Technologie de mesure d'épaisseur par ultrasons
1. Besoins en ll'ithiumbatterieélectrode mesure du revêtement net
L'électrode d'une batterie au lithium est composée d'un collecteur et d'un revêtement sur les surfaces A et B. L'uniformité de l'épaisseur du revêtement est un paramètre de contrôle essentiel, qui a un impact crucial sur la sécurité, les performances et le coût de la batterie. Par conséquent, les équipements de test sont soumis à des exigences élevées lors de la production de batteries au lithium.
2. Méthode de transmission des rayons X rencontreringla capacité limite
Dacheng Precision est un fournisseur international de premier plan de solutions de mesure systématique des électrodes. Fort de plus de dix ans de recherche et développement, l'entreprise dispose d'une gamme d'équipements de mesure de haute précision et de haute stabilité, tels que des jauges de densité surfacique à rayons X/β, des jauges d'épaisseur laser et des jauges intégrées d'épaisseur et de densité surfacique CDM, permettant de surveiller en ligne les indices de base des électrodes de batteries lithium-ion, notamment la quantité nette de revêtement, l'épaisseur, l'épaisseur de la zone d'amincissement et la densité surfacique.
Par ailleurs, Dacheng Precision évolue également dans ses technologies de contrôle non destructif et a lancé une jauge de densité surfacique Super X-Ray basée sur des détecteurs à semi-conducteurs solides et une jauge d'épaisseur infrarouge basée sur le principe d'absorption spectrale infrarouge. L'épaisseur des matériaux organiques peut être mesurée avec précision, avec une précision supérieure à celle des équipements importés.
Figure 1 Jauge de densité surfacique Super X-Ray
3. Ultrasonstl'épaisseurmmesurettechnologie
Dacheng Precision s'est toujours engagé dans la recherche et le développement de technologies innovantes. Outre les solutions de contrôle non destructif mentionnées ci-dessus, l'entreprise développe également une technologie de mesure d'épaisseur par ultrasons. Comparée à d'autres solutions d'inspection, la mesure d'épaisseur par ultrasons présente les caractéristiques suivantes :
3.1 Principe de mesure de l'épaisseur par ultrasons
La jauge d'épaisseur à ultrasons mesure l'épaisseur selon le principe de la réflexion des impulsions ultrasonores. Lorsque l'impulsion ultrasonore émise par la sonde traverse l'objet à mesurer pour atteindre les interfaces du matériau, elle est réfléchie vers la sonde. L'épaisseur de l'objet à mesurer peut être déterminée en mesurant précisément le temps de propagation des ultrasons.
H=1/2*(V*t)
Presque tous les produits en métal, en plastique, en matériaux composites, en céramique, en verre, en fibre de verre ou en caoutchouc peuvent être mesurés de cette manière, et ils peuvent être largement utilisés dans le pétrole, la chimie, la métallurgie, la construction navale, l'aviation, l'aérospatiale et d'autres domaines.
3.2Aavantagesde toimesure d'épaisseur par ultrasons
La solution traditionnelle utilise la méthode de transmission de rayons pour mesurer la quantité totale de revêtement, puis utilise la soustraction pour calculer la quantité nette de revêtement de l'électrode de batterie au lithium. La jauge d'épaisseur à ultrasons, quant à elle, permet de mesurer directement la valeur grâce à un principe de mesure différent.
1. L'onde ultrasonore a une forte pénétrabilité en raison de sa longueur d'onde plus courte et est applicable à une large gamme de matériaux.
2. Le faisceau sonore ultrasonique peut être concentré dans une direction spécifique et se déplace en ligne droite à travers le milieu, avec une bonne directivité.
③ Il n’y a pas lieu de s’inquiéter du problème de sécurité car il n’y a pas de rayonnement.
Cependant, malgré le fait que la mesure d'épaisseur par ultrasons présente de tels avantages, par rapport à plusieurs technologies de mesure d'épaisseur que Dacheng Precision a déjà mises sur le marché, l'application de la mesure d'épaisseur par ultrasons présente certaines limites comme suit.
3.3 Limites d'application de la mesure d'épaisseur par ultrasons
1. Transducteur ultrasonique : Le transducteur ultrasonique, c'est-à-dire la sonde ultrasonique mentionnée ci-dessus, est le composant principal des jauges de contrôle ultrasonique, capable d'émettre et de recevoir des ondes pulsées. Ses indicateurs clés, la fréquence de travail et la précision temporelle, déterminent la précision de la mesure d'épaisseur. Les transducteurs ultrasoniques haut de gamme actuels dépendent encore des importations, dont les prix sont élevés.
2. Uniformité du matériau : comme indiqué dans les principes de base, les ultrasons sont réfléchis sur les interfaces du matériau. Cette réflexion est causée par des variations soudaines d'impédance acoustique, et l'uniformité de cette impédance est déterminée par l'uniformité du matériau. Si le matériau à mesurer n'est pas uniforme, le signal d'écho produira beaucoup de bruit, ce qui affectera les résultats de mesure.
③ Rugosité : la rugosité de la surface de l'objet mesuré entraînera un faible écho réfléchi, voire l'impossibilité de recevoir le signal d'écho ;
④Température : L'essence des ultrasons réside dans la propagation des vibrations mécaniques des particules du milieu sous forme d'ondes, indissociables de l'interaction de ces particules. La température est la manifestation macroscopique du mouvement thermique des particules du milieu, et ce mouvement thermique affecte naturellement l'interaction entre elles. La température a donc un impact important sur les résultats de mesure.
Pour la mesure d'épaisseur par ultrasons conventionnelle basée sur le principe de l'écho d'impulsion, la température de la main des personnes affectera la température de la sonde, entraînant ainsi la dérive du point zéro de la jauge.
⑤Stabilité : l'onde sonore est la vibration mécanique des particules du milieu sous forme de propagation d'ondes. Elle est sensible aux interférences externes et le signal collecté n'est pas stable.
6. Milieu de couplage : les ultrasons s'atténuent dans l'air, mais se propagent bien dans les liquides et les solides. Afin de mieux capter le signal d'écho, un milieu de couplage liquide est généralement ajouté entre la sonde ultrasonore et l'objet mesuré, ce qui est peu propice au développement de programmes d'inspection automatisés en ligne.
D'autres facteurs, tels que l'inversion ou la distorsion de phase ultrasonore, la courbure, la conicité ou l'excentricité de la surface de l'objet mesuré influenceront les résultats de mesure.
La mesure d'épaisseur par ultrasons présente de nombreux avantages. Cependant, elle ne peut actuellement être comparée à d'autres méthodes de mesure d'épaisseur en raison de ses limites.
3.4Uprogrès de la recherche sur la mesure de l'épaisseur par ultrasonsdeDachengPrésolution
Dacheng Precision s'est toujours engagé dans la recherche et le développement. Des progrès ont également été réalisés dans le domaine de la mesure d'épaisseur par ultrasons. Voici quelques résultats de recherche.
3.4.1 Conditions expérimentales
L'anode est fixée sur la table de travail et la sonde à ultrasons haute fréquence auto-développée est utilisée pour la mesure à point fixe.
Figure 2 Mesure de l'épaisseur par ultrasons
3.4.2 Données expérimentales
Les données expérimentales sont présentées sous forme de A-scan et de B-scan. Dans le A-scan, l'axe des X représente le temps de transmission ultrasonore et l'axe des Y représente l'intensité de l'onde réfléchie. Le B-scan affiche une image bidimensionnelle du profil parallèle à la direction de propagation de la vitesse du son et perpendiculaire à la surface mesurée de l'objet testé.
L'A-scan montre que l'amplitude de l'onde d'impulsion renvoyée à la jonction du graphite et de la feuille de cuivre est nettement supérieure à celle des autres formes d'onde. L'épaisseur du revêtement de graphite peut être obtenue en calculant le trajet acoustique des ondes ultrasonores dans le milieu graphite.
Au total, 5 données ont été testées à deux positions, Point1 et Point2, et le chemin acoustique du graphite au Point1 était de 0,0340 us, et le chemin acoustique du graphite au Point2 était de 0,0300 us, avec une précision de répétabilité élevée.
Figure 3 Signal A-scan
Figure 4 Image B-scan
Fig.1 X=450, image B-scan du plan YZ
Point 1 X = 450 Y = 110
Chemin acoustique : 0,0340 µs
Épaisseur : 0,0340 (us)*3950 (m/s)/2=67,15 (μm)
Point2 X=450 Y=145
Chemin acoustique : 0,0300 µs
Épaisseur : 0,0300 (us)*3950 (m/s)/2=59,25 (μm)
Figure 5 Image de test à deux points
4. Srésuméde ll'ithiumbatterieélectrode technologie de mesure du revêtement net
La technologie des contrôles par ultrasons, un outil important du contrôle non destructif, offre une méthode efficace et universelle pour évaluer la microstructure et les propriétés mécaniques des matériaux solides, et détecter leurs micro- et macro-discontinuités. Face à la demande croissante de mesures automatisées en ligne du revêtement net des électrodes de batteries au lithium, la méthode par transmission de rayons présente aujourd'hui un avantage majeur en raison des caractéristiques des ultrasons et des problèmes techniques à résoudre.
Dacheng Precision, en tant qu'expert en mesure d'électrodes, continuera à mener des recherches et développements approfondis de technologies innovantes, notamment la technologie de mesure d'épaisseur par ultrasons, contribuant ainsi au développement et aux percées des tests non destructifs !
Date de publication : 21 septembre 2023
