论文部分内容阅读
近年来,随着航天技术的快速发展,对航天器的加工制造技术提出了更高的要求。空间太阳电池阵贴装是航天器主电源加工制造流程中极重要的环节,贴装工艺是将空间太阳电池串组件用胶粘贴到电池基板上的加工过程。由于电池串组件是轻、薄、脆的柔性大尺寸构件,而且贴装用的胶是难以控制形状的粘性流体,所以贴装工艺的实现难度较大。在国内,空间太阳电池阵依然主要采用手工方式贴装,极大的限制了产品质量的提高。 本文研究后提出了一种适用于空间太阳电池阵的自动贴装工艺,从理论和实验两方面较系统的研究了自动贴装工艺机理,获得了可指导工程实践的重要结论,并使该自动贴装工艺成功地应用到工程实践中。具体研究内容包括如下几个方面: (1)调研分析相关领域的技术,提出了一种以非接触式丝网印刷涂胶技术为基础的自动贴装工艺; (2)提出了一种考虑刮板变形的非接触式丝网印刷模型,以该模型为基础对涂胶工艺机理展开研究:通过实验获得了贴装用粘合胶的本构模型;基于弹性力学理论分析刮板在印刷力作用下的变形,获得了刮板变形曲线方程;基于粘性流体力学理论分析丝网印刷过程中胶的流场形态,获得了丝网印刷涂胶理论厚度方程;采用CFD软件仿真丝网印刷工艺,验证了理论分析的结果;分析丝网印刷过程中的离网问题,获得了与丝网印刷均匀性相关的充分离网条件; (3)建立了布贴加压过程的挤压流模型,研究了布贴加压工艺机理:分析了胶在电池片挤压扩散过程中的流场形态,获得了胶的径向扩散速度方程和胶对电池片的反作用力;采用CFD软件对胶的挤压扩散过程进行了仿真验证;分析了与布贴加压工艺相伴随的气泡问题的产生原因和布贴过程中气泡的运动变化,分析了气泡的存在对太阳电池阵产品质量的影响,并结合试验给出了抑制气泡的若干种方法; (4)工艺参数分析与优化设计:通过对丝网印刷涂胶工艺和布贴工艺中参数的全局灵敏度分析,获得了影响涂胶和布贴质量的主要参数;结合空间太阳电池阵贴装技术要求对工艺参数进行了理论取值设计; (5)空间太阳电池阵自动贴装设备的设计制造:在完成了自动贴装工艺机理研究和参数分析与设计的基础上,设计开发了一套具有XYZR四自由度运动平台,包括组合式负压吸附抓取机构、非接触式丝网印刷涂胶机构和布贴加压机构的自动贴装系统,该系统在工程上实现了空间太阳电池阵的自动贴装工艺。在空间太阳电池阵自动贴装系统上进行的丝网印刷涂胶、布贴、加压实验进一步验证了工艺机理研究结论的合理性; 本研究的创造性贡献可归纳为以下三个方面: (1)基于粘性流体力学理论,提出了考虑刮板弯曲变形的非接触式丝网印刷工艺分析模型,获得了丝网印刷涂胶厚度方程和充分离网条件; (2)建立了布贴加压工艺的挤压流模型,获得了胶的挤压扩散速度方程和电池片的布贴阻力方程,为胶层形状设计提供理论依据,有效抑制了溢胶现象与气泡的发生; (3)对自动贴装涂胶和布贴工艺进行了全局参数灵敏度分析,获得了影响涂胶厚度、均匀性、胶的径向扩散速度、电池片的布贴阻力等的关键参数,完成了空间太阳电池阵自动贴装工艺参数的优化设计。 在博士论文工作的基础上,设计开发的空间太阳电池阵自动贴装系统已经通过验收。该系统具有涂胶速度快、胶层均匀的优点,胶层图案可根据需要灵活设计,有效的抑制了溢胶现象。该系统的负压吸附式抓取与布贴机构可以稳定可靠的抓取电池串组件,并能防止电池串组件变形。负压吸附工装在布贴后可以从机构本体上分离,对电池串组件持续加压,防止了电池串自变形的发生,有效的提高了布贴位置精度。抓取和布贴机构的组合式结构使得涂胶、布贴、加压可以同步进行,提高了系统的工作效率。