Hochpräzise Dickenmessung in der Batterieproduktion

Hochpräzise Dickenmessung in der Batterieproduktion – Micro-Epsilon

Die Herausforderung bei der Herstellung moderner Batterien besteht darin, ihre Energiedichte zu maximieren, ihre Herstellungskosten zu senken und ihre Nutzungsdauer zu verlängern. Um dies zu erreichen, sind Sensoren vonMikro-Epsilon werden im gesamten Herstellungsprozess eingesetzt. Sie übernehmen nicht nur verschiedene Messaufgaben zur Maschinenüberwachung und Qualitätssicherung, sondern auch zur Dickenkontrolle von Bandmaterial sowie beschichteten Folien. Für diese Messaufgaben können sowohl elektromagnetische als auch optische Sensoren eingesetzt werden.

Inline-Tests in der Batterieproduktion leisten einen wesentlichen Beitrag zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit, Ressourcenschonung und Qualitätssicherung. Um dies zu erreichen, werden hochpräzise Sensoren von Micro-Epsilon in allen Produktionsschritten von der Elektrodenherstellung bis zur Montage und Umformung eingesetzt. Das umfangreiche und vielfältige Produktportfolio des Unternehmens bietet für jede Art von Beschichtung und alle Messobjekte das passende Messverfahren mit dem passenden Sensor. Eine zentrale Messaufgabe ist die präzise Dickenmessung von Batteriefolien und der Folienbeschichtung. Dies ist sowohl mit elektromagnetischen als auch mit optischen Sensoren möglich.

Elektromagnetische Sensoren von Micro-Epsilon bieten zahlreiche Vorteile bei der Dickenmessung. Dank integrierter Temperaturkompensation liefern sie stabile Messwerte im Submikrometerbereich und werden auch in Trocknungsprozessen eingesetzt. Kapazitive Sensoren werden häufig zur Dickenmessung von Bandmaterialien und Beschichtungen eingesetzt. Diese werden einander gegenüberliegend montiert und messen von beiden Seiten auf elektrisch leitenden Materialien. Die linearen Abstandssignale beider Sensoren werden in der Steuerung berechnet und in einen Dickenwert umgewandelt. Im Vergleich zu optischen Verfahren ist der Messfleck größer. Dies ermöglicht eine Mittelung von Strukturen und Unregelmäßigkeiten. Darüber hinaus können kapazitive Sensoren auch bei hohen Temperaturen und schwankenden Temperaturen eingesetzt werden, was andere Messverfahren oft vor große Herausforderungen stellt. Der Einsatz der Mehrkanalcontroller capaNCDT ermöglicht die Verarbeitung der Werte mehrerer Sensorpaare mit nur einem Controller.

Kapazitive Sensoren werden häufig für Anwendungen eingesetzt, die höchste Präzision und Stabilität mit einer Auflösung bis in den Submikrometerbereich erfordern. Dank ihrer innovativen Technologie liefern kapazitive Sensoren von Micro-Epsilon auch in rauen Industrieumgebungen hochgenaue Messwerte. Sie liefern auch bei hohen Temperaturen Messwerte bis in den Submikrometerbereich und sind auch für staubige Industrieumgebungen geeignet. Kapazitive Sensoren von Micro-Epsilon sorgen zudem für Langzeitstabilität, da keine integrierten Komponenten vorhanden sind, die die Lebensdauer verkürzen könnten. Eine weitere Stärke ist die Kombinationsvielfalt. Jeder kapazitive Sensor kann ohne Kalibrierung mit jedem Micro-Epsilon-Controller betrieben werden, was insbesondere beim Austausch von Komponenten von Vorteil ist.

Wenn hochpräzise Messergebnisse erforderlich sind, sind optische Messverfahren unverzichtbar. Konfokale chromatische Sensoren und die hochpräzisen Interferometer von Micro-Epsilon arbeiten auf Basis der Weißlichttechnologie. Beide Messsysteme werden zur Abstands- und Dickenmessung in Bereichen eingesetzt, in denen höchste Genauigkeit und Signalstabilität erforderlich sind.

Die optischen Sensoren werden gegenüber dem Material angebracht und führen präzise Messungen an beschichteten und unbeschichteten Folien durch. Sie arbeiten mit hoher Auflösung und können sowohl im Nass- als auch im Trockenbeschichtungsprozess eingesetzt werden. Aufgrund der kleinen Lichtfleckdurchmesser können selbst kleinste Details auf der Folienoberfläche zuverlässig erkannt werden. Neben konfokalen chromatischen Sensoren eignen sich auch Weißlichtinterferometer hervorragend für die hochpräzise Dickenmessung.

Mit thickGAUGE-Sensorsystemen wird die Dicke von Bandmaterialien inline gemessen. Mehrere Modelle mit unterschiedlichen Sensortypen, Messbereichen und Messbreiten ermöglichen Inline-Dickenmessungen unterschiedlicher Materialien und Oberflächen. Zur Erfassung der Banddicke nutzt das System zwei optische oder elektromagnetische Abstandssensoren. Die Sensoren sind perfekt aufeinander ausgerichtet und kalibriert. Darüber hinaus gewährleistet die Dickenkalibrierung im Werk eine hohe Präzision. Mittels einer Linearachse können die thickGAUGE-Sensorsysteme bewegt werden, um die Dicke über die gesamte Bandbreite zu messen.

In Umgebungen mit Schmutz und hohen Temperaturen kommt das thickGAUGE O.EC-System zum Einsatz. Es nutzt den innovativen combiSENSOR. Dazu gehören ein Wirbelstromsensor, der auf die Führungsrolle misst, und ein kapazitiver Sensor zur Abstandsmessung auf der Materialoberfläche. Aus der Signaldifferenz erhält man den genauen Dickenwert der Elektrodenbeschichtung.

Beim Beschichtungsverfahren wird die Folie kontinuierlich oder intermittierend und auf einer Breite von bis zu 1000 mm beschichtet. Wichtige Faktoren sind Film- und Schichtdicke, Oberflächenqualität, Sauberkeit und Vermeidung von Gaseinschlüssen. Zur Überwachung der Nassfilmdicke der Anoden- und Kathodenmaterialien ist eine Genauigkeit von <±1 µm bei 150 bis 500 µm Objektdicke erforderlich.

Für diese Messaufgabe empfiehlt sich der Einsatz des thickGAUGE, einem Inline-Messsystem bestehend aus einer Lineareinheit mit elektromechanischem Antrieb, zwei konfokal-chromatischen Abstandssensoren, einer automatischen Kalibriereinheit und einem Multitouch-IPC. Die konfokalen Sensoren messen die Materialoberfläche von zwei Seiten im Differenzverfahren. Basierend auf der automatischen Kalibrierung mit einem Referenzziel wird in regelmäßigen Abständen der Abstand zwischen den beiden Sensoren ermittelt. Im Messmodus erfassen die beiden Sensoren jeweils den Abstand zur Materialoberfläche. Aus dem bekannten Abstand der beiden Sensoren und den Abstandswerten wird die Materialstärke berechnet. Dank der hohen Auflösung der konfokalen Sensoren erkennen sie zuverlässig selbst kleinste Abweichungen.

Die hohe Präzision von ±0,25 µm und die Messrate von bis zu 5 kHz ermöglichen eine vollautomatische Dickenmessung. Durch die Bewegung des thickGAUGE mit der Linearachse über das Band lässt sich das komplette Querprofil ermitteln.

Autor:MICRO-EPSILON MESSTECHNIK GmbH & Co. KGMichael Kuran, Battery ExpertKoenigbacher Str. 15, 94496 Ortenburg/GermanyPhone: +49 8542 168 0, Fax: +49 8542 168 90www.micro-epsilon.com

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