一种空间用太阳电池旁路二极管组件自动焊接系统

摘要

本发明公开了一种空间用太阳电池旁路二极管组件自动焊接系统，包括：上料模块、搬运模块、翻转模块、焊接模块、视觉识别定位模块；焊接模块用于焊接太阳电池及旁路二极管组件；上料模块用于传送太阳电池及旁路二极管组件；翻转模块用于将传送太阳电池及旁路二极管组件进行翻转；视觉识别定位模块包括：第一产品识别相机、第二产品识别相机、产品定位相机；第一产品识别相机安装于旁路二极管组件搬运机器人上，第二产品识别相机安装于太阳电池搬运机器人上，产品定位相机靠近焊接模块。本发明通过搬运模块和翻转模块在整个过程中实现了自动化上料、翻转、焊接、下料等功能，避免了中间周转存放环节和人工拿取、翻转等操作造成的产品损伤。

权利要求

1.一种空间用太阳电池旁路二极管组件自动焊接系统，所述旁路二极管组件包括：旁路二极管、两个互连片；其特征在于，所述焊接系统包括：上料模块、搬运模块、翻转模块、焊接模块、视觉识别定位模块；所述上料模块、所述翻转模块、所述焊接模块环绕设置在所述搬运模块周围；

所述焊接模块用于焊接太阳电池及旁路二极管组件；

所述上料模块用于传送太阳电池及旁路二极管组件，包括：分别置于所述焊接模块两侧的旁路二极管组件上料机构、太阳电池上料机构；

所述搬运模块包括：旁路二极管组件搬运机器人、太阳电池搬运机器人；所述旁路二极管组件搬运机器人上设有旁路二极管组件取料机构，用于抓取旁路二极管组件；所述太阳电池搬运机器人上设有太阳电池取料机构，用于抓取太阳电池；

所述翻转模块包括：翻转平台、传力轴、旋转马达、承接平台、承接平台伺服；所述翻转平台通过传力轴与所述旋转马达连接；所述旋转马达能够驱动所述传力轴旋转，使所述翻转平台能够沿所述传力轴进行180°翻转；所述承接平台用于承接所述翻转平台向下翻转传递的待焊接件，所述承接平台置于所述翻转平台下方，且安装于所述承接平台伺服上；

所述视觉识别定位模块包括：第一产品识别相机、第二产品识别相机、产品定位相机；

所述第一产品识别相机安装于所述旁路二极管组件搬运机器人上，用于引导所述旁路二极管组件搬运机器人吸取旁路二极管组件；所述第二产品识别相机安装于所述太阳电池搬运机器人上，用于引导所述太阳电池搬运机器人吸取太阳电池；所述产品定位相机靠近所述焊接模块，用于定位旁路二极管组件及太阳电池在所述焊接模块中的位置。

2.如权利要求1所述的空间用太阳电池旁路二极管组件自动焊接系统，其特征在于，所述旁路二极管组件取料机构包括：多个独立的伸缩气缸，每个伸缩气缸的底部连接有用于吸取旁路二极管组件的第一吸附件；所述太阳电池取料机构的底部设有用于吸取太阳电池的第二吸附件；所述第一吸附件与所述第二吸附件通过负压管路与真空泵连接。

3.如权利要求2所述的空间用太阳电池旁路二极管组件自动焊接系统，其特征在于，所述伸缩气缸为三个。

4.如权利要求1所述的空间用太阳电池旁路二极管组件自动焊接系统，其特征在于，所述翻转平台的顶面设有第三吸附件，所述第三吸附件通过负压管路与真空泵连接，所述承接平台的顶面设有第四吸附件，所述第四吸附件通过负压管路与真空泵连接。

5.如权利要求1所述的空间用太阳电池旁路二极管组件自动焊接系统，其特征在于，所述焊接模块包括：电阻压焊机构、焊接平台、焊接平台伺服；所述焊接平台安装于所述焊接平台伺服上，所述焊接平台的顶面设有吸孔，所述吸孔通过负压管路与真空泵连接，以固定待焊接件；所述电阻压焊机构设于所述焊接平台的上方，用于焊接太阳电池及旁路二极管组件。

6.如权利要求1所述的空间用太阳电池旁路二极管组件自动焊接系统，其特征在于，所述旁路二极管组件搬运机器人与太阳电池搬运机器人均为六轴机器人。

7.如权利要求2所述的空间用太阳电池旁路二极管组件自动焊接系统，其特征在于，所述第一吸附件与所述第二吸附件均为吸盘。

8.如权利要求4所述的空间用太阳电池旁路二极管组件自动焊接系统，其特征在于，所述第三吸附件与所述第四吸附件均为吸孔。

9.如权利要求1所述的空间用太阳电池旁路二极管组件自动焊接系统，其特征在于，所述第一产品识别相机、所述第二产品识别相机、所述产品定位相机均为CCD相机。

说明书

一种空间用太阳电池旁路二极管组件自动焊接系统

技术领域

[0001] 本发明涉及空间用太阳电池组件制造领域，更为具体的，涉及一种空间用太阳电池旁路二极管组件自动焊接系统。

背景技术

[0002] 空间太阳电池阵作为航天器的主电源，通过太阳电池组件串并联连接后实现对外功率输出，每片太阳电池与一片平面旁路二极管反向并联，当某片电池片出现故障或开路时，旁路二极管起到旁路导通作用，使整串电路能够继续工作。目前，三结砷化镓太阳电池因其较高的光电转换效率成为空间太阳电池阵的主选，平面硅旁路二极管因其较优的正向压降和较优的反向特性成为砷化镓太阳电池阵的主要组件。互连片与平面硅二极管P、N面焊接后，再通过二极管N面的互连片连接至电池片的P面，形成单片电池组件，单片电池组件相互串联形成电池串。目前单片电池组件的制作过程包括：二极管P面焊接、二极管N面焊接、二极管与电池P面焊接，目前这些步骤的生产方式为半手工方式，上料、下料、转移、周转存放等操作均为人工操作，存在以下几种问题：周转环节多，生产效率较低；砷化镓太阳电池为锗基底，质地较脆，人工拿取、翻转、转移、焊接过程中容易造成碎裂或隐裂；平面硅二极管最小尺寸达到毫米级，互连片厚度为十几个微米，焊接件尺寸微小，人工取放精度低，且容易造成变形或损伤。

[0003] GaAs/Ge单结砷化镓太阳电池电阻焊接系统(申请号200910199031.3)公开了一种电阻焊接系统，包括焊接平台、焊接电源、移动平台、太阳电池焊接工装、氮气接口、焊接电源、控制部件、真空泵、焊接电极机构和电源稳压器，可以通过分步的熔焊焊接操作将单结砷化镓太阳电池的正负电极分别同银互连片进行连接，但产品放置需要人工操作，平台移动距离需人工输入，焊接动作需人工点击电脑程序进行触发，且此系统并未提及旁路二极管与电池的焊接。

[0004] 太阳能电池组件的双工位自动焊接机(申请号201620892224.2)公开了一种太阳能电池组件的双工位自动焊接机，包括两个分开设置的电池片组装轨道，及中间的进料轨道，机械手将进料轨道上的电池分开放置在两侧是组装轨道上，提高了生产效率。但此系统适用于地面硅太阳能电池与锡铜线的焊接，并不适用于空间用砷化镓太阳电池与旁路二极管的焊接。

发明内容

[0005] 为解决以上问题，本发明提供了一种空间用太阳电池旁路二极管组件自动焊接系统。对旁路二极管P面焊接，对二极管N面焊接，将焊接后的二极管的N面互连片与电池P面电极焊接，实现自动化上料、翻转、视觉识别定位、焊接、下料等功能，避免中间周转存放环节，实现太阳电池组件一体化自动焊接。

[0006] 为了达到上述目的，本发明提供了一种空间用太阳电池旁路二极管组件自动焊接系统，所述旁路二极管组件包括：旁路二极管、两个互连片；所述焊接系统包括：上料模块、搬运模块、翻转模块、焊接模块、视觉识别定位模块；所述上料模块、所述翻转模块、所述焊接模块环绕设置在所述搬运模块周围；所述焊接模块用于焊接太阳电池及旁路二极管组件；所述上料模块用于传送太阳电池及旁路二极管组件，包括：分别置于所述焊接模块两侧的旁路二极管组件上料机构、太阳电池上料机构；所述搬运模块包括：旁路二极管组件搬运机器人、太阳电池搬运机器人；所述旁路二极管组件搬运机器人上设有旁路二极管组件取料机构，用于抓取旁路二极管组件；所述太阳电池搬运机器人上设有太阳电池取料机构，用于抓取太阳电池；所述翻转模块包括：翻转平台、传力轴、旋转马达、承接平台、承接平台伺服；所述翻转平台通过传力轴与所述旋转马达连接；所述旋转马达能够驱动所述传力轴旋转，使所述翻转平台能够沿所述传力轴进行180°翻转；所述承接平台用于承接所述翻转平台向下翻转传递的待焊接件，所述承接平台置于所述翻转平台下方，且安装于所述承接平台伺服上；所述视觉识别定位模块包括：第一产品识别相机、第二产品识别相机、产品定位相机；所述第一产品识别相机安装于所述旁路二极管组件搬运机器人上，用于引导所述旁路二极管组件搬运机器人吸取旁路二极管组件；所述第二产品识别相机安装于所述太阳电池搬运机器人上，用于引导所述太阳电池搬运机器人吸取太阳电池；所述产品定位相机靠近所述焊接模块，用于定位旁路二极管组件及太阳电池在所述焊接模块中的位置。

[0007] 可选的，所述旁路二极管组件取料机构包括：多个独立的伸缩气缸，每个伸缩气缸的底部连接有用于吸取旁路二极管组件的第一吸附件；所述太阳电池取料机构的底部设有用于吸取太阳电池的第二吸附件；所述第一吸附件与所述第二吸附件通过负压管路与真空泵连接。

[0008] 可选的，所述伸缩气缸为三个。

[0009] 可选的，所述翻转平台的顶面设有第三吸附件，所述第三吸附件通过负压管路与真空泵连接。

[0010] 可选的，所述承接平台的顶面设有第四吸附件，所述第四吸附件通过负压管路与真空泵连接。

[0011] 可选的，所述焊接模块包括：电阻压焊机构、焊接平台、焊接平台伺服；所述焊接平台安装于所述焊接平台伺服上，所述焊接平台的顶面设有吸孔，所述吸孔通过负压管路与真空泵连接，以固定待焊接件；所述电阻压焊机构设于所述焊接平台的上方，用于焊接太阳电池及旁路二极管组件。

[0012] 可选的，所述旁路二极管组件搬运机器人与太阳电池搬运机器人均为六轴机器人。

[0013] 可选的，所述第一吸附件与所述第二吸附件均为吸盘。

[0014] 可选的，所述第三吸附件与所述第四吸附件均为吸孔。

[0015] 可选的，所述第一产品识别相机、所述第二产品识别相机、所述产品定位相机均为CCD相机。

[0016] 相比于现有技术，本发明的有益效果为：

[0017] (1)本发明的翻转模块能够实现系统自动化翻转待焊接件，避免中间周转存放环节和人工拿取、翻转等操作对太阳电池、旁路二极管组件造成损伤；

[0018] (2)本发明的视觉识别定位模块能够精确定位待焊接件，可达到较高的焊接精度；

[0019] (3)本发明的旁路二极管组件搬运机器人上设有三个独立的伸缩气缸，可以同时转运旁路二极管和互连片，再分别将互连片与旁路二极管N面、P面焊接，减少了整个系统的焊接耗时。

附图说明

[0020] 图1为本发明太阳电池与旁路二极管组件的焊接过程示意图；图1的A为焊接好的单片电池组件的结构示意图；图1的B为旁路二极管的结构示意图；图1的C为互连片与旁路二极管P面焊接的示意图；图1的D为互连片与旁路二极管N面的焊接示意图。

[0021] 图2为本发明的空间用太阳电池旁路二极管组件自动焊接系统的结构示意图。

[0022] 图3为本发明太阳电池与旁路二极管组件在料盘内的放置位置示意图。

[0023] 图中：1‑料架，2‑旁路二极管组件料盘，3‑电池片料盘，4‑旁路二极管组件搬运机器人，41‑旁路二极管组件取料机构，42‑第一吸附件，43‑第一产品识别相机，5‑太阳电池搬运机器人，51‑太阳电池取料机构，52‑第二吸附件，53‑第二产品识别相机，6‑翻转平台，7‑承接平台伺服，8‑旋转马达，9‑承接平台，10‑电阻压焊机构，11‑焊接平台伺服，12‑焊接平台，13‑产品定位相机。

具体实施方式

[0024] 以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

[0025] 如图1所示，目前三结砷化镓太阳电池因其较高的光电转换效率成为空间太阳电池阵的主选，平面硅旁路二极管因其较优的正向压降和较优的反向特性成为砷化镓太阳电池阵的主要组件，二者的焊接过程为：(1)将一个互连片与平面硅二极管P面焊接；(2)将另一个互连片与平面硅二极管N面焊接；(3)将二极管N面的互连片与电池片的P面连接，形成单片电池组件，再将单片电池组件相互串联形成电池串。目前这些步骤的生产方式为半手工方式，上料、下料、转移、周转存放等操作均为人工操作，容易造成太阳电池、旁路二极管组件的变形或损伤。

[0026] 为解决以上问题，本发明提供了一种空间用太阳电池旁路二极管组件自动焊接系统，所述焊接系统能够实现自动化进行太阳电池与旁路二极管组件的焊接，避免中间周转存放环节和人工拿取、翻转等操作造成的产品损伤，实现了空间太阳电池与二极管组件的高效率、高精度一体化自动焊接。

[0027] 如图2所示，本发明的焊接系统包括：上料模块、搬运模块、翻转模块、焊接模块、视觉识别定位模块；所述上料模块、搬运模块、翻转模块、焊接模块、视觉识别定位模块均与计算机连接，实现太阳电池组件的一体化自动焊接。上料模块、翻转模块、焊接模块环绕在搬运模块的周围，其中，上料模块用于传送太阳电池及旁路二极管组件，包括：对称置于所述焊接模块两侧的旁路二极管组件上料机构、太阳电池上料机构；所述旁路二极管组件上料机构包括：料架1、以及安装于料架1上的旁路二极管组件料盘2；料架1的数量可以是多个，沿同一方向依次放置或叠加放置，所述料架安装在伺服直线模组上，可带动旁路二极管组件料盘2移动至定点位置。旁路二极管组件料盘2用于盛放旁路二极管组件，其材质坚硬不易变形，形状优选为矩形。图3的实施例中，旁路二极管组件料盘2设有三种形状的凹槽，所述凹槽以矩阵形式规则排列，凹槽的形状分别根据旁路二极管以及互连片的形状设计，使得二极管与互连片能够按顺序排列于料盘内。

[0028] 所述太阳电池上料机构包括：料架1、以及安装于料架1上的电池片料盘3；太阳电池上料机构中的料架1与旁路二极管组件上料机构中的料架1相同，电池片料盘3用于盛放太阳电池，料盘内设有同种规格太阳电池形状的凹槽，所述凹槽以矩阵形式规则排列，使得太阳电池能够按顺序排列于电池片料盘3内。

[0029] 如图2所示，本发明的搬运模块包括：旁路二极管组件搬运机器人4、太阳电池搬运机器人5，二者均为六轴机器人，其机械手可在空间中进行360度移动旋转；其中，旁路二极管组件搬运机器人4设有旁路二极管组件取料机构41，旁路二极管组件取料机构41包括多个独立的伸缩气缸，每个伸缩气缸的底部连接有第一吸附件42，所述第一吸附件通过独立的负压管路和电磁阀与真空泵连接，使得每个第一吸附件42都能独立吸附抓取旁路二极管组件。所述伸缩气缸优选为三个，所述第一吸附件优选为吸盘。所述太阳电池搬运机器人5设有太阳电池取料机构51，取料机构的底部设有第二吸附件52，所述第二吸附件通过负压管路和电磁阀与真空泵连接，以吸取太阳电池。

[0030] 本发明的翻转模块包括：翻转平台6、传力轴、旋转马达8、承接平台9、承接平台伺服7；其中，翻转平台6的侧面通过传力轴与旋转马达8连接，旋转马达8驱动传力轴旋转，从而驱动翻转平台6沿传力轴进行180°翻转。所述翻转平台6与地面平行，其顶面设有第三吸附件，所述第三吸附件与负压管路连通，以固定吸附传递到翻转平台6上的待焊接件。所述第三吸附件优选为吸孔。

[0031] 所述承接平台9置于所述翻转平台下方，其顶面设有第四吸附件，所述第四吸附件与负压管路连通，用于固定吸附翻转平台6向下翻转传递的待焊接件。所述第四吸附件优选为吸孔。所述承接平台9安装于承接平台伺服7上，在翻转平台6翻转时，承接平台伺服7可带动承接平台9移动，留出足够的空间使翻转平台6进行翻转。

[0032] 本发明的焊接模块包括：电阻压焊机构10、焊接平台12、焊接平台伺服11；焊接平台12安装在焊接平台伺服11上，其顶面设有与负压管路连通的吸孔，电阻压焊机构10与焊接电源连接，设于焊接平台12的上方；电阻压焊机构10可以向下压住待焊接件，焊接电源输出电脉冲，产生电阻热对待焊接件进行焊接。焊接完成后，电阻压焊机构10向上抬起，焊接平台伺服11移出已经焊接好的焊接件，焊接平台12的负压管路关闭，搬运机器人将焊接件取走进行下一步操作。

[0033] 本发明的视觉识别定位模块包括：第一产品识别相机43、第二产品识别相机53、产品定位相机13，三者均为与计算机连接CCD相机。其中，第一产品识别相机43安装于旁路二极管组件搬运机器人4上，在旁路二极管组件搬运机器人4吸取旁路二极管组件前，第一产品识别相机43对二极管组件进行拍照，并将照片发送给计算机，由计算机的视觉计算软件识别判断二极管组件的有无并发送给搬运机器人，引导旁路二极管组件搬运机器人4对二极管组件进行抓取；第二产品识别相机53与第一产品识别相机43的工作原理相似，其安装于太阳电池搬运机器人5上，用于引导太阳电池搬运机器人5对太阳电池进行抓取。

[0034] 产品定位相机13为两个，分别安装在焊接平台12的对称两侧，在待焊接件放置焊接平台12前，搬运机器人携带待焊接的太阳电池或二极管组件移动至产品定位相机13上方，对待焊接件进行拍照，视觉计算软件识别并计算待焊接件空间坐标，与计算机中已存储的模板进行比较，计算出此时待焊接件的位置与模板位置的坐标偏差，再将偏差值发送给搬运机器人，机器人进行位置补偿后再将待焊接件放置到焊接平台上，使得待焊接件每次放置的位置一致。

[0035] 本发明的空间用太阳电池旁路二极管组件自动焊接系统过程如下：

[0036] (1)料架1将旁路二极管组件及太阳电池运输至定点位置，由旁路二极管组件搬运机器人4及太阳电池搬运机器人5对其进行抓取；

[0037] (2)搬运机器人将旁路二极管及互连片放置于焊接平台12上，此时旁路二极管的P面朝上，电阻压焊机构10对旁路二极管及互连片进行焊接；

[0038] (3)搬运机器人将P面焊接好的旁路二极管及互连片运输至翻转平台6上，翻转平台6的负压管路打开固定放好的旁路二极管并向下翻转，待翻转平台6反转后，承接平台9移动至翻转平台6的下方，翻转平台6的负压管路关闭，承接平台9的负压管路开启，旁路二极管转移至承接平台9上，此时二极管的N面朝上；

[0039] (4)与步骤(3)相似，太阳电池搬运机器人5将料盘内的太阳电池运转至翻转模块，由翻转模块对太阳电池进行翻转，使太阳电池的P面朝上(若上料模块上料时太阳电池已经P面朝上可忽略此步骤)；

[0040] (5)太阳电池搬运机器人5将太阳电池运输至焊接模块；旁路二极管组件搬运机器人4将承接平台9上的旁路二极管及互连片运输至焊接模块，同时再放置另一片互连片，焊接模块将互连片、太阳电池与旁路二极管的N面进行焊接，形成单片电池组件；

[0041] (6)搬运机器人将焊接好的单片电池组件运回至电池片料盘3内，由料盘运走进行后续操作。

[0042] 综上所述，本发明通过搬运模块和翻转模块在整个过程中实现了自动化上料、翻转、焊接、下料等功能，避免了中间周转存放环节和人工拿取、翻转等操作造成的产品损伤，并且应用视觉识别技术对产品进行精确定位，可达到较高的装配精度，实现了空间太阳电池与二极管组件的高效率、高精度一体化自动焊接。

[0043] 尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。