CN109624112B - 金刚线切割方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金刚线切割方法，包括：进刀段、振荡切割段和出刀段，利用多线切割机对硅棒、硅块等进行切割。其中，在振荡切割段中，工件进给速度和金刚线速度均呈周期性变化，工件进给速度随金刚线速度的变化而变化，金刚线匀速运动时，工件也匀速运动，金刚线减速运动时，工件也减速运动，金刚线加速运动时，工件也加速运动，减小了工件进给速度与金刚线速度之间的差值波动，进而减少了金刚线的线弓，以减少金刚线的耗线量和断线风险，同时也保证了金刚线的切割能力，减少硅片表面出现明显的切割痕迹，得到品质更好的硅片。
Description
技术领域
本发明涉及硅片多线切割技术领域，特别是涉及一种金刚线切割方法。
背景技术
太阳能电池硅片是通过多线切割机将硅块或硅棒切割而成。随着硅片产业的发展趋势，金刚线多线切割技术成为多线切割的主流技术。金刚线多线切割技术具有切割效率高、硅片损伤层小、硅片TTV(Total Thickness Variation，总厚度偏差)小等优点。
传统的金刚线多线切割过程中，主要是通过金刚线的往复运动来完成切割，通常在换向的过程中金刚线的运动先减速停止，再加速至切割速度。
在实现传统技术的过程中，申请人发现：随着金刚线的速度变化，金刚线的线弓越来越大，影响金刚线的切割能力。
发明内容
基于此，有必要针对随着金刚线的速度变化，金刚线的线弓越来越大，影响金刚线的切割能力的问题，提供一种金刚线切割方法。
一种金刚线切割方法，包括：
进刀段：工件开始加速进给，同时金刚线开始加速走线，并自零切割位置对工件进行切割直到振荡切割起始位置，其中到达所述振荡切割起始位置时，工件加速至工件预设进给速度，金刚线加速至金刚线预设速度。
振荡切割段：自振荡切割起始位置继续切割至振荡切割结束位置，其中工件进给速度周期性变化直到振荡切割结束位置：先以工件预设进给速度匀速、再减速至零，然后由零再加速至工件预设进给速度；同时金刚线速度周期性变化直到振荡切割结束位置：先以金刚线预设速度匀速、再减速至零，然后由零再加速至金刚线预设速度。
出刀段：工件从振荡切割结束位置时的工件进给速度减速进给，同时金刚线从振荡切割结束位置时的金刚线速度减速走线，并自振荡切割结束位置对工件进行切割直到末端切割位置。
上述技术方案具有以下技术效果：本发明一实施例所提供的金刚线切割方法中，包括进刀段、振荡切割段和出刀段，其中在振荡切割段中，工件进给速度随金刚线速度的变化而变化，金刚线匀速运动时，工件也匀速运动，金刚线减速运动时，工件也减速运动，金刚线加速运动时，工件也加速运动，减小了工件进给速度与金刚线速度之间的差值波动，进而减少了金刚线的线弓，以减少金刚线的耗线量和断线风险，同时也保证了金刚线的切割能力，减少硅片表面出现明显的切割痕迹，得到品质更好的硅片。
下面对技术方案进行进一步地说明。
在其中一个实施例中，在所述振荡切割段中，工件加速度设为A1，单位为mm/min2,工件预设进给速度设为V1，单位为mm/min,金刚线加速度设为A2，单位为m/s2,金刚线预设速度设为V2，单位为m/s，工件加速度A1＝V1×A2×60/V2。
在其中一个实施例中，在所述进刀段开始之前，设定零切割位置、末端切割位置、振荡切割起始位置、振荡切割结束位置、工件预设进给速度、金刚线预设速度、金刚线加速度。
在其中一个实施例中，在所述振荡切割段中，金刚线先以金刚线预设速度从匀速开始正向走线，再减速至零，然后从零开始反向走线并加速至金刚线预设速度，接着以金刚线预设速度匀速走线，再减速至零完成反向走线，随后从零开始正向走线并加速完成正向走线，如此往复直到振荡切割结束位置。
在其中一个实施例中，在所述振荡切割段开始之前，设定正向走线距离和反向走线距离。
在其中一个实施例中，通过控制系统启用所述振荡切割段或者关闭所述振荡切割段。
在其中一个实施例中，在所述进刀段中，工件采用分段加速、线性关系加速、曲线关系加速中的一种加速方式加速到工件预设进给速度；金刚线采用分段加速、线性关系加速、曲线关系加速中的一种加速方式加速到金刚线预设速度。
在其中一个实施例中，在所述出刀段中，振荡切割结束位置的工件进给速度为工件预设进给速度，工件从工件预设进给速度减速进给；同时振荡切割结束位置的金刚线速度为金刚线预设速度，金刚线从金刚线预设速度减速走线。
在其中一个实施例中，在所述出刀段中，工件从工件预设进给速度减速到零，金刚线从金刚线预设速度减速到零。
在其中一个实施例中，在所述出刀段中，工件采用分段减速、线性关系减速、曲线关系减速中的一种减速方式减速进给；金刚线采用分段减速、线性关系减速、曲线关系减速中的一种减速方式减速走线。
附图说明
图1为本发明一实施硅片切割位置分布示意图；
图2为本发明一实施例进刀段金刚线速度和工件进给速度示意图；
图3为本发明一实施例振荡切割段金刚线速度和工件进给速度示意图；
图4为本发明一实施例出刀段金刚线速度和工件进给速度示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
在硅片的生产过程中，通常采用多线切割机对硅棒或硅块等硅材进行切割，得到目标形状的硅片。其中，多线切割机是利用金刚线的往复运动来完成切割。下面结合附图对本发明的实施例所提供的金刚线切割方法进行详细说明。
本发明一实施例提供了一种金刚线切割方法，包括进刀段、振荡切割段和出刀段。请参考图1，其中f代表切割深度、t代表时间、f0为零切割位置、f1为振荡切割起始位置、f2为振荡切割结束位置、f3为末端切割位置、D1为进刀段、D2为振荡切割段、D3为出刀段。进刀段为零切割位置至振荡切割起始位置，振荡切割段为振荡切割起始位置至振荡切割结束位置，出刀段为振荡切割结束位置至末端切割位置，下面详细介绍：
S100、进刀段：工件开始加速进给，同时金刚线开始加速走线，并自零切割位置对工件进行切割直到振荡切割起始位置，其中到达所述振荡切割起始位置时，工件加速至工件预设进给速度，金刚线加速至金刚线预设速度。
请参考图2，其中V代表速度、t代表时间、G2、G3、G4均为工件进给速度的加速方式、J2为金刚线速度的加速方式，并且，G2为分段加速，G3为线性关系加速、G4为曲线关系加速、J2为振荡式分段加速。
需要说明的是，工件和金刚线可以按照图2所示的加速方式从零开始加速，也可以在切割前开始从零加速到达零切割位置时已经具有一定的速度。工件和金刚线开始加速的初始速度，与工件加速度、工件预设进给速度、振荡切割开始位置、金刚线预设速度、金刚线加速度有关。
S200、振荡切割段：自振荡切割起始位置继续切割至振荡切割结束位置，其中工件进给速度周期性变化直到振荡切割结束位置：先以工件预设进给速度匀速、再减速至零，然后由零再加速至工件预设进给速度；同时金刚线速度周期性变化直到振荡切割结束位置：先以金刚线预设速度匀速、再减速至零，然后由零再加速至金刚线预设速度。
请参考图3，其中V代表速度、t代表时间、V1为工件预设进给速度、V2为金刚线预设速度、G1为工件进给速度的变化方式、J1为金刚线速度的变化方式。
工件随着金刚线一同进行周期性的速度变化，减少了换向过程中工件与金刚线之间的速度差值波动性，使得金刚线在往复过程中始终保持在一个相对稳定的状态，进而减少了金刚线的线弓。此外，振荡切割段结束时，工件进给速度和金刚线速度的具体数值根据切割工艺参数确定。
S300、出刀段：工件从振荡切割结束位置时的工件进给速度减速进给，同时金刚线从振荡切割结束位置时的金刚线速度减速走线，并自振荡切割结束位置对工件进行切割直到末端切割位置。
请参考图4，其中V代表速度、t代表时间、G5为工件进给速度的减速方式、J3为金刚线速度的减速方式，并且，G5为曲线关系减速、J3为振荡式分段减速。
需要说明的是，振荡切割结束位置的工件进给速度和金刚线速度根据振荡切割段结束时的工件和金刚线的速度情况决定，根据切割工艺参数设定计算，到达该振荡切割结束位置时，工件可以达到工件预设进给速度，金刚线可以达到金刚线预设速度，当然，并不局限于此。同样，到达末端切割位置时，工件和金刚线的速度情况也是根据实际切割工艺参数确定的，可以减速至零，也可以不减速至零，出刀后再减速为零，或者以结束时的速度开始新的切割工序。
上述技术方案具有以下技术效果：本发明一实施例所提供的金刚线切割方法中，包括进刀段、振荡切割段和出刀段，其中在振荡切割段中，工件进给速度随金刚线速度的变化而变化，金刚线匀速运动时，工件也匀速运动，金刚线减速运动时，工件也减速运动，金刚线加速运动时，工件也加速运动，减小了工件进给速度与金刚线速度之间的差值波动，进而减少了金刚线的线弓，以减少金刚线的耗线量和断线风险，同时也保证了金刚线的切割能力，减少硅片表面出现明显的切割痕迹，得到品质更好的硅片。
下面对技术方案进行进一步地说明。
在一些实施例中，在振荡切割段中，工件加速度设为A1，单位为mm/min2,工件预设进给速度设为V1，单位为mm/min,金刚线加速度设为A2，单位为m/s2,金刚线预设速度设为V2，单位为m/s，工件加速度A1＝V1×A2×60/V2。本实施例中，采用上述计算方式来定义工件加速度、工件进给速度、金刚线速度和金刚线加速度之间的比值关系，当然，还可以采用其他的计算方式将工件与金刚线的速度变化之间形成某种关联。
在一些实施例中，在进刀段开始之前，设定零切割位置、末端切割位置、振荡切割起始位置、振荡切割结束位置、工件预设进给速度、金刚线预设速度、金刚线加速度。即，在切割工作开始之前，需要将以上切割工艺参数全部设定好，比如自动化系统，利用触控屏或输入方式进行设定。零切割位置、末端切割位置、振荡切割起始位置、振荡切割结束位置等指金刚线切入工件的深度(或者称高度)，如零切割位置是指金刚线与工件接触但尚未切入工件的切割深度。
在一些实施例中，通过控制系统启用振荡切割段或者关闭振荡切割段。在实际切割工作中，可以根据切割位置，选择启用或关闭振荡切割段，也可以提前设定好程序，到达相应位置后自动切换成振荡切割模式。
在一些实施例中，在振荡切割段中，金刚线先以金刚线预设速度从匀速开始正向走线，再减速至零，然后从零开始反向走线并加速至金刚线预设速度，接着以金刚线预设速度匀速走线，再减速至零完成反向走线，随后从零开始正向走线并加速完成正向走线，如此往复直到振荡切割结束位置。本实施例中，先设定金刚线从匀速开始正向走线，衔接好进刀段和振荡切割段，第一次反向走线前，金刚线完成部分的正向走线距离。在正向走线距离内，金刚线先加速、再匀速、然后减速；在反向走线距离内，金刚线先加速、再匀速、然后减速。其中两段匀速的时间要根据正向走线距离和反向走线距离的具体数值进行确定，如果正向走线距离大于反向走线距离，则正向匀速时间大于反向匀速时间；如果正向走线距离等于反向走线距离，则正向匀速时间等于反向匀速时间；正向走线距离小于反向走线距离，则正向匀速时间小于反向匀速时间。
进一步地，在振荡切割段开始之前，设定正向走线距离和反向走线距离。设定好正向走线距离和反向走线距离，才能根据金刚线速度和加速度，计算出相应的运动时间，保证走线的稳定性。
在一些实施例中，在进刀段中，工件采用分段加速、线性关系加速、曲线关系加速中的一种加速方式加速到工件预设进给速度；金刚线采用分段加速、线性关系加速、曲线关系加速中的一种加速方式加速到金刚线预设速度。可以理解的是，工件采用的分段加速方式是先加速再匀速、然后加速再匀速，如此往复的进给方式。金刚线采用的分段加速方式是振荡式分段加速，即先正向加速，再匀速，然后减速，接着反向加速，再匀速，然后减速，如此往复运动，但每一段匀速时的金刚线速度的数值是呈逐渐增大的趋势。参考图2，工件可以采用分段加速、线性关系加速、曲线关系加速中的一种进行加速。金刚线采用振荡时分段加速方式进行加速。
同样，在出刀段中，工件采用分段减速、线性关系减速、曲线关系减速中的一种减速方式减速进给；金刚线采用分段减速、线性关系减速、曲线关系减速中的一种减速方式减速走线。参考图4，工件采用曲线关系减速，金刚线采用振荡式分段减速方式减速。
在一些实施例中，在出刀段中，振荡切割结束位置的工件进给速度为工件预设进给速度，工件从工件预设进给速度减速进给；同时振荡切割结束位置的金刚线速度为金刚线预设速度，金刚线从金刚线预设速度减速走线。根据切割工艺参数设定，可以将振荡切割结束位置的工件进给速度设为工件预设进给速度，振荡切割结束位置的金刚线速度设为金刚线预设速度。如此设置，整个振荡切割段的周期性过程是相对完整的，从工件预设进给速度开始到工件预设进给速度结束，从金刚线预设速度开始到金刚线预设速度结束，硅片的切割效果较好。
进一步地，在出刀段中，工件从工件预设进给速度减速到零，金刚线从金刚线预设速度减速到零。参考图4，工件和金刚线在完成切割出刀时，速度恰好为零，完成整个切割工序。当然，工件和金刚线还可以在完成切割出刀时，按照图4所示的趋势，出刀后减速为零。
下面提供一个具体的实施例进行说明。
在本实施例中，利用多线切割机切割156×156多晶硅棒，采用60μm金刚线，设定金刚线预设速度为26m/s，金刚线加速度为5m/s2，工件预设进给速度为2mm/min，从零切割位置到末端切割位置的切割深度是165mm，振荡切割起始位置是25mm，振荡切割结束位置是145mm，正向走线距离是650mm，反向走线距离是640mm。
进刀段：参考图2，工件采用分段加速的方式慢速进给(其中每一段匀速数值为0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4，单位均为mm/min)，在进入零切割位置时，工件进给速度为0.4mm/min，从0.4mm/min开始随着切割深度的变化，到达振荡切割起始位置25mm处时，工件进给速度达到1.4mm/min。同时，金刚线采用振荡式分段加速的方式慢速走线，到达振荡切割起始位置25mm处时，金刚线速度达到26m/s。
振荡切割段：参考图3，图3所示为振荡过程中包含一组正向走线和反向走线的金刚线速度的变化示意图以及工件进给速度的变化示意图。金刚线先以26m/s匀速开始正向走线，经过19.8s后，开始减速至零，时间为5.2s，然后从零开始反向走线加速至26m/s，时间为5.2s,接着以26m/s匀速走线19.415s，再经过5.2s减速至零，完成反向走线，反向走线的距离为26×19.415+26×5.2≈640m(面积法)。之后开始正向走线，先经过5.2s加速至26m/s，再匀速走线19.8s，再经过5.2s减速到零，完成正向走线，正向走线距离为26×19.8+26×5.2＝650m(面积法)。如此往复正向走线和反向走线直到振荡切割结束位置。需要说明的是，正向走线匀速时间为19.8s，反向走线匀速时间为19.415s。
相对应的，工件先以1.4mm/min匀速19.8s，再经过5.2s减速至零，然后经过5.2s由零加速至1.4mm/min，接着匀速走线19.415s，再经过5.2s减速至零，如此重复以上振荡过程直到振荡切割结束位置。其中，工件加速度A1＝1.4×5×60/26≈16.15mm/min2。
出刀段：参考图4，工件采用分段减速的方式慢速进给，在振荡切割结束位置的工件进给速度为1.4mm/min，从1.4mm/min开始随着切割深度的变化，减速到达末端切割位置。同时，金刚线采用振荡式分段减速的方式慢速走线，在振荡切割结束位置的金刚线速度为26m/s，慢速走线直到末端切割位置。
以上步骤共同合作完成工件的切割工序，其中在振荡切割段中，工件进给速度随金刚线速度的变化而变化，金刚线匀速运动时，工件也匀速运动，金刚线减速运动时，工件也减速运动，金刚线加速运动时，工件也加速运动，减小了工件进给速度与金刚线速度之间的差值波动，进而减少了金刚线的线弓，以减少金刚线的耗线量和断线风险，同时也保证了金刚线的切割能力，减少硅片表面出现明显的切割痕迹，得到品质更好的硅片。
以上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 (10)
1.一种金刚线切割方法，其特征在于，包括：
进刀段：工件开始加速进给，同时金刚线开始加速走线，并自零切割位置对工件进行切割直到振荡切割起始位置，其中到达所述振荡切割起始位置时，工件加速至工件预设进给速度，金刚线加速至金刚线预设速度,在所述进刀段中，工件采用分段加速、线性关系加速、曲线关系加速中的一种加速方式加速到工件预设进给速度,所述金刚线采用振荡式分段加速方式进行加速至金刚线预设速度，所述金刚线采用振荡式分段加速方式为先正向加速，再匀速，然后减速，接着反向加速，再匀速，然后减速，如此往复运动，但每一段匀速时的金刚线速度的数值是呈逐渐增大的趋势；
振荡切割段：工件进给速度随金刚线速度的变化而变化，自振荡切割起始位置继续切割至振荡切割结束位置，其中工件进给速度周期性变化直到振荡切割结束位置：先以工件预设进给速度匀速、再减速至零，然后由零再加速至工件预设进给速度；同时金刚线速度周期性变化直到振荡切割结束位置：先以金刚线预设速度匀速、再减速至零，然后由零再加速至金刚线预设速度；
出刀段：工件从振荡切割结束位置时的工件进给速度减速进给，同时金刚线从振荡切割结束位置时的金刚线速度减速走线，并自振荡切割结束位置对工件进行切割直到末端切割位置。
2.根据权利要求1所述的金刚线切割方法，其特征在于，在所述振荡切割段中，工件加速度设为A1，单位为mm/min2,工件预设进给速度设为V1，单位为mm/min,金刚线加速度设为A2，单位为m/s2,金刚线预设速度设为V2，单位为m/s，工件加速度A1=V1×A2×60/V2。
3.根据权利要求2所述的金刚线切割方法，其特征在于，在所述进刀段开始之前，设定零切割位置、末端切割位置、振荡切割起始位置、振荡切割结束位置、工件预设进给速度、金刚线预设速度、金刚线加速度。
4.根据权利要求1所述的金刚线切割方法，其特征在于，在所述振荡切割段中，金刚线先以金刚线预设速度从匀速开始正向走线，再减速至零，然后从零开始反向走线并加速至金刚线预设速度，接着以金刚线预设速度匀速走线，再减速至零完成反向走线，随后从零开始正向走线并加速完成正向走线，如此往复直到振荡切割结束位置。
5.根据权利要求4所述的金刚线切割方法，其特征在于，在所述振荡切割段开始之前，设定正向走线距离和反向走线距离。
6.根据权利要求1所述的金刚线切割方法，其特征在于，通过控制系统启用所述振荡切割段或者关闭所述振荡切割段。
7.根据权利要求1所述的金刚线切割方法，其特征在于，所述工件为多晶硅棒。
8.根据权利要求1所述的金刚线切割方法，其特征在于，在所述出刀段中，振荡切割结束位置的工件进给速度为工件预设进给速度，工件从工件预设进给速度减速进给；同时振荡切割结束位置的金刚线速度为金刚线预设速度，金刚线从金刚线预设速度减速走线。
9.根据权利要求8所述的金刚线切割方法，其特征在于，在所述出刀段中，工件从工件预设进给速度减速到零，金刚线从金刚线预设速度减速到零。
10.根据权利要求1所述的金刚线切割方法，其特征在于，在所述出刀段中，工件采用分段减速、线性关系减速、曲线关系减速中的一种减速方式减速进给；金刚线采用分段减速、线性关系减速、曲线关系减速中的一种减速方式减速走线。
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