陳 靜，王 清，楊 坤

（武漢理工大學(xué)自動化學(xué)院，湖北 武漢 430070）

隨著材料、化工以及電子技術(shù)的迅速發(fā)展，膜材料的使用越來越廣泛，這也使人們對于膜材料的加工技術(shù)和工藝提出了更高的要求。在一般情況下，所使用的膜材料只有某一種特性，但是在實際應(yīng)用中，尤其是在一些高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)（如化工、電力、海洋科技、海水資源開發(fā)技術(shù)等）中，通常會需要用到具有兩種或兩種以上特性的復(fù)合膜材料［1－2］，即在待涂敷膜組件（如塑料薄膜、玻璃紙、金屬箔等）上涂敷兩種或兩種以上的膜材料。

另外，在一些應(yīng)用中，對于復(fù)合膜不僅有材料上的特殊要求，有時對于其在待涂敷膜組件上的分布位置也提出了具體的要求，如復(fù)合膜在待涂敷膜組件上不是連續(xù)分布的，而是均勻地、間歇式地分布在待涂敷膜組件上［3］。傳統(tǒng)的方法或者為連續(xù)式的涂敷，或者只能涂敷單面膜材料，或者無自動對位的功能，這就不能保證涂敷的精確度。基于此，筆者提出一種薄膜雙面自動對位間歇式涂敷方法。首先描述了實現(xiàn)特殊膜材料的涂敷原理，接著分析了薄膜雙面自動對位間歇式涂敷的控制要求與控制方案，得出了薄膜雙面自動對位間歇式涂敷的自動對位時序邏輯。

1 特殊膜材料的涂敷原理

筆者提出的薄膜雙面自動對位間歇式涂敷方法的兩種涂敷膜經(jīng)過定位和熱壓后涂敷在待涂敷膜組件的上下兩個對稱的窗口中。實現(xiàn)該方法的涂敷原理如圖1所示，在待涂敷膜組件C上間歇地涂敷兩層涂敷膜A和B。

圖1 涂敷原理圖

將帶有涂敷窗口的待涂敷膜組件C分布在中間位置，在待涂敷膜組件上方與下方的位置上分別布置一種涂敷膜組件A、B，這3種薄膜組件分別由3組具有傳動功能的輥輪在伺服電機(jī)的帶動下同步運(yùn)動，即它們的線速度相等，都為V。

圖2 待涂敷窗口

用一個色標(biāo)定位傳感器檢測位于待涂敷膜組件上的涂敷窗口，這些窗口上下對稱，具有相同的形狀，各窗口之間斷續(xù)，且任意相鄰兩個窗口之間的距離相等，待涂敷窗口如圖2所示。待涂敷膜組件的寬度為L1，由3層薄膜材料組成:中間層為待涂敷膜的基底膜，上下兩層為帶有窗口的密封層。窗口長度為L2，寬度為L3（L3＜L1），且前一個窗口左邊緣到后一個窗口右邊緣的距離為L4。

當(dāng)色標(biāo)定位傳感器檢測到其中某一個窗口的右邊緣后，就發(fā)出一個信號，經(jīng)過很短的時間t1后使液壓傳動裝置帶動兩個轉(zhuǎn)印壓輥，將上下兩個轉(zhuǎn)印壓輥所傳輸?shù)耐糠竽そM件A、B同時向著中間的待涂敷膜組件C上的涂敷窗口進(jìn)行輥壓，從而將涂敷膜A和B分別輥壓在涂敷窗口的上下兩層。t1的值由式（1）得出，即:

式中:t1為色標(biāo)定位傳感器發(fā)出一個信號到兩個轉(zhuǎn)印壓輥開始動作的時間；t2為液壓傳動裝置收到輥壓信號到轉(zhuǎn)印壓輥向中間輥壓至待涂敷膜組件上的時間；d1為傳感器到轉(zhuǎn)印壓輥的壓輥點(diǎn)的水平距離；V為伺服電機(jī)帶動3種膜材料的線速度。

輥壓一段時間t（t=L2/V）后，該待涂敷膜組件C的上下兩層涂敷窗口內(nèi)已經(jīng)布滿了涂敷膜A和B，此時立即控制液壓傳動裝置帶動兩個轉(zhuǎn)印壓輥向著上下兩側(cè)原始位置復(fù)位，使其恢復(fù)到未輥壓時的原始位置，為下次輥壓工作做準(zhǔn)備。

通過以上步驟，可完成待涂敷膜組件上的某一個涂敷窗口內(nèi)的復(fù)合膜材料的制備。當(dāng)色標(biāo)定位傳感器檢測到下一個新的涂敷窗口時，重復(fù)上述過程，就可完成另一個復(fù)合膜材料的制作。

2 控制精度要求與控制方案

2.1 控制精度要求

筆者所使用的3種膜組件除了待涂敷膜組件C是水平傳輸?shù)模渌麅煞N涂敷膜組件在壓輥點(diǎn)附近部分都是以轉(zhuǎn)印壓輥的壓輥點(diǎn)為頂點(diǎn)，與轉(zhuǎn)印壓輥的鉛垂線方向（±y軸方向）成一定角度α（α＜90°），這樣就可以避免轉(zhuǎn)印壓輥在輥壓時涂敷膜材料的未輥壓部分與待涂敷膜組件的接觸。

在轉(zhuǎn)印壓輥未執(zhí)行輥壓工作時，輥輪的頂端與中間層的待涂敷膜組件表面有一定的距離d，保證在未執(zhí)行輥壓工作時3種膜材料A、B、C相互不接觸。

轉(zhuǎn)印壓輥的工作信號，是由一個位于壓輥點(diǎn)前端的色標(biāo)傳感器（其位于轉(zhuǎn)印壓輥頂點(diǎn)前方，距該頂點(diǎn)水平距離x軸方向為d1）發(fā)出的，該傳感器用以檢測待涂敷膜組件上的窗口，當(dāng)檢測到其中一個窗口的右邊緣后，就發(fā)出一個信號，通過液壓傳動設(shè)備將上下兩個轉(zhuǎn)印壓輥同時向著中間的待涂敷膜組件輥壓［4］。

轉(zhuǎn)印壓輥在執(zhí)行輥壓任務(wù)時，輥輪的上下運(yùn)動會增大涂敷膜組件的張力，這時位于轉(zhuǎn)印壓輥后方的活動輥就可以在絲桿傳動的控制下通過左右（x軸方向）運(yùn)動來減小涂敷膜組件上的張力，使得涂敷膜組件上張力的增幅控制在一定范圍以內(nèi)。如果涂敷膜組件的張力超出了預(yù)設(shè)的范圍，那么位于浮動輥前方的張力傳感器就會發(fā)出警報，同時發(fā)出信號，通過控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速（角速度）來適當(dāng)?shù)販p小涂敷膜組件上的張力［5－9］。

當(dāng)設(shè)備工作一段時間后，圖1中的放卷輥（S1、S2、S3）的半徑會減小，而相對的收卷輥（R1、R2、R3）的半徑則會增大。為保證3種膜材料的線速度相等，需要調(diào)節(jié)每一個輥輪的角速度:增大放卷輥的角速度，或者減小收卷輥的角速度，或者同時增大放卷輥的角速度和減小收卷輥的角速度。

2.2 控制方案

薄膜雙面自動對位間歇式涂敷的控制系統(tǒng)組成如圖3所示。主控制器主要采集從色標(biāo)定位傳感器和張力傳感器傳送來的各種數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后將控制信號傳送至液壓傳動器，從而控制轉(zhuǎn)印壓輥的動作。另外，主控制器還控制放卷輥、收卷輥的轉(zhuǎn)速（線速度V不變，角速度則隨著時間的變化而發(fā)生持續(xù)的變化），通過控制角速度以及活動輥的位置，來控制各組膜組件的張力。

轉(zhuǎn)印壓輥的工作過程主要采用順序控制的方式，按照預(yù)先設(shè)置好的時間來控制轉(zhuǎn)印壓輥的運(yùn)動［10］，其具體的邏輯控制流程圖如圖4所示。

圖3 控制系統(tǒng)的組成

圖4 轉(zhuǎn)印壓輥的邏輯控制流程圖

3 自動對位時序邏輯

由于各個窗口之間是斷續(xù)而非連續(xù)的，當(dāng)轉(zhuǎn)印壓輥收到輥壓信號從而進(jìn)行輥壓任務(wù)一段時間后，轉(zhuǎn)印壓輥要復(fù)原到原來的位置，這就保證了復(fù)合膜材料被涂敷的間歇性，而輥壓的時間t可以根據(jù)窗口的長度L2和基底材料的傳送速度V通過式（2）得到:

對于涂敷相鄰兩個窗口時的時序問題，可以通過控制電路，做以下的時序控制。

若色標(biāo)定位傳感器檢測到某一個窗口a0的右邊緣時的時間點(diǎn)為T11，轉(zhuǎn)印壓輥開始往待涂敷膜組件輥壓的時間點(diǎn)為T12，則:

轉(zhuǎn)印壓輥輥壓完畢且開始向初始位置復(fù)位的時間點(diǎn)為T13，則:

轉(zhuǎn)印壓輥復(fù)位至初始位置的時間點(diǎn)為T14，則:

式中:t3為轉(zhuǎn)印壓輥輥壓完畢后向兩側(cè)復(fù)位至未輥壓時位置的時間。

若傳感器檢測到窗口a0后面相鄰的一個窗口a1的右邊緣時的時間點(diǎn)為T21，轉(zhuǎn)印壓輥開始向待涂敷膜組件輥壓的時間點(diǎn)為T22，則:

轉(zhuǎn)印壓輥輥壓完畢且開始向初始位置復(fù)位的時間點(diǎn)為T23，則:

轉(zhuǎn)印壓輥復(fù)位至初始位置的時間點(diǎn)為T24，則:

兩個窗口a0和a1從轉(zhuǎn)印壓輥開始輥壓到轉(zhuǎn)印壓輥復(fù)位至初始位置的時間段分別為T12～T14和T22～T24，只要按這個時序控制轉(zhuǎn)印壓輥的動作，并且保證這兩個時間段不重合，就可以保證涂敷工作的正確性（若重合，則會造成轉(zhuǎn)印壓輥無法復(fù)位的錯誤情況），這兩個時間段的時間間隔t4為:

只要t4≥0，即通過控制V或者L4的預(yù)設(shè)值的大小，使得L4/V≥t2+t3，就可以使這兩個時間段不重合。

4 結(jié)論

復(fù)合膜材料在許多行業(yè)中都有著廣泛的應(yīng)用，筆者主要研究一種薄膜雙面自動對位間歇式涂敷方法，能夠在待涂敷薄膜上間歇地涂敷兩層薄膜材料。與現(xiàn)有的多層復(fù)合膜制作工藝相比較，該方法具有工藝過程簡單，對位涂敷精度高，

定位易于控制，可實現(xiàn)復(fù)合膜的間歇式涂敷，便于批量制造等優(yōu)點(diǎn)。

［1］付彥青.膜電極涂敷運(yùn)動控制系統(tǒng)研究與設(shè)計［D］.武漢:武漢理工大學(xué)圖書館，2010.

［2］王剛.柔性薄膜涂敷裝置運(yùn)動控制系統(tǒng)研究與設(shè)計［D］.武漢:武漢理工大學(xué)圖書館，2010.

［3］夏澤中，王剛，付彥青.柔性材料涂敷裝置位置控制系統(tǒng)仿真［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報:信息與管理工程版，2010，32（6）:877 －881.

［4］李燕琴，周立平，王軍，等.全自動對位貼合機(jī)自動控制系統(tǒng)［J］.電子工藝技術(shù)，2005，26（1）:37 －40.

［5］王筵，李俊.卷繞機(jī)構(gòu)薄膜張力的模糊控制研究［J］.電子機(jī)械工程，2003，19（1）:55 －58.

［6］陳浩.基于高性能DSP的恒張力控制系統(tǒng)研究［D］.武漢:華中科技大學(xué)圖書館，2005.

［7］張敏，趙小惠，王錦.基于遺傳算法PID控制器在張力控制中的應(yīng)用［J］.西安工程科技學(xué)院學(xué)報，2004，18（2）:157 －159.

［8］邵躍軍，胡建軍，吳濟(jì)田，等.塑料薄膜復(fù)合機(jī)張力控制系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu):中國，CN 201483856 U［P］.2010－05－26.

［9］沈克波.一種薄膜開卷放卷的張力控制裝置:中國，CN 201456309 U［P］.2010 －05 －12.

［10］韓朝暉，高晴.基于順序控制的流程實現(xiàn)方法［J］.工礦自動化，2006，10（5）:89－90.