一种全自动晶锭表面清理除尘设备及其清理方法与流程

本发明涉及晶锭表面清理除尘，具体为一种全自动晶锭表面清理除尘设备及其清理方法。

背景技术：

1、随着光伏发电和半导体产业的快速发展，单晶硅、多晶硅晶锭作为基础原材料，其加工质量和生产效率直接影响下游产品的性能与成本。晶锭经金刚线切割加工后，表面会残留大量切割砂浆、硅粉碎屑、硬化残留浆料及氧化浮尘，上述杂质若无法彻底清理，会直接影响后续研磨、抛光、切片工序的加工精度，造成晶锭表面瑕疵、切片不良、成品降级等问题。

2、目前，晶锭切割后的表面清理工序主要采用两种方式：一种是纯人工操作，由操作人员手持高压水枪、刮刀、抹布对晶锭表面逐一冲洗、擦拭、刮除残渣；另一种是采用市面上现有的晶锭清洗设备，该类设备通常仅具备简单的喷淋或浸泡功能，通过固定工位对晶锭进行冲洗处理。

3、然而，人工清理方式存在作业过程中产生大量硅粉尘、清理一致性差、效率低下、废水粉尘无法集中回收等缺陷；现有清洗设备则因缺少自转对中结构、自适应柔性清理结构以及多规格晶锭适配能力，无法有效去除硬化砂浆残留，清理精度与适配性均无法满足高端晶锭生产需求。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种全自动晶锭表面清理除尘设备及其清理方法，具备自动完成晶锭表面清理除尘的功能，解决了上述背景技术中提到的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种全自动晶锭表面清理除尘设备，包括箱体，所述箱体的内部设置有自动上料机构、夹持旋转机构和清理除尘机构；所述自动上料机构包括输送组件和定位顶升组件，所述输送组件用于将待清洁的晶锭输入到箱体内部并将清洁完成的晶锭从箱体内部送出，所述定位顶升组件用于使移动到提升位置的晶锭上移到夹持位置；所述夹持旋转机构用于夹持移动到夹持位置的晶锭，并携带晶锭上升到清洁位置后驱动晶锭绕其轴线自转；所述清理除尘机构包括平移盘、转盘、喷淋管、滚筒毛刷和直风刀，所述平移盘在箱体的内部可沿晶锭的长度方向直线移动，所述喷淋管、滚筒毛刷和直风刀均滑动安装在转盘上，所述转盘转动安装在平移盘上，能够根据清洁工序使喷淋管、滚筒毛刷和直风刀分别接近处于清洁位置的晶锭；当清洁晶锭时，平移盘带动转盘沿晶锭的长度方向移动，实现对旋转中晶锭的持续清洁。

4、优选的，所述输送组件包括输送轴、转轮、输送带和输送控制电机，所述输送轴分别与箱体两侧的外壁转动连接，所述转轮分别安装在输送轴的两端，所述输送带的两端分别套设在两个所述输送轴上相对的转轮上，所述输送控制电机固定安装在箱体的一侧外壁，且输送控制电机的输出端与其中一个输送轴传动连接。

5、优选的，所述定位顶升组件包括定位顶升气缸和v形夹块，所述定位顶升气缸固定安装在箱体的内部，所述v形夹块的下端与定位顶升气缸的输出端固定连接，所述v形夹块靠近输送组件输出端的一端高度超过v形夹块靠近输送组件输入端的一端高度。

6、优选的，所述夹持旋转机构包括伺服升降气缸、升降框、水平滑板、顶杆、间距控制组件和旋转驱动组件，所述伺服升降气缸固定安装在箱体的内部，所述升降框与伺服升降气缸的输出端固定连接，所述水平滑板对称设置在升降框内部的两侧，且通过间距控制组件实现同步反向位移，所述顶杆转动安装在水平滑板的侧壁，两个所述水平滑板上的顶杆相对设置，且相对的两个所述顶杆的轴线重合，其中一个所述水平滑板上的顶杆通过旋转驱动组件控制自转。

7、优选的，所述间距控制组件包括双向螺杆和间距控制电机，所述双向螺杆分别转动安装在升降框的两端外壁，所述水平滑板的两端分别与两个双向螺杆螺纹连接，所述间距控制电机固定安装在升降框上，且间距控制电机的输出端与其中一个双向螺杆传动连接，两个所述双向螺杆之间通过同步带轮传动连接。

8、优选的，所述旋转驱动组件包括输出齿轮、中介齿轮和自转控制电机，所述输出齿轮固定安装在顶杆的一端，中介齿轮与水平滑板的一侧壁转动连接，且中介齿轮设置在相邻的两个顶杆之间，并与相邻的输出齿轮啮合连接，所述自转控制电机固定安装在相对的水平滑板上，且其输出端与其中一个顶杆传动连接。

9、优选的，所述转盘的侧壁呈环形阵列固定安装有伸缩套管和伸缩气缸，所述喷淋管、滚筒毛刷和直风刀分别与其中一个伸缩套管和伸缩气缸的活动端固定连接。

10、优选的，所述清理除尘机构还包括平移控制组件和旋转控制组件，所述平移控制组件包括导杆、丝杆和平移控制电机，所述导杆的两端固定安装在箱体的内部，所述丝杆的两端转动安装在箱体的内部，所述平移盘与导杆滑动连接，且平移盘与丝杆螺纹连接，所述平移控制电机的输出端与丝杆传动连接，所述旋转控制组件包括内齿环、驱动齿轮和旋转控制电机，所述内齿环固定安装在转盘上，所述驱动齿轮与内齿环啮合连接，所述旋转控制电机固定安装在平移盘上，且旋转控制电机的输出端与驱动齿轮固定连接。

11、优选的，所述箱体上还设置有视觉传感器和plc控制器，所述视觉传感器与plc控制器电性连接，所述plc控制器分别与自动上料机构、夹持旋转机构和清理除尘机构中的各驱动元件电性连接，所述视觉传感器用于监控晶锭在箱体内部的位置和状态，所述plc控制器根据视觉传感器的监测结果控制自动上料机构、夹持旋转机构和清理除尘机构工作。

12、本发明还公开了一种晶锭表面的清理方法，具体步骤为：

13、通过输送组件将待清洁的晶锭输入到箱体内部，当晶锭移动到提升位置时，通过定位顶升组件将晶锭上移到夹持位置；

14、通过夹持旋转机构夹持移动到夹持位置的晶锭，携带晶锭上升到清洁位置后，驱动晶锭绕其轴线自转；

15、通过平移盘带动转盘沿晶锭的长度方向直线移动，并根据预设的清洁工序依次将转盘上的喷淋管、滚筒毛刷和直风刀切换至接近晶锭的位置，对旋转中的晶锭先后进行喷淋清洗、毛刷清扫和风刀干燥，实现持续清洁。

16、与现有技术相比，本发明提供了一种全自动晶锭表面清理除尘设备及其清理方法，具有如下有益效果：

17、该全自动晶锭表面清理除尘设备，通过设置自动上料机构、夹持旋转机构和清理除尘机构，并以视觉传感器和plc控制器实现全流程自动化控制，解决了人工清理粉尘污染大、清理一致性差、效率低下的问题，同时克服了现有设备无法去除硬化砂浆残留的缺陷，实现了晶锭从上料到清理再到下料的无人化闭环作业，提升了清理质量的稳定性和设备的多规格适配能力。

18、该全自动晶锭表面清理除尘设备，通过设置由双向螺杆驱动的水平滑板和齿轮传动的顶杆构成的夹持旋转机构，实现了对不同长度晶锭的稳定夹持和旋转驱动，通过设置由转盘、伸缩套管和伸缩气缸组成的清理除尘机构，使喷淋管、滚筒毛刷和直风刀可根据清洁工序依次接近晶锭表面，配合平移盘沿晶锭轴向的移动和晶锭的自转，实现了对晶锭柱面及倒角位置的无死角清理，避免了硬性划伤并有效剥离了硬化砂浆残留。

1.一种全自动晶锭表面清理除尘设备，包括箱体（1），其特征在于：所述箱体（1）的内部设置有自动上料机构（2）、夹持旋转机构（3）和清理除尘机构（4）；所述自动上料机构（2）包括输送组件（21）和定位顶升组件（22），所述输送组件（21）用于将待清洁的晶锭输入到箱体（1）内部并将清洁完成的晶锭从箱体（1）内部送出，所述定位顶升组件（22）用于使移动到提升位置的晶锭上移到夹持位置；所述夹持旋转机构（3）用于夹持移动到夹持位置的晶锭，并携带晶锭上升到清洁位置后驱动晶锭绕其轴线自转；所述清理除尘机构（4）包括平移盘（41）、转盘（42）、喷淋管（43）、滚筒毛刷（44）和直风刀（45），所述平移盘（41）在箱体（1）的内部可沿晶锭的长度方向直线移动，所述喷淋管（43）、滚筒毛刷（44）和直风刀（45）均滑动安装在转盘（42）上，所述转盘（42）转动安装在平移盘（41）上，能够根据清洁工序使喷淋管（43）、滚筒毛刷（44）和直风刀（45）分别接近处于清洁位置的晶锭；当清洁晶锭时，平移盘（41）带动转盘（42）沿晶锭的长度方向移动，实现对旋转中晶锭的持续清洁。

2.根据权利要求1所述的一种全自动晶锭表面清理除尘设备，其特征在于：所述输送组件（21）包括输送轴（211）、转轮（212）、输送带（213）和输送控制电机（214），所述输送轴（211）分别与箱体（1）两侧的外壁转动连接，所述转轮（212）分别安装在输送轴（211）的两端，所述输送带（213）的两端分别套设在两个所述输送轴（211）上相对的转轮（212）上，所述输送控制电机（214）固定安装在箱体（1）的一侧外壁，且输送控制电机（214）的输出端与其中一个输送轴（211）传动连接。

3.根据权利要求2所述的一种全自动晶锭表面清理除尘设备，其特征在于：所述定位顶升组件（22）包括定位顶升气缸（221）和v形夹块（222），所述定位顶升气缸（221）固定安装在箱体（1）的内部，所述v形夹块（222）的下端与定位顶升气缸（221）的输出端固定连接，所述v形夹块（222）靠近输送组件（21）输出端的一端高度超过v形夹块（222）靠近输送组件（21）输入端的一端高度。

4.根据权利要求1所述的一种全自动晶锭表面清理除尘设备，其特征在于：所述夹持旋转机构（3）包括伺服升降气缸（31）、升降框（32）、水平滑板（33）、顶杆（34）、间距控制组件（35）和旋转驱动组件（36），所述伺服升降气缸（31）固定安装在箱体（1）的内部，所述升降框（32）与伺服升降气缸（31）的输出端固定连接，所述水平滑板（33）对称设置在升降框（32）内部的两侧，且通过间距控制组件（35）实现同步反向位移，所述顶杆（34）转动安装在水平滑板（33）的侧壁，两个所述水平滑板（33）上的顶杆（34）相对设置，且相对的两个所述顶杆（34）的轴线重合，其中一个所述水平滑板（33）上的顶杆（34）通过旋转驱动组件（36）控制自转。

5.根据权利要求4所述的一种全自动晶锭表面清理除尘设备，其特征在于：所述间距控制组件（35）包括双向螺杆（351）和间距控制电机（352），所述双向螺杆（351）分别转动安装在升降框（32）的两端外壁，所述水平滑板（33）的两端分别与两个双向螺杆（351）螺纹连接，所述间距控制电机（352）固定安装在升降框（32）上，且间距控制电机（352）的输出端与其中一个双向螺杆（351）传动连接，两个所述双向螺杆（351）之间通过同步带轮传动连接。

6.根据权利要求4所述的一种全自动晶锭表面清理除尘设备，其特征在于：所述旋转驱动组件（36）包括输出齿轮（361）、中介齿轮（362）和自转控制电机（363），所述输出齿轮（361）固定安装在顶杆（34）的一端，中介齿轮（362）与水平滑板（33）的一侧壁转动连接，且中介齿轮（362）设置在相邻的两个顶杆（34）之间，并与相邻的输出齿轮（361）啮合连接，所述自转控制电机（363）固定安装在相对的水平滑板（33）上，且其输出端与其中一个顶杆（34）传动连接。

7.根据权利要求1所述的一种全自动晶锭表面清理除尘设备，其特征在于：所述转盘（42）的侧壁呈环形阵列固定安装有伸缩套管（421）和伸缩气缸（422），所述喷淋管（43）、滚筒毛刷（44）和直风刀（45）分别与其中一个伸缩套管（421）和伸缩气缸（422）的活动端固定连接。

8.根据权利要求1所述的一种全自动晶锭表面清理除尘设备，其特征在于：所述清理除尘机构（4）还包括平移控制组件（46）和旋转控制组件（47），所述平移控制组件（46）包括导杆（461）、丝杆（462）和平移控制电机（463），所述导杆（461）的两端固定安装在箱体（1）的内部，所述丝杆（462）的两端转动安装在箱体（1）的内部，所述平移盘（41）与导杆（461）滑动连接，且平移盘（41）与丝杆（462）螺纹连接，所述平移控制电机（463）的输出端与丝杆（462）传动连接，所述旋转控制组件（47）包括内齿环（471）、驱动齿轮（472）和旋转控制电机（473），所述内齿环（471）固定安装在转盘（42）上，所述驱动齿轮（472）与内齿环（471）啮合连接，所述旋转控制电机（473）固定安装在平移盘（41）上，且旋转控制电机（473）的输出端与驱动齿轮（472）固定连接。

9.根据权利要求1所述的一种全自动晶锭表面清理除尘设备，其特征在于：所述箱体（1）上还设置有视觉传感器（5）和plc控制器（6），所述视觉传感器（5）与plc控制器（6）电性连接，所述plc控制器（6）分别与自动上料机构（2）、夹持旋转机构（3）和清理除尘机构（4）中的各驱动元件电性连接，所述视觉传感器（5）用于监控晶锭在箱体（1）内部的位置和状态，所述plc控制器（6）根据视觉传感器（5）的监测结果控制自动上料机构（2）、夹持旋转机构（3）和清理除尘机构（4）工作。

10.一种晶锭表面的清理方法，使用了如权利要求1-9任意一项所述的一种全自动晶锭表面清理除尘设备，其特征在于，具体步骤为：