膜厚測量輔助定位方法與流程

文檔序號：12297299閱讀：569來源：國知局

本發明涉及薄膜制造技術領域，具體涉及一種膜厚測量輔助定位方法。

背景技術：

bopp薄膜即雙向拉伸聚丙烯薄膜是由雙向拉伸所制得的，它是經過物理、化學和機械等手段特殊成型加工而成的塑料產品。bopp生產線是一個非線性、時變、大延遲的復雜系統。其工藝流程主要包括：原料熔融、擠出、冷卻成型、縱向拉伸、橫向拉伸、切邊、電暈處理、卷取等。

作為bopp薄膜產品質量指標的物理機械性能如拉伸強度、斷裂伸長率、濁度、光澤等，因主要決定于材料本身的屬性，所以都易達到要求。而作為再加工性和使用性能的主要控制指標，即薄膜厚度偏差和薄膜平均厚度偏差，則主要決定于薄膜的制造過程。即使制造過程中薄膜厚度控制在在標準允許的偏差范圍內，但經數千層膜收卷累計后，厚度偏差大的位置上就可能形成箍、暴筋或凹溝等不良缺陷，這些缺陷直接影響到用戶的再加工使用，如彩印套色錯位或涂膠不勻起皺等現象，使其降低或失去使用價值。所以bopp薄膜生產中最關鍵的質量間題是如何提高和穩定薄膜厚度精度，也正是這種薄膜厚度精度才直接影響到薄膜的使用價值，決定了薄膜的商品價值。

薄膜厚度控制基于對厚度的實時檢測，如申請號為2014201577223的中國專利通過x射線掃描獲得薄膜厚度后，分別采用兩個pid調節器來進行薄膜橫向和縱向厚度的控制，申請號為2007201517097的中國專利也采用了類似的方法，其同時指出，為了得到厚度均勻的薄膜，必須要實現厚度測量值和測量位置精確定位。申請號為2014204575910的中國專利則通過定邊裝置來進行基膜的對齊。

目前，對測厚儀輸出的厚度數據進行螺栓對應的常用方法主要有以下兩種，一是在不同螺栓處劃線做記號，然后在測厚儀掃描架上找到對應的地方，以確定螺栓的位置；二是在用測厚儀檢測剖面的同時，也測量出膜幅的實際寬度，參照模頭的寬度來計算薄膜的縮頸量，進而對模頭螺栓進行對應。這兩種方法均需要人工根據實際生產情況進行輔助標識、測量和判斷，人工判斷不但不精確，也無法穩定。由于缺乏對薄膜剖面的連續準確定位，薄膜的厚度控制效果及所生產產品的質量往往受到影響。為此，需要解決自動對測厚儀輸出的薄膜剖面厚度曲線進行螺栓定位的問題。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種能輔助測厚儀對螺栓進行測厚定位的方法，通過在擠出成型的鑄片預設位置上刻印印記后，對測厚儀輸出的薄膜剖面厚度曲線進行采集和分析處理，獲取印記位置，從而對擠出機模頭螺栓進行準確定位，確定模頭螺栓在厚度曲線上的坐標，為薄膜厚度控制系統提供完善準確的反饋信號。

本發明的技術解決方案是，提供一種膜厚測量輔助定位方法，包括如下步驟：

t1)執行機構中的刻印單元在由擠出機擠出后冷卻成型的鑄片上刻印斜坡形印記；

t2)采集模塊從測厚儀獲取薄膜剖面厚度曲線數據，由分析處理模塊進行處理后，同步模塊提取與測厚儀掃描同步的時刻對齊信息；

t3)輔助定位刻印初始化，刻印工位準備；

t4)分析處理模塊向強度調節模塊、調焦模塊并通過同步模塊向驅動模塊發出指令信息，由所述強度調節模塊、調焦模塊和驅動模塊控制執行機構動作進行輔助定位刻印，使刻印單元在鑄片的預設位置上刻印出v形或u形缺口印記；

t5)等待下一測厚儀掃描周期到來后，重復t4。

作為優選，所述刻印單元設置在用來將從擠出機擠出的薄膜原料熔體貼在激冷輥上的主氣刀的前方；所述刻印單元刻印的印記由多個深度不同的矩形刻槽組成，所述同步模塊為驅動模塊提供刻印開始的時間信息，使得所有的所述矩形刻槽均能被測厚儀檢測到。

作為優選，所述刻印單元包括兩個其刻印頭分別與擠出機模頭兩端部螺栓位置相固定連接的刻印模塊，所述刻印模塊采用激光刻印模塊。

作為優選，所述刻印單元包括一個與擠出機模頭唇口平行的導軌以及一個刻印模塊，所述刻印模塊包括一個可沿所述導軌移動的刻印頭，所述導軌上有多個與模頭螺栓有固定位置關系的停靠點，所述刻印模塊采用激光刻印模塊。

作為優選，所述分析處理模塊根據采集模塊獲取的薄膜剖面厚度曲線數據，檢測所述缺口印記在曲線上的位置，從而對擠出機的模頭螺栓進行定位，確定模頭螺栓在厚度曲線上的坐標。

作為優選，所述刻印單元刻印的印記最大深度為所刻印鑄片厚度的0.05至0.1倍。

采用本發明的方案，與現有技術相比，具有以下優點：本發明應用于薄膜生產在線厚度檢測的輔助定位，通過在鑄片的兩個或多個與模頭兩端螺栓相對固定的預設位置上進行深槽刻印，從而在薄膜剖面厚度曲線上定位出所有螺栓位置，實現了對薄膜厚度測量位置的自動準確定位，有效防止了人為判斷錯誤的影響，為進行薄膜厚度一致性控制提供了實時依據。本發明能快速實現刻印單元與測厚儀的同步，并且通過同步能減少刻印量。

附圖說明

圖1為bopp生產工藝流程示意圖；

圖2為應用了本發明的膜厚測量輔助定位裝置的結構示意圖；

圖3為刻印單元及擠出機模頭局部結構示意圖；

圖4為刻印頭及周邊局部結構示意圖圖；

圖5為刻印印記示意圖；

圖6為刻槽群結構示意圖；

圖7為矩形刻槽結構示意圖；

圖8為刻印工作流程圖；

圖9為刻印印記被測厚儀檢測過程示意圖；

圖10為同步模塊工作流程圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的優選實施例進行詳細描述，但本發明并不僅僅限于這些實施例。本發明涵蓋任何在本發明的精神和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。

為了使公眾對本發明有徹底的了解，在以下本發明優選實施例中詳細說明了具體的細節，而對本領域技術人員來說沒有這些細節的描述也可以完全理解本發明。

在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發明。需說明的是，附圖均采用較為簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。

如圖1所示，bopp生產從原材料熔融開始，經擠出成型為厚片即鑄片，鑄片再經縱向和橫向拉伸展寬展薄為寬卷薄膜，然后在牽引過程中進行切邊和電暈等處理，最后收卷為大母卷，后續按訂單要求對母卷進行分切和包裝。由于厚度對產品質量起著至關重要的作用，因此，在bopp生產中往往用兩臺測厚儀分別對鑄片和寬卷薄膜進行厚度實時監測，兩臺測厚儀均可對外輸出剖面的厚度數據集，同時它們均還連接顯示器以顯示鑄片或寬卷薄膜的剖面圖像。兩臺測厚儀中前面對鑄片測厚的那一臺在薄膜初拉出時使用，等到后面第二測厚儀投入后便暫停使用。

如圖2所示，應用了本發明方法的膜厚測量輔助定位裝置100，其包括采集模塊110、分析處理模塊120、同步模塊130，以及強度調節模塊140、調焦模塊150、驅動模塊160和執行機構170。

結合圖2和圖3所示，膜厚測量輔助定位裝置100，還包括固定于機架200的支架180，所述執行機構170包括一個刻印單元。擠出機300的模頭包括上下兩個唇片310，唇片之間形成唇口330，唇口開度大小由橫向排列的加熱螺栓320來調節。所述刻印單元中有刻印模塊171，所述刻印模塊171采用激光刻印模塊，其在由擠出機擠出后冷卻成型的鑄片的預設位置上刻印出v形或u形缺口印記。

作為優選，該刻印模塊設置為兩個，它們的刻印頭分別與模頭兩端部螺栓位置相固定，如可以使得刻印頭基座或其基準位置與兩端部第一個或第二個的螺栓中心線沿唇口垂線對齊且嚴格固定，使其基座或其基準位置在橫向方向上不能移位。

作為優選，還可以僅設置一個刻印模塊，但在支架180上設置一個與模頭唇口平行的導軌190，刻印模塊171的刻印頭可沿此導軌橫向移動，且該導軌上有多個與模頭螺栓有固定位置關系的停靠點，從而可以在鑄片的多個預設橫向位置上形成一個v形或u形缺口印記。

圖4為本發明中刻印頭及周邊局部結構示意圖圖，其中，圖4a為側視圖，圖4b為正視圖。結合圖2至圖4所示，bopp薄膜生產線中，擠出機300之后有冷卻成型單元500，其中包括激冷輥501、主氣刀502等模塊，擠出的熔體離開擠出機300的模頭唇片后，在主氣刀502等的外力作用下，迅速貼在低溫、高光潔度的激冷輥501上，熔體被快速冷卻并形成固體厚片即鑄片，刻印模塊171設置在沿熔體前進方向上主氣刀502的前方。

結合圖1和圖4所示，鑄片經拉伸牽引后形成寬卷薄膜，期間通過測厚儀400對其進行厚度檢測；采集模塊110從測厚儀400獲取薄膜剖面厚度曲線數據，由分析處理模塊120進行處理后向強度調節模塊140、調焦模塊150并通過同步模塊130向驅動模塊160發出指令信息，由所述強度調節模塊140、調焦模塊150和驅動模塊160控制執行機構170動作，刻印模塊171基于執行機構170的動作在快速冷卻成型的鑄片上進行刻印。

作為優選，所述刻印模塊171還可以采用與主氣刀相匹配的輔助氣刀模塊。

結合圖1和圖5、6、7所示，測厚儀輸出的剖面厚度曲線的橫向采樣密度足夠高，當刻印單元在鑄片上形成v形或倒拋物線的u形缺口印記時，由于刻印頭基座與螺栓的固定位置關系如刻印時使得印記的中心點與螺栓中心線沿唇口垂線對齊，經采集模塊110采集厚度曲線，分析處理模塊120通過對所述曲線的極值點搜索和判斷，將獲得模頭螺栓在曲線上的準確定位。此定位最少需要兩個，假設第u1和u2兩個螺栓對應的兩個定位端點在厚度曲線的橫軸坐標分別為x1和x2，則可以獲得其他螺栓的定位。對第uk個螺栓，其對應的橫軸坐標xk為：

其中，round()為四舍五入取整函數。

還可以設置一個模塊，輸出上述處理過程獲得的所有模頭螺栓在厚度曲線上的橫坐標xk。

如圖5所示，以v形缺口印記為例，印記整體深度lz設定為所刻印鑄片厚度的0.05至0.1倍。

為了刻印出所述印記，可以選擇一次性形成，或用多次疊加的形成方法。如果用一次性形成法，需要較大功率的刻印模塊，且若連續在同一橫向位置刻印，對鑄片本身可能造成一些影響。為此，選擇如圖6所示的刻槽群形成法，假設薄膜以vy速度向下移動，刻槽群中的刻槽印記以vx速度進行橫向來回移動，如圖中所示的刻槽群形成為v形印記的右半部分，即刻槽群總共含n＝2k個矩形刻槽。

結合圖5～7所示，寬度lx設定為一個值，使得能從測厚儀獲得的剖面厚度曲線上獲得足夠多的點，如在lx范圍內，可采樣出ns＝2n個點。作為優選，可以設定lx為與lz在相同數量級上。每個矩形刻槽的寬度dx和深度增量dz分別為印記整體寬度lx和深度lz的1/k，而其長度dy則可以選擇為：

使得相鄰矩形刻槽在縱向上相鄰或部分重合，從而使得同步后測厚儀能連續檢測到矩形刻槽。

如圖8所示為本發明中刻印工作流程圖，整個刻槽群周期為tq，測厚儀單程從一邊移動到另一邊的時間等于tq的整數倍。系統初始化后，從t0時刻開始刻印v形刻槽群，每個矩形刻槽的刻印周期為tr，且tr＝tq/k。每刻印一個矩形刻槽，都要判斷是否已將k個刻槽刻印完畢，如果是，則等待下一刻槽群周期的到來，否則，要準備下一次刻印：刻印頭復位準備、驅動模塊控制執行機構中的精密運動模塊進行工位準備、強度調節模塊配合進行刻印功率的調整、調焦模塊改變聚焦點的高度，待到下一刻印周期tr到來后，刻印當前矩形刻槽。刻印時，執行機構的運動模塊要對薄膜移動進行縱向速度補償。刻印在鑄片上的印記隨鑄片被牽引后被測厚儀檢測到，并通過同步模塊進行同步。

由于刻印單元刻印的印記由多個深度不同的矩形刻槽組成，為了使得所有這些刻槽均能被測厚儀檢測到，需要同步模塊為驅動模塊提供刻印開始時刻的對齊。如圖9所示為本發明中刻印印記被測厚儀檢測過程的示意圖，其中，圖9a為一個刻槽群tq周期內的檢測，圖中箭頭a給出了薄膜被牽引的方向；箭頭b為測厚儀往返移動示意，測厚儀軌跡如實線折線所示；兩條縱向實線為薄膜邊緣；箭頭c為刻印頭往返移動示意，刻印頭所刻印刻槽的中點的連線如虛線折線所示。圖9中，測厚儀單程從一邊移動到另一邊的時間等于tq的5倍，實際刻印時此倍數可根據模頭調節螺栓數量進行優選。

如圖9a所示，當刻印單元沒有與測厚儀同步時，在每個刻槽群tq周期內，測厚儀僅能檢測到兩個刻槽，在圖中用圈進行了示意。

圖9b與9a類似，不同的是兩個被測厚儀檢測到的刻槽位置不同。圖9c為刻印單元實現了與測厚儀同步時的情況，從圖中可見首尾兩個刻槽群中的刻槽均被測厚儀檢測到。圖9d為圖9a中虛線往下移，但移動量過大而超出圖9c的示意圖。

如圖10所示，膜厚測量輔助定位裝置與膜厚檢測儀的同步流程為：

s1)根據測厚儀掃描周期設定單個矩形刻槽的刻印周期，設定刻槽的寬度、長度和單次橫向刻槽群的刻槽數m，隨機選擇t0值；

s2)初始工位準備，從t0時刻開始刻印第一個刻槽，記錄下開始時刻t0＝t；

s3)刻槽深度按增量增加，根據深度值控制強度調節模塊、調焦模塊，在與上一工位橫向和縱向上均相鄰的新工位上刻印矩形刻槽；

s4)判斷m個刻槽是否均已刻印完畢？如果是轉下一步s5，否則轉s3；

s5)獲取測厚儀的剖面曲線，判斷是否檢測到刻槽？如果是則轉下一步s6，否則等待；

s6)判斷在一個刻槽群刻印周期tq內，是否僅檢測到兩個不同深度的刻槽？如果是則轉下一步s7，否則轉s8；

s7)提取被連續檢測到的兩個刻槽的深度值，判斷第一刻槽深度是否大于第二刻槽深度？如果是，則將每周期的刻印開始時刻提前：t0＝t0-t1，否則，將每周期的刻印開始時刻推后：t0＝t0+t2，其中，t1和t2均小于tq/2；然后，轉步驟s2，重復開始一次刻槽群的刻印；

s8)同步完成，結束。

在同步期間，兩個相鄰矩形刻槽在縱軸上不需要部分重疊而采用緊鄰布置，m個刻槽最大刻槽深度為所刻印鑄片厚度的0.05至0.1倍。