CN205522034U - 一种单晶硅截断机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种单晶硅截断机，包括底座、分别安装于底座左右两侧的绕线室、安装于绕线室之间的切割室、安装于底座一侧的控制柜、用于提供切割丝正常切割的冷却喷淋装置，所述单晶硅截断机还包括用于设备防护的防护装置和用于设备操控的操控装置。本实用新型能够实现一根硅棒同时切割成多段的要求，可实现切割较长约4.5米单晶硅棒的需求，切割后硅棒的段长误差也较小，切割完成后还可以实现自动退丝。此外，本实用新型还可自适应单晶硅棒的不同直径变化，将硅棒进行定位并进行可靠装夹，并对硅棒进行固定支撑锁紧，从而保证切割完成后硅棒的稳定性，避免硅棒切割完成后出现位移或下坠，提高了切割效率和切割质量。

Description

一种单晶硅截断机

技术领域

本实用新型涉及晶硅切割技术领域，具体涉及一种能够切割长棒、有多个刀口同时切割、切割后段长误差小的单晶硅截断机。

背景技术

单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定形硅，然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅。熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。单晶硅也称硅单晶，是电子信息材料和光伏行业中最基础性材料，属半导体材料类。单晶硅已渗透到国民经济和国防科技中各个领域。

传统单晶硅的截断采用带锯法进行切割，且一次切割只能切成两段，切割后的段长误差也较大；此外，由于切割刀具的厚度问题以及单晶硅棒直径一致性比较差，在切割过程中由于晶棒装夹定位不好的原因，没有有效的定中心装置和晶棒支撑装置，产生了切割偏移，致使切割完成后，切割丝不容易从晶棒中退出，而且切割后晶棒端面质量较差，影响了切割效率及切割质量。

中国专利文献中，公开号CN103722627A、名称是一种多块晶硅切边机(参见该申请说明书具体实施方式部分)，公开了一种多块晶硅切边机，包括机架、安装在机架下端的工作台、带动工作台上下运动的起升装置、绕线装置、通过轴承安装在机架上端的线网装置、驱动线网装置摇摆的摆动装置、冷却系统；所述工作台上设有放置硅料的晶托，工作台还包括固定硅料的压板和球头手柄；所述线网装置包括线网框架、分别安装在线网框架两端的旋转轴、旋转轴上装有切割轮，线网框架上装有与切割轮相配合的第一导线轮，驱动旋转轴旋转的驱动装置。由于单晶硅棒直径一致性较差，该现有技术的晶托无法对单晶硅棒进行有效定位与可靠装夹，在切割过程中由于晶棒装夹定位不好的原因，没有有效的定中心装置和晶棒支撑装置，产生了切割偏移，致使切割完成后，切割丝不容易从晶棒中退出，而且切割后晶棒端面质量较差，影响了切割效率和切割质量。此外，该现有技术的线网装置也无法实现对单晶硅棒的分段切割，由于切割刀具的厚度问题、单晶硅棒长逐步递增以及对单晶硅棒的多段切割需要，目前的晶硅切割设备已不能满足生产要求。

因此，为了解决现有技术中存在的问题，研究一种切割效率高、棒料损耗低、能够自适应单晶硅棒的不同直径变化进行调整、同时实现多个刀口进行切割并且切割后段长误差小的单晶硅截断机已经成为一项重要任务。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是提供一种单晶硅截断机，目的是通过单晶硅截断机切割室中的晶托装置和线网装置相配合实现一根硅棒同时切割成多段的要求，且可进行切割较长约4.5米的单晶硅棒，通过单晶硅截断机的晶托装置自适应单晶硅棒的不同直径变化，将硅棒进行定位并进行可靠装夹，当单棒定中心组件自动定位硅棒中心后，依靠单棒夹具组件实现硅棒的固定支撑锁紧，从而保证切割完成后硅棒的稳定性，避免硅棒切割完成后硅料出现位移或下坠，影响切割效率和切割质量；单晶硅截断机的线网装置的各个切割机头会自动跑位，无需手动调节，切割后硅棒的段长误差也较小。

本实用新型的技术方案为：

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种单晶硅截断机，包括底座、分别安装于底座左右两侧的绕线室、安装于绕线室之间的切割室、安装于底座一侧的控制柜、用于提供切割丝正常切割的冷却喷淋装置，所述单晶硅截断机还包括用于设备防护的防护装置和用于设备操控的操控装置，所述切割室包括安装于底座上的晶托装置、驱动晶托装置上下运动的起升装置、以及安装在起升装置上端的线网装置，所述晶托装置包括晶托框架、安装于晶托框架底部的滚轮组件、以及安装于晶托框架上的单棒夹具组件和单棒定中心组件，所述线网装置包括线网框架、安装于线网框架上的驱动切割机头组件、移动切割机头组件、机头驱动组件、以及用于固定切割机头的机头锁定组件和用于检测切割机头移动距离的位移检测组件，所述底座上还安装有晶托外托架，晶托外托架上设有与滚轮组件配合的滑轨。

与现有技术相比，本实用新型是使用一根高速往复运转的金刚线，通过设备的走丝机构对硅碇进行加工研磨，最终实现切割分段的一种单晶硅截断机；本实用新型可用于切割长达4.5米的长棒物料，通过程序设定切割分段长度，单晶硅截断机的线网装置的各个切割机头会自动跑位，无需手动调节，误差较小。单晶硅截断机通过程序设定段长，由位移检测组件自动计算切割段长，由机头驱动组件进行驱动线网装置切割机头的移动，移动到设定距离后由机头锁定组件进行机头的锁紧固定，所以移动精度相对较高，切割丝运行比较稳定，切割后的段长误差控制在0.1mm以内，保证了切割后硅棒的段长误差；单晶硅截断机的线网装置上分布有多个切割机头，晶托装置上分布有多个单棒定中心组件和单棒夹具组件，晶托装置与线网装置相配合可实现一根硅棒同时切割成多段的要求，切割段长可随意设定、切割效率高、损耗成本低、加工精度高，并且可通过单晶硅截断机的晶托装置自适应单晶硅棒的不同直径变化，将硅棒进行定位并进行可靠装夹，当单棒定中心组件自动定位硅棒中心后，依靠单棒夹具组件实现硅棒的固定支撑锁紧，单晶硅截断机的线网装置上也设有机头锁定组件，从而保证切割完成后硅棒的稳定性，避免硅棒切割完成后硅料出现位移或下坠，影响切割效率和切割质量；本实用新型切割完成后可自动退丝，目前市场上比较常见的硅啶切割设备都不能满足切割完成后自动退丝的功能，一般情况下是切割完成后将硅料搬移开，避免金刚线退出时碰到硅料，或是直接将切割线剪断，这样就对切割丝造成了很大的浪费，增加了设备成本，而且断线后再重新挂线也会浪费切割时间，降低了切割效率。此外，本实用新型还设置了用于设备防护的防护装置和用于设备操控的操控装置，设置防护装置可保护设备操作安全，有效防止切割液的喷洒和人员伤害，也能保证设备免于外部环境的干扰和污染；操控装置采用操控显示屏，可以手动移动，方便操作人员在操作区域内操控设备；本实用新型中的控制柜用于控制设备中的各个驱动机构的正常工作并保持同步，使设备达到所需功能。

所述晶托框架上还安装有直线导轨、齿条、接料盒以及用于密封防护的风琴式伸缩防护罩和不锈钢防护板，所述接料盒安装于晶托框架的两侧，所述晶托框架的两侧还分别安装有移动限位块，所述单棒夹具组件和单棒定中心组件通过安装在直线导轨上的滑块横向移动，所述单棒定中心组件包括定中心移动单元、夹紧单元和用于密封防护的风琴式伸缩防护罩；晶托框架的两侧还安装有接料盒，用于盛装切割完成后下坠的晶棒边缘棒料，接料盒为插拔式安装且可在单棒定中心组件和单棒夹具组件上切换安装；晶托框架的两侧分别安装有移动限位块，用于定位放置单晶硅棒后的晶托装置；所述晶托框架的外侧还设有数个推拉把手和数个用于固定晶托装置的固定座，通过推拉把手将晶托装置推至所需位置，并通过固定座进行固定；通过设置在晶托框架上的风琴式伸缩防护罩和不锈钢防护板可实现晶托内部的有效防护，避免硅粉或杂物进入到晶托装置内；单棒定中心组件通过定中心移动单元实现单棒定中心组件的左右移动，并通过夹紧单元实现对单晶硅棒的夹紧功能，避免单晶硅棒出现松动，通过单棒定中心组件可针对单晶硅棒的不同直径变化进行自适应调整从而实现定中心功能，此外，设置在单棒定中心组件中的风琴式伸缩防护罩与单棒定中心组件周围的不锈钢防护板构成防护网，避免硅粉或杂物进入到单棒定中心组件中，影响使用寿命。

所述定中心移动单元包括滑动底座、安装在滑动底座上且与直线导轨上的滑块固定连接的连接板、安装在滑动底座上的转轴固定座、可转动安装在转轴固定座上的转轴、安装在转轴的一端并与晶托框架上的齿条相配合的齿轮、以及安装在转轴另一端的手轮，所述夹紧单元包括安装在滑动底座上的定中心支座、安装在定中心支座上的定中心丝杠和两根直线轴承单元、与定中心丝杠和两根直线轴承单元相连接的定中心支撑板、以及安装在定中心支撑板上的定中心卡爪，所述定中心丝杠的一端伸出定中心支座固定连接有手轮；定中心移动单元可以实现定中心组件的左右移动；在放置单晶硅棒时，通过摇动定中心移动单元中的手轮带动转轴和齿轮转动，从而实现单棒定中心组件在晶托框架上的直线导轨上的横向移动；所述定中心丝杠一端为左旋，另一端为右旋，当单棒定中心组件移动到所需位置后，通过摇动夹紧单元中的手轮带动定中心丝杠转动，转动丝杠时，使得两对应的定中心支撑板和定中心卡爪对称移动，卡住放置在定中心卡爪内的单晶硅棒并自动锁住，避免出现松动，从而实现单晶硅棒的夹紧与松动。

所述单棒夹具组件包括V型底座、安装在V型底座上的四组新浮动支撑单元、安装在V型底座上且与直线导轨上的滑块固定连接的连接板、安装在V型底座上的转轴固定座、可转动安装在转轴固定座上的转轴、安装在转轴的一端并与晶托框架上的齿条相配合的齿轮、以及安装在转轴另一端的手轮；待单晶硅棒完成定中心后，通过转动单棒夹具组件中的手轮带动转轴和齿轮转动，实现单棒夹具组件在晶托框架上的直线导轨上的横向移动，当移动到所需位置时，通过程序控制四组新浮动支撑单元来实现单晶硅棒定中心后的支撑锁紧，保证单晶硅棒在晶托装置上的支撑刚性；单棒定中心组件和单棒夹具组件都是通过手轮操作，可以快速、方便、准确的实现定位夹紧功能。

所述新浮动支撑单元通过支撑法兰与V型底座固定连接，支撑法兰通过螺钉与V型底座固定连接，新浮动支撑单元包括锁紧气缸、与锁紧气缸相连接的支撑块、以及设置在支撑块上的垫块，所述支撑块与垫块之间还设置有环形风琴式防护罩；通过程序控制四组新浮动支撑单元支撑住单晶硅棒且均匀分布支撑单晶硅棒的重量，由锁紧气缸带动支撑块和垫块顶起并支撑住单晶硅棒，使垫块与单晶硅棒接触，可自适应单晶硅棒的不同直径变化；当顶到合适位置后再由程序控制锁定支撑块，保持住单棒夹具组件的支撑刚性，避免在切割完成后单晶硅棒产生位置移动或下坠，影响切割效率和切割质量问题；所述环形风琴式伸缩防护罩的一端固定在支撑法兰的安装面上，另一端固定在支撑块的安装面上，设置防护罩可有效避免切割过程中的硅粉或杂物进入到新浮动支撑单元内，保证单棒夹具组件的使用寿命和可靠性。

所述线网框架上设置有相互平行的直线导轨和直线滚珠丝杠、以及用于密封防护的风琴式伸缩防护罩和不锈钢防护板，所述线网框架的顶部还安装有移动拖链，所述驱动切割机头组件和移动切割机头组件通过安装在直线导轨上的滑块移动，所述机头驱动组件通过螺母与直线滚珠丝杠连接；驱动切割机头组件和移动切割机头组件固定在直线导轨的滑块上，机头驱动组件与直线滚珠丝杠的螺母连接，实现切割机头的移动，当切割机头进行移动时由位移检测组件进行移动位移的检测，得出移动距离，移动到所需位置后由机头锁定组件进行切割机头的锁定，实现了在硅棒切割过程中切割机头的稳定性，保证了切割质量；所述线网框架的顶部还安装有移动拖链，用于对电缆线和气管进行防护。此外，线网框架上还设有八组风琴伸缩式防护罩和不锈钢防护板，在切割过程中可有效防止杂物进入到线网装置内，保证了线网装置的使用寿命和可靠性，提高了硅棒的切割效率，降低了硅棒切割损耗成本，且能够满足较长约4.5米的硅棒进行切割的要求。

所述驱动切割机头组件包括固定在直线导轨滑块上的刀座组件、固定在刀座组件上的主动轮固定座、固定在主动轮固定座上的主动轮组件、与主动轮组件相配合的换向轮组件、以及安装在主动轮固定座上的喷嘴组件和移动限位组件，所述驱动切割机头组件中的换向轮组件通过换向轮安装座固定在主动轮固定座的一侧上；所述移动切割机头组件包括固定在直线导轨滑块上的刀座组件、固定在刀座组件上的切割导轮座、固定在切割导轮座上的被动切割轮组件、与被动切割轮组件相配合的换向轮组件、以及安装在切割导轮座上的喷嘴组件和移动限位组件，所述移动切割机头组件中的换向轮组件通过换向轮安装座固定在切割导轮座的一侧上；通过机头驱动组件带动直线滚珠丝杠螺母转动，进而带动两组驱动切割机头组件和至少五组移动切割机头组件形成线网装置的走丝系统，通过驱动切割机头组件的主动轮组件驱动切割轮转动且与绕线轴装置转速同步，保证切割丝的正常运行。

所述主动轮组件包括伺服驱动电机、电机防护罩、主动轮轴、设置在主动轮轴上的主动轮轴承套、用于切割丝走线的主切割轮，所述被动切割轮组件包括切割轮轴、设置在切割轮轴上的切割轮轴承套、用于切割丝走线切割的被动切割轮，所述移动限位组件包括依次水平设置的限位座、限位杆和聚氨酯块，所述限位座与刀座组件连接，所述限位杆的长度固定；由主动轮组件中的伺服驱动电机带动主切割轮进行高速转动，进而带动被动切割轮组件中的被动切割轮跟随主切割轮同步旋转；限位杆的长度为一固定值，可以依据技术人员的需要设置，采用移动限位组件是为了防止相邻的两个移动切割机头组件距离过近而造成摩擦和碰撞。

所述机头驱动组件包括安装在刀座组件上的驱动电机座和安装在驱动电机座上的机头驱动电机，机头驱动电机通过螺母与直线滚珠丝杠连接；通过机头驱动组件中的机头驱动电机带动直线滚珠丝杠的螺母转动，进而带动两组驱动切割机头组件和至少五组移动切割机头组件形成线网装置的走丝系统，实现对单晶硅棒料的分段切割。

所述机头锁定组件包括固定在线网框架上的刹车板、安装在刀座组件上的机头刹车座、以及安装在机头刹车座上且用于与刹车板卡接的制动器；当驱动切割机头组件和移动切割机头组件移动到所需位置时，由机头锁定组件中的制动器压紧住线网框架上的刹车板，起到固定住切割机头移动的作用，保证设备正常切割时的切割机头稳定性和可靠性。

所述位移检测组件包括固定在线网框架上的检测固定座、安装在检测固定座上的光电传感器、以及固定在刀座组件上的检测板，所述检测板和光电传感器具有同一高度；通过位移检测组件和机头驱动组件自动计算切割段长，保证切割后棒料的段长误差，当光电传感器检测到检测板时，检测板此时所在的位置归零，开始计算位移，移动距离由机头驱动电机转动的圈数和直线滚珠丝杠的导程计算得出。

所述绕线室包括安装在底座上的绕线机架、安装在绕线机架上的绕线轴装置、排线装置和张力控制装置，所述绕线轴装置包括安装在绕线机架上的绕线轴安装座、安装在绕线轴安装座上的收放线线筒、与收放线线筒连接的驱动机构、以及安装在收放线线筒的下方并用于制动收放线线筒的制动装置，所述排线装置包括安装在绕线机架上的线性模组、通过排线滑座安装在线性模组滑块上的排线轮、与线性模组连接且用于驱动排线轮运动的驱动机构、将切割线导入、导出张力控制装置的第一导线轮和第二导线轮、安装在线性模组上下两端且用于限制排线轮位移的限位开关、与排线轮连接且用于纠偏的偏移传感器、以及用于防护的不锈钢防护罩，所述张力控制装置通过安装底座安装在绕线机架上，所述张力控制装置包括张力轮、张力轴、分别连接张力轮和张力轴的张力臂、安装在张力轴上的角位移传感器、以及驱动张力轴转动的气缸驱动机构；绕线室用于控制设备运转时切割丝的收线和放线，并按一定螺距进行排线；在设备一侧的绕线室中的收放线线筒上均匀的绕好金刚线，由绕线轴装置中的驱动机构控制，带动收放线线筒高速往返转动，使在线筒上布满的金刚线参与到切割循环机构中。排线装置由驱动排线轮运动的驱动机构控制，通过线性模组、排线滑座和排线轮等使切割丝在高速运行中能够均匀有序的排列在收放线线筒上，并通过偏移传感器进行纠偏，避免切割丝脱落，提高了排线精度；通过限位开关将排线轮的位移限制在所需范围之内，从而能够将绕线轴装置上的切割丝有序的导入或导出，并通过偏移传感器将切割丝走偏的信号发送至控制柜，控制柜通过控制排线轮的驱动机构进行纠偏，考虑到设备不运转时，收放线线筒可能会发生转动，造成设备中切割线的松动，因此在收放线线筒的下方装有制动装置保证不工作时收放线线筒的制动；在切割丝走丝、排线的过程中，容易出现松动的情况，通过张力控制装置中的气缸驱动机构控制张力臂的摆动、带动张力轮运动，并伴有角位移传感器，给走丝系统中的切割丝施加张力，由角位移传感器调节张力大小，使切割丝在收放线线筒上排线时不至于松动，补偿切割丝在往返循环走丝时的延伸度、防止断丝影响精度；绕线室的收放线线筒、第一导线轮、第二导线轮、排线轮、张力轮与切割室中的换向轮、切割轮等共同组成设备的走丝系统，循环往复。本实用新型所用的排线装置采用的线性模组，对收放线线筒上的金刚线进行排布，以往的排线装置采用的是直线滚珠丝杠和直线导轨分开固定，这就要求在安装时对直线导轨和直线滚珠丝杠的平行度要求较高，而线性模组操作简单，将直线滚珠丝杠和直线导轨固定在一起，排线精度较高，且使用的寿命也相对较长。

所述起升装置对称安装在切割室两侧的底座上，所述起升装置包括固定在底座上的起升支撑座、安装在起升支撑座上的滑动台、安装在起升支撑座上的驱动机构、与驱动机构连接并安装在滑动台上的起升台、安装在起升支撑座下端且与晶托框架上的移动限位块相配合的定位座、以及设置在起升支撑座上的直线导轨，所述起升台的中心位置还安装有定位销，所述起升支撑座上还安装有风琴式伸缩防护罩，所述起升支撑座上的直线导轨和驱动机构均设置在切割室的外侧；所述起升装置采用两侧同步起升，由驱动机构控制起升装置的进给和退回位移，通过驱动机构托起起升台，使起升台沿直线导轨方向进给或退回；起升台进而托起已摆好物料的晶托装置，使物料与切割丝接触，进而切割；起升支撑座上还设置有上下两个限位开关，控制起升装置工作时的过度位移；起升支撑座上还安装有风琴式伸缩防护罩，避免切割时的切割液渗入到直线导轨或驱动机构中。所述一侧起升装置的空间区域内还设有气路系统，气路系统通过螺钉固定于起升支撑座上，气路系统用于连接外来气源，控制整个设备的气源输入和调节，对高速旋转件进行气密封并将高压气输送给绕线室中的气缸、机头锁定组件的制动器、晶托装置中的气缸，使设备达到所需功能，最终完成切割目的。

所述冷却喷淋装置包括提供切割液的供液箱和与供液箱相连的喷淋装置，所述防护装置包括护罩端罩、护罩顶板、绕线室防护门和切割室卷帘门，所述绕线室防护门上还设有观察窗；本实用新型通过供液箱为切割丝提供切割液，通过喷淋装置对切割丝进行喷淋、冷却、润滑、清洗；设置防护装置可保护设备操作安全，有效防止切割液的喷洒和人员伤害，通过绕线室防护门上的观察窗可方便操作人员查看绕线室内的工作状况。

本实用新型的技术效果为：

本实用新型提供了一种单晶硅截断机，目的是通过单晶硅截断机切割室中的晶托装置和线网装置相配合实现一根硅棒同时切割成多段的要求，可实现较长约4.5米的单晶硅棒的切割需求，通过单晶硅截断机的晶托装置自适应单晶硅棒的不同直径变化，将硅棒进行定位并进行可靠装夹，当单棒定中心组件自动定位硅棒中心后，依靠单棒夹具组件实现硅棒的固定支撑锁紧，从而保证切割完成后硅棒的稳定性，避免硅棒切割完成后硅料出现位移或下坠，影响切割效率和切割质量；晶托装置的两侧分别安装有接料盒，用于盛装切割完成后下坠的晶棒边缘棒料，接料盒为插拔式安装且可在单棒定中心组件和单棒夹具组件上切换安装；单晶硅截断机的线网装置的各个切割机头会自动跑位，无需手动调节，切割后硅棒的段长误差也较小，切割完成后还可以实现自动退丝。此外，本实用新型还设置了用于设备防护的防护装置和用于设备操控的操控装置，设置防护装置可保护设备操作安全，有效防止切割液的喷洒和人员伤害，也能保证设备免于外部环境的干扰和污染；操控装置采用操控显示屏，可以手动移动，方便操作人员在操作区域内操控设备。

附图说明

图1为本实用新型单晶硅截断机结构示意图。

图2为本实用新型单晶硅截断机主视图。

图3为本实用新型单晶硅截断机俯视图。

图4为本实用新型底座的结构示意图。

图5为本实用新型绕线室的结构示意图。

图6为本实用新型排线装置的结构示意图。

图7为本实用新型张力控制装置的结构示意图。

图8为本实用新型切割室的主视图。

图9为本实用新型晶托装置的结构示意图。

图10为图9的A部放大图。

图11为本实用新型单棒定中心组件结构示意图。

图12为本实用新型单棒夹具组件结构示意图。

图13为本实用新型新浮动支撑单元结构示意图。

图14为本实用新型线网装置的结构示意图。

图15为图14的B部放大图。

图16为本实用新型驱动切割机头组件的结构示意图。

图17为本实用新型移动切割机头组件的结构示意图。

图18为本实用新型单晶硅截断机走丝系统结构示意图。

图19为本实用新型起升装置的结构示意图。

图20为本实用新型冷却喷淋装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明本实用新型的具体实施方式：

如图1-图4所示，本实用新型提供了一种单晶硅截断机，包括底座1、分别安装于底座1左右两侧的绕线室2、安装于绕线室2之间的切割室3、安装于底座1一侧的控制柜4、用于提供切割丝正常切割的冷却喷淋装置11，所述单晶硅截断机还包括用于设备防护的防护装置5和用于设备操控的操控装置6，所述底座1上还安装有晶托外托架8，晶托外托架8上设有与滚轮组件配合的滑轨101，所述滑轨101底端还安装有调整垫铁102；所述底座1上还分别设有集水槽103和排液口104，所述排液口104处还设有滤网，集水槽103将切割后的切割液通过排液口104，再经排水管回流到冷却喷淋装置11的供液箱中。所述防护装置5包括护罩端罩、护罩顶板、绕线室防护门和切割室卷帘门，所述绕线室防护门上还设有观察窗7；设置防护装置5可保护设备操作安全，有效防止切割液的喷洒和人员伤害，通过绕线室防护门上的观察窗7可方便操作人员查看绕线室内的工作状况。

如图1、图5-图7所示，所述绕线室2包括安装在底座1上的绕线机架210、安装在绕线机架210上的绕线轴装置、排线装置和张力控制装置，所述绕线轴装置包括安装在绕线机架210上的绕线轴安装座202、安装在绕线轴安装座202上的收放线线筒204、与收放线线筒204连接的驱动机构、以及安装在收放线线筒204的下方并用于制动收放线线筒204的制动装置203，所述排线装置包括安装在绕线机架210上的线性模组208、通过排线滑座212安装在线性模组208滑块上的排线轮209、与线性模组208连接且用于驱动排线轮运动的驱动机构、将切割线导入、导出张力控制装置的第一导线轮206和第二导线轮207、安装在线性模组208上下两端且用于限制排线轮位移的限位开关214、与排线轮209连接且用于纠偏的偏移传感器220、以及用于防护的不锈钢防护罩213，所述张力控制装置通过安装底座219安装在绕线机架210上，所述张力控制装置包括张力轮205、张力轴216、分别连接张力轮205和张力轴216的张力臂215、安装在张力轴216上的角位移传感器217、以及驱动张力轴216转动的气缸驱动机构218；所述与收放线线筒204连接的驱动机构以及与线性模组208连接且用于驱动排线轮运动的驱动机构均采用伺服电机201驱动。绕线室2用于控制设备运转时切割丝的收线和放线，并按一定螺距进行排线；在设备一侧的绕线室2中的收放线线筒204上均匀的绕好金刚线，由绕线轴装置中的伺服电机201控制，通过联轴器、中心轴等带动收放线线筒204高速往返转动，使在线筒上布满的金刚线参与到切割循环机构中；排线装置由驱动排线轮209运动的伺服电机201控制，通过联轴器、线性模组208、排线滑座212和排线轮209等使切割丝在高速运行中能够均匀有序的排列在收放线线筒204上，同时排线轮209上还装有偏移传感器220，通过偏移传感器220进行纠偏，避免切割丝脱落，提高了排线精度；通过限位开关214将排线轮209的位移限制在所需范围之内，从而能够将绕线轴装置上的切割丝有序的导入或导出，并通过偏移传感器220将切割丝走偏的信号发送至控制柜4，控制柜4通过控制排线轮的驱动机构进行纠偏，考虑到设备不运转时，收放线线筒204可能会发生转动，造成设备中切割线的松动，因此在收放线线筒204的下方装有制动装置203保证不工作时收放线线筒204的制动；在切割丝走丝、排线的过程中，容易出现松动的情况，通过张力控制装置中的气缸驱动机构218控制张力臂215的摆动、带动张力轮205运动，并伴有角位移传感器217，给走丝系统中的切割丝施加张力，由角位移传感器217调节张力大小，使切割丝在收放线线筒204上排线时不至于松动，补偿切割丝在往返循环走丝时的延伸度、防止断丝影响精度；绕线室2的收放线线筒204、第一导线轮206、第二导线轮207、张力轮205、排线轮209与切割室中的换向轮、切割轮等共同组成设备的走丝系统，循环往复。本实用新型所用的排线装置采用的线性模组208，对收放线线筒204上的金刚线进行排布，以往的排线装置采用的是直线滚珠丝杠和直线导轨分开固定，这就要求在安装时对直线导轨和直线滚珠丝杠的平行度要求较高，而线性模组208操作简单，将直线滚珠丝杠和直线导轨固定在一起，排线精度较高，且使用的寿命也相对较长。

如图8所示，所述切割室3包括安装于底座1上的晶托装置9、驱动晶托装置9上下运动的起升装置12、以及安装在起升装置12上端的线网装置10。

如图9-图10所示，所述晶托装置9包括晶托框架901、安装于晶托框架901底部的滚轮组件、以及安装于晶托框架上901的单棒夹具组件903和单棒定中心组件902，所述晶托框架901上还安装有直线导轨907、齿条908、接料盒925以及用于密封防护的防护罩906和不锈钢防护板，所述单棒夹具组件903和单棒定中心组件902通过安装在直线导轨907上的滑块横向移动；所述接料盒925安装于晶托框架901的两侧，用于盛装切割完成后下坠的晶棒边缘棒料，接料盒925为插拔式安装且可在单棒定中心组件902和单棒夹具组件903上切换安装；所述晶托框架901的两侧分别安装有移动限位块928，用于定位放置单晶硅棒后的晶托装置9；所述晶托框架901的外侧还设有数个推拉把手905和数个用于固定晶托装置的固定座904，通过推拉把手905将晶托装置9推至所需位置，并通过固定座904进行固定；通过设置在晶托框架901上的风琴式伸缩防护罩906和不锈钢防护板可实现晶托内部的有效防护，避免硅粉或杂物进入到晶托装置内；晶托装置9包括三组单棒定中心组件902和至少六组单棒夹具组件903，晶托装置9中的三组单棒定中心组件902和六组单棒夹具组件903在晶托框架901上对称分布，可实现较长约4.5米的单晶硅棒定中心和固定功能，从而保证单晶硅棒支撑的均匀性，并且满足单晶硅棒一次性进行多个刀口的同时切割。

如图11所示，单棒定中心组件902包括定中心移动单元、夹紧单元和用于密封防护的风琴式伸缩防护罩916；单棒定中心组件902通过定中心移动单元实现单棒定中心组件902的左右移动，并通过夹紧单元实现对单晶硅棒的夹紧功能，避免单晶硅棒出现松动，通过单棒定中心组件902可针对单晶硅棒的不同直径变化进行自适应调整从而实现定中心功能，此外，设置在单棒定中心组件902中的风琴式伸缩防护罩916与单棒定中心组件902周围的不锈钢防护板构成防护网，避免硅粉或杂物进入到单棒定中心组件中，影响使用寿命。所述定中心移动单元包括滑动底座909、安装在滑动底座909上且与直线导轨907上的滑块固定连接的连接板910、安装在滑动底座909上的转轴固定座926、可转动安装在转轴固定座926上的转轴912、安装在转轴912的一端并与晶托框架901上的齿条908相配合的齿轮911、以及安装在转轴912另一端的手轮917；定中心移动单元可以实现单棒定中心组件902的左右移动；在放置单晶硅棒时，通过摇动定中心移动单元中的手轮917带动转轴912和齿轮911转动，从而实现单棒定中心组件902在晶托框架901上的直线导轨907上的横向移动。所述夹紧单元包括安装在滑动底座909上的定定中心支座913、安装在定中心支座913上的定中心丝杠915和两根直线轴承单元、与定中心丝杠915和两根直线轴承单元相连接的定中心支撑板927、以及安装在定中心支撑板927上的定中心卡爪914，所述定中心丝杠915的一端伸出定中心支座913固定连接有手轮917；所述定中心丝杠915一端为左旋，另一端为右旋，当单棒定中心组件902移动到所需位置后，通过摇动夹紧单元中的手轮917带动定中心丝杠915转动，使得两对应的定中心支撑板927和定中心卡爪914相互往中间移动，卡住放置在定中心卡爪914内的单晶硅棒并自动锁住，避免出现松动，从而实现单晶硅棒的夹紧与松动。

如图12-图13所示，单棒夹具组件903包括V型底座918、安装在V型底座918上的四组新浮动支撑单元919、安装在V型底座918上且与直线导轨907上的滑块固定连接的连接板910、安装在V型底座918上的转轴固定座926、可转动安装在转轴固定座926上的转轴912、安装在转轴912的一端并与晶托框架901上的齿条908相配合的齿轮911、以及安装在转轴912另一端的手轮917；待单晶硅棒完成定中心后，通过转动单棒夹具组件903中的手轮917带动转轴912和齿轮911转动，实现单棒夹具组件903在晶托框架901上的直线导轨907上的横向移动，当移动到所需位置时，通过程序控制四组新浮动支撑单元919来实现单晶硅棒定中心后的支撑锁紧，保证单晶硅棒在晶托装置上的支撑刚性。新浮动支撑单元919通过支撑法兰921与V型底座918固定连接，支撑法兰921通过螺钉与V型底座918固定连接，新浮动支撑单元包括锁紧气缸920、与锁紧气缸920相连接的支撑块922、以及设置在支撑块922上的垫块923，所述支撑法兰921与支撑块922之间还设置有环形风琴式伸缩防护罩924；通过程序控制四组新浮动支撑单元919支撑住单晶硅棒且均匀分布支撑单晶硅棒的重量，由锁紧气缸920带动支撑块922和垫块923顶起并支撑住单晶硅棒，使垫块923与单晶硅棒接触，可自适应单晶硅棒的不同直径变化；当顶到合适位置后再由程序控制锁定支撑块922，保持住单棒夹具组件903的支撑刚性，避免在切割完成后单晶硅棒产生位置移动或下坠，影响切割效率和切割质量问题；所述环形风琴式伸缩防护罩924的一端固定在支撑法兰921的安装面上，另一端固定在支撑块922的安装面上，设置环形风琴式伸缩防护罩924可有效避免切割过程中的硅粉或杂物进入到新浮动支撑单元919内，保证单棒夹具组件903的使用寿命和可靠性。

如图14-图17所示，所述线网装置10包括线网框架13、分别安装于线网框架13两端上的两组驱动切割机头组件14、安装在两组驱动切割机头组件14之间的至少五组移动切割机头组件15、机头驱动组件19、以及用于固定切割机头的机头锁定组件18和用于检测切割机头移动距离的位移检测组件20。所述线网框架13上设置有相互平行的直线导轨25和直线滚珠丝杠26、以及用于密封防护的风琴式伸缩防护罩21和不锈钢防护板17，所述线网框架13的顶部还安装有移动拖链16，所述驱动切割机头组件14和移动切割机头组件15通过安装在直线导轨25上的滑块移动，所述机头驱动组件19通过螺母与直线滚珠丝杠26连接。所述线网框架13包括框架端框、框架横梁，框架横梁搭建在框架端框上并且垂直于框架端框的长边，在框架横梁上固定有一条直线滚珠丝杠26和两条直线导轨25，两条直线导轨25对称设置于直线滚珠丝杠26的两侧，且与直线滚珠丝杠26平行。驱动切割机头组件14和移动切割机头组件15固定在直线导轨25的滑块上，机头驱动组件19与直线滚珠丝杠26的螺母连接，实现切割机头的移动，当切割机头进行移动时由位移检测组件20进行移动位移的检测，得出移动距离，移动到所需位置后由机头锁定组件18进行切割机头的锁定，实现了在硅棒切割过程中切割机头的稳定性，保证了切割质量；所述线网框架13的顶部还安装有移动拖链16，用于对电缆线和气管进行防护。此外，线网框架13上还设有八组风琴伸缩式防护罩21和不锈钢防护板17，在切割过程中可有效防止杂物进入到线网装置内，保证了线网装置10的使用寿命和可靠性，提高了硅棒的切割效率，降低了硅棒切割损耗成本，且能够满足特长硅棒进行切割的要求。

所述驱动切割机头组件14包括固定在直线导轨25滑块上的刀座组件、固定在刀座组件上的主动轮固定座30、固定在主动轮固定座30上的主动轮组件29、与主动轮组件29相配合的换向轮组件28、以及安装在主动轮固定座30上的喷嘴组件31和移动限位组件，所述驱动切割机头组件14中的换向轮组件28通过换向轮安装座32固定在主动轮固定座30的一侧上；所述移动切割机头组件15包括固定在直线导轨25滑块上的刀座组件、固定在刀座组件上的切割导轮座36、固定在切割导轮座36上的被动切割轮组件34、与被动切割轮组件34相配合的换向轮组件35、以及安装在切割导轮座36上的喷嘴组件39和移动限位组件37，所述移动切割机头组件15中的换向轮组件35通过换向轮安装座38固定在切割导轮座36的一侧上；通过机头驱动组件19带动直线滚珠丝杠26螺母转动，进而带动两组驱动切割机头组件14和至少五组移动切割机头组件15形成线网装置的走丝系统，通过驱动切割机头组件14的主动轮组件29驱动切割轮转动且与绕线轴装置转速同步，保证切割丝的正常运行。

所述刀座组件包括水平布置的第一连接板33、固定连接在第一连接板上表面的两个竖直放置的第二连接板27，所述两个第二连接板27以与第一连接板33的上表面的短边平行的直线滚珠丝杠26所在的平面为对称平面对称设置。

所述主动轮组件29包括伺服驱动电机291、电机防护罩、主动轮轴、设置在主动轮轴上的主动轮轴承套、用于切割丝走线的主切割轮，所述被动切割轮组件34包括切割轮轴、设置在切割轮轴上的切割轮轴承套、用于切割丝走线切割的被动切割轮，所述移动限位组件37包括依次水平设置的限位座、限位杆和聚氨酯块，所述限位座与刀座组件连接，所述限位杆的长度固定；限位座固定连接在刀座组件的其中一个第二连接板27的一个侧面上，限位杆的长度为一固定值，可以依据技术人员的需要设置。采用移动限位组件37是为了防止相邻的两个移动切割机头组件距离过近而造成摩擦和碰撞。由主动轮组件29中的伺服驱动电机带动主切割轮进行高速转动，进而带动被动切割轮组件34中的被动切割轮跟随主切割轮同步旋转。

所述机头驱动组件19包括安装在刀座组件上的驱动电机座和安装在驱动电机座上的机头驱动电机24，机头驱动电机24通过螺母与直线滚珠丝杠26连接；通过机头驱动组件19中的机头驱动电机24带动直线滚珠丝杠26的螺母转动，进而带动一组驱动切割机头组件14和六组移动切割机头组件15形成线网装置10的走丝系统，实现对单晶硅棒料的分段切割。

所述机头锁定组件18包括固定在线网框架13上的刹车板22、安装在刀座组件上的机头刹车座、以及安装在机头刹车座上且用于与刹车板卡接的制动器23；当驱动切割机头组件14和移动切割机头组件15移动到所需位置时，由机头锁定组件18中的制动器23压紧住线网框架13上的刹车板22，起到固定住切割机头移动的作用，保证设备正常切割时的切割机头稳定性和可靠性。

所述位移检测组件20包括固定在线网框架13上的检测固定座、安装在检测固定座上的光电传感器、以及固定在刀座组件上的检测板，所述检测板和光电传感器具有同一高度；通过位移检测组件20和机头驱动组件18自动计算切割段长，保证切割后棒料的段长误差，当光电传感器检测到检测板时，检测板此时所在的位置归零，开始计算位移，移动距离由机头驱动电机24转动的圈数和直线滚珠丝杠26的导程计算得出。

如图18所示，绕线室2的收放线线筒204、第一导线轮206、第二导线轮207、张力轮205、排线轮209与切割室中的一组驱动切割机头组件14、六组移动切割机头组件15等共同组成设备的走丝系统，循环往复。

如图19所示，所述起升装置12对称安装在切割室3两侧的底座1上，所述起升装置12包括固定在底座1上的起升支撑座121、安装在起升支撑座121上的滑动台、安装在起升支撑座121上的驱动机构、与驱动机构连接并安装在滑动台上的起升台122、安装在起升支撑座121下端且与晶托框架901上的移动限位块928相配合的定位座123、以及设置在起升支撑座121上的直线导轨，所述起升台122的中心位置还安装有定位销124，所述起升支撑座121上还安装有风琴式伸缩防护罩125，所述起升支撑座121上的直线导轨和驱动机构均设置在切割室3的外侧；所述起升装置12采用两侧同步起升，由驱动机构控制起升装置12的进给和退回位移，通过驱动机构托起起升台122，使起升台122沿直线导轨方向进给或退回；起升台122进而托起已摆好物料的晶托装置9，使物料与切割丝接触，进而切割；起升支撑座121上还设置有上下两个限位开关，控制起升装置12工作时的过度位移；起升支撑座121上还安装有风琴式伸缩防护罩125，避免切割时的切割液渗入到直线导轨或驱动机构中；所述安装在起升支撑座121上的驱动机构采用伺服电机126控制，带动伺服电机中的减速机和直线滚珠丝杠127旋转，通过直线滚珠丝杠127的支撑单元托起起升台122，使起升台122沿着直线导轨方向进给或退回。设备的气路系统通过螺钉固定于起升支撑座121上，气路系统用于连接外来气源，控制整个设备的气源输入和调节，对高速旋转件进行气密封并将高压气输送给绕线室2中的气缸驱动机构218、机头锁定组件18的制动器23、晶托装置9中的锁紧气缸920，使设备达到所需功能，最终完成切割目的。

如图20所示，所述冷却喷淋装置11包括提供切割液的供液箱111和与供液箱111相连的喷淋装置，所述供液箱111包括供水泵112、与供水泵112相连的进液口113、设置在供液箱111上的过滤网114和液位检测口115等部件，所述喷淋装置包括喷淋机架、喷淋管路116、以及设置在喷淋管路116上的喷淋管117等部件，喷淋管117为扇形喷嘴，对准切割丝喷淋并放入单晶硅空隙位置，调整喷嘴位置时需考虑切割完成后硅料上升高度，避免切割丝破坏喷嘴。在供液箱111按一定比例配置切割液，由供水泵112通过喷淋管路116到达喷淋装置，通过喷淋装置对切割丝进行喷淋、冷却、润滑、清洗；喷淋之后再由底座1上的集水槽103，通过排液口104再经排水管回流到供液箱111中。

Claims (14)

1.一种单晶硅截断机，包括底座、分别安装于底座左右两侧的绕线室、安装于绕线室之间的切割室、安装于底座一侧的控制柜、用于提供切割丝正常切割的冷却喷淋装置，其特征在于：所述单晶硅截断机还包括用于设备防护的防护装置和用于设备操控的操控装置，所述切割室包括安装于底座上的晶托装置、驱动晶托装置上下运动的起升装置、以及安装在起升装置上端的线网装置，所述晶托装置包括晶托框架、安装于晶托框架底部的滚轮组件、以及安装于晶托框架上的单棒夹具组件和单棒定中心组件，所述线网装置包括线网框架、安装于线网框架上的驱动切割机头组件、移动切割机头组件、机头驱动组件、以及用于固定切割机头的机头锁定组件和用于检测切割机头移动距离的位移检测组件，所述底座上还安装有晶托外托架，晶托外托架上设有与滚轮组件配合的滑轨。

2.如权利要求1所述的单晶硅截断机，其特征在于：所述晶托框架上还安装有直线导轨、齿条、接料盒以及用于密封防护的风琴式伸缩防护罩和不锈钢防护板，所述接料盒安装于晶托框架的两侧，所述晶托框架的两侧还分别安装有移动限位块，所述单棒夹具组件和单棒定中心组件通过安装在直线导轨上的滑块横向移动，所述单棒定中心组件包括定中心移动单元、夹紧单元和用于密封防护的风琴式伸缩防护罩。

3.如权利要求2所述的单晶硅截断机，其特征在于：所述定中心移动单元包括滑动底座、安装在滑动底座上且与直线导轨上的滑块固定连接的连接板、安装在滑动底座上的转轴固定座、可转动安装在转轴固定座上的转轴、安装在转轴的一端并与晶托框架上的齿条相配合的齿轮、以及安装在转轴另一端的手轮，所述夹紧单元包括安装在滑动底座上的定中心支座、安装在定中心支座上的定中心丝杠和两根直线轴承单元、与定中心丝杠和两根直线轴承单元相连接的定中心支撑板、以及安装在定中心支撑板上的定中心卡爪，所述定中心丝杠的一端伸出定中心支座固定连接有手轮。

4.如权利要求2所述的单晶硅截断机，其特征在于：所述单棒夹具组件包括V型底座、安装在V型底座上的四组新浮动支撑单元、安装在V型底座上且与直线导轨上的滑块固定连接的连接板、安装在V型底座上的转轴固定座、可转动安装在转轴固定座上的转轴、安装在转轴的一端并与晶托框架上的齿条相配合的齿轮、以及安装在转轴另一端的手轮。

5.如权利要求4所述的单晶硅截断机，其特征在于：所述新浮动支撑单元通过支撑法兰与V型底座固定连接，支撑法兰通过螺钉与V型底座固定连接，新浮动支撑单元包括锁紧气缸、与锁紧气缸相连接的支撑块、以及设置在支撑块上的垫块，所述支撑块与垫块之间还设置有环形风琴式防护罩。

6.如权利要求1所述的单晶硅截断机，其特征在于：所述线网框架上设置有相互平行的直线导轨和直线滚珠丝杠、以及用于密封防护的风琴式伸缩防护罩和不锈钢防护板，所述线网框架的顶部还安装有移动拖链，所述驱动切割机头组件和移动切割机头组件通过安装在直线导轨上的滑块移动，所述机头驱动组件通过螺母与直线滚珠丝杠连接。

7.如权利要求6所述的单晶硅截断机，其特征在于：所述驱动切割机头组件包括固定在直线导轨滑块上的刀座组件、固定在刀座组件上的主动轮固定座、固定在主动轮固定座上的主动轮组件、与主动轮组件相配合的换向轮组件、以及安装在主动轮固定座上的喷嘴组件和移动限位组件，所述驱动切割机头组件中的换向轮组件通过换向轮安装座固定在主动轮固定座的一侧上；所述移动切割机头组件包括固定在直线导轨滑块上的刀座组件、固定在刀座组件上的切割导轮座、固定在切割导轮座上的被动切割轮组件、与被动切割轮组件相配合的换向轮组件、以及安装在切割导轮座上的喷嘴组件和移动限位组件，所述移动切割机头组件中的换向轮组件通过换向轮安装座固定在切割导轮座的一侧上。

8.如权利要求7所述的单晶硅截断机，其特征在于：所述主动轮组件包括伺服驱动电机、电机防护罩、主动轮轴、设置在主动轮轴上的主动轮轴承套、用于切割丝走线的主切割轮，所述被动切割轮组件包括切割轮轴、设置在切割轮轴上的切割轮轴承套、用于切割丝走线切割的被动切割轮，所述移动限位组件包括依次水平设置的限位座、限位杆和聚氨酯块，所述限位座与刀座组件连接，所述限位杆的长度固定。

9.如权利要求7所述的单晶硅截断机，其特征在于：所述机头驱动组件包括安装在刀座组件上的驱动电机座和安装在驱动电机座上的机头驱动电机，机头驱动电机通过螺母与直线滚珠丝杠连接。

10.如权利要求7所述的单晶硅截断机，其特征在于：所述机头锁定组件包括固定在线网框架上的刹车板、安装在刀座组件上的机头刹车座、以及安装在机头刹车座上且用于与刹车板卡接的制动器。

11.如权利要求7所述的单晶硅截断机，其特征在于：所述位移检测组件包括固定在线网框架上的检测固定座、安装在检测固定座上的光电传感器、以及固定在刀座组件上的检测板，所述检测板和光电传感器具有同一高度。

12.如权利要求1所述的单晶硅截断机，其特征在于：所述绕线室包括安装在底座上的绕线机架、安装在绕线机架上的绕线轴装置、排线装置和张力控制装置，所述绕线轴装置包括安装在绕线机架上的绕线轴安装座、安装在绕线轴安装座上的收放线线筒、与收放线线筒连接的驱动机构、以及安装在收放线线筒的下方并用于制动收放线线筒的制动装置，所述排线装置包括安装在绕线机架上的线性模组、通过排线滑座安装在线性模组滑块上的排线轮、与线性模组连接且用于驱动排线轮运动的驱动机构、将切割线导入、导出张力控制装置的第一导线轮和第二导线轮、安装在线性模组上下两端且用于限制排线轮位移的限位开关、与排线轮连接且用于纠偏的偏移传感器、以及用于防护的不锈钢防护罩，所述张力控制装置通过安装底座安装在绕线机架上，所述张力控制装置包括张力轮、张力轴、分别连接张力轮和张力轴的张力臂、安装在张力轴上的角位移传感器、以及驱动张力轴转动的气缸驱动机构。

13.如权利要求2所述的单晶硅截断机，其特征在于：所述起升装置对称安装在切割室两侧的底座上，所述起升装置包括固定在底座上的起升支撑座、安装在起升支撑座上的滑动台、安装在起升支撑座上的驱动机构、与驱动机构连接并安装在滑动台上的起升台、安装在起升支撑座下端且与晶托框架上的移动限位块相配合的定位座、以及设置在起升支撑座上的直线导轨，所述起升台的中心位置还安装有定位销，所述起升支撑座上还安装有风琴式伸缩防护罩，所述起升支撑座上的直线导轨和驱动机构均设置在切割室的外侧。

14.如权利要求1所述的单晶硅截断机，其特征在于：所述冷却喷淋装置包括提供切割液的供液箱和与供液箱相连的喷淋装置，所述防护装置包括护罩端罩、护罩顶板、绕线室防护门和切割室卷帘门，所述绕线室防护门上还设有观察窗。