专利名称：热电池单体电池的自动制备系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种自动控制技术领域的装置，具体是一种热电池单体电池的 自动制备系统。
背景技术：
在热电池单体电池的生产过程中，必须对制备电池的四种粉末精确称量， 同时对每片单体电池的重量精度、厚度精度、完整性、绝缘性等都有严格要求。 目前我国在热电池单体电池生产中仍然采用手工操作，劳动强度大，效率低， 人力成本高，电池产品成型合格率低，单体电池之间的重量误差比较大，且电 池粉末具有腐蚀性，手工操作对操作人员健康有损害。
经对现有技术的文献检索发现，专利申请号为20070180691的美国专利，
专禾U名称为《Automated tracking and storage system for use with an
automated thermal battery manufacturing system》)(《用于自动热电池制
造系统的自动传输与存储系统》)，该专利提出了一种应用压制、分层和包装方
法进行热电池制造的系统，应用传输、存储和取回系统来传输各种成分以提高
电池的制造质量。但该发明针对的材料是小球型颗粒，而不是粉末型材料。
经检索还发现，刘志坚等在《材料科学与工程》2002年20巻2期263至
250页发表了文章《新型热电池阳极Li-B合金的制备、性能与应用》，该文中介
绍了Li-B合金的合成机制、制备方法、显微组织结构和物理化学性能，以及应
用情况的历史与最新研究动态，侧重于微观颗粒的分析，但关于热电池单体电
池的自动制备方法没有任何描述。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出了一种热电池单体电池 的自动制备系统，采用自动控制技术，实现对热电池单体电池的自动摊片、自 动成型、自动脱模等操作，使单体电池重量误差、厚度误差、成品合格率等指 标限制在一定的范围内，提高效率，降低成本，不仅可以用于热电池单体电池
的制备，还可以推广到其它粉末状单体成型体的制备领域。
本发明是通过如下技术方案实现的，本发明包括控制系统、压机系统、 检测系统、自动摊粉系统、自动压平系统、石棉圈上料系统、机械手、大转台、 滚珠丝杠模具、滚珠丝杠模具的固定装置，其中
大转台的边缘设有若干个滚珠丝杠模具的固定装置，滚珠丝杠模具的固定 装置上部由机械手放置滚珠丝杆模具，自动摊粉系统、自动压平系统、石棉圈 上料系统、滚珠丝杠模具的固定装置均在机械手所能抓取的范围内，自动摊粉 系统的数目与所需添加电池粉末的种类数相同，在大转台的周围分别依次设有 初始工位、摊粉工位，压平工位、加石棉圈工位，其中，在摊粉工位、压平工 位、加石棉圈工位上，分别放置自动摊粉系统、自动压平系统、石棉圈上料系 统，转台在控制系统控制下的旋转过程中，大转台上的滚珠丝杠模具依次经过 上述工位，依次完成摊粉、压平、加石棉圈等一系列工序；
控制系统分别与自动摊粉系统、自动压平系统、石棉圈上料系统、检测系 统、压机系统、机械手、大转台相连，控制系统负责控制这些装置的运行。
所述自动摊粉系统，包括粉末计量系统和喂料口，粉末计量系统根据控制 系统的控制指令称取设定重量的粉末，并由喂料口将粉末均匀倒在滚珠丝杠模 員巾。
所述滚珠丝杠模具的固定装置，包括小转台、直线位移台、自动脱模系 统，直线位移台沿径向设置在大转台的边缘，直线位移台上设有小转台，小转 台上面设有自动脱模系统，滚珠丝杠模具放置在自动脱模系统上端。在自动摊 粉系统将粉末匀速注入滚珠丝杠模具时，小转台匀速转动，直线位移台同时匀 速直线前后移动，二者的同时运动使滚珠丝杠模具边移动边转动，使得电池粉 末以近似螺旋形轨迹覆盖在滚珠丝杠模具的型腔底面，保证粉末的平整。
所述自动压平系统，其与自动摊粉系统的数量相同，均等于电池粉末的种 类数，自动压平系统和粉末计量系统相互间隔设置，粉末计量系统向模具中添 加电池粉末，自动摊粉系统摊平电池粉末，自动压平系统压平电池粉末。
所述自动压平系统，包括压平直线位移台、压平电机、压平零件，压平 直线位移台带动压平零件向下移动，压平电机带动压平零件转动，压平零件边
直线移动边转动，使粉末压平。
所述石棉圈上料系统，包括石棉圈、石棉圈托盘、直线轴承、直线轴、
滚珠丝杠、滚珠丝杠副、步进电机、底座，其中，底座和滚珠丝杠通过轴承相
连，电机和滚珠丝杠相连，丝杠和丝杆副相连，石棉圈托盘和丝杠副相连。石
棉圈放在石棉圈托盘上，步进电机带动丝杠转动，丝杠副带动石棉圈托盘向上
移动，使石棉圈上移一定距离，便于机械手定位抓取。
所述自动脱模系统，包括凸模、转台电机、转台、定位槽、外侧电磁铁、
转盘、中心电磁铁，其中，定位槽和转台固连，定位槽为环形结构，定位槽的
内侧设有转盘，转盘也为环形结构，转盘内侧设有中心电磁铁，转盘与中心电
磁铁固定连接，定位槽的边缘设有外侧电磁铁，中心电磁铁通电后和模具支撑
零件相连，外侧电磁铁通电后和模具定位零件相连，转台电机带动转盘转动，
转盘带动模具支撑零件、丝杠、凹模底部零件一起转动，凹模边缘零件沿直线
轴向下移动，使得凹模型腔边小，凸模和电池片先后从型腔中脱出，转台电机、
中心电磁铁、外侧电磁铁均和控制系统相连接，并由其控制。
所述滚珠丝杠模具，包括直线轴承、直线轴、凹模边缘零件、丝杠副、
丝杠、模具支撑零件、模具定位零件、凹模底部零件，其中，丝杠和模具支撑
零件以及凹模底部零件固定连接，丝杆副和丝杆螺纹连接，凹模边缘零件和丝
杠副之间固定连接，凹模边缘零件上设有两个直线轴承，直线轴承与直线轴的
一端滑动连接，直线轴的另一端和模具定位零件固定连接，模具支撑零件通过
中心电磁铁与转盘相连，模具定位零件通过外侧电磁铁与定位槽相连。
本发明工作时，当大转台旋转到初始工位时，由于该工位离机械手距离较 近，因此可用于机械手抓取滚珠丝杠模具，并放置在滚珠丝杠模具的固定装置 中的自动脱模系统上，同时当大转台旋转一周，分别经过将经过自动摊粉系统、 自动压平系统、石棉圈上料系统，完成了摊粉、压平、石棉圈上料工序，回到 了初始工位后，大转台不动，由机械手搬运滚珠丝杠模具到压机系统上完成粉 末的压制成型，压制完毕后，机械手搬运压制好的模具到滚珠丝杠模具的固定 装置中的自动脱模系统上，由自动脱模系统完成自动脱模操作。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果
本发明取代了现有对电池片制备的手工操作，避免了电池粉末具有腐蚀性 介质对人身健康的损害；
本发明采用伺服控制，使得电池成型片的厚度、重量、外形、绝缘性、成 品率等指标都得到满足，如采用精确度为20 ixm / 300咖左右的直线位移台， 粉末摊平时间可小于10秒，使效率提高。如采用重复定位精度为士5 nm左右 的压平直线位移台，粉末压平时间可小于8秒，使效率提高。如采用旋转速度 为900° /sec左右的转台电机，脱模的时间可小于3秒，使效率提高。如采用 高精密级滚珠丝杠制作模具，电池片成品合格率将进一步提高。
本发明不仅可应用于电池粉末成型的制备工艺，还可推广到其他粉末成型 产品的自动制备领域。
图1为本发明的整体结构示意图； 图2为本发明中自动摊粉系统的结构示意图； 图3为本发明中自动压平系统的结构示意图； 图4为本发明中石棉圈上料系统的结构示意图； 图5为本发明中自动脱模系统的结构示意图一； 图6为本发明中自动脱模系统的结构示意图二； 图7为本发明中滚珠丝杠模具的结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方 案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的 保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括控制系统l、检测系统2、压机系统3、自动 摊粉系统4、滚珠丝杠模具的固定装置5、大转台6、机械手7、石棉圈上料系 统8、自动压平系统ll、滚珠丝杠模具12，其中
大转台6的边缘设有若干个滚珠丝杠模具的固定装置5，滚珠丝杠模具的固 定装置5上部由机械手7放置滚珠丝杆模具12，自动摊粉系统4、自动压平系 统11、石棉圈上料系统8、滚珠丝杠模具的固定装置5均在机械手7所能抓取的
范围内，自动摊粉系统4的数目与所需添加电池粉末的种类数相同，在大转台6 的周围分别依次设有初始工位、摊粉工位，压平工位、加石棉圈工位，其中， 在摊粉工位、压平工位、加石棉圈工位上，分别放置自动摊粉系统4、自动压平 系统11、石棉圈上料系统8，大转台6在控制系统1控制下的旋转过程中，大 转台6上的滚珠丝杠模具12依次经过上述工位，依次完成摊粉、压平、加石棉 圈等一系列工序；
控制系统1分别与自动摊粉系统4、自动压平系统ll、石棉圈上料系统8、 检测系统2、压机系统3、机械手7、大转台6相连，控制系统l负责控制这些 装置的运行。
所述机械手l，其一侧设有模具区9，用于放置滚珠丝杠模具12。 所述自动摊粉系统4，包括粉末计量系统和喂料口，粉末计量系统根据控制
系统的控制指令称取设定重量的粉末，并由喂料口将粉末均匀倒在滚珠丝杠模
具12中。
如图2所示，所述滚珠丝杠模具的固定装置5，包括小转台13、直线位 移台14、自动脱模系统41，直线位移台14沿径向设置在大转台6的边缘，直 线位移台14上设有小转台13，小转台上面设有自动脱模系统41，滚珠丝杠模 具12放置在自动脱模系统41上端。在自动摊粉系统4将粉末匀速注入滚珠丝 杠模具12时，小转台13匀速转动，直线位移台14同时匀速直线前后移动，二 者的同时运动使滚珠丝杠模具12边移动边转动，使得电池粉末以近似螺旋形轨 迹覆盖在滚珠丝杠模具12的型腔底面，保证粉末的平整。
如图3所示，所述自动压平系统ll，包括压平直线位移台15、压平电机 16、压平零件17，其中，压平直线位移台15带动压平电机16和压平零件17沿 直线移动，压平电机16带动压平零件17转动，压平零件17边直线移动边转动， 使粉末压平。
如图4所示，所述石棉圈上料系统8，包括石棉圈18、石棉圈托盘19、 直线轴承20、直线轴21、滚珠丝杠22、滚珠丝杠副23、步进电机24、底座25， 其中，步进电机24的轴与滚珠丝杠22固连，滚珠丝杠副23与直线轴21以及 石棉圈托盘19固连，步进电机24带动滚珠丝杠22转动，滚珠丝杠副23带动
石棉圈托盘19向上直线移动，石棉圈托盘19推动石棉圈18向上直线移动，石
棉圈18移动到一定距离便于机械手7的定位抓取。
如图5、图6所示，所述自动脱模系统，包括凸模、转台电机34、转台
35、定位槽36、外侧电磁铁37、转盘38、中心电磁铁39,其中，定位槽36和
转台35固连，定位槽36为环形结构，定位槽36的内侧设有转盘38，转盘38
也为环形结构，转盘38内侧设有中心电磁铁39，转盘38与中心电磁铁39固定
连接，定位槽36的边缘设有外侧电磁铁37，中心电磁铁39通电后和模具支撑
零件32相连，外侧电磁铁37通电后和模具定位零件33相连，转台电机34带
动转盘38转动，转盘38带动模具支撑零件32、丝杠31、凹模底部零件40 —
起转动，凹模边缘零件29沿直线轴28向下移动，使得凹模型腔边小，凸模26
和电池片先后从型腔中脱出，转台电机34、中心电磁铁39、外侧电磁铁37均
和控制系统l相连接，并由其控制。
如图7所示，所述滚珠丝杠模具，包括直线轴承27、直线轴28、凹模边 缘零件29、丝杠副30、丝杠31、模具支撑零件32、模具定位零件33、凹模底 部零件40。其中，丝杠31和模具支撑零件32以及凹模底部零件40固定连接， 丝杆副30和丝杆31螺纹连接，凹模边缘零件29和丝杠副30之间固定连接， 凹模边缘零件29上设有两个直线轴承27，直线轴承27与直线轴28的一端直 线滑动连接，直线轴28的另一端和模具定位零件33固定连接，模具支撑零件 32通过中心电磁铁39通电与转盘38相连，模具定位零件33通过外侧电磁铁 37通电与定位槽36相连。
本发明自动制备方法的工作过程如下(以含有四种电池粉末的情况为例) 控制系统1控制机械手7从模具区9将滚珠丝杠模具12抓取并定位到大转 台6的初始工位，大转台6转动到第一种电池粉末注入工位，粉末计量系统匀 速注入第一种电池粉末，小转台13匀速转动，摊粉直线位移台14同时匀速直 线移动，二者的同时运动使滚珠丝杠模具边移动边转动，使得电池粉末以近似 螺旋形轨迹覆盖在滚珠丝杠模具12的型腔底面，从而基本保证粉末的平整。摊 平后，大转台6转到第一种粉末压平工位，压平直线位移台15向下移动，压平 电机16带动压平零件17转动，压平零件17与电池粉末接触，压平零件17边
压边转使电池粉末平整一致。压平后，大转台6转到第二种电池粉末注入工位， 同样方法完成电池粉末的注入，摊平，压平，大转台6转到加石棉圈工位，机 械手7从石棉圈上料机处抓取石棉圈18，放置到滚珠丝杠模具12的第三层粉末 上，加完石棉圈后。大转台6转到第四种粉末注入位置，同样方法完成粉末注 入，摊平，压平，大转台6转到最终工位，机械手7从模具区9抓取凸模26放 置在滚珠丝杠模具12的型腔内，然后抓取整个模具到压机系统3，压机系统3 将电池粉末压制成型，机械手7将整个模具抓取到大转台6的初始位置进行自 动脱模，机械手7将从滚珠丝杠模具12中脱出的凸模26放置到凸模的初始位 置，然后机械手7将从滚珠丝杠模具12中脱出的电池片放置到检测系统2，进 行自动检测，机械手7将电池片合格品放置到成品区，循环以上工步，可完成 多个电池片的自动制备，以上制备过程不限于四种电池粉末。
本实施例中，采用伺服控制，使得电池成型片的厚度、重量、外形、绝缘 性、成品率等指标都得到满足，如采用精确度为20 um / 300腿左右的直线 位移台，粉末摊平时间可小于10秒，使效率提高；如采用重复定位精度为士5 ym 左右的压平直线位移台，粉末压平时间可小于8秒，使效率提高；如采用旋转 速度为90(T /sec左右的转台电机，脱模的时间可小于3秒，使效率提高；如 采用高精密级滚珠丝杠制作模具，电池片成品合格率将进一步提高。
权利要求
1、一种热电池单体电池的自动制备系统，其特征在于，包括控制系统、压机系统、检测系统、自动摊粉系统、自动压平系统、石棉圈上料系统、机械手、大转台、滚珠丝杠模具、滚珠丝杠模具的固定装置，其中大转台的边缘设有若干个滚珠丝杠模具的固定装置，滚珠丝杠模具的固定装置上部由机械手放置滚珠丝杆模具，自动摊粉系统、自动压平系统、石棉圈上料系统、滚珠丝杠模具的固定装置均在机械手所能抓取的范围内，自动摊粉系统的数目与所需添加电池粉末的种类数相同，在大转台的周围分别依次设有初始工位、摊粉工位，压平工位、加石棉圈工位，其中，在摊粉工位、压平工位、加石棉圈工位上，分别放置自动摊粉系统、自动压平系统、石棉圈上料系统，转台在控制系统控制下的旋转过程中，大转台上的滚珠丝杠模具依次经过上述工位，依次完成摊粉、压平、加石棉圈等一系列工序；控制系统分别与自动摊粉系统、自动压平系统、石棉圈上料系统、检测系统、压机系统、机械手、大转台相连，控制系统负责控制这些装置的运行。
2、 根据权利要求l所述的热电池单体电池的自动制备系统，其特征是，所 述自动摊粉系统，包括粉末计量系统和喂料口，粉末计量系统根据控制系统的 控制指令称取设定重量的粉末，并由喂料口将粉末均匀倒在滚珠丝杠模具中。
3、 根据权利要求l所述的热电池单体电池的自动制备系统，其特征是，所 述自动压平系统，其与自动摊粉系统的数量相同，均等于电池粉末的种类数， 自动压平系统和自动摊粉系统相互间隔设置。
4、 根据权利要求1或3所述的热电池单体电池的自动制备系统，其特征是， 所述自动压平系统，包括压平直线位移台、压平电机、压平零件，压平直线 位移台带动压平零件向下移动，压平电机带动压平零件转动。
5、 根据权利要求l所述的热电池单体电池的自动制备系统，其特征是，所 述石棉圈上料系统，包括石棉圈、石棉圈托盘、直线轴承、直线轴、滚珠丝 杠、滚珠丝杠副、步进电机、底座，其中，底座和滚珠丝杠通过轴承相连，电 机和滚珠丝杠相连，丝杠和丝杆副相连，石棉圈托盘和丝杠副相连。石棉圈放 在石棉圈托盘上，步进电机带动丝杠转动，丝杠副带动石棉圈托盘向上移动， 使石棉圈上移一定距离，便于机械手定位抓取。
6、 根据权利要求l所述的热电池单体电池的自动制备系统，其特征是，所 述滚珠丝杠模具的固定装置，包括小转台、直线位移台、自动脱模系统，直 线位移台沿径向设置在大转台的边缘，直线位移台上设有小转台，小转台上面设有自动脱模系统，滚珠丝杠模具放置在自动脱模系统上端。
7、 根据权利要求6所述的热电池单体电池的自动制备系统，其特征是，所述自动脱模系统，包括凸模、转台电机、转台、定位槽、外侧电磁铁、转盘、 中心电磁铁，其中，定位槽和转台固连，定位槽为环形结构，定位槽的内侧设 有转盘，转盘也为环形结构，转盘内侧设有中心电磁铁，转盘与中心电磁铁固 定连接，定位槽的边缘设有外侧电磁铁，中心电磁铁通电后和模具支撑零件相 连，外侧电磁铁通电后和模具定位零件相连，转台电机带动转盘转动，转盘带 动模具支撑零件、丝杠、凹模底部零件一起转动，凹模边缘零件沿直线轴向下 移动，使得凹模型腔边小，凸模和电池片先后从型腔中脱出，转台电机、中心 电磁铁、外侧电磁铁均和控制系统相连接，并由其控制。
8、 根据权利要求l所述的热电池单体电池的自动制备系统，其特征是，所 述滚珠丝杠模具，包括直线轴承、直线轴、凹模边缘零件、丝杠副、丝杠、 模具支撑零件、模具定位零件、凹模底部零件，其中，丝杠和模具支撑零件以 及凹模底部零件固定连接，丝杆副和丝杆螺纹连接，凹模边缘零件和丝杠副之 间固定连接，凹模边缘零件上设有两个直线轴承，直线轴承与直线轴的一端滑 动连接，直线轴的另一端和模具定位零件固定连接，模具支撑零件通过中心电 磁铁与转盘相连，模具定位零件通过外侧电磁铁与定位槽相连。
全文摘要
一种电池制造技术领域的热电池单体电池的自动制备系统，大转台的边缘设有若干个滚珠丝杠模具的固定装置，滚珠丝杠模具的固定装置上部由机械手放置滚珠丝杆模具，自动摊粉系统、自动压平系统、石棉圈上料系统、滚珠丝杠模具的固定装置均在机械手所能抓取的范围内，自动摊粉系统的数目与所需添加电池粉末的种类数相同，在大转台的周围分别依次设有自动摊粉系统、自动压平系统、石棉圈上料系统，转台在控制系统控制下的旋转过程中，大转台上的滚珠丝杠模具依次经过上述工位，依次完成摊粉、压平、加石棉圈等一系列工序；本发明采用伺服控制，使得电池成型片的厚度、重量、外形、绝缘性、成品率等指标都得到满足。
文档编号H01M10/04GK101383426SQ20081020161
公开日2009年3月11日 申请日期2008年10月23日 优先权日2008年10月23日
发明者庄 付, 岳胜利, 詹世涛, 赵言正 申请人:上海交通大学