本發明涉及工件加工技術領域,特別是涉及應用于硅棒的硅棒多工位組合加工機。
背景技術:
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,通常的晶體硅太陽能電池是在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。
現有硅片的制作流程,一般是將硅棒通過開方機進行開方;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,使得硅棒整體呈類矩形;開方完畢后,對硅棒進行磨面、滾圓及拋光等處理。
在現有技術中,開方機與后續工序中的磨面設備、切削設備、滾圓及拋光設備等不在同一工作區,因此,當通過開方機完成硅棒開方作業之后,需將硅棒轉移至其他工作區、其他車間甚至是其他單位進行其他的工序作業,相對而言,操作繁瑣,效率低下,且在硅棒轉移過程中提高了硅棒損傷的風險。
技術實現要素:
鑒于以上所述現有技術的缺點,本發明的目的在于提供一種硅棒多工位組合加工機,用于解決現有技術中存在的各個工序作業間效率低下且硅棒移送繁雜等問題。
為實現上述目的及其他目的,本發明提供一種硅棒多工位組合加工機,包括:
機座,具有硅棒加工臺;
硅棒移送設備,鄰設于所述硅棒加工臺的裝卸區位,用于將待加工的硅棒轉移至所述硅棒加工臺或經加工后的所述硅棒轉移出所述硅棒加工臺;所述硅棒為類矩形硅棒;
第一加工設備,設于所述硅棒加工臺的第一加工區位,用于對所述硅棒進行第一加工作業;
第二加工設備,設于所述硅棒加工臺的第二加工區位,用于對通過所述第一加工設備的第一加工作業后的所述硅棒進行第二加工作業;以及
硅棒轉換設備,設于所述硅棒加工臺上,用于將由所述硅棒移送設備轉移來的所述硅棒在所述硅棒加工臺上的所述裝卸區位、所述第一加工區位、以及所述第二加工區位之間轉換。
可選地,根據權利要求1所述的硅棒多工位組合加工機,其特征在于,所述硅棒轉換設備包括:圓盤形或圓環形的輸送本體,所述輸送本體上設有供承托硅棒的硅棒承托臺。
可選地,所述硅棒轉換設備還包括:轉換齒帶,設于所述輸送本體的周側;驅動電機及連接所述驅動電機而受所述驅動電機驅動的聯動結構,所述聯動結構包括嚙合所述轉換齒帶的轉動齒輪。
可選地,所述硅棒移送設備包括:移送底座,通過滑移機構滑設于所述機座;硅棒平臺,活動設于所述移送底座上,用于橫向安置所述硅棒;硅棒緊固機構,設于所述硅棒平臺上,用于在所述硅棒轉移過程中緊固所述硅棒;平臺翻轉機構,用于驅動所述硅棒平臺相對所述移送底座翻轉,使得所述硅棒豎直放置于所述硅棒轉換設備上。
可選地,所述滑移機構包括:滑軌,設于所述機座上;與所述滑軌對應的滑塊或滑條,設于所述移送底座上;滑移齒條,設于所述機座上;與所述滑移齒條嚙合的轉動齒輪和用于驅動所述轉動齒輪轉動的滑移驅動電機,設于所述移動底座上。
可選地,硅棒緊固機構包括緊固爪及控制所述緊固爪的緊固電機或緊固氣缸。
可選地,所述平臺翻轉機構包括:安裝架,固設于所述移送底座上;移動架,活動架設于所述安裝架上方;翻轉氣缸或翻轉電機,用于驅動所述移動架相對于所述安裝架移動;翻轉齒條,設于所述移動架上;翻轉齒輪,設于所述硅棒平臺的翻轉端且與所述翻轉齒條嚙合;所述翻轉齒輪在所述翻轉齒條的帶動下轉動,驅動所述硅棒平臺由水平狀態翻轉為豎直狀態。
可選地,所述硅棒移送設備還包括硅棒測量裝置,用于對待加工的所述硅棒或經加工后的所述硅棒進行尺寸測量。
可選地,所述硅棒移送設備還包括升降機構,用于對翻轉后所述硅棒進行升降運動。
可選地,所述硅棒多工位組合加工機還包括硅棒切方設備,鄰設于所述機座。
本發明的硅棒多工位組合加工機,集合了多個作業設備,可利用硅棒移送設備能將硅棒快速、平穩且無損傷地進行移送,利用硅棒轉換設備將待加工的硅棒在各個作業設備之間進行轉移,能自動化實現硅棒加工的多個工序作業,節省人工成本且提高生產效率。
附圖說明
圖1為本發明第一實施方式中硅棒多工位組合加工機在第一狀態中第一視角下的立體結構示意圖。
圖2為本發明第一實施方式中硅棒多工位組合加工機在第一狀態中的俯視圖。
圖3位本發明第一實施方式中硅棒多工位組合加工機在第一狀態中第二視角下的立體結構示意圖。
圖4為本發明第一實施方式中硅棒多工位組合加工機在第二狀態中第一視角下的立體結構示意圖。
圖5為本發明第一實施方式中硅棒多工位組合加工機在第二狀態中的俯視圖。
圖6位本發明第一實施方式中硅棒多工位組合加工機在第二狀態中第二視角下的立體結構示意圖。
圖7為圖1中硅棒移送設備的放大示意圖。
圖8位圖4中硅棒移送設備的放大示意圖。
圖9為本發明第二實施方式中硅棒多工位組合加工機在第一狀態中的立體結構示意圖。
圖10為圖9中硅棒移送設備的放大示意圖。
具體實施方式
以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式,本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用,本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用,在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
需要說明的是,本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等,均僅用以配合說明書所揭示的內容,以供熟悉此技術的人士了解與閱讀,并非用以限定本發明可實施的限定條件,故不具技術上的實質意義,任何結構的修飾、比例關系的改變或大小的調整,在不影響本發明所能產生的功效及所能達成的目的下,均應仍落在本發明所揭示的技術內容得能涵蓋的范圍內。同時,本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語,亦僅為便于敘述的明了,而非用以限定本發明可實施的范圍,其相對關系的改變或調整,在無實質變更技術內容下,當亦視為本發明可實施的范疇。
請參閱圖1至圖6,顯示了本發明硅棒多工位組合加工機在一個實施方式中的結構示意圖,其中,圖1為本發明第一實施方式中硅棒多工位組合加工機在第一狀態中第一視角下的立體結構示意圖,圖2為本發明第一實施方式中硅棒多工位組合加工機在第一狀態中的俯視圖,圖3位本發明第一實施方式中硅棒多工位組合加工機在第一狀態中第二視角下的立體結構示意圖,圖4為本發明第一實施方式中硅棒多工位組合加工機在第二狀態中第一視角下的立體結構示意圖,圖5為本發明第一實施方式中硅棒多工位組合加工機在第二狀態中的俯視圖,圖6位本發明第一實施方式中硅棒多工位組合加工機在第二狀態中第二視角下的立體結構示意圖。在本實施方式中,本發明硅棒多工位組合加工機是用于對硅棒進行加工作業,在這里,所述硅棒為類矩形硅棒,其既可以是多晶硅硅棒也可以單晶硅硅棒,應都屬于本發明的保護范圍。
結合圖1至圖6,本發明硅棒多工位組合加工機包括:機座1、硅棒移送設備2、第一加工設備3、第二加工設備4、以及硅棒轉換設備5。
以下對本發明硅棒多工位組合加工機進行詳細說明。
機座1,作為本發明硅棒多工位組合加工機的主體部件,具有硅棒加工臺,其中,所述硅棒加工臺可根據硅棒加工作業而劃分為多個功能區。具體地,在本實施例中,所述硅棒加工臺至少包括裝卸區位、第一加工區位、以及第二加工區位,另外,所述硅棒加工臺還包括位于中部的工件轉換區位(即,裝卸區位、第一加工區位、第二加工區位位于工件轉換區位的外圍)。
硅棒轉換設備5,設于所述硅棒加工臺的工件轉換區位,用于將由硅棒移送設備2轉移來的硅棒100在所述硅棒加工臺上的所述裝卸區位、所述第一加工區位、以及所述第二加工區位之間轉換。在本實施方式中,硅棒轉換設備5包括圓盤形或圓環形的輸送本體51,輸送本體51上設有供承托硅棒的硅棒承托臺52。更進一步地,為使得硅棒100能在硅棒多工位組合加工機實現流水加工作業,所述輸送本體上設置的硅棒承托臺52的數量有三個,與硅棒加工臺中的功能區(即,裝卸區位、第一加工區位、以及第二加工區位)的數量相一致,這樣,在流水作業中,任一時刻,每一個硅棒承托臺52上均承托有一硅棒100,且該硅棒100均位于對應的功能區處執行著相應的加工作業,例如:同時可進行三個硅棒100中的兩個進行加工作業,剩下的一個則為待加工。當然,硅棒承托臺52的數量可根據實際需求加以變化并非以此為限。進一步地,硅棒承托臺52還可設計為能自轉運動(例如固定軸為受驅動電機驅動的轉軸等來實現),硅棒承托臺52與硅棒100的接觸面具有阻尼,以提供帶動硅棒100一定的摩擦力。優選地,三個硅棒承托臺52為均勻布設于輸送本體51上,即,三個硅棒承托臺52中相鄰兩個硅棒承托臺52相差120°。
另外,為使得承載的硅棒100能更好地穩固于硅棒承托臺52,硅棒承托臺52上還可設計有相應的硅棒限位結構,所述限位結構至少包括有頂部壓緊件(未在圖式中顯示),在本實施中,頂部壓緊件可包括:活動設置的軸承以及設置于軸承底部的壓緊塊,軸承受一驅動裝置驅動而上下活動,壓緊塊與硅棒適配(壓緊塊可以是與硅棒的截面尺寸相適配的圓餅形壓塊)。更進一步地,所述頂部件中的壓緊塊活動連接于所述軸承并可相對所述軸承而能自轉運動,因此,所述壓緊塊聯動于一旋轉電機。在實際應用中,所述壓緊塊可與其下的硅棒承托臺52相互配合,具體地,所述壓緊塊受控于所述旋轉電機而轉動并順勢帶動硅棒100及硅棒承托臺52也一并旋轉,實現硅棒100的調整。由上可知,在某些情形下,硅棒承托臺52可受控而旋轉以帶動硅棒100轉動來改變作業面或作業區域,有時,當硅棒100轉動到所需的作業面或作業區域時則停止作動并固定下來,接受第一加工設備3或第二加工設備4的加工,因此,每一個硅棒承托臺52可配置一承托臺鎖止機構53。在一優選實施例中,承托臺鎖止機構53可包括鎖止插銷和與鎖止插銷連接的鎖止氣缸,在實際應用中,當需要鎖定硅棒承托臺52時,承托臺鎖止機構53中的鎖止氣缸就驅動鎖止插銷伸出并作用于硅棒承托臺52的底部或頸部,確保硅棒承托臺52穩固不動;待需要轉動硅棒100改變作業面或作業區域時,再由承托臺鎖止機構53中的鎖止氣缸驅動鎖止插銷收縮,解鎖硅棒承托臺52,從而使得硅棒承托臺52能旋轉。
再有,為使得硅棒轉換設備5中輸送本體51及其上的硅棒硅棒承托臺52能順暢及精確地轉動,硅棒轉換設備5還配置了旋轉機構(未在圖式中顯示),所述旋轉機構進一步包括:轉換齒帶,設于輸送本體51的周側;驅動電機及連接驅動電機而受驅動電機驅動的聯動結構,設于機座1的硅棒加工臺上,所述聯動結構包括與所述轉換齒帶相嚙合的轉動齒輪。如此,所述轉動齒輪在所述驅動電機(例如伺服電機)驅動下帶動圓盤形或圓環形的輸送本體51旋轉以輸送硅棒100。
還有,硅棒轉換設備5還可包括輸送設備鎖止機構(未在圖式中顯示),用于鎖定圓盤形或圓環形輸送本體。在一優選實施例中,所述輸送設備鎖止機構可包括鎖止插銷和與鎖止插銷連接的鎖止氣缸,其中,鎖止插銷的數量可以是多個,均勻分布于鎖定圓盤形或圓環形輸送本體邊緣(例如,鎖止插銷的數量為三個,以120°角的方式均勻分布),在實際應用中,當需要鎖定圓盤形或圓環形輸送本體時(例如:當需要通過硅棒移送設備2將待加工的硅棒100移送至硅棒轉換設備5的時候,或者是當需要通過硅棒移送設備2將經第一加工設備3及第二加工設備4加工后的硅棒100移出硅棒轉換設備5的時候,或者是各個硅棒100在相對應的腔室內被各個作業設備執行加工作業的過程中),所述輸送設備鎖止機構中的鎖止氣缸就驅動鎖止插銷伸出并作用于圓盤形或圓環形輸送本體,鎖定圓盤形或圓環形輸送本體,確保硅棒100轉移的穩定進行;待硅棒100轉移完成后,再由鎖止氣缸驅動鎖止插銷收縮,解鎖圓盤形或圓環形輸送本體,從而使得圓盤形或圓環形的輸送本體51能旋轉。
第一加工設備3,設于硅棒加工臺的第一加工區位,用于對硅棒100進行第一加工作業。第二加工設備4,設于硅棒加工臺的第二加工區位,用于對經過第一加工設備3的第一加工作業后的硅棒100進行第二加工作業。需特別說明的是,針對不同的硅棒,第一加工設備3和第二加工設備4也有不同的變化組合例。例如:若硅棒100為單晶硅棒,則第一加工設備3可以是磨面設備而第二加工設備4可以是滾圓及拋光設備。若硅棒為多晶硅棒,則第一加工設備可以是磨面設備而第二加工設備可以是倒角及拋光設備。
以下先以硅棒100為單晶硅棒為例進行詳細說明。
在硅棒100為單晶硅棒的情形下,第一加工設備3為磨面設備(在以下說明中,磨面設備的符號標記標示為3),第二加工設備4為滾圓及拋光設備(在以下說明中,滾圓及拋光設備的符號標記標示為4)。
作為第一加工設備的磨面設備3,設于機座21上且位于硅棒加工臺的第一加工區位,用于對硅棒100進行磨面(即,表面研磨)作業。進一步地,磨面設備4,具有第一容納空間,用于接納通過硅棒轉換設備5中的圓盤形或圓環形的輸送本體51輸送來的硅棒100。磨面設備3還包括至少一砂輪組件,于所述第一容納空間中至少可縱向上下運動地設置,且可旋轉以研磨所述第一容納空間中硅棒100的各個豎切面。在本實施例中,硅棒100為類矩形單晶硅棒,具有四個豎切面,因此,所述砂輪組件優選為相對設置的至少一對,兩者間留有供容納所述硅棒的第一容納空間,當硅棒100被送至所述第一容納空間中的一對砂輪組件之間后,砂輪組件即可接觸硅棒100中相對的一對豎切面,然后上、下活動進行研磨。
磨面設備3中的每個砂輪組件設計為雙頭結構,具體地,每個砂輪組件包括:轉動式底盤31(優選為圓形底盤);設置于轉動式底盤31上的雙頭主軸32,雙頭主軸32的第一端設有粗磨砂輪33,雙頭主軸32的第二端設有精磨砂輪34;驅動電機,用于驅動轉動式底盤31進行轉動以使雙頭主軸32中的粗磨砂輪33和精磨砂輪34調換位置。在實際應用中,在研磨時,先使得一對砂輪組件中雙頭主軸32的粗磨砂輪33正對于硅棒100的豎切面并進入作業區;使用粗磨砂輪33旋轉來進行粗磨(粗磨作業可例如為:先提供一進給量,驅動一對砂輪組件從上往下運動來研磨硅棒100;一對砂輪組件研磨到硅棒100底部之后并穿過硅棒100之后停留于下限位,再增加一進給量,驅動一對砂輪組件從下往上運動來研磨硅棒100;一對砂輪組件研磨到硅棒100頂部之后并穿過硅棒100之后停留于上限位,繼續增加一進給量,驅動一對砂輪組件從上往下運動來研磨硅棒100;……;如此,研磨,增加進給量,反向研磨,增加進給量,反復數次之后,即可將硅棒100的豎切面研磨至預設的尺寸);粗磨完成后,將砂輪組件停留于上限位使得粗磨砂輪33回退以退出作業區,由驅動電機(例如伺服電機)驅動轉動式底盤31進行轉動(例如為轉動180°角),使得雙頭主軸32中的粗磨砂輪33和精磨砂輪34調換位置,這樣,雙頭主軸32中的精磨砂輪34正對于硅棒100的豎切面;驅動雙頭主軸32,精磨砂輪34進入作業區;使用精磨砂輪34旋轉來進行精磨(精磨作業可例如為:先提供一進給量,驅動一對砂輪組件從上往下運動來研磨硅棒100;一對砂輪組件研磨到硅棒100底部之后并穿過硅棒100之后停留于下限位,再增加一進給量,驅動一對砂輪組件從下往上運動來研磨硅棒100;一對砂輪組件研磨到硅棒100頂部之后并穿過硅棒100之后停留于上限位,繼續增加一進給量,驅動一對砂輪組件從上往下運動來研磨硅棒100;……;如此,研磨,增加進給量,反向研磨,增加進給量,反復數次之后,即可將硅棒100的豎切面研磨至預設的尺寸);精磨完成后,將砂輪組件停留于上限位使得精磨砂輪44回退以退出作業區。更進一步地,砂輪組件的可研磨面的寬度至少要大于硅棒100,如此,砂輪組件僅需相對硅棒100的豎切面上、下活動(縱向)而無需左、右活動即可完成磨面作業。
上述僅為一較佳實施例,但砂輪組件的結構并不以此為限,在其他實施例中,砂輪組件的結構仍可有其他變化。例如,在另一變化例中,砂輪組件設計為能旋轉的單軸結構,所述單軸與所述第一容納空間的豎側壁設有的縱向滑動導引結構(例如滑軌、滑道等,未圖示)間能相對滑動地結合以令各個砂輪組件能縱向運動。具體地,每個砂輪組件包括:內外套接在所述單軸的粗磨砂輪及精磨砂輪(并不限定哪一者在外或在內),所述粗磨砂輪和精磨砂輪中的至少一者是可以相對另一者沿軸向運動的。舉例來說,在研磨時,先使用粗磨砂輪旋轉來進行粗磨(粗磨作業可例如為:先提供一進給量,驅動一對砂輪組件從上往下運動來研磨硅棒100;一對砂輪組件研磨到硅棒100底部之后并穿過硅棒100之后停留于下限位,再增加一進給量,驅動一對砂輪組件從下往上運動來研磨硅棒100;一對砂輪組件研磨到硅棒100頂部之后并穿過硅棒100之后停留于上限位,繼續增加一進給量,驅動一對砂輪組件從上往下運動來研磨硅棒100;……;如此,研磨,增加進給量,反向研磨,增加進給量,反復數次之后,即可將硅棒100的豎切面研磨至預設的尺寸),粗磨完成后,再令粗磨砂輪后縮而露出精磨砂輪,令精磨砂輪旋轉進行精磨(精磨作業基本類似于粗磨作業,即,精磨作業可例如為:先提供一進給量,驅動一對砂輪組件從上往下運動來研磨硅棒100;一對砂輪組件研磨到硅棒100底部之后并穿過硅棒100之后停留于下限位,再增加一進給量,驅動一對砂輪組件從下往上運動來研磨硅棒100;一對砂輪組件研磨到硅棒100頂部之后并穿過硅棒100之后停留于上限位,繼續增加一進給量,驅動一對砂輪組件從上往下運動來研磨硅棒100;……;如此,研磨,增加進給量,反向研磨,增加進給量,反復數次之后,即可將硅棒100的豎切面研磨至預設的尺寸)。更進一步地,砂輪組件的可研磨面的寬度至少要大于硅棒100,如此,砂輪組件僅需相對硅棒100的豎切面上、下活動(縱向)而無需左、右活動即可完成磨面作業。
為了可以通過較少的砂輪組件即可完成較多硅棒100豎切面的研磨,可配合所述硅棒100的自轉實現,仍以硅棒100為類矩形單晶硅棒為例,硅棒100具有四個豎切面,在研磨完相對兩個豎切面之后,令所述硅棒100自轉90°角(如前所述,頂部壓緊件中的壓緊塊受控于旋轉電機而轉動并順勢帶動硅棒100及硅棒承托臺52也一并旋轉,實現硅棒100的調整)而使得另外兩個豎切面對應于所述一對砂輪組件,然后再進行研磨,以完成整個表面研磨過程。當然,在其他實施例中,所述砂輪組件亦可僅需一個,而類矩形的硅棒100執行自轉90°角三次即可研磨各個豎切面,也是可以實施但效率相對低一些。需說明的是,此處加以舉例只為了說明砂輪組件的數量可以根據實際需求設定,而非以本實施例為限。
作為第二加工設備的滾圓及拋光設備4,設于機座1上且位于硅棒加工臺的第一加工區位,用于對經磨面設備3磨面后的硅棒100進行滾圓及拋光作業。進一步地,滾圓及拋光設備4,包括:第二容納空間,用于接納通過硅棒轉換設備5中的圓盤形或圓環形的輸送本體51輸送來的硅棒100。滾圓及拋光設備4還包括滾圓及拋光組件,設置于所述第二容納空間中。在本實施例中,硅棒100為類矩形單晶硅棒,具有四個豎切面及四個棱面,棱面位于相鄰兩個豎切面的交接處,因此,所述滾圓及拋光組件優選為相對設置的至少一對,兩者間留有供容納所述硅棒的第二容納空間,當硅棒100被送至所述第二容納空間中的一對滾圓及拋光組件之間后,滾圓及拋光組件上、下活動以對硅棒100的各個棱面進行研磨滾圓以及對硅棒100整個表面進行拋光。
滾圓及拋光設備4中的每個滾圓及拋光組件設計為雙頭結構,具體地,每個滾圓及拋光組件包括:轉動式底盤41(優選為圓形底盤);設置于轉動式底盤41上的雙頭主軸42,雙頭主軸42的第一端設有磨削輪43,雙頭主軸42的第二端設有拋光機44;驅動電機,用于驅動轉動式底盤41進行轉動以使雙頭主軸42中的磨削輪和拋光機44調換位置。
在實際應用中,在滾圓時,先使得一對滾圓及拋光組件中雙頭主軸42的磨削輪43正對于硅棒100的豎切面并進入作業區;所述至少一對磨削輪43下降至磨削位置(此時,至少一對磨削輪43之間的間距是要小于硅棒100當前的對角間距,這兩個間距的差距即為這至少一對磨削輪43的進給量),硅棒100在所述第二容納空間中被驅動自轉,至少一對磨削輪43將所述旋轉中的硅棒100截面的一對倒角對應的一對棱面磨削成圓弧狀(硅棒100在被磨削輪43接觸磨削時轉速較慢,硅棒100在其棱面被磨削輪43磨削后通過磨削輪43后轉速較快),并且,硅棒100繼續旋轉并使得其另一對倒角對應的另一對棱面接觸磨削輪43并被磨削輪43磨削成圓弧狀;至少一對磨削輪43繼續向下,如同前述步驟,對硅棒100的下一段的各個棱面進行磨削滾圓,直至磨削滾圓到硅棒100的底部,完成硅棒100的單次棱面磨削滾圓;繼續增加一進給量,驅動一對滾圓及拋光組件從下往上運動,由磨削輪43磨削硅棒100的各個棱面;……;如此,磨削,增加進給量,反向磨削,增加進給量,反復數次之后,即可將硅棒100的棱面研磨至預設的尺寸并整體磨圓(棱面與豎切面圓滑過渡)。磨削完成后,將滾圓及拋光組件停留于上限位使得磨削輪43回退以退出作業區,由驅動電機(例如伺服電機)驅動轉動式底盤41進行轉動(例如為轉動180°角),使得雙頭主軸42中的磨削輪和拋光機44調換位置,這樣,雙頭主軸42中的拋光機44正對于硅棒100的豎切面;驅動雙頭主軸42,拋光機44進入作業區;使用拋光機44(包括能自轉的圓盤及設于所述圓盤上的毛刷)來進行拋光,拋光時,硅棒100受控旋轉(如前所述,頂部壓緊件中的壓緊塊受控于旋轉電機而轉動并順勢帶動硅棒100及硅棒承托臺52也一并旋轉,實現硅棒100的調整),拋光機44中的圓盤轉動帶動毛刷持續地接觸并拋光硅棒100的整體表面(包括被磨面后的各個豎切面和被滾圓后的各個棱面)。
以下再以硅棒100為多晶硅棒為例進行詳細說明。
在硅棒100為多晶硅棒的情形下,第一加工設備3為磨面設備(在以下說明中,磨面設備的符號標記標示為3),第二加工設備4為倒角及拋光設備(在以下說明中,倒角及拋光設備的符號標記標示為4)。
作為第一加工設備的磨面設備3,設于機座21上且位于硅棒加工臺的第一加工區位,用于對硅棒100進行磨面(即,表面研磨)作業。進一步地,磨面設備4,具有第一容納空間,用于接納通過硅棒轉換設備5中的圓盤形或圓環形的輸送本體51輸送來的硅棒100。磨面設備3還包括至少一砂輪組件,于所述第一容納空間中至少可縱向上下運動地設置,且可旋轉以研磨所述第一容納空間中硅棒100的各個豎切面。在本實施例中,硅棒100為類矩形多晶硅棒,具有四個豎切面,因此,所述砂輪組件優選為相對設置的至少一對,兩者間留有供容納所述硅棒的第一容納空間,當硅棒100被送至所述第一容納空間中的一對砂輪組件之間后,砂輪組件即可接觸硅棒100中相對的一對豎切面,然后上、下活動進行研磨。
磨面設備3中的每個砂輪組件設計為雙頭結構,具體地,每個砂輪組件包括:轉動式底盤31(優選為圓形底盤);設置于轉動式底盤31上的雙頭主軸32,雙頭主軸32的第一端設有粗磨砂輪33,雙頭主軸32的第二端設有精磨砂輪34;驅動電機,用于驅動轉動式底盤31進行轉動以使雙頭主軸32中的粗磨砂輪33和精磨砂輪34調換位置。在實際應用中,在研磨時,先使得一對砂輪組件中雙頭主軸32的粗磨砂輪33正對于硅棒100的豎切面并進入作業區;使用粗磨砂輪33旋轉來進行粗磨(粗磨作業可例如為:先提供一進給量,驅動一對砂輪組件從上往下運動來研磨硅棒100;一對砂輪組件研磨到硅棒100底部之后并穿過硅棒100之后停留于下限位,再增加一進給量,驅動一對砂輪組件從下往上運動來研磨硅棒100;一對砂輪組件研磨到硅棒100頂部之后并穿過硅棒100之后停留于上限位,繼續增加一進給量,驅動一對砂輪組件從上往下運動來研磨硅棒100;……;如此,研磨,增加進給量,反向研磨,增加進給量,反復數次之后,即可將硅棒100的豎切面研磨至預設的尺寸);粗磨完成后,將砂輪組件停留于上限位使得粗磨砂輪33回退以退出作業區,由驅動電機(例如伺服電機)驅動轉動式底盤31進行轉動(例如為轉動180°角),使得雙頭主軸32中的粗磨砂輪33和精磨砂輪34調換位置,這樣,雙頭主軸32中的精磨砂輪34正對于硅棒100的豎切面;驅動雙頭主軸32,精磨砂輪34進入作業區;使用精磨砂輪34旋轉來進行精磨(精磨作業可例如為:先提供一進給量,驅動一對砂輪組件從上往下運動來研磨硅棒100;一對砂輪組件研磨到硅棒100底部之后并穿過硅棒100之后停留于下限位,再增加一進給量,驅動一對砂輪組件從下往上運動來研磨硅棒100;一對砂輪組件研磨到硅棒100頂部之后并穿過硅棒100之后停留于上限位,繼續增加一進給量,驅動一對砂輪組件從上往下運動來研磨硅棒100;……;如此,研磨,增加進給量,反向研磨,增加進給量,反復數次之后,即可將硅棒100的豎切面研磨至預設的尺寸);精磨完成后,將砂輪組件停留于上限位使得精磨砂輪44回退以退出作業區。更進一步地,砂輪組件的可研磨面的寬度至少要大于硅棒100,如此,砂輪組件僅需相對硅棒100的豎切面上、下活動(縱向)而無需左、右活動即可完成磨面作業。
上述僅為一較佳實施例,但砂輪組件的結構并不以此為限,在其他實施例中,砂輪組件的結構仍可有其他變化。例如,在另一變化例中,砂輪組件設計為能旋轉的單軸結構,所述單軸與所述第一容納空間的豎側壁設有的縱向滑動導引結構(例如滑軌、滑道等,未圖示)間能相對滑動地結合以令各個砂輪組件能縱向運動。具體地,每個砂輪組件包括:內外套接在所述單軸的粗磨砂輪及精磨砂輪(并不限定哪一者在外或在內),所述粗磨砂輪和精磨砂輪中的至少一者是可以相對另一者沿軸向運動的。舉例來說,在研磨時,先使用粗磨砂輪旋轉來進行粗磨(粗磨作業可例如為:先提供一進給量,驅動一對砂輪組件從上往下運動來研磨硅棒100;一對砂輪組件研磨到硅棒100底部之后并穿過硅棒100之后停留于下限位,再增加一進給量,驅動一對砂輪組件從下往上運動來研磨硅棒100;一對砂輪組件研磨到硅棒100頂部之后并穿過硅棒100之后停留于上限位,繼續增加一進給量,驅動一對砂輪組件從上往下運動來研磨硅棒100;……;如此,研磨,增加進給量,反向研磨,增加進給量,反復數次之后,即可將硅棒100的豎切面研磨至預設的尺寸),粗磨完成后,再令粗磨砂輪后縮而露出精磨砂輪,令精磨砂輪旋轉進行精磨(精磨作業基本類似于粗磨作業,即,精磨作業可例如為:先提供一進給量,驅動一對砂輪組件從上往下運動來研磨硅棒100;一對砂輪組件研磨到硅棒100底部之后并穿過硅棒100之后停留于下限位,再增加一進給量,驅動一對砂輪組件從下往上運動來研磨硅棒100;一對砂輪組件研磨到硅棒100頂部之后并穿過硅棒100之后停留于上限位,繼續增加一進給量,驅動一對砂輪組件從上往下運動來研磨硅棒100;……;如此,研磨,增加進給量,反向研磨,增加進給量,反復數次之后,即可將硅棒100的豎切面研磨至預設的尺寸)。更進一步地,砂輪組件的可研磨面的寬度至少要大于硅棒100,如此,砂輪組件僅需相對硅棒100的豎切面上、下活動(縱向)而無需左、右活動即可完成磨面作業。
為了可以通過較少的砂輪組件即可完成較多硅棒100豎切面的研磨,可配合所述硅棒100的自轉實現,仍以硅棒100為類矩形多晶硅棒為例,硅棒100具有四個豎切面,在研磨完相對兩個豎切面之后,令所述硅棒100自轉90°角(如前所述,頂部壓緊件中的壓緊塊受控于旋轉電機而轉動并順勢帶動硅棒100及硅棒承托臺52也一并旋轉,實現硅棒100的調整)而使得另外兩個豎切面對應于所述一對砂輪組件,然后再進行研磨,以完成整個表面研磨過程。當然,在其他實施例中,所述砂輪組件亦可僅需一個,而類矩形的硅棒100執行自轉90°角三次即可研磨各個豎切面,也是可以實施但效率相對低一些。需說明的是,此處加以舉例只為了說明砂輪組件的數量可以根據實際需求設定,而非以本實施例為限。
作為第二加工設備的倒角及拋光設備4,設于機座1上且位于硅棒加工臺的第一加工區位,用于對經磨面設備3磨面后的硅棒100進行倒角及拋光作業。進一步地,倒角及拋光設備4,包括:第二容納空間,用于接納通過硅棒轉換設備5中的圓盤形或圓環形的輸送本體51輸送來的硅棒100。倒角及拋光設備4還包括倒角及拋光設備,設置于所述第二容納空間中。在本實施例中,硅棒100為類矩形多晶硅棒,具有四個豎切面及四個棱面,因此,所述倒角及拋光組件優選為相對設置的至少一對,兩者間留有供容納所述硅棒的第二容納空間,當硅棒100被送至所述第二容納空間中的一對倒角及拋光組件之間后,倒角及拋光組件上、下活動以對硅棒100的各個棱面進行磨削以形成倒角以及對倒角面進行拋光。
倒角及拋光設備4中的每個倒角及拋光組件設計為雙頭結構,具體地,每個倒角及拋光組件包括:轉動式底盤41(優選為圓形底盤);設置于轉動式底盤41上的雙頭主軸42,雙頭主軸42的第一端設有磨削輪43,雙頭主軸42的第二端設有拋光機44;驅動電機,用于驅動轉動式底盤41進行轉動以使雙頭主軸42中的磨削輪43和拋光機44調換位置。在實際應用中,倒角及拋光設備4對硅棒100進行的加工作業可包括兩種方案。第一種方案,先對第一對棱面進行倒角及拋光,再對第二對棱面進行倒角及拋光。第二種方案,現對第一對棱面和第二對棱面進行倒角,再對倒角后的硅棒進行拋光。
在第一種方案中:先對第一對棱面進行倒角及拋光:在倒角時,先旋轉硅棒承托臺52一定角度(例如45°)以使得一對倒角及拋光組件中雙頭主軸42的磨削輪43正對于硅棒100的第一對棱面并進入作業區;所述至少一對磨削輪43下降至磨削位置(此時,至少一對磨削輪43之間的間距是要小于硅棒100中第一對棱面當前的對角間距,這兩個間距的差距即為這至少一對磨削輪43的進給量),至少一對磨削輪43向下移動對硅棒100中的第一對棱面進行磨削以形成倒角面;至少一對磨削輪43繼續向下,如同前述步驟,對硅棒100的下一段的第一對棱面進行磨削,直至磨削到硅棒100的底部,完成硅棒100的單次棱面磨削;繼續增加一進給量,驅動一對滾圓及拋光組件從下往上運動,由磨削輪43磨削硅棒100的第一對棱面;……;如此,磨削,增加進給量,反向磨削,增加進給量,反復數次之后,即可將硅棒100的第一對棱面磨削至預設的尺寸以形成第一對倒角面。磨削完成后,將倒角及拋光組件停留于上限位使得磨削輪43回退以退出作業區,由驅動電機(例如伺服電機)驅動轉動式底盤41進行轉動(例如為轉動180°角),使得雙頭主軸42中的磨削輪43和拋光機44調換位置,這樣,雙頭主軸42中的拋光機44正對于硅棒100的第一對倒角面;驅動雙頭主軸42,拋光機44進入作業區;使用拋光機44(包括能自轉的圓盤及設于所述圓盤上的毛刷)來進行拋光,拋光機44中的圓盤轉動帶動毛刷持續地接觸并拋光硅棒100的第一對倒角面。再對第二對棱面進行倒角及拋光:在倒角時,先旋轉硅棒承托臺52一定角度(例如180°)以使得一對倒角及拋光組件中雙頭主軸42的磨削輪43正對于硅棒100的第二對棱面并進入作業區;所述至少一對磨削輪43下降至磨削位置(此時,至少一對磨削輪43之間的間距是要小于硅棒100中第二對棱面當前的對角間距,這兩個間距的差距即為這至少一對磨削輪43的進給量),至少一對磨削輪43向下移動對硅棒100中的第二對棱面進行磨削以形成倒角面;至少一對磨削輪43繼續向下,如同前述步驟,對硅棒100的下一段的第二對棱面進行磨削,直至磨削到硅棒100的底部,完成硅棒100的單次棱面磨削;繼續增加一進給量,驅動一對滾圓及拋光組件從下往上運動,由磨削輪43磨削硅棒100的第二對棱面;……;如此,磨削,增加進給量,反向磨削,增加進給量,反復數次之后,即可將硅棒100的第二對棱面磨削至預設的尺寸以形成第二對倒角面。磨削完成后,將倒角及拋光組件停留于上限位使得磨削輪43回退以退出作業區,由驅動電機(例如伺服電機)驅動轉動式底盤41進行轉動(例如為轉動180°角),使得雙頭主軸42中的磨削輪43和拋光機44調換位置,這樣,雙頭主軸42中的拋光機44正對于硅棒100的第二對倒角面;驅動雙頭主軸42,拋光機44進入作業區;使用拋光機44(包括能自轉的圓盤及設于所述圓盤上的毛刷)來進行拋光,拋光機44中的圓盤轉動帶動毛刷持續地接觸并拋光硅棒100的第二對倒角面。
在第二種方案中:先對第一對棱面和第二棱面進行倒角:先旋轉硅棒承托臺52一定角度(例如45°)以使得一對倒角及拋光組件中雙頭主軸42的磨削輪43正對于硅棒100的第一對棱面并進入作業區;所述至少一對磨削輪43下降至磨削位置(此時,至少一對磨削輪43之間的間距是要小于硅棒100中第一對棱面當前的對角間距,這兩個間距的差距即為這至少一對磨削輪43的進給量),至少一對磨削輪43向下移動對硅棒100中的第一對棱面進行磨削以形成倒角面;至少一對磨削輪43繼續向下,如同前述步驟,對硅棒100的下一段的第一對棱面進行磨削,直至磨削到硅棒100的底部,完成硅棒100的單次棱面磨削;繼續增加一進給量,驅動一對滾圓及拋光組件從下往上運動,由磨削輪43磨削硅棒100的第一對棱面;……;如此,磨削,增加進給量,反向磨削,增加進給量,反復數次之后,即可將硅棒100的第一對棱面磨削至預設的尺寸以形成第一對倒角面。磨削完成后,將倒角及拋光組件停留于上限位使得磨削輪43回退以退出作業區,旋轉硅棒承托臺52一定角度(例如180°),以使得一對倒角及拋光組件中雙頭主軸42的磨削輪43正對于硅棒100的第二對棱面并進入作業區;所述至少一對磨削輪43下降至磨削位置(此時,至少一對磨削輪43之間的間距是要小于硅棒100中第二對棱面當前的對角間距,這兩個間距的差距即為這至少一對磨削輪43的進給量),至少一對磨削輪43向下移動對硅棒100中的第二對棱面進行磨削以形成倒角面;至少一對磨削輪43繼續向下,如同前述步驟,對硅棒100的下一段的第二對棱面進行磨削,直至磨削到硅棒100的底部,完成硅棒100的單次棱面磨削;繼續增加一進給量,驅動一對滾圓及拋光組件從下往上運動,由磨削輪43磨削硅棒100的第二對棱面;……;如此,磨削,增加進給量,反向磨削,增加進給量,反復數次之后,即可將硅棒100的第二對棱面磨削至預設的尺寸以形成第二對倒角面。再對經倒角后的第一對倒角面和第二對倒角面進行拋光:由驅動電機(例如伺服電機)驅動轉動式底盤41進行轉動(例如為轉動180°角),使得雙頭主軸42中的磨削輪43和拋光機44調換位置,這樣,雙頭主軸42中的拋光機44正對于硅棒100的第二對倒角面;驅動雙頭主軸42,拋光機44進入作業區;使用拋光機44(包括能自轉的圓盤及設于所述圓盤上的毛刷)來進行拋光,拋光機44中的圓盤轉動帶動毛刷持續地接觸并拋光硅棒100的第二對倒角面,完成第二對倒角面的拋光作業。第二對倒角面拋光完成后,將倒角及拋光組件停留于上限位使得拋光機回退以退出作業區,旋轉硅棒承托臺52一定角度(例如180°),以使得一對倒角及拋光組件中雙頭主軸42的拋光機44正對于硅棒100的第一對棱面并進入作業區;驅動雙頭主軸42,拋光機44進入作業區;使用拋光機44(包括能自轉的圓盤及設于所述圓盤上的毛刷)來進行拋光,拋光機44中的圓盤轉動帶動毛刷持續地接觸并拋光硅棒100的第一對倒角面,完成第一對倒角面的拋光作業。
上述僅為示例性說明,并非用于限制本發明的保護范圍。例如,針對硅棒為多晶硅棒而言,第一加工設備和第二加工設備仍可有其他的組合變化例。
在一可選的變化例中,第一加工設備和第二加工設備均為粗磨/倒角及拋光設備,其中,第一加工設備用于為作為硅棒的多晶硅棒的第一對豎切面進行粗磨和第一對棱面進行倒角以及對其進行拋光,第二加工設備用于為作為硅棒的多晶硅棒的第二對豎切面進行粗磨和第二對棱面進行倒角以及對其進行拋光。每個粗磨/倒角及拋光設備均包括:轉動式底盤(優選為圓形底盤);設置于轉動式底盤上的雙頭主軸,雙頭主軸的第一端設有磨削輪,雙頭主軸的第二端設有拋光機;驅動電機,用于驅動轉動式底盤進行轉動以使雙頭主軸中的磨削輪和拋光機調換位置。
在實際應用中,針對第一加工設備:先使得一對砂輪組件中雙頭主軸的磨削輪正對于硅棒的第一對豎切面并進入作業區;使用磨削輪旋轉來進行粗磨(具體可參見前述描述);粗磨完成后,將磨削輪停留于上限位使得磨削輪回退以退出作業區;由驅動電機(例如伺服電機)驅動轉動式底盤進行轉動(例如為轉動180°角),使得雙頭主軸中的磨削輪和拋光機調換位置,這樣,雙頭主軸中的拋光機正對于硅棒的第一對豎切面;驅動雙頭主軸,拋光機進入作業區;使用拋光機(包括能自轉的圓盤及設于所述圓盤上的毛刷)來進行拋光,拋光機中的圓盤轉動帶動毛刷持續地接觸并拋光硅棒的第一對豎切面。旋轉硅棒承載臺一定角度(例如45°)以使得雙頭主軸的磨削輪正對于硅棒的第一對棱面并進入作業區,使用磨削輪旋轉來對第一對棱面進行磨削以形成第一對倒角面(具體可參見前述描述);倒角完成后,將磨削輪停留于上限位使得磨削輪回退以退出作業區;由驅動電機(例如伺服電機)驅動轉動式底盤進行轉動(例如為轉動180°角),使得雙頭主軸中的磨削輪和拋光機調換位置,這樣,雙頭主軸中的拋光機正對于硅棒的第一對倒角面;驅動雙頭主軸,拋光機進入作業區;使用拋光機(包括能自轉的圓盤及設于所述圓盤上的毛刷)來進行拋光,拋光機中的圓盤轉動帶動毛刷持續地接觸并拋光硅棒的第一對倒角面。針對第二加工設備:先使得一對砂輪組件中雙頭主軸的磨削輪正對于硅棒的第二對豎切面并進入作業區;使用磨削輪旋轉來進行粗磨(具體可參見前述描述);粗磨完成后,將磨削輪停留于上限位使得磨削輪回退以退出作業區;由驅動電機(例如伺服電機)驅動轉動式底盤進行轉動(例如為轉動180°角),使得雙頭主軸中的磨削輪和拋光機調換位置,這樣,雙頭主軸中的拋光機正對于硅棒的第二對豎切面;驅動雙頭主軸,拋光機進入作業區;使用拋光機(包括能自轉的圓盤及設于所述圓盤上的毛刷)來進行拋光,拋光機中的圓盤轉動帶動毛刷持續地接觸并拋光硅棒的第二對豎切面。旋轉硅棒承載臺一定角度(例如45°)以使得雙頭主軸的磨削輪正對于硅棒的第二對棱面并進入作業區,使用磨削輪旋轉來對第二對棱面進行磨削以形成第二對倒角面(具體可參見前述描述);倒角完成后,將磨削輪停留于上限位使得磨削輪回退以退出作業區;由驅動電機(例如伺服電機)驅動轉動式底盤進行轉動(例如為轉動180°角),使得雙頭主軸中的磨削輪和拋光機調換位置,這樣,雙頭主軸中的拋光機正對于硅棒的第二對倒角面;驅動雙頭主軸,拋光機進入作業區;使用拋光機(包括能自轉的圓盤及設于所述圓盤上的毛刷)來進行拋光,拋光機中的圓盤轉動帶動毛刷持續地接觸并拋光硅棒的第二對倒角面。
在另一可選的變化例中,第一加工設備和第二加工設備均為粗磨/倒角及精磨設備,其中,第一加工設備用于為作為硅棒的多晶硅棒的第一對豎切面進行粗磨和第一對棱面進行倒角以及對其進行精磨,第二加工設備用于為作為硅棒的多晶硅棒的第二對豎切面進行粗磨和第二對棱面進行倒角以及對其進行精磨。每個粗磨/倒角及精磨設備均包括:轉動式底盤(優選為圓形底盤);設置于轉動式底盤上的雙頭主軸,雙頭主軸的第一端設有磨削輪,雙頭主軸的第二端設有精磨輪;驅動電機,用于驅動轉動式底盤進行轉動以使雙頭主軸中的磨削輪和精磨輪調換位置。
在實際應用中,針對第一加工設備:先使得一對砂輪組件中雙頭主軸的磨削輪正對于硅棒的第一對豎切面并進入作業區;使用磨削輪旋轉來進行粗磨(具體可參見前述描述);粗磨完成后,將磨削輪停留于上限位使得磨削輪回退以退出作業區;由驅動電機(例如伺服電機)驅動轉動式底盤進行轉動(例如為轉動180°角),使得雙頭主軸中的磨削輪和精磨輪調換位置,這樣,雙頭主軸中的精磨輪正對于硅棒的第一對豎切面;驅動雙頭主軸,精磨輪進入作業區;使用精磨輪進行精磨,精磨輪接觸并精磨硅棒的第一對豎切面。旋轉硅棒承載臺一定角度(例如45°)以使得雙頭主軸的磨削輪正對于硅棒的第一對棱面并進入作業區,使用磨削輪旋轉來對第一對棱面進行磨削以形成第一對倒角面(具體可參見前述描述);倒角完成后,將磨削輪停留于上限位使得磨削輪回退以退出作業區;由驅動電機(例如伺服電機)驅動轉動式底盤進行轉動(例如為轉動180°角),使得雙頭主軸中的磨削輪和精磨輪調換位置,這樣,雙頭主軸中的精磨輪正對于硅棒的第一對倒角面;驅動雙頭主軸,精磨輪進入作業區;使用精磨輪進行精磨,精磨輪精磨硅棒的第一對倒角面。針對第二加工設備:先使得一對砂輪組件中雙頭主軸的磨削輪正對于硅棒的第二對豎切面并進入作業區;使用磨削輪旋轉來進行粗磨(具體可參見前述描述);粗磨完成后,將磨削輪停留于上限位使得磨削輪回退以退出作業區;由驅動電機(例如伺服電機)驅動轉動式底盤進行轉動(例如為轉動180°角),使得雙頭主軸中的磨削輪和精磨輪調換位置,這樣,雙頭主軸中的精磨輪正對于硅棒的第二對豎切面;驅動雙頭主軸,精磨輪進入作業區;使用精磨輪來進行精磨,精磨輪精磨硅棒的第二對豎切面。旋轉硅棒承載臺一定角度(例如45°)以使得雙頭主軸的磨削輪正對于硅棒的第二對棱面并進入作業區,使用磨削輪旋轉來對第二對棱面進行磨削以形成第二對倒角面(具體可參見前述描述);倒角完成后,將磨削輪停留于上限位使得磨削輪回退以退出作業區;由驅動電機(例如伺服電機)驅動轉動式底盤進行轉動(例如為轉動180°角),使得雙頭主軸中的磨削輪和精磨輪調換位置,這樣,雙頭主軸中的精磨輪正對于硅棒的第二對倒角面;驅動雙頭主軸,精磨輪進入作業區;使用精磨輪進行精磨,精磨輪精磨硅棒的第二對倒角面。
硅棒移送設備2,鄰設于硅棒加工臺的裝卸區位,用于將待加工的硅棒100轉移至硅棒加工臺或經加工后的硅棒100轉移出硅棒加工臺。
如圖7和圖8所示,其中,圖7為圖1中硅棒移送設備的放大示意圖,圖8位圖4中硅棒移送設備的放大示意圖。結合圖7和圖8,本發明硅棒多工位組合加工機中的硅棒移送設備2進一步包括:移送底座21、硅棒平臺22、硅棒緊固機構23、平臺翻轉機構24、升降機構、以及硅棒測量裝置。
移送底座21,通過一滑移機構滑設于機座1。在本實施例中,所述滑移機構進一步包括:滑軌201以及與滑軌201對應的滑塊或滑條202,滑移齒條203以及與滑移齒條203嚙合的轉動齒輪(未在圖式中顯示)和滑移驅動電機,其中,滑軌201以水平狀態設于機座1上,滑塊或滑條202則設于移送底座21上,滑移齒條203設于機座1上,轉動齒輪和滑移驅動電機則設于移送底座21上。在實際應用中,滑移驅動電機(例如伺服電機)驅動轉動齒輪轉動,在轉動齒輪的轉動下順著嚙合的滑移齒條203移動,從而使得移送底座21藉著滑塊或滑條202以及滑軌201而相對機座1滑移。當然,上述,僅為一示例性說明,并非用以限制本發明,例如,在其他實施例中,滑軌201可改設于移送底座21上而滑塊或滑條202則改設于機座1上。
硅棒平臺22活動設于移送底座21上,用于橫向安置硅棒100。在本實施例中,硅棒平臺22為一板狀結構或框架結構,至少在硅棒平臺22的前后兩端分別設置有至少一硅棒承托架221,用于承托硅棒100的前后兩端,使得硅棒100能橫向安置。為使得硅棒100能更穩固地橫向安置,優選地,硅棒承托架221的中間區域設置有弧形或V型的凹陷部,用于容置硅棒100(如前所述,硅棒100為類矩形硅棒)的一個角部,如此,硅棒平臺22為初始狀態下的水平放置的情形下,當利用硅棒承托架221承托硅棒100時,硅棒100的一個角部落入硅棒承托架221的凹陷部內,從而使得硅棒100是以其中的一條對角線為豎直的方式(即,硅棒100的該條對角線是垂直于水平放置的硅棒平臺22,硅棒100的豎切面與硅棒平臺22呈45°)橫臥于硅棒平臺22上的。
我們知道,在實際應用中,在后續加工作業中,需要將硅棒100從橫臥狀態(水平放置)轉換為立起狀態(豎直放置),因此,在本發明中,還提供了硅棒緊固機構23,用于在硅棒轉移過程中緊固硅棒100。在本實施例中,硅棒緊固機構23包括緊固爪231及控制緊固爪231的緊固電機或緊固氣缸232。更進一步地,硅棒緊固機構23中包括有至少兩對緊固爪,至少兩對緊固爪是分別對應于前述的兩個硅棒承托架221,即,一對緊固爪是對應于一個硅棒承托架221且一對緊固爪中的兩個緊固爪231對向分列于硅棒承托架221的左右兩側,每一個緊固爪231上均配置有緊固電機或緊固氣缸232。在實際應用中,當硅棒100橫臥于硅棒承托架221時,緊固電機或緊固氣缸232就驅動各自對應的緊固爪231朝向硅棒承托架221的中部運動以抵壓于硅棒100,這樣,多個通過至少兩對緊固爪的配合,實現硅棒100整體上的緊固。優選地,緊固爪231與硅棒100接觸的抵壓處可設置緩沖部件,以避免或減少對硅棒100的損傷。
平臺翻轉機構24,用于驅動硅棒平臺22相對移送底座21翻轉,使得硅棒100豎直放置于硅棒轉換設備5上。在本實施例中,平臺翻轉機構24包括:安裝架241、移動架242、翻轉氣缸或翻轉電機243、翻轉齒條244、以及翻轉齒輪245。安裝架241,固設于移送底座21上。優選地,安裝架241為一板狀結構或框架結構。移動架242,活動架設于安裝架241上方。優選地,移動架242為一中空的板狀結構或框架結構。進一步地,移動架242中鄰近硅棒轉換設備5處的左右相對兩側分別設有翻轉齒條244,與之對應地,在硅棒平臺22中鄰近硅棒轉換設備5處的翻轉端的左右相對兩側分別設有翻轉齒輪245,所述翻轉齒輪245對應的翻轉齒條244之上并與之嚙合。翻轉氣缸或翻轉電機243,用于驅動移動架242相對于安裝架移動。在本實施例中,以翻轉氣缸為例,翻轉氣缸243整體是布設于移動架242的中空區域,具體地,翻轉氣缸243中的氣缸本體(例如包括缸筒及活塞)是設于安裝架241上,翻轉氣缸243中的活塞桿是連接于移動架242。在實際應用中,針對硅棒平臺22由水平狀態翻轉為豎直狀態:翻轉氣缸243作動,活塞桿伸展并推動移動架242,使得移動架242在推動下相對安裝架241而移動,移動架242上的翻轉齒條244也跟著移動架242移動,硅棒平臺22上與翻轉齒條244相嚙合的翻轉齒輪245在翻轉齒條244的帶動下轉動,從而驅動硅棒平臺22進行翻轉,最終實現硅棒平臺由水平狀態翻轉為豎直狀態。針對硅棒平臺22由豎直狀態翻轉為水平狀態:翻轉氣缸243作動,活塞桿收縮并拉動移動架242,使得移動架242在推動下相對安裝架241而移動,移動架242上的翻轉齒條244也跟著移動架242移動,硅棒平臺22上與翻轉齒條244相嚙合的翻轉齒輪245在翻轉齒條244的帶動下轉動,從而驅動硅棒平臺22進行翻轉,最終實現硅棒平臺由豎直狀態翻轉為水平狀態。
需補充的是:另外,為使得移動架242能順暢且平穩地相對安裝架241移動,安裝架241左右相對兩側設有滑軌246,而移動架242的底部的左右相對兩側則設有供滑動于滑軌246的滑塊或滑條247。當然,上述,僅為一示例性說明,并非用以限制本發明,例如,在其他實施例中,滑軌246可改設于移動架242上而滑塊或滑條247則改設于安裝架241上。再有,為避免或減少硅棒平臺22在翻轉過程中對移動架242、安裝架241或翻轉氣缸或翻轉電機243造成碰撞損傷(例如,硅棒平臺22從豎直狀態翻轉回復為水平狀態時),可進一步在移動架242或安裝架241上設置相對凸起的緩沖器270。
升降機構,設于所述硅棒平臺22上,用于對翻轉后硅棒100進行升降運動。在本實施例中,所述升降機構可包括滑軌或滑桿251以及升降電機或升降氣缸252,其中,為能實現硅棒100的升降運動,硅棒承托架221是通過滑軌或滑桿251而設置于硅棒平臺22上(硅棒緊固機構23是安裝連接于硅棒承托架221),升降電機或升降氣缸252則控制硅棒承托架221(連同硅棒緊固機構23)進行升降運動,從而帶動硅棒100實現升降。仍以升降氣缸252為例,升降氣缸252整體是布設于硅棒平臺22的中部,具體地,升降氣缸252中的氣缸本體(例如包括缸筒及活塞)是設于硅棒平臺22上,升降氣缸252中的活塞桿是連接于硅棒承托架221。在實際應用中,升降氣缸252作動,活塞桿作伸縮(伸展或收縮)并推拉(推動或拉動)硅棒承托架221,使得硅棒承托架221在推拉下相對安裝架241而上下移動,硅棒承托架221上的硅棒100也跟著硅棒承托架221而上下移動。
硅棒測量裝置,用于對待加工的硅棒100或經加工后的硅棒進行尺寸測量,以判定是否符合產品要求。一方面,利用硅棒移送設備2將待加工的硅棒100移送至硅棒轉換設備5以進行加工作業之前,需要對待加工的硅棒100進行尺寸測量;另一方面,硅棒100在經過第一加工設備3和第二加工設備4加工之后,也需要進行尺寸測量。在本實施例中,硅棒測量裝置可包括:一對位移測量設備261以及驅動測量設備相對硅棒平臺22前后移動的測量移動機構,其中,位移測量設備261進一步包括位移傳感器262以及滑臺氣缸263,位移傳感器262是正對于硅棒100,滑臺氣缸263中的氣缸本體(例如包括缸筒及活塞)是滑設于硅棒平臺22,滑臺氣缸263中的活塞桿是連接于位移傳感器262。如前所述,硅棒平臺22上的硅棒100是以其中的一條對角線為豎直的方式(即,硅棒100的該條對角線是垂直于水平放置的硅棒平臺22,硅棒100的豎切面與硅棒平臺22呈45°)橫臥于硅棒平臺22上的,因此,為更好地對這一放置方式的硅棒100進行測量,滑臺氣缸263整體是以相對硅棒平臺傾斜45°的方式設置,從而使得滑臺氣缸263可推拉位移傳感器262在傾斜45°方向前后移動(即,平行于類矩形的硅棒100的一豎切面)。另外,為使得滑臺氣缸263滑設于硅棒平臺22,所述測量移動機構包括:在硅棒平臺22上設置有前后走向的滑軌或滑桿264,在滑臺氣缸263的底部則設計為與滑軌或滑桿264配合的滑塊或滑條265,在硅棒平臺22的前后設置有皮帶輪266以及配置于皮帶輪266上的皮帶267,在滑臺氣缸263的底部設置有與皮帶267關聯的連接件268,以及驅動皮帶輪266轉動的測量驅動電機(未在圖式中顯示),所述測量驅動電機可優選為測量伺服電機。這樣,當應用硅棒測量裝置時:首先,利用測量移動機構將位移測量設備261從初始位置移動到硅棒平臺22的一端(例如前端),具體地,所述測量驅動電機啟動,驅動皮帶輪266轉動,帶動皮帶267走動,通過連接件268順勢帶動位移測量設備261沿著硅棒平臺22上的滑軌或滑桿264滑移到硅棒平臺22的一端;接著,利用滑臺氣缸263中的活塞桿推拉位移傳感器262以平行于硅棒100的豎切面移動,位移傳感器262對應于硅棒100的豎切面,從對應豎切面的一側移動到對應豎切面的另一側,從而完成硅棒100前端的豎切面的寬度測量;接著,利用測量移動機構將位移測量設備261移動到硅棒平臺22的另一端(例如后端),具體地,所述測量驅動電機啟動,驅動皮帶輪266轉動,帶動皮帶267走動,通過連接件268順勢帶動位移測量設備261沿著硅棒平臺22上的滑軌或滑桿264滑移到硅棒平臺22的另一端;接著,利用滑臺氣缸263中的活塞桿推拉位移傳感器262以平行于硅棒100的豎切面移動,位移傳感器262對應于硅棒100的豎切面,從對應豎切面的一側移動到對應豎切面的另一側,從而完成硅棒100后端的豎切面的寬度測量;最后,利用測量移動機構將位移測量設備261回退到初始位置。
利用硅棒測量裝置,一方面,可通過對硅棒100的尺寸測量來檢驗硅棒經過各個加工作業后是否符合產品要求,以確定各個加工作業的效果;另一方面,通過對硅棒100的尺寸測量,也能間接獲得各個加工設備中加工部件的磨損狀況,以利于實時進行校準或修正,甚至維修或更換。
需補充的是,在本發明硅棒多工位組合加工機中,還可包括硅棒清洗設備,設于機座21上且位于硅棒加工臺的裝卸區位處,用于對硅棒100進行及清洗。針對硅棒清洗設備而言,一般,硅棒100經第一加工設備3和第二加工設備4的加工作業后,作業過程中產生的切割碎屑會附著于硅棒100表面,因此,需要對硅棒100進行必要的清洗。一般地,所述硅棒清洗設備包括有清洗刷頭及與所述清洗刷頭配合的清洗液噴灑裝置,在清洗時,由所述清洗液噴灑裝置對著硅棒100噴灑清洗液(例如為純水),同時,由電機驅動清洗刷頭(優選為旋轉式刷頭)作用于硅棒100,完成清洗作業。
還需特別說明的是,本發明硅棒多工位組合加工機在一可選實施方式中,還包括硅棒切方設備,所述硅棒切方設備鄰設于機座。
請參閱圖9,其為本發明第二實施方式中硅棒多工位組合加工機在第一狀態中的立體結構示意圖。
硅棒開方設備6,設于機座1上且鄰近于硅棒移送設備2(硅棒移送設備2更可具體參閱圖10),用于對原硅棒進行開方作業以形成類矩形的硅棒。如圖9所示,硅棒開方設備6更具體包括硅棒承載臺61和線切割設備62。
硅棒承載臺61和線切割設備62等可設于硅棒加工臺上。在本實施例中,硅棒加工臺中對應硅棒承載臺61處具有具有一開方切割區。
硅棒承載臺61,用于承載原硅棒。原硅棒一般為圓柱形結構,在實際應用中,呈圓柱形結構的原硅棒是圓形截面接觸的方式豎直放置于硅棒承載臺61上。
另外,為使得豎直放置的原硅棒能穩固于硅棒承載臺61,優選地,還可包括有定位結構(未在圖式中顯示)。所述定位結構包括供定位原硅棒底部的底部定位件,較佳地,在一實際應用中,所述底部定位件可以是固設于硅棒承載臺61上的硅棒夾具,該硅棒夾具包括底托和設于底托外周的夾爪,底托與需限位的硅棒相適配,夾爪為多個(在本實施例中,由于是需要將原硅棒由初始的圓形截面切割為類矩形截面,如此,要將原硅棒沿著硅棒長度方向切割出四個兩兩平行的切割平面,因此,各個夾爪的數量優選為四個,分別自底托的底部向上延伸出)。在一種情形下,對于夾爪的設置,夾爪可設計為具有彈性的彈性夾爪且夾爪是嚙合連接于底托的底部(夾爪的連接端設置有齒盤,底托的底部設有與齒盤嚙合的齒盤調節柱,齒盤調節柱上設計有多節調節齒。通過齒盤調節柱的上下運動即可控制夾爪的開合)。如此,當原硅棒置放于底托時,原硅棒抵靠于底托且確保原硅棒與底托同心,這時,夾爪可很好地夾固住原硅棒底部。再有,為了防止夾爪剮蹭劃傷原硅棒,夾爪與原硅棒接觸的部位為圓滑設計或者在夾爪中要與硅棒接觸的內表面增設緩沖墊。當然,硅棒夾具僅是一種較佳實施例,但底部定位件并不以此為限,在其他實施例中,底部定位件也可以是氣動吸盤或者涂覆有粘結劑的粘結連接面,應同樣具有將原硅棒穩固于硅棒承載臺61上的效果。此外,所述定位結構還可包括頂部壓緊件,用于壓緊原硅棒的頂部。例如,頂部壓緊件可包括:活動設置的軸承以及設置于軸承底部的壓緊塊,軸承受一驅動裝置驅動(未在圖式中予以標示)而上下活動,壓緊塊與原硅棒適配(壓緊塊可以是與原硅棒的截面尺寸相適配的圓餅形壓塊)。這樣,通過所述定位結構中的底部定位件和頂部壓緊件的相互配合,可將待切割的原硅棒穩固于硅棒承載臺61上,確保了原硅棒在開方切割作業中的穩定性及切割面的平整度。
線切割設備62包括:切割機架和線切割單元。
切割機架621設于機座1上且鄰近于硅棒承載臺61。
線切割單元,設于切割機架且可升降地設于硅棒承載臺61上方。進一步地,線切割單元包括:支架622和至少一對切割輪組。支架622通過一升降機構可升降地設于切割機架621,在一實施例中,所述升降機構可設于切割機架621和對應的支架622的左右兩側,所述升降機構可包括:上下設置的滑軌、設于所述切割機架621上且順著所述滑軌的導向塊、以及驅動電機。
所述至少一對切割輪組,對向設置于支架622的相對兩側。每一個切割輪組包括相對設置的至少兩個切割輪623和纏繞于至少兩個切割輪623上的切割線624,一對切割輪組中分屬不同所述切割輪組中的兩條切割線624相互平行。每一個切割輪組中的兩個切割輪之間的間距與原硅棒的截面尺寸相對應。具體來講,在一種情形下,線切割單元包括第一對切割輪組,所述第一對切割輪組包括第一切割輪組和第二切割輪組,分列于支架622的左右兩側,第一切割輪組包括前后設置的兩個切割輪623,兩個切割輪623之間纏繞有第一切割線,第二切割輪組也包括前后設置的兩個切割輪623,兩個切割輪623之間纏繞有第二切割線,第一切割線與第二切割線相互平行;在另一種情形下,線切割單元包括第二對切割輪組,所述第二對切割輪組包括第三切割輪組和第四切割輪組,分列于支架的前后兩側,第三切割輪組包括左右設置的兩個切割輪,兩個切割輪之間纏繞有第三切割線,第四切割輪組也包括左右設置的兩個切割輪,兩個切割輪之間纏繞有第四切割線,第三切割線與第四切割線相互平行。在又一種情形下,線切割單元包括兩對切割輪組,即,第一對切割輪組和第二對切割輪組。所述第一對切割輪組包括第一切割輪組和第二切割輪組,分列于支架的左右兩側,第一切割輪組包括前后設置的兩個切割輪,兩個切割輪之間纏繞有第一切割線,第二切割輪組也包括前后設置的兩個切割輪,兩個切割輪之間纏繞有第二切割線,第一切割線與第二切割線相互平行;所述第二對切割輪組包括第三切割輪組和第四切割輪組,分列于支架的前后兩側,第三切割輪組包括左右設置的兩個切割輪,兩個切割輪之間纏繞有第三切割線,第四切割輪組也包括左右設置的兩個切割輪,兩個切割輪之間纏繞有第四切割線,第三切割線與第四切割線相互平行。這樣,第一切割輪組中的第一切割線、第二切割線和第二切割輪組中的第三切割線、第四切割線中的任意相鄰兩條切割線相互垂直,四條切割線所圈定就是矩形形狀。
需特別說明的是,在前述說明中,線切割單元中既可以包括一對切割輪組(左右設置的第一對切割輪組或者前后設置的第二對切割輪組)也可以包括兩對切割輪組(左右設置的第一對切割輪組和前后設置的第二對切割輪組),不過,針對一對切割輪組和兩對切割輪組而言,硅棒承載臺61以及定位結構的設置略有不同。特別地,針對一對切割輪組,要將原硅棒進行開方就需要兩次切割步驟,且在第一次切割之后,再次調整原硅棒的切割位置。在一較佳實施例中,可將硅棒承載臺61及定位結構設置為旋轉式結構,例如:硅棒承載臺61為可旋轉的轉盤,所述定位結構中的底部定位件固定于硅棒承載臺61并跟隨硅棒承載臺61轉動,所述定位結構中的頂部壓緊件中的軸承可受控而旋轉從而帶動壓緊塊旋轉。這樣,通過將硅棒承載臺61及定位結構設置為旋轉式結構,就可順利地將原硅棒進行旋轉(例如旋轉90°),從而使得那一對切割輪組中的兩條切割線能對旋轉后的原硅棒進行第二次切割,完成原硅棒的開方。再有,為便于更好地切割且使得切割線不傷及硅棒承載臺61,硅棒承載臺61上設置有可收納切割線的切割線縫(例如為四條切割縫)。
線切割單元還包括:繞線輪,設于切割機架上,用于纏繞切割線;張力輪,設于切割機架上,用于進行切割線的張力調整;導線輪,設于支架上,用于實現切割線的導向。
這樣,在實際應用中,硅棒開方設備6對原硅棒進行開方作業后形成類矩形的硅棒100,由鄰近的硅棒移送設備2將經開方后的類矩形的硅棒100由硅棒開方設備6移送至硅棒轉換設備5上。在該可選實施方式中的硅棒移送設備2的結構與第一實施方式中硅棒多工位組合加工機中的硅棒移送設備2大致類似,故在此不再贅述。
以下針對本發明硅棒多工位組合加工機在實際應用中的操作流程進行詳細描述。
首先,將圓柱形的原硅棒轉移至硅棒開方設備內,由硅棒開方設備對原硅棒進行開方作業形成類矩形的硅棒,所述類矩形的硅棒包括有四個豎切面和四個棱面。
接著,利用硅棒移送設備將類矩形的硅棒移送至硅棒轉換設備上;在該移送過程中,大致包括:將硅棒水平橫臥于硅棒移送設備中的硅棒平臺上,通過硅棒緊固機構將硅棒予以緊固;利用平臺翻轉機構,將驅動硅棒平臺由水平狀態翻轉為豎直狀態(硅棒也有橫臥翻轉為豎立);利用升降機構,下降硅棒平臺,將硅棒靠近于硅棒轉換設備中位于裝卸區位的硅棒承托臺上;利用硅棒測量裝置,對硅棒尺寸測量;若測量合格,則解鎖硅棒緊固機構,硅棒以豎直方式放置于硅棒轉換設備中的硅棒承托臺(若測量不合格,則放棄該硅棒,執行下一個硅棒,該放棄的硅棒則再進行返工或其他處理)。
接著,利用硅棒轉換設備將硅棒依序轉換至第一加工區位和第二工位,由第一加工設備進行第一加工作業和由第二加工設備進行第二加工作業。
接著,利用硅棒轉換設備將硅棒轉換至裝卸區位,利用硅棒移送設備將硅棒移送出去。在該移送過程中,大致包括:利用硅棒測量裝置,對硅棒尺寸測量,以判定前述第一加工作業和第二加工作業是否符合要求;通過硅棒緊固機構將硅棒予以緊固;利用升降機構,上升硅棒平臺,將硅棒脫離于硅棒轉換設備中位于裝卸區位的硅棒承托臺;利用平臺翻轉機構,將驅動硅棒平臺由豎直狀態翻轉為水平狀態(硅棒也有豎立翻轉為橫臥);解鎖硅棒緊固機構,將硅棒移送出去。
本發明的硅棒多工位組合加工機,集合了多個作業設備,可利用硅棒移送設備能將硅棒快速、平穩且無損傷地進行移送,利用硅棒轉換設備將待加工的硅棒在各個作業設備之間進行轉移,能自動化實現硅棒加工的多個工序作業,節省人工成本且提高生產效率。
上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效,而非用于限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及范疇下,對上述實施例進行修飾或改變。因此,舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變,仍應由本發明的權利要求所涵蓋。