一种电池密封激光焊接设备的制作方法

本实用新型涉及激光振镜焊接设备技术领域，具体涉及一种电池密封激光焊接设备。

背景技术：

电池制造过程涉及的焊接技术十分广泛，如超声波焊、电阻焊和激光焊接等。焊接方法与工艺的合理选用，直接影响电池的生产成本、质量的可靠性与使用的安全性。激光焊接作为电池生产一项非常重要的工艺环节，对电池的一致性，稳定性和安全性有很大的影响，电池激光焊接部位多，工艺难度大，对焊接工艺要求更高。

现有技术的锂电池顶盖激光焊接设备，其机械定位夹具为两侧定位而底部保持固定工作方式，实际过程中因为每个电池存在一定的高度差，所以底部保持固定的话，顶盖高度就相应的会有一定的高度差，这种高度差的存在容易使电池在顶盖激光焊接时存在位置度偏差导致产品差异度大、焊接稳定性差，严重使导致焊接产品报废。

另外，现有设备在激光焊接时采用的是通过三轴坐标移动镜头的方式来改变焊接路径，而本实用新型采用更先进的振镜焊接，激光镜头无需移动，激光通过改变振镜内镜片角度改变光路，同时采用远心镜头保证焊接时焊点大小一致，不会因激光射出的角度改变而导致焊点大小不一。

技术实现要素：

本实用新型为了解决现有技术存在的上述问题，提供了一种多功能、高效率和高合格率的电池密封激光焊接设备。

实现上述目的，本实用新型提供了一种电池密封激光焊接设备，包括工作台、转盘组件、搬运机械手机构、压紧测高机构、防护盖放置机构、激光焊接机构和防护盖卸载机构，所述转盘组件包括设置在工作台台面上的转盘、以及设置在转盘下用于带动转盘定角度转动的分割器；所述转盘上围绕转盘圆心依次均匀设有六个工位，相连两工位之间的夹角为60度，每个工位上均设有一个用于放置电池的机械定位夹具；所述搬运机械手机构、压紧测高机构、防护盖放置机构、激光焊接机构和防护盖卸载机构均围绕转盘的边缘并沿转盘的旋转方向依次安装在工作台的台面上，且各对应转盘上的一个工位；所述激光焊接机构包括安装支板，模组安装立板、CCD视觉定位识别组件、线性模组和激光器，所述安装支板安装在工作台面上，所述模组安装立板安装在安装支板上，所述线性模组固定安装在模组安装立板的立面，所述激光器固定在线性模组的可升降的移动安装板上，所述安装支板在位于激光器的两侧设有风刀支架，所述风刀支架的前端架设有斜口风刀，所述CCD视觉定位识别组件固定在风刀支架的侧面。

作为本实用新型的优选技术方案，所述CCD视觉定位识别组件包括相机高度调节支架、CCD相机、环形光源，所述CCD相机固定在相机高度调节支架顶端，所述环形光源固定在相机高度调节支架的中部，且CCD相机的镜头通过环形光源的圆孔实现对机械定位夹具中的电池进行定位。

作为本实用新型的优选技术方案，所述激光器的镜头为远心镜头，所述激光器一侧面装有角度传感器。

作为本实用新型的优选技术方案，所述工作台上上料工位与压紧测高工位之间，绕转盘边缘安装有6个光电传感器，各传感器之间夹角为5度；转盘上以任意一机械定位夹具正下方为起点，转盘下方边缘绕转盘圆心每隔65度装有一个传感器感应片，转盘每转动一个工位即可判别夹具顺序。

作为本实用新型的优选技术方案，所述转盘组件还包括导电滑环，三相电机、安装大板和高度调节板，所述导电滑与转盘同轴相连并设置在转盘上，使得在转盘转动时装在转盘上的导线不会因转盘转动而绞在一起，所述分割器通过分割器的安装板安装在高度调节板上的一侧，三相电机通过电机安装板安装在高度调节板上的另一侧，所述三相电机的同步带轮与分割器的同步带轮上连接有同步带，所述高度调节板设置在安装大板上，且高度调节板与安装大板设有调节块连接板。

作为本实用新型的优选技术方案，所述防护盖放置机构包括支撑立板、推动气缸、两套线性滑轨、防护盖安装立板、T型连接块、上推气缸、浮动接头、支撑固定板、气爪、限位螺钉和缓冲杆，所述防护盖安装立板安装在支撑立板上，所述线性滑轨安装在防护盖安装立板的上侧，所述T型连接块安装在防护盖安装立板的底板的下面，所述推动气缸套连在T型连接块上并安装在推动气缸下侧，所述安装底板的中间镂空有一个矩形空间，作为气缸末端的T型连接块的活动空间；所述上推气缸安装在支撑立板的侧面，上推气缸通过浮动接头和T型连接块连接，且T型连接块连接支撑立板的短边侧外侧面；所述气爪固定在长边侧内侧。

作为本实用新型的优选技术方案，所述搬运机械手机构由机械手安装底座、四轴机械手、气动夹爪、传感器、安装法兰和卡爪安装板组成，所述四轴机械手安装在机械手安装底座上，所述气动夹爪安装在四轴机械手末端并通过安装法兰与卡爪安装板连接，所述安装法兰上部用螺钉锁紧四轴机械手的末端圆轴，所述安装法兰下端螺接卡爪安装板，所述卡爪安装板与气动夹爪的气缸螺接。

本实用新型的电池密封激光焊接设备可以达到如下有益效果：

1） 本实用新型的激光焊接机构采用由激光器与CCD相机相结合的激光振镜焊接取代现有三轴移动镜头焊接，可使焊接机构简易化、高效化，直接通过本实用新型的激光焊接机构改变光路要比通过坐标轴移动镜头焊接，焊接速度快得多。

2） 本实用新型相对现有技术而言，在转盘上增加设计了一个压紧测高装置，压紧测高装置并配合机械定位夹具，解决了现有激光焊接中存在因焊接表面高度差而导致的产品一致性差、焊接稳定性差等问题。

3） 本实用新型激光焊接机构相对现有技术而言改进了激光焊接的吹气装置，相对传统分油口吹气，本实用新型全覆盖斜口风刀吹气更适合长距离宽范围激光连续焊接，能有效防止焊接氧化、高速洁净焊接表面、提高生产效率。

4） 本实用新型相对现有技术而言，取消了防护盖输送回流装置，在每个机械定位夹具上放有一个防护盖，简化了设备机构，减少了因防护盖回流造成的节拍延迟和故障率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型电池密封激光焊接设备提供的一实例的结构示意图；

图2为本实用新型图1中的俯视图；

图中：1、工作台，2、机械定位夹具，3、搬运机械手机构，4、压紧测高机构，5、防护盖放置机构，6、激光焊接机构，7、防护盖卸载机构；

图3为本实用新型的搬运机械手机构的结构图；

图中：301、机械手安装底座，302，四轴机械手，303、安装法兰，304、卡爪传感器，305、气动夹爪，306、电池，307、卡爪安装板；

图4为本实用新型的机械定位夹具的结构图；

图中：401、夹具护罩，402、防护盖，403、短边气缸支架，404、短边气缸，405、长边气缸，406、推杆连接块，407、长边推杆，408，长边气缸支架，409、直线轴承，410、夹具基座，411、长边导向支架，412、长边压板。

图5为本实用新型的防护盖放置机构的结构图；

图中：501、支撑固定板，502、气爪，503、缓冲杆，504、支撑立板，505、推动气缸，506、上推气缸，507、防护盖安装立板，508，线性滑轨；

图6-1为本实用新型的激光焊接机构的结构图；

图6-2为本实用新型的激光焊接机构的侧视图；

图中:601、激光器，602，风刀支架，603、斜口风刀，604，环形光源，605、安装支板，606、相机高度调节支架，607、模组安装底板，608，CCD相机，609、模组安装立板，610、线性模组，611、除尘罩；

图7为本实用新型的转盘组件的结构图；

图中：701、导电滑环，702、转盘，703、同步带，704、三相电机，705、高度调节板，706、安装大板，707、调节块连接板，708、分割器；

图8为本实用新型的压紧测高机构的结构图；

图中：801、压紧测高机构线性滑轨、802、伺服电机、803、测高支撑压板，804、电池压板，805、距离测量传感器，806、压紧测高机构缓冲杆，807、测高安装立板，808、传感器推出气缸，809、滚珠丝杠副。

本实用新型目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述。较佳实施例中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

图1为本实用新型电池密封激光焊接设备提供的一实例的结构示意图，图2为本实用新型图1中的俯视图，图6-1为本实用新型的激光焊接机构的结构图，图6-2为本实用新型的激光焊接机构的侧视图。

如图1、图2、图6-1和6-2所示，电池306密封激光焊接设备包括工作台1、转盘组件、搬运机械手机构3、压紧测高机构4、防护盖放置机构5、激光焊接机构6和防护盖卸载机构7，所述转盘组件包括设置在工作台1台面上的转盘702、以及设置在转盘702下用于带动转盘702定角度转动的分割器708；所述转盘702上围绕转盘702圆心依次均匀设有六个工位，相连两工位之间的夹角为60度，每个工位上均设有一个用于放置电池306的机械定位夹具2；所述搬运机械手机构3、压紧测高机构4、防护盖放置机构5、激光焊接机构6和防护盖卸载机构7均围绕转盘702的边缘并沿转盘702的旋转方向依次安装在工作台1的台面上，且各对应转盘702上的一个工位；所述激光焊接机构6包括安装支板605，模组安装立板609、CCD视觉定位识别组件、线性模组板610和激光器601，所述安装支板605安装在工作台1面上，所述模组安装立板609安装在安装支板605上，所述线性模组板610固定安装在模组安装立板609的立面，所述激光器601固定在线性模组板610的可升降的移动安装板上，所述安装支板605在位于激光器601的两侧设有风刀支架602，所述风刀支架602的前端架设有斜口风刀603，所述风刀支架602下面安装有除尘罩611，所述CCD视觉定位识别组件固定在风刀支架602的侧面。

具体实施中，所述CCD视觉定位识别组件包括相机高度调节支架606、CCD相机608、环形光源604，所述CCD相机608固定在相机高度调节支架606顶端，所述环形光源604固定在相机高度调节支架606的中部，且CCD相机608的镜头通过环形光源604的圆孔实现对机械定位夹具2中的电池306进行定位。所述激光器601的镜头为远心镜头，所述激光器601一侧面装有角度传感器。

激光焊接机构6的CCD视觉定位识别组件的作用是对电池306进行定位，通过软件对电池306顶盖图像进行视觉匹配，匹配差值由软件进行计算，计算出实际图像与设定原点之间的差值，根据差值在激光焊接时，通过振镜焊接系统对其进行差值补偿，其相机高度调节组件是方便相机调焦。激光器601的作用是提供激光能量和用其内部的振镜改变焊接光路，激光器601的远心镜头的作用是保证焊接焊点直径大小稳定。线性模组板610的作用是升降激光器601，实现焊接激光的调焦处理。光电传感器及其支架的作用是检测机械夹具内是否有料。

图7为本实用新型的转盘组件的结构图，如图7所示，所述转盘组件还包括导电滑环701，三相电机704、安装大板706和高度调节板705，具体实施中，所述导电滑与转盘702同轴相连并设置在转盘702上，使得在转盘702转动时装在转盘702上的导线不会因转盘702转动而绞在一起，所述分割器708通过分割器708的安装板安装在高度调节板705上的一侧，三相电机704通过电机安装板安装在高度调节板705上的另一侧，所述三相电机704的同步带703轮与分割器708的同步带703轮上连接有同步带703，所述高度调节板705设置在安装大板706上，且高度调节板705与安装大板706设有调节块连接板707。

转盘组件中的大板上张紧调节块、高度调节块、调节块连接块的作用是调节调节高度调节板705及其上部所有部件的高度；三相电机704的作用是通过同步带703为分割器708提供转矩；分割器708的作用是带动转盘702定角度转动，使转盘702上的各个工位循环工作。

图5为本实用新型的防护盖放置机构5的结构图，如图5所示，所述防护盖放置机构5包括支撑立板504、推动气缸505、两套线性滑轨508、防护盖安装立板507、T型连接块、上推气缸506、浮动接头、支撑固定板501、气爪502、限位螺钉和缓冲杆503，所述防护盖安装立板507安装在支撑立板504上，所述线性滑轨508安装在防护盖安装立板507的上侧，所述T型连接块安装在防护盖安装立板507的底板的下面，所述推动气缸505套连在T型连接块上并安装在推动气缸505下侧，所述安装底板的中间镂空有一个矩形空间，作为气缸末端的T型连接块的活动空间；所述上推气缸506安装在支撑立板504的侧面，上推气缸506通过浮动接头和T型连接块连接，且T型连接块连接支撑立板504的短边侧外侧面；所述气爪502固定在长边侧内侧。推动气缸505的作用是通过T型连接块和线性滑轨508作用推出安装立板及其上部安装部件，上推气缸506的作用是配合T型连接块和支撑固定板501实现气爪502的上下移动，气爪502实现防护盖402的抓取和松放。

图3为本实用新型的搬运机械手机构3的结构图，如图3所示，所述搬运机械手机构3由机械手底座301、四轴机械手302、气动夹爪305、卡爪传感器304、安装法兰303和卡爪安装板307组成，所述四轴机械手302安装在机械手底座301上，所述气动夹爪305安装在四轴机械手302末端并通过安装法兰303与卡爪安装板307连接，所述安装法兰303上部用螺钉锁紧四轴机械手302的末端圆轴，所述安装法兰303下端螺接卡爪安装板307，所述卡爪安装板307与气动夹爪305的气缸螺接。其中，机械手底座301的作用是起支撑固定与垫高四轴机械手302的作用；四轴机械手302起移动与升降气动卡爪的作用；安装法兰303与卡爪安装板307起连接四轴机械手302与气动夹爪305的作用；气动夹爪305起夹紧和松放电池306的作用。

图4为本实用新型的机械定位夹具2的结构图，如图4所示，机械定位夹具2由夹具基座410、夹具护罩401、长边压紧组件、短边压紧组件、高度调节组件和防护盖安放组件部分组成，其中基座侧面具有两侧相邻的挡边，长边夹紧组件安装在靠近转盘702一侧，长边夹紧组件包括长边气缸支架408、长边导向支架411、长边气缸405、直线轴承409、推杆连接块406、长边推杆407、长边压板412、紫铜边，长边气缸支架408固定在距离夹具基座410一定位置处，长边推杆407两端开有螺纹孔，一端与推杆连接块406螺接，另一端穿过直线轴承409与长边压板412螺接，长边气缸405螺接在长边气缸支架408顶面，气缸推杆末端推块与长边压板412螺接；短边压紧组件包括短边气缸支架403、短边气缸404、短边压板、紫铜片组成，短边气缸支架403短边侧螺接在基座侧板上，长边侧螺接短边气缸404，短边气缸404推杆末端推块与短边压板螺接；高度调节组件嵌在夹具基座410内部，包括电池306垫块、电池306托块、拉簧、压簧和线性滑轨508组成，电池306托块为山字型，穿过夹具基座410中间的三个通槽与电池306垫块螺接同时山字形底部横板与线性滑轨508滑块螺接，三条压簧套在夹具基座410底部的三个螺钉上顶起电池306托块，拉簧通过缺口螺钉一端挂在夹具基座410中间板，一端挂在电池306托块侧面，电池306托块上下均装有限位杆；防护盖安放组件包括防护盖402和防护盖放置块，防护盖放置块螺接在夹具基座410中间板背面，防护盖放置块上端有尖端凸起可与防护盖402套合；夹具护罩401螺接在夹具基座410背侧。其中，夹具基座410起支撑定位作用，夹具护罩401起保护防尘作用，长边压紧组件起压紧电池306长边侧作用，短边压紧组件起电池306短边压紧作用，高度调节组件配合压紧测高机构4可调节电池306顶盖焊接面相对工作台1面的高度为固定值，防护盖安放组件起存放防护盖402的作用。

图8为本实用新型的压紧测高机构4的结构图，如图8所示，压紧测高机构4由测高安装立板807、电池压板804、测高支撑压板803、距离测量传感器805、传感器推出气缸808、测高气缸板、滚珠丝杠副809、伺服电机802、T型连接块、浮动接头气缸安装板、限位杆、压紧测高机构缓冲杆806、压紧测高机构上推气缸等部件组成。它们的位置关系是伺服电机802通过联轴器与滚珠丝杠副809连接，滚珠丝杠副809螺接在测高安装立板807顶部；测高气缸板螺接在滚珠丝杠副809的滑块上，另一端螺接气缸本体，气缸安装在测高气缸板下方；气缸末端与传感器安装支架螺接，距离测量传感器805螺接在安装支架侧板上；测高支撑压板803为L型，其短边侧通过压紧测高机构线性滑轨801与测高安装立板807连接，测高支撑压板803与压紧测高机构线性滑轨801滑块螺接，压紧测高机构线性滑轨801与测高安装立板807螺接，测高支撑压板803短边侧外侧通过T型连接块和浮动接头气缸安装板与压紧测高机构上推气缸连接，压紧测高机构上推气缸螺接在浮动接头气缸安装板下侧，浮动接头气缸安装板侧面一侧有螺纹孔，通过内六角螺钉将浮动接头安装板和测高安装立板807螺接；短边侧下方装有限位杆和压紧测高机构缓冲杆806；测高支撑压板803长边侧边缘下方螺接有电池压板804。其中，安装立板的作用是起安装、定位、支撑作用；距离测量传感器805通过传感器安装支架、测高气缸板、传感器推出气缸808与滚珠丝杠副809连接，伺服电机802带动滚珠丝杠副809丝杠转动，滑块随即移动，因连接机构装在滑块上，故距离测量传感器805也随之移动，传感器推出气缸808可将距离测量传感器805推出到指定距离，推出气缸与滚珠丝杠副809就实现了距离测传感器的四点位置测量（需要注意的是测高支撑压板803和电池压板804上有四个通槽能够使传感器光线穿过支撑压板和电池压板804）；压紧测高机构上推气缸的作用是配合压紧测高机构线性滑轨801实现压板的上下移动。

为了让本领域的技术人员更好地理解并实现本实用新型的技术方案，下面详述本实施例的工作原理。

夹具位置确定原理：

工作台1上上料工位与压紧测高工位之间，绕转盘702边缘安装有6个光电传感器，各传感器之间夹角为5度；转盘702上以任意一机械定位夹具2正下方为起点，转盘702下方边缘绕转盘702圆心每隔65度装有一个传感器感应片。转盘702每转动一个工位即可通过控制系统接收到的传感器序号来判别夹具顺序类推夹具位置。

转盘组件中的分割器708工作原理：

调节分割器708安装高度时，稍微松开高度调节块上楔形块和下楔形块的螺钉通过下楔形块侧部的调节螺钉左右移动，分割器708安装高度也会随之调节，下楔形块调整到合适的高度再拧紧螺钉。

转盘702转动工作过程，当需要转盘702转动时，系统会通过PLC给控制电机电源通断的继电器一个电信号，继电器得电后电机通电转动，电机转轴通过同步带703传动将扭矩传动给分割器708，分割器708通过内部结构将传动变向90度后，分割器708转轴带转盘702转动。

电池密封激光焊接设备的动态工作流程如下：

第一步、搬运机械手机构3上料

设备启动后，电机转动带动分割器运转。上料时搬运机械手转到自动料仓或多通道并行输送机构上方，四轴机械手302带动气爪502旋转到指定角度，松开气动夹爪305，四轴机械手302移到预加工电池306上，气爪502夹紧夹取预加工电池306，四轴机械手302上升，并回转到上料工位上方，四轴机械手302下降，松开气动夹爪305，预加工电池306落入机械定位夹具2中，气动夹爪305上升待命，此时上料完成。

第二步、压紧测高机构4工作

上料完成后，气爪502上升待命会给系统一个信号，说明上料完成，系统接收到信号，待其他各工位工作完成后，转盘702转到下一工位。此工位上推气缸506初始气缸推杆推到顶，系统给连接上推气缸506两气口的三位两通电磁阀一个信号，进出气口转变，上推气缸506下拉到底，电池压板804下压，将电池306顶盖表面压倒固定位置，在下压过程中机械定位夹具2因为有拉簧和压簧的作用能给电池306留有下压余量，但同时不会让电池306掉下去。压板下压到固定位置后，机械定位夹具2的长短边压板压紧电池306侧面让其固定。传感器推出气缸808将距离测量传感器805推出到指定位置开始测量第一点高度，测量完成后滚珠丝杠副809带动传感器移动固定距离到下个测量点，如此重复测四次即完成测量，系统对测量数据进行判断，判断顶盖预焊面是否达到焊接面高度要求，是则进行后续工位，否则工件进行重新压紧定位，重复2次不符合要求则视为不合格品，直接跳过其他工序到下料工位通过搬运机械手抓取至不合格产品区。测高合格后，测量传感器回到第一测量点，并由气缸带动推回，随后上推气缸506推动压板上升，至此压紧测高工序完成。

第三步、防护盖放置机构5工作

测高工序完成后，转盘702转到下一工位防护盖402放置。初始状态气爪502在L型固定支撑板靠近短边侧，电池306到达工位后，上推气缸506将支撑固定板501下拉，气爪502随之下移，气爪502处于松开状态，气缸下拉到底时气爪502刚好可夹取防护盖402，随后气爪502夹紧防护盖402，上推气缸506上推，气爪502随即上升，到顶后安装底板的推动气缸505将气爪502外推，推到电池306顶盖上方，然后上推气缸506下拉气爪502下降将防护盖402放到电池306顶盖上后松开气爪502，气爪502回到初始位置。到此防护盖402放置工序完成。

第四步、激光焊接机构6工作

防护盖402放置完成后，转盘702转到激光焊接工位，此时激光焦距与CCD相机608调焦均已人工手动调好，无需再动。CCD对产品进行拍照摄像，将拍到的照片和预先设定好的标准焊接位置图片进行比较，以顶盖左下顶点为参考比较点，计算差值，并将差值补偿到振镜焊接中，斜口风刀603开始对顶盖进行吹气，吹出为氮气等惰性保护气，气体形成带有一定拔模斜度的宽口气幕可覆盖电池306顶盖全部。惰性气体吹到顶盖表面后经反射到除尘罩吸气范围内吸尘排出。激光器601开始对电池306顶盖进行振镜激光焊接，焊接时焊接光路为设定值，每次焊接均会对焊接光路进行依据设定光路和视觉定位差值进行光路重新设定。在进行激光振镜焊接时，通过相应的控制系统改变振镜内两旋转镜片的角度，从而改变激光射出的位置和方向就可以改变焊接的位置点，同时激光头采用远心镜头就可以防止激光因出光位置方向不同而造成的焊接焊点大小不同保证焊接的一致性。

第五步、防护盖卸载机构7工作，其与防护盖402放置的步骤相反，在此就不再一一描述。

第六步、第一步搬运机械手机构3卸料，与搬运机械手机构3上料原理一致，步骤相反，在此就也不再一一描述。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式做出多种变更或修改，而不背离本实用新型的原理和实质，本实用新型的保护范围仅由所附权利要求书限定。