智能涂布模头、涂布装置及其涂布方法与流程

1.本发明涉及涂布机技术领域，尤其涉及一种智能涂布模头、涂布装置及其涂布方法。


背景技术：

2.目前，涂布模头在涂布过程中提供活性物质喷涂的功能。喷涂的过程可以手动调节喷涂狭缝尺寸，也可以通过电动执行机构以截流的方式调节涂布厚度。在调节过程中，一般是通过人工观察测厚设备或者自动发送测厚数据到控制系统，实现闭环调节的功能。
3.在现有技术中，涂布模头与测厚设备为独立设置，测厚设备采用在涂覆过的薄材上下安装测厚传感器装置，并往复运行，检测涂布过活性物质的薄材的厚度或面密度数据用于厚度或面密度的闭环调节。
4.然而，现有往复运动的测厚设备在涂布速度高于30m/min时采样覆盖率低于5％，并随着涂布速度提高，采样覆盖率会进一步降低。测厚设备和涂布调节模头的设备间通讯链路过长，进一步限制了涂布调节的响应时间。并且，由于测厚装置固定于背辊后，用于测量涂布完成的的湿膜厚度，涂布位置到测厚装置的走带路径较长，每次调节需要经过测量-通讯-运算-调节-等待走带到测厚位置的时间-测量的过程，增加了调试过程中的等待走带的时间和通讯的时间，增加了系统调试的响应时间，这使得涂布模头执行调节涂布厚度的动作存在滞后，涂布模头的涂布厚度调节控制精度低，仍然存在涂布均一性较差的问题。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供一种智能涂布模头、涂布装置及其涂布方法，旨在提升涂布厚度的控制精度，以提升涂布的均一性。
6.为实现上述目的，本发明提出一种智能涂布模头，包括：
7.第一模头；
8.第二模头，与所述第一模头连接固定；以及
9.测厚组件，间隔设置于所述第一模头或所述第二模头，且每一所述测厚组件适于靠近背辊组件的下游设置，以用于测量涂布于基材上的涂层厚度。
10.可选地，所述测厚组件包括：
11.激光传感器，所述第一模头开设有供所述激光传感器安装的安装孔，所述激光传感器适于与控制组件信号连接；以及
12.透光件，安装于所述安装孔的端部，并位于所述激光传感器的监控路径上，或者，所述透光件与所述激光传感器一体成型。
13.可选地，所述测厚组件还包括：
14.位置调节件，设于所述第一模头上并与所述激光传感器连接，以用于调节所述激光传感器的位置。
15.可选地，所述第一模头还设有密封盖，所述密封盖盖设于所述安装孔上，所述密封
盖上开设有供所述激光传感器的信号线过线的过线孔。
16.可选地，所述第一模头与所述第二模头之间设置有至少一个模头，形成至少两个涂布狭缝。
17.可选地，所述第一模头开设有容置槽，所述第一模头与所述第二模头之间夹设有第一垫片，以形成第一涂布狭缝，所述第一涂布狭缝与所述容置槽连通；
18.所述涂布模头还包括：
19.电动调节机构，所述电动调节机构插设于所述容置槽内并伸入至所述涂布狭缝中，所述电动调节机构适于与控制组件信号连接，以用于调节所述涂布狭缝的出料量。
20.可选地，所述电动调节机构的数量为多个，多个所述电动调节机构插设于所述容置槽内；
21.每一所述电动调节机构均包括直线电机及与所述直线电机驱动连接的调节块，所述调节块伸入于所述涂布狭缝中，以用于改变涂布面密度。
22.可选地，所述涂布模头还包括第三模头，所述第三模头与所述第二模头连接固定，所述第二模头与所述第三模头之间夹设有第二垫片，以形成第二涂布狭缝。
23.为了实现上述目的，本发明还提出一种涂布装置，包括：
24.背辊组件，用于带动卷绕于其上的基材运动；
25.涂布模头，所述涂布模头为如上所述的涂布模头，所述涂布模头用于涂布浆料至所述背辊组件上的基材；以及
26.控制组件，与所述测厚组件信号连接，以用于根据涂层厚度信号控制所述涂布模头工作；其中，所述涂布模头包括：
27.第一模头；
28.第二模头，与所述第一模头连接固定；以及
29.测厚组件，设于所述第一模头或所述第二模头内，以用于测量涂布于基材上的涂层厚度。
30.可选地，所述涂布模头固定于模头支架上；
31.所述背辊组件包括：
32.涂布辊，所述涂布模头的涂布唇口抵住绕过基材的所述涂布辊，并将其内部的涂料涂于基材上，所述涂布辊通过轴承固定于所述模头支架上；
33.驱动件，与所述涂布辊驱动连接并与所述控制组件信号连接；以及
34.编码器，所述编码器固定于所述模头支架上，且所述编码器通过联轴器连接所述涂布辊的一端，所述编码器与所述控制组件信号连接，以用于检测所述驱动件的旋转角度并输出涂布辊位置信号至所述控制组件，所述控制组件还用于根据所述涂布辊位置信号控制所述涂布模头工作。
35.为了实现上述目的，本发明还提出一种涂布方法，基于如上所述的涂布装置，所述涂布方法包括以下步骤：
36.s10、测量涂布辊上基材与所述涂布模头之间的涂布间距；
37.s20、检测驱动件的当前转动角度，并根据所述转动角度-基准尺寸关系表，确定所述当前转动角度所对应的当前基准尺寸；
38.s30、根据所述当前基准尺寸、所述涂布间距和预设基材厚度，计算当前涂层厚度；
39.s40、根据所述当前涂层厚度，控制电动调节机构工作，以将所述当前涂层厚度调整至目标涂层厚度。
40.可选地，在所述步骤s10之前还包括：
41.s07、在所述涂布辊上未卷绕基材时，控制所述驱动件驱动所述涂布辊转动；
42.s08、检测并记录所述驱动件在不同所述转动角度下所述涂布辊表面各位置与所述涂布模头之间的基准尺寸；
43.s09、关联所述转动角度与其对应的所述转动角度，以获得所述转动角度-基准尺寸关系表。
44.可选地，在步骤s30中，定义所述涂层厚度为d、所述涂布间距为a、所述当前基准尺寸b、所述预设基材厚度为c，其满足关系式：d＝a-b-c。
45.在本发明的技术方案中，该涂布模头包括第一模头、第二模头和多个测厚组件，第二模头与第一模头连接固定；多个测厚组件间隔设置于第一模头或第二模头，且每一测厚组件均适于靠近背辊组件的下游设置，以用于测量涂布于基材上的涂层厚度。可以理解的是，本发明通过改进涂布模头的结构，将测厚组件设置于涂布模头并将其设置于靠近背辊组件的下游，测厚组件通过信号线缆或无线通讯等方式连接智能闭环控制系统，可以减少涂布位置到测厚位置的走带路径，能提高调试的响应速度并降低响应时间，有效地提升了涂布厚度的控制精度，进而提升了涂布的均一性。
附图说明
46.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
47.图1为本发明智能涂布模头一实施例的结构示意图；
48.图2为本发明智能涂布模头一实施例的剖视图；
49.图3为本发明涂布装置一实施例中涂布模头及背辊组件的第一剖视图；
50.图4为本发明涂布装置一实施例中涂布模头及背辊组件的第二剖视图；
51.图5为本发明涂布装置一实施例中涂布模头及背辊组件的结构示意图；
52.图6为本发明涂布方法一实施例的流程示意图。
53.附图标号说明：
54.1、基材；100、涂布模头；200、背辊组件；10、第一模头；20、第二模头；30、测厚组件；31、激光传感器；32、透光件；33、位置调节件；311、第一固定件；321、第二固定件；34、密封盖；312、信号线；40、第一垫片；20a、涂料分配腔；50、电动调节机构；51、直线电机；52、调节块；53、固定底座；101、模头支架；210、涂布辊；220、驱动件；230、编码器；231、固定支架；240、联轴器。
55.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
56.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
57.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
58.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案，或b方案，或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
59.本发明提出一种智能涂布模头，可适用于单层涂布装置，也可用于双层涂布装置，特别是高温浆料涂布装置，其涂料可为浆料或粉体等活性物质，此处不限。本发明涂布模头的应用场景并不局限于电池极片涂布，亦可应用于无基材的流延涂布场景。
60.参照图1至图4，在本发明一实施例中，该智能涂布模头100包括第一模头10、第二模头20和多个测厚组件30，第二模头20与第一模头10连接固定；多个测厚组件30间隔设置于第一模头10或第二模头20，且每一测厚组件均适于靠近背辊组件200的下游设置，以用于测量涂布于基材1上的涂层厚度。
61.本实施例中，第一模头10可为上模头，第二模头20可为下模头；当然，也可以是第一模头10为下模头，第二模头20为上模头。也就是说，本实施例中的测厚组件30可以安装于上模头，也可安装于下模头，此处不做具体限定。
62.为了方便理解，下面将以第一模头10为上模头、第二模头20为下模头为例进行详细阐述。
63.其中，如图4所示，基材1卷绕于背辊上，背辊转动带动其上的基材1自上一工序经过涂布模头100至下一工序，背辊的下游即背辊的出料端。本实施例中，通过将测厚组件30均靠近背辊组件200的下游设置，可以及时地检测涂布厚度并反馈给控制系统，控制系统控制调节机构调整涂布面密度，降低了响应时间，有效地提升了涂布厚度的控制精度，进而提升了涂布的均一性。
64.本实施例中，第一模头10可开设供电动调节机构50插设的容置槽，第一模头10与第二模头20之间夹设有垫片，以形成涂布狭缝，涂布狭缝与容置槽连通。其中，电动调节机构50插设于容置槽内并伸入至涂布狭缝中，以用于调节涂布狭缝的出料量。
65.需要说明，本实施例中，测厚组件30、电动调节机构50均与智能闭环控制系统信号连接，并分别在智能闭环控制系统的控制下进行涂层厚度的测量、涂布厚度的调节。
66.本实施例中，测厚组件30可以是激光测距传感器、激光测距对射传感器、超声波测距传感器或红外线测距传感器等，此处不限。
67.在本发明的技术方案中，该涂布模头100包括第一模头10、第二模头20和多个测厚组件30，第二模头20与第一模头10连接固定；多个测厚组件30间隔设置于第一模头10或第
二模头20，且每一测厚组件均适于靠近背辊组件200的下游设置，以用于测量涂布于基材1上的涂层厚度。可以理解的是，本发明通过改进涂布模头100的结构，将测厚组件30设置于涂布模头100内，测厚组件30通过信号线312连接智能闭环控制系统，可以减少涂布位置到测厚位置的走带路径，能提高调试的响应速度，降低响应时间，有效地提升了涂布厚度的控制精度，进而提升了涂布的均一性。
68.在一实施例中，该涂布模头100可为双层或多层涂布模头，涂布模头100还可包括至少一个模头，至少一个模头设置于第一模头10与第二模头20，形成至少两个涂布狭缝。如此，实现了双层或多层涂布，极大地提高了涂布效率，节省了生产成本。
69.主要参考图1和图2，在一实施例中，测厚组件30可包括激光传感器31和透光件32，第一模头10开设有供激光传感器31安装的安装孔，激光传感器31适于与控制组件信号连接；透光件32安装于安装孔的端部，并位于激光传感器31的监控路径上，也即，透光件32的一侧与激光传感器31的出光侧相对设置，透光件32的另一侧适于与背辊上基材1的测厚点相对设置。
70.此外，透光件32与激光传感器31也可以一体成型制造，以方便组装涂布模头。
71.本实施例中，激光传感器31用于测量涂布厚度，其数量可为一个，也可以是多个，对应的透光件32、安装孔等结构的数量与激光传感器31的数量相同，激光传感器31可通过第一固定件311固定于安装孔内。
72.需要说明的是，设置多个激光传感器31来检测涂层厚度，能够大幅提升涂布厚度测量的覆盖率，以进一步地提升测量准确性，提高涂布均一性。
73.本实施例中，透光件32可为光学玻璃，其可通过第二固定件321固定于安装孔的端部。其作用在于，一方面，可以允许激光传感器31的检测光线通过；另一方面，具有防尘的作用，避免灰尘聚集在激光传感器31上而影响测厚的准确性。
74.值得一提的是，相比于现有技术，本实施例的激光传感器31可设置多个，多个激光传感器31可并排设置于涂布模头100内部，能够大幅提升厚度测量的覆盖率。此外，相比于现有技术中将测厚装置设置于背辊后侧的方案，本发明将激光传感器31安装于第一模头10上，可减少涂布位置到测厚位置的走带路径，能够提高调试的响应速度降低响应时间，有助于进一步地提高涂布控制精度及一致性。
75.还需说明的是，本发明应用的激光传感器31的响应时间在1ms左右，智能闭环控制系统可以在每毫秒获取测量的厚度数据，大幅提高了厚度采样的覆盖率，降低了数据采样响应时间，控制电动调节机构50以毫秒级的响应速度处理厚度变化，可以有效地提升涂布厚度的控制精度，提升涂布的一致性。
76.为了提高该测厚组件30测量涂层厚度的精确度，如图3和图4所示，在一实施例中，测厚组件30还可包括位置调节件33，位置调节件33设于第一模头10上并与激光传感器31连接，以用于调节激光传感器31的位置。
77.本实施例中，激光传感器31可以设置为螺纹固定方式。具体而言，位置调节件33可设置为筒状，激光传感器31固定于位置调节件33内，位置调节件33的外壁设置与激光传感器31固定孔内的内螺纹相匹配的外螺纹，通过旋转位置调节件33，来旋入或旋出激光传感器31，并调节激光传感器31的位置。
78.其中，当安装孔内设置第一固定件311时，第一固定件311可设有内螺纹，位置调节
件33可设置与其适配的外螺纹，以实现位置调节。
79.此外，激光传感器31也可以设置为卡接固定方式。具体而言，位置调节件33设置为筒状，激光传感器31固定于位置调节件33内，位置调节件33的外壁设置多圈凸环，第一模头10的安装孔内设置多圈环形凹槽，环形凹槽与凸环相匹配，通过推入或推出位置调节件33，来带动其中的激光传感器31进行位置调节。
80.需要说明的是，本实施例中，激光传感器31的位置调节方式不限于上述方案，此处不做具体限定，只要是能够实现位置调节件33在安装孔内进行移动并锁定的结构均可。
81.参考图2，在一实施例中，第一模头10还设有密封盖34，密封盖34盖设于安装孔上。如此，能够提高侧厚组件安装的稳固性，也能避免浆料或水等液体流入至安装孔中破坏激光传感器31，延长了激光传感器31的使用寿命。
82.进一步地，本实施例中，密封盖34上可开设有供激光传感器31的信号线312过线的过线孔。如此，可方便激光传感器31的光纤等线缆穿过。
83.当然，在一些其他实施例中，也可采用无线通讯模块来传输数据，无线通讯模块可安装于安装孔内与激光传感器31电连接，并与智能闭环控制系统建立无线通讯，此种情况下，密封盖34上显然无需开设过线孔。
84.为了大幅地提升厚度测量的覆盖率，以提高涂布厚度的控制精度，参考图1，在一些实施例中，激光传感器31的数量可为多个，安装孔的数量与激光传感器31的数量相同，多个激光传感器31一对一并排设置于多个安装孔内。
85.参考图1至图4，在一实施例中，该涂布模头100为单层涂布模头100，第一模头10可开设有容置槽，第一模头10与第二模头20之间夹设有第一垫片40，以形成第一涂布狭缝，第一涂布狭缝与容置槽连通；第二模头20设有进料口及与进料口连通的涂料分配腔20a，涂料分配腔20a与涂布狭缝连通。涂布模头100还可包括电动调节机构50，电动调节机构50插设于容置槽内并伸入至涂布狭缝中，电动调节机构50适于与控制组件信号连接，以用于调节涂布狭缝的出料量。
86.可以理解的是，本实施例中，智能闭环控制系统可以在每毫秒获取测厚组件30测量的厚度数据，然后再控制电动调节机构50以毫秒级的响应速度处理厚度变化，可以有效地提升涂布厚度的控制精度，进一步地提升涂布的一致性。
87.进一步地，本实施例中，电动调节机构50的数量为多个，多个电动调节机构50插设于容置槽内；每一电动调节机构50均包括直线电机51及与直线电机51驱动连接的调节块52，直线电机51可通过固定底座53固定于第一模头10上，调节块52伸入于涂布狭缝中，以用于改变涂布面密度。如此，可进一步地提升涂布厚度控制精度。
88.本发明还提出一种涂布装置，可以是单层涂布装置，也可以是双层涂布装置，其涂料可为浆料或粉体等活性物质，特别是高温浆料涂布装置，此处不限。此外，本发明可应用于无基材的流延涂布场景的应用，在此场景下，可以排除基材对于测量厚度的干扰，提高测量及控制的精度。
89.参考图3至图5，在本发明一实施例中，该涂布装置包括涂布模头100、背辊组件200和控制组件，背辊组件200用于带动卷绕于其上的基材1运动；涂布模头100为如上所述的涂布模头100，涂布模头100用于涂布浆料至背辊组件200上的基材1；控制组件与测厚组件30信号连接，以用于根据涂层厚度信号控制涂布模头100工作。
90.由于该涂布装置包括涂布模头100，该涂布模头100的具体结构参照上述实施例，由于本发明提出的涂布装置包括上述涂布模头100的所有实施例的所有方案，因此，至少具有与涂布模头100相同的技术效果，此处不一一阐述。
91.主参考图5，在一实施例中，涂布模头100固定于模头支架101上；背辊组件200可包括涂布辊210、驱动件220和编码器230，涂布模头100的涂布唇口抵住绕过基材1的涂布辊210，并将其内部的涂料涂于基材1上，涂布辊210通过轴承固定于模头支架101上；驱动件220与涂布辊210驱动连接并与控制组件信号连接；编码器230可通过固定支架231固定于模头支架101上，且编码器230通过联轴器240连接涂布辊210的一端，编码器230与控制组件信号连接，以用于检测驱动件220的旋转角度并输出涂布辊210位置信号至控制组件，控制组件还用于根据涂布辊210位置信号控制涂布模头100工作。
92.本实施例中，编码器230可记录电机转动位置，也即涂布辊210转动位置，在校准过程中，编码器230配合激光传感器31可记录涂布辊210在不同周向不同位置的尺寸，并存入控制系统中，控制系统根据实时测量的数据和系统缓存的数据调整电动调节机构50工作，进而及时地调整涂布厚度，能够极大地提升涂布厚度的控制精度，进而有效地提升涂布的均一性。
93.本发明还提出一种涂布方法，基于如上所述的涂布装置，参考图6，所述涂布方法包括以下步骤：
94.s10、测量涂布辊上基材与所述涂布模头之间的涂布间距；
95.s20、检测驱动件的当前转动角度，并根据所述转动角度-基准尺寸关系表，确定所述当前转动角度所对应的当前基准尺寸；
96.s30、根据所述当前基准尺寸、所述涂布间距和预设基材厚度，计算当前涂层厚度；
97.s40、根据所述当前涂层厚度，控制电动调节机构工作，以将所述当前涂层厚度调整至目标涂层厚度。
98.在正常涂布的过程中，测量涂布湿膜的尺寸(即上述涂布间距)并减去预设涂布基材的厚度，以及校准程序中记录的背辊尺寸数据，得出当前位置的湿膜的准确厚度数据，以用于电动调节机构的调节涂布厚度。
99.换言之，在步骤s30中，定义所述涂层厚度为d、所述涂布间距为a、所述当前基准尺寸b、所述预设基材厚度为c，其满足关系式：d＝a-b-c。
100.需要说明，本发明应用的激光位移传感器的响应时间在1ms左右，智能闭环控制系统可以在每毫秒获取测量的厚度数据，能够大幅地提高厚度采样的覆盖率，降低数据采样响应时间，控制电动调节机构以毫秒级的响应速度处理厚度变化，可以有效地提升涂布厚度的控制精度，有助于进一步提升涂布的一致性。
101.本实施例中，该涂布装置的工作过程可简化为：1、涂布系统启动；2、测厚(毫秒级多通道采样)；3、运算(毫秒级运算处理能力)；4、调节输出(快速启动调节)。
102.在调节的过程中，测厚数据不停的测量，并分析调节位置和厚度变化的关系，实时地根据厚度与位置的变化，及时调整调节参数，达到高速智能调节的目标。
103.进一步地，在一实施例中，在所述步骤s10之前还包括：
104.s07、在所述涂布辊上未卷绕基材时，控制所述驱动件驱动所述涂布辊转动；
105.s08、检测并记录所述驱动件在不同所述转动角度下所述涂布辊表面各位置与所
述涂布模头之间的基准尺寸；
106.s09、关联所述转动角度与其对应的所述转动角度，以获得所述转动角度-基准尺寸关系表。
107.本实施例中，当涂布模头在安装到涂布装置上之后，可先通过校准程序检测涂布背辊的基准尺寸，并与背辊一侧编码器记录的位置关联，将记录背辊在不同周向不同位置的尺寸(即上述转动角度-基准尺寸关系表)存入控制系统中。
108.以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。