機(jī)器人在光伏太陽(yáng)能行業(yè)PECVD工序的應(yīng)用

摘 要：光伏行業(yè)PECVD工序一直面臨著產(chǎn)能過(guò)低、碎片率高、二次污染的種種難題，通過(guò)介紹我們自主研發(fā)的全自動(dòng)石墨舟上下料設(shè)備，闡述PECVD工序使用機(jī)器人技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和技術(shù)難點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人；抓取；定位精度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.054

在以往的PECVD工序，采用人工向石墨舟插取硅片的操作模式，一直面臨著產(chǎn)能過(guò)低、碎片率高、二次污染的種種難題。為此，我們采用了機(jī)器人，自主研發(fā)出全自動(dòng)石墨舟硅片上下料機(jī)，并成功應(yīng)用于生產(chǎn)。

整機(jī)主要功能部件有硅片傳輸定位組件、石墨舟傳輸定位組件、機(jī)器人抓取組件三大部分。用于將刻蝕工序后的硅片經(jīng)上料傳輸機(jī)構(gòu)傳送至變節(jié)距花籃，由機(jī)器人抓取后放入石墨舟內(nèi)，進(jìn)行PECVD工藝；PECVD工藝完成后，機(jī)器人再將硅片抓取后，放入下料變節(jié)距花籃，經(jīng)傳輸機(jī)構(gòu)裝入100片空花籃中。如圖1所示。

1 硅片傳輸定位組件

1.1 動(dòng)作流程

人工將刻蝕工序后的滿花籃放置于上料花籃傳輸組件，硅片傳送至變節(jié)距花籃，變節(jié)距花籃存滿22片后，定位到抓取位置，通過(guò)氣缸夾緊，等待機(jī)器人的抓取；人工將空花籃放置于下料花籃傳輸組件，機(jī)器人將PECVD工藝后的硅片抓取后放置于下料變節(jié)距花籃中，硅片傳送至空花籃中。存滿100片后，更換新的空花籃。

1.2 關(guān)鍵技術(shù)

機(jī)器人同時(shí)抓取22片硅片，硅片的一致性是決定機(jī)器人抓取效果的重要因素。如果一致性差，將導(dǎo)致插取后，硅片遠(yuǎn)離某一卡點(diǎn)，嚴(yán)重的可導(dǎo)致片子一角脫落在石墨舟外，造成PECVD工藝打火。

我們采取氣缸推片、夾片雙向定位，以確保機(jī)器人抓取的精度。當(dāng)上料變節(jié)距花籃存滿22片硅片，通過(guò)伺服定位到機(jī)器人抓取位，推硅片氣缸將硅片推齊，夾硅片氣缸再將硅片兩側(cè)夾緊，使22片硅片的三個(gè)面很好的貼合在機(jī)械結(jié)構(gòu)上，保證了機(jī)器人抓取的精度。

2 石墨舟傳輸定位組件

2.1 動(dòng)作流程

人工將石墨舟放置于小車上或輸送線上，石墨舟提取機(jī)械手移動(dòng)至小車位置或輸送線位置，將石墨舟提取之后放置到傳輸組件上，同步帶+雙導(dǎo)軌的機(jī)械結(jié)構(gòu)在伺服電機(jī)的帶動(dòng)下穩(wěn)步傳輸，將石墨舟傳送至機(jī)器人插取位，到位后通過(guò)氣缸夾緊定位。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

石墨舟的定位精度是影響機(jī)器人抓取效果的另一大重要因素，我們?cè)跈C(jī)器人的插取位設(shè)計(jì)一根彈簧銷釘，石墨舟托盤(pán)傳送至插取位的過(guò)程中，以一定的快速移動(dòng)，檢測(cè)到傳感器信號(hào)之后，轉(zhuǎn)變?yōu)槁傧驈椈射N釘靠近。伺服電機(jī)采用扭矩控制方式，托盤(pán)和彈簧銷釘接觸后，當(dāng)扭矩達(dá)到設(shè)定值時(shí)，伺服電機(jī)停止，當(dāng)前位置即為機(jī)器人插取位。再采用X、Y方向的夾緊氣缸進(jìn)行雙向定位，以確保石墨舟定位精度。

3 機(jī)器人抓取組件

3.1 動(dòng)作流程

從石墨舟取片—向花籃放片—從花籃取片—向石墨舟放片。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

機(jī)器人帶動(dòng)吸盤(pán)組件，進(jìn)行高速的重復(fù)抓取動(dòng)作，如何做到機(jī)器人速度與加減速的完美匹配，使抓取動(dòng)作穩(wěn)定的同時(shí)速度更快；如何做到機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡半徑最小最節(jié)省時(shí)間；如何避免運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的奇異點(diǎn)，這些問(wèn)題都是影響設(shè)備穩(wěn)定性、產(chǎn)能、碎片率至關(guān)重要的因素。

我們?cè)谠O(shè)計(jì)軟件中建立三維模型，模擬出所有的抓取點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)軌跡中的奇異點(diǎn)；再使用機(jī)器人示教器在設(shè)備上慢速實(shí)際運(yùn)行，確認(rèn)所有軌跡平滑準(zhǔn)確無(wú)誤；然后將機(jī)器人在自動(dòng)模式下運(yùn)行，通過(guò)反復(fù)修改速度、加減速、角速度、線速度等參數(shù)找出最佳的設(shè)置；最后記錄機(jī)器人手臂執(zhí)行軌跡=關(guān)節(jié)位置+電機(jī)扭矩，4毫秒的周期記錄60秒左右，生成records文件，分析所有運(yùn)行軌跡不會(huì)對(duì)機(jī)器人本體造成影響，提早檢測(cè)機(jī)器人過(guò)早退化的風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 良好的適應(yīng)性

不同的制造商使用的PECVD爐子尺寸不盡相同，與之配套使用的石墨舟也大小各異。常見(jiàn)的石墨舟主要有以下幾種：156-16片*6槽石墨舟，載片數(shù)量192片、156-16片*8槽石墨舟，載片數(shù)量252片、156-22片*7槽石墨舟，載片數(shù)量308片、156-26片*8槽石墨舟，載片數(shù)量416片。差異如此之大，機(jī)器人該如何做到更好的適應(yīng)。

實(shí)際上，在機(jī)器人工作負(fù)載和最大動(dòng)作半徑范圍內(nèi)，可以通過(guò)設(shè)計(jì)不同真空吸盤(pán)組件，例如16片、22片、26片，就能更好的滿足制造商這方面的不同需求。目前，我們采用的機(jī)器人工作負(fù)載為13kg、最大動(dòng)作半徑1388mm。16片和22片吸盤(pán)組件，負(fù)載重量分別為4kg和6kg，只需要做到吸盤(pán)機(jī)械安裝夾具統(tǒng)一即可。

4 總結(jié)

PECVD工序使用機(jī)器人，可以實(shí)現(xiàn)較高速度的重復(fù)性抓取操作，工作節(jié)拍遠(yuǎn)高于人工節(jié)拍，大幅提高了生產(chǎn)效率；可以實(shí)現(xiàn)一人同時(shí)看多臺(tái)設(shè)備，減少了用工量，從而帶來(lái)人工成本、管理成本的降低；可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的定位和重復(fù)精度，有效地降低了碎片率；可以減少人工帶來(lái)的二次污染，提高產(chǎn)品質(zhì)量；同時(shí)，因?yàn)榫哂芯S修維護(hù)方便、24小時(shí)不間斷工作等特性，都使得機(jī)器人在光伏太陽(yáng)能行業(yè)取得了非常好的應(yīng)用。伴隨著光伏產(chǎn)業(yè)的不斷升溫，機(jī)器人的應(yīng)用勢(shì)必將取得突飛猛進(jìn)的發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：康冬妮（1983-），女，吉林公主嶺人，本科，工程師，研究方向：光伏太陽(yáng)能行業(yè)電氣設(shè)計(jì)與研發(fā)。