CN217403414U - 一种膜电极厚度在线检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种膜电极厚度在线检测装置，属于燃料电池技术领域。膜电极厚度在线检测装置包括定位机构，用于定位膜电极；检测器，用于对所述膜电极进行厚度测量；驱动机构，与所述定位机构传动连接，且所述驱动机构能够驱动所述定位机构移动，所述检测器位于所述定位机构的移动路径的一侧。膜电极厚度在线检测装置通过一个检测器即可检测出膜电极上多个位置处的厚度，检测成本较低且结构较为简单。

Description

一种膜电极厚度在线检测装置

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种膜电极厚度在线检测装置。

背景技术

燃料电池的膜电极主要由边框以及质子交换膜、催化层与气体扩散层组成的三合一结构构成，组成的三合一结构位于边框的凹槽内，且气体扩散层位于最上层并沿竖直向上相对于边框的顶端面凸出设置。其中，组成的三合一结构是电化学反应场所，是燃料电池的核心部件；边框作为结构件起到支撑三合一结构的作用。

由于边框的顶端面和气体扩散层的顶端面的平整度直接会影响膜电极的使用性能。因此，需要保证边框的顶端面和气体扩散层的顶端面的平整度，即需要避免边框的顶端面和气体扩散层的顶端面出现凹凸不平的现象。

目前，通过将膜电极放置在水平测试台上，再通过多个测厚传感器分别检测出边框上多个位置处的厚度、以及气体扩散层上多个位置处的厚度，从而分别获得边框和气体扩散层的厚度均匀性，进而能够分别判断出边框的顶端面和气体扩散层的顶端面的平整度。厚度均匀性主要指的是在多个位置处的厚度基本相同。

然而由于，需要设置较多数量的测厚传感器，以分别对多个位置进行厚度的测量，导致成本较高且结构较为复杂。

综上所述，亟需设计一种膜电极厚度在线检测装置，来解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种膜电极厚度在线检测装置，其能够对膜电极上的多个位置进行厚度测量，且成本较低以及结构较为简单。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种膜电极厚度在线检测装置，包括：

定位机构，用于定位膜电极；

检测器，用于对所述膜电极进行厚度测量；

所述膜电极厚度在线检测装置还包括：

驱动机构，与所述定位机构传动连接，且所述驱动机构能够驱动所述定位机构移动，所述检测器位于所述定位机构的移动路径的一侧。

进一步地，所述驱动机构包括：

驱动件；

主动辊，所述驱动件与所述主动辊传动连接；

从动辊，所述主动辊和所述从动辊间隔设置；

输送带，所述输送带由所述从动辊和所述主动辊支撑，所述定位机构设置于所述输送带。

进一步地，所述驱动机构还包括：

支撑辊，所述支撑辊和所述检测器分别设置于所述输送带的相对两侧，且所述支撑辊与所述输送带抵接。

进一步地，所述定位机构包括：

底座，位于所述输送带上，所述底座上设置有多个吸孔，多个所述吸孔用于和真空发生装置连接，所述吸孔用于吸附所述膜电极。

进一步地，所述检测器包括：

固定座，固定设置于所述定位机构的移动路径的一侧；

连接件，浮动设置于所述固定座；

抵压件，连接于所述连接件，所述抵压件用于和所述膜电极抵接；

传感件，设置于所述固定座，所述传感件用于检测所述连接件相对于所述固定座的浮动量。

进一步地，所述连接件与所述固定座滑动连接，所述检测器还包括：

弹性件，所述弹性件两端分别抵接所述传感件和所述连接件，且所述弹性件能够驱动所述连接件向靠近所述输送带的方向移动。

进一步地，所述抵压件具有球形面，所述球形面用于和所述膜电极抵接。

进一步地，所述抵压件作用于所述膜电极上的压力值为0.1N-0.5N。

进一步地，所述膜电极厚度在线检测装置还包括：

扫码器，沿所述定位机构的移动路径，所述扫码器位于所述检测器的上游，所述扫码器用于扫描所述膜电极上的标记码。

进一步地，所述膜电极厚度在线检测装置还包括：

机械手，沿所述定位机构的移动路径，所述机械手位于所述驱动机构的下游，所述机械手用于夹持所述膜电极。

本实用新型的有益效果为：

通过将膜电极定位在定位机构上，并使驱动机构驱动定位机构移动，同时将检测器设置在定位机构的移动路径的一侧；当驱动机构驱动定位机构以及膜电极移动的过程中，膜电极能够经过检测器，进而能够在膜电极经检测器移走的过程中，使检测器能够对膜电极上的多个位置处的厚度进行检测，从而能够获得膜电极的厚度均匀性，进而能够分别判断出膜电极的边框的顶端面和气体扩散层的顶端面的平整度，以保证膜电极的使用性能；以此方式，通过设置一个检测器即可检测出膜电极上多个位置处的厚度，不再需要设置较多数量的测厚传感器，以使检测成本较低且结构较为简单。

附图说明

图1是本实用新型提供的膜电极的结构示意图；

图2是本实用新型提供的膜电极厚度在线检测装置的结构示意图。

附图标记：

1-膜电极；2-边框；3-气体扩散层；4-标记码；5-检测器；51-抵压件；52-连接件；53-弹性件；54-传感件；55-固定座；6-支撑辊；7-主动辊；8-输送带；9-扫码器；10-从动辊。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而己。在整个说明书中，同样的附图标记指示同样的元件。

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

目前，通过将燃料电池中的膜电极放置在水平测试台上，再通过多个测厚传感器分别检测出膜电极的边框上的多个位置处的厚度、以及气体扩散层上的多个位置处的厚度，从而能够分别获得边框和气体扩散层的厚度均匀性，进而能分别判断出边框的顶端面和气体扩散层的顶端面的平整度；然而由于，需要设置较多数量的测厚传感器以分别对多个位置进行厚度的测量，导致成本较高且结构较为复杂。

对此，如图1和图2所示，本实施例中提出了一种膜电极厚度在线检测装置，以用于对燃料电池中的膜电极1的边框2上的多个位置处的厚度和气体扩散层3上的多个位置处的厚度进行测量，气体扩散层3位于边框2内，且气体扩散层3的顶端面沿竖直向上凸出于边框2的顶端面。具体地，膜电极厚度在线检测装置包括定位机构、检测器5和驱动机构；其中，定位机构用于定位膜电极1；检测器5用于对膜电极1的边框2和气体扩散层3进行厚度测量；驱动机构与定位机构传动连接，且驱动机构能够驱动定位机构移动，检测器5位于定位机构的移动路径的一侧。其中，定位机构的移动路径具体如图2中的箭头A所示。

本实施例中的膜电极厚度在线检测装置相对于现有技术而言分别改变了检测器5和膜电极1的放置方式；通过将膜电极1定位在定位机构上，并使驱动机构驱动定位机构移动，同时将检测器5设置在定位机构的移动路径的一侧；可以理解的是，检测器5始终位于检测区间内，当驱动机构驱动定位机构以及膜电极1移动的过程中，膜电极1能够经过该检测区间，使检测器5能够对膜电极1上的多个位置处的厚度进行检测，从而能够获得膜电极1的厚度均匀性，进而能够分别判断出膜电极1的边框2的顶端面和气体扩散层3的顶端面的平整度，以保证膜电极1的使用性能；以此方式，通过设置一个检测器5即可检测出膜电极1上多个位置处的厚度，不再需要设置较多数量的测厚传感器，以使检测成本较低且结构较为简单。

具体而言，整个膜电极厚度在线检测装置设置在膜电极1的生产工艺线上位于最后一个位置处的测厚工位上，以能够在将膜电极1下线操作之前对膜电极1的厚度进行检测，以实现膜电极1厚度的在线检测，进而避免了在下线之后再对膜电极1的厚度进行测量，以使检测效率较高，且有利于膜电极1的在线生产。

进一步地，如图2所示，驱动机构包括驱动件、主动辊7、从动辊10和输送带8；其中，驱动件与主动辊7传动连接，主动辊7和从动辊10间隔设置，输送带8由从动辊10和主动辊7支撑，输送带8的两端分别套设在主动辊7和从动辊10上，定位机构设置于输送带8；驱动件驱动主动辊7运动，主动辊7带动输送带8和从动辊10运动，以使输送带8转动，进而驱动定位机构及膜电极1移动。其中，输送带8的传输方向与膜电极1的宽度方向相同，且与定位机构的移动路径相同。本实施例中，驱动件具体为电机。

其它实施例中，还可以使驱动机构为电缸、气缸等直线执行件，以使直线执行件驱动定位机构及膜电极1沿移动路径直线移动至检测器5，以便于检测器5能够对膜电极1上的多个位置进行厚度检测。

具体地，如图2所示，驱动机构还包括支撑辊6，支撑辊6设置在输送带8内侧，支撑辊6和检测器5分别设置于输送带8的相对两侧，且支撑辊6与输送带8抵接，即支撑辊6正对设置并固定在检测器5的下方，支撑辊6用于支撑膜电极1的边框2或者气体扩散层3，以避免边框2或气体扩散层3在抵压之后会向下压输送带8进而向下发生位移而影响对厚度的检测结果，从而能够较好地提高检测结果的准确性。

进一步地，支撑辊6和/或输送带8的材质为金属。其中，金属具体为具有高强度和高硬度的P20模具钢。本实施例中，支撑辊6和输送带8的材质均为金属。

通过将支撑辊6和输送带8的材质均设置为金属，以能够更好地避免膜电极1在抵压之后会向下压输送带8和支撑辊6进而向下发生位移而影响对厚度的检测结果，从而能够保证在整个检测过程中，膜电极1的底端面不会产生运动而发生位移，即膜电极1的底端面能够始终平整地吸附在输送带8上，从而能够更好地提高检测结果的准确性。本实施例中，能够保证对膜电极1厚度的测量精度在10μm-30μm。

具体地，定位机构包括底座，底座设置在输送带8上，在底座上设置有多个吸孔，多个吸孔和真空发生装置连接，吸孔用于真空吸附膜电极1。其中，底座的数量可以设置为一个，也可以设置为多个；即可以通过设置一个底座同时对多个膜电极1进行定位，也可以通过设置多个底座分别与多个膜电极1一一对应进行定位。此处，对于底座的设置数量不作限定。

通过设置底座以吸附膜电极1，以将膜电极1固定在输送带8上；一方面保证膜电极1的底端面能够平整地设置在输送带8上，以避免在检测的过程中膜电极1上的各个位置与输送带8之间的抵接程度不一致，进而能够提高检测结果的准确性；另一方面能够使膜电极1稳定地设置在输送带8上，以避免在检测的过程中膜电极1从输送带8上掉落。

进一步地，如图2所示，检测器5包括固定座55、连接件52、抵压件51以及传感件54；其中，固定座55固定设置在定位机构的移动路径的一侧；连接件52浮动设置于固定座55；抵压件51连接于连接件52，抵压件51位于输送带8的上方且能够抵接至膜电极1；传感件54设置于固定座55，传感件54用于检测连接件52相对于固定座55的浮动量；由于连接件52相对于固定座55的浮动量与膜电极1的厚度值相匹配，即通过获得连接件52相对于固定座55的浮动量就可以获得膜电极1的边框2的厚度值和气体扩散层3的厚度值。

具体地，连接件52与固定轴55滑动连接，即固定座55具有两端设有开口的空腔，连接件52的一端滑动位于空腔内，连接件52的另一端与抵压件51连接；如图2所示，检测器5还包括弹性件53，弹性件53位于空腔内，且弹性件53的两端分别抵接传感件54和连接件52，即弹性件53为连接件52的运动提供了可浮动的空间，且弹性件53能够驱动连接件52向靠近输送带8的方向移动，以使抵压件51紧密地抵压在膜电极1上；也即是说，连接件52相对于固定座55的浮动量、弹性件53的形变量以及膜电极1的厚度值三者相同。本实施例中，传感件54具体为位移传感器，以用于检测弹性件53的形变量。其它实施例中，还可以使位移传感器用于检测连接件52相对于固定座55的位移浮动量。

具体而言，抵压件51具有第一状态和第二状态；当抵压件51处于第一状态时，此时输送带8还未将膜电极1输送至抵压件51处，抵压件51与输送带8接触，弹性件53不发生弹性形变处于自由状态；当抵压件51处于第二状态时，此时输送带8带动膜电极1移动至抵压件51处，由于输送带8能够带动膜电极1继续移动，即膜电极1运动至抵压件51与输送带8之间，此时抵压件51抵压在膜电极1上，弹性件53发生弹性形变；在膜电极1从抵压件51的下方的检测区间移走的过程中，抵压件51能够沿边框2的宽度方向依次且连续抵压至边框2的一部分、气体扩散层3以及边框2的另一部分，进而获得在整个抵压过程中弹性件53的各个形变量；由于弹性件53的形变量与边框2的厚度值和气体扩散层3的厚度值相匹配，即能够通过弹性件53在抵压件51抵压膜电极1的整个过程中发生的各个形变量分别获得边框2的多个厚度值和气体扩散层3的多个厚度值。其中，抵压件51在膜电极1上形成的抵压路径具体如图1中的箭头B所示。

其中，当膜电极1从检测区间完全经过后，此时，膜电极1不再位于抵压件51与输送带8之间，即此时弹性件53能够驱动连接件52向靠近输送带8的方向移动，以使抵压件51恢复至初始位置，即抵压件51处于第一状态，弹性件53没有产生形变，以便于对下一个移动至检测区间的膜电极1进行厚度的测量。

具体而言，当输送带8输送膜电极1还未到达抵压件51的下方时，此时，抵压件51接触输送带8，弹性件53处于自由状态；当输送带8输送膜电极1到达抵压件51处时，输送带8能够带动膜电极1继续移动至挤压在输送带8和抵压件51之间，此时抵压件51抵压在膜电极1上，弹性件53被压缩，弹性件53此时产生的压缩量即为抵压件51抵压在膜电极1上的对应位置处的厚度值；当抵压件51在抵压边框2的过程中，弹性件53所产生的多个形变量均在预设范围值内时，则说明边框2的厚度均匀性较好，边框2的顶端面的平整度较好，满足预设要求；当抵压件51在抵压边框2的过程中，弹性件53所产生的多个形变量中任一个不在预设范围值内时，则说明边框2的厚度均匀性不好，边框2的顶端面的平整度不好存在凹凸不平的现象，不满足预设要求。

其中，膜电极1的气体扩散层3的厚度均匀性的判断方式与边框2的类似，此处不再进行详细赘述。值得说明的是，由于气体扩散层3与边框2的材质以及抵压所产生的变形量均不相同，则抵压件51在抵压气体扩散层3和抵压边框2时，与弹性件53所产生的多个形变量进行比对的预设范围值是不相同的。

通过弹性件53与抵压件51之间的机械结构来检测膜电极1的厚度，其检测结果的可靠性较高，且结构简单以及成本较低。本实施例中，弹性件53具体可以为压缩弹簧。

在其它实施例中，还可以使检测器5为测厚传感器。测厚传感器具体为低测量力传感器，低测量力传感器的测试压力为0.5N-1.0N，低测量力传感器的测试头的直径为2.5mm-10mm，低测量力传感器的测试压强为6KPa～200KPa。

具体地，如图2所示，抵压件51具有球形面，球形面用于和膜电极1抵接；一方面能够为膜电极1运动至抵压件51与输送带8之间提供导向作用；另一方面且能够避免由于在球形面上存设有直角时而会刮伤膜电极1，以能够较好地保护膜电极1；且球形面的曲率半径为15mm-50mm，以使球形面抵压在膜电极1的压力值为0.1N-0.5N，从而能够避免由于抵压件51抵压至为柔性材料的气体扩散层3上的压力过大而损坏气体扩散层3，进而能够较好地保护气体扩散层3。

进一步地，抵压件51由陶瓷材料制成。陶瓷材料具有高硬度和高耐磨性，以使抵压件51的硬度和耐磨性均较好，避免抵压件51在长期的抵压过程中出现磨损，进而使抵压件51的使用稳定性较好。

如图2所示，在边框2上设置有记录有膜电极1的信息的标记码4；膜电极厚度在线检测装置还包括扫码器9和控制器；其中，沿定位机构的移动路径，扫码器9位于检测器5的上游，扫码器9用于扫描标记码4以获得膜电极1的信息；控制器分别与扫码器9和传感件54信号连接，以使控制器能够将扫码器9扫描获得的膜电极1的信息与传感件54检测到的弹性件53的形变量一一对应，即能够使将膜电极1的测厚信息与该膜电极1的之前的基本信息相对应；也就是说，在后续过程中能够通过扫描膜电极1上的标记码4，既可获得该膜电极1的基本信息，又可获得该膜电极1的测厚信息，进而实现了每个膜电极1信息的可追溯性。其中，标记码4具体为二维码。本实施例中的控制器为现有技术中常见的控制件，因此此处不再对控制器的控制原理进行详细赘述。

具体地，膜电极厚度在线检测装置还包括机械手，沿定位机构的移动路径，机械手位于驱动机构的下游，控制器与机械手控制连接，控制器能够在测厚检测结束后根据传感件54的检测信息控制机械手运动，以使机械手能够将输送带8上厚度检测合格与不合格的膜电极1进行分类收纳，进而实现识别并分类收纳合格品和不合格品的功能。本实施例中的机械手为现有技术中常见的机械手结构。

本实施例中的膜电极厚度在线检测装置的具体检测过程如下：

首先，通过真空发生装置及底座将多个膜电极1间隔且真空吸附在输送带8上，且位于抵压件51下方的输送带8处不吸附膜电极1；此时，抵压件51接触输送带8，弹性件53没有产生形变。

之后，启动驱动件，以使驱动件带动主动辊7以及输送带8运动，进而带动输送带8上的膜电极1移动，且输送带8的传输方向与膜电极1的宽度方向相同；同时，使扫码器9扫描经过扫码器9的输送带8上的膜电极1上的标记码4，以获得膜电极1的信息并传至控制器。

而后，当输送带8输送膜电极1到达抵压件51处时，输送带8能够带动膜电极1继续移动至挤压在输送带8和抵压件51之间，此时抵压件51抵压在膜电极1的边框2上，且支撑辊6能够对抵压件51抵压在膜电极1的边框2提供支撑作用；此时，弹性件53被压缩，弹性件53此时产生的压缩量即为抵压件51抵压在边框2上的对应位置处的厚度值，进而获得边框2在该位置处的厚度值。

然后，输送带8带动膜电极1在输送带8和抵压件51之间继续移动，即膜电极1能够经过检测器5的检测区间，以使抵压件51抵压至边框2的下一个位置，此时弹性件53产生的压缩量即为抵压件51抵压在边框2上的对应位置处的厚度值；由于输送带8带动膜电极1在输送带8和抵压件51之间为连续移动，即抵压件51对边框2或者气体扩散层3的抵压位置也是连续的，从而能够分别对边框2的多个位置处的厚度和气体扩散层3的多个位置处的厚度进行测量，进而获得弹性件53的若干个形变量，以根据得到的若干个形变量能够分别判断出边框2和气体扩散层3的厚度均匀性。

同时，传感件54将检测到的弹性件53的若干个形变量传至控制器，控制器根据若干个形变量中的与边框2相对应的多个形变量和边框2预设范围值之间的关系，判断出该膜电极1的边框2的厚度均匀性；同时控制器再根据若干个形变量中的与气体扩散层3相对应的多个形变量和气体扩散层3预设范围值之间的关系，判断出该膜电极1的气体扩散层3的厚度均匀性；并且控制器可以将扫码器9扫描获得的膜电极1的基本信息与传感件54检测到的弹性件53的形变量一一对应。

当每个形变量均处于预设范围值内时，则说明该膜电极1的厚度均匀性较好，为合格产品，此时，控制器控制机械手将该膜电极1放入合格筐内；当其中任一个形变量不处于预设范围值内时，则说明该膜电极1的厚度均匀性不好，为不合格产品，此时，控制器控制机械手将该膜电极1放入不合格筐内；从而完成对膜电极1的厚度检测工作。

以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种膜电极厚度在线检测装置，包括：

定位机构，用于定位膜电极(1)；

检测器(5)，用于对所述膜电极(1)进行厚度测量；

其特征在于，所述膜电极厚度在线检测装置还包括：

驱动机构，与所述定位机构传动连接，且所述驱动机构能够驱动所述定位机构移动，所述检测器(5)位于所述定位机构的移动路径的一侧。

2.如权利要求1所述的膜电极厚度在线检测装置，其特征在于，所述驱动机构包括：

驱动件；

主动辊(7)，所述驱动件与所述主动辊(7)传动连接；

从动辊(10)，所述主动辊(7)和所述从动辊(10)间隔设置；

输送带(8)，所述输送带(8)由所述从动辊(10)和所述主动辊(7)支撑，所述定位机构设置于所述输送带(8)。

3.如权利要求2所述的膜电极厚度在线检测装置，其特征在于，所述驱动机构还包括：

支撑辊(6)，所述支撑辊(6)和所述检测器(5)分别设置于所述输送带(8)的相对两侧，且所述支撑辊(6)与所述输送带(8)抵接。

4.如权利要求2所述的膜电极厚度在线检测装置，其特征在于，所述定位机构包括：

底座，位于所述输送带(8)上，所述底座上设置有多个吸孔，多个所述吸孔用于和真空发生装置连接，所述吸孔用于吸附所述膜电极(1)。

5.如权利要求2所述的膜电极厚度在线检测装置，其特征在于，所述检测器(5)包括：

固定座(55)，固定设置于所述定位机构的移动路径的一侧；

连接件(52)，浮动设置于所述固定座(55)；

抵压件(51)，连接于所述连接件(52)，所述抵压件(51)用于和所述膜电极(1)抵接；

传感件(54)，设置于所述固定座(55)，所述传感件(54)用于检测所述连接件(52)相对于所述固定座(55)的浮动量。

6.如权利要求5所述的膜电极厚度在线检测装置，其特征在于，所述连接件(52)与所述固定座(55)滑动连接，所述检测器(5)还包括：

弹性件(53)，所述弹性件(53)两端分别抵接所述传感件(54)和所述连接件(52)，且所述弹性件(53)能够驱动所述连接件(52)向靠近所述输送带(8)的方向移动。

7.如权利要求5或6所述的膜电极厚度在线检测装置，其特征在于，所述抵压件(51)具有球形面，所述球形面用于和所述膜电极(1)抵接。

8.如权利要求5或6所述的膜电极厚度在线检测装置，其特征在于，所述抵压件(51)作用于所述膜电极(1)上的压力值为0.1N-0.5N。

9.如权利要求1所述的膜电极厚度在线检测装置，其特征在于，所述膜电极厚度在线检测装置还包括：

扫码器(9)，沿所述定位机构的移动路径，所述扫码器(9)位于所述检测器(5)的上游，所述扫码器(9)用于扫描所述膜电极(1)上的标记码(4)。

10.如权利要求1所述的膜电极厚度在线检测装置，其特征在于，所述膜电极厚度在线检测装置还包括：

机械手，沿所述定位机构的移动路径，所述机械手位于所述驱动机构的下游，所述机械手用于夹持所述膜电极(1)。

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