一种单晶硅棒切片装置的制作方法

本实用新型涉及硬脆材料切割技术领域，尤其涉及一种单晶硅棒切片装置。

背景技术：

在光伏产业中对于硅晶的使用非常广泛。为了满足硅晶棒的质量参数和下一道工序的外形、尺寸而对硅棒进行的初步加工，它是光伏太阳能电池片前期工序中不可缺少的步骤。首先需要加工出籽晶，对籽晶进行开方加工，再通过籽晶拉制出单晶硅棒，或者浇铸出多晶硅块，然后再对单晶硅棒、多晶硅块进行截断、切片加工等。

因为单硅晶片质薄，并且易碎。因此在一般情况下，硅晶料切片工作都需要使用专门的硅晶棒切片机，以最大程度的减少单硅晶片破碎的几率。而专门的硅晶棒切片机使用成本过高，并且仅进行硅晶棒的切片工作设备利用率低。在现有的硅晶加工设备中，硅晶截断机与切片机结构上最为接近，硅晶截断机工作效率高，截断面平整度高，因此很多厂家将硅晶截断机用于硅晶棒的切片工作中，但是采用以上设备单硅晶片在切割完成后，切好的单晶硅片缺少装夹工装夹持，取片较为困难，单硅晶片容易滑落到地面摔碎，或者掉落工作台上切割让位槽中砸断金刚石线锯，影响切片工作的正常进行。

技术实现要素：

为此，需要提供一种单晶硅棒切片装置，来解决现有技术中进行硅晶片的生产成本高，切割好的硅晶片缺少装夹工装夹持，取片较为困难的问题。

为实现上述目的，发明人提供了一种单晶硅棒切片装置，所述切片装置包括工作台、手工取片工装和线锯切割运行机构；

所述工作台上具有线锯让位槽，所述线锯让位槽自工作台顶面向下开设，所述工作台用于放置待切割单晶硅棒；

所述手工取片工装包括磁性表座、万向支臂和切片吸盘，所述万向支臂一端与磁性表座连接，万向支臂的另一端与切片吸盘连接，手工取片工装位于工作台上，所述切片吸盘用于待切片的单晶硅棒的端面；

所述线锯切割运行机构包括机架、线锯切割单元和提升机构，所述线锯切割单元位于工作台的上方，线锯切割单元经由提升机构与机架固定，所述提升机构带动线锯切割单元对单晶硅晶进行加工。

作为本实用新型的一种优选结构，所述切片装置还包括多个滚轮机构，所述多个滚轮机构沿工作台顶面对称设置成两组，滚轮机构在工作台上的位置不与线锯让位槽重叠，所述滚轮机构包括U型滚轮支撑架、连接杆和滚轮，所述U型滚轮支撑架与工作台顶面固定连接，所述滚轮经由连接杆固定在滚轮支撑架的U形槽内，滚轮可绕连接杆转动。

作为本实用新型的一种优选结构，两组滚轮机构中滚轮中心线的延长线形成预设夹角β，所述β角为30-60°。

作为本实用新型的一种优选结构，所述切片装置还包括送料机构，所述送料机构包括输送机构和夹持机构，所述输送机构包括输送架和驱动机构，所述驱动机构用于带动输送架沿工作台轴向运动，所述夹持机构包括第一卡爪座、第二卡爪座、卡爪和伸缩件，所述第一卡爪座、第二卡爪座均呈弧形结构，第一卡爪座的一端与伸缩件的一端铰接，第一卡爪座的另一端固定有卡爪，第二卡爪座的一端与伸缩件的另一端铰接，第二卡爪座的另一端固定有卡爪，第一卡爪座与第二卡爪座均通过支撑柱连接输送架，第一卡爪座与第二卡爪座均可绕与支撑柱连接处转动。

作为本实用新型的一种优选结构，所述驱动机构包括伺服电机、传动齿轮和传动齿条，所述传动齿条设置在工作台的侧壁上，所述传动齿轮与传动齿条相啮合，所述伺服电机的输出轴贯穿输送架与传动齿轮连接。

作为本实用新型的一种优选结构，所述线锯切割运行机构为龙门式环形金刚石线锯切割机构，所述龙门式环形金刚石线锯切割机构包括龙门架、环形金刚石线锯切割单元和提升机构，所述环形金刚石线锯切割单元包括轮系安装面板、导轮组件和环形金刚石线锯，所述环形金刚石线锯布设于导轮组件的导轮线槽中，所述提升机构包括提升电机、提升减速机、提升螺杆和提升螺母，所述提升电机设置于龙门架的横梁上，提升电机经由提升减速机与提升螺杆连接，提升电机用于驱动提升螺杆转动，所述提升螺母套接于提升螺杆上，所述轮系安装面板与提升螺母相固定。

作为本实用新型的一种优选结构，所述切片装置还包括移动喷淋机构，所述移动喷淋机构包括移动机构和喷淋机构，所述喷淋机构包括蓄水箱、送水管、喷水箱、限位侧板和挡水毛刷，所述蓄水箱上开设有进水孔，所述送水管连通蓄水箱与喷水箱，所述喷水箱的底板上开设有多个喷水孔，所述喷水孔朝向线锯让位槽，所述喷水箱的前后两侧面上均设置有限位侧板，所述限位侧板的底端具有弧形缺口，喷水箱的左右两侧面上均设置有挡水毛刷。

作为本实用新型的一种优选结构，所述切片装置还包括伸缩挡水机构，所述伸缩挡水机构包括收卷机构和挡水帘片，所述挡水帘片一端与工作台固定，挡水帘片的另一端卷收在收卷机构内。

区别于现有技术，上述技术方案具有如下优点：本实用新型单晶硅棒切片装置，所使用的手工取片工装重量轻，作业时先将切片吸盘吸附在待切硅片的端面，再将磁性表座吸附在工作台面，接着锁紧磁性表座万向支臂，完成待切单晶硅片的装夹，装夹效率高，单晶硅片切片结束后，取下切片吸盘吸附的单晶硅片，单晶硅片的吸附稳定可靠，结构简单，操作极为便利，完全解决了单晶硅片容易滑落破裂，甚至砸断金刚石线锯的问题；并且该装置使用与单晶硅棒截断工作时，可以很方便的去下手工取片工装或者将其安放在闲置区域，不影响单晶硅棒的截断工作，提高装置利用，降低使用成本。

附图说明

图1为本实用新型单晶硅棒切片装置一实施例的斜视结构示意图；

图2为本实用新型单晶硅棒切片装置的工作台一实施例的斜视结构示意图；

图3为本实用新型单晶硅棒切片装置的工作台一实施例的主视示意图；

图4为本实用新型单晶硅棒切片装置的手工取片工装一实施例的主视示意图；

图5为本实用新型单晶硅棒切片装置的手工取片工装一实施例的主视示意图；

图6为本实用新型单晶硅棒切片装置的滚轮机构一实施例的主视示意图；

图7为本实用新型单晶硅棒切片装置的线锯切割运行机构一实施例的主视示意图；

图8为本实用新型单晶硅棒切片装置的线锯切割运行机构一实施例的后视示意图；

图9为本实用新型单晶硅棒切片装置的移动喷淋机构一实施例的主视示意图；

图10为本实用新型单晶硅棒切片装置的伸缩挡水机构一实施例的主视示意图。

附图标记说明：

1、工作台；11、线锯让位槽；12、凸台；

2、手工取片工装；21、磁性表座；22、万向支臂；23、切片吸盘；

3、线锯切割运行机构；

31、龙门架；

321、轮系安装面板；322、导轮组件；323、环形金刚石线锯；

331、提升电机；332、提升减速机；333、提升螺杆；334、提升螺母； 335、提升导轨；336、提升滑块；

4、单晶硅棒；

5、滚轮机构；51、U型滚轮支撑架；52、连接杆；53、滚轮；

6、送料机构；

61、输送架；

621、伺服电机；622、传动齿轮；623、传动齿条；624、减速机；625、直线导轨；626、滑块；

631、第一卡爪座；632、第二卡爪座；633、卡爪；634、伸缩件；635、支撑柱；636、支撑板；

7、移动喷淋机构；

71、移动机构；

721、蓄水箱；722、送水管；723、喷水箱；724、限位侧板；725、挡水毛刷；

73、安装支架；

8、伸缩挡水机构；81、收卷机构；82、挡水帘片。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

请参阅图1至图4，本实用新型提供了一种单晶硅棒切片装置，所述切片装置包括工作台1、手工取片工装2和线锯切割运行机构3；

所述工作台1作为待切片单晶硅的承载结构，单晶硅棒4的移动与加工均在工作台1上完成。具体的，所述工作台1上具有线锯让位槽11，所述线锯让位槽11自工作台1顶面向下开设，所述工作台1用于放置待切割单晶硅棒4。所述线锯让位槽11位于线锯切割单元进行切片工作运行路径上，所述的线锯在进行切割工作时，穿过线锯让位槽11以切断单晶硅棒4。

请参阅图5，所述手工取片工装2用于吸附单晶硅片，防止单晶硅片滑落摔碎。具体的，所述手工取片工装2包括磁性表座21、万向支臂22和切片吸盘23，所述万向支臂22一端与磁性表座21连接，万向支臂22的另一端与切片吸盘23连接，手工取片工装2位于工作台1上，所述切片吸盘23用于待切片的单晶硅棒4的端面。在进行单晶硅棒4切片时切片吸盘23吸附在待切片单晶硅棒4的端面，再将磁性表座21吸附工作台1上，接着锁紧磁万向支臂22，从而完成待切硅片的装夹，切片结束后，只要轻轻拨动切片吸盘23一角就能卸下硅片。单晶硅片的吸附稳定可靠，结构简单，操作极为便利，完全解决了单晶硅片容易滑落破裂，甚至砸断金刚石线锯的问题。而且手工取片工装2还是通过磁性表座21固定在工作台1上，在使用者取下手工取片工装2或者移动到闲置区域后，本实用新型单晶硅棒切片装置还可以适用于单晶硅棒4的截断工作，提高装置利用率、降低使用成本。优选的，所述切片吸盘23为无真空源吸盘。

所述的线锯切割运行机构3作为本装置具体执行切割功能的部件，对待加工的单晶硅棒4执行切片或者截断功能。具体的，所述线锯切割运行机构3 包括机架、线锯切割单元和提升机构，所述线锯切割单元位于工作台1的上方，线锯切割单元经由提升机构与机架固定，所述提升机构带动线锯切割单元对单晶硅晶进行加工。

本实用新型单晶硅棒切片装置，所使用的手工取片工装,重量轻，作业时先将切片吸盘吸附在待切硅片的端面，再将磁性表座吸附在工作台面，接着锁紧磁性表座万向支臂，完成待切单晶硅片的装夹，装夹效率高，单晶硅片切片结束后，取下切片吸盘吸附的单晶硅片，单晶硅片的吸附稳定可靠，结构简单，操作极为便利，完全解决了单晶硅片容易滑落破裂，甚至砸断金刚石线锯的问题；并且该装置使用与单晶硅棒截断工作时，可以很方便的去下手工取片工装2或者将其安放在闲置区域，不影响单晶硅棒的截断工作，提高装置利用，降低使用成本。

请参阅图5，作为本实用新型的一种优选实施例，所述切片装置还包括多个滚轮机构5，所述多个滚轮机构5沿工作台1顶面对称设置成两组，滚轮机构5在工作台1上的位置不与线锯让位槽11重叠，所述滚轮机构5包括U型滚轮支撑架51、连接杆52和滚轮53，所述U型滚轮支撑架51与工作台1顶面固定连接，所述滚轮53经由连接杆52固定在滚轮53支撑架的U形槽内，滚轮53可绕连接杆52转动。将滚轮机构5设置成上述机构，滚轮53的安装比较简单，无需在工作台1上开设滚轮53安装孔，省去复杂的安装过程，在滚轮53发生磨损只需要将磨损滚轮53所在的滚轮53支撑架拆掉进行更换即可，更换简单简约成本，而且采用滚轮53支撑架来安装滚轮53，只需要控制好滚轮53支撑架的倾斜角度，即可很方便的控制滚轮53中心线的延长线所形成的夹角，也就是单晶硅棒4在滚轮机构5上滚动时的夹持角。优选的，两组滚轮机构55中滚轮53中心线的延长线所形成的夹角为30-60°，滚轮 53设置成这种角度在单晶硅棒4在滚轮53上进给切割时，单晶硅棒4的移动更加稳定。

请参阅图6，作为本实用新型的一种优选实施例，所述切片装置还包括送料机构6，所述送料机构6包括输送机构和夹持机构，所述输送机构包括输送架61和驱动机构，所述驱动机构用于带动输送架61沿工作台1轴向运动，所述夹持机构包括第一卡爪座、第二卡爪座、卡爪和伸缩件，所述第一卡爪座、第二卡爪座均呈弧形结构，第一卡爪座的一端与伸缩件的一端铰接，第一卡爪座的另一端固定有卡爪，第二卡爪座的一端与伸缩件的另一端铰接，第二卡爪座的另一端固定有卡爪，第一卡爪座与第二卡爪座均通过支撑柱连接输送架61，第一卡爪座与第二卡爪座均可绕与支撑柱连接处转动。所述输送架61作为夹持机构的安装架，驱动机构带动输送架61运动，以带动夹取单晶硅棒4的夹持机构运动，达到移动待加工单晶硅棒4的作用。在本实施例中，伸缩件伸长会带动固定在输送架61上的第一卡爪座与第二卡爪座绕支撑柱向内转动，第一卡爪与第二卡爪相互靠近以收缩夹持机构的夹持内腔，同时固定在卡爪座开口端的卡爪收缩，使得夹持机构能够夹住工作台1上的单晶硅棒4，当伸缩件收缩时，第一卡座与第二卡爪座就会相互分离，以放开单晶硅棒4，采用该结构夹持机构对单晶硅棒4的夹取固定非常的简单便捷。优选的，所述伸缩件可以为电动气缸、液压缸或者直线电机均可。优选的，所述卡爪与单晶硅棒4的接触面上还设置有软垫，软垫采用聚氨酯材料制成。优选的，所述的夹持机构还包括支撑板，所述支撑板的两端分别与第一卡爪座与第二卡爪座侧壁铰接固定，所述支撑板用于提高整个夹持机构的结构刚性，增强起牢固度。

如1、图3和图6所示的实施例中，所述驱动机构包括伺服电机621、传动齿轮622和传动齿条623，所述传动齿条623设置在工作台1的侧壁上，所述传动齿轮622与传动齿条623相啮合，所述伺服电机621的输出轴贯穿输送架61与传动齿轮622连接。所述伺服电机621启动，伺服电机621的输出轴带动与其啮合的传动齿轮622发生转动，传动齿轮622带动输送架61沿着传动齿条623进行直线运动。优选的，所述伺服电机621与传动齿轮622之间还设置有减速机624，所述减速机624用于将伺服电机621输出的高转速降低后通过输出轴输出。采用此种驱动机构，结构巧妙，制造更加的简单，驱动机构整个设置于工作台1的侧边上，便于维护。优选的，所述工作台11上还设置有直线导轨625，与之相适配的移料架以及输送架61上设置有导轨滑块626，以保证移料架与输送架61移动的更加稳定。

请参阅图1、图7和图8，作为本实用新型的一种优选结构，所述线锯切割运行机构3为龙门式环形金刚石线锯切割机构，所述龙门式环形金刚石线锯切割机构包括龙门架31、环形金刚石线锯切割单元和提升机构，所述环形金刚石线锯切割单元包括轮系安装面板321、导轮组件322和环形金刚石线锯 323，所述环形金刚石线锯323布设于导轮组件322的导轮线槽中，所述提升机构包括提升电机331、提升减速机332、提升螺杆333和提升螺母334，所述提升电机331设置于龙门架31的横梁上，提升电机331经由提升减速机332 与提升螺杆333连接，提升电机331用于驱动提升螺杆333转动，所述提升螺母334套接于提升螺杆333上，所述轮系安装面板321与提升螺母334相固定。优选的，所述切片装置还包括凸台12，所述凸台12设置在工作台1的两侧，所述机架固定在凸台12上。具体的，所述龙门架31包括左右两根立柱以及连接在立柱顶端的横梁，提升电机331、提升减速机332固定在横梁上，环形金刚石线锯切割单元的轮系安装面板321与提升螺母334相固定，所述提升螺杆333转动带动提升螺母334上升或者下降。所述提升电机331用于为提升机构提供升降的驱动力。优选的，所述立柱上还设置有提升导轨335，轮系安装面板321上固定有与其相适配的提升滑块336。所述的提升减速机 332则用于将提升电机331输出轴输出的高转速降低，以减缓切割单元的抬升或者下降速度。所述的提升螺杆333与提升螺母334配合，将提升螺杆333 的旋转运动转化为提升螺母334的升降运动。在某些其他的实施例中，所述线锯切割运行机构3也可以为绕线式金刚石线锯切割机构。

请参阅图1和图9，作为本实用新型的一种优选结构，所述切片装置还包括移动喷淋机构7，所述移动喷淋机构7包括移动机构71和喷淋机构，所述喷淋机构包括蓄水箱721、送水管722、喷水箱723、限位侧板724和挡水毛刷725，所述蓄水箱721上开设有进水孔，所述送水管722连通蓄水箱721与喷水箱723，所述喷水箱723的底板上开设有多个喷水孔，所述喷水孔朝向线锯让位槽11，所述喷水箱723的前后两侧面上均设置有限位侧板724，所述限位侧板724的底端具有弧形缺口，喷水箱723的左右两侧面上均设置有挡水毛刷725。外部冷却水首先经过蓄水箱721上的进水孔流入到蓄水箱721中，然后通过送水管722道输送到喷水箱723，然后通过喷水箱723上开设的多个喷水孔喷到单晶硅棒4的锯缝中，对金刚石环形线锯和单晶硅棒4的切割面进行冷却降温，同时也可以起到对切割粉屑进行湿润，防止粉屑污染工作环境。所述移动机构71的作用就在于上下抬升或者降低喷水箱723的位置，跟随切割运行机构运动，以免线锯切割运行机构3与喷淋机构发生运行干涉。优选的，所述移动机构71可以为气缸、液压缸或者直线电机。优选的，所述送水管722为钢管，且送水管722道为两条。优选的，所述移动喷淋机构7 还包括安装支架73，所述安装支架73设置在龙门架31横梁的侧面上，所述移动机构71固定在安装支架73上。所述限位侧板724一方面可以防止喷水孔中喷出的冷却液喷射到其他位置，造成喷淋水的浪费，另一方面所述的限位侧板724上还具有与单晶硅棒4形状相适配的弧形缺口，在移动机构71的带动下，两块限位侧板724正好贴合抵靠在单晶硅棒4的侧面上，此时所述环形金刚石线锯323恰好从两块限位侧板724之间穿过，环形金刚石线锯323 对单晶硅棒4进行切割，限位侧板724在进行切割工作时通过压住单晶硅棒4 切口的两端，降低了切断时单晶硅棒4应力释放从而导致切口崩边的可能，喷淋液限位侧板724限制，只能从单晶硅棒4的切口处喷入并从两侧面冲出，良好的冷切和排屑不仅有效的提高了环形金刚石线锯323的寿命、保证了切割质量，还减少了喷淋水的飞溅。此外，在实际工作过程中，环形金刚石线锯323会经过挡水毛刷725的位置，因此在使用过程中挡水毛刷725会被切割出线锯运行通道。优选的，所述的限位侧板724为尼龙材质，其能够防止硅晶材料表面被刮花，还不会对单晶硅棒4的品质造成影响。

请参阅图1和图10，作为本实用新型的一种优选实施例，所述切片装置还包括伸缩挡水机构8，所述伸缩挡水机构8包括收卷机构81和挡水帘片82，所述挡水帘片82一端与工作台1固定，挡水帘片82的另一端卷收在收卷机构81内。所述的伸缩挡水机构8用于防止喷淋冷却水的飞溅，对操作者的使用环境造成影响。具体的，所述收卷机构81设置在线锯切割运行机构3的切割架上，如环形金刚石线锯323切割单元的轮系安装面板321底端，收卷机构81能够随着轮系安装面板321上下运动，挡水帘片82则会在收卷机构81 中进行实时收卷，进一步对飞溅的喷淋液进行遮挡和导流，从而减少了飞溅的喷淋液对环境的污染。优选的，所述工作台1顶面的两侧设置有集液槽。具体的，所述收卷机构81包括收卷箱体和转动轴，所述挡水帘片82一端固定在转动轴上。在其他的实施例中，所述伸缩挡水机构8跟卷收尺的结构类似，收卷机构81包括收卷箱体和压缩弹片，所述挡水帘片82缠绕在压缩弹片外。

需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本实用新型的专利保护范围。因此，基于本实用新型的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本实用新型的专利保护范围之内。