CN107053504B - 线切割设备及线切割方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种线切割设备和线切割方法，该线切割设备包括机架、走线系统、及切割系统，其中，切割系统可升降地设置在机架上，包括升降线架以及设置在升降线架上的多个切割辊，多个切割辊形成第一切割辊组以及第二切割辊组，第一切割辊组之间的切割线形成截断切割段，第二切割辊组之间的切割线形成开方切割段，第一切割辊组中的截断切割段和第二切割辊组中的开方切割段可同时作业，如此，可在占用空间一定的单一线切割设备中完成至少包括截断作业和开方作业的多道工序作业，节省了作业设备的占地空间，减少了工序，提升了工序作业的效率，降低了成本及降低了失误，提高了工件的成品率。

Description

线切割设备及线切割方法

技术领域

本申请涉及线切割技术领域，特别是涉及一种应用硅棒的线切割设备及线切割方法。

背景技术

在制造各种半导体、光伏器件时，将包含硅、蓝宝石、或陶瓷等硬脆材料的半导体工件切割作业为要求厚度尺寸的晶片。由于晶片切割是制约后续成品的重要工序，因而对其作业要求也越来越高。目前，多线切割技术由于具有生产效率高、作业成本低、作业精度高等特点，被广泛应用于产业的晶体切割生产中。

多线切割技术是目前世界上较为先进的晶体切割技术，它的原理是通过高速运动的金刚线对待作业晶体硅工件进行切割形成目标产品。以硅棒切割为例，一般地，大致的作业工序包括：先使用截断机对原初的长硅棒进行截断作业以形成多段短硅棒，截断完成后，又使用开方机对截断后的短硅棒进行开方作业后形成单晶硅方体，后续再使用切片机对硅方体成品进行切片作业，则得到硅片。不过，一般情况下，在相关技术中，每个工序作业所需的作业是独立布置，作业设备分散在不同的生产单位或生产车间或生产车间的不同生产区域，执行不同工序作业的工件的转换需要进行搬运调配，这样，工序繁杂，效率低下，需更多的人力或转运设备，安全隐患大，另外，各个工序的作业设备之间的流动环节多，在工件转移过程中提高了工件损伤的风险，易产生非生产因素造成的不合格，降低了产品的合格率及现有的加工方式所带来的不合理损耗，是各个公司面临的重大改善课题。

发明内容

鉴于以上所述的种种缺失，本申请的目的在于公开一种线切割设备及线切割方法，用于解决相关技术中存在的切割效率低下等问题。

为实现上述目的及其他目的，本申请在一方面公开一种线切割设备，包括：机架；走线系统，设置在所述机架上，包括经由贮丝筒进行收放作业的切割线及用于对所述切割线的进行导向的多个导线轮；切割系统，可升降地设置在所述机架上，包括升降线架以及设置在所述升降线架上的多个切割辊，所述多个切割辊形成第一切割辊组以及第二切割辊组，所述第一切割辊组之间的切割线形成截断切割段用于对工件进行截断作业，所述第二切割辊组之间的切割线形成开方切割段用于对工件进行开方作业。

本申请公开的线切割设备，包括：机架、走线系统、及切割系统，而所述切割系统更包括第一切割辊组和第二切割辊组，其中，在第一切割辊组之间的切割线形成截断切割段，在第二切割辊组之间的切割线形成开方切割段，第一切割辊组中的截断切割段和第二切割辊组中的开方切割段可同时作业，如此，可在占用空间一定的单一线切割设备中完成至少包括截断作业和开方作业的多道工序作业，节省了作业设备的占地空间，减少了工序，提升了工序作业的效率，降低了成本及降低了失误，提高了工件的成品率。

在某些实施方式中，所述第二切割辊组包括四个切割辊对，绕于所述四个切割辊对的切割线形成两两相对的四个开方切割段。

在某些实施方式中，所述截断切割段与所述开方切割段位于同一水平高度。

在某些实施方式中，所述线切割设备还包括工作台，所述工作台设有工件截断工位、工件翻转工位、工件定位工位、工件开方工位、以及卸件工位。

在某些实施方式中，所述切割系统还包括工件输送装置，用于将待截断的工件以第一放置状态予以输送至工件截断工位；所述工件输送装置的一端位于所述截断切割段的下方以使所述截断切割段将所述输送装置上的待截断的工件按照预设长度进行截断。

在某些实施方式中，所述切割系统还包括工件翻转装置，衔接所述工件输送装置，用于将截断后的工件由第一放置状态翻转至第二放置状态，使得处于第二放置状态的截断后的工件位于工件翻转工位。

在某些实施方式中，所述工件翻转装置包括：翻转件，用于承载截断后的工件并将所述工件由第一放置状态翻转至第二放置状态；限位件，设于所述翻转件上，用于对截断后的工件予以限位。

在某些实施方式中，在所述工作台上设有工件转送装置，用于将工件从工件翻转工位依序转送于工件定位工位、工件开方工位、及卸件工位。

在某些实施方式中，所述工件转送装置包括X向导轨、Y向导轨以及可在所述X向导轨或Y向导轨上行进的工件载台。

在某些实施方式中，所述工件定位工位处设有工件校准机构。

在某些实施方式中，所述卸件工位处设有卸件机构。

本申请在另一方面提供一种线切割方法，包括：将以第一放置状态放置的待截断的工件进行输送，并对完成输送的待截断的工件进行截断，形成第一工件；将所述第一工件予以转送并以第二放置状态予以放置；对以第二放置状态放置的所述第一工件进行开方，同时对再次完成输送的待截断的工件进行再次截断，形成第二工件。

在某些实施方式中，所述线切割方法还包括：将完成截断的第一工件由第一放置状态翻转至第二放置状态。

本申请公开的线切割方法，包括：先对待截断的工件进行截断作业以形成第一工位；再将截断后的第一工件予以移送进行开方作业，与此同时，将待截断工件进行再次截断作业以形成第二工件，如此，可实现截断作业和开方作业的同时进行，且对于同一工件而言，在进行截断作业之后即可在后续进行开方作业，实现多个工序作业的无缝连续，减少了工序，提升了工序作业的效率，降低了成本及降低了失误，提高了工件的成品率。

附图说明

图1为本申请线切割设备在第一视角下的立体示意图。

图2为本申请线切割设备在第二视角下的立体示意图。

图3为本申请线切割方法的在一实施例中的流程示意图。

图4至图9为本申请线切割设备在某一实例中执行工件切割作业过程中的状态示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。

请参阅图1至图9。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本申请可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本申请可实施的范畴。

本申请的发明人发现，在相关的针对硅棒的切割作业技术中，涉及的截断作业和开方作业是独立布置，作业设备分散在不同的生产单位或生产车间或生产车间的不同生产区域，执行不同工序作业的工件的转换需要进行搬运调配，存在工序繁杂及效率低下等问题。有鉴于此，本申请提出了一种线切割设备和线切割方法，通过设备改造，提供能至少实现截断作业和开方作业的复合型切割系统，如此，可在占用空间一定的单一线切割设备中完成至少包括截断作业和开方作业的多道工序作业，节省了作业设备的占地空间，减少了工序，提升了工序作业的效率，降低了成本及降低了失误，提高了工件的成品率。

请参阅图1和图2，显示为本申请线切割设备在一实施方式中的结构示意图，其中，图1为本申请线切割设备在第一视角下的立体示意图，图2为本申请线切割设备在第二视角下的立体示意图。本申请线切割设备可用于对包含多晶硅或单晶硅的硅锭或硅棒、蓝宝石、玻璃或陶瓷等硬脆材料的半导体工件进行切割作业，以切割成合规的结构(或者说去除不符合规范的部分)，比如以切割单晶硅棒为例，大致的作业工序包括：先对原初的长硅棒进行截断作业以形成多段短硅棒，截断完成后，再对截断后的短硅棒进行开方作业后形成合规的单晶硅方体。在以下实施例中，我们选择含硅的晶体硅工件的切割作业来予以说明，所述晶体硅工件既可以是单晶硅棒也可以多晶硅棒，应都属于本申请的主张的范围。

结合图1和图2，本申请线切割设备包括：机架1、走线系统、切割系统5，其中，所述的切割系统5为复合型切割系统，能至少实现截断切割和开方切割。

机架1为用于设置多线切割设备工作必要装置，比如机械机构、电气控制系统及数控设备的载体。

走线系统则是设置在机架1上。在本实施例中，走线系统包括经由贮丝筒31进行收放作业的切割线33及用于对切割线33的进行导向的多个导线轮35。当然，所述走线系统还可包括调整切割线33张力的张力检测部件及张紧轮等。

所述张紧轮用于调整切割线的张力，可以减少切割线的断线概率，减少耗材。在切割作业中，切割线33的作用举足轻重，但即便最好的切割线，其延伸度及耐磨度也是有限度的，也就是说切割线在往复运动中会逐渐变细，直至最终被拉断。因此，现在的线切割设备一般都会设计切割线张力补偿机构，用于弥补切割线往返行走中的延伸度，采用张紧轮即是一种实施手段，其实现方式可以采用中国专利200910199387.7(发明名称：金刚线开方机的张力调整机构)中描述的张力调整机构；亦可采用如中国专利201210037692.8(发明名称：双向金刚线硅棒截断机)中描述的由贮丝筒将切割线张力吸收的方式；还可以采用中国专利201410245524.7(发明名称：多线切割设备及其张力调整机构)中描述的实时感测牵引组件与贮丝筒(绕线筒)之间的切割线的张力和牵引组件与切割区之间金刚线的张力并可根据感测的张力值而分别对绕线筒上的金刚线的张力和切割区的金刚线的张力进行调整的方式。

切割线33可以为钢线，也可以为由金刚石等的微小硬颗粒镶嵌在切割钢线上形成的金刚线，也可以采用如中国专利201620281204.1(发明名称：金刚线及多线切割设备)中描述的金刚线，即，所述金刚线包括：钢丝，所述钢丝分为间隔设置的至少两类切割区段；分别镀设于至少两类切割区段的至少两类金刚石层，各个所述金刚石层的颗粒级数不同。

在选为金刚线的具体实施例中，为避免缠绕在贮丝筒上的金刚线因高速走线产生的不可避免的摩擦而导致磨损，所述金刚线在贮丝筒上的缠绕可以优选为单层缠绕。针对金刚线在贮丝筒上的缠绕方式，可以采用中国专利200910197800.6(发明名称：金刚线截断机的贮丝筒排丝机构)中描述的贮丝筒排丝机构。

导线轮35用于对切割线33进行引导，在具体实现方式上，导线轮35可包括横向导线轮、纵向导线轮、以及斜向导线轮等，它们在安装时可根据切割线33的走线方式而设置在不同的安装结构上以实现引导切割线33的功效。

切割系统5可升降地设置在机架1上。在本实施例中，切割系统5包括升降线架51以及设置在升降线架51上的多个切割辊，其中，升降线架51可相对机架1作升降运动，所述的多个切割辊形成第一切割辊组以及第二切割辊组。

请参阅图1和图2，在本实施例中，将形成第一切割辊组的切割辊标识为531，将形成第二切割辊组的切割辊标识为532，所述第一切割辊组之间的切割线形成截断切割段533，所述第二切割辊组之间的切割线形成开方切割段534，截断切割段533用于对工件(工件可例如为硅棒)进行截断作业，开方切割段534则用于对工件(工件可例如为硅棒)进行开方作业。另外，由图1和图2可知，导线轮35既可以设置机架1上邻近于贮丝筒31和张紧轮，也可以设置在升降线架51上邻近于第一切割辊组中的切割辊531和邻近于第二切割辊组中的切割辊532。

在一可选实施例中，升降线架51可通过一升降机构可升降地设置在机架1上，所述升降机构可包括有由升降电机(未显示)驱动的丝杆机构(未显示)、升降导轨、以及升降滑块等可实现升降线架51进行垂向位移的机构，其中，升降导轨竖向设置于机架1上，升降滑块设置于升降线架51的背部且与升降导轨相配合。在升降电机(该升级电机可例如为伺服电机)及丝杆的驱动下，可实现升降线架51借助升降导轨和升降滑块升降于机架1。针对升降线架1的垂向位移的机构可以采用中国专利200910197802.5(发明名称：具有立柱式机架的金刚线截断机)中采用由驱动电机旋转时带动丝杆旋转，藉由丝杆带动所述升降线架或称之为切割辊架上升或下降的方式，当然，亦可采用本领域技术人员通过阅读本申请能够不经创造性劳动即可实现的其他方式。

本申请线切割设备还包括工作台2。在本实施例中，工作台2至少设有工件截断工位和工件开方工位，其中，在工件截断工位处可设置工件输送装置4。工件输送装置4用于将待截断的工件以第一放置状态予以输送至工件截断工位。以工件为硅棒为例，工件所采用的第一放置状态指的是硅棒90采用的是横向放置状态，即，硅棒90的轴线呈水平状态或近似于水平状态。利用工件输送装置4可驱动硅棒90沿着其轴向进行输送。

在本申请的一种实施方式中，工件输送装置4包括用于承载待截断的硅棒90并驱动待截断的硅棒90沿着轴向进行输送的输送组件及用于控制所述承载组件的控制组件。在一实施例中，所述输送组件可采用转送带组件，该传送带组件可包括传送链条42以及间隔布设于传送链条42上的多个承载单元44，每一个承载单元44可采用例如滚轮对结构，进一步地，每一个滚轮对结构可包括底座41以及设置于底座41的相对两侧的两个滚轮43，滚轮43是用于直接接触于承载的硅棒90。两个滚轮43可为竖直设置也可呈角度设置，在呈角度设置的方式中，滚轮43更可通过滚轮安装板而呈角度设置于底座41上。所述控制组件则可包括驱动齿轮46和驱动电机(未图示)，驱动齿轮46可被设置于传动链条42的相对两侧，驱动齿轮46可与传动链条42相啮合，如此，驱动齿轮46在驱动电机的驱动下发生转动以带动啮合的传动链条42行进，如此，传动链条42上承载单元44承载的硅棒90就沿着轴向进行输送直至前移距离符合设定要求或到达预定位置。上述工件输送装置4仅为一示例性说明，并非用于限制本发明的保护范围。例如，针对硅棒90输送的工件输送装置亦可参阅中国专利201610345643.9.(发明名称：硅棒截断机及截断方法)中采用滚轮组件以及用于控制滚轮组件的电机组件，滚轮组件包括多个滚轮对，每一个滚轮对均包括相对设置的两个滚轮以及连接两个滚轮的转动轴，利用电机组件驱动滚轮组件中的滚轮发生转动，利用滚轮与硅棒之间摩擦力，由滚轮转动来摩擦带动硅棒沿轴向进行输送。再有，在其他实施例中，所述输送组件也可采用例如具有较大摩擦力的输送带，利用输送带带动输送带上的待截断的硅棒90前移。如前所述，切割系统5中的截断切割段533用于对作为工件的硅棒90进行截断作业，因此，截断切割段533一般是正对于工件输送装置4所承载的待截断的硅棒90，通常地，截断切割段533是位于工件输送装置4的上方且对应于待截断的硅棒90的截断位置。

在本实施例中，切割系统5中截断切割段533的数量可为至少一个(即，第一切割辊组包括一个切割辊对)，以一个为例，那么，在切割系统5中，配置有截断安装架51，在截断安装架51上设置间距的两个切割辊53(这两个切割辊53构成一个切割辊对)，绕于两个切割辊53之间的切割线即形成截断切割段533。一般地，截断切割段533相对于工件输送装置4的对应位置即为截断位置，在本实施例中，可以采用这样的设计：将截断切割段533所对应的截断位置设定为工件输送装置4中的一末端，即，工件输送装置4中的一末端(在以下描述中，这一末端就被称为截断端)是恰好位于截断切割段533的下方，如此，待截断的硅棒90中相对于工件输送装置4的截断端而突出的那一部分就会被截断切割段533切割截断后而形成硅棒截段91。当然，截断位置也不可作其他的变化，仍属于本申请的保护范围。再者，当截断切割段533的数量为多个时(即，第一切割辊组包括多个切割辊对)，那么可以设置有多个安装架，相邻两个安装架的间距则被设定为要截断形成的硅棒截段的长度，工件输送装置4上则设有对应于各个截断切割段533的多个截断位置，以使工件输送装置4上待截断的硅棒90按照预设长度进行截断。

另外，工件输送装置4还可包括限位件45，限位件45设于工作台2或机架1上，用于对待截断的工件进行限位。以工件为硅棒90为例，限位件45更可包括：可升降地设于机架1上的升降座以及设于升降座上的压制块或压制板。

在本申请的一种实施方式中，当需要对工件输送装置4上的待截断的硅棒90进行限位时，通过驱动电机(例如伺服电机)或手动操作驱动升降座升降于机架1并朝向待截断的硅棒90移动，直至压制块或压制板能以一定的压制力压制于硅棒90，避免硅棒90发生例如左右摇晃、自转动等不稳定作动。针对限位件45的实现升降于机架1的升降机构则可参考前述实现升降线架51升降于机架1的升降机构的描述，当然，由于限位件45升降于机架1的目的主要在于限位于硅棒90，其对精度的要求是略逊于升降线架51的升降精度要求，因此，针对限位件45的实现升降于机架1的升降机构相对具有更大的结构或组件选择性。

工作台2还设有工件翻转工位，所述工件翻转工位是邻近于工件截断工位。切割系统5还包括工件翻转装置6，工件翻转装置6衔接工件输送装置4，用于将截断后的工件由第一放置状态翻转至第二放置状态，使得处于第二放置状态的截断后的工件位于工件翻转工位。在本实施例中，工件9仍以硅棒为例，工件翻转装置6用于将截断后的工件由第一放置状态翻转至第二放置状态，使得处于第二放置状态的截断后的工件位于工件翻转工位，具体指的是：工件翻转装置6用于将截断后的硅棒90由横向放置状态翻转至竖向放置状态，使得处于竖向放置状态的截断后的工件位于工件翻转工位。

为此，工件翻转装置6更可包括翻转件61和限位件63。翻转件61用于承载截断后的工件并将所述截断后的工件由第一放置状态翻转至第二放置状态。限位件63，设于所述翻转件61上，用于对截断后的工件予以限位，以确保截断后的工件在被翻转件61进行翻转时的稳固。

进一步地，翻转件61更可包括：支座611及翻转承载板613，支座611设于工作台2上；翻转承载板613可通过例如转动轴转动连接于支座611以可相对于支座611作翻转动作。限位件63更可包括：可升降地设于翻转承载板613上的升降座以及设于升降座上的压制机构，比如压制块或压制板。

在本申请的一实施例中，仍以硅棒90为例，当需要利用工件翻转装置6对承载在截断后的硅棒截段91进行翻转动作时，首先，通过驱动电机(例如伺服电机)或手动操作驱动限位件63中的升降座升降于翻转承载板613并朝向截断后的硅棒截段91移动直至限位件63中的压制块或压制板能以一定的压制力压制于硅棒截段91；接着，通过驱动电机(例如伺服电机)或手动操作驱动翻转承载板613及限位件63相对支座611作翻转动作(例如，翻转承载板613由水平状态翻转至竖直状态)，使得驱动翻转承载板613上承载的硅棒截段91由横向放置状态翻转至竖向放置状态并竖向放置于工件翻转工位处；后续，通过驱动电机(例如伺服电机)或手动操作驱动限位件63中的升降座和压制块或压制板升降于支座611并背离截断后的硅棒截段91以释放硅棒截段91。针对限位件63的实现升降于翻转承载板613的升降机构则可参考前述实现限位件45升降于机架1的升降机构的描述，在此不再赘述。驱动翻转承载板613作翻转动作，则可利用驱动电机(例如伺服电机)或手动操作驱动转动轴转动，由转动轴转动来带动翻转承载板613作翻转动作。

本申请线切割设备还提供有工件转送装置，至少用于将工件从工件翻转工位转送至工件定位工位。

如图2所示，在本实施例中，工件转送装置7设于工作台2上，工件转送装置7更包括X向导轨71、Y向导轨73以及可在所述X向导轨71或Y向导轨73上行进的工件载台75。在一种可选实施例中，对于工件转送装置7而言，X向导轨71固定铺设于工作台2上，Y向导轨73滑设于X向导轨71之上，工件载台75滑设于Y向导轨73之上，工件载台75通过X向导轨71和Y向导轨73而在工作台2作平面移动。更具体地，X向导轨固定铺设于工作台2上，X向导轨71的下方设有枕台72。Y向导轨73滑设于X向导轨71，Y向导轨73是设置于滑座74上，滑座74的底部设有与X向导轨71配合的滑块741。工件载台75滑设于Y向导轨73之上，工件载台75的底部设有与Y向导轨73配合的滑块751。工件载台75通过X向导轨71和Y向导轨73而在工作台2作平面移动，更具体指：滑座74及Y向导轨73和工件载台75是通过X向移位机构实现沿着X向导轨71移动，工作载台75是通过Y向移位机构实现沿着Y向导轨73移动。X向移位机构在一种可选实施例中包括：驱动电机、齿轮、以及齿条，所述齿条可沿着X向导轨71布设，所述齿轮设置于滑座74的底部且与所述齿条啮合，由所述驱动电机驱动所述齿轮转动以此可带着滑座74沿着X向导轨71移动。X向移位机构在另一种可选实施例中包括：驱动电机和丝杆，所述丝杆可沿着X向导轨71布设，所述驱动电机可驱动丝杠旋转，藉由丝杆旋转来带动滑座74沿着X向导轨71移动。Y向移位机构在一种可选实施例中包括：驱动电机、齿轮、以及齿条，所述齿条可沿着Y向导轨73布设，所述齿轮设置于工件载台75的底部且与所述齿条啮合，由所述驱动电机驱动所述齿轮转动以此可带着工件载台75沿着Y向导轨移动。Y向移位机构在另一种可选实施例中包括：驱动电机和丝杆，所述丝杆可沿着Y向导轨73布设，所述驱动电机可驱动丝杠旋转，藉由丝杆旋转来带动工件载台75沿着Y向导轨73移动。在实际应用中，上述X向移位机构和Y向移位机构可灵活搭配使用。

工件转送装置7仍可作其他变化，在另一种可选实施例中，Y向导轨73固定铺设于工作台2上，X向导轨71滑设于Y向导轨73之上，工件载台75滑设于X向导轨71之上，工件载台75通过Y向导轨73和X向导轨71而在工作台2作平面移动。更具体地，Y向导轨固定铺设于工作台2上，X向导轨71的下方设有枕台72。X向导轨71滑设于Y向导轨73，X向导轨71是设置于滑座74上，滑座74的底部设有与Y向导轨73配合的滑块741。工件载台75滑设于X向导轨71之上，工件载台75的底部设有与X向导轨71配合的滑块751。

在实际应用中，当需要利用工件转送装置7将截断后的硅棒截段91自工件翻转工位转送至工件开方工位时，首先，利用工件转送装置7将竖向放置的硅棒截段91定位于工件载台75上；接着，根据工件开方工位的位置，利用驱动电机(例如伺服电机)或手动操作驱动工件载台75通过X向导轨和Y向导轨73而在工作台2作平面移动直至移动至工件开方工位。

再请参阅图2中显示的切割系统5，切割系统5是对应于工作台2的工件开方工位。以工件为完成截断的硅棒截段91为例，切割系统5中的升降线架51、设于升降线架51上形成第二切割辊组的切割辊532、以及绕于第二切割辊组之间的开方切割段534位于工件开方工位的上方。设于升降线架51上的第二切割辊组可包括至少一个切割辊对，一般地，在实际应用中，第二切割辊组中切割辊对的数量至少为一对(两个)或两对(四个)。

具体来讲，在一种可选实施中，第二切割辊组包括一对切割辊对，所述一对切割辊对包括相对设置的两个切割辊对，这两个切割辊对分列于升降线架51的左右两侧(或前后两侧)，第一切割辊对包括前后(或左右)设置的两个切割辊532，两个切割辊532之间绕有第一开方切割段534，第二切割辊对包括前后(或左右)设置的两个切割辊532，两个切割辊532之间绕有第二开方切割段534，第一开方切割段534与第二开方切割段534并行设置。

在另一种可选实施例中，第二切割辊组包括两对切割辊对，即，第一对切割辊对和第二对切割辊对。所述第一对切割辊对包括第一切割辊对和第二切割辊对，分列于升降线架51的左右两侧，第一切割辊对包括前后设置的两个切割辊532，两个切割辊532之间绕有第一开方切割段534，第二切割辊对也包括前后设置的两个切割辊532，两个切割辊532之间绕有第二开方切割段534，第一开方切割段534与第二开方切割段534并行设置。所述第二对切割辊对包括第三切割辊对和第四切割辊对，分列于升降线架51的前后两侧，第三切割辊对包括左右设置的两个切割辊532，两个切割辊532之间绕有第三开方切割段534，第四切割辊对也包括左右设置的两个切割辊532，两个切割辊532之间绕有第四开方切割段534，第三开方切割段534与第四开方切割段534并行设置。这样，第一切割辊对中的第一开方切割段534、第二开方切割段534和第二切割辊对中的第三开方切割段534、第四开方切割段534中的任意相邻两条开方切割段相互垂直，四条开方切割段534所圈定的部分即构成矩形形状。

需特别说明的是，在前述说明中，第二切割辊组中既可以包括一对切割辊对(左右设置或者前后设置)也可以包括两对切割辊对(左右设置的第一对切割辊对和前后设置的第二对切割辊对)，不过，针对一对切割辊对和两对切割辊对而言，工件载台75的结构会略有不同。特别地，针对一对切割辊对，要将硅棒截段91进行开方就需要两次切割步骤，且在第一次切割之后，再次调整硅棒截段91的切割位置。

在一较佳实施例中，可将工件载台75设置为旋转式结构，如此，就可顺利地将硅棒截段91进行旋转(例如旋转90°)，从而使得那一对切割辊对中的两条开方切割段534能对旋转后的硅棒截段91进行第二次切割，完成硅棒截段91的开方。相较而言，配置两对切割辊对(四个切割辊对)的第二切割辊组要比配置一对切割辊对(两个切割辊对)的第二切割辊组的开方效率更高，且，配置两对切割辊对(四个切割辊对)的第二切割辊组能与第一切割辊组配合度更佳，仅需切割系统5中的升降线架51执行单次升降动作即可同时完成(利用第一切割辊组)截断作业和(利用第二切割辊组)开方作业。

还需指出的是，在切割系统5中，第一切割辊组和第二切割辊组均配置于升降线架51，第一切割辊组中的截断切割段533的设置高度与第二切割辊组中的开方切割段534的设置高度要协调好，即，得确保：升降线架51相对机架1下降移动，第一切割辊组中的截断切割段533将待截断的硅棒90完全截断的情形下能确保第二切割辊组中的开方切割段534下降至待开方的硅棒截段91的底部以完成开方(也可以说：第二切割辊组中的开方切割段534下降至待开方的硅棒截段91的底部完成开方的情形下能确保第一切割辊组中的截断切割段533将待截断的硅棒90完全截断)，因此，在一种可选实施例中，第一切割辊组中的截断切割段533是与第二切割辊组中的开方切割段534位于同一水平高度。当然，上述仅为一种示例性说明，只要能实现切割系统5中的升降线架51执行单次升降动作即可同时完成(利用第一切割辊组)截断作业和(利用第二切割辊组)开方作业，则第一切割辊组中的截断切割段533与第二切割辊组中的开方切割段534并不以此为限。

为使得通过工件转送装置7在转送工件以及开方作业过程中能确保工件不会挪动或倾倒，在本实施例中，工件转送装置7还包括设于工件载台75上的工件定位结构76。

如前所述，一方面，以工件为截断完成后的硅棒截段91为例，硅棒截段91借助工件翻转装置由水平放置状态翻转为竖向放置状态，而在竖向放置状态下，将硅棒截段91进行水平转送易发生倾覆；另一方面，在工件开方工位处，由切割系统5中的开方切割段534对竖向放置状态下的硅棒截段91进行开方作业，在开方作业中，竖向放置中的硅棒截段91在开方切割段534的作用下易发生倾覆。由此，工件定位结构76可例如为硅棒夹具，该硅棒夹具包括底托，用于供硅棒截段91放置后被稳固定位。其实，工件定位结构76除了上述的底托之外，在所述底托的外周另可设置若干夹爪(未图示)。

在本实施例中，由于在后续开方作业中，是需要将硅棒截段91由初始的圆形截面切割为类矩形截面，即，要将硅棒截段91沿着硅棒轴向方向切割出两两平行的四个切割平面。

有鉴于此，在本实施例中，底托具有四个托瓣(相邻两个托瓣之间开设有冗余缝)，所述底托可开设有多条冗余缝，这些冗余缝具有至少以下作用：这些冗余缝的位置是对应于切割系统5中的各条开方切割段534，在进行开方作业时，由开方切割段534在升降线架51的带动下进入硅棒截段91并沿硅棒截段91的轴向方向切割硅棒截段91直至从对应的冗余缝穿过后到达硅棒截段91的末端，从而可将硅棒截段91的边料完全切割下后形成类矩形的硅棒开方体92。与之相应地，所述夹爪的数量优选为四个(在本实施例中，由于是需要将硅棒截段91由初始的圆形截面切割为类矩形截面，如此，要将硅棒截段91沿着硅棒长度方向切割出四个两两平行的切割平面，因此，各个夹爪的数量可为四个)，它们分别自底托的底部向上延伸出。

在一种情形下，对于夹爪的设置，夹爪可设计为具有弹性的弹性夹爪且夹爪是啮合连接于底托的底部(夹爪的连接端设置有齿盘，底托的底部设有与齿盘啮合的齿盘调节柱，齿盘调节柱上设计有多节调节齿。通过齿盘调节柱的上下运动即可控制夹爪的开合)。如此，当硅棒截段91置放于底托时，硅棒截段91抵靠于底托且确保硅棒截段91与底托同心，这时，夹爪可很好地夹固住硅棒截段91底部。再有，为了防止夹爪剐蹭划伤硅棒截段91，夹爪与硅棒截段91接触的部位为圆滑设计或者在夹爪中要与硅棒接触的内表面增设缓冲垫。当然，硅棒夹具仅是一种较佳实施例，但底部定位件并不以此为限，在其他实施例中，底部定位件也可以是气动吸盘或者涂覆有粘结剂的粘结连接面，应同样具有将硅棒截段91稳固于工作载台75上的效果。

实际上，除了前述的底托和若干夹爪之外，所述工件定位结构还可包括顶部压紧件，用于压紧硅棒截段91的顶部。在本实施中，顶部压紧件设置于升降线架51上，可包括：活动设置的轴承以及设置于所述轴承底部的压紧块，所述轴承受一驱动装置驱动而上下活动，所述压紧块与硅棒截段91适配(例如，压紧块可以是与硅棒截段91的截面尺寸相适配的圆饼形压块或者是具有一定形变量的弹性压块)。所述轴承受驱动装置的驱动而向下活动，使得所述轴承底端的压紧块下压于硅棒截段91的顶部。

针对前述夹爪和顶部压紧件的设置及应用说明，可采用中国专利201610345677.8(硅棒开方机)中描述的相关技术方案。

这样，通过所述工件定位结构中的底托和若干夹爪和顶部压紧件的相互配合，可将待切割的硅棒截段91稳固于工作载台75上，确保了硅棒截段91在开方切割作业中的稳定性及切割面的平整度。

工作台2还设有工件定位工位，所述工件定位工位是位于所述工件翻转工位和所述工件开方工位之间，且，所述工件定位工位是邻设于工件转送装置7且位于工件转送装置7转送工件的转送路径上。在所述工件定位工位处设有工件校准机构8，用于对进行开方作业之前的工件进行位置校准。

如图2所示，在本实施例中，工件校准机构8包括支架81和设于支架81上的校准调整件83。校准调整件83可例如为一对夹持臂或多对夹持臂，任一对夹持臂中的两个夹持臂活动设于支架81，这样，这两个夹持臂通过相对于支架81活动而实现相互靠近(夹合作动)和相互背离(张开作动)，其中，两个夹持臂是对称设置且两个夹持臂的对称中心即为一标准中心点。在一对夹持臂相对的内臂面(即，与工件接触的夹持面)上可增设缓冲垫(例如通过黏贴等方式)，以避免跟工件直接接触而产生损伤。

在实际应用中，以工件为待开方的硅棒截段91为例，在进行校准时，是由工件转送装置7中工件载台75将承载着的硅棒截段91通过X向导轨71和Y向导轨自工件翻转工位转送至工件定位工位，此时，由工件校准机构8中作为校准调整件83的夹具作夹合动作，在夹合作动下驱动硅棒截段91调整位置(由于硅棒截段91是落位于工件载台75上的，而工件载台75可灵活地在X向导轨71和Y向导轨73上移动，因此，在夹具的推动下，工件载台75及其上的硅棒截段91能顺畅地完成位置调整)，直至使得硅棒截段91的轴心对应于标准中心点(由于硅棒截段91基本呈圆柱形，因此当作为校准调整件83的夹具最后对称夹合于硅棒截段91之后，基本可确保能实现定中心目的)，完成校准工作。在完成校准工作之后，作为校准调整件83的夹具作张开动作以释放硅棒截段91，工件载台75将承载着的硅棒截段91通过X向导轨71和Y向导轨自工件定位工位转送至工件开方工位。

工作台2还设有卸件工位，所述卸件工位是邻设于工件转送装置7且位于工件转送装置7转送工件的转送路径上。在所述卸件工位处设有卸件机构9，用于对完成开方作业之后的工件进行卸料。

如图2所示，在本实施例中，卸件机构9可包括：机壳、活动连接于机壳的机械伸缩臂(机械伸缩臂可沿垂向的Z轴上下伸缩)、设置于机械伸缩臂端部的卸料件，利用卸料件可抓取待卸料的工件。卸料件可例如为吸附部件，卸料件的端部具有真空吸附腔或吸盘，据此吸附住待卸料的工件(例如，待卸料的工件为经开方后的硅棒开方体92，则，卸料件中的真空吸附腔正对硅棒开方体92的其中一个侧面并据此吸附住硅棒开方体92)。

前述的卸件机构的结构、设置方式及其运作形态并不以此为限，在其他实施例中，卸件机构仍可作其他的变化，例如，卸件机构可采用机械手，所述机械手用于抓取工件的卸料件可为夹持件，所述夹持件包括一对可张合的夹持臂，这一对夹持臂受控而作张合动作，并在合拢时夹持住工件及在张开时释放工件。进一步地，所述夹持件的形态可根据所需抓取的工件的类型及尺寸规格而有不同变化。优选地，在一对夹持臂相对的内臂面(即，与工件接触的夹持面)上可增设缓冲垫(例如通过黏贴等方式)，以避免跟工件直接接触而产生损伤。

本申请公开的线切割设备，包括：机架、走线系统、及切割系统，而所述切割系统更包括第一切割辊组和第二切割辊组，其中，在第一切割辊组之间的切割线形成截断切割段，在第二切割辊组之间的切割线形成开方切割段，第一切割辊组中的截断切割段和第二切割辊组中的开方切割段可同时作业，如此，可在占用空间一定的单一线切割设备中完成至少包括截断作业和开方作业的多道工序作业，节省了作业设备的占地空间，减少了工序，提升了工序作业的效率，降低了成本及降低了失误，提高了工件的成品率。

本申请还提供了一种线切割方法，以用于对相应的工件进行截断作业和开方作业。请参阅图3，其显示了本申请线切割方法的在一实施例中的流程示意图。如图3所示，本申请线切割方法包括如下步骤：

步骤S101，将以第一放置状态放置的待截断的工件进行输送，并对完成输送的待截断的工件进行截断，形成第一工件。

在本实施例中，将待截断的工件以第一放置状态进行输送是通过工件输送装置完成的，工件输送装置将以第一放置状态放置的待截断的工件予以输送并根据产品规格而移动规定距离，使得工件的截断位置能在移动后恰好位于线切割设备中第一切割辊组的截断切割段的下方，完成工件的输送。后续，对完成输送的待截断的工件进行截断，则是由第一切割辊组的截断切割段下移并对应于工件的截断位置进行切割直至完全截断以形成第一工件。

以工件为硅棒为例，在步骤S101中，硅棒在横向放置状态由工件输送装置予以输送，使得硅棒的截断位置位于工件输送装置的端侧以位于第一切割辊组的截断切割段533的下方，下降第一切割辊组，由第一切割辊组中的截断切割段对作为工件的硅棒进行切割，截断下来的那一段就形成作为第一工件的硅棒截段。

步骤S103，将第一工件予以转送并以第二放置状态予以放置。

在本实施例中，将第一工件予以转送并以第二放置状态予以放置，包括：将第一工件由第一放置状态转换为第二放置状态；将第一工件予以转送。将第一工件由第一放置状态转换为第二放置状态是通过工件翻转装置完成的，承接前述第一工件为经截断后的硅棒截段，利用工件翻转装置，可将作为第一工件的硅棒截段由横向放置状态转换为竖向放置状态。将第一工件予以转送则是通过工件转送装置完成的，利用工件转送装置，可使得竖向放置的作为第一工件的硅棒截段在水平面内移动。在这里，工件转送装置转送第一工件指的是将竖向放置状态中的硅棒截段91转送至工件开方工位。当然，在实际应用中，利用工件转送装置将硅棒截段91转送至工位开方工位之前还包括预先将作为第一工件的硅棒截段91转送至工件定位工位，在工件定位工位处，由工件校准机构对待开方的硅棒截段91进行位置校准，使得硅棒截段91的轴心对应于标准中心点。

步骤S105，对以第二放置状态放置的第一工件进行开方，同时对再次完成输送的待截断的工件进行再次截断，形成第二工件。

在本实施例中，对以第二放置状态放置的第一工件进行开方是由第二切割辊组中的开方切割段下移并对第一工件进行开方，对待截断的工件进行再次截断是由第一切割辊组的截断切割段下移并对应于工件的截断位置进行切割直至完全截断以形成第二工件。第一切割辊组及其截断切割段和第二切割辊组及其开方切割段均配置于一升降线架，因此，可通过驱动升降线架的升降而同时驱动第一切割辊组及其截断切割段进行切割作业和第二切割辊组及其开方切割段进行开方作业。

以工件为硅棒为例，在步骤S105中，被转送至工件开方工位的作为第一工件的硅棒截段在竖向放置状态下由第二切割辊组中的开方切割段下移并对应于硅棒截段的开方位置进行切割直至下降至硅棒截段底部以完成开方以形成硅棒开方体，同时，经工件输送装置再次输送待截断的硅棒则是由第一切割辊组中的截断切割段下移并对应于硅棒的截断位置进行切割直至完全截断以形成又一个硅棒截段作为第二工件。

后续，可将开方完成的第一工件予以卸件。在本实施例中，以工件为硅棒为例，将开方完成的第一工件予以卸件，包括：将开方完成的第一工件(即，硅棒开方体)由工件开方工位转送至卸件工位，在卸件工位处，卸件机构将开方完成的第一工件(即，硅棒开方体)予以卸料。

由上述各个步骤可知，本申请公开的线切割方法，先对待截断的工件进行截断作业以形成第一工位；再将截断后的第一工件予以移送进行开方作业，与此同时，将待截断工件进行再次截断作业以形成第二工件，如此，可实现截断作业和开方作业的同时进行，且对于同一工件而言，在进行截断作业之后即可在后续进行开方作业，实现多个工序作业的无缝连续，减少了工序，提升了工序作业的效率，降低了成本及降低了失误，提高了工件的成品率。

以下结合图4至图9，对本申请线切割设备在某一实例中执行工件切割作业进行详细描述。在本实例中，先作如下设定：工件90可选为硅棒(既可以是单晶硅棒也可以是多晶硅棒)，硅棒90所作的切割作业包括了截断作业和开方作业，初始的硅棒90呈圆柱形，其先进行截断作业后再进行开方作业。所采用的线切割设备，包括机架、走线系统、及切割系统，其中，切割系统可升降地设置在机架上，包括升降线架以及设置在升降线架上的多个切割辊，多个切割辊形成第一切割辊组以及第二切割辊组，第一切割辊组之间的切割线形成截断切割段(在本实例中，截断切割段为一条)，第二切割辊组之间的切割线形成开方切割段(在本实例中，开方切割段为四条，任意相邻两条开方切割段相互垂直)。

首先，利用工件输送装置4将待截断的硅棒90以横向放置状态进行输送，使得硅棒90的截断位置达到指定位置(该指定位置可例如为工件输送装置4的截断端)，第一切割辊组中的截断切割段533位于指定位置的正上方以正对于硅棒90的截断位置。此时，硅棒90中突出于工件输送装置4的截断端的那一部分(即后续会形成硅棒截段的部分)是由工件翻转装置6中的翻转承载板613所承托着。实施上述操作后线切割设备的状态具体可参见图4。

接着，切割系统5中的升降线架51相对机架1下降移动，升降线架51上的第一切割辊组及其截断切割段533对应着硅棒90的截断位置进行切割直至完全截断，被截断下来的突出于工件输送装置4的那一段就形成第一硅棒截段91。实际上，在进行截断作业的过程中，工件输送装置4上的限位件45是压制于位于工件输送装置4上的硅棒90主体部分，而工件翻转装置6上的限位件63是压制于位于工件翻转装置6上的硅棒90突出部分，这样，在截断切割作业实施时，工件输送装置4上的硅棒90主体部分及工件翻转装置6上硅棒90突出部分就会稳固住。实施上述操作后线切割设备的状态具体可参见图5。

接着，利用工件翻转装置6将截断后的第一硅棒截段91进行翻转，使得第一硅棒截段91由横向放置状态翻转为竖向放置状态并落位于工件转送装置中位于工件翻转工位处的工件载台75上。实际上，在利用工件翻转装置6将截断后的第一硅棒截段91进行翻转之前，还包括利用利用工件输送装置4将待截断的硅棒90以横向放置状态回退一定的距离，这里的回退即是远离于工件翻转装置6上的第一硅棒截段91方向移动，使得工件输送装置4上的硅棒90与工件翻转装置6上的第一硅棒截段91相距一安全距离。在安全距离下，工件翻转装置6再将截断后的第一硅棒截段91进行翻转时就可避免第一硅棒截段91与剩下的硅棒91发生磕碰。实施上述操作后线切割设备的状态具体可参见图6。

接着，利用工件转送装置中的工件载台75通过X向导轨71和Y向导轨73而将第一硅棒截段91移动至工件定位工位，由工件定位工位处的工件校准机构8对第一硅棒截段91进行位置校准，使得第一硅棒截段91的轴心对准于标准中心点。在第一硅棒截段91进行位置校准的过程中，位于工件截断工位处的工件输送装置4则继续将剩余的待截断的硅棒90以横向放置状态进行输送，使得硅棒90的第二个截断位置达到指定位置。实施上述操作后线切割设备的状态具体可参见图7。

接着，利用工件转送装置中的工件载台75通过X向导轨71和Y向导轨73而将校准完成后第一硅棒截段91移动至工件开方工位。

接着，切割系统5中的升降线架51相对机架1下降移动，其中，升降线架51上的第一切割辊组及其截断切割段533对应着硅棒90的截断位置进行切割直至完全截断，被截断下来的突出于工件输送装置4的那一段就形成第二硅棒截段，同时，升降线架51上的第二切割辊组及其开方切割段534对应进入第一硅棒截段91并沿第一硅棒截段91的轴向方向切割第一硅棒截段91直至到达第一硅棒截段91的底部，从而可将第一硅棒截段91的边料完全切割下后形成类矩形的第一硅棒开方体92。由此可见，在该步骤中，升降线架51执行单次升降动作即可同时完成(利用第一切割辊组)截断作业和(利用第二切割辊组)开方作业。实施上述操作后线切割设备的状态具体可参见图8。

接着，利用工件转送装置中的工件载台75通过X向导轨71和Y向导轨73而将校准完成后第一硅棒开方体92移动至卸件工位，由位于卸件工位的卸件机构将开方完成的第一硅棒开方体92予以卸料。实施上述操作后线切割设备的状态具体可参见图9。

接着，将工件转送装置中的工件载台75通过X向导轨71和Y向导轨73移动至工件翻转工位，利用工件翻转装置6将截断后的第二硅棒截段93进行翻转，使得第二硅棒截段93由横向放置状态翻转为竖向放置状态并落位于工件转送装置中位于工件翻转工位处的工件载台75上。这个步骤过程及其后续步骤均如同前述第一硅棒截段91的作业流程，在此不再赘述。

由上可知，本申请公开的线切割方法在应用于硅棒截段切割作业和开方切割作业中，先在工件截断工位对横向放置的待截断的硅棒进行截断作业以形成第一硅棒截段；将截断后的第一硅棒截段由横向放置翻转为竖向放置并将第一硅棒截段在竖向放置状态下移送至工件开方工位；在工件开方工位对竖向放置的第一硅棒截段进行开方作业以形成第一硅棒开方体，与此同时，将待截断的硅棒进行再次截断作业以形成第二硅棒截段；后续，将开方后的第一硅棒开方体予以移送并进行卸件。如此，在单次作业中，即可实现硅棒的截断作业和开方作业的同时进行，提升了硅棒工序作业的效率。另外，对于同一硅棒而言，在进行截断作业之后即可在后续直接进行开方作业，实现多个工序作业的无缝连续，减少了工序，降低了成本及降低了失误，提高了硅棒的成品率。

上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种线切割设备，其特征在于，包括：

机架；

走线系统，设置在所述机架上，包括经由贮丝筒进行收放作业的切割线及用于对所述切割线的进行导向的多个导线轮；

切割系统，可升降地设置在所述机架上，包括升降线架以及设置在所述升降线架上的多个切割辊，所述多个切割辊形成第一切割辊组以及第二切割辊组，所述第一切割辊组之间的切割线形成截断切割段用于对工件进行截断作业，所述第二切割辊组之间的切割线形成开方切割段用于对工件进行开方作业；

所述第二切割辊组包括四个切割辊对，绕于所述四个切割辊对的切割线形成两两相对的四个开方切割段；

所述截断切割段与所述开方切割段位于同一水平高度。

2.根据权利要求1所述的线切割设备，其特征在于，还包括工作台，所述工作台设有工件截断工位、工件翻转工位、工件定位工位、工件开方工位、以及卸件工位。

3.根据权利要求2所述的线切割设备，其特征在于，所述切割系统还包括工件输送装置，用于将待截断的工件以第一放置状态予以输送至工件截断工位；所述工件输送装置的一端位于所述截断切割段的下方以使所述截断切割段将所述输送装置上的待截断的工件按照预设长度进行截断。

4.根据权利要求3所述的线切割设备，其特征在于，所述切割系统还包括工件翻转装置，衔接所述工件输送装置，用于将截断后的工件由第一放置状态翻转至第二放置状态，使得处于第二放置状态的截断后的工件位于工件翻转工位。

5.根据权利要求4所述的线切割设备，其特征在于，所述工件翻转装置包括：

翻转件，用于承载截断后的工件并将所述工件由第一放置状态翻转至第二放置状态；以及

限位件，设于所述翻转件上，用于对截断后的工件予以限位。

6.根据权利要求2所述的线切割设备，其特征在于，在所述工作台上设有工件转送装置，用于将工件从工件翻转工位依序转送于工件定位工位、工件开方工位、及卸件工位。

7.根据权利要求6所述的线切割设备，其特征在于，所述工件转送装置包括X向导轨、Y向导轨以及可在所述X向导轨或Y向导轨上行进的工件载台。

8.根据权利要求2所述的线切割设备，其特征在于，所述工件定位工位处设有工件校准机构。

9.根据权利要求2所述的线切割设备，其特征在于，所述卸件工位处设有卸件机构。