導(dǎo)語(yǔ)：料機(jī)碎片分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)研究一文來(lái)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(xún)客服老師，歡迎參考。

摘要：全自動(dòng)硅片下料機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程中，容易受到刻蝕工藝機(jī)臺(tái)碎片的影響，出現(xiàn)堵片、流片等問(wèn)題，從而降低良品率。通過(guò)分析工藝機(jī)臺(tái)產(chǎn)生的幾種碎片形態(tài)，提出了加裝碎片檢測(cè)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(shí)檢測(cè)碎片，并通過(guò)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(dòng)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(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，降本增效已經(jīng)成為所有光伏企業(yè)必須面對(duì)的問(wèn)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(dòng)硅片下料機(jī)是太陽(yáng)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(guò)制絨、清洗、擴(kuò)散、刻蝕等工序的自動(dòng)化設(shè)備后，不可避免地會(huì)產(chǎn)生隱裂片。這些隱裂片在通過(guò)刻蝕工藝機(jī)臺(tái)進(jìn)入下料翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)時(shí)容易變成碎片，若不及時(shí)處理，在傳輸過(guò)程中會(huì)造成堵片和流片，影響生產(chǎn)效率，還會(huì)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(dòng)硅片下料機(jī)正常生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生碎片的主要原因，并提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)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(dòng)硅片下料機(jī)主要是由碎片檢測(cè)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(dòng)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(yáng)能電池片在經(jīng)過(guò)多道工序后，會(huì)產(chǎn)生部分缺角片。在全自動(dòng)硅片上料機(jī)入口處，操作人員若未及時(shí)發(fā)現(xiàn)碎片、缺角片將隨刻蝕工藝機(jī)臺(tái)直接流入下料機(jī)，圖2（a）所示是在全自動(dòng)下料機(jī)入口處發(fā)現(xiàn)的缺角片。這類(lèi)缺角片在進(jìn)入裝片組件和緩存組件時(shí)，容易堵片，造成二次碎片。隱裂片在經(jīng)過(guò)中間工藝機(jī)臺(tái)的滾輪時(shí)，可能會(huì)變?yōu)樗槠@部分碎片在傳輸過(guò)程中會(huì)粘連在一起，如圖2（b）所示。這部分碎片也會(huì)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(huì)對(duì)后續(xù)接觸皮帶的硅片造成大批量的污染，所以提前對(duì)帶液片進(jìn)行檢測(cè)，讓工作人員及時(shí)處理，會(huì)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(shí)會(huì)發(fā)生大量堵片，如圖2（c）所示。這種情況如不及時(shí)處理會(huì)造成大量硅片報(bào)廢，造成重大損失，這就需要下料機(jī)有一定的報(bào)警功能。如果上料機(jī)投料一段時(shí)間后，下料機(jī)傳感器沒(méi)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(jiàn)的工藝機(jī)臺(tái)碎片形式，下料翻轉(zhuǎn)吸盤(pán)在取片過(guò)程中，受吸盤(pán)高度和氣壓的影響，也會(huì)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(xiǎn)。

2碎片的優(yōu)化處理

2.1碎片預(yù)處理。針對(duì)上述幾種常見(jiàn)的刻蝕槽碎片，在刻蝕槽滾輪速度一定的情況，通過(guò)比較兩個(gè)傳感器感應(yīng)的時(shí)間來(lái)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(gè)傳感器，每道配置2個(gè)傳感器，每個(gè)傳感器需安裝在硅片的邊緣，如圖3所示。碎片檢測(cè)主要有兩種方法，一種是與正常片通過(guò)傳感器的時(shí)間比較，主要針對(duì)大部分缺角片，另一種是同道兩個(gè)傳感器相互比較，主要針對(duì)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(guò)傳感器的時(shí)間來(lái)設(shè)定。速度檢碎的檢測(cè)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?，F(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，適當(dāng)?shù)姆糯髮?shí)際檢測(cè)值與設(shè)定值之間的差值。界面中會(huì)顯示硅片通過(guò)左右兩側(cè)相應(yīng)傳感器的時(shí)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(duì)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(gè)傳感器感應(yīng)到硅片，在設(shè)定值范圍內(nèi)，另一個(gè)傳感器還未檢測(cè)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(cè)出碎片時(shí)，該道吸盤(pán)不打開(kāi)，碎片不會(huì)翻轉(zhuǎn)到縱向傳輸段，而是隨滾輪運(yùn)動(dòng)自行滑落到收料盒，這樣不會(huì)對(duì)傳輸段造成影響。針對(duì)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(guò)傳感器的時(shí)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(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向放片位，使得硅片掉落到收片盒，并報(bào)警提示相關(guān)生產(chǎn)人員，解決刻蝕主機(jī)臺(tái)連片問(wèn)題。另外，本方案還統(tǒng)計(jì)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(shí)發(fā)現(xiàn)主機(jī)臺(tái)異常。2.2翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。由于收料盒內(nèi)硅片摩擦因素的影響，加上刻蝕槽傳動(dòng)速度較慢，經(jīng)常會(huì)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(shí)可能會(huì)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(duì)這些情況，對(duì)吸盤(pán)連接件進(jìn)行改造。改造后的設(shè)計(jì)可避免吸盤(pán)連接件接觸運(yùn)動(dòng)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(huì)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(wú)收料盒，遇到碎片時(shí)會(huì)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(huì)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(wèn)題。2.3傳輸段優(yōu)化。設(shè)計(jì)圖6所示為吸盤(pán)到達(dá)放片位時(shí)的狀態(tài)。若碎片發(fā)生在翻轉(zhuǎn)過(guò)程中，吸盤(pán)到達(dá)放片位時(shí)，吸盤(pán)兩端的傳感器沒(méi)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(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)后，碎片通過(guò)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的狀態(tài)如圖7所示。圖中吸盤(pán)翻轉(zhuǎn)到取片位時(shí)，連接件不會(huì)碰到運(yùn)動(dòng)中的硅片，而掉落中的碎片也不會(huì)影響吸盤(pán)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(guò)對(duì)全自動(dòng)刻蝕下料機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生碎片的問(wèn)題進(jìn)行分析研究，提出了加裝碎片檢測(cè)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(cè)裝置，不僅能夠有效地檢測(cè)碎片，防止碎片進(jìn)入縱向傳輸段，對(duì)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(huì)碰到正在掉落的碎片，也不會(huì)產(chǎn)生二次碎片，提高了全自動(dòng)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(tái)的改造中得到推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]岳軍.光伏電池生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化設(shè)備的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)[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(dòng)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(yáng)能電池清洗自動(dòng)上下料設(shè)備的研究[J].電子工業(yè)專(zhuān)用設(shè)備，2016，45(4)：42-45.

作者:段建國(guó) 穆星澤 單位:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二研究所