一种用于叠片取送料的转塔装置及其叠片取送料工艺的制作方法

本发明涉及电芯制造领域，特别指一种用于叠片取送料的转塔装置及其叠片取送料工艺。

背景技术：

当前,全球锂电池企业主要聚集在韩国、中国和日本。日本在21世纪之前垄断了全球的裡电池产业,其主要产品是二次锂电池。后来,随着韩国和中国对锂电池生产技术的研究和开发而逐渐地在全球占据了一定的市场。国外著名的锂电池生产厂家有三洋、博世、三星、松下、索尼、丰田、东芝、福特、通用、奔驰等。这些厂家一般都有一整套完善的锂电池生产线，其中包含锂电池卷绕设备和极耳焊接设备，这些设备一般由专门的设备生产商提供。调查统计，2016年中国锂电池电芯设备规模为75亿元，同比增长超过100%。其中国产设备占55亿元，预计未来国产比例将提升。目前动力电池的产能和性能，远不能满足终端电动车及储能市场的新增需求，未来3-5年将是锂电设备高速增长期。受动力电池大规模扩张影响，单体动力电池容量较大，用叠片工艺生产效率和性能更优异。许多国内领先电芯制造商都有方形铝壳电池扩产规划，2016年以来对叠片工艺设备需求随之增多。我国锂电池叠片机设备行业，由过去格林晟一家独大，到现在群雄割据的局面。由于动力电池性能要求较高，对设备稳定性、精细度、高速性等要求严格，因此企业在采购中会优先考虑高性能设备，这将加速设备市场向实力型设备企业集中化，同时也倒逼低端市场设备企业竞争加大，小企业为了生存迫使下降价格走薄利多销道路。动力锂电池主要由隔离膜、阴极、阳极、电解液四部分组成，按成型工艺主要分为三种：切片锂电池、叠片锂电池和卷绕锂电池。切片锂电池，由于隔离膜非常柔软，在加工过程中难以保证隔离膜的对齐度，使电池质量下降，因此，在工业中很少使用该方案。叠片锂电池，从结构上看叠片工艺比切片工艺的锂电池加工工艺简单，因为隔离膜在整块锂电池当中为连续的，而且其性能与切片锂电池几乎一样，在工业中常用叠片锂电池替代切片锂电池。方形卷绕锂电池，在整个电池中只有一张阴极极片和一张阳极极片，其加工工艺更为简单，因此卷绕锂电池目前被广泛应用。

在没有出现叠片锂电池之前几乎都是用方形卷绕锂电池，但随着行业内的不断研究，随着电池能量密度要求逐步提高，电芯企业有将电池越做越大的趋势，单电芯做大最主要存在问题在于安全性、生产效率、极片与隔膜卷绕或对叠的控制、产线集体效率等问题。叠片锂电池的优越性能慢慢呈现，叠片锂电池的普及是将来的一大趋势，而解决叠片锂电池的加工效率问题是推广叠片锂电池的必须途径，且随着国内叠片装备企业的不断革新进步，以及大型锂电装备企业的横向延伸，叠片工艺仍会是主流趋势。

目前大部分国内叠片机的机器参数如下：极片高度：60-80mm80-120mm100-200mm；极片宽度：40-60mm60-80mm82-160mm；电池厚度：3-10mm；单片对齐精度：≤0.2mm；整体对齐精度：≤0.5mm；叠片速度：1.5-2/pin。

具体地，在进行自动叠片机研发过程中涉及到的一个关键部分为叠片取送料装置的结构和工艺设计，用于将正极片和负极片依次取出并交替地叠放在叠片机构的叠片平台上，形成正负交错叠放的叠片式的电芯内部组成结构；在实际的研发设计和生产过程中，叠片取送料装置的结构和工艺设计存在以下技术瓶颈需要突破：1、国内叠片机的叠片速度为1.5-2/pin，该速度无法适应和匹配上一极片切割工艺进行改进后的极片导出速度，导致叠片成为制约电芯生产整线产能提升的关键节点；2、极片取出、检测、校正、叠片等工序步骤之间存在路径重复行走等情况，导致整个叠片取送料耗时较多。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种通过在一个旋转周期内来回、分段、循环旋转运动依次完成取料、检测、去不良品、叠片等工艺动作，在前后半个旋转周期内分别取出属性不同的极片，并将不同属性极片依次交替叠放于叠片机构上，且利用圆周状转塔结构，完成在同一个旋转周期内同时实现双叠片机构上的依次交替叠合，极大地提升了叠片效率的用于叠片取送料的转塔装置及其叠片取送料工艺。

本发明采用的技术方案如下：一种用于叠片取送料的转塔装置，设置于自动叠片机内，用于从两进料真空拉体上分别取出极片后，将极片叠放在自动叠片机的叠片机构上，包括转塔动力组件、转盘、ng板、光源板、真空吸板及传动组件，其中，上述转塔动力组件设置于两进料真空拉体之间，转塔动力组件的左右两侧分别设置有叠片机构；上述转盘水平连接于转塔动力组件的上部，并经转塔动力组件驱动而旋转运动；上述真空吸板包括四块，四块真空吸板分别沿圆周方向均匀间隔地连接于转盘上，并随转盘旋转运动，初始位置时，真空吸板垂直于两进料真空拉体，并延伸至两进料真空拉体的上方，以便吸附极片；上述ng板包括四块，四块ng板两两一组分别水平设置于叠片机构与真空吸板的初始位置之间；上述光源板包括四块，四块光源板分别水平设置于ng板与真空吸板的初始位置之间；转盘带动两真空吸板自初始位置依次旋转至光源板、ng板及叠片机构处，在光源板处，ccd机构拍摄定位吸附的极片，检测到的不良品极片放入ng板上，且ccd机构在叠片机构处拍摄，将良品极片放置于叠片机构上；上述传动组件连接于转塔动力组件上，并与两侧的叠片机构连接，以便将动力传递至叠片机构内，驱动叠片机构内的压极片组件压紧真空吸板叠放的极片。

优选地，所述的转塔动力组件包括转塔电机、第一传动带、传动轮、第一传动轴及传动箱，其中，上述转塔电机及传动箱间隔设置，转塔电机的输出轴从一侧伸出；上述第一传动轴设置于传动箱内，且第一传动轴的两端分别伸出传动箱外；上述传动轮设置于第一传动轴伸出传动箱一侧的端部；上述第一传动带连接于转塔电机的输出轴及传动轮上，转塔电机的动力输出至第一传动轴，并经传动箱向上输出动力，以便驱动连接于传动箱上部的转盘旋转运动。

优选地，所述的传动箱的上部边沿处连接有至少二个支架；上述ng板及ccd拍摄板分别水平连接于支架上。

优选地，所述的传动组件包括第二传动带及第三传动带，其中，上述第二传动带及第三传动带的一端分别在第一传动轴伸出传动箱另一侧的端部，第二传动带及第三传动带的另一端分别连接在传动箱两侧的叠片机构上，以便转塔电机在驱动转盘旋转叠极片的同时，驱动两叠片机构的两组压极片组件依次交替的压紧或松开叠放好的极片。

优选地，所述的叠片机构包括二个叠片平台，叠片机构上设有叠片工位及下料工位，其中叠片工位设置于中部，下料工位设置于叠片工位的两侧；叠片平台移动至叠片工位处后，真空吸板将极片叠放在叠片平台上，叠片平台上物料叠放完成后，叠片平台移动至下料工位以便下料。

一种用于叠片取送料的转塔装置的叠片工艺，包括如下工艺步骤：

s1、进料：两进料真空拉体分别将切割好的正极片和负极片逐次导出；

s2、第一次取料：转塔机构的转盘下降，使得连接于转盘两侧的真空吸板分别从两进料真空拉体上吸取极片；

s3、第一次旋转：步骤s2中真空吸板取料完成后，转盘控制真空吸板旋转至光源板所在的拍摄位置处，以便ccd机构从四角位置进行第一次ccd拍摄，拍摄极片的位置信息；

s4、第二次旋转：步骤s3中ccd拍摄完成后，转盘控制真空吸板旋转至叠片平台处；

s5、第二次ccd拍摄：叠片机的ccd机构对叠片平台进行二次拍摄定位，从对角进行拍摄定位；

s6、校正：步骤s3及步骤s5中ccd拍摄完成后，工控机进行视觉分析，并控制叠片平台进行位置和角度校正；

s7、第一次叠片：步骤s6中叠片平台校正完成后，步骤s4中的真空吸板下降，将极片叠放在叠片平台上；

s8、第二次取料：步骤s4真空吸板第二次旋转时，与其相邻的另一真空吸板，同步旋转至另一进料真空拉体上；步骤s7中的真空吸板叠片的同时，与其相邻的另一真空吸板从另一进料真空拉体上取出属性与步骤s2中不同的极片；

s9、第三次旋转：步骤s7中真空吸板叠片完成，步骤s8中另一真空吸板第二次取料完成后，转塔机构控制转盘以与步骤s3及s4中相反的旋转方向旋转至光源板所在的拍摄位置，ccd机构从四角位置进行第三次ccd拍摄，拍摄极片的位置信息；

s10、第四次旋转：步骤s9中真第三次ccd拍摄完成后，另一真空吸板继续旋转至叠片平台处；

s11、第四次ccd拍摄：叠片机的ccd机构对叠片平台进行四次拍摄定位，从对角进行拍摄定位；

s12、校正及第二次叠片：步骤s9及步骤s11中ccd拍摄完成后，工控机进行视觉分析，并控制叠片平台进行位置和角度校正；步骤s10中的另一真空吸板将与步骤s7属性相反的极片叠放。

优选地，所述的步骤s2至步骤s7的叠片耗时为8n，其中，步骤s2真空吸板取料后上升耗时n，转盘旋转耗时为4n，步骤s7叠片时真空吸板下降耗时为n，叠片完成后叠片耗时2n。

优选地，所述的步骤s2至步骤s7的叠片耗时为0.6s，其中，步骤s2真空吸板取料后上升耗时0.75s，转盘旋转耗时为0.3s，步骤s7叠片时真空吸板下降耗时为0.75s，叠片完成后叠片耗时0.15s。

本发明的有益效果在于：

本发明针对现有技术存在的缺陷和不足自主研发设计了一种通过在一个旋转周期内来回、分段、循环旋转运动依次完成取料、检测、去不良品、叠片等工艺动作，在前后半个旋转周期内分别取出属性不同的极片，并将不同属性极片依次交替叠放于叠片机构上，且利用圆周状转塔结构，完成在同一个旋转周期内同时实现双叠片机构上的依次交替叠合，极大地提升了叠片效率的用于叠片取送料的转塔装置及其叠片取送料工艺。

本发明为申请人自主研发的自动叠片机的关键核心部分，通过本发明的研发设计，提供了一种前所未有的叠片取放料工艺。整体地，本发明的转塔装置设置在自动叠片机的两条进料真空拉体之间，两条进料真空拉体上分别将上一工序切割形成的不同属性的极片间隔直线导出；本发明的转塔装置两侧分别设有两个叠片机构；本发明转塔机构取送叠片的路径可整体沿转盘的左右中心线分割为两部分，其中，位于左侧的180°旋转角度空间及两真空吸板满足转塔左侧的叠片机构叠片，位于右侧的180°旋转角度空间及两真空吸板满足转塔右侧的叠片机构叠片；在左侧的或右侧的其中一个180°旋转角度空间内，真空吸板以垂直于两进料真空拉体的位置为起始位置，转盘顺时针旋转90°时，前侧的真空吸板将前侧的进料真空拉体上的极片吸取，并旋转至叠片机构上方，将极片叠放至左侧的叠片机构上，同时相邻的真空吸板从叠片机构处旋转至后侧进料拉体上方，并从后侧进料拉体上取出不同属性的极片；转盘反向旋转90°时，此时前侧的真空吸板空转回前侧进料拉体处，相邻的真空吸板带着不同属性的极片移回至叠片机构上方，并将不同属性的极片叠放至上一片已经叠好的极片上；如此反复循环，本发明以转塔左右两侧的半圆内的真空吸板旋转90°完成一片极片的叠放，来回一次，总计旋转角度180°为一个旋转周期，完成属性相反的两片极片的依次交替叠放；同时，左侧或右侧的两真空吸板工作步骤相同，即转盘旋转90°即可分别在两叠片平台上完成两片极片的叠放；该种转塔式叠片取、送及叠料工艺方式极大地缩短了叠片耗时；具体地，本发明转塔在半圆的旋转范围内，旋转90°即一个叠片平台上叠一片极片所消耗的时间为0.6s，包括取料上升耗时0.075s，旋转耗时0.3s，转塔下降叠片耗时0.075s，叠片耗时0.15s，在该0.6s内时间内，本发明同时实现了两叠片机构上一片极片的叠放，因此，本发明的叠片效率为0.3s/pin，相比于传统叠片机构的叠片速度1.5-2/pin得到了大幅度地提升，对于电芯整线的自动化产线产能提升具有不可替代的作用。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图之一。

图2为本发明的立体结构示意图之二。

图3为本发明的立体结构示意图之三。

图4为本发明工作示意图。

图5为本发明的俯视图。

图6为本发明叠片耗时分析图。

图7为本发明叠片耗时分析实施例图。

图8为本发明的工艺步骤流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步描述：

如图1至图7所示，本发明采取的技术方案如下：一种用于叠片取送料的转塔装置，设置于自动叠片机内，用于从两进料真空拉体上分别取出极片后，将极片叠放在自动叠片机的叠片机构上，包括转塔动力组件、转盘46、ng板47、光源板48、真空吸板49及传动组件，其中，上述转塔动力组件设置于两进料真空拉体2之间，转塔动力组件的左右两侧分别设置有叠片机构3；上述转盘46水平连接于转塔动力组件的上部，并经转塔动力组件驱动而旋转运动；上述真空吸板49包括四块，四块真空吸板49分别沿圆周方向均匀间隔地连接于转盘46上，并随转盘46旋转运动，初始位置时，真空吸板49垂直于两进料真空拉体2，并延伸至两进料真空拉体2的上方，以便吸附极片；上述ng板47包括四块，四块ng板47两两一组分别水平设置于叠片机构3与真空吸板49的初始位置之间；上述光源板(48)包括四块，四块光源板48分别水平设置于ng板47与真空吸板49的初始位置之间；转盘46带动两真空吸板49自初始位置依次旋转至光源板48、ng板47及叠片机构3处，在光源板48处，ccd机构拍摄定位吸附的极片，检测到的不良品极片放入ng板47上，且ccd机构在叠片机构3处拍摄，将良品极片放置于叠片机构3上；上述传动组件连接于转塔动力组件上，并与两侧的叠片机构3连接，以便将动力传递至叠片机构3内，驱动叠片机构3内的压极片组件压紧真空吸板49叠放的极片0。

转塔动力组件包括转塔电机41、第一传动带42、传动轮43、第一传动轴44及传动箱45，其中，上述转塔电机41及传动箱45间隔设置，转塔电机41的输出轴从一侧伸出；上述第一传动轴44设置于传动箱45内，且第一传动轴44的两端分别伸出传动箱45外；上述传动轮43设置于第一传动轴44伸出传动箱45一侧的端部；上述第一传动带42连接于转塔电机41的输出轴及传动轮43上，转塔电机41的动力输出至第一传动轴44，并经传动箱45向上输出动力，以便驱动连接于传动箱45上部的转盘46旋转运动。

传动箱45的上部边沿处连接有至少二个支架412；上述ng板47及ccd拍摄板48分别水平连接于支架412上。

传动组件包括第二传动带410及第三传动带411，其中，上述第二传动带410及第三传动带411的一端分别在第一传动轴44伸出传动箱45另一侧的端部，第二传动带410及第三传动带411的另一端分别连接在传动箱45两侧的叠片机构3上，以便转塔电机41在驱动转盘46旋转叠极片的同时，驱动两叠片机构3的两组压极片组件依次交替的压紧或松开叠放好的极片。

叠片机构3包括二个叠片平台，叠片机构3上设有叠片工位a及下料工位b，其中叠片工位a设置于中部，下料工位b设置于叠片工位a的两侧；叠片平台移动至叠片工位处后，真空吸板将极片叠放在叠片平台上，叠片平台上物料叠放完成后，叠片平台移动至下料工位b以便下料。

如图8所述，一种用于叠片取送料的转塔装置的叠片工艺，包括如下工艺步骤：

s1、进料：两进料真空拉体分别将切割好的正极片和负极片逐次导出；

s2、第一次取料：转塔机构的转盘下降，使得连接于转盘两侧的真空吸板分别从两进料真空拉体上吸取极片；

s3、第一次旋转：步骤s2中真空吸板取料完成后，转盘控制真空吸板旋转至光源板所在的拍摄位置处，以便ccd机构从四角位置进行第一次ccd拍摄，拍摄极片的位置信息；

s4、第二次旋转：步骤s3中ccd拍摄完成后，转盘控制真空吸板旋转至叠片平台处；

s5、第二次ccd拍摄：叠片机的ccd机构对叠片平台进行二次拍摄定位，从对角进行拍摄定位；

s6、校正：步骤s3及步骤s5中ccd拍摄完成后，工控机进行视觉分析，并控制叠片平台进行位置和角度校正；

s7、第一次叠片：步骤s6中叠片平台校正完成后，步骤s4中的真空吸板下降，将极片叠放在叠片平台上；

s8、第二次取料：步骤s4真空吸板第二次旋转时，与其相邻的另一真空吸板，同步旋转至另一进料真空拉体上；步骤s7中的真空吸板叠片的同时，与其相邻的另一真空吸板从另一进料真空拉体上取出属性与步骤s2中不同的极片；

s9、第三次旋转：步骤s7中真空吸板叠片完成，步骤s8中另一真空吸板第二次取料完成后，转塔机构控制转盘以与步骤s3及s4中相反的旋转方向旋转至光源板所在的拍摄位置，ccd机构从四角位置进行第三次ccd拍摄，拍摄极片的位置信息；

s10、第四次旋转：步骤s9中真第三次ccd拍摄完成后，另一真空吸板继续旋转至叠片平台处；

s11、第四次ccd拍摄：叠片机的ccd机构对叠片平台进行四次拍摄定位，从对角进行拍摄定位；

s12、校正及第二次叠片：步骤s9及步骤s11中ccd拍摄完成后，工控机进行视觉分析，并控制叠片平台进行位置和角度校正；步骤s10中的另一真空吸板将与步骤s7属性相反的极片叠放。

步骤s2至步骤s7的叠片耗时为8n，其中，步骤s2真空吸板取料后上升耗时n，转盘旋转耗时为4n，步骤s7叠片时真空吸板下降耗时为n，叠片完成后叠片耗时2n。

步骤s2至步骤s7的叠片耗时为0.6s，其中，步骤s2真空吸板取料后上升耗时0.75s，转盘旋转耗时为0.3s，步骤s7叠片时真空吸板下降耗时为0.75s，叠片完成后叠片耗时0.15s。

进一步，本发明的实施提供了一种通过在一种通过在一个旋转周期内来回、分段、循环旋转运动依次完成取料、检测、去不良品、叠片等工艺动作，在前后半个旋转周期内分别取出属性不同的极片，并将不同属性极片依次交替叠放于叠片机构上，且利用圆周状转塔结构，完成在同一个旋转周期内同时实现双叠片机构上的依次交替叠合，极大地提升了叠片效率的用于叠片取送料的转塔装置及其叠片取送料工艺。本发明为申请人自主研发的自动叠片机的关键核心部分，通过本发明的研发设计，提供了一种前所未有的叠片取放料工艺。整体地，本发明的转塔装置设置在自动叠片机的两条进料真空拉体之间，两条进料真空拉体上分别将上一工序切割形成的不同属性的极片间隔直线导出；本发明的转塔装置两侧分别设有两个叠片机构；本发明转塔机构取送叠片的路径可整体沿转盘的左右中心线分割为两部分，其中，位于左侧的180°旋转角度空间及两真空吸板满足转塔左侧的叠片机构叠片，位于右侧的180°旋转角度空间及两真空吸板满足转塔右侧的叠片机构叠片；在左侧的或右侧的其中一个180°旋转角度空间内，真空吸板以垂直于两进料真空拉体的位置为起始位置，转盘顺时针旋转90°时，前侧的真空吸板将前侧的进料真空拉体上的极片吸取，并旋转至叠片机构上方，将极片叠放至左侧的叠片机构上，同时相邻的真空吸板从叠片机构处旋转至后侧进料拉体上方，并从后侧进料拉体上取出不同属性的极片；转盘反向旋转90°时，此时前侧的真空吸板空转回前侧进料拉体处，相邻的真空吸板带着不同属性的极片移回至叠片机构上方，并将不同属性的极片叠放至上一片已经叠好的极片上；如此反复循环，本发明以转塔左右两侧的半圆内的真空吸板旋转90°完成一片极片的叠放，来回一次，总计旋转角度180°为一个旋转周期，完成属性相反的两片极片的依次交替叠放；同时，左侧或右侧的两真空吸板工作步骤相同，即转盘旋转90°即可分别在两叠片平台上完成两片极片的叠放；该种转塔式叠片取、送及叠料工艺方式极大地缩短了叠片耗时；具体地，本发明转塔在半圆的旋转范围内，旋转90°即一个叠片平台上叠一片极片所消耗的时间为0.6s，包括取料上升耗时0.075s，旋转耗时0.3s，转塔下降叠片耗时0.075s，叠片耗时0.15s，在该0.6s内时间内，本发明同时实现了两叠片机构上一片极片的叠放，因此，本发明的叠片效率为0.3s/pin，相比于传统叠片机构的叠片速度1.5-2/pin得到了大幅度地提升，对于电芯整线的自动化产线产能提升具有不可替代的作用。

本发明的实施例只是介绍其具体实施方式，不在于限制其保护范围。本行业的技术人员在本实施例的启发下可以作出某些修改，故凡依照本发明专利范围所做的等效变化或修饰，均属于本发明专利权利要求范围内。