一种用于立式炉的自动上下料系统及立式炉体的制作方法

1.本发明主要涉及太阳能电池片的加工设备，特指一种用于立式炉的自动上下料系统及立式炉体。


背景技术：

2.当前，晶硅太阳能电池的制造工艺过程中，通常需要采用扩散工艺进行硅片的pn结制备，采用lpcvd工艺完成热氧和薄膜沉积。在扩散/lpcvd工艺时，需要用到石英舟作为载具。工艺前，先将前道工序来的硅片由花篮盒取出装入石英舟的舟槽中；硅片放置完成后，将石英舟送入工艺设备的反应室进行扩散/lpcvd工艺；工艺结束后送出石英舟，待石英舟冷却后再将扩散/lpcvd后的硅片从石英舟中取出，装入花篮盒中，送往下一道工序。
3.传统的扩散/lpcvd工艺设备反应室采用卧式布置形式，对应的自动上下料系统中石英舟取放、传输、定位和装卸硅片均为卧式形式。随着硅片直径不断增大，传统扩散炉在满足工艺要求方面面临很大困难，为解决这些困难，适应工艺进步要求，出现了立式扩散/氧化炉，相比卧式炉，立式炉具有以下优点：
4.1、在扩散炉口径变大以后，恒温区的横截面温度差卧式炉比立式大得多，立式炉更能满足工艺要求；2、立式扩散/氧化炉能够控制氧气浓度精度可满足特殊工艺要求，从而满足薄膜工艺要求；3、工艺过程中硅片在高温状态易变形，立式炉中硅片为水平放置，硅片变形几率更小；4、高温扩散及硅片破碎时，立式炉不需要清洗反应管和石英舟，反应部位的粘附物、颗粒少。
5.但是现有技术对于多管体的立式扩散炉/lpcvd中石英舟在反应腔室中自动竖直安装、自动竖直进出、硅片自动上下料尚无完善的解决方案，因此如何提高多管立式炉体上下料的自动化程度、实现稳定可靠的自动上下料以及获得更高生产效率是本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构紧凑、占地空间小、取放硅片精度高、自动化程度高、稳定性高，能实现石英舟自动稳定可靠进出炉体、硅片自动上下料的用于立式炉的自动上下料系统及立式炉体。
7.为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
8.一种用于立式炉的自动上下料系统，包括石英舟取放装置、翻舟装置、硅片顶升装置、整片装置、插取片机械手和硅片上下料传输装置；所述石英舟取放装置用于带动石英舟在缓存架、反应腔室和翻舟装置之间进行转移；所述翻舟装置用于实现石英舟在立式状态和卧式状态之间进行变换；所述硅片顶升装置用于带动硅片做升降运动以实现硅片脱离石英舟或放入石英舟；所述整片装置用于实现硅片的对中；所述插取片机械手用于带动硅片在硅片上下料传输装置和硅片顶升装置之间进行转移；所述硅片上下料传输装置用于实现自动从花篮取出硅片或将硅片送入花篮中。
9.作为本发明的进一步改进：还包括花篮上下料传输装置，所述花篮上下料传输装置用于与agv小车对接实现花篮自动上下料。
10.作为本发明的进一步改进：所述石英舟取放装置包括移动轨道组件、机械手和夹取组件，所述夹取组件与机械手相连，所述机械手安装在移动轨道组件上，所述移动轨道组件用于带动机械手沿移动轨道组件来回移动以实现带动石英舟在缓存架、反应腔和翻舟装置之间进行转移，所述夹取组件用于实现夹紧石英舟。
11.作为本发明的进一步改进：所述翻舟装置包括移动模组、舟定位夹紧机构和舟翻转机构，所述舟翻转机构安装在所述移动模组上，所述舟定位夹紧机构与所述舟翻转机构相连，所述移动模组用于带动舟翻转机构沿水平方向移动。
12.作为本发明的进一步改进：所述硅片顶升装置包括安装架、顶升移动组件和顶齿组件；所述顶齿组件安装在顶升移动组件上，所述顶升移动组件安装在所述安装架上；所述顶升移动组件用于带动顶齿组件上下移动；所述顶齿组件上设有卡槽，所述卡槽用于定位硅片。
13.作为本发明的进一步改进：所述整片装置包括直线导轨、驱动组件和分片组件和至少两个对称布置的齿板组件；所述直线导轨用于实现齿板组件沿直线方向移动，所述驱动组件用于调整两个齿板组件之间的间距并实现硅片对中；所述分片组件用于实现同一齿槽内两块硅片的分离，所述齿板组件用于装载硅片。
14.作为本发明的进一步改进：还包括移舟机械手，所述移舟机械手包括x方向移动模组、y方向移动模组、z方向移动模组以及取放舟组件，所述x方向移动模组用于实现石英舟在x方向上移动；所述y方向移动模组用于实现石英舟在y方向上移动；所述z方向移动模组用于实现石英舟在z方向上移动；所述取放舟组件用于定位和夹紧石英舟。
15.作为本发明的进一步改进：所述硅片上下料传输装置包括至少一条硅片上料轨道和至少一条硅片下料轨道。
16.作为本发明的进一步改进：所述花篮上下料传输装置包括至少一条花篮上料轨道和至少一条花篮下料轨道。
17.本发明还提供了一种立式炉体，包括多根炉管，还包括如上所述的自动上下料系统。
18.与现有技术相比，本发明的优点在于：
19.1、本发明的用于立式炉的自动上下料系统，设计有石英舟取放装置、翻舟装置、硅片顶升装置、整片装置、插取片机械手和硅片上下料装置；石英舟取放装置安装在工艺机台内部，可以实现在机台内沿x轴或y轴方向移动，实现带动石英舟在缓存架、反应腔和翻舟装置三个位置之间转移；能高效稳定可靠地完成多个管体内石英舟的取放和流转；翻舟装置与石英舟取放装置配合，当石英舟取放装置带动石英舟放置到翻舟装置上时，翻舟装置能实现石英舟由立式状态转为卧式状态；通过硅片顶升装置带动硅片做升降运动以实现硅片脱离石英舟或放入石英舟；整片装置实现硅片的对中，当硅片完成工艺后，插取片机械手从硅片顶升装置上取出硅片放入硅片下料装置，再从硅片上料装置取未工艺的硅片放入硅片顶升装置上，硅片顶升装置下降，硅片放入石英舟内，如此循环作业，实现了硅片高效、稳定可靠的上下料作业，自动化程度高，整个过程无需人工干预，各个部件配合紧密，取放硅片精度高，能大大提升太阳能电池片的生产效率。
20.2、本发明的用于立式炉的自动上下料系统，设计有移舟机械手，移舟机械手包括x方向移动模组、y方向移动模组、x方向移动模组以及取放舟组件，x方向移动模组用于实现石英舟在x方向上移动；y方向移动模组用于实现石英舟在y方向上移动；z方向移动模组用于实现石英舟在z方向上移动；取放舟组件用于定位和夹紧石英舟；通过移舟机械手能实现石英舟在翻舟装置的工作位和缓存位之间进行转换，石英舟装载完成未进行工艺时，移舟机械手将石英舟从翻舟装置工作位取出放入缓存位，石英舟取放装置将完成工艺并冷却后的石英舟放入翻舟装置的工作位，再取缓存位上的石英舟放置在工艺机台的缓存架上，可缩短切换石英舟对产能的影响，提高了设备整体的生产效率。
附图说明
21.图1是本发明在具体实施例中的结构布局图。
22.图2是本发明的石英舟取放装置在具体实施例中的结构示意图。
23.图3是本发明的翻舟装置在具体实施例中的结构示意图。
24.图4是本发明的硅片顶升装置在具体实施例中的结构示意图。
25.图5是本发明的整片装置在具体实施例中的结构示意图。
26.图6是本发明的移舟机械手在具体实施例中的结构示意图。
27.图例说明：
28.1、石英舟取放装置；11、移动轨道组件；12、机械手；13、夹取组件；2、翻舟装置；21、移动模组；22、舟定位夹紧机构；23、舟翻转机构；3、硅片顶升装置；31、安装架；32、顶升移动组件；33、顶齿组件；4、整片装置；41、直线导轨；42、驱动组件；43、分片组件；44、齿板组件；5、插取片机械手；6、硅片上下料传输装置；61、硅片上料轨道；62、硅片下料轨道；7、花篮上下料传输装置；71、花篮上料轨道；72、花篮下料轨道；8、移舟机械手；81、x方向移动模组；82、y方向移动模组；83、z方向移动模组；84、取放舟组件；9、炉管。
具体实施方式
29.以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
30.如图1至图6所示，本实施例公开了一种用于立式炉的自动上下料系统，包括石英舟取放装置1、翻舟装置2、硅片顶升装置3、整片装置4、插取片机械手5和硅片上下料传输装置6；石英舟取放装置1用于带动石英舟在缓存架、反应腔和翻舟装置2之间转移；翻舟装置2用于实现石英舟在立式状态和卧式状态之间进行变换；硅片顶升装置3用于带动硅片做升降运动以实现硅片脱离石英舟或放入石英舟；整片装置4用于实现硅片的对中；插取片机械手5用于带动硅片在硅片上下料传输装置6和硅片顶升装置3之间进行转移；硅片上下料传输装置6用于实现硅片从花篮取出并传输至插取片机械手5的取片位或将硅片自动送入花篮中。
31.本实施例的自动上下料系统，设计有石英舟取放装置1、翻舟装置2、硅片顶升装置3、整片装置4、插取片机械手5和硅片上下料传输装置6；石英舟取放装置1安装在工艺机台内部，可以实现在机台内沿x轴或y轴方向移动，实现带动石英舟在缓存架、反应腔和翻舟装置2之间进行转移；能高效稳定可靠地完成多个管体内石英舟的取放和流转；翻舟装置2与石英舟取放装置1配合，当石英舟取放装置1带动石英舟放置到翻舟装置2上时，翻舟装置2
能实现石英舟由立式状态转为卧式状态；通过硅片顶升装置3带动硅片做升降运动以实现硅片脱离石英舟或放入石英舟；整片装置4实现硅片的对中，当硅片完成工艺后，插取片机械手5从硅片顶升装置3上取出硅片放入硅片下料装置，再从硅片上料装置取未工艺的硅片放入硅片顶升装置3上，硅片顶升装置3下降，硅片放入石英舟内，如此循环作业，实现了硅片高效、稳定可靠的上下料作业，自动化程度高，整个过程无需人工干预，各部件配合紧密，取放硅片精度高，能大大提升太阳能电池片的生产效率。
32.本实施例中，石英舟取放装置1包括移动轨道组件11、机械手12和夹取组件13，夹取组件13与机械手12相连，机械手12安装在移动轨道组件11上，移动轨道组件11用于带动机械手12沿移动轨道组件11来回移动以实现带动石英舟在缓存架、反应腔和翻舟装置2之间进行转移，夹取组件13用于实现夹紧并石英舟。
33.石英舟取放装置1的动作流程：机械手12从翻舟装置2的缓存位取待工艺石英舟放入工艺机台的缓存架；从工艺机台的反应腔室取出完成工艺的石英舟放入缓存架进行冷却；从缓存架取待工艺石英舟放入反应腔室；从缓存架取冷却完成的石英舟放入翻舟装置2上。
34.本实施例中，翻舟装置2包括移动模组21、舟定位夹紧机构22和舟翻转机构23，舟翻转机构23安装在移动模组21上，舟定位夹紧机构22与舟翻转机构23相连，移动模组21用于带动舟翻转机构23沿水平方向移动。
35.翻舟装置2的工作流程具体为：石英舟取放装置1将放入翻舟装置2后，行程开关检测到石英舟到位信号，舟定位夹紧机构22动作，气缸夹紧，伺服电机驱动石英舟翻转90度，实现石英舟由立式状态到卧式状态的转变；移动模组21将石英舟移至硅片顶升装置3的上方，硅片被硅片顶升装置3顶起脱离石英舟，整片装置4对中硅片；插取片机械手5将硅片取出放入硅片下料轨道62，再从硅片上料轨道61取硅片放入硅片顶升装置3上，整片装置4对中硅片，硅片顶升装置3下降，硅片进入石英舟；移动模组21向前移动至待取硅片在硅片顶升装置3的工作区域，重复上述硅片定位和硅片插取动作至石英舟待工艺硅片装载完成。石英舟完成插取片，石英舟逆时针翻转90度，移动模组21回移，移舟机械手8将石英舟取出放置在缓存位，石英舟取放装置1将从工艺机台取出的石英舟放入翻舟装置2。
36.本实施例中，移动模组21包括换向器和至少两根丝杆组件，两根丝杆组件通过换向器连接，只需使用一套电机即可实现驱动。
37.本实施例中，硅片顶升装置3包括安装架31、顶升移动组件32和顶齿组件33；顶齿组件33安装在顶升移动组件32上，顶升移动组件32安装在安装架31上；顶升移动组件32用于带动顶齿组件33上下移动；顶齿组件33上设有卡槽，卡槽用于定位硅片。
38.本实施例中，整片装置4包括直线导轨41、驱动组件42和分片组件43和两个对称布置的齿板组件44；直线导轨41用于实现齿板组件44沿直线方向移动，驱动组件42用于调整两个齿板组件44之间的间距并实现硅片对中；分片组件43用于实现同一齿槽内两块硅片的分离，齿板组件44用于装载硅片。通过硅片顶升装置3和整片装置4配合能有效实现硅片批量精准的从石英舟内取出或放入石英舟，硅片取放过程中不会出现位置偏差，不易发生硅片掉落、损坏等问题。
39.为了缩短切换石英舟的时间，本实施例中还设计了移舟机械手8，移舟机械手8包括x方向移动模组81、y方向移动模组82、z方向移动模组83以及取放舟组件84，x方向移动模
组81用于实现石英舟在x方向上移动；y方向移动模组82用于实现石英舟在y方向上移动；z方向移动模组83用于实现石英舟在z方向上移动；取放舟组件84用于定位和夹紧石英舟。
40.通过移舟机械手8能实现石英舟在翻舟装置2的工作位和缓存位之间进行转换，石英舟装载完成未进行工艺时，移舟机械手8将石英舟从翻舟装置2的工作位取出放入缓存位，石英舟取放装置1将完成工艺并冷却后的石英舟放入翻舟装置2的工作位，再从缓存位上的取石英舟放置在工艺机台的缓存架上，通过移舟机械手8可缩短切换石英舟的时间，避免对产能产生影响，有效提高了设备整体的生产效率。
41.本实施例中，硅片上下料传输装置6包括两条硅片上料轨道61和两条硅片下料轨道62，硅片上料轨道61和硅片下料轨道62平行布置，花篮上下料传输装置7包括两条花篮上料轨道和71两条花篮下料轨道72，硅片上料轨道61与花篮上料轨道71对接，通过硅片上料轨道61实现硅片从花篮中取出；硅片下料轨道62与花篮下料轨道72对接，通过硅片下料轨道62实现硅片送入花篮中。
42.本实施例中，花篮上料轨道71和花篮下料轨道72与agv小车直接对接，实现了花篮的自动上下料。
43.实施例二
44.本实施例中还提供了一种立式炉体，包括多根炉管9，还包括如实施例一中所述的自动上下料系统，自动上下料系统用于实现石英舟竖直进出炉管9及硅片自动上下料。
45.本实施例中的立式炉体，配有自动上下料系统，实现了花篮自动上下料、硅片自动上下料、硅片在各工位自动转运、硅片自动取放、石英舟自动翻转及石英舟自动进出立式炉管9。整个过程实现了全无人化，自动化程度高，且自动上下料系统运行稳定、可靠，取放片精度高，故障率低，大大提升了太阳能电池片的生产效率。
46.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。