Robotyka wspomagana wizją do obsługi delikatnych produktów z dużą dokładnością

Pozycjonowanie płytek z precyzją mikrometrów do powlekania PECVD

Do załadunku i rozładunku nośników obrabianych przedmiotów zawierających płytki o różnych rozmiarach w zautomatyzowanym procesie przed powlekaniem PECVD, acp systems opracowało rozwiązanie robotyczne wspomagane przetwarzaniem obrazu dla wiodącego producenta technologii solarnej do zastosowań kosmicznych. Zapewnia ono spełnienie określonej dokładności pozycjonowania +/- 0,1 mm w gniazdach nośników obrabianych przedmiotów oraz kompensację zarówno tolerancji produkcyjnych nośników, jak i ich skurczu spowodowanego chłodzeniem podczas załadunku.

Ze względu na ograniczoną ilość miejsca robot został zamontowany na suficie obszaru załadunku systemu powlekania i ma zasięg 1000 milimetrów.

Azur Space Solar Power GmbH z siedzibą w Heilbronn jest jedną z wiodących na świecie firm, która opracowuje i produkuje wysoce wydajne wielozłączowe ogniwa słoneczne do kosmicznych i naziemnych systemów koncentratorowych (CPV). Wszystkie ogniwa słoneczne są oparte na najnowszej technologii potrójnego i poczwórnego złącza, w której warstwy są zbudowane na podłożu germanowym.

Automatyzacja trudnego procesu załadunku i rozładunku 

Podczas procesu produkcyjnego wafle o średnicy 4, 6 i 8 cali (100, 150 i 200 mm) przechodzą proces PECVD (chemiczne osadzanie z fazy gazowej wspomagane plazmą) w systemach firmy Singulus Technologies AG. Ogniwa słoneczne są dostarczane w kasetach, wyjmowane z nich i umieszczane w gniazdach specjalnych nośników elementów obrabianych z włókna węglowego, które są tylko o kilkaset mikrometrów większe. W zależności od rozmiaru ogniwa nośniki o wymiarach 1000 x 600 mm mogą pomieścić cztery, dziewięć lub 16 płytek. Aby uniknąć kolizji, dokładność pozycjonowania musi być niezawodnie zachowana na poziomie +/- 0,1 mm podczas załadunku nośników elementów obrabianych. Po pokryciu powłoką z jednej lub obu stron ogniwa słoneczne muszą zostać ponownie umieszczone w kasetach.

Azur Space chciał zautomatyzować ten wcześniej czasochłonny i kosztowny proces ręczny przy użyciu pipet ssących. Pozycja płytek słonecznych z płaskimi elementami w kasetach może odchylać się o +/- 5 stopni i +/- 3 mm, a punkty chwytania są precyzyjnie zdefiniowane, co sprawia, że ??jest to spore wyzwanie. Ponadto należy zrekompensować tolerancje nośników związane z produkcją, podobnie jak skurcz spowodowany chłodzeniem. Wynika to ze spadku temperatury nośników przedmiotu obrabianego, które wychodzą z procesu powlekania w temperaturze do 350 °C i stygną podczas rozładunku i załadunku.

Płaski system chwytania próżniowego, który można szybko wymienić na wafle o różnych rozmiarach, utrzymuje określoną dokładność pozycjonowania +/- 0,1 mm podczas ładowania nośników przedmiotu obrabianego.

Dokładność pozycjonowania zapewniona dzięki oświetlonemu stołowi wyrównującemu i przetwarzaniu obrazu 

Aby zrealizować to zadanie, specjalista ds. automatyki acp systems AG opracował inteligentne, wspomagane wizją rozwiązanie do obsługi z robotem przemysłowym.

Ze względu na ograniczoną dostępną przestrzeń, został on zamontowany na suficie obszaru załadunku systemu powlekania i ma zasięg 1000 milimetrów.

Robot Scara jest wyposażony w specjalny płaski system chwytaka próżniowego, który można szybko wymienić, aby obsługiwać wafle o różnych rozmiarach.

Robot wyjmuje wafel z kasety i umieszcza go na podświetlanym stole wyrównującym. System kamer z kamerą 12-megapikselową znajduje się nad stołem w odległości roboczej 680 mm. Wykrywa on dokładne położenie wafla i wysyła te informacje do oprogramowania Cognex Vision Pro. Na tej podstawie oprogramowanie oblicza położenie i kąt kompensacji wymagane do włożenia wafla do gniazda nośnego i przesyła dane do sterownika robota. Wszelkie zniekształcenia w układzie kamer zostały skompensowane podczas uruchomienia poprzez kalibrację za pomocą płyty ryflowanej.

System kamer umieszczony nad podświetlanym stołem wyrównującym wykrywa dokładne położenie wafla i wysyła te informacje do oprogramowania. Na tej podstawie oprogramowanie oblicza położenie i kąt kompensacji wymagane do włożenia wafla do gniazda nośnika.

Co więcej, aby zrekompensować tolerancje produkcyjne, wszystkie nośniki zostały dokładnie zmierzone wcześniej w ich zimnym, nowym stanie i każdemu z nich nadano kod macierzy danych w celu identyfikacji. Kod ten służy do przechowywania odpowiednich danych w sterowniku, tak aby można było obliczyć i skompensować tolerancje położenia gniazd nośników.

Aby zrekompensować skurcz termiczny spowodowany chłodzeniem nośników przedmiotu obrabianego, najpierw umieszczono znak odniesienia w rogu każdego nośnika naprzeciwko punktu zerowego współrzędnych, a także dokładnie zmierzono go dokładnie, gdy był zimny. Drugi system kamer znajduje się nad nim, umożliwiając określenie przesunięcia znaku odniesienia w porównaniu ze stanem zimnym. Oprogramowanie wykorzystuje te informacje do obliczenia kompensacji potrzebnej do dokładnego ustawienia płytki w odpowiedniej pozycji. Ten proces jest powtarzany dla każdej włożonej płytki.

Aby obrócić ogniwa słoneczne, tak aby można je było powlekać z obu stron, zintegrowano stację odwracającą. Zdjęcie: AzurSpace_QS

Stacja odwracania do obracania płytek

Systemy ACP zintegrowały również stację odwracania do obracania ogniw słonecznych, aby można je było powlekać z obu stron. Stacja odbiera odpowiednie płytki jeden po drugim od robota i chwyta je w określonych punktach za pomocą kropek próżniowych. Po obróceniu płytki o 180 stopni chwytak robota podnosi ją ponownie i przenosi na stół wyrównujący.

Zanim powlekane ogniwa słoneczne zostaną umieszczone z powrotem w kasetach, system kamer sprawdza, czy krawędzie płytek nie są uszkodzone.

Zintegrowana kontrola jakości

Zanim powleczone ogniwa słoneczne zostaną umieszczone z powrotem w kasetach, system kamer na stole wyrównującym przeprowadza ostateczną kontrolę jakości. Sprawdza ona, czy krawędzie płytek nie są uszkodzone.

Opisane powyżej rozwiązanie robotyczne wspomagane wizją zapewnia, że niezwykle delikatne płytki słoneczne są obsługiwane z wysoką precyzją i ostrożnością. Dowodzi tego przede wszystkim fakt, że od momentu uruchomienia nie wystąpiły żadne pęknięcia płytek związane z obsługą. Ogólnie rzecz biorąc, zastąpienie ręcznej obsługi w pełni zautomatyzowanym systemem znacznie zwiększyło wydajność i efektywność.

www.acp-systems.com

O acp systems
Rozwiązania acp systems AG czynią ją światowym liderem technologicznym w zakresie zaawansowanej czystej produkcji, w tym automatyzacji procesów i integracji systemów. Firma została założona w 1997 roku i ma swoją siedzibę w Niemczech. Jej główne technologie obejmują oszczędzające zasoby czyszczenie strumieniem śniegu quattroClean, precyzyjne mikrodozowanie i inteligentne rozwiązania do obsługi, na przykład dla elastycznych materiałów i folii. acp pomaga firmom, między innymi z branży elektronicznej i motoryzacyjnej, medycznej i farmaceutycznej oraz branży dostaw półprzewodników, w opracowywaniu, planowaniu, projektowaniu i integrowaniu wysoce zautomatyzowanych, zrównoważonych procesów produkcyjnych.