專利名稱：太陽(yáng)能電池基片切割機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種太陽(yáng)能電池基片的切割設(shè)備，特別是一種集多種技術(shù)于一體的多節(jié)距、一次定位自動(dòng)重復(fù)使用的以超薄砂輪刀片進(jìn)行精密分割的太陽(yáng)能電池基片切割機(jī)，它適用于硅片或其他類似領(lǐng)域的切割。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能電池由于其利用自然界太陽(yáng)光作能源，對(duì)環(huán)境無(wú)污染、移動(dòng)方便等優(yōu)勢(shì)，所以已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)、民用、軍工等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。其大到人造衛(wèi)星，小到交通信號(hào)、牧民日常用電等方面都可見到。太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換技術(shù)現(xiàn)已相當(dāng)成熟，太陽(yáng)能成為可替代能源正在蓬勃發(fā)展?，F(xiàn)有切割設(shè)備都是通過(guò)玻璃刀或者激光來(lái)分割太陽(yáng)能電池基片，由此會(huì)產(chǎn)生以下一些不利因素其一玻璃刀分割不能將基片完全割透，因其進(jìn)刀力度不好控制，故還需要增加裂片的工序，而且掰裂開的基片斷裂處往往粗糙不平，影響加工精度。
其二激光分割雖然可以完全割透，但由于激光是通過(guò)高溫?zé)g來(lái)實(shí)現(xiàn)切割的，所以微觀看基片的斷面呈鋸齒狀。實(shí)驗(yàn)證明高熱對(duì)基片熱影響區(qū)內(nèi)材料的金相組織有影響，因此，激光分割降低了太陽(yáng)電池基片的光電轉(zhuǎn)換效率。
其三因太陽(yáng)能電池有不同的功率要求，在其同一片基片上會(huì)有不同分度尺寸，而且在其垂直方向上要求自動(dòng)尋找中心點(diǎn)，故傳統(tǒng)分割方式，很難完成上述基片的變節(jié)距切割任務(wù)，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)基片一次定位加工，定位后也不能重復(fù)多次使用，基片加工效率非常低。因此，現(xiàn)有傳統(tǒng)的切割方式難以滿足太陽(yáng)能電池對(duì)提高基片的光電轉(zhuǎn)換效率，快速加工基片的要求。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種太陽(yáng)能電池基片切割機(jī)，它結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，有利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，運(yùn)行平穩(wěn)、可靠，定位精度高，切割斷面光滑平整，無(wú)環(huán)境污染，提高了基片的切割質(zhì)量及其太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)化效率，有效地實(shí)現(xiàn)基片的變節(jié)距切割和一次定位，且能定位后重復(fù)使用，明顯縮短了基片的生產(chǎn)周期，顯著提高太陽(yáng)能電池的使用性能和工作效率。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的該裝置包括機(jī)座、組裝機(jī)座上的切割頭和切割工作臺(tái)及其傳動(dòng)裝置、氣動(dòng)控制回路、電氣控制回路，其特征在于所述切割頭由空氣靜壓式中頻電主軸和組裝其軸端的超薄砂輪刀片構(gòu)成，所述電主軸固定在聯(lián)動(dòng)臂的一端，聯(lián)動(dòng)臂利用轉(zhuǎn)軸組裝在縱向溜板上，聯(lián)動(dòng)臂另一端連接在立軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的絲杠端部，并通過(guò)絲杠帶動(dòng)聯(lián)動(dòng)臂繞轉(zhuǎn)軸擺動(dòng)，縱向溜板通過(guò)聯(lián)接板組裝在縱軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的滾珠絲杠副上，利用滾珠絲杠副帶動(dòng)縱向溜板沿縱向?qū)О搴涂v向?qū)е苿?dòng)；所述切割工作臺(tái)帶有基片定位塊的吸附面與負(fù)壓氣路連通，工作臺(tái)組裝在橫向溜板上，并通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的蝸輪蝸桿副帶動(dòng)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，橫向溜板利用橫軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的同步帶輪傳動(dòng)組帶動(dòng)其沿橫向?qū)к壱苿?dòng)，所述電氣控制回路的主控制器分別通過(guò)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器控制橫軸步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作，通過(guò)編碼驅(qū)動(dòng)器控制縱、立、旋轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作。
所述砂輪刀片的厚度為0.025～0.06mm。
所述電氣控制回路的主控制器由89系列單片機(jī)、可編程接口芯片構(gòu)成，其分別與輸入輸出單元、顯示單元和記憶體連接。
由于本實(shí)用新型采用空氣靜壓式中頻電主軸和組裝其軸端的超薄砂輪刀片構(gòu)成切割頭，以橫軸步進(jìn)電機(jī)通過(guò)同步帶輪傳動(dòng)組驅(qū)動(dòng)帶有負(fù)壓吸附基片的切割工作臺(tái)左、右移動(dòng)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)和蝸輪副實(shí)現(xiàn)切割工作臺(tái)任意角度旋轉(zhuǎn)，以縱軸步進(jìn)電機(jī)通過(guò)滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)電主軸前、后移動(dòng)，以立軸步進(jìn)電機(jī)和絲杠帶動(dòng)電主軸上、下運(yùn)動(dòng)，并用電氣控制回路的主控制器分別通過(guò)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器控制橫軸步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)作，通過(guò)編碼驅(qū)動(dòng)器控制縱、立、旋轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)作，有利于實(shí)現(xiàn)智能控制、數(shù)據(jù)保存、動(dòng)作記憶等自動(dòng)化操作，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行平穩(wěn)、可靠，定位精度高，很容易實(shí)現(xiàn)精密切割。由于該機(jī)具有行為記憶功能，在一次操作后，便會(huì)自動(dòng)記憶操作過(guò)程，下一基片的切割就能自動(dòng)完成，節(jié)省了對(duì)位時(shí)間，可以批量生產(chǎn)，提高了工作效率。采用高速旋轉(zhuǎn)的空氣靜壓電主軸帶動(dòng)超薄砂輪刀片進(jìn)行切割，切割段面光滑整潔，無(wú)環(huán)境污染，提高了基片的切割質(zhì)量及其太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)化效率。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。


圖1是本實(shí)用新型的一種電氣控制原理框圖。
圖2是本實(shí)用新型的一種具體結(jié)構(gòu)圖。
圖3是圖2的俯視圖。
圖4是本實(shí)用新型的一種氣動(dòng)控制原理示意圖圖中序號(hào)說(shuō)明如下U1主控制器、U2記憶體、U3輸入輸出單元、U4顯示單元、U5鍵盤輸入單元、U6位置控制單元、U7調(diào)節(jié)閥控制單元、U8繼電器控制單元、U9變頻器、U110～U13為步進(jìn)電機(jī)2、14、18、21的驅(qū)動(dòng)器、1同步帶輪、2橫軸步進(jìn)電機(jī)、3同步帶、4工作臺(tái)、5定位塊、6基片、7電主軸、8砂輪刀片、9轉(zhuǎn)軸、10聯(lián)動(dòng)臂、11絲杠、12縱向溜板、13聯(lián)接板、14縱軸步進(jìn)電機(jī)、15滾珠絲杠副、16縱向?qū)О濉?7機(jī)座、18立軸步進(jìn)電機(jī)、19縱向?qū)е?0同步帶、21旋轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)、22橫向?qū)к墶?3蝸輪蝸桿副、24橫向溜板、25空氣壓縮機(jī)、26油霧分離器、27減壓閥、28電接點(diǎn)壓力表、29單向閥、30真空發(fā)生器、31速度控制閥、32二位三通電磁閥、33空氣過(guò)濾器。
具體實(shí)施方式
根據(jù)
圖1-4詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程該裝置包括機(jī)座17、組裝機(jī)座17上的切割頭和切割工作臺(tái)4及其傳動(dòng)裝置、氣動(dòng)控制回路、電氣控制回路。其中切割頭由空氣靜壓式中頻電主軸7和組裝在電主軸7軸端的超薄砂輪刀片8構(gòu)成。為了達(dá)到降溫的目的，在空氣靜壓中頻電主軸7的外周設(shè)置水冷套(圖中未示出)。超薄砂輪刀片8的旋轉(zhuǎn)速度優(yōu)先選取30000～40000rpm，刀片的厚度宜選擇0.025～0.06mm。切割時(shí)，基片6的切割處還可以使用冷卻水進(jìn)行冷卻，以消除切割處產(chǎn)生的局部高溫，解決傳統(tǒng)切割方式存在的高溫降低太陽(yáng)能基片光電效應(yīng)的問(wèn)題。電主軸7固定在聯(lián)動(dòng)臂10的一端，聯(lián)動(dòng)臂10利用轉(zhuǎn)軸9組裝在縱向溜板12上，聯(lián)動(dòng)臂10另一端連接在立軸步進(jìn)電機(jī)18驅(qū)動(dòng)的絲杠11端部。立軸步進(jìn)電機(jī)18組裝在縱向溜板12上，并通過(guò)絲杠11帶動(dòng)聯(lián)動(dòng)臂10繞轉(zhuǎn)軸9按設(shè)定的高度上、下擺動(dòng)，其擺動(dòng)方式有連續(xù)和單步二種，最小步距0.005mm，最大行程為10mm?？v向溜板12通過(guò)聯(lián)接板13組裝在縱軸步進(jìn)電機(jī)14驅(qū)動(dòng)的滾珠絲杠副15上，利用滾珠絲杠副15帶動(dòng)縱向溜板12沿縱向?qū)О?6和縱向?qū)е?9移動(dòng)；運(yùn)行時(shí)，縱軸步進(jìn)電機(jī)14通過(guò)精密滾珠絲杠副15、聯(lián)接板13、縱向溜板12帶動(dòng)聯(lián)動(dòng)臂10上的電主軸7按設(shè)定的步進(jìn)值沿縱向前、后移動(dòng)，移動(dòng)方式有重復(fù)、分度、單步三種，最小步距0.005mm，最大行程為210mm。切割工作臺(tái)4帶有基片定位塊5的吸附面與氣動(dòng)控制回路的負(fù)壓氣路連通。切割工作臺(tái)4組裝在橫向溜板24上，并通過(guò)組裝在橫向溜板24上的旋轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)21驅(qū)動(dòng)的蝸輪蝸桿副23帶動(dòng)切割工作臺(tái)4沿順沿時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)方式有分度和單步二種，最小轉(zhuǎn)角0.0075°，旋轉(zhuǎn)范圍0～360°。橫向溜板24利用橫軸步進(jìn)電機(jī)2驅(qū)動(dòng)的同步帶輪傳動(dòng)組帶動(dòng)其沿橫向?qū)к?2移動(dòng)，橫軸步進(jìn)電機(jī)2通過(guò)同步帶輪傳動(dòng)組的同步帶輪1和同步帶3、20驅(qū)動(dòng)切割工作臺(tái)4按設(shè)定的行程，沿橫向?qū)к?2左、右移動(dòng)，最小行程40mm，最大行程為250mm。所述電氣控制回路的主控制器U1分別通過(guò)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器U10控制橫軸步進(jìn)電機(jī)2動(dòng)作，通過(guò)編碼驅(qū)動(dòng)器U11、U12、U13控制縱、立、旋轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)14、18、21動(dòng)作。
該裝置的電路原理說(shuō)明如下電氣控制回路的主控制器U1由89系列單片機(jī)、可編程接口芯片構(gòu)成，其分別與記憶體U2、輸入輸出單元U3、顯示單元U4連接。輸入輸出單元U3的位選譯碼器、按鍵信號(hào)和位置信號(hào)通過(guò)與非門驅(qū)動(dòng)輸入到總線，通過(guò)光電隔離、非門電路、三極管驅(qū)動(dòng)輸出線。記憶體U2采用保存用戶設(shè)定數(shù)據(jù)的非遺失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。輸入輸出單元U3采用光電開關(guān)作為信號(hào)傳感器，控制橫、縱、立、旋轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)2、14、18、21動(dòng)作的軸向位置。
以下對(duì)本實(shí)施例的電氣控制回路中的各器件詳細(xì)說(shuō)明如下(也可根據(jù)用戶實(shí)際要求選擇其它相應(yīng)的器件)U1主控制器采用內(nèi)帶WATCHDOG(看門狗，監(jiān)控程序用，裝置防干擾措施之一)的Flash MPU(可擦寫中央處理器)89系列單片機(jī)及可編程接口芯片82C55，54個(gè)并行I/O資源，2個(gè)外部中斷源，上電裝置自復(fù)位，負(fù)邏輯輸入等組成。它主要用于運(yùn)行控制、數(shù)據(jù)處理。
U2記憶體記憶體U2采用非遺失性靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器做數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。用戶設(shè)定的數(shù)據(jù)將被永久保存，直至下次更改。
U3輸入輸出單元以74LS138作為位選譯碼器、按鍵信號(hào)和位置信號(hào)通過(guò)若干74LS00與非門驅(qū)動(dòng)輸入到總線。輸出通過(guò)光電隔離、非門電路、三極管驅(qū)動(dòng)輸出線。
U4顯示單元采用T6963C控制IC驅(qū)動(dòng)的背光的圖形點(diǎn)陣LCD(液晶顯示屏)，所有數(shù)據(jù)一頁(yè)顯示，數(shù)據(jù)鍵盤輸入。
U5鍵盤輸入單元指令、數(shù)據(jù)通過(guò)這一單元(鍵盤)輸入至U3。
U6位置控制單元通過(guò)GK122光電開關(guān)作為橫、縱、立、旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)位置控制。
U7調(diào)節(jié)閥控制單元控制二位三通電磁閥32及冷卻水控制閥。
U8繼電器控制單元包括對(duì)刀繼電器、報(bào)警燈等。
U9變頻器采用西門子單相輸入變頻器。主控制器U1通過(guò)輸入輸出單元U3控制該變頻器起停、頻率。
U10為橫軸步進(jìn)電機(jī)2的細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，電機(jī)2需要細(xì)分，以求得運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)。通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖頻率實(shí)現(xiàn)速度可調(diào)，并動(dòng)態(tài)顯示，可實(shí)現(xiàn)快速返回、單步調(diào)整和劃片三種速度轉(zhuǎn)換。
U11～U13為縱、立、旋轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)14、18、21的編碼驅(qū)動(dòng)器，對(duì)這些步進(jìn)電機(jī)以編碼控制，用硬件搭建了譯碼器能將編碼無(wú)序譯為有序，通過(guò)增減編碼控制各電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。利用U10-U13驅(qū)動(dòng)器分別驅(qū)動(dòng)橫、縱、立、旋轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)2、14、18、21的動(dòng)作。當(dāng)操作人員對(duì)該裝置進(jìn)行操作時(shí)，主控制器U1中的MCU就會(huì)自動(dòng)將外界通過(guò)U5、U6給予的指令、以及各橫、縱、立、旋轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)2、14、18、21的軸向位移量和各電機(jī)動(dòng)作順序一一存儲(chǔ)起來(lái)，形成行為記憶。下一次啟動(dòng)記憶操作時(shí)，MCU就不需要外界指令，會(huì)自行按照剛才記憶的過(guò)程順序，指導(dǎo)U7～U13正確工作。
該裝置的工作過(guò)程簡(jiǎn)述如下一、開機(jī)1、先打開氣源，壓力表示值達(dá)到0.55Mpa以上；2、接通中源；3、開啟變頻器電源；4、打開冷卻水。
二、工作方式1、先將砂輪刀片8裝到電主軸7上。
2、在U4上正確設(shè)置好橫向邊緣預(yù)留量、等距或不等距的橫1、橫2、橫3、橫4、橫5等切割線分度值的數(shù)據(jù)。
3、啟動(dòng)電主軸7。
4、按向上鍵將電主軸7抬起，將工作臺(tái)4移到刀片8下方，用噴槍清除工作臺(tái)4面上的水珠與雜物，按對(duì)刀鍵對(duì)刀。
5、基片6放在工作臺(tái)4上，將基片6的兩直角邊頂?shù)?個(gè)定位塊5的定位面上，按一下吸放鍵負(fù)壓吸牢基片。
6、選擇縱向重復(fù)，將電主軸7移動(dòng)到基片6的前端。
7、根據(jù)工藝要求，選擇單向切或雙向切。
8、按一下自動(dòng)鍵，選擇自動(dòng)功能。
9、按一下啟動(dòng)鍵，機(jī)器將執(zhí)行自動(dòng)切割。
自動(dòng)方式下啟動(dòng)，該裝置在劃完當(dāng)前方向后，自動(dòng)旋轉(zhuǎn)90°，再進(jìn)行第二方向切割，然后停止。通過(guò)對(duì)切割參數(shù)的不同設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)相同節(jié)距、不同節(jié)距、中心線等方式切割。
上述氣動(dòng)控制回路通過(guò)管路連接到電主軸7和切割工作臺(tái)4上。氣動(dòng)控制回路包括空氣壓縮機(jī)25、油霧分離器26、減壓閥27、電接點(diǎn)壓力表28、單向閥29、真空發(fā)生器30、速度控制閥31、二位三通電閥磁32、空氣過(guò)濾器33等。油霧分離器26、空氣過(guò)濾器33和減壓閥27，除掉了氣體中的油、水、塵等雜質(zhì)，保證為電主軸7提供壓力恒定、潔凈的壓縮空氣。電接點(diǎn)壓力表28的作用是當(dāng)未給電主軸7供氣或氣壓不符合要求時(shí)，電主軸7不能啟動(dòng)或在運(yùn)轉(zhuǎn)中立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)，使電主軸7不被卡死。
真空發(fā)生器30產(chǎn)生的負(fù)壓能將基片6吸附卡緊在切割工作臺(tái)4的吸附面上，負(fù)壓的通斷通過(guò)電磁閥32來(lái)控制，當(dāng)負(fù)壓斷開時(shí)，工作臺(tái)4的真空腔通入經(jīng)過(guò)速度控制閥31調(diào)節(jié)過(guò)的壓縮空氣，以適當(dāng)?shù)母×⒒?吹起，以方便取下切割好的基片6。
權(quán)利要求1.一種太陽(yáng)能電池基片切割機(jī)，包括機(jī)座、組裝機(jī)座上的切割頭和切割工作臺(tái)及其傳動(dòng)裝置、氣動(dòng)控制回路、電氣控制回路，其特征在于所述切割頭由空氣靜壓式中頻電主軸和組裝其軸端的超薄砂輪刀片構(gòu)成，所述電主軸固定在聯(lián)動(dòng)臂的一端，聯(lián)動(dòng)臂利用轉(zhuǎn)軸組裝在縱向溜板上，聯(lián)動(dòng)臂另一端連接在立軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的絲杠端部，并通過(guò)絲杠帶動(dòng)聯(lián)動(dòng)臂繞轉(zhuǎn)軸擺動(dòng)，縱向溜板通過(guò)聯(lián)接板組裝在縱軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的滾珠絲杠副上，利用滾珠絲杠副帶動(dòng)縱向溜板沿縱向?qū)О搴涂v向?qū)е苿?dòng)；所述切割工作臺(tái)帶有基片定位塊的吸附面與負(fù)壓氣路連通，工作臺(tái)組裝在橫向溜板上，并通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的蝸輪蝸桿副帶動(dòng)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，橫向溜板利用橫軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的同步帶輪傳動(dòng)組帶動(dòng)其沿橫向?qū)к壱苿?dòng)，所述電氣控制回路的主控制器分別通過(guò)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器控制橫軸步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作，通過(guò)編碼驅(qū)動(dòng)器控制縱、立、旋轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池基片切割機(jī)，其特征在于所述砂輪刀片的厚度為0.025～0.06mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池基片切割機(jī)，其特征在于所述電氣控制回路的主控制器由89系列單片機(jī)、可編程接口芯片構(gòu)成，其分別與輸入輸出單元、顯示單元連接。
專利摘要一種太陽(yáng)能電池基片切割機(jī)，包括機(jī)座、組裝機(jī)座上的切割頭和切割工作臺(tái)及其傳動(dòng)裝置、氣動(dòng)控制回路、電氣控制回路，其特征在于采用空氣靜壓式中頻電主軸和組裝其軸端的超薄砂輪刀片構(gòu)成切割頭，以縱、立軸步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)電主軸移動(dòng)，以橫、旋轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)帶有負(fù)壓吸附基片的切割工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，并用電氣控制回路的主控制器分別控制橫、縱、立、旋轉(zhuǎn)軸步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)作。它結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，有利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，運(yùn)行平穩(wěn)、可靠，定位精度高，切割斷面光滑平整，提高了基片的切割質(zhì)量、速度及其太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)化效率，有效地實(shí)現(xiàn)基片的變節(jié)距切割和定位后重復(fù)使用，顯著提高太陽(yáng)能電池的使用性能和工作效率。
文檔編號(hào)B26D7/20GK2868594SQ20052009372
公開日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2005年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月22日
發(fā)明者孫家全, 袁慧珠, 李艷麗, 馬巖, 白宇, 李民, 余胡平, 張明明, 鞠仁忠 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)儀表科學(xué)研究院