数控稳恒张力的多丝切片机的制作方法

文档序号:2003293阅读:199来源:国知局
专利名称:数控稳恒张力的多丝切片机的制作方法
技术领域 本实用新型涉及板材切割机械领域,具体为一种数控稳恒张力的多丝切片机。

背景技术
硅片切割是太阳能光伏产业主导材料晶体硅片生产的上游关键技术,切割的质量与规模直接影响到整个产业链的后续生产。目前,硅片切片较多采用内圆切割和自由磨粒的多丝切割。内圆切割是传统的加工方法,材料的利用率仅为40%~50%左右,同时,由于结构限制,内圆切割无法加工200mm以上的大中直径硅片。多丝切割技术是近年来崛起的一项新型硅片切割技术,它通过金属丝带动碳化硅研磨料进行研磨加工来切割硅片。和传统的内圆切割相比,多丝切割具有切割效率高、材料损耗小、成本降低、硅片表面质量高、可切割大尺寸材料、方便后续加工等特点。但目前,多丝切割技术还存在着由于多丝切割的刀损在材料加工损耗中所占比例大,可达50%以上;材料的切屑粒微小、共存于研磨液中,分离成本高,切割效率下降等缺陷。

发明内容
为了克服现有技术的缺陷,提供一种高加工能力、高加工精度、高材料利用率的硅片切割机械,本实用新型公开了一种数控稳恒张力的多丝切片机。
本实用新型通过如下技术方案达到发明目的 一种数控稳恒张力的多丝切片机,包括底盘、机架、台车、工作台、切割辊、切割头架、导线轮、排丝绕线部和电器柜,其结构为底盘上有两条滑轨,台车置于滑轨上,滑轨之间固定有工作台,底盘后固定机架,工作台上方是切割头架,切割头架固定在机架的横梁上,切割头架下固定有切割辊,切割辊后部连接有排丝绕线部,排丝绕线部固定在机架的底座上,切割丝连接排丝绕线部的绕线轮和切割辊,机架后固定有电器柜。
所述的数控稳恒张力的多丝切片机,其结构为对绕有切割丝的排丝绕线部的绕线轮的张力差采用无压力传感器的恒张力控制系统进行PID动态运算,无压力传感器的恒张力控制系统由伺服电机、张力臂、摆轮、导轮组成。
所述的数控稳恒张力的多丝切片机,其结构为排丝绕线部摆轮的摆动范围为°0~65.0°。
所述的数控稳恒张力的多丝切片机,其结构为切割头架中安装伺服电机,通过多楔带传动带动切割主轴与切线轮旋转,切割丝由排丝绕线部经导入线轮导入,由导出线轮导出回排丝绕线部。
所述的数控稳恒张力的多丝切片机,其结构为切割辊上刻有十条的V形槽,切割丝嵌在V形槽内。
所述的数控稳恒张力的多丝切片机,其结构为切割辊共有40个,每10个共用一条主轴。
无压力传感器的恒张力控制系统的张力控制流程为读出张力臂值→判断钢丝是否断线→如钢丝未断线则计算张力臂角度偏差值→作PID运算→计算收/放卷转速→正常运行→判断切割是否完成,当钢丝行走时,由于给定张力和钢丝张力发生偏差时,收/放线张力臂摆动发生变化,编码器角度发生变化,当角度发生变化的值在某个范围时,PID进行运算并将PID运算的结果递加到收/放卷转速上,使收/放线张力臂摆动回到平衡位,PID运算分不完全微分和完全微分,不完全微分的PID运算公式在微分项的输入中加了一个一次延时过滤器的PID控制,其计算公式为 正向动作EVn=PVfn*-SV ΔMV=Kp{(EVn-EVn-1)+EVn+Dn} Dn=(PVfn-2PVfn-1+PVn-2)+Dn-1 MVn=∑ΔMV 反向动作 Evn==SV-PVfn* ΔMV=Kp{(EVn-EVn-1)+Evn+Dn} Dn=(-PVfn+2PVfn-1-Pven-2)+Dn-1 MVn=∑ΔMV 式中 Evn在当前采样时的偏差 Evn-1在上一采样周期中的偏差 SV设置值 PVfn当前采样时的测定值(过滤后) PVfn-1上一采样周期的测定值(过滤后) PVfn-2两个周期前采样周期的测定值(过滤后) ΔMV输出变化值 MVn当前操作值 Dn当前微分值 Dn-1上一个采样周期的微分项 TS采样周期 KP比例常数 Ti积分常数 Td微分常数 Kd微分增益 完全微分的PID运算是使用微分项的输入PID控制,其计算公式为 正向动作 Evn=PVfn*-SV ΔMV=Kp{(EVn-EVn-1)+Evn+Dn} Dn=(PVfn-2PVfn-1+PVfn-2) MVn=∑ΔMV 反向动作 Evn==SV-PVfn* ΔMV=Kp{(EVn-EVn-1)+EVn+Dn} Dn=(-PVfn+2PVfn-1-PVn-2) MVn=∑ΔMV 式中 Evn在当前采样时的偏差 Evn-1在上一采样周期中的偏差 SV设置值 PVfn当前采样时的测定值(过滤后) PVfn-1上一采样周期的测定值(过滤后) PVfn-2两个周期前采样周期的测定值(过滤后) ΔMV输出变化值 MVn当前操作值 Dn当前微分值 TS采样周期 KP比例常数 Ti积分常数 Td微分常数。
本实用新型使用时,将待切割的硅棒用台车送至工作台,由无压力传感器的恒张力控制系统进行PID动态运算控制切割丝的张力,实施平稳、高精度的切割。
本实用新型控制系统采用全数控技术,实现高精度超平稳地自上而下的切割方式。切割区电机,张力收放线地地电机全选用高性能伺服电机,响应快,调节反应灵敏。
本实用新型采用超大人机界面清晰明亮,操作方式凸现人性化,简便明确,简单易学。工作状态和故障显示一幕了然,方便维护管理。工作加工位置设计合理,装卸快捷,高灵敏的质量流量设计为研磨液的温度,流量,浓度提供保证。
本实用新型的有益效果是通过无压力传感器的恒张力控制系统达到了切割滚轮的主轴同步运行、主轴和放线轴、收线轴同步运行、切割丝张力在运行过程中保持一致、切割速度保持稳定的目的,同时具有良好的动态响应和高度可靠性,是一种高加工能力、高加工精度、高材料利用率的硅片切割机械。

图1是本实用新型的结构示意图。
图2是用本发明切割后的晶锭其各部位尺寸示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步说明本实用新型 实施例1 一种数控稳恒张力的多丝切片机,包括底盘1、机架2、台车3、工作台4、切割辊5、切割头架6、导线轮7、排丝绕线部8、电器柜9,如图1所示,具体结构是底盘1上有两条滑轨,台车3置于滑轨上,滑轨之间固定有工作台4,底盘1后固定机架2,工作台4上方是切割头架6,切割头架6固定在机架2的横梁上,切割头架6下固定有切割辊5,切割头架6中安装伺服电机,通过多楔带传动带动切割主轴与切线轮旋转,切割丝由排丝绕线部8经导入线轮导入,由导出线轮导出回排丝绕线部8,切割辊5后部连接有排丝绕线部8,排丝绕线部8固定在机架2的底座上,切割丝连接排丝绕线部8的绕线轮和切割辊5,机架2后固定有电器柜9。
对绕有切割丝的排丝绕线部8的绕线轮的张力差采用无压力传感器的恒张力控制系统进行PID动态运算,无压力传感器的恒张力控制系统由伺服电机、张力臂、摆轮、导轮组成。排丝绕线部8摆轮的摆动范围为0°~65.0°。
无压力传感器的恒张力控制系统的张力控制流程为读出张力臂值→判断钢丝是否断线→如钢丝未断线则计算张力臂角度偏差值→作PID运算→计算收/放卷转速→正常运行→判断切割是否完成。
当钢丝行走时,由于给定张力和钢丝张力发生偏差时,收/放线张力臂摆动发生变化,编码器角度发生变化,当角度发生变化的值在某个范围时,PID进行运算并将PID运算的结果递加到收/放卷转速上,使收/放线张力臂摆动回到平衡位,PID运算分不完全微分和完全微分,不完全微分的PID运算公式在微分项的输入中加了一个一次延时过滤器的PID控制,其计算公式为 正向动作EVn=PVfn*-SV ΔMV=Kp{(EVn-EVn-1)+EVn+Dn} Dn=(PVfn-2PVfn-1+PVn-2)+Dn-1 MVn=∑ΔMV 反向动作 Evn==SV-PVfn* ΔMV=Kp{(EVn-EVn-1)+Evn+Dn} Dn=(-PVfn+2PVfn-1-Pven-2)+Dn-1 MVn=∑ΔMV 式中 Evn在当前采样时的偏差 Evn-1在上一采样周期中的偏差 SV设置值 PVfn当前采样时的测定值(过滤后) PVfn-1上一采样周期的测定值(过滤后) PVfn-2两个周期前采样周期的测定值(过滤后) ΔMV输出变化值 MVn当前操作值 Dn当前微分值 Dn-1上一个采样周期的微分项 TS采样周期 KP比例常数 Ti积分常数 Td微分常数 Kd微分增益 完全微分的PID运算是使用微分项的输入PID控制,其计算公式为 正向动作 Evn=PVfn*-SV ΔMV=Kp{(EVn-EVn-1)+Evn+Dn} Dn=(PVfn-2PVfn-1+PVfn-2) MVn=∑ΔMV 反向动作 Evn==SV-PVfn* ΔMV=Kp{(EVn-EVn-1)+EVn+Dn} Dn=(-PVfn+2PVfn-1-PVn-2) MVn=∑ΔMV 式中 Evn在当前采样时的偏差 Evn-1在上一采样周期中的偏差 SV设置值 PVfn当前采样时的测定值(过滤后) PVfn-1上一采样周期的测定值(过滤后) PVfn-2两个周期前采样周期的测定值(过滤后) ΔMV输出变化值 MVn当前操作值 Dn当前微分值 TS采样周期 KP比例常数 Ti积分常数 Td微分常数。
本实用新型使用时,将待切割的硅棒用台车送至工作台,由无压力传感器的恒张力控制系统进行PID动态运算控制切割丝的张力,实施平稳、高精度的切割。
切割后晶锭的上中下尺寸偏差≤±0.2mm。如图2所示的晶锭,其水平方向即x方向上、中、下的尺寸分别为X1、X2和X3,垂直方向即y方向上、中、下的尺寸分别为Y1、Y2和Y3,任选25片,各尺寸具体数值如表一所示 表一切割后晶锭尺寸偏差(单位mm) 实施例2 一种数控稳恒张力的多丝切片机,切割辊5上刻有十条的V形槽,切割丝嵌在V形槽内,其他结构都和实施例1同。
权利要求1.一种数控稳恒张力的多丝切片机,包括底盘(1)、机架(2)、台车(3)、工作台(4)、切割辊(5)、切割头架(6)、导线轮(7)、排丝绕线部(8)和电器柜(9),其特征是底盘(1)上有两条滑轨,台车(3)置于滑轨上,滑轨之间固定有工作台(4),底盘(1)后固定机架(2),工作台(4)上方是切割头架(6),切割头架(6)固定在机架(2)的横梁上,切割头架(6)下固定有切割辊(5),切割辊(5)后部连接有排丝绕线部(8),排丝绕线部(8)固定在机架(2)的底座上,切割丝连接排丝绕线部(8)的绕线轮和切割辊(5),机架(2)后固定有电器柜(9)。
2.如权利要求1所述的数控稳恒张力的多丝切片机,其特征是对绕有切割丝的排丝绕线部(8)的绕线轮的张力差采用无压力传感器的恒张力控制系统进行PID动态运算,无压力传感器的恒张力控制系统由伺服电机、张力臂、摆轮、导轮组成。
3.如权利要求1所述的数控稳恒张力的多丝切片机,其特征是排丝绕线部(8)摆轮的摆动范围为0°~65.0°。
4.如权利要求1所述的数控稳恒张力的多丝切片机,其特征是切割头架(6)中安装伺服电机,通过多楔带传动带动切割主轴与切线轮旋转,切割丝由排丝绕线部(8)经导入线轮导入,由导出线轮导出回排丝绕线部(8)。
5.如权利要求1所述的数控稳恒张力的多丝切片机,其特征是切割辊(5)上刻有十条的V形槽,切割丝嵌在V形槽内。
6.如权利要求1所述的数控稳恒张力的多丝切片机,其特征是切割辊(5)共有40个,每10个共用一条主轴。
专利摘要本实用新型涉及板材切割机械领域,具体为一种数控稳恒张力的多丝切片机。一种数控稳恒张力的多丝切片机,包括底盘、机架、台车、工作台、切割辊、切割头架、导线轮、排丝绕线部和电器柜,其特征是底盘上有两条滑轨,台车置于滑轨上,滑轨之间固定有工作台,底盘后固定机架,工作台上方是切割头架,切割头架固定在机架的横梁上,切割头架下固定有切割辊,切割辊后部连接有排丝绕线部,排丝绕线部固定在机架的底座上,切割丝连接排丝绕线部的绕线轮和切割辊,机架后固定有电器柜。本实用新型是一种高加工能力、高加工精度、高材料利用率的硅片切割机械。
文档编号B28D5/04GK201559264SQ200920211430
公开日2010年8月25日 申请日期2009年10月28日 优先权日2009年10月28日
发明者卢建伟 申请人:上海日进机床有限公司
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