刻蝕上料機(jī)產(chǎn)能提升方法研究

王鵬鵬，郭遠(yuǎn)威

(中國電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西 太原 030024)

隨著光伏行業(yè)的競爭越來越激烈，各個(gè)廠家對設(shè)備產(chǎn)能的要求越來越高[1]。本文通過研究刻蝕上料機(jī)的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作流程，分析產(chǎn)能的影響因素，主要從硅片的橫向排定時(shí)間，硅片從橫向傳送機(jī)構(gòu)位傳至與刻蝕機(jī)對接位的時(shí)間兩方面入手，使硅片快速傳送至刻蝕機(jī)的滾輪上，從而提升刻蝕上料機(jī)的產(chǎn)能。

1 刻蝕上料機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理

刻蝕上料機(jī)主要包括縱向傳送機(jī)構(gòu)、橫向傳送機(jī)構(gòu)、側(cè)傳送機(jī)構(gòu)、伸縮手傳送機(jī)構(gòu)，緩存機(jī)構(gòu)、花籃升降機(jī)構(gòu)和花籃傳送機(jī)構(gòu)。刻蝕上料機(jī)的工作原理如下：

1)把裝滿硅片的花籃置于下層花籃傳送機(jī)構(gòu)的入口，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)同步帶將滿花籃傳送至花籃升降機(jī)構(gòu)；

2)花籃升降機(jī)構(gòu)將滿花籃提升至首片位；

3)伸縮手傳送機(jī)構(gòu)將平皮帶伸入花籃底板與第一張硅片的空隙中；

4)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)花籃升降組件下降固定距離，硅片落到伸縮手皮帶上，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)伸縮手皮帶轉(zhuǎn)動(dòng),重復(fù)上述動(dòng)作，將硅片依次從花籃中傳出；

5)側(cè)傳送皮帶對接伸縮手皮帶，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)側(cè)傳送皮帶傳送硅片；

6)橫向傳送皮帶對接側(cè)傳送皮帶，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)橫向傳送皮帶，通過光電傳感器排定硅片；

7)橫向傳送皮帶上排定5張硅片后，通過氣缸驅(qū)動(dòng)，橫向傳送機(jī)構(gòu)下降15mm，硅片落至縱向傳送皮帶上；

8)交流步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)縱向傳送皮帶，快速將硅片傳送至刻蝕機(jī)滾輪上，完成上料功能。

9)上述1) -5) 流程A、B雙道互不影響，6) -8) 流程交替進(jìn)行。

2 刻蝕上料機(jī)的產(chǎn)能分析

針對單側(cè)雙通道機(jī)型，前排A通道傳送一排硅片至刻蝕機(jī)滾輪的時(shí)間TA= TA1+TA2+TA3+TA4，其中TA1為橫向排片時(shí)間，TA2為橫向傳送機(jī)構(gòu)氣缸下降時(shí)間，TA3為硅片從A道橫向傳送機(jī)構(gòu)位傳至與刻蝕機(jī)對接位的時(shí)間，TA4為橫向傳送機(jī)構(gòu)氣缸頂升時(shí)間。后排B通道傳送一排硅片至刻蝕機(jī)滾輪的時(shí)間TB=TB1+TB2+TB3+TB4，其中TB1為橫向排片時(shí)間，TB2為橫向傳送機(jī)構(gòu)氣缸下降時(shí)間，TB3為硅片從B道橫向傳送機(jī)構(gòu)位傳至與刻蝕機(jī)對接位的時(shí)間，TB4為橫向傳送機(jī)構(gòu)氣缸頂升時(shí)間。

橫向傳送機(jī)構(gòu)氣缸的下降不宜過快，以防機(jī)構(gòu)振動(dòng)過大，造成硅片破碎或隱裂，現(xiàn)場測試下降和頂升時(shí)間分別為TA2=TB2=1s和TA4=TB4=0.8s。

A道硅片從橫向傳送機(jī)構(gòu)位到刻蝕機(jī)對接位的距離為LA=335mm，傳送平皮帶主動(dòng)輪外徑D=30mm，最快轉(zhuǎn)速n=6rad/s，經(jīng)計(jì)算

TA3=LA/(π﹒D﹒n)≈0.59s.

B道硅片從橫向傳送機(jī)構(gòu)位到刻蝕機(jī)對接位的距離為LB=750mm，經(jīng)計(jì)算

TB3=LB/(π﹒D﹒n)≈1.33s

目前，根據(jù)光伏行業(yè)要求，適用五道刻蝕機(jī)的上料機(jī)產(chǎn)能需達(dá)到5500片/小時(shí)及以上。根據(jù)產(chǎn)能要求， TA與TB需同時(shí)小于TK，才能夠滿足目前的產(chǎn)能要求。

通過現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行分析，影響刻蝕上料機(jī)產(chǎn)能的環(huán)節(jié)主要包括橫向硅片的排定時(shí)間和硅片從橫向傳送機(jī)構(gòu)位傳至與刻蝕機(jī)對接位的時(shí)間，因此，提升產(chǎn)能需要從上述兩方面入手。

3 改進(jìn)方法

3.1 花籃旋轉(zhuǎn)替代硅片旋轉(zhuǎn)

刻蝕自動(dòng)化設(shè)備花籃裝卸方式要求為人工搬運(yùn)兼容AGV搬運(yùn)，刻蝕上料機(jī)的滿花籃開口朝向規(guī)定為與運(yùn)動(dòng)方向相同，空花籃開口朝向與運(yùn)動(dòng)方向相反。圖1為硅片旋轉(zhuǎn)方式。圖2為花籃旋轉(zhuǎn)方式。

圖1 硅片換向設(shè)備結(jié)構(gòu) 圖2 花籃換向設(shè)備結(jié)構(gòu)

硅片轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)采用交流步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)偏心輪結(jié)構(gòu)，如圖3所示，電機(jī)旋轉(zhuǎn)1/2周，傳送皮帶產(chǎn)生5mm的高度差，利用槽型傳感器檢測位置信號，PLC程序控制硅片的傳輸與停止。實(shí)際測算，硅片轉(zhuǎn)向一次最快需要0.8s，排定五片時(shí)間最小為4s。經(jīng)計(jì)算，TA=6.39s，TB=7.13s，TB>TA，此時(shí)B道硅片傳送時(shí)間決定產(chǎn)能。由于TB>TK，因此不能滿足目前的產(chǎn)能要求。

改用花籃轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)后，在花籃出片的時(shí)間段，完成花籃的換向動(dòng)作，不再影響橫向排片。從花籃出一張硅片需要0.61s，采用花籃轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)后，排定五片時(shí)間最小時(shí)間為3.05s。經(jīng)計(jì)算，TA=5.44s，TB=6.18s，TB>TA，此時(shí)B道硅片傳送時(shí)間決定產(chǎn)能。由于TA和TB同時(shí)小于TK，因此能夠滿足目前的產(chǎn)能要求。

圖3 硅片轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

3.2 縱向傳送機(jī)構(gòu)采用分段結(jié)構(gòu)

縱向傳送機(jī)構(gòu)若采用一段皮帶傳動(dòng)，A道和B道交替動(dòng)作，B道硅片排定好后，需等待與刻蝕機(jī)對接處A道硅片脫離傳感器時(shí)，B道橫向傳送機(jī)構(gòu)氣缸下降， B道橫向傳送機(jī)構(gòu)位硅片快速傳到與刻蝕機(jī)對接位，當(dāng)傳感器檢測到硅片到達(dá)時(shí)，B道橫向傳送機(jī)構(gòu)氣缸頂升，橫向傳送機(jī)構(gòu)開始重新排片。B道硅片需等待A道硅片脫離對接處傳感器，才可進(jìn)行下一步動(dòng)作。

如圖4所示，縱向傳送機(jī)構(gòu)分為前后兩段， A道和B道硅片同時(shí)排定好后，A道和B道橫向傳送機(jī)構(gòu)氣缸下降，A道硅片快速傳到刻蝕機(jī)對接位，B道硅片傳送至后排等待區(qū)，A道和B道同時(shí)開始排片動(dòng)作，等待與刻蝕機(jī)對接處A道硅片脫離傳感器時(shí)，B道硅片從等待區(qū)處快速傳到刻蝕工藝機(jī)對接位。B道橫向傳送機(jī)構(gòu)氣缸動(dòng)作將不受A道硅片動(dòng)作影響。

圖4 縱向與橫向硅片傳送機(jī)構(gòu)

后排B通道傳送一排硅片至后排等待區(qū)的時(shí)間TC= TC1+TC2+TC3+TC4，其中TC1為橫向排片時(shí)間，TC2為橫向傳送機(jī)構(gòu)氣缸下降時(shí)間，TC3為硅片從B道橫向傳送機(jī)構(gòu)位傳至后排等待區(qū)的時(shí)間，TC4為橫向傳送機(jī)構(gòu)氣缸頂升時(shí)間。

B道硅片從橫向傳送機(jī)構(gòu)位到后排等待區(qū)距離為LC=205mm，其中TC2=1s，TC4=0.8s，經(jīng)計(jì)算

TC3=L/(π﹒D﹒n)≈0.36s .

TC=5.21s，TC

4 改進(jìn)效果

通過上述方法改進(jìn)，根據(jù)理論計(jì)算，設(shè)備不間斷運(yùn)行，無故障狀態(tài)下，優(yōu)化前設(shè)備產(chǎn)能為5049片/小時(shí)，優(yōu)化后產(chǎn)能可達(dá)6617片/小時(shí)。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)測算，設(shè)備產(chǎn)能由4800片/小時(shí)提高到6500片/小時(shí),大大提高了刻蝕上料機(jī)的產(chǎn)能。

5 總結(jié)

針對刻蝕上料機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作流程，分析影響設(shè)備產(chǎn)能的主要因素，提出合理的改善方法，有效地提高了設(shè)備的產(chǎn)能，滿足了客戶的需求，同時(shí)提升了產(chǎn)品的競爭力。