一种锂电池薄膜微位移测厚方法

摘要

本发明为一种锂电池薄膜微位移测厚方法，本发明的方法采用标准量块标定上下传感器间距实现静态去噪，再结合3层小波处理、阈值判断处理和7层小波处理联合算法实现动态去噪。该方法可以现场、实时使激光传感器完成对锂电池任意涂层长度的测厚，测量精度高。本专利中包括了相对静止和相对运动状态下的测量，其中相对运动状态包括1）激光测厚装置静止、待测量锂电池薄膜运动，2）激光测厚装置运动、待测量锂电池薄膜静止，3）激光测厚装置运动、待测量锂电池薄膜运动三种状态，本发明的方法均适用，因此在工业中应用范围广，适应性强。

主权项

一种锂电池薄膜微位移测厚方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1、激光测厚装置静态误差抑制：步骤1.1、取厚度为M的量块平行放置于激光测厚装置的上激光传感器、下激光传感器之间，测得上激光传感器与量块上表面之间的距离数据，记为s₁(n)，测得下激光传感器与量块下表面之间的距离数据，记为s₂(n)，记采样次数为n，n=1,2,...N,N为最大采样次数；步骤1.2、根据公式s(n)=M+s₁(n)+s₂(n)，获得上激光传感器、下激光传感器之间的垂直间距数据，记为s(n)；步骤1.3、对s(n)采用7层小波处理，获得的s'(n)为7层小波处理后的垂直间距；步骤1.4、将N次采样获得的N组s(n)数据，逐一采用步骤1.3进行处理，获得N组s'(n)数据；步骤1.5、取s'(n)平均值得到修正后的垂直间距值dis：根据公式$\mathrm{dis}=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}{s}^{\prime }\left(n\right)=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}{a_0}^{\prime }\left(n\right),$对N组7层小波处理后的垂直间距取平均值，即获得修正后的垂直间距值，记为dis；步骤1.6、取出平行放置于激光测厚装置的上激光传感器、下激光传感器之间的量块，完成激光测厚装置静态误差抑制；步骤2、将待测量锂电池薄膜平行放置于激光测厚装置的上激光传感器、下激光传感器之间，当待测量锂电池薄膜与激光测厚装置相对静止时，进入步骤3；当待测量锂电池薄膜与激光测厚装置相对运动时，进入步骤4；步骤3、锂电池薄膜静态测量：步骤3.1、测得待测量锂电池薄膜与激光测厚装置相对静止时，上激光传感器与待测量锂电池薄膜上表面之间的距离数据为s₁'(ns)，下激光传感器与待测量锂电池薄膜下表面之间的距离数据为s₂'(ns)，记对待测量锂电池薄膜采样次数为ns，ns=1,2,...NS,NS为最大采样次数；步骤3.2、根据公式ω(ns)=dis‑s₁'(ns)‑s₂'(ns)，获得相对静止时待测量锂电池薄膜厚度，记为ω(ns)；步骤3.3、对ω(ns)采用7层小波处理，获得的ω'(ns)为相对静止时待测量锂电池薄膜实际厚度分布；步骤4：锂电池薄膜动态测量：步骤4.1、测得待测量锂电池薄膜与激光测厚装置相对运动时，上激光传感器与待测量锂电池薄膜上表面之间的距离数据为s₁''(nd)，下激光传感器与待测量锂电池薄膜下表面之间的距离数据为s₂''(nd)，记对待测量锂电池薄膜采样次数为nd，nd=1,2,...ND,ND为最大采样次数；步骤4.2、根据公式ν(nd)=dis‑s₁''(nd)‑s₂''(nd)，获得相对运动时待测量锂电池薄膜厚度，记为ν(nd)；步骤4.3、对ν(nd)采用3层小波处理，获得的ν'(nd)为3层小波处理后的厚度分布值；步骤4.3.1、记a₀(nd)=v(nd)，a₀(nd)为低频段未进行小波分解的系数；步骤4.3.2、根据以下递推公式进行计算：$a_j\left(\mathrm{nd}\right)=\left[\begin{array}{cc}\underset{k=2\mathrm{nd}+1}{\overset{2\mathrm{nd}+8}{\Sigma }}{a}_{j-1}\left(\mathrm{nd}\right)h_0(k-2\mathrm{nd})& k\le N\\ 0& k>N\end{array}\right]$式中，a_j(nd)为3层小波处理中的低频段小波分解系数，j为小波分解层数,3层小波处理中j=1,2,3；k为中间变量，k的取值范围为正整数，h₀(k‑2nd)为3层小波处理中的低通数字滤波器的离散值，h₀(k‑2nd)实现高频信号的滤除，h₀(k‑2nd)的范围为h₀(1)～h₀(8)，所述的h₀(1)～h₀(8)构造为：h₀(1)=0.230377813308896，h₀(2)=0.714846570552915，h₀(3)=0.63088076793986，h₀(4)=‑0.0279837694168599，h₀(5)=‑0.187034811719093，h₀(6)=0.0308413818355607，h₀(7)=0.0328830116668852，h₀(8)=‑0.010597401785089；步骤4.3.3、根据4.3.2中的递推公式计算获得a₃(nd)；步骤4.3.4、将a₃(nd)代入下述公式计算：${a_2}^{\prime }\left(\mathrm{nd}\right)=\underset{k=(\mathrm{nd}-8)/2}{\overset{(\mathrm{nd}-1)/2}{\Sigma }}{a}_3\left(\mathrm{nd}\right)h_0(\mathrm{nd}-2k),$${a_1}^{\prime }\left(\mathrm{nd}\right)=\underset{k=(\mathrm{nd}-8)/2}{\overset{(\mathrm{nd}-1)/2}{\Sigma }}{a_2}^{\prime }\left(\mathrm{nd}\right)h_0(\mathrm{nd}-2k),$${a_0}^{\prime }\left(\mathrm{nd}\right)=\underset{k=(\mathrm{nd}-8)/2}{\overset{(\mathrm{nd}-1)/2}{\Sigma }}{a_1}^{\prime }\left(\mathrm{nd}\right)h_0(\mathrm{nd}-2k),$v'(nd)=a₀'(nd)；其中a_j'(nd)为3层小波处理中的小波重构公式，a₀'(nd)为3层小波处理中的第0层小波重构公式，h₀(nd‑2k)为3层小波处理中的低通数字滤波器的离散值，h₀(nd‑2k)实现高频信号的滤除，h₀(nd‑2k)的范围为h₀(1)～h₀(8)，ν'(nd)为3层小波处理后的厚度分布值；步骤4.4、将ND次采样获得的ND组ν(nd)数据，逐一采用步骤4.3进行处理，获得ND组ν'(nd)数据；步骤4.5、对ν'(nd)采用信号阈值滤波：步骤4.5.1、采用测量工具测量至少3次待测量锂电池薄膜的厚度，对测量结果取平均值，记为薄膜实测厚度diss，步骤4.5.2、根据公式gate_down=diss‑25μm，计算获得阈值下限gate_down；根据公式gate_up=diss+25μm，计算获得阈值上限gate_up；根据公式$v_1\left(\mathrm{nd}\right)=\left\{\begin{array}{cc}{v}^{\prime }\left(\mathrm{nd}\right)& \mathrm{gate}\_\mathrm{down}<v^{\prime }\left(\mathrm{nd}\right)<\mathrm{gate}\_\mathrm{up}\\ 0& \mathrm{else}\end{array}\right.$对获得经阈值处理后的薄膜厚度，记为ν₁(nd)；步骤4.6、对ν₁(nd)采用7层小波处理，获得的ν₁'(nd)为相对运动时待测量锂电池薄膜实际厚度分布。