CN102054892A

CN102054892A - 超薄型空间太阳电池涂胶封装机构

Info

Publication number: CN102054892A
Application number: CN2009101985090A
Authority: CN
Inventors: 王训春; 蔡诗鸣; 韦祎; 付庄; 王勇; 李培波; 赵言正
Original assignee: Shanghai Institute of Space Power Sources
Current assignee: Shanghai Institute of Space Power Sources
Priority date: 2009-11-10
Filing date: 2009-11-10
Publication date: 2011-05-11

Abstract

本发明涉及一种超薄型空间太阳电池涂胶封装机构。该机构包括工作平台、转台、工作转盘、两台XYZ三自由度移动机构、固定托盘、搬运托盘、夹紧机构、玻璃盖片托盘、针筒固定制冷装置和吸盘定位夹具。该机构设计为四工位循环操作系统，在四个工位同时进行操作，实现了超薄型空间太阳电池的滴胶、封装作业同时进行。本发明在不影响系统性能指标的前提下，大大提高了效率，节约了人力成本，提高了可靠性，可推广到IC器件的表面保护层封装领域。

Description

超薄型空间太阳电池涂胶封装机构

技术领域

本发明涉及一种超薄型空间太阳电池涂胶封装机构。本发明中太阳电池放置于电池托盘上，将电池托盘固定于工作转盘上，通过转台旋转带动工作圆盘依次转动至四个工位，进行太阳电池放片、滴胶、封装、取片操作，不仅可用于太阳电池的封装，还可推广应用于IC后封装领域。

背景技术

目前全世界已发射的航天器几乎都采用空间太阳电池阵作为主电源。太阳电池阵直接暴露在航天飞行器的空间环境中，空间环境十分恶劣，太阳电池需要粘贴抗辐照玻璃盖片。玻璃盖片的主要作用是降低空间辐射环境对太阳电池的影响，同时起到增加光透射到太阳电池表面的作用，在太阳电池阵的组装过程中还可以起到保护太阳电池免受机械损伤的作用。太阳电池阵在轨运行时，玻璃盖片还可以提高太阳电池热辐射能力，以降低太阳电池的工作温度，从而使太阳电池获得较高的光电转换效率，提高太阳电池阵功率输出能力。封装后胶层厚度是否均匀一致将影响电池的抗辐照能力和光电转化效率，气泡的大小和数量将影响太阳电池的寿命，盖片胶的外溢将影响封装的成品率和航天器的外观质量，进而影响航天器的可靠性。

通常，空间太阳电池的质量越大，相应的研制成本和发射成本就越高，因此抗辐照玻璃盖片和太阳电池的轻量化已成为空间太阳电池阵的发展趋势。但玻璃盖片和太阳电池变薄也给涂胶和封装操作带来困难，如果还采用手工操作，不仅精度低、劳动强度大，而且成品率低，效率也不高。

中国发明专利CN1472821A于2004年02月04日公开了一种太阳电池封装装置，只解决了一般太阳电池的封装问题，没有解决超薄太阳电池(0.1～0.15mm左右)和玻璃盖片(0.05～0.07mm左右)的封装问题；中国发明专利CN 1451482A于2003年10月29日公开了一种太阳电池自动精确涂胶机构，也没有解决超薄太阳电池(0.1～0.15mm左右)的涂胶问题。上述发明中XYZ三自由度自动移动装置的X轴移动单元安装在机座上、Y轴移动单元安装在X轴移动单元上、Z轴移动单元安装在机座上、工作台安装在Y轴移动单元上，这种连接方式不适用于超薄型空间太阳电池的涂胶封装操作。此外，针对超薄型空间太阳电池涂胶封装操作，对托盘的结构也有特殊的要求，上述发明专利的托盘结构仅适用于一般太阳电池的涂胶封装操作，如果用于超薄型空间太阳电池的涂胶封装操作，则气泡问题将难以解决。

中国发明专利CN1555100A于2004年12月15日公开了一种超薄型空间太阳电池涂胶封装一体化机器人，改进了托盘的结构，解决了气泡问题，但其托盘一体化结构重量较大，搬取托盘较为繁琐，另外涂胶和封装机构集成在同一台机器人上，涂胶和封装需要进行分时操作，而每次操作涂胶和封装时间都较长，工作效率有待提高。

因此，为了解决超薄型空间太阳电池与抗辐照玻璃盖片的涂胶封装问题，并提高太阳能电池封装的效率，发明一种超薄型空间太阳电池与抗辐照玻璃盖片涂胶封装机构，创新设计了托盘结构和涂胶封装机构，通过四工位的旋转平台依次实现太阳电池放片、滴胶、封装、取片操作，并在涂胶工位加入制冷装置对涂胶针筒进行制冷，以达到预期的设计指标要求，是一项新的研究工作。对现有专利技术的检索发现，还没发现解决上述问题的装置。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种超薄型空间太阳电池涂胶封装机构。本发明四工位转盘式的方案设计使得电池放片、涂胶、封装、取片操作得以同时进行，形成循环操作，大大提高太阳电池涂胶封装的工作效率；将托盘设计成固定托盘和搬运托盘的组合，取片放片只需要取放搬运托盘，减轻了操作的繁琐程度和劳动强度；本发明还设计了制冷装置结构对涂胶针筒进行制冷，保证胶体处于要求温度，并有效地解决了因为温差引起的滴露现象；本发明减少了气泡的产生和玻璃片的碎片率及器件的污染，提高了太阳电池涂胶封装的质量和效率，同时避免有毒粘结剂对操作人员健康的危害。

本发明是通过以下技术方案实现的：本发明提供的超薄型空间太阳电池涂胶封装机构，包括工作平台、转台、工作转盘、两台XYZ三自由度移动机构、固定托盘、搬运托盘、夹紧机构、玻璃盖片托盘、针筒固定制冷装置和吸盘定位夹具，其中：

转台固定于工作平台上，工作转盘固定于转台上，太阳电池托盘则放置在工作转盘上相隔90°的四个工位，太阳电池放置于搬运托盘的凹槽内，由转台的转动带动工作转盘旋转从而使得托盘依次旋转到四个操作工位进行操作；

两台XYZ三自由度移动机构的连接方式为：机座安装在工作平台上，X轴移动单元的轨道安装在机座上，Y轴移动单元的轨道安装在X轴移动单元的滑台上，Z轴移动单元的轨道安装在Y轴移动单元的滑台上；X、Y和Z轴移动单元均采用滚动丝杠导轨导向的结构，且分别采用交流伺服电机驱动；

固定托盘和玻璃盖片托盘通过定位孔安装在工作转盘上，针筒固定制冷装置与涂胶工位的三自由度机器人Z轴移动单元相连，气缸与封装工位的三自由度机器人Z轴移动单元相连，吸盘定位夹具与气缸相连。

为了节约工作时间，本发明利用转台带动工作转盘依次转动到四个工位，分别进行放片、涂胶、封装、取片操作，四个操作可循环进行成流水线操作，整个系统的工作时间取决于涂胶和封装操作中的较长时间，本发明在涂胶工位和封装工位分别安装一台三自由度机器人，可同时进行涂胶和封装操作，大大提高了封装效率。

本发明的优选实施方案中，太阳电池托盘由固定托盘和搬运托盘两部分组成，固定托盘通过定位孔安装在工作转盘上，中空结构。搬运托盘放置于固定托盘上，两者之间需加密封圈进行密封，搬运托盘通过工作转盘上的卡槽进行定位，定位之后通过夹紧装置与固定托盘进行固定，夹紧装置既保证搬运托盘的定位又保证搬运托盘与固定托盘之间的密封。太阳电池放置在搬运托盘上，托盘的表面有6个凹槽，用于定位太阳电池。每个凹槽开8个小孔通过对固定托盘内腔吸真空从而保持太阳电池的摆放位置精度。太阳电池放置在凹槽内后，要使太阳电池的表面高于托盘的表面。托盘的这种结构保证了超薄型空间太阳电池的涂胶封装操作的精度，避免了气泡的出现。另外玻璃盖片托盘上有6个小凹槽，用于定位玻璃盖片，小凹槽的深度大于玻璃盖片的厚度。

本发明的另一优选实施方案中，针筒固定制冷装置，在涂胶操作的过程中，需要控制胶体的温度在10℃，本发明采用风冷设备制冷，针筒固定冷却装置设计成中空结构，由上下两部分组成。其一侧设置两个冷风入口，另一侧设置冷风出口，另在其内部安装温度传感器对温度进行监测。为避免滴露现象，在固定冷却装置的设计过程中，固定冷却装置的下底面设计成斜面以便滴露在重力作用下向最低处滑落。另在固定制冷装置的外壁下方设置导流槽，使得针筒架表面的滴露能够沿导流槽流动不致滴落在太阳电池上，以免影响正常工作。另对于针筒壁表面产生的滴露，在针筒固定冷却装置下部分的上侧沿着针筒外壁开槽，然后通过直线导流槽引出至针筒固定冷却装置外的导流槽。

本发明的又一优选实施方案中，在封装工位，气缸与三自由度机器人Z轴移动单元相连，吸盘定位夹具与气缸相连。本机构中采用两片超薄型抗辐照玻璃盖片同时封装的机构，提高了一倍封装效率。

本发明通过四工位的转盘旋转循环实现超薄型空间太阳电池的滴胶操作和超薄型抗辐照玻璃盖片的封装操作，减少气泡的产生和玻璃片的碎片率及器件的污染，在不影响系统性能指标的前提下，提高了可靠性，提高了工作效率，同时避免有毒粘结剂对操作人员健康的危害。本发明不仅可应用于超薄型空间太阳电池抗辐照玻璃盖片的封装工艺，还可推广到IC器件的表面保护层封装领域。

附图说明

图1为本发明整体结构的示意图。

图2为本发明太阳电池托盘整体结构的剖面图。

图3为本发明托盘整体结构的俯视图。

图4为本发明工作转盘的结构布置示意图。

图5为本发明针筒固定冷却装置的两侧示意图。

图6为本发明针筒固定冷却装置下部的结构示意图。

图7为本发明封装机构的结构示意图。

其中：1为工作平台；2为转台；3为工作转盘；4为太阳电池托盘整体；5为玻璃盖片托盘；6为机座；7为X轴移动单元；8为Y轴移动单元；9为Z轴移动单元；10为气缸；11为吸盘定位夹具；12为吸盘；13为针筒；14为针筒固定制冷装置；15为夹紧装置底座；16为夹紧件；17为销钉；18为搬运托盘卡槽；19为搬运托盘；20为固定托盘；21为真空吸附口；22为固定托盘内腔；23为太阳电池定位凹槽；24为孔；25为固定托盘定位孔；26为玻璃盖片托盘定位孔；27为定位卡槽；28为针筒固定制冷装置上部；29为针筒固定制冷装置下部；30为冷风进口；31为外部导流槽；32为内部出水口；33为冷风出口；34为针筒定位部分；35为内部导流槽。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步描述。

本发明优选实施例的整体结构如图1所示，超薄型空间太阳电池涂胶封装机构包括工作平台1、转台2、工作转盘3、太阳电池托盘整体4、玻璃盖片托盘5、机座6、X轴移动单元7、Y轴移动单元8、Z轴移动单元9(6、7、8、9为两套)、气缸10、吸盘定位夹具11、针筒固定制冷装置14。转台2固定于工作平台1上，工作转盘3固定于转台2上，太阳电池托盘整体4和玻璃盖片托盘5通过定位孔安装在工作转盘3上。两台XYZ三自由度移动机构分别安装在90°和180°工位处，其连接方式为：机座6安装在工作平台1上，X轴移动单元7的轨道安装在机座6上，Y轴移动单元8的轨道安装在X轴移动单元7的滑台上，Z轴移动单元9的轨道安装在Y轴移动单元8的滑台上。X、Y和Z轴移动单元均采用滚动丝杠导轨导向的结构。X、Y和Z轴分别采用交流伺服电机驱动。针筒固定制冷装置14、安装在Z轴移动单元9上，吸盘定位夹具11与气缸10相连，气缸10与Z轴移动单元9相连。分别实现滴胶、封装操作。吸盘12安装在吸盘定位夹具11上，针筒13固定在针筒固定制冷装置14上。

如图2所示，太阳电池托盘整体由固定托盘20和搬运托盘19两部分组成，固定托盘20通过定位孔25安装在工作转盘上。搬运托盘19放置于固定托盘20上，两者之间需加密封圈进行密封，搬运托盘19通过工作转盘3上的卡槽进行定位，定位之后通过夹紧装置与固定托盘20进行固定，夹紧装置底座15，夹紧件16与搬运托盘卡槽18形成夹紧配合，通过销钉17固定夹紧位置，夹紧装置既保证搬运托盘19的定位又保证搬运托盘19与固定托盘20之间的密封。太阳电池放置在搬运托盘19上，托盘的表面有6个太阳电池定位凹槽23，用于定位太阳电池。每个小凹槽开8个小孔24，通过对固定托盘内腔22吸真空从而保持太阳电池的摆放位置精度。太阳电池放置在凹槽内后，要使太阳电池的表面高于托盘的表面。托盘的这种结构保证了超薄型空间太阳电池的涂胶封装操作的精度，避免了气泡的出现。

工作转盘3加工成一定形状减轻重量但保证强度和托盘的放置。太阳电池托盘整体4通过固定托盘定位孔25定位在工作转盘上相隔90°的四个工位，并通过定位卡槽27对搬运托盘进行定位，太阳电池放置于托盘上的凹槽内，由转台的转动带动工作转盘旋转从而使得托盘依次旋转到四个操作工位进行操作。玻璃盖片托盘5上有6个小凹槽，用于定位玻璃盖片，小凹槽的深度大于玻璃盖片的厚度。

针筒固定冷却装置14在涂胶操作的过程中需要控制胶体的温度在10℃，本实施例中采用风冷设备制冷，针筒固定冷却装置设计成中空结构，由针筒固定制冷装置上部28，针筒固定制冷装置下部29两部分组成。其一侧设置两个冷风入口30，另一侧设置冷风出口33，另在其内部安装温度传感器对温度进行监测。为避免滴露现象，在固定冷却装置的设计过程中，固定冷却装置的下底面设计成斜面以便滴露在重力作用下向最低处滑落。另在固定冷却装置的外壁下方设置外部导流槽31，使得装置表面的滴露能够沿导流槽流走不致滴落在太阳电池上，以免影响正常工作。另对于针筒壁表面产生的滴露在针筒固定冷却装置下部29的上侧沿着针筒外壁开槽，通过内部导流槽35从内部出水口32流至外部导流槽31。

在封装工位，气缸10与三自由度机器人Z轴移动单元9相连，吸盘定位夹具11与气缸10相连。本机构中采用两片超薄型抗辐照玻璃盖片同时封装的机构，提高了一倍封装效率。

综上，本发明四工位的方案设计使得电池放片，涂胶，封装，取片操作得以同时进行，形成循环操作，在不影响系统性能指标的前提下，大大提高了效率，节约了人力成本，提高了可靠性。机器人在低速运动情况下，对于大尺寸60*40mm的太阳电池，其操作时间主要决定于太阳电池的涂胶时间，每次自动完成6片封装需要5分钟，以每天工作8小时计算，机器人系统的效率可达480(片/人日)，是人工封装的2.4倍。对于小尺寸40*20mm的太阳电池，其操作时间主要决定于太阳电池的封装时间，每次自动完成12片封装需要6分钟，以每天工作8小时计算，机器人系统的效率可达约900(片/人日)。

本发明不仅可应用于超薄型空间太阳电池抗辐照玻璃盖片的封装工艺，还可推广到IC器件的表面保护层封装领域。

Claims

1.一种超薄型空间太阳电池涂胶封装机构，其特征在于，该机构包括工作平台(1)、转台(2)、工作转盘(3)、太阳电池托盘整体(4)、玻璃盖片托盘(5)、机座(6)、X轴移动单元(7)、Y轴移动单元(8)、Z轴移动单元(9)、气缸(10)、吸盘定位夹具(11)和针筒固定制冷装置(14)，其中：转台(2)固定于工作平台(1)上，工作转盘(3)固定于转台(2)上，太阳电池托盘整体(4)和玻璃盖片托盘(5)通过定位孔安装在工作转盘(3)上；两台XYZ三自由度移动机构分别安装在90°和180°工位处，机座(6)安装在工作平台(1)上，X轴移动单元(7)的轨道安装在机座(6)上，Y轴移动单元(8)的轨道安装在X轴移动单元(7)的滑台上，Z轴移动单元(9)的轨道安装在Y轴移动单元(8)的滑台上；X、Y和Z轴移动单元均采用滚动丝杠导轨导向的结构，且分别采用交流伺服电机驱动；针筒固定制冷装置(14)安装在Z轴移动单元(9)上，吸盘定位夹具(11)与气缸(10)相连，气缸(10)与Z轴移动单元(9)相连，分别实现滴胶、封装操作；吸盘(12)安装在吸盘定位夹具(11)上，针筒(13)固定在针筒固定制冷装置(14)上；太阳电池托盘整体(4)放置在工作转盘(3)上相隔90°的四个工位，太阳电池放置于托盘上的凹槽内，由转台(2)的转动带动工作转盘(3)旋转从而使得托盘依次旋转到四个操作工位循环进行放片、滴胶、封装和取片操作。

2.如权利要求1所述的超薄型空间太阳电池涂胶封装机构，其特征在于，太阳电池托盘整体(4)由固定托盘(20)和搬运托盘(19)构成，固定托盘(20)通过定位孔(25)安装在工作转盘(3)上，搬运托盘(19)放置于固定托盘(20)上，搬运托盘(19)通过工作转盘(3)上的卡槽进行定位，定位之后通过夹紧装置与固定托盘(20)进行固定；太阳电池放置在搬运托盘(19)表面太阳电池定位凹槽(23)。

3.如权利要求1或2所述的超薄型空间太阳电池涂胶封装机构，其特征在于，针筒固定冷却装置(14)具有中空结构并由上部(28)和下部(29)构成，其一侧设置两个冷风入口(30)，另一侧设置冷风出口(33)，且在其内部设有温度传感器对温度进行监测。

4.如权利要求3所述的超薄型空间太阳电池涂胶封装机构，其特征在于，针筒固定冷却装置(14)的下底面为一斜面；在针筒固定冷却装置(14)的外壁下方设置有外部导流槽(31)，在内部设置有内部导流槽(35)。

5.如权利要求1所述的超薄型空间太阳电池涂胶封装机构，其特征在于，在封装工位采用两片超薄型抗辐照玻璃盖片同时封装的机构。