CN103174043A - 钨丝绳绕制机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钨丝绳绕制机，它具有机架，其机架上一端装有用于放置原丝卷筒的放线架，在放线架一侧装有将原丝合股绕制的绞捻机构，绞捻机构另外一侧依次装有机械成型机构、牵引机构和自动收线排线机构。本发明完全满足单晶炉1500℃左右工作温度下钨丝绳不受热变型的要求，使用寿命较钢丝绳成十几倍的增长（钢丝绳3~7炉次，此钨丝绳可达 50~70 炉次）。

Description

钨丝绳绕制机

技术领域

本发明属于晶体生长设备专用钨丝绳制备技术领域。

背景技术

在拉制单晶时需要一种提拉软轴，由几百根微细钨丝或不锈钢丝组成。随着拉制单晶方法和技术的提高，传统的使用不锈钢丝提拉绳已不适用高质量要求的拉制环境，其耐高温程度、承受拉力、使用寿命等已达不到现代提拉设备的要求。因此，在晶体生长设备中采用的提拉软轴最适合用右交互捻型的钨丝绳来作为提拉软轴。由于钨丝绳刚性大，具有较低的扭转应力，呈现不旋转特性、耐高温无磁性、超柔软、耐疲劳、抗腐蚀、无延伸、不松散、不缠绕、抗拉强度大等性能，从而得到广泛使用。国内目前没有专业生产钨丝绳的厂家，大部分是生产钢丝绳的单位，在通常的钢丝软轴的绞捻机构中，使用的方法是筒式绞捻机构或四连杆式绞捻机构，其缺点是设备长、占地面积大、噪声大、辅助用材多、浪费大、操作不方便，钢丝的最小直径大于0.15毫米，只能绞制较粗的钢丝绳。另外，其设备老化、绞制方式落后，原材料浪费偏大，同时，也没有直径在0.05毫米微细丝交互捻的钨丝绳的生产能力，制备工艺现状难以满足现代化制造业的要求。

随着IC行业和光伏行业对原材料单晶硅高纯度的不断要求，在制备单晶硅棒时的主要设备-单晶炉及炉内环境也提出了严格的规范，炉内单晶硅棒的提拉系统的技术及材料滞后被凸显出来。

长期以来，单晶炉提拉系统选用钢丝绳，但目前为了提高单晶硅纯度和使用寿命，以及将“有磁场”植入单晶炉内，而传统的钢丝绳，就不能应用于磁场中（造成成品单晶棒晶体方向不平行），而且钢丝绳的富Fe性和高C含量,也造成单晶硅主要杂质的超标，严重影响高纯度的要求。

钨丝绳是用于单晶炉内提拉系统中的一个重要组件，由单根丝径

不同丝径，不同捻制方法的钨丝绕制成型。

结构：7×19 7×19×7 7×19×4

规格：ø2.5mm*L ø2.2mm*L ø2.0mm*L ø1.8mm*L 。

从单晶炉生长晶体的使用过程来分析，随“单晶棒”不断的生长，6英寸单晶棒自重可达到50~75KG，8英寸自重达100~120KG，，现今，18英寸单晶棒也开始进入批量生产，自重将达到400KG以上。这样对丝绳的拉力也提出了较高的要求;再加上单晶炉内的工作温度为1500℃，钢丝绳的使用寿命也难满足用户要求;如果在拉晶过程中,钢丝绳突然中断,会造成崩锅现象,直接经济损失几十万元以上.

所以,针对“提拉系统”中软轴——丝绳的高强度、高拉力、无磁性、耐高温，优良的垂直度等技术要求，经过国外发达国家的不懈努力，美国、日本先后都研发出“钨丝绳”这种特种材料的高科技产品，国内受材料技术的制约，仍未实现自产自用。

目前，钨丝绳都是采用日本的进口产品。因此，在太阳能电池高速开发及高集成IC芯片广泛使用的今天，提供硅棒材料专用钨丝绳提拉软轴的自动化设备及先进的制备工艺是当务之急。

发明内容

本发明目的是提供一种钨丝绳绕制成形方法，以解决国内受材料技术的制约，仍未实现自产自用的技术难题。

钨丝绳绕制机，具有机架，其机架上一端装有用于放置原丝卷筒的放线架，在放线架一侧装有将原丝合股绕制的绞捻机构，绞捻机构另外一侧依次装有机械成型机构、牵引机构和自动收线排线机构。

机械成型机构和牵引机构之间装有CCD取像放大系统。

机架采用全封闭结构，且制有护窗，护窗由拉紧自锁手柄紧固并靠合页连接，带座日光灯位于护窗内。

本发明属于晶体生长设备技术领域中钨丝绳绕制，完全满足单晶炉1500℃左右工作温度下钨丝绳不受热变型的要求，，使用寿命较钢丝绳成十几倍的增长（钢丝绳3~7炉次，此钨丝绳可达 50~70 炉次）。

附图说明

图1-1为本发明结构示意图。图号说明：1-护窗、2-带座日光灯、3-机械成型机构、4-拉紧自锁手柄、5-自动收线排线机构、6-电控箱、7-机头箱、8-牵引机构、9-机架、10-CCD取像放大系统、11-绞捻机构、12-合页、13-放线架、14-操作箱。

图1-2为图1-1A向视图。

图2为本发明中CCD取像放大系统结构示意图。图号说明：

10-1-CCD，10-2-显微镜，10-3-光源，10-4-钨丝绳，10-5-显微

镜底座，10-6-座，10-7-显示器，10-8-设备外壳。

图3为机械成型机构部位放大图。

图4为机械成型机构中模具图（主视）。

图5为机械成型机构中模具图（侧视）。

图6为本发明中自动收线排线机构结构示意图。

图7为图6俯视图。

具体实施方式

如图1为钨丝绳绕制机，具有机架9，其机架9上一端装有用于放置原丝卷筒的放线架13，在放线架13一侧装有将原丝合股绕制的绞捻机构11，绞捻机构11另外一侧依次装有机械成型机构3、牵引机构8和自动收线排线机构5。机械成型机构3和牵引机构8之间装有CCD取像放大系统10。机架9采用全封闭结构，且制有护窗1，护窗1由拉紧自锁手柄4紧固并靠合页12连接，带座日光灯位于护窗1内。

如图2所示，钨丝绳绕制机CCD取像放大系统，其在钨丝绳绞捻中将被监控工作件成像，并用精密显微镜放大，其影像被投放在CCD芯片上，通过CCD将图像处理成电信息输送到显示处理系统，并放大、显示在显示器图面中。本发明中钨丝绳绕制机CCD取像放大显示方法，其是在钨丝绳绞捻中，将被监控工作件成像，并用精密显微镜放大，其影像被投放在CCD芯片上，通过CCD将图像处理成电信息输送到显示处理系统，并放大、显示在显示器图面中。CCD取像放大系统是CCD取像放大显示检测装置通过显微镜底座与钨丝绳绕制机上特定位置固定连接在一起；显微镜底座上部设有直接照在钨丝绳上的光源，显微镜上部具有CCD，CCD的芯片上与显示器相连。本身很微细的丝、股、绳被放大，使观察更方便，更直接，更清楚。有助于发现钨丝、股、绳生产过程中的瑕疵，增强了钨丝绳产品质量的保证和监控水平的提高。

在钨丝绳绕制机里增设了实现Y向圆周绞绕初步成型的机械成型机构3，绕制的钨丝绳3-6通过机械成型机构3中的机械成型模具3-7（图3、图4、图5所示）成形，根据不同钨丝绳规格可更换不同孔径的模具，此模具使绳便于成型，初步就能达到较好的稳定形状和尺寸精度，外表紧密、光滑、整齐，为下一步的最终“成品外观整形”打下一个良好的基础。导向架3-8通过调节轮3-9可以调节机械成型机构3的纵向位置，并根据不同规格的钨丝绳调节机械成型机构3与导线轴3-1的距离在2 ~25 mm之间，使绞捻顺畅，以获得最佳的整形效果。如图3、4、5所示，所述机械成型机构3具有机械成型模具3-7，该模具中间制有通孔，且该通孔两端为喇叭形扩张口，能够实现Y向圆周绞绕初步成型，和调整X向牵引过程中，螺距的定位和矫形。

图6-7给出了丝绳绕制机自动收线排线机构的具体结构,其收丝轮5固定在动力输出机构的动力输出轴上,并且一起位于一个左右移动的滑板5-3上，同时由往复驱动机构驱动滑板5-3带动收丝轮5-5往复运动。在滑板5-3上设有限制滑板左右位置的触点限位传感器5-4，触点限位传感器5-4规定位移距离，且该前后移动距离相对应的收丝轮轮轴内宽度并保持一致。在收丝轮5-5上设置有电磁刹车器5-7,且收丝轮5-5与电磁刹车器5-7同轴安装，在主轴停止的瞬间，PLC系统给电磁刹车器5-7提供刹车电源，电磁刹车器7就会锁定收丝轮。所述动力输出机构包括力矩电机5-8和减速机5-9，且减速机5-9输出轴与收丝轮5-5同轴定位。所述往复驱动机构具有一丝杠5-2，丝杠5-2通过螺纹连接件与滑板5-3连接，丝杠5-2端部固定有由步进电机驱动的同步带轮5-1。

目前，国内传统的钢丝绳绕制使用的原丝最小直径为φ0.2，而此钨丝绳绕制机采用“垂直旋转同位相结构”可以使用钨丝的最小直径能达到φ0.05mm。较细的钨丝可绕制更加柔软、更加精密、规格更广、满足更多种炉子使用的钨丝绳。

整机采用PLC（可编程序逻辑控制器）和人机界面，实现整机操作控制。动力系统：电机采用伺服控制，使得整机启动和停机平稳可靠。此机绕制的钨丝绳：耐高温. 无磁性. 超柔软. 耐磨损. 耐疲劳、

抗腐蚀. 不延伸. 不松弛. 不缠绕. 强度大。

工作原理：每根钨丝从放线轮11-1上被牵引机构8拉出后通过导轮11-2导向，由绞捻机构11合股绕制后，再经过机械成型机构3成形，在此过程中又经过CCD取像放大系统10放大，然后到自动收线排线机构5进行收线，完成整个钨丝绳的绕制过程。另外，带座日光灯2可以照明，护窗1起到了防护和便于观察的效果，护窗由拉紧自锁手柄4紧固，靠合页12连接。

Claims (9)

1.钨丝绳绕制机，具有机架（9），其特征是机架（9）上一端装有用于放置原丝卷筒的放线架（13），在放线架（13）一侧装有将原丝合股绕制的绞捻机构（11），绞捻机构（11）另外一侧依次装有机械成型机构（3）、牵引机构（8）和自动收线排线机构（5）。

2.根据权利要求1所述的钨丝绳绕制机，其特征是机械成型机构（3）和牵引机构（8）之间装有CCD取像放大系统（10）。

3.根据权利要求1或2所述的钨丝绳绕制机，其特征是机架（9）采用全封闭结构，且制有护窗（1），护窗（1）由拉紧自锁手柄（4）紧固并靠合页（12）连接，带座日光灯位于护窗（1）内。

4.根据权利要求2所述的钨丝绳绕制机，其特征是所述CCD取像放大系统（10）通过显微镜底座（10-5）与钨丝绳绕制机上的座（10-6）固定连接在一起；显微镜底座（10-5）上部设有直接照在钨丝绳（10-4）上的光源（10-3），显微镜（10-2）上部具有CCD（10-1），CCD（10-1）的芯片上与显示器（10-7）相连。

5.根据权利要求1所述的钨丝绳绕制机，其特征是所述机械成型机构（3）具有机械成型模具（3-7），该模具中间制有通孔，且该通孔两端为喇叭形扩张口。

6.根据权利要求1所述的钨丝绳绕制机，其特征是所述自动收线排线机构具有手丝轮（5-5）其收丝轮(5-5)固定在动力输出机构的动力输出轴上,并且一起位于一个左右移动的滑板(5-3)上，同时由往复驱动机构驱动滑板(5-3)带动收丝轮(5-5)往复运动。

7.根据权利要求6所述的钨丝绳绕制机，其特征是在滑板（5-3）上设有限制滑板左右位置的触点限位传感器（5-4），触点限位传感器(5-4)规定位移距离，且该前后移动距离相对应的收丝轮轮轴内宽度并保持一致。

8.根据权利要求6所述的钨丝绳绕制机，其特征是在收丝轮（5-5）上设置有电磁刹车器(5-7),且收丝轮（5-5）与电磁刹车器(5-7）同轴安装，在主轴停止的瞬间，PLC系统给电磁刹车器(5-7）提供刹车电源，电磁刹车器(5-7）就会锁定收丝轮。

9.根据权利要求6所述的钨丝绳绕制机，其特征是所述往复驱动机构具有一丝杠（5-2），丝杠（5-2）通过螺纹连接件与滑板（5-3）连接，丝杠（5-2）端部固定有由步进电机驱动的同步带轮（5-1）。

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