降低石墨舟上下料机碎片率方法分析

张 海，陈嘉荣

(中国电子科技集团公司第二研究所，山西 太原 030024)

太阳能是一种永不枯竭的清洁能源,储量丰富,太阳能的利用可以改善能源结构,推进新能源的快速发展[1]。各厂商生产太阳能电池片的工艺略有不同，根据需求基本包含制绒工序、扩散工序、激光掺杂工序、刻蚀工序、退火工序、背钝化工序、镀膜工序、丝网工序和分选工序。石墨舟上下料机是镀膜工序最为关键的自动化设备，主要完成将镀膜后的硅片从石墨舟中卸出装入100片花篮，同时将花篮中未镀膜的硅片插入到石墨舟中。

本文主要通过研究石墨舟上下料机中硅片和石墨舟的传输、定位、插取过程，分析造成硅片碎片的主要环节，探究合理的解决方法，以快速完成调试，并降低碎片率，达到石墨舟上下料片机高效、稳定运行。

1 石墨舟上下料机结构及原理

图1 石墨舟上下料机结构示意图

如图1所示，石墨舟上下料机主要包括花篮上料机构、硅片上料传输机构、石墨舟搬送机构、石墨舟传输机构、石墨舟定位机构、机器人装卸片机构、硅片下料传输机构(包含色差检测模块)、花篮下料机构，其中上料卸完硅片的空花篮可在机台内自动化周转到下料位，无需人工干预。

石墨舟上下料机的工作流程：

1) 将装满硅片的100片花篮放在花篮上料机构的上料位，100片空花篮放在花篮下料机构的下料位，PECVD工艺完成后的石墨舟由传送带传送至石墨舟上下料位。

2) 花篮上料机构将装满硅片的花篮传送到花篮升降组件，硅片上料传输机构伸缩手伸入花篮，将硅片由皮带从花篮传出经过缓存机构传入上料中转机构，每传入一片硅片，上料中转机构上升一个工位，直至中转机构放满26片硅片，剩余的硅片则暂时放置在缓存机构。

3) 与此同时，石墨舟搬送机构将传送带上的石墨舟搬送到石墨舟传输机构，石墨舟传输机构将石墨舟传到硅片插取位并由石墨舟定位机构进行定位。

4) 石墨舟定位完成后，机器人装卸片机构开始工作：通过安装在机器人上边的26片吸盘将石墨舟第一槽中A面的26张硅片取出放置到硅片下料的中转机构，再将硅片上料中转机构的26张硅片取出放到石墨舟第一槽中的A面；下料中转位的硅片经由下料皮带传输到下料位的100片空篮中，硅片装满后自动更换空篮具。

5) 插片机依次重复上述动作完成石墨舟中八槽A、B两面共416张硅片的取放，实现完成工艺硅片的取出与未经过工艺硅片的放入，在此过程中需不停地在上、下料花篮位取放100片满、空花篮，当石墨舟中全部硅片更换完毕后，自动更换石墨舟。换完硅片的石墨舟由石墨舟搬送机构传至传送带上传入工艺设备，进入下一个循环。

2 石墨舟上下料机碎片分析

通过观察设备现场运行的情况分析，石墨舟上下料机碎片主要产生在上料中转机构和石墨舟内。26张硅片依次传输并缓存在上料中转机构，夹片气缸在将26张硅片夹齐时或着推片气缸推齐时会产生碎片；而石墨舟内的硅片如果没有插好，在石墨舟传输过程中硅片会从石墨舟槽中掉出来，或者在管式PECVD炉中经高温镀膜后硅片翘曲由机器人吸盘吸取的时候插碎。

3 改进方法

3.1 上料中转机构

图2 推片机构和中转机构示意图

在石墨舟硅片插取位给机器人进行教点工作的前提是要保证机器人吸盘与石墨舟每一舟页平齐，这样才可以保证26张硅片与石墨舟平齐。为了保证26张硅片经机器人吸盘从上料中转机构吸取至插取位进行插片时与舟页平齐，使得每一张硅片都可以插进各自的3个卡点，避免出现某一张硅片覆盖卡点或者没有完全卡好在全部3个卡点，须得保证上料中转机构处经夹片气缸夹齐、推片气缸推齐后硅片为图2右边的情形，避免出现图2中间的情形。

这就需要以石墨舟为基准，调整推片机构，直至机器人从上料中转机构吸取硅片至石墨舟时26张硅片与石墨舟舟页同时平齐。

另外，26张硅片是由中转机构通过两个夹紧气缸带动夹紧条动作先夹齐硅片，再通过推片气缸动作来推齐。所以推片气缸推26张硅片的时候，硅片会相对于夹紧条运动，时间长了以后会将夹紧条磨出凹槽，产生凹槽后气缸再进行夹紧动作的时候就有可能夹碎硅片；即使没有夹碎，某张硅片也可能出现跟其他硅片不平齐的情形，在插入到石墨舟的时候就会出现覆盖卡点或者没有完全卡好在全部三个卡点造成镀膜后翘片或者掉片。为了避免出现这种情况，夹紧气缸先动作夹齐26张硅片然后松开，推片气缸将26张硅片推齐，夹紧气缸再夹齐，这样既可以保证推齐、夹齐26张硅片，也可以避免硅片相对于夹紧条运动出现凹槽。

3.2 机器人吸盘

图3 26片吸盘组件

在进行吸盘装配的时候，需要保证每一片吸盘板都与吸盘底座垂直，同时保证每两片吸盘板之间的间距为13.5 mm，每隔一片的间距为2 mm×13.5 mm，每隔两片之间的间距为3 mm×13.5mm，依次类推。装配完成后，为了检验并保证吸盘装配精度，将吸盘组件安装在机器人上，然后操作机器人移动吸盘至石墨舟处，如图4所示，以第一片吸盘板与舟页的间隙为基准，测量剩下的25片吸盘板和相对应的舟页之间的距离，调节不合适的吸盘板，使得吸盘板之间的间距与石墨舟舟页之间的间距一致。

图4 校准吸盘

3.3 石墨舟定位机构

图5 石墨舟定位机构

在保证了上料中转机构将26张硅片夹齐、推齐，同时机器人吸盘具备了与石墨舟相同的精度后，为了降低石墨舟内的碎片率，还需要调整石墨舟定位机构。

石墨舟经石墨舟传输机构到达插取位后，如图5所示，推舟定位机构会将石墨舟推至固定定位部件，待石墨舟固定后机器人装卸片机构开始装卸硅片。为了保证石墨舟被固定后不发生变形，使得石墨舟从第一槽到第八槽都处于机器人直角坐标系的同一个方向，需要对固定定位部件进行打表校准。将千分表吸附在机器人上，以机器人为基准，利用千分表分别沿着固定定位部件的面a和面b移动，保证固定定位部件从A到B每一处的精度误差均在0.01 mm之内[2]。

4 改进效果

根据上述方法改进并跟踪客户现场实际生产情况，上料中转机构夹紧条没有再出现刮槽，上料中转机构和石墨舟内的碎片明显减少，石墨舟上下料机整机的碎片率也由千分之一降低到万分之四，达到客户的要求。

5 结语

针对石墨舟上下料机硅片传输的流程，分析造成碎片的部件、动作和原因，找出程序和零部件的装配问题，提出合理的改善方法，有效地降低了设备运行的故障率和碎片率，方法可行有效。