CN201529852U - 激光刻划装置及其设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激光刻划装置及其设备，所述激光刻划设备包括刻划装置，还包括位于所述刻划装置入料一侧的入料装置和位于所述刻划装置出料一侧的出料装置，所述刻划装置包括夹持待刻工件的夹具、可对所述工件进行刻划的激光切割头、分别带动所述夹具和激光切割头做纵、横运动的运动系统以及控制系统，所述夹具包括通过气垫支撑所述待刻工件的支撑部分和夹持所述待刻工件的夹持部分。这样，由于所述夹具包括通过气垫支撑所述待刻工件的支撑部分，实现对大尺寸非晶硅薄膜太阳能电池板等待刻工件的刻划，而所述待刻工件的待刻表面与所述夹具之间没有任何接触，减少对待刻工件表面的损伤。

Description

激光刻划装置及其设备

技术领域

本实用新型涉及激光切割技术领域，更具体地说，是涉及对非晶硅薄膜太阳能电池的镀膜层进行刻划的激光刻划装置及其设备。

背景技术

随着现代工业的高速发展而形成的巨大能源需求，以及新能源技术的进步，能源结构正在发生着根本性的变革。传统的能源如煤炭、石油、天然气的使用量将在2020年-2040年到达高峰，而在2050年后将会逐渐枯竭。替代能源及可再生能源(主要是太阳能)技术从2000年开始迅猛发展，预计到2050年，其使用量将达到高峰。传统太阳能电池是使用单晶硅或多晶硅薄片，其硅的用量较大，浪费严重，而且硅元素的提纯工艺复杂且成本太高。而非晶硅薄膜太阳能电池由于硅元素使用量很少，所以无原料瓶颈，并且成本低、工艺成熟，所以发展很快，成为目前薄膜太阳能电池最成熟的产品。

如图1所示，这种非晶硅薄膜太阳能电池在基板1′(玻璃)上共有三层：前电极2′、非晶硅(a-Si)3′和后电极4′。非晶硅薄膜太阳能电池的激光刻划是根据这种非晶硅薄膜太阳能电池的制作工艺过程，分别在不同的工艺时段选用不同波长的激光设备进行刻划。由于非晶硅薄膜太阳能电池共有三层，所以需要进行三次刻划才能完成整个制作过程。按刻划非晶硅薄膜电池的工艺要求，刻划非晶硅电池薄膜，要求精确重复定位的机床、能量均匀的激光器，刻划线宽L1、L2、L3要细，且刻线直线性好、光滑清晰，刻线膜层两侧无粘连短路，为了使单片电池板上能发出较高的功率，L1、L2、L3之间的距离要尽可能的短。

为了降低成本，目前非晶硅薄膜太阳能电池板的尺寸越来越大，在现有激光刻划设备由于结构上的缺陷，难以实现对大尺寸的非晶硅薄膜太阳能电池板进行刻划，即使勉强进行刻划，刻划效果亦不理想，容易出现次品，而且现有激光刻划设备的自动化程度和效率都不高。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种激光刻划装置，其可实现对大尺寸的非晶硅薄膜太阳能电池板进行刻划，并保证精度。

本实用新型的另一目的在于提供一种激光刻划设备，其包含上述激光刻划装置。

对于本实用新型激光刻划装置来说，上述技术问题是这样加以解决的：提供一种激光刻划装置，包括夹持待刻工件的夹具、可对所述工件进行刻划的激光切割头、分别带动所述夹具和激光切割头做纵、横运动的运动系统以及控制系统，所述夹具包括通过气垫支撑所述待刻工件的支撑部分和夹持所述待刻工件的夹持部分。

更具体地，所述夹具位于一横向运动系统上，所述激光切割头位于一纵向运动系统上，所述横向运动系统的运动方向与所述待刻工件的运动方向一致。

更具体地，所述横向运动系统包括对应所述待刻工件两侧的两个横向导轨以及两个直线电机，所述夹具与所述横向导轨滑动连接并受所述直线电机驱动。

更具体地，在所述夹具与所述横向导轨之间设有纠偏结构，所述纠偏结构包括至少三个与所述两个横向导轨滑动连接并可在外力作用下作纵、横向运动的十字滑台、与所述十字滑台上部固定连接并可在水平方向上枢转的两个夹具支撑板、以及可拉动所述夹具支撑板旋转的动力装置。

更具体地，所述夹持部分包括对称设在待刻工件两侧的两组夹紧气缸、与所述夹紧气缸连接的夹头以及与所述两组夹紧气缸固定连接的夹具支撑板。

更具体地，所述十字滑台包括与所述横向导轨滑动连接的下底座、与所述下底座上部固定连接的横向滑轨、与所述横向滑轨滑动连接的中底座、与所述中底座上部固定连接的纵向滑轨、与所述纵向滑轨滑动连接的上底座以及位于所述上底座与所述夹具支撑板之间的轴承。

更具体地，所述激光切割头位于一光路系统模块上，所述纵向运动系统包括供所述光路系统模块滑动的两个纵向导轨、驱动所述光路系统模块的丝杠、驱动所述丝杠旋转的电机。

对于本实用新型激光刻划设备来说，上述技术问题是这样加以解决的：提供一种激光刻划设备，包括刻划装置，还包括位于所述刻划装置入料一侧的入料装置和位于所述刻划装置出料一侧的出料装置，所述刻划装置包括夹持待刻工件的夹具、可对所述工件进行刻划的激光切割头、分别带动所述夹具和激光切割头做纵、横运动的运动系统以及控制系统，所述夹具包括通过气垫支撑所述待刻工件的支撑部分和夹持所述待刻工件的夹持部分。

更具体地，所述入料装置包括对应所述刻划装置两侧位置的两个升降气缸、分别位于所述两个升降气缸上部的接料部分，所述接料部分包括传送带以及驱动所述传送带动的电机；所述出料装置包括对应所述刻划装置两侧位置的两个升降气缸、分别位于所述两个升降气缸上部的接料部分，所述接料部分包括传送带以及驱动所述传送带动的电机。

更具体地，所述激光刻划设备从上到下依次包括驱动所述夹具的横向运动系统、支撑所述横向运动系统的横向运动系统基座、驱动所述激光切割头的纵向运动系统、支撑所述纵向运动系统的纵向运动系统基座，所述横向运动系统基座由天然大理石制成。

这样，由于所述夹具包括通过气垫支撑所述待刻工件的支撑部分，实现对大尺寸非晶硅薄膜太阳能电池板等待刻工件的刻划，而所述待刻工件的待刻表面与所述夹具之间没有任何接触，减少对待刻工件表面的损伤；由于设有纠偏结构，可在刻划过程中根据控制系统返回的信息适时调整夹具的位置，从而修正刻划轨迹，大大提高了刻划精度。

附图说明

图1非晶硅薄膜太阳能电池的结构示意图；

图2是本实用新型一较佳实施例的主视示意图；

图3是图2的俯视示意图；

图4是图2所示实施例的横向剖视示意图；

图5是图4中A部的放大图；

图6是图2所示实施例中夹具的仰视示意图；

图7是图2所示实施例中纵向运动系统的俯视示意图；

图8是图2所示实施例中夹具支撑部分和激光切割头工作状态的剖视示意图；

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参照图2至图4，为本实用新型的一较佳实施例，该激光刻划设备包括刻划装置1、位于所述刻划装置1入料一侧的入料装置2和位于所述刻划装置1出料一侧的出料装置3以及控制系统，上述各部分被设置在一基座4上。

以下以非晶硅薄膜太阳能电池作为待刻工件，对上述各组成部分分别作详细介绍。

所述刻划装置1包括夹持待刻工件B的夹具11、可对所述工件B进行刻划的激光切割头12、横向运动系统13、纵向运动系统14。所述夹具11位于所述横向运动系统13上，所述激光切割头12位于所述纵向运动系统14上，所述横向运动系统13的运动方向与所述待刻工件B的运动方向一致。这样，在所述横向运动系统13和纵向运动系统14的配合下，激光切割头12就可对待刻工件B表面的任意一点进行刻划。

请结合参照图6及图8，所述夹具11包括通过气垫支撑所述待刻工件B的支撑部分111和夹持所述待刻工件B的夹持部分112。支撑部分111为一气浮垫装置，它通过向上吹出空气而在气浮垫装置和所述待刻工件B之间形成气膜层S1，从而将待刻工件B，由于浮垫装置与待刻工件B之间不是直接接触的，故可减少对待刻工件表面的损伤，适于加工大尺寸非晶硅薄膜太阳能电池板等大尺寸的工件。所述夹持部分112包括对称设在待刻工件两侧的两组夹紧气缸114(请参照图5)、与所述夹紧气缸114连接的夹头113以及夹具支撑板115，所述两组夹紧气缸114与所述夹具支撑板115固定连接。这样，当所述待刻工件B经由入料装置2送至所述夹具11上时，即可被支撑部分111通过气膜层S1顶起，而所述两组夹紧气缸114即可从上方下压，将待刻工件B夹在所述夹具支撑板115和夹紧气缸114之间(请参照图5)，从而实现对所述待刻工件B的夹紧定位。

请结合参照图3，所述横向运动系统13包括对应所述待刻工件B前进方向两侧的两个横向导轨131以及两个直线电机(图中未示出)，所述夹具11与所述横向导轨131滑动连接并受所述直线电机驱动。采用两个直线电机同时驱动所述夹具11，可以保证所述待刻工件B的两侧在前进过程中速度和位置的同步性，从而使得本实施例可。如果所述待刻工件B的两侧的速度和位置存在差异，则必然会造成待刻工件B在水平面内的扭摆和震动，从而影响刻划精度，损坏电池板，导致不能刻划。

请结合参照图7，所述激光切割头12位于一光路系统模块L上，所述纵向运动系统14包括供所述光路系统模块L滑动的两个纵向导轨141、驱动所述光路系统模块L的丝杠142、驱动所述丝杠142旋转的电机143。本实施例中，所述激光切割头12的数量为两个，这样，当电机143驱动所述激光切割头12进行刻划时，即可通过所述两个激光切割头12同时刻划出两条长度相等的刻划线，从而提高了工作效率。

为了提高刻划精度，在控制系统监视出，待刻工件B运动预览线路与上道工序已经刻划好的线不平行时，需要进行纠偏操作。本实施例中，在所述夹具11与所述横向导轨131之间设有纠偏结构5，所述纠偏结构5包括至少三个与所述两个横向导轨131滑动连接并可在外力作用下作纵、横向运动的十字滑台51、与所述十字滑台51上部固定连接并可在水平方向上枢转的两个夹具支撑板115、以及可拉动所述夹具支撑板115旋转的动力装置52。所述十字滑台51包括与所述横向导轨131滑动连接的下底座511、与所述下底座511上部固定连接的横向滑轨512、与所述横向滑轨512滑动连接的中底座513、与所述中底座513上部固定连接的纵向滑轨514、与所述纵向滑轨514滑动连接的上底座515以及位于所述上底座515与所述夹具支撑板115之间的轴承516。所述三个十字滑台51中的两个位于其中一条导轨上，另一个十字滑台51和动力装置52位于另一条导轨上，四者大致位于矩形的四个定点的位置。本实施例中，所述动力装置52包括一伺服电机。所述两个夹具支撑板115中部设有轴承116，从而可相对所述横运动系统基座42(详见后述)枢转。这样，当动力装置52接到指令，即可拉动所述夹具支撑板115，由于在所述横向滑轨512和中底座513之间、以及所述纵向滑轨514与所述上底座515具有微小空隙，当夹具支撑板115受到拉力时，即绕所述基座4枢转，十字滑台51的中底座513和上底座515会发生微小位移，从而使待刻工件B转过一个微小的角度，实现待刻工件B的纠偏，从而大大提高了刻划精度。

请结合参照图2及图3，所述入料装置2包括对应所述刻划装置1两侧位置的两个升降气缸21、分别位于所述两个升降气缸21上部的接料部分22，所述接料部分22包括传送带以及驱动所述传送带动的电机。

所述出料装置3包括对应所述刻划装置1两侧位置的两个升降气缸31、分别位于所述两个升降气缸31上部的接料部分32，所述接料部分32包括传送带以及驱动所述传送带动的电机。

请参照图2及图4，基座4包括立柱41、支撑所述横运动系统13的横运动系统基座42、支撑所述纵向运动系统14的纵向运动系统基座43。从而所述激光刻划设备从上到下依次包括横运动系统13、支撑所述横运动系统13的横运动系统基座42、纵向横运动14、支撑所述纵向运动系统14的纵向运动系统基座43。为了保证精度，所述横运动系统基座42由天然大理石制成，大理石基座的变形量较小，可确保基座4的稳定性。

另外，为了排除在刻划过程中所产生的烟尘等，本实施例还设有吸尘装置6，由于非晶硅薄膜太阳能电池在刻划过程中，其基板(玻璃材料制成)1′与所述气膜层S1接触，而所述激光切割头12所射出的激光可透过所述基板1′而对前电极2′、非晶硅(a-Si)3′和后电极4′，因此，吸尘装置6设在整个激光刻划设备的上方。

工作时，待刻工件B从上一道工序通过传动装置传送到所述入料装置2的上方，此时，所述两个升降气缸21上升，所述接料部分22的传送带即可与待刻工件B的基板1′的底面接触，在电机的带动下使待刻工件B继续前进。当待刻工件B运动至所述夹具11上方时，所述两个升降气缸21下降复位。此时，待刻工件B落于所述夹具11上，并被所述支撑部分111通过气膜层S 1顶起，而所述两组夹紧气缸114即可从上方下压，从而将所述待刻工件B夹紧定位。此时，控制系统即可指示所述横向运动系统13和纵向运动系统14按照预设的刻划轨迹进行刻划。刻划工作完成后，所述出料装置3的两个升降气缸31即升起，并通过接料部分32的传送带与所述待刻工件B结合，并在电机的带动下使待刻工件B继续前进。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光刻划装置，其特征在于：包括夹持待刻工件的夹具、可对所述工件进行刻划的激光切割头、分别带动所述夹具和激光切割头做纵、横运动的运动系统以及控制系统，所述夹具包括通过气垫支撑所述待刻工件的支撑部分和夹持所述待刻工件的夹持部分。

2.如权利要求1所述的激光刻划装置，其特征在于：所述夹具位于一横向运动系统上，所述激光切割头位于一纵向运动系统上，所述横向运动系统的运动方向与所述待刻工件的运动方向一致。

3.如权利要求2所述的激光刻划装置，其特征在于：所述横向运动系统包括对应所述待刻工件两侧的两个横向导轨以及两个直线电机，所述夹具与所述横向导轨滑动连接并受所述直线电机驱动。

4.如权利要求3所述的激光刻划装置，其特征在于：在所述夹具与所述横向导轨之间设有纠偏结构，所述纠偏结构包括至少三个与所述两个横向导轨滑动连接并可在外力作用下作纵、横向运动的十字滑台、与所述十字滑台上部固定连接并可在水平方向上枢转的两个夹具支撑板、以及可拉动所述夹具支撑板旋转的动力装置。

5.如权利要求4所述的激光刻划装置，其特征在于：所述夹持部分包括对称设在待刻工件两侧的两组夹紧气缸、与所述夹紧气缸连接的夹头以及与所述两组夹紧气缸固定连接的夹具支撑板。

6.如权利要求4所述的激光刻划装置，其特征在于：所述十字滑台包括与所述横向导轨滑动连接的下底座、与所述下底座上部固定连接的横向滑轨、与所述横向滑轨滑动连接的中底座、与所述中底座上部固定连接的纵向滑轨、与所述纵向滑轨滑动连接的上底座以及位于所述上底座与所述夹具支撑板之间的轴承。

7.如权利要求2所述的激光刻划装置，其特征在于：所述激光切割头位于一光路系统模块上，所述纵向运动系统包括供所述光路系统模块滑动的两个纵向导轨、驱动所述光路系统模块的丝杠、驱动所述丝杠旋转的电机。

8.一种激光刻划设备，其特征在于：包括如权利要求1至7任意一项所述的激光刻划装置，还包括位于所述刻划装置入料一侧的入料装置和位于所述刻划装置出料一侧的出料装置。

9.如权利要求8所述的激光刻划设备，其特征在于：所述入料装置包括对应所述刻划装置两侧位置的两个升降气缸、分别位于所述两个升降气缸上部的接料部分，所述接料部分包括传送带以及驱动所述传送带动的电机；所述出料装置包括对应所述刻划装置两侧位置的两个升降气缸、分别位于所述两个升降气缸上部的接料部分，所述接料部分包括传送带以及驱动所述传送带动的电机。

10.如权利要求8所述的激光刻划设备，其特征在于：所述激光刻划设备从上到下依次包括驱动所述夹具的横向运动系统、支撑所述横向运动系统的横向运动系统基座、驱动所述激光切割头的纵向运动系统、支撑所述纵向运动系统的纵向运动系统基座，所述横向运动系统基座由天然大理石制成。

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