一种电池锌桶碳粉高度检测装置及检测方法与流程

本发明涉及电池制造检测技术领域，特别涉及一种电池锌桶碳粉高度检测装置及检测方法。

背景技术：

在电池生产过程中，锌桶内被压实的碳粉高度值是决定电池性能好坏的重要指标。因为锌桶内碳粉高度过高，意味着碳粉高度过多，电池锌桶顶端封装时，可能会导致电池外形变形甚至胀裂；而锌桶内碳粉高度过低，虽然能保证电池锌桶顶端封装时不会造成电池外形变形甚至胀裂，但是碳粉高度过低会造成电池实际电池容量过低，这样也会影响到电池的实际使用性能。

现有技术中，一般通过人工目测锌桶内碳粉高度是否达到要求，以判断电池是否合格。但是通过人工进行目测碳粉高度的方法，不但耗费大量的人力和物力，并且容易受到工人的工作经验、劳动强度、日常心情等主观因素影响，从而最终影响到检测结果的可靠性，因此检测出来碳粉实际高度误差值较大，产品合格率往往得不到很好控制。同时，现有技术中的电池生产线上，如果工人检测出的锌桶内碳粉高度不合格时，往往通过人力将被视为不合格品的电池锌桶从生产线上剔除，但是这样直接通过人手取下不合格品的方式，对工人的人身安全构成一定的威胁。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提出一种可自动化检测并剔除不合格品的电池锌桶碳粉高度检测装置及检测方法，旨在解决现有技术中电池锌桶内碳粉高度检测和剔除不合格品需要人工进行操作，以提高电池锌桶内碳粉高度检测的自动化程度以及提高生产的安全性。

为实现上述目的，本发明提出的一种电池锌桶碳粉高度检测装置，包括：

位于被检测锌桶正上方且可检测锌桶中碳粉高度并将检测信号发送至PLC控制模块的激光测距传感器；

用于向所述PLC控制模块设定碳粉高度检测控制阈值的可触摸显示屏；

用于将碳粉高度过高或者过低的锌桶剔除出生产线的电磁阀；

用于收集设定碳粉高度检测控制阈值、分析及判断锌桶内碳粉高度是否符合要求、控制所述电磁阀剔除不合格产品、控制所述可触摸显示屏显示合格品和/或不合格品数量的PLC控制模块；

所述PLC控制模块分别与所述可触摸显示屏、所述激光测距传感器、所述电磁阀电连接。

优选地，所述PLC控制模块与所述可触摸显示屏之间还电连接有第一继电器，所述PLC控制模块与所述电磁阀之间还电连接有第二继电器。

优选地，所述可触摸显示屏为可触摸输入数据的维纶TK6070i系列触摸屏；所述激光测距传感器为欧姆龙ZX-LDA11-N+ZX-LD40激光智能传感器；所述电磁阀为SM7电磁阀；所述PLC控制模块为欧姆龙CP1H-EX的PLC控制电路。

优选地，所述欧姆龙ZX-LDA11-N+ZX-LD40激光智能传感器包括相互电连接的可发送并回收激光信号的ZX-LD40激光智能传感器以及可放大红外线信号的ZX-LDA11-N放大器。

优选地，所述ZX-LD40激光智能传感器检测精确度为2um，发送激光束的光斑直径为50um，发送和回收激光信号的响应速度为5ms。

本发明还提出一种使用所述电池锌桶碳粉高度检测装置的检测方法，包括以下步骤：

1)通过所述可触摸显示屏向所述PLC控制模块输入用于控制锌桶碳粉高度检测阈值的检测最大值和检测最小值；

2)所述激光测距传感器N次并等时间间距地从被检测锌桶正上方向下发出激光束于碳粉上表面，激光束可被碳粉上表面反射向上，所述激光测距传感器收集并放大红外信号，所述激光测距传感器将发送激光束与接收红外信号之间的时间值换算为距离电信号并发送至所述PLC控制模块；

3)若所述PLC控制模块接收到的距离电信号的数量值小于所述激光测距传感器发送激光束的次数N时，所述PLC控制模块判断该被检测的锌桶为不合格品，所述PLC控制模块控制所述电磁阀将视为不合格品的锌桶剔除出生产线；

4)若所述PLC控制模块接收到的距离电信号的数量等于所述激光测距传感器发送激光束的次数N时，所述PLC控制模块将每个距离电信号转换为对应所述激光测距传感器发出激光的端部至碳粉上表面不同检测点之间的距离值，然后将N个距离值以从大到小或从小到大的次序进行排序，将N个距离值中的最大值和最小值分别去除，然后取剩余的N-2个距离值的平均值为平均距离值；

5)若平均距离值处于检测最少值和检测最大值之间，所述PLC控制模块将该平均距离值视为合格值，对应被检测的锌桶内碳粉高度符合要求，被视为合格，所述PLC控制模块控制所述可触摸显示屏显示合格品的数量值比原来值多1；

6)若平均距离值大于检测最大值或小于最小值，所述PLC控制模块将该平均距离值视为不合格值，所述PLC控制模块判断该被检测的锌桶内碳粉高度过低或者过高，则对应的锌桶内碳粉高度不符合要求，被视为不合格品，所述PLC控制模块控制所述可触摸显示屏显示不合格品的数量值比原来值多1，所述PLC控制模块控制所述电磁阀将为不合格品的锌桶剔除出生产线。

本发明的技术方案通过激光测距传感器多次向锌桶内碳粉发送激光束，然后激光束被碳粉上表面所反射，激光测距传感器接收并放大反射回来的红外线信号，同时激光测距传感器将发送激光束与接收红外信号之间的时间值换算为距离电信号并发送至PLC控制模块；PLC控制模块将电信号数量与激光发射次数进行对比，并且按照一定顺序将多个已经被转换后的距离电信号排列，抽取非最大值和非最小值进行取平均值，然后对比检测最小值和检测最大值，以平均距离值判断锌桶内碳粉高度值是否符合要求，最后通过可触摸显示屏显示合格和/或不合格品数量值，以及通过电磁阀将不合格品剔除出生产线。

相对于现有技术，本发明技术方案通能够提高电池锌桶内碳粉检测的自动化程度以及提高检测后对不合格产品进行剔除工作的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明电池锌桶碳粉高度检测装置电路连接关系示意图；

图2为本发明电池锌桶碳粉高度检测装置工作原理流程图；

图3为本发明电池锌桶碳粉高度检测装置的PLC控制模块逻辑判断流程图；

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请见图1，本发明提出一种电池锌桶碳粉高度检测装置，该装置包括位于被检测锌桶上方且可检测锌桶中碳粉高度并将检测信号发送至PLC控制模块的激光测距传感器，用于向PLC控制模块设定碳粉高度检测控制阈值的可触摸显示屏，用于将碳粉高度过高或者过低的锌桶剔除出生产线的电磁阀，用于收集设定碳粉高度检测控制阈值、分析及判断锌桶内碳粉高度是否符合要求、控制电磁阀剔除不合格产品、控制可触摸显示屏显示合格品和/或不合格品数量的PLC控制模块。

本发明的实施例中，PLC控制模块分别与可触摸显示屏、激光测距传感器、电磁阀电连接；PLC控制模块与可触摸显示屏之间还电连接有第一继电器、PLC控制模块与电磁阀之间还电连接有第二继电器。

具体地，本实施例的电池锌桶碳粉高度检测装置中的电路连接关系为，激光测距传感器与PLC控制模块的X0输入点电连接，可触摸显示屏通过第一继电器与PLC控制模块的X1输入点电连接；电磁阀通过第二继电器与PLC控制模块的Y1输出点电连接；同时，PLC控制模块的输出COM端电连接24V电源，PLC控制模块的输入端L端和N端分别电连接有220V交流电源和GND接地。

本实施例中，可触摸显示屏为可触摸输入数据的维纶TK6070i系列触摸屏，电磁阀为SM7电磁阀，PLC控制模块为欧姆龙CP1H-EX的PLC控制电路，激光测距传感器为欧姆龙ZX-LDA11-N+ZX-LD40激光智能传感器，其中欧姆龙ZX-LDA11-N+ZX-LD40激光智能传感器包括相互电连接的可发送并回收激光信号的ZX-LD40激光智能传感器以及可放大红外线信号的ZX-LDA11-N放大器，ZX-LD40激光智能传感器检测精确度为2um，发送激光束的光斑直径为50um，发送和回收激光信号的响应速度为5ms。

请参见图2和图3，本发明还提出一种使用上述电池锌桶碳粉高度检测装置的检测方法，具体包括以下步骤：

1)通过可触摸显示屏向PLC控制模块输入用于控制锌桶碳粉高度检测阈值的检测最大值和检测最小值；

2)激光测距传感器N次并等时间间距地从被检测锌桶正上方向下发出激光束于碳粉上表面，激光束可被碳粉上表面反射向上，激光测距传感器收集并放大红外信号，激光测距传感器将发送激光束与接收红外信号之间的时间值换算为距离电信号并发送至PLC控制模块；

3)若PLC控制模块接收到的距离电信号的数量值小于激光测距传感器发送激光束的次数N时，PLC控制模块判断该被检测的锌桶为不合格品，PLC控制模块控制电磁阀将视为不合格品的锌桶剔除出生产线；

4)若PLC控制模块接收到的距离电信号的数量等于激光测距传感器发送激光束的次数N时，PLC控制模块将每个距离电信号转换为对应激光测距传感器发出激光的端部至碳粉上表面不同检测点之间的距离值，然后将N个距离值以从大到小或从小到大的次序进行排序，将N个距离值中的最大值和最小值分别去除，然后取剩余的N-2个距离值的平均值为平均距离值；

5)若平均距离值处于检测最少值和检测最大值之间，PLC控制模块将该平均距离值视为合格值，对应被检测的锌桶内碳粉高度符合要求，被视为合格，PLC控制模块控制可触摸显示屏显示合格品的数量值比原来值多1；

6)若平均距离值大于检测最大值或小于最小值，PLC控制模块将该平均距离值视为不合格值，PLC控制模块判断该被检测的锌桶内碳粉高度过低或者过高，则对应的锌桶内碳粉高度不符合要求，被视为不合格品，PLC控制模块控制可触摸显示屏显示不合格品的数量值比原来值加1，PLC控制模块控制电磁阀将为不合格品的锌桶剔除出生产线。

具体地，基于上述检测方法，可对电池锌桶碳粉高度检测装置的检测方法的工作原理进行描述如下：

本发明实施例中，用户首先通过维纶TK6070i系列触摸屏向欧姆龙CP1H-EX的PLC控制电路输入用于控制锌桶碳粉高度检测阈值的检测最大值和检测最小值，然后确保欧姆龙ZX-LDA11-N+ZX-LD40激光智能传感器位于被检测锌桶的正上方，并且能够垂直向锌桶内被压实的碳粉表面发出光斑直径为50um的激光束。

当用于传输锌桶的生产线开始运转时，ZX-LD40激光智能传感器向正下方的锌桶内部5次并间断地发射激光束，其中每次发送激光束的时间间隔为10ms。激光束照射于碳粉上表面后，激光束可被碳粉上表面向上反射。这时，与ZX-LD40激光智能传感器电连接的ZX-LDA11-N放大器接收返回信号较弱的红外信号进行放大，并且将放大后的红外线信号发送至ZX-LD40激光智能传感器。

本发明实施例的技术方案中，ZX-LD40激光智能传感器发射激光的端部与锌桶底面之间距离是确定的，因此ZX-LD40激光智能传感器向锌桶内部碳粉上表面发射激光后，从激光发射的瞬间至接收返回红外线信号之间的时间，会因为碳粉高度不同，造成碳粉上表面与ZX-LD40激光智能传感器发射激光的端部之间距离存在一定差异，因此通过ZX-LD40激光智能传感器发射激光到检测到红外线信号之间的时间，即可换算为ZX-LD40激光智能传感器与碳粉上表面之间的距离。将ZX-LD40激光智能传感器发射激光的端部到锌桶底面之间的距离减去ZX-LD40激光智能传感器发送激光的端部到碳粉上表面之间的距离，即可相应获得锌桶内碳粉的实际高度。因此，可直接采用ZX-LD40激光智能传感器发送激光的端部到碳粉上表面之间的距离值作为判断碳粉高度是否合格的佐证标准，而当距离值位于通过可触摸显示屏设定的检测最小值和检测最大值之间，可判断碳粉高度符合要求；而距离值大于检测最大值，则可相应判断碳粉高度过少，距离值小于检测最小值，则可相应判断碳粉高度过高。而上述碳粉高度过高或者过低，都将被视为不合格的情况。

因此，使ZX-LD40激光智能传感器将发送激光束与接收红外信号之间的时间值换算为距离电信号并发送至欧姆龙CP1H-EX的PLC控制电路。

欧姆龙CP1H-EX的PLC控制电路接收到多个距离电信号后，会检查距离电信号的数量与ZX-LD40激光智能传感器发送激光束的次数是否相一致。其中，本实施例的ZX-LD40激光智能传感器发送用于检测碳粉高度的激光束次数为5次，因此如果欧姆龙CP1H-EX的PLC控制电路接收到的距离电信号数量小于5个时，欧姆龙CP1H-EX的PLC控制电路判断被检测的锌桶碳粉高度不符合要求，应该被视为不合格品。欧姆龙CP1H-EX的PLC控制电路向第二继电器发送工作信号，作为开关功能的第二继电器内部开关吸合，从而使得电磁阀通电工作，电磁阀内部充气后向不合格的锌桶喷射气体，使得不合格的锌桶被推倒至指定的收集装置，让不合格的锌桶从生产线上退出。欧姆龙CP1H-EX的PLC控制电路控制可触摸显示屏显示不合格品的数量值比原来值加1。

当欧姆龙CP1H-EX的PLC控制电路接收到的距离电信号数量等于ZX-LD40激光智能传感器发送激光束次数时，欧姆龙CP1H-EX的PLC控制电路则会将5个距离电信号分别转换成为对应的ZX-LD40激光智能传感器发出激光的端部至碳粉上表面不同检测点之间的距离值，然后将5个距离值以从大到小或者以从小到大的顺序进行排序，将5个距离值中的最大值和最小值分别去掉，然后取剩余的3个距离值的平均值作为平均距离值。然后将平均距离值分别与检测最大值和检测最少值进行比较。

若平均距离值处于检测最小值和检测最大值之间，即平均距离值大于等于检测最小值且小于等于检测最大值，CP1H-EX的PLC控制电路将该平均距离值视为合格值，对应被检测的锌桶内碳粉高度被视为合格，PLC控制模块控制可触摸显示屏显示合格品的数量值比原来值多1。

若平均距离值大于检测最大值或小于检测最少值，CP1H-EX的PLC控制电路都会判断该平均距离值为不合格值，对应被检测的锌桶内碳粉高度为过低或者过高，被视为不合格品。欧姆龙CP1H-EX的PLC控制电路控制可触摸显示屏显示不合格品的数量值比原来值多1，然后向第二继电器发送工作信号，第二继电器开关吸合，从而使得电磁阀通电进行工作，电磁阀内部充气后向不合格的锌桶喷射气体，使得不合格的锌桶被推倒至指定的收集装置，让不合格的锌桶从生产线上退出。

本发明实施例通过激光测距传感器多次向锌桶内碳粉发送激光束，然后激光束被碳粉上表面所反射，激光测距传感器接收并放大反射回来的红外线信号，同时将被放大的红外线信号转换成为电信号并发送至PLC控制模块；PLC控制模块将电信号数量与激光发射次数进行对比，并且按照一定顺序将多个已经被转换后的距离电信号排列，抽取非最大值和非最小值进行取平均值，然后对比检测最小值和检测最大值，以平均距离值判断锌桶内碳粉高度值是否符合要求，最后通过可触摸显示屏显示合格以及不合格品数量值，以及通过电磁阀将不合格品剔除出生产线。相对于现有技术，本发明技术方案通能够提高电池锌桶内碳粉检测的自动化程度以及提高检测后对不合格产品进行剔除工作的安全性。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。