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01 設備主要功能及描述 1.1 鋁殼（方形）鋰電池裝配設備 鋁殼鋰電池裝配線用于動力電池中段裝配，是動力電池生產過程的重要環(huán)節(jié)，對于電池的性能、精度都有舉足輕重的影響，因此該裝配線設備的自動化程度、操作的準確性等越來越受到市場的關注。本節(jié)將介紹一條非常成熟以及在市場上經得起考驗并受到認可的電池裝配線，該裝配線設備有以下一些特點： ①兼容性強，可以根據客戶的要求，從而兼容多種不同系列產品。 ②模塊化設計，換型時間短、零件少、成本低。 ③裝配精度高，視覺及機械雙重定位方式，提高定位精度。 ④可根據客戶不同工藝路線的電芯實現(xiàn)全自動裝配線的非標定制。 ⑤工藝設備布局合理，節(jié)省空間，整線全自動化，人力成本很低。 ⑥高制造品質保證，全參數(shù)檢測與監(jiān)控。 ⑦電池安全性和一致性的制造保證。 本自動生產線用于實現(xiàn)方形鋁殼鋰離子動力電池卷繞后電芯的自動裝配，生產線主要由以下幾大部分組成：熱壓測試機、X射線機、配對機、超聲波焊接機、轉接片焊接機、合芯機、包膜／熱熔／貼膠機、入殼預點焊機、激光頂蓋焊接機、氦檢機。實現(xiàn)電芯熱壓、X射線檢測、極耳預焊配對、轉接片極耳焊接、背面貼膠、蓋板激光焊接、貼膠、折極耳合芯、包膠、包膜、入殼、頂蓋封口焊接等功能，在整個過程中實現(xiàn)全自動化。整體布局合理，各設備結構緊湊，全程自動監(jiān)控、智能化，各設備可實現(xiàn)追溯功能，連接MES系統(tǒng)，可實時上傳數(shù)據到系統(tǒng)，設備運行穩(wěn)定，關鍵部件均采用進口品牌或國際一線品牌，該裝配線在其他客戶工廠大批量投入生產，得到充分驗證，各設備技術成熟。 1.2 裝配產線未來的發(fā)展趨勢 鋁殼（方形）電池生產線使用時間比較長，相應的技術已經非常成熟，現(xiàn)有的裝配線設備也大同小異。未來的發(fā)展趨勢，除了從材料方面繼續(xù)改善，找到高性能的電芯材料外，對于電池裝配生產線而言，高效率、低成本等依然是動力鋰電池未來發(fā)展的方向，對現(xiàn)有市場發(fā)展概況總結后有以下幾點值得關注： ①電池本體的性能方面，比如電池尺寸、能量密度、多極耳結構等。 ②裝配生產效率，在保證設備成本改動不大的情況下，不斷提升生產效率。 ③電池裝配線的自動化程度不斷提升，同時生產的良率更容易控制。合理控制每個工序的制作時間，從而有效縮短鋰電池的生產時間，而且極大改善了工人的勞動強度大和生產成本高的問題。 ④兼容性更好，適合更大范圍的產品。 ⑤模塊化技術是提高效率的重要途徑。 1.3 鋁殼（方形）鋰電池生產裝配線的設計 對于鋁殼鋰電池產線的設計，針對客戶提出的要求會有不同的設計。根據在生產過程中遇到的問題及相應的實踐，主要要從以下幾個方面去考慮： ①產品的工藝：包括電池的大小、極耳的大小、焊接的厚度等。 ②廠房空間大小：合理安排生產線設備的具體位置，以及要優(yōu)化的機構等，還要考慮人機工程，人工操作的方便性，以及后期維護的可操作性。 ③設備設計：結構越簡單越好，這樣操作更容易。 ④生產線中節(jié)拍的分配：重點考慮瓶頸工位的效率，如果效率達不到，考慮將單工位改動為雙工位甚至多工位，同時高的安全性能和直通良率也是重點關注的點。 ⑤產品定位方式：對于客戶不同的需求，采用不同的產品定位方式，比如側邊定位、以兩邊為基準定位、夾具定位等。 ⑥粉塵防止裝置：圓柱電池裝配線設備中基本都是每個需要除塵的設備中都有相應的除塵設施，比如集塵器、毛刷等。 ⑦設備中的物流設計：包括設備內部的輸送、設備之間的輸送等。 ⑧質量檢測：整套裝配線中會設計CCD檢測、電芯測厚檢測、絕緣檢測、短路檢測等。 02 設備組成及關鍵結構 鋁殼鋰電池裝配線設備整體布局如下： ①整線尺寸：長×寬×高=3700mm×7000mm×2400mm（高度不包括報警燈），操作面高度900mm，設備間距800～1000mm。 ②外觀：受力底架采用方通焊接結構，上部密封框架采用鋁合金型材結構，用有機玻璃進行密封，設備外罩整體用鈑金包覆。 ③操作界面：每臺設備均設有獨立操作的觸摸屏，所有設備的觸摸屏全部采用嵌入式。 ④整線布局：鉛殼電池裝配線布局如圖1所示。
圖1 鋁殼電池裝配線布局 本生產線是全自動生產線，包含了鋁殼電池從熱壓機至氦檢機的全部生產過程，如圖2鋁殼電池整體工藝所示，即：卷繞到熱壓輸送線（包含卷繞機上取料機械手6套）→熱壓機→超聲波焊接機→轉接片激光焊接機→包麥拉機→入殼和預點焊接機→頂蓋激光焊接機→氣密性檢測機。
圖2 鋁殼電池整體工藝 2.1 熱壓機 熱壓機設備用于卷繞電芯的熱壓成型，主要功能包含：電芯來料掃碼、A/B電芯分別自動上料、熱壓、Hi-pot測試、不良品剔除。熱壓溫度、壓力、時間及Hi-pot測試參數(shù)及結果與條碼對應關聯(lián)，并上傳到MES系統(tǒng)中。該設備主要包含電芯上下料模塊、檢測模塊、熱壓模塊等。該設備是裝配鋁殼電芯的第一道工序，熱壓卷繞電芯成型的效果直接影響后續(xù)的加工成品質量，因此該裝配設備的效率、工作精度、自動化程度都是需要重點考量的。其設備布局以及工藝流程如圖3和圖4所示。
圖3 熱壓機設備布局
圖4 熱壓機工藝流程 由圖4可以清晰看出卷繞電芯在熱壓機上的操作過程，工作過程中設備對卷繞電芯熱壓后并進行檢測，并將檢測結果包括熱壓溫度、壓力、時間及Hi-pot等上傳到MES系統(tǒng)中，進行實時跟進反饋，剔除不良品，保證加工質量。 從圖3的設備布局圖中可知，熱壓機設備中上下料機械手組件、進出轉移拉線、轉移機械手、錯位分料機構、熱壓組件等比較關鍵，對整個裝配出來的半成品有至關重要的作用，選取其中幾個機構做詳細的介紹說明。 ①錯位分料機構。如圖5所示為錯位分料機構，其中翻轉定位模塊的作用是：翻轉機構使用皮帶伺服驅動，實現(xiàn)夾具翻轉和連接板同步翻轉，夾具始終保持水平，翻轉平穩(wěn)可靠。定位夾具使用夾爪氣缸、雙聯(lián)桿氣缸夾緊和定位；與電芯接觸面使用POM材料。
圖5 錯位分料機構 ②上下移載模塊。上下移載模塊如圖6所示，其主要完成的動作為：平移使用同步帶伺服模組，雙皮帶驅動，增加上下料模組移動的平穩(wěn)性能；上下料模組進出料使用皮帶伺服，獨立伺服控制；夾爪升降使用絲桿氣缸升降；變距機構使用伺服驅動連桿機構，以中間連桿為定位基準，實現(xiàn)同步變距，伺服可控制夾爪等距尺寸，實現(xiàn)熱壓機在不同工作位置平移模組同步進出料。
圖6 上下移載模塊 ③熱壓組件。熱壓機設備的熱壓組件如圖7所示，對其詳細說明如下：
圖7 熱壓組件 主要部件：增壓缸（壓力20t、6層）、發(fā)熱管、溫控器、壓力傳感器等。 動作流程：對電芯進行熱壓和Hi-pot測試。 2.2 超聲波焊接機 超聲波焊接機主要通過電芯掃碼、機械手自動取配對電芯、電芯校正與極性檢測、轉接片儲片極性檢測與校正、轉接片上焊接治具、電芯上焊接治具、放保護蓋板、超聲波焊接與抽塵、焊印整形、貼膠與貼膠檢測、自動下料等工序完成電芯超聲波焊接。該設備實現(xiàn)電芯配對后至包膜前的電芯掃碼、超聲波焊接、貼膠及信息綁定。主要包括：電芯進站掃碼、電芯校正上料、轉接片校正上料、貼膠檢查、信息綁定上傳（MES系統(tǒng)）等功能。其設備布局圖如圖8所示。
圖8 超聲波焊接機設備布局 其中抓取機上裝有顏色傳感器來識別電芯的正負極耳，確保極耳不會配對出錯。電芯從來料輸送帶上被機械手抓取，經過電芯二次定位后，再放入托盤中，保證A/B電芯極耳錯位誤差≤±0.2mm。電芯放置在托盤內采用居中對準，在放入電芯之前，托盤四周的彈性夾子會張開，然后機械手把電芯放入托盤中，夾子閉合，電芯被定位在托盤正中。本設備是自動生產線，詳細工藝流程圖如圖9所示。
圖9 超聲波焊接機詳細工藝流程圖 設備組成及關鍵結構 從圖8超聲波焊接機設備布局圖中可知，電芯上料模塊、電芯超聲波焊接循環(huán)線和夾具模塊、轉接片、保護片上料模塊、保護片蓋板上下料模塊、超聲波正負極焊接模塊、焊印壓平模塊、電芯貼上保護膠模塊、電芯貼下保護膠模塊、電芯下料模塊、貼膠檢測等比較關鍵，對整個裝配出來的半成品有至關重要的作用，選取其中幾個機構做詳細的介紹說明。 ①電芯上料模塊（圖10）。具備電芯自動上料、來料除塵、來料防呆、來料緩存、缺料報警功能，同時具備電芯掃碼綁定功能。
圖10 電芯上料模塊 a．主要零部件：平移機構+升降機構、電芯夾爪等。 b．動作流程：電芯上料搬運使用皮帶模組，搬運機械手1從客戶端物流線托盤中抓取一組電芯到二次定位機構；電芯二次定位后搬運機械手2將電芯抓取到循環(huán)線體。如果在上料過程中檢測出兩組電芯中有單組NG電芯，由搬運機械手1將NG電芯放回NG線體，再將OK單組電芯放入配對機構等待配對。 ②電芯超聲波焊接循環(huán)線和夾具模塊。 a．主要零部件：循環(huán)線、模組、長短邊定位塊、氣缸、導軌等。 b．動作流程（無動作流程寫功能說明）：電芯上料機械手2將電芯上料到循環(huán)線夾具，夾具夾緊電芯，平移機構帶動夾具平移到下一個工位。 超聲波焊接環(huán)線示意圖如圖11所示。
圖11 超聲波焊接環(huán)線示意圖 ③轉接片、保護片上料模塊（圖12）。
圖12 轉接片、保護片上料模塊示意圖 a．銅鋁轉接片上料有防呆措施或極性檢測功能，防止人工放錯、放反。 b．連接片的上料有毛刷防止吸不上及吸多片，有吹氣和吸盤抖動功能，有吸多片檢測，設有存放吸多片的廢料裝置。 c．保護片托盤備料：人工上料至彈夾備料，取料吸嘴每次取走一組保護片，上料端的保護片原料全部用完，轉盤（或移動模組）轉動到下一個位置，實現(xiàn)轉接片不停機供應。 d．主要零部件：伺服電機、絲桿、氣缸、吸盤等。 e．轉接片托盤備料：取料吸嘴每次取走一組轉接片，上料端的轉接片原料全部用完，托盤轉動到下一個位置，實現(xiàn)轉接片不停機供應。 f．一次上料可生產40min。 ④保護片蓋板上下料模塊（圖13）。
圖13 保護片蓋板上下料模塊 a．主要零部件：伺服電機、絲桿、氣缸、導軌等。 b．動作流程：初始狀態(tài)時，人工將保護蓋放入上保護蓋備料機構，上保護蓋機構抓取一組保護蓋移至上保護蓋工位，直到所有保護蓋板在線體上循環(huán)；下保護蓋時，下保護蓋機構從循環(huán)線體2夾具上取下保護蓋，平臺移動將保護蓋放到保護蓋中轉機構，中轉機構移動至上保護蓋位，上保護蓋機構將保護蓋取到循環(huán)線體1對應夾具內。 c．一次上料可生產40min。 ⑤超聲波正、負極焊接模塊（圖14）。
圖14 超聲波正、負極焊接模塊 a．主要零部件：平臺、超聲波焊接機、氣缸等。 b．動作流程：夾具循環(huán)定位后，Z軸升降氣缸上升，超聲波上焊頭下降，完成焊接；X軸、Y軸平移用伺服電機來調節(jié)焊機位置和換型，X軸、Y軸行程保證換型尺寸要求。 ⑥焊印壓平模塊（圖15）。該模塊要求保護片不翹起，極耳不彎折，壓塊使用耐磨材料聚醚醚酮(PEEK)。
圖15 焊印壓平模塊 a．主要零部件：滑軌、氣缸等。 b．動作流程：待循環(huán)線體上的夾具到位后，避位氣缸驅動上下模前伸，接著下模上頂，上模下壓，整平焊印。隨后，上模上移，下模下移，避位氣缸驅動上下模縮回避位線體夾具。 2.3 轉接片激光焊接機 1）設備組成 轉接片激光焊接機設備主要功能包括頂蓋、電芯自動上料，并通過激光焊接的方式將連接片與頂蓋焊接為一體，除塵、貼膠后自動下料，如圖16所示。
圖16 轉接片激光焊接機 設備尺寸：長×寬×高=2800mm×3800mm×2300mm。 外觀：受力底架采用方通焊接結構，上部密封框架采用鋁合金型材結構，用有機玻璃進行密封。 操作界面：設備設有獨立操作的觸摸屏，所有設備的觸摸屏全部采用嵌入式。 本設備是自動生產線，詳細工藝流程圖如圖17所示。
圖17 轉接片激光焊接機設備工藝流程 2）關鍵結構 從圖16中可知，蓋板供料機構、上蓋板組件、激光焊接模塊、激光焊接后除塵機構、焊印貼膠組件等比較關鍵，對整個裝配出來的半成品有至關重要的作用，選取其中幾個機構做詳細的介紹說明。 ①蓋板供料機構（圖18）。
圖18 蓋板供料機構 a．功能：實現(xiàn)蓋板的供料，具有托盤的定位、轉移等功能。 b．主要零部件：升降機構、托盤定位機構、小推車等。 c．要求：一次上料，滿足設備正常生產30min；上料小推車，一用一備，下料小推車3PCS；托盤二次定位精度≤0.1mm。 ②上蓋板組件（圖19）。
圖19 上蓋板組件 a．功能：將刻碼后的蓋板抓取至轉盤上。 b．主要零部件：平移同步帶模組、升降絲桿模組、抓取夾爪等。 c．要求：抓取可靠，無掉料或夾傷物料，機構運行重復精度≤±0.05mm，機械手柔性設計，與產品接觸的機械手等部位使用非屬材質。 ③激光焊接模塊（圖20）。
圖20 激光焊接模塊 a．功能：通過激光焊接機把蓋板和極耳焊接在一起。 b．主要零部件：焊接平臺、電芯載具等。 ④激光焊接后除塵機構（圖21）。升降氣缸下降，將焊接區(qū)域覆蓋，形成密封空間，進行抽塵。吸塵風速≥12m/s，風速在最大范圍內無級可調。
圖21 激光焊接后除塵機構 a．主要零部件：升降氣缸、旋轉電機、吸塵口等。 b．動作流程：夾具移動到除塵工位；氣缸下降，電機旋轉進行除塵。 ⑤焊印貼膠組件（圖22）。
圖22 焊印貼膠組件 a．功能：極耳焊接區(qū)域上面貼保護膠。 b．主要零部件：拉膠機構、切膠機構、貼膠機構、膠輥組件等。 c．要求：膠帶長度、貼膠位置可調整；備膠不良的真空檢測、預警功能；具備膠帶檢測有無功能；貼膠前有焊印區(qū)域整形裝置；貼膠良品率≥99.8%。 2.4 包膜機 1）設備主要功能 包膜機設備主要功能包括電芯自動整形、麥拉與底托片自動上料、麥拉包裹電芯、側面貼膠、底面貼膠、CCD測試等，其設備布局如圖23所示。
圖23 包膜機設備布局圖 ①設備基本指標。 設備的外形尺寸：3100mm×4000mm×2300mm。 設備優(yōu)率：≥99.8%（來料不良除外）。 設備稼動率：≥98%（僅指由設備原因造成的故障）。 ②設備工藝流程如圖24所示。
圖24 包膜機設備工藝流程圖 2）關鍵結構 從圖23包膜機設備布局圖中可知，底面貼膠機構、麥拉與底托片上料布局機構、包正面麥拉膜機構、底面貼膠機構、貼側膠轉盤機構等比較關鍵，對整個裝配出來的半成品有至關重要的作用，選取其中幾個機構做詳細的介紹說明。 ①麥拉與底托片上料布局（圖25）。
圖25 麥拉與底托片上料布局 a．主要零部件：人工麥拉膜上料組件（1套），麥拉膜上料機械手（1套），底托片料盒（1套）；底托片上料機械手（1套），麥拉膜底托熱熔平臺（1套），熱熔機構（1套）。 b．動作流程：機械手將底托放置熱熔夾具上→麥拉膜上料機械手將膜放置熱熔夾具上→熱熔夾具平移至熱熔工位→熱熔→轉盤膜上料下料機械手取料位等待取料。 ②包正面麥拉膜工位（圖26）。其包膜和熱熔轉盤布局如圖27所示。
圖26 包正面麥拉膜工位
圖27 包膜和熱熔轉盤布局 a．主要零部件：工位夾具（8套），熱熔組件（1套），包膜組件（1套），折膜機構（1套），夾具打開機構（3套）。 b．動作流程：膜上料→電芯上料→底面熱熔→包正面膜→正面熱熔→側面折膜→側面熱熔→下料。 ③底面貼膠機構（圖28）。
圖28 底面貼膠機構 a．底部兩側各1道L形膠帶；膠帶長度、貼膠位置可調整，貼膠位置對稱，偏差±0.5mm，貼膠不能壓傷劃傷電芯。 b．備膠不良可檢測、有預警功能，貼膠后通過色標傳感器對貼膠有無進行檢測。 c．備膠方式：人工手動備膠。 d．功能：電芯包膜后，在電芯底托面貼膠固定，“L”形貼膠。 e．主要零部件：膠輥、貼膠及切膠組件等。 f．要求：貼膠良品率≥99.6%；貼膠保證連續(xù)性，不允許斷帶等情況發(fā)生；膠帶粘貼貼合電芯，不皺褶、不翹起。 ④貼側膠轉盤（圖29）。
圖29 貼側膠轉盤 a．兩側各1道膠帶。 b．膠帶長度、貼膠位置可調整，貼膠位置對稱，偏差±0.5mm。 c．貼膠不能壓傷劃傷電芯。 d．備膠不良可檢測，有預警功能。 e．貼膠后通過色標傳感器對貼膠有無進行檢測。 f．人工手動備膠。 g．功能：電芯包膜后，在電芯兩側貼膠固定，“U”形貼膠。 h．主要零部件：膠輥、貼膠及切膠組件、X軸絲桿組件等。 i．要求：貼膠良品率≥99.6%；貼膠保證連續(xù)性，不允許斷帶等情況發(fā)生；膠帶粘貼貼合電芯，不皺褶、不翹起。 2.5 入殼預焊機 1）設備主要功能 入殼預焊機設備布局如圖30所示。
圖30 入殼預焊機設備布局 入殼預焊機設備用于方形鋁殼電芯自動入殼體。設備主要功能包括：鋁殼上料、電池自動上料和掃碼、鋁殼及電芯除塵、電芯入殼、電池下料、信息綁定上傳(MES)等。 ①設備主要技術參數(shù)。 設備的外形尺寸：2850mm×1900mm×2500mm。 設備良率：≥99.8%（僅指由設備原因造成的不良）。 設備稼動率：≥99%（僅指由設備原因造成的故障）。 鋁殼上料時間間隔：≥25min；自動記錄除塵參數(shù)，除塵過程中不會對電芯和鋁殼造成損傷。無明顯可擦拭的微粒。 電芯厚度控制需要增加夾持力：10～50kgf(1kgf=9.81N)可調，調試精度±5kgf，且夾持壓力、真空值數(shù)顯可調。 入殼過程推力控制精度：設定值±5%；入殼前對殼體、電芯進行二次定位，并帶有擴殼口功能，電芯采取全包圍導向機構，使其電芯導向入殼時完全碰不到鋁殼殼口。 定位偏差：0.5mm。 機構運行重復精度：偏差≤±0.05mm。 ②本設備工藝流程（圖31）。
圖31 入殼預焊機設備工藝流程圖 2）關鍵結構 從圖30入殼焊接機設備布局圖中可知，鋁殼供料機構、鋁殼和電芯、頂蓋清潔機構、電芯入殼機構、電芯送料機構等比較關鍵，對整個裝配出來的半成品有至關重要的作用，選取其中幾個機構做詳細的介紹說明。 ①鋁殼供料模塊（圖32）。
圖32 鋁殼供料模塊 a．功能：實現(xiàn)鋁殼的供料，具有托盤的定位、轉移等功能。 b．主要零部件：堆垛式鋁殼托盤自動上料裝置、鋁殼托盤、運料小車等。 c．要求：鋁殼上料間隔≥20min；配備可靠導向機構及定位機構。 ②電芯和殼體除塵機構（圖33）。
圖33 電芯和殼體除塵機構 a．功能：殼體豎直清潔，吹風過程全方位無明顯死角，殼口針對性處理。 b．主要零部件：除塵機構、氣缸平移機構等。 ③電芯入殼機構（圖34）。
圖34 電芯入殼機構 a．入殼時鋁殼固定，夾持電芯向前送，保護電芯極耳。 b．入殼過程有陶瓷導向塊，大斜角導向，避免鋁殼口刮膠，避免隔膜破損、刮擦。 c．與鋁殼接觸位置的材料均采用陶瓷。 d．入殼后會保持4mm的空隙留給壓裝工位，要求超過頂蓋支架，支架需入殼，保證壓裝后入殼深度的一致性。 e．定位精度：帶吸盤拉殼結構，使殼體靠緊定位面，定位精度±0.1mm，入殼全過程壓力監(jiān)控，提供標準砝碼，能夠在不拆卸感應器的情況下校準。 f．清潔機構通過兩側上方對吹、下方吸塵的方式來清潔電芯殼蓋焊接面。 g．噴嘴吹掃角度和高度可自由調節(jié)，出風均勻，形成有效風幕。 h．盒蓋壓裝：主要實現(xiàn)入殼后電芯的Hi-pot測試，壓裝前蓋板周邊除塵，并對蓋板壓裝入殼。 i．功能：將電芯本體進入殼體。 j．主要零部件：入殼機構、絲桿組件、殼體后吸開機構等。 ④電芯送料機構（圖35）。
圖35 電芯送料機構 a．功能：用于輸送入殼后電芯。 b．主要零部件：電芯夾緊機構、頂升氣缸、傳送機構等。 2.6 預點焊接機 1）設備主要功能 預點焊接機設備布局如圖36所示。
圖36 預點焊接機設備布局 預點焊接機設備用于方形鋁殼與蓋板的預點焊接。設備主要功能包括：電池自動上料和掃碼、壓裝、等高檢測、激光焊接、電池下料、信息綁定上傳(MES)等。 ①設備主要技術參數(shù)。 設備的外形尺寸：3000mm×1800mm×2500mm。 設備良率：≥99.8%（僅指由設備原因造成的不良）。 設備稼動率：≥99%（僅指由設備原因造成的故障）。 Hi-pot測試：測試時間0.5～5s，時間在1～100s可調，品牌為日置，精確度±5%；正負極間測試電壓（直流電）100V，范圍（直流電）0～500V，50V擋位。 定位偏差：0.5mm。 機構運行重復精度：偏差≤±0.05mm。 ②其工藝流程圖（圖37）。
圖37 預點焊接機設備工藝流程圖 2）關鍵結構 從圖36預點焊接機設備布局圖中可知，電芯整形預壓機構、臺階和短路測試模塊、壓緊機構和預焊機構、合蓋壓裝機構等比較關鍵，對整個裝配出來的半成品有至關重要的作用，選取其中幾個機構做詳細的介紹說明。 ①電芯整形預壓機構（2套，圖38）。
圖38 電芯整形預壓機構 a．功能：對入殼后的電芯進行頂蓋整形壓裝。 b．主要零部件：定位組件、升降預壓裝組件等。 c．要求：可預設壓力上限，超限報警停止，防止壓壞電芯和外殼；壓力調節(jié)范圍為200～1000N；壓裝后頂蓋無破損掉料，殼口四周無翻邊、毛刺、劃痕；壓裝模塊化設計，換型簡單方便。 ②合蓋壓裝機構（圖39）。
圖39 合蓋壓裝機構 合蓋壓裝機構具體的動作流程： a．夾緊氣缸動作：夾緊電芯，同時上頂氣缸將電芯頂升至裝配位。 b．對中氣缸動作：夾緊電芯，對中定位，同時夾緊氣缸松開。 c．推緊氣缸動作：將殼體和蓋板夾在壓裝模具內，且保持臺階在0.20mm以內；模具內尺寸為正公差，光潔度高，使殼體和蓋板在內可流暢滑動。 d．吸盤組件動作：吸住殼體，并向外側拉動，防止殼體大面內凹。 e．下壓氣缸動作：通過壓裝模具的導向，將蓋板壓入殼體，同時設有機械限位，防止蓋板過度壓入。 f．每個氣缸均行程可調，關鍵部分設有液壓緩沖和微調限位。 ③預焊機構（圖40）。
圖40 預焊機構 預焊機構主要由運動系統(tǒng)和預焊工裝組成。 a．功能：激光聚焦，離焦量測量，焊接吹保護氣，運動機構拖動激光頭掃描焊接軌跡。 b．主要零部件：移動機構X和Y軸采用伺服電機、激光焊接機等；臺階檢測傳感器用2D輪廓儀，臺階檢測精度±0.02mm，臺階小于0.2mm。 2.7 頂蓋激光焊接機 1）設備主要功能 圖41為頂蓋激光焊接機設備布局。該設備主要將入殼預焊后的電芯頂蓋激光焊接、Hi-pot檢測等。主要功能包括電芯掃碼自動上下料、自動取放保護蓋板、夾緊定位、激光密封焊接、Hi-pot檢測、NG緩存、過程傳輸?shù)取?/span>
圖41 預蓋激光焊接機設備布局 ①設備主要技術參數(shù)。 設備的外形尺寸：3000mm×4500mm×2200mm。 設備一次良率≥98.5%，二次優(yōu)率≥99.5%（來料不良除外），稼動率≥98%。 焊接速度≥150mm/s，CMK≥1.33。 激光焊接打壓強度＞10kgf，CMK≥1.33。 激光焊接機輸出功率及夾具壓力控制精度：設定值±5%，CMK≥1.33。 焊接質量（焊接定位精度±0.1mm、焊縫寬度偏差≤±0.1mm）一致性CMK≥1.33。 激光焊工作過程與產品接觸的防護腔體內環(huán)境潔凈度高于10萬級等級要求。 設備功能可滿足機構、通信方面與前后工序設備對接。 ②頂蓋激光焊接機設備工藝流程（圖42）。
圖42 頂蓋激光焊接機設備工藝流程 2）關鍵結構 從圖41頂蓋激光焊接機設備布局圖中可知，上料機構、上定位組件、保護蓋上料組件、NG緩存、移動檢測組件、CCD檢測組件、NG搬運組件、下料組件、焊接頭組件等比較關鍵，對整個裝配出來的半成品有至關重要的作用，選取其中幾個機構做詳細的介紹說明。 ①頂蓋激光焊接機上料機構（圖43）。
圖43 頂蓋激光焊接機上料機構 a．上料機構包含上料支架、X軸模組、Z軸模組、夾爪機構等。通過上料夾爪在來料物流線上抓取電芯，一次抓取兩電芯，放到焊接夾具上，焊接夾具4套，每次放兩個電芯，分兩次放電芯。 b．機械手升降機構柔性保護，下降過程中未到設置位置遇到阻力則立即回升，并執(zhí)行聲光報警。 c．機械手有斷電斷氣保護功能，夾持電芯狀態(tài)下斷電斷氣，電芯至少保持30min不掉落。 d．定位、夾緊電芯，使其焊接時位置準確可靠，夾具夾塊使用耐高溫材料，焊接定位精度±0.1mm、焊縫寬度偏差≤±0.1mm。 e．電芯高度方向定位以頂蓋上表面為定位基準，電芯定位夾緊后，電芯頂蓋上表面高度超出夾塊上表面距離為1.5～2mm（客戶確定），上表面水平度誤差≤0.1mm，高度方向重復性誤差≤0.05mm。 f．電芯定位夾緊過程中，夾塊不與電芯產生滑動摩擦，采用隨動裝置，避免夾傷、刮花電芯，電芯定位夾緊后，夾塊與電芯間隙≤0.05mm（標準塊）。 g．電芯定位夾緊氣缸壓力可調節(jié)，氣壓值波動＜0.05MPa。 ②上定位組件（圖44）。
圖44 頂蓋激光焊接機上定位組件 具體動作流程如下： a．電池夾具通過A/B直線電機移動到上定位位置。 b．控制電池夾具長短邊定位氣缸電磁閥切換到中泄位。 c．上定位移動氣缸帶動上定位壓板下壓對電池定位。 d．上定位完成后，長短邊電磁閥切換成正常壓力，上定位移動氣缸上升。 ③保護蓋上料組件（圖45）。
圖45 頂蓋激光焊接機保護蓋上料組件 具體動作流程如下： a．上定位完成后，電池移動到上保護蓋位置進行護蓋上料。 b．待焊接完成后，到下料位置，下保護蓋和電池的下料。 說明：可不停機更換保護蓋；保護蓋保護極柱，防止焊接飛濺物污染極柱、二維碼、防爆膜、注液孔。 ④CCD檢測組件（圖46）。
圖46 頂蓋激光焊接機CCD檢測組件 焊接后通過機械手模組把電芯搬運至移動檢測組件上，移動檢測組件上裝有兩套夾爪，分三個工位，即上料位置、檢測位置、下料位置。CCD檢測組件裝有相機，檢測焊后焊縫有無凹坑、砂眼、爆點、斷焊、氣孔、漏焊等缺陷（圖47）。
圖47 頂蓋激光焊接機幾種缺陷示意圖 2.8 正壓氦檢機 1）設備主要功能 圖48為正壓氦檢設備布局圖，該設備主要用于方形鋁殼電芯頂蓋激光焊接后的密封性測試環(huán)節(jié)。采用真空法檢測電芯頂蓋焊接后的密封狀態(tài)。工作過程是：頂蓋激光焊接后的待測電芯經進料拉帶送入本機并讀取頂蓋二維碼，經分料機械手將被測電芯置入檢測倉，對電芯抽空，抽到設定的負壓值后外接真空源關閉，用氣密性檢測儀檢測電池內部氣密性。通過該裝置可判斷出被檢工件是否合格。
圖48 正壓氦檢設備布局 系統(tǒng)嚴格按照需方的要求設計制造，采用模塊化的設計，充分考慮需方的檢漏要求，同時也盡可能采用標準化的模塊和部件，保證了系統(tǒng)的可靠性和可維護性，并滿足廠家指定技術指標。 設備基本指標如下： 設備良率：≥99.8%（來料不良除外）。 設備稼動率：≥99%；誤檢率：≤0.3%。 氦檢標準：≤9.9×10-7Pa·m3/s。 其設備工藝流程如圖49所示。
圖49 設備工藝流程 2）關鍵結構 本設備由以下裝置組成：工件進／出料機械手裝置、箱體滑臺、抽空／充氦裝置、真空箱檢漏裝置、氦氣充注排除裝置、電氣控制裝置。從圖48正壓氦檢設備布局圖中可知，工件進／出料機械手裝置、抽空／充氦裝置等比較關鍵，對整個裝配出來的半成品有至關重要的作用，選取其中幾個機構做詳細的介紹說明。 ①檢測轉盤。檢測轉盤主要功能是電池一邊上下料和一邊檢測，最大限度提高氣密性檢測儀的效用效率。該模塊主要由轉盤、凸輪分割器和檢測夾具構成，如圖50所示。
圖50 檢測轉盤 ②抽真空機構（圖51）。抽空、充氦部分主要由真空泵、電磁閥、壓力傳感器和管道等組成。能在設定的時間內對工件進行抽空、充氦工作。
圖51 抽真空機構 a．充入氦氣壓力（絕壓）0.05～0.15MPa，此范圍內可調。 b．系統(tǒng)具有氦氣壓力和濃度監(jiān)測及氦氣自動補充功能，當系統(tǒng)檢測到氦氣的濃度或壓力低于設定值時，則自動打開閥門補充高純氦氣。 c．回收系統(tǒng)：真空泵品牌，萊寶；數(shù)量，1臺抽真空，SV16B；1臺回收泵（干泵），萊寶。 d．氦氣濃度儀：濃度標準可設定。 e．回收系統(tǒng)回收率＞80%。 03 設備選擇與應用案例 某客戶對電芯的尺寸提出以下要求。 ①客戶提供技術資料。設備模型平面圖如圖52所示，其代號及尺寸如表1所示。
圖52 設備模型平面圖 表1 模型代號及尺寸
②設備兼容產品尺寸（表2）。 表2 設備兼容產品尺寸
根據客戶的需求，夾持電芯規(guī)格通過調節(jié)可共用夾手的方式進行，必要時可通過更換必要墊塊實現(xiàn)不同規(guī)格電芯的生產（如治具、夾具、托盤），電芯尺寸規(guī)格的變化范圍不得超過本設備的最大尺寸范圍。 本自動生產線用于實現(xiàn)方形鋁殼鋰離子動力電池卷繞后電芯的自動裝配，生產線主要由以下幾大部分組成：熱壓機、超聲波焊接機、轉接片激光焊接機、包麥拉機、入殼機、預點焊接機、頂蓋激光焊接機以及各設備之間的物流輸送線等。 |
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