CN218800074U - 一种自动插针法快速进行电池底部焊接的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种自动插针法快速进行电池底部焊接的装置，包括工作台、CCD识别插针机构、焊接机构、拔针机构、出料机构和焊针循环轨道；CCD识别插针机构、焊接机构、拔针机构、出料机构和焊针循环轨道均安装在工作台上，CCD识别插针机构和焊接机构之间设有插针电池排放架，插针电池排放架安装在工作台；拔针机构位于焊接机构的下游用于拔出电池内的焊针，出料机构位于拔针机构的下游用于取出完成焊接的电池；焊针循环轨道位于拔针机构和CCD识别插针机构之间输送拔针机构拔出的焊针。本实验新型提高了电池底部的焊接效率、易于检测电池成品质量，属于电池焊接设备。

Description

一种自动插针法快速进行电池底部焊接的装置

技术领域

本实用新型涉及电池焊接设备，具体涉及一种自动插针法快速进行电池底部焊接的装置。

背景技术

在锌基电池生产制造工艺中，其中有一道工艺需要在电池内部中心对负极铜极耳与钢壳进行焊接，使电池卷芯的负极和电池钢壳相连。此道工序的操作工艺，目前普遍采用电阻焊的方式进行。

电阻焊的方式：采用小直径(Φ3mm)铜材焊针在顶端镶嵌(Φ1.5mm)钨针组合而成的复合焊针,进行焊接时使顶端钨针在过大电流时发热熔融铜极耳在电池底部壳体上。

焊接时将小直径的复合焊针从电池中心孔，深入到电池底部接触到负极极耳后，压紧负极极耳，使负极极耳和壳体底部充分接触，然后焊接设备释放电流进行焊接。(如图8和图9所示)

采用上述方法，结合电池夹具，手持待焊电池，使电池中心孔对准上述复合焊针，踩踏设备启动踏板，复合焊针向下运动，穿过电池中心孔，压在负极极耳上，然后放电进行焊接。

上述方法存在以下问题：

1.在焊接过程中，由于电阻焊自身的发热，焊针温度逐渐升高，引起焊针阻值发生变化，从而导致焊接炸火。同时，焊针温度过高，在拔针过程中容易烫坏隔膜。

2.工序效率低：没有自动化设备支撑，采用人工方式进行的作业导致工序效率低下。

3.工序成品质量检验困难：由于人工作业，焊接后熔接拉力无法检验，需要再额外增加设备对焊接拉力进行测试，而过程中的电池装夹等人工作业又会进一步降低工序效率。

4.焊接一致性差：人工作业会由于可能出现焊点多焊或者少焊等问题，从而带来焊接质量的不一致。

5.焊针冷却方式效率低：在狭小空间内进行大电流的电阻焊接，必须对焊针进行降温或者散热处理。单根焊针重复使用会导致焊针高温，高温焊针再进行焊接会带来如下问题：

(1)炸火异常：高温焊针重复焊接会带来严重炸火，飞溅的焊接火花会直接接触就近的电池卷芯中心孔内圈隔膜，导致烫坏隔膜。同时炸火带来焊接质量明显下降，接触阻值升高，电池性能下降。

(2)烫伤隔膜：焊针反复焊接后温度很高，在焊接结束后进行拔针，焊针退出电池卷芯中心孔时，有一定概率使得焊针接触电池卷芯中心孔内圈隔膜，烫坏电池隔膜导致电池报废。

实用新型内容

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是：提供一种自动插针法快速进行电池底部焊接的装置，解决了工序效率低、质量检测困难、焊接质量差的问题。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种自动插针法快速进行电池底部焊接的装置，包括工作台、CCD识别插针机构、焊接机构、拔针机构、出料机构和焊针循环轨道；CCD识别插针机构、焊接机构、拔针机构、出料机构和焊针循环轨道均安装在工作台上，CCD识别插针机构和焊接机构之间设有插针电池排放架，插针电池排放架安装在工作台；拔针机构位于焊接机构的下游用于拔出电池内的焊针，出料机构位于拔针机构的下游用于取出完成焊接的电池；焊针循环轨道位于拔针机构和CCD识别插针机构之间输送拔针机构拔出的焊针。

作为一种优选，CCD识别插针机构包括第一支撑架、CCD相机、取针夹子、第一伺服电机、第一丝杆、第一滑块和插针气缸，第一支撑架竖直固定在工作台上，第一伺服电机和第一支撑架的顶部固定连接，第一伺服电机的输出轴和第一丝杆固定连接，第一丝杆水平设置；第一滑块和第一丝杆螺纹连接，插针气缸和第一滑块固定连接；插针气缸的输出轴竖直设置，插针气缸的输出轴连接有第一水平板，CCD相机和取针夹子均和第一水平板固定连接，CCD相机和取针夹子均朝向工作台设置；插针电池排放架的一端位于第一水平板的下方，焊针循环轨道的另一端位于第一水平板的下方。

作为一种优选，拔针机构包括第二支撑架、焊针夹子、第二伺服电机、第二丝杆、第二滑块、拔针气缸和第二水平板，第二支撑架竖直固定在工作台上，第二伺服电机和第二支撑架的顶部固定连接，第二伺服电机的输出轴和第二丝杆固定连接，第二丝杆水平设置；第二滑块和第二丝杆螺纹连接，拔针气缸和第二滑块固定连接；拔针气缸的输出轴竖直设置，第二水平板和拔针气缸的输出轴固定连接，焊针夹子和第二水平板固定连接，焊针循环轨道的一端位于第二水平板的下方。

作为一种优选，出料机构包括良品储料轨道、不良品储料轨道、良品推料气缸、不良品推料气缸和取电池气缸，良品储料轨道和不良品储料轨道并排固定在工作台上，良品推料气缸安装在良品储料轨道的一侧，良品推料气缸的输出轴和良品储料轨道的延伸方向重合，良品储料轨道位于焊针夹子的下方；不良品推料气缸安装在不良品储料轨道的一侧，不良品推料气缸的输出轴和不良品储料轨道的延伸方向重合；良品推料气缸和良品储料轨道之间的区域和不良品推料气缸和不良品储料轨道之间的区域构成电池移动通道，取电池气缸安装在电池移动通道的外侧，取电池气缸的输出轴和电池移动通道的延伸方向重合，电池移动通道的延伸方向朝向第二水平板的下方设置。

作为一种优选，良品储料轨道和不良品储料轨道的结构相同，良品储料轨道和不良品储料轨道均包括两块限位板，两块限位板并排设置，两块限位板之间的间距和电池外径相等。

作为一种优选，焊针循环轨道包括两条并排设置的限位条，两条限位条架设在工作台上，两条限位条之间的间隔小于焊针的头部，两条限位条之间的间隔大于焊针的尾部。

作为一种优选，焊针包括焊机正电极、焊机负电极和焊针本体，焊针本体外侧包裹有铁氟龙管；焊机正电极和焊机负电极分别和焊针本体的两端插拔式连接。

作为一种优选，插针电池排放架包括竖直固定在工作台的排放板。

作为一种优选，拔针气缸上设有称重模块。

总的说来，本实用新型具有如下优点：

1.本实用新型解决焊针重复使用带来的焊接问题：创新的铁氟龙管包覆方式，有效解决可能的炸火问题导致的焊渣烫坏隔膜引起的电池报废。分体焊针设计有效解决自动焊接中的焊针轮换问题，同时不会因重复使用单根焊针而导致焊针热量堆积无法散热问题，有效解决焊接完成后拔针过程中焊针烫坏隔膜的问题。

2.本实用新型提升工序效率：采用自动化的设备代替手工作业，效率得到大大提升。自动供料机配合CCD位置检测机构，能快速准确的给待焊接电池插针，工序效率大大提升。

3.本实用新型实现自动产品焊接质量检验：拔针机构整合称重模块，在拔针的过程中检测拔针拉力，利用焊接炸火粘针特性对每个产品进行检验。

附图说明

图1为一种自动插针法快速进行电池底部焊接的装置的立体图。

图2为一种自动插针法快速进行电池底部焊接的装置的俯视图。

图3为焊针本体的立体图。

图4为焊针本体、焊机正电极和焊机负电极的爆炸图。

图5为插针机构的立体图。

图6为拔针机构的立体图。

图7为出料机构的立体图。

图8为现有技术电阻焊方式所用到的设备在工作时的示意图。

图9为现有技术电阻焊方式所用到的设备在工作时的另一示意图。

其中，1为工作台、2为CCD识别插针机构、3为焊接机构、4为拔针机构、5为出料机构、6为焊针循环轨道、7为第一支撑架、8为CCD相机、9为取针夹子、10为第一伺服电机、11为导向板、12为第一滑块、13为插针气缸、14为第二支撑架、15为焊针夹子、16为第二伺服电机、17为第二滑移平台、18为第二滑块、19为拔针气缸、20为第二水平板、21为良品储料轨道、22为不良品储料轨道、23为良品推料气缸、24为不良品推料气缸、25为取电池气缸、26为焊机正电极、27为焊机负电极、28为焊针本体、29为称重模块，30为插针电池排放架，31为电池，32为第一水平板，33为第一滑移平台。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式来对本实用新型做进一步详细的说明。

如图1和图2所示，一种自动插针法快速进行电池底部焊接的装置，包括工作台、CCD识别插针机构、焊接机构、拔针机构、出料机构和焊针循环轨道。

工作台：由四个桌脚和工作平板组成，工作平板为矩形平板，四个桌脚均竖直固定在地面上，工作平板的四个边角分别和四个桌脚固定连接。

如图5所示，插针机构装配在机台入料口，作为第一道工序，将焊针插入到电池中心孔当中。CCD识别插针机构：第一支撑架、CCD相机、取针夹子、第一伺服电机、第一丝杆、第一滑块和插针气缸。

第一支撑架：由两块竖板组成，两块竖板并排固定在工作平板上。

CCD相机和第一伺服电机均为现有成熟的产品，直接购买现有的产品组装使用即可。

CCD识别插针机构还包括第一滑移平台和导向板，第一滑移平台固定在两块竖板的顶部，第一丝杆和第一滑移平台转动连接，第一伺服电机固定在一块竖板上，第一伺服电机和第一丝杆固定连接。第一滑块和丝杆螺纹连接，导向板和滑移平台固定连接，第一滑块和导向板滑移连接，插针气缸和第一滑块固定连接，从而电机带动丝杆转动，滑块在丝杆上滑移，带动插针气缸滑移。导向板限制第一滑块随着丝杆转动，让第一滑块只能沿导向板长度方向平移。

第一水平板：第一水平板水平设置，第一水平板的顶部和插针气缸固定连接，第一水平板的底部和CCD相机、取针夹子固定连接。

取针夹子：由手指气缸、焊针夹片与手指气缸安装件组成，焊针夹片安装在手指气缸的两个可以闭合与张开的输出端上，手指气缸安装在手指气缸安装件上,手指气缸安装件和第一水平板固定连接。

其取针夹子从焊针循环轨道上夹住待插的焊针后，取针夹子与CCD相机移动到拍照位置，CCD拍照完成后校定插针位置，然后插针气缸带动取针夹子进行插针。

如图6所示，焊接完成之后，电池和焊针一起被送到第三道工序：拔针机构。拔针机构取走电池中插着的焊针，并将焊针放在焊针循环轨道上。拔针机构包括第二支撑架、焊针夹子、第二伺服电机、第二丝杆、第二滑块、拔针气缸和第二水平板。

第二支撑架：和第一支撑架的结构相同，不过多赘述。

第二伺服电机为现有成熟的产品，直接购买现有的产品组装使用即可。

拔针机构和CCD识别插针机构一样，包括第二滑移平台和导向板，第一滑移平台和第二滑移平台结构一致；其安装方式也一样，不过多赘述，通过同样的结构实现拔针气缸水平方向移动。

第二水平板：第二水平板水平设置，第二水平板的顶部和拔针气缸固定连接，第二水平板的底部和焊针夹子固定连接。

焊针夹子：由手指气缸、焊针夹片与手指气缸安装件组成，焊针夹片安装在手指气缸的两个可以闭合与张开的输出端上，手指气缸安装在手指气缸安装件上,手指气缸安装件上和第二水平板固定连接。

拔针机构在焊接完成后从电池中间拔出焊针的同时检测焊接是否炸火。根据电池底部焊接炸火后粘针的特性，焊针夹子在夹住焊针后拔针气缸开始向上运动进行拔针动作，过程中称重模块会检测拔针拉力，拔针完成后带动拔下来的焊针放置到焊针循环轨道中。若在拔针过程中出现拉力超标则停止拔针，产品移入不良品区域。

如图1、图8和图9所示，焊接机构：采用和背景技术中采用的焊机一致，只将其焊机正电极、焊机负电极设计成和焊针插拔式连接，其他部分无改进设计，此处不过多赘述。插针完成的电池，经过插针电池排放架送入第二道工序焊接机构当中，焊接机构对电池进行焊接。

如图7所示，拔针完成的电池送入第四道工序：出料机构将电池区分良品与不良品后放去各自储料区域。出料机构包括良品储料轨道、不良品储料轨道、良品推料气缸、不良品推料气缸和取电池气缸，良品储料轨道和不良品储料轨道并排固定在工作台上，良品推料气缸安装在良品储料轨道的一侧，良品推料气缸的输出轴和良品储料轨道的延伸方向重合，良品储料轨道位于焊针夹子的下方；不良品推料气缸安装在不良品储料轨道的一侧，不良品推料气缸的输出轴和不良品储料轨道的延伸方向重合；良品推料气缸和良品储料轨道之间的区域和不良品推料气缸和不良品储料轨道之间的区域构成电池移动通道，取电池气缸安装在电池移动通道的外侧，取电池气缸的输出轴和电池良品储料轨道和不良品储料轨道的结构相同，良品储料轨道和不良品储料轨道均包括两块限位板，两块限位板并排设置，两块限位板之间的间距和电池外径相等。移动通道的延伸方向重合，电池移动通道的延伸方向朝向焊接机构设置。

出料机构：经过拔针机构的电池会将电池判定为良品与不良品，两种电池经过取电池气缸采用双形成气缸加磁力吸附方式拖动电池到对应的良品、不良品区域，良品被良品推料气缸推入良品储料轨道，不良品被不良品推料气缸退入不良品储料轨道中。

焊针循环轨道包括两条并排设置的限位条，两条限位条架设在工作台上，两条限位条之间的间隔小于焊针的头部，两条限位条之间的间隔大于焊针的尾部。焊针循环轨道：采用轨道式循环焊针，使拔针机构取下来的焊针回流到CCD识别插针机构处，实现焊针循环。

如图3和图4所示，焊针包括焊机正电极、焊机负电极和焊针本体，焊针本体外侧包裹有铁氟龙管；焊机正电极和焊机负电极分别和焊针本体的两端插拔式连接。

插针电池排放架包括竖直固定在工作台的排放板。

拔针气缸上设有称重模块，安装在拔针气缸与焊针夹子安装板之间，在焊针夹子夹住焊针之后，通过拔针气缸向上运动时称重模块检测拔针气缸与焊针夹子之间的拉力，来判定焊针是否与电池壳体有焊接粘连。

焊接散热问题：

采用分体焊针设计(图3、图4)，焊针不与焊接机构的电极直接接触。用多条复合焊针轮换使用，一条焊针在一轮焊接当中只使用一次，避开一条焊针重复使用导致的发热严重的问题。同时参与轮换的焊针数量越多，单条焊针使用之后的冷却时间越长，合理的数量配置可以使得不间断的焊接作业中，每条焊针在使用时温度都保持在室温状态。

炸火后的焊渣飞溅防护：

在复合焊针外部套装铁氟龙管，管体完全包裹焊针铜针与钨针部分(焊针本体的组成部分)，且管体稍微长出焊针一部分，在焊针完全压在待焊极耳上后，铁氟龙管能轻微压缩，包裹密封焊接点，即使炸火有焊渣飞溅也会被铁氟龙管遮挡，不至于导致电池报废。

完整的使用过程：待焊电池自上道工序流入本装置，在到达CCD识别插针机构时候，插针机构的CCD相机对电池进行拍照，获得电池中心孔位置后取针夹子从焊针循环轨道上取一条焊针插入电池中心孔，插针完成的电池被传入焊接机构，焊接机构正电极下压接触焊针头部，开始放电完成焊接。完成焊接的电池被传入拔针机构，拔针机构的焊针夹子夹住焊针，拔针气缸向上运动进行拔针动作，在这个过程中，称重模块会检测拔针气缸产生的拉力，超出设定范围的判定为焊针与壳体在焊接之后有粘连，视为不良，拉力在设定范围内的视为良品。拔针完成的电池被传送到出料机构，由取电池气缸将电池带入良品与不良品储料轨道的入口，经过推料气缸将电池推入各自的储料轨道中

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种自动插针法快速进行电池底部焊接的装置，其特征在于：包括工作台、CCD识别插针机构、焊接机构、拔针机构、出料机构和焊针循环轨道；CCD识别插针机构、焊接机构、拔针机构、出料机构和焊针循环轨道均安装在工作台上，CCD识别插针机构和焊接机构之间设有插针电池排放架，插针电池排放架安装在工作台；拔针机构位于焊接机构的下游用于拔出电池内的焊针，出料机构位于拔针机构的下游用于取出完成焊接的电池；焊针循环轨道位于拔针机构和CCD识别插针机构之间输送拔针机构拔出的焊针。

2.按照权利要求1所述的一种自动插针法快速进行电池底部焊接的装置，其特征在于：CCD识别插针机构包括第一支撑架、CCD相机、取针夹子、第一伺服电机、第一丝杆、第一滑块和插针气缸，第一支撑架竖直固定在工作台上，第一伺服电机和第一支撑架的顶部固定连接，第一伺服电机的输出轴和第一丝杆固定连接，第一丝杆水平设置；第一滑块和第一丝杆螺纹连接，插针气缸和第一滑块固定连接；插针气缸的输出轴竖直设置，插针气缸的输出轴连接有第一水平板，CCD相机和取针夹子均和第一水平板固定连接，CCD相机和取针夹子均朝向工作台设置；插针电池排放架的一端位于第一水平板的下方，焊针循环轨道的另一端位于第一水平板的下方。

3.按照权利要求2所述的一种自动插针法快速进行电池底部焊接的装置，其特征在于：拔针机构包括第二支撑架、焊针夹子、第二伺服电机、第二丝杆、第二滑块、拔针气缸和第二水平板，第二支撑架竖直固定在工作台上，第二伺服电机和第二支撑架的顶部固定连接，第二伺服电机的输出轴和第二丝杆固定连接，第二丝杆水平设置；第二滑块和第二丝杆螺纹连接，拔针气缸和第二滑块固定连接；拔针气缸的输出轴竖直设置，第二水平板和拔针气缸的输出轴固定连接，焊针夹子和第二水平板固定连接，焊针循环轨道的一端位于第二水平板的下方。

4.按照权利要求3所述的一种自动插针法快速进行电池底部焊接的装置，其特征在于：出料机构包括良品储料轨道、不良品储料轨道、良品推料气缸、不良品推料气缸和取电池气缸，良品储料轨道和不良品储料轨道并排固定在工作台上，良品推料气缸安装在良品储料轨道的一侧，良品推料气缸的输出轴和良品储料轨道的延伸方向重合，良品储料轨道位于焊针夹子的下方；不良品推料气缸安装在不良品储料轨道的一侧，不良品推料气缸的输出轴和不良品储料轨道的延伸方向重合；良品推料气缸和良品储料轨道之间的区域和不良品推料气缸和不良品储料轨道之间的区域构成电池移动通道，取电池气缸安装在电池移动通道的外侧，取电池气缸的输出轴和电池移动通道的延伸方向重合，电池移动通道的延伸方向朝向第二水平板的下方设置。

5.按照权利要求4所述的一种自动插针法快速进行电池底部焊接的装置，其特征在于：良品储料轨道和不良品储料轨道的结构相同，良品储料轨道和不良品储料轨道均包括两块限位板，两块限位板并排设置，两块限位板之间的间距和电池外径相等。

6.按照权利要求4所述的一种自动插针法快速进行电池底部焊接的装置，其特征在于：焊针循环轨道包括两条并排设置的限位条，两条限位条架设在工作台上，两条限位条之间的间隔小于焊针的头部，两条限位条之间的间隔大于焊针的尾部。

7.按照权利要求6所述的一种自动插针法快速进行电池底部焊接的装置，其特征在于：焊针包括焊机正电极、焊机负电极和焊针本体，焊针本体外侧包裹有铁氟龙管；焊机正电极和焊机负电极分别和焊针本体的两端插拔式连接。

8.按照权利要求2所述的一种自动插针法快速进行电池底部焊接的装置，其特征在于：插针电池排放架包括竖直固定在工作台的排放板。

9.按照权利要求3所述的一种自动插针法快速进行电池底部焊接的装置，其特征在于：拔针气缸上设有称重模块。

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