[發(fā)明專利]一種電池連續(xù)化自動焊接成組生產(chǎn)線及工作方法

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• 申請日: 2018-03-09
• 公開（公告）號: CN108213792A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發(fā)明（設計）人: 陳華榮;湯哲;彭浩明
• 申請（專利權(quán)）人: 長沙紅點自動化科技有限公司
• 主分類號: B23K37/00
• 分類號: B23K37/00;B23K101/36
• 代理公司: 長沙市護航專利代理事務所(特殊普通合伙) 43220
• 代理人: 謝新苗

1.一種電池連續(xù)化自動焊接成組生產(chǎn)線及工作方法，該生產(chǎn)線包括：電池進料碼垛裝置（1）、進料傳送裝置（2）、取料線性模組（3）、角度檢測相機（4）、角度調(diào)整臺（5）、4軸機器手（6）、多關節(jié)機器手（7）、負極端上料振動盤（8）、正極端上料振動盤（9）、焊接工作臺（10）、電池預裝移行裝置（11）、正負極端提升夾爪（12）、預焊接移入裝置（13）、焊點檢測相機（14）、焊接裝置（15）、90°換向焊接推桿（16）、焊接移出裝置（17）、焊接平移裝置（18）、移動工裝（19）、電池夾具（20）、成品出料線性模組（21）、電池組出料碼垛裝置（22），其特征在于：

所述生產(chǎn)線呈U形，U型一端順序設置電池進料碼垛裝置（1）、進料傳送裝置（2）、取料線性模組（3）、角度檢測相機（4）、角度調(diào)整臺（5），完成柱單體電池進料端，依次完成電池的電壓檢測、進料抓取，角度調(diào)整；

U型另一端焊接移出裝置（17）、焊接平移裝置（18）、移動工裝（19）、電池夾具（20）、成品出料線性模組（21）、電池組出料碼垛裝置（22），完成電池組的出料、焊接好后的電池組從電池夾具上移出；

U型中部順序設置負極端上料振動盤（8）、正極端上料振動盤（9）、焊接工作臺（10）、電池預裝移行裝置（11）、正負極端提升夾爪（12）、預焊接移入裝置（13）、焊點檢測相機（14）、焊接裝置（15）、90°換向焊接推桿（16），實現(xiàn)電池正、負極端上料振動、焊接；正、負極端蓋由人工批量裝入對應振動盤內(nèi)，將正、負極端按特定朝向、角度有序的傳送振動盤出料口，多關節(jié)機器手將電池從角度調(diào)整臺分批抓取并逐個擺放在焊接工作臺指定電池夾具對應電池模具上，完成焊接。

2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的電池連續(xù)化自動焊接成組生產(chǎn)線，其特征在于：所述的焊接工作臺上分為裝夾側(cè)和焊接側(cè)兩條固定軌道，焊接側(cè)軌道設置有供電滑束線，裝夾側(cè)與焊接側(cè)的固定軌道通過末端兩條移動軌道來回運動銜接；整個焊接工作臺軌道上設置移動工裝，每套工裝上設計有能預裝若干單體電池和正、負極端的電池夾具，電池夾具隨移動工裝沿工作臺軌道在裝夾側(cè)和焊接側(cè)循環(huán)流轉(zhuǎn)。

3.根據(jù)權(quán)利要求書2所述的電池連續(xù)化自動焊接成組生產(chǎn)線，其特征在于：所述的電池夾具包含若干單體電池模具、1個正極端帽夾模具和1個負極端帽夾模具，模具間通過彈簧連接，連接端面內(nèi)設置電磁鐵；單體電池模具與電池接觸面采用橡膠包磁材料。

4.根據(jù)權(quán)利要求書2或3所述的電池連續(xù)化自動焊接成組生產(chǎn)線，其特征在于：所述的移動工裝與軌道之間有碳刷連接，位于焊接側(cè)固定軌道上的電池夾具內(nèi)從滑束線獲得電源，使電池夾具內(nèi)所包含模具的電磁鐵得電。

5.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的電池連續(xù)化自動焊接成組生產(chǎn)線，其特征在于：所述焊接工作臺采用電阻焊工藝，分為一次焊接和二次焊接，共4套電阻焊接設備；一次焊接和二次焊接之間均為水平焊接，一次焊接和二次焊接之間設置有90°換向焊接推桿。

6.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的電池連續(xù)化自動焊接成組生產(chǎn)線，其特征在于：所述取料線性模組末端取料夾爪上設置有電壓檢測裝置。

7.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的電池連續(xù)化自動焊接成組生產(chǎn)線，其特征在于：所述的角度調(diào)整臺設計有雙排角度調(diào)節(jié)工位，每個工位設置有旋轉(zhuǎn)伺服馬達和氣動手指；靠近電池進料端的一排角度調(diào)節(jié)工位上設置有移動式角度檢測攝像機。

8.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的電池連續(xù)化自動焊接成組生產(chǎn)線，其特征在于：所述控制系統(tǒng)包含PLC控制系統(tǒng)和圖像處理系統(tǒng)，共同完成設備的動作控制、外觀的精度檢測和異常設備的剔除和記錄，根據(jù)電池組工藝實現(xiàn)電池自動化焊接。

9.如權(quán)利要求1所述的一種電池連續(xù)化自動焊接成組生產(chǎn)線工作方法，其特征在于：

第一階段，正、負極端蓋預裝；

第二階段，電池預裝，包括電池進料抓取，電池角度校正以及電池預裝；

第三階段，電池組焊接，包括收攏定位，焊點檢測和電池焊接；

第四階段，成品出料。

10.如權(quán)利要求9所述的一種電池連續(xù)化自動焊接成組生產(chǎn)線工作方法，其特征在于：

所述正、負極端蓋預裝過程為：

第一步，正極端上料振動盤將正極端蓋按照端面朝下傳送至振動盤出料口；

第二步，4軸機器手從初始原點轉(zhuǎn)動至正極端上料振動盤的出料口上方，機器手末端氣動手指下降，夾住正極端蓋后上升至初始高度；

第三步，正負極端提升夾爪的正端夾爪下降，夾住電池夾具的正極端帽夾模具后上升至初始位置；

第四步，4軸機器手轉(zhuǎn)動至被提升的正極端帽夾模具正前方，將正極端插入正極端帽夾模具后氣動手指松開，4軸機器手回到初始原點；

第五步，正負極端提升夾爪的正端夾爪下降，松開電池夾具內(nèi)的正極端帽夾模具后上升至初始高度；

正極端預裝完成，負極端蓋預裝與正極端相同；

第六步，正負極端蓋預裝完成后，電池預裝移行裝置將裝載電池夾具的移動工裝從正負極預裝工位推送到電池預裝工位；

所述電池預裝過程為：

電池預裝分為三部分：電池進料抓取，電池角度校正以及電池預裝；

電池進料抓取

第一步，電池進料碼垛裝置將裝有電池的PT箱傳送至固定工位；

第二步，取料線性模組移動到PT箱單體電池正上方，模組末端夾爪下降后抓緊電池；

第三步，系統(tǒng)通過取料線性模組末端夾爪內(nèi)的正極探針和負極探針測定電池的電壓；

第四步，若電壓不合格，系統(tǒng)跳過當前電池，對下一個電池重復第二步；若電壓合格，取料線性模組末端夾爪將電池抓起并放入角度調(diào)整臺的角度調(diào)節(jié)工位；

第五步，重復第二步，直到角度調(diào)整臺靠近電池進料端一排的電池調(diào)節(jié)工位全部填滿電池，單次電池進料抓取結(jié)束；

B. 電池角度調(diào)整

第一步，角度調(diào)整臺的角度調(diào)節(jié)工位檢測到有電池放入后，調(diào)節(jié)工位的氣動手指夾緊電池；

第二步，角度檢測相機移動到角度調(diào)節(jié)工位的正上方，對電池連接環(huán)端面進行圖像抓取，利用連接環(huán)四周的4個缺口定位圓心，作為待測圖像的中心坐標原點，再計算4個缺口所定位的坐標系與預設標準坐標系的旋轉(zhuǎn)角度偏移量；

第三步，角度調(diào)節(jié)工位底部旋轉(zhuǎn)伺服馬達帶動電池轉(zhuǎn)動對應偏差角度，當前角度調(diào)節(jié)工位的角度調(diào)整任務完成；

第四步，角度調(diào)整臺靠近取電池端一排的角度調(diào)節(jié)工位任務全部完成后，且另一排上角度調(diào)節(jié)工位上的電池全部被取走，角度調(diào)整臺旋轉(zhuǎn)180°，系統(tǒng)提示電池預裝準備就緒，單次電池角度調(diào)整結(jié)束；

C. 電池預裝

第一步，電池預裝準備就緒，多關節(jié)機器手末端夾爪移動到角度調(diào)整臺前側(cè)；

第二步，多關節(jié)機器手末端夾爪夾住角度調(diào)節(jié)工位的電池后，角度調(diào)節(jié)工位氣動手指松開，機器手末端夾爪抓取電池轉(zhuǎn)到電池預裝工位的正上方設定位置；

第三步，多關節(jié)機器手末端夾爪下降，將電池插入電池預裝工位上電池夾具的凹槽內(nèi)；

第四步，多關節(jié)機器手末端夾爪松開電池，多關節(jié)機器手回到初始原點，繼續(xù)從角度調(diào)整臺抓取電池，直到電池夾具填滿電池，單次電池預裝結(jié)束；

至此，正、負極端和帶連接環(huán)的單體電池在電池夾具上預裝成電池組，且電池組節(jié)間端面待焊點處于一條直線；之后，電池預裝移行裝置將裝載電池夾具的移動工裝從電池預裝工位推送到進料轉(zhuǎn)移工位，再由移動軌道將之從進料轉(zhuǎn)送工位推送到位置限定工位；至此，整體電池預裝結(jié)束；

所述電池焊接過程為：收攏定位，焊點檢測和電池焊接；

A. 收攏定位

第一步，預焊接移入裝置上安裝的壓縮汽缸伸出，將電池夾具之間的彈簧壓縮至極限位置，極限位置預先由電池夾具內(nèi)單體模具上的高精度定位銷確定；

第二步，預焊接移入裝置將裝載有電池夾具的移動工裝推送到焊點檢測工位；

第三步，在焊點檢測工位，移動工裝與固定軌道連接處的碳刷與滑束線接觸，電池夾具內(nèi)的單體模具內(nèi)包裹的電磁鐵得電，電池夾具的單體模具之間產(chǎn)生電磁吸力；

第四步，預焊接移入裝置上的壓縮汽缸收回，電池夾具因單體模具間的電磁吸力繼續(xù)保持收攏狀態(tài)，預焊接移入裝置回到原位，單次收攏定位結(jié)束；

B. 焊接檢測

第一步，焊接平移裝置移回到初始狀態(tài)，其第一組壓縮汽缸位于焊點檢測工位正上方，第二組汽缸位于一次焊接工位正上方，第三組汽缸位于二次焊接工位正上方；

第二步，焊接平移裝置的第一組汽缸伸出，壓住一次焊接工位上電池夾具上的電池，防止電池在焊接時被觸動，導致工藝精度達不到要求；

第三步，焊接平移裝置連接焊點檢測工位的移動工裝往一次焊接工位步進一個節(jié)間距離，焊接檢測相機迅速對待焊點位置進行圖像抓取，記錄焊點的水平位置和垂直位置，作為焊點的節(jié)間距離和焊點直線度的判斷數(shù)據(jù)；

第四步，重復第三步，直至電池組所有待焊點全部通過焊接檢測相機，系統(tǒng)通過記錄的焊點水平位置和垂直位置判斷電池組的節(jié)間距離和直線度是否滿足工藝精度要求，單次電池組焊接檢測結(jié)束；

電池焊接

第一步，焊接平移裝置移回初始狀態(tài)，第二組汽缸伸出，壓住一次焊接工位電池夾具上的電池；

第二步，一次焊接工位兩側(cè)的焊接裝置上推進汽缸伸出，焊槍工作，完成單節(jié)端面水平方向2組焊點的焊接，之后焊接平移裝置連接一次焊接工位的移動工裝往二次焊接工位步進一個節(jié)間距離；

第三步，重復第二步工作，直至一次焊接工位中所有的節(jié)間焊點全部焊接完成，焊接平移裝置第二組汽缸縮回；

第四步，90°換向焊接推桿伸出，撥動電池夾具負極端帽夾模具的連接耳朵，將完成一次焊接的電池組整體旋轉(zhuǎn)90°，經(jīng)過一次焊接的焊點從水平方向轉(zhuǎn)換到垂直方向，垂直方向待焊點轉(zhuǎn)換到水平方向；

第五步，焊接平移裝置移回初始狀態(tài)，第三組汽缸伸出，壓住二次焊接工位電池夾具上的電池

第六步，二次焊接工位兩側(cè)的焊槍裝置上推進汽缸伸出，2套焊槍工作，完成單節(jié)端面水平方向2組焊點的焊接，之后焊接平移裝置連接二次焊接工位的移動工裝往成品緩存工位步進一個節(jié)間距離；

第七步，重復第六步工作，直至二次焊接工位中所有的節(jié)間焊點全部焊接完成，焊接平移裝置第二組汽缸縮回；

所述成品出料過程為：

第一步，焊接移出裝置將焊接好的電池組從成品緩存工位推送至成品轉(zhuǎn)移工位；

第二步，移動軌道將焊接好的電池組從成品轉(zhuǎn)移工位轉(zhuǎn)送到夾具分離工位，移動工裝從焊接側(cè)回到預裝側(cè)，碳刷與固定軌道的滑觸線脫離，正、負極端帽模具因模具間電磁鐵失電磁力消失，在模具間彈簧的斥力作用下，正、負極端帽與正、負極端蓋脫離

第三步，移行裝置將移動工裝從夾具分離工位推送至取料工位，移動軌道重新回到轉(zhuǎn)移工位

第四步，成品出料線性模組將電池夾具上的電池從取料工位取走，放入出料碼垛裝置上方的料盤中；電池夾具單個模具間由于電池組的移走，模具表面與電池組表面的磁性吸力消失，模具之間的連接彈簧使模具間的長度回復初始狀態(tài)；

第五步，位于取料工位旁的90°換向焊接推桿伸出，撥動電池夾具負極端帽夾模具的連接耳朵，使之轉(zhuǎn)動90°達到原始狀態(tài)；

第六步，移行裝置將移動工裝（19）從取料工位推送至正負極端預裝工位，單次成品取料結(jié)束。