切割装置的制作方法
未命名
09-29
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1.本发明涉及切割装置,尤其涉及利用旋转的刀片对工件进行切削或在工件上加工出切槽的切割装置。
背景技术:
2.在利用在高速旋转的主轴的前端安装的刀片(极薄外周刃)对工件进行切削或在工件上加工出切槽的切割装置(所谓的刀片切割机(blade dicer))中,当刀片发生堵塞等异常时,工件会发生加工不良(例如,崩损等)。
3.在专利文献1中,记载有将ae传感器安装于固定式的工件工作台的装置。专利文献1所记载的装置利用ae传感器对在使用刀片切断工件时产生的弹性波进行检测,并根据其传感器输出对刀片的锋利度进行测定。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1:日本特开平4-99946号公报
技术实现要素:
7.发明所要解决的课题
8.弹性波在物质内传播,但具有在不同的物体间大幅衰减的特性。因此,在工件工作台旋转的情况下,根据安装ae传感器的位置不同,弹性波有可能在中途的轴承部等大幅衰减,无法进行高精度的检测。
9.本发明是鉴于这样的情况而完成的,其目的在于,提供能够高精度地检测从刀片产生的弹性波的切割装置。
10.用于解决课题的方案
11.为了解决上述课题,本发明的切割装置具备:工作台,其保持工件;主轴,其相对于工作台而相对地移动;刀片装配部,其一体地安装于主轴;刀片,其装配于刀片装配部;以及弹性波检测部,其对弹性波进行检测,弹性波检测部具备:ae传感器,其安装于主轴、刀片装配部以及工作台中的至少一方;发送侧线圈,其安装于主轴、刀片装配部以及工作台中的至少一方,并与ae传感器连接;以及接收侧线圈,其与发送侧线圈对置地配置,并与发送侧线圈磁耦合,从ae传感器输出的信号经由发送侧线圈,通过发送侧线圈与接收侧线圈的相互感应而向接收侧线圈传送。
12.在本发明的一方案中,优选的是,工作台、主轴以及刀片装配部是旋转体。
13.在本发明的一方案中,优选的是,切割装置具备:接触检测部,其基于从弹性波检测部输出的信号对刀片与工作台的接触进行检测;以及基准位置设定部,其设定刀片的基准位置,基准位置设定部将使主轴从刀片与工作台分离的位置朝向工作台移动并由接触检测部检测出接触的位置设定为刀片的基准位置。
14.在本发明的一方案中,优选的是,切割装置还具备推定部,该推定部基于在工件的
加工中从弹性波检测部输出的信号对刀片以及/或者工件的状态进行推定。
15.在本发明的一方案中,优选的是,推定部基于从弹性波检测部输出的信号对崩损的发生进行推定。
16.在本发明的一方案中,优选的是,推定部基于从弹性波检测部输出的信号对刀片的堵塞的状态进行推定。
17.在本发明的一方案中,优选的是,推定部通过与稳定切削时从弹性波检测部输出的信号的比较对刀片以及/或者工件的状态进行推定。
18.在本发明的一方案中,优选的是,ae传感器以及发送侧线圈安装于刀片装配部。
19.在本发明的一方案中,优选的是,ae传感器以及发送侧线圈安装于主轴。
20.在本发明的一方案中,优选的是,刀片装配部设置于主轴的前端部,ae传感器内置于主轴的前端部,发送侧线圈安装于主轴的基端部。
21.在本发明的一方案中,优选的是,ae传感器以及发送侧线圈安装于工作台。
22.在本发明的一方案中,优选的是,接收侧线圈以及发送侧线圈以卷绕于主轴、刀片装配部以及工作台中的至少一方的旋转轴的周围的方式配置。
23.在本发明的一方案中,优选的是,在主轴、刀片装配部以及工作台中的至少一方设置有平衡配重。
24.发明效果
25.根据本发明,能够高精度地检测从刀片产生的弹性波。
附图说明
26.图1是示出切割装置的概要结构的立体图。
27.图2是示出加工部的概要结构的立体图。
28.图3是示出刀片装配部的结构的剖视图。
29.图4是后凸缘的后视图。
30.图5是前端盖的主视图。
31.图6是关于刀具设定而系统控制器所具有的主要功能的框图。
32.图7是示出ae传感器的输出的一例的曲线图。
33.图8是示出刀具设定的处理步骤的流程图。
34.图9是示出ae传感器向主轴的安装构造的一例的图。
35.图10是示出ae传感器向加工台的安装构造的一例的图。
36.图11是传感器基座的仰视图。
37.图12是线圈基座的俯视图。
38.图13是对切削线进行俯视观察时的示意图。
39.图14是崩损的发生的示意图。
40.图15是示出加工中的ae传感器的输出的一例的曲线图。
41.图16是示出加工中的ae传感器的输出的一例的曲线图。
42.图17是加工中的刀片的示意图。
43.图18是示出加工中的ae传感器的输出的一例的曲线图。
44.图19是关于推定而系统控制器所具有的功能的框图。
45.附图标记说明
46.10
…
切割装置、12
…
供给回收部、14
…
加工部、16
…
清洗部、18
…
搬运部、20
…
装载口、22
…
加工台、22a
…
工件保持面、24
…
主轴、24a
…
主轴主体、24b
…
主轴的凸缘装配部、24c
…
主轴的螺纹孔、24d
…
主轴的孔、26
…
刀片、26a
…
刀片的装配孔、28
…
清洗台、30
…
机械臂、32
…
滑鞍、34
…
门型立柱、36
…
x轴工作台、38
…
v轴导轨、40
…
工作台单元、42
…
工作台驱动部、42a
…
工作台驱动部的壳体、44
…
y轴工作台、46
…
y轴导轨、48
…
z轴工作台、48m
…
z轴马达、48s
…
z轴传感器、50
…
加工单元、52
…
主轴驱动部、52a
…
主轴驱动部的壳体、60
…
刀片装配部、70
…
后凸缘、70a
…
后凸缘主体、70b
…
后凸缘的凸缘部、70c
…
后凸缘的刀片嵌合部、70d
…
后凸缘的外螺纹部、70e
…
后凸缘的ae传感器安装部、70f
…
后凸缘的平衡配重安装部、70g
…
后凸缘的发送侧线圈安装部、72
…
固定用螺钉、74
…
前凸缘、74a
…
前凸缘的孔、76
…
固定用螺母、80
…
主轴驱动部的壳体的前端盖、80a
…
开口部、80b
…
接收侧线圈安装部、82
…
螺栓、84
…
端盖、86
…
传感器基座、86a
…
传感器基座的ae传感器安装部、86b
…
传感器基座的平衡配重安装部、86c
…
传感器基座的发送侧线圈安装部、88
…
线圈基座、88a
…
线圈基座的接收侧线圈安装部、90
…
弹性波检测部、92
…
ae传感器、93
…
导线、94
…
发送侧线圈、94a
…
发送侧线圈架、96
…
接收侧线圈、96a
…
接收侧线圈架、98
…
平衡配重、100
…
系统控制器、102
…
存储部、110
…
主轴旋转控制部、112
…
切入进给控制部、114
…
接触检测部、116
…
基准位置设定部、120
…
工件状态推定部、122
…
刀片状态推定部、ac
…
磨粒、c
…
崩损、cl
…
切削液、cp
…
容屑槽、dt
…
切割带、kc
…
切口中心、sw
…
切粉、st
…
间隔道、stc
…
间隔道中心、w
…
工件、ε
…
中心偏移量。
具体实施方式
47.以下,按照附图对本发明的优选的实施方式进行说明。
48.(第一实施方式)
49.[切割装置的整体结构]
[0050]
图1是示出切割装置的概要结构的立体图。在图1中,示出x方向、y方向以及z方向。x方向与y方向相互交叉。例如,x方向与y方向相互正交。z方向与x方向以及y方向交叉。例如,z方向与x方向以及y方向正交。以下,有时将x方向以及y方向上的长度称为厚度、或者宽度。有时将z方向上的长度称为厚度、深度以及高度。另外,有时将z方向上的朝向z方向的箭头的前端侧的方向称为上方向、上侧、或者上,将与上方向相反的方向称为下方向、下侧、或者下。以下,有时将与x方向平行的轴称为x轴,将与y方向平行的轴称为y轴,将与z方向平行的轴称为z轴。有时将包含x轴以及y轴的面称为水平面。
[0051]
本实施方式的切割装置10是所谓的刀片切割机。刀片切割机利用在高速旋转的主轴的前端安装的刀片对工件w进行切削或在工件上加工出切槽。工件w例如是半导体晶片。
[0052]
如图1所示,本实施方式的切割装置10具备对工件w进行供给以及回收的供给回收部12、对工件w进行加工的加工部14、对加工后的工件w进行清洗的清洗部16、以及向各部搬运工件w的搬运部18等。
[0053]
供给回收部12包括装载口20,从安装于装载口20的盒(未图示)供给作为加工对象的工件w。另外,经由装载口20,加工后的工件w被回收到盒(未图示)中。工件w在安装于切割框架(未图示)的状态下被处理。将工件w经由切割带安装于切割框架。
[0054]
加工部14将工件w保持于加工台22并进行加工。加工台22能够以图1所示的θ轴为中心而旋转,并且能够沿着x方向移动。θ轴是通过加工台22的中心且与z轴平行的轴。加工部14使在高速旋转的主轴24的前端安装的刀片26与工件w抵接,对工件w进行切削或在工件w上加工出切槽。在图1所示的例子中,切割装置10具有两根主轴24,能够同时对两个部位进行加工。关于加工部14的结构后文进行叙述。
[0055]
清洗部16通过清洗台28保持将加工后的工件w并进行旋转清洗。具体而言,清洗部16在使清洗台28旋转的同时,向工件w供给清洗液,从而对工件w进行清洗。另外,在清洗结束后,清洗部16在使清洗台28旋转的同时,向工件w吹送空气,从而使工件w干燥(所谓的旋转干燥)。
[0056]
搬运部18具有机械臂30,利用机械臂30向各部搬运工件w。具体而言,搬运部18利用机械臂30将从供给回收部12供给的工件w向加工部14搬运。然后,搬运部18利用机械臂30将被加工部14加工后的工件w向清洗部16搬运。然后,搬运部18利用机械臂30将被清洗部16清洗后的工件w向供给回收部12搬运。
[0057]
图2是示出加工部的概要结构的立体图。
[0058]
如图2所示,加工部14具有滑鞍32以及门型立柱34。滑鞍32以及门型立柱34设置在未图示的架台上。
[0059]
x轴导轨38设置于滑鞍32。x轴工作台36安装于x轴导轨38。x轴工作台36被x轴导轨38引导,被支承为沿着x方向移动自如。x轴工作台36被x轴马达驱动而移动。x轴马达例如由线性马达构成。另外,利用x轴传感器来检测x轴工作台36在其移动轴上的位置(x方向上的位置)。x轴传感器例如由线性标尺构成。
[0060]
在x轴工作台36设置有工作台单元40。工作台单元40包括保持工件w的加工台22、以及使加工台22旋转的工作台驱动部42。加工台22具有圆板状的形状,且在上表面部具有保持工件w的工件保持面22a。工件w例如通过真空吸附被保持于工件保持面22a。工件w被水平地保持。工作台驱动部42包括马达,通过马达使加工台22旋转。
[0061]
在门型立柱34设置有一对沿着y方向移动的y轴工作台44。各y轴工作台44被配设于门型立柱34的共用的y轴导轨46引导,且被支承为沿着y方向移动自如。各y轴工作台44例如分别被y轴马达驱动而分别移动。y轴马达例如由线性马达构成。另外,利用y轴传感器来分别检测各y轴工作台44在其移动轴上的位置(y方向上的位置)。y轴传感器例如由线性标尺构成。
[0062]
在各y轴工作台44设置有沿着z方向移动的z轴工作台48。各z轴工作台48被配设于y轴工作台44的未图示的z轴导轨引导,且被支承为沿着z方向移动自如。各z轴工作台48例如分别被z轴马达驱动而分别移动。z轴马达例如由线性马达构成。另外,利用z轴传感器来分别检测各z轴工作台48在其移动轴上的位置(z方向上的位置)。z轴传感器例如由线性标尺构成。
[0063]
在各z轴工作台48设置有对工件w进行加工的加工单元50。加工单元50包括主轴24、使主轴24旋转的主轴驱动部52、以及供给切削液的切削液供给部(未图示)。在图2所示的例子中,两个加工单元50在方向y上对置。两个加工单元50例如在方向y上相互反向地配置。例如,两个加工单元50以将滑鞍32(或者x轴导轨38)夹在中间的方式对称地配置。主轴24沿着y方向配置。主轴24在前端具有刀片装配部。刀片26以可装卸的方式装配于刀片装配
部。关于刀片装配部的结构后文进行叙述。主轴驱动部52包括马达,通过马达使主轴24旋转。切削液供给部包括喷嘴,从喷嘴向刀片26与工件w的接触部供给切削液。
[0064]
根据如前述那样构成的加工部14,通过驱动x轴工作台36,加工台22沿着x方向进给。由此,工件w被切削进给。另外,通过驱动y轴工作台44,加工单元50沿着y方向进给。由此,刀片26被分度进给(index feed)。并且,通过驱动z轴工作台48,加工单元50沿着z方向进给。由此,刀片26被切入进给。另外,通过使加工台22旋转来切换工件w的朝向(旋转位置)。通过这样的加工部14的动作,工件w被切削或在工件w上加工出切槽。
[0065]
[刀片装配部]
[0066]
图3是示出刀片装配部的结构的剖视图。在图3中,使用图2所示的两个加工单元50中的在y方向的箭头的前端侧配置的加工单元50的刀片装配部60进行说明。图3所示的加工单元50的刀片装配部60的结构也能够应用于其他加工单元50的刀片装配部。
[0067]
在本实施方式中,刀片26使用所谓的无柄刀片。无柄刀片是没有基体金属(刀柄)的刀片。需要说明的是,也能够采用使用具备基体金属的有柄刀片的结构。刀片26具有圆板状的形状,在中央部分具有圆形的装配孔26a。
[0068]
如上所述,刀片26经由刀片装配部60以可装卸的方式装配于主轴24的前端部。
[0069]
刀片装配部60由设置于主轴24的前端的凸缘装配部24b、装配于凸缘装配部24b的后凸缘70、将后凸缘70固定于凸缘装配部24b的固定用螺钉72、在与后凸缘70之间夹持刀片26并对其进行固定的前凸缘74、以及固定前凸缘74的固定用螺母76等构成。刀片装配部60与主轴24的旋转相应地旋转。
[0070]
凸缘装配部24b具有直径趋向前端而变小的锥状的形状(圆锥台形状)。凸缘装配部24b一体地设置于主轴主体24a的前端。主轴24以使凸缘装配部24b从主轴驱动部52的壳体52a的前端突出的方式配置。更具体而言,主轴24以使凸缘装配部24b从安装于壳体52a的前端的前端盖80的开口部80a突出的方式配置。前端盖80被螺栓82固定并安装于主轴驱动部52的壳体52a的前端。
[0071]
后凸缘70主要由后凸缘主体70a以及凸缘部70b构成。后凸缘主体70a具有圆筒状的形状。后凸缘主体70a在其内侧具有供凸缘装配部24b嵌合的孔。形成于后凸缘主体70a的内侧的孔具有与凸缘装配部24b的形状一致的形状。即,后凸缘主体70a的孔的内周部具有与凸缘装配部24b的形状相对应的锥状的形状。凸缘部70b具有圆板状的形状,且一体地设置于后凸缘主体70a的基端部外周。在凸缘部70b上,在与y方向的箭头的前端相反的一侧(以下,有时称为前侧或前端侧)的端面设置有刀片嵌合部70c。刀片嵌合部70c具有与刀片26的装配孔26a相对应的形状。刀片26通过将其装配孔26a嵌合于刀片嵌合部70c而被保持在后凸缘70的同轴上。
[0072]
固定用螺钉72与凸缘装配部24b的前端螺纹结合。在凸缘装配部24b设置有供固定用螺钉72螺纹结合的螺纹孔24c。螺纹孔24c在凸缘装配部24b的前端沿着主轴24的轴形成。
[0073]
后凸缘70通过将其内周部嵌合于凸缘装配部24b而被装配在凸缘装配部24b的同轴上。在装配后,将固定用螺钉72嵌合于凸缘装配部24b的螺纹孔24c并紧固,由此,后凸缘70被凸缘装配部24b按压,从而与凸缘装配部24b固定为一体。
[0074]
前凸缘74具有圆板状的形状,在中央部分具有圆形的孔74a。前凸缘74通过将孔74a嵌合于后凸缘主体70a而被装配于后凸缘70。
[0075]
固定用螺母76与后凸缘主体70a的前端部螺纹结合。在后凸缘主体70a的前端部设置有供固定用螺母76螺纹结合的外螺纹部70d。
[0076]
刀片26装配于刀片装配部60。在此,对刀片26向刀片装配部60的装配方法进行说明。首先,将后凸缘70装配于主轴24。后凸缘70通过将其内周部嵌合于凸缘装配部24b而被装配于凸缘装配部24b。在装配后,利用固定用螺钉72将后凸缘70固定于凸缘装配部24b。接着,将刀片26装配于后凸缘70。刀片26通过将其装配孔26a嵌合于在后凸缘70的凸缘部70b设置的刀片嵌合部70c而被装配于后凸缘70。然后,将前凸缘74装配于后凸缘70。前凸缘74通过使后凸缘主体70a穿过中央的孔74a而被装配于后凸缘70。在前凸缘74的装配后,将固定用螺母76嵌合于后凸缘70的外螺纹部70d并紧固。由此,刀片26被夹在后凸缘70与前凸缘74之间并被固定。
[0077]
[弹性波检测部]
[0078]
本实施方式的切割装置10具备对从刀片26产生的弹性波进行检测的弹性波检测部90。弹性波检测部90包括ae传感器92。ae是声发射(acoustic emission)的略称。声发射是指在材料变形或破坏时,将蓄积于内部的应变能作为弹性波(ae波)而放出的现象。ae波具有几khz几mhz这样非常高的频率成分。频率较高的信号在空气中较大地衰减,因此ae波主要在物体中传播。ae传感器92对该ae波进行检测,将其转换为电信号并输出。ae传感器通常使用pzt(锆钛酸铅)等压电元件来对ae波进行检测。需要说明的是,由于ae传感器自身是公知的结构,因此省略对其详细情况的说明。
[0079]
在本实施方式的切割装置10中,ae传感器92安装于刀片装配部60。由于刀片装配部60是旋转体,因此在本实施方式中,使用线圈将ae传感器92的信号向外部传送。以下,对弹性波检测部90的结构以及其安装构造进行说明。
[0080]
如图3所示,弹性波检测部90具备ae传感器92、与ae传感器92电连接的发送侧线圈94、以及与发送侧线圈94磁耦合的接收侧线圈96。ae传感器92以及发送侧线圈94安装于作为旋转体的后凸缘70。另一方面,接收侧线圈96安装于固定在壳体52a的前端而不旋转的前端盖80。需要说明的是,有时将相对于旋转体不旋转的物体称为“固定体”。
[0081]
图4是后凸缘的后视图。
[0082]
如该图所示,在后凸缘70的凸缘部70b的背面部设置有ae传感器安装部70e、平衡配重安装部70f以及发送侧线圈安装部70g。
[0083]
ae传感器安装部70e以及平衡配重安装部70f由相同形状的凹部构成,且相对于后凸缘70的轴对称地配置。ae传感器92收容于ae传感器安装部70e,从而安装于后凸缘70。
[0084]
在平衡配重安装部70f安装有平衡配重98。平衡配重98是取得后凸缘70的旋转平衡的配重。通过安装平衡配重98,即使在使主轴24高速旋转的情况下,也能够确保无摇晃的稳定的旋转。
[0085]
发送侧线圈安装部70g由圆环状的凹部构成,与成为旋转轴的后凸缘70的轴配置在同轴上。发送侧线圈94收容于发送侧线圈安装部70g,从而安装于后凸缘70。安装于后凸缘70的发送侧线圈94以卷绕于作为旋转体的后凸缘70的轴(旋转轴)的周围的方式配置。
[0086]
图5是前端盖的主视图。
[0087]
如图5所示,在前端盖80的前端侧的面设置有接收侧线圈安装部80b。接收侧线圈安装部80b由圆环状的凹部构成,与发送侧线圈安装部70g配置在同轴上。接收侧线圈96收
容于接收侧线圈安装部80b,从而安装于前端盖80。安装于前端盖80的接收侧线圈96与发送侧线圈94配置在同轴上。因此,与发送侧线圈94同样地以绕后凸缘70的轴(旋转轴)卷绕的方式配置。
[0088]
通过以上的结构,发送侧线圈94和接收侧线圈96以具有规定的间隙的方式相互对置地配置,且两者以非接触的状态磁耦合。另外,通过该结构,从ae传感器92输出的信号通过发送侧线圈94与接收侧线圈96的相互感应向接收侧线圈96传送。
[0089]
[刀具设定]
[0090]
在切割装置10中,为了实现高精度的加工,相对于加工台22高精度地管理刀片26的高度。刀片26的高度的管理通过对刀片26与加工台22的表面接触的位置进行检测来进行。该处理被称为刀具设定,且定期地实施。检测出的位置被设定为刀片26的基准位置,基于该基准位置的信息对刀片26的切入进给进行控制。另外,基于该基准位置的信息对刀片26的磨损量进行测量。即,根据基准位置的变化量算出刀片26的直径的变化量(磨损量)。
[0091]
在本实施方式的切割装置10中,在刀具设定时,基于弹性波检测部90的输出对刀片26向加工台22的接触进行检测。
[0092]
刀具设定根据刀具设定的执行指令而由系统控制器100进行。执行指令包括手动和自动这两方。在手动的情况下,操作员经由切割装置10的操作部(未图示)手动地进行输入。在自动的情况下,在特定的时机自动地进行输入。例如,在从更换刀片26起经过了一定时间的情况下、从更换了刀片26起对一定数量的工件进行了加工的情况下等自动地输入执行指令。
[0093]
系统控制器100是对切割装置10整体的动作进行统一控制的控制部,例如由具备处理器以及存储器等的计算机构成。处理器例如由cpu(central processing unit)构成。存储器包括ram(random access memory)以及rom(read only memory)。
[0094]
系统控制器100对主轴驱动部52以及z轴马达48m的驱动进行控制,从而执行刀具设定的处理。
[0095]
图6是关于刀具设定而系统控制器所具有的主要功能的框图。
[0096]
如图6所示,关于刀具设定,系统控制器100具有主轴旋转控制部110、切入进给控制部112、接触检测部114、基准位置设定部116等的功能。各功能通过处理器执行规定的控制程序而由处理器实现。控制程序存放于存储器或存储部102。存储部102例如由闪存器构成。
[0097]
主轴旋转控制部110对主轴驱动部52的驱动进行控制,从而对刀片26的旋转进行控制。
[0098]
切入进给控制部112对z轴马达48m的驱动进行控制,从而对刀片26在z轴方向上进给(切入进给)进行控制。
[0099]
接触检测部114对从弹性波检测部90输出的信号(ae传感器92的输出信号)进行处理,从而对刀片26向加工台22的接触进行检测。
[0100]
图7是示出ae传感器的输出的一例的曲线图。在该图所示的曲线图中,横轴是时间,纵轴是ae传感器的输出(压电元件的输出电压[v])。图7的(a)示出刀片空转的情况下的ae传感器的输出的一例。另外,图7的(b)示出在中途刀片与加工台接触的情况下的ae传感器的输出的一例。图7的(b)是在时刻t1刀片与加工台接触的情况的例子。
[0101]
如图7的(a)所示,在刀片26空转的情况下,即在刀片26什么都不接触的情况下,ae传感器92的输出与接触的情况相比成为较低的值,并且在大致恒定的范围内推移。
[0102]
另一方面,如图7的(b)所示,当在中途刀片26与加工台22接触时,ae传感器92的输出上升。
[0103]
接触检测部114对从弹性波检测部90输出的信号进行监视,从而对刀片26与加工台22发生了接触这一情况进行检测。具体而言,将从弹性波检测部90输出的信号与阈值th进行比较,在从弹性波检测部90输出的信号超出阈值的情况下,判定为刀片26与加工台22发生了接触。
[0104]
基准位置设定部116基于接触检测部114的输出以及z轴传感器48s的输出来设定刀片26的基准位置。具体而言,将在检测出刀片26向加工台22的接触的时间点检测出的z轴工作台48的位置设定为刀片26的基准位置。所设定的基准位置的信息记录于存储部102。
[0105]
[刀具设定的处理]
[0106]
图8是示出刀具设定的处理步骤的流程图。
[0107]
首先,判定刀具设定的执行指令的有无(步骤s1)。如上所述,刀具设定除了经由操作部被手动地输入以外,还在特定的时机被自动地输入。
[0108]
当输入了刀具设定的执行指示时,刀片26被设定于原点位置(步骤s2)。原点位置被设定在刀片26不与加工台22接触的位置、即分离的位置。
[0109]
接着,在使刀片26旋转的同时,朝向加工台22进行切入进给(步骤s3)。
[0110]
当开始刀片26的切入进给时,在接触检测部114中进行刀片26的接触检测。接触检测部114基于ae传感器92的输出判定刀片26是否与加工台22发生了接触(步骤s4)。更详细而言,判定ae传感器92的输出是否超出了阈值,从而判定刀片26是否与加工台22发生了接触。
[0111]
当检测出刀片26的接触时,进行基准位置的设定(步骤s5)。即,取得检测出刀片26的接触的时间点的z轴工作台48的位置的信息,并将取得的位置设定为刀片26的基准位置。所设定的基准位置的信息存储于存储部102。
[0112]
另外,当检测出刀片26的接触时,刀片26返回原点位置,并且使刀片26的旋转停止(步骤s6)。
[0113]
通过以上一系列工序,刀具设定的处理完成。之后,以所设定的基准位置为基准对刀片26的切入进给进行控制。另外,基于所设定的基准位置的信息对刀片26的磨损量进行测量。
[0114]
需要说明的是,在本实施方式的切割装置10设置有两个加工单元50,因此对每个加工单元50进行刀具设定。
[0115]
如以上说明的这样,根据本实施方式的切割装置10,基于ae传感器92的输出对刀片26的接触进行检测,因此能够与无论刀片26的种类无关地高精度地管理刀片26与加工台22的高度关系。因此,例如也能够使用不具有导电性的刀片。
[0116]
另外,根据本实施方式的切割装置10,由于ae传感器92安装于刀片装配部60,因此能够高精度地对从刀片26产生的弹性波(因刀片而产生的弹性波)进行检测。即,由于ae传感器92安装于直接保持刀片26的构件,因此能够在几乎无衰减的情况下对从刀片26产生的弹性波进行检测。另外,即使在具有多个加工单元50的情况下,也能够高精度地对从各加工
单元50的刀片26产生的弹性波进行检测。并且,通过在后凸缘70设置专用的安装部并安装ae传感器92以及发送侧线圈94,能够将ae传感器92以及发送侧线圈94牢固地固定于作为旋转体的后凸缘70。由此,即使在使主轴24高速旋转的情况下也能够安全地使用。
[0117]
需要说明的是,在上述实施方式中,采用使刀片26与加工台22直接接触的结构,但也能够采用将刀具设定用的构件(与加工台22的位置关系已知的构件)安装于加工台22并使刀片26与该构件接触从而进行刀具设定的结构。该情况实质上也包括于使刀片26与加工台22接触的结构中。
[0118]
(变形例)
[0119]
在上述实施方式中,采用将ae传感器92安装于刀片装配部60并对从刀片26产生的弹性波进行检测的结构,但安装ae传感器92的部位并不限定于此。以下,对ae传感器92的安装部位的其他例子进行说明。
[0120]
[安装于主轴的例子]
[0121]
刀片26经由刀片装配部60而与主轴24一体化。因此,从刀片26产生的弹性波也向主轴24传播。因此,在将ae传感器92安装于主轴24的情况下,也能够对从刀片26产生的弹性波进行检测。
[0122]
图9是示出ae传感器向主轴的安装构造的一例的图。
[0123]
如该图所示,在本例子中,ae传感器92内置于主轴24的前端(刀片装配部60侧的端部)。
[0124]
在主轴24设置有沿着轴从基端部延伸至前端部的孔24d。孔24d与主轴24的旋转轴配置在同轴上。ae传感器92收容于设置在该主轴24的孔24d中,固定并安装于孔24d的前端部分。
[0125]
在主轴24的基端部安装有具备发送侧线圈94的发送侧线圈架94a。发送侧线圈94以卷绕于作为旋转体的主轴24的旋转轴的周围的方式配置。ae传感器92经由配置于孔24d的导线93而与发送侧线圈94电连接。
[0126]
在作为固定部的主轴驱动部52的壳体52a上,在其基端部安装有端盖84。在端盖84安装有在其内表面具备接收侧线圈96的接收侧线圈架96a。接收侧线圈96以卷绕于主轴24的旋转轴的周围的方式配置,并且以与发送侧线圈94具有规定的间隙的方式对置地配置。由此,发送侧线圈94和接收侧线圈96以非接触的状态磁耦合。
[0127]
通过以上的结构,ae传感器92被安装于主轴24。从ae传感器92输出的信号通过发送侧线圈94与接收侧线圈96的相互感应向接收侧线圈96传送。
[0128]
如上所述,刀片26经由刀片装配部60而与主轴24一体化,因此即使在将ae传感器92安装于主轴24的情况下,也能够对从刀片26产生的弹性波进行检测。特别是,在本例子中,将ae传感器92安装于主轴24的前端侧(刀片装配部侧),因此能够在几乎无衰减的情况下对从刀片26产生的弹性波进行检测。另外,在本例子中,ae传感器92以及发送侧线圈94安装在主轴24的同轴上,因此能够使主轴24稳定地旋转。由于ae传感器92内置于主轴24,因此能够牢固地将其固定。
[0129]
[安装于加工台的例子]
[0130]
如上所述,在刀具设定中,通过利用ae传感器92对刀片26与加工台22发生了接触时产生的特定图形的弹性波进行检测,而对刀片26与加工台22发生了接触这一情况进行检
测。该特定图形的弹性波也向加工台22传播。因此,在将ae传感器92安装于加工台22的情况下,也能够根据该ae传感器92的输出对刀片26的接触进行检测。
[0131]
图10是示出ae传感器向加工台的安装构造的一例的图。
[0132]
如该图所示,在作为旋转体的加工台22安装有ae传感器92以及发送侧线圈94,在作为固定体的工作台驱动部42安装有接收侧线圈96。ae传感器92以及发送侧线圈94经由传感器基座86而安装于加工台22。另外,接收侧线圈96经由线圈基座88而安装于工作台驱动部42。
[0133]
图11是传感器基座的仰视图。
[0134]
如图11所示,传感器基座86具有圆环状的形状。在传感器基座86的下表面部设置有ae传感器安装部86a、平衡配重安装部86b以及发送侧线圈安装部86c。
[0135]
ae传感器安装部86a以及平衡配重安装部86b由相同形状的凹部构成,且相对于传感器基座86的轴(=加工台22的旋转轴)对称地配置。ae传感器92收容于ae传感器安装部86a,从而安装于传感器基座86。
[0136]
在平衡配重安装部86b安装有平衡配重98。平衡配重98是取得传感器基座86的旋转平衡的配重。
[0137]
发送侧线圈安装部86c由圆环状的凹部构成,与传感器基座86的轴配置在同轴上。发送侧线圈94收容于发送侧线圈安装部86c,从而安装于传感器基座86。由此,发送侧线圈94以卷绕在传感器基座86的轴的周围的方式配置。
[0138]
如图10所示,以上结构的传感器基座86安装在加工台22的下表面同轴上,并与加工台22一体化。由于传感器基座86安装于加工台22,发送侧线圈94与加工台22的旋转轴配置在同轴上,并以卷绕在其周围的方式配置。
[0139]
图12是线圈基座的俯视图。
[0140]
如图12所示,线圈基座88具有圆环状的形状。在线圈基座88的上表面部设置有接收侧线圈安装部88a。接收侧线圈安装部88a由圆环状的凹部构成,与线圈基座88配置在同轴上。接收侧线圈96收容于接收侧线圈安装部88a,从而安装于线圈基座88。由此,接收侧线圈96以卷绕在线圈基座88的轴的周围的方式配置。
[0141]
如图10所示,以上结构的线圈基座88安装于工作台驱动部42的壳体42a的上端部,与加工台22的旋转轴配置在同轴上。由此,接收侧线圈96与加工台22的旋转轴配置在同轴上,并以卷绕在其周围的方式配置。另外,接收侧线圈96与发送侧线圈94配置在同一圆周上。
[0142]
通过以上的结构,发送侧线圈94和接收侧线圈96以具有规定的间隙的方式相互对置地配置,且两者以非接触的状态磁耦合。另外,通过该结构,从ae传感器92输出的信号通过发送侧线圈94与接收侧线圈96的相互感应向接收侧线圈96传送。
[0143]
当刀片26与加工台22接触时,利用ae传感器92检测在该接触时产生的弹性波。由此,能够对刀片26的接触进行检测。
[0144]
(第二实施方式)
[0145]
如前所述,由于在切割装置10设置弹性波检测部90,因此能够对刀片26与加工台22的接触进行检测。由此,能够与刀片26的种类无关地实施接触式的刀具设定。
[0146]
在具备弹性波检测部90的切割装置10中,还能够通过对从加工中的刀片26产生的
弹性波进行监视来推定工件w以及刀片26的状态。以下,对利用了弹性波的、工件w以及刀片26的状态的推定进行说明。
[0147]
[工件的状态的推定]
[0148]
图13是对切削线进行俯视观察时的示意图。
[0149]
通常,工件w在间隔道st的中心(间隔道中心)被切削。图13示出以相对于间隔道中心stc而切口(kerf;切槽)k的中心(切口中心)kc偏移的方式被切削的情况的例子。当间隔道中心stc与切口中心kc发生偏移时,发生中心偏移。间隔道中心stc与切口中心kc的偏移量为中心偏移量ε。
[0150]
图14是崩损的发生的示意图。图14示出对粘附于切割带dt的晶片(工件w)进行切削时的状态。图14中的附图标记fb为异物。在切口边缘(与间隔道的边界)发生崩损c。崩损是指在工件的切口线的角、缘产生的意料之外的破裂、缺口。崩损会由于刀片的堵塞、切削液的液量的变动、工件材质的状况变质、操作员的设定失误等各种主要原因而发生。
[0151]
在崩损的发生时,有时成为与通常的切削不同的变形、破坏的状况,因此产生与稳定时不同的弹性波。因此,通过对从刀片产生的弹性波进行监视,能够对崩损(超出允许值的崩损)的发生进行检测。
[0152]
图15是示出加工中的ae传感器的输出的一例的曲线图。图15的(a)示出稳定切削时的ae传感器的输出的一例。另外,图15的(b)示出突发地发生了崩损的情况下的ae传感器的输出的一例。图15的(b)是在时刻t2以及时刻t3发生了崩损的情况的例子。
[0153]
如图15的(a)所示,在加工(切削)稳定的情况下,ae传感器92的输出在大致恒定的范围内推移。即,成为大致一致的输出。
[0154]
另一方面,如图15的(b)所示,当发生突发的崩损时,ae传感器92的输出从稳定倾向发生大幅变动。
[0155]
图16是示出加工中的ae传感器的输出的一例的曲线图。该图示出崩损持续发生的情况下的ae传感器的输出的一例。
[0156]
有时由于切削液的液量的不同、操作员的设定失误等而持续发生超出允许值的崩损。在该情况下,ae传感器92的输出持续取得与稳定时不同的值。因此,通过与稳定时的输出(参照图15的(a))进行比较,能够对异常进行检测。
[0157]
[刀片的状态的推定]
[0158]
图17是加工中的刀片的示意图。
[0159]
刀片26通过取得磨粒(切削粒子)ac、将磨粒ac结合的结合剂(粘结材料)bo以及将它们隔开多少空间进行结合的密集度(容屑槽)cp之间的平衡而实现最佳的加工(切削)。
[0160]
工件w的加工随着对刀片26施加切削液cl而进行。当对工件w进行切削时,产生所谓的切粉(切削粉)sw。另外,磨粒ac也从刀片26脱落少许。若该切粉sw、脱落的磨粒与切削液cl一起适当地从刀片26脱离,则成为良好的切削。另一方面,若平衡遭到破坏,则异物堵塞于刀片26的容屑槽。
[0161]
将该现象称为“堵塞”。当在刀片26发生堵塞时,ae传感器92的输出发生变动。
[0162]
图18是示出加工中的ae传感器的输出的一例的曲线图。在图18中,以粗线表示的曲线图g1是示出在刀片发生了堵塞的情况下的ae传感器92的输出的一例的曲线图。另一方面,以细线表示的曲线图g2是示出没有堵塞的稳定时的ae传感器92的输出的一例的曲线
图。
[0163]
如图18所示,当在刀片26发生堵塞时,ae传感器92的输出与稳定时相比阶段性地发生变动。因此,通过与稳定时的ae传感器92的输出进行比较,能够对堵塞的发生状态进行推定。
[0164]
[装置结构]
[0165]
本实施方式的切割装置10具有基于从刀片26产生的弹性波对工件w的状态进行推定的功能以及对刀片26的状态进行推定的功能。该功能由系统控制器100实现。
[0166]
需要说明的是,装置结构实质上与第一个实施方式的切割装置10相同。因此,在此仅对系统控制器100所具有的上述功能进行说明。
[0167]
图19是关于推定而系统控制器所具有的功能的框图。
[0168]
如图19所示,关于推定的处理,系统控制器100具有对工件w的状态进行推定的工件状态推定部120以及对刀片26的状态进行推定的刀片状态推定部122。各部通过处理器执行规定的程序而由处理器实现。程序存放于存储器或存储部102。
[0169]
工件状态推定部120取得从弹性波检测部90输出的信号(ae传感器92的输出信号),对工件w的状态、特别是有无崩损发生进行推定。在本实施方式中,通过与稳定切削时得到的信号的比较,对工件w的状态进行推定。
[0170]
如上所述,当突发地发生超出允许值的崩损时,ae传感器92的输出从稳定倾向发生大幅变动(参照图15的(b))。另外,当持续发生超出允许值的崩损时,ae传感器92的输出持续取得与稳定时不同的值(参照图16)。
[0171]
因此,工件状态推定部120将在加工中得到的ae传感器92的输出信号与稳定切削时从ae传感器92得到的输出信号进行比较,对崩损的发生进行检测(推定)。例如,基于稳定切削时得到的输出信号来设定的阈值,对超出阈值的信号进行检测,从而对突发的崩损进行检测(推定)。另外,例如,基于稳定切削时得到的输出信号来设定阈值,在规定时间内检测出超出阈值的信号的次数为规定次数以上的情况下,检测(推定)为持续的崩损。
[0172]
刀片状态推定部122取得从弹性波检测部90输出的信号,对刀片26的状态、特别是堵塞的发生状态进行推定。在本实施方式中,通过与稳定切削时得到的信号的比较,对堵塞的发生状态进行推定。
[0173]
如上所述,当在刀片26发生堵塞时,ae传感器92的输出于稳定时相比阶段性地发生变动。因此,通过与稳定时的ae传感器92的输出信号进行比较,能够对堵塞的发生状态进行推定。
[0174]
刀片状态推定部122例如通过统计的方法算出ae传感器92的输出信号的变动倾向,并通过与稳定时得到的输出信号的变动倾向的比较,对堵塞的发生进行推定。即,在算出的变动倾向与稳定时的变动倾向不同的情况(特别是输出信号随时间经过而偏离稳定时的输出信号的情况)下,推定为发生了超出允许量的堵塞。
[0175]
稳定切削时得到的ae传感器92的输出信号的信息在事前取得并存储于存储部102。需要说明的是,稳定切削时得到的ae传感器92的输出信号根据加工条件(所使用的刀片的种类等)而不同,因此按照加工条件进行准备。
[0176]
如以上说明的这样,根据本实施方式的切割装置10,能够利用弹性波检测部90对工件w以及刀片26的状态进行推定。
[0177]
需要说明的是,推定结果显示于显示部(未图示)。另外,在检测(推定)出超出允许值的崩损以及堵塞的情况下,发出警告。
[0178]
在本实施方式中,采用对工件w以及刀片26这两方的状态进行推定的结构,但也可以采用仅对其中任一方的状态进行推定的结构。
[0179]
在上述实施方式中,采用在对刀片26进行切入进给时,相对于加工台22而使加工单元50侧移动的结构,但也可以采用使加工台22侧移动的结构。或者,也可以采用使双方移动的结构。即,主轴24与加工台22的移动只要是相对的即可。
技术特征:
1.一种切割装置,其中,所述切割装置具备:工作台,其保持工件;主轴,其相对于所述工作台而相对地移动;刀片装配部,其一体地安装于所述主轴;刀片,其装配于所述刀片装配部;以及弹性波检测部,其对弹性波进行检测,所述弹性波检测部具备:ae传感器,其安装于所述主轴、所述刀片装配部以及所述工作台中的至少一方;发送侧线圈,其安装于所述主轴、所述刀片装配部以及所述工作台中的至少一方,并与所述ae传感器连接;以及接收侧线圈,其与所述发送侧线圈对置地配置,并与所述发送侧线圈磁耦合,从所述ae传感器输出的信号经由所述发送侧线圈,通过所述发送侧线圈与所述接收侧线圈的相互感应而向所述接收侧线圈传送。2.根据权利要求1所述的切割装置,其中,所述工作台、所述主轴以及所述刀片装配部是旋转体。3.根据权利要求1或2所述的切割装置,其中,所述切割装置具备:接触检测部,其基于从所述弹性波检测部输出的信号对所述刀片与所述工作台的接触进行检测;以及基准位置设定部,其设定所述刀片的基准位置,所述基准位置设定部将使所述主轴从所述刀片与所述工作台分离的位置朝向所述工作台移动并由所述接触检测部检测出接触的位置设定为所述刀片的所述基准位置。4.根据权利要求1~3中任一项所述的切割装置,其中,所述切割装置还具备推定部,所述推定部基于在所述工件的加工中从所述弹性波检测部输出的信号对所述刀片以及/或者工件的状态进行推定。5.根据权利要求4所述的切割装置,其中,所述推定部基于从所述弹性波检测部输出的信号对崩损的发生进行推定。6.根据权利要求4所述的切割装置,其中,所述推定部基于从所述弹性波检测部输出的信号对所述刀片的堵塞的状态进行推定。7.根据权利要求4~6中任一项所述的切割装置,其中,所述推定部通过与稳定切削时从所述弹性波检测部输出的信号的比较对所述刀片以及/或者工件的状态进行推定。8.根据权利要求1~7中任一项所述的切割装置,其中,所述ae传感器以及所述发送侧线圈安装于所述刀片装配部。9.根据权利要求1~7中任一项所述的切割装置,其中,所述ae传感器以及所述发送侧线圈安装于所述主轴。10.根据权利要求9所述的切割装置,其中,所述刀片装配部设置于所述主轴的前端部,
所述ae传感器内置于所述主轴的前端部,所述发送侧线圈安装于所述主轴的基端部。11.根据权利要求1~7中任一项所述的切割装置,其中,所述ae传感器以及所述发送侧线圈安装于所述工作台。12.根据权利要求1~11中任一项所述的切割装置,其中,所述接收侧线圈以及所述发送侧线圈以卷绕于所述主轴、所述刀片装配部以及所述工作台中的至少一方的旋转轴的周围的方式配置。13.根据权利要求1~12中任一项所述的切割装置,其中,在所述主轴、所述刀片装配部以及所述工作台中的至少一方设置有平衡配重。
技术总结
本发明提供能够高精度地检测从刀片产生的弹性波的切割装置。切割装置(1)具备加工台(22)、主轴(24)、在主轴(24)的刀片装配部(60)装配的刀片(26)、检测从刀片(26)产生的弹性波的弹性波检测部(90)。弹性波检测部(90)具备安装于主轴(24)、刀片装配部(60)、加工台(22)中的至少一方的AE传感器(92);安装于主轴(24)、刀片装配部(60)、加工台(22)中的至少一方并与AE传感器(92)连接的发送侧线圈(94);与发送侧线圈(94)对置地配置并与发送侧线圈(94)磁耦合的接收侧线圈(96),从AE传感器(92)输出的信号经由发送侧线圈(94),通过发送侧线圈(94)与接收侧线圈(96)的相互感应而向接收侧线圈(96)传送。(96)传送。(96)传送。
技术研发人员:饭田贵大
受保护的技术使用者:株式会社东京精密
技术研发日:2023.03.20
技术公布日:2023/9/26
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