CN1451482A - 太阳电池自动精确涂胶机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳电池自动精确涂胶机构，主要包括：X、Y、Z三自由度自动移动装置、电气控制装置、滴胶装置和电池托盘，放置太阳电池的电池托盘放在三自由度自动移动装置的工作台上定位，由电气控制装置控制三自由度自动移动装置的运动轨迹、速度及滴胶气路的开关控制，滴胶装置通过电磁阀及真空发生器的作用，通过针筒定位夹具夹持的多个针头实现滴胶作业。本发明可以精确控制太阳电池表面的胶层厚度，并有效控制胶的外溢现象，避免对电池的污染，同时使精度、成品率、效率都大幅度提高，不仅可应用于空间太阳电池抗辐照玻璃盖片的封装前涂胶工艺，还可推广到IC器件的表面保护层封装领域中的涂胶工艺。

Description

太阳电池自动精确涂胶机构
技术领域：
本发明涉及的是一种自动涂胶机构，特别是一种用于太阳电池的可精确控制涂胶位置和胶层厚度的自动涂胶机构，属于IC后封装领域。
背景技术：
目前，为了保护空间环境下应用的太阳电池而进行的保护层与太阳电池的封装操作工艺中，大多采用手工涂胶方法。这种方法不仅劳动强度大，成品率低，效率不高，而且还会造成器件污染。更为严重的是涂胶质量难以保证，影响太阳电池工作的可靠性。有些粘结剂对操作人员还具有一定的危险性和有害性。对现有滴胶技术的检索发现，中国发明专利申请[申请号01108226]“用于培养板涂胶的自动涂胶机”给出了一种给培养板涂胶的装置，其特征在于：工作台部分可以相对于涂胶机构在X轴和Y轴方向作数控运动，数控装置根据设定的条件和从各传感器部件获取的信号，按照预先设定的程序控制各部件的动作。该装置不能精确控制胶层的厚度，不适用于对胶层厚度要求严格的太阳电池表面的涂胶。而空间太阳电池的封装胶层只有限制在一定的厚度范围内，才能满足太阳光的透射率要求。因此，胶层厚度的精确控制非常重要。为了解决这个问题，需要有一种涂胶机构来控制太阳电池表面的胶层厚度。
发明内容：
本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种用于精确控制涂胶位置和胶层厚度的自动装置，使器件表面胶层厚度均匀，可控制在一定的指标范围内(小于0.1mm)，减少器件的碎片率及对器件的污染，同时避免有毒粘结剂对操作人员健康的危害。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。
本发明是通过以下技术方案实现的：涂胶机构主要包括X、Y、Z三自由度自动移动装置、电气控制装置、滴胶装置和电池托盘。X、Y、Z三自由度自动移动装置的工作台上放有定好位的电池托盘，X、Y、Z三自由度自动移动装置的Z轴移动单元上用螺钉固定好滴胶装置的针筒定位夹具，电气控制装置的电机与X、Y、Z三自由度自动移动装置的滚动丝杠采用直连的方式。
X、Y、Z三自由度自动移动装置包括机座、X轴移动单元、Y轴移动单元、Z轴移动单元、工作台。机座为焊接结构，具有足够的刚度和精度，是整个设备的基础，其它部分都由它来支撑。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，工作台固定在Y轴移动单元的滑台上，Z轴移动单元的轨道安装在机座上。X、Y和Z轴移动单元均采用滚动丝杠传动导轨导向的结构。
电气控制装置包括工控机、运动控制卡、驱动器、电机、控制柜。运动控制卡插在工控机的主板插槽内，驱动器与运动控制卡之间接线。工控机、运动控制卡、驱动器都放在控制柜内。控制柜内由驱动器引出连线与电机相接。为了简化传动系统，减小系统误差，电机与X、Y、Z三自由度自动移动装置的滚动丝杠采用直连的方式。另外，控制柜内由运动控制卡引出连线与电磁阀相接，实现滴胶气路的开关控制。
滴胶装置包括气路中的气源、截止阀、减压阀、节流阀、真空发生器、电磁阀，及针筒、专用针头、气管及管接头、针筒定位夹具。气源与截止阀的进气口用气管相连，截止阀的出气口用气管连出后接有三通管接头。管接头的两出口一个连接减压阀，再连入电磁阀的一个通口；另外一个通过节流阀后连入真空发生器，从真空发生器再接入电磁阀的另外一个通口。电磁阀的第三个通口与固定在针筒定位夹具中的针筒连接，专用针头旋转卡入针筒。为了提高涂胶效率，滴胶装置带有多个针筒和针头。专用针头的内径一般不大于0.33mm。
电池托盘包括托盘板和底板，供太阳能电池片的摆放与定位。通过螺钉，将托盘板与底板固定在一起。为了与滴胶机器人的针头相适应，托盘内设计有相同数量多个定位槽，以矩阵形式排列，与电池片一一对应。这样，可以同时完成一个托盘内多个电池片的同时滴胶。
太阳电池放在实现定位功能的电池托盘上，电池托盘放在X、Y、Z三自由度自动移动装置的工作台上定位。X、Y、Z三自由度自动移动装置的Z轴移动单元在电气控制装置的控制下向下移动，直到固定在Z轴移动单元上的滴胶装置的针头到达指定的涂胶位置为止。在电气控制装置的控制下，滴胶装置的电磁阀接通，胶粘剂开始从针筒定位夹具夹持的多个针头中流出。同时，X、Y、Z三自由度自动移动装置的X、Y轴移动单元开始按指定的轨迹运动。电气控制装置可以控制X、Y、Z三自由度自动移动装置的运动轨迹及其速度。这样，胶粘剂就涂到了太阳电池的表面。经过一定时间的滴胶作业后，在电气控制装置的控制下，滴胶装置的电磁阀断开，真空发生器发生作用，胶粘剂就会停止从针头流出，滴胶结束。
理论分析与实验结果表明，通过调整相关参数，本发明可以精确(误差小于0.01mm)控制太阳电池表面的胶层厚度，有效地控制了胶的外溢现象，从而避免了胶对电池的污染。同时，由于采用了非接触自动操作，减少了人工操作过程中太阳电池的碎片现象(碎片率小于0.5％)，也避免了有毒介质对人身健康的损害。
本发明采用交流伺服来实现滴胶机构位置的精密调节，使得电池碎片率、器件的污染、胶层厚度均匀性、胶层厚度可控等指标要求均得到满足。更重要的是，本发明取代了现有的对太阳电池表面的手工涂胶操作，精度、成品率、效率都大幅度提高(以每天工作8小时计算，系统效率可达1100～1200片/人日，而手工操作仅为200～300片/人日)。
本发明不仅可应用于空间太阳电池抗辐照玻璃盖片的封装前涂胶工艺，还可推广到IC器件的表面保护层封装领域中的涂胶工艺。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图。
图1中，机座1、X轴移动单元2、Y轴移动单元3、Z轴移动单元4、工作台5、电气控制装置6、气动元件7、针筒定位夹具8、针筒9、专用针头10、电池托盘11。
图2为本发明滴胶装置气动元件7的气路示意图。
图2中，针筒9、专用针头10、气源12、截止阀13、减压阀14、节流阀15、真空发生器16、电磁阀17。
图3为本发明电池托盘的结构示意图。
其中，图3(a)为图3(b)的侧剖结构示意图，托盘板18、底板19组成了电池托盘。
图4为本发明针筒定位夹具的结构示意图。
图4中，针筒定位板20和螺钉21。
具体实施方式：
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。
本发明涂胶机构主要包括：X、Y、Z三自由度自动移动装置、电气控制装置6、滴胶装置和电池托盘11，其连接方式如图1所示。其中，X、Y、Z三自由度自动移动装置包括机座1、X轴移动单元2、Y轴移动单元3、Z轴移动单元4、工作台5。X轴移动单元2的轨道安装在机座1上，Y轴移动单元3的轨道安装在X轴移动单元2的滑台上，工作台5固定在Y轴移动单元3的滑台上，Z轴移动单元4的轨道安装在机座1上。X、Y和Z轴移动单元2、3、4均采用滚动丝杠传动导轨导向的结构。X、Y、Z三自由度自动移动装置的工作台5上放有定好位的电池托盘11，X、Y、Z三自由度自动移动装置的Z轴移动单元4上用螺钉固定好针筒定位夹具8，电气控制装置6的电机与X、Y、Z三自由度自动移动装置的滚动丝杠采用直连的方式。针筒9放在针筒定位夹具8中固定，专用针头10旋转卡入针筒9内。气动元件7固定在X、Y、Z三自由度自动移动装置的机座1上。在电气控制装置6的控制下，压缩空气可以从气动元件7出来，进入针筒9中。
图2是本发明滴胶装置气动元件7的气路示意图，为便于了解整个机构而从图1分离出来。滴胶装置包括气源12、截止阀13、减压阀14、节流阀15、真空发生器16、电磁阀17、针筒9、专用针头10。压缩空气从气源12出来，经过截止阀13后，分成两路：一路经过减压阀14，接入电磁阀17；另外一路经过节流阀15后通过真空发生器16，从真空发生器16再接入电磁阀17。电磁阀17的出口与固定在针筒定位夹具8中的针筒9连接，专用针头10旋转卡入针筒9。通过电磁阀17的通断可以控制是否进行滴胶。
图3是本发明电池托盘11的结构示意图，包括定位槽的托盘板18和底板19，托盘板18和底板19通过螺钉固定在一起。为了与滴胶装置的专用针头10相适应，托盘板18设计有相同数量多个定位槽，以矩阵形式排列，供太阳能电池片的摆放与定位。定位槽靠三个很小的面定位，相当于三点定位。
图4是本发明针筒定位夹具8的结构示意图，包括针筒定位板20和螺钉21。通过针筒定位板20对针筒9下部小圆柱面定位，旋紧螺钉21，直至上部大圆柱面，实现对针筒17的夹紧固定。
本发明涂胶机构的工作过程如下：如图1所示，首先将针筒9放在固定在Z轴移动单元4滑台上的针筒定位夹具8的定位孔中。如图4所示，旋紧螺钉21，实现对针筒定位板20中针筒9的夹紧固定。然后将太阳电池放到电池托盘11的定位槽里并定位，如图3所示。再将盛满太阳电池的电池托盘11放到X、Y、Z三自由度自动移动装置的工作台5上的滴胶位置并定位。X、Y、Z三自由度自动移动装置的Z轴移动单元4在电气控制装置6的控制下向下移动，直到固定在Z轴移动单元4上的滴胶装置的针头到达指定的涂胶位置为止。在电气控制装置6的控制下，滴胶装置的电磁阀17接通，从气源12流出并经过截止阀13的压缩空气经过减压阀14进入针筒9内，胶粘剂开始从针筒定位夹具8夹持的多个专用针头10中流出。同时，X、Y、Z三自由度自动移动装置的X、Y轴移动单元2、3开始按指定的轨迹运动。电气控制装置6可以控制X、Y、Z三自由度自动移动装置的运动轨迹及其速度。这样，胶粘剂就涂到了太阳电池的表面。滴胶完毕后，电气控制装置6控制专用针头10上移，同时关闭电池阀17，滴胶通路被截断。此时，从气源12流出并经过截止阀13的压缩空气，通过节流阀15后，进入真空发生器16，从而产生一定的负压，经过电磁阀17后，到达针筒9中的胶粘剂表层，从而使胶粘剂不会从专用针头10流出。

Claims (3)

1、一种太阳电池自动精确涂胶机构，其特征在于主要包括X、Y、Z三自由度自动移动装置、电气控制装置(6)、滴胶装置和电池托盘(11)，其中，X、Y、Z三自由度自动移动装置中，X轴移动单元(2)的轨道安装在机座(1)上，Y轴移动单元(3)的轨道安装在X轴移动单元(2)的滑台上，工作台(5)固定在Y轴移动单元(3)的滑台上，Z轴移动单元(4)的轨道安装在机座(1)上，X、Y和Z轴移动单元(2、3、4)均采用滚动丝杠传动导轨导向结构，工作台(5)上放有定好位的电池托盘(11)，Z轴移动单元(4)上固定针筒定位夹具(8)，电气控制装置(6)的电机与X、Y、Z三自由度自动移动装置的滚动丝杠采用直连方式，固定在机座(1)上的气动元件(7)中，气源(12)连接截止阀(13)，截止阀(13)的出口经减压阀(14)连接电磁阀(17)，同时经节流阀(15)及真空发生器(16)连接电磁阀(17)，电磁阀(17)的出口与固定在针筒定位夹具(8)中的针筒(9)连接，专用针头(10)旋转卡入针筒(9)。
2、如权利要求1所说的太阳电池自动精确涂胶机构，其特征在于电池托盘(11)包括带定位槽的托盘板(18)和底板(19)，与针头(10)相同数量的定位槽以矩阵形式排列，并以三点定位。
3、如权利要求1所说的太阳电池自动精确涂胶机构，其特征在于针筒定位夹具(8)包括针筒定位板(20)和旋紧螺钉(21)。
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