一种用于电池包上盖气密性检测的机械臂协同上下料系统的制作方法

本发明涉及自动化上下料，具体涉及一种用于电池包上盖气密性检测的机械臂协同上下料系统。

背景技术：

1、电池包上盖作为新能源汽车动力电池的关键结构件，其气密性直接决定电池包的安全性能与使用寿命。在自动化检测生产线中，上下料环节是衔接工件输送与气密性检测的核心工序，需要将工件以亚毫米级精度放置于气密性检测工装的密封面上，以保证气密性检测数据的准确性。

2、对于此类薄壁大平面工件的自动化上下料，本领域常规做法是采用机械臂配合专用抓取工装。刚性工装与工件特定型号一一对应，通过机械结构的精确配合保证放置精度。这种“以刚性工装保证精度”的设计思路，在行业内长期被视为稳定可靠的方案。

3、然而，电池包上盖为薄壁结构，不同型号之间曲面形状和尺寸差异显著。若采用上述刚性工装方案，每切换一种型号就需停机更换专用工装并重新调试，换型周期长，无法适应多品种小批量的生产需求。若尝试采用柔性自适应抓取方案，通过可调节的吸附机构兼容不同曲面，虽然能够实现换型便利性，但柔性机构的多自由度可调特性会引入额外的运动链误差累积，导致放置精度下降。工件放置精度直接决定其与密封面的贴合质量，贴合不良将导致气密性检测数据失真。

4、综上，在多品种薄壁工件的自动化上下料场景中，需要一套既能自适应兼容多种型号曲面、又能将工件以亚毫米级精度稳定放置于密封面上的上下料系统，而现有方案在上述两方面难以同时满足。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于电池包上盖气密性检测的机械臂协同上下料系统，以改善现有自动化上下料方案中，刚性工装换型周期长而柔性方案放置精度受限的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

3、本发明提供一种用于电池包上盖气密性检测的机械臂协同上下料系统，包括：机械臂；基板，安装于所述机械臂末端；真空吸盘阵列，设置于所述基板上，所述真空吸盘阵列包括多个真空吸盘单元，每个所述真空吸盘单元通过一独立的伸缩驱动机构与所述基板连接，各所述伸缩驱动机构的伸缩行程可独立控制；非接触式位移传感器，安装于所述基板上，用于在抓取前扫描电池包上盖的表面轮廓以获得上盖轮廓数据；视觉引导相机，固定设置于所述机械臂所在空间内，与所述机械臂基准坐标系具有已知的标定关系，用于在抓取前对处于预备位置的所述上盖进行拍摄以获得所述上盖在所述机械臂基准坐标系中的实际位置和旋转角度，以及在放置前对气密性检测工装进行拍摄以获得所述气密性检测工装在所述机械臂基准坐标系中的基准位置；控制器，与所述机械臂、所述非接触式位移传感器、所述视觉引导相机和各所述伸缩驱动机构电连接，所述控制器根据所述上盖轮廓数据中各所述真空吸盘单元对应位置的所述上盖表面深度规划各所述真空吸盘单元的伸出长度，以使各所述真空吸盘单元的吸盘面形成与所述上盖背部曲面相贴合的仿形吸附面，并根据所述上盖的实际位置和旋转角度调整所述机械臂的抓取轨迹，以及根据所述气密性检测工装的基准位置调整所述机械臂的放置轨迹；主控单元，与所述机械臂和所述控制器电连接，用于接收所述机械臂发送的工件放置完成信号，并在收到所述工件放置完成信号后指令所述气密性检测工装闭合并启动气密性检测仪进行测试。

4、根据本发明的一个实施方式，所述真空吸盘阵列中各所述真空吸盘单元独立配置有真空阀和真空检测模块，在所述仿形吸附面形成后，各所述真空吸盘单元根据其与上盖表面的贴合状态独立调节真空吸力，所述真空检测模块用于根据放置过程中各所述真空吸盘单元因工件接触密封面而产生的真空度变化特征判定工件各处与所述气密性检测工装密封面的接触状态。

5、根据本发明的一个实施方式，所述非接触式位移传感器为激光三角式位移传感器，安装于所述基板侧边且位于所有所述真空吸盘单元外侧，所述机械臂驱动所述基板携带所述激光三角式位移传感器沿上盖表面做x、y向平移遍历扫描，所述控制器根据扫描采集的全域轮廓数据逐一换算各所述真空吸盘单元的目标伸出行程。

6、根据本发明的一个实施方式，所述伸缩驱动机构为微型电动推杆，所述控制器通过监测所述微型电动推杆的实时工作电流换算接触压力，所述机械臂在放置过程中当接触压力达到预设值时切换为力控模式，以恒定下压力保持至工件坐实，形成位移监测与电流压力反馈的双闭环控制。

7、根据本发明的一个实施方式，所述基板上还设置有到位检测传感器，所述到位检测传感器与所述主控单元电连接，用于确认工件已释放，所述主控单元在接收所述工件放置完成信号后且接收到所述到位检测传感器的工件脱离信号后，指令所述气密性检测工装闭合。

8、根据本发明的一个实施方式，所述视觉引导相机在所述机械臂抓取上盖前进行第一次拍摄以获得纠偏数据，在所述机械臂携带上盖运动至所述气密性检测工位上方时进行第二次拍摄以获得所述气密性检测工装的基准位置，实现二次视觉定位。

9、根据本发明的一个实施方式，所述二次视觉定位的精度阈值设定为±0.2mm，所述视觉引导相机的标定误差控制在±0.05mm以内，所述气密性检测工装的定位销加工与安装公差控制在±0.03mm以内。

10、根据本发明的一个实施方式，所述主控单元将上盖的物料编码与其在所述机械臂抓放、检测过程中产生的状态信号和时间戳绑定，生成唯一的检测记录，并同步存储至本地数据库与工厂mes系统。

11、根据本发明的一个实施方式，所述机械臂为六轴机械臂，所述真空吸盘阵列采用3×6矩阵共18组所述真空吸盘单元，间距为40mm均匀排布，所述微型电动推杆的行程为0～20mm，推力为5～15n。

12、根据本发明的一个实施方式，所述主控单元与所述控制器之间建立有信号互锁逻辑，该信号互锁逻辑包括以下互锁条件中的至少一项：仅当所述视觉引导相机完成物料编码读取且一次定位纠偏信号合格、轮廓扫描数据采集完成、各所述真空吸盘单元仿形调节参数加载完毕后，所述主控单元才允许所述机械臂执行抓取动作；仅当抓取真空度稳定达标且无吸附异常信号时，才允许所述机械臂转运工件至所述气密性检测工位；仅当所述视觉引导相机的二次定位偏差在精度阈值内且工装基准在位信号有效时，才允许所述机械臂执行下压放置动作；仅当位移行程到位、贴合压力达标、各所述真空吸盘单元的真空释放完成、工件脱离信号有效时，才判定工件放置完成并发送所述工件放置完成信号。

13、本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：

14、本发明通过将抓取端的工件空间位置与放置端的工装基准位置统一于同一机械臂基准坐标系下进行解算，使柔性自适应抓取与亚毫米级高精度放置得以在同一系统中协同实现。通过各真空吸盘单元的独立伸缩驱动，使吸盘面形成与工件背部曲面贴合的仿形吸附面，实现多品种工件的自适应兼容和无损抓取；通过视觉引导相机在统一基准坐标系下的两次拍摄定位，从抓取端到放置端形成全流程视觉闭环引导，实现工件的亚毫米级精确放置。由此，改善了现有方案中柔性自适应抓取与高精度无损放置难以兼顾的问题，提高了气密性检测数据的准确性和上下料工序的换型效率。

1.一种用于电池包上盖气密性检测的机械臂协同上下料系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种用于电池包上盖气密性检测的机械臂协同上下料系统，其特征在于，所述真空吸盘阵列（120）中各所述真空吸盘单元（121）独立配置有真空阀（170）和真空检测模块（180），在所述仿形吸附面形成后，各所述真空吸盘单元（121）根据其与上盖表面的贴合状态独立调节真空吸力，所述真空检测模块（180）用于根据放置过程中各所述真空吸盘单元（121）因工件接触密封面而产生的真空度变化特征判定工件各处与所述气密性检测工装（200）密封面的接触状态。

3.根据权利要求1所述的一种用于电池包上盖气密性检测的机械臂协同上下料系统，其特征在于，所述非接触式位移传感器（130）为激光三角式位移传感器，安装于所述基板（110）侧边且位于所有所述真空吸盘单元（121）外侧，所述机械臂（100）驱动所述基板（110）携带所述激光三角式位移传感器沿上盖表面做x、y向平移遍历扫描，所述控制器（150）根据扫描采集的全域轮廓数据逐一换算各所述真空吸盘单元（121）的目标伸出行程。

4.根据权利要求1所述的一种用于电池包上盖气密性检测的机械臂协同上下料系统，其特征在于，所述伸缩驱动机构（122）为微型电动推杆，所述控制器（150）通过监测所述微型电动推杆的实时工作电流换算接触压力，所述机械臂（100）在放置过程中当接触压力达到预设值时切换为力控模式，以恒定下压力保持至工件坐实，形成位移监测与电流压力反馈的双闭环控制。

5.根据权利要求1所述的一种用于电池包上盖气密性检测的机械臂协同上下料系统，其特征在于，所述基板（110）上还设置有到位检测传感器（190），所述到位检测传感器（190）与所述主控单元（160）电连接，用于确认工件已释放，所述主控单元（160）在接收所述工件放置完成信号后且接收到所述到位检测传感器（190）的工件脱离信号后，指令所述气密性检测工装（200）闭合。

6.根据权利要求1所述的一种用于电池包上盖气密性检测的机械臂协同上下料系统，其特征在于，所述视觉引导相机（140）在所述机械臂（100）抓取上盖前进行第一次拍摄以获得纠偏数据，在所述机械臂（100）携带上盖运动至所述气密性检测工位上方时进行第二次拍摄以获得所述气密性检测工装（200）的基准位置，实现二次视觉定位。

7.根据权利要求6所述的一种用于电池包上盖气密性检测的机械臂协同上下料系统，其特征在于，所述二次视觉定位的精度阈值设定为±0.2mm，所述视觉引导相机（140）的标定误差控制在±0.05mm以内，所述气密性检测工装（200）的定位销加工与安装公差控制在±0.03mm以内。

8.根据权利要求1所述的一种用于电池包上盖气密性检测的机械臂协同上下料系统，其特征在于，所述主控单元（160）将上盖的物料编码与其在所述机械臂（100）抓放、检测过程中产生的状态信号和时间戳绑定，生成唯一的检测记录，并同步存储至本地数据库（220）与工厂mes系统（230）。

9.根据权利要求4所述的一种用于电池包上盖气密性检测的机械臂协同上下料系统，其特征在于，所述机械臂（100）为六轴机械臂，所述真空吸盘阵列（120）采用3×6矩阵共18组所述真空吸盘单元（121），间距为40mm均匀排布，所述微型电动推杆的行程为0～20mm，推力为5～15n。

10.根据权利要求1所述的一种用于电池包上盖气密性检测的机械臂协同上下料系统，其特征在于，所述主控单元（160）与所述控制器（150）之间建立有信号互锁逻辑，该信号互锁逻辑包括以下互锁条件中的至少一项：