一种加强筋压花的模切装置及模切方法与流程

1.本发明涉及锂离子电池生产制造技术领域，特别是关于一种加强筋压花的模切装置及模切方法。


背景技术：

2.动力锂电行业包含极耳模切成型工序，即将集流体切割为凸起结构(也称为极耳)，以对外导流，其中，负极极耳模切设备通常需要对极耳进行压花处理，以解决极耳翻折的问题。
3.但是，常规模切设备的压花位置主要依靠人工调整，长期运行过程的效果一致性难保证，且对来料一致性要求较高，假如遇到极耳褶皱物料，必须进行人工手动降速处理，耗费人工和时间成本。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明的目的是提供一种加强筋压花的模切装置及模切方法，能够在提高压花效果一致性的同时对褶皱物料进行自动识别和处理。
5.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一方面，提供一种加强筋压花的模切装置，包括放卷机构、收卷机构、纠偏机构、极耳外观检测机构、压花机构、模切机构和控制器；
6.所述放卷机构、纠偏机构、压花机构、模切机构和收卷机构顺次设置以使极片依次经过；
7.所述纠偏机构与所述控制器信号连接，以用于获取极片中极耳区的位置信号并发传送至所述控制器，所述控制器根据所述位置信号控制所述纠偏机构对所述极片进行纠偏；
8.所述极耳外观检测机构与所述控制器信号连接，所述极耳外观检测机构的检测区域覆盖所述压花机构与所述纠偏机构之间的至少部分区域，以用于获取所述极片的外观信号并传送至所述控制器；
9.所述压花机构和模切机构分别与所述控制器信号连接，所述控制器根据所述位置信号与外观信号控制所述压花机构的压花状态以对所述极片进行压花，以及至少根据所述外观信号控制所述模切机构的模切状态以对压花后的所述极片模切成型。
10.进一步地，所述极耳外观检测机构包括横杆、第一往复移动电机和褶皱检测模块；
11.所述褶皱检测模块安装于所述横杆上，所述横杆连接于所述第一往复移动电机的输出端，以在所述第一往复移动电机的驱动下往复移动并带动所述褶皱检测模块沿横杆的轴向运动；
12.所述褶皱检测模块和第一往复移动电机分别与所述控制器信号连接，所述褶皱检测模块用于检测极片的表面以得到外观信号并传送至所述控制器；所述控制器根据所述位置信号控制所述第一往复移动电机的驱动状态，以控制所述褶皱检测模块的移动。
13.进一步地，所述压花机构包括压花装置，所述压花装置包括丝杆、第二往复移动电机、上下升降电机和压花结构件；
14.所述上下升降电机可移动连接于所述丝杆上，所述第二往复移动电极输出端与所述丝杆固定连接以驱动所述上下升降电机沿所述丝杠的轴向运动，所述上下升降电机的输出端连接所述压花结构件以驱动所述压花结构件沿与所述丝杆相交的方向运动；
15.进一步地，所述压花机构还包括用于输送极片的输送辊；
16.所述输送辊与所述丝杆平行且相间设置。
17.进一步地，所述控制器包括相互信号连接的数据获取模块、位置调节量确定模块、压花压力确定模块、模切速度确定模块和控制模块；
18.所述数据获取模块用于获取所述纠偏机构、极耳外观检测机构和压花机构的初始位置，预先设定的压花宽度以及所述纠偏机构确定的位置信号和所述极耳外观检测机构确定的外观信号，所述位置信号为极片中的极耳区的坐标信号，所述外观信号包括褶皱程度信号；
19.所述位置调节量确定模块用于根据所述位置信号以及所述纠偏机构、极耳外观检测机构和压花机构的初始位置，确定所述极耳外观检测机构和压花机构的位置调节量，以及所述纠偏机构对所述极片的纠偏量；
20.所述压花压力确定模块用于根据所述褶皱程度信号，确定所述压花机构的压花压力；
21.所述模切速度确定模块用于根据所述褶皱程度信号，确定所述模切机构的模切速度；
22.所述控制模块与所述压花机构、纠偏机构、模切机构及极耳外观检测机构信号连接，以根据所述位置调节量调节所述极耳外观检测机构和压花机构的位置，根据压花压力调节压花机构的压花状态，根据所述纠偏量控制所述纠偏机构对所述极片进行纠偏，根据模切速度调节所述模切机构的模切状态。
23.进一步地，所述控制器还包括与控制模块信号连接的报警模块；
24.所述极耳外观检测机构确定的外观信号还包括实际极耳宽度，所述报警模块用于当所述实际极耳宽度超出预先设定的压花宽度时发出报警信号，所述控制模块根据所述报警信号控制所述放卷机构、收卷机构、纠偏机构、极耳外观检测机构、压花机构和模切机构关闭。
25.另一方面，提供一种加强筋压花的模切方法，包括：
26.放卷机构放卷，传送待压花的极片；
27.纠偏机构实时获取极片中极耳区的位置信号并转换为电信号发送至控制器，并根据位置信号，对极片进行纠偏；
28.控制器根据接收的位置信号以及纠偏机构、极耳外观检测机构和压花机构的初始位置，实时调节极耳外观检测机构和压花机构与极片中极耳区的相对位置，并控制纠偏机构对极片进行纠偏；
29.极耳外观检测机构在当前位置实时获取极片中极耳区的外观信号，并发送至控制器；
30.控制器根据接收的外观信号，实时确定压花机构的压花状态和模切机构的模切状
态，并控制压花机构对极耳区进行压花，控制模切机构对压花后的极片模切成型；
31.收卷机构对模切成型的极片进行收卷。
32.进一步地，所述控制器根据接收的位置信号以及纠偏机构、极耳外观检测机构和压花机构的初始位置，实时调节极耳外观检测机构和压花机构与极片中极耳区的相对位置，并控制纠偏机构对极片进行纠偏，，包括：
33.数据获取模块获取纠偏机构、极耳外观检测机构和压花机构的初始位置a(x1)，以及纠偏机构确定的位置信号a(x2)，该位置信号为极耳区的坐标信号；
34.位置调节量确定模块根据纠偏机构、极耳外观检测机构和压花机构的初始位置a(x1)以及纠偏机构确定的位置信号a(x2)，确定纠偏机构对极片的纠偏量，并计算得到极耳外观检测机构和压花机构的位置调节量a(x1)-a(x2)；
35.控制模块根据位置调节量a(x1)-a(x2)，通过极耳外观检测机构中的第一往复移动电机实时调节极耳外观检测机构中褶皱检测模块与极片中极耳区的相对位置，通过压花机构中的第二往复移动电机实时调节压花机构中压花结构件与极片中极耳区的相对位置。
36.进一步地，所述极耳外观检测机构实时获取极片中极耳区的外观信号并发送至控制器，包括：
37.褶皱检测模块检测极片的表面的褶皱条数，并基于褶皱条数输出极耳区的外观信号至控制器，其中，外观信号包括褶皱程度信号b，其中，0≤b≤100％。
38.进一步地，所述控制器根据接收的外观信号，实时确定压花机构的压花压力f
′
为：
39.f
′
＝f*b*k1
40.其中，f为调节前的压花压力，k1为修正系数。
41.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
42.1、本发明将传统的人工调节压花位置模式升级为加强筋压花调节模式，能够提高负极模切设备压花效果的过程一致性，降低生产制造过程中的人工停机调试及物料成本，大幅度提高自动化能力。
43.2、本发明由于设置有极耳外观检测机构，新增褶皱物料的自动处理功能，能够提高设备的自动化能力，避免极耳开裂事件的发生，降低制造成本。
44.3、传统的压花机构不能实时位移，导致来料波动压伤膜区，而本发明设置的控制器能够根据纠偏机构获取的位置信号和极耳外观检测机构确定的外观信号，确定压花机构的位置和压花压力，以对极耳区进行压花，能够避免来料差异对极耳压花效果的影响。
45.4、本发明设置的控制器能够根据极耳外观检测机构检测的极耳区的外观信号确定模切机构的模切速度，假如物料异常，模切机构能够自动切换低速生产，同时，压花机构能够降低压花压力以避免极耳开裂问题。
46.综上所述，本发明可以广泛应用于锂离子电池生产制造技术领域中。
附图说明
47.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
48.图1是本发明一实施例提供的模切装置的整体结构示意图；
49.图2是本发明一实施例提供的极片的结构示意图；
50.图3是本发明一实施例提供的纠偏机构的结构示意图；
51.图4是本发明一实施例提供的极耳外观检测机构的结构示意图；
52.图5是本发明一实施例提供的压花机构的结构示意图；
53.图6是本发明一实施例提供的模切方法中位置修正的流程示意图。
具体实施方式
54.下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
55.应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。
56.尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
57.为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“上面”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。
58.由于常规模切设备的压花位置主要依靠人工调整，当遇到极耳褶皱物料，必须进行人工手动降速处理，耗费人工和时间成本。本发明实施例提供的加强筋压花的模切装置及模切方法，纠偏机构输出极片中极耳区的位置信号。极耳外观检测机构检测极片中极耳区的褶皱条数，对极耳区是否存在褶皱进行判断，并输出极耳区的外观信号。控制器根据位置信号和外观信号，调节极耳外观检测机构和压花机构的位置，并确定压花机构的压花压力。压花机构基于控制器的控制，对极耳区进行压花，能够提高负极模切机构压花效果的一致性，对褶皱物料进行自动识别及处理，降低生产制造过程的人工及时间成本。
59.实施例1
60.如图1所示，本实施例提供一种加强筋压花的模切装置，包括放卷机构1、收卷机构2、纠偏机构3、极耳外观检测机构4、压花机构5、模切机构6和控制器。
61.放卷机构1、纠偏机构3、压花机构5、模切机构6和收卷机构2顺次设置，以使极片7
依次经过，极耳外观检测机构4设置于纠偏机构3和压花机构5之间。
62.纠偏机构3与控制器信号连接，以用于获取极片7中极耳区72的位置信号并发送至控制器，控制器根据位置信号控制纠偏机构3对极片7进行纠偏。
63.极耳外观检测机构4与控制器信号连接，极耳外观检测机构4的检测区域覆盖纠偏机构3与压花机构5之间的至少部分区域，以用于获取极片7的外观信号并发送至控制器。
64.压花机构5和模切机构6分别与控制器信号连接，控制器根据位置信号和外观信号，控制压花机构5的压花状态以对极片7进行压花，以及根据外观信号控制模切机构6的模切状态以对压花后的极片7模切成型。
65.在一个优选的实施例中，如图2所示，极片7包括涂覆区71和极耳区72，涂覆区71的两端分别设置有极耳区72，压花机构5中的压花结构是禁止上涂覆区71的。
66.在一个优选的实施例中，纠偏机构3包括感应器和纠偏执行模块。感应器分别与纠偏执行模块和控制器信号连接，感应器用于发射红外光、可见光信号或超声波至极片7中的极耳区72，以获取极耳区72的位置信号并转换为电信号后发送至纠偏执行模块和控制器。纠偏执行模块用于基于控制器的控制，对极片7进行纠偏，进而调节纠偏机构3与极耳区72之间的相对位置。如图3所示，为纠偏机构3的示意图。
67.具体地，纠偏机构3采用左右双纠方式，也可以采用仅保留左侧或右侧的单纠方式。
68.具体地，感应器可以采用光电感应器或超声波感应器。
69.具体地，纠偏机构3检测的位置信号为极耳区72的坐标信号，该信号用于保持纠偏机构3与极耳外观检测机构4和压花机构5的位置联动，正常运行时不断修正极片7位置波动的同时，保持三者的相对位置不变。
70.在一个优选的实施例中，如图4所示，极耳外观检测机构4包括横杆41、第一往复移动电机42和褶皱检测模块43。横杆41连接第一往复移动电机42的输出端，横杆41上间隔设置有两个褶皱检测模块43。褶皱检测模块43和第一往复移动电机42分别与控制器信号连接，褶皱检测模块43用于检测对应极耳区72的褶皱条数，并基于褶皱条数输出极耳区72的外观信号至控制器，第一往复移动电机用于基于控制器的控制，驱动横杆41的往复运动，进而控制两褶皱检测模块43沿横杆41的轴向移动。当然，褶皱检测模块43的数量不能理解为限定。
71.具体地，褶皱检测模块43包括ccd(电荷耦合器件)相机和褶皱程度判定单元，ccd相机用于获取极片7的表面的图像数据，褶皱程度判定单元用于根据极耳区72的图像数据，确定极耳区72的褶皱条数，进而根据预先设定的褶皱条数与褶皱程度之间的比例关系，判定对应极耳区72的褶皱程度，并输出极耳区72的外观信号。
72.具体地，褶皱检测模块43的检测频次为连续检测。
73.具体地，外观信号包括褶皱程度信号和实际极耳宽度，其中，褶皱程度信号为完整度百分比信号。
74.需要说明的是，因产品存在差异化，因此可以根据实际可接受褶皱程度自由设置褶皱条数与褶皱程度之间的比例关系，在此不多做赘述。
75.在一个优选的实施例中，如图5所示，压花机构5包括用于输送极片7的输送辊51和用于对极片7进行压花的压花装置52。输送辊51和压花装置52之间设置有极片7穿过的间
隙，压花装置52还与控制器信号连接，输送辊51用于传送极片7，压花装置52用于基于控制器的控制，对极片7上的极耳区72进行压花。
76.具体地，在输送辊51与模切机构6之间还间隔设置有若干第一过辊53，例如图5中的两个第一过辊53，由于压花时极片7与输送辊51形成包角，理论上该包角越大越好，因此设置若干第一过辊53用于引导极片7进入模切机构6。
77.具体地，输送辊51包括第二过辊511和支撑件512，压花装置52包括丝杆521、第二往复移动电机522、上下升降电机523和压花结构件524。第二过辊511的两端分别转动安装于支撑件512，第二过辊511上滚动连接极片7。丝杆521与第二过辊511平行且间隔设置，极片7从间隔中穿过，丝杆521的两端分别固定连接一第二往复移动电机522输出端，丝杆521上螺纹连接两滑块，每一滑块上分别设置有一上下升降电机523，每一上下升降电机523的输出端分别连接一压花结构件524，上下升降电机523的驱动方向与丝杆521的轴向相交，具体地，上下升降电机523的驱动方向与丝杆521的轴向相垂直。每一第二往复移动电机522和上下升降电机523分别与控制器信号连接，每一第二往复移动电机522均用于基于控制器的控制，通过第二往复移动电机522带动丝杆521旋转，并通过采用螺纹配合的滑块，将电机的旋转运动转换为滑块的直线运动，进而带动滑块上的对应上下升降电机522沿丝杆521的轴向进行往复移动，调节对应压花结构件524的压花位置；每一上下升降电机均用于基于控制器的控制，带动压花结构件524相对于极片7平面靠近或远离运动，调节压花结构件524对极片7的压花压力。压花结构件524在第二往复移动电机522的控制下可实现相对极耳7宽度方向的位置移动对极耳区72进行压花，且在上下升降电机523的作用下可实现相对极耳区72相靠近或远离的运动以调控压花压力，在第二往复移动电机522的作用下可调控压花位置。
78.在一个优选的实施例中，如图1所示，模切机构6包括第三过辊61和模切机62。第三过辊61上滚动连接极片7。对应于第三过辊61的位置，极片7的上方设置有模切机62，模切机62还电连接控制器，模切机62用于基于控制器的控制，对压花后的极片7模切成型。
79.在一个优选的实施例中，控制器包括相互信号连接的数据获取模块、位置调节量确定模块、压花压力确定模块、模切速度确定模块、报警模块和控制模块；
80.数据获取模块用于获取纠偏机构3、极耳外观检测机构4和压花机构5的初始位置，预先设定的压花宽度以及纠偏机构3确定的位置信号和极耳外观检测机构4确定的外观信号；位置信号为极片中的极耳区的坐标信号，外观信号包括褶皱程度信号。
81.位置调节量确定模块用于根据纠偏机构3确定的位置信号以及纠偏机构3、极耳外观检测机构4和压花机构5的初始位置，确定极耳外观检测机构4和压花机构5的位置调节量以及纠偏机构3对极片7的纠偏量。
82.压花压力确定模块用于根据极耳外观检测机构4确定的外观信号中的褶皱程度信号，确定压花机构5的压花压力。
83.模切速度确定模块用于根据极耳外观检测机构4确定的外观信号中的褶皱程度信号，确定模切机构6的模切速度。
84.报警模块用于当外观信号中的实际极耳宽度超出预先设定的压花宽度时发出报警信号。
85.控制模块与纠偏机构3、极耳外观检测机构4、压花机构5和模切机构6信号连接，用于根据位置调节量调节极耳外观检测机构4和压花机构5的位置；根据压花压力调节压花机
构的压花状态；根据纠偏量控制纠偏机构3对极片7进行纠偏；根据模切速度调节所述模切机构的模切状态；以及根据报警信号控制放卷机构1、收卷机构2、纠偏机构3、极耳外观检测机构4、压花机构5和模切机构6关闭。
86.实施例2
87.本实施例提供一种加强筋压花的模切方法，包括以下步骤：
88.1)初始状态下，纠偏机构3获取的位置信号、极耳外观检测机构4的位置和压花机构5的位置均为a(x1)，a(x1)可以为0，预先设定的极片7中极耳区72的极耳宽度为h1，压花宽度为h2，且h1≥h2。
89.2)放卷机构1放卷，传送待压花的极片7。
90.3)如图6所示，纠偏机构3实时获取极片7中极耳区72的位置信号，并转换为电信号a(x2)发送至控制器。
91.具体地，感应器发射红外光、可见光信号或超声波至极片7中的极耳区72，获取极耳区72的位置信号，并转换为电信号a(x2)后发送至纠偏执行模块和控制器。
92.4)如图6所示，控制器根据接收的位置信号以及纠偏机构3、极耳外观检测机构4和压花机构5的初始位置，实时调节极耳外观检测机构4和压花机构5与极片7中极耳区72的相对位置，并控制纠偏机构3对极片7进行纠偏，具体为：
93.4.1)数据获取模块获取纠偏机构3、极耳外观检测机构4和压花机构5的初始位置a(x1)，以及纠偏机构3确定的位置信号a(x2)。
94.4.2)位置调节量确定模块根据位置信号a(x2)，判断极片7的位置是否需要修正，若需要，则确定纠偏机构3对极片7的纠偏量，使得感应器与极耳区72之间的相对位置为0；否则，进入步骤4.3)。
95.4.3)位置调节量确定模块根据纠偏机构3、极耳外观检测机构4和压花机构5的初始位置a(x1)以及纠偏机构3确定的位置信号a(x2)，实时确定极耳外观检测机构4和压花机构5的位置调节量a(x1)-a(x2)；
96.4.4)控制模块根据位置调节量a(x1)-a(x2)，实时调节极耳外观检测机构4和压花机构5的位置。
97.具体地，控制模块通过第一往复移动电机42调节横杆41的位置，进而控制两褶皱检测模块43进行沿极片7宽度方向a(x1)-a(x2)的位移，实现极耳外观检测机构4位置的调节，以始终对准极耳区72进行检测。
98.具体地，控制模块通过第二往复移动电机522带动丝杆521旋转，并通过采用螺纹配合的滑块，将电机的旋转运动转换为滑块的直线运动，进而带动滑块上的对应上下升降电机522沿丝杆521的轴向进行往复移动，调节对应压花结构件524与极片7宽度方向的相对位置，实现压花机构5位置的调节，使得压花结构件524可对准极耳区72进行压花。
99.5)极耳外观检测机构4在当前位置实时获取极片7中极耳区72的外观信号，并发送至控制器。
100.具体地，每一ccd相机均获取极片7的表面的图像数据并发送至对应褶皱程度判定单元，褶皱程度判定单元根据接收的图像数据，确定对应极耳区72的褶皱条数，进而根据预先设定的褶皱条数与褶皱程度之间的比例关系，判定对应极耳区72的褶皱程度，并输出极耳区72的外观信号至控制器，其中，外观信号包括褶皱程度信号b和实际极耳宽度h3，0≤b
≤100％，h3≥h2。
101.例如：以极耳区72的长度50mm为最小单位统计，统计50mm内长度≥5mm的褶皱条数n，工艺要求褶皱允许条数为10，则褶皱程度m＝n/10*100％。
102.6)控制器根据接收的外观信号，实时确定压花机构5的压花压力，并控制压花机构5对极耳区72进行压花，具体为：
103.6.1)控制器根据接收的外观信号，实时确定压花机构5的压花压力。
104.具体地，调节后压花机构5的压花压力f
′
为：
105.f
′
＝f*b*k1
106.其中，f为调节前的压花压力，k1为修正系数，受产品差异化的影响，需在实际设备调试过程中确定。
107.具体地，通常情况下，为满足生产产能需求：
108.f*b*k1≥30％*f
109.6.2)控制器通过上下升降电机523调节压花结构件524进行相对于极片7进行升降运动，使得压花结构件524达到确定的压花压力对极片7进行压花，以避免极耳区72发生的开裂事件。
110.7)控制器根据接收的外观信号，实时确定模切机构6的模切速度，并根据实时确定的模切速度调节模切机构6的模切状态，控制模切机构6对压花后的极片7模切成型。
111.具体地，调节后模切机构6的模切速度v
′
为：
[0112]v′
＝v*b*k2
[0113]
其中，k2为修正系数，受产品差异化的影响，需在实际设备调试过程中确定；v为调节前的模切速度。
[0114]
具体地，通常情况下，为满足生产产能需求：
[0115]v′
≥10m/min
[0116]
8)模切结束后，收卷机构进行收卷。
[0117]
在一个优选的实施例中，该方法还包括：当外观信号中的实际极耳宽度h3超出预先设定的压花宽度h2时，控制器控制放卷机构1、收卷机构2、纠偏机构3、极耳外观检测机构4、压花机构5和模切机构6关闭。
[0118]
具体地，纠偏机构3获取的位置信号会不断更正压花结构件524的位置，保证压花宽度h2的稳定性和压花不会上涂覆区71，若发生h2》h3或压花宽度h2的稳定性不满足规格要求时，则报警模块发出报警信号，控制模块根据报警信号控制放卷机构1、收卷机构2、纠偏机构3、极耳外观检测机构4、压花机构5和模切机构6关闭。
[0119]
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。