杜虎明

(中國電子科技集團公司第二研究所，山西 太原 030024)

全自動硅片下料機升降單元的穩(wěn)定性改進設計

杜虎明

(中國電子科技集團公司第二研究所，山西 太原 030024)

硅片下料機是光伏電池制絨、刻蝕工藝段的自動化設備，升降單元是其核心部件，用來實現(xiàn)硅片在自動傳輸過程中的換向與傳輸。在現(xiàn)場使用過程中發(fā)現(xiàn)，由于原有單元布局局限性和結(jié)構(gòu)不合理，升降過程持續(xù)偏心，從而導致硅片傳輸偏移傳輸方向，進而出現(xiàn)設備卡片、碎片等故障。通過對現(xiàn)有單元結(jié)構(gòu)受力分析、增加彈簧導向機構(gòu)和限位機構(gòu)，多次實驗調(diào)試后該單元在穩(wěn)定性上得到很大提升。目前客戶現(xiàn)場大量使用驗證，改進后的升降單元穩(wěn)定可靠，滿足生產(chǎn)和使用要求，得到客戶認可。

硅片下料機；升降單元；彈簧導向機構(gòu)；限位機構(gòu)

太陽能光伏電池生產(chǎn)有多道工藝，其中前段工藝中制絨清洗設備與刻蝕清洗設備都已實現(xiàn)了在線傳輸功能，硅片下料機是目前在這兩個工藝段實現(xiàn)自動化必須的配置設備，主要完成硅片從疊片狀態(tài)自動傳輸?shù)焦に囋O備、從工藝設備自動傳輸?shù)酱鎯@具中，升降單元在上下料設備中屬于中樞部分，用于實現(xiàn)硅片換向、硅片傳輸?shù)墓δ?，該單元布局在設備的中心位置上。

提升單元的穩(wěn)定性和傳輸?shù)慕y(tǒng)一性會影響到設備的產(chǎn)能和碎片率等指標。全自動硅片下料機目前主要技術(shù)參數(shù)為：產(chǎn)能大于4 500 片/h、開工率大于99%、碎片率小于0.5‰(不含本身缺陷片)。提升單元的穩(wěn)定性決定提升單元上的硅片能否同時達到要求的高度，若不能達到同一高度，會導致碎片。傳輸?shù)慕y(tǒng)一性決定硅片能否同時傳輸并進入中轉(zhuǎn)籃具中，若不能進入籃具會導致卡片、碎片，設備故障，直接影響設備的正常運行。

本文通過對提升單元進行結(jié)構(gòu)受力分析，找出出現(xiàn)故障的原因，并設計增加彈簧導向機構(gòu)和限位機構(gòu)，找到解決該問題的辦法，解決了很長時間困擾該設備的難題。

1 提升單元結(jié)構(gòu)簡介

提升單元由臺面基板、頂起氣缸、驅(qū)動電機、皮帶傳輸系統(tǒng)、156硅片等組成，如圖1所示。頂起氣缸固定在臺面基板與皮帶傳輸系統(tǒng)之間，實現(xiàn)皮帶傳輸系統(tǒng)的提升，達到將傳輸皮帶上的硅片送入下一段皮帶上的目的，驅(qū)動電機用于驅(qū)動皮帶使硅片在皮帶上傳輸。提升單元的動作為提升、傳輸、下降，這三個動作不斷重復實現(xiàn)硅片的提升和傳輸。

圖1 提升單元機構(gòu)示意圖

2 問題描述

在實際動作過程中，提升機構(gòu)的動作會不斷重復，頂起氣缸提升過程中明顯會出現(xiàn)硅片向驅(qū)動電機側(cè)偏移，隨著機構(gòu)動作不斷重復，硅片跑偏，引起卡片、后段硅片不斷傳輸，不斷卡片后導致堵片、碎片，進而設備故障報警，需要人工排除故障，將所有堵片、碎片手動處理。在處理故障過程中影響設備產(chǎn)能、碎片率明細增加。將設備重啟后能在短時間內(nèi)正常運行，持續(xù)時間越長，這種故障情況會頻繁發(fā)生。

3 原因分析

由于原有結(jié)構(gòu)考慮到節(jié)約成本與提升動作的一致性，設計時只用單套驅(qū)動電機與單套頂起氣缸來實現(xiàn)提升與傳輸功能，另外設備布局有局限性。經(jīng)過比例建模，對整套結(jié)構(gòu)進行Simulation Xpress軟件受力分析，如圖2所示，發(fā)現(xiàn)主要問題是在頂起氣缸頂起的過程中驅(qū)動電機一端會偏心，兩邊受力不均衡，從而導致硅片在提升過程中出現(xiàn)不斷的會向驅(qū)動電機端偏移，動作不斷重復，偏移量不斷增加，進而出現(xiàn)卡片、堵片、碎片的連鎖反應。

圖2 提升單元受力分析圖

4 改進方法

4.1 增加彈簧導向機構(gòu)與限位機構(gòu)

針對上述問題，在原有單元結(jié)構(gòu)基礎上增加彈簧導向機構(gòu)對氣缸上下行程進行導向，并在對應點增加限位機構(gòu)對整體結(jié)構(gòu)提升動作進行限位支撐，限位機構(gòu)還可以通過微調(diào)對升降的高度位置進行調(diào)節(jié)。增加上述兩種機構(gòu)后，通過Simulation Xpress軟件進行受力分析，分析結(jié)果表明增加這兩種機構(gòu)符合設計與應用要求，從理論數(shù)據(jù)上能達到設計要求。

分別在頂起氣缸四周增加彈簧導向機構(gòu)與限位機構(gòu)，如圖3所示。在上下動作能沿著導向運動，運動的距離由限位機構(gòu)調(diào)節(jié)固定，在原有結(jié)構(gòu)基礎上打孔安裝即可，不需要重新設計臺面基板。

圖3 增加導向機構(gòu)與限位機構(gòu)布局圖

4.2 增加配重

為了讓提升單元從理論上更合理，使彈簧導向機構(gòu)與限位機構(gòu)在完全平衡的狀態(tài)下動作，在驅(qū)動電機對稱位置增加配重，使該提升單元完全達到動態(tài)平衡的效果。經(jīng)過受力分析圖4所示，該結(jié)構(gòu)處于動態(tài)平衡。

圖4 動態(tài)平衡受力分析圖

4.3 標準化提升單元的裝配順序

在裝配過程中，對裝配順序進行科學規(guī)劃，從底層到頂層的安裝順序，在裝配各機構(gòu)時實時調(diào)節(jié)上下動作，使提升動作順暢無干涉。

5 改進后效果

通過以上三種解決辦法，在原有結(jié)構(gòu)基礎上加工裝配后在線試運行，該提升單元能順暢穩(wěn)定的實現(xiàn)既定動作，從而頂層傳輸系統(tǒng)能平穩(wěn)可靠的傳輸硅片。

6 結(jié)語

在機構(gòu)設計過程中，沒有改變原有機構(gòu)基礎上，增加相應的導向與限位結(jié)構(gòu)，即做到從成本上嚴格控制，又實際解決了設備中的難題，做到一舉兩得。隨著各種設備的不斷更新?lián)Q代，會有更合理的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)。只要能達到功能要求，合理的使用任何巧妙結(jié)構(gòu)是機械設計最有說服力的地方。

從客戶現(xiàn)場實際應用與大量數(shù)據(jù)驗證可知，改進后的提升單元從根本上解決了硅片在這一環(huán)節(jié)傳輸時的卡片、堵片、碎片等問題，極大的提升了設備穩(wěn)定性與可靠性，為全自動硅片下料機更好的應用提供了有力的技術(shù)基礎。得到客戶的認可和好評。

[1] 鄒慧君.機械系統(tǒng)設計原理[M].北京：科學出版社，2003.5-7.

[2] 趙宇.可靠性數(shù)據(jù)分析[M].北京：國防工業(yè)出版社，2011：280-293.

[3] 趙彤.現(xiàn)代實用氣動技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003：232-244.

Improved Design of the Lifting Unit of Automatic Silicon Chip Unloading Machine

Du Huming

(The2ndResearchInstituteofCETC,TaiyuanShanxi030024,China)

The silicon unloading machine is a kind of automation equipment for the manufacture and the etching process of the photovoltaic cell. The lifting unit is the core part of the silicon chip, which is used to realize the transfer and transmission of the silicon wafer in the process of automatic transmission. In the using process at the site, it is found that due to the limitations of the cell layout and unreasonable structure, the lifting process is continuously eccentric to result in wafer offset transmission direction, and the problems of equipment cards, debris and other fault are occurred. Through the analysis on the existing unit structure and increasing the spring guide mechanism and the limiting mechanism, the stability of the unit has been greatly improved after several experiments. At present, with the on-site verification by a large number of customers, the improved lifting unit is stable and reliable and can meet the production and use requirements.

silicon unloading machine; lifting unit; spring guide mechanism; limiting mechanism

2017-03-08

杜虎明(1982- )，男，工程師，主要從事光伏太陽能電子專用設備研發(fā)工作。

1674- 4578(2017)02- 0033- 02

TP272

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