用于光伏组件接线盒盖的自动安装和检视机的制作方法

1.本发明涉及一种光伏组件的产线设备，尤其涉及一种光伏组件产线靠后制程环节中用于自动安装接线盒盖并检视安装达标与否的单体成型机具。


背景技术：

2.随着环境保护的呼吁越来越强烈，逐步开展碳减计划，国家正在逐渐改变传统的发电模式，增加新能源、清洁能源的发电比例。其中太阳能光伏发电得到了迅猛的发展，以期望满足日益迅速发展的新能源汽车的推广。
3.光伏组件是指具有封装及内部联结的，能单独提供直流电输出的，最小不可分割的光伏电池组合装置，由太阳能电池片或由激光切割机或钢线切割机切割开的不同规格的太阳能电池组合在一起构成，其可以利用光能直接转变为电能。从基本结构组成来看，其是由高效晶体硅太阳能电池片、超白布纹钢化玻璃、eva、透明tpt背板及铝合金边框组成。而其完整的生产过程需要经历多达数十项的制程环节，并在每个环节中通过高标准的质量监控方能满足严苛的品质要求。
4.由于光伏组件的设计初衷和直接应用场景与电相关，因此成品状态下在背向太阳能电池片一侧会成型有多个用于总线对接的接线盒。在众多的制程环节中，当光伏组件完成整体封装后，还需要对引线穿接接线盒、灌胶封装并用盒盖将之完全封闭。以往，在该光伏组件的产线中，接线盒盖通常由人工作业进行安装和品检，但需要投入的人力巨大，且易于因操作不当导致对产品玻片的破坏。为提高效率并节省人力，也有部分功能相对简易的接线盒盖安装机台。但由于功能设计的局限性，接线盒盖安装过程中错漏频发，例如盒盖安装不到位、压损接线盒等情况，且品检工作仍无法完全实现自动化，制约了产线效率的提升。


技术实现要素：

5.本发明的目的旨在提出一种用于光伏组件接线盒盖的自动安装和检视机，解决对应产线中接线盒盖装接及品检作业的完全自动化问题。
6.本发明实现上述目的的技术解决方案是，用于光伏组件接线盒盖的自动安装和检视机，其特征在于包括：主机架，由金属杆件组装而成、空心方形的支撑框架，且主机架自下而上至少设有载料层、作业层和顶盖层；供料单元，接设于主机架旁侧，并通过缓存皮带线接入主机架内腔的作业层表面，向作业层传送两种以上接线盒盖；线体单元，接设于主机架的载料层与作业层之间用于光伏组件上料、归正及下料；机器人单元，设有固定装接于作业层的气控模组及六轴机械臂，且六轴机械臂末端设有移动定位部和用于夹取接线盒盖并按压装接的机械手夹具组，所述气控模组用于提供机械手夹具组吸附、夹持、释放接线盒盖的动力控制和真空度检测；
顶升单元，集成于线体单元中且位于光伏组件背侧正对接线盒，受控气动压靠接线盒底侧或释放压力；检测相机单元，在主机架的作业层以上空间分布接设有一个以上的相机组，并用于采集空盖状态下各接线盒的俯视图像、装接盒盖状态下各接线盒的俯视图像及侧视图像，且全部图像信号输入工控机；工控单元，基于主机架分布装接有信号相连的工控机、气源处理器、机器人集成电柜和人机交互部，所述气源处理器通过气管接入各单元的气缸受控驱动，所述人机交互部用于面向工控机编程及参数设定并对外展示整机的运行状态，所述工控机接入各单元的伺服电机输出驱动信号，并对接收自检测相机单元的图像参照预存的合格图像比对判定盒盖安装达标程度。
7.上述用于光伏组件接线盒盖的自动安装和检视机，进一步地，所述线体单元中设有驱动电机及相对光伏组件幅面均匀分布所设的两组以上输送线，每组输送线设有主动轮组、从动轮组及套接于两轮组上的同步带，所述同步带受驱承托光伏组件上料及下料；并且线体单元中包括对应光伏组件输送终点定位且动态设置的阻挡组件，以及对应光伏组件中心定位而成对动态设置的归正组件，且归正组件在输送线运行状态下受气缸驱动间距增大，在输送线停运且光伏组件上料状态下受气缸驱动并拢并压靠光伏组件的对侧边框。
8.上述用于光伏组件接线盒盖的自动安装和检视机，进一步地，所述线体单元中设有信号接入工控机的读标贴组件，用于识别光伏组件的产品信息并留作与其初始和安装状态信息打包整合的基础数据。
9.上述用于光伏组件接线盒盖的自动安装和检视机，进一步地，所述机械手夹具组设有探针组件和两组以上夹具，其中探针组件用于检测接线盒中灌胶的固化状态，并且每组所述夹具至少设有微型压力传感器、压缩弹簧、矩形弹簧、真空气路块、真空吸盘、压块安装板及其双向成对接设的长压块和短压块；所述接线盒盖通过真空吸盘吸附取料，通过两对压块夹合，通过六轴机械臂移载及向下送盖，通过两对压块压接，通过微型压力传感器感应安装压力，并通过气控模组感应接线盒盖脱离真空吸盘与否。
10.上述用于光伏组件接线盒盖的自动安装和检视机，进一步地，所述移动定位部为由一个发射器和若干接收器组成的红外感应模组，所述发射器装接于机械手夹具组随动并朝向正下方射出红外线，所述接收器分布设于缓存皮带线末端及接线盒旁侧的作业层。
11.上述用于光伏组件接线盒盖的自动安装和检视机，进一步地，所述移动定位部为由一个第三相机组和若干定位标贴组成的相机定位模组，所述第三相机组装接于机械手夹具组随动并朝向正下方采集图像，所述定位标贴分布设于缓存皮带线末端及接线盒旁侧的作业层。
12.上述用于光伏组件接线盒盖的自动安装和检视机，进一步地，所述主机架在对应上料、归正的光伏组件的接线盒上空设有立式安装板，且基于立式安装板接设有第一横向驱动模组和第一相机组，其中第一横向驱动模组至少由电缸模组、伺服电机、拖链及连接板组装而成，所述连接板受伺服电机及电缸模组驱动横向移动，且行程限位于沿电缸模组长度向分布而设的光电开关；所述第一相机组设有与连接板一体装接的立架，且基于立架接设有相机、镜头及环形光源，所述第一相机组横向移动遍历各接线盒并采集各状态下的俯视图像。
13.上述用于光伏组件接线盒盖的自动安装和检视机，进一步地，所述主机架在平行于接线盒分布方向的作业层上设有水平安装板，且基于水平安装板接设有第二横向驱动模组和第二相机组，其中第二横向驱动模组至少由电缸模组、伺服电机、拖链及变向转接板组装而成，所述变向转接板受伺服电机及电缸模组驱动横向移动，且移动行程覆盖所有接线盒长度方向的侧壁；所述第二相机组基于变向转接板接设有相机、镜头，且在接线盒远离第二横向驱动模组的另一旁侧、顺应接线盒分布方向设有若干条光源，所述第二相机组横向移动遍历各接线盒，并采集装接盒盖状态下各接线盒在点亮状态下条光源的侧投影图像。
14.上述用于光伏组件接线盒盖的自动安装和检视机，进一步地，所述主机架在周边及顶侧、底侧分布装接有若干静态侧板及活动启闭的侧门，所述人机交互部择一集成于其中一扇侧门，且设有显示器、按钮开关、钥匙开关、usb接口、急停开关、鼠标及可隐藏翻启式的输入键盘。
15.应用本发明的自动安装和检视机，具备显著的进步性：通过整机配置的供料单元、线体单元、机器人单元、检测相机单元和工控单元的功能整合，实现了光伏组件从上料、归正、产品识别、盒盖供料安装及品质检视到下料的全自动作业，完全解放了人力投入，且有利于生产效率提升和装接品质一致化；特别地，通过面向接线盒在安装盒盖前后不同状态、多视角的实时图像采集，并通过工控机图像比对的品检作业，提升了接线盒盖安装的成品品质，能避免发生翘曲变形、安装不紧密而增加的成品打包互损风险及产品再制成本。
附图说明
16.图1是本发明用于光伏组件接线盒盖自动安装和检视机的去壳总装结构示意图。
17.图2是图1所示机具中线体单元组合顶升单元双视角下的特写结构示意图。
18.图3是图1所示机具中机器人单元及其局部细节的结构示意图。
19.图4是图1所示机具中检测相机单元及其局部细节的结构示意图。
具体实施方式
20.以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握，从而对本发明的保护范围做出更为清晰的界定。
21.如图1至图4所示，是本发明用于光伏组件接线盒盖的自动安装和检视机优选实施例总装及各主要功能单元的局部结构示意图。该机具的设计旨在解决对应产线中接线盒盖装接及品检作业的完全自动化问题，衔接前道接线盒灌胶及后道其它工序。从概述的结构组成和功能设计来看，其包括：
①
、主机架1，由金属杆件组装而成、空心方形的支撑框架，且主机架自下而上至少设有载料层11、作业层12和顶盖层13；实际情况下基于该主机架还设有诸多挡板、侧板、侧门等，构成整体大体封闭状的中型工作机台。但该些与本机具功能实现无直接关联及必要性，故省略图示和详述。
②
、供料单元2，接设于主机架1旁侧，并通过缓存皮带线21接入主机架内腔的作业层12，向作业层传送两种以上接线盒盖91。
③
、线体单元3，接设于主机架1的载料层11与作业层12之间用于光伏组件8上料、归正及下料，具体操作及功能实现后文详述。
④
、机器人单元4，设有固定装接于作业层12的气控模组41及六轴机械臂42，且六轴机械臂42末端设有移动定位部44和用于夹取接线盒盖并按压装接的机械手夹具组43，该气控模组41用于提供机械手夹具组43吸附、夹持、释放接线盒盖的动力控制和
真空度检测。
⑤
、顶升单元5，集成于线体单元3中且位于光伏组件背侧正对接线盒9，受控气动压靠接线盒底侧或释放压力。
⑥
、检测相机单元6，在主机架的作业层12以上空间分布接设有一个以上的相机组，并用于采集空盖状态下各接线盒的俯视图像、装接盒盖状态下各接线盒的俯视图像及侧视图像，且全部图像信号输入工控机。
⑦
、工控单元7，基于主机架分布装接有信号相连的工控机71、气源处理器72、机器人集成电柜73和人机交互部74，其中气源处理器通过气管接入各单元的气缸受控驱动，人机交互部用于面向工控机编程及参数设定并对外展示整机的运行状态，而作为核心的工控机则接入各单元的伺服电机输出驱动信号，并对接收自检测相机单元的图像参照预存的合格图像比对判定盒盖安装达标程度。
22.基于以上概述的结构组成及单元功能设计可见，该机具针对光伏组件整体、接线盒盖分别提供自动化的供料、上料、卸料作业，且基于机器人优化设计其末端所装接的机械手夹具组，在高精度定位的空间移载基础上，进一步利用该优化部分实现接线盒盖的取料、对位、安装压接及自检安装效果，避免经本机卸料的光伏组件半成品发生不良，即接线盒盖压接紧密度不足等；同时该机具基于作业层优化面向接线盒盖的图像采集附件，全方位地提升该接线盒盖安装在不同工艺阶段、不同空间分布、不同视角下的可靠性检视，以此能够保障光伏组件半成品下料即优品，提高加工效率及品质。
23.为更深入的理解以上各单元的功能实现，以下从更进一步细化的特征阐述如下。
24.首先，从实现光伏组件8自动上料、归正及下料的功能来看，如图2所示的优选实施例中，该线体单元3中设有驱动电机311及相对光伏组件幅面均匀分布所设的两组以上输送线31a、31b。基于两组输送线的结构共性，以其中一组输送线31a为例标识可见，其设有主动轮组312、从动轮组313及套接于两轮组上的同步带314。图示可见，每组输送线实为双同步带传送，即由驱动电机带动一组两个、两组四个主动轮转动，则主动轮组得以同步驱动，使得半成品上料稳定性提高。为保障接线盒盖安装的精度可靠性，光伏组件上料后还需要中心定位，其具体实现方式则依靠单侧阻挡及对侧归正。具体地，该线体单元3中包括对应光伏组件输送终点定位且动态设置的阻挡组件32，以及对应光伏组件中心定位而成对动态设置的归正组件33。该阻挡组件成对设置且沿光伏组件一侧边均匀分布，以提供稳态的限位支撑；在上料阶段阻挡组件气动受驱向上升起，升高幅度满足在光伏组件前进方向上对其进行阻挡，而在完成接线盒盖安装并检测后的下料阶段，则阻挡组件气动受驱下降，且降低幅度满足光伏组件能继续向前传送，脱离线体单元。而归正组件非但相对光伏组件一对侧边成对设置，且相对光伏组件任一侧也设有轴对称分布的一对活动导轮，也便于归正动作时稳态抵靠光伏组件的边框。通常情况下，光伏组件的上料、下料需要释放周边外力限制，因此上述归正组件33在输送线运行状态下受气缸34驱动间距增大，而在输送线停运且光伏组件上料状态下受气缸驱动并拢并压靠光伏组件的对侧边框。
25.鉴于接线盒盖安装时是面向光伏组件表面单侧施压的，而光伏组件半成品本身较薄、支撑力欠佳，如缺乏背侧支撑则安装作业易于造成玻片劈裂损伤。因此，基于该线体单元设置上述顶升单元5，对应接线盒分布定位并由气缸驱动。在机械手夹具组实施盒盖装接作业时顶起接触接线盒盖背侧的光伏组件表面，辅助提供可靠的支撑力。而在无需进行装接作业或装接作业结束后，即可退回与光伏组件表面分离，从而不干涉其它时段的光伏组件上、下料活动。并且，通常光伏组件具有若干型号分类，故存在较为明显的规格尺寸差异及接线盒分布位置，如图2所示中光伏组件8a、8b等。由此作为自动化设备的安装和检视机
具，工控机预设有对应不同型号半成品的接线盒盖安装程序。而线体单元3中设有信号接入工控机的读标贴组件35，且该读标贴组件用于识别光伏组件的产品信息。通常，随着产品逐一上料并按程序进行接线盒盖安装，在对接线盒初始和安装盒盖后两个状态下的检测下将同步获得检测结果信息，作为自动化产线的工况管理基础，该产品信息与检测结果信息将直接关联，并在工控机中打包整合、向后台的mes系统传输存储。
26.其次，从实现接线盒盖的供料、取料、安装的流转过程功能来看，如图3所示，上述机械手夹具组43设有一个探针组件431和两组以上夹具。实际实施时，在图示的两个位置上均可装接探针组件，其通常用于检测接线盒中灌胶的固化状态。当利用移动定位部实现对位后向下输出探针，在灌胶固化情况下，探针的向下行程轻易受限则反馈灌胶固化的检测结果；而在灌胶仍未固化情况下，探针的向下行程因阻力减低而变长则反馈灌胶未固化的检测结果；而当前光伏组件产品中涉及的接线盒盖规格就多达两种，故为满足安装效率，实现对应一个光伏组件半成品仅一次取料即可满足安装要求，故实施例中选择装接三组夹具，并且仅标识了其中间位置的夹具432b。以上各组夹具的结构组成及规格完全相同，以增大应对各种规格接线盒盖的适配性。故如图3右下角所示，其一组夹具中至少设有微型压力传感器4321、压缩弹簧4322、矩形弹簧4323、真空气路块4324、真空吸盘4325、压块安装板4326及其双向成对接设的长压块和短压块4327（统一标记）。在上述气控模组受工控机的上位控制并对夹具进行直接驱动的基础上，就该夹具的功能实现来看，该接线盒盖通过真空气路块4324中所设真空吸盘4325吸附取料，通过六轴机械臂42移载及向下送盖，通过两对压块4327压接，通过微型压力传感器4321感应陡增变化的安装压力，并通过气控模组41感应接线盒盖脱离真空吸盘与否。在以上功能描述的基础上，该接线盒盖的实际取料、流转、安装和检测的具体过程为：在六轴机械臂的移载和定位下，夹具在缓存皮带线上吸取接线盒盖，并转至对应需装接的接线盒顶部；而后通过视觉检测接线盒溢胶、漏胶状态，利用探针下压测试灌胶固化情况，在检测结果正常下驱动夹具靠近接线盒，将接线盒盖略微倾斜地插到接线盒的一侧槽口中，再由压块施压使接线盒盖放平，将接线盒盖压入接线盒的另一侧槽口，完成扣盖。
27.这里涉及一种对接线盒是否完成盒盖安装的真空检测操作。通常接线盒盖与接线盒的结合具有过盈配合或卡扣结合，因此接线盒盖正常安装完成后相对牢固，上述真空吸附力将不足以完成拆盖操作。故而当夹具脱离接线盒盖后真空密封得以破坏，气控模组能及时感知脱离结果。而当接线盒盖未正常安装时，随着被六轴机械臂带起，接线盒盖仍保持与夹具吸附状态，则气控模组在夹具抬升状态下并未感知脱离，以此可触发示警或提示工控机转入安装补救的控制程序进行二次安装。
28.该机器人单元中，对于六轴机械臂的位移控制主要由工控单元中所设机器人集成电柜73实现，但为满足夹具在取料及安装上的定位需求，其还设有互动感应的移动定位部。对于多轴机械臂的移动定位在本领域的设备制造中已广泛成熟应用，故此这里仅简单举例说明。其一可以是由一个发射器和若干接收器组成的红外感应模组，该发射器装接于机械手夹具组中随动并朝向正下方射出红外线，而接收器分布设于缓存皮带线末端及接线盒旁侧的作业层，则当机械手夹具组带动靠近接收器所对应的定位点时，通过接收器与发射器交互光信号能自动导向并在竖向对准。
29.除此之外，其二也可以是由一个第三相机组和若干定位标贴组成的相机定位模
组，第三相机组装接于机械手夹具组随动并朝向正下方采集图像，而定位标贴分布设于缓存皮带线末端及接线盒旁侧的作业层。通过第三相机组靠近各定位点、识别定位标贴并修正夹具位置；通过遍历识别各定位标贴满足不同规格接线盒盖的取料和面向接线盒的定位安装。
30.再者，从实现接线盒盖安装效果视觉检测的功能来看，本发明给安装和检视机提供了检测相机单元多种可选的实施方案。如图4所示，该主机架1在对应上料、归正的光伏组件的接线盒上空设有立式安装板14，且基于立式安装板14接设有第一横向驱动模组61和第一相机组62。其中第一横向驱动模组61至少由电缸模组611、伺服电机612、拖链613及连接板614组装而成。该连接板614受伺服电机612及电缸模组611驱动可横向移动，且行程限位于沿电缸模组长度向分布而设的光电开关615。该第一相机组62设有与连接板614一体装接的立架621，且基于立架621接设有相机622、镜头623及环形光源624。该第一相机组62能够横向移动遍历各接线盒9并采集各状态下的俯视图像，主要检视对象为空盖状态下的接线盒内灌浆状态，检视项目为接线盒中是否有溢胶或灌胶不足；或者检视对象为装接盒盖状态下的接线盒整体，俯视视角下其检视项目包括是否存在漏盖、位置偏差或盒盖规格错误等。
31.同样如图4所示，该主机架1在平行于接线盒分布方向的作业层12上设有水平安装板15，且基于水平安装板15接设有第二横向驱动模组63和第二相机组64。其中第二横向驱动模组63至少由电缸模组631、伺服电机632、拖链634及变向转接板634组装而成，且该变向转接板634受伺服电机632及电缸模组631驱动可横向移动，且移动行程覆盖所有接线盒长度方向的侧壁。该第二相机组64基于变向转接板634接设有相机641、镜头642，且在接线盒远离第二横向驱动模组的另一旁侧、顺应接线盒分布方向设有若干条光源643。该第二相机组64横向移动遍历各接线盒9，并采集装接盒盖状态下各接线盒在点亮状态下条光源的侧投影图像。这里对于检视项目而言，当接线盒盖准确装接时，其表面将保持水平状态，无单边翘曲、无缝隙漏光、侧投影图像中遮挡光阀高度也将与预设一致；而如果所得侧投影图像无法满足以上任意一点，则表面接线盒盖装接有误，对此工控机将根据预设程序响应处理。
32.作为另一可选的较佳实施方式，当以上机器人单元所设移动定位部为相机定位模组时，在满足工控机编程的时隙容量条件下，充分利用六轴机械臂的多轴可动能力，该相机定位模组可同时取代上述检测相机单元，从不同视角全方位地采集接线盒盖装接前后的实时图像，进而简化工控机的控制对象范围及输出指令。
33.除以上各主要单元构件的结构组成及功能介绍外，上述主机架1在周边及顶侧、底侧分布装接有若干静态侧板及活动启闭的侧门，以便于设备维保或检修之需。而上述人机交互部74择一集成于其中一扇侧门，便于工作人员对工控机进行参数设定、编程等操作及查询整机运行状态和历史记录。该人机交互部主要设有显示器741、按钮开关742、钥匙开关743、usb接口744、急停开关745、鼠标746及可隐藏翻启式的输入键盘747。
34.综上关于本发明用于光伏组件接线盒盖的自动安装和检视机方案介绍及实施例详述可见，较之于现有技术的机具设备，本发明具备突出的实质性特点，并带来了显著的进步性：通过整机配置的供料单元、线体单元、机器人单元、检测相机单元和工控单元的功能整合，实现了光伏组件从上料、归正、产品识别、盒盖供料安装及品质检视到下料的全自动作业，完全解放了人力投入，且有利于生产效率提升和装接品质一致化；特别地，通过面向
接线盒在安装盒盖前后不同状态、多视角的实时图像采集，并通过工控机图像比对的品检作业，提升了接线盒盖安装的成品品质，能避免发生翘曲变形、安装不紧密而增加的成品打包互损风险及产品再制成本。
35.除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求保护的范围之内。