机器人在喷涂装置中的应用

中国电子科技集团公司第四十八研究所 张志伟 赵加宝 刘金平

一 引言

当今太阳电池产业发展如火如荼，硅锭的烧铸作为太阳电池片生产过程中重要的一环尤为重要，而作为铸锭的承托物——坩埚的喷涂技术却未有大的变革。在以往的坩埚喷涂过程中，全靠人工在高温、大粉尘环境下凭经验手持喷枪操作，不但工作时间长(一锅需1h)，而且工艺重复性差，品质难以保证。

而此种基于FANUC(中文:发那科)机器人的全自动喷涂设备在运行过程中无需人工干预，全程自动，具有超温报警、低温报警、过载自动保护等安全措施，喷扫精准、坩埚内壁面覆膜均匀，厚度可控，工艺重复性好，可实现此道工序的全自动和无人值守。目前某些大厂已开始采用此种全自动坩埚喷涂装置且效果很好，不仅提高了工艺水平和一致性，并且节省了人工成本。

二 设备控制系统的结构和功能

1 系统结构

本系统是基于FANUC机器人CNC为中心的控制模式。CNC系统是整个控制的核心，除了处理6个驱动单元和电机以外，系统所有的输入、输出信号也由CNC系统处理，包括坩埚位置、坩埚温度、喷枪状态、机器人是否处于安全位置等。原理框图如图1所示。

2 系统的主要功能

机器人系统能实时、准确、有效地完成整个喷涂过程，包括对侧面的喷扫、底面的喷扫。可在工艺过程中通过红外测温仪自动检测坩埚表面温度、监视用户暂停和停止动作、监视机器人运行力矩，并给出相应的声光报警。系统还具有手动功能供用户选择。具体为:自动采集和处理温度、力矩信号；配合电机动作实现坩埚的自动喷涂；测试喷枪、自动清洗喷枪、自动清洗管路；单独喷扫侧面、单独喷扫底面。

三 便于调试和编辑的程序架构

1 工艺描述

根据坩埚所喷涂的SiN4粉料特点，本系统提供两种工艺方案供用户选择:

(1)先喷扫侧面，待坩埚旋转90¡后再喷扫另一个侧面，如此反复4次后再喷扫底面，这样坩埚的5个面全部喷扫完毕；

(2)先喷扫侧面，然后喷扫左侧面、上侧面、右侧面，最后再喷扫底面，这样坩埚的5个面全部喷扫完毕。

2 程序实现

机器人的运动轨迹较为复杂，涉及的位置及姿态多种多样，不但有单面喷扫，还有两个面的结合线、三个面的结合点等。本系统先在参考面上做好喷枪可编辑的运动轨迹，然后利用坐标系平移功能直接将参考面的轨迹转移到目标面，这样实际上的工作量只有2个面的轨迹编辑。

值得一提的是，在参考面编辑轨迹时要做好调试及扩展的结构。本系统对单面的喷扫轨迹及程序结构如图2所示。速度变量(SPEED)、间距变量(DISTANCE)以及喷扫高度(HIGHTH)等是可调参数，这样，单面喷扫的涉及点位和各个喷扫折返间距可以随意调整，程序犹如一个可拓展和延伸的功能块，调试灵活方便，大大提高了工作效率。

图2 单面喷扫轨迹图

喷扫轨迹:P1→P2→P3→P4→PR1→PR2→PR3→PR4→PR5→PR6→PR7→PR8→PR9→PR10→……

程序如下:

四 结束语

在坩埚自动喷涂装置的设计研制中，采用技术先进(定位精度可达0.08mm)、可靠性高的机器人(FANUC)，使得整个设备稳定可靠、重复性好、工艺精准，各种操作方式自由切换从而满足不同的生产需要。

[1]Fanuc程序培训教材[M].2005.

[2]FANUC robot series opearatorÕs manual[M].2005.