一种单晶硅立式单棒开方机的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及晶硅切割技术领域，具体涉及一种单晶硅立式单棒开方机。
【背景技术】
[0002]单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定形硅，然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅。熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。单晶硅也称硅单晶，是电子信息材料和光伏行业中最基础性材料，属半导体材料类。单晶硅已渗透到国民经济和国防科技中各个领域。
[0003]传统开方机采用立式开方，首先将棒料用胶粘接在晶托上，然后利用电磁技术将晶托吸在托盘上，然后切割机头从上至下进行切割。每次切割16根或25根棒料，需要使用若干根切割线，穿线比较复杂，硅棒的粘接及下料占用大量人工及时间，切割完成后机头无法直接退回，需要将线网剪断才能将托盘拉出进行下料，下料时还要对棒料进行脱胶处理，切割时间长，线网剪掉后不可重复利用，造成了耗材的浪费，下次切割需要重新穿线。总体来说，传统单晶硅开方机工艺复杂，辅助时间长，人工成本高，生产效率低，线耗较高，穿线困难，操作不便。
[0004]现在，国家极度重视新能源的开发及应用，并投入大量资金对光伏行业进行扶持，国内单晶硅的需求不断增加，国外先进的设备制造厂商已经提出了制造单晶硅的自动化生产线，而开方机在生产线中占有非常重要的一个环节，它承担着将截断的圆棒加工成方棒的任务，以便于下道工序进行磨削，每次切割时需要对硅棒进行粘接和脱胶，给自动化实现带来了困难。同时在开方工序前后的截断工序、磨削工序，加工时棒料都是卧式摆放，而传统的设备是立式摆放，也是实现自动化生产线的一大阻碍。
【发明内容】
[0005]本发明解决的技术问题是提供一种立式切割、不粘胶、不剪线网、自动对晶线、自动上下料、四面同时切割、效率高的单晶硅立式单棒开方机。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为:
[0007]—种单晶硅立式单棒开方机，包括切割室、布线室、上下料装置、电气室，所述切割室包括用于切割单个娃棒的切割头、用于支撑娃棒下端的娃棒支撑座和用于对娃棒上端进行压紧固定的硅棒压紧机构，所述硅棒压紧机构包括压紧支架、固定在压紧支架上的伸长杆、固定在伸长杆上的用于与硅棒连接的压紧座，所述伸长杆上设有供所述切割头的线网穿过的开槽。娃棒支撑座安装在切割室底部，支撑娃棒下端，压紧座压紧娃棒的顶端，实现了单晶硅棒的立式装夹，无须对硅棒进行粘接和脱胶，解决了粘胶费时费力的问题。线网从下往上运动实现对硅棒的切割，线网运动到伸长杆处，继续向上，到达开槽，将硅棒的位置让开，方便硅棒下料，有利于自动化的实现。同时，采用立式切割，切割完后边皮会自动掉落，不会造成崩边。
[0008]如上所述的单晶硅立式单棒开方机，所述切割头包括线网安装架和安装于线网安装架上的被动切割轮组件、主动切割轮组件、换向轮组件，切割线经过主动切割轮组件、换向轮组件和被动切割轮组件走线形成井字形线网，所述切割头通过切割头驱动机构驱动实现切割头的上下往复运动。将切割线在切割轮上形成井字形线网，井字形布置，从下往上进行切割，可同时切割四个面，一次切割就可完成开方，实现了单晶硅棒的高效切割，并且不需剪线网。在切割室下方设置接料盒，当一次切割完成后，边皮受重力作用会自动掉落到接料盒中。
[0009]如上所述的单晶硅立式单棒开方机，所述压紧支架固定在第一滑块上，所述第一滑块与竖直安装的第一直线导轨滑动连接。压紧支架可上下移动来适应不同长度的棒料。
[0010]如上所述的单晶硅立式单棒开方机，所述硅棒支撑座上设有用来压紧硅棒边皮的多个夹紧气缸。优选的夹紧气缸为四个，均匀分布在硅棒的周围，夹紧气缸的缸体固定在硅棒支撑座上，夹紧气缸的活塞杆上固定挡块，活塞杆垂直设置，活塞杆驱动挡块向上运动对边皮进行压紧。硅棒支撑座安装在切割室底部，支撑硅棒下端，装有四个夹紧气缸来压紧边皮，形成五点支撑，适应硅棒截面不平整的情况。
[0011]如上所述的单晶硅立式单棒开方机，所述上下料装置包括支承架、运输至少一根硅棒的上下料小车装置、安装在支承架上的机械手行走装置、及安装在机械手行走装置上的机械手和带动机械手上下运动的升降装置，所述机械手行走装置包括横向行走装置和纵向行走装置，所述机械手包括用于夹紧硅棒的夹紧机构和用于带动夹紧机构俯仰动作的俯仰机构。升降装置安装在机械手行走装置上，机械手安装在该升降装置上，机械手行走装置带动升降装置动作实现机械手的横向移动和纵向移动，升降装置实现机械手的上下移动。机械手又包括了夹紧机构和俯仰机构，实现了对棒料的夹紧和俯仰，实现棒料的夹紧、放开，以及棒料的90°旋转。通过上下料装置实现上下料的自动化，节省了切割准备时间和人力成本，切割前后利用机械手将棒料旋转90°，使棒料在上下料时卧式摆放，适应了自动化生产线的需求。
[0012]如上所述的单晶硅立式单棒开方机，所述支承架上设有检测有无硅棒的至少一个传感器，传感器的安装位置与上下料小车装置上的各硅棒位置一一对应。
[0013]如上所述的单晶硅立式单棒开方机，为了形成井字形线网，所述布线室包括主体框架和安装于主体框架上的对称设置的两套布线装置，每套布线装置包括绕线总成、排线装置、张力机构。采用两组布线装置同时布线，一组供应一根切割线，两根切割线在切割头处走线形成井字形线网，穿线简单。
[0014]如上所述的单晶硅立式单棒开方机，所述绕线总成包括绕线支座、安装于绕线支座上的收放线线筒、与收放线线筒连接的收放线筒驱动机构、安装在收放线筒下方的用于制动收放线筒的制动装置。所述排线装置包括线性模组、通过排线滑座安装在线性模组滑块上的排线轮、与线性模组连接且用于驱动排线轮运动的排线轮驱动机构、用于切割线导向的小滑轮组件。利用线性模组代替以往的直线滚珠丝杠和直线导轨分开固定的结构，减少了对直线导轨于直线滚珠丝杠平行度的要求，同时，线性模组操作简单，将直线滚珠丝杠和直线导轨固定在一起，排线精度较高，且使用的寿命也相对较长。
[0015]如上所述的单晶硅立式单棒开方机，还包括用于检测硅棒晶线位置的晶线检测装置，所述晶线检测装置包括用于固定硅棒的装夹工位、用于带动硅棒沿硅棒轴线旋转的硅棒旋转机构和用于检测晶线的检测元件。由于以往的开方机采用人工上下料，它们都是采用人工检测晶线的方法，效率低。采用本晶线检测装置，装夹工位将硅棒固定，硅棒旋转机构带动娃棒旋转360°，检测元件采用机械接触式检测元件，娃棒旋转过程中，检测元件测得四条晶线在一个截面内的位置，通过数学模型分析计算，把硅棒旋转到均匀对齐的状态上。并且可与棒料切割同时进行，待上一棒料切割完成下料后，此棒料即可就位进行切割，同时下一棒料就可以开始对晶线，实现了高效切割。
[0016]如上所述的单晶硅立式单棒开方机，优选的，为了硅棒的立式装夹更加牢固，切割室内的硅棒一端固定一端浮动，所述伸长杆与压紧座通过多个夹头浮动连接，夹头的一端通过弹簧与伸长杆连接，夹头的另一端与压紧座固定并穿出压紧座表面，夹头在压紧座表面形成多个凸起，这些凸起在压紧座表面分散布置，可以与单晶硅硅棒的圆锥形顶端形成多点固定，固定更加牢固，实现棒料上端的浮动压紧。
[0017]本发明的技术效果为:本发明棒料竖直放置，通过硅棒支撑座和硅棒压紧机构夹紧硅棒，解决了粘胶费时费力的问题，降低人工成本;线网井字形布置，从下往上进行切割，并且同时切割四个面，切割效率高，线耗低不必剪线网，加工成本低;采用立式切割，切割完后边皮会自动掉落，不会造成崩边;通过机械接触式检测元件，在棒旋转360°的过程中，测得四条晶线在一个截面内的位置，通过数学模型进行析计算，把硅棒旋转到均匀对齐的状态，可实现自动对晶线，并且可与棒料切割同时进行