CN109531399B - 一种用于多晶硅块不同高度检测及抓取的方法及其组件 - Google Patents

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Abstract

本发明属于多晶硅块研磨加工上下料领域，具体涉及一种用于多晶硅块不同高度检测及抓取的方法及其组件。本发明通过检测与计算，可以实现对硅块高度的精确测量以及依据计算出来的硅块高度自动计算抓取和放置位置，实现硅块的自动取放。本方法以激光测距传感器作为检测元件，用机器人系统作位置计算、轨迹移动和系统控制，使用气爪完成抓取和放置动作，通过精确算法与程序设计，实现硅块的精确抓取与放置，可以连续高强度作业，减少了人工和成本，实现了硅块搬运的自动化操作。

Description

一种用于多晶硅块不同高度检测及抓取的方法及其组件
技术领域
本发明属于多晶硅块研磨加工上下料领域，具体涉及一种用于多晶硅块不同高度检测及抓取的方法及其组件。
背景技术
光伏行业中，多晶硅块加工的加工工序比较多，包括有硅锭开方、头尾截断、端面磨削、边角磨削和平面磨削等机械加工；最后，再将加工好的单晶硅棒送入专门的多线线切片机，加工出可用于电池片生产或半导体基体的硅片。并且前期加工硅块体积比较大，质量比较重，之前一直是由高强度的人工作业搬运完成。人工作业存在工作效率低、劳动强度大、安全隐患大等问题。
随着多晶硅块加工一体机设备效率的提高，对上下料的效率要求越来越高，对生产配合和工作节拍等要求也越来越高，对搬运的高效和自动化需求也越来越高。人工作业已经越来越不适用这种高强度，频繁和长时间的搬运工作。本发明提供了一种用于多晶硅块不同高度检测及抓取的方法，通过自动化元件和软件算法，实现硅块高度精确检测以及抓取和放置位置的自动可靠判断。
发明内容
本发明意在提供一种用于多晶硅块不同高度检测及抓取的方法，以解决现在人工搬运工作效率低、劳动强度大、存在安全隐患等问题。
一种用于多晶硅块不同高度检测及抓取的方法，包括如下步骤：
1)机器人气爪移动到硅块的正上方，垂直于硅块顶面，控制电磁阀将气爪张开，机器人示教需要抓取的硅块底面中心位置作为硅块高度零位Z0，示教放置时的硅块地面平面作为放置高度零位Z1；
2)通过机器人上的激光传感器检测机器人到硅块顶面的距离，根据机器人当前位置与硅块高度零位的高度差计算硅块高度X＝H-L，
其中，H为机器人当前位置与硅块高度零位的高度差，L为检测距离；
3)气爪以垂直于硅块顶面中心的方向向下移动，当到达激光测距阈值，激光传感器输出开关量信号，机器人接收到开关量信号停止移动，硅块夹取上半部1/3的长度，机器人需要移动到Z0+2/3H位置；
4)机器人控制电磁阀使气爪闭合，执行夹取动作，待气爪闭合磁性开关状态反馈，有反馈信号，说明气爪闭合到位，机器人可以开始搬运移动；
5)机器人气爪携带硅块移动到放置零点Z1的正上方；
6)从垂直于放置平面以直线运动方式移动到Z1+2/3H位置，此处即为放置位置；
7)机器人控制电磁阀使气爪张开，执行放置动作，待气爪张开磁性开关反馈信号，有反馈信号，说明气爪张开到位，此时机器人和气爪沿步骤5)放置路线返回，至气爪高于整个硅块高度后，机器人回到原点。
优选的，所述方法适用于上下底面平整的方柱形硅棒。
优选的，激光传感器检测精度和重复精度小于等于1mm，且输出方式为开关量输出。
优选的，气爪为V型气爪，气缸带有断气自锁功能，气爪上装有磁性接近开关，用于判断气爪打开关闭状态以及开闭是否到位。
优选的，通过二位五通电磁阀控制气爪张开和闭合。
优选的，激光传感器检测距离大于气爪手指长度与硅块最低高度之差，检测方向平行于气爪手指方向。
优选的，硅块高度计算包含以下步骤：机器人示教硅块底面平行面作为硅块高度零位，抓取时气爪从硅块的正上方往高度零位方向移动，当达到激光测距阈值时，机器人停止运动，通过当前位置与示教零位的高度差，以及激光测距距离，计算出硅块高度。
优选的，上料台抓取位置计算及硅块抓取包含以下步骤：由步骤2)中的硅块高度以及硅块抓取长度，可以计算出机器人需要移动到的抓取位置，机器人由当前停止位置移动到抓取位置，并执行抓取动作。
优选的，空间放置位置计算及硅块放置包含以下步骤：示教放置平面为硅块放置零位，机器人移动到放置位置，执行放置动作。
另外，本发明提供了一种用于多晶硅块不同高度检测及抓取组件。
一种用于多晶硅块不同高度检测及抓取组件，包括机器人法兰，分别安装在机器人法兰上的气缸和激光传感器，气缸连接有气爪安装板，气爪安装板上设有气爪；所述激光传感器安装于气爪安装板，检测方向为平行于气爪手指。
优选的，还包括用于判断气爪状态的气爪磁性接近开关。
优选的，还包括用于计算硅块高度、夹取位置和放置位置的软件系统。
本发明公开了一种用于多晶硅块不同高度检测及抓取的方法，通过检测与计算，可以实现对硅块高度的精确测量以及依据计算出来的硅块高度自动计算抓取和放置位置，实现硅块的自动取放。本方法以激光测距传感器作为检测元件，用机器人系统作位置计算、轨迹移动和系统控制，使用气爪完成抓取和放置动作，通过精确算法与程序设计，实现硅块的精确抓取与放置，可以连续高强度作业，减少了人工和成本，实现了硅块搬运的自动化操作。
附图说明
图1为机器人总览图；
图2为检测和夹取组件结构示意图；
图3为硅块高度计算及抓取算法示意图；
图4为硅块放置示意图；
图5为系统控制结构简图。
1为料台，2为硅块，3为机器人的整个检测和夹取部件，4为气爪，5为气爪底座，6为气缸，7为激光传感器，8为传感器安装支架，9为机器人法兰
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
一种用于多晶硅块不同高度检测及抓取组件，包括机器人法兰9，分别安装在机器人法兰9上的气缸6和激光传感器7，气缸6连接有气爪安装板，气爪安装板上设有气爪4；所述激光传感器7安装于气爪安装板，检测方向为平行于气爪手指。
如图1所示，硅块2直立于料台1，形状为方棒；
如图1所示，激光传感器7通过安装板安装于气爪，垂直向下检测到顶面的距离；
如图1所示，气爪4安装于机器人上，用于配合定位抓取；
机器人示教需要抓取的硅块2底面中心位置作为硅块2高度零位Z0，示教放置时的硅块2地面平面作为放置高度零位Z1；
如图1所示，气爪4移动到硅块2的正上方，垂直于硅块2顶面；
控制电磁阀将气爪4张开；
如图1所示，气爪4以垂直于硅块2顶面中心的方向向下移动，当到达激光测距阈值，激光传感器7输出开关量信号，机器人接收到开关量信号停止移动；
如图2所示，机器人当前位置与硅块2高度零位的高度差为H,检测距离为L，则硅块2高度X＝H-L；
硅块2夹取上半部1/3的长度，机器人需要移动到Z0+2/3H位置，控制电磁阀使气爪4闭合，执行夹取动作；
待气爪4闭合磁性开关状态反馈，有反馈信号，说明气爪4闭合到位，机器人可以开始搬运移动；
机器人气爪4携带硅块2移动，从垂直于放置平面以直线运动方式向放置零点运动；
机器人气爪4移动至放置位置的正上方；
如图3所示，放置空间位置为Z1+2/3H，机器人移动到Z1+2/3H位置，气爪4打开，执行放置动作。
待气爪4张开磁性开关反馈信号，有反馈信号，说明气爪4张开到位，此时机器人和气爪4沿刚才放置路线返回，至气爪4高于整个硅块2高度后，机器人回到原点。
动作完成，等待下一次抓取信号。
一种用于多晶硅块不同高度检测及抓取的方法，包括如下步骤：
1)机器人气爪移动到硅块的正上方，垂直于硅块顶面，控制电磁阀将气爪张开，机器人示教需要抓取的硅块底面中心位置作为硅块高度零位Z0，示教放置时的硅块地面平面作为放置高度零位Z1；
2)通过机器人上的激光传感器检测机器人到硅块顶面的距离，根据机器人当前位置与硅块高度零位的高度差计算硅块高度X＝H-L，其中，H为机器人当前位置与硅块高度零位的高度差，L为检测距离；
3)气爪以垂直于硅块顶面中心的方向向下移动，当到达激光测距阈值，激光传感器输出开关量信号，机器人接收到开关量信号停止移动，硅块夹取上半部1/3的长度，机器人需要移动到Z0+2/3H位置；
4)机器人控制电磁阀使气爪闭合，执行夹取动作，待气爪闭合磁性开关状态反馈，有反馈信号，说明气爪闭合到位，机器人可以开始搬运移动；
5)硅块放置：机器人气爪携带硅块移动到放置零点Z1的正上方；
6)从垂直于放置平面以直线运动方式移动到Z1+2/3H位置，此处即为放置位置；
7)机器人控制电磁阀使气爪张开，执行放置动作，待气爪张开磁性开关反馈信号，有反馈信号，说明气爪张开到位，此时机器人和气爪沿步骤5)放置路线返回，至气爪高于整个硅块高度后，机器人回到原点。
优选的，所述方法适用于上下底面平整的方柱形硅棒。
优选的，激光传感器检测精度和重复精度小于等于1mm，且输出方式为开关量输出。
优选的，气爪为V型气爪，气缸带有断气自锁功能，气爪上装有磁性接近开关，用于判断气爪打开关闭状态以及开闭是否到位。
优选的，通过二位五通电磁阀控制气爪张开和闭合。
优选的，激光传感器检测距离大于气爪手指长度与硅块最低高度之差，检测方向平行于气爪手指方向。
优选的，硅块高度计算包含以下步骤：机器人示教硅块底面平行面作为硅块高度零位，抓取时气爪从硅块的正上方往高度零位方向移动，当达到激光测距阈值时，机器人停止运动，通过当前位置与示教零位的高度差，以及激光测距距离，计算出硅块高度。
优选的，上料台抓取位置计算及硅块抓取包含以下步骤：由步骤2)中的硅块高度以及硅块抓取长度，可以计算出机器人需要移动到的抓取位置，机器人由当前停止位置移动到抓取位置，并执行抓取动作。
优选的，空间放置位置计算及硅块放置包含以下步骤：示教放置平面为硅块放置零位，机器人移动到放置位置，执行放置动作。

Claims (7)

1.一种用于多晶硅块不同高度检测及抓取的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）机器人气爪移动到硅块的正上方，垂直于硅块顶面，控制电磁阀将气爪张开，机器人示教需要抓取的硅块底面中心位置作为硅块高度零位Z0，示教放置时的硅块地面平面作为放置高度零位Z1；
2）通过机器人上的激光传感器检测机器人到硅块顶面的距离，根据机器人当前位置与硅块高度零位的高度差计算硅块高度X=H-L，
其中，H为机器人当前位置与硅块高度零位的高度差，L为检测距离；
3）气爪以垂直于硅块顶面中心的方向向下移动，当到达激光测距阈值，激光传感器输出开关量信号，机器人接收到开关量信号停止移动，硅块夹取上半部1/3的长度，机器人需要移动到Z0+2/3H位置；
4）机器人控制电磁阀使气爪闭合，执行夹取动作，待气爪闭合磁性开关状态反馈，有反馈信号，说明气爪闭合到位，机器人可以开始搬运移动；
5）硅块放置：机器人气爪携带硅块移动到放置零点Z1的正上方；
6）从垂直于放置平面以直线运动方式移动到Z1+2/3H位置，此处即为放置位置；
7） 机器人控制电磁阀使气爪张开，执行放置动作，待气爪张开磁性开关反馈信号，有反馈信号，说明气爪张开到位，此时机器人和气爪沿步骤5）放置路线返回，至气爪高于整个硅块高度后，机器人回到原点；
其中，
所述方法适用于上下底面平整的方柱形硅棒；硅块高度计算包含以下步骤：机器人示教硅块底面平行面作为硅块高度零位，抓取时气爪从硅块的正上方往高度零位方向移动，当达到激光测距阈值时，机器人停止运动，通过当前位置与示教零位的高度差，以及激光测距距离，计算出硅块高度。
2.如权利要求1所述的一种用于多晶硅块不同高度检测及抓取的方法，其特征在于，激光传感器检测精度和重复精度小于等于1mm，且输出方式为开关量输出。
3.如权利要求1所述的一种用于多晶硅块不同高度检测及抓取的方法，其特征在于，气爪为V型气爪，气缸带有断气自锁功能，气爪上装有磁性接近开关，用于判断气爪打开关闭状态以及开闭是否到位。
4.如权利要求1所述的一种用于多晶硅块不同高度检测及抓取的方法，其特征在于，通过二位五通电磁阀控制气爪张开和闭合。
5.如权利要求1所述的一种用于多晶硅块不同高度检测及抓取的方法，其特征在于，激光传感器检测距离大于气爪手指长度与硅块最低高度之差，检测方向平行于气爪手指方向。
6.如权利要求1所述的一种用于多晶硅块不同高度检测及抓取的方法，其特征在于，上料台抓取位置计算及硅块抓取包含以下步骤：由步骤2）中的硅块高度以及硅块抓取长度，可以计算出机器人需要移动到的抓取位置，机器人由当前停止位置移动到抓取位置，并执行抓取动作。
7.如权利要求1所述的一种用于多晶硅块不同高度检测及抓取的方法，其特征在于，空间放置位置计算及硅块放置包含以下步骤：示教放置平面为硅块放置零位，机器人移动到放置位置，执行放置动作。
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