一种全自动电芯入壳装置的制作方法

本发明涉及自动化设备领域，尤其是涉及一种入壳装置。

背景技术：

新能源又称非常规能源，是区别于石油、煤炭等传统能源之外的各种能源形式，包括正在飞速发展的锂电池，锂电池具有使用寿命长、能量密度高等优点，因此广泛应用于便携式电子设备、汽车等多个领域。锂电池包括电芯以及外壳，其生产流程包括将电芯装入外壳的步骤，由于电芯与外壳之间的间隙很小，因此装配过程中需要保持较高的精度，而精度的提高势必会影响到装配效率，现有的装配难以兼顾精度与效率，无法满足批量生产的要求。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种全自动电芯入壳装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种全自动电芯入壳装置，包括外壳推入装置、入壳定位装置与电芯推入装置，其中外壳推入装置用于将外壳推入至入壳定位装置内进行定位，以及在外壳定位后抵持外壳以进行压力保持，电芯推入装置用于将电芯推入至入壳定位装置内，在电芯定位后将该电芯推入至外壳内，并将入壳后的电芯与外壳从入壳定位装置内推出。

作为上述方案的进一步改进方式，入壳定位装置包括水平基准板、水平导向板、竖直基准板与竖直导向板，水平基准板、水平导向板、竖直基准板、竖直导向板共同围绕成一用于电芯与外壳定位的腔体，水平基准板设于腔体的底部，竖直导向板可相对竖直基准板沿水平方向运动，以推动电芯使其与竖直基准板抵持，且当电芯分别与竖直基准板、水平基准板抵持时，该电芯正对于外壳的内腔。

作为上述方案的进一步改进方式，水平基准板、水平导向板、竖直基准板与竖直导向板的内壁均包括与电芯导入方向平行的第一导向面与第二导向面，第一、第二导向面分别用于电芯、外壳的导向，第二导向面低于该第一导向面，以在二者的结合处形成供外壳端部抵持的台阶,该台阶的高度不小于外壳的壁厚。

作为上述方案的进一步改进方式，包括设于腔体导入电芯一侧的固定导向轮与活动导向轮，固定导向轮与活动导向轮分别对应竖直基准板与竖直导向板设置，且活动导向轮可相对固定导向轮沿水平方向运动。

作为上述方案的进一步改进方式，外壳推入装置包括第一气缸、第二气缸、第一推板与第二推板，其中第一、第二推板分别与第一、第二气缸的驱动轴连接，该第一、第二推板可共同将外壳推入入壳定位装置内，该第一推板在外壳定位后与其分离，第二推板在电芯推入过程中持续抵持外壳。

作为上述方案的进一步改进方式，电芯推入装置包括推入机构以及驱动推入机构运动的动力装置，推入机构通过一压力传感器与动力装置连接。

作为上述方案的进一步改进方式，推入机构包括滑轨、滑座、连接座与推板，滑座的两端分别与连接座、压力传感器连接，并能相对滑轨运动，推板可相对所连接座发生与滑座同向的弹性运动。

作为上述方案的进一步改进方式，包括定位锁紧装置，其设于腔体导入外壳的一侧，用于对入壳后的电芯与外壳进行锁紧，包括侧向锁紧机构与竖直锁紧机构。

作为上述方案的进一步改进方式，侧向锁紧机构包括气缸、侧压板与驱动板，侧压板上设有倾斜的导向槽，驱动板与气缸的驱动轴连接，其上设有导向柱，该导向柱插接在导向槽内，以使侧压板可随驱动板的驱动而沿侧向运动。

作为上述方案的进一步改进方式，定位锁紧装置包括对进入入壳定位装置前的外壳进行初次定位的定位机构，其包括顶升机构、上限位块与定位销，其中顶升机构用于配合上限位块、定位销以分别实现竖直方向、水平方向的定位。

本发明的有益效果是：

可以实现电芯与外壳之间的精确装配，全过程自动进行，既能保证入壳的精度，又能实现快速装配，适用于规模化生产，有助于提高企业的生产能力。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明一个实施例的立体示意图；

图2是本发明一个实施例的分解示意图；

图3是本发明治具一个实施例的立体示意图；

图4是本发明外壳推入装置一个实施例的立体示意图；

图5是本发明入壳定位装置一个方向的立体示意图；

图6是本发明入壳定位装置另一个方向的立体示意图；

图7是本发明入壳定位装置A-A向的剖视图；

图8是图7中B向的局部放大示意图；

图9是本发明电芯推入装置一个实施例的立体示意图；

图10是本发明定位锁紧装置一个实施例的立体示意图；

图11是本发明侧向锁紧机构一个实施例的立体示意图；

图12是本发明顶升机构一个实施例的立体示意图；

图13是本发明限位装置一个实施例的立体示意图；

图14是本发明电芯上料装置一个实施例的立体示意图；

图15是本发明电芯上料装置中驱动侧向活动块的动力装置的立体示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本发明中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的。

此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。

参照图1、图2，示出了本发明一个实施例的立体示意图与分解示意图，包括外壳推入装置100、入壳定位装置200与电芯推入装置300，优选的，本实施例中还设有定位锁紧装置400与电芯上料装置500，本发明的主要工作流程包括：外壳推入装置100用于将外壳从入壳定位装置200的一侧（图中为右侧）推入至入壳定位装置内200以进行外壳的定位，同时在外壳定位后还可以抵持外壳以进行压力保持，抵消电芯推入时给予外壳的摩擦力；电芯推入装置300则用于将电芯从入壳定位装置200的另一侧（图中为左侧）推入至入壳定位装置200内，在电芯定位后再将该电芯推入至外壳内，最后将入壳后的电芯与外壳从入壳定位装置200内推出。在上述过程中，电芯上料装置500用于将电芯的持续的运送至电芯推入装置300与入壳定位装置200之间，定位锁紧装置400一方面在外壳推入入壳定位装置200之前对外壳或者承载外壳的治具进行初步定位，另一方面还可以接收入壳后的电芯与外壳，并对电芯与外壳进行锁紧，避免电芯从外壳中退出。

本发明中优选采用治具承载外壳，参照图3，示出了本发明治具600一个实施例的立体示意图，治具600包括治具底板601、治具支架602、侧向基准块603、底部基准块604、侧向活动块605与顶部活动块606，侧向活动块605可相对侧向基准块603运动，顶部活动块606则可以通过丝杠607与丝杠螺母的配合相对底部基准块604运动，此外，治具底板601上还设有竖直定位块608与定位套609。

参照图4，示出了本发明外壳推入装置100的立体示意图，

如图所示，外壳推入装置100包括第一气缸101、第二气缸102、第一推板103与第二推板104，其中第一、第二推板分别与第一、第二气缸的驱动轴连接，且第一、第二气缸的驱动轴平行。外壳推入装置在将外壳推入入壳定位装置200之内时，该第一、第二推板的端面平齐，共同作用于外壳；而当外壳进入入壳定位装置200后，该第一推板103缩回以与外壳分离，第二推板104在电芯推入的过程中与外壳抵持，使外壳保持静止以便于电芯完全入壳；另一方面在入壳完成后外壳退出入壳定位装置200的过程中与外壳同步后移，起到缓冲作用。

参照图5、图6，示出了本发明入壳定位装置200两个方向上的立体示意图，其包括包括一安装板201，安装板201上设有一通孔202，沿通孔202的内侧壁分别设有水平基准板203、水平导向板204、竖直基准板205与竖直导向板206，其共同形成一用于电芯与外壳定位的腔体，具体的，水平基准板203与水平导向板204分别设于通孔202的左右两侧，竖直导向板206与竖直基准板205分别设于通孔202的上下两侧。

水平基准板203、水平导向板204、竖直基准板205与竖直导向板206在安装板201的一侧形成电芯定位机构，用于实现电芯的定位；同时水平基准板203、水平导向板204、竖直基准板205与竖直导向板206从通孔202内伸出或者穿过通孔202，以在安装板201的另一侧形成外壳定位机构，如此，电芯定位机构与外壳定位机构由相同的零部件组成，从而既可以实现电芯、外壳的精确定位，同时还能实现电芯、外壳的同步定位，更有利于提升定位精度。

竖直导向板206可由气缸207驱动而相对竖直基准板205沿水平方向运动，以推动腔体内的电芯使其与竖直基准板205抵持；另一方面，电芯在重力的作用下与水平基准板203抵持，当电芯分别与竖直基准板205、水平基准板203抵持时，该电芯正对于外壳的内腔。

为了便于电芯的导入，电芯定位机构在电芯导入的一侧还设有导向轮组，参照图5，导向轮组具体包括对应竖直基准板205设置的固定导向轮208，以及对应竖直导向板206设置的活动导向轮209，活动导向轮209可由气缸210驱动而相对固定导向轮208沿水平方向运动，以对经过的电芯的进行初步导向，优选的，导向轮优选采用胶轮。

入壳定位装置还包括除尘机构，用于去除电芯表面的灰尘、杂物，防止灰尘、杂物进入外壳后影响产品质量，本实施例中的除尘机构包括吸尘管211与未示出的抽风装置，水平基准板203与水平导向板204内设有空气流道，该空气流道与吸尘管211连通，并在水平基准板203与水平导向板204的内壁上形成多个吸尘孔，吸尘孔沿基准板的长度方向均匀分布。

此外，入壳定位装置还设有壳口拉开机构，参照图6，壳口拉开机构与外壳定位机构位于安装板201的同一侧，其包括设于通孔202上下两侧的若干吸盘212，吸盘212由气缸213驱动而沿竖直方向运动，吸盘213在电芯入壳之前分别吸附外壳的上下两侧，并通过竖直方向的运动将壳口略微拉开，便于电芯更好的插入。

参照图7、图8，分别示出了入壳定位装置A-A向的剖面示意图与图7中的局部放大示意图，图中显示了电芯700与外壳800。由图可知，水平基准板203的内壁包括与电芯700导入方向平行的第一导向面214与第二导向面215，第一、第二导向面分别用于电芯700、外壳800的导向，同时第二导向面215低于该第一导向面，以在二者的结合处形成供外壳800端部抵持定位的台阶，为保证电芯的顺利导入，台阶的高度不小于外壳的壁厚，即外壳与台阶抵持时第一导向面214不低于外壳800底壁的内侧面。

进一步的，第一、第二导向面的两端均设有倾斜导向面216，该倾斜导向面分别形成供电芯、外壳导入的喇叭口结构。

水平导向板204、竖直基准板205与竖直导向板206均设有上述的第一、第二导向面与倾斜导向面，在此就不一一赘述。

上述实施例是入壳定位装置的最优实施例，除此之外，入壳定位装置还具有其它的变形，如电芯定位机构与外壳定位机构可以是分开的两套机构，电芯定位机构由上述的零部件组成，外壳定位机构的组成零部件既可以与电芯定位机构相同，也可以采用现有的其它方案，安装板201对于本发明来说也不是必须的，可以仅由水平基准板203、水平导向板204、竖直基准板205与竖直导向板206形成供电芯通过的腔体。

参照图9，示出了本发明电芯推入装置300的立体示意图，如图所示，电芯推入装置300包括推入机构301以及驱动推入机构运动的动力装置302，推入机构301通过一压力传感器303与动力装置302连接，动力装置302优选为丝杠传动组件，该压力传感器可以实时检测推入机构301在电芯入壳过程中所受到的反向作用力，进而监控电芯的入壳过程。正常情况下压力控制在一定范围内，如果压力显著上升则意味着电芯与外壳之间的定位出现问题，需要重新进行定位调整。

进一步的，推入机构301包括滑轨304、滑座305、连接座306与推板307，滑座305的两端分别与连接座306、压力传感器303连接，推入机构301整体可通过滑座305相对滑轨304运动。此外，连接座306上设有若干的导向柱（未示出），导向柱上套设有弹簧308，推板307通过导向柱与弹簧可相对连接座306发生与滑座305同向的弹性运动，使得推入机构301与电芯之间弹性接触，避免损坏电芯。

参照图10，示出了本发明定位锁紧装置400的立体示意图，其设于腔体导入外壳的一侧，用于对入壳后的电芯与外壳进行锁紧，具体包括机架401、侧向锁紧机构402、竖直锁紧机构403与定位机构。

机架401优选包括一矩形的框体，框体的顶部设有竖直锁紧机构403，左右两侧设有侧向锁紧机构402，两侧的顶升装置404与底部的限位装置405共同组成权利要求中所述的定位机构，以上各机构通过完成治具与治具内产品的定位。

具体的，竖直锁紧机构403在本实施例中包括竖直设置的电批406与批头407，电批406与批头407之间通过柔性连接头连接，该批头可以作用于治具顶端的丝杠607，通过旋转带动顶部活动块606沿竖直方向升降，将外壳夹持在顶部活动块606与底部基准块604之间，实现电池在竖直方向的锁紧。

参照图11，示出了本发明侧向锁紧机构402一个实施例的立体示意图，侧向锁紧机构402对应侧向活动块605设于治具600的一侧，其包括气缸408、侧压板409与驱动板410，气缸408竖直设置，侧压板409的竖直面上设有倾斜的导向槽411，驱动板410与气缸408的驱动轴连接，其上设有导向柱412，该导向柱插接在导向槽411内，当驱动板410沿竖直方向往复运动时，侧压板则可在导向柱412的驱动下沿侧向运动，进而推动侧向活动块605运动，以将产品夹持在侧向活动块605与侧向基准块603之间，实现电池在侧向上的锁紧。

参照图12，示出了本发明顶升装置404一个实施例的立体示意图，顶升装置包括Z型托板413与气缸414，气缸414铰接在机架（未示出）上，其驱动轴与托板413的顶端铰接，托板413的中部则与机架铰接，以使该托板形成一杠杆结构，通过气缸的驱动，托板可以绕中部的铰接点转动，进而推动治具沿竖直方向运动，同时，此种结构还可以实现自锁功能。

参照图13，示出了本发明限位装置405一个实施例的立体示意图，限位装置包括固定支架415、定位销416与缓冲器417，其中定位销416对应治具底板601上的定位套609设置在固定支架415的底部，当顶升装置404将治具顶起时，定位销416插接在定位套609内以实现治具在水平方向上的定位，治具底板601上的竖直定位块608则与设备上的限位平面（图中未示出）抵持，以实现治具在竖直方向上的定位。

缓冲器417可通过一弹簧发生竖直方向的弹性运动，其底端低于定位销416，即治具底板在上升过程中先与缓冲器417接触进行缓冲，然后再与定位套609配合，保证定位的精确性。

参照图14，示出了本发明电芯上料装置500一个实施例的立体示意图，电芯上料装置设于电芯推入装置的底部，用于将电芯运送至电芯推入装置与入壳定位装置之间的上料间隙内，其包括安装板501、滑轨502、载物平台503、侧向基准块504、侧向活动块505、平移气缸506与顶升气缸507。

滑轨502优选为两条，安装板501通过滑块与滑轨502滑动连接，平移气缸506设于滑轨502之间，其驱动轴与安装板501连接，用于实现安装板501水平方向上的运动。

顶升气缸507设于安装板501之上，用于驱动载物平台503沿竖直方向运动，结合上述沿水平方向的运动可以实现载物平台的移载运动。

侧向基准块504与侧向活动块505分别设于载物平台503相对的两侧，二者之间的间距可调，调节方式既可以是侧向基准块504相对侧向活动块505运动，也可以二者均可以运动，本实施例中采用后者，当然侧向基准块504通常情况下固定以作为定位基准，侧向活动块505则通过相对侧向基准块504的运动将物料抵持在侧向基准块504上进行定位。

优选的，载物平台503的两侧对应侧向基准块504与侧向活动块505分别设有定位气缸512，用于驱动侧向基准块504与侧向活动块505发生相向或者反向的运动。

本发明还包括若干辅助结构，如设于载物平台503上的载物板508，载物板508上设有至少两个的等高的水平凸台，物料放置于凸台的顶面上滑动可以减小摩擦力，水平凸台的进料端设有导入斜面，便于物料的导入。

同时，安装板501上还设有竖直的缓冲气缸509，缓冲气缸509的驱动轴上设有一可与载物平台503柔性接触的缓冲头510，载物平台503在下降时可以通过该缓冲气缸进行缓冲。

参照图15，示出了本发明电芯上料装置中驱动侧向活动块505的动力装置的立体示意图，包括固定座511，固定座511与定位气缸512驱动轴连接，其上设有水平的导杆（未示出），导杆上套接有弹簧513，侧向活动块505上对应导杆设有导向孔，导杆插接在导向孔内，弹簧513分别与固定座511、侧向活动块505抵持，如此侧向活动块505可相对侧向基准块504发生弹性运动，补偿不同物料间的尺寸公差。

综上，本发明的整体使用流程包括：将装载有外壳的治具通过移料装置移送至定位锁紧装置内，通过定位锁紧装置上的定位销等结构进行治具整体的定位，待治具定位完毕后外壳推入装置将外壳推送至入壳定位装置的一侧，进行外壳的定位以及壳口张开；另一方面，电芯由电芯上料装置运送至电芯推入装置与入壳定位装置之间，然后由电芯推入装置从入壳定位装置的另一侧推入，经过除尘后推送至外壳的内部。待电芯完全入壳后电芯推入装置再将电芯与外壳整体推回至治具内，最后由定位锁紧装置上的侧向锁紧机构与竖直锁紧机构进行锁紧。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。