金刚石线锯切割设备现状与设计初探
周世威郑超
国家特种矿物材料工程技术研究中心桂林541004 摘要：随着光伏产业、半导体等高精端产业的发展，硬脆性材料，如单晶硅、多晶硅、宝石、玻璃、陶瓷等材料的切割加工显得犹为重要。近年来，世界各国研究开发其切割设备，新工艺，新设备不断涌现。而金刚石线锯切割设备成为研究和发展的主流趋势，本文介绍国外硅片切割设备研究的最新进展以及国内发展状况，并介绍笔者参与研制的金刚石环形线锯机的功能、特点和设计心得体会及金刚石单线和环线切割机应用前景展望。
关键词：线切割设备金刚石线多线切割金刚石线开方机金刚石单线机环线机
一、前言
目前，硬脆性材料，如单晶硅、多晶硅、宝石、玻璃、陶瓷等，具有优良、稳定的物理和化学性能(如耐磨损性、抗腐蚀性、电绝缘性等)，在电子、光学及其它领域得到广泛应用，特别是单晶硅、多晶硅、陶瓷材料被广泛用于太阳能光伏产业、半导体、真空电镀等高精端产业中。伴随半导体、光伏材料技术的发展，需求量不断增加，切割加工量大幅增长，由于硬脆材料硬度高、脆性大，因此加工难度较大。锯切是硬脆材料机械加工的第一道工序，锯切加工成本约占加工总成本的 5 0 ％以上，因此，切割工艺、工具及设备受到越来越广泛的关注，并得到迅速发展。（1）从目前国内外加工的现状来看，硬脆性材料切割方法多种多样，主要有：金刚石圆盘锯切割（如外圆锯片切割和内圆锯片切割）、金刚石带锯切割、电火花线切割（只能用于带金属晶体）、游离磨料线锯切割和金刚石线锯切割等等。在国际上，游离磨料线锯切割在单晶硅、多晶硅的切割中占主流地位，但是这种技术存在明显的不足：线锯走丝速度低，通常≤10m/S，切割效率低, 锯丝使用寿命短。切割大尺寸坯料时磨料难以进入到长而深的切缝，磨浆的处理和回收成本较高。因此，近来出现金刚石线锯代替游离磨料线锯的发展趋势。目前，国内硅片多线切割设备仍然是国外品牌厂家统治的天下，其核心技术长期为他们所垄断，严重制约我国光伏产业和半导体IC产业的发展。国家将对新能源及其装备制造业给予有力的政策支持，并提出要强化科技创新，提升产业核心竞争力，加强产业关键核心技术和前沿技术研究，强化企业技术创新能力建
设，以推进重大科研成果产业化和产业集聚发展。以求在十二五期间，攻下难关，逐步取代进口切割设备，才能迎合国家对新材料、新能源等战略性高新产业的发展势头，才能使自己的行业取得突破性的高速发展，使企业做精做大做强。（2）
二、国外硅片切割设备的最新发展
今年上海第五届国际太阳能产业及光伏工程展览会上，国际各大公司展出其最新产品。
1、日本东京制钢公司在今年上海第五届国际太阳能产业及光伏工程展览会上展出最新研制的T-8253B型金刚石多线切割机,见图1。该机线速度1000m/min,生产能力比游离丝切割机提高2倍以上，实现TTV<10μm，成品率98%的高精度加工，金刚石线消耗量1.5m/片以下，实行低成本生产，单位面积内生产能力4.7万片/m2。
图1.日本东京T-8253B金刚石多线切割机
2.瑞士MB公司在上海光伏展会上推出的BM850金刚石多线开方机和DS265切片机，其性能十分优越，代表了当今世界切割设备的最高水平，非国产机可比，值得认真考察研究镜鉴。
1)BM850型金刚石线锯开方机见图2.
A.特点
①G5大型晶锭(850×850×450)一次性开方。
②采用φ350μm金刚石线，可精确定位和张力
控制，切割线消耗量最少。
③产能最高，每年切方36000-52000块。图2. BM850型开方机内视图(相当于120-170MW)
B.技术参数
2）DS265型金刚石多线切割机，见图3.
A.特点
①采用金刚石线提高线速度，提高进给速度，
②摇摆机构优化了金刚石线切割长度，缩短
切割时间，并提高晶片质量。
③最高产量(方锭300mm)≥90000片/年。
④总运行成本最低线耗量≤3m/片。
⑤最新一代断线监控系统，实时停机，确保
⑥工件和导轮不受损。图3. DS265型多线切割机
B.技术参数
C.摇摆机构特点见图4.
该机安装单晶硅棒的机构在切片过程，呈5度的往复摇摆。这使金刚石线进给时，与工件接触长度保持恒定，以保证硅片的切割质量。
图4.DS265型多线机摇摆机构示意图
综上所述，经过十几年的不断创新改进，国外新一代多线切割机显示出更加优越的特点：
1.使用的切割线更细，硅片更薄，大大减少硅原料消耗。硅片厚度从原来的330μm减薄到180-220μm,设备制造精度更高。进一步发展,将硅片厚度从原来的180μm减薄到150μm,制造成本降低25%。
2.考虑到使用金刚石线，将线速度提高到1000m/min以上；进给速度提高到1-5mm/min；生产效率提高2-3倍。
3.由于生产能力的大幅提高，则要求更为精密的数控系统，具备先进合理的工艺控制和切割线张力控制与监测系统。
4.美国应用材料(Applier Maierials)公司为在保
持速度前提下提高机台产量，推出一套最新的
MaxEdge系统，采用独特的两组独立控制的切割组件。
该系统结合更细的切割线和更薄硅片，提升了线锯技
术,降低了太阳能电力的每瓦成本。见图5.
图
5.双切割线组件
三、国内多线切割设备日趋成熟
近年来，由于国家的重视，将极大规模集成电路制造装备与成套工艺专项课题列入国家重大科技专项，另外，国内有关设备制造企业也看到了这个巨大的商机，大力投入人力物力开展艰苦的研制开发，先以仿制为主，逐渐转向自主创新，研制出有自身知识产权的高性能多线切割机。这次上海光伏展会上，有许多厂家的国产多线切割机和开方机参展，参展样机数量超过国外样机。如：无锡开源太阳能设备科技公司、江苏华盛天龙光电设备公司、上海日进机床公司、大连连城数控机器公司等等, 见表1。
1、陕西汉江机床公司展出的4620型数控多线切割机。该机经过多年研制，突破并掌握关键技术而开发成功的大规格高效、高精多线切割设备，最大工件10”(250mm)，最大工件长度820mm，最大存线量800km。该公司介绍,解决了下列技术关键：
a)高精度排线导轮的多辊同步驱动技术；
b)恒张力控制技术；
c)高精度切割进给伺服控制系统；
d)高精度排线导轮系统的制造及耐用度技术；
e)自动排线功能。
GK4620型多线切割机技术参数表
2、中国电子科技集团承担的国家重大科技项目-300mm多线切割机研制成功，打破了国内生产线上运行的12英寸多线切割机全部为进口设备的现状,该机近期内将完成商业机型的生产工艺验收。由此可见，国产切割机无论从品种规格，或性能参数指标各方面，与国外机相比，已缩小了差距，并努力接近国外水平。
国产多线切片机、开方机一览表表1.
四、金刚石单线锯机应用前景广阔
国内半导体制造和光伏电池上游加工，包括：去头尾、截断、开方等的加工，大部分仍然采用金刚石带锯设备。加工表面粗糙，浪费材料，金刚石带锯价格也不菲，见图6。该图为北京某公司生产的大直径单晶硅棒在国产带锯机上切割两头端面。实际上，应该使用金刚石线锯机切割加工，能得到更高的质量。
。
图6.在带锯机上切割单晶硅 图7.金刚石单线锯机在切割硅棒 1. JXQ-401金刚石单线切割机
北京电科45所研制的一款JXQ-401金刚石单线切割机，只是规格太小(110×110mm)，若加以放大至300×300mm ，即可用于单晶硅切割。该机工件夹持装置设计为6度的摆动机构，保证切割线与工件接触长度均匀，提高切割效率和晶片质量。
JXQ-401金刚石单线切割机主要技术性能 1. 切割晶体最大尺寸： 110×110mm 2. 切割线最大线速度： 1000m/min 3. 工作台进给速度： 0.001-0.4mm/s 4. 摆动角度： 6o
5.切片厚度误差： TTV≤25μm
6.晶片表面粗糙度： Ra≤ 1.6μm
2、瑞士威尔(Well)公司生产各种型号的环形线锯机。
瑞士威尔(Well)公司开发生产从3000-9000
系列金刚石线锯机，包括往复式线锯机和环形线锯
机。威尔环形线锯机相对往复式线锯机，线速度有了
较大的提高，但还没有达到高速切割。此公司新开发
的号称高速切割机，线速度也仅达20m/sec，且环线
周长较短，长度2.2米--2.4米，影响线切割寿命。如
威尔6234型切割机，见图8。图8.威尔6324环形线锯机
2、我们于2011年研制了一台金刚石环形线锯机，见图9。
图9. 金刚石环形线锯机正在切割多晶硅
本机性能参数如下：
金刚石环形线锯机技术参数
本机主要由：主动轮组件、从动轮组件、张紧轮组件、XY二维数控工作台、机架和控制系统组成。具有程序自动切割功能，线速度，进给速度皆数控无级调速。工作台上设有分度机构能进行角度切割，工作台定位精度0.01mm。切割工件尺寸精度<0.1mm,粗糙度Ra<0.8μm,线速度5-50m/s,进给速度可根据切割材料可达100mm/min,此机在国内尚属首例，且在线速度、环线的寿命、控制系统性能、切割效率上优于国外线锯机。
本机为北京某公司切割150mmX150mm硅棒时充分显示出其性能的优越性，该公司原用电火花线切割硅片，线速度<5m/sec,进给速度<1mm/min,工件尺寸精度仅达±0.3mm,粗糙度12.5μm，不但切割效率低，而且对工件还有烧损现象；而用带锯切割则切缝损耗达2mm, 进给速度<1mm/min，粗糙度12.5μm，效率低。而用本机切割，工件尺寸精度<±0.1mm,厚度误差(TTV)<15μm,粗糙度0.4-0.6μm,进给速度可达3mm/min,比电火花线、带锯切割效率提高3倍以上。
以下是本机切割样品。
图11 汉白玉切割样品图12 多晶硅切割样品
图13 多晶硅10X10X10切割样品
图14 工业陶瓷切割样品
通过研制，笔者认为，要设计好环形线锯机，有几点体会：
1、要根据切割对象、规格大小、生产率、切割工艺等具体情况制订线锯
机的结构方案。不同材料的切割对象和生产率要求有不同的切割工艺，有的材料要求干切，有的材料可以湿切，所以要求配备相应的除尘系统或冷却系统；要求配备不同的转速和进给速度以及自动化程度和各种工装夹具的设计等等。
2、飞轮直径的大小影响金刚石线的曲率半径、从而影响金刚石线的疲劳
寿命，因此飞轮的大小要与转速高低匹配。轮径大提高线曲率半径，从而提高金刚石线的寿命，但同时在相同加工精度条件下增加了轮的径向和轴向跳动，从而引起线的振动，降低线的寿命。经过试验可知，轮径应在φ200-500mm之间为宜。
3、飞轮及轴系是高速旋转的部件，其轴向、径向精度，及各飞轮之间的
平行精度对线锯机的加工精度，线的工作寿命至关重要。其中轴承是关键件，同时又是易损件，因此合理的轴承结构、精度和维护性是重中之重。
4、张紧装置是使金刚石线保持适宜的张力，防止张力过大而断裂，同时
避免过小而降低切割效率，甚至脱线。因此张紧机构也要具备飞轮一样的精度，同时要有足够的稳定性及维护性。
5、进给工作台的精度直接影响加工精度，因此要根据用户的加工要求，
配备相应精度的工作台。
6、控制系统要根据不同的切割材料、不同的生产量来制订相应控制系统，
达到适宜的自动化程度；同时设备具有良好人机操作界面、操作简便、
维护方便、安全性可靠。
目前，大型往复式金刚石线锯机占金刚石线锯主导地位。但往复式由于受到正反转惯性作用，线速比较低，仅是3-10m/S,效率很低，且因为往复切割，导致工件表面质量不一致，而环形线锯则克服了往复线锯的缺点，线速可高达50m/s,可实现高效生产，因此在硅晶体、工业陶瓷加工等工业领域得到推广应用，并显示出其独特的高效及优越性。随着半导体、光伏材料产业的发展，在硅、陶瓷、玉石、石墨模具、名贵石材等行业有着广阔的应用前景。
六、结束语
超硬材料行业除了重视金刚石线锯的研究之外，更要大力投入切割设备的研究，因为两者是密不可分的。近年来，业内若干公司通过对金刚石绳锯成功的研究和推广，继而又迅速开展对绳锯机的研制和推广，两者相辅相成，双双迅速占领国内外市场。当然，硅片切割设备是个高精密设备，除了设计之外，还要配以高精密机械制造装备和高水平的机加工技术，才能保证设备的制造质量和技术性能指标。超硬材料行业应该为我国半导体产业和光伏产业的发展，为减少硅材料消耗，降低制造成本，解决生产中的关键，打破当前国外设备的垄断局面，做出更大的贡献！
参考文献
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作者简介：周世威，男，71年生，现在国家特种矿物材料工程技术研究中心从事设备研究设计工作。1993年毕业于广西大学机械系机械制造专业本科，一直从事机械设计工作，先后完成新产品开发BG38风扳机、CL6000六工位继电器自动清洗机、MTB37金刚石绳锯机、环形金刚石线锯等。2003年，项目《HDA-1130大功率宽频带可调超声波功率源》作为骨干成员获桂林市科技成果奖。
工业机器人发展现状与趋势 工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来，机器人技术及其产品发展很快，已成为柔性制造系统(FMS)、自动化工厂(FA)、计算机集成制造系统(CIMS)的自动化工具。 广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样，工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。 一、工业机器人技术现状及国内外发展的趋势 工业机器人是最典型的机电一体化数字化装备，技术附加值很高，应用范围很广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用。国外专家预测，机器人产业是继汽车、计算机之后出现的一种新的大型高技术产业。据联合国欧洲经济委员会(UNECE)和国际机器人联合会(IFR)的统计，世界机器人市场前景看好，从20世纪下半叶起，世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头。进入20世纪90年代，机器人产品发展速度加快，年增长率平均在10％左右。2004年增长率达到创记录的20％。其中，亚洲机器人增长幅度最为突出，高达43%，如图1所示。
各区域用户工业机器人定购指数（以1996年作为100） 国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势： 1．工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可*性、便于操作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10．3万美元降至97年的6．5万美元。 2．机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。 3．工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可*性、易操作性和可维修性。 4．机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。
2010.03 30 摘要：本文着重介绍了金刚石单线切割机的发展技术背景，并就中国电子科技集团公司第四十五研究所基于金刚石线切割自主研发的JXQ-401单线切割机详细的介绍，性能特点，关键技术以及切割工艺实验分析，就金刚石线切割机理分析以及应用进行了初步的探讨。 关键字：恒张力控制 切断 切方 曲线切割 王仲康， 杨生荣 （中国电子科技集团第四十五研究所） 1.整机概括介绍 JXQ-401单线切割机主要用于碳化硅、蓝宝石等脆硬材料的分切。该产品由中国电子科技集团公司第45研究所自主研发设备，具有4项发明、3项实用新型专利，切割晶片最薄厚度可达180μm 。与传统游离态多线比较，具有节能环保，切割厚度可任意设定，同时具有切方、切断，异形曲面切割等功能。 设备性能参数 2.技术背景 传统上一般晶锭切成片状的方式是内圆切割，这种切片机的刀片刃口厚度在0.28～0.35mm 之间，加工效率较低，材料损耗大，出片率低、加工晶片表面质量较低,难以加工硬度大、脆性高以及耐磨性好的材料。并且随着晶圆直径的增大和第三代半导体材料的出现，内圆锯片加工受到其本身结构的限制使得切片切割过程逐渐困难，所以内圆锯片的加工方式在第三代半导体材料和大直径大批量晶片生产中逐渐被边缘化。 上个世纪九十年代发展起来的线切割技术的成熟应用,成功地满足了大片径、低损耗和相对较高表面质量的晶片切割需要。线切割晶圆技术刚开始是运用游离磨粒的方式，也就是 利用线带动游离磨粒， 使在工件和线中间的磨粒对工件进行磨 图1 整机 万方数据
31 2010.03 削切割。但是游离磨粒的缺点在于，因为磨粒和工件实际接触到的面积较小，造成材料移除率较小，所以需要较长的加工时间；而另外一个缺点在于，如须加工更硬、更难以切割的工件，则游离磨粒的方式将难以对工件的表面达到预期的切割。 为了改善上面的缺点，切割碳化硅等硬度大的材料，固定金刚石磨料线切割技术应运而生，这种加工技术通常是使用电镀的方法将金刚石磨料固着在钢丝表面,加工过程中锯丝上的金刚石直接获得运动速度和一定的压力对硅材料进行磨削加工,相比游离磨料多线锯的“三体加工”,它属于“二体加工”，其加工效率是游离磨料多线锯的数倍以上。金刚石单线切割机以其独特的优势成为第三代半导体硬脆材料和大直径材料切割中不可或缺的一部分。 3.关键技术描述及实施方法简述 JXQ-401单线切割机是以金刚石线作为切割线的一种硬 脆材料切割设备，具有切割线张力稳定切片表面粗糙度Ra 可达0.3μm 界同类设备领先地位。工艺实验表明，M&B 效率，还是断线率， 优于国外同类产品。图2 切割前后金刚石线变化图 图3 游离磨料和固定磨料切割效率对比图 图4 美国DWT 单线切割机 图5 DWT 单线控制原理示意图 万方数据
工业机器人发展现状及趋势 1国内工业机器人的发展现状 1.1发展概述 我国的工业机器人研究开始于20世纪80年代中期．在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关．已经基本实现了实验、引进到自主开发的转变。促进了我国制造业、勘探等行业的发展。但随着我国门户的逐渐开放．国内的工业机器人产业面临着越来越大的竞争与冲击。虽然我国机器人的需求量逐年增加，但目前生产的机器人还很难达到所要求的质量．很多机器人的关键部件还需要进口。所以目前来说。我国还处在一个机器人消费型的同家。 现在，我国从事机器人研发的单位有200多家，专业从事机器人产业开发的企业有50家以上。在众多专家的建议和规划下，“七五”期间由机电部主持，中央各部委、中科院及地方科研院所和大学参加，国家投入相当资金，进行了工业机器人基础技术、基础元器件、工业机器人整机及应用工程的开发研究。“九五”期间，在国家“863”高技术计划项目的支持下，沈阳新松机器人自动化股份有限公司、哈尔滨博实自动化设备有限责任公司、上海机电一体化工程公司、北京机械工业自动化所、四川绵阳思维焊接自动化设备有限公司等确立为智能机器人主题产业基地。此外，还有上海富安工厂自动化公司、哈尔滨焊接研究所、国家机械局机械研究院及北京机电研究所、首钢莫托曼公司、安川北科公司、奇瑞汽车股份有限公司等都以其研发生产的特色机器人或应用工程项目而活跃在当今我国工业机器人市场上。 1.2机器人分类 随着科学技术的不断进步，我国工业机器人已经走上了自主研发阶段，这样标志着我国工业自动化走向了新的里程碑按照工业机器人的关键技术发展过程其可分为三代：第一代是示教再现机器人，主要由机器人本体、运动控制器和示教盒组成，操作过程比较简单。第一代机器人使用示教盒在线示教编程，并保存示教信息。当机器人自动运行时，由运动控制器解析并执行存储的示教程序，使机器人实现预定动作。这类机器人通常采用点到点运动，连续轨迹再现的控制方法，可以完成直线和圆弧的连续轨迹运动，然而复杂曲线的运动则由多段圆弧和直线组合而成。由于操作的容易性、可视性强，所以在当前工业中应用最多。
金刚石线锯制造的一些关键技术问题 图1表明了分别采用未镀覆金刚石与镀覆金刚石上砂电镀镍的区别。众所周知，采用未镀覆的原始金刚石制作电镀金刚石工具，镀镍层从工具的基体开始逐渐生长增厚，由于金刚石不能导电，镍镀层不在金刚石上沉积，而是“绕过”金刚石生长，通过显微镜发现发现，在镍镀层与金刚石颗粒界线处，镍镀层会凹陷。因此，金刚石在电镀过程中作为“杂质”被镍镀层埋在镀层内，形成电镀金刚石工具。这样，金刚石与镍镀层之间结合力不好，只是靠镍镀层对金刚石的机械镶嵌来把持金刚石，因此对于镀层的厚度有着严格要求，一般认为最佳镀层厚度应该使得金刚石直径的70%埋入镍镀层中，埋入厚度不足，金刚石容易脱落；反之埋入过多，金刚石难于出露，工具的出刃不好，加工效率低。这样的要求给电镀过程控制带来了镀层厚度要求高，难调控的问题。 另外，由于金刚石不导电，镍镀层不能直接在金刚石表面形核生长，而是“绕过”金刚石生长，非常不利于金刚石上砂，也就是说，金刚石颗粒不容易沉积到钢丝基体上。金刚石微粉上砂慢，浓度不易调整，浓度难于控制。这个问题对于长度巨大的金刚石线锯连续大批量生产提出挑战。 如果采用镀覆的金刚石制作电镀金刚石工具，如镀钛金刚石、镀镍金刚石、镀铜金刚石、镀铬金刚石、镀覆合金的金刚石以及复合镀层金刚石等等，情况与上述未镀覆的金刚石发生了很大的变化。由于镀覆的金刚石变得导电了，镍镀层从工具的基体和与基体接触的镀覆金刚石上同时生长，而不是“绕过”金刚石生长，上砂容易，镀层生长迅速 因此镀覆的导电金刚石在电镀过程中不是作为“杂质”，“被动”地埋在镍镀层内，而是“主动”与镍镀层形成电镀金刚石工具。 由于镍镀层迅速漫过整个金刚石颗粒，对金刚石颗粒全覆盖，镍镀层厚度可以比薄，金刚石出刃高，制造方法 电镀，金刚石微粉复合镀镍，使得金刚石微粉颗粒与金属镍共沉积在钢丝上 钎焊法，采用钎焊的方法，用钎料把金刚石钎焊在钢丝上 挤压镶嵌法，采用机械挤压方法，把金刚石颗粒嵌入钢丝。 不管什么方法，两个要点，将金刚石微粉颗粒分布在钢丝表面，牢固结合在高强度钢丝上。 另外，制造过程不能损害高强度钢丝的性能。这里特别需要注意，不能使高强度钢丝经受高温退火，由于的工作条件，线锯对高强钢丝的强度有极高的要求，以保持切割过程中丝线的刚性和防止断丝。因此，对于细达0.1mm的钢丝，都是经
国内外工业机器人发展现状与趋势研究 武汉商学院机电工程与汽车服务学院 张红霞 【摘要】机器人的制造及应用水平，代表了一个国家的制造业水平，发展机器人产业应上升到国家战略高度。机器人的广泛使用是我国从制造业大国走向制造业强国的重要手段和途径。本文分析了现阶段国外工业机器人的应用、发展现状与趋势。通过实例说明了目前我国工业机器人发展的现状和未来的发展趋势，中国先进工业机器人大批量生产制造时代到来。 【关键词】机器人；工业机器人；发展现状；发展趋势 工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来，机器人技术及其产品发展很快，已成为柔性制造系统(FMS)、自动化工厂(FA)、计算机集成制造系统(CIMS)的自动化工具。 广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样，工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。 一、工业机器人的应用情况 经过五十多年的发展，工业机器人已在越来越多的领域得到了应用。在制造业中，尤其是在汽车产业中，工业机器人得到了广泛的应用。如在毛坯制造、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上下料、装配、检测及仓库堆垛等作业中，机器人都已逐步取代了人工作业。 随着工业机器人向更深更广方向的发展以及机器人智能化水平的提高，机器人的应用范周还在不断地扩大，已从汽车制造业推广到其他制造业，进而推广到机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、木材与家具制造业等领域中。在工业生产中，弧焊机器人、点焊机器人、分配机器人、装配机器人、喷漆机器人及搬运机器人等工业机器人都已被大量采用。机器人正在为提高人类的生活质量发挥着重要的作用。 二、国内外工业机器人的发展现状 1、国外工业机器人的发展现状 在国外，工业机器人技术日趋成熟，已经成为一种标准设备被工业界广泛应用。从而，相继形成了一批具有影响力的、著名的工业机器人公司，它们包括：瑞典的ABB Robotics，日本的F A N U C、Y a s k a w a，德国的K U K A Roboter，美国的Adept Technology、American Robot、Emerson Industrial Automation、S-T Robotics，这些公司已经成为其所在地区的支柱性产业。国外专家预测，机器人产业是继汽车、计算机之后出现的一种新的大型高技术产业。据联合国欧洲经济委员会(UNECE)和国际机器人联合会(IFR)的统计，世界机器人市场前景看好，从20世纪下半叶起，世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头[1]。 在发达国家中，工业机器人自动化生产线成套设备已成为自动化装备的主流。国外汽车行业、电子电器行业、工程机械等行业已经大量使用工业机器人自动化生产线，以保证产品质量，提高生产效率，同时避免了大量的工伤事故。像国际上著名公司ABB、Comau、KUKA、BOSCH、NDC、SWISSLOG、村田等都是机器人自动化生产线及物流与仓储自动化设备的集成供应商。目前，日本、意大利、德国、欧盟、美国等国家产业工人人均拥有工业机器人数量位于世界前列，全球诸多国家近半个世纪的工业机器人的使用实 践表明，工业机器人的普及是实现自动化生 产，提高社会生产效率，推动企业和社会生 产力发展的有效手段。 2、国内工业机器人的发展现状 在降低制造成本，解决用工严重不足等 口号的呼喊下，近年来机器人产业在全世界范 围内兴起。中国作为世界工厂，面临的形式更 是尤为的严重。有数据显示中国每年工业机器 人的装机量约占全球的1/8，仅次于日本、韩 国，预计2015年中国的装机量会超过这两个国 家，成为世界上使用工业机器人最多的国家。 自2009年以来，中国机器人市场持续快速增 长，工业机器人年均增长速度超过40%，到目 前为止，中国工业机器人市场份额约占全球市 场的1/5；以教育、清扫等为代表的服务机器 人在国内也在逐步进入市场。随着我国门户的 逐渐开放，国内的工业机器人产业将面对越来 越大的竞争与冲击，因此，掌握国内工业机器 人市场的实际情况，把握我国工业机器人研究 的相关进展，显得十分重要。 2012年，四种新型工业机器人在中国哈 尔滨研制成功。专家们认为这标志着我国已 经掌握了第一代工业机器人的生产技术，新 的机器人产业已经在我国诞生。这四种工业 机器人分别是哈尔滨工业大学和哈尔滨风华 机器厂等单位研制的华宇Ⅱ型弧焊机器人， 华宇Ⅰ型点焊机器人，哈尔滨工业大学与航 天部811厂等单位联合研制的东方1号喷漆机 器人和国营星光机器厂研制的星光Ⅰ型直角 坐标点焊机器人。 近年来，中国河南洛阳市越来越多的企 业开始引进工业机器人等智能设备，但目前 国内使用的机器80%是国外制造。位于洛阳工 业园区的沃德福集团高端智能装备制造基地 项目，总投资1。5亿元，将研发制造6轴工业 机器人等高端智能设备，达到年产1万台工业 机器人的生产、装配能力。该项目计划2014 年建成投产，预计年产值20亿元，不久将在 这里首次实现先进工业机器人大批量生产制 造。随着便宜劳动力时代的结束，可以预计 工业机器人将迎来一个伟大的时代，不仅在 工业上，而且在服务、医疗等领域都有广泛 的应用，从而推动一大批行业的发展，如高 端制造业、制造业的个性化、医疗图像处理 以及航空航天等。 近十年以来，在“十五”、“十一五” 攻关计划和863计划等科技计划的支持下，我 国有组织、有计划地发展工业机器人产业， 通过研制、生产、应用等多个层面的不断探 索，在技术攻关和设计水平上有了长足的进 步。总的来看，已经掌握了工业机器人的设 计、制造、应用过程中的多项关键技术，能 够生产出部分机器人关键元器件，开发出弧 焊、点焊、码垛、装配、搬运、注塑、冲 压、喷漆等工业机器人[2]。一些相关科研机构 和企业已掌握了工业机器人操作机的优化设 计制造技术；工业机器人控制、驱动系统的 硬件设计技术；机器人软件的设计和编程技 术、运动学和轨迹规划技术；弧焊、点焊及 大型机器人自动生产线(工作站)与周边配套 设备的开发和制备技术等，某些关键技术已 达到或接近了国际先进水平，中国工业机器 人在世界工业机器人领域已占有一席之地。 三、工业机器人的发展趋势 工业机器人在许多生产领域的使用实践证 明，它在提高生产自动化水平，提高劳动生产 率和产品质量以及经济效益，改善工人劳动条 件等方面，有着令世人瞩目的作用，引起了世 界各国和社会各层人士的广泛关注。 1、国外发展趋势 日本将机器人列为战略产业，韩国将 机器人作为“增长发动机产业”，各发达国 家政府早年通过制定政策，采取一系列措施 鼓励企业应用机器人，设立科研基金鼓励机 器人的研发设计，从政策上、资金上给予大 力支持，工业机器人的应用和研究走在世界 的前列。世界工业机器人市场普遍看好，各 国都在期待机器人的应用研究有技术上的突 破。从近几年世界机器人推出的产品来看， 工业机器人技术正在向智能化、模块化和系 统化的方向发展，其发展趋势主要为：结构 的模块化和可重构化；控制技术的开放化、 PC化和网络化；伺服驱动技术的数字化和分 散化；多传感器融合技术的实用化；工作环 境设计的优化和作业的柔性化以及系统的网 络化和智能化等方面[3]。 国外机器人领域发展近几年有如下几个 趋势： (1)工业机器人性能不断提高，而单机价 格不断下降。 (2)机械结构向模块化、可重构化发展。 例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测 系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用 重组方式构造机器人整机；国外已有模块化 装配机器人产品问市。 (3)工业机器人控制系统向基于PC机的 开放型控制器方向发展，便于标准化、网络 化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且 采用模块化结构；大大提高了系统的可靠 性、易操作性和可维修性。 (4)机器人中的传感器作用日益重要，装 配、焊接机器人采用了位置、速度、加速度视 觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视 觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术 来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配 置技术在产品化系统中已有成熟应用。 (5)虚拟现实技术在机器人中的作用已从 仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控 机器人操作者产生置身于远端作业环境中的 感觉来操纵机器人。 (6)当代遥控机器人系统的发展特点不是 追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人 的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成 完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出 实验室进入实用化阶段。美国发(下转第7页)
目录 1、设计任务及要求 (1) 1.1线锯机介绍 (1) 1.2设计数据 (1) 1.3设计任务 (1) 2、设计背景知识 (1) 2.1电动线锯机的简介 (2) 2.2电动线锯机的研究意向 (2) 2.3电动线锯机的前景 (2) 3、概述 (3) 3.1电动线锯机的原理 (3) 3.2电动线锯机的结构 (3) 3.3电动线锯机的基本特点 (3) 4、设计总结 (4) 4.1电动机的选择及计算 (5) 4.2传动系统的设计 (5) 5、三维建模 (6) 5.1传动系统及装配图 (6) 5.2工程图 (9) 6、设计复核及设计亮点 (16) 6.1设计复核 (16) 6.2设计亮点 (16) 7、设计小结 (17) 8、参考文献 (18)
1、设计要求及任务 1.线锯机介绍 线锯机又叫直锯机，是木工常用的电动工具，主要用语在木板上的开槽。电动机通过传动系统带动之下锯条上下往复运动，是西安锯切的目的。现要求设计电动线锯机的机械结构。 2.设计数据与要求 锯条上下往复运动的形成为30mm，最大锯切厚度为50mm；假设锯条切削木板时的平均削力为700N，废切削时锯条与木板见的平均摩擦力为100N；锯条规格长*宽=100*8mm。要求锯条上下往复运动的速度在500~1500次/分间可调（有级可调或无级可调皆可，若为有级可调，则分三级即可，即：500、1000、1500）；采用220V单相交流电动机，并要求该及其振动小、噪声小和重量轻。该线锯机的设计寿命为8年，每年300工作日，每日8小时。 3.设计任务 1）结构方面至少提出两种运动方案，然后进行方案分析屏蔽，选出一种运动方案进行机构设计； 2）进行线锯机结构设计，绘制其装配图及爆炸图； 3）编写课程设计说明书。
国外机器人发展现状及发展动向 一、全球机器人行业现状 (一)全球机器人行业现状 1、行业发展：增长态势延续 (1)预计2017年全球工业机器人销售量25万台 从2008年第四季度起，全球金融风暴导致工业机器人的销量急剧下滑。2010年全球工业机器人市场逐渐由2009年的谷底恢复。 2011年是全球工业机器人市场自1961年以来的行业顶峰，全年销售达16.6万台。2012年全球工业机器人销量为15.9万台，略有回落，主要原因是电气电子工业领域的销量有所下滑，但汽车工业机器人销量延续增长态势。 随着全球制造业产能自动化水平提升，特别是中国制造业升级，我们估计到2017年全球工业机器人销量达到25万台，年复合增长率9.5%. (2)预计到2017年全球工业机器人市场容量2700亿 2012年全球机器人本体市场容量为530亿元，本体加集成市场容量按本体大约三倍算，估计1600亿元。 估计2013年至2017年，包含本体和集成在的全球工业机器人市场，年复合增长率约为11%。预计2017年全球工业机器人市场容量将达到2700亿元。 (3)预计到2017年全球服务机器人市场容量接近500亿 根据IFR数据，2012年全球个人(或家庭)用服务机器人市场容量为73亿元，公共服务机器人市场容量为208亿元。目前看公共服务机器人产业化走在前面，市场容量更大。 预计2013-2017年个人(或家庭)用服务机器人市场容量增长率为7%，公共服务机器人市场容量年均复合增长率为17%。到2017年，全球服务机器人市场容量将接近500亿元。如果智能家居算是广义的服务机器人，服务机器人市场容量会大很多。 2、全球机器人行业布局：日欧产业优势明显，中国市场潜力巨大 (1)工业机器人市场销量与存量 全球工业机器人本体市场以中欧美日为主。日、美、德、韩、中五国存量占全球比例达71.24%，销量达69.92%。 截至2012年底，全球机器人累计销量达到247万台。机器人平均使用寿命为12年，最长15年。估计现在全球机器人存量在120万台-150万台之间。 分区域看，亚洲/澳洲增幅达到9%。亚洲增幅主要由中国需求拉动，因为中国2012年工业机器人销量增幅达到30%。 分生产地和消费地看，日本是唯一的工业机器人净出口国，拥有全球最大的机器人产能，占据全球机器人产量的66%。机器人消费地最大的区域是除日本以外的亚洲地区，占比约34%，而且是以中国市场为主。 (2)全球工业机器人与机床行业销量的对比 工业机器人销量占机床销量比反映各国机器人使用情况。这个比例的上升在一定程度上代表着这个国家机器人普及水平的提升。我们给出美日德中四国的机器人销量占机床销量比，从这个数据和历年的变化趋势看各国机器人行业的发展状况。 美日德三国的机器人销量占机床销量比稳定在一定区间(15%-25%)，表明这
我国机器人产业的发展现状及前景分析 的冒牌机器人企业，大有劣币驱逐良币之势。 在现有产业格局下，机器人产业对整个经济的带动作用还很有限。去年我国机器人销售量只有7 万台，一台按20 万元计，产值才140 多亿元，除去外资产品占比的85%，国内产品销售额仅21 亿元。按此计算，工信部统计的800 家机器人企业年销售额平均不足300 万元。因此，有业内人士直言，国产机器人产品主要有三个特点，即核心技术空心化、关键零部件进口化、高端产品边缘化。机器人是典型的三高产业需要高技术、高人才、高投入，在不掌握芯片、软件、控制系统等高端技术情况下，只能做点外壳和组装。 但市场在呼唤。全球正在使用的工业机器人数量在去年底已达160 万台，亚洲仍是最大的市场，而我国市场的增速达17%，我国的工业机器人使用密度为每万人49 个，市场潜力巨大。按中国制造2025 的规划，2020 年、2025 年和2030 年工业机器人销量的目标，分别为15 万台、26 万台和40 万台。相关数据显示，今年我国服务机器人市场规模将达140 亿元左右。基于新材料等技术为机器人提供的发展条件，加上我国传统制造业的调整升级，对工业机器人产生了很大需求，而在社会领域也出现了一些新的应用，包括服务业、医疗业上的应用。预计未来十年我国机器人市场将达6000 亿元。 放眼全球，目前在工业机器人技术领域还是以欧日为主导，尤其以德国库卡、日本发那科和安川电机、瑞士ABB 最为出众，被称为工业机器人四大家族。我国在机器人的核心技术开发能力上与世界先进水平还有不小的差距，仍需深化国际交流与合作。我们固然要有追赶的狠劲，更要有追赶的智慧。 机器人产业需理性增长。不比互联网，机器人产业牵涉产业众多，投
机器人与智能装备产业是高度集成微电子、通信、计算机、人工智能、控制和图像处理等学科最新科研和产业成果的前沿高新技术产业，是拟建的江苏省(常州)工业技术研究院的服务的产业核心和研发的产业立足点。直接影响生活最优化和智能化的机器人技术是机器人与智能装备产业的技术核心，推进着未来机器人与智能装备领域的科技创新力和产业竞争力。 机器人技术是一种是以自动化技术和计算机技术为主体、有机融合各种现代信息技术的系统集成和应用。经过半个多世纪的发展，机器人技术在工业生产领域得到了广泛的应用，极大地提升了生产品质并成功解放了劳动力资源。作为高技术领域中重要的前沿技术之一，机器人技术具有前瞻性、先导性的特点，对学术研究、产业升级、培养创新意识、保障国家安全、引领未来经济社会的发展有着十分重要的作用。 目前，相关领域的技术突破，从根本上为提升机器人技术的学术研究提供了必要的支持，为机器人的应用范围拓宽了道路，已涵盖国防、航空航天、工业生产、服务、老人康复、教育甚至普通家庭生活，一场新的机器人技术研究高潮和发展契机业已到来。 机器人技术毫无疑问是未来的战略性高技术，充满机遇和挑战。 目前，国际上机器人市场大概有80亿至100亿，其中工业机器人占的比重最大。2025年，整个机器人市场将达到500亿，服务机器人从原来的300多万台增加到1200多万台，特种机器人(如：排爆机器人、医疗机器人等)的呼声也越来越高。另外，微软等IT企业，丰田、奔驰等汽车公司，甚至还有家具、卫生洁具企业都纷纷参与机器人的研制。 美国和日本多年来引领国际机器人的发展方向，代表着国际上机器人领域的最高科技水平。目前，日本除了比较关注特种机器人和服务机器人以外，还注重中间件的研制。然而，近年来日本基本上在做模仿性的工作，突破性技术比较少。而美国在机器人领域的技术开发方面，一直保持着世界领先地位。再有，美国主要做高附加值的产业，比如军用机器人，目前世界销售的9000台军用机器人之中，有60%来自美国。比如：美国最近研制成功的BigDog 军用机器人，能负重100公斤，行进速度跟人相当，每小时达到五公里，还能适应各种地形，即使是在侧面受到冲击时也能保持很好的系统稳定性。 在各种机器人中，工业机器人应用较早，发展最为成熟。同时，技术的不断进步一直在牵引着机器人学科的发展，使机器人的应用领域从工业机器人扩展到特种机器人和服务机器人等。机器人技术也正越来越深刻地影响着我们的生活。机器人不但将在工厂、实验室与人一起工作，还将在车站、机场、码头、交通路口为人们指引路径、回答问题、帮助行人。机器人还将步入千家万户，为老人端茶送水，护理伤病人等等。未来机器人将会越来越广泛地进入人类社会，人类对机器人的依赖会如同现时对待计算机一样，即使是短时间的离开都可能会造成很大不便。 机器人化是先进制造领域的重要标志和关键技术，针对先进制造业生产效率提高的诸多瓶颈问题，尤其是在汽车产业中，机器人得到了广泛的应用。如在毛坯制造(冲压、压铸、锻造等)、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上下料、装配、检测及仓库堆垛等作业中，机器人都已逐步取代了人工作业。目前汽车制造业是所有行业中人均拥有机器人密度最高的
国内机器人技术研究现状分析 王守龙 摘要：随着经济全球化对工农业生产提出越来越高的要求，计算机技术向着智能化发展，机器人越来越普遍的被工农业应用，其在提高工农业产品质量，增加经济效益方面发挥着重大作用。本文又介绍分析了移动机器人和小口径管内机器人及其在我国的技术研究现状。中国的机器人事业面临着新的机遇和挑战。 关键词：机器人；技术研究；移动机器人；小口径管内机器人
前言 有人认为, 应用机器人只是为了节省劳动力, 而我国劳动力资源丰富, 发展机器人不一定符合我国国情。这是一种误解。在我国, 会主义制度的优越性决定了机器人能够充分发挥其长处。它不仅能为我国的经济建设带来高度的生产力和巨大的经济效益, 而且将为我国的宇宙开发、海洋开发、核能利用等新兴领域的发展做出卓越的贡献。 1 工农业机器人 1.1 工业机器人研究现状分析 机器人产业是近30年发展起来的新型产业。我国政府早在“七·五”期间就开始组织了对工业机器人的攻关,到了1987年，国家高技术研究开发计划就把智能机器人作为七大重点领域之一进行集中研究。经过十几年的艰苦奋斗，我国在水下、空间、核领域等特殊机器人方面取得了令人欣慰的成果，一批机器人产品和机器人应用工程应运而生。到20世纪90年代末，我国共完成了l00多项工业机器人应用工程，建成了20个机器人产业化基地，从事机器人研究、开发和应用工程单位200多家，专业从事机器人产业开发的50家左右，全国工业机器人用户近800家，拥有工业机器人约4000台。2006年发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要》前沿技术中，我国将智能服务机器人列为重点方向，提出加大科技投入与科技基础条件平台建设。 然而，由于主要依靠科技部门研究开发计划的支持，从资金到产业的支持力度不够，在机器人关键技术方面，我国与国外的差距并没有明显缩小，在关键部件、产品产业化以及基础研究方面的差距还在拉大。到1998年，863计划推动的几个机器人产业化基地产值仅仅1亿元。然而，国外各大机器人公司认识到高速发展中的中国机器人市场的巨大潜力，凭借其技术和资金的优势纷纷进入了中国市场。可以说，目前的中国机器人市场仍然是外国企业一统天下，我国机器人发展尚未进入规模开发利用和产业化的阶段。 我国经过几十年来的研究与引进, 在机器人运动学仿真、动力学仿真和某些典型工业机器人机构分析软件方面取得了一些成果，但总的看来, 我国机器人机械技术的研究状况与国外相比还有较大的差距, 目前既没有建立一种多功能的机器人系统, 也缺乏利用技术对机器人机械学的很多专门问题进行深人研究。我国目前研制的几种工业机器人机型结构主要是直接仿制日本90年代初的样机, 一些主要关键元器件依赖国外进口。虽然国家“七五”期间安排了一些单项研究课题, 但这些课题一时还难于直接用于国产工业机器人, 还远不能从理论及实际技术上建立起我国机器人的完整设计体系, 这与国外相比差距较大。国内利用国产机器人开展应用工程的研究工作刚刚起步。我国对移动机器人研究, 近年来在步行机基础理论方面的成果较多, 而步行机实物模型或样机较少，与国外先进水平相比也存在较大的差距。
先进线锯切割技术 在太阳能光伏电池制造中的应用 应用材料公司外部使用
先进线锯切割技术 在太阳能光伏电池制造中的应用 简介 为了使太阳能电池能够最终在取决于每瓦成本的能源供应市场上具有竞争力，光伏价值链中每个生产步骤的总体拥有成本（图1）都至关重要。晶体硅片的生产也不例外：处理一片硅片的总体拥有成本是降低其总体成本的主要动力。 图1: 晶体硅太阳能光伏硅片切割价值链 图2: Applied HCT 切方机 硅片切割工艺始于由单晶硅或多晶硅材料制成的实心硅锭。线锯将硅锭裁成方块（图2），然后再切割成很薄的硅片。这些晶体硅片就被用作制造光伏电池的衬底。如今的线锯切割大多数是通过多线切割技术（MWS ）实现的。 本文简要介绍线锯切割工艺及生产过程中面临的各种挑战，并且展示了能同时降低硅锭切方与硅片切割成本的下一代线锯切割技术。 线锯的历史 第一台可实际使用的光伏硅片切割机是以瑞士HCT 成型系统公司（HCT Shaping Systems ）的创始人Charles Hauser 博士的开创性研究为基础研制而成，于上个世纪八十年代投入使用。(如今是应用材料公司的精密硅片切割系统部门。) 这类设备使用携带研磨浆料的切割线，通过切割线运动来切割硅片。即使到现在为止，大多数用来将硅锭开方和切片的线锯仍然保留了与Hauser 博士的原型机器相同的基本结构，但是载荷与切割速度都得到了大幅提升。 线锯切割工艺 现代线锯的核心部分是缠绕在导轮上、直径为110μm-140μm 的单根切割钢线。这种导轮开槽精细且槽距均匀，形成平行切割线的水平网状结构或网（图3）。强大的驱动力使整张网在相对高速（每秒10米到20米）下运行。浆料，一种由耐磨粒子加冷却液制成的悬浮液，通过喷嘴输送到运动中的切割线上。切割线将浆料传送到切割区。将要切割的硅锭被固定在切割台上并且与切割头逆向垂直运动。这一动作将硅锭推 多晶硅 - 单晶硅 硅锭生长 硅砖裁切 硅锭生长 /晶体化 硅砖加工 (研磨 + 倒角) 硅砖切割 晶体硅片 晶体硅片 清洁 度量
工业机器人的现状与发展趋势 第一台Unimate型Robot在美国问世至今已45年了,机器人技术正在以超乎一般人所预料的速度向前发展,对机器人这一概念的理解及定义也在变化。1984年末著名科学家钱学森指出:“所谓机器人,就是指那些有特定功能的自动机,它是机电一体化的,具有人工智能因素的20世纪80年代高技术,是新技术革命的重要内容之一。”这是最有权威和精辟归纳的定义,也为20年来的实践所证实其远见卓识。机器人是人类20世纪的重大发明之一。据国外专家预测,2l世纪将是机器人技术革命的世纪,机器人作为全面延伸和扩展人的体力和智力的手段将实现“当代最高意义上的自动化”。机器人的应用和普及正在改变人类的生产方式、生活方式和作战方式。在非常规和极端制造过程中,工业机器人是不可缺少的自动化装备。 一、国外工业机器人的现状及发展趋势 (一国外工业机器人的现状 机器人是最典型的机电一体化数字化装备,技术附加值很高,应用范围很广,作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业,将对未来生产和社会发展起越来越重要的作用。国外专家预测,机器人产业是继汽车、计算机之后出现的新的大型高技术产业。据国际机器人联合会(IFR统计,世界机器人市场前景看好,从20世纪下半叶起,世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头。进入90年代,机器人产品发展速度加快,年增长率平均在10%左右,2000年增长率上升到15%,预计21世纪初,工作在各领域的工业机器人将突破100万台。正如《2l世纪日本创建机器人社会技术发展战略报告》指出,“机器人技术(RT与信息技术(IT一样,在强化产业竞争力方面是极为重要的战略高技术领域。培育未来机器人产业是支撑2l世纪日本产业竞争力的产业战略之一,具有非常重要的意义。”最近,韩国也将智能机器人作为十大战略产业之一列入国家发展规划(2003~2007年,现正在实施中。 机器人广泛应用于各行各业。主要进行焊接、装配、搬运、加工、喷涂、码垛等复杂作业。目前,全球现役工业机器人83万台。过去10年,机器人的价格降低约80%,现在继续下降,而欧美劳动力成本上涨了40%。现役机器人的平均寿命在10年
国内外机器人发展的现状及发展动向 机器人技术毫无疑问是未来的战略性高技术，充满机遇和挑战。目前，国际上机器人市场大概有80亿至100亿，其中工业机器人占的比重最大。2025年，整个机器人市场将达到500亿，服务机器人从原来的300多万台增加到1200多万台，特种机器人（如：排爆机器人、医疗机器人等）的呼声也越来越高。另外，微软等IT企业，丰田、奔驰等汽车公司，甚至还有家具、卫生洁具企业都纷纷参与机器人的研制。 美国和日本多年来引领国际机器人的发展方向，代表着国际上机器人领域的最高科技水平。目前，日本除了比较关注特种机器人和服务机器人以外，还注重中间件的研制。然而，近年来日本基本上在做模仿性的工作，突破性技术比较少。而美国在机器人领域的技术开发方面，一直保持着世界领先地位。再有，美国主要做高附加值的产业，比如军用机器人，目前世界销售的9000台军用机器人之中，有60%来自美国。比如：美国最近研制成功的Big Dog军用机器人，能负重100公斤，行进速度跟人相当，每小时达到五公里，还能适应各种地形，即使是在侧面受到冲击时也能保持很好的系统稳定性。 在各种机器人中，工业机器人应用较早，发展最为成熟。同时，技术的不断进步一直在牵引着机器人学科的发展，使机器人的应用领域从工业机器人扩展到特种机器人和服务机器人等。机器人技术也正越来越深刻地影响着我们的生活。机器人不但将在工厂、实验室与人一起工作，还将在车站、机场、码头、交通路口为人们指引路径、回答问题、帮助行人。机器人还将步入千家万户，为老人端茶送水，护理伤病人等等。未来机器人将会越来越广泛地进入人类社会，人类对机器人的依赖会如同现时对待计算机一样，即使是短时间的离开都可能会造成很大不便。 机器人化是先进制造领域的重要标志和关键技术，针对先进制造业生产效率提高的诸多瓶颈问题，尤其是在汽车产业中，机器人得到了广泛的应用。如在毛坯制造(冲压、压铸、锻造等)、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上下料、装配、检测及仓库堆垛等作业中，机器人都已逐步取代了人工作业。目前汽车制
国内外机器人发展现状及发展动向 一、全球机器人行业现状 (一)全球机器人行业现状 1、行业发展：增长态势延续 (1)预计2017年全球工业机器人销售量25万台 从2008年第四季度起，全球金融风暴导致工业机器人的销量急剧下滑。2010年全球工业机器人市场逐渐由2009年的谷底恢复。 2011年是全球工业机器人市场自1961年以来的行业顶峰，全年销售达16.6万台。2012年全球工业机器人销量为15.9万台，略有回落，主要原因是电气电子工业领域的销量有所下滑，但汽车工业机器人销量延续增长态势。 随着全球制造业产能自动化水平提升，特别是中国制造业升级，我们估计到2017年全球工业机器人销量达到25万台，年复合增长率9.5%. (2)预计到2017年全球工业机器人市场容量2700亿 2012年全球机器人本体市场容量为530亿元，本体加集成市场容量按本体大约三倍算，估计1600亿元。 估计2013年至2017年，包含本体和集成在内的全球工业机器人市场，年复合增长率约为11%。预计2017年全球工业机器人市场容量将达到2700亿元。 (3)预计到2017年全球服务机器人市场容量接近500亿 根据IFR数据，2012年全球个人(或家庭)用服务机器人市场容量为73亿元，公共服务机器人市场容量为208亿元。目前看公共服务机器人产业化走在前面，市场容量更大。 预计2013-2017年个人(或家庭)用服务机器人市场容量增长率为7%，公共服务机器人市场容量年均复合增长率为17%。到2017年，全球服务机器人市场容量将接近500亿元。如果智能家居算是广义的服务机器人，服务机器人市场容量会大很多。 2、全球机器人行业布局：日欧产业优势明显，中国市场潜力巨大 (1)工业机器人市场销量与存量 全球工业机器人本体市场以中欧美日为主。日、美、德、韩、中五国存量占全球比例达71.24%，销量达69.92%。 截至2012年底，全球机器人累计销量达到247万台。机器人平均使用寿命为12年，最长15年。估计现在全球机器人存量在120万台-150万台之间。 分区域看，亚洲/澳洲增幅达到9%。亚洲增幅主要由中国需求拉动，因为中国2012年工业机器人销量增幅达到30%。 分生产地和消费地看，日本是唯一的工业机器人净出口国，拥有全球最大的机器人产能，占据全球机器人产量的66%。机器人消费地最大的区域是除日本以外的亚洲地区，占比约34%，而且是以中国市场为主。 (2)全球工业机器人与机床行业销量的对比 工业机器人销量占机床销量比反映各国机器人使用情况。这个比例的上升在一定程度上代表着这个国家机器人普及水平的提升。我们给出美日德中四国的机器人销量占机床销量比，从这个数据和历年的变化趋势看各国机器人行业的发展状况。 美日德三国的机器人销量占机床销量比稳定在一定区间内(15%-25%)，表明
金刚石线锯切割设备现状与设计初探 周世威郑超 国家特种矿物材料工程技术研究中心桂林541004 摘要：随着光伏产业、半导体等高精端产业的发展，硬脆性材料，如单晶硅、多晶硅、宝石、玻璃、陶瓷等材料的切割加工显得犹为重要。近年来，世界各国研究开发其切割设备，新工艺，新设备不断涌现。而金刚石线锯切割设备成为研究和发展的主流趋势，本文介绍国外硅片切割设备研究的最新进展以及国内发展状况，并介绍笔者参与研制的金刚石环形线锯机的功能、特点和设计心得体会及金刚石单线和环线切割机应用前景展望。 关键词：线切割设备金刚石线多线切割金刚石线开方机金刚石单线机环线机 一、前言 目前，硬脆性材料，如单晶硅、多晶硅、宝石、玻璃、陶瓷等，具有优良、稳定的物理和化学性能(如耐磨损性、抗腐蚀性、电绝缘性等)，在电子、光学及其它领域得到广泛应用，特别是单晶硅、多晶硅、陶瓷材料被广泛用于太阳能光伏产业、半导体、真空电镀等高精端产业中。伴随半导体、光伏材料技术的发展，需求量不断增加，切割加工量大幅增长，由于硬脆材料硬度高、脆性大，因此加工难度较大。锯切是硬脆材料机械加工的第一道工序，锯切加工成本约占加工总成本的 5 0 ％以上，因此，切割工艺、工具及设备受到越来越广泛的关注，并得到迅速发展。（1）从目前国内外加工的现状来看，硬脆性材料切割方法多种多样，主要有：金刚石圆盘锯切割（如外圆锯片切割和内圆锯片切割）、金刚石带锯切割、电火花线切割（只能用于带金属晶体）、游离磨料线锯切割和金刚石线锯切割等等。在国际上，游离磨料线锯切割在单晶硅、多晶硅的切割中占主流地位，但是这种技术存在明显的不足：线锯走丝速度低，通常≤10m/S，切割效率低, 锯丝使用寿命短。切割大尺寸坯料时磨料难以进入到长而深的切缝，磨浆的处理和回收成本较高。因此，近来出现金刚石线锯代替游离磨料线锯的发展趋势。目前，国内硅片多线切割设备仍然是国外品牌厂家统治的天下，其核心技术长期为他们所垄断，严重制约我国光伏产业和半导体IC产业的发展。国家将对新能源及其装备制造业给予有力的政策支持，并提出要强化科技创新，提升产业核心竞争力，加强产业关键核心技术和前沿技术研究，强化企业技术创新能力建
机器人发展现状及未来趋势
一、机器人现状及国内外发展趋势 国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势： 1．工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便 于操作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年 的10．3万美元降至97年的6．5万美元。 2．机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服 电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块 用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品 问市。 3．工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且 采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维 修性。 4．机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等 传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传 感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配 置技术在产品化系统中已有成熟应用。 5．虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于 过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中 的感觉来操纵机器人。
6．当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。 7．机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一探索开拓其实际应用的领域。我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可