切割总成、控制方法及线切割装置与流程

1.本发明涉及线切割技术领域，特别地涉及一种切割总成、控制方法及线切割装置。


背景技术：

2.目前，在高硬脆材料切割领域，尤其是光伏工件切割领域，随着社会对绿色可再生能源利用的重视和开放，光伏太阳能发电领域越来越得到重视和发展。光伏太阳能发电领域中，通常的晶体硅太阳能电池是在高质量硅片上制成的，这种硅片从提拉或浇铸的工件后通过多线锯切割而成。现有硅片的制作流程，一般是将光伏工件通过开方机进行开方，使得工件整体呈类矩形；开方完毕后，对工件进行磨面及抛光、截断等处理；最后，再采用切片机对开方后的工件进行切片。
3.传统环形丝加工方式设置分段进给速度，其中每段进给速度固定，切割线应用于截断时由于加工圆棒直径不断变化，单位时间去除材料变化较大，导致切割载荷波动剧烈，材料去除率低时载荷较小不能充分发挥环形丝高效切割优势，材料去除率高时由于切割载荷大不能保证切割质量，最终造成切割效果差、切割线使用寿命下降的问题。


技术实现要素：

4.针对上述技术问题，本发明技术方案提供了一种切割总成及线切割装置，通过调节切割机构的进给速度和/或切割轮的转速以保持切割线张力稳定。
5.本发明提供了一种切割总成，包括：
6.切割机构；
7.进给机构，所述切割机构设置于所述进给机构上，且所述进给机构能够带动所述切割机构移动以对工件进行切割；
8.所述切割机构包括可绕设切割线的切割轮和驱动轮；
9.张力检测机构，所述张力检测机构连接于所述切割线，且所述张力检测机构与所述进给机构电连接，所述张力检测机构能够获取所述切割线的张力以调节所述进给机构的进给速度；
10.和/或，所述张力检测机构与所述驱动轮电连接，且张力检测机构能够获取所述切割线的张力以调节所述驱动轮的转速。
11.本发明技术方案的进一步优化，所述张力检测机构包括测力轮，所述切割线环绕于所述切割轮、所述驱动轮和所述测力轮上，且所述测力轮能够获取所述切割线的张力。
12.本发明技术方案的进一步优化，所述切割机构设置有多个，所述切割线依次经过所有所述切割机构。每个切割机构具有一个切割工位，多个切割机构并列布置构成多刀截断结构。
13.本发明技术方案的进一步优化，所述切割机构还包括驱动结构，所述驱动结构连接于所述驱动轮上，且所述驱动结构能够带动所述驱动轮进行转动，所述张力检测机构与所述驱动结构电连接。
14.本发明技术方案的进一步优化，所述驱动结构包括驱动电机，所述驱动轮设置于所述驱动电机的驱动轴上，且所述张力检测机构能够通过所述驱动电机获取所述驱动轴的扭矩。
15.本发明技术方案的进一步优化，所述切割机构还包括张力轮，所述切割线环绕于所述切割轮、所述驱动轮和所述张力轮上，且所述张力轮能够调节所述切割线的张力。
16.本发明技术方案的另一方面提供一种上述的切割总成的控制方法，包括：
17.获取切割线的实时张力t，并使实时张力t与预设张力值tc进行比较；
18.若t＞tc+tg，则降低所述进给机构的进给速度和/或增加所述驱动轮的转速；
19.若t＜tc-tg，则增大所述进给机构的进给速度和/或降低所述驱动轮的转速；
20.若tc-tg＜t＜tc+tg，则保持所述进给机构的进给速度和/或保持所述驱动轮的转速；
21.tg为张力波动值。
22.本发明技术方案的另一方面提供一种线切割装置，包括上述的切割总成或应用上述的控制方法。
23.所述线切割装置为开方机或截断机。
24.与现有技术相比，本发明技术方案的优点在于：
25.1、控制切割过程中实测张力的数值，降低切割线振动，保持切割线实测张力在一定范围内保持切割载荷恒定，可提高加工效率、保证加工精度和加工质量的一致性；
26.2、由于限制了切割线的最大载荷，有利于保持切割线的切割能力，提高切割线使用寿命，降低工具成本。
附图说明
27.在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。
28.图1是本发明实施例提供的切割总成的结构示意图。
29.在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
30.标号说明：
31.1、切割机构；11、切割轮；12、驱动轮；13、张力检测机构；14、张力轮。
具体实施方式
32.下面将结合附图1对本发明作进一步说明。
33.切割线的切割载荷波动剧烈，材料去除率低时载荷较小不能充分发挥环形丝高效切割优势，材料去除率高时由于切割载荷大不能保证切割质量，最终造成切割效果差、切割线使用寿命下降的问题，为此，本发明提供了一种切割总成，包括：切割机构1；进给机构，所述切割机构1设置于所述进给机构上，且所述进给机构能够带动所述切割机构1移动以对工件进行切割；所述切割机构1包括可绕设切割线的切割轮11和驱动轮12；张力检测机构13，所述张力检测机构13连接于所述切割线，且所述张力检测机构13与所述进给机构电连接，所述张力检测机构13能够获取所述切割线的张力以调节所述进给机构的进给速度；和/或，所述张力检测机构13与所述驱动轮12电连接，且张力检测机构13能够获取所述切割线的张力以调节所述驱动轮12的转速。通过调节进给机构的进给速度和/或调节驱动轮12的转速
以调节切割线的切割速率的两种方式，来调节切割线的张力，从而控制切割过程中实测张力的数值，保持切割载荷恒定，可提高加工效率、保证加工精度和加工质量的一致性；由于限制了切割线的最大载荷，有利于保持切割线的切割能力，提高切割线使用寿命，降低工具成本。其中，电连接是指通过控制器实现闭环控制。
34.其中，切割轮11的数量可以为两个，两个切割轮11之间的切割线能够对工件进行切割。
35.张力检测机构13获取的张力数值能够通过数据传输单元传输到控制单元处，控制单元则根据获取的张力数值对进给机构和/或驱动轮12的转速进行控制，从而实现对切割线的张力的调节。
36.数据传输单元可以设置成有线式的，也可设置成无线式的，有线式结构则需要数据线将张力检测单元和控制单元连接起来，而无线式结构需要在张力检测单元和控制单元上分别加装信号发射单元和信号接收单元，例如可以通过蓝牙收发模块进行张力数据的无线传输。
37.其中，所述张力检测机构13包括测力轮，所述切割线环绕于所述切割轮11、所述驱动轮12和所述测力轮上，且所述测力轮能够获取所述切割线的张力。通过测力轮对切割线的实时检测，从而实时获取切割线的张力，保证调节精度。
38.作为一种实施方式，所述切割线包括环形切割线，所述环形切割线环绕于所述切割轮11和所述驱动轮12上。也即采用环形切割线进行单线切断，由于环形切割线无新线补充，因此调整切割线的张力可以有效地增加切割线的使用寿命，保证切割总成的可靠性。
39.作为另一种实施方式，切割线可以为往复线结构，控制切割过程中实测张力的数值，保持切割载荷恒定，可提高加工效率、保证加工精度和加工质量的一致性。
40.所述切割机构1具有多个切割工位，所述切割线依次经过所有所述切割工位，利用多个切割工位可以在进给机构进行单次进给即可完成多位置的切割，进一步提高加工效率。
41.所述切割机构还包括驱动结构，所述驱动结构连接于所述驱动轮12上，且所述驱动结构能够带动所述驱动轮12进行转动，所述张力检测机构13与所述驱动结构电连接。在对切割轮11的转速进行控制时，通过控制驱动结构的转速即可控制切割轮11的转速，从而控制切割线的切割速率。
42.可选的，所述驱动结构包括驱动电机，所述驱动轮12设置于所述驱动电机的驱动轴上，且所述张力检测机构13能够获取所述驱动轴的扭矩。当切割线的张力发生变化时，切割线对驱动轮12的挤压力也会发生变化，因此会造成驱动轮12及其连接的驱动轴上的扭矩发生变化，因此可以获取驱动轴的扭矩而换算得出切割线上的张力，从而可以得到张力的变化量，然后根据该变化量对进给结构的进给速度和/或驱动轮12的转速进行调节，从而保证张力的恒定。当检测到扭矩变大，则切割线的实际张力也变大，此时需要减少进给速度，使得切割线与工件之间的挤压力减小，进而减少切割线的张力，也可以降低驱动电机的转速，从而降低切割线与工件之间的摩擦力，也可以减少切割线的张力。反之当检测到扭矩变小，则切割线的实际张力也变小，此时需要增加进给速度，使得切割线与工件之间的挤压力增大，进而增加切割线的张力，也可以增加驱动电机的转速，从而增加切割线与工件之间的摩擦力，同样可以增加切割线的张力。
43.所述切割机构还包括张力轮14，所述切割线环绕于所述切割轮11、所述驱动轮12和所述张力轮14上，且所述张力轮14能够调节所述切割线的张力，所述张力检测机构与所述张力轮14电连接。
44.切割机构还包括推力施加机构给张力轮14施加恒定的推力，在初始状态的时候，推力施加机构施加的恒定推力与张力轮14上所受到的拉力相等，在进行运行的过程当中，当切割线的张力变大时，也就是张力轮14所受到的切割线的张力变大，张力轮14的受力平衡被打破，在张力的作用下，张力轮14发生移动，张力轮14在移动的过程当中，切割线收缩，施加在张力轮14上的张力逐渐减少，直至张力轮14上所受张力与恒定推力重新达到平衡时，张力轮14停止运动。在运行过程中，当切割线的张力变小时，也就是张力轮14所受到的切割线的张力变小，张力轮14的受力平衡被打破，在推力的作用下，张力轮14发生移动，在张力轮14的移动过程当中，切割线被拉伸，施加在张力轮14上的张力逐渐增大，直至张力轮14所受张力和推力重新达到平衡时，张力轮14停止运动。全程推力施加机构提供给张力轮14的推力保持恒定，为了达到恒定推力与切割线张力的平衡，推力施加机构通过直线位移的变化调节张力轮14两侧切割线的收放长度。
45.推力施加机构可以为液压缸、气缸、直线电机、悬挂的重物等能够为张力轮14提供恒定推力的结构；当推力施加机构为液压缸或者气缸时，张力轮与气缸或液压缸的活塞杆转动连接在一起，气缸或液压缸的活塞杆的轴线与施加的推力的方向相互平行；当推力施加机构为重物的时候，张力轮14与一滑块转动连接在一起，滑块与重物之间通过一连接绳连接在一起，滑块在机体上的滑动方向与推力的施加方向相互平行，并且连接绳绕过一定滑轮，拉绳在定滑轮处将重物竖直的重力转化为施加给张力轮14恒定的推力；具体的，本实施例中，以直线电机为例进行说明，直线电机为张力轮14提供动力，直线电机的动子与张力轮14转动连接在一起。
46.在某些实施例中，推力施加机构为张力轮14提供的力为设定恒力，在线张力变化时随着张力的变化而短时波动并进行调整，调整的目标为恒力，具体的，推力施加机构设置为弹簧；初始状态的时候，弹簧施加给张力轮14的推力与切割线施加给张力轮14的张力保持平衡，在运行过程当中，当切割线的张力变大时，也就是张力轮14所受到的切割线的张力变大，张力轮14的受力平衡被打破，在张力的作用下，张力轮14发生移动，张力轮14在移动的过程当中，切割线收缩，施加在张力轮14上的张力逐渐减少，弹簧也逐渐发生弹性形变，使得施加在张力轮14上的推力逐渐增大，直至张力轮14上所受拉力与推力重新达到平衡时，张力轮14停止运动。在运行过程中，当切割线的张力变小时，也就是张力轮14所受到的切割线的张力变小，张力轮14的受力平衡被打破，在推力的作用下，张力轮14发生移动，在张力轮14的移动过程当中，切割线被拉伸，施加在张力轮14上的拉力逐渐增大，弹簧也逐渐发生弹性形变，使得施加在张力轮14上的推力逐渐减少，直至张力轮14所受拉力和推力重新达到平衡时，张力轮14停止运动。全程推力机构提供给张力轮的推力保持恒定，为了达到恒定推力与切割线张力的平衡，直线推力机构通过直线位移的变化调节张力轮两侧切割线的收放长度。
47.本发明技术方案的另一方面提供一种上述的切割总成的控制方法，包括：
48.获取切割线的实时张力t，并使实时张力t与预设张力值tc进行比较；
49.若t＞tc+tg，表明此时实时张力过大，切割线所承受的张力过大，会降低切割线的
使用寿命，则降低所述进给机构的进给速度和/或增加所述驱动轮12的转速；来减少实时张力；
50.若t＜tc-tg，表明此时实时张力过小，切割线的切割效率降低，则增大所述进给机构的进给速度和/或降低所述驱动轮12的转速，以增大实时张力；
51.若tc-tg＜t＜tc+tg，则保持所述进给机构的进给速度和/或保持所述驱动轮12的转速；
52.tg为张力波动值。
53.本发明技术方案的另一方面提供一种线切割装置，包括上述的切割总成或应用上述的控制方法。
54.所述线切割装置为开方机或截断机。
55.虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

技术特征：
1.一种切割总成，其特征在于：包括：切割机构；进给机构，所述切割机构设置于所述进给机构上，且所述进给机构能够带动所述切割机构移动以对工件进行切割；所述切割机构包括可绕设切割线的切割轮和驱动轮；张力检测机构，所述张力检测机构连接于所述切割线上，且所述张力检测机构与所述进给机构电连接，所述张力检测机构能够获取所述切割线的张力以调节所述进给机构的进给速度；和/或，所述张力检测机构与所述驱动轮电连接，且张力检测机构能够获取所述切割线的张力以调节所述驱动轮的转速。2.根据权利要求1所述的切割总成，其特征在于：所述张力检测机构包括测力轮，所述切割线环绕于所述切割轮、所述驱动轮和所述测力轮上，且所述测力轮能够获取所述切割线的张力。3.根据权利要求1所述的切割总成，其特征在于：所述切割机构设置有多个，所述切割线依次经过所有所述切割机构。4.根据权利要求1所述的切割总成，其特征在于：所述切割机构还包括驱动结构，所述驱动结构连接于所述驱动轮上，且所述驱动结构能够带动所述驱动轮转动，所述张力检测机构与所述驱动结构电连接。5.根据权利要求4所述的切割总成，其特征在于：所述驱动结构包括驱动电机，所述驱动轮设置于所述驱动电机的驱动轴上，且所述张力检测机构能够通过所述驱动电机获取所述驱动轴的扭矩。6.根据权利要求1所述的切割总成，其特征在于：所述切割机构还包括张力轮，所述切割线环绕于所述切割轮、所述驱动轮和所述张力轮上，且所述张力轮能够调节所述切割线的张力。7.一种权利要求1至6中任一项所述的切割总成的控制方法，其特征在于：包括：获取切割线的实时张力t，并使实时张力t与预设张力值tc进行比较；若t＞tc+tg，则降低所述进给机构的进给速度和/或增加所述驱动轮的转速；若t＜tc-tg，则增大所述进给机构的进给速度和/或降低所述驱动轮的转速；若tc-tg＜t＜tc+tg，则保持所述进给机构的进给速度和/或保持所述驱动轮的转速；tg为张力波动值。8.一种线切割装置，其特征在于：包括权利要求1至6中任一项所述的切割总成或应用权利要求7所述的控制方法。9.根据权利要求8所述的线切割装置，其特征在于：所述线切割装置为开方机或截断机。

技术总结
本发明提供一种切割总成、控制方法及线切割装置。切割总成包括切割机构；进给机构，所述切割机构设置于所述进给机构上，且所述进给机构能够带动所述切割机构移动以对工件进行切割；所述切割机构包括用于绕设切割线的切割轮和驱动轮。本发明提供的切割总成及线切割装置，控制切割过程中实测张力的数值，降低切割线振动，保持切割线实测张力在一定范围内保持切割载荷恒定，可提高加工效率、保证加工精度和加工质量的一致性；由于限制了切割线的最大载荷，有利于保持切割线的切割能力，提高切割线使用寿命，降低工具成本。降低工具成本。降低工具成本。


技术研发人员：葛任鹏 仇健 邹英魁 石业琦 金传杰
受保护的技术使用者：青岛高测科技股份有限公司
技术研发日：2022.12.30
技术公布日：2023/7/25