一种用于压紧电堆并装配的装置及其控制方法与流程

1.本发明涉及一种化工用装置，具体的涉及一种用于压紧电堆并装配的装置 及其控制方法。


背景技术：

2.双氧水制备现场所需的电解电堆装配，需要在平台上将各个原材料组装在 一起，然后使用5吨的压力将电堆压紧并保持10分钟。此时电堆高度保持在255 毫米。目前的技术是使用传统的液压机将电堆压紧然后进行总装。传统液压机 存在下压速度不可随意调整，下压的压力反馈不精确(一般在
±
10％)，下压高 度无法反馈，生产等待时间较长，无防呆和安全保护等缺点和不足，无法满足 公司高精度高要求电堆的量产生产。


技术实现要素：

3.本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种用于压紧电堆并装配的装置 及控制方法，可实现电解电堆多工位装配，高精度的压力压装，满足公司高精 度高要求电堆的量产生产。
4.本发明的第一个方面提出了一种用于压紧电堆并装配的装置，至少包括装 置基座，分别固定安装于装置基座的进给系统和伺服压装系统，以及，用于控 制进给系统和伺服压装系统动作的控制系统；所述进给系统至少包括固定安装 于装置基座上表面的进给底座，安装于进给底座上方的若干气缸和对应气缸设 置的导轨，以及，设置于气缸和导轨上方的用于安装电堆的工位平台，其中， 工位平台与若干气缸一一对应设置；所述伺服压装系统设置于进给系统上方， 至少包括输出压紧力的伺服压机，驱动伺服压机动作的电机，以及，与伺服压 机连接用于向电堆施加压力的压板，其中，电机驱动伺服压机带动压板上下运 动；所述控制系统至少包括控制模块，以及分别与控制模块耦接的传感器模块 和安全模块，其中，安全模块至少用于装置启动，所述传感器模块至少用于检 测气缸和伺服压机的位置，以及检测伺服压机的输出压紧力；所述控制模块用 于基于预设压装参数，安全模块的启动信号，以及传感器模块采集的伺服压机 位置、气缸位置和伺服压机的输出压紧力，控制气缸运动从而带动对应的工位 平台沿导轨运行至伺服压机下方或带动对应的工位平台运行至电堆安装位置， 以及，控制电机驱动伺服压机带动压板向上或向下运动，从而完成压紧安装在 对应工位平台的电堆。
5.考虑到电堆装配时间较长，压装时间较短，采用多工位平台，提升了装置 的使用效率，缩短了电堆产出的时间。工位对称分布。一个工位的电堆在压装 及后续操作时不影响另外工位的放料装配，工位之间相对独立。
6.进一步的，所述伺服压装系统还包括用于安装伺服压机的压机安装板，平 行于伺服压机的丝杆设置的若干导向机构和压板支撑杆；所述压机安装板的中 心位置对应设置有伺服压机安装孔，用于安装伺服压机，沿压机安装板的边沿 设置有若干压板支撑杆安装孔，以及，以伺服压机安装孔为中心等距离均匀分 布若干导向机构安装孔；所述导向机构
贯穿导向机构安装孔安装，其中，所述 导向机构靠近压板的一端与压板的四角固定连接，伺服压机的丝杆一端贯穿伺 服压机安装孔与压板的中心位置固定连接；所述压板支撑杆与压板垂直设置， 其一端贯穿压板支撑杆安装孔并与压机安装板通过紧固螺母连接,另一端与装 置基座可拆卸连接。
7.本发明上所应用的电堆，在压装完成后需要人工在电堆的四周紧固18颗螺 栓，需要四周都有操作空间。支撑柱结构在保证稳定支撑的同时，大大增加了 人工在四周可操作的空间。每根支撑柱都用双螺母紧固，增加支撑柱的稳定性。
8.进一步的，所述导向机构至少包括导向柱和导向套，所述导向套为圆柱形， 内部设置有导向作用的滚珠，且顶部设置有法兰凸面，所述导向套通过其法兰 凸面与压机安装板固定连接，底部对应穿入导向机构安装孔，所述导向套套设 于导向柱外侧，所述导向柱穿过导向套的滚珠轴承区域与压板垂直固定连接， 导向柱远离压板的一端的直径大于导向套的法兰凸面的内径。
9.导向机构比传统的无导向或者双导向结构更加稳固、顺滑，可以更好地保 证压装的垂直度。
10.进一步的，所述传感器模块至少包括用于监测伺服压机的位置传感器，用 于检测气缸位置的磁性开关，用于检测伺服压机的输出压紧力的压力变送器， 以及，用于采集伺服压机位移的编码器；所述位置传感器至少包括设置于伺服 压机外侧且上下成对设置的原位光电开关和到位光电开关，所述磁性开关至少 包括若干对应气缸成对设置的原位磁性开关和到位磁性开关，所述原位磁性开 关和到位磁性开关嵌入气缸侧槽设置；所述压力变送器套设于伺服压机的丝杆 外侧；所述编码器设置于电机内部。
11.通过检测传感器模块的参数，实现进给系统和伺服压装系统的配合控制。
12.本发明的第二个方面提出了一种压紧电堆并装配的装置的控制方法，包括： 基于预安装电堆的工位平台间的压装启动按键触发时间差触发启动状态，并在 启动状态完成后基于工位平台工作状态控制气缸的动作；进行动作的气缸带动 对应的工位平台运行至压装工位，并基于检测的伺服压机的位置控制伺服压机 进行工作；伺服压机基于预设输出压力、下压速度、下压时间和保压时间进行 工作，若检测伺服压机工作完成后的下压位移在预设范围内，则进行电堆的后 续压装。
13.进一步的，所述基于预安装电堆的工位平台间的压装启动时间差触发启动 状态，具体包括：若多个工位平台间的压装启动按键的触发时间差值小于等于 预设时间阈值，则触发启动状态，否则等待压装启动按键的再次触发。
14.为了保证工作的安全，只有多个工位平台间均触发，才能进行后续工作。
15.进一步的，所述启动状态完成后基于工位平台工作状态控制气缸的动作， 具体包括：若触发启动状态，则检测气缸对应的磁性开关信号从而判断压装工 位是否工作；若磁性开关信号有输出，则压装工位处于工作状态，等待压装工、 位空闲状态和装置空闲状态，以及，重复执行基于预安装电堆的工位平台间的 压装启动时间差触发启动状态；若磁性开关信号无输出，则检测压装工位处于 空闲状态，基于压装启动按键触发时间的时间顺序控制对应工位平台的气缸动 作，其中若干工位平台分别对应的气缸互锁。
16.为了进一步保障操作的安全，工位平台对应的气缸互锁。
17.进一步的，所述进行动作的气缸带动对应的工位平台运行至压装工位，并 基于检
导向套；36-压板支撑杆；361-双紧固 螺母；4-控制系统；41-安全模块；411-双手启动按钮，412-急停按扭；413-启 动停止按钮；414-报警指示；42-控制模块；421-触摸屏；431-原位光电开关； 432-到位光电开关；433-压力变送器；434-磁性开关；5-电堆。
具体实施方式
37.为了便于本领域人员更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本 发明做进一步详细说明，下述仅是示例性的不限定本发明的保护范围。
38.如图1所示，本实施例所述的一种用于压紧电堆并装配的装置，至少包括 装置基座1，分别固定安装于装置基座1的进给系统2和伺服压装系统3，以及， 用于控制进给系统2和伺服压装系统3动作的控制系统4；进给系统2至少包括 固定安装于装置基座1上表面的进给底座21，安装于进给底座21上方的若干气 缸22和对应气缸22设置的导轨23，以及，设置于气缸22和导轨23上方的用 于安装电堆工位平台24，其中，工位平台24与若干气缸22一一对应设置；伺 服压装系统3设置于进给系统2上方，至少包括输出压紧力的伺服压机31，驱 动伺服压机31动作的电机32，以及，与伺服压机31连接用于向电堆施加压力 的压板33，其中，电机32驱动伺服压机31带动压板33上下运动；控制系统4 至少包括控制模块，以及分别与控制模块耦接的传感器模块和安全模块，其中， 安全模块至少用于装置启动，传感器模块至少用于检测气缸和伺服压机的位置， 以及检测伺服压机的输出压紧力；控制模块用于基于预设压装参数，安全模块 的启动信号，以及传感器模块采集的伺服压机31位置、气缸22位置和伺服压 机31的输出压紧力，控制气缸22运动从而带动对应的工位平台24沿导轨23 运行至伺服压机31下方或带动对应的工位平台24运行至电堆安装位置，以及， 控制电机32驱动伺服压机31带动压板向上或向下运动，从而完成压紧安装在 对应工位平台24的电堆。
39.如图2所示，在本发明的一个实施例中，采用双工位平台，现有的单人单 平台操作模式，在人工将电堆预装配完成后，开启伺服压机对电堆下压，但是 由于电堆装配时间较长，压装时间较短，单工位平台操作，无法解决生产效率 的问题，因此设置了两个对称分布的双工位平台，一个工位平台的电堆在压装 及后续操作时不影响另一个工位平台的放料装配，两个工位平台24相对独立， 极大提升了装置的使用效率，缩短了电堆产出的时间。并且两个工位平台24分 别对应设置了气缸22和导轨23，在保证效率提升的同时各自保证了工位平台的 操作的安全。
40.如图1所示，伺服压装系统3还包括用于安装伺服压机31的压机安装板34， 平行于伺服压机的丝杆311设置的若干导向机构35和压板支撑杆36。如图3和 图4所示，压机安装板的中心位置对应设置有伺服压机安装孔341，用于安装伺 服压机31，沿压机安装板34的边沿设置有若干压板支撑杆安装孔342，以及， 以伺服压机安装孔341为中心等距离均匀分布若干导向机构安装孔343。
41.压板支撑杆36对应压板33垂直设置，其一端贯穿压板支撑杆安装孔342 并与压机安装板34通过紧固螺母361连接,另一端与装置基座1可拆卸连接。
42.在本发明的一个实施例中，采用10吨级别的伺服压机31，与传统的压力机 相比，要考虑压装的稳定性。并且由于电堆5在压紧安装完成，需要人工在电 堆5的四周紧固18颗螺栓，这就对于操作空间有很高的要求，因此采用四柱压 板支撑杆36的形式，即保证稳定
支撑，也增加了操作空间。且每根压板支撑杆 35采用双紧固螺母361，增加了支撑的稳定性。
43.导向机构35贯穿导向机构安装孔343安装，其中，导向机构35靠近压板 33的一端与压板33的四角固定连接，伺服压机31的丝杆311一端贯穿伺服压 机安装孔341与压板33的中心位置固定连接；
44.在本发明的一个实施例中，导向机构设置四个，相对于无导向或者双导向 的结构更加稳固，运动更加顺滑，更好的保证压装的垂直度。
45.其中，导向机构35至少包括导向柱351和导向套352，导向套352为圆柱 形，内侧壁设置有导向作用的滚珠，且顶部设置有法兰凸面，导向套352通过 其其法兰凸面的螺孔与压机安装板34通过螺丝固定连接，底部对应穿入导向机 构安装孔343，导向套352套设于导向柱351外侧，导向柱351穿过导向套352 的滚珠轴承区域与压板33垂直固定连接，导向柱251远离压板33的一端的直 径大于导向套352的法兰凸面的内径。
46.在一些实施方式中，压板33采用若干层压板，可以根据不同型号的产品更 换不同尺寸的压板。也避免了单层压板过重，不易更换的问题。
47.在本发明的一个实施例中，气缸采用无杆气缸，导轨为直线导轨，电机采 用年伺服电机。伺服压机最高下压力10吨，行程200mm，压力反馈精度
±
0.05％， 可持续保持压力30分钟以上，位移重复精度
±
0.02mm。
48.在本发明的一个实施例中，控制系统的控制模块除了图中所示的触摸屏 421，还包括外部控制模块，例如plc控制模块。控制系统还包括安全模块41 和传感器模块。在本发明的一个实施例中，安全模块41包括双手启动按钮411 作为压装启动按键，急停按钮412，启动停止按钮413和报警指示414。传感器 模块如图5和图6所示，包括用于监测伺服压机的位置传感器，用于检测气缸 位置的磁性开关434，用于检测伺服压机的输出压紧力的压力变送器433，以及， 用于采集伺服压机位移的编码器；位置传感器包括设置于伺服压机外侧且上下 成对设置的原位光电开关431和到位光电开关432，磁性开关434至少包括若干 对应气缸成对设置的原位磁性开关和到位磁性开关，原位磁性开关和到位磁性 开关嵌入气缸侧槽设置；压力变送器433套设于伺服压机31的丝杆311外侧； 所述编码器设置于电机32内部。
49.控制模块通过电磁阀控制气缸伸出和缩回，并通过控制模块检测原位磁性 开关和到位磁性开关的状态，从而工位平台对应的运动位置。
50.控制模块设置电机转速和扭矩，从而控制电机驱动伺服压机，并通过检测 原位光电开关431和到位光电开关432，从而判断伺服压机的位置。
51.编码器是伺服电机的一部分，伺服电机旋转的圈数会记录在编码器里面， 然后编码器记录的圈数x伺服压机中的丝杠的导程＝位移。
52.在一些实施方式中，工位平台至少包括电堆支撑板，与气缸滑块固定连接 的气缸连接结构，以及，设置于电堆支撑部的下方与电堆支撑部固定连接的导 轨连接结构。气缸连接结构至少包括与电堆支撑板侧面连接的工位推动部、连 接气缸滑块的滑块固定部，和平行电堆支撑板的连接部，所述连接部两端分别 设有与工位推动部和滑动固定部连接用的通孔。
53.本发明的另一个方面提出了一种用于压紧电堆并装配的装置及其控制方 法，流
程图如图7所示，具体包括：基于预安装电堆的工位平台间的压装启动 按键触发时间差触发启动状态，并在启动状态完成后基于工位平台工作状态控 制气缸的动作；进行动作的气缸带动对应的工位平台运行至压装工位，并基于 检测的伺服压机的位置控制伺服压机进行工作；伺服压机基于预设输出压力、 下压速度、下压时间和保压时间进行工作，若检测伺服压机工作完成后的下压 位移在预设范围内，则进行电堆的后续压装。
54.如图2所示，以两个工人分别操作两个工位平台24为例，1号工人和2号 工人分别预先安装电堆至1号工位和2号工位，此时两个工人均已将电堆通过 螺丝紧固的方式安装在工位平台。
55.1号工人完成1号工位的电堆安装后，按下1号双手启动按钮411，2号工 人完成2号工位的电堆安装后，按下2号双手启动按钮，由于工人进行安装的 速度有快有慢，因此双手启动按钮411按下的时间有时间差值。如果时间差值 在预设范围内，则触发启动状态，可以进行后续安装过程，如果时间差值不满 足预设范围，则无法进入下一步操作，则需要重新检测到时间差值满足预设范 围的启动按钮的触发，直到触发启动状态，才能进一步进入后续压装过程。
56.通过上述过程保证了操作的安全性。若触发了启动状态，则先确认压装工 位是否在工作。
57.在本发明的一个实施例中，通过气缸的到位磁性开关信号是否有输出，从 而确定压装工位是否处于工作状态，若分别对应1号工位平台和2号工位平台 的到位磁性开关无输出，则说明1号气缸和2号气缸均处于原位，因此压装工 位没有在工作。但是若1号工位平台或2号工位平台的到位磁性开关有输出， 则说明压装工位在工作，此时等待压装工位空闲时，再次等待触发启动状态，
58.从而进一步保证了安全生产，在压装工作进行时，气缸不工作。
59.在一些实施方式中，根据1号工人或者是2号工人按下双手启动按钮的先 后顺序，先控制最先按下双手启动按钮的气缸动作，气缸带动工位平台运行到 压装工位，到位磁性开关输出，说明压装工作开始。
60.需要说明的是，1号气缸和2号气缸的控制信号互锁，1号工位平台与2号 工位平台的气缸不能同时处于到位状态，否则会出现安全事故，导致2个工位 平台相撞。
61.当气缸带动对应的工位平台运行至压装工位，此时还需判断伺服压机是否 处于初始位置，如果未处于初始位置，则发出第一报警；说明伺服压机未处于 初始位置，那么需对装置进行手动复位，直到故障排除。伺服压机通过触摸屏 设置的恒定输出力持续下压，并判断伺服压机的到位光电开关触发，如果触发， 则伺服压机停止工作，并且触发第二报警，说明伺服压机超过下限位，需要手 动复位，将伺服压机恢复至零点。如果未触发，则按照下压的参数和保压时间 输出恒定压力，例如保压5s后，设置电机抱死或持续输出恒定压力。
62.还判断伺服压机的下压位移与标准值进行比较，伺服压机的通过编码器得 到，若下压位移和标准位移的差值小于等于预设位移阈值，则触发压装完成信 号。工人将压紧后的电堆紧固螺钉，并进行安装，安装完成后，启动双手启动 按钮，1号启动动作回到原位，并触发空闲状态。反复重复上述过程，实现高精 度高效率的电堆生产。
63.在一些实施方式中，如果下压位移和标准位移的差值大于预设位移阈值， 则触发
第三报警。报警指示414对应发出蜂鸣省和光警示，提示电堆高度异常， 此时应检查电堆材料是否漏装。
64.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相 似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。 尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述 得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及 系统实施例仅仅是示意性的，可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模 块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情 况下，即可以理解并实施。
65.专业人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及 算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地 说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示 例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案 的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同 方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
66.以上仅描述了本发明的基本原理和优选实施方式，本领域人员可以根据上 述描述做出许多变化和改进，这些变化和改进应该属于本发明的保护范围。