本申請涉及儲能器件加工領(lǐng)域，尤其涉及一種電池頂蓋焊接裝置。

背景技術(shù)：

相關(guān)技術(shù)中，電池的頂蓋與殼體的焊接方式中有一種方式為側(cè)焊，即電池直立狀態(tài)下，激光以水平方向出射，繞電池一圈完成焊接工作；一種為頂焊，即電池直立狀態(tài)下，激光垂直向下出射，沿電池頂部一圈完成焊接工作。

相較于頂焊，側(cè)焊具有焊接能量和精度要求低、不容易燒壞支架等優(yōu)勢，然而，相關(guān)技術(shù)中，在采用側(cè)焊方式時普遍需要經(jīng)過多次焊接，即激光在完成一條邊的焊接后，電池需旋轉(zhuǎn)90°，進而開始第二條邊的焊接，直至完成四條邊的焊接任務，中途需要停光轉(zhuǎn)換電池角度，導致焊接效率低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本申請?zhí)峁┝艘环N電池頂蓋焊接裝置，能夠解決上述問題。

本申請實施例提供了一種電池頂蓋焊接裝置，所述裝置所焊接的電池包括殼體以及頂蓋，在XYZ三維直角坐標系中，以所述殼體的長度方向為X方向，以所述殼體的厚度方向為Y方向，以所述殼體以及所述頂蓋的扣合方向為Z方向，

所述裝置包括電池定位機構(gòu)、電池夾緊機構(gòu)、電池旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、激光發(fā)射機構(gòu)以及激光移動機構(gòu)；

所述電池定位機構(gòu)包括基準組件以及矯正組件，所述矯正組件用于將所述殼體以及所述頂蓋的位置沿X和Y方向矯正至基準位置，所述基準組件用于對處于所述基準位置的所述殼體以及所述頂蓋進行阻擋，所述基準組件以及所述矯正組件能夠與所述電池脫離和恢復接觸，

所述電池夾緊機構(gòu)包括殼體夾緊組件以及頂蓋壓緊組件，所述殼體夾緊組件用于由X和Y方向夾緊處于所述基準位置的所述殼體，所述頂蓋壓緊組件用于由Z方向?qū)⑻幱谒龌鶞饰恢玫乃鰵んw以及所述頂蓋相互壓緊，所述殼體夾緊組件能夠與所述殼體脫離和恢復接觸，所述頂蓋壓緊組件能夠與所述頂蓋脫離和恢復接觸，

所述電池旋轉(zhuǎn)機構(gòu)用于帶動所述電池夾緊機構(gòu)以及所述電池做在XY 平面內(nèi)以所述電池為中心的自轉(zhuǎn)，

所述激光發(fā)射機構(gòu)用于朝所述殼體與所述頂蓋的結(jié)合面發(fā)射激光束，

所述激光移動機構(gòu)與所述激光發(fā)射機構(gòu)連接，用于在XY平面內(nèi)調(diào)整所述激光發(fā)射機構(gòu)的位置。

優(yōu)選地，所述矯正組件為角位矯正組件，用于對所述殼體與所述頂蓋的角位進行矯正。

優(yōu)選地，所述基準組件用于阻擋所述殼體以及所述頂蓋沿X方向的一側(cè)繼續(xù)向Y方向移動，所述角位矯正組件為兩個，分別將所述殼體以及所述頂蓋在XY平面內(nèi)沿X方向遠離所述基準組件的兩個角沿X以及Y方向施加推力。

優(yōu)選地，所述角位矯正組件包括矯正動作單元以及角位矯正塊，所述矯正動作單元被固定，且能夠驅(qū)動所述角位矯正塊沿X以及Y方向移動。

優(yōu)選地，所述頂蓋壓緊組件包括頂升單元以及頂蓋壓緊單元，

所述頂升單元轉(zhuǎn)動設置在所述基準位置的上方，且能夠做在XY平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動，所述頂升單元用于將所述電池頂升至所述頂蓋與所述頂蓋壓緊單元壓緊。

優(yōu)選地，所述頂升單元為頂升氣缸。

優(yōu)選地，還包括固定臺，所述頂蓋壓緊單元、所述電池定位機構(gòu)以及所述激光移動機構(gòu)均設置在所述固定臺上。

優(yōu)選地，所述激光移動機構(gòu)包括第一移動單元以及第二移動單元，

所述第一移動單元與所述第二移動單元相連，且能夠驅(qū)動所述第二移動單元在X或Y方向上移動，所述第二移動單元與所述激光發(fā)射機構(gòu)相連，且能夠驅(qū)動所述激光發(fā)射機構(gòu)在Y或X方向上移動，所述第一移動單元與所述第二移動單元的驅(qū)動方向相互垂直。

優(yōu)選地，所述殼體夾緊組件包括兩個第一夾緊單元和兩個第二夾緊單元，兩個所述第一夾緊單元在X方向上相對于所述基準位置對稱設置，兩個所述第二夾緊單元在Y方向上相對于所述基準位置對稱設置。

優(yōu)選地，所述電池旋轉(zhuǎn)機構(gòu)為滴定馬達。

本申請實施例提供的技術(shù)方案可以達到以下有益效果：

本申請實施例所提供的電池頂蓋焊接裝置能夠?qū)崿F(xiàn)電池的自動轉(zhuǎn)向，并能夠通過調(diào)整激光發(fā)射機構(gòu)的位置確保焊接過程中的激光焦距一致，從而達到一次性完成側(cè)焊的目的，大幅提高了側(cè)焊效率。

應當理解的是，以上的一般描述和后文的細節(jié)描述僅是示例性的，并不能限制本申請。

附圖說明

圖1為本申請實施例所提供的電池頂蓋焊接裝置的主視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本申請實施例所提供的電池頂蓋焊接裝置的后視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本申請實施例所提供的電池裝入電池頂蓋焊接裝置的示意圖；

圖4為電池焊接過程幾何位置圖；

圖5為電池焊接過程的坐標圖。

附圖標記：

10-電池定位機構(gòu)；

100-基準組件；

100a-基準塊；

100b-基準動作單元；

102-矯正組件/角位矯正組件；

102a-角位矯正塊；

102b-矯正動作單元；

12-電池夾緊機構(gòu)；

120-殼體夾緊組件；

120a-殼體夾緊塊；

120b-殼體夾緊動作單元；

122-頂蓋壓緊組件；

122a-頂蓋壓緊單元；

122b-頂升單元；

124-電池載具；

14-電池旋轉(zhuǎn)機構(gòu)；

16-激光發(fā)射機構(gòu)；

18-激光移動機構(gòu)；

180-第一移動單元；

182-第二移動單元；

19-固定臺；

2-電池；

20-殼體；

22-頂蓋。

此處的附圖被并入說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分，示出了符合本申請的實施例，并與說明書一起用于解釋本申請的原理。

具體實施方式

下面通過具體的實施例并結(jié)合附圖對本申請做進一步的詳細描述。文中所述“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附圖中的電池頂蓋焊接裝置為參照。

如圖1至3所示，本申請實施例提供了一種電池頂蓋焊接裝置，包括電池定位機構(gòu)10、電池夾緊機構(gòu)12、電池旋轉(zhuǎn)機構(gòu)14、激光發(fā)射機構(gòu)16 以及激光移動機構(gòu)18。該裝置所焊接的電池2包括殼體20以及頂蓋22。

在本實施例中建立XYZ三維直角坐標系，其中，以殼體20的長度方向為X方向(圖1中垂直于紙面)，以殼體20的厚度方向為Y方向，以殼體20以及頂蓋的扣合方向為Z方向。

在焊接過程中，電池2的位置會對焊接焦距產(chǎn)生重要影響，并直接影響焊接效果，因此，如何將電池2以正確的姿態(tài)處于正確的基準位置是確保焊接質(zhì)量非常重要的一個環(huán)節(jié)。在本實施例中是通過電池定位機構(gòu)10 來實現(xiàn)這一目標。

電池定位機構(gòu)10包括基準組件100以及矯正組件102，矯正組件102 用于將殼體20以及頂蓋22的位置沿X和Y方向矯正至基準位置，當殼體20和頂蓋22被矯正至基準位置后，則會通過基準組件100對處于基準位置的殼體20以及頂蓋22進行阻擋，這樣，殼體20和頂蓋22便能夠被基準組件100以及矯正組件102在X和Y方向上共同限制在基準位置上。在這一過程中，基準組件100實際上決定了基準位置的所在，因此，在焊接開始后，基準組件100通常最先開始動作。

由于基準組件100以及矯正組件102均需要同時對殼體20以及頂蓋 22進行操作，因此過程中往往不可避免地會遮擋殼體20與頂蓋22的結(jié)合面，而后續(xù)焊接過程正是針對結(jié)合面進行焊接操作，此時基準組件100和矯正組件102會干涉焊接過程。為了避免干涉，基準組件100以及矯正組件102需要能夠與電池2脫離和恢復接觸。

如圖2所示，在本實施例中，基準組件100包括基準塊100a和基準動作單元100b，基準動作單元100b作為基準塊100a的動力源，其自身被固定住，并能夠驅(qū)動基準塊100a伸出或縮回?；鶞蕢K100a伸出后便能夠作為電池2的基準位置的定位基準。電池2放置在電池頂蓋焊接裝置上時一般將一條沿X方向延伸的側(cè)邊朝向基準塊100a。

矯正過程實際上就是將電池2的殼體20和頂蓋22在XY平面內(nèi)朝向基準塊100a推送，并在過程中調(diào)整電池2的角度，使得電池2的一條沿X 方向延伸的側(cè)邊能夠與基準塊100a對齊貼合的過程。在矯正過程中，殼體20和頂蓋22需要同時進行X、Y方向的平移動作以及在XY平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動動作，如果采用矯正組件102由殼體20和頂蓋22除去基準塊100a 所在一側(cè)之外的其它三個方向同時推動殼體20和頂蓋22，雖然也可以達到這一目的，這種方式結(jié)構(gòu)比較復雜，在應對電池2的轉(zhuǎn)動動作時也容易出現(xiàn)偏差，尤其是當殼體20與頂蓋22本身就存在一定的角度差時，甚至可能將頂蓋22直接推離殼體20。

因此，在本實施例中，推薦采用角位矯正組件(附圖標記沿用矯正組件102)進行矯正操作。角位矯正組件102能夠直接對殼體20以及頂蓋 22的角位進行矯正，也就是說它會直接作用于殼體20與頂蓋22幾何外形上的角，由于基準塊100a位于殼體20和頂蓋22的一條沿X方向延伸的側(cè)邊的一側(cè)，因此，只需要再采用兩個角位矯正組件102由距離基準組件100最遠的兩個角朝向基準塊100a施加X和Y方向的推力，便可將殼體 20以及頂蓋22推向基準塊100a。此時，角位矯正組件102與殼體20和頂蓋22的轉(zhuǎn)動中心之間的力臂最長，因此轉(zhuǎn)動過程也更加順暢。

如圖2所示，在本實施例中，角位矯正組件102包括角位矯正塊102a 和矯正動作單元102b，與基準動作單元100b一樣，矯正動作單元102b 也需要被固定住，同時能夠驅(qū)動角位矯正塊102a沿X以及Y方向移動，也就是沿著與X和Y方向均傾斜的方向推動殼體20以及頂蓋22，推力方向最好是能夠沿著殼體20和頂蓋22的對角線方向?；鶞蕜幼鲉卧?00b 與矯正動作單元102b可以采用伸縮氣缸、伺服電機或其它能夠提供伸縮動力的設備。

在完成殼體20和頂蓋22的定位后，為了不影響后續(xù)的焊接工序，需要將基準塊100a和角位矯正塊102a與電池2脫離接觸。

但在焊接過程中電池2也需要保持限制狀態(tài)，因此便需要電池夾緊機構(gòu)12。電池夾緊機構(gòu)12包括殼體夾緊組件120以及頂蓋壓緊組件122，其中，頂蓋壓緊組件122用于由Z方向?qū)⑻幱诨鶞饰恢玫臍んw20以及頂蓋22相互壓緊。為了保證焊接工序開始時焊接焦距與頂蓋22以及殼體20 的結(jié)合面對齊定位，也就是需要確定結(jié)合面在Z方向上的位置，而殼體2 由于尺寸較大，相應的尺寸誤差也較大，因此不利于定位，因此，在本實施例中的頂蓋壓緊組件122采用上定位的方式確定結(jié)合面的位置，如圖2 所示，具體地，頂蓋壓緊組件122包括一個頂蓋壓緊單元122a以及一個頂升單元122b，頂蓋壓緊單元122a設于基準位置的上方固定位置，而頂升單元122b則將殼體20和頂蓋22向上頂起，使頂蓋22緊貼這個基準面，完成在Z方向的定位。

需要注意的是，為了確保頂升過程中殼體20和頂蓋22在XY平面內(nèi)的姿態(tài)不變，在頂升過程中基準塊100a以及角位矯正塊102a不能縮回，起到持續(xù)限位作用。頂升單元122b可以采用頂升氣缸或其它具備頂升功能的設備，可以設置一個電池載具124，電池2被放置在電池載具124上，通過頂升單元122b頂升電池載具124以使電池2上升。

當殼體20與頂蓋22夾緊之后，殼體夾緊組件120用于由X和Y方向夾緊處于基準位置的殼體20，具體地，殼體夾緊組件120包括兩個第一夾緊單元和兩個第二夾緊單元，兩個第一夾緊單元在X方向上相對于基準位置對稱設置，而兩個第二夾緊單元在Y方向上相對于基準位置也對稱設置。這樣，兩個第一夾緊單元和兩個第二夾緊單元便可分別分布在殼體20 的四周，同時向殼體20施力，從而夾緊殼體20。由于殼體夾緊組件120 僅僅需要夾緊殼體20，因此不會遮擋殼體20與頂蓋22之間的結(jié)合面而妨礙焊接。

第一夾緊單元與第二夾緊單元的結(jié)構(gòu)與基準組件100以及矯正組件 102均類似，包括殼體夾緊塊120a以及殼體夾緊動作單元120b，殼體夾緊動作單元120b的位置相對于基準位置固定，并驅(qū)動殼體夾緊塊120a伸縮。殼體夾緊動作單元120b也可以采用伸縮氣缸、伺服電機或其它能夠提供伸縮動力的設備。

電池2被夾緊后，縮回基準塊100a以及角位矯正塊102a，準備進行焊接作業(yè)。在焊接過程中，由于需要對殼體20和頂蓋22的結(jié)合面焊接一周，因此需要電池2能夠不停的做在XY平面內(nèi)的自轉(zhuǎn)，以便將結(jié)合面的不同區(qū)域依次對準焊接激光。當然，由于焊接過程中電池2需要時刻被夾緊，因此電池夾緊機構(gòu)12也需要隨電池2一同自轉(zhuǎn)。在本實施例中，電池旋轉(zhuǎn)機構(gòu)14便是用于帶動電池夾緊機構(gòu)12以及電池2做在XY平面內(nèi)以電池為中心的自轉(zhuǎn)。具體地，電池旋轉(zhuǎn)機構(gòu)14可以直接驅(qū)動電池載具124進行轉(zhuǎn)動，于此同時，為了隨電池2一起轉(zhuǎn)動，頂蓋壓緊單元122a在 Z方向的位置雖然不能發(fā)生變動，但其自身需要能夠做在XY平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動。

激光發(fā)射機構(gòu)16用于朝殼體20與頂蓋22的結(jié)合面發(fā)射激光束，如果激光發(fā)射機構(gòu)16固定不動，由于殼體20和頂蓋22并不是圓形輪廓，因此在自轉(zhuǎn)的過程中其邊緣的位置與激光發(fā)射機構(gòu)16之間的距離會時刻發(fā)生變化，從而會導致激光束的焦距變化，從而無法完成焊接。為了避免這一問題，本實施例將激光移動機構(gòu)18與激光發(fā)射機構(gòu)16連接，能夠在 XY平面內(nèi)調(diào)整激光發(fā)射機構(gòu)16的位置。

激光移動機構(gòu)18包括第一移動單元180以及第二移動單元182，第一移動單元180與第二移動單元182相連，且能夠驅(qū)動第二移動單元182在 X方向上移動，而第二移動單元182又與激光發(fā)射機構(gòu)16相連，且能夠驅(qū)動激光發(fā)射機構(gòu)16在Y方向上移動，也就是說，第一移動單元180與第二移動單元182的驅(qū)動方向相互垂直，從而實現(xiàn)激光發(fā)射機構(gòu)16既能夠在X方向上移動，又能夠在Y方向上移動。當然，第一移動單元180 與第二移動單元182的移動方向也可以相互調(diào)換，不影響其功能的實現(xiàn)。第一移動單元180以及第二移動單元182均可以采用伺服電機提供伸縮動力的設備。

在本實施例中還可以包括一個固定臺19，而諸如電池定位機構(gòu)10、激光移動機構(gòu)18等均需要固定的設備都可以固定在固定臺19上。并且，對于頂蓋壓緊單元122a，也可以與固定臺19進行鉸接，從而使電池頂蓋焊接裝置的整體結(jié)構(gòu)更為緊湊、簡潔。

下面將對電池頂蓋焊接裝置的焊接過程進行詳細說明。

如圖4所示，圖中O點為電池2幾何中心，電池2順時針旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動角速度ω，ω隨時間關(guān)系見圖5。將激光發(fā)射機構(gòu)16的激光頭視為一個質(zhì)點K，距離KA為d，即焊接過程中激光頭與工件表面的距離d始終保持固定值，焊接起點為A，依次沿B、C點焊接整電池，激光頭以K為零點，在X-Y平面位移隨時間關(guān)系見圖5。

設定焊接速度為V₀，則焊接各段所需時間可計算得出：

t₁＝S_AB/V₀；

t₂-t₁＝S_BC/V₀；

t₃-t₂＝S_CD/V₀；

t₄-t₃＝S_DE/V₀；

t₅-t₄＝S_EG/V₀；

t₆-t₅＝S_GH/V₀；

t₇-t₆＝S_HM/V₀；

t₈-t₇＝S_MN/V₀；

t₉-t₈＝S_NA/V₀。

旋轉(zhuǎn)角速度ω＝V₀/r，而在實際焊接過程中，圓弧角的存在使得在圓角焊接時，激光入射角偏小，導致反射率高，大部分激光能量被反射，所以圓角焊接速度需減慢，根據(jù)經(jīng)驗值得出，實際旋轉(zhuǎn)角速度達到理論值的 1/8，即ω＝V₀/8r時，角位焊接熔深與直邊較一致。

在進行焊接前，首先通過激光移動機構(gòu)18帶動激光發(fā)射機構(gòu)16的激光頭運動至電池2中央正前方，也就是圖4中的K點位置，開啟焊接保護氣，開啟激光。第一移動單元180使得激光頭在X方向按圖5中的SX軌跡運動；第一移動單元182使得激光頭在Y方向按圖5中的SY軌跡運動；電池旋轉(zhuǎn)機構(gòu)14使得電池2連同夾電池夾緊機構(gòu)12按圖5中的ω/t角速度時間關(guān)系圖轉(zhuǎn)動。三者同步聯(lián)動，在電池2轉(zhuǎn)動一周的過程中，完成對電池2的焊接，期間達到焊接焦距始終為固定值d。

焊接完成后，激光頭回到K點位置，頂升單元122b下降，殼體夾緊動作單元120b帶動殼體夾緊塊120a縮回，焊接完畢，由基準位置取下電池2。

為了提高焊接精度，電池2的自轉(zhuǎn)過程需要能夠精確控制，因此，電池旋轉(zhuǎn)機構(gòu)14優(yōu)選采用滴定馬達。

本申請實施例所提供的電池頂蓋焊接裝置能夠?qū)崿F(xiàn)一次性完成側(cè)焊，大幅提高了側(cè)焊效率。

以上所述僅為本申請的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本申請，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本申請可以有各種更改和變化，基于本申請所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本申請的保護范圍之內(nèi)。