CN101807624B - 一种高效率电池片印刷机用工作台系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及太阳能电池片自动化印刷线上的太阳能电池片自动化印刷装置，具体涉及一种高效率电池片印刷机用工作台系统。本发明包括旋转电机部分，四工位转盘体部分，气动及滑环部分，以及电气控制部分；控制上采用位置闭环控制，旋转电机部分采用力矩电机其驱动四工位转盘体部分的准确旋转；气动及滑环部分实现四工位转盘体上装配的四个工作台模块气路和电磁阀信号的转换。本发明设计合理，精度高，应用到电池片的印刷生产上，能极大提高效率。

Description

一种高效率电池片印刷机用工作台系统

技术领域

本发明涉及太阳能电池片自动化印刷线上的太阳能电池片自动化印刷装置，具体涉及一种高效率电池片印刷机用工作台系统。

背景技术

随着全球能源的日趋紧张，太阳能以其独有的优势成为人们关注的焦点。太阳能电池作为一种新能源被广泛应用于并网发电、居民用电等，其相比风能、水能、地热能、核能等新能源具有独特优势，有望成为未来电力供应的重要支柱。因此我国国家发改委可再生能源办牵头，大力扶持太阳能光伏产业的发展。目前晶体硅太阳能电池占到太阳能光伏电池用量的80％以上。而电池片的印刷生产线则是太阳能电池片生产的关键工序，实现电池片印刷的高效率需要有高精度的工作台装置系统。

而目前比较成熟的自动化印刷机工作台都采用直线式结构，即上料，印刷，收料三者在同一时间只能有一个工作进行：上料时印刷和收料等待；印刷时上料和收料等待；收料时上料和印刷等待，其工作效率很低。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种能够解决上料、印刷、收料三者同时工作的四工位旋转工作台，该工作台能够快速准确定位，且能够四工位工作台各自真空独立控制。

为实现上述发明目的本发明的技术方案为：

本发明一种高效率电池片印刷机用工作台系统包括旋转电机部分，四工位转盘体部分，气动及滑环部分，以及电气控制部分；控制上采用位置闭环控制，旋转电机部分采用力矩电机其驱动四工位转盘体部分的准确旋转；气动及滑环部分实现四工位转盘体上装配的四个工作台模块气路和电磁阀信号的转换。

本发明所述旋转电机部分驱动四工位转盘体部分实现90°旋转，其旋转精度设在3.6角秒。所述四工位转盘体部分与旋转电机部分采用止口定位的连接结构。

所述旋转电机部分包括力矩电机，以及与力矩电机配套设置的光栅定位装置和起导向支撑作用的交叉滚子轴承；轴承采用内外圈均固定的结构特征。

四工位转盘体部分由四个工作台模块和转盘体构成，转盘体承载四个工作台模块。所述转盘体与四个工作台模块采用止口定位的连接结构。四个工作台模块采用真空吸附的方式吸附硅片。

所述气动及滑环部分由滑环模块，分别与四个工作台模块配套的四组真空电磁阀模块，以及相应的管路和线路构成；滑环模块将电源线和真空源由外部接入旋转电机部分的转动部分，实现对四个工作台模块真空和信号线的独立控制；滑环模块与各真空电磁阀模块相互连接，二者有管路和线路接入。

所述电气控制部分包括上位机(这里的上位机指普通工控机，具备PCI总线插槽)，CAN运动控制卡(本发明可采用CAN-PCI-02)，Copley驱动器(本发明可采用XTL230-40)；控制上采用位置闭环控制，上位机通过PCI总线与CAN运动控制卡相连，CAN卡直接插入上位机的PCI插槽内；CAN运动控制卡(CAN-PCI-02)上配有与Copley驱动器相连接的CAN通讯口，Copley驱动器则通过CAN总线与CAN运动控制卡(CAN-PCI-02)相连接，用来传输控制系统命令；电机本身自带霍尔传感器，它用于电机自身相位初始化时的校正，霍尔线直接接到驱动器相应的霍尔传感器接口，电机线直接接入驱动器电机线输入口，且保证同名端相连接。采用圆光栅作为位置反馈，读数头带有连接线，直接接入驱动器的相应输入端；原点开关为一个位置传感器，传感器一端带有连接线，接入驱动器相应的输入端，原点开关作为电机初始位参考，以确定印刷位置的相对位置。工作时，上位机通过CAN运动控制卡(CAN-PCI-02)向Copley驱动器发送控制指令，Copley驱动器接收到位移或者力输出指令后，向电机发送脉冲，完成命令传送。

电机的基础参数在CME2软件中设置好后通过CAN总线下传到Copley驱动器中，CME2软件为驱动器自身配带的调试软件，安装在上位机上，用于初始调试电机的PID参数等。由于本系统精度要求高，运行时间较短，因此对电机的稳定时间要作合理的调整，故控制PID参数在适应系统刚性的前提下要略高一些。

本发明的有益效果为：

目前在现有技术中比较成熟的自动化印刷机工作台一般都采用直线式结构，而直线式结构，上料完成后等待印刷，印刷完成后收料，三者串行动作，效率低下。而本发明技术方案克服了行业中此前一直难以解决的一些技术难题，如本发明采用力矩电机驱动，配合采用的气动及滑环结构，以及在电气控制上采用位置闭环控制等，从而实现了高精度四工位旋转工作台装置系统。而本发明高精度四工位旋转工作台装置解决了现有技术中上料，印刷，收料三者在同一时间只有一个工作进行而其他工位等待的问题。即本发明能够在印刷的同时完成前一硅片的上料和后一硅片的收料，为此在一个大转盘上安装四个工作台，每个工作台结构一致但在气动上独立控制；电机带动转盘体做90°旋转，带动四个工作台分别依次完成上料、印刷、收料的功能。对于一个工作台的工作顺序为：将由上料部分传送来的硅片真空吸附后快速准确旋转90°后到印刷工位，并承载印刷头完成印刷后旋转90°将硅片断开真空吸附后到收料工位，上料、印刷、收料三者并行，可极大提高生产效率，其效率比现有技术提高在100％，实现真正意义上的流水线作业，在实际生产中其产能提高了一倍都多。

附图说明

图1为本发明中四工位旋转工作台的总体结构示意图

图2为本发明中旋转电机部分的结构示意图

图3为本发明中四工位转盘体部分结构示意图

图4为图3在B-B向的剖视图

图5为本发明中气动及滑环部分结构示意图

图6为图5的俯视图

图7为系统硬件结构控制原理框图

1旋转电机部分，2四工位转盘体部分，3气动及滑环部分，4轴套，5轴承内圈压板，6轴承外圈压板，7定子座，8力矩电机，9电机固定板，10光栅读头，11光栅环，12光栅连接板，13滑环连接板，14交叉滚子轴承，15工作台，16衬板，17底板，18直角接头，19玻璃盖板，20转盘体，21滑环接头，22滑环，23接头，24电磁阀，25弯板，26外接头，27四通接头，28直通接头1/4，29直通接头1/8，30气管，31手动阀。

具体实施方式

如附图1、2、3、4、5、6所示本发明高效率电池片印刷机用工作台系统包括旋转电机部分1，四工位转盘体部分2，气动及滑环部分3，以及电气控制部分；控制上采用位置闭环控制，旋转电机部分1其驱动四工位转盘体部分2的准确旋转，其采用了力矩电机8；气动及滑环部分3实现四工位转盘体20上装配的四个工作台模块气路和电磁阀信号的转换。

本发明所述旋转电机部分1驱动四工位转盘体部分2实现90°旋转，其旋转精度设在3.6角秒。所述四工位转盘体部分2与旋转电机部分1采用止口定位的连接结构。

如图2所示所述旋转电机部分1主要包括力矩电机8，以及与力矩电机8配套设置的光栅定位装置和起导向支撑作用的交叉滚子轴承14。力矩电机8装配在电机固定板9上；光栅定位装置主要包括光栅读头10、光栅环11，光栅环11装配在光栅连接板12上，光栅读头10设在光栅环11前；交叉滚子轴承14装配在轴套4上，配套设有轴承内圈压板5，轴承外圈压板6，本发明交叉滚子轴承14采用内外圈均固定的结构特征。图2中还标有定子座7。旋转电机部分，通过驱动器(XTL230-40)驱动力矩电机8旋转，由精密交叉滚子轴承14导向，旋转电机部分1的旋转角度由光栅读头10进行测量并反馈到控制器，形成闭环控制，实现精密旋转。

如图3、4所示，四工位转盘体部分2由四个工作台模块和转盘体20构成，转盘体20承载四个工作台模块。所述转盘体20与四个工作台模块采用止口定位的连接结构。四个工作台模块采用真空吸附的方式吸附硅片。所述单个工作台模块主要由：工作台15，衬板16，底板17，直角接头18构成。每个工作台模块具有吸附硅片的功能。19为玻璃盖板。

如图5、6所示，气动及滑环部分3由滑环模块，分别与四个工作台模块配套设置的四组真空电磁阀模块及相应的管路和线路构成，滑环模块将由外部接入力矩电机8的转动部分(27四通接头，28直通接头1/4)，再连接到真空电磁阀模块；所述滑环模块主要包括21滑环接头，22滑环，四27通接头，28直通接头1/4；所述真空电磁阀模块主要包括23接头，24电磁阀，25弯板，26外接头，29直通接头1/8，30气管，31手动阀。由滑环模块将电源线和真空源由外部接入力矩电机8的转动部分，实现对四个工作台模块真空和信号线的独立控制，其中由滑环将外部真空源接入力矩电机8内腔，实现对四个工作台真空源的独立控制。滑环模块与真空电磁阀模块采用光栅连接板13(图2所示)连接，二者有管路和线路接入。工作台模块与真空电磁阀模块二者有管路和线路接入。。

控制上采用位置闭环控制，上位机通过PCI总线与CAN运动控制卡(CAN-PCI-02)相连，CAN运动控制卡(CAN-PCI-02)直接插入上位机的PCI插槽内；CAN运动控制卡(CAN-PCI-02)上配有与Copley驱动器(本发明可采用XTL230-40)相连接的CAN通讯口，Copley驱动器(本发明可采用XTL230-40)则通过CAN总线与CAN运动控制卡(CAN-PCI-02)相连接，用来传输控制系统命令；电机本身自带霍尔传感器，它用于电机自身相位初始化时的校正，霍尔线直接接到驱动器相应的霍尔传感器接口，电机线直接接入驱动器电机线输入口，且保证同名端相连接；采用圆光栅(10，11)作为位置反馈，读数头带有连接线，直接接入驱动器的相应输入端；原点开关为一个位置传感器，传感器一端带有连接线，接入驱动器相应的输入端，原点开关作为电机初始位参考，以确定印刷位置的相对位置。工作时，上位机通过CAN卡向驱动器发送控制指令，驱动器接收到位移或者力输出指令后，向电机发送脉冲，完成命令传送。系统硬件结构控制原理见附图5：

电机的基础参数在CME2软件中设置好后通过CAN总线下传到Copley驱动器中，CME2软件为驱动器自身配带的调试软件，安装在上位机上，用于初始调试电机的PID参数等。由于本系统精度要求高，运行时间较短，因此对电机的稳定时间要作合理的调整，故控制PID参数在适应系统刚性的前提下要略高一些。

该旋转工作台设计合理，精度高。本发明应用到电池片的印刷生产上，能极大提高效率。

Claims (8)

1.一种电池片印刷机用工作台系统，其特征在于：该系统包括旋转电机部分，四工位转盘体部分，气动及滑环部分，以及电气控制部分；电气控制上采用位置闭环控制，旋转电机部分采用了力矩电机驱动四工位转盘体部分的准确旋转，该准确旋转为旋转电机部分驱动四工位转盘体部分实现90^O旋转，其旋转精度设在3.6角秒；气动及滑环部分实现四工位转盘体上装配的四个工作台模块气路和电磁阀信号的转换；

所述气动及滑环部分包括滑环模块，分别与四个工作台模块配套的四组真空电磁阀模块及相应的管路和线路构成 ；由滑环模块将电源线和真空源由外部接入旋转电机部分的转动部分，实现对四个工作台模块真空和信号线的独立控制；滑环模块与各真空电磁阀模块相互连接，二者有管路和线路接入。

2.根据权利要求1所述的一种电池片印刷机用工作台系统，其特征在于：四工位转盘体部分与旋转电机部分采用止口定位的连接结构。

3.根据权利要求书1所述的一种电池片印刷机用工作台系统，其特征在于：所述旋转电机部分包括力矩电机，以及与力矩电机配套设置的光栅定位装置和起导向支撑作用的交叉滚子轴承；轴承采用内外圈均固定的结构特征。

4.根据权利要求1所述的一种电池片印刷机用工作台系统，其特征在于：四工位转盘体部分由四个工作台模块和转盘体构成，转盘体承载四个工作台模块。

5.根据权利要求1所述的一种电池片印刷机用工作台系统，其特征在于：电气控制部分包括上位机，CAN运动控制卡，Copley驱动器；控制上采用位置闭环控制，上位机通过PCI总线与CAN运动控制卡相连，CAN运动控制卡直接插入上位机的PCI插槽内；CAN运动控制卡上配有与Copley驱动器相连接的CAN通讯口，Copley驱动器则通过CAN总线与CAN运动控制卡相连接，用来传输控制系统命令；电机本身自带霍尔传感器，它用于电机自身相位初始化时的校正，霍尔线直接接到Copley驱动器相应的霍尔传感器接口，电机线直接接入Copley驱动器电机线输入口，且保证同名端相连接。

6.根据权利要求4所述的一种电池片印刷机用工作台系统，其特征在于：转盘体与四个工作台模块采用止口定位的连接结构。

7.根据权利要求4所述的一种电池片印刷机用工作台系统，其特征在于：四个工作台模块采用真空吸附的方式吸附硅片。

8.根据权利要求1所述的一种电池片印刷机用工作台系统，其特征为在于：工作台模块与真空电磁阀模块二者有管路和线路接入。

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