CN116160229A - 一种化成电池用插钉机及其插钉方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种化成电池用插钉机及其插钉方法，插钉机包括振动上料机构、移钉机构、电池输送机构、机器视觉系统和电池固定机构。振动上料机构包括钉盘和用于振动钉盘的第一振动机构，钉盘上设置有定位槽，胶钉在第一振动机构的作用下，在钉盘上以预设姿态落入定位槽中。本发明通过第一振动机构在钉盘上形成多个定位好的胶钉等待移钉机构取钉，以及通过机器视觉装置识别定位好的胶钉的位置，提高了取钉效率。并且移钉头连接外部负压管道，胶钉通过负压吸附在移钉头上，使得移钉头的结构变得简单，降低了故障率发生率，提高了生产效率。

Description

一种化成电池用插钉机及其插钉方法

技术领域

本发明涉及化成电池技术领域，具体涉及一种化成电池用插钉机及其插钉方法。

背景技术

随着新能源汽车行业的发展，电池行业也发展的越来越快，特别是锂电池，锂电池具有电压高、能量高、循环使用次数多、存储时间长等优点，在大中型电动设备和汽车上都得到了广泛的运用。

在电池注液完成后需对电池进行化成，在化成前需抽真空将注液孔用胶钉堵住，此过程称之为插钉。采用人工插钉有很多弊端，例如效率低、人工成本高，并且易出现胶钉插入位置偏移、不准确，从而导致电池的性能得不到保证。现有的插钉机一般是采用正压吹气机构来取钉，例如将胶钉通过吹气管路送到机械手的头部。现有的这种插钉机在取钉的过程中容易出现故障，影响生产效率，且结构复杂，取钉效率低。

发明内容

本发明针对现有技术中的上述不足，提供了一种化成电池用插钉机及其插钉方法，以解决上述技术问题中的至少一个。

具体的，一种化成电池用插钉机，包括振动上料机构、移钉机构、电池输送机构、机器视觉系统和电池固定机构；

所述电池输送机构与所述电池固定机构连接，以将电池输送至电池固定机构中，所述电池固定机构用于将所述电池固定；

所述振动上料机构包括钉盘和用于振动所述钉盘的第一振动机构，所述钉盘中设置有定位槽和胶钉，所述胶钉在所述钉盘的振动下落入所述定位槽中，含有所述胶钉的所述定位槽设为第一定位槽；

所述机器视觉系统包括照相机和机器视觉装置，所述照相机用于为所述钉盘拍照，所述照相机拍摄的图像设为第一图像，所述机器视觉装置用于判断所述第一图像中所述第一定位槽的数量是否大于预设数量；

所述移钉机构用于将所述第一定位槽中的胶钉移动到所述电池上，并将所述胶钉插入到所述电池的插孔中。

上述技术方案中，优选的，所述振动上料机构还包括料仓、下料轨道和第二振动机构；

所述料仓设置有出料口，所述下料轨道连接所述出料口和所述钉盘，所述料仓内设置有胶钉，所述第二振动机构设置在所述料仓的下方，所述胶钉在所述第二振动机构的作用下，从所述料仓内移动到所述钉盘上。

上述技术方案中，优选的，所述电池通过托盘输送到所述电池固定机构中，所述电池固定机构包括托盘顶升机构、电池顶升机构和定位板；

所述定位板设置在所述托盘的上方，所述托盘顶升机构和所述电池顶升机构设置在所述托盘的下方，所述电池顶升机构设置在所述托盘顶升机构中；

所述托盘顶升机构用于将所述托盘向上顶起，所述定位板中对应所述电池的位置设置有定位孔，所述电池顶升机构用于将所述电池顶升至所述定位孔中。

上述技术方案中，优选的，所述电池固定机构还包括阻挡机构，所述阻挡机构用于将所述托盘阻挡在预设位置。

上述技术方案中，优选的，所述移钉机构包括移钉头和检测装置，所述移钉头连接外部负压管道，以通过负压吸附所述胶钉；

所述检测装置与所述移钉头同步设置，用于在插钉的同时检测所述插孔的状态；

所述插孔的状态包括：密封、未密封和无胶钉，所述移钉机构能够记录处于所述未密封状态和所述无胶钉状态的所述插孔的位置，并对处于所述无胶钉状态的所述插孔进行重新插钉，以将所述插孔的状态改变为密封状态。

上述技术方案中，优选的，所述机器视觉装置还用于识别所述第一图像中所述第一定位槽的坐标，并将所述第一定位槽的坐标传输到所述移钉机构。

上述技术方案中，优选的， 所述移钉机构中包括三轴移动平台，所述三轴移动平台用于根据所述第一定位槽的坐标移动所述移钉头。

上述技术方案中，优选的， 所述检测装置包括位移传感器，所述位移传感器用于检测所述胶钉的钉帽与所述插孔之间的距离，以检测所述插孔的状态。

上述技术方案中，优选的，所述检测装置包括检测杆、第一探测器和第二探测器；

在所述胶钉插入所述插孔的过程中，所述检测杆检测上一个所述插孔的状态；

若所述检测杆未触发所述第一探测器或所述第二探测器，则上一个所述插孔的状态为所述无胶钉；

若所述检测杆仅触发所述第一探测器或所述第二探测器，则所述上一个所述插孔的状态为所述密封；

若所述检测杆触发所述第一探测器和所述第二探测器，则所述上一个所述插孔的状态为所述未密封。

本发明还提供了一种化成电池用插钉方法，采用上述技术方案中任一所述的一种化成电池用插钉机进行插钉，具体的，包括以下步骤：

通过所述照相机对所述钉盘拍照，并将所述照相机拍摄的图像传输到所述机器视觉装置；

通过所述机器视觉装置判断所述第一图像中所述第一定位槽的数量是否大于预设数量；

若是，则将所述第一定位槽的坐标传输到所述移钉机构，所述移钉机构通过所述坐标取钉，并按照预设顺序插钉；

若不是，则表明所述第一定位槽的数量不足，通过所述第一振动机构振动所述钉盘，然后对所述钉盘拍照并判断所述第一定位槽的数量是否大于预设数量；

插钉后所述移钉机构将检测所述插孔的状态，若所述插孔的状态不是密封，则所述移钉机构记录所述插孔的位置。

有益效果：本发明通过第一振动机构在钉盘上形成多个定位好的胶钉等待移钉机构取钉，以及通过机器视觉装置识别定位好的胶钉的位置，提高了取钉效率。并且移钉头连接外部负压管道，胶钉通过负压吸附在移钉头上，使得移钉头的结构变得简单，降低了故障率发生率，提高了生产效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明一种化成电池用插钉机的结构示意图；

图2是本发明振动上料机构的结构示意图；

图3是本发明电池输送机构的结构示意图；

图4是本发明阻挡机构的结构示意图；

图5是本发明托盘顶升机构的结构示意图；

图6是本发明电池顶升机构的结构示意图；

图7是本发明定位板的结构示意图；

图8是本发明移钉机构的结构示意图；

图9是本发明A区域的放大结构示意图；

图10是本发明定位支架的结构示意图；

图11是本发明托盘的结构示意图。

图中的附图标记如下：1-第一振动机构；2-钉盘；3-照明器；4-下料轨道；5-支撑座；6-料仓；7-出料口；8-盖板；9-滚轴；10-链轮；11-挡板；12-防护罩；13-导向板；14-振动上料机构；15-移钉机构；16-电池输送机构；17-电池固定机构；18-托盘；19-对射式光电传感器；20-导向块；21-缓冲垫；22-固定座；23-阻挡支架；24-阻挡板；25-轴承棒；26-第一气缸；27-顶升板；28-第二气缸；29-顶升杆；30-电池；31-定位孔；32-定位块；33-定位板；34-移动平台；35-第一探测器；36-第二探测器；37-检测杆；38-移钉头；39-接头；40-胶钉；41-底部支架；42-托盘支架；43-阻挡机构；44-托盘顶升机构；45-电池顶升机构；46-第二振动机构。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。

在下文中，将更全面地描述本发明的各种实施例。本发明可具有各种实施例，并且可在其中做出调整和改变。然而，应理解：不存在将本发明的各种实施例限于在此公开的特定实施例的意图，而是应将本发明理解为涵盖落入本发明的各种实施例的精神和范围内的所有调整、等同物和/或可选方案。

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所公开的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。

在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户机构和第二用户机构指示不同用户机构，尽管二者都是用户机构。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：在本发明中，除非另有明确的规定和定义，“安装”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接、也可以是可拆卸连接、或者一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也是可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，本领域的普通技术人员需要理解的是，文中指示方位或者位置关系的术语为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的机构或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

实施例1

具体的，如图1至图11所示，一种化成电池用插钉机包括振动上料机构14、移钉机构15、电池输送机构16、机器视觉系统和电池固定机构17。

优选的，振动上料机构14包括料仓6、下料轨道4、钉盘2、第一振动机构1和第二振动机构46。第二振动机构46设置在料仓6的下方，第一振动机构1设置在钉盘2的下方。第一振动机构1的下方设置有支撑座5，支撑座5用于支撑整个振动上料机构14。料仓6用于存放胶钉40，料仓6的顶部设置有盖板8，打开盖板8后即可向料仓6中添加胶钉40，料仓6的侧部设置有出料口7，下料轨道4连接出料口7和钉盘2，钉盘2连接在下料轨道4的下端。胶钉40在第二振动机构46的作用下，从出料口7移动到钉盘2上，出料口7的大小设置为可调节，在不改变振动幅度的情况下也能够调节胶钉40从料仓6流出的速度。钉盘2的优选形状为矩形，也可以是圆形、三角形和六边形等其他形状。钉盘2上设置有定位槽，胶钉40在第一振动机构1的作用下，在钉盘2上以预设姿态落入定位槽中。预设姿态为胶钉40的钉头垂直落入定位槽中，含有胶钉40的定位槽设为第一定位槽。

进一步地，机器视觉系统包括照明器3、照相机和机器视觉装置。钉盘2的四周设置有阻挡胶钉40散出的挡板11，挡板11上设置有照明器3，照明器3用于照亮钉盘2。照相机用于对钉盘2进行拍照，照相机所述拍摄的图像设为第一图像。机器视觉装置用于识别第一图像中第一定位槽的坐标，并判断第一定位槽的数量是否大于预设数量，并将第一定位槽的坐标传输到移钉机构15。机器视觉装置还用于识别钉盘2上的胶钉40的数量，并判断钉盘2上的胶钉40的数量是否大于第一预设数量。预设数量与第一预设数量不同，第一预设数量大于预设数量。

进一步地，移钉机构15包括移动平台34、移钉头38和检测装置。移动平台34优选三轴移动平台，移动平台34用于通过坐标将移钉头38移动到定位槽上，移钉头38通过接头39连接外部负压管道，在负压的吸附力下胶钉40吸附在移钉头38上，移动平台34还用于将移钉头38移动到电池固定机构17的上方，然后将胶钉40插入到电池固定机构17中的电池30的插孔中。插钉后检测装置能够检测上一个插孔的状态，若插孔的状态不是密封时，则移钉机构15记录上一个插孔的位置。

进一步地，电池输送机构16包括电机、滚轴9、滚筒和链轮10，插钉机的入口与外部输送线连接，滚筒设置在插钉机的入口处，电池通过托盘18输送到插钉机内。电池输送机构16还包括链条和防护罩12，链条和链轮10均设置在防护罩12中，插钉机的入口的设置有两条滚轴9，滚轴9用于带动另一侧的链轮10。电机用于驱动链轮10和滚轴9滚动，以将托盘18输送到电池固定机构17中，在托盘18的入口处设置有导向块20，在防护罩12的上方设置有导向板13，导向块20和导向板13用于为托盘18提供导向，托盘18入口处还设置有对射式光电传感器19，对射式光电传感器19用于检测托盘18的位置。

进一步地，电池固定机构17包括阻挡机构43、托盘顶升机构44、电池顶升机构45和定位板33。阻挡机构43用于在托盘18输送到预设位置后，阻挡托盘18继续移动，以将托盘18阻挡在预设位置，即托盘顶升机构44的正上方。阻挡机构43包括阻挡支架23、固定座22和阻挡板24，阻挡板24用于阻挡托盘18，阻挡板24上设置有缓冲垫21，缓冲垫21在托盘18与阻挡板24之间提供缓冲。固定座22固定在阻挡支架23上，阻挡支架23用于将整个阻挡机构43固定，阻挡板24与固定座22之间通过调节紧固件（螺钉或螺栓等）连接，通过调节紧固件能够调节阻挡板24的位置。

进一步地，托盘顶升机构44和电池顶升机构45设置在托盘18的下方，托盘顶升机构44用于将托盘18向上顶起，且将托盘18固定。定位板33设置在托盘18的上方，定位板33中对应电池30的位置设置有定位孔31，电池顶升机构45用于将电池30顶升至定位孔31中。

具体的，托盘18中设置有电池槽，电池30设置在电池槽中，电池槽的底部设置有顶升孔。托盘顶升机构44包括第一气缸26、托盘支架42和底部支架41，托盘支架42和底部支架41之间设置有可伸缩的轴承棒25。第一气缸26用于在底部支架41上顶起托盘支架42和托盘18，轴承棒25用于托盘支架42和底部支架41。支撑托盘支架42和托盘18的底部固定，托盘支架42中设置有第三探测器，第三探测器优选微动开关，第三探测器用于探测托盘支架42和托盘18的底部固定是否固定。

具体的，电池顶升机构45包括第二气缸28、顶升板27和顶升杆29，顶升杆29设置在顶升板27上，顶升板27设置在托盘支架42和底部支架41之间。第二气缸28用于顶起顶升板27，顶升杆29用于穿过顶升孔将电池30顶升至定位孔31。

进一步地，定位板33的底部设置有定位块32，定位块32设置在定位孔31的四周，以用于在电池30顶升至定位孔31时提供导向。定位板33下方设置有可调节高度的定位支架，通过调节定位支架使电池顶升机构45能够顶升不同高度的电池30。

优选的，检测装置和移钉头38均设置在移动平台34上，检测装置和移钉头38同步设置，用于在插钉的同时检测插孔的状态，检测装置平行地设置在移钉头38的一侧。检测装置与移钉头38同步设置，用于在插钉的同时检测插孔的状态。插孔的状态包括：密封、未密封和无胶钉，移钉机构能够记录处于未密封状态和无胶钉状态的插孔的位置，并对处于无胶钉状态的插孔进行重新插钉，以将插孔的状态改变为密封状态。

在第一实施例中，检测装置包括检测杆37、第一探测器35和第二探测器36，第一探测器35和第二探测器36设置在检测杆37的上方。检测杆37用于在移钉头38将胶钉40插入插孔后，与上一个插入插孔的胶钉40接触，以触发第一探测器35和/或第二探测器36。孔的状态包括：密封、未密封和无胶钉40，当检测杆37仅触发第一探测器35时，插孔的状态为密封；当检测杆37触发第一探测器35和第二探测器36时，插孔的状态为未密封；当检测杆37未与胶钉40接触时，第一探测器35和第二探测器36都未触发，插孔的状态为无胶钉。当插孔的状态为无胶钉或未密封时，移钉机构15能够记录未密封的插孔的位置，并对无胶钉的插孔进行重新插钉，以将插孔的状态改变为密封。优选的，第一探测器35和第二探测器36为光电探测器。

在其他实施例中，检测装置包括位移传感器，位移传感器用于在移钉头38将胶钉40插入插孔后，测量胶钉40的钉帽与插孔之间的距离以检测所述插孔的状态。

实施例2

本发明还提供了一种化成电池用插钉方法，通过上述技术方案中一种化成电池用插钉机插钉，具体的，包括以下步骤：

通过照相机对钉盘2拍照（拍摄的照片为第二图像），并将第二图像传输到机器视觉装置；

通过机器视觉装置判断第二图像中的胶钉40的数量是否大于第一预设数量；

若是，则第一振动机构1振动钉盘2；

若不是，则第二振动机构46振动料仓6，然后对钉盘2重新拍照，并判断胶钉40的数量是否大于预设数量；

当第一振动机构1振动钉盘2后，通过照相机再次对钉盘2拍照（拍摄的照片为第一图像），并将第一图像传输到机器视觉装置；

通过机器视觉装置判断第一图像中第一定位槽的数量是否大于预设数量；

若是，则将第一定位槽的坐标传输到移钉机构15，移钉机构15通过坐标取钉，并按照预设顺序插钉；

若不是，则表明第一定位槽的数量不足，通过第一振动机构1振动钉盘2，然后对钉盘2拍照并判断第一定位槽的数量是否大于预设数量；

插钉后检测装置将检测插孔的状态，若插孔的状态不是密封，则移钉机构记录插孔的位置。当移钉机构15按照预设顺序插钉完成后，需要人工根据移钉机构15记录的插孔的位置，将未密封的胶钉拔出，并且将遮挡住插孔的胶钉移出，然后移钉机构15对所有记录的插孔的位置进行重新插钉，并对移钉机构15记录的插孔的位置进行检查。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种化成电池用插钉机，其特征在于，包括振动上料机构、移钉机构、电池输送机构、机器视觉系统和电池固定机构；

所述电池输送机构与所述电池固定机构连接，以将电池输送至电池固定机构中，所述电池固定机构用于将所述电池固定；

所述振动上料机构包括钉盘和用于振动所述钉盘的第一振动机构，所述钉盘中设置有定位槽和胶钉，所述胶钉在所述钉盘的振动下落入所述定位槽中，含有所述胶钉的所述定位槽设为第一定位槽；

所述机器视觉系统包括照相机和机器视觉装置，所述照相机用于为所述钉盘拍照，所述照相机拍摄的图像设为第一图像，所述机器视觉装置用于判断所述第一图像中所述第一定位槽的数量是否大于预设数量；

所述移钉机构用于将所述第一定位槽中的胶钉移动到所述电池上，并将所述胶钉插入到所述电池的插孔中。

2.根据权利要求1所述的一种化成电池用插钉机，其特征在于，

所述振动上料机构还包括料仓、下料轨道和第二振动机构；

所述料仓设置有出料口，所述下料轨道连接所述出料口和所述钉盘，所述料仓内设置有胶钉，所述第二振动机构设置在所述料仓的下方，所述胶钉在所述第二振动机构的作用下，从所述料仓内移动到所述钉盘上。

3.根据权利要求1所述的一种化成电池用插钉机，其特征在于，所述电池通过托盘输送到所述电池固定机构中，所述电池固定机构包括托盘顶升机构、电池顶升机构和定位板；

所述定位板设置在所述托盘的上方，所述托盘顶升机构和所述电池顶升机构设置在所述托盘的下方，所述电池顶升机构设置在所述托盘顶升机构中；

所述托盘顶升机构用于将所述托盘向上顶起，所述定位板中对应所述电池的位置设置有定位孔，所述电池顶升机构用于将所述电池顶升至所述定位孔中。

4.根据权利要求3所述的一种化成电池用插钉机，其特征在于，所述电池固定机构还包括阻挡机构，所述阻挡机构用于将所述托盘阻挡在预设位置。

5.根据权利要求1所述的一种化成电池用插钉机，其特征在于，

所述移钉机构包括移钉头和检测装置，所述移钉头连接外部负压管道，以通过负压吸附所述胶钉；

所述检测装置与所述移钉头同步设置，用于在插钉的同时检测所述插孔的状态；

所述插孔的状态包括：密封、未密封和无胶钉，所述移钉机构能够记录处于所述未密封状态和所述无胶钉状态的所述插孔的位置，并对处于所述无胶钉状态的所述插孔进行重新插钉，以将所述插孔的状态改变为密封状态。

6.根据权利要求5所述的一种化成电池用插钉机，其特征在于，所述机器视觉装置还用于识别所述第一图像中所述第一定位槽的坐标，并将所述第一定位槽的坐标传输到所述移钉机构。

7. 根据权利要求6所述的一种化成电池用插钉机，其特征在于， 所述移钉机构中包括三轴移动平台，所述三轴移动平台用于根据所述第一定位槽的坐标移动所述移钉头。

8. 根据权利要求5所述的一种化成电池用插钉机，其特征在于， 所述检测装置包括位移传感器，所述位移传感器用于检测所述胶钉的钉帽与所述插孔之间的距离，以检测所述插孔的状态。

9.根据权利要求5所述的一种化成电池用插钉机，其特征在于，所述检测装置包括检测杆、第一探测器和第二探测器；

在所述胶钉插入所述插孔的过程中，所述检测杆检测上一个所述插孔的状态；

若所述检测杆未触发所述第一探测器或所述第二探测器，则上一个所述插孔的状态为所述无胶钉；

若所述检测杆仅触发所述第一探测器或所述第二探测器，则所述上一个所述插孔的状态为所述密封；

若所述检测杆触发所述第一探测器和所述第二探测器，则所述上一个所述插孔的状态为所述未密封。

10.一种化成电池用插钉方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一所述的一种化成电池用插钉机进行插钉，具体的，包括以下步骤：

通过所述照相机对所述钉盘拍照，并将所述照相机拍摄的图像传输到所述机器视觉装置；

通过所述机器视觉装置判断所述第一图像中所述第一定位槽的数量是否大于预设数量；

若是，则将所述第一定位槽的坐标传输到所述移钉机构，所述移钉机构通过所述坐标取钉，并按照预设顺序插钉；

若不是，则表明所述第一定位槽的数量不足，通过所述第一振动机构振动所述钉盘，然后对所述钉盘拍照并判断所述第一定位槽的数量是否大于预设数量；

插钉后所述移钉机构将检测所述插孔的状态，若所述插孔的状态不是密封，则所述移钉机构记录所述插孔的位置。

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