CN108615926B - 电芯模组及侧面板贴紧装置及电芯模组侧面板焊接机器人 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了电芯模组及侧面板贴紧装置及电芯模组侧面板焊接机器人，电芯模组及侧面板贴紧装置，至少包括用于承载电芯模组的基座、长面板固定装置和端面板固定装置，它们配合实现长面板、端面板及电芯模组中两两之间的定位贴紧。本方案本方案设计精巧，结构简单，通过多种固定结构相配合，能够使长面板、端面板及电芯模组两两之间准确的定位和贴紧，从而保证了它们之间位置的精确性，进而为后续焊接创造了条件，有利于提高焊接的精度，避免虚焊及框架变形情况的产生，能够有效的改善焊接质量及保证产品的一致性。

Description

电芯模组及侧面板贴紧装置及电芯模组侧面板焊接机器人

技术领域

本发明涉及电芯模组加工设备领域，尤其是电芯模组及侧面板贴紧装置及电芯模组侧面板焊接机器人。

背景技术

在新能源电池包制作过程中，通常是将多个电芯组装成电芯模组并通过侧面板（包括两侧的长面板及两端的端面板）实现整体结构的固定，目前最普遍的方式是通过焊接的方式实现侧面板与电芯模组的连接。

在焊接前，需要先使两侧的长面板及两端的端面板与电芯模组的端面及侧面位置对应以及使长面板与端面板位置对应贴紧，以保证焊接位置的精度，然而现有的位置匹配过程主要靠人手动实现，人工操作的效率低，且受人为因素影响大，易出现侧面板与电芯模组之间存在位置偏移的情况，从而造成后续焊接时的焊接精度受到影响，易出现虚焊等情况，并且也易导致最终焊接成的框架变形，影响最终产品的结构稳定性，同时无法保证最终产品的一致性。

另外，传统的焊接工艺以电阻焊为主，在电阻焊接的过程中，有几个对焊接质量至关重要的因素：焊接放电电压、焊接压力、焊接头的焊针，现有的焊接过程中基本上都没有进行检测和管控。

现有的电阻焊的焊机的焊接电压、焊接电流，没有反馈监控，且焊接头普遍采用压缩弹簧，弹簧的压缩量和弹失效没有管控；焊接的压力不稳定，漏焊、错焊无监控，或者只能线下人工检验，软件编程繁琐，效率低下。

并且，在电芯模组电阻焊过程中影响电阻焊焊接质量的关键因素就是焊针的表面质量，包括焊接的磨损和清洁，电阻焊的焊接过程中，两种被焊物体之间会瞬间产生高温熔化，熔化的物质会粘在焊针上，特别是在大批量连续焊接的情况下，焊针表面会慢慢被熔融状态的焊接物质所覆盖，同时也会粘上脏污，焊接头焊接磨损，赃物或者粘有异物，导致焊接不良，甚至虚焊。

同时，现有的电芯模组焊接过程中都采用输入焊点的坐标进行焊接，由于电芯模组上的焊点很多，如果按坐标输入，编程比较复杂，而且容易出错。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种侧面板贴紧装置及电芯模组侧面板焊接机器人。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

电芯模组及侧面板贴紧装置，至少包括用于承载电芯模组的基座、长面板固定装置和端面板固定装置，它们配合实现长面板、端面板及电芯模组中两两之间的定位贴紧。

优选的，所述的电芯模组及侧面板贴紧装置中，所述基座包括一组间隙可自适应调整的支撑块，一组所述支撑块的顶面平齐且形成有一凹槽。

优选的，所述的电芯模组及侧面板贴紧装置中，所述长面板固定装置至少包括位置固定的第一端固定机构及可沿第一方向往复移动的第二端固定机构，所述第一端固定机构和第二端固定机构的压块可沿第二方向往复移动且枢轴连接一沿第一方向延伸的轴上。

优选的，所述的电芯模组及侧面板贴紧装置中，所述长面板固定装置还包括至少可进行第三方向移动的一组下压伸缩杆，所述下压伸缩杆的位置与两个长面板的短分支位置对应。

优选的，所述的电芯模组及侧面板贴紧装置中，所述端面板固定装置包括

配合将端面板与电芯模组的端面紧贴的固定压块及可沿第一方向往复移动的活动压块；

配合使两个端面板纵向定位的一对可沿第一方向往复移动的夹爪。

优选的，所述的电芯模组及侧面板贴紧装置中，还包括配合使端面板的两侧面分别与长面板预贴紧的一对可沿第一方向往复移动的卡爪。

优选的，所述的电芯模组及侧面板贴紧装置中，所述基座、长面板固定装置和端面板固定装置设置于基板上，所述基板可绕一沿第三方向延伸的轴自转；所述基板的下方设置有一组滚珠式支撑柱，所述支撑柱上的滚珠与所述基板的底面接触且可相对其滚动。

电芯模组侧面板焊接机器人，包括上述任一的电芯模组及侧面板贴紧装置，还包括焊接装置。

优选的，所述的电芯模组侧面板焊接机器人中，所述电芯模组及侧面板贴紧装置为两个，并与一个位于它们之间的非接触式焊接装置配合工作。

优选的，所述的电芯模组侧面板焊接机器人中，所述焊接装置采用视觉定位确定待焊位置。

本发明技术方案的优点主要体现在：

本方案设计精巧，结构简单，通过多种固定结构相配合，能够使长面板、端面板及电芯模组两两之间准确的定位和贴紧，从而保证了它们之间位置的精确性，进而为后续焊接创造了条件，有利于提高焊接的精度，避免虚焊及框架变形情况的产生，能够有效的改善焊接质量及保证产品的一致性。

基座上的凹槽为夹爪的提供了作业空间，同时使夹爪的每个支爪能具有更厚的厚度，从而在夹持时能够提供充足的夹持力，改善夹持的可靠性和稳定性。

固定机构的压块可以自转，从而能够有效的适应长面板的表面，改善它们表面的契合度，提高贴合紧密性。

本方案的固定结构能够自转，从而能够为后续的激光焊接装置提供便利的焊接作业角度，同时能够有效的弥补6轴机器人的移动范围的限制，从而有效的实现一对二，甚至一对多的服务，以提高设备的集成度，另外，改善了应用的灵活性，有利于提高焊接节拍，进而提高焊接效率。

本方案的滚珠式支撑柱能够有效的为基板提供支撑，同时，滚珠可相对基板滚动，在提供支撑的同时，避免了对基板转动的阻碍，结构精巧。

本方案采用非接触的焊接方式，不需要考虑焊接电压、焊接压力、焊针等因素对焊接质量的不利影响，焊接过程容易控制，自动化程度高、焊接质量稳定且效率高。

本发明采用视觉定位能够有效的解决电阻焊的焊点按点输入导致编程困难，易漏焊点的问题，从而有效的保证了焊点定位的精度和充分性。

附图说明

图 1 是本发明的带侧面板的电芯模组的示意图；

图 2 是本发明的电芯模组及侧面板焊接贴紧装置的立体图；

图 3是本发明的电芯模组及侧面板焊接贴紧的俯视图;

图4是本发明的电芯模组及侧面板焊接贴紧装置的端视图；

图5是本发明的电芯模组及侧面板焊接贴紧装置隐去了旋转动力装置及、下压伸缩柱及驱动其移动的结构的侧视图；

图6是本发明的电芯模组及侧面板焊接贴紧装置的侧视图。

具体实施方式

本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

在方案的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。并且，在方案的描述中，以操作人员为参照，靠近操作者的方向为近端，远离操作者的方向为远端。

下面结合附图对本发明揭示的电芯模组及侧面板贴紧装置进行阐述，其用于进行如附图1所示的带侧面板10的电芯模组20的固定，所述侧面板10包括呈L形的长面板101、端面板102，所述长面板101的长分支1011贴合在所述电芯模组20的长侧面，其短分支1012贴合在所述电芯模组20的底面处，并且所长分支1011具有突出于短分支1012的突出部1013。

如附图2所示，所述电芯模组及侧面板贴紧装置至少包括用于放置电芯模组20的基座1、用于使两个长面板101与电芯模组的两个长侧面定位贴合的长面板固定装置2和用于将两个端面板102与所述电芯模组20的两个端面定位贴合的端面板固定装置3。

其中，如附图3、附图5所示，所述基座1包括一组顶面平齐的支撑块11，每个支撑块11的宽度与电芯宽度接近，且一组所述支撑块11保持间隙，从而能够使电芯模组20的每个电芯201能够与一个支撑块11的顶面对应，一组所述支撑块11可滑动地设置于两根沿第一方向X延伸且等高的轴13上，两根轴13贯穿一组所述支撑块11且它们的两端分别架设在一垫块14上，并且，相邻两个支撑块11之间及最外侧的两个支撑块11和垫块14之间设置有套装在所述轴13外周的弹簧（图中未示出），因此相邻两个支撑块11之间的间隙及支撑块11和垫块14之间的间隙可以调整，并且，一组所述支撑块11的顶面的中间位置形成有一凹槽12，所述凹槽12用于在后续通过下述的夹爪33夹持端面板102时提供操作空间。

如附图3，所述长面板固定装置2包括第一端固定机构21及可同步沿第一方向X往复移动的第二端固定机构22，其中第一端固定机构21包括两个位于所述基座1右侧的固定机构200，第二端固定机构22包括两个位于所述基座1左侧的两个固定机构200，四个所述固定机构200呈矩形分布在所述基座1长度方向的两侧。

详细来看，如附图4所示，每个固定机构200包括一支架2001，所述支架2001的上端设置有一气缸2002，所述气缸2002的伸缩轴可沿第二方向Y往复伸缩，所述气缸2002的伸缩轴上设置有一具有凹槽的连接件2003，所述连接件2003的凹槽中枢轴连接一与其内壁保持间隙的压块2004，与所述压块2004枢轴连接的轴2005沿第一方向X延伸，因此当压块2004与长面板101接触时，能够绕所述轴2005转动进行微调，从而压块2004的表面能够与长面板101的外表面自适应贴合。

如附图5所示，所述第二端固定机构22设置于驱动其沿第一方向移动的平移装置4上，所述平移装置4包括一沿第一方向X延伸且可转动地架设在支架上的丝杠41，所述丝杠41位于所述支撑块11的下方，其螺杆从所述基座1的一端延伸到另一端，且左端穿过所述垫块14并延伸到所述基座1的左端外，所述螺杆的左端连接电机42，所述丝杠41的螺母（图中未示出）连接一支撑架43，所述支撑架43可滑动地设置在两条沿第一方向X延伸的导轨44上，所述第二端固定机构22中两个固定机构的支架2001设置在所述支撑架43上。

进一步，如附图2、附图6所示，所述长面板固定装置2还包括一组至少可进行第三方向Z移动的且与两个长面板的短分支1012位置对应的下压伸缩杆23，所述下压伸缩杆23可以是已知的各种可以伸缩的结构，并且其数量可以根据需要进行设置，优选与一个短分支1012匹配的下压伸缩杆23至少为两个，一组下压伸缩杆23可以共用一个连接块231，优选两个对称的下压伸缩杆23共用一个连接块，多个连接块231可滑动的设置于一安装架232上的两根等高的支撑轴上，相邻连接块231之间及两端的连接块231与安装架232的侧板之间保持间隙，并且，在相邻连接块231之间及两端的连接块231与安装架的侧板之间均设置有套装在所述支撑轴外周的弹簧（图中未示出），从而相邻连接块211之间及两端的连接块211与安装架之间的间隙可以调整。

如附图6所示，所述安装架232的顶板2321上设置有一平板24，所述平板24上设置有驱动所述安装架232沿第三方向Z往复移动的气缸25，所述气缸25优选为两个，并且所述顶板2321上设置有一组导向柱26，所述导向柱26可滑动地插接在所述平板24上设置的导向件27中。

如附图6所示，所述平板24悬设于框架28上，所述框架28的底部通过滑动件29可滑动的架设在两条沿第一方向延伸的导轨210上，并且所述导轨210延伸的长度满足一组下压伸缩杆23能够移动到所述基座1的上方，同时所述框架28不影响所述基板5的自转，所述滑动件29连接驱动其沿所述导轨210往复滑动的动力机构，例如直线模组、丝杠+电机的结构等，不再赘述。

如附图3所示，所述端面板固定装置3通过固定压块31及可沿第一方向X往复移动的活动压块32配合将端面板102与电芯模组20的端面紧贴，其中，所述固定压块31及活动压块32等高且位于所述支撑块11的上方，所述固定压块31为两个且固定于所述基座1右端的安装座35上，所述活动压块32同样为两个且与所述固定压块31对称，它们设置于所述平移装置4的支撑架43上且位于所述基座1的左端。

另外，如附图3所示，所述端面板固定装置3还通过一对可沿第一方向X往复移动的夹爪33使两个端面板102在纵向（第三方向Z）上进行定位，所述夹爪33包括两个间隙大于所述电芯模组20的高度的支爪331，两个支爪331由气缸332驱动且可沿第三方向Z移动打开或夹持，所述气缸332设置于驱动其沿第一方向X往复移动的伸缩气缸34上，所述伸缩气缸34设置于所述支撑架43上；右侧的伸缩气缸34设置于所述安装座35上，并且所述夹爪33打开时，其下方的支爪331可以插入到所述基座1顶面的凹槽12中。

同时，如附图2、附图3所示，所述电芯模组及侧面板贴紧装置还通过一对可沿第一方向X往复移动的卡爪8配合实现端面板102的两侧面1021与两个长面板101的凸出部紧贴，每个所述卡爪8包括两个平行的限位板81，两个所述限位板81的间隙与长面板与电芯模组紧贴时，两个长面板101的外壁之间的距离相同，并且两个限位板81固定于上述的伸缩气缸34的活塞杆上，从而其与所述夹爪33同步移动。

如附图2所示，所述基座1、长面板固定装置2、端面板固定装置3及卡爪8均设置于基板5上，所述基板5的底部中心位置连接有驱动所述基板5绕与其垂直且过其中心点的轴自转的旋转动力装置7，所述旋转动力装置7设置于所述机架（图中未示出）上，且所述基板5的下方设置有一组位于所述机架上的滚珠式支撑柱6，如附图4所示，所述支撑柱6上的滚珠61与所述基板5的底面接触且可相对其滚动，从而能够有效的为基板5提供支撑，并且不妨碍其转动。

本发明同时还揭示了电芯模组侧面板焊接机器人，包括上述的电芯模组及侧面板贴紧装置，还包括非接触式焊接装置（图中未示出），并且，优选所述电芯模组及侧面板贴紧装置为两个且间隙设置，它们与一个位于它们之间的非接触式焊接装置配合工作。

所述非接触式焊接装置优选采用激光焊接方式进行焊接，其至少包括激光焊接装置，以及气体保护装置等，此处为已知技术，不再赘述，当然也可以是电阻焊或其他的接触式或非接触式焊接方式，并且其设置在驱动其移动的移动装置上，优选的实施例中，所述移动装置是6轴移动机器人，当然，在其他实施例中，其也可以是其他能够实现多轴移动的结构或设备，此处为现有技术，不再赘述。

另一方面，为了降低软件编程难度及控制难度，提高焊接精度，所述焊接装置优选采用视觉定位确定待焊位置，视觉定位为已知技术，在此不再赘述。

最后，在整个焊接机器人的运行过程中，各电机、气缸、激光发生装置、图像采集装置及其他电气设备的启停及工作状态的转换可以通过各种传感器发信号来控制也可以通过软件编程来实现，优选的通过各种传感器（图中未示出）结合PLC控制系统（图中未示出）来控制。

所述的电芯模组侧面板焊接机器人的焊接时，其工作过程如下：

首先，人工或通过自动化设备将带有长面板101和端面板102的电芯模组20放置于所述基座1上，上料时，可以使右端的端面板102与固定压块31保持微小的间隙，也可以使右端的端面板直接与固定压块31贴合。

接着，所述平移装置4中的电机42启动使所述支撑架43向所述电芯模组20方向移动至活动压块32与左端的端面板102的外壁贴合并推动电芯模组20向固定压块31方向移动至右端的端面板102与固定压块31抵靠，从而活动压块32与固定压块31配合将一组电芯201压紧并使两端的端面板与电芯模组贴合定位，当传感器（图中未示出）感应到活动压块32施加的压力达到预定的值时，所述电机42停止，此时，使两端的端面板102和各电芯201具有一定的活动自由度，便于后续进行位置的微调。

在活动压块32移动的同时，第二端固定机构22的两个压块2004移动到两侧的长面板101的左端幅面内,此时，四个所述固定机构200的气缸2002同步启动，使四个所述压块2004向所述电芯模组20方向移动并且同一侧的压块2004与相应侧的长面板101紧贴，从而使长面板101的长分支1011与电芯模组的侧面紧贴并定位，同时能够实现端面板在第二方向Y的定位，随后，四个压块2004复位。

接着，两端的伸缩气缸34启动使所述夹爪33及卡爪8同步向电芯模组20方向移动，并使两端的端面板102及长面板101的局部区域位于一端的所述夹爪33和卡爪8中，此时，每个所述卡爪8的两个限位板81的内表面分别与量侧的长面板101的一端外表面紧贴，从而实现长面板和端面板在第二方向Y的预定位；同时，所述夹爪33的下方支爪331位于所述基座1顶面的凹槽12中。

随后，两个所述夹爪33启动夹紧，从而使两个端面板102的在纵向上位置定位，此时两个端面板102的短侧面分别与长面板的突出区域对应。

接着，所述动力机构启动，驱动所述框架28整体向所述基座1方向移动，从而驱动一组所述下压伸缩杆23移动到所述电芯模组20的上方，接着，所述气缸25的气缸轴伸出，使一组所述下压伸缩杆23整体向下移动并与两侧长面板的短分支1012接触并施加压力，使它们下移，同时是电芯模组的每个电芯的电极面与基座1紧贴，进而使短分支1012与电芯模组20的底面充分贴合，完成下压后，所述动力机构驱动一组所述下压伸缩杆23复位，当然在一些实施例中也可以不复位。

最后，所述平移装置4中的电机42再次启动，从而活动压块32增加对端面板102施加的压力，使端面板和电芯模组固定死，然后四个所述固定机构200的气缸2002同步启动，使四个所述压块2004向所述电芯模组20方向移动并且同一侧的压块2004与相应侧的长面板101紧贴，从而使长面板101与电芯模组的侧面紧贴，实现最终的固定。

当然，在其他实施例中，上述的夹持固定过程也可以是其他顺序，例如在上料前，可以先使右端的伸缩气缸34伸出驱动所述夹爪33及卡爪8同步向所述基座1方向移动，然后将带有长面板101和端面板102的电芯模组20放置于基座1上，并且使右端的端面板102与所述固定压块31贴合，此时，右端的端面板102及长面板101的右端区域位于右侧的所述卡爪8和夹爪33中，并且所述卡爪8的两个限位板81的内表面分别与一侧的长面板101的外表面紧贴，从而实现长面板101和右侧的端面板102的限定，并使右侧的端面板102的两侧与电芯模组的两侧表面平齐；然后再启动活动压块及另一侧的卡爪8和夹爪33，具体的固定过程可以根据需要进行设定，在此不再赘述。

最后，所述六轴机器人驱动所述焊接装置移动到所述电芯模组20处，并通过图像采集装置（图中未示出）采集图像，从而根据预设的焊缝位置分析出实际的焊缝位置，然后控制所述激光焊接装置在设定的焊缝位置进行焊接。

在一个电芯模组侧面板焊接精确定位装置上焊接的同时，另一个电芯模组侧面板焊接精确定位装置进行电芯模组的夹持定位，当一个工位上的焊接结束后，六轴机器人转动到另一工位上进行焊接，如此往复，从而能够充分利用焊接过程的时间进行电芯模组的夹持定位，进而能够提高工作节拍，改善加工效率。

并且，在所述六轴机器人进行焊接的时候，所述旋转动力装置7根据实际需要驱动所述基板5转动设定的角度，从而使激光焊接装置具有最佳的焊接角度，便于进行焊接作业，同时，也能够弥补六轴机器人移动范围有限的问题。

本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.电芯模组及侧面板贴紧装置，其特征在于：至少包括用于承载电芯模组（20）的基座（1）、长面板固定装置（2）和端面板固定装置（3），它们配合实现长面板（101）、端面板（102）及电芯模组（20）中两两之间的定位贴紧；所述基座（1）包括一组间隙可自适应调整的支撑块（11），一组所述支撑块（11）的顶面平齐且形成有一凹槽（12）；所述长面板固定装置（2）至少包括位置固定的第一端固定机构（21）及可沿第一方向（X）往复移动的第二端固定机构（22），所述第一端固定机构（21）和第二端固定机构（22）的压块可沿第二方向（Y）往复移动且枢轴连接一沿第一方向（X）延伸的轴上；所述长面板固定装置（2）还包括至少可进行第三方向（Z）移动的一组下压伸缩杆（23），所述下压伸缩杆（23）的位置与两个长面板（101）的短分支位置对应；所述端面板固定装置（3）包括配合将端面板（102）与电芯模组（20）的端面紧贴的固定压块（31）及可沿 第一方向（X）往复移动的活动压块（32）；配合使两个端面板（102）纵向定位的一对可沿第一方向（X）往复移动的夹爪（33）；还包括配合使端面板的两侧面分别与长面板预贴紧的一对可沿第一方向（X）往复移动的卡爪（8）；所述基座（1）、长面板固定装置（2）和端面板固定装置（3）设置于基板（5）上，所述基板（5）可绕一沿第三方向（Z）延伸的轴自转；所述基板（5）的下方设置有一组滚珠式支撑柱（6），所述支撑柱（6）上的滚珠（61）与所述基板（5）的底面接触且可相对其滚动。

2.电芯模组侧面板焊接机器人，其特征在于：包括权利要求1所述的电芯模组及侧面板贴紧装置，还包括焊接装置。

3.根据权利要求2所述的电芯模组侧面板焊接机器人，其特征在于：所述电芯模组及侧面板贴紧装置为两个，并与一个位于它们之间的非接触式焊接装置配合工作。

4.根据权利要求3所述的电芯模组侧面板焊接机器人，其特征在于：所述焊接装置采用视觉定位确定待焊位置。