制絨上料插片機兼容156～220 mm硅片方法研究

苗俊芳，張 海

(中國電子科技集團公司第二研究所，山西 太原 030024)

0 引言

近年來，隨著大眾對環(huán)保要求的提高,利用太陽能來改善能源結(jié)構(gòu)、推進新能源的快速發(fā)展愈發(fā)成為趨勢[1]，由此也帶動了光伏行業(yè)的發(fā)展。國內(nèi)諸如通威、隆基、愛旭、阿特斯等光伏廠家為了提高太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率，提升自己產(chǎn)品的競爭力，各自研發(fā)出不同的工藝流程，但基本上第一步都為制絨工序。制絨上料插片機是制絨工序最關(guān)鍵的自動化設(shè)備?，F(xiàn)行的單晶制絨上料機主要是通過自動化設(shè)備將堆疊的硅片通過吹氣分離傳輸?shù)綕袷交ɑ@中，再依次將花籃送到工藝設(shè)備的上料臺。

硅片尺寸的增大已經(jīng)成為光伏行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。在制造端，硅片尺寸越大，每瓦的生產(chǎn)成本越低；在產(chǎn)品端，大尺寸硅片能有效提升電池片組件的效率。但是由于硅片尺寸加大，裝載硅片的花籃也相應(yīng)增大，現(xiàn)有的光伏設(shè)備，無論是工藝設(shè)備還是自動化設(shè)備，稍加改造可以兼容156～166 mm尺寸的硅片，但是再大尺寸的210 mm甚至220 mm硅片就無法兼容；另一方面，現(xiàn)行市場主流的還是生產(chǎn)166 mm硅片，210 mm硅片所占的份額不大，所以，研制可以兼容156～220 mm尺寸硅片的設(shè)備就很有必要。

本文主要通過研究制絨上料插片機中硅片和花籃的傳輸過程，分析硅片和花籃的傳輸工況，充分探討兼容156～220 mm的硅片和相應(yīng)花籃的方法，通過最小的改動和最簡便的程序修改實現(xiàn)兼容，方便客戶實現(xiàn)156～220 mm尺寸硅片的切換，從而提高設(shè)備的競爭力。

1 制絨上料插片機結(jié)構(gòu)及原理

制絨上料插片機主要由傳輸料盒的組件、傳輸硅片的組件、傳輸空花籃的組件和傳輸滿花籃的組件組成。

制絨上料插片機的工作流程：

空花籃傳輸組件將空花籃傳輸至花籃裝片組件，花籃裝片組件切換到裝片位等待裝片；料盒傳輸組件將裝有堆疊硅片的滿料盒傳輸?shù)搅虾星袚Q組件，由疊片升降組件將硅片升至吸取位，通過吹氣組件將硅片吹至明顯分層；硅片吸取組件將硅片吸放到硅片傳輸組件，由硅片傳輸組件將硅片傳到花籃裝片組件中的空花籃中；滿花籃傳輸組件將裝滿硅片的花籃由豎直旋轉(zhuǎn)到水平狀態(tài)，再依次放置于制絨主設(shè)備上。

2 制絨上料插片機不同尺寸硅片和花籃兼容性分析

通過硅片和花籃的傳輸流程可以知道，涉及到不同尺寸硅片兼容的結(jié)構(gòu)主要有：裝載硅片的三聯(lián)堆疊料盒組件；吹氣組件；硅片傳輸組件；硅片矯正組件。只要這幾處做最小的改動、最簡單的程序切換可以兼容156～220 mm尺寸的硅片，那么整臺插片機就可以實現(xiàn)不同尺寸硅片的生產(chǎn)切換需求。

3 兼容結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 三聯(lián)堆疊料盒組件

如圖1所示，三聯(lián)堆疊料盒組件主要由料盒安裝板、料盒調(diào)整塊、硅片墊板、料盒側(cè)板和拉手等組成，可以裝三摞硅片，每一摞400片共計1200片。其中，安裝輔助件根據(jù)156～220 mm硅片的尺寸制作有不同規(guī)格，客戶需要切換硅片時，選擇相應(yīng)的安裝輔助件，將安裝輔助件預(yù)放置于料盒安裝板的安裝孔上，然后依次將每個料盒調(diào)整塊緊貼安裝輔助件固定，固定后將安裝輔助件取出即可完成裝配。如此一來，只需要配備有相應(yīng)的安裝輔助件，在需要的時候根據(jù)輔助件進行裝配，就可以實現(xiàn)料盒組件兼容156～220 mm之間所有尺寸硅片，而不需要增加額外的成本，既降低了成本，又便于切換。

3.2 吹氣組件

圖2 吹氣組件

如圖2所示，吹氣組件主要由支撐件墊板、吹氣支撐件、風刀、對射傳感器及其安裝件組成。通過以往調(diào)試經(jīng)驗可以知道，風刀越靠近硅片的兩側(cè)，吹氣效果越好，出現(xiàn)雙片和堵片的概率就越低。將吹氣支撐件設(shè)計成“T”形，當硅片為210～220 mm等大尺寸時，將吹氣組件按照圖2左圖所示安裝；當硅片為156～166 mm等小尺寸時，將吹氣組件按照圖2右圖所示安裝，這樣即可實現(xiàn)吹氣組件兼容不同尺寸的硅片。

當微動傳感器檢測到料盒到位的信號時，PLC控制伺服電機將該側(cè)的三摞硅片頂起，當吹氣組件上的對射傳感器檢測到硅片，就觸發(fā)電磁閥控制風刀吹氣，從而將硅片吹至明顯分層，在預(yù)定的延時以后，吸盤組件開始吸取硅片。

3.3 硅片傳輸組件

設(shè)備要具備在硅片傳輸過程中進行碎片檢測的功能。為了提高碎片檢測的精度，需要在碎片檢測工位的硅片下方安裝面陣光源，如圖3所示。小尺寸硅片時，帶輪安裝板安裝于圖3上圖所示的硅片傳輸段3的型材內(nèi)表面，同時傳送立板2安裝于型材靠近面陣光源的安裝孔，硅片傳輸段1也移動其在型材上的位置靠近面陣光源；大尺寸硅片時，帶輪安裝板安裝于圖3下圖所示的硅片傳輸段3的型材外表面，同時傳送立板2安裝于遠離面陣光源的安裝孔，硅片傳輸段1移動其在型材上的位置遠離面陣光源。這樣既方便地切換，又可以不改變平皮帶的長度，節(jié)約了成本。

圖3 硅片傳輸組件

由于料盒的尺寸限制，無論是多大尺寸的硅片，其中心間距都為250 mm，通過控制發(fā)送給步進電機的脈沖數(shù)來實現(xiàn)硅片每走一步的距離均為250 mm，使硅片到達碎片檢測工位時，相對面陣光源居中，步進電機每次啟動時，觸發(fā)碎片檢測相機拍照，碎片檢測系統(tǒng)通過拍照結(jié)果給到PLC好壞片信號，結(jié)果是好片則繼續(xù)傳輸，結(jié)果是壞片則觸發(fā)分揀系統(tǒng)在三步后將壞片分揀出，這樣就實現(xiàn)了碎片的檢出。

3.4 硅片矯正組件

硅片矯正組件是通過步進電機帶動同步帶運動，同步帶輪兩側(cè)的同步帶運動方向相反，帶動兩組矯正輪向相反的方向運動[2]，從而完成硅片的矯正使其可以正對花籃完成裝片，如圖4所示。

圖4 硅片矯正組件

通過控制矯正電機每動一次的距離，來控制兩組矯正輪的間距，以此來兼容不同尺寸的硅片，簡單方便。在操作屏幕上設(shè)置有不同硅片尺寸選項，當輸入硅片尺寸時，PLC即獲取了相應(yīng)的矯正電機的矯正間距。矯正電機回原點后啟動到初始位，硅片傳輸組件的步進電機觸發(fā)矯正電機矯正硅片，矯正完成后回到初始位，完成該張硅片的矯正。為避免矯正電機跑偏夾碎硅片，每裝完一花籃(100張)硅片后PLC控制矯正電機回一次原點。

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)需求，改進后的結(jié)構(gòu)方便客戶切換156～220 mm各種尺寸的硅片，得到了客戶的大力贊賞。

5 結(jié)語

針對現(xiàn)有制絨上料插片機的工作流程，分析156～220 mm不同尺寸硅片傳輸時的區(qū)別，設(shè)計合理的結(jié)構(gòu)，并優(yōu)化程序，在不增加成本的前提下可以快速方便的實現(xiàn)不同尺寸硅片的切換，從而提高了設(shè)備的競爭力。