CN113636393A - 一种全自动微米级透明薄膜流延卷饶端面平齐控制装置 - Google Patents

一种全自动微米级透明薄膜流延卷饶端面平齐控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种全自动微米级透明薄膜流延卷饶端面平齐控制装置，包括薄膜检测装置、控制单元和卷膜执行机构，所述薄膜检测装置中并行设置有校正电容和检测电容，所述检测电容的任一极板上设置有检测基准线，校正电容的两极板之间设置有薄膜通道，所述薄膜检测装置通过所述校正电容和检测电容与所述控制单元电连接，所述控制单元与所述卷膜执行机构电连接，具有薄膜收卷平齐，可对不同厚度不同介质种类的薄膜可以连续生产的有益效果。

Description

一种全自动微米级透明薄膜流延卷饶端面平齐控制装置
技术领域
本发明属于机电控制技术领域，具体涉及一种全自动微米级透明薄膜流延卷饶端面平齐控制装置。
背景技术
薄膜电容器是脉冲电源的核心器件，储能密度较低的薄膜电容器已成为制约我国脉冲电源小型化的最大短板，严重影响了电能武器的装备进程，成为我国电能武器发展的“卡脖子”因素。流延成膜工艺是薄膜电容器制造核心工艺之一，该制备工艺中一个重要指标是薄膜收卷无爆筋、端面平齐，端面卷绕不平齐度小于1毫米。
薄膜流延设备长达十几米，设备内部有数十个各类传输辊。由于设备的跨距较长、传输辊加工精度问题、安装调试误差问题、各类传输辊同步控制误差问题、以及薄膜在烤箱中受热出现应力分布不均问题，这些诸多问题都会使流延膜收卷过程中受到不可控制力的作用而不能沿基准线均匀传送，出现随机性扰动“跑偏”现象，薄膜绕卷端面平齐才能保证下道喷金工序中各层的电接触的可靠性，一旦薄膜“跑偏”，在卷饶中会出现端面不齐，绕卷产生皱褶，“跑偏”严重时，致使整个绕卷报废，无法进入到下段工序。
此外，在工作过程中，一旦薄膜的厚度或者薄膜的材质发生变化后，必须将薄膜延流设备进行停机重新设置新的控制参数，而在流延生成过程中，一旦停机，流延材料将滞留在烘箱中过度烘烤，又会产生新的应力聚集，再次干扰纠偏控制，不仅造成较多的材料损失，而且影响生产的连续性。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种全自动微米级透明薄膜延卷饶端面平齐控制装置
具体方案如下：
一种全自动微米级透明薄膜流延卷饶端面平齐控制装置，包括薄膜检测装置、控制单元和卷膜执行机构，其中，所述薄膜检测装置中并行设置有校正电容和检测电容，所述检测电容的任一极板上设置有检测基准线，校正电容的两极板之间设置有薄膜通道，所述薄膜检测装置通过所述校正电容和检测电容与所述控制单元电连接，所述控制单元与所述卷膜执行机构电连接。
所述平齐控制装置中还包括LC校正振荡电路和LC检测振荡电路，所述薄膜检测装置通过LC校正振荡电路和LC检测振荡电路与所述控制单元电连接。
所述检测装置中还包括检测支架，所述检测支架为C型支架或U型支架，所述校正电容固定在C型支架或U型支架的开口端处，所述检测电容固定在C型支架或U型支架的闭合端处。
所述检测支架包括立柱、第一支架臂和第二支架臂，所述立柱两端固定有第一支架臂和第二支架臂，所述检测支架为一体成型结构。
所述校正电容包括校正电容上极板和校正电容下极板，所述检测电容包括检测电容上极板和检测电容下极板，所述校正电容上极板和检测电容上极板均固定在所述第一支架臂上，所述校正电容下极板和检测电容下极板均固定在所述第二支架臂上。
所述第一支架臂和第二支架臂上均设置有安装凹槽，所述安装凹槽为两组，两组安装凹槽在第一支架臂和第二支架臂上一一对应，所述校正电容和检测电容均固定在所述安装凹槽内。
所述卷膜执行机构包括卷筒、动力装置和卷筒调整机构，其中，所述卷筒两端固定在卷筒调整机构上，所述卷筒调整机构与所述动力装置转动连接。
所述动力装置包括步进电机、编码器、减速箱和主动带轮，所述步进电机的输出轴上设置有编码器，所述步进电机的输出轴还通过减速箱与所述主动带轮转动连接，所述步进电机和编码器均与所述控制单元电连接。
所述卷筒调整机构包括传动丝杆和从动带轮，所述主动带轮上设置有传动带，所述主动带轮通过所述传动带与所述从动带轮转动连接，所述从动带轮与所述传动丝杠转动连接，所述传动丝杠包括丝杠和滑块，所述从动带轮与所述丝杠转动连接，所述丝杠与滑块螺纹连接，所述滑块上固定设置有卷筒支架，所述卷筒支架与所述卷筒固定连接。
所述控制单元为控制器，所述控制器为单片机或PLC。
本发明公开了一种全自动微米级透明薄膜延卷饶端面平齐控制装置，所述平齐控制装置包括薄膜检测装置、控制单元和卷膜执行机构，所述薄膜检测装置中采用检测电容来对薄膜边缘进行检测，控制器单元LC检测振荡电路来判断所述薄膜是否跑偏，并根据LC检测振荡检测电路频率的变化量来调整卷膜执行机构进行纠偏，所述薄膜检测装置中还设置有校正电容来对薄膜的厚度和不同介质的薄膜进行检测，以适应不同厚度不同介质种类的薄膜可以连续生产，所述控制单元通过LC校正振荡电路来判断所述薄膜的厚度或薄膜的介质是否发生改变，在发生改变时，所述控制单元进行控制参数的调整，来适应不同厚度和不同介质种类薄膜连续生成，具有薄膜收卷平齐，可对不同厚度不同介质种类的薄膜可以连续生产的有益效果。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图。
图2是检测装置的结构示意图。
图3是检测装置内流通有薄膜时的结构示意图。
图4是卷膜执行机构的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施，而不是全部的实施，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图3所示，一种全自动微米级透明薄膜流延卷饶端面平齐控制装置，包括薄膜检测装置1、控制单元2和卷膜执行机构3，其中，所述薄膜检测装置1中并行设置有校正电容8和检测电容9，所述检测电容9的任一极板上设置有检测基准线12，校正电容8的两极板之间设置有薄膜通道，所述薄膜检测装置1通过所述校正电容8和检测电容9与所述控制单元2电连接，所述控制单元2与所述卷膜执行机构3电连接。
所述的端面平齐控制装置工作原理为，所述薄膜检测装置1采用电容式原理对薄膜边缘进行检测，判断是否需要进行纠偏动作，当薄膜边缘偏离设定位置时，控制器控制执行机构动作，引导薄膜向设定位置移动，达到端面平齐的控制。对本领域技术人员来说，电容值的计算公式为
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中，C是在某一具体频率下的电容；
d是电容两极板间厚度；
ε0是真空介电常数；
εr是电容两极板间的相对介电常数；
εr是电容两极板间的有效电极面积。
当极板间薄膜的种类及厚度发生改变时，即εr发生变化，电容量C发生变化。
当薄膜在极板间的相对位置发生变化式，A发生变化，电容量C也发生变化。
在本实施例中，所述薄膜15通过薄膜通道贯穿在校正电容8和检测电容9的两极板之间，优选地，所述薄膜15的边缘与所述检测基准线12平齐。所述检测基准线12优选设置在检测电容9上中的任一极板的中间位置处。
在校正电容8和检测电容9固定后，则校正电容8两极板间的厚度和检测电容9两极板间的厚度d是固定不变的，ε0是真空介电常数为一固定值。
在正常工作情况下，由于校正电容8的两极板间和检测电容9两极板间的薄膜15是相同的，所以校正电容8和检测电容9两极板间的相对介电常数εr和电容两极板间的有效面积εr均不会发生改变，此时校正电容8和检测电容9的电容值不会发生改变。
在薄膜15传送过程中，若薄膜15的边缘线与检测电容9上设置的检测基准线12不能平齐时，则会使得检测电容9两极板间的有效电极面积发生改变，从而最终使得检测电容9的电容值发生改变。此外，若在传送过程中，若薄膜15的材质发生了改变，则相当于电容两极板间的相对介电常数发生改变，此时，校正电容8和检测电容9的电容值均会发生改变。
为了能够灵敏地获取校正电容8和检测电容9的变化量，所述平齐控制装置中还包括LC校正振荡电路和LC检测振荡电路，所述薄膜检测装置1通过LC校正振荡电路和LC检测振荡电路与所述控制单元2电连接。对本领域技术人员来说，LC振荡电路中，振荡频率f与电容C相关，电感L设计为一个精确的稳定值，由LC振荡电路的频率计算公式
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，可知，在电容C发生微小的容值变化时，振荡频率f则会发生较大的变化值。所以，在本实施例中，所述控制单元2通过采集LC检测振荡电路的振荡频率值和LC校正振荡电路的振荡频率值来判断薄膜15是否跑偏，或者薄膜15的厚度、薄膜15的材质是否发生了改变。
优选地，流延薄膜边缘位于基准线12时，此时，设定控制单元2检测振荡的中心频率为f0，当流延薄膜边缘偏离基准线12时，检测电容9的额容值发生变化，LC检测振荡电路的振荡频率f随之改变，薄膜偏离方向不同，检测电容9的容值变化量也不同，同时，LC检测振荡电路的振荡频率频率改变量Δf=f0-f也不同，控制单元2根据检测振荡频率的大小变化，确定卷膜执行机构3的动作方向，从而达到纠正跑偏的目的。
而且，在本实施例中，为适应不同厚度不同介质种类薄膜的连续生产，设置一个校正电容8，并搭建了与校正电容8相配合的LC校正振荡电路。优选地，所述校正电容8的原始容值C10，所述的原始容值C10是在校正电容8的极板间没有薄膜介质时的电容值，根据LC校正振荡电路计算公式可以得到与原始容值相匹配的原始振荡频率f10。
在工作时，薄膜介质会完全覆盖校正电容8的两极板。得到一个同步流延薄膜材料的电容值C11，从而得到薄膜材料的振荡频率f11，在薄膜的厚度和材质发生改变时，所述LC校正振荡电路的频率也会发生改变，从而使得所述控制单元2进行控制参数的调整，来适应不同厚度和不同介质种类薄膜连续生成。
所述检测装置中还包括检测支架，所述检测支架为C型支架或U型支架，所述校正电容8固定在C型支架或U型支架的开口端处，所述检测电容9固定在C型支架或U型支架的闭合端处。所述校正电容8设置在C型支架或U型支架的开口端处用于检测薄膜的材质和厚度，所述检测电容9设置在C型支架或U型支架的闭合端处，用于检测所述薄膜的边缘是否偏离所述基准线12。
所述检测支架包括立柱14、第一支架臂4和第二支架臂13，所述立柱14两端固定有第一支架臂4和第二支架臂13，所述检测支架为一体成型结构。
所述校正电容8包括校正电容上极板6和校正电容下极板7，所述检测电容9包括检测电容上极板11和检测电容下极板10，所述校正电容上极板6和检测电容上极板11均固定在所述第一支架臂4上，所述校正电容下极板7和检测电容下极板10均固定在所述第二支架臂13上。所述校正电容上极板6和校正电容下极板7之间，以及检测电容上极板11和检测电容下极板10之间行成了薄膜15传送的薄膜通道。
所述第一支架臂4和第二支架臂13上均设置有安装凹槽5，所述安装凹槽5为两组，两组安装凹槽5在第一支架臂4和第二支架臂13上一一对应，所述校正电容8和检测电容9均固定在所述安装凹槽5内。
所述卷膜执行机构3包括卷筒23、动力装置和卷筒23调整机构，其中，所述卷筒23两端固定在卷筒23调整机构上，所述卷筒23调整机构与所述动力装置转动连接。
所述动力装置包括步进电机16、编码器、减速箱和主动带轮17，所述步进电机16的输出轴上设置有编码器，所述步进电机16的输出轴还通过减速箱与所述主动带轮17转动连接，所述步进电机16和编码器均与所述控制单元2电连接。
在本实施例中，所述控制单元2采集LC校正振荡电路的振荡频率值和LC检测振荡电路的振荡频率值，所述控制单元2根据所述振荡频率值来解算出薄膜端面的偏离基准线12的偏移量，并根据所述偏移量来对所述卷膜执行机构3进行相应的调节控制，所述控制单元2采用PID调节控制的方式来对所述卷膜执行机构3进行调节控制。
优选地，所述控制单元2驱动所述步进电机16转动，所述步进电机16的转动量可以根据编码器再次反馈至控制单元2中，这样控制单元2可以对所述步进电机进行精确调节，进一步保证了薄膜卷饶端面的平齐。
所述卷筒23调整机构包括传动丝杆和从动带轮19，所述主动带轮17上设置有传动带18，所述主动带轮17通过所述传动带18与所述从动带轮19转动连接，所述从动带轮19与所述传动丝杠20转动连接，所述传动丝杠20包括丝杠20和滑块21，所述从动带轮19与所述丝杠20转动连接，所述丝杠20与滑块21螺纹连接，所述滑块21上固定设置有卷筒支架22，所述卷筒支架22与所述卷筒23固定连接。
所述步进电机16的转动量通过减速箱传输到主动带轮17上，所述主动带轮17转动，并通过所述传动带18带动所述从动带轮19转动，所述从动带轮19带动所述丝杠20转动，所述丝杠20驱动所述滑块21在丝杠20上滑动，所述滑块21滑动过程中通过卷筒支架22来对卷筒23两端的角度进行调节，最终达到纠偏的效果。
所述控制单元2为控制器，所述控制器为单片机或PLC。
本发明公开了一种全自动微米级透明薄膜延卷饶端面平齐控制装置，所述平齐控制装置包括薄膜检测装置、控制单元和卷膜执行机构，所述薄膜检测装置中采用检测电容来对薄膜边缘进行检测，控制器单元LC检测振荡电路来判断所述薄膜是否跑偏，并根据LC检测振荡检测电路频率的变化量来调整卷膜执行机构进行纠偏，所述薄膜检测装置中还设置有校正电容来对薄膜的厚度和不同介质的薄膜进行检测，以适应不同厚度不同介质种类的薄膜可以连续生产，所述控制单元通过LC校正振荡电路来判断所述薄膜的厚度或薄膜的介质是否发生改变，在发生改变时，所述控制单元进行控制参数的调整，来适应不同厚度和不同介质种类薄膜连续生成，具有薄膜收卷平齐，可对不同厚度不同介质种类的薄膜可以连续生产的有益效果。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种全自动微米级透明薄膜流延卷饶端面平齐控制装置，其特征在于：包括薄膜检测装置（1）、控制单元（2）和卷膜执行机构（3），其中，所述薄膜检测装置（1）中并行设置有校正电容（8）和检测电容（9），所述检测电容（9）的任一极板上设置有检测基准线（12），校正电容（8）的两极板之间设置有薄膜通道，所述薄膜检测装置（1）通过所述校正电容（8）和检测电容（9）与所述控制单元（2）电连接，所述控制单元（2）与所述卷膜执行机构（3）电连接。
2.根据权利要求1所述的全自动微米级透明薄膜流延卷饶端面平齐控制装置，其特征在于：所述平齐控制装置中还包括LC校正振荡电路和LC检测振荡电路，所述薄膜检测装置（1）通过LC校正振荡电路和LC检测振荡电路与所述控制单元（2）电连接。
3.根据权利要求2所述的全自动微米级透明薄膜流延卷饶端面平齐控制装置，其特征在于：所述检测装置中还包括检测支架，所述检测支架为C型支架或U型支架，所述校正电容（8）固定在C型支架或U型支架的开口端处，所述检测电容（9）固定在C型支架或U型支架的闭合端处。
4.根据权利要求3所述的全自动微米级透明薄膜流延卷饶端面平齐控制装置，其特征在于：所述检测支架包括立柱（14）、第一支架臂（4）和第二支架臂（13），所述立柱（14）两端固定有第一支架臂（4）和第二支架臂（13），所述检测支架为一体成型结构。
5.根据权利要求4所述的全自动微米级透明薄膜流延卷饶端面平齐控制装置，其特征在于： 所述校正电容（8）包括校正电容上极板（6）和校正电容下极板（7），所述检测电容（9）包括检测电容上极板（11）和检测电容下极板（10），所述校正电容上极板（6）和检测电容上极板（11）均固定在所述第一支架臂（4）上，所述校正电容下极板（7）和检测电容下极板（10）均固定在所述第二支架臂（13）上。
6.根据权利要求5所述的全自动微米级透明薄膜流延卷饶端面平齐控制装置，其特征在于：所述第一支架臂（4）和第二支架臂（13）上均设置有安装凹槽（5），所述安装凹槽（5）为两组，两组安装凹槽（5）在第一支架臂（4）和第二支架臂（13）上一一对应，所述校正电容（8）和检测电容（9）均固定在所述安装凹槽（5）内。
7.根据权利要求1所述的全自动微米级透明薄膜流延卷饶端面平齐控制装置，其特征在于：所述卷膜执行机构（3）包括卷筒（23）、动力装置和卷筒（23）调整机构，其中，所述卷筒（23）两端固定在卷筒（23）调整机构上，所述卷筒（23）调整机构与所述动力装置转动连接。
8.根据权利要求7所述的全自动微米级透明薄膜流延卷饶端面平齐控制装置，其特征在于：所述动力装置包括步进电机（16）、编码器、减速箱和主动带轮（17），所述步进电机（16）的输出轴上设置有编码器，所述步进电机（16）的输出轴还通过减速箱与所述主动带轮（17）转动连接，所述步进电机（16）和编码器均与所述控制单元（2）电连接。
9.根据权利要求8所述的全自动微米级透明薄膜流延卷饶端面平齐控制装置，其特征在于：所述卷筒（23）调整机构包括传动丝杆和从动带轮（19），所述主动带轮（17）上设置有传动带（18），所述主动带轮（17）通过所述传动带（18）与所述从动带轮（19）转动连接，所述从动带轮（19）与所述传动丝杠（20）转动连接，所述传动丝杠（20）包括丝杠（20）和滑块（21），所述从动带轮（19）与所述丝杠（20）转动连接，所述丝杠（20）与滑块（21）螺纹连接，所述滑块（21）上固定设置有卷筒支架（22），所述卷筒支架（22）与所述卷筒（23）固定连接。
10.根据权利要求1所述的全自动微米级透明薄膜流延卷端面平齐控制装置，其特征在于：所述控制单元（2）为控制器，所述控制器为单片机或PLC。
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