CN106450477A - 高精度锂电池电芯叠片机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锂电池电芯叠片机技术领域，尤其涉及一种高精度锂电池电芯叠片机，包括设置于机架上的料盒、上料机构、定位机构、移片机构、叠片机构、隔膜放卷机构、隔膜卷绕机构、隔膜切断机构、取电芯机构、贴胶机构、下料机构和除尘机构，本发明具有抓取极片准确，定位台定位精准，缺角检测效果好，隔膜纠偏精度高，叠片过程不易划伤极片和除尘效果佳的优点。

Description

高精度锂电池电芯叠片机
技术领域
本发明涉及锂电池电芯技术领域，尤其涉及一种高精度锂电池电芯叠片机。
背景技术
目前，大型锂离子电池的制造过程中，通常采用叠片机将锂离子电池电芯的正、负极片与隔离膜做Z形叠片装配，制作成电芯，其基本工作原理为：设备的左、右取片机械臂从正极、负极两料盒中拾取正、负极片放置在定位工作台上，经定位工作台定位后，左、右叠片机械臂从定位台拾取正、负极片在叠片台上交替放料，叠片台在两叠片机械臂之间运动配合两叠片机械臂动作，同时隔膜放卷机构放卷的隔离膜成Z形将正负极片隔开，设备如此循环动作实现极组的叠片组装，当叠片数量达到设定的数值后，由极片转移机械手将极组转至卷绕隔膜工位，卷绕机械手将极组夹紧，在极组外包隔膜，待极组外所包的隔膜达到设定的圈数后，裁刀裁断隔膜，设备自动进入下一个极组的组装，与此同时在已经外包隔膜的极组上贴终止防松胶纸，形成完整的裸电芯。由于极片组装过程中，极片上的碳粉容易脱落，造成设备污染，因此，叠片机通常还设有除尘机构。
上述工艺中存在以下缺陷：
1.极片上料机构容易一次抓取多片，虽然通常配置有多片分离机构，但未从根源上解决抓取多片的问题；
2.定位台定位不精准，影响叠片效果；
3.极片缺角检测时，检测位置单一，检测效果不理想；
4.隔膜放卷机构产生隔膜偏移后隔膜纠偏机构纠偏效果不理想；
5.叠片过程中，叠片压爪易划伤极片，导致极片不良；
6.除尘效果不佳，长期使用后，设备污染严重，损伤设备。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种抓片精度高、叠片定位精准、缺角检测准确、隔膜纠偏能力强、除尘效果好和防划伤的高精度锂电池电芯叠片机。
为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：
一种高精度锂电池电芯叠片机，包括设置于机架上的料盒、上料机构、定位机构、移片机构、叠片机构、隔膜放卷机构、隔膜卷绕机构、隔膜切断机构、取电芯机构、贴胶机构、下料机构、除尘机构和PLC控制机构；
所述料盒为两个，分别用于盛放正极片和负极片；
所述上料机构为两个，分别用于抓取正极片、负极片并分别放置在正极片、负极片定位机构上；
所述定位机构为两个，分别用于对正极片、负极片定位；
所述移片机构为两个，分别用于抓取定位好的正极片、负极片并将其放置在叠片机构上；
所述叠片机构用于正、负极片的交替叠放及与隔膜的Z字形叠片装配，形成电芯；
所述隔膜放卷机构用于Z字形放置隔膜在交替叠放的正、负极片之间；
所述隔膜卷绕机构用于对电芯进行隔膜包覆；
所述隔膜切断机构用于隔膜包覆完成后对隔膜切断；
所述取电芯机构用于将已切断隔膜的电芯放置在贴胶机构上；
所述贴胶机构用于对电芯贴终止胶带；
所述下料机构用于将贴胶完成的电芯输送至机台外；
所述除尘机构用于清除叠片过程中产生的粉尘；
所述PLC控制机构用于对上料机构、定位机构、移片机构、叠片机构、隔膜放卷机构、隔膜卷绕机构、隔膜切断机构、取电芯机构、贴胶机构、下料机构和除尘机构的控制；
所述料盒口边沿设有毛刷和离子风刀，所述离子风刀位于毛刷下方；
所述上料机构包括取片伺服电机、升降同步带、升降丝杆、升降滑块、升降滑轨、移片伺服电机、平移丝杆、平移滑块、平移滑轨、升降滑块连接板、平移滑块连接板、连接竖板、连接横板、横梁一、横梁二、吸盘支架和真空吸盘，所述取片伺服电机通过升降同步带、升降丝杆驱动升降滑块沿升降滑轨上下移动，所述移片伺服电机通过平移丝杆驱动平移滑块沿平移滑轨水平移动，所述升降滑块连接板的两面分别与升降滑块和连接竖板连接，所述连接横板的顶面连接于连接竖板的底部，所述连接横板的两端分别固定有横梁一和横梁二，所述真空吸盘通过吸盘支架设在横梁一和横梁二上，所述平移滑块连接板的两面分别与平移滑块和升降滑轨连接；
所述定位机构包括用于放置极片的定位台、用于限制极片位置的限位机构、用于检测极片缺角的顶角光纤传感器、用于检测极耳的极耳光纤传感器和用于检测多片重叠或缺片的超声波检测器，所述限位机构包括分别垂直设于定位台四边的固定限位挡板、第一定位块及其推动气缸、第二定位块及其推动气缸和第三定位块及其推动气缸，所述定位台上对应于极片各个顶角的位置设有顶角光纤传感器，对应于极耳的位置设有极耳光纤传感器，所述超声波传感器设于定位台中心上方且固定于移片机构上；
所述移片机构包括取片气缸、升降滑块、升降滑轨、移片伺服电机、平移丝杆、平移滑块、平移滑轨、升降滑块连接板、平移滑块连接板、连接竖板、连接横板、横梁一、横梁二、横梁三、吸盘支架和真空吸盘，所述取片气缸驱动升降滑块沿升降滑轨上下移动，所述移片伺服电机通过平移丝杆驱动平移滑块沿平移滑轨水平移动，所述升降滑块连接板的两面分别与升降滑块和连接竖板连接，所述连接横板的顶面连接于连接竖板的底部，所述连接横板的两端分别固定有横梁一和横梁二，底面中部固定有横梁二，所述真空吸盘通过吸盘支架设在横梁一、横梁二和横梁三上，所述平移滑块连接板的两面分别与平移滑块和升降滑轨连接；
所述叠片机构包括底板、叠片台、叠片压爪、第一伺服电机、第一丝杆、第一同步带、第二伺服电机、第二丝杆、第二同步带、滑轨、第一控制气缸和第二控制气缸，所述叠片台设在底板上，所述叠片压爪有多个且设于叠片台两侧，每个所述叠片压爪都配备有第一控制气缸和第二控制气缸，所述滑轨设于底板下方，所述第一伺服电机通过第一丝杆、第一同步带驱动叠片台上下移动，所述第二伺服电机通过第二丝杆、第二同步带驱动叠片台沿滑轨水平移动，所述第一控制气缸驱动叠片压爪水平移动，所述第二控制气缸驱动叠片压爪上下移动。
所述隔膜放卷机构包括放卷电机、放卷轴、张紧辊、导辊、纠偏电机、竖直固定板、横板、纠偏滑块、纠偏滑轨、纠偏传感器、传感器滑块、传感器滑轨，所述张紧辊和导辊均为多个，所述竖直固定板的一面自上而下依次设置有放卷轴、张紧辊和导辊，另一面的下部连接有横板，所述纠偏滑块连接于横板的底部，所述放卷电机驱动放卷轴转动，所述纠偏电机驱动纠偏滑块沿纠偏滑轨水平移动，所述纠偏传感器、传感器滑块和传感器滑轨设于最低位置导辊的自由端的一侧，所述传感器滑块连接于纠偏传感器底部，手动调节传感器滑块沿传感器滑轨水平移动；
所述除尘机构包括喇叭形吸尘盒、吸尘口、吸尘管、集尘箱、风管和负压风机，所述喇叭形吸尘盒有四个且分别设于定位机构的定位台四边下方，所述上料机构、叠片机构下方均设有吸尘口，所述喇叭形吸尘盒和吸尘口通过吸尘管连接到集尘箱，所述集尘箱通过风管连接到负压风机。
从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：
1.利用离子风刀吹动位于料盒口的上层极片，使上层极片浮动，达到分离，并除去极片上的静电和粉尘，上料机构的吸盘抓取极片向上移动，移动过程中毛刷刷片，再次分离极片，从而实现了单张极片的抓取，避免了多片重叠粘连时一次抓取多张的情况。离子风刀和毛刷配合作用于极片，提高了极片分离效率，分离效果好。
2.利用气缸推动定位块定位极片的三边，同时利用固定限位挡板限制极片的第四边，从而精准定位极片位置。
3.极片的各个顶角处均设有光纤传感器，检测位置众多，检测效果好。
4.隔膜位置传感器位于最下方的导向辊轮处，偏移信号准确，当隔膜发生偏移时，纠偏电机推动滑块组件，进而推动固定在固定板上的辊轮的位置，从而调整隔膜的位置，纠偏效果好。
5.叠片压爪涂覆有铁氟龙薄膜层，不易划伤极片。
6.利用毛刷和离子风刀对料盒口的极片进行初次除尘，以减少后续工位中极片碳粉的脱落量，从而改善后续工位中的集尘效果，同时利用喇叭形吸尘盒进行集尘，有效扩大了吸尘口的出风范围，从而增强了吸尘效果。
作为优选，所述毛刷包括毛刷一和毛刷二，所述毛刷一位于料盒口左侧边沿，所述毛刷二位于料盒口右侧边沿，所述离子风刀位于毛刷一或者毛刷二下方；料盒口两侧均设有毛刷，刷片效果好，离子风刀仅设于一侧毛刷下方，单向吹片。
作为优选，所述料盒为铝制；铝制料盒易于静电传导放电。
作为改进，所述料盒上还设有用于驱动离子风刀上下移动的离子风刀气缸。
作为改进，所述上料机构还包括折片气缸，所述连接横板包括横板一和横板二，所述横板一的一端与横板二的一端活动连接，所述横板一的自由端与横梁一连接，所述横板二的自由端与横梁二连接，所述折片气缸设在连接竖板上且用于驱动横板一向下弯折；利用折片气缸驱动左横板弯折，从而使得极片微折，当抓取的极片为两张或更多时，通过折弯极片实现多张极片的分离。
作为改进，所述料盒还包括用于驱动料盒内极片上下移动的顶升机构，所述顶升机构由PLC控制机构控制，所述顶升机构包括直线电机、齿条和直线导轨组件，料盒内部设有极片放置板，极片放置在极片放置板上，直线电机通过齿条和直线导轨组件驱动极片放置板上下移动；利用顶升机构使得待抓取极片始终处于同一位置高度，便于取片机构的吸盘取片和离子风机吹片。
作为优选，所述上料机构的移片伺服电机、平移丝杆、平移滑块、平移滑轨、平移滑块连接板与所述移片机构的移片伺服电机、平移丝杆、平移滑块、平移滑轨、平移滑块连接板为同一伺服电机、同一丝杆、同一滑块、同一滑轨、同一滑块连接板。上料机构和移片机构的水平移动机构采用同一机构，实现同步水平移动。
作为改进，所述隔膜放卷机构还包括缓冲气缸、张紧辊滑块和张紧辊滑轨，所述张紧辊滑轨与张紧辊垂直设置且设于竖直固定板上，所述张紧辊滑块与张紧辊的一端相连，所述缓冲气缸驱动张紧辊滑块沿张紧辊滑轨上下移动；利用缓冲气缸驱动张紧辊滑块沿张紧辊滑轨上下移动，从而带动张紧辊在一定高度范围内上下移动，从而实现放卷速度的调节。
作为改进，所述隔膜放卷机构还包括设在竖直固定板上的用于检测隔膜放卷速度的传感器，所述传感器为多个；利用传感器，检测隔膜放卷速度，以利于隔膜放卷速度的调节。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的料盒和上料机构结构示意图；
图3是图2的局部放大图；
图4是本发明的料盒和上料机构结构示意图；
图5是本发明的定位机构结构示意图；
图6是本发明的料盒、上料机构、移片机构、定位机构结构示意图
图7是图6的局部放大图；
图8是本发明的叠片机构结构示意图；
图9是图8的局部放大图；
图10是本发明的隔膜放卷机构结构示意图；
图11是图10的局部放大图；
图12是本发明的上料机构和移片机构同步移动的结构示意图；
图13是本发明的除尘机构的示意图；
图14是本发明的双工位整机结构示意图；
附图标记：
1.料盒、2.上料机构、3.定位机构、4.移片机构、5.叠片机构、6.隔膜放卷机构、7.隔膜卷绕机构、8.隔膜切断机构、9.取电芯机构、10.贴胶机构、11.下料机构、12.除尘机构。
其中：
料盒包括：101.毛刷、101A.毛刷一、101B.毛刷二、102.离子风刀、103.离子风刀气缸；
上料机构包括：201.取片伺服电机、202.升降同步带、203.升降丝杆、204.升降滑块、205.升降滑轨、206.移片伺服电机、207.平移滑轨、208.升降滑块连接板、209.平移滑块连接板、210.连接竖板、211.连接横板、211A.横板一、211B.横板二、212.横梁一、213.横梁二、214.吸盘支架、215.真空吸盘、216.折片气缸、1202.吸尘口；
定位机构包括：301.定位台、302.顶角光纤传感器、303.极耳光纤传感器、304.超声波检测器、305.固定限位挡板、306.第一定位块、307.第一定位块推动气缸、308.第二定位块、309.第二定位块推动气缸、310.第三定位块、311.第三定位块推动气缸；
移片机构包括：401.取片气缸、402.升降滑块、403.升降滑轨、404.移片伺服电机、405.平移滑轨、406.升降滑块连接板、407.平移滑块连接板、408.连接竖板、409.连接横板、410.横梁一、411.横梁二、412.横梁三、413.吸盘支架、414.真空吸盘；
叠片机构包括：501.底板、502.叠片台、503.叠片压爪、504.第一伺服电机、505.第一丝杆、506.第一同步带、507.第二伺服电机、508.第二丝杆、509.第二同步带、510.滑轨、511.第一控制气缸、512.第二控制气缸；
隔膜放卷机构包括：601.放卷电机、602.放卷轴、603.张紧辊、604.导辊、605.纠偏电机、606.竖直固定板、607.横板、608.纠偏滑块、609.纠偏滑轨、610.纠偏传感器、611.传感器滑块、612.传感器滑轨、613.缓冲气缸、614.张紧辊滑块、615.张紧辊滑轨、616.传感器；
除尘机构包括：1201.喇叭形吸尘盒、1202.吸尘口、1203.吸尘管、1204.集尘箱、1205.风管、1206.负压风机。
具体实施方式
结合图1至图14，详细说明本发明的一个具体实施例，但不对本发明的权利要求做任何限定。
如图1所示，一种高精度锂电池电芯叠片机，包括设置于机架上的料盒1、上料机构2、定位机构3、移片机构、叠片机构5、隔膜放卷机构6、隔膜卷绕机构7、隔膜切断机构8、取电芯机构9、贴胶机构10、下料机构11、除尘机构和PLC控制机构；
料盒1为两个，分别用于盛放正极片和负极片；
上料机构2为两个，分别用于抓取正极片、负极片并分别放置在正极片、负极片定位机构上；
定位机构3为两个，分别用于对正极片、负极片定位；
移片机构4为两个，分别用于抓取定位好的正极片、负极片并将其放置在叠片机构上；
叠片机构5用于正、负极片的交替叠放及与隔膜的Z字形叠片装配，形成电芯；
隔膜放卷机构6用于Z字形放置隔膜在交替叠放的正、负极片之间；
隔膜卷绕机构7用于对电芯进行隔膜包覆；
隔膜切断机构8用于隔膜包覆完成后对隔膜切断；
取电芯机构9用于将已切断隔膜的电芯放置在贴胶机构上；
贴胶机构10用于对电芯贴终止胶带；
下料机构11用于将贴胶完成的电芯输送至机台外；
除尘机构12用于清除叠片过程中产生的粉尘；
PLC控制机构用于对上料机构2、定位机构3、移片机构4、叠片机构5、隔膜放卷机构6、隔膜卷绕机构7、隔膜切断机构8、取电芯机构9、贴胶机构10、下料机构11和除尘机构的控制；
如图2所示，料盒1口边沿设有毛刷101和离子风刀102，离子风刀102位于毛刷101下方。料盒1为铝制，利于将极片产生的静电传导到大地。料盒1的结构为框架形，只包括围栏和底板，极片放入料盒1时，极片侧边暴露在外。料盒1的结构并不限于此结构，只要能够满足当多张极片放入料盒1时，位于料盒1口边沿的离子风刀102能够吹到上层的几张极片的条件即可。
如图3所示，进一步地，毛刷101包括毛刷一101A和毛刷二101B，毛刷一101A位于料盒1口左侧边沿，毛刷二101B位于料盒1口右侧边沿，离子风刀102位于毛刷一101A下方。毛刷一101A和毛刷二101B均可以有多个。毛刷101的具体设置位置只要满足吸盘抓取极片上移时毛刷刷头能够接触极片侧边即可。离子风刀102可以有多个。离子风刀102也可以设于毛刷二101B下方，只要保证所有离子风刀102统一朝一个方向出风即可。
还可以增设离子风刀气缸103，利用离子风刀气缸103驱动离子风刀在一定高度范围内上下移动，使得位于料盒上部的极片浮动起来，便于取片和多片分离。
为了便于上料机构的吸盘始终从同一位置高度取片，料盒1还包括用于驱动料盒内极片上下移动的顶升机构104，顶升机构由PLC控制机构控制，顶升机构104包括直线电机105、齿条和直线导轨组件106，料盒1内部设有极片放置板107，极片放置在极片放置板107上，直线电机105通过齿条和直线导轨组件106驱动极片放置板107上下移动。
料盒工作原理为：在PLC控制机构的控制下：(1)离子风刀102出风，吹动位于料盒1口的上层极片，使上层极片浮动，达到分离，并除去极片上的静电和粉尘，等待上料机构的吸盘吸片；(2)上料机构的吸盘吸片并向上移动，料盒1口两侧的毛刷101刷片，以再次分离极片；(3)上料机构取片完成后，顶升机构104动作，直线电机105通过齿条和直线导轨组件106驱动极片放置板107向上移动，使得顶层极片处于初始位置高度，再次等待吸片；(4)如此反复，待料盒内极片取空后，顶升机构104的直线电机105通过齿条和直线导轨组件106驱动极片放置板107向下移动，回到最低位置，以备放入新的极片组。
如图2和图4所示，上料机构2包括取片伺服电机201、升降同步带202、升降丝杆203、升降滑块204、升降滑轨205、移片伺服电机206、平移丝杆、平移滑块、平移滑轨207、升降滑块连接板208、平移滑块连接板209、连接竖板210、连接横板211、横梁一212、横梁二213、吸盘支架214和真空吸盘215，取片伺服电机201通过升降同步带202、升降丝杆203驱动升降滑块204沿升降滑轨205上下移动，移片伺服电机206通过平移丝杆驱动平移滑块沿平移滑轨207水平移动，升降滑块连接板208的两面分别与升降滑块204和连接竖板210连接，连接横板211的顶面连接于连接竖板210的底部，连接横板211的两端分别固定有横梁一212和横梁二213，真空吸盘215通过吸盘支架214设在横梁一212和横梁二213上，平移滑块连接板209的两面分别与平移滑块和升降滑轨205连接。
其中每个横梁上可以设置多个真空吸盘215，对应极片的各个顶角位置，最佳地，设置5个，极耳处1个，其他四个顶角各1个，真空吸盘215与工厂内的真空源相连，并由电磁阀控制通断。
上料机构2的工作原理为：在PLC控制机构的控制下：(1)取片伺服电机201通过升降同步带202、升降丝杆203驱动升降滑块204沿升降滑轨205向下移动，从而带动连接竖板210和连接横板211向下移动，使得设在横梁一212和横梁二213的吸盘215向下移动到料盒1口处，接触最上层极片，吸盘215开启，吸取极片；(2)吸取到极片后，取片伺服电机201驱动升降滑块202向上移动回到初始位置高度；(3)移片伺服电机206通过平移丝杆驱动平移滑块沿平移滑轨207水平移动到定位台301上方；(4)然后取片伺服电机201驱动升降滑块204沿升降滑轨205向下移动到靠近定位台301的位置，吸盘关闭，释放极片到定位台301上；(5)放置完成后，取片伺服电机201驱动升降滑块204向上移动回到初始位置高度；(6)移片伺服电机206驱动平移滑块沿平移滑轨水平移回到料盒2上方，开始下一轮取片。
如图2所示，为了更好的防止吸取多片，上料机构2还包括折片气缸216，相应地连接横板211分为横板一211A和横板二211B，横板一211A的一端与横板二211B的一端活动连接，横板一211A的自由端与横梁一212连接，横板二211B的自由端与横梁二213连接，折片气缸216设在连接竖板210上且用于驱动横板一211A向下弯折。工作时，吸盘从料盒吸取极片后，利用折片气缸推动横板一弯折，使得被吸取的极片轻微弯折，倘若吸取了多张极片，则多张极片分离。
如图5所示，定位机构3包括用于放置极片的定位台301、用于限制极片位置的限位机构、用于检测极片缺角的顶角光纤传感器302、用于检测极耳的极耳光纤传感器303和用于检测多片重叠或缺片的超声波检测器304，限位机构包括分别垂直设于定位台301四边的固定限位挡板305、第一定位块306及其推动气缸307、第二定位块308及其推动气缸309和第三定位块310及其推动气缸311，定位台301上对应于极片各个顶角的位置设有顶角光纤传感器302，对应极耳的位置设有极耳光纤传感器303.超声波传感器304设于定位台301中心上方且固定于移片机构4上。
定位机构的工作原理为：在PLC控制机构的控制下：(1)上料机构2将极片放置在定位台301上；(2)第一定位块306和第三定位块310在各自推动气缸的推动下水平相向移动，第二定位块308在其推动气缸的推动下向固定限位挡板305方向水平移动，从而使极片的一边抵靠在固定限位挡板305处，其他三边由三个定位块定位；(3)定位好后，位于极片各个顶角处的顶角光纤传感器302进行缺角检测，位于极耳位置处的极耳光纤传感器303进行极耳缺陷检测，同时，位于定位台301上方的超声传感器304进行多片或缺片检测。
如图6所示，移片机构4包括取片气缸401、升降滑块402、升降滑轨403、移片伺服电机404、平移丝杆、平移滑块、平移滑轨405、升降滑块连接板406、平移滑块连接板407、连接竖板408、连接横板409、横梁一410、横梁二411、横梁三412、吸盘支架413和真空吸盘414，取片气缸401驱动升降滑块402沿升降滑轨403上下移动，移片伺服电机404通过平移丝杆驱动平移滑块沿平移滑轨405水平移动，升降滑块连接板406的两面分别与升降滑块402和连接竖板408连接，连接横板409的顶面连接于连接竖板408的底部，连接横板409的两端分别固定有横梁一410和横梁二412，底面中部固定有横梁二411，真空吸盘414通过吸盘支架413设在横梁一410、横梁二411和横梁三412上，平移滑块连接板407的两面分别与平移滑块和升降滑轨403连接。
如图7所示，其中每个横梁上可以设置多个真空吸盘414，对应极片的各个顶角位置，最佳地，设置7个，极耳处1个，其他四个顶角各1个，顶边和底边的中心各设置1个，真空吸盘215与工厂内的真空源相连，并由电磁阀控制通断。
移片机构的工作原理为：在PLC控制机构的控制下：(1)取片气缸401驱动升降滑块402沿升降滑轨403向下移动，从而带动连接竖板408和连接横板409向下移动，使得设在横梁一410、横梁二411和横梁二412上的吸盘414向下移动到定位台301处，接触定位台301上的极片，吸盘414开启，吸取极片；(2)吸取到极片后，取片气缸401驱动升降滑块402向上移动回到初始位置高度；(3)移片伺服电机404通过平移丝杆驱动平移滑块沿平移滑轨405水平移动，使得吸盘414移动到叠片台502上方；(4)然后取片伺服电机驱动升降滑块402沿升降滑轨403向下移动到靠近叠片台502的位置，吸盘414关闭，释放极片到叠片台502上；(5)放置完成后，取片伺服电机驱动升降滑块402向上移动回到初始位置高度；(6)移片伺服电机404驱动平移滑块沿平移滑轨水平移回到定位台301上方，开始下一轮移片。
如图8和图9所示，叠片机构5包括底板501、叠片台502、叠片压爪503、第一伺服电机504、第一丝杆505、第一同步带506、第二伺服电机507、第二丝杆508、第二同步带509、滑轨510、第一控制气缸511和第二控制气缸512，叠片台502设在底板501上，叠片压爪503有多个且设于叠片台502两侧，每个叠片压爪503都配备有第一控制气缸511和第二控制气缸512，滑轨510设于底板501下方，第一伺服电机504通过第一丝杆505、第一同步带506驱动叠片台502上下移动，第二伺服电机507通过第二丝杆508、第二同步带509驱动叠片台502沿滑轨510水平移动，第一控制气缸511驱动叠片压爪503水平移动，第二控制气缸512驱动叠片压爪503上下移动。
其中，叠片压爪503可以涂覆铁氟龙薄膜层，由于铁氟龙薄膜层具有良好的不粘性，使得叠片压爪不易粘附极片上的碳粉，而且摩擦系数小，不易划伤极片，造成极片不良。优选地，铁氟龙薄膜层13的厚度为5-30um，最好为15um。为了保证铁氟龙薄膜层的粘接牢固性和耐磨性，将铁氟龙薄膜层13分为铁氟龙粘接层和铁氟龙防磨层，铁氟龙粘接层采用粉体喷涂工艺涂层，铁氟龙防磨层采用高温烧结喷涂工艺涂层，粉体喷涂工艺涂层与基材的附着力好，高温烧结喷涂工艺涂层耐磨性好。进一步为了加强铁氟龙粘接层在叠片压爪上的附着力，将叠片压爪的外表面磷化处理，形成磷化膜层，然后再将铁氟龙粘接层涂覆在磷化膜层外。磷化膜层不仅可以增强涂层和基材的附着力，而且具有很好的防锈性能。
叠片台的工作原理为：在PLC控制机构的控制下：(1)第二伺服电机507通过第二丝杆508、第二同步带509驱动叠片台502沿滑轨510水平移动到叠片机的正极片定位台前方，正极片移片机构将正极片放置在叠片台502上；(2)叠片压爪503在第一控制气缸511的驱动下水平移动到叠片台502上方，然后在第二控制气缸512的驱动下向下移动，叠片压爪503压住极片；(3)第一伺服电机504通过第一丝杆505、第一同步带506驱动叠片台502向下移动一定距离，以保持叠片台502的台面始终处于初始位置高度；(4)第二伺服电机507驱动叠片台502沿滑轨510水平移动到负极片定位台前方，同时使得隔膜放卷机构6放卷的隔膜覆盖在正极片上；(5)第二控制气缸512回到自由状态，叠片压爪503不再压紧正极片，然后在第一控制气缸511的驱动下叠片压爪503从正极片上水平抽离；(6)负极片移片机构将负极片放置在叠片台502上；(7)叠片压爪503在第二控制气缸512的控制下向上移动，再在第一控制气缸511的驱动下水平移动到叠片台502上方，最后在第二控制气缸512的驱动下向下移动，叠片压爪503压住极片；(8)放置完成后，第一伺服电机504驱动叠片台502向下移动一定距离，以保持叠片台502的台面始终处于初始位置高度；(9)第二伺服电机507驱动叠片台502沿滑轨510水平移动到正极片定位台前方，同时使得隔膜放卷机构放卷的隔膜覆盖在负极片上；(10)第二控制气缸512回到自由状态，叠片压爪503不再压紧负极片，然后在第一控制气缸511的驱动下叠片压爪503从负极片上水平抽离；(11)正极片移片机构将正极片放置在叠片台502上，开始下一轮叠放；(12)往复循环，完成极片的交替叠放且与隔膜Z字形装配，达到一定堆叠数量后，停止叠片。
为了防止隔膜放卷机构的放卷偏移，隔膜放卷机构6设有纠偏系统。
如图10所示，隔膜放卷机构6包括放卷电机601、放卷轴602、张紧辊603、导辊604、纠偏电机605、竖直固定板606、横板607、滑块一608、水平滑轨一609、纠偏传感器610、滑块二611、水平滑轨二612，张紧辊603和导辊604均为多个，竖直固定板606的一面自上而下依次设置有放卷轴602、张紧辊603和导辊604，另一面的下部连接有横板607，滑块一608连接于横板607的底部，放卷电机601驱动放卷轴602转动，纠偏电机605驱动滑块一608沿水平滑轨一609水平移动，纠偏传感器610、滑块二611和水平滑轨二612设于最低位置导辊604的自由端的一侧，滑块二611连接于纠偏传感器610底部，手动调节滑块二611沿水平滑轨二612水平移动。
其中，将纠偏传感器设于最低位置导辊处，相较于传统的将纠偏传感器设于放卷系统的较高位置处，这种设置能够准确判断隔膜偏移情况，精确度高，误差小。
其中，手动调节滑块二611沿水平滑轨二612水平移动，使得纠偏传感器610的位置可微调，以适应不同宽幅的隔膜。
隔膜放卷机构的纠偏工作原理为：纠偏传感器610感应隔膜偏移情况，并反馈信息到PLC控制机构，PLC控制机构控制纠偏电机605，纠偏电机605驱动滑块一608沿水平滑轨一609水平移动，从而带动横板607、竖直固定板606水平移动，使得放卷轴602、张紧辊603和导辊604水平移动，以纠正隔膜的偏移。
如图11所示，隔膜放卷机构6还包括缓冲气缸613、张紧辊滑块614和张紧辊滑轨615，张紧辊滑轨615与张紧辊603垂直设置且设于竖直固定板606上，张紧辊滑块614与张紧辊603的一端相连，缓冲气缸613驱动张紧辊滑块614沿张紧辊滑轨615上下移动。
在PLC机构的控制下，缓冲气缸613驱动张紧辊滑块614沿张紧辊滑轨615上下移动，从而带动张紧辊603在一定高度范围内上下移动，从而实现放卷速度的调节。
隔膜放卷机构6还包括设在竖直固定板上的用于检测隔膜放卷速度的传感器616，传感器616为多个，利用传感器，检测隔膜放卷速度，以利于隔膜放卷速度的调节。
如图12所示，将料盒1与定位台301的间距和定位台301与叠片台502的间距设置成相同，上料机构2的移片伺服电机206和移片机构4的移片伺服电机404采用同一伺服电机，上料机构2的平移丝杆、平移滑块、平移滑轨207、平移滑块连接板209与移片机构4的平移丝杆、平移滑块、平移滑轨405、平移滑块连接板407采用同一套机构，从而实现上料机构和移片机构的同步水平移动。
隔膜卷绕机构7、隔膜切断机构8、取电芯机构9、贴胶机构10和下料机构11的工作原理为：隔膜卷绕机构7对叠片机构叠制完成的极片组进行外部隔膜包覆，然后由隔膜切断机构8切断隔膜，然后由取电芯机构9夹持，并由贴胶机构10在隔膜切断处贴胶，形成完整的电芯，最后由下料机构11下料至机台出口。
由于隔膜卷绕机构、隔膜切断机构、取电芯机构、贴胶机构和下料机构的机构设计与现有技术相同，故在此不再详细描述，只采用功能性限定。
如图13所示，为除尘机构的简单结构示意图，除尘机构包括喇叭形吸尘盒1201(在图4中可见，此图中略)、吸尘口1202(在图2中可见，此图中略)、吸尘管1203、集尘箱1204、风管1205和负压风机1206，喇叭形吸尘盒1201有四个，分别设于定位机构3的定位台301四边下方，上料机构2和叠片机构5下方均设有吸尘口，上料机构2下方的吸尘口1202最好设于料盒1口边沿下方，喇叭形吸尘盒1201和吸尘口1202通过吸尘管1203连接到集尘箱1204，集尘箱1204通过风管1205连接到负压风机1206。
除尘机构的工作原理为：上料机构2从料盒1内吸取极片，极片刚刚上升时，料盒1口的毛刷刷片，离子风机吹片，使得极片上的大部分碳粉掉落回料盒1中，减少了极片携带的碳粉量，使得当极片到达后续工位时，极片携带的碳粉量已大大减少，吸尘口1202吸尘时，本身的吸取的碳粉量已经很少，从而改善了吸尘口的除尘效果；定位机构3对极片进行定位时，会推动极片，使得极片上的碳粉脱落，碳粉脱落的范围较大，利用定位台301四边下方的喇叭形吸尘盒1201进行吸尘，有效扩大了吸尘口的吸尘范围，避免了碳粉四散，改善了除尘效果。
本发明所述的叠片机也可以采用双工位设计，如图14所示，两个工位共用取电芯机构9、贴胶机构10、下料机构11和除尘机构12，节约成本，提高效率。
综上所述，本发明具有以下优点：
1.利用离子风刀吹动位于料盒口的上层极片，使上层极片浮动，达到分离，并除去极片上的静电和粉尘，上料机构的吸盘抓取极片向上移动，移动过程中毛刷刷片，再次分离极片，从而实现了单张极片的抓取，避免了多片重叠粘连时一次抓取多张的情况。离子风刀和毛刷配合作用于极片，提高了极片分离效率，分离效果好。
2.利用气缸推动定位块定位极片的三边，同时利用固定限位挡板限制极片的第四边，从而精准定位极片位置。
3.极片的各个顶角和极耳处均设有光纤传感器，检测位置众多，检测效果好。
4.隔膜位置传感器位于最下方的导辊处，偏移信号准确，当隔膜发生偏移时，纠偏电机驱动滑块沿滑轨水平移动，进而推动设在竖直固定板上的放卷轴、张紧辊和导辊的位置，从而调整隔膜的位置，纠偏精度高，纠偏效果好。
5.叠片机构的叠片压爪涂覆有铁氟龙薄膜层，不易划伤极片。
6.利用毛刷和离子风刀对料盒口的极片进行初次除尘，以减少后续工位中极片碳粉的脱落量，从而改善后续工位中的集尘效果，同时利用喇叭形吸尘盒进行集尘，有效扩大了吸尘口的出风范围，从而增强了吸尘效果。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高精度锂电池电芯叠片机，包括设置于机架上的料盒(1)、上料机构(2)、定位机构(3)、移片机构(4)、叠片机构(5)、隔膜放卷机构(6)、隔膜卷绕机构(7)、隔膜切断机构(8)、取电芯机构(9)、贴胶机构(10)、下料机构(11)、除尘机构(12)和PLC控制机构；
所述料盒(1)为两个，分别用于盛放正极片和负极片；
所述上料机构(2)为两个，分别用于抓取正极片、负极片并分别放置在正极片、负极片定位机构上；
所述定位机构(3)为两个，分别用于对正极片、负极片定位；
所述移片机构(4)为两个，分别用于抓取定位好的正极片、负极片并将其放置在叠片机构上；
所述叠片机构(5)用于正、负极片的交替叠放及与隔膜的Z字形叠片装配，形成电芯；
所述隔膜放卷机构(6)用于Z字形放置隔膜在交替叠放的正、负极片之间；
所述隔膜卷绕机构(7)用于对电芯进行隔膜包覆；
所述隔膜切断机构(8)用于隔膜包覆完成后对隔膜切断；
所述取电芯机构(9)用于将已切断隔膜的电芯放置在贴胶机构上；
所述贴胶机构(10)用于对电芯贴终止胶带；
所述下料机构(11)用于将贴胶完成的电芯输送至机台外；
所述除尘机构(12)用于清除叠片过程中产生的粉尘；
所述PLC控制机构用于对上料机构(2)、定位机构(3)、移片机构(4)、叠片机构(5)、隔膜放卷机构(6)、隔膜卷绕机构(7)、隔膜切断机构(8)、取电芯机构(9)、贴胶机构(10)、下料机构(11)和除尘机构(12)的控制；
其特征在于：
所述料盒(1)口边沿设有毛刷(101)和离子风刀(102)，所述离子风刀(102)位于毛刷(101)下方；
所述上料机构(2)包括取片伺服电机(201)、升降同步带(202)、升降丝杆(203)、升降滑块(204)、升降滑轨(205)、移片伺服电机(206)、平移丝杆、平移滑块、平移滑轨(207)、升降滑块连接板(208)、平移滑块连接板(209)、连接竖板(210)、连接横板(211)、横梁一(212)、横梁二(213)、吸盘支架(214)和真空吸盘(215)，所述取片伺服电机(201)通过升降同步带(202)、升降丝杆(203)驱动升降滑块(204)沿升降滑轨(205)上下移动，所述移片伺服电机(206)通过平移丝杆驱动平移滑块沿平移滑轨(207)水平移动，所述升降滑块连接板(208)的两面分别与升降滑块(204)和连接竖板(210)连接，所述连接横板(211)的顶面连接于连接竖板(210)的底部，所述连接横板(211)的两端分别固定有横梁一(212)和横梁二(213)，所述真空吸盘(215)通过吸盘支架(214)设在横梁一(212)和横梁二(213)上，所述平移滑块连接板(209)的两面分别与平移滑块和升降滑轨(205)连接；
所述定位机构(3)包括用于放置极片的定位台(301)、用于限制极片位置的限位机构、用于检测极片缺角的顶角光纤传感器(302)、用于检测极耳的极耳光纤传感器(303)和用于检测多片重叠或缺片的超声波检测器(304)，所述限位机构包括分别垂直设于定位台(301)四边的固定限位挡板(305)、第一定位块(306)及其推动气缸(307)、第二定位块(308)及其推动气缸(309)和第三定位块(310)及其推动气缸(311)，所述定位台(301)上对应于极片各个顶角的位置设有顶角光纤传感器(302)，对应于极耳的位置设有极耳光纤传感器(303)，所述超声波传感器(304)设于定位台(301)中心上方且固定于移片机构(4)上；
所述移片机构(4)包括取片气缸(401)、升降滑块(402)、升降滑轨(403)、移片伺服电机(404)、平移丝杆、平移滑块、平移滑轨(405)、升降滑块连接板(406)、平移滑块连接板(407)、连接竖板(408)、连接横板(409)、横梁一(410)、横梁二(411)、横梁三(412)、吸盘支架(413)和真空吸盘(414)，所述取片气缸(401)驱动升降滑块(402)沿升降滑轨(403)上下移动，所述移片伺服电机(404)通过平移丝杆驱动平移滑块沿平移滑轨(405)水平移动，所述升降滑块连接板(406)的两面分别与升降滑块(402)和连接竖板(408)连接，所述连接横板(409)的顶面连接于连接竖板(408)的底部，所述连接横板(409)的两端分别固定有横梁一(410)和横梁二(412)，底面中部固定有横梁二(411)，所述真空吸盘(414)通过吸盘支架(413)设在横梁一(410)、横梁二(411)和横梁三(412)上，所述平移滑块连接板(407)的两面分别与平移滑块和升降滑轨(403)连接；
所述叠片机构(5)包括底板(501)、叠片台(502)、叠片压爪(503)、第一伺服电机(504)、第一丝杆(505)、第一同步带(506)、第二伺服电机(507)、第二丝杆(508)、第二同步带(509)、滑轨(510)、第一控制气缸(511)和第二控制气缸(512)，所述叠片台(502)设在底板(501)上，所述叠片压爪(503)有多个且设于叠片台(502)两侧，每个所述叠片压爪(503)都配备有第一控制气缸(511)和第二控制气缸(512)，所述滑轨(510)设于底板(501)下方，所述第一伺服电机(504)通过第一丝杆(505)、第一同步带(506)驱动叠片台(502)上下移动，所述第二伺服电机(507)通过第二丝杆(508)、第二同步带(509)驱动叠片台(502)沿滑轨(510)水平移动，所述第一控制气缸(511)驱动叠片压爪(503)水平移动，所述第二控制气缸(512)驱动叠片压爪(503)上下移动；
所述隔膜放卷机构(6)包括放卷电机(601)、放卷轴(602)、张紧辊(603)、导辊(604)、纠偏电机(605)、竖直固定板(606)、横板(607)、纠偏滑块(608)、纠偏滑轨(609)、纠偏传感器(610)、传感器滑块(611)、传感器滑轨(612)，所述张紧辊(603)和导辊(604)均为多个，所述竖直固定板(606)的一面自上而下依次设置有放卷轴(602)、张紧辊(603)和导辊(604)，另一面的下部连接有横板(607)，所述纠偏滑块(608)连接于横板(607)的底部，所述放卷电机(601)驱动放卷轴(602)转动，所述纠偏电机(605)驱动纠偏滑块(608)沿纠偏滑轨(609)水平移动，所述纠偏传感器(610)、传感器滑块(611)和传感器滑轨(612)设于最低位置导辊(604)的自由端的一侧，所述传感器滑块(611)连接于纠偏传感器(610)底部，手动调节传感器滑块(611)沿传感器滑轨(612)水平移动；
所述除尘机构(12)包括喇叭形吸尘盒(1201)、吸尘口(1202)、吸尘管(1203)、集尘箱(1204)、风管(1205)和负压风机(1206)，所述喇叭形吸尘盒(1201)有四个且分别设于定位机构(3)的定位台(301)四边下方，所述上料机构(2)、叠片机构(5)下方均设有吸尘口，所述喇叭形吸尘盒(1201)和吸尘口(1202)通过吸尘管(1203)连接到集尘箱(1204)，所述集尘箱(1204)通过风管(1205)连接到负压风机(1206)。
2.根据权利要求1所述的高精度锂电池电芯叠片机，其特征在于：所述毛刷(101)包括毛刷一(101A)和毛刷二(101B)，所述毛刷一(101A)位于料盒(1)口左侧边沿，所述毛刷二(101B)位于料盒(1)口右侧边沿，所述离子风刀(102)位于毛刷一(101A)或者毛刷二(101B)下方。
3.根据权利要求1所述的高精度锂电池电芯叠片机，其特征在于：所述料盒(1)为铝制。
4.根据权利要求1所述的高精度锂电池电芯叠片机，其特征在于：所述料盒(1)上还设有用于驱动离子风刀(102)上下移动的离子风刀气缸(103)。
5.根据权利要求1所述的高精度锂电池电芯叠片机，其特征在于：所述上料机构(2)还包括折片气缸(216)，所述连接横板(211)包括横板一(211A)和横板二(211B)，所述横板一(211A)的一端与横板二(211B)的一端活动连接，所述横板一(211A)的自由端与横梁一(212)连接，所述横板二(211B)的自由端与横梁二(213)连接，所述折片气缸(216)设在连接竖板(210)上且用于驱动横板一(211A)向下弯折。
6.根据权利要求1所述的高精度锂电池电芯叠片机，其特征在于：所述料盒(1)还包括用于驱动料盒内极片上下移动的顶升机构(104)，所述顶升机构由PLC控制机构控制，所述顶升机构(104)包括直线电机(105)、齿条和直线导轨组件(106)，料盒(1)内部设有极片放置板(107)，极片放置在极片放置板(107)上，直线电机(105)通过齿条和直线导轨组件(106)驱动极片放置板(107)上下移动。
7.根据权利要求1所述的高精度锂电池电芯叠片机，其特征在于：所述上料机构(2)的移片伺服电机(206)、平移丝杆、平移滑块、平移滑轨(207)、平移滑块连接板(209)与所述移片机构(4)的移片伺服电机(404)、平移丝杆、平移滑块、平移滑轨(405)、平移滑块连接板(407)为同一伺服电机、同一丝杆、同一滑块、同一滑轨、同一滑块连接板。
8.根据权利要求1所述的高精度锂电池电芯叠片机，其特征在于：所述隔膜放卷机构(6)还包括缓冲气缸(613)、张紧辊滑块(614)和张紧辊滑轨(615)，所述张紧辊滑轨(615)与张紧辊(603)垂直设置且设于竖直固定板(606)上，所述张紧辊滑块(614)与张紧辊(603)的一端相连，所述缓冲气缸(613)驱动张紧辊滑块(614)沿张紧辊滑轨(615)上下移动。
9.根据权利要求1所述的高精度锂电池电芯叠片机，其特征在于：所述隔膜放卷机构(6)还包括设在竖直固定板(606)上的用于检测隔膜放卷速度的传感器(616)，所述传感器(616)为多个。
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