CN115479542A - 一种多台面密度仪同点扫描偏差检测及自动纠正的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多台面密度仪同点扫描偏差检测及自动纠正的方法，所述方法包括以下步骤：（1）对需涂层的薄片对象设置横向记号；（2）当横向记号经过位于前部的1号面密度仪时，记录1号面密度仪探头在横向上的位置和运动方向，位于1号面密度仪之后的2号面密度仪在同一时刻开始起算横向记号到达2号面密度仪探头的时间；（3）当横向记号到达2号面密度仪时，记录2号面密度仪探头在横向上的位置和运动方向，计算补偿值；（4）2号面密度仪按照所述补偿值控制2号面密度仪的驱动探头的伺服驱动电机运行。本发明可以用较少的人力和物料资源对锂电极片涂布产线上的多架面密度仪系统进行探头同点扫描偏差的检测及自动纠正。

Description

一种多台面密度仪同点扫描偏差检测及自动纠正的方法
技术领域
本发明涉及面密度仪的同点扫描偏差检测及自动纠正的方法。尤其涉及，新能源锂电生产行业，在锂电池极片涂布生产环节用于极片面密度在线检测设备（面密度仪）多架同点扫描偏差的检测及自动纠正，以达到整个涂布产线上所有的面密度仪的检测传感探头扫描的轨迹重合。
背景技术
在锂电池极片涂布生产过程中需要在线面密度仪检测出极片正反两面各自的涂层面密度。如图1所示，单个涂层面密度的检测需要两台面密度仪分别在涂布模头前后分别扫描同一个检测位置，然后再根据各自检测的同点位置的数据进行计算出该位置的涂层面密度情况。前后各台面密度仪扫描位置的同点轨迹偏差直接影响到涂层面密度检测的准确性，进而影响到锂电池最终成品的产品性能。
目前行业中常用画线的方式对前后面密度仪的扫描轨迹进行补偿，即在前后面密度仪的探头上安装笔架，当探头扫过极片时，人工将马克笔插入笔架中在极片上画出线条，留下探头的扫描轨迹，然后待画线位置全部走到涂布机收卷位置后，将极片裁下来铺开用卷尺测量前后面密度仪探头扫描轨迹的画线偏差距离，再经过换算之后进行补偿。由于前后两套面密度仪及面密度仪到收卷位的走片长度达近百米，此方法通常需要多人配合完成，工作非常繁重且耗费时间，效率较低，需要有额外的场地和摊铺场地和设备，并且由于人工测量的误差也难以保证一次就补偿到位，对人工、物料资源以及时间造成极大的浪费。
发明内容
本发明的目的是提出一种全新的方法，可以用较少的人力和物料资源对锂电极片涂布产线上的多架面密度仪系统进行探头同点扫描偏差的检测及自动纠正。为此，本发明采用以下技术方案：
一种多台面密度仪同点扫描偏差检测及自动纠正的方法，所述多台面密度仪前后设置，所述面密度仪设置横向探头，所述横向垂直于连续薄片的输送方向，在横向的探头中设置光电传感器；其特征在于所述方法包括以下步骤：
（1）对需涂层的薄片对象设置横向记号；
（2）当所述横向记号经过位于前部的1号面密度仪时，记录1号面密度仪探头在横向上的位置和运动方向，位于1号面密度仪之后的2号面密度仪在同一时刻开始起算横向记号到达2号面密度仪探头的时间；
（3）当横向记号到达2号面密度仪时，记录2号面密度仪探头在横向上的位置和运动方向，计算补偿值；
（4）2号面密度仪按照所述补偿值控制2号面密度仪的驱动探头的伺服驱动电机运行。
在采用上述技术方案的基础上，本发明还可采用以下进一步的技术方案，或对这些进一步的技术方案组合使用：
所述1号面密度仪探头在横向上的位置由1号面密度仪中的伺服编码器获取，所述1号面密度仪探头的运行方向由1号面密度仪控制器根据1号面密度仪驱动探头运行的伺服电机的正转和反转得到探头；所述2号面密度仪探头在横向上的位置由2号面密度仪中的伺服编码器获取，所述2号面密度仪的探头的运行方向由2号面密度仪控制器根据2号面密度仪伺服电机的正转和反转得到。
步骤（3）中，按以下方法计算补偿值：
第一种，1号面密度仪探头和2号面密度仪探头检测到颜色标记带201时，1号面密度仪探头和2号面密度仪探头运行同方向时，同点延时为
L+(X2-X1)v2/v1 （1）
第二种，1号面密度仪探头和2号面密度仪探头检测到颜色标记带201时，1号面密度仪探头正处于反向运行，2号面密度仪探头处于正向运行，同点延时为
L+[(X-X1)×v2/v1+(X-X2)v2/v1] （2）
第三种，1号面密度仪探头和2号面密度仪探头检测到颜色标记带201时，1号面密度仪探头正处于正向运行，2号面密度仪探头处于反向运行，同点延时为
L+(X1×v2/v1+X2×v2/v1) （3）
其中：
L为1号面密度仪探头到2号面密度仪探头之间的走带距离；
X1为1号面密度仪光电传感器检测到横向标记时，探头距离膜边的宽度；
X2为2号面密度仪光电传感器检测到横向标记时，探头距离膜边的宽度；
∠θ为面密度仪探头运行的轨迹线同走带垂直方向的夹角；
X：为整个薄片的宽度。
所述2号面密度仪控制器与薄片输送系统的走带编码器信号连接，2号面密度仪控制器根据所述走带编码器的计数计算横向记号从1号面密度仪探头到达2号面密度仪探头的时间。
所述1号面密度仪控制器将获得的1号面密度仪探头的横向位置和运行方向发送给1号面密度仪和2号面密度仪的上位机；上位机将1号面密度仪的探头的横向位置和运行方向下发给2号面密度仪控制器，由2号面密度仪控制器计算补偿值。
所述横向记号为贯穿所述薄片宽度的有颜色的标记带。
所述连续薄片为纸张或电池极片。
所述探头中设置的光电传感器为探头中设置的膜边光电传感器。
综上，本方法在实施时只需要在面密度仪系统上位机上增加一个同点纠偏的功能模块（算法模块），配合探头上的光电传感器和产线走带编码器，再通过控制器内部预设算法模块自动计算出偏差，然后自动对多架密度仪系统进行对应的纠正调整，实现多架面密度仪探头同点扫描的准确性。
本方法通过面密度仪上的传感器识别出标记区域位置，上位机通过算法计算，可直接检测出同点扫描偏差，并求出对应的偏差补偿系数，上位机可对偏差进行报警监控，同时也可将纠正参数下发到2号面密度系统控制器，调整2号面密度仪伺服电机的启动时间，以此达到1号面密度仪和2号面密度仪的探头扫描轨迹重合，且整个测试过程步骤简单，耗时短，相较于传统的画线测量修正方式，不再需要裁剪和退卷极片，不需要人工摊铺测量，且可随时在线实时进行，可大大缩减时间成本、人力成本和产品报废量，提升同点精准性。
附图说明
图1为面密度仪测量极片涂层面密度的布局示意图。
图2为面密度检测的架构示意图。
图3为面密度仪检测系统结构示意图。
图4为产线上面密度仪的实际布局示意图。
图5为在极片基材上设置标记的示意图。
图6为在第一种情况时的参数说明示意图。
图7为在第二种情况时的参数说明示意图。
图8为在第三种情况时的参数说明示意图。
图9为在第四种情况时的参数说明示意图。
图10为在第五种情况时的参数说明示意图。
图11为在第六种情况时的参数说明示意图。
图12为在第七种情况时的参数说明示意图。
图13为在第八种情况时的参数说明示意图。
具体实施方式
本方法同点扫描偏差检测及自动纠正方法需要用到面密度仪设备上的伺服电机编码信号、探头上的光电传感器信号以及极片走带方向上的走带编码器信号。通过伺服编码器反馈面密度仪扫描行程内的相对位置，光电传感器可以反馈极片上的色差变化，走带编码器用于实时记录极片走过的长度。
每台面密度仪主要由伺服电机，射线传感器探头，面密度仪控制器，光电传感器以及结构主体组成，多台面密度仪控制系统可通过以太网互相通讯，且共同连接到同一个上位机，架构如图2所示。
各模块的作用：
（1）、1号伺服编码器：1号面密度仪设备探头运行行程内的位置反馈。
（2）、1号光电传感器：设于1号面密度仪探头中，检测极片上颜色的变化，以检测涂层的两侧边界。
（3）、1号面密度仪度控制器：用于控制1号面密度仪探头的运行。
（4）、走带编码器：实时记录极片走过的长度，并准换成点数。
（5）、2号伺服编码器：2号面密度仪设备探头运行行程内的位置反馈。
（6）、2号光电传感器：设于2号面密度仪探头中，检测极片上颜色的变化。
（7）、2号面密度仪控制器：用于控制2号面密度仪探头的运行。
（8）、上位机：用于1号面密度仪和2号面密度仪的检测数据收集处理，以及执行功能时候的指令下发。
其中，如图1所示，1号面密度仪和2号面密度仪泛指前后两台相邻的面密度仪，1号面密度仪位于2号面密度仪的上游。本发明的方法，不需要裁剪和退卷极片，不需要人工摊铺测量，可以直接根据以上的现有架构进行扫描变成检测和自动纠正。
本发明中，在1号面密度仪之前，先在极片上做一横向的记号，优选为横向的线条，更优选地，为沿横向的一条横贯极片宽度的线，目的是等它走到面密度仪下面的时候，在任何可能出现的任何位置能被传感器检测到这个横线标记，本发明中成为标记带201。如图5所示，极片上颜色标记方式如下：所述记号为极片基材200上垂直于走带方向的黑色标记201。
面密度仪探头在垂直于走带方向的横向上往复运行时候，通过伺服编码器实时反馈探头的当前位置，走带编码器实时记录极片走带长度，并将长度传换成脉冲点数，将之发送给2号面密度仪控制器。1号光电传感器检测到极片上的色差变化（检测到记号），1号面密度仪控制器记录1号光电传感器色差触发时的1号伺服编码器位置，同时将此位置和探头运行方向标志发送给2号面密度仪控制器，其中，控制器根据伺服电机的正转和反转得到探头运行方向；2号面密度仪控制器立即记录1号光电传感器色差触发时2号伺服编码器位置。2号面密度仪控制器接受到1号面密度控制器发送的探头位置和方向标志后，开始记录走带编码器的脉冲值，直到2号光电传感器测到极片上的色差变化（检测到记号），根据记录到的走带编码的脉冲数，以及2号伺服编码器位置，根据控制器内部算法计算出同点扫描偏差和同点修正值，将计算结果记作延迟时间，然后将计算结果上发到上位机记录。完成同点偏差检测和修正后，2号面密度仪探头在下一轮即开始同点扫描功能。此时2号面密度仪探头同1号面密度仪探头扫描轨迹重合。
需要说明的是，上述标记带201除了可以是在涂层运行之前画上或通过涂布头进行涂层时形成的标记之外，由于本发明在检测时不需要裁剪和退卷极片，不需要人工摊铺测量，因此，也可以是在运行时利用极片上的本身的记号或涂布头进行涂层时形成的颜色变化进行在线实时检测，也即，本方法在实际应用中可以实时检测1号面密度仪和2号面密度仪的同点扫描的偏离程度，并进行自动纠正偏差，以达到自动监控同点偏差以及自动纠正。
举例而言，比如在运行的时候，连续运行了200m，都没有出现所述的横向标记201（现场实际应用中，模头在开机的时候涂出来的浆料的头部就可以作为一个标记），然后在200m之后然后来了一个标记，然后这个标记过来的时候就可以进行一个自动调整，因为1号面密度仪和二号面密度仪距离小于200m，说明在这200m之内是不可能出现标记错位的情况。
如图3所示，每台面密度仪检测系统结构主要配置从左到右依次如下：
（1）、负限位保护开关，
（2）、0位光电开关，
（3）、面密度光电传感器，
（4）、结束位光电开关，
（5）、正限位保护开关。
其中，0位和结束位的光电开关用于控制伺服电机的正反工作。
现场实际应用中，面密度仪的探头始终在走带极片上扫描，探头从0位向结束位方向运行记作正行，反之记作反行。且面密度仪控制器能通过光电传感器能识别出检测极片上的颜色标记点（记号201），并通过伺服编码器判断出面密度仪探头当前的横向位置。
产线上面密度仪实际布局方式，如图4所示，其中，标号101为1号面密度仪，标号102为走带编码器，标号103为2号面密度仪。产线上各台面密度仪安装在不同位置，之间相隔距离较远，走带编码器102安装在极片过辊上。
在实际应用中，面密度仪探头扫描轨迹同走带极片存在如下关系，下面首先对每种情况中涉及到的信息解释说明如下，如图6所示：
（1）、1号面密度仪探头上的膜边光电，即1号光电传感器，标号为301。
（2）、2号面密度仪探头上的膜边光电，即2号光电传感器，标号为302。
（3）、1号面密度仪探头的运行轨迹及方向，标记为303。
（4）、2号面密度仪探头的运行轨迹及方向，标记为304。
L：为走带编码器记录的1号面密度仪探头到2号面密度仪探头之间的走带距离。
X1：为1号面密度仪膜边光电传感器检测到极片上标记带201时，探头距离膜边的宽度。
X2：为2号面密度仪膜边光电传感器检测到极片上标记带201时，探头距离膜边的宽度。
∠θ：为面密度仪探头运行的轨迹线同走带垂直方向的夹角。
X：为整个走带膜也即极片200的宽度。
当1号面密度仪和2号面密度仪同点扫描时，在1号面密度仪和2号面密度仪检测到标记201的颜色带时，1号面密度仪探头和2号面密度仪探头运行方向相同，且X1等于X2。现场实际应用中由于传动辊打滑和极片张力变化等都可能造成同点扫描出现不定偏差。
本方法在实际应用中可实时检测1号面密度仪和2号面密度仪的同点扫描的偏离程度，并进行自动纠正偏差，使得2号面密度仪对应偏差距离而延时或提前进行扫描以达到自动监控同点偏差以及自动纠正。
具体纠正形式分析如下：
其第一种情况，1号面密度仪和2号面密度仪检测到颜色标记带201时正处于正向运行，X1＞X2，如图6所示：
此时2号面密度仪探头运行时间相对1号面密度仪的延时为
L+(X2-X1)×v2/v1 （1）
其第二种可能情况，1号面密度仪和2号面密度仪检测到颜色标记带201时正处于正向运行，且X1＜X2，如图7所示：
此时2号面密度仪探头运行时间相对1号面密度仪的延时为
L+(X2-X1)×v2/v1 （1）
其第三种可能情况，1号面密度仪检测到颜色标记带201时正处于反向运行，2号面密度仪检测到颜色标记带201时处于正向运行，且X1＞X2，如图8所示：
此时2号面密度仪探头运行时间相对1号面密度仪的延时为
L+(X1×v2/v1+X2×v2/v1) （2）
其第四种情况，1号面密度仪检测到颜色标记带201时正处于反向运行，2号面密度仪检测到颜色标记带201时处于正向运行，且X1＜X2，如图9所示：
此时2号面密度仪探头运行时间相对1号面密度仪的延时为
L+(X1×v2/v1+X2×v2/v1) （2）
其第五种情况，1号面密度仪检测到颜色标记带时正处于反向运行，2号面密度仪检测到颜色标记带201时处于反向运行，且X1＜X2，如图10所示：
此时2号面密度仪探头运行时间相对1号面密度仪的延时为
L+(X2-X1)v2/v1 （1）
其第六种情况，1号面密度仪检测到颜色标记带201时正处于反向运行，2号面密度仪检测到颜色标记带201时处于反向运行，且X1＞X2，如图11所示：
此时2号面密度仪探头运行时间相对1号面密度仪的延时为
L+(X2-X1)v2/v1 （1）
其第七种情况，1号面密度仪检测到颜色标记带201时正处于正向运行，2号面密度仪检测到颜色标记带201时处于反向运行，且X1＞X2，如图12所示。
此时2号面密度仪探头运行时间相对1号面密度仪的延时为
L+[(X-X1)×v2/v1+(X-X2)v2/v1] （3）
其第八种情况，1号面密度仪检测到颜色标记带201时正处于正向运行，2号面密度仪检测到颜色标记带201时处于反向运行，且X1＜X2，如图13所示。
此时2号面密度仪探头运行时间相对1号面密度仪的延时为
L+[(X-X1)×v2/v1+(X-X2)v2/v1] （3）
以上八种情况可总结为以下3种情况：
第一种，1号面密度仪探头和2号面密度仪探头检测到颜色标记带201时，1号面密度仪探头和2号面密度仪探头运行同方向时，同点延时为
L+(X2-X1)v2/v1 （1）
第二种，1号面密度仪探头和2号面密度仪探头检测到颜色标记带201时，1号面密度仪探头正处于反向运行，2号面密度仪探头处于正向运行，同点延时为
L+[(X-X1)×v2/v1+(X-X2)v2/v1] （2）
第三种，1号面密度仪探头和2号面密度仪探头检测到颜色标记带201时，1号面密度仪探头正处于正向运行，2号面密度仪探头处于反向运行，同点延时为
L+(X1×v2/v1+X2×v2/v1) （3）
本方法实际应用时，可按照以下步骤操作：
步骤1、极片上做颜色标记带201，在进1号面密度仪前的走带极片上做一条垂直于走带方向的深色标记，实际操作时直接在涂布机上开启涂布，涂出来的第一条涂层即可作为标记颜色。
步骤2、启动面密度仪同点检测功能，涂布机开启走带，颜色标记带201依次经过1号面密度仪和2号面密度仪。
步骤3、1号面密度仪膜边光电检测到颜色标记带201后，1号面密度控制器立即向2号面密度控制器发送探头运行方向和X1的值，同时2号面密度仪控制器开始记录走带编码器的脉冲点数。
步骤4、2号面密度仪膜边光电检测到颜色标记带201后，控制器记录走带编码器脉冲点数，以及根据当前探头运行方向和X2的值，结合控制器内置的同点纠偏算法，计算出完整的延迟参数，并将计算结果上发到上位机进行记录显示。
步骤5、2号面密度仪控制器计算出延迟参数后，调整2号面密度仪伺服电机启动时间，在下一轮运行在进行准确的同点扫描。
以上方法也可单独设置为同点扫描校正模式，即在开启同点扫描校正是才按照完整的流程进行。非同点扫描校正模式下，面密度多架系统直接按照之前的参数进行同点扫描，此时的多架面密度同点扫描的运行流程如下：
1、涂布机启动运行，极片走带开始。
2、启动多架面密度系统。
3、1号面密度仪探头启动时，1号面密度仪控制器发送探头开始运行标志，探头运行方向标志到2面密度控制器。
4、2面密度控制器接收到信号后，将探头运行到1面密度探头的首轮运行方向上进行等待，同时记录走带编码器的脉冲数，当脉冲数到达控制器内预设的延时值后，2面密度探头立即启动运行。
以上两种为双架面密度系统举例，多架面密度同点依次类推，只需将此算法设置到对应的面密度控制器里，进行排序后便能实现多架同点扫描偏差计算和自动修正。
以上实施例仅为本发明的一种较优技术方案，本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明的原理和本质情况下可以对实施例中的技术方案或参数进行修改或者替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多台面密度仪同点扫描偏差检测及自动纠正的方法，所述多台面密度仪前后设置，所述面密度仪设置横向探头，所述横向垂直于连续薄片的输送方向，在横向的探头中设置光电传感器；其特征在于所述方法包括以下步骤：
（1）对需涂层的薄片对象设置横向记号；
（2）当所述横向记号经过位于前部的1号面密度仪时，记录1号面密度仪探头在横向上的位置和运动方向，位于1号面密度仪之后的2号面密度仪在同一时刻开始起算横向记号到达2号面密度仪探头的时间；
（3）当横向记号到达2号面密度仪时，记录2号面密度仪探头在横向上的位置和运动方向，计算补偿值；
（4）2号面密度仪按照所述补偿值控制2号面密度仪的驱动探头的伺服驱动电机运行。
2.如权利要求1所述的一种多台面密度仪同点扫描偏差检测及自动纠正的方法，其特征在于所述1号面密度仪探头在横向上的位置由1号面密度仪中的伺服编码器获取，所述1号面密度仪探头的运行方向由1号面密度仪控制器根据1号面密度仪驱动探头运行的伺服电机的正转和反转得到探头；所述2号面密度仪探头在横向上的位置由2号面密度仪中的伺服编码器获取，所述2号面密度仪的探头的运行方向由2号面密度仪控制器根据2号面密度仪伺服电机的正转和反转得到。
3.如权利要求1所述的一种多台面密度仪同点扫描偏差检测及自动纠正的方法，其特征在于步骤（3）中，按以下方法计算补偿值：
第一种，1号面密度仪探头和2号面密度仪探头检测到颜色标记带201时，1号面密度仪探头和2号面密度仪探头运行同方向时，同点延时为
L+(X2-X1)v2/v1 （1）
第二种，1号面密度仪探头和2号面密度仪探头检测到颜色标记带201时，1号面密度仪探头正处于反向运行，2号面密度仪探头处于正向运行，同点延时为
L+[(X-X1)×v2/v1+(X-X2)v2/v1] （2）
第三种，1号面密度仪探头和2号面密度仪探头检测到颜色标记带201时，1号面密度仪探头正处于正向运行，2号面密度仪探头处于反向运行，同点延时为
L+(X1×v2/v1+X2×v2/v1) （3）
其中：
L为1号面密度仪探头到2号面密度仪探头之间的走带距离；
X1为1号面密度仪光电传感器检测到横向标记时，探头距离膜边的宽度；
X2为2号面密度仪光电传感器检测到横向标记时，探头距离膜边的宽度；
∠θ为面密度仪探头运行的轨迹线同走带垂直方向的夹角；
X：为整个薄片的宽度。
4.如权利要求1所述的一种多台面密度仪同点扫描偏差检测及自动纠正的方法，其特征在于所述2号面密度仪控制器与薄片输送系统的走带编码器信号连接，2号面密度仪控制器根据所述走带编码器的计数计算横向记号从1号面密度仪探头到达2号面密度仪探头的时间。
5.如权利要求2所述的一种多台面密度仪同点扫描偏差检测及自动纠正的方法，其特征在于所述1号面密度仪控制器将获得的1号面密度仪探头的横向位置和运行方向发送给1号面密度仪和2号面密度仪的上位机；上位机将1号面密度仪的探头的横向位置和运行方向下发给2号面密度仪控制器，由2号面密度仪控制器计算补偿值。
6.如权利要求1所述的一种多台面密度仪同点扫描偏差检测及自动纠正的方法，其特征在于所述横向记号为贯穿所述薄片宽度的有颜色的标记带。
7.如权利要求1所述的一种多台面密度仪同点扫描偏差检测及自动纠正的方法，其特征在于所述连续薄片为纸张或电池极片。
8.如权利要求1所述的一种多台面密度仪同点扫描偏差检测及自动纠正的方法，其特征在于所述探头中设置的光电传感器为探头中设置的膜边光电传感器。
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