太陽電池搬運機械手運轉溫升對焊接柵線露白的影響

寧夏銀星能源光伏設備制造有限公司 張翔衛

一 引言

太陽電池自動串焊機是太陽電池組件廠的重要生產設備。電池搬運機械手的轉動通常采用同步帶，由于其連續運轉產生的溫升，致使搬運路程隨溫度的升高而增加，使初始調好的焊帶鋪設位置與電池柵線的相對位置隨機構溫升而發生變化。如果機構用于縱向搬運(圖1a)，將造成電池串中的電池間隔改變，最終使電池串的長度發生變化；如果用于橫向搬運(圖1b)，將造成電池片與預先調好的焊帶位置發生變化，使焊接的電池片柵線產生露白。

圖1 電池片搬運機構

二 搬運機構的搬運路程隨機構運轉溫升而增加

機構運轉溫度升高來自兩個環節:一是同步帶輪的直徑增大，傳動的同步帶路程增長，特別是主動輪；二是機構溫升致使同步帶長度變長。根據實驗證實，溫升源來自電機和機構運轉系統(軸承及其潤滑、兩軸承安裝的同軸度、同步帶與同步帶輪的接觸摩擦以及兩帶輪的平行度等)。如圖1所示，將電機與機械手傳動機構隔離，機構運轉溫升有所降低，但軸承仍產生溫度。適度潤滑、提高軸承精度只能在一定程度上降低溫升，而不能杜絕溫升的產生。

1 同步帶輪溫升的后果

(1)因制造工藝的不同，串焊機所用同步帶輪采用的材料各不相同，不同材料的熱線脹系數也不相同，搬運機械手路程受帶輪溫升的影響可表示為:

其中:αL為材料熱線脹系數[1]；d為帶輪節圓直徑，mm；t為溫升，℃；N為常溫下定額行程長度上帶輪轉動周數；L為移動增長，mm。

試驗采用寧夏小牛自動化設備公司的CH23112串焊機，d=31.83(5M，Z=20)，焊前電池搬運機械手搬運行程的長度為324mm，則324mm長度上帶輪轉動周數為:

帶輪選用不同的材料會有不同的結果。采用鋁合金、1Cr18Ni9Ti不銹鋼、45號碳鋼和灰鑄鐵四種材料，機構溫升后的搬運機械手路程增長曲線如圖2所示。

(2)使用鋁合金帶輪進行連續運轉試驗時，證實連續運轉0.5h溫度升高12℃(沒有達到穩定溫度的程度)，與計算結果吻合。

2 同步帶溫升的后果

同步帶為硬橡膠，其線膨脹系數αL為64×10?6～77×10?6/℃，取其中間值58×10?6/℃。同步帶LZC為870mm。機構溫升后同步帶增長可表示為:

其中:LZC為同步帶周長，mm；LZ為同步帶周長，mm。

圖2 不同材料在不同溫度下運轉行程增長曲線圖

則機構溫升后同步帶增長LZ為:

機構運轉不同溫升對同步帶增長LZ的影響見表1。

表1 不同溫升下同步帶增長LZ值

3 分析

機構運轉時，機械運動零件表面摩擦產生熱量，導致同步帶輪溫度升高、直徑增大，在轉動圓周數不變的情況下周長增加，造成搬運電池片的位置發生變化。在縱向搬運場合下(圖1a)，不同溫度條件下，致使焊接的電池串長度不同；在橫向搬運場合下(圖1b)，產生焊接露白。

同步帶隨溫度的升高而增長，但不會導致搬運電池片路程的增長，卻可使同步帶的張緊力變松，其行程仍受圓弧齒同步帶輪控制。如果松到一定程度，可能會造成電池片搬運定位的非系統誤差，降低電池位置精度。

三 問題的解決

搬運機構的搬運路程隨機構運轉溫升而增加，在尊重原結構的條件下，解決方案為:

(1)運用溫度傳感器，隨機測得溫升，用軟件補償傳動機構，消除影響

這一方案的不足之處為:可解決機械手搬運長度的補償，但不能解決同步帶的增長問題。這樣，同步帶張緊力變松所產生的電池片定位誤差無法消除；對于運轉的同步帶輪，需使用不接觸的溫度傳感器，受各種條件和環境的限制，缺乏可操作性。

(2)采用物理降溫與減短測量搬運路程長度的方法(圖3)

經過試驗，選用合適的軸流風機，安裝合適的角度和距離，將同步帶輪運轉溫升控制在10℃以內是完全可實現的；另外在允許的最短距離處安裝一位置傳感器15，電池從A處搬運到B處，經過C處傳感器15測得電池前沿，發令計算至B點位置距離定位。由于L2＜L1，因此，10℃溫升引起的偏差可計算出來。

圖3 改進后的示意圖

從圖2中得知，將同步帶輪的材質由鋁合金改成鑄鐵后，溫升10℃時L1(324mm)搬運路程增長0.1mm，L2按170mm來計算，則L2搬運路程增長為:

此偏差在允許露白0.3mm的1/6的范圍內，滿足了機構誤差分配的原則。

如果有必要，也可采取與其相關的技術措施，如:提高軸承本身的精度等級；提高兩支軸承安裝的同軸精度；改善軸承潤滑技術；精確核算同步帶載荷及壽命，盡量使用滿足需要更窄的同步帶，減少接觸面積；正確調整同步帶的張緊力；裝配過程精心調整同步帶兩帶輪的平行度和同一平面度，減少運轉時的微觀摩擦。

四 結論

上述技術措施的實施，有效地控制了機器運轉所產生的熱量，降低了機構連續運轉的溫升程度，消除了由此產生的系統誤差所造成的后果。

(1)由此因素引起的電池片焊接露白現象已消除。改進后的機構，用于電池串焊接電池的搬運時，同樣提高了電池的間隔精度和電池串全長的精度。

(2)同步帶輪的主動輪選用熱線張系數小的材料制造，是非常有效的重要措施，但是，被動的同步帶輪則相反，需要選用線脹系數大的材料，用來補償部分同步帶溫升增長后的張緊力。

[1]成大先. 機械設計手冊(第五版)[M]. 北京:化學工業出版社,2008.