电池顶盖侧焊激光焊接系统专项方案.doc

电池顶盖侧焊激光焊接系统方案

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电池顶盖侧焊激光焊接系统方案

一、客户规定
1、设备规定
规定做一条生产线，用于方形动力电池入壳后自动传播,自动焊接封口、电池自动传播、自动绝缘电阻测试、自动气密性检测、自动打条码。焊接后产品表面规定平整、焊接牢固、无虚焊。 焊接电池如下图所示。
电池壳体
电池盖板
焊缝

2、来料状态
（1）电芯入壳，保持架与盖板下端面贴紧重叠；
（2）盖板四周与壳体周边吻合；

3、 来料材质
AL
4、来料尺寸
电池型号
厚度（mm）
宽度（mm）
高度（mm）
壁厚（mm）

二、来料规定：
1、宽度尺寸精度＜±0.1mm；
2、厚度尺寸精度＜±0.1mm；
3、盖子和壳体配合良好

三、技术方案
3.1、方案采用两台焊接机进行焊接，两台检测机进行检测，一条流水线进行电池传播，流水线分为若干流道，设备总体外形图如图1所示，机器外形尺寸11000mmX2500mmXmm(长X深X高)；

B检测工作台（含打标机）
A检测工作台（含打标机）
B焊接工作台
A焊接工作台

自动流水线

维修通道

维修通道
维修通道

图1 设备总体外形图

3.2、焊接方案简介
针对动力电池盒体及端盖焊接规定，本方案由激光焊接机，电池检测机，在线打标机，自动流水线等单元构成。其功能是依次完毕电池焊接，短路测试，气密性测试，电池打标，NG品自动剔除等有关工序。
激光焊接机由激光器，激光焊接头，XYZ三轴数控轴，旋转夹具，二工位驱动轴,随动机构,四关节机械手上下料等各两套构成，其重要作用是：采用双工位上料方式上料，一次性完毕方形电池四周焊接。
电池检测机由短路测试组件，气密性测试组件，转盘组件，四关节机械手上下料，在线激光打标等机构构成，其重要作用是：将流水线上焊接完毕后电池夹持到转盘组件上夹具中，依次对其进行短路,气密性检测，对合格产品进行打标，并在检测打标完毕后将良品与不良品放入流水线相应轨道中。
打标机带调节机构，可调节到适当打标位置。
自动流水线由板链，轨道，挡板，定位气缸，储料气缸等构成，其重要作用是带动电池到相应位置，并具备储料功能。
本方案明显特点是：
1、焊接采用两套光纤激系统进行焊接，分为在A、B两个焊接工作台，两个工作台均有两个焊接工位，提高焊接效率；
2、两个焊接工作台各配备一台四关节机械手上下料，两工位进出料，提高送料效率，焊接区域与上料区域完全分开，保证操作人员人身安全；
3、设备配备A、B两台检测机，采用四关节机械手来进行上料和下料，提高检测效率；
4、配备烟尘解决系统，有效防止烟尘污染。
3.3、设备总体布局图（如图2）
B电池检测工作台
A电池检测工作台
激光焊接机
（配除尘装置）
激光焊接机
（配除尘装置）

自动流水线
导槽宽度可
以调节±2mm
检测机上下料四关节机械手

检测机上下料四关节机械手

焊接上下料四关节机械手
焊接上下料四关节机械手

图2设备总体布局图

3.4、工作流程图（如图4）

操作人员将电池放入流水线上，焊接上下料机械手将电池夹到旋转夹具中
工位驱动轴将电池带入焊接位置，夹具夹紧电池。
焊接头对电池进行焊接，DD马达在焊接过程中依次旋转。

焊接完毕后，焊接上下料机
械手将电池夹回流水线

检测机上下料机械手将电池夹到检测夹具。

转盘带动电池到打标机处进行打标,并扫描。

转盘带动电池到气密性测试组件进行测试
转盘带动电池到短路测试进行测试

检测机上下料机械手将电池拿回流水线
操作人员将电池拿离生产线

图4工作流程图

四、设备功能简介
1) 传播拉带
l 传播拉带用于实现入壳后电池立放传播到焊接、检测工位，长度为11000mm；
l 拉带有限位装置，有缓存区，用于存储电池；
l 上、下料缓存区可以存储电池数量≥10支；
l 拉带容易保养、维修；拉带设计合理，避免电池在运送过程中浮现刮伤现象；
l 拉带分为多条，用于传播各分项电池。
2) 焊接工作台
l 用于实现自动抓取传播拉带暂存区电池，自动完毕电池焊接；
l 焊接迈进行CCD监测焊缝间距，合格后方能焊接，实时监控到焊缝焊接状况，CCD捕获定位系统精度≤±0.05mm；
l 激光对检测后电池进行焊接封口，平均焊接速度≥40mm/s，焊接熔深0.4～0.7mm，熔宽0.8～1.2mm；
l 焊接后焊缝无坑洼，焊缝美观，焊缝变形量≤0.5mm；
l 激光有防护，防止光污染；
l 设备配备排烟除尘功能机构，除去焊接过程中产生烟尘，除尘管道防火、防爆。
l 焊接夹具所有动作均由气缸实现，电池放入夹具后自动夹紧，输送轴把夹具传播到焊接位置，CCD检测焊缝间距合格后进行焊接，夹具设计合理，以便可调。
l 设备能实现自动和手动功能，可以实现对电池进行补焊。
3) 检测工作台
l 用于焊接后电池自动扫码、短路测试、气密性检测，并实现电池条码信息和相应短路测试、气密性测试信息绑定接受解决；
l 机械手自动将电池由传播拉带送至检测工作台，夹具自动紧固电池；
l 检测夹具一次性可放各种电池，电池夹紧采用弹簧夹紧方式，夹具采用气缸打开方式；
l 短路测试、气密检测仪设有人机界面，通过界面操作实现对短路及气密性检测装置控制，测试OK时，电池自动传送至下料暂存区，测试NG时，不合格品通过拉带传送收集；
l 气密性检测仪测试嘴自动对准电池注液孔，对其进行抽真空；
l 短路测试、气密性测试数据与条形码、二维码一一相应，配备一台工控机，数据存储至工控机，并可通过接口导出；

五、整线设备动作流程：
夹具扶紧电池
放入上下料工位夹具
机器人抓取电池
拉带传播电池

夹具传到焊接工位
NG

激光焊接封口
CCD检测焊缝间距
夹具夹紧电池
夹具上顶压紧电池盖

机械手抓取电池到夹具
电池传到检测机位置
机械手抓取电池放入拉带

夹具传到上下料工位

NG
NG
夹具夹紧电池

气密性测试并记录数据

短路测试并记录数据
电池打码及扫码
电池传送至打标工位

机械手分项下料至拉带

重要流程图

六、设备规格参数

序号
项目
技术参数
备注
1
主体尺寸（长×宽×高）
11000×2600×（mm）
整机尺寸
2
2个激光器

3
2个冷水机

4
4个工作台
焊接机：1650×2600×（mm）
检测机：1700×2600×（mm）
两台焊接机、两台检测机
5
耗电量
55KW
最大耗电量
6
压缩空气用量
空气用量≥500L/min，空气压力≥0.8MPa

7
真空用量
60L/min
设备配备真空源，采用无油真空泵，并配备粉尘过滤器。
8
氮气用量
≤50L/min
焊接头吹气用
9
用水量
客户只需提供大概6桶达到饮用水原则桶装水即可， 一月更换一次。
光大提供冷水机，自行冷却，不需要客户现场冷却用水。
10
设备颜色
国际暖灰色1C

七、机器重要配备
序号
项目
厂家
1
CCD工业相机
Basler
2
CCD光源
OPT
3
DD马达
CKD
4
运动模组
SATA
5
伺服电机
panasonic
6
四轴平移机器人
YAMAHA
7
工控机及显示屏
研华
8
气密性检测仪
沈阳金科
9
绝缘电阻测试仪器
青岛艾诺
10
真空泵
沈阳纪维
12
除尘系统
公司定制
13
光纤激光器
IPG
14
冷水机
公司定制
15
激光头
公司定制
16
传播光纤
IPG
17
焊接工作台
公司定制
18
检测工作台
公司定制
19
气缸
SMC
20
夹持气缸
SMC
21
感应开关
SMC
22
电器元件
施耐德
23
交流电机
SEW
24
变频器
丹福斯
25
轴承
NSF
26
PLC
三菱

八、重要部件材质清单(加工件)
序号
项目
材质
备注
1
铝型材
A6063-T6

2
钣金件
冷轧板
厚度1.5、1.0、2.0
3
工作台面板
Q235-A

4
底座
Q235-A

5
机架
方钢、Q235-A

6
电池长边夹紧板
H62

7
电池短边夹紧板
铁氟龙（白色）

8
焊接夹具调节板
Q235-A

9
焊接夹具零件
6061

10
检测夹具定位板
POM（白色）

11
检测夹具夹紧板
聚氨酯

12
检测夹具零件
6061

13
转盘
6061

14
轴类零件
45#

15
缓冲零件
聚氨酯

16
夹具固定台面板
6061

17
DDR马达安装板
Q235-A

18
观测窗
茶色亚克力

19
绝缘累零件
环氧树脂

20
阻挡气缸安装板
6061

21
阻挡板类
POM（白色）
挡电池
22
流水线电池导向条
POM（白色）
电池导向
23
板链
POM

24
链轮
45#

25
导轨、滑块固定板
Q235-A

26
产品定位板
H62
焊接某些

九、方案重要参数
整机功耗：55kw
焊接激光器功率：
激光焊接头焦距：
打标激光器功率：
打标范畴：100mmX100mm
使用气体：压缩空气 额定压力：0.7MP 流量需求：1 m3/min
氮气或氩气 纯度99.5%-99.999% 流量需求： 0.06 m3/min
电气规定：额定输出电压： 380V 电压频率： 50Hz
三相电压稳定度： +5% 输出电压调节率：<2%
容量：45KW
整机尺寸：11000mmX2500mmXmm(长X深X高)
9.2、核心部件简介
◆IPG—光纤激光器
德国IPG Photonics公司是世界一流、全球最大光纤激光器制造商，总部设在美国东部麻省。IPG在德国、美国、俄罗斯和意大利设有生产、研发基地，并在全球设有销售和服务网点，覆盖美国、英国、欧洲、印度、日本、韩国、新加坡和中华人民共和国，并于在美国纳斯达克上市。
十几年来，IPG致力于纵向合成，所有核心配件均为IPG研发、生产和拥有，同步也是唯一一家能为客户提供高性价比光纤和半导体激光器厂家。
全世界已有上千台IPG高功率光纤激光器在汽车制造、船舶制造、海上平台和石油管道、航空航天和技术加工等工业领域中得以应用。在日本，IPG向丰田、三菱、住友在内客户售出了数百台IPG大功率光纤激光器。这些激光器成功应用，阐明了IPG光纤激光已成熟，且成为制造业技术工具之一。
IPG激光器重要特点
1．卓越光束质量（BPP） BPP≤8 mm mrad
2．功率稳定性高 ±1%以内
3．具备波形调制、缓升缓降等工艺设立功能
4．电光转换效率>25% ，省电效应明显
5．零故障，设备故障率极低，免维护运营
6．激光功率可调范畴为1～100%
7．使用长焦距依然可以获得很小光斑
8．模块化设计，“即插即用” ，不需要对光路进行额外调节
9．集成光-光耦合器，或光闸
10．外形小巧，安装以便
11．泵浦源使用寿命 >10万小时
12．可移动,更耐久,比老式激光器和非激光器设备更加绿色环保
◆传播光纤
IPG公司生产激光器普通都是自带传播光纤，本次货品也不例外，同样也是IPG激光器自带标配原装光纤。
◆激光焊接头
激光焊接头为高性能激光焊接头，
焊接头特点如下：
▪合用于所有高辐射质量固体激光
▪合用于较高激光功率
▪借助高品质光学系统实现稳定焊接
▪光学系统设有防污保护
▪可扩展过程监控
9.3、激光焊接头重要参数如下表
序号
参数
参数值
1
可承载最大激光功率
6 kW
2
瞄准焦距
可选75 mm、100 mm、125 mm、150 mm
3
聚焦焦距
120 mm～250 mm
4
质量
<4 kg
5
尺寸（原则模块）
50 x 50 mm（边沿尺寸）

9.4、SCANLAB扫描振镜（cube10）

德国 SCANLAB AG 是提供激光偏转和三维定位扫描解决方案国际领先独立OEM制造商。
SCANLAB高性能检流计式扫描振镜、扫描头和扫描系统广泛用于全世界工业激光材料加工以及医学和生物医学科技领域。SCANLAB扫描振镜是国内使用最广泛，口碑最高打标头。
SCANLAB扫描振镜重要特色如下：
▪超紧凑、小巧灵活
▪密封性好、防水、防尘
▪超迅速度、超高精度
SCANLAB扫描振镜重要参数如下
动态特性
参数值
重复性
<22μrad
零点漂移
30μrad/k
增益漂移
80ppm/k
长期漂移（8小时）
<0.3mrad
扫描角度
±0.35rad
增益误差
<5mrad
零点误差
<5mrad
非线性特性
<3.5mrad
接口

模仿模式
±4.8V
数字模式
XY2-100
工作温度
25℃±10℃
十、易损耗材
序号
配件名称
规格
制造商
1
焊接保护镜片
镜片 ф30mm*1.5mm/
垫圈ф28mm*1mm
公司定制
２
打标保护镜片

公司定制
３
烟尘过滤网

公司定制
４
短路测试探针

MISUMI
５
气密性吸嘴

MISUMI
6
气动夹爪

SMC

十一、随机附件（配件及书面资料）
序号
配件名称
规格
数量
制造商
1
焊接保护镜片
镜片 ф30mm*1.5mm/
垫圈ф28mm*1mm

公司定制
2
防护眼镜
标配

金吉宏业
3
内六角扳手
1.5mm～10mm,
9件套公制加长球头

美国史丹利
4
两用螺丝刀
6×200mm or 3×150mm

国产
5
短路测试探针

公司定制
6
气密性吸嘴

公司定制

十二、服务承诺
公司坚持以客户为中心，为贵公司提供完善安装、调试、培训、维修等售前和售后服务。
1. 售前服务：订立合同前，公司为客户提供各种生产工艺方案，提供激光设备技术征询、样品试样，设备选型等服务。
2. 安装调试：我公司根据合同，免费在规定期间内将设备安全运往顾客指定安装地点，并派技术服务工程师现场安装。在顾客安装调试备件基本具备状况下，技术服务工程师将在3-5天时间内把机器安装调试完毕供顾客试用，并保证安装调试现场环境整洁、干净、有序。
3. 售后培训：公司提供免费技术培训，安装调试完毕后，在买方现场或卖方国内培训维修中心对买方操作人员进行不少于3天技术培训 ，直至操作人员达到基本正常使用该设备为止，重要培训内容如下：
• 惯用绘图软件使用培训；
• 开关机操作规程培训；
• 面板及软件控制参数意义，参数选取范畴培训；
• 机器基本清洁解决和保养；
• 常用硬件故障解决；
• 操作中应注意问题；
除此之外还为顾客提供其所生产产品有关技术支持。
4. 设备维护：公司成立了营销中心，在全国设立多家分公司，常驻技术服务人员，为客户提供全面售后服务工作。
公司承诺：
• 设备免费保修一年，终身维护。
• 免费技术征询、软件升级等服务。
• 提供定期技术服务，解决机器异常状况。
• 客户服务响应时间在24小时之内。
• 保修期满后仍提供广泛软硬件支持和服务。
• 服务电话：4000-999-188