转贴 机器人组装太阳能电池板

来源美国《Assembly》组装杂志

组装自动化



机器人组装
太阳能电池板



    为了帮助降低成本，太阳能电池板制造商正在越来越多地使用机器人。




配备了视觉和作用力检测功能的机器人有助于降低单件光伏电池在操作中的损坏率。照片由Stäubli公司提供




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    在上世纪七十年代的能源危机之后，美国人首次产生了直接利用太阳能来替代煤炭和石油的想法。经过数十年的发展，太阳能电池板最终成为了市场上的一员主力。

    利用阳光而直接产生电能的光伏(PV)电池板长期以来一直是卫星和日光计算器的专门用品。但是，现在，它们已经越来越多地被用来为家庭和企业提供能源。

    目前，德国在光伏电池的应用方面居于领先地位，光伏发电量占到全世界的一半。不过，在这项迅猛发展的能源技术中，其他许多国家正在快步追赶，其中包括了美国和中国。

    从2002年起，全球对于光伏产品的需求以每年大约50%的速度增长。据报道，在2007年，光伏设备制造商的销售额达到了129亿美元。这一数字预计到2012年甚至会超过320亿美元。

    遗憾的是，光伏电池板的制造成本依然很高，使得太阳能的单位成本远高于普通能源。

    举例来说，实际承担能量转换的半导体晶片是构成单晶硅电池板的众多电池单元的核心，它需要大量昂贵的材料，包括高等级的硅。将这些电池单元组合成整体电池板，并且要使其能够承受长年的苛刻使用条件，这样的工艺不仅要求极高，而且需要大量的人力。

    为了帮助降低这些成本，制造商们正在越来越多地使用机器人以尽可能实现自动操作，包括拿取单体晶片和固定成品电池板以便运输等等。

    例如，每块太阳能电池板均由许多很小的光伏电池组成，它们全部都通过串接工艺而连接在一起。如果构成太阳能电池板的电池单元没有能够正确地安放和连接，会对电池板的效率产生显著影响。通过采用机器人，制造商们确保了它们的产品能够在户外使用中达到期望的性能。

    同样，构成太阳能电池板的大量电池单元每一个都需要高成本的加工处理 — 打磨，切削，标记，串接和检验 — 这些操作通常在需要连续控制的自动工作间内进行，而这是又一个机器人可以大显身手的场合。

    最后，一整块太阳能电池板可能既庞大又沉重，难以人工搬运。配备了大型框架式抓爪的机器人却可以明显减少因损坏而造成的成本浪费，很快就可以收回机器人的投资。

    “对于在不同工序之间或者生产工艺与保存容器之间搬运或转移电池板的所有操作类型，机器人都适合，”Adept技术有限公司(加利福尼亚州利弗莫尔)销售主管Jay Sachania说。“有许多工序，包括串接、检验、质量控制和其他人工操作，都可以从机器人自动化的应用中明显受益。”

    FANUC机器人技术公司(密歇根州罗切斯特希尔斯)西区总经理Rush LaSelle对此表示赞同，并且补充说，机器人尤其在像焊接这样高度重复性的工作中或者像框架组装这样的“笨拙性”工作中更为有效。

    “串接组装和焊接工艺都很耗时间。大部分串接和标记操作都是自动的，”LaSelle说。“框架组装是另一个人工操作效率较低的工序……在这些方面，使用关节式机器人来稳定施加需要的压力，能够保证所有紧固工具准确定位，并且以高度重现的方式组装框架。”

    机器人也非常适合于太阳能电池板的组装，因为它们能够很快适应产品的转换。工业和民用太阳能电池板市场依然在快速发展当中，但统一标准甚少。所以，不同的太阳能电池板系列始终在不断改变甚至推陈出新，以满足当前的需求。

    当然，改造传统的自动化系统硬件以适应这种变化可能难度较大甚至难以实现。不过，如果采用机器人自动化技术，只要简单地改变程序和在可能的情况下改用新的末端执行器，就可以适应不同的产品规格或结构。如今的控制器和硬件技术使程序和末端执行器都越来越容易改变。末端执行器甚至更加灵活，同一种执行器可以适用于多种产品类型。





    无论是拿取单体晶片还是整件电池板，机器人在太阳能电池板的整个制造工艺中都能够有效发挥作用。照片由FANUC机器人技术公司提供



    配备了视觉功能的delta型机器人在拿取和放置单件太阳能电池晶片以准备组装的操作中尤其有效。照片由Adept技术有限公司提供

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在像标记和串接单件光伏电池和晶片这样要求高精度的重复性操作中，机器人特别能够发挥作用。照片由Adept技术有限公司提供




    “太阳能行业正在全速发展，”LaSelle说。“机器人技术固有的灵活性保证了小批量快速生产的能力，并使得复杂的产品大纲成为可能。”

    LaSelle补充说，在许多情况下，企业都是先在新产品的测试阶段使用机器人，然后再把它们成功地应用到该新产品的大规模组装工艺中。

    “许多研发机构都需要建设一条试验线，以便很快地验证自己的理论，并向投资者证明它们有能力提供自己宣传的特定技术，”他说。“当它们开始转向大规模生产时，就可以把机器人重新布置到生产线上……以满足扩大产能的需要。对于那些理论没能得到验证的机构，用过的机器人也要比专用的设备具有更为广泛的市场。”

    Adept公司的Sachania对此表示赞同说，“目前仍然没有统一的标准，行业还在发展，晶片的规格还在变化当中。最终会有一个标准，但我们目前还没达到那个阶段。”

机器视觉

    机器人配备机器视觉是获得这种灵活性和高效率的关键。除了执行质量检验，机器视觉还能被用来帮助定位传送带上随意放置的晶片，或者帮助正确地进行安装。它还可以用于精密焊接和框架定位。通过让制造商预先解决昂贵而耗时的夹紧操作，具备视觉功能的机器人能够帮助降低成本和加快产品的上市周期。程序也具有同样的作用。

    “机器人视觉……非常适合于太阳能电池的制造，”FANUC机器人技术公司工业销售经理Mark Handelsman说。“相比于机器人技术的其他方面，比如硬质工具、定位器或其他的部件定位方法，视觉方案具有明显的成本优势。”

    ABB有限公司(密歇根州奥本希尔斯)太阳能业务经理Erwin DiMalanta表示了相同看法，并且把机器人视觉描述成对于引导、检验和质量控制“极其重要”的方面。

    “太阳能电池产品的价值很高，每个大约10美元。另外，电池变得越来越薄。高价值和精细材料的结合使得它很有必要进行自动操作以减少损坏和报废。现在的机器人足以达到要求的操作精度，”DiMalanta说。

    爱普生机器人公司(加利福尼亚州卡森)高级应用工程师John Yett补充说，通过采用作用力检测技术，可以进一步减少电池和其他部件的损坏。

    “随着使用工业机器人越来越能够缩短生产周期，降低成本，提高产量，改善质量，显著减少医疗赔偿和废品率，并且增强市场竞争力，(机器视觉)成为了最重要的方面之一，”Adept公司的Sachania说。“近年来，大多数应用该技术的制造商都取得了很大的成功。把图像处理和机器人控制集成到同一个逻辑装置中，是一个基本前提。每个功能随时都能够在数毫秒的时间内从其他功能那里获得它所需要的数据……大部分外接系统所需要的复杂而又缺少灵活性的通信协议实际上都已经被取消了。”

机器人的正确选型

    至于机器人的具体种类，速度快但机动性有限的类型，比如SCARA和Cartesian系统，一般被用来拿取电池和晶片；而更大、更灵活的6轴机器人则被用来组装和搬运整个电池板。

    其他适合于拿取晶片的机器人类型还有并联机器人和delta机器人。这些超高速机器人配备了机器视觉功能，对于从移动的传送带上拿取随意摆放的晶片并将它们放置到电池板上的操作，效果极佳。


通过应用机器视觉，制造商们能够降低它们的固定、检验和编程成本。照片由爱普生机器人公司提供




    “Delta型机器人最适合于电池和晶片拿取、传送带跟踪、高速取放和电池板组装等用途；SCARA最适合于像串接这样的精细应用和有效载荷较大的应用；更大的6轴机器人则最适合于电池板的搬运，因为它们非常灵活，而电池板往往很沉，”Sachania说。

    爱普生的Yett也说，他曾经参与过很多电池串接项目，其中的SCARA机器人在视觉系统的引导下执行电池的焊接，保证了对中的准确性。他说，然后，更大的6轴机器人被用来将连接好的电池单元搬运到电池板上，而较小的6轴机器人可以被用来执行在电池板背面密封接线盒之类的操作。

    DiMalanta指出，6轴机器人和delta型机器人正变得越来越普及，而Cartesian系统的使用则一直集中在精度要求不高的大型玻璃的搬运上。

    据Stäubli公司(南卡罗来纳州邓肯)太阳能业务经理Yves Crepel介绍，配备了视觉功能的SCARA和delta机器人在晶片的高速拿取操作中效果很好，而更大的6轴机器人则更适合于搬运整块太阳能电池板。Crepel说，随着太阳能电池板制造商越来越多地利用机器人的优点，机器视觉在所有这些方面都将起到越来越重要的作用，

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非常有用的一门技术

一定要顶`

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小板凳~~

有民用太阳能电池板吗?

正好需要，谢谢LZ