【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及磨抛装备，具体而言，尤其涉及一种大口径薄壁硬脆石英坩埚的卧式磨抛一体化装备及加工方法。
技术介绍
1、作为一种用于高温加热和化学反应的玻璃用具，石英坩埚因其高纯度、高温耐受性、抗腐蚀等特性在单晶硅拉制行业得到广泛应用。然而，在生产过程中，石英坩埚经常会出现气泡、裂纹、砂眼等缺陷，这些缺陷不仅会影响石英坩埚的强度、密封性和使用寿命，而且在后续的使用过程中给单晶硅棒引入杂质以及提高单晶硅棒拉制的断线率，从而大大降低了单晶硅的成品质量和加工效率，为相关企业的生产经营造成巨大的产品浪费。目前，市场上还没有出现针对大口径薄壁硬脆石英坩埚磨抛处理的成熟自动化设备，磨抛处理大多依靠人工或者直接报废处理，效率不高且成本高昂，严重制约了光伏、半导体等相关产业的发展，因此开发一种大口径薄壁硬脆石英坩埚的卧式磨抛一体化装备，以大大降低石英坩埚的表面/亚表面缺陷,对单晶硅相关产业的发展具有重要意义。
技术实现思路
1、根据上述提出的技术问题，而提供一种大口径薄壁硬脆石英坩埚的卧式磨抛一体化装备及加工方法，以解决大口径薄壁硬脆石英坩埚中磨抛加工中存在的自动化水平低的问题。
2、本专利技术采用的技术手段如下：
3、一种大口径薄壁硬脆石英坩埚的卧式磨抛一体化装备，包括磨抛定位装置、自动化磨抛装置、磨抛液贮存及输送装置、三维扫描装置、传动装置、设备壳体和控制系统，所述的磨抛定位装置用于约束磨抛工件在三维空间中的六个自由度，以实现定位、夹紧；所述的自动化磨抛装置连接于设备壳体上
4、进一步地，所述的磨抛定位装置包括连接杆、液压缸、压力信息收集盒、导向辊、真空吸盘、驱动辊、带传动装置、滑枕、底座、液压驱动装置、x轴方向导轨、定位卡座，所述液压缸与连接杆、导向辊依次相连形成夹持机构，至少包括两个夹持机构，液压缸的伸缩带动连接杆的摆动从而实现导向辊在xoz平面内的摆动位姿变化；导向辊为磨抛工序中用于导向、辅助定位的圆柱形辊子；所述压力信息收集盒与导向辊相连，压力信息收集盒为导向辊上压力信息收集、存储并传输的器件，其将导向辊上的压力信息收集并传输给控制系统，控制系统根据该实时信息与目标信息相比对并进行反馈调节，通过控制液压缸的伸缩来增大或降低导向辊所受压力值，以对工件施加预设的加紧力；所述真空吸盘可旋转，其中心线与磨抛工序中磨抛工件中心线重合，磨抛工序中吸附磨抛工件底面与其紧密相连，以防止磨抛加工中磨抛工件的y轴方向窜动；驱动辊为驱动磨抛工件发生周向转动的部件；带传动装置与驱动辊连接，安装于定位卡座内部，用于向驱动辊传递驱动力矩；x轴方向导轨与底座固连在一起，并与滑枕连接，用于实现磨抛工件通过滑枕沿x轴方向的水平移动；底座与传动装置相连，用于承受来源于装置或加工过程的负载，并实现磨抛工件的x轴向移动；滑枕与定位卡座固连在一起，并与x轴方向导轨相连，可与x轴方向导轨间发生相对滑动；定位卡座用于磨抛工件在xoz平面内的定位，依赖磨抛工件自身重力与导向辊的辅助定位夹紧作用，以便与磨抛工件外壁发生多点接触，进而实现xoz平面内的完全定位；液压驱动装置与滑枕固连，其液压杆的伸缩带动滑枕与x轴方向导轨发生相对滑动。
5、进一步地，所述自动化磨抛装置包括多自由度机械臂和磨抛头，其中多自由度机械臂与设备壳体底板相连，具有多自由度，机械臂在路径规划和轨迹规划处理后，由控制系统控制在一定约束条件下，进行一系列随时间变化的位姿状态，以带动磨抛头精准移动至磨抛工件的待加工表面的指定位置，进行磨抛加工；磨抛头主体部分为大曲率半球形状，进行不同的表面处理工序以适应不同的加工工序。
6、进一步地，磨抛液贮存及输送装置包括输送管道、蠕动泵、进液管道、磨抛液贮存筒；蠕动泵与输送管道相连，用于泵取磨抛液至磨抛加工位置；进液管道与设备壳体及磨抛液贮存筒相连，为补充磨抛液的通道；磨抛液贮存筒安装在设备壳体底板上，用于储存磨抛液。
7、进一步地，所述输送管道为变直径管道，随着输送管道远离磨抛液贮存筒，其内径由10mm渐变至5mm。
8、进一步地，三维扫描装置包括多自由度机械臂和三维轮廓扫描仪，其中多自由度机械臂与设备壳体底板相连，具有多自由度，机械臂在路径规划和轨迹规划处理后，由控制系统控制在一定约束条件下，进行一系列随时间变化的位姿状态，以带动三位轮廓扫描仪进行磨抛工件的内壁轮廓扫描；三维轮廓扫描仪用于对磨抛工件内壁轮廓进行扫描和记录，并将扫描结果传输至控制系统，控制系统根据该三维轮廓进行自动化磨抛装置的路径规划和轨迹规划。
9、进一步地，传动装置包括丝杠支座、导向光杆、传动丝杠、减速齿轮系和电机，其中丝杠支座直接安装在设备外壳底板上；导向光杆安装至丝杠两侧；传动丝杠与丝杠支座相连，在电机的驱动下可实现底座的x轴向移动；减速齿轮系与电机主轴相连。
10、进一步地，设备壳体包括信号灯、设备外壳、进液口、底板，其中信号灯为示意加工状态信息的显示灯，其与控制系统相连，根据控制系统反馈的加工状态的正常与否，包括多种显示状态，所述设备壳体为半开式结构，壳体左右两侧无挡板。
11、进一步地，控制系统安装设备外壳上，用以控制各磨抛相关装置的运行，包括控制磨抛头以调节磨抛转速，控制蠕动泵以调节磨抛液流速，控制液压缸以调节导向辊压力；用以数据处理和轨迹分析，包括收集三维轮廓扫描仪扫描的轮廓信息，根据扫描信息进行三维轮廓构建并进行可视化展示。
12、本专利技术还公开了基于上述一种大口径薄壁硬脆石英坩埚的卧式磨抛一体化装备的加工方法，包括如下步骤：
13、步骤1、磨抛定位装置动作，石英坩埚落入定位卡座上，上料完成；
14、步骤2、控制系统获取到扫描指令；
15、步骤3、传动装置驱动底座带动石英坩埚移动至扫描工序位置；
16、步骤4、多自由度机械臂带动三维轮廓扫描仪对石英坩埚内壁进行扫描，并将相应轮廓信息传输至控制系统，扫描完成后机械臂回复至初始位置；
17、步骤5、基于扫描结果及磨削精度需求安装匹配的磨削头，控制系统分配预设的磨削参数；
18、步骤6、控制系统根据轮廓信息进行轨迹分析，传动装置驱动底座带动石英坩埚移动至磨抛工序位置，真空吸盘伸缩吸附石英坩埚底面，导向辊摆动并以预设压力压紧石英坩埚外壁；
19、步骤7、控制系统将预设信息转换成相应执行信号传输至自动化磨抛装置、磨抛液贮存及输送装置，开始磨削加工，磨削完成后磨削头及蠕动泵停止运转，机械臂回复至初始位置；...
【技术保护点】
1.一种大口径薄壁硬脆石英坩埚的卧式磨抛一体化装备，其特征在于，包括磨抛定位装置、自动化磨抛装置、磨抛液贮存及输送装置、三维扫描装置、传动装置、设备壳体和控制系统，所述的磨抛定位装置用于约束磨抛工件在三维空间中的自由度，以实现定位、夹紧；所述的自动化磨抛装置连接于设备壳体上，由控制系统控制以完成磨抛工件的磨削和抛光；磨抛液贮存及输送装置连接于设备壳体上，用于磨抛液的贮存和输送；三维扫描装置用于扫描磨抛工件的内壁轮廓，并将扫描结果上传至控制系统以进行数据求解与轨迹规划；所述的传动装置与底座相连，用于驱动底座带动磨抛工件的水平移动；所述的设备壳体用于容纳和保护各种磨抛相关装置；所述的控制系统连接于设备壳体前板上，用于监测扫描进程、工件位置、自动化磨抛参数、磨抛液流速、传动速度、压力信息状态，并进行反馈调节。
2.根据权利要求1所述的大口径薄壁硬脆石英坩埚的卧式磨抛一体化装备，其特征在于，所述的磨抛定位装置包括连接杆、液压缸、压力信息收集盒、导向辊、真空吸盘、驱动辊、带传动装置、滑枕、底座、液压驱动装置、X轴方向导轨、定位卡座，所述液压缸与连接杆、导向辊依次相连形成夹持机构
3.根据权利要求1所述的大口径薄壁硬脆石英坩埚的卧式磨抛一体化装备，其特征在于，所述自动化磨抛装置包括多自由度机械臂和磨抛头，其中多自由度机械臂与设备壳体底板相连，具有多自由度，机械臂在路径规划和轨迹规划处理后，由控制系统控制在一定约束条件下，进行一系列随时间变化的位姿状态，以带动磨抛头精准移动至磨抛工件的待加工表面的指定位置，进行磨抛加工；磨抛头主体部分为大曲率半球形状，进行不同的表面处理工序以适应不同的加工工序。
4.根据权利要求1所述的大口径薄壁硬脆石英坩埚的卧式磨抛一体化装备，其特征在于，磨抛液贮存及输送装置包括输送管道、蠕动泵、进液管道、磨抛液贮存筒；蠕动泵与输送管道相连，用于泵取磨抛液至磨抛加工位置；进液管道与设备壳体及磨抛液贮存筒相连，为补充磨抛液的通道；磨抛液贮存筒安装在设备壳体底板上，用于储存磨抛液。
5.根据权利要求1所述的大口径薄壁硬脆石英坩埚的卧式磨抛一体化装备，其特征在于，所述输送管道为变直径管道，随着输送管道远离磨抛液贮存筒，其内径由10mm渐变至5mm。
6.根据权利要求1所述的大口径薄壁硬脆石英坩埚的卧式磨抛一体化装备，其特征在于，三维扫描装置包括多自由度机械臂和三维轮廓扫描仪，其中多自由度机械臂与设备壳体底板相连，具有多自由度，机械臂在路径规划和轨迹规划处理后，由控制系统控制在一定约束条件下，进行一系列随时间变化的位姿状态，以带动三位轮廓扫描仪进行磨抛工件的内壁轮廓扫描；三维轮廓扫描仪用于对磨抛工件内壁轮廓进行扫描和记录，并将扫描结果传输至控制系统，控制系统根据该三维轮廓进行自动化磨抛装置的路径规划和轨迹规划。
7.根据权利要求1所述的大口径薄壁硬脆石英坩埚的卧式磨抛一体化装备，其特征在于，传动装置包括丝杠支座、导向光杆、传动丝杠、减速齿轮系和电机，其中丝杠支座直接安装在设备外壳底板上；导向光杆安装至丝杠两侧；传动丝杠与丝杠支座相连，在电机的驱动下可实现底座的X轴向移动；减速齿轮系与电机主轴相连。
8.根据权利要求1所述的大口径薄壁硬脆石英坩埚的卧式磨抛一体化装备，其特征在于，设备壳体包括信号灯、设备外壳、进液口、底板，其...
【技术特征摘要】
1.一种大口径薄壁硬脆石英坩埚的卧式磨抛一体化装备，其特征在于，包括磨抛定位装置、自动化磨抛装置、磨抛液贮存及输送装置、三维扫描装置、传动装置、设备壳体和控制系统，所述的磨抛定位装置用于约束磨抛工件在三维空间中的自由度，以实现定位、夹紧；所述的自动化磨抛装置连接于设备壳体上，由控制系统控制以完成磨抛工件的磨削和抛光；磨抛液贮存及输送装置连接于设备壳体上，用于磨抛液的贮存和输送；三维扫描装置用于扫描磨抛工件的内壁轮廓，并将扫描结果上传至控制系统以进行数据求解与轨迹规划；所述的传动装置与底座相连，用于驱动底座带动磨抛工件的水平移动；所述的设备壳体用于容纳和保护各种磨抛相关装置；所述的控制系统连接于设备壳体前板上，用于监测扫描进程、工件位置、自动化磨抛参数、磨抛液流速、传动速度、压力信息状态，并进行反馈调节。
2.根据权利要求1所述的大口径薄壁硬脆石英坩埚的卧式磨抛一体化装备，其特征在于，所述的磨抛定位装置包括连接杆、液压缸、压力信息收集盒、导向辊、真空吸盘、驱动辊、带传动装置、滑枕、底座、液压驱动装置、x轴方向导轨、定位卡座，所述液压缸与连接杆、导向辊依次相连形成夹持机构，至少包括两个夹持机构，液压缸的伸缩带动连接杆的摆动从而实现导向辊在xoz平面内的摆动位姿变化；导向辊为磨抛工序中用于导向、辅助定位的圆柱形辊子；所述压力信息收集盒与导向辊相连，压力信息收集盒为导向辊上压力信息收集、存储并传输的器件，其将导向辊上的压力信息收集并传输给控制系统，控制系统根据该实时信息与目标信息相比对并进行反馈调节，通过控制液压缸的伸缩来增大或降低导向辊所受压力值，以对工件施加预设的加紧力；所述真空吸盘可旋转，其中心线与磨抛工序中磨抛工件中心线重合，磨抛工序中吸附磨抛工件底面与其紧密相连，以防止磨抛加工中磨抛工件的y轴方向窜动；驱动辊为驱动磨抛工件发生周向转动的部件；带传动装置与驱动辊连接，安装于定位卡座内部，用于向驱动辊传递驱动力矩；x轴方向导轨与底座固连在一起，并与滑枕连接，用于实现磨抛工件通过滑枕沿x轴方向的水平移动；底座与传动装置相连，用于承受来源于装置或加工过程的负载，并实现磨抛工件的x轴向移动；滑枕与定位卡座固连在一起，并与x轴方向导轨相连，可与x轴方向导轨间发生相对滑动；定位卡座用于磨抛工件在xoz平面内的定位，依赖磨抛工件自身重力与导向辊的辅助定位夹紧作用，以便与磨抛工件外壁发生多点接触，进而实现xoz平面内的完全定位；液压驱动装置与滑枕固连，其液压杆的伸缩带动滑枕与x轴方向导轨发生相对滑动。
3.根据权利要求1所述的大口径薄壁硬脆石英坩埚的卧式磨抛一体化装备，其特征在于，所述自动化磨抛装置包括多自由度机械臂和磨抛头，其中多自由度机械臂与设备壳体底板相...
【专利技术属性】
技术研发人员：张振宇，刘振颂，周红秀，孟凡宁，石春景，冯俊元，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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