CN110450293A - 一种大尺寸硅片切割液硅粉浓度检测装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种大尺寸硅片切割液硅粉浓度检测装置，包括供液系统和切割系统，其中，供液系统包括供液源、过滤罐和检测仪，供液源的输出端与过滤罐的输出端连通，并置于过滤罐的下方；供液源和过滤罐经同一管道与切割系统的连通；检测仪置于过滤罐内侧下部且置于过滤罐输出口上方；切割系统包括切割室、喷淋管和回收桶，喷淋管置于切割室内，喷淋管与供液源连通，回收桶置于切割室下方并与切割室下端出口连通，回收桶与过滤罐连通。本发明还提出一种大尺寸硅片切割液硅粉浓度检测装置的控制方法。本发明设计出检测装置，不仅可回收过滤切割废液而且可实时监控流入喷淋管中切割液硅粉浓度，及时调整供液源流量，提高切割液纯度，保证产品质量。
Description
技术领域
本发明属于太阳能硅片切割技术领域，尤其是涉及一种大尺寸硅片切割液硅粉浓度检测装置及控制方法。
背景技术
当前市场上砂浆线切机已全部淘汰，金刚线切割机主流市场，太阳能级电池片通过单晶方棒切割而成，太阳能级加工程序：通过粘棒工装硅棒在线网上方，通过工艺设定进给速度，硅棒向下运动切割，线网送线和返线通过张力传感器控制切割张力，切割张力由钢线线径破断张力而定，主棍上的金刚线线锯正反向交替运动(送返线距离由工艺参数设置而定)对硅棒进行切割，从而形成硅片，另外切割过程中线网两侧有一套喷管溢流冷却装置，冷却液通过冷却装置对钢线进行冷却、润滑和分散等作用，切割系统中整个冷却装置目前市场上主要采用两种方式进行供液：在线系统供液和离线系统供液。
(1)在线系统供液通过大系统管道将调配好的冷却浓度，通过流量计控制流量，切割过程中系统将配置好的冷却液，按设置好的流量进行供给，此方法主要缺点：流量供给从开始切割到结束切割一直不变，无法进行硅粉浓度检测，实施过程中流量供给大可能造成冷却液浪费，提升切片加工成本；流量供给小，随着切割深度加深，硅粉浓度加大，对钢线冷却效果及润滑性降低，造成硅片质量下降。
(2)离线系统供液切割前添加一定量冷却液+纯水配合，每刀一排，工时浪费大，效率低。切割过程中无新液供给，随着切割深度加深，硅粉浓度增多，整体冷却效果和润滑性降低，尤其针对超大太阳能级硅片，尺寸大、面积大，单位时间内产生硅粉增大。
目前以上两种冷却系统主要问题无法实时监测切割系统硅粉浓度，未能根据硅粉浓度进行补充新液，无法达到切割整个过程中冷却液冷却效果最佳。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种大尺寸硅片切割液硅粉浓度检测装置及控制方法，解决了现有技术中切割冷却液监控装置结构设计不合理，无法保证过滤过程中实时监控硅粉浓度含量，造成对钢线冷却效果及润滑性降低，导致硅片质量下降的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种大尺寸硅片切割液硅粉浓度检测装置，包括供液系统和切割系统，其中，所述供液系统包括供液源、过滤罐和检测仪，所述供液源的输出端与所述过滤罐的输出端连通，并置于所述过滤罐的下方；所述供液源和所述过滤罐经同一管道与所述切割系统连通；所述检测仪置于所述过滤罐内侧下部且置于所述过滤罐输出口上方；所述切割系统包括切割室、喷淋管和回收桶，所述喷淋管置于所述切割室内，所述喷淋管与所述供液源连通，所述回收桶置于所述切割室下方并与所述切割室下端出口连通，所述回收桶与所述过滤罐连通。
进一步的，所述过滤罐包括上开口的柱状罐体；在所述罐体侧壁靠近上开口处设有输入口；在所述罐体内壁设有与所述罐体一体成型的环状凸缘，所述凸缘位于所述输入口下方。
进一步的，在所述罐体内设有过滤结构，所述过滤结构置于所述凸缘下方并与所述凸缘上端面配合；所述过滤结构位于所述检测仪上方。
进一步的，所述过滤结构包括固定架，在所述固定架下方设有与所述固定架一体设置的滤网支架，沿所述滤网支架内壁设有若干向内延伸的凸台，所述凸台均匀间隔设置。
进一步的，在所述滤网支架上方设有第一过滤网，所述第一过滤网与所述凸台之间设有空隙；在相邻所述凸台之间设有第二过滤网，所述第二过滤网位于所述滤网支架下端部；所述第一过滤网网孔大于所述第二过滤网网孔。
进一步的，所述供液系统还包括热交换器，所述热交换器置于所述供液源与所述喷淋管之间；所述热交换器的温度为16-18℃。
进一步的，在所述切割室下部设有导流筒，所述导流筒的出口与所述回收桶的上端口连通。
进一步的，在所述回收桶内设有水泵，所述水泵的输出端与所述过滤罐的输入端连通。
一种大尺寸硅片切割液硅粉浓度检测装置的控制方法，采用如上任一项所述的检测装置，所述供液源依次经过所述热交换器后进入所述切割室内的所述喷淋管中，使用后的切割废液依次经所述导流筒和所述回收桶后输入到所述过滤罐中过滤。
进一步的，所述检测仪对过滤后的切割液中的硅粉浓度进行检测，若合格继续使用；若不合格，所述供液源根据检测结果再向所述过滤罐补充切割原液。
与现有技术相比，本发明提出的检测装置，尤其适用于大尺寸硅片切割用冷却液中硅粉浓度检测，整体结构设计合理且结构简单，通过设置在过滤罐中的过滤网及其安装支架，完全可以过滤掉废液中的硅粉和硅泥，确保再次使用的回收切割液的纯度；同时利用检测仪可提前判断回收后的切割液的硅粉浓度是否达到标准要求，若合格继续使用，若不合格，再通过供液源向过滤罐补充切割原液。本装置可实时监控输入切割室内用切割液中硅粉浓度的含量，保证对钢线的冷却效果，提高切割液的润滑性，保证硅片质量。
附图说明
图1是本发明一实施例的一种大尺寸硅片切割液硅粉浓度检测装置的结构示意图；
图2是本发明一实施例的A部的放大图图；
图3是本发明一实施例的过滤结构的剖视图；
图4是本发明一实施例的第一过滤网、第二过滤网与过滤网支架的配合结构示意图；
图5是本发明一实施例的滤网支架的结构示意图；
图6是本发明一实施例的过滤芯的剖视图。
图中：
10、供液源 11、供液罐 12、控制阀
13、输出口 20、过滤罐 21、罐体
22、罐盖 23、过滤结构 231、固定架
232、第一过滤网 233、第二过滤网 234、滤网支架
235、凸圆台 236、凸台 24、输入口
25、凸缘 26、输出口 27、密封垫
30、检测仪 40、热交换器 50、切割室
51、喷淋管 52、进给台 53、硅棒
54、导流筒 55、第三过滤网 60、回收桶
61、桶体 62、水泵 63、排液口
64、第四过滤网 65、过滤芯
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明实施例提出一种大尺寸硅片切割液硅粉浓度检测装置，如图1所示，包括供液系统和切割系统，供液系统用于向切割系统提供冷却液原液，同时过滤切割后的切割废液再循环供给切割系统使用，切割系统用于对单晶硅棒进行线切割成硅片，同时将切割使用后的废液进行回收收集。
具体地，供液系统包括供液源10、过滤罐20、检测仪30和热交换器40。其中，供液源10主要提供切割液原液，包括供液罐11和电磁阀12，供液罐11通过管道与过滤罐20的输出端连通，电磁阀12设置在供液罐11输出管道上，供液罐11的输出口13设置在过滤罐20输出口26的下方，且供液源10和过滤罐20经同一管道与切割系统连通。检测仪30固定设置在过滤罐10的内侧下部且位于过滤罐20的输出口26的上方，检测仪30型号为DA-300C，主要用于检测过滤罐20下方输出的切割液中硅粉浓度含量。热交换器40设置在供液源10与切割系统连接的管道上，目的是即在向切割系统供液之前需将切割液进行冷却。
进一步的，过滤罐20包括上开口的柱状罐体21和罐盖22，罐盖22与罐体21为可拆卸连接。罐体21的下部为圆弧型结构，在罐体21的侧壁靠近上开口处设有输入口24，输入口24与回收桶60连通，用于向罐体21内输入回收桶60中的废的切割液；罐体21的输出口26设置在罐体21的最低端，且位于罐体21的中心轴线上。在罐体21内壁的上段部设有与罐体21一体成型的环状凸缘25，且凸缘25位于输入口24的下方。
进一步的，如图2-4所示，在罐体21内设有过滤结构23，过滤结构23设置在凸缘25的下方并与凸缘25的上端面配合，且过滤结构23位于检测仪30的上方。过滤结构23包括固定架233，固定架233上段部设有向外延伸的凸圆台235，凸圆台235与凸缘25相适配，且在凸圆台235与凸缘25之间设有密封垫27，用于密封过滤结构23与罐体21的缝隙，避免出现漏液现象。在固定架233内部设有向内设置的空内筒，空内筒的结构与固定架233的架体结构一致，在固定架233的下方设有与固定架233一体设置的圆弧形结构的滤网支架234，在沿滤网支架234内壁设有若干向内延伸的凸台236，凸台236均匀间隔设置在滤网支架234的，如图5所示，相邻凸台236之间的位置设有通孔，凸台236的宽度可以相同也可以不同，凸台236的长度与滤网支架234的外形结构相适配。
进一步的，在滤网支架234的内侧壁上方设有第一过滤网231，第一过滤网231与凸台236之间设有空隙；在相邻凸台236之间设有第二过滤网232，第二过滤网232位于滤网支架234的下端部，即位于相邻凸台236之间的位置处；第一过滤网231的网孔大于第二过滤网232网孔，在本实施例中，第一过滤网231的网孔直径为100-150微米，第一过滤网231的网孔密度为60-70％；第二过滤网232的网孔直径为30-60微米，第二过滤网232的网孔密度为80-85％，第一过滤网231和第二过滤网232后，可进一步过滤废液中的硅粉和泥浆，保证过滤后的切割液的纯度。固定架233中除滤网支架234外，其它均为实体结构，废液进入内空筒后依次经第一过滤网231和第二过滤网232后，废液中的硅粉和泥浆均被收集到罐体21的中心底部，对于这一结构设计的滤网支架234更易于收集硅粉和泥浆，同时可拆卸式的过滤结构23更易于拆卸更换。
切割用的切割液主要为纯水，且纯水含量在96-98％。因过滤后的切割液被稀释，纯水浓度降低，同时过滤后的切割液只含有少量硅粉，可用检测仪30对过滤后的切割液进行硅粉浓度检测。检测合格后，切割液继续向下流通，进入热交换器40中冷却；若检测不合格，检测仪30将测量结果传输至外接控制器中(图省略)，外接控制器进而控制供液源10中的控制阀12，使供液源10向喷淋管51中补充纯水原液。从过滤罐21和供液源10输出的切割液共同流入热交换器40中进行冷却。
其中，热交换器40固定设置在供液源10和过滤罐21的共同的输出管道上，热交换器40位于靠近供液源10的输出口13处，且固定在供液源10和喷淋管51之间。热交换器40的温度为16-18℃，热交换器40的型号为TPY全焊接板式换热器，热交换器51为板式的换热器，热交换热器51的主要作用是对进入喷淋管51中的切割液进行冷却，即包括对从供液源10中输出的纯原液进行冷却，也包括对循环再用的过滤后的切割液进行冷却。切割过程中，硅片与金刚线之间的摩擦力使得金刚线产生大量的热量，而且硅片的尺寸越大，其产生的硅粉越多，切割液不仅可冷却金钢线且可去除金刚线与硅片之间的硅粉，提高金刚线切割的润滑性，保证切割效果。
如图1，切割系统包括切割室50、喷淋管51和回收桶60，喷淋管5置于切割室内50，在切割室50内，还包括进给台52，在进给台52的下方固定有硅棒53，喷淋管51设置在硅棒53的两侧，此为本领域的常规知识，在此不再详述。喷淋管51与热交换器40的输出端连通，喷淋管51的结构采用常规的溢流法结构，图省略。在切割室50的下部设有导流筒54，导流筒54的目的是便于切割废液向下流出；在导流筒54的下端出口处设有第三过滤网55，目的是过滤掉在切割过程中产生的碎硅片，在本实施例中，第三过滤网55的网孔在2-5mm，第三过滤网55的结构与导流筒54的内壁相适配，导流筒54横截面中只要下段部是倾斜向内的结构，即上端口大下端口小，这一结构有利于切割后的废液汇聚下行流入到回收桶60中。
进一步的，如图1所示，回收桶60设置在切割室50的下方，回收桶60可以是长方形结构也可以是长圆筒形结构，只要能盛放回收后的切割废液即可。在回收桶60的顶部设有开口65与设置在切割室50下部的导流筒54的出口连通；回收桶60再通过管道与过滤罐20中的输入口25连通。在回收桶60的外壁上端设有水泵62，水泵62一端与回收桶60的桶体61连通，另一端通过管道与过滤罐20的输入口25连通，水泵62用于将回收桶62中水排入过滤罐20中，水泵62采用普通型号的水泵即可，在此不做具体限定。在回收桶60的外侧端壁的下部设有排液口63，用于将回收桶60中沉淀的泥浆或硅粉排泄出去。在回收桶60内部设有第四过滤网64，第四过滤网64位于排液口63的上方，且位于水泵62的下方，第四过滤网64的结构与回收桶62的内壁结构相适配，在此不做具体限制。第四过滤网64不仅可用于过滤废液中的硅粉和泥浆，同时保证在回收桶60中最底部沉淀的硅粉和泥浆不会背水泵抽走，沉淀在回收桶60底部的硅粉和泥浆可由排液口63排出。进一步的，在水泵60的抽水口出设有圆通型结构的一滤网芯65，如图6所示，水泵62的输入口设置在滤网芯65的内部，可进一步降低输入至过滤罐20中的硅粉和泥浆。
本实施例中的检测装置，整体结构设计合理且结构简单，切割后的废液，依次经过导流筒54底部的第三过滤网55、回收桶60中的第四过滤网64和过滤芯65后，再用水泵62向过滤罐21中输入过滤，最后再通过设置在过滤罐21中的上下两层的过滤网进行再次过滤，完全可以过滤掉废液中的硅粉和硅泥，确保再次使用的回收切割液的纯度。同时还利用检测仪30可提前判断回收后的切割液的硅粉浓度是否达到标准要求，若合格继续使用；若不合格，再通过供液源向过滤罐补充切割原液，以保证切割用的切割液的可持续性和良性，进而保证对钢线的冷却效果，提高切割液的润滑性，保证硅片质量。
一种大尺寸硅片切割液硅粉浓度检测装置的控制方法，采用如上任一项所述的检测装置，供液源10中的切割液经热交换器40后进入切割室50内的喷淋管51中使用，底部的第三过滤网55、回收桶60中的第四过滤网64和过滤芯65后，再用水泵62向过滤罐21中输入过滤，最后再通过设置在过滤罐21中的上下两层的过滤网进行再次过滤，可最大限度地过滤掉废液中的硅粉和泥浆。检测仪30对过滤后的切割液中的硅粉浓度进行检测，检测合格后，切割液继续向下流通，进入热交换器40中冷却，而后进入喷淋管51中继续使用；若检测不合格，检测仪30将测量结果传输至外接控制器中，外接控制器进而控制供液源10中的控制阀12，使供液源10向喷淋管51中补充纯水原液。从过滤罐21和供液源10输出的切割液共同流入热交换器40中进行冷却，冷却后的混合切割液进入喷淋管51中继续使用。使用后的切割液再通过导流筒54进入回收桶60中，如此反复循环使用。
与现有技术相比，本发明提出的检测装置，尤其适用于大尺寸硅片切割用冷却液中硅粉浓度检测，整体结构设计合理且结构简单，通过设置在过滤罐中的过滤网及其安装支架，完全可以过滤掉废液中的硅粉和硅泥，确保再次使用的回收切割液的纯度；同时利用检测仪可提前判断回收后的切割液的硅粉浓度是否达到标准要求，若合格继续使用，若不合格，再通过供液源向过滤罐补充切割原液。本装置可实时监控输入切割室内用切割液中硅粉浓度的含量，保证对钢线的冷却效果，提高切割液的润滑性，保证硅片质量。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (10)
1.一种大尺寸硅片切割液硅粉浓度检测装置，其特征在于，包括供液系统和切割系统，其中，所述供液系统包括供液源、过滤罐和检测仪，所述供液源的输出端与所述过滤罐的输出端连通，并置于所述过滤罐的下方；所述供液源和所述过滤罐经同一管道与所述切割系统连通；所述检测仪置于所述过滤罐内侧下部且置于所述过滤罐输出口上方；所述切割系统包括切割室、喷淋管和回收桶，所述喷淋管置于所述切割室内，所述喷淋管与所述供液源连通，所述回收桶置于所述切割室下方并与所述切割室下端出口连通，所述回收桶与所述过滤罐连通。
2.根据权利要求1所述的一种大尺寸硅片切割液硅粉浓度检测装置，其特征在于，所述过滤罐包括上开口的柱状罐体；在所述罐体侧壁靠近上开口处设有输入口；在所述罐体内壁设有与所述罐体一体成型的环状凸缘，所述凸缘位于所述输入口下方。
3.根据权利要求2所述的一种大尺寸硅片切割液硅粉浓度检测装置，其特征在于，在所述罐体内设有过滤结构，所述过滤结构置于所述凸缘下方并与所述凸缘上端面配合；所述过滤结构位于所述检测仪上方。
4.根据权利要求3所述的一种大尺寸硅片切割液硅粉浓度检测装置，其特征在于，所述过滤结构包括固定架，在所述固定架下方设有与所述固定架一体设置的滤网支架，沿所述滤网支架内壁设有若干向内延伸的凸台，所述凸台均匀间隔设置。
5.根据权利要求4所述的一种大尺寸硅片切割液硅粉浓度检测装置，其特征在于，在所述滤网支架上方设有第一过滤网，所述第一过滤网与所述凸台之间设有空隙；在相邻所述凸台之间设有第二过滤网，所述第二过滤网位于所述滤网支架下端部；所述第一过滤网网孔大于所述第二过滤网网孔。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种大尺寸硅片切割液硅粉浓度检测装置，其特征在于，所述供液系统还包括热交换器，所述热交换器置于所述供液源与所述喷淋管之间；所述热交换器的温度为16-18℃。
7.根据权利要求6所述的一种大尺寸硅片切割液硅粉浓度检测装置，其特征在于，在所述切割室下部设有导流筒，所述导流筒的出口与所述回收桶的上端口连通。
8.根据权利要求7所述的一种大尺寸硅片切割液硅粉浓度检测装置，其特征在于，在所述回收桶内设有水泵，所述水泵的输出端与所述过滤罐的输入端连通。
9.一种大尺寸硅片切割液硅粉浓度检测装置的控制方法，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的检测装置，所述供液源依次经过所述热交换器后进入所述切割室内的所述喷淋管中，使用后的切割废液依次经所述导流筒和所述回收桶后输入到所述过滤罐中过滤。
10.根据权利要求9所述的一种大尺寸硅片切割液硅粉浓度检测装置的控制方法，其特征在于，所述检测仪对过滤后的切割液中的硅粉浓度进行检测，若合格继续使用；若不合格，所述供液源根据检测结果再向所述过滤罐补充切割原液。
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