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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Bearbeitungsmaschine zum Bearbeiten
eines Werkstücks, mit einer ersten rotierend antreibbaren
Arbeitsscheibe, deren Arbeitsfläche durch einen Arbeitsbelag
gebildet ist und einer zweiten Arbeitsfläche zugewandt
ist, wobei die Arbeitsflächen zwischen sich einen Arbeitsspalt
bilden, und wobei zumindest in dem Arbeitsbelag mindestens ein Verschleißsensor
vorgesehen ist, der bündig mit der Arbeitsfläche
abschließt, so daß bei einem Abtragen des Arbeitsbelags
auch der Verschleißsensor abgetragen wird.
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Mit
derartigen Bearbeitungsmaschinen erfolgt eine planparallele Bearbeitung
von Werkstücken, beispielsweise von Halbleiterscheiben
(Wafer). Die Bearbeitung kann in einem Schleifen, Läppen, Polieren
oder dergleichen bestehen. Dabei sind die Arbeitsscheiben bzw. der
Arbeitsbelag üblicherweise ringförmig ausgestaltet.
Der von den gegenüberliegenden Arbeitsflächen
gebildete Arbeitsspalt ist dabei parallel. Je nach Bearbeitungsvorgang
weisen die Arbeitsflächen geeignete Arbeitsbeläge
auf, die mit den Werkstücksflächen in Eingriff
gelangen. Ebenfalls je nach Bearbeitungsvorgang wird in den Arbeitsspalt
Kühlschmiermittel eingeleitet, das gegebenenfalls ein Polier – bzw.
Läppmaterial enthalten kann.
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In
dem Arbeitsspalt können Läuferscheiben angeordnet
sein, die in entsprechenden Ausnehmungen Werkstücke aufnehmen.
Derartige Läuferscheiben werden üblicherweise
mit Hilfe einer Abwälzvorrichtung von Stift- oder Zahnkränzen
in rotierende Bewegung versetzt. Die in den Läuferscheiben
gehaltenen Werkstücke bewegen sich dann auf einer zykloidischen
Bahnkurve in dem Arbeitsspalt.
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Die
erste Arbeitsscheibe kann z. B. die obere Arbeitsscheibe einer Bearbeitungsmaschine
sein. Entsprechend ist die obere Arbeitsfläche durch die erste
Arbeitsfläche gebildet. Die zweite Arbeitsfläche kann
dann die untere Arbeitsfläche sein. Die Bearbeitungsmaschine
kann eine zweite, z. B. untere Arbeitsscheibe aufweisen, die ebenfalls
rotierend antreibbar sein kann. Auch die zweite Arbeitsfläche kann
durch einen Arbeitsbelag gebildet sein.
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An
die Planheit und Parallelität von in solchen Bearbeitungsmaschinen
bearbeiteten Werkstücken, beispielsweise Halbleiterscheiben,
werden außerordentlich hohe Anforderungen gestellt. Für
das Bearbeitungsergebnis ist unter anderem der Zustand des Arbeitsbelags,
insbesondere seine Dicke, von entscheidender Bedeutung. Zumindest
in dem Arbeitsbelag ist daher ein Verschleißsensor angeordnet.
Dazu kann eine entsprechende Ausnehmung zumindest in dem Arbeitsbelag
vorgesehen sein. Im Betrieb der Bearbeitungsmaschine wird der Arbeitsbelag
der Arbeitsscheibe abgetragen. Entsprechend wird auch der mit der
Arbeitsfläche bündig abschließende Verschleißsensor
abgetragen. Mit einem zunehmen Abtrag des Arbeitsbelags bzw. der
Arbeitsscheibe verschiebt sich also die Arbeitsfläche.
Der Verschleißsensor ist dabei zur Bestimmung des Abtrags
bzw. der Dicke des Arbeitsbelags bzw. der Arbeitsscheibe vorgesehen.
Der Sensor kann bis in die Arbeitsscheibe hineinragen. Dann ist
durch den Sensor auch der Verschleiß der Arbeitsscheibe
bestimmbar. Wenn der Sensor bis in die Arbeitsscheibe ragt, wird
er also selbst bei einem vollständigen Abtrag des Arbeitsbelags
nicht vollständig abgetragen.
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Es
ist vorgeschlagen worden, einen Abtrag des Arbeitsbelags, und damit
seinen Verschleiß, über die Dicke des in dem Belag
vorgesehen Verschleißsensors zu ermitteln. Die Dickenänderung
des Verschleißsensors kann beispielsweise elektrisch gemessen
werden. Dabei tritt jedoch das Problem auf, daß die Messung
eine starke Abhängigkeit von der Temperatur in dem Arbeitsspalt
und damit in dem Belag und dem Verschleißsensor zeigt.
Sie ist daher nicht immer ausreichend zuverlässig. Eine
Temperaturmessung mit einem zusätzlichen Temperatursensor
ist aufwendig. Aus diesem Grund wurde vielfach auf eine „Offline"-Messung
des Verschleißes mit externen Meßgeräten
zurückgegriffen. Nachteilig bei einer solchen Vorgehensweise
ist der hohe Zeitaufwand, insbesondere der erforderliche Stillstand
der Maschine und die damit verbundenen hohen Kosten.
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Ausgehend
von dem voran erläuterten Stand der Technik liegt der Erfindung
daher die Aufgabe zugrunde, einer Bearbeitungsmaschine der eingangs genannten
Art bereitzustellen, mit der der Verschleiß zumindest des
Arbeitsbelags ohne Notwendigkeit zum Stillstand der Maschine auch
bei Temperaturschwankungen zuverlässig ermittelt werden
kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenständer
der Ansprüche 1 und 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
finden sich in den Unteransprüchen sowie der Beschreibung
und den Figuren.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst,
daß der Verschleißsensor mindestens zwei von der
Ebene der Arbeitsfläche der ersten Arbeitsscheibe ausgehende
und sich von dem Arbeitsspalt weg streckende Sensorabschnitte aufweist,
wobei die elektrischen Widerstände der unterschiedlichen
Sensorabschnitte eine unterschiedliche Temperaturabhängigkeit
besitzen.
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Der
erfindungsgemäße Verschleißsensor weist
also unterschiedliche elektrisch leitfähige Abschnitte
auf. Die elektrischen Widerstände der Abschnitte besitzen
eine voneinander unterschiedliche Temperaturabhängigkeit.
Der elektrische Widerstand eines Abschnitts ändert sich
bei einer Temperaturänderung also in anderer Weise als
der elektrische Widerstand eines anderen Abschnitts des Sensors.
Insbesondere besitzen die Abschnitte daher bei unterschiedlichen
Temperaturen im Allgemeinen unterschiedliche elektrische Widerstände.
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Bei
einem Abtragen des Arbeitsbelags im Betrieb werden die von der Arbeitsflächenebene
ausgehenden unterschiedlichen Abschnitte des Verschleißsensors
gleichmäßig mit abgetragen. Der elektrische Widerstand
der elektrisch leitfähigen Sensorabschnitte verändert
sich mit zunehmendem Abtrag, also abnehmender Dicke der Sensorabschnitte. Daher
kann mit einer elektrischen Messung, beispielsweise der elektrischen
Widerstände, grundsätzlich auf die Dicke der Abschnitte
und damit auf den Abtrag des Sensors und des Arbeitsbelags geschlossen
werden. Dazu können beispielsweise geeignete elektrische
Kontakte an den Verschleißsensor angesetzt werden, an die
eine elektrische Spannung angelegt wird. Ein entsprechend fließender Strom
kann dann gemessen werden und daraus auf den Widerstand geschlossen
werden. Um die Widerstandsänderung möglichst zuverlässig
zu erfassen, können die elektrischen Kontakte beispielsweise über
einen großen Bereich beispielsweise der Seitenflächen
des Sensors verlaufen. Ein Problem tritt jedoch dann auf, wenn sich
die Temperatur im Arbeitsspalt und damit auch innerhalb der Abschnitte ändert,
da sich in diesem Fall der elektrische Widerstand bei gleicher Dicke
der Abschnitte ändert, so daß kein zuverlässiges
Meßergebnis mehr vorliegt.
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Daher
sind erfindungsgemäß mindestens zwei Abschnitte
vorgesehen, deren elektrische Widerstände sich bei einer
bestimmten Temperaturänderung in unterschiedlicher Weise
verändern. Es ist somit beispielsweise möglich,
aus dem Unterschied zwischen den für die unterschiedlichen
Abschnitte gemessenen elektrischen Widerständen und unter Berücksichtigung
der absolut gemessenen Widerstände auf die Temperatur der
Abschnitte zum Zeitpunkt der jeweiligen Messung beispielsweise im Rahmen
einer Berechnung zu schließen. Es ist auch möglich,
die Temperaturabhängigkeiten der Widerstände zu
verschiedenen Dicken des Sensors im Rahmen einer Kalibrierung für
einen Sensortyp experimentell zu ermitteln und anhand einer zuvor
erstellten Kennlinie dann die Temperatur bei der Messung zu bestimmen.
Der Einfluß der Temperatur auf das Meßergebnis
kann dann entsprechend bei der Bestimmung der Dicke des Sensors
und damit des Abtrags des Arbeitsbelags berücksichtigt
und kompensiert werden. Dies kann wiederum beispielsweise im Rahmen
einer Berechnung oder anhand einer zuvor erstellen Kennlinie geschehen.
Natürlich kann ein Temperatureinfluß auch in anderer,
dem Fachmann an sich bekannter Weise festgestellt und berücksichtigt
werden. Dabei kann beispielsweise eine kontinuierliche oder periodisch
wiederholte Messung und Auswertung erfolgen.
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Es
wird somit eine auch bei Temperaturschwankungen zuverlässige
Messung des Verschleißes zumindest des Arbeitsbelags ermöglicht.
Dabei ist eine stufenlose („analoge") Bestimmung des Verschleißes
zumindest des Arbeitsbelags während der Bearbeitung mit
der Maschine, also „online", möglich. Ein Stillstand
der Maschine sowie ein Einsatz externer Meßgeräte
sind nicht erforderlich.
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Die
unterschiedlichen Abschnitte des Verschleißsensors können
beispielsweise rechtwinklig von der Ebene der Arbeitsfläche
ausgehen. Sie können einen im Wesentlichen geradlinigen
Verlauf besitzen und beispielsweise jeweils eine rechteckige Form
aufweisen. Dabei können sie sich von der Arbeitsflächenebene
ausgehend parallel zueinander von dem Arbeitsspalt weg erstrecken.
Es ist selbstverständlich auch möglich, daß die
Abschnitte des Sensors nicht rechtwinklig von der Arbeitsfläche
ausgehen. Sie müssen auch keinen geradlinigen Verlauf von
dem Arbeitsspalt weg aufweisen. Es können insbesondere
mehr als zwei, z. B. drei oder mehr Abschnitte mit einer unterschiedlichen
Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstands vorgesehen sein.
Die Auswertung des Temperatureinflußes wird auf diese Weise
verbessert und die Zuverlässigkeit der Messung erhöht.
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Gemäß einer
Ausgestaltung kann eine Meßeinrichtung vorgesehen sein,
mit der der elektrische Widerstand der Sensorabschnitte und/oder
eine mit dem elektrischen Widerstand der Sensorabschnitte korrelierende
Größe meßbar ist. Die mit dem Widerstand
korrelierende Größe kann z. B. ein bei einer bestimmten
an die Sensorabschnitte angelegten elektrischen Spannung fließender
elektrischer Strom sein. Auf diese Weise kann die oben erläuterte
Bestimmung des Abtrags des Sensors und damit des Arbeitsbelags in
besonders einfacher Weise erreicht werden. Dabei kann eine Auswerteeinrichtung
vorgesehen sein, mit der aus den Meßdaten der Meßeinrichtung
eine den Verschleiß zumindest des Arbeitsbelags charakterisierenden
Größe bestimmbar ist. Mit einer solchen Auswerteeinrichtung kann
die eingangs erläuterte elektrische Bestimmung beispielsweise
der Sensordicke als Maß für den Verschleiß des
Arbeitsbelags erfolgen. Insbesondere kann dabei auch ein Einfluß der
Temperatur der Sensorabschnitte in der oben erläuterten
Weise berücksichtigt werden. Sofern der Verschleißsensor
bis in die Arbeitsscheibe ragt, kann mit der Auswerteeinrichtung auch
der Verschleiß dieser Arbeitsscheibe bestimmt werden.
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Bei
der den Verschleiß charakterisierenden Größe
kann es sich insbesondere um den Abtrag des Verschleißsensors
und/oder des Arbeitsbelags und/oder der Arbeitsscheibe handeln.
Alternativ oder zusätzlich kann es sich bei der den Verschleiß charakterisierenden
Größe auch um die verbleibende Dicke des Verschleißsensors
und/oder des Arbeitsbelags und/oder der Arbeitsscheibe handeln.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung kann die Auswerteeinrichtung eine Vergleichseinrichtung zum
Vergleichen der Meßdaten zu den beiden Sensorabschnitten
aufweisen. Anhand des Ergebnisses eines solchen Meßdatenvergleichs
kann mittels der Auswerteeinrichtung die Temperatur des Arbeitsspalts
und/oder der Abschnitte des Verschleißsensors und/oder
des Arbeitsbelags und/oder der Arbeitsscheibe zum Zeitpunkt der
Messung ermittelt werden. Dies kann insbesondere unter Berücksichtigung
der absolut gemessenen Messwerte, beispielsweise elektrischen Widerstände,
erfolgen. Weiterhin kann dann ein Einfluß der Temperatur
des Arbeitsspalts und/oder der Abschnitte des Verschleißsensors
und/oder des Arbeitsbelags und/oder der Arbeitsscheibe bei der Bestimmung
der den Verschleiß charakterisierenden Größe
berücksichtigt werden. Eine Berücksichtigung des
Temperatureinflußes ist aufgrund der unterschiedlichen
Temperaturabhängigkeit des Widerstands der unterschiedlichen
Sensorabschnitte in der oben erläuterten Weise möglich. Die
Auswerteeinrichtung kann eine Kompensationseinrichtung zum Kompensieren
des Temperatureinflußes auf das Meßergebnis aufweisen.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe
dadurch gelöst, daß in dem Verschleißsensor
mindestens zwei elektrische Leitungen verlaufen, deren minimaler
Abstand zu der Ebene der Arbeitsfläche der ersten Arbeitscheibe
unterschiedlich ist. Die elektrischen Leitungen können
dabei einen im Wesentlichen beliebigen Verlauf in dem Verschleißsensor
aufweisen. Sie besitzen jedoch an einer Stelle oder einem Abschnitt oder über
ihre gesamte Länge jeweils mindestens einen minimalen Abstand
zu der Arbeitsflächenebene. Dieser minimale Abstand unterschiedlicher
Leitungen unterscheidet sich dabei zueinander. Die Leitungen liegen
in dem Verschleißsensor also unterschiedlich weit von der
Arbeitsflächenebene entfernt.
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Mit
zunehmendem Abtrag des Arbeitsbelags und damit auch des Verschleißsensors
werden die Leitungen entsprechend ihres jeweiligen minimalen Abstands
nacheinander durchtrennt. Diese Durchtrennung einzelner Leitungen
ist beispielsweise durch eine entsprechende elektrische Durchgangsprüfung
für die Leitungen meßbar. Anhand des Durchgangs
durch die Leitungen kann dann auf die Durchtrennung einer Leitung
geschlossen werden. Daraus ist wiederum der Abtrag bzw. die Dicke
des Verschleißsensors bzw. des Arbeitsbelags bestimmbar.
Es erfolgt also sozusagen eine „digitale Messung", bei
der der Abstand zwischen den durchtrennten Leitungen die Auflösung
der Messung festlegt.
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Eine
Temperaturänderung im Arbeitsspalt wirkt sich dabei nicht
auf das Meßergebnis aus. Anhand der „digitalen
Messung" ist der Wegfall des elektrischen Durchgangs durch eine
der Leitungen meßbar. Anhand dieser sprunghaften Änderung
des elektrischen Durchgangs kann jeweils auf einen entsprechenden
Abtrag geschlossen werden. Dabei kommt es nicht darauf an, wie hoch
die sprunghafte Änderung ist, sondern nur, daß eine
entsprechende sprunghafte Änderung erfolgt ist.
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In
dem Verschleißsensor kann insbesondere eine Mehrzahl von
elektrischen Leitungen vorgesehen sein. Durch eine Mehrzahl von
Leitungen kann ein entsprechendes Leitungsnetz in dem Sensor gebildet
werden. Je mehr Leitungen vorgesehen sind, desto enger können
die Leitungen aneinander gelegt werden, während gleichzeitig
eine im Wesentlichen vollständige Abdeckung des möglicherweise
abgetragenen Sensormaterials erreicht wird. Entsprechend enger liegen
also die Leitungsabschnitte mit den minimalen Abständen
zu der Arbeitsflächenebene zusammen, so daß eine
entsprechend höhere Auflösung der Messung des
Sensorabtrags und damit des Verschleißes erreicht wird.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung können die elektrischen Leitungen
jeweils mindestens einen der Ebene der Arbeitsfläche der
ersten Arbeitsscheibe nächstkommenden Leitungsabschnitt aufweisen,
wobei die der Ebene der Arbeitsfläche der ersten Arbeitsscheibe
nächstkommenden Leitungsabschnitte unterschiedlicher Leitungen
in unterschiedlichen parallel zu der Ebene der Arbeitsfläche der
ersten Arbeitsscheibe liegenden Ebenen verlaufen. Die Leitungen
weisen also „Minimalabschnitte" auf, die parallel zueinander,
nämlich in zu der Arbeitsflächenebene parallelen
Ebenen in dem Sensor verlaufen. Die minimalen Leitungsabschnitte
können dabei über einen wesentlichen Teil des
Querschnitts des Sensors, insbesondere im wesentlichen über den
gesamten Querschnitt verlaufen. Mit dieser Ausgestaltung ist auch
bei einem ungleichmäßigen Abtrag des Sensors der
(stärkste) Verschleiß sicher erkennbar.
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Die
elektrischen Leitungen können in eine gemeinsame elektrische
Leitung münden. Dabei können die Leitungen sowohl
an ihrer Eingangs- als auch an ihrer Ausgangsseite oder nur an einer
dieser Seiten in eine gemeinsame elektrische Leitung münden.
Bei dieser Ausgestaltung muß nur eine elektrische Durchgangsmessung
durchgeführt werden. Es wird also ein Gesamtdurchgang durch
die Leitungen gemessen, der sich bei Durchtrennen einer Leitung jeweils
sprungweise ändert. Aus dieser sprungweisen Änderung
des Durchgangs kann wiederum auf die Durchtrennung einer Leitung
geschlossen werden.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung kann eine Meßeinrichtung vorgesehen
sein, mit der der elektrische Durchgang durch die Leitungen meßbar ist.
So kann mit der Meßeinrichtung beispielsweise eine elektrische
Spannung an die Leitungen anlegbar sein und beispielsweise ein entsprechend
fließender bzw. nicht fließender elektrischer
Strom meßbar sein. Auch ist die Messung des elektrischen
Widerstands der Leitungen oder einer anderen, mit dem elektrischen
Widerstand korrelierenden Größe möglich.
Bei einer Unterbrechung der Leitung wird der elektrische Widerstand
unendlich. Die Durchgangsmessung kann dabei insbesondere periodisch
oder kontinuierlich durchführbar sein.
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Es
kann eine Auswerteeinrichtung vorgesehen sein, mit der aus den Meßdaten
der Meßeinrichtung eine den Verschleiß zumindest
des Arbeitsbelags charakterisierende Größe bestimmbar
ist. Die Auswertung kann beispielsweise durch einen Vergleich mit
einer geeigneten Kennlinie erfolgen. In dieser kann beispielsweise
die Dicke bzw. der Abtrag des Verschleißsensors oder des
Arbeitsbelags über einer den elektrischen Durchgang charakterisierenden
Größe, wie dem elektrischen Strom, aufgetragen sein.
Die Auswertung kann wiederum periodisch oder kontinuierlich erfolgen.
Bei der den Verschleiß charakterisierenden Größe
kann es sich um den Abtrag des Verschleißsensors und/oder
des Arbeitsbelags und/oder der Arbeitsscheibe handeln. Alternativ
oder zusätzlich kann es sich um die verbleibende Dicke des
Verschleißsensors und/oder des Arbeitsbelags und/oder der
Arbeitsscheibe handeln.
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Beide
Aspekte der Erfindung können weiterhin derart ausgestaltet
sein, daß in dem Arbeitsbelag eine Mehrzahl von erfindungsgemäßen
Verschleißsensoren vorgesehen ist. Es können ebenfalls
bei beiden Aspekten der Erfindung mehrere über die Arbeitsfläche
der ersten Arbeitsscheibe verteilt angeordnete Verschleißsensoren
vorgesehen sein. Dabei kann zumindest ein Teil der Sensoren radial über
die Arbeitsfläche der ersten Arbeitsscheibe verteilt angeordnet
sein. Durch eine Verteilung der Sensoren über die Arbeitsfläche
der Arbeitsscheibe ist eine räumliche Auflösung
der Verschleißmessung möglich. So kann insbesondere
bei einer radialen Verteilung der Sensoren die Profilform des Arbeitsbelags
bzw. der Arbeitsscheibe ermittelt werden.
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Die
Bearbeitungsmaschine kann zum Schleifen, Läppen, Polieren
oder dergleichen dienen. Sofern die Bearbeitungsmaschine zwei Arbeitsscheiben mit
entsprechenden Arbeitsbelägen aufweist, also eine Doppelseiten-Bearbeitungsmaschine
ist, können bei beiden Aspekten der Erfindung auch in der zweiten
Arbeitsscheibe bzw. dem zweiten Arbeitsbelag erfindungsgemäße
Sensoren vorgesehen sein. Dabei können sämtliche
für die erste Arbeitsscheibe oben beschriebenen Ausgestaltungen
der Erfindung auch für die in der zweiten Arbeitsscheibe
bzw. dem zweiten Arbeitsbelag vorgesehenen Verschleißsensoren
realisiert sein.
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Selbstverständlich
können beide Aspekte der Erfindung auch miteinander kombiniert
werden. Es können also die erfindungsgemäßen
elektrischen Leitungen in den erfindungsgemäßen
unterschiedlichen Abschnitten des Verschleißsensors vorgesehen sein.
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Gemäß beiden
Aspekten der Erfindung und ihren sämtlichen Ausgestaltungen
können die Meßeinrichtung und/oder die Auswerteinrichtung
in die Arbeitsscheibe oder einen die Arbeitsscheibe tragenden Träger
integriert sein. Ein solcher Träger kann beispielsweise
eine Trägerscheibe sein. Der Vorteil einer solchen Anordnung
liegt darin, daß eine On-Board-Messung und/oder -Auswertung
in der Arbeitsscheibe bzw. in ihrem Träger möglich
ist. Die ermittelten Daten können darin berührungslos
(über Funk oder mittels RFID-Chips etc.) oder berührungsbehaftet
(z. B. über durch eine Antriebswelle der Arbeitsscheibe
geführte elektrische Leitungen) an außerhalb des
Trägers bzw. der Arbeitsscheibe angeordnete Einrichtungen
gesendet werden.
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Mit
der Erfindung sind ohne die Notwendigkeit eines Maschinenstillstands
und mit internen Meßgeräten Verschleißmessungen
zumindest des Arbeitsbelags möglich. Diese Messungen besitzen auch
bei Temperaturschwankungen im Arbeitsspalt eine hohe Zuverlässigkeit.
Aufgrund der Ergebnisse der Verschleißmessungen können
rechtzeitige Warnungen für den Maschinenbediener generiert
werden. Auch können Prozeßparameter automatisch
an den aktuellen Verschleißzustand des Arbeitsbelags bzw.
der Arbeitsscheibe durch die Maschinensteuerung erfolgen. Die Qualität
des bearbeiteten Werkstücks wird auf diese Weise verbessert.
Es besteht die Möglichkeit zur automatischen Anpassung
von Be- und Entladeautomationen an die jeweils bestimmte Dicke des
Arbeitsbelags bzw. der Arbeitsscheibe. Die erforderliche Standzeit
der Bearbeitungsmaschine kann durch eine Optimierung des Schleifscheibenverschleißes
verringert werden.
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Die
Meßeinrichtung und die Auswerteeinrichtung können
insbesondere als gemeinsame Meß- und Auswerteinrichtung
ausgebildet sein.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand
einer Zeichnung erläutert. Es zeigen schematisch:
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1 einen
Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine
in einem Querschnitt,
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2 den
Aufbau eines Verschleißsensors gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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3 den
Aufbau eines Verschleißsensors gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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4 den
Aufbau eines Verschleißsensors gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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In
den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen Gegenstände.
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In 1 ist
ein Querschnitt einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine
zum Bearbeiten eines Werkstücks 5, in dem dargestellten
Beispiel einer Halbleiterscheibe 5 (Wafer) dargestellt.
Die Bearbeitungsmaschine weist eine erste obere, mittels einer nicht
näher dargestellten Antriebseinrichtung rotierend antreibbare
Arbeitsscheibe 1 auf. Auf der Arbeitsscheibe 1 ist
ein ringförmiger Arbeitsbelag 2, im dargestellten
Beispiel ein Schleifbelag 2, vorgesehen. Die Dicke des
Schleifbelags 2 ist mit d bezeichnet. Der Schleifbelag 2 bildet
eine ringförmige Arbeitsfläche 3 der
Arbeitsscheibe 1. Bei der Bearbeitungsmaschine handelt
es sich in dem dargestellten Beispiel um eine Doppelseiten-Bearbeitungsmaschine.
Entsprechend ist eine im Wesentlichen analog zu der oberen Arbeitsscheibe 1 ausgebildete
untere Arbeitsscheibe mit einem entsprechenden Schleifbelag und
einer entsprechenden durch den Schleifbelag gebildeten Arbeitsfläche
vorgesehen, die in dem dargestellten Beispiel der Einfachheit halber
nicht dargestellt ist. Derartige Bearbeitungsmaschinen sind dem Fachmann
an sich bekannt.
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Zwischen
den Arbeitsflächen der Arbeitsscheiben ist ein Arbeitsspalt 4 gebildet.
Mittels einer nicht näher dargestellten, dem Fachmann ebenfalls an
sich bekannten Läuferscheibe ist ein zu bearbeitender Wafer 5 in
den Arbeitsspalt 4 eingebracht. Der Wafer 5 wird
mittels der Läuferscheibe auf einer zykloidischen Bahnkurve
in dem Arbeitsspalt 4 zwischen den Arbeitsflächen
der Bearbeitungsmaschine bewegt. Dabei werden die mit den Arbeitsscheiben ebenfalls
rotierend angetriebenen Schleifbeläge mit ihren Arbeitsflächen
auf das Werkstück 5 gedrückt. Es kommt
zu einem Schleifvorgang des Werkstücks 5.
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In
dem dargestellten Beispiel sind in dem Arbeitsbelag 2 der
oberen Arbeitsscheibe 1 jeweils mittig Verschleißsensoren 6 angeordnet.
Die Verschleißsensoren 6 schließen bündig
mit der gestrichelt dargestellten Ebene E der Arbeitsfläche 3 der oberen
Arbeitsscheibe 1 ab. Bei einem im Zuge des Schleifvorgangs
erfolgenden Abtrag des Schleifbelags 2 wird der Verschleißsensor 6 also
ebenfalls abgetragen. In dem Arbeitsbelag der unteren Arbeitsscheibe
können entsprechende Verschleißsensoren (nicht
dargestellt) vorgesehen sein.
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Die
erfindungsgemäßen Verschleißsensoren 6 können
in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein. Ein erstes Ausführungsbeispiel
zeigt 2. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel
weist der Verschleißsensor 6 drei von der Ebene
E der Arbeitsfläche 3 der ersten Arbeitsscheibe 1 in
einem rechten Winkel ausgehende und sich von dem Arbeitsspalt 4 weg
erstreckende Sensorabschnitte 7, 8, 9 auf.
Die Abschnitte 7, 8, 9 weisen jeweils
eine rechteckige Form auf und verlaufen parallel und benachbart
zueinander. Die Sensorabschnitte 7, 8, 9 besitzen
weiterhin jeweils einen elektrischen Widerstand, wobei die Widerstände
der Abschnitte 7, 8, 9 eine unterschiedliche
Temperaturabhängigkeit aufweisen.
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In 2 ist
weiterhin eine integrierte Meß- und Auswerteeinrichtung 10 dargestellt,
die über Verbindungsleitungen 11 mit den Abschnitten 7, 8, 9 des Sensors 6 jeweils
verbunden ist. Mit der Meß- und Auswerteeinrichtung 10 ist
der elektrische Widerstand der Sensorabschnitte 7, 8, 9 meßbar.
Die dazu an die Sensorabschnitte 7, 8, 9 jeweils
angebrachten elektrischen Kontakte sind in der Figur aus Gründen der Übersichtlichkeit
nicht dargestellt. Derartige Kontakte sind dem Fachmann an sich
bekannt. Im Betrieb der Maschine und damit bei einem Abtrag des Schleifbelags 2 werden
die Sensorabschnitte 7, 8, 9 gleichmäßig
mit abgetragen. Mittels der Meß- und Auswerteeinrichtung 10 werden
die elektrischen Widerstände der Abschnitte 7, 8, 9 während
des Betriebs der Maschine und damit bei zunehmendem Abtrag des Sensors 6 periodisch
wiederholt gemessen. Die Meß- und Auswerteeinrichtung 10 weist
eine integrierte Vergleichseinrichtung zum Vergleichen der zu den
Sensorabschnitten 7, 8, 9 jeweils gemessenen
Widerstände auf. Aus den Widerständen ist mittels
der Auswerteeinrichtung 10 als Maß für
den Verschleiß des Arbeitsbelags 2 die verbleibende
Dicke des Verschleißsensors 6 bestimmbar. Dabei
werden insbesondere die für die einzelnen Abschnitte 7, 8, 9 gemessenen
elektrischen Widerstände unter Berücksichtigung
der jeweils absolut gemessenen Widerstände miteinander
verglichen. Daraus kann mittels der Auswerteeinrichtung durch eine
Berechnung auf die bei der Messung vorliegende Temperatur der Sensorabschnitte
geschlossen werden und ein entsprechender Einfluß der Temperatur
auf die Widerstandsmessung ermittelt werden. Eine in die Meß- und
Auswerteeinrichtung 10 integrierte Kompensationseinrichtung
korrigiert das Meßergebnis entsprechend.
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In 3 ist
schematisch ein Aufbau eines erfindungsgemäßen
Verschleißsensors 6 gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel dargestellt. In dem Verschleißsensor 6 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel verläuft eine Mehrzahl von
elektrischen Leitungen 12. Jede der elektrischen Leitungen 12 weist
jeweils einen der Ebene E der Arbeitsfläche 3 der
ersten Arbeitsscheibe 1 nächstkommenden horizontalen
Leitungsabschnitt 13 auf. Diese Abschnitte 13 der
unterschiedlichen Leitungen 12 verlaufen dabei in unterschiedlichen
parallel zu der Ebene E der Arbeitsfläche der ersten Arbeitsscheibe 1 liegenden Ebenen.
Jede der Leitungen 12 weist jeweils einen minimalen Abstand
a1, a2, a3 usw. zu der Ebene E der Arbeitsfläche 3 der
oberen Arbeitsscheibe 1 auf. Der minimale Abstand der untersten
Leitung 13 in 3 zu der Ebene E ist dabei 0.
Weiterhin ist eine kombinierte Meß- und Auswerteeinrichtung 14 dargestellt. Diese
ist mit den elektrischen Leitungen 12 verbunden. Mittels
der Meß- und Auswerteeinrichtung 14 kann eine
elektrische Spannung an die Leitungen 12 angelegt und ein
entsprechend durch die Leitungen 12 fließender
elektrischer Strom gemessen werden.
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Im
Betrieb der Bearbeitungsmaschine erfolgt ein Abtrag des Arbeitsbelags 3.
Die Ebene E der Arbeitsfläche 3 verschiebt sich
entsprechend in den Figuren nach oben. Somit werden nacheinander
die in 3 dargestellten Leitungen 12 durchtrennt,
wobei die Leitung 12 mit dem geringsten minimalen Abstand
zu der Ebene E als erstes durchtrennt wird. Bei einer Durchtrennung
der elektrischen Leitung 12 wird von der Meß-
und Auswerteeinrichtung 14 festgestellt, daß durch
diese elektrische Leitung 12 kein elektrischer Durchgang
mehr erfolgt. Daraus wird auf einen entsprechenden Abtrag des Verschleißsensors 6 über
diese Leitung 12 hinaus, jedoch noch nicht bis zu der benachbarten
Leitung 12 geschlossen. Entsprechend kann auf einen Abtrag
der Arbeitsfläche 3 der Arbeitsscheibe 1 geschlossen
werden.
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In 4 ist
der Aufbau eines erfindungsgemäßen Sensors 6 gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach 3 lediglich
darin, daß die elektrischen Leitungen 12 auf ihrer
Ausgangsseite in eine gemeinsame elektrische Leitung 15 münden.
Diese elektrische Leitung 15 ist wiederum mit der Meß-
und Auswerteeinrichtung 14 verbunden. Bei dieser Ausgestaltung
wird also eine gemeinsame Strommessung für die Leitungen 12 durchgeführt.
Bei einem Abtrag einer der Leitungen 12 wird bei der Durchgangsmessung
des elektrischen Stroms durch die elektrischen Leitungen 12 entsprechend
ein sprunghafter Abfall des Durchgangsstroms festgestellt, der dem
Wegfall einer der elektrischen Leitungen 12 entspricht.
Daraus kann wiederum auf den Abtrag des Verschleißsensors 6 und
damit des Arbeitsbelags 3 geschlossen werden.
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Bei
allen Ausführungsbeispielen können mehrere über
die Arbeitsflächen der Arbeitsscheiben verteilt angeordnete
Verschleißsensoren 6 vorgesehen sein. Dabei kann
zumindest ein Teil der Sensoren 6 radial über
die Arbeitsflächen der Arbeitsscheiben angeordnet sein.
Auf diese Weise ist eine räumliche Verschleißmessung
und insbesondere eine Bestimmung des Profils der Arbeitsbeläge
der Arbeitsscheiben möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10344602
A1 [0005]
- - DE 102004040429 A1 [0005]