专利名称：一种旋臂式自动正负极片装配方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种自动极片装配方法及系统，尤其是涉及一种旋臂 式自动极片装配方法及系统。本发明还可以应用于对可充电电池特别 是锂离子电池或电容器储能元器件的自动化生产设备或产品装配单 元及装配流水线。
背景技术：
现代社会，随着对绿色环保能源需求量的持续扩大，可充电电池 特别是锂离子电池的重要性越来越突出。而对以相互绝缘间隔叠放的 正负极片组件为核心部件的可充电电池特别是锂离子电池极片装配 过程的自动化而言，却一直滞后于电池行业的发展。比如，在一些工 厂还是以手工的方法来完成正负极片的装配过程，总是难以满足目前对此类产品产量和质量的要求。目前已有些大型公司提供一种以PLC 控制的往复式极片自动装片机样机，虽然有了进步，还是存在一些缺 点，主要是可靠性差且产量也不高还不能满足生产要求，可能会造成 差错和一些意外的损失。而且现在对大容量可充电电池特别是锂离子 电池的需求不断提高，旋臂式自动装片方法和系统还没有在锂离子电 池极片装配过程的自动化上得到充分利用。旋臂式自动装片方法和系 统将很有发展前景。
此外，在电容生产设备等方面，都经常需要一种旋臂式自动装片 方法和系统。发明内容本发明的目的是提供一种旋臂式自动装片方法，以便能够有效的 实现锂离子电池或电容器等储能元器件正负极片的装配自动化。本发明的另一个目的是提供一种旋臂式自动装片系统，能够通过 上述的方法实现正负极片的装配自动化，实施计算机数字控制，以提 高相应产品的产量质量及一致性。本发明的目的是这样实现的 一种旋臂式自动装片方法，包括步骤a) 、对叠放在正负极片匣中的极片逐片分离、验片，并移送到各 自的待装配位置；b) 、将隔离膜开巻导向张紧纠偏，并用摆臂布膜于正负极片之间；C)、用两组开闭宽度可控相向旋转的旋臂分别将位于各自待装配 位置的正负极片交替安装于隔离膜之间，并在工作台上压紧 成叠；d) 、分别对已装正负极片记数；e) 、上述d)的记数达到设定后，主、副工作台运动形成高度差以便于整叠组件夹持，夹持并移位后主、副工作台可复位；f) 、夹持整叠组件缠绕隔离膜数圈于组件外部，并将膜切断；g) 、移动已切断膜材，并经缠绕包裹的组件至捆扎胶带工位贴扎捆绑胶带以保持组件的几何形状，并依次移出；h) 、配置计算机数字控制系统，用伺服步进或调速电机驱动辅助以压縮空气及真空执行元件完成上述过程的实现和程序控制。本发明所述的步骤a)还包括，所述的正负极片经裁切成外形一 致的形状，并成叠整齐有序分别码放于正、负极片供料匣中，经分离 后通过极片验片机构验片后由可左右倾斜的翻板机构分离正常片与 异常片，异常片送入暂存匣以避免停机，正常的正、负极片则分别通 过各自的翻版机构逐片被分别移位到相应的待装配位置，保持系统连 续正常的运行。本发明所述的步骤所述的步骤b) 、 c),隔离膜是以巻筒状供料并 根据实时反馈信息进行调整开巻、张紧、纠偏，所述的摆臂采用左右 摆动的方式实现在正、负极片间布膜的。本发明所述的步骤e)的工作台是由主、副工作台构成，其副工 作台内嵌于主工作台之中，副工作台台面在下降过程中由固定于主工 作台机构下部可压紧或张开的左右压板及副工作台定位装置提供定 位，下降一定高度后副工作台被一顶杆阻挡，主工作台则保持继续下 降，从而主副工作台间形成一定高度差，而在主工作台上升时，高于 该顶杆高度后，重新托起副工作台，至副工作台上表面与主工作台上 表面高度一致，从而达到复位目的。本发明所述的步骤f)的自动夹持整叠组件缠绕隔离膜是与工作
台主/副升降机构配合进行的；所述的整叠组件缠绕隔离膜和将膜切 断是在自动真空吸附张紧机构的配合下进行的。本发明步骤g)还包括，所述的贴扎捆绑胶带是在整叠经过缠绕 的组件移动过程中实现的；所述的依次移出是由夹持移位机构驱动并 与贴扎捆绑胶带同步进行的；所述的夹持缠绕移位机构在夹持着组件 右移过程中，在真空吸附张紧的帮助下完成膜的缠绕后移到切断位将 膜切断，接着经由有压紧装置连接的压板所构成的约束力通道中继续 右移过程中实现胶带捆扎切断及成品组件依次由夹爪提供的推力，并 以后者顶推前者的方法顺序移出，之后将夹爪打开，等待下一循环的。本发明所述的步骤h)还包括，整个过程均由计算机数字控制系 统CNC、可编程控制器PLC、单片机及嵌入式系统配合运作以实现实 时反馈、监测和过程程序控制的。本发明一种旋臂式自动正负极片装配系统，包括正、负极片分离 机构，正、负极片验片及双片和异常片处理机构，正、负极片待装片 定位机构，正、负极片装片装置，工作台系统，夹持移位机构及计算 机数字控制系统等，计算机数字控制系统，用伺服驱动辅助以压縮空 气及真空执行元件完成程序控制，其特征在于:所述的正、负极装片 装置为旋臂结构，移送待装正、负极片到主/副工作台上对极片及隔 离膜定位。本发明所述的旋臂装置可配置为单、双、三组其相位差分别为 360° 、 180。 、 120°的装片臂端。本发明所述的工作台系统由主、副工作台构成，固定于主工作台
机构下部可压紧或张开的左右压板是压在副工作台面上的。本发明与现有技术相比具有能够简单的实现正、负极片及绝缘隔 离膜的装配组件自动装配作业等优点。
图1是本发明的方法步骤示意图。图2是本发明的系统机构示意图。 具体实施例下面结合附图详细描述本发明的较佳实施例，通过对本发明较佳 实施例的描述，可以更清楚的看出和理解本发明的优点所在。本发明包括如下步骤a) 、对叠放在正负极片匣中的极片逐片分离、验片，并移送到各 自的待装配位置；b) 、将隔离膜开巻导向张紧纠偏，并用摆臂布膜于正负极片之间；c) 、用两组开闭宽度可控相向旋转的旋臂分别将位于各自待装配位置的正负极片交替安装于隔离膜之间，并在工作台上压紧 成叠；d) 、分别对己装正负极片记数；
e) 、上述d)的记数达到设定后，主、副工作台运动形成高度差以便于整叠组件夹持，夹持并移位后主、副工作台可复位；f) 、夹持整叠组件缠绕隔离膜数圈于组件外部，并将膜切断；g) 、移动己切断膜材，并经缠绕包裹的组件至捆扎胶带工位贴扎捆绑胶带以保持组件的几何形状，并依次移出；h) 、配置计算机数字控制系统，用伺服步进或调速电机驱动辅助以压縮空气及真空执行元件完成上述过程的实现和程序控 制。同时，上述的旋臂装置可配置为单、双、三组其相位差分别为 360° 、 180° 、 120°的装片臂端，可分别被控制，以提高装片效率；上述的极片材质包括铜基、铝基、其它金属或合金基、纸基、朔 料基以及在上述基材的单面或双面涂布各种涂层的柔性片材；上述的步骤a)还包括，aa) 上述的正负极片是经裁切成外形一致的特定形状并成叠 整齐有序分别码放于正、负极片供料匣中的；ab) 正、负极片先分别通过各自的分离机构被逐张分离，之 后再被分别移位到验片机构进行验片；ac) 经过验片机构验片后由可左右倾斜的翻板机构分离正常 片与异常片，异常片送入暂存匣以避免停机，正常的正、负极片 则分别通过各自的翻版机构逐片被分别移位到相应的待装配位 置，保持系统连续正常的运行。
上述的步骤b)还包括，ba) 上述的隔离膜是以巻筒状供料的；bb) 上述的隔离膜开巻、张紧、纠偏是根据实时反馈信息随 时自动进行调整的；bc) 上述的隔离膜是通过数控的水平摆臂交替与正、负极片 旋臂装片装置配合实现在正、负极片间连续自动布膜的； 上述的步骤c)还包括，ca) 上述的旋臂装置上设有一体化或分设的吸持极片的真空 吸嘴或吸附装置；cb) 上述的旋臂的开闭装置可设在轴上或臂端；cc) 上述的旋臂的作用是用作极片的输送和对极片及隔离膜 的定位，由自动压紧成叠机构，即压板负责成叠组件的压紧；cd) 上述的隔离膜是通过摆臂采用左右摆动的方式实现在 正、负极片间布膜的；上述的步骤d)还包括，da )上述的对己装正负极片的记数是不会因自身系统的异常 操作而被意外清除的； 上述的步骤e)还包括，ea) 上述的自动夹持整叠组件缠绕隔离膜是与工作台(主/ 副)升降机构配合进行的；eb) 上述的整叠组件缠绕隔离膜和膜切断是在自动真空吸附 张紧机构的配合下进行的；ec) 上述的副工作台内嵌于主工作台之中，副工作台台面在 下降过程中由固定于主工作台机构下部可压紧或张开的左右压 板及副工作台定位装置提供定位；ed) 上述的d)计数器到达设定后，主、副工作台共同下降，下降一定高度后，副工作台被一顶杆阻挡，主工作台则保持继续下降，从而使得主、副工作台间形成一定高度差；ee) 上述的组件被夹持并移后，主工作台在上升时，高于该 顶杆高度后，将重新托起副工作台，至副工作台上表面与主工作 台上表面高度一致，从而达到复位目的。上述的步骤f)还包括，fa) 上述的自动贴扎捆绑胶带是在整叠经过缠绕的组件移动 过程中实现的；fb) 上述的依次移出是由自动夹持移位机构驱动并与贴扎捆 绑胶带同步进行的；fc) 上述的夹持缠绕移位机构在夹持着组件右移过程中，是 在真空吸附张紧的帮助下完成膜的数圈缠绕后移到切断位将膜 切断，接着在继续右移过程中实现胶带捆扎切断及成品组件依次 由夹爪提供的推力，并以后者顶推前者的方法顺序移出，并将夹 爪打开，等待下一循环的。fd) 上述的将膜切断后，组件的右移过程是在为保持组件整 体外形不变而设置的具有与压紧装置连接的压板所构成的通道 中进行的
上述的步骤g)还包括，ga) 上述的计算机数字控制系统包括CNC、 PLC、基于PC机的 控制系统、单片机及嵌入式系统；gb) 上述的伺服驱动包括开环和闭环控制，驱动电机包括伺 月艮、步进、变频及交/直流调速等各种电机。如图1所示，本发明首先配置一计算机数字控制(CNC)系统，用 于控制旋臂式自动装片系统的各机构的运动、位置、及对可编程序控 制器(PLC)的输入/输出(I/O)信号进行处理。如图l、图2所示，本发明旋臂式自动装片系统，包括正、负极片 分离机构，包括凸轮搓出式、真空吸附式，负责将正、负极片进行逐 片分离并移送到各自的待装配位置；正、负极片验片及双片和异常片 处理机构，用于确保避免出现极片被误装入组件的差错；正、负极片 待装片定位机构，用于存放待装正、负极片；隔离膜开巻导向张紧纠 偏机构，用于布置正、负极片间的绝缘隔离膜；正、负极片旋臂装片 装置，移送待装正、负极片到工作台(主/副)上和对极片及隔离膜定 位；工作台，包括主/副工作台机构，用于叠放正、负极片及绝缘隔 离膜的装配组件，通过主/副工作台机构的升降完成与自动夹持移位 机构之间进行装配组件的整体交换；记数器，用于检测装片数是否完 成；自动夹持移位机构，用于完成装片数后进行对装配组件整体缠绕 隔离膜和将膜切断并同时完成移位及贴扎捆绑胶带移出组件；计算机 数字控制系统，用于控制驱动以及压縮空气及真空执行元件完成上述 过程的实现和程序控制。 再如图2所示，将正、负极片旋臂装片机构配置为单端装片臂端， 其运动方式分别设为旋转轴Bl、 B2，另外将摆臂布膜机构和夹持缠绕的移位机构分别设为直线轴XI、 X2，其余动作，如开巻、纠偏、缠绕、主工作台升降、极片逐片分离所使用的电机及压縮空气和真空执行元件均通过PLC控制。按本发明的方法启动，计算机数字控制(CNC)系统开始控制本 发明各机构的协调工作。图2为本发明系统各机构归零后的状态。摆 臂2在正极装片旋臂5持正极片旋转使正极片就位后的同时向左摆动 至图2中的位置，为负极装片旋臂6布好绝缘隔离膜，此时副工作台 右压板10，退出复位后，再将旋臂5重新送到位的正极片连同隔离膜 一并叠压在主、副工作台上。由于设定压板向下压力大于支持主、副 工作台的气缸向上的支持力，因此，主、副工作台会随组件叠后的增 加而自动下移。同时旋臂5通过在花键轴上的机构将臂宽打开后避开 与工作台的干涉继续以顺时针方可运行直到接近正极片待装位时再 将臂宽复位以通过真空吸持住以供下一循环使用的待装极片。同理， 负极装片旋臂6也将完成与旋臂5类似的过程。这样，摆臂2与旋臂 5和6交替轮流配合，在其它机构的辅助下，直到完成组件的装配。 接着，主、副工作台7，带着组件在气缸和升降电机的拖动下向下移 位并使主、副工作台面自动分离，为夹持组件移位留出空间。上述过程完成后，CNC指令夹持缠绕移位机构8，左移至可夹持副 工作台上的组件的位置，此时，副工作台面连同其整体再次下移，以 便夹持缠绕移位机构在右移过程中在真空吸附张紧的帮助下完成膜
的数圈缠绕后移到切断位将膜切断，接着在继续右移过程中实现胶带 捆扎切断及成品组件9，依次由夹爪提供的推力，并以后者顶推前者 的方法顺序移出，之后将夹爪打开，等待下一循环再次被CNC呼叫。 在上述过程中，开巻、纠偏l，分离、验片3，4,在CNC控制下确保待装片的正常供给，对于双片、异常片经验证后送入双片暂存匣 以避免停机，保持系统正常运行。这里需要指出的是本领域的普通技术人员可以在本发明的基础上，作出各种适当的变形或者替换，但所有这些变形或者替换，都应 当属于本发明的保护范围。
权利要求
1、一种旋臂式自动正负极片装配方法，其特征在于包括步骤a)、对叠放在正负极片匣中的极片逐片分离、验片，并移送到各自的待装配位置；b)、将隔离膜开卷导向张紧纠偏，并用摆臂布膜于正负极片之间；c)、用两组开闭宽度可控相向旋转的旋臂分别将位于各自待装配位置的正负极片交替安装于隔离膜之间，并在工作台上压紧成叠；d)、分别对已装正负极片记数；e)、上述d)的记数达到设定后，主、副工作台运动形成高度差以便于整叠组件夹持，夹持并移位后主、副工作台可复位；f)、夹持整叠组件缠绕隔离膜数圈于组件外部，并将膜切断；g)、移动已切断膜材，并经缠绕包裹的组件至捆扎胶带工位贴扎捆绑胶带以保持组件的几何形状，并依次移出。
2、 根据权利要求1所述的一种旋臂式自动正负极片装配方法，其特 征在于所述的步骤a)还包括，所述的正负极片经裁切成外形一 致的形状，并成叠整齐有序分别码放于正、负极片供料匣中，经 分离后通过极片验片机构验片后由可左右倾斜的翻板机构分离正 常片与异常片，异常片送入暂存匣以避免停机，正常的正、负极 片则分别通过各自的翻版机构逐片被分别移位到相应的待装配位 置，保持系统连续正常的运行。
3、 根据权利要求1所述的一种旋臂式自动正负极片装配方法，其特 征在于所述的步骤b)、 C)，隔离膜是以巻筒状供料并根据实时反 馈信息进行调整开巻、张紧、纠偏，所述的摆臂采用左右摆动的 方式实现在正、负极片间布膜的。
4、 根据权利要求1所述的一种旋臂式自动正负极片装配方法，其特 征在于所述步骤e)的工作台是由主、副工作台构成，其副工作 台内嵌于主工作台之中，副工作台台面在下降过程中由固定于主 工作台机构下部可压紧或张开的左右压板及副工作台定位装置提 供定位，下降一定高度后副工作台被一顶杆阻挡，主工作台则保 持继续下降，从而主、副工作台间形成一定高度差，而在主工作 台上升时，高于该顶杆高度后，重新托起副工作台，至副工作台 上表面与主工作台上表面高度一致，从而达到复位目的。
5、 根据权利要求1所述的一种旋臂式自动正负极片装配方法，其特 征在于所述歩骤f)的自动夹持整叠组件缠绕隔离膜是与工作台 主/副升降机构配合进行的；所述的整叠组件缠绕隔离膜和将膜切 断是在自动真空吸附张紧机构的配合下进行的。
6、 根据权利要求1所述的一种旋臂式自动正负极片装配方法，其特 征在于所述步骤g)还包括，所述的贴扎捆绑胶带是在整叠经过 缠绕的组件移动过程中实现的；所述的依次移出是由夹持移位机构驱动并与贴扎捆绑胶带同步进行；所述的夹持缠绕移位机构在 夹持着组件右移过程中，在真空吸附张紧的帮助下完成膜的缠绕 后移到切断位将膜切断，接着经由有压紧装置连接的压板所构成 的约束力通道中继续右移过程中实现胶带捆扎切断及成品组件依 次由夹爪提供的推力，并以后者顶推前者的方法顺序移出，之后 将夹爪打开，等待下一循环的。
7、 根据权利要求1所述的一种旋臂式自动正负极片装配方法，其特征在于所述步骤均由计算机数字控制系统CNC、可编程控制器 PLC、单片机及嵌入式系统配合运作以实现实时反馈、监测和过程 程序控制的。
8、 一种旋臂式自动正负极片装配系统，包括正、负极片分离机构， 正、负极片验片及双片和异常片处理机构，正、负极片待装片定 位机构，正、负极片装片装置，工作台系统，夹持移位机构及计 算机数字控制系统等，计算机数字控制系统，用伺服步进或调速 电机驱动辅助以压縮空气及真空执行元件完成程序控制，其特征 在于:所述的正、负极装片装置为旋臂结构，移送待装正、负极片 到主/副工作台上对极片及隔离膜定位。
9、 根据权利要求8所述的一种旋臂式自动正负极片装配系统，其特 征在于所述的旋臂装置可配置为单、双、三组其相位差分别为 360° 、 180° 、 120°的装片臂端。
10、 根据权利要求8所述的一种旋臂式自动正负极片装配系统，其特征在于所述的工作台系统由主、副工作台构成，固定于主工作 台机构下部可压紧或张开的左右压板是压在副工作台面上的。
全文摘要
本发明公开了一种采用CNC控制的旋臂式自动正负极片装配系统和方法，包括步骤a)对叠放在正负极片匣中的极片逐片分离、验片，并移送到各自的待装配位置；b)将隔离膜开卷导向张紧纠偏，并用摆臂布膜于正负极片之间；c)用两组开闭宽度可控相向旋转的旋臂分别将位于各自待装配位置的正负极片交替安装于隔离膜之间，并在工作台上压紧成叠；d)分别对已装正负极片记数；e)上述d)的记数达到设定后，主、副工作台运动形成高度差以便于整叠组件夹持，夹持并移位后主、副工作台可复位；f)夹持整叠组件缠绕隔离膜数圈于组件外部，并将膜切断；g)移动已切断膜材，并经缠绕包裹的组件至捆扎胶带工位贴扎捆绑胶带以保持组件的几何形状，并依次移出。
文档编号H01M4/04GK101132077SQ20071007559
公开日2008年2月27日 申请日期2007年8月10日 优先权日2007年8月10日
发明者畅 郝, 郝允升, 钟馨稼, 雷如清 申请人:雷如清;钟馨稼;郝 畅;郝允升