CN211363014U - 一种金刚线切割装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及金刚线切割技术领域，尤其涉及一种金刚线切割装置。该金刚线切割装置包括：线辊机构，包括相对设置的两个主辊，金刚线缠绕在两个所述主辊上以形成线网；工作台，设置于所述线网上方，所述工作台用于固定待切割的工件并带动所述工件升降；所述金刚线切割装置还包括：检测机构，用于检测所述金刚线切割装置的状态参数；及控制系统，分别与所述检测机构和所述线辊机构通讯连接，所述控制系统能根据所述状态参数调整所述线辊机构的工作参数。通过检测机构与控制系统的配合，可以根据当前金刚线切割装置的状态参数，来自动调整金刚线切割装置的工作参数，以避免硅棒质量和电镀金刚线质量的差异性对切割质量的影响，以使产品质量可控。
Description
技术领域
本实用新型涉及金刚线切割技术领域，尤其涉及一种金刚线切割装置。
背景技术
目前，金刚线切片机的切割工艺参数的修改和设定均是由工程技术人员根据自身经验和实验结果来人工手动完成。切割工艺参数的设置依赖于工程技术人员的个人经验，由于不同工程技术人员经验的差异性，容易导致产线产品质量的波动。
此外，每一刀切割的硅棒质量和使用的电镀金刚线质量也存在着差异，若使用“一成不变”的切割工艺参数，将导致所切割硅片质量的波动和产品质量的不可控。
因此，亟需一种金刚线切割装置，能根据实际情况调整切割工艺参数，以降低产品质量的不可控。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提出一种金刚线切割装置，能够根据实际情况调整切割工艺参数，以降低产品质量的不可控。
为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种金刚线切割装置，包括：
线辊机构，包括相对设置的两个主辊，金刚线缠绕在两个所述主辊上以形成线网；
工作台，设置于所述线网上方，所述工作台用于固定待切割的工件并带动所述工件升降；所述金刚线切割装置还包括：
检测机构，用于检测所述金刚线切割装置的状态参数；及
控制系统，分别与所述检测机构和所述线辊机构通讯连接，所述控制系统能根据所述状态参数调整所述线辊机构的工作参数。
其中，所述检测机构包括：
线锯分析模块，与所述控制系统通讯连接，所述线网的入线端和出线端均设置有所述线锯分析模块，所述线锯分析模块能够采集所述金刚线的图像，并分析所述金刚线的出刃率和/或线损值；
所述控制系统能够根据所述出刃率和/或线损值调整所述主辊正反转动参数，以调整所述线网在双向切割时所述金刚线的正转行程和反转行程。
其中，所述检测机构包括：
线弓检测模块，与所述控制系统通讯连接，所述线弓检测模块能够检测所述金刚线在切割所述工件时的线弓大小；
所述控制系统能够根据线弓大小调整所述主辊的转速，以调整所述金刚线的进给速度。
其中，所述线弓检测模块包括激光测距仪，所述激光测距仪设置于所述线网的上方。
其中，所述检测机构包括：
扭矩测量组件，与所述控制系统通讯连接，所述扭矩测量组件设置于所述主辊的转轴上，能够检测所述主辊的扭矩；
所述控制系统能根据所述扭矩调整所述主辊的转速，以调整所述金刚线的线速。
其中，所述金刚线切割装置还包括：
冷却机构，与所述控制系统通讯连接，用于向所述工件和所述线网提供冷却液；
所述检测机构包括：
温度传感器，与所述控制系统通讯连接，所述温度传感器用于检测所述工件的温度；
所述控制系统根据所述工件的温度调整所述冷却液的温度和/或流量。
其中，所述工作台的底面设置有胶层，所述胶层粘接所述工件，所述温度传感器设置于所述胶层上。
其中，所述金刚线切割装置还包括：
显示组件，与所述控制系统通讯连接，用于显示所述金刚线切割装置的工作参数和/或状态参数。
其中，所述金刚线切割装置还包括：
输入模块，与所述显示组件电连接，所述输入模块能够向所述显示组件内输入所述线辊机构的工作参数。
其中，所述金刚线切割装置还包括：
保护壳，所述工作台、所述主辊以及所述检测机构均设置于所述保护壳内。
有益效果：该金刚线切割装置中，通过检测机构与控制系统的配合，可以根据当前金刚线切割装置的状态参数，来自动调整金刚线切割装置的工作参数，以避免硅棒质量和使用的电镀金刚线质量的差异性对切割质量的影响，从而使产品质量可控。
附图说明
图1是本实用新型提供的金刚线切割装置的主视图；
图2是本实用新型提供的金刚线切割装置的侧视图。
其中：
11、主辊；12、放线辊；13、收线辊；2、保护壳；3、线网；4、工作台；5、导向辊；6、金刚线；7、硅棒；81、线锯分析模块；82、线弓检测模块；83、温度传感器；84、扭矩测量组件；9、显示组件。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
本实用新型提供了一种金刚线切割装置，本具体实施方式中以切割硅棒为例介绍其具体结构。
如图1和图2所示，金刚线切割装置包括保护壳2、设置于保护壳2内的线辊机构以及工作台4。线辊机构包括收线辊13、放线辊12和相对设置的两个主辊11。放线辊12上存储有用于切割硅棒7的金刚线6，金刚线6的一端由放线辊12伸出后，经过依次交替缠绕在两个主辊11上，以形成切割硅棒7的线网3。形成线网3后，金刚线6缠绕在放线辊12上。工作台4设置在线网3的上方，工作台4可以通过底面的胶层固定硅棒7，并能够带动硅棒7沿竖直方向升降。
切割硅棒7时，线网3中的金刚线6具有一定的线速度，工作台4带动硅棒7下降，使得硅棒7逐渐与线网3接触，进而实现硅棒7的切割。
具体地，主辊11上设置有线槽，金刚线6沿两个主辊11上的线槽绕线，使得金刚线6往复依次绕过两个主辊11形成线网3。线辊机构还包括多个导向辊5，金刚线6绕过多个导向辊5，使得金刚线6处于一定的张紧状态，通过调整导向辊5，可以调整金刚线6的张紧程度。
现有技术中，金刚线切割装置的工作参数的设定依赖工程技术人员的经验，不同工程技术人员的经验不同，设定工作参数也有变化，且硅棒质量以及金刚线的状态参数也会影响切割质量，这将导致切割质量存在波动，产品质量不可控。
为解决上述问题，金刚线切割装置还包括检测机构和控制系统，检测机构用于检测金刚线切割装置的状态参数，控制系统分别与检测机构和线辊机构通讯连接，控制系统能根据检测机构检测到的状态参数调整线辊机构的工作参数，从而使金刚线切割装置的工作参数不是固定不变的，且不是根据工程技术人员的经验调整的，而是根据实际工作状态调整的，以避免硅棒7质量和使用的电镀金刚线6质量的差异性对切割质量的影响，从而使产品质量可控。
具体地，控制系统内设置有工程技术人员初期设定的判断规则和标准，通过设置检测机构可以获取金刚线切割装置的状态参数，控制系统根据设定的判断规则和标准，不断调整金刚线切割装置的工作参数，以不断进行动态优化调整，达到工艺参数最优化。
可选地，检测机构包括线锯分析模块81，线锯分析模块81与控制系统通讯连接。线锯分析模块81能够采集金刚线6的图像，并通过分析金刚线6的图像可以测量金刚线6上的金刚石颗粒数目，从而可以得到金刚线6的出刃率、出刃高度、钢线直径等参数。
本实施例中，线网3的入线端和出线端均设置有线锯分析模块81，即放线辊12放出金刚线6的一端设置有一线锯分析模块81，收线辊13收卷金刚线6的一端设置有一线锯分析模块81。放线辊12一端为新线，收线辊13一端为旧线，通过新线和旧线的钢线直径之差，可以获得金刚线6的线损值。
通过获得金刚线6的出刃率和出刃高度，可以更好的了解当前金刚线6切割硅棒7的状态，从而优化调节切割时的工作参数。
可选地，线锯分析模块81可以为现有技术中的电子线锯分析仪，也可以其他包括图像采集组件以及图像分析组件的设备，只要能够通过分析金刚线6的图像得到金刚线6的出刃率和/或线损值即可。线锯分析模块81可以设置在保护壳2的侧壁上，以与对应位置的金刚线6正对。
线锯分析模块81获得出刃率和/或线损值之后，将获得的状态参数发送至控制系统，控制系统根据检测到的状态参数以及初期设定的判断规则和标准，可以调整线网3中金刚线6的正转行程和反转行程。
本实施例中，金刚线切割装置采用双向切割模式，即在一次切割过程中，金刚线6正反反复移动，实现切割。双线切割模式有利于提高金刚线6的利用率，避免金刚线6过早报废。
具体地，控制系统内预存有出刃率阈值以及线损值阈值，控制系统接收到检测机构检测到的出刃率和线损值后，将出刃率和线损值分别与对应的阈值比较，若超出设定的阈值，则自动调整下一阶段金刚线6的正转和反转数值。若旧线的出刃率和金刚线6的线损值大于对应的阈值，表明金刚线6磨损严重，则会减小下一阶段中金刚线6的反转数值，以增加金刚线6的正转数值和反转数值的差值，以增加新线的用量；相反，若旧线的出刃率和金刚线6的线损值小于对应的阈值，表明金刚线6存在过早报废的问题，则增加下一阶段金刚线6的反转数值，以减小金刚线6正转数值和反转数值的差值，以减小旧线的用量。
双向切割模式中，以金刚线6整体有放线辊12移动至收线辊13的方向为例，由放线辊12向收线辊13移动为正向，由收线辊13至放线辊12移动为反向。在一次切割过程中，金刚线6间隔正向和反向移动，一次正向移动和一次反向移动为一次循环，在一次循环中金刚线6正向移动的距离大于金刚线6反向移动的距离。上述提到的正转数值为一次循环中金刚线6正向移动的行程，反转数值为一次循环中金刚线6反向移动的行程。
为实现正转数值和反转数值的调整，控制系统可以通过控制线辊机构中主辊11在一次循环过程中正转时间和/或正转速度来实现正转数值的调整，通过控制线辊机构中主辊11在一次循环过程中反转时间和/或反转速度来实现反转数值的调整。
本实施例中，检测机构还包括线弓检测模块82，线弓检测模块82与控制系统通讯连接，线弓检测模块82能够检测线网3中的金刚线6在切割硅棒7时的线弓大小，从而获取金刚线6在切割硅棒7时的绷紧程度，以避免金刚线6受阻力过大而崩断。
可选地，线弓检测模块82设置于线网3的上方，通过测量其与线网3之间的距离，来计算金刚线6的线弓大小。如图2所示，线弓检测模块82可以为激光测距仪，激光测距仪的测量精度高，可以达到0.1mm，有利于提高测量精度。激光测距仪竖直朝下设置，且与线网3中金刚线6沿长度方向的一端正对。在其他实施例中，线弓检测模块82也可以为其他类型的距离检测模块。
在未切割硅棒7时，金刚线6与激光测距仪之间的距离为定值，该定值可以存储在控制系统内。当金刚线6切割硅棒7时，金刚线6受到硅棒7施加的力，使其中部向下形成一定的弧度，此时激光测距仪测到的其与金刚线6之间的距离变化为H，并将H发送至控制系统内。控制系统将H与存储的定值对比，通过二者的差值可以计算出金刚线6的线弓大小。
为优化金刚线切割装置的工作参数，控制系统在得到金刚线6的线弓大小后，可以根据线弓大小调整主辊11的转速，从而调整金刚线6的进给速度，进而在保证切割效率的基础上，避免金刚线6因线弓过大而崩断。
具体地，控制系统内可以设置有线弓阈值，将检测机构检测到的线弓大小与线弓阈值对比后，若线弓大于线弓阈值，则降低主辊11的转速，以减小金刚线6的进给速度；若线弓小于线弓阈值，则增大主辊11的转速，以调大金刚线6的进给速度。
可选地，同一金刚线6沿长度方向的两端均设置有激光测距仪，两个激光测距以相对于金刚线6的中点对称设置，可以提高测量精度。
因同一硅棒7的不同位置对金刚线6的阻力可能不同，线网3可以对应设置有多对激光测距仪，以测量不同的金刚线6的线弓大小，从而以线弓最大的金刚线6的状态为基础调整工作参数，能够更好地与实际情况相匹配，以提高优化效果。
可选地，检测机构还包括扭矩测量组件84，扭矩测量组件84与控制系统通讯连接，扭矩测量组件84设置于主辊11的转轴上，能够检测主辊11的扭矩。主辊11的扭矩可以反映金刚线6切割时受到的阻力状态，通过检测主辊11的扭矩，可以更好地调整主辊11的工作参数。
具体地，扭矩测量组件84可以为扭矩传感器，扭矩传感器可以设置在主辊11的转轴上，以便测量主辊11的扭矩。扭矩传感器与控制系统通讯连接，以便向控制系统反馈检测到的扭矩值。控制系统内设置有扭矩阈值，若检测到的扭矩值大于扭矩阈值，则调整增大主辊11的转速，以增大金刚线6的线速；若检测到的扭矩值小于扭矩阈值，则调整减小主辊11的转速，以减小金刚线6的线速。
本实施例中，金刚线切割装置还包括冷却机构，冷却机构与控制系统通讯连接，用于向硅棒7和线网3提供冷却液，以及时散发切割时产生的热量，也为金刚线6的切割提供润滑。值得说明的是，冷却机构可以为现有技术中任一种冷却机构，只要能够为线网3和硅棒7提供冷却液即可。
可选地，检测机构还包括温度传感器83，温度传感器83与控制系统通讯连接，温度传感器83用于检测硅棒7的温度，控制系统根据硅棒7的温度调整冷却液的温度和/或流量，以使冷却机构能够为金刚线6切割提供更好的冷却和润滑效果，避免冷却液浪费或散热不良的问题。
具体地，工作台4的底面设置有胶层，硅棒7可以通过胶层粘接在工作台4上，温度传感器83可以设置在胶层上，以在不影响硅棒7切割的基础上，检测硅棒7的温度值。
当温度传感器83检测的温度值超过控制系统内预存的温度值后，控制系统调整下一阶段中，冷却机构向硅棒7提供的冷却液的流量和/或温度，使冷却液的流量增大，温度降低，以提高散热效果。
可选地，控制系统内可以预存有多个硅棒7的温度范围，每个温度范围对应有冷却液的流量和/或温度，以使冷却液的参数与硅棒7的温度更匹配，在保证散热效果的基础上避免冷却液浪费。
通过设置上述的检测机构和控制系统，可以使工程技术人员的工作由现有技术中设定每一步的工作参数，变为只负责设定检测机构检测的参数的标准范围，使得每一步的工艺参数均是由控制系统自动设置的，且每一刀切割的具体参数均是在上一次切割的基础上进行改进优化的，直至金刚线切割装置以稳定的工作参数工作。
本实施例中，金刚线切割装置还包括显示组件9，显示组件9与控制系统通讯连接，显示组件9可以设置在保护壳2的外侧，能够显示金刚线切割装置的工作参数和/或状态参数，以便工程技术人员能够更直观地获取切割装置的工作状态。可选地，显示组件9可以为计算机。
可选地，金刚线切割装置还可以设置输入模块，输入模块与显示组件9电连接，工程技术人员可以通过输入模块向显示组件9内输入检测机构检测的参数的标准范围，方便操作和更改。可选地，输入模块可以包括键盘和/或鼠标。
本实施例中，根据检测机构的检测结果可以获取切割硅棒7的难易程度、金刚线6质量优劣，控制系统根据检测机构的检测结果自动调整工作台4下降速度、新线补给量、线网3速度、切割液流量、切割液温度等工艺参数，达到每一刀切割工艺时间最短，提升切割效率，增加产量；同时，每一刀的金刚线6用量也在动态调整，在保证硅片质量稳定的前提下实现金刚线6用量最少，成本最优化。
为使本实施例中金刚线切割装置的效果更直观，本实施例提供了对比例，以相同的金刚线6和硅棒7进行切割，并对比了切割参数。
表1：本实施例与对比例的各监测参数
表2：本实施例与对比例的硅片切割数据
以母线线径为65μm的电锯金刚线切割多晶硅棒为例，对比例采用固定不变的切割工艺参数(加工用时为102min，单卷50km金刚线理论切割15刀，理论单片线耗1.39米/片)，本实施例则在对比例的工艺参数的基础上，通过控制系统自动优化每一刀的切割参数。
根据表1和表2可以得知，本实施例与对比例相比，工艺用时均值由之前的102min缩短至85min，切割效率提升17％。单片金刚线实际线耗均值由1.55米/片降至1.25米/片，降幅19％。硅片直通率(硅片合格率)由95.47％提升至97.65％，A级率由93.83％提升至96.10％。硅片加工成本由0.325元/片降至0.286元/片，成本降幅12％。
综上所述，本实施例提供的金刚线切割装置可以实现智能化切割，切割过程中工作参数能够实现动态调整，减小人为因素的干扰；且硅片的切割效率提升15％以上，电镀金刚线的单片用量降低15％以上，硅片合格率提升2％以上，硅片加工成本降低10％以上。
以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
Claims (10)
1.一种金刚线切割装置，包括：
线辊机构，包括相对设置的两个主辊(11)，金刚线(6)缠绕在两个所述主辊(11)上以形成线网(3)；
工作台(4)，设置于所述线网(3)上方，所述工作台(4)用于固定待切割的工件并带动所述工件升降；其特征在于，所述金刚线切割装置还包括：
检测机构，用于检测所述金刚线切割装置的状态参数；及
控制系统，分别与所述检测机构和所述线辊机构通讯连接，所述控制系统能根据所述状态参数调整所述线辊机构的工作参数。
2.如权利要求1所述的金刚线切割装置，其特征在于，所述检测机构包括：
线锯分析模块(81)，与所述控制系统通讯连接，所述线网(3)的入线端和出线端均设置有所述线锯分析模块(81)，所述线锯分析模块(81)能够采集所述金刚线(6)的图像，并分析所述金刚线(6)的出刃率和/或线损值；
所述控制系统能够根据所述出刃率和/或线损值调整所述主辊(11)正反转动参数，以调整所述线网(3)在双向切割时所述金刚线(6)的正转行程和反转行程。
3.如权利要求1所述的金刚线切割装置，其特征在于，所述检测机构包括：
线弓检测模块(82)，与所述控制系统通讯连接，所述线弓检测模块(82)能够检测所述金刚线(6)在切割所述工件时的线弓大小；
所述控制系统能够根据线弓大小调整所述主辊(11)的转速，以调整所述金刚线(6)的进给速度。
4.如权利要求3所述的金刚线切割装置，其特征在于，所述线弓检测模块(82)包括激光测距仪，所述激光测距仪设置于所述线网(3)的上方。
5.如权利要求1所述的金刚线切割装置，其特征在于，所述检测机构包括：
扭矩测量组件(84)，与所述控制系统通讯连接，所述扭矩测量组件(84)设置于所述主辊(11)的转轴上，能够检测所述主辊(11)的扭矩；
所述控制系统能根据所述扭矩调整所述主辊(11)的转速，以调整所述金刚线(6)的线速。
6.如权利要求1所述的金刚线切割装置，其特征在于，所述金刚线切割装置还包括：
冷却机构，与所述控制系统通讯连接，用于向所述工件和所述线网(3)提供冷却液；
所述检测机构包括：
温度传感器(83)，与所述控制系统通讯连接，所述温度传感器(83)用于检测所述工件的温度；
所述控制系统根据所述工件的温度调整所述冷却液的温度和/或流量。
7.如权利要求6所述的金刚线切割装置，其特征在于，所述工作台(4)的底面设置有胶层，所述胶层粘接所述工件，所述温度传感器(83)设置于所述胶层上。
8.如权利要求1-7中任一项所述的金刚线切割装置，其特征在于，所述金刚线切割装置还包括：
显示组件(9)，与所述控制系统通讯连接，用于显示所述金刚线切割装置的工作参数和/或状态参数。
9.如权利要求8所述的金刚线切割装置，其特征在于，所述金刚线切割装置还包括：
输入模块，与所述显示组件(9)电连接，所述输入模块能够向所述显示组件(9)内输入所述线辊机构的工作参数。
10.如权利要求1-7中任一项所述的金刚线切割装置，其特征在于，所述金刚线切割装置还包括：
保护壳(2)，所述工作台(4)、所述主辊(11)以及所述检测机构均设置于所述保护壳(2)内。
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