顧智明，李東亞，殷 佳

（蘇州大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，江蘇昆山 215325）

基于慧魚模型紐扣式電池檢測系統(tǒng)的設(shè)計

顧智明，李東亞，殷 佳

（蘇州大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，江蘇昆山 215325）

紐扣電池作為電池的一類，它有著不可替代的地位和較廣的應(yīng)用范圍。而傳統(tǒng)的紐扣電池檢測方式卻是單一、低效的，且不合格電池使用率較高。為了能夠提高電池檢測的工作效率，降低不合格電池的使用率，同時改善電池的檢測方式，設(shè)計了一個代替?zhèn)鹘y(tǒng)檢測電池方式的作品。利用送料裝置、檢測裝置和接料裝置這三個分支結(jié)構(gòu)來完成整個系統(tǒng)的工作，從而達(dá)到檢測的目的。通過這個系統(tǒng)的設(shè)計，可以使電池檢測過程中的不合格率降低，檢測更連續(xù)，人工檢測的弊端得以消除。

檢測自動化；接送料自動裝置；分支結(jié)構(gòu)

0 引言

隨著產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展變化，機電一體化的進(jìn)程推進(jìn)，社會人才結(jié)構(gòu)的變化，用工成本的增加，產(chǎn)品效率的提高迫在眉睫，自動化系統(tǒng)應(yīng)運而生。該作品從紐扣電池的進(jìn)料、檢測，實現(xiàn)一體的自動化，從而提高了檢測效率，并通過微機控制的方式保證了合格率。這個裝置可以根據(jù)不同的電池性能要求進(jìn)行檢測，顯示了作品的柔性化。

1 紐扣式電池性能檢測系統(tǒng)的設(shè)計要求

無論設(shè)計什么樣的機構(gòu)或者系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都要滿足一定的設(shè)計要求，這樣才能達(dá)到該機構(gòu)或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的性能，為了使電池能夠檢測能夠較為連續(xù)，準(zhǔn)確度較高等一些要求，設(shè)計的紐扣式電池性能檢測系統(tǒng)需要滿足一定的設(shè)計要求如下：

（1）準(zhǔn)確的定位：由于是大批量的，不間斷的自動檢測，同時需要對多個電池進(jìn)行檢測，準(zhǔn)確的定位精度是檢測的前提；

（2）防止表面刮傷：紐扣電池表面光潔度較高，在檢測、系統(tǒng)傳送過程中不能有劃傷，凹坑和污漬；

（3）檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度：檢測結(jié)果的處理和分析必須要準(zhǔn)確無誤；

（4）快速，操作簡單：電池的檢測為批量進(jìn)行的，產(chǎn)量很大，需要較高的工作效率；同時對操作工人的技能要求較低，通過簡單培訓(xùn)，即能上崗；

（5）能夠自動區(qū)分合格電池與不合格電池，并且具有挑出和歸類的能力；

為了使該系統(tǒng)能夠滿足以上的設(shè)計要求，提出的具體的設(shè)計方案為：通過三個分工不同的分支結(jié)構(gòu)部分來組成整個系統(tǒng)，來達(dá)到自動檢測的要求。利用行程開關(guān)、傳感器、和結(jié)構(gòu)中設(shè)置的一些機構(gòu)來實現(xiàn)定位。利用可靠性高、性價比高、控制能力強的單片機來對檢測結(jié)果進(jìn)行分析和處理，并對系統(tǒng)運動的先后順序進(jìn)行控制。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)的概述

紐扣式電池性能檢測裝置總共分為三個部分，分別是送料裝置、檢測裝置和接料裝置［1］。該作品主要依靠機械傳動和微機控制［2］的有機結(jié)合來實現(xiàn)整個作品的控制工作，附加一些輔助工作的執(zhí)行構(gòu)件如：電機、氣缸、行程開關(guān)等。該作品采用慧魚［3］產(chǎn)品進(jìn)行搭建的整體模型圖見圖1所示。

圖1 作品整體模型圖

2.2 送料裝置

該裝置是這個作品的第一個動作執(zhí)行機構(gòu)，并且是保證整個設(shè)計正常工作的前提。它主要分為兩個主要部分：升降工作臺和送料執(zhí)行結(jié)構(gòu)。該裝置是一個類似升降臺的設(shè)備。通過不斷的升降動作輸送電池進(jìn)入檢測區(qū)域。

電池通過托盤有序、工整地堆在升降臺工作臺上。升降臺的升降是通過電機的轉(zhuǎn)動帶動螺旋副的運動從而實現(xiàn)升降。在工作臺的兩側(cè)安放了一組光電開關(guān)，用來判斷是否有待檢測電池，防止工作臺做空運行。并且在升降臺運動［4］的上下極限處，安放了兩個行程開關(guān)，防止機構(gòu)過行程，避免對機構(gòu)的損壞和對機構(gòu)位置的命令。當(dāng)工作臺上升時觸發(fā)到行程開關(guān)，發(fā)出信號停止運動。這時送料結(jié)構(gòu)開始運動。該結(jié)構(gòu)的原理與升降臺類似，通過一個擋板將電池推進(jìn)檢測區(qū)。這樣的往復(fù)運動進(jìn)行送料。通過這兩部分的結(jié)合使電池的送料實現(xiàn)自動化。

2.3 檢測裝置

這部分是整個作品的核心部分，主要包含檢測、比較、抽取三個單元。這一部分主體結(jié)構(gòu)是一個矩形的框架，檢測單元主要是一個針對托盤電池擺放陣列而設(shè)置測量電池正極的測頭。這些測頭固定在一個類似托盤形狀的平板上，構(gòu)成測頭平板。平板的升降通過氣壓的方式控制。負(fù)極測頭固定在框架的橫梁上，在負(fù)測頭的上面是一個帶有通過負(fù)測頭孔的絕緣工作臺，在工作臺四個角下面帶有彈簧。當(dāng)電池托盤進(jìn)入檢測區(qū)域后，測頭平板向下運動，當(dāng)接觸到電池后，將壓動彈簧，與負(fù)極接觸，從而對電池完成測量工作。

上測頭將正極跟氣壓吸盤一體化，通過測量得到的數(shù)據(jù)與標(biāo)定值比較，檢測的功能主要是檢測電池容量是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，帶有在檢測電池容量的同時將信號傳達(dá)給計算機模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，如有不合格的電池，立即將信號傳輸給上測頭上的電磁閥，導(dǎo)通氣壓，用氣壓將不合格電池吸附在上測頭。

抽取單元是在測量負(fù)極測頭的上方進(jìn)行工作的，它是一個柔性化［5-7］的平板面，安裝在主體結(jié)構(gòu)的側(cè)面，主要由氣動來控制，將氣缸的活塞頭部與柔性平板固定在一起。同時在導(dǎo)軌中間設(shè)定一個供柔性平板活動的槽口，有利于控制位置精度。當(dāng)零件不合格時，傳輸信號控制柔性平板進(jìn)入，然后吸盤將不合格電池丟到平板上，然后平板將不合格電池帶進(jìn)不合格品箱。

2.4 接料裝置

接料是這個系統(tǒng)的最后步驟。當(dāng)電池檢測完畢之后，電池將會在送料部分的推力作用下，進(jìn)入接料裝置。接料裝置同樣也是通過工作臺的升降有序、平穩(wěn)的接收已經(jīng)檢測完畢的電池。這塊部分的結(jié)構(gòu)相對簡單很多，在控制這部分也是比較方便的，通過行程開關(guān)和光電傳感器來控制工作臺的升降。如圖1所示，當(dāng)黑色的托盤在推力的作用下到達(dá)接料的托盤時，觸碰到前端的行程開關(guān)，電機轉(zhuǎn)動從而實現(xiàn)控制。而光電開關(guān)則起到一個檢測的作用，判斷有無已檢測過的電池，當(dāng)接收不到信號則始終處在頂端等待檢測完畢的電池。如果接收到信號則驅(qū)動電機運動到頂端等待已檢測電池，從而順利接收電池，避免空運行，節(jié)約時間。

3 結(jié)論

通過將這三個裝置串接在一起，即得到能滿足設(shè)計要求的紐扣式電池性能檢測系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)。目前，現(xiàn)實中還沒有能夠自動檢測電池過程的系統(tǒng)，筆者在這個方向上進(jìn)行了嘗試，結(jié)果表明讓電池檢測自動化是可行的。將接通氣壓的吸盤和測頭安裝在一起，來實現(xiàn)檢測的同時也能將不合格件吸附。將不合格件歸類至不合格零件箱中。這樣既節(jié)省空間，又節(jié)省時間，達(dá)到高效的目的。應(yīng)用微機控制的技術(shù)來進(jìn)行電池合格與否的判定，并且可以根據(jù)不同的性能要求對裝置進(jìn)行檢測參數(shù)的設(shè)置，并能夠很好的實施，展示了系統(tǒng)的柔性化。整個系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計，這樣有利于裝置的維修和調(diào)換。

［1］范狄慶，杜向陽.現(xiàn)在裝備傳輸系統(tǒng)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2010.

［2］王田苗，丑武勝.機電控制基礎(chǔ)理論及應(yīng)用［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2003.

［3］曲凌.慧魚創(chuàng)意機器人設(shè)計與實踐教程［M］.上海：上海交通大學(xué)出版社，2007.

［4］王三民，諸文俊.機械原理與設(shè)計［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2006.

［5］梁景凱，蓋玉先.機電一體化技術(shù)與系統(tǒng)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2006.

［6］徐灝，等.機械設(shè)計手冊：第5卷［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2000.

［7］程憲平，冷增祥.機電傳動與控制［M］.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2009.

Detection System Design of Coin Cell Based on Fischertechnik Model

GU Zhi-ming，LI Dong-ya，YIN Jia
（Applied Technology Institute，Suzhou University，Kunshan215325，China）

The coin cell battery as a class，it has an irreplaceable position and a wide range of applications.The traditional coin cell detection method is a single，inefficient and unqualified battery usage is high.In order to improve the battery detection efficiency，reduce substandard battery usage，while improving battery detection methods， we have designed a battery instead of the traditional detection methods work.The use of feeding device，the detection device，the three branches of splice device structure to complete the whole system work，so as to achieve the purpose of testing.Through this system is designed to detect the battery in the process of reducing the failure rate to detect more continuous，manual inspection of the drawbacks can be overcome.

detection automation；shuttle automatic feeding device；branch structure

TP274

A

1009－9492(2014)01－0014－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.01.004

顧智明，男，1991年生，江蘇昆山人，大學(xué)本科。研究領(lǐng)域：機電一體化。

(編輯：阮 毅)

2013－07－12