太阳能硅片二合一自动上下料设备的制作方法

本发明涉及一种自动化设备，特别涉及一种用于太阳能电池硅片的干法制绒、pecvd镀膜等处理工艺中的太阳能硅片二合一自动上下料设备。

背景技术：

近些年来环保要求越来越高，化石能源的污染问题越来越受到重视，而且由于化石能源的不可再生性，寻求新的能源形式迫在眉睫。在众多新型能源中，光伏发电技术脱颖而出。在光伏发电技术中硅片是核心元件，而生产太阳能硅片的工序繁多，包括从其前期的硅材料提纯、铸锭、开方、切片，到后期的制绒、扩散、清洗、pecvd镀膜、印刷、烧结等工序，也就是说，在硅锭被切成硅片后，其还要经过很多工序处理才能使其成为有着发电功能的电池片。由于硅片的生产要求较高，而且其有着易碎的属性，硅片在各个工序之间的流转成了问题。

申请号为201110167739.8的中国发明专利公开了一种在线式全自动硅片上下料机，其包括plc、上料机、下料机和在线硅片工艺处理设备，上料机、下料机和在线硅片工艺处理设备均与plc电连接，并在plc中设置的程序的控制下实现硅片的上料，硅片的工艺处理和硅片下料的在线式全自动生产，上料机包括供片机构、横向传送定位机构、上料升降换向机构和上料纵向传送皮带；下料机包括下料纵向传送皮带、下料升降换向机构和下料横向传送定位机构；纵向传送皮带、升降换向机构和横向传送定位机构三者配合完成硅片的两次l形方向的换向传送。该发明的上料机与下料机分别位于在线硅片工艺处理设备的两侧，即上料与下料单独完成，因而不能有效实现上料设备与下料设备的协同周转，具有局限性。

申请号为201110458861.0的中国发明专利公开了一种用于板式pecvd设备的硅片自动上下料系统，该系统包括安装于pecvd设备的进料端侧的主机架、控制系统、待处理硅片送料机构、已处理硅片出料机构、硅片转运机构以及硅片的横向搬运机构，待处理硅片送料机构与已处理硅片出料机构沿纵向平行布置于主机架的横向两侧，硅片转运机构沿纵向布置、并安装于待处理硅片送料机构与已处理硅片出料机构之间，硅片的横向搬运机构安装于主机架上、并横跨于待处理硅片送料机构、硅片转运机构、已处理硅片出料机构的上方。该发明由于采用横向搬运机构安装于主机架上、并横跨于待处理硅片送料机构、硅片转运机构、已处理硅片出料机构的上方的结构，因而其待处理硅片及已处理硅片的周转周期较长。

申请号为201210579113.2的中国发明涉及一种用于pecvd设备的硅片自动上下料装置，在机架上转动安装有机械手，在机械手上安装有吸盘，在机械手外侧的机架上安装有第一硅片盒输送机构、第一升降平台机构、导向机构、第一出片搬运机构、第一储料机构、第一运输机构、第一小车定位机构、第一石墨舟定位机构与第一搬运小车，在机架上内侧位置安装有第二硅片盒输送机构、第二升降平台机构、出片输送机构、第二出片搬运机构、第二储料机构、第二运输机构、第二小车定位机构、第二石墨舟定位机构与第二搬运小车。该发明具有两套平行设置的硅片自动上下料装置以分别对应两套pecvd设备，并在两套硅片自动上下料装置中间采用机械手实现未处理与已处理硅片的周转，两套设备独立运行且通过机械手实现空料盒、未处理硅片及已处理硅片在两套设备间的周转，但不能形成回转结构而不能实现有效的协同。

申请号为201520524820.0的中国发明公开了一种硅片上下料装置，其包括硅片盒、石墨舟、机架、硅片盒输送机构、硅片盒升降机构、第一输送线、第一储料中转机构、取片机械手，硅片盒输送机构、硅片盒升降机构、第一输送线、第一储料中转机构、取片机械手依次设置在机架上，硅片盒经硅片盒输送机构送至硅片盒升降机构上，并由第一输送线将硅片盒上的硅片输送到第一储料中转机构，再由取片机械手将硅片取出，放置在石墨舟内。该发明的上下料过程均在同一端通过石墨舟抓取机构完成未处理及已处理硅片的周转，其周转周期长且效率较低。

申请号为201610388205.0的中国发明公开了一种全自动光伏太阳能电池硅片印刷上下料设备，上料模组将电池片组内电池片输送到指定位置进行定位排列，下料模组能够将印刷设备上印刷完成的电池片进行输出并自动装片到孔的电池片花篮内，石墨框输送模组的上层输送机构能够将提升模组上的石墨框送入印刷设备并通过石墨框输送模组的下层输送机构将印刷完成的石墨框送入到提升模组上，提升模组能够将下层输送机构上的石墨框提升到上层输送机构上，上料输送模组能够将上料模组上定位排列的电池片逐个排列在提升模组上层输送机构上的石墨框内，下料输送模组能够将提升模组声称输送机构上的石墨框中电池片送入下料模组。该发明的石墨框的升降与输送采用两套独立的模块，其不仅占用空间大，且两套独立的周转模块才能完成石墨框在上下料装置与印刷设备之间的周转，导致周期周期较长而影响了生产效率。

针对上述现有技术的不足，本发明介绍了一种区别于上述现有技术的二合一自动化上下料装置，其用于将硅片放入平面载板上输送至干法制绒工序并且将制绒完的硅片在平面载板上做完工艺后再对其进行叠片，并将硅片直接叠垛成块状进行输送打包。

本发明也可以用在一些其他对硅片进行处理的工艺上，比如板式镀膜设备上。

对本发明稍加改造即可用在一些类似的要求的行业，比如led行业等，所以本发明有着比较广阔的应用前景。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种太阳能硅片二合一自动上下料设备，其安装在主设备的进料出料端以用于主设备的上下料，其包括：上料模块、移载模块、下料模块及升降台；

上料模块与下料模块分别位于升降台的两侧，上料模块的出料口及下料模块的进料口上方分别对应设置有移载模块，升降台沿载板y向运行方向对接主设备的进料出料端以用于载板在升降台与主设备之间的循环输送，上料模块的出料口与下料模块的进料口分别对应主设备进料出料端的x向两侧，位于上料模块出料口上方的移载模块用于将硅片移载至主设备进料出料端空置的载板上，位于下料模块进料口上方的移载模块用于将硅片从主设备进料出料端的载板上移载至下料模块；

下料模块包括：对应移载模块的输送轨道，安装在输送轨道上方的ccd检测模块，安装在输送轨道末端的剔除装置，设置在剔除装置两侧并分别对应合格品接片工位的叠片机构及对应不合格品接片工位的叠片机构，对应合格品接片工位的叠片机构与料盒循环装置对应设置；

叠片机构包括气动夹爪，由气动夹爪控制开合并对称设置的两个接片夹爪，对应两个接片夹爪中间位置设置的接近开关，设置在两个接片夹爪下方并与硅片平行的支撑底板，垂直设置在支撑底板边缘的硅片挡板，连接在支撑底板底部的升降气缸及转轴；

升降台包括上部出料工位及下部进料工位，上部出料工位y向对接主设备进料出料端上方的出料口，下部进料工位y向对接主设备进料出料端下方的进料口。

其中，上料模块包括：取片机构、输送轨道、挡片机构、硅片提升机构、花篮升降机构及花篮循环机构，取片机构对应设置在花篮升降机构的下方，输送轨道对接取片机构，挡片机构对应可升降设置在输送轨道下方，硅片提升机构设置在输送轨道的两侧以用于将硅片提升至对应移载模块的取料位置，花篮循环机构对应花篮升降机构以用于花篮的循环。

其中，取片机构包括气缸和由气缸驱动的伸缩输送机，伸缩输送机对应设置在花篮升降机构的下方并对接输送轨道。

其中，挡片机构包括气缸和由气缸驱动升降的挡片，气缸驱动挡片处于缩回状态并在需要对硅片进行定位时驱动挡片伸出以使硅片一片片的在输送轨道上进行定位。

其中，两套移载模块均包括：两根平行设置的电动滑台，通过两端的滑块安装在电动滑台上的横梁，驱动横梁沿电动滑台线性移动的驱动电机，安装在横梁上的升降气缸，由升降气缸驱动升降的至少一个吸嘴，以及用于将压缩空气输送至升降气缸及吸嘴并将吸嘴的传感器信号输送至总控电路的拖链。

进一步的，还包括对中气缸；多个气嘴滑动安装在由升降气缸驱动升降的滑轨上，且多个气嘴由对中气缸驱动沿滑轨线性移动以调节多个气嘴的间距。

其中，剔除装置包括气缸，以及由气缸驱动的伸缩输送机；叠片机构的接片夹爪对应伸缩输送机的两端设置。

其中，升降台包括框架，垂直安装在框架一侧的直线模组，垂直安装在框架两端的导轨，以及通过滑块安装在两端导轨上的水平输送机，直线模组驱动水平输送机沿导轨升降，水平输送机运行至上部出料工位时y向对接主设备进料出料端上方的出料口，水平输送机运行至下部进料工位时y向对接主设备进料出料端下方的进料口。

通过上述技术方案，本发明相对于现有技术具有如下有益效果：

①解决了现有技术上料与下料协同性差的问题，本发明通过对应设置在主设备进料出料端x向两侧的两套移载模块同步实现对载板上已处理硅片的取料及待处理硅片的放料，极大提高了工作效率；

②解决了现有技术待处理硅片及已处理硅片的周转周期较长的问题，本发明通过对应设置在主设备进料出料端x向两侧的两套移载模块分别从主设备进料出料端的两端完成进料及出料，且进料与出料互不干涉，极大缩短了进料出料周期；

③解决了现有技术载板的升降与输送采用两套独立模块而占用空间大且两套独立的周转模块用于实现在上下料装置与主设备之间的周转周期长的问题，本发明通过将进料与出料分别设置在主设备进料出料端的x向两侧，并将升降台与主设备进料出料端直接y向对接，品字形设置只需一套升降台即可实现载板升降及与主设备之间的循环，极大缩短了载板循环周期并提高了工作效率，且节省了设备空间；

④通过在下料模块设置ccd检测及剔除功能，可以实现对硅片的有效筛选，并通过专用叠片结构对筛选后的合格及不合格产品进行叠片，由于接片夹爪与支撑底板之间具有一定高度间隙，利用硅片做自由落体运动，掉落的瞬间在上下硅片之间形成的气垫作用对掉落硅片起到缓冲作用而避免损伤硅片制绒面绒毛，并利用斜面自动定位的原理将掉落的硅片整齐叠放而使硅片直接叠垛成块状以方便直接打包输送，而无需叠垛在花篮中并输送至打包台进行人工打包，因而极大提高了产品打包效率；

⑤本发明结构设计合理，集成程度高，因而占地面积小，且具有能耗低、自动化程度高、故障率低及硅片碎片率低的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明实施例所公开的太阳能硅片二合一自动上下料设备整体俯视示意图；

图2为本发明实施例所公开的上料模块整体结构侧视示意图；

图3为本发明实施例所公开的上料模块的取片机构结构示意图；

图4为本发明实施例所公开的上料模块整体立体及局部放大示意图；

图5为本发明实施例所公开的移载模块立体结构示意图；

图6为本发明实施例所公开的下料模块整体结构侧视示意图；

图7为本发明实施例所公开的下料模块的剔除机构示意图；

图8及9为本发明实施例所公开的叠片机构结构示意图；

图10为本发明实施例所公开的升降台结构示意图。

图中数字及字母表示：

10.上料模块20.移载模块30.下料模块

40.升降台101.取片机构102.输送轨道

103.挡片机构104.硅片提升机构105.花篮升降机构

106.花篮循环机构107.伸缩输送机108.花篮

201.电动滑台202.横梁203.驱动电机

204.升降气缸205.对中气缸206.吸嘴

207.拖链301.输送轨道302.ccd检测模块

303.剔除装置304.叠片机构305.料盒循环装置

306.伸缩输送机307.气动夹爪308.接片夹爪

309.接近开关310.支撑底板311.挡板

312.升降气缸313.转轴314.支撑板

315.导轨316.气缸317.对射光电开关

318.上部硅片319.下部硅片320.空气气垫

i.合格品接片工位ii.不合格品接片工位401.直线模组

402.导轨403.水平输送机50.载板

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参考图1，本发明提供的太阳能硅片二合一自动上下料设备，其安装在主设备的进料出料端以用于主设备的上下料，其包括：上料模块10、移载模块20、下料模块30及升降台40；上料模块10与下料模块30分别位于升降台40的两侧，上料模块10的出料口及下料模块30的进料口上方分别对应设置有移载模块20，升降台40沿载板y向运行方向对接主设备的进料出料端以用于载板50在升降台40与主设备之间的循环输送，上料模块10的出料口与下料模块30的进料口分别对应主设备进料出料端的x向两侧，位于上料模块10出料口上方的移载模块20用于将硅片移载至主设备进料出料端空置的载板50上，位于下料模块30进料口上方的移载模块20用于将硅片从主设备进料出料端的载板50上移载至下料模块30；升降台40包括上部出料工位及下部进料工位，上部出料工位y向对接主设备进料出料端上方的出料口，下部进料工位y向对接主设备进料出料端下方的进料口。

参考图2，上料模块10包括：取片机构101、输送轨道102、挡片机构103、硅片提升机构104、花篮升降机构105及花篮循环机构106，取片机构101对应设置在花篮升降机构105的下方，输送轨道102对接取片机构101，挡片机构103对应可升降设置在输送轨道102下方，硅片提升机构104设置在输送轨道102的两侧以用于将硅片提升至对应移载模块20的取料位置，花篮循环机构106对应花篮升降机构105以用于花篮108的循环。

参考图3，取片机构101包括气缸和由气缸驱动的伸缩输送机107，伸缩输送机107对应设置在花篮升降机构105的下方并对接输送轨道102。

参考图4，挡片机构103包括气缸和由气缸驱动升降的挡片，气缸驱动挡片处于缩回状态并在需要对硅片进行定位时驱动挡片伸出以使硅片一片片的在输送轨道102上进行定位。

参考图5，两套移载模块20均包括：两根平行设置的电动滑台201，通过两端的滑块安装在电动滑台201上的横梁202，驱动横梁202沿电动滑台201线性移动的驱动电机203，安装在横梁202上的升降气缸204，由升降气缸204驱动升降的多个吸嘴206，以及用于将压缩空气输送至升降气缸204及吸嘴206并将吸嘴206的传感器信号输送至总控电路的拖链207；还包括对中气缸205；多个气嘴206滑动安装在由升降气缸204驱动升降的滑轨上，且多个气嘴206由对中气缸205驱动沿滑轨线性移动以调节多个气嘴206的间距。

参考图6，下料模块30包括：对应移载模块20的输送轨道301，安装在输送轨道301上方的ccd检测模块302，安装在输送轨道301末端的剔除装置303，设置在剔除装置303两侧并分别对应合格品接片工位i的叠片机构304及对应不合格品接片工位ii的叠片机构304，对应合格品接片工位i的叠片机构304与料盒循环装置305对应设置；

参考图7，剔除装置303包括气缸，以及由气缸驱动的伸缩输送机306；

参考图8及9，叠片机构304包括气动夹爪307，由气动夹爪307控制开合并对称设置的两个接片夹爪308，对应两个接片夹爪308中间位置设置的接近开关309，设置在两个接片夹爪308下方并与硅片平行的支撑底板310，垂直设置在支撑底板310边缘的硅片挡板311，连接在支撑底板310底部的升降气缸312及转轴313，叠片机构304的接片夹爪308对应伸缩输送机306的两端设置；还包括直线模组，支撑底板310通过支撑板314滑动安装在直线模组的导轨315上并通过直线模组的气缸316驱动升降；还包括对射光电开关317，对射光电开关317位于挡板311的两侧以对应挡板310中最上层硅片高度，并使最上层硅片的上表面与接片夹爪308之间具有恒定间距h。

参考图10，升降台40包括具有上部出料工位及下部进料工位的框架，垂直安装在框架一侧的直线模组401，垂直安装在框架两端的导轨402，以及通过滑块安装在两端导轨402上的水平输送机403，直线模组401驱动水平输送机403沿导轨402升降，水平输送机403运行至上部出料工位时y向对接主设备进料出料端上方的出料口，水平输送机403运行至下部进料工位时y向对接主设备进料出料端下方的进料口。

本发明工作原理：

参考图2-4，工作时，取片机构101的伸缩输送机107伸至花篮108中硅片的底部，然后花篮升降机构105带着花篮108往下降一格距离，从而通过伸缩输送机107将花篮108中的硅片一片片取出并被取至输送轨道102，硅片经输送轨道102输送后，当有需要对硅片进行定位时，处于缩回状态的挡片在气缸驱动下伸出并使硅片一片片的在轨道上进行定位，从而硅片在输送轨道102的上规定的位置停下，然后由硅片提升机构将到位的硅片提升至一定的高度，在硅片被硅片提升机构104提起后，下方的输送轨道102可以用来输送下一批的硅片，然后提升后的硅片被移载模块20的吸嘴取走并放在载板50上规定的位置上；花篮升降机构105的作用就是在花篮108里的硅片被取走一片后下降一定的高度，让第二片运动至待取工位，方便取片机构101进行取片，在花篮108中的硅片被全部取片完成后，花篮升降机构105运动最低位置并启动底部的花篮循环机构106，将空花篮108输送至人工取空花篮108的位置，空花篮108在此等待被取走；

参考图5，移载模块20一共有两套，其中一套用来上料：将输送轨道输送过来的硅片抓取并放在载板50上；另外一套用来下料：将载板50上做完处理工艺的硅片抓取并放在输送轨道之上；电动滑台201的内部由滑轨和同步传动组成，在其端部输入旋转运动，电动滑台201上的滑块能够做精确的直线运动；电动滑台201上的滑块与横梁202相连接，在驱动电机203的带动下，横梁202及其下部安装的升降气缸204、对中气缸205、吸嘴206等能够沿着电动滑台201的滑轨方向做精确的移动与停止；为了防止吸嘴206在运行过程中防止撞到机械的其他零件，吸嘴206等零件需要能够上下运动，在取片或者放片时在底部，在运动过程中吸嘴206在上部，升降气缸204的作用是带着吸嘴206上下移动，保证吸嘴206不会撞到其余的零部件；为了节省硅片在载板50上所占面积，硅片在载板50上的中心距离非常近，硅片边缘间的距离只有1mm，上料时想让硅片在输送轨道保证此尺寸有很大的难度，由于硅片在载板50上的中心距与硅片在输送轨道上的距离不一致，所以需要吸嘴206间的中心距能够调整，该功能由对中气缸205实现；拖链207的作用就是将压缩空气输送至升降气缸204、对中气缸205、吸嘴206等用气点，并且将吸嘴206等处的传感器信号输送至总控电路；

参考图6及7，下料模块30的作用是将做完处理工艺的硅片经由移载模块20取片后放置在输送轨道301上，对经过ccd检测模块302检测合格后的硅片进行叠片；工作时，移载模块20将做完处理工艺的硅片从载板50上取下并放置在输送轨道301上，硅片在输送皮带的带动下往前移动；架设在输送轨道301上方的ccd相机实时对轨道上的硅片进行拍照分析，对于经过分析为不合格品的硅片会被剔除装置303进行剔除操作，对于检测合格的硅片输送至后端由叠片机构304对其进行叠片操作；按规定的数据叠到一定的量后，料盒和硅片一起输送至尾端，由人工将硅片取走后放在指定的包装中，空的料盒由料盒循环装置305进行循环；如果经过ccd检测的硅片被判定为合格品，剔除装置303的伸缩输送机306伸出并直接将硅片输送至合格品接片工位由叠片机构304进行叠片；如果经过ccd检测的硅片被判定为不合格品，则剔除装置303的伸缩输送机306缩回并直接在第一个接片夹爪308处被夹住，并被叠片机构304叠在不合格品区；

参考图8及9，硅片在伸缩输送机306的输送作用下被往前输送，并进入由气动夹爪307控制开合的接片夹爪308之间，此时接近开关309会发出控制信号，控制电磁换向阀，使气动夹爪307张开，接片夹爪308在气动夹爪307的带动下也会张开，接片夹爪308张开后硅片会做自由落体运动；硅片掉落在支撑底板310上之后，升降气缸312会在电磁阀的控制下会缩回，带动支撑底板310绕着转轴313进行一定程度的倾斜；由于刚掉落的上部硅片318和之前掉落的下部硅片319之间有一定的空气而形成空气气垫320，空气气垫320的缓冲作用使上部硅片318和下部硅片319之间的摩擦力会很小而避免损伤硅片制绒面的绒毛，只要一个比较小的倾斜角度，上部硅片318就会往倾斜方向移动而自动朝着硅片挡板311移动，利用斜面自动定位的原理将掉落的硅片整齐叠放；硅片自动经过对齐后升降气缸312的活塞上升，带着支撑底板310恢复水平状态；由于硅片有一定的厚度，因而数量叠多了会导致最上层的硅片太高，所以每叠一片硅片，直线模组的气缸316都会驱动支撑板314沿导轨315下降一定的距离（约2mm），支撑底板310及对应的升降气缸312同步下降一定距离，然后再往上升，由于上方布置着一对对射光电开关317，上升过程中最上层的硅片会将对射光电开关317射出的光挡住，此时直线模组就会停止向上运动，这样就能保证最上层的硅片与接片夹爪308保持恒定的高度，保证每片硅片掉下的距离h为恒定值，防止硅片掉落过程中硅片的损坏。

参考图10，升降台40的作用就是在上部出料工位接住主设备输送过来的载板50然后下降至下部进料工位并将载板50输送至主设备的下传输机构实现循环；工作时，直线模组401在电机的带动下将水平输送机403提升至至上部进料工位并接住主设备输送过来的载板50，然后直线模组401运行并将载板50沿反向下降至下部出料工位后，通过水平输送机403将载板50输送至主设备的下传输机构，以此实现载板50在主设备中的循环。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。