近年來隨著光伏產業發展,自動化設備在太陽能電池片生產線上得到廣泛的運用。在工藝設備產能不斷增長的背景下,對光伏自動化設備的產能要求也越來越高。本文主要結合太陽能電池設計制造過程中硅片的上下料工藝，與傳統上下料工藝的進行了對比。重點分析了太陽能自動化設備全自動硅片裝片上下料機的結構、特性以及工作流程等。
隨著全球能源短缺和環境污染等問題日益突出，太陽能作為可再生的環保能源已經越來越受到人們的關注。在電池行業中，最沒有污染、市場空間最大的應該是太陽能電池，太陽能電池的研究與開發越來越受到世界各國的廣泛重視，國內外很多大公司相繼投入到太陽能電池的研發和生產中。太陽能光伏產業的迅猛發展，使得對電池硅片的性能要求也越來越高。傳統的硅片上下料采用的是人工上下料方式，容易造成硅片的污染，增加硅片碎片率，效率低下。
而全自動硅片上下料機能夠克服人工上下料的缺點，并且具有自動化程度高、操作方便、工藝一致性有保證、系統可靠性好等優點。能夠極大地提高我國太陽能光伏行業電池生產整線的自動化水平，提升電池片的品質，這對太陽能光伏行業的持續發展起到了推動作用。目前使用的全自動硅片上下料機每小時3600片/小時的產能已落后于工藝設備的發展要求，迫切需要一種工藝好、效率高、能滿足日益增長的產能要求的全自動硅片上下料機。
全自動硅片上料機，主要應用在制絨工序、刻蝕工序等多個生產工序中。主要目的就是減少人工操作與硅片的接觸，降低硅片的污染，提高轉換效率，從而**降低生產成本。
1.主要技術指標
⑴產能：≥4000片/小時
⑵碎片率：≤0.03%
⑶工位數：5工位（在線設備為5道滾輪設計）
⑷設備適用于156×156(±0.5mm)規格的硅片。
⑸速度匹配功能：可按工藝的速度自動調整。
⑹稱重功能：可按定時或定量進行稱重。
⑺Uptime:≥98%；
2.設備結構
設備結構主要包括：上料位、上料位升降機構、分片結構、傳送裝置、稱重機構以及控制系統等。如圖1所示。
1.2.1上料位
上料位主要功能是將放有硅片的花籃，送到機械手的工作位置。本設備采用電缸加吸盤的方式，吸盤組件由電缸驅動，兩側供料，運動更平穩。如圖2所示。
1.2.2傳送裝置
由于傳送裝置屬于全自動上下料設備的核心部件，整個傳送系統設計的好壞，直接關系到整個設備運行過程的穩定性和可靠性。在設計時必須考慮傳動設備運行的穩定性和精確性。
傳送結構主要包括緩沖結構、一級傳輸、二級傳輸、導向結構四個部分。硅片在放置到傳送皮帶前先接觸到緩沖結構以減少硅片下落時受到的沖擊。運行硅片的皮帶分為一級傳輸帶與二級傳輸帶兩段，二級傳輸帶速度為一級傳輸帶三分之二，主要是起到減小硅片進入籃具所受到的沖擊力。
傳送皮帶采用質地柔軟的圓皮帶，減少與硅片的接觸面積，避免損傷和污染硅片。導向結構保證了硅片能順利進入籃具，導向結構選取圓弧鋼化玻璃為主要導向材料，既減小了硅片與導向材料接觸所受的沖擊力又保證了導向結構的耐用性。
1.2.3稱重機構
為了增加光子的吸收率、去除硅片表面的玷污和機械損傷層等，需要對硅片進行制絨處理。在制絨工序和刻蝕工序中硅片減重量是一個非常重要的參考指標。
在線稱重系統可以將硅片原重、硅片腐蝕后重、以及腐蝕量數據上傳至電腦，并以X-Bar控制圖的SPC模式顯示；腐蝕量超出規格時，鏈式制絨自動化設備會給出相應報警信息。稱重單元選擇日本A&D在線式稱重單元，稱重機架要單獨出來，具有抗變形能力和防振能力，稱體需要嚴格密封，外面氣流會對稱重結過有影響。含稱重單元上下料系統控制圖，如圖3所示。
1.3設備工藝流程
設備主要工作流程主要包括：
�、虐阉膫�裝滿硅片的專用籃具分別放到兩側上料位；
�、扑欧姍C帶動硅片向上移動到指定位置；
�、莾山M電缸分別帶動兩組吸盤組件運動到吸片位置；
�、却禋夥蛛x裝置開始工作；
�、伤慕M吸盤同時吸取硅片，一次共吸取四組硅片，并輪流把硅片放于皮帶上；
�、蕛山M電缸繼續吸取硅片，通過程序控制硅片傳送，保證與工藝設備對應的⑺傳送料道上只有5組硅片；
�、坦杵瑐魉瓦^程中，如檢測到有雙片，設備暫停并報警，提示人工干預；
�、蛡魉蛶ч_始工作，把硅片送入到5道在線工藝設備中。
2設備結構特點
2.1速度匹配功能
進口工藝設備的速度匹配，需要工藝設備開放通訊端口，上下料設備與其進行數據交換和通訊，采集當前速度信號來進行匹配。但進口工藝設備一般不提供二次開發的平臺，導致通訊無法實現。經過實驗，采集工藝設備轉軸角速度信息來匹配
速度。通過光電傳感器檢測速度碼盤的信號，在一個采樣周期內計數，計算出工藝設備的角速度值，再根據上下料機和工藝設備旋轉半徑比值關系，最后計算出上下料設備的匹配速度值。
2.2硅片吸取結構
硅片吸取結構是負責將硅片由疊片盒抓取到傳輸皮帶的結構。它包含電動執行器、吸盤氣缸、緩沖器、真空吸盤、固定架。真空吸盤采用非接觸吸盤減少與硅片接觸用于硅片吸取，緩沖器可以減小真空吸盤吸取硅片時對硅片作用力，電動執行器與吸盤氣缸用于吸取硅片的左右與上下運動。在設計過程中充分考慮到了硅片裝片效率與碎片率：采用較小的真空吸附力吸取硅片；采用緩沖方式減少對硅片沖擊損傷；采用高速運行機構電動執行器提高裝片效率。
2.3籃具升降機構
籃具升降機構采用高精度、高速、低慣量交流伺服電機控制籃具直線系統精確移動，同時由編碼器提供反饋信息，形成閉環控制，實現既高速又精確的移動�；ɑ@在籃具托盤上的定位采用斜面或者圓孔定位，可加裝可調限位塊和定位銷，穩定可靠。對不同規格籃具只需簡單的調整定位銷即可。
2.4同步導向系統
同步導向系統如下圖所示，驅動滑輪直接帶動硅片傳送皮帶傳送硅片，同時驅動滑輪通過轉向圓皮帶的正交傳送驅動導向平皮帶，確保導向與硅片傳送的同步。平皮帶之間的距離可通過導向調整板調節。同步導向系統真正實現了導向與硅片的同步，既保證了硅片傳送過程中無損傷，又**延長了導向的更換周期。且調節更換方便。
2.5吹氣分離結構
如果在上料位的硅片不能輕易的分開，這樣幾塊硅片就會粘在一起，吸盤不能把硅片吸起來，導致效率降低；而如果粘在一起的幾個硅片被吸起來，在高速的運動過程中，又有可能造成處在下面的硅片脫落，產生碎片。
為了把上料位的硅片輕易的分開，上料位采用了兩側加裝吹氣分離裝置，潔凈壓縮空氣經過調壓、節流，進入一個末端是細縫的吹氣柱，并且細縫方向和硅片是垂直的。這樣從細縫里產生的氣流是垂直的、有層次的，就能把最上面的硅片有層次的、輕易的吹開，便于硅片吸取結構中的真空吸盤對硅片吸附，既提高了設備的效率又降低了硅片的碎片率。
2.6電氣控制系統
電氣控制系統是整個設備的核心部分，控制系統的硬件主要由觸摸屏、PLC、伺服電機、電動執行器、氣缸、電磁閥、按鈕和傳感器組成。利用可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController，簡稱PLC），按照相應的工藝要求進行設計和編程，控制上料機整個設備系統,實現垂直方向的精確、高速運行，而且移動速度和方向可以根據實際情況調整等功能。
在具體操作過程中，通過在觸摸屏上輸入相應的工藝參數，設備即可按照預設程序運行。與傳統的人工控制操作相比，具備著控制性好，可靠性高，運行穩定；模塊化設計；自動化程度高；具備良好的設備自診斷模塊，故障分析模塊；具備良好的人機界面等優點。從而**提高電池片的成品率和生產效率。
3結語
太陽電池產業的競爭歸根到底是成本的競爭，國產裝備的發展符合降低成本的大方向，本項目研制的全自動硅片上料機有以下特點：
�、胚\行穩定性好，不但能滿足裝片效率需求，同時**降低人工裝片的碎片率,減少手指與硅片的接觸，避免硅片受到污染。
�、撇僮骱唵�，維護方便，適用于太陽能電池生產線中多個工序，兼容單晶和多晶硅片，可滿足不同尺寸硅片的上下料要求。
背靠全球增長最為迅猛的地區，擁有巨大的本土市場。國內一流光伏企業真正認識到沒有國產設備的支撐，中國的光伏企業將喪失最主要的成本競爭優勢。國內裝備制造商也清醒的認識到作為技術要求要略低一些的光伏設備也正是國內企業可大有作為的中低端設備領域。
本項目利用現有成熟的硅片上下料工藝技術和設備制造基礎，制造適用于大規模生產的，滿足各工序間周轉和傳遞的全自動硅片上下料機，隨著性能的不斷提高，前景會更加美好。
0574-86175138
