一種燃料電池膜電極熱壓頭上表面貼片的糾偏補償方法技術

本發明專利技術公開了一種燃料電池膜電極熱壓頭上表面貼片的糾偏補償方法。傳統的機器視覺采圖后擺動氣缸翻轉，然后貼片，不能保證GDL的貼裝精度，另外，由于GDL料盒比GDL本身尺寸稍大，不能保證每次真空拾取機構吸取GDL的中心軸線都與旋轉軸的中心軸線重合，因此翻轉后也會有誤差。本發明專利技術主要解決這兩個誤差的計算和補償方法，實現熱壓頭上表面的準確貼片。本發明專利技術基于現有的GDL熱壓裝備實現，首先對相機進行標定，標定兩個相機各自的像素坐標系和世界坐標系的關系，分別根據是由安裝誤差引起的貼片糾偏或者是由軸線不重合所引起的貼片糾偏二種情況，糾正畸變。本發明專利技術通過補償，最大程度上減小了機械安裝誤差所帶來的影響，提升了設備整體性能。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及新型能源一燃料電池膜電極疊層裝備
，主要討論的是向熱壓裝置熱壓頭上表面進行⑶L貼裝時的糾偏補償問題。⑶L的貼裝是MEA (MembraneElectrode Assembly,簡稱MEA)生產過程中尤其關鍵的一步,其位置的貼裝精度直接影響到氣體與催化劑層的接觸面積，影響燃料電池的轉化效率，本專利技術較大程度上解決了使用擺動氣缸翻轉貼片時熱壓頭上表面GDL貼不準的問題。
技術介紹
在國內外燃料電池發展現狀中質子交換膜燃料電池(Proton Exchange MembraneFuel Cell，簡稱PEMFC)的研究和應用都處于較領先的地位，特別是在小型固定電源領域， PEMFC的比例達到90%以上，是便攜式電源、電動汽車電源、小型固定電源的理想選擇。一個PEMFC本體由若干個電池單體組成，而電池單體主要由膜電極MEA和雙極板組成，實際應用中根據需要將電池單體進行組合就可以得到不同功率、電壓的燃料電池。電池工作時，燃料和空氣被分別送進燃料電池，在催化劑的作用下發生反應，最終在其兩極上產生電動勢，若將外電路連接起來就會產生電流，生成的水通過電極板隨反應尾氣排出。燃料電池膜電極組件主要由質子交換膜、催化劑和氣體擴散層組成，是實現質子交換膜燃料電池電化學反應的核心組件，很大程度上決定著燃料電池的性能。不僅如此，MEA對降低整個燃料電池生產成本、加快其商業化進程具有很重要的現實意義。MEA特種復合設備是燃料電池自動化生產裝備的重要組成部分，為一套集光、機、電、氣于一體的復雜、精密系統設備，其研究并開發的主要
技術實現思路
包括超薄變結構柔性薄膜輸送、微張力控制、精確定位、熱壓溫控一致性、疏松脆性多孔介質夾持、圖像采集、多物理量協同控制、多工藝集成等關鍵技術。國內外廠商對燃料電池池相關核心技術和工藝均申請了相應專利保護，并制定知識產權戰略作為公司發展的重要戰略之一，這在很大程度上阻礙了我國燃料電池特種復合設備研究的步伐。目前我國質子交換膜燃料電池尚未實現市場化，無論是燃料電池發動機、備用電源還是電站，都只是由政府買單的研發-示范項目的少量應用，還談不上商業化市場運行。近些年，由于市場的強烈需求，從而推動了具有高可靠性、高精度的自動化設備的不斷發展。本專利技術提供的燃料電池膜電極熱壓頭上表面的糾偏補償方法針對的是GDL熱壓裝置(參見本申請人于2012年4月24日提交的申請號2012101231860的專利技術專利申請“一種脆性片材與柔性基材復合設備及其工藝方法”，該專利技術中提供的熱壓設備如圖I所示，它包括熱壓裝置101、撐膜裝置102、上料裝置103、上料檢測裝置104、真空拾放裝置105、薄膜檢測裝置106和支撐架107，其中，真空拾放裝置105可以為五自由度機械手結構，并由用于實現X軸、Y軸和Z軸三個方向上直線移動的移動機構、安裝在Z軸移動機構上的擺動與真空拾取機構90，以及用于對擺動與真空拾取機構在Z軸方向上的角度進行調節的糾姿機構80組成。具體來說，各個X軸、Y軸和Z軸移動機構分別包括X向底座30、Y向底座10和Z向底座50、安裝在各個底座上的直線導軌40、20和60及相應的驅動動力元件，其中X軸移動機構的底座30通過Y向滑塊安裝在Y軸移動機構的直線導軌20上，Z軸移動機構的底座50通過X向滑塊安裝X軸移動機構的直線導軌40上，糾姿機構80的支座70通過Z向滑塊安裝在Z軸移動機構的直線導軌60上。在實際應用時，Y軸移動機構帶動X向底座及連接其上的所有部件進行Y向直線運動，X軸移動機構帶動Z向底座及連接其上的所有部件進行X向直線運動，Z軸移動機構帶動糾姿支座及連接其上的所有部件進行Z向直線運動。該真空拾放裝置中的擺動與真空拾取機構的分解圖如圖3所示)。GDL貼片是燃料電池膜電極生產的一道很重要的工序，它的貼裝精度直接影響到燃料電池的轉化效率，貼裝誤差過大時還會導致兩側氣體繞過催化劑層發生互串失效，所以對GDL熱壓裝置上GDL貼裝必須嚴格把關，本專利技術就是解決GDL熱壓裝置熱壓頭上表面準確貼片的問題。
技術實現思路
本專利技術的目的在于解決使用擺動氣缸翻轉貼片時熱壓頭上表面GDL貼不準的問題，提供了一種針對熱壓頭上表面貼片的糾偏補償方法，該方法具有重復定位精度高，穩定可靠的特點，可使GDL精確的貼在熱壓頭上表面上，同時該補償方法也證實了采用常量對 熱壓頭上表面貼片進行補償的錯誤性，該補償量是與視覺檢測值相關聯的，是一非常量。本專利技術提供的，其特征在于，如果是由安裝誤差引起的貼片糾偏按照步驟(Al)至(A7)進行，如果是由軸線不重合所引起的貼片糾偏按照步驟(BI)至(B5)進行；(Al)開啟熱壓頭真空吸附，分別在上、下表面上各吸附一張白紙；(A2)由真空拾取機構在⑶L料盒中吸取一片⑶L，并使⑶L料的中心軸線與真空拾取機構旋轉軸的中心軸線平行，然后真空拾取機構回到采圖工位采圖計算工序；(A3)完成采圖計算工序后，真空拾取機構往熱壓頭下表面貼片，到達貼片位置時，拾取機構停止運動并且保持真空吸附，用中性筆在熱壓頭下表面白紙上描出⑶L的輪廓；(A4)真空拾取機構沿Z向上升，翻轉，此時X、Y方向不可有位移；(Α5)真空拾取機構往熱壓頭上表面貼片，到達貼片位置時，真空拾取機構停止運動并且保持真空吸附，用中性筆在熱壓頭上表面白紙上描出GDL的輪廓；(Α6)真空拾取機構退出，熱壓，當熱壓頭壓合時關閉熱壓頭的真空吸附，然后熱壓頭回到初始位置，保持兩紙片的位置不動；計算兩紙片上GDL輪廓的夾角即為由于真空拾取機構旋轉軸安裝不垂直所導致的GDL的貼裝誤差；(Α7)真空拾取機構貼裝過程按照上述夾角進行補償；(BI)真空拾取機構在⑶L料盒中吸取一片⑶L后回到檢測位置采圖并觸發采圖計算工序，計算得到GDL的中線軸線與旋轉軸903的中心軸線夾角，記為Θ ；(Β2)計算完畢后觸發擺動氣缸翻轉180° ；(Β3)判斷夾角Θ是否為正，如果為正，其角度補償量為拾取機構向外偏轉2 Θ，如果為負，如果為正，其角度補償量為拾取機構向內偏轉2 Θ ；(Β4)測量出真空拾取機構上⑶L理論幾何中心到拾取機構旋轉中心的距離L，LXsin(2 9)即為X方向需要進行的補償量，L-LXcos(2 9)即為Y方向需要進行的補償量；(B5)根據(B3)和(B4)中計算得到的X、Y方向需要進行的補償量及角度補償量進行首次糾偏。本專利技術提供的方法分析了真空拾取機構旋轉軸與擺動氣缸圓盤面不垂直所導致的誤差，該誤差只取決于旋轉軸的安裝精度，因此是一常量誤差，只需要按照此方法的要求計算出旋轉軸的偏差量，在以后貼片時將該量補償進去即可消除該安裝誤差所帶來的影響。該方法解決了由于GDL氣體擴散層的中心軸線與真空拾取裝置旋轉軸的中心軸線不重合所導致的誤差，這是影響GDL熱壓頭上表面貼片精度的主要誤差來源，該誤差是不能通過多次貼片計算出偏差平均值進行補償的，因為實際補償量與每次視覺檢測到的GDL偏角是相關聯的，該熱壓頭上表面貼片糾偏方法給出了基于該偏角的糾偏方程，較大程度上解決了熱壓頭上表面翻轉貼片貼不準的問題。具體而言，本專利技術的積極效果是I.通過本專利技術，可以解決翻轉后熱壓頭上表面貼片不準的問題，找到了熱壓頭下表面貼片非常準確翻轉后誤差很大的原因，對癥下藥，較大程度上提高了燃料電池膜電極的貼裝精本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種燃料電池膜電極熱壓頭上表面貼片的糾偏補償方法，其特征在于，如果是由安裝誤差引起的貼片糾偏按照步驟（A1）至（A7）進行，如果是由軸線不重合所引起的貼片糾偏按照步驟（B1）至（B5）進行；（A1）開啟熱壓頭真空吸附，分別在上、下表面上各吸附一張白紙；（A2）由真空拾取機構在GDL料盒中吸取一片GDL，并使GDL料的中心軸線與真空拾取機構旋轉軸的中心軸線平行，然后真空拾取機構回到采圖工位采圖計算工序；（A3）完成采圖計算工序后，真空拾取機構往熱壓頭下表面貼片，到達貼片位置時，拾取機構停止運動并且保持真空吸附，用中性筆在熱壓頭下表面白紙上描出GDL的輪廓；（A4）真空拾取機構沿Z向上升，翻轉，此時X、Y方向不可有位移；（A5）真空拾取機構往熱壓頭上表面貼片，到達貼片位置時，真空拾取機構停止運動并且保持真空吸附，用中性筆在熱壓頭上表面白紙上描出GDL的輪廓；（A6）真空拾取機構退出，熱壓，當熱壓頭壓合時關閉熱壓頭的真空吸附，然后熱壓頭回到初始位置，保持兩紙片的位置不動；計算兩紙片上GDL輪廓的夾角即為由于真空拾取機構旋轉軸安裝不垂直所導致的GDL的貼裝誤差；（A7）真空拾取機構貼裝過程按照上述夾角進行補償；（B1）真空拾取機構在GDL料盒中吸取一片GDL后回到檢測位置采圖并觸發采圖計算工序，，計算得到GDL的中線軸線與旋轉軸903的中心軸線夾角，記為θ；（B2）計算完畢后觸發擺動氣缸翻轉180°；（B3）判斷夾角θ是否為正，如果為正，其角度補償量為拾取機構向外偏轉2θ，如果為負，如果為正，其角度補償量為拾取機構向內偏轉2θ；（B4）測量出真空拾取機構上GDL理論幾何中心到拾取機構旋轉中心的距離L，L×sin(2θ)即為X方向需要進行的補償量，L？L×cos(2θ)即為Y方向需要進行的補償量；（B5）根據（B3）和（B4）中計算得到的X、Y方向需要進行的補償量及角度補償量進行首次糾偏。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：尹周平，張步陽，陳建魁，梅爽，王崢榮，程小明，何崇東，孫湘成，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發明
國別省市：