CN103803553B - 多晶硅熔炼自动捣渣机械臂 - Google Patents

Abstract

多晶硅熔炼自动捣渣机械臂，涉及多晶硅熔炼设备。设有控制器、工作台、底座旋转控制伺服电动机、旋转控制转台、旋转控制台防护底座、机械臂升降调整机构、机械臂连接装置、第一机械臂、机械臂螺杆控制伺服电动机、伸缩螺杆、机械臂连接螺栓、第二机械臂、反复气缸、弹簧、夹具和段接式石墨棒。底座旋转控制伺服电动机安装于工作台下方，底座旋转控制伺服电动机与旋转控制转台相连，机械臂升降调整机构固定在旋转控制转台上，第一机械臂通过焊接固定在机械臂连接装置上，第一机械臂上端放置动力装置机械臂螺杆控制伺服电动机，安装时将第一机械臂与伸缩螺杆相连；第二机械臂一端与第一机械臂连接，第二机械臂另一端与反复气缸相连。

Description

多晶硅熔炼自动捣渣机械臂

技术领域

本发明涉及多晶硅熔炼设备，尤其是涉及一种多晶硅熔炼自动捣渣机械臂。

背景技术

半导体硅的优点很多，其中高可靠性、高效、耐高温高压等特性特别适合作为太阳能电池的材料。目前，世界上大部分太阳能电池都采用多晶硅制造，从转化效率上来说，光电转换的效率与所用硅原料的纯度成正比关系。所以多晶硅的重要性不言而喻，它在全球的光伏产业中占有举足轻重的地位。在多晶硅熔炼造渣过程中，硅水液面易氧化，在硅水表面形成硅渣，不仅影响到多晶硅的产品质量，而且容易造成安全事故。因此需要人工捣渣，现阶段常需要捣渣工作人员近距离地用捣炉棒进行捣渣，但是由于周围环境温度很高，工作人员的工作条件十分恶劣，整套捣渣流程也无法进行定量控制，从而导致产品质量难以保证。

发明内容

本发明的目的在于提供可提高产品质量和工人工作效率，改善工人工作环境，降低安全事故发生率的一种多晶硅熔炼自动捣渣机械臂。

本发明设有控制器、工作台、底座旋转控制伺服电动机、旋转控制转台、旋转控制台防护底座、机械臂升降调整机构、机械臂连接装置、第一机械臂、机械臂螺杆控制伺服电动机、伸缩螺杆、机械臂连接螺栓、第二机械臂、反复气缸、弹簧、夹具和段接式石墨棒；

所述控制器与底座旋转控制伺服电动机和机械臂螺杆控制伺服电动机电连接，以实现第一机械臂和第二机械臂在坩埚圆面范围内的自由移动捣渣；用于控制底座旋转的底座旋转控制伺服电动机安装于工作台下方，底座旋转控制伺服电动机与旋转控制转台相连，在工作时带动旋转控制转台转动；旋转控制转台外部设有防护底座；机械臂升降调整机构固定在旋转控制转台上，第一机械臂通过焊接固定在机械臂连接装置上，第一机械臂的上端放置动力装置机械臂螺杆控制伺服电动机，安装时将第一机械臂与伸缩螺杆相连；第二机械臂的一端通过机械臂连接螺栓与第一机械臂连接，第二机械臂的另一端通过焊接与反复气缸相连；反复气缸内部设有活塞和弹簧，弹簧的一端固定于反复气缸底部，用于支撑活塞，在弹簧露出反复气缸的末端固定有夹具，连接在活塞末端的夹具夹着段接式石墨棒。

在多晶硅熔炼过程中，中频炉炉口辐射范围温度较高，不适于操作人员直接近距离操作，所以需要所述整体装置来实现自动坩埚硅水捣渣控制；所述控制器由技术操作人员在控制器上通过编程控制所述两台伺服电动机，以实现所述机械臂在坩埚圆面范围内的自由移动捣渣；所述底座旋转控制伺服电动机可以安装于工作台下方，并可通过齿轮等机构与旋转控制转台相连；所述旋转控制转台强度需足够支撑所述机械臂升降调整机构，在所述的机械臂升降调整机构的特定区域，具有一系列钻孔，这一系列钻孔呈垂直排列方式，机械臂的高低可以通过插销或其他装置，配合这些钻孔来实现高度调整；所述的两段机械臂连接处采用类似铰链的连接方式；在铰链连接处，安装有可以精确控制机械臂弯曲动作的伸缩螺杆和机械臂螺杆控制伺服电动机，所述伸缩螺杆与机械臂螺杆控制伺服电动机可通过齿轮等相关装置相连接，机械臂螺杆控制伺服电动机可以为伸缩螺杆提供动力支持，从而精确地调整机械臂的张角；所述两台伺服电机由控制器精确控制，配合实现机械臂末端石墨棒在坩埚圆面范围内的自由移动；在远离机械臂升降调整机构的机械臂末端，可通过一些固定装置来对所述气缸进行固定；所述气缸与所述弹簧配合，实现活塞的反复运动；可将一定数量的所述段接式石墨棒通过螺纹锁紧机构首尾相连，形成合适长度的捣渣棒，实现无损耗补充，并通过相关锁紧机构锁紧到活塞末端，从而实现捣渣棒的反复运动。

以下给出本发明的工作原理：

本发明主要设有控制器，工作台，底座旋转控制伺服电动机，旋转控制转台，旋转控制台防护底座，机械臂升降调整机构，机械臂连接装置，第一机械臂，第二机械臂，机械臂螺杆控制伺服电动机，伸缩螺杆，机械臂连接螺栓，反复气缸，弹簧，夹具，段接式石墨棒等部分；底座旋转控制伺服电动机连接旋转控制转台，通过底座旋转转控制伺服电动机实现机械臂圆周范围内的移动，旋转控制转台上固定机械臂升降调整机构，机械臂和机械臂连接装置一起固定于升降调整机构上，机械臂可通过升降调整机构上的钻孔来调整高度，两段机械臂的连接处装有由机械臂螺杆控制伺服电动机控制的伸缩螺杆，可以精确地控制机械臂的张角，机械臂的末端装有气动装置，气缸里活塞的反复运动带动石墨棒的反复运动进行捣渣。捣渣机械臂装置工作时，工人在升降调整转轴设定好高度，通过两个伺服电机调整好末端执行石墨棒的坐标位置，启动空压机就能通过活塞使石墨棒进行捣渣工作；

在多晶硅熔炼的过程中，坩埚中的液态多晶硅温度高达1000℃左右，由于坩埚内外温差的影响，液态多晶硅表面极易形成固态硅渣从而覆盖在液态多晶硅表面。在多晶硅熔炼领域，这种现象的存在不仅影响着产品的质量，而且如果没有相关的处理完备，极有可能发生***，危及生命财产安全。现阶段的解决方案往往采用的是人工捣渣法，即多晶硅熔炼时，操作工人手持一定长度的工具，在离坩埚特定距离的地点，对坩埚里的液态多晶硅进行捣渣，从而避免表面固态硅渣的覆盖。即便如此，捣渣工人的工作条件和工作环境也非常恶劣，周边气温常达到30～40℃。高温环境下，也严重影响了捣渣工人的工作效率。本发明将机械控制领域的机械手臂概念引入了多晶硅熔炼领域，旨在实现多晶硅熔炼过程中捣渣环节的自动化和人性化，机械手臂的引入，克服了人工捣渣过程中不可避免会出现的误操作，而且大大地提高了精确度，本发明中底座的旋转、机械臂的升降和两机械臂之间的弯曲，完全能够捣碎坩埚表面的硅渣，真正实现了全方位的捣渣覆盖，并且具有人工捣渣所不具备的准确周期性和可靠性，另一方面，这也改善了操作工人的工作环境，对产品质量的管控、安全事故的降低以及生产率的提高都有巨大的推动作用。

本发明将机械手臂技术应用于多晶硅熔炼中的捣渣环节，以提高产品质量和工人工作效率，改善工人工作环境，降低安全事故的发生。

附图说明

图1为本发明实施例的结构组成示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明实施例设有控制器1、工作台2、底座旋转控制伺服电动机3、旋转控制转台4、旋转控制台防护底座5、机械臂升降调整机构6、机械臂连接装置7、第一机械臂8、机械臂螺杆控制伺服电动机9、伸缩螺杆10、机械臂连接螺栓11、第二机械臂12、反复气缸13、弹簧14、夹具15和段接式石墨棒16；

所述控制器1与底座旋转控制伺服电动机3和机械臂螺杆控制伺服电动机9电连接，以实现第一机械臂8和第二机械臂12在坩埚17圆面范围内的自由移动捣渣；用于控制底座旋转的底座旋转控制伺服电动机3安装于工作台2下方，底座旋转控制伺服电动机3与旋转控制转台4相连，在工作时带动旋转控制转台4转动；旋转控制转台4外部设有防护底座5；机械臂升降调整机构6固定在旋转控制转台4上，第一机械臂8通过焊接固定在机械臂连接装置7上，第一机械臂8的上端放置动力装置机械臂螺杆控制伺服电动机9，安装时将第一机械臂8与伸缩螺杆10相连；第二机械臂12的一端通过机械臂连接螺栓11与第一机械臂8连接，第二机械臂12的另一端通过焊接与反复气缸13相连；反复气缸13内部设有活塞和弹簧14，弹簧14的一端固定于反复气缸13底部，用于支撑活塞，在弹簧14露出反复气缸13的末端固定有夹具15，连接在活塞末端的夹具15夹着段接式石墨棒16。

本发明的目标对象为坩埚17内硅水表面的硅渣，中频炉18位于最外层。

多晶硅熔炼过程中频炉炉口辐射范围温度较高，不适于操作人员直接近距离操作，所以需要本发明装置来实现自动坩埚硅水捣渣控制；控制器1由技术操作人员在控制器上通过编程控制底座旋转控制伺服电动机3和机械臂螺杆控制伺服电动机9，以实现第一机械臂8和第二机械臂12在坩埚17圆面范围内的自由移动捣渣；用于控制底座旋转的底座旋转控制伺服电动机3安装于工作台下方，与旋转控制转台4相连，在工作时带动其转动；为了对旋转控制转台4进行保护，在其外部加了防护底座5；在旋转控制转台4上，固定有机械臂升降调整机构6，在其特定区域，具有经过特殊加工过的钻孔，垂直排列，以便对机械臂连接装置7进行升降调整。同时，第一机械臂8通过焊接固定于机械臂连接装置7上，第一机械臂8的另一端做成类似铰链的结构，以便于固定连接；第一机械臂8的上端放置动力装置机械臂螺杆控制伺服电动机9，安装时将其与伸缩螺杆10相连，从而大幅提高机械臂张角控制的精度；第二机械臂12的一端通过机械臂连接螺栓11与第一机械臂8连接，第二机械臂12的另一端通过焊接与反复气缸13相连；反复气缸13内部具有活塞和弹簧14两个组件，弹簧14的一端固定于反复气缸13底部，支撑起活塞，在弹簧14露出反复气缸13的末端，固定有夹具15，以通过反复气缸13内活塞的运动带动夹具15的运动，当反复气缸13的进气口有气体进入时，活塞受到压缩压紧弹簧14向下运动，此时连接在活塞末端的夹具15也夹着段接式石墨棒16向下运动完成捣渣，当活塞顶部低于出气口时，气体从出气口排出，弹簧14恢复原长的过程中将活塞向上顶起，此时连接在活塞末端的夹具15也夹着段接式石墨棒16向上运动；段接式石墨棒16具有特殊结构，采用螺纹锁紧机构首尾相连，以便于减轻工人劳动强度和减少维护成本，可实现石墨棒的无损耗补充；

当捣渣机械臂准备开始工作时，操作人员将首尾相连的段接式石墨棒16调整到合适的长度后，再通过夹具15固定到反复气缸13的活塞末端；然后操作人员通过调整机械臂升降调整机构6和机械臂连接装置7，调整机械臂末端段接式石墨棒16与坩埚17内硅液平面的距离。

准备工作就绪后，操作人员启动控制器1，发出控制指令，此时底座旋转控制伺服电动机2启动，带动旋转控制转台4和机械臂升降调整机构6转动到机械臂捣渣所需位置；然后操作人员再从控制器1发出控制指令，此时机械臂螺杆控制伺服电动机9启动，带动具有高精度的伸缩螺杆10运动，以此来调整第一机械臂8和第二机械臂12间的张角，实现机械臂的旋转弯曲动作；如此通过编程控制底座旋转控制伺服电动机3和机械臂螺杆控制伺服电动机9，间接地实现了段接式石墨棒16在坩埚17圆面范围内的固定轨迹运动；反复气缸13通有气源，操作人员启动空压机，气源进入反复气缸13后，活塞受到气体挤压，顶住弹簧14向下运动；此时，活塞末端固定的夹具15便带动段接式石墨棒16向下运动，把坩埚17表面的硅渣捣碎；当活塞顶部运动到低于反复气缸13的出气口时，气体排出；此时弹簧14由压缩状态复原，将活塞顶起，活塞末端固定的夹具15便带动段接式石墨棒16向上运动；如此通过气缸内气体的输入和排出间接实现段接式石墨棒16的反复运动，从而达到段接式石墨棒16在坩埚17圆面内任意点的捣渣自动控制。

Claims (1)

1.多晶硅熔炼自动捣渣机械臂，其特征在于设有控制器、工作台、底座旋转控制伺服电动机、旋转控制转台、旋转控制台防护底座、机械臂升降调整机构、机械臂连接装置、第一机械臂、机械臂螺杆控制伺服电动机、伸缩螺杆、机械臂连接螺栓、第二机械臂、反复气缸、弹簧、夹具和段接式石墨棒；

所述控制器与底座旋转控制伺服电动机和机械臂螺杆控制伺服电动机电连接，以实现第一机械臂和第二机械臂在坩埚圆面范围内的自由移动捣渣；用于控制底座旋转的底座旋转控制伺服电动机安装于工作台下方，底座旋转控制伺服电动机与旋转控制转台相连，在工作时带动旋转控制转台转动；旋转控制转台外部设有防护底座；机械臂升降调整机构固定在旋转控制转台上，第一机械臂通过焊接固定在机械臂连接装置上，第一机械臂的上端放置动力装置机械臂螺杆控制伺服电动机，安装时将第一机械臂与伸缩螺杆相连；第二机械臂的一端通过机械臂连接螺栓与第一机械臂连接，第二机械臂的另一端通过焊接与反复气缸相连；反复气缸内部设有活塞和弹簧，弹簧的一端固定于反复气缸底部，用于支撑活塞，在弹簧露出反复气缸的末端固定有夹具，所述夹具连接在活塞末端并夹着段接式石墨棒。