JP6152323B2

JP6152323B2 - 加工装置

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Publication number: JP6152323B2
Application number: JP2013179250A
Authority: JP
Inventors: 真司吉田
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2017-06-21
Anticipated expiration: 2033-08-30
Also published as: JP2015047650A

Description

本発明は、板状ワークを加工する加工装置に関する。

保持テーブルの保持面に保持された板状ワークを加工具により加工する加工装置では、加工具の先端が保持面に接触する高さを基準として、加工具の高さを調整して加工を行っている。加工の基準となる高さを求めるいわゆるセットアップの方式には、加工具を高さ方向に移動させる移動手段により加工具を保持面に接近させ、加工具の先端が保持面に接触したことを検出し、そのときの移動手段の送り量に基づいて、基準となる高さを求める方式がある（例えば、特許文献１参照）。

しかし、加工具を保持面に直接接触させると、保持面に傷がつく場合がある。このため、押し下げられたことを認識するタッチセンサを保持テーブルの保持面に載置し、移動手段により加工具を保持面に接近させ、加工具の先端がタッチセンサに接触したことを検出し、そのときの移動手段の送り量に基づいて、基準となる高さを求める方式も提案されている（例えば、特許文献２参照）。また、バイト工具を保持面と平行な平面内で回転させることにより加工をする加工装置（例えば、特許文献３参照）においても、同様のセットアップが行われる。

特開２０００−１５６２６号公報特開２００１−１２６１号公報特開２００９−１７２７２３号公報

しかし、タッチセンサを保持面に載置すると、保持面が汚れる場合がある。また、バイト工具によりバイト加工をする加工装置の場合、バイト工具の先端を手動でタッチセンサの真上に位置付ける必要がある。このため、オペレーターが必要となり、セットアップ作業を自動化することができない。

本発明は、このような事情にかんがみなされたもので、保持面を汚すことなく、オペレーターがいなくても自動でセットアップ作業をできるようにすることを目的とする。

本発明に係る加工装置は、保持面に板状ワークを保持する保持テーブルと、該保持テーブルに保持された板状ワークを旋削するバイト工具が回転可能に装着される旋削手段と、該旋削手段を該保持テーブルの保持面に接近及び離間させる移動手段と、該保持テーブルを該保持面に平行な方向に移動させる旋削送り手段と、該保持面と該バイト工具の先端との間の距離を測定する測定手段と、を備えた加工装置において、該測定手段は、該保持面に対して平行な方向へ向けてレーザ光を放射する発光部と、該レーザ光が測定対象物に反射した反射光を受光する受光部と、該発光部が放射したレーザ光を該保持面に対して垂直な第１方向へ向かうレーザ光と該第１方向とは反対の第２方向へ向かうレーザ光とに分割する分割器と、を備える測定部と、該測定部を移動させる位置付け部と、該受光部が受光した反射光に基づいて、該測定対象物に該レーザ光が反射した反射点と該発光部との間の距離を算出する演算部と、該発光部から放射され該分割器において該第１方向へ向かったレーザ光が該保持面において反射することにより算出された該発光部から該保持面までの距離と、該発光部から放射された該分割器において該第２方向へ向かったレーザ光が該バイト工具の先端において反射することにより算出された該発光部から該バイト工具の先端までの距離との和から、該発光部から該分割器内で該レーザ光が該第１方向へ方向を変えた位置までの距離と該発光部から該分割器内で該レーザ光が該第２方向へ方向を変えた位置までの距離との和を差し引いた差を算出することにより、該保持面と該バイト工具の先端との間の距離を算出する算出部と、を備える。

本発明に係る加工装置によれば、算出部によって保持面とバイト工具の先端との間の距離を正確に測定することができるので、バイト工具の先端を保持面やタッチセンサに接触させることなく、加工の基準となる高さを求めることができる。したがって、保持面にタッチセンサを載置する必要がないので、保持面が汚れるのを防ぐことができる。また、バイト工具の先端を手動で位置付ける必要がないので、オペレーターがいなくても自動でセットアップ作業をすることができる。

加工装置を示す正面視断面図。レーザ光の経路を示す正面図。演算部が算出する距離を示すグラフ。別の加工装置を示す正面視断面図。

図１に示す加工装置１０は、基台１１と、ＸＹ平面に平行な保持面１２１にウェーハなどの板状ワークを保持する保持テーブル１２と、保持テーブル１２に保持された板状ワークを旋削するバイト工具３０が装着される旋削手段１３と、旋削手段１３を±Ｚ方向に移動させて保持テーブル１２の保持面１２１に接近及び離反させる移動手段１４と、保持テーブル１２を保持面１２１に平行な±Ｘ方向に移動させる旋削送り手段１５と、保持面１２１とバイト工具３０の先端との間の距離を測定する測定手段１６とを備えている。

旋削手段１３は、バイト工具３０が装着されるバイトホイール１３１と、±Ｚ方向に平行な回転軸１３９を中心としてバイトホイール１３１を回転させるモータなどの回転手段１３２とを備える。バイト工具３０は、側部が傾斜し、下端が尖った形状となっている。

測定手段１６は、レーザ光７０を放射し反射光を受光する測定部１６０と、測定部１６０をＸＹ平面内で移動させる位置付け部１６５と、レーザ光７０が測定対象物において反射した反射点までの距離を算出する演算部１６７と、演算部１６７が算出した距離に基づいて保持面１２１とバイト工具３０の先端との間の距離を算出する算出部１６８とを備える。

位置付け部１６５は、回転軸１６９を中心として測定部１６０を回動させる挿入手段６５と、挿入手段６５を±Ｙ方向に移動させる進退手段６６とを備えている。挿入手段６５は、測定部１６０を回動させることにより、保持面１２１の上方に測定部１６０を位置付けるとともに、保持面１２１の上方から測定部１６０を退避させることができる。また、挿入手段６５が進退手段６６によって±Ｙ方向に移動するのに伴い、測定部１６０も±Ｙ方向に移動する。

測定部１６０は、±Ｚ方向に対して垂直な方向（保持面１２１に平行な方向）にレーザ光７０を放射する発光部６１と、発光部６１が放射したレーザ光７０が測定対象物に反射した反射光を受光する受光部６２と、発光部６１が放射したレーザ光７０を−Ｚ方向（第１方向）へ向かうレーザ光と＋Ｚ方向（第２方向）へ向かうレーザ光とに分割する分割器６４と、分割器６４を発光部６１から所定の距離離れた位置に配置する梁部６３とを備えている。

発光部６１が放射したレーザ光７０が測定対象物に当たると、レーザ光７０が拡散反射する。受光部６２は、例えば複数の受光素子が±Ｘ方向に並んで配置された一次元イメージセンサを備え、ＸＹ平面内で発光部６１から少し離れた位置に配置されている。受光部６２においては、三角測量を応用した方式により、発光部６１から反射点までの距離に応じて、受光する反射光の強度が最大になる受光素子が変化する構成となっている。これにより、発光部６１から反射点までの距離を求めることができる。

分割器６４は、入射したレーザ光の一部を正反射し一部を透過するビームスプリッター６４１と、入射したレーザ光を正反射するミラー６４２とを備えている。ビームスプリッター６４１は、いわゆるハーフミラーであり、反射面が平面であり４５度の角度で斜め上向きに配置され、発光部６１が放射したレーザ光７０の一部を＋Ｚ方向へ反射し、＋Ｚ方向に位置する測定対象物に反射した反射光の一部を受光部６２の方向へ反射する。ミラー６４２は、反射面が平面であり、４５度角度で斜め下向きに配置され、ビームスプリッター６４１を透過したレーザ光７０を−Ｚ方向へ反射し、−Ｚ方向に位置する測定対象物に反射した反射光を受光部６２の方向へ反射する。この光の一部がビームスプリッター６４１を透過して、受光部６２に到達する。

演算部１６７は、上述した原理に基づいて、発光部６１から反射点までの距離を算出する。ここで、発光部６１が放射したレーザ光７０が分割器６４で２つに分割されているので、２種類の反射光が受光部６２に到達する。このため、演算部１６７は、一回の測定で２つの距離を算出する。

図２に示すように、発光部６１が放射したレーザ光７０の一部は、ビームスプリッター６４１で正反射し、分割器６４から見て＋Ｚ方向に存在するバイト工具３０などの測定対象物に当たって拡散反射する。このため、演算部１６７は、発光部６１からビームスプリッター６４１における反射点７１までの距離ｘ１と、ビームスプリッター６４１における反射点７１から測定対象物における反射点７２までの距離ｙ１との合計値ｚ１＝ｘ１＋ｙ１を、測定対象物までの距離として算出する。

また、発光部６１が放射しビームスプリッター６４１を透過したレーザ光は、ミラー６４２で正反射し、分割器６４から見て−Ｚ方向に存在する保持面１２１などの測定対象物に当たって拡散反射する。このため、演算部１６７は、発光部６１からミラー６４２における反射点７３までの距離ｘ２と、ミラー６４２における反射点７３から測定対象物における反射点までの距離ｙ２との合計値ｚ２＝ｘ２＋ｙ２を、測定対象物までの距離として算出する。

算出部１６８は、演算部１６７が算出した２つの距離ｚ１，ｚ２に基づいて、保持面１２１とバイト工具３０の先端との間の距離ｙ３を算出する。距離ｙ３は、２つの距離ｙ１，ｙ２の合計値ｙ１＋ｙ２と等しい。

発光部６１からビームスプリッター６４１における反射点までの距離ｘ１は、測定部１６０の構造によって定まる一定の値である。発光部６１からミラー６４２における反射点までの距離ｘ２も、同様に、測定部１６０の構造によって定まる一定の値である。算出部１６８は、２つの距離ｘ１，ｘ２の合計値ｘ３＝ｘ１＋ｘ２を、あらかじめ記憶しておく。

算出部１６８は、分割器６４が分割したレーザ光がバイト工具３０の先端に当たったときに算出された２つの距離ｚ１，ｚ２を合計した距離ｚ３＝ｚ１＋ｚ２を算出する。ｚ１＝ｘ１＋ｙ１、ｚ２＝ｘ２＋ｙ２であるから、ｚ３＝ｘ１＋ｘ２＋ｙ１＋ｙ２である。算出部１６８は、算出した距離ｚ３から、あらかじめ記憶している距離ｘ３を差し引いた差ｚ３−ｘ３を算出する。ｘ３＝ｘ１＋ｘ２であるから、ｚ３−ｘ３＝ｙ１＋ｙ２である。すなわち、算出部１６８が算出する差ｚ３−ｘ３は、バイト工具３０の先端と保持面１２１との間の距離ｙ３である。

次に、分割器６４が分割したレーザ光がバイト工具３０の先端に当たったことを検出する方式について説明する。

まず、バイト工具３０の先端と保持面１２１との間に分割器６４が入る余地がある所定の位置に、移動手段１４が旋削手段１３を移動させる。次に、挿入手段６５が測定部１６０を回動させて、分割器６４をバイトホイール１３１と保持面１２１との間に位置付ける。そして、回転手段１３２がバイトホイール１３１を回転させると同時に、進退手段６６が測定部１６０を−Ｙ方向（あるいは＋Ｙ方向）に少しずつ移動させながら、発光部６１がレーザ光７０を放射して、演算部１６７が２つの距離ｚ１，ｚ２を測定する。

図３に示すように、演算部１６７は、２つの距離８１，８２を算出する。
距離８２は、上述した距離ｚ２、すなわち、発光部６１からミラー６４２における反射点７３までの距離ｘ２と、ミラー６４２における反射点７３から保持面１２１における反射点までの距離ｙ２との合計値である。進退手段６６が測定部１６０を移動させても、測定部１６０の±Ｚ方向における位置は変わらず、保持面１２１はＸＹ平面に平行であるため、距離８２は、一定である。

一方、距離８１は、上述した距離ｚ１、すなわち、発光部６１からビームスプリッター６４１における反射点７１までの距離ｘ１と、ビームスプリッター６４１における反射点７１から測定対象物における反射点７２までの距離ｙ１との合計値である。バイトホイール１３１の回転や、測定部１６０の移動により、分割器６４の＋Ｚ方向における反射点が変化するので、距離８１は、時間の経過とともに変化する。

例えば、分割器６４の±Ｙ方向における位置がバイトホイール１３１の回転軸１３９に近すぎると、バイトホイール１３１を回転させても、分割器６４から＋Ｚ方向に放射されたレーザ光は、バイト工具３０に当たらず、バイトホイール１３１の下面（−Ｚ方向の側の面）に当たる。進退手段６６が測定部１６０を−Ｙ方向に移動させることにより、分割器６４から＋Ｚ方向に放射されたレーザ光がバイト工具３０に当たる位置まで来ると、バイトホイール１３１の回転によりバイト工具３０が分割器６４の真上を横切った間だけ、分割器６４から＋Ｚ方向に放射されたレーザ光がバイト工具３０に当たり、距離８１が小さくなる。

バイト工具３０の先端は、バイト工具３０のなかで最も−Ｚ方向に位置するので、分割器６４から＋Ｚ方向に放射されたレーザ光がバイト工具３０の先端に当たったとき、距離８１は最も小さくなる。したがって、距離８１が最小値８１１になったときが、分割器６４から＋Ｚ方向に放射されたレーザ光がバイト工具３０の先端に当たったときである。

このように、回転手段１３２がバイトホイール１３１を回転させるのと並行して、位置付け部１６５が測定部１６０を少しずつ移動させて、スキャンすることにより、バイト工具３０の先端を自動的に見つけることができる。

算出部１６８は、距離８１の最小値８１１と、そのときの距離８２とを合計し、算出した合計ｚ３から、発光部６１からビームスプリッター６４１における反射点７１までの距離ｘ１と発光部６１からミラー６４２における反射点７３までの距離ｘ２との合計ｘ３を差し引くことにより、バイト工具３０の先端と保持面１２１との間の距離ｙ３を算出することができる。

このように、レーザ式距離測定によって測定した距離に基づいて、保持面１２１とバイト工具３０の先端との間の距離ｙ３を算出するので、保持面１２１とバイト工具３０の先端との間の距離ｙ３を正確に算出することができる。そして、この距離ｙ３が所望の値となるように、移動手段１４が旋削手段１３の±Ｚ方向の位置を制御することにより、バイト工具３０を所望の±Ｚ方向の位置に位置付けて保持手段１２に保持された被加工物を加工することができる。

また、発光部６１が放射したレーザ光７０を、分割器６４によって２つに分割することにより、保持面１２１までの距離と、バイト工具３０の先端までの距離とを、１つの測定部１６０で同時に測定することができる。これにより、加工装置１０の部品点数を減らすことができるので、加工装置１０を小型化し、製造コストを削減し、信頼性を向上することができる。

ビームスプリッター６４１やミラー６４２は、反射面が平面であり、入射した光の少なくとも一部を正反射するものである。このため、発光部６１が放射したレーザ光７０の経路に、ビームスプリッター６４１やミラー６４２があっても、レーザ式距離測定の正確性を損ねることはなく、発光部６１から、ビームスプリッター６４１やミラー６４２によって形成された保持面１２１やバイト工具３０の鏡像までの距離を正確に測定することができる。

図４に示した加工装置１０Ａは、上述した加工装置１０の分割器６４を、分割器６４Ａに変更したものである。分割器６４Ａは、分割器６４と同様、入射したレーザ光の一部を正反射し、一部を透過するビームスプリッター６４１と、入射したレーザ光を正反射するミラー６４２とを備える。

ビームスプリッター６４１は、分割器６４のビームスプリッター６４１とは異なり、反射面が４５度の角度で斜め下向きに配置され、発光部６１が放射したレーザ光７０の一部を−Ｚ方向へ反射し、−Ｚ方向に位置する測定対象物に反射した反射光の一部を受光部６２の方向へ反射する。一方、ミラー６４２は、分割器６４のミラー６４２と異なり、４５度の角度で斜め上向きに配置され、ビームスプリッター６４１を透過したレーザ光７０を＋Ｚ方向へ反射し、＋Ｚ方向に位置する測定対象物に反射した反射光を受光部６２の方向へ反射する。この光の一部がビームスプリッター６４１を透過して、受光部６２に到達する。

分割器６４Ａがこのような構成である場合、ビームスプリッター６４１で反射したレーザ光により保持面１２１までの距離が測定され、ビームスプリッター６４１を透過したレーザ光によりバイト工具３０の先端までの距離が測定される。加工装置１０Ａは、この点において上述した加工装置１０と異なっているが、演算部１６７が算出した２つの距離から、算出部１６８が、保持面１２１とバイト工具３０の先端との間の距離を算出するやり方は、上述した加工装置１０と同じでよい。すなわち、算出部１６８は、演算部１６７が算出した２つの距離のうち、変動の大きいほうの最小値を求め、そのときの２つの距離の合計に基づいて、保持面１２１とバイト工具３０の先端との間の距離を算出する。

このように、分割器は、発光部６１が放射したレーザ光７０を、保持面１２１に対して垂直な−Ｚ方向へ向かうレーザ光と、それとは反対の＋Ｚ方向へ向かうレーザ光とに分割する構成であればよい。

なお、発光部６１及び受光部６２は、図１及び図４に示した回転軸１６９に近い位置に配置されている必要はなく、梁部６３の中央付近や、分割器６４に近い位置に配置されている構成であってもよい。

１０加工装置、１１基台、１２保持テーブル、１２１保持面、
１３旋削手段、１３１バイトホイール、１３２回転手段、１３９回転軸、
１４移動手段、１５旋削送り手段、
１６測定手段、１６０測定部、１６９回転軸、
６１発光部、６２受光部、６３梁部、６４分割器、
６４１ビームスプリッター、６４２ミラー、
１６５位置付け部、６５挿入手段、６６進退手段、
１６７演算部、１６８算出部、
３０バイト工具、
７０レーザ光、７１〜７４反射点、８１，８２距離、８１１最小値

Claims

保持面に板状ワークを保持する保持テーブルと、
該保持テーブルに保持された板状ワークを旋削するバイト工具が回転可能に装着される旋削手段と、
該旋削手段を該保持テーブルの保持面に接近及び離間させる移動手段と、
該保持テーブルを該保持面に平行な方向に移動させる旋削送り手段と、
該保持面と該バイト工具の先端との間の距離を測定する測定手段と、
を備えた加工装置において、
該測定手段は、
該保持面に対して平行な方向へ向けてレーザ光を放射する発光部と、該レーザ光が測定対象物に反射した反射光を受光する受光部と、該発光部が放射したレーザ光を該保持面に対して垂直な第１方向へ向かうレーザ光と該第１方向とは反対の第２方向へ向かうレーザ光とに分割する分割器と、を備える測定部と、
該測定部を移動させる位置付け部と、
該受光部が受光した反射光に基づいて、該測定対象物に該レーザ光が反射した反射点と該発光部との間の距離を算出する演算部と、
該発光部から放射され該分割器において該第１方向へ向かったレーザ光が該保持面において反射することにより算出された該発光部から該保持面までの距離と、該発光部から放射された該分割器において該第２方向へ向かったレーザ光が該バイト工具の先端において反射することにより算出された該発光部から該バイト工具の先端までの距離との和から、該発光部から該分割器内で該レーザ光が該第１方向へ方向を変えた位置までの距離と該発光部から該分割器内で該レーザ光が該第２方向へ方向を変えた位置までの距離との和を差し引いた差を算出することにより、該保持面と該バイト工具の先端との間の距離を算出する算出部と、
を備える、加工装置。