用于测量用于制造电池的涂布辊的圆度的测量装置和测量方法与流程

1.本发明涉及一种用于电池制造的涂布辊的圆度测量装置和圆度测量方法。更具体地，本发明涉及一种能够通过以非接触方式测量涂布辊的圆度来准确地测量涂布辊的圆度、同时减少测量期间的测量误差的圆度测量装置和圆度测量方法。
2.本技术要求基于在2021年1月13日提交的韩国专利申请第10-2021-0004364号的优先权的权益，并入该韩国专利申请的文献中公开的全部内容作为本说明书的一部分。


背景技术：

3.随着由于化石燃料的枯竭而导致能源价格上涨和对环境污染的关注增加，对环境友好的替代能源的需求成为未来生活不可缺少的因素。特别地，随着技术发展和对移动装置的需求增加，对作为能源的二次电池的需求迅速增加。
4.一般而言，与不能充电的一次电池不同，二次电池是指能够进行充放电的电池，这样的二次电池广泛用于诸如手机、笔记本电脑和交通工具之类的各种领域。
5.这样的二次电池的电极是经由用电极浆料涂布金属基底(其中活性材料与导电材料混合)，加热和干燥所得物，并且执行滚压工艺来制造的。
6.涂布工艺包括狭缝模头涂布方法和辊涂布方法，狭缝模头涂布方法使用狭缝模头将电极浆料排放到金属基底(集流体)上，在辊涂布方法中将电极浆料施加到旋转辊，然后旋转辊旋转，以将电极浆料转移到集流体。
7.图1是图示通过狭缝模头涂布方法执行电极浆料涂布的图。
8.如图中所示，狭缝模头10由涂布辊20(支撑辊)支撑，并且电极浆料1从狭缝模头10的唇部11相对于连续行进的金属基底2排放，以用电极浆料1涂布金属基底2。
9.图2是图示通过辊涂布方法执行用电极浆料1涂布的图。
10.在辊涂布方法中，电极浆料1所施加到的旋转辊a旋转，金属基底2在与旋转辊a紧密接触的状态下移动，并且施加在旋转辊a上的电极浆料1被转移到金属基底2上。像图1那样，即使在辊涂布方法中，金属基底2也是由涂布辊20(支撑辊)支撑。
11.如上所述，电极浆料所施加到的金属基底(集流体片)由涂布辊支撑，随着涂布辊的旋转而连续移动，并且被用电极浆料涂布。由于涂布辊支撑金属基底并且同时用于引导金属基底，所以涂布辊被称为支撑辊或引导辊。
12.同时，在用电极浆料涂布期间，在金属基底的宽度方向(td方向)和行进方向(长度方向：md方向)上装载的电极浆料量应该是均匀的，以获得优异的涂布质量。在这些方向中，虽然行进方向上的装载偏差存在若干原因，但是确定涂布辊的圆度的变化为主要原因。涂布辊的圆度变化意味着涂布间隙周期性地变化。
13.根据相关技术，如图3中所示，为了评价涂布辊的圆度，采用经由刻度盘指示器30(dial gauge)进行的物理接触方法。也就是说，通过使刻度盘指示器30的测量指针31与涂布辊的表面接触、使用齿轮装置放大主轴的微小移动、读取在刻度上指示的尺寸、并且比较
长度，来评价涂布辊的圆度。
14.然而，由于该测量方法是涂布辊与刻度盘指示器直接接触的方法，存在以下问题。
15.首先，由于刻度盘指示器与涂布辊直接接触，因为为了测量圆度而不可避免地停止设备生产线，或者不可避免地在低速(2m/min或更低)下测量圆度，所以无法在实际生产线操作速度下测量圆度。
16.第二，由于该测量方法是物理接触方法，该方法的局限性在于仅测量即使发生划痕也无关紧要的涂布区域的外周，并且难以测量重要的实际涂布部分的圆度。
17.第三，根据操作刻度盘指示器的测量人员的技术水平，不可避免地出现测量误差。
18.因此，希望开发一种能够在实际生产线操作速度下准确测量涂布辊圆度的技术。
19.[相关技术文献]
[0020]
[专利文献]
[0021]
韩国专利公开申请第10-2018-0114380号


技术实现要素：

[0022]
技术问题
[0023]
本发明的一个目的是提供一种用于电池制造的涂布辊的圆度测量装置和圆度测量方法，该圆度测量装置和该圆度测量方法能够在实际生产线操作速度下测量涂布辊的圆度。
[0024]
本发明的另一个目的是提供一种用于电池制造的涂布辊的圆度测量装置和圆度测量方法，该圆度测量装置和该圆度测量方法能够通过在多个点处测量涂布辊的圆度来测量涂布辊的同轴度。
[0025]
本发明的又一个目的是提供一种用于电池制造的涂布辊的圆度测量装置和圆度测量方法，该圆度测量装置和该圆度测量方法能够在不由于测量人员而导致误差的情况下，准确地测量涂布辊的外周的圆度和实际涂布部分的圆度，在该实际涂布部分中执行实际的涂布。
[0026]
技术方案
[0027]
为了达到上述目的，本发明提供一种涂布辊的圆度测量装置，所述涂布辊在电极片被用电极浆料涂布时支撑电极片，该圆度测量装置包括位移传感器和支撑构件，位移传感器与涂布辊间隔开并且被配置为以非接触方式测量涂布辊的圆度，位移传感器安装在支撑构件上，并且支撑构件在涂布辊的长度方向上延伸，其中，所述位移传感器在涂布辊的长度方向上作为多个位移传感器安装在所述支撑构件上。
[0028]
位移传感器可以安装在电极片的涂布有电极浆料的另一面处。
[0029]
位移传感器可以作为总共三个位移传感器安装，以面向涂布辊的左侧、中心和右侧的位置。
[0030]
可以通过使用三个位移传感器的圆度测量来测量涂布辊的同轴度。
[0031]
位移传感器可以安装在垂直于涂布辊的中心轴线的方向上。
[0032]
支撑构件可以耦接到支撑框架，该支撑框架相邻于涂布辊的两端而安装。
[0033]
圆度测量装置可以进一步包括线性移动机构，该线性移动机构被配置为向前和向后移动位移传感器，以允许位移传感器接近涂布辊和从涂布辊分离，并且线性移动机构可
以安装在支撑构件上。
[0034]
线性移动机构可以包括微型载物台，并且位移传感器可以安装在微型载物台上以向前和向后移动。
[0035]
位移传感器的零点可以通过利用微型工作台的位移传感器的向前和向后移动来调整。
[0036]
磁体构件可以安装在支撑构件的两端处，并且磁体构件可以附接在支撑框架的预定位置处。
[0037]
另一方面，本发明提供一种用于电池制造的涂布辊的圆度测量方法，包括：在涂布辊的长度方向上安装多个位移传感器，所述位移传感器与涂布辊间隔开；随着涂布辊旋转而连续测量在面向位移传感器的位置处的涂布辊的外直径；通过连续测量涂布辊的外直径来计算涂布辊的圆度。
[0038]
有益效果
[0039]
根据本发明，由于以非接触方式测量涂布辊的圆度，可以根据设备生产线的操作速度实时测量对应于实际涂布部分的涂布辊的圆度。
[0040]
另外，不但可以测量涂布辊的圆度，而且可以使用多个位移传感器来测量同轴度。
[0041]
另外，由于由微型载物台实现的零点调整功能，具有在无测量人员之间偏差的情况下准确地测量涂布辊的圆度和同轴度的效果。
附图说明
[0042]
图1是图示通过狭缝模头涂布方法执行电极浆料涂布的图。
[0043]
图2是图示通过辊涂布方法执行电极浆料涂布的图。
[0044]
图3是图示使用传统的仪表盘指示器的涂布辊圆度测量方法的示意图。
[0045]
图4是图示根据本发明的一个实施方式的用于电池制造的涂布辊的圆度测量装置的正视图。
[0046]
图5示出作为应用于图4的实施方式的部件的微型载物台的立体图和侧视图。
[0047]
图6是图示根据图4的实施方式的用于电池制造的涂布辊的圆度测量装置的侧视图。
[0048]
图7是图示根据图4的实施方式的微型载物台的操作和位移传感器的零点调整工艺的侧视图。
[0049]
图8是图示图4的实施方式的微型载物台的操作和位移传感器的零点调整工艺的侧视图。
[0050]
图9是图示根据本发明的另一实施方式的用于电池制造的涂布辊的圆度测量装置的侧视图。
具体实施方式
[0051]
在下文中，将参照附图和各种实施方式详细描述本发明的详细配置。说明性地示出以下描述的实施方式以帮助理解本发明，附图未按比例绘制以帮助理解本发明，并且一些部件的尺寸可能被夸大。
[0052]
本发明可以修改为各种形式并且可以具有各种实施方式，因此，将在附图中图示
具体实施方式并且将在以下说明中详细描述这些实施方式的说明。因此，以下要公开的实施方式不应理解为将本发明限制于特定的实施方式，而应理解为包括在本发明的精神和技术范围内的修改、等同物或替代物。
[0053]
本发明的涂布辊圆度测量装置包括位移传感器和支撑构件，在用电极浆料涂布电极片时所述涂布辊支撑电极片，位移传感器与涂布辊间隔开并且被配置为以非接触方式测量涂布辊的圆度，在支撑构件中安装位移传感器并且支撑构件在涂布辊的长度方向上延伸。位移传感器作为多个位移传感器在涂布辊的长度方向上安装在支撑构件中。
[0054]
本发明的主要特征之一在于，作为涂布辊圆度测量装置，不包括传统的接触类型刻度盘指示器，而采用不与涂布辊接触的位移传感器。
[0055]
作为适用于本发明的位移传感器，可以应用涡流位移传感器、光学位移传感器、超声波位移传感器、线性接近传感器、磁阻式位移传感器或类似物。然而，本发明不限于此，并且可以采用任何位移传感器，只要它能够以非接触方式测量涂布辊的外直径即可。
[0056]
作为光学位移传感器的示例，可以使用激光位移传感器。激光位移传感器包括用于发射激光的光投射器和用于接收反射光的光接收器。光投射器将激光发射到涂布辊的表面上，光接收器接收反射光，并且同时使用相机测量反射光的角度，从而可以非接触方式测量从位移传感器到涂布辊的表面的距离(位移)。
[0057]
如图1和图2中所示，当用电极浆料涂布金属基底时，由于涂布辊旋转以引导和支撑金属基底，位移传感器可以当涂布辊旋转时在设定的测量点处连续测量涂布辊的外直径或半径。可以在涂布辊旋转一次时所测量的在测量点处的一系列外直径或半径值来确定涂布辊的圆度。即使当涂布辊旋转一次时，根据环境温度变化和所供应的电极浆料的温度变化，涂布辊的外直径也可能以几微米为单位变化。相应地，当涂布辊旋转一次时，涂布辊的圆度可以由位移传感器测量的外直径或半径的连续值来计算。例如，当涂布辊旋转一次并且使用位移传感器在测量起点作为参考点的基础上测量外直径或半径的连续位移值时，可以将外直径或半径上的变化表示为数值。当外直径或半径的变化在预定范围内时，可以确定对应涂布辊的圆度没有大问题。然而，当外直径或半径的变化超过预定范围时，涂布辊的圆度上出现问题，并且可以预期在涂布辊的基础上所涂布的电极浆料的质量存在异常。也就是说，根据本发明，可以通过测量涂布辊的圆度来预测电极浆料涂布工艺的质量。
[0058]
根据本发明，将位移传感器作为多个位移传感器安装在沿着涂布辊的长度方向延伸的支撑构件中。
[0059]
根据电极的类型，可以将涂布辊制造成各种尺寸和长度。根据涂布辊长度方向的温度均匀性决定电极浆料在宽度方向上的涂布质量。也就是说，即使当涂布辊的长度方向上的任意一点的圆度在预定范围内时，并且当另一点的圆度在预定范围外时，电极浆料的宽度方向的涂布质量也可能受到损害。因此，根据本发明，由于将多个位移传感器安装在涂布辊的长度方向上并且测量在涂布辊的长度方向上每个点处的圆度，可以预测或管理在宽度方向上电极浆料的涂布质量。另外，涂布辊的圆度与电极浆料在行进方向(md方向)上的涂布质量有关，并且涂布辊在长度方向上的圆度与在宽度方向(td方向)上电极浆料的涂布质量有关。因此，根据本发明，位移传感器作为设置在涂布辊的长度方向上的多个位移传感器而安装，使得可以预测电极浆料在行进方向和宽度方向上的涂布质量。
[0060]
另外，当在涂布辊的长度方向上在左侧、中心和右侧处的位置处安装总共三个位
移传感器时，可以确定涂布辊的同轴度。也就是说，当三个位移传感器测量涂布辊的三个点的圆度时，且当将这些圆度值代入预定方程中时，可以计算涂布辊的直线度或同轴度(也就是涂布辊不弯曲且笔直位于同一轴上的程度)。为了获得用于计算同轴度的方程所需数量的变量值，需要使用至少三个位移传感器来测量圆度。
[0061]
同时，根据本发明，为了安装多个位移传感器而包括在涂布辊的长度方向上延伸的支撑构件。支撑构件可以安装在安装有涂布辊的工作室的壁上，或者可以安装在专用的支撑框架中。
[0062]
如上所述，根据本发明，多个非接触式位移传感器安装在涂布辊的长度方向上，并且因此可以测量涂布辊的圆度或同轴度，以预测涂布质量或电极浆料异常的发生。
[0063]
另外，通过经由圆度或同轴度数据的片段控制与空气调节相关的环境温度或电极浆料的温度或装载量，可以提高涂层质量。或者，可以在涂布辊中安装加热单元以加热部分或整个的涂布辊，以提高涂布辊的圆度或同轴度。另外，可以经由圆度和同轴度数据来提前检测涂布辊的更换时间点。
[0064]
根据本发明，由于位移传感器可以以非接触方式准确地测量涂布辊的圆度，可以直接测量用电极浆料实际涂布的涂布辊的中心部分的圆度，并且可以在涂布装置的实际操作速度(例如，1.3毫米/秒)下在不停止涂布装置的情况下测量圆度。因此，根据本发明，存在可以通过实时匹配设备数据来管理涂布质量的优点。
[0065]
下面将参照附图对本发明的用于电池制造的涂布辊的圆度测量装置的具体实施方式进行更详细描述。
[0066]
[发明的方式]
[0067]
(第一实施方式)
[0068]
图4是图示根据本发明的一个实施方式的用于电池制造的涂布辊的圆度测量装置100的正视图。图5示出微型载物台80的立体图和侧视图，该微型载物台80是应用于图4的实施方式的部件，并且图6是图示根据图4的实施方式用于电池制造的涂布辊的圆度测量装置100的侧视图。
[0069]
在图4的实施方式中，支撑构件60被安装成在涂布辊20的长度方向上延伸，并且支撑构件60耦接到专用支撑框架70，专用支撑框架70相邻于涂布辊的两端而安装。或者，只要安装空间允许，支撑件60可以直接安装在涂布工艺工作室的内壁上。如图6中所示，在本实施方式中，一对支撑构件60在涂布辊20的长度方向上平行地安装，以稳定地支撑位移传感器40。
[0070]
位移传感器40作为多个位移传感器40在涂布辊20的长度方向上安装在支撑构件60上。在本实施方式中，总共三个位移传感器40安装在涂布辊20的左侧、中心和右侧处的位置处。例如，当涂布辊20的长度为1400mm时，可以在距涂布辊的端部300mm的位置、700mm的位置和1100mm的位置处安装总共三个位移传感器40。如上所述，当使用三个位移传感器40测量圆度时，可以获得涂布辊20的同轴度，并且因此可以确定涂布辊的轴的变形。
[0071]
或者，为了获得涂布辊20的同轴度，可以根据需要在支撑构件上安装三个或更多个位移传感器40。当使用多于三个位移传感器40测量圆度时，可以获得更精确的同轴度。
[0072]
涂布辊20的轴21可以安装在支撑框架70、单独的支撑构件或涂布工艺工作室的侧壁上。
[0073]
如图4和图6中所示，为了减小位移传感器40的测量误差，位移传感器40安装在与涂布辊20的中心轴线垂直的方向上。特别地，如图6中所示，传感器的高度与涂布辊的中心轴线的高度可以共线地设定，也就是说位移传感器40与涂布辊的中心轴线之间的角度可以设定为0度。
[0074]
同时，如图6中所示，位移传感器40在用电极浆料1涂布的电极片2的背面侧上安装为面向涂布辊20。也可以在电极片2的表面上安装位移传感器40。在这种情况下，由于电极浆料的表面膨胀的影响导致的涂布辊20的收缩/膨胀，可能存在对更准确地测量外直径的变化的限制。相应地，如图6中所示，本发明的支撑构件60和位移传感器40可以安装在电极片2的背面侧处。
[0075]
本实施方式的圆度测量装置100设有线性移动机构，该线性移动机构被配置为使位移传感器40向涂布辊20移动或使位移传感器40从涂布辊20分离。也就是说，线性移动机构安装在支撑构件60上，并且位移传感器40通过线性移动机构向涂布辊20移动或从涂布辊20分离。
[0076]
位移传感器40安装为在涂布辊20的长度方向上的多个位移传感器40，当操作者(测量人员)需要调整多个位移传感器40时，需要用于将位移传感器向涂布辊20移动的线性移动机构。特别地，需要通过将位移传感器与涂布辊之间的距离调整在预定范围内来减小操作者之间的测量误差。
[0077]
图4至图6图示作为这样的线性移动机构的示例的微型载物台80。在图4中，微型载物台80通过支架50安装在支撑构件60上，并且位移传感器40安装在微型载物台80上。
[0078]
图5示出微型载物台80的立体图(图5a)和侧视图(图5b)。微型载物台80是能够使位移传感器40移动极微小距离的线性移动机构，并且在本实施方式中，微型载物台80具有例如
±
6.5mm的向前和向后移动行程。
[0079]
具体地，微型载物台80包括上载物台81和下载物台82，并且下载物台82耦接到固定板85。下载物台82和固定板85固定地耦接到支架50，支架50安装在支撑构件60上。
[0080]
上载物台81连接到缸体构件84，上载物台81能够根据缸体构件84的向前和向后移动而向前和向后移动预定的行程。缸体构件84连接到驱动器83，并且能够根据驱动器的操作而向前和向后移动。缸体构件84可以具有内置的机械转换机构，用于通过例如滚珠丝杠-滚珠螺母耦接将旋转移动转换为直线移动。相应地，作为驱动器83的电动机的旋转移动可以被传递并且转换为缸体构件84的直线移动。或者，除了机械转换机构之外，还可以在微型载物台80中采用其他转换机构，本文将省略其他转换机构的详细说明。在一些情况下，采用旋转杠杆作为驱动器83来代替电动机，因此可以通过使旋转杠杆旋转来向前和向后移动缸体构件84。当通过驱动器83传递一定角度的旋转移动时，微型载物台80被设定为精确地控制缸体构件84的向前和向后移动。相应地，可以使缸体构件84移动对于人来说难以控制的非常小量的行程(例如，几毫米)。由于微型载物台80，可以调整位移传感器40的零点。
[0081]
图7和图8是图示根据图4的实施方式的微型载物台的操作和位移传感器40的零点调整工艺的侧视图。
[0082]
在图6的状态中，驱动器83受驱动，因此缸体构件84移动，使得微型载物台80的上载物台81接近位移传感器40。为了便于描述，虽然在图中夸大微型载物台80和由于微型载物台80的位移传感器40的移动行程，但是该行程实际上非常小(以几毫米为单位)。相应地，
如图7中所示，位移传感器40更靠近地接近涂布辊20。
[0083]
另外，在图6的状态中，当驱动器83受驱动，因此缸体构件84移动，使得微型载物台80的上载物台81远离位移传感器移动40时，微型载物台80成为图8的状态。如在图7和图8中那样，在微型载物台80受驱动并且位移传感器40相对于涂布辊20向前和向后移动的同时，位移传感器与涂布辊之间的距离可以在预定距离范围内。也就是说，可以通过微型载物台80的操作来调整位移传感器40的零点。例如，当位移传感器40与涂布辊20之间的距离在预定范围内时，安装在位移传感器40中的灯(未示出)被打开，因此可以确认位移传感器40的零点经调整。此预定范围成为位移传感器的测量参考位置，并且当在该参考位置测量涂布辊的圆度时，可以减小由于操作者(测量人员)引起的圆度测量误差。也就是说，即使在任何操作者进行测量时，当位移传感器的零点通过利用微型载物台80的位移传感器40的向前和向后移动来调整时，也可以使根据操作者的圆度或同轴度的测量误差最小化。
[0084]
(第二实施例)
[0085]
图9是图示根据本发明的另一实施方式的用于电池制造的涂布辊的圆度测量装置200的侧视图。
[0086]
在本实施方式和第一实施方式中，对相同部分给出相同参考标号，并且将在本文中省略这些相同部分的详细说明。
[0087]
第二实施方式与第一实施例的不同之处在于预定的磁体构件61安装在支撑位移传感器40的支撑构件60的两端处。
[0088]
根据涂布装置的规格或类型，支撑构件60和位移传感器40可能需要安装在另一个涂布装置中。或者，即使在同一涂布装置中，当更换涂布辊时，也需要改变位移传感器40的安装位置。在这种情况下，当磁体构件61安装在支撑部件60的两端处且从支撑框架70拆卸时，位移传感器40可以容易地附接和拆卸。
[0089]
特别地，当将磁体构件61附接到设定在支撑框架70上的预定位置时，位移传感器40的测量位置被标准化，因此可以减小根据测量人员的测量误差。
[0090]
因此，根据本实施方式，存在以下优点：位移传感器40和支撑部件60可以容易地附接和拆卸，并且有机地结合由微型载物台80实现的零点调整功能，以进一步最小化测量误差。
[0091]
将再次详细描述根据本发明的使用用于电池制造的涂布辊的圆度测量装置100、200的圆度测量方法。
[0092]
首先，在涂布辊20的长度方向上与涂布辊20间隔开地安装多个位移传感器40。在这种情况下，可以将位移传感器40安装在用电极浆料涂布的电极片2的背面侧处。另外，位移传感器40安装在与涂布辊20的中心轴线垂直的方向上，因此可以减小测量误差。
[0093]
在安装位移传感器40之后，随着涂布辊20旋转，连续地测量在面向位移传感器40的点处的涂布辊的外直径。
[0094]
由于连续测量涂布辊的外直径，计算涂布辊旋转一圈期间外直径的变化，即圆度。
[0095]
当至少三个位移传感器40安装在涂布辊20的左侧、中心和右侧处时，使用位移传感器40测量涂布辊20的圆度，并且将圆度值代入到预定给定的方程中，可以测量涂布辊轴的变形程度，即同轴度。
[0096]
另外，位移传感器40安装成接近涂布辊和从涂布辊20分离，因此即使改变涂布辊
的规格或类型，也可以准确地测量涂布辊的圆度。
[0097]
特别地，通过将位移传感器40安装在微型载物台80上并且使用微型载物台80向前和向后移动位移传感器，可以精确地调整位移传感器40的零点，因此可以最小化根据测量人员的圆度/同轴度的测量误差。
[0098]
如上所述，根据本发明，通过以非接触方式测量涂布辊的圆度或同轴度，可以预测电极浆料的涂布质量或异常的发生。另外，不仅可以测量涂布辊的外周的圆度，还可以根据实际涂布装置的生产线操作速度来测量实际用电极浆料涂布的涂布辊的中心部分。因此，在涂布装置的控制方面，可以进行在线测量，并且通过将圆度数据实时提供给控制器，可以有助于改善涂布质量。
[0099]
另外，通过获得圆度/同轴度的实时数据，可以执行与诸如浆料装载量、浆料温度、空气调节温度之类的设备数据的相关性分析，并且因此通过该相关性分析改善装载/涂布工艺能力。
[0100]
如上所述，已经参照附图和实施方式更详细地描述了本发明。因此，本文所描述的或附图中所示的配置仅是本发明的一个实施方式，并不代表本发明的全部技术精神，因此应当理解，在递交本技术的时间，可以存在各种能够替代实施方式和配置的等效物和变型。
[0101]
[参考标号说明]
[0102]
1：电极浆料
[0103]
2：金属基底
[0104]
10：狭缝模头
[0105]
11：唇部
[0106]
a：旋转辊
[0107]
20：涂布辊
[0108]
21：涂布辊轴
[0109]
30：刻度盘指示器
[0110]
31：测量指针
[0111]
40：位移传感器
[0112]
50：支架
[0113]
60：支撑构件
[0114]
70：支撑框架
[0115]
80：线性移动机构(微型载物台)
[0116]
81：上载物台
[0117]
82：下载物台
[0118]
83：驱动器
[0119]
84：缸体构件
[0120]
85：固定板
[0121]
100和200：用于电池制造的涂布辊的圆度测量装置