CN112531194A - 燃料电池电堆组装系统 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种燃料电池电堆组装系统，包括：传送装置，包括用于传输被传送件的可运动传送结构，传送装置上设置有至少两个工位；预装螺母装置包括用于将螺母安装至被传送件上；上料装堆装置沿传送结构的运动方向布置在预装螺母装置的下游，用于将运送的待装叠至被传送件的板料装堆至被传送件上；压堆锁定装置沿传送结构的运动方向布置在上料装堆装置的下游，包括用于将板料压紧以形成电堆的压紧结构和用于在电堆上安装锁紧件的锁紧结构；检测装置沿传送结构的运动方向布置在压堆锁定装置的下游，用于对电堆进行检测；下料装置沿传送结构的运动方向设置在压堆锁定装置的下游，下料装置用于将电堆从传送结构上搬离。该系统可以自动化生产。
Description
技术领域
本申请实施例涉及工业机械技术领域，尤其涉及一种燃料电池电堆组装系统。
背景技术
现有的燃料电池电堆组装生产过程中，采用人工或者传输带在各个工序之间输送被传送件，被传送件到达某个工序的工位时，由人工从传输带上取下被传送件，并从物料框中将工件取出，安装到被传送件上，之后对安装的工件进行相应的检查，确保工件安装符合质量要求后，将安装有工件的被传送件放回传输带，使其运动到下一工序，在下一工序继续进行安装，直至安装完成。
这种生产方式造成生产成本增加，生产率下降等问题，使得产品生产效率低、劳动强度大，容易因为工作人员的疲劳导致安装失误，造成良品率低、需要重复返工等。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供一种燃料电池电堆组装系统，以至少解决上述部分问题。
本申请实施例提供一种燃料电池电堆组装系统，包括：传送装置，包括用于传输被传送件的可运动传送结构，传送装置上设置有至少两个工位；燃料电池电堆组装系统还包括预装螺母装置、上料装堆装置、压堆锁定装置、检测装置和下料装置中的至少两个，其中：预装螺母装置包括用于将螺母安装至被传送件上；上料装堆装置沿传送结构的运动方向布置在预装螺母装置的下游，用于将运送的待装叠至被传送件的板料装堆至被传送件上；压堆锁定装置沿传送结构的运动方向布置在上料装堆装置的下游，包括用于将板料压紧以形成电堆的压紧结构和用于在电堆上安装锁紧件的锁紧结构；检测装置沿传送结构的运动方向布置在压堆锁定装置的下游，用于对电堆进行检测；下料装置沿传送结构的运动方向设置在压堆锁定装置的下游，下料装置用于将电堆从传送结构上搬离。
可选地，传送结构包括倍速链，倍速链上对应于工位的位置处设置有托盘，托盘用于承载被传送件；传送装置还包括：底架，用于安装倍速链；多个限位止挡件，沿倍速链的运动路径布置在底架上且与工位一一对应地设置；多个顶升结构，与多个限位止挡件对应布置在底架上且用于将托盘顶起，以与传送结构脱离。
可选地，至少一个限位止挡件包括：止挡底座，可竖直运动地安装在底架上；转动件，可转动地安装在止挡底座上，转动件具有用于与托盘接触的第一端和与第一端相对的第二端；压力传感器，安装在止挡底座上并用于检测与第二端接触的压力值。
可选地，预装螺母装置还包括：振动上料件，具有容置螺母的内腔和用于输送螺母并调整螺母姿态的螺旋输送轨道和输送螺母的直线输送轨道，直线输送轨道具有出料口；定位供料件，对应于直线输送轨道的出料口设置，将出料口流出的螺母移动至供第一机械臂夹取的螺母夹取位置；第一机械臂，用于从螺母夹取位置夹取螺母并放置在被传送件上。
可选地，上料装堆装置包括双极板送料装置、单板送料装置、膜电极送料装置、第二机械臂和第三机械臂，第二机械臂将双极板送料装置输送的双极板和单板送料装置输送的单板装叠至被传送件；第三机械臂将膜电极送料装置输送的膜电极装叠至被传送件。
可选地，双极板送料装置包括料箱、送料结构、回收结构、竖直调整件、水平气缸和定位台；送料结构和回收结构层叠设置，且运动方向相反，用于承载和输送料箱；竖直调整件对应于送料结构设置，并用于竖直输送料箱；料箱具有容置双极板的容腔，水平气缸设置在料箱内，并用于沿水平方向驱动双极板移出料箱；定位台，设置在竖直调整件与第二机械臂之间，并用于承载从料箱移出的双极板，并将双极板推动到双极板夹取位置；第二机械臂用于从双极板夹取位置夹取双极板。
可选地，单板送料装置包括：回转轨道结构，包括间隔开的两个驱动轮和套设在两个驱动轮上的从动链；支架，支架为多个，且均安装在回转轨道结构上，并用于承载单板；其中，第二机械臂用于从支架夹取单板。
可选地，膜电极送料装置包括：储料部，具有容置膜电极的容纳腔；送料部，设置在储料部与第三机械臂之间并沿靠近第三机械臂的方向可运动地布置；其中，第三机械臂用于夹取由送料部运送的膜电极。
可选地，压紧结构包括：相对布置且间距可调的两个夹板，两个夹板之间具有用于容置被传送件和板料的放置空间；压紧驱动件，压紧驱动件与位于下方的夹板连接，并驱动夹板运动。
可选地，锁紧结构包括第一机械臂和第四机械臂，第一机械臂和第四机械臂用于相配合以将螺杆穿过被传送件上的板料并将螺杆旋拧在被传送件上的螺母上。
可选地，下料装置包括：下料输送轨道；第一移动架，沿与下料输送轨道的运动方向相平行的第一方向可移动地布置在下料输送轨道上；第二移动架，沿垂直于下料输送轨道的运动方向的第二方向可移动地安装在第一移动架上；接收结构，接收结构可翻转地连接在第二移动架上，以从传送结构上夹取电堆并放置在下料输送轨道上。
可选地，燃料电池电堆组装系统还包括气密检测装置、通电检测装置和尺寸检测装置中至少之一，气密检测装置用于向电堆通气，并检测电堆的气压值；通电检测装置用于向电堆通电，并检测电堆的电导率；尺寸检测装置包括激光测距仪，用于检测电堆的尺寸。
可选地，燃料电池电堆组装系统还包括打码装置，打码装置包括打码器，用于在电堆上形成机器可读码。
由以上技术方案可见，针对现阶段燃料电池电堆组装全靠人工操作，存在的安装工作繁杂、重复定位可靠性不高、检测手段落后等问题，本发明提供了一种燃料电池电堆组装系统，通过传送装置输送被传送件，使其在各个工位间运动，以实现电堆生产过程中至少部分结构的自动组装和生产，从而可以提升电堆的生产效率、确保生产质量。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本发明实施例的燃料电池电堆组装系统的示意图；
图2为根据本发明实施例的传送装置的示意图；
图3为图2的A处放大图；
图4为根据本发明实施例的传送装置连接组件处的局部放大图；
图5为根据本发明实施例的预装螺母装置的示意图；
图6为图5的B处放大图；
图7为根据本发明实施例的双极板送料装置的示意图；
图8为根据本发明实施例的单极板送料装置的示意图；
图9为根据本发明实施例的膜电极送料装置的示意图；
图10为根据本发明实施例的上料装堆装置从另一个角度看的示意图；
图11为根据本发明实施例的压堆锁定装置的示意图；
图12为根据本发明实施例的气密检测装置的示意图；
图13为根据本发明实施例的打码装置的示意图；
图14为根据本发明实施例的下料装置的示意图；
图15为根据本发明实施例的通电检测装置的立体结构示意图；
图16为本发明实施例的下料装置的第一移动架、第二移动架和接收结构配合的立体结构示意图。
附图标记说明：
1、燃料电池电堆组装系统；2、预装螺母装置；20、第一机械臂；211、振动盘；212、直线输送器；2121、出料口；213、定位供料件；23、框架；3、上料装堆装置；30、双极板送料装置；301、送料结构；302、回收结构；303、定位台；310、回转轨道结构；31、单板送料装置；311、驱动轮；312、从动链；313、支架；314、单板支座；32、膜电极送料装置；320、膜电极安装座；321、储料部；322、送料部；33、第二机械臂；34、第三机械臂；4、压堆锁定装置；40、压紧结构；401、立板；403、顶板；404、传感器；405、托盘；41、第四机械臂；5、气密检测装置；50、上板；51、下板；52、气密支架；53、气密驱动机构；6、打码装置；60、打码机；601、手轮；602、打码头；7、下料装置；70、接收结构；71、第一移动架；710、调整轨道；72、第二移动架；73、下料输送轨道；8、传送装置；80、传送结构；81、限位止挡件；810、止挡底座；811、转动件；812、压力传感器；83、底架；841、运动托盘；842、装卸结构；843、导向滑轨；844、驱动件；85、输送线；9、被传送件；100、螺杆；101、探针。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本申请实施例中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请实施例保护的范围。
下面结合本申请实施例附图进一步说明本申请实施例具体实现。
如图1-14所示，根据本发明的实施例，提供一种燃料电池电堆组装系统1包括传送装置8，其还包括预装螺母装置2、上料装堆装置3、压堆锁定装置4、检测装置和下料装置7中的至少两个。传送装置8包括用于传输被传送件9的可运动传送结构80，传送装置8上设置有至少两个工位。预装螺母装置2包括用于将螺母安装至被传送件9上；上料装堆装置3沿传送结构80的运动方向布置在预装螺母装置2的下游，用于将运送的待装叠至被传送件9的板料装堆至被传送件9上；压堆锁定装置4沿传送结构80的运动方向布置在上料装堆装置3的下游，包括用于将板料压紧以形成电堆的压紧结构40和用于在电堆上安装锁紧件的锁紧结构；检测装置沿传送结构80的运动方向布置在压堆锁定装置4的下游，用于对电堆进行检测；下料装置7沿传送结构80的运动方向设置在压堆锁定装置4的下游，下料装置7用于将电堆从传送结构80上搬离。
针对现阶段燃料电池电堆组装全靠人工操作，存在的安装工作繁杂、重复定位可靠性不高、检测手段落后等问题，本发明提供了一种燃料电池电堆组装系统，通过传送装置8输送被传送件9，使其在各个工位间运动，以实现电堆生产过程中至少部分结构的自动组装和生产，从而可以提升电堆的生产效率、确保生产质量。
下面结合一具体场景，对该系统的结构和工作过程进行详细说明：
在本实施例中，传送结构80上设置有6个加工工位和2个缓冲工位，以保证加工效率。
燃料电池电堆组装系统包括传送装置8和预装螺母装置2、上料装堆装置3、压堆锁定装置4、气密检测装置5、打码装置6、扫码装置和下料装置7等。其中，上料装堆装置3、压堆锁定装置4、气密检测装置5、打码装置6、扫码装置和下料装置7沿着传送结构80的输送方向依次设置。
其中，传送装置8用于输送被传送件9，该被传送件9可以是治具，下面结合附图，针对一种具体的传送装置8的结构和工作过程进行详细说明。需要申明的是，在其他实施例中，传送装置8可以采用其他适当的结构，只要能够实现对被传送件9的输送即可。
可选地，在本实施例中，传送装置8除了包括前述的传送结构80外，还包括底架83、限位止挡件81和顶升结构。
其中，传送结构80包括倍速链，倍速链上对应于工位的位置处设置有托盘405，托盘405用于承载被传送件9。底架83用于安装倍速链。多个限位止挡件81沿倍速链的运动路径布置在底架83上且与工位一一对应地设置；多个顶升结构与多个限位止挡件81对应布置在底架83上且用于将托盘405顶起，以与传送结构80脱离。
在本实施例中，采用倍速链作为传动结构，可以快速地输送被传送件9。倍速链包括至少两个输送线85和连接组件。输送线85用于传输被传送件9，使被传送件9经过至少一个工位。连接组件用于在输送线85间传递被传送件9。
例如，各输送线85可沿第一直线运动，至少两个输送线85相互平行设置，且相邻两个输送线85的运动方向相反；连接组件对应于相邻两个输送线85的末端设置，连接组件包括运动托盘841，运动托盘841可沿第二直线往复运动，并将其中一个输送线85上的被传送件9传输到相邻的另一个输送线85上，第二直线垂直于第一直线。
输送线85由变频电机进行驱动，从而在运动过程中输送位于其上的被传送件9。由于至少两个输送线85相互平行设置，充分利用了空间，使输送线85在空间中平行布置，保证输送线85足够长、有足够位置布置工位，而且放置其的厂房等不需要有过长的长度，从而减少厂房的建造难度，使系统的适应性更好。
在图示的实施例中，输送线85为两个，且运动方向相反，连接组件为两个，输送线85位于两个连接组件之间，这样当被传送件9在输送线85上沿第一直线运动到输送线85的末端之后，会运动到连接组件的运动托盘841上，由于运动托盘841可以沿第二直线运动，因而被运动托盘841搬运到与相邻的输送线85对应的位置，并被输送到该相邻的输送线85上。这样就实现了被传送件9在两个输送线85之间的转运。
由于连接组件为两个，使得被传送件9在输送线85和连接组件上的运动轨迹是环形轨迹，因而可以使被传送件9在输送线85间循环运动，充分利用空间。
可选地，在本实施例中，为了便于被传送件9进入运动托盘841或者从运动托盘841上移出，连接组件还包括装卸结构842，装卸结构842设置在运动托盘841上，且装卸结构842沿第一直线可移动，以将被传送件9装入运动托盘841或者从运动托盘841输出。
例如，装卸结构842可以是传送带，传送带设置在运动托盘841上，这样被传送件9放置在传送带上，由于传送带能够沿第一直线运动，因此被传送件9从输送线85移动到运动托盘841上时，被传送件9受到传送带的带动，而更容易地运动到运动托盘841上，或者在被传送件9从运动托盘841脱离时，可以更容易地被传送带推出运动托盘841到达输送线85上。
当然，装卸结构842还可以是其他结构，例如传送辊、传送轮等等。
可选地，为了使运动托盘841运动更加稳定可靠、控制更加方便，连接组件还包括导向滑轨843和驱动件844。导向滑轨843沿第二直线延伸，运动托盘841设置在导向滑轨843上，并可沿导向滑轨843移动到与相邻两个输送线85中的一个对齐的第一位置或移动到与相邻两个输送线85中的另一个对齐的第二位置。驱动件844通过传动丝杆与运动托盘841连接，并驱动运动托盘841沿第二直线往复运动。
在本实施例中，驱动件844能够为运动托盘841提供动力源，从而可以很好地控制运动托盘841的运动(如是否运动或者运动方向等)。
驱动件844包括原动件和传动件，原动件可以是电机、气缸、液压马达等等。传动件可以包括丝杠和设置在丝杠上的丝杠螺母，丝杠与原动件连接，以将原动件的转动转换为丝杠螺母的直线运动，从而带动与丝杠螺母连接的运动托盘841移动，从而使其往复运动。
当然，在其他实施例中，驱动件844可以是其他结构，例如，驱动件844包括原动件和传动链条等，本实施例对此不作限制。
导向滑轨843用于为运动托盘841的运动导向，避免其运动过程中偏移，从而确保工作可靠性，防止偏移导致的与其连接的驱动件844损坏。
在本实施例中，导向滑轨843为两个，且相互平行设置，运动托盘841上设置有与导向滑轨843配合的凹槽，使得运动托盘841可以沿导向滑轨843运动，从而利用导向滑轨843减少运动托盘841运动过程的摩擦力，减少对运动托盘841的磨损，提高使用寿命。
可选地，为了提升加工速度和自动化程度，使用限位止挡件81检测倍速链的工位上是否存在被移动件，多个顶升结构与多个限位止挡件81对应布置在底架83上且用于将托盘405顶起，以与传送结构80脱离。
限位止挡件81可以是限位开关等结构，用于检测被传送件9是否到达工位。由于每个工位上均设置有托盘405，因此，限位止挡件81与每个托盘405一一对应。
在本实施例中，限位止挡件81包括止挡底座810、转动件811和压力传感器812。其中，止挡底座810可竖直运动地安装在底架83上；转动件811可转动地安装在止挡底座810上，转动件811具有用于与托盘405接触的第一端和与第一端相对的第二端；压力传感器812安装在止挡底座810上并用于检测与第二端接触的压力值。
在工作时，止挡底座810通过一个气缸控制在竖直方向移动，由于转动件811的第一端处于抬起状态，因此其高度会高于托盘405的上表面。当被传送件9运动到托盘405上时，触碰到转动件811的第一端，使得转动件811转动，从而使其第二端下移，压住压力传感器812，压力传感器812检测的压力值变化，从而检测到被传送件9。此时，可以使顶升结构动作，以顶升托盘405以及被传送件9，使其脱离传送结构80。顶升结构可以是升降气缸、液压缸等结构。
当需要使被传送件9继续随着倍速链移动时，顶升结构将托盘405和被传送件9放置在倍速链上，同时，止挡底座810在气缸的控制下下移，以使被传送件9能够通过。其通过之后再将止挡底座810移动到初始高度，从而继续进行检测。
优选地，为了便于被传送件9通过，在转动件811的第一端还设置有滚轮，以减少阻力和摩擦。
本装置还包括控制器，控制器分别与倍速链、顶升结构和多个限位止挡件81连接，并根据各限位止挡件81的检测信号控制倍速链的启动或停止和/或控制各顶升结构的启动或停止。
可选地，在顶升结构的顶部还设置有检测被传送件9是否顶升到位的光电传感器404。
控制器可以是CPU、MCU、PLC等控制芯片，也可以是计算机、移动端等，只要能够实现控制功能即可。控制器用于接收限位止挡件81的检测信号，并根据限位止挡件81的检测信号至少控制倍速链和顶升结构。
例如，若控制器接收到指示检测到被传送件9的检测信号，则控制与指示检测到被传送件9的检测信号对应的顶升结构启动，并顶起被传送件9到工位；和/或，若控制器根据接收到检测信号确定相邻两个工位存在被传送件9，则控制倍速链停止。
下面以工位为3个为例，对控制器的控制过程进行说明如下：
设工位为3个，每个工位对应设置有限位止挡件81)(记作限位止挡件81A～C)和顶升结构(记作顶升结构A～C)。被传送件9在随倍速链运动的过程中，当被限位止挡件81A检测到时，向控制器发送指示检测到被传送件9的检测信息，控制器根据该检测信息控制顶升结构A启动，顶升结构A伸长并顶起被传送件9，使其与倍速链脱离，此时倍速链继续运动输送其他被传送件9。顶起的被传送件9由其他结构在被传送件9上安装其他零件，或者对被传送件9上的零件进行处理。
当加工完成后，且该工位之后的一个工位是空闲的，则控制器可以控制顶升结构收缩，从而使放置完物料的被传送件9下降到倍速链上，随倍速链继续运动到下一个工位。
当加工完成后，且该工位之后的一个工位是非空闲的(即存在被传送件9)，则控制器确定相邻的两个工位上均存在被传送件9，倍速链的运动无法继续，则控制倍速链停止(例如将倍速链的电机的频率降为0)。
在所示出的实施例中，倍速链由两台变频电机搭配减速器控制运动，倍速链上装有6-8组托盘405。
下面针对预装螺母装置2的结构和工作过程进行说明如下：
预装螺母装置2包括第一机械臂20、振动上料件和定位供料件213。
振动上料件具有容置螺母的内腔和用于输送螺母并调整螺母姿态的螺旋输送轨道和输送螺母的直线输送轨道，直线输送轨道具有出料口2121。定位供料件213对应于直线输送轨道的出料口2121设置，将出料口2121流出的螺母移动至供第一机械臂20夹取的螺母夹取位置。第一机械臂20用于从螺母夹取位置夹取螺母并放置在被传送件9上。
在本实施例中，振动上料件可以包括振动盘211和直线输送器212，振动盘211具有螺旋输送轨道，用于输送螺母并调整螺母姿态。直线输送器212用于直线输送螺母，其具有进料口和出料口2121，进料口连接在振动盘211的螺旋输送轨道的出口处，出料口2121用于连接定位供料件213。
在本实施例中，定位供料件213包括移动板和气缸，移动板上设置有容纳螺母的凹槽，气缸与移动板连接。通过气缸的伸缩，使移动板往复运动，从而使其上的容纳螺母的凹槽在出料口2121和螺母夹取位置之间往复移动。
第一机械臂20可以是任何适当的工业机器人，第一机械臂20固定安装在一个框架23上，以通过其支撑。第一机械臂20用于从螺母夹取位置夹取螺母，并放置在被传送件9上。
当螺母放置完成后，在用于放置螺母的工位上的顶升结构下降，使放置完螺母的被移动件下降到倍速链上，同时该工位处的限位止挡件81也下降，使放置完螺母的被传送件9可以随着倍速链向下游移动到下一工位。当被传送件9通过后，该工位处的限位止挡件81回复到原始高度。
通过预装螺母装置2的被传送件9到达上料装堆工位，当装堆锁定工位的限位止挡件81检测到被传送件9时，对应的顶升结构伸长，将其顶起，以使上料装堆装置3工作。
在本实施例中，上料装堆装置3包括双极板送料装置30、单板送料装置31、膜电极送料装置32、第二机械臂33和第三机械臂34，第二机械臂33将双极板送料装置30输送的双极板和单板送料装置31输送的单板装叠至被传送件9；第三机械臂34将膜电极送料装置32输送的膜电极装叠至被传送件9。
其中，双极板送料装置30包括料箱、送料结构301、回收结构302、竖直调整件、水平气缸和定位台303。送料结构301和回收结构302层叠设置，且运动方向相反，用于承载和输送料箱；竖直调整件对应于送料结构301设置，并用于竖直输送料箱；料箱具有容置双极板的容腔，水平气缸设置在料箱内，并用于沿水平方向驱动双极板移出料箱；定位台303设置在竖直调整件与第二机械臂33之间，并用于承载从料箱移出的双极板，并将双极板推动到双极板夹取位置；第二机械臂33用于从双极板夹取位置夹取双极板。
送料结构301和回收结构302可以是传送带、传送辊等任何能够使料箱水平移动的结构，本实施例对此不作限制。
工作时，当送料结构301将料箱输送到竖直调整件的指定位置(图中A位置)后，竖直调整件竖直上升，以带动料箱上升到需要的高度。竖直调整件包括托板和竖直驱动机构，竖直驱动机构带动托板上下移动，从而调整料箱高度。当然，在其他实施例中，竖直调整件可以采用其他结构，如液压缸等，本实施例对此不作限制。
料箱到达需要高度后，料箱中的水平气缸驱动双极板移出料箱到达定位台303的承载面上，定位台303上升使双极板移动到双极板夹取位置。定位台303上设置有输送带，以使双极板可以更好地移动到定位台303上，定位台303上还设置有气缸、液压缸等结构，以调整承载面的高度。第二机械臂33从双极板夹取位置夹取双极板。
当料箱中双极板全部移出后，料箱升高到最高位置，竖直调整件将其移动到回收结构302上，由回收结构302将其回收。
第二机械臂33可以是任何适当的工业机器人，本实施例对此不作限制。第二机械臂33将双极板夹取并放置在被移动件上。
单板送料装置31包括回转轨道结构310和支架313。回转轨道结构310包括间隔开的两个驱动轮311和套设在两个驱动轮311上的从动链312；支架313为多个，且均安装在回转轨道结构310上，并用于承载单板；其中，第二机械臂33用于从支架313夹取单板。
在本实施例中，单板送料装置31包括单板支座314和安装在单板支座314上的回转轨道结构310。回转轨道结构310例如构造成封闭环状轨道，包括安装在单板支座314上的两个间隔开的驱动轮311和套在两个驱动轮311上的从动链312，从而构成链轮结构。
多个支架313相间隔地安装在从动链312上并可以随从动链312移动。每个支架313可以用于承载不同类型的单板。支架313下方可以安装有锁紧装置。当从动链312转动将所需单板所在支架313送至预定拾取位置时，锁紧装置锁定，由第二机械臂33拾取对应类型的单板并转运到被传送件9上。第二机械臂33转运之前可以对所拾取的单极板进行视觉检测和身份标识检测，以确定夹取质量合格、正确的单板。
锁紧装置可以是气缸或者可运动的止挡块等，只要能够固定支架313即可。
膜电极送料装置32包括储料部321和送料部322，储料部321具有容置膜电极的容纳腔；送料部322设置在储料部321与第三机械臂34之间并沿靠近第三机械臂34的方向可运动地布置；其中，第三机械臂34用于夹取由送料部322运送的膜电极。
储料部321和送料部322均设置在膜电极安装座320上。送料部322例如可以是朝着第三机械臂34所在的位置运动的传送带。送料部322将储料部321中容纳的膜电极运送至靠近第三机械臂34的预定拾取位置，由第三机械臂34拾取膜电极并转运到被传送件9上。第三机械臂34转运之前可以对所拾取的膜电极进行视觉检测和身份标识检测。
第二机械臂33和第三机械臂34作为将各种板料装叠定位在被传送件9上的安装装置。将双极板、单板和膜电极装叠在被传送件9上的过程中，可以借助被传送件9上的定位杆进行装堆位置的校准和固定。
在被传送件9上装堆完成板料后，其被顶升结构放置在倍速链上，并运动到压堆锁定工位。在压堆锁定工位处设置有压堆锁定装置4的压紧结构40和锁紧结构。
其中，压紧结构40包括相对布置且间距可调的两个夹板和压紧驱动件844。两个夹板之间具有用于容置被传送件9和板料的放置空间；压紧驱动件844与位于下方的夹板连接，并驱动夹板运动。
通过压紧结构40对被传送件9上堆叠在一起的双极板、单板和膜电极进行挤压以形成合适的厚度。压紧结构40可以是框架23结构。例如，其包括间隔开的两个立板401和连接在两个立板401之间的顶板403，顶板403下方设置有前述的托盘405。该顶板403和可竖向运动的托盘405相对布置，即为前述的间距可调的两个夹板。被传送件9以及其上的双极板、单板和膜电极运动到托盘405上后，托盘405下方的液压缸将托盘405顶起，使其与顶板403配合挤压堆叠在一起的板料即双极板、单板和膜电极等。挤压过程中可以借助压力和压缩距离两个数据来对挤压结果进行控制。可以在托盘405上设置传感器404例如压力传感器或距离传感器、位移传感器对数据进行监控。
在压紧完成后，通过锁紧结构对其进行锁紧。锁紧结构包括第一机械臂20和第四机械臂41，第一机械臂20和第四机械臂41用于相配合以将螺杆穿过被传送件9上的板料并将螺杆旋拧在被传送件9上的螺母上。
电堆达到预定压紧效果后，由第一机械臂20拾取螺杆100与螺母放置在相邻位置，以便于第一机械臂20夹取，并将螺杆100穿过顶板403的定位孔。第四机械臂41在顶板403的相对另一侧夹住螺杆100，并引导螺杆100穿过电堆上的孔。待螺杆100穿过之后，第一机械臂20将螺杆100旋拧在事先布置在被传送件9上的螺母中。
第一机械臂20可以携带自动扭力螺丝批进行螺杆拧紧工作。为了提升适应性，第四机械臂41可以沿平行于传送结构80运动方向的方向运动。
燃料电池电堆组装系统1的检测装置可以根据生产线实际需要设置对电堆进行检测的装置，以保证生产的质量。
例如，燃料电池电堆组装系统还包括气密检测装置5、通电检测装置和尺寸检测装置中至少之一，气密检测装置5用于向电堆通气，并检测电堆的气压值；通电检测装置用于向电堆通电，并检测电堆的电导率；尺寸检测装置包括激光测距仪，用于检测电堆的尺寸。
气密检测主要通过对电堆的气道进行检测，排查电堆是否有漏气现象。电极通电检测可以检测阴极和阳极的导通和绝缘。外观检测可以通过视觉系统和激光测距检测电堆外观尺寸，判断电堆装堆的一致性。
气密检测装置5可以包括能竖向移动的上板50。上板50可以借助于安装在气密支架52上的气密驱动机构53(例如气缸或液压缸)沿竖向移动。上板50形成有与电堆的气孔连通的气道，从而可以借助外部设备经由上板50向电堆吹气，之后通过检测件检测气压状况，从而判断电堆是否有漏气现象。下板51用于盛放被传送件9，并调整其高度。
通电检测装置可以通过供电板与电堆接触而向电堆供电，从而对电堆进行检测。如图15所示，通电检测装置包括可水平移动的探针，以通过探针与电堆接触，对其进行检测。
电堆的外观尺寸可以通过激光测距仪等进行测量，以确定电堆尺寸是否满足需要。
可选地，燃料电池电堆组装系统还包括打码装置6，打码装置6包括打码器，用于在电堆上形成机器可读码。打码机60可以采用激光打码、喷码等方式。打码可选择刻印二维码或条码，根据电堆尺寸及做标识的位置决定。
打码机60设置在打码头602上，打码头602通过传动机构与手轮601连接，以使得打码头602能竖向移动以调整高度。传动机构可以是涡轮蜗杆和丝杆结构的组合结构，手轮601与蜗杆连接，蜗杆与涡轮配合，且丝杆结构中的丝杆与涡轮连接，丝杆结构中的丝杆螺母与打码头602连接，这样通过转动手轮601使得丝杆转动，从而使丝杆螺母和打码头602上下运动。
为了配合打码机60，系统还包括扫码机，扫码机可采用读码器，用于读取打印的二维码等。
可选地，扫码完成的电堆由下料装置7进行下料。下料装置7包括下料输送轨道73、第一移动架71、第二移动架72和接收结构70。第一移动架71沿与下料输送轨道73的运动方向相平行的第一方向可移动地布置在下料输送轨道73上；第二移动架72沿垂直于下料输送轨道73的运动方向的第二方向可移动地安装在第一移动架71上；接收结构70接收结构70可翻转地连接在第二移动架72上，以从传送结构80上夹取电堆并放置在下料输送轨道73上。
在本实施例中，下料输送轨道73为两个，分别用于输送合格电堆和不合格电堆。下料装置7例如采用龙门式架构，比如采用龙门式直角坐标机器人为主要框架。下料装置7的第一移动架71横跨在下料输送轨道73上，下料输送轨道73的运动方向大致平行于传送装置8的传送结构80的运动方向。第一移动架71可以在沿下料输送轨道73的运动方向延伸的调整轨道710上移动。第二移动架72安装在第一移动架71上，并可以在垂直于第一移动架71的移动方向的方向上运动。
第二移动架72上安装有可竖向移动的枢转轴。电堆的接收结构70安装在枢转轴上，在枢转轴的驱动下上下移动。接收结构70包括安装板，安装板通过耳板与枢转轴连接，并在枢转轴的驱动下实现翻转。
安装板上设置有两个夹爪，两个夹爪可以在安装板上水平移动，以实现开合。这样就可以实现对电堆的夹取，并翻转后放置在下料输送轨道73上。下料输送轨道73可采用链轨、传送带、链条等结构实现传送功能。
在本实施例中，如图16所示，下料过程为：
两个侧夹板组成接收结构70中的专用夹爪，其夹住燃料电池电堆(下称电堆)。专用夹爪根据电堆尺寸设计，可以从电堆两侧夹住电堆，将电堆固定在正中位置。之后，通过第二移动架72上的竖直驱动件和竖直从动件(例如电机带动蜗轮蜗杆减速机)，实现电堆在竖直方向上的慢速提升。
根据传感器检测的位置信号(例如前路信号通讯提示)，进行电堆合格品和不合格品分类下线。例如，通过第一移动架71上的水平调整组件带动专用夹爪水平移动，移动到相应的下料输送轨道73。
当电堆移动到对应的输送轨道后，电堆对应到轨道位置，通过传感器提供信号已对齐，由电机连接减速机，带动第一移动架71移动，以调整位置，从而将电堆调整到对应的电堆放置位置。
之后，第二移动架72中的竖直驱动件和竖直从动件使夹爪和电堆下降。下降到预设的高度后停止。
枢转轴使夹爪翻转到90°后，保持电堆水平。同时下料输送轨道上的升降托盘的气缸伸出，使升降托盘升起到最高位置，等待电堆下降到升降托盘上。
第二移动架72使夹爪和电堆继续下降，直到下降到升降托盘上。电堆到位后，夹爪松开，向两侧移动，电堆平放在升降托盘上。气动的升降托盘下降，将电堆放置在下料输送轨道73上。下料输送轨道移动，将电堆运送到料车上，以使料车移动到料仓对电堆进行存放。
本发明针对现阶段燃料电池电堆组装全靠人工操作，存在安装工作繁杂、重复定位可靠性不高、检测手段落后等的缺点的问题，通过对组装工作的深入研究，提供了一种燃料电池电堆组装自动化生产线，可以完成电堆的全自动组装，可以根据需要更改电堆尺寸，可以兼容不同种类的电堆组装工作，可以完成在线检测工作等，大大提升了工作效率，提升电堆组装的精度和准确性，还可以提供系统的记录与复查功能，是今后燃料电池行业中电堆组装的必然趋势，为行业发展提供帮助。本自动化生产线通过机械结构进行定位，通过电气系统及控制系统进行机械运动的控制，通过基于windows系统的软件进行自动化生产线的控制和记录，可以完成燃料电池电堆组装全过程的监控和记录，本生产线为运动部分单独控制，总线整体系统集成，自动化程度高，且能够完成各部分精确控制，精度高、控制准确。
可以根据需要更改电堆尺寸，可以兼容不同种类的电堆组装工作，可以完成在线检测工作等，大大提升了工作效率，提升电堆组装的精度和准确性，还可以提供系统的记录与复查功能，是今后燃料电池行业中电堆组装的必然趋势，为行业发展提供帮助。
当然，实施本申请实施例的任一技术方案必不一定需要同时达到以上的所有优点。
在本申请的各种实施方式中所使用的表述“第一”、“第二”、“所述第一”或“所述第二”可修饰各种部件而与顺序和/或重要性无关，但是这些表述不限制相应部件。以上表述仅用于将元件与其它元件区分开的目的。尽管已描述了本申请的优选，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选以及落入本申请范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (13)
1.一种燃料电池电堆组装系统，其特征在于，包括：
传送装置(8)，包括用于传输被传送件(9)的可运动传送结构(80)，所述传送装置(8)上设置有至少两个工位；
所述燃料电池电堆组装系统还包括预装螺母装置(2)、上料装堆装置(3)、压堆锁定装置(4)、检测装置和下料装置(7)中的至少两个，其中：
所述预装螺母装置(2)包括用于将螺母安装至所述被传送件(9)上；
所述上料装堆装置(3)沿所述传送结构(80)的运动方向布置在所述预装螺母装置(2)的下游，用于将运送的待装叠至所述被传送件(9)的板料装堆至所述被传送件(9)上；
所述压堆锁定装置(4)沿所述传送结构(80)的运动方向布置在所述上料装堆装置(3)的下游，包括用于将所述板料压紧以形成电堆的压紧结构(40)和用于在电堆上安装锁紧件的锁紧结构；
所述检测装置沿所述传送结构(80)的运动方向布置在所述压堆锁定装置(4)的下游，用于对所述电堆进行检测；
所述下料装置(7)沿所述传送结构(80)的运动方向设置在所述压堆锁定装置(4)的下游，所述下料装置(7)用于将所述电堆从所述传送结构(80)上搬离。
2.根据权利要求1所述的燃料电池电堆组装系统，其特征在于，所述传送结构(80)包括倍速链，所述倍速链上对应于工位的位置处设置有托盘(405)，所述托盘(405)用于承载所述被传送件(9)；
所述传送装置(8)还包括：
底架(83)，用于安装所述倍速链；
多个限位止挡件(81)，沿所述倍速链的运动路径布置在所述底架(83)上且与所述工位一一对应地设置；
多个顶升结构，与所述多个限位止挡件(81)对应布置在所述底架(83)上且用于将所述托盘(405)顶起，以与所述传送结构(80)脱离。
3.根据权利要求2所述的燃料电池电堆组装系统，其特征在于，至少一个限位止挡件(81)包括：
止挡底座(810)，可竖直运动地安装在所述底架(83)上；
转动件(811)，可转动地安装在所述止挡底座(810)上，所述转动件(811)具有用于与所述托盘(405)接触的第一端和与所述第一端相对的第二端；
压力传感器(812)，安装在所述止挡底座(810)上并用于检测与所述第二端接触的压力值。
4.根据权利要求1所述的燃料电池电堆组装系统，其特征在于，所述预装螺母装置(2)还包括：
振动上料件，具有容置所述螺母的内腔和用于输送所述螺母并调整所述螺母姿态的螺旋输送轨道和输送所述螺母的直线输送轨道，所述直线输送轨道具有出料口(2121)；
定位供料件(213)，对应于所述直线输送轨道的出料口(2121)设置，将所述出料口(2121)流出的所述螺母移动至供第一机械臂(20)夹取的螺母夹取位置；
第一机械臂(20)，用于从所述螺母夹取位置夹取所述螺母并放置在所述被传送件(9)上。
5.根据权利要求1所述的燃料电池电堆组装系统，其特征在于，所述上料装堆装置(3)包括双极板送料装置(30)、单板送料装置(31)、膜电极送料装置(32)、第二机械臂(33)和第三机械臂(34)，
所述第二机械臂(33)将所述双极板送料装置(30)输送的双极板和所述单板送料装置(31)输送的单板装叠至所述被传送件(9)；
所述第三机械臂(34)将所述膜电极送料装置(32)输送的膜电极装叠至所述被传送件(9)。
6.根据权利要求5所述的燃料电池电堆组装系统，其特征在于，所述双极板送料装置(30)包括料箱、送料结构(301)、回收结构(302)、竖直调整件、水平气缸和定位台(303)；
所述送料结构(301)和所述回收结构(302)层叠设置，且运动方向相反，用于承载和输送所述料箱；
所述竖直调整件对应于所述送料结构(301)设置，并用于竖直输送所述料箱；
所述料箱具有容置所述双极板的容腔，所述水平气缸设置在所述料箱内，并用于沿水平方向驱动所述双极板移出所述料箱；
定位台(303)，设置在所述竖直调整件与所述第二机械臂(33)之间，并用于承载从所述料箱移出的双极板，并将所述双极板推动到双极板夹取位置；
所述第二机械臂(33)用于从所述双极板夹取位置夹取所述双极板。
7.根据权利要求5所述的燃料电池电堆组装系统，其特征在于，所述单板送料装置(31)包括：
回转轨道结构(310)，包括间隔开的两个驱动轮(311)和套设在所述两个驱动轮(311)上的从动链(312)；
支架(313)，所述支架(313)为多个，且均安装在所述回转轨道结构(310)上，并用于承载所述单板；
其中，所述第二机械臂(33)用于从所述支架(313)夹取所述单板。
8.根据权利要求5所述的燃料电池电堆组装系统，其特征在于，所述膜电极送料装置(32)包括：
储料部(321)，具有容置所述膜电极的容纳腔；
送料部(322)，设置在所述储料部(321)与所述第三机械臂(34)之间并沿靠近所述第三机械臂(34)的方向可运动地布置；
其中，所述第三机械臂(34)用于夹取由所述送料部(322)运送的所述膜电极。
9.根据权利要求1所述的燃料电池电堆组装系统，其特征在于，所述压紧结构(40)包括：
相对布置且间距可调的两个夹板，所述两个夹板之间具有用于容置所述被传送件(9)和所述板料的放置空间；
压紧驱动件(844)，所述压紧驱动件(844)与位于下方的所述夹板连接，并驱动所述夹板运动。
10.根据权利要求1所述的燃料电池电堆组装系统，其特征在于，所述锁紧结构包括第一机械臂(20)和第四机械臂(41)，所述第一机械臂(20)和所述第四机械臂(41)用于相配合以将螺杆穿过所述被传送件(9)上的板料并将所述螺杆旋拧在所述被传送件(9)上的所述螺母上。
11.根据权利要求1所述的燃料电池电堆组装系统，其特征在于，所述下料装置(7)包括：
下料输送轨道(73)；
第一移动架(71)，沿与所述下料输送轨道(73)的运动方向相平行的第一方向可移动地布置在所述下料输送轨道(73)上；
第二移动架(72)，沿垂直于所述下料输送轨道(73)的运动方向的第二方向可移动地安装在所述第一移动架(71)上；
接收结构(70)，所述接收结构(70)可翻转地连接在所述第二移动架(72)上，以从所述传送结构(80)上夹取电堆并放置在所述下料输送轨道(73)上。
12.根据权利要求1所述的燃料电池电堆组装系统，其特征在于，所述燃料电池电堆组装系统还包括气密检测装置(5)、通电检测装置和尺寸检测装置中至少之一，
所述气密检测装置(5)用于向所述电堆通气，并检测所述电堆的气压值；
所述通电检测装置用于向所述电堆通电，并检测所述电堆的电导率；
所述尺寸检测装置包括激光测距仪，用于检测所述电堆的尺寸。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的燃料电池电堆组装系统，其特征在于，所述燃料电池电堆组装系统还包括打码装置(6)，所述打码装置(6)包括打码器，用于在所述电堆上形成机器可读码。
Priority Applications (1)
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Denomination of invention: Fuel cell stack assembly system Effective date of registration: 20220627 Granted publication date: 20220329 Pledgee: Beijing first financing Company limited by guarantee Pledgor: BEIJING HUASHENG XINAN ELECTRONIC TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO.,LTD. Registration number: Y2022980009277 |
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Denomination of invention: Fuel cell stack assembly system Granted publication date: 20220329 Pledgee: Beijing first financing Company limited by guarantee Pledgor: BEIJING HUASHENG XINAN ELECTRONIC TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO.,LTD. Registration number: Y2024980029115 |