JP3168721U - メインローラー形状検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インゴット切断用ローラーの形状検査を定量化し品質の維持と生産性の向上をはかるために必要な数値情報を得ることを可能とする現場対応の小型検査装置を提供する。【解決手段】本メインローラー検査装置はローラーの溝形状を透過光源１と撮像光学系２，３をコンパクトに配置し、セットガイドで直径の異なるローラーにも対応させ溝の撮影像とその画像を解析するソフトを一体化し正確な数値情報を簡単に取得できるＶ字溝小型検査システムである。【選択図】図１

Description

この考案は半導体や太陽電池の基盤となるシリコン系母材のインゴットを切断する精密切断機（スライスマシーン）において、ワイヤソーを巻きつけるメインローラー（以後ローラーと言う）の溝の形状検査機に関するものである。

ワイヤソーの一般的な構造は、円筒形のローラーが複数個装着されている。
それぞれのローラーの円筒表面には回転軸に直行してＶ字溝（または、Ｕ）が平行に数百本刻まれている。このＶ字溝にワイヤーを順次掛けることで、各、ローラー間にはＶ字溝のピッチ間隔でワイヤーが並列した平面が構成される。切断加工はこのワイヤー平面に切削材を塗布し、インゴットに接触させることにより、複数枚の基盤を同時に切り出す仕組みになっている。

ローラー表面に刻まれたＶ字溝は加工経過に伴って磨耗変形する。Ｖ字溝の形状変化はワイヤーの振動や変位・断裂の原因となる。現在実施されているローラーの検査は加工時の精度数値と切断されたウエハの良否で判定されている。
ローラーの形状検査方法は、図２の １，直接評価物を切り出し測定可能な形状として検査する切断測定法 ２、転写材で雄型を取り拡大測定する転写法（レプリカ法） ３、投影機によるスクリーン上の映像を測定する投影法 ４、触針の接触による変位を電気拡大する輪郭形状測定法 ５、レーザー変位計測定などがある。

計測辞典 工業技術院軽量研究所 昭和３７年発行 光学技術ハンドブック（株）朝倉書店 昭和４３年発行（９０１〜９０６）の引用文献

先行技術の測定法〔０００３〕のなかで（１）と（２）は局所的で全体像を知ることが困難なこと、（３）はプローブの大きさによって検査深度が制限されること、（４）と（５）の光学的方法は複数の光学機器を組み合わせてシステム化する必要があり、システムの大きさから狭い空間の作業現場に直接適用することは困難であると同時に扱いが極めて煩雑である。
こうした状況から現在、現場では主としてローラーの加工メーカーが添付する検査データに基づき、一定期間の稼働によるＶ字溝の摩耗・変形を経験的に割り出し、定期的に新品と交換する体制をとっている。その結果定期交換時の前に予期せぬワイヤーの振動や突然の断裂で作業が中断し、製品の損傷が発生する場合もあれば、定期交換したローラーでＶ字溝の磨耗が少なく継続使用が十分可能な場合もあり、いずれの場合にも経済的な無駄が発生している。

既存の検査方法には一長一短があり、いずれかの方法を単独で、一般に使用されている切断機に即して活用することは困難である。しかし現行の切断作業とローラーの交換を安全且つ経済的に実施するためには、切断機への装着と操作が容易で、常に定量的なデータを提供するコンパクトな検査装置の開発が緊急の課題になっている。

本考案は切断機に装着するローラーの初期検査をはじめ、作業現場で稼働する切断機にたいして、その場で対応できる非接触の光学的手法を中心に下記の３要素をシステム化したことを特徴とする小型Ｖ字溝検査装置である。本装置を構成する各要素は（図１）限られた狭い空間でローラーのＶ字溝に対して平行な光線を照射し、Ｖ字溝の山と谷さらに谷を挟む左右の傾斜平面および溝を移動するワイヤーを、複数条にわたって同時に拡大撮影するため、投受光の光路にミラープリズムを用いることで検査機全体のコンパクト化を図り、同時に外光の影響を抑制したことを特徴とする精密光学系、（図２）この光学系を直径の異なるローラーにも対応させるため、ローラーの回転軸に直行する（Ｖ字溝に平行）状態でローラーの表面に密着あるいは接近させることを可能にしたＶ字ガイドを持つことを特徴とする筐体、（図３）筐体内の光学系を制御し、映像を処理するためのＵＳＢ接続の外部ＰＣと制御ソフトからなるＶ字溝撮像解析システム。

本考案の検査機によってメインローラーの溝の形状を随時あるいは常時連続して計測・監視することが可能で、ワイヤーの断裂を引き起こす溝形状の変化を定量的に把握することが可能になる。さらに溝の形状変化から突発的なワイヤー断裂の危険性を予知し、メインローラーの保守と交換を映像と数値データに基づいて実施することが可能になる。その結果、本検査装置は作業の安全と効率向上に資すると共に、メインローラーの受け入れ検査および交換時期の自社管理が可能になり維持経費の節減に資することが期待される。

図１はローラーに直接検査機を配置した状態を示す。検査断面はＶ字溝に直行し回転軸を通る切断平面である。検査部を検査断面に直交させるために検査機の左右両端にセットガイド９、１０を装着した。このセットガイドによって直径の異なるローラーの検査断面をも瞬時にとらえることができた。

図中の番号はそれぞれ切断機と本考案の検査部の各構成部品に対応する。
検査部断面の前方（図の左）に透過光源１を、検査断面の後方（図の右）に撮影レンズ２とカメラ３を配置する。さらにローラー表面による散乱光を防ぐ目的で、光源光を平行にした後、検査断面に合わせて長方形スリット４の開口絞りを設けた。また、透過回折光を制限するナイフエッジ５，６を取り付けて迷光を除去し、同時に外光を最小限に抑えた。この光学系にミラープリズム７と８を検査断面の前後対称に配置し、照明系と撮像系を垂直上向きに曲げることで検査機の小型化をはかった。

この検査部を現用の切断機に適用し、ワイヤソーを巻き付けていない状態のＶ字溝（ローラーモード）と、ワイヤーを巻き付けた状態のＶ字溝（ワイヤモード）について得られた結果をそれぞれ図４、図５に示す。図はいずれも透過照明による溝断面のシルエット画像である。

検査機を移動ガイドに載せローラーに並走させることでメインローラーの全長検査が可能になる。また切断機に組み込み連続監視することで危険な状態の手前で警告させることが可能となり加工中の溝形状の連続監視にも活用が期待される。

選択図 従来の検査方法 Ｖ字溝に直交しローラー表面に密着させた検査部 光学系配置図 Ｖ字溝解析内容

光学系配置図
１．ＬＥＤ光源
２．撮影レンズ
３．カメラ
４．開口絞り
５．ナイフエッジ
６．ナイフエッジ（像側）
７．ミラープリズム
８．ミラープリズム（像側）
９．１０．セットガイド
１１．メインローラー

Claims (1)

1. インゴット切断機のワイヤーソー巻き付けローラーの溝に対して平行光線を照射し、投受光の光路にミラープリズムを配置し、照明系と撮像系をローラー面に垂直上向きに曲げることで外光の影響を抑制すると同時に検査機全体のコンパクト化を図った光学系、この光学系の操作の簡便化と同時に直径の異なるローラーにも対応させるため、ローラーの表面に密着あるいは接近させることを可能にするＶ字ガイドを左右に装着した筐体、筐体内部の光学系の制御と、映像処理のためにＵＳＢで接続した外部ＰＣとその制御ソフトを持つ制御解析系によって構成されることを特徴とするローラー溝計測用小型検査装置

Images