Машина для автоматической лазерной резки на линии производства аккумуляторных элементов в корпусах из ламинированной фольги

Ⅰ. Описание оборудования

1.1 Описание функций

Машина специально предназначена для нарезания рулонов электродов на аноды и катоды с последующей укладкой их стопками в аккумуляторные элементы (в составе линии по непрерывному нанесению суспензии).

Автоматическая (автоматическими погрузчиками)/ручная установка рулонов электродов на пневматический вал размотчика, автоматическая размотка, автоматическая система коррекции положения в процессе размотки рулона и система силы натяжения во время размотки. Перед поступлением в зону лазерной резки выполняется дополнительная коррекция положения (коррекция процесса), удаление пыли с токовыводов электродов, контроль силы натяжения, буферизация электрода, контроль дефектов системой машинного зрения на базе ПЗС-матриц. На станции вырубки используются пресс-формы для вырубки V-образных токовыводов. Далее материал подается в зону лазерной резки протягивающим механизмом и разрезается на электроды. Далее электроды транспортируются в зону контроля размеров по ленточному конвейеру. После удаления пыли щетками и контроля (с обеих сторон) бракованные электроды автоматически удаляются в контейнер брака, а качественные электроды поступают в контейнер готовой продукции.

1.2 Порядок работы

放卷机构：размотчик рулона --放卷纠偏：коррекция положения материала при размотке --接带平台：загрузочная платформа --放卷张力：регулирование натяжения при размотке --过程纠偏：коррекция процесса --激光切割：лазерная резка --牵引机构：протяжка --极耳除尘： удаление пыли с фольги электродов без материала --张力机构 ：регулирование натяжения --储片机构：хранение пленки --瑕疵检测：контроль дефектов --V角裁切：вырезание V-образных токовыводов --拉切机构секция резки --尺寸检测：контроль размеров --上刷粉：верхняя щетка --下刷粉：нижняя щетка --NG收料：контроль брака --OK 收料：удаление бракованных электродов.

1.3 Структурная схема машины (один размотчик)

Габариты машины: 9000 X 2100 X 2600 мм

张力部分：секция регулирования силы натяжения

接待平台：загрузочная платформа

极耳加强：удаление пыли с фольги без материала

形成纠偏：коррекция положения

缓存部件：буферизация компонентов

瑕疵检测：контроль дефектов

V角模具：нарезание V-образных токовыводов

追标：перемещение конвейером

刷粉机构：секция чистки щетками

打料部件：части материала

放卷部件：устройства размотчика

激光部件：устройства секции лазерной резки

风刀除尘：удаление пыли струей воздуха

张力部件：устройства системы регулирования натяжения

牵引切断部件：устройства конвейера

尺寸检测：контроль размеров

待检料盒：контроль брака

OK料盒：отсек для готовой продукции

NG料盒：отсек для брака

1.4 Характеристики машины

1) Механизм загрузки одного рулона: на каждый вал может устанавливаться рулон электродов диаметром до 700 мм. Расклинивающий пневмовал имеет специальную конструкцию, которая уменьшает трение вала с рулоном, что экономит трудозатраты и время, а также делает замену материала удобной и быстрой. Автоматический размотчик работает от сервопривода с программным управлением процессом автоматической размотки рулона. Уменьшение рулона электродов в диаметре в процессе размотки рассчитывается алгоритмом расчета диаметра рулона. По этому принципу определяется момент приближения рулона к концу. Когда рулон закончился, машина подает предупредительный сигнал и автоматически останавливается.

2) Механизм натяжения: запатентованный механизм натяжения с сервоприводом регулирует натяжение материала с точностью ±0,2 мм.

3) Механизм хранения материала: благодаря использованию сервопривода + модуля и буфера с регулированием натяжения машина обеспечивает непрерывную размотку во время высечки, повышает эффективность производства и гарантирует точность протяжки материала.

4) Нож для резки токовыводов: запатентованный режущий механизм с малыми потерями порошка и не оставляющий заусенцев. Кроме того, сервопривод машины обеспечивает регулировку положения режущего инструмента по размеру электрода, что повышает точность нарезания электродов по ширине.

5) Встроенная функция: машина имеет встроенную систему машинного зрения на базе ПЗС-матриц и систему щеток для удаления остатков порошка с электродов. Это повышает производительность всей машины.

6) Запатентованный метод удаления пыли: снижает вторичное загрязнение пылью и эффективно предотвращает повреждение электрода при смахивании остатков порошка щетками.

7) Лазерная резка токовыводов электродов: значительное снижение стоимости формовки электродов.

8) В машине предусмотрена система автоматического предотвращения столкновений режущих ножей и пресс-форм, чтобы уменьшить повреждение пресс-форм и ножей от контакта с лентой.

9) Равномерная загрузка материала: сервопривод машины обеспечивает равномерную загрузку ленты электродов с точностью ±1.

10) Контроль пыли в различных зонах машины и высокоэффективная система фильтровентиляционных модулей (FFU) в машине обеспечивают снижение уровня пыли внутри машины до 100 000 единиц.

11) Два сетевых порта для подключения к системе управления производством (MES).

1.5 Патенты машины

Ⅱ. Допуски машины к загружаемым рулонам и спецификации продукции.

2.1 Допуски по размеру загружаемых рулонов

2.2. Метод высечки электродов

Дополнительный метод высечки электродов с подрезкой краев

2.3 Форма подтверждения информации о размере продукта

 2.4 Заусеницы токовывода (см. рис. 2.2)

(Высечка) плоский заусенец Vk (металлический заусенец) ≤ 10 мкм

Вертикальный заусенец Vh (металлический заусенец) ≤ 15 мкм

(Лазерная резка) плоский заусенец Vk (металлический заусенец) ≤ 15 мкм

(Лазерная резка) вертикальный заусенец Vh (металлический заусенец) ≤ 18 мкм

Ⅲ. Технические характеристики машины

Ⅳ. Основные части машины и назначение

4.2.1 Секция размотки

Ø Размотчик с 6-дюймовым расклинивающим пневмовалом. Максимальный диаметр рулона электродов: 700 мм.

Ø Направление размотки: по часовой или против часовой стрелки.

Ø В секции загрузки предусмотрен оптоволоконный указатель с одним символом для облечения позиционировании загружаемого рулона электродов.

Ø Размотчик имеет функцию коррекции положения рулона с точностью ±0,2 мм и длиной хода механизма коррекции ±50 мм.

4.2.2 Секция резки

Ø Платформа для резки рулонов электродов и вспомогательные маркировочные линии для удобной ручной резки.

Ø В зоне резки предусмотрен аспирационный пылесборник для сбора мусора.

4.2.3 Секция регулировки натяжения

Ø Синхронное регулирование скорости подвижных роликов, сигнал контроля от потенциометра передается на ПЛК, который соответственно изменяет скорость сервопривода.

Ø ПЛК + цилиндр с низким коэффициентом трения + пропорциональный клапан с электроприводом для регулировки силы натяжения в диапазоне от 10 до 150 Н и поддержания постоянного натяжения с допустимым отклонением ≤ 5 %.

4.2.4 Коррекция положения

Ø В состав секции коррекции входит модуль коррекции положения, который имеет высокую точность коррекции и прост в эксплуатации. Коррекция положения может выполняться вручную нажатием кнопки на модуле. Это повышает общую точность размотки рулона и его положения.

Ø Погрешность коррекции положения ≤ ±0,1 мм, длина хода модуля коррекции положения ±20 мм.

4.2.5 Модуль лазерной резки

1. Волоконный лазер мощностью 250 Вт с регулируемой шириной импульса и стабильностью мощности лазера < 5 %.

2. Точность регулировки фокусного расстояния лазера ±0,01 мм.

3. Точность повторного позиционирования гальванометра составляет ±0,02 мм.

4. Минимальный радиус резки R больше или равен 1.

5. Система лазерной резки с двумя станциями.

6. Точный рез по размеру. Предусмотрена функция индукционного контроля пропусков резки и дефектов резки для токовыводов без адгезивного слоя и стороны электродов, противоположной токовыводам.

7. В процессе размотки рулона электродов осуществляется контроль дефектов материала. Это важно для контроля качества загруженного рулона и поврежденных соединений материала в машине. После обнаружения ленты можно установить нормальную резку или пропуск резки. После пропуска резки задается расстояние между первым токовыводом и соединительной линией для повышения эффективности использования материала.

8. Вся зона резки закрыта полуоткрытым пылезащитным кожухом, а зона лазерной резки имеет независимую двухступенчатую закрытую структуру. Пыль, образующаяся в процессе резки, напрямую отсасывается вакуумным пылесосом с расчетной скоростью расхода воздуха ≥ 20–25 м/с (регулируется) и контролем скорости расхода в реальном времени.

9. Защита от лазерного излучения: смотровое окно внешнего кожуха студии в зоне лазерной резки закрыто пластиной для защиты от лазерного излучения.

10. Отходы от лазерной резки поступают в уплотнитель по трубопроводу удаления отходов без остановки резки.

11. В пределах 1 метра от зоны лазерной резки трубопровод удаления отходов из металла, а далее — огнестойкие трубы из другого материала.

12. Система управления лазерной резкой имеет два режима резки: с равными и разными промежутками. У этих режимов свои параметры, и режимы можно по мере необходимости выбирать.

13. Технология синхронизации выходных импульсов с лазерной резкой (PSO) позволяет точно контролировать мощность лазера в каждой точке линии реза. Управление преобразованием частоты лазера позволяет избежать перебега лазерного луча и непрерывной резки, а также эффективно контролировать заусенцы и зоны термического воздействия.

4.2.6 Секция хранения материалов

Ø Благодаря использованию сервопривода и ШВП для линейных перемещений и регулирования силы натяжения обеспечивается непрерывная размотка рулона во время резки и постоянное натяжение материала, повышается эффективность производства и гарантируется точность протяжки материала.

Ø Барабан изготовлен из легких материалов, что снижает момент инерции барабана, повышает точность протяжки и устойчивость оборудования.

Ø Ролик изготовлен из углеродного волокна.

Ø Комбинированное электронное управление с кулачковым механизмом.

4.2.7 Нарезание V-образных токовыводов

Ø Для формирования токовыводов используются два комплекта V-образных вырубных форм.

Ø Модуль вырубки поддерживает функцию автоматической коррекции положения, которая определяет положение токовыводов по датчикам и регулирует положение внутренних и внешних краев формы в реальном времени, гарантируя одинаковые по высоте и размеру токовыводы. Для контроля положительных выводов и пропуска резки есть 2 датчика цветового кода.

Ø Установлены защитные ограждения. Во время работы они должны быть опущены, чтобы исключить риск несчастных случаев.

Ø Нижняя пластина формы изготовлена из мрамора, что обеспечивает отличную плоскостность нижней пластины и устраняет риск деформации формы после установки. Плоскостность в пределах 0,01 мм.

Ø Форма быстро устанавливается на опорную плиту, что упрощает ее монтаж и демонтаж, а по времени на замену формы уходит меньше получаса.

4.2.8 Секция протяжки

Ø Запатентованный механизм протяжки с сервоприводом. Максимальная скорость протяжки 60 м/мин с точностью протяжки ±0,2 мм.

Ø Протягивающий ролик изготовлен из резины (EPDM) и установлен на валу. Во время работы машины на поверхности не скапливается пыль и частицы, что гарантирует ровность поверхности электрода и отсутствие дефектов, например царапин.

Ø Верхний и нижний ролики покрыты клейким материалом и расположены под 90 градусов для обеспечения плотного прилегания.

Ø Нижний упорный ролик выполнен из стали с твердым хромированием с твердостью 750 по Виккерсу. Валик проходит прецизионную шлифовку и полировку до шероховатости поверхности Ra 0,2.

Ø Верхний ролик прижимается цилиндром для обеспечения точности размера электрода.

Ø Верхний и нижний привод режущего инструмента: сервопривод с кулачковым механизмом.

Ø Края: из импортной вольфрамовой стали марки G5.

Ø Время замены не более получаса.

4.2.9 Ленточный конвейер

A: верхняя лента

Верхний ленточный механизм

Ø Работает от сервопривода с равномерным ускорением криволинейного движения под электронным управлением с кулачковым механизмом. Это обеспечивает максимально плавное движение и минимальное механическое воздействие.

Ø В ленте просверлено отверстие диаметром 3 мм для притягивания электрода отрицательным давлением.

Ø Предусмотрена автоматическая чистка ленты конвейера щетками. Лента изготовлена из специального материала с толщиной 1,5 мм из основы ПВХ и полиуретанового слоя.

Ø Встроенная система машинного зрения на базе ПЗС-матриц для контроля размеров и эффективности удаления пыли с верхней стороны электродов.

B: нижняя лента

Ø Работает от сервопривода с равномерным ускорением криволинейного движения под электронным управлением с кулачковым механизмом. Это обеспечивает максимально плавное движение и минимальное механическое воздействие.

Ø В ленте толщиной 1,5 мм просверлено отверстие диаметром 3 мм для создания отрицательного давления, притягивания электродов и разделения их на несколько частей.

Ø Предусмотрена автоматическая чистка ленты конвейера щетками. Лента изготовлена из специального материала с основой из ПВХ и полиуретановым слоем.

Ø Встроенные функции резки и удаления пыли с нижней поверхности электродов.

4.2.10 Секция чистки щетками

Щеточные ролики для чистки поверхности электрода. Своевременно удаляют остатки материала, пыль и т. д., образующиеся в процессе вырубки. Система пылеудаления с фильтрацией исключает вероятность попадания пыли в окружающей воздух.

Ø Уровень шума системы пылеудаления: ≤ 75 дБ.

Ø В устройстве чистки реализована централизованная система пылеудаления.

Ø Для удаления пыли используется мощная технология пылеудаления, сочетающая ионную продувку и всасывание.

Ø Узел чистящих щеток оснащен мощным магнитом с магнитной индукцией 10 000 Гс. Это обеспечивает удаление металлической магнитной пыли.

Ø Поверхность электрода очищается от пыли всасывающей системой пылеудаления в месте размотки рулона.

Ø В процессе высечки образующаяся пыль всасывается через нижнюю полость под действием отрицательного давления.

Ø Пыль из-под режущего ножа удаляется методом всасывания.

Ø Оставшаяся более стойкая пыль удаляется с электродов пыли щеткой.

4.2.11 Секция выгрузки электродов в контейнер готового материала

Нарезанные электроды автоматически выгружаются в контейнер готового материала ленточным конвейером. Контейнер готового материала оснащен автоматическими подъемными устройствами и сигнализаторами заполнения. Есть устройство буферизации электродов.

Ø Вырубленные по форме электроды автоматически укладываются в контейнер готового материала, в процессе укладки их края не портятся.

Ø Готовые электроды укладываются в контейнер готового материала аккуратно: ≤ ±0,5 мм. Электроды краями не касаются стенок контейнера во время укладки.

Ø Метод снятия электродов: конвейерная лента для выгрузки и адсорбции на ленте.

Ø Контроль высоты укладки электродов: шаговый двигатель управляет количеством уложенных друг на друга электродов.

Ø В подходящем месте в зоне выгрузки электродов предусматривается кнопка аварийной остановки.

Ø Бракованные электроды автоматически уходят в брак. Также предусмотрены другие функции контроля качества, включая формирование предупредительного сигнала и остановку машины при выявлении трех и пяти электродов неправильного размера подряд соответственно.

4.2.12 Контроль дефектов

Ø Когда электрод проходит через ролик, камера системы машинного зрения сканирует поверхность электродов ряд за рядом и объединяет их в одно изображение. По специальному алгоритму проводится анализ изображения и расчет характеристик. По заданным признакам каждого дефекта программное обеспечение выдает результат проверки «уд./неуд.», и бракованный электрод автоматически удаляется механизмом удаления брака.

Ø Две промышленные камеры с Ч/Б матрицами типа ПЗС, разрешением 16К и высокой частотой кадров, а также линейный источник света высокой яркости с эффективной длиной волны 400 мм контролируют ширину электродов (она должна быть 400 мм).

Ø Все данные о дефектах, обнаруженных системой машинного зрения на передней и задней сторонах электродов, можно напрямую экспортировать в формате CSV. Стандартные параметры проверки (фактические параметры процесса имеют приоритет): вероятность пропуска дефекта = 0, неправильная оценка дефекта ≤ 0,5 % и разница в оттенках серого не менее 30.

Ø Алгоритмы на базе ИИ выявляют бракованные электроды и классифицируют их.

4.2.13 Система машинного зрения на базе ПЗС-матриц для контроля размера

Ø По изображению электродов с камер машинного зрения на базе ПЗС-матриц определяется высота токовывода и открытая фольга, а также длина, расстояние от токовывода электрода до края, ширина и угол электрода. Точность обнаружения составляет ±0,1 мм, вероятность пропуска дефекта 0, а неправильная дефекта ≤ 3 %.

Ø Группа промышленных камер для контроля дефектов.

Ø Источник задней подсветки с определенной схемой подсветки повышает точность обнаружения.

Ø Перед проверкой размеров прижимной механизм выравнивает электроды, чтобы исключить риск неправильных результатов контроля дефектов из-за неплотного прилегания электродов к поверхности.

Ø Выполняется контроль следующих параметров размера: ширины, высоты и угла электрода, ширины заплечика электрода, материала электродной ленты и т. д.

4.2.14 Система управления

В составе из 1 ПЛК, 1 15-дюймового сенсорного экрана и других электрических устройств. Соединение шинами сокращает количество кабелей и делает подключение электрического шкафа более простым и эстетичным.

4.2.15 Кожух на каркасе

Ø Каркас изготовлен из высокопрочных стальных профильных труб квадратного сечения, сваренных между собой. Поверхность окрашена.

Ø Предусмотрены пылезащитные кожухи из алюминиевого сплава или листового металла и органического стекла.

Ø В верхней части внешнего кожуха установлена высокоэффективная система фильтровентиляционных модулей (FFU)для подачи воздуха внутрь машины. Эта система совместно с пылесосом обеспечивает циркуляцию и подачу воздуха внутрь машины.

Ø Такое техническое решение обеспечивают снижение уровня пыли и чистоту внутри машины ≥ 100 000 единиц.

Ⅴ. Основные части машины

5.1 Список основных частей

5.2 Быстроизнашиваемые детали