CN103358007A - 全自动极耳焊接装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种全自动极耳焊接装置，用以解决现有技术中负极极耳的焊接质量差、生产效率低的问题。该全自动极耳焊接装置包括机座，在所述机座上竖直设有导轨，所述导轨上设有用于定位电芯的定位机构；还包括执行机构，该执行机构包括活动设置于所述导轨上部的上焊极和活动设置于所述导轨下部的下焊极，所述上焊极上设有用于控制其动作的追从机构。该装置实现了圆柱形电池生产工艺中极耳焊接工序的全自动机械化，不仅节省了人力而且大大提高了电池的生产效率和焊接质量，维护方便，结构巧妙，定位精确、焊接可靠、功能齐全。
Description
技术领域
本发明涉及电池加工设备技术领域，特别是指一种能够对圆柱形电池负极极耳进行全自动焊接的装置。
背景技术
极耳，是锂离子聚合物电池产品的一种原材料，是从电芯中将正负极引出来的金属导电体，通俗的说，极耳就是电池正负两极的耳朵，是在进行充放电时的接触点，其中的负极极耳又称底部极耳。
目前，在圆柱形电池的生产工艺中，需要对极耳进行焊接。但是因为电芯的负极耳位于电芯内部的底部，焊接时，需要焊针穿过电芯卷组的中心孔接触到负极耳才能焊接，此时，电芯外壳和电芯卷组将焊接部位完全遮挡，很难凭借肉眼直观地观察到焊接部位，这给极耳的焊接增加了难度。目前底部极耳的焊接工序都是通过人工手动或半自动完成的，很难保证极耳的焊接质量和生产效率。
发明内容
本发明提出一种全自动极耳焊接装置，解决了现有技术中负极极耳的焊接质量差、生产效率低的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：全自动极耳焊接装置，包括机座，在所述机座上竖直设有导轨，所述导轨上设有用于定位电芯的定位机构；还包括执行机构，该执行机构包括活动设置于所述导轨上部的上焊极和活动设置于所述导轨下部的下焊极，所述上焊极上设有用于控制其动作的追从机构。
作为一种优选的实施方式，所述上焊极包括上焊极气缸和上焊极焊针夹具，所述上焊极焊针夹具上夹持有上焊针，所述上焊极气缸通过所述追从机构连接所述上焊极焊针夹具；
所述追从机构包括
追从主体，滑动设置于所述导轨上，并固定连接于所述上焊极气缸上；
压力传感器，固定于所述追从主体内，所述压力传感器与焊接电源电连接；
弹簧，其上端顶靠于所述压力传感器的下端面；
导杆，其上端顶靠于所述弹簧的下端面，所述导杆的底端固定有所述上焊极焊针夹具。
作为对上述技术方案的改进，所述弹簧夹持于弹簧上端子与弹簧下端子之间，所述弹簧上端子通过钢球顶靠于所述压力传感器的下端面上，所述导杆的上端固定于所述弹簧下端子的下端面上；所述导杆上还套设有直线轴承或导向套。
作为对上述技术方案的进一步改进，所述压力传感器的上端连接有调节旋钮。
作为对上述技术方案的进一步改进，所述定位机构包括
电芯定位块，固定于所述导轨上，用于在径向上定位电芯；
焊针导向板，与所述上焊针对应，由压壳导向气缸驱动活动设置于所述导轨上，所述焊针导向板上设有与所述电芯相对应的压壳导向块。
作为对上述技术方案的进一步改进，所述上焊极气缸和所述下焊极气缸上均设有精密调压阀和精密节流阀。
采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：该装置首先通过定位机构将电芯定位，之后通过导轨上部的上焊极和导轨下部的下焊极同时动作，实现对电芯内负极极耳的焊接，在此过程中，追从机构能够根据焊接压力的大小精确控制焊接时机，实现全自动机械化操作，不仅能够极大地提高负极极耳的焊接质量，而且有效地提高了生产效率。
通过追从机构的导杆带动上焊极焊针夹具和上焊针上下移动，可调节上焊针与负极极耳之间的焊接压力，同时追从机构的压力传感器可通过导杆、弹簧的传递感应到该焊接压力，当焊接压力达到所设定的数值时，压力传感器启动焊接电源，即可实现对负极极耳的焊接。
由于将弹簧夹持在弹簧上端子与弹簧下端子之间，同时弹簧上端子通过钢球顶靠在压力传感器的下端面上，这样可使压力传感器受力均匀稳定，而且可使压力传感器所受力集中到中心轴处，削弱了干扰信号和偏离轴线的力，保证压力传感器的精确性。另外，在导杆上套设的直线轴承或导向套不仅能够保证导杆实现自由滑动，而且能够对导杆起到一定的导向作用，降低摩擦，提高导杆的灵敏度。
通过在压力传感器的上端设置调节旋钮可以实现对弹簧的压缩，达到调节预紧力的目的。
通过焊针导向板可实现对上焊针的定位，同时在焊针导向板上设置的压壳导向块不仅能够对电芯进行再次定位，而且能使上焊针与电芯保持同心，确保焊接质量。
由于在上焊极气缸和下焊极气缸上均设置了精密调压阀和精密节流阀，可以保证上焊极和下焊极平稳快速地实现上下移动。
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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种实施例的结构示意图；
图2为图1的左视示意图；
图3为电芯部分的工作状态示意图；
图4为本发明中追从机构的外形示意图；
图5为本发明中追从机构的内部结构示意图；
图中：1-机座；2-导轨；3-电芯；31-负极极耳；4-追从机构；41-追从主体；42-压力传感器；43-弹簧；44-导杆；45-弹簧上端子；46-弹簧下端子；47-钢球；48-直线轴承；49-调节旋钮；410-限位块；411-位置传感器；51-上焊极气缸；52-上焊极焊针夹具；53-上焊针；61-电芯定位块；62-焊针导向板；63-压壳导向气缸；64-压壳导向块；71-下焊极气缸；72-下焊极焊针夹具；73-下焊针。
具体实施方式
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，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
实施例：
如图1和图2共同所示，为本发明一种全自动极耳焊接装置的结构示意图，其只是电池加工设备中的一部分，在实际的使用中应与其它组件配合使用，此处并未示出其它组件，只对该装置进行说明。
该全自动极耳焊接装置首先包括机座1，该机座1上竖直设置有导轨2，导轨2上设有用于定位电芯3的定位机构，具体地说：
该定位机构包括固定在导轨2上的电芯定位块61，通过将电芯3放置在电芯定位块61处能够在其径向上将其固定，同时使电芯3能够在其轴向上上下移动。在电芯3的上方还设有滑动设置于导轨2上的焊针导向板62，其通过压壳导向气缸63驱动上下移动，在焊针导向板62上设有与电芯3相对应的压壳导向块64，同时该焊针导向板62还与上焊针53相对应，即焊针导向板62能够将上焊针53与电芯3始终保持在同心状态。
在导轨2上设有用于对电芯3负极极耳进行焊接的执行机构，该执行机构包括活动设置在导轨2上部的上焊极，以及活动设置在导轨2下部的下焊极。
其中，上焊极包括上焊极气缸51和上焊极焊针夹具52，以及夹持在上焊极焊针夹具52上的上焊针53，上焊极气缸51通过追从机构4控制上焊极焊针夹具52和上焊针53的动作。
如图4、图5所示，该追从机构4包括滑动设置于导轨2上的追从主体41，该追从主体41固定连接在上焊极气缸51上并由其驱动上下移动。在追从主体41内固定有压力传感器42，其作用是感应上焊针53与电芯3负极极耳之间的焊接压力，当焊接压力达到设定值时，该压力传感器42即启动焊接电源进行负极极耳的焊接工作。在压力传感器42的下方设有弹簧43，弹簧43的下端设有导杆44，导杆44的底端固定有上焊极焊针夹具52，这样即可使焊接压力通过导杆44、弹簧43传递至压力传感器42上，实现焊接压力的稳定缓慢变化。
为了使压力传感器42的受力均匀稳定，可将弹簧43夹持在弹簧上端子45和弹簧下端子46之间，然后在弹簧上端子45与压力传感器42之间设置钢球47，这样可使压力传感器42所受力集中到中心轴处，削弱了干扰信号和偏离轴线的力，保证压力传感器42的精确性。在导杆44上还套设有至少一个直线轴承48，从而保证导杆44能够实现自由滑动，降低摩擦，提高导杆44的灵敏度，当然，直线轴承48也可用导向套替代，同时导杆44应具有较好的表面光洁度、直线度、圆柱度。在压力传感器42的上端还连接有调节旋钮49，可以实现对弹簧43的压缩，达到调节预紧力的目的。
另外，在导杆44上还固定有限位块410，追从主体41上固定有位置传感器411，用于检测导杆44的位置，当导杆44运动到设定的位置时即触发位置传感器411，启动相应的执行元件，而限位块410的作用是限定导杆44的运动范围，也就是决定了追从机构4的追从范围，当然，将限位块410设置于追从主体41上也可起到相同改的作用。
下焊极包括下焊极气缸71和下焊极焊针夹具72，以及夹持在下焊极焊针夹具72上的下焊针73，而且下焊极气缸71的缸径要大于压壳导向气缸63的缸径。为了保证上焊极和下焊极平稳快速地实现上下移动，在上焊极气缸51和下焊极气缸71上均设有精密调压阀和精密节流阀（图中未示出）。
如图3所示，即为电芯3部分的工作状态示意图，此时，上焊针53已伸至电芯3底部对负极极耳31进行焊接。下面就对本发明的工作过程做简单说明：
1）电芯3被输送到焊接工位；
2）电芯定位块61将电芯3初次定位，此时，电芯3可沿自身轴线方向移动，但不能沿其径向移动；
3）压壳导向块64下移，将电芯3二次定位，使得电芯3与上焊针53同心，同时压紧电芯3；
4）上焊极气缸51驱动追从机构4带动上焊针53下移；
5）下焊极气缸71驱动下焊针73顶起，当下焊针73顶到电芯3的外壳底部时，便会对其进行挤压，由于下焊极气缸71的缸径大于压壳导向气缸63的缸径，也就是说，下焊针73向上顶的力大于压壳导向块64向下压电芯3的力，所以，下焊针73会将电芯3连同压壳导向块64一起上移，同时，上焊针53挤压负极极耳31的力（也就是焊接压力）会随之逐渐增大，压力传感器42便会检测到焊接压力的大小，当达到最佳焊接压力时，***便会发出焊接信号；
6）焊接电源放电，放电时间仅需100ms左右，放电结束，下焊针73继续上移，焊接压力继续增大；
7）待焊接完成后下焊针73、上焊针53、压壳导向块64依次复位；
8）焊好的电芯3被输送到下一个工位。
至此，该装置即完成了一个工作循环，下一个电芯又被送入焊接工位，开始下一个工作循环。另外，该装置中的追从机构4在步骤5、步骤6中所起的作用有两部分：一是减小焊针与电芯之间的冲击力，缓解原来的刚性冲击；二是将焊接压力的震荡幅度调整至一定的区间内，使其符合焊接的工艺要求，使焊接压力持续稳定在一定的范围内，以保证较高的焊接质量。
在焊接过程中，过程控制是相当关键的，例如，焊接电流、放电时间、焊接压力、电芯来料合格率等。焊接电流太大会出现焊渣甚至击穿，焊接电流太小导致虚焊或未焊；焊接压力太大，形成的接触电阻太小，放热量小，不易形成焊点；焊接压力太小，形成的接触电阻太大，不易形成电流。所以，上述各参数都应在控制机构中进行提前设置，以保证极耳焊接的质量和效率。
下面对本发明的工作原理进行简单说明：
该发明的输出力可以用以下公式表达：输出力P=KX0+K△X+F0+Fa；
式中：P-输出力、KX0-弹簧预紧力、K△X-弹簧行程压力、F0-摩擦力、Fa-惯性力；
式中的F0-摩擦力包含滑动摩擦和静摩擦，其中滑动摩擦与摩擦系数和压力有关，静摩擦与运动趋势有关，没有运动趋势时静摩擦为零；
式中的Fa-惯性力与质量和加速度有关，加速度为零时惯性力也为零。
该发明是自动化生产设备中的一部分，需要和其它装置或机构配合使用，将追从机构4与上焊极气缸51连接，将执行机构与导杆44连接，按照实际需求通过调节旋钮49设定预紧力（也就是式中的KX0-弹簧预紧力），上焊极气缸51驱动追从机构4运动，对执行机构施加作用力，随着弹簧43（也就是建立式中的K△X-弹簧行程压力），同时，压力传感器42将压力值反馈给***，当导杆44运动到设定位置稳定平衡时，F0-摩擦力趋于零，Fa-惯性力也趋于零，所以，P-输出力主要取决于KX0-弹簧预紧力、K△X-弹簧行程压力，通过控制导杆44行程来控制K△X-弹簧行程压力，同时，位置传感器411触发，位置传感器411将信号反馈给***，***综合分析压力传感器42和位置传感器411的信号符合条件后发出信号使执行机构动作，这样，本发明即实现了对执行机构施加持续稳定准确可控的作用力。当然，当导杆44处于限位块410所限定的运动范围内时（也就是本发明的追从范围内），P-输出力才是有效的。
本发明实现了圆柱形电池生产工艺中极耳焊接工序的全自动机械化，不仅节省了人力而且大大提高了电池的生产效率和焊接质量，维护方便，结构巧妙，定位精确、焊接可靠、功能齐全。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.全自动极耳焊接装置，其特征在于，包括：
机座；
导轨，竖直设置于所述机座上，所述导轨上设有用于定位电芯的定位机构；
执行机构，包括活动设置于所述导轨上部的上焊极和活动设置于所述导轨下部的下焊极，所述上焊极上设有用于控制其动作的追从机构。
2.如权利要求1所述的全自动极耳焊接装置，其特征在于：所述上焊极包括上焊极气缸和上焊极焊针夹具，所述上焊极焊针夹具上夹持有上焊针，所述上焊极气缸通过所述追从机构连接所述上焊极焊针夹具；
所述追从机构包括
追从主体，滑动设置于所述导轨上，并固定连接于所述上焊极气缸上；
压力传感器，固定于所述追从主体内，所述压力传感器与焊接电源电连接；
弹簧，其上端顶靠于所述压力传感器的下端面；
导杆，其上端顶靠于所述弹簧的下端面，所述导杆的底端固定有所述上焊极焊针夹具。
3.如权利要求2所述的全自动极耳焊接装置，其特征在于：所述弹簧夹持于弹簧上端子与弹簧下端子之间，所述弹簧上端子通过钢球顶靠于所述压力传感器的下端面上，所述导杆的上端固定于所述弹簧下端子的下端面上；
所述导杆上还套设有直线轴承或导向套。
4.如权利要求2所述的全自动极耳焊接装置，其特征在于：所述压力传感器的上端连接有调节旋钮。
5.如权利要求2至4任一项所述的全自动极耳焊接装置，其特征在于：所述导杆上固定有限位块，所述追从主体上固定有位置传感器。
6.如权利要求2所述的全自动极耳焊接装置，其特征在于：所述定位机构包括
电芯定位块，固定于所述导轨上，用于在径向上定位电芯；
焊针导向板，与所述上焊针对应，由压壳导向气缸驱动活动设置于所述导轨上，所述焊针导向板上设有与所述电芯相对应的压壳导向块。
7.如权利要求6所述的全自动极耳焊接装置，其特征在于：所述下焊极包括下焊极气缸和下焊极焊针夹具，所述下焊极焊针夹具上夹持有下焊针；
所述下焊极气缸的缸径大于所述压壳导向气缸的缸径。
8.如权利要求7所述的全自动极耳焊接装置，其特征在于：所述上焊极气缸和所述下焊极气缸上均设有精密调压阀和精密节流阀。
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