一种硅棒装卸料装置上部结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种硅棒装卸料装置上部结构，包括设置于夹持臂上部的轴向平移控制装置，轴向平移控制装置包括两根轴向导轨，夹持臂上端部通过配合结构可滑动地配合在轴向导轨上，还包括固定于轴向导轨架一端的轴向移动伸缩控制机构和一个平衡架，平衡架两端可滑动地配合在轴向导轨上，平衡架下部固定设置有一个平衡用流体伸缩缸，平衡用流体伸缩缸的伸缩臂水平伸出并抵接在夹持臂上端部侧面上，平衡用流体伸缩缸及其伸缩臂上方还对应水平设置有一根平衡用挂接杆，所述轴向移动伸缩控制机构和平衡架相连并用于控制平衡架沿轴向导轨平移。本实用新型具有结构简单，能够控制夹持臂轴向平移控制力矩平衡，提高夹持臂控制稳定性和可靠性等优点。
【专利说明】
一种硅棒装卸料装置上部结构
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种硅棒开方设备，具体涉及一种硅棒装卸料装置上部结构。
【背景技术】
[0002]目前，随着社会对绿色可再生能源利用的重视和开放，光伏太阳能发电领域越来越得到重视和发展。光伏发电领域中，采用太阳能电池将太阳能转化为电能实现发电，通常的晶体硅太阳能电池是在厚度160?200μπι的高质量硅片上制成的，这种硅片从提拉或浇铸的硅锭后通过多线锯切割而成。
[0003]现有硅片的制作流程，一般是先将多晶硅脆状材料提拉为单晶硅棒，然后采用开方机进行开方;此时，切割机构沿硅棒长度方向进给并在硅棒周向上切割出四个两两平行的平面，使得硅棒整体呈类长方体形;开方完毕后，再采用多线切片机沿长度方向对开方后的娃棒进行切片，得到所需娃片。
[0004]其中，现有的开方机，均是一次性能够完成多根硅棒开方切割的结构设计，例如本行业通常使用的梅尔博格公司、重庆四和晶工、重庆源启、大连连城、上海日进等生产的硅棒开方机，能够一次性完成对十六根娃棒的切割开方。但是这种现有的娃棒开方机，虽然切割机构一次进给能够完成多根硅棒的切割，但是由于硅棒根数较多，切割机构中切割线在布置走线时需要经过很多罗拉(即转轮)转向，使其工作时能耗损失较大，降低了切割效率，为了保证切割效果，切割机构进给速度通常很慢，一般只能达到1.3?3.0mm/min。故整体切割效率实际并不高，且为了保证切割稳定性，通常只能实现500mm长度以内的硅棒开方。同时，硅棒开方后对应后续切片处理的切片机通常也只适用于500mm长度以内的硅棒进行切片，能够保证切片质量。
[0005]但随着目前光伏领域的发展和技术的成熟，现有的较为先进的多线切片机，已能够适用于更长硅棒的切片处理，由于硅棒在切片机中切片时两端会报废部分长度的废料，故通常硅棒长度越长，切片机切片的整体效率才会越高。所以对于本领域技术人员，有必要研发一种能够适用于较长硅棒开方的开方机，使其能够获得更长的开方硅棒，以提高后续切片机的切割效率，降低硅片生产的整体成本。
[0006]为了解决上述问题，
【申请人】曾设计了一种单晶硅棒单根开方机并申请了ZL201520832200.3的专利，该开方机，包括机座，固定设置在机座上的单晶硅棒固定机构、切割机构和放排线机构;所述切割机构包括切割机头、布置在切割机头上的多个用于张紧切割线切割段的切割轮、多个用于实现过渡或导向的过渡导向轮、至少一套用于张紧切割线的张紧装置和一根切割线，切割线绕接在过渡导向轮、张紧装置和切割轮上且两端连接回放排线机构，其特征在于，所述单晶硅棒固定机构用于固定单根硅棒，所述切割机头和进给机构相连并能够靠进给机构控制实现对硅棒的开方。本实用新型具有结构简单，切割效率高，能够实现较长单晶硅棒切割的优点，能够获得更长的开方硅棒，以提高后续切片机的切割效率，降低了硅片生产的整体成本。
[0007]但该单晶硅棒单根开方设备中，还存在以下缺陷需要考虑解决:1、实现硅棒顶紧固定的装置中，依靠两个固定在基座上的安装座并在一个安装座上靠液压油缸构成活动夹持部和另一个安装座上的固定夹持部配合实现硅棒顶紧，顶紧过程控制性和精确性较差，同时该液压缸夹紧的结构中难以再增设硅棒夹持切割后旋转以方便开方后卸顶部边料等功能。2、开方切割后，切割下的边料无法单独卸料。3、切割机头结构中，各切割轮一致性较差导致切割精度较差。4、切割完毕后边料直接掉落容易撞击损伤设备其他构件或伤及工人。5、切割前后依靠人工装卸料，操作难度大，人工效率低。
[0008]为了解决上述装卸料问题，
【申请人】考虑设计了一种硅棒开方机装卸料装置，其特点在于，包括竖向设置的夹持臂，夹持臂下端设置有夹持机构，夹持机构包括一对相对设置的夹持爪，夹持爪上端设置有夹持爪滑块并可滑动地配合在夹持臂上水平设置的夹持爪导轨上，夹持爪相对的内侧面为整体呈内凹形状的夹持面，所述夹持爪滑块上端铰接设置有一个连杆，连杆上端斜向内延伸并铰接在一个夹持用流体伸缩缸的竖直向下的伸缩臂上，夹持用流体伸缩缸安装固定在夹持臂上;夹持机构上端还设置有用于控制夹持机构升降的升降机构;所述夹持臂上部还设置有用于控制夹持臂沿被夹持硅棒轴向移动的轴向平移控制装置，以及用于控制夹持臂沿被夹持硅棒径向水平移动的径向平移控制装置。这样，靠升降机构实现升降，靠夹持机构实现夹持，靠轴向平移控制装置和径向平移控制装置控制实现水平移动，方便实现装卸料。夹持机构中，靠一个斜向设置的连杆将竖向伸缩传动转化为水平移动实现夹持爪的夹紧，结构简单巧妙且保证了夹持稳定可靠。
[0009]但其中，在设计装卸料装置上部结构时还需要进一步考虑怎样解决夹持臂轴向平移控制力矩不平衡容易产生侧翻，导致控制稳定性和可靠性差的问题。
【实用新型内容】
[0010]针对上述现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是:怎样提供一种结构简单，能够控制夹持臂轴向平移控制力矩平衡，提高夹持臂控制稳定性和可靠性的硅棒装卸料装置上部结构。
[0011]为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案:
[0012]—种硅棒装卸料装置上部结构，包括设置于夹持臂上部的用于控制夹持臂沿被夹持硅棒轴向移动的轴向平移控制装置，以及用于控制夹持臂沿被夹持硅棒径向水平移动的径向平移控制装置;其特征在于，轴向平移控制装置包括轴向导轨架，轴向导轨架上表面水平并列安装有两根轴向导轨，夹持臂上端部通过配合结构可滑动地配合在轴向导轨上，轴向平移控制装置还包括固定于轴向导轨架一端的轴向移动伸缩控制机构和设置于夹持臂上端部和轴向移动伸缩控制机构之间的一个平衡架，平衡架两端可滑动地配合在轴向导轨上，平衡架下部固定设置有一个平衡用流体伸缩缸，平衡用流体伸缩缸的伸缩臂水平伸出并抵接在夹持臂上端部侧面上，平衡用流体伸缩缸及其伸缩臂上方还对应水平设置有一根平衡用挂接杆，平衡用挂接杆一端固定在夹持臂上端部上表面，另一端具有向下折向的延伸部并靠延伸部挂接在平衡架上，所述轴向移动伸缩控制机构和平衡架相连并用于控制平衡架沿轴向导轨平移。
[0013]这样，上述轴向平移控制装置的结构能够更好地实现夹持臂的轴向平移控制，特别是平衡架的设置，能够靠杠杠原理抵消平移施力时产生的力矩，避免夹持臂侧翻，保证了平移的稳定性和可靠性。
[0014]进一步地，所述轴向移动伸缩控制机构包括一个轴向移动用电机，轴向移动用电机的输出轴连接有一根轴向移动用丝杠，轴向移动用丝杠前端配合在平衡架上的一个轴向移动用螺母上。这样，方便实现平移位置的精确控制。
[0015]进一步，所述径向平移控制装置，包括径向导轨架，径向导轨架上表面水平并列安装有两根径向导轨，所述轴向导轨架的两端通过配合结构可滑动地配合在径向导轨上，径向平移控制装置还包括固定于径向导轨架一端的径向移动用电机，径向移动用电机输出轴连接有一根径向移动用丝杠，径向移动用丝杠前端配合在一个径向移动用螺母上，径向移动用螺母安装固定在轴向导轨架上。这样方便实现径向平移且能够提高径向平移位置控制的精确性。
[0016]综上所述，本实用新型具有结构简单，能够控制夹持臂轴向平移控制力矩平衡，提高夹持臂控制稳定性和可靠性等优点。
【附图说明】
[0017]图1为一种采用了本实用新型结构的单晶硅棒单根开方系统整体结构示意图。
[0018]图2为图1中，单独硅棒固定机构以及切割机构和切割下料装置部分的立体结构示意图。
[0019]图3为图2的正视方向剖视图。
[0020]图4为图3中单独圆圈处的局部结构放大示意图。
[0021]图5为图1中单独切割机构的结构示意图。
[0022]图6为图5中单独主动轴部分的结构示意图。
[0023]图7为图5中单独从动轴部分的结构示意图。
[0024]图8为图1中单独切割下料装置部分的结构示意图。
[0025]图9为图1中单独装卸料装置的结构示意图。
[0026]图10为图9中单独机械臂下部夹持圆形硅棒时的示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合一种采用了本实用新型结构的单晶硅棒单根开方系统及附图对本实用新型作进一步的详细说明。
[0028]最优实施方式:如图1-10所示，一种采用了本实用新型结构的单晶硅棒单根开方系统，包括机座I，固定设置在机座I上的硅棒固定机构、切割机构和放排线机构;所述切割机构包括切割机头2，还包括布置在切割机头2前侧的切割轮，切割轮用于将切割线张紧出切割段，所述硅棒固定机构包括两个相对设置在机座I上的安装座，两个安装座上端水平相对延伸形成有整体呈水平圆柱形的夹持部，所述切割机头竖向设置且套设在夹持部外，其特点在于，一个安装座固定设置于机座的一端构成固定安装座3，另一个安装座可滑动地配合设置在机座另一端的一根正对固定安装座设置的安装座导轨上构成活动安装座4，机座I远离位于活动安装座4 一端还设置有夹持用电机5，夹持用电机5输出轴连接一根夹持用丝杠6，夹持用丝杠6配合一个固定在活动安装座4上的夹持用螺母7构成夹持用丝杠螺母传动副并用于带动活动安装座4在安装座导轨上移动实现两个安装座上的夹持部对硅棒的夹持。
[0029]这样，硅棒固定机构中，设计了一个固定安装座和一个活动安装座，靠夹持用电机如果丝杠螺母传动副带动活动安装座移动实现对硅棒夹持，具有结构简单，控制可靠，控制精度高等优点。同时该结构解放了安装座上方夹持部位置的设计空间，使得夹持部上可以有空间设置对边料进行夹紧的结构，以及实现对硅棒进行旋转等功能的结构，更加利于结构的优化设计，利于功能的完善。(实施时还包括多个用于实现过渡或导向的过渡导向轮、至少一套用于张紧切割线的具有张紧轮的张紧装置和一根切割线，切割线绕接在过渡导向轮、张紧轮和切割轮上且两端连接回放排线机构，放排线机构包括可转动地横向安装在机座上的放线卷筒和收线卷筒，切割线的两端缠绕连接在放线卷筒和收线卷筒上，放线卷筒和放线电机传动连接，收线卷筒和收线电机传动连接。但过渡导向轮和放排线机构等为现有技术，不在此做过多介绍。)
[0030]其中，所述夹持部包括用于夹持硅棒两端中部位置的两个主夹持块，还包括布置于主夹持块四周的用于夹持娃棒四个边料两端的八个边料夹持块8，至少四个边料夹持块外侧设置有边料夹持机构9并用于带动边料夹持块移动实现对边料的夹持。
[0031 ]这样夹持硅棒时，能够同时实现对边料的夹持固定，使得切割到尾部时，边料仍然处于固定可靠状态，避免边料切割掉落时产生崩边以及碰撞等损耗。提高切割过程的完整性和可靠性。
[0032]其中，八个边料夹持块8外侧均设置有边料夹持机构9，边料夹持机构9包括固定在安装座上端的边料夹持用流体伸缩缸，边料夹持用流体伸缩缸的伸缩臂前端和边料夹持块相连。这样，边料夹持控制更加方便可靠。
[0033]其中，设置在活动安装座4上的主夹持块为主动主夹持块10，设置在固定安装座3上的主夹持块为从动主夹持块11，所述主动主夹持块10整体呈水平的柱状结构并靠轴承安装在活动安装座4上，主动主夹持块10后端和固定在活动安装座上的旋转机构12相连并能够靠旋转机构12带动旋转，所述从动主夹持块11的后部段靠竖向设置的轴承可转动地安装在固定安装座3上。
[0034]这样，增加了旋转功能，硅棒装夹完毕后在切割之前，可以控制进行旋转调节使其切割角度精确到位，切割完毕后可以靠旋转机构带动被夹持硅棒旋转，从而使其上方的边料能够顺利滑落。
[0035]其中，从动主夹持块11上还设置有偏转浮动配合结构，偏转浮动配合结构包括从动主夹持块前部段后端中部的向后鼓起呈球形的浮动头13，浮动头13配合在从动主夹持块后部段前端的一个匹配的球形凹槽内，偏转浮动配合结构还包括两圈设置在从动主夹持块前部段后端四周和活动安装座之间的凹凸配合限位结构14。这样，靠浮动头和球形凹槽的配合允许从动主夹持块前部段在周向上任一角度产生一定的偏摆，同时又靠凹凸配合限位控制偏摆的角度大小，使其具有一定的偏转浮动效果以适应夹持面的贴合，以更好地提高夹持固定可靠性。进一步地，所述旋转机构12包括固定在活动安装座上的旋转用步进电机和旋转用减速机，以更好地实现旋转角度控制。
[0036]其中，切割机头2前侧的切割轮中，包括并列间隔地固定在同一主动轴17上的至少两个主动轮15，还包括并列间隔地设置在和主动轴平行设置的同一从动轴18上至少两个从动轮16，主动轴17可转动地安装在切割机头2上并和一个安装在切割机头上的主动切割电机19传动连接，两个从动轮16依靠从动轴18可转动地安装在切割机头2上。
[0037]这样，靠两个同轴的主动轮带动走线，极大地提高了切割轮旋转一致性，提高切割精度。
[0038]其中，所述切割轮为八个，包括两对各自设置在一根主动轴上的主动轮和对应的两对各自设置在一根从动轴上的从动轮，并用于将切割线张紧出呈“井”字形的切割段。这样方便一次切割出四块边料，提高效率。当然实施时切割轮也可以为四个，并将切割段布置成“二”字形，然后在切割机构上增加90°旋转机构靠两次相差90°角度的切割去掉四块边料，也属于本设备可以实施的范围。
[0039]其中，所述主动轴17包括位于中部的主动轮装配段和位于两端的主动轴安装段，主动轮装配段上用于安装两个主动轮15，主动轴安装段靠轴承安装在切割机头上，所述主动轴安装段和主动轮装配段之间插接固定配合并在对接处设置有多块轴向距离调整垫片20，所述主动轮15周向表面上间隔设置有多组线槽21。
[0040]这样，当一组线槽磨损耗费后，可以方便通过增减轴向距离调整垫片数量换一组线槽实现走线安装，极大地延长了主动轮使用寿命。同理，实施时从动轴和从动轮上也可以安装类似结构以延长从动轮使用寿命。
[0041 ]其中，所述从动轴18固定安装在切割机头上，从动轮16靠从动轮轴承22可转动安装在从动轴18上，从动轴内部设置有气流通道23，气流通道23—端和切割机头上的进气通道相接，另一端和从动轮轴承22相接构成气压保护结构。
[0042]这样，能够形成气压保护式密封，保证轴承正常使用，避免进入灰尘等造成轴承卡堵。
[0043]其中，还包括切割下料装置，所述切割下料装置包括位于两个安装座的夹持部之间下方位置的两根沿夹持部夹持方向水平设置且斜向相对的滑杆24，滑杆24两端固定在机座上且使得切割机构走位空间位于两根滑杆24之间，还包括两端可水平滑动地安装在滑杆24上的多根斜向设置的栏杆25。
[0044]这样，当边料滑落时能够靠切割下料装置缓冲下料，避免碰撞损伤设备或者伤及工人，栏杆可滑动地设置在滑杆上使其不影响切割机构的走位。
[0045]其中，所述栏杆25之间串联有拉索26，拉索26—端连接到机座上，另一端连接到切割机构上。这样更加方便栏杆随切割机构的复位而联动复位。进一步地，所述拉索26为依次横竖重复衔接设置的若干钢环相互扣接构成的钢环链条，所述栏杆上设置有链条孔供钢环链条穿过，所述链条孔包括供竖向钢环穿过的竖向孔部和位于竖向孔部中上部的供横向钢环穿过的横向孔部。这样，非常方便调节链条在栏杆上的位置并方便调节后限位，利于调整栏杆之间的间隔位置。进一步地，拉索为链条且沿栏杆上下两端各设置一条。这样拉动更加平衡，避免卡死。
[0046]其中，还包括并列设置在机座I旁的装卸料装置，所述装卸料装置，包括竖向设置的夹持臂27，夹持臂27下端设置有夹持机构，夹持机构包括一对相对设置的夹持爪28，夹持爪28上端设置有夹持爪滑块29并可滑动地配合在夹持臂27上水平设置的夹持爪导轨30上，夹持爪28相对的内侧面为整体呈内凹形状的夹持面，所述夹持爪滑块29上端铰接设置有一个连杆31，连杆31上端斜向内延伸并铰接在一个夹持用流体伸缩缸32的竖直向下的伸缩臂上，夹持用流体伸缩缸32安装固定在夹持臂27上;夹持机构上端还设置有用于控制夹持机构升降的升降机构;所述夹持臂27上部还设置有用于控制夹持臂沿被夹持硅棒轴向移动的轴向平移控制装置，以及用于控制夹持臂沿被夹持硅棒径向水平移动的径向平移控制装置
[0047]这样，靠升降机构实现升降，靠夹持机构实现夹持，靠轴向平移控制装置和径向平移控制装置控制实现水平移动，方便实现装卸料。夹持机构中，靠一个斜向设置的连杆将竖向伸缩传动转化为水平移动实现夹持爪的夹紧，结构简单巧妙且保证了夹持稳定可靠。
[0048]其中，所述夹持面内凹形状的两侧部位用于夹持圆棒材料且中间部位具有再次内凹呈90°夹角的夹槽用于夹持方棒材料。进一步所述夹持结构为并列设置的一对，这样更加方便夹持。进一步地，所述升降机构33包括一个固定于夹持臂27上的升降用流体伸缩缸33，升降用流体伸缩缸22的伸缩臂向下设置并固定连接一个夹持机构安装架34，所述夹持结构中夹持用流体伸缩缸32固定在夹持机构安装架34上。这样，结构简单稳定可靠且控制方便。本申请中的流体伸缩缸均可以是液压缸或者气压缸。
[0049]其中，轴向平移控制装置包括轴向导轨架35，轴向导轨架35上表面水平并列安装有两根轴向导轨36，夹持臂27上端部通过配合结构可滑动地配合在轴向导轨36上，轴向平移控制装置还包括固定于轴向导轨架一端的轴向移动伸缩控制机构和设置于夹持臂上端部和轴向移动伸缩控制机构之间的一个平衡架37，平衡架37两端可滑动地配合在轴向导轨上，平衡架37下部固定设置有一个平衡用流体伸缩缸38，平衡用流体伸缩缸38的伸缩臂水平伸出并抵接在夹持臂上端部侧面上，平衡用流体伸缩缸38及其伸缩臂上方还对应水平设置有一根平衡用挂接杆39，平衡用挂接杆39—端固定在夹持臂上端部上表面，另一端具有向下折向的延伸部并靠延伸部挂接在平衡架37上，所述轴向移动伸缩控制机构和平衡架37相连并用于控制平衡架沿轴向导轨平移。
[0050]这样，上述轴向平移控制装置的结构能够更好地实现夹持臂的轴向平移控制，特别是平衡架的设置，能够靠杠杠原理抵消平移施力时产生的力矩，避免夹持臂侧翻，保证了平移的稳定性和可靠性。
[0051 ]其中，所述轴向移动伸缩控制机构包括个轴向移动用电机40，轴向移动用电机40的输出轴连接有一根轴向移动用丝杠41，轴向移动用丝杠41前端配合在平衡架37上的一个轴向移动用螺母上。这样，方便实现平移位置的精确控制。
[0052]其中，所述径向平移控制装置，包括径向导轨架42，径向导轨架42上表面水平并列安装有两根径向导轨43，所述轴向导轨架35的两端通过配合结构可滑动地配合在径向导轨43上，径向平移控制装置还包括固定于径向导轨架一端的径向移动用电机44，径向移动用电机44输出轴连接有一根径向移动用丝杠45，径向移动用丝杠45前端配合在一个径向移动用螺母46上，径向移动用螺母46安装固定在轴向导轨架35上。这样方便实现径向平移且能够提高径向平移位置控制的精确性。
[0053]综上所述，上述单晶硅棒单根开方系统具有硅棒夹紧过程稳定性和精确性好，利于开方切割后边料下料，切割机构切割精度高，能够靠夹持臂实现自动装卸料，自动化程度尚等优点。
【主权项】
1.一种硅棒装卸料装置上部结构，包括设置于夹持臂上部的用于控制夹持臂沿被夹持硅棒轴向移动的轴向平移控制装置，以及用于控制夹持臂沿被夹持硅棒径向水平移动的径向平移控制装置;其特征在于，轴向平移控制装置包括轴向导轨架，轴向导轨架上表面水平并列安装有两根轴向导轨，夹持臂上端部通过配合结构可滑动地配合在轴向导轨上，轴向平移控制装置还包括固定于轴向导轨架一端的轴向移动伸缩控制机构和设置于夹持臂上端部和轴向移动伸缩控制机构之间的一个平衡架，平衡架两端可滑动地配合在轴向导轨上，平衡架下部固定设置有一个平衡用流体伸缩缸，平衡用流体伸缩缸的伸缩臂水平伸出并抵接在夹持臂上端部侧面上，平衡用流体伸缩缸及其伸缩臂上方还对应水平设置有一根平衡用挂接杆，平衡用挂接杆一端固定在夹持臂上端部上表面，另一端具有向下折向的延伸部并靠延伸部挂接在平衡架上，所述轴向移动伸缩控制机构和平衡架相连并用于控制平衡架沿轴向导轨平移。2.如权利要求1所述的硅棒装卸料装置上部结构，其特征在于，所述轴向移动伸缩控制机构包括一个轴向移动用电机，轴向移动用电机的输出轴连接有一根轴向移动用丝杠，轴向移动用丝杠前端配合在平衡架上的一个轴向移动用螺母上。3.如权利要求1所述的硅棒装卸料装置上部结构，其特征在于，所述径向平移控制装置，包括径向导轨架，径向导轨架上表面水平并列安装有两根径向导轨，所述轴向导轨架的两端通过配合结构可滑动地配合在径向导轨上，径向平移控制装置还包括固定于径向导轨架一端的径向移动用电机，径向移动用电机输出轴连接有一根径向移动用丝杠，径向移动用丝杠前端配合在一个径向移动用螺母上，径向移动用螺母安装固定在轴向导轨架上。
【文档编号】B28D7/00GK205497831SQ201620334366
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月20日
【发明人】陈新华, 黄兴江, 段辉科, 王放, 陈波, 杜树林, 温礼涛, 李文杰
【申请人】重庆四和晶工科技有限公司