專利名稱：氫能源電池膜電極自動定位熱壓設備的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于機械設備類，涉及一種氫能源電池膜電極自動定位熱壓設備有關。
技術背景當前由于石油短缺和汽車尾氣污染等環(huán)境問題日益嚴重，目前燃料電池研發(fā)生產(chǎn)的一個重要方向是能夠給汽車提供動力。幾乎所有大的汽車制造商都在研發(fā)使用燃料電池的電動汽車，并已有示范車型。同時在便攜式電子設備(如手機、筆記本電腦、掌上電腦) 等也開始在推行使用氫能源電池。氫能源電池膜定位熱壓設備現(xiàn)有技術是手動定位熱壓成型，其工作原理是手工上料一手工定位一熱壓；上述氫能源電池膜電極生產(chǎn)工藝的缺點是a.以手工操作來生產(chǎn)必須投入大量的勞動力，生產(chǎn)效率低，制造成本高。b.由于人們在操作的過程中動作單一，體力易于疲勞思想易于麻痹給產(chǎn)品質量埋下了不少隱患。c.無法對多層材料同時進行定量輸送，沒有光纖傳感器的檢測進行精確定位，無伺服控制系統(tǒng)及全閉張力控制系統(tǒng)，
實用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本實用新型提供一種氫能源電池膜電極全自動定位熱壓設備，該裝置采用伺服電機的位置控制模式，可對多層材料同時進行定量輸送，通過光纖傳感器的檢測進行精確定位，并對薄膜材料進行熱壓，采用先進的伺服控制系統(tǒng)及全閉張力控制系統(tǒng)，設備實現(xiàn)了自動化生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率和降低了勞動強度。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型技術方案為氫能源電池膜電極自動定位熱壓設備，其機械部分包括機臺，其上設有質子膜C走料機構包括依次連接配合的質子膜C放卷機構1，質子膜C儲料浮輥 2，質子膜C 一級連續(xù)放料牽引機構3，質子膜C放卷糾偏檢測4，質子膜C自動定位放料牽引機構5，質子膜C保護膜排廢機構6，質子膜C張力傳感器、色標傳感器7，熱壓機構12，成品保護膜張力傳感器16，二級張力伺服牽引機構17，成品保護膜放卷機構18，成品張力傳感器19，成品收卷20;正極膜A及負極膜B走料機構包括依次連接配合的設置在質子膜C質子膜C自動定位放料牽引機構5后面工位上的正極膜A及負極膜B放卷機構8，正極膜A及負極膜B 負壓張力機構9，正極膜A及負極膜B負壓糾偏機構10，熱壓機構12，正極膜A及負極膜B 牽引機構14，正極膜A及負極膜B收卷15 ；白卡紙走料機構包括依次配合的設置在正極膜A及負極膜B放卷機構8后面熱壓機構12前面工位上的白卡紙放卷機構11，熱壓機構12，白卡紙收卷機構13。正極膜A、負極膜B及質子膜C的牽引機構的牽引輥尺寸相同，由同步系統(tǒng)控制同步送料，正極膜A及負極膜B黑塊位置恰與質子膜C窗口位置對應，送料至熱壓機構12熱壓。光纖傳感器檢測窗口的位置進行定位送料，檢測窗口與PET膜方面須具備色差， 光纖傳感器距離熱壓頭前側小于90mm。其電氣部分結構包括質子膜C走料機構包括依次連接配合的質子膜C放卷磁粉制動器1，，質子膜C糾偏器2’，質子膜C 一級連續(xù)放料牽引伺服電機3’，質子膜C浮輥電位器4’，質子膜C自動定位放料牽引伺服電機5’，質子膜C上廢料收卷伺服電機6’，質子膜C下廢料收卷伺服電機7’，熱壓機構14’，成品上保護膜放卷伺服電機23’，成品下保護膜放卷伺服電機M’，二級張力輔助牽引伺服電機25’，糾偏器沈’，成品收卷伺服電機27’ ；正極膜A及負極膜B走料機構包括依次連接配合的設置在質子膜C自動定位放料牽引伺服電機5’后面工位上的正極膜A及負極膜B放卷伺服電機8’、9’，正極膜A及負極膜B付壓糾偏控制器10’、11’，熱壓機構14’，正極膜A及負極膜B定位伺服電機21’、22’， 正極膜A及負極膜B收卷伺服電機19’、20’ ；白卡紙走料機構包括依次配合的設置在正極膜A及負極膜B放卷伺服電機8’、 9’后面熱壓機構14’前面工位上的白卡紙放卷磁粉控制器11’、12’，熱壓機構12’，白卡紙廢料收卷伺服電機17’、18’。熱壓機構14，包括相互配合的上壓頭氣缸15’及下壓頭氣缸16’。采用上述技術方案，本實用新型可全自動對多層材料同時進行定量輸送，通過光纖傳感器的檢測進行精確定位，并對薄膜材料進行熱壓，保證了產(chǎn)品品質的穩(wěn)定性，設備實現(xiàn)了自動化生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率和降低了勞動強度。設備廣泛應用于汽車行業(yè)、便攜式電子設備(如手機、筆記本電腦、掌上電腦)等的氫能源電池的膜電極熱壓成型。
圖1為本實用新型實施例的結構示意圖；圖2為本實用新型實施例電氣流程示意圖；圖3為本實用新型實施例電氣架構圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。如圖1-圖3所示，為本實用新型的實施例，氫能源電池膜電極自動定位熱壓設備， 其機械部分包括機臺，其上設有質子膜C走料機構包括依次連接配合的質子膜C放卷機構1，質子膜C儲料浮輥 2，質子膜C 一級連續(xù)放料牽引機構3，質子膜C放卷糾偏檢測4，質子膜C自動定位放料牽引機構5，質子膜C保護膜排廢機構6，質子膜C張力傳感器、色標傳感器7，熱壓機構12，成品保護膜張力傳感器16，二級張力輔助牽引機構17，成品保護膜放卷機構18，成品張力傳感器19，成品收卷20;正極膜A及負極膜B走料機構包括依次連接配合的設置在質子膜C自動定位放料牽引機構5后面工位上的正極膜A及負極膜B放卷機構8，正極膜A及負極膜B付壓張力機構9，正極膜A及負極膜B付壓糾偏機構10，熱壓機構12，正極膜A及負極膜B牽引機構 14，正極膜A及負極膜B收卷15 ；白卡紙走料機構包括依次配合的設置在正極膜A及負極膜B放卷機構8后面熱壓機構12前面工位上的白卡紙放卷機構11，熱壓機構12，白卡紙收卷機構13。正極膜A、負極膜B及質子膜C的牽引機構的牽引輥尺寸相同，由同步系統(tǒng)控制同步送料，正極膜A及負極膜B黑塊位置恰與質子膜C窗口位置對應，送料至熱壓機構12熱壓。光纖傳感器檢測窗口的位置進行定位送料，檢測窗口與PET膜方面須具備色差， 光纖傳感器距離熱壓頭前側小于90mm。其電氣部分結構包括質子膜C走料機構包括依次連接配合的質子膜C放卷磁粉制動器1，，質子膜C糾偏器2’，質子膜C 一級連續(xù)放料牽引伺服電機3’，質子膜C浮輥電位器4’，質子膜C自動定位放料牽引伺服電機5’，質子膜C上廢料收卷伺服電機6’，質子膜C下廢料收卷伺服電機7’，熱壓機構14’，成品上保護膜放卷伺服電機23’，成品下保護膜放卷伺服電機24’，二級張力輔助牽引伺服電機25’，糾偏器沈’，成品收卷伺服電機27’ ；正極膜A及負極膜B走料機構包括依次連接配合的設置在質子膜C自動定位放料牽引伺服電機5’后面工位上的正極膜A及負極膜B放卷伺服電機8’、9’，正極膜A及負極膜B付壓糾偏控制器10’、11’，熱壓機構14’，正極膜A及負極膜B定位伺服電機21’、22’， 正極膜A及負極膜B收卷伺服電機19’、20’ ；白卡紙走料機構包括依次配合的設置在正極膜A及負極膜B放卷伺服電機8’、 9’后面熱壓機構14’前面工位上的白卡紙放卷磁粉控制器11’、12’，熱壓機構12’，白卡紙廢料收卷伺服電機17’、18’。熱壓機構14，包括相互配合的上壓頭氣缸15’及下壓頭氣缸16’。所述的氫能源電池膜電極自動定位熱壓設備另配設有人機界面。工作時1.質子膜C的走料方式及定位精度的保證質子膜C的走料流程為放卷(磁粉控制)一放卷糾偏(獨立機構，整體式橫向移動)一一級牽引(伺服控制，連續(xù)送料)一自動定位牽引(伺服控制，定位送料)一質子膜C保護膜剝離(伺服收卷，閉環(huán)張力控制)一熱壓一成品保護膜復合(伺服閉環(huán)張力控制)一二級牽引(伺服扭矩膜式控制)一成品收卷(伺服閉環(huán)張力控制。在以上走料流程中，一級牽引的連續(xù)放料在于確保質子膜C的放卷糾偏系統(tǒng)能更好的保證質子膜C窗口的橫向定位精度，保護膜的收廢及成品保護膜的放卷采用閉環(huán)張力控制避免質子膜C走料時的張力不受保護膜收放卷的影響，保證質子膜C橫縱向的定位精度不受干擾。質子膜C的二級牽引均在質子膜C上有保護膜的狀態(tài)下進行，避免質子膜C 受到牽引輥的直接擠壓，其中第二級牽引伺服電機工作在力矩膜式，通過調(diào)整其輸出扭矩保證質子膜C在熱壓及間歇送料過程中的張力穩(wěn)定，成品收卷由伺服電機獨立驅動，并采用閉環(huán)張力控制和糾偏控制，保證成品收卷的松緊度及端面的平整度。在質子膜C的定位送料過程中，由光纖傳感器檢測窗口的位置(窗口與PET膜方面須具備色差)進行定位送料，為保證定位精度光纖傳感器距離熱壓頭前側需小于兩個單位的尺寸(90mm)，且定位控制系統(tǒng)需具有記憶功能。2.正極膜A及負極膜B的走料方式(牽引、糾偏、張力等)及定位精度的保證正極膜A及負極膜B走料流程為放卷(伺服驅動，自動張力控制)一負壓過程糾偏一負壓張力控制一熱壓一牽引 (伺服定位控制)一收卷(伺服控制)正極膜A及負極膜B采用與質子膜C相同的伺服定位送料方式使A、B上的黑塊與質子膜C上的窗口進行精確定位，正極膜A及負極膜B放卷后裝有2組負壓板，一組為具有糾偏功能的負壓板確保橫向定位精度，另一組負壓板的作用是保證送料及合壓時的張力穩(wěn)定性，由光纖傳感器檢測黑塊位置在縱向定位系統(tǒng)控制下與熱壓頭進行縱向精確定位，光纖傳感器和熱壓頭的距離盡可能小，以避免正極膜A及負極膜B拉伸變形帶來的積累誤差影響正極膜A及負極膜B的定位精度。為確保正極膜A及負極膜B在每一單元的送料后與質子膜C的完全分離，剝離板離熱壓頭側面的距離須小于12mm。3.白卡紙走料方式白卡紙走料流程放卷(磁粉張力控制)一定量輥(編碼器)一伺服收卷白卡紙作為熱壓時的墊層，由收卷伺服電機通過檢測定量輥上的編碼信號進行與 A、B、C同步間歇式送料，每次送料尺寸為35mm，確保上一單元熱壓時留下的壓痕離開下一熱壓工作位置。4. A、B、質子膜C的送料同步A、B、質子膜C在熱壓完成后進行送料時，如果三層材料的送料不同步將影響黑塊在質子膜C上的附著效果。為此，A、B、質子膜C的牽引輥均采用同一尺寸，在同步系統(tǒng)控制下實現(xiàn)速度同步送料，當正極膜A及負極膜B與質子膜C完全分離后進入各自定位控制狀態(tài)(黑塊間隔15mm)。5. A、B、質子膜C的牽引跑偏控制A、B、質子膜C在牽引送料過程中，通過牽引力控制、牽引壓輥壓力均勻性控制及糾偏控制等措施，保證薄膜材料經(jīng)糾偏裝置后，在牽引側不出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象。6. A、B、質子膜C的牽引打滑判斷與控制為處理A、B、質子膜C在牽引運動中出現(xiàn)的打滑故障，在定位光電傳感器的前方即靠近壓頭處，預留打滑檢測傳感器的安裝位置。如果實際運行時出現(xiàn)嚴重打滑問題，除了改進機械傳動裝置，還須安裝打滑傳感器，并采用軟件方法，進行打滑判斷和控制。7. A、B、質子膜C三種材料的定位熱壓A、B、C三種材料在熱壓工作位定位后，熱平壓機構的壓頭合壓、保壓10秒左右。隨后熱平壓機構的壓頭離壓，A、B、質子膜C送料系統(tǒng)進下一輪送料，在送料過程中對正極膜A 及負極膜B進行剝離及廢料收卷。在熱壓過程中壓頭上墊有200克白卡紙作為墊層對正極膜A及負極膜B進行加熱。上熱壓頭由一個增壓氣缸驅動，下壓頭由電機驅動絲桿，并通過機械限位的方式控制下壓頭的位置。熱壓時，首先使下壓頭上升至工作位置，并保持在工作位置；熱壓頭的行程為50mm，分兩段行程控制，上下壓頭第一行程30mm，此時上下熱壓面的距離為40mm，處于熱壓的等待階段；當控制系統(tǒng)接收到送料停止的信號時，控制上下壓頭進行壓合，實現(xiàn)定位熱壓，并通過時間設定調(diào)節(jié)熱壓的保壓時間；當設備處于停機狀態(tài)時，上下熱壓頭完全退回原位，此時上下熱壓面的距離為100mm，熱源遠離材料，以免停機狀態(tài)下傷及材料。通過精密調(diào)壓閥調(diào)節(jié)上壓頭工作壓力大小。為了達到良好的熱壓效果，須確保上下熱壓頭工作面的平面度(0.02mm)和平行度(士 0.01mm)及溫度控制精度(士 1°C)，采取如下措施(1)上下熱壓頭的平行度保證上下熱壓頭安裝在同一組的導柱上，以確保上下熱壓面的平行度。下熱壓頭采用剛性安裝，上熱壓頭則采用球面聯(lián)結的安裝方式，并通過在上壓頭的導柱與導套的配合間隙來改善裝配后上下壓頭接觸面的平行度。(2)上下熱壓頭加熱溫度的控制熱壓頭采用電磁加熱的方式，保證工作溫度的恒定及溫度控制精度；為防止壓頭邊緣的熱量在空氣中散發(fā)，影響壓頭周邊溫度，四面采用隔熱材料保溫，以保證上下壓頭平面的溫度均衡。四周的隔熱材料比上下壓塊實際工作面略低，避免熱壓時隔熱材料接觸到被加工薄膜材料。(3)加熱塊材料加熱塊采用導熱性好、耐磨性好且具有一定硬度的材料。8.電氣定位控制A、B、質子膜C在熱壓頭工位的定位，采用色標傳感器位置檢測與伺服牽引輥編碼器位移檢測相結合，通過電氣控制系統(tǒng)程序算法，實現(xiàn)膜的精確定位和循環(huán)控制。電氣部分工作時1、質子膜C走料控制原理張力控制器自動調(diào)節(jié)磁粉制動器1’的輸出力矩控制質子膜C的放卷張力，一級牽引伺服電機3’在同步系統(tǒng)控制下通過檢測熱壓部分14’的工作頻率，根據(jù)設定的步進送料長度尺寸對質子膜C進行連續(xù)送料，浮輥電位器4’通過檢測高低位信號對一級牽引伺服電機3’的送料進行修正。糾偏器2’對質子膜C橫向送料精度進行控制。質子膜C自動定位放料牽引伺服電機5’通過設定的送料尺寸及色標傳感器信號對質子膜C進行精確的定位送料，并由二級牽引伺服電機25’以力矩膜式保證熱壓時質子膜C的張力恒定，經(jīng)二級牽引伺服25’后由糾偏器26’保證成品的橫向精度，再由成品收卷伺服電機27’進行成品收卷。2、正極膜A及負極膜B的走料控制原理正極膜和B膜的控制原理相同，由放卷伺服電機8’、9’分別控制正極膜A及負極膜B的放卷張力，經(jīng)糾偏控制器10’、11’的橫向定位后由定位伺服電機21’、22’進行定位送料后由廢料收卷伺服電機19’、20’進行收卷(正極膜A及負極膜B的定位送料控制原理與質子膜C相同)。3、質子膜C保護膜收卷控制原理質子膜C保護膜收卷分別由收卷伺服電機6’、7’完成，并在張力系統(tǒng)控制下通過張力傳感器的感應信號進行恒張力收卷。[0078]4、白卡紙送料控制白卡紙送料控制系統(tǒng)通過走紙輥上編碼器的輸出脈沖信號由收卷伺服電機17’、 18’進行收卷并同時進行間歇式定長送料，磁粉控制器12’、13’通過調(diào)節(jié)輸出扭矩控制白卡紙的放卷張力。5、成品保護膜控制成品保護膜分別由放卷伺服電機23’、24’進行放料，并通過張力控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)輸出扭矩控制放卷張力的大小。本實用新型可全自動對多層材料同時進行定量輸送，通過光纖傳感器的檢測進行精確定位，并對薄膜材料進行熱壓，保證了產(chǎn)品品質的穩(wěn)定性，設備實現(xiàn)了自動化生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率和降低了勞動強度。設備廣泛應用于汽車行業(yè)、便攜式電子設備(如手機、 筆記本電腦、掌上電腦)等的氫能源電池的膜電極熱壓成型。
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權利要求1.氫能源電池膜電極自動定位熱壓設備，其特征在于其機械部分包括機臺，其上設有質子膜C走料機構包括依次連接配合的質子膜C放卷機構(1)，質子膜C儲料浮輥 O)，質子膜C 一級連續(xù)放料牽引機構(3)，質子膜C放卷糾偏檢測G)，質子膜C自動定位放料牽引機構(5)，質子膜C保護膜排廢機構(6)，質子膜C張力傳感器、色標傳感器(7)，熱壓機構(12)，成品保護膜張力傳感器(16)，二級張力伺服牽引機構(17)，成品保護膜放卷機構(18)，成品張力傳感器(19)，成品收卷00)；正極膜A及負極膜B走料機構包括依次連接配合的設置在質子膜C自動定位放料牽引機構(5)后面工位上的正極膜A及負極膜B放卷機構(8)，正極膜A及負極膜B負壓張力機構(9)，正極膜A及負極膜B負壓糾偏機構(10)，熱壓機構(12)，正極膜A及負極膜B牽引機構(14)，正極膜A及負極膜B收卷(15)；白卡紙走料機構包括依次配合的設置在正極膜A及負極膜B放卷機構(8)后面熱壓機構(12)前面工位上的白卡紙放卷機構(11)，熱壓機構(12)，白卡紙收卷機構(13)；正極膜A、負極膜B及質子膜C的牽引機構的牽引輥尺寸相同，由同步系統(tǒng)控制同步送料，正極膜A及負極膜B黑塊位置恰與質子膜C窗口位置對應，送料至熱壓機構(1 熱壓。
2.如權利要求1所述的氫能源電池膜電極自動定位熱壓設備，其特征在于光纖傳感器檢測窗口的位置進行定位送料，檢測窗口與PET膜方面須具備色差，光纖傳感器距離熱壓頭前側小于90mm。
3.如權利要求1、2或3所述的氫能源電池膜電極自動定位熱壓設備，其特征在于其電氣部分結構包括質子膜C走料機構包括依次連接配合的質子膜C放卷磁粉制動器(1’)，質子膜C糾偏器(2’)，質子膜C 一級連續(xù)放料牽引伺服電機(3’)，質子膜C浮輥電位器(4’)，質子膜 C自動定位放料牽引伺服電機(5’)，質子膜C上廢料收卷伺服電機(6’)，質子膜C下廢料收卷伺服電機(7’)，熱壓機構(14’)，成品上保護膜放卷伺服電機03’)，成品下保護膜放卷伺服電機04’)，二級張力輔助牽引伺服電機05’)，糾偏器06’)，成品收卷伺服電機 (27')；正極膜A及負極膜B走料機構包括依次連接配合的設置在質子膜C自動定位放料牽引伺服電機(5’ )后面工位上的正極膜A及負極膜B放卷伺服電機(8’)、(9’)，正極膜A 及負極膜B付壓糾偏控制器(10’)、(11’)，熱壓機構(14’)，正極膜A及負極膜B定位伺服電機(21’)、02’)，正極膜A及負極膜B收卷伺服電機(19' )> (20')；白卡紙走料機構包括依次配合的設置在正極膜A及負極膜B放卷伺服電機(8’)、 (9’ )后面熱壓機構(14’ )前面工位上的白卡紙放卷磁粉控制器(11’)、(12’)，熱壓機構 (12’ )，白卡紙廢料收卷伺服電機(17’ )、(18’ )。熱壓機構(14’ )包括相互配合的上壓頭氣缸(15’ )及下壓頭氣缸(16’ )。專利摘要氫能源電池膜電極自動定位熱壓設備，將正極膜A(黑塊向下)，質子膜C，負極膜B(黑塊向上)進行放料，正極膜A和負極膜B的黑塊的位置和質子膜C的窗口位置一一對應并送入熱平壓機構的壓頭，通過伺服電機收料成卷(上下兩面覆上保護膜)，供下一個工序使用，再開始下一循環(huán)，采用伺服電機的位置控制膜式，可對多層材料同時進行定量輸送，通過光纖傳感器的檢測進行精確定位，并對薄膜材料進行熱壓，采用先進的伺服控制系統(tǒng)及全閉張力控制系統(tǒng)，整機操作為人機界面集中控制。
文檔編號H01M4/88GK202196830SQ201120272138
公開日2012年4月18日 申請日期2011年7月28日 優(yōu)先權日2011年7月28日
發(fā)明者闕濤興 申請人:廈門市麒豐印刷機械有限公司