CN114682966A - 一种空间太阳电池上电极集成自动焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空间太阳电池上电极集成自动焊接方法；属于空间太阳电池焊接技术领域，其特征在于，包括如下步骤：S1、二极管料盘上料；S2、二极管定位；S3、互连片和银条定位；S4、二极管组件焊接及翻转；S5、二极管组件翻转与检测；S6、电池信息读取；S7、电池上料；S8、互连片定位；S9、上电极焊接；S10、接角焊接；S11、裂片检测；S12、焊头打磨；S13、陪片焊接；S14、焊接完成后的产品放回托盘治具。本发明将多工序多工步集成到一套系统中并优化焊接工艺，通过计算机操控多机器人统筹工作，加快生产效率，提升成品率。
Description
技术领域
本发明属于空间太阳电池焊接技术领域，具体涉及一种空间太阳电池上电极集成自动焊接方法。
背景技术
目前，卫星和飞船用发电单元采用最广泛的是砷化镓太阳电池阵。在砷化镓太阳电池阵的制作过程中，采用焊接的方式将互连材料连到空间用砷化镓太阳电池上以引出电极。
目前，空间砷化镓太阳电池的焊接普遍采用平行间隙电阻焊技术，使用手动或自动焊接方法对互连片与太阳电池，二极管组件，二极管组件与太阳电池分步焊接完成。
经过检索发现申请号为CN201910461086.0，专利名称为一种空间太阳能电池组件自动焊接设备和方法。该专利在进行焊接时，通过计算机系统控制机器人自动焊接互连片与太阳电池。
现有技术在进行空间用太阳电池焊接时，仅完成了互连片与太阳电池焊接一个工序的自动化，并没有考虑旁路二极管焊接及旁路二极管与太阳电池焊接的工序。在进行自动焊接系统后，下料盘还需进行另一次上料或手动焊接其他工序。在产量日益增加的情况下已经不适用于大批量连续生产的实际需求。并且多工序没有进行连续生产线整合，依旧在后续生产中引入了人为操作因素，不适应现有自动化生产线需求。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题，提供一种空间太阳电池上电极集成自动焊接方法，为提升上电极焊接技术，本发明将多工序多工步集成到一套系统中并优化焊接工艺，通过计算机操控多机器人统筹工作，加快生产效率，提升成品率。
本发明的目的是提供一种空间太阳电池上电极集成自动焊接方法，包括如下步骤：
S1、二极管料盘上料；
操作人员将装有二极管的托盘放到上料区托盘上料机构的托盘存料区内，由伺服提升机构将托盘提升到指定高度，由伺服送出机构，将托盘送到二极管上料位置；
S2、二极管定位；
由机器人吸取上料位置托盘内的二极管，并将二极管搬运到位位置，并放入二极管定位平台，二极管定位平台上的真空吸附系统将二极管吸平，由CCD定位机构将二极管定位，并计算偏移量；系统将偏移量传输给机器人，机器人修正位置后，重新吸取二极管放置到焊接治具上；
S3、互连片和银条定位；
由机器人吸取上料位置托盘内的互连片或银条，并将互连片或银条搬运到其定位位置，并放入互连片或银条定位平台，真空吸附系统将互连片吸平，由CCD定位机构将互连片定位，并计算偏移量，系统将偏移量传输给机器人，机器人修正位置后，重新吸取互连片，并搬运到焊接位置，并装入到XY焊接平台上装有焊接电池的治具内，并由真空吸附系统将其固定，根据不同的产品依次转入需要焊接的全部互连片；
S4、二极管组件焊接及翻转；
由二极管组件焊接前后移动模组将产品送入焊接点，由焊机对二极管与银条进行焊接，焊接后机器人抓取二极管进行翻转，翻转后进行二极管与另一银条的焊接，焊接时焊接区域充入氮气对焊接部位进行保护，同时红外测温仪对焊接温度进行实时监控，一次性焊接四组二极管组件；
S5、二极管组件翻转与检测；
焊接完成后，二极管焊接前后模组回到初始位置，机器人抓取焊接完成后的二极管组件放置到翻转机构上，并由真空吸住；再由翻转机构翻转二极管组件并放置到检测平台上；在二极管正负极焊接后进行电性能测试；进行旁路二极管正向压降值以及反向漏流值的性能测试；
S6、电池信息读取；
机器人将搬运过来的电池放到读码枪上进行读取，将有读取信息的电池放入焊接位置，没有读取到信息的电池放入回收盘内；
S7、电池上料；
机器人将读取有信息的电池抓取到电池片翻转机构上进行翻转，当电池片翻面完成后再由机器人将其抓取到焊接上料位置，并放入到XY焊接平台上的焊接治具内，并由真空吸住；
S8、互连片定位；
由机器人吸取上料位置托盘内的互连片，并将互连片搬运到互连片定位位置，并放入互连片定位平台，互连片定位平台上的真空吸附系统将互连片吸平，由CCD定位机构将互连片定位，并计算偏移量，系统将偏移量传输给机器人，机器人修正位置后，重新吸取互连片，并搬运到焊接位置，并装入到XY焊接平台上装有焊接电池的治具内，并由真空吸附系统将其固定，根据不同的产品依次转入需要焊接的全部互连片；
S9、上电极焊接；
由XY焊接平台将产品送入焊接点，由焊机对互连片及太阳电池进行焊接，此时焊接区域充入氮气对焊接部位进行保护；同时红外测温仪对焊接温度进行实时监控；
S10、接角焊接；
由XY焊接平台将旁路二极管组件送入焊接点，由焊机对太阳电池及旁路二极管组件进行焊接，此时焊接区域充入氮气对焊接部位进行保护；同时红外测温仪对焊接温度进行实时监控；
S11、裂片检测；
焊接后机器人抓取电池片放置于检测系统区域，对电池进行裂片检测，检测到的不合格品将由机器人抓取至不合格品区；
S12、焊头打磨；
设定焊头的打磨频率，当焊头打磨时，伺服轴将打磨机构送入焊头打磨位置，并设定对打磨头进行打磨模式；打磨机构根据预先设定的程序对焊头进行打磨，此时吸尘系统对打磨的灰尘进行抽取；
S13、陪片焊接；
陪片由人工放在固定的过程片托盘内，通过设定陪片的焊接频率定时进行焊接，陪片由机器人上下料，机器人将焊接好的陪片放到固定的下料位置，然后设备停机，由操作人员确认陪片焊接状态良好后，设备再次运行；
S14、焊接完成后的产品放回托盘治具。
本发明具有的优点和积极效果是：
1.本发明能够满足多种尺寸二极管及太阳电池的自动焊接；
2.本发明采用真空吸盘取放银互连片，不会使银互连片变形及沾污；
3.本发明焊接速度大于60片电池/小时；
4.本发明焊接时电池与银互连片具有真空吸附，均不会产生移动；
5.本发明焊点编号自动扫描、记录焊接各项实时参数；
6.本发明视觉系统自动对互连片种类以及位置进行识别判定；
7.本发明自动监控焊接时焊头问题。
附图说明
图1为本发明优选实施例的结构图；
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
如图1所示，本发明的技术方案为：
一种空间太阳电池上电极集成自动焊接设备，包括：
给料部分，所述给料部分包括自动上下料模块、定位模块及扫码模块；
焊接控制部分，所述焊接控制部分包括控制焊接设备动作、电极头的打磨频率和压力、陪片焊接的控制模块、获取焊接压力的压力采集模块、电极头的打磨频率和压力
翻转部分，所述翻转部分包括二极管翻转模块、带互连片电池翻转模块；
检测旁路二级管电性能的检测部分；
监测焊接设备状态、给料部分状态、焊接控制部分状态、翻转部分状态和检测部分状态的监测部分；
控制焊接设备状态、给料部分状态、焊接控制部分状态、翻转部分状态和检测部分状态的控制部分。
所述自动上下料模块包括原材料上料工位、承载物料的托盘、带动托盘运动的伺服提升机构和伺服送出机构。
所述定位模块包括：
从托盘内抓取原材料，并将原材料搬运到各自定位平台位置的机器人；
CCD定位机构；所述CCD定位机构包括CCD图像采集模块和位置识别模块；
将原材料吸平或固定互连片的真空吸附系统。
所述压力采集模块为压力监控仪。
所述翻转部分包括上下气缸、翻转气缸、翻转盘。
报警模块与控制部分进行数据交互。
下面对上述优选实施例的工作过程做进一步的解释：
1.自动上下料、定位及扫码部分
1.1原材料上料
操作人员将装有原材料(旁路二极管、电池、互连片、银条，下同)的托盘放到原材料上料工位，由伺服提升机构将托盘提升到指定高度，由伺服送出机构，将托盘送到原材料上料位置。
1.2原材料定位
由机器人吸取上料位置托盘内的原材料，并将原材料搬运到各自定位平台位置，定位平台上的真空吸附系统将原材料吸平。由CCD定位机构将其定位，并计算偏移量。系统将偏移量传输给机器人修正位置后，重新吸取该原材料。互连片(银条)还需在机器人重新吸取后装入到XY焊接平台上装有焊接旁路二极管的治具内。并由真空吸附系统将其固定。根据不同的产品依次转入需要焊接的全部互连片(银条)。
1.3带互连片电池上料、扫码及定位
机器人将带互连片电池扫码，并读取有信息的带互连片电池移动到焊接上料位置，并放入到XY焊接平台上的焊接治具内。并由真空吸附。
1.4旁路二极管(电池)或带二极管电池下料
机器人将焊接好的旁路二极管或带二极管电池放入到下料盘中。
2.自动焊接及机器视觉焊点识别控制部分(旁路二极管焊接以及带互连片电池与旁路二极管焊接即接角系统)要求
2.1自动焊接
由XY焊接平台将产品送入焊接位置，完成焊接，XY焊接平台由伺服马达和精密滚珠丝杠进行驱动，保证运动的精度。焊接治具分A、B两个，以便于节省机器人搬运产品的时间。压力监控仪对焊接压力进行测试，设备进行下一个循环。自动焊接包括两台焊机，一台进行焊接旁路二极管，一台进行带互连片电池与旁路二极管的焊接。
2.2电极头自动打磨及电压恢复
通过软件设定电极头的打磨频率和压力，当电极头打磨时，伺服机构将打磨机构送入电极头打磨位置，并通过软件对电极头进行打磨模式的设定。打磨完成后，程序自动进行电压恢复；
2.3陪片焊接
陪片由人工放在固定的过程片托盘内，通过软件设定陪片的焊接频率，陪片由机器人下料，机器人将焊接好的过程片放到固定的下料位置，然后设备停机。由操作人员确认后，设备再次运行。系统自动记录过程片焊接参数。
2.4机器视觉焊点识别控制
在焊接过程中，由CCD定位机构对焊接位置进行视觉识别。
3.翻转及检测部分
3.1二极管翻转、带互连片电池翻转部分
均由上下气缸、翻转气缸、翻转盘等组成。在焊接过程中分别对二极管、带互连片电池进行翻转。
3.2旁路二级管电性能检测部分
检测系统由探针上下气缸、探针顶升气缸、测试吸盘等组成。在二极管正负极焊接后进行电性能测试。可自动进行旁路二极管正向压降值以及反向漏流值的性能测试，可自动进行旁路二极管和电池的裂片检测，裂片检测准确率高于98％。
4.焊接过程监控及计算机控制部分
焊接过程监控及计算机控制系统主要用来控制焊接的具体过程和焊接参数的监视和采集。控制系统通过伺服部分控制X、Y移动平台的移动；控制系统通过电路控制实现电阻点焊机的操作和采集点焊过程参数；控制系统通过IO口控制气压系统的开关。
焊接过程监控及计算机控制系统主要设计参数和具体指标要求如下：
软件支持双脉冲焊接模式，软件中焊接参数具备有上、下限报警功能，可根据工艺需要进行各种参数的设置；可通过监视器观察实时焊接过程，并具备焦距手动调节功能；软件有自诊断及误操作自锁功能；在停电、停气的情况下，设备有故障报警、自我保护功能；软件具有信息化功能，电池编号自动扫码、记录指标；可自动采集电压、电流、功率、压力等输出信息；陪片焊接的相关信息可手动输入；所有参数都可以定义中断，确保焊接安全、不超过极限范围；具备自动记录焊接过程数据，自动生成数据分析曲线，焊接数据统计分析功能；
5.触摸屏控制系统；
5.1焊机具备碎片影像识别功能，对焊接过程中产生碎片进行报警，并中断系统；
5.2焊接参数(焊接压力、电流、电压)异常情况下，焊接自动停止并报警；
1.二极管料盘上料
操作人员将装有电池的托盘放到上料区托盘上料机构的托盘存料区内，由伺服提升机构将托盘提升到指定高度，由伺服送出机构，将托盘送到二极管上料位置。
2.二极管定位
由机器人吸取上料位置托盘内的二极管，并将二极管搬运到位位置，并放入二极管定位平台，二极管定位平台上的真空吸附系统将二极管吸平。由CCD定位机构将二极管定位，并计算偏移量。系统将偏移量传输给机器人，机器人修正位置后，重新吸取二极管放置到焊接治具上。
3.互连片(银条)定位
由机器人吸取上料位置托盘内的互连片(银条)，并将互连片(银条)搬运到互连片定位位置，并放入互连片(银条)定位平台，真空吸附系统将互连片吸平。由CCD定位机构将互连片定位，并计算偏移量。系统将偏移量传输给机器人，机器人修正位置后，重新吸取互连片，并搬运到焊接位置。并装入到XY焊接平台上装有焊接电池的治具内。并由真空吸附系统将其固定。根据不同的产品依次转入需要焊接的全部互联片。
4.二极管组件焊接及翻转
由二极管组件焊接前后移动模组将产品送入焊接点，由焊机对二极管与银条进行焊接，焊接后机器人抓取二极管进行翻转，翻转后进行二极管与另一银条的焊接，焊接时焊接区域充入氮气对焊接部位进行保护。同时红外测温仪对焊接温度进行实时监控，一次性焊接四组二极管组件。
5.二极管组件翻转与检测
焊接完成后，二极管焊接前后模组回到初始位置，机器人抓取焊接完成后的二极管组件放置到翻转机构上，并由真空吸住。再由翻转机构翻转二极管组件并放置到检测平台上。检测系统由探针上下气缸、探针顶升气缸、测试吸盘等组成。在二极管正负极焊接后进行电性能测试。进行旁路二极管正向压降值以及反向漏流值的性能测试。
6.电池信息读取
机器人将搬运过来的电池放到读码枪上进行读取,将有读取信息的电池放入焊接位置，没有读取到信息的电池放入回收盘内。可通过操作界面来选择对没有信息的电池的处理，通过选择可人工填写相关内容，或直接放入回收盘内。
7.电池上料
机器人将读取有信息的电池搬运到电池片翻转机构上进行翻转，当电池片翻面完成后再由机器人将其抓取到焊接上料位置，并放入到XY焊接平台上的焊接治具内。并由真空吸住。
8.互连片定位
由机器人吸取上料位置托盘内的互连片，并将互连片搬运到互连片定位位置，并放入互连片定位平台，互连片定位平台上的真空吸附系统将互连片吸平。由CCD定位机构将互连片定位，并计算偏移量。系统将偏移量传输给机器人，机器人修正位置后，重新吸取互连片，并搬运到焊接位置。并装入到XY焊接平台上装有焊接电池的治具内。并由真空吸附系统将其固定。根据不同的产品依次转入需要焊接的全部互联片
9.上电极焊接
由XY焊接平台将产品送入焊接点，由焊机对互连片及太阳电池进行焊接，此时焊接区域充入氮气对焊接部位进行保护。同时红外测温仪对焊接温度进行实时监控。
10.接角焊接
由XY焊接平台将旁路二极管组件送入焊接点，由焊机对太阳电池及旁路二极管组件进行焊接，此时焊接区域充入氮气对焊接部位进行保护。同时红外测温仪对焊接温度进行实时监控。
11.裂片检测
焊接后机器人抓取电池片放置于检测系统区域，对电池进行裂片检测，检测到的不合格品将由机器人抓取至不合格品区。检测系统由探针上下气缸、探针顶升气缸、测试吸盘等组成。对电池的裂片检测，裂片检测准确率高于98％。
12.焊头打磨
通过软件设定焊头的打磨频率，当焊头打磨时，伺服轴将打磨机构送人焊头打磨位置，并通过软件设定对打磨头进行打磨模式的设定。打磨机构根据预先设定的程序对焊头进行打磨，此时吸尘系统对打磨的灰尘进行抽取。
13.陪片焊接
陪片由人工放在固定的过程片托盘内，通过软件设定过程片的焊接频率，陪片由机器人上下料，机器人将焊接好的过程片放到固定的下料位置，然后设备停机。由操作人员确认后，设备再次运行。
14.焊接完成后的产品放回托盘治具。设备进行下一个循环。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (1)
1.一种空间太阳电池上电极集成自动焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、二极管料盘上料；
操作人员将装有二极管的托盘放到上料区托盘上料机构的托盘存料区内，由伺服提升机构将托盘提升到指定高度，由伺服送出机构，将托盘送到二极管上料位置；
S2、二极管定位；
由机器人吸取上料位置托盘内的二极管，并将二极管搬运到位位置，并放入二极管定位平台，二极管定位平台上的真空吸附系统将二极管吸平，由CCD定位机构将二极管定位，并计算偏移量；系统将偏移量传输给机器人，机器人修正位置后，重新吸取二极管放置到焊接治具上；
S3、互连片和银条定位；
由机器人吸取上料位置托盘内的互连片或银条，并将互连片或银条搬运到互连片定位位置，并放入互连片或银条定位平台，真空吸附系统将互连片吸平，由CCD定位机构将互连片定位，并计算偏移量，系统将偏移量传输给机器人，机器人修正位置后，重新吸取互连片，并搬运到焊接位置，并装入到XY焊接平台上装有焊接电池的治具内，并由真空吸附系统将其固定，根据不同的产品依次转入需要焊接的全部互联片；
S4、二极管组件焊接及翻转；
由二极管组件焊接前后移动模组将产品送入焊接点，由焊机对二极管与银条进行焊接，焊接后机器人抓取二极管进行翻转，翻转后进行二极管与另一银条的焊接，焊接时焊接区域充入氮气对焊接部位进行保护，同时红外测温仪对焊接温度进行实时监控，一次性焊接四组二极管组件；
S5、二极管组件翻转与检测；
焊接完成后，二极管焊接前后模组回到初始位置，机器人抓取焊接完成后的二极管组件放置到翻转机构上，并由真空吸住；再由翻转机构翻转二极管组件并放置到检测平台上；在二极管正负极焊接后进行电性能测试；进行旁路二极管正向压降值以及反向漏流值的性能测试；
S6、电池信息读取；
机器人将搬运过来的电池放到读码枪上进行读取，将有读取信息的电池放入焊接位置，没有读取到信息的电池放入回收盘内；
S7、电池上料；
机器人将读取有信息的电池搬运到电池片翻转机构上进行翻转，当电池片翻面完成后再由机器人将其抓取到焊接上料位置，并放入到XY焊接平台上的焊接治具内，并由真空吸住；
S8、互连片定位；
由机器人吸取上料位置托盘内的互连片，并将互连片搬运到互连片定位位置，并放入互连片定位平台，互连片定位平台上的真空吸附系统将互连片吸平，由CCD定位机构将互连片定位，并计算偏移量，系统将偏移量传输给机器人，机器人修正位置后，重新吸取互连片，并搬运到焊接位置，并装入到XY焊接平台上装有焊接电池的治具内，并由真空吸附系统将其固定，根据不同的产品依次转入需要焊接的全部互联片；
S9、上电极焊接；
由XY焊接平台将产品送入焊接点，由焊机对互连片及太阳电池进行焊接，此时焊接区域充入氮气对焊接部位进行保护；同时红外测温仪对焊接温度进行实时监控；
S10、接角焊接；
由XY焊接平台将旁路二极管组件送入焊接点，由焊机对太阳电池及旁路二极管组件进行焊接，此时焊接区域充入氮气对焊接部位进行保护；同时红外测温仪对焊接温度进行实时监控；
S11、裂片检测；
焊接后机器人抓取电池片放置于检测系统区域，对电池进行裂片检测，检测到的不合格品由机器人抓取至不合格品区；
S12、焊头打磨；
设定焊头的打磨频率，当焊头打磨时，伺服轴将打磨机构送人焊头打磨位置，并设定对打磨头进行打磨模式；打磨机构根据预先设定的程序对焊头进行打磨，此时吸尘系统对打磨的灰尘进行抽取；
S13、陪片焊接；
陪片由人工放在固定的过程片托盘内，通过设定过程片的焊接频率，陪片由机器人上下料，机器人将焊接好的过程片放到固定的下料位置，然后设备停机，由操作人员确认后，设备再次运行；
S14、焊接完成后的产品放回托盘治具。
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