專利名稱：薄膜涂敷張力控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及柔性薄膜張力控制領(lǐng)域，特別是涉及一種柔性薄膜涂敷的張力控制方法。
背景技術(shù)：
薄膜材料的涂敷在電子材料加工中得到愈來愈多的應(yīng)用。近年來，新能源技術(shù)的發(fā)展增加了對(duì)薄膜材料的加工需求，例如新型電池的電極制備，需要在薄膜上涂敷電極材料。在薄膜材料加工過程中，張力控制是關(guān)鍵的控制技術(shù)之一，特別是在單面已具有脆性涂敷層的薄膜卷材上進(jìn)行二次加工時(shí)，張力控制顯得更為重要。過大的張力會(huì)引起收放卷輥上卷材的擠壓，造成涂敷層的開裂或脫落。對(duì)于柔性薄膜，不穩(wěn)定的牽引張力也會(huì)引起薄膜的不規(guī)則變形，使其上的涂敷層脫離。薄膜涂敷時(shí)的張力穩(wěn)定對(duì)涂敷質(zhì)量也是十分重要的。薄膜張力控制有直接張力控制和間接張力控制方法，對(duì)于卷材的間接張力控制， 通常是利用估算收卷或放卷材料卷徑的變化，通過控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，間接控制薄膜張力，一般控制精度不高。直接張力控制有張力輥檢測(cè)法、重錘浮輥(跳舞輥)檢測(cè)法和彈力檢測(cè)法等，屬于閉環(huán)控制方法，控制精度高。傳統(tǒng)的直接張力控制方法中，均需要采用過渡輥與薄膜接觸以改變薄膜行走方向，形成檢測(cè)輥對(duì)張力的承受并對(duì)張力進(jìn)行檢測(cè)。但是，對(duì)于柔性薄膜材料，尤其是含有脆性涂敷層的柔性薄膜材料，過渡輥和檢測(cè)輥對(duì)薄膜材料的接觸力過大，會(huì)造成涂敷層的破壞。中國專利“薄膜去皺裝置、薄膜張力調(diào)整方法以及薄膜去皺方法”(CN 102024563)，提供了一種薄膜張力調(diào)整方法，這種方法采用噴氣單元，經(jīng)氣孔對(duì)帶狀薄膜噴射空氣，使帶狀薄膜推擠到另一部件上形成適當(dāng)張力。但這種方法產(chǎn)生薄膜貼合力的同時(shí)， 也會(huì)產(chǎn)生氣流噪聲。尤其對(duì)于已涂敷脆性材料的薄膜進(jìn)行二次加工，氣流噴射涂敷面或者擠壓涂敷面都是不合適的，所以這種張力調(diào)整方法不適用于已涂敷有脆性涂敷材料的薄膜涂敷加工。因此，有必要研究一種易于實(shí)現(xiàn)、對(duì)已涂敷層無損傷和控制精度高的薄膜涂敷張力控制方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種對(duì)薄膜涂敷加工中的薄膜張力控制的方法，該方法可以保證涂敷加工段的張力穩(wěn)定以獲得涂敷層的涂敷質(zhì)量，同時(shí)能夠避免傳統(tǒng)張力調(diào)節(jié)方法對(duì)已有涂敷層的接觸擠壓而引起的涂敷層破壞或脫落。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案
本發(fā)明的薄膜涂敷張力控制的方法，具體是通過對(duì)單面已有脆性材料涂敷層的薄膜進(jìn)行二次涂敷加工時(shí)的張力進(jìn)行控制，采用負(fù)壓吸附板吸附薄膜無涂敷層一側(cè)，負(fù)壓吸附板對(duì)薄膜產(chǎn)生吸附力，由負(fù)壓吸附板前段薄膜即AB段薄膜的放卷張力控制相配合，使?fàn)恳伵c負(fù)壓吸附板之間的薄膜形成張力，實(shí)現(xiàn)涂敷加工段的張力穩(wěn)定，涂敷輥和底輥將涂敷材料涂敷到薄膜與涂敷輥接觸的一側(cè)，獲得涂敷層的涂敷質(zhì)量。
所述牽引輥的伺服電機(jī)工作在速度模式或者位置模式，涂敷輥前段即BD段和后段即DE段的薄膜涂敷面不與過渡輥接觸，由負(fù)壓吸附板和牽引輥牽引所形成的薄膜張力通過帶張力檢測(cè)電路的張力輥檢測(cè)，按負(fù)反饋方式調(diào)節(jié)負(fù)壓吸附力，保持薄膜牽引張力維持在涂敷張力設(shè)定值F。所述AB段薄膜涂敷面不與過渡輥接觸時(shí)，該段放卷張力即負(fù)壓吸附板(4)與放卷輥之間的薄膜張力采用開環(huán)張力控制，張力最大值設(shè)為Fmax〈F/2，放卷輥伺服電機(jī)為轉(zhuǎn)矩模式，轉(zhuǎn)矩設(shè)定為M= FmaxX Rmin，其中Rmin是放卷膜最小半徑，設(shè)定張力最大值Fmax不致使放卷卷材涂敷材料擠壓受損。所述AB段薄膜涂敷面不與過渡輥接觸時(shí)，該段放卷張力即負(fù)壓吸附板(4)與放卷輥之間的薄膜張力采用間接張力控制，放卷張力值設(shè)為Fmax〈F/2，放卷輥伺服電機(jī)為轉(zhuǎn)矩模式，轉(zhuǎn)矩初始值設(shè)定為M=FmaxX R max，其中，Rmax是放卷膜最大初始半徑，設(shè)定放卷張力值Fmax 不致使放卷卷材涂敷材料擠壓受損。涂敷放卷運(yùn)行時(shí),放卷棍每轉(zhuǎn)m圈,轉(zhuǎn)矩設(shè)定修改值為M' = (Rmax - m Δ ) X M/ R _，其中Λ是包含涂敷層的薄膜厚度。所述張力檢測(cè)電路主要由傳感電路的張力輥、張力控制器、伺服驅(qū)動(dòng)器、負(fù)壓風(fēng)機(jī)伺服電機(jī)、負(fù)壓風(fēng)機(jī)和負(fù)壓吸附板組成，其中負(fù)壓吸附板經(jīng)負(fù)壓管道與負(fù)壓風(fēng)機(jī)連接，負(fù)壓吸附板用于對(duì)其上的薄膜產(chǎn)生吸附作用；伺服驅(qū)動(dòng)器連接負(fù)壓風(fēng)機(jī)伺服電機(jī)，改變負(fù)壓風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度；張力控制器經(jīng)張力信號(hào)電纜與張力輥連接而獲得張力信號(hào)，同時(shí)，張力控制器與伺服驅(qū)動(dòng)器相連接，向伺服驅(qū)動(dòng)器輸出控制信號(hào)。本發(fā)明為了避免放卷張力引起的薄膜卷材擠壓對(duì)涂敷層的影響，同時(shí)簡化張力控制系統(tǒng)，采用限定最大張力的開環(huán)張力控制方法，或者采用間接張力控制方法，即帶卷徑計(jì)算的開環(huán)張力控制。對(duì)放卷的這種控制方法的好處，是不需要設(shè)置張力檢測(cè)裝置，消除了過渡輥和檢測(cè)輥對(duì)涂敷面的接觸，
本發(fā)明的薄膜涂敷張力控制的方法要求(I)牽引伺服電機(jī)工作在速度模式或者位置模式，設(shè)定涂敷張力值為F，牽引涂敷張力采用負(fù)壓吸附作用產(chǎn)生，采用張力檢測(cè)和吸附力可調(diào)的閉環(huán)張力控制；(2)放卷伺服電機(jī)工作在轉(zhuǎn)矩模式，設(shè)定放卷張力值為Fmax〈F/2，放卷張力采用開環(huán)控制或間接張力控制。放卷段的薄膜張力間接控制與涂敷段薄膜張力閉環(huán)控制的配合，獲得對(duì)薄膜涂敷張力的控制，同時(shí)，不會(huì)對(duì)涂敷加工前的已涂敷層產(chǎn)生損傷。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的主要優(yōu)點(diǎn)
對(duì)單面已有脆性涂敷層的薄膜進(jìn)行二次涂敷加工時(shí)的張力進(jìn)行控制，采用負(fù)壓吸附薄膜無涂敷層一側(cè)，負(fù)壓吸附板對(duì)薄膜產(chǎn)生吸附力，從而使?fàn)恳伵c負(fù)壓吸附板之間的薄膜形成張力，涂敷張力與薄膜放卷張力控制相配合，既保證涂敷加工段的張力穩(wěn)定以獲得涂敷層的涂敷質(zhì)量，又避免傳統(tǒng)張力調(diào)節(jié)方法對(duì)已有涂敷層的接觸擠壓而引起的涂敷層破壞或脫落。


圖I是薄膜涂敷張力控制方法的示意圖。圖中1.放卷輥；2.薄膜卷材；3.過渡輥；4.負(fù)壓吸附板；5.張力檢測(cè)輥；6.底輥；7.涂敷輥；8.涂敷材料；9.干燥通道；10.牽引輥；11.過渡輥； 12.保護(hù)薄膜；13.保護(hù)薄膜放卷輥；14.過渡輥；15.收卷輥；16.張力控制器； 17.伺服驅(qū)動(dòng)器；18.伺服電機(jī)；19.負(fù)壓風(fēng)機(jī)；20.張力信號(hào)電纜；21.負(fù)壓管道。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供的是一種薄膜涂敷張力控制方法，該方法是通過對(duì)單面已有脆性涂敷層的薄膜進(jìn)行二次涂敷加工時(shí)的張力進(jìn)行控制，采用負(fù)壓吸附薄膜無涂敷層一側(cè)，負(fù)壓吸附板對(duì)薄膜產(chǎn)生吸附力，從而使?fàn)恳伵c負(fù)壓吸附板之間的薄膜形成張力，該張力與薄膜放卷張力控制相配合，實(shí)現(xiàn)涂敷加工段的張力穩(wěn)定以獲得涂敷層的涂敷質(zhì)量。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明薄膜涂敷張力控制方法作進(jìn)一步說明。如圖I所示放卷輥I上卷繞的是待涂敷加工的薄膜卷材2，對(duì)于在單面已有脆性材料涂敷層的薄膜卷材2 (以下簡稱薄膜)，其中a面是已有涂敷層的面，b面為無涂敷層的面。該薄膜先經(jīng)過過渡輥3覆蓋在負(fù)壓吸附板4的吸附面上，再經(jīng)過張力檢測(cè)輥5后從涂敷輥7和底輥6之間穿過，然后經(jīng)過干燥通道9 ;在牽引輥10處，卷繞在放卷輥13上的保護(hù)薄膜12經(jīng)由過渡輥11進(jìn)入牽引輥10，保護(hù)薄膜12被壓貼在薄膜已涂敷的一面，帶有保護(hù)層的薄膜經(jīng)過渡輥14被收卷輥15卷取。所述負(fù)壓吸附板4是在與薄膜的接觸面上分布有小氣孔的密封空腔，該密封空腔經(jīng)負(fù)壓管道21與負(fù)壓風(fēng)機(jī)19的進(jìn)風(fēng)口連接。當(dāng)負(fù)壓風(fēng)機(jī)19旋轉(zhuǎn)時(shí)，負(fù)壓吸附板4的密封空腔中的空氣被抽出，空腔中形成負(fù)壓狀態(tài)，于是，經(jīng)過小氣孔對(duì)于負(fù)壓吸附板4上的薄膜產(chǎn)生吸附力。負(fù)壓吸附板4對(duì)覆蓋在其上的薄膜的吸附力隨負(fù)壓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升而增加。在牽引輥10的牽引力作用下，負(fù)壓吸附板4對(duì)薄膜的吸附力形成合適的牽引張力，同時(shí)，在轉(zhuǎn)矩模式下的放卷輥驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)作用下，使AB段放卷薄膜獲得適當(dāng)?shù)膹埩Α?牽引輥10的牽引薄膜移動(dòng)時(shí)，涂敷輥7和底輥6同步旋轉(zhuǎn)，涂敷輥7將涂敷材料8涂敷在薄膜的下面一側(cè)即a面，薄膜獲得二次涂敷，薄膜經(jīng)過涂敷輥7后，已涂敷有涂敷材料8的薄膜進(jìn)入干燥通道9，經(jīng)牽引輥10壓合，保護(hù)薄膜12被壓貼在薄膜已涂敷的一面，最后在收卷輥15形成帶有保護(hù)層涂敷薄膜卷材。如圖1，本發(fā)明所述薄膜涂敷張力控制方法為
1.牽引輥10的伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作在速度模式或者位置模式，薄膜牽引張力設(shè)定為F；
2.設(shè)置放卷輥I的伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)為轉(zhuǎn)矩模式，初始轉(zhuǎn)矩設(shè)定為M=FmaxX Rmax，其中Fmax 為放卷張力值，Rmax是放卷薄膜卷材最大初始半徑；例如，按Fmax < F/2設(shè)置M值。3.牽引棍10牽引薄膜涂敷操作時(shí),放卷棍I每轉(zhuǎn)m圈,放卷轉(zhuǎn)矩設(shè)定修改為M'= (Rmax - mX Δ)ΧΜ/ Rmax，其中Λ是薄膜厚度(包含涂敷層)；
4.涂敷輥7前段即BD段和后段即DE段的薄膜涂敷面不與過渡輥接觸，由負(fù)壓吸附板 4和牽引輥10牽引所形成的薄膜張力通過帶張力檢測(cè)電路的張力輥5檢測(cè)，通過按負(fù)反饋方式調(diào)節(jié)負(fù)壓吸附力，保持薄膜牽引張力維持在涂敷張力設(shè)定值F。如圖1，本發(fā)明所述薄膜涂敷張力的另一種控制方法為
1.牽引輥10的伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作在速度模式或者位置模式，薄膜牽引張力設(shè)定為F；
2.設(shè)置放卷輥I的伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)為轉(zhuǎn)矩模式，轉(zhuǎn)矩設(shè)定為M=FmaxXRmin，其中Rmin是放卷膜最小半徑；例如，按Fmax < F/2設(shè)置M值。
3.涂敷輥7前段即BD段和后段即DE段的薄膜涂敷面不與過渡輥接觸，由負(fù)壓吸附板4和牽引輥10牽引所形成的薄膜張力通過帶張力檢測(cè)電路的張力輥5檢測(cè)，通過按負(fù)反饋方式調(diào)節(jié)負(fù)壓吸附力，保持薄膜牽引張力維持在涂敷張力設(shè)定值F。牽引輥10牽引薄膜涂敷操作時(shí)，涂敷牽引張力被張力檢測(cè)輥5所檢測(cè)，檢測(cè)信號(hào)經(jīng)張力信號(hào)電纜20送到張力控制器16中，張力控制器16將張力設(shè)定值與檢測(cè)值相減生成誤差值，通過對(duì)該誤差值進(jìn)行比例或比例加積分算法產(chǎn)生控制信號(hào)，張力控制器16輸出控制信號(hào)到伺服驅(qū)動(dòng)器17以調(diào)節(jié)負(fù)壓風(fēng)機(jī)19的伺服電機(jī)18的轉(zhuǎn)速，負(fù)壓風(fēng)機(jī)19的進(jìn)風(fēng)口經(jīng)負(fù)壓管道21與負(fù)壓吸附板4連接，伺服電機(jī)18的轉(zhuǎn)速變化改變了負(fù)壓吸附板4對(duì)于其上薄膜的吸附力，最終改變薄膜的牽弓I張力，將薄膜涂敷牽弓I張力控制在設(shè)定值。
權(quán)利要求
1.一種薄膜涂敷張力控制方法，其特征在于通過對(duì)單面已有脆性材料涂敷層的薄膜進(jìn)行二次涂敷加工時(shí)的張力進(jìn)行控制，采用負(fù)壓吸附板(4)吸附薄膜無涂敷層一側(cè)，負(fù)壓吸附板(4)對(duì)薄膜產(chǎn)生吸附力，由負(fù)壓吸附板(4)前段薄膜即AB段薄膜的放卷張力控制相配合，使?fàn)恳?10)與負(fù)壓吸附板(4)之間的薄膜形成張力，實(shí)現(xiàn)涂敷加工段的張力穩(wěn)定，涂敷輥(7 )和底輥(6 )將涂敷材料(8 )涂敷到薄膜與涂敷輥接觸的一側(cè)，獲得涂敷層的涂敷質(zhì)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的薄膜涂敷張力控制方法，其特征在于所述牽引輥(10)的伺服電機(jī)工作在速度模式或者位置模式，涂敷輥(7)前段即BD段和后段即DE段的薄膜涂敷面不與過渡輥接觸，由負(fù)壓吸附板(4)和牽引輥(10)牽引所形成的薄膜張力通過帶張力檢測(cè)電路的張力輥(5)檢測(cè)，按負(fù)反饋方式調(diào)節(jié)負(fù)壓吸附力，保持薄膜牽引張力維持在涂敷張力設(shè)定值F。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的薄膜涂敷張力控制方法，其特征在于所述AB段薄膜涂敷面不與過渡輥接觸時(shí)，該段放卷張力即負(fù)壓吸附板(4)與放卷輥之間的薄膜張力采用開環(huán)張力控制，張力最大值設(shè)為Fmax〈F/2，放卷輥(I)的伺服電機(jī)為轉(zhuǎn)矩模式，轉(zhuǎn)矩設(shè)定為M= FfflaxXRfflin,其中Rmin是放卷膜最小半徑，設(shè)定張力最大值Fmax不致使放卷卷材涂敷材料擠壓受損。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的薄膜涂敷張力控制方法，其特征在于所述AB段薄膜涂敷面不與過渡輥接觸時(shí)，該段放卷張力即負(fù)壓吸附板(4)與放卷輥之間的薄膜張力采用間接張力控制，放卷張力值設(shè)為Fmax〈F/2，放卷輥(I)的伺服電機(jī)為轉(zhuǎn)矩模式，轉(zhuǎn)矩初始值設(shè)定為 M=FmaxX R max，其中，Rmax是放卷膜最大初始半徑，設(shè)定放卷張力值Fmax不致使放卷卷材涂敷材料擠壓受損。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的薄膜涂敷張力控制方法，其特征在于涂敷放卷運(yùn)行時(shí)，放卷輥(I)每轉(zhuǎn)m圈，轉(zhuǎn)矩設(shè)定修改值為M' = (Rmax - mA) XM/ Rmax，其中Λ是包含涂敷層的薄膜厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的薄膜涂敷張力控制方法，其特征在于所述張力檢測(cè)電路主要由傳感電路的張力輥(5)、張力控制器(16)、伺服驅(qū)動(dòng)器(17)、負(fù)壓風(fēng)機(jī)伺服電機(jī)(18)、 負(fù)壓風(fēng)機(jī)(19)和負(fù)壓吸附板(4)組成，其中負(fù)壓吸附板(4)經(jīng)負(fù)壓管道(21)與負(fù)壓風(fēng)機(jī) (19)連接，負(fù)壓吸附板(4)用于對(duì)其上的薄膜產(chǎn)生吸附作用；伺服驅(qū)動(dòng)器(16)連接負(fù)壓風(fēng)機(jī)伺服電機(jī)(18)，改變負(fù)壓風(fēng)機(jī)(19)的旋轉(zhuǎn)速度；張力控制器(16)經(jīng)張力信號(hào)電纜(20)與張力輥(5)連接而獲得張力信號(hào)，同時(shí)，張力控制器(16)與伺服驅(qū)動(dòng)器(17)相連接，向伺服驅(qū)動(dòng)器(17)輸出控制信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種對(duì)薄膜涂敷加工中的薄膜張力控制的方法，尤其對(duì)單面已有脆性材料涂敷層的薄膜進(jìn)行二次涂敷加工時(shí)的張力進(jìn)行控制，采用負(fù)壓吸附板4薄膜無涂敷層一側(cè)，負(fù)壓吸附板4對(duì)薄膜產(chǎn)生吸附力，從而使?fàn)恳?0與負(fù)壓吸附板4之間的薄膜形成張力，涂敷牽引張力與薄膜放卷張力控制相配合，由涂敷輥7和底輥6將涂敷材料8涂敷到薄膜2與涂敷輥接觸的一側(cè)，該薄膜涂敷張力控制方法既保證涂敷加工的張力穩(wěn)定以獲得涂敷層的涂敷質(zhì)量，又避免傳統(tǒng)張力調(diào)節(jié)方法對(duì)已有涂敷層的接觸擠壓而引起的涂敷層破壞或脫落。
文檔編號(hào)B65H23/34GK102583086SQ20121005575
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月5日
發(fā)明者夏澤中, 肖純, 袁佑新, 譚思云, 陳靜 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)