CN113351533B - 一种刮刀控制方法及极片涂层刮除方法 - Google Patents

Abstract

一种刮刀控制方法及极片涂层刮除方法，第一电机以位置模式运行带动刮刀移动至接近位，然后以力矩模式运行带动刮刀移动使刮刀插入待刮除涂层中；采集刮刀实时压力值并和压力控制区间进行比较，实时压力值在压力控制区间内时不需要进行压力补偿，以刮刀的当前位置作为刮区起点并保存，当实时压力值不在压力控制区间内时进行压力补偿，并根据压力补偿值对力矩设定值进行更新，然后将更新后的力矩设定值作为力矩指令信号，返回执行上一步骤；刮区起点保存后第一电机以位置模式运行带动刮刀移动至刮区起点；第二电机带动刮刀从刮区起点水平移动到刮区终点，刮刀复位。本发明方法以位置模式和力矩模式相结合的控制方式实现精确、高效地控制刮刀的位置。

Description

一种刮刀控制方法及极片涂层刮除方法

技术领域

本发明属于锂电池制造技术领域，具体涉及一种用于刮除极片上涂层的刮刀控制方法以及极片涂层刮除方法。

背景技术

现有的极耳焊接工艺，一般是极片先经过涂布机整段喷涂绝缘介质后，再将极耳焊接位置处的涂层刮除，然后在刮除掉涂层的区域焊接极耳。涂层刮除比较常用的方法是用刮刀来刮除涂层，刮刀下降到极片的涂层刮除区域后，插入涂层中，保持极片不动，然后控制刮刀水平运动，刮刀水平移动时将极片上的涂层刮除。在极片涂层刮除的过程中，刮刀位置的控制十分重要，如果刮刀下得太多，容易把极片刮破，如果刮刀下不到位，涂层会有残留。为此，精确控制刮刀插入涂层的相对深度十分关键，但是刮刀插入涂层的相对深度难以直接检测，如何精确地控制刮刀的位置是亟需解决的问题。

目前电机对刮刀位置的控制方式主要是定点移动模式，也就是以位置模式控制电机带动刮刀移动，在为刮刀设置一个固定的移动距离后，每次电机都控制刮刀竖直移动到该固定位置，然后对极片上的涂层进行刮除。但是这种控制方式对刮刀和极片的精度要求很高，在刮刀无松动、无磨损，极片厚度变化小的情况下，这种控制方法可以取得较好的涂层刮除效果，但刮刀在使用过程中，难免会出现磨损、松动，或者极片厚度波动的情况，如果电机始终采用同一个位置参数来控制刮刀的位置，刮刀每次都移动到该固定位置对极片的涂层进行刮除，会导致刮刀插入极片涂层的相对深度发生较大改变，进而出现极片被刮破或涂层残留的生产不良现象。

为了解决前述控制方法存在的不足，有人提出了另一种控制方法——压力反馈闭环控制模式，在刮刀上设置压力传感器，通过检测刮刀接触到极片涂层时的压力来调整刮刀的下刀位置，当下刀的压力一致时，下刀的深度也一致。但这种控制方法是根据压力值来调整刮刀的位移量，实际应用中，难以确定闭环控制的输入量补偿值与输出量偏差值之间的关系，实施起来比较困难，控制不精准。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以精确控制刮刀位置的刮刀控制方法，以及极片涂层刮除方法。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

一种刮刀控制方法，所述刮刀用于刮除涂层，用第一电机控制刮刀沿靠近涂层或远离涂层的方向移动，用第二电机控制刮刀在刮除涂层方向上的移动，步骤如下：

S1、控制第一电机以位置模式运行，带动刮刀从第一等待位移动至接近位；

S2、控制第一电机以力矩模式运行，带动刮刀移动并使刮刀插入待刮除涂层中，当第一电机的力矩值达到力矩设定值后，第一电机停止；

S3、采集刮刀的实时压力值，并将实时压力值和压力控制区间进行比较，判断是否要进行压力补偿，当实时压力值在压力控制区间内时不需要进行压力补偿，以刮刀的当前位置作为刮区起点并保存，执行步骤S4，当实时压力值不在压力控制区间内时则进行压力补偿，并根据压力补偿值对第一电机的力矩设定值进行更新，返回执行步骤S2；

S4、控制第一电机以位置模式运行，带动刮刀移动至刮区起点；

S5、控制第二电机带动刮刀从刮区起点移动到刮区终点；

S6、控制第一电机带动刮刀移动至结束位。

进一步的，步骤S3中压力控制区间的上限值Fmax＝压力设定值+压力公差，压力控制区间的下限值Fmin＝压力设定值-压力公差。

进一步的，步骤S3中进行压力补偿时，压力补偿值＝压力设定值-实时压力值。

进一步的，步骤S3中根据压力补偿值对力矩设定值进行更新时，力矩设定值＝(压力设定值+压力补偿值)×转换系数+常量。

进一步的，刮刀设置于刀座上，第一电机控制刀座移动，通过设置于所述刀座或刮刀上的压力传感器采集刮刀的实时压力值。

进一步的，刮区起点位置保存后，对同一物件上的其他待刮除涂层进行刮除时，执行步骤S4至S6。

本发明还提供了一种极片涂层刮除方法，通过刮刀对极片上刮区内的涂层进行刮除，极片送至刮片位置后，采用前述刮刀控制方法进行涂层刮除。

进一步的，在步骤S5和S6之间至少还包括一次二次刮除步骤，二次刮除步骤如下：

S6’、控制第一电机以位置模式运行，带动刮刀移动至第二等待位；

S7’、控制第二电机带动刮刀从第二等待位移动至第三等待位；

S8’、控制第一电机以位置模式运行，带动刮刀移动到刮区第二起点；

S9’、控制第二电机带动刮刀移动到刮区第二终点；刮区起点、刮区第二起点、刮区终点以及刮区第二终点的高度一致。

进一步的，第二电机以位置模式运行。

更具体的，极片送到刮片位置后水平放置，第一电机为升降电机，控制刮刀的上下移动，第二电机为水平电机，控制刮刀的水平移动。

由以上技术方案可知，本发明结合了不同的控制模式来控制刮刀下刀位置，首先升降电机通过位置模式使刮刀快速到达刮除准备位置，然后升降电机以力矩模式精确下刀，同时结合压力闭环反馈，通过控制下刀压力/力矩，间接控制刮刀插入极片涂层的相对深度，精确的控制下刀的压力，使得控制过程变得简单、精准，提高系统的稳定性；而且结合了压力补偿的力矩模式可以精确控制下刀的力矩，规避刮刀磨损、刮刀松动、极片厚度变化等带来的影响，因每次下刀的压力一样，使得刮刀插入极片涂层的相对深度一样，防止极片刮破或涂层残留；同时后面的位置模式可以使刮刀保持同一位置不变，可以避免因刮片过程中涂层刮下后极片对刮刀的压力减小导致的变化，不会刮破极片。此外，本发明的压力补偿是和力矩设定值相关联，刮刀插入极片涂层后，实时采集刮刀对极片的压力并反馈给控制器，控制器根据压力设定值调节刮刀插入极片涂层的压力，如此形成闭环控制系统，输入量和输出量都是压力，容易确定输入量和输出量之间的关系，降低了闭环控制的难度，易于实施。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为极片涂层刮除机构的结构示意图；

图2为本发明方法的流程图；

图3为采用本发明实施例1的刮刀控制方法对极片涂层进行刮除时刮刀的移动轨迹图；

图4为采用本发明实施例2的刮刀控制方法对极片涂层进行刮除时刮刀的移动轨迹图。

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的附图会不依一般比例做局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、清晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如图1所示，极片涂层刮除机构主要包括刮刀1、刀座2、升降电机5(第一电机)、水平电机6(第二电机)以及安装架(未标号)。刮刀1安装在刀座2上，刀座2由升降电机5控制，可沿竖直方向移动，水平电机6用于控制刮刀1在水平方向上的移动(两个电机分别控制的刮刀的移动方向相互垂直)，从而将极片上的涂层刮除，极片水平放置更容易进行刮片操作。在刀座2上设置有压力传感器3，压力传感器3用于采集刮刀1压在极片4上的压力，并将采集到的实时压力值反馈给控制器(未图示)，控制器作为上位机，用于控制升降电机5和水平电机6的驱动器，从而进一步控制刮刀1的上下及水平移动。

电机作为常见的位移驱动单元，常用来控制物体的移动。目前电机驱动器对伺服电机的控制模式主要有三种，分别是位置模式、力矩模式(转矩模式)和速度模式。位置模式是电机驱动器控制电机带动物体移动设定好的距离；力矩模式是电机驱动器控制电机按设定好的力矩带动物体移动，速度模式是电机驱动器控制电机以设定的速度带动物体移动。本发明方法中，电机采用位置模式和力矩模式相结合的控制方式来带动刮刀移动，通过不同控制模式的切换实现快速、精准地控制刮刀的位置。

实施例1

下面结合图2和图3，对本实施例的刮刀控制方法进行说明。制片工艺中，当极片通过送片机构送至刮片位置后，刮刀位于极片的上方，此时刮刀处在的位置(初始位置)为第一等待位A，刮刀的控制方法步骤如下：

S1、控制器向升降电机驱动器发送位置指令，控制升降电机5以位置模式运行，通过升降电机5带动刮刀1从第一等待位A沿竖直方向移动至接近位B(接近位比第一等待位更靠近极片)，刮刀1移动到接近位B后，升降电机驱动器控制升降电机5停止，并向控制器反馈定位完成信号；第一等待位A是刮刀刮片的初始位置，也就是电机未动作时刮刀所在位置，接近位B的值根据经验设置，可以根据不同的生产需求及极片的规格、尺寸相应设置，对于同一批次、规格型号的极片，接近位可设置为同一数值，从而刮刀可以快速移动到刮除准备位置，提高涂层刮除的效率；刮刀1到达接近位时还未插入至极片涂层中；

S2、控制器向升降电机驱动器发送力矩指令，控制升降电机5以力矩模式运行，通过升降电机5带动刮刀1向下移动、插入极片的涂层中，在此过程中实时采集升降电机的力矩值，当力矩达到力矩设定值后，升降电机驱动器控制升降电机5停止，并向控制器反馈定位完成信号；

S3、通过压力传感器3采集刮刀1对极片4的压力，并将采集到的实时压力值和压力控制区间进行比较，判断是否要进行压力补偿，当实时压力值在压力控制区间内则不需要进行压力补偿，以刮刀1的当前位置作为刮区起点C并保存，执行步骤S4，当实时压力值不在压力控制区间内则需要进行压力补偿，并根据压力补偿值对升降电机的力矩设定值进行更新，然后将更新后的力矩设定值作为力矩指令信号，返回执行步骤S2；当刮区起点C的位置保存后，为了提高效率，后续对同一极片上其他刮区的涂层进行刮除或者同一刮区进行多次刮除时，驱动器也可以以刮区起点C作为位置指令信号，控制升降电机5直接带动刮刀1移动到刮区起点C，即不需再重复执行步骤S1至S3，直接从步骤S4开始，执行步骤S4至S6；

S4、控制器向升降电机驱动器发送位置指令，控制升降电机5以位置模式运行，通过升降电机5带动刮刀移动至刮区起点C(该操作可使升降电机5保持当前位置不变)，刮刀1移动到刮区起点C后，升降电机驱动器控制升降电机5停止，并向控制器反馈定位完成信号，此时刮刀下刀完成；

S5、控制器向水平电机驱动器发送位置指令，控制水平电机6以位置模式运行，通过水平电机6带动刮刀1水平移动，对极片上的涂层进行刮除，刮刀1从刮区起点C移动到刮区终点D后(移动距离为L3，L3也为刮区长度)，水平电机驱动器控制水平电机6停止，并向控制器反馈定位完成信号；刮区起点C和刮区终点D的高度一致，刮区长度根据产品生产需求设置；

S6、控制器向升降电机驱动器发送位置指令，带动刮刀1移动至结束位E，完成一次涂层刮除。结束位E和第一等待位A的高度一致。

更具体的，步骤S3中压力补偿的方法如下：

压力传感器3采集到刮刀1的实时压力值F后，判断实时压力值F是否在压力控制区间范围内，压力控制区间的上限值Fmax＝压力设定值+压力公差，压力控制区间的下限值Fmin＝压力设定值-压力公差，如果实时压力值F在压力控制区间范围内则不需要进行压力补偿，如果实时压力值不在压力控制区间内，则需要进行压力补偿，压力补偿值＝压力设定值-实时压力值，压力补偿值可有正负。控制器根据压力补偿值对力矩设定值进行更新，然后将更新后的力矩设定值作为力矩指令，返回执行步骤S2。

电机的力矩值和压力值之间的转换关系为：力矩值＝压力值×转换系数+常量，即对力矩设定值进行更新时，力矩设定值＝(压力设定值+压力补偿值)×转换系数+常量，转换系数和常量均为经验值，与电机的结构、刮刀的重量等参数相关，在实际应用中一般有两种方法来确定，一种是计算法，计算法是基于物理规律，根据电机的传动比、刮刀重量及摩擦力计算得出，但这种方法的计算过程繁琐、精度不高；另一种方法是实验法(标定法)，通过相关联的两组数据拟合方程，然后根据得到的方程来确定转换系数和常量，例如预设一组电机力矩值，基于预设的电机力矩值控制刮刀插入涂层中，并采集和各力矩值对应的压力值，然后将力矩值及其相对应的压力值进行回归分析，得到回归直线方程，进而可以根据回归直线方程确定转换系数和常量，实验法是比较常规的确定参数的手段，不是本发明的创新点，此处不再赘叙。力矩设定值(初始值)、压力设定值、压力公差、刮区长度等均是基于经验值确定的变量，根据生产实际情况及产品要求相应设定。

实施例2

在实际生产过程中，可能会存在一次刮片无法将极片上的涂层完全清除干净的情况，因此刮刀可以在刮区进行多次刮片的动作。下面结合图4，对要进行多次刮片的极片涂层刮除方法进行说明。多次刮片时刮刀的下刀控制过程和一次刮片时刮刀的下刀控制过程相同，即步骤S1至S4相同。本实施例的极片涂层刮除方法包括以下步骤：极片通过送片机构送至刮片位置，刮刀位于极片的上方，此时刮刀处在的位置为第一等待位A；

S1、控制器向升降电机驱动器发送位置指令，控制升降电机以位置模式运行，通过升降电机带动刮刀从第一等待位A移动至接近位B，刮刀移动到接近位B后，升降电机驱动器控制升降电机停止，并向控制器反馈定位完成信号；

S2、控制器向升降电机驱动器发送力矩指令，控制升降电机以力矩模式运行，通过升降电机带动刮刀向下移动、插入极片的涂层中，在此过程中实时采集电机的力矩值，当力矩达到力矩设定值后，升降电机驱动器控制升降电机停止，并向控制器反馈定位完成信号；

S3、通过压力传感器采集刮刀对极片的压力，并将采集到的实时压力值和压力控制区间进行比较，判断是否要进行压力补偿，如果不需要进行压力补偿，则以刮刀的当前位置作为刮区第一起点C’(对应于实施例1中的刮区起点C)并保存，后续对同一极片上其他刮区的涂层进行刮除时，驱动器也会以刮区第一起点C’作为位置指令信号，用于控制升降电机直接带动刮刀移动到刮区第一起点C’，如果需要进行压力补偿，则根据压力补偿值对力矩设定值进行更新，然后将更新后的力矩设定值作为力矩指令，返回执行步骤S2；

S4、控制器向升降电机驱动器发送位置指令，控制升降电机以位置模式运行，通过升降电机带动刮刀移动至刮区第一起点C’，刮刀移动到刮区第一起点C’后，升降电机驱动器控制升降电机停止，并向控制器反馈定位完成信号，刮刀下刀完成；

S5、控制器向水平电机驱动器发送位置指令，控制水平电机以位置模式运行，通过水平电机带动刮刀水平移动，刮刀从刮区第一起点C’移动到刮区第一终点D’(对应于实施例1中的刮区终点D)后(移动距离为L2，L2＜L3)，水平电机驱动器控制水平电机停止，并向控制器反馈定位完成信号，对极片上的涂层进行第一次刮除；

S6’、控制器向升降电机驱动器发送位置指令，控制升降电机以位置模式运行，带动刮刀从刮区第一终点D’向上移动至第二等待位A2，然后升降电机停止，并向控制器反馈定位完成信号；

S7’、控制器给水平电机驱动器发送位置指令，控制水平电机以位置模式运行，带动刮刀从第二等待位A2水平移动至第三等待位A3(移动距离为L4，L4＝L3-L2)，然后水平电机停止，并向控制器反馈定位完成信号；

S8’、控制器向升降电机驱动器发送位置指令，控制升降电机以位置模式运行，带动刮刀向下移动到刮区第二起点F，然后升降电机停止，向控制器反馈定位完成信号；

S9’、控制器向水平电机驱动器发送位置指令，控制水平电机以位置模式运行，带动刮刀水平移动到刮区第二终点G(移动距离为L5，L5＝L3-L2+L1)，然后水平电机停止，向控制器反馈定位完成信号；

S10、控制器向升降电机驱动器发送复位指令，刮刀移动至结束位E，完成涂层刮涂。为了便于看清刮区第一起点C’、刮区第二起点F、刮区第一终点D’以及刮区第二终点G的位置，图4中刮区第一起点C’、刮区第二起点F、刮区第一终点D’以及刮区第二终点G采用在高度方向上错开的方式来显示，但刮区第一起点C’、刮区第二起点F、刮区第一终点D’以及刮区第二终点G的高度是一致的。

一般情况下，采用两次刮片基本能将极片上的涂层清除干净，但也可以对极片进行2次以上的刮片，当要多次刮片时，只需要在实施例2的基础上执行到步骤S9后，再返回重复执行步骤S5到S9’即可。本发明的刮刀控制方法可在不同控制模式之间切换任意频次，包括但不限于位置模式+力矩模式+位置模式，可以根据生产需求相应设置。在以上描述中，以刮刀远离或靠近极片的方向来定义上下方向，以刮刀刮除极片上涂层时的移动方向来定义水平方向(刮除涂层的方向平行于涂层表面)，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，上下并非限定于只能沿竖直方向移动，水平也并非限定于只能沿水平方向移动，因此不能理解为对本发明的限制。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (10)

1.一种刮刀控制方法，所述刮刀用于刮除涂层，用第一电机控制刮刀沿靠近涂层或远离涂层的方向移动，用第二电机控制刮刀在刮除涂层方向上的移动，其特征在于，步骤如下：

S1、控制第一电机以位置模式运行，带动刮刀从第一等待位移动至接近位；

S2、控制第一电机以力矩模式运行，带动刮刀移动并使刮刀插入待刮除涂层中，当第一电机的力矩值达到力矩设定值后，第一电机停止；

S3、采集刮刀的实时压力值，并将实时压力值和压力控制区间进行比较，判断是否要进行压力补偿，当实时压力值在压力控制区间内时不需要进行压力补偿，以刮刀的当前位置作为刮区起点并保存，执行步骤S4，当实时压力值不在压力控制区间内时则进行压力补偿，并根据压力补偿值对第一电机的力矩设定值进行更新，返回执行步骤S2；所述实时压力值为实时采集到的刮刀压在极片上的压力值；

S4、控制第一电机以位置模式运行，带动刮刀移动至刮区起点；

S5、控制第二电机带动刮刀从刮区起点移动到刮区终点；

S6、控制第一电机带动刮刀移动至结束位。

2.如权利要求1所述的刮刀控制方法，其特征在于：步骤S3中压力控制区间的上限值Fmax＝压力设定值+压力公差，压力控制区间的下限值Fmin＝压力设定值-压力公差。

3.如权利要求1或2所述的刮刀控制方法，其特征在于：步骤S3中进行压力补偿时，压力补偿值＝压力设定值-实时压力值。

4.如权利要求3所述的刮刀控制方法，其特征在于：步骤S3中根据压力补偿值对力矩设定值进行更新时，力矩设定值＝(压力设定值+压力补偿值)×转换系数+常量。

5.如权利要求1所述的刮刀控制方法，其特征在于：刮刀设置于刀座上，第一电机控制刀座移动，通过设置于所述刀座或刮刀上的压力传感器采集刮刀的实时压力值。

6.如权利要求1所述的刮刀控制方法，其特征在于：刮区起点位置保存后，对同一物件上的其他待刮除涂层进行刮除时，执行步骤S4至S6。

7.极片涂层刮除方法，通过刮刀对极片上刮区内的涂层进行刮除，其特征在于：极片送至刮片位置后，采用如权利要求1至6任一项所述的刮刀控制方法进行涂层刮除。

8.如权利要求7所述的极片涂层刮除方法，其特征在于：在步骤S5和S6之间至少还包括一次二次刮除步骤，二次刮除步骤如下：

S6’、控制第一电机以位置模式运行，带动刮刀移动至第二等待位；

S7’、控制第二电机带动刮刀从第二等待位移动至第三等待位；

S8’、控制第一电机以位置模式运行，带动刮刀移动到刮区第二起点；

S9’、控制第二电机带动刮刀移动到刮区第二终点；刮区起点、刮区第二起点、刮区终点以及刮区第二终点的高度一致。

9.如权利要求7所述的极片涂层刮除方法，其特征在于：第二电机以位置模式运行。

10.如权利要求7所述的极片涂层刮除方法，其特征在于：极片送到刮片位置后水平放置，第一电机为升降电机，控制刮刀的上下移动，第二电机为水平电机，控制刮刀的水平移动。

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