CN102862240B - 一种金刚线收线系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金刚线收线系统，包括：用于卷绕金刚线的卷绕轴；驱动所述卷绕轴转动的力矩电机；与所述卷绕轴对应设置的排线装置，所述排线装置包括排线轮及驱动所述排线轮沿所述卷绕轴的轴线方向反复位移的排线轮驱动装置；设置于金刚线生产炉与所述排线装置之间的张力控制装置，所述张力控制装置包括压于金刚线的压轮、与所述压轮相连接的摆动杆及控制所述摆动杆摆动角度的摆杆驱动装置。如此设置，本发明公开的金刚线收线系统，可有效规避在收线盘直径不断变大的情况下，收线速度、收线张力不稳定的问题及金刚线卷绕间距过大或过小的问题。

Description

一种金刚线收线系统

技术领域

本发明涉及硅块加工技术领域，特别涉及一种金刚线收线系统。

背景技术

太阳能是最大的无污染的可再生资源，取之不尽、用之不竭，是今后人类能源利用的重点之一。自上世纪末以来，随着全世界对能源消耗的剧增，传统能源枯竭的威胁，以及多晶硅、单晶硅发电技术的发展，太阳能光伏产业方兴未艾。

硅块切割作为硅块加工过程中的重要环节，现有技术一般采用线锯机床对硅块进行切割。

目前，较普遍的一种硅块线切割设备，其钢丝表面带有游离状态的碳化硅磨粒，即钢丝在入刀之前首先通过具有粘性的碳化硅浆料，以使得其外表面沾有碳化硅磨粒。游离态的碳化硅磨粒在钢丝的高速带动下对硅锭进行切割。

目前用于硅锭的切片的多丝切割技术，都是采用钢线配合磨料浆液进行切割。系统通过磨料浆液喷嘴将磨料浆液喷到钢线上，快速移动的钢线带动磨料颗粒接触硅锭进行磨削切割。金刚线则是直接将磨料颗粒-金刚石固定在钢线表面，因此采用金刚线进行切割则不需要磨料浆液，只需要使用冷却水即可。这样一方面，简化了磨料浆液供给装置，同时降低磨料浆液运输、生产、回收成本；另一方面，有效的降低切割时产生的碎硝的飞溅，改善工作环境，提高工作效率。

用于切割的钢线通常都有数百千米之长，将数百千米的钢线绕在收线盘上，生产金刚线的设备也必须配备一个或多个收线系统。收线系统负责将涂覆好的金刚线按照一定的线间距绕在收线盘之上，且要求收线表面均匀，金刚线始终保持一定的松紧度。

收线系统的重点与难点在于如何在收线盘直径不断变大的情况下，控制收卷电机始终使收线速度和收线张力保持稳定。

因此，如何提供一种金刚线收线系统，以规避在收线盘直径不断变大的情况下，收线速度、收线张力不稳定的问题及金刚线卷绕间距过大或过小的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种金刚线收线系统，，以规避在收线盘直径不断变大的情况下，收线速度、收线张力不稳定的问题及金刚线卷绕间距过大或过小的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供的一种金刚线收线系统，包括：

用于卷绕金刚线的卷绕轴；

驱动所述卷绕轴转动的力矩电机；

与所述卷绕轴对应设置的排线装置，所述排线装置包括排线轮及驱动所述排线轮沿所述卷绕轴的轴线方向反复位移的排线轮驱动装置；

设置于金刚线生产炉与所述排线装置之间的张力控制装置，所述张力控制装置包括压于金刚线的压轮、与所述压轮相连接的摆动杆及控制所述摆动杆摆动角度的摆杆驱动装置。

优选地，所述力矩电机上设有用于检测所述力矩电机转速的第一编码器。

优选地，所述排线轮驱动装置包括与所述第一编码器相连接的第一伺服电机及螺母丝杠装置，所述螺母丝杠装置的丝杠与所述第一伺服电机相连接且与所述卷绕轴相对应，所述螺母丝杠装置的螺母与所述排线轮相连接；且所述丝杠的两端均设有与所述卷绕轴的两端相对应的限位开关，所述限位开关可通信的与所述第一伺服电机相连接，且所述第一编码器与所述第一伺服电机相连接。

优选地，所述压轮的转轴上设有压力传感器，且所述摆杆驱动装置包括与所述压力传感器相连接的恒张力控制器及与所述恒张力控制器相连接的第二伺服电机。

还包括测速装置与计算装置，所述测速装置包括与所述金刚线相接触的测速滚轮、与所述测速滚轮相连接的测速电机及设置于所述测速电机的第二编码器，且所述第一编码器与所述第二编码器分别连接于所述计算装置。

优选地，还包括显示装置，且所述显示装置与所述压力传感器、所述恒张力控制器及所述第一编码器、所述第二编码器分别连接。

优选地，所述压轮的两侧设有用于支撑所述金刚线的支撑轮。

优选地，所述卷绕轴及与其相对应的所述丝杠均沿竖直方向设置，且所述力矩电机设置于所述卷绕轴的下端。

本发明提供的一种金刚线收线系统，包括卷绕轴、力矩电机、排线装置及张力控制装置。其中卷绕轴用于卷绕金刚线，其与力矩电机相连接，由力矩电机提供驱动力。排线装置用于控制金刚线在卷绕轴上的排布，其包括排线轮及驱动排线轮沿卷绕轴的轴线方向反复位移的排线轮驱动装置。张力控制装置用于控制金刚线在卷绕轴上的排线张力，其包括压于金刚线的压轮及一端与压轮相连接的摆动杆，摆动杆的另一端与摆动杆驱动装置相连接，该摆动杆驱动装置用于控制压轮端的摆动角度。

需要说明的是，力矩电机具有如下特性：在一定的工作电压下，随着负载的增加，力矩电机输出扭矩变大，而转速变小，且其反应速度较快。本发明采用力矩电机，随着卷绕轴的半径不断增加，力矩电机负载增大，其转速变小，即卷绕轴的角速度逐渐变小，而其半径逐渐增大，故其卷绕金刚线的速度变化较小，即金刚线收线速度较稳定。

此外，本发明提供的排线装置，其包括排线轮及排线轮驱动装置，金刚线经过排线轮导向作用排布于卷绕轴，该排线轮沿卷绕轴轴向反复位移故金刚线能够螺旋缠绕至卷绕轴，且缠绕至卷绕轴的螺旋状金刚线之间的螺距可通过调节排线轮沿卷绕轴轴向位移的速度进行调节，以使得排线间距处于较合适范围之内，故本发明提供的金刚线收线系统能够有效规避金刚线卷绕间距过大或过小的问题。

本发明提供的金刚线收线系统，还包括张力控制装置，其用于控制金刚线在卷绕轴上的排线张力，该张力控制装置包括压轮及一端与压轮相连接的摆动杆，摆动杆的另一端与摆动杆驱动装置相连接，该摆动杆驱动装置用于控制压轮端的摆动角度。如此设置，通过摆动杆驱动装置控制摆动杆的摆动角度，即可控制压轮作用于金刚线上的张力。若金刚线的收线张力较小时，摆动杆驱动装置驱动压轮，增大压轮与金刚线之间的压力，以使得金刚线收线张力较大；若金刚线的收线张力较小时，摆动杆驱动装置可驱动压轮，减小压轮与金刚线之间的压力，以使得金刚线收线张力较小。故本发明提供的金刚线收线系统，可有效控制金刚线收线张力。

综上所述，本发明提供的金刚线收线系统，可有效规避在收线盘直径不断变大的情况下，收线速度、收线张力不稳定的问题及金刚线卷绕间距过大或过小的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本发明具体实施方式中金刚线收线系统结构示意图。

具体实施方式

本发明提供的金刚线收线系统，可有效规避在收线盘直径不断变大的情况下，收线速度、收线张力不稳定的问题及金刚线卷绕间距过大或过小的问题。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明具体实施方式中金刚线收线系统结构示意图。

本具体实施方式所提供的一种金刚线收线系统，包括卷绕轴11、力矩电机12、排线装置13及张力控制装置14。其中卷绕轴11用于卷绕金刚线15，卷绕轴11可与力矩电机12直接相连接，当然，也可通过传送带等动力传送装置相连接，以使得力矩电机12提供卷绕轴11转动的驱动力。排线装置13用于控制金刚线15在卷绕轴上的排布，其包括排线轮131及驱动排线轮131沿卷绕轴11的轴线方向反复位移的排线轮驱动装置132。张力控制装置14用于控制金刚线15在卷绕轴11上的排线张力，其包括压于金刚线15的压轮141及一端与压轮相连接的摆动杆142，摆动杆142的另一端与摆动杆驱动装置143相连接，该摆动杆驱动装置143用于控制压轮端的摆动角度。

本领域人员可以理解的是，力矩电机12具有如下特性：在一定的工作电压下，随着负载的增加，力矩电机12输出扭矩变大，而转速变小，且其反应速度较快。本具体实施方式采用力矩电机12，随着卷绕轴的半径不断增加，力矩电机负载增大，其转速变小，即卷绕轴的角速度逐渐变小，而其半径逐渐增大，故其卷绕金刚线15的线速度变化较小，即金刚线15的收线速度较稳定。

此外，需要说明的是，由于金刚线利用结合材料将金刚石颗粒固定在钢线表面。金刚石颗粒有部分体积露出结合材料表面。所以收线的时候线不能够紧挨着，必须空出一定的线间距，不然无论在收线过程还是在将来放线过程都会使两根线间的金刚石颗粒发生强烈摩擦和对挤，使金刚石颗粒损坏，从而影响切割质量。

鉴于此，本具体实施方式所提供的金刚线收线系统还包括排线装置13，其包括排线轮131及排线轮驱动装置132，金刚线15环绕排线轮131之后再进行落轴，由于排线轮131能够沿卷绕轴11轴向反复位移，故排线轮131具有导向作用。金刚线15经过排线轮131的导向作用排布于卷绕轴11上，该排线轮131沿卷绕轴11轴向反复位移，故金刚线15能够螺旋缠绕至卷绕轴，且缠绕至卷绕轴11的螺旋状金刚线15之间的螺距可通过调节排线轮131沿卷绕轴11轴向位移的速度进行调节，以使得排线间距处于较合适范围之内。排线轮驱动装置132可通过调节排线轮131的位移速度，使得金刚线15缠绕至卷绕轴11上的螺距为金刚线半径的三倍，当然，金刚线15缠绕至卷绕轴11上的螺距可根据具体情况具体设定，本发明不作具体限定。因此，本具体实施方式所提供的金刚线收线系统能够有效规避金刚线卷绕间距过大或过小的问题。

本发明提供的金刚线收线系统，还包括张力控制装置14，其用于控制金刚线15在卷绕轴上的排线张力，该张力控制装置14包括压轮141及一端与压轮141相连接的摆动杆142，摆动杆142的另一端与摆动杆驱动装置143相连接，该摆动杆驱动装置143用于控制压轮端的摆动角度。如此设置，通过摆动杆驱动装置143控制摆动杆142的摆动角度，即可控制压轮141作用于金刚线15上的张力。若金刚线15的收线张力较小时，摆动杆驱动装置143驱动压轮141，增大压轮141与金刚线15之间的压力，以使得金刚线15收线张力较大；若金刚线15的收线张力较小时，摆动杆驱动装置143可驱动压轮141，减小压轮141与金刚线15之间的压力，以使得金刚线15收线张力较小。故本发明提供的金刚线15收线系统，可有效控制金刚线收线张力。

综上所述，本具体实施方式所提供的金刚线收线系统，可有效规避在收线盘直径不断变大的情况下，收线速度、收线张力不稳定的问题及金刚线卷绕间距过大或过小的问题。

此外，本具体实施方式在力矩电机12上设有第一编码器121，该第一编码器121可用于监测力矩电机12的转速，进而可监测卷绕轴11的卷绕速度。

本具体实施方式的优选方案中，上述排线轮驱动装置132可具体为第一伺服电机1321及螺母丝杠装置，当然，也可为其它装置，比如，直线电机。螺母丝杠装置的丝杠1322与第一伺服电机1321相连接，即第一伺服电机1321为螺母丝杠装置的动力源。排线轮131安装于螺母丝杠装置的螺母上。需要说明的是，丝杠1322与卷绕轴11相对应，螺母1322在丝杠1321上位移时，排线轮131的位移方向与卷绕轴11的轴线方向相一致。此外，需要说明的是，排线轮131的反复位移是通过第一伺服电机1321的正反转实现的，其具体可如下述设置。

丝杠1322上可设置有与卷绕轴11的两端相对应的限位开关133，且限位开关133可通信的与第一伺服电机1321相连接。需要说明的是，限位开关133与卷绕轴11的两端相对应，系指限位开关133与卷绕轴11的收线排线两端相对齐，即当金刚线15缠绕至卷绕轴11的一端时，限位开关133发出信号至第一伺服电机1321使其反转，进而，使得金刚线15进行下一层的排线。

如此设置，当金刚线随着排线轮131到达卷绕轴11的端部时，限位开关133被触动，其立即向第一伺服电机1321发出信号，第一伺服电机1321改变旋转方向，排线轮131向相反方向位移，以进入下一层的排线工序。当金刚线15到达卷绕轴11的另一个端部时，排线轮131触动另一个限位开关133，进而使得第一伺服电机1321的转向再次发生改变。如此反复，通过第一伺服电机1321与限位开关133的共同作用，可实现卷绕轴11的自动收线工序，且可有效保证卷绕轴11上的排线精度。

为了进一步提高收线系统的自动化程度，本具体实施方式所提供的收线系统，其第一伺服电机1321与第一编码器121相连接。应当理解，第一编码器121用于监测力矩电机12的转速，如此设置，第一编码器121可将监测到的力矩电机12的转速反馈至第一伺服电机1321，第一伺服电机1321可根据力矩电机12的转速，自动调节其自身转速，进而，使得排线轮131移动速度与卷绕轴11的转速相适应，以使得金刚线15卷绕至卷绕轴11的具有较合适的螺距。

此外，本具体实施方式所提供的张力控制装置14，其压轮141的转轴上可设有压力传感器(图中未示出)，摆动杆驱动装置143可包括与压力传感器相连接的恒张力控制器(图中未示出)及与恒张力控制器相连接的第二伺服电机。

需要说明的是，恒张力控制器可预设一张力值，压力传感器能够采集压轮141的转轴压力，即能够采集金刚线15的张力，恒张力控制器内预设的张力值与压力传感器采集的金刚线15的张力进行比较，若金刚线15的张力较小，恒张力控制器发出控制信号，使得第二伺服电机动作，第二伺服电机可通过控制摆动杆142对压轮施加于金刚线15的压力进行调节，进而可实现金刚线15的张力调节。同样，若金刚线15的张力较大时，恒张力控制器可通过控制第二伺服电机进行张力调节。

如此设置，可实现金刚线15张力的自动监测和自动调节，有效节省了人力资源，同时，有效提高了金刚线15张力调节的精确度。

本具体实施方式的优选方案中，金刚线收线系统还包括测速装置16，该测速装置16可包括测速滚轮161、与测速滚轮161相连接的测速电机(图中未示出)及设置于测速电机的第二编码器。

需要说明的是，测速电机带动测速滚轮转动161转动，测速滚轮161可通过计算机程序使其边缘的线速度与金刚线15的线速度保持一致，第二编码器用于监测电机的转速，进而可监测测速滚轮161的转速。通过测得的测速滚轮161的转速和已知的测速滚轮161半径，计算装置即可计算出收线速度。

此外，需要说明的是，本具体实施方式所提供的第一编码器121与第二编码器均与计算装置(图中未示出)。如此设置，第一编码器121测得的力矩电机转速，即卷绕轴11的转速可输入至计算装置。同样第二编码器可将测得的测速滚轮161的转速输入至计算装置，以使得计算装置计算出金刚线15的线速度。且计算装置可通过卷绕轴11的转速及金刚线15的线速，计算出卷绕轴11的半径。

如此设置，本具体实施方式所提供的金刚线收线系统，可对金刚线15的收线速度及卷绕轴11的半径进行监测。

需要说明的是，第二编码器可将测得的速度信号传递给力矩电机12，力矩电机根据其提供的速度信号进行转速的调整，以使得测速滚轮161的线速度和卷绕轴11的线速度保持同步。

此外，为了使得工作人员能够方便的采集到实际收线张力、预设收线张力、收线速度等信息，本具体实施方式所提供的金刚线收线系统，还包括显示装置17，该显示装置与压力传感器、恒张力控制其及编码器等装置分别相连接，以使得实际收线张力、预设收线张力、收线速度等信息能够显示在显示装置17上。

本具体实施方式所提供的压轮141，其两侧还可设置有用于支撑金刚线15的支撑轮18。金刚线支撑于该两个支撑轮18上，当压轮141向下压金刚线15时，支撑轮18两侧的金刚线15不会受下压影响，只有二者中间位置的金刚线15被压轮141压下去。如此设置，有效提高了压轮141向下压时，金刚线15的稳定性。

此外，本具体实施方式的优选方案中，卷绕轴11及与其相对应的丝杠1322均沿竖直方向设置，且力矩电机12设置于卷绕轴11的下端。如此设置，本具体实施方式采用立式收线方式，排线轮131上下移动排线，而非卷绕轴11横放(卧式)，排线轮131横向移动排线。

需要说明的是，金刚线生产的卷绕轴11重量会有从20kg到120kg不等，加上逐渐增加的金刚线，总重量更大。如果采用卧式收线，如此重量会给力矩电机12的转轴带来很大压力，相比立式收线方式，势必要用到更好的转轴，使用成本增加。另外，长期使用后可能会使转轴慢慢变形，使得卷绕轴11转动时发生晃动，直接影响收线质量或者断线，而采用立式收线则可以很好的避免这种情况。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种金刚线收线系统，其特征在于，包括：

用于卷绕金刚线的卷绕轴；

驱动所述卷绕轴转动的力矩电机；

与所述卷绕轴对应设置的排线装置，所述排线装置包括排线轮及驱动所述排线轮沿所述卷绕轴的轴线方向反复位移的排线轮驱动装置；

设置于金刚线生产炉与所述排线装置之间的张力控制装置，所述张力控制装置包括压于金刚线的压轮、与所述压轮相连接的摆动杆及控制所述摆动杆摆动角度的摆杆驱动装置；所述力矩电机上设有用于检测所述力矩电机转速的第一编码器；所述排线轮驱动装置包括与所述第一编码器相连接的第一伺服电机及螺母丝杠装置，所述螺母丝杠装置的丝杠与所述第一伺服电机相连接且与所述卷绕轴相对应，所述螺母丝杠装置的螺母与所述排线轮相连接；且所述丝杠的两端均设有与所述卷绕轴的两端相对应的限位开关，且所述限位开关可通信的与所述第一伺服电机相连接，且所述第一编码器与所述第一伺服电机相连接。

2.如权利要求1所述的金刚线收线系统，其特征在于，所述压轮的转轴上设有压力传感器，且所述摆杆驱动装置包括与所述压力传感器相连接的恒张力控制器及与所述恒张力控制器相连接的第二伺服电机。

3.如权利要求2所述的金刚线收线系统，其特征在于，还包括测速装置与计算装置，所述测速装置包括与所述金刚线相接触的测速滚轮、与所述测速滚轮相连接的测速电机及设置于所述测速电机的第二编码器，且所述第一编码器与所述第二编码器分别连接于所述计算装置。

4.如权利要求3所述的金刚线收线系统，其特征在于，还包括显示装置，且所述显示装置与所述压力传感器、所述恒张力控制器及所述第一编码器、所述第二编码器分别连接。

5.如权利要求2所述的金刚线收线系统，其特征在于，所述压轮的两侧设有用于支撑所述金刚线的支撑轮。

6.如权利要求1-5任一项所述的金刚线收线系统，其特征在于，所述卷绕轴及与其相对应的所述丝杠均沿竖直方向设置，且所述力矩电机设置于所述卷绕轴的下端。