CN107910279B - 一种硅片全自动插片清洗装置及方法 - Google Patents

一种硅片全自动插片清洗装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种硅片全自动插片清洗装置及方法，该装置包括依次放置相互连接固定在一起的插片机、清洗机、烘干机、分选机，分选机的出料口设置有承载盒回流线从分选机出料口返回至插片机的空承载盒运送装置，插片机完成分片、插篮任务后将插满硅片的承载盒经满载承载盒运送装置输送至清洗机，清洗机通过机械手将数组承载盒放入清洗槽内完成清洗作业，之后经烘干、分选，空承载盒经承载盒回流线返回插片机进行插片前准备。本发明通过插片、上料、清洗进行自动化改进，提高了硅片插片清洗全过程的自动化水平，达到了节省人力、提高效率的目的。

Description

一种硅片全自动插片清洗装置及方法
技术领域
本发明涉及一种硅片全自动插片清洗装置及方法，属于太阳能电池生产设备技术领域。
背景技术
硅片作为太阳能电池的重要组成部分，需求量与日剧增。在硅片加工工艺中，硅片切割好后需进行插片，但目前国内大多数生产商在插片环节还是采用传统的人工插片和半自动机器插片，传统插片方式对于硅片本身伤害比较高，并且对于工作人员的劳动强度也颇高。同时硅片必须进行严格清洗，微量的污染也会导致器件失效，但目前的清洗机自动化程度不高，需要人工放置片篮、上料。
发明内容
有鉴于此，针对现有技术的不足，本发明提供一种硅片全自动插片清洗装置及方法，通过插片、上料、清洗进行自动化改进，提高硅片插片清洗全过程的自动化水平，达到节省人力、提高效率的目的。
为解决以上技术问题，本发明的技术方案为采用一种硅片全自动插片清洗装置，它包括依次放置相互连接固定在一起的插片机、清洗机、烘干机、分选机，所述插片机，包括空承载盒运送装置、插片装置、满载承载盒运送装置；所述插片装置包括置于水槽内的储片盒、硅片分离装置、输送插片装置；所述储片盒底部设置有升降台；所述硅片分离装置包括设置在储片盒左右两侧和正前方的喷嘴以及前端延伸进储片盒内的分离皮带；所述输送插片装置包括输送皮带以及可升降的承载盒架；所述输送皮带前端位于分离皮带后端的下方，输送皮带后端通达承载盒架；所述满载承载盒运送装置连接清洗机的入料口；
所述清洗机依次包括预粗洗槽、碱洗槽、第一漂洗槽、PP酸槽、第二漂洗槽和慢拉槽；
所述分选机的出料口设置有承载盒回流线从分选机出料口返回至插片机的空承载盒运送装置，所述承载盒回流线固定在清洗机一侧。
本发明中涉及到的插片机，其喷嘴用于清水或者其他同用处液体的喷射，使得最顶层的硅片利用水与分离皮带下层接触并吸合。由于分离皮带不断的从前至后运动，带动最顶层的硅片与下层硅片分离，同时喷嘴喷射出的液体对顶层硅片与下层硅片之间铲射的缝隙进行冲击，以加速分离。分离后的硅片在分离皮带的带动下输送至分离皮带后端，并下落到输送皮带上。而输送皮带将硅片输送至承载盒架内的承载盒，利用惯性将硅片插入承载盒内。
作为一种改进，所述插片机还包括用于检测缺陷硅片的缺陷检测装置，所述缺陷检测装置包括分设在输送皮带两侧的激光传感器，所述激光传感器与控制器连接。通过激光传感器感应缺陷硅片，并将信息反馈至控制器。
进一步的，所述输送皮带安装在可横移的平台上，使得输送皮带横向移动后通达废片回收容器。控制器接受到缺陷硅片信息后控制平台横移，带动输送皮带将废片输送到回收容器中。
进一步的，所述空承载盒运送装置包括设置在插片装置上方的横梁导轨，设置在横梁导轨上可沿横梁导轨来回运动的滑台以及驱动滑台来回运动的驱动装置；所述滑台上安装有承载盒夹持装置；所述承载盒夹持装置依靠竖直的伸缩油缸与滑台连接；所述承载盒夹持装置包括盒体，所述盒体内设置有左右两根水平的抓取油缸，所述抓取油缸前端固定连接有夹持抓；还包括导向杆，所述导向杆一端与夹持抓固定，另一端设置在盒体内并可随夹持抓伸缩；所述滑台、伸缩油缸以及抓取油缸均由控制器控制运动；所述驱动装置包括与横梁导轨平行的可自转的丝杆，所述丝杆上套有螺母；所述螺母与丝杆上的螺纹拼合成滚珠通道；所述滚珠通道依靠回路管道首尾相连；所述滚珠通道内设置有若干滚珠；所述滑台与螺母固定。丝杆的旋转带动滚珠自转并在滚珠通道内循环，其产生的摩擦力使得螺母前后运动。上述结构将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反复作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。丝杆两端由轴承支撑。利用轴承既能对丝杆进行良好的支撑，又能使得丝杆自转更加的顺滑。还包括用于驱动丝杆自转的电机，所述电机由控制器控制。
进一步的，所述满载承载盒运送装置包括用于将承载盒从竖直位置翻转到水平位置的竖直翻转机构以及将承载盒从竖直翻转机构输送到等待区的输送装置，所述竖直翻转机构包括L形的承载盒座以及驱动承载盒座翻转的翻转油缸；所述输送装置包括从竖直翻转机构延伸至等待区的横梁轨道，所述横梁轨道上设置有可沿横梁轨道来回运动的滑台，所述滑台上设置有可旋转的云台，云台上竖直设置有顶升油缸；所述顶升油缸前端设置有能将承载盒从承载盒座上顶起的支撑架；所述翻转油缸、滑台、云台、顶升油缸由控制器控制运动。
进一步的，所述承载盒座包括底板以及垂直固定在底板上的靠背；所述底板和靠背交界处穿有转轴，使得承载盒座能绕转轴翻转；所述承载盒两端设置有销轴，所述底板上开有供销轴插入的定位槽。避免承载盒在翻转的过程中滑动或者跌落造成损失。
进一步的，所述等待区包括两根平行的轨道，所述轨道上设置有支架，所述支架开有与承载盒两端销轴配合的放置槽。
进一步的，所述支撑架由左右两块支撑板组成，所述支撑板上开有与承载盒底面形状吻合的凹槽；并且两块支撑板之间的距离大于承载盒座的宽度。承载盒的宽度大于承载盒座的宽度，支撑架托举住承载盒超出承载盒座的部分使其脱离承载盒座。之后在通过滑台进行平移，使得承载盒上的销轴脱离底板上的定位槽。
同时，根据上述全自动插片清洗装置，本发明还提供了该装置的全自动插片清洗方法，它包括以下步骤：
(1)插片机完成分片、插篮任务，将插满硅片的承载盒经满载承载盒运送装置输送至清洗机；
(2)清洗机通过机械手将数组承载盒依次放入预粗洗槽、碱洗槽、第一漂洗槽、PP酸槽、第二漂洗槽和慢拉槽中，完成清洗作业；
(3)经过清洗的一组承载盒被清洗机机械手从慢拉槽中提出，并放置到烘干机入料口；
(4)烘干机通过输送线传输，将数组承载盒整体送入烘干机，进行烘干，烘干好后成组运出烘干机，停留在烘干机出口；
(5)机械手将烘干机出口的承载盒，逐一吊离，并经翻转后，置入分选机前端的输送线上，送去分选；
(6)分选机下来的空承载盒，被机械手抓起放在承载盒回流线上，输送到插片机的空承载盒运送装置上，准备进行插片前准备。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)插片机自动进行插片操作并自动进行插片前后承载盒的运送，整个设备的运行由PLC控制器控制，无需人工干预，大大降低了工人的工作强度；
(2)机械自动分片插片提高了工作效率，降低了人工分片插片造成的损坏，提高了经济效益；
(3)插片机分片剥离通过喷流和吸附带的组合进行，全程传输过程无硬物接触，可减少硅片损伤。同时设有检测装置可检测缺陷，破片自动剔除；
(4)本发明装置由各个模块构成，提高了整机运行可靠性；同时控制系统采用可编程控制器(PLC)控制方式，各设备之间独立分解控制，便于设备维护；
(5)各机台均采用独立厂务供排系统；为节约用水，清洗机排放的二次可用水,排放到储水箱，供插片机使用；
(6)各机台间承载盒上料方式采用机械手夹持传递；承载盒回传采用皮带线输送；提高了硅片插片清洗过程的自动化水平，解决了上下料过程中的人工反复操作的问题，提高了工作效率。
综上所述，本发明自动化水平高、提高了工作效率、节约了人力，各设备之间独立控制，提高了整机运行可靠性、便于设备维护。
附图说明
图1为本发明的俯视结构示意图；
图2为本发明插片机的俯视布局示意图；
图3为插片装置的结构示意图；
图4为空承载盒运送装置的结构示意图；
图5为满承载盒运送装置的结构示意图；
图6为满承载盒运送装置使用状态图；
图7为驱动装置的结构示意图。
图中标记：
A插片机、B清洗机、C烘干机、D分选机、E、承载盒回流线；
1空承载盒运送装置、2插片装置、3满承载盒运送装置、100承载盒；
11横梁轨道、12滑台、13伸缩油缸、14盒体、15抓取油缸、16夹持抓、17导向杆、18丝杆、19螺母、110轴承、111电机、112滚珠、113回路管道；
21储片盒、22升降台、23分离皮带、24输送皮带、25平台、26承载盒架、27喷嘴、28激光感应器、29水槽、210废片回收容器；
32销轴、33承载盒座、34翻转油缸、35横梁轨道、36滑台、37云台、38顶升油缸、39支撑架、310丝杆、311螺母、312电机、313轨道。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合优选实施方式对本发明作进一步的详细说明。应当指出的是，下述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
参见图1，本发明提供了一种硅片全自动插片清洗装置，它包括依次放置相互连接固定在一起的插片机A、清洗机B、烘干机C和分选机D，所述清洗机依次包括预粗洗槽、碱洗槽、第一漂洗槽、PP酸槽、第二漂洗槽和慢拉槽；所述分选机的出料口设置有承载盒回流线E从分选机D的出料口返回至插片机的空承载盒运送装置，所述承载盒回流线固定在清洗机一侧。
如图2所示，插片机A包括空承载盒运送装置1、插片装置2、满载承载盒运送装置3。
如图4、图7所示，空承载盒运送装置1包括设置在插片装置2上方的横梁导轨11，还包括设置在横梁导轨11上可沿横梁导轨11来回运动的滑台12；滑台12为两个。所述滑台12上安装有承载盒夹持装置；所述承载盒夹持装置依靠竖直的伸缩油缸13与滑台12连接；所述承载盒夹持装置包括盒体14，所述盒体14内设置有左右两根水平的抓取油缸15，所述抓取油缸15前端固定连接有夹持抓16；还包括导向杆17，所述导向杆17一端与夹持抓16固定，另一端设置在盒体14内并可随夹持抓16伸缩；所述滑台12、伸缩油缸13以及抓取油缸15均由控制器控制运动。
还包括用于驱动滑台12来回运动的驱动装置；所述驱动装置包括与横梁导轨11平行的可自转的丝杆18，所述丝杆18上套有螺母19；所述螺母19与丝杆18上的螺纹拼合成滚珠通道；所述滚珠通道依靠回路管道113首尾相连；所述滚珠通道内设置有若干滚珠112；所述滑台12与螺母19固定。丝杆18两端由轴承110支撑。还包括用于驱动丝杆18自转的电机111，所述电机111由控制器控制。控制器为PLC控制器。
工作的时候，控制器控制电机111带动丝杆18转动，从而带动与螺母19固定的滑台12前后运动。伸缩油缸13用于对承载盒100进行升降而抓取油缸15用于对承载盒100进行抓取。还包括用于检测缺陷硅片的缺陷检测装置，所述缺陷检测装置包括分设在输送皮带两侧的激光传感器，所述激光传感器与控制器连接。
如图3所示，插片装置2包括置于水槽29内的储片盒21、硅片分离装置、输送插片装置；所述储片盒21底部设置有升降台22；所述硅片分离装置包括设置在储片盒21左右两侧和正前方的喷嘴27以及前端延伸进储片盒内的分离皮带23；所述输送插片装置包括输送皮带24以及可升降的承载盒架26；所述输送皮带24前端位于分离皮带23后端的下方，输送皮带24后端通达承载盒架26。还包括用于检测缺陷硅片的缺陷检测装置，所述缺陷检测装置包括分设在输送皮带24两侧的激光传感器28，所述激光传感器28与控制器连接。输送皮带24安装在可横移的平台25上，使得输送皮带24横向移动后通达废片回收容器210。
如图5、图6所示，满载承载盒运送装置3包括用于将承载盒100从竖直位置翻转到水平位置的竖直翻转机构以及将承载盒100从竖直翻转机构输送到等待区的输送装置。所述竖直翻转机构包括L形的承载盒座33以及驱动承载盒座33翻转的翻转油缸34；承载盒座33包括底板以及垂直固定在底板上的靠背；所述底板和靠背交界处穿有转轴，使得承载盒座能绕转轴翻转。承载盒100两端设置有销轴32，所述底板上开有供销轴32插入的定位槽。所述输送装置包括从竖直翻转机构延伸至等待区的横梁轨道35，所述横梁轨道35上设置有可沿横梁轨道35来回运动的滑台36，所述滑台36上设置有可旋转的云台37，云台37上竖直设置有顶升油缸38；所述顶升油缸38前端设置有能将承载盒100从承载盒座33上顶起的支撑架39；支撑架39由左右两块支撑板组成，所述支撑板上开有与承载盒100底面形状为何的凹槽；并且两块支撑板之间的距离大于承载盒座33的宽度。所述翻转油缸34、滑台36、云台37、顶升油缸38由控制器控制运动。等待区包括两根平行的轨道313，所述轨道313上设置有支架314，所述支架314开有与承载盒100两端销轴32配合的放置槽。
还包括用于驱动滑台36来回运动的驱动装置；所述驱动装置包括与横梁导轨35平行的可自转的丝杆310，所述丝杆310上套有螺母311；所述螺母311与丝杆310上的螺纹拼合成滚珠通道；所述滚珠通道依靠回路管道首尾相连；所述滚珠通道内设置有若干滚珠；所述滑台35与螺母311固定。所述丝杆310由电机312驱动自转，所述电机312与控制器连接。
工作的时候，空承载盒运送装置1将满载的承载盒100从承载盒架26运送到竖直翻转机构的承载盒座33上。翻转油缸34驱动承载盒座33进行竖直方向的翻转，使得承载盒100水平放置。滑台35移动至承载盒座33下方，驱动顶升油缸38将承载盒100顶起后往等待区方向滑动。滑动的过程中，云台37做水平方向的90°旋转，使得承载盒100也进行90°水平旋转。到达等待区后，顶升油缸38收缩，使得承载盒100两端的销轴32落于支架314的放置槽内。
本发明全自动插片清洗方法，包括以下步骤：
(1)插片机完成分片、插篮任务，将插满硅片的承载盒经满载承载盒运送装置输送至清洗机；
(2)清洗机通过机械手将数组承载盒依次放入预粗洗槽、碱洗槽、第一漂洗槽、PP酸槽、第二漂洗槽和慢拉槽中，完成清洗作业；
(3)经过清洗的一组承载盒被清洗机机械手从慢拉槽中提出，并放置到烘干机入料口；
(4)烘干机通过输送线传输，将数组承载盒整体送入烘干机，进行烘干，烘干好后成组运出烘干机，停留在烘干机出口；
(5)机械手将烘干机出口的承载盒，逐一吊离，并经翻转后，置入分选机前端的输送线上，送去分选；
(6)分选机下来的空承载盒，被机械手抓起放在承载盒回流线上，输送到插片机的空承载盒运送装置上，准备进行插片前准备。
综上所述，本发明的有益效果是：
(1)插片机自动进行插片操作并自动进行插片前后承载盒的运送，整个设备的运行由PLC控制器控制，无需人工干预，大大降低了工人的工作强度；
(2)机械自动分片插片提高了工作效率，降低了人工分片插片造成的损坏，提高了经济效益；
(3)插片机分片剥离通过喷流和吸附带的组合进行，全程传输过程无硬物接触，可减少硅片损伤。同时设有检测装置可检测缺陷，破片自动剔除；
(4)本发明装置由各个模块构成，提高了整机运行可靠性；同时控制系统采用可编程控制器(PLC)控制方式，各设备之间独立分解控制，便于设备维护；
(5)各机台均采用独立厂务供排系统；为节约用水，清洗机排放的二次可用水,排放到储水箱，供插片机使用；
(6)各机台间承载盒上料方式采用机械手夹持传递；承载盒回传采用皮带线输送；提高了硅片插片清洗过程的自动化水平，解决了上下料过程中的人工反复操作的问题，提高了工作效率。

Claims (6)

1.一种硅片全自动插片清洗装置，包括依次放置相互连接固定在一起的插片机、清洗机、烘干机、分选机，其特征在于：
所述插片机，包括空承载盒运送装置、插片装置、满载承载盒运送装置；所述插片装置包括置于水槽内的储片盒、硅片分离装置、输送插片装置；所述储片盒底部设置有升降台；所述硅片分离装置包括设置在储片盒左右两侧和正前方的喷嘴以及前端延伸进储片盒内的分离皮带；所述输送插片装置包括输送皮带以及可升降的承载盒架；所述输送皮带前端位于分离皮带后端的下方，输送皮带后端通达承载盒架；所述满载承载盒运送装置连接清洗机的入料口；
所述清洗机依次包括预粗洗槽、碱洗槽、第一漂洗槽、PP酸槽、第二漂洗槽和慢拉槽；
所述分选机的出料口设置有承载盒回流线，所述承载盒回流线从分选机出料口至插片机的空承载盒运送装置，所述承载盒回流线固定在清洗机一侧；
所述空承载盒运送装置包括设置在插片装置上方的横梁导轨，设置在横梁导轨上可沿横梁导轨来回运动的滑台以及驱动滑台来回运动的驱动装置；所述滑台上安装有承载盒夹持装置；所述承载盒夹持装置依靠竖直的伸缩油缸与滑台连接；所述承载盒夹持装置包括盒体，所述盒体内设置有左右两根水平的抓取油缸，所述抓取油缸前端固定连接有夹持抓；还包括导向杆，所述导向杆一端与夹持抓固定，另一端设置在盒体内并可随夹持抓伸缩；所述滑台、伸缩油缸以及抓取油缸均由控制器控制运动；所述驱动装置包括与横梁导轨平行的可自转的丝杆，所述丝杆上套有螺母；所述螺母与丝杆上的螺纹拼合成滚珠通道；所述滚珠通道依靠回路管道首尾相连；所述滚珠通道内设置有若干滚珠；所述滑台与螺母固定；
所述满载承载盒运送装置包括用于将承载盒从竖直位置翻转到水平位置的竖直翻转机构以及将承载盒从竖直翻转机构输送到等待区的输送装置，所述竖直翻转机构包括L形的承载盒座以及驱动承载盒座翻转的翻转油缸；所述输送装置包括从竖直翻转机构延伸至等待区的横梁轨道，所述横梁轨道上设置有可沿横梁轨道来回运动的滑台，所述滑台上设置有可旋转的云台，云台上竖直设置有顶升油缸；所述顶升油缸前端设置有能将承载盒从承载盒座上顶起的支撑架；所述翻转油缸、滑台、云台、顶升油缸由控制器控制运动。
2.根据权利要求1所述的一种硅片全自动插片清洗装置，其特征在于：所述插片机还包括用于检测缺陷硅片的缺陷检测装置，所述缺陷检测装置包括分设在输送皮带两侧的激光传感器，所述激光传感器与控制器连接。
3.根据权利要求2所述的一种硅片全自动插片清洗装置，其特征在于：所述输送皮带安装在可横移的平台上，使得输送皮带横向移动后通达废片回收容器。
4.根据权利要求1所述的一种硅片全自动插片清洗装置，其特征在于：所述承载盒座包括底板以及垂直固定在底板上的靠背；所述底板和靠背交界处穿有转轴，使得承载盒座能绕转轴翻转；所述承载盒两端设置有销轴，所述底板上开有供销轴插入的定位槽。
5.根据权利要求4所述的一种硅片全自动插片清洗装置，其特征在于：所述等待区包括两根平行的轨道，所述轨道上设置有支架，所述支架开有与承载盒两端销轴配合的放置槽。
6.根据权利要求1所述的一种硅片全自动插片清洗装置，其特征在于：所述支撑架由左右两块支撑板组成，所述支撑板上开有与承载盒底面形状吻合的凹槽；并且两块支撑板之间的距离大于承载盒座的宽度。
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