切割装置及线切割设备的制作方法

1.本技术涉及线切割技术，尤其涉及一种切割装置及线切割设备。


背景技术：

2.目前电池市场上对小片硅片的需求逐渐增多。在形成小片硅片的制造过程中，通常先将圆柱形的单晶硅棒切割成方棒，然后将方棒切割成大片硅片，再采用激光技术上对大片硅片进行划片切割形成小片硅片。但激光划片的过程会造成小片硅片的横断面产生损伤和缺陷态，严重影响最终加工成的异质结电池的转换效率。现阶段在设备端还没有匹配的设备进行开方、切半或者中剖一次性完成，生产工序繁琐，效率低。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术缺陷之一，本技术实施例中提供了一种切割装置及线切割设备。
4.根据本技术实施例的第一个方面，提供了一种切割装置，包括：
5.切割框架；
6.三个切割机头，设置于切割框架上；三个切割机头可相对于切割框架沿竖向移动，以通过至少两个切割机头上绕设的切割线对待切割工件进行切割；至少两个切割机头可相对于切割框架沿横向移动，其中一个切割机头可移动到待切割件的顶部中心位置，以在该位置处竖向移动对待切割件进行切割。
7.如上所述的切割装置，三个切割机头中的第一切割机头设置于第二切割机头上，与第二切割机头一同相对于切割框架沿竖向移动，或一同相对于切割框架沿横向移动。
8.如上所述的切割装置，第一切割机头活动设置于第二切割机头上，可相对于第二切割机头沿横向移动。
9.如上所述的切割装置，还包括：
10.竖向导向机构，设置于切割机头与切割框架之间，以使切割框架沿着竖向导向机构竖向移动；所述竖向导向机构包括：
11.竖向滑轨，设置于切割框架上，沿竖向方向延伸；
12.竖向滑板，与竖向滑轨滑动配合；所述切割机头设置于竖向滑板上，与竖向滑板一同沿竖向移动。
13.如上所述的切割装置，还包括：竖向驱动机构和竖向传动机构，设置于切割框架上；竖向驱动机构用于提供切割机头沿竖向移动的驱动力；竖向传动机构用于将竖向移动的驱动力传递给切割机头；所述竖向传动机构包括：沿竖向延伸的竖向丝杠及与竖向丝杠螺纹配合的螺母，竖向丝杠与竖向驱动机构相连，螺母与竖向滑板相连。
14.如上所述的切割装置，还包括：
15.锁止机构，设置于切割框架的上部，用于在切割机头向上移动到位后对切割机头进行锁止。
16.如上所述的切割装置，还包括：
17.机头框架，与竖向滑板固定连接；
18.横向滑轨，设置于机头框架上，沿横向延伸；
19.横向滑板，与横向滑板滑动配合；所述切割机头固定至横向滑板。
20.如上所述的切割装置，还包括：横向驱动机构和横向传动机构，设置于机头框架上；横向驱动机构用于提供切割机头沿横向移动的驱动力；横向传动机构用于将横向移动的驱动力传递给切割机头；所述横向传动机构包括：沿横向延伸的横向丝杠及与横向丝杠螺纹配合的螺母，横向丝杠与横向驱动机构相连，螺母与横向滑板相连。
21.如上所述的切割装置，所述切割机头包括：
22.机头架；
23.至少两个用于绕设环形切割线的切割线轮，设置于机头架上；
24.张力轮组件，设置于机头架上；所述张力轮组件包括张力轮，张力轮用于对调节切割线的张力。
25.根据本技术实施例的第二个方面，提供了一种线切割设备，包括：如上所述的切割装置。
26.如上所述的线切割设备，还包括：压紧装置和支撑装置；所述支撑装置用于从底部对待切割件进行支撑；所述压紧装置用于从顶部对待切割件进行压紧。
27.如上所述的线切割设备，所述压紧装置包括：主压紧组件和半棒压紧组件；半棒压紧组件位于主压紧组件的外围，用于对半棒进行压紧；一个切割机头可移动到待切割件的顶部中心位置且位于主压紧组件和半棒压紧组件之间，以在该位置处竖向移动对待切割件进行切割。
28.本技术实施例所提供的技术方案，采用三个切割机头设置在切割框架上，且三个切割机头可相对于切割框架沿竖向移动，以通过至少两个切割机头上绕设的切割线对待切割件进行切割；至少两个切割机头可相对于切割框架沿横向方向移动，以调整切割位置恰好运动到硅棒中剖位置，对硅棒进行切割，实现对硅棒进行两线切割及三线切割转换，使用该方案得到横截面积较小的半棒，避免后续对方棒进行二次上设备加工切半棒；后续直接对半棒进行磨削切片得到面积较小的小硅片，不再需要对硅片进行激光划片，减少硅片表面的损伤，提高最终加工成的异质结电池的转换效率。
附图说明
29.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
30.图1为本技术实施例提供的一种切割硅棒的流程图；
31.图2为本技术实施例提供的线切割设备的结构示意图；
32.图3为本技术实施例提供的线切割设备中切割装置的结构示意图；
33.图4为本技术实施例提供的线切割设备中各切割机头配合的结构示意图；
34.图5为本技术实施例提供的线切割设备中切割机头的结构示意图；
35.图6为本技术实施例提供的切割机头沿横向移动的结构示意图；
36.图7为本技术实施例提供的切割机头之间相对横向移动的结构示意图；
37.图8为本技术实施例提供的线切割设备中压紧装置与支撑装置压紧硅棒的结构示意图；
38.图9为本技术实施例提供的线切割装置中压紧装置的结构示意图；
39.图10为本技术实施例提供的线切割设备中支撑装置的结构示意图；
40.图11为本技术实施例提供的线切割设备中支撑装置转动至另一角度的结构示意图；
41.图12为本技术实施例提供的线切割设备中支撑浮动头的结构示意图；
42.图13为本技术实施例提供的半棒支撑头的剖视图。
43.附图标记：
44.1-机座；
45.2-支撑装置；21-主支撑组件；211-支撑浮动头；2111-基体；2112-支撑件；2113-让线槽；2114-基准平面；2115-支撑块；212-转动组件；22-边皮支撑组件；23-半棒支撑组件；231-半棒支撑壳体；232-半棒支撑压缩弹簧；233-半棒支撑导向件；234-半棒支撑压紧杆；235-半棒支撑压紧块；236-堵块；
46.3-切割装置；31-切割框架；32-切割机头；321-机头架；322-切割线轮；323；331-竖向滑轨；332-竖向滑板；333-竖向驱动电机；334-竖向丝杠；34-感应器件；35-锁止机构；361-机头框架；362-横向滑轨；363-横向滑板；364-横向丝杠；365-横向螺母；366-横向滑块；371-机头滑轨；372-机头滑块；373-驱动电机；
47.4-压紧装置；41-压紧机构；411-压紧架；412-主压紧组件；4121-主压紧块；413-半棒压紧组件；414-边皮压紧组件；415-扶边皮支架；42-压紧驱动机构；43-压紧导向机构；
48.5-硅棒。
具体实施方式
49.为了使本技术实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本技术的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本技术的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
50.本实施例提供一种切割装置，可用于线切割设备中。切割装置上设有切割线，通过切割线对待切割件进行切割。线切割设备可以为截断机、开方机或其他设备。待切割件可以为单晶硅、多晶硅、磁材、蓝宝石等硬脆材料棒。本实施例以单晶硅棒为例，提供一种对硅棒进行切割的切割装置。本领域技术人员也可以将本实施例所提供的方案应用于对其它硬脆材料棒进行切割的切割装置或线切割设备中。
51.传统方案中，硅片的生产过程为：先对圆柱形的硅棒进行开方，即：沿着硅棒的长度方向对硅棒进行切割，得到横截面为矩形的方棒，切掉的部分为边皮料。然后对方棒进行切片，得到硅片。最后对硅片进行激光划片，得到尺寸较小的硅片。但激光划片的过程会造成小片硅片的横断面产生损伤和缺陷态，严重影响最终加工成的异质结电池的转换效率。
52.本技术实施例采用一种不同的切割方式：沿着方棒的长度方向对方棒进行切割，得到横截面积较小的半棒，然后对半棒进行切片，可直接得到尺寸较小的硅片，不再采用激光划片的方式，可解决上述问题。
53.如图1所示，一种具体方式为：第一步、采用两条平行的切割线沿着长度方向对圆柱形的硅棒进行切割；第二步、将切割后的硅棒水平转动90
°
，采用三条平行的切割线沿着长度方向对硅棒进行切割，得到横截面积为矩形的两个半棒；两步切割后得到两个半棒和四个边皮料；第三步、对对半棒进行磨削及切片，得到横截面积为矩形的小硅片。
54.基于上述实现方式，本实施例提供一种线切割设备，如图2所示，本实施例所提供的线切割设备包括：机座1、支撑装置2、切割装置3及压紧装置4，支撑装置2、切割装置3及压紧装置4均设置于机座1上。切割装置3的机头沿垂向进给。在设备运行过程中，将硅棒5竖向放置于支撑装置2上，支撑装置2用于从底部对硅棒进行支撑。压紧装置4从顶部向下压紧硅棒5。控制切割装置3向下移动，通过切割线按照预设的位置对硅棒5进行切割。
55.如图3和图4所示，本实施例提供一种切割装置3，包括切割框架31和三个切割机头32。其中，切割框架31设置在机座1上。切割框架31为主体结构，切割装置3中的各部件均安装至切割框架31上。切割机头32上绕设有切割线。
56.切割机头32的数量为三个，设置于切割框架上。三个切割机头32可相对于切割框架31沿竖向移动进给，以通过至少两个切割机头32上绕设的切割线对硅棒5进行切割，其中至少两个切割机头32可相对于切割框架31沿横向方向移动，以调整切割位置。
57.参照图1所示的切割方式，在第一步中，两个切割机头32移动到硅棒的上方，至少一个切割机头32可横向移动调整位置，以使两个切割机头32上的切割线到达切割位置。然后控制两个切割机头32向下移动对硅棒5进行切割。第二步中，三个切割机头32移动到硅棒5上方，至少两个切割机头32可沿横向移动调整位置，其中一个切割机头32移动到硅棒的顶部中心位置，例如移动到硅棒的中心线上方，另外两个在切割机头32在两侧。然后控制切割机头32向下移动对硅棒进行切割，得到两个半棒。
58.本实施例所提供的技术方案，采用三个切割机头设置在切割框架上，且三个切割机头可相对于切割框架沿竖向移动，以通过至少两个切割机头上绕设的切割线对硅棒进行切割；至少两个切割机头可相对于切割框架沿横向方向移动，以调整切割位置恰好运动到硅棒中剖位置，对硅棒进行切割，实现对硅棒进行两线切割及三线切割转换，使用该方案得到横截面积较小的半棒，避免后续对方棒进行二次上设备加工切半棒；后续直接对半棒进行磨削切片得到面积较小的小硅片，不再需要对硅片进行激光划片，减少硅片表面的损伤，提高最终加工成的异质结电池的转换效率。
59.在上述技术方案的基础上，一种具体实现方式为：三个切割机头32相互独立地竖向移动及横向移动。则在切割过程中，按照预设的切割位置控制两个切割机头32或三个切割机头32分别沿竖向、横向移动到位进行切割。
60.另一种具体实现方式为：将三个切割机头32分别称为：第一切割机头32a、第二切割机头32b和第三切割机头32c。其中，第一切割机头32a设置于第二切割机头32b上，与第二切割机头32b一同相对于切割框架31沿竖向移动，或一同相对于切割框架31沿横向移动。第三切割机头32c独立地竖向、横向移动。三个切割机头的布局如图4所示，第一切割机头32a可以活动地设置于第二切割机头32b上，可相对于第二切割机头32b沿横向移动。
61.参照图1的切割步骤中，第一步，由第二切割机头32b和第三切割机头32c对硅棒进行切割，第一切割机头32a跟随第二切割机头32b沿竖向、横向移动，移动到位后第一切割机头32a位于硅棒的外侧不参与切割。第二步，由三个切割机头对硅棒进行切割。第一切割机
头32a跟随第二切割机头32b沿竖向、横向移动，在第二切割机头32b到达目标切割位置(例如硅棒中心线上方)后，第一切割机头32a相对于第二切割机头32b横向移动，到达目标位置。上述两个步骤中，第三切割机头32c独立地沿竖向、横向移动。
62.在上述方案的基础上，切割机头32可以为通过机械臂驱动进行竖向或横向移动，或者也可以通过导向机构进行竖向或横向移动。
63.本实施例中，采用竖向导向机构设置于切割机头32与切割框架31之间，以使切割机头32沿着竖向导向机构竖向移动进给。竖向导向机构可以为滑槽与滑块配合的结构，也可以为滑轨与滑块配合的结构。
64.一种实施方式：竖向导向机构包括：竖向滑轨331和竖向滑板332。其中，竖向滑轨331设置于切割框架31上，沿竖向方向延伸。竖向滑板332与竖向滑轨331滑动配合，竖向滑板332可沿竖向滑轨331上下移动。切割机头32设置于竖向滑板332上，与竖向滑板332一同沿竖向滑轨331上下移动。
65.进一步的，采用竖向驱动机构和和竖向传动机构，设置于切割框架上。其中，竖向驱动机构用于提供切割机头32沿竖向移动的驱动力。竖向传动机构设置在竖向驱动机构和切割机头32之间，用于将竖向移动的驱动力传递给切割机头。
66.竖向驱动机构可以采用液压、气动或电动进行驱动，例如采用竖向驱动电机333，设置在切割框架31的顶部。
67.竖向传动机构可以采用推杆直线移动的方式，也可以采用螺杆螺母配合将旋转变为直线移动的方式。本实施例中，竖向传动机构包括：竖向丝杠334及与竖向丝杠螺纹配合的螺母(图中未示出)。竖向丝杠334沿竖向延伸，位于两个竖向滑轨331之间。竖向丝杠334的顶部与竖向驱动电机333相连，竖向驱动电机333通过减速器驱动竖向丝杠334转动。螺母与竖向滑板332相连，竖向滑板332与螺母一同相对于竖向丝杠334上下移动。
68.进一步的，在切割框架31的下部设置感应器件34，用于对切割机头32进行检测。当检测到切割机头32向下移动到位后，向控制器发出信号以通过控制器控制切割机头32停止向下移动，实现自动停止切割。感应器件34可以采用接触式的传感器，也可以采用非接触式的传感器。
69.进一步的，在切割框架31的上部设置锁止机构35，用于在切割机头32向上移动到位后对切割机头32进行锁止，避免切割机头32在重力作用下自由下落。例如：在检修维护的过程中，将切割机头32升至最高位置，操作人员进入切割机头32的下方进行操作。采用锁止机构35将切割机头32进行锁紧，避免切割机头32意外下坠，以保护操作人员。
70.锁止机构35可采用机械锁止的方式，例如：采用气缸带动插销伸出，并插入切割机头32上的锁孔内，阻止切割机头32下坠。也可以采用其他的方式，例如：锁止机构25伸出支撑臂从下方支撑切割机头32。
71.在上述方案的基础上，本实施例还提供一种切割机头32沿横向移动的方式。如图3和图6所示，采用机头框架361与竖向滑板332固定连接。横向滑轨362沿横向方向延伸，设置于机头框架361上。横向滑板363与横向滑轨362滑动配合，可沿横向滑轨362横向滑动。切割机头32固定至横向滑板363，与横向滑板363一同沿横向移动。
72.如图6所示，横向滑轨362内设有滑槽，采用横向滑块366设置于滑槽内并可沿滑槽移动，横向滑块366与横向滑板363相连。
73.进一步的，采用横向驱动机构和横向传动机构，均设置于机头框架361上。其中，横向驱动机构用于提供切割机头32沿横向移动的驱动力，横向传动机构用于将横向移动的驱动力传递给切割机头32。具体的，横向驱动机构采用横向驱动电机，横向传动机构采用横向丝杠364与横向螺母365配合，横向丝杠364沿横向延伸。横向驱动电机通过减速器驱动横向丝杠364转动，横向螺母365与横向丝杠364螺纹配合将转动变为直线移动，带动横向滑板363和切割机头32沿横向移动。
74.生产商在批量切割硅棒时，会更换规格不同的硅棒。采用上述方案能够自动调整切割机头32的横向位置，进而满足不同规格硅棒的切割需求，达到目标尺寸。相比于人工手动调整切割机头32的方式相比，本实施例所提供的方案能够缩短调整时间，进而提高切割效率，还能够提高横向移动精度，进而提高切割精度。
75.对于第一切割机头32a相对于第二切割机头32b沿横向移动，一种实施方式为：如图7所示，在两个切割机头之间设置驱动、传动及导向机构。例如：在第二切割机头32b的机头架上设置滑轨，第一切割机头32a的机头架通过滑板与滑轨配合滑动。采用驱动电机373带动丝杠转动，与丝杠螺纹配合的螺母与滑板相连，实现驱动电机驱动第一切割机头32a相对于第二切割机头32b沿横向移动。
76.具体的，在第二切割机头32b的机头架上设置机头滑轨371，机头滑轨371内设有滑槽，采用机头滑块372设置于滑槽内并可沿滑槽移动，机头滑块372通过滑板与第一切割机头32a相连。
77.本实施例的附图中，线切割设备具有两个工位，每个工位设有三个切割机头32。
78.如图4和图5所示，本实施例提供的切割机头32包括：机头架321和切割线轮322。切割线轮322的数量为至少两个，环形的切割线绕设于各切割线轮322上。两个切割线轮322之间的切割线作为线锯对硅棒进行切割。
79.本实施例中，采用三个切割线轮322，其中一个切割线轮322在机头架321的上部，两个切割线轮322在机头架321的下部。下部两个切割线轮322之间的切割线段作为线锯。
80.进一步的，采用张力轮组件323设置在机头架321上，张力轮组件323包括张力轮及用于带动张力轮摆动的张力臂。切割线绕设于张力轮上，张力轮摆动能够调节切割线的张力。
81.如图8所示，进一步采用支撑装置2和压紧装置4，分别从底部对待切割件进行支撑，以及从顶部对待切割件进行压紧。
82.如图9所示，压紧装置4包括：主压紧组件412和半棒压紧组件413。半棒压紧组件413与主压紧组件412可以为一体结构，也可以为相互独立的结构。当为相互独立的结构时，半棒压紧组件413位于主压紧组件412的外围，用于对半棒进行压紧。一个切割机头可移动到硅棒的顶部中心位置且位于主压紧组件412和半棒压紧组件413之间，以在该位置处竖向移动对硅棒进行切割。
83.进一步的，半棒压紧组件413可相对于主压紧组件412朝向硅棒移动至与硅棒接触，或朝向远离硅棒的方向移动。
84.如图10和图11所示，支撑装置2包括：主支撑组件21和半棒支撑组件23；半棒支撑组件23与主支撑组件21可以为一体结构，也可以为相互独立的结构。当为相互独立的结构时，半棒支撑组件23位于主支撑组件21的外围，用于对硅棒被切割后得到的半棒进行支撑。
85.进一步的，半棒支撑组件23可朝向硅棒移动至与硅棒接触，或朝向远离硅棒的方向移动。
86.在图1的第一步中，通过主支撑组件21和主压紧组件412将硅棒压紧。在第三步中，半棒支撑组件23向上移动至与硅棒接触，半棒压紧组件413向下移动至将硅棒压紧，以在对硅棒切割得到半棒的过程中，通过主支撑组件21、半棒支撑组件23、主压紧组件412和半棒压紧组件413将硅棒全部压紧。该方案能够满足将方棒切割成横截面积较小的半棒的要求。
87.进一步的，半棒压紧组件413与半棒支撑组件23的位置对应，以分别从待切割件两端的对应位置将待切割件夹紧。例如：半棒压紧组件413与半棒支撑组件23均位于左侧，或均位于右侧，或者左右都有且位置对应，以使半棒压紧组件413与半棒支撑组件23对硅棒的施力方向共线，且与硅棒中心线平行，提高压紧的稳定性。
88.本实施例中，半棒支撑组件23位于主支撑组件21的其中一侧，半棒压紧组件413位于主压紧组件412的其中一侧，在切割得到半棒时只对硅棒的一半区域进行压紧。
89.如图9所示，本实施例提供一种压紧装置4，包括：压紧机构41及用于驱动压紧机构41沿进给方向移动的压紧驱动机构42和压紧导向机构43。本实施例中，进给方向为竖向。压紧导向机构43沿竖向延伸，具体可以为竖向的导轨。压紧机构41沿着导轨竖向滑动。压紧驱动机构42向压紧机构41提供驱动力，驱动压紧机构41竖向滑动。
90.如图8和图9所示，压紧机构41包括：压紧架411、主压紧组件412和半棒压紧组件413。其中，压紧架411为架体结构与压紧驱动机构42相连，在压紧驱动机构42的驱动作用下竖向移动。压紧架411具有与压紧驱动机构42相连的部分、中间部分及延伸至硅棒5顶部的安装部分。主压紧组件412和半棒压紧组件413均设置在压紧架411的安装部分。
91.主压紧组件412设置于安装部分的中部，用于从顶部对硅棒施加向下的压紧力，将硅棒压紧。
92.半棒压紧组件413位于主压紧组件412的外围，用于对硅棒被切割后得到的半棒进行压紧。
93.进一步的，压紧机构41还包括边皮压紧组件414，设置在压紧架411的安装部分。边皮压紧组件414位于主压紧组件412的外围，用于对硅棒被切割后得到的边皮料进行压紧。边皮压紧组件414与主压紧组件412之间的距离大于半棒压紧组件413与主压紧组件412的距离。
94.在上述图1的切割方法中，在进行中剖形成半棒之前，切割装置的机头沿着硅棒的径向向内移动至切割线到达硅棒中心线附近，然后机头向下移动通过切割线对硅棒进行中剖。为了在机头径向移动中对切割线进行让位，主压紧组件412只能位于硅棒的一侧进行压紧，而硅棒的另一侧通过独立运动的半棒压紧组件将硅棒压紧。
95.在上述技术方案的基础上，半棒压紧组件413可以分布在主压紧组件412的两侧，用于压紧两个半棒。
96.或者，半棒压紧组件413也可以位于主压紧组件412的其中一侧，只用于压紧其中一个半棒。该方案中，通过合理设置取下半棒的步骤顺序，使半棒压紧组件413只对其中一个半棒进行压紧，就可以实现两个半棒依次顺利被取走，一方面减少了半棒压紧组件413的数量，降低部件成本；另一方面也简化了安装布局及安装步骤，降低装配难度及成本，后续也降低了维护成本。
97.半棒压紧组件413的数量可以根据待切割硅棒的直径、主压紧组件412的尺寸进行设定。例如：半棒压紧组件413的数量为至少两个，各半棒压紧组件413与主压紧组件412之间的距离相等，即：各半棒压紧组件413间隔布设，且位于在同一圆上。本实施例中，采用两个半棒压紧组件413，分别位于一组边皮压紧组件414的两侧。
98.一种实施方式：半棒压紧组件413包括：半棒压紧头及半棒驱动件。其中，半棒驱动件用于驱动半棒支撑头朝向硅棒移动或远离硅棒移动。具体的，如图1所示的切割方法，在第一步中，半棒压紧头处于初始位置，即：半棒压紧头的顶部高于主压紧组件412，不与硅棒接触。在第二步开始之前，半棒压紧件驱动半棒压紧头向向移动至与硅棒接触施加压紧力。在第二步结束后，需要取走被压紧的半棒之前，下料机构夹住半棒，然后半棒压紧件驱动半棒压紧头上升，与半棒分离。
99.半棒压紧件可以采用电机驱动、液压驱动或气动驱动的方式。本实施例中，半棒压紧件为气动驱动件，通过气动驱动的方式驱动半棒压紧头上下运动。
100.上述边皮压紧组件414的数量为多个，对称分布于主压紧组件412的两侧，分别对两侧的边皮料进行支撑。类似的，边皮压紧组件414具体包括边皮压紧头及边皮压紧驱动件，边皮压紧驱动件为气动驱动件。
101.如图1所示的切割方法，在第一步开始之前，各边皮压紧驱动件驱动边皮压紧头向下运动至与硅棒待切割形成边皮的区域接触并施加压紧力。在第一步切割完毕后，通过边皮卸载机构夹紧边皮料，边皮压紧驱动件驱动边皮压紧头上升，边皮卸载机构将切割得到的两块边皮取走，再执行第二步。在第二步开始之前，各边皮压紧驱动件驱动边皮压紧头再次向下运动至与硅棒待切割形成边皮的区域接触进行支撑，后续边皮压紧驱动件的动作过程与第一步相同。
102.本实施例提供一种主压紧组件412的实现方式：如图9所示，主压紧组件412包括：主压紧驱动器、主压紧头及主压紧块4121。主压紧驱动器与主压紧头相连，主压紧驱动器驱动主压紧头转动。具体的，采用主压紧驱动轴连接在主压紧驱动器与主压紧头之间，主压紧驱动器通过主压紧驱动轴驱动主压紧头转动，主压紧块4121设置于主压紧头的端面。
103.主压紧驱动器、主压紧驱动轴、主压紧头可采用本领域已有的方案实现，本实施例不做详细说明，附图也未详细标注。
104.主压紧驱动器通过主压紧驱动轴驱动主压紧头转动，可以水平转动，以满足硅棒水平转动90
°
的要求。也可以在垂直方向进行调整，或者采用万向转动的机构，以使主压紧头能适应硅棒的端面凹凸不平或硅棒端面与中心线不垂直的情况。主压紧驱动器可采用本领域的常规方案，例如采用电机、谐波减速器和转动轴等部件组成，可完成硅棒检测、旋转及万向转动的动作需求。
105.主压紧块4121的数量为至少两个，全部主压紧块4121位于主压紧头的其中一半区域，主压紧块4121仅对硅棒端面的一半区域进行压紧。
106.一种实施方式为：主压紧头的端面为圆形，主压紧块4121全部位于其中一个半圆内。主压紧块4121凸出设置于主压紧头的端面，主压紧块4121沿主压紧头的中心线方向延伸。主压紧块4121包括导杆和弹簧，其端部设有聚氨酯压块用于与硅棒接触，避免划伤硅棒端面。通过弹簧的弹力调节主压紧块4121的长度，以满足硅棒端面凹凸不平或硅棒端面与中心线不垂直的情况。
107.进一步的，在压紧架411的相对两侧还设有扶边皮支架415，扶边皮支架415朝向硅棒的方向延伸，延伸至硅棒的顶部两侧，用于从侧面阻挡边皮料，放置边皮料倾倒。本实施例中，扶边皮支架415为一个板状结构，其一端固定至压紧架411，另一端向下延伸。
108.进一步的，如图10和图11所示，本实施例还提供一种支撑装置2，支撑装置2包括：主支撑组件21和半棒支撑组件23。其中，硅棒放置于主支撑组件21上，主支撑组件21位于硅棒的中部下方，用于对硅棒进行主要支撑。半棒支撑组件23设置于主支撑组件21的外围，位于硅棒被切割后得到的半棒下方，用于对半棒进行辅助支撑。
109.进一步的，支撑装置2还包括边皮支撑组件22，边皮支撑组件22设置于主支撑组件21的外围，位于硅棒被切割后得到的边皮料下方，用于对边皮料进行支撑。边皮支撑组件22与主支撑组件21之间的距离大于半棒支撑组件23与主支撑组件21之间的距离。
110.主支撑组件21的宽度通常小于硅棒的直径。在硅棒未被切割之前，主支撑组件21能够独立地对硅棒进行支撑。在切割之后，边皮料和半棒相互分离，底部分别通过边皮料支撑组件22和半棒支撑组件23进行稳定支撑，后续等待下料机构将边皮料和半棒取走。
111.上述支撑装置采用主支撑组件对待切割件进行支撑，且在主支撑组件的外围分别设置半棒支撑组件和边皮支撑组件，分别用于对半棒和边皮料进行支撑，先将半棒和边皮料稳定地支撑住，然后等待下料机构分别将半棒和边皮料取走，切割工序顺畅执行，并且采用半棒支撑还能够防止半棒产生崩边。该方案能够满足将方棒切割成横截面积较小的半棒的要求。
112.在上述技术方案的基础上，半棒支撑组件23可以分布在主支撑组件21的两侧，用于对两个半棒进行支撑。
113.或者，半棒支撑组件23也可以位于主支撑组件21的其中一侧，只对其中一个半棒进行辅助支撑。该方案中，通过合理设置取下半棒的步骤顺序，使半棒支撑组件23只对其中一个半棒进行辅助支撑，就可以实现两个半棒依次顺利被取走，一方面减少了半棒支撑组件23的数量，降低部件成本；另一方面也简化了安装布局及安装步骤，降低装配难度及成本，后续也降低了维护成本。
114.半棒支撑组件23的数量可以根据待切割硅棒的直径、主支撑组件21的尺寸进行设定。例如：半棒支撑组件23为至少两个，各半棒支撑组件23与主支撑组件21之间的距离相等，即：各半棒支撑组件23间隔布设，且位于在同一圆上。本实施例中，采用两个半棒支撑组件23，分别位于一组边皮支撑组件22的两侧。
115.一种实施方式：半棒支撑组件23包括：半棒支撑头及半棒驱动件。其中，半棒驱动件用于驱动半棒支撑头朝向硅棒移动或远离硅棒移动。具体的，如图1所示的切割方法，在第一步中，半棒支撑头处于初始位置，即：半棒支撑头的顶部低于主支撑组件21，不对硅棒进行支撑。在第二步开始之前，半棒驱动件驱动半棒支撑头向上移动至与硅棒接触进行支撑。在第二步结束后，需要取走被半棒支撑头支撑的半棒之前，下料机构夹住半棒，然后半棒驱动件驱动半棒支撑头下降，与半棒分离。
116.半棒驱动件可以采用电机驱动、液压驱动或气动驱动的方式。本实施例中，半棒驱动件为气动驱动件，通过气动驱动的方式驱动半棒支撑头上下运动。
117.本实施例还提供一种半棒支撑头的实现方式。如图13所示，半棒支撑头包括：半棒支撑壳体231、半棒支撑压缩弹簧232、半棒支撑导向件233、半棒支撑压紧杆234和半棒支撑
压紧块235。其中，半棒支撑壳体231与半棒驱动件相连。半棒支撑壳体231内设有空腔，空腔的一端通过堵块236封堵。半棒支撑导向件233设置于半棒支撑壳体231内且位于半棒支撑壳体231的一端，半棒支撑导向件233设有中心孔。
118.半棒支撑压紧杆234穿过半棒支撑导向件233的中心孔，插入半棒支撑壳体231内，半棒支撑压缩弹簧232设置于半棒支撑压紧杆234和堵块236之间。半棒支撑压紧杆234的一端露出半棒支撑壳体231并与半棒支撑压紧块235相连。半棒支撑压紧块235用于与硅棒接触。
119.半棒驱动件驱动半棒支撑头向上移动，至半棒支撑压紧块235对硅棒施加压力，硅棒产生的反作用力促使半棒支撑压紧块235推动半棒支撑压紧杆234向下移动，并压缩半棒支撑压缩弹簧232。半棒支撑压缩弹簧232的反弹力促使半棒支撑压紧块235顶紧硅棒，与硅棒之间保持接触。
120.上述半棒压紧头可以采用与半棒支撑头相似的结构，此处不再详细说明。
121.上述边皮支撑组件22的数量为多个，对称分布于主支撑组件21的两侧，分别对两侧的边皮料进行支撑。类似的，边皮支撑组件22具体包括边皮支撑头及边皮驱动件，边皮驱动件为气动驱动件。
122.如图1所示的切割方法，在第一步开始之前，各边皮驱动件驱动边皮支撑头向上运动至与硅棒待切割形成边皮的区域接触进行支撑。在第一步切割完毕后，通过边皮卸载机构夹紧边皮料，边皮驱动件驱动边皮支撑头下降，边皮卸载机构将切割得到的两块边皮取走，再执行第二步。在第二步开始之前，各边皮驱动件驱动边皮支撑头再次向上运动至与硅棒待切割形成边皮的区域接触进行支撑，后续边皮驱动件的动作过程与第一步相同。
123.在上述技术方案的基础上，主支撑组件21的顶面中部向下凹陷形成让线槽，让线槽从主支撑组件21顶面的一端贯通至顶面的另一端。
124.上述主支撑组件21中的主要部件为支撑浮动头211，硅棒放置于支撑浮动头211上，支撑浮动头211与硅棒接触并对硅棒进行支撑。进一步的主支撑组件21还包括：转动组件212，设置于支撑浮动头211的下方，与支撑浮动头211相连用于驱动支撑浮动头211转动。支撑浮动头211可以产生水平转动，以满足图1步骤中水平转动90
°
的需要。支撑浮动头211也可以实现万向转动，以适应端面不平整的硅棒，例如：硅棒的端面与其中心线不垂直，或者端面凹凸不平，支撑浮动头211能产生万向转动，使硅棒的中心线始终保持在竖向，能够满足切割要求。
125.在图1的第三步中，一条切割线将从硅棒的中心销附近进行切割，当向下完成对硅棒切割后，该切割线进入让线槽2113内，避免切割线对支撑浮动头211进行切割致其损坏。后续将半棒从支撑装置取走之后，切割装置带着切割线向上移动回到原始位置。
126.如图12所示，本实施例所提供的支撑浮动头211包括：基体2111及支撑件2112，支撑件2112设置于基体2111的顶部。支撑件2112的顶面中部向下凹陷形成让线槽2113，让线槽2113从支撑件2112顶面的一端贯通至顶面的另一端。
127.让线槽2113在基体上的位置可根据对硅棒进行切割的位置进行设定，例如：若经过硅棒的中心线进行切割，则让线槽2113可设置在基体2111的中心位置；若不经过硅棒的中心线进行切割，则让线槽2113设置在与切割位置对应的位置即可。
128.本实施例中，支撑件2112为圆柱体，其顶面为圆形。让线槽2113经过支撑件2112的
顶面直径，也即经过支撑件2112的中心线。则当硅棒的中心线与支撑件2113的中心线重合时，切割线经过硅棒的中心线进行切割，将硅棒切割成横截面积相等的两个半棒，切割后切割线进入让线槽2113内。两个半棒的横截面积相等，后续可先后进入切片机进行切割，得到相同规格的小硅片，有利于按照统一的规格进行生产和储存，也能提高生产效率和存储效率，提高存储空间利用率。
129.如图1所示的切割步骤中，在第一步切割之前，浮动头处于图10所示的角度，用于对硅棒进行切割的两条切割线段与让线槽2113垂直。第一步结束之后，控制浮动头转动90
°
同时带动硅棒转动90
°
，转到图11的角度。在第二步中，用于对硅棒进行切割的两条切割线段与让线槽平行，则图1中第二步中位于中间的切割线段在切割后进入让线槽2113内。
130.进一步的，支撑件2112的侧壁设有基准平面2114，基准平面2114沿竖向延伸，且与让线槽2113的延伸方向平行，相当于在支撑件2112的边缘切掉一部分。基准平面2114一方面用于在支撑件2112安装的过程中进行定位，通过检测基准平面2114的角度及位置来判断支撑件2112是否安装到位；另一方面对边皮支撑组件22进行让位，避免在水平转动过程中撞到边皮支撑组件22。基准平面2114具体为两个，对称布置在让线槽2113的两侧。
131.进一步的，在支撑件2112的顶面设置多个支撑块2115，支撑块2115与硅棒接触。具体的，支撑块2115均匀分布在支撑件2112的顶面，以对硅棒进行均匀地支撑，使其受力均匀，降低翻倒的概率。
132.上述方案中，让线槽2113将支撑件2112的顶面分隔为两部分，每部分上设有多个支撑块2115，各支撑块2115在该部分上均匀排布。如图10和图11所示，每部分设置三个支撑块2115，两个支撑块2115位于让线槽2113的旁边，另一个位于基准平面2114的附近。
133.本实施例提供的线切割设备和切割装置均能够作为独立的产品进行生产和销售。线切割设备具有与上述切割装置相同的技术效果。
134.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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技术和简化描述，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技术的限制。
135.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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
136.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；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技术中的具体含义。
137.尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
138.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种切割装置，其特征在于，包括：切割框架；三个切割机头，设置于切割框架上；三个切割机头可相对于切割框架沿竖向移动，以通过至少两个切割机头上绕设的切割线对待切割工件进行切割；至少两个切割机头可相对于切割框架沿横向移动，其中一个切割机头可移动到待切割件的顶部中心位置，以在该位置处竖向移动对待切割件进行切割。2.根据权利要求1所述的切割装置，其特征在于，三个切割机头中的第一切割机头设置于第二切割机头上，与第二切割机头一同相对于切割框架沿竖向移动，或一同相对于切割框架沿横向移动。3.根据权利要求2所述的切割装置，其特征在于，第一切割机头活动设置于第二切割机头上，可相对于第二切割机头沿横向移动。4.根据权利要求1所述的切割装置，其特征在于，还包括：竖向导向机构，设置于切割机头与切割框架之间，以使切割框架沿着竖向导向机构竖向移动；所述竖向导向机构包括：竖向滑轨，设置于切割框架上，沿竖向方向延伸；竖向滑板，与竖向滑轨滑动配合；所述切割机头设置于竖向滑板上，与竖向滑板一同沿竖向移动。5.根据权利要求4所述的切割装置，其特征在于，还包括：竖向驱动机构和竖向传动机构，设置于切割框架上；竖向驱动机构用于提供切割机头沿竖向移动的驱动力；竖向传动机构用于将竖向移动的驱动力传递给切割机头；所述竖向传动机构包括：沿竖向延伸的竖向丝杠及与竖向丝杠螺纹配合的螺母，竖向丝杠与竖向驱动机构相连，螺母与竖向滑板相连。6.根据权利要求1-5任一项所述的切割装置，其特征在于，还包括：锁止机构，设置于切割框架的上部，用于在切割机头向上移动到位后对切割机头进行锁止。7.根据权利要求4所述的切割装置，其特征在于，还包括：机头框架，与竖向滑板固定连接；横向滑轨，设置于机头框架上，沿横向延伸；横向滑板，与横向滑板滑动配合；所述切割机头固定至横向滑板。8.根据权利要求7所述的切割装置，其特征在于，还包括：横向驱动机构和横向传动机构，设置于机头框架上；横向驱动机构用于提供切割机头沿横向移动的驱动力；横向传动机构用于将横向移动的驱动力传递给切割机头；所述横向传动机构包括：沿横向延伸的横向丝杠及与横向丝杠螺纹配合的螺母，横向丝杠与横向驱动机构相连，螺母与横向滑板相连。9.根据权利要求1所述的切割装置，其特征在于，所述切割机头包括：机头架；至少两个用于绕设环形切割线的切割线轮，设置于机头架上；张力轮组件，设置于机头架上；所述张力轮组件包括张力轮，张力轮用于对调节切割线的张力。10.一种线切割设备，其特征在于，包括：如权利要求1-9任一项所述的切割装置。11.根据权利要求10所述的线切割设备，其特征在于，还包括：压紧装置和支撑装置；所
述支撑装置用于从底部对待切割件进行支撑；所述压紧装置用于从顶部对待切割件进行压紧。12.根据权利要求11所述的线切割设备，其特征在于，所述压紧装置包括：主压紧组件和半棒压紧组件；半棒压紧组件位于主压紧组件的外围，用于对半棒进行压紧；一个切割机头可移动到待切割件的顶部中心位置且位于主压紧组件和半棒压紧组件之间，以在该位置处竖向移动对待切割件进行切割。

技术总结
本申请实施例提供一种切割装置及线切割设备，其中，切割装置包括：切割框架；三个切割机头，设置于切割框架上；三个切割机头可相对于切割框架沿竖向移动，以通过至少两个切割机头上绕设的切割线对待切割工件进行切割；至少两个切割机头可相对于切割框架沿横向移动，其中一个切割机头可移动到待切割件的顶部中心位置，以在该位置处竖向移动对待切割件进行切割。本申请实施例提供的切割装置及线切割设备能够满足将方棒切割成横截面积较小的半棒的要求，后续对半棒进行切片直接得到了尺寸较小的小硅片。的小硅片。的小硅片。


技术研发人员：霍士凡 薛俊兵
受保护的技术使用者：青岛高测科技股份有限公司
技术研发日：2023.03.23
技术公布日：2023/9/16