1設(shè)備的清洗工藝：
全自動(dòng)硅片清洗機(jī)主要以超聲波清洗為主，以鼓泡和拋動(dòng)清洗等工藝為輔助手段。利用超聲波滲透力強(qiáng)的機(jī)械振動(dòng)沖擊硅片表面并結(jié)合清洗劑的化學(xué)去污作用達(dá)到對(duì)硅片的清洗，清洗作用力均勻，清洗潔凈度高，清洗效果好，可有效去除硅片表面的雜質(zhì)。
工藝流程：上料(浸泡)→超聲清洗（擺動(dòng)+加熱+鼓泡）→超聲堿洗（擺動(dòng)+加熱）→超聲漂洗（擺動(dòng)+加熱）→慢拉脫水槽（加熱）→烘干→下料（手動(dòng)）
對(duì)工藝過程所作的調(diào)整是多種多樣的，其中包括機(jī)械手傳送的速度、超聲清洗的時(shí)間、氮?dú)夤呐莸臍怏w流量、拋動(dòng)系統(tǒng)的頻率、溶劑的溫度、烘干系統(tǒng)的溫度等、超聲漂洗用水的流量等。對(duì)于客戶來講，主要應(yīng)考慮設(shè)備生產(chǎn)硅片的能力，保證能滿足生產(chǎn)要求；同時(shí)應(yīng)降低能耗，在保證硅片清洗干凈和烘干的前提下，通過溫控系統(tǒng)調(diào)整溶劑和漂洗水的溫度，以及烘干的溫度和時(shí)間。
2設(shè)備整體結(jié)構(gòu)：
上料臺(tái)全自動(dòng)硅片清洗機(jī)是按照一定的工藝要求，由機(jī)架、懸臂機(jī)械手、上料臺(tái)、各種超聲清洗槽、拋動(dòng)機(jī)構(gòu)、慢提拉系統(tǒng)、烘干系統(tǒng)、抽風(fēng)系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等構(gòu)成一個(gè)多功能的完整設(shè)備。該設(shè)備適用的硅片規(guī)格：125mm×125mm，156mm×156mm。如圖1所示。
2.1機(jī)架和槽體的設(shè)計(jì)：
考慮到太陽(yáng)能硅片清洗時(shí)所用的溶劑為堿溶液，為了提高設(shè)備的耐腐蝕性，槽體所用的材質(zhì)為優(yōu)質(zhì)不銹鋼。機(jī)架的整體材質(zhì)為碳鋼，并用瓷白色PP板進(jìn)行包覆，不僅滿足了設(shè)備的強(qiáng)度要求，而且達(dá)到防腐蝕的目的，并降低了成本。為了降低能耗，槽體的外部包覆有保溫棉，減少了熱量的損失；同時(shí)槽體有溢流功能，采用逆流水洗的清洗工藝，減少了廢水的排放量。
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2.2懸臂機(jī)械手設(shè)計(jì)：
機(jī)械手的作用是把裝滿硅片的籃具在不同工位之間進(jìn)行搬運(yùn)，除上料工位需要人工放置籃具外，其余的動(dòng)作過程都是有機(jī)械手來實(shí)現(xiàn)的，充分發(fā)揮了設(shè)備的性能，能極大的提高生產(chǎn)效率。如圖2所示。
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機(jī)械手的橫向運(yùn)行動(dòng)作采用的是齒輪、齒條結(jié)構(gòu)，配有導(dǎo)向軸；縱向提升動(dòng)作采用的滾珠絲杠結(jié)構(gòu)，配有導(dǎo)向軸。此結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)保證了機(jī)械手運(yùn)行時(shí)噪聲小，籃具能平穩(wěn)傳輸，從而降低了硅片的碎片率。采用交流伺服電機(jī)，保證速度可調(diào)，滿足了機(jī)械手動(dòng)作的工藝要求：橫向運(yùn)行速度6～8m/min；縱向提升速度3～4m/min。每個(gè)工位都安裝有傳感器，當(dāng)機(jī)械手快速接近目標(biāo)位置時(shí)降低速度，實(shí)現(xiàn)緩慢靠近，以便保證籃具內(nèi)的硅片不會(huì)有很大的晃動(dòng)。
機(jī)械手脫鉤的動(dòng)作是由氣缸來完成，氣缸帶有調(diào)速閥，可以調(diào)節(jié)動(dòng)作的快慢。在運(yùn)行中，機(jī)械手有可能出現(xiàn)動(dòng)作失誤，將籃具放置在錯(cuò)誤的位置，造成硅片碎片。為了防止這一后果，機(jī)械手的臂做成活動(dòng)的并裝有微動(dòng)傳感器，當(dāng)動(dòng)作出現(xiàn)錯(cuò)誤，臂就會(huì)被頂起，微動(dòng)傳感器就會(huì)感應(yīng)到，機(jī)械手停止工作。
2.3拋動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：
在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到超聲波以正弦波向上發(fā)射，在波峰和波谷處作用力強(qiáng)，而在節(jié)點(diǎn)處作用力弱的特點(diǎn)，造成硅片局部清洗不干凈。針對(duì)這些特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)為了消除超聲的忙點(diǎn)，加入了拋動(dòng)機(jī)構(gòu)。拋動(dòng)機(jī)構(gòu)由減速電機(jī)、偏心輪，軸承、架體等組成。使清洗工件產(chǎn)生上下運(yùn)動(dòng)，拋動(dòng)行程為50mm左右，頻率約為18次/min。
2.4烘干系統(tǒng)設(shè)計(jì)：
烘干系統(tǒng)的目的是把清洗干凈的硅片烘干。為了減少烘干系統(tǒng)內(nèi)的熱量損失，烘箱采用內(nèi)、外層為不銹鋼鋼板，中間填充保溫棉的結(jié)構(gòu)；兩側(cè)并安裝有自動(dòng)門，由氣缸推動(dòng)，當(dāng)籃具進(jìn)入烘箱內(nèi)及時(shí)把門關(guān)閉。在烘箱頂部安裝有熱風(fēng)裝置，該裝置由風(fēng)機(jī)運(yùn)作將加熱后的熱空氣對(duì)工件吹風(fēng)。
2.5控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：
電氣系統(tǒng)控制是整個(gè)設(shè)備的重要部分，編程安排系統(tǒng)在各個(gè)清洗槽的運(yùn)動(dòng)時(shí)序、控制閥門以及清洗工藝模塊的工作狀態(tài)[3]。盡管該設(shè)備運(yùn)行簡(jiǎn)單，但是根據(jù)不同的工藝要求，需要完成不同的動(dòng)作時(shí)序，因此需要能夠修改工藝流程和運(yùn)行參數(shù)，使整個(gè)控制系統(tǒng)具有較強(qiáng)的可調(diào)性。為此選用工程控制常用的可編程控制器PLC、觸摸屏等主要控制系統(tǒng)。如圖3所示。采用“歐姆龍”PLC可編程控制器控制全操作過程，既可全自動(dòng)操作，也可手動(dòng)操作。在自動(dòng)模式運(yùn)行下，操作人員只需要手動(dòng)上、下料即可，其余過程設(shè)備將自動(dòng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)清洗。在自動(dòng)模式下，操作人員可以手動(dòng)更改工藝，以及控制設(shè)備的運(yùn)行[4]。
系統(tǒng)中，主要通過觸摸屏來更改清洗的相關(guān)參數(shù)：清洗時(shí)間、機(jī)械手運(yùn)行及停頓時(shí)間、溫度的高低、上下料的節(jié)奏以及烘干的溫度等等。PLC根據(jù)更改過的參數(shù)，發(fā)出控制指令，進(jìn)行硅片的清洗完成全過程。
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3影響清洗過程的關(guān)鍵點(diǎn)：
（1）設(shè)備運(yùn)行的平穩(wěn)性。由于太陽(yáng)能硅片既薄又脆，小的振動(dòng)都可能使它破裂，所以設(shè)備能否平穩(wěn)運(yùn)行是一個(gè)最基本也是很重要的問題。要解決這一問題，首先要保證設(shè)備的機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，在運(yùn)行中不能有大的振動(dòng)。除此之外，還要通過PLC來控制伺服電機(jī)，調(diào)節(jié)機(jī)械手運(yùn)行的速度以及就位時(shí)的速度，使籃具就位之前有個(gè)減速的動(dòng)作，避免機(jī)械手突然停住而引起籃具晃動(dòng)。
（2）超生清洗的時(shí)間。超聲清洗的時(shí)間長(zhǎng)會(huì)得到質(zhì)量較好的硅片，但是會(huì)影響設(shè)備的生產(chǎn)率，同時(shí)也會(huì)浪費(fèi)能源，比如耗電、廢水、溶劑等。但是清洗的時(shí)間短，就得不到高質(zhì)量的硅片，所以工藝時(shí)間的選擇很重要。為了加強(qiáng)超聲清洗的效果，設(shè)備在上料臺(tái)加了浸泡的功能，使硅片在清洗之前先除去一些表面的雜物；同時(shí)加了拋動(dòng)機(jī)構(gòu)，使籃具在清洗時(shí)有上下動(dòng)作，避免在清洗時(shí)有死角存在。
（3）烘干系統(tǒng)的溫度及時(shí)間設(shè)定。烘干系統(tǒng)是把清洗過的硅片進(jìn)行烘干。提高烘箱內(nèi)的溫度和延長(zhǎng)烘干的時(shí)間都可以達(dá)到這一目的。但是，溫度過高會(huì)極其耗電，浪費(fèi)掉大量的能源；而延長(zhǎng)烘干的時(shí)間，會(huì)影響設(shè)備的清洗節(jié)拍，降低生產(chǎn)效率。所以在生產(chǎn)的過程中就要調(diào)整烘干的溫度和時(shí)間，使設(shè)備滿足生產(chǎn)工藝的前提下，盡量降低烘箱內(nèi)的溫度，以此來達(dá)到節(jié)能減排的目的，提高企業(yè)的利潤(rùn)。
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