一种单晶硅棒两线开方机的制作方法

本实用新型属于单晶硅棒加工设备技术领域，具体地说涉及一种单晶硅棒两线开方机。

背景技术：

制作太阳能电池板所用硅片的制造工序分为：拉晶、截断、开方、磨倒、切片等几个步骤。拉晶是在拉晶炉内通过化学沉积的方式生成圆柱体型的单晶硅棒，长度最大可达6米；截断是指把拉晶出来的单晶硅棒截成长度不等 (100～700mm)的小段；开方是指把截断出的不同长度的单晶硅棒切成长方体型，产生四块形状不规则(截面呈弧形⌒)的余料(行业内称为边皮)；磨倒是指用磨具把开方后长方体型的单晶硅棒的四个表面进行磨抛，以及四个棱边进行倒圆的过程。切片是指把磨倒后的长方体型的单晶硅棒切成0.15mm左右厚的硅片用于最后的太阳能电池板的制作。目前，行业内多采用“四线”开方机实现单晶硅棒的开方，即切割机头处的切割线形成“井”字形，该种设备结构复杂，成本高，此外，切割线的间距固定，仅能用于切除边皮而无法实现硅棒棱线的切除。

技术实现要素：

针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种单晶硅棒两线开方机。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种单晶硅棒两线开方机，包括底座，所述底座上设有上料组件、下料组件、切割头机构、夹持机构及进给滑台组件，所述上料组件和下料组件通过支撑组件与底座连接，所述支撑组件垂直于进给滑台组件的进给方向设置，所述上料组件和下料组件分别位于支撑组件的两端，且上料组件和下料组件的进给方向垂直于进给滑台组件的进给方向；

所述进给滑台组件通过立柱框架设于底座上方，所述夹持机构固设于进给滑台组件的下方，且夹持机构与进给滑台组件同步进给，所述切割头机构位于支撑组件的一侧，切割线绕过切割头机构形成平行线以切割单晶硅棒。

进一步，所述上料组件包括上料固定板、第一夹爪和第二夹爪，所述第一夹爪和\或第二夹爪与上料固定板活动连接，所述第一夹爪和第二夹爪的纵截面均呈V型，且两者的V型开口相对设置以形成容纳单晶硅棒的空间，所述上料固定板的上表面且位于第一夹爪、第二夹爪之间设有上料托块。

进一步，所述下料组件包括下料固定板、下料气缸、托板和纵截面呈L型的下料托块，所述下料气缸的缸体端与下料固定板的上表面固连，其活塞端与托板的下表面固连，所述下料托块设为2个，且2个下料托块相对的设于托板的上表面，所述下料固定板与托板之间设有导向柱。

进一步，所述支撑组件包括垫板、上料电缸模组和下料电缸模组，所述上料电缸模组的导轨滑块上设有上料组件支撑板，所述下料电缸模组的导轨滑块上设有与下料固定板固连的下料组件支撑板，所述上料组件支撑板上设有上料缓冲组件，所述上料缓冲组件包括第一缓冲座、第二缓冲座和缓冲弹簧，所述第一缓冲座的底部与上料组件支撑板固连，其顶部为自由端，所述第二缓冲座的底部为自由端，其顶部与上料固定板固连，所述缓冲弹簧的两端分别连接第一缓冲座和第二缓冲座。

进一步，所述进给滑台组件包括滑台、滑台驱动电机和进给丝杠，所述进给丝杠的两端分别通过丝杠支撑架与立柱框架固连，所述进给丝杠的外围套设有与其螺纹配合的滑动座，所述滑动座的底部与滑台固连，其一侧与滑台驱动电机的输出端连接，所述滑台通过位于其下方的滑块与立柱框架滑动连接。

进一步，所述夹持机构包括定夹头、动夹头和夹边皮组件，所述定夹头的顶端与滑台固连，所述动夹头的顶端与滑台滑动连接，所述定夹头、动夹头均为浮动夹头，所述浮动夹头包括夹头本体、设置于夹头本体后侧的膜片以及设置于所述夹头本体与膜片之间的球头。

进一步，所述夹边皮组件设为2个，且2个夹边皮组件分别与定夹头、动夹头连接，所述夹边皮组件至少包括2个夹边皮气缸，所述至少2个夹边皮气缸位于定夹头或动夹头的外围，所述2个夹边皮组件中至少一者与边皮旋转元件连接。

进一步，所述切割头机构包括左切割组件、右切割组件和绕线组件，所述左切割组件、右切割组件对称分布，且两者之间设有供单晶硅棒穿过的让位间隙，所述左切割组件和右切割组件均包括线网支架及位于线网支架上竖向分布的第一切割轮和第二切割轮，所述第一切割轮和第二切割轮位于同一平面内，位于左切割组件和右切割组件的线网支架相对设置，切割线依次绕过位于左切割组件和右切割组件的第一切割轮、第二切割轮形成用于切割单晶硅棒的平行线，所述线网支架的底部与底座可滑动连接。

进一步，所述绕线组件包括收线筒和放线筒，所述收线筒和放线筒均沿着水平向且平行于线网支架设置，且两者位于切割机构不同侧，所述收线筒和放线筒处均设有绕线驱动组件和排线驱动组件。

进一步，所述底座远离支撑组件的一侧设有接边皮组件，所述接边皮组件包括接边皮输送机和接料箱，所述接边皮输送机包括接边皮电机、皮带、斜坡和接料箱，所述接边皮电机带动皮带运转，所述接料箱的顶端正对切割线形成的平行线设置，其底端与斜坡相接，所述斜坡与接边皮输送机的机架固连。

本实用新型的有益效果是：

相较于传统的四线开方机，本申请采用两条切割线进行开方，既优化了切割头机构，使运行更稳定，又可适应边皮和棱线不同边距的开方需求，实现切割线距的无极可调，提高设备切割效率，全自动化操作，具有产能高、切割质量稳定、劳动强度低的特点，此外，浮动夹头可以自适应单晶硅棒端面斜度，实现夹持机构与单晶硅棒端面的完全贴合，提高夹持稳定性，为实现工业自动化有着深远的意义。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是上料组件结构示意图；

图3是下料组件结构示意图；

图4是支撑组件结构示意图；

图5是夹持机构与进给滑台组件结合示意图；

图6是浮动夹头结构示意图；

图7是切割头机构结构示意图；

图8是切割线走向示意图。

附图中：1-底座、2-上料组件、3-下料组件、4-支撑组件、5-切割头机构、6- 夹持机构、7-进给滑台组件、8-立柱框架、9-接边皮组件、10-切割线；

201-上料固定板、202-第一夹爪、203-第二夹爪、204-上料托块、205-推力气缸、206-靠板；

301-下料固定板、302-下料气缸、303-托板、304-下料托块、305-导向柱、306- 上柱体、307-下柱体；

401-垫板、402-上料电缸模组、403-下料电缸模组、404-上料组件支撑板、405- 下料组件支撑板、406-第一缓冲座、407-第二缓冲座、408-缓冲弹簧；

501-左切割组件、502-右切割组件、503-线网支架、504-第一切割轮、505- 第二切割轮、506-收线筒、507-放线筒、508-张力支架、509-张力驱动元件、510 张力轮、511-排线轮、512-第一过渡轮、513-边距检测探针、514-检测气缸；

601-定夹头、602-动夹头、603-夹边皮气缸、604-夹头本体、605-膜片、606- 球头、607-夹头旋转电机、608-动夹头中心轴、609-动夹头旋转轴承套、610-动夹头支架、611-动夹头丝杠、612-动夹头进给电机；

701-滑台、702-滑台驱动电机、703-进给丝杠、704-丝杠支撑架、705-滑块、 706-滑动座；

901-接边皮电机、902-皮带、903-斜坡。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合本实用新型的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本实用新型创造。

实施例一：

参考图1，一种单晶硅棒两线开方机，包括底座1，所述底座1上设有立柱框架8，所述底座1上设有上料组件2、下料组件3、切割头机构5、夹持机构6、进给滑台组件7以及接边皮组件9。具体为：单晶硅棒经上料组件2输送至目标位置，进给滑台组件7带动夹持机构6进给并夹紧位于上料组件2的单晶硅棒，夹持机构6 将单晶硅棒夹持至切割头机构5进行一次开方，然后，夹持机构6夹持单晶硅棒一次复位至目标位置，旋转90°，夹持机构6将单晶硅棒夹持至切割头机构5进行二次开方，夹持机构6夹持单晶硅棒二次复位至目标位置，旋转45°，进行棱线切除，再次旋转，切除另一对棱线，最终形成单晶硅块，夹持机构6将单晶硅块置于下料组件3完成下料，同时，一次开方和二次开方形成的边皮经接边皮组件 9输出。

参考图1至图3，所述上料组件2和下料组件3通过支撑组件4与底座1连接，所述支撑组件4垂直于进给滑台组件7的进给方向设置，具体的，所述上料组件2和下料组件3分别位于支撑组件4的两端，支撑组件4能够分别带动上料组件2和下料组件3进给，且上料组件2和下料组件3的进给方向垂直于进给滑台组件7的进给方向。

参考图2，所述上料组件2包括上料固定板201、第一夹爪202和第二夹爪203，且所述第一夹爪202和\或第二夹爪203与上料固定板201活动连接，也就是说，第一夹爪202和第二夹爪203可相向移动以改变间距。本实施例中，第一夹爪202的底部与上料固定板201固连，第二夹爪203的底部通过滑轨和滑块与上料固定板 201活动连接，所述第二夹爪203处连接有用于推动第二夹爪203靠近或远离第一夹爪202的推力气缸205。为了提高单晶硅棒的夹持稳定性，所述第一夹爪202和第二夹爪203的纵截面均呈V型，且两者的V型开口相对设置以形成容纳单晶硅棒的空间。同时，为了对置于空间内的单晶硅棒进行限位，所述上料固定板201的一侧设有与容纳单晶硅棒的空间正对设置的靠板206，即靠板206与单晶硅棒的一端面相抵，从而对单晶硅棒进行限位。此外，所述上料固定板201的上表面且位于第一夹爪202、第二夹爪203之间设有多个上料托块204，且2个上料托块204形成托块组，所述托块组的纵截面呈V型，以适应单晶硅棒的圆周弧度，对单晶硅棒起到承托作用。

参考图3，所述下料组件3包括下料固定板301、下料气缸302、托板303和纵截面呈L型的下料托块304，所述下料气缸302的缸体端与下料固定板301的上表面固连，其活塞端与托板303的下表面固连，也就是说，通过下料气缸302的伸缩可调整下料组件3的高度。所述下料托块304设为2个，且2个下料托块304相对的设于托板303的上表面以形成容纳单晶硅块的凹槽。

所述下料固定板301与托板303之间设有起导向作用的导向柱305。作为优选，所述导向柱305包括上柱体306和下柱体307，所述上柱体306内部设有空腔，且上柱体306的内径大于下柱体307的外径，所述下柱体307的底部与下料固定板301固连，其顶部嵌入上柱体306空腔内，所述下柱体307的外壁上设有凸缘，所述上柱体306的内壁上设有凹槽，所述凸缘嵌入凹槽内，且凸缘和凹槽均沿着垂直方向设置，同时，所述下柱体307嵌入上柱体306空腔部分的长度大于下料气缸302的最大行程，也就是说，在高度调整过程中，凸缘始终嵌入凹槽内部，避免上柱体306和下柱体307脱离。

参考图4，所述支撑组件4包括垫板401、上料电缸模组402和下料电缸模组403，所述上料电缸模组402的导轨滑块上设有与上料组件2连接的上料组件支撑板404，以带动上料组件2进给，所述下料电缸模组403的导轨滑块上设有与下料固定板301固连的下料组件支撑板405，以带动下料组件3进给。同时，上料电缸模组402和下料电缸模组403相对设置，且两者分别位于垫板401的两端，也就是说，上料组件2、下料组件3的初始位置均位于垫板401的端部。所述垫板401沿着垂直于进给滑台组件7的进给方向设置，所述上料电缸模组402和下料电缸模组 403分别通过电机驱动。

具体操作时，首先，将单晶硅棒置于托块组上方，启动推力气缸205，推动第二夹爪203靠近第一夹爪202，以夹紧硅棒。然后，上料电缸模组402带动上料组件2进给到底座1上的目标位置，夹持机构6进给到目标位置夹持住单晶硅棒，此时，第二夹爪203远离第一夹爪202，上料电缸模组402带动上料组件2复位，夹持机构6将单晶硅棒夹持至切割头机构进行边皮、棱线切除完成开方形成单晶硅块。最后，下料电缸模组403带动下料组件3进给到目标位置，夹持机构6将单晶硅块置于2个下料托块304之间，夹持机构6复位，同时，下料电缸模组403带动下料组件3复位完成下料操作。同时，在夹持机构6进给到目标位置夹持住单晶硅棒过程中，为了避免夹持力推动上料组件2产生位移，所述上料组件支撑板404 上设有上料缓冲组件，所述上料缓冲组件包括第一缓冲座406、第二缓冲座407 和缓冲弹簧408，所述第一缓冲座406的底部与上料组件支撑板404固连，其顶部为自由端，所述第二缓冲座407的底部为自由端，其顶部与上料固定板201固连，所述缓冲弹簧408的两端分别连接第一缓冲座406和第二缓冲座407，以缓冲夹持力。

实施例二：

参考图1、图5和图6，所述进给滑台组件7通过立柱框架8设于底座1上方，所述夹持机构6固设于进给滑台组件7的下方，且夹持机构6与进给滑台组件7同步进给。

具体的，所述进给滑台组件7包括滑台701、滑台驱动电机702和进给丝杠703，所述进给丝杠703的两端分别通过丝杠支撑架704与立柱框架8固连，所述进给丝杠703的外围套设有与其螺纹配合的滑动座706，所述滑动座706的底部与滑台701 固连，其一侧与滑台驱动电机702的输出端连接，同时，所述滑台701通过位于其下方的滑块705与位于立柱框架8上的滑轨滑动连接，也就是说，启动滑台驱动电机702，可带动滑动座706、滑台701沿着立柱框架8进给，同时带动夹持机构6整体进给。

所述夹持机构6包括定夹头601、动夹头602和夹边皮组件，所述定夹头601 的顶端与滑台701固连，所述动夹头602的顶端与滑台701滑动连接，也就是说，定夹头601、动夹头602的间距可调，以夹持单晶硅棒。同时，为了提高定夹头601、动夹头602与单晶硅棒端面的贴合度，所述定夹头601、动夹头602均为浮动夹头，所述浮动夹头包括夹头本体604、设置于夹头本体604后侧的膜片605以及设置于所述夹头本体604与膜片605之间的球头606，借助球头606、夹头本体604、膜片605之间的自适应功能，实现浮动夹头与单晶硅棒端面的完全贴合，提高夹持稳定性。同时，动夹头602除包含浮动夹头后还包括夹头旋转电机607，膜片605的侧面固定连接有动夹头中心轴608，且动夹头中心轴608与夹头旋转电机607的输出端相连接，也就是说，夹头旋转电机607可带动动夹头602旋转。动夹头602通过动夹头支架610与滑台701滑动连接，此处滑动连接优选为动夹头进给电机612 驱动动夹头丝杠611，动夹头支架610套设在动夹头丝杠611上且两者螺纹配合，所述动夹头支架610与动夹头中心轴608之间设有动夹头轴承，也就是说，动夹头进给电机612可驱动动夹头602整体进给，同时，动夹头602可相对动夹头支架610 旋转。位于定夹头601中的膜片605侧面连接有定夹头中心轴，定夹头601通过定夹头支架与滑台701固连，而定夹头中心轴与定夹头支架之间设有定夹头轴承，也就是说，定夹头601可相对于定夹头支架旋转，也就是说，动夹头602旋转过程中可带动定夹头601同步旋转。

为了夹持单晶硅棒的边皮，所述定夹头601、动夹头602处均设有夹边皮组件，所述夹边皮组件至少包括2个夹边皮气缸603，所述至少2个夹边皮气缸603位于定夹头601或动夹头602的外围。其中，定夹头支架的外围设有定夹头旋转轴承，所述定夹头旋转轴承外围套设有定夹头旋转轴承套，位于定夹头601处的夹边皮气缸603与定夹头旋转轴承套固连，同时，动夹头支架的外围设有动夹头旋转轴承，所述动夹头旋转轴承外围套设有动夹头旋转轴承套609，位于动夹头602处的夹边皮气缸603与动夹头旋转轴承套609的外围固连。加之，所述2个夹边皮组件中至少一者与边皮旋转元件614连接。本实施例中，2个夹边皮组件处均设有边皮旋转元件614，且定夹头601、动夹头602的上方和下方分别设置1个夹边皮气缸603，位于定夹头601的夹边皮气缸603具有自动锁紧功能，避免切割过程中因两端气压不一致造成切割的边皮料发生位移引起崩边。所述夹边皮气缸603通过连杆613 与边皮旋转元件614连接，也就是说，夹边皮气缸603可相对定夹头601、动夹头 602旋转。另外，位于定夹头601、动夹头602处的2个夹边皮气缸603的初始位置为2者沿着竖直方向设置。

工作时，定夹头601、动夹头602夹持单晶硅棒并进给至切割头机构5处，之后，夹边皮气缸603旋转90°且活塞伸出以夹持边皮，进行一次开方，夹边皮气缸603的活塞回缩，边皮掉落，然后，夹持机构6夹持单晶硅棒一次复位至目标位置，动夹头602旋转90°，夹边皮气缸603的活塞伸出以夹持另一对边皮，夹持机构6将单晶硅棒夹持至切割头机构5进行二次开方，活塞回缩，边皮掉落，夹持机构6夹持单晶硅棒二次复位至目标位置，动夹头602旋转45°，夹边皮气缸603 复位至初始位置，进行棱线切除后复位至目标位置，动夹头602再次旋转，切除另一对棱线，最终形成单晶硅块。

在其他一些实施例中，2个夹边皮组件中有一者与边皮旋转元件614连接，另一者不设置边皮旋转元件614，如定夹头601处不设置边皮旋转元件614，此时，位于定夹头601处的2个夹边皮气缸603与定夹头601位于同一水平面内，所述边皮旋转元件614选用电机或气缸等。

实施例三：

参考图1、图7和图8，所述切割头机构5位于支撑组件4的一侧，切割线10绕过切割头机构5形成用于切割单晶硅棒的平行线，也就是说，切割头机构5和支撑组件4分别位于进给滑台组件7的进程的两端。所述切割头机构5包括左切割组件501、右切割组件502和绕线组件，所述所述左切割组件501、右切割组件502对称分布，且两者之间设有供单晶硅棒穿过的让位间隙，定夹头601、动夹头602 夹持单晶硅棒穿过让位间隙以实现开方。

所述左切割组件501和右切割组件502均包括线网支架503及位于线网支架 503上竖向分布的第一切割轮504和第二切割轮505，所述第一切割轮504和第二切割轮505位于同一平面内，所述第一切割轮504与切割电机连接，即第一切割轮504 作为主动轮，第二切割轮505作为从动轮。位于左切割组件501和右切割组件502 的线网支架相对设置，切割线10依次绕过位于左切割组件501和右切割组件502 的第一切割轮、第二切割轮形成用于切割单晶硅棒的平行线。本实施例中，所述平行线沿着竖直方向设置，在其他一些实施例中，所述平行线可沿着水平方向设置或倾斜设置。

同时，所述线网支架503的底部与底座1可滑动连接，也就是说，左切割组件 501、右切割组件502的间距可调，即切割线距可调，实用性强。所述线网支架503 的顶部水平设有第一过渡轮512，且第一切割轮504的轮槽最低点与第一过渡轮512的轮槽位于同一水平面内，线网支架503的底部设有与第一过渡轮512相平行且位于让位间隙的第二过渡轮，且第二切割轮505的轮槽最低点与第二过渡轮的轮槽位于同一水平面内。为了保证切割线10的张紧度，2个线网支架503远离让位间隙的一侧均设有与其垂直的张力支架508，所述张力支架508上设有张力驱动元件509、张力轮510、排线轮511，张力驱动元件509带动张力轮510旋转以达到张紧切割线10的效果，所述排线轮511倾斜设置，用于实现切割线10换向，所述张力驱动元件509为电机或气缸等。

此外，为了检测单晶硅棒切割后的实际边距尺寸，检验切割后尺寸是否合格及切割间距是否需要调整，线网支架503上均设有边距检测组件，所述边距检测组件包括边距检测探针513和检测气缸514，所述边距检测探针513与检测气缸 514的活塞端连接，由检测气缸514推动边距检测探针513产生位移以检测单晶硅棒切割后的实际边距尺寸并存储至控制系统，建立切割数据库。

所述绕线组件包括收线筒506和放线筒507，所述收线筒506和放线筒507均沿着水平向且平行于线网支架503设置，且两者位于切割机构不同侧，所述收线筒 506和放线筒507处均设有绕线驱动组件和排线驱动组件，所述绕线驱动组件用于带动收线筒506和放线筒507转动，实现收放切割线10，所述排线驱动组件用于带动收线筒506和放线筒507产生位移实现排线。以单个线网支架503为例，切割线 10经放线筒507依次引至排线轮511、张力轮510、第一过渡轮512、第一切割轮504、第二切割轮505，最后，切割线10经第二过渡轮引至另一线网支架的第二过渡轮，切割线10在另一线网支架的走向与上述走向相反，最终，切割线10与收线筒506 连接。

实施例四：

参考图1，所述底座1远离支撑组件4的一侧设有接边皮组件9，所述接边皮组件9包括接边皮输送机和接料箱，所述接边皮输送机包括接边皮电机901、皮带 902、斜坡903和接料箱，所述接边皮电机901带动皮带902运转，所述接料箱的顶端正对切割线10形成的平行线设置，便于盛接边皮和棱线，接料箱的底端与斜坡903相接，所述斜坡903与接边皮输送机的机架固连。

以上已将本实用新型做一详细说明，以上所述，仅为本实用新型之较佳实施例而已，当不能限定本实用新型实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本实用新型涵盖范围内。