張 海，陳嘉榮

(中國電子科技集團(tuán)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(chǔ)量豐富,太陽能的利用可以改善能源結(jié)構(gòu),推進(jìn)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(kuò)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(jī)是鍍膜工序最為關(guān)鍵的自動(dòng)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(shí)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(jī)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(dá)到石墨舟上下料片機(jī)高效、穩(wěn)定運(yùn)行。

1 石墨舟上下料機(jī)結(jié)構(gòu)及原理

圖1 石墨舟上下料機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

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

石墨舟上下料機(jī)的工作流程：

1) 將裝滿硅片的100片花籃放在花籃上料機(jī)構(gòu)的上料位，100片空花籃放在花籃下料機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)傳入上料中轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，每傳入一片硅片，上料中轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上升一個(gè)工位，直至中轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)放滿26片硅片，剩余的硅片則暫時(shí)放置在緩存機(jī)構(gòu)。

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

4) 石墨舟定位完成后，機(jī)器人裝卸片機(jī)構(gòu)開始工作：通過安裝在機(jī)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(jī)構(gòu)，再將硅片上料中轉(zhuǎn)機(jī)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(dòng)更換空籃具。

5) 插片機(jī)依次重復(fù)上述動(dòng)作完成石墨舟中八槽A、B兩面共416張硅片的取放，實(shí)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(dòng)更換石墨舟。換完硅片的石墨舟由石墨舟搬送機(jī)構(gòu)傳至傳送帶上傳入工藝設(shè)備，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。

2 石墨舟上下料機(jī)碎片分析

通過觀察設(shè)備現(xiàn)場運(yùn)行的情況分析，石墨舟上下料機(jī)碎片主要產(chǎn)生在上料中轉(zhuǎn)機(jī)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(jī)構(gòu)，夾片氣缸在將26張硅片夾齊時(shí)或著推片氣缸推齊時(shí)會(huì)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(huì)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(jī)器人吸盤吸取的時(shí)候插碎。

3 改進(jìn)方法

3.1 上料中轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

圖2 推片機(jī)構(gòu)和中轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)示意圖

在石墨舟硅片插取位給機(jī)器人進(jìn)行教點(diǎn)工作的前提是要保證機(jī)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(jī)器人吸盤從上料中轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)吸取至插取位進(jìn)行插片時(shí)與舟頁平齊，使得每一張硅片都可以插進(jìn)各自的3個(gè)卡點(diǎn)，避免出現(xiàn)某一張硅片覆蓋卡點(diǎn)或者沒有完全卡好在全部3個(gè)卡點(diǎn)，須得保證上料中轉(zhuǎn)機(jī)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(jī)構(gòu)，直至機(jī)器人從上料中轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)吸取硅片至石墨舟時(shí)26張硅片與石墨舟舟頁同時(shí)平齊。

另外，26張硅片是由中轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過兩個(gè)夾緊氣缸帶動(dòng)夾緊條動(dòng)作先夾齊硅片，再通過推片氣缸動(dòng)作來推齊。所以推片氣缸推26張硅片的時(shí)候，硅片會(huì)相對(duì)于夾緊條運(yùn)動(dòng)，時(shí)間長了以后會(huì)將夾緊條磨出凹槽，產(chǎn)生凹槽后氣缸再進(jìn)行夾緊動(dòng)作的時(shí)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(shí)候就會(huì)出現(xiàn)覆蓋卡點(diǎn)或者沒有完全卡好在全部三個(gè)卡點(diǎn)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(dòng)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(duì)于夾緊條運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)凹槽。

3.2 機(jī)器人吸盤

圖3 26片吸盤組件

在進(jìn)行吸盤裝配的時(shí)候，需要保證每一片吸盤板都與吸盤底座垂直，同時(shí)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(yàn)并保證吸盤裝配精度，將吸盤組件安裝在機(jī)器人上，然后操作機(jī)器人移動(dòng)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(duì)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(jī)構(gòu)

圖5 石墨舟定位機(jī)構(gòu)

在保證了上料中轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)將26張硅片夾齊、推齊，同時(shí)機(jī)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(jī)構(gòu)。

石墨舟經(jīng)石墨舟傳輸機(jī)構(gòu)到達(dá)插取位后，如圖5所示，推舟定位機(jī)構(gòu)會(huì)將石墨舟推至固定定位部件，待石墨舟固定后機(jī)器人裝卸片機(jī)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(jī)器人直角坐標(biāo)系的同一個(gè)方向，需要對(duì)固定定位部件進(jìn)行打表校準(zhǔn)。將千分表吸附在機(jī)器人上，以機(jī)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(dòng)，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(jìn)效果

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

5 結(jié)語

針對(duì)石墨舟上下料機(jī)硅片傳輸?shù)牧鞒?，分析造成碎片的部件、?dòng)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(yùn)行的故障率和碎片率，方法可行有效。