太陽電池搬運機械手運轉(zhuǎn)溫升對焊接柵線露白的影響

寧夏銀星能源光伏設備制造有限公司 張翔衛(wèi)

一 引言

太陽電池自動串焊機是太陽電池組件廠的重要生產(chǎn)設備。電池搬運機械手的轉(zhuǎn)動通常采用同步帶，由于其連續(xù)運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的溫升，致使搬運路程隨溫度的升高而增加，使初始調(diào)好的焊帶鋪設位置與電池柵線的相對位置隨機構溫升而發(fā)生變化。如果機構用于縱向搬運(圖1a)，將造成電池串中的電池間隔改變，最終使電池串的長度發(fā)生變化；如果用于橫向搬運(圖1b)，將造成電池片與預先調(diào)好的焊帶位置發(fā)生變化，使焊接的電池片柵線產(chǎn)生露白。

圖1 電池片搬運機構

二 搬運機構的搬運路程隨機構運轉(zhuǎn)溫升而增加

機構運轉(zhuǎn)溫度升高來自兩個環(huán)節(jié):一是同步帶輪的直徑增大，傳動的同步帶路程增長，特別是主動輪；二是機構溫升致使同步帶長度變長。根據(jù)實驗證實，溫升源來自電機和機構運轉(zhuǎn)系統(tǒng)(軸承及其潤滑、兩軸承安裝的同軸度、同步帶與同步帶輪的接觸摩擦以及兩帶輪的平行度等)。如圖1所示，將電機與機械手傳動機構隔離，機構運轉(zhuǎn)溫升有所降低，但軸承仍產(chǎn)生溫度。適度潤滑、提高軸承精度只能在一定程度上降低溫升，而不能杜絕溫升的產(chǎn)生。

1 同步帶輪溫升的后果

(1)因制造工藝的不同，串焊機所用同步帶輪采用的材料各不相同，不同材料的熱線脹系數(shù)也不相同，搬運機械手路程受帶輪溫升的影響可表示為:

其中:αL為材料熱線脹系數(shù)[1]；d為帶輪節(jié)圓直徑，mm；t為溫升，℃；N為常溫下定額行程長度上帶輪轉(zhuǎn)動周數(shù)；L為移動增長，mm。

試驗采用寧夏小牛自動化設備公司的CH23112串焊機，d=31.83(5M，Z=20)，焊前電池搬運機械手搬運行程的長度為324mm，則324mm長度上帶輪轉(zhuǎn)動周數(shù)為:

帶輪選用不同的材料會有不同的結果。采用鋁合金、1Cr18Ni9Ti不銹鋼、45號碳鋼和灰鑄鐵四種材料，機構溫升后的搬運機械手路程增長曲線如圖2所示。

(2)使用鋁合金帶輪進行連續(xù)運轉(zhuǎn)試驗時，證實連續(xù)運轉(zhuǎn)0.5h溫度升高12℃(沒有達到穩(wěn)定溫度的程度)，與計算結果吻合。

2 同步帶溫升的后果

同步帶為硬橡膠，其線膨脹系數(shù)αL為64×10?6～77×10?6/℃，取其中間值58×10?6/℃。同步帶LZC為870mm。機構溫升后同步帶增長可表示為:

其中:LZC為同步帶周長，mm；LZ為同步帶周長，mm。

圖2 不同材料在不同溫度下運轉(zhuǎn)行程增長曲線圖

則機構溫升后同步帶增長LZ為:

機構運轉(zhuǎn)不同溫升對同步帶增長LZ的影響見表1。

表1 不同溫升下同步帶增長LZ值

3 分析

機構運轉(zhuǎn)時，機械運動零件表面摩擦產(chǎn)生熱量，導致同步帶輪溫度升高、直徑增大，在轉(zhuǎn)動圓周數(shù)不變的情況下周長增加，造成搬運電池片的位置發(fā)生變化。在縱向搬運場合下(圖1a)，不同溫度條件下，致使焊接的電池串長度不同；在橫向搬運場合下(圖1b)，產(chǎn)生焊接露白。

同步帶隨溫度的升高而增長，但不會導致搬運電池片路程的增長，卻可使同步帶的張緊力變松，其行程仍受圓弧齒同步帶輪控制。如果松到一定程度，可能會造成電池片搬運定位的非系統(tǒng)誤差，降低電池位置精度。

三 問題的解決

搬運機構的搬運路程隨機構運轉(zhuǎn)溫升而增加，在尊重原結構的條件下，解決方案為:

(1)運用溫度傳感器，隨機測得溫升，用軟件補償傳動機構，消除影響

這一方案的不足之處為:可解決機械手搬運長度的補償，但不能解決同步帶的增長問題。這樣，同步帶張緊力變松所產(chǎn)生的電池片定位誤差無法消除；對于運轉(zhuǎn)的同步帶輪，需使用不接觸的溫度傳感器，受各種條件和環(huán)境的限制，缺乏可操作性。

(2)采用物理降溫與減短測量搬運路程長度的方法(圖3)

經(jīng)過試驗，選用合適的軸流風機，安裝合適的角度和距離，將同步帶輪運轉(zhuǎn)溫升控制在10℃以內(nèi)是完全可實現(xiàn)的；另外在允許的最短距離處安裝一位置傳感器15，電池從A處搬運到B處，經(jīng)過C處傳感器15測得電池前沿，發(fā)令計算至B點位置距離定位。由于L2＜L1，因此，10℃溫升引起的偏差可計算出來。

圖3 改進后的示意圖

從圖2中得知，將同步帶輪的材質(zhì)由鋁合金改成鑄鐵后，溫升10℃時L1(324mm)搬運路程增長0.1mm，L2按170mm來計算，則L2搬運路程增長為:

此偏差在允許露白0.3mm的1/6的范圍內(nèi)，滿足了機構誤差分配的原則。

如果有必要，也可采取與其相關的技術措施，如:提高軸承本身的精度等級；提高兩支軸承安裝的同軸精度；改善軸承潤滑技術；精確核算同步帶載荷及壽命，盡量使用滿足需要更窄的同步帶，減少接觸面積；正確調(diào)整同步帶的張緊力；裝配過程精心調(diào)整同步帶兩帶輪的平行度和同一平面度，減少運轉(zhuǎn)時的微觀摩擦。

四 結論

上述技術措施的實施，有效地控制了機器運轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的熱量，降低了機構連續(xù)運轉(zhuǎn)的溫升程度，消除了由此產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差所造成的后果。

(1)由此因素引起的電池片焊接露白現(xiàn)象已消除。改進后的機構，用于電池串焊接電池的搬運時，同樣提高了電池的間隔精度和電池串全長的精度。

(2)同步帶輪的主動輪選用熱線張系數(shù)小的材料制造，是非常有效的重要措施，但是，被動的同步帶輪則相反，需要選用線脹系數(shù)大的材料，用來補償部分同步帶溫升增長后的張緊力。

[1]成大先. 機械設計手冊(第五版)[M]. 北京:化學工業(yè)出版社,2008.