CN2868594Y - 太阳能电池基片切割机 - Google Patents

Abstract

一种太阳能电池基片切割机，包括机座、组装机座上的切割头和切割工作台及其传动装置、气动控制回路、电气控制回路，其特征在于：采用空气静压式中频电主轴和组装其轴端的超薄砂轮刀片构成切割头，以纵、立轴步进电机带动电主轴移动，以横、旋转轴步进电机驱动带有负压吸附基片的切割工作台实现移动和旋转，并用电气控制回路的主控制器分别控制横、纵、立、旋转轴步进电机的动作。它结构设计合理，有利于实现自动化操作，运行平稳、可靠，定位精度高，切割断面光滑平整，提高了基片的切割质量、速度及其太阳能光电转化效率，有效地实现基片的变节距切割和定位后重复使用，显著提高太阳能电池的使用性能和工作效率。

Description

太阳能电池基片切割机

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能电池基片的切割设备，特别是一种集多种技术于一体的多节距、一次定位自动重复使用的以超薄砂轮刀片进行精密分割的太阳能电池基片切割机，它适用于硅片或其他类似领域的切割。

背景技术

太阳能电池由于其利用自然界太阳光作能源，对环境无污染、移动方便等优势，所以已经在工业生产、民用、军工等领域得到广泛应用。其大到人造卫星，小到交通信号、牧民日常用电等方面都可见到。太阳能光电转换技术现已相当成熟，太阳能成为可替代能源正在蓬勃发展。现有切割设备都是通过玻璃刀或者激光来分割太阳能电池基片，由此会产生以下一些不利因素：

其一玻璃刀分割不能将基片完全割透，因其进刀力度不好控制，故还需要增加裂片的工序，而且掰裂开的基片断裂处往往粗糙不平，影响加工精度。

其二激光分割虽然可以完全割透，但由于激光是通过高温烧蚀来实现切割的，所以微观看基片的断面呈锯齿状。实验证明高热对基片热影响区内材料的金相组织有影响，因此，激光分割降低了太阳电池基片的光电转换效率。

其三因太阳能电池有不同的功率要求，在其同一片基片上会有不同分度尺寸，而且在其垂直方向上要求自动寻找中心点，故传统分割方式，很难完成上述基片的变节距切割任务，也无法实现对基片一次定位加工，定位后也不能重复多次使用，基片加工效率非常低。因此，现有传统的切割方式难以满足太阳能电池对提高基片的光电转换效率，快速加工基片的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种太阳能电池基片切割机，它结构设计合理，有利于实现自动化操作，运行平稳、可靠，定位精度高，切割断面光滑平整，无环境污染，提高了基片的切割质量及其太阳能光电转化效率，有效地实现基片的变节距切割和一次定位，且能定位后重复使用，明显缩短了基片的生产周期，显著提高太阳能电池的使用性能和工作效率。

本实用新型的目的是这样实现的：该装置包括机座、组装机座上的切割头和切割工作台及其传动装置、气动控制回路、电气控制回路，其特征在于：所述切割头由空气静压式中频电主轴和组装其轴端的超薄砂轮刀片构成，所述电主轴固定在联动臂的一端，联动臂利用转轴组装在纵向溜板上，联动臂另一端连接在立轴步进电机驱动的丝杠端部，并通过丝杠带动联动臂绕转轴摆动，纵向溜板通过联接板组装在纵轴步进电机驱动的滚珠丝杠副上，利用滚珠丝杠副带动纵向溜板沿纵向导板和纵向导柱移动；所述切割工作台带有基片定位块的吸附面与负压气路连通，工作台组装在横向溜板上，并通过旋转轴步进电机驱动的蜗轮蜗杆副带动工作台转动，横向溜板利用横轴步进电机驱动的同步带轮传动组带动其沿横向导轨移动，所述电气控制回路的主控制器分别通过细分驱动器控制横轴步进电机动作，通过编码驱动器控制纵、立、旋转轴步进电机动作。

所述砂轮刀片的厚度为0.025～0.06mm。

所述电气控制回路的主控制器由89系列单片机、可编程接口芯片构成，其分别与输入输出单元、显示单元和记忆体连接。

由于本实用新型采用空气静压式中频电主轴和组装其轴端的超薄砂轮刀片构成切割头，以横轴步进电机通过同步带轮传动组驱动带有负压吸附基片的切割工作台左、右移动，通过旋转轴步进电机和蜗轮副实现切割工作台任意角度旋转，以纵轴步进电机通过滚珠丝杠副驱动电主轴前、后移动，以立轴步进电机和丝杠带动电主轴上、下运动，并用电气控制回路的主控制器分别通过细分驱动器控制横轴步进电机的动作，通过编码驱动器控制纵、立、旋转轴步进电机的动作，有利于实现智能控制、数据保存、动作记忆等自动化操作，所以结构设计合理，运行平稳、可靠，定位精度高，很容易实现精密切割。由于该机具有行为记忆功能，在一次操作后，便会自动记忆操作过程，下一基片的切割就能自动完成，节省了对位时间，可以批量生产，提高了工作效率。采用高速旋转的空气静压电主轴带动超薄砂轮刀片进行切割，切割段面光滑整洁，无环境污染，提高了基片的切割质量及其太阳能光电转化效率。

附图说明

以下结合附图对本实用新型作进一步描述。

图1是本实用新型的一种电气控制原理框图。

图2是本实用新型的一种具体结构图。

图3是图2的俯视图。

图4是本实用新型的一种气动控制原理示意图

图中序号说明如下：U1主控制器、U2记忆体、U3输入输出单元、U4显示单元、U5键盘输入单元、U6位置控制单元、U7调节阀控制单元、U8继电器控制单元、U9变频器、U110～U13为步进电机2、14、18、21的驱动器、1同步带轮、2横轴步进电机、3同步带、4工作台、5定位块、6基片、7电主轴、8砂轮刀片、9转轴、10联动臂、11丝杠、12纵向溜板、13联接板、14纵轴步进电机、15滚珠丝杠副、16纵向导板、17机座、18立轴步进电机、19纵向导柱、20同步带、21旋转轴步进电机、22横向导轨、23蜗轮蜗杆副、24横向溜板、25空气压缩机、26油雾分离器、27减压阀、28电接点压力表、29单向阀、30真空发生器、31速度控制阀、32二位三通电磁阀、33空气过滤器。

具体实施方式

根据图1-4详细说明本实用新型的具体结构和工作过程：该装置包括机座17、组装机座17上的切割头和切割工作台4及其传动装置、气动控制回路、电气控制回路。其中切割头由空气静压式中频电主轴7和组装在电主轴7轴端的超薄砂轮刀片8构成。为了达到降温的目的，在空气静压中频电主轴7的外周设置水冷套(图中未示出)。超薄砂轮刀片8的旋转速度优先选取30000～40000rpm，刀片的厚度宜选择0.025～0.06mm。切割时，基片6的切割处还可以使用冷却水进行冷却，以消除切割处产生的局部高温，解决传统切割方式存在的高温降低太阳能基片光电效应的问题。电主轴7固定在联动臂10的一端，联动臂10利用转轴9组装在纵向溜板12上，联动臂10另一端连接在立轴步进电机18驱动的丝杠11端部。立轴步进电机18组装在纵向溜板12上，并通过丝杠11带动联动臂10绕转轴9按设定的高度上、下摆动，其摆动方式有连续和单步二种，最小步距0.005mm，最大行程为10mm。纵向溜板12通过联接板13组装在纵轴步进电机14驱动的滚珠丝杠副15上，利用滚珠丝杠副15带动纵向溜板12沿纵向导板16和纵向导柱19移动；运行时，纵轴步进电机14通过精密滚珠丝杠副15、联接板13、纵向溜板12带动联动臂10上的电主轴7按设定的步进值沿纵向前、后移动，移动方式有重复、分度、单步三种，最小步距0.005mm，最大行程为210mm。切割工作台4带有基片定位块5的吸附面与气动控制回路的负压气路连通。切割工作台4组装在横向溜板24上，并通过组装在横向溜板24上的旋转轴步进电机21驱动的蜗轮蜗杆副23带动切割工作台4沿顺沿时针或逆时针方向旋转。旋转方式有分度和单步二种，最小转角0.0075°，旋转范围0～360°。横向溜板24利用横轴步进电机2驱动的同步带轮传动组带动其沿横向导轨22移动，横轴步进电机2通过同步带轮传动组的同步带轮1和同步带3、20驱动切割工作台4按设定的行程，沿横向导轨22左、右移动，最小行程40mm，最大行程为250mm。所述电气控制回路的主控制器U1分别通过细分驱动器U10控制横轴步进电机2动作，通过编码驱动器U11、U12、U13控制纵、立、旋转轴步进电机14、18、21动作。

该装置的电路原理说明如下：电气控制回路的主控制器U1由89系列单片机、可编程接口芯片构成，其分别与记忆体U2、输入输出单元U3、显示单元U4连接。输入输出单元U3的位选译码器、按键信号和位置信号通过与非门驱动输入到总线，通过光电隔离、非门电路、三极管驱动输出线。记忆体U2采用保存用户设定数据的非遗失性数据存储器。输入输出单元U3采用光电开关作为信号传感器，控制横、纵、立、旋转轴步进电机2、14、18、21动作的轴向位置。

以下对本实施例的电气控制回路中的各器件详细说明如下(也可根据用户实际要求选择其它相应的器件)：

U1主控制器：采用内带WATCHDOG(看门狗，监控程序用，装置防干扰措施之一)的Flash MPU(可擦写中央处理器)89系列单片机及可编程接口芯片82C55，54个并行I/O资源，2个外部中断源，上电装置自复位，负逻辑输入等组成。它主要用于运行控制、数据处理。

U2记忆体：记忆体U2采用非遗失性静态数据存储器做数据存储。用户设定的数据将被永久保存，直至下次更改。

U3输入输出单元：以74LS138作为位选译码器、按键信号和位置信号通过若干74LS00与非门驱动输入到总线。输出通过光电隔离、非门电路、三极管驱动输出线。

U4显示单元：采用T6963C控制IC驱动的背光的图形点阵LCD(液晶显示屏)，所有数据一页显示，数据键盘输入。

U5键盘输入单元：指令、数据通过这一单元(键盘)输入至U3。

U6位置控制单元：通过GK122光电开关作为横、纵、立、旋转轴运动位置控制。

U7调节阀控制单元：控制二位三通电磁阀32及冷却水控制阀。

U8继电器控制单元：包括对刀继电器、报警灯等。

U9变频器：采用西门子单相输入变频器。主控制器U1通过输入输出单元U3控制该变频器起停、频率。

U10为横轴步进电机2的细分驱动器，电机2需要细分，以求得运转的平稳。通过调节脉冲频率实现速度可调，并动态显示，可实现快速返回、单步调整和划片三种速度转换。

U11～U13为纵、立、旋转轴步进电机14、18、21的编码驱动器，对这些步进电机以编码控制，用硬件搭建了译码器能将编码无序译为有序，通过增减编码控制各电机的正反转。利用U10-U13驱动器分别驱动横、纵、立、旋转轴步进电机2、14、18、21的动作。当操作人员对该装置进行操作时，主控制器U1中的MCU就会自动将外界通过U5、U6给予的指令、以及各横、纵、立、旋转轴步进电机2、14、18、21的轴向位移量和各电机动作顺序一一存储起来，形成行为记忆。下一次启动记忆操作时，MCU就不需要外界指令，会自行按照刚才记忆的过程顺序，指导U7～U13正确工作。

该装置的工作过程简述如下：

一、开机：1、先打开气源，压力表示值达到0.55Mpa以上；2、接通中源；3、开启变频器电源；4、打开冷却水。

二、工作方式：

1、先将砂轮刀片8装到电主轴7上。

2、在U4上正确设置好横向边缘预留量、等距或不等距的横1、横2、横3、横4、横5等切割线分度值的数据。

3、启动电主轴7。

4、按向上键将电主轴7抬起，将工作台4移到刀片8下方，用喷枪清除工作台4面上的水珠与杂物，按对刀键对刀。

5、基片6放在工作台4上，将基片6的两直角边顶到3个定位块5的定位面上，按一下吸放键负压吸牢基片。

6、选择纵向重复，将电主轴7移动到基片6的前端。

7、根据工艺要求，选择单向切或双向切。

8、按一下自动键，选择自动功能。

9、按一下启动键，机器将执行自动切割。

自动方式下启动，该装置在划完当前方向后，自动旋转90°，再进行第二方向切割，然后停止。通过对切割参数的不同设置，可以实现相同节距、不同节距、中心线等方式切割。

上述气动控制回路通过管路连接到电主轴7和切割工作台4上。气动控制回路包括空气压缩机25、油雾分离器26、减压阀27、电接点压力表28、单向阀29、真空发生器30、速度控制阀31、二位三通电阀磁32、空气过滤器33等。油雾分离器26、空气过滤器33和减压阀27，除掉了气体中的油、水、尘等杂质，保证为电主轴7提供压力恒定、洁净的压缩空气。电接点压力表28的作用是当未给电主轴7供气或气压不符合要求时，电主轴7不能启动或在运转中立即停止运转，使电主轴7不被卡死。

真空发生器30产生的负压能将基片6吸附卡紧在切割工作台4的吸附面上，负压的通断通过电磁阀32来控制，当负压断开时，工作台4的真空腔通入经过速度控制阀31调节过的压缩空气，以适当的浮力将基片6吹起，以方便取下切割好的基片6。

Claims (3)

1、一种太阳能电池基片切割机，包括机座、组装机座上的切割头和切割工作台及其传动装置、气动控制回路、电气控制回路，其特征在于：所述切割头由空气静压式中频电主轴和组装其轴端的超薄砂轮刀片构成，所述电主轴固定在联动臂的一端，联动臂利用转轴组装在纵向溜板上，联动臂另一端连接在立轴步进电机驱动的丝杠端部，并通过丝杠带动联动臂绕转轴摆动，纵向溜板通过联接板组装在纵轴步进电机驱动的滚珠丝杠副上，利用滚珠丝杠副带动纵向溜板沿纵向导板和纵向导柱移动；所述切割工作台带有基片定位块的吸附面与负压气路连通，工作台组装在横向溜板上，并通过旋转轴步进电机驱动的蜗轮蜗杆副带动工作台转动，横向溜板利用横轴步进电机驱动的同步带轮传动组带动其沿横向导轨移动，所述电气控制回路的主控制器分别通过细分驱动器控制横轴步进电机动作，通过编码驱动器控制纵、立、旋转轴步进电机动作。

2、根据权利要求1所述的太阳能电池基片切割机，其特征在于：所述砂轮刀片的厚度为0.025～0.06mm。

3、根据权利要求1所述的太阳能电池基片切割机，其特征在于：所述电气控制回路的主控制器由89系列单片机、可编程接口芯片构成，其分别与输入输出单元、显示单元连接。

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