CN105215543B - 一种用于电池模组焊接的五维控制装置及方法 - Google Patents

一种用于电池模组焊接的五维控制装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于电池模组焊接的五维控制装置及方法，该装置包括基座以及设置在基座上的二维粗调导轨，二维粗调导轨上设置有可移动的三维细调导轨；三维细调导轨上设置有固定架，固定架上设置有主控制器，以及均与主控制器连接的视觉定位系统、压头、测高传感器和激光焊接头。本发明能够精确的定位每个待焊接的电池位置，解决了焊接误差的问题，提高了焊接准确度，并保证焊接时高度方向的一致性，提高了焊接的合格率及工作效率。

Description

一种用于电池模组焊接的五维控制装置及方法
技术领域
本发明涉及激光焊接领域，尤其涉及一种用于电池模组焊接的五维控制装置及方法。
背景技术
电池PACK主要是将单体电池通过连接片组合成大容量大电流的电池组组合，从而满足动力汽车和动力大巴的动力需要。因单体电池本身在制造过程中，存在外形，容量上的差异，以及电池和电池之间通过极片连接的一些具体问题。单个电池外形尺寸差异，导致电池组组合后平面焊接轨迹存在差异性，不能完全按图纸设计的要求去焊接，视觉定位系统的引入，解决了此类问题，通过每次焊接前预扫描一次，将单个电池焊接的轨迹精确的定位，不会引起焊接误差，导致焊接不良，也解决了人工每个定位效率低的问题。
手工或半自动焊接是依靠操作者肉眼的观察和手工的调节来实现对焊缝的跟踪。通常，机器的重复定位精度、编程和记忆能力等已能满足焊接的要求。然而，在很多情况下，工件及其装配的精度和一致性不易满足大型工件或大批量自动焊接生产的要求，其中还存在因过热而导致的应力和变形的影响。因此，一旦遇到这些情况，就需要有机器视觉技术，依靠机器的编程和记忆能力、工件及其装配的精度和一致性来保证焊枪能在工艺许可的精度范围内对准焊缝。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中人工焊接效率低，并且传统的激光焊接装置无法对电池位置进行精准定位的缺陷，提供一种焊接效率高，能够自动识别、定位电池位置的用于电池模组焊接的五维控制装置及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种用于电池模组焊接的五维控制装置，包括基座以及设置在所述基座上的二维粗调导轨，所述二维粗调导轨上设置有可移动的三维细调导轨；
所述三维细调导轨上设置有固定架，所述固定架上设置有主控制器，以及均与所述主控制器连接的视觉定位系统、压头、测高传感器和激光焊接头；
所述视觉定位系统用于采集并处理电池模组的图像，从图形中提取待焊接电池的位置坐标信息，并将其发送给所述主控制器；所述主控制器根据位置坐标信息来控制导轨移动，将所述激光焊接头送到待焊接的位置进行焊接。
所述测高传感器用于测量所述激光焊接头与电池接片的高度值，将获取的高度值发送给所述主控制器，所述主控制器根据高度值来控制导轨在垂直方向移动，调整所述激光焊接头的焊接高度。
所述二维粗调导轨包括X1轴导轨和Y1轴导轨，所述X1轴导轨水平间隔的设置于所述基座相对的两侧，所述X1轴导轨上设置有可以移动的支架，所述Y1轴导轨固定在所述支架上。
所述三维细调导轨包括Y轴导轨、X轴导轨和Z轴导轨，所述Y轴导轨可移动的设置在所述Y1轴导轨上，所述X轴导轨设置在所述Y轴导轨上并与其在水平方向上垂直，所述Z轴导轨设置在所述X轴导轨上并与其在竖直方向上垂直。
所述基座上设置有多个防护罩。
所述基座为铸铁材料。
所述X1轴导轨为同步双驱方式。
本发明还提供一种用于电池模组焊接的五维控制方法，包括以下步骤：
S1、待焊接的电池模组到达焊接位置后，视觉定位系统随着X1/Y轴导轨移动，扫描并采集电池模组的图像，对图像进行处理后得到待焊接的电池的平面轨迹坐标信息；
S2、视觉定位系统将得到的平面轨迹坐标信息发送给主控制器，主控制器根据待焊接电池的平面轨迹坐标信息，控制X1/Y1轴导轨移动到第一个待焊接的电池位置；
S3、主控制器控制压头推出，使电池与电池接片之间紧密贴合，并控制测高传感器检测电池接片与激光焊接头的高度值，并将其与预设好的基准值比较；
若高度值不等于基准值，主控制器控制Z轴导轨做出调整，使电池接片与激光焊接头的的高度值在焊接的允许范围内；
若高度值在基准值允许范围内，主控制器控制X/Y轴导轨按设定轨迹，完成一个电池的焊接过程；
S4、该电池焊接完成后，升起压头，主控制器按照平面轨迹坐标信息控制X1/Y1轴导轨移动到下一个待焊接的电池位置，重复步骤S3，直到整个电池模组全部焊接完成。
本发明产生的有益效果是：本发明的用于电池模组焊接的五维控制装置，通过视觉定位系统获取电池模组的图像，并处理得到电池的位置，主控制器控制五维联动轨道移动，将激光焊接头送到待焊接的位置进行焊接，能够精确的定位每个待焊接的电池位置，解决了焊接误差的问题，提高了焊接的准确度；通过测高传感器对高度值的测量，主控制器自动调整焊接时的高度，保证焊接时高度方向的一致性，提高了焊接的合格率；并且可以自动高效的对电池模组进行焊接，提高了工作效率。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的用于电池模组焊接的五维控制装置的结构示意图；
图2是发明实施例的用于电池模组焊接的五维控制方法的流程图；
图中1-基座，2-支架，3-固定架，4-主控制器，5-视觉定位系统，6-压头，7-测高传感器，8-激光焊接头，9-X1轴导轨，10-Y1轴导轨，11-Y轴导轨，12-X轴导轨，13-Z轴导轨，14-防护罩。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例的用于电池模组焊接的五维控制装置，包括基座1，基座1为铸铁材料，以及设置在基座1上的二维粗调导轨，二维粗调导轨上设置有可移动的三维细调导轨；三维细调导轨上设置有固定架3，固定架3上设置有主控制器4，以及均与主控制器4连接的视觉定位系统5、压头6、测高传感器7和激光焊接头8。
二维粗调导轨包括X1轴导轨9和Y1轴导轨10，X1轴导轨9水平间隔的设置于基座1相对的两侧，X1轴导轨9上设置有可以移动的支架2，Y1轴导轨10固定在支架2上。
三维细调导轨包括Y轴导轨11、X轴导轨12和Z轴导轨13，Y轴导轨11可移动的设置在Y1轴导轨10上，X轴导轨12设置在Y轴导轨11上并与其在水平方向上垂直，Z轴导轨13设置在X轴导轨12上并与其在竖直方向上垂直。
基座1上还设置有多个防护罩14；X1轴导轨9为同步双驱方式。
视觉定位系统5用于采集并处理电池模组的图像，将得到的电池模组平面轨迹坐标信息发送给主控制器4，主控制器4根据坐标来控制导轨移动，将激光焊接头8送到待焊接的位置进行焊接。测高传感器7用于测量激光焊接头8到电池接片的高度值，将得到的高度值发送给主控制器4，主控制器4根据高度值来控制Z轴导轨13移动，调整激光焊接头8的焊接高度。
待焊接的电池模组经传送线送到焊接位置，因单个电池的外形存在误差，导致电池模组的中每个电池的位置与实际位置存在差异，为了确定准确的焊接轨迹，系统中采用视觉定位系统5；焊接电池前，X1/Y轴导轨运动系统带着视觉定位系统5中的视觉传感器全范围扫描一次电池模组的位置，然后采集到的图像通过视觉定位系统5的软件处理，产生需要焊接的平面轨迹坐标信息；当平面轨迹坐标信息传送到主控制器4后，主控制器4开始进入焊接过程。
X1/ Y1轴导轨先运行到第一个待焊接的位置，然后将通过气缸将压头6推出，使电池接片和电池之间紧密贴合。由于单个电池在包装和组合的过程高度方向也存在误差，会导致电池之间高低不停，如不能处理高度不均的问题，会导致电池连接片焊接不合格，导电性不好的问题，系统中采取了高度测量和补偿的方法；当压头6压紧电池接片和电池后，测高传感器7开始检测电池接片和激光焊接头8的高度值，并和预设好的基准值做比较；当高度值超出焊接范围时，测高传感器7输出的信号经过主控制器4处理后，带动Z轴导轨13自动做出调整，保证激光焊接头8和电池接片之间的高度值在可以焊接的范围之类，然后X/Y轴导轨在主控制器4的指令下，按与设定轨迹完成一个电池的焊接过程。焊接完成后，压头6抬起，X1/ Y1轴导轨运动到下一个电池的位置，重复以上焊接的过程，直至整个电池组焊接完毕。
如图2所示，本发明实施例的用于电池模组焊接的五维控制方法，包括以下步骤：
S1、待焊接的电池模组到达焊接位置后，视觉定位系统随着X1/Y轴导轨移动，扫描并采集电池模组的图像，对图像进行处理后得到待焊接的电池的平面轨迹坐标信息；
S2、视觉定位系统将得到的平面轨迹坐标信息发送给主控制器，主控制器根据待焊接电池的平面轨迹坐标信息，控制X1/Y1轴导轨移动到第一个待焊接的电池位置；
S3、主控制器控制压头推出，使电池与电池接片之间紧密贴合，并控制测高传感器检测电池接片与激光焊接头的高度值，并将其与预设好的基准值比较；
若高度值不等于基准值，主控制器控制Z轴导轨做出调整，使电池接片与激光焊接头的的高度值在焊接的允许范围内；
若高度值在基准值允许范围内，主控制器控制X/Y轴导轨按设定轨迹，完成一个电池的焊接过程；
S4、该电池焊接完成后，升起压头，主控制器按照平面轨迹坐标信息控制X1/Y1轴导轨移动到下一个待焊接的电池位置，重复步骤S3，直到整个电池模组全部焊接完成。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于电池模组焊接的五维控制方法，其特征在于，该方法通过五维控制装置实现，所述五维控制装置包括基座（1）以及设置在所述基座（1）上的二维粗调导轨，所述二维粗调导轨上设置有可移动的三维细调导轨；
所述三维细调导轨上设置有固定架（3），所述固定架（3）上设置有主控制器（4），以及均与所述主控制器（4）连接的视觉定位系统（5）、压头（6）、测高传感器（7）和激光焊接头（8）；
所述视觉定位系统（5）用于采集并处理电池模组的图像，从图像中提取待焊接电池的位置坐标信息，并将其发送给所述主控制器（4）；所述主控制器（4）根据位置坐标信息来控制导轨移动，将所述激光焊接头（8）送到待焊接的位置进行焊接；
所述测高传感器（7）用于测量所述激光焊接头（8）到电池接片的高度值，将获取的高度值发送给所述主控制器（4），所述主控制器（4）根据高度值来控制导轨在垂直方向移动，调整所述激光焊接头（8）的焊接高度；
所述二维粗调导轨包括X1轴导轨（9）和Y1轴导轨（10），所述X1轴导轨（9）水平间隔的设置于所述基座（1）相对的两侧，所述X1轴导轨（9）上设置有可以移动的支架（2），所述Y1轴导轨（10）固定在所述支架（2）上；
所述三维细调导轨包括Y轴导轨（11）、X轴导轨（12）和Z轴导轨（13），所述Y轴导轨（11）可移动的设置在所述Y1轴导轨（10）上，所述X轴导轨（12）设置在所述Y轴导轨（11）上并与其在水平方向上垂直，所述Z轴导轨（13）设置在所述X轴导轨（12）上并与其在竖直方向上垂直；
该方法包括以下步骤：
S1、待焊接的电池模组到达焊接位置后，视觉定位系统随着X1/Y轴导轨移动，扫描并采集电池模组的图像，对图像进行处理后得到待焊接的电池的平面轨迹坐标信息；
S2、视觉定位系统将得到的平面轨迹坐标信息发送给主控制器，主控制器根据待焊接电池的平面轨迹坐标信息，控制X1/Y1轴导轨移动到第一个待焊接的电池位置；
S3、主控制器控制压头推出，使电池与电池接片之间紧密贴合，并控制测高传感器检测电池接片到激光焊接头的高度值，并将其与预设好的基准值比较；
若高度值不在基准值允许范围内，主控制器控制Z轴导轨做出调整，使电池接片与激光焊接头的的高度值在焊接的允许范围内；
若高度值在基准值允许范围内，主控制器控制X/Y轴导轨按设定轨迹，完成一个电池的焊接过程；
S4、该电池焊接完成后，升起压头，主控制器按照平面轨迹坐标信息控制X1/Y1轴导轨移动到下一个待焊接的电池位置，重复步骤S3，直到整个电池模组全部焊接完成。
2.根据权利要求1所述的用于电池模组焊接的五维控制方法，其特征在于，所述基座（1）上设置有多个防护罩（14）。
3.根据权利要求1所述的用于电池模组焊接的五维控制方法，其特征在于，所述基座（1）为铸铁材料。
4.根据权利要求1所述的用于电池模组焊接的五维控制方法，其特征在于，所述X1轴导轨（9）为同步双驱方式。
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GR01 Patent grant
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Denomination of invention: Five-dimensional control device and method for welding cell module

Effective date of registration: 20180817

Granted publication date: 20170822

Pledgee: China Merchants Bank Limited by Share Ltd. Wuhan branch

Pledgor: WUHAN YIFI LASER EQUIPMENT Co.,Ltd.

Registration number: 2018420000040

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Date of cancellation: 20191218

Granted publication date: 20170822

Pledgee: China Merchants Bank Limited by Share Ltd. Wuhan branch

Pledgor: WUHAN YIFI LASER EQUIPMENT Co.,Ltd.

Registration number: 2018420000040

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Denomination of invention: Five-dimensional control device and method for welding cell module

Effective date of registration: 20200106

Granted publication date: 20170822

Pledgee: China Merchants Bank Limited by Share Ltd. Wuhan branch

Pledgor: WUHAN YIFI LASER EQUIPMENT Co.,Ltd.

Registration number: Y2020980000002

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CP03 Change of name, title or address
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Address after: 430000 Guandong science and Technology Industrial Park, Donghu Development Zone, Wuhan City, Hubei Province

Patentee after: Wuhan Yifei laser Co.,Ltd.

Address before: 430074 building 3, Dingxin Industrial Park, Jiayuan Road, Wuhan Donghu hi tech Development Zone, Wuhan City, Hubei Province

Patentee before: WUHAN YIFI LASER EQUIPMENT Co.,Ltd.

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Date of cancellation: 20210812

Granted publication date: 20170822

Pledgee: China Merchants Bank Limited by Share Ltd. Wuhan branch

Pledgor: WUHAN YIFI LASER EQUIPMENT Co.,Ltd.

Registration number: Y2020980000002

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Denomination of invention: A five-dimensional control device and method for battery module welding

Effective date of registration: 20210827

Granted publication date: 20170822

Pledgee: China Merchants Bank Limited by Share Ltd. Wuhan branch

Pledgor: Wuhan Yifei laser Co.,Ltd.

Registration number: Y2021420000081

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Date of cancellation: 20230424

Granted publication date: 20170822

Pledgee: China Merchants Bank Limited by Share Ltd. Wuhan branch

Pledgor: Wuhan Yifei laser Co.,Ltd.

Registration number: Y2021420000081

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Denomination of invention: A Five Dimensional Control Device and Method for Welding Battery Modules

Effective date of registration: 20230425

Granted publication date: 20170822

Pledgee: China Merchants Bank Limited by Share Ltd. Wuhan branch

Pledgor: Wuhan Yifei laser Co.,Ltd.

Registration number: Y2023420000183

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Granted publication date: 20170822

Pledgee: China Merchants Bank Limited by Share Ltd. Wuhan branch

Pledgor: Wuhan Yifei laser Co.,Ltd.

Registration number: Y2023420000183

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Denomination of invention: A five dimensional control device and method for welding battery modules

Granted publication date: 20170822

Pledgee: China Merchants Bank Limited by Share Ltd. Wuhan branch

Pledgor: Wuhan Yifei laser Co.,Ltd.

Registration number: Y2024980034638

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