一种用于锂电池托盘的清洗系统的制作方法

本申请涉及锂电池领域，更具体地涉及用于锂电池托盘的清洗系统。

背景技术：

锂电池生产过程中需要使用托盘进行电芯的周转，使用过的托盘表面会残留陶瓷粉及其它微小杂质，再次使用前需要对这种托盘进行清洗。传统的清洗方法为手工清洗，这种方法费时费力且效率低下，并且清洗质量难以保证。

技术实现要素：

针对上述需求，本发明提出了一种用于锂电池托盘的自动清洗系统，其可以包括托盘上料缓存模块、托盘拉开翻转模块、托盘与料篮合装机构、移载机械手模块、超声波清洗模块、风扫模块、真空干燥模块、下料模块、回料篮模块及下料缓存模块。在本发明中，托盘为大致矩形。托盘上料缓存模块可以包括第一直线传输线、转向单元、第二直线传输线及挡板单元，且被设置成：由所述第一直线传输线沿所述托盘的长边方向传输托盘料摞，所述托盘料摞包括预设数量且处于自由摞放状态的所述托盘；所述转向单元邻接所述第一直线传输线和所述第二直线传输线，且被设置成使沿所述托盘长边方向传输的所述托盘料摞的运动方向发生90度转向，从而进入所述第二直线传输线以沿所述托盘的短边方向运动；并且，所述挡板单元用于使由所述第二直线传输线传输的所述托盘料摞停止运动并将其定位于预设位置，且挡板单元具有矩形底板，所述矩形底板的一个长边与所述第二直线传输线的尾端连接，另一长边处设有活动挡板。

所述托盘拉开翻转模块被设置用于将所述托盘料摞提离所述预设位置，使所述托盘料摞中的所述托盘由所述自由摞放状态分离成彼此之间具有预设间隙并翻转90度，以及使所述托盘料摞移至合篮工位并将其放入料篮中。

所述托盘与料篮合装机构用于使所述料篮处于所述合篮工位。

所述超声波清洗模块用于对经所述移载机械手移载至超声波工位的所述料篮进行超声波清洗。

所述风扫模块用于对经所述移载机械手移载至风扫工位的经超声波清洗的所述料篮进行吹扫。

所述真空干燥模块用于对经所述移载机械手移载至干燥工位的经吹扫的所述料篮进行干燥。

所述下料模块用于从经干燥的所述料篮中取出所述托盘料摞并使其恢复为所述自由摞放状态，以及将所述托盘料摞移至下料工位。

所述回料篮模块用于将空的所述料篮循环传输至所述合篮工位。以及所述下料缓存模块用于所述托盘料摞运离所述下料工位。

进一步地，所述转向单元可以具有光滑的倾斜部和光滑的平坦部。所述倾斜部的较高一端连接所述第一直线传输线的尾端，且所述倾斜部的较低一端连接所述平坦部。所述平坦部具有与所述托盘基本一致的矩形形状，其中所述平坦部的一条短边连接倾斜部，另一个短边处设置有第一气垫部，一个长边连接所述第二直线传输线的始端，另一个长边处设置有第二气垫部。所述第一气垫部具有与所述托盘料摞的短边截面类似的形状，所述第二气垫部具有与所述托盘料摞的长边截面类似的形状；所述第一气垫部包括固定于第一底板上的多个第一气囊，其中所述第一气囊构成所述第一气垫部的朝内表面；所述第二气垫部包括固定于第二底板上的多个第二气囊，其中所述第二气囊构成所述第二气垫部的朝内表面；并且，所述第一气囊中的每一个与所述第二气囊中的相应一个经由气道气体连通，所述气道具有相同的尺寸。

优选地，所述倾斜部与所述第一直线传输线的表面成5-9度夹角。

进一步地，所述托盘拉开翻转模块可以包括夹持单元、直线提升平移单元及翻转单元。所述夹持单元包括彼此相向设置的第一夹持板和第二夹持板，且所述第一夹持板和所述第二夹持板之间的距离可调；所述第一夹持板上设有多个第一夹持件，且相邻的所述第一夹持件之间通过可伸缩连杆连接，以使得能够借助电机调节相邻的所述第一夹持件之间的距离；所述第二夹持板上设有多个第二夹持件，且相邻的所述第二夹持件之间通过可伸缩连杆连接，以使得能够借助电机调节相邻的所述第二夹持件之间的距离。所述夹持单元通过所述第一夹持板和所述第二夹持板与所述直线提升平移单元机械连接，以便能够借助所述直线提升平移单元调节所述夹持单元的高度及水平位置；并且所述夹持单元通过所述第一夹持板和所述第二夹持板与所述翻转单元连接，以便能够借助所述翻转单元使夹持单元发生翻转。

进一步地，所述超声波清洗模块可以包括容纳有清洗液的清洗槽、超声波发生单元及辅助清洗单元。所述辅助清洗单元包括水泵、内外壳体、两个输入喷嘴、中心轴、驱动轮、混气轮、第一和第二被动进气口，所述内壳体和所述外壳体由密封轴承固定于所述中心轴上，从而在所述外壳体和所述内壳体之间限定出第一流体空间，在所述内壳体与所述中心轴之间限定出第二流体空间；所述外壳体下部形成有第一锥形筒部，所述内壳体下部形成有第二锥形筒部，所述第二锥形筒部的末端与所述混气轮之间限定出通向所述第一流体空间的第二流体空间的出口，所述第一锥形筒部的末端与所述混气轮之间限定出第一流体空间的出口；所述输入喷嘴连接所述水泵，并设置在所述外壳体的侧面上且喷嘴出口对准所述驱动轮的叶片；所述第一被动进气口设置在所述外壳体的上端面处，且位于所述驱动轮上方，并且所述第二被动进气口设置在所述内壳体的侧面处，且位于所述驱动轮和所述混气轮之间。

优选地，所述超声波清洗模块可以包括多个所述辅助清洗单元，且在工作过程中，所述托盘料摞被定位成使相邻的所述托盘之间设有所述辅助清洗单元中的一个。

进一步地，所述风扫模块可以包括高压气源、多排风嘴及伺服机构。所述风嘴包括中空圆台形外壳、圆柱形内柱和出气孔，所述内柱的外周开有多条螺旋槽，所述螺旋槽抵接所述外壳的内侧壁以形成多条螺旋气道，所述外壳的窄端面中央设置轴向细孔，所述轴向细孔通过内侧圆锥形空腔与所述螺旋气道相连以形成出气孔。

优选地，所述螺旋槽与所述内柱的底面的夹角在10-15度之间，所述内侧圆锥形空腔的内锥角在60-65度之间，所述内柱的长度为20-26cm，所述螺旋气道的直径为3-6mm。

进一步地，所述真空干燥模块可以包括真空箱、抽真空单元及加热单元。

进一步地，所述下料模块可以包括夹持单元、直线提升平移单元及翻转单元；所述夹持单元包括彼此相向设置的第一夹持板和第二夹持板，且所述第一夹持板和所述第二夹持板之间的距离可调；所述第一夹持板上设有多个第一夹持件，且相邻的所述第一夹持件之间通过可伸缩连杆连接，以使得能够借助电机调节相邻的所述第一夹持件之间的距离；所述第二夹持板上设有多个第二夹持件，且相邻的所述第二夹持件之间通过可伸缩连杆连接，以使得能够借助电机调节相邻的所述第二夹持件之间的距离；所述夹持单元通过所述第一夹持板和所述第二夹持板与所述直线提升平移单元机械连接，以便能够借助所述直线提升平移单元调节所述夹持单元的高度及水平位置；并且所述夹持单元通过所述第一夹持板和所述第二夹持板与所述翻转单元连接，以便能够借助所述翻转单元使夹持单元发生翻转。

附图说明

现在，将参考附图以示例的方式详细描述本发明的实施例，其中：

图1示意性地示出了根据本发明的清洗系统的托盘上料缓存模块的一部分；

图2-3示意性地示出了根据本发明的清洗系统的托盘拉开翻转模块；

图4示意性地示出了根据本发明的清洗系统的移载机械手模块；

图5示意性地示出了根据本发明的清洗系统的超声波清洗模块的清洗槽；

图6示意性地示出了根据本发明的清洗系统的超声波清洗模块的辅助清洗单元；

图7示意性地示出了根据本发明的清洗系统的风扫模块的风嘴；以及

图8示意性地示出了根据本发明的清洗系统的回料篮模块。

具体实施方式

本发明的用于锂电池托盘的清洗系统包括托盘上料缓存模块、托盘拉开翻转模块、托盘与料篮合装机构、移载机械手模块、超声波清洗模块、风扫模块、真空干燥模块、下料模块、回料篮模块、下料缓存模块。

图1示出了本发明的托盘上料缓存模块的结构示意图。如图1所示，托盘上料缓存模块可以包括第一直线传输线、转向单元、第二直线传输线及挡板单元。

在工作过程中，人工将托盘料摞放置于第一直线传输线上以使托盘料摞向前传输。第一直线传输线上设置有重量传感器，用于感测第一直线传输线上承载重量的变化，即因放置托盘料摞所引起的重量变化。在本发明中，当重量传感器检测到的重量增量与预设值不符时，即当前在第一直线传输线上放置的托盘料摞中所包含的托盘数量与预设值(例如7件)不符时，第一直线传输线中的电机暂停工作或者降低转速，并由第一直线传输线中的报警装置发出警报。

转向单元设置成与第一直线传输线的尾端和第二直线传输线的始端连接，用于使第一直线传输线输出的托盘料摞的运动方向发生90度转向，从而进入与第一直线传输线垂直设置的第二直线传输线。在本发明中，出于人工操作的方便，在第一直线传输线上，托盘料摞的运动方向与托盘的长边平行，相应地，在第二直线传输线上，托盘料摞的运动方向将变成与托盘的短边平行。

转向单元具有倾斜部和平坦部(出于简洁的原因未示出)。倾斜部一端连接

第一直线传输线的尾端，另一端则连接平坦部，并且具有相对小的摩擦系数(相对于直线传输线而言)。因此，当托盘料摞被带动至第一直线传输线的尾端时，将基于惯性作用进入转向单元的倾斜部，并沿倾斜部加速下滑至平坦部。

平坦部具有与托盘基本一致的形状且略大于托盘，且具有相对小的摩擦系数。在本发明中，托盘为矩形形状，相应地平坦部具有大致矩形的形状，且一条短边连接倾斜部，以接收托盘料摞。在矩形平坦部的另一个短边处设置有第一气垫部(未示出)。矩形平坦部的一个长边连接第二直线传输线的始端，而另一个长边处则设置有第二气垫部(未示出)。

第一气垫部具有与托盘料摞的短边截面类似的形状，且第二气垫部具有与托盘料摞的长边截面类似的形状。第一气垫部可以包括固定于第一底板上的多个第一气囊，其中第一气囊构成第一气垫部的朝内表面。第二气垫部可以包括固定于第二底板上的多个第二气囊，其中第二气囊构成第二气垫部的朝内表面。每个第一气囊与相应的第二气囊气体连通，且优选地每个第一气囊与相应第二气囊之间的气道被设置成具有相同的尺寸和长度。

根据本发明，当托盘料摞经由倾斜部加速进入平坦部时，其将立刻与第一气垫部发生撞击，并在第一气垫部的作用下停止沿第一直线传输线方向上的运动。与此同时，在托盘料摞与第一气垫部之间的撞击作用下，第一气囊中的不可压缩气体在撞击力的挤压下被排出第一气囊，并沿气道进入第二气囊，从而对第二气囊进行充气。由于第一气囊和第二气囊之间的气道具有相同的长度，因此，第二气垫部中的多个第二气囊将大致同一时间得到充气，并朝内鼓起，从而对平坦部上依靠第二气垫部的托盘料摞产生向内的作用力，将托盘料摞朝向第二直线传输线的始端推去。本领域技术人员基于上述描述能够理解，倾斜部的倾斜角度及倾斜部和平坦部的光滑表面将有利于借助第一直线传输线为托盘料摞提供的运动能量实现托盘料摞运动方向的90度转向。借助本发明的转向单元，能够以非常简单耐用的结构且无需额外耗能实现运动的托盘料摞的90度转向，从而避免了现有机械转向机构中的复杂结构及可能对托盘料摞造成的机械损伤。

第二直线传输线使托盘料摞沿托盘短边方向运动，并在其尾端进入挡板单元(未完全示出)。挡板单元具有大致矩形的底板，且矩形底板的一个长边与第二直线传输线的尾端连接，在矩形底板的另一长边处设有活动挡板。当托盘料摞进入挡板单元中时，活动挡板在电机驱动下运动至预设位置，从而将托盘料摞进行定位，以便后续操作。本领域技术人员容易理解，活动挡板的预设位置可以根据托盘的尺寸来进行设置，在此不再具体论述。

在本发明中，基于稳定性及撞击力的考虑，倾斜部优选被设置成与第一直线传输线的承载表面成5-9度夹角，且进一步优选地，在倾斜部的两侧可以设置光滑的挡板，以限制托盘料摞的运动。

托盘拉开翻转模块位于托盘上料缓存模块的挡板单元上方，其包括夹持单元、直线提升平移单元及翻转单元。

如图2-3所示，夹持单元可以包括彼此相向设置的第一夹持板和第二夹持板，且第一夹持板和第二夹持板之间的距离可调，例如图中所示可以借助电机和滑杆/导轨来实现。第一夹持板上设有多个第一夹持件，相邻夹持件之间通过可伸缩连杆连接，使得能够借助电机调节相邻夹持件之间的距离。第二夹持板上设有多个第二夹持件，相邻夹持件之间通过可伸缩连杆连接，使得能够借助电机调节相邻夹持件之间的距离。在此，相邻第一(第二)夹持件之间的默认距离对应于处于自由摞放状态下的托盘料摞中相邻托盘之间的距离。

夹持单元通过第一和第二夹持板与直线提升平移单元连接，以便能够借助直线提升平移单元调节夹持单元的高度，以及调节其在平面上的位置；同时，夹持单元还通过第一和第二夹持板与翻转单元连接，以便能够借助翻转单元使夹持单元发生翻转。作为示例，翻转单元可以由气缸和转轴来实现，诸如图3中所示。

当在挡板单元中对托盘料摞进行定位之后，直线提升平移单元驱动夹持单元下降至预设位置，使托盘料摞位于夹持单元的第一夹持板和第二夹持板之间。随后，夹持单元调节第一夹持板和第二夹持板的距离，使得第一夹持件和相对的第二夹持件与托盘料摞中相应的托盘形成夹持接触。当夹持单元中的第一和第二夹持件已对托盘料摞中的每个托盘均形成夹持之后，直线提升平移单元驱动夹持单元上升至预定高度，同时夹持单元调节相邻第一(第二)夹持件之间的距离，使得托盘料摞中的托盘由自由摞放的状态分离成彼此之间具有预设间隙(例如7.5cm)。最后，由翻转单元使夹持单元发生90度翻转，使得自由摞放状态的托盘料摞成为适于与料篮合装的状态。

托盘与料篮合装机构包括料篮定位单元，用于将传输的料篮定位于待合装工位。

直线提升平移单元将经分离翻转的托盘料摞平移至料篮上方，并借助夹持单元将托盘放入料篮中。

移载机械手模块包括一对机械手和移动机构，例如图4所示。机械手在电机驱动下抓住料篮，且在移动机构的作用下移动。

移载机械手模块将料篮移载至超声波工位，并将其置于超声波清洗模块中。

超声波清洗模块包括容纳有清洗液的清洗槽(如图5所示)、超声波发生单元(未示出)及辅助清洗单元(如图6所示)。

本领域技术人员知晓，超声波发生单元通常可以包括换能器和发生器，其中换能器接收由发生器提供的能量，并将其转换成机械振动能。超声波发生单元可以设置在清洗槽中合适的位置上，用于向清洗槽内提供超声波信号。优选地，可以在清洗槽的底部设置多个超声波发生单元。

如图6所示，辅助清洗单元可以包括水泵(未示出)、内外壳体、两个输入喷嘴、中心轴、驱动轮、混气轮、第一和第二被动进气口。内外壳体由密封轴承固定于中心轴上，且在内外壳体之间限定出第一流体空间，内壳体与中心轴之间限定出第二流体空间，其中，外壳体下部形成有第一锥形筒部，且相应地内壳体下部也形成有第二锥形筒部。第二锥形筒部的末端与混气轮之间限定出第二流体空间的出口，其通向第一流体空间。第一锥形筒部的末端与混气轮之间限定出第一流体空间的出口，作为辅助清洗单元的液体输出口。

两个输入喷嘴设置在外壳侧面上，且喷嘴出口大致对准驱动轮的叶片。第一被动进气口位于驱动轮上方，设置在外壳上端面处。水泵将清洗槽中的液体抽出，并经由输入喷嘴喷射至驱动轮的叶片上，从而使驱动轮、中心轴及混气轮共同旋转。在驱动轮附近的空气受到液体的高速冲击，同时液体和空气被驱动轮甩向外壳内壁，由此在驱动轮附近形成低压区，因而空气经由第一被动进气口进入第一流体空间，并且空气在液体的冲击及驱动轮叶片的切割作用下粉碎成细小气泡，与液体进行预混合。

混合有空气的液体在重力作用下经由第一和第二锥形筒部之间的空间到达混气轮附近，高速旋转的混气轮将附件的液体甩向第一流体空间的出口，同时，第二流体空间也形成有低压区，因而空气也将经由第二被动进气口(其设置于内壳体的侧面上)进入第二流体空间。第二流体空间中吸入的空气在混气轮的剪切和分散作用下弥散成细小气泡并与附近的液体充分混合，从而在混气轮附近形成富含气泡的高速液体，这种液体经由第一流体空间的出口从清洗辅助单元中喷射而出。本领域技术人员容易理解，在使用中，驱动轮位于清洗槽的液面之上，混气轮位于清洗槽的液面之下。

在本发明中，由于托盘料摞中的托盘在进入超声波清洗模块时已经由自由叠摞的状态变成竖直且彼此存在预设间隔的分离状态，因此，超声波清洗模块中可以包括多个辅助清洗单元，且辅助清洗单元被设置成位于相邻两个托盘之间。在这种设置下，辅助清洗单元输出的高压(高速)水流将会冲击两侧的托盘表面并顺着表面向上流动，从而增强对托盘表面的清洗能力；与此同时，由于辅助清洗单元输出的高压水流中富含大量的气泡，这些气泡的存在也会增强超声波清洗效果，大大改善超声清洗效率。另外，在辅助清洗单元中，借助输入水流的冲击产生真空吸力，减少了空气吸入所需要的能量，同时这种特定的结构能够保证连续进气，确保混气效果；而且，本领域技术人员容易理解，由于辅助清洗单元的存在，清洗槽中可能存在的大块颗粒会在辅助清洗单元中的叶片作用下被粉碎，因此能够有效避免因为这些大块颗粒的存在在水流冲击托盘表面时可能对托盘表面的损伤，以及对泵的损伤。

经超声波清洗之后，移载机械手模块将装有托盘料摞的料篮移载至风扫模块。风扫模块包括高压气源、多排风嘴及伺服机构。风嘴在伺服机构的带动下自上而下地对托盘表面进行吹扫，将残留于托盘表面的水分吹掉。

如图7所示，风嘴包括中空圆台形外壳、圆柱形内柱和出气孔。内柱外周开有多条螺旋槽，螺旋槽抵接外壳内侧壁以形成多条螺旋气道，在外壳的窄端面中央设置轴向细孔，其通过内侧圆锥形的空腔与螺旋气道相连以形成出气孔。在本发明中，螺旋槽与内柱底面的夹角在10-15度之间，内侧空腔的内锥角在60-65度之间，内柱长度为20-26cm，螺旋气道的直径为3-6mm，由此使得在风嘴内部形成较长的流动通道，且气体具有较大的切向流速，从而增强风嘴输出气体的速度且具有特定的流动方向性，相比普通的风嘴能够有效改善吹扫效果。

真空干燥模块包括真空箱、抽真空单元及加热单元。移载机械手模块将经吹扫的料篮放入真空箱内。加热单元对真空箱内部进行加热，同时抽真空单元对真空箱内部进行抽真空处理。本领域技术人员容易理解，在这种真空干燥模块中，相比普通加热干燥方式，能够显著提高干燥效率。在本发明中，作为示例，加热单元可以包括电阻丝或者任何其他加热元件，抽真空单元可以包括真空泵。

在对料篮完成真空干燥处理之后，由下料模块将托盘料摞从料篮中取出，并使其恢复为自由摞放状态。在本发明中，下料模块可以具有与托盘拉开翻转模块相同的结构，其包括夹持单元、直线提升平移单元及翻转单元。夹持单元可以包括彼此相向设置的第一夹持板和第二夹持板，且第一夹持板和第二夹持板之间的距离可调。第一夹持板上设有多个第一夹持件，相邻夹持件之间通过可伸缩连杆连接，使得借助电机能够调节相邻夹持件之间的距离。第二夹持板上设有多个第二夹持件，相邻夹持件之间通过可伸缩连杆连接，使得借助电机能够调节相邻夹持件之间的距离。此时，相邻第一(第二)夹持件之间的默认距离对应于处于分离状态下的托盘料摞中相邻托盘之间的距离。夹持单元通过第一和第二夹持板与直线提升平移单元连接，以便能够借助直线提升平移单元调节夹持单元的高度；同时，夹持单元还通过第一和第二夹持板与翻转单元连接，以便能够借助翻转单元使夹持单元发生翻转。

当移载机械手模块将料篮从真空干燥模块移载至下料工位时，直线提升平移单元驱动夹持单元下降至预设位置，使托盘料摞位于夹持单元的第一夹持板和第二夹持板之间。随后，夹持单元调节第一夹持板和第二夹持板的距离，使得第一夹持件和相对的第二夹持件与托盘料摞中相应的托盘形成夹持接触。当夹持单元中的第一和第二夹持件已对托盘料摞中的每个托盘均形成夹持之后，直线提升平移单元驱动夹持单元上升至预定高度，同时夹持单元调节相邻第一(第二)夹持件之间的距离，使得托盘料摞中的托盘由分离状态恢复成彼此接触的状态。最后，由翻转单元使夹持单元发生90度翻转，使得托盘料摞成为自由摞放状态。

回料篮模块用于将空的料篮循环传输至合篮工位，例如，其可以为传输线的形式，例如图8所示。

同时，通过控制下料模块中的直线提升平移单元和夹持单元，将处于自由摞放状态的托盘料摞放置于下料缓存模块上。下料缓存模块包括传输线和提醒单元，其中，传输线上还设置有重量传感器及挡板。当传输线上的重量传感器感测上承载重量出现预设的变化，即因放置托盘料摞所引起的重量变化时，传输线中的电机被启动以将托盘料摞运离下料工位。当托盘料摞运动至传输线挡板位置时，传输线的电机停止，同时提醒单元发出提醒信号，以通知工人以人工的方式将经清洗的托盘料摞取下待用。

借助本发明所提出的托盘清洗系统，能够全自动且高效节能的方式实现对托盘的清洗，解决现有技术存在的不足。

在前面的说明中，已经参照本发明的具体示例性实施例对本发明的原理进行了描述。但是，对于本领域技术人员显而易见的是，在不背离所附权利要求限定的本发明的精神及范围的情况下，可以对本发明进行各种修改或改变。因此，应当将说明书及其附图视为示例性而非限制性的。