对中工装、对中装置及切割设备的制作方法

1.本技术涉及硬脆材料切割技术，尤其涉及一种对中工装、对中装置及切割设备。


背景技术：

2.随着异质结电池的发展，小片硅片的需求越来越大，而且对薄片的需求量也比较大。硅片厚度从原来180微米到150微米，将来的市场甚至可能需要100微米厚度硅片，而硅片越薄其切割难度就越大，切割质量越不容易保证。
3.传统方案中，通常是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。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术缺陷之一，本技术实施例中提供了一种对中工装、对中装置及切割设备。
5.根据本技术实施例的第一个方面，提供了一种对中工装，包括：
6.工装基板；
7.工装测试件，设置于所述工装基板上；工装测试件的一端设有用于容纳切割线的线缝；所述线缝与工装基板的基准面之间具有预设距离，所述基准面为工装基板中与线缝深度方向平行的侧面。
8.根据本技术实施例的第二个方面，提供了一种对中装置，包括：
9.如上所述的对中工装；
10.对中机构，用于从两侧向对中工装施加推动力，使对中工装相对于承载平台移动到预设位置，以使对中工装中的线缝与切割线对齐。
11.根据本技术实施例的第三个方面，提供了一种切割设备，包括：线切割装置、承载装置和如上所述的对中装置，所述线切割装置与承载装置可相对运动，以使线切割装置中绕设的切割线移动至对中装置的线缝内。
12.本技术实施例提供的技术方案，采用对中工装模拟硅棒对对中机构进行测试，对中工装包括工装基板和工装测试件，工装测试件设置在工装基板上，且工装测试件的一端设有用于容纳切割线的线缝，该线缝与工装基板的基准面之间具有预设距离，基准面为工装基板中与线缝深度方向平行的侧面。
附图说明
13.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：
14.图1为本技术实施例提供的对中工装的结构示意图；
15.图2为本技术实施例提供的对中工装应用于切割设备的结构示意图；
16.图3为本技术实施例提供的硅棒对中机构的结构示意图；
17.图4为本技术实施例提供的硅棒对中机构的局部剖视图；
18.图5为本技术实施例提供的硅棒对中机构中对中支座与夹爪连接块配合的结构示意图。
19.附图标记：
20.21-承载平台；211-承台托；
21.53-对中机构；531-对中支座；532-对中气缸；533-对中驱动杆；534-对中导向杆；5341-限位套；535-对中夹爪；5351-夹爪连接块；5352-夹爪臂；536-缓冲块；537-第一防护钣金；538-第二防护钣金；539-风琴护罩；
22.55-对中工装；551-工装基板；5511-基板缺口；5512-基准面；5513-基板通孔；552-工装测试件；5521-线缝；5522-凸出部；
23.6-切割线。
具体实施方式
24.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。
25.传统方案中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。
26.本实施例提供一种切割方法，在得到方棒后，沿方棒的长度方向对方棒进行切割，得到横截面积较小的小硅棒，然后再对小硅棒进行切片，直接得到尺寸较小的硅片，省去了激光划片的步骤，避免对小硅片表面产生损伤。其中一种切割方式可以从硅棒的中心线处进行切割，将方棒切割为两个横截面积相等的小硅棒，经切片后得到的小硅片尺寸相同，便于存放和运输。这种切割过程对线切割装置和硅棒之间的对位精度要求非常高，切割线必须经过方棒的中心线。
27.相应的，切割设备包括承载装置和线切割装置，承载装置用于承载硅棒，线切割装置上绕设有切割线，用于对硅棒进行切割。进一步的，在切割设备中设置硅棒对中机构，对中机构通过调整硅棒的位置，以使切割线按照预设位置对硅棒进行切割。由于硅棒的价格较为昂贵，因此在切割之前，需要采用一种用于模拟硅棒的对中工装对对中机构进行测试，以使经对中机构进行调整后的对中工装位置满足切割位置要求。
28.如图1和图2所示，本实施例提供一种对中工装55，包括：工装基板551和工装测试件552。其中，工装基板551为板状结构，工装测试件552设置于工装基板551上。工装测试件552的一端设有容纳切割线的线缝5521，线缝5521与工装基板551的基准面之间具有预设距离，该基准面为工装基板551中与线缝5521深度方向平行的侧面。线缝5521的宽度大于或等于切割线的直径，切割线具体可以为金刚线。
29.对中工装55可放置于切割设备的承载装置上，对中机构从两侧对对中工装55施加推力，使对中工装55相对于承载装置移动，当移动到达预设位置时，若线缝5521与切割设备
中的切割线对齐，使承载装置和线切割装置相对移动，切割线能进入线缝5521，则表明对中工装55能够满足对中要求，在实际生产过程中可将硅棒移动到达预设位置，并通过切割线按照要求进行切割。
30.线缝5521与工装基板551的基准面之间的预设距离可根据切割线对硅棒进行切割的位置确定，该基准面为工装基板551中与线缝5521深度方向平行的侧面。
31.例如：切割线对硅棒进行切割的切割面与硅棒一侧边之间的距离为100mm，则线缝5521与工装基板551一侧面之间的预设距离也设定为100mm。则在测试过程中通过对中机构将对中工装推到位时，若切割线能进入线缝5521，则表面当前切割线与对中测试件之间的相对位置满足要求，将来切割面能够在预设的100mm位置处对硅棒进行切割。
32.本实施例提供的技术方案，采用对中工装模拟硅棒对对中机构进行测试，对中工装包括工装基板和工装测试件，工装测试件设置在工装基板上，且工装测试件的一端设有用于容纳切割线的线缝，该线缝与工装基板的基准面之间具有预设距离，基准面为工装基板中与线缝深度方向平行的侧面。
33.在上述技术方案的基础上，工装测试件552的端部可以伸出工装基板551，以使切割线能进入线缝，且工装基板551不会对切割线产生干涉。
34.或者，另一种方案，在工装基板551的一端面设有供切割线穿过的基板缺口5511，基板缺口5511从工装基板551的端面延伸至工装测试件552的线缝5521。则将工装测试件552设置于工装基板551的中部，切割线先进入基板缺口5511，然后进入线缝5521。
35.一种方式为，线缝5521的延伸方向与切割线平行，且与工装基板551表面垂直。以使切割线沿与工装基板551垂直的方向进入线缝5521。或者，线缝5521的方向也可以根据切割线对硅棒进行切割的角度或方向进行设定，例如切割线倾斜设置，与工装基板551之间的夹角为锐角，则线缝5521也倾斜设置。
36.对于切割线经过硅棒中心线进行切割的方式，将工装基板551中与设有基板缺口的端面相邻的两侧面作为基准面5512，线缝5521与两个基准面5512之间的距离相等，即：线缝5521位于两个基准面5512的正中间。
37.一种具体方式为：工装基板551为矩形板，基板缺口5511设置于工装基板551沿宽度方向延伸的端面，基板缺口5511沿工装基板551的长度方向延伸。工装基板551中两个沿长度方向延伸的侧面为基准面5512。工装基板551的上下表面均为平面，水平放置于承载装置上。
38.工装测试件552沿垂直于工装基板551的方向延伸。工装测试件552的顶端和底端分别设有朝向切割线方向凸出的凸出部5522，线缝5521设置于凸出部5522。具体的，上面的凸出部5522和下面的凸出部5522均设有线缝5521，切割线可同步进入两个凸出部5522的线缝5521中。如此设置，一方面能避免线缝5521长度过长，切割线在运动过程中难免或受到震动影响，若其中一端不能顺利进入线缝5521则会影响测试准确性。另一方面在上下均设有线缝5521，只要切割线能进入上下线缝，就表明切割线与线缝的相对位置满足要求，进而得知对中机构测试合格。
39.工装测试件552与工装基板551可以为一体结构。或者，工装测试件552通过焊接、压紧、卡接等方式固定在工装基板551上。例如：在工装基板551设置有测试件安装槽或测试件安装孔，工装测试件插入并固定于测试件安装槽或测试件安装孔内。
40.进一步的，工装基板551还设有至少两个贯穿其厚度的基板通孔5513，各基板通孔5513沿工装基板551的长度方向间隔布设。基板通孔5513一方面起到减重作用，另一方面形成镂空结构，便于承载装置底部的检测器件露出便于观察和检测。
41.如图2所示，本实施例还提供一种切割设备，包括：线切割装置(图中未示出)、承载装置和对中装置，线切割装置与承载装置可相对运动，以使线切割装置中绕设的切割线6移动至对中装置的线缝内。对中装置包括：上述任一内容所提供的对中工装55以及对中机构53。
42.承载装置具体包括：承载平台21和承台托22，对中工装55放置于承台托22上方，对中机构53设置于承台托22下方，对中机构53的两端设置有对中夹爪，对中夹爪可沿工装基板551的宽度方向相向移动或相背移动。当对中夹爪相向移动靠近时，从对中工装55的侧面对其施加推力，推动对中工装55在承台托22表面移动，当移动到对中工装55的两侧均与对中夹爪接触时，表面对中工装55移动到位。接着控制线切割装置与承载装置相对移动，使切割线6朝向对中工装55移动，若切割线6能进入对中工装55的线缝5521内，表面对中工装55的当前位置与切割线的相对位置满足要求，也就是对中机构53测试合格。
43.基于上述方案，本实施例提供一种对中机构：
44.如图3至图5所示，本实施例提供的硅棒对中机构包括：对中支座531、对中驱动件、对中驱动杆533和对中夹爪535。
45.其中，对中支座531为基础结构，用于安装和支承各部件。对中驱动件设置于对中支座531上。对中驱动件可以为电缸、液压缸或气缸等，本实施例中，对中驱动件具体为对中气缸532。
46.对中驱动杆533的数量为至少一对，一对包含两个对中驱动杆533。
47.对中夹爪的数量为至少一对，一对包含两个对中夹爪535。当采用一对对中夹爪535时，其中的两个对中夹爪535分别设置于对中支座531沿第一方向的两端。一个对中驱动杆533与一个对中夹爪535对应连接，两个对中夹爪535可同步相向运动或相背运动；或者，也可以采用两个对中驱动杆533与一个对中夹爪535连接另外两个对中驱动杆533与另一个对中夹爪535相连，以通过两个对中驱动杆533驱动一个对中夹爪535移动。
48.当采用两对对中夹爪535时，一对中的两个对中夹爪535分别设置于对中支座531沿第一方向的两端，两对对中夹爪535沿垂直于第一方向间隔布置。位于同一端的对中夹爪535与相同的对中驱动杆535相连，以通过对中驱动杆驱动两对对中夹爪535移动。
49.或者也可以采用三对以上对中夹爪，可参照上述两对进行设置。
50.具体的，以一对对中夹爪535为例，对中驱动杆533沿第一方向延伸，第一方向为对中夹爪535的移动方向，与硅棒的中心线垂直。气缸532位于中间，对中夹爪535位于两侧，对中驱动杆533的一端与气缸532相连，另一端与对中夹爪535相连。
51.对中气缸532可驱动对中驱动杆533沿第一方向相对于对中支座531移动，并带动对中夹爪535同步移动。对中气缸532驱动两个对中夹爪535以相同的速度移动相同的距离。
52.在切割设备对硅棒进行切割之前，通过对中气缸532驱动对中夹爪535相向移动，推动硅棒移动至中位，即：硅棒的中心线与切割线对正。例如：假设第一方向为左右方向，若硅棒初始位置偏左，则左侧的对中夹爪535先与硅棒接触，推动硅棒向右移动，直至移动到与右侧的对中夹爪535接触，到达中位。
53.将对中驱动件设置于对中支座，在对中支座的两侧各设置对中夹爪；对中驱动杆的一端与对中夹爪相连，另一端与对中驱动件相连，通过对中驱动器驱动对中驱动杆相对于对中支座移动，并带动对中夹爪同步移动，以使一对中的两个对中夹爪相互靠近的过程中推动硅棒移动至中位，与切割线对正，便于后续将硅棒切割成横截面相同的两个小硅棒。
54.一种实现方式：对中支座531内部设有容纳空间。对中驱动件设置于容纳空间内。
55.对中驱动杆533穿设于对中支座531，其一端穿入容纳空间内与对中气缸532相连，另一端露出对中支座531与对中夹爪535相连。对中驱动杆533与对中支座531产生相对运动，对中支座531对运动过程起导向作用。
56.在上述技术方案的基础上，还采用两个对中导向杆534分别与两个对中夹爪535一一对应连接。具体的，对中导向杆534沿第一方向延伸，可移动地设置于对中支座531，对中导向杆534的一端与对中夹爪535相连。一种实施方式为：对中导杆534穿设于对中支座531上。
57.在对中气缸532驱动对中夹爪535运动的过程中，容易受到与接触部件的摩擦力、重力等作用导致对中夹爪535的移动轨迹会偏离第一方向，导致两个对中夹爪535不能垂直抵接于硅棒两侧面。采用对中导向杆534连接于对中夹爪535与对中支座531之间，对对中夹爪535的移动进行导向，避免偏离第一方向，以使两个对中夹爪535垂直抵接于硅棒两侧面，提高对中准确性。
58.在上述技术方案的基础上，本实施例提供一种硅棒对中机构的具体实现方式：对中夹爪535具体包括：夹爪连接块5351和夹爪臂5352。夹爪连接块5351与对中驱动杆533相连，夹爪臂5352设置于夹爪连接块5351，夹爪臂5352朝向硅棒延伸，夹爪臂5352的端部位于硅棒的侧面，用于对硅棒进行对正。
59.一种实施方式：夹爪臂5352设置于夹爪连接块5351的顶部，夹爪臂5352向上延伸，至夹爪臂5352的顶端位于硅棒的侧面，用于对上方的硅棒进行对正。
60.或者，夹爪臂5352也可以设置于夹爪连接块5351的底部，向下延伸至硅棒的侧面，用于对下方的硅棒进行对正。
61.进一步的，在夹爪臂5352朝向硅棒的一侧设置有缓冲块536。缓冲块536用于与硅棒表面直接接触，避免划伤硅棒表面，以对硅棒进行保护。缓冲块536可以采用尼龙、毛毡、橡胶、硅胶等软性材料。
62.上述对中支座531的一种实现方式：对中支座531为具有内部空腔的箱型结构，对中气缸532设置于内部空腔，对中气缸532的数量可以为一个或两个，当为一个时，对中气缸532可通过连杆传动结构分别与对中驱动杆533相连，通过一个对中气缸532驱动两个对中驱动杆533相向移动或相背移动。当对中气缸532的数量为两个时，一个对中气缸532与一个对中驱动杆533相连，两个对中驱动杆533的行程一致，以驱动对中夹爪535移动相同距离进行对中。
63.对中支座531中与第一方向垂直的两侧壁设有供对中驱动杆533穿过的驱动杆穿孔及供对中导向杆534穿过的导向杆穿孔。驱动杆穿孔位于导向杆穿孔的上方，且两个对中驱动杆533的中心线并排设置；两个对中导向杆534的中心线并排设置。
64.具体的，对中支座531的两侧壁分别设有四个穿孔，排布成两行两列，上面两个穿孔用于穿设对中驱动杆533，下面两个穿孔用于穿设对中导向杆534。从对中支座531的一侧
来看，与该侧对中夹爪对应的对中驱动杆533穿入左上穿孔中，对中导向杆534穿入右下穿孔中。另一侧对中夹爪对应的对中驱动杆533穿入右上穿孔，对中导向杆534穿入左下穿孔。如此设置，与一个对中夹爪对应的对中驱动杆和对中导向杆沿对中支座531的对角线布置，二者之间的距离较大，更能提高移动过程的稳定性及准确性。
65.进一步的，对中机构内存在相对移动的部件，为了对移动部件进行防护，采用防护钣金、风琴护罩等罩设在外部，避免水、异物粉尘等进入对中支座内而影响对中驱动杆、对中导向杆的正常移动。
66.具体的，采用风琴护罩539连接于对中支座531与对中夹爪535之间，将对中支座531与对中夹爪535之间之间封闭。风琴护罩539的打开及收缩方向沿第一方向设置。当对中夹爪535向外移动时，风琴护罩539拉伸打开；当对中夹爪535向内移动时，风琴护罩539收缩。风琴护罩539能避免水、异物粉尘等进入，且不影响对中夹爪535正常移动。
67.进一步的，在对中导向杆534靠近对中夹爪535的端部套设有限位套5341，用于限制对中气缸的行程，防止对中气缸压坏风琴护罩539。
68.进一步的，采用防护钣金(称之为第一防护钣金537)铺设于对中支座531的上方，连接于两个风琴护罩539之间，可从上方进行防护。在应用过程中，第一防护钣金537会与切割设备中的上方部件存在接触，第一防护钣金537具有一定的强度及耐磨性，能够对对中支座531进行保护，减少磨损。
69.进一步的，采用第二防护钣金538围设于夹爪连接块5351的外部，以夹爪连接块5352进行保护，减少磨损，延长其使用寿命。
70.为了便于更清楚地理解本技术的技术方案，下面对本技术的硅棒对中机构的对中工作过程进行说明：
71.在硅棒放置于切割设备的承载平台后，硅棒位于两个对中夹爪之间，与两个对中夹爪不接触。控制对中机构中的对中驱动件工作，驱动至少一对对中驱动杆向内侧移动，带动两个对中夹爪相互靠近。其中一个对中夹爪先与硅棒接触，并推动硅棒朝向另一个夹爪的方向移动，直至两个对中夹爪均与硅棒接触并夹紧硅棒。
72.对中驱动件驱动两个对中夹爪以相同固定速度移动相同的距离，可将硅棒移动的到两个对中夹爪的中间位置，实现对中找正。在后续切割过程中，切割线可经过硅棒的中心线进行切割，以将硅棒切割成两个横截面积相等的小硅棒。
73.以对横截面为矩形的方棒为例，切割线经过方棒的中心线进行切割，可将方棒进行切半，得到两个横截面积相等的小硅棒。
74.基于上述对中工装，本实施例提供一种对中控制方式：
75.步骤1，将对中工装55放置于承台托211上；
76.步骤2，控制对中机构53启动，使对中夹爪535相互靠近，直至将对中工装55移动至待测位置，然后松开对中夹爪535；
77.步骤3，控制承载装置向线切割装置3的方向移动，识别切割线是否能进入对中工装55的线缝；
78.若进入对中工装55的线缝内，则执行步骤5；
79.若不能进入对中工装55的线缝内，则执行步骤4。
80.步骤4，根据线缝与切割线的位置偏差，调整对中机构55沿第一方向的位置；
81.然后重复执行步骤2和步骤3。
82.每调整一次对中机构55的位置，就将对中机构55进行固定，以使在检测过程中避免对中机构55移动。
83.步骤5，并控制承载装置移动至初始位置；
84.步骤6，将对中工装55移除；
85.后续执行对硅棒的切割步骤：
86.步骤7，将硅棒放置于承载台211上；
87.步骤8，控制对中机构5启动，使对中夹爪535相互靠近，直至将对硅棒移动至待切割位置，然后松开对中夹爪535；
88.步骤9，控制承载装置向线切割装置3的方向移动，通过切割线对硅棒进行切割。
89.进一步的，在上述步骤3执行的过程中，还对对中工装55的左基准面或右基准面进行千分表打表，测量对中工装55的行走直线度。具体的，将千分表固定于机座1上，将千分表的表头打在工装左基准面或右基准面上。在承载平台带动对中工装55移动的过程中，识别千分表的变化，以确定对中工装55的行走直线度，当直线度小于预设值时，表示合格。若直线度大于预设值，则调整对中机构2相对于第二方向的偏转角度，调整后重复执行步骤2和3，直至直线度满足要求。
90.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。
91.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。
92.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。
93.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。
94.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。