一种双平台循环分段式转塔叠片装置及其叠片工艺
技术领域
本发明涉及电芯制造领域,特别指一种双平台循环分段式转塔叠片装置及其叠片工艺。
背景技术
当前,全球锂电池企业主要聚集在韩国、中国和日本。日本在21世纪之前垄断了全球的裡电池产业,其主要产品是二次锂电池。后来,随着韩国和中国对锂电池生产技术的研究和开发而逐渐地在全球占据了一定的市场。国外著名的锂电池生产厂家有三洋、博世、三星、松下、索尼、丰田、东芝、福特、通用、奔驰等。这些厂家一般都有一整套完善的锂电池生产线,其中包含锂电池卷绕设备和极耳焊接设备,这些设备一般由专门的设备生产商提供。调查统计,2016年中国锂电池电芯设备规模为75亿元,同比增长超过100%。其中国产设备占55亿元,预计未来国产比例将提升。目前动力电池的产能和性能,远不能满足终端电动车及储能市场的新增需求,未来3-5年将是锂电设备高速增长期。受动力电池大规模扩张影响,单体动力电池容量较大,用叠片工艺生产效率和性能更优异。许多国内领先电芯制造商都有方形铝壳电池扩产规划,2016年以来对叠片工艺设备需求随之增多。我国锂电池叠片机设备行业,由过去格林晟一家独大,到现在群雄割据的局面。由于动力电池性能要求较高,对设备稳定性、精细度、高速性等要求严格,因此企业在采购中会优先考虑高性能设备,这将加速设备市场向实力型设备企业集中化,同时也倒逼低端市场设备企业竞争加大,小企业为了生存迫使下降价格走薄利多销道路。动力锂电池主要由隔离膜、阴极、阳极、电解液四部分组成,按成型工艺主要分为三种:切片锂电池、叠片锂电池和卷绕锂电池。切片锂电池,由于隔离膜非常柔软,在加工过程中难以保证隔离膜的对齐度,使电池质量下降,因此,在工业中很少使用该方案。叠片锂电池,从结构上看叠片工艺比切片工艺的锂电池加工工艺简单,因为隔离膜在整块锂电池当中为连续的,而且其性能与切片锂电池几乎一样,在工业中常用叠片锂电池替代切片锂电池。方形卷绕锂电池,在整个电池中只有一张阴极极片和一张阳极极片,其加工工艺更为简单,因此卷绕锂电池目前被广泛应用。
在没有出现叠片锂电池之前几乎都是用方形卷绕锂电池,但随着行业内的不断研究,随着电池能量密度要求逐步提高,电芯企业有将电池越做越大的趋势,单电芯做大最主要存在问题在于安全性、生产效率、极片与隔膜卷绕或对叠的控制、产线集体效率等问题。叠片锂电池的优越性能慢慢呈现,叠片锂电池的普及是将来的一大趋势,而解决叠片锂电池的加工效率问题是推广叠片锂电池的必须途径,且随着国内叠片装备企业的不断革新进步,以及大型锂电装备企业的横向延伸,叠片工艺仍会是主流趋势。
目前大部分国内叠片机的机器参数如下:极片高度:60-80mm 80-120mm 100-200mm;极片宽度:40-60mm 60-80mm 82-160mm;电池厚度:3-10mm;单片对齐精度:≤0.2mm;整体对齐精度:≤0.5mm;叠片速度:1.5-2/pin。
具体地,在进行自动叠片机研发过程中涉及到的一个关键部分为叠片平台的结构设计,叠片平台用于提供正负极片叠放过程中的支撑承载和极片压紧功能;现有的叠片平台存在以下技术问题需要解决:1、由于电芯的极片叠片有数量限制,在单个电芯极片叠片完成后需要将叠好的极片取下,再重新进行叠片,在极片取料过程中会造成叠片停顿,影响产能;2、在叠片机设计过程中,下料机械手设置于进料真空拉体的下方,以充分利用安装空间,该种结构导致下料机械手从叠片平台处取极片时进料真空拉体造成运动干涉;3、极片不断地叠放在叠片平台上时,已经叠好的极片需要进行压紧固定以防止其位置发生偏移,而极片需要不间断地叠放,这就要求压极片与叠片动作同步协同,实现不间断压极片,以避免干涉极片叠合而影响叠片效率。
在在进行自动叠片机研发过程中涉及到的另一个关键部分为叠片取送料装置的结构和工艺设计,用于将正极片和负极片依次取出并交替地叠放在叠片机构的叠片平台上,形成正负交错叠放的叠片式的电芯内部组成结构;在实际的研发设计和生产过程中,叠片取送料装置的结构和工艺设计存在以下技术瓶颈需要突破:1、国内叠片机的叠片速度为1.5-2/pin,该速度无法适应和匹配上一极片切割工艺进行改进后的极片导出速度,导致叠片成为制约电芯生产整线产能提升的关键节点;2、极片取出、检测、校正、叠片等工序步骤之间存在路径重复行走等情况,导致整个叠片取送料耗时较多。
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,提供一种通过在一个旋转周期内来回、分段、循环旋转运动依次完成取料、检测、去不良品、叠片等工艺动作,在前后半个旋转周期内分别取出属性不同的极片,并将不同属性极片依次交替叠放于叠片机构上,且利用圆周状转塔结构,完成在同一个旋转周期内同时实现双叠片机构上的依次交替叠合,极大地提升了叠片效率;叠片机构采用双叠片平台结构,通过直线推送的同时实现叠片平台的升降运动,实现平台更换不间断叠片,同时,通过与转盘旋转同步动作的沿对角位置设置的两组压极片组件依次交替压极片,实现对极片不间断地压紧,有效避免极片发生位移偏差的双平台循环分段式转塔叠片装置及其叠片工艺。
本发明采用的技术方案如下:一种双平台循环分段式转塔叠片装置,包括转塔机构及叠片机构,其中,转塔机构设置于两进料真空拉体之间,两进料拉体沿横向方向直线延伸,并沿纵向方向对称设置于转塔机构的两侧;转塔机构上连接的两对称设置的真空吸板垂直于两进料真空拉体的位置为叠片初始位置;上述叠片机构包括二个,叠片机构分别沿横向方向对称地设置于转塔机构的两侧;转塔机构沿纵向方向延伸的中心线两侧分别形成两叠片空间,两叠片空间对应的旋转角度为180°;转塔机构驱动两真空吸板在叠片空间内在一条进料真空拉体取一种属性的极片后,旋转90°将该种属性的极片放置于叠片机构上,真空吸板继续旋转90°至另一进料真空拉体处取另一种属性的极片后,以反向方向旋转90°将该另一种属性的极片叠放在已叠放的一种属性的极片上,真空吸板继续旋转90°返回叠片初始位置,以便进行下一次不同属性的两极片取送及叠片;上述叠片机构通过传动组件与转塔机构联动,转塔机构旋转叠片的同时,叠片机构上设置于对角位置的二组压极片组件分别交替不间断地压紧已叠放的极片。
优选地,所述的转塔机构包括转塔动力组件、转盘、NG板、极片拍摄板、真空吸板及传动组件,其中,上述转塔动力组件设置于两进料真空拉体之间,转塔动力组件的左右两侧分别设置有叠片机构;上述转盘水平连接于转塔动力组件的上部,并经转塔动力组件驱动而旋转运动;上述真空吸板包括二块,两真空吸板分别对称连接于转盘上,并随转盘旋转运动;上述NG板包括四块,四块NG板两两一组分别水平设置于叠片机构与真空吸板的初始位置之间;上述极片拍摄板()包括四块,四块极片拍摄板分别水平设置于NG板与真空吸板的初始位置之间;转盘带动两真空吸板自初始位置依次旋转至极片拍摄板、NG板及叠片机构处,在极片拍摄板处,CCD机构拍摄定位吸附的极片,检测到的不良品极片放入NG板上,且CCD机构在叠片机构处拍摄,将良品极片放置于叠片机构上;上述传动组件连接于转塔动力组件上,并与两侧的叠片机构连接,以便将动力传递至叠片机构内。
优选地,所述的传动箱的上部边沿处连接有至少二个支架;上述NG板及光源板分别水平连接于支架上;
上述传动组件包括第二传动带及第三传动带,其中,上述第二传动带及第三传动带的一端分别在第一传动轴伸出传动箱另一侧的端部,第二传动带及第三传动带的另一端分别连接在传动箱两侧的叠片机构上,以便转塔电机在驱动转盘旋转叠极片的同时,驱动两叠片机构的两组压极片组件依次交替的压紧或松开叠放好的极片。
优选地,所述的叠片调整组件、平台更换组件、叠片平台、压极片驱动组件及压极片组件,其中,上述叠片调整组件设置在转塔机构的侧部,叠片调整组件在水平面内调整横向、纵向及角度;上述平台更换组件设置在叠片调整组件上,并经叠片调整组件驱动而整体调整位置和角度;上述叠片平台包括二个,两叠片平台可滑动地设置在平台更换组件上,平台更换组件驱动叠片平台沿直线方向运动的同时,通过限位导向使叠片平台在升降运动,以便转盘上的真空吸板将极片叠放在运动至高位处的叠片平台上或下料机械手将叠片完成并运动至低位处的叠片平台上的极片夹紧取出;上述压极片组件包括二组,压极片组件设置于叠片平台的侧部,二组压极片组件分别设置于叠片平台的对角位置,且两组压极片组件分别经压极片驱动组件驱动而依次交替地从对角位置压紧或松开叠片平台上叠放的极片,以不间断地压极片。
优选地,所述的叠片调整组件包括叠片支座、旋转电机、第一支座、第一调整电机、第一调整传动带、第二传动轴、第二支座、直线模组及第三支座,其中,上述叠片支座水平设置于转盘的侧部;上述旋转电机设置于叠片支座的下方,且输出端朝上穿过叠片支座;上述第一支座水平连接在旋转电机的输出端上,并经旋转电机驱动而旋转运动;上述第二传动轴沿横向方向可转动地设置在第一支座上,第二传动轴的中部为丝杆结构,其上套设有丝杆套;上述第一调整电机连接在第一支座的侧部;上述第一调整传动带的两端分别连接在第二传动轴及第一调整电机的输出端上,第一调整电机驱动第二传动轴旋转运动,使得其上套设的丝杆套沿横向方向直线运动;上述第二支座水平连接于丝杆套上,并随丝杆套横向移动;上述直线模组沿纵向方向设置在第二支座上;上述第三支座沿纵向方向可滑动地连接在直线模组上,并经直线模组驱动而沿纵向方向直线运动。
优选地,所述的平台更换组件包括导向支撑板及导向槽及限位导孔,其中,上述导向支撑板包括两块,两导向支撑板沿纵向方向竖直设置于第二支座的两侧;上述导向槽包括二条,两导向槽分别设置于两导向支撑板的内侧壁上,形成条状凹槽,该条状凹槽中部高,两侧低;
所述的平台更换组件还包括限位导孔,限位导孔包括至少二个,限位导孔竖直开设在第三支座上,并向下贯通第三支座;设置于第三支座上的两叠片平台沿竖直方向可滑动地插设在限位导孔内,且叠片平台侧部设置的导向辊轮分别伸入两导向槽内,并在导向槽内自由滚动;直线模组驱动第三支座沿纵向方向直线运动时,导向辊轮沿着导向槽滚动,随着导向槽高度变化,使得叠片平台在限位导孔内升降运动。
优选地,所述的叠片平台包括叠片座、导向支杆、叠片台及导向辊轮,其中,上述叠片座水平设置在第三支座的上方;上述导向辊轮包括二个,导向辊轮分别连接于叠片座的两侧,并与叠片座可转动地连接,两导向辊轮分别伸入导向槽内,以便支撑叠片座;上述导向支杆包括至少二根,导向支杆竖直连接在叠片座的下部,且对应可滑动地插设于限位导孔内;第三支座纵向直线运动时,通过导向支杆带动叠片座上的导向辊轮在导向槽内滚动,随着导向槽高度变化,导向槽给导向辊轮的作用力推动导向支杆带动叠片座沿竖直方向升降运动;上述叠片台水平设置于叠片座上方,叠片台与叠片座之间连接有导杆,导杆沿竖直方向可滑动地插设在叠片座内,叠片座的下部设有升降气缸,升降气缸的输出端朝上穿过叠片座连接在叠片台上,以便支撑叠片台,并驱动叠片台升降运动。
优选地,所述的压极片驱动组件包括第三传动轴、凸轮、第四传动带、第四支座及顶座,其中,上述第三传动轴包括二根,两第三传动轴沿纵向方向可转动地设置于第一支座的两侧,其中一根第三传动轴的一端伸出第一支座并与转盘的驱动电机的输出端连接,驱动电机驱动第三传动轴旋转运动;上述第四传动带连接于两第三传动轴的另一端,其中一根第三传动轴旋转时,通过第四传动带带动另一根第三传动轴同步旋转运动;上述凸轮包括四个,四个凸轮两两一组,分别间隔设置于两第三传动轴上;同一根第三传动轴上的两凸轮的凸起方向相反;四个凸轮包括沿对角位置设置的两组,一组对角位置设置的两凸轮的凸起方向相同,同时与另一组对角位置的两凸轮凸起方向相反;
所述的压极片驱动组件还包括第四支座及顶座,其中,上述第四支座包括二个,两第四支座分别竖直设置在第一支座的两侧,第四支座的内侧壁上竖直设有滑轨;上述顶座包括二个,四个顶座两两一组分别可滑动地嵌设在第四支座内侧壁上的滑轨上,四个顶座的下部分别延伸至四个凸轮处,顶座的上部形成水平的顶升平面,凸轮旋转时其凸起部上顶顶座,使顶座向上顶起。
优选地,所述的压极片组件包括滑板、斜轨、支块及限位柱,其中,上述支块包括二个,支块分别设置于叠片座的两侧,并向外侧延伸;支块的两外侧壁上分别设有斜轨,斜轨由外而内朝叠片座方向倾斜向下延伸;上述滑板竖直设置在支块的侧部,且可滑动地嵌设在斜轨上,滑板的外侧壁上设有限位柱;
所述的压极片组件还包括拨板、辊轮、弹簧、支柱及压片,其中,上述拨板设置在滑板的外侧,拨板的下端与支块可转动地连接,拨板的上端延伸至限位柱的侧方;上述辊轮可转动地连接在拨板的下部;上述弹簧的两端分别连接在叠片座与限位柱上;上述支柱竖直设置在滑板的上部,且延伸至叠片台的外侧;上述压片水平设置在支柱上,且位于叠片台的上方;自然状态下,弹簧的拉力拉动限位柱带动滑板沿着斜轨朝叠片台方向倾斜向下运动,使得压片压紧放置于叠片台上的极片;对角位置的凸轮同时向上顶起顶座时,两对角位置的顶座分别向上顶推辊轮,使两对角位置的辊轮带动拨板朝外侧旋转,拨板的上部通过向外抵推限位柱,推动滑板带动压片朝外倾斜向上运动,以便松开极片;另一组对角位置的压片则压紧极片,如此反复交替,转盘旋转运动取极片的同时,第三传动轴同步转盘旋转运动,使叠放极片与压极片同步协同动作。
一种双平台循环分段旋转式转塔叠片装置的叠片工艺,其特征在于,包括以下工艺步骤:
S1、进料:两进料真空拉体分别将切割好的正极片和负极片逐次导出;
S2、取料:转塔机构的转盘下降,使得连接于转盘两侧的真空吸板分别从两进料真空拉体上吸取极片;
S3、第一次旋转:步骤S2中真空吸板取料完成后,转盘控制真空吸板旋转至拍摄位置处,以便CCD机构从四角位置拍摄极片的位置信息;
S4、第二次旋转:步骤S3中CCD拍摄完成后,转盘控制真空吸板旋转至叠片平台处;
S5、第二次CCD拍摄:叠片机的CCD机构对叠片平台进行二次拍摄定位,从对角进行拍摄定位;
S6、校正:步骤S3及步骤S5中CCD拍摄完成后,工控机进行视觉分析,并控制叠片平台进行位置和角度校正;
S7、第一次叠片:步骤S6中叠片平台校正完成后,步骤S4中的真空吸板下降,将极片叠放在叠片平台上;
S8、第三次旋转:步骤S7中叠片完成后,转塔机构控制转盘以步骤S3及S4中相同的旋转方向继续旋转90°,使得两真空吸板旋转至与步骤S2中不同的进料真空拉体上,以便吸取反极片;
S9、第四次旋转:步骤S8中真空吸板吸取与步骤S2中不同属性的极片后,以与步骤S3中旋转方向相反,但是旋转角度相同的方式旋转回拍摄位置,进行第三次CCD拍摄;
S10、第五次旋转:步骤S9中第三次CCD拍摄完成后,真空吸板旋转回叠片平台处;
S11、第四次CCD拍摄:叠片机的CCD机构对叠片平台进行第四次CCD拍摄,从对角位置进行拍摄定位;
S12、校正及第二次叠片:步骤S11第四次CCD拍摄完成后,工控机根据第三次和第四次拍摄信息进行视觉分析,控制叠片平台进行位置和角度校正,步骤S10中的真空吸板将与步骤S7属性相反的极片叠放。
优选地,所述的步骤S2至步骤S7的叠片耗时为8n,其中,步骤S2真空吸板取料后上升耗时n,步骤S3及步骤S4的转盘二次旋转耗时为4n,步骤S7叠片时真空吸板下降耗时为n,叠片完成后叠片耗时2n。
本发明的有益效果在于:
本发明针对现有技术存在的缺陷和不足自主研发设计了一种通过在一个旋转周期内来回、分段、循环旋转运动依次完成取料、检测、去不良品、叠片等工艺动作,在前后半个旋转周期内分别取出属性不同的极片,并将不同属性极片依次交替叠放于叠片机构上,且利用圆周状转塔结构,完成在同一个旋转周期内同时实现双叠片机构上的依次交替叠合,极大地提升了叠片效率;叠片机构采用双叠片平台结构,通过直线推送的同时实现叠片平台的升降运动,实现平台更换不间断叠片,同时,通过与转盘旋转同步动作的沿对角位置设置的两组压极片组件依次交替压极片,实现对极片不间断地压紧,有效避免极片发生位移偏差的双平台循环分段式转塔叠片装置及其叠片工艺。
本发明为申请人自主研发的自动叠片机的关键核心部分,通过本发明的研发设计,提供了一种前所未有的叠片取放料工艺。整体地,本发明的转塔装置设置在自动叠片机的两条进料真空拉体之间,两条进料真空拉体上分别将上一工序切割形成的不同属性的极片间隔直线导出;本发明的转塔装置两侧分别设有两个叠片机构;本发明转塔机构取送叠片的路径可整体沿转盘的左右中心线分割为两部分,其中,位于左侧的180°旋转角度空间及两真空吸板满足转塔左侧的叠片机构叠片,位于右侧的180°旋转角度空间及两真空吸板满足转塔右侧的叠片机构叠片;在左侧的或右侧的其中一个180°旋转角度空间内,真空吸板以垂直于两进料真空拉体的位置为起始位置,转盘顺时针旋转90°时,前侧的真空吸板将前侧的进料真空拉体上的极片吸取,并旋转至叠片机构上方,将极片叠放至左侧的叠片机构上,同时相邻的真空吸板从叠片机构处旋转至后侧进料拉体上方,并从后侧进料拉体上取出不同属性的极片;转盘反向旋转90°时,此时前侧的真空吸板空转回前侧进料拉体处,相邻的真空吸板带着不同属性的极片移回至叠片机构上方,并将不同属性的极片叠放至上一片已经叠好的极片上;如此反复循环,本发明以转塔左右两侧的半圆内的真空吸板旋转90°完成一片极片的叠放,来回一次,总计旋转角度180°为一个旋转周期,完成属性相反的两片极片的依次交替叠放;同时,左侧或右侧的两真空吸板工作步骤相同,即转盘旋转90°即可分别在两叠片平台上完成两片极片的叠放;该种转塔式叠片取、送及叠料工艺方式极大地缩短了叠片耗时;具体地,本发明转塔在半圆的旋转范围内,旋转90°即一个叠片平台上叠一片极片所消耗的时间为0.6s,包括取料上升耗时0.075s,旋转耗时0.3s,转塔下降叠片耗时0.075s,叠片耗时0.15s,在该0.6s内时间内,本发明同时实现了两叠片机构上一片极片的叠放,因此,本发明的叠片效率为0.3s/pin,相比于传统叠片机构的叠片速度1.5-2/pin得到了大幅度地提升,对于电芯整线的自动化产线产能提升具有不可替代的作用。
另外,本发明针对电芯极片叠片工艺进行独创性研发设计,叠片机构采用双叠片平台结构设计,以便通过叠片平台的切换更替保证叠片机的转塔机构不间断地取料,避免了叠片停顿情况;具体地,本发明在第三支座的两侧分别竖直设有导向支撑板,导向支撑板的内侧壁上设有条状结构的导向槽,导向槽的中部高两侧低,中部高位处作为叠片工作位,两侧低位处为取料工作位;本发明两叠片平台两侧设置的导向辊轮分别伸入导向槽内,经导向槽支撑叠片平台,且导向辊轮可在导向槽内自由滑动;同时,叠片平台下部连接的导向支杆沿竖直方向可滑动地插设在第三支座内,第三支座在直线模组驱动下直线移动时,通过导向支杆带动叠片平台直线移动,以便切换叠片平台,同时,叠片平台移动时,导向辊轮在导向槽内滑动,导向槽对导向辊轮的作用力推动叠片平台沿竖直方向升降运动,通过导向支杆导向限位;通过该种结构设计,即实现了双叠片平台的自动切换,以保证叠片不间断,同时叠片平台在直线切换的过程中,沿着导向槽方向同步的升降运动,以使叠片平台在移动至低位处,使叠片平台位于进料真空拉体的下方,便于下料机械手夹取叠好的极片,避免了进料真空拉体干涉下料机械手运动的情况。
本发明针对叠片过程中压极片的工艺要求进行独创性的研发,通过两组沿叠片台对角位置设置的压极片组件,实现了叠放极片的同时协同联动地压极片,且两组压极片组件依次交替压紧或松开极片,使得叠片平台上叠放的极片上始终保持有一组压极片组件压紧,该种结构工艺设计,有效地实现了极片叠放过程中不间断地压极片,可避免极片位置发生偏移,导致上下极片出现不对齐情况,且压极片与叠片同步协同动作,压极片动作无需占用另外的时间,有效地减少了压极片时间消耗,提升叠片效率;具体地,本发明包括二根第三传动轴,两第三传动轴上分别间隔设置有两凸轮,同一根第三传动轴上两凸轮的凸起方向相反设置,且位于对角位置的两凸轮的凸起方向相同,对角位置的凸轮形成一组;两根第三传动轴同步同向旋转时,一组对角位置设置的凸轮向上顶起,另一组对角位置的凸轮则向下。凸起的凸轮向上顶升顶座,顶座则上顶辊轮,辊轮带动拨板朝叠片台外侧方向旋转运动,拨板的上部抵推设置在滑板外侧壁上的限位柱上,使得限位柱带动位于对角位置的滑板沿着设置于支块侧部的斜轨朝外侧倾斜向上直线滑动,滑板带动支柱运动,使得支柱上部水平设置的压片朝外倾斜向上离开叠片台上的极片;同时,位于另一对角位置的两滑板则通过弹簧的弹力作用向内侧拉动滑板,使得滑板沿着斜轨方向朝内侧倾斜向下移动,从而带动其上连接的压片压紧固定叠放台上的极片;如此,反复交替,随着第三转轴的转动方向与转盘的转动方向同步变换,实现了两组压片依次交替地压紧极片。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图之一。
图2为本发明的立体结构示意图之二。
图3本本发明的平面投影结构示意图。
图4为本发明转塔机构的立体结构示意图之一。
图5为本发明转塔机构的立体结构示意图之二。
图6为本发明转塔机构的立体结构示意图之三。
图7为本发明叠片机构的立体结构示意图之一。
图8为本发明叠片机构的立体结构示意图之二。
图9为本发明叠片机构的立体结构示意图之三。
图10为本发明隐藏单个叠片平台后的立体结构示意图之一。
图11为本发明隐藏单个叠片平台后的立体结构示意图之二。
图12为本发明隐藏两个叠片平台后的立体结构示意图之一。
图13为本发明隐藏两个叠片平台后的立体结构示意图之二。
图14为本发明叠片机构的部件结构示意图之一。
图15为本发明叠片机构的部件结构示意图之二。
图16为本发明叠片机构的部件结构示意图之三。
图17为本发明叠片机构的部件结构示意图之四。
图18为本发明叠片平台的立体结构示意图之一。
图19为本发明叠片平台的立体结构示意图之二。
图20为本发明叠片平台的立体结构示意图之三。
图21为本发明转塔叠片耗时分析示意图。
图22为本发明转塔叠片具体的耗时分析示意图。
图23为本发明的工艺步骤流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步描述:
如图1至图22所示,本发明采取的技术方案如下:一种双平台循环分段式转塔叠片装置,包括转塔机构4及叠片机构3,其中,转塔机构4设置于两进料真空拉体2之间,两进料拉体2沿横向方向直线延伸,并沿纵向方向对称设置于转塔机构4的两侧;转塔机构4上连接的两对称设置的真空吸板垂直于两进料真空拉体2的位置为叠片初始位置;上述叠片机构3包括二个,叠片机构3分别沿横向方向对称地设置于转塔机构3的两侧;转塔机构4沿纵向方向延伸的中心线两侧分别形成两叠片空间,两叠片空间对应的旋转角度为180°;转塔机构4驱动两真空吸板在叠片空间内在一条进料真空拉体2取一种属性的极片后,旋转90°将该种属性的极片放置于叠片机构3上, 真空吸板继续旋转90°至另一进料真空拉体2处取另一种属性的极片后,以反向方向旋转90°将该另一种属性的极片叠放在已叠放的一种属性的极片上,真空吸板继续旋转90°返回叠片初始位置,以便进行下一次不同属性的两极片取送及叠片;上述叠片机构3通过传动组件与转塔机构4联动,转塔机构4旋转叠片的同时,叠片机构3上设置于对角位置的二组压极片组件分别交替不间断地压紧已叠放的极片。
转塔机构4包括转塔动力组件、转盘46、NG板47、极片拍摄板48、真空吸板49及传动组件,其中,上述转塔动力组件设置于两进料真空拉体2之间,转塔动力组件的左右两侧分别设置有叠片机构3;上述转盘46水平连接于转塔动力组件的上部,并经转塔动力组件驱动而旋转运动;上述真空吸板49包括二块,两真空吸板49分别对称连接于转盘46上,并随转盘46旋转运动;上述NG板47包括四块,四块NG板47两两一组分别水平设置于叠片机构3与真空吸板49的初始位置之间;上述极片拍摄板(48)包括四块,四块极片拍摄板48分别水平设置于NG板47与真空吸板49的初始位置之间;转盘46带动两真空吸板49自初始位置依次旋转至极片拍摄板48、NG板47及叠片机构3处,在极片拍摄板48处,CCD机构拍摄定位吸附的极片,检测到的不良品极片放入NG板47上,且CCD机构在叠片机构3处拍摄,将良品极片放置于叠片机构3上;上述传动组件连接于转塔动力组件上,并与两侧的叠片机构3连接,以便将动力传递至叠片机构3内。
传动箱45的上部边沿处连接有至少二个支架412;上述NG板47及光源板48分别水平连接于支架412上;
上述传动组件包括第二传动带410及第三传动带411,其中,上述第二传动带410及第三传动带411的一端分别在第一传动轴44伸出传动箱45另一侧的端部,第二传动带410及第三传动带411的另一端分别连接在传动箱45两侧的叠片机构3上,以便转塔电机41在驱动转盘46旋转叠极片的同时,驱动两叠片机构3的两组压极片组件依次交替的压紧或松开叠放好的极片。
叠片调整组件、平台更换组件、叠片平台30、压极片驱动组件及压极片组件,其中,上述叠片调整组件设置在转塔机构的侧部,叠片调整组件在水平面内调整横向、纵向及角度;上述平台更换组件设置在叠片调整组件上,并经叠片调整组件驱动而整体调整位置和角度;上述叠片平台30包括二个,两叠片平台30可滑动地设置在平台更换组件上,平台更换组件驱动叠片平台30沿直线方向运动的同时,通过限位导向使叠片平台30在升降运动,以便转盘上的真空吸板将极片叠放在运动至高位处的叠片平台30上或下料机械手将叠片完成并运动至低位处的叠片平台30上的极片夹紧取出;上述压极片组件包括二组,压极片组件设置于叠片平台30的侧部,二组压极片组件分别设置于叠片平台30的对角位置,且两组压极片组件分别经压极片驱动组件驱动而依次交替地从对角位置压紧或松开叠片平台30上叠放的极片,以不间断地压极片。
叠片调整组件包括叠片支座31、旋转电机32、第一支座33、第一调整电机34、第一调整传动带35、第二传动轴36、第二支座37、直线模组310及第三支座311,其中,上述叠片支座31水平设置于转盘的侧部;上述旋转电机32设置于叠片支座31的下方,且输出端朝上穿过叠片支座31;上述第一支座33水平连接在旋转电机32的输出端上,并经旋转电机32驱动而旋转运动;上述第二传动轴36沿横向方向可转动地设置在第一支座33上,第二传动轴36的中部为丝杆结构,其上套设有丝杆套;上述第一调整电机34连接在第一支座33的侧部;上述第一调整传动带35的两端分别连接在第二传动轴36及第一调整电机34的输出端上,第一调整电机34驱动第二传动轴36旋转运动,使得其上套设的丝杆套沿横向方向直线运动;上述第二支座37水平连接于丝杆套上,并随丝杆套横向移动;上述直线模组310沿纵向方向设置在第二支座37上;上述第三支座311沿纵向方向可滑动地连接在直线模组310上,并经直线模组310驱动而沿纵向方向直线运动。
平台更换组件包括导向支撑板38及导向槽39及限位导孔312,其中,上述导向支撑板38包括两块,两导向支撑板38沿纵向方向竖直设置于第二支座37的两侧;上述导向槽39包括二条,两导向槽39分别设置于两导向支撑板38的内侧壁上,形成条状凹槽,该条状凹槽中部高,两侧低;
所述的平台更换组件还包括限位导孔312,限位导孔312包括至少二个,限位导孔312竖直开设在第三支座311上,并向下贯通第三支座311;设置于第三支座311上的两叠片平台30沿竖直方向可滑动地插设在限位导孔312内,且叠片平台30侧部设置的导向辊轮304分别伸入两导向槽39内,并在导向槽39内自由滚动;直线模组310驱动第三支座311沿纵向方向直线运动时,导向辊轮304沿着导向槽39滚动,随着导向槽39高度变化,使得叠片平台30在限位导孔312内升降运动。
叠片平台30包括叠片座301、导向支杆302、叠片台303及导向辊轮304,其中,上述叠片座301水平设置在第三支座311的上方;上述导向辊轮304包括二个,导向辊轮304分别连接于叠片座301的两侧,并与叠片座301可转动地连接,两导向辊轮304分别伸入导向槽39内,以便支撑叠片座301;上述导向支杆302包括至少二根,导向支杆302竖直连接在叠片座301的下部,且对应可滑动地插设于限位导孔312内;第三支座311纵向直线运动时,通过导向支杆302带动叠片座301上的导向辊轮304在导向槽39内滚动,随着导向槽39高度变化,导向槽39给导向辊轮304的作用力推动导向支杆302带动叠片座301沿竖直方向升降运动;上述叠片台303水平设置于叠片座301上方,叠片台303与叠片座301之间连接有导杆,导杆沿竖直方向可滑动地插设在叠片座301内,叠片座301的下部设有升降气缸3014,升降气缸3014的输出端朝上穿过叠片座301连接在叠片台303上,以便支撑叠片台303,并驱动叠片台303升降运动。
压极片驱动组件包括第三传动轴313、凸轮314、第四传动带315、第四支座316及顶座317,其中,上述第三传动轴313包括二根,两第三传动轴313沿纵向方向可转动地设置于第一支座33的两侧,其中一根第三传动轴313的一端伸出第一支座33并与转盘的驱动电机的输出端连接,驱动电机驱动第三传动轴313旋转运动;上述第四传动带315连接于两第三传动轴313的另一端,其中一根第三传动轴313旋转时,通过第四传动带315带动另一根第三传动轴313同步旋转运动;上述凸轮314包括四个,四个凸轮314两两一组,分别间隔设置于两第三传动轴313上;同一根第三传动轴313上的两凸轮314的凸起方向相反;四个凸轮314包括沿对角位置设置的两组,一组对角位置设置的两凸轮314的凸起方向相同,同时与另一组对角位置的两凸轮314凸起方向相反;
所述的压极片驱动组件还包括第四支座316及顶座317,其中,上述第四支座316包括二个,两第四支座316分别竖直设置在第一支座33的两侧,第四支座316的内侧壁上竖直设有滑轨;上述顶座317包括二个,四个顶座317两两一组分别可滑动地嵌设在第四支座316内侧壁上的滑轨上,四个顶座317的下部分别延伸至四个凸轮314处,顶座317的上部形成水平的顶升平面,凸轮314旋转时其凸起部上顶顶座317,使顶座317向上顶起。
压极片组件包括滑板305、斜轨306、支块307及限位柱3010,其中,上述支块307包括二个,支块307分别设置于叠片座301的两侧,并向外侧延伸;支块307的两外侧壁上分别设有斜轨306,斜轨306由外而内朝叠片座301方向倾斜向下延伸;上述滑板305竖直设置在支块307的侧部,且可滑动地嵌设在斜轨306上,滑板305的外侧壁上设有限位柱3010;
所述的压极片组件还包括拨板308、辊轮309、弹簧3011、支柱3012及压片3013,其中,上述拨板308设置在滑板305的外侧,拨板308的下端与支块307可转动地连接,拨板308的上端延伸至限位柱3010的侧方;上述辊轮309可转动地连接在拨板308的下部;上述弹簧3011的两端分别连接在叠片座301与限位柱3010上;上述支柱3012竖直设置在滑板305的上部,且延伸至叠片台303的外侧;上述压片3013水平设置在支柱3012上,且位于叠片台303的上方;自然状态下,弹簧3011的拉力拉动限位柱3010带动滑板305沿着斜轨306朝叠片台303方向倾斜向下运动,使得压片3013压紧放置于叠片台303上的极片0;对角位置的凸轮314同时向上顶起顶座317时,两对角位置的顶座317分别向上顶推辊轮309,使两对角位置的辊轮309带动拨板308朝外侧旋转,拨板308的上部通过向外抵推限位柱3010,推动滑板305带动压片3012朝外倾斜向上运动,以便松开极片0;另一组对角位置的压片3012则压紧极片0,如此反复交替,转盘旋转运动取极片0的同时,第三传动轴313同步转盘旋转运动,使叠放极片与压极片同步协同动作。
进一步,本发明的叠片机构3上设有叠片工位a及下料工位b,其中叠片工位a设置于中部,下料工位b设置于叠片工位a的两侧;叠片平台移动至叠片工位处后,真空吸板将极片叠放在叠片平台上,叠片平台上物料叠放完成后,叠片平台移动至下料工位b以便下料。
如图23所示,一种双平台循环分段旋转式转塔叠片装置的叠片工艺,包括以下工艺步骤:
S1、进料:两进料真空拉体分别将切割好的正极片和负极片逐次导出;
S2、取料:转塔机构的转盘下降,使得连接于转盘两侧的真空吸板分别从两进料真空拉体上吸取极片;
S3、第一次旋转:步骤S2中真空吸板取料完成后,转盘控制真空吸板旋转至拍摄位置处,以便CCD机构从四角位置拍摄极片的位置信息;
S4、第二次旋转:步骤S3中CCD拍摄完成后,转盘控制真空吸板旋转至叠片平台处;
S5、第二次CCD拍摄:叠片机的CCD机构对叠片平台进行二次拍摄定位,从对角进行拍摄定位;
S6、校正:步骤S3及步骤S5中CCD拍摄完成后,工控机进行视觉分析,并控制叠片平台进行位置和角度校正;
S7、第一次叠片:步骤S6中叠片平台校正完成后,步骤S4中的真空吸板下降,将极片叠放在叠片平台上;
S8、第三次旋转:步骤S7中叠片完成后,转塔机构控制转盘以步骤S3及S4中相同的旋转方向继续旋转90°,使得两真空吸板旋转至与步骤S2中不同的进料真空拉体上,以便吸取反极片;
S9、第四次旋转:步骤S8中真空吸板吸取与步骤S2中不同属性的极片后,以与步骤S3中旋转方向相反,但是旋转角度相同的方式旋转回拍摄位置,进行第三次CCD拍摄;
S10、第五次旋转:步骤S9中第三次CCD拍摄完成后,真空吸板旋转回叠片平台处;
S11、第四次CCD拍摄:叠片机的CCD机构对叠片平台进行第四次CCD拍摄,从对角位置进行拍摄定位;
S12、校正及第二次叠片:步骤S11第四次CCD拍摄完成后,工控机根据第三次和第四次拍摄信息进行视觉分析,控制叠片平台进行位置和角度校正,步骤S10中的真空吸板将与步骤S7属性相反的极片叠放。
步骤S2至步骤S7的叠片耗时为8n,其中,步骤S2真空吸板取料后上升耗时n,步骤S3及步骤S4的转盘二次旋转耗时为4n,步骤S7叠片时真空吸板下降耗时为n,叠片完成后叠片耗时2n。
进一步,所述的步骤S2至步骤S7的叠片耗时为0.6s,其中,步骤S2真空吸板取料后上升耗时0.75s,步骤S3及步骤S4的转盘二次旋转耗时为0.3s,步骤S7叠片时真空吸板下降耗时为0.75s,叠片完成后叠片耗时0.15s。
进一步,本发明设计了一种通过在一个旋转周期内来回、分段、循环旋转运动依次完成取料、检测、去不良品、叠片等工艺动作,在前后半个旋转周期内分别取出属性不同的极片,并将不同属性极片依次交替叠放于叠片机构上,且利用圆周状转塔结构,完成在同一个旋转周期内同时实现双叠片机构上的依次交替叠合,极大地提升了叠片效率;叠片机构采用双叠片平台结构,通过直线推送的同时实现叠片平台的升降运动,实现平台更换不间断叠片,同时,通过与转盘旋转同步动作的沿对角位置设置的两组压极片组件依次交替压极片,实现对极片不间断地压紧,有效避免极片发生位移偏差的双平台循环分段式转塔叠片装置及其叠片工艺。
本发明为申请人自主研发的自动叠片机的关键核心部分,通过本发明的研发设计,提供了一种前所未有的叠片取放料工艺。整体地,本发明的转塔装置设置在自动叠片机的两条进料真空拉体之间,两条进料真空拉体上分别将上一工序切割形成的不同属性的极片间隔直线导出;本发明的转塔装置两侧分别设有两个叠片机构;本发明转塔机构取送叠片的路径可整体沿转盘的左右中心线分割为两部分,其中,位于左侧的180°旋转角度空间满足转塔左侧的叠片机构叠片,位于右侧的180°旋转角度空间满足转塔右侧的叠片机构叠片;两真空吸板以垂直于两进料真空拉体的位置为起始位置,转盘顺时针旋转90°时,前侧的真空吸板将前侧的进料真空拉体上的极片吸取并叠放至左侧的叠片机构上,后侧的真空吸板同步将后侧进料拉体上的极片取出并叠放至右侧的叠片机构上;转盘继续旋转90°时,此时前侧的真空吸板移动至后侧的进料真空拉体上,并吸取属性与前一极片不同的极片,后侧的真空吸板则一定至前侧的进料真空拉体上,同样的吸取属性与前一极片不同的极片;此时,转盘转变旋转方向,带动真空吸板逆时针旋转90°,前侧的真空吸板叠放不同属性的极片至左侧的叠片机构上,同理,后侧的真空吸板叠放不同属性的极片至右侧的叠片机构上;最后,完成相反属性的正极片和负极片的叠放后,转盘继续逆时针旋转90°回到起始位置,以便进行下一次叠片动作;如此反复循环,本发明以转塔左右两侧的半圆的来回一次,总计旋转角度360°为一个旋转周期,在两个叠片平台上同时完成两片属性相反的极片的叠片动作;该种转塔式叠片取、送及叠料工艺方式极大地缩短了叠片耗时;具体地,本发明转塔在半圆的旋转范围内,旋转180°(即一个叠片平台上叠一片极片)所消耗的时间为0.6s,包括取料上升耗时0.075s,旋转耗时0.3s,转塔下降叠片耗时0.075s,转塔空转耗时0.15s,在该0.6s内时间内,本发明同时实现了两叠片机构上一片极片的叠放,因此,本发明的叠片效率为0.3s/pin,相比于传统叠片机构的叠片速度(1.5-2/pin)得到了大幅度地提升,对于电芯整线的自动化产线产能提升具有不可替代的作用。
另外,本发明针对电芯极片叠片工艺进行独创性研发设计,叠片机构采用双叠片平台结构设计,以便通过叠片平台的切换更替保证叠片机的转塔机构不间断地取料,避免了叠片停顿情况;具体地,本发明在第三支座的两侧分别竖直设有导向支撑板,导向支撑板的内侧壁上设有条状结构的导向槽,导向槽的中部高两侧低,中部高位处作为叠片工作位,两侧低位处为取料工作位;本发明两叠片平台两侧设置的导向辊轮分别伸入导向槽内,经导向槽支撑叠片平台,且导向辊轮可在导向槽内自由滑动;同时,叠片平台下部连接的导向支杆沿竖直方向可滑动地插设在第三支座内,第三支座在直线模组驱动下直线移动时,通过导向支杆带动叠片平台直线移动,以便切换叠片平台,同时,叠片平台移动时,导向辊轮在导向槽内滑动,导向槽对导向辊轮的作用力推动叠片平台沿竖直方向升降运动,通过导向支杆导向限位;通过该种结构设计,即实现了双叠片平台的自动切换,以保证叠片不间断,同时叠片平台在直线切换的过程中,沿着导向槽方向同步的升降运动,以使叠片平台在移动至低位处,使叠片平台位于进料真空拉体的下方,便于下料机械手夹取叠好的极片,避免了进料真空拉体干涉下料机械手运动的情况。本发明针对叠片过程中压极片的工艺要求进行独创性的研发,通过两组沿叠片台对角位置设置的压极片组件,实现了叠放极片的同时协同联动地压极片,且两组压极片组件依次交替压紧或松开极片,使得叠片平台上叠放的极片上始终保持有一组压极片组件压紧,该种结构工艺设计,有效地实现了极片叠放过程中不间断地压极片,可避免极片位置发生偏移,导致上下极片出现不对齐情况,且压极片与叠片同步协同动作,压极片动作无需占用另外的时间,有效地减少了压极片时间消耗,提升叠片效率;具体地,本发明包括二根第三传动轴,两第三传动轴上分别间隔设置有两凸轮,同一根第三传动轴上两凸轮的凸起方向相反设置,且位于对角位置的两凸轮的凸起方向相同,对角位置的凸轮形成一组;两根第三传动轴同步同向旋转时,一组对角位置设置的凸轮向上顶起,另一组对角位置的凸轮则向下。凸起的凸轮向上顶升顶座,顶座则上顶辊轮,辊轮带动拨板朝叠片台外侧方向旋转运动,拨板的上部抵推设置在滑板外侧壁上的限位柱上,使得限位柱带动位于对角位置的滑板沿着设置于支块侧部的斜轨朝外侧倾斜向上直线滑动,滑板带动支柱运动,使得支柱上部水平设置的压片朝外倾斜向上离开叠片台上的极片;同时,位于另一对角位置的两滑板则通过弹簧的弹力作用向内侧拉动滑板,使得滑板沿着斜轨方向朝内侧倾斜向下移动,从而带动其上连接的压片压紧固定叠放台上的极片;如此,反复交替,随着第三转轴的转动方向与转盘的转动方向同步变换,实现了两组压片依次交替地压紧极片。
本发明的实施例只是介绍其具体实施方式,不在于限制其保护范围。本行业的技术人员在本实施例的启发下可以作出某些修改,故凡依照本发明专利范围所做的等效变化或修饰,均属于本发明专利权利要求范围内。