硅棒开方机的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种硅棒开方机，包括：机座，具有一开方切割区；用于承载竖直放置的硅棒的承载台，设于机座上且位于开方切割区；设于机座上的线切割设备，包括：切割机架，设于机座上且邻近于承载台；线切割单元，设于切割机架且可升降地设于承载台上方，线切割单元中包括有形成切割线网的切割线。相较于现有技术，本实用新型硅棒开方机利用承载台承载竖直放置的硅棒，通过线切割设备直线向下来切割下方的硅棒，能实现自动化切割而完成硅锭开方作业，节省人工成本且提高生产效率。
【专利说明】
娃棒开方机
技术领域
[0001]本实用新型涉及工件加工技术领域，特别是涉及应用于硅棒的硅棒开方机。
【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，通常的晶体硅太阳能电池是在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，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娃棒的切割，但是由于娃棒根数较多，切割机构中切割线在布置走线时需要经过很多导线轮转向，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，故整体切割效率实际并不高。同时，目前传统的开方机由于切割单晶硅棒的数量多，导致切割导轮的间距越来越大，带来的效率低下，截断面与中心线偏差大，崩边，且需要人工进行搬运，存在安全隐患。随着单晶硅棒的成本不断降低，对切割中产生无谓的损耗要求越来越高，以往的切割方式已不能满足对现有单晶硅棒截断的要求。
【实用新型内容】
[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种硅棒开方机，用于解决现有的单次多根硅棒开方切割技术中存在的崩边率较大、切割质量欠佳及切割效率较低等问题。
[0006]为实现上述目的及其他目的，本实用新型提供一种硅棒开方机，包括:机座，具有一开方切割区；用于承载竖直放置的硅棒的承载台，设于所述机座上且位于所述开方切割区；设于所述机座上的线切割设备，包括:切割机架，设于所述机座上且邻近于所述承载台；线切割单元，设于所述切割机架且可升降地设于所述承载台上方，所述线切割单元中包括有形成切割线网的切割线。
[0007]可选地，所述娃棒开方机还包括定位结构，所述定位结构包括供定位所述娃棒底部的底部定位件，所述底部定位件为设于承载台上的夹具、气动吸盘、以及粘结连接面中的任一者。
[0008]可选地，所述定位结构还包括压紧所述硅棒顶部的顶部压紧件。
[0009]可选地，所述线切割单元包括:支架，通过一升降机构可升降地设于所述切割机架；以及至少一对切割轮组，对向设置于所述支架的相对两侧;每一个所述切割轮组包括相对设置的至少两个切割轮和缠绕于至少两个所述切割轮上的切割线。
[0010]可选地，一对所述切割轮组中分属不同所述切割轮组中的两条切割线相互平行。
[0011]可选地，所述线切割单元包括两对切割轮组，两对所述切割轮组中任意相邻两条所述切割线相垂直。
[0012]可选地，所述线切割单元还包括绕线轮和张力轮，设于所述切割机架。
[0013]可选地，所述硅棒开方机还包括用于将所述硅棒转移至所述承载台以及将所述硅棒从所述承载台转移出的工作转移设备。
[0014]可选地，所述硅棒开方机还包括用于对所述承载台上承载的所述硅棒进行检位的娃棒检位设备。
[0015]可选地，所述硅棒检位设备包括C⑶摄像单元及图像识别单元。
[0016]本实用新型的硅棒开方机，包括机座、位于开方切割区的承载台、以及线切割设备，利用承载台承载竖直放置的硅棒，通过线切割设备直线向下来切割下方的硅棒，能实现自动化切割而完成硅锭开方作业，节省人工成本且提高生产效率。
[0017]另外，本实用新型的硅棒开方机，单次仅切割一个单晶棒，相比于现有技术，可以大幅度缩短切割导轮的间距，不用剪线，崩边率大大降低，极大地提高切割效率。
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型硅棒开方机在第一视角下的立体结构示意图。
[0019]图2为本实用新型硅棒开方机在第二视角下的立体结构示意图。
[0020]图3为本实用新型硅棒开方机的正视图。
[0021 ]图4为本实用新型硅棒开方机的侧视图。
[0022]图5为本实用新型硅棒开方机中定位结构的结构示意图。
[0023 ]图6为本实用新型娃棒开方机中定位结构中底部定位件的结构示意图。
【具体实施方式】
[0024]以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
[0025]请参阅图1至图6。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
[0026]请参阅图1至图4，显示了本实用新型硅棒开方机在一个实施方式中的结构示意图，其中，图1为本实用新型硅棒开方机在第一视角下的立体结构示意图，图2为本实用新型硅棒开方机在第二视角下的立体结构示意图，图3为本实用新型硅棒开方机的正视图，图4为本实用新型硅棒开方机的侧视图。需说明的是，本实用新型中硅棒开方机除了可以对硅棒进行切割开方外，还可以对其它待切割工件进行切割，例如:玻璃盖板、陶瓷、石墨、蓝宝石等，以下实施例主要是以硅棒为例进行详细说明。现有的硅棒一般为圆柱形结构，通过硅棒开方机对硅棒进行开方，使得硅棒在开方处理后截面呈类矩形(包括类正方形)，而硅棒整体呈类长方体形(包括类立方体形)，包括四个竖切面和位于相邻两个竖切面之间的倒角面，以便于后续对开方后的硅棒进行切片，得到所需硅片。当然，所述截面可不必为方形，可以是更多边或更少边的形状，并非以本实施例为限。
[0027]如图1至图4所示，本实用新型所提供的硅棒开方机，包括:机座11、承载台12、线切割设备14、以及工作转移设备。
[0028]以下对本实用新型硅棒开方机进行详细说明。
[0029]机座11，作为本实用新型硅棒开方机的主体框架，承载台12和线切割设备14等均设于机座11上。在本实施例中，机座11的前部具有一开方切割区。
[0030]承载台12，设于机座11上且位于所述开方切割区的承载台，用于承载硅棒20。在本实施例中，所述承载台12为矩形的台面结构，其截面大致呈，型，枕于机座11上。硅棒20是由多晶硅脆状材料提拉而成单晶硅棒，一般为圆柱形结构，在实际应用中，呈圆柱形结构的硅棒20是圆形截面接触的方式竖直放置于承载台12上。
[0031]另外，为使得竖直放置的硅棒20能稳固于承载台12，本实用新型硅棒开方机还包括有定位结构。
[0032]所述定位结构包括供定位硅棒20底部的底部定位件，较佳地，在一实际应用中，所述底部定位件可以是固设于承载台12上的硅棒夹具，该硅棒夹具包括底托151和设于底托151外周的夹爪153(请参阅图5和图6)，底托151与需限位的硅棒20相适配，夹爪153为多个(在本实施例中，由于是需要将硅棒由初始的圆形截面切割为类矩形截面，如此，要将硅棒沿着硅棒长度方向切割出四个两两平行的切割平面，因此，各个夹爪153的数量优选为四个，分别自底托151的底部向上延伸出)。在一种情形下，对于夹爪153的设置，夹爪153可设计为具有弹性的弹性夹爪且夹爪153是啮合连接于底托151的底部(夹爪153的连接端设置有齿盘1531，底托151的底部设有与齿盘1531啮合的齿盘调节柱1532，齿盘调节柱1532上设计有多节调节齿。通过齿盘调节柱1532的上下运动即可控制夹爪153的开合)。如此，当硅棒20置放于底托151时，硅棒20抵靠于底托151且确保硅棒20与底托151同心，这时，夹爪153可很好地夹固住硅棒20底部。再有，为了防止夹爪153剐蹭划伤硅棒20，夹爪153与硅棒20接触的部位为圆滑设计或者在夹爪153中要与硅棒接触的内表面增设缓冲垫。当然，硅棒夹具仅是一种较佳实施例，但底部定位件并不以此为限，在其他实施例中，底部定位件也可以是气动吸盘或者涂覆有粘结剂的粘结连接面，应同样具有将硅棒20稳固于承载台12上的效果。
[0033]此外，所述定位结构还可包括顶部压紧件，用于压紧硅棒20的顶部。在本实施中，顶部压紧件可包括:活动设置的轴承161以及设置于轴承161底部的压紧块163，轴承161受一驱动装置驱动(未在图式中予以标示)而上下活动，压紧块163与硅棒20适配(压紧块163可以是与硅棒20的截面尺寸相适配的圆饼形压块)。
[0034]这样，通过所述定位结构中的底部定位件和顶部压紧件的相互配合，可将待切割的硅棒20稳固于承载台12上，确保了硅棒20在开方切割作业中的稳定性及切割面的平整度。
[0035]线切割设备14，设于机座11上，包括:切割机架141和线切割单元。
[0036]切割机架141设于机座11的后部且邻近于承载台12。
[0037]线切割单元，设于切割机架且可升降地设于承载台12上方。进一步地，线切割单元包括:支架143和至少一对切割轮组。支架143通过一升降机构可升降地设于切割机架141，在一实施例中，所述升降机构可设于切割机架141和对应的支架143的左右两侧，所述升降机构可包括:上下设置的滑轨、设于所述切割机架141上且顺着所述滑轨的导向柱、以及设于支架143上导向板，所述导线板带有供穿设于导向柱的导向孔。所述导向柱可以起到导向的作用，保证了支架143在进行升降运动时的运动稳定度及竖直精度。
[0038]所述至少一对切割轮组，对向设置于支架143的相对两侧。每一个切割轮组包括相对设置的至少两个切割轮145和缠绕于至少两个切割轮145上的切割线146，一对切割轮组中分属不同所述切割轮组中的两条切割线146相互平行。每一个切割轮组中的两个切割轮145之间的间距与硅棒20的截面尺寸相对应。具体来讲，在一种情形下，线切割单元包括第一对切割轮组，所述第一对切割轮组包括第一切割轮组和第二切割轮组，分列于支架143的左右两侧，第一切割轮组包括前后设置的两个切割轮145，两个切割轮145之间缠绕有第一切割线146，第二切割轮组也包括前后设置的两个切割轮145，两个切割轮145之间缠绕有第二切割线146，第一切割线146与第二切割线146相互平行;在另一种情形下，线切割单元包括第二对切割轮组，所述第二对切割轮组包括第三切割轮组和第四切割轮组，分列于支架143的前后两侧，第三切割轮组包括左右设置的两个切割轮145，两个切割轮145之间缠绕有第三切割线146，第四切割轮组也包括左右设置的两个切割轮145，两个切割轮145之间缠绕有第四切割线146，第三切割线146与第四切割线146相互平行。在又一种情形下，线切割单元包括两对切割轮组，即，第一对切割轮组和第二对切割轮组。所述第一对切割轮组包括第一切割轮组和第二切割轮组，分列于支架143的左右两侧，第一切割轮组包括前后设置的两个切割轮145，两个切割轮145之间缠绕有第一切割线146，第二切割轮组也包括前后设置的两个切割轮145，两个切割轮145之间缠绕有第二切割线146，第一切割线146与第二切割线146相互平行;所述第二对切割轮组包括第三切割轮组和第四切割轮组，分列于支架143的前后两侧，第三切割轮组包括左右设置的两个切割轮145，两个切割轮145之间缠绕有第三切割线146，第四切割轮组也包括左右设置的两个切割轮145，两个切割轮145之间缠绕有第四切割线146，第三切割线146与第四切割线146相互平行。这样，第一切割轮组中的第一切割线146、第二切割线146和第二切割轮组中的第三切割线、第四切割线中的任意相邻两条切割线相互垂直，四条切割线所圈定就是矩形形状。
[0039]需特别说明的是，在前述说明中，线切割单元中既可以包括一对切割轮组(左右设置的第一对切割轮组或者前后设置的第二对切割轮组)也可以包括两对切割轮组(左右设置的第一对切割轮组和前后设置的第二对切割轮组)，不过，针对一对切割轮组和两对切割轮组而言，承载台12以及定位结构的设置略有不同。特别地，针对一对切割轮组，要将硅棒20进行开方就需要两次切割步骤，且在第一次切割之后，再次调整硅棒20的切割位置。在一较佳实施例中，可将承载台及定位结构设置为旋转式结构，例如:所述承载台为可旋转的转盘，所述定位结构中的底部定位件固定于所述承载台并跟随所述承载台转动，所述定位结构中的顶部压紧件中的轴承可受控而旋转从而带动压紧块旋转。这样，通过将承载台及定位结构设置为旋转式结构，就可顺利地将硅棒20进行旋转(例如旋转90°)，从而使得那一对切割轮组中的两条切割线能对旋转后的硅棒20进行第二次切割，完成硅棒20的开方。
[0040]线切割单元还包括:绕线轮1471，设于切割机架141上，用于缠绕切割线；张力轮1472，设于切割机架141上，用于进行切割线的张力调整;导线轮1473，设于支架143上，用于实现切割线的导向。
[0041]工作转移设备，用于完成硅棒20的转移工作。具体地，所述工作转移设备用于将硅棒20转移至承载台12以及将硅棒20从承载台12转移出。在一实施例中，所述工作转移设备为一体式机械手。例如，所述一体式机械手包括:设于机座11或机座11壳体上的安装柱(所述安装柱在必要时可设计为上下活动式)，转动设于所述安装柱上的转动臂，转动连接于所述转动臂的延伸臂，所述延伸臂的末端设有机械抓具。所述机械抓具，用于抓住待转移的硅棒。在一实施例中，机械抓具为机械抓手，具有用于夹住硅棒的夹手，为防止机械抓手剐蹭划伤硅棒，机械抓手与硅棒接触的部位为圆滑设计或者在机械抓手中要与硅棒接触的内表面增设缓冲垫。在一实施例中，机械抓具的端部具有真空吸附腔，据此吸附住待转移的硅棒(例如，机械抓具中的真空吸附腔正对硅棒20的其中一个竖切面并吸附住硅棒20以硅棒竖直放置的方式进行转移)。
[0042]为提升切割的精准度，本实用新型硅棒开方机还包括硅棒检位设备，用于对承载台上承载的所述硅棒进行检位。优选地，所述硅棒检位设备包括CCD摄像单元及图像识别单元。所述CCD摄像单元，用于采集硅棒20的图像;所述图像识别单元，与所述CCD摄像单元连接，用于识别所述CCD摄像单元采集到的硅棒图像中的棱线(硅棒20上设有棱线)。线切割单元，则可沿所述硅棒图像中的棱线而切割硅棒20并将硅棒20切割为截面为具有倒角的类矩形。具体地，所述图像识别单元可通过例如微处理器系统(如单片机系统等)实现。
[0043]还有，本实用新型硅棒开方机还可包括硅棒清洗设备(未在图式中予以显示)，用于对经线切割设备14切割开方后的硅棒20进行清洗。一般，硅棒20经线切割设备14切割开方后，在切割过程中产生的切割碎肩会附着于硅棒20表面，因此，需要对硅棒20进行必要的清洗。一般地，所述硅棒清洗设备包括有清洗刷头及与所述清洗刷头配合的清洗液喷洒装置，在清洗时，由所述清洗液喷洒装置对着硅棒20喷洒清洗液(例如为纯水)，同时，由电机驱动清洗刷头(优选为旋转式刷头)作用于硅棒20，完成清洗作业。
[0044]以下针对本实用新型硅棒开方机在实际应用中的操作流程进行详细描述。在以下描述中，假定线切割单元是包括有两对切割轮组。
[0045]首先，利用工作转移设备将硅棒20转移至承载台12上(将硅棒竖直放置于承载台12上)，并由底部定位件和顶部压紧件相互配合而将待切割的硅棒20稳固于承载台12上(将硅棒20插入硅棒夹具，硅棒20抵靠于底托151且与底托151同心，利用夹爪153牢牢地夹固住硅棒20底部。)，利用硅棒检位设备对承载台上承载的所述硅棒进行检位以确保硅棒20处于预定的放置位置；
[0046]然后，下降线切割单元中的支架143，使得支架143上的两对切割轮组所形成的切割网(四条两两平行交叉的切割线146)以沿着硅棒20的长度方向(由于硅棒20是竖直放置于承载台12的，故，硅棒20的长度方向即为竖直方向)对硅棒20进行切割，形成四个切割面(四个切割面中相对的两个切割面相互平行，相邻的两个切割面相互垂直)，直至支架143上的两对切割轮组所形成的切割网切割刀硅棒20的底部，使得圆柱形的硅棒20经开方后形成截面为类矩形的类长方体硅棒(包括四个竖切面和位于相邻两个竖切面之间的倒角面)。
[0047]接着，上升线切割单元中的支架143，使得支架143及其上的两对切割轮组回退归位。
[0048]在完成切割开方后，利用硅棒清洗设备对硅棒20进行清洗作业，8卩，由硅棒清洗设备中的清洗液喷洒装置对着硅棒20喷洒清洗液(例如为纯水)，同时，由电机驱动清洗刷头作用于硅棒20进行洗刷。
[0049]最后，利用工作转移设备将完成开方作业的硅棒20由承载台12转移出去。
[0050]本实用新型的硅棒开方机，包括机座、位于开方切割区的承载台、以及线切割设备，利用承载台承载竖直放置的硅棒，通过线切割设备直线向下来切割下方的硅棒，能实现自动化切割而完成硅锭开方作业，节省人工成本且提高生产效率。
[0051]另外，本实用新型的硅棒开方机，单次仅切割一个单晶棒，相比于现有技术，可以大幅度缩短切割导轮的间距，不用剪线，崩边率大大降低，极大地提高切割效率。
[0052]本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0053]上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
【主权项】
1.一种硅棒开方机，其特征在于，包括: 机座，具有一开方切割区； 用于承载竖直放置的硅棒的承载台，设于所述机座上且位于所述开方切割区；以及 设于所述机座上的线切割设备，包括:切割机架，设于所述机座上且邻近于所述承载台；线切割单元，设于所述切割机架且可升降地设于所述承载台上方，所述线切割单元中包括有形成切割线网的切割线。2.根据权利要求1所述的娃棒开方机，其特征在于，还包括定位结构，所述定位结构包括供定位所述硅棒底部的底部定位件，所述底部定位件为设于承载台上的夹具、气动吸盘、以及粘结连接面中的任一者。3.根据权利要求2所述的硅棒开方机，其特征在于，所述定位结构还包括压紧所述硅棒顶部的顶部压紧件。4.根据权利要求1所述的硅棒开方机，其特征在于，所述线切割单元包括: 支架，通过一升降机构可升降地设于所述切割机架；以及 至少一对切割轮组，对向设置于所述支架的相对两侧;每一个所述切割轮组包括相对设置的至少两个切割轮和缠绕于至少两个所述切割轮上的切割线。5.根据权利要求4所述的硅棒开方机，其特征在于，一对所述切割轮组中分属不同所述切割轮组中的两条切割线相互平行。6.根据权利要求4所述的硅棒开方机，其特征在于，所述线切割单元包括两对切割轮组，两对所述切割轮组中任意相邻两条所述切割线相垂直。7.根据权利要求4所述的硅棒开方机，其特征在于，所述线切割单元还包括绕线轮和张力轮，设于所述切割机架。8.根据权利要求1所述的硅棒开方机，其特征在于，还包括用于将所述硅棒转移至所述承载台以及将所述硅棒从所述承载台转移出的工作转移设备。9.根据权利要求1所述的硅棒开方机，其特征在于，还包括用于对所述承载台上承载的所述硅棒进行检位的硅棒检位设备。10.根据权利要求9所述的硅棒开方机，其特征在于，所述硅棒检位设备包括CCD摄像单元及图像识别单元。
【文档编号】B28D7/02GK205631055SQ201620474913
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月23日
【发明人】卢建伟
【申请人】上海日进机床有限公司