CN211709731U - 一种双棒式单晶硅棒开方机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双棒式单晶硅棒开方机，包括用于同时测量两根单晶硅棒长度及晶线方向的上料台、用于同时夹取两根单晶硅棒的机械手夹运装置、用于同时夹持两根单晶硅棒的夹持装置，以及用于同时切割加工两根单晶硅棒的切割头。本发明能够同时对两根单晶硅棒进行同时加工，而且线速快，加工效率高，是传统工开方机效率的2倍。

Description

一种双棒式单晶硅棒开方机

技术领域

本发明涉及一种开方机，更具体地说，涉及一种双棒式单晶硅棒开方机。

背景技术

开方机是一种将圆柱状的单晶硅棒沿着晶线切割形成四棱柱状的装置，装置中最核心的设备为切割头，切割头使用金刚线缠绕后利用金刚线的快速移动切割单晶硅棒。

传统的金刚线单晶硅棒开方机都仅能进行单根单晶硅棒的切割加工，效率低下且线速较慢。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种双棒式单晶硅棒开方机，以能够采用双棒同时上下料同时加工，提高加工效率。

为了达到上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种双棒式单晶硅棒开方机，包括用于同时测量两根单晶硅棒长度及晶线方向的上料台、用于同时夹取两根单晶硅棒的机械手夹运装置、用于同时夹持两根单晶硅棒的夹持装置，以及用于同时切割加工两根单晶硅棒的切割头。

切割头包括竖立的固定板，固定板的正面固定有两根上下水平排列的长切割主辊，分别为位于上部的上长切割主辊和位于下部的下长切割主辊；

固定板的正面还固定有三根左右竖向排列的短切割主辊，分别为位于左侧的左短切割主辊，位于中部的中短切割主辊，以及位于右侧的右短切割主辊；

长切割主辊与短切割主辊均分别通过一个切割头伺服电机驱动转动；

上长切割主辊上从左到右依次设置有均垂直于上长切割主辊的第一导轮、第二导轮、第三导轮以及第四导轮；

下长切割主辊上从左到右依次设置有均垂直于下长切割主辊的第五导轮、第六导轮、第七导轮以及第八导轮；

左短切割主辊上从上到下依次设置有均垂直于左短切割主辊的第九导轮和第十导轮；

中短切割主辊上从上到下依次设置有均垂直于中短切割主辊的第十一导轮和第十二导轮；

右短切割主辊上从上到下依次设置有均垂直于右短切割主辊的第十三导轮和第十四导轮；

第一导轮与第二导轮的间距＝第三导轮与第四导轮的间距＝第五导轮与第六导轮的间距＝第七导轮与第八导轮的间距＝第九导轮与第十导轮的间距＝第十一导轮与第十二导轮的间距＝第十三导轮与第十四导轮的间距；

第一导轮与第五导轮位于同一平面；第一金刚线从固定板的背面穿透固定板后绕设于第一导轮与第五导轮后再次穿透固定板回到固定板背面；

第二导轮与第六导轮位于同一平面；第二金刚线从固定板的背面穿透固定板后绕设于第二导轮与第六导轮后再次穿透固定板回到固定板背面；

第三导轮与第七导轮位于同一平面；第三金刚线从固定板的背面穿透固定板后绕设于第三导轮与第七导轮后再次穿透固定板回到固定板背面；

第四导轮与第八导轮位于同一平面；第四金刚线从固定板的背面穿透固定板后绕设于第四导轮与第八导轮后再次穿透固定板回到固定板背面；

第九导轮、第十一导轮以及第十三导轮位于同一平面；第五金刚线从固定板的背面穿透固定板后绕设于第九导轮、第十一导轮以及第十三导轮后再次穿透固定板回到固定板背面；

第十导轮、第十二导轮以及第十四导轮位于同一平面；第六金刚线从固定板的背面穿透固定板后绕设于第十导轮、第十二导轮以及第十四导轮后再次穿透固定板回到固定板背面；

相互平行的第一金刚线、第二金刚线与相互平行的第五金刚线、第六金刚线垂直相交形成第一井字形；固定板在第一井字形区域开设有第一单晶硅棒通过口；

相互平行的第三金刚线、第四金刚线与相互平行的第五金刚线、第六金刚线垂直相交形成第二井字形；固定板在第二井字形区域开设有第二单晶硅棒通过口；

中短切割主辊位于第一单晶硅棒通过口与第二单晶硅棒通过口之间；

夹持装置包括两组，每组夹持装置包括动夹头装置以及定夹头装置；

动夹头装置包括设置于动夹头直线导轨上的动夹头体，动夹头体的底部连接于用于推动动夹头体在动夹头直线导轨上滑动的动夹头伺服电缸；动夹头直线导轨固定于底座上方；

动夹头体包括一个与动夹头直线导轨平行且水平朝向定夹头装置的第一水平环柱，第一水平环柱朝向定夹头装置的一端为第一开敞开口，从第一开敞开口向第一水平环柱内嵌入有紧贴第一水平环柱内壁的第一伸缩夹头体；第一伸缩夹头体内嵌入有动夹头座体，动夹头座体内嵌入有动夹头主轴，动夹头主轴朝向定夹头装置的一端从第一开敞开口伸出且通过动夹头轴承连接于动夹头；动夹头主轴背离定夹头装置的一端连接于增压缸；第一伸缩夹头体背离定夹头装置的一端固定有4个第一气缸，4个第一气缸分别连接于水平搭设于第一伸缩夹头体内且从第一开敞开口伸出的4个第一边皮顶杆；4个第一边皮顶杆分别位于动夹头主轴的上下左右且与动夹头主轴的间距相同；

定夹头装置包括固定于底座的定夹头体，定夹头体包括一个与动夹头直线导轨平行且水平朝向动夹头装置的第二水平环柱，第二水平环柱朝向动夹头装置的一端为第二开敞开口，从第二开敞开口向第二水平环柱内嵌入有紧贴第二水平环柱内壁的第二伸缩夹头体；第二伸缩夹头体内嵌入有定夹头座体，定夹头座体内嵌入有定夹头主轴，定夹头主轴朝向动夹头装置的一端从第二开敞开口伸出并连接于定夹头，定夹头主轴背离动夹头装置的一端连接于定夹头伺服电机；第二伸缩夹头体背离动夹头装置的一端固定有4个第二气缸，4个第二气缸分别连接于水平搭设于第二伸缩夹头体内且从第二开敞开口伸出的4个第二边皮顶杆；4个第二边皮顶杆分别位于定夹头主轴的上下左右且与定夹头主轴的间距相同；

动夹头与定夹头位于同一水平线且互指；

四个第一边皮顶杆分别与四个第二边皮顶杆位于同一水平线且互指。

优选的，动夹头为浮动旋转夹头。

优选的，增压缸与动夹头主轴之间通过第一浮动接头连接。

优选的，第一水平环柱背朝动夹头的一侧连接有固定增压缸法兰盘，增压缸固定于固定增压缸法兰盘并处于第一水平环柱外部。

优选的，底座上设置有传送带。

优选的，第一边皮顶杆在朝向定夹头装置的一侧套设有第一边皮顶杆座体。

优选的，第二边皮顶杆在朝向动夹头装置的一侧套设有第二边皮顶杆座体。

动夹头与定夹头分别位于固定板的两侧；

一组夹持装置内的动夹头和定夹头所处直线垂直穿过第一单晶硅棒通过口，另一组夹持装置内的动夹头和定夹头所处直线垂直穿过第二单晶硅棒通过口；

切割头与夹持装置通过设置于切割头或夹持装置底部的滑轨存在垂直于固定板的相对运动。

优选的，底座上设置有传送带。

可选的，滑轨为设置于固定板下方的切割头直线导轨，切割头直线导轨垂直于固定板；固定板连接于滚珠丝杆，滚珠丝杆垂直于固定板并用于推动固定板在切割头直线导轨上移动。

可选的，滑轨为设置于两个夹持装置的底座下方的夹持装置直线导轨，夹持装置直线导轨垂直于固定板；夹持装置连接于夹持滚珠丝杆，夹持滚珠丝杆用于推动夹持装置在夹持装置直线导轨上移动。

优选的，第一金刚线、第二金刚线、第三金刚线、第四金刚线、第五金刚线以及第六金刚线均为同一根总金刚线。

优选的，总金刚线在固定板背面通过设置于固定板背面的多个转向轮转换从固定板背面穿透至固定板正面的穿透位置。

优选的，动夹头圆柱内设置有直线开口，第一气缸通过穿设于直线开口的连接杆连接于第一边皮顶杆；第一气缸贴设于第一水平环柱内壁。

优选的，每个第二边皮顶杆均连接于一个设置于定夹头体内部的第二气缸；定夹头圆柱内设置有直线开口，第二气缸通过穿设于直线开口的连接杆连接于第二边皮顶杆；第二气缸贴设于第二水平环柱内壁。

机械手夹运装置包括通过四根立柱支撑且相互平行的两个横梁，两个横梁上方均铺设有平行于横梁的横向导轨，垂直于横向导轨在两个横向导轨上分别架设有横向块，垂直于横向导轨在两个横向块之间搭设有两条纵向杆，两条纵向杆上方均平行铺设有纵向导轨；两个纵向导轨上方固定有水平的电机固定板，电机固定板上固定有伺服电机，伺服电机的转轴穿透电机固定板并连接于丝杆，丝杆底部连接于竖向移动体，竖向移动体底部固定有动夹爪固定体与定夹爪固定体；定夹爪与动夹爪形成的抓夹组有两组，且均设置于同一个竖向移动体下方；

定夹爪固定体底部固定有定夹爪；

动夹爪固定体为平行于纵向杆的条状块；在动夹爪固定体上平行于纵向杆设置有动夹爪滑轨，动夹爪从底部搭设于动夹爪滑轨；

定夹爪与动夹爪的爪夹中心的连线均垂直于定夹爪与动夹爪所处平面且平行于纵向杆。

优选的，电机固定板下方连接有限位框架，竖向移动体的顶部连接有限位板，限位板限位于限位框架内。

优选的，两个横梁之间通过支撑杆连接固定。

优选的，支撑杆有两根且均垂直于横梁；两根支撑杆分别设置于横梁的两端。

优选的，横向块连接于用于驱动横向块在横向导轨上滑动的横向伺服电缸。

优选的，电机固定板连接于用于驱动电机固定板在纵向导轨上滑动的纵向伺服电缸。

优选的，动夹爪连接于用于驱动动夹爪在动夹爪滑轨上滑动的动夹爪伺服电缸。

上料台上设置两组用于夹持单晶硅棒的夹持组，每组夹持组包括铺设于上料台上且相互平行的齿条与导轨，以及用于夹持同一根单晶硅棒两端且互指的一个动夹持头和一个定夹持头；动夹持头和定夹持头均为转动式结构，转动平面垂直于单晶硅棒；

齿条与导轨上搭设有滑块；滑块连接于用于驱动滑块在导轨上移动的滑块伺服电机；滑块还通过垂直于导轨的水平杆连接于动夹持头；

定夹持头通过支架支撑于上料台上且连接于用于驱动定夹持头转动的定夹持头伺服电机；

两组夹持组平行排列设置于上料台上，且在两组夹持组之间设置有一个激光位移传感器。

优选的，滑块伺服电机连接于第一减速器。

优选的，定夹持头伺服电机连接于第二减速器。

优选的，上料台底部通过多个气缸支撑于基座。

优选的，气缸的顶部连接于第三减速器。

优选的，激光位移传感器靠近定夹持头的端面与两个定夹持头的端面相齐。

优选的，激光位移传感器靠近定夹持头的端面位于两个定夹持头端面的正中间。

本发明的优点在于，能够同时对两根单晶硅棒进行同时加工，而且线速快，加工效率高，是传统工开方机的2倍。

除此之外，第一边皮顶杆、第二边皮顶杆以及其对应气缸的设置，能够夹紧加工后的边皮，防止其随意掉落；并能够通过定夹头旋转带动单晶硅棒旋转从而使得边皮一一转动至底部，并可通过位于底部的两个气缸的放气使其从底部垂直脱离并通过传送带传送走。夹持装置保证了单晶硅边皮的稳定回收，效果良好且结构简单。

夹运装置通过横向导轨、纵向导轨、伺服电机的设置，可以实现动夹爪与定夹爪的三维移动，从而能够夹取单晶硅棒在三维空间移动，实现基本功能的同时，设备的搭设更加简单可靠；动夹爪的滑动设置，能够实现动夹爪与定夹爪之间间距的调整，从而适应不同长度的单晶硅棒夹取；限位框架与限位板的设定也更增加稳定性；双组抓夹组的设定又可以实现两根单晶硅棒的同时夹取，效率更高。

上料台通过动夹持头与定夹持头的设置，可以通过简单的移动距离的测量来获得单晶硅棒的长度，且结合了激光位移传感器能够测量晶线位置，并能够通过旋转单晶硅棒来为进一步的加工作好准备，结构简单有效；除此之外，本发明能够同时对双棒进行测量，从而为双棒加工的开方机作好加工前的准备，以提高加工效率。

附图说明

图1是本发明夹持装置动夹头装置的侧视图；

图2是本发明夹持装置动夹头装置的右视图；

图3是本发明夹持装置定夹头装置的侧视图；

图4是本发明夹持装置定夹头装置的左视图；

图5是本发现夹持装置定夹头装置的总体示意图；

图6是本发明夹持装置动夹头装置中第一水平环柱的剖面图；

图7是本发明切割头的正面图；

图8是本发明切割头的背面图；

图9是本发明切割头的侧面图；

图10是为本发明切割头提供总金刚线的线管理装置示意图；

图11是本发明夹持装置与切割头结合示意图。

图12是本发明夹运装置的俯视图；

图13是本发明夹运装置的左视图；

图14是本发明夹运装置的主视图。

图15是本发明上料台的俯视图；

图16是本发明上料台的主视图；

图17是本发明开方机的左视图；

图18是本发明开方机的主视图。

图中：

1、动夹头体，2、动夹头直线导轨，3、动夹头伺服电缸，4、第一水平环柱，5、第一边皮顶杆，6、动夹头，7、第一气缸，10、定夹头伺服电机，12、第二气缸，13、定夹头体，14、第二边皮顶杆，15、定夹头，16、动夹头装置，17、定夹头装置，18、底座；

110、增压缸，111、固定增压缸法兰盘，113、第一伸缩夹头体，115、动夹头座体，116、动夹头主轴，117、第一边皮顶杆座体，118、动夹头轴承，120、第一浮动接头；

20、立柱，21、横梁，22、支撑杆，23、横向导轨，24、横向块，25、纵向杆，26、电机固定板，27、竖向伺服电机，28、竖向移动体，29、动夹爪固定体，30、定夹爪固定体，31、动夹爪，32、定夹爪，33、限位框架，34、限位板。

40、齿条，41、动夹持头导轨，42、电缆拖链，43、连接腿，44、动夹持头，45、上料台，47、晶线，48、定夹持头伺服电机，49、第二减速器，50、激光位移传感器，51、定夹持头，52、滑块伺服电机，53、第一减速器，54、气缸，55、第三减速器，56、上料台基座。

71、固定板，72、上长切割主辊，73、下长切割主辊，74、左短切割主辊，75、中短切割主辊，76、右短切割主辊，77、切割头伺服电机，78、第一单晶硅棒通过口，79、第二单晶硅棒通过口，80、转向轮，81、水平轮，82、滑块，83、切割头直线导轨，84、张力臂，85、小过轮，86、收线轮，87、放线工字轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作描述。

如图1至图17所示，本发明开方机包括用于同时测量两根单晶硅棒长度及晶线方向的上料台、用于同时夹取两根单晶硅棒的机械手夹运装置、用于同时夹持两根单晶硅棒的夹持装置，以及用于同时切割加工两根单晶硅棒的切割头。

切割头包括竖立的固定板71，固定板71的正面固定有两根上下水平排列的长切割主辊，分别为位于上部的上长切割主辊72和位于下部的下长切割主辊73；

固定板71的正面还固定有三根左右竖向排列的短切割主辊，分别为位于左侧的左短切割主辊74，位于中部的中短切割主辊75，以及位于右侧的右短切割主辊76；

长切割主辊与短切割主辊均分别通过一个切割头伺服电机77驱动转动；

上长切割主辊72上从左到右依次设置有均垂直于上长切割主辊72的第一导轮、第二导轮、第三导轮以及第四导轮；

下长切割主辊73上从左到右依次设置有均垂直于下长切割主辊73的第五导轮、第六导轮、第七导轮以及第八导轮；

左短切割主辊74上从上到下依次设置有均垂直于左短切割主辊74的第九导轮和第十导轮；

中短切割主辊75上从上到下依次设置有均垂直于中短切割主辊75的第十一导轮和第十二导轮；

右短切割主辊76上从上到下依次设置有均垂直于右短切割主辊76的第十三导轮和第十四导轮；

第一导轮与第二导轮的间距＝第三导轮与第四导轮的间距＝第五导轮与第六导轮的间距＝第七导轮与第八导轮的间距＝第九导轮与第十导轮的间距＝第十一导轮与第十二导轮的间距＝第十三导轮与第十四导轮的间距；

第一导轮与第五导轮位于同一平面；第一金刚线从固定板71的背面穿透固定板71后绕设于第一导轮与第五导轮后再次穿透固定板71回到固定板71背面；

第二导轮与第六导轮位于同一平面；第二金刚线从固定板71的背面穿透固定板71后绕设于第二导轮与第六导轮后再次穿透固定板71回到固定板71背面；

第三导轮与第七导轮位于同一平面；第三金刚线从固定板71的背面穿透固定板71后绕设于第三导轮与第七导轮后再次穿透固定板71回到固定板71背面；

第四导轮与第八导轮位于同一平面；第四金刚线从固定板71的背面穿透固定板71后绕设于第四导轮与第八导轮后再次穿透固定板71回到固定板71背面；

第九导轮、第十一导轮以及第十三导轮位于同一平面；第五金刚线从固定板71的背面穿透固定板71后绕设于第九导轮、第十一导轮以及第十三导轮后再次穿透固定板71回到固定板71背面；

第十导轮、第十二导轮以及第十四导轮位于同一平面；第六金刚线从固定板71的背面穿透固定板71后绕设于第十导轮、第十二导轮以及第十四导轮后再次穿透固定板71回到固定板71背面；

相互平行的第一金刚线、第二金刚线与相互平行的第五金刚线、第六金刚线垂直相交形成第一井字形；固定板71在第一井字形区域开设有第一单晶硅棒通过口78；

相互平行的第三金刚线、第四金刚线与相互平行的第五金刚线、第六金刚线垂直相交形成第二井字形；固定板71在第二井字形区域开设有第二单晶硅棒通过口79；

中短切割主辊75位于第一单晶硅棒通过口78与第二单晶硅棒通过口79之间；

夹持装置包括两组，每组夹持装置包括动夹头装置16以及定夹头装置17；

动夹头装置16包括设置于动夹头直线导轨2上的动夹头体1，动夹头体1的底部连接于用于推动动夹头体1在动夹头直线导轨2上滑动的动夹头伺服电缸；动夹头直线导轨2固定于底座18上方；

动夹头体1包括一个与动夹头直线导轨2平行且水平朝向定夹头装置17的第一水平环柱4，第一水平环柱4朝向定夹头装置17的一端为第一开敞开口，从第一开敞开口向第一水平环柱4内嵌入有紧贴第一水平环柱4内壁的第一伸缩夹头体113；第一伸缩夹头体113内嵌入有动夹头座体115，动夹头座体115内嵌入有动夹头主轴116，动夹头主轴116朝向定夹头装置17的一端从第一开敞开口伸出且通过动夹头轴承118连接于动夹头6；动夹头主轴116背离定夹头装置17的一端连接于增压缸110；第一伸缩夹头体113背离定夹头装置17的一端固定有4个第一气缸7，4个第一气缸7分别连接于水平搭设于第一伸缩夹头体113内且从第一开敞开口伸出的4个第一边皮顶杆5；4个第一边皮顶杆5分别位于动夹头主轴116的上下左右且与动夹头主轴116的间距相同；

定夹头装置17包括固定于底座18的定夹头体13，定夹头体13包括一个与动夹头直线导轨2平行且水平朝向动夹头装置16的第二水平环柱，第二水平环柱朝向动夹头装置16的一端为第二开敞开口，从第二开敞开口向第二水平环柱内嵌入有紧贴第二水平环柱内壁的第二伸缩夹头体；第二伸缩夹头体内嵌入有定夹头座体，定夹头座体内嵌入有定夹头主轴，定夹头主轴朝向动夹头装置16的一端从第二开敞开口伸出并连接于定夹头15，定夹头主轴背离动夹头装置16的一端连接于定夹头伺服电机10；第二伸缩夹头体背离动夹头装置16的一端固定有4个第二气缸12，4个第二气缸12分别连接于水平搭设于第二伸缩夹头体内且从第二开敞开口伸出的4个第二边皮顶杆14；4个第二边皮顶杆14分别位于定夹头主轴的上下左右且与定夹头主轴的间距相同；

动夹头6与定夹头15位于同一水平线且互指；

四个第一边皮顶杆5分别与四个第二边皮顶杆14位于同一水平线且互指。

动夹头6为浮动旋转夹头。

增压缸110与动夹头主轴116之间通过第一浮动接头120连接。

第一水平环柱4背朝动夹头6的一侧连接有固定增压缸法兰盘111，增压缸110固定于固定增压缸法兰盘111并处于第一水平环柱4外部。

底座18上设置有传送带。

第一边皮顶杆5在朝向定夹头装置17的一侧套设有第一边皮顶杆座体117。

第二边皮顶杆14在朝向动夹头装置16的一侧套设有第二边皮顶杆座体。

动夹头6与定夹头15分别位于固定板71的两侧；

一组夹持装置内的动夹头6和定夹头15所处直线垂直穿过第一单晶硅棒通过口78，另一组夹持装置内的动夹头6和定夹头15所处直线垂直穿过第二单晶硅棒通过口79；

切割头与夹持装置通过设置于切割头或夹持装置底部的滑轨存在垂直于固定板71的相对运动。

底座18上设置有传送带。

可选情况下：1)滑轨为设置于固定板71下方的切割头直线导轨83，切割头直线导轨83垂直于固定板71；固定板71连接于滚珠丝杆，滚珠丝杆垂直于固定板71并用于推动固定板71在切割头直线导轨83上移动；2)或者滑轨为设置于两个夹持装置的底座18下方的夹持装置直线导轨，夹持装置直线导轨垂直于固定板71；夹持装置连接于夹持滚珠丝杆，夹持滚珠丝杆用于推动夹持装置在夹持装置直线导轨上移动。

第一金刚线、第二金刚线、第三金刚线、第四金刚线、第五金刚线以及第六金刚线均为同一根总金刚线。

总金刚线在固定板71背面通过设置于固定板71背面的多个转向轮80转换从固定板71背面穿透至固定板71正面的穿透位置。

第一水平环柱4背朝动夹头6的一侧连接有固定增压缸法兰盘111，增压缸110固定于固定增压缸法兰盘111并处于第一水平环柱4外部。

动夹头6为浮动旋转夹头。

增压缸110与动夹头主轴116之间通过第一浮动接头120连接。

第一边皮顶杆5在朝向定夹头装置17的一侧套设有第一边皮顶杆座体117；第二边皮顶杆14在朝向动夹头装置16的一侧套设有第二边皮顶杆座体。

如图7和图8(实线为在该面的总金刚线，虚线为在另一面的总金刚线；由于正面与背面的视角对称，正面图中的左切割主辊74实则在背面图的右侧)所示提供了一种在固定板71背部的总金刚线转向方式：刚进线的总金刚线从固定板71背部穿进正面成为第四金刚线(也可如图8所示经过一个水平轮81后再进行穿透)，重新回到固定板71背部后，通过转向轮80转到右切割主辊76下方的第十四导轮后穿过固定板71成为第六金刚线，而后依次通过转向以及穿透成为第二金刚线、第三金刚线、第五金刚线、第一金刚线，最后通过水平轮81绕出出线；此仅为一种绕线顺序，还可有其他绕线顺序。

所使用的总金刚线可以直接存储于外部绕线轮上然后提供给本发明切割头，还可以如图10所示：

总金刚线从放线工字轮87出来，经过两个小过轮85进入到切割头上的水平轮81，通过切割头内部绕线后，金刚线从切割头上另一个水平轮81绕出，接着回到线管理区的小过轮85处，在经过一个小过轮85回到收线轮86上。张力臂84通过后面的张力臂伺服电机向小过轮85上的总金刚线施加张力的，从而控制总金刚线张力的大小。

使用时，上料机械手夹取圆柱状的单晶硅棒，送至动夹头6与定夹头15之间，并保证单晶硅棒中轴线与动夹头6、定夹头15中轴线重合，然后由动夹头伺服电缸驱动动夹头6向前移动同时夹紧单晶硅棒于定夹头15与动夹头6之间。然后第一气缸7通气，推动第一边皮顶杆5朝单晶硅棒的端面移动，同时第二气缸12通气，推动第二边皮顶杆14朝单晶硅棒的端面移动，二者将单晶硅棒的边缘部分夹紧；单晶硅棒切割完成后，第一边皮顶杆5与第二边皮顶杆14夹紧的部分被切离单晶硅棒，但还处于被夹紧状态；此时由定夹头伺服电机10驱动定夹头15旋转带动单晶硅棒和动夹头6一起旋转，每旋转90°时，位于底部的两个气缸排气，边皮掉垂直落；依次完成4个边皮的掉落，并可由传送带送走。当需要对两根单晶硅棒同时加工时，可以将两个本发明装置并排使用。增压缸110在此过程中可以起到增进夹紧的功能。本发明需要对两根单晶硅棒同时加工时，因此要将两夹持装置并排使用，如图2和图4所示。

加工的过程即为上述说到的切割过程，其需要切割头的配合：将两根单晶硅棒分别垂直放置于第一单晶硅棒通过口78与第二单晶硅棒通过口79内并通过上述夹持装置夹持好，然后启动切割头伺服电机77令金刚线快速传动，而后要么令两根单晶硅棒垂直移动(通过夹持装置的移动实现)，要么令切割头沿着切割头直线导轨83移动，总之通过相对移动，便可使得金刚线切割单晶硅棒将从圆柱状其切割为四棱柱状；本发明可进行两根单晶硅棒的同时加工，加工效率大大提高。

图11示意了切割头移动的情形，切割头静止(即夹持装置移动)的情形类似，仅仅是将滑轨的位置改变。

如图12至图14所示，机械手夹运装置包括通过四根立柱20支撑且相互平行的两个横梁21，两个横梁21上方均铺设有平行于横梁21的横向导轨23，垂直于横向导轨23在两个横向导轨23上分别架设有横向块24，垂直于横向导轨23在两个横向块24之间搭设有两条纵向杆25，两条纵向杆25上方均平行铺设有纵向导轨；两个纵向导轨上方固定有水平的电机固定板26，电机固定板26上固定有竖向伺服电机27，竖向伺服电机27的转轴穿透电机固定板26并连接于丝杆，丝杆底部连接于竖向移动体28，竖向移动体28底部固定有动夹爪固定体29与定夹爪固定体30；

定夹爪固定体30底部固定有定夹爪32；

动夹爪固定体29为平行于纵向杆25的条状块；在动夹爪固定体29上平行于纵向杆25设置有动夹爪滑轨，动夹爪31从底部搭设于动夹爪滑轨；

定夹爪32与动夹爪31的爪夹中心的连线均垂直于定夹爪32与动夹爪31所处平面且平行于纵向杆25。

电机固定板26下方连接有限位框架33，竖向移动体28的顶部连接有限位板34，限位板34限位于限位框架33内。

两个横梁21之间通过支撑杆22连接固定。支撑杆22有两根且均垂直于横梁21；两根支撑杆22分别设置于横梁21的两端。

定夹爪32与动夹爪31形成的抓夹组有两组，且均设置于同一个竖向移动体28下方。

横向块24连接于用于驱动横向块24在横向导轨23上滑动的横向伺服电缸。

电机固定板26连接于用于驱动电机固定板26在纵向导轨上滑动的纵向伺服电缸。

动夹爪31连接于用于驱动动夹爪31在动夹爪滑轨上滑动的动夹爪伺服电缸。

使用时，通过竖向伺服电机27可以控制竖向移动体28的竖向移动，通过横向伺服电缸可控制竖向移动体28的横向移动，通过纵向伺服电缸可控制竖向移动体28的纵向移动，从而动夹爪31与定夹爪32可以在三维空间内自由移动；而动夹爪31与定夹爪32可分别用于夹取单晶硅棒的两端，从而实现单晶硅棒的夹取、上料等加工前的准备过程。由于动夹爪31可在动夹爪滑轨上移动，从而就可以根据单晶硅棒的长度调节动夹爪31与定夹爪32的间距，从而适应多种长度单晶硅棒的夹取。由于本发明需要同时对两根单晶硅棒进行夹取，要设置两组夹取组，如图14所示。

如图15和图16所示，上料台45上设置两组用于夹持单晶硅棒的夹持组，每组夹持组包括铺设于上料台45上且相互平行的齿条40与动夹持头导轨41，以及用于夹持同一根单晶硅棒两端且互指的一个动夹持头44和一个定夹持头51；动夹持头44和定夹持头51均为转动式结构，转动平面垂直于单晶硅棒；

齿条40与动夹持头导轨41上搭设有滑块；滑块连接于用于驱动滑块在动夹持头导轨41上移动的滑块伺服电机52；滑块还通过垂直于动夹持头导轨41的水平杆连接于动夹持头44；

定夹持头51通过支架支撑于上料台45上且连接于用于驱动定夹持头51转动的定夹持头伺服电机48；

两组夹持组平行排列设置于上料台45上，且在两组夹持组之间设置有一个激光位移传感器50。

滑块伺服电机52连接于第一减速器53。定夹持头伺服电机48连接于第二减速器49。

上料台45底部通过多个气缸54支撑于上料台基座56。气缸54的顶部连接于第三减速器55。

激光位移传感器50靠近定夹持头51的端面与两个定夹持头51的端面相齐。激光位移传感器50靠近定夹持头51的端面位于两个定夹持头51端面的正中间。

滑块与齿条40通过齿轮连接。

使用时，外部上料机械手同时夹取两根单晶硅棒移至上料台45上方，机械手向下移动将单晶硅棒移至动夹持头44与定夹持头51之间，动夹持头44通过滑块的推动朝单晶硅棒移动直至带动单晶硅棒一同朝定夹持头51移动并夹紧；通过动夹持头44的移动距离以及定夹持头51与动夹持头44的初始距离，通过简单的减法计算即可检测出单晶硅棒的长度。接着由定夹持头伺服电机48旋转，带动定夹持头51，进而带动单晶硅棒旋转(同时动夹持头44也会旋转)，激光位移传感器50发射激光到单晶硅棒的外圆面上，再接收反射回来的激光，通过信号的处理，即可判断晶线47的位置(此技术为现有技术)，然后再通过定夹持头伺服电机48旋转，把单晶硅棒的晶线47与棒心组成的平面旋转到与上料检测台的上平面成45度角，然后等待机床内的上料机械手夹取。判断晶线47的位置是加工切割的需要，每根单晶硅棒上都有四根晶线47，成90°均分，加工时井字线网的四根金刚线必须同时切到四根晶线47。气缸54可以起到调节上料台45水平的作用，第三减速器55可以使得调节更加缓慢从而更加精细；第一减速器53与第二减速器49可以起到增加伺服电机扭矩并减低转速的作用；电缆拖链42用于穿过给伺服电机提供电压的电缆；连接腿43用于将上料台45连接于开方机的夹持设备。

图17和图18示出了开方机的总体示意图。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种双棒式单晶硅棒开方机，其特征在于，包括用于同时测量两根单晶硅棒长度及晶线方向的上料台(45)、用于同时夹取两根单晶硅棒的机械手夹运装置、用于同时夹持两根单晶硅棒的夹持装置，以及用于同时切割加工两根单晶硅棒的切割头；

所述切割头包括竖立的固定板(71)，所述固定板(71)的正面固定有两根上下水平排列的长切割主辊，分别为位于上部的上长切割主辊(72)和位于下部的下长切割主辊(73)；

所述固定板(71)的正面还固定有三根左右竖向排列的短切割主辊，分别为位于左侧的左短切割主辊(74)，位于中部的中短切割主辊(75)，以及位于右侧的右短切割主辊(76)；

所述长切割主辊与所述短切割主辊均分别通过一个切割头伺服电机(77)驱动转动；

所述上长切割主辊(72)上从左到右依次设置有均垂直于所述上长切割主辊(72)的第一导轮、第二导轮、第三导轮以及第四导轮；

所述下长切割主辊(73)上从左到右依次设置有均垂直于所述下长切割主辊(73)的第五导轮、第六导轮、第七导轮以及第八导轮；

所述左短切割主辊(74)上从上到下依次设置有均垂直于所述左短切割主辊(74)的第九导轮和第十导轮；

所述中短切割主辊(75)上从上到下依次设置有均垂直于所述中短切割主辊(75)的第十一导轮和第十二导轮；

所述右短切割主辊(76)上从上到下依次设置有均垂直于所述右短切割主辊(76)的第十三导轮和第十四导轮；

所述第一导轮与所述第二导轮的间距＝所述第三导轮与所述第四导轮的间距＝所述第五导轮与所述第六导轮的间距＝所述第七导轮与所述第八导轮的间距＝所述第九导轮与所述第十导轮的间距＝所述第十一导轮与所述第十二导轮的间距＝所述第十三导轮与所述第十四导轮的间距；

所述第一导轮与所述第五导轮位于同一平面；第一金刚线从所述固定板(71)的背面穿透所述固定板(71)后绕设于所述第一导轮与所述第五导轮后再次穿透所述固定板(71)回到所述固定板(71)背面；

所述第二导轮与所述第六导轮位于同一平面；第二金刚线从所述固定板(71)的背面穿透所述固定板(71)后绕设于所述第二导轮与所述第六导轮后再次穿透所述固定板(71)回到所述固定板(71)背面；

所述第三导轮与所述第七导轮位于同一平面；第三金刚线从所述固定板(71)的背面穿透所述固定板(71)后绕设于所述第三导轮与所述第七导轮后再次穿透所述固定板(71)回到所述固定板(71)背面；

所述第四导轮与所述第八导轮位于同一平面；第四金刚线从所述固定板(71)的背面穿透所述固定板(71)后绕设于所述第四导轮与所述第八导轮后再次穿透所述固定板(71)回到所述固定板(71)背面；

所述第九导轮、所述第十一导轮以及所述第十三导轮位于同一平面；第五金刚线从所述固定板(71)的背面穿透所述固定板(71)后绕设于所述第九导轮、所述第十一导轮以及所述第十三导轮后再次穿透所述固定板(71)回到所述固定板(71)背面；

所述第十导轮、所述第十二导轮以及所述第十四导轮位于同一平面；第六金刚线从所述固定板(71)的背面穿透所述固定板(71)后绕设于所述第十导轮、所述第十二导轮以及所述第十四导轮后再次穿透所述固定板(71)回到所述固定板(71)背面；

相互平行的所述第一金刚线、所述第二金刚线与相互平行的所述第五金刚线、所述第六金刚线垂直相交形成第一井字形；所述固定板(71)在所述第一井字形区域开设有第一单晶硅棒通过口(78)；

相互平行的所述第三金刚线、所述第四金刚线与相互平行的所述第五金刚线、所述第六金刚线垂直相交形成第二井字形；所述固定板(71)在所述第二井字形区域开设有第二单晶硅棒通过口(79)；

所述中短切割主辊(75)位于所述第一单晶硅棒通过口(78)与所述第二单晶硅棒通过口(79)之间；

所述夹持装置包括两组，每组所述夹持装置包括动夹头装置(16)以及定夹头装置(17)；

所述动夹头装置(16)包括设置于动夹头直线导轨(2)上的动夹头体(1)，所述动夹头体(1)的底部连接于用于推动所述动夹头体(1)在所述动夹头直线导轨(2)上滑动的动夹头伺服电缸(3)；所述动夹头直线导轨(2)固定于底座(18)上方；

所述动夹头体(1)包括一个与所述动夹头直线导轨(2)平行且水平朝向所述定夹头装置(17)的第一水平环柱(4)，所述第一水平环柱(4)朝向所述定夹头装置(17)的一端为第一开敞开口，从所述第一开敞开口向所述第一水平环柱(4)内嵌入有紧贴所述第一水平环柱(4)内壁的第一伸缩夹头体(113)；所述第一伸缩夹头体(113)内嵌入有动夹头座体(115)，所述动夹头座体(115)内嵌入有动夹头主轴(116)，所述动夹头主轴(116)朝向所述定夹头装置(17)的一端从所述第一开敞开口伸出且通过动夹头轴承(118)连接于动夹头(6)；所述动夹头主轴(116)背离所述定夹头装置(17)的一端连接于增压缸(110)；所述第一伸缩夹头体(113)背离所述定夹头装置(17)的一端固定有4个第一气缸(7)，4个所述第一气缸(7)分别连接于水平搭设于所述第一伸缩夹头体(113)内且从所述第一开敞开口伸出的4个第一边皮顶杆(5)；4个所述第一边皮顶杆(5)分别位于所述动夹头主轴(116)的上下左右且与所述动夹头主轴(116)的间距相同；

所述定夹头装置(17)包括固定于底座(18)的定夹头体(13)，所述定夹头体(13)包括一个与所述动夹头直线导轨(2)平行且水平朝向所述动夹头装置(16)的第二水平环柱，所述第二水平环柱朝向所述动夹头装置(16)的一端为第二开敞开口，从所述第二开敞开口向所述第二水平环柱内嵌入有紧贴所述第二水平环柱内壁的第二伸缩夹头体；所述第二伸缩夹头体内嵌入有定夹头座体，所述定夹头座体内嵌入有定夹头主轴，所述定夹头主轴朝向所述动夹头装置(16)的一端从所述第二开敞开口伸出并连接于定夹头(15)，所述定夹头主轴背离所述动夹头装置(16)的一端连接于定夹头伺服电机(10)；所述第二伸缩夹头体背离所述动夹头装置(16)的一端固定有4个第二气缸(12)，4个所述第二气缸(12)分别连接于水平搭设于所述第二伸缩夹头体内且从所述第二开敞开口伸出的4个第二边皮顶杆(14)；4个所述第二边皮顶杆(14)分别位于所述定夹头主轴的上下左右且与所述定夹头主轴的间距相同；

所述动夹头(6)与所述定夹头(15)位于同一水平线且互指；

四个所述第一边皮顶杆(5)分别与四个所述第二边皮顶杆(14)位于同一水平线且互指；

所述动夹头(6)与所述定夹头(15)分别位于所述固定板(71)的两侧；

一组所述夹持装置内的所述动夹头(6)和所述定夹头(15)所处直线垂直穿过所述第一单晶硅棒通过口(78)，另一组所述夹持装置内的所述动夹头(6)和所述定夹头(15)所处直线垂直穿过所述第二单晶硅棒通过口(79)；

所述切割头与所述夹持装置通过设置于所述切割头或所述夹持装置底部的滑轨存在垂直于所述固定板(71)的相对运动；

所述上料台(45)上设置两组用于夹持单晶硅棒的夹持组，每组所述夹持组包括铺设于所述上料台(45)上且相互平行的齿条(40)与动夹持头导轨(41)，以及用于夹持同一根单晶硅棒两端且互指的一个动夹持头(44)和一个定夹持头(51)；所述动夹持头(44)和所述定夹持头(51)均为转动式结构，转动平面垂直于所述单晶硅棒；

所述齿条(40)与动夹持头导轨(41)上搭设有滑块；所述滑块连接于用于驱动所述滑块在所述动夹持头导轨(41)上移动的滑块伺服电机(52)；所述滑块还通过垂直于所述动夹持头导轨(41)的水平杆连接于所述动夹持头(44)；

所述定夹持头(51)通过支架支撑于所述上料台(45)上且连接于用于驱动所述定夹持头(51)转动的定夹持头伺服电机(48)；

两组所述夹持组平行排列设置于所述上料台(45)上，且在两组所述夹持组之间设置有一个激光位移传感器(50)；

所述机械手夹运装置包括通过四根立柱(20)支撑且相互平行的两个横梁(21)，两个所述横梁(21)上方均铺设有平行于所述横梁(21)的横向导轨(23)，垂直于所述横向导轨(23)在两个所述横向导轨(23)上分别架设有横向块(24)，垂直于所述横向导轨(23)在两个所述横向块(24)之间搭设有两条纵向杆(25)，两条所述纵向杆(25)上方均平行铺设有纵向导轨；两个所述纵向导轨上方固定有水平的电机固定板(26)，所述电机固定板(26)上固定有竖向伺服电机(27)，所述竖向伺服电机(27)的转轴穿透所述电机固定板(26)并连接于丝杆，所述丝杆底部连接于竖向移动体(28)，所述竖向移动体(28)底部固定有动夹爪固定体(29)与定夹爪固定体(30)；

所述定夹爪固定体(30)底部固定有定夹爪(32)；

所述动夹爪固定体(29)为平行于所述纵向杆(25)的条状块；在所述动夹爪固定体(29)上平行于所述纵向杆(25)设置有动夹爪滑轨，所述动夹爪(31)从底部搭设于所述动夹爪滑轨；

所述定夹爪(32)与所述动夹爪(31)的爪夹中心的连线均垂直于所述定夹爪(32)与所述动夹爪(31)所处平面且平行于所述纵向杆(25)；

所述定夹爪(32)与所述动夹爪(31)形成的抓夹组有两组，且均设置于同一个所述竖向移动体(28)下方。

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