CN209393667U - 一种还原炉底盘清洗设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种还原炉底盘清洗设备，其包括激光清洗装置和与之连接的自动夹持装置；所述激光清洗装置用于在所述自动夹持装置的控制下，沿预设路径对还原炉底盘的表面进行激光清洗。本实用新型将激光清洗技术引入至多晶硅领域，通过自动夹持装置的自动化控制手段，控制激光清洗装置自动清洗还原炉底盘表面的积垢，实现了还原炉底盘表面的自动清洗，还可以清洗到以往物理清洗方法无法彻底清理的死角，解决了现有技术中存在的清洗效果不佳、清洗不彻底、引入新的污染源和浪费人力的问题。

Description

一种还原炉底盘清洗设备

技术领域

本实用新型涉及设备清洗技术领域，具体涉及一种还原炉底盘清洗设备。

背景技术

目前，在多晶硅生产过程中，使用最广泛的是化学气相沉积法(CVD，ChemicalVapor Deposition)。此法是通过对多晶硅沉积载体通电，以加热还原炉内气体，使还原炉内气体发生反应而生成硅并沉积在载体上，从而达到制备高纯多晶硅的目的。

但是，在还原炉内的高温反应过程中，会在还原炉底盘表面沉积形成积垢，积垢的形成会对还原炉的绝缘性能、能耗指标、产品质量等产生严重的影响。

为了清除还原炉底盘表面的积垢，目前行业内普遍采用的方法是，由人工加化学药剂的方式进行清洗。但在清洗过程中往往存在清洗效果不佳、清洗不彻底等情况，同时由于采用化学药剂进行清洗，在还原炉生产过程中引入了新的污染源。

因此，本领域亟需出现一种高效、彻底、快捷、无污染的还原炉底盘清洗方案。

实用新型内容

为了至少部分解决现有技术中存在的技术问题而完成了本实用新型。

解决本实用新型技术问题所采用的技术方案是：

本实用新型提供一种还原炉底盘清洗设备，其包括激光清洗装置和与之连接的自动夹持装置；所述激光清洗装置用于在所述自动夹持装置的控制下，沿预设路径对还原炉底盘的表面进行激光清洗。

可选地，所述激光清洗装置包括依次连接的激光发生装置、激光传输装置和激光清洗头；所述激光传输装置用于将所述激光发生装置产生的激光光束传导至所述激光清洗头；

所述自动夹持装置用于夹持并带动所述激光清洗头在还原炉底盘的表面上方沿预设路径移动。

可选地，所述激光清洗头包括依次连接的光学整形镜、光学动态聚焦系统和/或二维扫描振镜装置；所述光学整形镜用于将所述激光发生装置产生的激光光束转化为平行光束，转化后的平行光束先经过所述光学动态聚焦系统以实现焦距调整，再经过所述二维扫描振镜装置以实现预设面积的扫描。

可选地，所述自动夹持装置包括多轴机械手和控制器；所述控制器内预设有与还原炉底盘相对应的路径；所述多轴机械手用于在所述控制器的控制下，按预设路径夹持并带动所述激光清洗头在还原炉底盘的表面上方移动。

可选地，所述多轴机械手还用于在带动所述激光清洗头移动的过程中，实时调整所述激光清洗头的角度以使激光光束在还原炉底盘上投影的延长线始终经过还原炉底盘的中心。

可选地，所述预设路径包括：还原炉底盘上由外至内依次减小的多个同心圆，或者还原炉底盘上由内至外依次增大的多个同心圆。

可选地，所述多轴机械手带动所述激光清洗头分别沿相邻两个同心圆移动时的移动方向相反。

可选地，相邻两个同心圆的间距与激光光束在还原炉底盘上投影的长度相同。

可选地，所述预设路径还包括：还原炉底盘上分别与多个底盘电极头侧面相距预设距离的多个圆周。

可选地，还包括与所述自动夹持装置连接并与所述激光清洗装置的激光清洗头随动的除尘装置，所述除尘装置用于将所述激光清洗装置清洗下来的废物吸走。

可选地，所述除尘装置包括依次连接的吸尘头、连通管路和抽气泵或鼓风机。

有益效果：

本实用新型将激光清洗技术引入至多晶硅领域，通过自动夹持装置的自动化控制手段，控制激光清洗装置自动清洗还原炉底盘表面的积垢，实现了还原炉底盘表面的自动清洗，还可以清洗到以往物理清洗方法无法彻底清理的死角，解决了现有技术中存在的清洗效果不佳、清洗不彻底、引入新的污染源和浪费人力的问题，从而降低了还原炉运行过程中的能耗，提升了产品的内在品质。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的还原炉底盘清洗设备的结构示意图。

图中：1－多轴机械手；2－激光清洗装置；3－除尘装置；4－底盘电极头；5－还原炉底盘；6－激光清洗头；7－吸尘头。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细描述。

本实施例提供一种还原炉底盘清洗设备，不仅能去除还原炉底盘表面的积垢，还能去除其他类型的化学气相沉积法反应器表面的积垢。

如图1所示，所述清洗设备包括激光清洗装置2和与之连接的自动夹持装置。激光清洗装置2用于在自动夹持装置的控制下，沿预设路径对还原炉底盘5的表面进行激光清洗。

本实施例中，将激光清洗技术引入至多晶硅领域，通过自动夹持装置的自动化控制手段，控制激光清洗装置自动清洗还原炉底盘表面的积垢，实现了还原炉底盘表面的自动清洗，还可以清洗到以往物理清洗方法无法彻底清理的死角，解决了现有技术中存在的清洗效果不佳、清洗不彻底、引入新的污染源和浪费人力的问题，从而降低了还原炉运行过程中的能耗，提升了产品的内在品质。

激光清洗的原理具体为：激光清洗装置发射的激光光束被还原炉底盘表面上的污染物(即积垢)所吸收；大能量的吸收形成急剧膨胀的等离子体(即高度电离的不稳定气体)，并产生冲击波；冲击波使污染物变成碎片并被剔除。其中，激光脉冲的宽度必须足够短，以避免使还原炉底盘表面遭到热积累的破坏。

采用激光辐照待清洗物体(如还原炉底盘)表面至少可以产生如下三个方面的作用：

(1)热膨胀效应

利用待清洗物体与其表面污染物对某一波长激光能量吸收系数的差别，使待清洗物体表面污染物吸收能量以产生热膨胀，当污染物的膨胀力大于污染物对待清洗物体表面的吸附力时，污染物便会脱离于待清洗物体的表面；

(2)分子的光分解或相变

激光可以实现能量在时间和空间上的高度集中，聚焦的激光束在其焦点附近可产生几千度甚至几万度的高温，使污染物瞬间蒸发、气化或分解；

(3)激光脉冲的振动

利用高频率的脉冲激光辐照待清洗物体表面，激光光束可以通过在固体表面产生超声波，从而产生力学共振使污染物振动碎裂。

而且，由于激光清洗具有无研磨、非接触、无热效应和适用于清洗各种材质的物体等特点，因此清洗效果既有效又可靠。

具体地，采用激光辐照待清洗物体表面的优势包括如下五个方面：

(1)更环保：不需使用任何化学药剂和清洗液，清洗下来的废料基本上是固体粉末，体积小、易于存放、可回收、无光化学反应、不会产生污染；

(2)效果好：激光清洗的无研磨和非接触性、无热效应，不会对被清洗物体产生机械作用力，不会损伤物体表面，不会破坏待清洗物体，且不会产生二次污染；

(3)易控制：激光可以通过光纤传输，与自动夹持装置相配合实现远距离操作，能清洗传统方法不易达到的结构复杂部位，这样的特性也使得在一些危险的场所中操作人员的安全更有保障；

(4)用处广：激光清洗能够清除各种材料表面的各种类型的污染物，达到常规清洗无法达到的清洁度，而且还可以在不损伤材料表面的情况下有选择性地清洗材料表面的污染物；

(5)成本低：激光清洗系统初期投入较高，但可长期稳定使用，使用寿命长达10年，运行成本低、速度快、效率高、节省时间，很快能获得投资回报，长期来看，成本比传统清洁方法更低。

如图1所示，激光清洗装置包括依次连接的激光发生装置、激光传输装置和激光清洗头6；激光传输装置用于将激光发生装置产生的激光光束传导至激光清洗头6，并经由激光清洗头6照射至还原炉底盘5的表面。自动夹持装置用于夹持并带动激光清洗头6在还原炉底盘5的表面上方沿预设路径移动。至于激光清洗头6与还原炉底盘5表面之间的距离，可由本领域技术人员根据实际情况进行设定。

本实施例中，激光发生装置可采用光纤激光器，光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器。

光学传输装置可采用光纤。为了防止光纤在运动过程中发生弯折造成损坏，可以将光纤设置在链轨中，通过链轨对光纤提供支撑和保护。

作为本实施例的一种具体实施方式，激光清洗头6采用一维激光清洗头。

具体地，一维激光清洗头6包括依次连接的光学整形镜和光学动态聚焦系统。

其中，光学整形镜用于将激光发生装置产生的激光光束转化为平行光束，转化后的平行光束经过光学动态聚焦系统以实现焦距调整。光纤激光器产生的激光光束通过光纤传输到激光清洗头的光学整形镜中，由于光纤激光器产生的激光光束经过光纤传输后，存在着发散角及光斑均匀性等问题，因此需经过光学整形镜将其转化为平行光束。转化后的平行光束先进入光学动态聚焦系统，再作用于还原炉底盘的表面。其中，光学动态聚焦系统中的动态聚焦镜可以改变系统焦距范围，以得到符合要求的激光高功率密度光斑，从而将激光光束聚焦在工作平面上。

由于一维激光清洗头发射的是一维激光光束，只能进行线清洗，故而需要外动力源使之移动而达到清洗二维平面的目的。

作为本实施例的另一种具体实施方式，激光清洗头6采用二维激光清洗头。

具体地，激光清洗头6包括依次连接的光学整形镜、光学动态聚焦系统和二维扫描振镜装置。

其中，光学整形镜用于将激光发生装置产生的激光光束转化为平行光束，转化后的平行光束先经过光学动态聚焦系统以实现焦距调整，再经过二维扫描振镜装置以实现预设面积的扫描。光纤激光器产生的激光光束通过光纤传输到激光清洗头的光学整形镜中，由于光纤激光器产生的激光光束经过光纤传输后，存在着发散角及光斑均匀性等问题，因此还需经过光学整形镜将其转化为平行光束。转化后的平行光束先进入光学动态聚焦系统，再经过二维扫描振镜装置，最终作用于还原炉底盘的表面。其中，光学动态聚焦系统中的动态聚焦镜可以改变系统焦距范围，以得到符合要求的激光高功率密度光斑，从而将激光光束聚焦在工作平面上；二维扫描振镜装置通过X振镜与Y振镜的摆动实现大幅面的激光清洗。

由于二维激光清洗头发射的激光光束通过X/Y振镜调整就能清洗二维平面，因此可不需要外动力源，但是为了达到更好的清洗效果，最好利用外动力源移动二维激光清洗头来清洗二维平面。

本实施例中采用的光学整形镜、光学动态聚焦系统和二维扫描振镜装置均为现有产品，因此对于其具体结构不再赘述。

如图1所示，自动夹持装置包括多轴机械手1和控制器(图中未示出)。其中，控制器内预设有与还原炉底盘5相对应的路径，即不同类型的还原炉底盘对应不同的预设路径；多轴机械手1用于在控制器的控制下，按预设路径夹持并带动激光清洗头6在还原炉底盘5的表面上方移动。当然，对于清洗工作量不太大的项目，也可手动操作激光清洗头6实现人工精准清洗。

本实施例中，通过多轴机械手和控制器的协同工作，可实现还原炉底盘全方位无死角的清洗。其中，多轴机械手是一种能模仿人手臂的某些动作功能，可按照预设的程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置，能够在控制器的控制下夹持激光清洗头距还原炉底盘上方一定距离沿预设路径平稳移动；控制器可采用计算机或单片机。在实际应用中，可以将控制器设置在控制箱中，并在控制箱的面板上设置显示装置和操作装置，例如可以设置显示屏和操作按钮，当然，直接设置触屏显示器。

进一步地，多轴机械手1还用于在带动激光清洗头6移动的过程中，实时调整激光清洗头6的角度以使激光光束在还原炉底盘5上投影的延长线始终经过还原炉底盘5的中心。

本实施例中，通过实时调整激光清洗头6的角度以使激光光束在还原炉底盘5上投影的延长线始终经过还原炉底盘5的中心，可保证清洗过程中无清洗区域重合，提升了清洗效率，同时避免重复清洗带来的局部过热问题。

前述预设路径包括：还原炉底盘5上由外至内依次减小的多个同心圆，或者还原炉底盘5上由内至外依次增大的多个同心圆。

以预设路径为还原炉底盘5上由外至内依次减小的多个同心圆为例：

使多轴机械手1带动激光清洗头6沿还原炉底盘5表面最外侧的圆周运动360°，然后调整多轴机械手1，以使其带动激光清洗头6沿比所述最外侧圆周的直径略小的同心圆周运动360°，以此类推，直至多轴机械手1带动激光清洗头6沿还原炉底盘5表面最内侧的同心圆周运动完360°为止。

进一步地，多轴机械手1带动激光清洗头6分别沿相邻两个同心圆移动时的移动方向相反。换言之，若多轴机械手1带动激光清洗头6沿某一同心圆顺时针运动360°，则多轴机械手1带动激光清洗头6沿与该同心圆相邻且比其略小的同心圆逆时针运动360°。

本实施例中，激光清洗头6在多轴机械手1的带动下，分别沿相邻两个同心圆移动时的移动方向相反，可避免多轴机械手1沿始终沿同一方向运动而导致的线缆打结。

进一步地，相邻两个同心圆的间距与激光光束在还原炉底盘上投影的长度相同。

本实施例中，使相邻两个同心圆的间距与激光光束在还原炉底盘上投影的长度相同，可保证激光清洗过程中不会出现遗漏，即多轴机械手带动激光清洗头向内/外移动的距离正好等于激光光束的投影长度，以使得沿相邻两个同心圆移动的激光清洗头发射的激光光束刚好相接。

前述预设路径还包括：还原炉底盘5上分别与多个底盘电极头4侧面相距预设距离的多个圆周。则激光清洗头6在多轴机械手1的控制下可有效清洗还原炉底盘5上各个电极头4侧面的积垢。

此外，如图1所示，所述清洗设备还包括与自动夹持装置的多轴机械手1连接并与激光清洗装置的激光清洗头6随动的除尘装置3，除尘装置3用于将激光清洗装置清洗下来的废物吸走。

本实施例中，除尘装置可与激光清洗头随动，并对激光清洗装置从还原炉底盘上清洗下来的污物所产生的灰尘进行抽吸作业，从而极大地改善了所述清洗设备的作业环境，而且不会对作业区域的周围环境带来任何污染，因此极大地提高了所述清洗设备作业环境的友好性。

具体地，除尘装置3可包括依次连接的吸尘头7、连通管路和抽气泵或鼓风机。

本实施例中，抽气泵或鼓风机用于经由连通管路向吸尘头7提供抽吸力，以使得吸尘头7吸走还原炉底盘表面上的已被激光清洗装置清洗下来的废物。激光清洗头只是将还原炉底盘表面上的积垢去除，并不会引入其他化学试剂，只产生固体粉尘，在除尘装置的配合下，可将固体粉尘吸走，真正实现还原炉底盘的绿色环保清洗。

此外，除尘装置3还可包括设置在抽气泵或鼓风机前端的滤网和活性炭，从而能够对激光清洗时所产生的固体粉尘进行过滤回收，由此最大程度地降低清洗作业对外界环境的污染或影响。

下面详细描述本实施例所述清洗设备的工作过程：

将装配好的清洗设备整体吊运至还原炉底盘5处，通过还原炉底盘5自带的定位销与清洗设备的定位装置连接，确定清洗设备的放置位置；

将清洗设备整体通入动力源；

在通入动力源后，激光发生装置发出振荡光束通过激光传输装置传送至激光清洗头6，使激光清洗头6具备清洗条件；

预先设定好待清洗还原炉底盘的设备参数及数据模型，在操作面板上启动清洗设备，此时清洗设备开始工作；

多轴机械手1在动力源的驱动下，沿预设路径平稳携带激光清洗头6进行清洗工作，通过实时调整激光清洗头6的角度以使激光光束在还原炉底盘上投影的延长线始终经过还原炉底盘的中心，同时依次沿还原炉底盘上各个同心圆的圆周方向作匀速作圆周运动，其中，每沿一个预设圆周运动360°后，就缩小圆周运动的半径，缩小值与激光光束在还原炉底盘上投影的长度相同，然后沿该缩小半径后的圆周反方向再次作圆周运动；

清洗时，除尘装置3的吸尘头7与激光清洗头6随动，使得清洗的粉尘等及时得到清理；

如此往复，直至清洗区域覆盖整个待清洗面；

一次清洗完成后清洗设备恢复到初始状态及位置，在清洗设备停止动作5s后清洗设备自动切断动力源；当清洗过程中发生异常情况导致动力源中断时，清洗设备会记忆动力源中断前的状态，当动力源恢复时，清洗设备可从中断处恢复工作，无需重头开始；

激光清洗头6也可“一键”从多轴机械手1上摘除，采用人工手动清洗。

综上所述，本实用新型所述还原炉底盘清洗设备通过将激光清洗引入到多晶硅领域，可实现还原炉底盘表面，以及其上的电极头和电极凹槽等的彻底清洗，从而将还原炉底盘的清洗时间大幅度减小，同时提升清洗后的效果。由于使用激光进行清洗，故清洗过程为非接触式，实现了还原炉底盘清洗的零损伤、零污染。而且，激光清洗可以清洗以往物理方法无法彻底清理的死角，具有独到的优势。因此，本实用新型所述清洗设备的清洗过程无研磨、非接触、无热效应，对周围环境无污染，不损坏工人的身体健康，清洗面积大，效率高，清洗成本低，与清洗面之间的距离可精确控制，清洗均匀、效果好，可实现快速、高效、零污染清洁还原炉底盘的目的，对还原炉绝缘性能的提升、能耗的降低和产品质量的提升具有重要的意义。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种还原炉底盘清洗设备，其特征在于，包括激光清洗装置和与之连接的自动夹持装置；所述激光清洗装置用于在所述自动夹持装置的控制下，沿预设路径对还原炉底盘的表面进行激光清洗；

所述激光清洗装置包括依次连接的激光发生装置、激光传输装置和激光清洗头；所述激光传输装置用于将所述激光发生装置产生的激光光束传导至所述激光清洗头；

所述自动夹持装置用于夹持并带动所述激光清洗头在还原炉底盘的表面上方沿预设路径移动。

2.根据权利要求1所述的清洗设备，其特征在于，所述激光清洗头包括依次连接的光学整形镜、光学动态聚焦系统和/或二维扫描振镜装置；所述光学整形镜用于将所述激光发生装置产生的激光光束转化为平行光束，转化后的平行光束先经过所述光学动态聚焦系统以实现焦距调整，再经过所述二维扫描振镜装置以实现预设面积的扫描。

3.根据权利要求1所述的清洗设备，其特征在于，所述自动夹持装置包括多轴机械手和控制器；所述控制器内预设有与还原炉底盘相对应的路径；所述多轴机械手用于在所述控制器的控制下，按预设路径夹持并带动所述激光清洗头在还原炉底盘的表面上方移动。

4.根据权利要求3所述的清洗设备，其特征在于，所述多轴机械手还用于在带动所述激光清洗头移动的过程中，实时调整所述激光清洗头的角度以使激光光束在还原炉底盘上投影的延长线始终经过还原炉底盘的中心。

5.根据权利要求3所述的清洗设备，其特征在于，所述预设路径包括：还原炉底盘上由外至内依次减小的多个同心圆，或者还原炉底盘上由内至外依次增大的多个同心圆。

6.根据权利要求5所述的清洗设备，其特征在于，所述多轴机械手带动所述激光清洗头分别沿相邻两个同心圆移动时的移动方向相反。

7.根据权利要求5所述的清洗设备，其特征在于，相邻两个同心圆的间距与激光光束在还原炉底盘上投影的长度相同。

8.根据权利要求5所述的清洗设备，其特征在于，所述预设路径还包括：还原炉底盘上分别与多个底盘电极头侧面相距预设距离的多个圆周。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的清洗设备，其特征在于，还包括与所述自动夹持装置连接并与所述激光清洗装置的激光清洗头随动的除尘装置，所述除尘装置用于将所述激光清洗装置清洗下来的废物吸走。

10.根据权利要求9所述的清洗设备，其特征在于，所述除尘装置包括依次连接的吸尘头、连通管路和抽气泵或鼓风机。