本發(fā)明屬于機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種自動(dòng)控制的CIGS柔性電池片分切機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽(yáng)能電池在加工工藝上分為玻璃襯底與不銹鋼襯底兩種，采用不銹鋼襯底制作電池片具有重量輕、厚度薄、可彎曲、易攜帶，且光吸收能力強(qiáng)，發(fā)電穩(wěn)定性好、轉(zhuǎn)化效率高、成本低等諸多優(yōu)勢(shì)，已成為太陽(yáng)能行業(yè)現(xiàn)在研發(fā)及使用的熱點(diǎn)；目前使用的片材CIGS柔性電池片是上游電池生產(chǎn)商從幾百米、上千米長(zhǎng)的大型卷材中分切、加工而成；而到中游組件廠商在CIGS柔性電池組件系列產(chǎn)品、CIGS便攜式充電器和相應(yīng)應(yīng)用產(chǎn)品的生產(chǎn)中，需要對(duì)來(lái)料原始尺寸電池片進(jìn)行再次分切，以滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)中電性能要求，目前CIGS柔性電池片分切工具卻很少，其中使用最多的工具為切紙刀。加工過(guò)程中，切紙刀存在以下缺點(diǎn)：分切尺寸精度較差，因?yàn)榉智羞^(guò)程中電池片容易滑動(dòng)；人員工作強(qiáng)度大，且有分切中無(wú)安全防護(hù)，人員容易疲勞，易受傷；分切效率低，每人8～10次/min；產(chǎn)線人工成本高，為保持產(chǎn)線線平衡，分切工序需要增加更多的人員、裁紙機(jī)，以滿足下道電池片拼接工序的生產(chǎn)節(jié)奏。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提出一種自動(dòng)控制的CIGS柔性電池片分切機(jī)構(gòu)，通過(guò)在上刀模上設(shè)置多把刀具，同時(shí)分切，單位時(shí)間內(nèi)分切出多張電池片。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種自動(dòng)控制的CIGS柔性電池片分切機(jī)構(gòu)，包括上刀模、下刀模、機(jī)架、導(dǎo)柱和PLC控制器，所述下刀模設(shè)置在上刀模的正下方，所述上刀模包括多個(gè)刀具和上刀模夾具單元，每?jī)蓚€(gè)上刀模夾具單元之間固定一把刀具，上刀模通過(guò)導(dǎo)柱連接機(jī)架，PLC控制器控制氣液增壓缸驅(qū)動(dòng)上刀模向下刀模方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所述下刀模為輸送帶面上帶有多個(gè)間隙相同的凸臺(tái)的輸送機(jī)，電池片放置在凸臺(tái)上。

作為一種優(yōu)選實(shí)施方式：所述上刀模夾具單元為側(cè)面設(shè)有通孔的四方體結(jié)構(gòu)，所述上刀模夾具單元的寬度為52.35mm、105.15mm或52.8mm。所述上刀模和導(dǎo)柱之間設(shè)有刀模固定板，上刀模夾具單元上設(shè)有定位孔，刀模固定板對(duì)應(yīng)位置設(shè)有腰型孔，通過(guò)雙頭螺柱穿過(guò)所述定位孔和腰型孔，將上刀模固定在刀模固定板上，刀模固定板連接導(dǎo)柱。所述凸臺(tái)上表面與水平面設(shè)有一個(gè)夾角，凸臺(tái)上表面的兩端存在5mm高度差。所述凸臺(tái)寬度為26.4mm，凸臺(tái)間間隙寬度為26.4mm。所述凸臺(tái)的上表面設(shè)有用于吸附電池片的軟磁片。所述軟磁片的上表面設(shè)有降低軟磁片對(duì)電池片吸附能力的面板，面板為隔水膜材質(zhì)。所述分切機(jī)構(gòu)還包括比例流量閥和比例壓力閥，比例流量閥用來(lái)調(diào)控氣液增壓缸入口的氣體流量，比例壓力閥用來(lái)調(diào)控氣流的入口壓力。所述分切機(jī)構(gòu)還包括采集比例壓力閥輸入電流的電流傳感器、比例流量閥入口壓力P_入和比例壓力閥出口壓力_出的壓力傳感器、流經(jīng)比例流量閥的流量Q的流量傳感器和增壓缸輸出軸的位移傳感器，電流傳感器、壓力傳感器、流量傳感器和位移傳感器均連接至PLC控制器，PLC控制器通過(guò)比例壓力閥內(nèi)置或外置壓力傳感器分別采集P_入，P_出和Q信號(hào)值，進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比后，比例壓力閥輸出修正信號(hào)，通過(guò)輸出的電流或電壓信號(hào)來(lái)控制比例壓力閥開(kāi)口大小及比例壓力閥調(diào)壓腔中氣體的壓力，直到輸出壓力、流量與輸入信號(hào)成比例。

本發(fā)明有益效果是:本發(fā)明提供的分切裝置分切精度高，上下刀模配合可達(dá)到0.1mm的分切精度；分切效率高，分切速度可達(dá)到15n/min(n為上刀模配置的切刀數(shù)量)；3.分切操作人員人身安全風(fēng)險(xiǎn)降低，配置多項(xiàng)安全裝置；4.操作簡(jiǎn)單。

附圖說(shuō)明

下面對(duì)本說(shuō)明書(shū)附圖所表達(dá)的內(nèi)容及圖中的標(biāo)記作簡(jiǎn)要說(shuō)明：

圖1是本發(fā)明的具體實(shí)施方式的分切裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的具體實(shí)施方式的上刀模俯視圖。

圖3是本發(fā)明的具體實(shí)施方式的下刀模結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明的具體實(shí)施方式的軟磁片的位置示意圖。

圖5是本發(fā)明具體實(shí)施方式的動(dòng)力系統(tǒng)示意圖。

其中，1.氣液增壓缸，2.導(dǎo)柱，3.刀模固定板，4.光柵，5.操作面板，6.PLC控制器，7.機(jī)架，8.電源按鈕，9.緊急按鈕，10.啟動(dòng)按鈕，11.上刀模，12.有機(jī)玻璃板，13.定位孔，14.上刀模夾具單元，15.螺栓，16.螺母，17.刀具，18.凸臺(tái)，19.軟磁片，20.空壓機(jī)，21.空氣過(guò)濾器，22.減壓閥，23.壓力表，24.油霧器，25.比例流量閥，26.比例壓力閥，27.工作缸，28.預(yù)壓缸。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)照附圖，通過(guò)對(duì)實(shí)施例的描述，本發(fā)明的具體實(shí)施方式如所涉及的各構(gòu)件的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作用及工作原理、制造工藝及操作使用方法等，作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，以幫助本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思、技術(shù)方案有更完整、準(zhǔn)確和深入的理解。

本發(fā)明的主要思路是：分切裝置包括上刀模11和下刀模，上刀模11采用氣液增壓缸1來(lái)驅(qū)動(dòng)，上刀模11上固定有刀具17，下刀模上放置有待切割的電池片，增壓缸驅(qū)動(dòng)上刀模11向下刀模的方向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電池片的分切。采用增壓缸來(lái)產(chǎn)生大壓力，使切刀能夠快速將柔性電池片切斷，不影響電池片的電性能；分切裝置三面配置有機(jī)玻璃，操作面配置安全光柵4，并設(shè)置為雙按鈕操作，來(lái)保證操作人員的人身安全；上下刀模定制，在上刀模11上配置適量切刀，實(shí)現(xiàn)一次分切，得到多塊電池片。

如圖1所示，為本發(fā)明的分切裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，分切裝置包括動(dòng)力系統(tǒng)、定位系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)，定位系統(tǒng)是刀具17、電池片的定位夾持機(jī)構(gòu)，動(dòng)力系統(tǒng)是上刀模11的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，電氣控制系統(tǒng)控制動(dòng)力系統(tǒng)、以及其他電器。

定位系統(tǒng)包括機(jī)架7、導(dǎo)柱2、刀模固定板3、上刀模11和下刀模，上刀模11固定在刀模固定板3上，刀模固定板3通過(guò)導(dǎo)柱2連接機(jī)架7的頂端，可沿著導(dǎo)柱2軸向上下移動(dòng)，氣液增壓缸1為上刀模11提供驅(qū)動(dòng)力。下刀模設(shè)置于上刀模11的正下方，是柔性電池片的支撐機(jī)構(gòu)。

上刀模11包括刀具17、和多個(gè)上刀模夾具單元14，多個(gè)上刀模夾具單元14通過(guò)螺栓15和螺母16組裝在一起，兩個(gè)上刀模夾具單元14之間空出一個(gè)刀槽的位置，用于裝上刀具17。依據(jù)分切材料尺寸的不同，在每?jī)蓚€(gè)夾具單元間分別安裝一把刀具17，以實(shí)現(xiàn)提高生產(chǎn)效率的目的。如圖2所示，為上刀模11的俯視圖，每?jī)蓚€(gè)上刀模夾具單元14卡緊一把切刀，上刀模夾具單元14和切刀的兩端均設(shè)有可通螺栓15穿過(guò)的通孔，將上刀模夾具單元14和切刀組裝好后，通過(guò)螺栓15和兩端的螺母16固定。

具體的，在實(shí)際應(yīng)用中，電池片需要分切成的尺寸一般為52.8mm和105.6mm，刀具17的厚度為0.45mm，因此，本發(fā)明的上刀模夾具單元14寬度方向設(shè)計(jì)成52.35mm、105.15mm和52.8mm，需要分切成52.8mm寬度的電池片時(shí)，用多個(gè)52.35mm寬度的上刀模夾具單元14組裝上刀模11夾具，每?jī)蓚€(gè)上刀模夾具單元14之間固定一把切刀。需要分切成105.6mm寬度的電池片時(shí)，用多個(gè)105.15mm寬度的上刀模夾具單元14組裝上刀模11夾具，每?jī)蓚€(gè)上刀模夾具單元14之間固定一把切刀；或者將105.15mm寬度的上刀模夾具單元14替換成52.35mm和52.8mm寬度的上刀模夾具單元14組裝成105.15mm寬度的上刀模夾具單元14。

如圖2所示，為組裝好的上刀模11，上刀模11通過(guò)雙頭螺柱、螺母16和墊片固定在刀模固定板3上，每個(gè)上刀模夾具單元14上設(shè)有定位孔13，刀模固定板3上對(duì)應(yīng)設(shè)置有腰型孔，雙頭螺柱穿過(guò)所述上刀模夾具單元14上的定位孔13和刀模固定板3上的腰型孔，通過(guò)墊片和螺母16使上刀模11固定在刀模固定板3上。

如圖3所示，為下刀模的結(jié)構(gòu)圖，下刀模是以輸送帶為核心的電池片承載裝置，包括電機(jī)、輸送帶和輸送帶表面的凸臺(tái)18，輸送帶表面的凸臺(tái)18為間隔設(shè)置，凸臺(tái)18上設(shè)有可以吸附電池片的軟磁片19。整個(gè)凸臺(tái)18為柔性材料，便于凸臺(tái)18轉(zhuǎn)過(guò)傳送帶兩端面的時(shí)候，凸臺(tái)18拉伸彎曲。在輸送帶的中間位置加設(shè)多個(gè)支撐輥，以保持輸送帶面的張力。軟磁片19由于不具有拉伸性能，因此將軟磁片19設(shè)計(jì)為多個(gè)條狀單元間隔布置在柔性凸臺(tái)18的外表面。選用磁性相對(duì)較弱的軟磁片19作為電池片的定位裝置，一方面是因?yàn)殂~銦鎵硒薄膜電池片為不銹鋼襯底，使用軟磁片19可以吸附住銅銦鎵硒薄膜電池片。另一方面，銅銦鎵硒薄膜電池片在拼接完成后需要從工裝表面取下，這就要求工裝對(duì)銅銦鎵硒薄膜電池片的吸附力不能太強(qiáng)，否則會(huì)加大取下銅銦鎵硒薄膜電池片難度系數(shù)。在軟磁片19的上表面內(nèi)根據(jù)軟磁對(duì)銅銦鎵硒電池片吸附力的大小來(lái)決定是否放置面板，面板可以采用厚度相對(duì)較薄的材料，例如隔水膜等，通過(guò)在軟磁表面添加表面光滑的面板來(lái)改變軟磁片19對(duì)銅銦鎵硒電池吸附力度。如圖4所示，為凸臺(tái)18上軟磁片19的位置示意圖。

電池片的常見(jiàn)分切尺寸為52.8mm和105.6mm，本發(fā)明優(yōu)選凸臺(tái)18和一個(gè)凸臺(tái)18間間隙的寬度為52.8mm，凸臺(tái)18寬度為為26.4mm，凸臺(tái)18間間隙寬度為26.4mm，傳送帶每轉(zhuǎn)動(dòng)n*52.8mm的距離，上刀模11對(duì)電池片進(jìn)行一次分切，n為刀具17的數(shù)量。

為便于上刀模11的刀具17對(duì)電池片的快速分切，將切刀刀鋒與電池片平面設(shè)置一個(gè)角度，可以通過(guò)使上刀模11與水平面設(shè)置一個(gè)夾角，或者通過(guò)下刀模與水平面設(shè)置一個(gè)夾角，如圖3所示，凸臺(tái)18與平面設(shè)置一個(gè)傾斜角度，使電池片的兩端形成5mm的高度差。

在機(jī)架7上除了電池片進(jìn)出側(cè)，其他三面都配置有有機(jī)玻璃板12，防止人員在裝置工作過(guò)程中將手伸至上刀模11下面；另外，在沒(méi)有裝配有機(jī)玻璃的一面設(shè)置有安全光柵4，光柵4保護(hù)接入中間繼電器，通過(guò)中間繼電器觸點(diǎn)在分別接入PLC控制器6和急停電路，光柵4開(kāi)關(guān)動(dòng)作報(bào)警后，增壓缸停止動(dòng)作，需從面板從新啟動(dòng)。

下刀模的傳送帶一部分處于機(jī)架7的有機(jī)玻璃防護(hù)罩內(nèi)部，一部分處于機(jī)架7有機(jī)玻璃防護(hù)罩外部，已經(jīng)分切好的電池片經(jīng)傳送帶輸送到玻璃防護(hù)罩的外部，通過(guò)人工或者機(jī)械手方式下料。

動(dòng)力系統(tǒng)是以增壓缸為核心的動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置，包括空壓機(jī)20、空氣過(guò)濾器21、減壓閥22、壓力表23、油霧器24、比例流量閥25、比例壓力閥26、氣液增壓缸1、預(yù)壓缸28、工作缸27、傳感器等部件構(gòu)成，如圖5所示，比例流量閥25用來(lái)調(diào)控氣液增壓缸1入口的氣體流量，比例壓力閥26用來(lái)調(diào)控氣流的入口壓力；傳感器與比例閥配合使用，可檢測(cè)比例閥輸出口的氣流壓力與驅(qū)動(dòng)電流是否成比例，整個(gè)行程屬于閉環(huán)控制，能夠?qū)崿F(xiàn)增壓系統(tǒng)氣流的反饋控制。

動(dòng)力系統(tǒng)具體的控制原理為壓縮氣體經(jīng)比例流量閥25，其入口壓力P_入，流量為Q，經(jīng)比例壓力閥26出口壓力為P_出，進(jìn)入氣液增壓缸1。PLC控制器6通過(guò)比例壓力閥26內(nèi)置或外置傳感器分別采集P_入，P_出和Q信號(hào)值，進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比后，比例壓力閥26輸出修正信號(hào)，通過(guò)輸出的電流或電壓信號(hào)來(lái)控制比例壓力閥26開(kāi)口大小及比例壓力閥26調(diào)壓腔中氣體的壓力，直到輸出壓力、流量與輸入信號(hào)成比例。此外，在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)氣液增壓缸1安裝位移傳感器，用來(lái)檢測(cè)工作過(guò)程中氣液增壓缸1的位移、輸出力等運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)，并將信號(hào)輸出至控制系統(tǒng)。

PLC控制器6采用PCI總線方式，應(yīng)用集成的數(shù)據(jù)采集卡PCI-1713,采集比例壓力閥26輸入電流、位移傳感器、流量傳感器和壓力傳感器的數(shù)據(jù)，比例壓力閥26輸入的電流經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換裝置和調(diào)理電路后，直接接到數(shù)據(jù)采集卡的接線板上。

比例壓力閥26能夠?qū)崿F(xiàn)輸入信號(hào)與輸出壓力成比例變化，當(dāng)輸入信號(hào)增大時(shí)，給氣電磁閥開(kāi)啟，排氣電磁閥仍保持閉合狀態(tài)。壓縮空氣通過(guò)給氣電磁閥作用在先導(dǎo)閥的先導(dǎo)腔，同時(shí)，先導(dǎo)腔的壓力上升，作用在膜片上面，而與膜片連動(dòng)的給氣閥被打開(kāi)，壓縮氣體通過(guò)輸出口流向上刀模11，為上刀模11提供輸出壓力。壓縮氣體通過(guò)壓力傳感器將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，反饋到控制回路中，與控制輸入信號(hào)進(jìn)行比較，若產(chǎn)生偏差信號(hào)，則需要修正輸出量。如此通過(guò)不斷的反饋修正動(dòng)作，最終實(shí)現(xiàn)輸出氣體的壓力和控制輸入信號(hào)成比例。比例流量閥25根據(jù)控制系統(tǒng)輸入電信號(hào)的大小來(lái)改變閥口的開(kāi)口大小，從而控制流量的大小。

電氣控制系統(tǒng)包括PLC控制器6、電源按鈕8、緊急按鈕9、啟動(dòng)按鈕10，緊急按鈕9安裝在操作面板5上，發(fā)生緊急情況下按下緊急按鈕9，上刀模11快速回復(fù)原位。控制面板設(shè)置兩個(gè)啟動(dòng)按鈕10，必須同時(shí)按下兩個(gè)啟動(dòng)按鈕10，防止誤操作造成人身傷害；還配置緊急按鈕9，緊急異常情況處理，操作人員坐在裝置操作面，放料完成后只需雙手按下啟動(dòng)按鈕10，即可實(shí)現(xiàn)電池片分切，勞動(dòng)強(qiáng)度低；不會(huì)像切紙刀分切那樣疲勞后分切精度更低的情況。

在啟動(dòng)按鈕10和電源按鈕8都接通后，系統(tǒng)開(kāi)始工作，從控制面板輸入輸送帶電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)和增壓缸的運(yùn)行參數(shù)，由輸送電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)步距來(lái)確定增壓缸的工作頻率，每切割完成一次，輸送帶向前轉(zhuǎn)動(dòng)一定的距離后，增壓缸帶動(dòng)上刀模11再次下刀。

本發(fā)明的裝置實(shí)施過(guò)程如下：檢查機(jī)臺(tái)狀態(tài)、打開(kāi)電源-->松開(kāi)緊急按鈕9-->選取適合的上下刀模-->將電池片放置于下刀模上進(jìn)行定位-->雙手分別按鈕操作按鈕-->氣液增壓缸1推動(dòng)上刀模11下降進(jìn)行分切-->上刀模11退回-->傳送帶運(yùn)動(dòng)-->取出分切好的電池片，并進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。

上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種非實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場(chǎng)合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書(shū)所限定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。