CN110265513B - 一种高精度的太阳电池组件自动布贴设备及方法 - Google Patents
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Abstract
一种高精度的太阳电池组件自动布贴设备及方法，属于航天电源技术领域。本发明布贴设备包含底座1、工作台2、上料台3、龙门系统4、涂胶装置5、相机6、贴片装置7、计算机控制系统8等部分，其中工作台2安装在底座1上方的中间位置，上料台3安装在底座1上方靠近一侧边缘的位置，龙门系统4安装在底座1上方的两侧边缘，涂胶装置5、相机6、贴片装置7均安装在龙门系统4上；涂胶装置5在龙门系统4的驱动下可以在工作台2上方作二维移动，相机6和贴片装置7在龙门系统4的驱动下可以在工作台2和上料台3的上方作二维移动。本发明实现了对不同规格的太阳电池阵的自动布贴，具有适应性强、布贴精度高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种高精度的太阳电池组件自动布贴设备及方法，属于航天电源技术领域。
背景技术
空间用太阳电池阵制造过程中，需要按照设计图纸将太阳电池组件布贴在基板的特定位置上，布贴时先将硅橡胶涂覆在基板上，再将太阳电池组件放在硅橡胶上，并对太阳电池组件施加一定的压力确保粘接牢固。目前空间用太阳电池阵的布贴过程还是依靠人工操作，且太阳电池组件自身的长度和准直度的公差较大，存在布贴精度不高的问题。由于各型号之间太阳电池阵产品设计状态存在很大的差异，空间用太阳电池阵产品的规格千差外别，而且基板上还存在位置不一的凸出的压紧点，这些给空间用太阳电池阵实现太阳组件的自动布贴带来了很大的困难。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种高精度的太阳电池组件自动布贴设备及方法，实现了空间用太阳电池阵的太阳组件的高精度布贴。
本发明的技术解决方案是：一种高精度的太阳电池组件自动布贴设备，包括底座、工作台、上料台、龙门系统、涂胶装置、相机、贴片装置、计算机控制系统和基板；工作台和上料台固定安装在底座上，基板固定安装在工作台上；所述上料台上放置有太阳电池组件；龙门系统为倒U型框架结构，其两侧框架安装在底座上方的两侧边缘，且可沿两侧边缘移动；所述涂胶装置、相机和贴片装置均可移动地安装在龙门系统的顶部框架上，且可沿垂直于基板上表面方向移动；所述涂胶装置用于配制粘接胶并在基板上涂覆，粘接胶用于将太阳电池组件与基板粘接固定；所述相机用于识别太阳电池组件的位置坐标；所述贴片装置用于将放置于上料台的太阳电池组件移动至基板上并对太阳电池组件施压；所述计算机控制系统接收太阳电池组件布贴位置的电子格式图纸，控制龙门系统、涂胶装置、相机和贴片装置，实现放置在上料台上的太阳电池组件移动到基板上的目标布贴位置处，并在目标布贴位置处与基板粘接固定。
进一步地，所述涂胶装置主要包括点胶机、储胶桶、软管、点胶头和垂直驱动装置；点胶机和储胶桶通过软管连接，点胶头安装在点胶机的出胶口，点胶机固定安装在垂直驱动装置上，垂直驱动装置安装在龙门系统上；点胶机通过软管从储胶桶抽出粘接胶并从点胶头挤出；点胶机在龙门系统和垂直驱动装置的配合下在基板上表面涂覆粘接胶。
进一步地，所述粘接胶为双组份硅橡胶，二个组分分别为基胶和催化剂，基胶和催化剂的配比大于10:1；涂胶装置设置二个储胶桶和二个软管，二个组分分别储存在第一储胶桶和第二储胶桶内，工作时二个组分按照配比分别通过第一软管和第二软管进入点胶机内部进行混合，混合后从点胶头挤出。
进一步地，所述贴片装置主要包括多个吸盘、多个垂直驱动装置以及横杆；其中每个吸盘安装在一个对应的垂直驱动装置上，所有的垂直驱动装置均以平行排列的形式安装在横杆上，横杆安装在龙门系统上；每个吸盘在垂直驱动装置的驱动下沿垂直于基板上表面方向运动，吸盘在龙门系统和垂直驱动装置的配合下可将放置在上料台上的太阳电池组件转移到基板上的目标布贴位置处并对太阳电池组件进行加压，加压时间不小于5min。
进一步地，所述吸盘和垂直驱动装置为独立控制。
进一步地，所述工作台为由金属材料构成的平台，由三个或三个以上的可以调整高度的支柱进行支撑，通过调节支柱的高度实现调整工作台的水平状态。
一种根据所述的太阳电池组件自动布贴设备实现的高精度的太阳电池组件自动布贴方法，包括如下步骤：
S1，将太阳电池组件布贴位置的电子格式图纸输入计算机控制系统；
S2，计算机控制系统控制相机对基板进行拍摄并计算出基板相对于工作台的坐标，计算机控制系统根据输入的电子格式图纸以及基板相对于工作台的坐标计算出需要布贴的太阳电池组件相对于工作台的坐标，并根据该坐标控制涂胶装置在基板上涂覆硅橡胶；
S3，计算机控制系统根据需要布贴的太阳电池组件相对于工作台的坐标控制贴片装置将放置在上料台上的太阳电池组件转移到基板的上方，然后控制贴片装置沿与基板垂直的方向向下移动，使贴片装置对太阳电池组件进行加压固定；
S4，重复S2、S3，实现其它太阳电池组件的自动布贴，直至完成电子格式图纸上规定的所有太阳电池在基板上的布贴。
进一步地，所述S2中，涂胶装置在基板上涂覆粘接胶时，太阳电池组件的每一片太阳电池片对应的布贴位置涂覆的粘接胶均涂覆为一个独立的Z字形折线图案，所述Z字形折线图案包括多个Z字形图像，每个Z字形图像首尾相连。
进一步地，所述S4中，计算机控制系统控制相机识别布贴的上一个太阳电池组件的实际布贴位置；若上一个太阳电池组件的实际布贴位置和电子格式图纸中规定的位置之间存在偏差x1，则计算机控制系统控制贴片装置将下一个太阳电池组件布贴在电子格式图纸规定的位置偏移x2的位置处；其中，偏移x2与偏移x1的方向相同，且x2的绝对值小于x1的绝对值。
进一步地，相邻两个太阳电池组件的实际布贴位置之间的距离不得小于预设距离下限值。
本发明与现有技术相比的优点在于：
1、本发明采用计算机控制系统自动识别太阳电池组件布贴图纸并控制涂胶装置和贴片装置对太阳电池组件进行针对性的动作，可以适应不同型号、不同规格的太阳电池阵的自动布贴，且贴片装置的每个吸盘可以根据太阳电池组件的长度进行调整处于伸出或缩回状态，避免在布贴过程中碰撞其它太阳电池组件或压紧点，具有适应性强的优点。
2、本发明采用计算机控制系统、龙门系统自动控制涂胶位置和太阳电池组件布贴位置，且在布贴过程中通过相机拍摄已布贴的相邻的太阳电池组件进行实时调整，具有布贴精度高的优点。
3、由于本发明采用双组份硅橡胶分开储存、涂覆时再进行混合的方式，可以解决双组份硅橡胶混合后粘度随时间变化的问题，提高涂覆过程的稳定性。
4、由于本发明涂覆的粘接胶为特定的Z字形折线图案，可以避免在布贴过程中产生封闭的气泡，避免在电池四角出现缺胶现象，且可以提高涂覆过程的工作效率。
附图说明
图1为本发明的太阳电池组件自动布贴设备的整体示意图；
图2为本发明的太阳电池组件自动布贴设备的涂胶装置示意图；
图3为本发明的太阳电池组件自动布贴设备的双组份硅橡胶混合示意图；
图4为本发明的太阳电池组件自动布贴设备的贴片装置示意图；
图5为本发明的太阳电池组件自动布贴设备的工作台示意图；
图6为太阳电池组件布贴位置的电子格式图纸的信息示意图；
图7为本发明的太阳电池组件自动布贴设备涂覆粘接胶过程的示意图；
图8为本发明的太阳电池组件自动布贴设备涂覆的粘接胶形状示意图；
图9为本发明的太阳电池组件自动布贴设备布贴太阳电池组件过程的示意图；
图10为本发明的太阳电池组件自动布贴设备对太阳电池布贴位置进行修正的示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。
如图1，本发明的一种高精度的太阳电池组件自动布贴设备，包含底座1、工作台2、上料台3、龙门系统4、涂胶装置5、相机6、贴片装置7、计算机控制系统8等部分，其中工作台2安装在底座1上方的中间位置，上料台3安装在底座1上方靠近一侧边缘的位置，龙门系统4安装在底座1上方的两侧边缘，涂胶装置5、相机6、贴片装置7均安装在龙门系统4上；涂胶装置5在龙门系统4的驱动下可以在工作台2上方作二维移动，相机6和贴片装置7在龙门系统4的驱动下可以在工作台2和上料台3的上方作二维移动。
如图2，所述涂胶装置5主要包括点胶机51、储胶桶52、软管53、点胶头54、垂直驱动装置55，其中点胶机51和储胶桶52通过软管53连接，点胶头54安装在点胶机51的出胶口，点胶机51安装在垂直驱动装置55上，垂直驱动装置55安装在龙门系统4上；点胶机51通过软管53从储胶桶52抽出硅橡胶并从点胶头54挤出，点胶机51在垂直驱动装置55的驱动下可以进行垂直运动，点胶机51在龙门系统4和垂直驱动装置55的配合下可在放置在工作台上的基板9表面涂覆特定形状的硅橡胶1031。
如图3，所述粘接胶为双组份硅橡胶，二个组分分别为基胶和催化剂，基胶和催化剂的配比大于10:1，涂胶装置5设置二个储胶桶52和二个软管53，二个组分分别储存在第一储胶桶521和第二储胶桶522内，工作时二个组分按照配比分别通过第一软管531和第二软管532进入点胶机51内部进行混合，混合后从点胶头54挤出。
如图4，所述贴片装置7主要包括多个吸盘71、多个垂直驱动装置72以及一个横杆73，其中每个吸盘71安装在一个对应的垂直驱动装置72上，所有的垂直驱动装置72均以平行排列的形式安装在横杆73上，横杆73安装在龙门系统4上；每个吸盘71在垂直驱动装置72的驱动下可以进行独立的垂直运动，吸盘71在龙门系统4和垂直驱动装置72的配合下可将放置在上料台3上的太阳电池组件931转移到放置在工作台2上的基板9上。
如图5，所述工作台2为由金属材料构成的平台，由三个或三个以上的可以调整高度的支柱21进行支撑。支柱21可以采用气缸进行驱动，也可采用电机进行驱动，通过调节支柱21的高度实现调整工作平台2的水平状态。
一种高精度的太阳电池组件自动布贴方法，工作过程如下：
步骤一，将太阳电池组件布贴位置的电子格式图纸输入自动布贴设备的计算机控制系统8；
步骤二，计算机控制系统8控制相机6对工作台2上的基板9进行拍摄并采用图像识别的方法计算出基板9相对于工作台2的坐标，计算机控制系统8根据输入的电子格式图纸以及基板9相对于工作台2的坐标计算出要布贴的太阳电池组件931相对于工作台2的坐标，并根据该坐标控制涂胶装置5在基板9上涂覆硅橡胶1031；
步骤三，计算机控制系统8根据步骤二计算的太阳电池组件931相对于工作台2的坐标控制贴片装置7将放置在上料台3上的太阳电池组件931转移到基板9上；
步骤四，贴片装置7的垂直驱动装置72向下移动使吸盘71对太阳电池组件931进行加压，保持一定的加压时间后贴片装置7从太阳电池组件931上移开；
继续重复步骤二、步骤三、步骤四的过程实现其它太阳电池组件的自动布贴，直至完成图纸上规定的所有太阳电池在基板9上的布贴。
进一步地，如图6，所述太阳电池组件布贴位置的电子格式图纸绘制了基板9的信息，主要包括基板边缘91、基板压紧点92等元素的位置信息，另外还包含了需要布贴在基板9上的所有太阳电池组件931、932、933、934等的位置信息。
进一步地，如图7，以布贴太阳电池组件931为例，涂胶装置5在龙门系统4的驱动下沿着X轴和Y轴作二维移动，通过点胶头54将粘结胶1031涂覆在基板9上。
进一步地，如图8，所述涂胶装置5在涂覆粘接胶1031时，太阳电池组件的每一片太阳电池片对应的布贴位置9319涂覆的粘接胶均涂覆为一个独立的Z字形折线图案，所述Z字形折线图案包括多个Z字形图像，每个Z字形图像首尾相连，也即所述Z字形折线图案包括起始纵线、末端纵线、若干内部纵线和若干内部斜线，所述纵线和斜线依次首尾相连构成一条连续的折线，纵线和斜线的夹角为10°～45°，起始纵线和末端纵线的长度比内部纵线的长度至少长3mm。该Z字形折线图案由起始纵线10311、末端纵线10317、若干内部纵线10313、10315和若干内部斜线10312、10314、10316组成，上述纵线和斜线依次首尾相连构成一条连续的折线，纵线和斜线的夹角为10°～45°，起始纵线10311和末端纵线10317的长度比内部纵线10313、10315的长度至少长3mm。
将粘接胶涂覆为连续的Z字形折线图案，可以使涂胶装置5在涂覆过程中连续工作，避免出现频繁的断胶操作，提高工作效率；将纵线和斜线的夹角设置为10°～45°，在后继的贴片装置7进行加压时，可以使粘接胶在向外拓展的过程中避免产生封闭的气泡；起始纵线10311和末端纵线10317的长度比内部纵线10313、10315的长度至少长3mm，可以使粘接胶向外拓展最终形成和太阳电池片的长方形外形尽可能接近的图形，避免在太阳电池片的四角区域产生明显的缺胶现象。
进一步地，可以根据太阳电池片的尺寸适当调整内部纵线和内部斜线的数量。
进一步地，如图9，以布贴太阳电池组件933为例，贴片装置7在龙门系统4的驱动下沿着X轴和Y轴作二维移动，通过吸盘71将太阳电池组件933转移到基板9的布贴位置上方，通过垂直驱动装置72向下移动将太阳电池组件933紧贴在基板9上并实现加压。
在转移和加压过程中，每个吸盘71在垂直驱动装置72的驱动下可以进行独立的垂直运动，处于不同的伸出状态或缩回状态，从而适应不同长度的太阳电池组件的操作。以图7为例，和太阳电池组件933的长度相对应的3个吸盘71处于伸出状态，其余的吸盘71处于缩回状态，从而在布贴太阳电池组件933的过程中避免吸盘71碰撞到其它太阳电池组件以及基板压紧点92。
进一步地，如图10，相邻两个太阳电池组件在设计图纸上规定的布贴位置分别为9311和9321，这两个太阳电池组件的规定间距为
其中d1为规定间距的下限值，Δd为布贴时允许的正公差。为防止意外原因带来的布贴偏差造成太阳电池组件的间距超出图纸规定值，本发明的布贴设备采用相机6对太阳电池组件的布贴位置进行测量并自动修正后继太阳电池组件的布贴位置。
例如，在布贴太阳电池组件932时，相邻的已布贴的太阳电池组件931的实际布贴位置比图纸规定的位置9311向右偏移了x1，如果太阳电池组件932仍按照图纸规定的位置9321进行布贴，可能会造成太阳电池组件931、932之间的实际间距小于图纸规定的间距下限d1。为修正这种偏差，先采用相机6对已布贴的相邻的太阳电池组件931进行拍摄并采用图像识别的方法计算出太阳电池组件931的实际布贴位置和设计图纸规定的位置9311之间的偏差x1，计算机控制系统8控制贴片装置7将太阳电池组件932布贴在图纸规定的位置9321再向右偏移x2的位置处，其中x2的绝对值小于x1的绝对值，同时须满足d2>d1的条件。
通过上述修正，可在保证实际布贴的太阳电池组件之间的间距d2符合图纸规定的间距范围
的同时，使太阳电池组件的实际布贴位置932尽可能接近图纸规定的位置9321。如果经过一次修正后所布贴的太阳电池组件的位置与图纸规定的位置仍有偏差，可按照上述的方法对后继布贴的太阳电池组件的位置继续进行修正，直至布贴的实际位置和图纸规定的位置相一致。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (10)
1.一种高精度的太阳电池组件自动布贴设备，其特征在于：包括底座(1)、工作台(2)、上料台(3)、龙门系统(4)、涂胶装置(5)、相机(6)、贴片装置(7)、计算机控制系统(8)和基板(9)；工作台(2)和上料台(3)固定安装在底座(1)上，基板(9)固定安装在工作台(2)上；所述上料台(3)上放置有太阳电池组件；龙门系统(4)为倒U型框架结构，其两侧框架安装在底座(1)上方的两侧边缘，且可沿两侧边缘移动；所述涂胶装置(5)、相机(6)和贴片装置(7)均可移动地安装在龙门系统(4)的顶部框架上，且可沿垂直于基板(9)上表面方向移动；所述涂胶装置(5)用于配制粘接胶并在基板(9)上涂覆，粘接胶用于将太阳电池组件与基板(9)粘接固定；所述相机(6)用于识别太阳电池组件的位置坐标；所述贴片装置用于将放置于上料台(3)的太阳电池组件移动至基板(9)上并对太阳电池组件施压，包括多个沿着水平方向平行排列的且可以独立进行垂直运动的吸盘；所述计算机控制系统(8)接收太阳电池组件布贴位置的电子格式图纸，控制龙门系统(4)、涂胶装置(5)、相机(6)和贴片装置(7)，实现放置在上料台(3)上的太阳电池组件移动到基板(9)上的目标布贴位置处，并在目标布贴位置处与基板(9)粘接固定；在布贴太阳电池组件时，通过相机获取与之相邻的上一个太阳电池组件的实际布贴位置从而调整本次布贴的太阳电池组件的位置，使相邻两个太阳电池组件的实际布贴位置之间的距离不小于预设距离的下限值。
2.根据权利要求1所述的一种高精度的太阳电池组件自动布贴设备，其特征在于：所述涂胶装置(5)主要包括点胶机(51)、储胶桶(52)、软管(53)、点胶头(54)和垂直驱动装置(55)；点胶机(51)和储胶桶(52)通过软管(53)连接，点胶头(54)安装在点胶机(51)的出胶口，点胶机(51)固定安装在垂直驱动装置(55)上，垂直驱动装置(55)安装在龙门系统(4)上；点胶机(51)通过软管(53)从储胶桶(52)抽出粘接胶并从点胶头(54)挤出；点胶机(51)在龙门系统(4)和垂直驱动装置(55)的配合下在基板(9)上表面涂覆粘接胶。
3.根据权利要求1所述的一种高精度的太阳电池组件自动布贴设备，其特征在于：所述粘接胶为双组份硅橡胶，二个组分分别为基胶和催化剂，基胶和催化剂的配比大于10:1；涂胶装置(5)设置二个储胶桶(52)和二个软管(53)，二个组分分别储存在第一储胶桶和第二储胶桶内，工作时二个组分按照配比分别通过第一软管和第二软管进入点胶机(51)内部进行混合，混合后从点胶头(54)挤出。
4.根据权利要求1所述的一种高精度的太阳电池组件自动布贴设备，其特征在于：所述贴片装置(7)主要包括多个吸盘(71)、多个垂直驱动装置(72)以及横杆(73)；其中每个吸盘(71)安装在一个对应的垂直驱动装置(72)上，所有的垂直驱动装置(72)均以平行排列的形式安装在横杆(73)上，横杆(73)安装在龙门系统(4)上；每个吸盘(71)在垂直驱动装置(72)的驱动下沿垂直于基板(9)上表面方向运动，吸盘(71)在龙门系统(4)和垂直驱动装置(72)的配合下可将放置在上料台(3)上的太阳电池组件转移到基板(9)上的目标布贴位置处并对太阳电池组件进行加压，加压时间不小于5min。
5.根据权利要求4所述的一种高精度的太阳电池组件自动布贴设备，其特征在于：所述吸盘(71)和垂直驱动装置(72)为独立控制。
6.根据权利要求1所述的一种高精度的太阳电池组件自动布贴设备，其特征在于：所述工作台(2)为由金属材料构成的平台，由三个或三个以上的可以调整高度的支柱(21)进行支撑，通过调节支柱(21)的高度实现调整工作台(2)的水平状态。
7.一种根据权利要求1所述的太阳电池组件自动布贴设备实现的高精度的太阳电池组件自动布贴方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，将太阳电池组件布贴位置的电子格式图纸输入计算机控制系统(8)；
S2，计算机控制系统(8)控制相机(6)对基板(9)进行拍摄并计算出基板(9)相对于工作台(2)的坐标，计算机控制系统(8)根据输入的电子格式图纸以及基板(9)相对于工作台(2)的坐标计算出需要布贴的太阳电池组件相对于工作台(2)的坐标，并根据该坐标控制涂胶装置(5)在基板(9)上涂覆硅橡胶；
S3，计算机控制系统(8)根据需要布贴的太阳电池组件相对于工作台(2)的坐标控制贴片装置(7)将放置在上料台(3)上的太阳电池组件转移到基板(9)的上方，然后控制贴片装置(7)沿与基板(9)垂直的方向向下移动，使贴片装置(7)对太阳电池组件进行加压固定；
S4，重复S2、S3，实现其它太阳电池组件的自动布贴，直至完成电子格式图纸上规定的所有太阳电池在基板(9)上的布贴。
8.根据权利要求7所述的一种太阳电池组件自动布贴方法，其特征在于：所述S2中，涂胶装置(5)在基板(9)上涂覆粘接胶时，太阳电池组件的每一片太阳电池片对应的布贴位置涂覆的粘接胶均涂覆为一个独立的Z字形折线图案，所述Z字形折线图案包括多个Z字形图像，每个Z字形图像首尾相连。
9.根据权利要求7所述的太阳电池组件自动布贴方法，其特征在于：所述S4中，计算机控制系统(8)控制相机(6)识别布贴的上一个太阳电池组件的实际布贴位置；若上一个太阳电池组件的实际布贴位置和电子格式图纸中规定的位置之间存在偏差x1，则计算机控制系统(8)控制贴片装置(7)将下一个太阳电池组件布贴在电子格式图纸规定的位置偏移x2的位置处；其中，偏移x2与偏移x1的方向相同，且x2的绝对值小于x1的绝对值。
10.根据权利要求7所述的太阳电池组件自动布贴方法，其特征在于：相邻两个太阳电池组件的实际布贴位置之间的距离不得小于预设距离下限值。
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