CN108357003A - 一种切割机头及包含该机头的两线开方机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种切割机头及包含该机头的两线开方机，属于单晶硅棒加工设备技术领域，所述切割机头包括切割机构和绕线机构，所述切割机构包括对称分布的左切割组件和右切割组件，所述左切割组件和右切割组件之间留有供单晶硅棒穿过的让位间隙，切割线依次绕过位于左切割组件和右切割组件的第一切割轮、第二切割轮形成平行线以切割单晶硅棒，结构新颖，同时，简化了线网走丝结构，使运行更稳定，此外，切割间距无极可调，可适应不同边距及棱角的开方需求，实用性强，切割效率高，为实现工业自动化有着深远的意义。
Description
技术领域
本发明属于单晶硅棒加工技术领域，具体地说涉及一种切割机头及包含该机头的两线开方机。
背景技术
制作太阳能电池板所用硅片的制造工序分为：拉晶、截断、开方、磨倒、切片等几个步骤。拉晶是在拉晶炉内通过化学沉积的方式生成圆柱体型的单晶硅棒，长度最大可达6米；截断是指把拉晶出来的单晶硅棒截成长度不等(100～700mm)的小段；开方是指把截断出的不同长度的单晶硅棒切成长方体型，产生四块形状不规则(截面呈弧形⌒)的余料(行业内称为边皮)；磨倒是指用磨具把开方后长方体型的单晶硅棒的四个表面进行磨抛，以及四个棱边进行倒圆的过程。切片是指把磨倒后的长方体型的单晶硅棒切成0.15mm左右厚的硅片用于最后的太阳能电池板的制作。
目前，行业内多采用“四线”开方机实现单晶硅棒的开方，即切割机头处的切割线形成“井”字形，该种设备结构复杂，成本高，此外，切割线的间距固定，仅能用于切除边皮而无法实现硅棒棱角的切除。
发明内容
针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种切割机头及包含该机头的两线开方机，切割线形成平行线，不仅可以实现单晶硅棒的开方，而且还可以实现硅棒棱角的切除。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种切割机头，包括切割机构和绕线机构，所述切割机构包括对称分布的左切割组件和右切割组件，所述左切割组件和右切割组件之间留有供单晶硅棒穿过的让位间隙；
所述左切割组件和右切割组件均包括线网支架及位于线网支架上竖向分布的第一切割轮和第二切割轮，所述第一切割轮和第二切割轮位于同一平面内，位于左切割组件和右切割组件的线网支架相对设置，切割线依次绕过位于左切割组件和右切割组件的第一切割轮、第二切割轮形成平行线以切割单晶硅棒。
进一步，所述线网支架上设有边距检测组件，其顶部水平设有用于将切割线引向第一切割轮的第一过渡轮，其底部设有与第一过渡轮相平行且用于将切割线引向让位间隙的第二过渡轮，所述第二过渡轮位于让位间隙内。
进一步，所述第一切割轮的轮槽最低点与第一过渡轮的轮槽位于同一水平面内，所述第二切割轮的轮槽最低点与第二过渡轮的轮槽位于同一水平面内。
进一步，所述线网支架的底部跨设于与其相垂直的线网导轨上，所述线网导轨处设有进给电机、进给丝杠和进给螺母，所述进给丝杠与进给电机的输出端连接，所述进给螺母位于线网支架的底部并与进给丝杠形成传动副以驱动线网支架移动。
进一步，所述绕线机构包括收线筒和放线筒，所述收线筒和放线筒均沿着水平向且平行于线网支架设置，且两者位于切割机构不同侧，位于左切割组件和右切割组件的第一切割轮与切割电机连接，即切割电机带动第一切割轮旋转。
进一步，所述收线筒和放线筒处均设有绕线驱动组件和排线驱动组件，所述绕线驱动组件包括绕线电机和绕线支座，所述排线驱动组件包括排线电机、排线导轨、排线丝杠和排线螺母，所述排线导轨与放线筒平行设置，所述绕线电机通过绕线支座跨设于排线导轨上，所述排线丝杠与排线电机的输出端连接，所述排线螺母位于绕线支座的底部并与排线丝杠形成传动副以驱动绕线支座移动，所述绕线电机的输出端与收线筒或放线筒连接。
进一步，所述线网支架远离让位间隙的一侧设有与其垂直的张力支架，所述张力支架上设有张力驱动元件、张力轮及排线轮，所述张力轮通过连杆与张力驱动元件的输出端连接，且张力轮垂直于收线筒设置。
进一步，所述排线轮倾斜设置用于实现切割线在绕线机构与张力轮之间换向，排线轮处设有角度调节组件，所述角度调节组件通过固定座与线网支架连接，其包括曲柄支架、旋转轴和轴座，所述曲柄支架设为L型，其长边的端部与排线轮可转动连接，所述旋转轴贯穿曲柄支架的短边，且旋转轴平行于曲柄支架的长边，所述旋转轴的外围依次套设有轴承、轴座，所述轴座与固定座固定连接。
进一步，所述排线轮的外圆与旋转轴的中心轴线相切。
另，本发明还提供一种两线开方机，包含上述的切割机头，所述切割机头位于两线开方机的底座上方。
本发明的有益效果是：
相较于传统的四线开方切割机头，采用两条切割线形成平行线对单晶硅棒开方，结构新颖，同时，简化了线网走丝结构，使运行更稳定，此外，切割线的间距可通过进给电机调节，实现切割间距无极可调，可适应不同边距及棱角的开方需求，实用性强，切割效率高，为实现工业自动化有着深远的意义。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是切割线走丝方向示意图；
图3是切割机构的俯视图；
图4是角度调节组件的结构示意图；
图5是图4中A-A剖面图。
附图中：1-左切割组件、101-线网支架、102-第一切割轮、103-第二切割轮、104-第一切割轮、105-第二切割轮、106-第一过渡轮、107-第一过渡轮、108-第二过渡轮、109-第二过渡轮、110-线网支架、2-右切割组件、3-线网导轨、4-进给电机、5-收线筒、6-放线筒、7-绕线电机、8-绕线支座、9-张力支架、901-张力驱动元件、902-张力轮、903-张力轮、10-排线导轨、11-切割线、12-曲柄支架、13-固定座、14-排线电机、15-排线轮、16-排线轮、17-轴座、18-轴承、19-旋转轴、20-边距检测探针、21-检测气缸。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。
实施例一：
参见图1-3，一种切割机头，包括切割机构和绕线机构，所述绕线机构用于收、放切割线11，切割线11引入切割机构对单晶硅棒进行切割。
所述切割机构包括对称分布的左切割组件1和右切割组件2，所述左切割组件1和右切割组件2之间留有供单晶硅棒穿过的让位间隙。所述左切割组件1和右切割组件2均包括线网支架101、第一切割轮102和第二切割轮103，所述线网支架101沿着垂直方向设置，所述第一切割轮102和第二切割轮103沿竖向分布于线网支架101上，也就是说，所述第一切割轮102和第二切割轮103位于同一平面内，且两者的中心位于同一竖向线上。此外，所述线网支架101的顶部水平设有用于将切割线11引向第一切割轮102的第一过渡轮106，且第一切割轮102的轮槽最低点与第一过渡轮106的轮槽位于同一水平面内，线网支架101的底部设有与第一过渡轮106相平行且用于将切割线11引向让位间隙的第二过渡轮108，且所述第二切割轮103的轮槽最低点与第二过渡轮108的轮槽位于同一水平面内。
同理，所述右切割组件2包括线网支架110、第一切割轮104、第二切割轮105、第一过渡轮107和第二过渡轮109。线网支架110和线网支架101相对设置，切割线11依次绕过第一过渡轮106、第一切割轮102、第二切割轮103、第二过渡轮108、第二过渡轮109、第二切割轮105、第一切割轮104和第一过渡轮107形成平行线以切割单晶硅棒，所述平行线正对让位间隙设置。同时，所述第二过渡轮108、第二过渡轮109均位于让位间隙内，且两者位于同一水平面内，所述第二过渡轮108通过曲柄连杆与线网支架101连接，所述第二过渡轮109通过曲柄连杆与线网支架110连接，第二过渡轮108和第二过渡轮109的中心所在直线与第一过渡轮106和第一过渡轮107的中心所在直线相垂直，此外，第一切割轮102、第一切割轮104分别与切割电机连接。本实施例中，所述平行线沿着竖直方向设置，在其他一些实施例中，所述平行线可沿着水平方向设置或倾斜设置。
为了实现无极调节切割间距，所述线网支架101的底部跨设于与其相垂直的线网导轨3上，所述线网导轨3处设有进给电机4、进给丝杠和进给螺母，所述进给丝杠与进给电机4的输出端连接，所述进给螺母位于线网支架101的底部并与进给丝杠形成传动副，进给电机4可带动线网支架101沿着线网导轨3产生位移。同理，线网支架110的底部同样设有线网导轨、进给电机、进给丝杠和进给螺母。通过左切割组件1和右切割组件2的相对或相向移动，实现切割间距无极可调，可适应不同边距及棱角的开方需求，实用性强，提高切割效率。同时，为了检测单晶硅棒切割后的实际边距尺寸，检验切割后尺寸是否合格及切割间距是否需要调整，线网支架101和线网支架110上均设有边距检测组件，所述边距检测组件包括边距检测探针20和检测气缸21，所述边距检测探针20与检测气缸21的活塞端连接，由检测气缸21推动边距检测探针20产生位移以检测单晶硅棒切割后的实际边距尺寸并存储至控制系统，建立切割数据库。
所述绕线机构包括收线筒5和放线筒6，相较于传统结构，所述收线筒5和放线筒6均沿着水平向且平行于线网支架101设置，且两者位于切割机构不同侧。所述收线筒5和放线筒6处均设有绕线驱动组件和排线驱动组件，以放线筒6处结构为例，所述绕线驱动组件包括绕线电机7和绕线支座8，所述排线驱动组件包括排线电机14、排线导轨10、排线丝杠和排线螺母，所述绕线电机7通过绕线支座8跨设于排线导轨10上，同时，绕线支座8内部设有轴承座，所述绕线电机7的输出端通过贯穿轴承座的转轴与放线筒6固定连接，也就是说，绕线电机7的输出端、转轴和放线筒6集成一体化结构，所述一体化结构在绕线电机7的带动下可相对绕线支座8转动，实现放线操作。为了便于排线，所述排线导轨10与放线筒6平行设置，所述排线丝杠与排线电机14的输出端连接，所述排线螺母位于绕线支座8的底部并与排线丝杠形成传动副，即排线电机14可带动绕线驱动组件、放线筒6沿着排线导轨10移动。同理，排线电机可带动绕线驱动组件、收线筒5沿着排线导轨移动。
此外，为了保证切割线11的张紧度，所述线网支架110远离让位间隙的一侧设有与其垂直的张力支架9，所述张力支架9上设有张力驱动元件901、张力轮902、排线轮15，同理，线网支架101处也设有张力支架、张力驱动元件、张力轮903、排线轮16。所述排线轮15、排线轮16均倾斜设置，用于实现切割线11在绕线机构与张力轮902、张力轮903之间换向，也就是说，切割线11经放线筒6依次引至排线轮16、张力轮903、切割机构、张力轮902、排线轮15和收线筒5，所述张力轮902通过连杆与张力驱动元件901的输出端连接，且张力轮902垂直于收线筒5设置，也就是说，张力驱动元件901带动张力轮902旋转以达到张紧切割线11的效果，本实施例中，张力驱动元件901采用张力电机，在其他一些实施例中，张力驱动元件901还可为气缸等。
在实际切割过程中，由于切割线11处于运行状态，导致收线筒5和放线筒6表面的绕线量发生变化。参见图1、图4、图5，为了提高排线轮15、排线轮16的自适应性，排线轮15、排线轮16均处设有角度调节组件，以排线轮15为例，所述角度调节组件通过固定座13与线网支架101连接，其包括曲柄支架12、旋转轴19和轴座17，所述曲柄支架12设为L型，其长边的端部与排线轮15可转动连接，且排线轮15的轮轴垂直于曲柄支架12的长边，所述旋转轴19贯穿曲柄支架12的短边，且旋转轴19平行于曲柄支架12的长边，所述旋转轴19的外围依次套设有轴承18、轴座17，所述轴座17与固定座13固定连接。也就是说，曲柄支架12、排线轮15可沿着旋转轴19旋转，同时，所述排线轮15的外圆与旋转轴19的中心轴线相切。
一种两线开方机，包含上述的切割机头，所述切割机头位于两线开方机的底座上方，同时，两线开方机的底座上还设有上料组件、下料组件、进给滑台组件。上料组件用于实现单晶硅棒的上料操作，进给滑台与切割机头配合实现单晶硅棒的开方操作形成方棒棒料，棒料经下料组件完成下料操作。
以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。
Claims (10)
1.一种切割机头，包括切割机构和绕线机构，其特征在于，所述切割机构包括对称分布的左切割组件(1)和右切割组件(2)，所述左切割组件(1)和右切割组件(2)之间留有供单晶硅棒穿过的让位间隙；
所述左切割组件(1)和右切割组件(2)均包括线网支架(101)及位于线网支架(101)上竖向分布的第一切割轮(102)和第二切割轮(103)，所述第一切割轮(102)和第二切割轮(103)位于同一平面内，位于左切割组件(1)和右切割组件(2)的线网支架相对设置，切割线(11)依次绕过位于左切割组件(1)和右切割组件(2)的第一切割轮、第二切割轮形成平行线以切割单晶硅棒。
2.根据权利要求1所述的一种切割机头，其特征在于，所述线网支架(101)上设有边距检测组件，其顶部水平设有用于将切割线(11)引向第一切割轮(102)的第一过渡轮(106)，其底部设有与第一过渡轮(106)相平行且用于将切割线(11)引向让位间隙的第二过渡轮(108)，所述第二过渡轮(108)位于让位间隙内。
3.根据权利要求2所述的一种切割机头，其特征在于，所述第一切割轮(102)的轮槽最低点与第一过渡轮(106)的轮槽位于同一水平面内，所述第二切割轮(103)的轮槽最低点与第二过渡轮(108)的轮槽位于同一水平面内。
4.根据权利要求1所述的一种切割机头，其特征在于，所述线网支架(101)的底部跨设于与其相垂直的线网导轨(3)上，所述线网导轨(3)处设有进给电机(4)、进给丝杠和进给螺母，所述进给丝杠与进给电机(4)的输出端连接，所述进给螺母位于线网支架(101)的底部并与进给丝杠形成传动副以驱动线网支架(101)移动。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种切割机头，其特征在于，所述绕线机构包括收线筒(5)和放线筒(6)，所述收线筒(5)和放线筒(6)均沿着水平向且平行于线网支架(101)设置，且两者位于切割机构不同侧，位于左切割组件(1)和右切割组件(2)的第一切割轮与切割电机连接。
6.根据权利要求5所述的一种切割机头，其特征在于，所述收线筒(5)和放线筒(6)处均设有绕线驱动组件和排线驱动组件，所述绕线驱动组件包括绕线电机(7)和绕线支座(8)，所述排线驱动组件包括排线电机(14)、排线导轨(10)、排线丝杠和排线螺母，所述排线导轨(10)与放线筒(6)平行设置，所述绕线电机(7)通过绕线支座(8)跨设于排线导轨(10)上，所述排线丝杠与排线电机(14)的输出端连接，所述排线螺母位于绕线支座(8)的底部并与排线丝杠形成传动副以驱动绕线支座(8)移动，所述绕线电机(7)的输出端与收线筒(5)或放线筒(6)连接。
7.根据权利要求5所述的一种切割机头，其特征在于，所述线网支架(101)远离让位间隙的一侧设有与其垂直的张力支架(9)，所述张力支架(9)上设有张力驱动元件(901)、张力轮(902)及排线轮(15)，所述张力轮(902)通过连杆与张力驱动元件(901)的输出端连接，且张力轮(902)垂直于收线筒(5)设置。
8.根据权利要求7所述的一种切割机头，其特征在于，所述排线轮(15)倾斜设置用于实现切割线(11)在绕线机构与张力轮(902)之间换向，排线轮(15)处设有角度调节组件，所述角度调节组件通过固定座(13)与线网支架(101)连接，其包括曲柄支架(12)、旋转轴(19)和轴座(17)，所述曲柄支架(12)设为L型，其长边的端部与排线轮(15)可转动连接，所述旋转轴(19)贯穿曲柄支架(12)的短边，且旋转轴(19)平行于曲柄支架(12)的长边，所述旋转轴(19)的外围依次套设有轴承(18)、轴座(17)，所述轴座(17)与固定座(13)固定连接。
9.根据权利要求8所述的一种切割机头，其特征在于，所述排线轮(15)的外圆与旋转轴(19)的中心轴线相切。
10.一种两线开方机，其特征在于，包含权利要求1-9任一所述的切割机头。
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