一种单晶硅棒切方切割头装置的制作方法

本申请涉及技术硅单晶棒切割、切方领域，尤其涉及一种单晶硅棒切方切割头装置。

背景技术：

硅片是单晶硅太阳能电池的重要原料，单晶硅片的生产工序包括长晶、去头尾、切断、切方、磨抛、切片等。目前，由于太阳能电池低成本的要求，单晶硅棒切方普遍采用高效、低成本和高精度的金刚线切割，并以自动化的方式进行。

硅单晶是一种半导体材料，同时具有金属和非金属的某些物理性质，通过掺入特定的微量元素，可提高其导电性能，主要应用于太阳能电池，同时也是芯片、半导体制冷等行业的重要材料。人类的生存和发展离不开能源，传统的煤、石油、天然气、核能均为不可再生资源，且对环境有较大污染，或存在一定的环境风险，难以维持人类的长期发展。水力发电、风能、太阳能等均为理想的可再生清洁能源，由于沙漠、屋顶、社区、荒地等空间的广泛存在，以及硅太阳能技术的进步和环保的需求，硅太阳能行业这几年发展非常迅猛，各大厂商都在大规模扩产，这对单晶硅材料的加工技术又提出了新的要求。太阳能光伏发电的最基本元件-太阳能电池(片)，是光伏发电系统成本重要组成部分。

硅单晶棒加工成本是太阳能硅片生产成本的重要组成部分，硅片生产厂商近年来一直致力于先进产能的大规模扩产，降低硅单晶棒的加工成本，从而降低硅片的销售价格以获得竞争优势。自动化技术是降低硅单晶棒加工成本的重要手段，将去头尾、切断、切方、晶棒磨抛等工序实现自动化，并通过自动线将各个工序联接起来，实现工序间的材料自动输送。传统的硅单晶棒切方机一次可切割多根(如：一次切割16根、25根)，其缺点是难以完全实现单机自动化，更无法实现不同工序之间的自动化联线，因而发展出可以实现单机自动化和不同工序之间自动化联线的卧式单根硅单晶棒切方机和立式单晶硅棒切方机。传统切方机的切割头是将两层平行线网垂直布置，从上向下看形成几十个正方形线网。全自动卧式切割头是将两层线网垂直度布置成“井”字形。

目前切割头多为板材拼焊开放式结构，这种结构对于切方作业有如下几个问题：

第一，刚性不足从而导致切割线网刚性差，影响硅棒切割速度和切割质量，进而影响切割效率，成本增加。第二，不管是电机通过联轴器与主辊直连还是通过同步带带动主辊，密封性很差。由于电机的形状不是很规则，而且电机上还有动力线及编码器线连接到电气柜，对这种带电缆的电机做钣金罩密封几乎无法达到完全密封的效果；即使用涂密封胶等非常规操作把结合处缝隙、电缆处缝隙暂时堵住也只能起到一次性作用。密封效果不好，掺杂硅泥的水会进入电机引起电机烧毁，进入主辊轴承内部引起轴承磨损，这样停机更换电机、轴承等部件会严重影响设备的稼动率，直接降低设备生产效率。第三，不方便维护，内部气密封、电机、联轴器等要定期检查，需要将上述密封罩拆开。由于密封罩是非规则形状并在结合面、缝处涂有密封胶，拆开后很难恢复原状或者说只能是一次性拆装。

技术实现要素：

本申请提供了一种结构紧凑、安装和拆卸方便的单晶硅棒切方切割头装置。

本申请采用的技术方案如下：

本实用新型提供了一种单晶硅棒切方切割头装置，包括：

驱动机构，所述驱动机构包括第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机和第四伺服电机，所述第一伺服电机的轴与第二伺服电机的轴相垂直，所述第三伺服电机的轴与第二伺服电机的轴相垂直，且第三伺服电机的轴与第一伺服电机的轴相平行，所述第四伺服电机的轴与所述第三伺服电机的轴相垂直，且所述第四伺服电机的轴与第二伺服电机的轴相平行；

切割机构，所述切割机构包括金刚线和切割盘片，所述第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机和第四伺服电机的轴上均置有两个切割盘片，所述第一伺服电机上的两个切割盘片与第三伺服电机上设置的两个切割盘片相对应，所述第二伺服电机上的两个切割盘片与第四伺服电机上的两个切割盘片相对应，所述金刚线缠绕在八个所述切割盘片上，所述金刚线缠绕在八个所述切割盘片的后的形状呈“井”字形；

固定机构，所述固定机构包括切割头机架、维护盖板和密封垫，所述切割头机架呈矩形框架形，所述切割头机架的其中两个对角处均设置有放置盒，所述第一伺服电机、第二伺服电机设置在其中一个放置盒内，所述第三伺服电机和第四伺服电机设置在其中另外一个放置盒内，所述维护盖板具有两个，分别可拆卸的设置在两个所述放置盒上，所述密封垫设置在所述放置盒与所述维护盖板之间。

进一步地，所述驱动机构还包括第一联轴器、第一主辊、第二联轴器、第二主辊、第三联轴器、第三主辊、第四联轴器和第四主辊；

所述第一联轴器一端连接在第一伺服电机的轴输出端，另一端连接在第一主辊的输入端；

所述第二联轴器一端连接在第二伺服电机的轴输出端，另一端连接在第二主辊的输入端；

所述第三联轴器一端连接在第三伺服电机的轴输出端，另一端连接在第三主辊的输入端；

所述第四联轴器一端连接在第四伺服电机的轴输出端，另一端连接在第四主辊的输入端。

进一步地，所述驱动机构还包括第一轴承座、第二轴承座、第三轴承座和第四轴承座，

所述第一轴承座具有两个，其中一个设置在第一主辊的主动端且与第一联轴器连接，另外一个设置在所述第一主辊的从动端；

所述第二轴承座具有两个，其中一个设置在第二主辊的主动端且与第二联轴器连接，另外一个设置在所述第二主辊的从动端；

所述第三轴承座具有两个，其中一个设置在第三主辊的主动端且与第三联轴器连接，另外一个设置在所述第三主辊的从动端；

所述第四轴承座具有两个，其中一个设置在第四主辊的主动端且与第四联轴器连接，另外一个设置在所述第四主辊的从动端。

进一步地，还包括固定机构，所述固定机构包括切割头机架，所述切割头机架呈矩形框架形，所述切割头机架的四个角处均设置有放置盒，所述第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机和第四伺服电机分别设置在四个放置盒内。

进一步地，所述切割机构还包括换向导轮，所述换向导轮具有八个，所述切割头机架的四条边的下方且对应八个切割盘片位置设置有八个换向导轮，所述金刚线通过所述换向导轮绕设在所述切割盘片并形成“井”字形；

所述第一主辊上切割盘片上的金刚线与第三主辊上切割盘片上的金刚线处于一个平面；

所述第二主辊上切割盘片上的金刚线与第四主辊上切割盘片上的金刚线处于一个平面；形成两层线网。

进一步地，所述固定机构还包括维护盖板，所述维护盖板具有四个，分别盖设在四个所述放置盒上。

采用本申请的技术方案的有益效果如下：

(1)切割头机架的整体框架式结构，结构简单，安装方便；

(2)驱动伺服电机采用两两对角布置方式或者四个角布置的形式，结构紧凑，空间合理化；

(3)由于伺服电机采用放置盒、维护盖板的密封方式，对于放置盒内部维护非常方便，只要拆掉螺丝取消维护盖板即可。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例一的一种单晶硅棒切方切割头装置的结构示意图；

图2为图1的另一视角的结构示意图；

图3为实施例二的一种单晶硅棒切方切割头装置的结构示意图；

图4为图3的另一视角的结构示意图；

图示说明：

其中，1-驱动机构：11-第一伺服电机；12-第二伺服电机；13-第三伺服电机；14-第四伺服电机；

111-第一联轴器；112-第一主辊；113-第一轴承座；

121-第二联轴器；122-第二主辊；123-第二轴承座；

131-第三联轴器；132-第三主辊；133-第三轴承座；

141-第四联轴器；142-第四主辊；143-第四轴承座；

2-切割机构：21-金刚线；22-切割盘片；23-换向导轮；

221-第一切割盘片；222-第二切割盘片；223-第三切割盘片；224-第四切割盘片；225-第五切割盘片；226-第六切割盘片；227-第七切割盘片；228-第八切割盘片；

3-固定机构：31-切割头机架；32-维护盖板；33-密封垫；34-放置盒。

具体实施方式

实施例一

如图1和图2所示，本实施例提供的一种单晶硅棒切方切割头装置，包括驱动机构、切割机构和固定机构。

驱动机构包括第一伺服电机11、第二伺服电机12、第三伺服电机13和第四伺服电机14，第一伺服电机11的轴与第二伺服电机12的轴相垂直，第三伺服电机13的轴与第二伺服电机12的轴相垂直，且第三伺服电机13的轴与第一伺服电机11的轴相平行，第四伺服电机14的轴与第三伺服电机13的轴相垂直，且第四伺服电机14的轴与第二伺服电机12的轴相平行；

切割机构包括金刚线21和切割盘片22，第一伺服电机11、第二伺服电机12、第三伺服电机13和第四伺服电机14的轴上均置有两个切割盘片22，第一伺服电机11上的两个切割盘片22与第三伺服电机13上设置的两个切割盘片22相对应，第二伺服电机12上的两个切割盘片22与第四伺服电机14上的两个切割盘片22相对应，金刚线21缠绕在八个切割盘片22上，金刚线21缠绕在八个切割盘片22的后的形状呈“井”字形；

固定机构包括切割头机架31、维护盖板32和密封垫33，切割头机架31呈矩形框架形，切割头机架31的其中两个对角处均设置有放置盒34，第一伺服电机11、第二伺服电机12设置在其中一个放置盒34内，第三伺服电机13和第四伺服电机14设置在其中另外一个放置盒34内，维护盖板32具有两个，分别可拆卸的设置在两个放置盒34上，密封垫33设置在放置盒34与维护盖板32之间。

驱动机构还包括第一联轴器111、第一主辊112、第二联轴器121、第二主辊122、第三联轴器131、第三主辊132、第四联轴器141和第四主辊142；

第一联轴器111一端连接在第一伺服电机11的轴输出端，另一端连接在第一主辊112的输入端；

第二联轴器121一端连接在第二伺服电机12的轴输出端，另一端连接在第二主辊122的输入端；

第三联轴器131一端连接在第三伺服电机13的轴输出端，另一端连接在第三主辊132的输入端；

第四联轴器141一端连接在第四伺服电机14的轴输出端，另一端连接在第四主辊142的输入端。

驱动机构还包括第一轴承座113、第二轴承座123、第三轴承座133和第四轴承座143，

第一轴承座113具有两个，其中一个设置在第一主辊112的主动端且与第一联轴器111连接，另外一个设置在第一主辊112的从动端；

第二轴承座123具有两个，其中一个设置在第二主辊122的主动端且与第二联轴器121连接，另外一个设置在第二主辊122的从动端；

第三轴承座133具有两个，其中一个设置在第三主辊132的主动端且与第三联轴器131连接，另外一个设置在第三主辊132的从动端；

第四轴承座143具有两个，其中一个设置在第四主辊142的主动端且与第一联轴器141连接，另外一个设置在第四主辊142的从动端。

切割机构还包括换向导轮23，换向导轮23具有八个，切割头机架31的四条边的下方且对应八个切割盘片22位置分别设置有八个换向导轮23，金刚线21通过换向导轮23绕设在切割盘片22并形成“井”字形；第一主辊112上切割盘片22上的金刚线21与第三主辊132上切割盘片22上的金刚线21处于一个平面；第二主辊122上切割盘片22上的金刚线21与第四主辊142上切割盘片22上的金刚线21处于一个平面；形成两层线网。

具体来说，如图1所示，第一主辊112上从左至右依次为第一切割盘片221和第二切割盘片222，第四主辊142上从前至后为第三切割盘片223和第四切割盘片224，第三主辊132上从右至左依次为第五切割盘片225和第六切割盘片226，第二主辊122上从后往前依次为第七切割盘片227和第八切割盘片228；切割头机架31的与第一主辊112对应的边上，从左至右依次为第一换向导轮23和第二换向导轮23，切割头机架31的与第四主辊142对应的边上，从前至后依次为第三换向导轮23和第四换向导轮23，切割头机架31的与第三主辊132对应的边上，从右至左依次为第五换向导轮23和第六换向导轮23，切割头机架31的与第二主辊122对应的边上，从后往前依次为第七换向导轮23和第八换向导轮23；一根金刚线21依次经第四换向导轮23、第二切割盘片222、第五切割盘片225、第五换向导轮23、第八换向导轮23、第八切割盘片228、第三切割盘片223、第三换向导轮23、第一换向导轮23、第一切割盘片221、第六切割盘片226、第六换向导轮23、第七换向导轮23、第七切割盘片227、第四切割盘片224回到第四换向导轮23。使得在八个切割盘片22上形成如图1所示的“井”字形。

本实施例工作时，第一伺服电机11、第二伺服电机12、第三伺服电机13和第四伺服电机14转动，带动第一主辊112、第二主辊122、第三主辊132和第四主辊142转动，进一步带动第一主辊112、第二主辊122、第三主辊132和第四主辊142上的切割盘片22转动，使得金刚线21活动，从而实现对单晶硅棒的切割。

本实施例的有益效果为：

(1)切割头机架的整体框架式结构，结构简单，安装方便；

(2)驱动伺服电机采用两两对角布置方式或者四个角布置的形式，结构紧凑，空间合理化；

(3)由于伺服电机采用放置盒、维护盖板的密封方式，对于放置盒内部维护非常方便，只要拆掉螺丝取消维护盖板即可。

实施例二

如图3和图4所示，本实施例与实施例一不同的是：

固定机构包括切割头机架31和维护盖板32，切割头机架31呈矩形框架形，切割头机架31的四个角处均设置有放置盒34，第一伺服电机11、第二伺服电机12、第三伺服电机13和第四伺服电机14分别设置在四个放置盒34内；

维护盖板32具有四个，分别使用螺钉设置在四个放置盒34上；密封垫33设置在放置盒34与维护盖板32之间。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。