铜铟镓硒薄膜太阳能发电玻璃的自动分级码垛工艺.pdf

d o i:1 0.3 9 6 3/j.i s s n.1 6 7 4-6 0 6 6.2 0 2 3.0 4.0 1 6铜铟镓硒薄膜太阳能发电玻璃的自动分级码垛工艺陈 坤,邹琳琳,张昌青,顾江骏,高 飞(中建材凯盛机器人(上海)有限公司,上海2 0 1 6 0 1)摘 要:为方便销售运输,成品薄膜太阳能发电玻璃需要进行分级码垛打包。随着生产自动化程度的提高,传统的人工码垛无法满足生产需求,开发出自动化程度高、速度快以及柔性强的工业机器人码垛具有十分重要的意义。该文提出的分级码垛的设计结构和整体排布,实现了对铜铟镓硒薄膜太阳能发电玻璃的自动分级码垛,节约了人力。关键词:码垛机器人;视觉;分级A u t o m a t i cC l a s s i f i c a t i o na n dS t a c k i n gP r o c e s so fC I G ST h i n-f i l mS o l a rC e l lG l a s sCHENK u n,Z O UL i n-l i n,ZHANGC h a n g-q i n g,G UJ i a n g-j u n,G A OF e i(C N BM T r i u m p hR o b o t i c s(S h a n g h a i)C o,L t d,S h a n g h a i 2 0 1 6 0 1,C h i n a)A b s t r a c t:I no r d e r t of a c i l i t a t es a l e sa n dt r a n s p o r t a t i o n,t h e f i n i s h e dt h i n-f i l ms o l a rc e l l g l a s sn e e d s t ob ec l a s s i f i e d,s t a c k e da n dp a c k a g e d.W i t ht h ei m p r o v e m e n to fp r o d u c t i o na u t o m a t i o n,t r a d i t i o n a lm a n u a ls t a c k i n gw i l lb ef a rf r o ms a t i s f y i n gp r o d u c t i o nd e m a n d.I ti sv e r yi m p o r t a n tt od e v e l o pi n d u s t r i a lr o b o ts t a c k i n g w i t hh i g ha u t o m a t i o n,f a s ts p e e d,a n ds t r o n g f l e x i b i l i t y.T h ed e s i g ns t r u c t u r e a n do v e r a l l a r r a n g e m e n t o f t h e c l a s s i f i c a t i o ns t a c k i n gp r o p o s e d i n t h i sp a p e r r e a l i z e t h ea u t o m a t i cc l a s s i f i c a t i o ns t a c k i n go fC I G St h i n-f i l ms o l a r c e l l g l a s sa n ds a v em a n p o w e r.K e yw o r d s:s t a c k i n gr o b o t;v i s i o n;c l a s s i f i c a t i o n收稿日期:2 0 2 3-0 3-0 1.作者简介:陈 坤(1 9 7 2-),教授级高级工程师.E-m a i l:c k s h e m t.c o m铜铟镓硒薄膜太阳能电池是以铜铟镓硒为吸收层的高效薄膜太阳能电池,具有生产成本低、污染小、不衰退、弱光性能好、稳定性好、能源回收周期短等特点,光电转换效率居各种薄膜太阳能电池之首,接近晶体硅太阳能电池,而成本则是晶体硅电池的1/3,被国际上称为“下一时代非常有前途的新型薄膜太阳电池”。铜铟镓硒(C I G S)薄膜太阳能电池作为先进的、具有发展潜力并可实现量产的光伏技术,具有生产工序少、能耗低、污染小、外观美的优点,其具有宽光谱灵敏度、好的弱光发电性能、较低的温度系数以及对局部阴影的出色的耐受性,可稳定提供高能量输出,更适合建筑一体化及热带地区国家光伏电站建设,已成为薄膜发电的主要技术方向,是目前公认的具有工业化前景的薄膜太阳能发电技术。但产品生产中传统的人工码垛还无法满足现代化的生产工艺,该文将着重介绍一种自动化级码垛工艺。1 人工与自动分级码垛的对比1.1 人工下片的缺点1)由于玻璃属于易碎品,所以该组件搬运过程需要十分谨慎。2)长时间的重复劳动,容易出现疲劳从而引发安全事故。3)下片需要大量的人员,产品成本增加。4)组件分级繁琐,人工效率低。1.2 自动分级装箱优势1)可以做繁琐笨重的工作。2)可以进行分级装箱。3)可以2 4h不间断工作。4)效率高。5)节约人工成本。86建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第4期2 自动分级装箱系统组成及介绍2.1 工艺布置机器人区域与大部分辊道传输区域由安全围栏隔离开,把操作与运行分开,确保人员安全。C I G S分级装箱工艺如图1所示。自动分级装箱系统区域设备主要包括入料辊道、入料机器人、缓存架、出料机器人、组件定位机构、码垛机器人、木箱传输线、视觉系统等。工艺流程为:耐压绝缘测试后的组件从前工位传输至入料辊道,入料机器人从入料辊道抓取组件放入缓存区;当缓存区的某一功率满足片数要求时,出料机器人把该功率组件逐片放入定位机构,码垛机器人把该定位后的组件放入木托盘中;木托盘放满后通过传输线输出到打标装箱固定处,进行贴标签和固定处理,最后传输到出料口。2.2 入料机构图2所示为入料机构,该机构由一台输送辊道及一套中心定位机构组成。所有工艺已经完成的成品组件通过传输辊道传输到既定的位置,然后由定位机构进行定位。需保证来料的组件位置误差在1mm以内,方便入料机器人固定抓取。96建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第4期2.3 缓存区域该区域由入料机器人、缓存架、出料机器人组成。当入料辊道上来料定位完成后,入料机器人抓取该组件放入缓存架,在缓存架上根据组件功率对组件进行分级。在某一功率的组件个数大于或等于满箱数量后,由出料机器人从缓存架上抓取该等级的组件,从而实现分级功能。缓存架是一个大方格架子,分成6列,而每一列又可以存放2 0片成品组件,可以很好地缓解生产线压力,并在此对组件预分级。两台机器人在原有6轴的基础上增加了第7轴直线导轨,使机器人可以达到缓存架的6列所有位置。2.4 定位机构该机构对从缓存架上出来的组件进行二次定位。由于组件一面带有背轨,另一面不带背轨,而装箱的木托受空间限制,木箱里面的组件只能正面反面交替放置。而此时在定位机构上就需要预先进行正面反面交替放置。此定位机构四角各有一个金属滚轮用来支撑组件,并且可以让组件无阻力、无擦伤的下落,长边与短边各有一组挡棍,实现组件的定位。该机构使用组件自身的重力来实现定位,很好地节约了定位时间,并为装箱提供了更高的精度。2.5 码垛机器人及视觉系统机器人抓手上装有视觉系统,可以携带组件进行拍照定位。此视觉系统的原理是:木托盘由前后两个泡沫槽来固定组件。相机拍摄前后两个泡沫槽的首个槽的照片,经过视觉系统处理后确定木托盘前后、左右、角度的变化,然后反馈给机器人首片放置的位置信息,从而让机器人可以把组件准确的放入木托盘的插槽内。如图3所示,电脑显示屏上会实时显示当前拍照的情况,并显示NG还是OK,让操作人员了解当前的情况。2.6 木托盘传输定位机构该机构可实现空托盘的输入定位及满托输出功能。由于木托盘本身的误差及人工装订纸板的误差、辊道传输误差等,木托盘上面的槽的位置误差无法满足机器人码垛及视觉系统需求,所以需要对木托盘进行粗定位,让其槽保证在相机可以读取的范围内。定位机构通过气缸对底部的木托盘左右方向及上方的泡沫左右方向、前后方向进行定位。2.7 传输线在入料辊道上人工放入空托盘,通过传输线把空托盘分流进入两个码垛区。码垛完成后,由传输线汇合两个码垛区的箱子进入装箱打包区,进行贴标签及打包固定,最后输出至出料口,由叉车入库。传输线上可以缓存一定的空托盘和满箱组件,来缓解人力。3 电气控制整个区域的电气控制系统使用P L C(可编程控制器),实现对辊道的控制、机器人信号交互、视觉系统信息交互、前方工位信息交互、ME S信息交互等功能。P L C控制系统可靠性能较高、抗干扰能力强、故障修复时间短、通用性强、控制程序可变,使用方便。4 结 论小样品C I G S薄膜太阳能电池的最高转化效率2 0 1 4年1 2月刷新为2 1.7%,由德国太阳能和氢能研究机构Z SW采用共蒸镀法制备。大面积电池组件转化效率及产量根据各公司制备工艺不同而有所不同,一般在1 0%1 5%范围内。光电转换效率居各种薄膜太阳能电池之首,在未来具有光明的前景。而分级码垛工艺可以更好地解放人力,是不可或缺的一部分。(下转第8 1页)07建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第4期4 结 论a.大吨位一窑四线,支线数量最少,总投资和运行费用最低,缺点是产品的规格型号少,对压延机和操作人员的技术要求较高。b.大吨位一窑五线支线数量适中,通过多种宽板线和窄板线的组合,熔窑的产量可在12 0 015 5 0t/d之间调整。产品的规格型号较多,总投资和运行费用适中,能满足绝大部分企业的需求。c.大吨位一窑六线数量较多,总投资和运行费用较高,优点在于产品的规格型号多,各条支线可同时生产2.0mm以下的产品。d.大吨位一窑八线支线数量最多,通路的总长度最长,总投资和运行费用高,生产线的投资回报率低。优点在于产品的规格型号多,各条支线可同时生产2.0mm以下的产品。参考文献1 彭 寿,杨京安.太阳能压延玻璃工艺学M.北京:化学工业出版社,2 0 1 9.2 左泽方.大型浮法玻璃熔窑熔制技术J.玻璃与搪瓷J.2 0 1 7,4 5(1):1 9-2 3.3 张世港,吴琼辉,游 俊.千吨级大跨度玻璃熔窑大碹的设计和施工J.玻璃搪瓷与眼镜,2 0 2 3,5 1(4):1 6-2 0,2 4.4 左泽方,吴 晓,张国红.低铁高透过率太阳能玻璃熔窑窑池结构J.建材世界,2 0 1 0,3 1(6):8 0-8 4,9 6.5 彭 寿,何 奎,江龙跃,等.一种压延玻璃窑多支线结构P.中国,实用新型专利,C N 2 1 2 1 7 4 7 8 8 U.2 0 2 0-1 2-1 8.6 何 奎,王四清,孙仕忠,等.一种一窑多线压延玻璃熔窑P.中国,发明专利,C N 1 0 9 7 3 4 2 8 7 A.2 0 1 9-0 5-1 0.(上接第7 0页)参考文献1 王昌杰.工业机器人码垛功能的设计与实现D.武汉:华中科技大学,2 0 1 8.2 张晓安.我国太阳能光伏利用的现状、存在问题及其对策J.合肥工业大学学报:社会科学版,2 0 0 9,2 3(6):1 8-2 4.3 张耀明.中国太阳能光伏发电产业的现状与前景J.能源研究与利用,2 0 0 7(1):1-6.4 王 冬,温玉刚,苗向阳,等.光伏建筑一体化(B I P V)及光伏玻璃组件介绍J.门窗,2 0 0 9(8):1 2-1 5.18建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第4期