CN106444630A - 砂浆在线调控方法及装置 - Google Patents

砂浆在线调控方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种砂浆在线调控方法及装置，所述方法包括：获取在线切割过程中的实时切割参数；将所述切割参数代入预设的磨粒磨损率模型获取对应的磨粒磨损率；根据所述磨粒磨损率判断是否需要添加新砂浆；若需要添加新砂浆，则根据所述磨粒磨损率计算需要添加的所述新砂浆的体积和规格。本发明将获取的在线切割过程中的切割参数代入预设的磨粒磨损率模型中实时获取当前的磨粒磨损率，判断当前是否需要添加砂浆，若需要，则根据磨粒磨损率计算需要添加的新砂浆的体积和规格，根据新砂浆的体积和规格即可在线添加新砂浆，从而保持砂浆切割效率长时间处于稳定状态。

Description

砂浆在线调控方法及装置
技术领域
本发明涉及太阳能硅片切割加工领域，特别是涉及一种砂浆在线调控方法及装置。
背景技术
在线砂浆回收砂浆***是将线切割后的废砂浆经离心机处理，将小颗粒去除后再进行重复使用的技术。通常砂浆在线切割的耗材成本中超过60％，因此，在线回收砂浆***成为线切割降低成本的一项重要手段。
砂浆中的磨粒颗粒在切割过程中会受到摩擦，因此，通常回收后的磨粒颗粒会因切割时受到磨损，其粒径变小，棱角变得圆滑。
切割过程中，想对硅片切割砂浆进行控制优化以达到最佳的状态，就必须掌握砂浆中磨粒颗粒的磨损模型。硅片切割过程中砂浆中磨粒颗粒的磨损是一个三体磨损过程，受多种因素控制，是一个复杂的不可逆过程。目前对于在线***中磨粒切割能力的恢复只是通过质量守恒等简单参数来进行砂浆磨粒的去除与补充，砂浆切割效率很难长时间保持稳定状态，因此如何对在线砂浆进行小颗粒去除与新砂的补充保持砂浆的切割能力是一个急待解决的问题。
发明内容
基于此，有必要提供一种砂浆在线调控方法及装置，在线添加砂浆，提高砂浆切割的稳定性。
一种砂浆在线调控方法，所述方法包括：
获取在线切割过程中的实时切割参数；
将所述切割参数代入预设的磨粒磨损率模型获取对应的磨粒磨损率；
根据所述磨粒磨损率判断是否需要添加新砂浆；
若需要添加新砂浆，则根据所述磨粒磨损率计算需要添加的所述新砂浆的体积和规格。
在其中一个实施例中，所述预设的磨粒磨损率模型为如下公式：
其中，η表示磨粒磨损率，R表示磨粒的粒径，q表示作用在磨粒上的载荷力，m表示有效磨粒数，C表示磨粒的圆度值，K1表示磨粒磨损常数，K2表示载荷修正常数，H1表示磨粒的硬度，H2表示被磨材料接触面的硬度，K3表示硬度修正常数，L表示切割量程，V表示砂浆的体积。
在其中一个实施例中，所述公式中包括的常数K1、K2、K3的常数值的获取包括以下步骤：
从在线***数据库中提取预设数目组的切割磨损数据；
分别计算出所述预设数目组的切割磨损数据中的每一组所对应的磨粒磨损率；
将所述预设数目组的切割磨损数据与对应的实际磨粒磨损率进行多元回归分析获取所述常数K1、K2、K3的常数值。
在其中一个实施例中，所述预设数目组的个数大于或等于8。
在其中一个实施例中，所述分别计算出所述预设数目组的切割磨损数据中的每一组所对应的磨粒磨损率包括：
通过激光粒度仪检测切割前后磨粒的粒径R小于预设值的磨粒的含量变化获取磨损后的微粉含量；
根据微粉含量与砂浆的体积比计算对应的磨粒磨损率。
在其中一个实施例中，所述新砂浆的体积和规格包括有三个参数，新砂浆的体积V1，新砂浆中磨粒的粒径R1和新砂浆的磨粒的圆度值C1，其中，所述新砂浆的体积V1＝V*η，新砂浆中磨粒的粒径新砂浆的磨粒的圆度值其中，R为磨损前磨粒的粒径，R2为磨损后磨粒的粒径，C为磨损前磨粒圆度值，C2为磨损后磨粒的圆度值。
以上所述砂浆在线调控方法中，将获取的在线切割过程中的切割参数代入预设的磨粒磨损率模型中实时获取当前的磨粒磨损率，判断当前是否需要添加砂浆，若需要，则根据磨粒磨损率计算需要添加的新砂浆的体积和规格，根据新砂浆的体积和规格即可在线添加新砂浆，从而保持砂浆切割效率长时间处于稳定状态。
一种砂浆在线调控装置，所述装置包括：
获取模块，用于获取在线切割过程中的实时切割参数；
磨损率获取模块，用于将所述切割参数代入预设的磨粒磨损率模型获取对应的磨粒磨损率；
判断模块，用于根据所述磨粒磨损率判断是否需要添加新砂浆；
计算模块，用于在所述判断模块判断出需要添加新砂浆时，根据所述磨粒磨损率计算需要添加的所述新砂浆的体积和规格。
在其中一个实施例中，所述预设的磨粒磨损率模型为如下公式：
其中，η表示磨粒磨损率，R表示磨粒的粒径，q表示作用在磨粒上的载荷力，m表示有效磨粒数，C表示磨粒的圆度值，K1表示磨粒磨损常数，K2表示载荷修正常数，H1表示磨粒的硬度，H2表示被磨材料接触面的硬度，K3表示硬度修正常数，L表示切割量程，V表示砂浆的体积。
在其中一个实施例中，所述新砂浆的体积和规格包括有三个参数，新砂浆的体积V1，新砂浆中磨粒的粒径R1和新砂浆的磨粒的圆度值C1，其中，所述新砂浆的体积V1＝V*η，新砂浆中磨粒的粒径新砂浆的磨粒的圆度值其中，R为磨损前磨粒的粒径，R2为磨损后磨粒的粒径，C为磨损前磨粒圆度值，C2为磨损后磨粒的圆度值。
以上所述砂浆在线调控装置中，将获取的在线切割过程中的切割参数代入预设的磨粒磨损率模型中实时获取当前的磨粒磨损率，判断当前是否需要添加砂浆，若需要，则根据磨粒磨损率计算需要添加的新砂浆的体积和规格，根据新砂浆的体积和规格即可在线添加新砂浆，从而保持砂浆切割效率长时间处于稳定状态。
附图说明
图1为一实施例的砂浆在线调控方法的流程示意图；
图2为磨粒磨损率模型中常数K1、K2、K3的常数值获取的方法流程示意图；
图3为切割前后碳化硅的粒径分布示意图；
图4为切割前后碳化硅的粒径变化差值示意图；
图5为一实施例的砂浆在线调控装置的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一实施例的砂浆在线调控方法包括步骤S120至步骤S180。
步骤S120，获取在线切割过程中的实时切割参数。
步骤S140，将切割参数代入预设的磨粒磨损率模型获取对应的磨粒磨损率；
步骤S160，根据磨粒磨损率判断是否需要添加新砂浆；
步骤S180，若需要添加新砂浆，则根据磨粒磨损率计算需要添加的新砂浆的体积和规格。
以上所述砂浆在线调控方法中，将获取的在线切割过程中的切割参数代入预设的磨粒磨损率模型中实时获取当前的磨粒磨损率，判断当前是否需要添加砂浆，若需要，则根据磨粒磨损率计算需要添加的新砂浆的体积和规格，根据新砂浆的体积和规格即可在线添加新砂浆，从而保持砂浆切割效率长时间处于稳定状态。
本实施例中，预设的磨粒磨损率模型为如下公式：
其中，η表示磨粒磨损率，R表示磨粒的粒径，q表示作用在磨粒上的载荷力，m表示有效磨粒数，C表示磨粒的圆度值，K1表示磨粒磨损常数(根据磨料的硬度、粒径分布和起切割作用的有效磨粒数等因素决定)，K2表示载荷修正常数(根据钢线张力，送线速度，切割速度等因素控制)，H1表示磨粒的硬度，H2表示被磨材料接触面的硬度，K3表示硬度修正常数(由磨粒硬度和被切割磨料的硬度共同决定)，L表示切割量程，V表示砂浆的体积。
以上公式包含有与在线切割过程中的不同参数，使在线切割时的切割参数可以代替入以上公式中，从而实时判断是否添加砂浆，保证砂浆切割效率在整个过程保持一致，且可长时间处于这种最优的稳定状态。
如图2所示，公式中包括的常数K1、K2、K3的常数值的获取包括步骤S210至步骤S230。
步骤S210，从在线***数据库中提取预设数目组的切割磨损数据；
步骤S220，分别计算出预设数目组的切割磨损数据中的每一组所对应的磨粒磨损率；
步骤S230，将预设数目组的切割磨损数据与对应的实际磨粒磨损率进行多元回归分析获取常数K1、K2、K3的常数值。
在线砂浆***数据库存放有切割实验数据，从中可以提取出预设数目组的切割磨损数据。预设数目组的个数需要大于或等于8以满足计算常数K1、K2、K3的常数值的最低需要。
其中，在由步骤S220分别计算出预设数目组的切割磨损数据中的每一组所对应的磨粒磨损率时，可以通过激光粒度仪检测切割前后磨粒的粒径R小于预设值的磨粒的含量变化获取磨损后的微粉含量，根据微粉含量与砂浆的体积比计算对应的磨粒磨损率。
对于需要添加的新砂浆，新砂浆的体积和规格包括有三个参数，新砂浆的体积V1，新砂浆中磨粒的粒径R1和新砂浆的磨粒的圆度值C1，其中，新砂浆的体积V1＝V*η，新砂浆中磨粒的粒径新砂浆的磨粒的圆度值其中，R为磨损前磨粒的粒径，R2为磨损后磨粒的粒径，C为磨损前磨粒圆度值，C2为磨损后磨粒的圆度值。
具体而言，对于本实施例建立的如下磨粒磨损率模型： 在获取常数K1、K2、K3的常数值时，本实施例通过以下内容进行进一步说明。
由于本实施例一般用于对硅片进行切割，本实施例采用硅片切割机选用AppliedMaterials公司的HCT-B5作为实验机床。
砂浆采用PEG为分散液，碳化硅为磨粒，以1:1比例混合使用。
切割工艺如下：送线速度12m/s，切割速度为445μm/min，钢线张力T为25N；导轮间距δGF为0.68m；线弓高度B为0.01m；被磨材料Si的弹性模量E为182GPa，SiC表面硬度H1为9.5kgf/m3；Si表面硬度H2为7kgf/m3；泊松比μ为0.142。
本实施例从在线***数据库中提取12组切割实验数据回归建立的磨粒磨损率模型。具体的数据如下表所示：
由以上表中所示可知，本实施例中的每一组中的切割磨损数据包括5个参数，分别为切割量程L(单位米)，磨粒的粒径R(单位微米)，磨粒的圆度值C，被磨材料硅的含量Si％/，砂浆的体积V(单位升)。需要指出的是，本实施例中，磨粒的粒径R也可采用中位径D50表示，以符合真实的粒径需要。
通常实验机床可以根据需要进行选择，如实际生产过程中真实采用的机床等。砂浆的选择必须与对应的实验机床吻合，符合实验机床的操作要求。切割工艺可以根据实验机床确定。预设数目组的切割磨损数据以上选择为12组，其中，具体的个数可以根据实际情况选择，通常较多组的数据可以更为准确的计算出后续的磨粒磨损率。需要指出的是，本实施例采用以上12最终计算出的磨粒磨损率与采用更多组数据计算出的磨粒磨损率之间的误差在可以接受的范围内，这种误差不会对添加的新砂浆的体积和规格造成影响。需要指出的是，本实施例中步骤S210至步骤S230的实现是基于确定实验机床和对应切割工艺的前提下实现的。
确定以上实验机床、切割工艺和预设的12组切割实验数据后，通过激光粒度仪检测切割前后磨粒中位径(D50)在预设值以下的含量变化确定磨损后的微粉含量，微粉含量Vm＝V(小粒径)－V(硅粉)，然后根据微粉含量与砂浆总量的体积比计算出实际的磨粒磨损率。其中，本实施例中，预设值优选为2.8um。本实施例中，根据以上12组数据及实验机床、切割工艺计算出的磨粒磨损率如下表所示：
其中，1至12为与以上12组对应的组别，下面对应的数字为与根据对应组的数据计算的磨粒磨损率。根据以上表中的12组数据及以上表中的12组磨粒磨损率进行多元回归分析即可获取常数K1、K2、K3的常数值。本实施例中，最终获取的K1＝0.993，K2＝3.26，K3＝0.94。代入以上预设的磨粒磨损率模型可得如下公式：
根据以上公式，在线切割过程中，获取在线切割过程中的实时切割参数后，即可将获取的切割参数代入以上公式，计算出对应的磨粒磨损率。
最后根据激光粒度仪测试切割前后磨粒的粒径(中位径)D50，新砂浆的添加体积和规格(新砂浆的体积和规格包括有三个参数，新砂浆的体积V1，新砂浆中磨粒的粒径R1和新砂浆的磨粒的圆度值C1)就可用以下公式表示：
新砂浆的体积V1＝V*η；
新砂浆中磨粒的粒径
新砂浆的磨粒的圆度值
其中，R为磨损前磨粒的粒径，R2为磨损后磨粒的粒径，C为磨损前磨粒圆度值，C2为磨损后磨粒的圆度值。
经验证，目前在线切割中砂浆中的磨粒的粒径D50为9.30μm，圆度值为0.9，作用在磨粒上的载荷力为1.47N，切割送线速度为12m/s，切割速度为445us/min。
根据以下磨粒磨损率模型：
以及图3所示的切割前后碳化硅的粒径分布示意图和图4所示的切割前后碳化硅的粒径变化差值示意图，可以得出以下值：
η/％ D50磨损前/μm D50磨损后/μm C(磨损后)
8.97 9.30 9.24 0.905
根据以下公式：
新砂浆的体积V1＝V*η；
新砂浆中磨粒的粒径
新砂浆的磨粒的圆度值
即可计算出新砂添加量为60.99L；新砂浆中磨粒D50规格为9.91um；新砂浆中磨粒的圆度值规格为0.899。
如图5所示，一实施例的砂浆在线调控装置包括获取模块120、磨损率获取模块140、判断模块160和计算模块180。
获取模块120用于获取在线切割过程中的实时切割参数；
磨损率获取模块140用于将切割参数代入预设的磨粒磨损率模型获取对应的磨粒磨损率；
判断模块160用于根据磨粒磨损率判断是否需要添加新砂浆；
计算模块180用于在判断模块判断出需要添加新砂浆时，根据磨粒磨损率计算需要添加的新砂浆的体积和规格。
以上所述砂浆在线调控装置中，将获取的在线切割过程中的切割参数代入预设的磨粒磨损率模型中实时获取当前的磨粒磨损率，判断当前是否需要添加砂浆，若需要，则根据磨粒磨损率计算需要添加的新砂浆的体积和规格，根据新砂浆的体积和规格即可在线添加新砂浆，从而保持砂浆切割效率长时间处于稳定状态。
其中，预设的磨粒磨损率模型为如下公式：
其中，η表示磨粒磨损率，R表示磨粒的粒径，q表示作用在磨粒上的载荷力，m表示有效磨粒数，C表示磨粒的圆度值，K1表示磨粒磨损常数(根据磨料的硬度、粒径分布和起切割作用的有效磨粒数等因素决定)，K2表示载荷修正常数(根据钢线张力，送线速度，切割速度等因素控制)，H1表示磨粒的硬度，H2表示被磨材料接触面的硬度，K3表示硬度修正常数(由磨粒硬度和被切割磨料的硬度共同决定)，L表示切割量程，V表示砂浆的体积。
其中，公式中包括的常数K1、K2、K3的常数值在获取时，从在线***数据库中提取预设数目组的切割磨损数据，分别计算出预设数目组的切割磨损数据中的每一组所对应的磨粒磨损率；将预设数目组的切割磨损数据与对应的实际磨粒磨损率进行多元回归分析获取常数K1、K2、K3的常数值。
在线砂浆***数据库存放有切割实验数据，从中可以提取出预设数目组的切割磨损数据。预设数目组的个数需要大于或等于8以满足计算常数K1、K2、K3的常数值的最低需要。
其中，在分别计算出预设数目组的切割磨损数据中的每一组所对应的磨粒磨损率时，可以通过激光粒度仪检测切割前后磨粒的粒径R小于预设值的磨粒的含量变化获取磨损后的微粉含量，根据微粉含量与砂浆的体积比计算对应的磨粒磨损率。
其中，新砂浆的体积和规格包括有三个参数，新砂浆的体积V1，新砂浆中磨粒的粒径R1和新砂浆的磨粒的圆度值C1，其中，新砂浆的体积V1＝V*η，新砂浆中磨粒的粒径新砂浆的磨粒的圆度值其中，R为磨损前磨粒的粒径，R2为磨损后磨粒的粒径，C为磨损前磨粒圆度值，C2为磨损后磨粒的圆度值。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种砂浆在线调控方法，其特征在于，所述方法包括：
获取在线切割过程中的实时切割参数；
将所述切割参数代入预设的磨粒磨损率模型获取对应的磨粒磨损率；
根据所述磨粒磨损率判断是否需要添加新砂浆；
若需要添加新砂浆，则根据所述磨粒磨损率计算需要添加的所述新砂浆的体积和规格。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设的磨粒磨损率模型为如下公式：
其中，η表示磨粒磨损率，R表示磨粒的粒径，q表示作用在磨粒上的载荷力，m表示有效磨粒数，C表示磨粒的圆度值，K1表示磨粒磨损常数，K2表示载荷修正常数，H1表示磨粒的硬度，H2表示被磨材料接触面的硬度，K3表示硬度修正常数，L表示切割量程，V表示砂浆的体积。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述公式中包括的常数K1、K2、K3的常数值的获取包括以下步骤：
从在线***数据库中提取预设数目组的切割磨损数据；
分别计算出所述预设数目组的切割磨损数据中的每一组所对应的磨粒磨损率；
将所述预设数目组的切割磨损数据与对应的实际磨粒磨损率进行多元回归分析获取所述常数K1、K2、K3的常数值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预设数目组的个数大于或等于8。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述分别计算出所述预设数目组的切割磨损数据中的每一组所对应的磨粒磨损率包括：
通过激光粒度仪检测切割前后磨粒的粒径R小于预设值的磨粒的含量变化获取磨损后的微粉含量；
根据微粉含量与砂浆的体积比计算对应的磨粒磨损率。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述新砂浆的体积和规格包括有三个参数，新砂浆的体积V1，新砂浆中磨粒的粒径R1和新砂浆的磨粒的圆度值C1，其中，所述新砂浆的体积V1＝V*η，新砂浆中磨粒的粒径新砂浆的磨粒的圆度值其中，R为磨损前磨粒的粒径，R2为磨损后磨粒的粒径，C为磨损前磨粒圆度值，C2为磨损后磨粒的圆度值。
7.一种砂浆在线调控装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于获取在线切割过程中的实时切割参数；
磨损率获取模块，用于将所述切割参数代入预设的磨粒磨损率模型获取对应的磨粒磨损率；
判断模块，用于根据所述磨粒磨损率判断是否需要添加新砂浆；
计算模块，用于在所述判断模块判断出需要添加新砂浆时，根据所述磨粒磨损率计算需要添加的所述新砂浆的体积和规格。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述预设的磨粒磨损率模型为如下公式：
其中，η表示磨粒磨损率，R表示磨粒的粒径，q表示作用在磨粒上的载荷力，m表示有效磨粒数，C表示磨粒的圆度值，K1表示磨粒磨损常数，K2表示载荷修正常数，H1表示磨粒的硬度，H2表示被磨材料接触面的硬度，K3表示硬度修正常数，L表示切割量程，V表示砂浆的体积。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述新砂浆的体积和规格包括有三个参数，新砂浆的体积V1，新砂浆中磨粒的粒径R1和新砂浆的磨粒的圆度值C1，其中，所述新砂浆的体积V1＝V*η，新砂浆中磨粒的粒径新砂浆的磨粒的圆度值其中，R为磨损前磨粒的粒径，R2为磨损后磨粒的粒径，C为磨损前磨粒圆度值，C2为磨损后磨粒的圆度值。
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