Factores a considerar al medir el espesor en la fabricación de baterías

Los dispositivos de almacenamiento de energía, como las baterías de iones de litio, juegan un papel importante en la movilidad y la transición energética de los vehículos eléctricos. Para optimizar la producción de baterías, los sensores, incluidos los sensores de medición de espesor, deben monitorear la línea de producción. Pero, ¿cuáles son los desafíos para realizar mediciones de espesor confiables?, pregunta Glenn Wedgbrow.

Las plantas de Giga satisfacen la creciente demanda de dispositivos de almacenamiento de energía, como baterías de iones de litio y celdas de combustible, con tecnología de producción eficiente y altamente automatizada.

La optimización de la producción de baterías requiere sensores que controlen la línea de producción con la mayor precisión y dinámica. Estos sensores incluyen sensores de rango de precisión, tecnología de medición de temperatura infrarroja y sensores de perfil 2D/3D para muchas tareas de medición relacionadas con la fabricación de baterías, como procesos de fabricación, ensamblaje y moldeo de electrodos.

Uno de los parámetros de control de calidad importantes en la fabricación de baterías es el grosor (y el ancho) del material de la película y la tira, la capa húmeda y el recubrimiento del electrodo. Requieren sensores que midan el espesor de manera confiable mientras se procesa el material (en línea), lo que ayuda a optimizar el rendimiento de la producción y minimiza el desperdicio. Cada fabricante tiene especificaciones de procesos que deben cumplirse para satisfacer a sus clientes. Pero, en realidad, ¿cómo pueden los fabricantes garantizar que siempre cumplan con estas especificaciones y cuáles son los desafíos que enfrentan?

Se pueden utilizar varios sistemas de medición para medir el espesor del material. Algunos de estos se utilizan sin conexión. Es decir, se retira de la producción una muestra aleatoria del material y se mide para asegurarse de que cumple con las especificaciones. Un enfoque más efectivo es instalar un sistema de medición sin contacto fijo en línea o en proceso que mida continuamente el espesor del material que se está procesando. Si las mediciones de estos sistemas se mueven hacia límites fuera de la especificación, los parámetros de control de la máquina y el proceso pueden modificarse para devolver el espesor a los límites aceptables.

error del mundo real

Un factor importante a considerar al elegir el sistema correcto del proveedor es la combinación de errores reales que pueden ocurrir al usar un sistema de medición de espesores sin contacto y la eliminación o corrección de estos errores. Es entender cómo hacerlo. Muchos proveedores indican en sus hojas de datos que sus sistemas de medición cumplen con ciertas resoluciones y linealidades, pero en el mundo real, este rendimiento se ve afectado por muchos entornos. Los errores asociados con las mediciones de espesor reales no siempre son obvios, pero se pueden combinar para producir errores muy grandes. Por lo tanto, es importante elegir un sistema basado no solo en la precisión del sensor, sino también en la precisión del sistema.

Alineación y movimiento del objetivo

Se debe tener especial cuidado al alinear el sensor. Los sensores generalmente se montan en lados opuestos entre sí. No se permite ningún desplazamiento, inclinación o inclinación del sensor con respecto al objeto de destino para garantizar que el punto del sensor se mida en el mismo punto en el rango de medición. Por ejemplo, una desalineación de 1 mm y una inclinación de 2 掳 darán como resultado un error de medición de espesor de 35 μm. Si el espesor objetivo es de 10 mm, este error aumenta a 41 μm.

Por ejemplo, se puede ver un error de linealidad compuesto de hasta 8 μm cuando el objetivo tiene el mismo grosor pero solo 200 μm de movimiento vertical del objetivo en el campo de medición. Por lo tanto, es necesario corregir el error combinado de no linealidad de ambos sensores. Como proveedor de sistemas de medición de espesor en línea sin contacto, Micro-Epsilon ha desarrollado un método único y un algoritmo patentado para la alineación precisa del sensor para este proceso.

sincronizar

Para evitar errores de cálculo de espesor debido al movimiento del objetivo, ambos sensores deben estar perfectamente sincronizados y las mediciones deben tomarse en los puntos exactamente opuestos del objetivo al mismo tiempo. Si no se realiza la sincronización, se generarán datos de medición inexactos. Por ejemplo, si las mediciones se toman en diferentes intervalos de tiempo, las microvibraciones del objetivo o del mecanismo del sensor pueden causar errores en la medición del espesor. Por ejemplo, una medición de retardo de tiempo de 1 ms produce una desviación de 125 µm (suponiendo una vibración de 1 mm a 20 Hz).

Precisión/linealidad de sensores individuales

Cada sensor de medición tiene su propia incertidumbre de medición, a menudo denominada “inealidad”. Esto significa que en cualquier punto dentro del rango de medición, la lectura real del sensor puede variar según el porcentaje de ese rango de medición. El desafío es que no tienen el mismo sensor. Por lo tanto, los errores causados ​​por la no linealidad se pueden sumar o restar en el resultado final. Micro-Epsilon supera este desafío al realizar una combinación de calibraciones patentadas de ambos sensores para crear una nueva linealidad de medición de espesor significativamente mejorada.

Comportamiento térmico del sensor y/o marco de montaje

Es muy importante diseñar un marco de montaje del sensor mecánica y térmicamente estable. El mecanismo de montaje debe estar lo más aislado posible de las vibraciones del proceso o de la máquina. El montaje con un marco en O es más estable que el uso de un marco en C.

La expansión térmica del material de montaje a menudo se pasa por alto como fuente de grandes errores en las mediciones precisas del espesor. Por lo tanto, es muy importante elegir un material con el menor coeficiente de expansión térmica posible. Por ejemplo, cuando el sensor se monta en un perfil típico de extrusión de aluminio o acero inoxidable con un coeficiente de expansión térmica de aproximadamente 16 ppm/K, las pruebas experimentales han demostrado que el sensor se mueve más de 80 μm con un cambio de 5 ºC en temperatura ambiente. Ha sido. Por el contrario, el uso de un marco de montaje de Invar de grado estándar con un coeficiente de expansión térmica típicamente de 1,2 ppm/K reduce esto a 6 μm. Los grados especiales de Invar pueden reducir este error a la mitad nuevamente, pero puede ser una solución muy costosa, con tolerancias de fabricación de 1 micrón, como suele ser el caso con la fabricación de baterías. Si no soluciona el problema. Microepsilon resuelve este problema con la compensación térmica automática integrada, eliminando los errores de medición debidos a la expansión térmica.

Además, el sistema de medición de espesor en línea Micro Epsilon proporciona capacidades de calibración automática integradas al sistema, lo que brinda resultados de la función de calibre con solo tocar un botón. Esto también significa que el operador no tiene que dedicar tiempo a calibrar y comprobar el sistema.

Glenn Wedgbrow es Gerente de Desarrollo de Negocios en. Micro Epsilon Reino Unido..

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