一種單根硅棒開方機機頭結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種單根硅棒開方機機頭結構，包括切割機頭，切割機頭前側布置有切割輪，切割輪用于將切割線張緊出切割段；其特征在于，切割機頭前側的切割輪中，包括并列間隔地固定在同一主動軸上的至少兩個主動輪，還包括并列間隔地設置在和主動軸平行設置的同一從動軸上至少兩個從動輪，主動軸可轉動地安裝在切割機頭上并和一個安裝在切割機頭上的主動切割電機傳動連接，兩個從動輪依靠從動軸可轉動地安裝在切割機頭上。本實用新型具有結構簡單，切割穩定性好，切割精度高，并進一步能夠延長切割輪使用壽命等優點。
【專利說明】
一種單根硅棒開方機機頭結構
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種硅棒開方設備，具體涉及一種單根硅棒開方機機頭結構。
【背景技術】
[0002]目前，隨著社會對綠色可再生能源利用的重視和開放，光伏太陽能發電領域越來越得到重視和發展。光伏發電領域中，采用太陽能電池將太陽能轉化為電能實現發電，通常的晶體硅太陽能電池是在厚度160?200μπι的高質量硅片上制成的，這種硅片從提拉或澆鑄的硅錠后通過多線鋸切割而成。
[0003]現有硅片的制作流程，一般是先將多晶硅脆狀材料提拉為單晶硅棒，然后采用開方機進行開方;此時，切割機構沿硅棒長度方向進給并在硅棒周向上切割出四個兩兩平行的平面，使得硅棒整體呈類長方體形;開方完畢后，再采用多線切片機沿長度方向對開方后的娃棒進行切片，得到所需娃片。
[0004]其中，現有的開方機，均是一次性能夠完成多根硅棒開方切割的結構設計，例如本行業通常使用的梅爾博格公司、重慶四和晶工、重慶源啟、大連連城、上海日進等生產的硅棒開方機，能夠一次性完成對十六根娃棒的切割開方。但是這種現有的娃棒開方機，雖然切割機構一次進給能夠完成多根硅棒的切割，但是由于硅棒根數較多，切割機構中切割線在布置走線時需要經過很多羅拉(即轉輪)轉向，使其工作時能耗損失較大，降低了切割效率，為了保證切割效果，切割機構進給速度通常很慢，一般只能達到1.3?3.0mm/min。故整體切割效率實際并不高，且為了保證切割穩定性，通常只能實現500mm長度以內的硅棒開方。同時，硅棒開方后對應后續切片處理的切片機通常也只適用于500mm長度以內的硅棒進行切片，能夠保證切片質量。
[0005]但隨著目前光伏領域的發展和技術的成熟，現有的較為先進的多線切片機，已能夠適用于更長硅棒的切片處理，由于硅棒在切片機中切片時兩端會報廢部分長度的廢料，故通常硅棒長度越長，切片機切片的整體效率才會越高。所以對于本領域技術人員，有必要研發一種能夠適用于較長硅棒開方的開方機，使其能夠獲得更長的開方硅棒，以提高后續切片機的切割效率，降低硅片生產的整體成本。
[0006]為了解決上述問題，
【申請人】曾設計了一種單晶硅棒單根開方機并申請了ZL201520832200.3的專利，該開方機，包括機座，固定設置在機座上的單晶硅棒固定機構、切割機構和放排線機構;所述切割機構包括切割機頭、布置在切割機頭上的多個用于張緊切割線切割段的切割輪、多個用于實現過渡或導向的過渡導向輪、至少一套用于張緊切割線的張緊裝置和一根切割線，切割線繞接在過渡導向輪、張緊裝置和切割輪上且兩端連接回放排線機構，其特征在于，所述單晶硅棒固定機構用于固定單根硅棒，所述切割機頭和進給機構相連并能夠靠進給機構控制實現對硅棒的開方。本實用新型具有結構簡單，切割效率高，能夠實現較長單晶硅棒切割的優點，能夠獲得更長的開方硅棒，以提高后續切片機的切割效率，降低了硅片生產的整體成本。
[0007]但該單晶硅棒單根開方設備中，還存在以下缺陷需要考慮解決:1、實現硅棒頂緊固定的裝置中，依靠兩個固定在基座上的安裝座并在一個安裝座上靠液壓油缸構成活動夾持部和另一個安裝座上的固定夾持部配合實現硅棒頂緊，頂緊過程控制性和精確性較差，同時該液壓缸夾緊的結構中難以再增設硅棒夾持切割后旋轉以方便開方后卸頂部邊料等功能。2、開方切割后，切割下的邊料無法單獨卸料。3、切割機頭結構中，各切割輪一致性較差導致切割精度較差。4、切割完畢后邊料直接掉落容易撞擊損傷設備其他構件或傷及工人。5、切割前后依靠人工裝卸料，操作難度大，人工效率低。
【實用新型內容】
[0008]針對上述現有技術的不足，本實用新型所要解決的技術問題是:怎樣提供一種結構簡單，切割穩定性好，切割精度高，并進一步能夠延長切割輪使用壽命的單根硅棒開方機機頭結構。
[0009]為了解決上述技術問題，本實用新型采用了如下的技術方案:
[0010]—種單根娃棒開方機機頭結構，包括切割機頭，切割機頭前側布置有切割輪，切割輪用于將切割線張緊出切割段;其特征在于，切割機頭前側的切割輪中，包括并列間隔地固定在同一主動軸上的至少兩個主動輪，還包括并列間隔地設置在和主動軸平行設置的同一從動軸上至少兩個從動輪，主動軸可轉動地安裝在切割機頭上并和一個安裝在切割機頭上的主動切割電機傳動連接，兩個從動輪依靠從動軸可轉動地安裝在切割機頭上。
[0011]這樣，靠兩個同軸的主動輪帶動走線，極大地提高了切割輪旋轉一致性和穩定性，提高了切割精度。
[0012]進一步地，所述切割輪為八個，包括兩對各自設置在一根主動軸上的主動輪和對應的兩對各自設置在一根從動軸上的從動輪，并用于將切割線張緊出呈“井”字形的切割段。這樣方便一次切割出四塊邊料，提高效率。當然實施時切割輪也可以為四個，并將切割段布置成“二”字形，然后在切割機構上增加90°旋轉機構靠兩次相差90°角度的切割去掉四塊邊料，也屬于本設備可以實施的范圍。
[0013]作為優化，所述主動軸包括位于中部的主動輪裝配段和位于兩端的主動軸安裝段，主動輪裝配段上用于安裝兩個主動輪，主動軸安裝段靠軸承安裝在切割機頭上，所述主動軸安裝段和主動輪裝配段之間插接固定配合并在對接處設置有多塊軸向距離調整墊片，所述主動輪周向表面上間隔設置有多組線槽。
[0014]這樣，當一組線槽磨損耗費后，可以方便通過增減軸向距離調整墊片數量換一組線槽實現走線安裝，極大地延長了主動輪使用壽命。同理，實施時從動軸和從動輪上也可以安裝類似結構以延長從動輪使用壽命。
[0015]作為優化，所述從動軸固定安裝在切割機頭上，從動輪靠從動輪軸承可轉動安裝在從動軸上，從動軸內部設置有氣流通道，氣流通道一端和切割機頭上的進氣通道相接，另一端和從動輪軸承相接構成氣壓保護結構。
[0016]這樣，能夠形成氣壓保護式密封，保證軸承正常使用，避免進入灰塵等造成軸承卡堵。
[0017]綜上所述，本實用新型具有結構簡單，切割穩定性好，切割精度高，并進一步能夠延長切割輪使用壽命等優點。
【附圖說明】
[0018]圖1為一種采用了本實用新型結構的單晶硅棒單根開方系統整體結構示意圖。
[0019]圖2為圖1中，單獨硅棒固定機構以及切割機構和切割下料裝置部分的立體結構示意圖。
[0020]圖3為圖2的正視方向剖視圖。
[0021]圖4為圖3中單獨圓圈處的局部結構放大示意圖。
[0022]圖5為圖1中單獨切割機構的結構示意圖。
[0023]圖6為圖5中單獨主動軸部分的結構示意圖。
[0024]圖7為圖5中單獨從動軸部分的結構示意圖。
[0025]圖8為圖1中單獨切割下料裝置部分的結構示意圖。
[0026]圖9為圖1中單獨裝卸料裝置的結構示意圖。
[0027]圖10為圖9中單獨機械臂下部夾持圓形硅棒時的示意圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結合一種采用了本實用新型結構的單晶硅棒單根開方系統及附圖對本實用新型作進一步的詳細說明。
[0029]最優實施方式:如圖1-10所示，一種采用了本實用新型結構的單晶硅棒單根開方系統，包括機座I，固定設置在機座I上的硅棒固定機構、切割機構和放排線機構;所述切割機構包括切割機頭2，還包括布置在切割機頭2前側的切割輪，切割輪用于將切割線張緊出切割段，所述硅棒固定機構包括兩個相對設置在機座I上的安裝座，兩個安裝座上端水平相對延伸形成有整體呈水平圓柱形的夾持部，所述切割機頭豎向設置且套設在夾持部外，其特點在于，一個安裝座固定設置于機座的一端構成固定安裝座3，另一個安裝座可滑動地配合設置在機座另一端的一根正對固定安裝座設置的安裝座導軌上構成活動安裝座4，機座I遠離位于活動安裝座4 一端還設置有夾持用電機5，夾持用電機5輸出軸連接一根夾持用絲杠6，夾持用絲杠6配合一個固定在活動安裝座4上的夾持用螺母7構成夾持用絲杠螺母傳動副并用于帶動活動安裝座4在安裝座導軌上移動實現兩個安裝座上的夾持部對硅棒的夾持。
[0030]這樣，硅棒固定機構中，設計了一個固定安裝座和一個活動安裝座，靠夾持用電機如果絲杠螺母傳動副帶動活動安裝座移動實現對硅棒夾持，具有結構簡單，控制可靠，控制精度高等優點。同時該結構解放了安裝座上方夾持部位置的設計空間，使得夾持部上可以有空間設置對邊料進行夾緊的結構，以及實現對硅棒進行旋轉等功能的結構，更加利于結構的優化設計，利于功能的完善。(實施時還包括多個用于實現過渡或導向的過渡導向輪、至少一套用于張緊切割線的具有張緊輪的張緊裝置和一根切割線，切割線繞接在過渡導向輪、張緊輪和切割輪上且兩端連接回放排線機構，放排線機構包括可轉動地橫向安裝在機座上的放線卷筒和收線卷筒，切割線的兩端纏繞連接在放線卷筒和收線卷筒上，放線卷筒和放線電機傳動連接，收線卷筒和收線電機傳動連接。但過渡導向輪和放排線機構等為現有技術，不在此做過多介紹。)
[0031]其中，所述夾持部包括用于夾持硅棒兩端中部位置的兩個主夾持塊，還包括布置于主夾持塊四周的用于夾持娃棒四個邊料兩端的八個邊料夾持塊8，至少四個邊料夾持塊外側設置有邊料夾持機構9并用于帶動邊料夾持塊移動實現對邊料的夾持。
[0032]這樣夾持硅棒時，能夠同時實現對邊料的夾持固定，使得切割到尾部時，邊料仍然處于固定可靠狀態，避免邊料切割掉落時產生崩邊以及碰撞等損耗。提高切割過程的完整性和可靠性。
[0033]其中，八個邊料夾持塊8外側均設置有邊料夾持機構9，邊料夾持機構9包括固定在安裝座上端的邊料夾持用流體伸縮缸，邊料夾持用流體伸縮缸的伸縮臂前端和邊料夾持塊相連。這樣，邊料夾持控制更加方便可靠。
[0034]其中，設置在活動安裝座4上的主夾持塊為主動主夾持塊10，設置在固定安裝座3上的主夾持塊為從動主夾持塊11，所述主動主夾持塊10整體呈水平的柱狀結構并靠軸承安裝在活動安裝座4上，主動主夾持塊10后端和固定在活動安裝座上的旋轉機構12相連并能夠靠旋轉機構12帶動旋轉，所述從動主夾持塊11的后部段靠豎向設置的軸承可轉動地安裝在固定安裝座3上。
[0035]這樣，增加了旋轉功能，硅棒裝夾完畢后在切割之前，可以控制進行旋轉調節使其切割角度精確到位，切割完畢后可以靠旋轉機構帶動被夾持硅棒旋轉，從而使其上方的邊料能夠順利滑落。
[0036]其中，從動主夾持塊11上還設置有偏轉浮動配合結構，偏轉浮動配合結構包括從動主夾持塊前部段后端中部的向后鼓起呈球形的浮動頭13，浮動頭13配合在從動主夾持塊后部段前端的一個匹配的球形凹槽內，偏轉浮動配合結構還包括兩圈設置在從動主夾持塊前部段后端四周和活動安裝座之間的凹凸配合限位結構14。這樣，靠浮動頭和球形凹槽的配合允許從動主夾持塊前部段在周向上任一角度產生一定的偏擺，同時又靠凹凸配合限位控制偏擺的角度大小，使其具有一定的偏轉浮動效果以適應夾持面的貼合，以更好地提高夾持固定可靠性。進一步地，所述旋轉機構12包括固定在活動安裝座上的旋轉用步進電機和旋轉用減速機，以更好地實現旋轉角度控制。
[0037]其中，切割機頭2前側的切割輪中，包括并列間隔地固定在同一主動軸17上的至少兩個主動輪15，還包括并列間隔地設置在和主動軸平行設置的同一從動軸18上至少兩個從動輪16，主動軸17可轉動地安裝在切割機頭2上并和一個安裝在切割機頭上的主動切割電機19傳動連接，兩個從動輪16依靠從動軸18可轉動地安裝在切割機頭2上。
[0038]這樣，靠兩個同軸的主動輪帶動走線，極大地提高了切割輪旋轉一致性，提高切割精度。
[0039]其中，所述切割輪為八個，包括兩對各自設置在一根主動軸上的主動輪和對應的兩對各自設置在一根從動軸上的從動輪，并用于將切割線張緊出呈“井”字形的切割段。這樣方便一次切割出四塊邊料，提高效率。當然實施時切割輪也可以為四個，并將切割段布置成“二”字形，然后在切割機構上增加90°旋轉機構靠兩次相差90°角度的切割去掉四塊邊料，也屬于本設備可以實施的范圍。
[0040]其中，所述主動軸17包括位于中部的主動輪裝配段和位于兩端的主動軸安裝段，主動輪裝配段上用于安裝兩個主動輪15，主動軸安裝段靠軸承安裝在切割機頭上，所述主動軸安裝段和主動輪裝配段之間插接固定配合并在對接處設置有多塊軸向距離調整墊片20，所述主動輪15周向表面上間隔設置有多組線槽21。
[0041]這樣，當一組線槽磨損耗費后，可以方便通過增減軸向距離調整墊片數量換一組線槽實現走線安裝，極大地延長了主動輪使用壽命。同理，實施時從動軸和從動輪上也可以安裝類似結構以延長從動輪使用壽命。
[0042]其中，所述從動軸18固定安裝在切割機頭上，從動輪16靠從動輪軸承22可轉動安裝在從動軸18上，從動軸內部設置有氣流通道23，氣流通道23—端和切割機頭上的進氣通道相接，另一端和從動輪軸承22相接構成氣壓保護結構。
[0043]這樣，能夠形成氣壓保護式密封，保證軸承正常使用，避免進入灰塵等造成軸承卡堵。
[0044]其中，還包括切割下料裝置，所述切割下料裝置包括位于兩個安裝座的夾持部之間下方位置的兩根沿夾持部夾持方向水平設置且斜向相對的滑桿24，滑桿24兩端固定在機座上且使得切割機構走位空間位于兩根滑桿24之間，還包括兩端可水平滑動地安裝在滑桿24上的多根斜向設置的欄桿25。
[0045]這樣，當邊料滑落時能夠靠切割下料裝置緩沖下料，避免碰撞損傷設備或者傷及工人，欄桿可滑動地設置在滑桿上使其不影響切割機構的走位。
[0046]其中，所述欄桿25之間串聯有拉索26，拉索26—端連接到機座上，另一端連接到切割機構上。這樣更加方便欄桿隨切割機構的復位而聯動復位。進一步地，所述拉索26為依次橫豎重復銜接設置的若干鋼環相互扣接構成的鋼環鏈條，所述欄桿上設置有鏈條孔供鋼環鏈條穿過，所述鏈條孔包括供豎向鋼環穿過的豎向孔部和位于豎向孔部中上部的供橫向鋼環穿過的橫向孔部。這樣，非常方便調節鏈條在欄桿上的位置并方便調節后限位，利于調整欄桿之間的間隔位置。進一步地，拉索為鏈條且沿欄桿上下兩端各設置一條。這樣拉動更加平衡，避免卡死。
[0047]其中，還包括并列設置在機座I旁的裝卸料裝置，所述裝卸料裝置，包括豎向設置的夾持臂27，夾持臂27下端設置有夾持機構，夾持機構包括一對相對設置的夾持爪28，夾持爪28上端設置有夾持爪滑塊29并可滑動地配合在夾持臂27上水平設置的夾持爪導軌30上，夾持爪28相對的內側面為整體呈內凹形狀的夾持面，所述夾持爪滑塊29上端鉸接設置有一個連桿31，連桿31上端斜向內延伸并鉸接在一個夾持用流體伸縮缸32的豎直向下的伸縮臂上，夾持用流體伸縮缸32安裝固定在夾持臂27上;夾持機構上端還設置有用于控制夾持機構升降的升降機構;所述夾持臂27上部還設置有用于控制夾持臂沿被夾持硅棒軸向移動的軸向平移控制裝置，以及用于控制夾持臂沿被夾持硅棒徑向水平移動的徑向平移控制裝置。
[0048]這樣，靠升降機構實現升降，靠夾持機構實現夾持，靠軸向平移控制裝置和徑向平移控制裝置控制實現水平移動，方便實現裝卸料。夾持機構中，靠一個斜向設置的連桿將豎向伸縮傳動轉化為水平移動實現夾持爪的夾緊，結構簡單巧妙且保證了夾持穩定可靠。
[0049]其中，所述夾持面內凹形狀的兩側部位用于夾持圓棒材料且中間部位具有再次內凹呈90°夾角的夾槽用于夾持方棒材料。進一步所述夾持結構為并列設置的一對，這樣更加方便夾持。進一步地，所述升降機構33包括一個固定于夾持臂27上的升降用流體伸縮缸33，升降用流體伸縮缸22的伸縮臂向下設置并固定連接一個夾持機構安裝架34，所述夾持結構中夾持用流體伸縮缸32固定在夾持機構安裝架34上。這樣，結構簡單穩定可靠且控制方便。本申請中的流體伸縮缸均可以是液壓缸或者氣壓缸。
[0050]其中，軸向平移控制裝置包括軸向導軌架35，軸向導軌架35上表面水平并列安裝有兩根軸向導軌36，夾持臂27上端部通過配合結構可滑動地配合在軸向導軌36上，軸向平移控制裝置還包括固定于軸向導軌架一端的軸向移動伸縮控制機構和設置于夾持臂上端部和軸向移動伸縮控制機構之間的一個平衡架37，平衡架37兩端可滑動地配合在軸向導軌上，平衡架37下部固定設置有一個平衡用流體伸縮缸38，平衡用流體伸縮缸38的伸縮臂水平伸出并抵接在夾持臂上端部側面上，平衡用流體伸縮缸38及其伸縮臂上方還對應水平設置有一根平衡用掛接桿39，平衡用掛接桿39—端固定在夾持臂上端部上表面，另一端具有向下折向的延伸部并靠延伸部掛接在平衡架37上，所述軸向移動伸縮控制機構和平衡架37相連并用于控制平衡架沿軸向導軌平移。
[0051]這樣，上述軸向平移控制裝置的結構能夠更好地實現夾持臂的軸向平移控制，特別是平衡架的設置，能夠靠杠杠原理抵消平移施力時產生的力矩，避免夾持臂側翻，保證了平移的穩定性和可靠性。
[0052]其中，所述軸向移動伸縮控制機構包括個軸向移動用電機40，軸向移動用電機40的輸出軸連接有一根軸向移動用絲杠41，軸向移動用絲杠41前端配合在平衡架37上的一個軸向移動用螺母上。這樣，方便實現平移位置的精確控制。
[0053]其中，所述徑向平移控制裝置，包括徑向導軌架42，徑向導軌架42上表面水平并列安裝有兩根徑向導軌43，所述軸向導軌架35的兩端通過配合結構可滑動地配合在徑向導軌43上，徑向平移控制裝置還包括固定于徑向導軌架一端的徑向移動用電機44，徑向移動用電機44輸出軸連接有一根徑向移動用絲杠45，徑向移動用絲杠45前端配合在一個徑向移動用螺母46上，徑向移動用螺母46安裝固定在軸向導軌架35上。這樣方便實現徑向平移且能夠提高徑向平移位置控制的精確性。
[0054]綜上所述，上述單晶硅棒單根開方系統具有硅棒夾緊過程穩定性和精確性好，利于開方切割后邊料下料，切割機構切割精度高，能夠靠夾持臂實現自動裝卸料，自動化程度尚等優點。
【主權項】
1.一種單根娃棒開方機機頭結構，包括切割機頭，切割機頭前側布置有切割輪，切割輪用于將切割線張緊出切割段;其特征在于，切割機頭前側的切割輪中，包括并列間隔地固定在同一主動軸上的至少兩個主動輪，還包括并列間隔地設置在和主動軸平行設置的同一從動軸上至少兩個從動輪，主動軸可轉動地安裝在切割機頭上并和一個安裝在切割機頭上的主動切割電機傳動連接，兩個從動輪依靠從動軸可轉動地安裝在切割機頭上。2.如權利要求1所述的單根硅棒開方機機頭結構，其特征在于，所述切割輪為八個，包括兩對各自設置在一根主動軸上的主動輪和對應的兩對各自設置在一根從動軸上的從動輪，并用于將切割線張緊出呈“井”字形的切割段。3.如權利要求1所述的單根硅棒開方機機頭結構，其特征在于，所述主動軸包括位于中部的主動輪裝配段和位于兩端的主動軸安裝段，主動輪裝配段上用于安裝兩個主動輪，主動軸安裝段靠軸承安裝在切割機頭上，所述主動軸安裝段和主動輪裝配段之間插接固定配合并在對接處設置有多塊軸向距離調整墊片，所述主動輪周向表面上間隔設置有多組線槽。4.如權利要求1所述的單根娃棒開方機機頭結構，其特征在于，所述從動軸固定安裝在切割機頭上，從動輪靠從動輪軸承可轉動安裝在從動軸上，從動軸內部設置有氣流通道，氣流通道一端和切割機頭上的進氣通道相接，另一端和從動輪軸承相接構成氣壓保護結構。
【文檔編號】B28D5/04GK205497833SQ201620334376
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月20日
【發明人】陳新華, 黃興江, 段輝科, 王放, 陳波, 杜樹林, 溫禮濤, 李文杰
【申請人】重慶四和晶工科技有限公司