一种叠片数码电芯储运装置智能清洗检测生产线的制作方法

本申请涉及锂电池领域，更具体地涉及一种叠片数码电芯储运装置智能清洗检测生产线。

背景技术：

锂电池生产过程中需要使用储运装置进行电芯的周转，使用过的储运装置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储运装置进行清洗。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，本发明提出了一种叠片数码电芯储运装置智能清洗检测生产线，其可以包括储运装置上料缓存模块、机器人吸取装料篮模块、超声波清洗模块、风扫模块、料篮移载模块、隧道烘干模块、机器人吸取装出料篮模块以及储运装置下料缓存模块，其中：

所述储运装置上料缓存模块被设置用于将预设高度的储运装置料摞传输并提升至准备位置；

机器人吸取装料篮模块被设置用于以真空吸附的方式从所述准备位置将所述储运装置料摞中的储运装置以竖直的方式置于料篮中；

所述超声波清洗模块被设置成借助超声波对所述料篮和储运装置进行清洗；

所述风扫模块被设置用于吹扫经清洗的所述料篮和储运装置上的水；

所述料篮移载模块被设置用于将经吹扫的所述料篮和储运装置移载至所述隧道烘干模块；

所述隧道烘干模块被设置用于利用热风循环将所述料篮和储运装置烘干；

所述机器人吸取出料篮模块被设置用于以真空吸附的方式从所述料篮中取出所述储运装置，对所述储运装置的表面洁净度进行视觉检测，并将所述储运装置置于所述储运装置下料缓存模块；以及，

所述储运装置下料缓存模块被设置用于将所述储运装置传输至待下料位置。

进一步地，所述储运装置上料缓存模块包括直线传输线、线端到位检测单元和伺服提升单元，其中：所述直线传输线上设置有高度上限和下限检测传感器，用于感测所述直线传输线上的所述储运装置料摞的高度；所述线端到位检测单元被设置成检测所述储运装置料摞是否到达预设位置；所述伺服提升单元被设置用于将所述储运装置料摞提升到所述准备位置。

进一步地，所述机器人吸取装料篮模块包括机器人本体、储运装置吸取单元和真空管路控制单元，其中：所述储运装置吸取单元被设置用于从所述储运装置料摞上吸取所述储运装置，以及放下所述储运装置；所述机器人本体被设置用于将由所述储运装置吸取单元吸取的所述储运装置以竖直的方式放置于所述料篮中；所述真空管路控制单元被设置用于在所述储运装置吸取单元与所述储运装置之间形成或破坏真空环境。

进一步地，所述超声波清洗模块包括超声波清洗槽和料篮移载单元，其中：所述料篮移载单元被设置用于将所述料篮和储运装置吊装移载至所述超声波清洗槽内；所述超声波清洗槽包括多个超声波发生组件和水槽，其中，所述超声波发生组件包括两个频率不同的超声波发生器，所述水槽中设有栅格状支撑架，用于支撑所述料篮以使所述料篮的底部与所述水槽的底部距离一定距离。

进一步地，所述超声波发生组件的两个超声波发生器的频率分别为50khz和70khz；

所述超声波发生器包括压电陶瓷堆块、变幅杆和辅助强化组件，其中：

所述压电陶瓷堆块包括多个压电陶瓷块和电极；

所述变幅杆包括圆柱段、第一圆锥段和第二圆锥段；所述圆柱段的直径与所述第一圆锥段的最大直径相同，所述第二圆锥段的最大直径与所述第一圆锥段的最小直径相同；在所述第一圆锥段中，最大直径与最小直径之比为2.1-2.2，圆锥角为80-81度；所述第二圆锥段中，最大直径与最小直径之比为1.95-2.05，圆锥角为85-86度；

所述压电陶瓷堆块和所述变幅杆在超声波发射方向上的长度之和为四分之三波长；

所述辅助强化组件包括两个安装座和四个铰接连接件，其中，所述安装座在其沿超声波发射方向上的表面上设置有中心安装孔，且在一个侧面上连接两个所述铰接连接件；所述铰接连接件的第一端和第二端分别连接所述安装座和所述变幅杆的圆柱段；所述铰接连接件的第二端形成有圆弧形表面，其形状与所述变幅杆的圆柱段的表面相适配；所述铰接连接件的沿超声波发射方向的两个表面上分别形成有半圆形凹槽，所述凹槽的中心轴与所述铰接连接件的第一端之间的垂直距离为所述凹槽的中心轴与所述安装座的中心安装孔的中心轴之间的垂直距离的一半；同一安装座上的两个铰接连接件被设置成同侧的所述凹槽的中心轴重合；并且，所述辅助强化组件的铰接连接件与所述变幅杆的圆柱段的连接位置设置在纵向振动节点。

更进一步地，所述变幅杆的第二圆锥段上还连接有超声波发射极，所述超声波发射极在超声波发射方向上的长度为波长的二分之一；在所述第一圆锥段中，所述最大直径与最小直径之比为2.17，所述圆锥角为80.6度；所述第二圆锥段中，所述最大直径与最小直径之比为12，所述圆锥角为85.3度。

进一步地，所述风扫模块包括吹扫单元、阻挡及举升定位单元、供气单元和接水槽；所述隧道烘干模块包括外罩体、加热单元、热风循环系统和pid控制系统；所述机器人吸取出料篮模块包括机器人本体、储运装置吸取单元和真空管路控制单元；所述储运装置下料缓存模块包括直线传输线、线端到位检测单元和伺服下落单元。

进一步地，所述机器人吸取出料篮模块还包括视觉检测单元，其包括用于获取所述储运装置的表面图像的图像获取单元和基于所述表面图像分析洁净度的图像分析单元。

进一步地，所述图像获取单元包括底座、光源和成像组件，其中：

所述光源包括设置在所述底座上的场发射发光设备，其具有阳极、阴极和栅极，所述阳极包括其上涂覆有荧光层的第二ito玻璃板，所述栅极包括第一ito玻璃板上刻蚀形成的透明电极的一部分，所述阴极包括所述第一ito玻璃板上刻蚀形成的透明电极中其上形成有纳米管层的另一部分构成，并且所述第一ito玻璃板与所述第二ito玻璃板通过透明间隔件隔开以提供真空密封空间；

所述成像组件包括设置在所述底座的鱼眼透镜组件和ccd器件，其中，所述鱼眼透镜组件从物侧到像侧依次包括凸面朝前的负弯月形透镜、凹面超前的正弯月形透镜、复合曲面透镜、凸面朝前的正弯月形透镜、双凹形透镜、曲率绝对值大的凸面朝前的双凸透镜、凹面朝前的负弯月形透镜、凸面朝后的平凸透镜、以及曲率绝对值小的凸面朝前的双凸透镜，其中，所述复合曲面透镜和所述凸面朝前的正弯月形透镜之间设有光阑，所述双凹形透镜和所述曲率绝对值大的凸面朝前的双凸透镜胶合在一起；所述复合曲面透镜具有前侧表面和后侧表面，其中，所述前侧表面从光轴到边缘依次形成第一折射区、第一反射区和第二折射区，所述后侧表面从光轴到边缘依次形成第二折射区和第三反射区。

进一步地，所述底座大致成十字形，其包括具有半径为r1、高度为h1的圆柱部，以及内径和外径分别为r1和r2、高度为h2的环形部，h2<h1：并且，所述光源设置于所述环形部的下表面上，所述成像组件设置在所述圆柱部的下表面上。

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智能清洗检测生产线中储运装置上料缓存模块；

图2示意性地示出了根据本发明的智能清洗检测生产线中机器人吸取装料篮模块；

图3示意性地示出了根据本发明的超声波发生器的俯视图；

图4示意性地示出了根据本发明的视觉检测单元的结构原理图；

图5示意性示出了根据本发明的鱼眼透镜组件的光路结构。

具体实施方式

本发明的叠片数码电芯储运装置智能清洗检测生产线可以包括储运装置上料缓存模块、机器人吸取出料篮模块、超声波清洗模块、风扫模块、料篮移载模块、隧道烘干模块、机器人吸取装出料篮模块及储运装置下料缓存模块。

图1示出了根据本发明的储运装置储运装置上料缓存模块的立体图，其可以包括直线传输线、线端到位检测单元和伺服提升单元。

在工作过程中，人工将储运装置料摞放置于直线传输线上以使储运装置料摞向前传输。直线传输线上设置有高度上限和下限检测传感器，用于感测直线传输线上料摞的高度，即因放置储运装置料摞所引起的高度变化。在本发明中，当上限和下限检测传感器检测到的高度与预设值不符时，报警装置发出声光警报，提示操作工进行补料储运装置或取下超高的储运装置。高度合格的储运装置料摞被传输线运到伺服提升单元处，线端到位检测单元检测料摞到位后，传输线停止传输。伺服提升单元将储运装置料摞提起，储运装置料摞离开传输线上表面。此时，传输线可继续进行人工上料操作。伺服提升单元将储运装置料摞提升到固定高度位置，给机器人取储运装置准备位置。

图2示出了根据本发明的机器人吸取装料篮模块的结构示意图。

如图2所示，机器人吸取装料篮模块可以包括机器人本体31、储运装置吸取单元32和真空管路控制单元。

在吸取装料篮工作过程中，机器人本体带着储运装置吸取单元，从储运装置伺服提升单元处吸取最上面的储运装置。再经过变位动作，将单片的储运装置竖直放到料篮的放置槽内。其中，借助真空管路控制单元在储运装置吸取单元与储运装置之间提供真空环境或者破坏真空环境，从而实现储运装置吸取单元对储运装置的取放动作。

机器人每取走一片储运装置，伺服提升单元上升一个储运装置厚度的距离，使机器人每次都在同一个高度上取储运装置，从而提高动作节拍。

当储运装置被取空时，储运装置伺服提升单元恢复原始位置，以便将传输线上新的储运装置提升至准备位置。

根据本发明的超声波清洗模块可以包括超声波清洗槽、料篮移载单元和给排水系统。

料篮移载单元将装满储运装置的料篮吊装移载至超声波清洗槽内，使储运装置和料篮先后在第一至第四超声波清洗槽内进行超声清洗。经超声清洗后，料篮移载单元将料篮从第四超声波清洗槽移载到吹扫前过渡缓存工位上。其中，给排水系统用于为超声波清洗槽补充洁净水以及排出废水。

在本发明的智能清洗检测生产线中，超声波清洗模块是最重要的模块之一，为了提高清洗效率，本发明对超声波清洗槽进行了优化设计。

本发明的清洗槽可以包括多个超声波发生组件和水槽。超声波发生组件可以包括一对频率不同(例如50khz+70khz)的超声波发生器，采用这种超声波发生组件，相比现有技术中采用单一频率的超声波发生器，其能够有效破坏单一频率下的稳定振荡，加速气泡的崩塌，在相同的超声波功率下，能够获得更大的气泡直径和内压，从而显著提高超声空化效应，改善超声清洗效果。具体而言，在单一频率下，随着频率的增加，借助超声波发生器产生的气泡尺寸变小，内压也变小，例如在50khz下，最大气泡直径可以达到18微米，内压为730mpa，而在70khz下，最大气泡直径变为15微米，内压为340mpa，但是通过采用本发明的超声波发生器组件，采用50khz和70khz的组合，则可以获得36微米的最大气泡直径和2000mpa的内压，由此可见，超声空化效应可以得到显著提高，从而极大的改善超声清洗效果，这对于锂电池储运装置的清洗是非要必要的。

因此，通过围绕储运装置料篮放置区域设置多个超声波发生组件，可以为料篮及其中的储运装置提供足够的空化作用。

同样地，由于料篮中储运装置数量较多，且储运装置杂质附着强度较大，在本发明中，为了改善超声清洗效果，还对超声波发生器进行了改进，以改善其能量传递效率和最大振幅输出。

根据本发明的超声波发生器1可以包括压电陶瓷堆块11、变幅杆12、超声波发射极13和辅助强化组件14，如图3所示。

压电陶瓷堆块11可以由多个压电陶瓷块和电极构成。

不同于现有技术，变幅杆12包括圆柱段121和两级圆锥段，即第一圆锥段122和第二圆锥段123。

具体而言，圆柱端121的直径与第一圆锥段122的最大直径相同。在第一圆锥段121中，最大直径与最小直径之比为2.1-2.2之间，优选为2.17，圆锥角为80-81度之间，优选为80.6度。在第二圆锥段122中，最大直径与第一圆锥段121的最小直径相同，且最大直径与最小直径之比为1.95-2.05之间，优选为2，圆锥角为85-86度之间，优选为85.3度。

压电陶瓷堆块11和变幅杆12在纵向方向上的长度之和为四分之三波长。

在本发明中，还作为超声波发生器的一部分，提出了一种辅助强化组件14，其不仅为超声波发生器提供了固定功能，以便能够将其进行固定安装，同时还能够与超声波发生器本体产生配合作用，进一步提升超声波发生器的最大振幅输出，改善超声能量传递效率。

如图3所示，辅助强化组件14可以包括两个安装座和四个铰接连接件。安装座在其沿超声波发射方向上的表面上设置有中心安装孔，用于允许对辅助强化组件14进行固定安装；以及在一个侧面上连接两个铰接连接件。

铰接连接件用于与变幅杆12的圆柱段121进行接触，例如，铰接连接件的第一端与安装座形成连接，第二端与圆柱段121形成连接，因此，能够借助两个安装座上的四个铰接连接件的夹紧作用使得变幅杆12与辅助强化组件14形成紧密连接，从而允许通过安装座将超声波发生器与外部形成固定安装关系。

铰接连接件的第二端上形成圆弧形表面，其在形状上与圆柱形变幅杆14的表面相适配。铰接连接件的沿超声波发射方向的两个表面上分别形成有半圆形凹槽，其中，凹槽中心轴与铰接连接件的第一端面之间的垂直距离被设置为凹槽中心轴与安装座的中心安装孔的圆心的垂直距离的1/2。同一安装座上的两个铰接连接件被设置成同侧表面上的凹槽中心轴重合。

模拟及测试结果表明，在本发明设计的变幅杆12和辅助强化组件14的结构参数下，通过将辅助强化组件14的铰接连接件与变幅杆的圆柱段121的连接位置设置在纵向振动节点上，可以显著增加超声波换能器的最大振幅输出和能量传递效率，从而提高超声波换能器的效率，这对于工业应用场景是非常重要的。

在本发明中，还在变幅杆12的末端(即最小直径处)连接超声波发射极13，其用于与水槽中的水介质进行接触。根据本发明，超声波发射极13在超声波发射方向上的长度为波长的二分之一，由此可以有效减少与水的声阻抗，改善超声耦合效率。

进一步地，水槽中设有栅格状支撑架，其用于支撑料篮，以使料篮底部与水槽底部距离一定距离，由此，当对置于水槽中的料篮及储运装置进行超声波清洗时，借助气穴效应使储运装置及料篮上的杂质脱离，这些杂质能够通过栅格状支撑架沉积至水槽底部，从而远离料篮和储运装置，避免由于杂质堆积于料篮和储运装置附近对料篮和储运装置的清洗效果造成影响。

根据本发明的风扫模块可以包括吹扫单元、阻挡及举升定位单元、供气单元和接水槽。

当传输线将经超声波清洗的料篮从吹扫前过渡缓存工位传输到吹扫单元，经阻挡及举升定位单元作用将料篮抬起放置到吹扫单元的工作位置。吹扫单元在伺服机构的驱动下，按固定的运动轨迹，对料篮和储运装置进行吹扫，将料篮和储运装置上的水吹散吹落。落下的水会掉入到接水槽内，经排水管排走。吹扫单元的主要作用是将从超声波清洗槽移载出来的料篮的所带的水进出大部分的去除。供气单元配合吹扫单元进行供气和断气。

料篮移载模块包括移载伺服单元。经吹扫后的料篮被传输线运送到料篮移载模块的皮带线上。料篮到位后，皮带线停止。伺服移载单元将皮带线和料篮运送到隧道烘干模块的对接口。皮带线反转，将料篮送进隧道烘干模块。伺服移载单元再回到吹扫单元的对接位置，循环动作，将料篮从吹扫单元移载到隧道烘干模块。

隧道烘干模块可以包括外罩体、加热单元、热风循环系统和pid控制系统。

由料篮移载模块传送过来的料篮，进入到隧道烘干模块的传输线上，隧道内有循环热风，将料篮和储运装置加热，由于温度的升高，料篮和储运装置上的微小水珠会蒸发掉，随着热风循环系统排走。加热温度范围由pid系统控制，以保证烘干效果和减少能耗。

机器人吸取出料篮模块可以包括机器人本体、储运装置吸取单元和真空管路控制单元。

储运装置下料缓存模块可以包括直线传输线、线端到位检测单元和伺服下落单元。

机器人本体借助储运装置吸取单元将料篮中的储运装置取出，并放置在伺服下落单元上。机器人每放置一片储运装置，伺服下落单元下降一个储运装置厚度的距离，使机器人每次都在同一个高度上放置储运装置，从而提高动作节拍。

当伺服下落单元中的储运装置料摞达到预定高度时，伺服下落机构将储运装置料摞放到传输线上，传输线将储运装置料摞传输到线体端头，到位后声光提示，人工将储运装置料摞取走。

在本发明中，还在机器人吸取装出料篮模块中设置有视觉检查单元，用于在储运装置从料篮中取出时对其洁净度进行检测。当视觉检测单元判断储运装置的洁净度不满足要求时，可以借助机器人本体将储运装置移载至其他区域。

视觉检查单元可以包括用于获取储运装置表面图像的图像获取单元2和基于表面图像分析洁净度的图像分析单元。

图像获取单元2可以包括座体21、光源23和成像组件24。

如图4所示，底座21大致成十字形，其包括具有半径为r1、高度为h1的圆柱部211，以及内径和外径分别为r1和r2(r2>r1)、高度为h2(h2<h1)的环形部212。

光源23包括设置环形部212的下表面上的环形的场发射发光设备。

场发射发光设备通常可以包括阳极、阴极、栅极和玻璃间隔件。本发明对阳极、阴极和栅极的制备及具体布局进行了改进，以实现一种高发光效率和发光均匀性的光源。

根据本发明，首先在第一ito玻璃板上刻蚀形成透明电极图案。

第一ito玻璃板上的透明电极的一部分用作栅极；另一部分通过例如印刷方式被涂覆以cnt(碳纳米管)浆料(并经干燥处理)以形成阴极。其中，cnt浆料可以由直径为10-20nm的cnt与第一溶液以4:1的重量比充分混合而成，第一溶液由乙酸乙酯和松油醇以3:1的重量比充分混合制成。

形成有栅极和阴极的第一ito玻璃板最终需要在氮气环境下以400-450摄氏度的温度进行烧结处理。作为示例，烧结处理时间为1-0.7小时。

同样例如以印刷的方式在第二ito玻璃板上涂覆荧光粉浆料，并将其置于氮气环境下以400-450摄氏度的温度进行烧结处理，形成阳极。其中，荧光粉浆料由乙基纤维素、松油醇和荧光粉以1:1:3的重量比混合而成。

具有阴极和栅极的第一ito玻璃板与具有阳极的第二ito玻璃板借助透明间隔件间隔预设距离，并形成密封空间。其中，该密封空间被抽成真空。

该场发射发光设备可以提供大于20000cd/m2的亮度、86％的发光均匀度和14.69lm/w的发光效率。

成像组件24包括设置在圆柱部上的鱼眼透镜组件241及ccd设备，其中采用鱼眼透镜组件可以更好地实现对具有一定深度的储运装置表面的一次性成像。

在常规的鱼眼透镜组件中，为获得更大的视场通常要求最外侧的弯月形透镜具有更大的直径。然而，储运装置尺寸会对图像获取单元的尺寸提出限制，这就会对鱼眼透镜组件的径向尺寸产生限制，从而限制图像获取单元在成像过程中的视场。

为此，本发明还对常规的鱼眼透镜组件的光学结构进行了优化设计，在原有光学结构的基础上增设一个具有复合曲面的光学透镜来提供额外的视场，使得能够在不增加最外侧弯月形透镜直径的基础上，实现更大的视场。

如图5所示，本发明的鱼眼透镜组件从物侧到像侧依次包括凸面朝前的负弯月形透镜2411、凹面超前的正弯月形透镜2412、复合曲面透镜2413、凸面朝前的正弯月形透镜2414、双凹形透镜2415、曲率绝对值大的凸面朝前的双凸透镜2416、凹面朝前的负弯月形透镜2417、凸面朝后的平凸透镜2418、以及曲率绝对值小的凸面朝前的双凸透镜2419，其中，复合曲面透镜2413和正弯月形透镜2414之间设有光阑，双凹形透镜2415和双凸透镜2416胶合在一起。

复合曲面透镜2413具有前侧表面和后侧表面，其中，前侧表面从光轴到边缘依次形成第一折射区、第一反射区和第二折射区，后侧表面从光轴到边缘依次形成第二折射区和第三反射区。

在该鱼眼透镜组件241中，由透镜2411-2419等9个透镜提供从0-α的第一视场，由透镜2413-2419等7个透镜提供从α-β的第二视场，由此，可以在用于实现较小的第一视场的弯月形透镜2411的直径下，获得0-β的较大视场。例如，可以获得0-80度的视场。

由于本领域技术人员基于上文对鱼眼透镜组件24的光学结构的说明，容易根据所需要的视场fov大小等性能要求，利用例如光学设计软件获得合适的具体透镜参数，因此，本文将不再对其进行赘述。

在本发明中，将主体设计为大致十字形且鱼眼透镜组件设置在相对光源更高的平面上的目的之一在于最大程度地利用鱼眼透镜组件的大视场，同时防止光源发出的光直接进入鱼眼透镜组件而造成鬼影。

借助本发明所提出的储运装置智能清洗检测生产线，能够全自动且高效节能的方式实现对储运装置的清洗，解决现有技术存在的不足，其中，尤其通过改进的超声波清洗槽的设计，使得利用超声波清洗技术高效实现对杂质附着情况复杂的锂电池储运装置的清洗成为可能，借助独特的视觉检测单元的设置，使得能够一次性完成对具有一定深度和相对复杂的底部形状的储运装置内表面的完整成像，从而精确地实现对经清洗的储运装置的洁净度的检查，避免残留有过量杂质的储运装置进行再次使用环节，有效保证了锂电池生产的品质。

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。