DE69104639T2 - Gerät zum Positionieren und Richten/Schleifen/Handhaben von Einkristall-Barren. - Google Patents

Gerät zum Positionieren und Richten/Schleifen/Handhaben von Einkristall-Barren.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Oberflächenschleifvorrichtung für Einkristall-Rohlinge entsprechend dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Eine solche Vorrichtung wird dazu verwendet, die Stellung eines Einkristall-Rohlings so anzupassen, daß das Schleif-Rotationszentrum des Einkristall-Rohlings mit dem Zentrum des Klemm-Rotationsschaftes einer Oberflächenschleifvorrichtung zusammenfällt, die die Oberfläche des Einkristall-Rohlings schleift, um eine zylindrische Form durch die Oberflächen-Schleifvorrichtung zu bilden, und den Einkristall-Rohling nach dem Schleifen abzutransportieren.
  • Einkristall-Rohlinge, die durch ein CZ-Verfahren oder ein FZ-Verfahren hergestellt werden, werden durch folgende Prozesse jeweils in die Form eines Zylinders gebracht.
  • (1) Die zwei konischen Endabschnitte des Einkristall-Rohlings werden in einer Richtung senkrecht zu seiner Achse abgeschnitten, so daß der Einkristall-Rohling in eine im wesentlichen zylindrische Gestalt geformt wird.
  • (2) Der auf einem Träger plazierte Einkristall-Rohling wird manuell transportiert, bevor eine Bedienungsperson ihn hält, um ihn auf die Rotationsklemmschäfte einer Rotationsvorrichtung aufzusetzen. Während der Einkristall-Rohling manuell in Rotation versetzt wird, wird die Größe der Abweichung des Rotationszentrums des Einkristall-Rohling vom Rotationszentrum der Rotationsklemmschäfte nach Gutdünken in Abhängigkeit der Wahrnehmung einer Bedienungsperson zu dem Zweck bestimmt, den Durchmesser des geschliffenen Einkristall-Rohlings maximal zu machen. Die Bedienungsperson schlägt mit einem Hammer auf die Oberfläche des Einkristalls, um so die obengenannte Abweichung zu korrigieren.
  • (3) In diesen Zustand werden die Rotationsklemmschäfte mit großer Kraft gegen die Endflächen des Einkristall-Rohling gedrückt. Nachfolgend wird der Einkristall-Rohling in Rotation versetzt und ein Schleifstein wird mittels einer Schleifstein-Vorschubeinrichtung verschoben, während er die Oberfläche des Einkristall-Rohlings beaufschlagt. Als Resultat davon wird die Seite des Einkristall-Rohlings in eine zylindrische Gestalt geschliffen.
  • Bisher war die Arbeitseffizienz ungenügend, da der Verfahrensschritt (2) durch eine Bedienungsperson durchgeführt worden ist.
  • Um den oben beschriebenen Prozeß zu automatisieren, kann es als machbar in Erwägung gezogen werden, eine Vorrichtung einzusetzen, die in einer solchen Weise angeordnet ist, daß ein Roboter zum Beladen/Entladen des Einkristall-Rohlings für jede der Einkristall-Rohling-Schleifvorrichtungen und eine Einkristall-Rohling-Transportvorrichtung entlang der oben beschriebenen Roboter vorgesehen sind.
  • Es taucht dabei jedoch ein Problem darin auf, daß die Größe der Vorrichtung zu groß wird, was dazu führt, daß die Kosten für die Ausrüstung ebenfalls übermäßig erhöht werden. Weiterhin wird der benötigte Raum zu groß.
  • Weiterhin wurden die beiden oben beschriebenen Zentren nicht akurat in Überdeckung miteinander gebracht, da die oben beschriebene Größe der Abweichung durch die Wahrnehmung der Bedienungsperson ermittelt worden ist. Daher wurde eine übermäßig große Menge der Oberflächenlage des Einkristall-Rohlings in ungewünschter Weise abgeschliffen, was einen großen wirtschaftlichen Verlust mit sich bringt.
  • Um den oben beschriebenen Prozeß zu automatisieren und genauso die zwei Zentren akurat miteinander in Überdeckung zu bringen, ist es notwendig, eine Einkristall-Rohlung-Positionseinstell-Vorrichtung zu verwenden, die ein Paar von Greifern zum Halten des Einkristall-Rohlings aufweist, wobei die Einkristall-Rohling-Positionseinstell-Vorrichtung in der Lage ist, die Position jedes der Greifer einzustellen. Die Einkristall-Rohling-Positionseinstell-Vorrichtung kann weiterhin zwei X-Y-Bühnen zum unabhängigen Bewegen der Greifer in einer vertikalen Ebene umfassen. In diesem Falle tritt jedoch ein weiteres Problem darin auf, daß die Breite der Einkristall-Rohling-Positionseinstell-Vorrichtung nicht befriedigend reduziert werden kann. Noch schlechter ist, daß das Schleifrotationszentrum des Einkristall-Rohlings nicht akurat mit der Rotationszentrallinie des Rotationsklemmschaftes in Überdeckung gebracht werden kann. Das bedeutet, daß zwei Betriebsschritte durchgeführt werden müssen, um die Schleifrotationsachse parallel zur Rotationsachse des Rotationsklemmschaftes zu machen. Weiterhin müssen zwei Betriebsschritte durchgeführt werden, um die beiden oben beschriebenen Achsen miteinander in Überdeckung zu bringen. Wenn jedoch die Motoren für die jeweilige Betätigung der beiden Greifer gleichzeitig in Rotation versetzt werden, können die beiden Achsen wegen des Unterschieds zwischen den Anhaltegenauigkeiten der beiden Motoren und der mechanischen Maßabweichungen zwischen den beiden Greifern nicht akurat in Überdeckung gebracht werden. Falls daher die beiden Greifer einzeln betätigt werden, werden übermäßig hohe Kräfte erzeugt, die den Einkristall-Rohling unerwünschterweise deformieren.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Angesichts dieser Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Oberflächenschleifvorrichtung für Einkristall-Rohlinge zu schaffen, wobei die Rotationsvorrichtung für die Einkristall-Rohlinge in der Lage ist, das Schleifrotationszentrum akurat mit der Rotationsachse des Rotationsklemmschaftes einer Rotationsvorrichtung für Einkristall-Rohlinge in Überdeckung zu bringen.
  • Um die oben beschriebene Aufgabe zu erfüllen, sieht die vorliegende Erfindung eine Oberflächenschleifvorrichtung für Einkristall-Rohlinge entsprechend Anspruch 1 vor.
  • Gemäß der so gebildeten Konstruktion können die Endflächen des Einkristall-Rohlings aus einer Richtung beobachtet werden, die im wesentlichen rechtwinkling zu den Oberflächen ist. Daher kann das Schleifrotationszentrum akurat mit der Rotationsachse der Rotationsklemmschäfte der Rotationsvorrichtungs für die Einkristall-Rohlinge in Übereinstimmung gebracht werden.
  • Weiterhin kann die oben beschriebene Operation zum In-Deckung-bringen der beiden Achsen automatisiert werden.
  • Die oben beschriebenen Endoskope sind Bohrungssonden die Lichtleiter aufweisen, wobei Lichtquellen an den Basisabschnitten der Lichtleiter befestigt sind und das von den Lichtquellen emittierte Licht von den Frontabschnitten der Bohrungssonden abgestrahlt wird, um so die Endflächen des Einkristall-Rohlings zu beleuchten.
  • Entsprechend der oben beschriebenen Konstruktion kann das Schleifrotationszentrum klar beobachtet werden, sogar wenn die Rotationsklemmschäfte und die Endflächen des Einkristall-Rohlings einander angenähert werden. Daher kann die Genauigkeit der oben beschriebenen Überdeckung die zwischen den beiden Achsen geschaffen wird, weiterhin verbessert werden.
  • Die oben beschriebene Bohrungssonde wird in die oben beschriebene Durchgangsöffnung eingesetzt, während sie z.B. eine Lagerstelle aufweist, die um deren Außenfläche herum angebracht ist.
  • Entsprechend der so gebildeten Konstruktion kann die optische Achse der Bohrungssonde und die Rotationsachse des Rotationsklemmschaftes als Resultat des oben beschriebenen Einsetzens der Bohrungssonde in Überdeckung gebracht werden. Daher kann die Position des oben beschriebenen Schleif-Rotation-Zentrums bezüglich der Rotationachse des Rotationsklemmschaftes leicht detektiert werden. Weiterhin kann die Position, in der die Bohrungssonde befestigt werden muß, extrem einfach eingestellt werden. Falls der Rotationsklemmschaft mechanisch vibriert oder seine Position unerwünschterweise verschoben wird, kann die optische Achse der Bohrungssonde und die Rotationachse des Rotationsklemmschaftes immer miteinander in Überdeckung gebracht werden. Daher kann eine genaue Überdeckung der beiden Zentrallinien für eine befriedigend lange Zeit aufrechterhalten werden.
  • Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung vollständiger deutlich.
    • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Fig. 1 bis 13 zeigen jeweils eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei
  • Fig. 1 eine perspektivische Ansicht ist, die die schematische Struktur einer Oberflächenschleifvorrichtung für Einkristall-Rohlinge zeigt;
  • Fig. 2 ein allgemeines Flußdigramm ist, daß die Betriebsweise zeigt, wie sie durch eine Förder/Positionseinstell-Vorrichtung 20A für Einkristall-Rohlinge durchgeführt wird;
  • Fig. 3 ein detailliertes Flußdiagramm betreffend den in Fig. 2 gezeigten Schritt 114 ist;
  • Fig. 4A bis 4E jeweils die Betriebsweise der Förder/Positionseinstell-Vorrichtung 20A entsprechend Fig. 3 zeigen;
  • Fig. 5 eine perspektivische Ansicht ist, die eine Oberflächenschleifvorrichtung 221A für Einkristall-Rohlinge zeigt;
  • Fig. 6 eine teilweise Frontansicht ist, die detailliert den Abschnitt um die in Fig. 5 gezeigte Schenkelplatte 54A darstellt;
  • Fig. 7 ein teilweiser Vertikalschnitt, der im Detail den Abschnitt um die in Fig. 5 gezeigte Schenkelplatte 54B zeigt;
  • Fig. 8 eine schematische Ansicht ist, die einen Abschnitt zum Ausrichten einer zentralen Schleifposition der Oberflächenschleifvorrichtung für Einkristall-Rohlinge zeigt;
  • Fig. 9 eine Frontansicht ist, die eine X-Y-Theta-Phi-Bühne zeigt;
  • Fig. 10 ein vergrößerter Querschnitt entlang der Linie A-A von Fig 9 ist;
  • Fig. 11 eine Richtung zeigt, in der ein Einkristall-Rohling 10 durch die X-Y-Theta-Phi-Bühne 24 bewegt wird.
  • Fig. 12 ein Flußdiagramm ist, daß den Prozeß des Ausrichtens der zentralen Schleifposition zeigt, wie er von einem Regler 92 durchgeführt wird,
  • Fig. 13 die Positionen von Abbildungen NA und NB der zentralen Schleifpunkte auf den Monitor-Bildebenen A und B entsprechend Fig. 12 zeigt.
    • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • Fig. 1 zeigt eine Oberflächenschleifvorrichtung für Einkristall-Rohlinge.
  • Jeder der zu bearbeitenden Einkristall-Rohlinge 10 liegt im wesentlichen in Zylindergestalt vor, da dessen zwei Endabschnitte axial abgeschnitten sind. Der so gebildete Einkristall-Rohling 10 wird mittels eines Förderroboters (aus der Darstellung weggelassen) in einen Rotations-Zentrum- Markierer 12 geladen. Der Rotations-Zentrum-Markierer 12 detektiert die Außenform des Einkristall-Rohlings 10 durch Messung einer Vielzahl von Positionen der Oberfläche des Einkristall-Rohlings 10. Als Resultat berechnet der Rotations-Zentrum-Markierer 12 die zentrale Rotationsachse des zu schleifenden Einkristall-Rohlings 10, welche zentrale Achse es ermöglicht, daß der Einkristall-Rohling 10 in Form einer Zylindergestalt des Maximaldurchmesser vorliegt. Dann werden die zentralen Schleifpunkte MA und MB (aus der Darstellung weggelassen) an den Schnittpunkten zwischen der oben beschriebenen Zentralachse und den beiden Endflächen des Einkristall-Rohlings 10 markiert. Die Einkristall-Rohlinge 10 werden durch den oben beschriebenen Förderroboter auf Trägerrahmen 142 (siehe Fig. 4A) plaziert, die auf der Oberfläche eines Förderbandes 141 eines Förderers 14 in vorbestimmten Abständen befestigt sind.
  • Laufschienen 16A und 16B mit der gleichen Gestalt sind an der Decke der Fabrik in einer solchen Weise angeordnet, daß sie parallel zueinander in einer Richtung rechtwinklig zum Förderer 14 verlaufen. Die Laufschienen 16A und 16B weisen jeweils Einkristall-Rohling-Förder/Positionseinstell-Vorrichtungen 20A und 20B auf, die so befestigt sind, daß sie in der Lage sind, sich entlang der Laufschienen 16A und 16B zu bewegen.
  • Andererseits sind Einkristall-Rohling-Oberflächenschleifvorrichtungen 221A bis 225A und 221B und 225B der gleichen Konstruktion in gleichen Abständen auf dem Boden der Fabrik in Reihe entlang der Laufschienen 16A und 16B angeordnet.
  • Die Einkristall-Rohling-Förder/Positionseinstell-Vorrichtung 20A und die Einkristall-Rohling-Oberflächenschleifvorrichtungen 221A bis 225A sind in der Lage, miteinander über ein Kommunikationskabel 18A zu kommunizieren. In ähniiche Weise sind die Einkristall-Rohling-Förder/Positionseinstell-Vorrichtungen 20B und die Einkristall-Rohling-Oberflächenschleifvorrichtungen 221B bis 225B in der Lage, miteinander über ein Kommunikationskabel 18B zu kommunizieren. Das Kommunikationskabel 18A und die Einkristall-Rohling-Förder/Positionseinstell-Vorrichtung 20A sind miteinander in kontaktloser Weise magnetisch verbunden. Ahnlich sind das Kommunikationskabel 18B und die Einkristall-Rohling-Förder/Positionseinstell-Vorrichtung 20B miteinander in kontaktloser Weise magnetisch verbunden.
  • Da die Betriebsweise der Einkristall-Rohling-Förder/Positionseinstell-Vorrichtung 20A und die der Einkristall-Rohling-Förder/Positionseinstell-Vorrichtung 20B die gleiche ist, wird die Beschreibung hinsichtlich der Einkristall-Rohling-Förder/Positionseinstell-Vorrichtung 20A gegeben.
  • Die Einkristall-Rohling-Förder/Positionseinstell-Vorrichtung 20A fördert die auf dem Förderer 14 plazierten Einkristall-Rohlinge 10, um sie den Einkristall-Rohling-Oberflächenschleifvorrichtungen 221A bis 225A zuzuführen. Weiterhin plaziert die Einkristall-Rohling-Förder/Positionseinstell-Vorrichtung 20A die Einkristall-Rohlinge 11, die durch die Einkristall-Rohling- Oberflächenschleifvorrichtungen 221A bis 225A in eine zylindrische Form geschliffen worden sind, auf dem Förderer 22, der parallel zu dem Förderer 14 angeordnet ist.
  • Fig. 2 zeigt eine Sequenz des Förderbetriebs, der durch die Einkristall- Rohling-Förder/Positionseinstell-Vorrichtung 20A durchgeführt wird.
  • (100) Zuerst haben die Einkristall-Rohling-Oberflächenschleifvorrichtungen 221A bis 225A kein Objekt zum Schleifen. Daher fördert die Einkristall- Rohling-Förder/Positionseinstell-Vorrichtung 20A die auf dem Förderer 14 plazierten Einkristall-Rohlinge 10, um sie den oben beschriebenen Einkristall-Rohling-Oberflächenschleifvorrichtungen 221A bis 225A zuzuführen.
  • (102) Wenn einer der Einkristall-Rohling-Oberflächenschleifvorrichtungen 22iA (i = 1 bis 5) die Schleifarbeit vollendet hat und ein Signal aussendet, das die Vollendung der Schleifarbeit anzeigt, empfängt die Einkristall-Rohling-Förder/Positionseinstell-Vorrichtung 20A das oben genannte Signal. Dann der Verfahrensablauf mit dem nächsten Schritt 104 fort.
  • (104) Die Einkristall-Rohling-Förder/Positionseinstell-Vorrichtung 20A wird in eine Position oberhalb der Einkristall-Rohling-Oberflächenschleifvorrichtung 22iA bewegt, die das Signal ausgesendet hat, daß die Vollendung der Schleifarbeit anzeigt hat.
  • (106) Daraufhin hält die Einkristall-Rohling-Förder/Positionseinstell-Vorrichtung 20A den zylindrischen Einkristall-Rohling 11, der von der Einkristall-Rohling-Oberflächenschleifvorrichtung 22iA gehalten worden ist, so daß der zylindrische Einkristall-Rohling 11 von der Einkristall-Rohling-Oberflächenschleifvorrichtung 22iA ausgesandt wird.
  • (108) Die Einkristall-Rohling-Förder/Positionseinstell-Vorrichtung 20A wird zu dem Förderer 23 in einem Zustand bewegt, wie er in Fig. 1 gezeigt ist.
  • (110) Die Einkristall-Rohling-Förder/Positionseinstell-Vorrichtung 20A plaziert den zylindrischen Einkristall-Rohling 11, der von ihr gehalten worden ist, auf dem Förderer 23.
  • (112) Die Einkristall-Rohling-Förder/Positionseinstell-Vorrichtung 20A wird anschließend in eine Position oberhalb des Förderers 14 bewegt.
  • (114) Die Einkristall-Rohling-Förder/Positionseinstell-Vorrichtung 20A hält und hebt den auf dem Förderer 14 liegenden Einkristall-Rohling 10 an.
  • (116) Die Einkristall-Rohling-Förder/Positionseinstell-Vorrichtung 20A wird in eine Position oberhalb der Einkristall-Rohling-Oberflächenschleifvorrichtung 22iA bewegt, die das Signal ausgesandt hat, daß die Vollendung der Schleifarbeit anzeigt.
  • (118) Die Einkristall-Rohling-Förder/Positionseinstell-Vorrichtung 20A bewegt den Einkristall-Rohling 10 nach unten, um ihn so der Einkristall- Rohling-Oberflächenschleifvorrichtung 22iA zuzuführen.
  • Als Resultat hält die Einkristall-Rohling-Oberflächenschleifvorrichtung 22iA den Einkristall-Rohling 10 so, daß die Oberfläche des Einkristall-Rohlings 10 so geschliffen wird, daß eine zylindrische Gestalt gebildet wird.
  • Anschließend wird der schematische Aufbau der Einkristall-Rohling-Förder/Positionseinstell-Vorrichtung 20A im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 4A beschrieben. Die Einkristall-Rohling-Förder/Positionseinstell-Vorrichtung 20A umfaßt die folgenden Elemente 201 bis 206.
  • Ein verfahrbarer Abschnitt 201 ist an der Laufschiene 16A in einer solchen Weise befestigt, daß er in der Langsrichtung der Laufschiene 16A durch einen Motor M1 bewegt werden kann. Der verfahrbare Abschnitt 201 bewegt weiterhin mittels eines Motors M2 einen vertikalen Arm 203 nach oben/nach unten, der einen unteren Endabschnitt aufweist, an dem der obere Endabschnitt eines Positionseinstellteils 202 befestigt ist. Der vertikale Arm 203 und der verfahrbare Abschnitt 201 sind miteinander beispielsweise mittels eines Zahnstangentriebes verbunden.
  • Das Positionseinstellteil 202 weist zwei Gelenke 204 auf, die an dessen unterem Endabschnitt in solch einer Weise befestigt sind, daß die beiden Gelenke parallel zueinander in der Vertikalrichtung des Zeichnungsblattes (siehe Fig. 1) angeordnet sind. Die Gelenke 204 weisen jeweils Greifer 205 und 206 mit dem gleichen Aufbau auf, wobei die Greifer 205 und 206 jeweils vertikal in einander entgegengesetzte Richtungen um die selbe Entfernung durch entsprechende Motoren M3 betätigt werden, die für die Gelenke 204 vorgesehen sind. Zum Beispiel wird eine Spindel, die in ihrem oberen Abschnitt ein rechtsgängiges Gewinde und in ihrem unteren Abschnitt ein linksgängiges Gewinde aufweist, durch den Momentenmotor M3 in Drehbewegung versetzt, so daß die Greifer 205 und 206 jeweils über Muttern vertikal bewegt werden, die jeweils von dem oberen und unteren Abschnitt der Spindel aufgenommen werden. Der Grund, warum die Momentenmotoren M3 für die entsprechenden Gelenke 204 vorgesehen sind, liegt darin, daß der Einkristall-Rohling 10 abhängig von seinen jeweiligen Abschnitten unterschiedliche Durchmesser aufweist.
  • Das Positionseinstellteil 202 weist vier Motoren auf, die zu dem Zweck angeordnet sind, eine X-Y-Theta-Phi-Bühne 24 (siehe Fig. 9) zu betätigen, die später beschrieben wird.
  • Anschließend wird der oben angegebene Schritt 114 nun im Detail unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4A bis 4G beschrieben.
  • Zuerst wird die Einkristall-Rohling-Förder/Positionseinstell-Vorrichtung 20A wie in Fig. 4A gezeigt, in einer solchen Weise positioniert, daß ihr Positionseinstellteil 202 nahe dem verfahrbaren Abschnitt 201 angeordnet ist (d.h. in der obersten Position). Weiterhin sind die beiden Greifer 205 und 206 am weitesten voneinander positioniert.
  • (200) In diesem Zustand bewegt der verfahrbare Abschnitt 201 das Positionseinstellteil 202 auf das Niveau, auf dem der auf dem Förderer 14 liegende Einkristall-Rohling 10 angeordnet ist, bevor das Positionseinstellteil 202 schließlich angehalten wird, wie dies in Fig. 4B gezeigt ist.
  • (202) Das Förderband 141 wird einen Schritt vorwärts bewegt (um den Abstand zwischen den auf dem Förderer 14 liegenden Einkristall-Rohlingen 10). Als Resultat davon wird der Einkristall-Rohling 10 zwischen den Greifern 205 und 206 positioniert, wie dies in Fig. 4C gezeigt ist.
  • (204) Der Momentenmotor M3 des Gelenks 204 wird eingeschaltet, um so die Greifer 205 und 206 in einer Richtung zu bewegen, in der sie sich einander nähern, wodurch ein Zustand, wie er in Fig. 4D gezeigt ist, realisiert wird. Die Rotation des Momentenmotors M3 wird aufrechterhalten, wie sie ist.
  • (206) Der verfahrbare Abschnitt 201 bewegt das Positionseinstellteil 202 in seine oberste Position nach oben, bevor es in einen Zustand angehalten wird, wie er in Fig. 4E gezeigt ist.
  • Wie oben beschrieben werden die Betätigungsschritte gemäß Verfahrensschritt 214, wie in Fig. 2 gezeigt, durchgeführt.
  • Die Betätigungsschritte in Veriahrensschritt 110, wie er in Fig. 2 gezeigt ist, werden umgekehrt in eine Richtung von Schritt 206 bis Schritt 200, wie in Fig. 3 gezeigt, durchgeführt.
  • Anschließend wird die Einkristall-Rohling-Oberflächenschleifvorrichtung 221A, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, nun unter Bezugnahme auf die Fig. 5 bis 7 beschrieben.
  • Der mechanische Aufbau der Einkristall-Rohhng-Oberflächenschleifvorrichtung 221A wird durch eine Eirikristall-Rohling-Drehvorrichtung 46 und eine Schleifsteinantriebsvorrichtung 48 gebildet. Die Schleifsteinantriebsvorrichtung 48 bewegt ihren Schleifstein 49 in allen Richtungen bezüglich des Einkristall-Rohlings 10, der in Drehbewegung versetzt wird, während er durch die Einkristall-Rohling-Drehvorrichtung 46 gehalten wird. Da die Schleifsteinantriebsvorrichtung 48 in einer bekannten Weise aufgebaut ist, wird eine diesbezügliche Beschreibung hier weggelassen. Dann wird die Einkristall-Rohling-Drehvorrichtung 46 nun beschrieben.
  • Eine Grundplatte 52, die an einem Grundrahmen 50 befestigt ist, weist eine Schenkelplatte 54A und zwei parallele Schienen 56 auf, die jeweils daran befestigt sind. Ein Schlitten 58 wird von den zwei Schienen 56 in einer solchen Weise aufgenommen, daß sich der Schlitten auf den Schienen 56 in einer Richtung bewegen kann, die rechtwinklig zu der Schenkelplatte 54A verläuft. Eine der Schenkelplatte 54A gegenüberstehende Schenkelplatte 54B ist auf der Oberfläche des Schlittens 58 befestigt. Ein Hydraulikzylinder 60 ist an der Oberfläche der Schenkelplatte 54B in einer solchen Weise befestigt, daß eine Kolbenstange 62 des Hydraulikzylinders 60 parallel zu den Schienen 56 steht. Der Frontabschnitt der Kolbenstange 62 ist an einem Anschlag 64 befestigt. Weiterhin ist ein Schlitten 65 an der unteren Fläche des Anschlags 64 befestigt, welcher Schlitten 65 von der Schiene 56 aufgenommen wird. Der Anschlag 64 ist an der Schiene 56 in einer gewünschten Position in Langsrichtung der Schiene 56 mittels einer Schraube 66 befestigt, die in den Anschlag 64 eingesetzt ist.
  • Wie in Fig. 6 gezeigt ist, sind Lager 68A an den beiden Endabschnitten einer in die Schenkelplatte 54A eingeformten Durchgangsöffnung befestigt. Ein Rotationsklemmschaft 70A wird von den oben genannten Lagern 68A aufgenommen. Eine ringförmige Gummiplatte 72A ist auf der Frontfläche des Rotationklemmschaftes 70A aufgeklebt. Ein Zahnrad 74 ist am Basisabschnitt des Rotationsklemmschaftes 70A befestigt, wobei der Basisabschnitt des Rotationsklemmschaftes 70A über die Schenkelplatte 74A hinaussteht. Andererseits ist ein Motor 76 über einen Halter (aus der Darstellung weggelassen) an der Schenkelplatte 54A befestigt, welcher Motor 76 eine Motorwelle 77 aufweist, auf der ein Zahnrad 78 befestigt ist, das so ausgelegt ist, daß es mit dem Zahnrad 74 in Eingriff steht.
  • Daher wird der Rotationsklemmschaft 70A in Drehbewegung versetzt, wenn der Motor 76 eingeschaltet wird. Der Rotationsklemmschaft 70A weist in seinem Schaftkernabschnitt eine Durchgangsöffnung 79A auf, die konzentrisch mit dem Rotationsklemmschaft 70A ausgebildet ist. Der Frontabschnitt einer Bohrungssonde 82A, an deren Außenfläche ein Lager 80A befestigt ist, ist in die Durchgangsöffnung 79A eingesetzt, um so von der Durchgangsöffnung 79A gelagert zu werden. Die Bohrungssonde 82A ist einer solchen Weise angeordnet, daß der Basisabschnitt einer festen Röhre 821 an einem Basisabschnitt 822 befestigt ist. Weiterhin ist eine CCD-Kamera 84A an dem Basisabschnitt 822 befestigt, die einer Okkularlinse 823 im Basisabschnitt 822 gegenübersteht. Der Basisabschnitt 822 wird durch die untere Schenkelplatte 55A über einen Halter (aus der Darstellung weggelassen) gehalten. Eine Lichtquelle 86A ist am Basisendabschnitt der Röhre 821 befestigt. Bestrahlungslicht, das von der Lichtquelle 86A emittiert wird, durchläuft einen Lichtleiter (optische Faser) 824, die innerhalb der Röhre 821 angeordnet ist, um durch den Frontabschnitt der Bohrungssonde 82A nach außen emittiert zu werden, um so die Endflächen des Einkristall-Rohlings 10 zu beleuchten. Licht, das von der Endfläche des Einkristall-Rohlings 10 reflektiert wurde, läuft durch eine Objektivlinse 825 und eine Relaislinse 826 hindurch, die jeweils in der Röhre 821 angeordnet sind. Reflektiertes Licht läuft weiterhin durch die Okkularlinse 823 hindurch, bevor es auf einem Bildsensor (weggelassen aus der Darstellung) angebildet wird, der in der CCD-Kamera 84A vorhanden ist. Ein Bildsignal, das von der CCD-Kamera 84A herrührt, wird einem Verifizierungsmonitor-TV 88A zugeführt.
  • Daher stellt eine Bildebene A des Monitor-TV 88A ein Bild NA des zu schleifenden Zentralpunktes dar, wobei das Bild NA dem Schleifzentralpunkt MA entspricht, der auf der Oberfläche des Einkristall-Rohlings 10 markiert ist. Der Monitor-TV 88A zeigt auch eine X-Y-Rechteckkoordinate an, deren Schnittpunkt der optischen Achse der Bohrungssonde 82A und der Rotationszentrallinie des Rotationsklemmschaftes 70A entspricht.
  • Fig. 7 zeigt den Aufbau eines Abschnittes bei der Schenkelplatte 54B. Der Aufbau dieses Abschnittes ist der gleiche, wie der in Fig. 6 gezeigte, mit Ausnahme einer Anordnung, bei der der Rotationskiemmschaft 70B frei rotiert. Daher sind den gleichen Elementen die gleichen Bezugsziffern gegeben und Symbol A durch Symbol B ersetzt, wobei die Beschreibung der gleichen Elemente hier weggelassen wird.
  • Unter Bezugnahme auf Fig. 5 ist, da Schleifstaub und Kühlflüssigkeit zum Zeitpunkt des Schleifvorganges wegfliegen, eine Schiebeabdeckung (aus der Darstellung weggelassen), die den oberen Abschnitt und den Frontabschnitt zwischen den Schenkelplatten 54A und 54B abdeckt, in einer solchen Weise angeordnet, daß es möglich ist, diese in Langsrichtung der Basisplatte 52 zu verschieben. Weiterhin ist eine Schiebeplatte (aus der Darstellung weggelassen), durch die ein Schleifstein 49 hindurchgreift, für die Schleifstein-Antriebsvorrichtung 48 so vorgesehen, daß die Schiebeplatte die Rückseite zwischen den Schenkelplatten 54A und 54B abdeckt, wobei die Schiebeplatte in der Lage ist, sich zusammen mit dem Schleifstein 49 zu verschieben.
  • Wie in Fig. 8 gezeigt ist, werden von den CCD-Kameras 84A und 84B ausgesandte Bildsignale auch einer Positionsmeßvorrichtung 90 zugeführt. Die Positionsmeßvorrichtung 90 berechnet Abweichungskoordinaten (Delta XA, Delta YA) und (Delta XB, Delta YB) der Schleifzentralpunkte MA und MB von den optischen Achsen der CCD-Kameras 84A und 84B, um so das Resultat der Berechnung einem Regler zuzuführen. Fig. 13A zeigt die Koordinate jedes der Bilder NA und NB der Schleifzentralpunkte. Der Regler 92 betätigt eine X-Bühne 26, eine Y-Bühne 28, eine Theta-Bühne 30 und eine Phi-Bühne 32 der X-Y-Theta-Phi-Bühne 24 über einen Treiber 94, der für die Positionseinstellvorrichtung 202 vorgesehen ist. Als Resultat werden die oben beschriebenen abweichenden Koordinaten in Überdeckung mit dem Ursprung (0,0) gebracht. Der Treiber 94 und der Regler 92 sind optisch oder magnetisch miteinander in kontaktloser Weise verbunden.
  • Anschließend wird der Aufbau der X-Y-Theta-Phi-Bühne 24 unter Bezugnahme auf die Fig. 9 und 10 beschrieben. Fig. 10 ist ein vergrößerter Querschnitt entlang der Linie A-A von Fig. 9.
  • Schienen 251 sind an den beiden Endabschnitten der unteren Flächen der Basis 25 befestigt, wobei die Schienen 251 in einer Richtung rechtwinklig zum Zeichnungsblatt angeordnet sind. Eine Spindel 252 wird in einer Richtung rechtwinklig zum Zeichnungsblatt von einem Lager (aus der Darstellung weggelassen) am Zentralabschnitt der unteren Fläche der Basis 25 in einer solchen Weise aufgenommen, daß die Spindel 252 durch einen Motor MS in Drehbewegung versetzt wird. Andererseits ist ein Schlitten 261, der die Schienen 251 aufnimmt, an der Oberfläche der X-Bühne 26 befestigt. Weiterhin ist eine Mutter 262, die die oben beschriebene Spindel 252 aufnimmt, am Zentralabschnitt der Oberfläche der X-Bühne 26 befestigt.
  • Daher bewegt sich die X-Bühne bezüglich der Basis 25 in eine Richtung rechtwinklig zum Zeichnungsblatt von Fig. 9, wenn der Motor MS in Drehbewegung versetzt wird.
  • Schenkelplatten 264 sind an den beiden Endabschnitten der unteren Fläche der X-Bühne 26 einander gegenüberstehend befestigt. Weiterhin ist eine Spindel 265 drehbar in den Schenkelplatten 264 gelagert, wobei die Spindel 265 ein rechtsgängiges Gewinde und ein linksgängiges Gewinde aufweist, die symmetrisch zueinander ähnlich dem Abschnitt zur Betätigung der Greifer 205 und 206 ausgebildet sind. Muttern 266 werden von den oben beschriebenen Gewinden aufgenommen. Die Spindel 265 wird durch einen Motor M6 in Drehbewegung versetzt, der an der Schenkelplatte 264 befestigt ist. Jeder der Muttern 266 ist am Zentralabschnitt der Oberfläche der Gleitplatte 267 befestigt. Schlitten 269 sind an den Endabschnitten der Oberflächen der Gleitplatten 267 befestigt und die Schlitten 269 werden von Schienen 270 aufgenommen, die an der unteren Fläche der X-Bühne 26 in einer seitlichen Richtung gemäß Fig. 9 befestigt sind. Keilblöcke 268 sind an den Endabschnitten der unteren Flächen der Gleitplatten 267 befestigt. Eine Schiene 271 ist an der unteren Fläche (geneigte Fläche) von jedem der Keilblöcke 268 befestigt, wobei die Schiene 271 von einer Führung 281 der gleichen Form, wie der des oben beschriebenen Schlittens 269 aufgenommen wird. Die Führungen 281 sind an den beiden Endabschnitten der Oberfläche der Y-Bühne 28 über Keilblöcke 282 befestigt.
  • Als Resultat werden die Keilblöcke 268 jeweils in entgegengesetzte seitliche Richtungen bewegt, wenn der Motor M8 in Drehbewegung versetzt wird. Weiterhin wird die Y-Bühne 28 gleichzeitig vertikal bezüglich der X-Bühne 26 in einer Richtung bewegt, die durch eine Pfeil Y angedeutet ist.
  • Ein Verbindungsstück 283 ist an einem Endabschnitt der unteren Fläche der Y-Bühne 28 befestigt, während ein weiteres Verbindungsstück 301 an einem Endabschnitt der Oberfläche der Theta-Bühne 30 befestigt ist. Weiterhin ist ein Stift 302 in die oben beschriebenen Verbindungsstücke 283 und 301 eingesetzt. Eine Spindel 303 ist in einen weiteren Endabschnitt der Theta-Bühne 30 eingesetzt. Weiterhin wird ein an dem Basisabschnitt der Spindel 303 befestigtes Zahnrad 304 durch einen Motor M7 in Drehbewegung versetzt, der an der Theta-Bühne 30 befestigt ist. Der Frontabschnitt der Spindel 303 verschiebt den Horizontalabschnitt eines L-förmigen Teils 284, das an der Seitenfläche der Y-Bühne 28 befestigt ist.
  • Wenn der Motor M7 in Drehbewegung versetzt wird, wird daher die Theta-Bühne 30 um den Stift 302 bezüglich der Y-Bühne 28 in einer Richtung verschwenkt, die durch einen Pfeil Theta dargestellt ist.
  • Eine Phi-Bühne 32, die ein Schneckenrad ist, ist drehbar an der unteren Fläche der Theta-Bühne 30 mittels eines Stiftes 322 über einen Abstandshalter 321 angebracht. Eine Schnecke 323, die von einem Lager (aus der Darstellung weggelassen) aufgenommen wird, steht mit der Phi-Bühne 32 in Eingriff, wobei die Schnecke 323 durch einen Motor M8 in Drehbewegung versetzt wird, der an der Theta-Bühne 30 befestigt ist. Wenn der Motor M8 in Drehbewegung versetzt wird, wird daher die Phi-Bühne 32 um den Stift 322 relativ zur Theta-Bühne 30 in einer Richtung verschwenkt, die durch einen Pfeil Phi angedeutet ist.
  • Das in Fig. 4A dargestellte Gelenk 204 ist, obwohl es aus der Darstellung weggelassen ist, an der Phi-Bühne 32 angebracht.
  • Fig. 11 zeigt die Richtung mit Pfeilen X, Y, Theta und Phi, in der der Einkristall-Rohling 10 durch die X-Y-Theta-Phi-Bühne 24 bewegt wird. Die Achse der Rotation Theta liegt parallel zur X-Achse, während das der Rotation Phi zur Y-Achse parallel angeordnet ist.
  • Anschließend wird ein Positionseinstellvorgang, der durch die X-Y-Theta-Phi-Bühne 24 in einen Zustand durchgeführt wird, in dem der Positionseinstellteil 202 nach unten bewegt worden ist, unter Bezugnahme auf die Fig. 12 und 13 beschrieben.
  • (300) In diesem Zustand wird die Phi-Bühne 32 in solch einer Weise in Drehbewegung versetzt, daß eine Gleichung Delta XA = Delta XB erfüllt wird, wie dies in Fig. 13B gezeigt ist.
  • (302) Nachfolgend wird die X-Bühne 26 in solch einer Weise bewegt, daß eine Gleichung Delta XA = Delta XB = 0 erfüllt wird, wie dies in Fig. 13C gezeigt ist.
  • (304) Nachfolgend wird die Theta-Bühne 30 in solch einer Weise in Drehbewegung versetzt, daß eine Gleichung Delta YA = Delta YB erfüllt wird, wie dies in Fig. 13D gezeigt ist.
  • (306) Nachfolgend wird die Y-Bühne 28 in einer solchen Weise bewegt, daß eine Gleichung Delta YA = Delta YB = 0 erfüllt wird, wie dies in Fig. 13E gezeigt ist.
  • Als Resultat davon werden die Schleifzentralpunkte MA und MB exakt in Überdeckung mit den Rotationszentralachsen der Rotationsklemmschäfte 70A und 70B gebracht.
  • In diesem Zustand wird der Hydraulikzylinder 60 betätigt, so daß der Einkristall-Rohling 10 zwischen den Rotationsklemmschäften 70A und 70B gehalten wird. Weiterhin wird der Motor 76 in Drehbewegung versetzt, so daß der Einkristall-Rohling 10 rotiert. Auf diese Weise wird die Oberfläche des Einkristall-Rohlings 10 durch die Schleifsteinantriebsvorrichtung 48 geschliffen. Als Resultat kann ein zylindrischer Einkristall-Rohling 11 erhalten werden, der fast den Maximaldurchmesser aufweist.
  • Eine Vielzahl von Modifikationen des beschriebenen Ausführungsbeispiels sind möglich.
  • Zum Beispiel kann eine Konstruktion verwendet werden, die in einer solchen Weise ausgelegt ist, daß eine U- oder O-förmige Schiene anstelle der Schienen 16A ud 16B eingesetzt wird, wodurch der Bereich, in dem die Einkristall-Rohling-Förder/Positionseinstell-Vorrichtungen 20A und 20B bewegt werden können, vergrößert wird. In diesem Falle kann die Effizienz des Betriebes der Einkristall-Rohling-Förder/Positionseinstell-Vorrichtungen 20A und 20B weiter verbessert werden.
  • Die Führungsvorrichtung kann durch eine lichtreflektierende Farblinie ersetzt werden, die auf den Boden der Fabrik aufgemalt ist. In diesem Falle ist die Einkristall-Rohling-Förder/Positionseinstell-Vorrichtung 20A in einer solchen Weise ausgelegt, daß ihr unterer Abschnitt in Form eines Wagens vorliegt. So bewegt sich die Einkristall-Rohling-Förder/Positions einstell-Vorrichtung 20A entlang der oben beschriebenen Linie, während die Linie durch einen Reflektions-Fotodetektor erfaßt wird.
  • Weiterhin können Elemente mit den gleichen Strukturen wie denen der Schiene 16A und der Einkristall-Rohling-Förder/Positionseinstell-Vorrichtung 20A zwischen dem Markierer 12 des Rotationszentrums und dem Förderer 14 angeordnet sein.
  • Zusätzlich können der Förderer 14, der als Beladungsvorrichtung dient, und der Förderer 23, der als Entladevorrichtung dient, durch Kassetten, die in vorbestimmten Intervallen in der vertikalen Richtung zu dem Zweck angeordnet sind, die Einkristall-Rohlinge zu plazieren/aufzunehmen, und durch eine Hebevorrichtung ersetzt werden, die die Kassetten aufwärts/abwärts bewegt.
  • Entsprechend den oben beschriebenen Ausführungsformen ist eine Konstruktion beschrieben, in der eine Bohrungssonde 82A so eingesetzt wird, daß sie als Endoskop dient. Jedoch kann eine andere Konstruktion eingesetzt werden, da der Frontabschnitt des Endoskops in die Durchgangsöffnung 79A eingesetzt werden muß. Beispielsweise kann eine Konstruktion eingesetzt werden, die so ausgelegt ist, daß der Basisabschnitt einer Metallröhre in die Durchgangsöffnung 79A eingesetzt ist, wobei der Basisabschnitt der Metallröhre an der Schenkelplatte 54A befestigt und der Frontabschnitt eines flexiblen Endoskops in die Metallröhre eingesetzt sind.
  • Weiterhin kann die Notwendigkeit vermieden werden, die optische Achse der Bohrungssonde 82A und die Rotationszentralachse des RotationskIemmschaftes 70A miteinander in Überdeckung zu bringen. Der Grund hierfür liegt darin, daß dasselbe Resultat durch Verschieben der X-Y-Rechteckkoordinatenachsen erhalten werden kann, die auf dem Monitor-TV 88A dargestellt werden.
  • Obwohl die Erfindung in ihrer bevorzugten Ausführungsform mit einem gewissen Grad an spezieller Ausgestaltung beschrieben worden ist, ist zu verstehen, daß die vorliegende Offenbarung der bevorzugten Ausführungsform in Konstruktionsdetails abgeändert worden ist und es kann auf die Kombination und Anordnung von Teilen zurückgegriffen werden, ohne aus dem Schutzumfang der hiernach beanspruchten Erfindung herauszufallen.
    • ÜBERSETZUNGSLISTE DER FREMDSPRACHIGEN BEZEICHNUNGEN IN DEN FIGUREN
  • Fig. 2
  • INITAL OPERATION = Initialisierungsvorgang
  • GRINDING COMPLETION
  • SIGNAL RECEIVED? = Signal für Beendigung des Schleifens empfangen?
  • TRAVEL TO SIGNAL SOURCE = Verfahren zur Signalquelle
  • TAKE INGOT = Aufnehmen des Rohlings
  • TRAVEL TO CONVEYER = Verfahren zum Förderer
  • PLACE INGOT ON CONVEYER = Ablegen des Rohlings auf den Förderer
  • SUPPLY INGOT = Führe Rohling zu
  • Fig. 3
  • TAKE INGOT = Aufnehmen des Rohlings
  • LOWER ATTITUDE ADJUSTING PORTION = Absenken des Positionseinstellteils
  • OPERATE CONVEYER 14 BY ONE STEP = Betätigung des Förderers 14 um einen Schritt
  • HOLD INGOT = Halten des Rohlings
  • RAISE ATTITUDE ADJUSTING PORTION = Anheben des Positionseinstellteils
  • END = Ende
  • Fig. 6
  • POSITION MEASURE = Positionsmessung
  • Fig. 7
  • POSITION MEASURE = Positionsmessung
  • Fig. 8
  • DRIVER = Treiber
  • POSITION MEASURE = Positionsmessung
  • CONTROLLER = Regler
  • Fig. 12
  • ROTATE-Phi-STAGE TO MAKE Delta XA=Delta XB = Drehen der Phi-Bühne um Delta XA=Delta XB einzustellen.
  • MOVE X-STAGE TO MAKE Delta XA=Delta XB=0 = Bewegen der X-Bühne um Delta XA=Delta XB =0 einzustellen.
  • ROTATE-Theta-STAGE TO MAKE Delta YA=Delta YB = Drehen der Theta-Bühne um Delta YA=Delta YB einzustellen
  • MOVE Y-STAGE TO MAKE Delta YA=Delta YB=0 = Bewegen der Y-Bühne um Delta YA=Delta YB einzustellen
  • END = Ende
  • Fig. 13
  • MONITOR SCREEN = Monitor-Bildschirm

Claims (3)

1. Einkristall-Rohling-Oberflächenschleifvorrichtung mit einem Paar von Rotationsklemmschäften (70A, 70B), die miteinander fluchtende Rotationszentren aufweisen und einander gegenüberliegend angeordnet sind, mit einer Einrichtung (54A, 54B, 58 bis 64) zum Halten eines Einkristall-Rohlings 10, wobei die Frontflächen der Rotationsklemmschäfte auf die beiden Endflächen des Einkristall-Rohlings gepreßt werden, welche Endflächen jeweils ausgebildete Schleifrotationszentren (MA, MB) aufweisen, mit einer Einrichtung (68A, 68B, 74 bis 78) zum Drehen der Rotationsklemmschäfte und mit einer Einrichtung (48) zum Schleifen des Einkristall-Rohlings in eine zylindrische Form durch Gegenfahren eines Schleifsteins gegen die Oberfläche des Einkristall-Rohlings, gekennzeichnet durch Durchgangsöffnungen (79A, 79B) die in den Schaftkernabschnitten der Rotationsklemmschäfte gebildet sind;
Kameras (84A, 84B) zur Ausgabe von Bildsignalen;
Endoskope (82A, 82B), deren Basisabschnitte bei den Abbildungslinsen der Kameras angeordnet sind, während die Frontabschnitte derselben in die Durchgangsöffnungen eingesetzt sind; und
eine Einrichtung (90) zum Detektieren der Position der Schleifrotationszentren bezüglich der Rotationszentrallinien der Rotationsklemmschäfte entsprechend den Bildsignalen.
2. Einkristall-Rohling-Oberflächenschleifvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Endoskope Bohrungssonden (82A, 82B) mit Lichtleitern (824) sind, wobei Lichtquellen (86A, 86B) an den Basisabschnitten der Lichtleiter befestigt sind und wobei das von den Lichtquellen ausgesandte Licht von den Frontabschnitten der Bohrungssonden abgestrahlt wird, um so die Endflächen des Einkristall-Rohlings zu beleuchten.
3. Einkristall-Rohling-Oberflächenschleifvorrichtung anch Anspruch 2, wobei die Bohrungssonden, an deren Außenfläche Lager (80A, 80B) angepaßt sind, in die Durchgangsöffnungen (79A, 79B) eingesetzt sind.
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