EP3515675A1 - Procede de decoupe de tranches dans un lingot en materiau dur et fil abrasif - Google Patents

Procede de decoupe de tranches dans un lingot en materiau dur et fil abrasif

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Publication number
EP3515675A1
EP3515675A1 EP17780490.3A EP17780490A EP3515675A1 EP 3515675 A1 EP3515675 A1 EP 3515675A1 EP 17780490 A EP17780490 A EP 17780490A EP 3515675 A1 EP3515675 A1 EP 3515675A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wire
abrasive
mark
abrasive wire
reflectance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17780490.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Michel Ly
Ludovic LAFLEUR
Tifenn DECORPS
Xavier WEBER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thermocompact SA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Thermocompact SA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Thermocompact SA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP3515675A1 publication Critical patent/EP3515675A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D5/00—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
    • B28D5/04—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by tools other than rotary type, e.g. reciprocating tools
    • B28D5/045—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by tools other than rotary type, e.g. reciprocating tools by cutting with wires or closed-loop blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D5/00—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
    • B28D5/0058—Accessories specially adapted for use with machines for fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material
    • B28D5/0064—Devices for the automatic drive or the program control of the machines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D—PLANING; SLOTTING; SHEARING; BROACHING; SAWING; FILING; SCRAPING; LIKE OPERATIONS FOR WORKING METAL BY REMOVING MATERIAL, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D61/00—Tools for sawing machines or sawing devices; Clamping devices for these tools
    • B23D61/18—Sawing tools of special type, e.g. wire saw strands, saw blades or saw wire equipped with diamonds or other abrasive particles in selected individual positions
    • B23D61/185—Saw wires; Saw cables; Twisted saw strips

Definitions

  • the invention relates to a method for cutting slices in an ingot of hard material. It also relates to an abrasive wire, a coil of abrasive wire and a cutting machine for implementing this cutting method.
  • a material is hard if its microhardness on the Vickers scale is greater than 400 Hv or greater than or equal to 4 on the Mohs scale.
  • the Vickers microdurits are expressed for a load of 110 gram force, that is to say for a force of 0.49N.
  • the load must be adjusted according to the thickness of the material on which the measurements are made so that the size of the Vickers impression is less than the thickness of the material.
  • Known methods comprise moving between two son-guides of an abrasive wire by rubbing it on the ingot and thus sawing this ingot, this abrasive wire comprising:
  • the twist of the wire can change. Changes in the twist of the abrasive wire can be caused voluntarily and / or involuntarily.
  • the application DE102011055006A1 teaches various techniques for intentionally rotating the abrasive wire about its longitudinal axis during the cutting process. Indeed, rotating the abrasive wire about its longitudinal axis is advantageous, for example, to evenly distribute the wear of the abrasive wire over its entire outer periphery.
  • the problem is that the twist of the wire appears when it is moved during the cutting process and that at that time, this twist is very difficult to measure. Examples of measuring the twist of a wire are described in the following documents: JP2012250329A and WO96 / 33836A1. [008]
  • the invention aims to overcome this disadvantage by providing a cutting process in which the twist of the abrasive wire can be easily estimated. It therefore relates to such a cutting method according to claim 1.
  • the twist of the abrasive wire is simple to estimate through the use of a marked abrasive wire having an observable mark on its outer face which is deformed according to the twist of this abrasive wire. Indeed, unlike the twist of the abrasive wire which is hardly directly observable, the shape of the mark on the outer face of the abrasive wire is easy to read. However, as this shape depends on the twist of the wire, it is possible to deduce the twist of the abrasive wire even during its movement for sawing an ingot.
  • the mark is present on the outer face of the abrasive wire, it is the abrasive particles of the abrasive wire that rub on the ingot for sawing. These abrasive particles protrude from the outer face of the abrasive wire so that the outer face between these abrasive particles normally does not normally come into direct contact with the ingot. Since the outer face of the abrasive wire between the abrasive particles does not rub or little on the ingot, the mark that is there is not worn or little. It therefore remains observable during a good part of the life of the abrasive wire, which makes it possible to use it to estimate the twist of the abrasive wire.
  • Embodiments of this method may include one or more of the features of the process dependent claims.
  • the control of a torsion device as a function of the estimated torsion makes it possible to avoid achieving too great a twist in the abrasive thread which substantially limits its tensile strength.
  • the invention also relates to an abrasive wire adapted to be used for the implementation of the claimed cutting process.
  • Embodiments of this abrasive wire may include one or more of the features of the abrasive wire dependent claims.
  • abrasive particle density is greater than or equal to 10 particles / mm slows the wear of the mark on the outer face of the abrasive wire.
  • the invention also relates to a roll of abrasive wire claimed.
  • the claimed roller allows to rotate the abrasive wire about its longitudinal axis in one direction and, alternately, in the opposite direction without having to use a controllable device for twisting the abrasive wire.
  • the invention also relates to a cutting machine for the implementation of the claimed cutting process.
  • FIG. 1 is a schematic illustration of a slice cutting machine in an ingot of hard material
  • FIG. 2 is a schematic illustration of a cross-section of a first embodiment of an abrasive wire that can be used in the machine of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a partial schematic illustration and a top view of a portion of the abrasive wire of FIG. 2;
  • FIG. 4 is a schematic illustration in plan view of a torsion device of the machine of FIG. 1;
  • FIG. 5 is a schematic illustration of a reflectance sensor of the machine of FIG. 1;
  • FIG. 6 is a flowchart of a method for cutting slices in an ingot using the machine of FIG. 1;
  • FIG. 7 and 9 are schematic illustrations in top view, respectively, of a second and a third embodiments of an abrasive wire used in the machine of Figure 1.
  • FIG. 8 is a diagrammatic and cross-sectional illustration of a fourth embodiment of an abrasive wire that can be used in the machine of FIG. 1;
  • FIG. 10 is a diagrammatic perspective illustration of a roll of abrasive wire that can be used in the machine of FIG. 1.
  • Figure 1 shows a machine 2 for cutting an ingot 4 in thin slices.
  • the ingot 4 is a block, typically parallelepipedic, of a hard material.
  • the hard material is monocrystalline or polycrystalline silicon or sapphire or silicon carbide.
  • the ingot 4 is a monocrystalline silicon block.
  • This ingot 4 extends parallel to a horizontal direction Y.
  • FIG. 1 and the following are oriented with respect to an orthogonal coordinate system XYZ, where X and Y are horizontal directions and Z is the vertical direction.
  • thin slice typically denotes a slice whose thickness is less than 5 mm and generally less than 1 mm. These slices are better known as "Wafer”.
  • the machine 2 comprises:
  • an actuator 12 which vertically moves the ingot 4 as the wire 10 cuts off this ingot 4,
  • the wire 10 is intended to cut the ingot 4 by friction or abrasion.
  • the structure of the wire 10 is described in more detail with reference to Figures 2 and 3.
  • the length of this wire 10 is generally greater than 100 m or 1000 m and usually less than 100 km.
  • the wire 10 is surrounded around two son-guides 22 and 23 so as to obtain several sections of the wire 10 parallel to each other and which rub at the same time on the ingot 4
  • the wire guides 22, 23 are each located on a respective side of the ingot 4 in the X direction.
  • the space between two successive parallel sections of the wire 10 in the Y direction then defines the thickness of the cut slice.
  • the motors 18 and 20 drive the coils 14 and 16 in rotation sometimes in one direction, sometimes in the opposite direction, so that the wire 10 is driven by a movement back and forth.
  • Each coil 14, 16 generally comprises several turns of the wire 10 directly stacked on each other along the radial direction of this coil.
  • the wire 10 is mechanically stretched between the coils 14 and 16.
  • the machine 2 comprises mechanisms 26 and 27 for adjusting the tension of the wire 10.
  • these mechanisms 26 and 27 are used to adjust the tension of the wire 10 wound on the coils 14 and 16.
  • These mechanisms 26 and 27 are for example identical to those described in the application US20120298091.
  • the machine 2 also comprises a system 28 for controlling and adjusting the twisting of the wire 10.
  • This system 28 comprises:
  • a fixed sensor 30 capable of measuring a physical quantity representative of the shape of a mark made on the outer face of the wire 10,
  • a processing unit 32 programmed to estimate the twisting of the wire 10 from the measurements of the sensor 30 and to control the device 29 as a function of the estimated torsion.
  • the twisting device 29 allows, in response to a command from the processing unit 32, to increase and, alternately, to reduce the twisting of the wire 10. An embodiment of this device 29 is described more in detail with reference to FIG.
  • the processing unit 32 comprises a programmable microprocessor 34 capable of executing instructions stored in a non-volatile memory and a memory 36 connected to the microprocessor 34.
  • the memory 36 includes the instructions and the data necessary to execute the method of the figure 6.
  • the processing unit 32 is connected to the sensor 30 and the device 29 of torsion.
  • FIGS 2 and 3 show in more detail the wire 10.
  • the wire 10 extends along a longitudinal axis 40. It comprises a central core 42 on which are fixed abrasive particles 44 held on the core
  • the yarn 10 has an outer face 48 from which the abrasive particles 44 protrude.
  • the outer face 48 here corresponds to the outer face of the binder 46 located between the abrasive particles 44.
  • the outer face 48 is cylindrical and completely surrounds the axis 40.
  • the outer face 48 is centered on the axis 40
  • the cross section of the outer face 48 is circular.
  • the central core 42 is in the form of a single wire having a tensile strength greater than 2,000 MPa or 3,000 MPa and, generally, less than 5,000 MPa.
  • the elongation at break of the core 42 is greater than 1% and preferably greater than 2%. Conversely, the elongation at break of the core 42 should not be too great and, for example, must remain below 10% or 5%. The elongation at break here represents the increase in the length of the core 42 before it breaks.
  • the core 42 has a circular cross section.
  • the diameter of the core 42 is between 10 ⁇ and 150 ⁇ and often between 70 ⁇ and 150 ⁇ . In this example, the diameter of the core 42 is equal to 120 ⁇ .
  • the core 42 is made of an electrically conductive material. A material is considered electrically conductive if its resistivity is less than 10 5 ⁇ m at 20 ° C.
  • the core 42 is made of steel, such as a carbon steel or a ferritic stainless steel or a brass steel. In this example, the core 42 is steel at 0.8% by weight of carbon.
  • the linear density m of the core 4 is, for example, between 10 mg / m and 500 mg / m 2 and preferably between 50 mg / m and 200 mg / m 2.
  • the abrasive particles 44 form teeth protruding on the face 48 which will come to erode the material to be cut. These abrasive particles must be harder than the material to be cut. Typically, the abrasive particles have a hardness of at least 42 Hv or 100 Hv greater than that of the ingot to be cut.
  • each abrasive particle is formed of a material whose hardness is greater than 430 Hv on the Vickers scale and preferably greater than or equal to 1000 Hv. On the Mohs scale, the hardness of this material is greater than 7 or 8. Typically, this material represents more than 80% or 90% of the volume of the abrasive particle.
  • particles 44 are diamonds.
  • These diamonds may be multicrystalline diamonds often referred to by the acronym "RB diamonds (" Resin Bond ”) or monocrystalline diamonds called” Hyperion "such as those described in the application WO2011014884 and sold by the company Sandvik Hyperion®.
  • RB diamonds Resin Bond
  • Hyperion monocrystalline diamonds called Hyperion "such as those described in the application WO2011014884 and sold by the company Sandvik Hyperion®.
  • the hardness of an abrasive particle can be estimated from their chemical composition, crystalline structure, and published data on the hardness of different minerals.
  • the particle sizes 44 are distributed according to a law of probability.
  • the particle size distribution 44 is such that:
  • the minimum diameter of the particles 44 at 5% is greater than 5 ⁇
  • the maximum diameter of the particles 44 at 95% is less than 40 ⁇ and less than one third of the diameter of the core. 42.
  • the diameter D95 is a value such that 95%, by volume, particles 44 of the wire 10 have a diameter less than D95. In other words, only 5%, by volume, of the particles 44 of the wire 10 have a diameter greater than D95.
  • the diameter D5 is a value such that only 5%, by volume, of the particles 44 of the wire 10 have a diameter less than D5. In other words, 95%, by volume, of the particles 44 of the wire 10 have a diameter greater than D5.
  • the diameter of the particles 44 is measured by Coulter counter. The measurement method is described in ISO 13319: 2000 "Determination of particle size distribution - Electrical sensing zone method" or the revised ISO 13319: 2007 standard.
  • abrasive particles To separate the abrasive particles from the yarn, it is immersed in an aqueous solution containing nitric acid. The metals of the core and the binder are dissolved, while the abrasive, insoluble particles are released. They are then extracted and rinsed before measuring their particle size. The indicated diameter corresponds to the diameter of the sphere which would behave identically during Coulter counter particle size analysis.
  • the diameter D95 is less than 42 ⁇ or 25 ⁇ .
  • the diameter D5 is greater than 8 ⁇ and the diameter D95 is less than or equal to 25 ⁇ or 42 ⁇ .
  • the diameter D5 is equal to 12 ⁇ , and the diameter D95 is equal to 25 ⁇ .
  • the abrasive particle density of the wire 10 is here expressed as the number of abrasive particles per millimeter of wire. This density of abrasive particles is measured according to the following method:
  • a section of the sample of length L is selected where L is greater than or equal to 0.9 mm and generally less than or equal to 1 cm or 10 cm. Then, the number of abrasive particles 44 visible on the front side of this selected section is counted. In order not to count twice the abrasive particles that are visible on both sides, that is to say those whose image protrudes from the edge of the sample, these abrasive particles visible on both sides only increment the counter. of 0.5 while the abrasive particles visible only on the front side increment the same counter of 1.
  • two abrasive particles 44A visible on both sides are illustrated. During this count, an agglomerate or a cluster of several abrasive particles is counted for only one. In FIG. 3, such an agglomeration 44B of abrasive particles is illustrated. In such an agglomerate, the various abrasive particles 44 are directly in mechanical contact with each other and the assembly therefore forms only one abrasive particle.
  • the density of abrasive particles for this sample is then obtained by dividing the cumulative number of abrasive particles counted on the front and back sides by the length L of the selected section, expressed in mm.
  • the abrasive particle density of the wire 10 is taken as the average of the abrasive particle densities measured on each of the samples.
  • the particle density 44 of the wire 10 is greater than 1 abrasive particles per millimeter and preferably greater than 10 or 30 abrasive particles per millimeter.
  • the particle density 44 is generally less than 300 abrasive particles per millimeter.
  • Industrial cutting devices typically require at least 1 km of abrasive wire and often at least 2 km of abrasive wire. Therefore, the particle density 44 of the wire 10 is maintained in the density ranges given above over a continuous useful section of the wire 10 of at least 1 km or 2 km long.
  • the density of particles 44 is constant within plus or minus 5% or 10%.
  • this useful section preferably represents at least 80% or 90% of the total length of the wire 10.
  • the useful section is equal to the total length of the wire 10.
  • the binder 46 has the function of maintaining the abrasive particles 44 fixed without any degree of freedom on the core 42.
  • the binder 46 is here a metal binder because these binders are harder than resins and therefore allow to maintain more effectively the abrasive particles on the core 42.
  • the hardness of the binder 44 is greater than 450 Hv or 500 Hv on the Vickers scale.
  • the binder is an alloy of nickel and cobalt such as that described in FR3005592. For example, it comprises from 20% to 40% by weight of cobalt.
  • the binder 46 comprises 70% nickel and 30% cobalt, these percentages being given relative to the mass of the binder.
  • the hardness of the binder 44 is then equal to 650 Hv on the Vickers scale within plus or minus 10%.
  • the hardness of the binder is measured by instrumented nano-indentation, following the recommendations of the ISO14577-1: 2002 and ISO14577-4: 2007 standards. However, these standards can not be rigorously followed because the imprints are usually too close to the edges of the binder.
  • the hardness obtained is then expressed in GPa. This GPa value is converted to Vickers hardness by applying the Oliver and Pharr model to the load and discharges relieved. That is why the load in gram strength is not given in the expression of Vickers hardness.
  • a Berkovich indenter, a force of 10 mN, and a time of 15 seconds were employed.
  • the thickness of the binder 46 is chosen to have an exposure of the abrasive particles between Emin and Emax, where Emin is strictly less than Emax.
  • the thickness of the binder 46 is between Tbo_min and Tbo_max.
  • Emin is greater than or equal to 110% and preferably 65% and Emax is less than or equal to 90%.
  • Tco is the shortest distance between the top of the particle 44 farthest from the surface of the core 42 and the projection, in a radial direction, of this vertex on the surface of the core 42, and
  • - Tbo is the thickness of the binder 46.
  • the minimum exposure Emin of the particles 44 is calculated by considering that Tco is equal to the diameter D5 and that the thickness of the binder 46 is maximum, that is to say equal to Tbo_max.
  • the maximum exposure Emax of the particles 46 is calculated considering that Tco is equal to the diameter D95 and that the thickness of the binder 46 is minimal, that is to say equal to Tbo_min.
  • the thickness of the binder 46 is chosen between Tbo_min and Tbo_max.
  • the thickness of the binder is chosen between 1.6 ⁇ and 4 ⁇ to obtain an average exposure of between 110% and 90%.
  • the thickness of the binder 46 is chosen between 2.5 ⁇ and 4.5 ⁇ to obtain an average exposure of between 60% and 90%.
  • the thickness of the binder 46 is chosen equal to 4 ⁇ .
  • the thickness of the binder means its average thickness between the particles 44.
  • the wire 10 is cut transversely in at least four different locations along its length. Four cross sections of the wire 10 similar to that shown in FIG. 2 are thus obtained. On each of these sections, the thickness of the binder 46 is measured in at least four points. The measuring points are located between the particles 44. Preferably, these measurement points are uniformly distributed over the periphery of the cross-section. For example, at each measurement point, the thickness is measured using an electron microscope. Indeed, the limit between the soul 42 and the binder 46 is visible on these cuts. Then, the thickness of the binder 46 is taken equal to the average of all the measurements obtained on each of the cross sections.
  • the binder 46 is deposited in two successive layers 50 and 52 by electrolysis.
  • the thickness of the layer 50 is low. It is for example less than one third of the median diameter of the abrasive particles. This layer 50 just makes it possible to weakly fix the particles 44 on the central core.
  • the layer 52 has a greater thickness.
  • the thickness of the layer 52, in the radial direction, is 1.5 or two times greater than the thickness of the layer 50. This layer 52 makes it possible to prevent the abrasive particles 44 from being pulled off when the thread 10 is used to cut the ingot 4.
  • the wire 10 is for example manufactured as described in the application FR2988629.
  • the face 48 has a mark 54 whose shape varies as a function of the twist of the wire 10.
  • the face 48 also has a contrast zone 56 which makes it possible to observe the angular position of the mark 54.
  • Such an abrasive wire bearing such a mark is subsequently referred to as "marked abrasive wire”.
  • the mark 54 extends continuously and parallel to the axis 40 on the useful section of the wire 10. It extends over at least 62.5% and, preferably, at least 80% or 90% of this section useful. Here, by way of illustration, the mark 54 extends over the entire length of the wire 10.
  • this mark 54 extends from a right side 60 to a left side 62 of an angular sector 64.
  • the apex of the angular sector 64 is located on the axis 40.
  • This angular sector 64 is called thereafter "marked angular sector".
  • the angle at the apex of the angular sector 64 is denoted a.
  • the angle ⁇ is greater than or equal to 0.5 ° or 1 ° and, preferably, greater than or equal to 45 ° or 60 °.
  • the angle a is less than 180 ° or 150 °.
  • the angle a is equal to 60 °.
  • the position of the angular sector 64 is constant and independent of the value of the curvilinear abscissa where the cross section of the abrasive wire is observed.
  • the position of the angular sector 64 around the axis 40 is the same over the entire length of the mark 54.
  • the mark 54 is also straight and extends parallel to this axis 40 in the absence of torsion.
  • the mark 54 forms a helix whose axis coincides with the axis 40.
  • the shape of this mark varies according to the twisting of the thread 10.
  • the mark 54 is made of a material whose reflectance R m is less than 20% at the wavelength ⁇ m .
  • the mark 54 is made of a material which remains fixed on the face 48 even in the presence of the liquids usually spread on the wire 10 when sawing the ingot 4.
  • the chosen material is insoluble in water.
  • the material used to make the mark 54 is an indelible ink of black color.
  • this may be the same black ink used in the Staedler® Lumocolor® 350-9 pencil.
  • Such an ink may be deposited on the wire 10, for example, by means of an inking roller which rolls, in the X direction, on the wire 10 and which is in contact with the face 48 only inside the angular sector 64. Rather than using a roller or ink pad, it is also possible to project the ink in the angular sector 64 using a printing nozzle similar to that used in jet printers. inks.
  • the reflectance of the mark 54 is less than 20% throughout the visible spectrum, that is to say between 0.4 ⁇ and 0.7 ⁇ .
  • this reflectance R m also remains less than 20% in the infrared spectrum between 0.7 ⁇ and 100 ⁇ and, in particular, in the near-infrared spectrum between 0.7 ⁇ and 1.6 ⁇ .
  • the wavelength A m can be chosen between 0.4 ⁇ and 100 ⁇ .
  • the wavelength A m is chosen in the visible spectrum, that is to say between 0.4 ⁇ and 0.7 ⁇ .
  • the contrast zone 56 makes it possible to identify the position of the sides 60 and 62 of the mark 54.
  • the zone 56 has a reflectance R f at the wavelength A m which is substantially different from that of the mark 54.
  • the reflectances are expressed as a percentage.
  • substantially different is meant that the difference between the reflectances R m and R f is such that
  • this outer face is constituted by the metal binder 46.
  • the reflectance to the length A m of the binder 46 is greater than or equal to 80% or 90%.
  • the zone 56 extends, in the transverse plane, along the sides 60 and 62 of the mark 54 over the entire length of the mark 54.
  • the zone 56 is extends in each transverse plane where the mark 54 is present from the side 62 to the side 60 of a contiguous angular sector 70.
  • the apex of the angular sector 70 is located on the axis 40.
  • the angular sector 70 is here the sector angular complementary to the angular sector 64. In other words, the meeting of the angular sectors 64 and 70 extends over 360 °.
  • the angular sector 70 is therefore equal to 360 ° - a.
  • the angular sector 70 is preferably greater than or equal to 0.5 °.
  • Figure 4 shows an embodiment of the device 29 of torsion.
  • the device 29 comprises a lower wheel 80 and an upper wheel 82 which enclose the wire 10 between them. At least the tread of each of these wheels 80 and 82 is directly in contact with the wire 10.
  • This tread is made of a material that has a high coefficient of friction with the wire 10.
  • the tread is made of low hardness polyurethane or rough ceramic.
  • the wheels 80 and 82 are rotatably mounted around, respectively, axes 84 and 86.
  • the device 29 also comprises two controllable actuators 88 and 90.
  • the actuators 88 and 90 are able to modify the inclination, respectively, of the axes
  • these actuators are programmed to systematically keep the axes 84 and 86 symmetrical to each other with respect to this plane PV .
  • the angle between the PV plane and the axis 84 is noted ⁇ .
  • the wire 10 drives the wheels 80 and 82 in rotation in opposite directions from one another .
  • This rotation of the wheels 80 and 82 causes a rotation of the wire 10 about the axis 40 and thus generates a twist of the wire 10 as a function of the angle ⁇ . More precisely, as long as the angle ⁇ is in the interval] 0 °; 45 °] or] 0 °; -45 °], the more the absolute value of the angle ⁇ increases, the more the torsion increases.
  • FIG. 5 shows in more detail an exemplary embodiment of a sensor 30.
  • This sensor 30 is a reflectance sensor of the face 48 of the wire 10 at the wavelength ⁇ m .
  • this sensor 30 is arranged to be only responsive to the reflectance of the face 48 situated inside an angular sector 100 whose apex is situated on the axis 40.
  • This angular sector 100 is less than or equal to 180 ° and, preferably, greater than or equal to the angular sector 64.
  • the angular sector 100 is chosen equal to the angular sector 64.
  • the mark 54 is exactly vis-à-vis the sensor 30, it occupies the entire of the angular sector 100 as shown in Figure 5. Under these conditions, the measured reflectance is minimal when the mark 54 occupies the predetermined angular position where it is exactly opposite the sensor 30.
  • the position of the sensor 30 relative at wire 10 is here constant.
  • the senor 30 comprises a single transducer 102 and a focusing device 104.
  • the transducer 102 measures the reflectance at the wavelength ⁇ m and transforms it into an electrical signal transmitted to the processing unit 32.
  • the transducer 102 has a single face sensitive to reflectance in contrast to transducers equipped with several pixels.
  • the focusing device 104 focuses, towards the sensitive face of the transducer 102, the electromagnetic waves at the wavelength ⁇ m reflected by the face 48 located only inside the angular sector 100.
  • the sensor 30 has no light source which emits incident radiation on the outer face 48 at the wavelength A m . Indeed, it is considered here that this source is constituted by the visible light of the external environment in which the machine 2 is located.
  • a step 110 the motors 18 and 20 are controlled to unwind a length L1 of wire 10 of the coil 14 and, at the same time, wound a length L1 of wire 10 around the coil 16.
  • the wire 10 then moves in the X direction.
  • a step 112 once a length L1 of the wire 10 has been unwound from the coil 14, the control of the motors 18 and 20 is reversed for this time unwind a length L2 of wire 10 of the coil 16 and, at the same time, winding this length L2 of wire 10 around the coil 14.
  • the wire 10 moves in the direction opposite to the direction X.
  • step 112 stops and the process returns to step 110.
  • the length L2 is shorter than the length L1 so that at each execution of the step 110, a length Ll-L2 of new wire is injected between the two coils 14 and 16.
  • the difference between L2 and L1 is less than 2% or 1.5% of the length of the wire 10.
  • this difference is equal to 1% of the length of the wire 10 to within plus or minus 10%.
  • the wire 10 rubs on the ingot 4, which leads little by little to dig, by abrasion, a kerf in the upper face of the ingot.
  • the ingot 4 and the wire 10 are generally sprayed with a liquid. This is usually water and one or more soluble lubricants. The concentration of lubricants is generally between 0.5% and 10% by volume.
  • the actuator 12 advances the ingot 4 in the direction Z to maintain a good mechanical contact between the ingot 4 and the wire 10.
  • the mechanisms 26 and 27 enslave the mechanical tension of the wire 10 on a CT mechanical tension setpoint.
  • this set point CT is chosen so that the tension of the thread 10 on the reels 14 and 16 is less than or equal to half of the maximum tension before breakage supported by the wire 10.
  • the maximum voltage before rupture is 43 N to plus or minus 15%.
  • the mechanical voltage setpoint is therefore chosen to be less than 21.5 N. This makes it possible to increase the life of the wire 10.
  • the system 28 automatically controls and adjusts the twist of the wire 10. For this, during a step 120, the system 28 raises a characteristic Ci of the shape
  • the present characteristic Ci is the number of times, per unit length, where the mark 54 is detected in a predetermined angular position.
  • the predetermined angular position corresponds to the position where the mark 54 is exactly vis-à-vis the sensor 30.
  • the senor 30 permanently measures the reflectance of the outer face 48 only located within the angular sector 100.
  • the measured signal is transmitted in real time to the unit of treatment 32.
  • each time a new reflectance measurement is received by the processing unit 32 it looks for the presence of the mark 54 vis-à-vis the sensor 30. For this, the processing unit 32 determines from the measurements of the sensor 30 if the measured reflectance passes through a minimum. If so, the presence of the mark 54 vis-à-vis the sensor 30 is detected. Otherwise, it is the absence of the mark 54 vis-à-vis the sensor 30 is detected.
  • the processing unit 32 determines from the measurements of the sensor 30 if the measured reflectance passes through a minimum. If so, the presence of the mark 54 vis-à-vis the sensor 30 is detected. Otherwise, it is the absence of the mark 54 vis-à-vis the sensor 30 is detected.
  • the time t at which this is detected is recorded in the memory 36.
  • p is an integer greater than or equal to one and, preferably, greater than or equal to two;
  • V is the average speed of the wire 10 during the time interval [t c; t c ];
  • N is the number of times the mark 54 has been detected in the interval] t cp; t c ].
  • the processing unit 32 estimates the twisting of the wire 10 from the current value of the characteristic Ci and a known value of this characteristic Ci corresponding to a known twist of the
  • the shape of the mark 54 is known in the case where the twist of the wire 10 is zero. Indeed, as described above, in the absence of torsion, the mark 54 is rectilinear. When the mark 54 is rectilinear, there are two possible cases: 1) it is never detected by the sensor 30 because it is never vis-à-vis the sensor 30,
  • the processing unit 32 estimates the twisting To e of the wire 10, for example, with the aid of the following relation:
  • the number of turns of the wire 10 around the axis 40 is expressed in radians so that a complete revolution is equal to 2 ⁇ .
  • the processing unit 32 controls the twisting device 29 according to the estimate To e .
  • the control strategy applied it aims to systematically maintain the twisting of the wire 10 below a threshold STo Ma x predetermined. Indeed, a significant twist of the wire 10 weakens it and may cause premature rupture of the wire.
  • the threshold STo Ma x is less than or equal to the value of the twist of the wire 10 for which its tensile strength is equal to 50% of the tensile strength of the wire 10 in the absence of torsion.
  • the threshold STo Ma x is less than or equal to 20n / cm or ⁇ / cm.
  • the processing unit 32 compares the absolute value of the estimate To e with the threshold STo ma x. If the estimate To e exceeds the threshold STo Ma x, the processing unit 32 automatically controls the device 29 to reduce the twisting of the thread or automatically interrupts the operation of the machine 2 or triggers an alarm to inform an operator.
  • the processing unit 32 slaves the twisting of the wire 10 on a C to lower torsion setpoint, in absolute value, at the STo Max threshold. .
  • the processing unit 32 controls the device 29 to permanently minimize the difference between the setpoint C t0 and the estimate To e .
  • the set point C t0 is modified at regular intervals to reverse the direction of twisting of the wire 10.
  • the twisting of the wire 10 which rubs on the ingot 4 is sometimes in one direction, sometimes in the opposite direction. This makes it possible to uniformly distribute the wear of the wire 10 over its entire outer periphery.
  • the 7 shows an abrasive wire 140 identical to the wire 10 except that the mark 54 is replaced by a mark 142.
  • the mark 142 is for example identical to the mark 54 except that it is not continuous over the entire length of the useful section of the wire 10.
  • the mark 142 is present only inside sections Tr, distributed at regular intervals over the entire length of the useful section of the wire 140. Between two successive sections Tr, the mark 140 is absent.
  • the length of the sections Tr is, for example, greater than or equal to 1 cm or 5 cm and generally less than or equal to 50 cm or 30 cm.
  • all the sections Tr have the same length LTn.
  • the length of the gap I, between the sections Tr, and Tr i + i is for example greater than or equal to 1 cm or 5 cm and, generally, less than or equal to 50 cm or 30 cm.
  • all the intervals I have the same length L1.
  • the presence of unmarked intervals arranged regularly along the length of the wire 140 generates a periodic component in the reflectance measured by the sensor 30.
  • This periodic component can for example, to be used to deduce the speed of the wire 140 since the lengths L1 and LTr are known.
  • the 8 represents an abrasive wire 150 identical to the wire 10 except that the mark 54 is replaced by three contiguous marks 152, 154 and 156 made on the outer face 48.
  • the mark 152 is here identical to the mark 54 except that it extends from one side 158 to an opposite side 160 of an angular sector 162.
  • the angular sector 162 is equal to 120 ° and its vertex is located on the axis 40.
  • the mark 154 is identical to the zone 56 except that it extends only from the side 160 to an opposite side 164 of an angular sector 166.
  • the apex of the angular sector 166 is on the axis 40 and this angular sector 166 is here equal to 120 °.
  • the mark 156 extends from the side 158 to the side 164 of an angular sector 168.
  • the angular sector 168 therefore also 120 °.
  • the reflectance R m i 52 of the mark 152 at the wavelength A m is substantially different from the reflectances R m i 54 and R m i56, respectively, of the marks 152 and 154.
  • the reflectances R m i54 and Rmise are also substantially different from each other.
  • the reflectances R m i52, Rmi54 and Rmise are equal, respectively, to 10%, 50% and 90% at the wavelength ⁇ m .
  • the mark 152 it is the marks 154 and 156 which fulfill the function of the contrast zone previously described in the particular case of the zone 56.
  • the marks 154 and 156 which 'frame that fulfill the function of contrast area. It is the same for the mark 156.
  • the processing unit 32 When the wire 150 is used in place of the wire 10, the processing unit 32 is able to detect the direction of twist of the wire. For example, when the thread 150 is twisted clockwise, the processing unit 32 successively detects the marks 152, 154 and 156. Conversely, if the wire 150 is twisted in the opposite direction, the processing unit 32 detects successively the marks 152, 156 and 154. Thus, the presence of at least three different reflectance marks on the face 48 also allows, if necessary, to detect the direction of rotation of the abrasive wire.
  • FIG. 9 shows an abrasive wire 180 identical to the wire 10. Except that the mark 54 is replaced by a mark 182.
  • the mark 182 is identical to the mark 54 except that, in the absence of torsion, the mark 182 forms a helix whose axis coincides with the axis 40 and whose pitch P is known in the absence of torsion.
  • the angular position of the angular sector 64 rotates about the axis 40 with a period P as one moves along the axis 40.
  • the characteristic representative of the actual shape of the mark 180 recorded during the step 120 is, for example, the frequency F T for the detection of the mark 180.
  • this frequency F T is equal to V / P.
  • the frequency F T decreases and when the torsion increases in the opposite direction, the frequency F T increases.
  • FIG. 10 represents a roller 190 comprising the coil 14 and the wire 10 wound on this coil 14.
  • at least the useful section of the wire 10 wound on the coil 14 is divided into a succession of segments. S, successive.
  • the index "i" is the sequence number of the segment S, counted from one end of the wire 10.
  • Each segment S, of the wire 10 is generally at least 1 m long and, most often, less than 500 m or 100 m long.
  • all segments S are the same length LS.
  • the length LS is between 1 m and 100 m and, for example, the number N p of segments S is greater than or equal to two and generally greater than or equal to 10 or 50.
  • the wire 10 turns systematically in the same direction and makes N, turns around the axis 40.
  • the number N is positive.
  • the wire 10 rotates in the opposite direction to the trigonometric direction within the segment S is negative.
  • the number N is not necessarily an integer. It can be a real number because it is not necessary for the wire 10 to make a whole number of turns inside a segment S ,.
  • the absolute value of the number N is greater than or equal to one and, preferably, greater than or equal to 5 or 10.
  • the two segments S, and S i + 2 within which the wire 10 rotates in the same direction are systematically separated from one another by a segment S i + i where the wire 10 rotates in the opposite direction.
  • the twist is small enough that the torsional deformation of the wire 10 is elastic.
  • the twist of the wire inside any segment S is less than 5 turns / cm or 1 revolutions / cm.
  • the accumulation of the numbers N, of each segment S, of the abrasive wire is less than or equal to Max [(
  • the deformation is elastic, as soon as a segment S is unwound from the coil 40 and, if it is free to turn on itself, it then rotates on itself to reduce its torsion. At best, it turns sufficiently on itself until its twist on this segment is zero, that is to say, until it returns to an initial state where the number of turns of the wire 10 inside of the segment S, is zero.
  • the number of marks simultaneously distributed on the face 48 of the abrasive wire may be greater than or equal to two or three. As described with reference to FIG. 8, if these marks have significantly different reflectances from each other at the wavelength At m , the contrast zone between these different marks may be omitted. On the other hand, if it is not the case, a contrast zone as described with reference to FIGS. 2 and 3 may be interposed between each different mark.
  • the contrast zone which is entirely covered with black ink and the mark 54 which is directly constituted by the outer face of the binder 46.
  • the mark is not not obtained by covering the outer surface with an ink or may be covered with an ink of a different color whose reflectance is substantially different from the reflectance of the contrast zone or immediately adjacent marks.
  • the contrast zone 56 is covered with a material such as a white ink to obtain the desired reflectance R f for this zone 56.
  • the marked angular sector is not necessarily constant over the entire length of the abrasive wire.
  • the marked angular sector is 60 ° and, in another predetermined segment of the abrasive wire, the angular sector is greater than or equal to 180 °.
  • the abrasive wire has several marks, at least some of them can perform the function of contrast zone for another of these marks.
  • the length of the sections Tr, or intervals I are not necessarily all identical.
  • the known initial shape of the mark is not necessarily that which corresponds to a zero twist of the abrasive wire.
  • the known initial shape may be the shape of the mark when the twist of the abrasive wire is equal to this known initial twist and not zero.
  • the mark may or may not cover the abrasive particles 44. This is of little importance since the beginning of the ingot sawing 4, the ink that covers the abrasive particles fades because of the friction of these particles abrasives against the ingot 4.
  • the material used may be copper or gold.
  • the angular sector 70 is for example first covered with an electrically insulating material and which can then easily be removed.
  • this electrically insulating material is oil, grease or glue.
  • the electrically insulating material is deposited on the entire outer face except at the locations where the mark is to be deposited.
  • the wire coated with the electrically insulating material is immersed in an electrolyte bath and copper and / or gold is deposited on the outer face of the abrasive wire by electrodeposition. Finally, the electrically insulating material is removed.
  • the wavelength A m is preferably chosen less than or equal to 0.5 ⁇ .
  • An electroplating pad can also be used to deposit the copper or gold only at the desired location.
  • the material used to make the mark is luminescent at the wavelength ⁇ m .
  • it comprises luminescent particles. The production of such a luminescent material is described in detail in Application FR3041650A1. This notably makes it possible to improve the contrast between the reflectances R m and R f .
  • the ends of the abrasive wire are welded to one another to form a marked abrasive wire loop.
  • a cutting machine uses a loop of abrasive wire, it is not necessary that the abrasive wire be moved in one direction and, alternately, in the opposite direction to saw the ingot 4.
  • the cutting machine can result in Permanently and consistently abrasive wire in the same direction.
  • the length of the abrasive wire is generally less than 10 m or 5 m.
  • the cross section of the face 48 is not necessarily circular. What has been previously described also works with abrasive threads whose cross section of the outer face is, for example, slightly oblong or elliptical.
  • the binder 46 may be a resin.
  • the abrasive wire described in this application can also be used to adjust various parameters of a cutting machine devoid of reflectance sensor and / or controllable torsion device.
  • the abrasive wire 10 is mounted in a cutting machine devoid of a reflectance sensor. Then, this machine is turned on and the wire 10 is moved between the wire guides. If the angular sector 64 is large enough so that the presence of the mark 54 on the outer face of the wire 10 is visible to the naked eye, then an operator can count with the naked eye the number of times the mark 54 appears. then disappears for a predetermined time. From this manual count, it can estimate the frequency of occurrence of the mark 54. The greater the twist in the yarn, the higher the estimated occurrence frequency.
  • torsion devices of the cutting machine can increase the lubricant concentration to decrease the coefficient of friction between the wire guides and the abrasive wire. Increasing the lubricant concentration decreases the adhesion of the abrasive wire to the wire guide and generally decreases the twist of the thread. Then, to verify that the twisting of the wire is now acceptable, it can again estimate with the naked eye the frequency of appearance of the mark 54. If the twist of the abrasive wire still seems too high, it can again change the settings of the cutting machine. Otherwise, if the twist of the abrasive wire is suitable, the adjustment of the cutting machine is completed and it can then proceed to cut the slices in the ingot of hard material.
  • the abrasive wire described can also be used in a cutting machine equipped with a processing unit which estimates the twist of the abrasive wire and which does not automatically control a twisting device of this wire. For example, the estimate of the twist is simply communicated to an operator via a man / machine interface. In response, this operator can manually adjust the twisting device to increase or, conversely, decrease the twist of the abrasive wire.
  • the sensor 30 and the torsion device 29 may be placed at other locations than those shown in FIG. 1.
  • the sensor 30 is not necessarily located between the two wire guides 22 and 23 but can be placed between the spool 14 and the thread guide 22 or between the spool 16 and the thread guide 23.
  • the reflectance can be measured at other wavelengths and, in particular, at wavelengths outside the visible spectrum.
  • the wavelength ⁇ m is chosen within a range of values within which the material to be cut is transparent.
  • a material is "transparent" at a given wavelength if, at this given wavelength, its transmission rate is greater than or equal to 0.6 and, preferably greater than or equal to 0 , 8 or 0.9.
  • the wavelength A m will advantageously be chosen in the infrared and, typically, in the range between 1.2 ⁇ and 7 ⁇ . Indeed, in the case where the cut material is transparent to the wavelength ⁇ m , then this prevents the chips or dust of the cut material from disturbing the measurement of the reflectance of the abrasive wire.
  • the measurement of the reflectance of the abrasive wire can also be performed simultaneously at several wavelengths A m different.
  • the sensor does not need to directly measure the reflectance of the outer face of the abrasive wire but can measure another physical quantity that varies according to the reflectances of the mark and the contrast areas.
  • the sensor is replaced by a camera that films the outer face of the abrasive wire that moves in front of its lens.
  • This camera is a a camera that films in the visible spectrum if the wavelength ⁇ m is located in the visible spectrum or an infrared camera that films in the infrared range if the wavelength ⁇ m is located in the infrared spectrum.
  • the processing unit 32 processes these images so as to identify the position of the mark in each of these images when it is present in these images.
  • the noted characteristic of the actual shape of the mark may be the same as that previously described.
  • the images filmed by the camera each comprise several pixels, for example more than 256 pixels, it is possible to note other characteristics of the current form of the mark which can not be recorded using a simple single-pixel reflectance sensor.
  • the inclination of the mark relative to a fixed direction for example parallel to an edge of the image, can be raised. The greater this inclination, the greater the twist of the abrasive wire is important.
  • the senor 30 may be replaced by a hyperspectral camera which generates images comprising several pixels and in which the value of each pixel is associated with a reflectance value measured by a particular transducer of this camera.
  • the angular sector 100 is strictly greater than the angular sector 64.
  • the reflectance is also maximum when the mark 54 is exactly opposite this sensor 30. .
  • the focusing device 104 may be omitted.
  • the senor 30 also comprises a light source which illuminates the face 48 at the wavelength ⁇ m .
  • the transducer 102 may be replaced by a transducer that measures the reflectance in the infrared.
  • the transducer 102 is replaced by a transducer marketed under the reference QTR-1A by AlphaCrucis®.
  • the torsion device can be made by drawing inspiration from the embodiment described in DE 10201105500630A1.
  • the torsion device is identical to that described with reference to FIG. 1 except that the inclination of the axis of the reel 13 is controllable and can be modified automatically in response to a command from the processing unit 32.
  • one of the wheels 80 or 82 is omitted.
  • a torsion device may also comprise a controllable mechanism which displaces, in translation along its axis of rotation, one of the wire guides 22, 23 relative to the other of the wire guides 22, 23. Indeed, the fact that the orthogonal projection of the wire 10 in a horizontal plane containing the axis of rotation of one of the wire guides 22, 23 intersects the axis of this wire guide with an angle other than 90 °, This twisting device embodiment can be used in place of the above-described torsion devices or in addition to these devices.
  • the mark is deposited on an abrasive wire by an ink pad as the wire 10 is unwound from the reel 14 or 16.
  • the abrasive thread before being unwound from the spool, the abrasive thread does not present a mark.
  • the embodiment described with reference to Figure 10 may be implemented to distribute more evenly the wear on the outer periphery of the abrasive wire both in the case where the abrasive wire has a mark that in the case where this abrasive wire is devoid of a mark such as the mark 54.

Landscapes

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Abstract

Ce procédé de découpe comporte : - l'utilisation d'un fil abrasif marqué comportant sur sa face extérieure cylindrique et entre des particules abrasives une marque qui se déforme en fonction de la torsion du fil abrasif, cette marque s'étendant longitudinalement sur au moins 50 % de la longueur totale du fil abrasif et présentant une réflectance Rm à une longueur d'onde λm, - lors du déplacement du fil et à l'aide d'un capteur sensible à la réflectance de la face extérieure du fil abrasif, le relevé (120) d'au moins une caractéristique de la forme actuelle de la marque qui varie en fonction de la torsion du fil abrasif, et - l'estimation (130) de la torsion du fil abrasif à partir de la caractéristique relevée de la forme actuelle de la marque et d'une valeur connue de cette caractéristique correspondant à une torsion connue du fil abrasif.

Description

PROCEDE DE DECOUPE DE TRANCHES DANS UN LINGOT
EN MATERIAU DUR ET FIL ABRASIF
[001] L'invention concerne un procédé de découpe de tranches dans un lingot en matériau dur. Elle a également pour objet un fil abrasif, une bobine de fil abrasif et une machine de découpe pour mettre en œuvre ce procédé de découpe.
[002] Dans cette description, on considère qu'un matériau est dur si sa microdureté sur l'échelle de Vickers est supérieure à 400 Hv ou supérieur ou égale à 4 sur l'échelle de Mohs. Dans le cas du lingot, les microduretés Vickers sont exprimées pour une charge de 110 gramme force, c'est-à-dire pour une force de 0.49N. Pour les autres éléments, l'homme du métier sait qu'il faut ajuster la charge en fonction de l'épaisseur du matériau sur lequel les mesures sont réalisées pour que la taille de l'empreinte Vickers soit inférieure à l'épaisseur du matériau.
[003] Des procédés connus comportent le déplacement entre deux guides-fils d'un fil abrasif en le faisant frotter sur le lingot et ainsi scier ce lingot, ce fil abrasif comportant :
- un axe longitudinal le long duquel il s'étend,
- une face extérieure cylindrique qui entoure cet axe longitudinal, et
- des particules abrasives en saillie sur la face extérieure cylindrique.
[004] Par exemple, un tel procédé de découpe est décrit dans la demande US20120298091A ou WO2011/070386A1.
[005] Dans le domaine de la découpe de tranches dans un lingot en matériau dur, il a été observé qu'au cours du procédé de découpe, la torsion du fil peut changer. Les changements de la torsion du fil abrasif peuvent être provoqués volontairement et/ou involontaire. Par exemple, la demande DE102011055006A1 enseigne différentes techniques pour entraîner volontairement en rotation le fil abrasif autour de son axe longitudinal au cours du procédé de découpe. En effet, faire tourner le fil abrasif autour de son axe longitudinal est avantageux, par exemple, pour répartir de façon uniforme l'usure du fil abrasif sur toute sa périphérie extérieure.
[006] Toutefois, la torsion précise appliquée au fil abrasif est délicate à maîtriser car elle dépend de nombreux paramètres dont certains sont difficiles à contrôler et d'autres sont inconnus. Or, une torsion trop importante du fil abrasif doit être évitée car elle diminue la résistance à la traction de ce fil abrasif, ce qui peut se traduire par une rupture prématurée de ce fil et donc par des interruptions plus fréquentes du procédé de découpe. Une torsion trop importante désigne typiquement une torsion supérieure à 10 tours/cm.
[007] Le problème est que la torsion du fil apparaît lorsque celui-ci est déplacé au cours du procédé de découpe et, qu'à ce moment-là, cette torsion est très difficilement mesurable. Des exemples de mesure de la torsion d'un fil sont décrits dans les documents suivants : JP2012250329A et WO96/33836A1. [008] L'invention vise à remédier à cet inconvénient en proposant un procédé de découpe au cours duquel la torsion du fil abrasif peut être facilement estimée. Elle a donc pour objet un tel procédé de découpe conforme à la revendication 1.
[009] Dans le procédé revendiqué, la torsion du fil abrasif est simple à estimer grâce à l'utilisation d'un fil abrasif marqué comportant une marque observable sur sa face extérieure qui se déforme en fonction de la torsion de ce fil abrasif. En effet, contrairement à la torsion du fil abrasif qui est difficilement directement observable, la forme de la marque sur la face extérieure du fil abrasif est facile à relever. Or, comme cette forme dépend de la torsion du fil, il est possible d'en déduire la torsion du fil abrasif même au cours de son déplacement pour scier un lingot.
[0010] De plus, étant donné que la marque est présente sur la face extérieure du fil abrasif, ce sont les particules abrasives de ce fil abrasif qui frottent sur le lingot pour le scier. Ces particules abrasives sont en saillie sur la face extérieure du fil abrasif de sorte que la face extérieure située entre ces particules abrasives n'entre normalement pas fréquemment directement en contact avec le lingot. Puisque la face extérieure du fil abrasif entre les particules abrasives ne frotte pas ou peu sur le lingot, la marque qui s'y trouve ne s'use pas ou peu. Elle reste donc observable pendant une bonne partie de la durée de vie du fil abrasif, ce qui rend possible son utilisation pour estimer la torsion du fil abrasif.
[0011] Les modes de réalisation de ce procédé peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques des revendications dépendantes de procédé.
[0012] Ces modes de réalisation du procédé de découpe présentent en outre l'avantage suivant :
- L'utilisation de mesures de la réflectance de la face extérieure du fil abrasif pour révéler une caractéristique de la forme de la marque simplifie la mise en œuvre du procédé. En effet, un capteur de réflectance est particulièrement simple à réaliser et à mettre en œuvre.
- La commande d'un dispositif de torsion en fonction de la torsion estimée permet d'éviter d'atteindre une torsion trop importante du fil abrasif qui limite de façon substantielle sa résistance à la traction.
[0013] L'invention a également pour objet un fil abrasif apte à être utilisé pour la mise en œuvre du procédé de découpe revendiqué.
[0014] Les modes de réalisation de ce fil abrasif peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques des revendications dépendantes de fil abrasif.
[0015] Ces modes de réalisation du fil abrasif peuvent présenter en outre les avantages suivants :
- L'utilisation d'une marque présente sur la face extérieure uniquement dans un secteur angulaire marqué inférieur ou égal à 180° permet de relever, à l'aide d'un seul capteur, la caractéristique de la marque qui dépend de la torsion du fil abrasif. - Lorsque le secteur angulaire marqué est supérieur à 60°, la marque est plus facilement observable.
- Lorsque la longueur d'onde Am à laquelle est mesurée la réflectance de la face extérieure du fil abrasif est comprise entre 0,5 μίτι et 0,7 μίτι, la forme de la marque peut être observée même à l'œil nu.
- Le fait qu'en absence de torsion, la marque soit rectiligne ou apparaisse avec une fréquence prédéterminée dans la même position angulaire, simplifie l'estimation de la torsion du fil abrasif.
- Le fait que la densité de particules abrasives soit supérieure ou égale à 10 particules/mm permet de ralentir l'usure de la marque sur la face extérieure du fil abrasif.
[0016] L'invention a également pour objet un rouleau du fil abrasif revendiqué.
[0017] Le rouleau revendiqué permet de faire tourner le fil abrasif autour de son axe longitudinal dans un sens et, en alternance, dans le sens opposé sans avoir à utiliser pour cela un dispositif commandable de torsion du fil abrasif.
[0018] L'invention a également pour objet une machine de découpe pour la mise en œuvre du procédé de découpe revendiqué.
[0019] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels :
- la figure 1 est une illustration schématique d'une machine de découpe de tranches dans un lingot en matériau dur ;
- la figure 2 est une illustration schématique d'une section transversale d'un premier mode de réalisation d'un fil abrasif utilisable dans la machine de la figure 1 ;
- la figure 3 est une illustration schématique partielle et en vue de dessus d'une portion du fil abrasif de la figure 2 ;
- la figure 4 est une illustration schématique en vue de dessus d'un dispositif de torsion de la machine de la figure 1 ;
- la figure 5 est une illustration schématique d'un capteur de réflectance de la machine de la figure 1 ;
- la figure 6 est un organigramme d'un procédé de découpe de tranches dans un lingot à l'aide de la machine de la figure 1 ;
- les figures 7 et 9 sont des illustrations schématiques en vue de dessus, respectivement, d'un deuxième et d'un troisième modes de réalisation d'un fil abrasif utilisable dans la machine de la figure 1.
- la figure 8 est une illustration schématique et en coupe transversale d'un quatrième mode de réalisation d'un fil abrasif utilisable dans la machine de la figure 1 ; - la figure 10 est une illustration schématique en perspective d'un rouleau de fil abrasif utilisable dans la machine de la figure 1.
[0020] Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments. Dans la suite de cette description, les caractéristiques et fonctions bien connues de l'homme du métier ne sont pas décrites en détail.
[0021] La figure 1 représente une machine 2 de découpe d'un lingot 4 en fines tranches. Le lingot 4 est un bloc, typiquement parallélépipédique, d'un matériau dur. Par exemple, le matériau dur est du silicium monocristallin ou polycristallin ou encore du saphir ou du carbure de silicium. Ici, le lingot 4 est un bloc de silicium monocristallin. Ce lingot 4 s'étend parallèlement à une direction horizontale Y. La figure 1 et les suivantes sont orientées par rapport à un repère orthogonal XYZ, où X et Y sont des directions horizontales et Z est la direction verticale.
[0022] Par fine tranche, on désigne typiquement une tranche dont l'épaisseur est inférieure à 5 mm et, généralement, inférieure à 1 mm. Ces tranches sont plus connues sous le terme anglais de « Wafer ».
[0023] Les machines de découpe de telles tranches sont bien connues et seuls les détails nécessaires à la compréhension de l'invention sont donnés ici. Par exemple, pour plus d'informations sur une telle machine, le lecteur peut se référer à la demande US20120298091.
[0024] La machine 2 comporte :
- un fil abrasif 10 qui frotte sur une partie supérieure du lingot 4,
- un actionneur 12 qui déplace verticalement le lingot 4 au fur et à mesure que le fil 10 découpe ce lingot 4,
- des bobines 14 et 16 sur lesquelles s'enroule et, en alternance, se déroule le fil 10, et
- des moteurs 18 et 20 pour entraîner en rotation, respectivement, les bobines 14 et 16.
[0025] Le fil 10 est destiné à découper le lingot 4 par frottement ou abrasion. La structure du fil 10 est décrite plus en détail en référence aux figures 2 et 3. La longueur de ce fil 10 est généralement supérieure à 100 m ou 1000 m et, habituellement, inférieure à 100 km.
[0026] Dans la zone de découpe du lingot 4, le fil 10 est entouré autour de deux guides-fils 22 et 23 de manière à obtenir plusieurs sections du fil 10 parallèles les unes aux autres et qui frottent en même temps sur le lingot 4. Les guides-fils 22, 23 sont situés chacun d'un côté respectif du lingot 4 dans la direction X. L'espace entre deux sections parallèles successives du fil 10 dans la direction Y définit alors l'épaisseur de la tranche découpée.
[0027] Les moteurs 18 et 20 entraînent les bobines 14 et 16 en rotation tantôt dans un sens, tantôt dans le sens opposé, de sorte que le fil 10 est animé d'un mouvement de va-et-vient. Chaque bobine 14, 16 comporte généralement plusieurs spires du fil 10 directement empilées les unes sur les autres le long de la direction radiale de cette bobine.
[0028] Le fil 10 est tendu mécaniquement entre les bobines 14 et 16. Ici, la machine 2 comporte des mécanismes 26 et 27 pour ajuster la tension du fil 10. Par exemple, ces mécanismes 26 et 27 permettent d'ajuster la tension du fil 10 enroulé sur les bobines 14 et 16. Ces mécanismes 26 et 27 sont par exemple identiques à ceux décrits dans la demande US20120298091.
[0029] La machine 2 comporte aussi un système 28 de contrôle et d'ajustement de la torsion du fil 10. Ce système 28 comporte :
- un dispositif commandable 29 de la torsion du fil abrasif 10,
- un capteur 30 fixe et apte à mesurer une grandeur physique représentative de la forme d'une marque réalisée sur la face extérieure du fil 10, et
- une unité de traitement 32 programmée pour estimer la torsion du fil 10 à partir des mesures du capteur 30 et pour commander le dispositif 29 en fonction de la torsion estimée.
[0030] Le dispositif 29 de torsion permet, en réponse à une commande de l'unité de traitement 32, d'augmenter et, en alternance, de diminuer la torsion du fil 10. Un exemple de réalisation de ce dispositif 29 est décrit plus en détail en référence à la figure 4.
[0031] L'unité de traitement 32 comporte un microprocesseur 34 programmable apte à exécuter des instructions enregistrées dans une mémoire non volatile et une mémoire 36 raccordée au microprocesseur 34. La mémoire 36 comporte les instructions et les données nécessaires pour exécuter le procédé de la figure 6.
[0032] L'unité de traitement 32 est raccordée au capteur 30 et au dispositif 29 de torsion.
[0033] Les figures 2 et 3 représentent plus en détail le fil 10. Le fil 10 s'étend le long d'un axe longitudinal 40. Il comporte une âme centrale 42 sur laquelle sont fixées des particules abrasives 44 maintenues sur l'âme centrale par un liant 46. Ainsi, le fil 10 présente une face extérieure 48 depuis laquelle les particules abrasives 44 font saillies.
[0034] La face extérieure 48 correspond ici à la face extérieure du liant 46 située entre les particules abrasives 44. La face extérieure 48 est cylindrique et entoure complètement l'axe 40. Ici, la face extérieure 48 est centrée sur l'axe 40. Sur la figure 2, la section transversale de la face extérieure 48 est circulaire. Dans la réalité, à cause de variations de l'épaisseur du liant 46 et d'imprécision sur la géométrie de la section transversale de l'âme 42, la section transversale de la face extérieure 48 n'est pas un cercle parfait. Toutefois, initialement et en moyenne sur toute la longueur du fil 10, elle s'en approche. [0035] Typiquement, l'âme centrale 42 se présente sous la forme d'un fil simple présentant une résistance à la traction supérieure à 2 000 MPa ou 3 000 MPa et, généralement, inférieure à 5 000 MPa. L'allongement à la rupture de l'âme 42 est supérieur à 1 % et, de préférence, supérieur à 2 %. A l'inverse, l'allongement à la rupture de l'âme 42 ne doit pas être trop important et, par exemple, doit rester en dessous de 10 % ou 5 %. L'allongement à la rupture représente ici l'augmentation de la longueur de l'âme 42 avant que celle-ci ne se rompe.
[0036] Dans ce mode de réalisation, l'âme 42 a une section transversale circulaire. Par exemple, le diamètre de l'âme 42 est compris entre 10 μίτι et 150 μίτι et, souvent, compris entre 70 μίτι et 150 μίτι. Dans cet exemple, le diamètre de l'âme 42 est égal à 120 μίτι. Ici, l'âme 42 est réalisée dans un matériau électriquement conducteur. On considère qu'un matériau est électriquement conducteur si sa résistivité est inférieure à ÎO 5 Q.m à 20°C. Par exemple, l'âme 42 est réalisée en acier, tel qu'un acier au carbone ou un acier inoxydable ferritique ou un acier laitonné. Dans cet exemple, l'âme 42 est en acier à 0,8 % en masse de carbone. La masse linéique m de l'âme 4 est, par exemple, comprise entre 10mg/m et 500mg/m et, de préférence, entre 50mg/m et 200mg/m.
[0037] Les particules abrasives 44 forment des dents en saillie sur la face 48 qui vont venir éroder le matériau à découper. Ces particules abrasives doivent donc être plus dures que le matériau à découper. Typiquement, les particules abrasives présentent une dureté supérieure d'au moins 42 Hv ou 100 Hv à celle du lingot à découper. A cet effet, chaque particule abrasive est formée d'un matériau dont la dureté est supérieure à 430 Hv sur l'échelle de Vickers et, de préférence, supérieure ou égale à 1 000 Hv. Sur l'échelle de Mohs, la dureté de ce matériau est supérieure à 7 ou 8. Typiquement, ce matériau représente plus de 80 % ou 90 % du volume de la particule abrasive. Par exemple, les particules 44 sont des diamants. Ces diamants peuvent être des diamants multicristallins souvent désignés sous l'acronyme « diamants RB (« Resin Bond ») » ou des diamants monocristallins dits « Hyperion » tels que ceux décrits dans la demande WO2011014884 et vendus par la société Sandvik Hyperion®. La dureté d'une particule abrasive peut être estimée à partir de leur composition chimique, et de leur structure cristalline, et en fonction des données publiées sur les duretés des différents minéraux.
[0038] Les tailles des particules 44 sont distribuées selon une loi de probabilité. Ici, à titre d'exemple, la distribution des tailles des particules 44 est telle que :
- le diamètre minimal des particules 44 à 5 %, appelé D5, est supérieur à 5 μίτι, et - le diamètre maximal des particules 44 à 95 %, appelé D95, est inférieur à 40 μίτι et inférieur au tiers du diamètre de l'âme 42.
[0039] Le diamètre D95 est une valeur telle que 95 %, en volume, des particules 44 du fil 10 ont un diamètre inférieur à D95. En d'autre terme, seul 5 %, en volume, des particules 44 du fil 10 ont un diamètre supérieur à D95. Le diamètre D5 est une valeur telle que seul 5 %, en volume, des particules 44 du fil 10 ont un diamètre inférieur à D5. En d'autre terme, 95 %, en volume, des particules 44 du fil 10 ont un diamètre supérieur à D5. Le diamètre des particules 44 est mesuré par compteur Coulter. La méthode de mesure est décrite dans le standard ISO 13319 :2000 « Détermination of particle size distribution - Electrical sensing zone method » ou le standard révisé ISO 13319:2007. Pour séparer les particules abrasives du fil, on plonge celui-ci dans une solution aqueuse contenant de l'acide nitrique. Les métaux de l'âme et du liant sont dissous, tandis que les particules abrasives, insolubles, sont libérées. Elles sont ensuite extraites et rincées, avant la mesure de leur granulométrie. Le diamètre indiqué correspond au diamètre de la sphère qui se comporterait de façon identique lors de l'analyse granulométrique par compteur Coulter.
[0040] De préférence, le diamètre D95 est inférieur à 42 μίτι ou 25 μίτι. Par exemple, avantageusement, le diamètre D5 est supérieur à 8 μι et le diamètre D95 est inférieur ou égal à 25 μίτι ou 42 μίτι. Ici, le diamètre D5 est égal à 12 μίτι, et le diamètre D95 est égal à 25 μίτι.
[0041] La densité de particules abrasives du fil 10 est ici exprimée en nombre de particules abrasives par millimètre de fil. Cette densité de particules abrasives est mesurée selon la méthode suivante :
1) On prélève au moins quatre échantillons de plus de 1 mm de longueur du fil 10. Ces échantillons sont prélevés sur une section utile du fil utilisée pour découper le lingot 4 et, de préférence, prélevés à des endroits uniformément répartis sur cette section utile.
2) Chaque échantillon est inséré dans un support qui permet à la fois :
- de tenir l'échantillon en exposant un côté avant de cet échantillon à un dispositif d'observation tel qu'un microscope électronique ou optique, et
- de faire pivoter l'échantillon de 180° autour de son axe longitudinal afin d'observer le côté arrière de l'échantillon qui était jusqu'à présent caché.
3) Une section de l'échantillon de longueur L est sélectionnée, où L est une longueur supérieure ou égale à 0,9 mm et généralement inférieure ou égale à 1 cm ou 10 cm. Ensuite, le nombre de particules abrasives 44 visibles sur le côté avant de cette section sélectionnée est compté. Pour ne pas compter deux fois les particules abrasives qui sont visibles sur les deux côtés, c'est-à-dire ceux dont l'image dépasse du bord de l'échantillon, ces particules abrasives visibles des deux côtés n'incrémentent le compteur que de 0,5 alors que les particules abrasives visibles seulement sur le côté avant incrémentent ce même compteur de 1. Sur la figure 3, deux particules abrasives 44A visibles des deux côtés sont illustrées. Lors de ce comptage, un agglomérat ou un amas de plusieurs particules abrasives est compté pour un seulement. Sur la figure 3, un tel agglomérat 44B de particules abrasives est illustré. Dans un tel agglomérat, les différentes particules abrasives 44 sont directement en contact mécanique les unes avec les autres et l'ensemble ne forme donc qu'une seule particule abrasive.
4) On dénombre le nombre de diamants dans la section sélectionnée mais cette fois ci sur le côté arrière. Pour cela, on procède de la même façon qu'au point 3) pour le côté arrière de l'échantillon après avoir fait pivoter cet échantillon de 180° autour de son axe longitudinal.
5) La densité de particules abrasives pour cet échantillon est alors obtenue en divisant le cumul du nombre de particules abrasives compté sur les côtés avant et arrière par la longueur L de la section sélectionnée, exprimée en mm.
6) La densité de particules abrasives du fil 10 est prise égale à la moyenne des densités de particules abrasives mesurées sur chacun des échantillons.
[0042] La densité de particules 44 du fil 10 est supérieure à 1 particules abrasives par millimètre et, de préférence, supérieure à 10 ou 30 particules abrasives par millimètre. La densité de particules 44 est généralement inférieure à 300 particules abrasives par millimètre. Les dispositifs de découpe industrielle nécessitent typiquement au moins 1 km de fil abrasif et, souvent, au moins de 2 km de fil abrasif. Par conséquent, la densité de particules 44 du fil 10 est maintenue dans les plages de densités données ci-dessus sur une section utile continue du fil 10 d'au moins 1 km ou 2 km de long. Typiquement, sur cette section utile du fil 10, la densité de particules 44 est constante à plus ou moins 5 % près ou 10 % près. Par ailleurs, de préférence, cette section utile représente au moins 80 % ou 90 % de la longueur totale du fil 10. Ici, par exemple, la section utile est égale à la longueur totale du fil 10.
[0043] Le liant 46 a pour fonction de maintenir les particules abrasives 44 fixées sans aucun degré de liberté sur l'âme 42. Le liant 46 est ici un liant métallique car ces liants sont plus durs que des résines et permettent donc de maintenir de façon plus efficace les particules abrasives sur l'âme 42. Ainsi, la dureté du liant 44 est supérieure à 450 Hv ou 500 Hv sur l'échelle de Vickers. A cet effet, ici, le liant est un alliage de nickel et de cobalt tel que celui décrit dans la demande FR3005592. Par exemple, il comprend de 20 % à 40 % en masse de Cobalt. Dans cet exemple, le liant 46 comprend 70 % de nickel et 30 % de cobalt, ces pourcentages étant donnés par rapport à la masse du liant. La dureté du liant 44 est alors égale à 650 Hv sur l'échelle de Vickers à plus ou moins 10 % près.
[0044] Par exemple, en pratique, on mesure la dureté du liant par nano-indentation instrumentée, en suivant les préconisations des normes ISO14577-1 :2002 et ISO14577-4 :2007. Toutefois, ces normes ne peuvent pas être rigoureusement suivies, car les empreintes se situent généralement trop près des bords du liant. La dureté obtenue est alors exprimée en GPa. Cette valeur en GPa est convertie en dureté Vickers en appliquant le modèle d'Oliver et Pharr aux courbes de charge et de décharge relevées. C'est pour cela que la charge en gramme force n'est pas donnée dans l'expression de la dureté Vickers. Ici, pour la mesure par nano-indentation, on a employé un pénétrateur Berkovich, une force de 10 mN, et un temps de 15 secondes.
[0045] L'épaisseur du liant 46 est choisie pour avoir une exposition des particules abrasives comprise entre Emin et Emax, où Emin est strictement inférieur à Emax. A cet effet, l'épaisseur du liant 46 est comprise entre Tbo_min et Tbo_max. Ici, Emin est supérieur ou égal à 110 % et, de préférence, à 65 % et Emax est inférieur ou égal à 90 %. Le calcul de l'exposition E d'une particule abrasive est décrit dans la demande WO2011014884 en référence à la figure 3b. On rappelle ici que l'exposition E d'une particule est donnée par la relation suivante : E = 100*(Tco - Tbo)/Tco, où :
- Tco est la distance la plus courte entre le sommet de la particule 44 le plus éloigné de la surface de l'âme 42 et la projection, selon une direction radiale, de ce sommet sur la surface de l'âme 42, et
- Tbo est l'épaisseur du liant 46.
[0046] Ici, l'exposition minimale Emin des particules 44 est calculée en considérant que Tco est égal au diamètre D5 et que l'épaisseur du liant 46 est maximale, c'est-à- dire égale à Tbo_max. L'épaisseur maximale Tbo_max du liant 46 qui permet de respecter l'exposition minimale Emin est donc donnée par la relation suivante : Tbo_max = D5*(l - Emin/100). De façon similaire, l'exposition maximale Emax des particules 46 est calculée en considérant que Tco est égal au diamètre D95 et que l'épaisseur du liant 46 est minimale, c'est-à-dire égale à Tbo_min. L'épaisseur minimale de liant 46 qui permet de respecter l'exposition maximale Emax est alors donnée par la relation suivante : Tbo_min = D95*(l - Emax/100). L'épaisseur du liant 46 est choisie entre Tbo_min et Tbo_max. Ainsi, pour des particules abrasives de diamètres D5 et D95 égaux, respectivement, à 8 μίτι et 16 μίτι , l'épaisseur du liant est choisie entre 1,6 μίτι et 4 μίτι pour obtenir un exposition moyenne comprise entre 110 % et 90 %. Pour des particules 44 dont les diamètres D5 et D95 sont égaux, respectivement, à 12 μίτι et 25 μίτι, l'épaisseur du liant 46 est choisie entre 2,5 μίτι et 4,5 μίτι pour obtenir une exposition moyenne comprise entre 60 % et 90 %. Ici, l'épaisseur du liant 46 est choisie égale à 4 μίτι.
[0047] Par l'épaisseur du liant, on désigne son épaisseur moyenne entre les particules 44. Par exemple, pour mesurer l'épaisseur du liant 46, le fil 10 est coupé transversalement en au moins quatre endroits différents répartis sur sa longueur. On obtient ainsi quatre coupes transversales du fil 10 similaires à celle représentée sur la figure 2. Sur chacune de ces coupes, l'épaisseur de liant 46 est mesurée en au moins quatre points. Les points de mesure sont situés entre les particules 44. De préférence, ces points de mesure sont uniformément répartis sur la périphérie de la coupe transversale. Par exemple, en chaque point de mesure, l'épaisseur est mesurée à l'aide d'un microscope électronique. En effet, la limite entre l'âme 42 et le liant 46 est visible sur ces coupes. Ensuite, l'épaisseur du liant 46 est prise égale à la moyenne de toutes les mesures obtenues sur chacune des coupes transversales.
[0048] Dans ce mode de réalisation, le liant 46 est déposé en deux couches successives 50 et 52 par électrolyse. L'épaisseur de la couche 50 est faible. Elle est par exemple inférieure au tiers du diamètre médian des particules abrasives. Cette couche 50 permet juste de fixer faiblement les particules 44 sur l'âme centrale.
[0049] La couche 52 a une épaisseur plus importante. Par exemple, l'épaisseur de la couche 52, dans la direction radiale, est 1,5 ou deux fois supérieure à l'épaisseur de la couche 50. Cette couche 52 permet d'empêcher l'arrachement des particules abrasives 44 lorsque le fil 10 est utilisé pour découper le lingot 4.
[0050] Le fil 10 est par exemple fabriqué comme décrit dans la demande FR2988629.
[0051] La face 48 comporte une marque 54 dont la forme varie en fonction de la torsion du fil 10. La face 48 comporte également une zone de contraste 56 qui permet d'observer la position angulaire de la marque 54. Un tel fil abrasif comportant une telle marque est appelé par la suite « fil abrasif marqué ».
[0052] La marque 54 s'étend continûment et parallèlement à l'axe 40 sur la section utile du fil 10. Elle s'étend sur au moins 62,5 % et, de préférence, sur au moins 80 % ou 90 % de cette section utile. Ici, à titre d'illustration, la marque 54 s'étend sur toute la longueur du fil 10.
[0053] Dans tous les plans transversaux du fil 10 où la marque 54 est présente, cette marque 54 s'étend depuis un côté droit 60 jusqu'à un côté gauche 62 d'un secteur angulaire 64. Le sommet du secteur angulaire 64 est situé sur l'axe 40. Ce secteur angulaire 64 est appelé par la suite « secteur angulaire marqué ». L'angle au sommet du secteur angulaire 64 est noté a. Pour que la marque 54 soit facilement observable, l'angle a est supérieur ou égal à 0,5° ou 1° et, de préférence, supérieur ou égal à 45° ou 60°. De plus, pour que la marque 54 puisse être observée dans son ensemble depuis un seul côté du fil 10, l'angle a est inférieur à 180° ou 150°. Ici, l'angle a est égal à 60°.
[0054] Dans ce mode de réalisation, en absence de torsion du fil 10, la position du secteur angulaire 64 est constante et indépendante de la valeur de l'abscisse curviligne où la section transversale du fil abrasif est observée. Autrement dit, en absence de torsion, la position du secteur angulaire 64 autour de l'axe 40 est la même sur toute la longueur de la marque 54. Ainsi, lorsque le fil 10 est tendu entre ses extrémités et donc que l'axe 40 est rectiligne, la marque 54 est elle aussi rectiligne et s'étend parallèlement à cet axe 40 en absence de torsion. À l'inverse, si le fil 10 présente torsion non-nulle, dans les mêmes conditions, la marque 54 forme une hélice dont l'axe est confondu avec l'axe 40. Ainsi, la forme de cette marque varie en fonction de la torsion du fil 10. [0055] Ici, la marque 54 est réalisée dans un matériau dont la réflectance Rm est inférieure à 20 % à la longueur d'onde Am. De plus, la marque 54 est réalisée dans un matériau qui reste fixé sur la face 48 même en présence des liquides habituellement répandus sur le fil 10 lors du sciage du lingot 4. Ainsi, typiquement, le matériau choisi est insoluble dans l'eau.
[0056] Par exemple, le matériau utilisé pour réaliser la marque 54 est une encre indélébile de couleur noire. À titre d'illustration, il peut s'agir de la même encre noire que celle utilisée dans le crayon Staedler® Lumocolor® de référence 350-9. Une telle encre peut être déposée sur le fil 10, par exemple, à l'aide d'un rouleau encreur qui roule, dans la direction X, sur le fil 10 et qui est en contact avec la face 48 uniquement à l'intérieur du secteur angulaire 64. Plutôt que d'utiliser un rouleau ou tampon encreur, il est aussi possible de projeter l'encre dans le secteur angulaire 64 à l'aide d'une buse d'impression similaire à celle utilisée dans les imprimantes à jet d'encres.
[0057] Dans le cas d'une encre noire, la réflectance de la marque 54 est inférieure à 20 % dans tout le spectre visible, c'est-à-dire entre 0,4 μίτι et 0,7 μίτι. De plus, cette réflectance Rm reste également inférieure à 20 % dans le spectre infrarouge compris entre 0,7 μίτι et 100 μίτι et, en particulier, dans le spectre infrarouge proche compris entre 0,7 μίτι et 1,6, μίτι. Ainsi, avec une telle marque 54, la longueur d'onde Am peut être choisie entre 0,4 μίτι et 100 μίτι. Par la suite, à titre d'illustration, la longueur d'onde Am est choisie dans le spectre visible, c'est-à-dire entre 0,4 μίτι et 0,7 μίτι.
[0058] La zone de contraste 56 permet d'identifier la position des côtés 60 et 62 de la marque 54. À cet effet, la zone 56 présente une réflectance Rf à la longueur d'onde Am sensiblement différente de celle de la marque 54. Dans tout ce texte, les réflectances sont exprimées en pourcentage. Par « sensiblement différente », on désigne le fait que l'écart entre les réflectances Rm et Rf est tel que |Rm - Rf| est supérieur ou égal à 5 % et, de préférence supérieur ou égal à 20 % ou 40 %.
[0059] Ici, aux endroits où la face 48 n'est pas recouverte par la marque 54, cette face extérieure est constituée par le liant métallique 46. La réflectance à la longueur Am du liant 46 est supérieure ou égale à 80 % ou 90 %. Ainsi, dans ce mode de réalisation, pour obtenir la zone 56 de contraste, il n'est pas nécessaire de recouvrir la zone 56 avec un matériau déposé directement sur cette face 48.
[0060] La zone 56 s'étend, dans le plan transversal, le long des côtés 60 et 62 de la marque 54 sur toute la longueur de la marque 54. À cet effet, dans ce mode de réalisation, la zone 56 s'étend dans chaque plan transversal où la marque 54 est présente depuis le côté 62 jusqu'au côté 60 d'un secteur angulaire contigu 70. Le sommet du secteur angulaire 70 est situé sur l'axe 40. Le secteur angulaire 70 est ici le secteur angulaire complémentaire du secteur angulaire 64. Autrement dit, la réunion des secteurs angulaires 64 et 70 s'étend sur 360°. Ici, le secteur angulaire 70 est donc égal à 360° - a. Pour que la marque 54 puisse être détectée, le secteur angulaire 70 est, de préférence, supérieur ou également à 0,5°.
[0061] La figure 4 présente un exemple de réalisation du dispositif 29 de torsion.
Dans ce mode de réalisation, le dispositif 29 comporte une roue inférieure 80 et une roue supérieure 82 qui enserrèrent entre elles le fil 10. Au moins la bande de roulement de chacune de ces roues 80 et 82 est directement en contact avec le fil 10.
Cette bande de roulement est réalisée dans un matériau qui présente un fort coefficient de frottement avec le fil 10. Par exemple, la bande de roulement est réalisée en polyuréthane de faible dureté ou en céramique rugueuse. Ici, les roues 80 et 82 sont montées libres en rotation autour, respectivement, d'axes 84 et 86.
[0062] Le dispositif 29 comporte aussi deux actionneurs commandables 88 et 90.
Les actionneurs 88 et 90 sont aptes à modifier l'inclinaison, respectivement, des axes
84 et 86 par rapport à un plan vertical PV contenant l'axe 40 de fil 10. Plusieurs précisément, ici, ces actionneurs sont programmés pour conserver systématiquement les axes 84 et 86 symétriques l'un de l'autre par rapport à ce plan PV. L'angle entre le plan PV et l'axe 84 est noté Θ.
[0063] Dans ces conditions, lorsque le fil 10 se déplace en translation dans la direction X et que l'angle Θ est non nul, le fil 10 entraîne les roues 80 et 82 en rotation en sens inverse l'une de l'autre. Cette rotation des roues 80 et 82 entraîne une rotation du fil 10 autour de l'axe 40 et génère donc une torsion du fil 10 en fonction de l'angle Θ. Plus précisément, tant que l'angle Θ est compris dans l'intervalle ]0° ; 45°] ou ]0° ; -45°], plus la valeur absolue de l'angle Θ augmente, plus la torsion augmente. Dans l'intervalle ]0° ; -45°], la torsion est de sens opposé à celle obtenue dans le cas où l'angle Θ est compris dans l'intervalle ]0° ; +45°]. Le symbole « ] » signifie que la valeur qui le suit n'est pas comprise dans l'intervalle.
[0064] La figure 5 représente plus en détail un exemple de réalisation d'un capteur 30. Ce capteur 30 est un capteur de réflectance de la face 48 du fil 10 à la longueur d'onde Am. Ici, ce capteur 30 est agencé pour être uniquement sensible à la réflectance de la face 48 située à l'intérieur d'un secteur angulaire 100 dont le sommet est situé sur l'axe 40. Ce secteur angulaire 100 est inférieur ou égal à 180° et, de préférence, supérieur ou égal au secteur angulaire 64. Ici, le secteur angulaire 100 est choisi égal au secteur angulaire 64. Ainsi, lorsque la marque 54 est exactement en vis-à-vis du capteur 30, elle occupe la totalité du secteur angulaire 100 comme représenté sur la figure 5. Dans ces conditions, la réflectance mesurée est minimale lorsque la marque 54 occupe la position angulaire prédéterminée où elle est exactement en vis-à-vis du capteur 30. La position du capteur 30 par rapport au fil 10 est ici constante.
[0065] Par exemple, le capteur 30 comporte un seul transducteur 102 et un dispositif 104 de focalisation. Le transducteur 102 mesure la réflectance à la longueur d'onde Am et la transforme en un signal électrique transmis à l'unité de traitement 32. Typiquement, le transducteur 102 comporte une seule face sensible à la réflectance contrairement à des transducteurs équipés de plusieurs pixels. Le dispositif de focalisation 104 focalise, vers la face sensible du transducteur 102, les ondes électromagnétiques à la longueur d'onde Am réfléchies par la face 48 située uniquement à l'intérieur du secteur angulaire 100. On notera qu'ici le capteur 30 ne comporte pas de source lumineuse qui émet un rayonnement incident sur la face extérieure 48 à la longueur d'onde Am. En effet, on considère ici que cette source est constituée par la lumière visible de l'environnement extérieur dans lequel se situe la machine 2.
[0066] Le procédé de découpe du lingot 4 à l'aide de la machine 2 va maintenant être décrit en référence au procédé de la figure 6.
[0067] Initialement, l'essentiel du fil 10 est bobiné sur la bobine 14.
[0068] Lors d'une étape 110, les moteurs 18 et 20 sont commandés pour dérouler une longueur Ll de fil 10 de la bobine 14 et, en même temps, enroulés une longueur Ll de fil 10 autour de la bobine 16. Le fil 10 se déplace alors dans la direction X.
[0069] Lors d'une étape 112, une fois qu'une longueur Ll du fil 10 a été déroulée de la bobine 14, la commande des moteurs 18 et 20 est inversée pour cette fois-ci dérouler une longueur L2 de fil 10 de la bobine 16 et, en même temps, enrouler cette longueur L2 de fil 10 autour de la bobine 14. Ainsi pendant l'étape 112, le fil 10 se déplace dans la direction opposée à la direction X.
[0070] Quand la longueur L2 de fil 10 a été enroulée sur la bobine 14, l'étape 112 s'interrompt et le procédé retourne à l'étape 110.
[0071] Généralement, la longueur L2 est plus courte que la longueur Ll de sorte qu'à chaque exécution de l'étape 110, une longueur Ll- L2 de fil neuf est injectée entre les deux bobines 14 et 16. Typiquement, l'écart entre L2 et Ll est inférieur à 2% ou 1,5 % de la longueur du fil 10. Ici, cet écart est égal à 1 % de la longueur du fil 10 à plus ou moins 10 % près.
[0072] Lors de chaque exécution des étapes 110 et 112, le fil 10 frotte sur le lingot 4, ce qui conduit petit à petit à creuser, par abrasion, un trait de scie dans la face supérieure de ce lingot. En même temps, le lingot 4 et le fil 10 sont généralement arrosés par un liquide. Celui-ci est généralement composé d'eau et d'un ou plusieurs lubrifiants solubles. La concentration en lubrifiants est généralement comprise entre 0.5% et 10% en volume.
[0073] En parallèle des étapes 110 et 112, lors d'une étape 114, l'actionneur 12 avance le lingot 4 dans la direction Z pour maintenir un bon contact mécanique entre le lingot 4 et le fil 10.
[0074] Également en parallèle, lors d'une étape 116, les mécanismes 26 et 27 asservissent la tension mécanique du fil 10 sur une consigne CT de tension mécanique. De préférence, cette consigne CT est choisie pour que la tension du fil 10 sur les bobines 14 et 16 soit inférieure ou égale à la moitié de la tension maximale avant rupture supportée par ce fil 10. Par exemple, dans le cas du fil 10 décrit ici, la tension maximale avant rupture est de 43 N à plus ou moins 15 % près. La consigne de tension mécanique est donc choisie inférieure à 21,5 N. Cela permet d'augmenter la durée de vie du fil 10.
[0075] Également en parallèle des étapes précédentes, lors d'une phase 118, le système 28 contrôle et ajuste automatiquement la torsion du fil 10. Pour cela, lors d'une étape 120, le système 28 relève une caractéristique Ci de la forme actuelle de la marque 54. Ici, la caractéristique Ci utilisée est le nombre de fois, par unité de longueur, où la marque 54 est détectée dans une position angulaire prédéterminée. Dans ce mode de réalisation, la position angulaire prédéterminée correspond à la position où la marque 54 est exactement en vis-à-vis du capteur 30.
[0076] Pour cela, lors d'une opération 122, le capteur 30 mesure en permanence la réflectance de la face extérieure 48 uniquement située à l'intérieur du secteur angulaire 100. Le signal mesuré est transmis en temps réel à l'unité de traitement 32.
[0077] Lors d'une opération 124, à chaque fois qu'une nouvelle mesure de réflectance est reçue par l'unité de traitement 32, celle-ci recherche la présence de la marque 54 en vis-à-vis du capteur 30. Pour cela, l'unité de traitement 32 détermine à partir des mesures du capteur 30 si la réflectance mesurée passe par un minimum. Dans l'affirmative, la présence de la marque 54 en vis-à-vis du capteur 30 est détectée. Dans le cas contraire, c'est l'absence de la marque 54 en vis-à-vis du capteur 30 qui est détectée. Ici, à chaque fois que la marque 54 est détectée comme étant en vis-à-vis du capteur 30, l'instant t, auquel ceci est détecté est enregistré dans la mémoire 36.
[0078] Ensuite, à intervalles prédéterminés, lors d'une opération 126, l'unité de traitement 32 calcule la caractéristique Ci à partir des instants t, enregistrés dans la mémoire 36. Par exemple, l'unité de traitement 32 calcule la caractéristique Ci à l'aide de la relation suivante : Ci = N/[(tc-tc- )V], où
- tc est l'instant t, le plus récent où la marque 54 a été détectée
- p est un nombre entier supérieur ou égal à un et, de préférence, supérieur ou égal à deux ;
- tc- est le p-ième instant t précédent l'instant tc ;
- V est la vitesse moyenne du fil 10 pendant l'intervalle de temps [tc ; tc] ; et
- N est le nombre de fois où la marque 54 a été détectée dans l'intervalle ]tc p ; tc].
[0079] Enfin, lors d'une étape 126, l'unité de traitement 32 estime la torsion du fil 10 à partir de la valeur actuelle de la caractéristique Ci et d'une valeur connue de cette caractéristique Ci correspondant à une torsion connue du fil 10. Ici, la forme de la marque 54 est connue dans le cas où la torsion du fil 10 est nulle. En effet, comme décrit précédemment, en absence de torsion, la marque 54 est rectiligne. Lorsque la marque 54 est rectiligne, il existe deux cas possibles : 1) soit elle n'est jamais détectée par le capteur 30 car elle n'est jamais en vis-à-vis de du capteur 30,
2) soit elle est détectée en permanence car elle est toujours en vis-à-vis du capteur 30.
[0080] Dans le cas 1), la valeur de la caractéristique Ci est nulle. Dans le cas 2), la valeur de la caractéristique Ci est égale à Fe/V, où Fe est la fréquence d'échantillonnage de la réflectance mesurée par le capteur 30. Ainsi, une valeur très grande de la caractéristique Ci correspond également à une torsion nulle. Par contre, entre ces deux cas extrêmes, la valeur de la caractéristique Ci varie proportionnellement à la torsion du fil 10. Dès lors, l'unité de traitement 32 estime la torsion Toe du fil 10, par exemple, à l'aide de la relation suivante :
- Toe = 2nCi si Ci est différent de Fe/V et de zéro, et
- sinon Toe = 0.
[0081] Dans cette description, le nombre de tours du fil 10 autour de l'axe 40 est exprimé en radians de sorte qu'un tour complet est égal à 2ττ.
[0082] Enfin, ici, lors d'une étape 132, l'unité de traitement 32 commande le dispositif 29 de torsion en fonction de l'estimation Toe. Ici, quelle que soit la stratégie de commande appliquée, celle-ci vise à maintenir systématiquement la torsion du fil 10 en-dessous d'un seuil SToMax prédéterminé. En effet, une torsion importante du fil 10 le fragilise et risque de provoquer une rupture prématurée de ce fil. Ici, le seuil SToMax est inférieur où égal à la valeur de la torsion du fil 10 pour laquelle sa résistance à la traction est égale à 50 % de la résistance à la traction du fil 10 en absence de torsion. Par exemple le seuil SToMax est inférieur ou égal à 20n/cm ou ΙΟπ/cm. À ce stade, de nombreuses stratégies de commande sont possibles pour maintenir systématiquement la torsion du fil 10 inférieure au seuil SToMax. Par exemple, l'unité de traitement 32 compare la valeur absolue de l'estimation Toe au seuil STomax. Si l'estimation Toe dépasse le seuil SToMax, l'unité de traitement 32 commande automatiquement le dispositif 29 pour faire diminuer la torsion du fil ou interrompt automatiquement le fonctionnement de la machine 2 ou encore déclenche une alarme pour informer un opérateur.
[0083] Dans un autre mode de réalisation ou en plus de ce qui vient d'être décrit, l'unité de traitement 32 asservit la torsion du fil 10 sur une consigne Cto de torsion inférieure, en valeur absolue, au seuil SToMax. Typiquement, dans ce cas, l'unité de traitement 32 commande le dispositif 29 pour minimiser en permanence l'écart entre la consigne Ct0 et l'estimation Toe. Avantageusement, la consigne Ct0 est modifiée à intervalles réguliers pour inverser le sens de torsion du fil 10. Ainsi, la torsion du fil 10 qui frotte sur le lingot 4 est tantôt dans un sens, tantôt dans le sens opposé. Cela permet, de répartir de façon uniforme l'usure du fil 10 sur toute sa périphérie extérieure. [0084] La figure 7 représente un fil abrasif 140 identique au fil 10 sauf que la marque 54 est remplacée par une marque 142. La marque 142 est par exemple identique à la marque 54 sauf qu'elle n'est pas continue sur toute la longueur de la section utile du fil 10. Par exemple, la marque 142 est présente uniquement à l'intérieur de tronçons Tr, répartis à intervalles réguliers sur toute la longueur de la section utile du fil 140. Entre deux tronçons Tr, successifs, la marque 140 est absente. La longueur des tronçons Tr, est, par exemple, supérieure ou égale à 1 cm ou 5 cm et généralement inférieure ou égale à 50 cm ou 30 cm. Ici, tous les tronçons Tr, ont la même longueur LTn. La longueur de l'intervalle I, entre les tronçons Tr, et Tri+i est par exemple supérieure ou égale à 1 cm ou 5 cm et, généralement, inférieure ou égale à 50 cm ou 30 cm. Ici, tous les intervalles I, ont la même longueur Ll.
[0085] Sur la figure 7 et les figures suivantes, les traits ondulés verticaux indiquent que seul le début et la fin du fil ont été représentés sur cette figure pour la simplifier.
[0086] Lorsque le fil 140 est utilisé à la place du fil 10, la présence d'intervalles sans marque disposée régulièrement le long de la longueur du fil 140 génère une composante périodique dans la réflectance mesurée par le capteur 30. Cette composante périodique peut, par exemple, être utilisée pour en déduire la vitesse du fil 140 puisque les longueurs Ll et LTr, sont connues.
[0087] La figure 8 représente un fil abrasif 150 identique au fil 10 sauf que la marque 54 est remplacée par trois marques contiguës 152, 154 et 156 réalisées sur la face extérieure 48. Par exemple, la marque 152 est ici identique à la marque 54 sauf qu'elle s'étend d'un côté 158 jusqu'à un côté opposé 160 d'un secteur angulaire 162.
Le secteur angulaire 162 est égal à 120° et son sommet est situé sur l'axe 40.
[0088] La marque 154 est identique à la zone 56 sauf qu'elle s'étend uniquement depuis le côté 160 jusqu'à un côté opposé 164 d'un secteur angulaire 166. Le sommet du secteur angulaire 166 est sur l'axe 40 et ce secteur angulaire 166 est ici égal à 120°.
[0089] La marque 156 s'étend depuis le côté 158 jusqu'au côté 164 d'un secteur angulaire 168. Le secteur angulaire 168 fait donc aussi 120°.
[0090] La réflectance Rmi52 de la marque 152 à la longueur d'onde Am est sensiblement différente des réflectances Rmi54 et Rmi56 , respectivement, des marques 152 et 154. De plus, ici, les réflectances Rmi54 et Rmise, sont aussi sensiblement différentes l'une de l'autre. Par exemple, les réflectances Rmi52, Rmi54 et Rmise, sont égales, respectivement, à 10 %, 50 % et 90 % à la longueur d'onde Am. Ainsi, pour la marque 152, ce sont les marques 154 et 156 qui remplissent la fonction de zone de contraste précédemment décrite dans le cas particulier de la zone 56. De même, pour la marque 154, ce sont les marques 152 et 156 qui l'encadrent qui remplissent la fonction de zone de contraste. II en est de même pour la marque 156.
[0091] Lorsque le fil 150 est utilisé à la place du fil 10, l'unité de traitement 32 est capable de détecter le sens de torsion de ce fil. En effet, par exemple, lorsque le fil 150 est tordu dans le sens des aiguilles d'une montre, l'unité de traitement 32 détecte successivement les marques 152, 154 et 156. À l'inverse, si le fil 150 est tordu dans le sens opposé, l'unité de traitement 32 détecte successivement les marques 152, 156 et 154. Ainsi, la présence d'au moins trois marques de réflectance différentes sur la face 48 permet en plus, si nécessaire, de détecter le sens de rotation du fil abrasif.
[0092] La figure 9 représente un fil abrasif 180 identique au fil 10. Sauf que la marque 54 est remplacée par une marque 182. La marque 182 est identique à la marque 54 sauf que, en absence de torsion, la marque 182 forme une hélice dont l'axe est confondu avec l'axe 40 et dont le pas P est connu en absence de torsion. Autrement dit, dans ce mode de réalisation, la position angulaire du secteur angulaire 64 tourne autour de l'axe 40 avec une période P au fur à et à mesure que l'on se déplace le long de l'axe 40. Lorsque la torsion du fil 180 augmente dans le sens trigonométrique, le pas de l'hélice diminue. Lorsque la torsion du fil 180 augmente dans le sens opposé, le pas de l'hélice augmente. Ainsi, lorsque le fil 180 est utilisé à la place du fil 10, la caractéristique représentative de la forme actuelle de la marque 180 relevée lors de l'étape 120 est par exemple la fréquence FT de détection de la marque 180. En absence de torsion, cette fréquence FT est égale à V/P. Lorsque la torsion augmente dans le sens trigonométrique, la fréquence FT diminue et lorsque la torsion augmente dans le sens inverse, la fréquence FT augmente. Ainsi, l'utilisation de la fréquence FT permet, si nécessaire, de déterminer en plus le sens de torsion du fil abrasif 180.
[0093] La figure 10 représente un rouleau 190 comportant la bobine 14 et le fil 10 bobiné sur cette bobine 14. Dans ce mode de réalisation, au moins la section utile du fil 10 enroulée sur la bobine 14 est divisée en une succession de segments S, successifs. L'indice « i » est le numéro d'ordre du segment S, compté depuis une extrémité du fil 10. Chaque segment S, du fil 10 fait, généralement, au moins 1 m de long et, le plus souvent, moins de 500 m ou 100 m de long. Par exemple, ici, tous les segments S, font la même longueur LS. La longueur LS est comprise entre 1 m et 100 m et, par exemple, le nombre Np de segments S, est supérieur ou égal à deux et généralement supérieur ou égal à 10 ou 50.
[0094] À l'intérieur de chaque segment S,, le fil 10 tourne systématiquement dans le même sens et fait N, tours autour de l'axe 40. Par convention, si le fil 10 tourne dans le sens trigonométrique à l'intérieur du segment S,, le nombre N, est positif. À l'inverse, si le fil 10 tourne dans le sens opposé au sens trigonométrique à l'intérieur du segment S,, le nombre N, est négatif. Le nombre N, n'est pas nécessairement un nombre entier. Il peut être un nombre réel car il n'est pas nécessaire que le fil 10 fasse un nombre de tours entier à l'intérieur d'un segment S,. Quel que soit l'indice i, la valeur absolue du nombre N, est supérieure ou égale à un et, de préférence, supérieure ou égale à 5 ou 10. [0095] De plus, quel que soit l'indice i, les deux segments S, et Si+2 à l'intérieur desquels le fil 10 tourne dans le même sens sont systématiquement séparés l'un de l'autre par un segment Si+i où le fil 10 tourne en sens inverse.
[0096] A l'intérieur de chaque segment S,, la torsion est suffisamment faible pour que la déformation en torsion du fil 10 soit élastique. A cet effet, la torsion du fil à l'intérieur d'un segment quelconque S, est inférieure à 5 tours/cm ou 1 tours/cm.
[0097] De préférence, pour que la torsion du fil reste inférieure au seuil STomax, le cumul des nombres N, de chaque segment S, du fil abrasif est inférieur ou égal à Max[(|Ni| + |Ni+i|)/4] ou Max[|Ni + Ni+i|], où :
- « Max[...]» est la fonction qui retourne le maximum pour tout i variant de 1 à N p de la somme comprise entre les crochets, et
- « |...| » est la fonction valeur absolue.
[0098] Puisque la déformation est élastique, dès qu'un segment S, est débobiné de la bobine 40 et, s'il est libre de tourner sur lui-même, il tourne alors sur lui-même pour diminuer sa torsion. Au mieux, il tourne suffisamment sur lui-même jusqu'à ce que sa torsion sur ce segment soit nulle, c'est-à-dire jusqu'à revenir à un état initial où le nombre de tours du fil 10 à l'intérieur du segment S, est nul.
[0099] À l'inverse, quand le segment S, est bobiné sur la bobine 14, à cause des frottements sur la bobine 14 et sur les autres spires du fil 10 déjà enroulées sur cette bobine, le segment S, est immobile en rotation autour de l'axe 40.
[00100] Ici, c'est lors du premier bobinage du fil 10 sur la bobine 14 qu'une torsion dans un sens et, en alternance, dans un sens opposé, est appliquée au fil 10 pour créer les différents segments S, successivement enroulés sur la bobine 14.
[00101] Ensuite, lors de l'utilisation du rouleau 190 dans la machine 2, lorsqu'un segment S, est débobiné de la bobine 14, cela entraîne en rotation le fil abrasif 10 dans un sens. Ensuite, lorsque c'est le segment suivant Sl+1 qui est débobiné, cela entraîne en rotation le fil 10 dans un sens opposé. Grâce à cela, l'usure du fil 10 est répartie plus uniformément sur toute sa périphérie. De plus, pour cela, il n'est pas nécessaire de prévoir un dispositif de torsion pour faire tourner le fil 10 autour de son axe 40 tantôt dans un sens et tantôt dans le sens opposé. Par exemple, le dispositif 29 de torsion est omis. Dans ce cas, le système 28 de contrôle est uniquement utilisé pour surveiller que la torsion du fil 10 ne dépasse pas le seuil STomax. En cas de dépassement de ce seuil, le système 28 va alors déclencher une alarme ou arrêter automatiquement le sciage du lingot 4 afin qu'un opérateur puisse intervenir et corriger le problème. Lorsque le dispositif 29 est omis, le système 28 ne peut pas ajuster automatiquement la torsion du fil 10.
[00102] Variantes de la marque :
[00103] Le nombre de marques simultanément réparties sur la face 48 du fil abrasif peut être supérieur ou égal à deux ou trois. Comme décrit en référence à la figure 8, si ces marques ont des réflectances sensiblement différentes les unes des autres à la longueur d'onde Am, la zone de contraste entre ces différentes marques peut être omise. Par contre, si ce n'est pas le cas, une zone de contraste telle que décrite en référence aux figures 2 et 3 peut être interposée entre chaque marque différente.
[00104] Dans un autre mode de réalisation, c'est la zone de contraste qui est entièrement recouverte d'encre noire et la marque 54 qui est directement constituée par la face extérieure du liant 46. Dans ce cas, la marque n'est pas obtenue en recouvrant la face extérieure à l'aide d'une encre ou peut être recouverte d'une encre d'une couleur différente dont la réflectance est sensiblement différente de la réflectance de la zone de contraste ou des marques immédiatement contiguës.
[00105] Dans un autre mode de réalisation, la zone de contraste 56 est recouverte d'un matériau tel qu'une encre blanche pour obtenir la réflectance Rf souhaitée pour cette zone 56.
[00106] Le secteur angulaire marqué n'est pas nécessairement constant sur toute la longueur du fil abrasif. Par exemple, dans un segment prédéterminé du fil abrasif, le secteur angulaire marqué est égale à 60° et, dans un autre segment prédéterminé du fil abrasif, le secteur angulaire est supérieur ou égal à 180°. En faisant varier de façon périodique la largeur du secteur angulaire, on génère dans le signal mesuré par le capteur 30 des harmoniques dont la fréquence est représentative de la vitesse du fil abrasif.
[00107] Dans le cas où le fil l'abrasif comporte plusieurs marques, au moins certaines d'entre elles peuvent remplir la fonction de zone de contraste pour une autre de ces marques.
[00108] Dans le mode de réalisation de la figure 7, la longueur des tronçons Tr, ou des intervalles I, ne sont pas nécessairement toutes identiques.
[00109] La forme initiale connue de la marque n'est pas nécessairement celle qui correspond à une torsion nulle du fil abrasif. Par exemple, si le fil abrasif est bobiné sur la bobine 14 avec une torsion initiale connue non nulle, alors la forme initiale connue peut être la forme de la marque lorsque la torsion du fil abrasif est égale à cette torsion initiale connue et non nulle.
[00110] Initialement, la marque peut ou non recouvrir les particules abrasives 44. Ceci a peu d'importances puisque dès le début du sciage du lingot 4, l'encre qui recouvre les particules abrasives s'efface à cause du frottement de ces particules abrasives contre le lingot 4.
[00111] D'autres matériaux peuvent être utilisés pour réaliser la marque. Par exemple, le matériau utilisé peut être du cuivre ou de l'or. Pour déposer du cuivre ou de l'or uniquement dans le secteur angulaire 64, le secteur angulaire 70 est par exemple d'abord recouvert d'un matériau électriquement isolant et qui peut ensuite facilement être retiré. Par exemple, ce matériau électriquement isolant est de l'huile, de la graisse ou de la colle. Le matériau électriquement isolant est déposé sur toute la face extérieure sauf aux emplacements où la marque doit être déposée. Ensuite, le fil recouvert du matériau électriquement isolant est plongé dans un bain d'électrolyte et le cuivre et/ou l'or est déposé sur la face extérieure du fil abrasif par électrodéposition. Enfin, le matériau électriquement isolant est retiré. Dans le cas où le matériau de la marque est du cuivre ou de l'or, la longueur d'onde Am est de préférence choisie inférieure ou égale à 0,5 μίτι. On peut aussi utiliser un tampon d'électrodéposition pour déposer le cuivre ou l'or uniquement à l'emplacement souhaité. Dans un autre mode de réalisation, le matériau utilisé pour réaliser la marque est luminescent à la longueur d'onde Am. Par exemple, pour cela, il comporte des particules luminescentes. La réalisation d'un tel matériau luminescent est décrit en détail dans la demande FR3041650A1. Cela permet notamment d'améliorer le contraste entre les réflectances Rm et Rf.
[001121 Variantes du fil abrasif :
[00113] En variante, les extrémités du fil abrasif sont soudées l'une à l'autre pour former une boucle de fil abrasif marqué. Lorsqu'une machine de découpe utilise une boucle de fil abrasif, il n'est pas nécessaire que le fil abrasif soit déplacé dans un sens et, en alternance, dans le sens opposé pour scier le lingot 4. La machine de découpe peut entraîner en permanence et systématiquement le fil abrasif dans le même sens. Dans le cas d'une boucle de fil abrasif, la longueur du fil abrasif est généralement inférieure à 10 m ou 5 m.
[00114] La section transversale de la face 48 n'est pas nécessairement circulaire. Ce qui a été décrit précédemment marche aussi avec des fils abrasifs dont la section transversale de la face extérieure est, par exemple, légèrement oblongue ou elliptique.
[00115] Dans une autre variante, le liant 46 peut être une résine.
[00116] Variantes de la machine de découpe :
[00117] Le fil abrasif décrit dans cette demande peut aussi être utilisé pour régler différents paramètres d'une machine de découpe dépourvue de capteur de réflectance et/ou de dispositif commandable de torsion. Par exemple, le fil abrasif 10 est monté dans une machine de découpe dépourvue de capteur de réflectance. Ensuite, cette machine est mise en route et le fil 10 est déplacé entre les guide-fils. Si le secteur angulaire 64 est suffisamment grand pour que la présence de la marque 54 sur la face extérieure du fil 10 soit visible à l'œil nu, alors un opérateur peut compter à l'œil nu le nombre de fois où la marque 54 apparaît puis disparaît pendant une durée prédéterminée. À partir de ce comptage manuel, il peut estimer la fréquence d'apparition de la marque 54. Plus la torsion du fil est importante, plus la fréquence d'apparition estimée est élevée. Pour réduire la torsion, il peut alors régler manuellement un ou plusieurs dispositifs de torsion de la machine de découpe. Par exemple, il peut augmenter la concentration de lubrifiant pour diminuer le coefficient de frottement entre les guide-fils et le fil abrasif. Augmenter la concentration de lubrifiant diminue l'adhérence du fil abrasif sur le guide-fil et, généralement, diminue la torsion du fil. Ensuite, pour vérifier que la torsion du fil est maintenant acceptable, il peut de nouveau estimer à l'œil nu la fréquence d'apparition de la marque 54. Si la torsion du fil abrasif paraît toujours trop élevée, il peut de nouveau modifier les réglages de la machine de découpe. Dans le cas contraire, si la torsion du fil abrasif convient, le réglage de la machine de découpe est terminé et il peut alors procéder à la découpe des tranches dans le lingot de matériau dur.
[00118] Lors des opérations de découpe, il n'est pas nécessaire que la torsion du fil abrasif soit supervisée à l'œil nu ou automatiquement à l'aide d'un capteur électronique.
[00119] Le fil abrasif décrit peut aussi être utilisé dans une machine de découpe équipée d'une unité de traitement qui estime la torsion du fil abrasif et qui ne permet pas de commander automatiquement un dispositif de torsion de ce fil. Par exemple, l'estimation de la torsion est simplement communiquée à un opérateur par l'intermédiaire d'une interface homme/machine. En réponse, cet opérateur peut régler manuellement le dispositif de torsion pour accroître ou, au contraire, diminuer la torsion du fil abrasif.
[00120] Le capteur 30 et le dispositif 29 de torsion peuvent être placés à d'autres emplacements que ceux représentés sur la figure 1. Par exemple, le capteur 30 n'est pas nécessairement situé entre les deux guide-fils 22 et 23 mais peut être placé entre la bobine 14 et le guide-fil 22 ou entre la bobine 16 et le guide-fil 23.
[00121] Variantes du capteur :
[00122] La réflectance peut être mesurée à d'autres longueurs d'onde et, en particulier, à des longueurs d'onde en dehors du spectre visible. Par exemple, avantageusement, la longueur d'onde Am est choisie dans une plage de valeurs à l'intérieur de laquelle le matériau à découper est transparent. Ici, on considère qu'un matériau est « transparent » à une longueur d'onde donnée si, à cette longueur d'onde donnée, son taux de transmission est supérieur ou égal à 0,6 et, de préférence supérieur ou égal à 0,8 ou 0,9. Par exemple, si le matériau à découper est du silicium, alors la longueur d'onde Am sera avantageusement choisie dans l'infrarouge et, typiquement, dans la plage comprise entre 1,2 μίτι et 7 μίτι. En effet, dans le cas où le matériau découpé est transparent à la longueur d'onde Àm, alors cela évite que des coupeaux ou des poussières du matériau découpé viennent perturber la mesure de la réflectance du fil abrasif.
[00123] La mesure de la réflectance du fil abrasif peut aussi être réalisée, simultanément à plusieurs longueurs d'onde Am différentes.
[00124] Le capteur n'a pas besoin de mesurer directement la réflectance de la face extérieure du fil abrasif mais peut mesurer une autre grandeur physique qui varie en fonction des réflectances de la marque et des zones de contraste. Par exemple, dans un mode de réalisation particulier, le capteur est remplacé par une caméra qui filme la face extérieure du fil abrasif qui se déplace devant son objectif. Cette caméra est une caméra qui filme dans le spectre visible si la longueur d'onde Am est située dans le spectre visible ou une caméra infrarouge qui filme dans le domaine infrarouge si la longueur d'onde Am est située dans le spectre infrarouge. Ensuite, l'unité de traitement 32 traite ces images de manière à identifier la position de la marque dans chacune de ces images lorsque celle-ci est présente dans ces images. Une fois que la position de la marque dans les images a été identifiée, la caractéristique relevée de la forme actuelle de la marque peut être la même que celle précédemment décrite. Toutefois, lorsque les images filmées par la caméra comportent chacune plusieurs pixels, par exemple plus de 256 pixels, il est possible de relever d'autres caractéristiques de la forme actuelle de la marque qui ne peuvent pas être relevées à l'aide d'un simple capteur de réflectance à un seul pixel. Par exemple, dans le cas du fil abrasif 10, l'inclinaison de la marque par rapport à une direction fixe, par exemple parallèle à un bord de l'image, peut être relevée. Plus cette inclinaison est importante, plus la torsion du fil abrasif est importante.
[00125] De façon similaire, le capteur 30 peut être remplacé par une caméra hyperspectrale qui génère des images comportant plusieurs pixels et dans lesquelles la valeur de chaque pixel est associée à une valeur de réflectance mesurée par un transducteur particulier de cette caméra.
[00126] Dans un autre mode de réalisation du capteur 30, le secteur angulaire 100 est strictement supérieur au secteur angulaire 64. Dans ce cas, la réflectance est aussi maximale lorsque la marque 54 est exactement en vis-à-vis de ce capteur 30.
[00127] Le dispositif 104 de focalisation peut être omis.
[00128] En variante, le capteur 30 comporte aussi une source de lumière qui éclaire la face 48 à la longueur d'onde Am.
[00129] Pour mesurer la réflectance de la face 48 à une longueur d'onde Am comprise entre 0,7 μίτι et 100 μίτι et de préférence entre 0,7 μίτι et 1,6 μίτι, le transducteur 102 peut être remplacé par un transducteur qui mesure la réflectance dans l'infrarouge. Par exemple, le transducteur 102 est remplacé par un transducteur commercialisé sous la référence QTR-1A par la société AlphaCrucis®.
[00130] Variantes du dispositif de torsion :
[00131] D'autres modes de réalisation du dispositif de torsion sont possibles. Par exemple, le dispositif de torsion peut être réalisé en s'inspirant du mode de réalisation décrit dans la demande DE 10201105500630A1. Dans ce cas, le dispositif de torsion est identique à celui décrit en référence à la figure 1 sauf que l'inclinaison de l'axe de la bobine 13 est commandable et peut être modifiée automatiquement en réponse à une commande de l'unité de traitement 32.
[00132] En variante, l'une des roues 80 ou 82 est omise.
[00133] La tension du fil 10 peut aussi être ajustée en commandant la vitesse de rotation des roues 80 et 82 à la place ou en plus de commander l'inclinaison de leurs axes de rotation respectifs. [00134] Un dispositif de torsion peut aussi comporter un mécanisme commandable qui déplace, en translation le long de son axe de rotation, l'un des guides-fils 22, 23 par rapport à l'autre des guides-fils 22, 23. En effet, le fait que la projection orthogonale du fil 10 dans un plan horizontal contenant l'axe de rotation d'un des guides-fils 22, 23, coupe l'axe de ce guide-fil avec un angle différent de 90°, génère une torsion du fil 10. Ce mode de réalisation du dispositif de torsion peut être utilisé à la place des dispositifs de torsion précédemment décrits ou en plus de ces dispositifs.
[00135] Autres variantes :
[00136] Dans une autre variante, la marque est déposée sur un fil abrasif par un tampon encreur au fur et à mesure que le fil 10 est déroulé de la bobine 14 ou 16. Dans ce mode de réalisation, avant d'être déroulé de la bobine, le fil abrasif ne présente pas de marque.
[00137] Enfin, le mode de réalisation décrit en référence à la figure 10 peut être mis en œuvre pour répartir de façon plus uniforme l'usure sur la périphérie extérieure du fil abrasif aussi bien dans le cas où ce fil abrasif comporte une marque que dans le cas où ce fil abrasif est dépourvu de marque telle que la marque 54.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de découpe de tranches dans un lingot en matériau dur, ce procédé comportant le déplacement (110, 112) entre deux guides-fils d'un fil abrasif en le faisant frotter sur le lingot et ainsi scier ce lingot, ce fil abrasif comportant :
- un axe longitudinal le long duquel il s'étend,
- une face extérieure cylindrique qui entoure cet axe longitudinal, et
- des particules abrasives en saillie sur la face extérieure cylindrique,
caractérisé en ce que le procédé comporte :
- l'utilisation, en tant que fil abrasif, d'un fil abrasif marqué comportant en plus sur sa face extérieure cylindrique et entre les particules abrasives :
• une marque qui se déforme en fonction de la torsion du fil abrasif, cette marque s'étendant longitudinalement sur au moins 50 % de la longueur totale du fil abrasif et présentant une réflectance Rm à une longueur d'onde Am, et · au moins une zone de contraste qui s'étend le long de chaque côté de la marque sur toute la longueur de cette marque, chaque zone de contraste présentant une réflectance Rf respective à la longueur d'onde Am telle que | Rm - Rf| > 5 %, où Rm et Rf sont exprimées en pourcentage,
- lors du déplacement du fil entre les deux guides-fils et à l'aide d'un capteur électronique sensible à la réflectance de la face extérieure du fil abrasif au moins à la longueur d'onde Am, le relevé (120) d'au moins une caractéristique de la forme actuelle de la marque qui varie en fonction de la torsion du fil abrasif, et
- l'estimation (130) de la torsion du fil abrasif à partir de la caractéristique relevée de la forme actuelle de la marque et d'une valeur connue de cette caractéristique correspondant à une torsion connue du fil abrasif.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le relevé d'au moins une caractéristique de la forme actuelle de la marque comporte :
- lors du déplacement du fil abrasif entre les deux guides-fils et en différents emplacements le long de ce fil abrasif, la mesure (122) de la réflectance d'une portion angulaire inférieure ou égale à 180° de la face extérieure du fil abrasif,
- à différents emplacements le long du fil abrasif où la mesure de réflectance a été réalisée, la détection (124) de la présence et, en alternance, de l'absence de la marque dans une position angulaire prédéterminée autour de l'axe longitudinal du fil abrasif à partir des mesures réalisées par le capteur, puis - le calcul (126), en tant que caractéristique de la forme actuelle de la marque, d'une grandeur représentative du nombre de fois où la marque est détectée dans la position angulaire prédéterminée par unité de longueur.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le procédé comporte la commande (132) d'un dispositif de torsion en fonction de la torsion estimée de manière à maintenir en permanence la torsion du fil abrasif inférieure à un seuil prédéterminé au-delà duquel la résistance à la traction du fil abrasif est divisée par deux par rapport à sa résistance à la traction en absence de torsion, ce dispositif de torsion diminuant la torsion du fil abrasif en fonction de la commande.
4. Fil abrasif apte à être utilisé dans un procédé conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, ce fil abrasif (10 ; 140 ; 150 ; 180) comportant :
- un axe longitudinal (40) le long duquel il s'étend,
- une face extérieure cylindrique (48) qui entoure cet axe longitudinal, et
- des particules abrasives (44) en saillie sur la face extérieure cylindrique,
caractérisé en ce que le fil abrasif comporte en plus sur sa face extérieure cylindrique et entre les particules abrasives :
- une marque (54 ; 142 ; 152, 154, 156; 182) qui se déforme en fonction de la torsion du fil abrasif, cette marque s'étendant longitudinalement sur au moins 50 % de la longueur totale du fil abrasif et présentant une réflectance Rm a une longueur d'onde Am, et
- au moins une zone (56 ; 152, 154, 156) de contraste qui s'étend le long de chaque côté de la marque sur toute la longueur de cette marque, chaque zone de contraste présentant une réflectance Rf respective à la longueur d'onde Am telle que | Rm - Rf| > 5 %, où Rm et Rf sont exprimées en pourcentage.
5. Fil selon la revendication 4, dans lequel en tout emplacement où la marque est présente sur la face extérieure du fil abrasif :
- la marque (54 ; 142 ; 152, 154, 156; 182) s'étend, dans un plan transversal perpendiculaire à l'axe longitudinal du fil abrasif, depuis un côté (60 ; 158) jusqu'à un côté opposé (62 ; 160) d'un secteur angulaire marqué (64 ; 162, 166, 168) dont le sommet est situé sur l'axe longitudinal, ce secteur angulaire marqué étant inférieur ou égal à 180° et supérieur ou égal à 0,5° ;
- chaque zone de contraste (56 ; 152, 154, 156) s'étend, dans le plan transversal, depuis un côté jusqu'à un côté opposé d'un secteur angulaire contigu dont le sommet est situé sur l'axe longitudinal du fil abrasif, ce secteur angulaire contigu étant supérieur à 0,5° et immédiatement contigu au secteur angulaire marqué.
6. Fil selon la revendication 5, dans lequel le secteur angulaire marqué est supérieur ou égal à 60°.
7. Fil selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel la longueur d'onde Am est comprise entre 0,4 μίτι et 0,7 μίτι.
8. Fil selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, dans lequel en absence de torsion du fil abrasif, la position du secteur angulaire marquée (64 ; 162, 166, 168) autour de l'axe longitudinal du fil abrasif est constante sur toute la longueur de la marque ou varie avec une période connue sur toute la longueur de la marque.
9. Fil selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, dans lequel la densité de particules abrasives sur plus de 70 % de la longueur du fil abrasif est supérieure ou égale à dix particules abrasives par millimètre.
10. Rouleau (190) de fil abrasif comportant :
- une bobine (14), et
- un fil abrasif (10) bobiné sur cette bobine,
caractérisé en ce que :
- le fil abrasif est conforme à l'une quelconque des revendications 4 à 9 et ce fil abrasif bobiné est divisé en Np segments S, successifs répartis sur la longueur du fil abrasif, l'indice i étant le numéro d'ordre du segment S,, l'origine de ce numéro d'ordre étant l'une des extrémités du fil,
- entre le début et la fin de chaque segment S,, le fil abrasif fait N, tours autour de son axe longitudinal toujours dans le même sens, où N, est un nombre réel non nul positif si le fil abrasif tourne dans le sens trigonométrique et négatif si le fil abrasif tourne dans le sens opposé, la valeur absolue du nombre N, étant systématiquement supérieure ou égale à un,
- deux segments quelconques S, et Si+2 où le fil tourne dans le même sens étant systématiquement séparés l'un de l'autre par un segment Si+i où le fil tourne dans le sens opposé, et
- le cumul des nombres N, de chaque segment S, du fil abrasif étant inférieur ou égal à Max [(I Ni| + |Ni+i|)/4], où : • « Max » est la fonction qui retourne le maximum pour tout i variant de 1 à Np de la somme (|Ni| + |Ni+i|)/4, et
• « |...| » est la fonction valeur absolue.
11. Rouleau selon la revendication 10, dans lequel la longueur de chaque segment S, est comprise entre 1 m et 100 m.
12. Machine de découpe de tranches dans un lingot en matériau dur, cette machine comportant deux guides-fils (23, 23) apte à guider le déplacement d'un fil abrasif, conforme à la revendication 4, en le faisant frotter sur le lingot et ainsi scier ce lingot, caractérisé en ce que la machine comporte :
- un capteur électronique (30) sensible à la réflectance de la face extérieure cylindrique du fil abrasif au moins à la longueur d'onde Am, et
- une unité de traitement (32) adaptée pour :
· calculer, lors du déplacement du fil entre les deux guides-fils et à partir des mesures du capteur électronique sensible à la réflectance, au moins une caractéristique de la forme actuelle d'une marque présente sur la face extérieure du fil abrasif, la caractéristique de cette marque variant en fonction de la torsion du fil abrasif, et
· estimer la torsion du fil abrasif à partir de la caractéristique calculée de la forme actuelle de la marque et d'une valeur connue de cette caractéristique correspondant à une torsion connue du fil abrasif.
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