一种动力电池极耳的预点焊裁切机

技术领域

本发明涉及一种极耳裁切机，尤其是涉及一种动力电池极耳的预点焊裁切机。

背景技术

目前在软包动力电池和固态电池领域，为了满足不同的使用工况(功率密度、尺寸大小、能力耗散等)，往往存在多个配方形式(如2P/3P/4P等)。在技术迭代和降本增效的背景下，产品结构进行了改进，往往需要多个2P/3P/4P极片穿过同一个汇流排，然后进行相应裁切、折弯、滚平、焊接。在多个极片的裁切处理过程中，需要同时考虑到不同电芯厚度的影响、多个电芯的定位解析、裁切后极片的翘曲、裁刀寿命的影响、堆叠配方柔性切换解析。

目前常规做法有两种，其一：电芯按照预设配方进行自动堆叠成模组，堆叠后放置到保压托盘中。托盘流转手动工位，人工使用梳子将极耳进行梳理后，使其成汇聚状态可以穿过汇流排槽孔。这种方法的特点是柔性高、兼容不同配方。缺点是：人工作业强度大，对于3P以上的堆叠极耳硬度较大，较难以穿过汇流排槽孔。同时产线需要配置多个人工作业工位。

其二：电芯按照预设配方堆叠成小单元(如2P/3P/4P等)，进行极耳预折、裁切，然后穿过汇流排进行折弯、滚平、焊接。该方法的特点是配方小堆叠单元(如2P/3P/4P等)容易定位、柔性高，自动化程度高。缺点是：小堆叠单元(如2P/3P/4P等)预折和裁切后，极片有不同程度不一致的反弹，使得穿过汇流排槽孔后，极耳折弯后，汇流排上形成的极片有错位，后工位极耳焊接容易找不到焊接中心线。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种动力电池极耳的预点焊裁切机，经过本发明预点焊裁切后的电芯堆叠单元(2P/3P/4P等)，方便穿过汇流排槽孔，同时经过折弯后，极耳封边整齐，方便后续极耳焊接中心焊缝引导。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种动力电池极耳的预点焊裁切机，包括三轴机械手焊接系统、电芯进出料机构、机座、预折弯预点焊裁切机构、压板机构、视觉检测系统；

其中，机座包括刀座、滑台等；

所述电芯进出料机构通过导轨安装在所述机座上，可以在机座上进行X向前后运动，用于将对前道工序定位后的电芯堆叠单元进行二次装夹定位，并将电芯堆叠单元依次送至所述预折弯预点焊裁切机构、所述三轴机械手焊接系统作业的位置，在作业结束后用于将电芯堆叠单元送至出料位；

电芯进出料机构包括伺服滑台、电芯定位机构、导轨、拖链，所述伺服滑台设于所述导轨上，可以在导轨上进行前后滑动运行，所述拖链一侧设于所述伺服滑台上，另一侧设于所述导轨上，在所述伺服滑台移动过程中，所述拖链可进行伸缩，确保线缆正常供电供气，所述电芯定位机构安装在所述伺服滑台上，与所述伺服滑台进行螺栓固定连接，电芯定位机构对电芯进行定位夹紧，保证滑台移动过程中位置不会发生滑动，伺服滑台能够流转至不同的位置，方便机器人或其他机构对电芯单元进行抓取或者放料；

所述压板机构通过导向轴承和气缸安装在所述机座上方，可以Z向进行上下运动，用于压紧所述预折弯预点焊裁切机构、所述三轴机械手焊接系统作业位置的电芯堆叠单元，压板机构包括导向机构、伸缩机构、极片下压机构，用于保证折弯、裁切、焊接过程中，电芯位置不会发生滑动，同时对非作业位置进行安全保护，极片下压机构的作用是多层极片进行预点焊功能前，防止极片翘曲，有预压功能，让极片靠向支撑机构，使其他机构下压作业更为有效，所述压板立柱机构设于所述机座上，所述导向机构一端固定在所述压板立柱机构上，另一端固定在所述极片下压机构上，所述伸缩机构的固定端固定在压板立柱机构上方，所述伸缩机构的活动端固定在所述极片下压机构上，通过所述伸缩机构和所述导向机构配合，可使得所述极片下压机构在Z向进行运动；

所述视觉检测系统设于所述机座上方，进行视觉寻址检测，用于在裁切和焊接前对极耳焊接和裁切位置进行视觉寻址引导，控制所述预折弯预点焊裁切机构的整形裁切位置和所述三轴机械手焊接系统的预点焊位置，同时进行裁切后尺寸状态判断，反馈裁切和预点焊的处理结果，及时剔除非合格品，视觉检测系统包括气缸、导轨、连接件、相机、光源，其中，所述光源设于所述连接件的下方，所述相机设于所述连接件的上方，通过所述光源可使得所述相机进行正常功能作业，所述连接件通过导轨固定在所述机座上，所述气缸的活动端连接在所述连接件上，所述气缸的固定端连接在所述机座上，所述气缸的运动，使得所述连接件带动所述相机沿着导轨进行移动，从而在拍照后退出作业区，方便其他机构进行功能作业；

所述预折弯预点焊裁切机构设于所述机座上，可以在机座上进行Y向左右往复运动，用于对极片进行整形、裁切，所述预折弯预点焊裁切机构包括伺服进给机构、预点焊裁切压装机构、废料收集装置，其中，所述伺服进给机构与所述机座通过导轨直接相连，所述伺服进给机构可以在Y向进行往复伺服运动，所述预点焊裁切压装机构设于所述伺服进给机构上方，可以进行Z向伸缩伺服运动，伺服进给机构用于预折弯预点焊裁切机构的横向进给，进给行程可调节，方便不同配方堆叠单元(2p/3p/4p等)在不同位置进行预点焊裁切作业，所述废料收集装置设于所述机座一侧，用于将废屑进行集中收纳定期人工排放；

所述预点焊裁切压装机构包括吸尘管路、下刀模、上刀模、焊接压头伸缩机构、上刀模伸缩机构、导轨、极片预折滚轮，其中，所述吸尘管路安装在所述预点焊裁切压装机构的底部，用于将裁切后的废料进行吸取收集，所述下刀模设于所述预点焊裁切压装机构的底部一侧，用于支撑待裁切的极耳极片，所述上刀模设于所述上刀模伸缩机构上，上刀模伸缩机构采用气缸驱动，所述上刀模伸缩机构控制所述上刀模对极片进行裁切，所述上刀模伸缩机构通过导轨安装在所述预点焊裁切压装机构上方，可以带动所述上刀模进行Z向伺服运动，所述焊接压头伸缩机构独立设于所述预点焊裁切压装机构上，可独立下压夹紧极耳极片，所述下刀膜采用纵向伺服进给，用于确认不同堆叠单元整平的位置，所述下刀模的高低可调，所述极片预折滚轮用于确保预折时候极片为弧度折弯，所述上刀模、所述下刀模的连接块均为非金属材料，所述焊接压头伸缩机构包括伸缩气缸、压缩弹簧、焊接铜嘴压头，所述焊接铜嘴压头通过直线导向轴承和压缩弹簧安装在所述伸缩气缸单元上，所述压缩弹簧可伸缩位移，以确保压头始终接触极耳极片，所述伸缩气缸通过导轨连接在所述预点焊裁切压装机构上，通过Z向运动可以使得所述焊接铜嘴压头和极耳极片之间接触或者断开接触，所述压缩弹簧能够确保在不同配方工况和不同厚度公差下，所述焊接铜嘴压头能够下压接触极片；

所述三轴机械手焊接系统固定在地面上，所述三轴机械手焊接系统的安装高度高于其他机构，可以通过伺服轴控制进行XYZ方向的移动作业，用于对经过所述预折弯预点焊裁切机构整形裁切后的极片的焊接，实现对不同极耳位置、堆叠配方高度的焊接，根据不同的焊接配方，柔性兼容焊缝位置和焊缝尺寸；

三轴机械手焊接系统包括伺服三轴机械手、拖链、焊接振镜、测距传感器，其中，所述拖链设于所述伺服三轴机械手的不同轴上，随着所述伺服三轴机械手移动可以进行伸缩；所述焊接振镜设于所述伺服三轴机械手末端Z轴上，随着所述伺服三轴机械手移动到不同位置，进行焊接作业；所述测距传感器设于所述伺服三轴机械手末端Z轴上，随着伺服三轴移动到不同位置，进行焊接作业，测距传感器优选激光测距传感器；所述三轴机械手焊接系统实现对不同极耳位置、堆叠配方高度的焊接。

进一步的，电芯进出料机构，根据不同的生产节拍，可以增加电芯进出料机构或增加电芯进出料机构同时处理单元的数量。

进一步的，电芯定位机构包括居中夹紧机构和电芯大面吸盘吸取机构，所述大面吸盘机构设于所述电芯定位台上，电芯定位台用于支撑和稳定其他组件，大面吸盘机构对电芯大面Z向进行吸取，防止运动过程滑动，所述居中夹紧机构设于所述电芯定位台上，对电芯端侧面XY向进行定位夹持。

进一步的，上刀模、下刀模可以从滑台后侧移出，方便进行刀模维护。

进一步的，上刀模、下刀模为镂空裁刀，用于避免已经裁好的极耳碰到刀具。

经过预点焊裁切的电芯堆叠单元(2P/3P/4P等)，方便穿过汇流排槽孔，同时经过折弯后，极耳封边整齐，方便后续极耳焊接中心焊缝引导。

工作原理：

S1：将前道工序定位后的电芯堆叠单元(如2P/3P/4P等)放到电芯进出料机构上，电芯进出料机构对电芯进行二次装夹定位。

S2：电芯进出料机构将电芯堆叠单元(2P/3P/4P等)送入预点焊裁切工站，通过伺服模组控制滑移至预点焊裁切位，压板机构对堆叠单元大面进行压紧和安全防护。

S3：视觉检测系统中的视觉相机对堆叠的电芯极耳进行位置寻址，将偏移量反馈给伺服滑台，伺服滑台进给到相应作业位，预折弯预点焊裁切机构对其依次进行预整形、焊接压头压紧、极片裁切，然后三轴机械手焊接系统移动进行极片测距及预点焊。

S4：预点焊裁切作业完毕，夹头及压板打开，电芯进出料机构使电芯堆叠单元(如2P/3P/4P等)滑移至出料位。气缸带动相机进行拍照检测，反馈对电芯堆叠单元(如2P/3P/4P等)的处理结果。

本发明的电芯两侧极片均有独立的伺服进给预点焊裁切机，可以做到电芯两侧不同步裁切、预点焊动作。

本发明中裁切机构的裁切后的极耳碎片通过滑道将极耳送至废料箱中。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)经过本发明预点焊裁切后的电芯堆叠单元(2P/3P/4P等)，方便穿过汇流排槽孔，同时经过折弯后，极耳封边整齐，方便后续极耳焊接中心焊缝引导。本方案的技术效果通过各个部件的配合进行实现的：其中，电芯进出料机构用于将电芯堆叠单元(2P/3P/4P等)送入预点焊裁切工站；其中，压板机构用于将电芯堆叠单元压紧及防止极片翘曲；其中，视觉检测系统用于寻址极片位置，控制裁切和预点焊位置；其中，预折弯预点焊裁切机构用于将多余的极片进行整形及切除；其中，三轴机械手焊接系统用于将整形切除后的极片进行焊接。因此，在后续工位电芯堆叠单元的极片是整束形式，而非发散式的，更容易穿过汇流排组件进行后续工艺处理。

(2)柔性高：由于设备的组成系统是模块化的，因此通过更改不同的压头或刀模，可以裁切样式为不同种类和长度的电芯。

(3)稳定可靠：发明中使用电机为动力源，预点焊裁切为同位置，解决了基准不统一的问题。

(4)安全性高：由于发明中上下刀模连接块均为非金属材料，通过裁刀的镂空结构使得电芯的正负极在裁切动作完成过程中，始终无法连通成回路，杜绝了现有技术中安装不到位出现的短路情况。

(5)检修维护方便：由于焊接压头采用压缩弹簧浮动连接，确保实现压头接触产品。同时整型的上支架位置可调整，方便进行调试。裁刀可以从后方空间拆解移出，在进行磨损修复、点检检修时，方便维护作业。

附图说明

图1为动力电池极耳的预点焊裁切机构系统的结构示意图。

图2为三轴机械手焊接系统的结构示意图。

图3为电芯进出料机构的结构示意图。

图4为预折弯预点焊裁切机构的结构示意图。

图5为压板机构的结构示意图。

图6为视觉检测系统的结构示意图。

图7为预折弯预点焊裁切机构支撑及压装机构的结构细化示意图。

附图标记：100、三轴机械手焊接系统；200、电芯进出料机构；300、机座；400、预折弯预点焊裁切机构；500、压板机构；600、视觉检测系统；1、立柱支架；2、伺服三轴机械手；3、激光测距传感器；4、焊接振镜；121、拖链一；122、导轨一；123、电芯定位机构；124、伺服滑台；141、机台；142、废料收集装置；143、阀岛及连接板；144、拖链二；145、伺服进给滑台；146、极耳下支撑机构；147、预点焊裁切压装机构；151、压板立柱支架；152、压板；153、极片下压机构；154、导向机构；155、伸缩机构；161、视觉钢结构支架；162、拖链三；163、视觉连接支架；164、视觉相机及光源；165、伸缩气缸；166、导轨二；41、吸尘管路；42、极片预折滚轮；43、下刀模；44、上刀模；45、焊接铜嘴压头；46、压缩弹簧；47、焊接压头伸缩机构；48、上刀模伸缩机构；49导轨三。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本技术方案中如未明确说明的部件型号、材料名称、连接结构、控制方法、算法等特征，均视为现有技术中公开的常见技术特征。

实施例1

本实施例提供动力电池极耳的预点焊裁切机，如图1所示，包括：三轴机械手焊接系统100、电芯进出料机构200、机座300、预折弯预点焊裁切机构400、压板机构500、视觉检测系统600。

三轴机械手焊接系统100，如图2所示，包括立柱支架1、伺服三轴机械手2、激光测距传感器3、焊接振镜4、拖链，其中，拖链设于伺服三轴机械手2的不同轴上，随着伺服三轴机械手2移动可以进行伸缩；焊接振镜4设于伺服三轴机械手2末端Z轴上，随着伺服三轴机械手2移动到不同位置，进行焊接作业；激光测距传感器3设于伺服三轴机械手末端Z轴上，随着伺服三轴移动到不同位置，进行焊接作业；三轴机械手焊接系统实现对不同极耳位置、堆叠配方高度的焊接。。伺服三轴机械手2可以调整不同行程，方便不同焊接位置和焊接高度上焊缝的焊接，激光测距传感器3用于反馈焊接所需的离焦量。三轴机械手焊接系统100固定在地面上，三轴机械手焊接系统100的安装高度高于其他机构，可以通过伺服轴控制进行XYZ方向的移动作业，用于对经过预折弯预点焊裁切机构400整形裁切后的极片的焊接，实现对不同极耳位置、堆叠配方高度的焊接，根据不同的焊接配方，柔性兼容焊缝位置和焊缝尺寸。

电芯进出料机构200，包括拖链一121、导轨一122、电芯定位机构123、伺服滑台124，如图3所示，伺服滑台124设于导轨上，可以在导轨一122上进行前后滑动运行，拖链一121的一侧设于伺服滑台124上，另一侧设于导轨一122上，在伺服滑台124移动过程中，拖链一121可进行伸缩，确保线缆正常供电供气，电芯定位机构123安装在伺服滑台124上，与伺服滑台124进行螺栓固定连接。

电芯定位机构123对两组电芯进行定位夹紧，保证滑台移动过程中位置不会发生滑动，伺服滑台124能够流转至不同的位置，方便机器人或其他机构对电芯单元进行抓取或者放料。电芯进出料机构200通过导轨122安装在机座300上，可以在机座300上进行X向前后运动，用于将对前道工序定位后的电芯堆叠单元进行二次装夹定位，并将电芯堆叠单元依次送至预折弯预点焊裁切机构400、三轴机械手焊接系统100作业的位置，在作业结束后用于将电芯堆叠单元送至出料位。

预折弯预点焊裁切机构400设于机座300上，可以在机座300上进行Y向左右往复运动，用于对极片进行整形、裁切，预折弯预点焊裁切机构400包括伺服进给滑台145、预点焊裁切压装机构147、废料收集装置142，其中，伺服进给滑台145与机座300通过导轨直接相连，伺服进给滑台145可以在Y向进行往复伺服运动，预点焊裁切压装机构147设于伺服进给滑台145上方，可以进行Z向伸缩伺服运动，伺服进给滑台145用于预折弯预点焊裁切机构400的横向进给，进给行程可调节，方便不同配方堆叠单元(2p/3p/4p等)在不同位置进行预点焊裁切作业，废料收集装置142设于机座300一侧，用于将废屑进行集中收纳定期人工排放；

预点焊裁切压装机构147包括吸尘管路41、下刀模44、上刀模43、焊接压头伸缩机构47、上刀模伸缩机构48、导轨三49、极片预折滚轮42，其中，吸尘管路41安装在预点焊裁切压装机构147的底部，用于将裁切后的废料进行吸取收集，下刀模44设于预点焊裁切压装机构147的底部一侧，用于支撑待裁切的极耳极片，上刀模43设于上刀模伸缩机构48上，上刀模伸缩机构48采用气缸驱动，上刀模伸缩机构48控制上刀模44对极片进行裁切，上刀模伸缩机构48通过导轨三49安装在预点焊裁切压装机构147上方，可以带动上刀模43进行Z向伺服运动，焊接压头伸缩机构47独立设于预点焊裁切压装机构147上，可独立下压夹紧极耳极片，下刀膜44采用纵向伺服进给，用于确认不同堆叠单元整平的位置，下刀模44的高低可调，极片预折滚轮42用于确保预折时候极片为弧度折弯，上刀模43、下刀模44的连接块均为非金属材料，焊接压头伸缩机构47包括伸缩气缸165、压缩弹簧46、焊接铜嘴压头45，焊接铜嘴压头45通过直线导向轴承和压缩弹簧46安装在伸缩气缸165单元上，压缩弹簧46可伸缩位移，以确保压头始终接触极耳极片，伸缩气缸165通过导轨三49连接在预点焊裁切压装机构147上，通过Z向运动可以使得焊接铜嘴压头45和极耳极片之间接触或者断开接触，压缩弹簧46能够确保在不同配方工况和不同厚度公差下，焊接铜嘴压头45能够下压接触极片；

压板机构500，如图5所示，包括压板立柱支架151、压板152、极片下压机构153、导向机构154、伸缩机构155，用于保证折弯、裁切、焊接过程中，电芯位置不会发生滑动，同时对非作业位置进行安全保护，极片下压机构153的作用是多层极片进行预点焊功能前，防止极片翘曲，有预压功能，让极片靠向支撑机构，使其他机构下压作业更为有效，压板立柱支架151设于机座300上，导向机构154一端固定在压板立柱支架151上，另一端固定在极片下压机构153上，伸缩机构155的固定端固定在压板立柱支架151上方，伸缩机构155的活动端固定在极片下压机构153上，通过伸缩机构155和导向机构154配合，可使得极片下压机构153在Z向进行运动。

压板机构500通过导向轴承和气缸安装在机座300上方，可以Z向进行上下运动，用于压紧预折弯预点焊裁切机构400、三轴机械手焊接系统100作业位置的电芯堆叠单元，压板机构500有两层作用，一是保证压板152接触产品，防止在裁切或极耳压紧过程中造成电芯位置滑移，二是在极耳裁切或者焊接过程中，对电芯面进行安全防护。

视觉检测系统600，如图6所示，包括视觉钢结构支架161、拖链三162、视觉连接支架163、视觉相机及光源164、伸缩气缸165、导轨二166，其中，通过光源可使得相机进行正常功能作业，视觉钢结构支架161通过导轨二166固定在机座300上，气缸的活动端连接在视觉钢结构支架161上，气缸的固定端连接在机座300上，气缸的运动，使得视觉钢结构支架161带动视觉相机及光源164沿着导轨二166进行移动，从而在拍照后退出作业区，方便其他机构进行功能作业；

视觉检测系统600设于机座300上方，视觉检测系统600有两层作用，一是在裁切和焊接之前，对极耳焊接和裁切位置进行视觉寻址引导，二是裁切后，对电芯堆叠单元(2P/3P/4P等)进行长度方向的裁切尺寸进行判断，及时剔除NG(非合格品)。

工作原理：

S1：将前道工序定位后的电芯堆叠单元放到电芯进出料机构200上，电芯进出料机构200对电芯进行二次装夹定位。

S2：电芯进出料机构200将电芯堆叠单元送入预点焊裁切工站，通过伺服模组控制滑移至预点焊裁切位，压板机构500对堆叠单元大面进行压紧和安全防护。

S3：视觉检测系统600对堆叠的电芯极耳进行位置寻址，将偏移量反馈给伺服滑台124，伺服滑台124进给到相应作业位，预折弯预点焊裁切机构400对其依次进行预整形、焊接压头压紧、极片裁切，然后三轴机械手焊接系统100移动进行极片测距及预点焊。

S4：预点焊裁切作业完毕，夹头及压板打开，电芯进出料机构200使电芯堆叠单元滑移至出料位。气缸带动相机进行拍照检测，反馈对电芯堆叠单元的处理结果。

各个部件进行配合，能够使得电芯堆叠单元(2P/3P/4P等)极片方便穿过汇流排槽孔，极耳折弯和焊接的工艺使得裁切后极耳端面齐平。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。