CN1907646A - 具有刀片检测装置的切削装置 - Google Patents

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Abstract

具有切削片的切削设备被设计成用于可靠的辨别发生在切削片上的如碎裂或磨损的状态。该切削设备至少包括具有用于切削保持在卡盘台上的工件同时向工件供给切削液的切削片的切削装置，以及用于检测该切削片状态的刀片检测装置。该刀片检测装置至少包括用于成像该切削片的外周边刃部的成像部分，与成像部分相对的并且被放置在面对该切削片的该外周边刃部分的位置处的光发射部分，用于处理由该成像部分获得的图像的图像处理部分、以及用于闪光该光发射部分的闪光控制部分。由于该光发射部分与该成像部分相对设置，在获得的图像中由该切削片挡住的部分与没挡住的部分之间的对比从而变得清楚。

Description

具有刀片检测装置的切削装置
技术领域
本发明涉及一种具有一切削片的切削装置。更详细地，本发明涉及一种具有检测切削片状态如碎裂或磨损的功能的切削装置。
背景技术
一在其中形成有多个器件如IC和LSI的晶片，在排列在格状的切削作业线上用高速旋转的切削片被纵向和横向地切削(切作业线通常被称为道列)。结果，该晶片被分成单个的小片，并用于各种类型的电子设备。
该切削片被安装在一个可以高速旋转的轴上并且被使用。切削刃部形成在切削片的外周边上。该切削刃部由金刚石等构成的磨粒组成，该磨粒通过电铸、金属粘结、和树脂粘结压制而成。因此，切削刃部会在切削中产生问题，切削刃部随着时间而恶化导致了碎裂或磨损，从而降低了由切削形成的单个器件的质量。
为了解决以上问题，申请人开发一种设备，该设备对构成切削片的切削刃部的外周边刃部成像以检测其形状，并且如果检测到不允许的碎裂等则可以立即更换切削片(见日本专利2,627,913)。在这样的设备中，光从光发射源投射到切削片上，并且其反射光被成像。
发明内容
然而，在用切削片切削期间，在切削片和工件之间的接触点上需要供应切削液。在这种结构中切削片被光照射并且反射光被成像，在切削片高速旋转期间反射光可能由喷洒的切削液的飞溅被散射，以至于可能不能根据得到的图像辨认切削片。这导致有时不能检测出切削片的碎裂或磨损。
因此本发明的一个目的是使对切削片的可靠辨别成像成为可能，因此在切削片中出现状态，如碎裂或磨损，能够被可靠地检测。
根据本发明，提供一种切削设备，至少包括用于保持工件的卡盘台、切削装置，其具有用于切削保持在卡盘台上的工件同时向工件供给切削液的切削片，以及用于检测切削片的切削刃部状态的刀刃检测装置，其中该刀刃检测装置至少包括在面对切削片的切削刃部的外周边刃部的位置设置的光发射部分、与光发射部分相对的用于通过光发射部分发射的发射光给切削片的切削刃部的外周边刃部成像的成像部分、用于处理由成像部分获得的图像的图像处理部分、以及用于闪光光发射部分的闪光控制部分。
优选地，刀刃检测装置装备有用于显示经图像处理部分二元化处理得到的图像的显示部分。这样一来，操作者能够观察显示部分以检验切削片上的碎裂状态。
优选地，闪光控制部分确定为对切削片的切削刃部的外周边刃部的整个外周成像所必需的图像数目K，其通过以下方程得到
K≥πD/W
其中，D(mm)为切削片的切削刃部的直径，W(mm)为由成像部分获得的一个图像中切削片的切削刃部的外周边刃部的圆周长度，并且
其通过以下的公式确定引起光发射部分发光的定时T，
T(秒)＝{60(秒)/M}N+{60(秒)/MK}n
其中M(rpm)是切削片的转速，假设N和n均从0增加到任意正整数。
n可以从0变化到K。通过确定T，可以提供用于获得图像的定时，根据该图像切削片的切削刃部的外周边刃部的所有区域可以被清晰地辨认。通过提出N和n变量以对其灵活地设定，成像的定时可以根据需要调整。
刀刃检测装置优选地安装有用于确定切削片的切削刃部的碎裂幅度是否超出允许值的确定部分。
附图说明
图1为显示刀刃检测装置的配置的示意图。
具体实施方式
图1显示了用于切削工件以将其分割成单个片的切削装置(切削装备)10，和切削设备中设置的刀片检测装置120。
通过切削设备切割的工件的例子之一是晶片W，其具有多个形成在其中的器件。在切削晶片W时，晶片W被粘结到放置在架(未示出)上的带上，并且晶片W由卡盘台8支撑。
该卡盘台8被设定为可在X轴方向(垂直于图1的页面)移动并可沿圆周方向转动。用于通过晶片的成像部分对该晶片成像以检测被切削区域的校准工具放置在卡盘台8在X轴方向上的移动路径的上方。被保持在卡盘台8上的晶片W通过卡盘台8沿X轴方向的运动被移动到晶片成像部分(未示出)的正下方的位置，并且晶片W的表面在该位置被成像，因此将要被切削的区域通过校准工具被检测。随后，卡盘台8进一步沿着X轴方向移动，并且晶片W受到切削工具10的作用。
在切削装置10中，切削片102安装在由切削设备旋转支撑的轴101的前端部，并且由螺母103固定。切削刃部102a被紧固在切削片102的外周边刃部上。该切削刃部102a由包括金刚石等的磨粒组成，该磨粒通过电铸、金属粘合或树脂粘合被压制。
用于向切削片102的切削刃部102a和晶片W之间的接触点喷射切削液的切削液喷嘴105a、105b被配设在切削片102的较低高度位置处。提供切削液的供给装置(未示出)连接至切削液喷嘴105a、105b，并且切削液喷嘴105a、105b从正面和后面将该切削片102的切削刃部102a夹在中间。用于检测切削刃部102a的状态的刀片检测装置120被配设在切削片102上端的旁边。该刀片检测装置120至少配备有光发射部分107a、成像部分107b以及闪光控制部分112和图像处理部分115(将在随后描述)。
首先描述对晶片W的切削。在晶片W待切削的区域通过校准工具检测后，切削工具10下降，伴随着切削片102的高速转动，同时晶片W随着卡盘台8在X轴方向移动。结果，该切削片102的切削刃部102a切入晶片W的待切削区域进行切削。在切削期间，切削液通过切削液喷嘴105a、105b提供到晶片W上。此外，切削工具10在Y轴方向上转位，同时晶片W在X轴方向上作往复运动。另外，卡盘台8旋转90度，然后进行类似的切削行，籍此该晶片W被纵向及横向切削以分成单个的设备。
刀片成像部件107装备有光发射部分107a和成像部分107b。该光发射部分107a和该成像部分107b相对设置，构成切削片102的切削刃部102a的外周边刃部102b位于光发射部分107a和成像部分107b之间，并且切削片102的切削刃部102a挡住了光发射部分107a和成像部分107b之间的空间。换言之，光发射部分107a和成像部分107b面对切削片102的切削刃部102a。
闪光控制部分112连接至光发射部分107a，以使光发射部分107a按闪光控制部分112设定的定时闪光，并且光发射部分107a在成像部分107b成像时起到闪光灯的作用。在该图解的例子中，该光发射部分107a和闪光控制部分112通过光纤113a连接。在切削晶片期间，光发射部分107a周期性的发光，并且该成像部分107b以光发射部分107a的光发射定时对包括切削刃部102a的外周边刃部102b的区域成像。由光发射部分107a向切削刃部102a发出的光在切削刃部102a存在的位置被挡住，从而形成阴影并不能到达成像部分107b。另一方面，该发射出的光切削刃部102a不存在的位置被传输，并从而被投射到成像部分107b。在由光发射部分在成像期间通过光发射而获得的图像中，在由切削片102造成的光阻挡部分和切削片102没有阻挡光的部分之间存在鲜明的对照。因此，即使在切削液飞溅的情况下，二元化处理可以产生图像，从该图像中切削片102的外周边刃部102b可以被清晰的辨别。
该闪光控制部分112连接至用于检测轴101转速也就是切削片102转速的转速检测部分114。根据转速检测部分114传输的轴101的转速信息，闪光控制部分112计算光发射部分107a的光发射定时。具体地，该闪光控制部分112执行下面的处理：
如附图所示，切削片102的直径，该直径已经预先由操作者从操作面板2输入并存储在存储器等中，被定义为D(mm)，并且由转速检测部分114检测的切削片102的转速被定义为M(rpm)。通过成像部分107b的单个成像获得的图像中反映的切削片102的外周边刃部102b的周长被定义为W(mm)。在该闪光控制部分112中，这些值被代入以下的方程(1)以确定用于对外周边刃部102b的全部区域成像所需要的图像的个数，K：
K≥πD/W...(1)
如上所述，图像的个数K具有通过将切削片102的圆周(πD)除以圆周长度W计算得到的值，或一较高值。
此外，闪光控制部分112确定定时T，以该定时，光发射部分107a进行发光，该定时通过下面的方程(2)得到：
T(秒)＝{60(秒)/M}N+{60(秒)/MK}n...(2)
当切削片102的旋转原点(即旋转角为0度的位置)被设定时，在方程(2)中第一项{60(秒)/M}N代表了一定时，在该定时切削片102位于原点。该项中的N指一个变量，该变量从0增加直到任意的正整数。
另一方面，方程(2)中的第二项{60(秒)/MK}n代表一定时，在该定时切削片102位于偏离上面的原点的位置。符号n表示转换到下一个图像的定时，该定时与图像的个数K有关。这里，n从0增加到由方程(1)确定的K(正整数)，例如，一次增加一。
例如，如果n在N＝0的周期期间从0增加到K，在切削片102在N＝0的一次旋转期间，成像被执行K次，籍此切削片102的外周边刃部102b的正区域被成像。然后，N值增加，如N＝1、N＝2、N＝3等等。每当N值增加1，切削片102的转速(即转数)增加一转。在切削片的一次旋转中，n值增加如n＝1、n＝2、...、n＝K。这样一来，每当切削片102旋转一次，相邻的区域被接连地成像。如此，成像进行K次，所以切削片102的外周边刃部102b的整个区域总能被成像。由于N和n是变量，成像的定时可以通过灵活地设置这些变量而被适当地调整。例如，如果N值仅被赋予一奇数或一偶数，外周边刃部102b的整个区域在交替的转动中被成像。如果n被设定为一特定的值，仅仅外周边刃部102b上的一个特定区域能够被连续成像。
光发射部分107a被允许发光时的时间点由以上的方程(1)和方程(2)确定。根据这些确定，由成像部分107b进行的成像被执行，例如，与在闪光控制部分112的控制下通过光发射部分107a发光的时间点同步。通过该过程，可以获得图像，从这些图像中切削片102的外周边刃部102b的整个区域可以被清晰地辨认。因此，切削片102的碎裂或磨损必然可以检测到。
成像部分107b连接至图像处理部分115，并且由成像部分107b根据光发射部分107a的发光定时获得的图像被传输到图像处理部分115。
可选地，图像处理部分115将获得的图像传输到显示部分3以显示该图像，并且对图像进行二元化处理。根据该二元化处理，对通过成像部分107b输入的光的亮度设定特定的阈值，并且亮度高于阈值亮度的部分被重写为，例如，白色，而比阈值亮度暗的部分被重写为，例如，黑色。
在显示部分3显示的图像中，由切削片102的切削刃部102a挡住的部分和没有挡住部分之间的对比因此变得清楚。因此，即使在喷洒的切削液飞溅的情况下，操作者也能够清楚的辨认切削片102的外周边刃部102b。在这种情况下，显示部分3构成了刀刃检测工具120的组成部分。
经过图像处理部分115二元化处理或者二元化的图像传输到具有CPU和存储器的确定部分116。确定部分116确定切削片102的切削刃部102a的碎裂值或磨损的程度以判别碎裂是否超过允许幅度或磨损是否位于容许的范围内。具体地，确定部分116执行下面的处理：
在确定部分116中，二元图像中由切削片102生成的区域根据像素的数目计算，并且存储到存储器中。该处理可以对所有通过成像获得的图像或仅仅对于提取的某些图像执行。特别是当在切削片102中产生碎裂时，优选地提取碎裂部分的图像并检查碎裂的状态。
如果要检测切削片102的切削刃部102a的碎裂，对切削片102的切削刃部102a相同部分获得的图像的所有区域的值进行比较，从这些值中找出最大值和最小值，并且计算出最大值和最小值之差。该差值表示在切削刃部102a的外周边刃部102b上产生的碎裂的幅度。也就是说，如果不存在碎裂，最大值和最小值之差为零。
然后，确定发现的差值是否不大于预先确定的允许值。该预先确定的允许值可以从如图1所示的操作面板2输入，并且存储在存储器中。如果最大值和最小值之差不大于允许值，确定部分116确定不存在碎裂，或即使有碎裂，该碎裂也不造成对切削的损害，则不改变地继续进行切削。另一方面，如果最大值和最小值之差超过允许值，如果不改变地继续进行切削，则切削会损坏该器件的质量。因此，确定部分116通知操作者该结果。该通知的方法是发出声音、在显示部分3上显示等。被通知的操作者中断切削，并更换新的切削片，因此避免了低质量器件的形成。正如这里解释的，确定部分116也可以作为刀刃检测工具120的组成部分。
如果要检测构成切削片102的切削刃部102a的外周边刃部102b的磨损，没有磨损的切削片的外周边刃部预先被成像和二元化，并且二元图像中由切削片生成的区域被存贮在存储器中。计算此区域和通过对由实际成像获得的图像进行二元化产生的二元图像中由切削片102生成的的一区域之差。如果该差值小于预先输入并存储在存储器中的允许值，则确定磨损在容许范围之内。如果该差值不小于存储在存储器中的允许值，则确定磨损超过容许范围，并通知操作者该情况。接到通知的操作者中断切削并更换新的切削片，由此避免了低质量设备的产生。
根据本发明，光发射部分和成像部分彼此相对布置，并且光发射部分放置在面对切削片的外周边刃部的位置上。因此，在成像期间由光发射部分的光发射得到的图像中，由切削片挡住的部分和没有挡住的部分之间的对比变得清楚。即使在喷洒的切削液飞溅的情况下，也可以获得一个图像，该图像能够使切削片的外周边刃部能被清晰地辨以。
当确定切削片的切削刃部的碎裂幅度是否超过允许值的确定部分配设在刀片检测装置中时，如果碎裂超过允许值，操作者能够立即得到通知。相应的，切削片可以被立即更换。
根据本发明，如上所述，只要切削片102在光发射部分107a和成像部分107b之间存在，由光发射部分107a发射的发射光就被挡住，即使切削液粘附在切削片102的外周边刃部102b上。因此，切削片102的外周边刃部102b的形状能够被更精确地检测。也就是说，可以确定发射光是否通过切削片102。这能够阻止过去由粘附至切削片102的切削液造成的光的漫反射导致的检测错误。
T(秒)＝{60(秒)/M}N+{60(秒)/MK}n
因为上述方程的使用，存储器中图像的存储使加工完成后能够立即得到切削片102的图像。此外，该图像不是活动图像，而实际上是由静止图像产生的一系列图像。从而，与活动图像相比，能够显著降低存储器容量，并且能够进行长期的观测。
尽管本发明的最优方案已经参考附图进行了详细描述，但是可以理解，本发明不限于这样的实施例，而是可以在不背离所附的权利要求范围的情况下进行各种变化和修改。

Claims (4)

1、装备有刀片刃检测装置的切削设备，至少包括用于保持工件的卡盘台、切削工具，其具有用于切削保持在卡盘台上的工件同时向工件供给切削液的切削片、及用于检测该切削片的切削刃部的状态的该刀片检测装置，其中
该刀片检测装置至少包括面对切削片的切削刃部的外周边刃部放置的光发射部分；与该光发射部分相面对的用于通过该光发射部分发射的发射光对该切削片的该切削刃部的该外周边刃部成像的成像部分、用于处理由该成像部分获得的图像的图像处理部分；以及用于闪光该光发射部分的闪光控制部分。
2、根据权利要求1所述的装备有刀片检测装置的切削设备，其中所述刀片检测装置具备用于显示经所述图像处理部分二元化处理得到的图像的显示部分。
3、根据权利要求1所述的装备有刀片检测装置的切削设备，其中所述闪光控制部分
确定为成像所述切削片的所述切削刃部的所述外周边刃部的整个周边所必需的图像数目，K，其通过以下方程得到
K≥πD/W
其中，D(mm)为所述切削片的所述切削刃部的直径，W(mm)为由所述成像部分获得的一个图像中所述切削片的所述切削刃部的所述外周边刃部的圆周长度，并且
确定所述导致光发射部分发光的定时T，其通过以下的方程得到
T(秒)＝{60(秒)/M}N+{60(秒)/MK}n
其中M(rpm)是所述切削片的转速，假设N和n均从0增加到任意正整数。
4、根据权利要求3所述的装备有刀片检测装置的切削设备，其中n从0变化至K。
5、据权利要求1所述的装备有刀片检测装置的切削设备，其中所述刀片检测装置安装有用于确定所述切削片的所述切削刃部的碎裂幅度是否超出允许值的确定部分。
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