動力鋰離子電池極片缺陷自動檢測線的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種動力鋰離子電池極片缺陷自動檢測線，該自動檢測線包括倍速鏈上沿運行方向布置的上料機構、視覺檢測機構、合格品下料機構和不合格品下料機構，以及控制機構。本實用新型具有檢測效率高、使用成本低和產品質量標準統一的優點。
【專利說明】動力鋰離子電池極片缺陷自動檢測線
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種自動檢測設備，具體涉及一種動力鋰離子電池極片缺陷自動檢測線。
【背景技術】
[0002]隨著人類經濟的高速發展，使環境污染和能源短缺問題日益突出。為了應對減排和石油資源日漸匱乏的雙重壓力，世界上多數國家都將發展新能源汽車視為振興汽車產業和節能減排的重要途徑。同時軍事、航空、醫藥等領域也對大容量電池提出新的要求。由于鋰離子電池具有比能量高、具有較寬的充電功率范圍、循環壽命長、倍率放電性能好、沒有記憶效應和無污染等諸多優點，目前鋰離子電池在移動電話、便攜式計算機、攝像機、照相機等領域，幾乎完全代替了傳統電池，成為國內外動力電池發展和應用的趨勢，也促使鋰離子電池成為新的替代能源之一。
[0003]動力鋰離子電池的制造工藝已經趨于成熟，主要工藝流程為:配料一涂布一干燥—輥壓一裁片一包膜一疊片一電芯封裝一烘干一注液一化成一檢測一分選配組一包裝出廠等。根據鋰離子電池的工作原理，必須在基體即銅箔和鋁箔的表面分別涂上含有鋰合金金屬氧化物和石墨的漿料，形成極片，這個步驟稱為涂布。涂布作為鋰離子電池生產的一個重要工序，對于電池的性能有著很大的影響，極片涂布的一般工藝流程如下:放卷一接片一拉片一張力控制一自動糾偏一涂布一干燥一自動糾偏一張力控制一自動糾偏一收卷。其中在涂布工藝中，任何一個環節都有可能導致極片產生缺陷，會產生很多缺陷，如劃痕、褶皺等，這就會嚴重影響電池的性能和使用壽命，這就有必要對極片進行精確的檢測，以提高電池的質量和一致性。而對于極片的缺陷檢測，大部分的國內廠家均使用傳統的人工檢測，其檢測效率低下，往往會受主觀因素的影響，全自動化檢測生產線和機器視覺檢測必將取代人工檢測成為以后的主要發展方向。
[0004]鋰電池極片的切片成型在各自獨立的設備上完成，每臺設備模切的極片數為I片，節拍約2片/秒。日工作時間21小時，日生產能力為正負極片各40萬片，合計80萬片。按日工作時間21個小時計算，每秒必須完成正極片或負極片各6片的檢測。目前極片的成品合格率為95%。
[0005]目前采用的檢測方式為全人工目測檢查的方式。正極片組人員配置為6人/班，2班/天，人工成本約4000元/人。要完成目前產能，每年投入的總人工成本約4000X6X2X12=576000元，正、負極片組合計投入的人工成本為1152000元。而人工目測的標準波動較大，質量控制存在一定的不確定性，為了保證產品的質量水平有時還需要對目測檢查后的成品做抽樣檢驗,又會進一步增加檢測的成本。
【發明內容】
[0006]發明目的:為了克服現有技術人工目檢中存在的成本高和標準波動大的不足，本實用新型提供一種動力鋰離子電池極片缺陷自動檢測線。[0007]技術方案:為解決上述技術問題，本實用新型提供的動力鋰離子電池極片缺陷自動檢測線，包括倍速鏈，在倍速鏈上放置有工裝板，工裝板上具有沿倍速鏈中心線設置的極片容置槽，沿工裝板的運行向布置有:
[0008]上料機構,包括第一橫梁、第一吸盤、第一升降機構、第一平移機構和原料料盒,所述第一橫梁安裝于倍速鏈上方，所述第一吸盤安裝于第一橫梁的兩端并朝向倍速鏈，所述原料料盒安裝于倍速鏈的兩側，兩側原料料盒與所述中心線的距離與所述第一橫梁的長度相等；所述第一吸盤與垂直移動的升降機構連接，所述第一橫梁與第一平移機構連接；當工裝板停靠在上料機構中時，所述原料料盒、第一吸盤與極片容置槽處于同一直線上；
[0009]視覺檢測機構，包括工業相機和環形光源，所述環形光源位于倍速鏈上方，所述工業相機位于環形光源中心的上方；
[0010]合格品下料機構，包括第二橫梁、第二吸盤、第二升降機構、第二平移機構和合格品料盒，所述第二橫梁安裝于倍速鏈上方，所述第二吸盤安裝于第二橫梁的兩端并朝向倍速鏈，所述合格品料盒安裝于倍速鏈的兩側，兩側合格品料盒與所述中心線的距離與所述第二橫梁的長度相等；所述第二吸盤與垂直移動的第二升降機構連接，所述第二橫梁與沿第二橫梁長度方向移動的第二平移機構連接；當工裝板停靠在合格品下料機構中時，所述合格品料盒、第二吸盤與極片容置槽處于同一直線上；
[0011]不合格品下料機構，包括第三橫梁、第三吸盤、第三升降機構、第三平移機構和不合格品料盒，所述第三橫梁安裝于倍速鏈上方，所述第三吸盤安裝于第三橫梁的兩端并朝向倍速鏈，所述不合格品料盒安裝于倍速鏈的兩側，兩側不合格品料盒與所述中心線的距離與所述第三橫梁的長度相等；所述第三吸盤與垂直移動的第三升降機構連接，所述第三橫梁與沿第三橫梁長度方向移動的第三平移機構連接；當工裝板停靠在不合格品下料機構中時，所述不合格品料盒、第三吸盤與極片容置槽處于同一直線上。
[0012]作為優選，為了提高檢測的效率，一次完成更多極片的檢測和上下料，所述工裝板上沿所述中心線依次設置有四個極片容置槽，所述原料料盒、合格品料盒、不合格品料盒和第一吸盤、第二吸盤、第三吸盤均為與所述極片容置槽相對應的四對。。
[0013]作為優選，為了簡化升降機構的結構與控制，所述極片容置槽與所述原料料盒、合格品料盒及不合格品料盒的出料口處于同一平面上，所述第一升降機構一體安裝于第一橫梁上，所述第二升降機構一體安裝于第二橫梁上，所述第三升降機構一體安裝于第三橫梁上。為了適應不同料盒與工裝板的高度誤差，升降機構也可以獨立安裝于每個吸盤與橫梁之間。
[0014]上述上料機構、合格品下料機構和不合格品下料機構均連接到控制機構，控制機構接收視覺檢測機構的信號，并控制上料機構、合格品下料機構和不合格品下料機構的吸盤吸力。
[0015]作為優選，為了循環利用工裝板，所述倍速鏈的兩端安裝有工裝板升降臺，所述倍速鏈的下層具有與所述升降臺對接的返板線。
[0016]使用時，上述動力鋰離子電池極片缺陷自動檢測線按照以下步驟工作:
[0017]I)上料步驟，工裝板停靠在上料機構中，第一橫梁一側的第一吸盤平移到倍速鏈一側原料料盒上方并吸取原料料盒中的極片，第一橫梁整體平移使該第一吸盤到達工裝板上方時，第一橫梁另一側的第一吸盤剛好到達倍速鏈另一側原料料盒上方，兩側第一吸盤同時下降后分別進行極片的放置和吸取，被放置極片的工裝板沿倍速鏈進入檢測步驟，當下一工裝板進入上料機構中時，第一橫梁平移并將吸附于一側的第一吸盤上的極片放入工裝板，另一側的第一吸盤同時吸取料盒中的極片；
[0018]2)檢測步驟，工裝板從視覺檢測機構的環形光源和工業相機下方經過，工業相機將工裝板上極片的圖像傳輸到控制機構；
[0019]3)合格品下料步驟，經過檢測步驟的工裝板停靠在合格品下料機構中，第二橫梁一側的第二吸盤平移到工裝板上方，控制中心依據對步驟2)圖像的判定控制吸盤吸力的施加與否，被吸取合格品極片后的工裝板沿倍速鏈進入不合格品下料步驟，當下一工裝板進入合格品下料機構中時，第二橫梁平移使一側的第二吸盤到達合格品料盒上方，另一側的第二吸盤剛好到達下一工裝板的上方，兩側的第二吸盤同時下降后分別將已吸取合格極片放入合格品料盒，選擇性吸取工裝板上的合格極片；
[0020]4)不合格品下料步驟，經過合格品下料步驟的工裝板停靠在上料機構中，第三橫梁一側的第三吸盤平移到工裝板上方，控制中心依據對步驟2)圖像的判定控制吸盤吸力的施加與否，被吸取不合格品極片后的工裝板沿倍速鏈送出，當下一工裝板進入不合格品下料機構中時，第三橫梁平移使一側的第三吸盤到達不合格品料盒上方，另一側的第三吸盤剛好到達下一工裝板的上方，兩側的第三吸盤同時下降后分別將已吸取不合格極片放入不合格品料盒，選擇性吸取工裝板上的不合格極片。
[0021]有益效果:本實用新型使用機器視覺技術代替人工檢測，利用倍速鏈作為流水線傳送裝置，具有以下優勢:
[0022]1.檢測效率高。本實用新型的自動化生產線使用機器視覺技術代替人工檢測，利用倍速鏈作為流水線傳送裝置可替代六個檢驗員的目檢工作，效率大大提高。而且采用倍速鏈結合工裝板實現了采用靜態上下料和動態檢測的結合，這樣就可以在保證極片放到生產線上的傳輸料盒或從傳輸料盒中取下時是靜態的，而這又不會影響極片的動態檢測，而且工裝板避免了傳送過程中對極片的損傷；
[0023]2.上下料的執行效率高，上下料裝置采用在橫梁兩端布置吸盤與倍速鏈兩側料盒的布置方式，在橫梁一次平移后兩側吸盤各自進行極片的吸取和放置，縮短了每個節拍中的機構操作時間，簡化了定位及控制；
[0024]3.降低成本。本實用新型的生產線預計成本為20萬，3條生產線共計60萬；每條生產線I個工人操作,3條生產線的人工成本共為28.8萬元/年；每條生產線每年的維修費為10萬元，3條生產線共計30萬；上述生產線成本、人工費用和維修費用總計為113.8萬元，相比現有的人工目檢方式可節省16.4萬元；
[0025]4.產品質量標準統一的實現。本實用新型全程采用自動化的光電檢測方式，避免了傳統生產方式下，人工目檢帶來的產品標準不一的現象，實現了產品同標準的質量要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1是本實用新型的實施例的動力鋰離子電池極片缺陷自動檢測線的整體機構示意圖；
[0027]圖2是圖1中上料機構的結構示意圖；
[0028]圖3是圖2的俯視圖。【具體實施方式】
[0029]實施例:如圖1所示，本實施例動力鋰離子電池極片缺陷自動檢測線包括倍速鏈I上沿工裝板1-1的運行方向布置的上料機構2、視覺檢測機構、合格品下料機構5、不合格品下料機構6，以及控制機構。
[0030]對于上料機構、合格品下料機構和不合格品下料機構，由于具有相同的結構，以下對其中的第一橫梁、第二橫梁、第三橫梁以下統稱為橫梁，第一升降機構、第二升降機構、第三升降機構統稱為升降機構，第一平移機構、第二平移機構、第三平移機構以下統稱平移機構，其中的原料料盒、合格品料盒、不合格品料盒統稱為料盒。
[0031]其中視覺檢測機構包括位于倍速鏈I上方的環形光源4，以及位于環形光源4中心上方的工業相機3 ;，其中環形光源4的直徑180mm，角度為60°，進行低距離照明以使工業相機3獲取的圖像質量更高。由于極片缺陷種類繁多，在保證效率的同時還要提高檢測質量，工業相機3對每一個極片分兩次檢測，即把每個極片分成兩半各拍一幀圖像。
[0032]倍速鏈I上放置有工裝板1-1，工裝板上1-1具有沿倍速鏈中心線設置的極片容置槽1-2，倍速鏈的兩端分別安裝有工裝板升降臺1-3和1-4，升降臺1-3和1-4是由電機帶動的絲杠升降裝置，將倍速鏈I上層的傳送線與下層的返板線對接。
[0033]如圖2和圖3所示，上料機構包括橫梁21、吸盤22、升降機構23、平移機構(圖中未示出)和料盒24，橫梁21安裝于倍速鏈上方并與其中心線正交，吸盤22安裝于橫梁21的兩端并朝向倍速鏈，料盒24安裝于倍速鏈的兩側，兩側的料盒24與倍速鏈中心線的距離等于橫梁的長度。
[0034]橫梁21與平移機構連接，使得吸盤22可以在極片容置槽1-2與料盒的24之間平移料。為了適應不同料盒24與工裝板1-1的高度誤差，升降機構23獨立地安裝于每個吸盤22與橫梁21之間。當然為了簡化升降機構的結構與控制，也可以將極片容置槽1-2與料盒的24的出料口安裝于于同一平面上，升降機構23就可以一體地安裝于橫梁21上。
[0035]當工裝板1-1停靠在上料機構中時，料盒24、吸盤22與極片容置槽1_2處于同一直線上。工裝板1-1上沿中心線依次設置有四個極片容置槽1-2，料盒24及吸盤22是與極片容置槽1-2相對應的四對。
[0036]由于上下料機構都是在工裝板和料盒兩個位置之間進行放入與取下極片的動作，所以機械結構是相同的，升降機構氣缸的進程和回程兩個動作完成兩次上料或下料的動作。為了降低設備成本，簡化設備的控制部分，把下料機構分為兩個工位，一個工位把不合格極片取出，另一個工位把合格極片取出。
[0037]為了簡化升降機構的結構與控制，極片容置槽與料盒的出料口處于同一平面上，升降機構一體安裝于橫梁上。為了適應不同料盒與工裝板的高度誤差，升降機構也可以獨立安裝于每個吸盤與橫梁之間。
[0038]使用時，上述動力鋰離子電池極片缺陷自動檢測線是按照以下步驟進行檢測的:
[0039]I)上料步驟，工裝板停靠在上料機構中，橫梁一側的吸盤平移到倍速鏈一側料盒上方并吸取料盒中的極片，當該吸盤平移到工裝板上方時，橫梁另一側的吸盤剛好到達倍速鏈另一側料盒上方，兩側吸盤同時下降后分別進行極片的放置和吸取，被放置極片的工裝板沿倍速鏈進入檢測步驟，當下一工裝板進入上料機構中時，橫梁平移并將一側吸盤上的極片放入工裝板，另一側吸盤同時吸取料盒中的極片；
[0040]2)檢測步驟，工裝板從視覺檢測機構的環形光源和工業相機下方經過，工業相機將工裝板上極片的圖像傳輸到控制機構；
[0041]3)合格品下料步驟，經過檢測步驟的工裝板停靠在合格品下料機構中，橫梁一側的吸盤平移到工裝板上方時，控制中心依據對步驟2)圖像的判定控制吸盤吸力的施加與否，被選擇性吸取極片的工裝板沿倍速鏈進入不合格品下料步驟，當下一工裝板進入合格品下料機構中時，該吸盤平移到料盒上方，另一側的吸盤剛好到達下一工裝板的上方，兩側吸盤同時下降后分別進行已吸取極片的放置和合格品的選擇性吸取；
[0042]4)不合格品下料步驟，經過合格品下料步驟的工裝板停靠在上料機構中，橫梁一側的吸盤平移到工裝板上方時，控制中心依據對步驟2)圖像的判定控制吸盤吸力的施加與否，被選擇性吸取極片的工裝板沿倍速鏈輸出，當下一工裝板進入不合格品下料機構中時，該吸盤平移到料盒上方，另一側的吸盤剛好到達下一工裝板的上方，兩側吸盤同時下降后分別進行已吸取極片的放置和不合格品的選擇性吸取。
[0043]以上述依據本實用新型的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項實用新型技術思想的范圍內，進行多樣的變更以及修改。本項實用新型的技術性范圍并不局限于說明書上的內容，必須要根據權利要求范圍來確定其技術性范圍。
【權利要求】
1.一種動力鋰離子電池極片缺陷自動檢測線，包括倍速鏈，所述倍速鏈上放置有工裝板，所述工裝板上具有沿倍速鏈中心線設置的極片容置槽，其特征在于沿所述工裝板的運行向布置有: 上料機構，包括第一橫梁、第一吸盤、第一升降機構、第一平移機構和原料料盒，所述第一橫梁安裝于倍速鏈上方，所述第一吸盤安裝于第一橫梁的兩端并朝向倍速鏈，所述原料料盒安裝于倍速鏈的兩側，兩側原料料盒與所述中心線的距離與所述第一橫梁的長度相等；所述第一吸盤與垂直移動的升降機構連接，所述第一橫梁與第一平移機構連接；當工裝板停靠在上料機構中時，所述原料料盒、第一吸盤與極片容置槽處于同一直線上； 視覺檢測機構，包括工業相機和環形光源，所述環形光源位于倍速鏈上方，所述工業相機位于環形光源中心的上方； 合格品下料機構，包括第二橫梁、第二吸盤、第二升降機構、第二平移機構和合格品料盒，所述第二橫梁安裝于倍速鏈上方，所述第二吸盤安裝于第二橫梁的兩端并朝向倍速鏈，所述合格品料盒安裝于倍速鏈的兩側，兩側合格品料盒與所述中心線的距離與所述第二橫梁的長度相等；所述第二吸盤與垂直移動的第二升降機構連接，所述第二橫梁與沿第二橫梁長度方向移動的第二平移機構連接；當工裝板停靠在合格品下料機構中時，所述合格品料盒、第二吸盤與極片容置槽處于同一直線上； 不合格品下料機構，包括第三橫梁、第三吸盤、第三升降機構、第三平移機構和不合格品料盒，所述第三橫梁安裝于倍速鏈上方，所述第三吸盤安裝于第三橫梁的兩端并朝向倍速鏈，所述不合格品料盒安裝于倍速鏈的兩側，兩側不合格品料盒與所述中心線的距離與所述第三橫梁的長度相等；所述第三吸盤與垂直移動的第三升降機構連接，所述第三橫梁與沿第三橫梁長度方向移動的第三平移機構連接；當工裝板停靠在不合格品下料機構中時，所述不合格品料盒、第三吸盤與極片容置槽處于同一直線上。
2.根據權利要求1所述的動力鋰離子電池極片缺陷自動檢測線，其特征在于:所述工裝板上沿所述中心線依次設置有四個極片容置槽，所述原料料盒、合格品料盒、不合格品料盒和第一吸盤、第二吸盤、第三吸盤均為與所述極片容置槽相對應的四對。
3.根據權利要求1所述的動力鋰離子電池極片缺陷自動檢測線，其特征在于:所述極片容置槽與所述原料料盒、合格品料盒及不合格品料盒的出料口處于同一平面上，所述第一升降機構一體安裝于第一橫梁上，所述第二升降機構一體安裝于第二橫梁上，所述第三升降機構一體安裝于第三橫梁上。
4.根據權利要求1所述的動力鋰離子電池極片缺陷自動檢測線，其特征在于:還包括控制機構，用于接收視覺檢測機構的信號并控制所述上料機構、合格品下料機構和不合格品下料機構。
5.根據權利要求1所述的動力鋰離子電池極片缺陷自動檢測線，其特征在于:所述倍速鏈的兩端安裝有工裝板升降臺，所述倍速鏈的下層具有與所述升降臺對接的返板線。
【文檔編號】G01N21/89GK203534981SQ201320638104
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年10月16日 優先權日:2013年10月16日
【發明者】韓良, 劉永明 申請人:東南大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
