CN113857557A - 铝壳电池全自动切割机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种铝壳电池全自动切割机，包括：入料输送部件，以及位于入料输送部件末端的双工位移载机械手；双工位移载机械手、双刀轴伺服升降切割机构、侧切升降平移切割机构和壳芯分离下线机构成口字形放置，双工位旋转伺服机械手位于口字形中心部位；其中，双工位移载机械手和壳芯分离下线机构相对于双工位旋转伺服机械手对称放置，双刀轴伺服升降切割机构和侧切升降平移切割机构相对于双工位旋转伺服机械手对称放置。本发明优化了铝壳电池全自动切割机的结构，使得结构更紧凑。

Description

铝壳电池全自动切割机

技术领域

本发明涉及一种电池技术，尤其涉及电池的切割机。

背景技术

电池的应用已日渐普及，逐步从小型的家电设备、电子设备、扩展到了大型的电动机车。尤其，近年来，新能源汽车的崛起带动了电池技术的发展，其中，电池中的锂电池因具有供电稳定、续行力佳、使用寿命长等诸多优点，已被广泛应用。

但是，电池在经过长时间的使用之后，可能因为蓄电效能降低、或材料老化等原因，需要替换或报废。由此产生的废旧电池，如不进行再生利用，将对环境造成很大的影响。现阶段，不同材料体系的废旧电池的再生处理办法也不同，比如，三元体系废旧锂电池通过破碎、分选，得到正、负极混合粉，用于提取材料中的贵金属，从而实现回收；但是，铁锂电池中含有的贵金属少，采用正、负极混合粉的方法回收效率低，提高了湿法的萃取成本，经济价值很低，必须通过精细化拆解使正、负极分离，使所有材料有效地资源化。

因此，在回收铁锂类废旧电池时，首先需要将其切割，把内部的卷芯分离出来。现有的切割机效率不高，产品兼容性差，切割过程中会产生大量的粉尘，且废旧电池中的电解液不仅会影响切割机的正常运行，也会污染环境。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种全自动、智能化、柔性化地切割方型动力废旧锂电池的装备，不仅效率提高，还可兼容各种形状的电池，且防止切割过程中的粉尘等对环境以及操作人员的影响。

本发明提供一种铝壳电池全自动切割机，包括：入料输送部件，以及位于入料输送部件末端的双工位移载机械手；双工位移载机械手、双刀轴伺服升降切割机构、侧切升降平移切割机构和壳芯分离下线机构成口字形放置，双工位旋转伺服机械手位于口字形中心部位；其中，双工位移载机械手和壳芯分离下线机构相对于双工位旋转伺服机械手对称放置，双刀轴伺服升降切割机构和侧切升降平移切割机构相对于双工位旋转伺服机械手对称放置。

本发明优化了铝壳电池全自动切割机的结构，使得结构更紧凑。

进一步的，入料输送部件包括输送带、阻挡定位机构、和位于阻挡机构一侧的定位气缸。

进一步的，入料输送部件还包括一顶升机构，安装于所述输送带中间。

定位气缸把废旧电池推到阻挡机构处，实现废旧电池定位，便于双工位移载机械手实现精准抓取。

进一步的，双工位旋转伺服机械手还包括伺服夹爪和旋转气缸，在旋转气缸的驱动下，伺服夹爪抓取废旧电池后，在切割工位和侧切工位之间转换位置，从而提高效率，伺服夹爪的伺服电机使用力矩模式控制，可以自动适应各种宽度的电池。

进一步的，双刀轴伺服升降切割机构还包括刀片和保护罩。保护罩使得切割在半封闭环境下作业，防止切割铝粉外溢。优选的，保护罩内部安装有火焰探测装置，检测火情，便于及时进行消防处理。

进一步的，双刀轴伺服升降切割机构还包括刀片自动平移装置，与刀片连接，根据废旧电池的长度调整两刀片切割位置。

进一步的，双刀轴伺服升降切割机构还包括刀片自动升降装置，与刀片连接，根据废旧电池的厚度调整刀片切割深度。

刀片自动平移装置和刀片自动升降装置都有助于充分切割废旧电池。

进一步的，侧切升降平移切割机构包括位移传感器，位于侧切升降机构的侧壁。检测废旧电池的上表面待切割位置的高度，根据高度自动调节切割的深度，实现跟随式自动切割，防止外壳变形后切割到内部的卷芯。

进一步的，侧切升降平移切割机构还包括一升降位移模组，与切刀连接，调节切刀的上升和下降。

进一步的，侧切升降平移切割机构还包括一切刀横向位移模组，与切刀连接，驱动切刀横向位移。

进一步的，壳芯分离下线机构包括推杆，其为双顶杆机构，一侧顶杆位置固定，另一侧活动顶杆。

进一步的，壳芯分离下线机构还包括电池夹紧装置，以及位于电池夹紧装置前端的气动阻挡机构。

本发明还提出了一种铝壳电池全自动切割方法，其应用于上述铝壳电池全自动切割机。切割方法包括如下步骤：

步骤S1：废旧电池依次排列，放置于输送带上，使之带动废旧电池靠近阻挡机构的阻挡位前端；

步骤S2：废旧电池依次进入入料输送部件，把即将切割地废旧电池固定在阻挡机构的位置；

步骤S3：双工位移载机械手的第一夹爪抓取定位的废旧电池，运送至旋转台上；步骤S4：

双工位旋转伺服机械手的伺服夹爪抓取废旧电池，通过旋转气缸动作，把废旧电池送入切割工位；

步骤S5：在切割工位上，双刀轴伺服升降切割机构切割废旧电池的两端；

步骤S6：在旋转气缸的驱动下，伺服夹爪抓取已经切割两端的废旧电池，运送至侧切工位；

步骤S7：在侧切工位上，侧切升降平移切割机构切割废旧电池的侧壁；

步骤S8：双工位机械手的另一个夹爪把已经切割两端和侧壁的废旧电池从侧切工位取出，并放到壳芯分离下线机构；步骤S9：壳芯分离下线机构分离废旧电池的卷芯和壳体。在切割过程中，实时检测废旧电池的高度等信息，从而调整刀片或刮刀的位置，使得切割精准、充分，提高了准确性。铝壳电池全自动切割机中，各部件独立工作，适应流水线工作，也提高了工作效率。

附图说明

图1显示为铝壳电池全自动切割机的结构示意图。

图2显示了入料输送部件11的结构示意图。

图3显示了双工位机械手12的结构示意图。

图4显示了双工位旋转伺服机械手13的结构示意图。

图5显示了双刀轴伺服升降切割机构14的结构示意图。

图6显示了侧切升降平移切割机构15的结构示意图。

图7显示了壳芯分离下线机构16的结构示意图。

图8显示了废旧电池的切割流程图。

元件标号说明

10-铝壳电池全自动切割机

11-入料输送部件

111-输送带

112-顶升机构

113-阻挡机构

12-双工位移载机械手

121-第一夹爪

122-第二夹爪

123–升降机构

124-位移传感器

13-双工位旋转伺服机械手

131-旋转气缸

132-伺服夹爪

14-双刀轴伺服升降切割机构

141-伺服电机

142-刀片

143-保护罩

144-平移装置

15-侧切升降平移切割机构

151-位移传感器

152-切刀

153-升降机构

16-壳芯分离下线机构

161-气动阻挡机构

162-推杆

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图8。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

图1显示了铝壳电池全自动切割机的结构示意图。

如图1所示，铝壳电池全自动切割机10包括入料输送部件11，为废旧电池进入铝壳电池全自动切割机10的唯一通道；双工位移载机械手12、双刀轴伺服升降切割机构14、侧切升降平移切割机构15和壳芯分离下线机构16按照口字形放置，双工位旋转伺服机械手13位于口字形中心部位。其中，双工位移载机械手12和壳芯分离下线机构16相对于双工位旋转伺服机械手13对称放置，双刀轴伺服升降切割机构14和侧切升降平移切割机构15相对于双工位旋转伺服机械手13对称放置。

双工位移载机械手12，位于入料输送部件11的末端，用于废旧电池在各工位之间的移载和输送；双工位旋转伺服机械手13，用于在切割废旧电池的两端和侧面时抓取废旧电池，便于在这两个切割工位和侧切工位之间进行位置切换，再配合双工位移载机械手12实现废旧电池的自动上下料及工位间移载；双刀轴伺服升降切割机构14，安装于切割工位上方，用于切割电池的两端；侧切升降平移切割机构15，位于侧切工位上方，用于切割废旧电池的侧壁。壳芯分离下线机构16，用于分离卷芯和外壳体。

铝壳电池全自动切割机10还包括卷芯出料输送机构，位于壳芯分离下线机构16的末端，收集已分离的卷芯。

图2显示了入料输送部件11的结构示意图。

入料输送部件11包括阻挡机构113，用于定位废旧电池；输送带111，位于阻挡机构113的一侧，用于输送废旧电池；定位气缸114，位于阻挡机构113的另一侧，用于推送废旧电池，与阻挡机构113共同作用，定位废旧电池；以及顶升机构112，位于输送带111中间，用于顶起废旧电池。

废旧电池WB由输送带111运输，在位置A处因阻挡机构113而停止运输；安装在阻挡机构113前端的光电传感器检测到废旧电池后，顶升机构112开始工作，把除靠近阻挡位的以外的废旧电池顶出，使之高出输送皮带，阻挡机构112上升，入料输送部件11的电机启动，把靠近阻挡位的废旧电池送入输送带111尾部，阻挡机构112下降。定位气缸114开始动作，把废旧电池WB推到阻挡机构113的后侧定位板处，实现废旧电池WB定位，便于双工位移载机械手12实现精准抓取。

在另一实施例中，入料输送部件11还包括一视觉检测系统，用于检测废旧电池的长度、宽度、厚度、极柱高度等数据，并与废旧电池的编号一一对应，方便统计数据。

图3显示了双工位移载机械手12的结构示意图。

双工位移载机械手12包括伺服电机、第一夹爪121和第二夹爪122。其中，夹爪采用伺服电机驱动，力矩模式控制，自动适应各种长度的电池。第一夹爪121把待切割的废旧电池WB送入旋转台上，第二夹爪122把已经切割废旧电池的两端和侧壁的电池从加机转台上取出，并放到壳芯分离下线机构16。

双工位移载机械手12还包括一升降机构123，用于在垂直方向上移动第一夹爪121或第二夹爪122。

在又一实施例中，双工位移载机械手12还包括位移传感器124，用于检测废旧电池WB的高度，从而调整第一夹爪121的抓取高度，提高抓取的精度。优选的，位移传感器122是激光位移传感器，使得检测的废旧电池WB的高度更准确。

双工位移载机械手还包括一平移运动机构，在伺服电机驱动的驱动下调节所述第一夹爪和第二夹爪的位置，从而精准地抓取废旧电池。

图4显示了双工位旋转伺服机械手13的结构示意图。

双工位旋转伺服机械手13包括伺服夹爪132，位于摆臂两侧，用于抓取并运送废旧电池；旋转气缸131，位于旋转台的台板下方，用于带动伺服夹爪132运动，使得废旧电池WB被运送至双刀轴伺服升降切割机构14。

伺服夹爪132夹紧废旧电池WB后，在旋转气缸131的驱动下，伺服夹爪132把待切割的废旧电池WB送入切割工位，再把切割完成后再把切割后的废旧电池WB送入侧切工位，从而使得废旧电池WB在切割工位和侧切工位之间转换，再配合移载机械手12实现废旧电池的自动上下料及工位间移载。

优选的，伺服夹爪132是电动夹爪，按照设定的扭矩夹紧废旧电池，使得电池更稳定，不掉落。

图5显示了双刀轴伺服升降切割机构14的结构示意图。

双刀轴伺服升降切割机构14包括伺服电机141，位于切割工位的上方；和刀片142，位于升降装置一侧。伺服夹爪132把待切割的废旧电池WB送入切割工位后，伺服电机141驱动刀片142向下位移切割废旧电池WB的两端。自动升降装置由伺服电机驱动，自动根据废旧电池的厚度调整刀片切割深度。

在另一实施例中，双刀轴伺服升降切割机构14还包括一保护罩143，当刀片142切割废旧电池WB时，保护罩143升起，使得切割在半封闭环境下作业，防止切割铝粉外溢。优选的，保护罩143内部安装有火焰探测装置，检测火情，便于及时进行消防处理。

在又一实施例中，双刀轴伺服升降切割机构14还包括一刀片自动平移装置144，自动根据废旧电池WB的长度调整刀片142的切割位置，使得可以充分切割电池。优选的，刀片142包括2个刀片。

图6显示了侧切升降平移切割机构15的结构示意图。

侧切升降平移切割机构15包括位移传感器151、切刀152和升降机构153，其中，位移传感器151和切刀152分别位于侧切升降机构的侧壁及升降移动台的上部。切割过程中，光位移传感器检测废旧电池的上表面待切割位置的高度，根据高度自动调节切割的深度，实现跟随式自动切割，防止外壳变形后切割到内部的卷芯。

其中，升降机构153还包括由刹车伺服电机驱动的升降位移模组，用于实现切刀152自动上升和下降，使得切割更准确。升降位移模组采用密封、防尘结构设计，防止切割过程粉尘中对传动件的影响。

伺服夹爪132把切割完成后再把切割后的废旧电池WB送入侧切工位后，位移传感器151检测废旧电池WB的高度后，由切刀152切割废旧电池的侧面。

在另一实施例中，升降机构153还包括由伺服电机驱动的切刀横向位移机构154，自动根据废旧电池的高度驱动切刀进行横向移动。优选的，位移传感器151是激光位移传感器。

图7显示了壳芯分离下线机构16的结构示意图。

壳芯分离下线机构16包括气动阻挡机构161，位于定位台板前端；推杆162，位于定位台板的右侧。

第二夹爪123把已经切割废旧电池的两端和侧壁的废旧电池从加机转台上取出，并放到壳芯分离下线机构16。一电池夹紧装置通过伺服电机恒定力矩夹紧废旧电池WB，在推杆162的水平运动下，把废旧电池WB运送到输送带上。推杆162复位后，阻挡机构161下降，再由压缩空气把壳体吹到收集仓内，从而分离废旧电池卷芯和壳体。

进一步的，推杆162为双顶杆机构，一个顶杆的位置固定，另一个顶杆是可动的，其位置根据废旧电池的宽度、由步进电机驱动齿轮齿条机构自动调节。

图8显示了废旧电池的切割流程图。

在铝壳电池全自动切割机中，按照下述方法对废旧电池进行切割：

步骤S1：废旧电池依次排列，放置于输送带上，入料输送机构的电机开启，输送带带动废旧电池靠近临近阻挡机构的阻挡位前端。

还包括利用视觉检测系统检测废旧电池的长度、宽度、厚度、极柱高度等数据，并与废旧电池的编号一一对应。

步骤S2：废旧电池依次进入入料输送部件，并对废旧电池实现定位，方便双工位机械手抓取。

具体包括：安装在阻挡位前端的光电传感器检测到废旧电池后，顶升机构开始工作，把除靠近阻挡位的以外的废旧电池顶出，使之高出输送皮带，阻挡机构上升，入料输送部件的电机启动，把靠近阻挡位的废旧电池送入入料输送机构的皮带尾部，阻挡机构下降，定位气缸开始工作，把废旧电池推向挡机构的后侧定位板上。

步骤S3：双工位机械手的一个夹爪抓取当前定位的废旧电池，运送至旋转台上。

具体包括：位移传感器检测当前定位的废旧电池的高度，升降机构调整夹爪的抓取高度，夹爪到达当前定位的废旧电池处时，夹紧废旧电池并运送至旋转台上。

步骤S4：双工位旋转伺服机械手的伺服夹爪抓取废旧电池，通过旋转气缸动作，把待切割的废旧电池送入切割工位。

具体包括：第一夹爪抓取废旧电池后，转交给伺服夹爪，伺服夹爪按照设定的扭矩抓紧废旧电池，在旋转气缸的驱动下把废旧电池送至切割工位。

步骤S5：在切割工位上，双刀轴伺服升降切割机构切割废旧电池的两端。

具体包括：平移装置根据废旧电池的高度调整刀片的宽度，刀片在伺服电机的驱动下向下位移切割废旧电池的两端。

步骤S6：在旋转气缸的驱动下，伺服夹爪抓取已经切割两端的废旧电池，运送至侧切工位。步骤S7：在侧切工位上，侧切升降平移切割机构切割废旧电池的侧壁。

具体包括：在平移机构的带动下，位移传感器进行运动，从而检测已经切割两端的废旧电池的高度，根据此高度，由升降机构调节切刀的位置，对废旧电池的侧壁进行切割。步骤S8：双工位机械手的另一个夹爪把已经切割两端和侧壁的废旧电池从侧切工位取出，并放到壳芯分离下线机构。

步骤S9：壳芯分离下线机构分离废旧电池卷芯和壳体。

具体包括：电池夹紧装置抓取废旧电池后，在推杆的水平运动下，把废旧电池放到输送带上。推杆复位后，阻挡机构下降，再由压缩空气把壳体吹到收集仓，从而实现卷芯和壳体的分离。

综上所述，本发明优化了铝壳电池全自动切割机的结构，使得结构更紧凑，使得切割过程简化，提高了适用性和可靠性。本发明中的铝壳电池全自动切割机同时切割电池的头部和底部，并配合切割侧壁，适应各种形状的电池。此外，在切割过程中，实时检测废旧电池的高度等信息，从而调整刀片或刮刀的位置，使得切割精准、充分，提高了准确性。铝壳电池全自动切割机中，各部件独立工作，适应流水线工作，也提高了工作效率。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (15)

1.一种铝壳电池全自动切割机，其特征在于，包括：入料输送部件，以及位于入料输送部件末端的双工位移载机械手；双工位移载机械手、双刀轴伺服升降切割机构、侧切升降平移切割机构和壳芯分离下线机构成口字形放置，双工位旋转伺服机械手位于口字形中心部位；其中，双工位移载机械手和壳芯分离下线机构相对于双工位旋转伺服机械手对称放置，双刀轴伺服升降切割机构和侧切升降平移切割机构相对于双工位旋转伺服机械手对称放置。

2.如权利要求1所述的一种铝壳电池全自动切割机，其特征在于，入料输送部件包括输送带、阻挡定位机构、和位于所述阻挡机构一侧的定位气缸。

3.如权利要求2所述的一种铝壳电池全自动切割机，其特征在于，入料输送部件还包括一顶升机构，安装于所述输送带中间。

4.如权利要求1所述的一种铝壳电池全自动切割机，其特征在于，双工位移载机械手包括第一夹爪和第二夹爪。

5.如权利要求4所述的一种铝壳电池全自动切割机，其特征在于，双工位移载机械手包括与第一夹爪和第二夹爪连接的平移运动机构和升降机构。

6.如权利要求1所述的一种铝壳电池全自动切割机，其特征在于，双工位旋转伺服机械手还包括伺服夹爪和旋转气缸，在旋转气缸的驱动下，伺服夹爪抓取废旧电池后，在切割工位和侧切工位之间转换位置。

7.如权利要求1所述的一种铝壳电池全自动切割机，其特征在于，双刀轴伺服升降切割机构还包括保护罩。

8.如权利要求1所述的一种铝壳电池全自动切割机，其特征在于，双刀轴伺服升降切割机构还包括刀片自动平移装置，与刀片连接，根据废旧电池的长度调整两刀片切割位置。

9.如权利要求1所述的一种铝壳电池全自动切割机，其特征在于，双刀轴伺服升降切割机构还包括刀片自动升降装置，与刀片连接，根据废旧电池的厚度调整刀片的切割深度。

10.如权利要求1所述的一种铝壳电池全自动切割机，其特征在于，侧切升降平移切割机构包括激光位移传感器，位于侧切升降机构的侧壁。

11.如权利要求1所述的一种铝壳电池全自动切割机，其特征在于，侧切升降平移切割机构还包括一升降位移模组，与切刀连接，调节切刀的上升和下降。

12.如权利要求1所述的一种铝壳电池全自动切割机，其特征在于，侧切升降平移切割机构还包括一切刀横向位移模组，与切刀连接，驱动切刀横向位移。

13.如权利要求1所述的一种铝壳电池全自动切割机，其特征在于，壳芯分离下线机构包括推杆，其为双顶杆机构，一侧顶杆位置固定，另一侧活动顶杆。

14.如权利要求1所述的一种铝壳电池全自动切割机，其特征在于，壳芯分离下线机构还包括电池夹紧装置和气动阻挡机构。

15.一种铝壳电池全自动切割方法，其应用于权利要求1～11任一项所述的铝壳电池全自动切割机，其特征在于，包括：

步骤S1：废旧电池依次排列，放置于输送带上

步骤S2：废旧电池依次进入入料输送部件，把即将切割的废旧电池固定在阻挡机构的位置；

步骤S3：双工位移载机械手的第一夹爪抓取定位的废旧电池，运送至旋转台上；

步骤S4：双工位旋转伺服机械手的伺服夹爪抓取废旧电池，通过旋转气缸动作，把废旧电池送入切割工位；

步骤S5：在切割工位上，双刀轴伺服升降切割机构切割废旧电池的两端；

步骤S6：在旋转气缸的驱动下，伺服夹爪抓取已经切割两端的废旧电池，运送至侧切工位；

步骤S7：在侧切工位上，侧切升降平移切割机构切割废旧电池的侧壁；

步骤S8：双工位机械手的另一个夹爪把已经切割两端和侧壁的废旧电池从侧切工位取出，并放到壳芯分离下线机构；

步骤S9：壳芯分离下线机构分离废旧电池的卷芯和壳体。

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