CN212918065U - 一种圆柱电池的端盖入壳焊接装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了圆柱电芯合盖领域的一种圆柱电池的端盖入壳焊接装置，包括机架以及纵向布置并穿过机架的电芯输送机构，所述电芯输送机构的一侧设有横向滑动式连接在机架上的激光点焊机构，所述机架内还固定有第一伸缩驱动部件，所述第一伸缩驱动部件的伸缩端固连定位组件，所述定位组件包括第一支撑架、固定在第一支撑架横向端部的三爪机构、固定在第一支撑架上的定位电缸以及通过定位电缸驱动横向移动的推盖机构。本实用新型采用定位电缸驱动推盖机构对端盖进行推进，可保证速度与力度，并使端盖以三爪机构的内壁为导向移动到合盖位，可精确入壳的同时使端盖不易弹出。

Description

一种圆柱电池的端盖入壳焊接装置

技术领域

本实用新型涉及圆柱电芯合盖领域，具体是一种圆柱电池的端盖入壳焊接装置。

背景技术

动力锂电池作为一种新型功能电池，其具有能量高、电池电压高、工作温度范围宽、贮存寿命长等优点，已广泛应用于新能源汽车和通信基站中。

动力锂电池按外形可分为圆柱电池、方形电池和软包电池。其中，圆柱电池因制造工艺简单，能量密度高被各大电池厂商所青睐。现有圆柱电池在组装线的主要工序为揉平、包胶、入壳、集流盘焊、端盖合盖、周边焊，其中合盖工序作为圆柱电芯组装的关键步骤，直接影响电池品质。

现有合盖工序一般分为一次合盖、二次合盖、三次合盖等，一般一次合盖为预合盖流程，主要修正端盖与铝壳位置，二次合盖将端盖推入铝壳，三次合盖为抵住正负极开始点焊。因端盖连接片具有一定弹性在合盖完成后有一定几率会弹出，所以现有工艺一般采用气缸多次敲击的方法使连接片弹力失效，但因机械机构精度不足，端盖与铝壳的同心度无法得到精确控制，多次敲击可能使端盖棱角对铝壳内壁产生切割效应，产生铝丝，使圆柱电芯在正常使用中存在安全隐患。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种圆柱电池的端盖入壳焊接装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种圆柱电池的端盖入壳焊接装置，包括机架以及纵向布置并穿过机架的电芯输送机构，所述电芯输送机构的一侧设有横向滑动式连接在机架上的激光点焊机构，所述机架内还固定有第一伸缩驱动部件，所述第一伸缩驱动部件的伸缩端固连定位组件，所述定位组件包括第一支撑架、固定在第一支撑架横向端部的三爪机构、固定在第一支撑架上的定位电缸以及通过定位电缸驱动横向移动的推盖机构。

作为本实用新型的改进方案，所述三爪机构包括夹持气缸与夹爪，所述夹持气缸控制夹爪的开合，所述夹爪夹持圆柱电芯的内侧面为凸斜面。夹爪内壁的导向作用可对端盖与铝壳的同心度进行纠正，夹爪内侧面为7度的凸斜面，使圆柱电芯的端盖更容易的导向进入铝壳，可有效保证合格率。

作为本实用新型的改进方案，所述夹爪朝向圆柱电芯的横向端面边部开设有供激光穿过的开槽。

作为本实用新型的改进方案，为了使定位电缸工作压紧圆柱电芯的端盖时不损伤铝壳，同时较小端盖对铝壳的冲击力，保证压紧效果。所述推盖机构包括杆体、推头以及缓冲推块，所述推头直径小于端盖直径并固定在杆体的横向端部，所述缓冲推块均匀固定在推头朝向圆柱电芯的横向端面上。

作为本实用新型的改进方案，所述激光点焊机构包括固定在机架上的移动电缸、固定在移动电缸上的第二支撑架以及安装在第二支撑架上的两组激光枪头，两组所述激光枪头呈“八”字型关于圆柱电芯的轴线纵向对称分布。

作为本实用新型的改进方案，所述第二支撑架上还安装有千分尺，所述千分尺长度方向与激光枪头倾斜方向垂直。

作为本实用新型的改进方案，为了精确控制圆柱电芯到达合盖位，方便合盖操作和多工位协作。所述电芯输送机构包括第三支撑架、第四支撑架及内外双层的齿形链，内层齿形链与第三支撑架固连；第三支撑架上固定有第二伸缩驱动部件，所述第二伸缩驱动部件的伸缩端部固定有支撑块，所述支撑块与第三支撑架以及外层齿形链的外侧壁上均通过滑台滑动连接；所述第四支撑架上固定有平移电缸，所述平移电缸通过连接板与外层齿形链的外侧壁连接，并驱动外层齿形链纵向移动。

作为本实用新型的改进方案，外层齿形链的相对齿间距小于圆柱电芯的铝壳长度，所述圆柱电芯在外层齿形链的伸出长度大于所述夹爪的夹持长度。

有益效果：

本实用新型采用定位电缸驱动推盖机构对端盖进行推进，可保证速度与力度。定位电缸可将精确的扭矩控制转变成精确的速度、位置、推力控制，电芯输送机构用于输送圆柱电芯到合盖位，实现与推盖机构、激光点焊机构的精确配合，工作时，定位电缸首先低速小力矩推进，使端盖以三爪机构的内壁为导向移动到合盖位，接着采用大力矩方式将端盖推进壳体内，可精确入壳的同时使端盖不易弹出。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的另一角度的示意图以及其A处的放大示意图；

图3为三爪机构与定位组件的连接示意图；

图4为三爪机构的结构示意图；

图5为三爪机构中夹爪的横向端面示意图；

图6为第一伸缩部件与定位组件的连接图；

图7为定位气缸与推盖机构的连接图；

图8为推盖机构与三爪机构的连接剖视图；

图9为端盖机构朝向圆柱电芯一侧的横向端面示意图；

图10为电芯输送机构的结构示意图。

图中：1-机架；2-第一伸缩驱动部件；3-定位电缸；301-伺服电机；302-丝杠机构；303-推盖机构；3031-推头；3032-缓冲推块；3033-杆体；4-三爪机构；401-夹持气缸；402-内六角螺栓；403-夹爪；404-开槽；405-凸斜面；5-激光点焊机构；501-移动电缸；502-第二支撑架；503-激光枪头；6-千分尺；7-电芯输送机构；701-第二伸缩驱动部件；702-第一滑台；703-支撑块；704-连接板；705-平移电缸；706-内层齿形链；707-外层齿形链；708-光电开关；8-圆柱电芯；9-第一支撑架；10-第三支撑架；11-第四支撑架；12-第五支撑架；13-第二滑台；14-磁性开关；15-测距传感器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1，参见图1-3，一种圆柱电池的端盖入壳焊接装置，包括机架1以及纵向布置并穿过机架1的电芯输送机构7，电芯输送机构7的一侧设有横向滑动式连接在机架1上的激光点焊机构5，机架1内还固定有第一伸缩驱动部件2，第一伸缩驱动部件2的伸缩端固连定位组件，定位组件包括第一支撑架9、固定在第一支撑架9横向端部的三爪机构4、固定在第一支撑架9上的定位电缸3以及通过定位电缸3驱动横向移动的推盖机构303。

本实施方式中，电芯输送机构7用于输送圆柱电芯8到合盖位，第一伸缩驱动部件2与定位组件设有两组并关于电芯输送机构7横向对称分布，用于分别推送圆柱电芯8的正、负极端盖。

电芯输送机构7将圆柱电芯8输送到合盖位之后，第一伸缩驱动部件2驱动定位组件整体移动到合盖位，定位电缸3利用推盖机构303对端盖进行推进，可保证速度与力度。定位电缸3可将精确的扭矩控制转变成精确的速度、位置、推力控制，型号可选为ISMH1-10B30CB-A330Z。

工作时，三爪机构夹住端盖和铝壳外壁，使端盖与铝壳基本同心，然后定位电缸3以三爪机构的夹爪内壁为导向，先低速小力矩推进，使端盖缓慢移动到合盖位，接着采用大力矩方式将端盖推进圆柱电芯8的铝壳内，此时，推盖机构303抵压圆柱电芯8正负极侧的端盖，可精确入壳的同时使端盖不易弹出。随后，激光点焊机构5启动，对圆柱电芯8进行脉冲焊，将圆柱电芯8的正负极端盖与铝壳接触位置焊接多个点。

本实施方式中，如图4所示，三爪机构4包括夹持气缸401与夹爪403，夹持气缸401控制夹爪403的开合，夹爪403夹持圆柱电芯8的内侧面为凸斜面405，可以使端盖更容易的导向进入铝壳。凸斜面405的斜度为7度，该值根据电池铝壳和端盖尺寸可调整，有益效果为端盖可以以凸斜面405为导向慢慢修正角度，最终达到和铝壳同心完成合盖。

在此，夹爪403的夹持加工公差与圆柱电芯铝壳的直径尺寸偏差控制在0.1mm内，夹持气缸401上开设有螺纹孔，螺纹孔中螺纹连接有呢六角螺栓402，用于对夹持气缸401的活塞进行限位。

优选地，夹持气缸401的型号可选为MHS3-25D。

优选地，参见图5，夹爪403朝向圆柱电芯8的横向端面边部开设有供激光穿过的开槽404，用于使激光直接作用于圆柱电芯8的铝壳和端盖的接触面上，开槽404的大小位置与激光位置相适宜，使铝壳与端盖的预点焊两点在圆柱电芯圆周方向75°～165°可选。

如图6所示，第一伸缩驱动部件2固定在第五支撑架12上，第五支撑架12固定在机架1的内部，第一支撑架9固定在第一伸缩驱动部件2的伸缩端。优选地，第一伸缩驱动部件2为气缸机构，型号可选为CDM2B20-100Z。优选地，第一支撑架9通过第二滑台13横向滑动式连接在机架上，第二滑台13的型号可选为FY50D-05-50-PW-H10-B3。

参见图7，定位电缸3包括伺服电机301、丝杆机构302，伺服电机301通过PLC控制转数，并驱动丝杆机构302的转动，定位电缸3型号可选为ISMH1-10B30CB-A330Z，推盖机构303固定在丝杆机构302的往返螺母上。

如图8-9所示，推盖机构303包括杆体3033、推头3031以及缓冲推块3032，杆体3033穿过夹取气缸401中部的通孔，推头3031为圆柱形，直径略小于端盖直径并固定在杆体3033的横向端部，缓冲推块3032均匀固定在推头3031朝向圆柱电芯8的横向端面上，缓冲推块3032通过螺栓可拆卸地固定在推头3031上，并在推头3031表面均匀分布，用于使推压端盖的力度均匀。优选地，缓冲推块3032可选为聚氨酯材质，可以压紧圆柱电芯的端盖时不损伤铝壳，同时较小端盖对铝壳的冲击力，保证压紧效果。

优选地，推头3031中心处安装有测距传感器15，型号可选为HG-C1050，用于测量圆柱电芯合盖前的长度以及合盖后的长度，并将数据反馈到PLC，作为判断圆柱电芯8是否合格的标准。

激光点焊机构5包括固定在机架1上的移动电缸501、固定在移动电缸501上的第二支撑架502以及安装在第二支撑架502上的两组激光枪头503，两组激光枪头503呈“八”字型关于圆柱电芯8的轴线纵向对称分布。

移动电缸501用于驱动第二支撑架502整体的横向移动，型号可选为FY50D-05-50-PW-H10-B3，激光枪头503通过光纤线与激光发生器连接，通过PLC控制激光发生器工作运行。两组激光枪头503均安装在第二支撑架502上，且两组之间的夹角为120度，用于焊接圆柱电芯相对的两个位置点，激光枪头503的倾斜角度也与三爪机构4上夹爪403上的开槽404相对应。

定位电缸3工作并利用推盖机构303压紧圆柱电芯后，缓冲推块3032一直抵住圆柱电芯端盖，然后激光枪头503开始工作，激光穿过三爪机构4的开槽404对圆柱电芯进行预点焊，推头回位后端盖不从铝壳中弹出，减少合盖敲击次数，提高生产节拍。

优选地，第二支撑架502上还安装有千分尺6，千分尺6长度方向与激光枪头503倾斜方向垂直，用于精确调整激光桥头503的位置，并保证在圆柱电芯上的正确出光点。

激光点焊机构通过移动电缸501完成激光枪头503的前进后退，通过千分尺6的配合调整，可以精确的使出光点控制在端盖与铝壳的接触面上，使圆柱电芯脉冲焊接良好。

如图10所示，电芯输送机构7包括第三支撑架10、第四支撑架11及内外双层的齿形链，内层齿形链706与第三支撑架10固连；第三支撑架10上固定有第二伸缩驱动部件701，第二伸缩驱动部件701的伸缩端部固定有支撑块703，支撑块703与第三支撑架10以及外层齿形链707的外侧壁上均通过滑台滑动连接，支撑块703与第三支撑架10之前的滑台称为第一滑台702；第四支撑架11上固定有平移电缸705，平移电缸705通过连接板704与外层齿形链707的外侧壁连接，并驱动外层齿形链707纵向移动。

电芯输送机构7通过齿形链与平移电缸705配合进行输送，可以精确控制圆柱电芯到达合盖位，方便合盖操作和多工位协作。第二伸缩驱动部件701优选为气缸机构，型号可选为ISMH1-10B30CB-A330Z，能够缓慢运动使圆柱电芯8在外层707齿链上基本固定不动，外层齿形链707抬起时，圆柱电芯8进行合盖，省去了托举机构，简化了设备结构。

外层齿形链707的相对齿间距小于圆柱电芯8的铝壳长度，圆柱电芯8在外层齿形链707的伸出长度大于夹爪403的夹持长度。齿形链的夹齿内设有用于检测所在位置是否有圆柱电芯到达的光电开关708，光电开关708型号可选为FAB-12D08N1-D3。

上述实施例中，气缸机构的气嘴均通过气管与电磁阀相连，电磁阀通过PLC控制工作，此外，为了使气缸机构伸缩到位，气缸上安装有传感器，用于为PLC提供“原位”、“到位”信号，以控制电磁阀的通断。如第一伸缩驱动部件2上，即安装有磁性开关14。

作业时，机械手将前方集流盘焊接完成的圆柱电芯8夹取到电芯输送机构7上.初始时,外层齿形链707高度略低于内层齿形链706，齿形链中的光电开关708检测有圆柱电芯8到位时，PLC控制第二伸缩驱动部件701工作，使支撑块703举升，支撑块703带动外层齿形链707上升与圆柱电芯8接触，并将圆柱电芯8缓慢抬高。当第二伸缩驱动部件701到位后平移电缸705工作，推动外层齿形链707纵向运动，即沿着齿形链的输送方向，将圆柱电芯8运输到下一工位，到位后第二伸缩驱动部件701回位，外层齿形链707下降，圆柱电芯8重新回到内层齿形链706上，平移电缸705回位，外层齿形链707回到原点位，此过程完成圆柱电芯8的升降运输。

圆柱电芯8通过电芯输送机构7依次通过折弯、端盖对中工序后到达合盖工位，此时齿形链中的光电开关708检测到有圆柱电芯8进入，开始对PLC发送启动信号，PLC控制外层齿形链707被第二伸缩驱动部件701抬起并保持抬起状态，同时第一伸缩驱动部件2进气推动第一支撑架9整体向前运动至圆柱电芯8的合盖位，磁性开关14“到位”后，PLC控制夹持气缸401工作，夹爪403夹住端盖和铝壳外壁后抱紧，使端盖与铝壳基本同心；接着PLC控制定位电缸3工作，定位电缸3开始启动，集流盘端盖以夹爪403的凸斜面状的内壁为导向，被推盖机构303缓慢推至与铝壳接触端面位，接着以大力矩方式缓推进入铝壳，此时，缓冲推块3032与正、负集流盘端盖接触。

然后推头3031内部的测距传感器15开始工作，测量合盖后的圆柱电芯8的长度传递给PLC，PLC将测量长度与理论设定值进行比较，若PLC比较长度不合格，则通过转料夹爪将产品NG下料；若合格，则启动激光点焊机构，通过移动电缸501的精密控制将激光枪头503移动至圆柱电芯8的正极和负极，激光枪头501通过夹爪403预留的开槽404对圆柱电芯8进行脉冲焊，在圆柱电芯8两极端盖与铝壳接触位置焊上4个点。

焊接完成后测距传感器15继续工作，检测点焊后的圆柱电,8的长度，PLC对比合格后进入下道工序，若不合格，则通过夹爪NG下料。等所用动作完成后，PLC复位，循环控制动作。

虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

故以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请的实施范围；即凡依本申请的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本申请权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种圆柱电池的端盖入壳焊接装置，包括机架(1)以及纵向布置并穿过机架(1)的电芯输送机构(7)，其特征在于，所述电芯输送机构(7)的一侧设有横向滑动式连接在机架(1)上的激光点焊机构(5)，所述机架(1)内还固定有第一伸缩驱动部件(2)，所述第一伸缩驱动部件(2)的伸缩端固连定位组件，所述定位组件包括第一支撑架(9)、固定在第一支撑架(9)横向端部的三爪机构(4)、固定在第一支撑架(9)上的定位电缸(3)以及通过定位电缸(3)驱动横向移动的推盖机构(303)。

2.根据权利要求1所述的一种圆柱电池的端盖入壳焊接装置，其特征在于，所述三爪机构(4)包括夹持气缸(401)与夹爪(403)，所述夹持气缸(401)控制夹爪(403)的开合，所述夹爪(403)夹持圆柱电芯(8)的内侧面为凸斜面(405)。

3.根据权利要求2所述的一种圆柱电池的端盖入壳焊接装置，其特征在于，所述夹爪(403)朝向圆柱电芯(8)的横向端面边部开设有供激光穿过的开槽(404)。

4.根据权利要求2或3所述的一种圆柱电池的端盖入壳焊接装置，其特征在于，所述推盖机构(303)包括杆体(3033)、推头(3031)以及缓冲推块(3032)，所述推头(3031)直径小于端盖直径并固定在杆体(3033)的横向端部，所述缓冲推块(3032)均匀固定在推头(3031)朝向圆柱电芯(8)的横向端面上。

5.根据权利要求4所述的一种圆柱电池的端盖入壳焊接装置，其特征在于，所述激光点焊机构(5)包括固定在机架(1)上的移动电缸(501)、固定在移动电缸(501)上的第二支撑架(502)以及安装在第二支撑架(502)上的两组激光枪头(503)，两组所述激光枪头(503)呈“八”字型关于圆柱电芯(8)的轴线纵向对称分布。

6.根据权利要求5所述的一种圆柱电池的端盖入壳焊接装置，其特征在于，所述第二支撑架(502)上还安装有千分尺(6)，所述千分尺(6)长度方向与激光枪头(503)倾斜方向垂直。

7.根据权利要求6所述的一种圆柱电池的端盖入壳焊接装置，其特征在于，所述电芯输送机构(7)包括第三支撑架(10)、第四支撑架(11)及内外双层的齿形链，内层齿形链(706)与第三支撑架(10)固连；第三支撑架(10)上固定有第二伸缩驱动部件(701)，所述第二伸缩驱动部件(701)的伸缩端部固定有支撑块(703)，所述支撑块(703)与第三支撑架(10)以及外层齿形链(707)的外侧壁上均通过滑台滑动连接；所述第四支撑架(11)上固定有平移电缸(705)，所述平移电缸(705)通过连接板(704)与外层齿形链(707)的外侧壁连接，并驱动外层齿形链(707)纵向移动。

8.根据权利要求7所述的一种圆柱电池的端盖入壳焊接装置，其特征在于，外层齿形链(707)的相对齿间距小于圆柱电芯(8)的铝壳长度，所述圆柱电芯(8)在外层齿形链(707)的伸出长度大于所述夹爪(403)的夹持长度。

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