CN108927705A - 切削装置的切削刀具检测机构 - Google Patents

Abstract

提供切削装置的切削刀具检测机构，迅速且高精度地进行切削刀具的状态检测。切削装置的切削刀具检测机构包含：卡盘工作台(20)，其对被加工物(W)进行保持；切削单元(10)，其用于对卡盘工作台所保持的被加工物在X轴方向上进行切削进给而进行切削，该切削单元安装有具有圆环状的切刃部(14)的切削刀具(11)；和刀具检测单元，其对切削刀具的切刃部的状态进行检测，刀具检测单元具有：拍摄部(51；61)，其从X轴方向对切削刀具的切刃部的包含外周端(14a)在内的外周部进行拍摄；发光部(52；62)，其与拍摄部对置并设置在面向切削刀具的切刃部的位置；判断部(41)，其根据拍摄部所拍摄的切刃部的该外周部的图像对前端形状的状态进行判断。

Description

切削装置的切削刀具检测机构

技术领域

本发明涉及切削装置的切削刀具检测机构。

背景技术

对于在正面上形成有多个IC、LSI等器件的被加工物，其背面被磨削而形成为规定的厚度，通过切割装置等加工装置被分割成各个器件，而被用于移动电话、个人计算机等电子设备。这里，器件例如通过被称为QFN(Quad Flat Nonleaded Package，四方扁平无引脚封装)的技术进行封装。对于通过这样的QFN构成的封装基板，在封装的树脂填充工序后的切割工序中，通过旋转的圆盘状的切削刀具沿着分割预定线进行切削，从而分割成各个器件。

但是，当进行封装基板的切削时，切削刀具的前端产生不均等地磨损即偏磨损。当偏磨损继续发展时，在某一阶段在封装基板的分割时切削刀具的发生了偏磨损的前端形状会呈下部展宽状地残留在封装侧面，作为封装，有可能会成为超过标准尺寸的不合格品。因此，需要一边确认切削刀具前端的磨损状态一边进行切割。另外，即使未达到产生不合格品的极端的偏磨损，切削刀具由于反复进行切削，锋利度也会降低，因此期望知晓因磨损所导致的切削刀具的适当的更换时期。

因此，提出了如下的切削装置，该切削装置具备：检查材料，由切削刀具对其进行切削并通过其切削状态对切削刀具的磨损状态进行检查；以及观察单元，其对转印在该检查材料上的切削刀具的切削状态进行观察，该切削装置能够进行切削刀具的磨损状态的检查以及是否进行更换的判断(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2007-296604号公报

但是，现有的切削刀具检测机构存在下述问题：为了进行切削刀具的磨损状态的检查，需要使产品加工动作停止一次，会造成产品加工时的停机时间(down time)。

发明内容

由此，本发明的目的在于提供切削装置的切削刀具检测机构，与以往相比，能够迅速且高精度地进行切削刀具的状态检测。

根据本发明，提供切削装置的切削刀具检测机构，该切削装置的切削刀具检测机构包含：卡盘工作台，其对被加工物进行保持；切削单元，其用于对该卡盘工作台所保持的被加工物在X轴方向上进行切削进给而进行切削，该切削单元安装有切削刀具，该切削刀具具有圆环状的切刃部；以及刀具检测单元，其对该切削刀具的该切刃部的状态进行检测，该切削装置的切削刀具检测机构的特征在于，该刀具检测单元具有：拍摄部，其从该X轴方向对该切削刀具的该切刃部的包含外周端在内的外周部进行拍摄；发光部，其配设在与该拍摄部对置并面向该切削刀具的该切刃部的位置；以及判断部，其根据该拍摄部所拍摄的该切刃部的该外周部的图像对切削刀具的前端形状的状态进行判断。

根据本发明的切削装置的切削刀具检测机构，从切削进给的方向即X轴方向对切削刀具的包含外周端在内的外周部进行拍摄，根据该图像对切削刀具的形状进行检测而对状态进行判断，因此能够极力减少停机时间而高精度地进行切削刀具前端形状的检测。

如上所述，根据本发明的切削装置的切削刀具检测机构，与以往相比，能够迅速且高精度地进行切削刀具的状态检测。

附图说明

图1是本实施方式的切削装置的立体图。

图2是构成切削装置的切削单元的立体图。

图3是示出第一实施方式的切削刀具检测机构的侧视图。

图4是示出第二实施方式的切削刀具检测机构的侧视图。

图5是示出通过拍摄部拍摄的、初始状态的切削刀具的外周部的图像的图。

图6是示出通过拍摄部拍摄的、磨损状态的切削刀具的外周部的图像的图。

标号说明

1：切削装置；10：切削单元；11：切削刀具；12：壳体；13：主轴；14：切刃部；14a：外周端；15：刀具罩；20：卡盘工作台；21：基台；22：切削进给单元；24：X轴工作台；30：转位进给单元；31：切入进给单元；33：Y轴工作台；35：Z轴工作台；40：控制单元；41：判断部(刀具检测单元)；42：图像处理部；43：存储部；51：拍摄部(刀具检测单元)；52：发光部(刀具检测单元)；53：拍摄光学系统；54：拍摄元件；61：拍摄部(刀具检测单元)；62：发光部(刀具检测单元)；63：拍摄光学系统；64：拍摄元件；W：被加工物。

具体实施方式

以下，参照附图对本实施方式进行说明。图1是本实施方式的切削装置的立体图，图2是构成切削装置的切削单元的立体图。另外，切削装置和切削单元并不限于图1和图2所示的结构，只要是利用切削刀具对被加工物进行切削的结构，则可以为任意结构。

如图1和图2所示，在切削装置1中设置有切削单元10，该切削单元10具有与被加工物W对应的规格的切削刀具11。切削装置1构成为使切削刀具11和卡盘工作台20所保持的被加工物W相对地移动，沿着分割预定线对卡盘工作台20上的被加工物W进行切削。被加工物W的正面由格子状的分割预定线划分成多个区域，在所划分的各区域形成有各种器件。

如图1所示，在被加工物W的背面上粘贴有划片带T，在划片带T的外周粘贴有环状框架F。被加工物W在借助划片带T而被环状框架F支承的状态下被搬入至切削装置1。在图1中，对于将被加工物W从外部搬入至切削装置1的搬送单元等省略了图示。

如图1所示，在基台21上设置有将卡盘工作台20在X轴方向上进行切削进给的切削进给单元22。切削进给单元22具有：平行的一对导轨23，它们配置在基台21上且在X轴方向上延伸；以及电动机驱动的X轴工作台24，其以能够滑动的方式设置在一对导轨23上。在X轴工作台24的背面侧形成有未图示的螺母部，在该螺母部螺合有滚珠丝杠25。通过与滚珠丝杠25的一个端部连结的驱动电动机26进行旋转驱动，卡盘工作台20沿着一对导轨23在X轴方向上进行切削进给。

在X轴工作台24的上部以能够绕Z轴旋转的方式设置有对被加工物W进行保持的卡盘工作台20。在卡盘工作台20上由多孔陶瓷材料形成保持面(图示略)，通过产生于该保持面的负压对被加工物W进行吸引保持。在卡盘工作台20的周围设置有四个夹持部27，通过各夹持部27从四方对被加工物W的周围的环状框架F进行夹持固定。另外，在基台21的上表面上设置有门型的柱28，该门型的柱28按照跨越卡盘工作台20向X轴方向的移动路径的方式竖立设置。

在柱28设置有：转位进给单元30，其将切削单元10在Y轴方向上进行转位进给；以及切入进给单元31，其将切削单元10在Z轴方向上进行切入进给。转位进给单元30具有：平行的一对导轨32，其配置在柱28的前表面上且在Y轴方向上延伸；以及Y轴工作台33，其以能够滑动的方式设置在一对导轨32上。切入进给单元31具有：平行的一对导轨34，其配置在Y轴工作台33上且在Z轴方向上延伸；以及Z轴工作台35，其以能够滑动的方式设置在一对导轨34上。

在各Z轴工作台35的下部设置有对被加工物W进行切削的切削单元10。在Y轴工作台33和Z轴工作台35的背面侧分别形成有螺母部，滚珠丝杠36、37与这些螺母部螺合。在Y轴工作台33用的滚珠丝杠36、Z轴工作台35用的滚珠丝杠37的一个端部分别连结有驱动电动机38、39。通过驱动电动机38对滚珠丝杠36进行旋转驱动，从而各切削单元10沿着导轨32在Y轴方向上移动。另外，通过驱动电动机39对滚珠丝杠37进行旋转驱动，从而将各切削单元10沿着导轨34在Z轴方向上进行切入进给。

切削单元10按照在Y轴方向上对置的位置关系成对地设置。成对的切削单元10具有大致相同的结构，下面以其中一个切削单元10为代表进行说明。另外，本发明也可以应用于与本实施方式不同的、仅具有一个切削单元10的类型的切削装置。

如图2所示，切削单元10具有被壳体12支承为能够旋转的主轴13，在主轴13的前端部安装有切削刀具11。切削刀具11例如具有利用结合剂固定金刚石磨粒且呈圆环状成型的切刃部14，切刃部14固定在轮轴基台11a的外周部。

在切削单元10设置有箱型的刀具罩15，其在使切削刀具11的下半部突出的状态下覆盖切削刀具11的周围。从刀具罩15的X轴方向的一侧部起设置有一对侧喷嘴16，该一对侧喷嘴16形成为大致L字状且位于切削刀具11的两侧，从侧喷嘴16朝向切削刀具11从侧方喷射清洗水。在刀具罩15的X轴方向的另一侧部设置有喷淋喷嘴17和前喷嘴18，从喷淋喷嘴17朝向切削刀具11从X轴方向喷射清洗水，从前喷嘴18朝向被加工物W(图1)喷射清洗水。

切削装置1具有对各部进行总括控制的控制单元40(参照图1)。通过控制单元40对切削单元10、卡盘工作台20、切削进给单元22、转位进给单元30、切入进给单元31各自的动作进行控制。

当利用上述结构的切削装置1进行切削加工时，将保持于卡盘工作台20的状态的被加工物W搬入至能够利用切削单元10进行切削加工的加工区域(图1所示的状态)，按照切削刀具11的切刃部14位于被加工物W的分割预定线的上方的方式进行对位。然后，使切削刀具11旋转驱动，通过切入进给单元31使切削单元10在Z轴方向上下降至规定的切入深度，并且通过切削进给单元22使被加工物W在X轴方向上移动，从而切削刀具11的切刃部14沿着分割预定线对被加工物W进行切削加工。

若对一条分割预定线的切削结束，则通过转位进给单元30使被加工物W在Y轴方向上移动，将切削刀具11的切刃部14定位于未切削的分割预定线的上方。然后，与上述同样地，进行沿着分割预定线的切削加工。若沿着在Y轴方向上并列的所有分割预定线的切削结束，则使卡盘工作台20绕Z轴旋转90度，然后沿着在Y轴方向上并列的所有分割预定线进行切削。当这些切削结束时，被加工物W上的格子状的所有分割预定线成为切削加工完毕的状态，分割成由分割预定线划分的各器件。然后，将被加工物W从加工区域搬出，切削装置1中的加工处理结束。

但是，当重复进行切削加工时，切削刀具11的切刃部14发生磨损。切削装置1具有对切刃部14的状态进行检测的刀具检测单元，参照图3及其之后的附图对其详细情况进行说明。

图3中示出第一实施方式的刀具检测单元。该刀具检测单元具有：拍摄部51和发光部52，它们设置在构成切削单元10的刀具罩15的内部；以及判断部41，其作为控制单元40的功能而被包含。

拍摄部51具有：拍摄光学系统(透镜系统)53，其能够形成被摄体的图像；以及拍摄元件54，其接收由拍摄光学系统所形成的图像。拍摄元件54根据拍摄光学系统53所得到的光学图像通过光电转换生成图像信号，并将图像信号发送给控制单元40。控制单元40具有：图像处理部42，其对从拍摄元件发送的图像信号进行处理而生成被摄体的图像数据；以及存储部43，其对图像数据进行存储。

如图3所示，拍摄部51相对于切削刀具11的切刃部14位于X轴方向的延长线上。更详细而言，拍摄部51使拍摄光学系统53的光轴朝向大致X轴方向，在Z轴方向上位于与切刃部14的上缘大致相同的高度，并且在Y轴方向上位于与切刃部14大致相同的位置。因此，能够通过拍摄部51从X轴方向对切刃部14中的包含外周端14a在内的外周部进行拍摄。

如图3所示，发光部52设置于在X轴方向上夹着切削刀具11的切刃部14的外周部而与拍摄部51对置的位置。发光部52具有：LED等光源；以及投光部，其将光源发出的光朝向在X轴方向上对置的拍摄部51侧投光。

即，当从拍摄部51侧沿X轴方向观察时，有下述关系：切削刀具11的切刃部14位于观察视野内的近前处，发光部52位于其背后。通过使发光部52发光而对拍摄部51的观察视野进行照明，从而能够通过拍摄部51对切削刀具11的切刃部14的外周部进行拍摄。根据该拍摄的图像，对切刃部14的状态进行检测。

如图3所示，拍摄部51和发光部52分别设置于不从切削刀具11的直径的范围向X轴方向大幅突出的位置(靠近切刃部14的位置)。因此，按照不会使切削单元10在X轴方向上显著大型化而无需勉强地收纳在刀具罩15的形式，空间利用率良好地配置有拍摄部51和发光部52。另外，拍摄部51位于面向切刃部14的较近位置，因此能够获得接近了切刃部14的状态的高精度的图像。另外，发光部52也位于面向切刃部14的较近位置，因此不产生向周围的无用的配光而能够进行高效的照明。

另外，拍摄部51和发光部52分别设置于不对从切削单元10中的侧喷嘴16、喷淋喷嘴17和前喷嘴18的送水造成妨碍的位置，也不会给切削单元10的切削加工带来不良影响。

作为对切削刀具11的切刃部14的状态进行检测的事前阶段，预先利用拍摄部51对处于磨损前的良好状态的切刃部14的外周部的形状进行拍摄并将其图像数据存储于存储部43。该图像数据作为参照用的基准图像。例如可以将刚利用整形(truing)(修圆)进行了形状修正并且利用修锐修整(dressing)消除了堵塞之后的切刃部14的状态作为对基准图像进行拍摄的时机。

并且，当在切削刀具11的使用进展之后对切刃部14的状态进行检查时，利用拍摄部51对切刃部14的外周部的形状进行拍摄。期望此时的拍摄条件与获得基准图像时的拍摄条件一致。利用判断部41对使用已进展的切刃部14的外周部的图像和存储于存储部43的良好状态的切刃部14的外周部的图像进行比较，对切刃部14是否保持为良好状态进行判断。

由拍摄部51进行的对切刃部14的外周部的拍摄以及由判断部41进行的判断按照切削装置1的全自动动作中指定的频度进行。具体而言，作为全自动动作中的指定的频度，可以设定对切削刀具11实施设置(set up)动作并设定了原点位置后等的时刻。

全自动动作中的切刃部14的外周部的拍摄在主轴13旋转的状态下进行。为了在主轴13的旋转中沿着切刃部14的整个圆周进行清楚的拍摄，适当设定发光部52的发光和拍摄部51的拍摄的时机。具体而言，能够通过拍摄部51对切刃部14进行拍摄的部分是切削刀具11的旋转方向中的一部分。根据切削刀具11的每单位时间的转速、旋转方向上的切刃部14的周长、以及能够通过拍摄部51拍摄的切刃部14的旋转方向范围等条件，能够计算出能够获得切刃部14的整个圆周区域的拍摄图像的拍摄的次数和时机。另外，可以与拍摄部51的拍摄的时机同步地使发光部52间歇地发光(闪烁)，也可以使发光部52始终发光，通过设置在拍摄部51侧的快门的开闭对来自发光部52的光的入射进行控制。

另外，为了得到主轴13的旋转中的切刃部14的清楚的图像，利用图像处理部42对拍摄部51所拍摄的图像进行二值化处理。由此，来自发光部52的发光被切削刀具11遮挡的部分和光未被切削刀具11遮挡而到达拍摄部51的部分的对比度变得明确，判断部41对切刃部14的磨损状态的判断的精度及处理速度提高。

图5是通过以上那样的拍摄而得到的、处于良好状态的切刃部14的外周部的图像的例子。图6是由于使用而产生了磨损的切刃部14的外周部的图像的例子。由与图5的基准图像的比较可知，在图6的检查时，切刃部14的外周端14a的角部(Y轴方向和Z轴方向的缘部)处于局部发生了大幅磨损的偏磨损状态。若在该状态下继续使用切削刀具11，则无法利用切刃部14的偏磨损部分而适当地进行切削，有可能在从图1的被加工物W分割出的器件的侧面形成下部展宽状的突出部分，有可能产生器件的分割不良。

判断部41根据图5与图6这两个图像的比较，对当前的切刃部14的状态进行检测，对切刃部14是否处于适当的状态进行判定。在图像的判定中可以使用各种基准。例如能够利用样板比对对图像的整体类似度进行比较，或者能够通过霍夫(Hough)变换提取图像的特征而进行比较。另外，通过从X轴方向进行的拍摄，不仅能够对切刃部14的外周端14a进行检查，还可以对切刃部14的Y轴方向的侧面的状态进行检查。

在判断部41判断为切刃部14因偏磨损等而未处于良好状态的情况下，控制单元40进行规定的处理。例如可以通过通知单元45(参照图1、图3)对于操作切削装置1的操作者进行出错通知。通知单元45的通知可以选择在操作者操作的操作面板上的警告显示、设置在切削装置1的警告灯的点亮或来自扬声器的警告音等任意内容。另外，也可以设置成当在检测到切刃部14未处于良好状态的情况下，由操作者指示了开始切削加工时，不执行切削加工。

切刃部14的状态检测的精度受到由拍摄部51获得的图像品质的影响。首先，要想明确地识别切刃部14的状态，要求对准了焦点的清晰的图像。仅在X轴方向中的拍摄光学系统53的景深的范围内能够通过一次拍摄能够获得对准了焦点的清晰的图像。在拍摄光学系统53的景深以外的区域，会成为不清晰的图像。因此，拍摄部51具有能够调整拍摄光学系统53的焦点位置的调焦功能，并且一边依次调整焦点位置一边进行覆盖X轴方向的整体的拍摄(换言之，按照获得X轴方向的全焦点图像的方式进行拍摄)，从而能够在X轴方向的较宽的范围高精度地识别切刃部14的状态。但是，由图3可知，在切削刀具11停止的状态下，相对于拍摄部51位于X轴方向的延长线上而能够拍摄的部分仅为切刃部14中的旋转方向的一部分。因此，如上述那样使切削刀具11旋转而适当改变出现在拍摄部51的延长线上的切刃部14的区域，从而能够对切削刀具11的整个圆周区域的切刃部14的状态进行检测。

另外，切刃部14的外周部的图像越成为高倍率，则微细的形状变化的检测精度越高。因此，拍摄光学系统53具有能够改变拍摄倍率的变倍(变焦)功能，可以适当改变拍摄光学系统53的倍率而进行拍摄。例如越成为高倍率，则越有利于检测精度，另一方面能够拍摄的范围狭窄，因此当按照最高倍率对切刃部14的所有区域进行拍摄时，检查时间有可能变长。因此，可以进行如下的区别使用：先进行低倍率下的拍摄而对切刃部14的外周部的整体状态进行把握，之后按照高倍率对切刃部14的外周端14a的特定部位进行拍摄而对磨损状态的微妙变化进行检测。

拍摄部51的拍摄并不限于获得静止图像，也可以获得动画。通过一边使切削刀具11旋转一边进行动画拍摄，从而除了上述那样的切刃部14的形状的变化之外，还能够对Y轴方向或Z轴方向上的切刃部14的振动的状态进行检测。

以上的刀具检测单元对切刃部14的状态检测通过不伴随与切刃部14机械接触的光学观察来进行，因此能够不停止产品加工动作(切削装置1的全自动动作)而在切削单元10的运转状态下有效地执行。利用刀具检测单元进行切刃部14的状态检测的时机可以任意选择。如上所述，当在切削刀具11的设置动作后等进行切刃部14的状态检测时，能够实现不浪费时间的高效的检测。

图4示出第二实施方式的刀具检测单元。对于与第一实施方式相同的部分省略了说明。图4所示的刀具检测单元从X轴方向对切削刀具11的切刃部14中的Z轴方向的下缘侧的外周部的图像进行拍摄。构成拍摄部61的拍摄光学系统63和拍摄元件64以及发光部62在Z轴方向上所设置的位置不同，除了这点以外，与第一实施方式中的拍摄部51(拍摄光学系统53、拍摄元件54)和发光部52是相同的结构。在图4中，为了容易看到拍摄部61和发光部62，省略了侧喷嘴16(参照图2、图3)的图示，拍摄部61和发光部62能够在不与侧喷嘴16发生干涉的状态下进行配置。另外，作为使用拍摄部61所获得的切刃部14的外周部的图像，在图5和图6的情况下是相反的，在图6的情况下，切刃部14的外周端14a朝下。

以上的第一和第二实施方式均从切削进给的方向即X轴方向对切削刀具11的切刃部14进行拍摄。因此，能够对切刃部14中的特别是外周端14a的Y轴方向的两缘部分的形状进行高精度地检测。例如在不同于本实施方式而从Y轴方向对切刃部14的外周部进行拍摄的情况下，能够检测切削刀具11的直径方向即Z轴方向的磨损量，但难以识别切削刀具11的厚度方向即Y轴方向上的磨损的偏差等。与此相对，在本实施方式中，如图6所示，除了切刃部14的Z轴方向的磨损状态之外，还能够对Y轴方向的两缘部的磨损状态进行判别。如上所述，切刃部14的Y轴方向的两缘部的形状会给对于被加工物W的切削加工的精度带来较大影响，因此通过本发明的切削刀具检测机构对形状进行检查对于提高切削装置中的加工品质是有效的。并且，如上所述，本发明的切削刀具检测机构能够不导致产品加工时的停机时间(down time)而进行检测，在作业效率方面也是优异的。

在上述实施方式中，作为切削刀具11，例示出在轮轴基台11a固定有切刃部14的轮轴刀具并进行了说明，但不限于该结构。切削刀具也可以是无轮轴型的垫圈刀具。

卡盘工作台20不限于吸引卡盘式的工作台，也可以是静电卡盘式的工作台。

通过切削刀具进行的切削加工并不限于沿着分割预定线的被加工物的分割，也可以是切削方式的边缘修整。

另外，作为加工对象的被加工物，可以根据加工的种类例如使用半导体器件晶片、光器件晶片、封装基板、半导体基板、无机材料基板、氧化物晶片、生陶瓷基板、压电基板等各种工件。作为半导体器件晶片，可以使用形成器件后的硅晶片或化合物半导体晶片。作为光器件晶片，可以使用形成器件后的蓝宝石晶片或碳化硅晶片。另外，作为封装基板，可以使用CSP(Chip Size Package，芯片尺寸封装)基板，作为半导体基板，可以使用硅或砷化镓等，作为无机材料基板，可以使用蓝宝石、陶瓷、玻璃等。另外，作为氧化物晶片，可以使用形成器件后或形成器件前的钽酸锂、铌酸锂。

另外，对本发明的实施方式进行了说明，但作为本发明的其他实施方式，也可以对上述实施方式和变形例进行整体或局部地组合。

另外，本发明的实施方式并不限于上述的实施方式和变形例，也可以在不脱离本发明的技术思想的主旨的范围内进行各种变更、置换、变形。进而，如果因技术的进步或衍生出的其他技术而利用其他方法实现本发明的技术思想，则也可以使用该方法进行实施。因此，权利要求书覆盖了能够包含在本发明的技术思想的范围内的所有实施方式。

如以上所说明的那样，本发明的切削装置的切削刀具检测机构根据从切削进给的方向所拍摄的切刃部的外周部的图像对切刃部的前端形状的状态进行判断，由此能够进行高精度且迅速的切削刀具的状态检查，能够有助于提高切削装置中的加工性和生产率。

Claims (1)

1.一种切削装置的切削刀具检测机构，该切削装置包含：

卡盘工作台，其对被加工物进行保持；

切削单元，其用于对该卡盘工作台所保持的被加工物在X轴方向上进行切削进给而进行切削，该切削单元安装有切削刀具，该切削刀具具有圆环状的切刃部；以及刀具检测单元，其对该切削刀具的该切刃部的状态进行检测，

该切削装置的切削刀具检测机构的特征在于，

该刀具检测单元具有：

拍摄部，其从该X轴方向对该切削刀具的该切刃部的包含外周端在内的外周部进行拍摄；

发光部，其配设在与该拍摄部对置并面向该切削刀具的该切刃部的位置；以及

判断部，其根据该拍摄部所拍摄的该切刃部的该外周部的图像对切削刀具的前端形状的状态进行判断。