[0001] La présente invention concerne un procédé de sciage par fil dans lequel au moins une pièce à scier montée sur une table support est sollicitée avec une force d'appui contre au moins une nappe de fils supportée par des cylindres guide-fils et dont le fil est susceptible d'être déplacé selon un mouvement alternatif ou continu.
[0002] Des procédés et des dispositifs de sciage par fils du type précité avec déplacement des fils de la nappe de fils ou de la pièce à scier sont déjà connus, spécialement dans l'industrie des composants électroniques des ferrites, des quartz et silices, pour l'obtention en tranches fines de matériaux tels que le silicium poly- ou monocristallin ou de nouveaux matériaux tels que GaAs, InP, GGG ou également le quartz, le saphir synthétique, des matériaux céramiques.
Le prix élevé de ces matériaux rend le sciage par fils plus attractif comparativement à d'autres techniques comme le sciage par disque diamanté.
[0003] Dans les dispositifs connus, la zone de sciage est constituée d'un ensemble d'au moins deux cylindres placés parallèlement. Ces cylindres, appelés guide-fils, sont gravés avec des gorges définissant l'intervalle entre les fils de la nappe, soit l'épaisseur des tranches. La pièce à scier est fixée sur une table support qui se déplace perpendiculairement à la nappe de fils. La vitesse de déplacement définit la vitesse de coupe. Le renouvellement du fil, ainsi que le contrôle de sa tension se fait dans une partie appelée zone de gestion du fil située en dehors de la zone de sciage proprement dite.
L'agent qui régira la découpe est soit un abrasif fixé sur le fil, soit un abrasif libre amené sous forme de barbotine. Le fil n'agit que comme transporteur. Lors de la découpe en tranches fines de la pièce à scier, le fil tendu est à la fois guidé et tracté par les cylindres guide-fils.
[0004] Dans les dispositifs connus, l'avance de la table support est réglée avec une vitesse constante ou avec un profil de vitesse qui est une fonction de la position de la table ou du temps.
[0005] On connaît également des dispositifs dans lesquels l'avance de la table est effectuée par une force ou un poids constant.
[0006] La présente invention a pour but de perfectionner les procédés et les dispositifs connus de façon à obtenir un sciage très précis et d'un rendement optimalisé, tout en permettant d'éviter des ruptures du fil de sciage.
En outre, le procédé de sciage devra être facilement adaptable à de nombreuses applications différentes.
[0007] Le procédé selon l'invention est caractérisé à cet effet par le fait que l'on mesure une valeur représentative de ladite force d'appui et que l'on effectue le sciage en tenant compte de la mesure de cette valeur représentative de la force d'appui lors du sciage.
[0008] Grâce à ces caractéristiques, il est possible d'obtenir un sciage à rendement optimalisé, d'une grande qualité, permettant d'éviter des ruptures du fil de sciage et d'assurer une grande faculté d'adaptation à de nombreuses applications industrielles différentes.
[0009] Un mode d'exécution préféré est caractérisé par le fait que l'on scie avec des paramètres de sciage prédéterminés, que l'on mesure la valeur représentative de ladite force d'appui,
que l'on établit un paramètre de contrôle à partir de cette valeur représentative, que l'on compare ce paramètre de contrôle à au moins une valeur de consigne et que l'on modifie au moins un des paramètres de sciage lorsque le paramètre de contrôle est en dehors d'au moins une marge de tolérance de ladite au moins une valeur de consigne.
[0010] Grâce à cette boucle de contrôle, on obtient un processus de sciage parfaitement contrôlé, donc une qualité, un rendement et une fiabilité de sciage optimalisés.
[0011] Selon un mode d'exécution favorable la valeur représentative de la force d'appui ou la force d'appui totale est prise en tant que paramètre de contrôle.
[0012] On pourra ainsi obtenir un sciage avec une force d'appui constante ou variable selon un profil expérimental.
[0013] Selon un autre mode d'exécution avantageux,
on calcule en tant que paramètre de contrôle, la pression exercée par la pièce à scier sur un fil de la nappe de fils.
[0014] Ce mode d'exécution permet un sciage particulièrement sûr et fiable.
[0015] En alternative on pourra également calculer en tant que paramètre de contrôle, une valeur correspondant au taux d'enlèvement de matière réalisé par fil de la nappe de fils sur la pièce à scier.
[0016] Ce procédé permet ainsi d'assurer un sciage avec un rendement optimalisé d'une très grande qualité.
[0017] De façon avantageuse on modifie, en tant que paramètre de sciage, la vitesse d'avance avec laquelle la table support et la nappe de fils sont rapprochés et/ou la position relative de la table support et de la nappe de fils et/ou la vitesse dudit mouvement alternatif ou continu du fil.
[0018] Grâce à ces caractéristiques,
on obtient un contrôle efficace et rapide des propriétés de sciage.
[0019] L'invention concerne également un dispositif de sciage par fil comprenant un bâti, au moins une nappe de fils et au moins une table support sur laquelle est montée au moins une pièce à scier sollicitée au moyen d'une force d'appui contre la nappe de fils supportée par des cylindres guide-fils et dont le fil est susceptible de se déplacer selon un mouvement alternatif ou continu, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens pour mesurer une valeur représentative de ladite force d'appui et des moyens pour tenir compte de la mesure de cette valeur représentative de la force d'appui lors du sciage.
[0020] Grâce à ces caractéristiques le dispositif de sciage selon l'invention assure une grande faculté d'adaptation à différentes utilisations industrielles, une grande qualité de sciage,
un rendement optimalisé et une fiabilité et sécurité accrues.
[0021] Un mode d'exécution préféré est caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens pour établir un paramètre de contrôle à partir de cette valeur représentative, des moyens pour comparer ce paramètre de contrôle à une valeur de consigne et des moyens pour modifier au moins un paramètre de sciage lorsque le paramètre de contrôle est en dehors d'au moins une marge de tolérance de ladite au moins une valeur de consigne.
[0022] On obtient ainsi une boucle de contrôle très efficace pour une qualité,
un rendement et une fiabilité de sciage optimalisés.
[0023] D'autres avantages ressortent des caractéristiques exprimées dans les revendications dépendantes et de la description exposant ci-après l'invention plus en détail à l'aide de dessins qui représentent schématiquement et à titre d'exemple plusieurs modes d'exécution et variantes.
<tb>La fig. 1<sep>est une vue de face d'un mode d'exécution de l'invention.
<tb>La fig. 2<sep>représente une vue partielle de dessus de ce mode d'exécution.
<tb>La fig. 3<sep>illustre en vue de face une variante de ce mode d'exécution.
<tb>La fig. 4<sep>représente un schéma de principe du procédé d'usinage selon l'invention.
<tb>Les fig. 5, 6 et 7<sep>illustrent d'autres schémas de trois modes d'exécution du procédé d'usinage selon l'invention.
[0024] En référence aux fig. 1 et 2, le dispositif de sciage selon le premier mode d'exécution comprend un bâti 10 et des cylindres guide-fils 11, 12, ici au nombre de deux, montés sur ce bâti avec leurs axes disposés parallèlement, étant bien entendu que le dispositif pourrait avoir plus que deux cylindres guide-fils.
[0025] Le fil 14 est déroulé d'une bobine débitrice, non illustrée, et ensuite enroulé autour des cylindres guide-fils selon tout mode d'enroulement possible pour former au moins une nappe de fils 15 parallèles dans une zone de sciage.
Le fil est ensuite récupéré dans un dispositif adéquat non illustré, tel qu'une bobine réceptrice ou un bac de récupération.
[0026] Une, deux ou davantage de pièces à scier 17, telles que des lingots en un matériau dur, sont montées sur une table support 18 par l'intermédiaire d'un support temporaire 19.
[0027] Cette table support 18 peut être déplacé verticalement selon la direction Z grâce à une colonne 21 et un moteur 20 avec réducteur pour mettre en appui les pièces à scier 17 contre la nappe de fils 15.
[0028] La périphérie des cylindres guide-fils 11, 12 est gravée avec des gorges qui définissent l'intervalle entre les fils voisins de la nappe de fils 15, donc l'épaisseur des tranches sciées.
Ces dernières sont séparées les unes des autres par des fentes ou interstices de sciage.
[0029] Le fil 14 est tendu et à la fois guidé et tracté par les cylindriques guide-fils pour se déplacer selon un mouvement alternatif en va-et-vient ou continu. Ce fil est favorablement constitué d'acier à ressort d'un diamètre compris entre 0,1 et 0,2 mm afin de scier des blocs de matériaux dures ou de composition plus particulière, tels que silicium, céramique, composés des éléments des groupes lll-V et ll-VI, GGG (Grenat à Gadolinium-Gallium), saphir, etc., en tranches de 0,1 à 5 mm d'épaisseur environ.
L'agent abrasif est un produit du commerce et peut être du diamant, du carbure de silicium, de l'alumine, etc., sous forme fixée au fil ou sous forme libre en suspension dans un liquide qui sert de transporteur aux particules de l'abrasif.
[0030] Un dispositif d'entraînement de la table 18 selon la direction Z relie le moteur 20 avec son réducteur à la colonne 21 et comprend les parties suivantes. Une vis 26 est montée de façon tournante, mais axialement fixe dans un plateau 27 et entraîné en rotation par le moteur 20 par l'intermédiaire d'une courroie 28 et d'une poulie 29. Cette vis 26 comprend un chemin de roulement à billes 30 coopérant avec un écrou 31 solidaire de la colonne 21.
Lorsque la vis 26 est entraînée dans un sens ou l'autre la colonne 21 est abaissée ou remontée le long de la vis et de son chemin de roulement à billes 30.
[0031] Le plateau 27 est supporté par une plate-forme 31 solidaire du bâti grâce à trois jauges de contrainte 32 vissées à l'une de leurs extrémités à la plate-forme 31 et à l'autre extrémité au plateau 27.
[0032] Trois bielles 33 relient en outre le plateau 27 à des pièces de fixation 34 solidaires de la plate-forme 31 (fig. 2).
Ces bielles assurent une stabilité rotationnelle du plateau 27 par rapport à la plate-forme 31.
[0033] Le dispositif de sciage comprend en outre des moyens 40 pour compenser le poids de l'ensemble des éléments suspendus, comprenant la ou les pièces à scier 17, le support temporaire 19, la table support 18, la colonne 21, l'écrou 31, le chemin de roulement à billes 30, la vis 26, le plateau 27, la poulie 29 et la moitié des bielles 33.
[0034] Dans les modes d'exécution illustrés, ces moyens de compensation 40 comprennent deux courroies 41 passant sur des galets 42.
[0035] Une des extrémités des courroies 41 est fixée à la colonne 21, tandis que l'autre extrémité est fixée à des contrepoids 43 compensant ensemble exactement le poids de tous les éléments suspendus à la plate-forme 31 du bâti 10.
[0036] Ainsi,
lorsque le moteur 20 abaisse la table support 18 et la pièce à scier 17 en direction de la nappe de fils 15, cette pièce à scier 17 est sollicitée avec une force d'appui donnée contre les fils de la nappe de fil 15. Les jauges de contrainte 32 permettent de mesurer exactement une valeur représentative de cette force d'appui ou la valeur même de cette force d'appui totale de la ou des pièces à scier 17 contre la ou les nappes de fils 15.
[0037] Les valeurs issues des jauges de contrainte 32 sont fournies après amplification adéquate à une unité de calcul et de contrôle 45 et cette dernière calcule commande et modifie les paramètres de sciage avec lesquels le sciage s'effectue.
Ces paramètres de sciage comprennent, entre autres, la vitesse d'avance VT (z) avec laquelle la table support 18 est avancée selon la direction Z en direction de la nappe de fils par le moteur 20, la position relative z de la table support par rapport à la nappe de fils 15 et au bâti 10, la vitesse vfil(z) et la nature du mouvement alternatif ou continu du fil 14, et d'autres paramètres de sciage, tels que l'apport en liquide de sciage et un abrasif, etc.
[0038] L'unité de calcul et de contrôle 45 est agencée pour établir, calculer, adapter et modifier différents paramètres de contrôle de sciage à partir des valeurs représentatives de la force d'appui reçues des jauges de contrainte 32 et permettant de contrôler le processus de sciage.
[0039] Ces paramètres de contrôle pourront être constitués par les valeurs représentatives de la force d'appui mêmes,
par la force d'appui totale de la ou des pièces à scier 17 contre la ou les nappes de fils 15, la pression exercée par la pièce à scier sur un fil de la nappe de fils ou une valeur représentative ou proportionnelle au taux d'enlèvement de matière réalisé par chaque fil de la nappe de fils sur la pièce à scier. On pourra ainsi obtenir un sciage avec un profil de force programmé expérimental ou théorique.
[0040] Dans la variante illustrée à la fig. 3, les mêmes éléments sont désignés par des chiffres de référence identiques. Dans cette variante, il n'y a pas de moyens 40 pour compenser le poids de l'ensemble des éléments suspendus. Ces derniers sont suspendus par la vis 26 grâce à une rondelle de fixation 50 à un plateau 51. Ce dernier repose par l'intermédiaire de trois éléments dynamométriques 52 sur la plate-forme 31 du bâti 10.
L'entraînement de la vis 26 s'effectue par une poulie 53 reliée par une courroie 54 à un moteur non illustré.
[0041] Dans cette variante, la force d'appui totale de la ou des pièces à scier 17 est obtenue par la différence des mesures du poids des éléments suspendus obtenues avant le contact de la ou des pièces à scier 17 avec la nappe de fils 15 et après leur contact. Cette force d'appui totale agit donc en tant que contre-force au poids des éléments suspendus mesurés avant le contact.
Comme décrit auparavant les valeurs mesurées par les éléments dynamométriques 52 sont fournies après amplification à l'unité de calcul et de contrôle 45, grâce à laquelle il est possible d'effectuer une boucle de contrôle du sciage.
[0042] Dans les deux modes d'exécution on mesure donc une valeur représentative de la force d'appui de la pièce à scier contre la nappe de fils et on effectue le sciage en tenant compte de la mesure de cette valeur représentative de la force d'appui lors du sciage.
[0043] En référence au schéma de la fig. 4, le procédé de sciage comprend une boucle de contrôle avec les opérations U, M, D, C et A suivantes.
[0044] Le procédé de sciage commence ainsi avec des paramètres de sciage prédéterminés U.
Pendant ce sciage, on mesure des valeurs représentatives de la force d'appui de la ou des pièces à scier 17 contre la ou les nappes de fils lors de l'opération M.
[0045] L'unité de calcul et de contrôle 45 établit au moins un paramètre de contrôle D dépendant de cette valeur représentative issue de l'opération M.
[0046] L'unité de calcul et de contrôle effectue une comparaison C de ce paramètre de contrôle D avec une valeur de consigne.
[0047] Si ce paramètre de contrôle D est dans la marge de tolérance de cette valeur de consigne, le processus de sciage est poursuivi avec les mêmes paramètres de sciage.
Au contraire, si le paramètre de contrôle D est en dehors de ladite marge de tolérance de la valeur de consigne, on procède à des opérations correctives ou d'adaptation A d'au moins un des paramètres de sciage et on continue le sciage avec le ou les paramètres de sciage modifiés. Cette boucle de contrôle s'effectue en continu de façon que le sciage se poursuit avec des paramètres de sciage U tels que le paramètre de contrôle D choisi se trouve dans la marge de tolérance de la valeur de consigne fixée dans l'unité de calcul et de contrôle 45.
Il est ainsi possible de réaliser un sciage avec un paramètre de sciage constant ou variant selon un profil expérimental ou théorique prédéterminé.
[0048] Dans tous les modes d'exécution du procédé selon l'invention, l'opération M consiste en une mesure d'une valeur représentative de la force d'appui de la ou des pièces à scier 17 contre la ou les nappes de fils 15.
Cette mesure pourra être faite de toutes manières possibles, par exemple avec une ou plusieurs jauges de contraintes 32 ou des éléments dynamométriques 52 comme illustré aux fig. 1 à 3, ou encore en mesurant la flèche que fait la nappe de fils 15 sous la pression exercée par la ou les pièces à scier, ou encore par d'autres mesures, telles que la consommation énergétique du moteur 20.
[0049] Cette valeur représentative pourra également être constituée directement par la force totale F(z) d'appui de la ou des pièces à scier contre la ou les nappes de fils.
[0050] Le paramètre de contrôle D établit par l'unité de calcul et de contrôle 45 pourra être:
identique à ladite valeur représentative de la force d'appui,
identique à la force totale d'appui F(z) mesurée.
[0051] Il pourra également être constitué par la pression P(z) exercée par la pièce à scier 17 sur un fil de la nappe de fils calculé selon les formules:
<EMI ID=2.0>
<EMI ID=3.0>
dans le cas d'un lingot à section circulaire de diamètre D:
<EMI ID=4.0>
dans le cas d'un lingot à section carrée de côté a;
<EMI ID=5.0>
[0052] Dans ces formules et celles qui suivent, les symboles suivants sont utilisés et possèdent les significations suivantes:
z: : position de la table support,
VT(z): : vitesse de descente de la table support à la position z,
L(z): : ongueur de fil en contact avec la pièce à scier à la position z,
V(z): :
taux d'enlèvement à la position z égal au volume de matière enlevée de la pièce à scier par unité de temps,
F(z): : force totale d'appui de la pièce à scier sur la nappe de fils à la position z,
Nfil: : nombre de fils de la nappe de fils impliquée dans la coupe,
D: : diamètre de la section circulaire de la pièce à scier,
a: : côté de la section carrée de la pièce à scier,
alpha (z): : angle de la nappe de fils avec l'horizontale engendrée par la flèche de la nappe de fils à la position z,
T: : tension du fil maintenue constante par bras de tension,
dfil: : diamètre du fil,
K: : largeur du trait de sciage (Kerf),
P(z): : pression de contact exercée par la pièce à scier sur un fil de la nappe de fils à la position z,
vfil(z): : vitesse longitudinale du fil à la position z,
C: :
constante de taux d'enlèvement (dépendant entre autres de l'abrasif, modules de Young, modules élastiques, résistance à la fracture, etc.),
Fo: : valeur de consigne de la force d'appui totale,
TF: : tolérance de la valeur de consigne de la force d'appui totale,
Po: : valeur de consigne de la pression exercée sur un fil,
Tp: :
tolérance de la valeur de consigne de la pression exercée sur un fil,
Vo: : valeur de consigne du taux d'enlèvement,
Tv: : tolérance de la valeur de consigne du taux d'enlèvement.
[0053] Le paramètre de contrôle D pourra encore être constitué par le taux d'enlèvement de matière V réalisé par fil de la nappe de fils sur la pièce à savoir:
V(z) = C P(z) vfil(z) = VT(z) K L(z)
ou par une valeur correspondante ou proportionnelle à ce taux d'enlèvement:
V(z)/C = P(z) vfil(z)
[0054] Si la vitesse du fil vfil(z) reste constante, ce cas est identique au précédent de la pression P(z) sur un fil.
[0055] Dans l'opération de comparaison C, on compare
soit la force totale d'appui F(z)
Fo - Tf < F(z) < Fo + TF
soit la pression par fil
Po - Tp < P(z) < Po + Tp
soit le taux d'enlèvement V(z)
Vo - Tv < V(z) < Vo + Tv
ou encore une valeur proportionnelle au taux d'enlèvement
<EMI ID=6.0>
[0056] Les valeurs de consigne Fo, Po, Vo ou V(o)/C et les tolérances TF, Tp et Tv pourront être fixes pour une opération de sciage donnée.
Ces valeurs pourront également être variables en fonction du temps ou de la position z de la table support 18 et de la pièce à scier 17, ou encore en fonction d'autres paramètres et ceci selon un profil expérimental ou théorique préprogrammé.
[0057] Les opérations correctives ou d'adaptation A s'effectuent lorsqu'on se trouve en dehors des marges de tolérance des valeurs de consigne.
[0058] De préférence on augmentera, respectivement diminuera la vitesse de table Vt(z), lorsqu'on se trouve en dessous, respectivement en dessus de la marge de tolérance inférieure, respectivement supérieure.
[0059] On pourra également modifier la position z(t) de la table et/ou encore la vitesse du fil vfil(z) lors des opérations d'adaptation A.
[0060] La fig.
5 illustre un schéma d'un mode d'exécution simple avec une boucle de contrôle dans laquelle on utilise dans l'opération de mesure M la force totale d'appui F(z) qui est reprise de façon inchangée en tant que paramètre de contrôle D, la vitesse de table VT(z) étant le paramètre d'adaptation A choisi.
[0061] Dans le mode d'exécution de la fig. 6, on utilise en tant que paramètre de contrôle D la pression P(z) exercée par la pièce à scier sur un fil. Cette pression est différente selon la section circulaire ou carrée de la pièce à scier.
[0062] Le calcul de la longueur L(z) du fil en contact avec la pièce à scier est effectué selon deux formules différentes.
Les autres opérations de la boucle de contrôle restent inchangées.
[0063] A la fig. 7, on utilise en tant que paramètre de contrôle D, le produit P(z) vfil(z), qui est proportionnel au taux d'enlèvement V(z). A cet effet la pression P(z) est calculée comme auparavant et ensuite multipliée par la vitesse du fil vfil(z).
[0064] Les autres opérations de la boucle contrôle restent inchangées.
[0065] Il est bien entendu que les modes de réalisation décrits ci-dessus ne présentent aucun caractère limitatif et qu'ils peuvent recevoir toutes modifications désirables à l'intérieur du cadre tel que défini par la revendication 1.
En particulier, la construction générale du dispositif de sciage pourra être différente avec deux ou davantage de tables support et de pièces à scier coopérant avec deux ou davantage de nappes de fils.
[0066] La mesure d'une valeur représentative de la force d'appui pourra être réalisée de toute manière possible mécanique, optique, pneumatique, hydraulique.
[0067] Les moyens pour compenser le poids des éléments suspendus pourront être réalisés de toute autre manière, par exemple par vérin mécanique, hydraulique ou pneumatique.
[0068] D'autres paramètres de contrôle D pourront être utilisés, tels que la pression exercée par la pièce à scier sur l'ensemble des fils de la nappe de fils.
[0069] La comparaison C pourra être effectuée non pas sur un paramètre D, mais sur davantage de paramètres.
De même les opérations correctives et d'adaptation A pourront être réalisées sur un ou davantage de paramètres de sciage de toute nature.
The present invention relates to a wire sawing method in which at least one workpiece mounted on a support table is biased with a bearing force against at least one son ply supported by son-guide cylinders and of which the wire is movable in reciprocating or continuous motion.
Methods and devices for sawing son of the aforementioned type with displacement of son of the sheet of son or the workpiece are already known, especially in the industry of electronic components of ferrites, quartz and silicas, for obtaining in thin slices materials such as poly- or monocrystalline silicon or new materials such as GaAs, InP, GGG or also quartz, synthetic sapphire, ceramic materials.
The high price of these materials makes wire sawing more attractive compared to other techniques such as diamond sawing.
In known devices, the sawing zone consists of a set of at least two cylinders placed parallel. These cylinders, called son-guides, are engraved with grooves defining the interval between the threads of the web, ie the thickness of the slices. The piece to be sawn is fixed on a support table which moves perpendicularly to the sheet of threads. The speed of movement defines the cutting speed. The renewal of the yarn and the control of its tension is done in a part called yarn management area located outside the actual sawing area.
The agent that will govern the cutting is either an abrasive attached to the wire, or a free abrasive brought as a slurry. The wire only acts as a carrier. When cutting into thin slices of the workpiece, the tensioned wire is both guided and pulled by the wire guide cylinders.
In known devices, the advance of the support table is set with a constant speed or with a speed profile which is a function of the position of the table or time.
Also known devices in which the advance of the table is performed by a constant force or weight.
The present invention aims to improve the known methods and devices so as to obtain a very precise sawing and an optimized yield, while allowing to avoid breakage of the saw wire.
In addition, the sawing process will have to be easily adaptable to many different applications.
The method according to the invention is characterized for this purpose by the fact that a value representative of said support force is measured and that the sawing is carried out taking into account the measurement of this representative value of the support force during sawing.
With these characteristics, it is possible to obtain a sawing efficiency optimized, high quality, to prevent breakage of the saw wire and provide a great ability to adapt to many applications different industrial
A preferred embodiment is characterized in that sawing with predetermined sawing parameters, that the value representative of said support force is measured,
that a control parameter is established from this representative value, that this control parameter is compared to at least one setpoint and that at least one of the sawing parameters is modified when the control parameter is outside at least a tolerance margin of said at least one setpoint.
With this control loop, we obtain a perfectly controlled sawing process, so quality, efficiency and sawing reliability optimized.
According to a favorable embodiment the value representative of the support force or the total support force is taken as a control parameter.
It will thus be possible to obtain a sawing with a constant or variable support force according to an experimental profile.
According to another advantageous embodiment,
the pressure exerted by the workpiece on a thread of the ply of threads is calculated as a control parameter.
This embodiment allows sawing particularly safe and reliable.
Alternatively we can also calculate as a control parameter, a value corresponding to the rate of removal of material made by wire from the sheet of son on the workpiece.
This method thus ensures a sawing with an optimized yield of a very high quality.
Advantageously, is modified as a sawing parameter, the speed of advance with which the support table and the sheet of son are close together and / or the relative position of the support table and the sheet of son and / or the speed of said reciprocating or continuous movement of the wire.
With these characteristics,
effective and fast control of the sawing properties is achieved.
The invention also relates to a wire sawing device comprising a frame, at least one sheet of son and at least one support table on which is mounted at least one sawing part solicited by means of a bearing force. against the web of yarns supported by yarn guide cylinders and whose yarn is capable of moving in a reciprocating or continuous movement, characterized in that it comprises means for measuring a value representative of said bearing force and means for taking account of the measurement of this representative value of the support force during sawing.
With these characteristics the sawing device according to the invention ensures a great ability to adapt to different industrial uses, high quality sawing,
optimized performance and increased reliability and security.
A preferred embodiment is characterized in that it comprises means for establishing a control parameter from this representative value, means for comparing this control parameter to a set value and means for modifying at least one sawing parameter when the control parameter is outside at least a tolerance margin of said at least one setpoint.
Thus, a very effective control loop is obtained for a quality,
optimized yield and sawing reliability.
Other advantages emerge from the features expressed in the dependent claims and the following description explaining the invention in more detail with the aid of drawings which show schematically and by way of example several modes of execution and variants.
<tb> Fig. 1 <sep> is a front view of an embodiment of the invention.
<tb> Fig. 2 <sep> represents a partial view from above of this embodiment.
<tb> Fig. 3 <sep> illustrates in front view a variant of this embodiment.
<tb> Fig. 4 <sep> represents a schematic diagram of the machining method according to the invention.
<tb> Figs. 5, 6 and 7 <sep> illustrate other diagrams of three embodiments of the machining method according to the invention.
[0024] Referring to FIGS. 1 and 2, the sawing device according to the first embodiment comprises a frame 10 and wire guide cylinders 11, 12, here two in number, mounted on this frame with their axes arranged in parallel, it being understood that the device could have more than two cylinder guide wires.
The wire 14 is unwound from a supply reel, not shown, and then wound around the guide-son cylinders according to any possible winding mode to form at least one sheet of parallel son 15 in a sawing zone.
The yarn is then recovered in a suitable device, not illustrated, such as a take-up reel or a recovery tank.
One, two or more pieces to be sawed 17, such as ingots made of a hard material, are mounted on a support table 18 by means of a temporary support 19.
This support table 18 can be moved vertically in the direction Z through a column 21 and a motor 20 with gearbox to support the parts to be sawed 17 against the sheet of son 15.
The periphery of the guide-son cylinders 11, 12 is etched with grooves which define the gap between the adjacent son of the son sheet 15, so the thickness of sawn slices.
These are separated from each other by slots or sawing gaps.
The wire 14 is stretched and both guided and towed by the cylindrical guide-son to move in a reciprocating movement back and forth or continuous. This wire is favorably constituted of spring steel with a diameter of between 0.1 and 0.2 mm in order to saw blocks of hard materials or of a more particular composition, such as silicon, ceramics, compounds of the elements of the groups III. -V and II-VI, GGG (Gadolinium-Gallium Garnet), sapphire, etc., in slices approximately 0.1 to 5 mm thick.
The abrasive agent is a commercial product and can be diamond, silicon carbide, alumina, etc., in a form fixed to the wire or in free form suspended in a liquid which serves as a carrier for the particles of the 'abrasive.
A drive device of the table 18 in the direction Z connects the motor 20 with its reducer to the column 21 and includes the following parts. A screw 26 is rotatably mounted, but axially fixed in a plate 27 and driven in rotation by the motor 20 via a belt 28 and a pulley 29. This screw 26 comprises a ball raceway Cooperating with a nut 31 secured to the column 21.
When the screw 26 is driven in one direction or the other the column 21 is lowered or raised along the screw and its ball raceway 30.
The plate 27 is supported by a platform 31 integral with the frame by means of three strain gauges 32 screwed at one of their ends to the platform 31 and at the other end to the plate 27.
Three connecting rods 33 further connect the plate 27 to fasteners 34 integral with the platform 31 (Figure 2).
These rods provide a rotational stability of the plate 27 relative to the platform 31.
The sawing device further comprises means 40 for compensating the weight of all the suspended elements, including the sawing part or parts 17, the temporary support 19, the support table 18, the column 21, the nut 31, the ball raceway 30, the screw 26, the plate 27, the pulley 29 and half of the connecting rods 33.
In the illustrated embodiments, these compensation means 40 comprise two belts 41 passing over rollers 42.
One end of the belts 41 is attached to the column 21, while the other end is fixed to the counterweight 43 compensating together exactly the weight of all the elements hanging from the platform 31 of the frame 10.
So,
when the motor 20 lowers the support table 18 and the workpiece 17 in the direction of the ply of threads 15, this workpiece 17 is biased with a given pressing force against the threads of the ply of thread 15. The gauges Stresses 32 make it possible to measure exactly a representative value of this bearing force or the value of this total bearing force of the workpiece (s) 17 against the ply (s) 15.
The values from the strain gauges 32 are provided after adequate amplification to a calculation and control unit 45 and the latter calculates control and modifies the sawing parameters with which the sawing is carried out.
These sawing parameters include, among others, the feedrate VT (z) with which the support table 18 is advanced along the Z direction towards the sheet of threads by the motor 20, the relative position z of the support table. relative to the ply of threads 15 and to the frame 10, the speed vfil (z) and the nature of the reciprocating or continuous movement of the yarn 14, and other sawing parameters, such as the supply of sawing liquid and a abrasive, etc.
The computing and control unit 45 is arranged to establish, calculate, adapt and modify various sawing control parameters from the representative values of the support force received from the strain gauges 32 and making it possible to control the sawing process.
These control parameters may be constituted by the values representative of the same support force,
by the total bearing force of the workpiece (s) to be sawed against the ply (s) of wire 15, the pressure exerted by the workpiece on a wire of the ply of wire or a value representative or proportional to the rate of removal of material made by each wire of the sheet of son on the workpiece. It will thus be possible to obtain a sawing with an experimental or theoretical programmed force profile.
In the variant illustrated in FIG. 3, the same elements are designated by identical reference numerals. In this variant, there is no means 40 to compensate for the weight of all the suspended elements. These are suspended by the screw 26 through a washer 50 to a plate 51. The latter rests via three load cells 52 on the platform 31 of the frame 10.
The drive of the screw 26 is performed by a pulley 53 connected by a belt 54 to a motor not shown.
In this embodiment, the total bearing force of the workpiece or pieces 17 is obtained by the difference of the weight measurements of the suspended elements obtained before the contact of the workpiece or parts 17 to be sawn with the sheet of threads. 15 and after their contact. This total bearing force therefore acts as a counter force to the weight of the suspended elements measured before the contact.
As previously described, the values measured by the dynamometric elements 52 are supplied after amplification to the calculation and control unit 45, whereby it is possible to carry out a control loop of the sawing.
In both embodiments is therefore measured a representative value of the bearing force of the workpiece against the sheet of son and sawing taking into account the measurement of this value representative of the force support during sawing.
With reference to the diagram of FIG. 4, the sawing method comprises a control loop with the following U, M, D, C and A operations.
The sawing process thus begins with predetermined sawing parameters U.
During this sawing, values representative of the bearing force of the workpiece (s) to be sawed 17 are measured against the one or more plies of threads during operation M.
The calculation and control unit 45 establishes at least one control parameter D depending on this representative value resulting from the operation M.
The calculation and control unit performs a comparison C of this control parameter D with a set value.
If this control parameter D is within the tolerance range of this setpoint value, the sawing process is continued with the same sawing parameters.
On the other hand, if the control parameter D is outside said tolerance range of the setpoint, corrective or adaptation operations A of at least one of the sawing parameters are carried out and sawing is continued with the or the modified sawing parameters. This control loop is carried out continuously so that the sawing continues with sawing parameters U such that the selected control parameter D is within the tolerance range of the set value set in the calculation unit and control 45.
It is thus possible to perform a sawing with a constant or varying sawing parameter according to a predetermined experimental or theoretical profile.
In all the embodiments of the method according to the invention, the operation M consists of a measurement of a value representative of the support force of the workpiece or parts to be sawed 17 against the or sheets of son 15.
This measurement can be made in any possible way, for example with one or more strain gauges 32 or dynamometric elements 52 as illustrated in FIGS. 1 to 3, or by measuring the deflection made by the ply of threads 15 under the pressure exerted by the workpiece or parts to be sawed, or by other measures, such as the energy consumption of the motor 20.
This representative value may also be constituted directly by the total force F (z) of support of the workpiece or pieces to be cut against the or son plies.
The control parameter D established by the calculation and control unit 45 may be:
identical to said value representative of the support force,
identical to the total support force F (z) measured.
It may also be constituted by the pressure P (z) exerted by the workpiece 17 on a yarn of the son sheet calculated according to the formulas:
<EMI ID = 2.0>
<EMI ID = 3.0>
in the case of an ingot with circular section of diameter D:
<EMI ID = 4.0>
in the case of a square section ingot of side a;
<EMI ID = 5.0>
In these formulas and those which follow, the following symbols are used and have the following meanings:
z:: position of the support table,
VT (z):: speed of descent from the support table to the z position,
L (z):: thread thickness in contact with the workpiece at the z position,
V (z):
removal rate at position z equal to the volume of material removed from the workpiece per unit of time,
F (z): total force of support of the piece to be cut on the sheet of threads at position z,
Nfil:: number of threads of the sheet of threads involved in the cut,
D:: diameter of the circular section of the workpiece,
a:: next to the square section of the workpiece,
alpha (z):: angle of the sheet of threads with the horizontal generated by the arrow of the sheet of threads at position z,
T:: tension of the thread kept constant by tension arm,
dfil:: diameter of the wire,
K:: width of the saw line (Kerf),
P (z):: contact pressure exerted by the workpiece on a yarn of the ply of threads at position z,
vfil (z):: longitudinal speed of the wire at the z position,
VS: :
removal rate constant (depending inter alia on the abrasive, Young's modulus, elastic modulus, fracture resistance, etc.),
Fo:: set value of the total support force,
TF: tolerance of the set value of the total support force,
Po:: set point of the pressure exerted on a wire,
Tp::
tolerance of the set value of the pressure exerted on a wire,
Vo:: set value of the removal rate,
Tv:: Tolerance of the set value of the removal rate.
The control parameter D may also be constituted by the material removal rate V made by wire of the sheet of son on the piece namely:
V (z) = C P (z) vfil (z) = VT (z) K L (z)
or by a corresponding value or proportional to this removal rate:
V (z) / C = P (z) vfil (z)
If the velocity of thread vfil (z) remains constant, this case is identical to the precedent of the pressure P (z) on a wire.
In the comparison operation C, we compare
the total support force F (z)
Fo - Tf <F (z) <Fo + TF
the pressure by wire
Po - Tp <P (z) <Po + Tp
the removal rate V (z)
Vo - Tv <V (z) <Vo + Tv
or a value proportional to the removal rate
<EMI ID = 6.0>
The set values Fo, Po, Vo or V (o) / C and the tolerances TF, Tp and Tv may be fixed for a given sawing operation.
These values may also be variable depending on the time or position z of the support table 18 and the workpiece 17, or depending on other parameters and this according to a preprogrammed experimental or theoretical profile.
The corrective or adaptation operations A are performed when outside the tolerance margins of the set values.
Preferably we will increase, respectively decrease the table speed Vt (z), when is below, respectively above the lower tolerance margin, respectively higher.
It will also be possible to modify the position z (t) of the table and / or the speed of the thread vfil (z) during the adaptation operations A.
FIG.
5 illustrates a diagram of a simple embodiment with a control loop in which the total support force F (z), which is unchanged as a control parameter, is used in the measurement operation M. D, the table speed VT (z) being the adaptation parameter A chosen.
In the embodiment of FIG. 6, the pressure P (z) exerted by the workpiece on a wire is used as the control parameter D. This pressure is different depending on the circular or square section of the workpiece.
The calculation of the length L (z) of the wire in contact with the workpiece is carried out according to two different formulas.
The other operations of the control loop remain unchanged.
In FIG. 7, the product P (z) vfil (z), which is proportional to the removal rate V (z), is used as the control parameter D. For this purpose the pressure P (z) is calculated as before and then multiplied by the speed of the thread vfil (z).
The other operations of the control loop remain unchanged.
It is understood that the embodiments described above are not limiting in nature and that they can receive any desirable modifications within the frame as defined by claim 1.
In particular, the general construction of the sawing device may be different with two or more support tables and workpieces cooperating with two or more son plies.
The measurement of a representative value of the bearing force can be carried out in any possible mechanical, optical, pneumatic or hydraulic manner.
The means to compensate for the weight of the suspended elements may be made in any other manner, for example by mechanical jack, hydraulic or pneumatic.
Other control parameters D may be used, such as the pressure exerted by the workpiece on all the son of the sheet of son.
The comparison C may be performed not on a parameter D, but on more parameters.
Similarly, the corrective and adaptation operations A may be performed on one or more sawing parameters of any kind.