導(dǎo)語：料機(jī)碎片分析與優(yōu)化設(shè)計研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：全自動硅片下料機(jī)在生產(chǎn)過程中，容易受到刻蝕工藝機(jī)臺碎片的影響，出現(xiàn)堵片、流片等問題，從而降低良品率。通過分析工藝機(jī)臺產(chǎn)生的幾種碎片形態(tài)，提出了加裝碎片檢測裝置和改造下料機(jī)翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的解決方案；該方案能及時檢測碎片，并通過優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)處理碎片，提高了設(shè)備的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：全自動硅片下料機(jī)；碎片分析與處理；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

隨著光伏行業(yè)的快速發(fā)展，競爭日趨激烈，降本增效已經(jīng)成為所有光伏企業(yè)必須面對的問題。目前，降低碎片率，減少返工片，提高良品率是降本增效最行之有效的方法。全自動硅片下料機(jī)是太陽能電池片刻蝕工序的重要設(shè)備之一[1]。多晶硅片由于其本身的物理特性，在經(jīng)過制絨、清洗、擴(kuò)散、刻蝕等工序的自動化設(shè)備后，不可避免地會產(chǎn)生隱裂片。這些隱裂片在通過刻蝕工藝機(jī)臺進(jìn)入下料翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)時容易變成碎片，若不及時處理，在傳輸過程中會造成堵片和流片，影響生產(chǎn)效率，還會導(dǎo)致更多的返工片和不良片的產(chǎn)生。本文分析了全自動硅片下料機(jī)正常生產(chǎn)過程中產(chǎn)生碎片的主要原因，并提出了相應(yīng)的設(shè)計方案以及優(yōu)化解決方法。

1下料機(jī)結(jié)構(gòu)及碎片原因分析

全自動硅片下料機(jī)主要是由碎片檢測裝置、翻轉(zhuǎn)組件、縱向傳輸段、橫向傳輸段、緩存組件、裝片組件、自動換籃組件等組成[2-3]。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，其中下料翻轉(zhuǎn)組件的主要作用是將硅片翻轉(zhuǎn)180°，避免硅片刻蝕面接觸皮帶產(chǎn)生臟污和印跡，提高硅片的轉(zhuǎn)換效率。太陽能電池片在經(jīng)過多道工序后，會產(chǎn)生部分缺角片。在全自動硅片上料機(jī)入口處，操作人員若未及時發(fā)現(xiàn)碎片、缺角片將隨刻蝕工藝機(jī)臺直接流入下料機(jī)，圖2（a）所示是在全自動下料機(jī)入口處發(fā)現(xiàn)的缺角片。這類缺角片在進(jìn)入裝片組件和緩存組件時，容易堵片，造成二次碎片。隱裂片在經(jīng)過中間工藝機(jī)臺的滾輪時，可能會變?yōu)樗槠@部分碎片在傳輸過程中會粘連在一起，如圖2（b）所示。這部分碎片也會引起下料傳輸段的堵片，另外由于傳輸皮帶上殘留液體的存在，還會對后續(xù)接觸皮帶的硅片造成大批量的污染，所以提前對帶液片進(jìn)行檢測，讓工作人員及時處理，會避免很多損失。由于受刻蝕槽內(nèi)的滾輪水平等因素影響，槽體內(nèi)有時會發(fā)生大量堵片，如圖2（c）所示。這種情況如不及時處理會造成大量硅片報廢，造成重大損失，這就需要下料機(jī)有一定的報警功能。如果上料機(jī)投料一段時間后，下料機(jī)傳感器沒有感應(yīng)到硅片，則需提醒操作人員留意刻蝕槽內(nèi)是否堵片。除了上述幾種常見的工藝機(jī)臺碎片形式，下料翻轉(zhuǎn)吸盤在取片過程中，受吸盤高度和氣壓的影響，也會產(chǎn)生碎片。這部分碎片也需要進(jìn)行相應(yīng)的處理，以減少堵片的風(fēng)險。

2碎片的優(yōu)化處理

2.1碎片預(yù)處理。針對上述幾種常見的刻蝕槽碎片，在刻蝕槽滾輪速度一定的情況，通過比較兩個傳感器感應(yīng)的時間來判斷硅片是否為碎片。在不顯著增加成本的情況下，在設(shè)備前預(yù)裝10個傳感器，每道配置2個傳感器，每個傳感器需安裝在硅片的邊緣，如圖3所示。碎片檢測主要有兩種方法，一種是與正常片通過傳感器的時間比較，主要針對大部分缺角片，另一種是同道兩個傳感器相互比較，主要針對縱向半張硅片的情況。參數(shù)設(shè)置界面如圖4所示，速度檢碎設(shè)定值是基于正常片通過傳感器的時間來設(shè)定。速度檢碎的檢測精度受掃描周期和滾輪速度的影響，本文所論述的PLC掃描周期在5ms左右，若滾輪速度保持在2.5m/min，檢碎誤差在±2mm。現(xiàn)場可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，適當(dāng)?shù)姆糯髮?shí)際檢測值與設(shè)定值之間的差值。界面中會顯示硅片通過左右兩側(cè)相應(yīng)傳感器的時間，方便操作人員根據(jù)硅片的片源大小更改參數(shù)。另外，針對縱向半張的硅片，程序中設(shè)置差值檢碎設(shè)定值。若其中一個傳感器感應(yīng)到硅片，在設(shè)定值范圍內(nèi)，另一個傳感器還未檢測到硅片，則該張硅片設(shè)定為碎片。當(dāng)使用上述兩種方法檢測出碎片時，該道吸盤不打開，碎片不會翻轉(zhuǎn)到縱向傳輸段，而是隨滾輪運(yùn)動自行滑落到收料盒，這樣不會對傳輸段造成影響。針對上節(jié)提到的刻蝕槽堵片情況，參數(shù)設(shè)置界面增加連片設(shè)定值功能，當(dāng)硅片通過傳感器的時間大于設(shè)定值，則該硅片為帶液片或刻蝕槽產(chǎn)生大量碎片，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)會自動轉(zhuǎn)向放片位，使得硅片掉落到收片盒，并報警提示相關(guān)生產(chǎn)人員，解決刻蝕主機(jī)臺連片問題。另外，本方案還統(tǒng)計碎片數(shù)和連片數(shù)，設(shè)備人員查看相關(guān)數(shù)據(jù)，可以及時發(fā)現(xiàn)主機(jī)臺異常。2.2翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。由于收料盒內(nèi)硅片摩擦因素的影響，加上刻蝕槽傳動速度較慢，經(jīng)常會出現(xiàn)碎片不能順利滑落的現(xiàn)象。此外，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)回位時可能會碰到正在傾斜滑落的硅片，容易產(chǎn)生更多碎片，堵塞刻蝕槽出口。針對這些情況，對吸盤連接件進(jìn)行改造。改造后的設(shè)計可避免吸盤連接件接觸運(yùn)動中的硅片，能夠在不影響正常生產(chǎn)的情況下讓硅片自然滑落，也不會造成二次碎片。圖5所示為改造前及改造后的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，改造前無收料盒，遇到碎片時會將翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)抬升，讓硅片全部滑到前置收料盒。這種結(jié)構(gòu)會造成大量返工片，并且每次出現(xiàn)帶液片都需要擦拭皮帶，嚴(yán)重耽誤產(chǎn)能。改造后的設(shè)備則完全解決了上述問題。2.3傳輸段優(yōu)化。設(shè)計圖6所示為吸盤到達(dá)放片位時的狀態(tài)。若碎片發(fā)生在翻轉(zhuǎn)過程中，吸盤到達(dá)放片位時，吸盤兩端的傳感器沒有感應(yīng)到硅片，則判定為碎片，該道縱向傳輸皮帶的速度立即轉(zhuǎn)為快速，將硅片送到前置收料盒，不讓碎片進(jìn)入橫向傳輸段，避免在進(jìn)入緩存組件前造成堵片。

3優(yōu)化效果

下料翻轉(zhuǎn)機(jī)經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計后，碎片通過翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的狀態(tài)如圖7所示。圖中吸盤翻轉(zhuǎn)到取片位時，連接件不會碰到運(yùn)動中的硅片，而掉落中的碎片也不會影響吸盤吸取下一排的硅片。此外收料盒的角度也可以調(diào)節(jié)，保證硅片能夠順利掉落。

4結(jié)論

通過對全自動刻蝕下料機(jī)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生碎片的問題進(jìn)行分析研究，提出了加裝碎片檢測裝置和改造下料機(jī)翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的解決方案。加裝碎片檢測裝置，不僅能夠有效地檢測碎片，防止碎片進(jìn)入縱向傳輸段，對槽內(nèi)連片和大范圍堵片也能起到很好的預(yù)警作用。而且改造后的下料翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)不會碰到正在掉落的碎片，也不會產(chǎn)生二次碎片，提高了全自動刻蝕下料機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性。優(yōu)化后的下料機(jī)裝片效率可以達(dá)到5000片/h，碎片率控制在0.03%左右，達(dá)到了廠家的技術(shù)要求，有望在一些老舊機(jī)臺的改造中得到推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]岳軍.光伏電池生產(chǎn)線自動化設(shè)備的應(yīng)用及發(fā)展趨勢[J].山西電子技術(shù)，2016，(1)：94-96.

[2]苗俊芳，李安華，廖鑫.硅片自動上下料設(shè)備的研制[J].物流工程與管理，2012，34(6)：123-124.

[3]任耀華.太陽能電池清洗自動上下料設(shè)備的研究[J].電子工業(yè)專用設(shè)備，2016，45(4)：42-45.

作者:段建國 穆星澤 單位:中國電子科技集團(tuán)公司第二研究所