CN202399129U - 一种研磨晶棒的全自动控制系统 - Google Patents

Abstract

一种研磨晶棒的全自动控制系统，涉及晶体材料专用加工设备，由给进模块、自动上料模块、自动锁紧模块A、磨削模块、自动锁紧模块B、出料模块、出料检测模块构成可编程PLC控制器，可编程PLC控制器通过人机界面控制器显示；本实用新型对于磨机全自动控制，即可实现设备的自动运行，进而实现全自动研磨晶棒，当研磨一批硅芯横粱结束后，系统会自动的显示本次所研磨的晶棒的数量，不需要操作人员进行繁琐的重复的工作，因此大大减轻了工人的劳动强度，提高了工作效率。

Description

一种研磨晶棒的全自动控制系统

【技术领域】

本实用新型涉及晶体材料专用加工设备，涉及一种研磨晶棒的全自动控制系统。

【背景技术】

硅芯作为多晶硅生长载体的一部分，在多晶硅生长过程中具有重要的作用。随着当前多晶硅市场的迅猛发展，大规模生产硅芯就成为急需解决的问题，目前使用的硅芯由于没有进行精细加工，只是从整根硅芯上剪出合适距离的硅芯或通过简单的手工磨削，进行简单酸洗后充当晶棒使用，从上述情况可以看出，当前使用的晶棒还是处于一种粗加工时代，晶棒长度无法保证；也没有专用的设备对硅芯进行精细加工，这样在多晶硅生长前期就埋下了隐患，在还原炉里横竖硅芯是通过钼丝连接的，在多晶硅生产前需要通过高压来击穿硅芯对硅芯加热，这样在瞬间高压过来时，极容易击落硅芯，另外在多晶硅长成后横硅芯和竖硅芯连接处废料较多，造成成品多晶硅成品产量下降。

在本发明同一个申请人的同族专利申请中给出了中国专利：专利名称、桥式晶体材料双头磨床，专利号、201110203096.8，该专利申请中给出了一种通过晶棒夹持机构将晶棒稳固的固定在晶棒夹持机构上，利用晶棒的一端磨削机构和晶棒的另一端磨削机构对晶棒的两端进行精确地磨削；本发明实现了稳固的磨削晶棒的目的，有效地提高了晶棒加工的机械化程度，但是实施该专利必须有一套适宜的控制系统，才能使该设备发挥其应有的功能。

【发明内容】

本实用新型的目的是提出一种研磨晶棒的全自动控制系统，所述的研磨晶棒的全自动控制系统包括专利申请201110203096.8的设备，本实用新型通过全自动控制系统不需要操作人员进行繁琐的重复的工作，因此大大减轻了工人的劳动强度，提高了工作效率。

为实现上述发明目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种研磨晶棒的全自动控制系统，由给进模块、自动上料模块、自动锁紧模块A、磨削模块、自动锁紧模块B、出料模块、出料检测模块构成可编程PLC控制器，可编程PLC控制器通过人机界面控制器显示；其中所述可编程PLC控制器控制设备；

所述给进模块连接交流伺服控制器，交流伺服控制器连接且控制交流伺服电机；

所述自动上料模块连接且控制储气罐，储气罐连接进料气缸；

所述自动锁紧模块A连接且控制储气罐，储气罐连接锁紧气缸；

所述磨削模块连接交流伺服控制器，交流伺服控制器连接且控制交流伺服电机；

所述自动锁紧模块B连接且控制储气罐，储气罐连接锁紧气缸；

所述出料模块连接且控制储气罐，储气罐连接出料气缸；

所述出料检测模块连接PLC计数器。

所述的研磨晶棒的全自动控制系统，交流伺服电机连接设备进给机构且带动进给机构动作。

所述的研磨晶棒的全自动控制系统，自动上料模块控制储气罐和进料气缸动作。

所述的研磨晶棒的全自动控制系统，交流伺服控制器控制交流伺服电机，交流伺服电机带动砂轮启动磨削。

所述的研磨晶棒的全自动控制系统，所述PLC计数器连接HMI或人机界面控制器，由HMI显示研磨的硅芯数量或人机界面控制器显示研磨的硅芯数量。

所述的研磨晶棒的全自动控制系统，所述可编程PLC控制器型号为CP1H-X40DT-D。

所述的研磨晶棒的全自动控制系统，所述人机界面控制器型号为TPC7062K。

所述的研磨晶棒的全自动控制系统，所述交流伺服电机型号为SGMJV-04AAA61。

所述的研磨晶棒的全自动控制系统，所述交流伺服控制器型号为SGDV-2R8A01A。

由于使用了上述技术方案，本实用新型具有如下技术优势：

本实用新型所述的研磨晶棒的全自动控制系统，对于专利申请201110203096.8的设备所述的磨机全自动控制，即可实现设备的自动运行，进而实现全自动研磨晶棒，当研磨一批硅芯横粱结束后，系统会自动的显示本次所研磨的晶棒的数量，不需要操作人员进行繁琐的重复的工作，因此大大减轻了工人的劳动强度，提高了工作效率。

【附图说明】

图1是本实用新型与设备的连接关系示意图。

【具体实施方式】

结合附图1中所述的研磨晶棒的全自动控制系统，由给进模块、自动上料模块、自动锁紧模块A、磨削模块、自动锁紧模块B、出料模块、出料检测模块构成可编程PLC控制器，所述可编程PLC控制器型号为CP1H-X40DT-D，具体参数为：DC24V电源、DC输入24点、晶体管(漏型)输出16点、4轴脉冲输出，可编程PLC控制器通过人机界面控制器显示，所述人机界面控制器型号为TPC7062K，具体参数为：分辨率为800X800、7寸、TFT液晶屏、ARM结构CPU、主频400MHZ、64M NAND Flash；其中所述可编程PLC控制器控制设备；

所述给进模块连接交流伺服控制器，交流伺服控制器连接且控制交流伺服电机，交流伺服电机连接设备进给机构且带动进给机构动作；

所述自动上料模块连接且控制储气罐，储气罐连接进料气缸，自动上料模块控制储气罐和进料气缸动作；

所述自动锁紧模块A连接且控制储气罐，储气罐连接锁紧气缸A；

所述磨削模块连接交流伺服控制器，所述交流伺服控制器型号为SGDV-2R8A01A，具体参数为：最大适用电机容量400W、连续输出电流2.8A、最大输出电流9.3A、接口规格：模拟电压、脉冲列指令型；交流伺服控制器连接且控制交流伺服电机，所述交流伺服电机型号为SGMJV-04AAA61，具体参数为：功率400W、电源电压AC220V、13位增量型串行编码器、额定转速3000转、最高转速6000转，交流伺服控制器控制交流伺服电机，交流伺服电机带动砂轮启动磨削；

所述自动锁紧模块B连接且控制储气罐，储气罐连接锁紧气缸B；

所述出料模块连接且控制储气罐，储气罐连接出料气缸；

所述出料检测模块连接PLC计数器，所述PLC计数器连接HMI或人机界面控制器，由HMI显示研磨的硅芯数量或人机界面控制器显示研磨的硅芯数量。

所述的研磨晶棒的全自动控制系统对设备控制的研磨工艺流程“使用过程”为：

第一步：把长短适中的晶棒放入晶棒储存盒内，预装好一次要完成晶棒的数量；

第二步：启动设备的进给模块，且打开并调节冷却介质流量；

第三步：启动设备的自动上料模块，由自动上料模块控制自动上料机构，使晶棒顺利进入自动锁紧机构内；

第四步：启动设备的自动锁紧模块A，由自动锁紧模块A控制锁紧机构加紧晶棒；

第五步：启动设备的磨削模块，由磨削模块控制磨削机构，磨削机构主要包括砂轮和托盘，砂轮通过防水连接机构与交流伺服电机连接，由于交流伺服电机能够实现匀速运行从而带动砂轮匀速运转，最终实现晶棒不易折断；托盘通过丝杆和丝母结构与减速机连接，减速机再与交流伺服电机相连：该交流伺服电机作为水平XY运动的执行机构，其采用位置模式与可编程PLC控制器连接，实现定位、正反加速减速工作；由于该交流伺服电机自身带的编码器为13位增量型编码器，完全满足了设计的定位和调速要求。水平XY轴的限位和起始点分别由限位开关检测，进料气缸、锁紧气缸、出料气缸、交流伺服电机和限位开关分别与可编程PLC控制器相连接，在可编程PLC控制器中设置软起动、软停止及定位功能。进料气缸、锁紧气缸、出料气缸、交流伺服电机通过可编程PLC控制器统一协调完成，结合可编程PLC控制器的强大的逻辑控制功能，通过交流伺服系统的精确动作和可靠性，来完成晶棒研磨全自动控制过程。

托盘的水平移动行程和速度是通过可编程PLC控制器的相应程序来实现的，通过人机界面控制器设定相应的数据下载到可编程PLC控制器数据区，出料检测模块承担的任务不单是检测加工完成，而且还承担计数功能，当需要检测晶棒时，只要发出一个信号给可编程PLC控制器，可编程PLC控制器内部计数器根据检测到信号进行计数，并送到人机界面控制器上并显示已加工的晶棒数量。

对托盘的水平移动行程进行设定，由于驱动机构采用的是高性能的交流伺服电机，其电子齿轮比Pn20E(分子)、Pn210(分母)分别设置为8192、360。8192为交流伺服电机自身带编码器的分辨率，因此交流伺服电机最大可以达到8192个脉冲为1圈。电子齿数是对上位装置输入指令的1个脉冲对应与工作所走的移动量进行任意设定的功能。

为了以后调试和维护方便，本实用新型把电机轴和负载轴的机械减速比设定为n/m＝l/l因此Pn210设置360就是交流伺服电机旋转一周需要360个脉冲。

第六步：当晶棒研磨到我们设定好的行程后，左右Y轴同时快速向前移动，这时砂轮也跟着停下来，然后又是各个模块自动调节回到启动时的状态，回到启动时的状态后，这时自动锁紧模块B启动，自动锁紧模块B控制锁紧机构，锁紧机构松开晶棒，右x轴快速移动一段距离，

第七步：出料模块启动，有出料模块控制出料机构，当晶棒弹出锁紧机构后，把晶棒运出一段合适的距离，这时需要操作人员来确认一下第一根晶棒研磨的状态(研磨成功第一根晶棒需要确认接下来就不需要了)，当操作人员用手在出料检测位置划一下时，系统就认为第一根晶棒研磨成功，接下来就是各个轴退回到起始原点位置，然后系统会发出报警声提示第一根硅芯研磨成功系统各个部分正常，紧接着就是自动上料机构会根据系统的提示发出一根新的晶棒，接下来就开始新的一轮循环，直到没有可加工的晶棒后系统会根据现场有无操作人员值守，做出判断是否需要停机，在第一根晶棒研磨状态确认后后续的加工可以自动循环，在自动加工过程中，如果出料检测模块检测到研磨后的晶棒为成品时，则会进行下一轮的循环，如果研磨后的晶棒没有达到设计要求，即为残次品时，系统会发出报警提示，此时，如设备旁有人值守时，可以立即做出判断，并消除报警，进行相应的其它操作，如果此时设备旁无人值守时，会根据延时的时间自动结束此次加工任务。

本实用新型首先以数据表格的方式在数据存储区按一定顺序进行存储各个位置的行程和速度，然后事先设定好的数据依次发送给交流伺服驱器，由于交流伺服系统采用的是闭环控制系统，所以可编程PLC控制器每发出一个脉冲都能够得到可靠响应，从而得到高精度的定位和速度控制根据可编程PLC控制器强大的逻辑控制功能，本装置全自动控制顺序得到顺利的实现；每加工完成一根晶棒后系统都会自动回到起始原点复位各个数据区，避免了重复运动产生的累积误差，满足了研磨硅芯横粱的要求。

本实用新型控制设备JN3200A晶棒磨机是晶棒切槽的专用加工设备，砂轮转动用的电机是可以长期工作并频繁启动的交流伺服电机，底盘进给电机(也就是砂轮进给电机)是进口交流伺服电机，电机转速都可在0-3000r/min的范围内自由调节，由于出厂之前我们进行了对伺服电机各项参数的设置，所以在实际的运行过程中伺服电机会根据实际负载的变化做出智能化反应来保护减速机、丝杠、X、Y轴底盘的安全性，从而大大提高了磨机的安全性和稳定性。

进给用的是丝杆和丝母结构，丝杆是不锈钢，丝母用的是锡青铜，在遵守操作规程，定期加油的情况下，丝母能长期使用，丝母的安装方式采用了我公司独创的盒子结构方式，避免制造和安装的误差产生的径向力。砂轮主轴的轴承全部用的是P4级高速轴承，此轴承具有良好的工作性能和长期的使用寿命。锁紧装置采用的德力西气动阀配台我公司设计的V型块卡紧头，容易锁紧硅芯。用的砂轮是直径100(mm)的表面镀金钢石砂轮。防水系统是用不锈钢板0Crl8Ni9作成的防水槽和有机玻璃防水罩，美观耐用，通过透明的有机玻璃可清晰的看到研磨硅芯的全过程。进料系统可以选择一键进料和手动上料，操作人员可根据实际情况选择进料按钮；此磨机是一台自动、手动等众多功能集于一体的磨机，每次装好硅芯，仅需简单操作，磨机即可实现砂轮的自动旋转运动，左右X、Y轴快慢速自动进给，进而实现全自动研磨晶棒，当研磨一批硅芯横粱结束后，系统会自动的显示本次所研磨的晶棒的数量，不需要操作人员进行繁琐的重复的工作，因此大大减轻了工人的劳动强度，提高了工作效率。

Claims (9)

1.一种研磨晶棒的全自动控制系统，其特征是：由给进模块、自动上料模块、自动锁紧模块A、磨削模块、自动锁紧模块B、出料模块、出料检测模块构成可编程PLC控制器，可编程PLC控制器通过人机界面控制器显示；其中所述可编程PLC控制器控制设备；

所述给进模块连接交流伺服控制器，交流伺服控制器连接且控制交流伺服电机；

所述自动上料模块连接且控制储气罐，储气罐连接进料气缸；

所述自动锁紧模块A连接且控制储气罐，储气罐连接锁紧气缸；

所述磨削模块连接交流伺服控制器，交流伺服控制器连接且控制交流伺服电机；

所述自动锁紧模块B连接且控制储气罐，储气罐连接锁紧气缸；

所述出料模块连接且控制储气罐，储气罐连接出料气缸；

所述出料检测模块连接PLC计数器。

2.根据权利要求1所述的研磨晶棒的全自动控制系统，其特征是：交流伺服电机连接设备进给机构且带动进给机构动作。

3.根据权利要求1所述的研磨晶棒的全自动控制系统，其特征是：自动上料模块控制储气罐和进料气缸动作。

4.根据权利要求1所述的研磨晶棒的全自动控制系统，其特征是：交流伺服控制器控制交流伺服电机，交流伺服电机带动砂轮启动磨削。

5.根据权利要求1所述的研磨晶棒的全自动控制系统，其特征是：所述PLC计数器连接HMI或人机界面控制器，由HMI显示研磨的硅芯数量或人机界面控制器显示研磨的硅芯数量。

6.根据权利要求1所述的研磨晶棒的全自动控制系统，其特征是：所述可编程PLC控制器型号为CP1H-X40DT-D。

7.根据权利要求1所述的研磨晶棒的全自动控制系统，其特征是：所述人机界面控制器型号为TPC7062K。

8.根据权利要求1所述的研磨晶棒的全自动控制系统，其特征是：所述交流伺服电机型号为SGMJV-04AAA61。

9.根据权利要求1所述的研磨晶棒的全自动控制系统，其特征是：所述交流伺服控制器型号为SGDV-2R8A01A。

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