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一种浸辊涂布涂层厚度在线检测方法及其检测平台

阅读：889发布：2021-02-24

IPRDB可以提供一种浸辊涂布涂层厚度在线检测方法及其检测平台专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种浸辊涂布涂层厚度在线检测平台及其检测方法，能够对浸辊涂布涂层厚度进行实时在线检测和控制，通过视觉模块拍摄所述涂布装置在运行过程中涂布液被浸辊从涂料槽中被带起所形成的第一弯月面和涂布液被浸辊带经浸辊与背辊之间的辊间隙处所形成的第二弯月面，对第一弯月面和第二弯月面及其相关的区域进行数学建模，并在建模的基础上进行相关的公式推导，通过推导出的公式和相关数据计算出涂层厚度，如果计算出的涂层厚度不符合预设厚度，则控制调整涂布装置和辊间隙调节机构的相关设置，重新进行拍摄建模计算。，下面是一种浸辊涂布涂层厚度在线检测方法及其检测平台专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种浸辊涂布涂层厚度在线检测方法，其特征在于依次包括以下步骤：

（1）选择用于涂布的涂布液，获取涂布液的物理参数：流体密度ρ、流体表面张力σ、流体压力p、流变系数n和稠度系数k；

（2）通过辊间隙调节机构调节浸辊与背辊的辊间隙，并且运行浸辊和背辊，获取浸辊和背辊的相关参数：浸辊半径R1、背辊半径R2、浸辊与背辊之间的最小辊间隙H0、浸辊线速度u1和背辊线速度u2；

（3）通过视觉模块拍摄涂布装置在运行过程中涂布液被浸辊从涂料槽中被带起所形成的第一弯月面，以及涂布液在浸辊带经浸辊与背辊之间的辊间隙处所形成的第二弯月面；

（4）对步骤（3）所拍摄的第一弯月面、第二弯月面分别进行数学建模，通过数学模型测量出第一弯月面的半径r1、涂料槽中涂布液面与浸辊的接触点处的辊切线与竖直方向的夹角α、第二弯月面的半径r2、以及第二弯月面与最小辊间隙之间的最短距离xc；

（5）调用步骤（1）（2）（4）所得相关参数，并根据所建立的数学模型计算出背辊上的涂层厚度；

（6）判断步骤（5）所计算得到的涂层厚度是否符合预设厚度要求，如果不符合，重新执行步骤（2）至步骤（5），直至背辊上的涂层厚度符合预设厚度要求。

2.按照权利要求1所述的浸辊涂布涂层厚度在线检测方法，其特征在于：所述步骤（4）中第一弯月面的数学建模为：以涂布液水平面与浸辊辊面的交点为原点、以浸辊转速方向为x轴而建立坐标系；所述步骤（4）中第二弯月面的数学建模为：以同一垂直面内浸辊和背辊的圆心距所在直线为y轴、以y轴与浸辊辊面的交点为原点而建立坐标系。

3.通过建立上述两个坐标系，可直接测出第一弯月面的半径r1、涂料槽中涂布液面与浸辊的接触点处的辊切线与竖直方向的夹角α、第二弯月面的半径r2、以及第二弯月面与最小辊间隙之间的最短距离xc。

4.按照权利要求2所述的浸辊涂布涂层厚度在线检测方法，其特征在于：步骤（5）中背辊上的涂层厚度h2通过以下公式联立计算可得：、

，

其中

；

上述各参数中：ρ为涂布液的流体密度，σ为涂布液的流体表面张力，p为涂布液的流体压力，n为涂布液的流变系数，k为涂布液的稠度系数，均通过步骤（1）由现有设备直接测出；

R1为浸辊半径，R2为背辊半径，H0为浸辊与背辊之间的最小辊间隙，u1为浸辊线速度，u2为背辊线速度，R1、R2为辊自身尺寸，H0通过辊间隙调节机构调节设置后测出，u1、u2通过浸辊和背辊相应的驱动装置设置后测出；r2为所述第二弯月面的半径，xc为第二弯月面与最小辊间隙之间的最短距离，r2和xc均通过步骤（4）计算得出。

5.按照权利要求3所述的浸辊涂布涂层厚度在线检测方法，其特征在于：所述步骤（6）中如果步骤（5）计算出的涂层厚度不符合预设厚度，重新执行步骤（2）时，改变浸辊线速度u1、背辊线速度u2或浸辊与背辊之间的最小辊间隙H0中的至少一项数值。

6.一种浸辊涂布涂层厚度在线检测平台，包括涂布装置和辊间隙调节机构，其特征在于：还包括视觉模块、厚度测量控制模块和数据采集模块；视觉模块用于拍摄所述涂布装置在运行过程中涂布液被浸辊从涂料槽中被带起所形成的第一弯月面以及涂布液被带经浸辊与背辊之间的辊间隙处所形成的第二弯月面；涂布装置分别与厚度测量控制模块和数据采集模块电连接，视觉模块与厚度测量控制模块电连接，厚度测量控制模块与数据采集模块电连接。

7.按照权利要求5所述的浸辊涂布涂层厚度在线检测方法，其特征在于：所述涂布装置包括涂料槽、浸辊、背辊、浸辊驱动装置和背辊驱动装置，涂料槽采用透明材料制成；浸辊安装在浸辊驱动装置的动力输出端上，背辊安装在背辊驱动装置的动力输出端上并且与辊间隙调节机构相连接，浸辊与背辊上下对应设置，浸辊的下部浸在涂料槽中。

8.浸辊驱动装置和背辊驱动装置通常采用电机驱动，浸辊驱动电机和背辊驱动电机的控制输入端均与厚度测量控制模块的控制输出端电连接。

9.按照权利要求6所述的浸辊涂布涂层厚度在线检测方法，其特征在于：所述视觉模块包括辊间拍摄装置、两个浸辊拍摄装置、以及用于调节辊间拍摄装置和两个浸辊拍摄装置的设置位置的拍摄调节装置，辊间拍摄装置和两个浸辊拍摄装置均安装在拍摄调节装置上并处于所述浸辊和背辊的一侧；辊间拍摄装置和所述浸辊与背辊之间的辊间隙相对应，浸辊拍摄装置和所述浸辊与涂布液的两个接触区域相对应。

10.按照权利要求7所述的浸辊涂布涂层厚度在线检测方法，其特征在于：所述视觉模块还包括普通环形光源、两个无影环形光源、浸辊背光源和辊间背光源；普通环形光源设置在于辊间拍摄装置同侧相应的位置，两个无影环形光源设置在相应的两个所述浸辊拍摄装置同侧相应的位置；浸辊背光板和辊间背光板处在所述浸辊和背辊相对于普通环形光源和无影环形光源的另一侧，并且辊间背光源与普通环形光源相对应，浸辊背光源与两个无影环形光源相对应。

11.按照权利要求8所述的浸辊涂布涂层厚度在线检测方法，其特征在于：所述辊间拍摄装置、浸辊拍摄装置的镜头前端面与相对应的辊端面的距离为130 190mm，优选150~ ~

160mm；所述浸辊背光源、辊间背光源与相对应的辊端面的距离为0 250mm，优选50 200mm。

~ ~

12.按照权利要求7所述的浸辊涂布涂层厚度在线检测方法，其特征在于：所述拍摄调节装置包括两根立柱、两根横杆和三个安装座；两根立柱分别竖直设置并且与所述浸辊、背辊的两侧相对应，两根横杆的两端分别安装在相对应的两根立柱上并且两根横杆能够沿立柱的长度方向上下移动；处于上方的横杆上安装有一个能够沿横杆的长度方向左右移动的安装座，处于下方的横杆上安装有两个能够沿横杆的长度方向左右移动的安装座；所述辊间拍摄装置设置在处于上方横杆上的安装座上并且能够前后移动，所述两个浸辊拍摄装置设置在处于下方横杆上的两个安装座上并且能够前后移动。

说明书全文

一种浸辊涂布涂层厚度在线检测方法及其检测平台

技术领域

[0001] 本发明涉及涂布技术领域，尤其涉及一种浸辊涂布涂层厚度在线检测方法及其检测平台。

背景技术

[0002] 涂布是将胶黏剂涂覆在连续运转的基材上的一种工艺，无溶剂涂布是采用100%固含量的胶黏剂进行涂布的一种方法，是一种以获取涂层为最终目的的工艺，又称反应型复合。无溶剂涂布复合技术是一种环保、经济的软包装复合材料生产工艺，具有明显的经济性、安全性及在环境保护上的优势，已成为软包装复合薄膜的一种重要的加工方法。随着我国环保意识的不断提高和在企业降低生产成本的要求下，近年来无溶剂复合工艺在我国软包装行业中呈现迅猛的发展态势。

[0003] 无溶剂涂布涂层是无溶剂涂布的研究重点，对涂层的研究主要集中在涂布液的厚度与涂层的缺陷上。涂布是辊带动涂布液运动并最终将涂布液涂覆在基材上的过程，涂布液的厚度随着这个过程而产生，涂布液的厚度与涂布辊径，辊间隙，辊速，胶黏剂特性等的关系一直以来都是国内外无溶剂涂布技术的研究重点。涂层缺陷是影响涂布质量的重要因素，涂层的缺陷主要是竖条道，飞墨，气泡，均匀性等，研究涂层缺陷的产生与涂布过程中的可控参数之间的关系是无溶剂涂布缺陷研究的重要内容。

[0004] 虽然无溶剂涂布工艺具有显著的节能环保的优势，但是目前国内90%以上的复合膜生产厂家都还是采用溶剂型胶黏剂生产，并没有大规模采用无溶剂涂布工艺，国内基础理论研究的相对缺乏和基础工业的相对落后，使得国内无溶剂涂布技术的发展与国外的差距明显。国内生产厂家在产品的升级换代方面面临着诸多的瓶颈，尤其是产品的设计方法，大部分以工程经验为主，缺乏严谨的科学理论、先进的设计理念以及创新的设计思维来指导。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的问题是提供一种浸辊涂布涂层厚度在线检测方法及其检测平台，这种浸辊涂布涂层厚度在线检测方法及其检测平台能够对浸辊涂布涂层厚度进行实时在线检测和控制。采用的技术方案如下：一种浸辊涂布涂层厚度在线检测方法，其特征在于依次包括以下步骤：
（1）选择用于涂布的涂布液，获取涂布液的物理参数：流体密度ρ、流体表面张力σ、流体压力p、流变系数n和稠度系数k；
（2）通过辊间隙调节机构调节浸辊与背辊的辊间隙，并且运行浸辊和背辊，获取浸辊和背辊的相关参数：浸辊半径R1、背辊半径R2、浸辊与背辊之间的最小辊间隙H0、浸辊线速度u1和背辊线速度u2；
（3）通过视觉模块拍摄涂布装置在运行过程中涂布液被浸辊从涂料槽中被带起所形成的第一弯月面，以及涂布液在浸辊带经浸辊与背辊之间的辊间隙处所形成的第二弯月面；
（4）对步骤（3）所拍摄的第一弯月面、第二弯月面分别进行数学建模，通过数学模型测量出第一弯月面的半径r1、涂料槽中涂布液面与浸辊的接触点处的辊切线与竖直方向的夹角α、第二弯月面的半径r2、以及第二弯月面与最小辊间隙之间的最短距离xc；
（5）调用步骤（1）（2）（4）所得相关参数，并根据所建立的数学模型计算出背辊上的涂层厚度；
（6）判断步骤（5）所计算得到的涂层厚度是否符合预设厚度要求，如果不符合，重新执行步骤（2）至步骤（5），直至背辊上的涂层厚度符合预设厚度要求。

[0006] 作为本发明的优选方案，所述步骤（4）中第一弯月面的数学建模为：以涂布液水平面与浸辊辊面的交点为原点、以浸辊转速方向为x轴而建立坐标系；所述步骤（4）中第二弯月面的数学建模为：以同一垂直面内浸辊和背辊的圆心距所在直线为y轴、以y轴与浸辊辊面的交点为原点而建立坐标系。通过建立上述两个坐标系，可直接测出第一弯月面的半径r1、涂料槽中涂布液面与浸辊的接触点处的辊切线与竖直方向的夹角α、第二弯月面的半径r2、以及第二弯月面与最小辊间隙之间的最短距离xc。

[0007] 作为本发明进一步的优选方案，步骤（5）中背辊上的涂层厚度h2通过以下公式联立计算可得：、
，
其中
；
上述各参数中：ρ为涂布液的流体密度，σ为涂布液的流体表面张力，p为涂布液的流体压力，n为涂布液的流变系数，k为涂布液的稠度系数，均通过步骤（1）由现有设备直接测出；
R1为浸辊半径，R2为背辊半径，H0为浸辊与背辊之间的最小辊间隙，u1为浸辊线速度，u2为背辊线速度，R1、R2为辊自身尺寸，H0通过辊间隙调节机构调节设置后测出，u1、u2通过浸辊和背辊相应的驱动装置设置后测出；r2为所述第二弯月面的半径，xc为第二弯月面与最小辊间隙之间的最短距离，r2和xc均通过步骤（4）计算得出。

[0008] 作为本发明更进一步的优选方案，所述步骤（6）中如果步骤（5）计算出的涂层厚度不符合预设厚度，重新执行步骤（2）时，改变浸辊线速度u1、背辊线速度u2或浸辊与背辊之间的最小辊间隙H0中的至少一项数值。

[0009] 一种浸辊涂布涂层厚度在线检测平台，包括涂布装置和辊间隙调节机构，其特征在于：还包括视觉模块、厚度测量控制模块和数据采集模块；视觉模块用于拍摄所述涂布装置在运行过程中涂布液被浸辊从涂料槽中被带起所形成的第一弯月面以及涂布液被带经浸辊与背辊之间的辊间隙处所形成的第二弯月面；涂布装置分别与厚度测量控制模块和数据采集模块电连接，视觉模块与厚度测量控制模块电连接，厚度测量控制模块与数据采集模块电连接。

[0010] 上述涂布装置分别与厚度测量控制模块和数据采集模块电连接，使数据采集模块能够对涂布装置的各个相关参数（包括浸辊半径R1、背辊半径R2、浸辊与背辊之间的最小辊间隙H0、浸辊线速度u1和背辊线速度u2）进行采集储存，厚度测量控制模块则向涂布装置输出控制信号进行控制。

[0011] 上述视觉模块与厚度测量控制模块电连接，视觉模块将拍摄到的第一弯月面和第二弯月面的照片发送至厚度测量控制模块进行测量计算。

[0012] 上述厚度测量控制模块与数据采集模块电连接，厚度测量控制模块可以从数据采集模块中读取相关所需数据，或者将计算得出的数据存储到数据采集模块中。

[0013] 作为本发明的优选方案，所述涂布装置包括涂料槽、浸辊、背辊、浸辊驱动装置和背辊驱动装置，涂料槽采用透明材料制成；浸辊安装在浸辊驱动装置的动力输出端上，背辊安装在背辊驱动装置的动力输出端上并且与辊间隙调节机构相连接，浸辊与背辊上下对应设置，浸辊的下部浸在涂料槽中。浸辊驱动装置和背辊驱动装置通常采用电机驱动，浸辊驱动电机和背辊驱动电机的控制输入端均与厚度测量控制模块的控制输出端电连接。涂料槽通常采用透明材料制成，方便视觉模块对浸辊的浸没部分进行拍摄。

[0014] 上述辊间隙调节机构用于调节浸辊与背辊之间的最小辊间隙，为了提高调节精度，可采用偏心蜗轮与蜗杆相配合驱动的结构，背辊的辊轴安装在偏心蜗轮的偏心孔内，通过手动转动蜗杆带动蜗轮转动。

[0015] 上述视觉模块设置在涂布装置的一侧，用于拍摄所述涂布装置在运行过程中涂布液被浸辊从涂料槽中被带起所形成的第一弯月面和涂布液被浸辊带经浸辊与背辊之间的辊间隙处所形成的第二弯月面。

[0016] 上述厚度测量控制模块通常采用PLC控制系统及其相关的控制电路。

[0017] 上述数据采集模块通常包括数据采集控制模块、数据存储模块和能够获取检测所需相关数据的各种现有设备，现有设备包括涂布液相关参数（流体密度、流体表面张力、流体压力、流变系数和稠度系数等）的检测设备和涂布装置相关参数的检测设备等，各种检测设备获取相关数据后可采用主动发送至数据存储模块储存、也可以由数据采集控制模块主动从各种现有设备调取相关数据再发送至数据存储模块。

[0018] 通过视觉模块，拍摄所述涂布装置在运行过程中涂布液被浸辊从涂料槽中被带起所形成的第一弯月面和涂布液被浸辊带经浸辊与背辊之间的辊间隙处所形成的第二弯月面，对第一弯月面和第二弯月面及其相关的区域进行数学建模，之后在建模的基础上进行相关的公式推导，通过推导出的公式和相关数据计算出涂层厚度，如果计算出的涂层厚度不符合预设厚度，则调整涂布装置和辊间隙调节机构的相关设置，重新进行拍摄建模计算。

[0019] 作为本发明进一步的优选方案，所述视觉模块包括辊间拍摄装置、两个浸辊拍摄装置、以及用于调节辊间拍摄装置和两个浸辊拍摄装置的设置位置的拍摄调节装置，辊间拍摄装置和两个浸辊拍摄装置均安装在拍摄调节装置上并处于所述浸辊和背辊的一侧；辊间拍摄装置和所述浸辊与背辊之间的辊间隙相对应，浸辊拍摄装置和所述浸辊与涂布液的两个接触区域相对应。设置两个浸辊拍摄装置，用于拍摄浸辊采用两个不同转向时各自产生的第一弯月面。而拍摄装置可以通过拍摄调节装置选择合适的拍摄角度，以便取得最佳的拍摄效果。

[0020] 上述辊间拍摄装置、浸辊拍摄装置的镜头尺寸优选Φ32mm×45mm。

[0021] 作为本发明更进一步的优选方案，所述视觉模块还包括普通环形光源、两个无影环形光源、浸辊背光源和辊间背光源；普通环形光源设置在于辊间拍摄装置同侧相应的位置，两个无影环形光源设置在相应的两个所述浸辊拍摄装置同侧相应的位置；浸辊背光板和辊间背光板处在所述浸辊和背辊相对于普通环形光源和无影环形光源的另一侧，并且辊间背光源与普通环形光源相对应，浸辊背光源与两个无影环形光源相对应。为了确保最佳的拍摄效果，在每个拍摄装置分别设置合理的光源和背光源，保证拍摄出的第一弯月面和第二弯月面足够清晰。由于浸辊与涂布液面之间的研究区域是处在由透明材料制成的涂料槽内，为了避免涂料槽壁的反光对拍摄效果产生印象，该区域采用无影环形光源拍摄。

[0022] 作为本发明再更进一步的优选方案，所述辊间拍摄装置、浸辊拍摄装置的镜头前端面与相对应的辊端面的距离为130 190mm，优选150 160mm；所述浸辊背光源、辊间背光源~ ~与相对应的辊端面的距离为0 250mm，优选50 200mm。拍摄装置、浸辊背光源和辊间背光源~ ~
在上述的设置范围内，能够取得最佳的拍摄效果。

[0023] 作为本发明更进一步的优选方案，所述拍摄调节装置包括两根立柱、两根横杆和三个安装座；两根立柱分别竖直设置并且与所述浸辊、背辊的两侧相对应，两根横杆的两端分别安装在相对应的两根立柱上并且两根横杆能够沿立柱的长度方向上下移动；处于上方的横杆上安装有一个能够沿横杆的长度方向左右移动的安装座，处于下方的横杆上安装有两个能够沿横杆的长度方向左右移动的安装座；所述辊间拍摄装置设置在处于上方横杆上的安装座上并且能够前后移动，所述两个浸辊拍摄装置设置在处于下方横杆上的两个安装座上并且能够前后移动。辊间拍摄装置和浸辊拍摄装置和根据实际需要调节具体的设置位置，确保能够从多个角度拍摄上述两个研究区域。

[0024] 上述辊间拍摄装置和两个浸辊拍摄装置设置在相应的安装座上并且能够前后移动，是指辊间拍摄装置和两个浸辊拍摄装置靠近或远离浸辊和背辊，其中向前移动是指靠近浸辊和背辊、向后移动是指远离浸辊和背辊。

[0025] 本发明与现有技术相比，具有如下优点：本发明浸辊涂布涂层厚度在线检测方法及其检测平台，能够对浸辊涂布涂层厚度进行实时在线检测和控制，通过视觉模块拍摄所述涂布装置在运行过程中涂布液被浸辊从涂料槽中被带起所形成的第一弯月面和涂布液被浸辊带经浸辊与背辊之间的辊间隙处所形成的第二弯月面，对第一弯月面和第二弯月面及其相关的区域进行数学建模，并在建模的基础上进行相关的公式推导，通过推导出的公式和相关数据计算出涂层厚度，如果计算出的涂层厚度不符合预设厚度，则控制调整涂布装置和辊间隙调节机构的相关设置，重新进行拍摄建模计算。

附图说明

[0026] 图1为涂布液被浸辊从涂料槽中被带起所形成的第一弯月面的数学模型图；图2为涂布液在浸辊带经浸辊与背辊之间的辊间隙处所形成的第二弯月面的数学模型图；
图3为本发明优选实施方式检测平台的逻辑框图；
图4为图3中涂布装置、辊间隙调节机构和视觉模块的结构示意图；
图5为图4中拍摄调节装置的结构示意图。

具体实施方式

[0027] 下面结合附图和本发明的优选实施方式做进一步的说明。

[0028] 本发明所述浸辊涂布涂层厚度在线检测方法依次包括以下步骤：（1）选择用于涂布的涂布液，获取涂布液的物理参数：流体密度ρ、流体表面张力σ、流体压力p、流变系数n和稠度系数k；
（2）通过辊间隙调节机构调节浸辊与背辊的辊间隙，并且运行浸辊和背辊，获取浸辊和背辊的相关参数：浸辊半径R1、背辊半径R2、浸辊与背辊之间的最小辊间隙H0、浸辊线速度u1和背辊线速度u2；
（3）通过视觉模块拍摄涂布装置在运行过程中涂布液被浸辊从涂料槽中被带起所形成的第一弯月面，以及涂布液在浸辊带经浸辊与背辊之间的辊间隙处所形成的第二弯月面；
（4）对步骤（3）所拍摄的第一弯月面、第二弯月面分别进行数学建模，通过数学模型测量出第一弯月面的半径r1、涂料槽中涂布液面与浸辊的接触点处的辊切线与竖直方向的夹角α、第二弯月面的半径r2、以及第二弯月面与最小辊间隙之间的最短距离xc；
（5）调用步骤（1）（2）（4）所得相关参数，并根据所建立的数学模型计算出背辊上的涂层厚度；
（6）判断步骤（5）所计算得到的涂层厚度是否符合预设厚度要求，如果不符合，改变浸辊线速度u1、背辊线速度u2或浸辊与背辊之间的最小辊间隙H0中的至少一项数值，重新执行步骤（2）至步骤（5），直至背辊上的涂层厚度符合预设厚度要求。

[0029] 在步骤（4）中，对涂布装置在运行过程中涂布液被浸辊从涂料槽中被带起所形成的第一弯月面，以及涂布液被浸辊带经浸辊与背辊之间的辊间隙处所形成的第二弯月面，分别进行数学建模，之后在建模的基础上进行相关的公式推导，得出步骤（5）所需的计算公式，具体说明如下：1、关于涂布液被浸辊从涂料槽中被带起所形成的第一弯月面的数学建模及其公式推导：
首先，引入幂律流体的运动微分方程：
（1）
式中ρ为流体的密度，p为流体的压力，u、v、w为速度在三个坐标轴上的分量，k为稠度系数，n为流变指数，fx、fy和fz为质量力在三个坐标轴上的分量。

[0030] 建立如图1所示的坐标系，由于辊半径相较于涂布液厚度及弯月面很大，所以近似地把辊面看成平面，以涂布液水平面与浸辊辊面的交点为原点，浸辊转速方向为x轴方向，以与辊面的垂直为y轴。

[0031] 涂布液的连续性方程为：  （2）
设涂布液的流动是定常层流，涂布液为均质不可压缩。由涂布液流动的情况可知v=w=
0，根据流体的连续性方程式可知，由以上条件简化式(1)得：
  （3）
化简式（3）得：
  （4）
令，则上式可以化简为如下形式：
  （5）
对式（5）积分得：
  （6）
对式（6）引入以下边界条件：
其中hi涂布液带上浸辊的厚度，u1为浸辊的线速度，式（6）可化为：
  （7）
体积流量Q为：
  （8）
化简得：
  （9）
涂布液在自由表面处的边界条件为：
  （10）
式（10）中r1为涂布液从涂料槽带起到浸辊上所形成的弯月面的半径，r1可表示为x的函数r(x)，式（10）可化为：
  （11）
将式（10）代入式（9）并积分得：
  （12）
其中浸辊转速u1为已知量，涂布液的流体密度ρ、流体表面张力σ、流体压力p、流变系数n和稠度系数k都为可通过实验测得的物性参数，涂料槽中涂布液面与浸辊的接触点处的辊切线与竖直方向的夹角α可通过浸辊的浸深计算得到，涂布液从涂料槽带起到浸辊上所形成的弯月面的半径r1由视觉模块拍照测得，建立如图1的坐标系，可通过式（11）求得，再联立式（8）与式（12），可求得Q。

[0032] 2、关于涂布液被浸辊带经浸辊与背辊之间的辊间隙的数学建模及其公式推导：涂布液流经辊间隙在出口端的分裂情况如图2所示，以同一垂直面内浸辊和背辊的圆心距所在直线为y轴、以y轴与浸辊辊面的交点为原点而建立坐标系，hi为浸辊带入到辊间隙之前的厚度，h1为浸辊带回到涂料槽中的涂布液厚度，h2为背辊带走的涂布液厚度即最终的涂布厚度，H0为背辊与浸辊间的最小辊间隙，非饱和型涂布流场中进入两辊间隙处的总体积流量等于浸辊带入的涂布液体积流量。涂布液流动都可以用流体运动微分方程来描述，式（1）和式（2）同样适用于本模型。

[0033] 设涂布液的流动是定常的层流流动，涂布液为均质不可压缩。涂布液在辊间隙处的流动可以简化成在两块平行板间的流动，所以速度在y方向上的分量可以忽略不计,所以v=w=0。根据式（2）可知。因为辊的宽度相对于辊间隙而言是非常大的，所以假设u在z方向上无变化，即。又因为是定常流动，涂布液流速不随时间而改变，所以。从而得知速度u只是y的函数。重力仅在y方向上有分量，即。将上述假设代入式（1）并化简可得：  （13）
由式（13）可知，压力P仅是x、y的函数，对式（13）中第二个式积分可得：，所以是一个仅与x有关的函数。因为u仅是y的函数，所以对式（13）中第一个式化简得：
  （14）
令，则式（14）最终可化为如下形式：
  （15）
对式（15）积分可得：
  （16）
将圆的一部分近似成一段抛物线，任意相邻辊面间的距离Hx可以近似的用下式表示：
  （17）
定义平均半径R为：
  （18）
则式（17）可表示为：
  （19）
假设涂布液径向无渗透、圆周方向无位移，速度边界条件为：
（1），圆周运动的径向加速度为
（2），圆周运动的径向加速度为
将边界条件（1）代入式（15）得：
将边界条件（2）代入式（15）得：
将上述条件代入式（16）中可得：
取、，可得速度u为：
  （20）
在涂布液径向无渗透和圆周方向无位移的情况下，对于稳定流流体在任意一点x的体积流量为恒定值，体积流量Q的表达式为：
  （21）
由式（10）可得：，其中r2为涂布液经过辊间隙之后在出口端分裂形成的弯月
面半径，设：
  （22）
涂布液在分离点A处的边界条件为，代入到式（20）可得：
  （23）
由图2可知，当涂布液在时，涂布液全部被背辊带走，存在：
  （24）
将式（20）和式（23）代入式（24）化简得：
（25）
同理，当涂布液在时，涂布液全部被浸辊带走，存在：
  （26）
将式（20）和式（23）代入式（26）化简得：
  （27）
对于式（20）、式（23）、式（25）和式（27）中，浸辊半径R1、背辊半径R1为固定值，浸辊线速度u1和背辊线速度u2分别由浸辊驱动装置和背辊驱动装置调节，浸辊与背辊之间的最小辊间隙H0通过辊间隙调节机构调节，涂布液经过辊间隙之后在出口端分裂形成的弯月面半径r2、涂布液经过辊间隙之后在出口端分裂形成的弯月面与最小辊间隙H0之间的最短距离xc可以通过视觉模块拍摄获取，联立式（20）、式（23）和式（25）可求得h2，联立式（20）、式（23）和式（27）可求得h1。

[0034] 综上所述，在涂布液的相关数值（流体密度ρ、流体表面张力σ、流体压力p、流变系数n和稠度系数k）、机械模块的相关数值（浸辊半径R1、背辊半径R2、浸辊线速度u1、背辊线速度u2和浸辊与背辊之间的最小辊间隙H0）均可直接获取的情况下，只需采用视觉模块拍摄所述涂布装置在运行过程中涂布液被浸辊从涂料槽中被带起所形成的第一弯月面，以及涂布液在浸辊带经浸辊与背辊之间的辊间隙处所形成的第二弯月面，获取通过上述建模、推导、计算，即可得到该时刻的涂布涂层厚度。

[0035] 如图3所示，一种浸辊涂布涂层厚度在线检测平台，包括涂布装置1、辊间隙调节机构2、视觉模块3、厚度测量控制模块4和数据采集模块5，涂布装置1分别与厚度测量控制模块4和数据采集模块5电连接，视觉模块3与厚度测量控制模块4电连接，厚度测量控制模块4与数据采集模块5电连接；厚度测量控制模块4通常采用PLC控制系统及其相关的控制电路；数据采集模块5通常包括数据采集控制模块、数据存储模块和能够获取检测所需相关数据的各种现有设备，现有设备包括涂布液相关参数（流体密度、流体表面张力、流体压力、流变系数和稠度系数等）的检测设备和涂布装置相关参数的检测设备等，各种检测设备获取相关数据后可采用主动发送至数据存储模块储存、也可以由数据采集控制模块主动从各种现有设备调取相关数据再发送至数据存储模块。

[0036] 上述涂布装置1分别与厚度测量控制模块4和数据采集模块5电连接，使数据采集模块能够对涂布装置的各个相关参数（包括浸辊半径R1、背辊半径R2、浸辊与背辊之间的最小辊间隙H0、浸辊线速度u1和背辊线速度u2）进行采集储存，厚度测量控制模块则向涂布装置输出控制信号进行控制。

[0037] 上述视觉模块3与厚度测量控制模块4电连接，视觉模块3用于拍摄所述涂布装置1在运行过程中涂布液被浸辊从涂料槽中被带起所形成的第一弯月面以及涂布液被带经浸辊与背辊之间的辊间隙处所形成的第二弯月面，然后视觉模块3将拍摄到的第一弯月面和第二弯月面的照片发送至厚度测量控制模块4进行测量计算。

[0038] 上述厚度测量控制模块4与数据采集模块5电连接，厚度测量控制模块4可以从数据采集模块5中读取相关所需数据，或者将计算得出的数据存储到数据采集模块5中。

[0039] 如图4、图5所示，涂布装置1包括涂料槽101、浸辊102、背辊103、浸辊驱动装置104和背辊驱动装置105，涂料槽101采用透明材料制成，浸辊驱动装置104和背辊驱动装置105均采用电机，浸辊驱动电机104和背辊驱动电机105的控制输入端均与厚度测量控制模块4的控制输出端电连接；浸辊102安装在浸辊驱动电机104的输出轴上，浸辊102与背辊103上下对应设置，浸辊102的下部浸在涂料槽101中；背辊103安装在背辊驱动电机105的输出轴上并且与辊间隙调节机构2相连接，辊间隙调节机构2包括偏心涡轮201和蜗杆202，背辊103的辊轴安装在偏心蜗轮201的偏心孔内，蜗杆202与偏心涡轮201配合连接，通过手动转动蜗杆202带动蜗轮201转动；视觉模块3包括辊间拍摄装置301、两个浸辊拍摄装置302、拍摄调节装置303、普通环形光源304、两个无影环形光源305、浸辊背光源306和辊间背光源307；辊间拍摄装置301和两个浸辊拍摄装置302均安装拍摄调节装置303上并处于浸辊102和背辊103的一侧，辊间拍摄装置301和浸辊102与背辊103之间的辊间隙相对应，浸辊拍摄装置302和浸辊102与涂布液的两个接触区域相对应；辊间拍摄装置301、浸辊拍摄装置302的镜头尺寸优选Φ32mm×
45mm，辊间拍摄装置301、浸辊拍摄装置302的镜头前端面与相对应的辊端面的距离为130~
190mm，优选150 160mm；拍摄调节装置303包括两根立柱3031、两根横杆3032和三个安装座~
3033，两根立柱3031分别竖直设置并且与浸辊102、背辊103的两侧相对应，两根横杆3032的两端分别安装在相对应的两根立柱3031上并且两根横杆3032能够沿立柱3031的长度方向上下移动，处于上方的横杆3032上安装有一个能够沿横杆3032的长度方向左右移动的安装座3033，处于下方的横杆3032上安装有两个能够沿横杆3032的长度方向左右移动的安装座
3033；辊间拍摄装置301设置在处于上方横杆3032上的安装座3033上并且能够前后移动，两个浸辊拍摄装置302设置在处于下方横杆3032上的两个安装座3033上并且能够前后移动；
普通环形光源304设置在于辊间拍摄装置301同侧相应的位置，两个无影环形光源305设置在相应的两个浸辊拍摄装置302同侧相应的位置；浸辊背光板306和辊间背光板307处在浸辊102和背辊103相对于普通环形光源304和无影环形光源305的另一侧，并且辊间背光源
307与普通环形光源304相对应，浸辊背光源306与两个无影环形光源305相对应，浸辊背光源306、辊间背光源307与相对应的辊端面的距离为0 250mm，优选50 200mm。
~ ~

[0040] 通过视觉模块3拍摄所述涂布装置1在运行过程中涂布液被浸辊从涂料槽中被带起所形成的第一弯月面和涂布液被浸辊带经浸辊与背辊之间的辊间隙处所形成的第二弯月面，对第一弯月面和第二弯月面及其相关的区域进行数学建模，之后在建模的基础上进行相关的公式推导，通过推导出的公式和相关数据计算出涂层厚度，如果计算出的涂层厚度不符合预设厚度，则调整涂布装置和辊间隙调节机构的相关设置，重新进行拍摄建模计算。

[0041] 为了确保最佳的拍摄效果，设置两个浸辊拍摄装置302用于拍摄浸辊102采用两个不同转向时各自产生的第一弯月面，辊间拍摄装置301、浸辊拍摄装置302可以通过拍摄调节装置303选择合适的拍摄角度，确保能够从多个角度拍摄上述两个研究区域。以便取得最佳的拍摄效果；在每个拍摄装置301、302分别设置合理的光源和背光源，保证拍摄出的第一弯月面和第二弯月面足够清晰；由于浸辊与涂布液面之间的研究区域是处在由透明材料制成的涂料槽内，为了避免涂料槽壁的反光对拍摄效果产生印象，该区域采用无影环形光源拍摄。

[0042] 此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其各部分名称等可以不同，凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

标题	发布/更新时间	阅读量
一种浸涂机-专利编号CN104415879A	2020-05-13	602
自动浸涂机-专利编号CN105251658A	2020-05-12	979
涂料浸涂池-专利编号CN103801665A	2020-05-11	685
PVC浸涂涂料-专利编号CN102898903A	2020-05-11	122
浸涂槽-专利编号CN104302410B	2020-05-11	882
浸涂槽-专利编号CN104302410A	2020-05-11	440
拖鞋浸涂机-专利编号CN101850319B	2020-05-12	536
拖鞋浸涂机-专利编号CN101850319A	2020-05-13	1006
热浸涂装置-专利编号CN100582283C	2020-05-13	671
热浸涂装置-专利编号CN1694974A	2020-05-12	365

一种浸辊涂布涂层厚度在线检测方法及其检测平台

一种浸辊涂布涂层厚度在线检测方法及其检测平台

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