CN102626955A - 双导向辊式硅片线切割系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及切割机械技术领域，尤其涉及一种硅片切割设备。双导向辊式硅片线切割系统，包括机架、切割机构、控制系统，切割机构包括钢丝，钢丝依次缠绕在放线辊、导向辊和卷线辊上，切割机构包括相互平行的两个导向辊，导向辊的两端通过轴承设置在机架上，钢丝依次绕制在两个导向辊上，在两个导向辊上形成一张线网。由于采用上述技术方案，本发明结构简单、使用方便，智能化控制切割硅锭精度高，还具有断电工作能力等优点。

Description

双导向辊式硅片线切割系统

技术领域

本发明涉及切割机械技术领域，尤其涉及一种硅片切割设备。

背景技术

线切割技术是一种新型的硅片加工技术，线切割技术具有效率高、精度高等优点。其原理是通过高速运动的钢丝带动附着在钢丝上的切割刃料对半导体等硬脆材料进行摩擦，从而达到切割目的。

现有的线切割设备中，钢丝通过开卷辊放出，在导向辊上形成一张线网，然后由卷线辊收卷。采用线切割技术对工件进行切割过程中，导向辊用于承载钢丝，并在钢丝的带动下不断的转动，在钢丝与导向辊的摩擦过程中，会磨损导向辊，如不更换导向辊将影响切割精度。但是现有技术中更换导向辊较为繁琐，且更换成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双导向辊式硅片线切割系统，以解决上述技术问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

双导向辊式硅片线切割系统，包括机架、切割机构、控制系统，所述切割机构包括钢丝，所述钢丝依次缠绕在放线辊、导向辊和卷线辊上，其特征在于，所述切割机构包括相互平行的两个所述导向辊，所述导向辊的两端通过轴承设置在所述机架上，所述钢丝依次绕制在两个所述导向辊上，在两个所述导向辊上形成一张线网。

本发明采用双导向辊将钢丝形成一张线网对硅片进行线切割，钢丝的路径较多导向辊相比大大减少，减少了钢丝的损耗，增加了硅片的切割精度。

所述导向辊包括一辊芯，所述辊芯外包覆有一层外套层，所述外套层采用聚氨酯层，所述聚氨酯层与所述辊芯可拆卸连接，所述钢丝绕制在所述聚氨酯层上。本发明在传统的导向辊外包有聚氨酯层后，当切割机构工作时，在导向辊磨损到一定程度时，可以方便的拆卸下聚氨酯层，重新包覆一层聚氨酯层，辊芯可以重复利用，节省了生产成本，也节省了更换导向辊的时间。

所述聚氨酯层的圆周表面设有复数圈螺旋状凹槽，所述钢丝绕制在所述凹槽中。由于导向辊的转动需要钢丝的走动来带动，在导向辊的外表面设有凹槽后，钢丝在导向辊上的走动路径稳定，导向辊的转动也稳定，钢丝不会在导向辊上往复移动，而影响工件的切割。

复数圈螺旋状凹槽的间距相同，复数圈螺旋状凹槽的螺距不小于凹槽的宽度，所述凹槽的宽度不小于所述钢丝的直径。以便于钢丝均匀的绕制在凹槽中。

所述放线辊连接一用于驱动所述放线辊转动的放线驱动机构，所述导向辊连接一用于驱动所述导向辊的导向驱动机构，所述卷线辊连接一用于驱动所述卷线辊转动的卷线驱动机构；

所述控制系统包括一微型处理器系统，所述微型处理器系统分别连接所述放线驱动机构、所述导向驱动机构、所述卷线驱动机构；

所述微型处理器系统分别连接一导线转速传感器、放线转速传感器、卷线转速传感器，所述导线转速传感器用于检测所述导向辊的转速，所述放线转速传感器用于检测所述放线辊的转速，所述卷线转速传感器用于检测所述卷线辊的转速，并分别将转速信息传送给所述微型处理器系统，所述微型处理器系统根据转速信息分别调整放线驱动机构、卷线驱动机构和导向驱动机构的驱动信号。

传统的导向辊只有中钢丝的带动下转动，而本发明增设了导向驱动机构带动导向辊转动，可以作为辅助动力，钢丝能顺畅带动导向辊转动，钢丝与导向辊的摩擦减小，有助于减少导向辊在转动过程中的损耗，延长导向辊的使用寿命。另外，本发明采用微型处理器系统来分别控制各驱动机构，进而控制放线辊、导向辊、卷线辊能同步转动，减少钢丝松动，避免钢丝切割工件产生切割不均匀问题。在控制时，采用各转速信息作为反馈量，以便于更好的使放线辊、导向辊、卷线辊能同步转动。

两个所述导向辊分别通过传动机构连接同一个导向驱动机构驱动，也可以分别独自采用一个导线驱动机构驱动。

所述放线辊上设有一第一张力传感器，所述第一张力传感器用于感应所述放线辊上的钢丝的张力值；所述卷线辊上设有一第二张力传感器，所述第二张力传感器用于感应所述卷线辊上的钢丝的张力值；所述第一张力传感器、所述第二张力传感器分别连接所述微型处理器系统。本发明的放线辊在将钢丝放出过程中，钢丝的张力在不断变化。本发明采用第一张力传感器来检测钢丝放出时的张力，并将张力信息传送给微型处理器系统，微型处理器系统控制放线驱动机构，进而控制放线辊的转速。本发明采用第二张力传感器来检测钢丝收卷时的张力，并将张力信息传送给微型处理器系统，微型处理器系统控制卷线驱动机构，进而控制卷线辊的转速。本发明采用两个张力传感器，分别对放线辊和卷线辊进行独立控制，实现张力调节精度高，放线和卷线独立自动张力调节的目的。

所述第一张力传感器、所述第二张力传感器均可以采用一用压力信息得到张力的张力传感器，所述第一张力传感器用于检测所述放线辊上的钢丝对所述放线辊的压力信息，所述第二张力传感器用于检测所述卷线辊上的钢丝对所述卷线辊的压力信息；

所述微型处理器系统内置有放线辊压力信息与放线辊转速之间的关系信息、卷线辊压力信息与卷线辊转速之间的关系信息；

所述微型处理器系统根据放线辊压力信息得到放线辊转速，进而通过放线驱动机构控制放线辊的转速；

所述微型处理器系统根据卷线辊压力信息得到卷线辊转速，进而通过卷线驱动机构控制卷线辊的转速。

所述放线辊前方设有一第一激光测距传感器，所述第一激光测距传感器发出的激光束与所述放线辊的辊轴存在交叉，所述第一激光测距传感器的信号输出端连接所述微型处理器系统；所述第一激光测距传感器检测辊轴上的钢丝绕制的直径，所述微型处理器系统内置有钢丝绕制的直径与放线辊转速的关系信息，所述微型处理器系统根据直径信息得到放线辊转速，进而通过放线驱动机构控制放线辊的转速；

所述卷线辊前方设有一第二激光测距传感器，所述第二激光测距传感器发出的激光束与所述卷线辊的辊轴存在交叉，所述第二激光测距传感器的信号输出端连接所述微型处理器系统；所述第二激光测距传感器检测辊轴上的钢丝绕制的直径，所述微型处理器系统内置有钢丝绕制的直径与卷线辊转速的关系信息，所述微型处理器系统根据直径信息得到卷线辊转速，进而通过卷线驱动机构控制卷线辊的转速。

所述放线辊和一个所述导向辊之间、另一个所述导向辊与所述卷线辊之间分别设有一张力检测机构，所述张力检测机构包括一检测转轴、一设置在所述检测转轴上的转速传感器；两个所述转速传感器的信号输出端分部连接所述微型处理器系统；

所述放线辊放出的钢丝在一个转轴上绕制至少一圈后，再绕制在一个导向辊上；另一个导向辊放出的钢丝中另一个转轴上绕制至少一圈后，再由所述卷线辊收卷。本发明的放线辊将钢丝放出后，钢丝首先经过转轴，然后再经过导向辊，中两个导向辊之间缠绕数周后，在绕制中另一个转轴后，由卷线辊收卷。本发明在钢丝走动路径上增设了两个转轴，微型处理器系统通过转速传感器检测转轴的转速，进而得到钢丝放出和收卷时的线速度。放线辊转动一周时，当放线辊出现张力不稳定情况时，转轴在钢丝的带动下转速出现不一致情况，微型处理器系统认为放线处的张力不稳定，通过控制放线驱动机构对放线辊的转速进行调节，以使转轴的转速与张力稳定时的转速情况一致。本发明在卷线处也增设了一个张力检测机构，微型处理器系统通过转速传感器检测转轴的转速，卷线辊转动一周时，当卷线辊出现张力不稳定情况时，转轴在钢丝的带动下转速出现不一致情况，微型处理器系统认为卷线处的张力不稳定，通过控制卷线驱动机构对卷线辊的转速进行调节，以使转轴的转速与张力稳定时的转速情况一致。采用本发明的方式调节钢丝放线处的张力，与传统采用张力传感器的方式相比，其结构简单、成本低廉，且张力调节精度高。

所述转速传感器可以采用编码器或测速发电机。

所述转轴上沿圆周表面设有至少一圈螺旋状凹槽，所述钢丝设置在所述凹槽中。由于转轴的转动需要钢丝的走动来带动，在转轴的表面设有凹槽后，钢丝在转轴上的走动路径稳定，转轴的转动也稳定，张力检测机构检测张力情况也较为精确，不会由于张力问题，钢丝在转轴上往复移动，而影响检测。

所述转轴包括轴芯和设置在轴芯外的外套层，所述外套层采用聚氨酯层，所述聚氨酯层上设有所述螺旋状凹槽。

所述轴芯可以采用钢管，所述轴芯与所述聚氨酯层可拆卸连接。以便于在聚氨酯层磨损严重情况下，可以方便更换聚氨酯层而不必更换整个张力检测机构，减少了成本。

所述放线辊通过一扭矩限制器连接所述放线驱动机构，所述扭矩限制器的控制端连接所述微型处理器系统。通过微型处理器系统来控制放线辊的扭矩，以便在放线辊受力不均匀的时候进一步进行调整。另外，中放线辊打滑时，扭矩限制器可以限定放线的程度，保证来稳定放线。

还包括以喷浆系统，所述喷浆系统包括一喷嘴、一储料罐，所述喷嘴连接所述储料罐的出料口，所述喷嘴包括一主管路、复数个分管路、一出料管路，所述主管路的进料口与所述储料罐的出料口联通，复数个所述分管路的一端分别与所述主管路联通，复数个所述分管路的另一端分别与所述出料管路联通；

所述出料管路上设有出料口，所述出料口成条状，所述出料口朝向所述放线辊与所述导向辊之间的钢丝。本发明采用上述喷嘴结构来将浆磨料喷到钢丝上，喷出的浆磨料呈现布状散布，能覆盖到绕制在导向辊上纵向的所有钢丝，有利于更好的钢丝切割硅锭。

复数个所述分管路相互平行设置，复数个所述分管路呈排设置在所述主管路的下方，所述出料管路设置在复数个所述分管路的下方。所述出料口优选设置在所述出料管路的下方。

所述储料罐内设有一搅拌机构，所述搅拌机构通过一搅拌传动机构连接一搅拌驱动机构。储料罐内的浆磨料需均匀排出，以便钢丝能均匀切割工件，因此本发明在储料罐内设有搅拌机构对储料罐内的浆磨料进行均匀搅拌。

所述储料罐内的浆磨料包括碳化硅原料和切割油料的混合料。

所述储料罐包括一进料口，所述储料罐的进料口连接一第一进料泵，所述储料罐通过所述第一进料泵连接外部送料机构；

所述第一进料泵的控制端连接一信号处理模块，所述信号处理模块连接一压力传感器，所述压力传感器设置在所述储料罐内，优选设置在所述储料罐的底部；

所述压力传感器检测所述储料罐内浆磨料的压力信息，并将所述压力信息传送给所述信号处理模块，所述信号处理模块根据压力信息，计算出所述储料罐内浆磨料的重量信息，当重量信息低于一设定范围时，所述信号处理模块控制所述第一进料泵工作；当重量信息高于所述设定范围时，所述信号处理模块控制所述第一进料泵停止工作。上述设计实现了储料罐内的浆磨料恒压，结合搅拌机构的均匀搅拌，实现恒压搅拌。

所述储料罐的出料口与所述喷嘴的进料口之间设有一第二进料泵，所述第二进料泵连接所述信号处理模块，所述信号处理模块控制所述第二进料泵均匀出料，实现所述喷嘴的出料口均匀出料。

所述信号处理模块计算出的所述重量信息低于一最小设定值时，所述信号处理模块控制所述第二进料泵停止工作。以便于避免喷嘴在喷料时出现断喷、喷出不均匀等问题。

本发明喷出的浆磨料需要具备低温功能，以便于降低钢丝对硅锭切割时产生的热量。本发明采用下述方法降低浆磨料的温度：

还包括一冷却系统，所述冷却系统包括一内部热交换机构、一外部热交换机构、一循环泵，所述内部热交换机构、所述外部热交换机构和所述循环泵通过连接管的连接构成一闭合回路；

所述内部热交换机构设置在所述储料罐内，所述外部热交换机构设置在所述储料罐外。本发明通过冷却系统的内部热交换机构带走储料罐内的热量，使储料罐内浆磨料处于低温状态。

所述循环泵的控制端连接所述信号处理模块，所述信号处理模块连接一温度传感器，所述温度传感器设置在所述储料罐内。优选设置在所述储料罐底部的内壁上。温度传感器检测储料罐内浆磨料的温度信息，并将温度信息传送给信号处理模块，当温度信息高于一设定范围时，信号处理模块控制循环泵工作，对储料罐内的浆磨料进行冷却；当温度信息低于一设定范围时，信号处理模块控制循环泵停止工作。以便节能。

所述内部热交换机构也可以设置在所述储料罐与所述喷嘴之间的管路中，所述内部热交换机构与所述管路内的浆磨料进行热交换，在所述喷嘴喷出浆磨料之前降低浆磨料的温度。此时，所述温度传感器设置在所述喷嘴内或内部热交换机构前方的管路中。

所述储料罐内可以设有至少两个温度传感器，至少两个所述温度传感器分别设置在储料罐内的不同位置，至少两个温度传感器分别连接信号处理模块；所述搅拌驱动机构连接所述信号处理模块，所述信号处理模块控制所述搅拌驱动机构的工作状态，进而控制所述搅拌机构的转动状态。当至少两个温度传感器检测的温度信息差值大于一设定范围时，信号处理模块控制搅拌驱动机构，进而控制搅拌机构加速搅拌。

所述微型处理器系统和所述信号处理模块均可以采用一基于PLC控制的控制系统。

所述微型处理器系统内嵌有PID控制算法；

导线转速传感器、放线转速传感器、卷线转速传感器检测出的转速信息作为PID控制算法的反馈量，反馈给所述微型处理器系统，以便所述微型处理器系统通过PID控制算法调节放线辊、卷线辊和导线辊的转速，达到张力稳定的目的。

还包括一计数器、一提示模块、角位移传感器，所述角位移传感器设置在所述导向辊上，所述角位移传感器连接一信号处理模块，所述信号处理模块分别连接所述计数器、所述提示模块；

所述角位移传感器用于检测所述导向辊的角位移，所述导向辊每转一圈时，所述计数器计数一次，当计数大于一磨损设定值时，所述计数器触发，所述信号处理模块控制所述提示模块进行更换导向辊提示。导向辊在转动过程中，钢丝磨损导向辊，通过计算导向辊的转动圈数大于磨损设定值时，认为此时的导向辊磨损较为严重，需要更换导向辊上的聚氨酯层，以便避免导向辊磨损严重引起的切割质量问题。

所述聚氨酯层中还可以沿圆周均匀铺设有至少四个压力传感器，四个所述压力传感器分别连接一信号处理模块，所述信号处理模块连接一提示模块；

四个所述压力传感器分别检测聚氨酯层外的钢丝对聚氨酯层的压力信息，并将压力信息分别传送给所述信号处理模块，信号处理模块对压力信息进行处理后，根据四个压力信息之间的差值、四个压力信息分别与内置的初始压力信息进行比较，当差值大于一磨损设定值或比较值大于一磨损设定值时，所述信号处理模块认为所述导向辊磨损，所述信号处理模块控制所述提示模块进行更换导向辊提示。

所述机架和所述切割机构优选设置在氮气环境下，所述钢丝在氮气环境对硅锭进行切割，切割成硅片。本发明将硅片的切割过程放置在氮气环境中进行，这样在切割过程中，能有效避免切割下来的硅粉氧化，以便在回收切割废料时，能提取出较高纯度的硅材料。

还包括一用于给切割机构和控制系统供电的供电系统，所述供电系统包括一外部供电系统，一应急电源，还包括一切换开关，所述切换开关包括至少两路电源输入端口，所述外部供电系统连接一路所述电源输入端口，所述应急电源连接另一路所述电源输入端口，所述切换开关的电源输出端连接所述切割机构和控制系统的电源输入端；

所述切换开关的信号输入端连接一电源控制模块；

所述供电系统还包括一外部电流检测装置，所述外部电流检测装置的输入端连接所述外部供电系统，所述外部电流检测装置的输出端连接所述电源控制模块。本发明通过设置切换开关对本发的多种电源输入方式进行合理化管理，并且通过设置外部电流检测装置对外部供电系统进行检测来判断是否停电，并通过电源控制模块来控制切换开关的工作模式以便使用电设备利用应急电源进行安全停机。通过这种方式，对设备形成一定的停电保护，不至于紧急停电造成设备损伤，或者进行中的加工流程突然断裂造成整个工艺过程失败。通过切换开关和控制模块的配合可以达到用电设备的供电智能化。

所述切换开关包括至少三路电源输入端口；

所述供电系统还包括一发电机，所述发电机的输出端分别连接所述切换开关的电源输入端口和一发电机电流检测装置的输入端，所述发电机电流检测装置的输出端连接所述电源控制模块，所述电源控制模块通过检测发电机的电流来判断发电机是否完成正常向用电设备进行供电的准备。

所述发电机为一柴油发电机，也可以采用汽油发电机。通过设置发电机，使得本发明可以给用电设备提供相对应急电源更为充足的后续电力供应以便应对紧急的停电状况。

所述发电机还包括一启闭开关，所述电源控制模块的信号输出端连接所述启闭开关，所述电源控制模块通过向所述启闭开关发送脉冲信号来启动或关闭发电机。

本发明设定有三种供电模式：正常供电模式、紧急供电模式和后备供电模式。当所述外部电流检测装置能够检测到外部供电系统有电输出时，所述电源控制模块控制所述切换开关，将供电线路切换到由所述外部供电系统直接供电的模式。当所述外部电流检测装置检测不到外部供电系统时，本发明即转入紧急供电模式，此时，所述电源控制模块向所述切换开关发送脉冲信号，使切换开关将供电线路转为应急电源供电。在切换到应急电源供电的同时，所述电源控制模块会发送脉冲信号给所述发电机的启闭开关以便开启发电机。当所述发电机电流检测装置获取到的发电机发出的电流达到供电要求时，本发明即转入后备供电模式，此时，所述电源控制模块发送脉冲信号给所述切换开关使其关闭应急电源供电通道，并开启发电机供电通道，使所述用电设备获取到持续的电力供应。

有益效果：由于采用上述技术方案，本发明结构简单、使用方便，智能化控制切割硅锭精度高，还具有断电工作能力等优点。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图；

图2为本发明的另一种结构示意图；

图3为本发明导向辊的结构示意图；

图4为图1结构的切割机构的电路示意图；

图5为图2结构的切割机构的电路示意图；

图6为本发明喷浆系统的整体结构示意图；

图7为本发明喷嘴的结构示意图；

图8为本发明喷浆系统的电路示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。

参照图1、图2、图3，双导向辊式硅片线切割系统，包括一机架、切割机构、控制系统，切割机构包括钢丝4，钢丝4依次缠绕在放线辊1、导向辊3和卷线辊2上，切割机构包括两个导向辊3，两个导向辊3相互平行，通过轴承设置在机架上，钢丝4依次绕制在两个导向辊3上，在两个导向辊3上形成一张线网。本发明采用双导向辊3将钢丝4形成一张线网对硅片进行线切割，钢丝4的路径较多导向辊相比大大减少，减少了钢丝的损耗，增加了硅片的切割精度。

参照图3，导向辊3包括一辊芯31，辊芯31外包覆有一层外套层，外套层采用聚氨酯层32，聚氨酯层32与辊芯31可拆卸连接，钢丝4绕制在聚氨酯层32上。本发明在传统的导向辊3外包有聚氨酯层32后，当硅片切割设备工作时，在导向辊3磨损到一定程度时，可以方便的拆卸下聚氨酯层32，重新包覆一层聚氨酯层32，辊芯31可以重复利用，节省了生产成本，也节省了更换导向辊3的时间。

聚氨酯层32的圆周表面设有复数圈螺旋状凹槽33，钢丝4绕制在凹槽33中。由于导向辊3的转动需要钢丝4的走动来带动，在导向辊3的外表面设有凹槽33后，钢丝4在导向辊3上的走动路径稳定，导向辊3的转动也稳定，钢丝4不会在导向辊3上往复移动，而影响工件的切割。复数圈螺旋状凹槽33的间距相同，复数圈螺旋状凹槽33的螺距不小于凹槽33的宽度，凹槽33的宽度不小于钢丝4的直径。以便于钢丝4均匀的绕制在凹槽33中。

参照图4、图5，放线辊1连接放线驱动机构11，导向辊3连接导向驱动机构34，卷线辊2连接卷线驱动机构21。控制系统包括以微型处理器系统5，微型处理器系统5分别连接放线驱动机构11、导向驱动机构34、卷线驱动机构21。微型处理器系统5分别连接导线转速传感器51、放线转速传感器52、卷线转速传感器53，导线转速传感器51用于检测导向辊3的转速，放线转速传感器52用于检测放线辊1的转速，卷线转速传感器53用于检测卷线辊2的转速，并分别将转速信息传送给微型处理器系统5，微型处理器系统5根据转速信息分别调整放线驱动机构11、卷线驱动机构21和导向驱动机构34的驱动信号。传统的导向辊只有中钢丝的带动下转动，而本发明增设了导向驱动机构34带动导向辊3转动，可以作为辅助动力，钢丝4能顺畅带动导向辊3转动，钢丝4与导向辊3的摩擦减小，有助于减少导向辊3在转动过程中的损耗，延长导向辊3的使用寿命。另外，本发明采用微型处理器系统5来分别控制各驱动机构，进而控制放线辊1、导向辊3、卷线辊2能同步转动，减少钢丝4松动，避免钢丝4切割工件产生切割不均匀问题。在控制时，采用各转速信息作为反馈量，以便于更好的使放线辊1、导向辊3、卷线辊2能同步转动。两个导向辊3分别通过传动机构连接同一个导向驱动机构34驱动，也可以分别独自采用一个导线驱动机构驱动。

参照图2、图5，放线辊1上设有一第一张力传感器12，第一张力传感器12用于感应放线辊1上的钢丝4的张力值。卷线辊2上设有一第二张力传感器22，第二张力传感器22用于感应卷线辊2上的钢丝4的张力值。第一张力传感器12、第二张力传感器22分别连接微型处理器系统5。本发明的放线辊1在将钢丝4放出过程中，钢丝4的张力在不断变化。本发明采用第一张力传感器12来检测钢丝4放出时的张力，并将张力信息传送给微型处理器系统5，微型处理器系统5控制放线驱动机构11，进而控制放线辊1的转速。本发明采用第二张力传感器22来检测钢丝4收卷时的张力，并将张力信息传送给微型处理器系统5，微型处理器系统5控制卷线驱动机构21，进而控制卷线辊2的转速。本发明采用两个张力传感器，分别对放线辊1和卷线辊2进行独立控制，实现张力调节精度高，放线和卷线独立自动张力调节的目的。本发明的第一张力传感器、第二张力传感器均可以采用一用压力信息得到张力的张力传感器，第一张力传感器12用于检测放线辊上的钢丝对放线辊的压力信息，第二张力传感器22用于检测卷线辊上的钢丝对卷线辊的压力信息。微型处理器系统内置有放线辊压力信息与放线辊转速之间的关系信息、卷线辊压力信息与卷线辊转速之间的关系信息。微型处理器系统根据放线辊压力信息得到放线辊转速，进而通过放线驱动机构控制放线辊的转速。微型处理器系统根据卷线辊压力信息得到卷线辊转速，进而通过卷线驱动机构控制卷线辊的转速。

放线辊前方设有一第一激光测距传感器，第一激光测距传感器发出的激光束与所述放线辊的辊轴存在交叉，第一激光测距传感器的信号输出端连接所述微型处理器系统；第一激光测距传感器检测辊轴上的钢丝绕制的直径，微型处理器系统内置有钢丝绕制的直径与放线辊转速的关系信息，微型处理器系统根据直径信息得到放线辊转速，进而通过放线驱动机构控制放线辊的转速。卷线辊前方设有一第二激光测距传感器，第二激光测距传感器发出的激光束与卷线辊的辊轴存在交叉，第二激光测距传感器的信号输出端连接微型处理器系统；第二激光测距传感器检测辊轴上的钢丝绕制的直径，微型处理器系统内置有钢丝绕制的直径与卷线辊转速的关系信息，微型处理器系统根据直径信息得到卷线辊转速，进而通过卷线驱动机构控制卷线辊的转速。

参照图1、图4，放线辊1和一个导向辊3之间、另一个导向辊3与卷线辊2之间分别设有一张力检测机构，张力检测机构包括转轴61、设置在转轴61上的转速传感器62，转速传感器62可以采用编码器或测速发电机。两个转速传感器62的信号输出端分部连接微型处理器系统5。

转轴61上沿圆周表面均设有至少一圈螺旋状凹槽，钢丝4设置在凹槽中。由于转轴61的转动需要钢丝4的走动来带动，在转轴61的表面均设有凹槽后，钢丝4在转轴61上的走动路径稳定，转轴61的转动也稳定，张力检测机构检测张力情况也较为精确，不会由于张力问题，钢丝4在转轴61上往复移动，而影响检测。转轴61包括轴芯和设置在轴芯外的外套层，外套层采用聚氨酯层，聚氨酯层上设有螺旋状凹槽。轴芯可以采用钢管，轴芯与聚氨酯层可拆卸连接。以便于在聚氨酯层磨损严重情况下，可以方便更换聚氨酯层而不必更换整个张力检测机构，减少了成本。

放线辊1通过一扭矩限制器连接放线驱动机构11，扭矩限制器的控制端连接微型处理器系统5。通过微型处理器系统5来控制放线辊的扭矩，以便在放线辊受力不均匀的时候进一步进行调整。另外，中放线辊打滑时，扭矩限制器可以限定放线的程度，保证来稳定放线。

参照图6、图7，还包括以喷浆系统，喷浆系统包括一喷嘴7、一储料罐8，喷嘴7连接储料罐8的出料口，喷嘴7包括一主管路71、复数个分管路72、一出料管路73，主管路71的进料口与储料罐8的出料口联通，复数个分管路72的一端分别与主管路71联通，复数个分管路72的另一端分别与出料管路73联通。出料管路73上设有出料口，出料口成条状，出料口朝向放线辊1与导向辊3之间的钢丝4。本发明采用上述喷嘴7结构来将浆磨料喷到钢丝上，喷出的浆磨料呈现布状散布，能覆盖到绕制在导向辊上纵向的所有钢丝，有利于更好的钢丝切割硅锭。

参照图7，复数个分管路72相互平行设置，复数个分管路72设置在主管路71的下方，出料管路73设置在复数个分管路72的下方。出料口优选设置在出料管路73的下方。分管路72优选与出料管路73垂直设置。以便分管路72流出的浆磨料能均匀的留到出料管路73中。

储料罐8内的浆磨料包括碳化硅原料和切割油料的混合料。储料罐8内设有一搅拌机构81，搅拌机构81通过一搅拌传动机构连接一搅拌驱动机构82。储料罐8内的浆磨料需均匀排出，以便钢丝能均匀切割工件，因此本发明在储料罐8内设有搅拌机构81对储料罐8内的浆磨料进行均匀搅拌。

参照图8，储料罐8包括一进料口，储料罐8的进料口连接一第一进料泵91，储料罐8通过第一进料泵91连接外部送料机构。第一进料泵91的控制端连接一信号处理模块9，信号处理模块9连接一压力传感器92，压力传感器92设置在储料罐8内，优选设置在储料罐8的底部。压力传感器检测储料罐8内浆磨料的压力信息，并将压力信息传送给信号处理模块9，信号处理模块9根据压力信息，计算出储料罐8内浆磨料的重量信息，当重量信息低于一设定范围时，信号处理模块9控制第一进料泵91工作。当重量信息高于设定范围时，信号处理模块9控制第一进料泵91停止工作。上述设计实现了储料罐8内的浆磨料恒压，结合搅拌机构81的均匀搅拌，实现恒压搅拌。

储料罐8的出料口与喷嘴7的进料口之间设有一第二进料泵93，第二进料泵93连接信号处理模块9，信号处理模块9控制第二进料泵93均匀出料，实现喷嘴7的出料口均匀出料。信号处理模块9计算出的重量信息低于一最小设定值时，信号处理模块9控制第二进料泵93停止工作。以便于避免喷嘴7在喷料时出现断喷、喷出不均匀等问题。

本发明喷出的浆磨料需要具备低温功能，以便于降低钢丝对工件切割时产生的热量。本发明采用下述方法降低浆磨料的温度：

还包括一冷却系统，冷却系统包括一内部热交换机构、一外部热交换机构、一循环泵94，内部热交换机构、外部热交换机构和循环泵94通过连接管的连接构成一闭合回路。内部热交换机构设置在储料罐8内，内部热交换机构优选为盘管，内部热交换机构优选设置在储料罐8的内壁上，沿内壁圆周盘绕设置。以便热交换均匀。外部热交换机构设置在储料罐8外。本发明通过冷却系统的内部热交换机构带走储料罐8内的热量，使储料罐8内浆磨料处于低温状态。循环泵94的控制端连接信号处理模块9，信号处理模块9连接一温度传感器95，温度传感器95设置在储料罐8内。优选设置在储料罐8底部的内壁上。温度传感器95也可以设置在喷嘴7内。温度传感器95检测储料罐8内浆磨料或喷嘴7出的浆磨料的温度信息，并将温度信息传送给信号处理模块9，当温度信息高于一设定范围时，信号处理模块9控制循环泵94工作，对储料罐8内的浆磨料进行冷却。当温度信息低于一设定范围时，信号处理模块9控制循环泵94停止工作。以便节能。

内部热交换机构也可以设置在储料罐8与喷嘴7之间的管路中，内部热交换机构与管路内的浆磨料进行热交换，在喷嘴7喷出浆磨料之前降低浆磨料的温度。此时，温度传感器95设置在喷嘴7内或内部热交换机构前方的管路中。

储料罐8内可以设有至少两个温度传感器95，至少两个温度传感器95分别设置在储料罐8内的不同位置。搅拌驱动机构82连接信号处理模块9，信号处理模块9控制搅拌驱动机构82的工作状态，进而控制搅拌机构81的转动状态。当至少两个温度传感器95检测的温度信息差值大于一设定范围时，信号处理模块9控制搅拌驱动机构82，进而控制搅拌机构81加速搅拌。温度信息差值小于一设定范围时，信号处理模块9控制搅拌驱动机构82，进而控制搅拌机构81减速搅拌。

还包括一供电模块，供电模块包括一市电供电模块、一供电切换模块、一蓄电池，市电供电模块的电源输出端、蓄电池的电源输出端分别连接供电切换模块的输入端，供电切换模块的输出端分别连接搅拌驱动机构82和信号处理模块9的电源输入端。信号处理模块9根据压力信息，计算出储料罐8内有浆磨料时，驱动搅拌驱动机构82工作，进而驱动搅拌机构81对浆磨料进行搅拌。供电切换模块用于切换市电供电模块供电和蓄电池供电，在市电供电模块无法供电情况下，切换到蓄电池供电。蓄电池的电源输入端连接市电供电模块。在市电供电模块有电源输出时，给蓄电池充电，以便蓄电池在断电时使用。

微型处理器系统5和信号处理模块9均可以采用一基于PLC控制的控制系统。微型处理器系统5内嵌有PID控制算法。导线转速传感器51、放线转速传感器52、卷线转速传感器53检测出的转速信息作为PID控制算法的反馈量，反馈给微型处理器系统5，以便微型处理器系统5通过PID控制算法调节放线辊1、卷线辊2和导线辊的转速，达到张力稳定的目的。微型处理器系统5连接一显示模块，微型处理器系统5通过显示模块显示放线辊1、卷线辊2和导向辊3的当前转速。显示模块可以采用基于触摸的触摸显示模块，通过触摸显示模块可以根据钢丝4的规格、切割速度等需要，调整放线辊1、卷线辊2和导向辊3的转速。微型处理器系统5还连接一上位机，微型处理器系统5将检测到的参数信息实时传送给上位机，上位机对参数信息进行保存。参数信息包括放线辊1转速、卷线辊2转速和导向辊3转速。通过上位机对本发明的各参数信息进行登记保存，以便于查看。上位机连接一网络通信模块，上位机通过网络通信模块接入互联网。互联网上的其他远程设备可以通过互联网访问上位机，查看本发明的各机构的运行情况。

为了检测导向辊的磨损情况，本发明可以采用如下两种不同的方式检测导向辊的磨损情况：

1)还包括一计数器、一提示模块、角位移传感器，角位移传感器设置在导向辊3上，角位移传感器连接一信号处理模块，信号处理模块分别连接计数器、提示模块。角位移传感器用于检测导向辊3的角位移，导向辊3每转一圈时，计数器计数一次，当计数大于一磨损设定值时，计数器触发，信号处理模块控制提示模块进行更换导向辊3提示。导向辊3在转动过程中，钢丝4磨损导向辊3，通过计算导向辊3的转动圈数大于磨损设定值时，认为此时的导向辊3磨损较为严重，需要更换导向辊3上的聚氨酯层32，以便避免导向辊3磨损严重引起的切割质量问题。

2)聚氨酯层32中还可以沿圆周均匀铺设有至少四个压力传感器，四个压力传感器分别连接一信号处理模块，信号处理模块连接一提示模块。四个压力传感器分别检测聚氨酯层32外的钢丝4对聚氨酯层32的压力信息，并将压力信息分别传送给信号处理模块，信号处理模块对压力信息进行处理后，根据四个压力信息之间的差值、四个压力信息分别与内置的初始压力信息进行比较，当差值大于一磨损设定值或比较值大于一磨损设定值时，信号处理模块认为导向辊3磨损，信号处理模块控制提示模块进行更换导向辊3提示。

机架和切割机构优选设置中氮气环境下，钢丝4在氮气环境对硅锭进行切割，切割成硅片。本发明将硅片的切割过程放置在氮气环境中进行，这样在切割过程中，能有效避免切割下来的硅粉氧化，以便在回收切割废料时，能提取出较高纯度的硅材料。

还包括一用于给切割机构和控制系统供电的供电系统，供电系统包括一外部供电系统，一应急电源，还包括一切换开关，切换开关包括至少两路电源输入端口，外部供电系统连接一路电源输入端口，应急电源连接另一路电源输入端口，切换开关的电源输出端连接切割机构和控制系统的电源输入端。切换开关的信号输入端连接一电源控制模块。供电系统还包括一外部电流检测装置，外部电流检测装置的输入端连接外部供电系统，外部电流检测装置的输出端连接电源控制模块。本发明通过设置切换开关对本发的多种电源输入方式进行合理化管理，并且通过设置外部电流检测装置对外部供电系统进行检测来判断是否停电，并通过电源控制模块来控制切换开关的工作模式以便使用电设备利用应急电源进行安全停机。通过这种方式，对设备形成一定的停电保护，不至于紧急停电造成设备损伤，或者进行中的加工流程突然断裂造成整个工艺过程失败。通过切换开关和控制模块的配合可以达到用电设备的供电智能化。

切换开关包括至少三路电源输入端口。供电系统还包括发电机，发电机的输出端分别连接切换开关的电源输入端口和发电机电流检测装置的输入端，发电机电流检测装置的输出端连接电源控制模块，电源控制模块通过检测发电机的电流来判断发电机是否完成正常向用电设备进行供电的准备。发电机为一柴油发电机，也可以采用汽油发电机。通过设置发电机，使得本发明可以给用电设备提供相对应急电源更为充足的后续电力供应以便应对紧急的停电状况。发电机还包括启闭开关，电源控制模块的信号输出端连接启闭开关，电源控制模块通过向启闭开关发送脉冲信号来启动或关闭发电机。

本发明设定有三种供电模式：正常供电模式、紧急供电模式和后备供电模式。当外部电流检测装置能够检测到外部供电系统有电输出时，电源控制模块控制切换开关，将供电线路切换到由外部供电系统直接供电的模式。当外部电流检测装置检测不到外部供电系统时，本发明即转入紧急供电模式，此时电源控制模块向切换开关发送脉冲信号，使切换开关将供电线路转为应急电源供电。在切换到应急电源供电的同时，电源控制模块会发送脉冲信号给发电机的启闭开关以便开启发电机。当发电机电流检测装置获取到的发电机发出的电流达到供电要求时，本发明即转入后备供电模式，此时电源控制模块发送脉冲信号给切换开关使其关闭应急电源供电通道，并开启发电机供电通道，使用电设备获取到持续的电力供应。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.双导向辊式硅片线切割系统，包括机架、切割机构、控制系统，所述切割机构包括钢丝，所述钢丝依次缠绕在放线辊、导向辊和卷线辊上，其特征在于，所述切割机构包括相互平行的两个所述导向辊，所述导向辊的两端通过轴承设置在所述机架上，所述钢丝依次绕制在两个所述导向辊上，在两个所述导向辊上形成一张线网。

2.根据权利要求1所述的双导向辊式硅片线切割系统，其特征在于，所述导向辊包括一辊芯，所述辊芯外包覆有一层外套层，所述外套层采用聚氨酯层，所述聚氨酯层与所述辊芯可拆卸连接，所述钢丝绕制在所述聚氨酯层上。

3.根据权利要求1所述的双导向辊式硅片线切割系统，其特征在于，所述放线辊连接一用于驱动所述放线辊转动的放线驱动机构，所述导向辊连接一用于驱动所述导向辊的导向驱动机构，所述卷线辊连接一用于驱动所述卷线辊转动的卷线驱动机构；

所述控制系统包括一微型处理器系统，所述微型处理器系统分别连接所述放线驱动机构、所述导向驱动机构、所述卷线驱动机构；

所述微型处理器系统分别连接一导线转速传感器、放线转速传感器、卷线转速传感器，所述导线转速传感器用于检测所述导向辊的转速，所述放线转速传感器用于检测所述放线辊的转速，所述卷线转速传感器用于检测所述卷线辊的转速，并分别将转速信息传送给所述微型处理器系统，所述微型处理器系统根据转速信息分别调整放线驱动机构、卷线驱动机构和导向驱动机构的驱动信号。

4.根据权利要求3所述的双导向辊式硅片线切割系统，其特征在于，所述放线辊上设有一第一张力传感器，所述第一张力传感器用于感应所述放线辊上的钢丝的张力值；所述卷线辊上设有一第二张力传感器，所述第二张力传感器用于感应所述卷线辊上的钢丝的张力值；所述第一张力传感器、所述第二张力传感器分别连接所述微型处理器系统。

5.根据权利要求3所述的双导向辊式硅片线切割系统，其特征在于，所述放线辊和一个所述导向辊之间、另一个所述导向辊与所述卷线辊之间分别设有一张力检测机构，所述张力检测机构包括一检测转轴、一设置在所述检测转轴上的转速传感器；两个所述转速传感器的信号输出端分部连接所述微型处理器系统；

所述放线辊放出的钢丝在一个转轴上绕制至少一圈后，再绕制在一个导向辊上；另一个导向辊放出的钢丝中另一个转轴上绕制至少一圈后，再由所述卷线辊收卷。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的双导向辊式硅片线切割系统，其特征在于，还包括以喷浆系统，所述喷浆系统包括一喷嘴、一储料罐，所述喷嘴连接所述储料罐的出料口，所述喷嘴包括一主管路、复数个分管路、一出料管路，所述主管路的进料口与所述储料罐的出料口联通，复数个所述分管路的一端分别与所述主管路联通，复数个所述分管路的另一端分别与所述出料管路联通；

所述出料管路上设有出料口，所述出料口成条状，所述出料口朝向所述放线辊与所述导向辊之间的钢丝。

7.根据权利要求6所述的双导向辊式硅片线切割系统，其特征在于，还包括一冷却系统，所述冷却系统包括一内部热交换机构、一外部热交换机构、一循环泵，所述内部热交换机构、所述外部热交换机构和所述循环泵通过连接管的连接构成一闭合回路；

所述内部热交换机构设置在所述储料罐内，所述外部热交换机构设置在所述储料罐外；

所述循环泵的控制端连接所述信号处理模块，所述信号处理模块连接一温度传感器，所述温度传感器设置在所述储料罐内。

8.根据权利要求1所述的双导向辊式硅片线切割系统，其特征在于，所述机架和所述切割机构设置中氮气环境下，所述钢丝在氮气环境对硅锭进行切割，切割成硅片。

9.根据权利要求7所述的双导向辊式硅片线切割系统，其特征在于，还包括一用于给切割机构和控制系统供电的供电系统，所述供电系统包括一外部供电系统，一应急电源，还包括一切换开关，所述切换开关包括至少两路电源输入端口，所述外部供电系统连接一路所述电源输入端口，所述应急电源连接另一路所述电源输入端口，所述切换开关的电源输出端连接所述切割机构和控制系统的电源输入端；

所述切换开关的信号输入端连接一电源控制模块；

所述供电系统还包括一外部电流检测装置，所述外部电流检测装置的输入端连接所述外部供电系统，所述外部电流检测装置的输出端连接所述电源控制模块。

10.根据权利要求9所述的双导向辊式硅片线切割系统，其特征在于，所述切换开关包括至少三路电源输入端口；

所述供电系统还包括一发电机，所述发电机的输出端分别连接所述切换开关的电源输入端口和一发电机电流检测装置的输入端，所述发电机电流检测装置的输出端连接所述电源控制模块，所述电源控制模块通过检测发电机的电流来判断发电机是否完成正常向用电设备进行供电的准备。

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