CN113182703A - 一种降低锂电池卷绕机放卷剩余报废量的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低锂电池卷绕机放卷剩余报废量的装置及方法，属于锂电池技术领域，包括利用视觉检测装置识别极耳成型机换卷上料所接胶带，检测到后发送信号给极耳成型机PLC，PCL利用编码器对极片行驶距离进行识别，当行使距离达到设定距离后，利用移动式打标装置在极片不同位置进行打标，最后通过极耳成型机下料位置检测感应器感应标签确定出激光切下料最佳位置与卷绕机下料检测感应器感应标纸确定卷绕机下料最佳位置。利用此方法和装置，能够将卷绕放卷剩余极片为极耳成型机上料贴胶所损坏的极片，从而使锂电池卷绕机放卷剩余的报废大幅降低，理论上实现“零”报废。

Description

一种降低锂电池卷绕机放卷剩余报废量的装置及方法

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，特别涉及一种降低锂电池卷绕机放卷剩余报废量的装置及方法。

背景技术

锂电池具有能量高、电压稳定、循环寿命长、安全环保等优点，已被广泛应用到汽车、储能、电动工具等行业。经统计新能源汽车中锂电池价格占比较大，而产线报废率高是锂电池价格昂贵的原因之一。在锂电池生产的所有工序中，卷绕工序报废量最大，而卷绕报废种类中放卷剩余量报废占比较多，降低此类报废最理想的方式是卷绕放卷剩余极片为极耳成型机上料贴胶所损坏的极片。想要实现此方式，就要精确控制极耳成型机下料位置以及卷绕机的下料位置，而现有极耳成型机以及卷绕机都是生产员工通过自身主观识别来进行下料，精确控制下料位置实现难度较大。

发明内容

本发明的目的在于克服上述背景技术中的不足，以减少卷绕机放卷剩余报废量。

为实现以上目的，一方面，采用一种降低锂电池卷绕机放卷剩余报废量的装置，包括分别与工控机连接的视觉检测装置、编码器、打标装置和感应器，视觉检测装置用于识别极耳成型机换卷上料时所用胶带以及胶带所在极片尾部Mark孔，编码器用于记录视觉检测装置识别出极片尾部Mark孔后极片的走带距离，打标装置用于在极片走带距离到达设定距离后在极片对应位置打上标签，感应器用于感应标签以确定激光切下料位置和卷绕机下料位置。

进一步地，所述视觉检测装置包括上图像采样装置和下图像采样装置，且上图像采集装置和下图像采样装置错位布置；上图像采样装置包括相机一和光源一，下图像采样装置包括相机二和光源二；相机一和相机二均对准所述极片经过扫描辊的位置处安装，光源一和光源二均为可覆盖所述极片宽度的光源；所述相机一、相机二、光源一和光源二均设置有用于调整自身方位的调节开关。

进一步地，所述编码器的橡胶滚轮与编码器测速辊接触安装.

进一步地，所述打标装置包括打标机和移动机构，移动机构包括移动伺服电机、安装板、丝杠罩、丝杠以及支架，所述打标机通过支架安装在丝杠上，丝杠位于丝杠罩内，丝杠罩和伺服电机安装在安装板上，伺服电机控制丝杠运动以带动打标机移动；

打标机包括放料气胀轴、放料过辊一、摆动支架、压辊、过板、导向板、放料过辊二、收料过辊一、收料过辊二、收料气胀轴以及大阪主体；标纸卷安装在放料气胀轴上，放料气胀轴胀紧，依次按照放料过辊一、放料过辊二、过板的顺序进行穿接，出标位于过板底部，出标后的标纸依次按照收料过辊一、收料过辊二、收料气胀轴的顺序进行穿接；

过板安装在大阪主体上，大阪主体上部安装有导向板，导向板与过板之间存在一定间隙；放料过辊二上安装有摆动支架，摆动支架下方安装有压辊，摆动支架带动压辊上下移动，以使压辊将标纸上的标签打在所述极片对应位置上。

进一步地，所述导向板上设有孔洞，孔洞上方设有光标感应器；在所述大阪主体上安装有用于压紧所述标纸的压紧气缸；所述放料过辊一、放料过辊二、收料过辊一、收料过辊一结构均为上下宽、中间窄的结构。

进一步地，所述感应器包括感应器一、感应器二和感应器三，感应器一和感应器二安装在卷绕机上，感应器二安装在激光切上，感应器一、感应器二以及感应器三分别用于识别第一位置的标签、第二位置的标签和第三位置的标签，第一位置为所述极片出现瑕疵的位置，第二位置为所述视觉检测装置识别出所述胶带尾部Mark孔后所述极片前进L1距离后的位置，第三位置为所述视觉检测装置识别出所述胶带尾部Mark孔后所述极片前进L2距离后的位置；两个Mark孔之间为一个极片，Mark孔为前一个极片结束点和后一个极片开始点。

进一步地，所述L1＝L-X-A，所述L2＝L1+C+B，其中，X为设卷绕机放卷根部到接带平台距离，L为扫描辊到所述打标装置距离，C为卷绕机上料卷筒周长，A和B取值均为0-0.2m。

另一方面，采用一种降低锂电池卷绕机放卷剩余报废量的方法，包括：

对极耳成型机换卷上料所接胶带以及胶带所在尾部MARK孔进行检测识别；

在识别出胶带所在尾部MARK孔后，对极片走带距离L1和L2所分别到达的第二位置和第三位置进行打标处理；

识别出第二位置的标记后，控制激光切停止下料；

识别出第三位置的标记后，控制卷绕机停止下料。

进一步地，还包括：

对所述极片的瑕疵进行检测，并将瑕疵位置作为第一位置打上标记；

识别出第一位置的标记后，控制卷绕机进行单卷。

进一步地，所述L1＝L-X-A，所述L2＝L1+C+B，其中，X为设卷绕机放卷根部到接带平台距离，L为扫描辊到所述打标装置距离，C为卷绕机上料卷筒周长，A和B取值均为0-0.2m。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：通过移动式打标装置能够对极片不同位置进行打标，不同位置感应器能够识别不同位置标签，通过感应器能够精准的控制激光切下料位置，避免在卷绕接带平台处将正常极片裁切，提高产线合格率，以及能够精确控制卷绕下料位置，最大程度减少卷绕放卷剩余量、减少卷绕固有报废。

附图说明

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：

图1是极耳成型机结构示意图；

图2是极耳成型机换卷上料时极片展示示意图；

图3是Mark孔在卷绕接带平台对比示意图；

图4是打标装置结构示意图；

图5是一种降低锂电池卷绕机放卷剩余报废量的方法的流程图。

图中：

1.放卷轴；2.过辊；3.极片；31.极片辅料区；32.极耳；33.激光切换料所用胶带；34.Mark孔；4.激光器；5.编码器测速辊；6.编码器；7.光源；8.扫描辊；9.CCD相机；10.可移动打标机；101移动伺服电机；102安装板；03丝杠罩；104丝杠；105支架；106放料气胀轴；107放料过辊一；108摆动支架；109光标感应器；1010压辊；1011过板；1012导向板；1013放料过辊二；1014压紧气缸；1015收料过辊一；1016收料过辊二；1017收料气胀轴；1018大阪主体；11.分切刀；12.极耳成型机下料光标感应器；13.收卷轴；14.卷绕放卷轴；15.卷绕下料光标感应器；16.卷绕接带平台。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施方式的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施方式，并不用于限制本发明实施方式。

在本发明实施方式中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。

另外，若本发明实施方式中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如图1至图4所示，本实施例公开了一种降低锂电池卷绕机放卷剩余报废量的装置，包括：包括分别与工控机连接的视觉检测装置、编码器6、移动打标装置10、极耳成型机感应器12和卷绕下料感应器15；其中，视觉检测装置安装在激光切上，编码器6安装在视觉检测装置附近位置以确保行使距离的准确性，移动打标装置10安装在视觉检测装置后，能够实现先检测后打标，极耳成型机感应器12安装在激光切收卷轴与前辊中间，卷绕下料感应器15安装在卷绕机放卷轴与后辊中间；视觉检测装置用于识别极耳成型机换卷上料时所用胶带以及胶带所在极片尾部Mark孔，编码器用于记录视觉检测装置识别出极片尾部Mark孔后极片的走带距离，打标装置用于在极片走带距离到达设定距离后在极片对应位置打上标签，感应器用于感应标签以确定激光切下料位置和卷绕机下料位置。

需要说明的是，所述极耳成型机为锂电池生产过程中利用激光切割来制作电池极耳的设备，并简称激光切；卷绕机是将正负极片和隔膜进行卷绕成为卷芯的设备；放卷剩余报废量为卷绕机换料时极卷根部剩余的极片和由于上料接带所损坏的极片。本装置应用在锂电池极耳成型机上，如图1所示，极耳成型机包括放卷轴1、过棍2、极片3、激光镜头4、编码器测试辊5、编码器6、光源7、扫描辊8、瑕疵检测CCD镜头9、可移动打标机10、分切刀11、激光切下料感应器12以及收卷轴13；如图2所示，极耳成型机上料接带后正负极极片3包括极片主体31、极耳32、Mark孔34，换料后人工所接胶带33，正常极片不包括胶带。

如图1所示，电池极片主体31经过上料接带后，从前向后在导辊的作用下进入视觉检测装置，当视觉检测装置识别到极片胶带33后，再对胶带后的Mark孔34进行识别、记录，此Mark孔34为编码器6记录极片长度的起始点，在检测到后发送信号给极耳成型机的PLC，PCL利用编码器对极片前进距离进行识别，当行使距离达到设定距离后，利用移动式打标装置在极片不同位置进行打标，最后通过极耳成型机下料位置检测感应器感应标签确定出激光切下料最佳位置与卷绕机下料检测感应器感应标纸确定卷绕机下料最佳位置。

本方案中所需视觉检测装置、编码器等硬件为极耳切割机自带，利本装置能够将锂电池卷绕机放卷剩余的报废大幅降低，理论上实现“零”报废。

作为进一步优选的技术方案，所述视觉检测装置包括上图像采样装置和下图像采样装置，且上图像采集装置和下图像采样装置错位布置，防止上下光源相互影响，产生误判；上图像采样装置包括相机一和光源一，下图像采样装置包括相机二和光源二；相机一和相机二均对准所述极片经过扫描辊的位置处安装，光源一和光源二均为可覆盖所述极片宽度的椭圆形光源。

作为进一步优选的技术方案，所述相机一、相机二、光源一和光源二均设置有用于调整自身方位的调节开关，以用于保证图像采集效果。

需要说明的是，相机一、相机二均为CCD相机，不仅能够识别出极片中的漏箔、划痕等缺陷，并精准的识别出激光切上料所用胶带33和Mark孔位34。

作为进一步优选的技术方案，所述编码器6的橡胶滚轮与编码器测速辊5接触安装，用于监测电池极片31的速度，从而计算出极片行驶距离。

作为进一步优选的技术方案，如图4所示，所述打标装置10包括打标机和移动机构，移动机构包括移动伺服电机101、安装板102、丝杠罩103、丝杠104以及支架105，所述打标机通过支架105安装在丝杠104上，丝杠104位于丝杠罩103内，丝杠罩103和伺服电机101安装在安装板102上，伺服电机101控制丝杠104运动以带动打标机移动；

打标机包括放料气胀轴106、放料过辊一107、摆动支架108、压辊1010、过板1012、导向板1011、放料过辊二1013、收料过辊一1015、收料过辊二1016、收料气胀轴1017以及大阪主体1018；标纸卷安装在放料气胀轴106上，放料气胀轴106胀紧，依次按照放料过辊一107、放料过辊二1013、过板1012的顺序进行穿接，出标位于过板1012底部，出标后的标纸依次按照收料过辊一1015、收料过辊二1016、收料气胀轴1017的顺序进行穿接，对出标后的标纸进行回收；

过板1012安装在大阪主体1018上，大阪主体1018上部安装有导向板1011，导向板1011与过板1012之间存在一定间隙；放料过辊二1013上安装有摆动支架108，摆动支架108下方安装有压辊1010，放料过辊二1013上安装有摆动支架108，摆动支架108下方安装有压辊1010，可移动打标机收到打标信后后，通过移动装置移动到指定位置，然后通过控制摆动支架108带动压辊1010向下移动，压辊1010将标纸上的标签压紧在极片上完成出标，出标完成后摆动支架108将压辊1010抬起。

需要说明的是，过板1012与导向板1011之间的间隙在0.5mm-1mm之间，其作用对标纸进行导向，并防止标纸脱离过板1012。

作为进一步优选的技术方案，所述导向板1011上设有孔洞，孔洞上方设有光标感应器，防止标纸上某一位置无标签的情况，当光标感应器109检测到无标签时，打标机执行打标动作，直到光标感应器109检测到标签。

作为进一步优选的技术方案，在所述大阪主体1018上安装有用于压紧所述标纸的压紧气缸1014，当打标机构移动时气缸压紧标纸，防止标纸前后位置出现偏差。

作为进一步优选的技术方案，所述放料过辊一107、放料过辊二1013、收料过辊一1015、收料过辊一1015结构均为上下宽、中间窄的结构，标纸接带时穿在中间窄的位置上，而上下宽防止了标纸在出标签移动过程中，发生左右偏移的问题。

作为进一步优选的技术方案，所述感应器包括感应器一、感应器二和感应器三，感应器一和感应器二安装在卷绕机上，感应器二安装在激光切上，感应器一、感应器二以及感应器三分别用于识别第一位置的标签、第二位置的标签和第三位置的标签，第一位置为所述极片出现瑕疵的位置，第二位置为所述视觉检测装置识别出所述胶带尾部Mark孔后所述极片前进L1距离后的位置，第三位置为所述视觉检测装置识别出所述胶带尾部Mark孔后所述极片前进L2距离后的位置；两个Mark孔之间为一个极片，Mark孔为前一个极片结束点和后一个极片开始点。

极片打标的三个位置在极片宽度上的位置不同，相同位置感应器只能识别相同位置标签，感应器一识别到第一打标位置标签后，卷绕机进行单卷，扔掉异常极片，感应器二识别到第二位置标签后，激光切停机，人工下料，感应器三识别到第三位置标签后，卷绕机停机下料。

需要说明的是，相机将拍摄到的照片信息传递给工控机，工控机对颗粒、划痕、气泡等瑕疵、激光切上料所用胶带以及胶带后边第一个Mark孔进行识别，编码器将检测的速度信号传递给工控机，工控机将速度换算成距离信号，当换算后的距离分别达到设定距离后，可移动打标机在第一位置(瑕疵检测位置)，第二位置(激光切下料位置)，第三位置(卷绕机下料位置)进行打标。

作为进一步优选的技术方案，打标机的出标速度能够适应极耳成型机的无极变化，打标精度满足±5mm，可移动打标机所用标签尺寸在10*10mm，厚度0.2mm，颜色可以为黄色或蓝色。

其中，所述感应器二为极耳成型机下料感应器12以及感应器三为卷绕下料感应器15，其位置分别对应可移动打标机的第二位置和第三位置，可以是四个光标感应器109组成的10*10mm的正方形区域，提高检测精度；当感应器识别到标纸后，能快速将信号传送给工控机，工控机发出设备停机信号，要求从光标感应到信号到设备停机，极片行使距离不超过1mm。

需要说明的是，极耳成型机下料感应器位置尽量靠近下料极卷，卷绕机下料感应器位置尽量靠近卷绕上料极卷。

在本实施例中，所用物料为经过辊压机成型后的极片，当极耳成型机更换物料时采用胶带接带的方式，视觉检测系统对胶带进行识别，当识别到此胶带后，记录此胶带后第一个Mark位置，识别到Mark孔后，编码器计算出行驶距离，当达到设定距离后，可移动打标机进行打标，然后通过光标感应器识别到标纸，设备停机，人工进行下料，从而达到卷绕机放卷剩余极片利用激光切上料贴胶带的异常极片，不会损坏任何一个好极片。

作为进一步优选的技术方案，所述L1＝L-X-A，所述L2＝L1+C+B，其中，X为设卷绕机放卷根部到接带平台距离，L为扫描辊到所述打标装置距离，C为卷绕机上料卷筒周长，A取值为0-0.2m，此值可通过验证激光切下料光标感应器与设备PLC联动精度来确定，B取值为0-0.2m，此值可通过验证卷绕下料光标感应器与设备PLC联动精度来确定。

如图3所示，所述长度L1的计算过程：放卷轴到接带平台16的极片31为卷绕机放卷剩余报废极片，要减少此项剩余报废，需要满足以下两个要求1.卷绕机放卷轴到接带平台上极片为带激光切上料胶带的极片；2.包含激光切下料胶带的此段极片右侧Mark孔在接带平台16的后边。根据上述两个条件，L1的计算公式为：L1＝L-X-A，其中X为卷绕机放卷根部到接带平台距离，为固定值；L为扫描辊到打标机距离，为固定值；A为0-0.2m，此值可通过激光切下料光标感应器与设备PLC联动精度来确定。

所述长度L2的计算过程：为减少卷绕剩余报废极片，需满足以下要求：保证极片不脱离卷筒的情况下，卷筒上剩余最少极片。根据此条件，L2的计算公式为：L2＝L1+C+B，其中C为卷绕机上料卷筒周长为C，B为0-0.2m，此值可通过卷绕下料光标感应器与设备PLC联动精度来确定。

作为进一步优选的技术方案，为确保三个感应器能准确的将不同用途的标签识别，可移动打标机的打出标签的第一位置、第二位置和第三位置为极片宽度方向上的三个不同位置，所述第二位置确保不与第一位置宽度上存在重合；所述第三位置确保不与第一位置、第二位置在宽度上存在重合。

如图5所示，本实施例公开了一种降低锂电池卷绕机放卷剩余报废量的方法，包括如下步骤：

对极耳成型机换卷上料所接胶带以及胶带所在尾部MARK孔进行检测识别；

在识别出胶带所在尾部MARK孔后，对极片走带距离L1和L2所分别到达的第二位置和第三位置进行打标处理；

识别出第二位置的标记后，控制激光切停止下料；

识别出第三位置的标记后，控制卷绕机停止下料。

作为进一步优选的技术方案，还包括：

对所述极片的瑕疵进行检测，并将瑕疵位置作为第一位置打上标记；

识别出第一位置的标记后，控制卷绕机进行单卷。

作为进一步优选的技术方案，所述L1＝L-X-A，所述L2＝L1+C+B，其中，X为设卷绕机放卷根部到接带平台距离，L为扫描辊到所述打标装置距离，C为卷绕机上料卷筒周长，A取值为0-0.2m，此值可通过验证激光切下料光标感应器与设备PLC联动精度来确定，B取值为0-0.2m，此值可通过验证卷绕下料光标感应器与设备PLC联动精度来确定。

但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。

Claims (10)

1.一种降低锂电池卷绕机放卷剩余报废量的装置，其特征在于，包括分别与工控机连接的视觉检测装置、编码器、打标装置和感应器，视觉检测装置用于识别极耳成型机换卷上料时所用胶带以及胶带所在极片尾部Mark孔，编码器用于记录视觉检测装置识别出极片尾部Mark孔后极片的走带距离，打标装置用于在极片走带距离到达设定距离后在极片对应位置打上标签，感应器用于感应标签以确定激光切下料位置和卷绕机下料位置。

2.如权利要求1所述的降低锂电池卷绕机放卷剩余报废量的装置，其特征在于，所述视觉检测装置包括上图像采样装置和下图像采样装置，且上图像采集装置和下图像采样装置错位布置；上图像采样装置包括相机一和光源一，下图像采样装置包括相机二和光源二；相机一和相机二均对准所述极片经过扫描辊的位置处安装，光源一和光源二均为可覆盖所述极片宽度的光源；所述相机一、相机二、光源一和光源二均设置有用于调整自身方位的调节开关。

3.如权利要求1所述的降低锂电池卷绕机放卷剩余报废量的装置，其特征在于，所述编码器的橡胶滚轮与编码器测速辊接触安装。

4.如权利要求1所述的降低锂电池卷绕机放卷剩余报废量的装置，其特征在于，所述打标装置包括打标机和移动机构，移动机构包括移动伺服电机、安装板、丝杠罩、丝杠以及支架，所述打标机通过支架安装在丝杠上，丝杠位于丝杠罩内，丝杠罩和伺服电机安装在安装板上，伺服电机控制丝杠运动以带动打标机移动；

打标机包括放料气胀轴、放料过辊一、摆动支架、压辊、过板、导向板、放料过辊二、收料过辊一、收料过辊二、收料气胀轴以及大阪主体；标纸卷安装在放料气胀轴上，放料气胀轴胀紧，依次按照放料过辊一、放料过辊二、过板的顺序进行穿接，出标位于过板底部，出标后的标纸依次按照收料过辊一、收料过辊二、收料气胀轴的顺序进行穿接；

过板安装在大阪主体上，大阪主体上部安装有导向板，导向板与过板之间存在一定间隙；放料过辊二上安装有摆动支架，摆动支架下方安装有压辊，摆动支架带动压辊上下移动，以使压辊将标纸上的标签打在所述极片对应位置上。

5.如权利要求4所述的降低锂电池卷绕机放卷剩余报废量的装置，其特征在于，所述导向板上设有孔洞，孔洞上方设有光标感应器；在所述大阪主体上安装有用于压紧所述标纸的压紧气缸；所述放料过辊一、放料过辊二、收料过辊一、收料过辊一结构均为上下宽、中间窄的结构。

6.如权利要求1所述的降低锂电池卷绕机放卷剩余报废量的装置，其特征在于，所述感应器包括感应器一、感应器二和感应器三，感应器一和感应器三安装在卷绕机上，感应器二安装在激光切上，感应器一、感应器二以及感应器三分别用于识别第一位置的标签、第二位置的标签和第三位置的标签，第一位置为所述极片出现瑕疵的位置，第二位置为所述视觉检测装置识别出所述胶带尾部Mark孔后所述极片前进L1距离后的位置，第三位置为所述视觉检测装置识别出所述胶带尾部Mark孔后所述极片前进L2距离后的位置；两个Mark孔之间为一个极片，Mark孔为前一个极片结束点和后一个极片开始点。

7.如权利要求6所述的降低锂电池卷绕机放卷剩余报废量的装置，其特征在于，所述L1＝L-X-A，所述L2＝L1+C+B，其中，X为设卷绕机放卷根部到接带平台距离，L为扫描辊到所述打标装置距离，C为卷绕机上料卷筒周长，A和B取值均为0-0.2m。

8.一种降低锂电池卷绕机放卷剩余报废量的方法，其特征在于，包括：

对极耳成型机换卷上料所接胶带以及胶带所在尾部MARK孔进行检测识别；

在识别出胶带所在尾部MARK孔后，对极片走带距离L1和L2所分别到达的第二位置和第三位置进行打标处理；

识别出第二位置的标记后，控制激光切停止下料；

识别出第三位置的标记后，控制卷绕机停止下料。

9.如权利要求8所述的降低锂电池卷绕机放卷剩余报废量的方法，其特征在于，还包括：

对所述极片的瑕疵进行检测，并将瑕疵位置作为第一位置打上标记；

识别出第一位置的标记后，控制卷绕机进行单卷。

10.如权利要求8所述的降低锂电池卷绕机放卷剩余报废量的方法，其特征在于，所述L1＝L-X-A，所述L2＝L1+C+B，其中，X为设卷绕机放卷根部到接带平台距离，L为扫描辊到所述打标装置距离，C为卷绕机上料卷筒周长，A和B取值均为0-0.2m。

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