CN109093863B - 切削装置 - Google Patents

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Abstract

提供切削装置，能够高效地拍摄形成于被加工物的切削槽。切削装置(1)具有对保持工作台(10)所保持的板状工件(W)进行拍摄的摄像单元(30)，摄像单元(30)具有朝向板状工件喷出空气而在壳体(32)的底部(321)与板状工件之间形成空气层的空气层形成单元(33)，空气层形成单元(33)具有：环状空气路(34)，其以物镜(310)的光轴为中心；空气导入口(35)，其向环状空气路(34)导入空气；引导板(36)，其使空气在环状空气路(34)内沿一个方向回旋而生成旋涡气流；以及逆环状圆锥流路(37)，其直径从环状空气路(34)向下方缩小，在拍摄切削槽(G)时，在物镜(310)与板状工件之间形成具有旋涡气流(101)的高压空气层(100)，通过旋涡气流(101)将残存于板状工件的上表面(Wa)和切削槽的切削水吹飞，能够更准确地测量切削槽的槽宽。

Description

切削装置
技术领域
本发明涉及对被加工物进行切削加工的切削装置。
背景技术
对被加工物进行切削的切削装置至少具有：保持工作台，其保持被加工物；切削单元，其对保持于保持工作台的被加工物进行切削；以及摄像照相机(显微镜)，其拍摄被加工物的被加工面。摄像照相机被收纳于壳体中，以防止在切削过程中使用的切削水和加工屑附着。在壳体的底部形成有拍摄用的开口，在该开口处安装有可开闭的遮板。在拍摄被加工物时，打开遮板而将开口打开。然后，在不拍摄被加工物时，利用遮板遮蔽开口而将开口关闭，从而防止了在切削过程中使用的切削水的飞沫(水滴)附着于摄像照相机的物镜(例如，参照后述的专利文献1和2)。
另外，除了上述的切削装置之外，还存在如下的切削装置：该切削装置在壳体的底部具有玻璃罩和为了将附着于玻璃罩的水滴去除而喷出空气的空气喷嘴(例如，参照后述的专利文献3和4)。在该切削装置中，通过在切削被加工物的过程中从空气喷嘴喷射空气而将附着于玻璃罩的水滴去除，并且也将附着于被加工物的上表面的切削水去除。
专利文献1：日本特许第5936845号公报
专利文献2：日本特许第4664788号公报
专利文献3：日本特许第5769605号公报
专利文献4：日本特许第2617001号公报
但是，存在如下问题：由于空气的喷出具有方向性，因此当在喷出空气的方向的周围具有切削水的飞沫时，该飞沫被引入到空气的喷出方向，尽管朝向被加工物喷出空气，但细小的水滴也附着于被加工物的上表面。以往，暂时停止切削加工，通过摄像照相机来进行拍摄，对切削位置和切削槽宽度(切削槽的两侧的碎屑)进行检查，但当细小的水滴附着于被加工物的上表面时，无法准确地测量切削槽的槽宽，因此需要使被加工物的上表面干燥。另外，由于切削水的飞沫变成水滴也附着于摄像照相机侧，因此需要使摄像照相机侧干燥。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，能够高效地对形成于被加工物的切削槽进行拍摄，并能够缩短从开始拍摄到收纳被加工物所需的时间。
本发明是切削装置，该切削装置具有：保持工作台，其保持被加工物；切削单元，其将切削刀具安装成旋转自如，向该保持工作台所保持的被加工物提供切削水而进行切削加工；摄像单元，其从上方对该保持工作台所保持的被加工物进行拍摄；以及移动单元，其使该保持工作台和该摄像单元在切削进给方向上相对移动，该切削装置的特征在于，该摄像单元具有：显微镜，其具有与该保持工作台所保持的被加工物的上表面对置的物镜；壳体，其覆盖该显微镜的周围，具有环状的底部，该环状的底部具有以该物镜的光轴为中心的拍摄用的圆开口；以及空气层形成单元，其从该底部朝向被加工物喷出空气而在该底部与被加工物之间形成压力比周围高的空气层，该空气层形成单元具有：环状空气路，其以该物镜的光轴为中心；空气导入口，其向该环状空气路导入空气；引导板，其使从该空气导入口导入的空气在该环状空气路内沿一个方向回旋而生成旋涡气流；以及逆环状圆锥流路，其直径从该环状空气路向下方缩小，在该物镜与被加工物的上表面之间通过从该空气层形成单元喷出的空气来形成具有以该物镜的光轴为中心的旋涡气流的高压空气层，在使该保持工作台和该摄像单元在该切削进给方向上相对移动并且对形成于被加工物的切削槽进行拍摄时，一边通过旋涡气流将残存于该保持工作台所保持的被加工物的上表面的切削水吹飞，一边对该切削槽进行拍摄。
本发明的切削装置构成为具有：保持工作台，其保持被加工物；切削单元，其向保持工作台所保持的被加工物提供切削水而进行切削加工；以及摄像单元，其从上方对保持工作台所保持的被加工物进行拍摄，摄像单元具有：显微镜，其具有与保持工作台所保持的被加工物的上表面对置的物镜；壳体，其覆盖显微镜的周围，具有环状的底部，该环状的底部具有以物镜的光轴为中心的拍摄用的圆开口；以及空气层形成单元，其从底部朝向被加工物喷出空气而在底部与被加工物之间形成压力比周围高的空气层，空气层形成单元具有：环状空气路，其以物镜的光轴为中心；空气导入口，其向环状空气路导入空气；引导板，其使从空气导入口导入的空气在环状空气路内沿一个方向回旋而生成旋涡气流；以及逆环状圆锥流路，其直径从环状空气路向下方缩小，在对形成于被加工物的切削槽进行拍摄时，在物镜与被加工物之间形成具有旋涡气流的高压空气层，通过旋涡气流将残存于被加工物的上表面和切削槽的切削水吹飞，因此能够更准确地测量切削槽的槽宽。由此，能够高效地进行切削槽的拍摄，因此能够缩短从开始拍摄到收纳被加工物所需的时间。
附图说明
图1是示出切削装置的一例的结构的立体图。
图2是示出切削单元和摄像单元的结构的立体图。
图3是示出摄像单元的结构的剖视图。
图4是从下方侧观察摄像单元的仰视图。
图5是示出空气层形成单元的结构的局部放大立体图。
图6是沿图3的a-a线的剖视图。
图7是沿图6的b-b线的剖视图。
图8是对通过摄像单元拍摄被加工物的上表面的状态进行说明的剖视图。
图9是对形成于物镜与被加工物之间的高压空气层所具有的旋涡气流进行说明的说明图。
图10是示出空气层形成单元的变形例的结构的局部放大立体图。
标号说明
1：切削装置；2：装置基座；3：支柱；10：保持工作台；10a：保持面；11：框架保持单元；12：框架载置台；13：夹持部；20：切削单元；21：主轴；22：主轴外壳；23：切削刀具；24：刀具罩；240：罩主体；241：第1块；242：第2块；25：切削水提供喷嘴；26、26a：配管；27：切削水提供源；30：摄像单元；31：显微镜；310：物镜；32：壳体；320：圆开口；321：底部；33、33A：空气层形成单元；34：环状空气路；340、341：流入口；35、35A：空气导入口；36：引导板；37：逆环状圆锥流路；38：空气喷出口；39：空气提供源；40：移动单元；41：滚珠丝杠；42：电动机；43：导轨；44：移动基座；50：分度进给单元；51：滚珠丝杠；52：电动机；53：导轨；54：移动基座；60：升降单元；61：滚珠丝杠；62：电动机；63：导轨；64：升降板；100：高压空气层；101：旋涡气流。
具体实施方式
图1所示的切削装置1具有装置基座2，并且具有：保持工作台10，其配设在装置基座2之上，对作为被加工物的板状工件W进行保持；切削单元20，其将切削刀具23安装成旋转自如，一边向保持工作台10所保持的板状工件W提供切削水一边进行切削加工；摄像单元30，其从上方对保持工作台10所保持的板状工件W进行拍摄；移动单元40，其使保持工作台10和摄像单元30在切削进给方向(X轴方向)上相对移动；分度进给单元50，其在分度进给方向(Y轴方向)上对切削单元20进行分度进给；以及升降单元60，其使切削单元20在铅垂方向(Z轴方向)上升降。
保持工作台10的上表面成为保持板状工件W的保持面10a。在保持工作台10的周缘配设有多个框架保持单元11，该框架保持单元11用于保持环状的框架F，该环状的框架F借助带T对板状工件W进行支承。框架保持单元11具有：框架载置台12，其供框架F载置；以及夹持部13，其对载置于框架载置台12的框架F的上表面进行按压。
移动单元40具有：滚珠丝杠41，其在X轴方向上延伸；电动机42，其与滚珠丝杠41的一端连接；一对导轨43，它们与滚珠丝杠41平行地延伸；以及移动基座44，其能够在X轴方向上移动。保持工作台10在移动基座44的一个面上被支承为旋转自如，移动基座44的另一个面与一对导轨43滑动接触，形成于移动基座44的中央部的螺母与滚珠丝杠41螺合。通过使被电动机42驱动的滚珠丝杠41转动，移动基座44沿着导轨43在X轴方向上移动，能够使保持工作台10与切削单元20和摄像单元30在X轴方向上相对地移动。
在装置基座2的X轴方向后部以跨越移动单元40的方式竖立设置有门型的支柱3。在支柱3的侧方隔着分度进给单元50和升降单元60配设有切削单元20。分度进给单元50具有：滚珠丝杠51，其在Y轴方向上延伸；电动机52，其与滚珠丝杠51的一端连接；一对导轨53，它们与滚珠丝杠51平行地延伸；以及移动基座54，其一个面被安装于升降单元60。移动基座54的另一个面与一对导轨53滑动接触，形成于移动基座54的内部的螺母与滚珠丝杠51螺合。利用电动机52使滚珠丝杠51进行转动，从而使移动基座54被导轨53引导而在Y轴方向上移动，能够对升降单元60和切削单元20在相同的方向上进行分度进给。
升降单元60具有：滚珠丝杠61，其在Z轴方向上延伸；电动机62，其与滚珠丝杠61的一端连接；一对导轨63，它们与滚珠丝杠61平行地延伸；以及升降板64，其在下端部安装有切削单元20。升降板64与一对导轨63滑动接触，形成于升降板64的内部的螺母与滚珠丝杠61螺合。通过使滚珠丝杠61被电动机62驱动而进行转动，从而使升降板64被导轨63引导而在Z轴方向上移动，能够使切削单元20在相同的方向上升降。
切削单元20具有：主轴21，其具有Y轴方向的轴心；主轴外壳22，其围绕着主轴21而将主轴21支承为能够旋转；切削刀具23，其安装于主轴21的前端；以及刀具罩24，其覆盖切削刀具23的周围。主轴21被未图示的电动机驱动而按照规定的旋转速度进行旋转，从而能够使切削刀具23按照规定的旋转速度进行旋转。
如图2所示，刀具罩24包含：罩主体240；第1块241，其安装于罩主体240的一个侧面；以及第2块242，其安装于罩主体240的另一个侧面。在该刀具罩24中安装有一对切削水提供喷嘴25，该一对切削水提供喷嘴25从第1块241的下端部沿水平方向延伸，隔着切削刀具23朝向切削刀具23的侧面提供切削水。另外，在第2块242的下端部安装有向切削刀具23与板状工件W接触的区域提供切削水的切削水提供喷嘴(未图示)。在第1块241的上端连接有配管26，该配管26使一对切削水提供喷嘴25与切削水提供源27连通。另外，在第2块242的上端也连接有配管26a，该配管26a使未图示的切削水提供喷嘴与切削水提供源27连通。
摄像单元30安装在主轴外壳22的侧部，位于图1所示的保持工作台10的移动路径的上方侧。如图3所示，摄像单元30具有：显微镜31，其具有与图1所示的保持工作台10所保持的板状工件W的上表面对置的物镜310；壳体32，其覆盖显微镜31的周围，具有环状的底部321，该环状的底部321具有以物镜310的光轴为中心的拍摄用的圆开口320；以及空气层形成单元33，其从底部321朝向板状工件W喷出空气而在底部321与板状工件W之间形成比压力周围高的空气层。
显微镜31是从上方对板状工件W进行拍摄的摄像照相机，在其内部具有光学系统的摄像元件(例如CCD或者CMOS)。在显微镜31中，通过使板状工件W的被摄像面所反射的反射光经由物镜310入射到摄像元件，例如能够拍摄出显示有切削加工前的板状工件W的待加工区域的拍摄图像，或者能够拍摄出显示有切削加工中或切削加工结束后的板状工件W的切削槽等的拍摄图像。
壳体32形成为筒状，采用了将显微镜31的周围封闭的结构，能够防止在切削时使用并向周围飞散的切削水的飞沫附着于显微镜31。形成于壳体32的底部321的圆开口320位于物镜310的正下方。如图4所示，本实施方式所示的圆开口320形成为至少比物镜310的直径大的直径，采用了使物镜310从圆开口320露出的结构。
如图5所示，空气层形成单元33是与壳体32的下方侧形成为一体的空气喷嘴。空气层形成单元33具有：环状空气路34，其以图4所示的物镜310的光轴为中心；空气导入口35，其向环状空气路34导入空气；引导板36，其使从空气导入口35导入的空气在环状空气路34内向一个方向回旋而生成旋涡气流；以及逆环状圆锥流路37，其直径从环状空气路34向下方缩小。
环状空气路34是形成于壳体32的内部并被顶壁34a、底面34b和侧面34c围绕的环状的空洞。在环状空气路34的侧面34c形成有与空气导入口35连通的流入口340。空气导入口35经由未图示的阀与空气提供源39连接。通过将阀打开而将空气导入空气导入口35，能够通过流入口340向环状空气路34内提供空气。
逆环状圆锥流路37的最上端与环状空气路34连通，构成为使提供到环状空气路34的内部的空气流入逆环状圆锥流路37。在逆环状圆锥流路37的最下端形成有用于喷出空气的环状的空气喷出口38。空气喷出口38围绕图4所示的物镜310的周围，采用了朝向物镜310的中心的光轴喷出空气的结构。
如图6所示，引导板36例如由平板构成，是在环状空气路34内将空气流动的方向调整为一个方向的流体引导板。如图7所示，引导板36在比空气导入口35靠后方侧的位置，在环状空气路34内倾斜配设。即，引导板36的上端部360配置在比与空气导入口35连通的流入口340靠后侧的位置，并且引导板36的下端部361固定于环状空气路34的底面34b，配置在空气流动的一个方向侧的位置，从而使引导板36的引导面362成为倾斜的状态。在这样构成的引导板36中，当流入到环状空气路34内的空气碰到引导面362时，能够在环状空气路34内使空气沿一个方向回旋而生成旋涡气流。另外，由于引导板36的引导面362被定位在比流入口340的位置靠后方侧的位置，因此能够防止从流入口340流入到环状空气路34内的空气在与空气流动的一个方向相反的方向上反向流动。另外，引导板36的个数、材质、大小等不做特别限定。
接着，对切削装置1的动作例进行说明。图1所示的板状工件W是具有圆形板状的基板的被加工物的一例，在其上表面Wa上，在由格子状的分割预定线S划分出的各个区域内形成有器件D。在作为板状工件W的与上表面Wa相反的一侧的面的下表面Wb上粘贴有带T。即，本实施方式所示的板状工件W借助带T与环状的框架F形成为一体，在未图示的盒等中收纳有多个一体化后的板状工件W。
首先，将与框架F成为一体的板状工件W搬运至保持工作台10。具体而言，隔着带T将板状工件W载置在保持工作台10的保持面10a上，并且将框架F载置在框架载置台12上。接着，通过未图示的吸引源的吸引力将板状工件W吸引保持于保持面10a，并且通过夹持部13来按压框架F的上表面而进行固定。
在将板状工件W保持于保持工作台10之后，通过移动单元40使保持工作台10向切削单元20的下方侧移动。此时，摄像单元30对保持于保持工作台10的板状工件W的上表面Wa进行拍摄，检测要对板状工件W进行切削加工的区域(分割预定线S)。
接着，通过切削单元20对板状工件W的上表面Wa进行切削加工。具体而言，在使保持工作台10向切削单元20的下方移动的同时，使主轴21按照规定的旋转速度进行旋转，使切削刀具23按照规定的旋转速度进行旋转，并且通过升降单元60使切削单元20在与保持于保持工作台10的板状工件W接近的Z轴方向上下降。使旋转的切削刀具23从板状工件W的上表面Wa切入到规定的深度，一边使切削单元20和保持工作台10在切削进给方向上相对移动一边进行切削。这样，沿着分割预定线S在板状工件W上形成图8所示的切削槽G。
在板状工件W的切削加工过程中，从图2所示的切削水提供源27向配管26流入切削水，从切削水提供喷嘴25朝向切削刀具23的侧面提供切削水，并且从切削水提供源27向配管26a流入切削水，从未图示的切削水提供喷嘴向切削刀具23与板状工件W的接触区域提供切削水，一边对切削刀具23进行冷却一边对板状工件W进行切削。在沿着所有的分割预定线S形成了切削槽G之后，通过升降单元60使切削单元20上升，使切削刀具23从板状工件W的上表面Wa退出。
接着，对通过摄像单元30来拍摄板状工件W的上表面Wa并测量形成于被加工物W的切削槽G的槽宽的动作进行说明。对拍摄切削槽G的时机不做特别限定。例如，预先根据板状工件W的处理张数、切削刀具23对板状工件W进行切削的切削距离、切削槽G的条数等对切削装置1设定拍摄的时机。
如图8所示，一边使保持工作台10和摄像单元30在X轴方向(切削进给方向)上相对移动，一边通过摄像单元30对板状工件W的上表面Wa进行拍摄。此时，通过从空气提供源39向空气导入口35导入空气，使空气通过环状空气路34和逆环状圆锥流路37从空气喷出口38向下方喷出，在物镜310与板状工件W的上表面Wa之间形成高压空气层100。
高压空气层100具有图9所示的旋涡气流101。这里，对生成旋涡气流101的流程进行说明。当空气通过图7所示的空气导入口35从流入口340向环状空气路34的内部流入时，空气碰到引导板36的引导面362而使空气流动的朝向调整，空气在环状空气路34的内部例如在箭头A方向所示的一个方向上流动。由此，在环状空气路34内空气沿一个方向回旋而在物镜310的正下方生成旋涡气流101。也就是说，由于在环状空气路34内沿一个方向呈旋涡状流动的空气沿着逆环状圆锥流路37朝向下方流动，因此从空气喷出口38喷出的空气的气流成为在物镜310与板状工件W的上表面Wa之间以物镜310的光轴为中心的旋涡气流101。
旋涡气流101将摄像单元30的摄像范围内的残存于板状工件W的上表面Wa的切削水吹飞。即，当旋涡气流101与板状工件W的上表面Wa接触时，空气从该接触的部分朝向径向外侧流动，能够将附着于板状工件W的上表面Wa和切削槽G的槽内的切削水的水滴吹飞。其结果为，水滴被从板状工件W的上表面Wa去除，上表面Wa成为干燥的状态，能够通过图8所示的显微镜31高效地对切削槽G进行拍摄。当然，优选不仅在板状工件W的拍摄过程中，在板状工件W的切削加工过程中也始终在物镜310的正下方形成具有旋涡气流101的高压空气层100。由此，能够防止切削水从壳体32的圆开口320浸入到壳体32内，能够防止切削水附着于物镜310。
这样，由于本发明的切削装置1构成为具有从上方对保持工作台10所保持的板状工件W进行拍摄的摄像单元30，摄像单元30具有：显微镜31，其具有与保持工作台10所保持的板状工件的上表面Wa对置的物镜310；壳体32，其覆盖显微镜31的周围，具有环状的底部321，该环状的底部321具有以物镜310的光轴为中心的拍摄用的圆开口320；以及空气层形成单元33，其从底部321朝向板状工件喷出空气而在底部321与板状工件W之间形成压力比周围高的空气层，空气层形成单元33具有：环状空气路34，其以物镜310的光轴为中心；空气导入口35，其向环状空气路34导入空气；引导板36，其使从空气导入口35导入的空气在环状空气路34内沿一个方向回旋而生成旋涡气流；以及逆环状圆锥流路37，其直径从环状空气路34向下方缩小，在对形成于板状工件W的切削槽G进行拍摄时，在物镜310与板状工件W之间形成具有旋涡气流101的高压空气层100，通过旋涡气流101将残存于板状工件W的上表面Wa和切削槽G的切削水吹飞，因此能够更准确地测量切削槽G的槽宽。这样，根据本发明，由于能够高效地进行切削槽G的拍摄，因此能够缩短从开始拍摄到收纳板状工件W所需的时间。
另外，由于不仅在拍摄板状工件W时，在板状工件W的切削加工过程中也在物镜310的正下方形成具有旋涡气流101的高压空气层100，从而能够防止切削水附着于物镜310，因此不需要另外配备关闭壳体32的圆开口320的遮板等。由此，能够使物镜310接近板状工件W，能够提高显微镜31的分辨率。
上述实施方式所示的空气层形成单元33构成为从环状空气路34的侧面34c侧向环状空气路34导入空气，但不限定于该结构。例如，也可以构成为像图10所示的空气层形成单元33A那样，通过使空气导入口35A经由配设于壳体32的内部的管与形成于环状空气路34的顶壁34a的流入口341连通，从顶壁34a侧向环状空气路34内导入空气。这样构成的空气层形成单元33A也能够使通过空气导入口35A从流入口341导入到环状空气路34内的空气在环状空气路34内沿一个方向回旋而生成旋涡气流。

Claims (1)

1.一种切削装置，该切削装置具有：
保持工作台，其保持被加工物；
切削单元，其将切削刀具安装成旋转自如，向该保持工作台所保持的被加工物提供切削水而进行切削加工；
摄像单元，其从上方对该保持工作台所保持的被加工物进行拍摄；以及
移动单元，其使该保持工作台和该摄像单元在切削进给方向上相对移动，
该切削装置的特征在于，
该摄像单元具有：
显微镜，其具有与该保持工作台所保持的被加工物的上表面对置的物镜；
壳体，其覆盖该显微镜的周围，具有环状的底部，该环状的底部具有以该物镜的光轴为中心的拍摄用的圆开口；以及
空气层形成单元，其从该底部朝向被加工物喷出空气而在该底部与被加工物之间形成压力比周围高的空气层，
该空气层形成单元具有：
环状空气路，其以该物镜的光轴为中心；
空气导入口，其向该环状空气路导入空气；
引导板，其使从该空气导入口导入的空气在该环状空气路内沿一个方向回旋而生成旋涡气流；以及
逆环状圆锥流路，其直径从该环状空气路向下方缩小，
在该物镜与被加工物的上表面之间通过从该空气层形成单元喷出的空气来形成具有以该物镜的光轴为中心的旋涡气流的高压空气层，在使该保持工作台和该摄像单元在该切削进给方向上相对移动并且对形成于被加工物的切削槽进行拍摄时，一边通过旋涡气流将残存于该保持工作台所保持的被加工物的上表面的切削水吹飞，一边对该切削槽进行拍摄，
当所述高压空气层的旋涡气流与位于所述壳体外部且被保持于所述保持工作台的被加工物的上表面接触时，空气从该接触的部分朝向被加工物的径向外侧流动。
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