一种硅晶棒装夹装置的制作方法

本实用新型涉及硅晶棒切割技术领域，特别涉及一种硅晶棒装夹装置。

背景技术：

在硅基太阳能电池生产过程中，首先需将晶体生长炉生长的硅晶棒进行切方处理、形成四角为圆弧的方棒，再将方棒切割成用于后续化学沉积的薄片。

为充分回收利用切割方棒后剩余的边皮料、防止边皮料损坏，现有技术中一般先将硅晶棒的端面和晶托上涂抹粘接剂、依靠粘接剂将硅晶棒固定在晶托上，再将粘接硅晶棒的晶托固定在切割设备上进行，由切割设备进行切方操作、使硅晶棒形成独立的方棒和边皮料；最后，再将粘接硅晶棒的晶托从切方机取下，采用热水软化粘接剂并取下硅晶棒。

采用现有技术中使用的粘接固定方式固定硅晶棒操作复杂、生产效率低下；另外，采用粘接剂粘接固定方式消耗大量的粘胶剂，增加了生产成本。

技术实现要素：

为解决现有技术采用粘接固定方式固定硅晶棒操作复杂、生产效率低下以及消耗大量粘胶剂的问题，本实用新型提供一种新的硅晶棒装夹装置。

本实用新型提供一种硅晶棒装夹装置，包括装夹座；

所述装夹座包括支架和装夹主轴；

所述装夹主轴安装在所述支架上、并可相对于所述支架转动；

还包括活动组件安装座、第一驱动部件和活动夹紧部件；

所述活动组件安装座设置在所述装夹主轴的周向外侧，并与所述装夹主轴固定连接；

所述第一驱动部件与所述活动组件安装座固定连接；所述第一驱动部件与所述活动夹紧部件连接；所述第一驱动部件驱动所述活动夹紧部件沿所述装夹主轴的轴向移动。

可选的，所述装夹座还包括封杆和弹性部件；

所述封杆套接在所述装夹主轴的自由端；所述封杆可沿所述装夹主轴的轴向相对于所述装夹主轴滑动、但在所述装夹主轴的周向方向相对于所述装夹主轴固定；

所述弹性部件设置在所述装夹主轴和所述封杆套接形成的套合腔内；所述弹性部件一端与所述装夹主轴连接，另一端与所述封杆连接。

可选的，所述封杆套接在所述装夹主轴的外侧；

所述装夹座还包括环形密封件；所述环形密封件固定安装在所述装夹主轴外侧、并套接所述封杆；所述环形密封件的表面设有进气孔；

所述封杆、所述装夹主轴和所述环形密封件间形成缝隙；

所述进气孔和所述缝隙连通。

可选的，所述装夹座还包括压紧块和转向头；

所述压紧块包括第一通孔和第二通孔；所述第一通孔和所述第二通孔同轴设置，并且，所述第一通孔的直径大于所述第二通孔的直径；

所述压紧块固定安装在所述封杆的自由端，所述第一通孔位于所述封杆和所述第二通孔之间；所述第一通孔的边缘区域由所述压紧块和所述封杆的端面围成限位环形槽；

所述转向头的圆周面侧设有限位凸起；

所述限位凸起卡接在所述限位环形槽内，以使所述转向头安装在所述装夹主轴的自由端；

所述封杆的自由端端面和所述转向头面向所述装夹主轴的端面二者之一设置有球型凸面，另一设有与所述球型凸面半径相同的球型凹面；所述球型凸面贴合所述球型凹面，以使所述转向头相对于所述封杆转动；

所述转向头的自由端穿过所述第二通孔并凸出于所述压紧块。

可选的，所述装夹座还包括压紧块和转向头；

所述压紧块包括第一通孔和第二通孔；所述第一通孔和所述第二通孔同轴设置，并且，所述第一通孔的直径大于所述第二通孔的直径；

所述压紧块固定安装在所述装夹主轴的自由端，所述第一通孔位于所述装夹主轴和所述第二通孔之间；所述第一通孔的边缘区域由所述压紧块和所述装夹主轴的端面围成限位环形槽；

所述转向头的圆周面侧设有限位凸起；

所述限位凸起卡接在所述限位环形槽内，以使所述转向头安装在所述装夹主轴的自由端；

所述装夹主轴的自由端端面和所述转向头面向所述装夹主轴的端面二者之一设置有球型凸面，另一设有与所述球型凸面半径相同的球型凹面；所述球型凸面贴合所述球型凹面，以使所述转向头相对于所述封杆转动；

所述转向头的自由端穿过所述第二通孔并凸出于所述压紧块。

可选的，所述转向头自由端的端面设置有三个搭子；

三个所述搭子呈三角形分布；三个所述搭子的自由端共面。

可选的，所述第一驱动部件为双作用气缸；所述伸缩部件为一端与所述双作用气缸的活塞杆固定连接的伸缩顶杆。

可选的，所述活动组件安装座上设有第三通孔；

所述伸缩顶杆穿过所述第三通孔；

所述伸缩顶杆和所述第三通孔之间设有限制所述伸缩顶杆转动的导向平键。

可选的，所述伸缩顶杆包括顶杆本体、连接销、双头顶紧块、压板和垫块；

所述顶杆本体与所述活塞杆固定连接；

所述双头顶紧块通过所述连接销与所述顶杆本体铰接；

所述压板固定安装在所述压板的自由端端面；

所述垫块安装在压板的自由端端面。

可选的，所述装夹座还包括第一伺服电机；

所述第一伺服电机与所述支架固定连接；所述第一伺服电机与所述装夹主轴连接，以驱动所述装夹主轴转动。

切割设备切割硅棒过程中采用本实用新型提供的硅晶棒装夹装置，切割形成的方棒由两个装夹主轴夹紧固定，边缘区域的边皮料则由两个装夹座上对应的活动夹紧部件夹紧固定。切割完成后，活动夹紧部件回缩而释放边皮料，边皮料由对应的回收装置承接而不会损坏。与现有技术中采用粘接方式固定硅晶棒再进行切割的方法相比，本实用新型实施例提供的硅晶棒装夹装置无需采用粘接剂固定硅晶棒，因此可节省粘接剂、减小材料成本；另外，因为采用装夹座装夹固定硅晶棒的方式仅需移动装夹座、实现硅晶棒夹紧即可，无需涂布粘接剂、软化粘接剂等复杂人工过程，配合切割设备和相应的供棒取棒装置可实现硅晶棒的自动化切割。

附图说明

为更清楚地说明背景技术或本实用新型的技术方案，下面对现有技术或具体实施方式中结合使用的附图作简单地介绍；显而易见地，以下结合具体实施方式的附图仅是用于方便理解本实用新型实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；

图1是本实用新型实施例硅晶棒装夹装置中的装夹座轴测示意图；

图2是本实用新型实施例硅晶棒装夹装置中的装夹座侧视图；

图3是图2中A-A截面示意图；

图4是图2中B区域放大图；

图5是图2中C区域放大图；

图6是本实用新型实施例硅晶棒装夹装置中的装夹座和装夹座驱动组件配合示意图；

其中：1-装夹座、11-支架、12-装夹主轴、13-轴承、131-内隔套、132-外隔套、133-轴承外圈端盖、134-轴承压盖、14-活动组件安装座、15-双作用气缸、16-伸缩顶杆、161-顶杆本体、162-连接销、163-双头顶紧块、164-压板、165-垫块、166-波纹管、17-封杆、171-球型凸面、18-弹簧、19-套合腔、20-环形密封件、201-进气孔、21-压紧块、211-限位环形槽、22-转向头、221-限位凸起、222-球型凹面、223-搭子、24-第一伺服电机、2-直线导轨、3-丝杠、4-第二伺服电机。

具体实施方式

本实用新型提供一种应用于硅晶棒切割设备中的硅晶棒装夹装置，此硅晶棒夹持装置可同时夹持切割硅晶棒形成的方棒和边皮料，并可独立地释放边皮料。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供的硅晶棒装夹装置包括装夹座1。图1是本实用新型实施例硅晶棒装夹装置中的装夹座测示意图；图2是本实用新型实施例硅晶棒装夹装置中的装夹座侧视图；图3是图2中A-A截面示意图。

请参见图1-图3，装夹座1包括支架11、装夹主轴12、活动组件安装座14、第一驱动部件和活动夹紧部件。装夹主轴12安装在支架11上，并可相对于支架11转动；活动组件安装座14固定在装夹主轴12的轴测，可随装夹主轴12转动而转动；第一驱动部件固定安装在活动组件安装座14上，并与活动夹紧部件的一端固定连接；第一驱动部件可驱动活动夹紧部件沿装夹主轴12的轴线方向平移，配合装夹主轴12实现硅晶棒的装夹工作。

本实施例中，硅晶棒装夹装置设置一个或两个前述的装夹座1。以设置两个装夹座1为例，两个装夹座1相对设置，两个装夹座1上的装夹主轴12夹紧硅晶棒两端面的中心区域，实现硅晶棒主体的固定。随后两个装夹座1上的第一驱动部件驱动活动夹紧部件向硅晶棒平移，并使活动夹紧部件夹紧硅晶棒的边缘区域。

切割设备切割硅棒过程中，切割形成的方棒由两个装夹主轴12夹紧固定，边缘区域的边皮料则由两个装夹座1上对应的活动夹紧部件夹紧固定。切割完成后，活动夹紧部件回缩而释放边皮料，边皮料由对应的回收装置承接而不会损坏。

与现有技术中采用粘接方式固定硅晶棒再进行切割的方法相比，本实用新型实施例提供的硅晶棒装夹装置无需采用粘接剂固定硅晶棒，因此可节省粘接剂、减小材料成本；另外，因为采用装夹座1装夹固定硅晶棒的方式仅需移动装夹座1、实现硅晶棒夹紧即可，无需涂布粘接剂、软化粘接剂等复杂人工过程，配合切割设备和相应的供棒取棒装置可实现硅晶棒的自动化切割。

请参见图3，本实用新型实施例硅晶棒夹持装置中的安装座还可包括封杆17和弹簧18。封杆17为沿装夹主轴12轴向设置的杆件，封杆17面向装夹主轴12的端面设置有盲孔，盲孔的尺寸略大于装夹主轴12的横截面尺寸。封杆17通过盲孔套接在装夹主轴12的自由端，可沿装夹主轴12的轴向方向相对于装夹主轴12滑动。

为实现随装夹主轴12转动，封杆17在圆周方向相对于装夹主轴12固定。具体应用中，装夹主轴12套合封杆17的圆周面上可设置外花键，封杆17的盲孔表面设置内花键，内花键和外花键配合保证封杆17和装夹主轴12在圆周方向的固定。另外，也可在封杆17和装夹主轴12之间导向平键，利用导向平键卡接限位方式实现封杆17和装夹主轴12在圆周方向的固定。

请参见图3，封杆17套合在装夹主轴12的自由端后，封杆17的侧壁和装夹主轴12自由端的端面将前述的盲孔部分区域围成套合腔19。弹簧18安装在套合腔19内,一端与装夹主轴12连接，另一端与封杆17连接。为便于弹簧18在装夹主轴12内的固定，在本实施例中，装夹主轴12的端面设置有安装定位弹簧18的盲孔，封杆17的盲孔底面设置有套合弹簧18的定位凸起。

可想到，在装夹座1没有装夹硅晶棒时，由于弹簧18的弹性回弹力作用，弹簧18没有压缩形变，封杆17和装夹主轴12处于最小套合状态。而当装夹座1夹持硅晶棒时，封杆17接触硅晶棒后，被硅晶棒推动而向装夹主轴12侧移动，随之弹簧18被压缩；在此过程中，由于弹簧18缓冲和蓄能作用，装夹主轴12的冲击作用不会直接作用到单晶棒端面上，所以可避免单晶棒端面突然受到较大冲击作用力而损坏。同时，因为弹簧18的缓冲和蓄能作用，实际应用中装夹座1可较快速地向硅晶棒的端面移动，提高装夹座1的装夹效率。

本实施中的装夹座1利用弹簧18起到缓冲和蓄能作用；在其他实施例中也可采用螺纹管、弹性压杆和橡胶弹性棒等弹性部件代替弹簧18。

请继续参见图3，本实用新型实施例中的装夹座1还可包括环形密封件20；环形密封件20固定安装在装夹主轴12的外侧，并始终套合封杆17。可想到，封杆17相对于装夹主轴12滑动时，也相对于环形密封件20滑动。

实际应用中，为保证封杆17可相对于装夹主轴12和环形密封件20滑动，封杆17与装夹主轴12、封杆17与环形密封件20之间均具有一定尺寸的缝隙。硅晶棒切割过程中产生的硅晶颗粒可能进入封杆17和环形密封件20之间的缝隙内、刮伤封杆17和环形密封件20的表面。

为避免前述问题，环形密封件20的表面还设有进气孔201，进气孔201和前述缝隙连通。实际使用时，进气孔201连接供气装置，供气装置提供的压缩空气从进气孔201吹入、从封杆17和环形密封件20之间的缝隙边缘吹出，使封杆17和环形密封件20之间形成气密封，避免硅晶颗粒进入到缝隙内。

本实施例中，封杆17套合在装夹主轴12的外侧、相对沿装夹主轴12轴向滑动；应当注意，其他实施例中，也可在装夹主轴12的自由端开设盲孔，而将封杆17插入到装夹主轴12自由端的盲孔中，实现封杆17相对装夹主轴12的滑动。相应的，为避免硅晶颗粒进入装夹主轴12和封杆17之间的缝隙内，装夹主轴12上可设置连通前述盲孔的通气孔，实际使用时向通气孔中吹入压缩空气，使封杆17和装夹主轴12的缝隙形成气密封。

图4是图2中B区域放大图。请参见图3和图4，本实施例中，装夹座1还包括压紧块21和转向头22。

压紧块21具有同轴设置的第一通孔和第二通孔，第一通孔和第二通孔可均为圆柱型通孔，第一通孔的直径大于第二通孔的直径。压紧块21可固定安装在封杆17的自由端；压紧块21固定安装在封杆17的自由端时，第一通孔位于第二通孔和封杆17之间。如图4，当压紧块21固定安装在封杆17自由端时，第一通孔的圆周边缘被压紧块21的侧壁和封板围成面向第一通孔轴心区域的限位环形槽211。

转向头22的圆周面侧设置有限位凸起221。转向头22可从第一通孔侧插入到压紧块21的第一通孔和第二通孔中。如图3和图4，当从第一通孔侧插入到压紧块21的第一通孔和第二通孔侧时，限位凸起221卡接在限位环形槽211内。因此按照图4所示方式将压紧块21固定安装在封杆17的自由端时，转向头22也被安装在装夹主轴12的自由端。限位凸起221的尺寸小于限位环形槽211的尺寸，因此限位凸起221可在限位环形槽211 内左右移动。

如图4，封杆17的自由端端面设有球型凸面171，转向头22面向封杆17的端面设有球型凹面222，并且球型凸面171和球型凹面222的半径相同。当封杆17被压紧块21卡接安装在封杆17的的自由端端面上时，球型凸面171和球型凹面222贴合。因为限位凸起221的尺寸小于限位环形槽211的尺寸，所以球型凹面222可相对于球型凸面171转动，也就是转向头22可相对于球型凸面171转动。另外，转向头22被压紧块21卡接安装在装夹主轴12的端面时，转向头22的自由端端面凸出于压紧块21。

在硅晶棒安装在装夹座1前，硅晶棒的端面经过切割处理形成平面。由于切割误差，硅晶棒的端面并不完全垂直于硅晶棒的轴向方向。而采用前述具有转向头22的硅晶棒装夹座1夹持硅晶棒，当转向头22的自由端贴合硅晶棒端面后，转向头22在硅晶棒的作用下相对于封杆17端面发生轻微转动，自动找正硅晶棒的轴向方向，使硅晶棒轴向平行于装夹主轴12的轴向，以使后续切割过程中切割设备能够沿硅晶棒轴向方向切割硅晶棒，提高硅晶棒的材料利用效率。

如图4，本实施例中，为防止硅晶颗粒进入封杆17和压紧块21之间的缝隙、以及防止硅晶颗粒进入压紧块21和转动头之间的缝隙，封杆17和压紧块21之间、压紧块21和转动头之前均设置有密封圈。

根据前文表述，本实施例中，球形凸面设置在封杆17的自由端上，转向头22面向封杆17的球型凹面222设置在转向头22面向封杆17的端面上，实现转向头22相对封杆17的转动。在其他实施例中，将球形凸面设置在封杆17的自由端端面、将球形凸面设置在转向头22面向封杆17的端面，也可实现前述转向头22自动找正硅晶棒轴向的功能。

如图3，本实施例中，装夹座1既具有封杆17和弹簧18等组成的缓冲蓄能的机构，又具有转向头22和压紧块21等组成的硅晶棒轴向找正机构，两种机构通过封杆17连接。在其他实施例中，也可仅采用由封杆17和弹簧18等组成的缓冲蓄能的机构，也可仅采用由转向头22和压紧块21等组成的硅晶棒轴向找正机构。

应当注意，在其他实施例中，如果仅安装硅晶棒轴向找正机构，则压紧块21固定安装在装夹主轴12的自由端，限位环形槽211由压紧块21和装夹主轴12的端面围成，并且球形凸起和球形凹面之一设置在装夹主轴12的端面上。

本实用新型实施例中，转向头22自由端端面可固定设置三个搭子223。三个搭子223呈三角形分布，并且三个搭子223的自由端共面。优选的，三个搭子223呈等边三角形分布。根据三点固定原理，在装夹硅晶棒时，三个搭子223使装夹主轴12和硅晶棒之间形成三点接触，保证硅晶棒受力平衡。

图5是图2中C区域放大图。如图5，本实用新型实施例中，第一驱动部件为双作用气缸15，双作用气缸15通过气缸安装柱、气缸安装板和安装杆固定在活动组件安装座14上。活动夹紧部件为一端与双作用气缸15中活塞杆固定连接的伸缩顶杆16。实际应用中，通过调整双作用气缸15两个气室的压力，就可使伸缩顶杆16沿装夹主轴12的轴线移动，完成夹紧硅晶棒或释放边皮料的动作。

请继续参见图5，本实施例中，伸缩顶杆16包括顶杆本体161、连接销162、双头顶紧块163、压板164和垫块165。其中顶杆本体161通过联轴器与双作用气缸15的活塞杆连接，双头顶紧块163通过连接销162安装在顶杆本体161的自由端，压板164固定安装在双头顶紧块163的自由端，垫块165固定安装在压板164的表面。

因为双头顶紧块163通过一个连接销162安装在顶杆本体161的自由端，所以垫块165抵靠硅晶棒端面后，双头顶紧块163可根据硅晶棒端面的倾斜角度相对于连接销162转动，以使垫块165与硅晶棒的端面最大程度地贴合。本实施中，压板164上设置两个垫块165，两个垫块165的延伸方向均平行于连接销162，并且两个垫块165与硅晶棒接触的表面共面。

请继续参见图5，本实施中，双头顶紧块163和顶杆本体161外侧还可设置波纹管166。双头顶紧块163绕连接销162旋转时，波纹管166可相应的旋转并产生弹性回弹力。如果双头顶紧块163的自由端没有抵靠硅晶棒，则波纹管166产生的弹性回弹力可使双头顶紧块163旋转至中间位置，两个垫块165与硅晶棒接触的表面垂直于装夹主轴12的轴向。此外，波纹管166与双头顶紧块163和顶杆本体161均密封连接，以防止硅晶颗粒进入波纹管166内侧，继而避免硅晶颗粒影响双头顶紧块163相对于连接销162的转动。

本实施例中，活动组件安装座14上具有第三通孔；伸缩顶杆16的顶杆本体161穿过第三通孔；为防止伸缩顶杆16相对于第三通孔转动，顶杆本体161和第三通孔之间还设置有限制顶杆本体161转动的导向平键。

请参看附图5，为便于部件加工组装、提高第三通孔的长度，并防止导向平键脱离第三通孔，活动组件安装座14上设有顶紧销座和第四通孔；顶紧销座固定安装在活动组件安装座14上并穿过第四通孔，第三通孔设置在顶紧销座中间区域；顶紧销座的表面以顶杆本体161的表面均设置安装导向平键的凹槽，导向平键同时插入两个凹槽、限制顶杆本体161转动。

请参见图2，本实用新型实施例中，活动组件安装座14为类似法兰盘的结构，活动组件安装座14上设有四组活动夹紧部件和对应的第一驱动部件一个活动夹紧部件和对应的第一驱动部件被称为一组夹持组件，四组夹持组件均匀分布在活动安装座上。在切割硅晶圆棒形成方棒的过程中，各个夹持组件均夹持对应的边皮料。当然，在其他实施例中，根据切割产品形状的不同，也可对应地设置其他数目的夹持组件。另外，应当注意，在其他实施例中，活动组件安装座14并不限于本实施例中类似法兰盘的结构，也可为其他与装夹主轴12固定连接的支撑结构。

请回看附图1和附图3，为实现装夹主轴12的转动，本实施例硅晶棒装夹装置中的装夹座1还可安装第一伺服电机24。第一伺服电机24与支架11固定连接，第一伺服电机24的输出轴通过联轴器和装夹主轴12连接，以驱动装夹主轴12转动，继而带动硅晶棒转动。

请继续参见图3，本实施例中，为减小装夹主轴12相对支架11转动时的摩擦力，装夹主轴12和支架11之间设有轴承13，轴承13包括内隔套131、外隔套132、滚针、轴承外圈端盖133和轴承压盖134，其中内隔套131与装夹主轴12固定连接，外隔套132和支架11固定连接，轴承外圈端盖133和轴承13压盖设置在内隔套131和外隔套132的端部，以防止硅晶颗粒等杂志进入到轴承13内侧。

为采用本实用新型实施例中的装夹座1装夹硅晶棒，装夹座1应当能够沿装夹主轴12的轴向移动。图6是本实用新型实施例硅晶棒装夹装置中的装夹座和装夹座驱动组件配合示意图。如图6，本实施例中的硅晶棒装夹装置还包括装夹座驱动组件；装夹座1主动组件包括直线导轨2、滚珠丝杠副和第二伺服电机4，直线导轨2和滚珠丝杠副的丝杠3均沿装夹主轴12的轴向延伸设置；第二伺服电机4的输出轴与滚珠丝杠副的丝杠3固定连接，装夹座1卡接直线导轨2、可沿直线导轨2滑动，装夹座1与滚珠丝杠副中的螺母固定连接。第二伺服电机4带动滚珠丝杠副的丝杆转动时，因为直线导轨2的限制作用，螺母带动装夹座1沿装夹主轴12的轴向方向移动。当然，在其他实施例中，装夹座驱动组件也可以是诸如气缸、液压缸等其他类型的驱动机构。

以上对本实用新型实施例中的硅晶棒装夹装置进行了详细介绍。本部分采用具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想，在不脱离本实用新型原理的情况下，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。