CN103346352B - 锂电池全自动转盘式包装成型设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂电池全自动转盘式包装成型设备，包括：铝塑膜成型单元，用于将铝塑膜冲制成壳体并分切成片，该铝塑膜成型单元包括依次设置的铝塑膜放卷机构、对铝塑膜进行分切的切口机构、对铝塑膜进行除尘的除尘机构、冲制成型壳体的冲壳机构、以及裁切铝塑膜的裁切机构；进料单元，用于将电芯送入壳体，该进料单元包括拉带、CCD扫描分选机构、定位平台、入料机械手和入壳机械手，进料单元用于壳体、电芯上料；电芯封装单元（转盘工位）用于电芯封装，该电芯封装单元连接于铝塑膜成型单元尾部，还包括用于承载并对折壳体的夹具机构，传送夹具机构的送料机构，以及沿送料机构依次设置的入壳机构、顶封机构和侧封机构。

Description

锂电池全自动转盘式包装成型设备

技术领域

本发明涉及电池装配封装设备，具体是指一种将铝塑膜和电芯自动装配封装成电池的自动化机械。

背景技术

在传统锂电池生产过程中，电池装配封装的技术及方法通常是，首先采用手工或者半自动机械将成卷的铝塑膜分切成片，然后冲制、切余边成型，制备包装袋。然后手工将极组放入包装袋，将包装袋折叠包住极组，并将其装入夹具。再将该夹具连同电芯转入顶封、侧封机完成顶侧边的封装。由于手工操作多，成型、装配、封装都是独立工序，导致电池生产过程原材料浪费多、生产率低、成本高，而且操作不便，装配精度更难以保证。中国发明专利CN200910207976.5公开了一种电池装配封装设备，包括铝塑膜成型制片单元（即铝塑膜成型单元）、装配封装单元（即电芯封装单元）、极组入料单元（即进料单元）及辅助单元（即出料单元）。依次实现将铝塑膜冲制成型，极组（即电芯）的送入，及两者的自动装配组合，然后将包装袋顶边、侧边封装粘合，并对封装产品进行测试区分，能有效提高电池生产线的自动化水平，具有操作方便，生产效率高，产品性能可靠，生产成本低，废料少的优点。但是，该电池装配封装设备的装配封装单元对铝膜顶边齐度不易控制，翻转夹具对折线不可调及夹具真空管路布置不合理，在侧封封装时需要打开翻转夹具，裸电芯极耳中心距无检测影响产品优率，封装后电池需人工检测封装质量等缺点，且无切顶边，无精切侧边，无角位封装等功能。

目前国内有另一种直线自动包装机，该机采用直线式夹具循环，能适应大型号电池等优点。但是直线式夹具循环导致真空循环困难，不稳定，夹具磨损比较快。且效率较慢等缺点。

随着电池技术的发展，对封装精度的要求越来越高，因而有必要对该电池装配封装设备做进一步改进，以满足更高加工精度的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种锂电池全自动转盘式包装成型设备，该锂电池全自动转盘式包装成型设备的采用改进夹具使铝膜顶边对齐度容易控制，对折线可调、真空管路布置合理，而且在侧封时不需要打开已经翻转的夹具，增加了切顶边和角封等功能，提高整体的封装精度和效率。

为解决上述技术问题，本发明提供了锂电池全自动转盘式包装成型设备，包括：铝塑膜成型单元，用于将铝塑膜冲制成壳体并分切成片，该铝塑膜成型单元包括依次设置的铝塑膜放卷机构、对铝塑膜进行分切的切口机构、对铝塑膜进行除尘的除尘机构、冲制成型壳体的冲壳机构、以及裁切铝塑膜的裁切机构；进料单元，用于将电芯送入壳体，该进料单元包括拉带、CCD扫描分选机构、定位平台、入料机械手和入壳机械手，进料单元用于上料电芯并将电芯送入壳体；电芯封装单元，用于将电芯封装于壳体内，该电芯封装单元连接于铝塑膜成型单元尾部。还包括用于承载并对折壳体的夹具机构，传送夹具机构的送料机构，以及沿送料机构依次设置的入壳机构、顶封机构和侧封机构；所述送料机构为转盘式送料机构，并循环传送夹具机构，夹具机构环绕所述送料机构间隔设置，所述夹具机构包括弓形翻转板、托板、传动组件和气缸，弓形翻转板围绕托板旋转，气缸驱动传动组件带动弓形翻转板翻转，夹向固定的托板，对壳体进行对折；所述弓形翻转板设置有避开侧封机构中的上下封头的凹槽；所述顶封机构设有极耳校正机构，用于校正极耳的位置。

所述切口机构包括纵切机构和横切机构，用于对铝塑膜进行纵横分切。

所述电芯封装单元还包括位于入壳机构两侧的对所述夹具机构进行对折线压着的折壳机构。

所述电芯封装单元还包括位于侧封机构之后的切侧边机构，用于对壳体的侧边进行裁切。

所述电芯封装单元还包括位于所述切侧边机构之后的CCD扫描分选机构，用于检测封装质量。

所述进料单元还包括定位平台之前的电芯缓存机构，用于缓存不合格的电芯和部分合格的电芯，将缓存的合格电芯补充到不合格电芯的空位，保证同时对两个电芯进行作业的效率。

所述电芯封装单元还包括位于入壳机构之前的顶切机构，用于将壳体的顶边切平齐。

所述电芯封装单元还包括位于侧封机构之后的角封机构，对电池角进行热封整形。

所述出料单元，用于将封装后的电池取出，该出料单元连接于电芯封装单元尾部；出料单元依次包括短路测试机构、拉带、喷码机构、扫码机构和分拣机构。

所述出料单元还包括位于喷码机构中的翻转机构，用于翻转壳体进行双面喷码。

本发明的有益效果在于：本方案中送料机构为转盘且循环的传送方式，因此，为提高软包锂电池生产效率，提高产品质量，提高成品率，减少操作人员需求，降低生产成本，本发明可一台机完成冲壳、电芯检测、封装、切边、测试、不良品剔除、角位封、喷码、扫码以及NG分选，完成同样产能的人员需求由原来的10人减少到现在的1人。

附图说明

图1是本发明锂电池全自动转盘式包装成型设备的整体结构示意图。

图2是本发明的铝塑膜放卷机构结构示意图。

图3是本发明的切口机构结构示意图。

图4是本发明的除尘机构结构示意图。

图5是本发明的冲壳机构结构示意图。

图6是本发明的裁切机构结构示意图。

图7是本发明的接料平台结构示意图。

图8是本发明的拉料机构结构示意图。

图9是本发明的壳体转移机构结构示意图。

图10是本发明的夹具机构结构示意图。

图11是本发明的送料机构结构示意图。

图12是本发明的折壳机构结构示意图。

图13是本发明的顶切机构结构示意图。

图14是本发明的入壳机构结构示意图。

图15是本发明的顶封机构结构示意图。

图16是本发明的上整形校正机构结构示意图。

图17是本发明的下整形校正机构结构示意图。

图18是本发明的切侧边机构结构示意图。

图19是本发明的CCD扫描分选机构结构示意图。

图20是本发明的角封平台结构示意图。

图21是本发明的定位平台结构示意图。

图22是本发明的短路测试机构结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。

参考图1所示的锂电池全自动转盘式包装成型设备的结构框图。

该锂电池全自动转盘式包装成型设备包括铝塑膜成型单元1、电芯封装单元2、进料单元3和出料单元4。

该铝塑膜成型单元1包括依次设置的铝塑膜放卷机构、对铝塑膜进行分切的切口机构、冲制成型壳体的冲壳机构、裁切铝塑膜的裁切机构，将裁切后的铝塑膜转移到电芯封装单元2的壳体转移机构，接住壳体前进的接料机构，拉动壳体进行转移的拉料机构，以及把壳体转移到电芯封装单元2的壳体转移机构；该铝塑膜成型单元1用于将铝塑膜进行冲壳成型和裁切分片。

如图2所示，铝塑膜放卷机构，用于将整卷的铝塑膜卷料平齐送入切口机构。铝塑膜放卷机构包括放卷架112、气涨轴111、张力浮辊110和马达，马达通过气涨轴111带动铝塑膜卷料旋转，同时由张力浮辊110施加张力对拉出铝塑膜进行张扯，张力浮辊110设有配重装置，可以通过配重装置设置张力。保持恒定和适当的张力对于保证生产效率和卷材的表面质量是十分必要的。还包括自纠偏装置，用于使铝塑膜保持平齐进去切口机构，避免出现歪切和切错的情况。设置有两个放置铝塑膜卷料的气涨轴111，轮流使用，提高效率。

如图3所示，切口机构包括纵切机构和横切机构，纵切机构由导向导轨210、压板211、切刀212、气缸和马达，气缸驱动上下压板211沿直线导轨压住铝塑膜，然后再由一滑台气缸带动切刀212沿直线导轨下压，刺破铝塑膜，再通过马达驱动切刀212沿直线导轨将铝塑膜纵向裁切，铝塑膜一分为二。一分为二后的铝塑膜从纵切机构转移到横切机构，横切机构的结构与纵切机构的结构相同，只是对于铝塑膜的裁切方向不同。

如图4所示，除尘机构包括支架、安装在支架的上毛刷辊310、下毛刷辊311和气缸，上下毛刷辊分别由气缸驱动沿直线导轨上下贴紧铝塑膜，并通过设置在上下毛刷辊一侧的吸尘装置，吸走尘埃等杂物。除尘后除尘机构整体上升带动整体铝塑膜上升后，再进去后工序。

如图5所示，冲壳机构包括上下设置的凸模410和凹模411，凹模411固定不动，油压缸414驱动凸模410导向板412下压，压紧铝塑膜后，再由倍力缸413驱动凸模410沿凸模导向板412下压，完成冲坑动作。

如图6所示，裁切机构包括支座、安装在支座上的上切刀510和下切刀511、以及马达，下切刀511固定不动，上切刀510在气缸的驱动下沿直线导轨下压，把铝塑膜裁切成一块块。在裁切之前，如图7所示，一接料机构上升接住裁断后的铝塑膜，接料机构包括控制升降的气缸带动接料平台610并在马达的驱动下沿直线导轨前进。

如图8所示，拉料机构用于拉动铝塑膜进行转移，拉料机构包括直线导轨、丝杆711、伺服马达、气缸和气爪710，若干气爪710夹住铝塑膜，再通过伺服马达驱动丝杆711使气爪710夹住铝塑膜沿丝杆711前进，在夹住铝塑膜时，通过气缸驱动气爪710沿直线导轨上下升降，调整位置。

如图9所示，壳体转移机构包括支座、XY轴电动滑台810、吸料板811、气缸和分距丝杆，吸料板811安装在XY轴电动滑台810上并由气缸驱动连接，吸料板811在气缸的驱动下沿两侧的直线轴承上下升降，XY轴电动滑台810可以进行XY定点移动，吸料板811成对设置，两吸料板811之间的距离通过分距丝杆进行调整，使被转移的两壳体等距离分离放置到电芯封装单元2中。

电芯封装单元2包括用于承载并对折壳体的夹具机构，传送夹具机构的送料机构，对夹具机构进行对折线压着的折壳机构，以及沿送料机构依次设置的顶切机构、入壳机构、顶封机构、侧封机构、切侧边机构和CCD扫描分选机构。该电芯封装单元2用于将电芯封装于壳体内，该电芯封装单元2连接于铝塑膜成型单元1尾部。

如图10所示，夹具机构包括弓形翻转板910、托板911、齿轮912、齿条913和气缸，弓形翻转板910与托板911铰接，气缸驱动齿条913带动齿轮912带动弓形翻转板910翻转，夹向固定的托板911，以对折壳体。弓形翻转板910使电池在进行侧封的时候不用打开壳体而即可以进行侧封，因为弓形翻转板910的凹槽避开了侧封机构中的上下封头。

如图11所示，送料机构包括旋转平台1010、转盘托架1012、凸轮分割器1011、电气滑环1013、转盘控制箱1014、同步轮和马达，旋转平台1010底部四周由转盘托架1012承托，由凸轮分割器1011来控制旋转间隔，旋转平台1010中间设置有电气滑环1013，为各工位提供需要的电力和气压，便于送料机构上的各工位动作集中控制，转盘控制箱1014控制各机构的作业速度和进停，马达通过同步轮提供旋转动力。

如图12所示，折壳机构包括可以由气缸控制上下升降的支架和架设在支架上可以近乎横向伸缩的折壳板1110，折壳板1110由无杆气缸控制，并沿稍微向下倾斜的直线导轨伸出或者缩回。折壳机构位于入壳机构的两侧，需要翻转壳体时与夹具机构配合使用。夹具机构进去折壳机构的工位后，气缸驱动折壳板1110上升，然后由无杆气缸驱动折壳板1110前进，对准夹具机构上壳体的折壳线，折壳板1110下压，压住对折线后夹具机构再进行对折。

如图13所示，顶切机构包括顶切上切刀1210、顶切下切刀1211、支撑架和若干气缸，支撑架由气缸控制上下升降，顶切下切刀1211固定在支撑架上，在支撑架升降到固定位置后，顶切下切刀1211固定不动，顶切上切刀1210由气缸驱动沿直线导轨下压紧贴壳体后切断壳体顶部的铝塑膜，顶切上切刀1210侧边设置有压紧装置1212，用于对壳体进行顶切的时候，压紧壳体。被切断的铝塑膜自动掉进设置在支撑架下侧方的废料槽。

如图14所示，入壳机构包括支架、XY电动滑台1310、气缸和吸盘板1311，XY电动滑台1310定点移动，并带动吸盘板1311移动，吸盘板1311由安装在XY电动滑台1310上的气缸驱动，沿两侧设置的直线轴承上下升降。吸盘板1311吸住电芯，从进料单元3中搬运到夹具机构上放置的壳体内。

如图15所示，顶封机构包括支架、下封头底座1410、下封头1411、上封头底座1412、上封头1413、发热体1414和若干气缸，下封头底座1410安装在支架上，下封头1411安装在下封头底座1410上，上封头底座1412对应下封头底座1410设置在其上方并由气缸控制沿直线导轨上下升降，上封头1413对应下封头1411设置在上封头底座1412上，发热体1414设置在上封头1413和下封头1411的内部。支架可以通过底部的气缸使顶封机构进行升降。并可以通过直线导轨上设置的调节螺丝进行封头的位置调整。

如图16、17所示，上述顶封机构中设有极耳校正机构，极耳校正机构包括上整形校正机构和下整形校正机构，分别设置在上封头底座和下封头底座，并接触到壳体内电芯的极耳，对极耳的位置进行校正。上整形校正机构包括上校正块1510、压极耳块1511、限位块和调整螺丝，压极耳块1511对极耳具有辅助压平作用，以防止在校正时下校正块1520把极耳夹偏等不良现象的产生；下整形校正机构包括下校正块1520、传动轴承1521、调节螺丝1522、弹簧1523、滑轨1525和限位块，下校正块1520安装于滑轨1525上，由弹簧1523作为涨开力，调节螺丝1522调整间隙，下校正块1520与传动轴承1521连接，当传动轴承1521与上整形机构中的校正块接触时，下校正块1520动作进行极耳校正。下整形校正机构安装于下封头底座上，由滑轨1525作为连接，与下封头有一定间隙以减小热传递；上整形校正机构安装于上封头底座上，在封装时，由上下两处极耳校正机构各由上下封带动，但其极耳校正机构先接触，由极耳校正块对极耳进行校正，而后上下两件封头合拢对电芯顶边进行封装。上校正块1510推动下整形机构中的传动轴承1521，由其带动下校正块1520对极耳进行校正（下校正块1520的中心距调整成极耳中心距的标准值），同时上整形机构中的压极耳块1511对其起辅助作用。

侧封机构包括支架、下封头底座、下封头、上封头底座、上封头、发热体和若干气缸，下封头底座安装在支架上，下封头安装在下封头底座上，上封头底座对应下封头底座设置在其上方并由气缸控制沿直线导轨上下升降，上封头对应下封头设置在上封头底座上，发热体设置在上封头和下封头的内部。侧封机构上下封头及其底座成对设置，位置刚好对准壳体的两侧面，对两侧边进行封合。支架可以通过底部的气缸进行升降。并可以通过直线导轨上设置的调节螺丝进行封头的位置调整。

如图18所示，切侧边机构用于裁切侧封后的壳体侧边，该切侧边机构包括切侧边上切刀1610、切侧边下切刀1611、支撑架和若干气缸，支撑架由气缸控制上下升降，切侧边下切刀1611固定在支撑架上，在支撑架升降到固定位置后，切侧边下切刀1611固定不动，切侧边上切刀1610由气缸驱动沿直线导轨下压紧贴壳体后切断壳体顶部的铝塑膜，切侧边上切刀1610侧边设置有电池压紧装置，用于对壳体进行顶切的时候，压紧壳体。设有一对切侧边上切刀1610和切侧边下切刀1611，分别对准壳体的两侧边进行裁切。被切断的铝塑膜自动掉进设置在支撑架下侧方的废料槽。支撑架可以通过底部的气缸使切侧边机构进行升降。

如图19所示，CCD扫描分选机构用于检测切侧边机构后电池的封装质量，CCD扫描分选机构包括透明的检测平台，平台正下方设有光源1711，再通过电池正上方视觉系统1710对电池内电芯极耳中心距及边距进行检测。

电芯封装单元2还包括与送料机构脱离的角封机构，该角封机构包括角封平台1810和角封装机构，角封装机构设置在角封平台1810之上，如图20所示，角封平台1810上设置有两互相垂直的固定挡边1811，还设有一对推挡边1812，固定挡边1811由角封平台1810底下的气缸控制固定位置，通过角封机械手把电池搬运到角封平台1810中两固定挡边1811内侧，再由推挡边1812通过气缸驱动把电池推靠到两固定挡边1811上，并固定。再通过设置于的电池上的角封装机构进行角封装。角封装机构包括支架、下封头底座、下封头、上封头底座、上封头、发热体和若干气缸，下封头底座安装在支架上，下封头安装在下封头底座上，上封头底座对应下封头底座设置在其上方并由气缸控制沿直线导轨上下升降，上封头对应下封头设置在上封头底座上，发热体设置在上封头和下封头的内部。

进料单元3，用于将电芯送入壳体，该进料单元3包括拉带、CCD扫描分选机构、定位平台、入料机械手和入壳机械手，进料单元3用于上料电芯并将电芯送入壳体机构。

拉带上设置CCD扫描分选机构对电芯进行检测，检测电芯极耳的中心距及边距是否合格，不合格的电芯被缓存在电芯缓存机构上，电芯缓存机构上还缓存有若干合格的电芯，当拉带上不合格的电芯被取走后，再把缓存的合格的电芯带到被带走的不合格的电芯的位置上。保证相邻两个电芯一起进行后续工序。

入料机械手把料带上的电芯带到定位平台上，如图21所示，定位平台包括气缸、直线导轨、两个整形平台1910、活动挡板1912和固定挡边1911，整形平台1910在气缸的带动下沿直线导轨进行上下升降，整形平台1910上根据电芯的外形设置两互相垂直的固定挡边1911和互相垂直的活动挡边1912；其中一个整形平台1910通过气缸驱动沿横向设置的直线导轨横向移动，以调整两整形平台1910之间的距离。

入壳机械手把定位平台上的电芯搬运到入壳机构上。

出料单元4，用于将封装后的电池取出，该出料单元4连接于电芯封装单元2尾部；出料单元4依次包括短路测试机构、拉带、喷码机构、扫码机构和分拣机构。

短路测试机构设置在测试滑台上，该测试滑台由滑动台、直线导轨和气缸，滑动台由气缸驱动沿直线导轨上下升降和沿左右设置的轴承左右滑动，把测试后的滑台滑到拉带上。如图22所示，短路测试机构包括支座、气缸、直线导轨、测试探针2010和测试刺刀2011，测试探针2010和测试刺刀2011安装在支座上并通过气缸的驱动沿直线导轨对设置在测试探针2010和测试刺刀2011下方的电池进行刺破和测试。

短路测试后，通过拉带把电池带动到喷码机构，喷码机构对电池上表面进行喷码，再经过扫码机构进行扫码，如果需要双面喷码，在前述喷码机构和扫码机构之后设置一翻转机构和增加一喷码机构和扫码机构，翻转机构把经过第一次喷码扫码后的电池翻转再次放在拉带上，再次进行依次喷码机构和扫码机构，完成电池的双面喷码和扫码。再通过分拣机构对扫码不合格和短路测试不合格的电池进行分类拣出，合格的电池由下料机械手拣出带到后工序拉带上。

该锂电池全自动转盘式包装成型设备经过铝塑膜放卷机构、切口机构、冲壳机构、牵引机构、裁切机构、接料机构、拉料机构、壳体转移机构、夹具机构、折壳机构、顶切机构、入壳机构、顶封机构、极耳校正机构、侧封机构、切侧边机构、CCD扫描分选机构、角封机构、短路测试机构、喷码机构、扫码机构和分拣机构，入壳机构之前还需要电芯经过CCD扫描分选机构、定位平台、入料机械手和入壳机械手，完成整个成型加工。

当然，以上的实施例只是在于说明而不是限制本发明，以上所述仅是本发明的较佳实施例，故凡依本发明专利申请范围所述的方案所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (10)

1.锂电池全自动转盘式包装成型设备，包括：铝塑膜成型单元，用于将铝塑膜冲制成壳体并分切成片，该铝塑膜成型单元包括依次设置的铝塑膜放卷机构、对铝塑膜进行分切的切口机构、对铝塑膜进行除尘的除尘机构、冲制成型壳体的冲壳机构、以及裁切铝塑膜的裁切机构；

进料单元，用于将电芯送入壳体，该进料单元包括拉带、CCD扫描分选机构、定位平台、入料机械手和入壳机械手，进料单元用于上料电芯并将电芯送入壳体；

电芯封装单元，用于将电芯封装于壳体内，该电芯封装单元连接于铝塑膜成型单元尾部，包括用于承载并对折壳体的夹具机构，传送夹具机构的送料机构，以及沿送料机构依次设置的入壳机构、顶封机构和侧封机构；

其特征在于：

所述送料机构为转盘式送料机构，并循环传送夹具机构，夹具机构环绕所述送料机构间隔设置，所述夹具机构包括弓形翻转板、托板、传动组件和气缸，弓形翻转板围绕托板旋转，气缸驱动传动组件带动弓形翻转板翻转，夹向固定的托板，对壳体进行对折；所述弓形翻转板设置有避开侧封机构中的上下封头的凹槽；

所述顶封机构设有极耳校正机构，用于校正极耳的位置。

2.根据权利要求1所述的锂电池全自动转盘式包装成型设备，其特征在于：所述切口机构包括纵切机构和横切机构，用于对铝塑膜进行纵横分切。

3.根据权利要求1所述的锂电池全自动转盘式包装成型设备，其特征在于：所述电芯封装单元还包括位于入壳机构两侧的对所述夹具机构进行对折线压着的折壳机构。

4.根据权利要求1所述的锂电池全自动转盘式包装成型设备，其特征在于：所述电芯封装单元还包括位于侧封机构之后的切侧边机构，用于对壳体的侧边进行裁切。

5.根据权利要求4所述的锂电池全自动转盘式包装成型设备，其特征在于：所述电芯封装单元还包括位于所述切侧边机构之后的CCD扫描分选机构，用于检测封装质量。

6.根据权利要求1所述的锂电池全自动转盘式包装成型设备，其特征在于：所述进料单元还包括定位平台之前的电芯缓存机构，用于缓存不合格的电芯和部分合格的电芯，将缓存的合格电芯补充到不合格电芯的空位，保证同时对两个电芯进行作业的效率。

7.根据权利要求1所述的锂电池全自动转盘式包装成型设备，其特征在于：所述电芯封装单元还包括位于入壳机构之前的顶切机构，用于将壳体的顶边切平齐。

8.根据权利要求1所述的锂电池全自动转盘式包装成型设备，其特征在于：所述电芯封装单元还包括位于侧封机构之后的角封机构，对电池角进行热封整形。

9.根据权利要求1所述的锂电池全自动转盘式包装成型设备，其特征在于：出料单元，用于将封装后的电池取出，该出料单元连接于电芯封装单元尾部；出料单元依次包括短路测试机构、拉带、喷码机构、扫码机构和分拣机构。

10.根据权利要求9所述的锂电池全自动转盘式包装成型设备，其特征在于：所述出料单元还包括位于喷码机构中的翻转机构，用于翻转壳体进行双面喷码。