用于太陽(yáng)能電池板的自動(dòng)測(cè)試分選應(yīng)用工程

朱鵬濤，劉東斌，衛(wèi) 兵

ZHU Peng-tao,LIU Dong-bin,WEI Bing

（北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京 100120 ）

0 引言

當(dāng)電力、煤炭、石油等不可再生能源頻頻告竭，能源問(wèn)題日益成為制約國(guó)際社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸時(shí)，越來(lái)越多的國(guó)家開(kāi)始開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能資源，尋求經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動(dòng)力。中國(guó)蘊(yùn)藏著豐富的太陽(yáng)能資源，太陽(yáng)能利用前景廣闊。

太陽(yáng)能電池板是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中價(jià)值最高的部分。其作用是將太陽(yáng)的輻射能力轉(zhuǎn)換為電能，或送往蓄電池中存儲(chǔ)起來(lái)，或推動(dòng)負(fù)載工作。太陽(yáng)能電池板的質(zhì)量和成本將直接決定整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量和成本。由于太陽(yáng)能板薄、質(zhì)地脆，容易造成碎片及隱裂，國(guó)內(nèi)外對(duì)于太陽(yáng)能電池板的測(cè)試目前還沒(méi)有成熟的解決方案。

1 系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)由工件測(cè)試工位和分揀碼垛工位組成,如圖1所示。

工件測(cè)試前先將接線適配器安裝到工件上，工件測(cè)試工位通過(guò)上料操作臺(tái)輸入的工件種類、模擬器的工作狀態(tài)（是否充電完成），工件是否到位等條件給測(cè)試機(jī)器人發(fā)送相應(yīng)的程序號(hào)，測(cè)試機(jī)器人讀取程序號(hào)，通過(guò)示教完成對(duì)不同程序運(yùn)行軌跡的編制，實(shí)現(xiàn)了抓取、掃碼、模擬儀測(cè)試、放置等工作過(guò)程。測(cè)試機(jī)器人將太陽(yáng)能測(cè)試模擬儀測(cè)試后的工件放置到傳送輥道后進(jìn)行耐絕緣自動(dòng)接電測(cè)試。測(cè)試完成后，輥道自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，將工件傳送到貼標(biāo)工位。到達(dá)后工人能夠根據(jù)分檔指示屏的指示，對(duì)相應(yīng)的太陽(yáng)能板進(jìn)行貼標(biāo)，完成后工人將適配器卸下。

圖1 自動(dòng)測(cè)試分選系統(tǒng)布置圖

分揀碼垛機(jī)器人在工件分揀碼垛工位抓取太陽(yáng)能電池板進(jìn)行條碼讀取，讀取完成后 PLC根據(jù)條碼信息從數(shù)據(jù)庫(kù)中查找該組件的詳細(xì)信息，完成后發(fā)送的相應(yīng)的工件品種及工件的垛位號(hào)傳給分揀碼垛機(jī)器人并進(jìn)行分檔。機(jī)器人通過(guò)示教實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分揀碼垛工作，通過(guò)機(jī)器人內(nèi)部累加器記錄工件數(shù)量。當(dāng)每垛工件到達(dá)20塊，自動(dòng)報(bào)警，通知操作人員更換托盤并將累加器清空。通過(guò)WINCC上位機(jī)將分檔數(shù)據(jù)自動(dòng)保存到EXCEL文件中，完成整個(gè)太陽(yáng)能電池板自動(dòng)測(cè)試、分選。

2 結(jié)構(gòu)介紹

2.1 ABB IRB 6640機(jī)器人簡(jiǎn)介

ABB IRB 6640型機(jī)器人融合了第二代TrueMove和QuickMoveTM技術(shù)，運(yùn)動(dòng)精度更高，進(jìn)一步縮短編程時(shí)間、優(yōu)化工藝效果，操作更加靈活，在國(guó)內(nèi)已得到廣泛采用。

IRB 6640-130型機(jī)器人技術(shù)參數(shù)如下：

圖2 接電測(cè)試裝置圖

2.2 接電測(cè)試裝置

由于測(cè)試電池板對(duì)測(cè)試線的電阻有嚴(yán)格的要求，電阻不能超過(guò)模擬儀要求的電阻，而測(cè)試線從機(jī)器人手爪經(jīng)機(jī)器人本體再連接到模擬儀，長(zhǎng)度超過(guò)了10米，測(cè)試線自身的電阻就超過(guò)了要求的電阻。

本系統(tǒng)的接電裝置設(shè)計(jì)分為適配器，接電銅排和接電觸點(diǎn)三部分，測(cè)試工作狀態(tài)如圖2所示。太陽(yáng)能電池板由人工安裝適配器并與電池板上接線盒導(dǎo)線連接。機(jī)器人抓取太陽(yáng)能電池板測(cè)試時(shí)，手爪觸點(diǎn)與適配器接觸連接，使接電銅排與電池板導(dǎo)通。

機(jī)器人抓取電池板到測(cè)試工位時(shí)，使接電銅排與接電觸點(diǎn)連接，模擬儀裝在接電觸點(diǎn)上方。通過(guò)使用接電裝置，測(cè)試線不用經(jīng)過(guò)機(jī)器人本體，大大地縮短了測(cè)試線的使用長(zhǎng)度，降低了電阻，滿足了模擬儀要求。

2.3 機(jī)器人抓取裝置

由于電池板薄、質(zhì)地脆，導(dǎo)致抓取過(guò)程容易造成隱裂。本系統(tǒng)采用柔性真空吸盤抓取工件，選用了內(nèi)部帶支撐的吸盤，使吸盤在工作時(shí)有足夠的支撐面積，避免對(duì)電池板造成損傷。

吸盤的布置盡量靠近邊框，中間一對(duì)吸盤與兩邊吸盤錯(cuò)開(kāi)，不在一條直線上，實(shí)驗(yàn)證明，這種布置也可減少隱裂的發(fā)生，使隱裂概率降到萬(wàn)分之一以內(nèi)，滿足了電池板大規(guī)模測(cè)試的要求。

3 控制系統(tǒng)介紹

系統(tǒng)采用西門子S7-300系列PLC作為控制工作站主站，通過(guò)Profibus-Dp總線控制條碼閱讀器、太陽(yáng)能測(cè)試模擬儀及ABB機(jī)器人等設(shè)備，采用TCP/IP總線協(xié)議與太陽(yáng)能測(cè)試模擬儀通訊。

測(cè)試機(jī)器人通過(guò)示教完成太陽(yáng)能電池板自動(dòng)抓取、掃碼、測(cè)試、放置，放置后的組件信息（ISCVOCPMVMIMFF）與條碼自動(dòng)綁定，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池組件測(cè)試隊(duì)列的建立。

分揀機(jī)器人通過(guò)示教完成太陽(yáng)能電池板的抓取、掃碼、分揀等工作，當(dāng)太陽(yáng)能電池組件掃完完成后，根據(jù)條碼會(huì)在測(cè)試隊(duì)列中查詢相應(yīng)測(cè)試信息傳輸?shù)缴衔粰C(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中。上位機(jī)采用研祥工控機(jī)，使用WINCC v6.2軟件通過(guò)OPC Server與EXCEL通訊，通過(guò)EXCEL宏處理整理數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，完成最終與企業(yè)ERP系統(tǒng)的聯(lián)接。

4 結(jié)論

隨著太陽(yáng)能行業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)的人工測(cè)試已經(jīng)無(wú)法滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需要。機(jī)器人自動(dòng)測(cè)試分選工作站會(huì)逐步取代人工，應(yīng)用到太陽(yáng)能組件的測(cè)試分選作業(yè)中。

本文介紹的測(cè)試分選工作站，已成功應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)。大大提高了生產(chǎn)效率，降低了人工成本，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，在太陽(yáng)能行業(yè)，機(jī)器人自動(dòng)化應(yīng)用領(lǐng)域，達(dá)到并保持國(guó)際先進(jìn)水平。提高了國(guó)產(chǎn)太陽(yáng)能產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)了國(guó)產(chǎn)太陽(yáng)能企業(yè)的良性發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新。