CN105269695A - 用于锯切锭料的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本公开描述了一种用于锯切锭料的方法、一种用于线锯装置的锭料馈送系统，以及一种包括所述锭料馈送系统的线锯。所述用于锯切锭料的方法包括：在朝向线锯线网的切割方向中馈送锭料，同时绕旋转轴旋转所述锭料，其中所述旋转轴和所述线网之间的距离是小于±10mm，具体地±5mm，具体地±2.5mm。

Description

用于锯切锭料的方法和系统

技术领域

本公开案的实施方式涉及用于锯切诸如硅或石英块之类的硬质材料以例如切割硅晶片的线锯和方法。本公开案具体地涉及一种用于锯切锭料的方法，以及一种用于执行所述用于锯切锭料的方法的锭料馈送系统。此外，本公开案的实施方式还涉及一种包括锭料馈送系统的线锯。

背景技术

线锯用于从一块硬质材料(诸如硅)切割块体或块料、薄片(例如，半导体晶片)。在这样的装置中，从绕线管馈送锯线，并经由锯线导向筒导引和张紧锯线。用于锯切的所述锯线可以配有研磨材料。作为一种选择，所述研磨材料可以提供为浆料。这可以在所述锯线接触待切割材料之前不久实行。由此，由用于切割材料的锯线将所述研磨材料运输到所述切割位置。作为另一选择，可以在所述锯线上用涂层提供研磨材料，例如如同金刚石线一样。例如，可以在金属线上用涂层提供金刚石粒子，其中所述金刚石粒子埋置在所述锯线的涂层中。由此，所述研磨材料稳固地与所述锯线连接。

目前，存在使用较细锯线以减小切割厚度以及由此减少材料浪费的倾向。还存在使用金刚石线的需求。这些较细锯线和金刚石线更易损坏，并且在高应变下所述锯线可能更易断裂。此外，存在提高切割速率以改善线锯的处理能力的需求。移动毛坯穿过线网的最高速度以及给定时间内最大的有效切割面积受限于若干因素，所述因素包括锯线速度、待锯切材料的馈送速度、待锯切材料的硬度、干扰影响、所需精度等等。当速度增大时，所述锯线上的应变也会增大。因此，上述防止锯线的损坏、过度磨损、故障或断裂的问题在较高的锯切速率时将甚至更严重。

以避免或减少锯切品质变化、锯切宽度变化、锯线颤动、或者甚至锯线断裂的方式操作线锯至关重要。在最坏的情形中，如果发生断裂，可能会引发不希望的后果。所述锯线的松弛端可在机器中以不可控的方式移动回绕，这可损害锯线导向系统或机器的其他零件。

因此，存在根据晶片品质、处理能力并且拥有成本优化锯切工艺的需要。

发明内容

鉴于上述情形，提供了根据独立权利要求的一种用于锯切锭料的方法，一种用于线锯的锭料馈送系统，以及一种线锯，以便克服本领域中的至少一些问题。所述线锯经调适用于将锭料切割成晶片。进一步的优点、特征结构、方面和细节将从附属权利要求、说明和附图而显见。

根据本公开案的一个方面，提供了一种用于锯切锭料的方法。所述方法包括在朝向线锯线网的切割方向中馈送锭料，同时绕旋转轴旋转所述锭料，其中旋转轴和线网之间的距离D小于D＝±10mm，具体地小于D＝±5mm，具体地小于D＝±2.5mm。

根据本公开案的另一方面，提供了一种锯切锭料的方法。所述方法包括在朝向线锯线网的切割方向中馈送锭料，同时绕旋转轴旋转所述锭料，其中旋转轴和线网之间的距离D小于D＝±10mm，具体地小于D＝±5mm，具体地小于D＝±2,5mm。所述用于锯切锭料的方法还包含：用线弓监测系统监测线弓，以及基于所述受监测的线弓控制至少一种切割工艺参数，其中控制所述至少一种切割工艺参数的步骤包括将所述锭料的旋转轴的位置控制在旋转轴和线网之间的距离D之内，所述距离D小于D＝±10mm，具体地小于D＝±5mm，具体地小于D＝±2.5mm。此外，对至少一种切割工艺参数的控制包括闭环控制，其中控制至少一种切割工艺参数的步骤并非是通过测量运动机械结构中在切割期间作用于所述锭料的力进而基于受监测力来进行的。

根据又一个方面，提供了一种用于线锯装置的锭料馈送系统，所述线锯装置包括形成线网的锯丝。所述锭料馈送系统包括运动机械结构；至少一个致动器，所述致动器用于移动所述运动机械结构的至少一部分；支撑台，用于将锭料耦接至所述运动机械结构；以及控制器，所述控制器配置用于执行如本文所描述的方法。

根据本公开案的另一方面，可用如本文所描述的锭料馈送系统来改进现有线锯。公开了一种用于改进线锯的方法，所述方法包括：向线锯提供如本文所描述的锭料馈送系统。

根据本公开案的另一方面，提供了一种包括如本文所描述的锭料馈送系统的线锯。

本公开案还关于用以执行所公开的方法并且包括用于执行所描述的每一方法步骤的设备部件的设备。这些方法步骤可经由硬件元件、由适当软件程序控制的计算机、所述两者的任意组合或以任何其他方式来执行。此外，本公开案也涉及操作所描述的设备的方法。所述方法包括用于执行所述设备的每一功能的方法步骤。

附图说明

因此，可详细了解本公开案的以上详述特征结构，以上简略概述的本公开案的更具体描述可参照实施方式。然而，应注意，附图仅图示示例性实施方式，且因此不应被视为本公开案的范围的限制，因为本公开案可允许其他等效的实施方式。在所述图式中：

图1示出方框图，图解根据本文所描述的各实施方式用于锯切锭料的方法；

图2示出方框图，图解根据本文所描述的各实施方式用于锯切锭料的方法；

图3A示出在根据如本文所描述的用于锯切锭料的方法的各实施方式进行锯切期间锭料的示意性透视图；

图3B示出在根据如本文所描述的用于锯切锭料的方法的各实施方式进行锯切期间锭料的示意性透视图；

图4A示出根据各实施方式的线锯的示意图，所述线锯根据本文描述的实施方式包括线弓监测系统和锭料馈送系统；

图4B示出根据各实施方式的线锯的示意图，所述线锯根据本文描述的实施方式包括线弓监测系统和锭料馈送系统，其中所述线锯的锯丝是弓形的；

图5图示根据本文描述的实施方式的线弓监测系统的传感插板的示意图；

图6A示出根据本文描述的实施方式的线锯的框架主体的示意性透视图，所述线锯根据本文描述的实施方式包括锭料馈送系统；

图6B示出根据本文描述的实施方式的锭料馈送系统的示意性透视图。

具体实施方式

现将详细提及本公开案的各种实施方式，其中所述实施方式的一或多个实例图示于诸图中。在以下附图的描述中，相同元件符号代表相同元件。在下面，仅描述了关于各别实施方式的差异。各实例以解释说明本公开案的方式提供，而并非旨在作为本公开案的限制。此外，图示或者描述为一个实施方式的部分的特征结构可用于更进一步的实施方式，或者与其他实施方式结合以用于产生更进一步的实施方式。所述描述意欲包括这种修改和变更。

图1示出方框图，图解根据本文所描述的各实施方式用于锯切锭料的方法100。根据本文描述的实施方式，所述用于锯切锭料的方法包括：在朝向线锯线网的切割方向中馈送(101)锭料，同时绕所述锭料的旋转轴旋转(102)所述锭料，其中旋转轴和线网之间的距离D小于D＝±10mm，具体地小于D＝±5mm，具体地小于D＝±2.5mm。因此，通过围绕与线网隔开小于D＝±10mm的距离D的旋转轴旋转(102)所述锭料，可优化所述锭料的切割条件。具体地，在所述锭料的锯切工艺的整个过程中可保持所述锭料的切割条件为实质上恒定。

此外，根据所述用于锯切锭料的方法100的各实施方式(所述实施方式可与本文描述的其他实施方式结合)，在朝向线锯线网的切割方向中馈送(101)锭料，同时绕旋转轴旋转所述锭料的步骤可包含使用根据本文描述的实施方式的锭料馈送系统。

在本公开案中，“锭料馈送系统”可被理解为控制待锯切的毛坯(例如锭料)的位置的系统。具体地，这种控制可由线锯的控制器完成。

在本公开案中，“线锯”可被理解为用于将半导体材料轧件具体地切割成多片(例如晶片)的装置。此外，在本公开案中，轧件可包括一或多个分开的毛坯，例如一或多个半导体毛坯或者锭料。

在本公开案中锯切工艺相当于切割工艺。因此，所使用的动词“锯切”及"锯切"的所有适当的语法上的动词变化具有与动词“切割”及"切割"的所有适当的语法上的动词变化相同的含义。

图2示出方框图，图解根据各实施方式(可与本文描述的其他实施方式结合)用于锯切锭料的方法100，其中所述方法还包含：根据本文描述的实施方式用线弓监测系统监测(103)线弓，以及基于所述受监测的线弓控制(104)至少一种切割工艺参数。此外，基于所述受监测的线弓控制至少一种切割工艺参数的步骤可包含根据本文描述的实施方式使用由所述线弓监测系统产生的信号。具体地，用于基于所述受监测的线弓控制至少一种切割工艺参数的所述信号可为由根据本文描述的实施方式的线弓监测系统的传感器布置的至少一个传感器产生的。

根据所述用于锯切锭料的方法100的各实施方式(所述实施方式可与本文描述的其他实施方式结合)，控制(104)所述至少一种切割工艺参数的步骤包括：控制所述锭料的旋转轴的位置在旋转轴和线网之间的距离D之内，所述距离D小于D＝±10mm，具体地小于D＝±2.5mm，具体地小于D＝±2.2.5mm。具体地，控制所述锭料的旋转轴位置的步骤包括使用根据本文描述的实施方式的锭料馈送系统。因此，通过控制所述锭料的旋转轴位置在旋转轴和线网之间的距离D内，可调适和优化锭料在所述切割工艺的整个过程中的切割条件，其中所述距离D小于D＝±10mm。。具体地，在所述锭料的锯切工艺的整个过程中可保持所述锭料的切割条件为实质上恒定。因此，可最小化所述锯丝的磨损和断裂和/或可最大化处理能力和切割良率。

图3A示出在根据如本文所描述的用于锯切锭料的方法的各实施方式进行锯切期间锭料600的示意性透视图。在图3A中，旋转轴318和线网111之间的距离D被示范性地示出。根据本文描述的实施方式，在锯切所述锭料600期间旋转轴和线网之间的距离D小于D＝±10mm，具体地小于D＝±5mm，具体地小于D＝±2.5mm。应当理解的是虽然在图3A中旋转轴318和线网111之间的距离D是示出为高于所述线网的距离(例如，D＝+10mm)，但是所述旋转轴318和所述线网111之间的距离也可为低于所述线网的距离(例如，D＝-10mm)。

如在图3B中所示范性示出的，根据所述用于锯切锭料的方法的各实施方式(所述实施方式可与本文描述的其他实施方式结合)，在锯切所述锭料期间所述锭料的旋转轴可在公差T内位于所述线网111的所述锯丝11与所述锭料600的接触曲线601上，其中所述公差T为T＝±10mm，具体地T＝±5mm，具体地T＝±2.5mm。在本公开案中，术语“接触曲线”可被理解为一假想弧线，在锯切所述锭料期间所述锯丝沿着所述假想弧线接触所述锭料。例如，所述术语“接触曲线”可被理解为直线、弓形线或者所述锯丝在锯丝区域内可形成的任何其他曲线，在锯切所述锭料期间所述锯丝在所述锯丝区域中接触锭料。

根据所述用于锯切锭料的方法的各实施方式(所述实施方式可与本文描述的其他实施方式结合)，控制旋转轴位置的步骤包括：控制旋转轴的位置在公差T内位于所述锭料与所述线网的所述锯丝接触曲线上，其中所述公差T为T＝±10mm，具体地T＝±5mm，具体地T＝±2.5mm。因此，可调适和优化锭料在整个锯切工艺期间的切割条件。具体地，在所述锭料的锯切工艺的整个过程中可保持所述锭料的切割条件为实质上恒定。

根据用于锯切锭料的方法100的各实施方式(所述实施方式可与本文描述的其他实施方式结合)，控制(104)至少一种切割工艺参数的步骤可包括以下一或多个步骤：控制在切割期间所述锭料600相对于垂直于切割方向的平面的位置，控制锭料馈送速度，控制锯线速度，控制冷却剂供给以及控制冷却剂温度，控制摇摆角，控制摇摆轨迹，控制摇摆频率，以及控制摇摆速度。根据所述用于锯切锭料的方法的各实施方式(所述实施方式可与本文描述的其他实施方式结合)，至少一种切割工艺参数的控制包括闭环控制。

根据用于锯切锭料的方法100的各实施方式(所述实施方式可与本文描述的其他实施方式结合)，控制至少一种切割工艺参数的步骤并非是通过测量运动机械结构中在切割期间作用于所述锭料的力进而基于所述受监测的力来进行的。根据用于锯切锭料的方法100的各实施方式(所述实施方式可与本文描述的其他实施方式结合)，馈送(101)所述锭料的步骤可包括所述锭料的交替运动，具体地是摇摆运动。所述锭料的摇摆运动可包括：具有固定半径的旋转运动，例如沿着垂直于所述切割方向的圆弧的轨迹的旋转运动。另外或替代地，所述锭料的摇摆运动可包括具有变化的半径的旋转运动，例如以下一或多个运动：沿着垂直于切割方向的轨迹的椭圆运动、抛物线运动，以及双曲线运动。根据本文描述的实施方式，所述交替运动，具体地所述摇摆运动，是沿着轨迹的往复运动。根据用于锯切锭料的方法100的各实施方式(所述实施方式可与本文描述的其他实施方式结合)，所述方法不包括通过测量运动机械结构中在切割期间作用于所述锭料的力来监测所述力。

图4A图示根据本文所描述的各实施方式的线锯的示例性实施方式。具体地，根据可与本文描述的其他实施方式结合的各实施方式，所述线锯可包括线弓监测系统160，如在图4A和图4B中示范性示出的。所述线弓监测系统可包括至少一个传感器布置20。所述至少一个传感器布置20被调适成定位为邻近于所述线锯系统的锯线，以及经调适用于检测所述锯线的弓。通过使用如本文所描述的线弓监测系统获得关于线弓的信息，可提供由如本文所描述的线锯进行的切割工艺的实时自动调整。例如，由所述线弓监测系统产生的信号可用于控制至少一种切割工艺参数。

根据可与本文描述的其他实施方式结合的各实施方式，所述至少一种切割工艺参数可例如为以下一或多种参数：在锯切期间所述锭料的旋转轴的位置，在切割期间所述锭料相对于垂直于切割方向的平面的位置，锭料馈送速度，锯线速度，冷却剂供给，冷却剂温度，摇摆角，摇摆轨迹，摇摆频率，以及摇摆速度。因此，通过监测线弓提供的关于弓的信息尤其可用于在整个锯切工艺期间调整和优化所述锯切。具体地，在所述锭料的锯切工艺的整个过程中可保持所述锭料的锯切条件为实质上恒定。因此，可最小化所述锯丝的磨损和断裂和/或可最大化处理能力和切割良率。

根据可与本文描述的其他实施方式结合的各实施方式，所述至少一个传感器布置包括选自以下群组的至少一个传感器228：电感传感器、电容传感器和接触传感器。此外，所述至少一个传感器可布置在所述线网上方。具体地，所述至少一个传感器可以布置在所述线网锯线的纵向中。此外，所述至少一个传感器可包括布置成彼此平行的多个传感器。具体地，所述多个传感器可以布置成彼此邻近，其中各传感器可布置用于传感所述线网的不同锯线。例如，所述多个传感器可布置成垂直于所述锯线方向。如果所述锯线是基于铁的，那么所述电感传感器和所述电容传感器可以调适用于传感所述锯线的接近。所述至少一个传感器可以是数字或模拟的。所述至少一个电感或电容传感器的测量输出(在本文中也被称为“测量结果”或“测量值”)可为持续的(在模拟传感器的情形中)或者数字的(在数字传感器的情形中)。持续的输出可以是例如对所述传感器和所述锯线之间的绝对距离的指示，其中m代表测量输出，以及x代表在所述传感器和所述锯线之间的距离，x可表示为m的函数，即x＝f(m)。根据一些实施方式，这个函数是线性的。

在其中所述输出是数字的那些实施方式中，如果所述传感器和所述锯线之间的距离低于临界距离，那么所述传感器可用例如0响应，以及如果所述距离高于临界值，那么所述传感器可用1响应。可例如由操作员在所述切割工艺期间或之前预设所述临界距离(在本文中也被称为“临界值”)，或者所述临界距离可以对应于所述传感器的传感距离，即所述传感器仅能够检测至多达所述传感距离的锯线的存在。例如，所述临界值可以在0.1mm和1.0mm之间，具体地在0.2mm和0.6mm之间。

术语“数字传感器”可被理解为包括提供数字测量输出的传感器的任何布置。当具有测量输出的大量传感器被共同评估时，数字传感器的提供是尤其有利的。

根据各实施方式，所述至少一个传感器布置包括多个传感器。具体地，所述多个传感器中的所有传感器可以为相同的传感器类型。例如，所述至少一个传感器布置可以装备有多个电感传感器，或者多个电容传感器，或者多个接触传感器。本公开案的所述一或多个传感器可以与控制器通信，所述控制器为诸如在图4A中示范性地示出的控制器1350。所述控制器1350可以是根据本文描述的实施方式的锭料馈送系统300的组成部分。或者，所述控制器1350可以是所述线锯的电气控制系统的组成部分。所述通信可以具体地是数据通信333，具体地从所述至少一个传感器布置的所述至少一个传感器到所述控制器，其中所述至少一个传感器将所述测量结果提供给所述控制器1350。

根据可与本文描述的其他实施方式结合的各实施方式，所述线弓监测系统可包括两个传感器布置，例如第一传感器布置20A和第二传感器布置20B，如在图4A中示范性示出的。所述第一传感器布置20A和所述第二传感器布置20B可以根据如本文所描述的所述至少一个传感器布置的各实施方式来配置。示范性地参考图4A，所述第一传感器布置20A可布置成邻近于第一锯线导向器112，以及所述第二传感器布置20B可以布置成邻近于第二锯线导向器114。具体地，如在图4A中示范性地示出，所述第一传感器布置20A可以布置在所述锭料的第一侧，以及所述第二传感器布置20B可以布置在所述锭料的与第一侧相对的第二侧。

根据可与本文描述的其他实施方式结合的各实施方式，所述控制器可配置成评估所述一或多个测量结果。所述控制器可以另外或替代地触发反应。例如，所述反应可以是基于由根据本文描述的实施方式的所述线弓监测系统产生的信号而对至少一种切割工艺参数进行的控制。因此，所述控制器可以经调适用于与所述线锯通信，以引发所述线锯响应于所述弓测量结果的反应。

根据可与本文描述的其他实施方式结合的各实施方式，控制算法可用于基于所述线弓测量数据控制至少一种切割工艺参数。因此，本文描述的所述线锯的实施方式适合于切割工艺参数的闭环线弓反馈控制，所述参数为诸如在锯切期间所述锭料的旋转轴的位置，锭料取向，锭料馈送速度，锯线速度，锯线张力，冷却剂供给速率，以及冷却剂温度，摇摆角，摇摆轨迹，摇摆频率，以及摇摆速度。

提供在所述传感器布置上的若干传感器，如在图4A中所示出的(其中描绘了四个传感器)可尤其有利于测量所述锯线中弓的存在，以及测量对应于所述弓的尺寸的值。例如，所有的传感器可以都是电感传感器或者电容传感器。对应于所述尺寸的所述值具体地可以是与在锯线的无应力情形中的锯线取向相比较的锯线角度，如在下文将更详细例示的。

如在图4A中示范性示出，所述锯线11可以由锯线导向器导向，所述锯线导向器具体地是第一锯线导向器112和第二锯线导向器114。在所述第一锯线导向器112和所述第二锯线导向器114之间提供的锯线形成线网111。示范性地参看图4A，轧件(例如锭料600)被安装到支撑台312上，所述支撑台312配置成对抗着所述锯线11移动，具体地对抗着所述线网111移动，以便切割所述锭料。例如，所述支撑台312可以连接到根据本文描述的实施方式的锭料馈送系统300。如在图4A和图4B中示范性地示出，根据所述线锯的各实施方式，可以将所述锯线从供线绕线管134提供到所述锯线导向器并且由收线绕线管138从所述锯线导向器接收。

进一步根据可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式，所述第一锯线导向器112和所述第二锯线导向器114中的至少一个可以连接到电动机或者驱动器，例如连接到第一电动机122和/或第二电动机124(在图4A和图4B中以虚线示出)。所述第一电动机122和/或所述第二电动机124可以调适用于执行所述锯线11的往复运动。所述锯线的往复运动是用图4A和图4B中的箭头225表示的。

根据线锯的各实施方式(所述实施方式可与本文描述的其他实施方式结合)，所述第一锯线导向器112和所述第二锯线导向器114可以调适成旋转的，以便传送所述锯线。所述锯线导向器是常规地配置成以至少0.1m/s或者甚至40m/s的圆周速度(即，在外圆周长处的速度)旋转。例如，在标准操作期间，所述线锯可以在20m/s和25m/s之间的速度操作，而在起停期间所述速度可以更小。也可以应用较高的速度，诸如26m/s或者40m/s。而且，在所述锯线往复运动的情形中，使所述锯线不时地减速以便在相反方向上使所述锯线加速。

在切割期间，所述锯线实质上沿着锯线的纵向长度移动。术语“实质上”可具体地涵盖了振动等等。所述锯线运动可以替代地是以往复运动的方式，在这种方式中所述锯线沿着锯线长度的运动是在周期性相反的方向中。在操作中，使所述锯线接触锭料以便将所述锭料例如切割成多个晶片。

根据本文描述的实施方式，形成线网的所述锯线可以相对于所述锭料移动，所述锭料可以相对于所述锯线或者线网移动，或者所述锯线和所述锭料可以都相对于彼此移动。

当所述轧件和所述锯线(诸如所述线网)被对抗彼此加压时，由所述轧件施加在所述锯线上的所得力使得所述锯线变成弓形。所述线弓的取向与切割方向相符。当对所述线弓加压过剧时，可发生锯线的断裂。因此，本文描述的实施方式允许在弓变得过大之前探测到弓，以及此外允许触发适当的反应以避免锯线的断裂。这种反应可以是例如控制如本文所描述的至少一种切割工艺参数。

根据本文描述的所述线弓监测系统160的各实施方式，如在图4A中示例性地示出，所述传感器布置20配置定位成邻近于所述锯线11并且可包括传感插板46，所述传感插板46上安装有若干传感器。传感器的数量可以是至少2个，至少4个，或者甚至至少8个、10个或甚至16个。所述传感器配置用于检测所述线弓。由所述传感器测量和收集的数据可以被递送到所述控制器1350，在所述控制器1350中所述数据可经进一步处理，诸如被评估。例如，每一传感器的逻辑电平(即，0或1输出)可用于监测所述线弓的进展。

图4B示出与图4A相同的实施方式，其中所述锯线(丝网)经历弯弓变形，这是由于在所述切割方向602中所述锭料被按压到所述锯线(丝网)上。出于说明目的，在图4B中示出了仅一个传感器布置。针对一个传感器布置、如结合图4B示范性描述的弓形测量原理也可应用于包括一个以上的传感器布置的实施方式，如在图4A中示范性示出的。如在图4A和图4B中示范性示出的，根据具有若干数字传感器的实施方式，如果不存在线弓或者仅存在小线弓，那么所有所述传感器的逻辑状态可为相同的。在该上下文中的“小”是指所述线弓不超过锯线-传感器距离的临界值。

在所述切割工艺期间，所述线弓可增大并且一或多个传感器的逻辑状态也可变化。例如，更靠近所述轧件的两个传感器(即，在关于图4A和4B示出的实施方式中，在右侧的两个传感器)可指示在这些传感器和所述锯线之间的距离高于所述临界值的结果，而远离所述轧件的两个传感器(即，在图4A和图4B中在左侧的两个传感器)可传感在所述锯线和所述传感器之间的距离低于所述临界值。从这些结果，有可能获得关于所述锯线的弓形尺寸的信息，具体地关于在实际弯弓位置的所述锯线和未弯弓锯线之间的角度(α)(在图4B中描绘)，或者关于将在下文更详细论述的绝对弓长L。

例如，如果所述传感器布置包括在纵向锯线方向中的四个传感器，如在图4A和图4B中所示出的(不管在垂直方向中的传感器数量，如将结合参照图4说明的实施方式论述的)，并且如果所述传感器是数字传感器，那么所述传感器的临界值可选择成使得可获得以下信息：

如所述表所示，如果所有的传感器显示出0响应，那么不存在线弓或者仅存在小线弓(诸如低于2°)。如果最靠近所述轧件的传感器测量高于所述临界值的距离而产生测量结果1，而在其他传感器和锯线之间的距离低于所述临界值(即，0)，那么这个结果可以解译为大于2°并且小于4°的角度。类似的考虑应用于在所示出表的其他行中描绘的其他测量结果。一旦所有的传感器以1响应，那么所传感器和锯线之间的距离高于临界值，这种情况在表的所示出的非限制性实例中必须解译为大于8°的弯弓角度。明显地，至少这个信息应触发反应，诸如对至少一种线锯装置操作参数的修正。在所述锯线的纵向长度中具有四个传感器并且所述传感器的临限值设置导致如在所述表中所示出的角度阿尔法(α)分布的所述实施方式是仅出于说明性目的。对技术人员来说明显的是任何其他群集和值可为同等合适的。

尽管上文实例使用角度阿尔法(α)作为对所述线弓尺寸的指示，但是也可能从所述测量结果推断出绝对弓长L。所述绝对弓长L是指在切割方向中锯线相对于锯线不工作位置的最大偏离。所述绝对弓长L在图4B中示范性地示出并且用元件符号140表示。

例如，如果所述传感器布置包括在纵向锯线方向中的四个传感器，如在图4A和图4B中所示出的(不管在垂直方向中的传感器数量)，并且如果所述传感器是数字传感器，那么所述传感器的临界值可选择成使得可获得以下信息：

此外，如本文所描述的所述传感器布置或者线锯系统可以配置成触发反应，诸如取决于所述测量结果，对所述线锯的工作状态的修正，诸如对至少一种操作参数的修正。参看关于上表示出的实例，只要弯弓角度阿尔法(α)小于6°或者绝对弓长小于9mm，那么就不会触发反应。一旦所述阿尔法(α)超过6°，或者所述绝对弓长L超过9mm，那么所述锯线的速度可增大诸如10％，和/或所述切割速率(即，所述轧件在所述切割方向中的移动速度)可以减小诸如10％。一旦所述阿尔法(α)超过8°，或者所述绝对弓长L超过12mm，那么所述锯线的速度可更加增大，诸如增大至少20％，和/或所述切割速率可以更加减小，诸如减小至少20％。或者，一旦测量出最大弯弓角度(诸如在本实例中是至少8°，或者至少12mm的绝对弓长)，并且不限于本实例，所述线锯系统可以停止和/或向操作员警报。

可理解的是任何其它测量结果，例如所有传感器测得在所有这些传感器和锯线之间的距离为低于临界值，但是其中一个中间传感器，或者比至少部分其他传感器距离所述轧件更远的传感器指示高于所述临界值的距离，则代表所述系统发生故障。这是因为所述弯弓一直是在所述切割方向上。换句话说，负角阿尔法(α)既不代表实际上发生的情形也不代表有可能一传感器比该传感器更远离所述轧件的相邻传感器感测到更小的距离。

通过使用关于如上所述的传感器的逻辑状态的信息，所述控制器1350可确定所述线弓值并且可以控制所述线锯以便避免锯线断裂。具体地，所述控制器可触发所述线锯的反应。例如，所述反应可以是对如本文所描述的至少一种切割工艺参数的控制，具体地是控制如本文所描述的锭料的旋转轴位置。

根据本文描述的所述线弓监测系统160的各实施方式，所述传感器布置还包括至少一个传感器插板，其中所述传感器是以至少两行安装到所述传感插板的。示例性布置在图5中示出，其中示出了在垂直于所述锯线11的取向中的四行传感器，并且示出在实质上平行于所述锯线取向的取向中的四行传感器。

如本文在具有线弓监测系统的情形中所使用的，术语“传感器构成的行”具体是指其中不同行的传感器彼此间隔开的布置，例如在实质上垂直于所述锯线取向的方向和/或实质上平行于所述锯线取向的取向中。在所述上下文中“实质上”可包括20°的偏移，更具体地10°的偏移。

图5示出传感插板46的示意图，所述传感插板46上安装有4x4个传感器。根据各实施方式，传感器的总数量可以计算为k乘n，其中k和n都是正整数，其中例如k代表在实质上平行于所述锯线取向的取向中的传感器数量，以及n表示在实质上垂直于所述锯线取向的取向中的传感器数量。例如，设置成实质上垂直于所述锯线取向的传感器数量可为至少两个、至少四个，或者至少六个。另外或替代地，设置成实质上平行于所述锯线取向的传感器数量可为至少两个、至少四个，或者至少六个。传感器的总数量可以至多达20或者甚至30个。另外或替代地，所述数量可为至少9或者16个。

如在图5中示范性示出的，所述传感器可以斜纹图案的形式位于所述插板上。斜纹图案可包括以平行四边形方式布置的至少四个传感器。具体地，以及不限于本文描述的任何实施方式，每一传感器在一锯线的上方或下方中央，所述锯线不同于所有其他传感器都所在上方或下方中央的锯线。

根据各实施方式，大量的传感器可以具体地是电感传感器或者电容传感器。电感传感器尤其有利的方面在于电感传感器对水、油、污垢、非金属颗粒、靶颜色不敏感，并且具有承受高震荡和振动环境的能力。

根据各实施方式，如上文示范性描述，监测线弓的步骤可包括执行以下至少一者：对锯线的电感测量、电容测量以及接触测量。此外，监测步骤可包括检测所述锯线的弯弓。具体地，检测步骤可包括评估测量结果，具体地为用控制器来评估测量结果。

示范性地参看图6A和6B，描述了如本文所描述的用于在锯切期间控制所述锭料的旋转轴位置的锭料馈送系统的实施方式。如在图6A中示范性地示出，用于根据本文描述的实施方式的线锯的锭料馈送系统300包括运动机械结构350。此外，所述锭料馈送系统300可包括至少一种致动器352，所述致动器352用于移动所述运动机械结构350的至少一部分；支撑台312，所述支撑台312用于将锭料600耦接到所述运动机械结构350；以及控制器，所述控制器配置用于执行所述根据本文描述的实施方式用于锯切锭料的方法。

根据可与本文描述的其他实施方式结合的各实施方式，所述运动机械结构350配置成赋能以下至少一者：所述锭料在切割平面中的平移运动，其中所述切割平面包括切割方向，以及锭料绕垂直于所述切割平面的旋转轴318旋转的旋转运动，锭料的交替运动(具体地是摇摆运动)。

在本公开案中所述术语“运动机械结构”是指配置用于提供旋转和/或横向运动的任何手段。具体地，如本文所描述的“运动机械结构”涉及具体地连接至少两个主体的至少两个构件的布置，其中所述至少两个构件连接到彼此，以便所述至少两个构件中的至少一个可相对于所述布置的所述至少两个构件中的其他一或多个构件移动，例如通过围绕铰链轴旋转和/或沿着轴线平移。

根据可与本文描述的其他实施方式结合的各实施方式，所述锭料馈送系统300可包括平行运动机械结构，所述平行运动机械结构具有例如三个臂以及至少一个致动器352，如在图6A和图6B中示范性示出的。

在本公开案中术语“平行运动机械结构”可被理解为“运动机械结构”，其中所述至少两个主体中的至少一个在两个或更多个不同位置处连接到所述“平行运动机械结构”。因此，所述平行运动机械结构的一个构件的运动可以转化为所述运动机械结构的至少一部分(例如，所述运动机械结构的另一构件)的运动。

根据锭料馈送系统的各实施方式(所述实施方式可与本文描述的其他实施方式结合)，所述锭料馈送系统可配置成围绕垂直于所述切割方向的旋转轴旋转所述锭料。所述锭料馈送系统可配置成使得在切割锭料期间，所述旋转轴的位置可被控制在旋转轴和所述线网之间的距离D内，其中所述距离D小于D＝±10mm，具体地小于D＝±5mm，具体地小于D＝±2.5mm，如结合图3A示范性描述的。

根据锭料馈送系统的各实施方式(所述实施方式可与本文描述的其他实施方式结合)，所述锭料馈送系统可以配置成使得在切割锭料期间，所述旋转轴的位置可在公差T内位于所述锭料600与所述线网111的所述锯线11的接触曲线601上，其中所述公差T为T＝±10mm，具体地T＝±5mm，具体地T＝±2.5mm，如结合图3B示范性描述的。

根据锭料馈送系统的各实施方式(所述实施方式可与本文描述的其他实施方式结合)，可基于如本文所描述的线弓测量系统的测量结果来控制所述运动机械结构，具体地以闭环控制来控制。例如，可以基于所述线弓测量系统的测量结果来控制所述运动机械结构，以便在旋转轴和所述线网之间的所述距离D可以保持为小于D＝±10mm，具体地小于D＝±5mm，具体地小于D＝±2.5mm，例如如结合图3A所描述的。此外，可以基于所述线弓测量系统的测量结果来控制所述运动机械结构，以便所述锭料的旋转轴可以在公差T内保持在所述线网的所述锯线与所述锭料的接触曲线上，其中所述公差T为T±10mm，具体地T＝±5mm，具体地T＝±2.5mm，例如如结合图3B所描述的。

因此，如本文所描述的锭料馈送系统的实施方式提供用于调适和优化所述锭料在整个锯切工艺期间的切割条件。具体地，如本文所描述的锭料馈送系统的实施方式提供用于保持所述锭料在整个锯切工艺期间的切割条件是实质上恒定的。

如在图6A中示范性示出的，根据锭料馈送系统的各实施方式(所述实施方式可与本文描述的其他实施方式结合)，所述至少两个臂343可为可旋转地连接到所述支撑台312，例如经由铰链接合。此外，所述臂可以可旋转地连接到所述至少一个致动器352，例如经由铰链接合。轧件，例如所述锭料600，可以经由安装板376安装到所述支撑台312。

根据锭料馈送系统的各实施方式(所述实施方式可与本文描述的其他实施方式结合)，所述致动器可配置成实现沿着平移轴(具体地为垂直轴)的运动。此外，所述致动器可以经由设置在线锯的结构框架305上的导轨341来导向，如在图6A中示范性示出的。所述导轨可布置在切割方向中，具体地在垂直方向中。此外，所述致动器可配置成使得每一致动器可独立地移动。因此，通过移动至少一个致动器352，所述至少两个臂343、所述支撑台312以及因此连接到所述支撑台的锭料600可被移动。

例如，当所有致动器以相同速度在同一方向中移动时，在图6A和图6B的示意图中所述锭料是被向下推动的，具体地朝着所述线网111被推动，如在图6B中示范性示出的。在至少一个致动器与其他致动器相比以不同的速度和/或在不同的方向中移动的情形中，可以实现所述锭料的旋转运动。因此，所述致动器之间的相对运动可用于在切割平面中移动所述锭料，例如在图6B的z-x平面中。另外或替代地，可以提供锭料600的倾斜，例如具有相对于所述线网111的角度。此外，在整个锯切工艺期间所述锭料的旋转轴位置可以通过根据本文描述的实施方式的锭料馈送系统来控制。

根据本公开案的各实施方式，术语“切割平面”可包括所述切割方向。因此，所述切割平面的取向在整个切割工艺期间保持恒定。具体地，所述切割平面的取向可对应于所述线锯的锯线取向。

此外，在本公开案中术语“切割方向”可被理解为在切割工艺期间所述切割推进的方向。具体地，所述切割方向可以是垂直方向。

图6B示出根据本文描述的实施方式的锭料馈送系统的透视图。如图6B所示，根据本文描述的实施方式，所述锭料馈送系统300可包括平行运动机械结构，具有第一端和第二端的至少两个臂343，以及至少一个致动器352。示范性地参看图6B，例如在图6B中示出的三个臂中的两个臂可配置作为框架结构。如在图6B中示范性示出的，根据如本文所描述的锭料馈送系统的各实施方式，所述至少两个臂343中的一个臂可为扩展/收缩臂。如在图6B中示范性示出的，所述至少两个臂343的第一端可旋转地连接到所述支撑台312，例如经由铰链接合，而所述至少两个臂343的第二端可旋转地连接到至少一个滑块344，具体地经由铰链接合。

此外，图6B示出锭料600的透视图，所述锭料600被部分地锯开，这是由于所述锭料馈送系统300的运动迫使所述锭料600抵靠设置在如本文所描述的线锯的切割区域中的线网111。所述线网的相邻锯线之间的节距可由在所述锯线导向器的周缘上的刻槽限定，所述节距决定了被锯下的切片331的厚度。如在图6B中示范性示出的，通过狭槽或锯缝332，被锯下的切片可以彼此分离。

如本文所描述的所述线锯、所述锭料馈送系统和所述锯切锭料的方法的实施方式提供用于控制在整个锯切工艺期间所述旋转轴的位置，具体地控制所述旋转轴相对于线网的锯线的位置。此外，如本文所描述的所述线锯、所述锭料馈送系统和所述锯切锭料的方法的实施方式提供切割工艺关于起始、锯切和终止条件的灵活性，诸如在整个锯切工艺期间所述锭料相对于所述丝网的锯线的取向和/或所述锭料的旋转轴位置。因此，可以调适和优化在整个锯切工艺期间的锯切条件。具体地，通过使用如本文所描述的所述线锯、所述锭料馈送系统和所述锯切锭料的方法的实施方式，在所述锭料的整个锯切工艺期间所述切割条件可以实质上保持恒定。

根据本文描述的实施方式，所述锭料馈送系统、所述线锯和所述用于锯切锭料的方法可以用计算机程序、软件、计算机软件产品和相关控制器来操作，所述控制器可通常具有中央处理器(CPU)、存储器、用户界面，以及与所述线锯的对应部件通信的输入和输出手段。这些部件可以是以下部件中的一或多个：所述馈送系统的致动器、电动机或者中断器；所述锯线导向筒的致动器、电动机或者中断器；所述线弓监测系统、冷却剂供给的传感器等等。

Claims (20)

1.一种用于锯切锭料的方法(100)，所述方法包括：

在朝向线锯的线网(111)的切割方向中馈送(101)锭料(600)，同时绕所述锭料的旋转轴(318)旋转(102)所述锭料，其中所述旋转轴(318)和所述线网(111)之间的距离D小于D＝±10mm，具体地小于D＝±5mm，具体地小于D＝±2.5mm。

2.根据权利要求1所述的用于锯切锭料的方法(100)，其特征在于，所述方法还包括：用线弓监测系统监测(103)线弓，以及基于受监测的线弓控制(104)至少一种切割工艺参数。

3.根据权利要求2所述的用于锯切锭料的方法(100)，其特征在于，控制(104)所述至少一种切割工艺参数的步骤包括：将所述锭料(600)的所述旋转轴(318)的位置控制在所述锭料的旋转轴(318)和所述线网(111)之间的距离D中，所述距离D小于D＝±10mm，具体地D＝±5mm，具体地D＝±2.5mm。

4.根据权利要求1所述的用于锯切锭料的方法(100)，其特征在于，所述方法还包括：控制(104)至少一种切割工艺参数，所述控制包括以下一或多个步骤：控制在切割期间所述锭料(600)相对于垂直于所述切割方向的平面的位置，控制锭料馈送速度，控制锯线速度，控制冷却剂供给以及控制冷却剂温度。

5.根据权利要求2所述的用于锯切锭料的方法(100)，其特征在于，所述方法还包括：控制(104)至少一种切割工艺参数，所述控制包括以下一或多个步骤：控制在切割期间所述锭料(600)相对于垂直于所述切割方向的平面的位置，控制锭料馈送速度，控制锯线速度，控制冷却剂供给以及控制冷却剂温度。

6.根据权利要求3所述的用于锯切锭料的方法(100)，其特征在于，所述方法还包括：控制(104)至少一种切割工艺参数，所述控制包括以下一或多个步骤：控制在切割期间所述锭料(600)相对于垂直于所述切割方向的平面的位置，控制锭料馈送速度，控制锯线速度，控制冷却剂供给以及控制冷却剂温度。

7.根据权利要求2到6中任一项所述的用于锯切锭料的方法(100)，其特征在于，对至少一种切割工艺参数的控制(104)包括闭环控制。

8.根据权利要求2到6中任一项所述的用于锯切锭料的方法(100)，其特征在于，控制至少一种切割工艺参数并非是通过测量在运动机械结构中在切割期间作用于所述锭料的力进而基于受监测力来进行的。

9.根据权利要求7所述的用于锯切锭料的方法(100)，其特征在于，控制至少一种切割工艺参数并非是通过测量在运动机械结构中在切割期间作用于所述锭料的力进而基于受监测力来进行的。

10.根据权利权利要求1到6中任一项所述的用于锯切锭料的方法(100)，其特征在于，馈送(101)所述锭料(600)的步骤包括所述锭料的交替运动，具体地为摇摆运动。

11.根据权利要求7或8所述的用于锯切锭料的方法(100)，其特征在于，馈送(101)所述锭料(600)的步骤包括所述锭料的交替运动，具体地为摇摆运动。

12.根据权利要求10所述的用于锯切锭料的方法(100)，其特征在于，所述锭料的所述摇摆运动包括具有固定半径的旋转运动，具体地为沿着圆弧的轨迹的旋转运动，其中所述轨迹垂直于所述切割方向。

13.根据权利要求10所述的用于锯切锭料的方法(100)，其特征在于，所述锭料的所述摇摆运动包括具有变化半径的旋转运动，具体地为以下运动中的一或多个：沿着垂直于所述切割方向的轨迹的椭圆运动、抛物线运动，以及双曲线运动。

14.根据权利要求11或12所述的用于锯切锭料的方法(100)，其特征在于，所述锭料的所述摇摆运动包括具有变化半径的旋转运动，具体地为以下运动中的一或多个：沿着垂直于所述切割方向的轨迹的椭圆运动、抛物线运动，以及双曲线运动。

15.根据权利权利要求1到14中任一项所述的用于锯切锭料的方法(100)，其特征在于，所述方法不包括通过测量在运动机械结构中在切割期间作用于所述锭料的力而监测所述力。

16.根据权利要求1所述的用于锯切锭料的方法(100)，其特征在于，所述方法还包括：用线弓监测系统(160)监测(103)线弓，以及基于受监测的线弓控制(104)至少一种切割工艺参数，其中控制(104)所述至少一种切割工艺参数的步骤包括：将所述锭料(600)的所述旋转轴(318)的位置控制在所述旋转轴(318)和所述线网(111)之间的距离D中，所述距离D小于D＝±10mm，具体地D＝±5mm，具体地D＝±2.5mm，其中对至少一种切割工艺参数的控制(104)包括闭环控制，以及其中控制至少一种切割工艺参数并非是通过测量在运动机械结构中在切割期间作用于所述锭料的力进而基于受监测力来进行的。

17.一种用于线锯装置的锭料馈送系统(300)，所述线锯装置包括形成线网的锯线，所述锭料馈送系统包括：

运动机械结构(350)；

至少一个致动器(352)，用于移动所述运动机械结构(350)的至少一个部分；

支撑台(312)，用于将锭料(600)耦接到所述运动机械结构(350)；以及

控制器，配置用于执行根据权利要求1到16中任一项所述的方法。

18.根据权利要求书17所述的锭料馈送系统(300)，其特征在于，所述锭料馈送系统不包括用于测量作用于所述运动机械结构的力的传感器。

19.根据权利要求书17或18所述的锭料馈送系统(300)，其特征在于，所述运动机械结构配置成赋能以下至少一种运动：所述锭料在切割平面中的平移运动，其中所述切割平面包括切割方向，以及所述锭料绕垂直于所述切割平面的旋转轴(318)的旋转运动。

20.一种线锯，所述线锯包括根据权利要求17到19中任一项所述的锭料馈送系统，具体地其中所述线锯进一步包括线弓监测系统(160)，所述线弓监测系统包括传感器布置(20)，所述传感器布置配置成定位邻近于所述线锯的锯线，其中所述传感器布置(20)经调适用于检测所述锯线的弯弓。