专利名称：基于传感器的电池分选设备及其方法
技术领域：
本发明涉及一种电池分选设备及其方法，尤其是涉及一种利用传感器的电池分选设备及其方法。
背景技术：
目前，国内外进行电池分选有自动分选和人工分选两种形式。在国外自动分选大多由机械手执行，国内近年也有多种自动分选机出现，但普遍成本较高。人工分选有两种方法，一种是完全手工分选，即在电池上打印上号码，把检测的结果也打印出来，然后由工人逐个挑选对应的电池，这种方法工人工作量很大，而且错误率很高，在挑选后还需送回复检，否则，就会造成因分选错误而发生退货，给企业带来经济损失。第二种方法是采用半自动分选，即在电池托盘上装有指示灯，工人根据指示灯的信号挑选，这种方法与第一种完全手工分选方法相比减轻了工人的工作量，提高了分选质量。但由于该种方法没有反馈传感器，不能对人工分选过程中出现的很多问题进行判断，无法确保分选质量，需要进行复检；目前，现有技术中的半自动分选采用的机械手无法适应多品种，小批量的工况，不能满足现代化大生产的需要，因此迫切需要一种能同时保证分选质量，成本低、见效快的一种新型的半自动的分选设备及其方法来适应上述多品种，小批量的工况。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于传感器技术，并可以监控、指导操作人员的分选动作，从而提高分选效率，减少分选操作工序，保证分选质量的电池分选设备及其方法。
为了解决上述技术问题，本发明基于传感器的电池分选设备包括机械单元和电子单元，所述机械单元包括机架和用于放置检测托盘的托盘架，以及用于引导检测托盘升降的升降机构；所述电子单元包括检测装置、指示装置和报警装置以及它们连接的外围电路，所述检测装置包括传感器阵列，所述指示装置由LED阵列构成，所述外围电路包括检测电路的上端所接的LINES电路板，所述检测电路的下端所接的ROWS电路板，所述控制电路的DI/O端连接有工控机，所述外围电路根据其跳线情形不同分别形成发射上、发射下，接收上、接收下、LED上、LED下报警驱动电路，用于驱动发射、接收、LED和报警器。
本发明基于传感器的电池分选设备，其中，所述检测托盘升降机构采用手动或自动结构；所述手动结构的托盘升降机构包括设置在托盘外沿周边上的导轨、位于同侧导轨之间的旋钮，所述旋钮与两侧的导轨之间采用钢丝或链条连接，所述钢丝或链条和所述导轨之间采用卡销弹簧连接；所述自动结构的托盘升降机构包括驱动缸和引导托盘运动的导轨组成。
所述传感器采用红外发射和接收装置，所述红外发射装置采用红外发射管，所述红外接收装置采用红外接收管，所述发射管和所述发射管的个数分别与上面板中第一孔的孔数相等；所述传感器中的光藕结构为槽形光藕、圆形光藕或扁形光藕，所述光藕分布在所述上面板第一孔的两侧。
所述检测装置包括检测托盘、上面板、与所述上面板平行的下面板，所述上面板设置有多行第一孔和多行第二孔，所述每行第一孔和每行第二孔呈交错隔行排列，所述下面板上设置有第一孔，其位置与所述上面板中第一孔的位置对齐，所述下面板上设置有传感器阵列和组成指示装置的LED阵列，所述传感器阵列中的每两个相邻传感器的中心连线位置与所述上面板中第一孔的位置对应，所述LED阵列中的每个LED的位置与所述上面板中第二孔的位置对应；所述传感器阵列、所述LED阵列和所述报警器分别与所述外围电路连接，并且通过外围电路接受工控机的控制信号。
所述工控机内设置有第一板卡和第二板卡，所述第一板卡控制传感器阵列和LED阵列，所述第二板卡控制报警；所述第一板卡采用PCI总线型48-bit数字I/O卡，所述第二板卡采用PCI总线型96-bit数字I/O卡。
本发明中还包括利用上述电池分选设备进行电池分选的方法，该方法包括以下步骤(1)自检步骤，在工控机的控制下检测托盘进行自检，如果所有单元正常，则进行分选；否则，激活报警器报错；(2)导入数据步骤，插入电池托盘后检测托盘落下，导入上位机检测到的电池托盘中电池的分布信息；(3)判断系统所选定的电池托盘与上述插入的电池托盘，如果相符合，则进入分选过程；如果不相符，则重新选定；(4)分选步骤，根据上述导入的电池托盘中电池的分布信息进行比较，对性能相似的电池组加以分选，通过发光二极管作为分选的指示，通过光电传感器作为分选的反馈，每隔一定时间进行一次扫描；工控机发出指令，控制指定位置的指示灯，根据指示灯分选，并将上述分选结果和指定结果进行比较；如果比较结果不一致，则激活报警器报警；如果比较结果一致，则升起检测托盘，退出电池托盘，完成一次分选过程；(5)如果继续分选，返回上述自检步骤，进入下一个分选循环；否则，结束分选。
在本发明基于传感器的电池分选方法中，所述分布信息包括电池的内阻和电压。在所述分选步骤中，根据显示器界面上的方形矩阵中的颜色对分选过程进行判断；如果方格为第一颜色，则电池托盘的指定位置上存在电池，如果方格为第二颜色，则电池托盘的指定位置上没有电池，如果方格为第三颜色，则分选出错，激活报警器报警，然后重新扫描。
与现有技术相比，本发明基于传感器的电池分选设备具有以下有益效果本使用新型基于传感器的电池分选设备中设置有作为指示灯的LED阵列，通过指示灯辅助操作人员进行正确的分选，有工控机控制具有检测分选的反馈信息，当出现分选错误时，设备中的报警装置及时报警提示纠正操作，克服了许多由于人为因素造成的分选错误，大大地提高了分选效率，将生产效率由8000个/天·人，提高到25000个/天·人；并且减少了印字和复检两道工序，降低了生产成本。
图1是本发明基于传感器的电池分选设备的结构示意图；图2是图1中所示检测托盘3的剖切示意图；图3是图2中I所标识区域的局部放大图；图4是本发明中指示灯22位置示意图；图5是本发明中上下面板与电池位置示意图；图6是本发明中光藕分布示意图；图7是本发明中升降机构示意图；图8是使用本发明中电池分选界面示意图；图9至图12是本发明基于传感器的电池分选设备检测电路原理13是本发明中电池分选方法的流程图。
下面是本发明说明书附图中主要附图标记的说明1——显示器 3——检测托盘4——导轨6——机架 7——旋钮8——键盘9——工控机 11——上面板 12——下面板14——电池15——发射管 16——接收管17——卡销18——钢丝 19——第一颜色20——第二颜色21——第三颜色 22——指示灯(LED)23——第一孔 24——第二孔具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述。
如图1所示，本发明基于传感器的电池分选设备的技术方案是，包括机架6和位于机架6上的检测托盘3，分别与监测装置、指示装置和报警装置连接的检测电路，所述检测电路与工控机9连接；所述监测装置包括检测托盘3、上面板11、与所述上面板11平行的下面板12，如图2和图3所示，所述上面板11设置有多行第一孔23和多行第二孔24，所述每行第一孔23和每行第二孔24呈交错隔行排列，所述下面板12上也设置有第一孔23，其位置与所述上面板中第一孔23的位置对齐，要被分选的电池14穿过上、下面板中对应的第一孔中，如图4和图5所示，所述下面板12上设置有传感器阵列所述传感器阵列中的每两个相邻传感器的中心连线位置与所述上面板中第一孔23的位置对应，所述传感器采用红外发射和接收装置，所述红外发射装置采用红外发射管15结构，所述红外接收装置采用红外接收管16结构，所述发射管15和所述发射管16的个数分别与上面板11中第一孔23的孔数相等。为了保护红外发射管和接收管，设备的主电路板被封装在上下两面板之间，上面板11上除根据检测托盘3加工出相应的放置电池的第二孔23，在与LED相应的位置钻出第二孔，所述第二孔的孔径较小，如图2、图3所示，所述LED阵列中的每个LED分别设置在所述上面板11的第二孔24中，用以使LED从孔中探出，所述LED阵列分别与所述工控机连接，用以指示操作人员进行操作，同时装有报警器，用于报警。所述红外发射管15和接收管16形成槽形光藕，从中间剪开使用；也可形成圆形光藕或扁形光藕结构，所述光藕分布在所述上面板11第一孔23的两侧，如图5和图6所示。所述检测电路如图12所示，用以检测光藕是导通，即检测上述第一孔23中是否有电池14。所述红外发射管15的电源采用12v电压。所述传感器阵列用于检测电池检测托盘3的每一个位置的电池14存在情况。然后将监测出来的电信号通过传输到工控机，和计算机进行交互。所述检测托盘3外围设置有托盘升降机构。
基于传感器的电池分选设备中，所述工控机内设置有PCI总线型48-bit数字I/O卡，H和PCI总线型96-bit数字I/O卡，其中PCI总线型48-bit数字I/O卡控制红外发射接收管和LED，PCI总线型96-bit数字I/O卡控制报警器。
所述托盘升降机构采用手动或电动结构，所述托盘升降机构的手动结构包括设置在检测托盘3外沿周边上的导轨4、位于同侧导轨4之间的旋钮7，所述旋钮7与两侧的导轨4之间采用钢丝18连接，所述钢丝18和所述导轨4之间采用卡销17弹簧连接。手动操作托盘升降的方式是由手转动旋钮7，带动钢丝18，钢丝18连接着卡销17，卡销17退出检测托盘3可以在导轨4上自由滑动，手松开后，卡销17在弹簧的作用下恢复原位，限制检测托盘3的滑动，如图7所示。
如图9至图12是本发明中检测电路原理图，所述检测电路用于检测上述光藕是否导通，所述检测电路设置有多个跳线。所述检测电路的上端接LINES电路板的BOARD端，所述检测电路的下端接ROWS电路板的BOARD端；所述检测电路的DI/O端接所述工控机，所述检测电路根据其跳线情形不同分别形成发射上、发射下，接收上、接收下，LED上、LED下和报警电路。
本发明中检测电路发射上的实现过程是如图12所示的检测电路，其中，J2接工控机，JP21的1、2脚短接，工控机板卡电源VCC。只要工控机通过板卡将J2置为低电平，光藕便导通，同时外+5V通过短接JP32使光藕的5脚置高电平，由于光藕导通，此时下拉电阻R2的2脚置高电平，MOSFET的1脚置高电平，MOSFET处于打开状态，2脚为高电平，所以J1为高电平，由于J1和主电路的发射上连，此时发射上被置高电平。如果工控机通过板卡将J2置为高电平，光藕便不导通，此时下拉电阻R2的2脚置低电平，MOSFET的1脚置低电平，MOSFET处于关闭状态，2脚为低电平，所以J1为低电平，由于J1和主电路的发射上连，此时发射上被置低电平。此时，电流有三处流向，一路由VCC至R1的2脚，由R1的1脚至光藕4N25(此光藕也可为其他型号如TLP521等)的1脚，由4N25的2脚流回工控机J2；第二路为+5V经JP32到4N25的5脚，由4N25的4脚经R3、R2到0V；第三路为+12V经MOSFET(此处为IRF840)2脚、3脚至J1。上述情况时，电路中实际存在的元件为R1、光藕、JP21、JP32、R3、R2、MOSFET。
本发明中检测电路发射下的实现过程是如图12所示的检测电路，其中J2接工控机，JP21的1、2脚短接，工控机板卡电源VCC。只要工控机通过板卡将J2置为低电平，光藕便导通，由于JP32断路，外+5V不起作用，JP42的1、2脚短接，光藕的4脚置低电平，由于光藕导通，所以5脚为低电平，JP33短接，所以J1置低电平，由于J1和主电路的发射下连，此时发射下被置低电平。如果工控机通过板卡将J2置为高电平，光藕便不导通，由于JP32断路，外+5V不起作用，JP42的1、2脚短接，光藕的4脚置低电平，光藕不导通，所以5脚为高电平，JP33短接，所以J1置高电平，由于J1和主电路的发射下连，此时发射下被置高电平。此时，电流有二处流向，一路由VCC至R1的2脚，由R1的1脚至光藕4N25(此光藕也可为其他型号如TLP521等)的1脚，由4N25的2脚流回工控机J2；第二路为J1经JP32到4N25的5脚，由4N25的4脚到JP42然后到0V。上述情况时，电路中实际存在的元件为R1、光藕、JP21、JP32、JP42。
本发明中检测电路接收上的实现过程是如图12所示的检测电路，其中J2接工控机，JP1的1、2不接，工控机板卡电源VCC，JP21的1、2不接。只要工控机通过板卡将J2置为低电平，光藕便导通，由于JP32的1、2短路，外+5V将光藕的5脚置位高电平，JP43的1、2脚短接，由于光藕导通，光藕4脚为高电平，所以J1为高电平，由于J1和主电路的发射下连，此时接收上被置高电平。如果工控机通过板卡将J2置为高电平，光藕便不导通，光藕4脚为低电平，J1为低电平，接收管上端为低电平。此时，电流有二处流向，一路由VCC至R1的2脚，由R1的1脚至光藕4N25(此光藕也可为其他型号如TLP521等)的1脚，由4N25的2脚流回工控机J2；第二路为+5V经JP32到4N25的5脚，由4N25的4脚到JP43然后到J1。此种情况实际存在的元件为R1、光藕、JP21、JP32、JP43。
本发明中检测电路接收下的实现过程是如图12所示的检测电路，其中，J2接工控机，JP1的1、2接，工控机板卡电源VCC，JP23的1、2不接。如果发射管通，J1便为高电平，此时光藕的2脚通过JP23接0V，光藕导通，此时光藕的4脚通过JP23接GND，于是5脚被置低电平，上拉电阻R4的1脚被置低电平，工控机从J2读的数据为低电平。J2接工控机，JP1的1、2接，工控机板卡电源VCC，JP23的1、2不接，如果发射管不通，J1便为低电平，光藕不通，上拉电阻R4的1脚被置高电平，工控机从J2读的数据为高电平。此时，电流有二处流向，一路由J1至JP1的2脚，由JP1的1脚至光藕4N25(此光藕也可为其他型号如TLP521等)的1脚，由4N25的2脚流回JP23，然后到0V；第二路为VCC经JP31到4N25的5脚，由4N25的4脚到JP41然后到GND，工控机读出J2也就是R4的1脚的电压。此种情况实际存在的元件为R1、光藕、JP23、JP31、JP41、R4本发明中检测电路LED上的实现过程是如图12所示的检测电路，其中，J2接工控机，JP1的1、2不接，工控机板卡电源VCC，JP21的1、2不接。只要工控机通过板卡将J2置为低电平，光藕便导通，由于JP32的1、2短路，外+5V将光藕的5脚置位高电平，JP43的1、2脚短接，由于光藕导通，光藕4脚为高电平，所以J1为高电平，由于J1和主电路的发射下连，此时LED上被置高电平。如果工控机通过板卡将J2置为高电平，光藕便不导通，光藕4脚为低电平，J1为低电平，LED上端为低电平。此时，电流有二处流向，一路由VCC至R1的2脚，由R1的1脚至光藕4N25(此光藕也可为其他型号如TLP521等)的1脚，由4N25的2脚流回工控机J2；第二路为+5V经JP32到4N25的5脚，由4N25的4脚到JP43然后到J1。此种情况实际存在的元件为R1、光藕、JP21、JP32、JP43。
本发明中检测电路LED下的实现过程是如图12所示的检测电路，其中，J2接工控机，JP21的1、2脚短接，工控机板卡电源VCC。只要工控机通过板卡将J2置为低电平，光藕便导通，由于JP32断路，外+5V不起作用，JP42的1、2脚短接，光藕的4脚置低电平，由于光藕导通，所以5脚为低电平，JP33短接，所以J1置低电平，由于J1和主电路的发射下连，此时LED下被置低电平。如果工控机通过板卡将J2置为高电平，光藕便不导通，由于JP32断路，外+5V不起作用，JP42的1、2脚短接，光藕的4脚置低电平，光藕不导通，所以5脚为高电平，JP33短接，所以J1置高电平，由于J1和主电路的发射下连，此时LED下被置高电平。此时，电流有二处流向，一路由VCC至R1的2脚，由R1的1脚至光藕4N25(此光藕也可为其他型号如TLP521等)的1脚，由4N25的2脚流回工控机J2；第二路为J1经JP32到4N25的5脚，由4N25的4脚到JP42然后到0V。此种情况实际存在的元件为R1、光藕、JP21、JP32、JP42。
利用本发明基于传感器的电池分选设备进行电池分选的的工作过程如图13所示。
首先，检测托盘3进行一次自检，如果所有单元正常既可以进行分选，否则报错。如果正常，则插入电池托盘，随后检测托盘3落下。然后工人将前道工序测得的检测数据经过USB接口或网络传输渠道传到分选机，接着只要单击分选程序菜单上的导入选项就可导入数据文件，在分选界面上选择托盘号进入分选。在刚进入分选时，系统会检测插入的电池托盘和所选择的托盘是否相符合。如果相符合，进入分选过程。工人根据指示灯的指示进行分选，同时可以参考界面上的颜色对分选过程进行判断，在表示电池有无上，采用方形矩阵表示，每个小方形中的颜色填充表示了该位置电池的状态，即有电池时为第一颜色19，没有电池时为第二颜色20，分选出错为第三颜色21，如图8所示。在分选过程中如果发生错误，工控机将发出命令给报警器报警。同时，界面上的相应位置将变为分选错误的颜色，直到错误纠正为止。如此，指示、检测、报警配合进行，达到分选目标。一次分选完毕，升起检测托盘，退出电池托盘。周而复始，即可。
本发明基于传感器的电池分选设备，其控制系统采用电池托盘检测、数据处理、操作管理一体化的工控机。它采集电池托盘中电池的分布情况数据，进行比较，从而将性能相似的电池组加以分选。工控机的数据采集主要是通过光电传感器进行采集，每隔很短时间进行一次扫描，每一次分选之前需要和上位机进行一次数据交换，分选过程中，计算机发出指令，点亮特定位置的指示灯，工人根据指示灯分选，同时把分选结果和要求结果进行比较，当发生选错托盘或工人分选操作错误时及时进行报警。由于这个分选生产线是整体生产线的一部分，所以需要考虑合理安排生产的节拍。在实现上述基本功能的前提下，可以根据用户的要求设计一个良好的用户界面。在设计过程中要考虑到用户的文化背景和教育水平，考虑到工人普遍的计算机水平，用户界面尽可能简单，使操作人员通过键盘8来方便地操作，通过显示器1反馈检测信息。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式
，上述的具体实施方式
仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
权利要求
1.一种基于传感器的电池分选设备，包括机械单元和电子单元，其特征在于所述机械单元包括机架和用于放置检测托盘的托盘架，以及用于引导检测托盘升降的升降机构；所述电子单元包括检测装置、指示装置和报警装置以及它们连接的外围电路，所述检测装置包括传感器阵列，所述指示装置由LED阵列构成，所述外围电路包括检测电路的上端所接的LINES电路板，所述检测电路的下端所接的ROWS电路板，所述控制电路的DI/O端连接有工控机，所述外围电路根据其跳线情形不同分别形成发射上、发射下，接收上、接收下、LED上、LED下报警驱动电路，用于驱动发射、接收、LED和报警器。
2.根据权利要求1所述的基于传感器的电池分选设备，其中，所述检测托盘升降机构采用手动或自动结构；所述手动结构的托盘升降机构包括设置在托盘外沿周边上的导轨、位于同侧导轨之间的旋钮，所述旋钮与两侧的导轨之间采用钢丝或链条连接，所述钢丝或链条和所述导轨之间采用卡销弹簧连接；所述自动结构的托盘升降机构包括驱动缸和引导托盘运动的导轨组成。
3.根据权利要求1所述的基于传感器的电池分选设备，其中，所述传感器采用红外发射和接收装置，所述红外发射装置采用红外发射管，所述红外接收装置采用红外接收管，所述发射管和所述发射管的个数分别与上面板中第一孔的孔数相等；所述传感器中的光藕结构为槽形光藕、圆形光藕或扁形光藕，所述光藕分布在所述上面板第一孔的两侧。
4.根据权利要求1或2或3所述的基于传感器的电池分选设备，其中所述检测装置包括检测托盘、上面板、与所述上面板平行的下面板，所述上面板设置有多行第一孔和多行第二孔，所述每行第一孔和每行第二孔呈交错隔行排列，所述下面板上设置有第一孔，其位置与所述上面板中第一孔的位置对齐，所述下面板上设置有传感器阵列和组成指示装置的LED阵列，所述传感器阵列中的每两个相邻传感器的中心连线位置与所述上面板中第一孔的位置对应，所述LED阵列中的每个LED的位置与所述上面板中第二孔的位置对应；所述传感器阵列和所述LED阵列分别与所述外围电路连接，并且通过外围电路接受工控机的控制信号。
5.根据权利要求1所述的基于传感器的电池分选设备，其中，所述工控机内设置有第一板卡和第二板卡，所述第一板卡控制传感器阵列和LED阵列，所述第二板卡控制报警；所述第一板卡采用PCI总线型48-bit数字I/O卡，所述第二板卡采用PCI总线型96-bit数字I/O卡。
6.一种利用如权利要求1所述电池分选设备进行电池分选的方法，其特在于，包括以下步骤自检步骤，在工控机的控制下检测托盘进行自检，如果所有单元正常，则进行分选；否则，激活报警器报错；导入数据步骤，插入电池托盘后检测托盘落下，导入上位机检测到的电池托盘中电池的分布信息；判断系统所选定的电池托盘与上述插入的电池托盘，如果相符合，则进入分选过程；如果不相符，则重新选定；分选步骤，根据上述导入的电池托盘中电池的分布信息进行比较，对性能相似的电池组加以分选，通过发光二极管作为分选的指示，通过光电传感器作为分选的反馈，每隔一定时间进行一次扫描；工控机发出指令，控制指定位置的指示灯，根据指示灯分选，并将上述分选结果和指定结果进行比较；如果比较结果不一致，则激活报警器报警；如果比较结果一致，则升起检测托盘，退出电池托盘，完成一次分选过程；如果继续分选，返回上述自检步骤，进入下一个分选循环；否则，结束分选。
7.根据权利要求6所述的基于传感器的电池分选方法，其中，所述分布信息包括电池的内阻、电压和容量。
8.根据权利要求6所述的基于传感器的电池分选方法，其中，在所述分选步骤中，根据显示器界面上的方形矩阵中的颜色对分选过程进行判断；如果方格为第一颜色，则电池托盘的指定位置上存在电池，如果方格为第二颜色，则电池托盘的指定位置上没有电池，如果方格为第三颜色，则分选出错，激活报警器报警，然后重新扫描。
全文摘要
本发明公开了一种基于传感器技术，并可以监控、指导操作人员的分选动作，从而提高分选效率，减少分选操作工序，保证分选质量的电池分选设备，包括机械单元和电子单元，机械单元包括机架、托盘架和托盘升降机构；电子单元包括检测装置、指示装置和报警装置以及它们连接的外围电路，所述外围电路包括检测电路的上端所接的LINES电路板，所述检测电路的下端所接的ROWS电路板，所述控制电路的DI/O端连接有工控机，所述外围电路根据其跳线情形不同分别形成发射上、发射下，接收上、接收下、LED上、LED下报警驱动电路，用于驱动发射、接收、LED和报警器。本发明中同时还公开了采用上述设备进行电池分选的方法。
文档编号B07C5/344GK1759940SQ20051001603
公开日2006年4月19日 申请日期2005年11月11日 优先权日2005年11月11日
发明者梅江平, 闫峰, 张良安, 郭卿, 赵学满, 潘宁 申请人:天津大学