CN217889863U - 一种并行阵列激光焊接装置 - Google Patents

Abstract

一种并行阵列激光焊接装置，包括激光器焊接模块及产品定位模块；激光器焊接模块包括数个半导体激光器及柔性光纤；光纤的入光端与半导体激光器的发射端连接，出光端连设有光纤头；各光纤头均定位于光纤头固定治具上。产品定位模块包括电池片定位治具及焊带定位装置，电池片定位治具上定位有待焊接的电池片，电池片上具有数个焊接点位；焊带经由焊带定位装置的作用贴合定位于电池片上，并与各焊接点位对位间隙配合。本实用新型通过柔性光纤将激光传输至光纤头，并经由光纤头发射至电池板的焊接区域进行焊接作业。通过并行阵列的激光焊接方式，使用独立并行的激光器同时焊接，以此实现对焊接区域的快速焊接，保证焊接效率和焊接效果。

Description

一种并行阵列激光焊接装置

技术领域

本实用新型涉及自动化设备技术领域，具体涉及一种并行阵列激光焊接装置。

背景技术

传统主流的用于太阳能电池发电的电池片，其主栅线通常设为三栅~五栅，即，包括3~5根主焊带。在焊接作业时，将原本彼此独立的各电池片通过焊带采用一正一负的焊接方式焊接在电池片主栅上形成串联，进而导通各电池片间的电路。

其中，焊带的结构发展包括以下两个阶段：

第一阶段（扁宽结构）：应用于三栅~五栅的焊带是传统的扁宽结构焊带，主要用于焊接主栅区域。随着技术优化设计也从三栅演变到五栅，焊带宽度及厚度也有所缩减，但仍是可见的扁宽状。这种扁宽焊带的结构有利于提升导电能力，但是不足是会遮挡部分采光，占用了电池片的面积，从而降低了电池片的发电效率。为此，技术优化演变出了第二阶段的多主栅焊带结构。

第二阶段（细圆结构）：多主栅焊带结构为细圆形，直径多小于0.2mm,因其较细，因此占用的电池片的面积较少，提升了采光性，从而使发电的面积增大，提升了发电效率。但是过细及圆形的特性所引起的弊端则是使电池片彼此间的电流变小，传统电池片上设计3~5个主栅已无法实现彼此之间预设的导通电流设计，所以市面上将电池片上的主栅数量优化设计为9到12个来解决这个问题。

随着焊带由扁宽结构演化为细圆结构，因此引出了焊接设备的技术工艺更新，并由人工焊接工艺演变为自动化焊接工艺，技术更新了一个时代，也出现了新的问题，即，多主栅焊带因为细圆结构，焊带如何有效固定于电池片的主栅上以及如何进行高速、有效的焊接。

为解决上述技术问题，目前业内常用解决方案包括：

1、红外灯管焊接方式

通过设置一灯箱装置（灯箱内排布一些红外灯管，通过灯管发出红外光加热）和一用于放置电池片的治具。通过移动预设的灯箱装置或移动放置电池片的治具实现对焊接预设位置的加热，进而将焊带热熔于电池片主栅上，完成焊接。该红外灯管焊接方式存在如下缺点：

1）温度不均；在灯箱装置中，排布于中间区域的灯管发出红外光温度偏热，而两边灯管因靠近空气，发出红外光相对偏低，致使加热温度冷热不均，导致焊接作业出现虚焊或者过焊的情况。无法保证恒定加热温度，产品不良率过高。

2）产生光衰；红外强光照在电池片，导致一部分电池片上形成光衰。降低了电池片的发电率，对电池片有一定的损伤。

3）红外灯管使用寿命短；频繁更换降低设备工作效率。

4）有效光效率低；红外光是主要发热源，红外灯管在可见光区域无加热效果，进入红外区域才进行加热，浪费光能，效率降低。

2、激光打标机方案

利用激光打标原理，集瞬间加热、冷却的优势可以实现精确焊接、能量稳定，均匀性好等特性。该激光打标机方案存在如下缺点：

电池片的焊接作业中焊接点数量较大，利用一个光点依次高速的扫描，焊接，用时过久，导致整个焊接周期过长，无法符合批量生产需求。

本案主要针对IBC太阳能电池片的焊接作业，IBC太阳能电池片是一种仅单边设有主栅，背面无主栅的电池片，在焊接时仅需焊接有主栅的那一面，属于一种较为特殊的电池片。

如何有效将细圆结构的焊带固定于多主栅的电池片上，并进行高速、精准、有效的焊接是本技术领域要解决的问题。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种并行阵列激光焊接装置。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种并行阵列激光焊接装置，包括激光器焊接模块以及产品定位模块；

所述激光器焊接模块包括数个半导体激光器以及与之数量对应的数根柔性光纤，各所述光纤的入光端与各所述半导体激光器的发射端连接，各光纤的出光端均连设有一光纤头，且各光纤头均定位于一光纤头固定治具上；

所述产品定位模块包括电池片定位治具以及焊带定位装置；所述电池片定位治具上定位有待焊接的电池片，该电池片上具有数个焊接点位；焊带经由所述焊带定位装置贴合定位于电池片上，并与各所述焊接点位对位间隙配合。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1．上述方案中，所述半导体激光器可为微型半导体激光器，如激光二级管，也可以是其它可用的激光焊接器件。

2．上述方案中，各所述半导体激光器可定位于一远端的激光器固定治具上，通过引出柔性光纤，光纤的长度根据设备需求定制，光纤头通过设计的光纤头固定治具排布固定并集成一种阵列。

3．上述方案中，所述光纤头的数量和所述电池片上焊接点位的数量一致；且所述光纤头于所述光纤头固定治具上的排布形式与所述焊接点位于所述电池片上的排布形式相同。

4．上述方案中，所述光纤头的数量小于所述电池片上焊接点位的数量。

5．上述方案中，所述电池片的焊接区域被均匀划分为至少两组子焊接区域，所述光纤头固定治具上的光纤头数量与任意一组子焊接区域中的焊接点位的数量一致。

6．上述方案中，所述焊带定位装置为焊带拉伸固定装置，包括拉伸驱动机构以及与之传动连接的焊带夹持机构。

7．上述方案中，所述焊带定位装置包括焊带压合装置，该焊带压合装置包括压板以及驱动该压板升降的驱动机构。

8．上述方案中，所述压板至少有两个，且至少对应所述焊带的两端设置。或者，所述压板可至少有三个，且至少对应所述焊带的两端及中部设置。

9．上述方案中，所述电池片定位治具上设有避空结构，该避空结构包括数个透光孔，这些透光孔的数量及排布形式与所述光纤头固定治具上的光纤头对应。

10．上述方案中，还包括电池片取放装置，该电池片取放装置包括多个取放爪，各取放爪的底部设有吸盘，通过吸盘从上方吸取电池片并放置于所述电池片定位治具上，电池片的焊接区域朝下设置。

11．上述方案中，所述光纤头上设有保护光窗及会聚镜，其中，所述保护光窗对应光纤头的发射部设置，所述会聚镜设于保护光窗的外侧。

本实用新型的工作原理及优点如下：

本实用新型一种并行阵列激光焊接装置，包括激光器焊接模块及产品定位模块；激光器焊接模块包括数个半导体激光器及柔性光纤；光纤的入光端与半导体激光器的发射端连接，出光端连设有光纤头；各光纤头均定位于光纤头固定治具上。产品定位模块包括电池片定位治具及焊带定位装置，电池片定位治具上定位有待焊接的电池片，电池片上具有数个焊接点位；焊带经由焊带定位装置的作用贴合定位于电池片上，并与各焊接点位对位间隙配合。

本实用新型的半导体激光器可在固定端运行并发射激光，激光通过柔性光纤传输至光纤头，并经由光纤头发射至电池板的焊接区域进行焊接作业。通过并行阵列的激光焊接方式，使用独立并行的激光器同时焊接，以此实现对焊接区域的快速焊接，保证焊接效率和焊接效果。并可对每个激光器精确控制。

相比现有技术而言，本实用新型的优点包括：1、半导体激光器可固定在某处，不必改变其位置，使激光器的排布不受设备布局的限制；2、光纤头通过柔性光纤连接，可随意根据焊接区域的需要固定在设计的治具上进行图形排布；3、相对独立的半导体激光器，即使有个别发生损坏也容易维修及更换。

综上，本实用新型在进行电池片焊接作业时，具有高速、精准、有效、周期短的优点，可以很好的适应IBC太阳能电池片的焊接作业。

附图说明

附图1为本实用新型实施例单个半导体激光器、光纤、光纤头的组合示意图；

附图2为太阳能电池片的焊接区域示意图一（未放焊带）；

附图3为太阳能电池片的焊接区域示意图二（放有焊带）；

附图4为本实用新型实施例的结构示意图一（上方一次焊接）；

附图5为本实用新型实施例的结构示意图二（下方一次焊接）；

附图6为本实用新型实施例的结构示意图三（上方多次焊接）；

附图7为本实用新型实施例的结构示意图四（下方多次焊接）。

以上附图中：1．半导体激光器；2．光纤；3．光纤头；4．光纤头固定治具；5．激光器固定治具；6．电池片定位治具；7．电池片；8．焊接点位；9．焊带；10．焊接区域；10a．子焊接区域；11．焊带拉伸固定装置；12．压板；13．透光孔；14．电池片取放装置；15．取放爪。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例：以下将以图式及详细叙述对本案进行清楚说明，任何本领域技术人员在了解本案的实施例后，当可由本案所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本案的精神与范围。

本文的用语只为描述特定实施例，而无意为本案的限制。单数形式如“一”、“这”、“此”、“本”以及“该”，如本文所用，同样也包含复数形式。

关于本文中所使用的“连接”或“定位”，均可指二或多个组件或装置相互直接作实体接触，或是相互间接作实体接触，亦可指二或多个组件或装置相互操作或动作。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

关于本文中所使用的用词（terms），除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在本案内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本案的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本案描述上额外的引导。

参见附图1~7所示，一种并行阵列激光焊接装置，包括激光器焊接模块以及产品定位模块。

所述激光器焊接模块包括数个半导体激光器1以及与之数量对应的数根柔性光纤2，各所述光纤2的入光端与各所述半导体激光器1的发射端连接，各光纤2的出光端均连设有一光纤头3，且各光纤头3均定位于一光纤头固定治具4上。借此设计，各所述半导体激光器1可定位于一远端的激光器固定治具5上，光纤2的长度可根据设备需求定制，光纤头3通过设计的光纤头固定治具4排布固定并集成一种阵列。

所述产品定位模块包括电池片定位治具6以及焊带定位装置；所述电池片定位治具6上定位有待焊接的电池片7，该电池片7上具有数个焊接点位8；多根焊带9经由所述焊带定位装置贴合定位于电池片7上，并与各所述焊接点位8对位间隙配合。通过移动光纤头固定治具4与所述电池片7的焊接区域10对位，并使各光纤头3与各焊接点位8一一对位配合，则可通过光纤头3射出的激光束加热位于焊接点位8处的焊带9，使之熔化完成焊接。

如图4、5所示，所述光纤头3的数量和所述电池片7上焊接点位8的数量一致；且所述光纤头3于所述光纤头固定治具4上的排布形式与所述焊接点位8于所述电池片7上的排布形式相同。通过光纤头固定治具4的设计，将数个光纤头3根据电池片7上焊接点位8的布局按照类似探针的形式排布好，焊接作业时仅需一次焊接便可完成全部焊接点位8的焊接作业。例如，焊接区域10中有100个焊接点位，则相对设置100个独立的半导体激光器1，通过光纤头固定治具4将对应的100个射出激光的光纤头3按照焊接点位的布局进行对应排布，可实现对电池片7焊接区域10一次焊接完成。

或者，所述光纤头3的数量也可小于所述电池片7上焊接点位8的数量。例如，将所述电池片7上焊接点位8的数量设置为所述光纤头3数量的整数倍；且所述光纤头3于所述光纤头固定治具4上的排布形式与所述焊接点位8于所述电池片7上的排布形式对应。具体可如图6、7所示，所述电池片7的焊接区域10被均匀划分为至少两组子焊接区域10a，所述光纤头固定治具4上的光纤头3数量与任意一组子焊接区域10a中的焊接点位8的数量一致。借此设计，便可按照时间节拍划分子焊接区域10a，即，在满足时间节拍的情况下，将整个焊接区域10划分若干子焊接区域10a，实现每次对一子焊接区域10a的焊接作业。

例如：焊接区域10中有100个焊接点位8，若将焊接区域10等分为四个子焊接区域10a，一个子焊接区域10a中的焊接点位8为25个。此时，可将焊接一个子焊接区域10a的时间设置为0.25s，将电池片7放置于电池片定位治具6的时间节拍设置为大于等于1s，这样焊接四个子焊接区域10a的总时间会小于电池片7的放置时间，以此满足焊接作业的要求。这样可大幅减少半导体激光器1的设置数量，降低设备成本。

如图4~7所示，所述焊带定位装置为焊带拉伸固定装置11，包括拉伸驱动机构（如电机、气缸）以及与之传动连接的焊带夹持机构。焊带夹持机构可包括一对上下夹板（图中未绘出），通过该对上下夹板夹持焊带9后，再通过拉伸驱动机构驱动焊带夹持机构水平位移，从而实现对焊带9的牵引拉伸。

如图4、6所示，所述焊带定位装置可包括焊带压合装置，该焊带压合装置包括压板12以及驱动该压板12升降的驱动机构。电池片7以焊接区域10朝上的状态放置于电池片定位治具6上，焊带9位于电池片7的上方。

所述压板12至少有两个，且至少对应所述焊带9的两端设置。或者，所述压板12可至少有三个，且至少对应所述焊带9的两端及中部设置。这是由于只压焊带9的两端有可能会导致焊带9的中部鼓起。因此数量越多越有利于提升压合的平稳，仅需让位焊接点位8即可。

如图5、7所示，所述电池片定位治具6上设有避空结构，该避空结构包括数个透光孔13，这些透光孔13的数量及排布形式与所述光纤头固定治具4上的光纤头3对应。借此设计，激光器焊接模块可实现从电池片定位治具6的底面朝上进行激光焊接。此时电池片7的焊接区域10朝下设置，焊带9位于电池片7的下方。

还包括电池片取放装置14，该电池片取放装置14包括多个取放爪15，各取放爪15的底部设有吸盘，通过吸盘从上方吸取电池片7并放置于所述电池片定位治具6上。在放置时，取放爪14可对电池片7施加一向下作用力，以通过该向下作用力将电池片7的焊接区域10中的各焊接点位8与所述焊带9压合。

其中，所述光纤头3上可设有保护光窗及会聚镜（图中未绘出），其中，所述保护光窗对应光纤头3的发射部设置，所述会聚镜设于保护光窗的外侧。会聚镜用于调节激光的焦距和焦点形状，以保证焊接效果。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种并行阵列激光焊接装置，其特征在于：

包括激光器焊接模块以及产品定位模块；

所述激光器焊接模块包括数个半导体激光器以及与之数量对应的数根柔性光纤，各所述光纤的入光端与各所述半导体激光器的发射端连接，各光纤的出光端均连设有一光纤头，且各光纤头均定位于一光纤头固定治具上；

所述产品定位模块包括电池片定位治具以及焊带定位装置；所述电池片定位治具上定位有待焊接的电池片，该电池片上具有数个焊接点位；焊带经由所述焊带定位装置作用与电池片贴合定位，并与电池片的各所述焊接点位对位间隙配合。

2.根据权利要求1所述的并行阵列激光焊接装置，其特征在于：所述光纤头的数量和所述电池片上焊接点位的数量一致；

且所述光纤头于所述光纤头固定治具上的排布形式与所述焊接点位于所述电池片上的排布形式相同。

3.根据权利要求1所述的并行阵列激光焊接装置，其特征在于：所述光纤头的数量小于所述电池片上焊接点位的数量。

4.根据权利要求3所述的并行阵列激光焊接装置，其特征在于：所述电池片的焊接区域被均匀划分为至少两组子焊接区域，所述光纤头固定治具上的光纤头数量与任意一组子焊接区域中的焊接点位的数量一致。

5.根据权利要求1所述的并行阵列激光焊接装置，其特征在于：所述焊带定位装置为焊带拉伸固定装置，包括拉伸驱动机构以及与之传动连接的焊带夹持机构。

6.根据权利要求1所述的并行阵列激光焊接装置，其特征在于：所述焊带定位装置包括焊带压合装置，该焊带压合装置包括压板以及驱动该压板升降的驱动机构。

7.根据权利要求6所述的并行阵列激光焊接装置，其特征在于：所述压板至少有两个，且至少对应所述焊带的两端设置。

8.根据权利要求6所述的并行阵列激光焊接装置，其特征在于：所述压板至少有三个，且至少对应所述焊带的两端及中部设置。

9.根据权利要求1所述的并行阵列激光焊接装置，其特征在于：所述电池片定位治具上设有避空结构，该避空结构包括数个透光孔，这些透光孔的数量及排布形式与所述光纤头固定治具上的光纤头对应。

10.根据权利要求9所述的并行阵列激光焊接装置，其特征在于：还包括电池片取放装置，该电池片取放装置包括多个取放爪，各取放爪的底部设有吸盘，通过吸盘从上方吸取电池片并放置于所述电池片定位治具上，电池片的焊接区域朝下设置。

11.根据权利要求1所述的并行阵列激光焊接装置，其特征在于：所述光纤头上设有保护光窗及会聚镜，其中，所述保护光窗对应光纤头的发射部设置，所述会聚镜设于保护光窗的外侧。

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