本發(fā)明涉及鋰離子電池的制造領(lǐng)域，特別涉及一種極片自動刷粉和缺陷檢測為一體的設(shè)備。

背景技術(shù)：

鋰離子電池以其零污染、零排放、能量密度高、體積小和循環(huán)使用壽命長等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品、電動交通工具、大型動力電源和二次充電及儲能等領(lǐng)域，已成為國內(nèi)外電池發(fā)展和應(yīng)用的主體，因此鋰離子電池的品質(zhì)問題尤為重要。

鋰離子電池的極片是由基材和涂層兩部分組成。基材為10微米左右的銅箔或25微米左右的鋁箔，涂層為活性物質(zhì)。生產(chǎn)流程為，先將活性物質(zhì)涂覆在基材上，再經(jīng)干燥、壓實和分切，制成極片。在將活性物質(zhì)涂覆在基材上和壓實過程中，任何一個環(huán)節(jié)都存在極片產(chǎn)生缺陷的可能，如極片表面涂覆區(qū)漏箔、顆粒、氣泡、極片彎曲、折痕褶皺、壓痕、干裂等缺陷。缺陷極片會造成電池容量一致性差，自放電高，容量衰減等現(xiàn)象，嚴重影響電池的質(zhì)量，甚至還會造成電池鼓脹、冒煙和爆炸。另外，在分切過程中，涂布在金屬箔上的涂層會有不同程度的脫落，而脫落的這些小顆粒如果被帶到下一道工序包到電池里面，就會對電池在以后的使用安全和壽命造成影響，因此，在分切工序后，要求電池的極片的表面和四邊不得留有粉塵或毛刺，所以需要對極片表面和四邊的粉塵進行清潔，即刷粉。

目前，國內(nèi)外對鋰離子電池極片表面缺陷檢測進行了研究，其方法可以分 為兩類：傳統(tǒng)檢測法和自動檢測法。傳統(tǒng)檢測法主要依靠人工肉眼完成，此法檢測精度低、效率低、成本高、對人體傷害大。自動檢測法主要基于機器視覺的CCD圖像檢測技術(shù)。在極片壓實工序時，安裝視覺CCD檢測裝置和貼標(biāo)簽機，當(dāng)檢測出極片不良時，貼標(biāo)簽機將在極片邊沿貼上標(biāo)簽，在極片分切工序時，設(shè)備將貼標(biāo)簽不良極片和合格極片分揀出來，此檢測系統(tǒng)工序復(fù)雜且成本高。另外也有專門設(shè)一個工位來檢測極片，如：中國專利申請?zhí)枮?01410039352.8公開了一種名稱為“鋰電池極片表面缺陷在線檢測分揀系統(tǒng)及其分揀方法”的鋰電池極片檢測分揀系統(tǒng)及方法，此系統(tǒng)通過極片輸送裝置、極片識別檢測部分、極片主控單元、極片分揀裝置及人機界面部分實現(xiàn)了極片在線檢測。此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)需要為缺陷檢測單獨設(shè)計一套系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，浪費設(shè)備投入和降低了生產(chǎn)效率。

另外，清理極片表面的粉塵，一般采用人工清理極片表面的粉塵，此法效率低、極片清理效果一致性差。也有采用自動化設(shè)備進行刷粉的，如：中國專利申請?zhí)枮?01410019211.X公開了一種名稱為“一種全自動電池極片刷粉機”，此設(shè)備機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率低且成本高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種鋰離子電池極片表面缺陷檢測系統(tǒng)以解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，將極片缺陷檢測集成到刷粉除塵設(shè)備上，降低設(shè)備投入成本，提高生產(chǎn)效率。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了鋰離子電池極片表面刷粉和缺陷檢測裝置，包括：

上料裝置，將極片送至上輸送裝置；

上輸送裝置，輸送極片通過上刷粉裝置、第一吹氣除塵裝置和第一CCD視覺檢測裝置；

依次設(shè)置的上刷粉裝置和第一吹氣除塵裝置，對極片的一面(正面)進行刷粉除塵處理；

第一CCD視覺檢測裝置，對極片的正面圖像進行實時的采集、分析和處理，并將處理結(jié)果送至設(shè)備PLC；

設(shè)備PLC，控制收料裝置、第一極片NG品分揀裝置和第二NG品分揀裝置，以分離合格極片和NG品(不合格品)；

極片翻面翻轉(zhuǎn)裝置，將正面刷粉和缺陷檢測后的極片翻面；

第一極片NG品分揀裝置，收集極片正面NG品；

下輸送裝置，使翻面后的極片通過下刷粉裝置、第二吹氣除塵裝置和第二CCD視覺檢測裝置；

依次設(shè)置的下刷粉裝置和第二吹氣除塵裝置，對極片的另一面(反面)進行刷粉除塵處理；

第二CCD視覺檢測裝置，對極片的反面圖像進行實時的采集、分析和處理，并將處理結(jié)果送至設(shè)備PLC；

收料傳輸裝置，將極片傳輸?shù)绞樟涎b置處和第二極片NG品分揀裝置處；

收料裝置，收集雙面均合格的極片；

第二極片NG品分揀裝置，收集極片反面NG品。

其中，第一極片NG品分揀裝置可取消，由第二極片NG品分揀裝置收集極片正面NG品和極片反面NG品。此時需要設(shè)備增加對第一CCD視覺檢測裝置 檢測出極片NG品的記憶功能，這樣第一CCD視覺檢測裝置和第二CCD視覺檢測裝置檢測出的極片NG品統(tǒng)一在最后經(jīng)收料傳輸裝置與極片合格品分揀出來，全部進入第二極片NG品分揀裝置。

所述的上料裝置包括料盒和機械手，機械手將極片從料盒內(nèi)取出，放到上輸送裝置的皮帶的正中央。

所述刷粉裝置包括毛刷和吸塵裝置，其中若干道毛刷順時針?biāo)O片，等量毛刷逆時針?biāo)O片，當(dāng)輸送裝置的皮帶上的極片運動到刷粉裝置處，毛刷對極片進行刷粉處理，吸塵裝置將毛刷刷掉的粉塵吸走。

所述吹氣除塵裝置包括吹氣管道和吸塵裝置，當(dāng)皮帶上的極片運動到吹氣除塵裝置處，吹氣管道將極片表面殘留的粉塵吹起并通過吸塵裝置吸走。

所述CCD視覺檢測裝置包括CCD相機、LED燈、顯示屏和視覺控制器，其中CCD相機、LED燈和極片需要滿足一定的相對安裝尺寸。當(dāng)皮帶上的極片運動到CCD視覺檢測裝置處，LED燈將極片照亮，CCD相機對極片進行拍照，將圖像傳輸給視覺控制器，視覺控制器分析和處理圖像，將處理結(jié)果傳輸給設(shè)備PLC并將處理圖像顯示在顯示屏上。

第一CCD視覺檢測裝置可放置于上輸送裝置上的任何位置，第二CCD視覺檢測裝置可放置于下輸送裝置上的任何位置。CCD視覺檢測裝置的檢測原理為將檢測區(qū)域分割成任意尺寸、大小的段之后測量平均濃度，并向指定方向移動，根據(jù)濃度變化檢測缺陷。這樣可不受背景、照明變化的影響，穩(wěn)定的檢測出缺陷。瑕疵模式不是只顯示缺陷部分的波形，而是將檢測對象整體的缺陷強度和范圍可視化，以組為單位檢測瑕疵，可以根據(jù)捕抓到的個數(shù)、每個的大小、面積等各種結(jié)果進行判定，能在實際現(xiàn)場中優(yōu)先實現(xiàn)穩(wěn)定檢測和運用。

所述的極片翻面翻轉(zhuǎn)裝置包括大滾輪和多個小滾輪，當(dāng)上輸送裝置的皮帶上的極片運動到極片翻面翻轉(zhuǎn)裝置處，皮帶上的極片隨著皮帶沿大滾輪圓周運動，十幾個小滾輪緊貼極片正面，使極片緊貼皮帶圓周運動，完成極片翻面。為了防止極片的彎折，大滾輪直徑需遠大于極片長度；為了方式極片脫落，相對于大滾輪的極片移動側(cè)的圓周設(shè)置的小滾輪的直徑小于極片長度。大滾輪和小滾輪間最小間距為極片的厚度，使得極片隨著上傳輸裝置、緊貼小滾輪和大滾輪的圓周傳送0-180度、以實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)。

所述第一極片NG品分揀裝置包括NG品擋板、斜坡道和NG品料盒，當(dāng)極片完成翻面，設(shè)備PLC通過控制NG品擋板，若極片為NG品，NG品擋板打開，極片沿著斜坡道流至NG品收料盒內(nèi)，若極片為合格品，NG品擋板關(guān)閉，極片流至下輸送裝置的皮帶上，以進行反面的刷粉和檢測。

所述的收料裝置包括料盒和機械手，當(dāng)極片為合格品時，機械手將極片從收料傳輸裝置的皮帶上取出放到收料盒內(nèi)。

所述第二極片NG品分揀裝置包括NG品擋條、斜坡道和NG品料盒。設(shè)備PLC根據(jù)第二CCD視覺檢測裝置傳輸?shù)慕Y(jié)果，來控制收料皮帶末端的NG品擋條，當(dāng)反面檢測結(jié)果是NG品時，擋條打開，極片沿著斜坡道流至NG品收料盒內(nèi)，當(dāng)反面檢測結(jié)果是合格品時，擋條關(guān)閉，通過機械手將合格極片收集到合格品料盒內(nèi)。

本發(fā)明的鋰離子電池極片表面刷粉和缺陷檢測的流程：

1)上料裝置以設(shè)定的速度將極片從料盒放到上輸送皮帶上；

2)上輸送裝置上的極片依次通過上刷粉裝置和第一吹氣除塵裝置，完成極片上表面(正面)刷粉除塵；

3)第一CCD視覺檢測裝置對極片的正面進行圖像采集、分析和處理，并將處理結(jié)果送至設(shè)備PLC，設(shè)備PLC根據(jù)該結(jié)果判斷極片正面是否合格；

4)極片翻面翻轉(zhuǎn)使極片實現(xiàn)翻面翻轉(zhuǎn)。

5)第一極片NG品分揀裝置分揀出極片正面NG品，并將極片正面的合格傳輸至下輸送裝置；

6)下輸送裝置上極片依次通過下刷粉裝置和第二吹氣除塵裝置，完成極片下表面刷粉除塵；

7)第二CCD視覺檢測裝置對極片的反面進行圖像采集、分析和處理，并將處理結(jié)果送至設(shè)備PLC，設(shè)備PLC根據(jù)該結(jié)果判斷極片反面是否合格；

8)收料傳輸裝置將極片傳輸?shù)绞樟涎b置處和第二極片NG品分揀裝置處，收料裝置收集正反面均合格的極片，第二極片NG品分揀裝置處收集剩余的極片。

其中，所述步驟3)可在上輸送裝置的任意位置實施；所述步驟7)可在下輸送裝置的任意位置處實施。

可選地，可取消步驟5)，由第二極片NG品分揀裝置收集全部正面和/或反面NG品。

所述步驟1)中，在上料裝置處設(shè)有毛刷、吹氣管和極片折彎裝置，防止機械手多吸極片，機械手將極片放到上輸送皮帶的正中央。

所述步驟2)和步驟6)中，上、下刷粉裝置包括若干道毛刷順時針旋轉(zhuǎn)和等量毛刷逆時針旋轉(zhuǎn)。

所述步驟3)和步驟7)中，第一、第二CCD視覺檢測裝置包括CCD相機、LED燈、顯示屏和視覺控制器，其中CCD相機、LED燈和極片需要滿足一定 的相對安裝尺寸。皮帶上的吸孔將極片平整的吸附在輸送皮帶上，兩側(cè)的LED燈將極片照亮，CCD相機對皮帶上的極片進行拍照并傳輸給控制器，控制器對所采集的圖像進行分析和處理，最后將極片處理圖像顯示在顯示屏上，將極片檢測結(jié)果送至設(shè)備PLC。第一CCD視覺檢測裝置可放到極片翻面翻轉(zhuǎn)裝置之前的任何位置，第二CCD視覺檢測裝置可放到下輸送皮帶上的任何位置。CCD視覺檢測裝置的檢測原理為將檢測區(qū)域分割成任意尺寸、大小的段之后測量平均濃度，并向指定方向移動，根據(jù)濃度變化檢測缺陷。這樣可不受背景、照明變化的影響，穩(wěn)定的檢測出缺陷。瑕疵模式不是只顯示缺陷部分的波形，而是將檢測對象整體的缺陷強度和范圍可視化，以組為單位檢測瑕疵，可以根據(jù)捕抓到的個數(shù)、每個的大小、面積等各種結(jié)果進行判定，是一種能在實際現(xiàn)場中優(yōu)先實現(xiàn)穩(wěn)定檢測和運用的算法。

所述步驟5)和步驟8)中，設(shè)備PLC根據(jù)視覺檢測的識別結(jié)果和位置感應(yīng)器控制收料機械手和NG品擋板及擋條動作，將已檢測的極片流至下輸送裝置上、放到合格品收料盒內(nèi)或流至NG品收料盒內(nèi)，從而完成對極片的分揀。第一極片NG品分揀裝置和第二極片NG品分揀裝置，也可只在最后收料裝置處設(shè)置一個極片NG品分揀裝置，此時需要設(shè)備增加對第一CCD視覺檢測裝置檢測出極片NG品的記憶功能，這樣第一CCD視覺檢測裝置和第二CCD視覺檢測裝置檢測出的極片NG品統(tǒng)一在最后收料裝置處與極片合格品分揀出來。

本發(fā)明的鋰離子電池極片表面刷粉和表面缺陷檢測裝置，通過機械手將極片放到上輸送皮帶上，通過上刷粉裝置和第一吹氣除塵裝置，完成極片正面的刷粉，期間，第一CCD視覺檢測裝置對極片正面拍照并將處理結(jié)果傳輸給設(shè)備PLC，進而控制第一極片NG品分揀裝置，完成極片正面NG品和合格品分離， 極片通過翻轉(zhuǎn)裝置完成極片翻面，通過下刷粉裝置和第二吹氣除塵裝置，完成極片反面刷粉，期間，第二CCD視覺檢測裝置對極片反面拍照并將處理結(jié)果傳輸給設(shè)備PLC，進而控制收料裝置，完成極片NG品和合格品分離。與現(xiàn)有的刷粉和檢測技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點：(1)系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)簡單，將極片刷粉和缺陷檢測集成到一臺設(shè)備上，降低了設(shè)備投入成本并提高了生產(chǎn)效率。(2)極片刷粉和檢測速度快，生產(chǎn)效率高，相對于傳統(tǒng)人工刷粉和人工檢測，是一項重大突破。(3)檢測精度高，本系統(tǒng)采用的視覺檢測技術(shù)可達到漏檢率為0，誤檢率小于2％的高精度。(4)一體化集成、避免二次損傷，極片刷粉、極片翻面翻轉(zhuǎn)和分揀系統(tǒng)一體化，避免多步驟對極片造成二次損傷。(5)可移植性好，可對不同尺寸的極片經(jīng)簡單調(diào)整后進行刷粉和檢測，并根據(jù)不同的實際生產(chǎn)要求實現(xiàn)不同的檢測精度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施方式的鋰離子電池極片表面刷粉和缺陷檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實施方式的CCD相機、LED燈和極片相對安裝尺寸示意圖。

圖3是本發(fā)明鋰離子電池極片表面刷粉和缺陷檢測方法的流程圖。

圖1中：1、上料機械手，2、上料盒，3、上輸送皮帶，4、上4道刷粉裝置，5、第一吹氣除塵裝置，6、上LED燈，7、上CCD相機，8、翻轉(zhuǎn)大滾輪，9、小滾輪，10、NG品擋板，11、第一斜坡道，12、第一NG品收料盒，13、下輸送皮帶，14、下4道刷粉裝置，15、第二吹氣除塵裝置，16、下LED燈，17、下CCD相機，18、收料皮帶，19、合格品收料盒，20、收料機械手，21、NG品擋條，22、第二斜坡道，23、第二NG品收料盒。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明的鋰離子電池極片表面刷粉和缺陷檢測一體裝置做進一步說明。

圖1為本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖。由圖1可知，本發(fā)明包括機械部分和視覺檢測部分。機械部分包括上料裝置、上輸送皮帶3、上4道刷粉裝置4、第一吹氣除塵裝置5、極片翻面翻轉(zhuǎn)裝置、第一極片NG品分揀裝置、下輸送帶13、下4道刷粉裝置14、第二吹氣除塵裝置15、收料皮帶18、收料裝置和第二極片NG品分揀裝置。視覺檢測部分包括第一CCD視覺檢測裝置和第二CCD視覺檢測裝置。

上料裝置包括上料機械手1和上料盒2，上料機械手1將極片從上料盒2內(nèi)取出，放到上輸送皮帶3的正中央；

上輸送皮帶3，使極片依次通過上4道刷粉裝置4、第一吹氣除塵裝置5和第一CCD視覺檢測裝置；

上4道刷粉裝置4和第一吹氣除塵裝置5，其中2道毛刷順時針?biāo)O片，2道毛刷逆時針?biāo)O片，當(dāng)上輸送皮帶3上的極片運動到刷粉裝置4處，毛刷對極片進行刷粉處理，第一吹氣除塵裝置5吹起極片上粉塵并吸走，完成極片正面刷粉除塵處理；

CCD視覺檢測裝置(如圖2所示)中，LED燈6和16距極片垂直距離約120mm，距極片中心水平距離約170mm，LED燈6和16的傾斜角度約45°，CCD相機7和17位于極片正上方約200mm。LED燈6和16將極片照亮，相機7和17對極片的正面/反面圖像進行實時的采集，通過視覺控制系統(tǒng)的分析和處理，將處理結(jié)果輸送至設(shè)備PLC并將處理圖像顯示在顯示屏上；

極片翻面翻轉(zhuǎn)裝置，包括翻轉(zhuǎn)大滾輪8和十幾個小滾輪9，當(dāng)上輸送皮帶3上的極片運動到極片翻面翻轉(zhuǎn)裝置處，皮帶上的極片隨著皮帶沿大滾輪8圓周運動，十幾個小滾輪9緊貼極片正面，使極片緊貼上輸送皮帶3圓周運動，完成極片翻面；

第一極片NG品分揀裝置，設(shè)備PLC根據(jù)視覺控制系統(tǒng)傳輸?shù)慕Y(jié)果，來控制NG品擋板10的打開和關(guān)閉，當(dāng)正面檢測結(jié)果是NG品時，NG品擋板10打開，極片沿著第一斜坡道11流至第一NG品收料盒12內(nèi)。當(dāng)正面檢測結(jié)果是合格品時，NG品擋板10保持關(guān)閉，極片正常流至下輸送皮帶13上；

下輸送皮帶13，使極片依次通過下4道刷粉裝置14、第二吹氣除塵裝置15和第二CCD視覺檢測裝置；

下4道刷粉裝置14和第二吹氣除塵裝置15，完成極片的反面刷粉除塵處理；

收料皮帶18，將極片傳輸?shù)绞樟涎b置處和第二極片NG品分揀裝置處；

收料裝置和第二極片NG品分揀裝置，設(shè)備PLC根據(jù)視覺控制系統(tǒng)傳輸?shù)慕Y(jié)果，來控制收料皮帶18末端的擋條21和收料機械手20，當(dāng)反面檢測結(jié)果是NG品時，擋條21打開，極片沿著第二斜坡道22流至NG品收料盒23內(nèi)，當(dāng)反面檢測結(jié)果是合格品時，擋條21關(guān)閉，通過收料機械手20將合格極片收集到合格品料盒19內(nèi)。

本發(fā)明鋰離子電池表面刷粉和缺陷檢測流程如下，主要包括以下幾個步驟：

步驟一、上料機械手1以設(shè)定的速度將極片從上料盒2放到上輸送皮帶3上。在上料盒2處設(shè)有毛刷、吹氣管和極片折彎裝置，防止機械手1多吸極片，機械手1將極片放到上輸送皮帶3的正中央。

步驟二、上輸送皮帶3上的極片依次通過上4道毛刷4和第一吹氣除塵裝 置5，完成極片上表面刷粉除塵。

步驟三、上輸送皮帶3上的吸孔將極片平整的吸附在上輸送皮帶3上，兩側(cè)的上LED燈6將極片照亮，上CCD相機7對上輸送皮帶3上的極片進行拍照并傳輸給視覺控制器，視覺控制器對所采集的正面圖像進行分析和處理，最后將極片處理圖像顯示在顯示屏上，將極片檢測結(jié)果送至設(shè)備PLC。

步驟四、大滾輪8和小滾輪9使極片實現(xiàn)翻面翻轉(zhuǎn)。

步驟五、設(shè)備PLC根據(jù)步驟三的識別結(jié)果和位置感應(yīng)器控制NG品擋板10動作，將NG品流至NG收料盒12中或?qū)⒑细衿妨髦料螺斔蛶?3上，從而完成對極片正面合格品的分揀。

步驟六、下輸送皮帶13上極片依次通過下4道毛刷14和第二吹氣除塵裝置15，完成極片下表面刷粉除塵。

步驟七、下輸送皮帶13上的吸孔將極片平整的吸附在下輸送皮帶13上，兩側(cè)的下LED燈16將極片照亮，下CCD相機17對下輸送皮帶13上的極片進行拍照并傳輸給視覺控制器，視覺控制器對所采集的反面圖像進行分析和處理，最后將極片處理圖像顯示在顯示屏上，將極片檢測結(jié)果送至設(shè)備PLC。

步驟八、收料傳輸裝置將極片傳輸?shù)绞樟涎b置處和第二極片NG品分揀裝置處；設(shè)備PLC根據(jù)步驟七的識別結(jié)果和位置感應(yīng)器控制收料機械手20和NG品擋條21動作，收料機械手20將雙面均合格的極片放到合格品收料盒19內(nèi)，或打開NG品擋條21，將NG品流至NG品收料盒23內(nèi)，從而完成對極片的分揀。

本發(fā)明的鋰離子電池極片表面刷粉和表面缺陷檢測一體設(shè)備及方法，與現(xiàn)有的刷粉和檢測技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點：

(1)系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)簡單，將極片刷粉和缺陷檢測集成到一臺設(shè)備上，降低了設(shè)備投入成本并提高了生產(chǎn)效率。

(2)極片刷粉和檢測速度快，生產(chǎn)效率高，相對于傳統(tǒng)人工刷粉和人工檢測，是一項重大突破。

(3)檢測精度高，本系統(tǒng)采用的視覺檢測技術(shù)可達到漏檢率為0，誤檢率小于2％的高精度。

(4)極片刷粉、極片翻面翻轉(zhuǎn)和分揀系統(tǒng)一體化，避免檢測等附加步驟對極片造成二次損傷。

(5)可移植性好，可對不同尺寸的極片經(jīng)簡單調(diào)整后進行刷粉和檢測，并根據(jù)不同的實際生產(chǎn)要求實現(xiàn)不同的檢測精度。

本發(fā)明的說明書和附圖被認為是說明性的而非限制性的，在本發(fā)明公開的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)所公開的技術(shù)內(nèi)容，不需要創(chuàng)造性的勞動就可以對其中一些技術(shù)特征做出一些替換和變形，這些替換和變形均在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。