用于金刚线多晶硅片的三轴联动自动喷砂装置的制作方法

本实用新型涉及太阳能电池片技术领域，具体涉及用于金刚线多晶硅片的三轴联动自动喷砂装置。

背景技术：

以下对本实用新型的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本实用新型的现有技术。

随着我国太阳能产业的快速发展，太阳能电池片的需求量在不断的扩大，如何加工出低成本、高效率的核心原料—硅片成为行业亟待解决的的课题。目前，市场上用于制作太阳能电池片的硅片有砂浆线单晶硅片、砂浆线多晶硅片、金刚线单晶硅片，低成本的金刚线切割多晶硅片表面过于光滑，还不能用于太阳能电池片的制作。目前国内外对金刚线切割多晶硅片进行二次加工的技术有化学法的黑硅技术，但是该技术还处于试验阶段，并不能用于工业生产，同时黑硅技术也存在着占地面积大、环境污染严重、危化品职业、设备成本高等多种难题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种用于金刚线多晶硅片的三轴联动自动喷砂装置，能够自动化进行喷砂处理，加工质量均匀，一致性好，加工效率高，无环境污染问题。

根据本实用新型的用于金刚线多晶硅片的三轴联动自动喷砂装置，包括：竖向传动机构、横向传动机构、垂直传动机构、喷枪模组、砂泵、砂缸和控制器；其中，

竖向传动机构在控制器的控制下驱动金刚线多晶硅片进出喷砂区，包括：真空载台、传动轨道和Y轴驱动单元；其中，真空载台的上端面用于放置金刚线多晶硅片；传动轨道用于承载真空载台、并限定真空载台进出喷砂区的轨迹；Y轴驱动单元在控制器的控制下驱动真空载台沿着Y轴方向进出喷砂区；

横向传动机构设置在竖向传动机构上方，用于固定喷枪模组；横向传动机构在控制器的控制下沿着X轴方向往复运动；

垂直传动机构的输出端与横向传动机构连接，在控制器的控制下驱动横向传动机构沿着Z轴方向运动；

砂泵的一端与砂缸连接，另一端与喷枪模组连接，在控制器的控制下将砂缸中的磨液泵入喷枪模组的喷枪的进料孔；

控制器接收外部的操作指令；当操作信号为喷砂指令时：控制器根据喷砂指令生成控制信号，依据控制信号调整竖向传动机构、横向传动机构和垂直传动机构的位置，依据控制信号调整砂泵的喷射流量；

其中，X轴方向是指平行于金刚线多晶硅片、并与Y轴垂直的方向，Y轴方向是指金刚线多晶硅片进入喷砂区的方向，Z轴分别与X轴和Y轴垂直。

优选地，横向传动机构包括至少一根与X轴平行的横杆，喷枪模组包括至少一组喷枪，每根横杆上设置一组喷枪，所述喷枪能够在控制器的控制下沿着所述横杆移动。

优选地，喷枪模组包括至少一组喷枪，横向传动机构包括至少一个横板；所述横板上设置至少一条与X轴平行的横轨，每条横轨上设置一组喷枪，所述喷枪能够在控制器的控制下沿着所述横板移动。

优选地，在控制器的控制下，喷枪能够在任意方向上相对所述横向传动机构转动。

优选地，喷枪通过连接件与横向传动机构连接；

所述连接件固定地设置在横向传动机构上，或者所述连接件能够在控制器的控制下围绕其与横向传动机构的连接点转动；

喷枪设置在所述连接件上，并且能够在控制器的控制下围绕其与所述连接件的连接点转动。

优选地，横向传动机构的一端与X轴驱动单元连接；在控制器的控制下，横向传动机构能够在X轴驱动单元的驱动作用下沿着X轴方向往复运动。

优选地，喷枪上设置有进气孔，用于与高压气源连接。

优选地，在控制器的控制下，垂直传动机构能够在Z轴驱动单元的驱动作用下沿着Z轴方向往复运动。

优选地，Y轴驱动单元包括：传动轮、传送链或传送带、以及设置在传动链或传送带上的限位齿；其中，

传送链或传送带的运动方向与传动轨道平行，限位齿设置在传送链或传送带上；

传动轮设置在传送链或传送带的内圈，传动轮的外圈与传送链或传送带的内圈啮合，在控制器的控制下驱动传送链或传送带运动。

优选地，喷枪的数量以及相邻两个喷枪之间的距离满足如下关系：

n＝roundup(l/(s×m))×K_h

式中，n为喷枪数量；l为金刚线多晶硅片的边长，单位为mm；s为喷枪的摆动幅度，单位为mm；m为相邻两个喷枪之间的距离，单位为mm；K_h为经验系数，K_h取0.1～1000。

根据本实用新型的用于金刚线多晶硅片的三轴联动自动喷砂装置具有如下优点：

(1)对金刚线多晶硅片表面进行自动化喷砂处理，结构简单易操作，加工效率高；通过对硅片表面进行喷砂处理，能够改变硅片的表面微观形貌，使其能够直接用于制作太阳能电池片的制作。

(2)利用竖向传动机构、横向传动机构和垂直传动机构三轴联动实现多自由度数控调节，不仅能满足多种金刚线多晶硅片的加工需求，而且能严格控制切削深度和金刚线多晶硅片表面的微观结构，加工质量均匀，一致性好。

(2)喷枪模组的喷枪能够相对横向传动机构转动，调节喷砂角度，改变金刚线多晶硅片表面的微观结构。

(3)喷枪模组的喷枪上设置有与砂缸连接的进料孔和与高压气源连接的进气孔，通过改变喷射气压和喷射流量能够调节喷射效率。

(4)设备成本低、无环境污染问题。

附图说明

通过以下参照附图而提供的具体实施方式部分，本实用新型的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：

图1为根据本实用新型的三轴联动自动喷砂装置的结构图。

图2为根据本实用新型的真空载台的结构。

图3为根据本实用新型的喷枪模组的结构图。

图4为根据本实用新型的喷枪的结构图。

附图标记说明：10竖向传动机构、11传动轨道、12真空载台、121通孔、122限位块、123固定横条、13传动轮、14传动链、15限位齿、20横向传动机构、21横杆、30垂直传动机构、31竖杆、Z轴驱动单元32、40喷枪模组、41喷枪、411喷枪的进料孔、412喷枪的进气孔、42连接件、50砂泵、60砂缸。

具体实施方式

下面参照附图对本实用新型的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本实用新型及其应用或用法的限制。

金刚线切割多晶硅片表面过于光滑，为了解决金刚线切割多晶硅片表面过于光滑的问题，本实用新型对金刚线多晶硅片的表面进行喷砂处理。通过喷砂处理提高金刚线多晶硅片表面的粗糙度，使其能够直接用于制作电池片。

参见图1，根据本实用新型的用于金刚线多晶硅片的三轴联动自动喷砂装置，包括：竖向传动机构10、横向传动机构20、垂直传动机构30、喷枪模组40、砂泵50、砂缸60和控制器(图中未示出)。横向传动机构20设置在竖向传动机构10上方，用于固定喷枪模组40。垂直传动机构30的输出端与横向传动机构20连接，能够驱动横向传送机构20沿着Z轴方向往复运动。若靶距不合适，即横向传动机构上的喷枪与金刚线多晶硅片之间的垂直距离不合适，可以通过垂直传动机构30进行调节。控制器接收外部的操作指令；当操作信号为喷砂指令时，控制器根据喷砂指令生成控制信号，依据控制信号调整竖向传动机构、横向传动机构和垂直传动机构的位置。根据本实用新型的喷砂装置工作时，竖向传动机构10驱动金刚线多晶硅片进出喷砂区，控制器依据控制信号调整砂泵的喷射流量，并控制横向传动机构20上的喷枪模组40对金刚线多晶硅片进行喷砂处理。

竖向传动机构10包括：传动轨道11、真空载台12和Y轴驱动单元。真空载台12的上端面用于放置金刚线多晶硅片。喷砂处理过程中真空载台12内呈真空状态，金刚线多晶硅片被吸附在真空载台12的上端面；喷砂处理结束后，真空载台21内恢复至常压状态，此时便可将真空载台21上端面的金刚线多晶硅片取下。用于制作太阳能电池片的金刚线多晶硅片非常薄，脆性强、易碎，因此现有技术的固定方式不适于固定金刚线多晶硅片。本实用新型实施例中，真空载台12不仅能够固定金刚线多晶硅片，还能防止喷砂过程中不可控因素对金刚线多晶硅片的破坏，降低金刚线多晶硅片的破碎率。

在本实用新型的一些实施例中，真空载台12的上端面设置有通孔121，当真空载台12与真空源连通时，设置在真空载台12上端面的金刚线多晶硅片通过通孔121吸附在真空载台12上。喷砂处理过程中真空载台12内呈真空状态，真空载台12内的气体压力与真空载台12外的气体压力不同，通孔121处金刚线多晶硅片的受力情况与非通孔处金刚线多晶硅片的受力情况不同，因此喷砂处理过程中金刚线多晶硅片的受力情况不均匀。与非通孔处相比，通孔121处的金刚线多晶硅片容易沿着通孔121向真空载台12内部弯曲。若金刚线多晶硅片的不平整度较大，不仅影响其制作太阳能电池片的性能，还容易由于弯曲变形导致破碎，使喷砂处理的次品率升高。为了尽量避免由于受力不均匀导致的性能降低和次品率升高，应尽量降低通孔121的内径。此外，当真空载台12的上端面设置至少两个通孔121时，可以使该至少两个通孔均匀对称分布，以使金刚线多晶硅片的受力均匀。当真空载台12上端面通孔121的数量较多时，通孔121可以按照圆形、方形或其他形状从真空载台12上端面的中心向外辐射，本实用新型对真空载台12上端面通孔121的分布方式不作具体限定，任何能够实现通孔121目的的通孔数量和分布方式均应视为本实用新型的保护范围。通孔121的横截面形状可以根据喷砂要求和设计需要进行设计，例如将通孔121的横截面设计成由弧线和/或线段组成的封闭图形。

若真空载台12上端面所有通孔121的横截面积之和过小，则真空载台12对金刚线多晶硅片的吸附力过小，使得金刚线多晶硅片不稳定；若真空载台12上端面所有通孔121的横截面积之和过大，会降低真空载台12内的抽真空速度，增加喷砂装置的启动时间，从而降低喷砂装置的产能。因此，可以采用较小的通孔孔径和较多的通孔。真空载台12上端面通孔121的数量可以根据喷砂要求和设计需要进行确定，例如真空载台12上端面通孔121的数量可以为一个、两个或更多个。

金刚线多晶硅片在真空载台12的上端面固定不动，真空载台12载控制器的控制下沿着传动轨道11进出喷砂区，喷枪模组40按照设定的移动路径进行喷砂，以保证金刚线多晶硅片上端面喷砂均匀。若金刚线多晶硅片在真空载台12上表面发生位移，容易使金刚线多晶硅片的部分位置偏离出喷砂范围，影响该部分的喷砂效果，甚至无法喷砂。金刚线多晶硅片的偏移还会使部分砂浆未喷射到金刚线多晶硅片上便直接进入真空载台12内，造成砂浆浪费。基于此，可以在真空载台12上端面设置限位块122，参见图2。限位块123不仅能够防止金刚线多晶硅片在真空载台12上端面移动，还能限制金刚线多晶硅片在真空载台12上端面的一个侧边或多个侧边的位置，便于快速定位金刚线多晶硅片。

为了提高喷砂装置的产能，每个真空载台12可以承载多个金刚线多晶硅片，例如每个真空载台包括至少两个承载区，每个承载区承载一个金刚线多晶硅片。图2中，真空载台12包括一个承载区。

在其他条件相同的条件下，真空载台12的容积越大，达到相同真空度的时间越长。为了尽量减小抽真空的时间和喷砂装置的启动时间，以提高喷砂装置的产生，可以根据真空源的气体流量和喷砂过程对喷砂装置启动时间的要求确定与每个真空源对应的真空载台12的数量。当真空载台12的容积较大时，与每个真空源对应的真空载台12的数量可以为一个；当真空载台12的容积较小时，与每个真空源对应的真空载台12的数量可以为两个或多个。真空载台12的数量以及真空源的气体流量由设备的产能确定。如图2所示，真空源对应三个真空载台12。可以在真空载台12上设置固定横条123。通过固定横条123将多个真空载台12连接固定，能够避免由于载台之间有相对位移而导致的喷砂效果不一致的情况。

传动轨道11用于承载真空载台12、并限定真空载台12进出喷砂区的轨迹。Y轴驱动单元在控制器的控制下驱动真空载台12沿着Y轴方向从传动轨道11的上料端进入喷砂区，经过喷枪模组40喷砂处理后移动至传动轨道11的下料端，从真空载台12上取下金刚线多晶硅片或者将真空载台12从传动轨道11上取下。在本实用新型的一些实施例中，Y轴驱动单元包括：传动轮、传送链或传送带、以及设置在传动链或传送带上的限位齿。传送链或传送带的运动方向与传动轨道平行，限位齿设置在传送链或传送带上，传动轮设置在传送链或传送带的内圈，传动轮的外圈与传送链或传送带的内圈啮合。如图1所示，传动轮13载控制器的控制下驱动传送链14运动，传动链14运动过程中限位齿15驱动真空载台12沿着传动轨道11的方向进出喷砂区。若仅采用传动轨道11，则需要额外的传动部件驱动真空载台21移动。若仅采用传动链14，传动链14会在重力作用下弯曲，一方面不便于准确控制真空载台12上端面的金刚线多晶硅片与喷枪模组40之间的靶距，另一方面，当喷枪模组40对固定在真空载台12上端面的金刚线多晶硅片进行喷砂时，喷砂的冲击会进一步增加真空载台12上端面的金刚线多晶硅片与喷枪模组40之间的靶距，影响喷砂效果。本实用新型实施例同时采用传动轨道11和传动链14，不仅能够驱动真空载台12沿着固定的轨道进出喷砂区，还能够准确控制真空载台12上端面的金刚线多晶硅片与喷枪模组40之间的靶距，提高喷砂处理效果。

真空载台12沿着传动轨道11运动的过程中受到来自传动轨道11的摩擦力，真空载台12对传动轨道11的压力越大，其所受到的摩擦力越大。当真空载台12运动至喷砂1区时，喷砂的冲击作用会增加真空载台12对传动轨道11的压力和真空载台12受到的摩擦力，使得真空载台12的移动速度降低，从而延长了真空载台12上端面的金刚线多晶硅片的喷砂处理时间，使得金刚线多晶硅片表面的加工深度过大，降低了采用该金刚线多晶硅片制作的太阳能电池片的可承受压力。此外，过大的摩擦力还会加速真空载台12和传动轨道11的磨损，降低其使用寿命。为了尽量降低真空载台12与传动轨道11之间的摩擦力，传动轨道11上均匀间隔地设置有垂直于传动轨道11的滚动单元(图中未示出)。

喷砂处理结束时，可以将真空载台12内的磨液回收至砂缸60。例如，真空载台12内恢复至常压状态后人工倒出其中的磨液。当然，为了自动化收集磨液，也可以在回收容器(图中未示出)上设置回收孔(图中未示出)，当喷砂处理结束时，通过回收孔回收回收容器内的磨液。当外泄磨液较多时，若回收容器的容积较小，回收容器无法完全收集外泄的磨液，造成磨液浪费，提高喷砂装置的喷砂成本。基于此，可以通过回流管(图中未示出)将回收容器与砂缸60连通。喷砂处理过程中，外泄的磨液进入回收容器，然后通过回流管自动回流至砂缸60中。采用回流管实时回流回收容器内的磨液，能够防止由于回收容器载台容积过小导致的外泄磨液收集不完全，避免磨液浪费和喷砂装置污染，降低喷砂成本。

横向传动机构20设置在竖向传动机构10上方，用于固定喷枪模组40。横向传动机构20能在控制器的控制下沿着X轴方向往复运动。喷枪模组40将砂浆喷射在金刚线多晶硅片表面形成砂斑在喷砂过程中，喷枪模组40沿着垂直于真空载台运动方向的往复运动不仅能够提高金刚线多晶硅片表面的喷砂均匀性，还能缩短喷砂时间。

在本实用新型的一些实施例中，横向传动机构20包括至少一根与X轴平行的横杆21，喷枪模组40包括至少一组喷枪，每根横杆21上设置一组喷枪，喷枪能够在控制器的控制下沿着横杆21移动，如图1所示。在本实用新型的另一些实施例中，喷枪模组40包括至少一组喷枪，横向传动机构20包括至少一个横板；横板上设置至少一条与X轴平行的横轨，每条横轨上设置一组喷枪，喷枪能够在控制器的控制下沿着横杆移动。通过喷枪沿着横杆21的往复运动调整喷枪模组40在X轴方向的位置。

砂浆喷射到金刚线多晶硅片表面，在金刚线多晶硅片表面形成砂坑。喷砂方向不同，砂坑形态不同，所得金刚线多晶硅片表面的围观结构也不同。喷枪模组40沿着垂直于金刚线多晶硅片表面的方向喷砂时，形成垂直的砂坑，采用这种喷砂方式的金刚线多晶硅片制作太阳能电池片时，太阳光在太阳能电池片内部的停留时间较短，太阳能电池的效率较低。为了尽量提高太阳能电池的效率，可以使太阳能电池片表面砂坑的结构尽量复杂，例如，使太阳能电池片表面的砂坑呈倒三角结构。为此，在本实用新型的一些实施例中，在控制器的控制下，喷枪模组40的喷枪41能够在任意方向上相对横向传动机构20转动，从而改变喷砂角度，提高喷砂效果。

为了便于改变喷枪41的角度，根据本实用新型的优选实施例，喷枪41通过连接件42与横向传动机构20连接。如图3所示，连接件42设置在横向传动机构20的横杆21上，连接件42可以固定地设置在横杆21上，连接件42也可以能够围绕Y轴方向相对其与横向传动机构的连接点转动。喷枪41设置在连接件42上，并且能够围绕其与连接件42的连接点转动。

砂泵50的一端与砂缸60连接，另一端与喷枪模组40连接.砂缸60中的磨液通过砂泵50泵入喷枪模组40的喷枪41的进料孔411，由喷枪41将磨液喷射在金刚线多晶硅片的表面。为了进一步提高喷射的均匀性，喷枪41上设置有与高压气源连接的进气孔412，如图4所示。

横向传动机构20的横杆21或横板可以设置成可伸缩式的，通过控制器调节横杆或横板的伸缩长度，进而调节喷枪模组40在X轴方向的位置。当然，也可以将横向传动机构20的一端与X轴驱动单元连接，在控制器的控制下，通过X轴驱动单元驱动横向传动机构20沿着X轴方向往复运动。

垂直传动机构30的输出端与横向传动机构20连接，用于在控制器的控制下驱动横向传动机构20沿着Z轴方向运动。垂直传动机构30可以设置成可伸缩式的，通过控制器调节垂直传动机构30的伸缩长度来调节喷枪模组40的靶距。当然，也可以将垂直传动机构30的一端与Z轴驱动单元连接，在控制器的控制下，通过Z轴驱动单元驱动垂直传动机构30沿着Z轴方向往复运动。

本实用新型中以喷砂时金刚线多晶硅片的中心为坐标原点、金刚线多晶硅片进入喷砂区的方向为Y轴方向，金刚线多晶硅片上垂直于Y轴的方向为X轴方向，Z轴分别于X轴和Y轴垂直。喷枪模组40的喷枪41与金刚线多晶硅片之间的垂直距离定义为靶距。喷枪的数量越多，达到相同加工深度所需的喷砂时间越短；相邻两个喷枪之间的距离越小，加工均匀性越好。根据本实用新型的优选实施例，喷枪的数量以及相邻两个喷枪之间的距离满足如下关系：

n＝roundup(l/(s×m))×K_h

式中，n为喷枪数量；l为金刚线多晶硅片的边长，单位为mm，例如l小于200mm；s为喷枪的摆动幅度，单位为mm，例如s＝0.1mm～100mm；m为相邻两个喷枪之间的距离，单位为mm，例如m小于100mm；K_h为经验系数，K_h取0.1～1000。

本实用新型还提供了三轴联动自动喷砂装置在对于金刚线多晶硅片进行喷砂中的应用。

与现有技术相比，本实用新型不仅能够改变金刚线多晶硅片表面的微观结构使其适于制作太阳能电池片，大大提高了金刚线多晶硅片的使用范围、降低了太阳能电池片的制作成本，还能自动化完成喷砂过程，操作简单，加工精度和一致性好，碎片率低，产能高。

虽然参照示例性实施方式对本实用新型进行了描述，但是应当理解，本实用新型并不局限于文中详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本领域技术人员可以对所述示例性实施方式做出各种改变。