基于滚筒输送机的锂电池薄膜厚度测定方法及装置与流程

本发明属于测量控制领域，特别是一种基于光学检测、机械控制、电子信息的光机电一体化测控教学平台。

背景技术：

传统锂电池薄膜厚度的测量采用诸如人工测量、射线射法和超声波测量。由于激光传感器属于非接触性测量、体积小，便于集成，对安装环境要求低，不需要安全保护措施，测量精度高且可以在线实时测量，已经成为测量薄膜厚度的主流。一种基于滚筒输送机(5)的锂电池薄膜厚度测定教学装置，基于激光传感器三角测量法，应用于在锂电池生产中可以极大的提高行业技术和生产效率，同时也可推动和促进如钢材、布匹、太阳能电池硅片、包装和极片等相关领域的在线检测水平。

现已递交的在线测厚教学平台中也有各种缺陷，如中国发明专利申请公布号cn104655031a，申请公布日为2015年5月27日，发明专利名称为：光机电在线测控教学创新实验平台，中国发明专利申请公布号cn104658364a，申请公布日为2015年5月27日，发明专利名称为：光机电在线测控教学创新实验方法该两个申请案的测控方法，同样包括激光传感器c型扫描检测装置，但这种方法仅能测量移动平台上十字槽部分的锂电池薄膜，如需测量其他部分还需手动移动电池薄膜。该方法智能化程度低，且由于锂电池薄膜质量较轻，易被外界环境干扰，进而产生厚度偏移，影响测量精度。本装置既可以精确测量锂电池薄膜每一个点的厚度也可是连续测量整个薄膜的厚度，且操作方便。

近年来，随着光电研究和光电业的逐渐兴起，对于光电相关专业课程诸如信号分析与处理、工程光学、误差理论与数据处理、控制工程、传感器原理与应用、机电检测技术、计算机控制技术、测控仪器技术、光电测试技术、自动检测技术、光电显示技术和机器视觉技术等理论的学习，由于理论复杂、实践性强、有限的实践时间和单一的实践平台，使学生缺乏感性认识，难以理解讲授的理论知识，不能从整体上融合上述专业知识。鉴于上述原因，结合为企业锂电池薄膜生产线所开发的测控设备，开发了一种基于滚筒输送机的锂电池薄膜厚度测定教学装置，用于提高教学质量和培养创新型人才。

技术实现要素：

1、发明目的

本发明设计一种基于滚筒输送机的锂电池薄膜厚度测定装置及方法，该平台模拟工业环境下锂电池薄膜在线生产后的激光传感器测厚，结合光学检测、机械控制、电子信息，集智能化，机电一体化于一身，功能实现性强，成本低、模拟性、可扩展、综合性与创新性并举，教学意义大。

2、本发明所采用的技术方案

本发明提出了一种基于滚筒输送机的锂电池薄膜厚度测定装置，包括机架、c型扫描检测装置、滚筒输送机、箱体内部和控制系统；所述滚筒输送机包括轴承座、滚动轴承、滚筒、同步带、带轮、蜗轮蜗杆减速器、伺服电机；机架为框架结构，机架两长边侧各设置一排线性阵列滚动轴承、轴承座，轴承座固定在机架两长边侧，内部装有滚动轴承，两侧相对称的轴承之间安装一滚筒；滚筒和轴承一样也线性阵列；滚筒有一侧轴稍长，用来安装带轮，带轮同样线性阵列；在安装带轮的一侧机架端部安装伺服电机和蜗轮蜗杆减速器，蜗轮蜗杆减速器输出轴与滚筒轴平行，蜗轮蜗杆减速器输出轴安装一带轮，是输出轴上的带轮轴线与滚筒轴一侧带轮上的轴线在同一平面；将带轮之间用同步带实现同步带连接；c型扫描检测装置可在滚筒输送机滚筒间隙无干涉的进行锂电池薄膜测厚；

所述c型扫描检测装置，内置激光传感器，二维微位移调节装置，外置直线滚珠丝杆导轨滑台；直线滚珠丝杆导轨滑台固定于桌面，直线滚珠丝杆导轨滑台一端为步进电机，联轴器联接丝杆和步进电机，丝杆的另一端为滚动轴承，滚动轴承外围有支撑座，丝杆上安放滑块，滑块上端置有c型扫描检测装置，c型扫描检测装置前端内部分别安装上激光传感器和下激光传感器，上激光传感器由固定板固定在c型扫描检测装置上端内部，下激光传感器由固定板固定在二维微位移调节装置上，二维微位移调节装置固定在c型扫描检测装置下端内部；所述二维微位移调节装置可实现沿x轴，y轴方向的微位移调节，上激光传感器和下激光传感器的一端数据线经c型扫描检测装置内部延伸至后端，并延伸至外围框架的箱体内侧，继而由控制系统控制，在直线滚珠丝杆导轨滑台的滑块左侧安装第一行程开关，滑块右侧安装第二行程开关。

更进一步，所述箱体内部和控制系统，包括控制激光传感器、直线滚珠丝杆导轨滑台电机、滚筒输送机电机的数据线，驱动电路板，最终集成为控制器。

更进一步，所述整体框架部分，是由铝型材支架和铝塑板联接而成方形箱体，箱体内部置有各种数据线接口及控制系统，框架上方铺有大理石桌面，桌面上方放置控制器、计算机、c型扫描检测装置及滚筒输送机。

本发明提出了一种基于滚筒输送机的锂电池薄膜厚度测定方法，按照如下步骤进行：

步骤1、首先开启计算机装置，同时接通控制系统的电源；

步骤2、调节c型扫描检测装置的位置和校准

直线滚珠丝杆导轨滑台一端为步进电机驱动丝杆，丝杆上安放滑块，滑块上的c型扫描检测装置调整位置；

二维微位移调节装置固定在c型扫描检测装置下端内部；所述二维微位移调节装置可实现沿x轴，y轴方向的微位移调节c型扫描检测装置校准；

步骤3、在扫描机构传动速度控制面板，选择静态或动态扫描：

步骤3.1静态扫描选设定扫描位置，c型扫描检测装置开始测量；

步骤3.2动态扫描选项设定c型扫描检测装置移动速度，与此同时也要设定滚筒输送机的传动速度，涡轮蜗杆减速器的输出轴带动输出轴上的带轮转动，此带轮转动带动同步带运转，同步带的运动又将带动其他带轮的运动，继而带动滚筒的同步转动；滚筒的同步转动可实现带动锂电池薄膜的同步转动；c型扫描检测装置和滚筒输送机移动扫描并测量；

步骤4、实时显示面板，设定测量值上下限，查看一种基于滚筒输送机的锂电池薄膜厚度测定教学装置中扫描机构静止或动态扫描时被测物静止或移动时检测实时数据分布和实时厚度显示数值。

更进一步，按照如下步骤进行：所述的步骤3.2中步进电机的轴经联轴器驱动丝杆转动，滑块在丝杆带动下前后平移，当第一行程开关触碰到左支撑座时，步进电机和丝杆停止正转，并开始反转，当第二行程开关触碰到右支撑座时，步进电机和丝杆停止反转，并开始正转，依次，可实现反复运动；此状态下可实现连续的测厚，当需要定点测厚时可通过控制系统控制滑块在特定点停止。

3、本发明所产生的技术效果

(1)本发明模拟工业环境下锂电池薄膜在线生产的激光传感器测厚过程，结合光学检测、机械控制、电子信息，集智能化，机电一体化于一身，功能实现性强，成本低、模拟性、可扩展、综合性与创新性并举，教学意义大。

(2)本发明解决了同类教学平台不能完整模拟传送带传输过程，且只能检测局部锂电池薄膜的缺点，完全按照实际生产检测过程实现模拟过程。

(3)本发明滚筒输送机传动稳定，c型扫描检测装置可在滚筒输送机第三个和第四个滚筒间无干涉的扫描，随滚筒转动，锂电池薄膜也随之传动，可借此检测到所有部位的厚度。简单高效，误差小。

附图说明

图1为一种基于滚筒输送机的锂电池薄膜厚度测定教学装置的三维正视图。

图2为一种基于滚筒输送机的锂电池薄膜厚度测定教学装置的三维后视图。

图3为滚筒输送机细节展示图。

图4为c型扫描检测装置细节展示图。

图5为一种基于滚筒输送机的锂电池薄膜厚度测定教学装置工作状态视图1。

图6为一种基于滚筒输送机的锂电池薄膜厚度测定教学装置工作状态视图2。

图7为一种基于滚筒输送机的锂电池薄膜厚度测定教学装置工作状态俯视图。

图中：1.机架、2.桌面、3.控制器、4.计算机、5.滚筒输送机、6.锂电池薄膜、7.c型扫描检测装置、8.坦克链、9箱体内部、10.控制系统、11.轴承座、12.滚动轴承、13.滚筒、14.同步带、15.带轮、16.蜗轮蜗杆减速器、17.伺服电机、18.滚筒输送机的机架、19.二维微位移调节装置、20.下激光传感器、下激光传感器固定板、21下激光传感器、22.上激光传感器、23、上激光传感器固定板、24.c型扫描检测装置外壳、25.步进电机、26.联轴器、27.左支撑座、28.丝杆、29.第一行程开关、30.滑块、31.第二行程开关、32.右支撑座、33.数据线。

具体实施方式

实施例1

本发明提出的一种基于滚筒输送机5的锂电池薄膜厚度测定教学装置，包括整体框架部分，包括c型扫描检测装置7，包括滚筒输送机5，包括箱体内部9和控制系统。

所述整体框架部分，是由铝型材支架和铝塑板联接而成方形箱体，箱体内部9置有各种数据线33接口及控制系统10，框架上方铺有大理石桌面2，大理石有表面更为平整，强度、硬度高，耐磨性好，不易变形，稳定性好，密度大，同等体积质量大等特点，可以增加整体结构的稳定性，增加测量精度，且成本相对较低。本装置中，桌面2上方放置控制器3、计算机4、c型扫描检测装置7及滚筒输送机5。

所述c型扫描检测装置7，此装置内置激光传感器，二维微位移调节装置19，外置直线滚珠丝杆28导轨滑台。直线滚珠丝杆28导轨滑台固定于桌面2，直线滚珠丝杆28导轨滑台一端为步进电机25，联轴器26联接丝杆28和步进电机25，丝杆28的另一端为滚动轴承12，滚动轴承12将运转的丝杆28轴与支撑座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减小摩擦损失，滚动轴承12外围有支撑座，丝杆28上安放滑块30，滑块30上端置有c型扫描检测装置，c型扫描检测装置前端内部分别安装上激光传感器22和下激光传感器21，上激光传感器22由固定板固定在c型扫描检测装置上端内部，下激光传感器21由固定板固定在二维微位移调节装置19上，二维微位移调节装置19固定在c型扫描检测装置下端内部。所述二维微位移调节装置19可实现沿x轴，y轴方向的微位移调节，此机构可实现上激光传感器22和下激光传感器21的精确对准，进而增加测厚精度，上激光传感器22和下激光传感器21的一端数据线33经c型扫描检测装置内部延伸至后端，并延伸至外围框架的箱体内侧，继而由控制系统控制，在直线滚珠丝杆28导轨滑台的滑块30左侧安装第一行程开关29，滑块30右侧安装第二行程开关31，步进电机25的轴经联轴器26驱动丝杆28转动，滑块30在丝杆28带动下前后平移，当第一行程开关29触碰到左支撑座27时，步进电机25和丝杆28停止正转，并开始反转，当第二行程开关31触碰到右支撑座32时，步进电机25和丝杆28停止反转，并开始正转，依次，可实现反复运动。此状态下可实现连续的测厚，当需要定点测厚时可通过控制系统控制滑块30在特定点停止。

所述滚筒输送机5，由轴承座11、滚动轴承12、滚筒13、同步带14、带轮15、减速器16、伺服电机17、滚筒输送机5的机架1组成。机架1为框架结构，机架1两长边侧各设置一排线性阵列滚动轴承12、轴承座11，轴承座11固定在机架1两长边侧，内部装有滚动轴承12，两侧相对称的轴承之间安装一滚筒13。滚筒13和轴承一样也线性阵列。滚筒13有一侧轴稍长，用来安装带轮15，带轮15同样线性阵列。在安装带轮15的一侧机架1端部安装伺服电机17和蜗轮蜗杆减速器16，蜗轮蜗杆减速器16输出轴与滚筒13轴平行，减速器16输出轴安装一带轮15，是输出轴上的带轮15轴线与滚筒13轴一侧带轮15上的轴线在同一平面。将带轮15之间用同步带14实现同步带14连接。涡轮蜗杆减速器16的输出轴带动输出轴上的带轮15转动，此带轮15转动带动同步带14运转，同步带14的运动又将带动其他带轮15的运动，继而带动滚筒13的同步转动。滚筒13的同步转动可实现带动锂电池薄膜6的同步转动。使用这种方法可实现锂电池薄膜6平稳传动。因滚筒13间间距较大，c型扫描检测装置可在滚筒输送机5第三个和第四个滚筒13间无干涉的进行锂电池薄膜6测厚。滚筒输送机5传动速度可调，因此既可测量特定点的厚度也可连续测量整个光伏板的速度。

所述箱体内部9和控制系统10，由用来控制激光传感器、直线滚珠丝杆28导轨滑台电机、滚筒输送机5电机的数据线33，驱动电路板等组成，最终集成为控制器3，放置在桌面2上，控制器3带有屏幕可实时观测到各机构运动速度等数据。

实施例2

本发明提出的一种基于滚筒输送机的锂电池薄膜厚度测定教学装置的实验方法，包括如下步骤:

①首先开启计算机4装置，同时接通控制系统10的电源。

②打开人机界面，在一种基于滚筒输送机的锂电池薄膜厚度测定教学装置控制面板显示器，选择联机则开始测量，选择停止则停止测量，设置显示背景颜色、测量数据颜色:在扫描机构传动速度控制面板，选择静态或动态扫描，静态扫描选设定扫描位置，c型扫描检测装置移动至该位置并开始测量，动态扫描选项设定c型扫描检测装置移动速度，与此同时也要设定滚筒输送机5的传动速度，c型扫描检测装置和滚筒输送机5移动扫描并测量。

③实时显示面板，设定测量值上下限，查看一种基于滚筒输送机的锂电池薄膜厚度测定教学装置中扫描机构静止或动态扫描时被测物静止或移动时检测实时数据分布和实时厚度显示数值。放置在桌面2上，控制器3带有屏幕可实时观测到各机构运动速度等数据

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。