卷繞機抓取機械手及其電芯篩選方法與流程

本發明屬于電池技術領域，更具體地說，本發明涉及一種卷繞機抓取機械手及其電芯篩選方法。

背景技術：

由于人類過度開發和利用非可再生資源導致石油、天然氣以及煤炭的存儲量是日益減少，進而導致這些非可再生資源的價格與日俱增。同時，隨著社會經濟以及全球人口的不斷增長，環境問題也成為人類一大生存難題。因此，具有既能可持續發展又對壞境友好的“綠色能源”——電化學能源尤其備受關注。在諸多“綠色能源”中，鋰離子電池因為循環壽命長、能量密度高以及安全環保等優點最受電動交通工具的親睞。而圓柱鋰離子電池因具有自動化程度高、工藝成熟、一致性好等特點使其在電動汽車上得到了很好的應用。

圓柱型鋰離子電池相對而言，雖然其自動化生產程度比較高，然而在自動化生產過程中的每個工序都有一個允許的誤差范圍，當所有工序的誤差累加在一起時就可能會造成一些資源浪費。比如，在電芯制造過程中，涂布的誤差、對輥的誤差以及卷繞的誤差累計一起就可能會造成部分卷繞的電芯卷繞過大以致難以入殼并且不能及時發現，只能在裝配過程中才能挑出。而此過程中又會因時效的耽擱和裝配工序的誤差可能會造成更多的人力、物力資源浪費。

現有鋰電池生產工藝中卷繞機抓取機械手只具備轉移電芯的作用，不具備篩選的功能，卷繞好的電芯進入裝配車間，若電芯卷繞過大，只有在入殼時才能被發現；這期間造成的資源浪費有：因時效過長卷好的電芯有反彈現象導致需裁剪長度增加；因無法直觀判斷而強行入殼導致極片外露，可能會造成電芯短路；無法對卷繞過大的電芯作出直觀的判斷，以致發生轉移、加工、再返工的情況，對人力造成了浪費，影響工作效率。

有鑒于此，確有必要提供一種工作效率高、節約資源的卷繞機抓取機械手及其電芯篩選方法。

技術實現要素：

本發明的發明目的在于：提供一種工作效率高、節約資源的卷繞機抓取機械手及其電芯篩選方法。

為了實現上述發明目的，本發明提供一種卷繞機抓取機械手，包括用于轉移電芯的抓取機械手，其中，所述抓取機械手上下兩端設有相同數量等間距排布的激光檢測裝置，所述抓取機械手中間未設置激光檢測裝置的間距小于電池鋼殼內徑與電芯最大入殼率的乘積，還包括對激光檢測裝置的接收信號進行編碼的數字芯片，接收數字芯片處理后的編碼信號并進行檢測和判斷的單片機控制器，以及與單片機控制器電連接的檢測燈。

作為本發明卷繞機抓取機械手的一種改進，所述激光檢測裝置包括激光發射裝置和激光接收裝置。

作為本發明卷繞機抓取機械手的一種改進，所述激光發射裝置發出的激光束被擋住時，激光接收裝置的接收信號為低電平L，否則接收信號為高電平H。

作為本發明卷繞機抓取機械手的一種改進，所述激光束相鄰間的間距為0.05mm。

作為本發明卷繞機抓取機械手的一種改進，所述抓取機械手上端和下端分別安裝有24個激光檢測裝置，毎8個分為一組，數字芯片對每組中的8路接收信號進行編碼，并輸出4位信號值。

一種利用本申請所述卷繞機抓取機械手的電芯篩選方法，其包括以下步驟：

1)將抓取機械手上的激光檢測裝置從上端至下端分為六組，每組八個，上端為P0.0-P0.3，P0.4-P0.7，P1.0-P1.3三組，下端為P2.4-P2.7，P2.0-P2.3，P1.4-P1.7三組，每組通過數字芯片輸出4位信號值；

2)單片機控制器軟件設計了一個外部中斷，當抓取機械手抓住電芯時，觸發單片機控制器的外部中斷，單片機控制器開始進入檢測循環，對電芯的直徑進行檢測；

3)抓取機械手抓住電芯檢測時，先從上端從上至下開始檢測，檢測第一組P0.0-P0.3，若數字芯片輸出HHHH，則沒有被擋住，繼續進行下一組檢測，若輸出不是HHHH，可確定電芯上邊沿的遮擋位置，并根據真值表計算得出上端被擋住的激光束的數量m；

同樣的方法開始下端從下至上開始檢測，從P2.4-P2.7這組開始檢測若輸出HHHH，則沒有被擋住，繼續進行下一組檢測，若輸出不是HHHH，可確定電芯上邊沿的遮擋位置，并根據真值表計算得出下端被擋住的激光束的數量n；

則電芯的直徑L的范圍為：d(m+n)+a<L<d(m+n+2)≤Dλ，

其中，m為抓取機械手下端被電芯擋住的激光束數；

n為抓取機械手上端被電芯擋住的激光束數；

a為抓取機械手中間未設置激光收發裝置的間距，a＝Dλ-d(m+n+2)；

d為抓取機械手上端和下端中相鄰激光束的間距；

D為電池鋼殼內徑；

λ為電芯的最大入殼率；

3)判斷直徑L范圍上限值d(m+n+2)≤Dλ是否成立，若成立，則檢測燈亮，電芯直徑合格，進入下一步工序，否則返工裁剪。

作為本發明電芯篩選方法的一種改進，所述電芯的最大入殼率λ為97％。

作為本發明電芯篩選方法的一種改進，所述抓取機械手上端和下端相鄰激光束的間距d為0.05mm。

作為本發明電芯篩選方法的一種改進，所述抓取機械手上端和下端分別安裝有24組激光檢測裝置，則m≤24，n≤24。

作為本發明電芯篩選方法的一種改進，計算a值時，統一設定m+n＝26，d＝0.05mm，則a＝D97％-0.05(m+n+2)＝D97％-1.4。

作為本發明電芯篩選方法的一種改進，當測得的n+m≤26時，則電芯直徑合格，檢測燈亮，通過檢測；當n+m>26時，電芯直徑不合格，未通過檢測。

相對于現有技術，本發明具有以下有益技術效果：

在卷繞機的全自動抓取機械手上加上激光，利用數字芯片和單片機程序控制將光電信號轉換成數字信號對其直徑進行檢測，可精確挑出卷繞過大的電芯，確保進入下一道工序的電芯全都可以入殼，既可以減少資源浪費又可以提高工作效率。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式，對本發明卷繞機抓取機械手及其電芯篩選方法進行詳細說明，其中：

圖1為本發明卷繞機抓取機械手的結構示意圖。

圖2為電芯與激光束接觸的三種情形示意圖。

圖3為本發明卷繞機抓取機械手的電信號轉化示意圖。

圖4為本發明電芯篩選方法的程序流程圖。

具體實施方式

為了使本發明的發明目的、技術方案及其技術效果更加清晰，以下結合附圖和具體實施方式，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解的是，本說明書中描述的具體實施方式僅僅是為了解釋本發明，并非為了限定本發明。

請參照圖1所示，本發明提供了一種卷繞機抓取機械手，包括用于轉移電芯60的抓取機械手10，其中，抓取機械手10上下兩端設有相同數量等間距排布的激光檢測裝置，抓取機械手10中間未設置激光檢測裝置的間距小于電池鋼殼內徑與電芯60最大入殼率的乘積，還包括對激光檢測裝置的接收信號進行編碼的數字芯片，接收數字芯片處理后的編碼信號并進行檢測和判斷的單片機控制器，以及與單片機控制器電連接的檢測燈20。

抓取機械手上端設置的激光檢測裝置數n₁＝24，同樣下端設置的激光檢測裝置n₂＝24，且均勻分布，激光檢測裝置包括激光發射裝置30和激光接收裝置40，左側安裝激光發射裝置30，右側安裝激光接收裝置40，使得產生的激光束50為等間距排列，相鄰激光束50間的間距d＝0.05mm，而抓取機械手10中間未設置激光檢測裝置的間距a要求必須小于電池鋼殼內徑D與電芯60最大入殼率λ的乘積，即a≤Dλ，這樣抓取機械手10在抓取電芯60時，電芯60才會擋住上端或下端的激光束50，才能對電芯60的直徑進行檢測。

請參照圖2所示，電芯60與激光束50接觸可能出現的三種情況，其中a是電芯60的兩端剛好和激光束50相切，b是電芯60上端剛好與激光束50相切，下端擋住激光束50；c是電芯60上端和下端均擋住激光束50。

當激光發射裝置發射出的激光束50被擋住時，激光接收裝置接收信號為低電平L，若沒有被擋住，則接收信號為高電平H，因此可根據接收信號的不同判斷出抓取機械手上端和下端分別被擋住了多少根激光束50，在已知相鄰激光束50間的間距d和中間未設置激光檢測裝置的間距a的前提下，可以計算出抓取電芯60的直徑。

請參照圖3所示，數字芯片采用數字芯片74LS148，單片機控制器采用ATC89C51單片機，將抓取機械手上端24個激光檢測裝置和下端24個激光檢測裝置均分成三組，每組8個，數字芯片74LS148對每組中8路接收信號進行編碼，并輸出4位信號值，上端為P0.0-P0.3，P0.4-P0.7，P1.0-P1.3三組，上端為P2.4-P2.7，P2.0-P2.3，P1.4-P1.7三組，若某一組激光束均未被擋，則輸出HHHH，若輸出的不是HHHH，則表示這組中有激光束被擋住；然后再將這4位信號值輸入到單片機控制器，單片機控制器對數字芯片74LS148輸入信號進行檢測。

使用上述卷繞機抓取機械手進行電芯篩方法，包括以下步驟：

1)將抓取機械手上的激光檢測裝置從上端至下端分為六組，每組八個，上端為P0.0-P0.3，P0.4-P0.7，P1.0-P1.3三組，下端為P2.4-P2.7，P2.0-P2.3，P1.4-P1.7三組，每組通過數字芯片74LS148輸出4位信號值；

2)ATC89C51單片機軟件設計了一個外部中斷，當抓取機械手抓住電芯時，觸發ATC89C51單片機的外部中斷，ATC89C51單片機開始進入檢測循環，對電芯的直徑進行檢測；

3)檢測時，先從上端從上至下開始檢測，檢測第一組P0.0-P0.3，若數字芯片74LS148輸出HHHH，則沒有被擋住，繼續進行下一組檢測，若輸出不是HHHH，可確定電芯上邊沿的遮擋位置，并根據真值表計算得出上端被擋住的激光束的數量m；

同樣的方法開始下端從下至上開始檢測，從P2.4-P2.7這組開始檢測若輸出HHHH，則沒有被擋住，繼續進行下一組檢測，若輸出不是HHHH，可確定電芯上邊沿的遮擋位置，并根據真值表計算得出下端被擋住的激光束的數量n；

則電芯的直徑L的范圍為：

d(m+n)+a<L<d(m+n+2)≤Dλ，

其中，m為抓取機械手下端被電芯擋住的激光束數；

n為抓取機械手上端被電芯擋住的激光束數；

a為抓取機械手中間未設置激光收發裝置的間距，a＝Dλ-d(m+n+2)；

d為抓取機械手上端和下端中相鄰激光束的間距；

D為電池鋼殼內徑；

λ為電芯的最大入殼率；

例如ATC89C51單片機接收到第一組P0.0-P0.3的4位信號值為HLHL，表示第一組有激光束被擋住，從表1中第8行數據可以看出，這組中編號為0-7的8個激光束中，編號為2的激光束的接收信號為低電平L，說明第一組中從編號為2的激光束開始被遮擋，因此這一組中未被擋住的激光束為8-3＝5根，因此抓取機械手上端被電芯擋住的激光束的數量m＝24-5＝19根；

3)判斷直徑L范圍上限值d(m+n+2)≤Dλ是否成立，若成立，則檢測燈亮，電芯直徑合格，進入下一步工序，否則返工裁剪。

表1 真值表

其中一般選擇電芯最大入殼率λ為97％，相鄰激光束的間距d為0.05mm，當電池規格較小時，可以考慮縮小相鄰激光束的間距d，以達到檢測和篩選的目的。對于抓取機械手中間未設置激光收發裝置的間距a＝Dλ-d(m+n+2)，針對不同規格的電池，a值不同，為方便程序控制，計算a值時，m+n值統一設定為26，則得出a＝D97％-0.05(m+n+2)＝D97％-1.4。

以常見的32、26、18、14四種規格的電芯為例：

實施例1

規格32的電芯，電池鋼殼內徑D＝31.20mm，d＝0.05mm，要求入殼率≤97％，

首先以m+n＝26計算a＝31.20×0.97-(26+2)×0.05＝28.86mm，

則電芯的直徑L范圍為：d(m+n)+a<L<d(m+n+2)≤Dλ，

即(n+m)0.05+28.86<L<(n+m+2)×0.05+28.86≤31.20×97％，

得出m+n≤26，則檢測燈亮，電芯直徑通過檢測；

若m+n＝27，則電芯的最大入殼率＝[(27+2)×0.05+28.86]/31.20＝97.15％，直接考慮返工裁剪，m+n>27時，電芯的最大入殼率大于97％，不符合要求，需返工裁剪。

實施例2

規格26的電芯，電池鋼殼內徑D＝25.40mm，d＝0.05mm，要求入殼率≤97％，

首先以m+n＝26計算a＝25.40×0.97-(26+2)×0.05＝23.24mm，

則電芯的直徑L范圍為：d(m+n)+a<L<d(m+n+2)≤Dλ，

即(n+m)×0.05+23.24<L<(n+m+2)×0.05+23.24≤25.40×97％，

得出m+n≤26，則檢測燈亮，電芯直徑通過檢測；

若m+n＝27，則電芯的最大入殼率＝[(27+2)×0.05+23.24]/25.40＝97.21％，直接考慮返工裁剪，m+n>27時，電芯的最大入殼率大于97％，不符合要求，需返工裁剪。

實施例3

規格18的電芯，電池鋼殼內徑D＝17.50mm，d＝0.05mm，要求入殼率≤97％，

首先以m+n＝26計算a＝17.50×0.97-(26+2)×0.05＝15.58mm，

則電芯的直徑L范圍為：d(m+n)+a<L<d(m+n+2)≤Dλ，

即(n+m)×0.05+15.58<L<(n+m+2)×0.05+15.58≤17.50×97％，

得出m+n≤26，則檢測燈亮，電芯直徑通過檢測；

若m+n＝27，則電芯的最大入殼率＝[(27+2)×0.05+15.58]/17.50＝97.31％，直接考慮返工裁剪，m+n>27時，電芯的最大入殼率大于97％，不符合要求，需返工裁剪。

實施例4

規格14的電芯，電池鋼殼內徑D＝13.90mm，d＝0.05mm，要求入殼率≤97％，

首先以m+n＝26計算a＝13.90×0.97-(26+2)×0.05＝12.08mm，

則電芯的直徑L范圍為：d(m+n)+a<L<d(m+n+2)≤Dλ，

即(n+m)×0.05+12.08<L<(n+m+2)×0.05+12.08≤13.90×97％，

得出m+n≤26，則檢測燈亮，電芯直徑通過檢測；

若m+n＝27，則電芯的最大入殼率＝[(27+2)×0.05+12.08]/13.90＝97.34％，直接考慮返工裁剪，m+n>27時，電芯的最大入殼率大于97％，不符合要求，需返工裁剪。

根據上述四個實施例中對四種規格電芯的分析可以發現，篩選結果只有兩種：當n+m≤26，電芯合格；n+m>26，直接返工裁剪；而且當電芯型號規格越小，n+m＝27時算出來的入殼率誤差范圍越大，因此當電芯規格低于14時，可以考慮縮小激光束間的間距d，使得篩選后的電芯可以做到保證百分之百的入殼率。

因此可通過檢測n+m≤26是否成立來判斷電芯直徑是否合格，當測得的n+m≤26時，則電芯直徑合格，檢測燈亮，通過檢測；當n+m>26時，電芯直徑不合格，未通過檢測，無需計算出電芯的直徑數據就可以直接進行判斷了。

圖4為卷繞機抓取機械手的對電芯檢測和篩選的程序流程圖。當抓取電芯時，外部觸發檢測，從抓取機械手上端的P0.0-P0.3這組開始檢測，若輸出的是HHHH，則繼續檢測下一組P0.4-P0.7，依次類推，若檢測至P1.0-P1.3這組依然為HHHH，則表示抓取的電芯不符合要求，不通過測試；若其中某一組輸出的不是HHHH，則通過真值表得到上端被擋住的激光束數量m；

然后從抓取機械手下端的P2.4-P2.7這組開始檢測，若輸出的是HHHH，則繼續檢測下一組P2.0-P2.3，依次類推，若檢測至P1.4-P1.7這組依然為HHHH，則表示抓取的電芯不符合要求，不通過測試；若其中某一組輸出的不是HHHH，則通過真值表得到上端被擋住的激光束數量n；

根據得到的m和n值，判斷m+n≤26是否成立，若不成立，則電芯直徑過大，不通過測試，若成立，則電芯的直徑符合要求，通過測試，中斷返回進行循環測試。

結合以上對本發明的詳細描述可以看出，相對于現有技術，本發明至少具有以下有益技術效果：

在卷繞機的全自動抓取機械手上加上激光，利用數字芯片和單片機程序控制將光電信號轉換成數字信號對其直徑進行檢測，可精確挑出卷繞過大的電芯，確保進入下一道工序的電芯全都可以入殼，既可以減少資源浪費又可以提高工作效率。

根據上述原理，本發明還可以對上述實施方式進行適當的變更和修改。因此，本發明并不局限于上面揭示和描述的具體實施方式，對本發明的一些修改和變更也應當落入本發明的權利要求的保護范圍內。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術語，但這些術語只是為了方便說明，并不對本發明構成任何限制。