CN204298510U - 一种晶棒夹持装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及单晶硅制备辅助设备，旨在提供一种晶棒夹持装置。该种晶棒夹持装置，包括安装座、导轨，还包括滑块、导轨压块、手爪安装座、夹持手爪、手爪垫块、左旋丝杆、右旋丝杆、丝杆联轴器、左丝杆螺母、右丝杆螺母、电机安装座、驱动电机、电机联轴器、带座轴承、丝杆锁紧螺母、接近传感器、接近传感器支架、接近挡块和接近挡块安装条。使用本实用新型进行晶棒上料、中转、下料，全部过程自动完成，既有效减少了人工操作，又能充分保证装夹精度，可合理配置各加工工序的加工余量，减少加工工作量，节省硅料损耗。具有定位精准、定位速度快、夹持可靠、动作简单等优点。

Description

一种晶棒夹持装置

技术领域

本实用新型是关于单晶硅制备辅助设备，特别涉及一种晶棒夹持装置。

背景技术

硅单晶材料是最重要的光伏发电原材料，近年来随着光伏行业突飞猛进地扩张，硅单晶的产能持续增加。制备硅单晶的常用方法包括直拉法、区熔法等方法，采用此类方法制备的单晶硅均成圆柱型的晶棒。制备出来的整根单晶硅棒，首先需要进行截断工序，将过长的晶棒切断成一定长度方便加工的小段晶棒；接着，硅棒还需进行切方工序，将圆柱型晶棒切成方型且带有部分圆弧的方棒；方棒加工完成后，还需进一步对圆弧和方型表面进行磨削加工，生产出具有一定尺寸精度和表面粗糙度的硅棒；最后，再将加工好的硅棒送入专门的线切片机，加工出可用于电池片生产的硅片。

针对硅棒的切方、边角磨削和平面磨削的加工过程通常是单独的三道工序，需在三种不同的设备间流转以完成整个加工过程。实际操作时，通常先采用线开方机对25根单晶硅棒同时进行开方操作后，再将开方后的硅棒单独由外圆磨床进行圆角磨削，最后再送入平面磨床进行表面磨削。整个加工过程需要三种不同功能的设备配合，而且硅棒需频繁地在设备间进行搬运和装夹定位操作。硅棒的搬运、夹装，即带来了定位误差又增加了物流的工作，而且三种设备的加工精度都会影响加工过程。通常操作时为保证磨削时具备足够的加工余量，在切方时设置较大正向尺寸偏差，这样既浪费硅棒材料又增加了磨削加工的工作量，使得整个加工过程效率低、耗时长。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种定位精准、定位速度快、夹持可靠的夹持装置。为解决上述技术问题，本实用新型的解决方案是：

提供一种晶棒夹持装置，包括安装座、导轨，还包括滑块、导轨压块、手爪安装座、夹持手爪、手爪垫块、左旋丝杆、右旋丝杆、丝杆联轴器、左丝杆螺母、右丝杆螺母、电机安装座、驱动电机、电机联轴器、带座轴承、丝杆锁紧螺母、接近传感器、接近传感器支架、接近挡块和接近挡块安装条；

所述导轨设有两根，分别通过导轨压块平行安装在安装座底部，滑块嵌套在导轨上；所述手爪安装座设有两个，分别固定在对应的滑块上，每个手爪安装座上安装有夹持手爪，每个夹持手爪的夹持面上分别安装有至少一个手爪垫块，两个夹持手爪用于通过两个夹持手爪的夹持面夹取晶棒；

安装座的一端部固定有电机安装座，驱动电机和带座轴承设置在电机安装座上；所述接近挡块安装条一端安装有接近挡块，另一端固定安装在右侧的手爪安装座上，接近挡块用于控制手爪安装座的移动行程；接近传感器支架固定在电机安装座上，接近传感器安装在接近传感器支架上，接近传感器用于控制夹持手爪的行程和确定夹持手爪的零点位置；

所述右旋丝杆头部贯穿通过带座轴承中心孔，并利用丝杆锁紧螺母锁紧；右旋丝杆头部通过电机联轴器与驱动电机的输出端相连，右旋丝杆尾部通过丝杆联轴器与左旋丝杆头部相连；

所述左旋丝杆贯穿通过左丝杆螺母，且该左丝杆螺母与左侧的手爪安装座固定相连；所述右旋丝杆贯穿通过右丝杆螺母，且该右丝杆螺母与右侧的手爪安装座固定相连。

作为进一步的改进，所述每个夹持手爪上分别设有四个手爪垫块，包括两个方形晶棒手爪垫块和两个圆形晶棒手爪垫块；方形晶棒手爪垫块用于在两个夹持手爪夹紧时，夹持固定方形晶棒；圆形晶棒手爪垫块用于在两个夹持手爪夹紧时，夹持固定圆形晶棒。

作为进一步的改进，所述接近传感器包括三个磁力型接近传感器，且三个磁力型接近传感器呈一字形排列并安装在接近传感器支架上。

作为进一步的改进，所述左丝杆螺母、右丝杆螺母分别通过螺栓与左侧的手爪安装座、右侧的手爪安装座固定连接。

作为进一步的改进，所述两根导轨均为直线导轨，且两根导轨上嵌套的滑块设有三个，左侧的手爪安装座固定在一个滑块上，右侧的手爪安装座固定在两个滑块上。

作为进一步的改进，所述驱动电机采用伺服电机。

作为进一步的改进，所述左旋丝杆和右旋丝杆均为滚珠丝杆。

作为进一步的改进，所述安装座为一块方形平板。

作为进一步的改进，所述夹持手爪欲将晶棒夹紧但又不能损伤晶棒，则驱动电机的输出扭矩T需满足公式：

$\frac{G\·{\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\θ}}{2}\right)\·\mathrm{Ph}}{2\mathrm{\π}\·\mathrm{\η}}\≤T\≤1.2\×\frac{G\·{\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\θ}}{2}\right)\·\mathrm{Ph}}{2\mathrm{\π}\·\mathrm{\η}}$

式中，T为驱动电机输出扭矩，单位符号为Nm；G为所夹持晶棒的重力，单位符号为N；θ为夹持手爪夹持面的夹角，单位符号为°；Ph为滚珠丝杆导程，单位符号为m；η为滚珠丝杆效率，sin为正弦三角函数，π为圆周率。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

使用本实用新型进行晶棒上料、中转、下料，全部过程自动完成，既有效减少了人工操作，又能充分保证装夹精度，可合理配置各加工工序的加工余量，减少加工工作量，节省硅料损耗。具有定位精准、定位速度快、夹持可靠、动作简单等优点。

附图说明

图1为本实用新型主视图。

图2为本实用新型主剖视图。

图3为本实用新型夹持方晶棒示意图。

图4为本实用新型夹持圆晶棒示意图。

图中的附图标记为：1夹持手爪；2手爪垫块；3手爪安装座；4滑块；5导轨；6导轨压块；7安装座；8接近传感器；9接近传感器支架；10接近挡块安装条；11接近挡块；12左旋丝杆；13左丝杆螺母；14丝杆联轴器；15右旋丝杆；16右丝杆螺母；17带座轴承；18电机安装座；19丝杆锁紧螺母；20电机联轴器；21驱动电机。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：

如图1、图2所示的一种晶棒夹持装置，包括夹持手爪1、手爪垫块2、手爪安装座3、滑块4、导轨5、导轨压块6、安装座7、接近传感器8、接近传感器支架9、接近挡块安装条10、接近挡块11、左旋丝杆12、左丝杆螺母13、丝杆联轴器14、右旋丝杆15、右丝杆螺母16、带座轴承17、电机安装座18、丝杆锁紧螺母19电机联轴器20和驱动电机21。

所述安装座7为一块方形平板，两根导轨5通过导轨压块6平行地安装于安装座7底部，滑块4嵌套在导轨5上，使滑块4能在导轨5上左右滑动。所述电机安装座18固定在安装座7的端部，驱动电机21和带座轴承17安装于电机安装座18上；所述接近传感器支架9固定在电机安装座18上，且接近传感器8安装在接近传感器支架9上。接近挡块安装条10一端设有接近挡块11，另一端固定安装在右侧的手爪安装座3上，使得接近挡块安装条10随着右侧的手爪安装座3左右移动而移动，接近挡块11则用于控制手爪安装座3的移动行程。所述右旋丝杆15头部贯穿通过带座轴承17中心孔由丝杆锁紧螺母19锁紧，并通过电机联轴器20与驱动电机21输出端相连，右旋丝杆15尾部通过丝杆联轴器14与左旋丝杆12头部相连；其中驱动电机21是伺服电机，左旋丝杆12和右旋丝杆15均为精密滚珠丝杆。

所述左旋丝杆12贯穿通过左丝杆螺母13，且该左丝杆螺母13通过螺栓与左侧的手爪安装座3固定连接；所述右旋丝杆15贯穿通过右丝杆螺母16，且该右丝杆螺母16通过螺栓与右侧的手爪安装座3固定连接。

所述两个手爪安装座3上部端均固定在对应的滑块4上，其下部端分别安装有一个夹持手爪1，每个夹持手爪1的夹持面上安装有四个手爪垫块2，其中包括两个方晶棒手爪垫块2和两个圆晶棒手爪垫块2；所述同一夹持手爪1的两个方晶棒手爪垫块2、两个圆晶棒手爪垫块2分别关于夹持中心的水平面上下对称，所述两个夹持手爪1的方晶棒手爪垫块2之间、圆晶棒手爪垫块2之间分别关于夹持中心的垂直面左右对称；所述手爪垫块2的材料为MC901尼龙。

所述驱动电机21带动左旋丝杆12和右旋丝杆15沿同一方向旋转，实现对夹持手爪1的夹紧和松开。

所述接近传感器8包括三个磁力型接近传感器，用于控制夹持手爪1的行程以及确定夹持手爪1的零点位置，三个磁力型接近传感器呈一字形排列，其中一个安装在接近传感器支架9的左端，另两个安装在接近传感器支架9的右端。

所述两根导轨5均为精密直线导轨，两根导轨5上嵌套有三个滑块4，使滑块4能导轨5上自由地左右滑动。夹持手爪1欲将晶棒夹紧但又不能损伤晶棒，则驱动电机21的输出扭矩T需满足公式：

$\frac{G\·{\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\θ}}{2}\right)\·\mathrm{Ph}}{2\mathrm{\π}\·\mathrm{\η}}\≤T\≤1.2\×\frac{G\·{\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\θ}}{2}\right)\·\mathrm{Ph}}{2\mathrm{\π}\·\mathrm{\η}}$

式中，T为驱动电机21输出扭矩，单位符号为Nm；G为所夹持晶棒的重力，单位符号为N；θ为夹持手爪1夹持面的夹角，单位符号为°；Ph为滚珠丝杆导程，单位符号为m；η为滚珠丝杆效率，sin为正弦三角函数，π为圆周率。

工作时，驱动电机21顺时针旋转，通过电机联轴器20带动左旋丝杆12与右旋丝杆15向同一方向旋转，左丝杆螺母13向右移动，右丝杆螺母16向左移动。在实际应用中，表现为左侧和右侧的夹持手爪1同时向中间靠拢。当夹持方形晶棒时，两个夹持手爪1上靠内侧的四个方形晶棒手爪垫块2与方形晶棒的平面接触，θ角为90°；当夹持圆形晶棒时，两个夹持手爪1上靠外侧的四个圆形晶棒手爪垫块2与圆形晶棒的圆弧面接触，θ角为120°。当驱动电机21的输出扭矩T满足公式：

$\frac{G\·{\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\θ}}{2}\right)\·\mathrm{Ph}}{2\mathrm{\π}\·\mathrm{\η}}\≤T\≤1.2\×\frac{G\·{\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\θ}}{2}\right)\·\mathrm{Ph}}{2\mathrm{\π}\·\mathrm{\η}}$

式中，T为驱动电机21输出扭矩，单位符号为Nm；G为所夹持晶棒的重力，单位符号为N；θ为夹持手爪1夹持面的夹角，单位符号为°；Ph为滚珠丝杆导程，单位符号为m；η为滚珠丝杆效率，sin为正弦三角函数，π为圆周率。具体可参考图3、图4。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种晶棒夹持装置，包括安装座、导轨，其特征在于，还包括滑块、导轨压块、手爪安装座、夹持手爪、手爪垫块、左旋丝杆、右旋丝杆、丝杆联轴器、左丝杆螺母、右丝杆螺母、电机安装座、驱动电机、电机联轴器、带座轴承、丝杆锁紧螺母、接近传感器、接近传感器支架、接近挡块和接近挡块安装条；

所述导轨设有两根，分别通过导轨压块平行安装在安装座底部，滑块嵌套在导轨上；所述手爪安装座设有两个，分别固定在对应的滑块上，每个手爪安装座上安装有夹持手爪，每个夹持手爪的夹持面上分别安装有至少一个手爪垫块，两个夹持手爪用于通过两个夹持手爪的夹持面夹取晶棒；

安装座的一端部固定有电机安装座，驱动电机和带座轴承设置在电机安装座上；所述接近挡块安装条一端安装有接近挡块，另一端固定安装在右侧的手爪安装座上，接近挡块用于控制手爪安装座的移动行程；接近传感器支架固定在电机安装座上，接近传感器安装在接近传感器支架上，接近传感器用于控制夹持手爪的行程和确定夹持手爪的零点位置；

所述右旋丝杆头部贯穿通过带座轴承中心孔，并利用丝杆锁紧螺母锁紧；右旋丝杆头部通过电机联轴器与驱动电机的输出端相连，右旋丝杆尾部通过丝杆联轴器与左旋丝杆头部相连；

所述左旋丝杆贯穿通过左丝杆螺母，且该左丝杆螺母与左侧的手爪安装座固定相连；所述右旋丝杆贯穿通过右丝杆螺母，且该右丝杆螺母与右侧的手爪安装座固定相连。

2.根据权利要求1所述的一种晶棒夹持装置，其特征在于，所述每个夹持手爪上分别设有四个手爪垫块，包括两个方形晶棒手爪垫块和两个圆形晶棒手爪垫块；方形晶棒手爪垫块用于在两个夹持手爪夹紧时，夹持固定方形晶棒；圆形晶棒手爪垫块用于在两个夹持手爪夹紧时，夹持固定圆形晶棒。

3.根据权利要求1所述的一种晶棒夹持装置，其特征在于，所述接近传感器包括三个磁力型接近传感器，且三个磁力型接近传感器呈一字形排列并安装在接近传感器支架上。

4.根据权利要求1所述的一种晶棒夹持装置，其特征在于，所述左丝杆螺母、右丝杆螺母分别通过螺栓与左侧的手爪安装座、右侧的手爪安装座固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种晶棒夹持装置，其特征在于，所述两根导轨均为直线导轨，且两根导轨上嵌套的滑块设有三个，左侧的手爪安装座固定在一个滑块上，右侧的手爪安装座固定在两个滑块上。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的一种晶棒夹持装置，其特征在于，所述驱动电机采用伺服电机。

7.根据权利要求1至5任意一项所述的一种晶棒夹持装置，其特征在于，所述左旋丝杆和右旋丝杆均为滚珠丝杆。

8.根据权利要求1至5任意一项所述的一种晶棒夹持装置，其特征在于，所述安装座为一块方形平板。