CN108098752B - 多晶硅棒自动拆卸装置 - Google Patents

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Abstract

一种多晶硅棒自动拆卸装置，它包括轨道（1）、X轴T型移动架（2）、三自由度小车（3）、悬挂机构（4）、翻转机构（5）、抓手机构（6）、硅棒检测系统（7）、电气控制系统（8），其中X轴T型移动架（2）可沿轨道（1）和地面在X轴方向移动，X轴T型移动架（2）的横梁（22）侧面设有三自由度小车（3），三自由度小车（3）所设的旋转轴336下端与悬挂机构（4）连接，悬挂机构（4）的下端与翻转机构（5）铰接，翻转机构（5）的侧面与抓手机构（6）连接，抓手机构（6）上设有硅棒检测系统（7），X轴T型移动架（2）上还设有电气控制系统（8）。本发明能够适应特殊生长姿态的多晶硅棒，实现拆棒操作的完全自动化，提高生产效率。

Description

多晶硅棒自动拆卸装置
技术领域
本发明涉及一种多晶硅棒自动拆卸装置，属于高纯多晶硅生产设备领域。
背景技术
高纯多晶硅是一种用于电子工业和太阳能光伏产业的常用基础原料，还原炉内生成的倒U型多晶硅棒都采用机械臂进行辅助拆棒，所采用的机械臂结构简单实用，但只能实现手动操作，自动化程度较低，专利文献CN205928720U中公开了一种硅棒用机械臂，采用该机械臂，能够安全、快捷地拆卸大型还原炉中的蜂窝状和同心圆状炉型的硅棒，提高了多晶硅棒的拆炉效率，提高了自动化程度，但其机械臂与实际使用工况仍存在一些不匹配的现象，比如，在拆棒过程中不能检测硅棒的实际形状，夹具不能适应一些特殊生长姿态的多晶硅棒，夹具的下翻高度可调幅度小，无法实现完全自动化拆棒等。
发明内容
为了能够适应特殊生长姿态的多晶硅棒，实现拆棒操作的完全自动化，提高生产效率，本发明提出了一种多晶硅棒自动拆卸装置，它包括轨道1、X轴T型移动架2、三自由度小车3、悬挂机构4、翻转机构5、抓手机构6、硅棒检测系统7、电气控制系统8，其中轨道1设置在还原炉A的侧上方，X轴T型移动架2横跨在还原炉A的上方，X轴T型移动架2可沿轨道1和地面在X轴方向移动，X轴T型移动架2的横梁22侧面设有三自由度小车3，三自由度小车3可沿横梁22作Y轴移动，三自由度小车3还具有Z轴升降和W轴旋转两个自由度，三自由度小车3所设的旋转轴336下端与悬挂机构4连接，悬挂机构4的下端与翻转机构5铰接，翻转机构5的侧面与抓手机构6连接，抓手机构6所设机械手63可抓紧倒U型硅棒B的两条臂，翻转机构5和抓手机构6可绕R轴旋转90度，抓手机构6上设有硅棒检测系统7，硅棒检测系统7可检测倒U型硅棒B的位置及形态，X轴T型移动架2上还设有电气控制系统8，电气控制系统8根据硅棒检测系统7反馈的检测结果而控制多晶硅棒自动拆卸装置自动完成拆棒操作。
所述X轴T型移动架2包括横梁22和立柱24，横梁22的右端设有X轴上端移动机构21，横梁22上还设有Y轴驱动机构23，立柱24的下端设有X轴下端移动机构25。
所述三自由度小车3包括Y轴移动架31，Y轴移动架31内侧设有Z轴外升降架32，Z轴外升降架32上设有Z轴内升降架33。
所述Y轴移动架31包括Y轴架体311，Y轴架体311的上端与Y轴驱动机构23连接，Y轴架体311的前侧设有Y轴滚轮组314，Y轴滚轮组314可沿横梁22滚动，Y轴架体311的后侧设有Z轴外架滚轮组315，Y轴架体311的上端还设有卷升电机312，卷升电机312的输出轴与卷升带313的一端连接，卷升带313的另一端固定在卷升电机312下方的Y轴架体311上，卷升带313的上下两端之间形成U型折弯，Z轴外升降架32悬挂在所述U型折弯上。
所述Z轴外升降架32包括框形外架体321，外架体321的外侧可沿Z轴外架滚轮组315上下移动，外架体321的内侧上端设有定滑轮组322，升降带323绕在定滑轮组322上，升降带323的一端与位于外架体321下部的Y轴移动架31连接，升降带323的另一端与位于外架体321上部的Z轴内升降架33连接，外架体321的下端设有滚轮324，滚轮324悬挂在卷升带313上下两端形成的U型折弯上。
所述Z轴内升降架33包括内架体331，内架体331的左右两侧设有Z轴内架滚轮组332，Z轴内架滚轮组332可沿Z轴外升降架32的内侧上下滚动，内架体331的后侧设有固定筒333，固定筒333的内部设有旋转轴336，固定筒333的上端设有W轴旋转电机334，W轴旋转电机334通过传动带335驱动旋转轴336转动。
所述悬挂机构4包括悬挂架41，悬挂架41的上端设有悬挂法兰42，悬挂法兰42与旋转轴336的下端连接，悬挂架41的上端一侧设有升降气缸43，升降气缸43的缸杆端设有两组扶持气缸44，扶持气缸44可驱动扶持夹板45实现开合，悬挂架41的下端设有扇形齿轮46。
所述翻转机构5包括连接架51，连接架51的两端与扇形齿轮46的中心孔铰接，连接架51的两端还设有翻转齿轮54，翻转齿轮54与扇形齿轮46啮合，翻转齿轮54由翻转电机52通过转轴53驱动，翻转电机52固定在连接架51上。
所述抓手机构6包括抓手架61，抓手架61的中部设有抓手法兰62，抓手法兰62与连接架51的中部连接，抓手架61上左右交错地设有两列机械手63，两列机械手63的中心线U1和U2与倒U型硅棒B的两条中心线重合，抓手架61的上端设有压顶气缸64，压顶气缸64的缸杆端设有压紧架65，压紧架65上设有伸缩气缸66，伸缩气缸66的缸杆端设有压顶板67。
所述机械手63包括安装板635，安装板635固定在抓手架61上，安装板635的后侧设有定位电机631，定位电机631的输出轴与丝杠螺母机构632的丝杠连接，丝杠螺母机构632的螺母与横移板634连接，横移板634上设有横移滑块633，横移滑块633可沿安装板635上的长孔槽移动，定位电机631可驱动横移板634左右移动，横移板634的前侧两端设有挡块637，挡块637内侧设有两个抓手底板636，抓手底板636通过滑块导轨机构连接在安装板635上，抓手底板636上垂直设有硅棒夹板638，两个抓手底板636之间设有夹棒气缸639，夹棒气缸639的缸体固定在一个抓手底板636上，夹棒气缸639的缸杆固定在另一个抓手底板636上，夹棒气缸639的缸杆完全伸出时可将两个抓手底板636均靠紧在挡块637的内侧。
本发明的工作原理是：X轴T型移动架2移动至还原炉A附近，硅棒检测系统7检测到U型硅棒B的位置及形态后，电气控制系统8控制抓手机构6移动到硅棒附近，定位电机631调整每对硅棒夹板638的位置使其中心线与夹取位置处硅棒臂的中心线吻合，然后升降气缸43下降、扶持夹板45闭合而夹住硅棒的顶端，防止硅棒被碰倒，硅棒夹板638插入到U型硅棒B的中间空隙和外侧空隙中，夹棒气缸639的缸杆缩回，驱动硅棒夹板638抓住U型硅棒B的两个臂；扶持夹板45打开、升降气缸43缩回，伸缩气缸66缸杆伸出、压顶气缸64缸杆缩回，驱动压顶板67压紧在U型硅棒B的顶端；三自由度小车3驱动抓手机构6转动一定角度并升起，同时X轴T型移动架2向外侧移动，将U型硅棒B从还原炉A上揪下来；抓手机构6移动至Y轴外侧末端，翻转机构5驱动抓手机构6翻转90度，三自由度小车3驱动抓手机构6下降至最低位置，将U型硅棒B放置到箱子C中后，硅棒夹板638打开、压顶板67收回，释放U型硅棒B。
本发明的有益效果是：利用具有多个自由度的装置，实现了还原炉内倒U型硅棒拆卸操作的全自动化运行，提高了生产效率，降低了劳动强度；利用硅棒检测系统7可实时检测硅棒的位置和形态，并通过调整每对硅棒夹板的位置，使抓手机构6可以适应形状和尺寸不规则的硅棒，从而确保了拆卸硅棒操作能够顺利完成；利用三自由度小车3设置的内外升降架以及行程倍增机构，扩大了抓手机构6的升降范围，可同时满足拆卸硅棒和硅棒装箱的操作需求，提高了装置的适应能力。
附图说明
图1是本发明的三维轴测视图。
图2是本发明的主视图。
图3是本发明的右视图。
图4是X轴T型移动架2的结构示意图。
图5是三自由度小车3的结构示意图。
图6是三自由度小车3的主视图。
图7是Y轴移动架31的结构示意图。
图8是Y轴移动架31的三维轴测视图。
图9是Z轴外升降架32的结构示意图。
图10是Z轴内升降架33的结构示意图。
图11是悬挂机构4的结构示意图。
图12是翻转机构5的结构示意图。
图13是翻转机构5的翻转状态。
图14是抓手机构6的结构示意图。
图15是抓手机构6的主视图。
图16是机械手63的三维轴测视图。
图17是机械手63的结构示意图。
图18是抓棒工艺示意图。
图19是摘棒工艺示意图。
图20是硅棒装箱工艺示意图。
具体实施方式
本发明的具体实施方式参见图1至图20，一种多晶硅棒自动拆卸装置，它包括轨道1、X轴T型移动架2、三自由度小车3、悬挂机构4、翻转机构5、抓手机构6、硅棒检测系统7、电气控制系统8，其中轨道1设置在还原炉A的侧上方，X轴T型移动架2横跨在还原炉A的上方，X轴T型移动架2可沿轨道1和地面在X轴方向移动，X轴T型移动架2的横梁22侧面设有三自由度小车3，三自由度小车3可沿横梁22作Y轴移动，三自由度小车3还具有Z轴升降和W轴旋转两个自由度，三自由度小车3所设的旋转轴336下端与悬挂机构4连接，悬挂机构4的下端与翻转机构5铰接，翻转机构5的侧面与抓手机构6连接，抓手机构6所设机械手63可抓紧倒U型硅棒B的两条臂，翻转机构5和抓手机构6可绕R轴旋转90度，抓手机构6上设有硅棒检测系统7，硅棒检测系统7可检测倒U型硅棒B的位置及形态，X轴T型移动架2上还设有电气控制系统8，电气控制系统8根据硅棒检测系统7反馈的检测结果而控制多晶硅棒自动拆卸装置自动完成拆棒操作。
上述X轴T型移动架2包括横梁22和立柱24，横梁22的右端设有X轴上端移动机构21，横梁22上还设有Y轴驱动机构23，立柱24的下端设有X轴下端移动机构25。
上述三自由度小车3包括Y轴移动架31，Y轴移动架31内侧设有Z轴外升降架32，Z轴外升降架32上设有Z轴内升降架33。
上述Y轴移动架31包括Y轴架体311，Y轴架体311的上端与Y轴驱动机构23连接，Y轴架体311的前侧设有Y轴滚轮组314，Y轴滚轮组314可沿横梁22滚动，Y轴架体311的后侧设有Z轴外架滚轮组315，Y轴架体311的上端还设有卷升电机312，卷升电机312的输出轴与卷升带313的一端连接，卷升带313的另一端固定在卷升电机312下方的Y轴架体311上，卷升带313的上下两端之间形成U型折弯，Z轴外升降架32悬挂在上述U型折弯上。
上述Z轴外升降架32包括框形外架体321，外架体321的外侧可沿Z轴外架滚轮组315上下移动，外架体321的内侧上端设有定滑轮组322，升降带323绕在定滑轮组322上，升降带323的一端与位于外架体321下部的Y轴移动架31连接，升降带323的另一端与位于外架体321上部的Z轴内升降架33连接，外架体321的下端设有滚轮324，滚轮324悬挂在卷升带313上下两端形成的U型折弯上。
上述Z轴内升降架33包括内架体331，内架体331的左右两侧设有Z轴内架滚轮组332，Z轴内架滚轮组332可沿Z轴外升降架32的内侧上下滚动，内架体331的后侧设有固定筒333，固定筒333的内部设有旋转轴336，固定筒333的上端设有W轴旋转电机334，W轴旋转电机334通过传动带335驱动旋转轴336转动。
上述悬挂机构4包括悬挂架41，悬挂架41的上端设有悬挂法兰42，悬挂法兰42与旋转轴336的下端连接，悬挂架41的上端一侧设有升降气缸43，升降气缸43的缸杆端设有两组扶持气缸44，扶持气缸44可驱动扶持夹板45实现开合，悬挂架41的下端设有扇形齿轮46。
上述翻转机构5包括连接架51，连接架51的两端与扇形齿轮46的中心孔铰接，连接架51的两端还设有翻转齿轮54，翻转齿轮54与扇形齿轮46啮合，翻转齿轮54由翻转电机52通过转轴53驱动，翻转电机52固定在连接架51上。
上述抓手机构6包括抓手架61，抓手架61的中部设有抓手法兰62，抓手法兰62与连接架51的中部连接，抓手架61上左右交错地设有两列机械手63，两列机械手63的中心线U1和U2与倒U型硅棒B的两条中心线重合，抓手架61的上端设有压顶气缸64，压顶气缸64的缸杆端设有压紧架65，压紧架65上设有伸缩气缸66，伸缩气缸66的缸杆端设有压顶板67。
上述机械手63包括安装板635，安装板635固定在抓手架61上，安装板635的后侧设有定位电机631，定位电机631的输出轴与丝杠螺母机构632的丝杠连接，丝杠螺母机构632的螺母与横移板634连接，横移板634上设有横移滑块633，横移滑块633可沿安装板635上的长孔槽移动，定位电机631可驱动横移板634左右移动，横移板634的前侧两端设有挡块637，挡块637内侧设有两个抓手底板636，抓手底板636通过滑块导轨机构连接在安装板635上，抓手底板636上垂直设有硅棒夹板638，两个抓手底板636之间设有夹棒气缸639，夹棒气缸639的缸体固定在一个抓手底板636上，夹棒气缸639的缸杆固定在另一个抓手底板636上，夹棒气缸639的缸杆完全伸出时可将两个抓手底板636均靠紧在挡块637的内侧。

Claims (10)

1.一种多晶硅棒自动拆卸装置，它包括悬挂机构(4)、翻转机构(5)、抓手机构(6)，其中悬挂机构(4)的下端与翻转机构(5)铰接，翻转机构(5)的侧面与抓手机构(6)连接，抓手机构(6)所设机械手(63)能够抓紧倒U型硅棒(B)的两条臂，翻转机构(5)和抓手机构(6)能够绕R轴旋转90度，其特征在于：它还包括轨道(1)、X轴T型移动架(2)、三自由度小车(3)、硅棒检测系统(7)、电气控制系统(8)，轨道(1)设置在还原炉(A)的侧上方，X轴T型移动架(2)横跨在还原炉(A)的上方，X轴T型移动架(2)沿轨道(1)和地面在X轴方向移动，X轴T型移动架(2)的横梁(22)侧面设有三自由度小车(3)，三自由度小车(3)沿横梁(22)作Y轴移动，三自由度小车(3)还具有Z轴升降和W轴旋转两个自由度，三自由度小车(3)所设的由W轴旋转电机(334)驱动的旋转轴(336)下端与悬挂机构(4)连接，悬挂机构(4)的上端一侧设有能够升降和开合的扶持夹板(45)，悬挂机构(4)的下端设有扇形齿轮(46)，所述翻转机构(5)设有由翻转电机(52)驱动的与扇形齿轮(46)啮合的翻转齿轮(54)，所述机械手(63)设有定位电机(631)和一对硅棒夹板(638)，定位电机(631)驱动张开的一对硅棒夹板(638)横向移动，所述抓手机构(6)上设有硅棒检测系统(7)，硅棒检测系统(7)能够检测倒U型硅棒(B)的位置及形态，X轴T型移动架(2)上还设有电气控制系统(8)，电气控制系统(8)根据硅棒检测系统(7)反馈的检测结果而控制多晶硅棒自动拆卸装置自动完成拆棒操作。
2.根据权利要求1所述的一种多晶硅棒自动拆卸装置，其特征在于：X轴T型移动架(2)包括横梁(22)和立柱(24)，横梁(22)的右端设有X轴上端移动机构(21)，横梁(22)上还设有Y轴驱动机构(23)，立柱(24)的下端设有X轴下端移动机构(25)。
3.根据权利要求1所述的一种多晶硅棒自动拆卸装置，其特征在于：三自由度小车(3)包括Y轴移动架(31)，Y轴移动架(31)内侧设有Z轴外升降架(32)，Z轴外升降架(32)上设有Z轴内升降架(33)。
4.根据权利要求3所述的一种多晶硅棒自动拆卸装置，其特征在于：Y轴移动架(31)包括Y轴架体(311)，Y轴架体(311)的前侧设有Y轴滚轮组(314)，Y轴滚轮组(314)沿横梁(22)滚动，Y轴架体(311)的后侧设有Z轴外架滚轮组(315)，Z轴外升降架(32)沿Z轴外架滚轮组(315)上下移动，Y轴架体(311)的上端还设有卷升电机(312)，卷升电机(312)的输出轴与卷升带(313)的一端连接，卷升带(313)的另一端固定在卷升电机(312)下方的Y轴架体(311)上，卷升带(313)的上下两端之间形成U型折弯，Z轴外升降架(32)悬挂在所述U型折弯上。
5.根据权利要求3所述的一种多晶硅棒自动拆卸装置，其特征在于：Z轴外升降架(32)包括框形外架体(321)，外架体(321)的内侧上端设有定滑轮组(322)，升降带(323)绕在定滑轮组(322)上，升降带(323)的一端与位于外架体(321)下部的Y轴移动架(31)连接，升降带(323)的另一端与位于外架体(321)上部的Z轴内升降架(33)连接，外架体(321)的下端设有滚轮(324)。
6.根据权利要求3所述的一种多晶硅棒自动拆卸装置，其特征在于：Z轴内升降架(33)包括内架体(331)，内架体(331)的左右两侧设有Z轴内架滚轮组(332)，Z轴内架滚轮组(332)沿Z轴外升降架(32)的内侧上下滚动，内架体(331)的后侧设有固定筒(333)，固定筒(333)的内部设有旋转轴(336)，固定筒(333)的上端设有W轴旋转电机(334)，W轴旋转电机(334)通过传动带(335)驱动旋转轴(336)转动。
7.根据权利要求1所述的一种多晶硅棒自动拆卸装置，其特征在于：悬挂机构(4)包括悬挂架(41)，悬挂架(41)的上端设有悬挂法兰(42)，悬挂法兰(42)与旋转轴(336)的下端连接，悬挂架(41)的上端一侧设有升降气缸(43)，升降气缸(43)的缸杆端设有两组扶持气缸(44)，扶持气缸(44)驱动扶持夹板(45)实现开合，悬挂架(41)的下端设有扇形齿轮(46)。
8.根据权利要求1所述的一种多晶硅棒自动拆卸装置，其特征在于：翻转机构(5)包括连接架(51)，连接架(51)的两端与扇形齿轮(46)的中心孔铰接，连接架(51)的两端还设有翻转齿轮(54)，翻转齿轮(54)与扇形齿轮(46)啮合，翻转齿轮(54)由翻转电机(52)通过转轴(53)驱动，翻转电机(52)固定在连接架(51)上。
9.根据权利要求1所述的一种多晶硅棒自动拆卸装置，其特征在于：抓手机构(6)包括抓手架(61)，抓手架(61)的中部设有抓手法兰(62)，抓手架(61)上左右交错地设有两列机械手(63)，两列机械手(63)的中心线U1和U2与倒U型硅棒(B)的两条中心线重合，抓手架(61)的上端设有压顶气缸(64)，压顶气缸(64)的缸杆端设有压紧架(65)，压紧架(65)上设有伸缩气缸(66)，伸缩气缸(66)的缸杆端设有压顶板(67)。
10.根据权利要求9所述的一种多晶硅棒自动拆卸装置，其特征在于：机械手(63)包括安装板(635)，安装板(635)固定在抓手架(61)上，安装板(635)的后侧设有定位电机(631)，定位电机(631)的输出轴与丝杠螺母机构(632)的丝杠连接，丝杠螺母机构(632)的螺母与横移板(634)连接，横移板(634)上设有横移滑块(633)，横移滑块(633)沿安装板(635)上的长孔槽移动，定位电机(631)驱动横移板(634)左右移动，横移板(634)的前侧两端设有挡块(637)，挡块(637)内侧设有两个抓手底板(636)，抓手底板(636)通过滑块导轨机构连接在安装板(635)上，抓手底板(636)上垂直设有硅棒夹板(638)，两个抓手底板(636)之间设有夹棒气缸(639)，夹棒气缸(639)的缸体固定在一个抓手底板(636)上，夹棒气缸(639)的缸杆固定在另一个抓手底板(636)上，夹棒气缸(639)的缸杆完全伸出时将两个抓手底板(636)均靠紧在挡块(637)的内侧。
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