Роботизированная лазерная очистка солнечных панелей
ООО «Энкор Груп» обратились к нам с задачей очистки паллет для солнечных панелей. Для решения проблемы мы создали роботизированную ячейку лазерной очистки, которая увеличила эффективность процесса в 6 раз. Весь цикл очистки автоматизирован, а для управления достаточно всего одного оператора.
Проблематика
«Энкор Груп» входит в состав «Юнигрин Энерджи» – компании полного цикла в области возобновляемых источников энергии. Промышленный комплекс «Энкор» производит компоненты для солнечной энергетики: уникальные фотоэлектрические преобразователи, кремниевые пластины и слитки.
При производстве солнечных панелей ПК «Энкор» используют ITO-покрытие (оксид индия-олова) – прозрачный проводящий электрод, который собирает ток с солнечных ячеек.
ITO-покрытие на паллете
На производстве «Энкор» ITO-покрытие напыляется на кремниевые пластины в вакуумной камере, куда они помещаются в многоразовых нержавеющих металлических паллетах размером 2×3 м. Внутри камеры оксид индия-олова равномерно оседает и на пластины, и на паллеты, создавая тонкое (около 10 нм) покрытие.
Оксид индия-олова обладает высокой пористостью и гигроскопичностью. Попадая на металлические паллеты, он мешает эффективной работе вакуумной камеры, так как является накопителем воды, каждый лишний атом которой увеличивает время откачки и замедляет весь цикл производства. Чтобы этого избежать, необходимо раз в 100 циклов очищать паллеты от оксида.
Процесс лазерной очистки паллет от ITO-покрытия
Почему лазер?
Для очистки на производстве «Энкор Груп» ранее использовали ультразвуковые ванны, заполненные очищающей жидкостью. При этом снятое покрытие оседало на нижних частях паллет и затвердевало после высыхания.
К недостаткам ультразвуковой чистки можно отнести:
- Увеличенный объем загрязнений на нижних частях паллет;
- Регулярные расходы на реагенты и обслуживание ванны;
- Большая длительность процесса и высокое энергопотребление;
- Сложности с утилизацией отработавших материалов.
Преимущества лазерной очистки перед ультразвуковой:
- не производит опасные отходы в процессе работы;
- не требует постоянных затрат на дополнительные материалы;
- равномерно снимает загрязнение;
- работает эффективнее и быстрее, потребляя при этом меньше энергии.
Решение
Добиться этого можно использованием автоматизированных решений – они исключают человеческий фактор, избавляют работников от монотонных действий и уменьшают количество брака на производстве.
Лазерная очистка
Для решения данной задачи был выбран лазерный источник VPG LaserOne мощностью
1 кВт.
Очистка выполняется с помощью лазерной односканаторной головы, разработанной инженерами Pokkels.
Ширина обрабатываемой зоны варьируется от нескольких миллиметров до десятков сантиметров на разных участках, поэтому необходимо изменять ширину развертки луча и корректировать под нее остальные параметры лазера. Для лазерного комплекса была создана программа, переключающая заранее подобранные режимы и синхронизированная с движением робота.
Для каждого режима установлена длительность импульса, ширина луча и мощность. Целью было получить наибольшую энергию одиночного импульса при высокой скорости обработки.
Результат: на очистку паллеты 2×3 м с двух сторон уходило 54 мин, на очистку с одной стороны – 27 минут.
Робот KUKA
Специально для задачи «Энкор Груп» наши специалисты разработали для робота программную часть, состоящую из двух компонентов:
- Программа двусторонней очистки
- Программа безопасного перемещения робота в домашнюю зону
Стороны паллеты не идентичны, поэтому для каждой мы создали отдельную программу очистки. В программах предусмотрено разное позиционирование манипулятора по высоте для удержания фокуса на поверхности паллеты при перепадах, разная скорость и траектория движения манипулятора для наиболее эффективной очистки.
Промышленные роботы по окончании работы возвращаются в домашнюю зону по самой короткой и эффективной траектории, игнорируя препятствия. В данном случае рядом с зоной работы робота находится опора винта ШВП – она отвечает за вертикальное перемещение стола для паллет. Вторая программа задает безопасную траекторию движения робота, чтобы он не получил повреждения от соударения.
Робот KUKA в работе
На манипуляторе также закреплена вытяжка, которая улавливает частицы загрязнений, защищает оптику и персонал.
Пульт управления
Весь комплекс функционирует самостоятельно. Оператору достаточно в правильном положении установить восемь паллет в накопитель и закрыть ворота. Для запуска не нужно вникать в сложные технические нюансы – достаточно нажатия одной кнопки на сенсорной панели.
- ПО собственной разработки на русском языке
- интуитивно понятное управление
- простой минималистичный интерфейс
- индикация процессов и состояния оборудования
Рядом находятся блоки управления вытяжкой и роботом. Они настроены на необходимые режимы и готовы сразу же приступать к очистке.
Пульт управления установкой лазерной очистки
Управление роботом и вытяжкой
Накопитель и податчик паллет
Перед запуском оператор помещает паллеты в накопитель согласно инструкции. После запуска стол-податчик извлекает загрязненную паллету из накопителя, автоматически переворачивает во время очистки и возвращает паллету в накопитель. Чистка паллеты осуществляется за 54 минуты. Следовательно, очистка всех семи паллет из накопителя занимает примерно одну рабочую смену.
Накопитель паллет
Безопасность
- Рабочая зона робота огорожена и имеет два входа: ворота со стороны накопителя для удобной загрузки паллет и дверь рядом с рабочим местом оператора. Все входы оборудованы концевиками, размыкающими цепь при открытии двери. То есть, как только человек открывает дверь, система экстренно останавливает работу лазера и робота.
- Вытяжка оснащена HEPA-фильтрами и закреплена на лазерной голове. Она моментально улавливает частицы покрытия, чтобы не допустить попадания оксида в организм человека и внутрь оборудования. Здесь же установлена дополнительная вытяжка, очищающая воздух внутри ограждения.
- На общей панели управления предусмотрена кнопка экстренного выключения, а запуск системы возможен только при наличии авторизованного ключа.
Рабочая зона робота - вид снаружи
Контроллер собственной разработки
В центре системы — контроллер. Он незаметно для пользователя управляет всеми вышеперечисленными элементами: лазером, роботом, аспирацией и пневматикой. Контроллер хранит всю информацию о времени переключения режимов лазера, синхронизирует ее с движением робота, отдает команды податчику о замене или перевороте паллеты.
Результаты
ООО «Энкор Груп» получили роботизированную ячейку лазерной очистки, не требующую дополнительных трат, расходных материалов и частого технического обслуживания. Благодаря этому:
- Частота очистки уменьшилась в 6 раз;
- Затраты на расходные материалы снизились до нуля;
- Снизились расходы на эксплуатацию;
- Человеческий фактор исключился.
