數控穩恆張力的多絲切片機的製作方法

2023-04-22 17:04:36 1

專利名稱：數控穩恆張力的多絲切片機的製作方法
技術領域 本實用新型涉及板材切割機械領域，具體為一種數控穩恆張力的多絲切片機。

背景技術：
矽片切割是太陽能光伏產業主導材料晶體矽片生產的上遊關鍵技術，切割的質量與規模直接影響到整個產業鏈的後續生產。目前，矽片切片較多採用內圓切割和自由磨粒的多絲切割。內圓切割是傳統的加工方法，材料的利用率僅為40％～50％左右，同時，由於結構限制，內圓切割無法加工200mm以上的大中直徑矽片。多絲切割技術是近年來崛起的一項新型矽片切割技術，它通過金屬絲帶動碳化矽研磨料進行研磨加工來切割矽片。和傳統的內圓切割相比，多絲切割具有切割效率高、材料損耗小、成本降低、矽片表面質量高、可切割大尺寸材料、方便後續加工等特點。但目前，多絲切割技術還存在著由於多絲切割的刀損在材料加工損耗中所佔比例大，可達50％以上；材料的切屑粒微小、共存於研磨液中，分離成本高，切割效率下降等缺陷。

發明內容
為了克服現有技術的缺陷，提供一種高加工能力、高加工精度、高材料利用率的矽片切割機械，本實用新型公開了一種數控穩恆張力的多絲切片機。
本實用新型通過如下技術方案達到發明目的 一種數控穩恆張力的多絲切片機，包括底盤、機架、臺車、工作檯、切割輥、切割頭架、導線輪、排絲繞線部和電器櫃，其結構為底盤上有兩條滑軌，臺車置於滑軌上，滑軌之間固定有工作檯，底盤後固定機架，工作檯上方是切割頭架，切割頭架固定在機架的橫梁上，切割頭架下固定有切割輥，切割輥後部連接有排絲繞線部，排絲繞線部固定在機架的底座上，切割絲連接排絲繞線部的繞線輪和切割輥，機架後固定有電器櫃。
所述的數控穩恆張力的多絲切片機，其結構為對繞有切割絲的排絲繞線部的繞線輪的張力差採用無壓力傳感器的恆張力控制系統進行PID動態運算，無壓力傳感器的恆張力控制系統由伺服電機、張力臂、擺輪、導輪組成。
所述的數控穩恆張力的多絲切片機，其結構為排絲繞線部擺輪的擺動範圍為°0～65.0°。
所述的數控穩恆張力的多絲切片機，其結構為切割頭架中安裝伺服電機，通過多楔帶傳動帶動切割主軸與切線輪旋轉，切割絲由排絲繞線部經導入線輪導入，由導出線輪導出回排絲繞線部。
所述的數控穩恆張力的多絲切片機，其結構為切割輥上刻有十條的V形槽，切割絲嵌在V形槽內。
所述的數控穩恆張力的多絲切片機，其結構為切割輥共有40個，每10個共用一條主軸。
無壓力傳感器的恆張力控制系統的張力控制流程為讀出張力臂值→判斷鋼絲是否斷線→如鋼絲未斷線則計算張力臂角度偏差值→作PID運算→計算收/放卷轉速→正常運行→判斷切割是否完成，當鋼絲行走時，由於給定張力和鋼絲張力發生偏差時，收/放線張力臂擺動發生變化，編碼器角度發生變化，當角度發生變化的值在某個範圍時，PID進行運算並將PID運算的結果遞加到收/放卷轉速上，使收/放線張力臂擺動回到平衡位，PID運算分不完全微分和完全微分，不完全微分的PID運算公式在微分項的輸入中加了一個一次延時過濾器的PID控制，其計算公式為 正向動作EVn＝PVfn*-SV ΔMV＝Kp{(EVn-EVn-1)+EVn+Dn} Dn＝(PVfn-2PVfn-1+PVn-2)+Dn-1 MVn＝∑ΔMV 反向動作 Evn＝＝SV-PVfn* ΔMV＝Kp{(EVn-EVn-1)+Evn+Dn} Dn＝(-PVfn+2PVfn-1-Pven-2)+Dn-1 MVn＝∑ΔMV 式中 Evn在當前採樣時的偏差 Evn-1在上一採樣周期中的偏差 SV設置值 PVfn當前採樣時的測定值(過濾後) PVfn-1上一採樣周期的測定值(過濾後) PVfn-2兩個周期前採樣周期的測定值(過濾後) ΔMV輸出變化值 MVn當前操作值 Dn當前微分值 Dn-1上一個採樣周期的微分項 TS採樣周期 KP比例常數 Ti積分常數 Td微分常數 Kd微分增益 完全微分的PID運算是使用微分項的輸入PID控制，其計算公式為 正向動作 Evn＝PVfn*-SV ΔMV＝Kp{(EVn-EVn-1)+Evn+Dn} Dn＝(PVfn-2PVfn-1+PVfn-2) MVn＝∑ΔMV 反向動作 Evn＝＝SV-PVfn* ΔMV＝Kp{(EVn-EVn-1)+EVn+Dn} Dn＝(-PVfn+2PVfn-1-PVn-2) MVn＝∑ΔMV 式中 Evn在當前採樣時的偏差 Evn-1在上一採樣周期中的偏差 SV設置值 PVfn當前採樣時的測定值(過濾後) PVfn-1上一採樣周期的測定值(過濾後) PVfn-2兩個周期前採樣周期的測定值(過濾後) ΔMV輸出變化值 MVn當前操作值 Dn當前微分值 TS採樣周期 KP比例常數 Ti積分常數 Td微分常數。
本實用新型使用時，將待切割的矽棒用臺車送至工作檯，由無壓力傳感器的恆張力控制系統進行PID動態運算控制切割絲的張力，實施平穩、高精度的切割。
本實用新型控制系統採用全數控技術，實現高精度超平穩地自上而下的切割方式。切割區電機，張力收放線地地電機全選用高性能伺服電機，響應快，調節反應靈敏。
本實用新型採用超大人機界面清晰明亮，操作方式凸現人性化，簡便明確，簡單易學。工作狀態和故障顯示一幕瞭然，方便維護管理。工作加工位置設計合理，裝卸快捷，高靈敏的質量流量設計為研磨液的溫度，流量，濃度提供保證。
本實用新型的有益效果是通過無壓力傳感器的恆張力控制系統達到了切割滾輪的主軸同步運行、主軸和放線軸、收線軸同步運行、切割絲張力在運行過程中保持一致、切割速度保持穩定的目的，同時具有良好的動態響應和高度可靠性，是一種高加工能力、高加工精度、高材料利用率的矽片切割機械。

圖1是本實用新型的結構示意圖。
圖2是用本發明切割後的晶錠其各部位尺寸示意圖。
具體實施方式
下面通過具體實施例進一步說明本實用新型 實施例1 一種數控穩恆張力的多絲切片機，包括底盤1、機架2、臺車3、工作檯4、切割輥5、切割頭架6、導線輪7、排絲繞線部8、電器櫃9，如圖1所示，具體結構是底盤1上有兩條滑軌，臺車3置於滑軌上，滑軌之間固定有工作檯4，底盤1後固定機架2，工作檯4上方是切割頭架6，切割頭架6固定在機架2的橫梁上，切割頭架6下固定有切割輥5，切割頭架6中安裝伺服電機，通過多楔帶傳動帶動切割主軸與切線輪旋轉，切割絲由排絲繞線部8經導入線輪導入，由導出線輪導出回排絲繞線部8，切割輥5後部連接有排絲繞線部8，排絲繞線部8固定在機架2的底座上，切割絲連接排絲繞線部8的繞線輪和切割輥5，機架2後固定有電器櫃9。
對繞有切割絲的排絲繞線部8的繞線輪的張力差採用無壓力傳感器的恆張力控制系統進行PID動態運算，無壓力傳感器的恆張力控制系統由伺服電機、張力臂、擺輪、導輪組成。排絲繞線部8擺輪的擺動範圍為0°～65.0°。
無壓力傳感器的恆張力控制系統的張力控制流程為讀出張力臂值→判斷鋼絲是否斷線→如鋼絲未斷線則計算張力臂角度偏差值→作PID運算→計算收/放卷轉速→正常運行→判斷切割是否完成。
當鋼絲行走時，由於給定張力和鋼絲張力發生偏差時，收/放線張力臂擺動發生變化，編碼器角度發生變化，當角度發生變化的值在某個範圍時，PID進行運算並將PID運算的結果遞加到收/放卷轉速上，使收/放線張力臂擺動回到平衡位，PID運算分不完全微分和完全微分，不完全微分的PID運算公式在微分項的輸入中加了一個一次延時過濾器的PID控制，其計算公式為 正向動作EVn＝PVfn*-SV ΔMV＝Kp{(EVn-EVn-1)+EVn+Dn} Dn＝(PVfn-2PVfn-1+PVn-2)+Dn-1 MVn＝∑ΔMV 反向動作 Evn＝＝SV-PVfn* ΔMV＝Kp{(EVn-EVn-1)+Evn+Dn} Dn＝(-PVfn+2PVfn-1-Pven-2)+Dn-1 MVn＝∑ΔMV 式中 Evn在當前採樣時的偏差 Evn-1在上一採樣周期中的偏差 SV設置值 PVfn當前採樣時的測定值(過濾後) PVfn-1上一採樣周期的測定值(過濾後) PVfn-2兩個周期前採樣周期的測定值(過濾後) ΔMV輸出變化值 MVn當前操作值 Dn當前微分值 Dn-1上一個採樣周期的微分項 TS採樣周期 KP比例常數 Ti積分常數 Td微分常數 Kd微分增益 完全微分的PID運算是使用微分項的輸入PID控制，其計算公式為 正向動作 Evn＝PVfn*-SV ΔMV＝Kp{(EVn-EVn-1)+Evn+Dn} Dn＝(PVfn-2PVfn-1+PVfn-2) MVn＝∑ΔMV 反向動作 Evn＝＝SV-PVfn* ΔMV＝Kp{(EVn-EVn-1)+EVn+Dn} Dn＝(-PVfn+2PVfn-1-PVn-2) MVn＝∑ΔMV 式中 Evn在當前採樣時的偏差 Evn-1在上一採樣周期中的偏差 SV設置值 PVfn當前採樣時的測定值(過濾後) PVfn-1上一採樣周期的測定值(過濾後) PVfn-2兩個周期前採樣周期的測定值(過濾後) ΔMV輸出變化值 MVn當前操作值 Dn當前微分值 TS採樣周期 KP比例常數 Ti積分常數 Td微分常數。
本實用新型使用時，將待切割的矽棒用臺車送至工作檯，由無壓力傳感器的恆張力控制系統進行PID動態運算控制切割絲的張力，實施平穩、高精度的切割。
切割後晶錠的上中下尺寸偏差≤±0.2mm。如圖2所示的晶錠，其水平方向即x方向上、中、下的尺寸分別為X1、X2和X3，垂直方向即y方向上、中、下的尺寸分別為Y1、Y2和Y3，任選25片，各尺寸具體數值如表一所示 表一切割後晶錠尺寸偏差(單位mm) 實施例2 一種數控穩恆張力的多絲切片機，切割輥5上刻有十條的V形槽，切割絲嵌在V形槽內，其他結構都和實施例1同。
權利要求1.一種數控穩恆張力的多絲切片機，包括底盤(1)、機架(2)、臺車(3)、工作檯(4)、切割輥(5)、切割頭架(6)、導線輪(7)、排絲繞線部(8)和電器櫃(9)，其特徵是底盤(1)上有兩條滑軌，臺車(3)置於滑軌上，滑軌之間固定有工作檯(4)，底盤(1)後固定機架(2)，工作檯(4)上方是切割頭架(6)，切割頭架(6)固定在機架(2)的橫梁上，切割頭架(6)下固定有切割輥(5)，切割輥(5)後部連接有排絲繞線部(8)，排絲繞線部(8)固定在機架(2)的底座上，切割絲連接排絲繞線部(8)的繞線輪和切割輥(5)，機架(2)後固定有電器櫃(9)。
2.如權利要求1所述的數控穩恆張力的多絲切片機，其特徵是對繞有切割絲的排絲繞線部(8)的繞線輪的張力差採用無壓力傳感器的恆張力控制系統進行PID動態運算，無壓力傳感器的恆張力控制系統由伺服電機、張力臂、擺輪、導輪組成。
3.如權利要求1所述的數控穩恆張力的多絲切片機，其特徵是排絲繞線部(8)擺輪的擺動範圍為0°～65.0°。
4.如權利要求1所述的數控穩恆張力的多絲切片機，其特徵是切割頭架(6)中安裝伺服電機，通過多楔帶傳動帶動切割主軸與切線輪旋轉，切割絲由排絲繞線部(8)經導入線輪導入，由導出線輪導出回排絲繞線部(8)。
5.如權利要求1所述的數控穩恆張力的多絲切片機，其特徵是切割輥(5)上刻有十條的V形槽，切割絲嵌在V形槽內。
6.如權利要求1所述的數控穩恆張力的多絲切片機，其特徵是切割輥(5)共有40個，每10個共用一條主軸。
專利摘要本實用新型涉及板材切割機械領域，具體為一種數控穩恆張力的多絲切片機。一種數控穩恆張力的多絲切片機，包括底盤、機架、臺車、工作檯、切割輥、切割頭架、導線輪、排絲繞線部和電器櫃，其特徵是底盤上有兩條滑軌，臺車置於滑軌上，滑軌之間固定有工作檯，底盤後固定機架，工作檯上方是切割頭架，切割頭架固定在機架的橫梁上，切割頭架下固定有切割輥，切割輥後部連接有排絲繞線部，排絲繞線部固定在機架的底座上，切割絲連接排絲繞線部的繞線輪和切割輥，機架後固定有電器櫃。本實用新型是一種高加工能力、高加工精度、高材料利用率的矽片切割機械。
文檔編號B28D5/04GK201559264SQ200920211430
公開日2010年8月25日 申請日期2009年10月28日 優先權日2009年10月28日
發明者盧建偉 申請人:上海日進工具機有限公司