CN115365788A - 电池合盖夹具、设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电池合盖设备，包括夹紧装置、预合盖装置以及压盖装置；所述夹紧装置包括夹具，所述夹具包括上夹腔与下夹腔，所述上夹腔的内径小于所述下夹腔的内径；所述预合盖装置包括压杆、横向杆件与第一驱动单元，所述压盖装置包括纵向压杆与第二驱动单元。本发明通过利用特制的夹具，工作的时候，利用下夹腔将电池外壳夹稳，然后利用口径稍小的上夹腔对电池盖子进行导向与定位，从而提高盖子的合盖精度；另外利用预合盖装置将盖子先扣合在外壳中，最后再通过纵向压杆实现盖子的盖合，这样在既保证合盖的精度，又提高了生产效率。同时，本发明又提供一种能应用上述电池合盖设备的方法。

Description

电池合盖夹具、设备及方法

技术领域

本发明涉及电池生产设备，特别是电池的合盖设备。

背景技术

在现有的圆柱电芯的装配中，集流盘与盖帽是通过连接片连接成一体的，需要先将集流盘与电芯进行焊接，再将连接在集流盘上的盖帽翻转、压合、并并焊接在电芯端面。盖帽装配包括盖帽翻转工序和盖帽压盖工序，现有技术在盖帽翻转工序中容易出现盖帽翻转合盖精度低的问题，从而影响后续盖帽与电芯压合焊接工序。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：在于提供一种电池合盖夹具，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

本发明解决其技术问题的解决方案是：一种电池合盖夹具，包括上夹腔与下夹腔，所述上夹腔与下夹腔的中心线重合，所述上夹腔的内径小于所述下夹腔的内径。

本发明通过利用特制的夹具，工作的时候，利用下夹腔将电池外壳夹稳，然后利用口径稍小的上夹腔对电池盖子进行导向与定位，从而提高盖子的合盖精度。

作为上述技术方案的进一步改进，所述夹具包括两个夹具主体，两个所述夹具主体相对滑动设置，所述夹紧主体上设有定位块，所有所述定位块相互之间形成所述的上夹腔与下夹腔。

本夹具通过利用两个夹具主体对产品进行装夹，工作的时候，两个夹具相互靠近或远离，从而实现对物品的夹紧以及放松。

作为上述技术方案的进一步改进，一个所述夹具主体上设有两个所述定位块，同一个主体上的两个所述定位块之间设有避空槽，所述定位块上设有第一弧形面，所述第一弧形面的上方侧设有凸台，所述凸台的外端设有第二弧形面，所有第二弧形面之间形成所述的上夹腔，所有所述的第一弧形面之间形成所述下夹腔。

利用上述结构后，可以通过避空槽起到引导导向的作用，同时避空槽又可以起到降低成本的作用。

同时，本发明还提供一种应用上述电池合盖夹具的电池合盖设备，包括夹紧装置、预合盖装置以及压盖装置；所述夹紧装置包括上述的电池合盖夹具；所述预合盖装置包括压杆、横向杆件与第一驱动单元，所述压杆与所述横向杆件相对设置，所述第一驱动单元带动所述横向杆件靠近所述的压杆；所述压盖装置包括纵向压杆与第二驱动单元，所述第二驱动单元带动所述纵向压杆沿着上下方向移动。

本发明所提供的合盖设备，利用预合盖装置将盖子先扣合在外壳中，最后再通过纵向压杆实现盖子的盖合，这样在既保证合盖的精度，又提高了生产效率。

作为上述技术方案的进一步改进，所述夹紧装置还包括滑台，所述滑台的一端与所述压盖装置连接，另外一端与所述预合盖装置连接，所述滑台上设有第一升降机构，所述夹具安装在所述第一升降机构上。利用滑台，可以实现合盖的自动化作业。

作为上述技术方案的进一步改进，所述横向杆件包括足部，所述足部对着所述压杆，所述足部靠近压杆的一端设有斜面。利用足部对盖子进行压合，方便盖子进行预合盖。

作为上述技术方案的进一步改进，所述预合盖装置包括第一支架与第二支架，所述压杆固定杆在所述第一支架上，所述横向杆件固定在所述第二支架上，所述第一支架与第二支架相互交错布置。横向压杆与压杆的两个支架相互交错布置，可以使得预合盖装置的整体结构更加紧凑，动作的节拍可以更快，生产效率更高。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括校准装置与转移机构，所述转移机构连通所述校准装置与夹紧装置。通过利用校准装置可以保证盖子在动作时的位置精度，经校准后的盖子再被移送到夹紧装置中进行合盖作业。

作为上述技术方案的进一步改进，所述校准装置包括旋转台以及照相单元，所述照相单元对着所述旋转台。通过旋转台对电池产品的翻盖的朝向进行调整，而利用照相单元对翻盖的朝向进行反馈控制。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括光栅单元与对射光纤器，所述光栅单元与所述旋转台电连接，所述对射光纤器用于判断是否有上料。利用光栅单元，可以使得电池产品得出初步的位置反馈调整，提高电芯翻盖的位置精度；而利用对射光纤器，可以判断电芯是否已经在位。

作为上述技术方案的进一步改进，所述压杆呈扁平状，所述压杆的前端设有倒圆角。扁平的压杆，可以使得盖子在翻转的时候，更加方便。

同时，本发明还提供了一种应用上述电池合盖设备的电池合盖方法，包括如下步骤：

S1、校准电池外壳位置，保证电池翻盖的朝向相同；

S2、将校准后的电池外壳挪到工作台；

S3、利用夹具的下夹腔将电池外壳固定，并使得所述上夹腔的内径略小于电池翻盖的外径；

S4、进行预合盖作业，预合盖的时候利用压杆抵住翻盖的根部的内侧，然后横向压杆从外向内移动，从而使得翻盖部分进入到外壳中；

S5、纵向压杆向下移动，将翻盖完全压入外壳中。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员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设计方案和附图。

图1是本发明的电池合盖设备的立体示意图；

图2是本发明的夹紧装置的立体示意图；

图3是本发明的夹具的立体示意图；

图4是本发明的夹具的装夹示意图，图中a为电池外壳。

图5是本发明的预合盖装置的立体示意图；

图6是本发明的压盖装置的立体示意图；

图7是本发明的校准装置的立体示意图；

图8是图7中的局部放大示意图；

图9a是本发明的校准示意图;

图9b是本发明的另外一个校准示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。同时，本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

结合现有技术可知，圆柱电池生产主要包括电芯入壳以及电芯合盖两个主要工序。本实施例提供的一种电池合盖设备，该设备主要用于对圆柱电池的电芯合盖工序进行加工。即本设备面对的产品是已经完成电芯入壳工序，该产品包括一个外壳以及安装在在外壳中的电芯，电芯连着盖子，盖子位于外壳外，本设备要实现的就是将该盖子盖在所述外壳中。

参照图1～图8，本电池合盖设备主要由夹紧装置100、预合盖装置200、压盖装置300以及校准装置400组成。参见图1，所述的预合盖装置200位于所述夹紧装置100的前方，所述压盖装置300位于所述夹紧装置100的后方，所述的夹紧装置100、预合盖装置200以及压盖装置300相对组合成一起，而所述的校准装置400相对于其它装置分离，而所述的校准装置400与夹紧装置100之间可以通过转移机构600连接。

结合图2、图3，所述夹紧装置100包括支架110、滑台120，所述支架110安装在所述滑台120上，所述滑台120可以带动所述支架110前后移动。所述支架110上包括多个工作台111，每个所述工作台上均设有一个电池合盖夹具500，同时所述支架110上设有第一升降机构130，所述电池合盖夹具500安装在所述第一升降机构130上。即所述第一升降机构130可以带动所述电池合盖夹具500相对所述工作台111上下升降移动。

本实施例中，所述的电池合盖夹具500由两个夹具主体510组成，两个所述的夹具主体510的结构互为镜像对称。工作的时候，两个所述的夹具主体510可以相互靠近或相互远离，从而实现对电池产品的夹紧与松开。可以理解的是，所述的第一升降机构130上还设有夹具驱动气缸。所述的夹具驱动气缸带动两个夹具主体510相对移动。移动的时候，两个夹具主体510是同速异向地移动，即两个夹具510在靠近的时候保持两者之间的中心线不变，当在电池合盖夹具500中放入电池产品的时候，夹具主体510在夹紧的时候能保证电池产品的位置中线不变，提高电池的合盖精度。

参见图3，所述的夹具主体510包括底座511，在所述底座511的上表面设有两个定位块520，两个所述的定位块520相对分离，两者之间形成一个避空槽550；两个所述定位块520包括第一弧形面521，所述第一弧形面521的上方侧设有凸台，所述凸台的外端设有第二弧形面522。可以理解，两个夹具510的四个第一弧形面521的圆心以及半径均相同，而四个第二弧形面521的圆心以及半径也相同。同时，第一弧形面521的圆心与第二弧形面522的圆心相同，而第一弧形面521的半径大于第二弧形面522的半径。四个所述第一弧形面521之间相互离开，彼此之间组成下夹腔530；而四个所述第二弧形面522之间也相互离开，彼此之间组成上夹腔540。

参将图5，所述预合盖装置200包括横梁210，所述横梁210的末端设有第二升降机构220，所述第二升降220上设有第一支架230与第二支架240。所述第一支架230的板面朝向水平方向，而所述第二支架240的板面朝向竖直方向。在所述第一支架230的下端固定设有压杆250，在所述第二支架240上固定设有横向杆件260，所述横向杆件260靠近所述压杆250的一端设有足部261，所述足部261包括斜面。所述压杆250呈扁平状。所述压杆250与横向杆件360相对设置。

在所述横梁210上还设有第一驱动单元270，所述第一驱动单元270与所述第一支架240驱动连接。所述横向杆件260的最下端高于所述压杆250的最上端。

参见图6，所述压杆装置300包括纵向压杆310与第二驱动单元320，所述第二驱动单元带动所述纵向压杆310上下移动。所述纵向压杆310沿着水平方向延伸，所述纵向压杆310的末端设有压头311，所述压头311的外周设有导向块，所述导向块与电池合盖夹具500的避空槽550相对。

参见图7、图8，所述校准装置400包括照相单元410、对射光纤器420旋转台430以及光纤单元440，所述旋转台430上设有安装槽。所述光纤单元440位于所述安装槽的后方，且所述光纤单元440的照射区域441覆盖大部分的安装槽的位置。所述对射光纤器420以及照相单元410均设置在旋转台430的前方，且所述照相单元410以及对射光纤器420均对着所述的旋转台。

参见图1、图5，所述转移机构600包括滑轨610，所述滑轨610上滑动设有夹子620。

下面结合上述的电池合盖设备，详细阐述本设备是如何进行合盖的。

首先，需要对已经装入电芯的外壳进行位置校准；参见图7-图9，将该外壳a放入到旋转台430的安装槽中，此时电池翻盖b是相对立起来的；为了后序的合盖方便，本步骤中需要将电池翻盖的表面统一朝向前方；为此，本方案中利用到照相单元410、光纤单元440对射光纤器420对翻盖的朝向进行校准，当翻盖的朝向不对的时候，通过旋转台430的动作，调整翻盖的朝向。另外，利用对射光纤器420判断是否电芯已经在位，排除误识别翻盖已经到位的可能。具体的：

参见图8、图9a、图9b，在校准的过程中，首先由于电池翻盖b是立起来的，电池翻盖b很有可能会挡住光栅单元440的照射区域，该照射区域441是覆盖了安装槽的上方的后侧的绝大部分面积。此时通过旋转台430转动，直到电池翻盖b位于光栅单元440的照射区域441之外；当电池翻盖b不再遮挡光栅单元440的时候，旋转台430停止动作；接着，利用对射光纤器420判断电芯是否在位。当前工序出现错误的时候，有可能电芯（连同翻盖）没有放入到外壳中，此时由于缺少了翻盖，光栅单元440同样不会被遮挡。因此，需要增加对射光纤器420，只有当对射光纤器420感知到翻盖b的存在，才会进行下一步的精校准；

由于翻盖b的厚度比较薄，而光栅单元440的照射区域441覆盖面有限，因此，在经过光栅单元440的初步的校准后，其精度在±15°左右。为了获得更高的位置精度，本实施例采用了照相单元410。

利用照相单元410对电池产品的正面进行拍照，拍照后识别壳体a以及翻盖b的中心，判断壳体a的中心与翻盖b的中心是否位于同一竖直线上，从而可以大大提高电池产品的校准精度。由于壳体a在旋转过程中，其拍照后的中心是保持不变的，但是翻盖b的中心是会随着旋转台430的转动而发生偏移的，只有当两者的中心都处于同一竖直线上后，才认定翻盖中心处于指定的朝向。如图9a所示，翻盖b即不处于指定的朝向上，而图9b所示，翻盖b即处于指定的朝向。利用照相单元410校准后，电池产品的位置精度可以达到±3°以内。

在校准了翻盖的朝向后，需要将该电池挪动到夹紧装置100；此时，通过转移机构600的夹子620将校准后的电池水平地挪动到夹紧装置的工作台111即可；由于夹子620是水平移动的，因此在挪动后，电池的翻盖朝向是保持不变的；

接着，电池合盖夹具500开始动作；先有第一升降机构130将电池合盖夹具500升起，使得电池合盖夹具500的中心与电池的中心重合，接着两个夹具主体510开始互相靠近，下夹腔530将电池外壳夹稳，此时上夹腔540并没有与电池外壳发生接触；

然后，开始进行预合盖作业；首先将电池外壳移动到预合盖装置200的下方，第二升降机构220带动压杆250抵住电池翻盖的内侧的根部，接着横向杆件260沿着前方方向移动，从电池翻盖的外侧向内侧移动，在横向杆件260以及压杆250的共同作用下翻盖向内侧发生翻转，并由部分的翻盖能进入到外壳中；同时翻盖在下翻的过程中，翻盖的外表面与上夹腔540发生抵接，由于上夹腔540的内径略小于翻盖的外径，因此，翻盖在下翻过程中，由于上夹腔540与翻盖为过盈配合，使得翻盖始终受到上夹腔540的限制，从而使得翻盖能准确的盖入到外壳中。

参见图4，在一些实施例中，所述电池的外壳包括有台阶面，所述翻盖在盒盖的时候，翻盖的外表面抵住外壳的台阶面。而为了使得合盖的精度更高，所述的上夹腔540的内壁应当与所述外壳的台阶面的端面相齐平。这样，可以使得翻盖在盒盖的时候，能准确的落在台阶面上。

预合盖结束后，滑台120将电池送到压盖工位，即将预合盖后的电池送到纵向压杆310的下方；

最后，纵向压杆310在第二驱动单元320的作用下向下加压；由于压头311与避空槽550具有导向的左右，因此压头能准确地压在翻盖的上表面，同时由于翻盖受到上夹腔540的限定，因此虽然翻盖是做着翻转移动，但是翻盖整体还是准确地落入到外壳上。虽然翻盖在盖合过程中，会与上夹腔发生摩擦，但是这些摩擦是可控的，不会影响最终产品的质量。

本实施例中，所述的电池合盖夹具500采用的是两个夹具主体的结构，除了上述结构外，所述额电池合盖夹具500也可以采用三爪卡的结构。所述的三爪卡可以参考车床的三爪卡盘的结构。当然，也可以是四爪的结构。但是无论电池合盖夹具500采用多少个爪的结构，所述的电池合盖夹具500都应当具备上夹腔与下夹腔。

本实施例中，所述的横向杆件260呈L形，所述横向杆件260包括竖向的连接部262与横向的足部261，所述连接部262的下方与所述足部261连接，所述的足部261用于在横向移动的时候，将翻盖往下压。翻盖的下压程度取决与足部261与压杆250之间的间隙。压杆250在使用的时候会抵住翻盖的根部，而为了避免翻盖在翻转过程中，根部发生损害，所述的压杆250的前端为倒圆角。而足部261由于与翻盖在工作过程中，不断的发生接触，为了使得翻盖能顺利地向下翻转，所述足部261靠近压杆250的一端设为斜面。而所述横向杆件260的连接部262设有腰型孔，利用腰型孔，可以调整足部261的相对安装高度，从而起到调整足部261与压杆250之间的间隙的作用。

另外，本实施例中，电池在预合盖工位与压合工位之间的切换，主要依靠滑台的移动。在另外一些实施例中，所述夹紧装置可以相对不同，而所述的预合盖装置与压合装置能相对移动。又或者将夹紧装置、预合盖装置、压合装置安装在一个环形的机架上，然后由一个转盘带动电池产品在不同装置中进行位置切换。

在另外一些实施例中，所述的纵向压杆也可以为上下方向延伸的杆件。

本实施例中，为了实现电池翻盖的位置校准，还设置了校准装置，而在另外一些实施例中，当电芯入壳的时候已经完成了位置的限定，那么在后序的合盖作业中，可以不需要进行位置的校准。即在一些其他实施中，可以没有校准装置。而且，校准装置也不限定必须包括照相单元410以及对射光纤器420。

另外，本实施例中，所述转移机构600与预合盖装置200共用一个机架。在另外一些实施例中，两者是可以分设在不同的机架上的。

以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (11)

1.一种电池合盖夹具，其特征在于：包括上夹腔与下夹腔，所述上夹腔与下夹腔的中心线重合，所述上夹腔的内径小于所述下夹腔的内径。

2.根据权利要求1所述的电池合盖夹具，其特征在于：所述夹具包括两个夹具主体，两个所述夹具主体相对滑动设置，所述夹紧主体上设有定位块，所有所述定位块相互之间形成所述的上夹腔与下夹腔。

3.根据权利要求1所述的电池合盖夹具，其特征在于：一个所述夹具主体上设有两个所述定位块，同一个主体上的两个所述定位块之间设有避空槽，所述定位块上设有第一弧形面，所述第一弧形面的上方侧设有凸台，所述凸台的外端设有第二弧形面，所有第二弧形面之间形成所述的上夹腔，所有所述的第一弧形面之间形成所述下夹腔。

4.一种电池合盖设备，其特征在于：包括夹紧装置、预合盖装置以及压盖装置；

所述夹紧装置包括上述权利要求1-3任意一项所述的电池合盖夹具；

所述预合盖装置包括压杆、横向杆件与第一驱动单元，所述压杆与所述横向杆件相对设置，所述第一驱动单元带动所述横向杆件靠近所述的压杆；

所述压盖装置包括纵向压杆与第二驱动单元，所述第二驱动单元带动所述纵向压杆沿着上下方向移动。

5.根据权利要求4所述的电池合盖设备，其特征在于：所述夹紧装置还包括滑台，所述滑台的一端与所述压盖装置连接，另外一端与所述预合盖装置连接，所述滑台上设有第一升降机构，所述夹具安装在所述第一升降机构上。

6.根据权利要求4所述的电池合盖设备，其特征在于：所述横向杆件包括足部，所述足部对着所述压杆，所述足部靠近所述压杆的一端设有斜面。

7.根据权利要求4所述的电池合盖设备，其特征在于：所述预合盖装置包括第一支架与第二支架，所述压杆固定杆在所述第一支架上，所述横向杆件固定在所述第二支架上，所述第一支架与第二支架相互交错布置。

8.根据权利要求4所述的电池合盖设备，其特征在于：还包括校准装置与转移机构，所述转移机构连通所述校准装置与夹紧装置。

9.根据权利要求8所述的电池合盖设备，其特征在于：所述校准装置包括旋转台以及照相单元，所述照相单元对着所述旋转台。

10.根据权利要求9所述的电池合盖设备，其特征在于：还包括光栅单元与对射光纤器，所述光栅单元与所述旋转台电连接，所述对射光纤器用于判断是否有上料。

11.一种电池合盖方法，其特征在于：使用上述权利要求4~10任意一项所述的电池合盖设备，包括如下步骤：

S1、校准电池外壳位置，保证电池翻盖的朝向相同；

S2、将校准后的电池外壳挪到工作台；

S3、利用夹具的下夹腔将电池外壳固定，并使得所述上夹腔的内径小于电池翻盖的外径；

S4、进行预合盖作业，预合盖的时候利用压杆抵住翻盖的根部的内侧，然后横向压杆从外向内移动，从而使得翻盖部分进入到外壳中；

S5、纵向压杆向下移动，将翻盖完全压入外壳中。

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