Bei der Herstellung von Solarmodulen im brandenburgischen Conergy-Werk setzen vier Roboter Zellen zu Matrizen zusammen. Die präzise Lage-Erkennung der Zellen übernehmen dabei Smart Kameras integriert am Lötkopf des Roboters. Displacement-Sensoren sorgen für hohe Qualität in der Endmontage durch exakte Vermessung der Schutzfolien-Kantenlage.

Das Unternehmen Conergy fertigt in seinem Solarwerk in Frankfurt/Oder Photovoltaik-Module mit einer Jahresleistung von 250 MW. Dazu laufen auf einer Gesamt-Produktionsfläche von 35.000 m² fünf voll-automatisierte Linien mit mehr als 40 Industrie-Robotern von ABB. Die Solarzellen kommen aus der Zell-Fertigung in den Produktionsbereich Modulfertigung und werden dort den fünf parallel arbeitenden Produktionslinien zugeführt. Dort werden sie in den sogenannten Stringern vollautomatisch zu Zellenketten (Strings) verbunden. Die Quer-Verschaltung der einzelnen Strings zu einer Matrix - dem eigentlichen Photovoltaikmodul - übernehmen je vier Roboter vom Typ IRB 1600. Bei diesem Arbeitsschritt kommt es vor allem auf Präzision an.

Smart Kamera führt Lötkopf
Zwei der vier Roboter sind mit speziellen Saug-Greifern ausgerüstet und handhaben die Lötunterlagen, Isolationsfolien und Lötbänder. Die beiden anderen führen je einen Lötkopf, an dem eine Smart Kamera IVC-2D integriert ist. Mithilfe der Kameras können die Roboter die Folien und Lötbänder genau ablegen und die Lötpunkte exakt positionieren. Die zweidimensional erfassende Industrial Vision Camera von Sick bietet Auflösungen von 640x480 bis 1.024x768 Bildpunkten. Sie kombiniert neueste Bildverarbeitungs-Technologie mit einer leistungsstarken Programmbibliothek zur Bildauswertung. Es stehen über 100 Software-Tools zur Verfügung, mit denen Zeichen, Zahlen und Logos erkannt werden. Geometrien, Größen oder Designs - die Kamera kann über die grafische Programmieroberfläche exakt auf die jeweilige Aufgabenstellung und ihre Randbedingungen bei der Objekterkennung eingestellt werden. Das robuste und kompakte Gehäuse ist für industrielle Umgebungen konstruiert. Neben drei frei programmierbaren Eingängen plus einem Trigger-Eingang sowie drei frei programmierbaren Schaltausgängen bietet die IVC-2D für den schnellen und unkomplizierten Aufbau eines Kommunikations-Netzes eine Fast Ethernet-Anbindung für die Daten- und Parameter-übertragung an die Maschinensteuerung. Gelobt wurde von ABB Automation neben der Präzision die einfache Programmierung, die hohe Fremdlichtsicherheit sowie die Tatsache, dass die IVC-2D zum Betrieb keine weitere Rechner- oder PC-Unterstützung benötigt.

Kantenlage genau vermessen
Alle 100 Sekunden verlässt ein fertig gelötetes und verschaltetes Modul die Roboterzelle über eine Fördertechnik. Im nächsten Prozessschritt werden dann eine Schutzfolie aus Ethylen-Vinyl-Acetat - auch EVA-Folie genannt - und eine witterungsbeständige Kunststoffverbundfolie aufgelegt. Danach durchlaufen je ­Linie vier Module zwei Laminatoren, in denen das Solarglas, die Zellen und die Folien in etwa 17 Minuten bei 150 °C zu einem festen, wetterbeständigen Verbund „verbacken" werden. Sind diese Laminate auf Raumtemperatur abgekühlt, erfolgt nach dem Laminieren durch einen weiteren Roboter das sogenannte Edgetrimming - das Abschneiden der über die Modulkante stehenden Folienreste. Hierzu entnimmt der Roboter das verkapselte Solarmodul, legt es ab und vermisst auf wenige µ genau die Kantenlagen - mit Hilfe eines Displacementsensor OD MAX. Bei der Baureihe OD MAX handelt es sich um Hochpräzisions-Abstandsensoren in vier Varianten für Arbeitsabstände von 24 bis 26 mm, 25 bis 35 mm, 65 bis 105 mm und 250 bis 450 mm. Die CMOS-Sensoren eignen sich für die Qualitätskontrolle und für präzise Positionier-Aufgaben, da sie eine Mess-Genauigkeit von 0,1 % des Messbereichs aufweisen. Geringste Distanzänderungen bzw. Höhensprünge werden vom Sensor µ-genau erkannt, wie die Kanten der Solarmodule vor dem Entfernen der überstehenden Folienreste.
Die sich aus der hochgenauen ­Vermessung der Kantenlage durch den OD MAX ergebenden Positionsdaten des Moduls werden von der Robotersteuerung zur Führung der Schneidwerkzeuge genutzt, so dass ein exakter Beschnitt der überstehenden Folienreste direkt an der Glaskante des Moduls sichergestellt ist. Das sorgfältige Schneiden ist für die Qualität des Solarmoduls entscheidend, da eine Beschädigung der Folie das Eindringen von Feuchtigkeit zur Folge hat. Im vorletzten Prozessschritt werden die Solarmodule in verwindungssteife und extrem wetterfeste Modulrahmen eingesetzt. Im letzten Schritt erhält das fast versandfertige Modul noch eine Anschlussdose und wird auf seine Leistungsdaten getestet.

Sensorlösungen aus einer Hand
Damit automatisierte Herstellungsprozesse für Solarzellen wie bei Conergy ein Höchstmaß an Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit erreichen, bietet das Gesamtportfolio von Sick - neben der IVC-2D und dem OD MAX - aus einer Hand weitere Sensorlösungen. Beispiele hierfür sind optoelektronische, elektromagnetische sowie Ultraschall-Sensoren in Handlingssystemen, aber auch Lösungen zur Identifikation von Solarzellenboxen, Solarmodulen oder einzelner Solarzellen. Hinzu kommen Kamerasensoren wie der Inspector, z. B. für die Kantenbruchkon-trolle an Solarzellen, sowie Machine Vision-Lösungen für Inspektionsaufgaben rund um Solarzellen. Darüber hinaus sorgen elektromechanische oder optoelektronische Sicherheitssysteme - allen voran der Kamerasensor V300 WS und eine neue, kompakte Lichtgitter-Generation - z. B. an teil-automatisierten Bearbeitungsstationen wie auch an voll-automatischen Roboterzellen für eine optimale Kombination von Sicherheit, Verfügbarkeit und Ergonomie.