CN107379494B - 一种基于螺栓自定位的膜厚控制系统及螺栓自定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于螺栓自定位的膜厚控制系统及螺栓自定位方法，膜厚控制系统包括挤出单元、冷却成型单元、拉伸单元、测厚单元、监测控制单元和收卷单元，其中监测控制单元内有采集模块、处理模块、控制模块，采集模块将薄膜剖面厚度曲线数据传送给处理模块，处理模块计算获取薄膜厚度同时估算挤出机模头各螺栓的位置，并通过自定位处理来减小估算偏差，控制模块分别通过变频器和模头调节器来调节薄膜纵向和横向的厚度。本发明能快速对模头螺栓进行自定位，定位过程中调节动作小，避免了长时间螺栓加热对正常生产的影响，而准确的螺栓定位能避免BOPP薄膜制造过程中厚度偏差难以归零的问题，使薄膜横向与纵向厚度均保持高度一致。

Description

一种基于螺栓自定位的膜厚控制系统及螺栓自定位方法

技术领域

本发明涉及薄膜制造技术领域，具体涉及一种基于螺栓自定位的膜厚控制系统及螺栓自定位方法。

背景技术

BOPP薄膜即双向拉伸聚丙烯薄膜是由双向拉伸所制得的，它是经过物理、化学和机械等手段特殊成型加工而成的塑料产品。BOPP生产线是一个非线性复杂系统。其工艺流程主要包括：原料熔融、挤出、冷却成型、纵向拉伸、横向拉伸、切边、电晕处理、卷取等。

作为BOPP薄膜产品质量指标的物理机械性能如拉伸强度、断裂伸长率、浊度、光泽等，因主要决定于材料本身的属性，所以都易达到要求。而作为再加工性和使用性能的主要控制指标，即薄膜厚度偏差和薄膜平均厚度偏差，则主要决定于薄膜的制造过程。即使制造过程中薄膜厚度控制在在标准允许的偏差范围内，但经数千层膜收卷累计后，厚度偏差大的位置上就可能形成箍、暴筋或凹沟等不良缺陷，这些缺陷直接影响到用户的再加工使用，如彩印套色错位或涂胶不匀起皱等现象，使其降低或失去使用价值。所以BOPP薄膜生产中最关键的质量间题是如何提高和稳定薄膜厚度精度。

薄膜厚度控制基于对厚度的实时检测，如申请号为2014201577223的中国专利通过X射线扫描获得薄膜厚度后，分别采用两个PID调节器来进行薄膜横向和纵向厚度的控制，申请号为2007201517097的中国专利也采用了类似的方法，其同时指出，为了得到厚度均匀的薄膜，必须要实现厚度测量值和测量位置精确定位。申请号为2014204575910的中国专利则通过定边装置来进行基膜的对齐。

国内BOPP薄膜制造生产线的在线薄膜厚度控制系统与厚度检测仪很多是成套从国外引进，测厚仪的数据需要人工在操作界面上进行螺栓对应定位才能为控制系统提供有效的厚度数据。目前，对测厚仪输出的厚度数据进行螺栓对应的常用方法主要有以下两种，一是在不同螺栓处划线做记号，然后在测厚仪扫描架上找到对应的地方，以确定螺栓的位置；二是在用测厚仪检测剖面的同时，也测量出膜幅的实际宽度，参照模头的宽度来计算薄膜的缩颈量，进而对模头螺栓进行对应。这两种方法均需要人工根据实际生产情况进行辅助标识、测量和判断，人工判断不但不精确，也无法稳定。由于缺乏对薄膜剖面的连续准确定位，薄膜的厚度控制效果及所生产产品的质量往往受到影响。为此，需要解决膜厚控制系统中对测厚仪输出的薄膜剖面厚度曲线进行螺栓自定位的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种膜厚控制系统，能在控制过程的开始阶段辅助测厚仪对螺栓进行测厚定位：通过动态调节一组选定的螺栓，对测厚仪输出的薄膜剖面厚度曲线进行处理和计算，判断螺栓定位的偏差并相应调整螺栓位置估计，从而对挤出机模头螺栓进行准确定位，输出标记有模头螺栓位置的薄膜剖面厚度值集合；从而基于该集合进行薄膜横向和纵向的厚度一致性控制。

本发明的技术解决方案是，提供一种以下结构的基于螺栓自定位的膜厚控制系统，其包括挤出单元、冷却成型单元、拉伸单元、测厚单元、监测控制单元和收卷单元，所述挤出单元包括挤出机和模头，所述拉伸单元包括纵拉模块和横拉模块，所述测厚单元包括第一测厚仪及第二测厚仪，薄膜原料熔体从挤出机挤出后经冷却成型单元固化为铸片，铸片经拉伸单元拉伸为宽卷薄膜后由收卷单元收存为母卷，所述第一测厚仪及第二测厚仪分别位于拉伸单元两端对所述铸片和宽卷薄膜进行厚度监测，其特征在于：

所述监测控制单元包括采集模块、处理模块、控制模块、模头调节器和变频器，所述采集模块从测厚单元采集薄膜剖面厚度曲线数据后传送给处理模块，处理模块计算获取薄膜厚度和估算挤出机模头各螺栓的位置，并通过自定位处理调整估算位置，控制模块接收处理模块输出的标记有模头螺栓位置的薄膜剖面厚度值集合后分别通过变频器和模头调节器控制挤出机转速和模头的开度。

作为优选，所述处理模块包括计算部、判识部、调节部和存储与输出部，所述计算部估算挤出机螺栓位置，并基于所采集的厚度曲线计算各螺栓处厚度值，所述判识部检索、识别待处理螺栓，并调整螺栓位置，所述调节部对待处理螺栓进行温度调节，通过控制模块发出指令来改变挤出机唇口的开度。

作为优选，所述薄膜剖面厚度曲线数据以薄膜剖面图像形式表达，所述图像中包括分别以不同颜色表示的一条膜厚曲线、坐标轴和与坐标轴平行的辅助线。

作为优选，所述控制模块包括控制器1和控制器2，所述控制器2通过模头调节器以脉冲波的方式来控制模头螺栓固态继电器的通断，从而通过控制螺栓的温度来调节该螺栓所在模头段的开度，以实现该螺栓所对应薄膜区段的厚度调节；所述控制器1以调节变频器的方式来控制挤出机的转速，从而通过控制挤出量来实现薄膜整体平均厚度的调节。

作为优选，所述判识部在检索周期检索出所有厚度偏差正负异号的相邻螺栓组合，选择组合内差别最小一组作为待处理螺栓，并由所述调节部仅对此一组螺栓进行调节。

作为优选，所述判识部对所述调节后的薄膜厚度进行检测判别，根据所述螺栓组合范围内零偏差位置的移动来调节螺栓位置，并更新存储与输出部内容。

作为优选，所述脉冲波采用PWM或PFM波。

本发明的另一技术解决方案是，提供一种螺栓自定位方法，其特征在于，通过优选特定的一组螺栓进行厚度比例调节，并根据调节前后膜厚的变化来对螺栓估计位置进行调整，其包括如下步骤：

(S1)系统初始化，设定周期、阈值；

(S2)从测厚仪采集薄膜剖面厚度曲线数据，计算曲线对应的厚度值；

(S3)如果已有定位数据则转S4，否则进行初始定位，通过人工对边后，将各螺栓均匀分布在曲线横轴上，更新螺栓定位位置集合和标记有模头螺栓位置的薄膜剖面厚度值集合，之后转S7；

(S4)如果不是检索周期则转S5，否则进行螺栓检索，搜索所有厚度偏差正负异号的相邻螺栓组合，并选择其中厚度偏差的差别最小的一组标记为(Mj1，Mj2)作为待处理螺栓，由调节部通过控制模块对该两个螺栓进行按各自厚度偏差的比例控制，同时记录两个螺栓之间厚度偏差为零的点的横坐标XP，之后转S7；

(S5)如果不是判别周期，则转S6，否则进行螺栓位置估计偏差的判断和调节，再次检索螺栓(Mj1，Mj2)之间的零偏差点，记其横坐标为XQ；比较XQ和XP，如果两者差值在设定阈值范围内，则转S8；若XQ小于XP则将所有螺栓右移，否则将所有螺栓左移，更新螺栓定位位置集合和标记有模头螺栓位置的薄膜剖面厚度值集合，之后转S7；

(S6)定位不作处理，由控制模块对各螺栓进行PID调节来实现膜厚一致性控制，转S7；

(S7)等待下一周期到来，转S2；

(S8)定位完毕，结束。

作为优选，所述螺栓位置估计偏差d_M的调节按如下方法进行：d_M＝η·d_zf，其中，系数η动态取值，其初始值为为区间(1/3，1/2)内的一个数，之后若发现d_zf的方向发生改变时η′＝1/2η，否则η′＝1.1η，η′为更新后的系数。

作为优选，所述螺栓位置估计偏差d_M的调节按如下方法进行：d_M＝ρ·x，ρ为区间[0.8，1]内的一个数，x为按如下方程的正数解：

Δ·x²+x(Δ·d+d·T-2·Δ·L)-2·Δ·L·d＝0

其中，T和Δ分别为比例控制前零偏差点两侧对称位置上的薄膜厚度和厚度调节量，L为该位置与零偏差点的距离，d为比例控制前后零偏差点位移量。

采用本发明的方案，与现有技术相比，具有以下优点：本发明应用于BOPP生产的薄膜厚度在线控制，实时采集测厚仪上的薄膜剖面厚度信号，通过对厚度偏差正负异号的一组螺栓进行调节并根据调节后零偏差点的位置移动，对当前螺栓定位位置进行相应调节，实现了对薄膜厚度测量位置的自动准确定位和薄膜厚度的实时自动监测，有效防止了人为判断错误；通过反馈控制实现了BOPP薄膜的横向厚度均匀性和纵向厚度一致性，提高了薄膜成品质量；另外，本发明的自动定位过程短、调节动作量小，避免了长时间螺栓加热对正常生产的影响，而快速准确的螺栓定位能避免BOPP薄膜制造过程中厚度偏差难以归零的问题。

附图说明

图1为本发明基于螺栓自定位的膜厚控制系统的结构示意图；

图2为本发明中处理模块的结构示意图；

图3为挤出机模头局部结构示意图；

图4为BOPP生产中测厚仪显示界面图；

图5为处理模块提取目标曲线数据流程图；

图6为挤出机模头螺栓定位偏差示意图；

图7为模头螺栓定位偏右时膜厚调节示意图；

图8为模头螺栓定位偏左时膜厚调节示意图；

图9为螺检自定位工作流程图；

图10为BOPP薄膜厚度控制流程示意图；

图11为横向膜厚调节信号示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。

为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如图1所示，本发明膜厚控制系统包括：挤出单元1、冷却成型单元2、拉伸单元3、测厚单元、监测控制单元5和收卷单元6，其中挤出单元1包括挤出机7，在挤出机前端有模头8，拉伸单元3包括纵拉模块9和横拉模块10，测厚单元则包括第一测厚仪401及第二测厚仪402，监测控制单元5包括采集模块11、处理模块12、控制模块14、模头调节器15和变频器13。

薄膜原料从挤出机7的投料口投入后熔融为熔体从模头8挤出，再经冷却成型单元2固化为铸片，铸片经拉伸单元3拉伸为宽卷薄膜后由收卷单元6收存为母卷，后续按订单要求对母卷进行分切和包装。由于厚度对产品质量起着至关重要的作用，因此，在BOPP薄膜生产中往往用两台测厚仪分别对铸片和宽卷薄膜进行厚度实时监测，两台测厚仪均可对外输出剖面的厚度数据集，同时它们均还连接显示器以显示铸片或宽卷薄膜的剖面图像。两台测厚仪中前面对铸片测厚的那一台在薄膜初拉出时使用，等到后面第二测厚仪投入后便暂停使用。

如图2所示，本发明膜厚控制系统中的处理模块12，其包括计算部121、判识部122、调节部123和存储与输出部124。采集模块11从测厚仪获取薄膜剖面厚度曲线数据后传送给计算部121；由计算部121进行螺栓位置的初始计算，并在所采集的厚度曲线的横坐标上标出，输出标记有模头螺栓位置的薄膜剖面厚度值集合，存储在存储与输出部124中；判识部122根据当前的薄膜剖面厚度值集合，检索、识别出待处理螺栓，由调节部123通过控制模块14发出指令对挤出机中的所述待处理螺栓进行温度控制，调节模头唇口开度，从而调节薄膜厚度；判识部122还要对上述调节后的厚度改变结果进行二次检索和判别并相应地调整螺栓位置，更新存储与输出部124中的内容。

结合图2和图3所示，挤出机7的模头包括上下两个唇片71，唇片之间形成唇口73，唇口开度大小由横向排列的加热螺栓72来调节。本发明为进行模头螺栓的准确定位，需要对挤出机模头上的部分螺栓72进行动态调节以辅助判断。

采集模块所采集到的薄膜剖面厚度曲线数据，可以是按某种格式排列的数值串，也可能是以薄膜剖面图像形式呈现的，如一般测厚仪是以VGA图像输送给显示器的。如图4所示，在以图像形式采集的薄膜剖面数据即薄膜剖面图像中，分别有两幅剖面厚度曲线图和一些字符信息；其中，A区域表示薄膜厚度曲线横坐标轴对应的厚度基准值35.5um及曲线画面中坐标系的纵向坐标刻度值5％；C区域为表述当前薄膜剖面的目标厚度曲线，其坐标轴按A区域的描述进行设定，坐标系中还含有与坐标轴平行的辅助线；B区域中AVG＝35.51um是指C区域曲线所显示的当前薄膜剖面的厚度平均值，R＝2.83％则是曲线上下波动的统计极差值。

结合图4至图5所示，厚度控制过程中，处理模块要输出标记有模头螺栓位置的薄膜剖面厚度值集合，由于其所依据的薄膜剖面图像有着上述区块特征，因此，本发明基于螺栓自定位的膜厚控制系统中处理单元的计算部，内设曲线分割子块，从系统中读取或从图像中提取出一条连续完整且无交叉的膜厚曲线，并根据从系统预设值中离线读取的参考值，对该曲线上的点，将其在图像中的像素坐标变换为所对应的厚度值。

如图5所示，曲线分割子块针对图4中的C区域，首先对目标图像进行灰度化和滤波处理，再根据颜色分量和坐标特征获取非连续膜厚曲线图像g1和辅助点阵图像g2；其次，进行分层阈值分割，即对两幅图像g1和g2，分别进行Otsu阈值分割和双阈值分割后得到二值化图像g1′和g2′；然后，将g1′和g2′二者相合并生成一条连续完整且无交叉的膜厚曲线图像g；最后，根据所获取的所述基准厚度值、坐标刻度值、厚度平均值，对所生成膜厚曲线上的点，将其在图像中的像素坐标变换为所对应的厚度值。

在得到薄膜剖面厚度值后，需要对膜厚曲线进行螺栓位置标识才能进行有效的膜厚控制，但传统的螺栓位置标识需要人工来定位，这必将引入偏差。如图6所示为挤出机模头螺栓定位偏差示意图，其中，图6a给出了螺栓实际位置在估计位置左侧时的情况，图6b给出了螺栓实际位置在估计位置右侧时的情况。图中，中部水平直线为设定厚度值对应的参考线，曲线为计算得到的厚度曲线，下方和上方的三角形分别示意估计和实际的螺栓位置。BOPP薄膜生产在铸片横拉过程中，其拉伸比为7-9倍，对于如8280mm的宽卷规格，其铸片宽度约为1000mm，模头螺栓为39个时，每个螺栓对应铸片宽度约为25mm，除去两端相对较为固定的螺栓，中部每个调节螺栓对应在图中的宽度基本相同。

从图6a可以看出，当估计位置偏右时，估计在J处和K处的螺栓其实际位置在J1、K1处，其中，J1处螺栓的偏差为正值，但由于其估计位置在J处，在进行厚度调节时，将因按J处偏差来控制模头唇口开度即增大开度而变厚，即J1螺栓处膜厚的偏差不但不会减小，还将增大；类似地，K1螺栓处的膜厚偏差将因按K处偏差来控制即保持模头唇口开度而不会减小。当螺栓估计位置偏左时，如图6b所示，也将出现相同的问题，螺栓R1、S1处位置的膜厚偏差将因分别按R、S处偏差来进行控制而进一步增大偏差，螺栓T处位置的膜厚偏差则与K处类似，偏差不会减小。

为此，为了使得膜厚控制能够收敛到零偏差而不在零偏差上下反复振荡，应该使得螺栓估计位置尽量接近实际位置。本发明通过动态调节特定螺栓并根据调节效果来判断估计位置是偏左还是偏右。

如图7和8所示，当模头螺栓估计位置偏左或偏右时，其膜厚调节效果将不同。在两图中，X轴表示偏差参考线，直线AB表示两个估计螺栓位置A和B之间的膜厚曲线段，不失一般性，假设A和B关于X轴对称分布且其间的厚度值呈直线分布；P点为AB和X轴的交点，为当前零偏差点。C和D点分别为所估计位置A和B对应两个螺栓的实际位置，即按A、B处偏差进行的螺栓调节，实际将分别发生在C、D处，直线CD为直线AB的水平移动平行线，其中图7中为左移而图8中为右移；M点为CD与X轴的交点。图中，U、V和E及F、G为辅助箭线的末端点，直线FG为对C、D两处螺栓基于A、B处偏差进行比例控制调节后新的膜厚曲线段，FG与X轴的交点为Q点，各垂直箭头为比例控制后膜厚的改变，d_M为螺栓位置的估计偏差值，d_zf为比例控制前后零偏差点位移量。

如图9所示，本发明装置的螺栓自定位工作流程为：

(S1)首先进行系统初始化，设定周期、阈值；

(S2)从测厚仪采集薄膜剖面厚度曲线数据，计算曲线对应的厚度值；

(S3)如果已有定位数据则转S4，否则进行初始定位，通过人工对边后，将各螺栓均匀分布在曲线横轴上，更新螺栓定位位置集合和标记有模头螺栓位置的薄膜剖面厚度值集合，之后转S7；

(S4)如果不是检索周期则转S5，否则进行螺栓检索，搜索所有厚度偏差正负异号的相邻螺栓组合，并选择其中厚度偏差的差别最小的一组标记为(Mj1，Mj2)作为待处理螺栓，由调节部通过控制模块对该两个螺栓进行按各自厚度偏差的比例控制，同时记录两个螺栓之间厚度偏差为零的点的横坐标XP，之后转S7；

(S5)如果不是判别周期，则转S6，否则进行螺栓位置估计偏差的判断和调节，再次检索螺栓(Mj1，Mj2)之间的零偏差点，记其横坐标为XQ；比较XQ和XP，如果两者差值在设定阈值范围内，则转S8；若XQ小于XP则将所有螺栓右移，否则将所有螺栓左移，更新螺栓定位位置集合和标记有模头螺栓位置的薄膜剖面厚度值集合，之后转S7；

(S6)当前为控制周期，由控制模块对各螺栓进行薄膜横向和纵向的厚度一致性控制，转S7；

(S7)等待下一周期到来，转S2；

(S8)定位完毕，结束。

在上述比例控制和一致性控制后，挤出机唇口开度改变，挤出成型铸片的厚度也相应被调整，铸片经拉伸后被测厚仪进行厚度检测，相应地，采集模块获得的厚度信息也不断被刷新。判别周期在检索周期之后，其间的延时根据生产进行测定。

作为优选，自动螺栓定位过程中，检索周期与判别周期的时间跨度可根据当前膜厚的总体偏差进行调整，在检索周期内，离待处理螺栓较远的其他螺栓仍可由控制模块进行一般的一致性控制，且自动定位也可以根据膜厚变化重复进行。

结合图7～9所示，为进行螺栓位置估计偏差的判断，对挤出机模头上中部各可调节螺栓，基于当前估计位置进行检索，找到离厚度参考线最近且偏差值正负异号的一对螺栓，对它们进行比例控制。如图7所示，实际螺栓位置在估计位置左侧，图中假设A、B两处偏差值相等，则对C、D两个螺栓进行比例控制后，两处厚度的改变量将分别与如图7b所示的A、B两处的箭头一致，即将A、B两处的箭头水平左移为箭头U和V。那么，如图7c所示，A处实际得到的调节量将是A位置对应在三角形MUC中如箭头E所示的分量。如图7d所示，将箭头E和V的首端分别平移到A点和D点在直线AB上的投影点，得到箭线F和G，则FG为对C、D两处螺栓基于A、B处偏差进行比例控制调节后新的膜厚曲线段。图7a为图7b、7c和7d的综合图，图8与图7类似。

从图7和图8可以看出，FG与X轴的交点Q，其位置在P点左侧还是右侧，取决于M的位置，Q与M分处于原零偏差点P的两侧。因此，在自动螺栓定位过程中，当发现Q在P右侧时，说明原螺栓估计位置偏右，应该将估计位置左移，如图7所示；反之，则应该将估计位置右移，如图8所示。

为选择合适的估计位置位移量，作为优选，可以通过离线实验，事先建立螺栓位置的估计偏差值d_M与比例控制前后零偏差点位移量d_zf之间的映射关系表，在线调节时，先计算出当前d_zf然后通过查表获得估计偏差值d_M。

作为优选，螺栓位置估计偏差d_M按下式进行调节：

d_M＝η·d_zf (1)

其中，系数η动态取值，其初始值为为区间(1/3，1/2)内的一个数，之后若检测到d_zf的方向发生改变则取η′＝1/2η，否则η′＝1.1η，η′为更新后的系数。

螺栓位置的估计偏差值d_M还可根据比例控制前后零偏差点位移量d_zf通过方程求解得到，以图7为例：

假设A、B处在比例控制前的厚度值T_A＝T_B＝T，按其偏差进行比例控制后，其厚度改变量t_A＝t_B＝Δ；则有：

T_C＝T_D＝T，t_C＝t_D＝Δ；记d_M＝x、d_zf＝d、|PA|＝L，比例控制后，F和G处的厚度值分别为：

在直线FG与X轴形成的相似三角形中，有：

可得：

Δ·x²+x(Δ·d+d·T-2·Δ·L)-2·Δ·L·d＝0 (4)

记a＝Δ，b＝Δ·d+d·T-2·Δ·L，c＝2·Δ·L·d，则对式(4)求解后，可得其唯一合理正解：

可按(5)式计算估计偏差值d_M。

因此，作为优选，螺栓位置估计偏差d_M的调节方法如下：d_M＝ρ·x，其中x为按式(5)计算出的值，ρ为区间[0.8，1]内的一个数。

结合图9和图10所示，本发明膜厚控制系统的BOPP薄膜横向和纵向的厚度一致性控制流程为：

(L1)熔体挤出后经冷却成型为铸片，铸片在拉伸前后由测厚仪进行厚度检测，生成薄膜剖面图像；

(L2)监测控制单元中的采集模块采集薄膜剖面图像，由处理模块对该图像进行处理分析，获得标记有模头螺栓位置的薄膜剖面厚度值集合，其中模头螺栓位置由处理单元通过自定位过程进行调整；

(L3)对所述的厚度值集合中每个与待控制螺栓相对应的元素，取第k个数据，将其厚度值与产品厚度预设值进行比较获得点偏差值，该值送控制模块的控制器2，由控制器2进行PID控制，输出控制量通过模头调节器调节本螺栓加热脉冲波形，从而调节本段模头唇口的开度；

(L4)对L2中获得的所述厚度值集合，计算本周期内薄膜剖面厚度平均值，将其与产品厚度预设值进行比较获得本周期整体厚度偏差值，该值送控制模块的控制器1，由控制器1进行PID控制，输出控制量调节变频器，改变挤出机转速，从而调节模头整体单位时间内的挤出流量即挤出速度；

(L5)等待下一周期定时到来，回到步骤L2。

在以上控制过程中，控制器1周期性地对横向上薄膜厚度数据取平均值，折算为单位时间挤出量，与产品厚度设定值对应的挤出量相比较，得出挤出量偏差，再转变成电机速度补偿量，通过改变变频器的输入量来控制主挤出机的转速。当电机转速增加时，挤出机模头唇口的熔体流量增加，压力增大，相应铸片及拉伸后的薄膜整体厚度会逐渐增加。

控制器2将厚度偏差转换为温度补偿值，通过模头调节器以脉冲波的方式来控制加热控制通道上固态继电器的通断，从而控制当前模头螺栓的温度。由于金属的热胀冷缩性质，当加热器导通时铸片唇口的缝隙压缩，这样铸片唇口的薄膜厚度会逐渐减小，反之则增加。

控制模块还包括控制纵拉、横拉及收卷单元中各辊筒的速度与温度的子模块，其根据生产膜厚按照预设的工艺参数进行调节。

作为优选，所述脉冲波为PWM波或PFM波。如图11所示为横向膜厚调节信号示意图，控制器2可以通过如图11a所示的PWM波或者如图11b所示的PFM波来指令。其中，PWM波的周期T_S保持不变，通过改变一周期内导通时间T_ON来调节控制量；而PFM则保持导通时间不变，通过改变周期的大小来调节控制量。作为优选，在制造过程中，加热频繁时可选用PWM方式，否则可选PFM方式。

本发明基于螺栓自定位的膜厚控制系统通过优选特定的一组螺栓进行厚度比例调节，并根据调节前后膜厚的变化来对螺栓估计位置进行调整，能快速对模头螺栓进行准确定位，输出标记有所有模头螺栓位置的薄膜剖面厚度值数对集合；基于所述厚度值数对集合，控制模块进行模头唇口的开度控制和挤出速度控制，实现了薄膜生产的横向厚度高均匀性并使得纵向厚度保持高一致性。

除此之外，虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于螺栓自定位的膜厚控制系统，其包括挤出单元、冷却成型单元、拉伸单元、测厚单元、监测控制单元和收卷单元，所述挤出单元包括挤出机和模头，所述拉伸单元包括纵拉模块和横拉模块，所述测厚单元包括第一测厚仪及第二测厚仪，薄膜原料熔体从挤出机挤出后经冷却成型单元固化为铸片，铸片经拉伸单元拉伸为宽卷薄膜后由收卷单元收存为母卷，所述第一测厚仪及第二测厚仪分别位于拉伸单元两端对所述铸片和宽卷薄膜进行厚度监测，其特征在于：

所述监测控制单元包括采集模块、处理模块、控制模块、模头调节器和变频器，所述采集模块从测厚单元采集薄膜剖面厚度曲线数据后传送给处理模块，处理模块计算获取薄膜厚度和估算挤出机模头各螺栓的位置，并通过自定位处理调整估算位置，控制模块接收处理模块输出的标记有模头螺栓位置的薄膜剖面厚度值集合后分别通过变频器和模头调节器控制挤出机转速和模头的开度；

所述处理模块包括计算部、判识部、调节部和存储与输出部，所述计算部估算挤出机螺栓位置，并基于所采集的厚度曲线计算各螺栓处厚度值，所述判识部检索、识别待处理螺栓，并调整螺栓位置，所述调节部对待处理螺栓进行温度调节，通过控制模块发出指令来改变挤出机唇口的开度；

所述判识部在检索周期检索出所有厚度偏差正负异号的相邻螺栓组合，选择组合内差别最小一组作为待处理螺栓，并由所述调节部对此一组螺栓进行调节。

2.根据权利要求1所述的一种基于螺栓自定位的膜厚控制系统，其特征在于，所述薄膜剖面厚度曲线数据以薄膜剖面图像形式表达，所述图像中包括分别以不同颜色表示的一条膜厚曲线、坐标轴和与坐标轴平行的辅助线。

3.根据权利要求1所述的一种基于螺栓自定位的膜厚控制系统，其特征在于，所述控制模块包括控制器1和控制器2，所述控制器2通过模头调节器以脉冲波的方式来控制模头螺栓固态继电器的通断，从而通过控制螺栓的温度来调节该螺栓所在模头段的开度，以实现该螺栓所对应薄膜区段的厚度调节；所述控制器1以调节变频器的方式来控制挤出机的转速，从而通过控制挤出量来实现薄膜整体平均厚度的调节。

4.根据权利要求1所述的一种基于螺栓自定位的膜厚控制系统，其特征在于，所述判识部对所述调节后的薄膜厚度进行检测判别，根据所述螺栓组合范围内零偏差位置的移动来调节螺栓位置，并更新存储与输出部内容。

5.根据权利要求3所述的一种基于螺栓自定位的膜厚控制系统，其特征在于，所述脉冲波采用PWM或PFM波。

6.一种螺栓自定位方法，其特征在于，通过优选特定的一组螺栓进行厚度比例调节，并根据调节前后膜厚的变化来对螺栓估计位置进行调整，其包括如下步骤：

(S1)系统初始化，设定周期、阈值；

(S2)从测厚仪采集薄膜剖面厚度曲线数据，计算曲线对应的厚度值；

(S3)如果已有定位数据则转S4，否则进行初始定位，通过人工对边后，将各螺栓均匀分布在曲线横轴上，更新螺栓定位位置集合和标记有模头螺栓位置的薄膜剖面厚度值集合，之后转S7；

(S4)如果不是检索周期则转S5，否则进行螺栓检索，搜索所有厚度偏差正负异号的相邻螺栓组合，并选择其中厚度偏差的差别最小的一组标记为(Mj1，Mj2)作为待处理螺栓，由调节部通过控制模块对该两个螺栓进行按各自厚度偏差的比例控制，同时记录两个螺栓之间厚度偏差为零的点的横坐标XP，之后转S7；

(S5)如果不是判别周期，则转S6，否则进行螺栓位置估计偏差的判断和调节，再次检索螺栓(Mj1，Mj2)之间的零偏差点，记其横坐标为XQ；比较XQ和XP，如果两者差值在设定阈值范围内，则转S8；若XQ小于XP则将所有螺栓右移，否则将所有螺栓左移，更新螺栓定位位置集合和标记有模头螺栓位置的薄膜剖面厚度值集合，之后转S7；

(S6)定位不作处理，由控制模块对各螺栓进行PID调节来实现膜厚一致性控制，转S7；

(S7)等待下一周期到来，转S2；

(S8)定位完毕，结束。

7.根据权利要求6所述的一种螺栓自定位方法，其特征在于，所述螺栓位置估计偏差d_M的调节按如下方法进行：d_M＝η·d_zf，其中，d_zf为比例控制前后零偏差点位移量，系数η动态取值，其初始值为为区间(1/3，1/2)内的一个数，之后若发现d_zf的方向发生改变时η′＝1/2η，否则η′＝1.1η，η′为更新后的系数；

或所述螺栓位置估计偏差d_M的调节按如下方法进行：d_M＝ρ·x，ρ为区间[0.8，1]内的一个数，x为按如下方程的正数解：

Δ·x²+x(Δ·d+d·T-2·Δ·L)-2·Δ·L·d＝0

其中，T和Δ分别为比例控制前零偏差点两侧对称位置上的薄膜厚度和厚度调节量，L为该位置与零偏差点的距离，d为比例控制前后零偏差点位移量。