动力锂离子电池极片缺陷自动检测线及检测方法

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动力锂离子电池极片缺陷自动检测线及检测方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种自动检测设备及方法，具体涉及一种动力锂离子电池极片缺陷自动检测线及检测方法。\n背景技术\n[0002] 随着人类经济的高速发展，使环境污染和能源短缺问题日益突出。为了应对减排和石油资源日渐匮乏的双重压力,世界上多数国家都将发展新能源汽车视为振兴汽车产业和节能减排的重要途径。同时军事、航空、医药等领域也对大容量电池提出新的要求。由于锂离子电池具有比能量高、具有较宽的充电功率范围、循环寿命长、倍率放电性能好、没有记忆效应和无污染等诸多优点，目前锂离子电池在移动电话、便携式计算机、摄像机、照相机等领域，几乎完全代替了传统电池，成为国内外动力电池发展和应用的趋势，也促使锂离子电池成为新的替代能源之一。\n[0003] 动力锂离子电池的制造工艺已经趋于成熟，主要工艺流程为：配料→涂布→干燥→辊压→裁片→包膜→叠片→电芯封装→烘干→注液→化成→检测→分选配组→包装出厂等。根据锂离子电池的工作原理，必须在基体即铜箔和铝箔的表面分别涂上含有锂合金金属氧化物和石墨的浆料，形成极片，这个步骤称为涂布。涂布作为锂离子电池生产的一个重要工序，对于电池的性能有着很大的影响，极片涂布的一般工艺流程如下：放卷→接片→拉片→张力控制→自动纠偏→涂布→干燥→自动纠偏→张力控制→自动纠偏→收卷。其中在涂布工艺中，任何一个环节都有可能导致极片产生缺陷，会产生很多缺陷，如划痕、褶皱等，这就会严重影响电池的性能和使用寿命，这就有必要对极片进行精确的检测，以提高电池的质量和一致性。而对于极片的缺陷检测，大部分的国内厂家均使用传统的人工检测，其检测效率低下，往往会受主观因素的影响，全自动化检测生产线和机器视觉检测必将取代人工检测成为以后的主要发展方向。\n[0004] 锂电池极片的切片成型在各自独立的设备上完成，每台设备模切的极片数为1片，节拍约2片/秒。日工作时间21小时，日生产能力为正负极片各40万片，合计80万片。\n按日工作时间21个小时计算，每秒必须完成正极片或负极片各6片的检测。目前极片的成品合格率为95%。\n[0005] 目前采用的检测方式为全人工目测检查的方式。正极片组人员配置为6人/班，2班/天，人工成本约4000元/人。要完成目前产能，每年投入的总人工成本约\n4000×6×2×12=576000元，正、负极片组合计投入的人工成本为1152000元。而人工目测的标准波动较大，质量控制存在一定的不确定性，为了保证产品的质量水平有时还需要对目测检查后的成品做抽样检验，又会进一步增加检测的成本。\n发明内容\n[0006] 发明目的：为了克服现有技术人工目检中存在的成本高和标准波动大的不足，本发明提供一种动力锂离子电池极片缺陷自动检测线及检测方法。\n[0007] 技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的动力锂离子电池极片缺陷自动检测线，包括倍速链，在倍速链上放置有工装板，工装板上具有沿倍速链中心线设置的极片容置槽，沿工装板的运行向布置有：\n[0008] 上料机构，包括第一横梁、第一吸盘、第一升降机构、第一平移机构和原料料盒，所述第一横梁安装于倍速链上方，所述第一吸盘安装于第一横梁的两端并朝向倍速链，所述原料料盒安装于倍速链的两侧，两侧原料料盒与所述中心线的距离与所述第一横梁的长度相等；所述第一吸盘与垂直移动的升降机构连接，所述第一横梁与第一平移机构连接；当工装板停靠在上料机构中时，所述原料料盒、第一吸盘与极片容置槽处于同一直线上；\n[0009] 视觉检测机构，包括工业相机和环形光源，所述环形光源位于倍速链上方，所述工业相机位于环形光源中心的上方；\n[0010] 合格品下料机构，包括第二横梁、第二吸盘、第二升降机构、第二平移机构和合格品料盒，所述第二横梁安装于倍速链上方，所述第二吸盘安装于第二横梁的两端并朝向倍速链，所述合格品料盒安装于倍速链的两侧，两侧合格品料盒与所述中心线的距离与所述第二横梁的长度相等；所述第二吸盘与垂直移动的第二升降机构连接，所述第二横梁与沿第二横梁长度方向移动的第二平移机构连接；当工装板停靠在合格品下料机构中时，所述合格品料盒、第二吸盘与极片容置槽处于同一直线上；\n[0011] 不合格品下料机构，包括第三横梁、第三吸盘、第三升降机构、第三平移机构和不合格品料盒，所述第三横梁安装于倍速链上方，所述第三吸盘安装于第三横梁的两端并朝向倍速链，所述不合格品料盒安装于倍速链的两侧，两侧不合格品料盒与所述中心线的距离与所述第三横梁的长度相等；所述第三吸盘与垂直移动的第三升降机构连接，所述第三横梁与沿第三横梁长度方向移动的第三平移机构连接；当工装板停靠在不合格品下料机构中时，所述不合格品料盒、第三吸盘与极片容置槽处于同一直线上。\n[0012] 作为优选，为了提高检测的效率，一次完成更多极片的检测和上下料，所述工装板上沿所述中心线依次设置有四个极片容置槽，所述原料料盒、合格品料盒、不合格品料盒和第一吸盘、第二吸盘、第三吸盘均为与所述极片容置槽相对应的四对。。\n[0013] 作为优选，为了简化升降机构的结构与控制，所述极片容置槽与所述原料料盒、合格品料盒及不合格品料盒的出料口处于同一平面上，所述第一升降机构一体安装于第一横梁上，所述第二升降机构一体安装于第二横梁上，所述第三升降机构一体安装于第三横梁上。为了适应不同料盒与工装板的高度误差，升降机构也可以独立安装于每个吸盘与横梁之间。\n[0014] 上述上料机构、合格品下料机构和不合格品下料机构均连接到控制机构，控制机构接收视觉检测机构的信号，并控制上料机构、合格品下料机构和不合格品下料机构的吸盘吸力。\n[0015] 作为优选，为了循环利用工装板，所述倍速链的两端安装有工装板升降台，所述倍速链的下层具有与所述升降台对接的返板线。\n[0016] 本发明同时提出上述动力锂离子电池极片缺陷自动检测线的检测方法，包括以倍速链传动方向进行的：\n[0017] 1）上料步骤，工装板停靠在上料机构中，第一横梁一侧的第一吸盘平移到倍速链一侧原料料盒上方并吸取原料料盒中的极片，第一横梁整体平移使该第一吸盘到达工装板上方时，第一横梁另一侧的第一吸盘刚好到达倍速链另一侧原料料盒上方，两侧第一吸盘同时下降后分别进行极片的放置和吸取，被放置极片的工装板沿倍速链进入检测步骤，当下一工装板进入上料机构中时，第一横梁平移并将吸附于一侧的第一吸盘上的极片放入工装板，另一侧的第一吸盘同时吸取料盒中的极片；\n[0018] 2）检测步骤，工装板从视觉检测机构的环形光源和工业相机下方经过，工业相机将工装板上极片的图像传输到控制机构；\n[0019] 3) 合格品下料步骤，经过检测步骤的工装板停靠在合格品下料机构中，第二横梁一侧的第二吸盘平移到工装板上方，控制中心依据对步骤2）图像的判定控制吸盘吸力的施加与否，被吸取合格品极片后的工装板沿倍速链进入不合格品下料步骤，当下一工装板进入合格品下料机构中时，第二横梁平移使一侧的第二吸盘到达合格品料盒上方，另一侧的第二吸盘刚好到达下一工装板的上方，两侧的第二吸盘同时下降后分别将已吸取合格极片放入合格品料盒，选择性吸取工装板上的合格极片；\n[0020] 4）不合格品下料步骤，经过合格品下料步骤的工装板停靠在不合格品下料机构中，第三横梁一侧的第三吸盘平移到工装板上方，控制中心依据对步骤2）图像的判定控制吸盘吸力的施加与否，被吸取不合格品极片后的工装板沿倍速链送出，当下一工装板进入不合格品下料机构中时，第三横梁平移使一侧的第三吸盘到达不合格品料盒上方，另一侧的第三吸盘刚好到达下一工装板的上方，两侧的第三吸盘同时下降后分别将已吸取不合格极片放入不合格品料盒，选择性吸取工装板上的不合格极片。\n[0021] 有益效果：本发明使用机器视觉技术代替人工检测，利用倍速链作为流水线传送装置，具有以下优势：\n[0022] 1.检测效率高。本发明的自动化生产线使用机器视觉技术代替人工检测，利用倍速链作为流水线传送装置可替代六个检验员的目检工作，效率大大提高。而且采用倍速链结合工装板实现了采用静态上下料和动态检测的结合，这样就可以在保证极片放到生产线上的传输料盒或从传输料盒中取下时是静态的，而这又不会影响极片的动态检测，而且工装板避免了传送过程中对极片的损伤；\n[0023] 2.上下料的执行效率高，上下料装置采用在横梁两端布置吸盘与倍速链两侧料盒的布置方式，在横梁一次平移后两侧吸盘各自进行极片的吸取和放置，缩短了每个节拍中的机构操作时间，简化了定位及控制；\n[0024] 3.降低成本。本发明的生产线预计成本为20万，3条生产线共计60万；每条生产线1个工人操作，3条生产线的人工成本共为28.8万元/年；每条生产线每年的维修费为\n10万元，3条生产线共计30万；上述生产线成本、人工费用和维修费用总计为113.8万元，相比现有的人工目检方式可节省16.4万元；\n[0025] 4.产品质量标准统一的实现。本发明全程采用自动化的光电检测方式，避免了传统生产方式下，人工目检带来的产品标准不一的现象，实现了产品同标准的质量要求。\n附图说明\n[0026] 图1是本发明的实施例的动力锂离子电池极片缺陷自动检测线的整体机构示意图；\n[0027] 图2是图1中上料机构的结构示意图；\n[0028] 图3是图2的俯视图。\n具体实施方式\n[0029] 实施例：如图1所示，本实施例动力锂离子电池极片缺陷自动检测线包括倍速链1上沿工装板1-1的运行方向布置的上料机构2、视觉检测机构、合格品下料机构5、不合格品下料机构6，以及控制机构。\n[0030] 对于上料机构、合格品下料机构和不合格品下料机构，由于具有相同的结构，以下对其中的第一横梁、第二横梁、第三横梁以下统称为横梁，第一升降机构、第二升降机构、第三升降机构统称为升降机构，第一平移机构、第二平移机构、第三平移机构以下统称平移机构，其中的原料料盒、合格品料盒、不合格品料盒统称为料盒。\n[0031] 其中视觉检测机构包括位于倍速链1上方的环形光源4，以及位于环形光源4中心上方的工业相机3；，其中环形光源4的直径180mm，角度为60°，进行低距离照明以使工业相机3获取的图像质量更高。由于极片缺陷种类繁多，在保证效率的同时还要提高检测质量，工业相机3对每一个极片分两次检测，即把每个极片分成两半各拍一帧图像。\n[0032] 倍速链1上放置有工装板1-1，工装板上1-1具有沿倍速链中心线设置的极片容置槽1-2，倍速链的两端分别安装有工装板升降台1-3和1-4，升降台1-3和1-4是由电机带动的丝杠升降装置，将倍速链1上层的传送线与下层的返板线对接。\n[0033] 如图2和图3所示，上料机构包括横梁21、吸盘22、升降机构23、平移机构（图中未示出）和料盒24，横梁21安装于倍速链上方并与其中心线正交，吸盘22安装于横梁21的两端并朝向倍速链，料盒24安装于倍速链的两侧，两侧的料盒24与倍速链中心线的距离等于横梁的长度。\n[0034] 横梁21与平移机构连接，使得吸盘22可以在极片容置槽1-2与料盒的24之间平移料。为了适应不同料盒24与工装板1-1的高度误差，升降机构23独立地安装于每个吸盘22与横梁21之间。当然为了简化升降机构的结构与控制，也可以将极片容置槽1-2与料盒的24的出料口安装于于同一平面上，升降机构23就可以一体地安装于横梁21上。\n[0035] 当工装板1-1停靠在上料机构中时，料盒24、吸盘22与极片容置槽1-2处于同一直线上。工装板1-1上沿中心线依次设置有四个极片容置槽1-2，料盒24及吸盘22是与极片容置槽1-2相对应的四对。\n[0036] 由于上下料机构都是在工装板和料盒两个位置之间进行放入与取下极片的动作，所以机械结构是相同的，升降机构气缸的进程和回程两个动作完成两次上料或下料的动作。为了降低设备成本，简化设备的控制部分，把下料机构分为两个工位，一个工位把不合格极片取出，另一个工位把合格极片取出。\n[0037] 为了简化升降机构的结构与控制，极片容置槽与料盒的出料口处于同一平面上，升降机构一体安装于横梁上。为了适应不同料盒与工装板的高度误差，升降机构也可以独立安装于每个吸盘与横梁之间。\n[0038] 使用时，上述动力锂离子电池极片缺陷自动检测线是按照以下步骤进行检测的：\n[0039] 1）上料步骤，工装板停靠在上料机构中，横梁一侧的吸盘平移到倍速链一侧料盒上方并吸取料盒中的极片，当该吸盘平移到工装板上方时，横梁另一侧的吸盘刚好到达倍速链另一侧料盒上方，两侧吸盘同时下降后分别进行极片的放置和吸取，被放置极片的工装板沿倍速链进入检测步骤，当下一工装板进入上料机构中时，横梁平移并将一侧吸盘上的极片放入工装板，另一侧吸盘同时吸取料盒中的极片；\n[0040] 2）检测步骤，工装板从视觉检测机构的环形光源和工业相机下方经过，工业相机将工装板上极片的图像传输到控制机构；\n[0041] 3) 合格品下料步骤，经过检测步骤的工装板停靠在合格品下料机构中，横梁一侧的吸盘平移到工装板上方时，控制中心依据对步骤2）图像的判定控制吸盘吸力的施加与否，被选择性吸取极片的工装板沿倍速链进入不合格品下料步骤，当下一工装板进入合格品下料机构中时，该吸盘平移到料盒上方，另一侧的吸盘刚好到达下一工装板的上方，两侧吸盘同时下降后分别进行已吸取极片的放置和合格品的选择性吸取；\n[0042] 4）不合格品下料步骤，经过合格品下料步骤的工装板停靠在不合格品下料机构中，横梁一侧的吸盘平移到工装板上方时，控制中心依据对步骤2）图像的判定控制吸盘吸力的施加与否，被选择性吸取极片的工装板沿倍速链输出，当下一工装板进入不合格品下料机构中时，该吸盘平移到料盒上方，另一侧的吸盘刚好到达下一工装板的上方，两侧吸盘同时下降后分别进行已吸取极片的放置和不合格品的选择性吸取。\n[0043] 以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。