一种FDS螺接工作站及操作方法与流程

本发明涉及自动化装配设备，尤其是指一种fds螺接工作站及操作方法。

背景技术：

1、在新能源动力电池模组电池包自动化装配生产线中，fds流钻螺钉螺接工序是实现电池包上盖与电池壳体密封紧固的核心工序，直接决定电池包整体密封性能、结构强度与防爆安全等级，因此 fds螺接工位的加工精度、作业节拍及成型一致性是电池包生产线设计的关键控制点。

2、现阶段量产电池包生产线配置的fds螺接工作站，主流方案均采用六轴关节型工业机器人搭载单fds拧紧主轴构成执行机构。关节机器人为串联开链式机械结构，各关节之间依靠减速器、连杆依次串联，整机结构刚度偏弱、抗轴向承压能力较差。而fds流钻自攻螺钉的成型机理为高速旋转配合轴向高压挤压刺穿多层板材，工艺过程中轴向施压区间高达1500n-3500n，主轴高速旋拧还会持续产生交变动态反作用力。机器人末端执行端承受超大轴向载荷与交变冲击力时极易产生弹性形变与高频抖动，一方面引发螺钉进给穿透轨迹发生侧向偏移，螺钉垂直度得不到保障；另一方面扭矩传递出现损耗，拧紧扭矩输出不稳定，极易出现螺纹牙成型残缺、滑牙、虚拧等缺陷，大幅提升电池包螺接位置漏钉、密封失效的不良率。

3、另一方面，受关节机器人额定末端负载、刚性约束限制，现有方案仅能搭载单组fds主轴，仅可完成单颗螺钉逐个螺接作业。常规动力电池电池包上盖的螺接点位数量为40-120处，采用单钉依次拧紧模式完成全部点位加工，工位工时长达2-6min，该工序耗时显著长于模组堆叠、气密检测、线束装配等上下游工序，已然成为整条电池包自动化产线的节拍瓶颈，制约整条产线产能提升，若想要提升产能只能增设多条螺接工位与机器人设备，带来设备投入成本、占地空间、运维成本同步增加的问题。

4、除此之外，电池包上盖为薄壁冲压钣金件，受冲压成型、仓储转运、来料堆叠等因素影响，上盖普遍存在翘曲形变、波浪式平面变形等形态缺陷，上盖与电池壳体合模装配后二者局部区域易形成间隙。现有螺接工作站未配套板材预压贴合机构，直接执行fds螺接作业时，螺钉轴向施压瞬间薄板上盖会发生弹性退让，螺钉实际有效穿透深度达不到工艺设计值，螺纹难以在上盖、壳体两层板材内部完整成型，最终表现为电池包不同螺接点位的拧紧深度、螺纹成型状态差异较大，螺接质量一致性差，部分点位存在紧固力不足、后期使用过程松脱漏水漏气的安全隐患。

5、综上可知，现有基于关节机器人的单主轴fds螺接工作站，存在结构刚性不足引发螺接精度差、单钉作业模式造成节拍缓慢、无预压结构带来板材形变导致螺接质量不均等多项技术缺陷，难以适配现阶段新能源动力电池电池包大批量、高良品率、高速量产的生产需求。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中的问题，从而提供了一种fds螺接工作站及操作方法。

2、第一方面，提供一种fds螺接工作站，包括：

3、机架；

4、顶升定位机构，设置于所述机架上并位于所述机架的上部，用于将输送至螺接工位的电池包的托盘顶升；

5、两个拧紧机构，沿输送方向分别设于所述机架的两侧；所述拧紧机构包括第一驱动模组、设于所述第一驱动模组活动部的支架、设于所述支架上的第二驱动模组、设于所述第二驱动模组活动部的第三驱动模组、设于所述第三驱动模组活动部的拧紧执行模组以及设于所述支架一侧的相机模组；其中，所述第一驱动模组驱动所述支架沿第一水平方向运动，所述第二驱动模组驱动所述第三驱动模组沿第二水平方向运动，所述第三驱动模组驱动所述拧紧执行模组沿垂直方向运动；所述相机模组用于识别工件的整体位姿以修正螺接坐标；

6、上盖预处理压紧机构，设置于所述机架上并位于所述顶升定位机构的上方，用于在螺接前对电池包的上盖进行吸附、整平及压紧。

7、在本发明的一个实施例中，所述顶升定位机构包括至少一个沿第一水平方向设置的第一升降驱动源、和所述第一升降驱动源作用端连接的顶升平台、多个固定于所述顶升平台底部的滚轮、多个和所述滚轮一一对应形成配合的顶升块；所述顶升块设有直线和曲线相结合的轨道；所述滚轮可沿轨道运动；

8、在本发明的一个实施例中，所述顶升定位机构还包括设于所述顶升平台两侧的锁定模组，用于锁定顶升到位的托盘。

9、在本发明的一个实施例中，所述上盖预处理压紧机构包括设于所述机架的框架主体、设于所述框架主体的第二升降驱动源、和所述第二升降驱动源作用端连接的吸附框架、多个设于所述吸附框架的缓冲吸附模组以及多个沿第一水平方向设于所述吸附框架两侧的压紧模组；其中所述缓冲吸附模组的执行件穿过所述吸附框架朝向所述顶升定位机构。

10、在本发明的一个实施例中，所述缓冲吸附模组包括多个沿第一水平方向设于所述吸附框架两侧的第一缓冲吸附模组以及多个设于所述吸附框架中部的第二缓冲吸附模组；所述第一缓冲吸附模组包括第一升降驱动件、两个通过转接件和所述第一升降驱动件作用端连接的第一缓冲连接杆以及固定于所述第一缓冲连接杆远离所述转接件端部的第一吸附件；所述第二缓冲吸附模组包括第二升降驱动件、和所述第二升降驱动件作用端连接的升降板以及多个设于所述升降板的第二缓冲连接杆以及多个设于所述第二缓冲连接杆远离所述升降板的一端的第二吸附件。

11、在本发明的一个实施例中，所述压紧模组包括旋转驱动件、和所述旋转驱动件作用端连接的第二传动件、和所述第二传动件连接的压板以及至少一个设于所述压板的第三缓冲连接杆以及设于所述第三缓冲连接杆远离所述第二传动件一端的压块。

12、在本发明的一个实施例中，所述压板包括和所述第二传动件连接的第一压紧板以及通过连接杆连接的第二压紧板；所述第一压紧板和所述第二压紧板之间设有刻度尺。

13、在本发明的一个实施例中，还包括到位监测机构，用于监测托盘是否被所述顶升定位机构抬升至工作高度。

14、在本发明的一个实施例中，还包括送钉机构，具有与所述拧紧执行模组一一对应连接的供钉通道，用于分别独立地向各所述拧紧执行模组吹送螺钉。

15、第二方面，提供一种操作方法，利用如上述所述的fds螺接工作站实施，包括以下步骤：

16、承载电池包的托盘经输送线流入螺接工位，顶升定位机构将托盘顶升并定位；

17、上盖预处理压紧机构下降，通过缓冲吸附模组吸附电池包的上盖并上升将上盖拉平至基准面，随后通过压紧模组将上盖压紧于电池包的壳体上；

18、相机模组移动至拍照位，拍摄上盖上的至少两个基准点，建立全局坐标系并计算各螺接位置的坐标补偿值；

19、第一驱动模组、第二驱动模组和第三驱动模组根据补偿后的坐标驱动拧紧执行模组移动至目标螺接点，拧紧执行模组进行螺接作业；

20、螺接完成后，拧紧执行模组上升回安全位置，上盖预处理压紧机构释放缓冲吸附模组并上升复位，顶升定位机构下降，托盘经输送线流出。

21、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下有益效果：

22、本发明所述的fds螺接工作站，通过专用工作站结构替代关节机器人提升整体刚性、采用双侧拧紧机构实现多点位同步作业、配置上盖预处理压紧机构消除板材形变影响，有效解决结构刚性不足引发的螺接精度问题、提高螺接作业节拍、改善螺接质量一致性，具有提高螺接精度稳定性、缩短单工位作业时间、保障电池包密封可靠性的综合技术优势。