专利名称：光伏多晶硅铸锭炉长晶速度自动测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于光伏多晶硅铸锭炉的长晶速度自动化技术领域，涉及光伏多晶 硅铸锭炉长晶速度自动测量装置。
背景技术：
太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，生物质能、风能、海洋能、水 能等都来自太阳能，广义地说，太阳能包含以上各种可再生能源。太阳能作为可再生能 源的一种，则是指太阳能的直接转化和利用。通过转换装置把太阳辐射能转换成热能利 用的属于太阳能热利用技术，再利用热能进行发电的称为太阳能热发电；通过光电转换 装置把太阳辐射能转换成电能利用的属于太阳能光发电技术，光电转换装置通常是利用 半导体器件(太阳能电池)的光伏效应原理进行光电转换的，因此又称太阳能光伏技术。联合国召开了一系列有各国领导人参加的高峰会议，讨论和制定世界太阳能战 略规划、国际太阳能公约，设立国际太阳能基金等，推动全球太阳能和可再生能源的开 发利用。开发利用太阳能和可再生能源成为国际社会的一大主题和共同行动，成为各国 制定可持续发展战略的重要内容。中国政府一直把研究开发太阳能和可再生能源技术列 入国家科技攻关计划，大大推动了太阳能和可再生能源技术和产业的发展。太阳能利用 技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展，成为快速、稳定发展 的新兴产业之一。由于硅材料占太阳能电池成本中的绝大部分，降低硅材料的生产成本是光伏应 用的关键。多晶硅铸锭技术是降低太阳能电池成本的重要途径之一，该技术省去了昂贵 的单晶拉制过程，也能用较低纯度的硅作投炉料，材料及电能消耗方面都较省。铸锭工 艺主要有定向凝固法和浇铸法两种。定向凝固法是将硅料放在坩埚中加以熔融，然后控 制保温罩的提升速度从坩埚底部形成冷源以造成一定的温度梯度，使固液界面从坩埚底 部向上移动而形成晶锭。光伏多晶硅铸锭炉的工作周期60个小时左右，长晶阶段的时间24个小时左右， 为了优化长晶时间缩短铸锭周期，现有的实现方法是在长晶阶段每隔一个小时用石英棒 手动测量一次长晶高度，浪费人力物力，测量还很不准确。
发明内容本实用新型的的目的是为解决已有技术的问题，提出一种光伏多晶硅铸锭炉长 晶速度自动测量装置，代替落后的手动测量长晶速度方法。具体实现方法在光伏多晶硅铸锭炉的炉顶安装一个长晶自动测量装置，该装 置由运动控制器控制伺服驱动器，伺服驱动器控制伺服电机通过连轴器带动石英棒由坩 埚顶部往坩埚底部移动，当石英棒接触到坩埚底部长晶部位时，伺服电动机会瞬间处于 堵转状态，并且出现过电流现象，控制器检测到过电流信号就记录当时的长晶高度位置 值，并立即发出伺服电机反转命令，完成一次测量，一个小时以后再次重复上述测量过程，完成光伏多晶硅铸锭炉长晶速度自动测量，该装置所记录的数据也会通过显示屏显 示或通过标准通讯口发送给第三方使用。本实用新型具有测量精度高、调试整定方便的 特点，可提高多晶硅铸锭质量，实现长晶速度测量自动化。本实用新型的特点及有益效果本实用新型的特点是采用伺服控制系统带动石英棒实现光伏多晶硅铸锭炉长晶 速度自动测量，本实用新型具有测量精度高、调试整定方便的特点，可提高多晶硅铸锭 质量，实现长晶速度测量自动化。
图1为本实用新型的光伏多晶硅铸锭炉长晶速度测量控制框图。图2为本实用新型的光伏多晶硅铸锭炉长晶速度测量装置结构示意图。
具体实施方式
本实用新型提出的光伏多晶硅铸锭炉长晶速度测量装置结合附图及实施例详细 说明如下本实用新型的光伏多晶硅铸锭炉长晶速度自动测量装置结构框图如图1所示； 该装置包括伺服电机、运动控制器、伺服驱动器、石英棒；所述石英棒通过机械装置 安装在光伏多晶硅铸锭炉体内坩埚的上方并能沿垂直方向移动；所述运动控制器通过运 动控制总线与伺服驱动器双向连接，伺服驱动器的信号输出端通过电源控制线与伺服电 机的信号输入端连接，伺服驱动器的信号输入端通过轴编码器反馈线与伺服电机的信号 输出端连接，伺服电机的转动输出轴通过传动机构与石英棒相连。本实用新型的工作流程为该装置由运动控制器通过运动控制总线控制伺服驱 动器，伺服驱动器控制伺服电机带动石英棒向上移动到坩埚上方的原始位置点，在这个 原始位置点，石英棒的下端顶点处于位置零点，这时，运动控制器通过运动控制总线从 伺服驱动器上读取石英棒下端顶点的位置是零。伺服驱动器通过电源控制线和轴编码器反馈线和控制伺服电机连接，轴编码器 反馈线把电机的实时位置信息(即石英棒的下端顶点位置信息)反馈给伺服驱动器。这 样，运动控制器通过运动控制总线就可以随时从伺服驱动器中读到伺服电机的实时位置 信息(即石英棒的下端顶点位置信息)。伺服驱动器通过电源控制线可以检测到伺服电机的电流信息，因此，运动控制 器通过运动控制总线从伺服驱动器上可以实时读取伺服电机的电流信息。测量开始时，运动控制器通过运动控制总线控制伺服驱动器，伺服驱动器控制 伺服电机带动石英棒向下移动，通过坩埚上方，由坩埚顶部往坩埚底部移动，当石英棒 接触到坩埚底部长晶部位时，伺服电动机会瞬间处于堵转状态，并且出现过电流现象， 运动控制器检测到过电流信号时，就通过运动控制总线从伺服驱动器上读取石英棒下端 顶点的位置数据，运动控制器记录石英棒下端顶点的位置数据就是当时的长晶高度值后 立即发出伺服电机反转命令给伺服驱动器驱动伺服电动机向上移动到坩埚7方，完成一 次测量，一个小时以后再次重复上述测量过程，完成光伏多晶硅铸锭炉长晶速度自动测 量(该装置所记录的数据也会通过与运动控制器相连的显示屏20上显示，或通过显示屏20上的标准通讯口得到记录数据)。上述工作过程通过预先安装在运动控制器中的长晶速度自动测量程序现实，该 控制程序为本领域技术人员采用常规编程工具及技术编得。本实用新型装置的实施例结构如图2所示，包括伺服电机1及其传动机构、 石英棒14及其机械装置、运动控制器和伺服驱动器(图中未示出)；所述石英棒通过机 械装置安装在光伏多晶硅铸锭炉体内坩埚的上方并能沿垂直方向移动；所述运动控制器 通过运动控制总线与伺服驱动器双向连接，伺服驱动器的信号输出端通过电源控制线与 伺服电机的信号输入端连接，伺服驱动器的信号输入端通过轴编码器反馈线与伺服电机 的信号输出端连接，伺服电机的转动输出轴通过传动机构与石英棒相连。该机械装置包 括垂直支架11、垂直方向的直线导轨12及设置在直线导轨12上的活动滑块13、L形板 10、观测管5、密封圈16、波纹管9;机械装置中各部件的连接关系为垂直支架11固 定在炉顶15上，直线导轨12固定在垂直支架11上；在活动滑块13上固定L形板10， L形板10的下端与石英棒(即长晶高度测量探针)14的上端固定连接，密封圈16固定在 石英棒14的上端四周，该密封圈16的下端面与波纹管9的上端面固定连接在一起，波纹 管9的下端固定连接在炉顶15上，石英棒在炉外部分置于波纹管9内，并随波纹管9上 下移动而移动；观测管5固定在炉顶内，石英棒14穿过炉顶15上的孔、炉体1内的顶保 温板6的孔、再穿过观测管5伸至炉体内的坩埚7上方。伺服电机1的传动机构由减速机2、齿轮转向器3及连轴器4组成；伺服电机的 传动机构的连接关系为所述的伺服电机1固定在垂直支架U上，该伺服电机1通过减 速机2与齿轮转向器3连接在一起，该齿轮转向器3的输出轴与直线导轨12的轴连接， 带动活动滑块13在直线导轨12上滑动。由于L形板10上端(竖直部分)与活动滑块13连接在一起，L形板10的下端 (水平部分)与石英棒14的上端固定连接，由此，L形板带动石英棒14垂直移动。本实用新型装置各部件的具体实施例分别说明如下本实用新型的石英棒的有效行程为500mm，本实用新型的运动伺服控制器16采 用LMC20系列控制器；运动控制总线采用CANOPEN总线；伺服电动机1采用BSH055 系列；减速机1采用NUGENT系列减速机。电源控制线21和轴编码器反馈线22采用标 准配套部件。伺服驱动器采用LXM32AU90M2系列产品。本实用新型的其它部件为本领域的公知器件或采用公知技术手段制作而成。
权利要求1.一种光伏多晶硅铸锭炉长晶速度自动测量装置，其特征在于，该装置包括伺服 电机、运动控制器、伺服驱动器、石英棒；所述石英棒通过机械装置安装在光伏多晶硅 铸锭炉体内坩埚的上方并能沿垂直方向移动；所述运动控制器通过运动控制总线与伺服 驱动器双向连接，伺服驱动器的信号输出端通过电源控制线与伺服电机的信号输入端连 接，伺服驱动器的信号输入端通过轴编码器反馈线与伺服电机的信号输出端连接，伺服 电机的转动输出轴通过传动机构与石英棒相连。
2.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述机械装置包括垂直支架、直线导轨及设 置在直线导轨上的活动滑块、L形板、观测管、密封圈、波纹管；机械装置中各部件的 连接关系为垂直支架固定在炉顶上，直线导轨固定在垂直支架上；在活动滑块上固定 L形板，L形板的下端与石英棒的上端固定连接，密封圈固定在石英棒上端的四周，该密 封圈的下端面与波纹管的上端面固定连接在一起，波纹管的下端固定连接在炉顶上，石 英棒在炉外部分置于波纹管内，并随波纹管上下移动而移动；观测管固定在炉顶内，石 英棒穿过观测管伸至炉体内的坩埚上方。
3.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述传动机构由减速机、齿轮转向器及连轴 器组成；传动机构各部件的连接关系为所述的伺服电机固定在垂直支架上，该伺服电 机通过减速机与齿轮转向器连接在一起，该齿轮转向器的输出轴通过连轴器与直线导轨 (12)的轴连接，带动活动滑块(13)在直线导轨(12)上滑动。
专利摘要本实用新型涉及光伏多晶硅铸锭炉长晶速度自动测量装置，包括伺服电机、运动控制器、伺服驱动器、石英棒；所述石英棒通过机械装置安装在光伏多晶硅铸锭炉体内坩埚的上方并能沿垂直方向移动；所述运动控制器通过运动控制总线与伺服驱动器双向连接，伺服驱动器的信号输出端通过电源控制线与伺服电机的信号输入端连接，伺服驱动器的信号输入端通过轴编码器反馈线与伺服电机的信号输出端连接，伺服电机的转动输出轴通过传动机构与石英棒相连。本实用新型具有测量精度高、调试整定方便的特点，可提高多晶硅铸锭质量，实现长晶速度测量自动化。
文档编号C30B11/00GK201801630SQ20102050212
公开日2011年4月20日 申请日期2010年8月23日 优先权日2010年8月23日
发明者于庆广, 冯龑, 翟志华 申请人:江苏华盛天龙光电设备股份有限公司, 江西旭阳雷迪高科技股份有限公司, 清华大学