太陽能電池清洗自動上下料設(shè)備的研究

任耀華

(中國電子科技集團(tuán)公司第二研究所山西太原030024)

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太陽能電池清洗自動上下料設(shè)備的研究

任耀華

(中國電子科技集團(tuán)公司第二研究所山西太原030024)

摘要：概述了太陽能電池清洗自動上下料設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)及技術(shù)特點，主要包括上料傳輸部分和下料傳輸部分。依據(jù)太陽能電池清洗全自動上下料的工作原理，重點介紹了太陽能電池清洗自動上下料設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)，該設(shè)備是一種傳動和檢測功能集成的設(shè)備，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。

關(guān)鍵詞：太陽能；上料；下料；傳輸；檢測

太陽能電池清洗自動上下料設(shè)備可用于太陽能電池生產(chǎn)線的一次清洗和二次清洗，兼容單晶和多晶硅片，適用于多個尺寸硅片的裝卸，極大地提高了生產(chǎn)效率并降低了硅片碎片率，有效地降低生產(chǎn)成本，并且可以減少操作者與硅片表面的接觸，減少了污染。

隨著太陽能光伏行業(yè)的飛速發(fā)展，太陽能電池清洗上下料設(shè)備也逐漸由離線自動設(shè)備向在線自動設(shè)備轉(zhuǎn)變。離線自動上下料設(shè)備主要是實現(xiàn)硅片和籃具之間自動傳輸?shù)墓δ?。在線自動上下料設(shè)備與之相比，實現(xiàn)了籃具的自動更換，有效地節(jié)省了人力，提高了運行效率，減少了二次污染。目前國內(nèi)各個光伏廠在電池清洗段都已經(jīng)開始安裝全自動上下料設(shè)備，取代原先離線自動上下料設(shè)備。隨著太陽能電池廠家越來越嚴(yán)格的要求，設(shè)備廠家都在不斷的開拓研發(fā)新的集成功能以適應(yīng)行業(yè)的發(fā)展。本文主要介紹了此類太陽能電池清洗自動上下料設(shè)備在研制過程中所涉及的工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計和關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢。

1　整機(jī)機(jī)構(gòu)及性能特點

太陽能電池清洗自動上下料設(shè)備分為上料傳輸部分和下料傳輸部分，全程除去換籃需要人工外，其余動作全部自動實現(xiàn)。上料傳輸部分將100片片籃具中的硅片裝入到5道在線清洗設(shè)備中。整個過程只需定期把籃具放置于上料位上；下料傳輸部分將5道在線清洗設(shè)備中的硅片裝入100片籃具中，整個過程只需定期把籃具放置于自動換籃組件上，系統(tǒng)會根據(jù)在線設(shè)備的速度進(jìn)行自動匹配。

根據(jù)實際要求，自動上下料設(shè)備的凈產(chǎn)能達(dá)到3 600片/h，設(shè)備碎片率小于0.05%，設(shè)備開機(jī)率大于99%。設(shè)備不僅實現(xiàn)了硅片的自動傳輸，而且還兼具疊片檢測、碎片檢測、稱重檢測等功能。

2　太陽能電池清洗自動上下料設(shè)備的工作流程

上料傳輸部分如圖1所示。

上料部分包括左邊上料和右邊上料。左邊上料：將整疊硅片放到硅片盒中，然后把硅片盒推到底，操作人員啟動自動運行后，設(shè)備自動吹分硅片，再由吸片上料機(jī)構(gòu)A將硅片搬送到輸送帶1，輸送到輸送帶2處并傳送到輸送帶3上的左邊兩個位置。右邊上料：將整疊硅片放到硅片盒中，然后把硅片盒推到底，機(jī)器自動運行后，設(shè)備自動吹分硅片，再由吸片上料機(jī)構(gòu)B將硅片搬送到輸送帶6，輸送到輸送帶4處并傳送到輸送帶3上的3個位置。待輸送帶3上的5個位置都有硅片時，上頂氣缸上頂一起將硅片輸送至輸送帶5，輸送帶5 將5個硅片一起輸送至清洗機(jī)中。

重復(fù)以上步驟，可以連續(xù)不斷將硅片輸送至清洗機(jī)中。

下料傳輸部分如圖2所示。

當(dāng)清洗機(jī)上的5片硅片，移動到輸送帶A時，由輸送帶A快速將5片硅片輸送到輸送帶B處，通過輸送帶B分別將硅片分左右兩邊，快速輸送到兩邊的花籃上下運動機(jī)構(gòu)上到花籃里，當(dāng)花籃換盒時，將硅片輸送到硅片緩沖盒中，等換好盒后，再發(fā)到花籃中。

圖2　下料傳輸部分

3　清洗自動上下料設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)

清洗自動上下料設(shè)備的功能主要包括兩個方面，一方面是硅片的搬運；另一方面的功能則是硅片的一系列高附加值檢測功能。傳動裝置關(guān)鍵是升降機(jī)構(gòu)和傳送裝置，它提高了生產(chǎn)效率，減少了人工；而關(guān)鍵的檢測功能是疊片檢測和稱重檢測，它實現(xiàn)了多臺檢測設(shè)備的高度集成，并安裝在傳輸設(shè)備上，有效地優(yōu)化空間，提升了設(shè)備的利用率。

3.1傳動裝置

傳動裝置主要包括升降機(jī)構(gòu)和傳送裝置。升降機(jī)構(gòu)采用伺服電機(jī)帶動絲杠導(dǎo)軌精確控制升降運動（如圖3），位置精準(zhǔn)，重復(fù)精度高；傳送裝置采用步進(jìn)電機(jī)帶動皮帶輪，皮帶輪帶動皮帶傳動。皮帶選取對硅片無損傷和無污染的進(jìn)口平皮帶，取代早先的圓皮帶，避免了圓皮帶由于長時間運動磨損造成硅片的二次污染。

圖3　升降機(jī)構(gòu)

3.2檢測功能

3.2.1疊片檢測

由于硅片的傳輸過程氣量控制及不同摩擦力的原因，在傳輸過程中會偶發(fā)的形成疊片（2張硅片疊在一起），它一旦進(jìn)入清洗機(jī)很容易形成碎片，所以為了有效地降低成本，必須在進(jìn)入清洗機(jī)前檢測出來。疊片檢測實現(xiàn)方法:采用雙張檢測傳感器（如圖4），檢測方式是通過送波器與接收器之間的粉體來檢測產(chǎn)生的超聲波束的衰減或斷開，判斷出檢測區(qū)域的硅片是否是單片。它安裝在上料機(jī)的傳送皮帶下，不受灰塵、粉末或濕度的干擾，具有很好的抗干擾能力。

圖4　雙張檢測傳感器

3.2.3稱重檢測

稱重功能主要為檢測硅片在進(jìn)入清洗機(jī)前后的質(zhì)量，通過工控機(jī)計算減薄量，形成工藝曲線，來判斷整體批次的清洗效果。此裝置加裝在左右輸送帶之間。硅片非常輕，并且在傳輸中受氣流、震動等外界環(huán)境的影響，稍有誤差就有可能影響整體判斷。而高精度、高響應(yīng)稱重單元單獨放置不受外界環(huán)境因素干擾，通過電動執(zhí)行器拾取硅片，可定時或定量進(jìn)行稱重（屏上可選），稱重單元讀數(shù)精度0.0001 g。

功能：上料機(jī)與下料機(jī)各裝有網(wǎng)口模塊，一套上下料機(jī)配有一臺工控機(jī)，放置于下料機(jī)上。三者通過以太網(wǎng)口相互通訊。上下料機(jī)各自的稱重模塊通過RS232C與各自的PLC進(jìn)行通訊，從而獲取硅片制絨（刻蝕）前后的質(zhì)量，質(zhì)量數(shù)據(jù)通過傳給工控機(jī)形成數(shù)據(jù)報表及曲線。每個班都可生成一個數(shù)據(jù)文檔，此數(shù)據(jù)可長期保存，并可在局域網(wǎng)內(nèi)共享。

工作流程（如圖5所示）：在上料觸摸屏上可設(shè)定稱重間隔時間，稱重每道循環(huán)進(jìn)行，上料稱重開始后，通過以太網(wǎng)口與下料機(jī)通訊。當(dāng)上料稱重完成并放到規(guī)定位置后，設(shè)定此排與前排距離大于正常排間距，下料機(jī)通過硅片間距不同判斷某道硅片需要稱重，下料開始對相應(yīng)硅片進(jìn)行稱重，自動檢測硅片的減薄量，可設(shè)置減薄量的上下限，當(dāng)減薄量超出工藝設(shè)定范圍，下料機(jī)自動報警提示，并和上料機(jī)通訊。

圖5　稱重機(jī)構(gòu)流程圖

4　結(jié)束語

隨著自動化水平的不斷提升，太陽能電池清洗自動化上下料設(shè)備的發(fā)展也日趨完善。它已經(jīng)不是一個簡單的代替人工的傳統(tǒng)機(jī)械，而是集成了一系列附加功能的高效率智能集成設(shè)備。從這個意義上講，它已經(jīng)開始了從輔助設(shè)備向核心設(shè)備的轉(zhuǎn)變。

而太陽能光伏行業(yè)的日益發(fā)展，太陽能電池清洗自動上下料設(shè)備集成自動化傳送、多種檢測功能、并接入數(shù)據(jù)庫實時監(jiān)控硅片的工藝曲線，它的應(yīng)用必然愈來愈廣泛，作用愈來愈重要。

參考文獻(xiàn)：

[1]苗俊芳.硅片自動上下料設(shè)備的研制[J].物流工程與管理，2012，(6).

任耀華（1980-），男，工程師，碩士，主要從事電子專用設(shè)備的研發(fā)工作。

A Study On Automatic Solar Cell Cleaning Loading And Unloading Equipment

REN Yaohua
(The 2ndResearch Institute of CETC，Taiyuan 030024，China)

Abstract:The paper describes the main structure and technical characteristics of Automatic Loading and Unloading Equipment for Solar Cell Cleaning，which mainly consists of the loading transmission part and the unloading transmission part. Based on its working principle，the key technologies for Automatic Loading and Unloading Equipment for Solar Cell Cleaning are highlighted in the paper，It is the equipment for transmission and detection function integration，owing to which the production efficiency being improved and the production cost being reduced.

Keywords:Solar；Loading；Unloading；Transfer；Detection

作者簡介：

收稿日期：2016-02-28

中圖分類號：TN305

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1004-4507(2016)04-0042-04