CN110064843B - 一种电池极耳的激光焊接系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电池极耳的激光焊接系统及方法，焊接系统包括：激光控制部、视觉定位部、振镜控制部、自动上料部、激光器、定位相机、振镜头及机械手；视觉定位部与定位相机相连接,视觉定位部用于利用定位相机对待焊接的电池钢壳上的第一特征点进行定位，以及对待焊接极耳的轮廓上的第二特征点进行定位；自动上料部与机械手相连接，使机械手将待焊接极耳放置于待焊接电池的预设位置；振镜控制部与振镜头相连接，根据第二特征点的坐标信息调整振镜头的位置；激光控制部与激光器相连接，控制激光器发射激光束，以对预设焊点进行焊接。本申请通过无接触的激光焊接方式，防止生产过程对电池内部造成污染，确保焊点位置精确，提高生产效率和产品良率。

Description

一种电池极耳的激光焊接系统及方法

技术领域

本发明涉及工业生产的激光焊接领域，尤其涉及一种电池极耳的激光焊接系统及方法。

背景技术

锂电池是一种为动力工具提供动力来源的电源，多指为电动汽车、电动自行车以及其他电子设备提供动力的蓄电池，其具备寿命长、实用安全、容量大、体积小、重量轻等优点被广泛应用于多种领域中。锂电池具有两片正极极耳及两片负极极耳，顶盖具有正负两极的导电柱，导电柱位于锂电池的两侧，将锂电池的两正、负极耳分别位于导电柱的两侧，并且导电柱与锂电池的极耳电连接。

激光焊接的能量及焊点位置可以精确控制，特别适合精密加工。针对消费电子领域的小型锂电池，目前行业内主要采用超声波焊接电池极耳。相比激光焊接，超声波焊接效率较低，并且属于接触式焊接，容易给电池内部带来污染。因此，为了克服超声波焊接的缺点，本发明提供了一种电池极耳的激光焊接系统及方法。

发明内容

本申请提供了一种电池极耳的激光焊接系统及方法，可以解决现有技术中对电池极耳的焊接效率低、对电池内部造成污染以及焊点不精准的技术问题。

本发明第一方面提供一种电池极耳的激光焊接系统，所述焊接系统包括:激光控制部、视觉定位部、振镜控制部、自动上料部、激光器、定位相机、振镜头及机械手；

所述视觉定位部与所述定位相机相连接，所述视觉定位部用于利用所述定位相机对待焊接电池的电池钢壳上的第一特征点进行定位，并发送所述第一特征点的坐标信息至所述自动上料部；

所述自动上料部与所述机械手相连接，所述自动上料部用于根据所述第一特征点的坐标信息控制所述机械手，使所述机械手将待焊接极耳放置于所述待焊接电池的预设位置；

所述视觉定位部还用于控制所述定位相机对所述待焊接极耳的轮廓上的第二特征点进行定位，并发送所述第二特征点的坐标信息至所述振镜控制部；

所述振镜控制部与所述振镜头相连，所述振镜控制部用于根据所述第二特征点的坐标信息调整所述振镜头的位置，使得所述激光器发射的激光能够通过所述振镜头照射于所述待焊接极耳的轮廓上的预设焊点，并发送第一信号至所述激光控制部；

所述激光控制部与所述激光器相连接，所述激光控制部用于在接收到所述第一信号后，控制所述激光器发射激光束，以对所述预设焊点进行焊接。

可选的，所述电池极耳的激光焊接系统还包括准直镜片和光纤，所述准直镜片通过所述光纤与所述激光器相连接。

可选的，所述电池极耳的激光焊接系统还包括聚焦镜片，所述聚焦镜片位于所述振镜头与所述机械手之间，所述聚焦镜片用于对所述激光束聚焦。

可选的，所述振镜头包括第一偏转镜片、第二偏转镜片，所述第一偏转镜片、第二偏转镜片用于调整所述光束的传输方向。

可选的，所述机械手包含机械压抓，所述机械压抓用于固定所述待焊接极耳。

可选的，所述准直镜片的焦距为100mm-200mm。

可选的，所述聚焦镜片的焦距为150mm-200mm。

本发明第二方面还提供一种电池极耳的激光焊接方法，所述激光焊接方法包括以下步骤：

定位待焊接电池钢壳上第一特征点的坐标信息；

根据所述第一特征点的坐标信息，将待焊接极耳放置于所述待焊接电池的预设位置；

定位所述极耳的轮廓上的第二特征点的坐标信息；

根据所述第二特征点的坐标信息，控制预设的振镜头运动，使得预设激光器发射的激光能够通过所述振镜头照射于所述待焊接极耳的轮廓上的预设焊点，以对所述焊点进行焊接。

可选的，对所述焊点进行焊接的步骤之后，还包括：确定所述待焊接极耳的轮廓上是否存在未焊接的焊点；

若所述待焊接极耳的轮廓上存在未焊接的焊点，则经过预置时长后，根据所述第二特征点的坐标信息，控制所述振镜头运动，使得预设的激光器发射的激光能够通过所述振镜头照射于所述未焊接的焊点，以对所述未焊接的焊点进行焊接。

可选的，所述预置时长大于所述激光束取得峰值功率时的第一脉宽与第二脉宽的总和。

本发明提供一种电池极耳的激光焊接系统及方法，所述焊接系统包括：激光控制部、视觉定位部、振镜控制部、自动上料部、激光器、定位相机、振镜头、机械手；所述激光控制部与所述激光器相连接；所述视觉定位部与所述定位相机相连；所述振镜控制部与所述振镜头相连，所述自动上料部与所述机械手相连，所述机械手用于固定待焊接的电池和极耳；通过所述激光控制部结合所述振镜控制部实现全程无接触的激光焊接方式，有效防止生产过程对电池内部造成污染，且通过视觉定位部结合振镜头、机械手自动上料，确保焊点位置精确，提高生产效率和产品良率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的实施例中的激光焊接系统的结构示意图；

图2为本发明的实施例中的预设激光波形峰值图；

图3为本发明的实施例中的激光焊接方法的步骤示意图；

图4为本发明的实施例中的激光能量分布示意图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

由于现有技术中，超声波焊接效率较低，并且属于接触式焊接，容易给电池内部带来污染，且焊接的精准性不高的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提出一种电池极耳的激光焊接系统，请参阅图1，图1为本发明的实施例中的激光焊接系统的结构示意图。

上述焊接系统包括:激光控制部10、视觉定位部20、振镜控制部30、自动上料部40、激光器11、定位相机21、振镜头31及机械手41；

视觉定位部20与定位相机21相连接，视觉定位部20用于利用定位相机21对待焊接电池的电池钢壳上的第一特征点进行定位，并发送第一特征点的坐标信息至自动上料部40；

自动上料部40与机械手41相连接，自动上料部40用于根据第一特征点的坐标信息控制机械手41，使机械手41将待焊接极耳放置于上述待焊接电池的预设位置；

视觉定位部20还用于控制定位相机21对上述待焊接极耳的轮廓上的第二特征点进行定位，并发送第二特征点的坐标信息至振镜控制部30；

振镜控制部30与振镜头31相连接，振镜控制部30用于根据第二特征点的坐标信息调整振镜头31的位置，使得激光器11发射的激光能够通过振镜头照31射于上述待焊接极耳的轮廓上的预设焊点，并发送第一信号至激光控制部10；

激光控制部10与激光器11相连接，激光控制部10用于在接收到第一信号后，控制激光器11发射激光束，以对上述预设焊点进行焊接。

进一步地，上述激光焊接系统还包括准直镜片22和光纤12，准直镜片22通过光纤12与激光器11相连接。

进一步地，上述激光焊接系统还包括聚焦镜片34，聚焦镜片34位于振镜头31与机械手41之间，聚焦镜片34用于对激光束聚焦。

进一步地，振镜头31包括第一偏转镜片32、第二偏转镜片33，第一偏转镜片32、第二偏转镜片33用于调整上述激光束的传输方向。

进一步地，机械手41包含机械压抓42，机械压抓42用于固定上述待焊接极耳。

在本申请的实施例中，激光控制部10控制激光器11发射出的预设波形的激光经由光纤12,传输到准直镜片22，激光经过准直镜片22整形后得到激光束，整形后的激光束再通过振镜头31中的第一偏转镜片32和第二偏转镜片33确定照射目标位置，然后经由聚焦镜片34聚集成一点，照射到指定位置进行焊接。

在本申请的实施例中，激光控制系统10由激光器11和光纤12组成，激光器11为光纤激光器，光纤激光器所发射出的激光的能量密度呈高斯分布。

进一步地，激光器11输出的激光峰值功率范围在1500W-2000W，本实施例中，激光器11输出的激光峰值功率的优选1500W。

进一步地，光纤12主要用于传输激光器11发射出的激光，光纤12的芯径大小范围为150μm-250μm，在本实施例中，光纤12的芯径优选200μm。

进一步地，视觉定位部20对定位相机21进行控制，视觉定位部20可配合振镜控制部30对上述待焊接电池或极耳轮廓进行定位，更进一步地，定位相机21结合振镜头31中的第一偏转镜片32和第二偏转镜片33，完成对上述待焊接电池以及上述待焊接极耳的轮廓进行定位。

进一步地，准直镜片22与光纤12相连，准直镜片主要用于对接收光纤12传输后的激光进行整形，得到激光束；准直镜片22的焦距范围为100mm-200mm，在本实施例中，准直镜片22的焦距值优选150mm。

进一步地，振镜部31包含第一偏转镜片32和第二偏转镜片33，第一偏转镜片32和第二偏转镜片33的运动偏转位置不作限定，需根据具体待焊接电池极耳的轮廓上的焊点位置确定；在第一偏转镜片32和第二偏转镜片33运动至确定位置后，第一偏转镜片32将接收到从准直镜片22所传送的整形后激光束，并将上述激光束发送至第二偏转镜片33，经由第二偏转镜片33发送出去。

进一步地，聚焦镜片34的焦距值范围为150mm-200mm，在本实施例中，聚焦镜片34的焦距值优选170mm。

在本申请的实施例中，激光的预设激光波形是根据待焊接极耳的材料而定的；

如图2所示，图2为本发明的实施例中的预设激光波形峰值图。预设激光波形对应的激光功率如图所示，在0-T1时，预设激光波形对应的激光功率逐渐上升，在T1时的激光可取得峰值功率；在T1-T2时，预设激光波形对应的激光功率保持峰值功率不变；在T2后，预设激光波形对应的激光功率将衰减至0W。

进一步地，若上述待焊接极耳的材料为铝(Al)质，则激光器发出预设激光波形的激光的峰值功率范围为1000W-1300W，本实施例优选1200W；预设激光波形的激光峰值功率对应的第一脉宽T1的范围为0.01ms-0.05ms，本实施例优选0.01ms；预设激光波形的激光峰值功率对应的第二脉宽T2的范围为0.8ms-1.2ms，本实施例优选1.0ms。

进一步地，若上述待焊接极耳的材料为镍(Ni)质，则激光器发出预设激光波形的激光的峰值功率范围为250W-350W，本实施例优选300W；预设激光波形的激光峰值功率对应的第一脉宽T1的范围为0.01ms-0.05ms，本实施例优选0.01ms；预设激光波形的激光峰值功率对应的第二脉宽T2的范围为2.5ms-3.5ms，本实施例优选3.0ms。

如图3所示，图3为本发明的实施例中的激光焊接方法的步骤示意图。本申请的实施例还提供一种电池极耳的激光焊接方法，上述激光焊接方法包括以下步骤：

S201：对激光控制部、视觉定位部、振镜控制部、自动上料部进行统一标定；

S202：定位待焊接电池钢壳上第一特征点的坐标信息(X1,Y1)；

S203：根据第一特征点的坐标信息，将待焊接极耳放置于待焊接电池的预设位置；

S204：定位极耳的轮廓上的第二特征点的坐标信息(X2,Y2)；

S205：根据第二特征点的坐标信息，控制振镜头运动到预设位置P1；

S206：预设激光器发射的激光束通过振镜头照射于待焊接极耳的轮廓上的预设焊点，以对预设焊点进行焊接。

具体的，先对激光焊接系统中的各控制部进行统一标定，将各运动控制系统的坐标系标定到统一的坐标系中，在本实施例中，采用九点标定法，九点标定法是通过设置一个九点矩阵，然后将所有的控制部参照九点矩阵进行位置标定，并统一个控制部之间的距离、方向以及角度；

对上述激光焊接系统中的各控制部进行统一标定还可包括：对激光器、定位相机、准直镜片、第一偏转镜片、第二偏转镜片以及聚焦镜片进行统一标定，该步骤可提高激光焊接系统对待焊接电池或待焊接极耳轮廓的焊点的精准性，同时提高焊接效率。

进一步地，对上述预设焊点进行焊接的步骤之后，还包括：确定上述待焊接极耳的轮廓上是否存在未焊接的焊点；

若上述待焊接极耳的轮廓上存在未焊接的预设焊点，则经过预置时长后，根据第二特征点的坐标信息，控制振镜头运动至预设位置，使得预设激光波形的激光器发射的激光能够通过振镜头照射于未焊接的焊点，以对未焊接的焊点进行焊接；在本实施例中，预设焊点还包括第二焊点P2、第三焊点P3、第四焊点P4、第五焊点P5以及第六焊点P6。

更进一步地，上述步骤中，振镜头运动至预设位置需停留预置时长，即振镜头中的第一偏转镜片和第二偏转镜片运动至预设位置并停留预置时长，上述预置时长t大于上述激光束取得峰值功率时的第一脉宽与第二脉宽的和，即t＞T1+T2。

图4为本发明的实施例中的激光能量分布示意图；在本实施例中，经聚焦镜片聚焦后的激光束，在照射在待焊接极耳表面时，会形成中心高能量密度区域和周围低能量密度区域。

激光束照射在待焊接极耳的表面进行焊接，形成焊点，焊点中心为光滑的熔池薄膜，熔池薄膜的直径D＝0.52mm，周围是规则的热影响区。进一步地，焊点形成的接头强度能够达到母材强度的80％以上。

本发明提供一种电池极耳的激光焊接系统及方法，上述激光焊接方法为：激光控制部对激光器进行控制，激光器发射出的预设波形的激光经由光纤传输到准直镜片，激光经过准直镜片整形后得到激光束，激光束传送至振镜头，振镜头中的第一偏转镜片和第二偏转镜片确定激光束的照射目标位置，然后经由聚焦镜片聚集成一点，照射到指定位置进行焊接。

本申请的实施例中，通过激光控制部、视觉定位部、振镜控制部以及上料控制部的结合，实现对待焊接电池精准定位，确保上料和焊点位置精确可控，实现全程无接触的激光焊接方式，有效防止生产过程对电池内部造成污染，提高生产效率和产品良率。

本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。

所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本发明所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上为对本发明所提供的一种电池极耳的激光焊接系统及方法的描述，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种电池极耳的激光焊接系统，其特征在于，所述焊接系统包括激光控制部、视觉定位部、振镜控制部、自动上料部、激光器、定位相机、振镜头及机械手；

所述视觉定位部与所述定位相机相连接，所述视觉定位部用于利用所述定位相机对待焊接电池的电池钢壳上的第一特征点进行定位，并发送所述第一特征点的坐标信息至所述自动上料部；

所述自动上料部与所述机械手相连接，所述自动上料部用于根据所述第一特征点的坐标信息控制所述机械手，使所述机械手将待焊接极耳放置于所述待焊接电池的预设位置；

所述视觉定位部还用于控制所述定位相机对所述待焊接极耳的轮廓上的第二特征点进行定位，并发送所述第二特征点的坐标信息至所述振镜控制部；

所述振镜控制部与所述振镜头相连接，所述振镜控制部用于根据所述第二特征点的坐标信息调整所述振镜头的位置，使得所述激光器发射的激光能够通过所述振镜头照射于所述待焊接极耳的轮廓上的预设焊点，并发送第一信号至所述激光控制部；

所述激光控制部与所述激光器相连接，所述激光控制部用于在接收到所述第一信号后，控制所述激光器发射激光束，以对所述预设焊点进行焊接。

2.如权利要求1所述一种电池极耳的激光焊接系统，其特征在于，所述电池极耳的激光焊接系统还包括准直镜片和光纤，所述准直镜片通过所述光纤与所述激光器相连接。

3.如权利要求1所述一种电池极耳的激光焊接系统，其特征在于，所述电池极耳的激光焊接系统还包括聚焦镜片，所述聚焦镜片位于所述振镜头与所述机械手之间，所述聚焦镜片用于对所述激光束聚焦。

4.如权利要求1所述一种电池极耳的激光焊接系统，其特征在于，所述振镜头包括第一偏转镜片、第二偏转镜片，所述第一偏转镜片、第二偏转镜片用于调整所述激光束的传输方向。

5.如权利要求1所述一种电池极耳的激光焊接系统，其特征在于，所述机械手包含机械压抓，所述机械压抓用于固定所述待焊接极耳。

6.如权利要求2所述一种电池极耳的激光焊接系统，其特征在于，所述准直镜片的焦距为100mm-200mm。

7.如权利要求3所述一种电池极耳的激光焊接系统，其特征在于，所述聚焦镜片的焦距为150mm-200mm。

8.一种电池极耳的激光焊接方法，其特征在于，所述激光焊接方法包括以下步骤：

定位待焊接电池钢壳上第一特征点的坐标信息；

根据所述第一特征点的坐标信息，将待焊接极耳放置于所述待焊接电池的预设位置；

定位所述待焊接极耳的轮廓上的第二特征点的坐标信息；

根据所述第二特征点的坐标信息，控制预设的振镜头运动，使得预设激光器发射的激光束能够通过所述振镜头照射于所述待焊接极耳的轮廓上的预设焊点，以对所述焊点进行焊接；

其中，对所述焊点进行焊接的步骤之后，还包括：

确定所述待焊接极耳的轮廓上是否存在未焊接的焊点；若所述待焊接极耳的轮廓上存在未焊接的焊点，则经过预置时长后，根据所述第二特征点的坐标信息，控制所述振镜头运动，使得预设的激光器发射的激光能够通过所述振镜头照射于所述未焊接的焊点，以对所述未焊接的焊点进行焊接。

9.如权利要求8所述一种电池极耳的激光焊接方法，其特征在于，所述预置时长大于所述激光束取得峰值功率时的第一脉宽与第二脉宽的总和。

Images