锂电池安全核心在于正负极之间的绝缘,电池正极材料和负极材料之间有一层厚度为5μm的隔膜,在生产电池过程中,隔膜不能被拉扯或是褶皱,隔膜拉扯将导致绝缘性能下降,而褶皱将严重影响电池储能多少,锂电叠片环节至关重要。机械模型如下图:
隔膜由放卷轴放出,经过张力摆杆、储料轴和拉膜轴,一层一层叠片成成品电池。拉膜轴左右运动的过程中,从放卷轴到Zui终产品之间的隔膜长度因为几何形状变化而发生变化,为了维持隔膜不被拉扯或褶皱,储料轴要实时吸收或放出隔膜,以维持隔膜张力恒定,算法第一步是建立物理模型。
在实际工艺中,根据定子垂线是否在电池平台上,可分为两种情况(主要考虑到设备是否存在机械干涉),如下图:
► 定义机械模型(L1,L2, L3, L5, L6, L7, R)
- 当定子垂线在叠台上时,垂线距离叠台左边(L5)和右边(L6)均为正值,L5+L6恰好是叠台宽度
- 当定子垂线不在叠台上时,垂线距离叠台左边(L5)为负值,右边(L6)为正值,L5+L6恰好是叠台宽度
- 在实际工艺中,为了避免机械干涉或者相机视野干涉,动子的上辊和下辊也有可能不在同一个垂线上,可定义下辊对上辊的水平偏移量为L7
- 在垂直方向上,可以以定子为参考点,依次定义上动子、下动子叠台的偏移高度
- 水平方向上,可以以定子为参考点定义动子以及叠台的位置,动子过辊为圆形,可定义圆形半径R
► 定义动子水平运动范围
*因为在整个机构中,定子的位置始终是不会发生变化的,作为参考点Zui合适
保持隔膜不被拉扯或褶皱的关键在于保证运动过程中长度恒定,即运动过程中隔膜拉长时,储料机构放料;运动过程中,隔膜变短时,储料机构收料。那么就必须计算出整个过程中拉膜轴在不同位置时隔膜长度变化,以及未来的变化趋势。
► 核心的隔膜长度计算
计算过程实际上就是纯数学几何问题,不做深入展开,只贴出部分代码:
► 根据关键点计算凸轮插补曲线
► 根据关键点计算放卷轴插补曲线
放卷轴类似,先计算关键点位置,再根据关键点计算插补线段表达式到凸轮里:
确定储料轴分辨率,即主轴间隔多长加个一个点。
通常可以取0.3-0.5mm插入一个特征点,用for指令轮训各个特征点主值对应的拉膜轴的位置,放卷轴放卷长度,从而计算储料轴的位置:
代码片段如下:
► 调用插补指令对凸轮进行插补
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