CN207971833U

CN207971833U - 一种用于多晶硅块加工一体机的晶棒尺寸检测装置

Info

Publication number: CN207971833U
Application number: CN201820136451.1U
Authority: CN
Inventors: 曹建伟; 傅林坚; 朱亮; 沈文杰; 卢嘉彬; 胡志伟; 周建灿; 邱文杰
Original assignee: Zhejiang Jingsheng Mechanical and Electrical Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Jingsheng Mechanical and Electrical Co Ltd
Priority date: 2018-01-26
Filing date: 2018-01-26
Publication date: 2018-10-16
Anticipated expiration: 2028-01-26

Abstract

本实用新型涉及多晶硅块加工设备，旨在提供一种用于多晶硅块加工一体机的晶棒尺寸检测装置。该种用于多晶硅块加工一体机的晶棒尺寸检测装置包括驱动单元、驱动电机、联轴器、移动座、支撑臂、测量头和数据处理及控制单元，测量头设有三个，用于对晶棒表面的尺寸数据进行测量。本实用新型本实用新型能够更准确地测量出方晶棒(硅块)对边距离值，进而计算得硅块表面的更接近最低点的数值，然后根据测量值计算出进刀量及进刀次数；本实用新型具有结构简单、检测数据更多、检测精度更高，能实现自动检测和智能计算的功能优点。

Description

一种用于多晶硅块加工一体机的晶棒尺寸检测装置

技术领域

本实用新型是关于多晶硅块加工设备领域，特别涉及一种用于多晶硅块加工一体机的晶棒尺寸检测装置。

背景技术

现阶段的多晶硅块磨面倒角加工常采用两边对称几组金钢石U型砂轮，通过砂轮高速旋转及工作台和砂轮水平进给配合运作，完成硅块表面和倒角的加工。传统采用单测量头，安装在晶棒中心线水平的侧方位置，由于上一道开方工序可能会存在开方的晶棒不太规则，其表面平整度差的情况，而单测量头测得的数据都是晶棒表面中间位置的数值，无法测得表面尺寸最低的数值，因而在平面磨削加工过程中，会出现尺寸最小位置未被加工的情况(行业称为加工表面有线痕)。同时对于不太规则的晶棒，会在测量过程中增加了被报警判断为异常晶料的概率，限制了机械手爪取料的位置适应性，增加了晶棒加工返修的概率和耗时。这在很大程序上降低了整机的适应性及硅块加工过程中的合格率。

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，提供一种用于多晶硅块磨面倒角加工一体机的晶棒表面三测量头尺寸检测装置。为解决上述技术问题，本实用新型的解决方案是：

提供一种用于多晶硅块加工一体机的晶棒尺寸检测装置，用于对晶棒表面的尺寸数据进行测量，所述用于多晶硅块加工一体机的晶棒尺寸检测装置包括驱动单元、驱动电机、联轴器、移动座、支撑臂、测量头和数据处理及控制单元；

所述数据处理及控制单元通过电线连接到驱动电机的输入端，驱动电机的输出端通过联轴器与驱动单元输入端相连，驱动单元上设有滑动平台；所述移动座安装在驱动单元的滑动平台上，支撑臂的一端固定在移动座的头部；

所述测量头包括传感器、传感器压盖、封板、保护罩、探测头；所述传感器通过传感器压盖设置在支撑臂的另一端，封板和保护罩固定安装在传感器压盖上；所述探测头依次贯穿通过保护罩和封板，并与传感器一端相连，传感器另一端通过电线与数据处理及控制单元相连；

测量头设有三个，三个测量头依次垂直安装在支撑臂的另一端上；三个测量头都能进行数据测量(每个测量头都具有独立的电气线路与PLC相连接)；

所述数据处理及控制单元是可编程逻辑控制器，用于控制驱动电机的启停以及将探测头移动的距离转化为被测多晶硅棒的尺寸。

作为进一步的改进，所述驱动单元采用日本THK精密直线滚动导轨智能组合单元，型号为KR45型。

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，所述传感器采用直动单方向式传感器，其行程3mm、精度0.001mm。

作为进一步的改进，所述数据处理及控制单元采用倍福PLC，型号为CX5010。

作为进一步的改进，所述用于多晶硅块加工一体机的晶棒尺寸检测装置还包括底座，驱动单元安装在底座的上平面。

作为进一步的改进，用于多晶硅块加工一体机的晶棒尺寸检测装置检测出晶棒尺寸后，可确定加工刀具首次进刀量和进刀次数；首次进刀量S₁和进刀次数n满足公式：

S₁＝D₀－D₂－Mod[(D₂－D₁)，ΔS]

式中，D₀表示刀具初始位置值，其计量单位符号为mm；D₁表示晶棒待加工到的目标尺寸，其尺寸单位符号为mm；D₂表示实际测得的晶棒尺寸，其尺寸单位符号为mm；ΔS表示固定进刀量，是手动输入的已知量，其计量单位符号为mm；Mod表示求余数的函数。

晶棒表面的最小尺寸D₁₀与晶棒待加工到的目标尺寸D₁满足以下的公式：

D_m1[1]:＝MIN(D_m1_T[10],D_m1_T[11],D_m1_T[12],D_m1_W[10],D_m1_W[11],D_m1_W[12])；(*面1最小值*)

D_m1[2]:＝MIN(D_m1_T[20],D_m1_T[21],D_m1_T[22],D_m1_W[20],D_m1_W[21],D_m1_W[22])；(*面2最小值*)

D_m1[3]:＝MIN(D_m1_T[30],D_m1_T[31],D_m1_T[32],D_m1_W[30],D_m1_W[31],D_m1_W[32])；(*面3最小值*)

D_m1[4]:＝MIN(D_m1_T[40],D_m1_T[41],D_m1_T[42],D_m1_W[40],D_m1_W[41],D_m1_W[42])；(*面4最小值*)

(D_m1[1]+D_m1[3])-D1>0；

(D_m1[2]+D_m1[4])-D1>0；

式中，D_m1[1]、D_m1[2]、D_m1[3]、D_m1[4]分别是面1、面2、面3、面4的最小值；面1、面2、面3、面4分别是指晶棒的4个待加工表面。待加工晶棒是长方体，总共有6个表面，晶棒头尾2个面除外，其它4个表面都是待加工表面，即有待加工表面1、待加工表面2、待加工表面3、待加工表面4。

D_m1_T[10]、D_m1_T[11]、D_m1_T[12]分别是面1的头端上、中、下测量值；D_m1_W[10]、D_m1_W[11]、D_m1_W[12]是面1的尾端上、中、下测量值。

D_m1_T[20]、D_m1_T[21]、D_m1_T[22]分别是面2的头端上、中、下测量值；D_m1_W[20]、D_m1_W[21]、D_m1_W[22]是面2的尾端上、中、下测量值。

D_m1_T[30]、D_m1_T[31]、D_m1_T[32]分别是面3的头端上、中、下测量值；D_m1_W[30]、D_m1_W[31]、D_m1_W[32]是面3的尾端上、中、下测量值。

D_m1_T[40]、D_m1_T[41]、D_m1_T[42]分别是面4的头端上、中、下测量值；D_m1_W[40]、D_m1_W[41]、D_m1_W[42]是面4的尾端上、中、下测量值。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型能够更准确地测量出方晶棒(硅块)对边距离值，进而计算得硅块表面的更接近最低点的数值，然后根据测量值计算出进刀量及进刀次数；同时依据两组对面测得的数据，可以计算当前晶棒装夹位置的偏移量，能选择启用偏移加工，实现凸出侧砂轮动力头水平少进给，凹入侧砂轮动力头水平多跟进，进而实现更宽的机械手爪上料位置适应范围。本实用新型具有结构简单、检测数据更多、检测精度更高，能实现自动检测和智能计算的功能优点。

附图说明

图1为本实用新型轴测图。

图2为本实用新型主视图。

图3为本实用新型局部放大图。

图4为本实用新型工作示意图。

图中的附图标记为：1底座；2数据处理及控制单元；3驱动电机；4联轴器；5驱动单元；6移动座；7支撑臂；8传感器；9传感器压盖；10封板；11保护罩；12探测头；13方形晶棒；14电线。

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、图3所示的一种用于多晶硅块加工一体机的晶棒尺寸检测装置，包括驱动单元5、驱动电机3、联轴器4、移动座6、支撑臂7、测量头、数据处理及控制单元2和底座1，用于对晶棒表面的尺寸数据进行测量。

所述数据处理及控制单元2通过电线14连接到驱动电机3的输入端，用于将控制信号传输到驱动电机3使其开启、运行或关闭。驱动电机3的输出端通过联轴器4与驱动单元5的输入端相连，驱动单元5安装在底座1的上平面，驱动单元5上设有滑动平台。所述移动座6安装在驱动单元5的滑动平台上，支撑臂7的一端固定在移动座6的头部。驱动电机3为伺服电机，驱动单元5为日本THK精密直线滚动导轨智能组合单元KR45型。

所述测量头包括传感器8、传感器压盖9、封板10、保护罩11、探测头12。所述传感器8通过传感器压盖9设置在支撑臂7的另一端，封板10和保护罩11固定安装在传感器压盖9上。所述探测头12依次贯穿通过保护罩11和封板10，并与传感器8一端相连；传感器8另一端通过电线14与数据处理及控制单元2相连。

测量头设有三个，三个测量头依次垂直安装在支撑臂7的另一端上。每个测量头都具有独立的电气线路与PLC相连接，都能进行数据测量。

传感器8采用直动单方向式传感器，其行程3mm、精度0.001mm，为加工中心在线工件测量专用探测器。数据处理及控制单元2是可编程逻辑控制器，采用倍福PLC，具体型号为CX5010，用于控制驱动电机3的启停以及将探测头12移动的距离转化为被测多晶硅棒的尺寸。传感器8采集到的数据传输到数据处理及控制单元2中进行计算处理，将所述探测头12移动的距离转化为被测单晶棒的尺寸。

如图4所示工作时，以方形晶棒13为例，用于多晶硅块加工一体机的晶棒尺寸检测装置的工作过程具体如下：

开始工作后，所述数据处理及控制单元2发出指令启动所述驱动电机3，所述驱动电机3带动所述驱动单元5的滑动平台向左移动，待所述探测头12与所述方形晶棒13接触后，所述传感器8被压缩一个微小量并发出信号到所述数据处理及控制单元2，所述数据处理及控制单元2记录下此刻所述驱动电机3所转的圈数并机发出指令让所述驱动电机3反向旋转，直至所述驱动单元5的滑动平台向右移动到起始位置。所述数据处理及控制单元2将驱动电机3转动的圈数转化为探测头12移动的行程，通过一系列算法可计算出测试点到被测方形晶棒13中心的距离，即被测晶棒的尺寸。所述晶棒尺寸检测装置检测出晶棒尺寸后，可确定加工刀具首次进刀量和进刀次数。

用于多晶硅块加工一体机的晶棒尺寸检测装置检测出晶棒尺寸后，可确定加工刀具首次进刀量和进刀次数；首次进刀量S₁和进刀次数n满足公式：

S₁＝D₀－D₂－Mod[(D₂－D₁)，ΔS]

式中，D₀表示刀具初始位置值，其计量单位符号为mm；D₁表示晶棒待加工到的目标尺寸，其尺寸单位符号为mm；D₂表示实际测得的晶棒尺寸，其尺寸单位符号为mm；ΔS表示固定进刀量，是手动输入的已知量，其计量单位符号为mm；Mod表示求余数的函数。首次进刀量S₁和进刀次数n确定以后，便可按照设定程序对晶棒进行加工。

上述装置和方法在很大程序上解决了单测量头无法测到晶棒表面最低点位置，导致加工表面时出现有线痕的情况；同时在不改变机械手原有安装精度的条件下，扩大了机械手爪抓取晶棒实现正常加工的适应范围，大大提高了整机的适应性和合格率。

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

1.一种用于多晶硅块加工一体机的晶棒尺寸检测装置，用于对晶棒表面的尺寸数据进行测量，其特征在于，所述用于多晶硅块加工一体机的晶棒尺寸检测装置包括驱动单元、驱动电机、联轴器、移动座、支撑臂、测量头和数据处理及控制单元；

测量头设有三个，三个测量头依次垂直安装在支撑臂的另一端上；三个测量头都能进行数据测量；

2.根据权利要求1所述的一种用于多晶硅块加工一体机的晶棒尺寸检测装置，其特征在于，所述驱动单元采用日本THK精密直线滚动导轨智能组合单元，型号为KR45型。

3.根据权利要求1所述的一种用于多晶硅块加工一体机的晶棒尺寸检测装置，其特征在于，所述驱动电机采用伺服电机。

4.根据权利要求1所述的一种用于多晶硅块加工一体机的晶棒尺寸检测装置，其特征在于，所述传感器采用直动单方向式传感器，其行程3mm、精度0.001mm。

5.根据权利要求1所述的一种用于多晶硅块加工一体机的晶棒尺寸检测装置，其特征在于，所述数据处理及控制单元采用倍福PLC，型号为CX5010。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的一种用于多晶硅块加工一体机的晶棒尺寸检测装置，其特征在于，还包括底座，驱动单元安装在底座的上平面。