铝合金硅片表面处理装置的制作方法

专利名称：铝合金硅片表面处理装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于有色金属加工领域，尤其是铝带材加工热区工艺中的一台重要设 备，该设备完成铣面与热轧之间的一道重要工艺处理，从工艺上属于对产品质量影响比较 关键的工序之一，在整个主要用于汽车行行散热系统的铝复合料)加工中本装置是必不可 少的。
背景技术：
在大多数的铝带材复合料的加工领域中，铝锭铣面后，要与铝合金硅片进行上下 复合，类似于三明冶，这是整个生产流程中最重要的工艺之一，但是由于复合过程中仅仅是 物理复合，且由于铝合金表面容易氧化，通常情况下，会由于复合不充分，导致在热轧过程 中，半成品质量不好，比如气泡、氧化物堆积等，直接影响到成品质量不好(冷轧轧制不顺 利、成品率很差等)。如上述状况，大部分的铝合金片必须表面打磨抛光处理后进行复合，在过去国内 及国际上，均采用人工进行表面打磨抛光处理，由于人工速度比较慢，热轧轧制是自动化进 行的，速度相当快，这样导致生产节奏受到限制，这个环节出现瓶颈，并且，由于合金片面积 比较大，且要大部分要进行双面表面处理，双面处理时，要进行翻面，原料很重，要用吊车进 行翻面，导致处理时间过长，已经打磨好的表面重新受到氧化等影响，进而影响产品质量。另外，目前，工厂大部分设备均实现自动化、信息化，仅由于本道工艺的原因，导致 整个生产流程不能进行自动化，这是目前国内、外相关生产工艺中的一个现状。

实用新型内容本实用新型的目的旨在解决铝复合料生产中生产节奏不和谐、生产效率比较低及 成品率不高的问题。为实现上述目的，本实用新型提供了一种铝合金硅片表面处理装置，该装置包括 基座、行走台车、打磨机构和承托装置其中，基座上设置承托装置用于固定待打磨的硅板， 行走台车设置于承托装置的一侧，包括行走电机、耦合于行走电机的传动机构、导向机构以 及配合于传动机构的直立臂，在行走电机的作用下行走台车沿硅板的长度方向往复运动； 打磨机构以悬臂的方式设置于行走台车上，其包括打磨电机、升降电机、升降传动机构、以 及钢丝辊单元，其中，打磨电机耦合于钢丝辊单元的一侧驱动钢丝辊单元转动，升降电机通 过升降传动机构驱动钢丝辊单元整体沿硅板的高度方向运动。进一步的，承托装置包括多条支柱、安装于支柱上的承托架，以及固定于承托架上 的吸盘装置。优选的是，承托装置为包括翻转机构的承托装置，包括第一承托翻转单元，第二承 托翻转单元，以及设置于两个承托翻转单元之间的中间支撑柱；两个承托翻转单元的结构 相同但设置方向相对。进一步的是，第一承托翻转单元或第二承托翻转单元均包括多条固定于基座上的支柱、安装于支柱上的承托架、固定于承托架上的吸盘装置，以及缸体部分铰接于基座而缸 杆部分铰接于承托架的液压缸。优选的是，还包括设置在打磨结构上方的除尘罩，以及与除尘罩相连的除尘系统， 除尘系统采用标准的小型整体除尘系统，整个除尘系统放在行走机构上，随打磨机构同时 移动，包括与除尘罩相连通的通过风道、与风道相连的过滤网和风机。在使用时，首先把行走台车在硅板的长度方向移动到远离硅板的一端，然后用一 外部行车把硅板吊到吸盘装置上，并且放正，用真空吸盘把硅板吸住保持稳定，钢丝刷做成 悬臂式台车，台车行走，即钢丝辊单元刷随台车同时行走进行打磨硅板；从而达到打磨目 的；台车行走动力是靠2. 2Kw电机减速机带动齿轮旋转在齿条上行走，行走速度根据 打磨质量可在0 0. 6m/s范围内随意调整调整，最好钢丝刷在打磨的过程中行走台车保持 勻速行驶，这样打磨出来的硅板表面打磨轻重程度基本相同，否则台车行走速度忽快忽慢 的行走，就会出现硅板表面打磨程度的有轻有重；此行走机构设有前进、后腿两个方向，当行走台车移动到另一端时，在翻转平台上 的硅板已经打磨好，打磨机构的钢丝刷采用圆桶形钢丝辊单元刷，考虑以后检修方便和降低钢丝辊单 元刷使用成本，所以辊刷制作成长度为150mm的10个套放在一个钢筒上，即总长为1500mm， 这样在检修和更换钢丝刷的时侯可以根据钢丝刷磨损程度进行单个更换；钢丝辊单元刷旋转动力采用7. 5Kw电机带动钢筒旋转，同时带动钢丝刷旋转，电 机加变频器使旋转速度可根据打磨质量来进行调整，调整范围初步设定为800 1450r/ min，调试时找到一个最理想的旋转速度设定为恒值；打磨机构机构型式为悬臂移动式，即硅板放在翻转平台上用真空吸盘保持稳定， 打磨机构整体放在行走机构上，行走机构移动带动钢丝刷来移动实现打磨目的，钢丝辊单 元刷整体为悬臂式；打磨机构下面安装有两个位移传感器，检测是否有硅板，分别安装在头 架里面。调整打磨机构上下位置的升降电机是2. 2Kw的伺服电机。翻转机构就是把打磨好的硅板翻转180°。由于打磨时是打磨硅板的上表面(便 于观察)，但是硅板与铝锭一起轧制时，铝锭上表面和下表面各一块硅板同时进行轧制，由 于硅板比铝锭质量轻便于与铝锭对正，所以对硅板进行翻转，即需要硅板翻转180°，翻转 机构就是把打磨好的硅板在进行翻转180° ；何时进行翻转则由操作人员来自己控制，观察 硅板表面打磨达到要求后，并确定打磨机构不在硅板上方，可随时进行翻转。此设备可以加工硅板规格为1450*5500 S = 15、20、40、60、75五种，硅板薄厚 此设备可以根据硅板厚度随之调整；综合现场条件和客户要求便于拆卸、安装、操作、控制、 维修及安全性，本设备制作成两个整体，即行走打磨和除尘系统为一整体；硅板翻转为一整 体，除尘管道需根据现场安装实际情况进行现场制作安装，此设备安装需做基础预埋地脚 螺栓。由于硅板有不同规格，硅板厚度不同，(15mm、20mm、40mm、60mm、75mm)，所以要编写
五套自动程序以应对不同规格的硅片，自动流程开始前，操作人员要根据将要打磨的硅板 厚度选择相应的一挡，档位的选择是通过两个三位旋钮开关来进行的；系统的自动流程采用顺序控制的思想进行编写，通过同一个感应器件反馈的信号
4可以判断出自动流程目前所处的阶段。检测硅片表面凸凹程度的感应器安装在打磨机构的 中下部位置，感应器给与主控PLC模拟量信号，通过对模拟量信号的分析与运算，可以得到 辊刷升降伺服机构移动的距离。本实用新型的效果在于，原来人工方式下，打磨一片硅片，包括翻转过程，所用时 间25分钟左右，而目前双面打磨，只须要10分钟，节省时间达到15分钟原来人工方式下，打磨一片硅片需要两人协同完成，而目前，是需要一个操作工就 可以，节省一个人人工产品质量上也取得了很大的提高，原来人工打磨时，由于时间过长，循环氧化的状 况基本上得到了消除，成品率也有了很大的提高。

图1为依照本实用新型的一种具体实施方式
的铝合金硅片表面处理装置的总体 结构主视图；图2为依照本实用新型的第二种具体实施方式
的铝合金硅片表面处理装置的总 体结构主视图；图2A为依照本实用新型的第二种具体实施方式
的铝合金硅片表面处理装置的总 体结构侧视图；图3为图2、2A中具有翻转机构的承托装置的结构示意图；图4A为承托装置进行翻转操作的第一步骤的示意图；图4B为承托装置进行翻转操作的第二步骤的示意图；图4C为承托装置进行翻转操作的第三步骤的示意图；图5为本实用新型的打磨机构的结构侧视图；图6为本实用新型的钢丝辊单元的结构示意图。
具体实施方式
参照图1本实用新型提供的一种铝合金硅片表面处理装置包括基座10、行走台车 20、打磨机构30和硅板承托装置40，基座10用于安装行走机构20和硅板承托装置40，行 走机构用于带动打磨机构基座10包括用安装台车20的第一部分11和用于安装一个承托装置40的第二部 分12，第一部分11和第二部分可以是一体的也可以是相互分离的。承托装置40用于放置需要打磨的硅板X，一般包括多条支柱41、安装于支柱41上 的承托架42，以及固定于承托架42上的吸盘装置43 ；其中，多条支柱41固定于基座第二部 分12上用于支撑承托架42，承托架为平面镂空结构，用于承托需要打磨的硅板X，吸盘装置 43用于通过真空吸附作用固定硅板X。行走台车20设置于基座10的第一部分11上，包括行走电机21、耦合于行走电机 21的行走机构22、配合于行走机构22的直立臂23，以及配合于直立臂23与基座第一部分 11之间的导向装置24，例如直线导轨。在行走电机21和行走机构22，例如齿轮齿条配合机 构，的作用下行走台车20可沿硅板的长度方向往复运动，如图2所示由位置A移动至位置 B，再移动回位置A。直立臂23固定于行走机构22上用于配合打磨机构30。由于与行走机构22相配合，打磨机构30能够与行走台车20 —同运动，由于行走台车20是沿固定于承托 装置上的硅板X的长度方向L运动的，因此，打磨机构也在其带动下沿硅板X的长度方向L 运动。如图5所示，打磨机构30整体呈悬臂形式，其包括打磨电机单元31、升降电机单元 32、升降传动机构33、以及钢丝辊单元34，其中，打磨电机单元31耦合于钢丝辊单元34的 一侧用于驱动钢丝辊单元转动，升降电机32通过升降传动机构33驱动钢丝辊单元整体沿 硅板的高度方向运动；通过神将传动机构33的带动，钢丝辊单元33能够接近或者远离硅板 X的表面，从而不仅能够在放置硅板时避免相互干涉问题，还能够实现打磨厚度的微调。升降传动机构33包括对称设置在钢丝辊单元两端且相互轴联以保持同步运动的 两套机构，每套机构都包括与升降电机耦合的传动轴331，与传动轴331配合的换向机构 332，与该换向机构332相配合的一端配合于钢丝辊单元34的丝杆333，以及与该丝杆333 相配合的固定于直立臂23上的导向螺母334 ；升降电机32开始工作后，传动轴331开始转 动并通过换向机构332带动丝杆333转动，由于丝杆333的一端配合于钢丝辊单元34上部 的轴承中，且中部配合的导向螺母334不旋转，从而使得丝杆333会带动钢丝辊单元34向 上或向下运动。参照图6，钢丝辊单元34除包括与升降传动机构33中的丝杆相配合的轴承部341 外，还包括辊轴342，套在辊轴342外部的钢筒343，以及并排套在钢筒外部的多个单元刷 344，例如本实用新型中的十个单元刷，这是由于考虑以后检修方便和降低钢丝辊单元刷使 用成本，这样的设置在检修和更换钢丝刷的时侯可以根据钢丝刷磨损程度进行单个更换。在本实用新型的另一种具体实施方式
中，如图2、2A所示，其他部分基本相同，区 别在于承托装置40可以是具有翻转机构的承托装置。具体而言，如图3所示，这样的承托装 置40包括第一承托翻转单元44，第二承托翻转单元45，以及设置于两个承托翻转单元44、 45之间的中间支撑柱46 ；两个承托翻转单元的结构相同但设置方向相对，以第一承托翻转 单元44为例，其包括多条固定于基座第二部分12上的支柱441、安装于支柱441上的承托 架442、固定于承托架442上的吸盘装置443，以及缸体部分铰接于第二部分12而缸杆部分 铰接于承托架442的液压缸444。未经打磨的硅板X首先放置在第一承托翻转单元44上， 并由打磨机构对其上表面进行打磨，打磨完成后，打磨机构移开，两承托翻转单元中的液压 缸同时动作，而第一承托翻转单元44的承托架442的旋转角度小于第二承托翻转单元45 内承托架的翻转角度，这样，第二承托翻转单元45的承托板以及吸盘装置会如图4A所示， 部分越过支撑柱46而与第一承托翻转单元44的承托板以及吸盘装置从两面将已经打磨了 一面的硅板X夹住，例如呈80度、100度的角度比例，此后，再控制第一承托翻转单元44以 及第二承托翻转单元45继续动作，如图4B所示经过支撑柱46的中间位置，即90度、90度 的角度比例，并继续运动直至如图4C所示，第一承托旋转单元44部分越过支撑柱46，例如 呈100度、80度的角度比例，此时，第一承托翻转机构的承托架以及吸盘装置就在液压缸的 作用下恢复至初始位置，而第二承托旋转单元45再带动硅板X至水平位置，至此，硅板即已 成功翻转。每组液压缸由两根液压管道供油，两组液压缸交替工作，通过接近开关和电磁换 向阀实现自动转换在使用时，首先把行走台车在硅板的长度方向移动到远离硅板的一端，然后用一 外部行车把硅板吊到吸盘装置上，并且放正，用真空吸盘把硅板吸住保持稳定，钢丝刷做成
6悬臂式台车，台车行走，即钢丝辊单元刷随台车同时行走进行打磨硅板；从而达到打磨目 的；在上述实施例中，行走台车20的行走动力是靠一 2. 2Kw电机减速机带动齿轮旋 转在齿条上行走，行走速度根据打磨质量可在0 0. 6m/s范围内随意调整调整，最好钢丝 刷在打磨的过程中行走台车保持勻速行驶，这样打磨出来的硅板表面打磨轻重程度基本相 同，否则台车行走速度忽快忽慢的行走，就会出现硅板表面打磨程度的有轻有重；此行走 机构设有前进、后退两个方向，当行走台车移动到另一端时，在翻转平台上的硅板已经打磨 好。钢丝辊单元34的旋转动力采用7. 5Kw电机带动其钢筒旋转，同时带动钢丝刷旋 转，电机加变频器使旋转速度可根据打磨质量来进行调整，调整范围初步设定为800 1450转/每分，调试时找到一个最理想的旋转速度设定为恒值；打磨机构30的型式为悬臂移动式，即硅板放在承载装置上用真空吸盘保持稳定， 而打磨机构30整体放在行走台车20上，行走台车20移动带动钢丝刷来移动实现打磨目 的，钢丝辊单元34整体为悬臂式；打磨机构30下面安装有两个位移传感器，检测是否有硅 板，分别安装在头架里面。调整打磨机构上下位置的升降电机是2. 2Kw的伺服电机。翻转机构就是把打磨好的硅板翻转180°。由于打磨时是打磨硅板的上表面，但是 硅板与铝锭一起轧制时，铝锭上表面和下表面各一块硅板同时进行轧制，由于硅板比铝锭 质量轻便于与铝锭对正，所以对硅板进行翻转，即需要硅板翻转180°，翻转机构就是把打 磨好的硅板再进行翻转180° ；何时进行翻转则由操作人员来自己控制，观察硅板表面打磨 达到要求后，并确定打磨机构不在硅板上方，可随时进行翻转。优选的是，在台车上还设有激光检测感应器。该激光检测感应仪自动探测硅板的 凸凹曲线，同时将该凹凸曲线反馈给控制系统，控制系统就会控制升降电机控制钢丝辊单 元随测到的硅板凹凸曲线进行打磨本实用新型中的铝合金硅片表面处理装置主要作用是用于打磨硅板表面的氧化 层和打磨后翻转；所以此设备主要包括两大功能一、打磨，目的是把硅板一面表面进行打 磨，去除硅板表面氧化层，为了增加硅板和铝锭焊接后在轧机上轧制时的粘和度；二、翻转， 由于打磨时是打磨硅板的上表面，但是硅板与铝锭一起轧制时，铝锭上表面和下表面各一 块硅板同时进行轧制，由于硅板比铝锭质量轻便于与铝锭对正，所以对硅板进行翻转，即需 要硅板翻转180°，翻转机构就是把打磨好的硅板在进行翻转180° ；翻转的时间(即什么 时侯翻转)由操作人员来自己控制，观察硅板表面打磨达到要求后，并确定打磨机构不在 硅板上面，可随时进行翻转。此设备由于在打磨过程中会产生一定量的粉尘，为了减少打磨时产生的粉尘对环 境的污染和把对人体的伤害降到最低，所以在打磨机构处作有除尘接收罩，并有相应的除 尘系统，考虑到减少占用空间、方便灵活，而且能达到相对理想的除尘效果。除尘罩61如图 1所示设置在打磨结构30的上方，除尘系统62采用标准的小型整体除尘系统，整个除尘系 统放在行走机构上，随打磨机构同时移动，包括与除尘罩61相连通的通过风道621、与风道 相连的过滤网622和风机623，管道可以为伸缩管道，这样可使粉尘直接排到车间外面指定 地点进行相应处理。此设备可以加工硅板规格为1450*5500 δ = 15、20、40、60、75五种，硅板薄厚此设备可以根据硅板厚度随之调整；综合现场条件和客户要求便于拆卸、安装、操作、控制、 维修及安全性，本设备制作成两个整体，即行走打磨和除尘系统为一整体；硅板翻转为一整 体，除尘管道需根据现场安装实际情况进行现场制作安装，此设备安装需做基础预埋地脚 螺栓。由于硅板有不同规格，硅板厚度不同，(15mm、20mm、40mm、60mm、75mm)，所以要编写
五套自动程序以应对不同规格的硅片，自动流程开始前，操作人员要根据将要打磨的硅板 厚度选择相应的一挡，档位的选择是通过两个三位旋钮开关来进行的；行走台车20的初始位置初步定义在行走轨道的中间位置，为了防止钢丝辊碰到 硅片X，自动流程开始后，钢丝辊将抬升至最高位置进入初始位置。在行走导向装置上设置有传感器，通过该传感器，行走台车20可以准确的定位自 己的初始位置。行走电机和辊刷旋转电机均通过变频器控制，电机启动、制动准确平缓，电机调速 方便。变频器通过Profibus协议与主控PLC进行通信与控制，接线方便，省去了大量的 控制电缆，提升了设备的稳定性，便于故障维修与排查。安装在打磨机构20上的对射式感应器可以检测硅片的长度，当打磨机构自动行 走到硅片端头位置时，系统将根据实际自动流程的情况进行相应的动作。系统的自动流程采用顺序控制的思想进行编写，通过同一个感应器件反馈的信号 可以判断出自动流程目前所处的阶段。检测硅片表面凸凹程度的感应器安装在打磨机构的中下部位置，感应器给与主控 PLC模拟量信号，通过对模拟量信号的分析与运算，可以得到辊刷升降伺服机构移动的距罔。辊刷升降伺服系统采用西门子位置控制模块、西门子SimoDriveeil-U伺服控制 器、伺服马达等，系统本身具备位置、速度双闭环控制系统。安装在伺服马达内部的增量式 旋转编码器对伺服电机进行脉冲计数，通过对脉冲数反馈量的计算即可实现位置与速度双 闭环控制；由于双闭环控制系统的存在，我们可以精确的控制钢丝刷上升和下降的距离。当安装在打磨机构上的对射式感应器再次感应到硅片的端头时，表示自动流程程 序运行到最后一步，此时旋转电机停止工作，辊刷抬升至最高位置，接着行走台车运行至行 走轨道的端点。打磨机构有两种操作模式手动模式、自动模式。在自动模式下，打磨机构按照上 述的自动流程进行全自动工作；在手动模式下，设备所有的输出执行机构都能在操作人员 的操作下，进行点动。当然，在手动模式下，我们依然设计了很多保护措施来保证设备的安全运行。例 如在手动打磨硅片时，辊刷电机依然会有下降极限保护，这种保护是通过伺服控制器的恒 转矩闭环控制来实现的，对伺服控制器进行恒转矩设置与编程，可以保证辊刷与硅片保持
一定的距离。电气系统主控制系统，采用了西门子当前主流的产品系列集成而成，控制器为 S7-300控制器、常规驱动为MM440系列矢量型交流驱动系统、主要工艺驱动为西门子61IU 系列、定位控制采用西门子专用伺服控制模块FM354、人机界面采用西门子触摸屏并配备了
8上位系统。
权利要求一种铝合金硅片表面处理装置，其特征在于该装置包括基座、行走台车、打磨机构和承托装置其中，基座上设置承托装置用于固定待打磨的硅板，行走台车设置于承托装置的一侧，包括行走电机、耦合于行走电机的传动机构、导向机构以及配合于传动机构的直立臂，在行走电机的作用下行走台车沿硅板的长度方向往复运动；打磨机构以悬臂的方式设置于行走台车上，其包括打磨电机、升降电机、升降传动机构、以及钢丝辊单元，其中，打磨电机耦合于钢丝辊单元的一侧驱动钢丝辊单元转动，升降电机通过升降传动机构驱动钢丝辊单元整体沿硅板的高度方向运动。
2.根据权利要求1所述的铝合金硅片表面处理装置，其特征在于承托装置包括多条 支柱、安装于支柱上的承托架，以及固定于承托架上的吸盘装置。
3.根据权利要求1所述的铝合金硅片表面处理装置，其特征在于承托装置为包括翻 转机构的承托装置，包括第一承托翻转单元，第二承托翻转单元，以及设置于两个承托翻转 单元之间的中间支撑柱；两个承托翻转单元的结构相同但设置方向相对。
4.据权利要求1所述的铝合金硅片表面处理装置，其特征在于第一承托翻转单元或 第二承托翻转单元均包括多条固定于基座上的支柱、安装于支柱上的承托架、固定于承托 架上的吸盘装置，以及缸体部分铰接于基座而缸杆部分铰接于承托架的液压缸。
5.据权利要求1所述的铝合金硅片表面处理装置，其特征在于还包括设置在打磨结 构上方的除尘罩，以及与除尘罩相连的除尘系统，除尘系统采用标准的小型整体除尘系统， 整个除尘系统放在行走机构上，随打磨机构同时移动，包括与除尘罩相连通的通过风道、与 风道相连的过滤网和风机。
6.根据权利要求1所述的铝合金硅片表面处理装置，其特征在于打磨机构的钢丝辊 单元上套有多个圆桶形钢丝辊单元刷。
7.根据权利要求1所述的铝合金硅片表面处理装置，其特征在于打磨机构下面安装 有两个位移传感器，检测是否有硅板，分别安装在头架里面。
8.根据权利要求1所述的铝合金硅片表面处理装置，其特征在于在台车上还设有激 光检测感应器，安装在打磨机构的中下部位置，感应器给与主控PLC模拟量信号。
专利摘要一种铝合金硅片表面处理装置，该装置包括基座、行走台车、打磨机构和承托装置其中，基座上设置承托装置用于固定待打磨的硅板，行走台车设置于承托装置的一侧，包括行走电机、耦合于行走电机的传动机构、导向机构以及配合于传动机构的直立臂，在行走电机的作用下行走台车沿硅板的长度方向往复运动；打磨机构以悬臂的方式设置于行走台车上，其包括打磨电机、升降电机、升降传动机构、以及钢丝辊单元，其中，打磨电机耦合于钢丝辊单元的一侧驱动钢丝辊单元转动，升降电机通过升降传动机构驱动钢丝辊单元整体沿硅板的高度方向运动。本实用新型可提高生产效率及成品率。
文档编号B24B7/00GK201645275SQ201020149728
公开日2010年11月24日 申请日期2010年4月2日 优先权日2010年4月2日
发明者丁德新 申请人:上海龙鉴机电自动化工程有限公司