圆柱锂离子电池盖帽的自动组装装置的制作方法

本发明涉及一种圆柱锂离子电池盖帽的自动组装装置。

背景技术：

行业内通常都知道盖帽是构成圆柱锂离子电池的核心部件，关乎到圆柱锂离子电池的使用安全性。目前市面上广泛销售的圆柱锂离子电池的盖帽通常都由防爆片1、顶盖2、孔板3（铝片）、孔板垫圈4和密封圈5五个组件所构成，具体如图8所示，这五个组件的装配关系为：顶盖2焊接固定在防爆片1的顶面，孔板垫圈4放置在防爆片1底面，孔板3放置在孔板垫圈4上并与防爆片1底面焊接，密封圈5则套于其余四个组件外围，与这四个组件一同压合固定。

实际组装生产时，需要对盖帽的组件依次进行叠片装配，再按照顺序应用激光焊接机和压合机实施焊接和压合作业。且由于需要在防爆片1的两面实施焊接，故还需对防爆片1进行翻转作业，最后还要应用ccd检测装置对压合后的防爆片1表面焊缝及组件同心度进行合格性检测，因此整个组装生产步骤多，操作繁琐。

传统的组装作业通常由人工来实现盖帽组件的叠片和转移传递，但显然人工作业效率低下且工人劳动强度大，误操作率高，导致产品良品率下降。

当然目前行业内一些企业亦借助具有一定自动化程度的设备来对盖帽实施自动组装生产。但这类设备往往都是针对防爆片1翻转前后的两次焊接作业分别设计的两套独立体系，每套独立体系仅能依靠振动盘完成相应组件的传递、上料和焊接，而对于两次焊接之间的组件衔接翻转以及组件最后的压合操作还需由人工来实现，依旧无法有效提高生产效率。此外这类设备的缺点还在于两套独立体系均需要有相应的驱动设备和电机，整套设备臃肿，占地大，且设备制造和维护成本非常高。

技术实现要素：

本发明目的是：提供一种圆柱锂离子电池盖帽的自动组装装置，其能够自动完成盖帽的组装生产，不仅效率高，且整体结构简洁，占地小，同时制造和维护成本也相比已有设备更低。

本发明的技术方案是：一种圆柱锂离子电池盖帽的自动组装装置，用于组装由防爆片、顶盖、孔板垫圈、孔板和密封圈这些组件组成的盖帽；其特征在于该组装装置包括盖帽组件环形传送机构和围绕盖帽组件环形传送机构并沿机构传送方向顺序设置的防爆片上料机构、顶盖上料机构、第一激光焊接机、翻转机构、孔板垫圈上料机构、孔板上料机构、第二激光焊接机、密封圈上料机构和压合机构；还包括PLC控制器，分别与盖帽组件环形传送机构、防爆片上料机构、顶盖上料机构、第一激光焊接机、翻转机构、孔板垫圈上料机构、孔板上料机构、第二激光焊接机、密封圈上料机构和压合机构电连接。

进一步的，本发明中所述盖帽组件环形传送机构为链传动机构，包括机台、设于机台上的传动链轮组、由传动链轮组张紧的传动链和伺服电机分度盘，传动链轮组包括设于机台上的主动链轮、从动链轮和若干张紧链轮，伺服电机分度盘与主动链轮相连，还包括均匀间隔固定在传动链上用于夹持盖帽组件的弹性夹紧机构，所述PLC控制器与伺服电机分度盘电连接。

更进一步的，本发明中所述弹性夹紧机构包括用于同传动链固定的挂板和固定在挂板上的横板，横板上设有盖帽组件定位孔和对称布置在盖帽组件定位孔左右两侧的两个夹紧单元；每个夹紧单元均包括固定在横板上的弹簧座、通过弹簧与弹簧座抵紧的夹紧块及与盖帽组件定位孔相连通并供夹紧块活动的开槽，两个夹紧单元内的夹紧块在弹簧驱使下可沿开槽相向活动以夹紧盖帽组件定位孔内的盖帽组件，并且盖帽组件定位孔内设有用于承载盖帽组件的凹台。

更为优选的，本发明中所述翻转机构包括翻转机构底座、通过平移块水平导轨安装在翻转机构底座上的平移块、连接驱动平移块沿平移块水平导轨前后活动的平移驱动装置、固定在平移块上的支撑立架、通过升降块纵向导轨安装在支撑立架上的升降块和连接驱动升降块沿升降块纵向导轨上下活动的升降驱动装置；所述升降块上设有旋转驱动装置，该旋转驱动装置上连接有由其驱动旋转的弹性夹头；所述弹性夹紧机构的横板上设有供弹性夹头伸入盖帽组件定位孔内以夹取盖帽组件的开口，所述PLC控制器与平移驱动装置和升降驱动装置均电连接。

并且本发明中上述翻转机构中的所述平移驱动装置为气缸、液压缸、直线电机或伺服杠；所述升降驱动装置也为气缸、液压缸、直线电机或伺服杠；而所述旋转驱动装置为旋转电机或旋转气缸。

更为优选的，本发明中所述防爆片上料机构、顶盖上料机构、孔板垫圈上料机构、孔板上料机构和密封圈上料机构的结构相同，均包括振动盘、上料机构立板、设于上料机构立板上与振动盘相连的盖帽组件传送带机构及用于从盖帽组件传送带机构上取料的弧形摆动式取料机构；所述弧形摆动式取料机构包括支撑板、横移板、纵移板、摆臂、摆臂驱动机构和真空吸附头，支撑板固定在上料机构立板上部，横移板通过横移板水平导轨安装在支撑板上，而纵移板则通过纵移板纵向导轨安装在横移板上，且横移板上设有纵向长圆孔；摆臂一端固定或一体设有第一枢轴，该第一枢轴通过固定轴承安装在支撑板上，摆臂驱动机构用于连接驱动摆臂绕第一枢轴旋转，而摆臂另一端固定或一体设有第二枢轴，该第二枢轴穿过横移板上的纵向长圆孔而与一设于纵移板上的枢转孔相连；并且第二枢轴上设有位于纵向长圆孔内的活动轴承；所述真空吸附头固定在横移板上，所述PLC控制器与盖帽组件传送带机构、摆臂驱动机构和真空吸附头均电连接。

更具体的，上面涉及的摆臂驱动机构为皮带驱动机构，包括摆臂驱动伺服电机、与摆臂驱动伺服电机的输出轴相连的主动带轮、与所述第一枢轴固定的从动带轮及套于主动带轮和从动带轮上的传动皮带；还包括设于支撑板上用于张紧传动皮带的张紧带轮，所述PLC控制器与摆臂驱动伺服电机电连接。

更具体的，上面涉及的弹性夹紧机构的两个夹紧块上均设有楔面或者枢转设有滚动轮，用于当真空吸附头下压时与之接触，以借助真空吸附头的下压力克服弹簧弹力向两侧顶开两个夹紧块。

由于各上料机构中都应用振动盘将盖帽组件先输送到盖帽组件传送带机构上，而构成盖帽的五个组件中，一旦组件翻转，就不能与后续组件有效叠合，造成组装失败。尤其是孔板垫圈在振动盘送料过程中极易翻转，而其一旦翻转，后续的孔板就不能再有效叠放其上，造成后续工序无法可靠完成。为此，更优选的，本发明中可以在支撑板上设有用于检测由盖帽组件传送带机构传送的盖帽组件是否翻转的翻转判别ccd检测装置，该翻转判别ccd检测装置与所述PLC控制器电连接。翻转判别ccd检测装置一旦判别盖帽组件传送带机构上某个盖帽组件翻转，那么通过PLC控制器控制上料机构跳过对该盖帽组件的吸取，并发出警报由上料机构自动把未翻转的盖帽组件传送清除或人工剔除，从而确保装置后续工作的可靠进行，并提高良品率。当然，翻转判别ccd检测装置并非需要在所有上料机构上均安装，可以只安装在易翻转的盖帽组件（孔板垫圈）的上料机构上。

进一步的，本发明中所述第二激光焊接机和密封圈上料机构之间沿盖帽组件环形传送机构的传送方向顺序设有盖帽组件高度检测传感装置和盖帽组件电阻检测传感装置，这两个传感装置均与PLC控制器电连接；或者，所述第二激光焊接机和密封圈上料机构之间沿盖帽组件环形传送机构的传送方向顺序设有盖帽组件电阻检测传感装置和盖帽组件高度检测传感装置，这两个传感装置均与PLC控制器电连接。按照行业内盖帽组装生产的惯例，防爆片、顶盖、孔板垫圈和孔板四个组件组装焊接完毕后，需要对其高度和电阻检测是否达标，若不达标则作为不合格品由人工挑出。显然本发明将盖帽组件高度检测传感装置和盖帽组件电阻检测传感装置也置于盖帽组件环形传送机构一侧，实时对组件进行检测，提高自动化程度和效率。当然盖帽组件高度检测传感装置和盖帽组件电阻检测传感装置均为行业内公知技术，本发明中不再详述。

本发明启动后在PLC控制器的控制下，其对于盖帽组件的组装工作原理和步骤如下：

1）防爆片和顶盖先后分别由防爆片上料机构和顶盖上料机构上至盖帽组件环形传送机构上，并由弹性夹紧机构夹持，且顶盖叠放在防爆片上方；

2）顶盖和防爆片被一同传送至第一激光焊接机处进行激光焊接固定在一起；

3）焊接后的顶盖和防爆片组件被传送至翻转机构，并由翻转机构实施翻转，变成防爆片在上，而顶盖在下的状态，随后被传送至孔板垫圈上料机构处；

4）孔板垫圈上料机构工作，将孔板垫圈叠放至防爆片上，再将组件整体传送至孔板上料机构处；

5）孔板上料机构工作，将孔板叠放在孔板垫圈上，再将组件整体传送至第二激光焊接机位置；

6）第二激光焊接机工作将孔板与防爆片焊接固定，使得顶盖、防爆片、孔板和孔板垫圈四个组件固定成整体，再依次传送至盖帽组件高度检测传感装置和盖帽组件电阻检测传感装置进行高度和电阻检测，若不合格则盖帽组件高度检测传感装置和盖帽组件电阻检测传感装置会发出警示提醒工人将不合格品挑出，而良品则最后传送至密封圈上料机构；

7）密封圈上料机构工作，将密封圈放置到孔板上方，再将五个组件整体传送至压合机构进行压合，从而形成圆柱锂离子电池盖帽；

8）组装好的圆柱锂离子电池盖帽随盖帽组件环形传送机构继续传送至取出工位，由人工取出转移。

需要说明本发明中的第一激光焊接机、第二激光焊接机以及压合机构均为已有技术，为本领域技术人员所熟知，本发明不再详述。

本发明的优点是：

本发明能够自动完成盖帽的组装生产，不仅效率高，且整体结构简洁，占地小，同时制造和维护成本也相比已有设备更低，其具体的优点细节如下：

1. 本发明采用一套盖帽组件环形传送机构来实现盖帽组件的传送，将原本需要两套驱动体系衔接的焊接环节置于一套体系中，只需一个伺服电机分度盘来带动，无需额外传输设备和人工作业，故在简化了整体结构的同时，也节约了生产和维护成本。

2. 本发明中的各上料机构均采用专门设计，其上的真空吸附头能够吸附盖帽组件并走弧形运行轨迹将之叠压至前一组件上，取代人工动作，工作可靠性强，而整体结构简洁，占用体积小。

3. 本发明中的翻转机构为核心构件，其能够取代人工实现两次焊接环节间的盖帽组件翻转操作，提高了生产流畅性，节约了人力成本，大大提高了企业生产效率。

4. 本发明中的弹性夹紧机构经过专门设计，即具有承载性，又能夹持盖帽组件，提供稳定可靠的定位力，且其结构设计又与其他机构有很好的配合性和协调性，能够提高装置的作业效率和运行流畅性，表现在：a、弹性夹紧机构的两个夹紧块上均设有楔面或者枢转设有滚动轮，用于当真空吸附头下压时与之接触，以借助真空吸附头的下压力克服弹簧弹力向两侧顶开两个夹紧块；b、弹性夹紧机构的横板上设有供弹性夹头伸入盖帽组件定位孔内以夹取盖帽组件的开口。

5. 本发明中围绕盖帽组件环形传送机构还设有盖帽组件高度检测传感装置和盖帽组件电阻检测传感装置，能够及时检测不良品，提高生产的良品率。

6. 本发明中的孔板垫圈上料机构，其在支撑板上设有用于检测由盖帽组件传送带机构传送的孔板垫圈是否翻转的翻转判别ccd检测装置，能够确保装置后续工作的可靠进行，并提高良品率。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的整体立体结构示意图（图中振动盘省略）；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明中的盖帽组件环形传送机构的立体结构示意图；

图4为图3上的A放大示意图（弹性夹紧机构）；

图5为图1中的孔板垫圈上料机构的单独结构示意图；

图6为图5中支撑板的背面视角视图；

图7为图1中翻转机构的单独结构示意图；

图8是组装生产的圆柱锂离子电池盖帽的结构剖面图。

其中：1、防爆片；2、顶盖；3、孔板；4、孔板垫圈；5、密封圈；6、盖帽组件环形传送机构；6a、机台；6b、传动链；6c、伺服电机分度盘；6d、主动链轮；6e、从动链轮；7、防爆片上料机构；8、顶盖上料机构；9、第一激光焊接机；10、翻转机构；10a、翻转机构底座；10b、平移块水平导轨；10c、平移块；10d、平移驱动装置；10e、支撑立架；10f、升降块纵向导轨；10g、升降块；10h、升降驱动装置；10i、旋转驱动装置；10j、弹性夹头；11、孔板垫圈上料机构；12、孔板上料机构；13、第二激光焊接机；14、密封圈上料机构；15、压合机构；16、弹性夹紧机构；16a、挂板；16b、横板；16c、盖帽组件定位孔；16d、弹簧座；16e、弹簧；16f、夹紧块；16g、开槽；16h、开口；16i、滚动轮；17、上料机构立板；18、盖帽组件传送带机构；19、支撑板；20、横移板；20a、纵向长圆孔；21、纵移板；21a、枢转孔；22、摆臂；23、摆臂驱动机构；23a、摆臂驱动伺服电机；23b、主动带轮；23c、从动带轮；23d、传动皮带；23e、张紧带轮；24、真空吸附头；25、横移板水平导轨；26、纵移板纵向导轨；27、第一枢轴；28、固定轴承；29、第二枢轴；30、活动轴承；31、翻转判别ccd检测装置；32、盖帽组件高度检测传感装置；33、盖帽组件电阻检测传感装置。

具体实施方式

实施例：结合图1~图7所示为本发明圆柱锂离子电池盖帽的自动组装装置的一种具体实施方式，该装置用于组装如图8所示的圆柱锂离子电池盖帽，该盖帽由防爆片1、顶盖2、孔板3（铝片）、孔板垫圈4和密封圈5五个组件组成，顶盖2焊接固定在防爆片1的顶面，孔板垫圈4放置在防爆片1底面，孔板3放置在孔板垫圈4上并与防爆片1底面焊接，密封圈5则套于其余四个组件外围，与这四个组件一同压合固定。

首先如图1和图2所示，本实施例提供的这种圆柱锂离子电池盖帽的自动组装装置，由盖帽组件环形传送机构6和围绕盖帽组件环形传送机构6并沿机构传送方向顺序设置的防爆片上料机构7、顶盖上料机构8、第一激光焊接机9、翻转机构10、孔板垫圈上料机构11、孔板上料机构12、第二激光焊接机13、盖帽组件高度检测传感装置32、盖帽组件电阻检测传感装置33、密封圈上料机构14、压合机构15以及PLC控制器（图中未画出）共同构成。并且PLC控制器分别与盖帽组件环形传送机构6、防爆片上料机构7、顶盖上料机构8、第一激光焊接机9、翻转机构10、孔板垫圈上料机构11、孔板上料机构12、第二激光焊接机13、盖帽组件高度检测传感装置32、盖帽组件电阻检测传感装置33、密封圈上料机构14和压合机构15电连接。

再进一步结合图1~图3所示，本实施例中所述盖帽组件环形传送机构6为链传动机构，由机台6a、设于机台6a上的传动链轮组及由传动链轮组张紧的传动链6b和伺服电机分度盘6c共同组成。传动链轮组由设于机台6a上的主动链轮6d、从动链轮6e及多个张紧链轮（图中不可见）共同构成，伺服电机分度盘6c与主动链轮6d相连，所述PLC控制器与伺服电机分度盘6c电连接。同时传动链6b上均匀间隔固定有共计24个用于夹持盖帽组件的弹性夹紧机构16。伺服电机分度盘6c为已知技术，主要用于驱动传动链6b等距间歇移动。

关于弹性夹紧机构16的具体结构，我们结合图4所示，这种弹性夹紧机构16由挂板16a、横板16b、设于横板16b上的盖帽组件定位孔16c和对称布置在盖帽组件定位孔16c左右两侧的两个夹紧单元共同构成。本实施例中，挂板16a采用两个螺钉固定在传动链6b上。每个夹紧单元均由固定在横板16b上的弹簧座16d、通过弹簧16e与弹簧座16d抵紧的夹紧块16f及与盖帽组件定位孔16c相连通并供夹紧块16f活动的开槽16g共同构成。两个夹紧单元内的夹紧块16f在弹簧16e驱使下可沿开槽16g相向活动以夹紧盖帽组件定位孔16c内的盖帽组件，并且盖帽组件定位孔16c内设有用于承载盖帽组件的凹台（图上未标出）。

本发明中所述防爆片上料机构7、顶盖上料机构8、孔板垫圈上料机构11、孔板上料机构12和密封圈上料机构14均为相同的结构。我们就以孔板垫圈上料机构11为例进行说明，如图5所示，其由振动盘（图中未画出）、上料机构立板17、设于上料机构立板17上与振动盘相连的盖帽组件传送带机构18及用于从盖帽组件传送带机构18上取料的弧形摆动式取料机构共同构成。盖帽组件传送带机构18即由常规的导向槽和设于导向槽内的传送带及驱动传送带运转的同步带轮组件和带轮减速电机构成。同步带轮组件包括与带轮减速电机输出轴连接的主动带轮、经传送带与主动带轮相连的从动带轮和用于张紧传送带的张紧带轮。

具体再结合图5所示，所述弧形摆动式取料机构为本案的关键设计之一，其由支撑板19、横移板20、纵移板21、摆臂22、摆臂驱动机构23和真空吸附头24，横移板水平导轨25、纵移板纵向导轨26、第一枢轴27、固定轴承28、第二枢轴29、活动轴承30组成。支撑板19固定在上料机构立板17上部，横移板20通过横移板水平导轨25安装在支撑板19上，而纵移板21则通过纵移板纵向导轨26安装在横移板20上，且横移板20上设有纵向长圆孔20a；摆臂22一端一体设有第一枢轴27，该第一枢轴27通过固定轴承28安装在支撑板19上，摆臂驱动机构23用于连接驱动摆臂22绕第一枢轴27旋转，而摆臂22另一端一体设有第二枢轴29，该第二枢轴29穿过横移板20上的纵向长圆孔20a而与一设于纵移板21上的枢转孔21a相连。

并且第二枢轴29上设有位于纵向长圆孔20a内的活动轴承30；所述真空吸附头24固定在横移板20上，所述PLC控制器与盖帽组件传送带机构18中的带轮减速电机、摆臂驱动机构23和真空吸附头24均电连接。

结合图6所示，所述摆臂驱动机构23为皮带驱动机构，由固定在支撑板19上的摆臂驱动伺服电机23a、与摆臂驱动伺服电机23a的输出轴相连的主动带轮23b、与所述第一枢轴27固定的从动带轮23c、套于主动带轮23b和从动带轮23c上的传动皮带23d以及设于支撑板19上用于张紧传动皮带23d的张紧带轮23e共同构成，所述PLC控制器与摆臂驱动伺服电机23a电连接。

再结合图4和图5所示，本实施例中所述弹性夹紧机构16的两个夹紧块16f上均设有滚动轮16i，用于当真空吸附头24下压时与之接触，以借助真空吸附头24的下压力克服弹簧16e弹力向两侧顶开两个夹紧块16f。

由于各上料机构中都应用振动盘将盖帽组件先输送到盖帽组件传送带机构18上，而构成盖帽的五个组件中，孔板垫圈4在振动盘送料过程中极易翻转，而其一旦翻转，后续的孔板3就不能再有效叠放其上，造成后续工序无法可靠完成。为此，本实施例中在所述孔板垫圈上料机构11的支撑板19上设有用于检测由盖帽组件传送带机构18传送的孔板垫圈4是否翻转的翻转判别ccd检测装置31，该翻转判别ccd检测装置31与所述PLC控制器电连接。

再结合图7所示，作为本发明另一核心设计为所述翻转机构10，其由翻转机构底座10a、通过平移块水平导轨10b安装在翻转机构底座10a上的平移块10c、连接驱动平移块10c沿平移块水平导轨10b前后活动的平移驱动装置10d、固定在平移块10c上的支撑立架10e、通过升降块纵向导轨10f安装在支撑立架10e上的升降块10g、连接驱动升降块10g沿升降块纵向导轨10f上下活动的升降驱动装置10h、设于升降块10g上的旋转驱动装置10i及由该旋转驱动装置10i驱动旋转的弹性夹头10j共同构成。

本实施例中所述平移驱动装置10d为气缸，所述升降驱动装置10h也为气缸；而所述旋转驱动装置10i为旋转气缸，它们均与PLC控制器电连接。

所述弹性夹头10j由与旋转气缸输出轴相连的连接块、固定在连接块上的上夹片、枢转设于连接块上的下夹片及连接上、下夹片的复位弹簧共同构成。

再结合图4和图7所示，所述弹性夹紧机构16的横板16b上设有供弹性夹头10j伸入盖帽组件定位孔16c内以夹取盖帽组件的开口16h。

本发明启动后在PLC控制器的控制下，其对于盖帽组件的组装工作原理和步骤如下：

1）防爆片1和顶盖2先后分别由防爆片上料机构7和顶盖上料机构8上至盖帽组件环形传送机构6上，并由弹性夹紧机构16夹持，且顶盖2叠放在防爆片1上方；

2）顶盖2和防爆片1被一同传送至第一激光焊接机9处进行激光焊接固定在一起；

3）焊接后的顶盖2和防爆片1组件被传送至翻转机构10，并由翻转机构10实施翻转，变成防爆片1在上，而顶盖2在下的状态，随后被传送至孔板垫圈上料机构11处；

4）孔板垫圈上料机构11工作，将孔板垫圈4叠放至防爆片1上，再将组件整体传送至孔板上料机构12处；

5）孔板上料机构12工作，将孔板3叠放在孔板垫圈4上，再将组件整体传送至第二激光焊接机13位置；

6）第二激光焊接机13工作将孔板3与防爆片1焊接固定，使得顶盖2、防爆片1、孔板3和孔板垫圈4四个组件固定成整体，再依次传送至盖帽组件高度检测传感装置32和盖帽组件电阻检测传感装置33进行高度和电阻检测，若不合格则盖帽组件高度检测传感装置32和盖帽组件电阻检测传感装置33会发出警示提醒工人将不合格品挑出，而良品则最后传送至密封圈上料机构14；

7）密封圈上料机构14工作，将密封圈5放置到孔板3上方，再将五个组件整体传送至压合机构15进行压合，从而形成圆柱锂离子电池盖帽，如图8所示；

8）组装好的圆柱锂离子电池盖帽随盖帽组件环形传送机构6继续传送至取出工位，由人工取出转移。

当然上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。