CN112077494A - 一种软包动力电池极耳自动焊接***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种软包动力电池极耳自动焊接***及方法，该***包括：机架；运动机构，可进行水平和竖向运动，以带动安装于其上的激光传感器和焊枪沿焊接方向进行水平前后运动，以及沿焊接高度方向进行上下运动；激光传感器，用于测量激光传感器至极耳表面的距离并传输给上位机；焊枪，用于对极耳进行焊接；上位机，用于根据距离数据生成焊接轨迹曲线并传输给下位机；以及下位机，用于在测距阶段控制运动机构带动激光传感器沿焊接方向运动，以及在焊接阶段控制焊枪工作，并根据焊接轨迹曲线控制运动机构带动焊枪同时进行向前和上下运动，以使焊枪在焊接过程中与极耳焊接面的相对距离保持不变。该***及方法有利于提高极耳焊接质量。

Description

一种软包动力电池极耳自动焊接***及方法

技术领域

本发明属于动力电池制造技术领域，具体涉及一种软包动力电池极耳自动焊接***及方法。

背景技术

动力电池电芯的制造由于遵循“轻便”原则，通常会采用较“轻”的铝材质，而且还要做得更“薄”，一般壳、盖、底的厚度基本都要求达到1.0mm以下。目前一些主流厂家的基本材料厚度均在0.8mm左右。而需要进行焊接操作的软包动力电池的极耳厚度更薄，最薄0.15～0.3mm左右，且十分柔软，平整度不高，这都对极耳焊接带来了很大的挑战。目前业内主要采用激光焊接方式，并在极耳焊接之前对极耳进行平整操作，使极耳能够较为平整地贴合在一起，保证焊接面的平整度以提高焊接效果。但是这种机械式平整的效果有限，仍然会出现焊接面不平整的情况，容易出现漏焊、焊穿等现象。因此，需要寻找一种更加有效的方法来规避这种不平整所带来的不良影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种软包动力电池极耳自动焊接***及方法，该***及方法有利于提高极耳焊接质量。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种软包动力电池极耳自动焊接***，包括：

机架；

运动机构，安装于机架上且可进行水平和竖向运动，以带动安装于其上的激光传感器和焊枪沿焊接方向进行水平前后运动，以及沿焊接高度方向进行上下运动；

激光传感器，安装于运动机构下部，用于测量激光传感器至极耳表面的距离，所述激光传感器与上位机电性连接，以将采集到的距离数据传输给上位机；

焊枪，安装于运动机构下部，用于对极耳进行焊接；

上位机，所述上位机与下位机电性连接，用于通过下位机控制运动机构以及焊枪工作，还用于根据激光传感器采集到的距离数据生成焊接轨迹曲线，并将生成的焊接轨迹曲线传输给下位机；以及

下位机，所述下位机分别与运动机构和焊枪电性连接，用于在测距阶段控制运动机构带动激光传感器沿焊接方向向前运动，还用于在焊接阶段控制焊枪工作，并根据焊接轨迹曲线控制运动机构带动焊枪同时进行沿焊接方向的向前运动和沿焊接高度方向的上下运动，以使焊枪在焊接过程中与极耳焊接面的相对距离保持不变。

进一步地，所述激光传感器的安装方向垂直于极耳焊接方向，以使其激光发射方向垂直于极耳焊接方向且在平移过程中保持垂直；所述焊枪的安装方向垂直于极耳焊接方向。

进一步地，所述运动机构包括X向丝杆滑动机构、X向伺服电机、Z向丝杆滑动机构和Z向伺服电机，所述X向为焊接方向，Z向为焊接高度方向，所述X向丝杆滑动机构和X向伺服电机安装于机架上，所述X向伺服电机驱动X向丝杆滑动机构的X向滑块进行X向运动，所述Z向丝杆滑动机构和Z向伺服电机安装于X向滑块上以随其运动，所述Z向伺服电机驱动Z向丝杆滑动机构的Z向滑块进行Z向运动，所述激光传感器和焊枪安装于Z向滑块以随其运动。

进一步地，所述X向丝杆滑动机构包括X向滑轨、X向丝杆和X向滑块，所述X向滑轨固定安装于机架上，所述X向丝杆与X向伺服电机的输出端固定连接，以由其驱动旋转，所述X向滑块同时与X向滑轨滑动连接以及与X向丝杆转动连接，以将X向伺服电机的旋转运动转换成X向滑块的直线运动；所述Z向丝杆滑动机构包括Z向滑轨、Z向丝杆和Z向滑块，所述Z向滑轨固定安装于X向滑块上，所述Z向丝杆与Z向伺服电机的输出端固定连接，以由其驱动旋转，所述Z向滑块同时与Z向滑轨滑动连接以及与Z向丝杆转动连接，以将Z向伺服电机的旋转运动转换成Z向滑块的直线运动。

进一步地，所述下位机分别经安装于机架上的X向伺服驱动器、安装于X向滑块的Z向伺服驱动器驱动X向伺服电机、Z向伺服电机工作。

进一步地，所述Z向滑块上固定连接有水平安装架，所述激光传感器和焊枪固定安装于水平安装架下部。

进一步地，所述激光传感器与焊枪并排安装于运动机构下部的前、后侧，且两者的相对位置确定、已知，以计算激光传感器与焊枪的水平距离差，以及由激光传感器至极耳表面的距离换算焊枪至极耳表面的距离，进而计算得到极耳焊接曲线的坐标数据，以计算生成焊接轨迹曲线。

本发明还提供了一种软包动力电池极耳自动焊接方法，首先通过激光传感器对软包动力电池极耳进行扫描，得到激光传感器至极耳表面的距离数据，进而得到极耳焊接曲线的坐标数据；然后通过数据处理，计算得到焊接轨迹曲线；最后控制焊枪沿焊接轨迹曲线进行焊接，在焊接过程中调整焊枪与极耳的相对距离，以提高极耳的焊接精度。

进一步地，具体包括以下步骤：

S1)将带焊接的软包动力电池极耳固定于焊接平台上；

S2)调整激光传感器位置，使其激光光束垂直射到极耳焊接起始位置，且在平移过程中保持垂直；

S3)设置激光传感器基础参数及运动机构基础参数；

S4)下位机控制运动机构带动激光传感器平移测距，测量激光传感器至极耳表面的距离数据，并将采集到的距离数据传输到上位机，计算得到极耳焊接曲线的坐标数据；

S5)上位机对坐标数据进行预处理，去除坐标数据中的噪声；

S6)通过K次B样条曲线拟合对滤波后的坐标数据进行拟合，得到极耳表面的焊接轨迹曲线；

S7)上位机将焊接轨迹曲线传输给下位机；

S8)下位机控制运动机构复位，回到极耳焊接起始位置；

S9)下位机控制焊枪沿焊接轨迹曲线对极耳进行焊接。

进一步地，所述步骤6中，K次B样条曲线定义为：

式中，d_i为控制顶点，N_i,k(u)为K次B样条基函数，K为所采用的B样条曲线次数，其计算公式为：

相较于现有技术，本发明具有以下的有益效果：提供了一种提高极耳焊接精度的新方法，即不对极耳进行机械式平整，而是通过激光传感器检测焊接头到焊接面的相对距离，并通过数据处理生成与焊接面相适应的焊接轨迹曲线，再控制焊枪按照焊接轨迹曲线进行焊接，从而保证了焊枪在焊接过程中与焊接面的相对距离始终保持不变，这也就避免了在焊接过程中相对距离的变化所造成的虚焊、焊穿的情况，解决了目前极耳焊接精度较差的问题，提升了极耳焊接精度和质量。因此，本发明具有很强的实用性和广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例的***控制原理图。

图2是本发明实施例的***结构示意图。

图3是本发明实施例的方法实现流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参见图1、2，本发明提供了一种软包动力电池极耳自动焊接***，包括：机架1、运动机构2、激光传感器3、焊枪4、上位机5和下位机6。

所述运动机构2安装于机架1上且可进行水平和竖向运动，以带动安装于其上的激光传感器3和焊枪4沿焊接方向进行水平前后运动，以及沿焊接高度方向进行上下运动。

所述激光传感器3安装于运动机构2下部，用于测量激光传感器至极耳表面的距离，所述激光传感器3与上位机5电性连接，以将采集到的距离数据传输给上位机5。所述激光传感器3的安装方向垂直于极耳焊接方向，以使其激光发射方向垂直于极耳焊接方向且在平移过程中保持垂直。

所述焊枪4安装于运动机构下部，用于对极耳进行焊接。所述焊枪的安装方向垂直于极耳焊接方向。

所述上位机5与下位机6电性连接，用于通过下位机6控制运动机构2以及焊枪4工作，还用于根据激光传感器3采集到的距离数据生成焊接轨迹曲线，并将生成的焊接轨迹曲线传输给下位机6。

所述下位机6分别与运动机构2和焊枪4电性连接，用于在测距阶段控制运动机构带动激光传感器沿焊接方向向前运动，还用于在焊接阶段控制焊枪工作，并根据焊接轨迹曲线控制运动机构带动焊枪同时进行沿焊接方向的向前运动和沿焊接高度方向的上下运动，以使焊枪在焊接过程中与极耳焊接面的相对距离保持不变。

在本实施例中，所述运动机构2包括X向丝杆滑动机构、X向伺服电机201、Z向丝杆滑动机构和Z向伺服电机205，所述X向为焊接方向，Z向为焊接高度方向，所述X向丝杆滑动机构和X向伺服电机安装于机架上，所述X向伺服电机驱动X向丝杆滑动机构的X向滑块进行X向运动，所述Z向丝杆滑动机构和Z向伺服电机安装于X向滑块上以随其运动，所述Z向伺服电机驱动Z向丝杆滑动机构的Z向滑块进行Z向运动，所述激光传感器和焊枪安装于Z向滑块以随其运动。具体地，所述X向丝杆滑动机构包括X向滑轨202、X向丝杆203和X向滑块204，所述X向滑轨固定安装于机架上，所述X向丝杆与X向伺服电机的输出端固定连接，以由其驱动旋转，所述X向滑块同时与X向滑轨滑动连接以及与X向丝杆转动连接，以将X向伺服电机的旋转运动转换成X向滑块的直线运动。所述Z向丝杆滑动机构包括Z向滑轨206、Z向丝杆207和Z向滑块208，所述Z向滑轨固定安装于X向滑块上，所述Z向丝杆与Z向伺服电机的输出端固定连接，以由其驱动旋转，所述Z向滑块同时与Z向滑轨滑动连接以及与Z向丝杆转动连接，以将Z向伺服电机的旋转运动转换成Z向滑块的直线运动。所述下位机6分别经安装于机架1上的X向伺服驱动器209、安装于X向滑块204的Z向伺服驱动器210驱动X向伺服电机、Z向伺服电机工作。所述Z向滑块208上固定连接有水平安装架211，所述激光传感器3和焊枪4固定安装于水平安装架下部。

所述激光传感器3与焊枪4并排安装于运动机构下部的前、后侧，且两者的相对位置确定、已知，以计算激光传感器与焊枪的水平距离差，以及由激光传感器至极耳表面的距离换算焊枪至极耳表面的距离，进而计算得到极耳焊接曲线的坐标数据，以计算生成焊接轨迹曲线。

激光传感器采用三角测量的原理，当目标物的位置发生变动时，传感器上的入光位置即会移动。通过探头接收光的位置变换，来测量目标物的位置变化情况。

上位机为PC机，作为人机接口，实现数据的接收、处理、状态监测及显示等功能。激光传感器将测量的数据通过通信单元传输至上位机，上位机对传输进来的数据进行处理，生成焊接轨迹曲线，再将焊接轨迹曲线传输给下位机。

下位机主要完成运动控制和焊枪启停控制功能，可以是运动控制卡或PLC等运动控制器。下位机通过伺服驱动器驱动伺服电机带动激光传感器对极耳焊接面的距离进行检测，并在接收上位机的焊接轨迹曲线后，控制焊枪按焊接轨迹曲线完成焊接。

上、下位机相互配合，通过串口通信，上位机采集并处理传感器检测数据，生成焊接轨迹，再传输给下位机驱动伺服电机带动焊枪随着坡面起伏上下移动，保持焊枪与焊接面的接触行程不变，以此来达到焊接跟踪的目的。

请参见图3，本发明还提供了基于上述***的软包动力电池极耳自动焊接方法，该方法首先通过激光传感器对软包动力电池极耳进行扫描，得到激光传感器至极耳表面的距离数据，进而得到极耳焊接曲线的坐标数据；然后通过数据处理，计算得到焊接轨迹曲线；最后控制焊枪沿焊接轨迹曲线进行焊接，在焊接过程中调整焊枪与极耳的相对距离，以提高极耳的焊接精度。具体包括以下步骤：

S1)将带焊接的软包动力电池极耳固定于焊接平台上。

S2)调整激光传感器位置，使其激光光束垂直射到极耳焊接起始位置，且在平移过程中保持垂直。

S3)设置激光传感器基础参数及运动机构基础参数。

S4)下位机控制运动机构带动激光传感器平移测距，测量激光传感器至极耳表面的距离数据，并将采集到的距离数据传输到上位机，计算得到极耳焊接曲线的坐标数据。

S5)上位机对坐标数据进行预处理，去除坐标数据中的噪声，以免数据中的噪声影响拟合得到的焊接轨迹曲线的精度。具体处理过程如下：

a.对采集坐标数据集合进行限幅滤波处理，去除异常数据。

b.对限幅滤波处理后的数据集合进行滑动平均滤波，去除数据中的“毛刺”，使数据更加平滑。

S6)通过K次B样条曲线拟合对滤波后的坐标数据进行拟合，得到极耳表面的焊接轨迹曲线。

其中，K次B样条曲线定义为：

式中，d_i为控制顶点，N_i,k(u)为K次B样条基函数，K为所采用的B样条曲线次数，其计算公式为：

S7)上位机将焊接轨迹曲线传输给下位机。

S8)下位机控制运动机构复位，回到极耳焊接起始位置。

S9)下位机控制焊枪沿焊接轨迹曲线对极耳进行焊接。具体为：控制焊枪沿焊接轨迹曲线平移(X轴方向)的同时调节焊枪沿垂直于焊接轨迹曲线的切线方向(Z轴方向)运动，即控制所述焊枪沿所述焊接轨迹曲线移动的同时调节焊枪与焊接轨迹曲线之间的高度，使焊枪在焊接过程中与焊接轨迹曲线的相对距离始终保持不变。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种软包动力电池极耳自动焊接***，其特征在于，包括：

机架；

运动机构，安装于机架上且可进行水平和竖向运动，以带动安装于其上的激光传感器和焊枪沿焊接方向进行水平前后运动，以及沿焊接高度方向进行上下运动；

激光传感器，安装于运动机构下部，用于测量激光传感器至极耳表面的距离，所述激光传感器与上位机电性连接，以将采集到的距离数据传输给上位机；

焊枪，安装于运动机构下部，用于对极耳进行焊接；

上位机，所述上位机与下位机电性连接，用于通过下位机控制运动机构以及焊枪工作，还用于根据激光传感器采集到的距离数据生成焊接轨迹曲线，并将生成的焊接轨迹曲线传输给下位机；以及

下位机，所述下位机分别与运动机构和焊枪电性连接，用于在测距阶段控制运动机构带动激光传感器沿焊接方向向前运动，还用于在焊接阶段控制焊枪工作，并根据焊接轨迹曲线控制运动机构带动焊枪同时进行沿焊接方向的向前运动和沿焊接高度方向的上下运动，以使焊枪在焊接过程中与极耳焊接面的相对距离保持不变。

2.根据权利要求1所述的一种软包动力电池极耳自动焊接***，其特征在于，所述激光传感器的安装方向垂直于极耳焊接方向，以使其激光发射方向垂直于极耳焊接方向且在平移过程中保持垂直；所述焊枪的安装方向垂直于极耳焊接方向。

3.根据权利要求1所述的一种软包动力电池极耳自动焊接***，其特征在于，所述运动机构包括X向丝杆滑动机构、X向伺服电机、Z向丝杆滑动机构和Z向伺服电机，所述X向为焊接方向，Z向为焊接高度方向，所述X向丝杆滑动机构和X向伺服电机安装于机架上，所述X向伺服电机驱动X向丝杆滑动机构的X向滑块进行X向运动，所述Z向丝杆滑动机构和Z向伺服电机安装于X向滑块上以随其运动，所述Z向伺服电机驱动Z向丝杆滑动机构的Z向滑块进行Z向运动，所述激光传感器和焊枪安装于Z向滑块以随其运动。

4.根据权利要求3所述的一种软包动力电池极耳自动焊接***，其特征在于，所述X向丝杆滑动机构包括X向滑轨、X向丝杆和X向滑块，所述X向滑轨固定安装于机架上，所述X向丝杆与X向伺服电机的输出端固定连接，以由其驱动旋转，所述X向滑块同时与X向滑轨滑动连接以及与X向丝杆转动连接，以将X向伺服电机的旋转运动转换成X向滑块的直线运动；所述Z向丝杆滑动机构包括Z向滑轨、Z向丝杆和Z向滑块，所述Z向滑轨固定安装于X向滑块上，所述Z向丝杆与Z向伺服电机的输出端固定连接，以由其驱动旋转，所述Z向滑块同时与Z向滑轨滑动连接以及与Z向丝杆转动连接，以将Z向伺服电机的旋转运动转换成Z向滑块的直线运动。

5.根据权利要求3所述的一种软包动力电池极耳自动焊接***，其特征在于，所述下位机分别经安装于机架上的X向伺服驱动器、安装于X向滑块的Z向伺服驱动器驱动X向伺服电机、Z向伺服电机工作。

6.根据权利要求3所述的一种软包动力电池极耳自动焊接***，其特征在于，所述Z向滑块上固定连接有水平安装架，所述激光传感器和焊枪固定安装于水平安装架下部。

7.根据权利要求1所述的一种软包动力电池极耳自动焊接***，其特征在于，所述激光传感器与焊枪并排安装于运动机构下部的前、后侧，且两者的相对位置确定、已知，以计算激光传感器与焊枪的水平距离差，以及由激光传感器至极耳表面的距离换算焊枪至极耳表面的距离，进而计算得到极耳焊接曲线的坐标数据，以计算生成焊接轨迹曲线。

8.一种软包动力电池极耳自动焊接方法，其特征在于，首先通过激光传感器对软包动力电池极耳进行扫描，得到激光传感器至极耳表面的距离数据，进而得到极耳焊接曲线的坐标数据；然后通过数据处理，计算得到焊接轨迹曲线；最后控制焊枪沿焊接轨迹曲线进行焊接，在焊接过程中调整焊枪与极耳的相对距离，以提高极耳的焊接精度。

9.根据权利要求8所述的一种软包动力电池极耳自动焊接方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1)将带焊接的软包动力电池极耳固定于焊接平台上；

S2)调整激光传感器位置，使其激光光束垂直射到极耳焊接起始位置，且在平移过程中保持垂直；

S3)设置激光传感器基础参数及运动机构基础参数；

S4)下位机控制运动机构带动激光传感器平移测距，测量激光传感器至极耳表面的距离数据，并将采集到的距离数据传输到上位机，计算得到极耳焊接曲线的坐标数据；

S5)上位机对坐标数据进行预处理，去除坐标数据中的噪声；

S6)通过K次B样条曲线拟合对滤波后的坐标数据进行拟合，得到极耳表面的焊接轨迹曲线；

S7)上位机将焊接轨迹曲线传输给下位机；

S8)下位机控制运动机构复位，回到极耳焊接起始位置；

S9)下位机控制焊枪沿焊接轨迹曲线对极耳进行焊接。

10.根据权利要求9所述的一种软包动力电池极耳自动焊接方法，其特征在于，所述步骤6中，K次B样条曲线定义为：

式中，d_i为控制顶点，N_i,k(u)为K次B样条基函数，K为所采用的B样条曲线次数，其计算公式为：

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