降低石墨舟上下料機碎片率方法分析

張 海，陳嘉榮

(中國電子科技集團公司第二研究所，山西 太原 030024)

太陽能是一種永不枯竭的清潔能源,儲量豐富,太陽能的利用可以改善能源結(jié)構(gòu),推進新能源的快速發(fā)展[1]。各廠商生產(chǎn)太陽能電池片的工藝略有不同，根據(jù)需求基本包含制絨工序、擴散工序、激光摻雜工序、刻蝕工序、退火工序、背鈍化工序、鍍膜工序、絲網(wǎng)工序和分選工序。石墨舟上下料機是鍍膜工序最為關(guān)鍵的自動化設(shè)備，主要完成將鍍膜后的硅片從石墨舟中卸出裝入100片花籃，同時將花籃中未鍍膜的硅片插入到石墨舟中。

本文主要通過研究石墨舟上下料機中硅片和石墨舟的傳輸、定位、插取過程，分析造成硅片碎片的主要環(huán)節(jié)，探究合理的解決方法，以快速完成調(diào)試，并降低碎片率，達到石墨舟上下料片機高效、穩(wěn)定運行。

1 石墨舟上下料機結(jié)構(gòu)及原理

圖1 石墨舟上下料機結(jié)構(gòu)示意圖

如圖1所示，石墨舟上下料機主要包括花籃上料機構(gòu)、硅片上料傳輸機構(gòu)、石墨舟搬送機構(gòu)、石墨舟傳輸機構(gòu)、石墨舟定位機構(gòu)、機器人裝卸片機構(gòu)、硅片下料傳輸機構(gòu)(包含色差檢測模塊)、花籃下料機構(gòu)，其中上料卸完硅片的空花籃可在機臺內(nèi)自動化周轉(zhuǎn)到下料位，無需人工干預(yù)。

石墨舟上下料機的工作流程：

1) 將裝滿硅片的100片花籃放在花籃上料機構(gòu)的上料位，100片空花籃放在花籃下料機構(gòu)的下料位，PECVD工藝完成后的石墨舟由傳送帶傳送至石墨舟上下料位。

2) 花籃上料機構(gòu)將裝滿硅片的花籃傳送到花籃升降組件，硅片上料傳輸機構(gòu)伸縮手伸入花籃，將硅片由皮帶從花籃傳出經(jīng)過緩存機構(gòu)傳入上料中轉(zhuǎn)機構(gòu)，每傳入一片硅片，上料中轉(zhuǎn)機構(gòu)上升一個工位，直至中轉(zhuǎn)機構(gòu)放滿26片硅片，剩余的硅片則暫時放置在緩存機構(gòu)。

3) 與此同時，石墨舟搬送機構(gòu)將傳送帶上的石墨舟搬送到石墨舟傳輸機構(gòu)，石墨舟傳輸機構(gòu)將石墨舟傳到硅片插取位并由石墨舟定位機構(gòu)進行定位。

4) 石墨舟定位完成后，機器人裝卸片機構(gòu)開始工作：通過安裝在機器人上邊的26片吸盤將石墨舟第一槽中A面的26張硅片取出放置到硅片下料的中轉(zhuǎn)機構(gòu)，再將硅片上料中轉(zhuǎn)機構(gòu)的26張硅片取出放到石墨舟第一槽中的A面；下料中轉(zhuǎn)位的硅片經(jīng)由下料皮帶傳輸?shù)较铝衔坏?00片空籃中，硅片裝滿后自動更換空籃具。

5) 插片機依次重復(fù)上述動作完成石墨舟中八槽A、B兩面共416張硅片的取放，實現(xiàn)完成工藝硅片的取出與未經(jīng)過工藝硅片的放入，在此過程中需不停地在上、下料花籃位取放100片滿、空花籃，當(dāng)石墨舟中全部硅片更換完畢后，自動更換石墨舟。換完硅片的石墨舟由石墨舟搬送機構(gòu)傳至傳送帶上傳入工藝設(shè)備，進入下一個循環(huán)。

2 石墨舟上下料機碎片分析

通過觀察設(shè)備現(xiàn)場運行的情況分析，石墨舟上下料機碎片主要產(chǎn)生在上料中轉(zhuǎn)機構(gòu)和石墨舟內(nèi)。26張硅片依次傳輸并緩存在上料中轉(zhuǎn)機構(gòu)，夾片氣缸在將26張硅片夾齊時或著推片氣缸推齊時會產(chǎn)生碎片；而石墨舟內(nèi)的硅片如果沒有插好，在石墨舟傳輸過程中硅片會從石墨舟槽中掉出來，或者在管式PECVD爐中經(jīng)高溫鍍膜后硅片翹曲由機器人吸盤吸取的時候插碎。

3 改進方法

3.1 上料中轉(zhuǎn)機構(gòu)

圖2 推片機構(gòu)和中轉(zhuǎn)機構(gòu)示意圖

在石墨舟硅片插取位給機器人進行教點工作的前提是要保證機器人吸盤與石墨舟每一舟頁平齊，這樣才可以保證26張硅片與石墨舟平齊。為了保證26張硅片經(jīng)機器人吸盤從上料中轉(zhuǎn)機構(gòu)吸取至插取位進行插片時與舟頁平齊，使得每一張硅片都可以插進各自的3個卡點，避免出現(xiàn)某一張硅片覆蓋卡點或者沒有完全卡好在全部3個卡點，須得保證上料中轉(zhuǎn)機構(gòu)處經(jīng)夾片氣缸夾齊、推片氣缸推齊后硅片為圖2右邊的情形，避免出現(xiàn)圖2中間的情形。

這就需要以石墨舟為基準(zhǔn)，調(diào)整推片機構(gòu)，直至機器人從上料中轉(zhuǎn)機構(gòu)吸取硅片至石墨舟時26張硅片與石墨舟舟頁同時平齊。

另外，26張硅片是由中轉(zhuǎn)機構(gòu)通過兩個夾緊氣缸帶動夾緊條動作先夾齊硅片，再通過推片氣缸動作來推齊。所以推片氣缸推26張硅片的時候，硅片會相對于夾緊條運動，時間長了以后會將夾緊條磨出凹槽，產(chǎn)生凹槽后氣缸再進行夾緊動作的時候就有可能夾碎硅片；即使沒有夾碎，某張硅片也可能出現(xiàn)跟其他硅片不平齊的情形，在插入到石墨舟的時候就會出現(xiàn)覆蓋卡點或者沒有完全卡好在全部三個卡點造成鍍膜后翹片或者掉片。為了避免出現(xiàn)這種情況，夾緊氣缸先動作夾齊26張硅片然后松開，推片氣缸將26張硅片推齊，夾緊氣缸再夾齊，這樣既可以保證推齊、夾齊26張硅片，也可以避免硅片相對于夾緊條運動出現(xiàn)凹槽。

3.2 機器人吸盤

圖3 26片吸盤組件

在進行吸盤裝配的時候，需要保證每一片吸盤板都與吸盤底座垂直，同時保證每兩片吸盤板之間的間距為13.5 mm，每隔一片的間距為2 mm×13.5 mm，每隔兩片之間的間距為3 mm×13.5mm，依次類推。裝配完成后，為了檢驗并保證吸盤裝配精度，將吸盤組件安裝在機器人上，然后操作機器人移動吸盤至石墨舟處，如圖4所示，以第一片吸盤板與舟頁的間隙為基準(zhǔn)，測量剩下的25片吸盤板和相對應(yīng)的舟頁之間的距離，調(diào)節(jié)不合適的吸盤板，使得吸盤板之間的間距與石墨舟舟頁之間的間距一致。

圖4 校準(zhǔn)吸盤

3.3 石墨舟定位機構(gòu)

圖5 石墨舟定位機構(gòu)

在保證了上料中轉(zhuǎn)機構(gòu)將26張硅片夾齊、推齊，同時機器人吸盤具備了與石墨舟相同的精度后，為了降低石墨舟內(nèi)的碎片率，還需要調(diào)整石墨舟定位機構(gòu)。

石墨舟經(jīng)石墨舟傳輸機構(gòu)到達插取位后，如圖5所示，推舟定位機構(gòu)會將石墨舟推至固定定位部件，待石墨舟固定后機器人裝卸片機構(gòu)開始裝卸硅片。為了保證石墨舟被固定后不發(fā)生變形，使得石墨舟從第一槽到第八槽都處于機器人直角坐標(biāo)系的同一個方向，需要對固定定位部件進行打表校準(zhǔn)。將千分表吸附在機器人上，以機器人為基準(zhǔn)，利用千分表分別沿著固定定位部件的面a和面b移動，保證固定定位部件從A到B每一處的精度誤差均在0.01 mm之內(nèi)[2]。

4 改進效果

根據(jù)上述方法改進并跟蹤客戶現(xiàn)場實際生產(chǎn)情況，上料中轉(zhuǎn)機構(gòu)夾緊條沒有再出現(xiàn)刮槽，上料中轉(zhuǎn)機構(gòu)和石墨舟內(nèi)的碎片明顯減少，石墨舟上下料機整機的碎片率也由千分之一降低到萬分之四，達到客戶的要求。

5 結(jié)語

針對石墨舟上下料機硅片傳輸?shù)牧鞒?，分析造成碎片的部件、動作和原因，找出程序和零部件的裝配問題，提出合理的改善方法，有效地降低了設(shè)備運行的故障率和碎片率，方法可行有效。