多线切割设备及其张力调整机构的制作方法 [0002] 线切割技术是目前世界上比较先进的开方加工技术，它的原理是通过高速运动的 金钢线对待加工工件（例如：硅棒、蓝宝石、或其他半导体硬脆材料）进行摩擦，切出方锭， 从而达到切割目的。在对工件的切割过程中，金钢线通过导线轮的引导，在主线辊上形成一 张线网，而待加工工件通过工作台的上升下降实现工件的进给，在压力泵的作用下，装配在 设备上的冷却水自动喷洒装置将冷却水喷洒至金钢线和工件的切削部位，由金钢线往复运 动产生切削，以将半导体等硬脆材料一次同时切割为多块。线切割技术与传统的刀锯片、砂 轮片及内圆切割相比具有效率高、产能高、精度高等优点。 [0003] 现有的多线切割设备例如晶体硅棒切断机等通常至少包括有：机架，设置于所述 机架上用于承载晶体硅棒的工作台，用于绕丝的绕线筒，多个绕线筒以及可升降的切割辊 等，在对晶体硅棒的切割过程中，钢丝通过十几个绕线筒的引导，在多个切割辊之间上形成 一张丝网，而待切割的晶体硅棒被固定于所述工作台上时，将切割辊降下来，并在压力泵的 作用下，装配在设备上的冷却水自动喷洒装置将冷却水喷洒至金钢线和晶体硅棒的切削部 位，由金钢线往复运动对工件产生切割，以将晶体硅棒一次同时切割为数段。 [0004] 在上述的切割作业中，金钢线的作用举足轻重，但即便最好的金钢线，其延伸度及 耐磨度也是有限度的，也就是说金钢线在往复运动中会逐渐变细，直至最终被拉断。现在的 多线切割设备（机床）都会设计金钢线张力补偿机构，用于弥补金钢线往返行走中的延伸 度。图1显示为现有技术的线切割设备中金钢线张力补偿机构示意图，如图1所示，所述金 钢线张力补偿机构包括：设置于机架10上的张力板11，设置在张力板11上的切割轮12、导 线轮13、张紧轮14、金钢线15缠绕于所述切割轮12、导线轮13、以及张紧轮14之间，于所 述张力板11上还设置有用于牵引张紧轮14的气弹簧16以及用于感测金钢线15的张力以 驱动该气动伸缩件16(例如气缸或气弹簧等）的位移传感器17。于切割过程中，当位移传 感器17感测到缠绕于所述张紧轮14上的金钢线15产生的张力发生变化的时候，会驱使所 述气动伸缩件16拉动所述张紧轮14于水平方向运动，进而达到调节的效果以补充该张力 的变化。 [0005] 但由于该张力补偿机构中采用气动伸缩件作为吸收张力的驱动元件，而气动元件 本身又具有弹性伸缩的性能，在实际的切割过程中由于金钢线的张力是不断变化的，比如 切割过程中由于补偿张力的结果导致金钢线的张力变大时，该气动伸缩剑会释放金钢线而 导致金钢线松弛，进而不利于切割作业；再者，现在技术的切割设备中的同一侧的切割轮都 设置于同一个切割辊上，而在切割中由于金钢线对切割轮有不同的磨损程度往往导致各个 切割轮的周长不等的发生变化，而产生的结果是往复缠绕于各个切割轮上的钢丝张力各不 相同，进而导致位于所述切割轮与导线轮之间的位移传感器不能精确地感测到实际的张力 变化，即，所述气动伸缩剑则不能得到准确的张力信号而及时将产生的张力吸收，所以仍不 利于切割作业。
[0006] 本发明的目的在于提供一种多线切割设备及其张力调整机构，以解决现有技术中 金刚线张力调整不充分与不及时等问题。
[0007] 为解决上述技术问题及其他技术问题，本发明在一方面提供一种多线切割设备的 张力调整机构，应用于具有绕线筒、切割辊以及缠绕于所述绕线筒和所述切割辊上的金刚 线的金刚线开方机，所述张力调整机构包括：支架，设于一机架台上；设于所述支架上的牵 引组件，具有由一牵引伺服电机牵引的主牵引轮和与所述主牵引轮对应的从牵引轮；设于 所述牵引组件与所述绕线筒之间的第一张力组件，具有：活动设于所述支架上的第一张力 导轮；设于所述支架上且位于所述第一张力导轮与所述绕线筒之间的第一张力过渡轮；设 于所述第一张力导轮上的第一张力传感器，用于感测所述第一张力导轮上金刚线的张力值 并在所述张力值超出第一张力预设范围时发出第一驱动信号；以及电性连接于所述第一张 力导轮和所述第一张力传感器的第一张力伺服电机，用于根据所述第一张力传感器发出的 第一驱动信号而驱动所述第一张力导轮相对所述支架移动以调整所述金刚线的张力；设于 所述牵引组件与切割区之间的第二张力组件，具有：活动设于所述支架上的第二张力导轮； 设于所述支架上且位于所述第二张力导轮与所述切割区之间的第二张力过渡轮；设于所述 第二张力导轮上的第二张力传感器，用于感测所述第二张力导轮上金刚线的张力值并在所 述张力值超出第二张力预设范围时发出第二驱动信号；以及电性连接于所述第二张力导轮 和所述第二张力传感器的第二张力伺服电机，用于根据所述第二张力传感器发出的第二驱 动信号而驱动所述第二张力导轮相对所述支架移动以调整所述金刚线的张力。
[0008] 可选地，所述支架为"日"型框架结构，所述牵引组件设于所述"日"型框架结构的 中部横梁上，所述第一张力组件和所述第二张力组件分列于所述"日"型框架结构中相对的 第一纵梁和第二纵梁上，其中，所述第一张力组件中的所述第一张力导轮设于所述第一纵 梁的上部，所述第一张力组件中的所述第一张力过渡轮设于所述第一纵梁的下部，所述第 二张力组件中的所述第二张力导轮设于所述第二纵梁的上部，所述第二张力组件中的所述 第二张力过渡轮设于所述第二纵梁的下部。
[0009] 可选地，所述第一张力导轮通过第一滑移结构而相对所述支架上下滑移，所述第 二张力导轮通过第二滑移而相对所述支架上下滑移。
[0010] 可选地，所述第一滑移结构包括：沿着所述第一纵梁上下设置的第一滑轨，设于所 述第一张力导轮上且夹持于所述第一滑轨的第一滑块，以及连接于所述第一纵梁和所述第 一滑块、供驱动所述第一滑块和所述第一张力导轮相对所述第一滑轨上下滑移的第一气动 伸缩件；以及所述第二滑移结构包括：沿着所述第二纵梁上下设置的第二滑轨，设于所述 第二张力导轮上且夹持于所述第二滑轨的第二滑块，以及连接于所述第二纵梁和所述第二 滑块、供驱动所述第二滑块和所述第二张力导轮相对所述第二滑轨上下滑移的第二气动伸 缩件。
[0011] 可选地，所述第一张力伺服电机根据所述第一张力传感器发出的第一驱动信号而 驱动所述第一张力导轮相对所述支架移动以调整所述金刚线的张力，包括：若所述第一张 力传感器发出的第一驱动信号表明所述第一张力导轮上金刚线的张力值大于第一张力预 设范围时，所述第一张力伺服电机据此驱动所述第一张力导轮相对所述支架向下滑移，以 减少所述金刚线的张力；若所述第一张力传感器发出的第一驱动信号表明所述第一张力导 轮上金刚线的张力值小于第一张力预设范围时，所述第一张力伺服电机据此驱动所述第一 张力导轮相对所述支架向上滑移，以增加所述金刚线的张力；所述第二张力伺服电机根据 所述第二张力传感器发出的第二驱动信号而驱动所述第二张力导轮相对所述支架移动以 调整所述金刚线的张力，包括：若所述第二张力传感器发出的第二驱动信号表明所述第二 张力导轮上金刚线的张力值大于第二张力预设范围时，所述第二张力伺服电机据此驱动所 述第二张力导轮相对所述支架向下滑移，以减少所述金刚线的张力；若所述第二张力传感 器发出的第二驱动信号表明所述第二张力导轮上金刚线的张力值小于第二张力预设范围 时，所述第二张力伺服电机据此驱动所述第二张力导轮相对所述支架向上滑移，以增加所 述金刚线的张力。
[0012] 可选地，所述第一张力传感器和所述第二张力传感器为拉压力式和霍尔磁敏式中 的任一种。
[0013] 可选地，所述第一张力伺服电机和所述第二张力伺服电机均为升降电机。
[0014] 可选地，在所述第一张力过渡轮和所述绕线筒之间还设有排线轮。
[0015] 可选地，所述多线切割设备为金刚线开方机或金刚线截断机。
[0016] 本发明还提供一种多线切割设备，所述多线切割设备包括上述的张力调整机构。
[0017] 本发明多线切割设备及其张力调整机构，提供了中间由牵引组件提供牵引的两个 张力组件，分别设于牵引组件与绕线筒之间和牵引组件与切割区之间，从而可分别实时感 测牵引组件与绕线筒之间的金刚线的张力和牵引组件与切割区之间金刚线的张力，相较于 现有技术，更能实时且精确地感测金刚线的张力变化。进一步地，利用两个张力组件，在感 测到其中任一段的金刚线的张力值超出预设范围时，由位于那一段的那一个张力组件驱动 其中相应的张力导轮以及时且准确地予以调整，确保绕线筒上的金刚线的张力始终符合预 设条件，保证金刚线开方机的切割过程顺畅且运作正常。




[0018] 图1为本发明多线切割设备的张力调整机构所应用的多线切割设备的立体结构 示意图。
[0019] 图2为本发明多线切割设备的张力调整机构的正面立体示意图。
[0020] 图3为本发明多线切割设备的张力调整机构的背面立体示意图。
[0021] 图4为本发明多线切割设备的张力调整机构的正视图。
[0022] 11 机架
[0023] 110 机架台
[0024] 111 工作台
[0025] 12 绕线筒
[0026] 120绕线伺服电机
[0027] 13 支撑立柱
[0028] 14 支撑立柱
[0029] 15 线架
[0030] 151 切割辊
[0031] 153 切割辊
[0032] 200 金刚线
[0033] 21 支架
[0034] 211 主牵引轮
[0035] 210牵引伺服电机
[0036] 213从牵引轮
[0037] 221第一张力导轮
[0038] 223第一张力过渡轮
[0039] 231第二张力导轮
[0040] 233第二张力过渡轮
[0041] 241排线轮
[0042] 251 第一滑轨
[0043] 253 第一滑块
[0044] 255 第一气动伸缩件
[0045] 261 第二滑轨
[0046] 263 第二滑块
[0047] 265第二气动伸缩件


[0048] 请参阅图1至图4,其中，图1为本发明多线切割设备的张力调整机构所应用的多 线切割设备的立体结构示意图，图2为本发明多线切割设备的张力调整机构的正面立体示 意图，图3为本发明多线切割设备的张力调整机构的背面立体示意图，图4为本发明多线切 割设备的张力调整机构的正视图。需说明的是，在本实施方式中，本发明张力调整机构应用 于多线切割设备中，用于对多线切割设备中所涉及的切割线进行张力调整。在实际应用中， 所述多线切割设备可以是例如金刚线开方机或金刚线截断机，其所使用的切割线即为金刚 线。以金刚线开方机为例，是适用于对待加工部件（例如：晶体硅、陶瓷、玻璃、石墨、蓝宝 石等）的切割，即通过金刚线先对加工部件进行横向（纵向）切割，再对加工部件进行纵向 (横向）切割，形成所需的切割块（片）。
[0049] 如图1所示，所述金刚线开方机包括：机架11，具有水平放置的机架台110 ;设于 机架台110上的工作台111，用于承载相应的待加工部件30 ;设于工作台111上的绕线筒 12,该绕线筒12由一绕线伺服电机120驱动；坚直设置于机架11上的支撑立柱13 ;可升降 地设置于支撑立柱13上的转接支架14 ;轴接于转接支架14、配置有切割辊151和导线筒 153的线架15,线架15上的切割辊151和导线筒153即构成切割区；在绕线筒12、切割辊 151和导线筒153上缠绕的金刚线200 ;以及用于对缠绕的金刚线200进行张力调整的张力 调整机构。所述张力调整机构进一步包括：设于机架台110上的支架21，设于支架21上的 牵引组件，设于所述牵引组件与绕线筒12之间的第一张力组件，以及设于所述牵引组件与 切割区之间的第二张力组件。
[0050] 以下结合图1至图4,对本发明多线切割设备的张力调整机构进行详细说明。
[0051] 支架21，设于机架台110上。在本实施例中，支架21为"日"型框架结构。
[0052] 所述牵引组件设于支架21上，具体地，所述牵引组件包括主牵引轮211和与主牵 引轮211对应的从牵引轮213,其中，主牵引轮211是由其后装配的牵引伺服电机210所驱 动，从牵引轮213在主牵引轮211的带动下转动，通过主牵引轮211和从牵引轮213的配合， 可牵引缠绕于它们的金刚线200。在实际应用中，包括主牵引轮211和从牵引轮213的所述 牵引组件是位于所述第一张力组件和所述第二张力组件之间，起到了分离绕线筒12上的 金刚线200的张力和所述切割区中的金刚线200的张力作用，从而使得绕线筒12上的金刚 线200的张力调整与所述切割区中的金刚线200的张力调整相互独立，互不干扰。
[0053] 所述第一张力组件位于所述牵引组件与绕线筒12之间，用于控制绕线筒12上的 金刚线200的张力。在本实施例中，所述第一张力组件包括：活动设于支架21上的第一张 力导轮221，设于支架21上且位于第一张力导轮221与绕线筒12之间的第一张力过渡轮 223,设于第一张力导轮221上的第一张力传感器，以及电性连接于第一张力导轮221和所 述第一张力传感器的第一张力伺服电机（未在图式中予以显示）。具体地，如前所述，支架 21为"日"型框架结构，所述第一张力组件中的第一张力导轮221设于所述第一纵梁的上 部，所述第一张力组件中的第一张力过渡轮223设于所述第一纵梁的下部，且，第一张力导 轮221与第一张力过渡轮223在所述第一纵梁上具有不同的设置方向，从而可引导金刚线 200的走向。另外，为实现第一张力导轮221活动设于支架21上，在本实施例中，第一张力 导轮221是通过第一滑移结构而相对支架21上下滑移的，S卩，所述第一滑移结构包括：沿着 所述第一纵梁上下设置的第一滑轨251，设于第一张力导轮221上且夹持于第一滑轨251的 第一滑块253,以及连接于所述第一纵梁和第一滑块253、供驱动第一滑块253和第一张力 导轮221相对第一滑轨251上下滑移的第一气动伸缩件255。在实际应用中，所述第一张力 传感器可实时感测第一张力导轮221上金刚线的张力值并在所述张力值超出第一张力预 设范围时发出第一驱动信号，后续，所述第一张力伺服电机即可根据所述第一张力传感器 发出的第一驱动信号而驱动第一张力导轮221相对支架21上下滑移以调整位于所述牵引 组件与绕线筒12之间的金刚线200的张力。再有，在本实施例中，所述第一张力传感器可 以为拉压力式和霍尔磁敏式中的任一种，以拉压力式为例，所述第一张力传感器基于这样 一个原理：弹性体在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在它表面的电阻应变片（转换元件） 也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测 量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的 过程，根据所述电信号即可推得弹性变形的程度，从而得到张力值。还有，在本实施例中，所 述第一张力伺服电机为升降电机。
[0054] 所述第二张力组件位于所述牵引组件与切割区之间，用于控制所述切割区中的金 刚线200在执行切割作业时的张力。在本实施例中，所述第二张力组件包括：活动设于支架 21上的第二张力导轮231，设于支架21上且位于第二张力导轮231与切割区之间的第二张 力过渡轮233,设于第二张力导轮231上的第二张力传感器，以及电性连接于第二张力导轮 231和所述第二张力传感器的第二张力伺服电机（未在图式中予以显示）。具体地，如前所 述，支架21为"日"型框架结构，所述第二张力组件中的第二张力导轮231设于所述第二纵 梁的上部，所述第二张力组件中的第二张力过渡轮233设于所述第二纵梁的下部，且，第二 张力导轮231与第二张力过渡轮233在所述第二纵梁上具有不同的设置方向，从而可引导 金刚线200的走向。另外，为实现第二张力导轮231活动设于支架21上，在本实施例中，第 二张力导轮231是通过第二滑移结构而相对支架21上下滑移的，S卩，所述第二滑移结构包 括：沿着所述第二纵梁上下设置的第二滑轨261，设于第二张力导轮231上且夹持于第二滑 轨261的第二滑块263,以及连接于所述第二纵梁和第二滑块263、供驱动第二滑块263和 第二张力导轮231相对第二滑轨261上下滑移的第二气动伸缩件265。在实际应用中，所述 第二张力传感器可实时感测第二张力导轮231上金刚线的张力值并在所述张力值超出第 二张力预设范围时发出第二驱动信号，后续，所述第二张力伺服电机即可根据所述第二张 力传感器发出的第二驱动信号而驱动第二张力导轮231相对支架21上下滑移以调整位于 所述牵引组件与切割区之间的金刚线200的张力。再有，在本实施例中，所述第二张力传感 器可以为拉压力式和霍尔磁敏式中的任一种，以拉压力式为例，所述第二张力传感器基于 这样一个原理：弹性体在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在它表面的电阻应变片（转换 元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应 的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信 号的过程，根据所述电信号即可推得弹性变形的程度，从而得到张力值。还有，在本实施例 中，所述第二张力伺服电机为升降电机。
[0055] 还需说明的是，在本发明多线切割设备的张力调整机构中，在第一张力过渡轮223 和绕线筒12之间还设有排线轮241，排线轮241不仅可引导金刚线200的走向，更能使得绕 线筒12和张力调整机构中的第一张力过渡轮223之间的金刚线200顺畅过线且更整齐地 缠绕于绕线筒12上。
[0056] 以下对本发明多线切割设备的张力调整机构在对金刚线进行张力调整的过程进 行详细说明。
[0057] 在所述多线切割设备对待加工部件30进行高张力切割时，所述切割区中的金刚 线200或者绕线筒12上金钢线200相互挤压、摩擦，影响切割质量或金刚线的使用寿命。
[0058] 针对所述第一张力组件：所述第一张力传感器实时感测第一张力导轮221上金刚 线的张力值，并在感测得到所述张力值超出第一张力预设范围时发出第一驱动信号；若所 述第一驱动信号表面当前的张力值大于所述第一张力预设范围时，所述第一张力伺服电机 据此驱动所述第一张力导轮通过所述第一滑移结构而相对支架21向下滑移，位于所述牵 弓丨组件与绕线筒12之间金刚线会松弛下来，张力减少，与此同时，由牵引伺服电机210驱动 主牵引轮211旋转牵引以及由绕线伺服电机120驱动绕线筒12旋转缠绕，从而使得金刚线 200的收线，完成减少金刚线200的张力；若所述第一驱动信号表面当前的张力值小于所述 第一张力预设范围时，所述第一张力伺服电机据此驱动所述第一张力导轮通过所述第一滑 移结构而相对支架21向上滑移，位于所述牵引组件与绕线筒12之间金刚线200会更收紧， 张力增加。利用所述第一张力组件，可实时控制绕线筒12上的金刚线200的张力。
[0059] 针对所述第二张力组件：所述第二张力传感器实时感测第二张力导轮231上金刚 线的张力值，并在感测得到所述张力值超出第二张力预设范围时发出第二驱动信号；若所 述第二驱动信号表面当前的张力值大于所述第二张力预设范围时，所述第二张力伺服电机 据此驱动所述第二张力导轮通过所述第二滑移结构而相对支架21向下滑移，位于所述牵 引组件与所述切割区之间金刚线会松弛下来，张力减少，与此同时，由牵引伺服电机210驱 动主牵引轮211旋转牵引以及由所述切割区中的伺服电机驱动导线筒旋转缠绕，从而使得 金刚线200的收线，完成减少金刚线200的张力；若所述第二驱动信号表面当前的张力值 小于所述第二张力预设范围时，所述第二张力伺服电机据此驱动所述第二张力导轮通过所 述第二滑移结构而相对支架21向上滑移，位于所述牵引组件与所述切割区之间金刚线200 会更收紧，张力增加。利用所述第二张力组件，可实时控制所述切割区中的金刚线200的张 力。
[0060] 综上所述，本发明多线切割设备及其张力调整机构，其中的张力调整机构包括两 个张力组件以及位于两个张力组件之间的牵引组件，两个牵引组件分别设于牵引组件与绕 线筒之间和牵引组件与切割区之间，起到了分离绕线筒12上的金刚线200的张力和所述切 割区中的金刚线200的张力作用，从而使得绕线筒12上的金刚线200的张力调整与所述切 割区中的金刚线200的张力调整相互独立，互不干扰，在实际应用中，可分别实时感测牵引 组件与绕线筒之间的金刚线的张力和牵引组件与切割区之间金刚线的张力，相较于现有技 术，更能实时且精确地感测金刚线的张力变化。进一步地，利用两个张力组件，在感测到其 中任一段的金刚线的张力值超出预设范围时，由位于那一段的那一个张力组件驱动其中相 应的张力导轮以及时且准确地予以调整，确保绕线筒上的金刚线的张力和/或切割区中的 金刚线的张力始终符合预设条件，特别地，更可确保切割区中金刚线的张力始终大于绕线 筒上的金刚线的张力，从而避免绕线筒上的金刚线由于张力过大而相互磨损，保证多线切 割设备的切割过程顺畅且运作正常。