CN102642089A - 一种极片激光切割机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种极片激光切割机，包括基架部件、激光切割器、用于驱动所述激光切割器的切割机械手部件、控制***、以及至少一个送片组件；所述送片组件包括夹料机械手部件、送定长部件和放料部件，所述切割机械手部件和夹料机械手部件都安装在所述基架部件上，所述送定长部件设置在所述夹料机械手部件与放料部件之间，所述控制***与所述切割机械手部件、夹料机械手部件和送定长部件连接。本发明采用激光技术实现了锂离子电池或者超级电容的制片工艺，能够克服现有技术中极片采用传统切割工艺而存在的极片容易变形和毛刺较大等问题，同时在控制***的控制下改善了制片工艺质量，提高了成品率。

Description

一种极片激光切割机
技术领域
本发明涉及电池领域，尤其涉及一种极片激光切割机。
背景技术
锂离子电池和超级电容生产过程中，极片的制片工艺十分关键，目前的极片制片过程中，通常采用刀模冲切机、金模冲切机、以及滚切机等设备实现极片切割，然而极片由厚度较小的铝箔和铜箔制成，通过以上切割设备制片时，容易使极片起皱或变形，从而导致切割后的极片平整度不符合要求而报废。且极片两面都具有涂覆层，通过以上切割设备制片后极片毛刺较大且易掉粉，导致制片工序合格率低、废品多，造成制片效率低下和材料浪费的问题，对锂离子电池和超级电容的大规模生产造成严重影响。
因此，亟待对现有的极片制片设备进行改进。
发明内容
本发明要解决的主要技术问题是，提供一种避免极片在制片工艺中起皱变形、改善工艺质量的极片激光切割机。
为解决上述技术问题，本发明提供一种极片激光切割机，包括基架部件、激光切割器、用于驱动所述激光切割器的切割机械手部件、控制***、以及至少一个送片组件；所述送片组件包括夹料机械手部件、送定长部件和放料部件，所述切割机械手部件和夹料机械手部件都安装在所述基架部件上，所述送定长部件设置在所述夹料机械手部件与放料部件之间，所述控制***与所述切割机械手部件、夹料机械手部件和送定长部件连接。
进一步地，所述夹料机械手部件包括推杆和用于夹住极片前部的前部夹料机构，所述送定长部件包括用于夹住极片中部的中部夹料机构、以及驱动所述中部夹料机构前后运动的送料机构，所述前部夹料机构安装在所述推杆前端，所述中部夹料机构安装在所述推杆后端。
还包括负压源，所述夹料机械手部件还包括吸料机构，所述吸料机构包括吸头和带有吸孔的吸附板，所述吸头设置在所述吸附板下方且连接所述负压源；所述前端夹料机构包括分别设置在所述吸附板两侧的两组料夹、以及驱动所述料夹的控制汽缸。
优选地，所述送料机构包括伺服驱动装置和位置检测装置；所述伺服驱动装置包括驱动所述中部夹料机构前后运动的伺服电机和定长送料底板，所述中部夹料机构位于所述定长送料底板上方，所述位置检测装置包括设置在所述定长送料底板顶部的多个光电感应器，以及设置在所述中部夹料机构底部的感应片；所述光电感应器和伺服驱动装置都与所述控制***连接。
优选地，所述送定长部件还包括送定长纠偏机构，所述送定长纠偏机构安装在所述推杆后端且与所述中部夹料机构随动。
优选地，所述放料部件还包括放料纠偏机构。
进一步地，所述送片组件还包括取料机械手部件和料盒部件，所述取料机械手部件上带有吸料端，所述取料机械手部件和料盒部件都安装在所述基架部件上，且所述取料机械手部件与所述控制***连接。
所述料盒部件包括盒体、用于支撑切割后的极片的活动板、用于驱动所述活动板的顶料件、以及料满感应器，所述活动板位于盒体底部，所述料满感应器设置在所述盒体口部，且所述顶料件和料满感应器都与所述控制***连接。
进一步地，所述吸料端还设有分料汽缸。
一种实施方式中，所述送片组件具有两个，两个所述送片组件对应设置在所述基架部件的两侧形成双工位极片激光切割机。
本发明的有益效果是：本发明采用激光技术实现了锂离子电池或者超级电容的制片工艺，充分利用激光所具有的单色性好，发散角小、能够在透镜的焦点处聚焦成高功率光斑等优异特性，采用专用激光头和控制软件以及全自动机械手对极片进行切割，能够克服现有技术中极片采用传统切割工艺而存在的极片容易变形和毛刺较大等问题，改善了制片工艺质量，同时保证了锂电池和超级电容的产品质量。在控制***的作用下减小了极片的尺寸误差，具有精度高、速度快、毛刺小和掉粉少的特点，提高了成品率。
进一步地，本发明采用控制***实现了放料、送片、切割和取料的全自动控制以及放料和送片过程中的纠偏，不仅提高了制片效率，而且改善了加工精度并降低了废品率。
本发明还提供了双工位激光切割机，使激光切割器对两个工位的极片进行轮流切割，显著提高了制片效率。
附图说明
图1为本发明一种实施例的极片激光切割机立体图；
图2为本发明一种实施例的极片激光切割机主视图；
图3为本发明一种实施例的极片激光切割机俯视图；
图4为本发明一种实施例的极片激光切割机的切割工艺流程图；
图5为本发明一种实施例的极片激光切割机的控制原理图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
请参考图1至图3，本实施方式的极片激光切割机包括基架部件1、激光切割器8、用于驱动激光切割器8运动从而对极片13进行切割的切割机械手部件3、控制***、以及至少一个送片组件。其中，送片组件用于将待切割的极片13运动至基架部件1上方的切割平台7以便切割成一定的大小和形状。根据具体需要，单工位激光切割机包括一个送片组件，双工位激光切割机或多工位激光切割机可包括两个甚至多个送片组件，每个工位都可实现单幅切割或双幅切割。送片组件具体包括夹料机械手部件6、送定长部件2和放料部件12，切割机械手部件3和夹料机械手部件6都安装在基架部件1上方，送定长部件2设置在夹料机械手部件6与放料部件12之间。放料部件12包括放料辊，放料时首先将卷料固定在放料辊的气胀轴上，全自动极片切割过程中，极片13在伺服电机的作用下，通过多个导辊和张力缓存机构运送至送定长部件2；夹料机械手部件6夹住极片13头部，送定长部件2夹住极片中部并利用伺服驱动装置进行行程控制，保证每次向切割平台7运动一定长度的极片13。控制***与切割机械手部件3、夹料机械手部件6、送定长部件2和放料部件12等部件连接，用于按照工艺流程对各个部件进行相应的控制。
本发明采用激光技术实现了用于锂离子电池或者超级电容的制片工艺，充分利用激光所具有的单色性好，发散角小、能够在透镜的焦点处聚焦成高功率光斑等优异特性，采用专用激光头和控制软件以及全自动机械手对极片13进行切割，能够克服现有技术中极片13采用传统切割工艺而存在的极片容易变形和毛刺较大等问题，从而提高了极片13所制成的电芯的一致性，保证了锂电池和超级电容的产品质量。在控制***的作用下，送定长部件2和夹料机械手部件6相配合每次向切割平台7运送一定长度的极片13，减小了极片的尺寸误差，具有精度高、速度快、毛刺小和掉粉少的特点，显著改善了制片工艺的质量，提高了成品率。
本实施方式中，夹料机械手部件6包括推杆61和用于夹住极片13前部的前部夹料机构，送定长部件2包括用于夹住极片13中部的中部夹料机构、以及驱动中部夹料机构前后运动的送料机构。前部夹料机构安装在推杆61前端，中部夹料机构安装在推杆61后端。送片过程中，送料机构驱动中部夹料机构向前运动一定距离，从而使推杆61带动前部夹料机构向前运动一定距离即完成一次送片，送片完成后，切割机械手部件3驱动激光切割器8按照预先设定的图形切割路径，对切割平台7上的极片13进行极片切割，切割结束后送料机构再次驱动中部夹料机构、推杆61和前部夹料机构复位以便下一次送片。
为了便于切割，本实施方式的极片激光切割机还包括用于吸附极片13避免其法生移动的负压源，夹料机械手部件6还包括基板和吸料机构等。基板安装在基架部件1的顶部，主要用于对推杆61、前端夹料机构和吸料机构等形成支撑，吸料机构包括吸头和固定在基板上方的吸附板，吸附板上带有多个吸孔，能够吸附前部夹料机构移送的极片13。吸附板底部的多个吸头为吸附板提供吸附力，这些吸头采用快插接头，该快捷插头连接负压源。优选地，负压源为设置在基架部件1底部的风机部件10，能够在较强的风力作用下吸附厚度较薄的极片13避免其发生位置偏移。
前部夹料机构通过连接板和连接支架固定在推杆61前端，一种实施方式中，前部夹料机构主要包括控制汽缸和分别设置在吸附板两侧的两组料夹，控制汽缸包括上升控制汽缸、回退控制汽缸，每组料夹包括气爪和由气爪驱动的上夹和下夹，气爪与上升控制汽缸的推头相连，上升控制汽缸与回退控制汽缸的推头相连，回退控制汽缸与基板形成移动副。上升控制汽缸和回退控制汽缸优选采用与导轨相配合的滑台汽缸，上升控制汽缸通过固定板和汽缸安装座与回退控制汽缸连接，回退控制汽缸通过汽缸座与基架部件上的直线滑动副连接。气爪可采用平行开闭型气爪，通过气爪安装板连接上升控制汽缸的推头。夹持极片13时，两副上夹和下夹分别在气爪的驱动下夹住极片13前部，气爪在上升控制气缸向上的驱动作用下上升而将极片13头部抬起，推杆向前运动完成极片13移送后，上升控制汽缸带动料夹下降复位，料夹再松开极片13头部，最后回退控制汽缸驱动上升控制汽缸向远离极片13的两侧退让。
极片13切割完成后，还可采用出废料机构自动排出剩余废料，以便提高制片效率，出废料机构具有多种形式，例如采用带有吸盘的废料托盘架，在汽缸的驱动作用下吸附废料后将其拨出，或者吸附废料后翻转废料托盘架而使废料自动下落等。
送定长部件2中的送料机构包括伺服驱动装置和用于对伺服驱动装置的行程进行控制的位置检测装置。具体地，伺服驱动装置包括定长送料底板21、导轨安装板和驱动中部夹料机构前后运动的伺服电机，导轨安装板固定在定长送料底板21上方，且其上表面设有与中部夹料机构形成导轨副的导轨，使中部夹料机构位于定长送料底板21上方。伺服电机固定在定长送料底板上，用于驱动中部夹料机构夹住极片13沿导轨在一定的行程范围内前后运动，前后的具体运动行程和位置由控制***控制。位置检测装置用于检测和确保送料机构在前后方向保持定长送料，其包括设置在定长送料底板21顶部的多个光电感应器，以及设置在中部夹料机构底部的感应片，光电感应器能够与感应片相交互从而检测中部夹料机构的运动位置，以便控制***控制极片的送片长度。例如，光电感应器包括三个，分别设置在定长送料底板21的前端、中部和后端，都通过感应器安装导轨安装在定长送料底板21上以便移动位置，前后两端的光电感应器21用于检测感应片的前后极限位置，位于中部的光电感应器用于***归零检测，各光电感应器可将检测结果输入控制***从而精确控制伺服电机的运动行程。
为了避免极片13在送片过程中发生左右方向的位置偏移，送定长部件2还包括送定长纠偏机构，送定长纠偏机构安装在推杆61后端且与中部夹料机构随动。一种实施例中，送定长纠偏机构包括送料滑动板、纠偏托板、寻边对射感应器、以及驱动纠偏托板左右运动的纠偏驱动器件；送料滑动板固定在推杆61后端，纠偏托板活动安装在送料滑动板上方，中部夹料机构固定在纠偏托板上，寻边对射式感应器设置在送料滑动板的侧部，且纠偏驱动部件和寻边对射感应器都与控制***相连。寻边对射感应器包括位于极片上下方的发射器和接收器，能够检测极片13边缘并输出信号至控制***，以便其控制纠偏驱动器件精确控制纠偏托板的位置。纠偏驱动器件可采用伺服电机，其固定在送料滑动板上可通过联轴器与滚珠丝杆副等驱动纠偏托板左右滑动实现极片13的左右纠偏。
中部夹料机构整体安装在纠偏托板上，可在夹料汽缸的驱动下利用上贴胶平板和下贴胶平板夹紧极片中部，优选地，二块贴胶平板表面都贴有硅胶以便在夹持极片13时确保其不被夹伤。
优选地，为了避免极片13在放料过程中发生左右方向的位置偏移，放料部件12还可包括放料纠偏机构，放料纠偏机构与送定长纠偏机构结构类似，主要通过寻边对射感应器检测极片13的边缘，并在控制***的作用下通过纠偏驱动部件确保送料精度，实现送片之前的第一次自动纠偏。
进一步地，本实施方式的送片组件还在极片13切割完成后实现了自动取料，具体地，送片组件还包括取料机械手部件4和料盒部件11，取料机械手部件4上带有吸料端5，吸料端5通过负压源提供吸附力，可在取料机械手部件4的驱动下吸附完成切割的极片13并将其移动至料盒部件11，如果是双幅切割，还可利用吸料端5的分料气缸对极片13分料处理后，再将其放入料盒部件11。取料机械手部件4和料盒部件11都安装在基架部件1上，且取料机械手部件4与控制***连接接受其控制。优选地，料盒部件包括盒体、用于支撑切割后的极片13的活动板、用于驱动活动板上下运动的顶料件、以及料满感应器，活动板位于盒体底部，料满感应器可采用光电感应器并设置在盒体口部，且顶料件和料满感应器都与控制***连接。顶料件可采用与控制***相连的顶升电机，当吸料端每放置一片切割后的极片13到盒体内，顶升电机就驱动活动板下降一个恒定高度，使极片料盒部件11能够自动装料。料满感应器检测到料盒部件11装满后，立即向控制***输出信号，提醒操作人员更换料盒部件11。
如图1所示，本实施方式的极片激光切割机具有两个送片组件，这两个送片组件对应设置在基架部件1的两侧，形成具有左右两个工位的双工位极片激光切割机，左/右放料部件分别通过左/右送定长部件从两端向双工位切割平台送料，激光切割器8可在控制***的控制下轮流对左/右夹料机械手部件6夹持的极片13进行高速切割，使激光切割器8的利用率提高了一倍，在实现全自动激光切割的基础上进一步提高了制片效率。
如图4所示，双工位极片激光切割机的切割流程如下：
步骤1：通过左/右放料部件运送卷料提供的极片，并采用放料纠偏机构进行左右纠偏；
步骤2：送定长部件夹住极片中部送定长，并利用送定长纠偏机构进行左右纠偏，与此同时，左/右夹料机械手部件利用料夹夹住极片头部进行送片；
步骤3：开启风机部件提供真空源，将待切割的极片固定在吸附板上；
步骤4：切割机械手部件驱动激光切割器运动，准备对极片进行动态切割；
步骤5：激光切割器利用控制软件在左右工位轮流切割极片；
步骤6：双工位切割完成后，左/右取料机械手部件分别驱动左/右吸料端开始左右工位轮流取料；
步骤7：左/右吸料端将完成切割的极片吸附至对应的左/右料盒部件，在此过程中，顶料件驱动盒体底部的活动板下降一定高度以容纳更多极片。
步骤8：当料满感应器检测到左/右料盒部件装满极片后向控制***发送信息提醒操作人员。
如图5所示，本发明一种实施例的双工位极片激光切割机的控制***通常采用单片机或者PLC(可编程控制器)等器件，可通过触摸屏、键盘、PLC控制器、工控机等与操作人员进行交互。控制***内预先设定用于控制制片流程的工艺程序，放料过程中，控制***可利用寻边对射感应器检测极片边缘，从而通过放料纠偏机构对左/右放料部件中的极片进行第一次左右纠偏；送片过程中，控制***通过伺服驱动装置驱动送定长部件将极片运送至双工位切割平台，同时利用寻边对射感应器再次检测极片边缘，从而通过送定长纠偏机构对极片进行二次左右纠偏；切割过程中，左/右夹料机械手部件利用连接风机部件的吸附板固定极片，控制***利用伺服驱动器控制切割机械手部件，使其驱动激光控制器在双工位切割平台上运动，控制***还向激光控制器提供切割电子文档，使激光头按照预设的切割路径对极片进行切割；切割完成后，左/右取料机械手部件采用左/右吸料端将切割后的极片吸附至对应的左/右料盒部件。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种极片激光切割机，其特征在于，包括基架部件、激光切割器、用于驱动所述激光切割器的切割机械手部件、控制***、以及至少一个送片组件；所述送片组件包括夹料机械手部件、送定长部件和放料部件，所述切割机械手部件和夹料机械手部件都安装在所述基架部件上，所述送定长部件设置在所述夹料机械手部件与放料部件之间，所述控制***与所述切割机械手部件、夹料机械手部件和送定长部件连接。
2.如权利要求1所述的极片激光切割机，其特征在于，所述夹料机械手部件包括推杆和用于夹住极片前部的前部夹料机构，所述送定长部件包括用于夹住极片中部的中部夹料机构、以及驱动所述中部夹料机构前后运动的送料机构，所述前部夹料机构安装在所述推杆前端，所述中部夹料机构安装在所述推杆后端。
3.如权利要求2所述的极片激光切割机，其特征在于，还包括负压源，所述夹料机械手部件还包括吸料机构，所述吸料机构包括吸头和带有吸孔的吸附板，所述吸头设置在所述吸附板下方且连接所述负压源；所述前端夹料机构包括分别设置在所述吸附板两侧的两组料夹，以及驱动所述料夹的控制汽缸。
4.如权利要求3所述的极片激光切割机，其特征在于，所述送料机构包括伺服驱动装置和位置检测装置；所述伺服驱动装置包括驱动所述中部夹料机构前后运动的伺服电机和定长送料底板，所述中部夹料机构位于所述定长送料底板上方，所述位置检测装置包括设置在所述定长送料底板顶部的多个光电感应器，以及设置在所述中部夹料机构底部的感应片；所述光电感应器和伺服驱动装置都与所述控制***连接。
5.如权利要求2所述的极片激光切割机，其特征在于，所述送定长部件还包括送定长纠偏机构，所述送定长纠偏机构安装在所述推杆后端且与所述中部夹料机构随动。
6.如权利要求1所述的极片激光切割机，其特征在于，所述放料部件还包括放料纠偏机构。
7.如权利要求1所述的极片激光切割机，其特征在于，所述送片组件还包括取料机械手部件和料盒部件，所述取料机械手部件上带有吸料端，所述取料机械手部件和料盒部件都安装在所述基架部件上，且所述取料机械手部件与所述控制***连接。
8.如权利要求7所述的极片激光切割机，其特征在于，所述料盒部件包括盒体、用于支撑切割后的极片的活动板、用于驱动所述活动板的顶料件、以及料满感应器，所述活动板位于盒体底部，所述料满感应器设置在所述盒体口部，且所述顶料件和料满感应器都与所述控制***连接。
9.如权利要求7所述的极片激光切割机，其特征在于，所述吸料端还设有分料汽缸。
10.如权利要求1至9中任一项所述的极片激光切割机，其特征在于，所述送片组件具有两个，两个所述送片组件对应设置在所述基架部件的两侧形成双工位极片激光切割机。
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