CN109483749B - 一种单晶硅棒加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单晶硅棒加工装置，包括滚轮支撑机构、装夹机构及线锯运行机构；滚轮支撑机构包括安装座及第一滚轮座，第一滚轮座可轴向移动地设置于安装座上，第一滚轮座的各个滚轮之间开设有切割线让位槽；装夹机构包括第一定位及取片机构、第一浮动支撑机构及夹持机构；第一定位及取片机构包括真空吸盘，真空吸盘位于滚轮支撑机构上方；夹持机构包括夹爪机构及第一轴向移动驱动机构；第一轴向移动驱动机构用于驱动夹爪机构轴向移动；第一浮动支撑机构包括支撑机构及第二轴向移动驱动机构，第二轴向移动驱动机构用于驱动支撑机构轴向移动；线锯运行机构设置包括第一线锯切割机构。本发明具有加工精度高的优点。

Description

一种单晶硅棒加工装置

技术领域

本发明涉及硬脆材料切割技术领域，尤其涉及一种单晶硅棒加工装置。

背景技术

在将单晶硅加工过程棒状后，还需要根据需求将单晶硅棒切段或切片，现有的单晶硅棒加工装置是通过滚轮机构的滚轮支撑单晶硅棒外圆面，在切割时，送料机构夹持单晶硅棒通过滚轮机构的滚轮滚动送料，到达指定位置时，通过固定在移料架、工作台顶面上的装夹工件以及单晶硅棒自身重力完成夹紧。由于单晶硅棒外圆面非常不规则，在切完第一刀后，按照上述方式再次送料以及装夹后，所切割出来第二刀平面相对于第一刀平面的平行度相差较大，因而切割质量不高。

随着单晶提拉技术的提升，单晶硅棒的长度越来越长，其最长规格的接近6米，主流规格的也在3.5-4.5米左右。现有的加工装置中的线锯切割运行机构只有一组线锯切割单元以及一组与其相配合的提升机构，因此，无论单晶硅棒的长度有多长，都只能一次切割一刀，效率较低。

在切片前，需要通过手动地将手工取片工装移动至单晶硅棒的一端，以完成待切硅片的装夹，在切片后，还需要手动将移动手工切片工装，以完成取片。在硅片的加工制造过程中，越早完成硅片的晶向、导电类型、少子寿命、电阻率、位错等质量检测，越能够降低制造成本。所以，在单晶硅棒的切割过程中，在任意的时间内以及在单晶硅棒的任意位置上都有可能存在切片抽检的可能，因此，这样的取片方式不仅效率较低，重复切片时单晶硅棒再装夹的平面精度也较低。

发明内容

为此，需要提供一种单晶硅棒加工装置,以解决现有技术中的单晶硅棒加工装置不能保证每次切割平行度一致的问题。

为实现上述目的，发明人提供了一种单晶硅棒加工装置，包括滚轮支撑机构、装夹机构及线锯运行机构；

所述滚轮支撑机构包括安装座及第一滚轮座，所述第一滚轮座可轴向移动地设置于安装座上，第一滚轮座的各个滚轮之间开设有切割线让位槽；

所述装夹机构包括第一定位及取片机构、第一浮动支撑机构及夹持机构；所述第一定位及取片机构包括真空吸盘，所述真空吸盘位于滚轮支撑机构上方，且位于夹持机构的一侧处，用于吸紧单晶硅棒的端面；所述夹持机构包括夹爪机构及第一轴向移动驱动机构；所述夹爪机构用于夹持单晶硅棒；所述第一轴向移动驱动机构与夹爪机构连接，用于驱动夹爪机构沿着滚轮支撑机构轴向移动；所述第一浮动支撑机构包括支撑机构及第二轴向移动驱动机构，所述支撑机构设置于第一定位及取片机构和夹持机构之间，用于支撑单晶硅棒的端部；所述第二轴向移动驱动机构与支撑机构连接，用于驱动支撑机构轴向移动；

所述线锯运行机构设置包括第一线锯切割机构，所述第一线锯切割机构可上下移动地设置于滚轮支撑机构上方，用于切割单晶硅棒。

进一步地，所述装夹机构还包括第二定位及取片机构、第二浮动支撑机构；

所述第二定位及取片机构与第一定位及取片机构的结构一致，第二定位及取片机构的真空吸盘位于滚轮支撑机构上方，且位于夹持机构未设置有第一定位及取片机构的一侧处；第二浮动支撑机构与第一浮动支撑机构的结构一致，第二浮动支撑机构的支撑机构设置于第二定位及取片机构和夹持机构之间；第二浮动支撑机构的第二轴向移动驱动机构与第二浮动支撑机构的支撑机构连接；

所述滚轮支撑机构还包括第二滚轮座；所述第二滚轮座与第一滚轮座同轴向固定设置于安装座上，且第二滚轮座的各个滚轮之间开设有切割线让位槽；

所述线锯运行机构还包括第二线锯切割机构，所述第二线锯切割机构可上下移动地设置于第二滚轮座的上方，且第二线锯切割机构的切割线与第二滚轮座的一切割线让位槽正对设置；所述第一线锯切割机构位于第一滚轮座上方，且可相对第二线锯切割机构轴向移动。

进一步地，所述线锯运行机构还包括线锯安装架及第三轴向移动驱动机构；所述线锯安装架位于滚轮支撑机构的一侧；线锯安装架设置有第一直线滑轨，所述第一直线滑轨轴向设置；

所述第一线锯切割机构设置有与第一直线滑轨相适配的第一滑块，第一线锯切割机构通过第一滑块可滑动地与线锯安装架连接；所述第三轴向移动驱动机构与第一线锯切割机构连接，用于驱动第一线锯切割机构轴向移动；

所述第二线锯切割机构相对第一线锯切割机构设置于线锯安装架处。

进一步地，所述安装座轴向设置有第二直线滑轨；

所述第一定位及取片机构还包括真空吸盘支架，所述真空吸盘与真空吸盘支架连接，所述第一浮动支撑机构还包括支撑机构支架，所述支撑机构与支撑机构支架连接，所述夹持机构还包括夹爪机构支架，所述夹爪机构与夹爪机构支架连接；所述真空吸盘支架、支撑机构支架及夹爪机构支架均设置有与第二直线滑轨相适配的滑槽，并均通过滑槽可轴向滑动地与安装座连接。

进一步地，所述安装座轴向设置有齿条；所述第一轴向移动驱动机构及第二轴向移动驱动机构均为伺服电机，且伺服电机的输出轴固定套设有外齿轮；

所述第一轴向移动驱动机构与夹爪机构支架连接，且第一轴向移动驱动机构的外齿轮与齿条啮合；

所述第二轴向移动驱动机构与支撑机构支架连接，且第二轴向移动驱动机构的外齿轮与齿条啮合。

进一步地，所述第一定位及取片机构还包括第四轴向移动驱动机构，所述第四轴向移动驱动机构与真空吸盘支架连接，用于驱动真空吸盘支架及真空吸盘轴向移动。

进一步地，所述第一定位及取片机构还包括升降机构；所述升降机构与真空吸盘连接，且设置于真空吸盘支架处，用于调节真空吸盘的所处高度。

进一步地，所述安装座设置第一滚轮座的顶面设置有第三直线滑轨，所述第一滚轮座的底面设置有与第三直线滑轨相适配的第二滑块，所述第二滑块可滑动地设置于第三直线滑轨；所述安装座还设置有第五轴向移动驱动机构，所述第五轴向移动驱动机构与第一滚轮座连接，用于驱动第一滚轮座轴向移动。

进一步地，所述第五轴向移动驱动机构为丝杆电机，所述安装座开设有安装槽，第五轴向移动驱动机构固定设置于安装槽内，第五轴向移动驱动机构的丝杆轴向设置且通过传动螺母与第一滚轮座连接。

进一步地，所述夹爪机构包括夹爪座、第一爪体、第二爪体及爪体驱动机构；

所述夹爪座设置于安装座下方，夹爪座水平设置有垂直于轴向的第四直线滑轨；所述第一爪体和第二爪体的底部均设置有与第四直线滑轨相适配的第三滑块，所述第三滑块开设有螺纹孔；第一爪体和第二爪体分别位于安装座的两侧处，且第三滑块均与第四直线滑轨可滑动连接；所述爪体驱动机构为输出轴为双向螺杆的夹爪伺服电机和夹爪减速机，爪体驱动机构设置于夹爪座处，爪体驱动机构的双向螺杆与第四直线滑轨平行设置，且穿过两个第三滑块的螺纹孔，爪体驱动机构用于驱动第一爪体和第二爪体靠近或远离。

区别于现有技术，上述技术方案所述的单晶硅棒加工装置，在加工单晶硅棒前，单晶硅棒被运输直至夹爪机构处被夹爪机构夹紧并腾空，在第一线锯切割机构对单晶硅棒切下第一刀，然后将段料或硅片移走后，无需将单晶硅棒放下通过第一滚轮座移动，只需要通过第一轴向移动驱动机构驱动夹爪机构轴向，使得单晶硅棒的切割缝位于第一线锯切割机构下方，即可进行第二个段料或硅片的切割。因此，本方案中的单晶硅棒加工装置在加工单晶硅棒时无需反复夹装和送料，加工出来的段料或硅片的两端面平行度一致，切割质量佳。

附图说明

图1为本发明一实施例涉及的单晶硅棒加工装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例涉及的料车机构的结构示意图；

图3为本发明一实施例涉及的滚轮支撑机构和装夹机构的结构示意图；

图4为本发明一实施例涉及的防护机构的结构示意图；

图5为本发明一实施例涉及的滚轮支撑机构的结构示意图；

图6为本发明一实施例涉及的滚轮支撑机构的剖视图；

图7为本发明一实施例涉及的夹持机构的结构示意示意图；

图8为本发明一实施例涉及的夹爪机构的剖视图；

图9为本发明一实施例涉及的夹爪防护机构的剖视图；

图10为本发明一实施例涉及的第一定位及取片机构的结构示意图；

图11为本发明一实施例涉及的第一定位及取片装置的结构示意图；

图12为本发明一实施例涉及的第一浮动支撑机构的机构示意图

图13为本发明一实施例涉及的第一浮动支撑装置的剖视图；

图14为本发明一实施例涉及的线锯运行机构的结构示意图；

图15为本发明一实施例涉及的线锯单元的结构示意图。

附图标记说明：

1、加工装置底座；

2、加工装置护罩；

3、线锯运行机构；

31、第一线锯切割机构；32、第二线锯切割机构；33、线锯安装架；34、第一滑块；35、第一直线滑轨；36、第三伺服电机；37、第三减速机；38、第三传动丝杆；39、线锯升降机构；310、切割线；311、导轮组件；312、喷淋机构；

4、电控系统；

5、料车机构；

51、第三滚轮座；52、挡板；53、料车；54、扶手；

6、装夹机构；

61、安装座；

62、滚轮支撑机构；621、第二滚轮座；622、第一滚轮座；6222、第二滑块；6223、第三直线滑轨；6224、滚轮；6225、第五传动丝杆；6226、第五减速机；6227、第五伺服电机；6228、切割线让位槽；

63、第一浮动支撑机构；6310、支撑机构支架；6311、支撑机构；6312、第二伺服电机；6313、第二减速机；630、第二浮动支撑机构；631、托板；632、第一密封圈；633、滑套；634、防护套；635、自锁紧气缸；636、第二密封圈；

64、第一夹爪机构；640、第二夹爪机构；641、夹持机构座板；642、第一伺服电机；643、第一减速机；644、外齿轮；645、齿条；646、第二直线滑轨；647、夹持机构滑块；648、夹持机构支架；6491、夹爪伺服电机；6492、夹爪减速机；6493、夹爪座；6494、双向螺杆；6495、第三滑块；6496、第四直线滑轨；6497、轴承；6498、第一爪体；6499、第一爪体垫块；64910、第二爪体垫块；64911、第二爪体；64912、上护罩板；64913、下护罩板；

65、第一定位及取片机构；650、第二定位及取片机构；651、真空吸盘支架；652、第四伺服电机；653、第四减速机；654、第四传动丝杆；6511、气缸；6512、上滑动座板；6521、固定座；6522、定位柱；6523、真空吸盘；

66、防护机构；

7、操控系统；

8、单晶硅棒。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

请参阅图1至图15，本发明提供了一种单晶硅棒加工装置，用于加工单晶硅棒8，可以将单晶硅棒8切割成段或切割成片，尤其是在加工的过程中无需频繁地夹装和输送单晶硅棒8，因此，可以加工出两端面平行度一致的段料或片料。

在具体的实施例中，所述单晶硅棒加工装置包括滚轮支撑机构62、装夹机构6及线锯运行机构3。其中，所述滚轮支撑机构62用于输送单晶硅棒8。所述装夹机构6用于夹持单晶硅棒8，以及用于将切割的段料或片料搬离单晶硅棒8。所述线锯运行机构3用于切割单晶硅棒8。

所述滚轮支撑机构62包括安装座61及第一滚轮座622，所述第一滚轮座622可轴向移动地设置于安装座61上，第一滚轮座622的各个滚轮6224之间开设有切割线让位槽6228。这样的设置使得第一滚轮座622可以输送单晶硅棒8，且通过轴向移动能够完成切割线让位槽6228与线锯运行机构3的切割线310的对位，为线锯运行机构3完全切割断单晶硅棒8让出足够的纵向距离，以及为线锯运行机构3在完成切割后的移动让出足够的轴向距离。

在优选的实施例中，所述切割线让位槽6228的宽度范围为2mm-5mm。这样的设置不仅便于线锯运行机构3的切割线310的对位，还可以为线锯运行切割机构提供足够的轴向移动距离。

为了实现第一滚轮座622轴向移动，在进一步的实施例中，所述安装座61设置第一滚轮座622的顶面设置有第三直线滑轨6223，第三直线滑轨6223轴向设置；所述第一滚轮座622的底面设置有与第三直线滑轨6223相适配的第二滑块6222，所述第二滑块6222可滑动地设置于第三直线滑轨6223处；所述安装座61还设置有第五轴向移动驱动机构，所述第五轴向移动驱动机构与第一滚轮座622连接，用于驱动第一滚轮座622轴向移动。这样的设置则可以实现第一滚轮座622的轴向移动。

在进一步的实施例中，所述第五轴向移动驱动机构为丝杆电机，具体地为输出轴为第五传动丝杆6225的第五伺服电机6227和第五减速机6226。所述第三直线滑轨6223设置有两个，两个第三直线滑轨6223同轴向设置，所述第二滑块6222也设置有两个，两个第二滑块6222分别一一设置于两个第三滑轨处；所述安装座61开设有安装槽，所述安装槽位于两个第三直线滑轨6223之间，第五轴向移动驱动机构固定设置于安装槽内，第五轴向移动驱动机构的第五传动丝杆6225轴向设置且通过传动螺母与第一滚轮座622连接。在第五伺服电机6227正转时，通过第五传动丝杆6225和传动螺母的螺纹传动，则可以驱动传动螺母带着第一滚轮座622轴向移动；在第五伺服电机6227反转时，通过第五传动丝杆6225和传动螺母的螺纹传动，则可以驱动传动螺母带着第一滚轮座622往相反的方向移动。

在具体的实施例中，所述装夹机构6包括第一定位及取片机构65、第一浮动支撑机构63及夹持机构。其中，所述第一定位及取片机构65用于辅助线锯运行机构3切割单晶硅棒8，避免单晶硅棒8在切割时移动，以及用于在线锯运行机构3完成单晶硅棒8的切片时，将贴附着的片料取下。所述第一浮动支撑机构63用于辅助线锯运行机构3将单晶硅棒的端部切割成段，以及用于在线锯运行机构3完成切段后，承托及搬运段料。所述夹持机构用于夹紧单晶硅棒，以及在完成一次段料或片料的切割后，带动单晶硅棒移动一个段料或片料的距离，从而可以供线锯运行机构3进行下一次切割。

所述第一定位及取片机构65包括真空吸盘6523，所述真空吸盘6523位于滚轮支撑机构62上方，且位于夹持机构的一侧处，用于吸紧单晶硅棒的端面。真空吸盘6523通过接管与真空设备接通，在需要辅助线锯运行机构3切割单晶硅棒时，则可以启动真空设备抽吸，使真空吸盘6523内产生负气压，从而将单晶硅棒的端面吸牢，则在线锯运行机构3切割单晶硅棒时起到定位的作用，在完成切片后，上下移动真空吸盘6523，则可以起到取片的作用。

所述夹持机构包括夹爪机构及第一轴向移动驱动机构；所述夹爪机构用于夹持单晶硅棒；所述第一轴向移动驱动机构与夹爪机构连接，用于驱动夹爪机构沿着滚轮支撑机构62轴向移动。这样的设置则可以驱动夹爪机构移动，在线锯运行机构3完成一次切割后，则可以无需松开夹爪机构，使得单晶硅棒落至第一滚轮座622上，通过第一滚轮座622输送单晶硅棒移动一个段料或片料的距离，只需要通过第一轴向移动机构驱动夹爪机构移动一个段料或片料的距离，即可进行下一次切割，从而避免因单晶硅棒各个位置的表面形状有偏差，而导致每次夹装后，单晶硅棒待切割的端部的端面平行度不一致，可以保证每个切断的段料或片料的两端面平行度一致。

所述第一浮动支撑机构63包括支撑机构6311及第二轴向移动驱动机构，所述支撑机构6311设置于第一定位及取片机构65和夹持机构之间，用于支撑单晶硅棒的端部；所述第二轴向移动驱动机构与支撑机构6311连接，用于驱动支撑机构6311轴向移动。在切割单晶硅棒的段料前，通过第二轴向移动驱动机构驱动支撑机构6311移动至单晶硅棒的端部处，则可以支撑单晶硅棒待切割的端部；在完成段料的切割后，则可以通过第二轴向移动驱动机构驱动支撑机构6311带着段料移动至与单晶硅棒分离，然后人工将段料从支撑机构6311上搬走。

在具体的实施例中，所述线锯运行机构3设置包括第一线锯切割机构31，所述第一线锯切割机构31可上下移动地设置于滚轮支撑机构62上方，用于切割单晶硅棒。第一线锯切割机构31的切割线310为金刚石线锯，因此，第一线锯切割机构31包括切割面板、导轮组件311和金刚石线锯，所述导轮组件311安装于切割面板上，所述金刚石线锯布设于导轮组件311的线槽中。线锯切割装置可以为线形线锯切割机构或环形线锯切割机构，所述线形线锯切割机构的金刚石线锯为首尾未连接的线状，所述环形线锯切割机构的金刚石线锯为首尾相连的环状。

第一线锯切割机构31的导轮组件311包括驱动轮机构、从动轮机构、张紧轮机构；所述驱动轮机构包括驱动轮及导轮驱动机构；所述驱动轮与切割面板活动连接，所述导轮驱动机构与驱动轮传动连接，用于带动驱动轮旋转；所述张紧轮机构包括张紧轮、连杆及张紧驱动机构；所述连杆的一端与张紧轮活动连接，连杆的另一端与张紧驱动机构传动连接；所述张紧驱动机构设置于切割面板处，用于驱动张紧轮拉紧环形金刚石线锯。

环形线锯切割机构的张紧轮机构可以为通过重锤提供切割张紧力，也可以通过伺服电机张紧。环形线锯切割机构的从动轮机构为两个，驱动轮机构、两个从动轮机构及张紧轮机构将环形金刚石线锯支撑成四边形，其中，横向的底边用于切割单晶硅棒。

由于切割单晶硅棒会产生细屑，因此，在进一步的实施例中，所述驱动轮机构、从动轮机构、张紧轮机构均可以一一设置喷淋机构312。这样的设置则可以在切割完单晶硅棒后，对驱动轮机构、从动轮机构、张紧轮机构进行清洗，保证驱动轮机构、从动轮机构、张紧轮机构的干净，不影响下一次的切割。

在需要将单晶硅棒切段时，首先，通过第一滚轮座622将单晶硅棒运输至夹持机构处；然后，通过夹爪机构夹紧，使单晶硅棒腾空；然后，通过第二轴向移动驱动机构驱动支撑机构6311至单晶硅棒待切割的端部处，以支撑单晶硅棒待切割的端部；然后，将真空吸盘6523移动至单晶硅棒待切割的端部的端面处，以吸紧单晶硅棒待切割的端部；然后，驱动第一线锯切割机构31向下移动，直至将单晶硅待切割的端部切断成段料，此时第一线锯切割机构31保持不动；然后，第二轴向移动驱动机构驱动支撑机构6311朝真空吸盘6523的方向移动，直至段料与单晶硅棒完全脱离，人工搬走段料；接着，第一轴向移动驱动机构驱动夹爪机构朝远离真空吸盘的方向移动一小段距离，避免第一线锯切割机构31向上移动时切割到单晶硅棒的端面；接着，第一线锯切割机构31向上移动；接着，第一轴向移动驱动机构驱动夹爪机构朝靠近真空吸盘的方向移动；则可以循环上述的步骤，进行第二次切割。在加工过程中，夹爪机构始终夹持着单晶硅棒，从而保证单晶硅棒的端面的平行度始终与切割前的单晶硅棒的端面的平行度一致。

为了提高加工的效率，在进一步的实施例中，所述装夹机构6还包括第二定位及取片机构650、第二浮动支撑机构630；

所述第二定位及取片机构650与第一定位及取片机构65的结构一致，第二定位及取片机构650的真空吸盘位于滚轮支撑机构62上方，且位于夹持机构未设置有第一定位及取片机构65的一侧处；第二浮动支撑机构630与第一浮动支撑机构63的结构一致，第二浮动支撑机构630的支撑机构6311设置于第二定位及取片机构650和夹持机构之间；第二浮动支撑机构630的第二轴向移动驱动机构与第二浮动支撑机构630的支撑机构6311连接；

所述滚轮支撑机构62还包括第二滚轮座621；所述第二滚轮座621与第一滚轮座622同轴向固定设置于安装座61上，且第二滚轮座621的各个滚轮之间开设有切割线让位槽6228；

所述线锯运行机构3还包括第二线锯切割机构32，所述第二线锯切割机构32可上下移动地设置于第二滚轮座621的上方，且第二线锯切割机构32的切割线310与第二滚轮座621的一切割线让位槽6228正对设置；所述第一线锯切割机构31位于第一滚轮座622上方，且可相对第二线锯切割机构32轴向移动。

这样的设置则可以同时对单晶硅棒的两端部进行切割，在保证平行度的前提下，还大大提高了加工的效率。

在进一步的实施例中，所述第二滚轮座621有两个，两个第二滚轮座621分别设置于第一滚轮座622的两端处。

为了实现第一定位及取片机构65、第一浮动支撑机构63、夹持机构可轴向移动，在进一步的实施例中，所述安装座61轴向设置有第二直线滑轨646；

所述第一定位及取片机构65还包括真空吸盘支架651，所述真空吸盘与真空吸盘支架651连接，所述第一浮动支撑机构63还包括支撑机构支架6310，所述支撑机构与支撑机构支架6310连接，所述夹持机构还包括夹爪机构支架，所述夹爪机构与夹爪机构支架连接；所述真空吸盘支架651、支撑机构支架6310及夹爪机构支架均设置有与第二直线滑轨646相适配的滑槽，并均通过滑槽可轴向滑动地与安装座61连接。

同样地，上述的第二定位及取片机构650的结构与第一定位及取片机构65的结构一致，第二浮动支撑机构630的结构与第一浮动支撑机构63的结构一致，因此，所述第二定位及取片机构650的真空吸盘支架651、第二浮动支撑机构630的支撑机构支架6310均设置有与第二直线滑轨646相适配的滑槽，并均通过滑槽可轴向滑动地与安装座61连接。

为了单晶硅棒加工时的稳定性，在进一步的实施例中，所述夹爪机构包括第一夹爪机构64和第二夹爪机构640，第一夹爪机构64和第二夹爪机构640分别设置夹爪机构支架，第一夹爪机构64的夹爪机构支架和第二夹爪机构640的夹爪机构支架均通过滑槽可轴向滑动地与安装座61连接。

在进一步的实施例中，还包括夹持机构支架648，所述夹持机构及夹持加工支架设置于夹持机构支架648的上方，所述夹持机构支架648的底部设置有夹持机构座板641，所述第一轴向移动驱动机构与夹持机构座板641连接。所述夹持机构座板底部设置有开设有滑槽的夹持机构滑块647，所述夹持机构滑块647可滑动地设置于第一直线滑轨处。

在进一步的实施例中，所述第一定位及取片机构65还包括第四轴向移动驱动机构，所述第四轴向移动驱动机构与真空吸盘支架651连接，用于驱动真空吸盘支架651及真空吸盘轴向移动。这样的设置则可以无需手动调节真空吸盘的轴向位置。具体地，第四轴向驱动机构包括输出轴为第四传动丝杆654的第四伺服电机652和第四减速机653，安装座61固定设置有开设有螺纹孔的固定块，第四轴向驱动机构的第四传动丝杆654穿过固定块的螺纹孔，在第四轴向驱动机构启动时，在第一传动丝杆和固定块之间的螺纹传动带动下，真空吸盘支架651会带着真空吸盘轴向移动。

在进一步的实施例中，所述第一定位及取片机构65还包括升降机构；所述升降机构与真空吸盘连接，且设置于真空吸盘支架651处，用于调节真空吸盘的所处高度。这样的设置则无需通过手动调节真空吸盘的所处高度。具体地，所述升降机构可以为气缸6511、油缸或直线电机，所述真空吸盘设置于定位柱6522的端面，所述固定柱通过固定座6521与上滑动座板6512连接，所述上滑动座板6512与升降机构的输出轴连接，当升降机构启动，输出轴向上移动，则可以带动真空吸盘向上移动，输出轴向下移动，则可以带动真空吸盘向下移动。

在进一步的实施例中，所述支撑机构6311包括两个支撑件，所述支撑件包括托板631、自锁紧气缸635、第一密封圈632、第二密封圈636、防护套634及滑套633；

所述滑套套设在自锁紧气缸的输出轴处，所述防护套可滑动地套设在滑套处，防护套的外端面设置有端盖，所述端盖开设有圆形卡放槽，所述第一密封圈固定在圆形卡放槽处，所述托板通过螺钉固定在防护套的端盖处；

两个支撑件分别设置于滚轮支撑机构的两侧处，且朝向滚轮支撑机构倾斜设置，并通过第二密封圈与支撑机构支架连接。所述的气缸优选为带自锁紧气缸635，从而简化了结构。

1.)料头料尾切割：

控制夹爪机构带动单晶硅棒向第二线锯切割机构32方向移动，其中，第二浮动支撑机构630及第二定位及取片机构650也必须同时跟随移动。作为优选，各相邻机构之间设有检测限位装置，用于避免碰撞的发生。

通过目测，调整单晶硅棒右端待切割缝与第二线锯切割机构32的切割线310的左右位置，完成单晶硅棒右端待切第一刀的对正。作为优选，第二线锯切割机构32为只能上下运动的单轴机构。

人工控制第一线锯切割机构31的切割线310与单晶硅棒左端待切割缝的左右位置，完成单晶硅棒左端待切第一刀的对正。作为优选，第一线锯切割机构31为能够水平运动及上下运动的两轴机构。

第一轴向移动驱动机构驱动第一滚轮座622移动，调整切割线让位槽6228位于第一线锯切割机构31的切割线310的下方，避让出切割线310切割所需空间。

人工在料头料尾下方塞入塞垫物支撑。

控制第一线锯切割机构31、第二线锯切割机构32向下运动完成第一刀切割。切割完成后，第一线锯切割机构31、第二线锯切割机构32在切割让位槽中静止不动，人工搬走料头料尾；程序控制夹爪机构带动单晶硅棒向第一线锯切割机构31方向移动一定距离，确保切割线310不与右端面干涉，再控制第二线锯切割机构32向上移动复位；程序控制第一线锯切割机构31向左侧边移动一定距离，确保切割线310不与左端面干涉，再控制第一线锯切割机构31向上移动复位。作为优选，移动的距离的范围可以是2mm-5mm。

2.)段料切割：

第二定位及取片机构650的升降机构运行，调整第二定位及取片装置的中心与单晶硅棒的中心线大致同轴，第四轴向移动驱动机构带动第二定位及取片装置的定位柱6522向单晶硅棒切割后的右端端面贴合，同时真空吸盘吸附住端面，完成基准找正。

程序控制第二定位及取片机构650、第一夹爪机构64、第二夹爪机构640共同带动单晶硅棒移动至指定待切割位置后停止，与此同时，第二浮动支撑机构630一并跟随移动。

当单晶硅棒的待切割位置确定后，第二浮动支撑机构630的自锁紧气缸635启动，顶出托板631托住单晶硅棒，托住的位置位于切割线310与第二夹爪机构640相对的一侧。

第一定位及取片机构65参照第二定位及取片机构650的步骤，完成单晶硅棒对左端面基准的找正。

第一浮动支撑机构63参照第二浮动支撑机构630的步骤，托板631托住单晶硅棒完成装夹。

程序控制第一线锯切割机构31移动到单晶硅棒左端的待切割位置后停止。

程序控制第一滚轮座622的第一轴向移动驱动驱动机构动作，调整切割线让位槽6228位于第一线锯切割机构31的切割线310的下方，避让出切割线310切割所需空间。

程序控制第一线锯切割机构31、第二线锯切割机构32向下完成切割。切割完成后，第一线锯切割机构31、第二线锯切割机构32停止在切割让位槽中静止不动。

程序控制第一定位及取片机构65、第一浮动支撑机构63带动左端被切割段料移动至底座最左端，松开真空吸盘的吸附，人工搬走切断后的段料。

程序控制第二定位及取片机构650、第二浮动支撑机构630带动右端被切割段料移动至底座最右端，松开真空吸盘的吸附，人工搬走切断后的段料。

程序控制第一夹爪机构64、第二夹爪机构640带动单晶硅棒向第一线锯切割机构31方向移动一定距离，确保切割线310不与右端面干涉，再控制第二线锯切割机构32向上移动复位；程序控制控制第一线锯切割机构31向左侧边移动一定距离，确保切割线310不与左端面干涉，再控制第一线锯切割机构31向上移动复位。

重复以上步骤，进行下一轮切割。

3.)片料切割：

与段料的切割方式相同，不同的是：进行切片时，第一浮动支撑机构63、第二浮动支撑机构630不进行支撑，而是通过第一定位及取片机构65、第二定位及取片机构650的真空吸盘装夹。切割完成后，升降机构向上伸长，带动真空吸盘吸住的硅片向上，当硅片与单晶硅棒端面部分错开后，空气进入切割缝内部，硅片负压消失，从而避免了硅片的破碎。

在进一步的实施例中，所述线锯运行机构3还包括线锯安装架33及第三轴向移动驱动机构；所述线锯安装架33位于滚轮支撑机构62的一侧；线锯安装架33设置有第一直线滑轨35，所述第一直线滑轨35轴向设置；

所述第一线锯切割机构31设置有与第一直线滑轨35相适配的第一滑块34，第一线锯切割机构31通过第一滑块34可滑动地与线锯安装架33连接；所述第三轴向移动驱动机构与第一线锯切割机构31连接，用于驱动第一线锯切割机构31轴向移动；具体地，所述第三轴向移动驱动机构包括输出轴为第三传动丝杆38的第三伺服电机36和第三减速机37，第一线锯切割机构31设置有驱动块，所述驱动块开设有螺纹孔，第三轴向移动驱动机构固定设置在线锯安装架33处，且第三传动丝杆38水平设置，第三传动丝杆38穿过驱动块的螺纹孔。在启动第三轴向移动驱动机构后，通过第三传动丝杆38和驱动块的螺纹传动作用下，第一线锯切割机构31可以轴向移动；

所述第二线锯切割机构32相对第一线锯切割机构31设置于线锯安装架33处。

这样的设置则能够实现第一线锯切割机构31能够相对第二线锯切割机构32轴向移动，能适应不用长度的单晶硅棒。在第二线锯切割机构32与单晶硅棒一端的切割缝对齐后，第一线锯切割机构31可以轴向移动至单晶硅棒另一端的切割缝的正上方，第一线锯切割机构31和第二线锯切割机构32可以分别与单晶硅棒两端的切割缝对齐，每切割一次单晶硅棒，单晶硅棒的总长度变短，因而也需要改变第一线锯切割机构31和第二线锯切割机构32的间距。

所述线锯运行机构3还包括两个线锯升降机构39，分别用于驱动第一线锯切割机构31和第二线锯切割机构32上下移动。所述线锯升降机构39包括升降板、输出轴为丝杆的升降伺服电机、升降减速机，所述升降板开设有竖直滑轨，所述升降伺服电机和升降减速机设置于升降板处，且升降伺服电机的丝杆与竖直滑轨同朝向设置，第一线锯切割机构31和第二线锯切割机构32均设置有升降滑块，所述升降滑块可滑动地与竖直滑轨连接，第一线锯切割机构31和第二线锯切割机构32还设置有升降螺母，所述升降伺服电机的丝杆穿过升降螺母。在启动升降伺服电机后，在丝杆和升降螺母的传动作用下，则可以实现第一线锯切割机构31、第二线锯切割机构32的上升或下降。

在进一步的实施例中，所述安装座61轴向设置有齿条645；所述第一轴向移动驱动机构及第二轴向移动驱动机构均为伺服电机，且伺服电机的输出轴固定套设有外齿轮644；

所述第一轴向移动驱动机构与夹爪机构支架连接，且第一轴向移动驱动机构的外齿轮644与齿条645啮合。其中第一轴向移动驱动机构包括第一伺服电机642及第一减速机643。在需要驱动夹爪机构轴向移动时，控制第一伺服电机642正转(反转)，外齿轮644在第一伺服电机642输出轴的带动下正转(反转)，则外齿轮644会沿着齿条645正向移动，从而能够驱动夹爪机构正向移动；控制第一伺服电机642反转(正转)，外齿轮644在第一伺服电机642输出轴的带动下反转(正转)，则外齿轮644会沿着齿条645反向移动，从而能够驱动夹爪机构反向移动。

所述第二轴向移动驱动机构与支撑机构支架6310连接，且第二轴向移动驱动机构的外齿轮644与齿条645啮合。其中第二轴向移动驱动机构包括第二伺服电机6312及第二减速机6313。在需要驱动支撑机构轴向移动时，控制第二伺服电机6312正转(反转)，外齿轮644在第二伺服电机6312输出轴的带动下正转(反转)，则外齿轮644会沿着齿条645正向移动，从而能够驱动支撑机构正向移动；控制第二伺服电机6312反转(正转)，外齿轮644在第二伺服电机6312输出轴的带动下反转(正转)，则外齿轮644会沿着齿条645反向移动，从而能够驱动支撑机构反向移动。

在进一步的实施例中，所述夹爪机构包括夹爪座6493、第一爪体6498、第二爪体64911及爪体驱动机构；

所述夹爪座6493设置于安装座61下方，夹爪座6493水平设置有垂直于轴向的第四直线滑轨6496；所述第一爪体6498和第二爪体64911的底部均设置有与第四直线滑轨6496相适配的第三滑块6495，所述第三滑块6495开设有螺纹孔；第一爪体6498和第二爪体64911分别位于安装座61的两侧处，且均与第三滑块6495与夹爪座6493的第四直线滑轨6496；所述爪体驱动机构为输出轴为双向螺杆6494的夹爪伺服电机6491和夹爪减速机6492，爪体驱动机构设置于夹爪座6493处，爪体驱动机构的双向螺杆6494与第四直线滑轨6496平行设置，且穿过两个第三滑块6495的螺纹孔，并通过轴承6497固定于夹爪座处；爪体驱动机构用于驱动第一爪体6498和第二爪体64911靠近或远离。

在进一步的实施例中，所述第一爪体和第二爪体的内侧均设置有第一爪体垫块6499和第二爪体垫块64910。

在进一步的实施例中，还包括夹爪防护机构，所述夹爪防护机构包括上护罩板64912和两片下护罩板64913；

第一爪体6498、第二爪体64911与夹爪座6493之间还设置有滑块连接端，所述滑块连接端下开设有U形通孔与V形通槽。上护罩板64912穿过U形通孔且两端固设。下护罩板64913呈Z字形，上端插入V形通槽中，下端固设在夹爪座6493的两长边端面。喷淋液从上方流下后，通过上护罩板6491264912落到下护罩板64913的斜面上再流到安装座61上，从而实现了对夹爪驱动机构的防护。

在进一步的实施例中，为了便于将单晶硅棒运输至滚轮支撑机构62处，还设置有料车机构5，所述料车机构5包括料车53；所述料车53上设置有第三滚轮座51，第三滚轮座51的两侧分别设置有挡板52，避免搬运过程中单晶硅棒滚落；料车53的一侧设置有扶手54。

在进一步的实施例中，还包括防护机构66，所述防护机构66呈U型，且顶面为中间高两边低的屋顶状的金属板，在其两端面还设有连接板，所述连接板的长度大于U型边的边长。所述第一定位及取片机构65、第二定位及取片机构650、第一浮动支撑机构63、第二浮动支撑机构630及夹爪机构的底部设有凸字形结构的底板，第二直线滑轨646设置在凸形结构的内部下方。所述防护机构66的连接板与安装座61固定连接，所述防护机构66的U型边完全遮住第一定位及取片机构65、第二定位及取片机构650、第一浮动支撑机构63、第二浮动支撑机构630及夹爪机构的凸形结构的底板的外沿。

在进一步的实施例中，还包括加工装置底座1和加工装置护罩2；所述滚轮支撑机构62、装夹机构6及线锯运行机构3均设置于加工装置底座1上，且通过加工装置护罩2围着。

在进一步的实施例中，还包括电控系统4和操控系统7，所述电控系统4用于控制各个机电设备，所述操控系统7用于供用户操控。

需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (6)

1.一种单晶硅棒加工装置，其特征在于，包括滚轮支撑机构、装夹机构及线锯运行机构；

所述滚轮支撑机构包括安装座及第一滚轮座，所述第一滚轮座可轴向移动地设置于安装座上，第一滚轮座的各个滚轮之间开设有切割线让位槽；

所述装夹机构包括第一定位及取片机构、第一浮动支撑机构及夹持机构；所述第一定位及取片机构包括真空吸盘，所述真空吸盘位于滚轮支撑机构上方，且位于夹持机构的一侧处，用于吸紧单晶硅棒的端面；所述夹持机构包括夹爪机构及第一轴向移动驱动机构；所述夹爪机构用于夹持单晶硅棒；所述第一轴向移动驱动机构与夹爪机构连接，用于驱动夹爪机构沿着滚轮支撑机构轴向移动；所述第一浮动支撑机构包括支撑机构及第二轴向移动驱动机构，所述支撑机构设置于第一定位及取片机构和夹持机构之间，用于支撑单晶硅棒的端部；所述第二轴向移动驱动机构与支撑机构连接，用于驱动支撑机构轴向移动；

所述线锯运行机构设置包括第一线锯切割机构，所述第一线锯切割机构可上下移动地设置于滚轮支撑机构上方，用于切割单晶硅棒；

所述装夹机构还包括第二定位及取片机构、第二浮动支撑机构；所述第二定位及取片机构与第一定位及取片机构的结构一致，第二定位及取片机构的真空吸盘位于滚轮支撑机构上方，且位于夹持机构未设置有第一定位及取片机构的一侧处；第二浮动支撑机构与第一浮动支撑机构的结构一致，第二浮动支撑机构的支撑机构设置于第二定位及取片机构和夹持机构之间；第二浮动支撑机构的第二轴向移动驱动机构与第二浮动支撑机构的支撑机构连接；所述滚轮支撑机构还包括第二滚轮座；所述第二滚轮座与第一滚轮座同轴向固定设置于安装座上，且第二滚轮座的各个滚轮之间开设有切割线让位槽；所述线锯运行机构还包括第二线锯切割机构，所述第二线锯切割机构可上下移动地设置于第二滚轮座的上方，且第二线锯切割机构的切割线与第二滚轮座的一切割线让位槽正对设置；所述第一线锯切割机构位于第一滚轮座上方，且可相对第二线锯切割机构轴向移动；

所述线锯运行机构还包括线锯安装架及第三轴向移动驱动机构；所述线锯安装架位于滚轮支撑机构的一侧；线锯安装架设置有第一直线滑轨，所述第一直线滑轨轴向设置；所述第一线锯切割机构设置有与第一直线滑轨相适配的第一滑块，第一线锯切割机构通过第一滑块可滑动地与线锯安装架连接；所述第三轴向移动驱动机构与第一线锯切割机构连接，用于驱动第一线锯切割机构轴向移动；所述第二线锯切割机构相对第一线锯切割机构设置于线锯安装架处；

所述安装座轴向设置有第二直线滑轨；所述第一定位及取片机构还包括真空吸盘支架，所述真空吸盘与真空吸盘支架连接，所述第一浮动支撑机构还包括支撑机构支架，所述支撑机构与支撑机构支架连接，所述夹持机构还包括夹爪机构支架，所述夹爪机构与夹爪机构支架连接；所述真空吸盘支架、支撑机构支架及夹爪机构支架均设置有与第二直线滑轨相适配的滑槽，并均通过滑槽可轴向滑动地与安装座连接；

所述安装座轴向设置有齿条；所述第一轴向移动驱动机构及第二轴向移动驱动机构均为伺服电机，且伺服电机的输出轴固定套设有外齿轮；所述第一轴向移动驱动机构与夹爪机构支架连接，且第一轴向移动驱动机构的外齿轮与齿条啮合；所述第二轴向移动驱动机构与支撑机构支架连接，且第二轴向移动驱动机构的外齿轮与齿条啮合。

2.根据权利要求1所述的单晶硅棒加工装置，其特征在于，所述第一定位及取片机构还包括第四轴向移动驱动机构，所述第四轴向移动驱动机构与真空吸盘支架连接，用于驱动真空吸盘支架及真空吸盘轴向移动。

3.根据权利要求1所述的单晶硅棒加工装置，其特征在于，所述第一定位及取片机构还包括升降机构；所述升降机构与真空吸盘连接，且设置于真空吸盘支架处，用于调节真空吸盘的所处高度。

4.根据权利要求1所述的单晶硅棒加工装置，其特征在于，所述安装座设置第一滚轮座的顶面设置有第三直线滑轨，所述第一滚轮座的底面设置有与第三直线滑轨相适配的第二滑块，所述第二滑块可滑动地设置于第三直线滑轨；所述安装座还设置有第五轴向移动驱动机构，所述第五轴向移动驱动机构与第一滚轮座连接，用于驱动第一滚轮座轴向移动。

5.根据权利要求4所述的单晶硅棒加工装置，其特征在于，所述第五轴向移动驱动机构为丝杆电机，所述安装座开设有安装槽，第五轴向移动驱动机构固定设置于安装槽内，第五轴向移动驱动机构的丝杆轴向设置且通过传动螺母与第一滚轮座连接。

6.根据权利要求1所述的单晶硅棒加工装置，其特征在于，所述夹爪机构包括夹爪座、第一爪体、第二爪体及爪体驱动机构；

所述夹爪座设置于安装座下方，夹爪座水平设置有垂直于轴向的第四直线滑轨；所述第一爪体和第二爪体的底部均设置有与第四直线滑轨相适配的第三滑块，所述第三滑块开设有螺纹孔；第一爪体和第二爪体分别位于安装座的两侧处，且第三滑块均与第四直线滑轨可滑动连接；所述爪体驱动机构为输出轴为双向螺杆的夹爪伺服电机和夹爪减速机，爪体驱动机构设置于夹爪座处，爪体驱动机构的双向螺杆与第四直线滑轨平行设置，且穿过两个第三滑块的螺纹孔，爪体驱动机构用于驱动第一爪体和第二爪体靠近或远离。