CN103515475A - 一种硅光电池串归正机构及其归正方法 - Google Patents

一种硅光电池串归正机构及其归正方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种硅光电池串归正机构，包括工作台、归正机构、进程机构、以及抓取机构，所述归正机构包括用于检测待归正电池串的位置信息的检测机构、用于接收所述检测机构的检测信息并控制所述进程机构和抓取机构的控制系统以及用于放置归正后电池串的玻璃板，所述检测机构包括光源和用于检测未被待归正传感器遮挡的光源的双列线阵型传感器，能够实现高精度排版尺寸要求和智能控制，且造价低，本发明还公开了所述硅光电池串归正机构的归正方法。

Description

一种硅光电池串归正机构及其归正方法
技术领域
本发明涉及一种硅光电池串归正机构，特别是涉及使用该硅光电池串归正机构的归正方法。
背景技术
在光伏电池生产过程中，需要将多个串接好的光伏电池按要求布置在铺好的玻璃板上，通常对电池串的位置精度要求在2mm以内，常规的排版方法为人工排版，要对太阳能电池串按顺序在基板上排列，这种方法不仅效率低，精度差，对操作人员的要求也比较高，且光伏电池易碎，存在诸多弊病。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种性能可靠、精度高，并且能够实现智能控制的硅光电池串归正机构。
为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：一种硅光电池串归正机构，包括工作台、归正机构、进程机构、以及抓取机构，所述归正机构设于所述工作台上；所述进程机构设于所述归正机构的上方并且沿所述工作台的纵向方向移动；所述抓取机构设于所述进程机构上，所述归正机构包括用于检测待归正电池串的位置信息的检测机构、用于接收所述检测机构的检测信息并控制所述进程机构和抓取机构的控制系统以及用于放置归正后电池串的玻璃板，所述检测机构包括光源和用于检测未被待归正传感器遮挡的光源的双列线阵型传感器；所述双列线阵型传感器连接所述控制系统；所述控制系统连接所述进程机构和抓取机构。
优选的，所述双列线阵型传感器包括排成两列的线性光敏接收管；所述两列线性光敏接收管纵向平行排列于所述玻璃板的一端且排列方向垂直归正后电池串的放置方向；所述光源设于所述两列线性光敏接收管的受光面；所述两列线性光敏接收管连接所述控制系统。
优选的，所述进程机构包括对称设于所述工作台上并且沿所述工作台纵向方向移动的纵向运动副、传动连接所述纵向运动副的进程伺服以及设于所述纵向运动副上的横梁。
优选的，所述抓取机构包括横向运动副、横向伺服、升降运动副、升降伺服、旋转运动副、旋转伺服以及吸盘装置；所述横向运动副连接于所述横梁上；所述横向伺服传动连接所述横向运动副并且带动其沿所述横梁的轴线方向移动；所述升降运动副连接于所述横向运动副上；所述升降伺服传动连接所述升降运动副并且带动其沿竖直方向移动；所述旋转运动副连接于所述升降运动副上；所述旋转伺服传动连接所述旋转运动副并且带动其在水平面内旋转；所述吸盘装置连接于所述旋转运动副上并且吸移待归正电池串。
优选的，所述控制系统包括用于接收并分析所述两列线性光敏接收管信号并且发出控制指令的单片机、用于传输所述单片机指令的RS232通信接口以及用于执行所述单片机指令的PLC控制系统；所述两列线性光敏接收管连接所述单片机；所述单片机经RS232通信接口连接所述PLC控制系统；所述PLC控制系统分别控制连接所述进程伺服、横向伺服、升降伺服、旋转伺服、吸盘装置以及电源的开关。
优选的，所述光源为LED矩形聚焦光源。
优选的，所述两列线性光敏接收管的第一位光敏接收管和最后一位光敏接收管处分别设有光电传感器，所述光电传感器连接所述单片机。
 本发明还提供另一个技术方案：一种硅光电池串归正方法，采用所述的硅光电池串归正机构，包括下列步骤：
    （1）确定归正后电池串的放置方向且使所述两列线性光敏接收管的排列方向垂直于所述归正后电池串的放置方向；
    （2）确定归正后电池串的位置并且产生一个电池串的移动距离值，所述移动距离值为所述最后一位光敏接收管处的光电传感器与归正后电池串的位置之间的距离；
    （3）检测待归正电池串行至所述两列线性光敏接收管的检测区域后是否异步的遮挡所述两列线性光敏接收管的第一位光敏接收管的受光，若检测结果为是，则判断先遮挡左侧还是右侧，若先遮挡左侧，则所述待归正电池串向左旋转，反之向右；
    （4）所述待归正电池串在旋转的同时继续前行，并且检测所述待归正电池串是否异步遮挡所述两列线性光敏接收管的其他光敏接收管的受光，并且按照步骤（3）中的方法对所述待归正电池串进行旋转，直到检测结果为所述待归正电池串同步的遮挡两列线性光敏接收管组的光敏接收管；
    （5）若步骤（3）中的检测结果为否，则按照步骤（2）中的移动距离值移动所述待归正电池串并放置在所述玻璃板上的相应位置。
优选的，所述步骤（3）中待归正电池串向左（向右）旋转的方法为：当左侧（右侧）被遮挡后，继续行进并在行进过程中脉冲计数，将一个脉冲等效于一个长度，除以所述两列线性光敏接收管之间的距离即为所述待归正电池串的偏差角度值，再进行反三角函数计算就能得到实际偏差的角度，这个角度根据所述旋转伺服的最小旋转角再折合到秒即步距，通过所述RS232通信接口发送给所述PLC控制系统执行相应脉冲数量的偏转。
优选的，所述步骤（4）中，若所述待归正电池串在经过所述双列线性光敏接收管的最后一位光敏接收管后仍未能实现同步的遮挡所述两列线性光敏接收管的最后一位光敏接收管，则所述待归正电池串回到步骤（3）。
采用以上技术方案的有益效果是：由于在归正机构中采用两列线性光敏接收管，能够及时转却的感知待归正电池串是否与归正后电池串存在的角度差，通过PLC控制系统及时进行修正，而且在一次没有归正的情况下，还可以反复进行归正，因此本发明性能可靠，造价低，能够达到高精度排版尺寸要求，且能够实现智能控制，自动化程度高。
附图说明
图1为本发明一种硅光电池串归正机构的正视示意图；
图2为本发明一种硅光电池串归正机构的俯视示意图；
图3为本发明的工作原理方框图。
其中，1.工作平台  21.LED举行聚焦光源  211.LED矩形聚焦光源的电源开关  221.左列线性光敏接收管 2211.左列第一位光敏接收管  2212.左列最后一位光敏接收管  222.右列线性光敏接收管 2221.右列第一位光敏接收管  2222.右列最后一位光敏接收管  231.第一位光电传感器  232.最后一位光电传感器  24.单片机  25.RS232通信接口  26.PLC控制系统  27.玻璃板  31.纵向运动副  32.横梁  41.横向运动副  42.升降运动副   43.旋转运动副     44.吸盘装置  51.待归正电池串  52.归正后电池串。    
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。
实施例1
参见图1、图2以及图3，如其中的图例所示，一种硅光电池串归正机构，包括一工作台1、一归正机构、一进程机构、以及一抓取机构，
所述归正机构包括用于检测待归正电池串的位置信息的一检测机构、用于接收所述检测机构的检测信息并控制所述进程机构和抓取机构的一控制系统以及用于放置归正后电池串的一玻璃板21。
所述检测机构包括两LED矩形聚焦光源21和用于检测未被待归正传感器51遮挡的LED矩形聚焦光源21光线的一双列线阵型传感器；所述双列线阵型传感器包括排成两列的左列线性光敏接收管221（包括八个光敏管）和右列线性光敏接收管222（包括八个光敏管）；所述左列线性光敏接收管221和右列线性光敏接收管222纵向平行设置于所述玻璃板27的一端并且垂直归正后电池串52的放置方向；所述左列线性光敏接收管221和右列线性光敏接收管222之间的距离为1000mm±0.1mm，每个光敏管间距5mm±0.05mm，所述两LED矩形聚焦光源21设于所述左列线性光敏接收管221和右列线性光敏接收管222的受光面；所述左列线性光敏接收管221和右列线性光敏接收管222的受光面朝下；所述两LED矩形聚焦光源21的聚光光斑朝上。
所述左列第一位光敏接收管2211和右列第一位光敏接收管2221处分别设有第一位光电传感器231；所述左列最后一位光敏接收管2212和右列最后一位光敏接收管2222处分别设有最后一位光电传感器232；所述第一位光电传感器231和最后一位光电传感器232连接所述单片机24。
所述进程机构包括对称设于所述工作台1上并且沿所述工作台1纵向方向移动的两纵向运动副31、传动连接所述纵向运动副31的进程伺服以及设于所述纵向运动副31上的一横梁32。
所述抓取机构包括一横向运动副41、一横向伺服、一升降运动副42、一升降伺服、一旋转运动副43、一旋转伺服以及一吸盘装置44；所述横向运动副41连接于所述横梁32上；所述横向伺服传动连接所述横向运动副41并且带动其沿所述横梁32的轴线方向移动；所述升降运动副42连接于所述横向运动副41上；所述升降伺服传动连接所述升降运动副42上并且带动其沿竖直方向移动；所述旋转运动副43连接于所述升降运动副42上；所述旋转伺服传动连接所述旋转运动副43上并且带动其在水平面内旋转；所述吸盘装置44连接于所述旋转运动副42上并且吸移待归正电池串51。
所述控制系统包括用于接收并分析所述线阵型传感器信号并且发出控制指令的一单片机24、用于传输所述单片机24指令的一RS232通信接口25以及用于执行所述单片机24指令的一PLC控制系统26；所述左列线性光敏接收管221和右列线性光敏接收管222连接所述单片机24；所述单片机24经RS232通信接口25连接所述PLC控制系统26；所述PLC控制系统26分别控制连接所述进程伺服、横向伺服、升降伺服、旋转伺服、吸盘装置44以及LED矩形聚焦光源的电源开关211。
所述玻璃板27设于所述工作台1上，所述横梁32设于所述玻璃板27的上方并且通过纵向运动副31沿所述工作台1的纵向方向移动。
所述左列线性光敏接收管221和右列线性光敏接收管222采用两个8位I/0口P1和P2，分别从低位至高位排列每位光敏管，在没有电池串挡光时口线全为“0”，当随着进程遮挡时从低位先变1开始逐步趋向高位。当检测到一个不等位由单片机内部的计数器开始计数，直到检测到另一个位置“1”停止计数，用查表的方法（506个数据）找出旋转伺服的值，通过RS232通信接口25发送给PLC控制系统26进行归正控制，P1口先到往左旋转；P2口先到往右旋转，实际经过两到三次的归正已能达到规定的排版间距误差要求了。
所述单片机与PLC控制系统中上位机的通信协议：以3个字节代码实现相关操作。
单片机给PLC控制系统上位机：BCD码十进制数
进程伺服暂停：   00001000；××××××××，××××××××。08
进程伺服运行：   10000000；××××××××，××××××××。08
旋转伺服左转：   00000101；01000010；00010110  05 42 16
旋转伺服右转：   00000100；01000010；00010110  04 42 16
归正检测结束：   00000000；00000000；00000000  00 00 00
上位机给MCU
已执行暂停：     01100000   60
已恢复运行：     00000110   06
左转或右转完成： 00010001   11。
下面介绍所述硅光电池串归正机构的归正方法，采用所述的硅光电池串归正机构，包括下列步骤：
    （1）确定归正后电池串52的放置方向且使所述左列线性光敏接收管221和右列线性光敏接收管22的排列方向垂直于所述归正后电池串52的放置方向；
    （2）确定归正后电池串52的位置并且产生一个电池串的移动距离值，所述移动距离值为所述最后一位光电传感器232与归正后电池串52的位置之间的距离；
    （3)检测待归正电池串51行至所述左列线性光敏接收管221和右列线性光敏接收管222的检测区域后是否异步的遮挡所述左列第一位线性光敏接收管2211和右列第一位线性光敏接收管2221的受光，即所述左列第一位光敏接收管2211和右列第一位线性光敏接收管2221是否发出相同的检测信号，若检测结果为是，则判断先遮挡左侧还是右侧，若先遮挡左侧，则所述待归正电池串51向左旋转，反之向右；
    （4）所述待归正电池串51在旋转的同时继续前行，并且检测所述待归正电池串51是否异步遮挡左列第一位线性光敏接收管2211和右列第一位线性光敏接收管2221的受光，即所述左列线性光敏接收管221和右列线性光敏接收管222是否发出相同的检测信号，并且按照步骤（3）中的方法对所述待归正电池串51进行旋转，直到检测结果为所述待归正电池串51同步的遮挡所述左列线性光敏接收管221和右列线性光敏接收管222；
    （5）若步骤（3）中的检测结果为否，则按照步骤（2）中的移动距离值移动所述待归正电池串51并放置在所述玻璃板27上的相应位置。
所述步骤（3）中所述待归正电池串51向左（向右）旋转的方法为：当左侧（右侧）被遮挡后，继续行进并在行进过程中脉冲计数，将一个脉冲等效于一个长度，除以所述左列线性光敏接收管221和右列线性光敏接收管222之间的距离即为所述待归正电池串51的偏差角度值，再进行反三角函数计算就能得到实际偏差的角度，这个角度根据所述旋转伺服431的最小旋转角再折合到秒即步距，通过所述RS232通信接口25发送给所述PLC控制系统26执行相应脉冲数量的偏转，偏转完成后再行进进入第二次检测，一般两至三次已能达到平行。
所述步骤（4）中，若所述待归正电池串51在经过左列最后一位线性光敏接收管2212和右列最后一位线性光敏接收管2222后仍未能实现同步的遮挡所述左列最后一位线性光敏接收管2212和右列最后一位线性光敏接收管2222时，即所述左列最后一位线性光敏接收管2212和右列最后一位线性光敏接收管2222的检测信号不相同，则所述待归正电池串51回到步骤（3）。
下面介绍所述硅光电池串归正机构的工作过程：
所述PLC控制系统26控制所述进程伺服311带动所述纵向运动副31运动；所述纵向运动副31带动横梁32沿所述工作平台1的纵向方向移动；横向伺服411带动横向运动副41在横梁32上运动；所述升降伺服421带动升降运动副42沿竖直方向运动；所述旋转伺服431带动所述旋转运动副43带动在水平面内运动；从而实现所述吸盘装置44纵向、横向、上下以及旋转运动，实现吸盘装置44对待归正电池串51的抓取和移动，待归正电池串51进入归正区域后，所述第一位光电传感器231检知到位，然后以恒定的速度前行，采用上述逛逛电池串归正机构的归正方法，实现所述待归正电池串51与归正后电池串52没有角度差，当归正完成走出归正区域后，又有一个最后一位光电传感器232检知，然后以这点为零点定位计长将待归正电池串51送向所述玻璃板27。
采用以上技术方案的有益效果是：由于在归正机构中采用两列线性光敏接收管，能够及时转却的感知待归正电池串是否与归正后电池串存在的角度差，通过PLC控制系统及时进行修正，而且在一次没有归正的情况下，还可以反复进行归正，因此本发明性能可靠，造价低，能够达到高精度排版尺寸要求，且能够实现智能控制，自动化程度高。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种硅光电池串归正机构，包括工作台、归正机构、进程机构、以及抓取机构，所述归正机构设于所述工作台上；所述进程机构设于所述归正机构的上方并且沿所述工作台的纵向方向移动；所述抓取机构设于所述进程机构上，其特征在于，所述归正机构包括用于检测待归正电池串的位置信息的检测机构、用于接收所述检测机构的检测信息并控制所述进程机构和抓取机构的控制系统以及用于放置归正后电池串的玻璃板，所述检测机构包括光源和用于检测未被待归正传感器遮挡的光源的双列线阵型传感器；所述双列线阵型传感器连接所述控制系统；所述控制系统连接所述进程机构和抓取机构。
2.根据权利要求1所述的硅光电池串归正机构，其特征在于，所述双列线阵型传感器包括排成两列的线性光敏接收管；所述两列线性光敏接收管纵向平行排列于所述玻璃板的一端且排列方向垂直归正后电池串的放置方向；所述光源设于所述两列线性光敏接收管的受光面；所述两列线性光敏接收管连接所述控制系统。
3.根据权利要求1所述的硅光电池串归正机构，其特征在于，所述进程机构包括对称设于所述工作台上并且沿所述工作台纵向方向移动的纵向运动副、传动连接所述纵向运动副的进程伺服以及设于所述纵向运动副上的横梁。
4.根据权利要求1所述的硅光电池串归正机构，其特征在于，所述抓取机构包括横向运动副、横向伺服、升降运动副、升降伺服、旋转运动副、旋转伺服以及吸盘装置；所述横向运动副连接于所述横梁上；所述横向伺服传动连接所述横向运动副并且带动其沿所述横梁的轴线方向移动；所述升降运动副连接于所述横向运动副上；所述升降伺服传动连接所述升降运动副并且带动其沿竖直方向移动；所述旋转运动副连接于所述升降运动副上；所述旋转伺服传动连接所述旋转运动副并且带动其在水平面内旋转；所述吸盘装置连接于所述旋转运动副上并且吸移待归正电池串。
5.根据权利要求2-4任一所述的硅光电池串归正机构，其特征在于，所述控制系统包括用于接收并分析所述两列线性光敏接收管信号并且发出控制指令的单片机、用于传输所述单片机指令的RS232通信接口以及用于执行所述单片机指令的PLC控制系统；所述两列线性光敏接收管连接所述单片机；所述单片机经RS232通信接口连接所述PLC控制系统；所述PLC控制系统分别控制连接所述进程伺服、横向伺服、升降伺服、旋转伺服、吸盘装置以及电源的开关。
6.根据权利要求5所述的硅光电池串归正机构，其特征在于，所述光源为LED矩形聚焦光源。
7.根据权利要求6所述的硅光电池串归正机构，其特征在于，所述两列线性光敏接收管的第一位光敏接收管和最后一位光敏接收管处分别设有光电传感器，所述光电传感器连接所述单片机。
8.一种硅光电池串归正方法，其特征在于，采用如权利要求7所述的硅光电池串归正机构，包括下列步骤：
（1）确定归正后电池串的放置方向且使所述两列线性光敏接收管的排列方向垂直于所述归正后电池串的放置方向；
（2）确定归正后电池串的位置并且产生一个电池串的移动距离值，所述移动距离值为所述最后一位光敏接收管处的光电传感器与归正后电池串的位置之间的距离；
（3）检测待归正电池串行至所述两列线性光敏接收管的检测区域后是否异步的遮挡所述两列线性光敏接收管的第一位光敏接收管的受光，若检测结果为是，则判断先遮挡左侧还是右侧，若先遮挡左侧，则所述待归正电池串向左旋转，反之向右；
（4）所述待归正电池串在旋转的同时继续前行，并且检测所述待归正电池串是否异步遮挡所述两列线性光敏接收管的其他光敏接收管的受光，并且按照步骤（3）中的方法对所述待归正电池串进行旋转，直到检测结果为所述待归正电池串同步的遮挡两列线性光敏接收管组的光敏接收管；
（5）若步骤（3）中的检测结果为否，则按照步骤（2）中的移动距离值移动所述待归正电池串并放置在所述玻璃板上的相应位置。
9.根据权利要求8所述的硅光电池串归正方法，其特征在于，所述步骤（3）中待归正电池串向左（向右）旋转的方法为：当左侧（右侧）被遮挡后，继续行进并在行进过程中脉冲计数，将一个脉冲等效于一个长度，除以所述两列线性光敏接收管之间的距离即为所述待归正电池串的偏差角度值，再进行反三角函数计算就能得到实际偏差的角度，这个角度根据所述旋转伺服的最小旋转角再折合到秒即步距，通过所述RS232通信接口发送给所述PLC控制系统执行相应脉冲数量的偏转。
10.根据权利要求8所述的硅光电池串归正方法，其特征在于，所述步骤（4）中，若所述待归正电池串在经过所述双列线性光敏接收管的最后一位光敏接收管后仍未能实现同步的遮挡所述两列线性光敏接收管的最后一位光敏接收管，则所述待归正电池串回到步骤（3）。
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