CN111113704A - 一种通过式全自动晶棒四线开方四面磨削抛光装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于硅棒加工技术领域，特别涉及一种通过式全自动晶棒四线开方四面磨削抛光装置，包括底座、沿底座长度方向上设置的四线开方组件和磨抛组件、以及设置在底座一侧的上下料组件；所述四线开方组件旁设有绕排线组件；所述绕排线组件有两个，设置在所述四线开方组件两侧；所述四线开方组件和所述磨抛组件之间设有对中组件；所述磨抛组件一侧设有夹持组件。本发明加工工序集中，节约了人工转运成本，工件精度保持性好，加工效率高，可大大提高产能。

Description

一种通过式全自动晶棒四线开方四面磨削抛光装置

技术领域

本发明属于硅棒加工技术领域，具体地说涉及一种通过式全自动晶棒四线开方四面磨削抛光装置。

背景技术

目前国内外对硅棒加工的开方分为立式开方、两线开方、四线开方等，传统的加工方式分为立式开方、磨面、滚圆、毛刷抛光等工序。另外，最新主流的是四线开方、两面磨削、两面抛光。不管是传动的加工方式还是最新主流的加工方式，开方、磨削工序都存在硅棒频繁上料、下料、转运、重复装夹等问题。这些问题导致增加人工、增加物料转运的成本。目前主流磨削工序采用两面磨削、两面抛光的工艺，为了保证磨削工序磨削余量足够，开方往往留有较大的加工余量，磨削工序每刀去除硅棒的加工量较小，会造成磨削工序需要加工的刀数增加，磨削工序效率低下，另外加工余量大会造成硅料的损失。

发明内容

针对现有技术的种种不足，发明人在长期实践中研究设计出一种通过式全自动晶棒四线开方四面磨削抛光装置。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种通过式全自动晶棒四线开方四面磨削抛光装置，包括底座、沿底座长度方向上设置的四线开方组件和磨抛组件、以及设置在底座一侧的上下料组件；所述四线开方组件旁设有绕排线组件；所述绕排线组件有两个，设置在所述四线开方组件两侧；所述四线开方组件和所述磨抛组件之间设有对中组件；所述磨抛组件一侧设有夹持组件。

进一步地，所述四线开方组件、磨抛组件和上下料组件呈“品”字形设置。

进一步地，所述上下料组件包括上下料底座、滑动设置在上下料底座上的滑动台、以及滑动设置在滑动台上的上下料台。

进一步地，所述上下料底座长度方向的两侧均设有底座导轨，所述滑动台可沿底座导轨滑动；所述滑动台长度方向的两侧均设有滑动导轨，滑动导轨与所述底座导轨垂直，所述上下料台可沿滑动导轨滑动。

进一步地，所述上下料台包括上下移动板、设置在上下移动板顶部的前后移动板、以及设置在前后移动板顶部的上料组件和下料组件。

进一步地，所述四线开方组件包括开方底座、设置在开方底座顶部的开方立柱、以及设置在开方立柱底部两端的切割机头和开方尾架。

进一步地，所述开方立柱顶部沿长度方向设有开方导轨，所述切割机头顶部与开方导轨滑动连接；所述开方底座上设有导轨，所述开方尾架底部与导轨滑动连接；所述开方尾架包括尾架机身、设置在机身上部的夹紧头和设置在机身底部两侧的导轨滑块；所述夹紧头外围设有一圈边皮顶紧件，两侧所述导轨滑块中间设有驱动电缸。

进一步地，所述磨抛组件包括磨头支撑立柱、设置在磨头支撑立柱上的磨头进给组件、以及设置在磨头进给组件上的磨头组件；所述磨头支撑立柱为“门”型结构，磨抛纵向移动工作台从所述磨头支撑立柱底部空隙穿过。

进一步地，所述夹持组件设置在所述磨抛纵向移动工作台上，所述夹持组件底部与所述磨抛纵向移动工作台滑动连接。

进一步地，所述绕排线组件包括绕线模组和排线模组，所述排线模组旁设有数个绕线轮。

本发明的有益效果是：

将四线开方、四面磨抛工序一体化，形成自动流水式生产线，采用圆棒上料开方，加工完成后方棒下料，上下料组件转运硅棒到磨抛工序进行四面磨抛，加工工序集中，节约了人工转运成本，工件精度保持性好，加工效率高，可大大提高产能。

附图说明

图1是本发明的整体示意图；

图2是本发明的上下料组件的结构示意图；

图3是本发明上下移动板和前后移动板部分的结构示意图；

图4是本发明上料组件的结构示意图；

图5是本发明四线开方组件的结构示意图；

图6是本发明切割机头的结构示意图；

图7是本发明切割机头另一个视角的结构示意图；

图8是本发明开方尾架的结构示意图；

图9是本发明的对中组件的结构示意图；

图10是本发明的磨抛组件的结构示意图；

图11是本发明的磨头组件的结构示意图；

图12是本发明的磨头进给组件的结构示意图；

图13是本发明的夹持组件的结构示意图；

图14是本发明的绕排线组件的结构示意图。

附图中：

1-底座；

10-上下料组件、11-上下料底座、12-滑动台、13-上下移动板、131-上下移动伺服电机、132-上下移动同步带、133-上下移动滚珠丝杠、134-上下移动导轨、14-前后移动板、141-前后移动滚珠丝杠、142-前后移动滚珠丝杠支撑座、143-前后移动导轨、144-前后移动伺服电机、145-前后移动同步带、146-前后移动护罩、15-上料组件、151-上料底座、152-硅棒夹紧气缸、1521-气缸支撑座、1522-前后位置检测探针、153-第二夹紧板、1531-第二夹紧板支撑座、1532-第二夹紧板导轨、154-上料支撑板、155-第一夹紧板、156-定位板、16-夹爪、17-固定基板；

20-四线开方组件、21-开方底座、22-开方立柱、23-切割机头、231-切割机架、232-切割轮、233-导向轮、234-线网驱动电机、235-主动轮、236-从动轮、24-开方尾架、24-开方尾架、241-夹紧头、242-边皮顶紧件、243-限位件、244-导轨滑块、245-驱动电缸；

30-对中组件、311-对中固定板、312-对中夹紧板、313-对中滑轨、314-对中滑块、315-齿轮、316-齿条；

40-磨抛组件、41-磨头组件、411-砂轮旋转电机、412-精磨主轴电机、413-主轴支撑体、414-主轴、415-砂轮、42-检测组件、421-支撑底座、422-滑板、423-直线导轨、424-伺服电机、425-配重气缸、43-磨抛纵向移动工作台；

50-夹持组件、51-头架、52-尾架、53-支撑座、54-夹持护罩、55-尾架护罩；

60-绕排线组件、61-绕线辊、62-绕线电机、63-绕线轮。

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，以下实施方式中提到的方向用词，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。

下面结合附图和较佳的实施例对本发明作进一步说明。

参见图1，本发明的一种通过式全自动晶棒四线开方四面磨削抛光装置，包括底座1、沿底座长度方向上设置的四线开方组件20和磨抛组件40、以及设置在底座1一侧的上下料组件10。四线开方组件20、磨抛组件40和上下料组件10呈“品”字形设置，可实现上下料组件10在四线开方组件20和磨抛组件40之间输送硅棒。

在四线开方组件20旁设有绕排线组件60，绕排线组件60有两个，设置在四线开方组件20两侧，用来收放切割线，实现四线开方组件20切割硅棒时的切割线往复运动。在四线开方组件20和磨抛组件40之间设有对中组件30，用来对硅棒进行上下中心对中。在磨抛组件40一侧设有夹持组件50，在硅棒磨抛时夹紧硅棒并带动硅棒移动。

参见图2-图4，上下料组件10包括上下料底座11、滑动设置在上下料底座11上的滑动台12、以及滑动设置在滑动台12上的上下料台。上下料底座11长度方向的两侧均设有底座导轨，滑动台12可沿底座导轨滑动。滑动台12长度方向的两侧均设有滑动导轨，滑动导轨与底座导轨垂直，上下料台可沿滑动导轨滑动。

上下料台包括上下移动板13、设置在上下移动板13顶部的前后移动板14、以及设置在前后移动板14顶部的上料组件15和下料组件。上下移动板13一侧设有固定基板17，上下料台通过固定基板17与其外围的保护座固连。

前后移动板14一端设有前后移动护罩146，该护罩为风琴护罩，可随着前后移动板14的移动而伸缩，防止灰尘杂质进入前后移动板14内。前后移动板14底部设有前后移动导轨143，前后移动板14可在前后移动导轨143上前后移动。前后移动板14底部与前后移动滚珠丝杠141连接，前后移动滚珠丝杠141的螺母固定在前后移动板14上，该滚珠丝杠转动，滚珠丝杠螺母带动上下料台前后移动板前后移动。

前后移动板14后端设有前后移动同步带145，前后移动同步带145底部连接前后移动伺服电机144。前后移动滚珠丝杠141一端外套设前后移动滚珠丝杠支撑座142，另一端与前后移动同步带145连接。前后移动伺服电机144输出转动动力，通过前后移动同步带145转向，将转动传递给前后移动滚珠丝杠141。

上下移动板13通过上下移动导轨134固定在固定基板17上，上下移动板13可在上下移动导轨134上上下移动。上下移动板13面向上下移动导轨134一侧与上下移动滚珠丝杠133连接，上下移动滚珠丝杠133的螺母与上下移动板13固定，上下移动滚珠丝杠133转动时，螺母在上下移动滚珠丝杠133上上下移动带动上下移动板13上下移动。

上下移动滚珠丝杠133底部与上下移动同步带132连接，上下移动同步带132另一端与上下移动伺服电机131连接，上下移动伺服电机131输出转动动力，经过上下移动同步带132转向，将转动传递给上下移动滚珠丝杠133。

上料组件15包括上料底座151，沿上料底座151长度方向的两端分别设有第一夹紧板155和硅棒夹紧气缸152。硅棒夹紧气缸152通过气缸支撑座1521固定在上料底座151上，气缸支撑座1521内部设有空腔，空腔内设有前后位置检测探针1522。

硅棒夹紧气缸152靠近第一夹紧板155一侧连接第二夹紧板153，第二夹紧板153底部设有第二夹紧板支撑座1531，第二夹紧板支撑座1531底部设有第二夹紧板导轨1532，第二夹紧板支撑座1531可在第二夹紧板导轨1532上前后移动。

第二夹紧板支撑座1531面向硅棒夹紧气缸152一侧设有基准板(图中未示出)，前后位置检测探针1522一端固定在基准板上。前后位置检测探针1522可伸缩，其初始状态为收缩状态，当硅棒夹紧气缸152活塞端伸出，推动第二夹紧板153向第一夹紧板155移动时，前后位置检测探针1522一端跟随基准板移动，前后位置检测探针1522伸展。

第一夹紧板155与第二夹紧板153之间设有上料支撑板154，上料支撑板154底部固定在上料底座151上，用于上料时放置硅棒。上料底座151一侧设有定位板156，定位板156与上料底座151一样固定在前后移动板14上，用于上料组件15安装时的定位作用。

下料组件包括夹爪16和夹爪气缸，夹爪16和夹爪气缸均平行设置3个，夹爪16的一端与夹爪气缸的活塞端固连，其另一端为自由端。夹爪16的横截面成U形，3个夹爪间隔设置以形成容纳硅棒的空间。在夹爪16上固设有晶向检测装置，晶向检测装置用于对硅棒的晶向进行检测。

当硅棒进行上下料时，将硅棒放置在上料支撑板154上，硅棒夹紧气缸152活塞端伸出，推动第二夹紧板153向第一夹紧板155移动，夹紧硅棒，同时前后位置检测探针1522伸长，前后位置检测探针1522将伸长的位移数据传送给控制中心；接着，滑动台12带动上下料台在上下料底座11上滑动至开方工位，然后上下料台在滑动台12上滑动将硅棒向前送，此时前后移动伺服电机144启动，前后移动板14将硅棒移动到开方处进行后续操作；当硅棒开方完，上下料台移动到硅棒处，使下料组件的夹爪16位于硅棒正下方，上下移动伺服电机131启动带动上下移动板13向上时硅棒处于夹爪16的容纳空间里，然后上下料台撤出开方工位将硅棒移至后续操作处。

参见图5～图8，四线开方组件20包括开方底座21、设置在开方底座21顶部的开方立柱22、以及设置在开方立柱22底部两端的切割机头23和开方尾架24。开方立柱22顶部沿长度方向设有开方导轨，切割机头23顶部与开方导轨滑动连接，可沿开方导轨左右移动已实现硅棒开方。开方底座21上设有导轨，开方尾架24底部与导轨滑动连接，可沿导轨左右滑动，实现对硅棒的顶紧和松开。

切割机头23包括切割机架231和分别设置在切割机架231两侧的数个切割轮232和数个导向轮233。切割轮232包括偶数个主动轮235和与主动轮235数量相等的从动轮236。主动轮235和从动轮236两两一组，均通过中心轴相连，主动轮235的轮轴的另一端与线网驱动电机234的输出端相连，由线网驱动电机234带动转动，进而带动从动轮236转动。本实施例主动轮235和从动轮236均设置4个，分别这是在上下左右四个方向，切割线经过导向轮233、主动轮235和从动轮236形成“井”字形切割线网，可以同时在硅棒的四个面进行开方。

开方尾架24包括尾架机身、设置在机身上部的夹紧头241和设置在机身底部两侧的导轨滑块244。夹紧头241用来顶紧硅棒，导轨滑块与开方底座21上的导轨滑动连接。在夹紧头241外围设有一圈边皮顶紧件242，在硅棒开方完后顶紧硅棒边皮。在两侧导轨滑块244中间设有驱动电缸245，用来为导轨滑块244在导轨上滑动提供动力。在尾架机身上还设有限位件233，用来对开方尾架24的移动进行限位，防止开方尾架24过度移动导致发生故障。

参见图9，对中组件30包括对中固定板311和两个竖直设置的对中夹紧板312，且两个对中夹紧板312相对设置。对中固定板311上固设有两条平行设置的对中滑轨313，对中滑轨313上设置有两个对中滑块314，且在两条滑轨313之间设置有齿轮315和与齿轮315相配合的齿条316。

齿条316设置两根，分别位于齿轮315的上方和下方。齿条316的一端与齿轮315相啮合，另一端与对中滑块314固连。当上料台30将硅棒70运至两个对中夹紧板312之间，对中夹紧板312夹紧硅棒，并对硅棒位置进行微调正直至上下、前后、左右中心符合要求。

参见图10，磨抛组件40包括磨头支撑立柱、设置在磨头支撑立柱上的磨头进给组件、以及设置在磨头进给组件上的磨头组件41。磨头支撑立柱为“门”型结构，磨抛纵向移动工作台43从磨头支撑立柱底部空隙穿过。本实施例磨头支撑立柱上设有4个磨头进给组件，磨头组件41旁设有检测组件42。

参见图12，磨头进给组件包括支撑底座421，支撑底座421上设有直线导轨423，在直线导轨423上设有滑板422，磨头组件41设置在滑板422一端，滑板422带动磨头组件41在直线导轨423上滑动。直线导轨423一端设有伺服电机424，用于驱动滑板422的前后移动。直线导轨423一侧还设有一配重气缸425，由于磨头进给组件挂设在磨头支撑立柱上，磨头进给组件倾斜45度角，该配重气缸425用来抵消磨头进给组件的重力，以保护滚珠丝杠不磨损。

参见图11，磨头组件41包括主轴414、和分别设置在主轴414两端的磨头和主轴支撑体413。磨头前端设置有砂轮415，砂轮415分两种，包括粗磨砂轮和精磨砂轮。精磨砂轮的直径小于粗磨砂轮的直径，正常状态时，精磨砂轮在粗磨砂轮的内侧。

主轴支撑体413一侧设有砂轮旋转电机411，用来控制精磨砂轮和粗磨砂轮的旋转。主轴支撑体413另一侧设有精磨主轴电机412，用来控制精磨砂轮主轴伸缩，和粗磨砂轮切换工作。砂轮工作时，先对硅棒进行粗磨，粗磨完成后，精磨主轴电机412控制精磨砂轮和粗磨砂轮切换工作。

参见图13，夹持组件50设置在磨抛纵向移动工作台43上，夹持组件50底部与磨抛纵向移动工作台43滑动连接，可沿磨抛纵向移动工作台43长度方向移动。夹持组件50包括底部的支撑座53、和设置在支撑座53上的头架51和尾架52。头架51固定在支撑座53一端，尾架52可沿支撑座53移动。在头架51和尾架52之间设有夹持护罩54，用于保护头尾架之间的电缆线路，防止灰尘进入。在尾架52背向头架51一侧设有尾架护罩55，当尾架52向头架51移动时，尾架护罩55伸展，保护其内的电缆线路，防止灰尘进入。

当硅棒由上下料组件10运至对中组件30进行硅棒对中后，夹持组件50在磨抛纵向移动工作台43上移动至硅棒处，使硅棒处于头架51和尾架52之间，然后尾架52在支撑座53上移动以匹配硅棒的长度以便夹紧硅棒，夹紧硅棒后夹持组件50将硅棒移至磨头支撑立柱下方，开始硅棒磨抛作业。

参见图14，绕排线组件60包括绕线模组和排线模组，绕线模组包括绕线电机62和与绕线电机62输出端相连的绕线辊61，绕线辊61在绕线电机62驱动下进行旋转。

排线模组设置在绕线模组底部，包括设排线驱动装置，排线驱动装置由排线驱动电机、排线滚珠丝杠和排线导轨组成，排线滚珠丝杠上的丝杠螺母与绕线模组底部相连，排线驱动电机驱动排线滚珠丝杠旋转，绕线模组沿排线导轨前后移动，将高速运转的切割线均匀排布在旋转的绕线辊61上或者将绕线辊61上的切割线放出，实现收线或放线过程。

在排线模组旁设有数个绕线轮63，绕线轮63将切割线从绕线辊61上引出至切割机头、或将切割机头出来的切割线引入绕线辊61。

当使用本装置开始进行加工时，上料组件15夹持圆硅棒，此时晶向检测装置检测工件晶向，并移动至四线开方组件20的切割机头23和开方尾架24的轴线处，此时开方尾架24移动夹紧工件，发出夹紧信号后切割机头23在开方立柱22上的开方导轨支撑下完成硅棒切割，上料组件15下降退回到原位置，此时的绕排线组件60配合切割机头23实现切割线往复运动，完成硅棒四方开方工序；开方完成后下料组件移动至硅棒下方，下料组件接取开方后的硅棒，移动到原始位置，下料组件通过通过滑动台12在上下料底座11上滑动，移动到磨抛组件40前方，下料组件夹持方硅棒移动到对中组件30处，完成方硅棒对中工作；下料组件夹持硅棒，移动到夹持组件50位置，头架51和尾架52完成硅棒夹持后，下料组件退回；夹持组件50夹持硅棒到磨头组件41位置处，磨头组件41在磨头支撑立柱的支撑下，通过磨头进给组件的驱动实现砂轮先后移动，磨抛纵向移动工作台43带动夹持组件50实现硅棒纵向移动，磨头组件41实现横向移动，两两配合完成方硅棒磨削；加工完成后，磨抛纵向移动工作台43带动夹持组件50实现硅棒到下料位置，此时的下料组件移动到硅棒下方接取硅棒，将硅棒移动到设备正前方，完成硅棒下料。

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)

1.一种通过式全自动晶棒四线开方四面磨削抛光装置，其特征在于，包括底座(1)、沿底座(1)长度方向上设置的四线开方组件(20)和磨抛组件(40)、以及设置在底座(1)一侧的上下料组件(10)；所述四线开方组件(20)旁设有绕排线组件(60)；所述绕排线组件(60)有两个，设置在所述四线开方组件(20)两侧；所述四线开方组件(20)和所述磨抛组件(40)之间设有对中组件(30)；所述磨抛组件(40)一侧设有夹持组件(50)。

2.根据权利要求1所述的通过式全自动晶棒四线开方四面磨削抛光装置，其特征在于，所述四线开方组件(20)、磨抛组件(40)和上下料组件(10)呈“品”字形设置。

3.根据权利要求1所述的通过式全自动晶棒四线开方四面磨削抛光装置，其特征在于，所述上下料组件(10)包括上下料底座(11)、滑动设置在上下料底座(11)上的滑动台(12)、以及滑动设置在滑动台(12)上的上下料台。

4.根据权利要求3所述的通过式全自动晶棒四线开方四面磨削抛光装置，其特征在于，所述上下料底座(11)长度方向的两侧均设有底座导轨，所述滑动台(12)可沿底座导轨滑动；所述滑动台(12)长度方向的两侧均设有滑动导轨，滑动导轨与所述底座导轨垂直，所述上下料台可沿滑动导轨滑动。

5.根据权利要求4所述的通过式全自动晶棒四线开方四面磨削抛光装置，其特征在于，所述上下料台包括上下移动板(13)、设置在上下移动板(13)顶部的前后移动板(14)、以及设置在前后移动板(14)顶部的上料组件(15)和下料组件。

6.根据权利要求1所述的通过式全自动晶棒四线开方四面磨削抛光装置，其特征在于，所述四线开方组件(20)包括开方底座(21)、设置在开方底座(21)顶部的开方立柱(22)、以及设置在开方立柱(22)底部两端的切割机头(23)和开方尾架(24)。

7.根据权利要求6所述的通过式全自动晶棒四线开方四面磨削抛光装置，其特征在于，所述开方立柱(22)顶部沿长度方向设有开方导轨，所述切割机头(23)顶部与开方导轨滑动连接；所述开方底座(21)上设有导轨，所述开方尾架(24)底部与导轨滑动连接；所述开方尾架(24)包括尾架机身、设置在机身上部的夹紧头(241)和设置在机身底部两侧的导轨滑块(244)；所述夹紧头(241)外围设有一圈边皮顶紧件(242)；两侧所述导轨滑块(244)中间设有驱动电缸(245)。

8.根据权利要求1所述的通过式全自动晶棒四线开方四面磨削抛光装置，其特征在于，所述磨抛组件(40)包括磨头支撑立柱、设置在磨头支撑立柱上的磨头进给组件、以及设置在磨头进给组件上的磨头组件(41)；所述磨头支撑立柱为“门”型结构，磨抛纵向移动工作台(43)从所述磨头支撑立柱底部空隙穿过。

9.根据权利要求8所述的通过式全自动晶棒四线开方四面磨削抛光装置，其特征在于，所述夹持组件(50)设置在所述磨抛纵向移动工作台(43)上，所述夹持组件(50)底部与所述磨抛纵向移动工作台(43)滑动连接。

10.根据权利要求1所述的通过式全自动晶棒四线开方四面磨削抛光装置，其特征在于，所述绕排线组件(60)包括绕线模组和排线模组；所述排线模组旁设有数个绕线轮(63)。

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