CN107681066B - 一种电芯入壳的生产工艺及生产设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电芯入壳的生产设备，包括：治具组件，所述治具组件设有用于固定铝壳下端的装夹机构和用于吸附铝壳的两侧而使铝壳的上端张开的吸附机构；入壳组件，所述入壳组件可夹取电芯，其上设有检测机构，以将电芯与铝壳对齐并将电芯压入铝壳内。还公开了一种入壳的生产工艺，包括S1，铝壳准备和电芯准备；S2，使电芯与铝壳对齐；S3，部分入壳；S4，校正；S5，完全入壳。该电芯入壳设备通过吸附机构使铝壳上端张开，从而解决铝壳上端发生形变的影响，以便电芯顺利入壳，同时，入壳组件可通过检测机构检测调整电芯，使之与铝壳对齐，改善入壳质量；该生产工艺则可以保证电芯顺利的压入铝壳，不被损坏，加工质量高，实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及电池自动化生产技术领域，具体涉及一种用于将电芯装入铝壳的加工设备及使用该设备的生产工艺。
背景技术
一种汽车动力电池，包括电芯、设于电芯上端的顶盖和包裹电芯的铝壳，生产过程中，先将顶盖焊接于电芯上端，再整体压入铝壳内，并将顶盖与铝壳焊接固定。其中，铝壳与电芯之间采用间隙配合，而顶盖与铝壳之间采用过渡或过盈配合，因此，电芯及顶盖的压入必须通过机械加工完成。传统的生产设备及生产工艺中，采用卧式入壳，四周的受力不均，电芯与铝壳再入壳时会摩擦而损坏电芯或电芯表层的包装膜；同时，卧式入壳设置有导向机构，该导向机构由四瓣形成，采用等比例的张开，不能应对电池长宽尺寸公差不规则性的变化；其次，入壳与预焊是分开的两个机台，顶盖与铝壳是过渡配合，完全入壳后存在反弹或过入的问题，因此采用两次入壳，即在预焊时才完成全部入壳，生产效率低；并且传统的设备，购置成本和隐性成本高。另外还有采用机械手作为动作部件的设备，该设备亦存在诸多不足，第一，容易因电芯与铝壳未完全对正而在压入过程中使电芯受损；第二，铝壳上端的开口处受材料及结构影响，通常会向内侧发生一定的形变，因此，忽略此问题而直接压入电芯，会损坏电芯，且难于将电芯压入；第三，取料机械手工作一段时间后，容易产生偏差量，而使取料及压入位置产生误差，而使电芯受损。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种设置有固定铝壳的治具组件和夹取电芯的入壳组件的电芯入壳生产设备及生产工艺，治具组件上设置可使铝壳上端张开的吸附机构，入壳组件上设置检测机构来保证电芯与铝壳对齐，入壳更准确，解决了铝壳上端发生形变的影响，加工质量高，实用性强。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种电芯入壳的生产设备，包括：
治具组件，所述治具组件设有用于固定铝壳下端的装夹机构和用于吸附铝壳的两侧而使铝壳的上端张开的吸附机构；
入壳组件，所述入壳组件可夹取电芯，其上设有检测机构，以通过检测机构将电芯与铝壳对齐并将电芯压入铝壳内。
优选的，所述入壳组件包括一取料夹，所述取料夹安装于一六轴机械手上，以配合检测机构而使电芯与铝壳对齐。
优选的，所述取料夹上设有一对侧面夹爪，所述侧面夹爪用于夹取电芯的上段部分，以将电芯下段部分压入铝壳；取料夹上相对于侧面夹爪的另两侧设有一对侧边夹爪，所述侧边夹爪用于夹持电芯上端的顶盖，并将电芯的上段部分压入铝壳内。
优选的，所述取料夹上对应顶盖设置有若干真空吸盘，以配合侧边夹爪夹持、固定顶盖。
优选的，所述检测机构包括用于检测倾斜度的激光测距传感器和用于检测几何中心点的CCD。
优选的，所述治具组件设有一底板，底板上设有相邻的两定位块，两定位块分别用于铝壳上相邻的两侧壁的定位，底板上对应两定位块可活动地设置有两夹持板，以夹持固定铝壳的下端，所述定位块和夹持板形成所述装夹机构。
一种应用上述电芯入壳的生产设备的生产工艺，包括以下步骤：
S1，铝壳准备和电芯准备，将铝壳固定于治具组件上，并将电芯夹取至铝壳上方；
S2，对齐，通过检测机构检测而使电芯与铝壳对齐；
S3，部分入壳，将电芯的下段部分推入铝壳内；
S4，校正，通过检测机构检测电芯相对于铝壳是否倾斜；
S5，完全入壳。
其中，在步骤S2之前，通过吸附机构从铝壳的两长边方向拉开铝壳上端，从而克服铝壳上端的开口处因材料及结构影响而向内侧发生的形变的影响。由于铝壳的壁厚较薄，因此步骤S2的对齐，是通过CCD和激光测距传感器沿铝壳侧壁扫射一圈而检测出铝壳上端的中心点及倾斜度，之后再调整六轴机械手使电芯对齐铝壳。在步骤S3中，通过六轴机械手使电芯的下端面相对于铝壳的上端面倾斜，而使其一角先进入铝壳，再对正、入壳。而由于顶盖的尺寸较铝壳侧壁更大，因而步骤S4中，激光测距传感器只需于顶盖的四角进行定点检测即可，不需扫射一圈。
本发明的有益效果是：该电芯入壳设备通过装夹机构固定铝壳，再通过吸附机构使铝壳上端张开，从而解决铝壳上端发生形变的影响，以便电芯顺利入壳，同时，入壳组件可通过检测机构检测调整电芯，使之与铝壳对齐，改善入壳质量；该电芯入壳的生产工艺，则可以保证电芯顺利的压入铝壳，不被损坏，加工质量高，实用性强。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中取料夹的轴测示意图；
图3是本发明中取料夹的正视图；
图4是图3中A区域的放大示意图；
图5是本发明中治具组件的结构示意图；
图6是本发明的治具组件中装夹机构的正视图；
图7是本发明对接焊接工位的整体结构示意图。
具体实施方式
参照图1～图7，本发明提供一种电芯入壳的生产设备，其包括：
治具组件1，所述治具组件1设有用于固定铝壳下端的装夹机构和用于吸附铝壳的两侧而使铝壳的上端张开的吸附机构；
入壳组件，所述入壳组件可夹取电芯，其上设有检测机构，以通过检测机构将电芯与铝壳对齐并将电芯压入铝壳内。
如图所示，所述入壳组件包括一取料夹2，所述取料夹2安装于一六轴机械手3上，以配合检测机构而使电芯与铝壳对齐。所述取料夹2上设有一对侧面夹爪201，所述侧面夹爪201对应电芯的两长边设置，用于从两侧面夹取电芯的上段部分，以将电芯下段部分压入铝壳；取料夹2上相对于侧面夹爪201的另两侧设有一对侧边夹爪202，所述侧边夹爪202对应电芯的短边设置，用于夹持电芯上端的顶盖，并将电芯的上段部分压入铝壳内。具体的，取料夹2上垂直并堆叠安装有两双向气缸，两侧边夹爪202对称安装于位于上端的双向气缸的两端，两侧面夹爪201对称安装于位于下端的双向气缸的两端。这样，侧面夹爪201夹取电芯及将电芯的下段压入铝壳内时，力臂较短，夹持更稳定，而侧边夹爪202只需夹持顶盖而将电芯的上段部分压入铝壳内，力臂较长也不会影响稳定性，故而此种结构设计更合理。由于顶盖上端面的两端上凸设有对接外部的接线柱，因此，侧边夹爪202上成型有与之相配的夹持面205，通过从接线柱的两外侧面进行夹持，但由于该接线柱的侧面不高，为了加强侧边夹爪202的夹持稳固性，取料夹2上对应顶盖还设置有两真空吸盘，以配合侧边夹爪202夹持、固定顶盖，另外侧边夹爪202的下端则贴合顶盖的上表面。而侧面夹爪201设置一与电芯侧面相配的、尺寸较大的装夹面，以保证足够的抓取力，同时在该装夹面上设置防滑层，该防滑层可设置为橡胶层或硅胶层，亦或木材层、泡塑层等，既可在夹持电芯的时候防滑，也可保护电芯表面的包装膜。所述检测机构包括用于检测倾斜度、深度的激光测距传感器204和用于检测几何中心点的CCD203，本实施例中，在取料夹2的一角设置激光测距传感器204，在另一对角设置一CCD203，激光测距传感器204和CCD203连接有适配的处理器，以计算出测试面的倾斜度和几何中心点，激光测距传感器204和CCD203及其处理器连接六轴机械手3的控制系统，以使机械手根据检测机构的检测结果调整取料夹2的位置，使电芯与铝壳对齐。
如图所示，所述治具组件1设有一底板101，底板101上设有相邻的两定位块104，两定位块104分别用于铝壳上相邻的两侧壁的定位，由于铝壳为立方体结构，因而两定位块104相互垂直、且端面竖直，以作定位基准。底板101上对应两定位块104可活动地设置有两夹持板105，以夹持固定铝壳。具体的，夹持板105包括夹紧块和固定块，其中固定块通过焊接或螺钉连接而固定于底板101上，夹紧块通过一滑杆而可活动地安装于固定块上，滑杆上设置弹簧，以保持夹紧块靠拢定位块104。装夹时，可设置驱动机构作用于夹紧块或滑杆上，而控制夹紧块远离定位块104，将铝壳放入，并紧靠两定位块104，之后通过夹紧块与弹簧夹紧，以此形成装夹机构。底板101上沿铝壳的短边方向设置一双向气缸，双向气缸的两端对称设置两悬臂103，悬臂103末端对应铝壳的上端设置真空吸盘，以用于在铝壳装夹之后，贴合铝壳的上端，再将之拉开，以此形成吸附机构。为了简化结构，本实施例中于定位块104和夹紧块上端设置楔形面，铝壳下压时，通过楔形面而装夹进入。
考虑到电芯压入铝壳后，其顶盖与铝壳为过盈配合，取料夹2直接松开的话，电芯可能会反弹出去，为此，底板101上对应顶盖的最终入壳位置对称设置四个定位夹爪102，定位夹爪102的上端延伸设置有定位柱，定位柱的下端面为平面，以抵接顶盖的上端面，定位夹爪102于定位柱下端成型有与铝壳侧壁相配的竖直面。同时，底板101上对应铝壳的上端设置一视角水平的CCD，以检测顶盖与铝壳上端的距离。与该CCD相对应的，本实施例中，侧边夹爪202的下端面与顶盖保持平齐地向外侧延伸出顶盖的上表面，这样，在侧边夹爪202将电芯及顶盖压入铝壳时，在顶盖与铝壳平齐（设定的入壳终态）时，侧边夹爪202会与铝壳产生干涉，而避免将顶盖继续下压，防止过入的发生，保护电芯，提高生产质量。
本发明中，治具组件1还对应设置有一上料机械手4，以进行铝壳的上料，同时还设置结构相同、分别用于铝壳和电芯的送料装置。该送料装置的出料端设置有两个CCD，两CCD沿输送方向错位设置，以识别铝壳或电芯的长边或宽边的中心点，而其另一方向的中心点落于送料装置的送料轨道的中分线上，通过此计算定位而实现上料机械手4和取料夹2的精准取料。此外，也可在上料机械手4上设置CCD而进行识别定位。本实施例中，CCD等检测结构通过信号线与机械手互通。并且在上料机械手4上设置离子风道，用于在吸取铝壳时，向铝壳内吹离子风以去除静电。由于铝壳有不同的规格，在铝壳上没有孔洞的时候，在上料机械手4上设置出风道和排风道，而在铝壳上有孔洞时，只需设置出风道。
进一步的，本发明可对接一焊接工位，为了实现对接，于底板101下端设置滑轨5，电芯完全入壳之后，在定位夹爪102的作用下，将整个底板101及其上设置的工作部件整体输送至焊接工位，焊接动作的具体执行可通过一焊接机器人6进行即可，此外还可设置防护罩加盖于顶盖上，仅露出顶盖上端周侧。为了高效生产，在一台电芯入壳设备上并列设置两个入壳加工位，即并列设置两治具组件1和两入壳组件，对应的则设有两个底板101，两底板101下端均设置滑轨，生产时，两入壳加工位循环进行焊接加工。
另外，本发明还提供一种应用上述的电芯入壳生产设备的生产工艺，其主要包括以下步骤：
S1，铝壳准备和电芯准备，将铝壳固定于治具组件1上，并将电芯夹取至铝壳上方；
S2，对齐，通过检测机构检测而使电芯与铝壳对齐；
S3，部分入壳，将电芯的下段部分推入铝壳内；
S4，校正，通过检测机构检测电芯相对于铝壳是否倾斜；
S5，完全入壳。
步骤S1中，铝壳的上料和电芯的上料可以同步进行，也可分开进行，如本实施例中，电芯的上料通过一六轴机械手3与取料夹2配合，铝壳的上料通过上料机械手4进行，实际生产过程中，铝壳和电芯的来料方向也均位于一侧，因此，本实施例中，为了避免各部件之间发生干涉，先进行铝壳上料，再进行电芯的取料。具体的，送料装置输送铝壳至预定位置，上料机械手4进行定点取料，再输送至底板101上进行装夹，之后上料机械手4移动开，为取料夹2及六轴机械手3让位，取料夹2通过侧面夹爪201进行取料。而在铝壳装夹之后，底板101上的真空吸盘吸附铝壳上端，使其张开，之后，再进行步骤S2。步骤S2中，由于铝壳侧壁较薄，因此通过CCD和激光测距传感器沿铝壳侧壁扫射一圈检测出铝壳上端的中心点及倾斜度，再调整六轴机械手3使电芯对齐铝壳。而在步骤S3中，通过六轴机械手3使电芯的下端面相对于铝壳的上端面倾斜，而使其一角先进入铝壳，再对正、入壳。在电芯部分入壳后，拉开铝壳的真空吸盘松开，同时，定位夹爪102向内移动并抵接电芯，避免电芯偏移，之后进行步骤S4的校正，校正过程进行顶盖的倾斜判定，由于顶盖的宽度较宽，不存在铝壳检测的识别不出来的问题，因此该校正的执行是通过激光测距传感器于顶盖的四角进行检测，该校正的同时，底板101上的CCD同时检测顶盖与铝壳上端的距离，避免下压过头。之后，六轴机械手3根据检测结果，使侧边夹爪202夹持顶盖部分，并使真空吸盘吸附固定进行角度调整，并将电芯完全压入铝壳，在侧边夹爪202夹持住顶盖时，定位夹爪102松开，再进行角度调整、电芯压入，完全压入之后，定位夹爪102移动，压接顶盖，避免顶盖弹出。之后底板101滑动至焊接工位，焊接时，先进行点焊，将铝壳与顶盖相对固定，再松开定位夹爪102进行侧边满焊。
综上所述，电芯入壳的生产工艺具体包括：首先，上料机械手4从送料装置上夹取铝壳，在搬运铝壳的同时吹离子风去除静电，再将铝壳压入定位块104和夹持板105之间，治具组件1上的真空吸盘将铝壳拉开；然后六轴机械手3通过取料夹2上的侧面夹爪201从送料装置上夹取电芯，再输送至铝壳上方，通过在铝壳上方扫射一圈，使激光测距传感器204检测铝壳四角的深度、CCD203检测铝壳上端的中心点，再根据计算出的铝壳的倾斜度，将电芯压入铝壳内，压入时，倾斜电芯，使其一角先进入铝壳，再对正压入；接着侧面夹爪201松开，同时定位夹爪102顶接电芯，激光测距传感器204检测顶盖的倾斜度、CCD203检测顶盖的中心点，再通过侧边夹爪202夹持顶盖，调整位置后，定位夹爪102松开，将电芯完全压入，之后，真空吸盘松开，使铝壳复位，定位夹爪102将顶盖压住。
本发明中采用六轴机械手3，配合激光测距找正倾斜面角度，CCD提取对中点，从而实现完美的柔性化装配，最小化可完全模拟人工装配，达到人工装配的效果，可以使铝壳和顶盖完全居中对齐，保证电芯四面入壳受力均匀，入壳顺利且质量高；同时入壳时不需要导向结构，从而电池长宽尺寸公差变化特性能够完全应对，满足尺寸要求。而按上述入壳步骤进行操作，电芯可顺利入壳，不会受到损伤而造成不良品，且生产效率高。
Claims (5)
1.一种电芯入壳的生产设备，其特征在于包括：
治具组件，所述治具组件设有用于固定铝壳下端的装夹机构和用于吸附铝壳的两侧而使铝壳的上端张开的吸附机构；
入壳组件，所述入壳组件可夹取电芯，其上设有检测机构，以通过检测机构将电芯与铝壳对齐并将电芯压入铝壳内；
所述入壳组件包括一取料夹，所述取料夹安装于一六轴机械手上，以配合检测机构而使电芯与铝壳对齐；
所述取料夹对应电芯的两长边设有一对侧面夹爪、对应电芯的两短边设置一对侧边夹爪，用于先通过所述侧面夹爪从电芯长边方向的两侧面夹取电芯的上段部分，将电芯下段部分压入铝壳；再通过所述侧边夹爪夹持电芯上端的顶盖，将电芯的上段部分压入铝壳内；顶盖上端面的两端上凸设有对接外部的接线柱，侧边夹爪上成型有与接线柱相配的夹持面，通过从接线柱的两外侧面进行夹持，同时所述取料夹上对应顶盖设置有若干真空吸盘，以配合侧边夹爪夹持、固定顶盖；
所述检测机构包括用于检测倾斜度的激光测距传感器和用于检测几何中心点的CCD，激光测距传感器设于取料夹的一角，CCD设于取料夹的另一对角。
2.如权利要求1所述的一种电芯入壳的生产设备，其特征在于，所述治具组件设有一底板，底板上设有相邻的两定位块，两定位块分别用于铝壳上相邻的两侧壁的定位，底板上对应两定位块可活动地设置有两夹持板，以夹持固定铝壳的下端，所述定位块和所述夹持板形成所述装夹机构。
3.一种应用权利要求1所述的电芯入壳的生产设备的电芯入壳的生产工艺，其特征在于包括以下步骤：
S1，铝壳准备和电芯准备，将铝壳固定于治具组件上，并将电芯夹取至铝壳上方；
S2，对齐，通过检测机构检测而使电芯与铝壳对齐；
S3，部分入壳，将电芯的下段部分推入铝壳内；
S4，校正，通过检测机构检测电芯相对于铝壳是否倾斜；
S5，完全入壳。
4.如权利要求3所述的一种电芯入壳的生产工艺，其特征在于，在步骤S2之前，通过吸附机构从铝壳的两长边方向拉开铝壳上端。
5.如权利要求3所述的一种电芯入壳的生产工艺，其特征在于，步骤S2中，通过CCD和激光测距传感器沿铝壳侧壁扫射一圈检测出铝壳上端的中心点及倾斜度，再调整六轴机械手使电芯对齐铝壳。
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