CN106469804A - 一种锂离子电池极片刷粉和缺陷检测一体装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锂离子电池极片表面刷粉和缺陷检测一体装置，其包括上料装置、上输送装置、上刷粉装置、第一吹气除尘装置、第一视觉检测装置、极片翻面翻转装置、第一极片NG品分拣装置、下输送装置、下刷粉装置、第二吹气除尘装置、第二视觉检测装置、收料传输装置、收料装置和第二极片NG品分拣装置。本发明将极片刷粉和缺陷检测集成到一台设备上，降低了设备投入成本并提高了生产效率。

Description

一种锂离子电池极片刷粉和缺陷检测一体装置

技术领域

本发明涉及锂离子电池的制造领域，特别涉及一种极片自动刷粉和缺陷检测为一体的设备。

背景技术

锂离子电池以其零污染、零排放、能量密度高、体积小和循环使用寿命长等优点，广泛应用于便携式电子产品、电动交通工具、大型动力电源和二次充电及储能等领域，已成为国内外电池发展和应用的主体，因此锂离子电池的品质问题尤为重要。

锂离子电池的极片是由基材和涂层两部分组成。基材为10微米左右的铜箔或25微米左右的铝箔，涂层为活性物质。生产流程为，先将活性物质涂覆在基材上，再经干燥、压实和分切，制成极片。在将活性物质涂覆在基材上和压实过程中，任何一个环节都存在极片产生缺陷的可能，如极片表面涂覆区漏箔、颗粒、气泡、极片弯曲、折痕褶皱、压痕、干裂等缺陷。缺陷极片会造成电池容量一致性差，自放电高，容量衰减等现象，严重影响电池的质量，甚至还会造成电池鼓胀、冒烟和爆炸。另外，在分切过程中，涂布在金属箔上的涂层会有不同程度的脱落，而脱落的这些小颗粒如果被带到下一道工序包到电池里面，就会对电池在以后的使用安全和寿命造成影响，因此，在分切工序后，要求电池的极片的表面和四边不得留有粉尘或毛刺，所以需要对极片表面和四边的粉尘进行清洁，即刷粉。

目前，国内外对锂离子电池极片表面缺陷检测进行了研究，其方法可以分为两类：传统检测法和自动检测法。传统检测法主要依靠人工肉眼完成，此法检测精度低、效率低、成本高、对人体伤害大。自动检测法主要基于机器视觉的CCD图像检测技术。在极片压实工序时，安装视觉CCD检测装置和贴标签机，当检测出极片不良时，贴标签机将在极片边沿贴上标签，在极片分切工序时，设备将贴标签不良极片和合格极片分拣出来，此检测系统工序复杂且成本高。另外也有专门设一个工位来检测极片，如：中国专利申请号为201410039352.8公开了一种名称为“锂电池极片表面缺陷在线检测分拣系统及其分拣方法”的锂电池极片检测分拣系统及方法，此系统通过极片输送装置、极片识别检测部分、极片主控单元、极片分拣装置及人机界面部分实现了极片在线检测。此系统结构需要为缺陷检测单独设计一套系统结构，浪费设备投入和降低了生产效率。

另外，清理极片表面的粉尘，一般采用人工清理极片表面的粉尘，此法效率低、极片清理效果一致性差。也有采用自动化设备进行刷粉的，如：中国专利申请号为201410019211.X公开了一种名称为“一种全自动电池极片刷粉机”，此设备机械结构复杂、效率低且成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池极片表面缺陷检测系统以解决现有技术的不足，将极片缺陷检测集成到刷粉除尘设备上，降低设备投入成本，提高生产效率。

为实现上述目的，本发明公开了锂离子电池极片表面刷粉和缺陷检测装置，包括：

上料装置，将极片送至上输送装置；

上输送装置，输送极片通过上刷粉装置、第一吹气除尘装置和第一CCD视觉检测装置；

依次设置的上刷粉装置和第一吹气除尘装置，对极片的一面(正面)进行刷粉除尘处理；

第一CCD视觉检测装置，对极片的正面图像进行实时的采集、分析和处理，并将处理结果送至设备PLC；

设备PLC，控制收料装置、第一极片NG品分拣装置和第二NG品分拣装置，以分离合格极片和NG品(不合格品)；

极片翻面翻转装置，将正面刷粉和缺陷检测后的极片翻面；

第一极片NG品分拣装置，收集极片正面NG品；

下输送装置，使翻面后的极片通过下刷粉装置、第二吹气除尘装置和第二CCD视觉检测装置；

依次设置的下刷粉装置和第二吹气除尘装置，对极片的另一面(反面)进行刷粉除尘处理；

第二CCD视觉检测装置，对极片的反面图像进行实时的采集、分析和处理，并将处理结果送至设备PLC；

收料传输装置，将极片传输到收料装置处和第二极片NG品分拣装置处；

收料装置，收集双面均合格的极片；

第二极片NG品分拣装置，收集极片反面NG品。

其中，第一极片NG品分拣装置可取消，由第二极片NG品分拣装置收集极片正面NG品和极片反面NG品。此时需要设备增加对第一CCD视觉检测装置检测出极片NG品的记忆功能，这样第一CCD视觉检测装置和第二CCD视觉检测装置检测出的极片NG品统一在最后经收料传输装置与极片合格品分拣出来，全部进入第二极片NG品分拣装置。

所述的上料装置包括料盒和机械手，机械手将极片从料盒内取出，放到上输送装置的皮带的正中央。

所述刷粉装置包括毛刷和吸尘装置，其中若干道毛刷顺时针刷极片，等量毛刷逆时针刷极片，当输送装置的皮带上的极片运动到刷粉装置处，毛刷对极片进行刷粉处理，吸尘装置将毛刷刷掉的粉尘吸走。

所述吹气除尘装置包括吹气管道和吸尘装置，当皮带上的极片运动到吹气除尘装置处，吹气管道将极片表面残留的粉尘吹起并通过吸尘装置吸走。

所述CCD视觉检测装置包括CCD相机、LED灯、显示屏和视觉控制器，其中CCD相机、LED灯和极片需要满足一定的相对安装尺寸。当皮带上的极片运动到CCD视觉检测装置处，LED灯将极片照亮，CCD相机对极片进行拍照，将图像传输给视觉控制器，视觉控制器分析和处理图像，将处理结果传输给设备PLC并将处理图像显示在显示屏上。

第一CCD视觉检测装置可放置于上输送装置上的任何位置，第二CCD视觉检测装置可放置于下输送装置上的任何位置。CCD视觉检测装置的检测原理为将检测区域分割成任意尺寸、大小的段之后测量平均浓度，并向指定方向移动，根据浓度变化检测缺陷。这样可不受背景、照明变化的影响，稳定的检测出缺陷。瑕疵模式不是只显示缺陷部分的波形，而是将检测对象整体的缺陷强度和范围可视化，以组为单位检测瑕疵，可以根据捕抓到的个数、每个的大小、面积等各种结果进行判定，能在实际现场中优先实现稳定检测和运用。

所述的极片翻面翻转装置包括大滚轮和多个小滚轮，当上输送装置的皮带上的极片运动到极片翻面翻转装置处，皮带上的极片随着皮带沿大滚轮圆周运动，十几个小滚轮紧贴极片正面，使极片紧贴皮带圆周运动，完成极片翻面。为了防止极片的弯折，大滚轮直径需远大于极片长度；为了方式极片脱落，相对于大滚轮的极片移动侧的圆周设置的小滚轮的直径小于极片长度。大滚轮和小滚轮间最小间距为极片的厚度，使得极片随着上传输装置、紧贴小滚轮和大滚轮的圆周传送0-180度、以实现翻转。

所述第一极片NG品分拣装置包括NG品挡板、斜坡道和NG品料盒，当极片完成翻面，设备PLC通过控制NG品挡板，若极片为NG品，NG品挡板打开，极片沿着斜坡道流至NG品收料盒内，若极片为合格品，NG品挡板关闭，极片流至下输送装置的皮带上，以进行反面的刷粉和检测。

所述的收料装置包括料盒和机械手，当极片为合格品时，机械手将极片从收料传输装置的皮带上取出放到收料盒内。

所述第二极片NG品分拣装置包括NG品挡条、斜坡道和NG品料盒。设备PLC根据第二CCD视觉检测装置传输的结果，来控制收料皮带末端的NG品挡条，当反面检测结果是NG品时，挡条打开，极片沿着斜坡道流至NG品收料盒内，当反面检测结果是合格品时，挡条关闭，通过机械手将合格极片收集到合格品料盒内。

本发明的锂离子电池极片表面刷粉和缺陷检测的流程：

1)上料装置以设定的速度将极片从料盒放到上输送皮带上；

2)上输送装置上的极片依次通过上刷粉装置和第一吹气除尘装置，完成极片上表面(正面)刷粉除尘；

3)第一CCD视觉检测装置对极片的正面进行图像采集、分析和处理，并将处理结果送至设备PLC，设备PLC根据该结果判断极片正面是否合格；

4)极片翻面翻转使极片实现翻面翻转。

5)第一极片NG品分拣装置分拣出极片正面NG品，并将极片正面的合格传输至下输送装置；

6)下输送装置上极片依次通过下刷粉装置和第二吹气除尘装置，完成极片下表面刷粉除尘；

7)第二CCD视觉检测装置对极片的反面进行图像采集、分析和处理，并将处理结果送至设备PLC，设备PLC根据该结果判断极片反面是否合格；

8)收料传输装置将极片传输到收料装置处和第二极片NG品分拣装置处，收料装置收集正反面均合格的极片，第二极片NG品分拣装置处收集剩余的极片。

其中，所述步骤3)可在上输送装置的任意位置实施；所述步骤7)可在下输送装置的任意位置处实施。

可选地，可取消步骤5)，由第二极片NG品分拣装置收集全部正面和/或反面NG品。

所述步骤1)中，在上料装置处设有毛刷、吹气管和极片折弯装置，防止机械手多吸极片，机械手将极片放到上输送皮带的正中央。

所述步骤2)和步骤6)中，上、下刷粉装置包括若干道毛刷顺时针旋转和等量毛刷逆时针旋转。

所述步骤3)和步骤7)中，第一、第二CCD视觉检测装置包括CCD相机、LED灯、显示屏和视觉控制器，其中CCD相机、LED灯和极片需要满足一定的相对安装尺寸。皮带上的吸孔将极片平整的吸附在输送皮带上，两侧的LED灯将极片照亮，CCD相机对皮带上的极片进行拍照并传输给控制器，控制器对所采集的图像进行分析和处理，最后将极片处理图像显示在显示屏上，将极片检测结果送至设备PLC。第一CCD视觉检测装置可放到极片翻面翻转装置之前的任何位置，第二CCD视觉检测装置可放到下输送皮带上的任何位置。CCD视觉检测装置的检测原理为将检测区域分割成任意尺寸、大小的段之后测量平均浓度，并向指定方向移动，根据浓度变化检测缺陷。这样可不受背景、照明变化的影响，稳定的检测出缺陷。瑕疵模式不是只显示缺陷部分的波形，而是将检测对象整体的缺陷强度和范围可视化，以组为单位检测瑕疵，可以根据捕抓到的个数、每个的大小、面积等各种结果进行判定，是一种能在实际现场中优先实现稳定检测和运用的算法。

所述步骤5)和步骤8)中，设备PLC根据视觉检测的识别结果和位置感应器控制收料机械手和NG品挡板及挡条动作，将已检测的极片流至下输送装置上、放到合格品收料盒内或流至NG品收料盒内，从而完成对极片的分拣。第一极片NG品分拣装置和第二极片NG品分拣装置，也可只在最后收料装置处设置一个极片NG品分拣装置，此时需要设备增加对第一CCD视觉检测装置检测出极片NG品的记忆功能，这样第一CCD视觉检测装置和第二CCD视觉检测装置检测出的极片NG品统一在最后收料装置处与极片合格品分拣出来。

本发明的锂离子电池极片表面刷粉和表面缺陷检测装置，通过机械手将极片放到上输送皮带上，通过上刷粉装置和第一吹气除尘装置，完成极片正面的刷粉，期间，第一CCD视觉检测装置对极片正面拍照并将处理结果传输给设备PLC，进而控制第一极片NG品分拣装置，完成极片正面NG品和合格品分离，极片通过翻转装置完成极片翻面，通过下刷粉装置和第二吹气除尘装置，完成极片反面刷粉，期间，第二CCD视觉检测装置对极片反面拍照并将处理结果传输给设备PLC，进而控制收料装置，完成极片NG品和合格品分离。与现有的刷粉和检测技术相比，具有如下优点：(1)系统机械结构简单，将极片刷粉和缺陷检测集成到一台设备上，降低了设备投入成本并提高了生产效率。(2)极片刷粉和检测速度快，生产效率高，相对于传统人工刷粉和人工检测，是一项重大突破。(3)检测精度高，本系统采用的视觉检测技术可达到漏检率为0，误检率小于2％的高精度。(4)一体化集成、避免二次损伤，极片刷粉、极片翻面翻转和分拣系统一体化，避免多步骤对极片造成二次损伤。(5)可移植性好，可对不同尺寸的极片经简单调整后进行刷粉和检测，并根据不同的实际生产要求实现不同的检测精度。

附图说明

图1是本发明实施方式的锂离子电池极片表面刷粉和缺陷检测装置的结构示意图。

图2是本发明实施方式的CCD相机、LED灯和极片相对安装尺寸示意图。

图3是本发明锂离子电池极片表面刷粉和缺陷检测方法的流程图。

图1中：1、上料机械手，2、上料盒，3、上输送皮带，4、上4道刷粉装置，5、第一吹气除尘装置，6、上LED灯，7、上CCD相机，8、翻转大滚轮，9、小滚轮，10、NG品挡板，11、第一斜坡道，12、第一NG品收料盒，13、下输送皮带，14、下4道刷粉装置，15、第二吹气除尘装置，16、下LED灯，17、下CCD相机，18、收料皮带，19、合格品收料盒，20、收料机械手，21、NG品挡条，22、第二斜坡道，23、第二NG品收料盒。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的锂离子电池极片表面刷粉和缺陷检测一体装置做进一步说明。

图1为本发明的一种结构示意图。由图1可知，本发明包括机械部分和视觉检测部分。机械部分包括上料装置、上输送皮带3、上4道刷粉装置4、第一吹气除尘装置5、极片翻面翻转装置、第一极片NG品分拣装置、下输送带13、下4道刷粉装置14、第二吹气除尘装置15、收料皮带18、收料装置和第二极片NG品分拣装置。视觉检测部分包括第一CCD视觉检测装置和第二CCD视觉检测装置。

上料装置包括上料机械手1和上料盒2，上料机械手1将极片从上料盒2内取出，放到上输送皮带3的正中央；

上输送皮带3，使极片依次通过上4道刷粉装置4、第一吹气除尘装置5和第一CCD视觉检测装置；

上4道刷粉装置4和第一吹气除尘装置5，其中2道毛刷顺时针刷极片，2道毛刷逆时针刷极片，当上输送皮带3上的极片运动到刷粉装置4处，毛刷对极片进行刷粉处理，第一吹气除尘装置5吹起极片上粉尘并吸走，完成极片正面刷粉除尘处理；

CCD视觉检测装置(如图2所示)中，LED灯6和16距极片垂直距离约120mm，距极片中心水平距离约170mm，LED灯6和16的倾斜角度约45°，CCD相机7和17位于极片正上方约200mm。LED灯6和16将极片照亮，相机7和17对极片的正面/反面图像进行实时的采集，通过视觉控制系统的分析和处理，将处理结果输送至设备PLC并将处理图像显示在显示屏上；

极片翻面翻转装置，包括翻转大滚轮8和十几个小滚轮9，当上输送皮带3上的极片运动到极片翻面翻转装置处，皮带上的极片随着皮带沿大滚轮8圆周运动，十几个小滚轮9紧贴极片正面，使极片紧贴上输送皮带3圆周运动，完成极片翻面；

第一极片NG品分拣装置，设备PLC根据视觉控制系统传输的结果，来控制NG品挡板10的打开和关闭，当正面检测结果是NG品时，NG品挡板10打开，极片沿着第一斜坡道11流至第一NG品收料盒12内。当正面检测结果是合格品时，NG品挡板10保持关闭，极片正常流至下输送皮带13上；

下输送皮带13，使极片依次通过下4道刷粉装置14、第二吹气除尘装置15和第二CCD视觉检测装置；

下4道刷粉装置14和第二吹气除尘装置15，完成极片的反面刷粉除尘处理；

收料皮带18，将极片传输到收料装置处和第二极片NG品分拣装置处；

收料装置和第二极片NG品分拣装置，设备PLC根据视觉控制系统传输的结果，来控制收料皮带18末端的挡条21和收料机械手20，当反面检测结果是NG品时，挡条21打开，极片沿着第二斜坡道22流至NG品收料盒23内，当反面检测结果是合格品时，挡条21关闭，通过收料机械手20将合格极片收集到合格品料盒19内。

本发明锂离子电池表面刷粉和缺陷检测流程如下，主要包括以下几个步骤：

步骤一、上料机械手1以设定的速度将极片从上料盒2放到上输送皮带3上。在上料盒2处设有毛刷、吹气管和极片折弯装置，防止机械手1多吸极片，机械手1将极片放到上输送皮带3的正中央。

步骤二、上输送皮带3上的极片依次通过上4道毛刷4和第一吹气除尘装置5，完成极片上表面刷粉除尘。

步骤三、上输送皮带3上的吸孔将极片平整的吸附在上输送皮带3上，两侧的上LED灯6将极片照亮，上CCD相机7对上输送皮带3上的极片进行拍照并传输给视觉控制器，视觉控制器对所采集的正面图像进行分析和处理，最后将极片处理图像显示在显示屏上，将极片检测结果送至设备PLC。

步骤四、大滚轮8和小滚轮9使极片实现翻面翻转。

步骤五、设备PLC根据步骤三的识别结果和位置感应器控制NG品挡板10动作，将NG品流至NG收料盒12中或将合格品流至下输送带13上，从而完成对极片正面合格品的分拣。

步骤六、下输送皮带13上极片依次通过下4道毛刷14和第二吹气除尘装置15，完成极片下表面刷粉除尘。

步骤七、下输送皮带13上的吸孔将极片平整的吸附在下输送皮带13上，两侧的下LED灯16将极片照亮，下CCD相机17对下输送皮带13上的极片进行拍照并传输给视觉控制器，视觉控制器对所采集的反面图像进行分析和处理，最后将极片处理图像显示在显示屏上，将极片检测结果送至设备PLC。

步骤八、收料传输装置将极片传输到收料装置处和第二极片NG品分拣装置处；设备PLC根据步骤七的识别结果和位置感应器控制收料机械手20和NG品挡条21动作，收料机械手20将双面均合格的极片放到合格品收料盒19内，或打开NG品挡条21，将NG品流至NG品收料盒23内，从而完成对极片的分拣。

本发明的锂离子电池极片表面刷粉和表面缺陷检测一体设备及方法，与现有的刷粉和检测技术相比，具有如下优点：

(1)系统机械结构简单，将极片刷粉和缺陷检测集成到一台设备上，降低了设备投入成本并提高了生产效率。

(2)极片刷粉和检测速度快，生产效率高，相对于传统人工刷粉和人工检测，是一项重大突破。

(3)检测精度高，本系统采用的视觉检测技术可达到漏检率为0，误检率小于2％的高精度。

(4)极片刷粉、极片翻面翻转和分拣系统一体化，避免检测等附加步骤对极片造成二次损伤。

(5)可移植性好，可对不同尺寸的极片经简单调整后进行刷粉和检测，并根据不同的实际生产要求实现不同的检测精度。

本发明的说明书和附图被认为是说明性的而非限制性的，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中一些技术特征做出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种锂离子电池极片刷粉和缺陷检测一体装置，其特征在于，该装置包括：

上料装置，将极片送至上输送装置；

上输送装置，输送极片通过上刷粉装置、第一吹气除尘装置和第一视觉检测装置；

依次设置的上刷粉装置和第一吹气除尘装置，对极片的正面进行刷粉除尘；

第一CCD视觉检测装置，对极片的正面进行实时图像采集、分析和处理，并将处理结果送至设备PLC；

设备PLC，控制收料装置、第一极片NG品分拣装置和第二极片NG品分拣装置，以分离合格极片和NG品；

极片翻面翻转装置，将极片正面缺陷检测后进行翻面；

第一极片NG品分拣装置，收集极片正面NG品；

下输送装置，输送极片通过下刷粉装置、第二吹气除尘装置和第二CCD视觉检测装置；

依次设置的下刷粉装置和第二吹气除尘装置，对极片的反面进行刷粉除尘；

第二CCD视觉检测装置，对极片的反面进行实时图像采集、分析和处理，并将处理结果送至设备PLC；

收料传输装置，将极片传输到收料装置处和第二极片NG品分拣装置处；

收料装置，收集双面均合格的极片；

第二极片NG品分拣装置，收集极片反面NG品。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池极片刷粉和缺陷检测一体装置，其特征在于，可取消第一极片NG品分拣装置，由第二极片NG品分拣装置收集极片正面NG品和极片反面NG品。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池极片刷粉和缺陷检测一体装置，其特征在于，第一CCD视觉检测装置可设置于上输送装置上的任何位置，第二CCD视觉检测装置可设置于下输送装置上的任何位置。

4.根据权利要求1或3所述的锂离子电池极片刷粉和缺陷检测一体装置，其特征在于，所述CCD视觉检测装置包括CCD相机、LED灯、显示屏和视觉控制器，当极片运动到CCD视觉检测装置处，LED灯将极片照亮，CCD相机对极片进行拍照，将图像传输给视觉控制器，视觉控制器分析和处理图像，将处理结果传输给设备PLC并将处理图像显示在显示屏上。

5.根据权利要求1所述的锂离子电池极片刷粉和缺陷检测一体装置，其特征在于，所述第一极片NG品分拣装置包括NG品挡板、斜坡道和NG品料盒，当极片完成翻面，设备PLC通过控制NG品挡板，若极片为NG品，NG品挡板打开，极片沿着斜坡道流至NG品收料盒内，若极片为合格品，NG品挡板关闭，极片流至下输送装置，以进行反面的刷粉和检测。

6.根据上述任一权利要求所述的锂离子电池极片刷粉和缺陷检测一体装置的刷粉和缺陷检测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

1)上料装置以设定速度将极片放置至上输送装置；

2)上输送装置上的极片依次通过上刷粉装置和第一吹气除尘装置，完成极片正面的刷粉除尘；

3)第一CCD视觉检测装置对极片的正面进行图像采集、分析和处理，并将处理结果送至设备PLC，设备PLC根据该结果判断极片正面是否合格；

4)极片翻面翻转装置使极片实现翻面翻转；

5)第一极片NG品分拣装置分拣出极片正面NG品，并将极片正面的合格品传输至下输送装置；

6)下输送装置上的极片依次通过下刷粉装置和第二吹气除尘装置，完成极片反面的刷粉除尘；

7)第二CCD视觉检测装置对极片的反面进行图像采集、分析和处理，并将处理结果送至设备PLC，设备PLC根据该结果判断极片反面是否合格；

8)收料传输装置将极片传输到收料装置处和第二极片NG品分拣装置处，收料装置收集正反面均合格的极片，第二极片NG品分拣装置收集剩余的极片。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤3)可在上输送装置的任意位置实施；所述步骤7)可在下输送装置的任意位置处实施。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，可取消步骤5)，由第二极片NG品分拣装置收集全部正面和/或反面NG品。