一種動力電池雷射焊接設備的製作方法

2024-03-31 09:59:05

【技術領域】

本發明涉及雷射焊接技術領域，特別涉及一種動力電池雷射焊接設備。

背景技術：

鋰離子動力電池因其具有高電壓、高容量、低消耗、無記憶效應、無公害、體積小、內阻小、自放電少、循環次數多等特點成為目前世界上綜合性能最好的綠色電池。其廣泛應用於新能源交通工具，行動電話、筆記本電腦、平板電腦等眾多民用及軍事領域。鋰離子動力電池通常由三部分組成：電芯、保護電路和外殼。外殼則分為殼體、蓋板和銅/鋁轉接片。在動力電池製造過程中需要將銅/鋁轉接片焊接到蓋板對應的極柱內表面上。目前，市面上已經出現了可以焊接動力電池蓋版和轉接片的設備，但是這種設備自動化成度不高，不能自動實現諸如自動上料、蓋板來料掃碼、蓋板二次定位、自動刻碼、頂蓋掃碼、電芯上料、電芯來料掃碼、電芯二次定位、自動上下壓板、雷射焊接、除塵、貼膜、極耳摺疊、自動下料、mes追溯等功能。現有的設備不僅需要為每一個工作流程配置對應的生產線，導致生產成本較高、生產效率低；而且還需要多名工人協同參與進行操作，因此導致勞動強度較大、而且組裝精度不高，不能滿足大批量電池生產的需求。

技術實現要素：

綜上所述，本發明主要的目的是為了解決現有的動力電池雷射焊接設備自動化程序較低，導致生產成本較高、生產效率低、勞動強度較大、且組裝精度不高，不能滿足大批量電池生產的需求的技術問題，而提供一種動力電池雷射焊接設備。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種動力電池雷射焊接設備，所述設備包括：工作檯，分別依次設置在所述工作檯長度方向上並用於自動上電池蓋板的蓋板上料機構、用於對電池蓋板進行刻碼的蓋板刻碼組件、用於對電池蓋板進行二次定位的蓋板二次定位組件、以及可轉動地設於所述工作檯上的轉盤，分別設於所述二次定位組件兩側的電芯上料組件及用於將焊接完成後的電芯極耳翻折並下料的下料翻轉組件，所述轉盤的周向上間隔設置有多個臨時放置壓板用的壓板中轉座及相對設置在各壓板中轉座外側並用於將電芯及蓋板定位的多個焊接夾具，所述工作檯上且位於轉盤外側的各電芯定位夾具相對位置處分別依次設有用於上/下壓板用的壓板機構、用於通過連續雷射將銅片和/或鋁片焊接到蓋板對應極柱內表面上的雷射焊接機構、用於吸取雷射焊接後所產生的粉塵和/或飛濺的吸塵機構、以及用於在銅片和/或鋁片的雷射焊接表面貼保護膠帶的貼膜機構。

所述蓋板上料機構包括：分別對稱地設於所述工作檯前端兩側的一對支撐座、所述支撐座頂部安裝有上料支架，所述上料支架上安裝有至少一個可沿x軸左右移動並可在相鄰兩個料盤抓取或放置電池蓋板的第一機械手，以及至少一個可沿y軸前後移動並用於將料盤中的電池蓋板抓取至蓋板刻碼組件的第二機械手，所述上料支架下部的長度方向上並排設置有至少兩條第一垂直滑軌，設置在所述兩條第一垂直滑軌兩側的至少兩條第二垂直滑軌，以及分別驅動第一垂直滑軌及第二垂直滑軌上下升降用的升降機構，所述至少兩條第一垂直滑軌上可上下滑動地安裝有多個裝有電池蓋板的蓋板吸塑盤，所述上料支架底部設有將抓取完電池蓋板的空蓋板吸塑盤由第一垂直滑軌轉移至第二垂直滑軌用的蓋板吸塑盤轉移機構。

所述蓋板刻碼組件包括：刻碼轉盤，分別設於所述刻碼轉盤周邊的掃碼槍、抽塵管、顏色感應模塊、打標機、第一支架、第二支架、不良品流水線、滑動安裝在不良品流水線上的不良品料盤、以及將不良品蓋板由刻碼轉盤抓取至不良品料盤輸出用的第三機械手，其中，所述刻碼轉盤可轉動地安裝在工作檯上且位於蓋板上料機構和蓋板二次定位組件之間，所述刻碼轉盤的周向上間隔設置有多個將來料電池蓋板定位以供刻碼的定位夾具，所述抽塵管和顏色感應模塊分別安裝在第一支架上且位於刻碼轉盤上方，所述抽塵管與外部的空氣淨化器連接，所述掃碼槍則安裝在第二支架上。

所述蓋板二次定位組件包括：設於工作檯上且位於轉盤和刻碼轉盤之間的蓋板二次定位夾具、分別設於所述蓋板二次定位夾具左右兩側並用於將電池蓋板由蓋板刻碼組件的定位夾具取出並旋轉水平放置在蓋板二次定位夾具中進行二次定位的第四機械手、以及將二次定位後的電池蓋板夾取並放置在所述焊接夾具中的第五機械手。

所述電芯上料組件包括：設於工作檯長度方向一側的電芯來料流水線，設於工作檯上且位於電芯來料流水線內側的電芯二次定位夾具，分別設置在電芯二次定位夾具兩側並用於將電芯由電芯來料流水線抓取至電芯二次定位夾具進行二次定位的第六機械手，以及將電芯由二次定位夾具中取出並放置在所述焊接夾具中的第七機械手。

所述壓板機構包括：設於工作檯上的支撐座，設於所述工作檯底部並驅動所述支撐座上下升降用的第一驅動氣缸，安裝在所述支撐座頂部的壓板安裝塊，以及插接在所述支撐塊兩端的連接柱，所述壓板活動且層疊地安裝在所述連接柱上，所述支撐座一側設有用於將壓板由壓板機構吸附至焊接夾具中的電池蓋板上方或將電池蓋板上方的壓板取出並放置在所述焊接夾具的壓板中轉座中的第八機械手，所述第八機械手活動端的端部還設有用於吸附壓板用的電磁鐵。

所述雷射焊接機構包括：設於所述工作檯上的三軸平移臺、分別固定安裝在所述三軸平移臺上的同軸吸塵管和雷射測距傳感器、以及設於所述三軸平移臺下部並用於將電池蓋板壓緊以供焊接的焊接下壓機構，所述同軸吸塵管與外部的煙霧淨化器相連接。

所述吸塵機構包括：除塵升降機構、除塵罩及除塵管接口，所述除塵升降機構包括支撐座、導軌安裝座、氣缸安裝板、第二驅動氣缸、導軌、連接板、底板、一對側板、支撐板及除塵罩安裝板，其中，所述支撐座安裝在工作檯上，所述支撐座頂部分別依次固定安裝有導軌安裝座和氣缸安裝板，所述第二驅動氣缸固定安裝在氣缸安裝板上，所述導軌則安裝在導軌安裝座上，所述連接板分別與所述第二驅動氣缸、導軌及底板相連接，並可使所述連接板在第二驅動氣缸的驅動下沿導軌上下滑動，所述連接板的另一面上分別固定連接有支撐板、一對側板及除塵罩安裝板，所述除塵罩固定安裝在除塵罩安裝板下部，所述除塵管接口分別設於除塵罩頂部兩側，除塵管接口與外部的煙霧淨化器相連接。

所述貼膜機構包括：設於工作檯上的支撐座，設於所述支撐座前側的在銅片和/或鋁片的雷射焊接表面貼保護膠帶的貼膜裝置，分別設於支撐座後側用於將膠帶拉伸的拉膜裝置、用於將膠帶壓緊以供切割的壓緊裝置以及用於將壓緊後的膠帶割斷的剪切裝置。

所述下料翻轉組件包括：電芯下料工作檯，設於所述電芯下料工作檯外側的電芯下料流水線，分別設於所述電芯下料工作檯上並用於將焊接完成的電芯極耳翻折的極耳摺疊夾具，設於極耳摺疊夾具一側並與其配合將摺疊後的電芯輸出至下料流水線的第九機械手。

採用上述技術方案，與現有技術相比，本發明所產生的有益效果在於：本設備通過設有協同工作的上料機構、蓋板刻碼組件、蓋板二次定位組件、二次定位組件、電芯上料組件、下料翻轉組件、壓板機構、雷射焊接機構、吸塵機構、以及貼膜機構，本發明可全自動地將實現動力電池的轉接片與頂蓋之間的自動雷射焊接等操作，整個過程為機器全自動操作，無須人工進行幹預，因此極大地降低了勞動強度以及生產成本、使工作效率顯著提高。

【附圖說明】

圖1是本發明的整體結構立體示意圖；

圖2是本發明的蓋板上料機構的結構示意圖；

圖3是本發明的蓋板刻碼組件的結構示意圖；

圖4是本發明的蓋板二次定位組件的結構示意圖；

圖5是本發明的電芯上料組件的結構示意圖；

圖6是本發明的壓板機構的結構示意圖；

圖7是本發明的雷射焊接機構的示意圖；

圖8是本發明的吸塵機構的結構示意圖；

圖9是本發明的貼膜機構的結構示意圖；

圖10是本發明的貼膜機構的另一結構示意圖；

圖11是本發明的下料翻轉組件的結構示意圖。

【具體實施方式】

下列實施例是對本發明的進一步解釋和補充，對本發明不會構成任何限制。

如圖1～圖11所示，本發明的一種動力電池雷射焊接設備包括：工作檯1，以及分別固定安裝在所述工作檯1上的蓋板上料機構100，蓋板刻碼組件200，蓋板二次定位組件300，電芯上料組件400，下料翻轉組件500，壓板機構600，雷射焊接機構700，吸塵機構800，貼膜機構900，以及可轉動地設於所述工作檯上的轉盤2。所述轉盤2的周向上間隔設置有多個臨時放置壓板用的壓板中轉座3及相對設置在各壓板中轉座3外側並用於將電芯及蓋板定位的多個焊接夾具4。

如圖1,圖2所示，所述蓋板上料機構100設置在所述工作檯1的入料口處，其用於為本發明的自動焊接設備自動上電池蓋板，具體地，所述蓋板上料機構100包括：一對支撐座101，所述一對支撐座101分別對稱地設於所述工作檯前端兩側，所述支撐座101頂部安裝有上料支架102，所述上料支架102上安裝有至少一個可沿x軸左右移動並可在相鄰兩個料盤抓取或放置電池蓋板的第一機械手103，以及至少一個可沿y軸前後移動並用於將料盤中的電池蓋板抓取至蓋板刻碼組件400的第二機械手104。所述上料支架102下部的長度方向上並排設置有至少兩條第一垂直滑軌105，所述第一垂直滑軌105的兩側設有至少兩條第二垂直滑軌106。所述第一垂直滑軌105及第二垂直滑軌106上可滑動地裝置有用於驅動第一垂直滑軌105及第二垂直滑軌106上下升降用的升降機構107。所述上料支架102底部設有將抓取完電池蓋板的空蓋板吸塑盤由第一垂直滑軌105轉移至第二垂直滑軌106用的蓋板吸塑盤轉移機構109。所述至少兩條第一垂直滑軌103上可上下滑動地安裝有多個蓋板吸塑盤108，所述第一垂直滑軌103上的蓋板吸塑盤108內裝有電池蓋板，當第一機械手103抓取完電第一垂直滑軌103最上層蓋板吸塑盤中的電池蓋板後，則通過蓋板吸塑盤轉移機構109將該蓋板吸塑盤轉移至第二垂直滑軌106重新進行填料。

如圖3所示，所述蓋板刻碼組件200設置在所述工作檯1上，其用於對電池蓋板進行讀碼、刻碼及顏色感應器對頂蓋來料進行正反識別。具體地，所述蓋板刻碼組件200包括：刻碼轉盤201，分別設於所述刻碼轉盤201周邊的掃碼槍202、抽塵管203、顏色感應模塊204、打標機205、第一支架206、第二支架207、不良品流水線208、滑動安裝在不良品流水線上的不良品料盤209、以及將不良品蓋板由刻碼轉盤抓取至不良品料盤209輸出用的第三機械手210。其中，所述刻碼轉盤201可轉動地安裝在工作檯1上且位於蓋板上料機構100和蓋板二次定位組件300之間，所述刻碼轉盤201的周向上間隔設置有多個將來料電池蓋板定位以供刻碼的定位夾具2011，所述抽塵管203和顏色感應模塊204分別安裝在第一支架209上且位於刻碼轉盤201上方，所述抽塵管203與外部的空氣淨化器連接，用於將刻碼所產生的粉塵通過外部的煙霧淨化器排出。所述顏色感應模塊204用於對頂蓋來料進行正反識別，不合格的產品直接進入不良品料盤209。所述掃碼槍202則安裝在第二支架210上。

如圖4所示，所述蓋板二次定位組件300設置在所述工作檯1上且位於轉盤及蓋板刻碼組件200之間，其用於對刻碼完成後的電池蓋板進行二次定位，具體地，所述蓋板二次定位組件300包括：蓋板二次定位夾具301，第四機械手，以及302第五機械手303。其中，所述蓋板二次定位夾具301設於工作檯1上且位於轉盤2和刻碼轉盤201之間。所述第四機械手302設於所述蓋板二次定位夾具左右兩側，其用於將電池蓋板由蓋板刻碼組件的定位夾具2011取出並旋轉水平放置在蓋板二次定位夾具301中進行二次定位，所述第五機械手303用於將二次定位後的電池蓋板夾取並放置在所述焊接夾具4中。

如圖5所示，所述電芯上料組件400設於所述工作檯1長度方向一側，其用於自動上電芯，具體地，所述電芯上料組件400包括：電芯來料流水線401，電芯二次定位夾具402，第六機械手403，及第七機械手404，其中，所述電芯來料流水線401設於工作檯長度方向一側，其用於自動上電芯。所述電芯二次定位夾具402設於工作檯上且位於電芯來料流水線401內側，其用於將來料的電芯進行二次定位，所述第六機械手設置在電芯二次定位夾具403一側，其用於將電芯由電芯來料流水線401抓取至電芯二次定位夾具402進行二次定位，所述第七機械手404設置在電芯二次定位夾具403另一側，其用於將電芯由二次定位夾具402中取出並放置在所述焊接夾具4中。

如圖6所示，所述壓板機構600設於所述工作檯1長度方向上且與所述電芯上料組件400相向一側，其用於自動上壓板或自動下壓板，具體地，所述壓板機構600包括：設於工作檯1上的支撐座601，設於所述工作檯1底部並驅動所述支撐座601上下升降用的第一驅動氣缸602，安裝在所述支撐座601頂部的壓板安裝塊603，以及插接在所述支撐塊602兩端的連接柱604，所述壓板活動且層疊地安裝在所述連接柱604上，所述支撐座601一側設有用於將壓板由壓板機構吸附至焊接夾具中的電池蓋板上方或將電池蓋板上方的壓板取出並放置在所述焊接夾具的壓板中轉座3中的第八機械手605，所述第八機械手605活動端的端部還設有用於吸附壓板用的電磁鐵606，當電芯上料並由機械後抓取至壓板工位時，第一驅動氣缸602向上驅動支撐座向上彈起，使電磁鐵606吸附到位於最上方的壓板並將該壓板抓取放置待焊接電池蓋板的上方，待焊接完成後，則通過機械手將壓板抓取並放置焊接夾具4的壓板中轉座3中。

如圖7所示，所述雷射焊接機構700設置在所述轉盤的周邊，其用於通過連續雷射將銅片和/或鋁片焊接到蓋板對應極柱內表面上，具體地，所述雷射焊接機構700包括：設於所述工作檯1上的三軸平移臺701、分別固定安裝在所述三軸平移臺701上的同軸吸塵管702、雷射測距傳感器703和雷射焊接頭704、以及設於所述三軸平移臺701下部並用於將電池蓋板壓緊以供焊接的焊接下壓機構705，所述同軸吸塵管702與外部的煙霧淨化器相連接，所述雷射焊接頭用於對電池頂蓋及銅片和/或鋁片轉接片進行雷射焊接，所述煙霧淨化器用於將焊接所產生的粉塵通過煙霧淨化器排出，所述雷射測距傳感器703用於檢測焊接的位置。

如圖8所示，所述吸塵機構800設置在所述轉盤的周邊，其用於吸取雷射焊接後所產生的粉塵和/或飛濺，並將吸收的粉塵和/或飛濺通過外接的煙霧淨化器排出。具體地，所述吸塵機構800包括：除塵升降機構801、除塵罩802及除塵管接口803，所述除塵升降機構801包括支撐座8011、導軌安裝座8012、氣缸安裝板8013、第二驅動氣缸8014、導軌8015、連接板8016、底板8017、一對側板8018、支撐板8019及除塵罩安裝板8020，其中，所述支撐座8011安裝在工作檯1上，所述支撐座8011頂部分別依次固定安裝有導軌安裝座8012和氣缸安裝板8013，所述第二驅動氣缸8014固定安裝在氣缸安裝板8013上，所述導軌8015則安裝在導軌安裝座8012上，所述連接板8016分別與所述第二驅動氣缸8014、導軌8015及底板8017相連接，並可使所述連接板8016在第二驅動氣缸8014的驅動下沿導軌8015上下滑動，所述連接板的另一面上分別固定連接有支撐板8019、一對側板8018及除塵罩安裝板8020，所述除塵罩802固定安裝在除塵罩安裝板8020下部，所述除塵管接口803分別設於除塵罩頂部兩側，除塵管接口803與外部的煙霧淨化器相連接。

如圖9、圖10所示，所述貼膜機構900設置在所述工作檯1的周邊，其用於在銅片和/或鋁片的雷射焊接表面貼保護膠帶，具體地，所述貼膜機構900包括：設於工作檯上的支撐座901，設於所述支撐座901前側的在銅片和/或鋁片的雷射焊接表面貼保護膠帶的貼膜裝置902，分別設於支撐座901後側用於將膠帶拉伸的拉膜裝置903、用於將膠帶壓緊以供切割的壓緊裝置904以及用於將壓緊後的膠帶切斷的剪切裝置905，貼膠時，首先將貼摸置於銅片和/或鋁片上，並通過拉膜裝置903將貼摸拉伸，並由壓緊裝置904壓緊，最後通過剪切裝置905切斷。

如圖11所示，所述下料翻轉組件500，其用於將焊接完成後的電芯極耳翻折並下料，具體地，所述下料翻轉組件500包括：電芯下料工作檯501，設於所述電芯下料工作檯501外側用於將電芯輸出的電芯下料流水線502，分別設於所述電芯下料工作檯501上並用於將焊接完成的電芯極耳翻折的極耳摺疊夾具503，以及設於極耳摺疊夾具503一側並與其配合將摺疊後的電芯輸出至下料流水線502的第九機械手504。

以上實施例對本發明進行了揭示，但是本發明的範圍並不局限於此，在不偏離本發明構思的條件下，以上各構件可用所屬技術領域人員了解的相似或等同元件來替換。