機器人在噴涂裝置中的應用

中國電子科技集團公司第四十八研究所 張志偉 趙加寶 劉金平

一 引言

當今太陽電池產業發展如火如荼，硅錠的燒鑄作為太陽電池片生產過程中重要的一環尤為重要，而作為鑄錠的承托物——坩堝的噴涂技術卻未有大的變革。在以往的坩堝噴涂過程中，全靠人工在高溫、大粉塵環境下憑經驗手持噴槍操作，不但工作時間長(一鍋需1h)，而且工藝重復性差，品質難以保證。

而此種基于FANUC(中文:發那科)機器人的全自動噴涂設備在運行過程中無需人工干預，全程自動，具有超溫報警、低溫報警、過載自動保護等安全措施，噴掃精準、坩堝內壁面覆膜均勻，厚度可控，工藝重復性好，可實現此道工序的全自動和無人值守。目前某些大廠已開始采用此種全自動坩堝噴涂裝置且效果很好，不僅提高了工藝水平和一致性，并且節省了人工成本。

二 設備控制系統的結構和功能

1 系統結構

本系統是基于FANUC機器人CNC為中心的控制模式。CNC系統是整個控制的核心，除了處理6個驅動單元和電機以外，系統所有的輸入、輸出信號也由CNC系統處理，包括坩堝位置、坩堝溫度、噴槍狀態、機器人是否處于安全位置等。原理框圖如圖1所示。

2 系統的主要功能

機器人系統能實時、準確、有效地完成整個噴涂過程，包括對側面的噴掃、底面的噴掃。可在工藝過程中通過紅外測溫儀自動檢測坩堝表面溫度、監視用戶暫停和停止動作、監視機器人運行力矩，并給出相應的聲光報警。系統還具有手動功能供用戶選擇。具體為:自動采集和處理溫度、力矩信號；配合電機動作實現坩堝的自動噴涂；測試噴槍、自動清洗噴槍、自動清洗管路；單獨噴掃側面、單獨噴掃底面。

三 便于調試和編輯的程序架構

1 工藝描述

根據坩堝所噴涂的SiN4粉料特點，本系統提供兩種工藝方案供用戶選擇:

(1)先噴掃側面，待坩堝旋轉90?后再噴掃另一個側面，如此反復4次后再噴掃底面，這樣坩堝的5個面全部噴掃完畢；

(2)先噴掃側面，然后噴掃左側面、上側面、右側面，最后再噴掃底面，這樣坩堝的5個面全部噴掃完畢。

2 程序實現

機器人的運動軌跡較為復雜，涉及的位置及姿態多種多樣，不但有單面噴掃，還有兩個面的結合線、三個面的結合點等。本系統先在參考面上做好噴槍可編輯的運動軌跡，然后利用坐標系平移功能直接將參考面的軌跡轉移到目標面，這樣實際上的工作量只有2個面的軌跡編輯。

值得一提的是，在參考面編輯軌跡時要做好調試及擴展的結構。本系統對單面的噴掃軌跡及程序結構如圖2所示。速度變量(SPEED)、間距變量(DISTANCE)以及噴掃高度(HIGHTH)等是可調參數，這樣，單面噴掃的涉及點位和各個噴掃折返間距可以隨意調整，程序猶如一個可拓展和延伸的功能塊，調試靈活方便，大大提高了工作效率。

圖2 單面噴掃軌跡圖

噴掃軌跡:P1→P2→P3→P4→PR1→PR2→PR3→PR4→PR5→PR6→PR7→PR8→PR9→PR10→……

程序如下:

四 結束語

在坩堝自動噴涂裝置的設計研制中，采用技術先進(定位精度可達0.08mm)、可靠性高的機器人(FANUC)，使得整個設備穩定可靠、重復性好、工藝精準，各種操作方式自由切換從而滿足不同的生產需要。

[1]Fanuc程序培訓教材[M].2005.

[2]FANUC robot series opearator?s manual[M].2005.