JP2006202890A - 切削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】切削手段と光学手段とが一体となって下降する際に、切削時には光学手段が、撮像時には切削ブレードが、それぞれ被加工物に接触しないようにする。
【解決手段】切削装置１０において、切削ブレード２９を備えた切削手段１２を切り込み方向に移動させる切り込み駆動手段１４には切り込み方向に移動可能な移動基台２７を備え、この移動基台２７には切削手段１２が固定されると共に、対物レンズ３２ａ、３２ｂを介して被加工物の表面を撮像する光学手段１３がエアーピストン３１によって切り込み方向に移動可能に配設される。光学手段１３は、エアーピストン３１による駆動により、対物レンズ３２ａ、３２ｂの焦点が被加工物の表面に合致した時の位置である撮像位置と、切削ブレード２９による被加工物の切削時において切削ブレード２９が最下点に位置する時に対物レンズが被加工物に接触しない位置である退避位置とに選択的に位置付けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、被加工物の切削すべき位置を検出し、その検出した位置を切削する切削装置に関する。

例えば図１０に示す切削装置５０は、被加工物を保持するチャックテーブル５１と、チャックテーブル５１に保持された被加工物を切削する切削手段５２とを備えており、切削手段５２はＹ軸方向及びＺ軸方向に移動可能であり、切削手段５２には高速回転可能な切削ブレード５３を備えている。

切削手段５２の側部には対物レンズ５４を備えた光学手段５５が固定されており、被加工物の切削すべき位置を撮像して検出することができる。また、対物レンズ５４と切削ブレード５３とは一体かつＸ軸方向の一直線上に位置していると共に、切削手段５３と光学手段５５とは連動して移動するため、対物レンズ５４を介して撮像されて切削すべき位置が検出された時には、切削ブレード５３のＹ軸方向の位置と検出された切削すべき位置とが自動的に位置合わせされるように構成されている。このような構成を有する切削装置は、例えば特許文献１に開示されている。

しかし、切削対象の被加工物の厚みが比較的厚いために切削ブレードの切り込み深さが深くなる場合には、切削手段と共に光学手段が下降するため、切削中に対物レンズが被加工物に接触するという問題がある。また、被加工物の厚さ等に対応させて切削ブレードも大径のものを用いたり小径のものを用いたりすることがあるが、大径の切削ブレードを用いる場合には、光学手段による撮像時に焦点が被加工物に合った時の焦点の位置よりも切削ブレードの最下部が低い位置に位置することがあり、この場合は撮像時に切削ブレードが被加工物に接触することがあるという問題がある。

そこで本出願人は、上記の問題を解決すべく、一端がパルスモータに連結されたボールスクリューに光学手段を螺合させることにより、パルスモータの駆動により光学手段が切削手段に対して上下動できるように構成した切削装置を考案して特許出願した（特許文献２）。

特開２００２−２１７１３５号公報 特開２００４−３０３９３１号公報

しかしながら、特許文献２に開示された発明のようにパルスモータ及びボールスクリューを用いると、比較的費用がかかるという問題があり、更に、光学手段を上下動させる制御が煩雑であるという問題もある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、比較的安価な構成で、光学手段を切削手段から独立させて容易に上下動させることができ、切削時に対物レンズが被加工物に接触しないようにすると共に、撮像時に切削ブレードが被加工物に接触しないようにすることである。

本発明に係る切削装置は、被加工物を保持するチャックテーブルと、回転可能なスピンドルに切削ブレードが装着されチャックテーブルに保持された被加工物に切削加工を施す切削手段と、切削手段を切り込み方向に移動させる切り込み駆動手段とを少なくとも含み、切り込み駆動手段は、切り込み方向に移動可能な移動基台を備える。この移動基台には、切削手段が固定されると共に、対物レンズを介して被加工物の表面を撮像する光学手段がエアーピストンによって該切り込み方向に移動可能に配設され、光学手段は、エアーピストンによる駆動により、対物レンズの焦点が被加工物の表面に合致した時の位置である撮像位置と、切削ブレードによる該被加工物の切削時において切削ブレードが最下点に位置する時に対物レンズが被加工物に接触しない位置である退避位置とに選択的に位置付けられる。

スピンドルには外径の異なる複数種類の切削ブレードを装着可能であり、外径が異なる複数種類の切削ブレードが用いられる場合において、上記撮像位置は、外径の異なる複数種類の切削ブレードのうち最大径の切削ブレードが光学手段による撮像時に被加工物に接触しない位置であり、上記退避位置は、外径の異なる複数種類の切削ブレードのうち最小径の切削ブレードによる切削時に対物レンズが被加工物に接触しない位置である。

本発明においては、エアーピストンによって光学手段を切り込み方向に駆動することができるため、比較的安価に構成でき、煩雑な制御をすることなく、対物レンズを被加工物に接触させないようにすることができる。

また、外径が異なる複数種類の切削ブレードが用いられる場合でも、煩雑な制御をすることなく、撮像時に最大径の切削ブレードが被加工物に接触しないように光学手段を下降させることができ、また、最小径の切削ブレードによる切削時に対物レンズが被加工物に接触しないように光学手段を上昇させることができる。

図１に示す切削装置１０は、被加工物を保持するチャックテーブル１１と、チャックテーブル１１に保持された被加工物に切削加工を施す切削手段１２と、被加工物を撮像する光学手段と１３と、切削手段１２を切り込み方向（Ｚ軸方向）に移動させる切り込み駆動手段１４とを備えている。

この切削装置１０においては、基台１５に門型の壁部１６が立設されており、壁部１６をくぐるようにしてＸ軸方向に第一のボールネジ１７及び一対の第一のレール１８が配設されている。第一のレール１８にはチャック基台１９が摺動可能に係合しており、第一のボールネジ１７にはチャック基台１９の内部のナット（図示せず）が螺合している。また、第一のボールネジ１７には第一のパルスモータ２０が連結されており、第一のパルスモータ２０に駆動されて第一のボールネジ１７が回動する構成となっている。

チャック基台１９の上部には第二のパルスモータ２０ａが配設され、更にその上部にはチャックテーブル１１が連結されている。このチャックテーブル１１は、第二のパルスモータ２０ａに駆動されて回転可能である。また、第一のパルスモータ２０に駆動されて第一のボールネジ１７が回動することによりチャック基台１９がＸ軸方向に移動するのに伴いチャックテーブル１１もＸ軸方向に移動する構成となっている。

壁部１６の側面にはＹ軸方向に第二のボールネジ２１が配設されていると共に、第二のボールネジ２１と平行に一対の第二のレール２２が配設されている。第二のボールネジ２１には第二のパルスモータ２３が連結されており、第二のパルスモータ２３に駆動されて第二のボールネジ２１が回動する構成となっている。

第二のレール２２には、インデックステーブル２４が摺動可能に係合していると共に、インデックステーブル２４の内部のナット（図示せず）が第二のボールネジ２１に螺合しており、第二のパルスモータ２３に駆動されて第二のボールネジ２１が回動することにより、インデックステーブル２４がＹ軸方向（割り出し方向）に移動する構成となっている。また、インデックステーブル２４のＹ軸方向の位置は、リニアスケール２４ａによって計測され、計測によって得た情報は、第二のパルスモータ２３の制御に供され、精密な制御が可能となっている。

インデックステーブル２４には、切り込み駆動手段１４が装着されている。切り込み駆動手段１４は、切り込み方向に配設された送り雄ねじ２５と、送り雄ねじ２５に連結された駆動源２６と、送り雄ねじ２５に螺合する雌ねじ（図示せず）を備えた移動基台２７と、送り雄ねじ２５と平行に配設されたガイドレール２８とから構成され、移動基台２７がガイドレール２８に摺動可能に係合しており、駆動源２６に駆動されて送り雄ねじ２５が回動するのに伴い、移動基台２７がガイドレール２８に沿って切り込み方向に昇降し、これに伴い切削手段１２及び光学手段１３が昇降する構成となっている。

移動基台２７には切削手段１２が固定されている。切削手段１２は、Ｙ軸方向に配設されたスピンドルの先端に切削ブレード２９が装着された構成となっている。スピンドルには、外径が異なる複数種類の切削ブレードを装着することができる。

移動基台２７にはブラケット３０が固定され、ブラケット３０には、エアーピストン３１を介して光学手段１３が装着されており、光学手段１３は、エアーピストン３１によって切削手段１２から独立して切り込み方向に移動可能となっている。

光学手段１３は、図示の例では２つの対物レンズ３２ａ、３２ｂ及び撮像部３２とから構成されており、対物レンズ３２ｂは、切削ブレード２９とＸ軸方向に一直線上に位置している。例えば、対物レンズ３２ａの倍率は５倍、対物レンズ３２ｂの倍率は５０倍というように、これら２つの対物レンズは倍率が異なっており、倍率が低い方の対物レンズを介した撮像により被加工物の切削すべき位置を大まかに検出した後に、倍率が高い方の対物レンズを介した撮像により切削すべき位置を正確に検出すると、その切削すべき位置と切削ブレード２９とのＹ軸方向の位置合わせが正確になされる。なお、光学手段１３においては対物レンズを必ずしも２つ備えている必要はなく、１つのみ備えた構成としてもよい。

図２に示すように、エアーピストン３１はエアーシリンダ３３とロッド３４とから構成されており、エアーシリンダ３３はブラケット３０に固定された支持板３５によって支持されている。ロッド３４の先端には昇降部材３６が装着されており、昇降部材３６は、支持板３５に備えたガイドレール３７に対して摺動可能となっている。エアーピストン３１においては、エアーシリンダ３３に供給するエアーの圧力を調整することにより、ロッド３４を容易に上下動させることができる。

昇降部材３６には光学手段１３が固定されており、エアーピストン３１によって駆動されて昇降部材３６が昇降するのに伴って光学手段１３も昇降し、撮像位置と退避位置とに選択的に位置付けられる。ここで、撮像位置とは、エアーピストン３１による駆動により被加工物の表面に対物レンズ３２ａ、３２ｂの焦点を合わせて被加工物の切削すべき位置を検出することができる時の光学手段１３の位置であり、退避位置とは、被加工物の切削時に光学手段１３と共に切削手段１２が下降して切削ブレード２９が最下点に位置していても対物レンズ３２ａ、３２ｂが被加工物に接触しない時の光学手段１３の位置である。

図３に示すように、チャックテーブル１１に保持された被加工物を切削するときは、チャックテーブル１１をＸ軸方向に移動させると共に、インデックステーブル２４をＹ軸方向に移動させながら被加工物４０を対物レンズ３２ａの直下に位置付け、撮像部３２において切削すべき位置を大まかに検出する。そして次に、インデックステーブル２４を若干−Ｙ方向に移動させることにより対物レンズ３２ｂを切削すべき位置の直上に位置付け、切削すべき位置を精密に検出して切削ブレード２９とのＹ軸方向の位置合わせを行う。

上記のようにして切削すべき位置を検出する際は、図３に示すように、光学手段１３を構成する対物レンズ３２ａ（３２ｂ）の焦点を被加工物４０の表面に合わせて撮像を行い（焦点距離をＬとする）、パターンマッチング等の処理によって切削すべき位置を検出する。そして、当該検出を行った後に、チャックテーブル１１をＸ軸方向に移動させると共に、切削ブレード２９ａを高速回転させながら切削手段１２を下降させ、切削ブレード２９ａを被加工物４０に切り込ませて切削を行う。

図３に示すように、対物レンズ３２ａ（３２ｂ）の焦点が被加工物４０の表面に合った時に、切削ブレード２９ａの外周の下端が焦点位置より上に位置していれば、切削すべき位置を検出するために光学手段１３により被加工物が撮像される時に、切削ブレード２９ａが被加工物４０に接触することはない。

しかし、図４に示すように、外径の大きい切削ブレード２９ｂを用いた場合には、対物レンズ３２ａ（３２ｂ）の下端またはその焦点位置よりも切削ブレード２９ｂの外周の下端の方が下に位置するため、光学手段１３を撮像位置に位置付けると、切削ブレード２９ｂが被加工物４０に接触することがある。そこでこのような場合は、図５に示すように、切削手段１２及び光学手段１３を、図４に示した状態よりも上に位置させた状態としてから、エアーピストン３１の駆動により光学手段１３を撮像位置に下降させ、切削ブレード２９ｂの下端が対物レンズ３１ａ（３１ｂ）の焦点位置よりも上方に位置するようにする。そして、被加工物４０を撮像して切削すべき位置の検出を行うと、切削ブレード２９ｂが被加工物４０に接触することがない。すなわち、外径が異なる複数種類の切削ブレードが使用される場合は、最大径の切削ブレードが被加工物に接触しない位置が、光学手段１３の撮像位置となる。

このようにして切削すべき位置を検出した後は、図６に示すように光学手段１３を退避位置に上昇させてから切削手段１２を下降させて切削を行えば、切削時に対物レンズ３２ａ（３２ｂ）が被加工物４０に接触することがない。

一方、図３に示したように、小径の切削ブレード２９ａを用いる場合は、対物レンズ３２ａ（３２ｂ）の下端または焦点位置よりも切削ブレード２９ａの下端の方が上に位置するため、撮像時に切削ブレード２９ａが被加工物４０に接触することがない一方、切削時に切削手段１２が光学手段１３と共に下降して切削ブレード２９ａが被加工物４０に切り込むと、対物レンズ３２ａ（３２ｂ）が被加工物４０に接触してしまうことがある。しかし、切削時に光学手段１３を退避位置に退避させることにより、かかる接触を防止することができる。すなわち、外径が異なる複数種類の切削ブレードが使用される場合は、最小径の切削ブレードによる切削時に対物レンズが被加工物に接触しない位置が、光学手段１３の退避位置となる。

このようにして切削位置の検出及び切削を行うことで、被加工物及び切削ブレード２９ｂを傷付けることがないと共に、切削位置の検出を円滑に行うことができる。

図３に示したように、切削ブレード２９ａの下端が対物レンズ３２ａ（３２ｂ）より下に位置している場合でも、被加工物４０の厚さＴ１が焦点距離Ｌより十分に小さい場合は、切削手段１２と光学手段１３とを一緒に下降させても、図７に示すように切削ブレード２９ａが被加工物に切り込んだ際に、光学手段１３を構成する対物レンズ３２ａ（３２ｂ）が被加工物に接触することもない。しかし、図８に示すように、被加工物４１の厚さＴ２が対物レンズ３２ａ（３２ｂ）の焦点距離Ｌに近いか、切削時にまたは焦点距離Ｌを超える場合は、切削手段１２と光学手段１３とを一緒に下降させて切削を行うと、光学手段１３が被加工物４１に接触してしまう。そこで、図９に示すように、切削の際にエアーピストン３１によって光学手段１３を退避位置に上昇させて被加工物４１から遠ざける方向に移動させてから切削を行えば、切削時に光学手段１３が被加工物４１に接触することを防止することができ、この点でも被加工物を傷付けることがなく、切削を円滑に行うことができる。

なお、図１に示した切り込み駆動手段１４を構成する駆動源２６には、切り込み深さを高精度に制御するためのロータリーエンコーダを備えており、駆動源２６によって光学手段１３を切り込み方向に移動させてロータリーエンコーダの情報に基づいて切り込み方向の位置を制御することができるため、光学手段１３を構成する対物レンズ３２ａ、３２ｂの焦点を高精度に合わせることができる。

切削装置の一例を示す斜視図である。 光学手段を昇降させる機構を示す斜視図である。 被加工物の切削位置を検出する状態を示す説明図である。 切削ブレードが被加工物に接触した状態を示す説明図である。 光学手段が撮像位置にある状態で被加工物の切削位置を検出する状態を示す説明図である。 光学手段が退避位置にある状態で被加工物を切削する状態を示す説明図である。 対物レンズが被加工物に接触せずに切削する状態を示す説明図である。 切削時に対物レンズが被加工物に接触した状態を示す説明図である。 光学手段が退避位置にある状態で被加工物を切削する状態を示す説明図である。 従来の切削装置を示す斜視図である。

符号の説明

１０：切削装置 １１：チャックテーブル １２：切削手段 １３：光学手段
１４：切り込み駆動手段 １５：基台 １６：壁部 １７：第一のボールネジ
１８：第一のレール １９：チャック基台 ２０：第一のパルスモータ
２０ａ：第二のパルスモータ ２１：第二のボールネジ ２２：第二のレール
２３：第二のパルスモータ ２４：インデックステーブル ２４ａ：リニアスケール
２５：送り雄ねじ ２６：駆動源 ２７：移動基台 ２８：ガイドレール
２９、２９ａ、２９ｂ：切削ブレード ３０：ブラケット ３１：エアーピストン
３２：撮像部 ３２ａ、３２ｂ：対物レンズ ３３：エアーシリンダ ３４：ロッド
３５：支持板 ３６：昇降部材 ３７：ガイドレール
４０：被加工物

Claims (2)

1. 被加工物を保持するチャックテーブルと、回転可能なスピンドルに切削ブレードが装着され該チャックテーブルに保持された被加工物に切削加工を施す切削手段と、該切削手段を切り込み方向に移動させる切り込み駆動手段とを少なくとも含み、
   該切り込み駆動手段は、切り込み方向に移動可能な移動基台を備え、
   該移動基台には、該切削手段が固定されると共に、対物レンズを介して被加工物の表面を撮像する光学手段がエアーピストンによって該切り込み方向に移動可能に配設され、
   該光学手段は、該エアーピストンによる駆動により、該対物レンズの焦点が該被加工物の表面に合致した時の位置である撮像位置と、該切削ブレードによる該被加工物の切削時において該切削ブレードが最下点に位置する時に該対物レンズが該被加工物に接触しない位置である退避位置とに選択的に位置付けられる切削装置。
2. 前記スピンドルには外径の異なる複数種類の切削ブレードを装着可能であり、
   前記撮像位置は、該外径の異なる複数種類の切削ブレードのうち最大径の切削ブレードが前記光学手段による撮像時に被加工物に接触しない位置であり、
   前記退避位置は、該外径の異なる複数種類の切削ブレードのうち最小径の切削ブレードによる切削時に前記対物レンズが被加工物に接触しない位置である
   請求項１に記載の切削装置。

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