方壳电池模组激光焊接夹具的制作方法

本发明属于电池模组激光焊接的技术领域，特别是涉及一种方壳电池模组激光焊接夹具。

背景技术：

现有的电池模组激光焊接夹具多与电池模组的类型相配套，导致激光焊接夹具的适应范围受到极大的限制，无法实现通过一套夹具解决多种不同类型电池模组的激光焊接夹紧问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种方壳电池模组激光焊接夹具，能够适用不同类型电池模组的自动快速换装，保证装配精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种方壳电池模组激光焊接夹具，包括底座和模组托块组件，所述模组托块组件安装于底座的基板上，还包括两组固定端侧板压紧机构、固定端模组定位机构、两组移动端侧板压紧机构、移动端模组定位机构、两组侧板定位机构、两组侧板顶升机构、侧板定位切换机构、模组压紧机构、滑台机构、压臂机构、模组对中机构和移动端驱动机构，所述固定端模组定位机构固定安装于底座的基板上，所述两组固定端侧板压紧机构于固定端模组定位机构两侧对称地安装于底座的基板上，所述底座基板上两侧分别安装有第一滑轨，所述移动端模组定位机构通过两侧的第一滑轨进行安装，所述移动端模组定位机构与固定端模组定位机构相对设置并通过移动端驱动机构驱动定位，所述两组移动端侧板压紧机构于移动端模组定位机构两侧对称地安装到第一滑轨上并通过移动端驱动机构驱动同步滑动，所述两组侧板定位机构分别对称安装于两侧的第一滑轨上且位于固定端模组定位机构与移动端模组定位机构之间，所述底座基板的底部安装有两条平行于第一滑轨的第二滑轨，所述两组侧板顶升机构分别对称安装于两条第二滑轨上且与两组侧板定位机构的位置相对应，所述两组侧板定位机构和两组侧板顶升机构通过侧板定位切换机构带动沿滑轨同步移动，所述滑台机构安装于底座的基板上且方向与第一滑轨平行，所述压臂机构可滑动地安装到滑台机构上并通过滑台机构驱动运动和定位，所述模组对中机构可升降地安装于压臂机构上，所述模组压紧机构与压臂机构连接并通过压臂机构带动升降。

所述固定端侧板压紧机构包括第一安装板、第一导轨、第一连接板、第一气缸、第一行程调节块和第一压紧块，所述固定端侧板压紧机构通过第一安装板安装到底座的基板上，所述第一导轨安装于第一安装板上，所述第一连接板可滑动地安装于第一导轨上并通过第一气缸驱动滑动，所述第一行程调节块安装到第一连接板上并能够沿第一气缸的行程方向进行安装位置调节，所述第一压紧块水平方向角度可转动地安装在第一行程调节块的前端，所述第一压紧块上安装有可压缩的第一滚轮和水平方向角度可转动的第一琴键式压板。

所述固定端模组定位机构包括第一安装座、第一定位板、第一定位气缸和第一定位销，所述固定端模组定位机构通过第一安装座安装到底座的基板上，所述第一定位板与底座的基板垂直，所述第一定位销与第一定位板的定位面相配合并通过第一定位气缸顶升对模组进行定位。

所述移动端侧板压紧机构包括第二安装板、第二导轨、第二连接板、第二气缸、第二行程调节块、第二压紧块、滑轨连接板和二次定位气缸，所述移动端侧板压紧机构通过滑轨连接板安装到第一滑轨上，所述第二安装板安装在滑轨连接板上，所述第二导轨安装于第二安装板上，所述第二连接板可滑动地安装于第二导轨上并通过第二气缸驱动滑动，所述第二行程调节块安装到第二连接板上并能够沿第二气缸的行程方向进行安装位置调节，所述第二压紧块水平方向角度可转动地安装在第二行程调节块的前端，所述第二压紧块上安装有可压缩的第二滚轮和水平方向角度可转动的第二琴键式压板，所述移动端侧板压紧机构通过二次定位气缸驱动沿第一滑轨滑动进行二次定位。

所述移动端模组定位机构包括第二安装座、第二定位板、第二定位气缸和第二定位销，所述移动端模组定位机构通过第二安装座安装到两条第一滑轨上，所述第二安装座连接到移动端驱动机构，所述第二定位板与底座的基板垂直，所述第二定位销与第二定位板的定位面相配合并通过第二定位气缸顶升对模组进行定位。

所述侧板定位机构包括第一推进气缸、第二推进气缸、第三连接板、第三导轨、滑动连接块和推进板，所述侧板定位机构通过第三连接板可滑动地安装于第一滑轨上，所述第三导轨安装于第三连接板上，所述滑动连接块安装到第三导轨上，所述第一推进气缸和第二推进气缸背向设置且输出方向与第三导轨的安装方向平行，所述第三连接板的一端与第一推进气缸的输出轴铰接，所述滑动连接块与第二推进气缸的输出轴铰接，所述推进板安装在滑动连接块上且推进方向与第二推进气缸的输出方向一致，所述推进板上设有两个吸盘，所述两个吸盘的外侧分别套有限位套筒。

所述侧板顶升机构包括第三安装座、顶升气缸、顶升支座、两个直线轴承和两个顶升杆，所述侧板顶升机构通过第三安装座可滑动地安装到第二滑轨上，所述第三安装座与侧板定位切换机构连接，所述顶升气缸安装在第三安装座上，所述顶升支座水平设置并通过顶升气缸驱动升降，所述两个直线轴承可相对顶升支座水平移动地设置于顶升支座上，所述两个顶升杆分别设置于两个直线轴承中并通过顶升支座的升降运动沿直线轴承进行升降。

所述侧板定位切换机构包括第一伺服电缸、连接座和第四导轨，所述侧板定位切换机构设置于底座基板的下方，所述第一伺服电缸和第四导轨的设置方向与第一滑轨的方向一致，所述连接座可滑动地安装到第四导轨上并通过第一伺服电缸驱动运动，所述两组侧板顶升机构分别与连接座连接，所述两组侧板定位机构分别与两组侧板顶升机构连接。

模组压紧机构包括长度方向与第一滑轨方向一致的顶板和若干防转、可浮动的压紧轮组，所述顶板顶部连接到压臂机构，所述压紧轮组于顶板底部沿长度方向设置为两排。

所述滑台机构包括分体式安装支架、第五导轨、无杆气缸和夹紧气缸，所述分体式安装支架分别安装于底座基板上的两侧位置，所述第五导轨安装于分体式安装支架上，所述压臂机构通过无杆气缸驱动沿第五导轨滑动并通过夹紧气缸夹紧到工作位。

所述压臂机构包括安装架、第一下压气缸、第六导轨、第七导轨、模组压紧机构滑动连接板和模组对中机构滑动连接板，所述安装架可滑动地安装到滑台机构上，所述第六导轨和第七导轨竖直安装于安装架上，所述模组压紧机构滑动连接板可滑动地安装到第六导轨上并通过第一下压气缸驱动沿第六导轨滑动，所述模组压紧机构滑动连接板与模组压紧机构连接，所述模组对中机构滑动连接板可滑动地安装到第七导轨上，所述模组对中机构滑动连接板与模组对中机构连接。

所述模组对中机构包括第二下压气缸、第四连接板、两副对中气缸、两副对中支座、第八导轨和两块对中夹板，所述第四连接板与压臂机构连接，所述第二下压气缸安装在压臂机构上，所述第四连接板顶部与第二下压气缸连接，所述两副对中支座通过第八导轨相对安装于第四连接板底部并分别通过两副对中气缸驱动沿第八导轨滑动，所述两块对中夹板分别相对安装于两副对中支座上。

所述移动端驱动机构包括第二伺服电缸、位移传感器、移动端侧板压紧机构连接块和移动端模组定位机构连接块，所述两组移动端侧板压紧机构通过移动端侧板压紧机构连接块连接到第二伺服电缸并通过第二伺服电缸驱动沿第一滑轨同步滑动，所述移动端模组定位机构通过移动端侧板定位机构连接块连接到第二伺服电缸并通过第二伺服电缸驱动沿第一滑轨滑动，所述位移传感器安装于第二伺服电缸上。

有益效果

第一，本发明通过固定端的定位夹紧机构和移动端的定位夹紧机构配合，且侧板定位、顶升机构和模组压紧、对中机构能够根据不同类型电池模组进行工作位调整，从而能够实现对不同类型电池模组的夹持。

第二，通过固定端模组定位机构和移动端模组定位机构配合，对模组进行定位，通过固定端侧板夹紧机构和移动端侧板夹紧机构配合，对侧板装配到模组的位置进行定位和夹紧，移动端驱动机构设有位移传感器，能够对移动端定位夹紧机构的位移进行精确控制，且移动端侧板夹紧机构通过二次定位气缸进行二次精定位，从而保证了定位精度，也即保证了焊缝精度。

第三，通过移动端侧板夹紧机构能够实现侧板横向和纵向的压紧一步到位，节省节拍，从而提高工作效率。

第四，侧板夹紧机构与侧板外侧面相抵压的滚轮为可压缩结构，保证侧板与侧板夹紧机构的充分接触，确保压紧侧板，且浮动滚轮触压结构有效避免对侧板的表面造成损伤。

第五，模组压紧机构与模组相抵压的压紧轮组为防转浮动结构，保证模组压紧机构与电芯之间的充分接触抵压，确保压紧电芯，且浮动轮触压结构有效避免对电芯表面造成损伤，同时有效防止模组压紧机构发生易位。

第六，侧板定位机构实现了两级推进，有利于大大节省空间，降低成本，同时吸盘设有限位结构，能够对侧板进行准确地定位，且有效防止过度吸附，提高吸盘使用寿命。

第七，侧板定位机构和顶板顶升机构通过侧板定位切换机构带动针对不同类型的电池模组对工作位实现同步切换，结构简单，稳定性高，保证了两侧定位顶升机构工作的同步性和精度；另外，侧板顶升机构采用同侧同步顶升，保证顶升的同步性，有利于提高侧板定位的重复精度。

第八，滑台结构为上龙门式结构，采用无杠气缸驱动，直线导轨导向支撑，减少悬臂尺寸，结构简单，提高稳定性，无杠气缸响应速度快，成本低，有利于提高节拍。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明底座的结构示意图。

图3为本发明模组托块组件的结构示意图。

图4为本发明固定端侧板压紧机构的结构示意图。

图5为本发明固定端模组定位机构的结构示意图。

图6为本发明移动端侧板压紧机构的结构示意图。

图7为本发明移动端模组定位机构的结构示意图。

图8为本发明移动端模组定位机构与移动端驱动结构装配的结构示意图。

图9为本发明侧板定位机构的结构示意图。

图10为本发明侧板顶升机构的结构示意图。

图11为本发明侧板定位切换机构的结构示意图。

图12为本发明模组压紧机构的结构示意图。

图13为本发明滑台机构的结构示意图。

图14为本发明压臂机构的结构示意图。

图15为本发明模组对中机构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图1所示的一种方壳电池模组激光焊接夹具，包括底座1(如图2)和模组托块组件2(如图3)，两组固定端侧板压紧机构3、固定端模组定位机构4、两组移动端侧板压紧机构5、移动端模组定位机构6、两组侧板定位机构7、两组侧板顶升机构8、侧板定位切换机构9、模组压紧机构10、滑台机构11、压臂机构12、模组对中机构13和移动端驱动机构14。

模组托块组件2安装于底座1的基板上，待焊接的电池模组放置于模组托块组件2上进行夹紧。固定端模组定位机构4固定安装于底座1的基板上，两组固定端侧板压紧机构3于固定端模组定位机构4两侧对称地安装于底座1的基板上。底座1基板上两侧分别安装有第一滑轨15。移动端模组定位机构6通过两侧的第一滑轨15进行安装，移动端模组定位机构6与固定端模组定位机构4相对设置并通过移动端驱动机构14驱动定位。两组移动端侧板压紧机构5于移动端模组定位机构6两侧对称地安装到第一滑轨15上，并通过移动端驱动机构14驱动同步滑动。两组侧板定位机构7分别对称安装于两侧的第一滑轨15上，且位于固定端模组定位机构4与移动端模组定位机构6之间。底座1基板的底部安装有两条平行于第一滑轨15的第二滑轨，两组侧板顶升机构8分别对称安装于两条第二滑轨上，且与两组侧板定位机构7的位置相对应。两组侧板定位机构7和两组侧板顶升机构8通过侧板定位切换机构9带动沿滑轨同步移动。滑台机构11安装于底座1的基板上，且方向与第一滑轨15平行。压臂机构12可滑动地安装到滑台机构11上并通过滑台机构11驱动运动和定位。模组对中机构13可升降地安装于压臂机构12上，模组压紧机构10与压臂机构12连接并通过压臂机构12带动升降。

如图4所示，固定端侧板压紧机构3包括第一安装板31、第一导轨32、第一连接板33、第一气缸34、第一行程调节块35和第一压紧块36。固定端侧板压紧机构3通过第一安装板31安装到底座1的基板上。第一导轨32安装于第一安装板31上，第一连接板33可滑动地安装于第一导轨32上，通过第一气缸34驱动滑动。第一行程调节块35安装到第一连接板33上，并能够沿第一气缸34的行程方向进行安装位置调节。第一压紧块36水平方向角度可转动地安装在第一行程调节块35的前端，第一压紧块36上安装有可压缩的第一滚轮37和水平方向角度可转动的第一琴键式压板38，通过第一滚轮37与电池模组侧板的外侧面相抵压，通过第一琴键式压板38与侧板的端部相抵压。

如图5所示，固定端模组定位机构4包括第一安装座41、第一定位板42、第一定位气缸43和第一定位销44。固定端模组定位机构4通过第一安装座41安装到底座1的基板上。第一定位板42安装在第一安装座41上且与底座1的基板垂直，第一定位销44设置于第一定位板42的定位面前侧，与第一定位板42的定位面相配合，并通过第一定位气缸43顶升对模组进行定位，第一定位板42内部设有传感器。

如图6所示，移动端侧板压紧机构5包括第二安装板51、第二导轨52、第二连接板53、第二气缸54、第二行程调节块55、第二压紧块56、滑轨连接板59和二次定位气缸510。移动端侧板压紧机构3通过滑轨连接板59安装到第一滑轨15上。第二安装板51安装在滑轨连接板59上，第二导轨52安装于第二安装板51上。第二连接板53可滑动地安装于第二导轨52上，并通过第二气缸54驱动滑动。第二行程调节块55安装到第二连接板53上，并能够沿第二气缸54的行程方向进行安装位置调节。第二压紧块56水平方向角度可转动地安装在第二行程调节块55的前端，第二压紧块56上安装有可压缩的第二滚轮57和水平方向角度可转动的第二琴键式压板58，通过第二滚轮57与电池模组侧板的外侧面相抵压，通过第二琴键式压板58与侧板的端部相抵压。移动端侧板压紧机构5通过移动端驱动机构14驱动进行初步定位后，进一步通过二次定位气缸510驱动沿第一滑轨15进行微调滑动完成二次精定位。

如图7所示，移动端模组定位机构6包括第二安装座61、第二定位板62、第二定位气缸63和第二定位销64。移动端模组定位机构6通过第二安装座61安装到两条第一滑轨15上，第二安装座61连接到移动端驱动机构14。第二定位板62安装在第二安装座61上，且与底座1的基板垂直。第二定位销64设置于第二定位板62定位面的前侧，与第二定位板62的定位面相配合，并通过第二定位气缸63顶升对模组进行定位，第二定位板62内部设有传感器。

如图8所示，移动端驱动机构14包括第二伺服电缸141、位移传感器142、移动端侧板压紧机构连接块和移动端模组定位机构连接块。两组移动端侧板压紧机构5通过移动端侧板压紧机构连接块连接到第二伺服电缸141并通过第二伺服电缸141驱动沿第一滑轨15同步滑动。移动端模组定位机构6通过移动端侧板定位机构连接块连接到第二伺服电缸141，并通过第二伺服电缸141驱动沿第一滑轨15滑动。位移传感器142安装于第二伺服电缸141上，能够对第二伺服电缸141的实际行程进行检测判定，从而能够对移动端侧板压紧机构5和移动端定位机构6的位移进行精确控制。

如图9所示，侧板定位机构7包括第一推进气缸71、第二推进气缸72、第三连接板73、第三导轨74、滑动连接块75和推进板76。侧板定位机构7通过第三连接板73可滑动地安装于第一滑轨15上。第三导轨74安装于第三连接板73上，滑动连接块75安装到第三导轨74上。第一推进气缸71和第二推进气缸72背向设置且输出方向与第三导轨74的安装方向平行，第三连接板73的一端通过铰接件与第一推进气缸11的输出轴铰接。滑动连接块75通过铰接件与第二推进气缸2的输出轴铰接，推进板76安装在滑动连接块75上，且推进方向与第二推进气缸72的输出方向一致。推进板76上设有两个吸盘77，两个吸盘77的外侧分别套有限位套筒78。侧板定位机构实现了两级推进，有利于大大节省空间，降低成本，同时吸盘77设有限位结构，能够对侧板进行准确地定位，且有效防止过度吸附，有利于提高吸盘77的使用寿命。

如图10所示，侧板顶升机构8包括第三安装座81、顶升气缸82、顶升支座83、两个直线轴承84和两个顶升杆85。侧板顶升机构8通过第三安装座81可滑动地安装到第二滑轨上，第三安装座81与侧板定位切换机构9连接。顶升气缸82安装在第三安装座81上，顶升支座83水平设置并通过顶升气缸82驱动升降。顶升支座83的两端分别设有滑槽，两个直线轴承84可沿滑槽滑动地设置于顶升支座83上，且分别设置于顶升气缸82的两侧。两个顶升杆85分别设置于两个直线轴承84中，通过顶升支座83的升降运动带动沿直线轴承84进行升降。

如图11所示，侧板定位切换机构9包括第一伺服电缸91、连接座92和第四导轨93。侧板定位切换机构9设置于底座1基板的下方，第一伺服电缸91和第四导轨93的设置方向与第一滑轨15的方向一致。连接座92可滑动地安装到第四导轨93上并通过第一伺服电缸91驱动运动。两组侧板顶升机构8的第三安装座81分别与连接座92连接，两组侧板定位机构7的第三连接板73分别与两组侧板顶升机构8的第三安装座81连接，从而在侧板定位切换机构9的带动下实现两组侧板顶升机构8和两组侧板定位机构7的同步运动，满足对不同类型电池模组进行工作位调整。

如图12所示，模组压紧机构10包括长度方向与第一滑轨15方向一致的顶板101和12副防转、可浮动的压紧轮组102。压紧轮组102包括两个支座、两个滚轮、两根安装轴和防转连杆。支座安装在顶板101的底部，支座与顶板101之间设有可压缩的弹簧，滚轮为包胶滚轮，分别通过安装轴安装到支座上，两根安装轴之间通过防转连杆连接。顶板101顶部连接到压臂机构12，压紧轮组102于顶板101底部沿长度方向设置为两排，两侧分别布置6副。

如图13所示，滑台机构11包括分体式安装支架111、第五导轨112、无杆气缸113和夹紧气缸114。分体式安装支架111分别安装于底座1基板上的两侧位置，第五导轨112安装于分体式安装支架111上，分体式安装支架111上设有传感器和限位块。压臂机构12可滑动地安装到两侧的第五导轨112上，通过无杆气缸113驱动沿第五导轨112滑动，并通过夹紧气缸114夹紧将压臂机构12定位到工作位。

如图14所示，压臂机构12包括安装架121、两副第一下压气缸122、两组第六导轨123、两组第七导轨124、两块模组压紧机构滑动连接板125和两块模组对中机构滑动连接板126。压臂机构12通过安装架121可滑动地安装到滑台机构11的两条第五导轨112上。两组第六导轨123和两组第七导轨124竖直安装于安装架121上，两组第六导轨123之间沿模组压紧机构10的长度方向布置，两组第七导轨124之间沿与第一滑轨15的长度方向垂直的方向布置。两块模组压紧机构滑动连接板125分别可滑动地安装到两组第六导轨123上，并分别通过两副第一下压气缸122驱动沿第六导轨123滑动，两块模组压紧机构滑动连接板125分别与模组压紧机构10的顶板101两端连接。两块模组对中机构滑动连接板126分别可滑动地安装到两组第七导轨124上，两块模组对中机构滑动连接板126与模组对中机构13连接。

如图15所示，模组对中机构13包括第二下压气缸131、第四连接板132、两副对中气缸133、两副对中支座134、第八导轨135和两块对中夹板136。第二下压气缸131安装到压臂机构12的安装架121顶部，第四连接板132两侧对称地与压臂机构12的两块模组对中机构滑动连接板126连接。第四连接板132顶部与第二下压气缸131连接，两副对中支座134通过第八导轨135相对安装于第四连接板132底部，并分别通过两副对中气缸133驱动沿第八导轨135滑动，第八导轨135的设置方向与第一滑轨15的长度方向垂直。两块对中夹板136分别相对安装于两副对中支座134上，通过两副对中支座134分别带动对模组进行对中。

该方壳电池模组激光焊接夹具在工作时的主要步骤如下：

(1)抓手抓侧板到位；

(2)侧板定位机构7定位侧板，第一推进气缸71为基准，第二推进气缸72推进到位；

(3)侧板定位机构7通过真空吸盘77吸取侧板；

(4)抓手抓模组到位；

(5)移动端驱动机构14驱动移动端模组定位机构6达到预压位，对模组进行预压紧；

(6)抓手退出；

(7)滑台机构11的无杆气缸113驱动压臂机构12到工作位，并通过夹紧气缸114夹紧压臂机构12；

(8)模组对中机构13通过第二下压气缸131驱动下降，通过两副对中气缸133对模组对中定位；

(9)模组对中机构13收回；

(10)模组压紧机构10通过两副第一下压气缸122驱动下降，通过包胶滚轮压紧电芯；

(11)移动端驱动机构14驱动移动端模组定位机构6达到过压位，对模组进行压紧；

(12)两侧的侧板定位机构7的第一推进气缸71驱动已吸附侧板的吸盘77至贴合电芯，通过比例阀作用吸盘77，使侧板贴合电芯而不受力；

(13)左右侧板顶升机构8同时顶出，使侧板贴合电芯底面，并保持一定的压力；

(14)移动端驱动机构14驱动移动端模组定位机构6达到工作位，控制模组长度达到理论长度，并通过位移传感器142判断是否到位；

(15)固定端侧板压紧机构3和移动端侧板压紧机构5同时推出，纵向、横向同步压紧侧板，保证焊缝位置精度；

(16)自动装配完成，等待焊接。