一种基于机器视觉的双面涂布对齐误差补偿方法及系统与流程

本发明涉及自动控制，尤其涉及一种基于机器视觉的双面涂布对齐误差补偿方法及系统。

背景技术：

1、双面涂布工艺是锂电池极片制造、光学膜制备及特种功能涂层加工等领域的核心工序，正反面涂布图案在基材输送方向和幅宽方向上的对齐精度直接决定最终产品的质量与安全性。随着基材幅宽持续增大和运行速度不断提升，双面涂布对齐控制面临愈加严苛的精度要求与动态响应挑战。

2、目前，双面涂布对齐误差的检测与补偿主要依赖机器视觉与纠偏执行机构的闭环控制，现有方案通常采用视觉相机采集基材边缘或涂布图案图像以获取位置偏差信息，进而驱动纠偏执行器进行横向位移补偿。然而，现有技术仍存在以下不足：横向纠偏方案普遍将基材幅宽方向视为刚性整体，忽略了基材因张力不均、材料公差或局部拉伸等因素导致的非均匀横向变形，使得边缘区域与中心区域偏移量存在显著差异时无法实现分区精细化补偿；纵向对齐方案依赖于相机安装位置的理论设计距离，未能有效解决正面视觉检测位置与反面涂布执行位置之间的空间行程转换问题，对齐精度受限于速度波动和里程累积误差；此外，现有方案未能有效区分基材整体跑偏与局部变形这两种不同性质的偏差源，补偿策略的针对性和适应性不足。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例，在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于机器视觉的双面涂布对齐误差补偿方法，包括：获取正面涂布图案的纵向边界和横向边缘数据，作为反面涂布的跟随基准；检测各幅宽分区内基材的横向偏移，并根据正面图案边缘与基材边缘位置计算各幅宽分区的局部畸变控制量；计算全部幅宽分区横向偏移的均值，比较边缘分区与中心分区的偏移差：若小于设定值，则整体纠偏控制量取所述均值且各幅宽分区微调控制量取畸变控制量；否则整体纠偏控制量仍取所述均值，边缘分区的微调控制量叠加对应幅宽分区横向偏移与均值之差，其余幅宽分区微调控制量取畸变控制量；反面涂布依据所述纵向边界中各幅宽分区的前沿边界位置和后沿边界位置、预设的相机至涂布头固定行程及编码器里程，分别确定各幅宽分区的喷嘴开启触发位置和喷嘴关闭触发位置，当编码器实时累计里程到达所述喷嘴开启触发位置时开启对应幅宽分区的涂布喷嘴，到达所述喷嘴关闭触发位置时关闭对应幅宽分区的涂布喷嘴；同时依据所述整体纠偏控制量和各幅宽分区微调控制量，分别控制总纠偏执行器和各幅宽分区对应的微调执行器执行横向位移。

4、作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述获取正面涂布图案的纵向边界和横向边缘数据包括：通过正面视觉相机采集已完成正面涂布的基材图像；沿基材幅宽方向将所述基材图像划分为多个幅宽分区；提取各幅宽分区内正面涂布图案在基材输送方向上的前沿边界位置和后沿边界位置，作为纵向跟随基准数据；提取各幅宽分区内正面涂布图案在基材幅宽方向上的左侧边缘位置和右侧边缘位置，作为横向跟随基准数据。

5、作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述检测各幅宽分区内基材的横向偏移体包括：通过反面视觉相机在反面涂布头前方采集各幅宽分区处基材物理边缘的图像；检测所述图像中基材物理边缘的当前像素位置；将所述当前像素位置与预先标定的基材无偏移状态下的理论像素位置进行比较，得到各幅宽分区内基材的整体横向偏移量。

6、作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述根据正面图案边缘与基材边缘位置计算各幅宽分区的局部畸变补偿量包括：预先标定各幅宽分区内正面涂布图案边缘与基材物理边缘之间的固定设计边距；根据各幅宽分区内基材物理边缘的当前实际位置和所述固定设计边距，确定在当前基材位置下反面涂布目标边缘的理论期望位置；将各幅宽分区内正面涂布图案的实际边缘位置与所述理论期望位置进行比较，得到各幅宽分区内因基材宽度变化或前序涂布误差引入的局部畸变补偿量。

7、作为本发明所述的一种优选方案，其中：根据比较结果确定整体纠偏量和各幅宽分区微调量包括：计算全部幅宽分区内基材整体横向偏移量的算术平均值，将所述算术平均值作为整体纠偏量；确定基材幅宽方向上的左边缘分区、右边缘分区和中心分区；分别计算所述左边缘分区与所述中心分区之间横向偏移量的第一差值，以及所述右边缘分区与所述中心分区之间横向偏移量的第二差值；当所述第一差值和所述第二差值均小于设定值时，各幅宽分区的微调量均设定为各幅宽分区对应的局部畸变补偿量；当所述第一差值或所述第二差值中的任一者大于或等于所述设定值时，所述左边缘分区的微调量设定为所述左边缘分区横向偏移量与所述算术平均值之差再叠加所述左边缘分区对应的局部畸变补偿量，所述右边缘分区的微调量设定为所述右边缘分区横向偏移量与所述算术平均值之差再叠加所述右边缘分区对应的局部畸变补偿量，所有中间幅宽分区的微调量设定为各中间幅宽分区对应的局部畸变补偿量。

8、作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述设定值通过静态重复性测试预先标定获得的判定阈值，所述静态重复性测试为在设备连续稳定运行预设时长内，采集中心分区与边缘分区之间横向偏移量差值绝对值的多组样本数据，根据所述多组样本数据的统计分布特征确定所述判定阈值。

9、作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述触发各幅宽分区纵向涂布起止包括：预先确定正面视觉相机图像采集位置与反面涂布头涂布执行位置之间沿基材输送方向的固定物理间距；实时获取基材输送的累计行进距离；根据各幅宽分区内前沿边界位置和后沿边界位置，分别确定各幅宽分区内纵向边界所对应的图像域距离；将所述固定物理间距与所述图像域距离叠加，并结合正面视觉相机采集基材图像时刻所对应的基准行进距离，分别确定各幅宽分区内反面涂布的喷嘴开启触发位置和喷嘴关闭触发位置；当所述累计行进距离到达所述喷嘴开启触发位置时，开启对应幅宽分区的涂布喷嘴；当所述累计行进距离到达所述喷嘴关闭触发位置时，关闭对应幅宽分区的涂布喷嘴。

10、作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述基准行进距离通过编码器同步锁存获得；所述同步锁存是指在正面视觉相机采集基材图像的曝光起始时刻同步读取并锁定输送编码器的当前累计脉冲数值，将锁存得到的所述当前累计脉冲数值换算为物理行进距离作为所述基准行进距离。

11、作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述分别驱动总纠偏执行器和各分区对应的微调执行器包括：将所述整体纠偏量转换为物理横向整体位移量，驱动总纠偏执行器执行横向整体位移，以补偿基材整体的横向跑偏；将各幅宽分区的微调量分别转换为各幅宽分区对应的物理横向局部位移量，驱动各幅宽分区对应的微调执行器执行独立的局部横向位移，所述微调执行器与幅宽分区一一对应设置；通过总纠偏执行器的整体位移和各幅宽分区微调执行器的局部位移共同作用，使反面涂层在各幅宽分区内的纵向边界与正面涂布图案的纵向边界对齐，同时使反面涂层在各幅宽分区内的横向边缘跟随正面涂布图案的横向边缘位置。

12、另一方面，还提供一种基于机器视觉的双面涂布对齐误差补偿系统，包括：正面基准提取模块，用于获取正面涂布图案的纵向边界和横向边缘数据，作为反面涂布的跟随基准；分区畸变解算模块，用于检测各幅宽分区内基材的横向偏移，并根据正面图案边缘与基材边缘位置计算各幅宽分区的局部畸变控制量；误差分流决策模块，用于计算全部幅宽分区横向偏移的均值，比较边缘分区与中心分区的偏移差：若小于设定值，则整体纠偏控制量取所述均值且各幅宽分区微调控制量取畸变控制量；否则整体纠偏控制量仍取所述均值，边缘分区的微调控制量叠加对应幅宽分区横向偏移与均值之差，其余幅宽分区微调控制量取畸变控制量；随动涂布执行模块，用于反面涂布依据所述纵向边界中各幅宽分区的前沿边界位置和后沿边界位置、预设的相机至涂布头固定行程及编码器里程，分别确定各幅宽分区的喷嘴开启触发位置和喷嘴关闭触发位置，当编码器实时累计里程到达所述喷嘴开启触发位置时开启对应幅宽分区的涂布喷嘴，到达所述喷嘴关闭触发位置时关闭对应幅宽分区的涂布喷嘴；同时依据所述整体纠偏控制量和各幅宽分区微调控制量，分别控制总纠偏执行器和各幅宽分区对应的微调执行器执行横向位移。

13、本发明的有益效果：本发明通过分区检测基材横向偏移与正面图案局部畸变，实现基材整体跑偏与幅宽方向非线性变形的协同补偿，消除因张力不均或局部拉伸导致的分区偏差；通过编码器里程同步与预设相机至涂布头固定行程，在输送里程域上实现纵向边界精确触发，克服速度波动和空间行程转换误差；同时根据边缘分区与中心分区偏移差异程度自适应切换控制策略，兼顾均匀跑偏稳定纠偏与非线性变形针对性补偿，有效降低涂布缺陷率，尤其适用于宽幅高速涂布场景下的高精度双面对齐控制。