CN210347486U - 一种膜电极缺陷在线检测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种膜电极缺陷在线检测设备，包括壳体，设置在壳体内腔底部且设置有面光源的检测台，设置在检测台上方的检测器，以及多个导向辊；所述壳体位于X向的两个侧壁上各开设有一个沿Y向延伸的开口，两个开口对称设置且高度位于检测台与检测器之间；所述导向辊用于使连续的膜电极穿过两个开口；所述检测器包括图像采集装置和激光测距仪组合，激光测距仪组合能够对膜电极整个宽度方向上的位置进行测距；检测器与上位机通信连接。该膜电极缺陷在线检测设备有助于实现生产线上的连续膜电极的在线缺陷检测。

Description

一种膜电极缺陷在线检测设备

技术领域

本实用新型涉及燃料电池检测技术领域，特别涉及一种膜电极缺陷在线检测设备。

背景技术

燃料电池能够将燃料中的化学能直接转化成电能，供给用电单元。燃料电池按照工作温度可以分为低温燃料电池、中温燃料电池和高温燃料电池。其中质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane fuel cell，简称PEMFC）是低温燃料电池的重要组成部分，其主要特点包括：清洁、效率高、能量密度大、输出功率可以根据需求进行自主调节，应用范围广等优点。PEMFC燃料电池一般包括离子交换膜、催化剂、密封、双极板、集电板、端板等主要结构，其中离子交换膜和催化剂以及密封结构组成了燃料电池中发生电化学反应的主要场所的部件——膜电极。膜电极包括结构部件包括：离子交换膜、阳极催化剂、阴极催化剂、阳极扩散层和阴极扩散层以及密封结构。

膜电极制备过程中主要流程是将催化剂材料均匀的分布到离子交换膜上面，形成催化层。催化剂材料是粉末状材料，而离子交换膜是一种几微米到几十微米甚至上百微米的薄膜材料，比较柔软，因此在催化剂涂覆、喷涂过程中容易产生褶皱、变形等变化。这种褶皱以及变形会影响膜电极在工作过程中的有效催化面积以及电池内部的均匀性，对电流密度的均一性在成一定的破坏作用，影响电流的输出稳定性，同时容易在褶皱变形处容易造成电压聚集区域引起催化剂材料的降解，最终影响燃料电池的寿命。

目前的燃料电池膜电极缺陷检测技术主要集中在对膜电极内部缺陷的检测，特别是针孔类缺陷检测。固然这种缺陷会对燃料电池性能起到致命性的伤害，但是膜电极表面的情况也会对燃料电池性能起到决定性的作用，特别是当一些褶皱、变形以及杂质颗粒等存在会对电流密度的均匀分布造成破坏性影响，最终影响到燃料电池的性能以及使用寿命。通常针对燃料电池膜电极表面缺陷检测方法主要还是通过肉眼检测，这种通过肉眼观察、评判分析MEA表面的缺陷情况的方法相对原始、并且消耗大量的人力以及时间成本，生产效率低下，并且人工检测分辨率低，容易出现漏检，误检等情况的发生。

褶皱、变形以及杂质颗粒等表面缺陷均会引起膜电极在厚度方向的尺寸变化，而一般在膜电极上面出现针孔等缺陷的同时也会伴随有厚度方向的尺寸变化，因此可通过检测膜电极厚度变化情况来实现膜电极表面以及内部缺陷的快速、准确的检测。

此外，目前的缺陷检测设备和方法通常是针对膜电极成品的，无法对在生产线上的连续带状膜电极进行在线检测，无法在第一时间发现缺陷，而如果能够实现在线检测，第一时间发现缺陷情况，可根据实际情况及时调整生产过程中的各个控制参数，有利于提高良品率。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种膜电极缺陷在线检测设备，能够有效地对生产线中的连续膜电极进行测距和图像采集，以便后续进行分析。

为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：

一种膜电极缺陷在线检测设备，包括壳体，设置在壳体内腔底部且设置有面光源的检测台，设置在检测台上方的检测器，以及多个导向辊；所述壳体位于X向的两个侧壁上各开设有一个沿Y向延伸的开口，两个开口对称设置且高度位于检测台与检测器之间；所述导向辊用于使连续的膜电极穿过两个开口；所述检测器包括图像采集装置和激光测距仪组合，激光测距仪组合能够对膜电极整个宽度方向上的位置进行测距；检测器与上位机通信连接。

所述的膜电极缺陷在线检测设备中,所述激光测距仪组合包括多个呈矩阵排列的激光测距仪，这些激光测距仪发射的光束能够覆盖膜电极的整个宽度方向的位置。

所述的膜电极缺陷在线检测设备中,所述开口与检测台之间的高度差为5cm~10cm。

所述的膜电极缺陷在线检测设备,还包括用于驱动检测器沿X、Y、Z三个方向移动的三轴移动机构。

所述的膜电极缺陷在线检测设备中,所述三轴移动机构在X、Y、Z三个方向上的移动控制精度均不大于0.02mm。

所述的膜电极缺陷在线检测设备中,所述三轴移动机构包括两根对称地设置在壳体内壁上的Y向滑槽，沿X向延伸且两端分别滑动设置在两根Y向滑槽中的X向导轨，驱动X向导轨两端同步移动的Y轴驱动组件，滑动连接在X向导轨上的滑块，驱动该滑块移动的X轴驱动组件，固定在滑块上且与检测器滑动连接的Z向滑槽，以及驱动检测器移动的Z轴驱动组件。

所述的膜电极缺陷在线检测设备中,所述X轴驱动组件包括电机Ⅰ和沿X向延伸的丝杆Ⅰ，电机Ⅰ固定在X向导轨的一端并用于驱动丝杆Ⅰ转动，所述滑块与丝杆Ⅰ螺纹传动连接。

所述的膜电极缺陷在线检测设备中,所述Y轴驱动组件包括两根分别沿Y向设置在Y向滑槽中的丝杆Ⅱ，设置在丝杆Ⅱ后端的蜗轮Ⅰ，一根与两个蜗轮Ⅰ啮合的蜗杆Ⅰ，以及用于驱动蜗杆Ⅰ转动的电机Ⅱ；所述X向导轨的两端分别与两根丝杆Ⅱ螺纹传动连接。

所述的膜电极缺陷在线检测设备中,所述Z轴驱动组件包括沿Z向设置在Z向滑槽中的丝杆Ⅲ，以及用于驱动丝杆Ⅲ转动的电机Ⅲ；所述检测器与丝杆Ⅲ螺纹传动连接。

有益效果：

本实用新型提供的一种膜电极缺陷在线检测设备，通过导向辊使生产线上的连续膜电极从检测台与检测器之间穿过，通过图像采集装置和激光测距仪组合采集膜电极的图像和距离信息发送至上位机进行分析，由上位机通过距离变化情况可快速、准确地发现具有缺陷的位置，再对该位置的图像进行图像分析，从而可快速确认缺陷类型。可见，该膜电极缺陷在线检测设备有助于实现生产线上的连续膜电极的在线缺陷检测。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种膜电极缺陷在线检测设备的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

下文的公开提供的实施方式或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

为了便于描述，本文中规定，检测台2的长度方向为X向，检测台2的宽度方向为Y向，垂直于X向和Y向的方向为Z向。

请参阅图1，本实用新型提供的一种膜电极缺陷在线检测设备，包括壳体1，设置在壳体内腔底部且设置有面光源的检测台2，设置在检测台上方的检测器3，以及多个导向辊4；所述壳体1位于X向的两个侧壁上各开设有一个沿Y向延伸的开口1.1，两个开口1.1对称设置且高度位于检测台2与检测器3之间；所述导向辊4用于使连续的膜电极90穿过两个开口1.1；所述检测器3包括图像采集装置3.1和激光测距仪组合3.2，激光测距仪组合3.2能够对膜电极90整个宽度方向上的位置进行测距；检测器3与上位机通信连接。

进行在线检测时，由导向辊4使生产线上的连续膜电极90从检测台2与检测器3之间穿过，通过图像采集装置3.1和激光测距仪组合3.2采集膜电极的图像和距离信息发送至上位机进行分析，距离的变化代表膜电极在厚度方向的尺寸变化情况，而该尺寸变化情况反映了缺陷情况，因此通过距离变化情况可快速、准确地发现具有缺陷的位置，再对该位置的图像进行图像分析，从而可快速确认缺陷类型。可见，该膜电极缺陷在线检测设备有助于实现生产线上的连续膜电极的在线缺陷检测，其使用有利于第一时间发现缺陷情况，并可根据实际情况及时调整生产过程中的各个控制参数，有利于提高良品率。

具体的,所述激光测距仪组合3.2包括多个呈矩阵排列的激光测距仪，这些激光测距仪发射的光束能够覆盖膜电极90的整个宽度方向的位置，例如：加设膜电极90的宽度为n，每个激光测距仪的光束宽度为b，则可在宽度方向上排布n/b个激光测距仪，且相邻的激光测距仪之间的距离为b。

其中，所述激光测距仪为现有技术，可从市场上直接购买得到；所述图像采集装置3.1可采用CCD相机。

在一些实施方式中，所述检测台2的面光源包括设置在检测台2内的光源阵列（阵列排布的LED灯或其它灯）和设置在光源阵列上方的匀光板，检测台2的顶部可透光。该结构能够保证检测台2发出的背景光各处均匀，以避免由于背景光不均匀而导致检测结果错误。而设置面光源的目的在于提高采集图像的明亮度和清晰度，从而提高检测结果的准确性。

优选实施例中,所述开口1.1与检测台2之间的高度差为5cm~10cm，该范围内的检测结果的准确性较高。

进一步的，所述的膜电极缺陷在线检测设备,还包括用于驱动检测器3沿X、Y、Z三个方向移动的三轴移动机构。通过三轴移动机构可实现检测器3与膜电极90位置的对准。此外，还能实现对膜电极成品的检测，具体方法为：把膜电极成品放置在检测台2上，并令其长度方向与X向平行、其宽度方向与Y向平行，接着由三轴移动机构驱动检测器3沿X向移动完成整个膜电极成品的图像采集和距离测量，并发送至上位机进行分析。

优选的,所述三轴移动机构在X、Y、Z三个方向上的移动控制精度均不大于0.02mm，以确保位置对准精确。

所述三轴移动机构的结构多种多样，只要能够驱动检测器3沿X、Y、Z三个方向移动并达到所述移动控制精度即可，例如通过齿条传动的三轴移动机构、通过同步带传动的三轴移动机构、通过丝杆传动的三轴移动机构等。

下面以丝杆传动的三轴移动机构为例进行说明:

所述三轴移动机构包括两根对称地设置在壳体1内壁上的Y向滑槽5，沿X向延伸且两端分别滑动设置在两根Y向滑槽中的X向导轨6，驱动X向导轨两端同步移动的Y轴驱动组件7，滑动连接在X向导轨6上的滑块8，驱动该滑块移动的X轴驱动组件9，固定在滑块8上且与检测器3滑动连接的Z向滑槽10，以及驱动检测器移动的Z轴驱动组件11。

其中， X轴驱动组件9、Y轴驱动组件7、Z轴驱动组件11均为丝杆传动的驱动组件，其控制精度较高。

具体的，X轴驱动组件9包括电机Ⅰ9.1和沿X向延伸的丝杆Ⅰ9.2，电机Ⅰ固定在X向导轨6的一端并用于驱动丝杆Ⅰ转动，所述滑块8与丝杆Ⅰ螺纹传动连接。电机Ⅰ优选为带减速器的伺服电机,以提高控制精度。

所述Y轴驱动组件7包括两根分别沿Y向设置在Y向滑槽5中的丝杆Ⅱ7.1，设置在丝杆Ⅱ后端的蜗轮Ⅰ，一根与两个蜗轮Ⅰ啮合的蜗杆Ⅰ，以及用于驱动蜗杆Ⅰ转动的电机Ⅱ；所述X向导轨6的两端分别与两根丝杆Ⅱ螺纹传动连接。通过蜗杆Ⅰ和两个蜗轮Ⅰ来带动两根丝杆Ⅱ7.1同步转动，可实现X向导轨6的两端的同步移动，使X向导轨6始终与X向平行，具有较高的移动控制精度。电机Ⅱ优选为带减速器的伺服电机，以提高控制精度。此处，由于电机Ⅱ、蜗轮Ⅰ、蜗杆Ⅰ均设置在壳体1的背面，因此图1中看不见。

所述Z轴驱动组件11包括沿Z向设置在Z向滑槽10中的丝杆Ⅲ11.1，以及用于驱动丝杆Ⅲ转动的电机Ⅲ11.2；所述检测器3与丝杆Ⅲ螺纹传动连接。电机Ⅲ优选为带减速器的伺服电机，以提高控制精度。

综上所述，虽然本实用新型已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本实用新型，本领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，其方案与本实用新型实质上相同。

Claims (9)

1.一种膜电极缺陷在线检测设备，其特征在于，包括壳体，设置在壳体内腔底部且设置有面光源的检测台，设置在检测台上方的检测器，以及多个导向辊；所述壳体位于X向的两个侧壁上各开设有一个沿Y向延伸的开口，两个开口对称设置且高度位于检测台与检测器之间；所述导向辊用于使连续的膜电极穿过两个开口；所述检测器包括图像采集装置和激光测距仪组合，激光测距仪组合能够对膜电极整个宽度方向上的位置进行测距；检测器与上位机通信连接。

2.根据权利要求1所述的膜电极缺陷在线检测设备，其特征在于,所述激光测距仪组合包括多个呈矩阵排列的激光测距仪，这些激光测距仪发射的光束能够覆盖膜电极的整个宽度方向的位置。

3.根据权利要求1所述的膜电极缺陷在线检测设备，其特征在于,所述开口与检测台之间的高度差为5cm~10cm。

4.根据权利要求1所述的膜电极缺陷在线检测设备，其特征在于,还包括用于驱动检测器沿X、Y、Z三个方向移动的三轴移动机构。

5.根据权利要求4所述的膜电极缺陷在线检测设备，其特征在于,所述三轴移动机构在X、Y、Z三个方向上的移动控制精度均不大于0.02mm。

6.根据权利要求4所述的膜电极缺陷在线检测设备，其特征在于,所述三轴移动机构包括两根对称地设置在壳体内壁上的Y向滑槽，沿X向延伸且两端分别滑动设置在两根Y向滑槽中的X向导轨，驱动X向导轨两端同步移动的Y轴驱动组件，滑动连接在X向导轨上的滑块，驱动该滑块移动的X轴驱动组件，固定在滑块上且与检测器滑动连接的Z向滑槽，以及驱动检测器移动的Z轴驱动组件。

7.根据权利要求6所述的膜电极缺陷在线检测设备，其特征在于,所述X轴驱动组件包括电机Ⅰ和沿X向延伸的丝杆Ⅰ，电机Ⅰ固定在X向导轨的一端并用于驱动丝杆Ⅰ转动，所述滑块与丝杆Ⅰ螺纹传动连接。

8.根据权利要求6所述的膜电极缺陷在线检测设备，其特征在于,所述Y轴驱动组件包括两根分别沿Y向设置在Y向滑槽中的丝杆Ⅱ，设置在丝杆Ⅱ后端的蜗轮Ⅰ，一根与两个蜗轮Ⅰ啮合的蜗杆Ⅰ，以及用于驱动蜗杆Ⅰ转动的电机Ⅱ；所述X向导轨的两端分别与两根丝杆Ⅱ螺纹传动连接。

9.根据权利要求6所述的膜电极缺陷在线检测设备，其特征在于,所述Z轴驱动组件包括沿Z向设置在Z向滑槽中的丝杆Ⅲ，以及用于驱动丝杆Ⅲ转动的电机Ⅲ；所述检测器与丝杆Ⅲ螺纹传动连接。

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