外，在本发明的另一些实施例中，检测机构还可以是红外传感器，红外传感器通过检测与坩埚1的距离，判断坩埚1的位置是否发生变化。

具体的，下面将以两个具体的实施例对本发明的检测装置的结构进行说明。

实施例1

在本实施例中，检测装置包括坩埚1、外壳12、对射传感器、永磁体4、可调电源10和控制器，外壳12内设有隔板，隔板将外壳12的内部空间分隔为第一容置腔和第二容置腔。其中坩埚1设置在第一容置腔内，永磁体4设置在第二容置腔内，隔板上设有连通孔，坩埚1与永磁体4之间通过限位块6和隔热件7连接，限位块6的上端与坩埚1的底部连接，下端穿过连通孔后与隔热件7连接，且限位块6中间一处横截面的直径与连通孔的直径相等。限位块6与连通孔的配合，避免了坩埚1的下移。在本实施例中，限位块6的外圆周面与连通孔的孔壁密封连接，避免了坩埚1的上移过程中，外部气体从连通孔与限位块6之间的间隙处进入到镀膜腔室内，保证在检测过程中，镀膜腔室的真空环境。

隔热件7连接在限位块6的下端与永磁体4之间，也就是说，隔热件7位于第二容置腔内，隔热件7采用栅栏结构，栅栏结构的导热率较低，减少了坩埚1的热量传递到永磁体4上。

检测机构采用对射传感器，对射传感器的发射极8和接收极9相对设置，且对射传感器的发射极8发出的光线在坩埚1位置未发生变化时，发射极8发出的光线被坩埚1的底部遮挡，当坩埚1上移时，坩埚1对光线的遮挡消失，接收极9接收到发射极8发出的光线，此时控制器控制可调电源10停止增加对电磁铁5的通电电流，并读取电流表11的示数，根据力的平衡原则，确定坩埚1内的原料的实时剩余量。在坩埚的上方设置行程限位件，用来限制坩埚上移的最大距离为h,同时，对射传感器的发射极发出的光线与永磁体的最底端的垂直距离需要小于h，才能确保坩埚的位置发生变化时，对射传感器的信号发生变化。

加热器设置在坩埚1的外侧，且在加热器和坩埚1上分别设置滑块和滑槽，滑块和滑槽相互配合，为坩埚1的上移起到良好的导向效果。

在检测过程中，可控电源连续增大对电磁铁5的通电电流，电磁铁5包括导电线圈52和铁芯51，导线线圈螺旋的缠绕在铁芯51上，且导电线圈52在磁场中的受力关系式：

F＝NBIL

式中：F是线圈受力，B为永磁场强度，在本实施例中，永磁体4与电磁铁5离得很近，电磁铁5设置在外壳12的下方，紧贴外壳12的底壁设置，外壳12的底壁厚度约2mm，永磁铁在第二容置腔内，与外壳12的底面之间的具体距离不超过1厘米；另外外壳12的材质采用非铁钴镍金属，避免影响永磁体4磁场；永磁体4采用原片钕铁硼磁铁，磁力很强，直径与坩埚1的底部相近，约为200mm；电磁铁5的线圈的直径小于永磁体4的直径；这样设置的目的是将永磁体4的磁场近似为等强磁场。N为导电线圈52的匝数；I为导电线圈52的通电电流，单位为A；L为一圈线圈长度，L≈πd，其中d为一匝导电线圈52的直径。

F＝NBIπd

导电线圈52与永磁体4之间的力是一对反作用力，随着I增大，导电线圈52受到永磁体4的作用力F逐渐增大，当F逐渐增加至与坩埚1(包含坩埚1、原料、限位块6、隔热件7和永磁体4)重量G大小相等；

G＝F＝NBIL

即：I＝G/NBπd

坩埚1整体上移，对射传感器检测到坩埚1发生了移动，由于电流是逐渐增大的，并且可以根据电流表11直接读取电流值，因此根据上述方程式可以近似求得G的大小。由于坩埚1的重量、限位块6的重量、隔热件7的重量和永磁体4的重量是已知的，可以求得材料剩余量。

实施例2

如图2所示，本实施例提供的检测装置与实施例1相似，其相同部分不再赘述，二者的区别在于：本实施例中，永磁体4设置在外壳12的外部，电磁铁5设置在永磁体4的上方，且电磁铁5的铁芯51与坩埚1连接，在外壳12的底壁上设置安装孔，铁芯51的一部分位于外壳12的外部，另一部分穿过安装孔通过隔热件7、限位块6与坩埚1的底部连接，考虑到外壳12内的高温环境可能会对导电线圈52造成损坏，因此将导电线圈52缠绕在铁芯51位于外壳12外部的部分上，可调电源10位于外壳12的外部，通过导线与导电线圈52的两端连接，导电线圈52与可调电源10之间设置有电流表11，读取可调电源10通向导电线圈52的实时电流。

本实施例中的检测机构可以采用红外传感器，红外传感器设置在外壳12的内壁上，当坩埚1的位置发生变化时，红外传感器与坩埚1的距离发生变化，红外传感器的信号也会发生变化，控制器在接收到红外传感器的变化信号时，控制可控电源停止增大对导线线圈的通电电流，并通过读取这个时刻的通电电流，确定坩埚1内的原料剩余量。

采用上述两个实施例中的检测装置，对坩埚内原料剩余量的检测方法，主要包括以下步骤：

获取坩埚位置变化时电磁铁的通电电流，根据电磁铁的通电电流确定坩埚内的原料剩余量。

具体的，获取坩埚位置变化是电磁铁的通电电流包括，首先获取检测机构检测到的坩埚的位置变化信号，然后根据坩埚的位置变化信号控制可控电源停止增大对电磁铁的通电电流，获取此时的电磁铁的通电电流，就是坩埚位置变化时的电磁铁的通电电流。

根据电磁铁的通电电流确定坩埚内的原料剩余量包括，导电线圈在磁场中的受力关系式：

F＝NBIL

式中：F是线圈受力，B为永磁场强度，N为导电线圈的匝数；I为导电线圈的通电电流，单位为A；L为一圈线圈长度，L≈πd，其中d为一匝导电线圈的直径。

F＝NBIπd

导电线圈与永磁体之间的力是一对反作用力，随着I增大，导电线圈受到永磁体的作用力F逐渐增大，当F逐渐增加至与坩埚(包含坩埚、原料、限位块、隔热件和永磁体)重量G大小相等；

G＝F＝NBIL

即：I＝G/NBπd

坩埚整体上移，对射传感器检测到坩埚发生了移动，由于电流是逐渐增大的，并且可以根据电流表直接读取电流值，因此根据上述方程式可以近似求得G的大小。由于坩埚的重量、限位块的重量、隔热件的重量和永磁体的重量是已知的，可以求得材料剩余量。

综上所述，本发明实施例提供的坩埚内原料剩余量的检测装置和检测方法，采用可调电源对电磁铁通电，在检测过程中，连续增大可调电源对电磁铁的通电电流，通电电流影响电磁铁在磁场中的受力，通电电流，电磁铁在磁场中的受力越大，由于电磁铁收到的磁力和永磁体收到的磁力是一对相互作用力，当通电电流大到一定程度时，电磁铁、坩埚和原料受到的重力和磁力相互平衡，可以将坩埚带着永磁体向上推起，此时检测机构可以检测到坩埚的位置变化，当控制器接收到坩埚的位置变化信号，立即控制可调电源停止增大通电电流，记录坩埚位置变化时的通电电流，根据力的平衡原理，可以确定坩埚内的原料剩余量。该检测装置可以实现对坩埚内原料剩余量的实时在线检测，在检测时不用停机开盖，不影响正常的镀膜工序，且不会破坏密封设备内部已经调试好的生产环境，降低了生产成本。

可以理解地，在本发明的描述中，需要理解的是，所说的“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种坩埚内原料剩余量的检测装置，其特征在于，包括：坩埚、检测机构、永磁体、电磁铁、可调电源和控制器，

所述电磁铁和所述永磁体上下相对设置形成方向相反的磁场，且所述永磁体或所述电磁铁中的一个设置于所述外壳内与所述坩埚的底部连接；

所述可调电源与所述电磁铁电连接，用于向所述电磁铁通直流电；

所述检测机构用于检测所述坩埚的位置信号；

所述控制器与所述检测机构及所述可调电源连接，所述控制器用于根据所述坩埚位置发生变化时所述电磁铁的通电电流值确定所述坩埚内的原料剩余量。

2.根据权利要求1所述的坩埚内原料剩余量的检测装置，其特征在于，还包括电流表，所述电流表连接在所述可调电源与所述电磁铁之间，用于读取所述可调电源向所述电磁铁通电的实时电流值。

3.根据权利要求1所述的坩埚内原料剩余量的检测装置，其特征在于，还包括套设于所述坩埚外侧的外壳，所述外壳内设有隔板，所述隔板将所述外壳的内部空间分隔为上下设置的第一容置腔和第二容置腔，且所述隔板上设有连通孔，用于将所述第一容置腔和第二容置腔连通；

所述坩埚设置于所述第一容置腔内，所述永磁体或所述电磁铁中的一个设于所述第二容置腔内通过所述连通孔与所述坩埚的底部连接。

4.根据权利要求3所述的坩埚内原料剩余量的检测装置，其特征在于，还包括限位块，所述限位块为直径自上而下逐渐缩小的圆锥形，所述限位块穿过所述连通孔，且所述限位块的上端与所述坩埚的底部连接，下端与所述永磁体或电磁铁连接；

述连通孔的直径大于所述限位块的最小直径，小于所述限位块的最大直径，且所述连通孔与所述限位块的外圆周面密封连接。

5.根据权利要求4所述的坩埚内原料剩余量的检测装置，其特征在于，还包括隔热件，所述隔热件连接在所述限位块的下端与所述永磁体或电磁铁之间，且所述隔热件为栅栏结构。

6.根据权利要求1-5任一项所述的坩埚内原料剩余量的检测装置，其特征在于，还包括设置在所述第一容置腔内的加热器，所述加热器设置于所述坩埚的外侧，且与所述坩埚的外壁通过滑动机构滑动连接。

7.根据权利要求1所述的坩埚内原料剩余量的检测装置，其特征在于，所述检测机构包括对射传感器，所述对射传感器设置于所述外壳的内壁上，且所述对射传感器的发射极与接收极相对设置，所述发射极发出的光线与所述坩埚的中轴线垂直且相交。

8.一种坩埚内原料余量的检测方法，其特征在于，采用如权利要求1-7任一项所述的检测装置，具体包括，获取坩埚位置发生变化时所述电磁铁的通电电流值，根据所述电磁铁的通电电流值确定所述坩埚内的原料剩余量。

9.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于，所述获取坩埚位置变化时所述电磁铁的通电电流值包括，

控制可调电源连续增大对电磁铁的通电电流，获取检测机构检测到的坩埚的位置变化信号；

当确定所述坩埚的位置发生变化时，控制所述可控电源停止增大对电磁铁的通电电流，获取此时所述电磁铁的通电电流值。

10.根据权利要求8或9所述的检测方法，其特征在于，所述根据电磁铁的通电电流值确定所述坩埚内的原料剩余量具体包括，按照下述公式，确定坩埚及原料的总重量：

G＝F＝NBIL，其中，G为坩埚、原料以及永磁体的总重量，F为电磁铁受到的磁力，N为电磁铁中导线线圈的匝数，B为永磁体形成的磁场的磁场强度，I为电磁铁的通电电流值，L为电磁铁中一匝导线线圈的长度，L＝πd，d为一匝导线线圈的直径；

G₀＝G-G₁,其中,G₀为坩埚内的原料余料，G₁为坩埚及永磁体的总重量。

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