JP5634204B2 - 切削装置及び切削方法 - Google Patents

Description

本発明は、ワークを切削する切削装置及び切削方法に関する。

従来から、リードフレーム上に半導体素子を実装して樹脂封止されたワークを切削するため、ダイシングブレードを備えた切削装置が用いられている。近年、ワークの樹脂封止部材として種々の材料が用いられるようになってきており、例えば、脆弱な材料や複合材料を切削する必要がある。このため、切削後のワークの品質を確保するには、ワーク（樹脂封止部材）の種類毎に切削面の評価（切削評価）を行うことが重要である。

従来、このようなワークの切削評価に際しては、最初のワークを切削するときにテストカットを行い、カメラを用いた画像処理やオペレータによる顕微鏡での目視によってその切削面を評価し、さらに各種製品検査を行なっている。テストカットでワークが良品と判断されたときは、切削面の状態などに基づき、経験からそのダイシングブレードで切削可能な距離（すなわち、加工可能な個数）が推測される。

一方、特許文献１には、回転機の異常を検出するため、逆フィルタを用いた異常検出方法が開示されている。この異常検出方法は、正常状態にある装置から得られた音響振動波形を表す時系列信号に基づいて逆フィルタを構成し、被検出装置である回転機から得られた音響振動波形を表す時系列信号に逆フィルタを作用させて回転機の異常を検出する。

特開平７−４３２５９号公報

しかしながら、従来のように、最初のワーク切削時にテストカットを行い、カメラを用いた画像処理やオペレータによる顕微鏡での目視によってその切削面を評価する評価手法では、ダイシングブレードの磨耗状態等の変化に迅速に（リアルタイムで）対応することが困難である。

また特許文献１には、逆フィルタを用いた異常検出方法が開示されているが、その対象は、１台若しくは複数台の、被検出装置と同一若しくは同種で、各回転機が同一回転数で動作する装置全体を想定している。このため特許文献１の構成では、複数のモータが各々異なる回転数と異なるタイミングで細かく制御されている切削装置の中の、その局所的なスピンドルモータに関わる振動状態のみを高精度に検出することができない。

そこで本発明は、ブレードの状態やブレードに供給される実際の水量をリアルタイムに高精度で検出可能な切削装置及び切削方法を提供する。

本発明の一側面としての切削方法は、切削水の水量を検出してワークを切削する切削方法であって、基準状態において、スピンドルに取り付けられた加速度センサから該スピンドルの第１加速度波形を取得し、該第１加速度波形に基づいて逆フィルタを生成する工程と、基準水量を供給しながら、前記加速度センサで取得された前記スピンドルの第２加速度波形に前記逆フィルタを適用して第１残差波形を生成し、該第１残差波形から第１残差パワー値を算出する工程と、前記第１残差パワー値の平均値を算出する工程と、設定水量を供給しながら、前記加速度センサで取得された前記スピンドルの第３加速度波形に前記逆フィルタを適用して第２残差波形を生成し、前記第２残差波形を用いて前記水量が正常であるか否かを判定する工程とを有する。

また、前記切削方法を実行するための切削装置も、本発明の他の一側面を構成する。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、ブレードの状態やブレードに供給される実際の水量をリアルタイムに高精度で検出可能な切削装置及び切削方法を提供することができる。

実施例１における切削装置の概略構成図である。 実施例１における逆フィルタ生成処理のフローである。 実施例１における逆フィルタ生成処理の際に得られる波形データの一例である。 実施例１における切削工程のフローである。 実施例１における切削加工のフローである。 実施例１における切削加工で得られる波形データの一例である。 実施例２における基準水量設定処理のフローである。 実施例２における基準水量設定処理にて得られる波形データの一例である。 実施例２における基準水量設定処理にて算出された残差パワーを示す図である。 実施例２における切削工程のフローである。 実施例２における切削工程で得られる波形データの一例である。 実施例２における切削工程における判定処理を示す図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図の説明において、重複する説明は省略する。

まず、図１を参照して、実施例１における切削装置について説明する。図１は、本実施例における切削装置１００の概略構成図である。図１において、１０はリードフレームの上に複数の半導体素子（ＩＣチップ）を搭載して樹脂封止されたワーク（切削対象物）である。ワーク１０は、後述のように、切削装置１００により切削（切断）されて個片化される。本実施例では、ワーク１０はＸ軸方向及びＹ軸方向に切削されて２４個の半導体パッケージ（個片化ワーク）が製造される。このような半導体パッケージとしては、例えば一括封止ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）パッケージが挙げられる。

ただし本実施例はこれに限定されるものではなく、切削装置１００は、上記個数以外の半導体パッケージに個片化することもできる。また、切削装置１００は、ワーク１０を切断して個片化するためでなく、ワーク１０を切削する（ワーク１０の所定部分に切り溝を入れる）ためにも用いられる。さらに切削装置１００は、半導体素子を備えたワーク１０に対して、一括封止ＢＧＡパッケージに限定されることなく、例えば発光素子をマップ状に封止したＬＥＤパッケージなどのように複数の素子を一括封止したパッケージや、更には樹脂封止前のウェハや、ウェハに直接樹脂封止を行ったＷＬＰ（Ｗａｆｅｒ Ｌｅｖｅｌ Ｐａｃｋａｇｅ）などにも広く適用可能である。

切削装置１００において、２０はスピンドルである。スピンドル２０は、スピンドルモータ２１（駆動手段）を備え、スピンドルモータ２１により回転可能に構成されている。２２はダイシングブレード（切断刃：以下、単に「ブレード」という）である。ブレード２２は、スピンドル２０の先端部に取り付けられている。ブレード２２は、スピンドル２０の回転と共に回転し、テーブル２３上に載置されたワーク１０を切削することが可能である。スピンドル２０は、ブレード２２に近接して設けられた支持部で装置枠体に取り付けられている。スピンドル２０は、不図示の位置決めモータによりＸ軸方向（図１中の左右方向）に移動可能に構成されており、ワーク１０の切削位置をＸ軸方向に変化させることができる。

２７は切削水２９を供給するノズルである。ノズル２７は、ワーク１０の切削時に発生する切削屑の除去と冷却のため、所定の水量の切削水２９をブレード２２の切削部及びその周辺に供給する。図１に示されるように、本実施例において、３つのノズル２７は、ブレード２２の左側、中央、右側の３方向からそれぞれ切削水２９をブレード２２に供給するように構成されている。ただし、本実施例はこれに限定されるものではなく、２つ以下又は４つ以上のノズルを設けてもよい。

テーブル２３は、テーブルモータ２４により駆動されることで、Ｙ軸方向（図１中の上下方向）に送り移動可能に構成され、さらにＸＹ平面内で回転可能に構成されている。このため、テーブル２３に載置されたワーク１０の切削方向を任意に設定することが可能となる。テーブル２３による回転位置は、不図示の撮像装置から得られた位置情報に基づいて制御される。撮像装置は、ワーク１０の切削位置の画像を撮像可能に構成され、制御部４０を介して表示部６０に出力可能に構成されている。

２５は加速度センサである。加速度センサ２５は、スピンドル２０に取り付けられており、ワーク１０の切削時及び非切削時に発生するスピンドル２０の振動（加速度）を測定する。加速度センサ２５により測定される振動（加速度）には、各モータ２１、スピンドル２０をＸ軸及びＺ軸方向に移動させる各軸用のモータ、及び、テーブルモータ２４が回転することより生じる振動の他に、ワーク１０の切削時における振動や、ブレード２２の状態や切削水２９の量などに応じて生じる振動が含まれる。本実施例の切削装置１００のように、スピンドル２０に加速度センサ２５を設けることにより、ブレード２２の状態や実際に供給されている切削水２９の量をリアルタイムに高精度で検出することができる。このため、ブレード２２による切削不良の発生などを防止し、高品質な半導体パッケージを提供することが可能になる。

なお、本実施例において、加速度センサ２５は、ＸＹＺ軸の３軸方向の加速度をそれぞれ測定する３軸加速度センサであるが、これに限定されるものではない。発明者が鋭意研究を行った結果、ワーク１０の切削時においては、切削方向（Ｙ軸方向）、換言すれば、送り方向の抵抗の方が他の軸方向の抵抗よりも、切削中の抵抗等により生じる振動の変化が比較的大きく検出し易く、ダイシングブレードの磨耗状態を確実に検出できることが判明したため、例えばＹ軸方向の加速度のみを測定する加速度センサ２５を用いることで装置を簡素化してもよい。また、加速度センサ２５は、ワーク切削中にスピンドル２０が受ける振動の振幅を増幅して効果的に検出するため、ブレード２２が取り付けられる先端部を支持する支持部から離れて配置されることが好ましい。例えば、本実施例の加速度センサ２５は、ブレード２２が取り付けられる先端部とは反対側の端部に設けられている。ただしこれに限定されるものではなく、スピンドル２０の振動を検出できるものであれば、加速度センサ２５をブレード２２の近傍に設けてもよい。

加速度センサ２５により検出された加速度（加速度センサ２５からの出力信号）は、Ａ／Ｄ変換器３０へ入力される。Ａ／Ｄ変換器３０は、アナログ信号である加速度センサ２５の出力信号を、後段における各種処理を行うためにデジタル信号へ変換する。具体的には、Ａ／Ｄ変換器３０は、加速度センサ２５からのアナログ信号を一定期間毎にサンプリングすることによりデジタル信号を得る。Ａ／Ｄ変換器３０から出力されたデジタル信号は、制御部４０へ入力される。

制御部４０は、切削装置１００の各部の動作を制御する。また、制御部４０は、入力されたデジタル信号に対して、後述のように各種の信号波形処理を行う。また制御部４０は、加速度センサ２５の検出値（出力信号）に基づいてフィードバック制御を行う。制御部４０は、後述のように、基準状態にて算出された残差パワー値に基づいて決定されたしきい値と、実際の判定時に得られた残差パワー値とを比較する。そして制御部４０は、実際の判定時に得られた残差パワー値がしきい値を超えた場合、警報を出力するように警報部７０を制御する。また制御部４０は、例えば、加速度センサ２５により検出された加速度（残差パワー値）がしきい値を超えた場合、切削を停止させるように制御することもできる。ただし本実施例はこれに限定されるものではなく、しきい値を超えた場合に、例えばＹ軸の切削速度を下げて、ワーク切削時の抵抗を小さくするように制御し、切断の中断による不良の発生を防止してもよい。

記憶部５０は、例えば半導体メモリやハードディスク等により構成されており、後述する制御プログラムが記憶されている。また、記憶部５０は、制御部４０が各種の信号波形処理を行う間、制御部４０との間で情報のやり取りを行いながら、順次、情報を記憶していく。例えば、後述のように、基準状態にて算出した残差パワー値、実際の判定時において得られた残差パワー値、及び、所定のしきい値等を記憶する。また、記憶部５０は、加速度センサ２５の検出値をログとして記録するように構成されているため、ワーク切削後の調査が可能となる。また、記憶部５０に記憶された情報に対して、ＦＦＴ解析等の数値解析や統計分析を行うこともできる。

表示部６０には、３軸加速度（振動）の情報が表示される。さらに表示部６０には、例えば、ワーク１０の切削状況、ワーク１０の切削位置、スピンドル２０の回転数、負荷電流、切削速度、切削トータル距離、ブレード外径、及び、切削加速度等の各加工条件情報や後述する信号処理結果などがマルチ画面で一括表示される。このような表示部６０を採用することにより、ワーク１０の切削状況やブレード２２の状態等をリアルタイムで把握できる。

警報部７０は、実際の判定時に得られた残差パワー値が所定のしきい値を超えた場合に警報を出すように構成される。警報部７０を作動させるためのしきい値としては、例えば切削を停止させるためのしきい値と同じ値を用いることができる。この場合、制御部４０は、警報部７０を作動させると同時に切削を停止させる。ただし本実施例はこれに限定されるものではなく、警報部７０を作動させるためのしきい値を、切削を停止させるためのしきい値よりも低く設定してもよい。この場合、制御部４０は、警報部７０を作動させた後、スピンドル２０の残差パワー値が更に増加したときにのみ切削を停止させる。また、制御部４０は、所定のしきい値を超えた場合に警報部７０を作動させるだけで、切削をどの時点で停止させるかについて、オペレータ（作業者）に判断させるように構成してもよい。この場合、切削の回転動作を続行させるか否かがオペレータにより判断される。

次に、図２乃至図６を参照して、本実施例の切削方法について説明する。本実施例の切削方法は、ブレード２２の状態を検出してワーク１０を切削する切削方法であり、オペレータによって行われる一部の工程を除き、切削装置１００の制御部４０の指令に基づいて行われる。まず、本実施例の切削方法において用いられる逆フィルタについて説明する。逆フィルタは、ブレード２２の状態や切削水２９の量等の実際の判定時（逆フィルタの適用時）に生成することは二重に演算時間を取られてしまい実用的でないため、事前に生成しておくことが好ましい。逆フィルタは、例えば、ブレード２２のツルーイングの完了直後に作成されるが、これに限定されるものではない。

図２は、逆フィルタ生成処理のフローである。図３は、逆フィルタ生成処理の際に得られる波形図である。逆フィルタを生成する際には、まずステップＳ１０１において、基準状態でのスピンドル２０の加速度波形データ（第１加速度波形）が取得される。本実施例において、第１加速度波形はワーク１０の切削方向（Ｙ軸方向）における加速度波形であるが、これに限定されるものではない。より信頼性を向上させるため、複数の方向（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸など）における複数の波形を第１加速度波形として利用してもよい。この場合、複数の方向のそれぞれについて逆フィルタが生成される。

本実施例において、基準状態とは、破損等の異常のない芯だし調整済みのブレード２２が安定して回転している状態、ノズル２７から切削水２９が供給されていない状態、かつ、ブレード２２がワーク１０に接触していない状態（非切削状態）のことをいう。その他、本実施例はこれに限定されるものではなく、ブレード２２がワーク１０に接触している状態（切削状態）を基準状態とする方法もある。この場合、実際の切削条件で切削を行う際の加速度波形に基づいて逆フィルタを生成する。この逆フィルタを、非切削状態で安定回転時の加速度波形に対して適用し、残差パワー値を求めてもよい。しかしブレードの初期状態や磨耗状態、切削水の再現性や当り方の微妙な変化を含めて検出する意味においても、前者の基準状態がより望ましい。ステップＳ１０１では、このような基準状態において実際にブレード２２を回転させ、ブレード２２の振動（加速度）の波形（第１加速度波形）を取得する。

このとき、例えば図３（Ａ）に示されるような加速度波形（第１加速度波形）が得られる。図３（Ａ）の加速度波形は、基準状態における切削方向（Ｙ軸方向）の加速度を示している。Ｘ軸方向やＺ軸方向など複数の方向について逆フィルタを生成する場合には、複数の方向についての加速度波形を取得するように構成される。また、図３（Ａ）の加速度波形は、ブレード２２がワーク１０に接触していない状態（非切削状態）で得られたものであり、加速度波形の振幅は比較的小さい。

次に、ステップＳ１０２にて逆フィルタが生成される。ここで逆フィルタについて簡単に説明する。逆フィルタの生成には、通常、自己回帰モデル（ＡＲモデル）が用いられる。時系列信号をＸ（t）、t=１，２、…とするとき、現在の信号をＸ（ｎ）とすると、過去にサンプリングした信号は、Ｘ（ｎ−１）、Ｘ（ｎ−２）、Ｘ（ｎ−３）、…、で表すことができる。このとき、自己回帰モデルを用いると、信号Ｘ（ｎ）は、Ｍ個前までの信号を使って、以下の式（１）のように表される。

ここで、Ｍは自己回帰モデルの次数、Ａ_ｋは自己回帰係数、ｅ（ｎ）は予測誤差である。Ａ_ｋは予測誤差ができるだけ小さくなるように決められるが、その算出アルゴリズムは、いくつかの方法が知られており、本実施例ではユール・ウォーカー方程式をレビンソン・ダービン法により解くことによって求めている。また、次数ＭはＡＩＣ基準により決定する。なお、自己回帰モデル、ユール・ウォーカー方程式、レビンソン・ダービン法、ＡＩＣ基準などの用語は、社団法人計測自動制御学会発行の「信号処理」などに記述されている周知の用語である。時系列信号Ｘ（ｎ）に対する自己回帰係数Ａ_ｋを求め、自己回帰モデルを決定することを逆フィルタの生成と呼ぶ。

また、信号Ｘ（ｎ）を用いて、Ｙ（ｎ）を以下の式（２）のように定義する。

Ｙ（ｎ）は、過去のＭ個のデータから算出される自己回帰モデルによる予測値である。予測誤差ｅ（ｎ）は、以下の式（３）のように表される。

予測誤差ｅ（ｎ）は信号Ｘ（ｎ）と予測値の差、つまり残差であると理解される。信号Ｘ（ｎ）から予測値Ｙ（ｎ）を減じて残差を算出することを、逆フィルタを適用すると称する。

次にステップＳ１０３において、基準状態における残差パワー値を算出する。残差パワー値は、ステップＳ１０２にて生成した逆フィルタを適用することにより算出される。具体的には、図３（Ａ）の加速度波形にステップＳ１０２で生成した逆フィルタを適用することにより、図３（Ｂ）の残差波形が得られる。本実施例では、後述のように、この残差波形を用いてブレード２２の状態が正常であるか否かを判定する。

続いて、この残差信号から１２８点のデータを取り出し、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を行い、パワースペクトル値を計算し足し合わせることで、残差パワー値を求める。その後、データの取り出し点を１つずつずらしながら、順次パワー値を算出することで、図３（Ｃ）の残差パワー波形を求める。図３（Ｃ）に示されるように、基準状態における残差パワー値はほぼ一定の値となる。これは、逆フィルタを、逆フィルタの作成元の時系列信号に適用した場合や、自己回帰モデルが同一で同じ特性の信号に適用した場合は、残差として白色雑音化された信号が得られることが知られており、白色雑音はパワースペクトルが全ての周波数帯域において一定値をとるため、基準状態における残差パワー値はほぼ一定の値となる。以上により逆フィルタ生成処理は終了する（ステップＳ１０４）。なお上述のように、複数の方向について第１加速度波形を取得した場合には、逆フィルタは第１加速度波形に基づいて複数生成される。

次に、図４を参照して、本実施例における切削方法の一部である切削工程について説明する。図４は、切削工程のフローである。まず本実施例の切削工程では、ステップＳ２０１において、加速度波形データ（第２加速度波形）を取得する。ステップＳ１０１において、複数の方向（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸など）における複数の波形を第１加速度波形として取得した場合には、ステップＳ２０１においても、これらの複数の方向における複数の波形を第２加速度波形として取得する。ステップＳ２０１で取得される加速度波形データは、ワーク１０を実際に切削する前（非切削時）に得られた加速度波形データである。この加速度波形データに基づいて、ブレード２２の破損やツルーイング状態等のブレード２２の状態が検出され、ブレード２２の交換やスピンドル２０の回転軸とブレード２２の軸との位置合わせ等が行われる。

次にステップＳ２０２において、ステップＳ２０１で得られた加速度波形に対して、上述のように予め生成された逆フィルタを適用し、残差波形を生成する。切削前の時系列信号に逆フィルタを適用しているので、残差信号は、基準状態と切削前の状態との差を表す信号となる。続いてステップＳ２０３において、残差パワー値を算出する。残差パワー値は、図３（Ｃ）の残差パワー波形の算出方法と同じ方法で求める。

この際、リアルタイムな処理による切削状態の判断を行うために、順次データの取り出し点をずらしながらフーリエ変換を行い残差パワー値を算出する処理を高速化している。具体的には、サンプル数Nの時系列信号をＸ（ｎ）とし（ｎ＝０，１、…、Ｎ−１）とし、これに対する離散フーリエ変換（ＤＦＴ値）をＧ（ｋ）とし（ｋ＝０，１、…、Ｎ−１）としたときに、このＤＦＴ値を利用して、｛Ｘ（ｎ）｝からｍ個ずれた信号｛Ｘ（ｎ＋ｍ）｝に対するＤＦＴ値Ｇ^(m)（ｋ）を求める。この場合、ＤＦＴ値Ｇ^(m)（ｋ）はＤＦＴの定義を変形することで、以下の式（４）のように表すことができる。

式（４）において、ｌ、Ｗはそれぞれ以下の式（５）、（６）のように定義される。

以上より、重なりのある時系列信号に対するＤＦＴ値Ｇ^(m)（ｋ）が、Ｇ（ｋ）を利用して求まることがわかる。Ｇ（ｋ）を事前に求めておけば、ｍ個ずれた信号に対するＤＦＴ値が、ＤＦＴを定義通りに計算するよりも簡略化して計算可能となる。ただし、ｍが大きな値になると、計算量が増加するので、ｍは小さいほど効率が良くなる。例としてｍ＝１（１個ずらし）の場合、ＤＦＴの計算式は、以下の式（７）のように表される。

本実施例では、残差パワー値を算出する際、残差信号から１２８点のデータを取り出し、ＦＦＴを行うことでパワー値を算出するが、パワー値の時間変化を得るために、順次データの取り出し点をずらしながらフーリエ変換を行う。この際、上記の簡略化計算を利用している。これにより、順次パワー値を算出するときに、先のパワー値の算出結果の一部を利用して次のパワー値の算出するため、パワー値算出のための計算量を減らすことができる。この結果、残差パワー値の算出処理の高速化によって切削状態のリアルタイムな判断を行うことが可能となる。

次にステップＳ２０４において、ステップＳ２０３にて算出された残差パワー値が基準値から外れたか否かを判定する。具体的には、基準値として所定のしきい値を設定し、残差パワー値がしきい値を超えたか否かによって判定する。ワーク１０の非切削時に得られる残差パワー値は、ブレード２２の破損や、スピンドル２０の回転軸とブレード２２の軸とのズレ等のブレード２２の状態によって、基準値から外れる場合がある。このとき、ノイズを除去するため、しきい値を所定の回数だけ超えた場合に異常であると判定するように構成してもよい。しきい値の大きさは、基準状態にて算出された残差パワー値に基づいて決定される。このように、ワーク１０の非切削時における残差パワー値と所定のしきい値とを比較することで、ブレード２２の状態そのものをリアルタイムに高精度で把握することができる。

ステップＳ２０４において残差パワー値が基準値から外れていないと判定された場合には、ステップＳ２０７に進み、ワーク１０の切削加工が行われる。一方、残差パワー値が基準値から外れていると判定された場合には、ステップＳ２０５において警報出力処理を行う。このとき、警報部７０は、制御部４０からの指令に基づいて警報を出力する。警報は、スピンドル２０（ブレード２２）の状態が致命的になる前に、ある程度の余裕をもたせて出力されるように後述する切削停止の基準よりも小さく設定すればよい。なお警報は、複数の方向における第２加速度波形に複数の逆フィルタをそれぞれ適用して算出された複数の残差パワー値を利用する場合には、複数の残差パワー値と複数のしきい値とをそれぞれ比較して出力される。

次にステップＳ２０６において、切削動作を停止させるか否かが判定される。切削を停止させる際の基準は、警報を出力する際の基準（ステップＳ２０４のしきい値）よりも大きく設定されることが好ましい。ステップＳ２０６にて切削を停止させない場合にはステップＳ２０７に進み、ワーク１０の切削加工が行われる。一方、切削を停止させる場合、切削工程は終了する（ステップＳ２０８）。切削を停止させた後、ブレード２２のドレッシング又はブレード２２の交換が行われる。

ブレードが破損している場合、基準状態における残差パワー値と切削前の状態の残差パワー値には差が生じる。このため、本実施例において、ブレードが破損しているか否かは、基準状態における残差パワー値と実際の判定時に得られた残差パワー値とを比較して判定されるが、これに限定されるものではない。例えば、正常なブレードの残差パワー値（基準状態における残差パワー値）と破損したブレードの残差パワー値とを予め取得してそれらの差分値を記憶するように構成してもよい。この場合、この記憶された差分値と、正常なブレードの残差パワー値とブレード状態の判定時におけるブレードの残差パワー値との差分値とを比較することで、ブレードの破損の有無を判定することができる。また、破損したブレードの残差パワー値の、正常なブレードの残差パワー値に対する倍率を記憶するように構成してもよい。この場合、この記憶された倍率と、ブレード状態の判定時におけるブレードの残差パワー値の、正常なブレードの残差パワー値に対する倍率とを比較することで、ブレードの破損の有無を判定することができる。

次に、図５及び図６を参照して、本実施例における切削工程の一部である切削加工（ワーク１０の切削加工）について説明する。図５は、本実施例における切削加工（ステップＳ２０７）のフローである。また、図６は切削加工で得られる波形データの一例であり、縦軸は各波形の振幅を示し、横軸は時間（Ｓｅｃ）を示す。まず本実施例の切削加工では、ステップＳ３０１において、全ての切削加工が完了したか否かが判定される。切削加工が完了したと判定された場合には、切削加工は終了する（ステップＳ３０８）。

一方、切削加工が完了していないと判定された場合には、ステップＳ３０２において加速度波形データ（第２加速度波形）を取得する。ステップＳ１０１において、複数の方向における複数の波形を第１加速度波形として取得した場合には、ステップＳ３０２においても複数の方向における複数の波形を第２加速度波形として取得する。ステップＳ３０２で取得される加速度波形データは、ワーク１０を実際に切削する時に得られた加速度波形データである。図６（Ａ）は、このとき得られた加速度波形（第２加速度波形）の一例である。図６（Ａ）において、区間Ｃはワーク１０とブレード２２が接触している期間（切削状態）を示す。一方、区間Ｃに含まれない部分は、ワーク１０とブレード２２が接触していない期間（非切削状態）を示す。区間Ｃは、撮像装置から得られる撮像画像、切削音、切削動作のプログラム等に基づいて適宜設定可能である。図６（Ａ）に示されるように、切削状態（区間Ｃ）では、非切削状態と比較して、加速度波形の振幅が大きくなっている。

次にステップＳ３０３において、逆フィルタを用いて残差波形を生成する。具体的には、図６（Ａ）に示される加速度波形に対して、上述のように予め生成された逆フィルタを適用し、残差波形を取得する。図６（Ｂ）は、このとき得られた残差波形の一例である。切削状態の時系列信号に逆フィルタを適用しているので、残差信号は、基準状態と切削状態との差を表す信号となる。図６（Ｂ）においては、区間Ｃにおける振幅が大きくなっており、基準状態との差が大きいことを示している。次に、ステップＳ３０４において、残差パワー値を算出する。図６（Ｃ）はこのとき得られた残差パワー値の一例である。図６（Ｃ）の残差パワー値は、図３（Ｃ）の残差パワー波形の算出方法と同じ方法で求める。逆フィルタを、逆フィルタの作成元の信号とは異なる特性の信号に適用した場合、残差信号は白色雑音化しない。このため、パワー値が一定とならず、残差パワー値は基準状態との差を顕著に表わす大きな値となる。図６（Ｃ）においては、区間Ｃにおける振幅が大きくなっており、基準状態との差が大きいことを表している。

この際、上記の簡略化計算を利用している。これにより、順次パワー値を算出するときに、先のパワー値の算出結果の一部を利用して次のパワー値を算出するので、パワー値算出のための計算量を減らすことができる。この結果、残差パワー値の算出処理の高速化によって切削状態のリアルタイムな判断を行うことが可能となる。次にステップＳ３０５において、ステップＳ３０４にて算出された残差パワー値が正常か否かを判定する。具体的には、所定のしきい値を設定し、残差パワー値がしきい値を超えたか否かによって正常又は異常を判定する。切削時に得られる残差パワー値は、ワーク１０の加工個数や加工距離などで表される加工量によってブレード２２の切れ味が悪化してスピンドル２０の加速度（振動）が大きくなり、時間と共に基準値から外れる場合がある。その結果、残差パワー値が上記のしきい値を超えると、切削加工は異常であると判定される。

ステップＳ３０５において残差パワー値が正常であると判定された場合には、ステップＳ３０１に戻り、上述のステップを繰り返す。一方、残差パワー値が異常であると判定された場合には、ステップＳ３０６において警報出力処理を行う。このとき、警報部７０は、制御部４０からの指令に基づいて警報を出力する。

次にステップＳ３０７において、切削動作を停止させるか否かが判定される。切削を停止させる際の基準は、警報を出力する際の基準（ステップＳ３０５のしきい値）よりも厳しく設定されることが好ましい。ステップＳ３０７にて切削を停止させない場合にはステップＳ３０１に戻り、上述のステップを繰り返す。一方、切削を停止させる場合、切削加工は終了する（ステップＳ３０８）。切削を停止させた後、ブレード２２のドレッシング又はブレード２２の交換が行われる。なお、ステップＳ３０７において切削を停止させる代わりに、スピンドル２０の回転速度を下げることや切削速度を下げることで、切削時の抵抗を減らすように制御してもよい。

以上のように、本実施例によれば、基準状態にて生成した逆フィルタを利用するため、ワークの切削に伴って発生する振動（切削水の噴出によるものを含む）だけを効果的に検出することができ、ブレードの破損やワークの切削状況（ブレード２２の磨耗状態）を高精度に把握することが可能となる。このため本実施例によれば、リアルタイムで信頼性の高い振動解析が可能な切削装置及び切削方法を提供することができる。

次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例における切削装置は、図１に示される切削装置１００と同様の構成であるが、ノズル２７からブレード２２に実際に供給される切削水２９の水量を検出できるように構成されている点で、実施例１とは異なる。すなわち本実施例の切削装置及び切削方法は、切削水２９の水量を検出してワーク１０を切削するものであり、切削水２９の基準水量を設定し、その基準水量と判定時における実際の水量とをそれらに対応した残差パワー値を用いて比較する。

まず、図７乃至図９を参照して、本実施例における基準水量データの設定方法について説明する。図７は、本実施例における基準水量設定処理のフローである。図８は、基準水量設定処理にて得られる波形データの一例（水量が０の場合）であり、縦軸は各波形の振幅を示し、横軸は時間（Ｓｅｃ）を示す。図９は、基準水量設定処理にて得られた波形データから算出された残差パワーを示す図である。

まず、ステップＳ４０１において、ノズル２７から所定の回転数で回転しているブレード２２に向けて供給される切削水２９の水量を設定する。続いてステップＳ４０２において、加速度波形データ（第２加速度波形）を取得する。図２のステップＳ１０１において、複数の方向における複数の波形を第１加速度波形として取得した場合には、ステップＳ４０２においても複数の方向における複数の波形を第２加速度波形として取得する。ステップＳ４０２で取得される加速度波形データは、ワーク１０の非切削時に所定の切削水量に設定された状態で得られた加速度波形データである。図８（Ａ）は、このとき得られた加速度波形（第２加速度波形）の一例である。図８（Ａ）の加速度波形データは、非切削時に得られたデータであるため、突出して大きな振幅変化は見られない。

次にステップＳ４０３において、逆フィルタを用いて残差波形を生成し、残差パワー値を算出する。具体的には、図８（Ａ）に示される加速度波形に対して、図２を参照して実施例１で説明したように、予め生成された逆フィルタを適用し、残差波形を取得する。図８（Ｂ）は、このとき得られた残差波形（第１残差波形）の一例である。非切削時に所定の切削水量が供給されている状態の時系列信号に逆フィルタを適用しているので、残差信号は、基準状態と非切削時に所定の切削水量が供給されている状態との差を表す信号となる。また、図８（Ｃ）はこのとき得られた残差パワー値（第１残差パワー値）の一例である。図８（Ｃ）の残差パワー値は、図３（Ｃ）の残差パワー波形の算出方法と同じ方法で求める。

次に、ステップＳ４０４において、所定数の水量設定でデータを取得したか否かを判定する。本実施例では、図９に示されるように、切削水２９をブレード２２に供給しない状態（水量が「０」である状態）と、水量を２段階（目盛り値で「５０」と「８０」）に変更したそれぞれの状態との３段階の大きさに設定を変更した。なお、切削水２９の設定についてはこれに限定されるものではなく、３段階以外の複数段階に設定してもよい。所定数の全ての水量についてデータを取得していないと判定された場合には、ステップＳ４０１に戻り、ステップＳ４０１乃至Ｓ４０３を繰り返す。一方、所定数の全ての水量についてデータを取得したと判定された場合には、ステップＳ４０５に進み、基準水量データを算出する。具体的には、設定水量ごとの残差パワー値（第１残差パワー値）の平均値を算出する。本実施例では、図９に示されるように、水量が０、５０、８０の平均値は、それぞれ、約１２０、２５０、５２０と求められる。そしてステップＳ４０６において、基準水量データを設定する。すなわち、設定水量と残差パワー値の平均値との関係をテーブルとして記憶する。以上により、基準水量の設定処理は終了する（ステップＳ４０７）。

次に、図１０乃至図１２を参照して、本実施例における切削工程について説明する。図１０は、本実施例における切削工程のフローである。図１１は、切削工程で得られる波形データの一例であり、縦軸は各波形の振幅を示し、横軸は時間（Ｓｅｃ）を示す。図１２は、切削工程における判定処理を示す図である。

まず、本実施例の切削工程では、ステップＳ５０１において、加速度波形データ（第３加速度波形）を取得する。このとき、ノズル２７からブレード２２に向けて、所定の設定水量の切削水２９が供給されている。例えば本実施例では、設定水量を３５として切削水２９が供給される。ステップＳ５０１で取得される加速度波形データは、ワーク１０を実際に切削する前（非切削時）に設定水量３５の切削水２９が供給されている状態で得られた加速度波形データである。図１１（Ａ）は、このとき得られた加速度波形（第３加速度波形）の一例である。この加速度波形データに基づいて、設定水量がブレード２２に対して正確に供給されているか否かが検出される。

次にステップＳ５０２において、ステップＳ５０１で得られた加速度波形に対して、上述のように予め生成された逆フィルタを適用し、残差波形を生成する。図１１（Ｂ）は、このとき得られた残差波形（第２残差波形）の一例である。非切削時に所定の設定水量の切削水が供給されている状態の時系列信号に逆フィルタを適用しているので、残差信号は、基準状態と非切削時に所定の設定水量の切削水が供給されている状態との差を表す信号となる。本実施例では、後述のように、この残差波形を用いて水量が正常であるか否かを判定する。

続いてステップＳ５０３において、ノズル２７から実際に供給されている切削水量を算出する。具体的には、実際の切削水量は、残差パワー値を算出することにより推定される。図１１（Ｃ）はこのとき得られた残差パワー値（第２残差パワー値）の一例である。図１１（Ｃ）の残差パワー値は、図３（Ｃ）の残差パワー波形の算出方法と同じ方法で求める。

次にステップＳ５０４において、ステップＳ５０３にて算出された実際の切削水量（第２残差パワー値）が設定値から外れたか否かを判定する。ここで、設定値とは予め設定された基準水量であり、図７乃至図９を参照して説明したように、例えば基準水量として０、５０、８０が設定されている。そして、各基準水量に対応する残差パワー値の平均値が予め算出されており、それらの残差パワーの平均値が、ステップＳ５０３における設定値（しきい値）として定められている。本実施例の切削工程において、切削水量（設定水量）は例えば３５に設定されているため、切削水量よりも多い基準水量５０（第１基準水量）、及び、切削水量よりも少ない基準水量０（第２基準水量）を利用する。すなわち、基準水量５０、０の場合に算出された残差パワー値の平均値（第１平均値、第２平均値）をそれぞれ上下のしきい値として用いる。図１２は、水量３５の場合に得られた残差パワー値の波形と、基準水量０、５０の場合に算出された残差パワー値の平均値（しきい値）との関係の一例であり、切削工程における判定処理を示す。図１２に示されるように、設定水量が３５の場合に得られた残差パワー値は、時間ｔ_ａ付近において下限のしきい値（水量０の場合の残差パワー値の第２平均値）よりも小さく、また、時間ｔ_ｂ付近において上限のしきい値（水量５０の場合の残差パワー値の第１平均値）よりも大きい。実際の波形がこのような上限及び下限のしきい値の少なくとも一方を超えた場合、切削水量が設定値から外れたと判定する。例えば、ノズル２７までの切削水２９の供給経路に問題があり実際に供給される水量が規定量と異なることがある。また、ノズル２７がブレード２２に対して正しい向きに向けられていないために適正な水量がブレード２２に供給されていないこともある。このような場合であっても、ブレード２２に実際に供給されている切削水２９の水量に応じた大きさの残差パワー値を算出し、これにより切削水２９の水量を確認することで切削水２９の供給が正しく行われているかを確認することができる。このように、ワーク１０の非切削時において、切削水量の残差パワー値の波形と基準水量で得られた残差パワー値の平均値とを比較することで、実際に供給されている切削水量を確実に把握することができる。なお、切削水２９の水量設定の設定段階数をより多くすれば高精度に切削水量を把握することができる。

ステップＳ５０４において切削水量が設定値から外れていないと判定された場合、すなわち第２残差パワー値が所定のしきい値を超えていない場合には、ステップＳ５０７に進み、例えば図５に示されるようなワーク１０の切削加工が行われる。一方、切削水量が設定値から外れていると判定された場合、すなわち第２残差パワー値が所定のしきい値を超えている場合には、ステップＳ５０５において警報出力処理を行う。この際に、設定水量と残差パワー値の平均値とのテーブルを用いて、残差パワー値から推測される切削水２９の水量を表示部６０に表示してもよい。これにより、メンテナンス作業を容易にすることができる。この場合、ステップＳ５０３で算出した残差パワー値の平均値が含まれる区間の上下限値のそれぞれと、算出した残差パワー値の平均値との差の案分により水量を推測して表示してもよい。例えば、算出した残差パワー値の平均値が「４００」程度であれば水量は「７０」程度と推測されるため、その値を表示することもできる。なお、残差パワー値の算出結果として把握される水量が設定水量となるように水量を増減する機能を設けることで適切な水量を維持する構成としてもよい。またステップＳ５０６において、切削動作を停止させるか否かが判定される。切削を停止させる際の基準は、警報を出力する際の基準（ステップＳ５０５のしきい値）よりも厳しく設定されることが好ましい。ステップＳ５０６にて切削を停止させない場合にはステップＳ５０７に進み、切削加工が行われる。一方、切削を停止させる場合、切削工程は終了する（ステップＳ５０８）。切削を停止させた後、ノズル２７を含む切削水供給システムの調整や交換が行われる。

上記各実施例によれば、ブレードの状態やブレードに供給される実際の水量をリアルタイムに高精度かつ確実に検出可能な切削装置及び切削方法を提供することができる。特に、ワークを実際に切削する前にブレードの状態等を検出することで、ブレードを適切に管理することが可能となる。

以上、本発明の実施例について具体的に説明した。ただし、本発明は上記実施例として記載された事項に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。

例えば、２つのスピンドル２０のブレード２２同士を対向して設け、ワーク１０を同時に切削可能なツインスピンドル構成としてもよい。この場合、各スピンドル２０に加速度センサ２５を設けることで、各ブレード２２の状態や各ブレード２２に供給される実際の水量を個別に把握できる。なお、一方のスピンドル２０のみに加速度センサ２５を設け、検出された加速度に基づいてブレード２２の状態を把握可能に構成してもよい。

また、逆フィルタ生成処理において残差パワー値は算出せず、残差波形に基づいてしきい値を設定してから切削加工時の残差波形に基づいて切削状態が正常であるか否かを判別してもよい。

また、制御部４０は切削装置１００の各部の動作制御のみを実行し、別のコントローラ（制御部）が逆フィルタの生成、残差波形の生成、及び、残差パワーの算出といった信号処理を行って制御部４０に処理結果を出力する構成を採用してもよい。

１０ ワーク
２０ スピンドル
２１ スピンドルモータ
２２ ダイシングブレード（ブレード）
２３ テーブル
２４ テーブルモータ
２５ 加速度センサ
２７ ノズル
２９ 切削水
３０ Ａ／Ｄ変換器
４０ 制御部
５０ 記憶部
６０ 表示部
７０ 警報部
１００ 切削装置

Claims (6)

1. 切削水の水量を検出してワークを切削する切削方法であって、
   基準状態において、スピンドルに取り付けられた加速度センサから該スピンドルの第１加速度波形を取得し、該第１加速度波形に基づいて逆フィルタを生成する工程と、
   基準水量を供給しながら、前記加速度センサで取得された前記スピンドルの第２加速度波形に前記逆フィルタを適用して第１残差波形を生成し、該第１残差波形から第１残差パワー値を算出する工程と、
   前記第１残差パワー値の平均値を算出する工程と、
   設定水量を供給しながら、前記加速度センサで取得された前記スピンドルの第３加速度波形に前記逆フィルタを適用して第２残差波形を生成する工程と、
   前記第２残差波形を用いて前記水量が正常であるか否かを判定する工程と、を有することを特徴とする切削方法。
2. 前記第２残差波形を用いて前記水量が正常であるか否かを判定する工程は、
   前記第２残差波形から第２残差パワー値を算出する工程と、
   前記第２残差パワー値が前記第１残差パワー値の前記平均値により定められたしきい値を超えているか否かを判定する工程と、
   前記第２残差パワー値が前記しきい値を超えている場合に警報を出力する工程と、
   前記第２残差パワー値が前記しきい値を超えていない場合に前記ワークを切削する工程と、を有することを特徴とする請求項１に記載の切削方法。
3. 前記基準水量は、前記設定水量よりも多い第１基準水量、及び、該設定水量よりも少ない第２基準水量を含み、
   前記第１残差パワー値の平均値は、前記第１基準水量を供給した場合に得られた第１平均値、及び、前記第２基準水量を供給した場合に得られた第２平均値を含み、
   前記警報を出力する工程は、前記第２残差パワー値が前記第１平均値よりも大きいか又は前記第２平均値よりも小さい場合に警報を出力する、ことを特徴とする請求項２に記載の切削方法。
4. 切削水の水量を検出してワークを切削する切削装置であって、
   前記ワークを切削するブレードと、
   前記ブレードを回転させるモータを備えたスピンドルと、
   前記スピンドルの加速度を測定する加速度センサと、
   前記加速度センサにより測定された前記加速度に基づいて警報を出力するように制御する制御部と、を有し、
   前記制御部は、
   基準水量を供給しながら、前記加速度センサで取得された前記スピンドルの第２加速度波形に逆フィルタを適用して第１残差波形を生成し、該第１残差波形から第１残差パワー値を算出し、
   前記第１残差パワー値の平均値を算出し、
   設定水量を供給しながら、前記加速度センサで取得された前記スピンドルの第３加速度波形に前記逆フィルタを適用して第２残差波形を生成し、
   前記第２残差波形を用いて前記水量が正常であるか否かを判定する、ことを特徴とする切削装置。
5. 前記制御部は、
   前記第２残差波形から第２残差パワー値を算出し、
   前記第２残差パワー値が前記第１残差パワー値の前記平均値により定められたしきい値を超えているか否かを判定し、
   前記第２残差パワー値が前記しきい値を超えている場合に警報を出力し、
   前記第２残差パワー値が前記しきい値を超えていない場合に前記ワークを切削する、ことを特徴とする請求項４に記載の切削装置。
6. 前記基準水量は、前記設定水量よりも多い第１基準水量、及び、該設定水量よりも少ない第２基準水量を含み、
   前記第１残差パワー値の平均値は、前記第１基準水量を供給した場合に得られた第１平均値、及び、前記第２基準水量を供給した場合に得られた第２平均値を含み、
   前記制御部は、前記第２残差パワー値が前記第１平均値よりも大きいか又は前記第２平均値よりも小さい場合に警報を出力する、ことを特徴とする請求項５に記載の切削装置。

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