JP6223239B2 - Cutting equipment - Google Patents

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Description

本発明は、板状の被加工物を切削する切削装置に関する。   The present invention relates to a cutting device for cutting a plate-like workpiece.

半導体ウェーハに代表される板状の被加工物は、例えば、円環状の切削ブレードを備える切削装置で切削されて、複数のチップへと分割される。この被加工物の切削中に、切削ブレードの欠けや、切削性能の低下、異物との接触、加工負荷の変化といった異常が発生すると、切削ブレードは振動してしまう。   A plate-like workpiece typified by a semiconductor wafer is cut by, for example, a cutting device having an annular cutting blade and divided into a plurality of chips. If an abnormality such as chipping of the cutting blade, a decrease in cutting performance, contact with foreign matter, or a change in processing load occurs during the cutting of the workpiece, the cutting blade vibrates.

そこで、このような異常を検出するために、様々な方法が検討されている。例えば、切削ブレードの欠けは、光学センサを用いる方法で検出できる(例えば、特許文献1参照)。また、切削ブレードが装着されたスピンドル(モータ)の電流をモニタする方法で、加工負荷の変化を検出することも可能である。   Therefore, various methods have been studied in order to detect such an abnormality. For example, chipping of the cutting blade can be detected by a method using an optical sensor (see, for example, Patent Document 1). It is also possible to detect a change in machining load by monitoring the current of the spindle (motor) on which the cutting blade is mounted.

特許4704816号公報Japanese Patent No. 4704816

しかしながら、上述した光学センサを用いる方法では、切削ブレードの欠け以外の異常を適切に検出できないという問題がある。これに対して、電流をモニタする方法は、切削ブレードの回転に影響する各種の異常を検出可能だが、ある程度の測定誤差があるので僅かな異常の検出には向いていない。   However, the above-described method using the optical sensor has a problem that abnormalities other than cutting blade chipping cannot be detected appropriately. On the other hand, the current monitoring method can detect various abnormalities that affect the rotation of the cutting blade, but it is not suitable for detecting slight abnormalities because of some measurement error.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、切削中の異常を適切に検出可能な切削装置を提供することである。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a cutting apparatus capable of appropriately detecting an abnormality during cutting.

本発明によれば、被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を切削する切削ブレードを備えた切削手段と、を含み、該切削手段は、スピンドルハウジングに回転可能に支持されたスピンドルと、該スピンドルの端部に装着され、該切削ブレードを挟持する第1のフランジ部材及び第2のフランジ部材と、を具備する切削装置において、該切削ブレードの振動に対応した振動信号を発生する振動信号発生手段と、該振動信号発生手段で発生した振動信号に基づいて該切削ブレードの状態を判定する制御手段と、を具備し、該振動信号発生手段は、該第1のフランジ部材に配設され、該切削ブレードの振動に対応した該振動信号に相当する電圧を発生する超音波振動子と、該超音波振動子と接続され、該電圧を該制御手段に伝送する伝送手段と、からなり、該伝送手段は、該第1のフランジ部材に装着された第1のコイル手段と、該第1のコイル手段と間隔を持って対向し該スピンドルハウジングに配設された第2のコイル手段と、を含み、該制御手段は、該スピンドルの回転に伴う該切削ブレードの振動に起因する振動信号に対応した基準信号と、被加工物の切削に伴う該切削ブレードの振動に起因する振動信号に対応した判定対象信号と、を記憶する記憶手段と、該判定対象信号から該基準信号を除去して得られる信号に基づき該切削ブレードの状態を判定する比較判定手段と、を備えることを特徴とする切削装置が提供される。   According to the present invention, it includes a chuck table for holding a workpiece and a cutting means having a cutting blade for cutting the workpiece held on the chuck table, the cutting means rotating on a spindle housing. Corresponding to vibrations of a cutting blade in a cutting apparatus comprising a spindle that is supported and a first flange member and a second flange member that are attached to an end of the spindle and sandwich the cutting blade Vibration signal generating means for generating the generated vibration signal, and control means for determining the state of the cutting blade based on the vibration signal generated by the vibration signal generating means. An ultrasonic vibrator that is disposed on the flange member and generates a voltage corresponding to the vibration signal corresponding to the vibration of the cutting blade, and is connected to the ultrasonic vibrator, Transmission means for transmitting pressure to the control means, the transmission means being opposed to the first coil means mounted on the first flange member and the first coil means with a gap. Second coil means disposed on the spindle housing, the control means comprising a reference signal corresponding to a vibration signal resulting from vibration of the cutting blade as the spindle rotates, and a workpiece Storage means for storing a determination target signal corresponding to a vibration signal resulting from vibration of the cutting blade accompanying cutting, and a state of the cutting blade based on a signal obtained by removing the reference signal from the determination target signal And a comparison / determination unit for determining whether or not a cutting device is provided.

また、本発明において、前記制御手段は、前記振動信号の時間変化に相当する波形をフーリエ変換して、振動を周波数成分に分ける解析手段をさらに備えたことが好ましい。   In the present invention, it is preferable that the control unit further includes an analysis unit that Fourier-transforms a waveform corresponding to a time change of the vibration signal and divides the vibration into frequency components.

また、本発明において、前記記憶手段は、切削に異常が生じる際の前記切削ブレードの振動に起因する振動信号に対応する異常判定信号を記憶し、前記比較判定手段は、前記判定対象信号から前記基準信号を除去して得られる信号を、該異常判定信号と比較することで、切削の異常の有無を判定することが好ましい。   Further, in the present invention, the storage means stores an abnormality determination signal corresponding to a vibration signal caused by vibration of the cutting blade when abnormality occurs in cutting, and the comparison determination means determines the determination target signal from the determination target signal. It is preferable to determine whether there is a cutting abnormality by comparing a signal obtained by removing the reference signal with the abnormality determination signal.

本発明の切削装置は、切削ブレードの振動に対応した振動信号を発生する振動信号発生手段と、振動信号発生手段で発生した振動信号に基づいて切削ブレードの状態を判定する制御手段と、を備えるので、切削ブレードの振動を伴う切削中の異常を適切に検出できる。   The cutting apparatus of the present invention includes vibration signal generating means for generating a vibration signal corresponding to the vibration of the cutting blade, and control means for determining the state of the cutting blade based on the vibration signal generated by the vibration signal generating means. Therefore, it is possible to appropriately detect abnormalities during cutting accompanied by vibration of the cutting blade.

本実施の形態に係る切削装置の構成例を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view showing typically an example of composition of a cutting device concerning this embodiment. 切削ユニットの構造を模式的に示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the structure of a cutting unit typically. 切削ユニットの断面等を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the cross section etc. of a cutting unit. 超音波振動子及び第1のインダクタの配置を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically arrangement | positioning of an ultrasonic transducer | vibrator and a 1st inductor. 図5(A)は、制御装置に伝送される電圧の波形(時間領域の波形)の例を示すグラフであり、図5(B)は、フーリエ変換後の波形(周波数領域の波形)の例を示すグラフである。FIG. 5A is a graph showing an example of a waveform (voltage in the time domain) of a voltage transmitted to the control device, and FIG. 5B is an example of a waveform after Fourier transform (a waveform in the frequency domain). It is a graph which shows. 図6(A)は、基準信号の例を示すグラフであり、図6(B)は、判定対象信号の例を示すグラフであり、図6(C)は、判定対象信号から基準信号を除去して得られる信号の例を示すグラフである。6A is a graph showing an example of the reference signal, FIG. 6B is a graph showing an example of the determination target signal, and FIG. 6C is a graph for removing the reference signal from the determination target signal. It is a graph which shows the example of the signal obtained by doing.

添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図1は、本実施の形態に係る切削装置の構成例を模式的に示す斜視図である。図1に示すように、切削装置2は、各構成を支持する基台4を備えている。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a perspective view schematically showing a configuration example of a cutting apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the cutting device 2 includes a base 4 that supports each component.

基台4の上面には、X軸方向(前後方向、加工送り方向)に長い矩形状の開口4aが形成されている。この開口4a内には、X軸移動テーブル6、X軸移動テーブル6をX軸方向に移動させるX軸移動機構(不図示)、及びX軸移動機構を覆う防水カバー8が設けられている。   On the upper surface of the base 4, a rectangular opening 4 a that is long in the X-axis direction (front-rear direction, processing feed direction) is formed. In the opening 4a, an X-axis moving table 6, an X-axis moving mechanism (not shown) for moving the X-axis moving table 6 in the X-axis direction, and a waterproof cover 8 that covers the X-axis moving mechanism are provided.

X軸移動機構は、X軸方向に平行な一対のX軸ガイドレール(不図示)を備えており、X軸ガイドレールには、X軸移動テーブル6がスライド可能に設置されている。X軸移動テーブル6の下面側には、ナット部(不図示)が固定されており、このナット部には、X軸ガイドレールと平行なX軸ボールネジ(不図示)が螺合されている。   The X-axis movement mechanism includes a pair of X-axis guide rails (not shown) parallel to the X-axis direction, and an X-axis movement table 6 is slidably installed on the X-axis guide rails. A nut portion (not shown) is fixed to the lower surface side of the X-axis moving table 6, and an X-axis ball screw (not shown) parallel to the X-axis guide rail is screwed to the nut portion.

X軸ボールネジの一端部には、X軸パルスモータ(不図示)が連結されている。X軸パルスモータでX軸ボールネジを回転させることで、X軸移動テーブル6はX軸ガイドレールに沿ってX軸方向に移動する。   An X-axis pulse motor (not shown) is connected to one end of the X-axis ball screw. By rotating the X-axis ball screw with the X-axis pulse motor, the X-axis moving table 6 moves in the X-axis direction along the X-axis guide rail.

X軸移動テーブル6上には、板状の被加工物(不図示)を吸引保持するチャックテーブル10が設けられている。被加工物は、例えば、円盤状の半導体ウェーハ、樹脂基板、セラミックス基板等であり、下面側をチャックテーブル10に吸引保持される。   On the X-axis moving table 6, a chuck table 10 for sucking and holding a plate-like workpiece (not shown) is provided. The workpiece is, for example, a disk-shaped semiconductor wafer, a resin substrate, a ceramic substrate, or the like, and the lower surface side is sucked and held by the chuck table 10.

チャックテーブル10は、モータ等の回転機構(不図示)と連結されており、Z軸方向(鉛直方向)に伸びる回転軸の周りに回転する。また、チャックテーブル10は、上述のX軸移動機構でX軸方向に移動する。チャックテーブル10の周囲には、被加工物を支持する環状のフレーム(不図示)を挟持固定するためのクランプ12が設けられている。   The chuck table 10 is connected to a rotation mechanism (not shown) such as a motor, and rotates around a rotation axis extending in the Z-axis direction (vertical direction). Further, the chuck table 10 is moved in the X-axis direction by the above-described X-axis moving mechanism. Around the chuck table 10 is provided a clamp 12 for holding and fixing an annular frame (not shown) that supports the workpiece.

チャックテーブル10の表面(上面)は、被加工物を吸引保持する保持面10aとなっている。この保持面10aは、チャックテーブル10の内部に形成された流路(不図示)を通じて吸引源(不図示)と接続されている。   The surface (upper surface) of the chuck table 10 is a holding surface 10a for sucking and holding a workpiece. The holding surface 10 a is connected to a suction source (not shown) through a flow path (not shown) formed inside the chuck table 10.

基台4の上面には、切削ユニット(切削手段)14を支持する門型の支持構造16が、開口4aを跨ぐように配置されている。支持構造16の前面上部には、切削ユニット14をY軸方向(割り出し送り方向)及びZ軸方向に移動させる切削ユニット移動機構18が設けられている。   On the upper surface of the base 4, a gate-type support structure 16 that supports a cutting unit (cutting means) 14 is disposed so as to straddle the opening 4 a. A cutting unit moving mechanism 18 that moves the cutting unit 14 in the Y-axis direction (index feed direction) and the Z-axis direction is provided on the upper front surface of the support structure 16.

切削ユニット移動機構18は、支持構造16の前面に配置されY軸方向に平行な一対のY軸ガイドレール20を備えている。Y軸ガイドレール20には、切削ユニット移動機構18を構成するY軸移動テーブル22がスライド可能に設置されている。   The cutting unit moving mechanism 18 includes a pair of Y-axis guide rails 20 arranged on the front surface of the support structure 16 and parallel to the Y-axis direction. On the Y-axis guide rail 20, a Y-axis movement table 22 constituting the cutting unit moving mechanism 18 is slidably installed.

Y軸移動テーブル22の裏面側(後面側)には、ナット部(不図示)が固定されており、このナット部には、Y軸ガイドレール20と平行なY軸ボールネジ24が螺合されている。Y軸ボールネジ24の一端部には、Y軸パルスモータ(不図示)が連結されている。Y軸パルスモータでY軸ボールネジ24を回転させれば、Y軸移動テーブル22は、Y軸ガイドレール20に沿ってY軸方向に移動する。   A nut portion (not shown) is fixed to the rear surface side (rear surface side) of the Y-axis moving table 22, and a Y-axis ball screw 24 parallel to the Y-axis guide rail 20 is screwed to the nut portion. Yes. A Y-axis pulse motor (not shown) is connected to one end of the Y-axis ball screw 24. If the Y-axis ball screw 24 is rotated by the Y-axis pulse motor, the Y-axis moving table 22 moves in the Y-axis direction along the Y-axis guide rail 20.

Y軸移動テーブル22の表面(前面)には、Z軸方向に平行な一対のZ軸ガイドレール26が設けられている。Z軸ガイドレール26には、Z軸移動テーブル28がスライド可能に設置されている。   A pair of Z-axis guide rails 26 parallel to the Z-axis direction are provided on the front surface (front surface) of the Y-axis moving table 22. A Z-axis movement table 28 is slidably installed on the Z-axis guide rail 26.

Z軸移動テーブル28の裏面側(後面側)には、ナット部(不図示)が固定されており、このナット部には、Z軸ガイドレール26と平行なZ軸ボールネジ30が螺合されている。Z軸ボールネジ30の一端部には、Z軸パルスモータ32が連結されている。Z軸パルスモータ32でZ軸ボールネジ30を回転させれば、Z軸移動テーブル28は、Z軸ガイドレール26に沿ってZ軸方向に移動する。   A nut portion (not shown) is fixed to the rear surface side (rear surface side) of the Z-axis moving table 28, and a Z-axis ball screw 30 parallel to the Z-axis guide rail 26 is screwed to the nut portion. Yes. A Z-axis pulse motor 32 is connected to one end of the Z-axis ball screw 30. When the Z-axis ball screw 30 is rotated by the Z-axis pulse motor 32, the Z-axis moving table 28 moves in the Z-axis direction along the Z-axis guide rail 26.

Z軸移動テーブル28の下部には、被加工物を切削する切削ユニット14が設けられている。また、切削ユニット14と隣接する位置には、被加工物の上面側を撮像するカメラ34が設置されている。上述のようにY軸移動テーブル22及びZ軸移動テーブル28を移動させることで、切削ユニット14及びカメラ34は、Y軸方向及びZ軸方向に移動する。   A cutting unit 14 for cutting a workpiece is provided below the Z-axis moving table 28. A camera 34 that captures an image of the upper surface side of the workpiece is installed at a position adjacent to the cutting unit 14. By moving the Y-axis movement table 22 and the Z-axis movement table 28 as described above, the cutting unit 14 and the camera 34 move in the Y-axis direction and the Z-axis direction.

図2は、切削ユニット14の構造を模式的に示す分解斜視図であり、図3は、切削ユニット14の断面等を模式的に示す図である。なお、図2及び図3では、切削ユニット14の構成の一部を省略している。   FIG. 2 is an exploded perspective view schematically showing the structure of the cutting unit 14, and FIG. 3 is a view schematically showing a cross section of the cutting unit 14. 2 and 3, a part of the configuration of the cutting unit 14 is omitted.

切削ユニット14は、Z軸移動テーブル28の下部に固定されたスピンドルハウジング36を備えている。このスピンドルハウジング36は、略直方体状のハウジング本体38と、ハウジング本体38の一端側に固定された円柱状のハウジングカバー40とを含む。   The cutting unit 14 includes a spindle housing 36 fixed to the lower part of the Z-axis moving table 28. The spindle housing 36 includes a substantially rectangular parallelepiped housing body 38 and a cylindrical housing cover 40 fixed to one end of the housing body 38.

ハウジング本体38の内部には、Y軸の周りに回転するスピンドル42が収容されている。スピンドル42の一端側は、ハウジング本体38から外部に突出している。スピンドル42の他端側には、スピンドル42を回転させるためのモータ(不図示)が連結されている。   The housing main body 38 accommodates a spindle 42 that rotates around the Y axis. One end side of the spindle 42 protrudes from the housing body 38 to the outside. A motor (not shown) for rotating the spindle 42 is connected to the other end side of the spindle 42.

ハウジングカバー40の中央には、円形の開口40aが形成されている。また、ハウジングカバー40のハウジング本体38側には、ネジ孔40bの形成された係止部40cが設けられている。スピンドル42の一端側を開口40aに挿通し、係止部40cのネジ孔40bを通じてハウジング本体38のネジ孔38aにネジ44(図3)を締め込めば、ハウジングカバー40をハウジング本体38に固定できる。   A circular opening 40 a is formed at the center of the housing cover 40. Further, a locking portion 40c formed with a screw hole 40b is provided on the housing body 38 side of the housing cover 40. The housing cover 40 can be fixed to the housing body 38 by inserting one end of the spindle 42 into the opening 40a and tightening the screw 44 (FIG. 3) into the screw hole 38a of the housing body 38 through the screw hole 40b of the locking portion 40c. .

スピンドル42の一端部には、開口42aが形成されており、当該開口42aの内壁面には、ネジ溝が設けられている。このスピンドル42の一端部には、第1のフランジ部材46が装着される。   An opening 42a is formed at one end of the spindle 42, and a screw groove is provided on the inner wall surface of the opening 42a. A first flange member 46 is attached to one end of the spindle 42.

第1のフランジ部材46は、径方向外向きに延出したフランジ部48と、フランジ部48の表裏面からそれぞれ突出する第1のボス部50及び第2のボス部52とを含む。第1のフランジ部材46の中央には、第1のボス部50、フランジ部48、及び第2のボス部52を貫通する開口46aが形成されている。   The first flange member 46 includes a flange portion 48 extending outward in the radial direction, and a first boss portion 50 and a second boss portion 52 that respectively protrude from the front and back surfaces of the flange portion 48. In the center of the first flange member 46, an opening 46 a that penetrates the first boss portion 50, the flange portion 48, and the second boss portion 52 is formed.

第1のフランジ部材46の開口46aには、裏面側(スピンドルハウジング36側)からスピンドル42の一端部が嵌め込まれる。この状態で、開口46a内にワッシャー56を位置付け、当該ワッシャー56を通じて固定用のボルト58を開口42aに締め込めば、第1のフランジ部材46はスピンドル42に固定される。なお、ボルト58の外周面58aには、開口42aのネジ溝に対応するネジ山が設けられている。   One end of the spindle 42 is fitted into the opening 46a of the first flange member 46 from the back surface side (spindle housing 36 side). In this state, if the washer 56 is positioned in the opening 46 a and the fixing bolt 58 is tightened into the opening 42 a through the washer 56, the first flange member 46 is fixed to the spindle 42. The outer peripheral surface 58a of the bolt 58 is provided with a thread corresponding to the thread groove of the opening 42a.

フランジ部48の外周側の表面は、切削ブレード60の裏面に当接する当接面48aとなっている。この当接面48aは、Y軸方向(スピンドル42の軸心方向)から見て円環状に形成されている。   The outer peripheral surface of the flange portion 48 is a contact surface 48 a that contacts the back surface of the cutting blade 60. The contact surface 48a is formed in an annular shape when viewed from the Y-axis direction (axial center direction of the spindle 42).

第1のボス部50は円筒状に形成されており、その先端側の外周面50aには、ネジ山が設けられている。切削ブレード60の中央には、円形の開口60aが形成されている。この開口60aに第1のボス部50を挿通することで、切削ブレード60は、第1のフランジ部材46に装着される。   The first boss portion 50 is formed in a cylindrical shape, and a screw thread is provided on the outer peripheral surface 50a on the tip side. In the center of the cutting blade 60, a circular opening 60a is formed. The cutting blade 60 is attached to the first flange member 46 by inserting the first boss portion 50 through the opening 60a.

切削ブレード60は、いわゆるハブブレードであり、円盤状の支持基台62の外周に、被加工物を切削する円環状の切り刃64が固定されている。切り刃64は、金属や樹脂等のボンド材(結合材)に、ダイヤモンドやCBN(Cubic Boron Nitride)等の砥粒を混合して所定厚みに形成されている。なお、切削ブレード60として、切り刃のみで構成されたワッシャーブレードを用いてもよい。   The cutting blade 60 is a so-called hub blade, and an annular cutting blade 64 for cutting a workpiece is fixed to the outer periphery of a disc-shaped support base 62. The cutting blade 64 is formed to a predetermined thickness by mixing abrasives such as diamond and CBN (Cubic Boron Nitride) with a bond material (binding material) such as metal or resin. As the cutting blade 60, a washer blade composed only of a cutting blade may be used.

この切削ブレード60を第1のフランジ部材46に装着した状態で、切削ブレード60の表面側には、円環状の第2のフランジ部材66が配置される。第2のフランジ部材66の中央には、円形の開口66aが形成されており、当該開口66aの内壁面には、第1のボス部50の外周面50aに形成されたネジ山に対応するネジ溝が設けられている。   An annular second flange member 66 is disposed on the surface side of the cutting blade 60 in a state where the cutting blade 60 is mounted on the first flange member 46. A circular opening 66a is formed in the center of the second flange member 66, and a screw corresponding to a thread formed on the outer peripheral surface 50a of the first boss portion 50 is formed on the inner wall surface of the opening 66a. Grooves are provided.

第2のフランジ部材66の外周側の裏面は、切削ブレード60の表面に当接する当接面66b(図3)となっている。当接面66bは、第1のフランジ部材46の当接面48aと対応する位置に設けられている。   The back surface on the outer peripheral side of the second flange member 66 is a contact surface 66b (FIG. 3) that contacts the surface of the cutting blade 60. The contact surface 66 b is provided at a position corresponding to the contact surface 48 a of the first flange member 46.

この第2のフランジ部材66の開口66aに、第1のボス部50の先端を締め込むことで、切削ブレード60は、第1のフランジ部材46と第2のフランジ部材66とで挟持される。   The cutting blade 60 is sandwiched between the first flange member 46 and the second flange member 66 by tightening the tip of the first boss portion 50 into the opening 66 a of the second flange member 66.

このように構成された切削ユニット14には、切削ブレード60の振動を検出するための振動検出機構が設けられている。振動検出機構は、切削ブレード60の振動に対応した振動信号を発生する振動信号発生装置(振動信号発生手段)68(図3)を含んでいる。   The cutting unit 14 configured as described above is provided with a vibration detection mechanism for detecting the vibration of the cutting blade 60. The vibration detection mechanism includes a vibration signal generator (vibration signal generator) 68 (FIG. 3) that generates a vibration signal corresponding to the vibration of the cutting blade 60.

振動信号発生装置68は、第1のフランジ部材46の内部に固定された超音波振動子70を備えている。この超音波振動子70は、例えば、チタン酸バリウム(BaTiO)、チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zi,Ti)O)、リチウムナイオベート(LiNbO)、リチウムタンタレート(LiTaO)等の材料で形成されており、切削ブレード60の振動を電圧(振動信号)に変換する。 The vibration signal generator 68 includes an ultrasonic transducer 70 fixed inside the first flange member 46. The ultrasonic vibrator 70 includes, for example, barium titanate (BaTiO 3 ), lead zirconate titanate (Pb (Zi, Ti) O 3 ), lithium niobate (LiNbO 3 ), lithium tantalate (LiTaO 3 ), and the like. The vibration of the cutting blade 60 is converted into a voltage (vibration signal).

通常、この超音波振動子70は、所定の周波数の振動に対して共振するように構成されている。そのため、超音波振動子70の共振周波数に応じて、振動検出機構で検出できる振動の周波数が決まる。   Usually, the ultrasonic transducer 70 is configured to resonate with respect to a vibration having a predetermined frequency. Therefore, the frequency of vibration that can be detected by the vibration detection mechanism is determined according to the resonance frequency of the ultrasonic transducer 70.

例えば、本実施の形態に係る切削装置2では、共振周波数の異なる超音波振動子70をそれぞれ備えた複数の第1のフランジ部材46から、検出すべき切削ブレード60の振動の周波数に対応した第1のフランジ部材46を選択してスピンドル42に装着する。   For example, in the cutting apparatus 2 according to the present embodiment, the first corresponding to the frequency of vibration of the cutting blade 60 to be detected from the plurality of first flange members 46 each having the ultrasonic transducer 70 having different resonance frequencies. One flange member 46 is selected and mounted on the spindle 42.

これにより、切削ブレード60や被加工物の種類(材質、大きさ、重量等)、発生頻度の高い異常の態様等に応じて、振動検出機構を最適化できる。各第1のフランジ部材46の対応周波数は、例えば、50kHz〜100kHz、100kHz〜300kHz、300kHz〜500kHzとする。この場合、3種類の第1のフランジ部材46を交換することで、50kHz〜500kHzの周波数範囲の振動を適切に検出できる。   Thereby, the vibration detection mechanism can be optimized according to the type (material, size, weight, etc.) of the cutting blade 60 and the workpiece, the mode of abnormality having a high occurrence frequency, and the like. The corresponding frequencies of the first flange members 46 are, for example, 50 kHz to 100 kHz, 100 kHz to 300 kHz, and 300 kHz to 500 kHz. In this case, the vibration in the frequency range of 50 kHz to 500 kHz can be appropriately detected by exchanging the three types of first flange members 46.

なお、第1のフランジ部材46を交換することなく広い周波数範囲の振動を検出できるように、共振周波数の異なる複数の超音波振動子70を第1のフランジ部材46に設けても良い。例えば、50kHz〜100kHz、100kHz〜300kHz、300kHz〜500kHzに対応可能な3種類の超音波振動子70を同じ第1のフランジ部材46に設ける。この場合、第1のフランジ部材46を交換することなく50kHz〜500kHzの周波数範囲の振動を適切に検出できる。   A plurality of ultrasonic transducers 70 having different resonance frequencies may be provided on the first flange member 46 so that vibrations in a wide frequency range can be detected without replacing the first flange member 46. For example, three types of ultrasonic transducers 70 that can handle 50 kHz to 100 kHz, 100 kHz to 300 kHz, and 300 kHz to 500 kHz are provided on the same first flange member 46. In this case, vibration in the frequency range of 50 kHz to 500 kHz can be appropriately detected without replacing the first flange member 46.

超音波振動子70には、超音波振動子70で発生する電圧を伝送するための非接触型の伝送路(伝送手段)72(図3)が接続されている。この伝送路72は、超音波振動子70に接続された第1のインダクタ(第1のコイル手段)74と、第1のインダクタ74に対して所定の間隔で対向する第2のインダクタ(第2のコイル手段)76とを含む。   A non-contact type transmission path (transmission means) 72 (FIG. 3) for transmitting a voltage generated by the ultrasonic vibrator 70 is connected to the ultrasonic vibrator 70. The transmission path 72 includes a first inductor (first coil means) 74 connected to the ultrasonic transducer 70 and a second inductor (second coil) facing the first inductor 74 at a predetermined interval. Coil means) 76.

第1のインダクタ74及び第2のインダクタ76は、代表的には、導線が巻回された円環状のコイルであり、それぞれ、第1のフランジ部材46及びハウジングカバー40に固定されている。   The first inductor 74 and the second inductor 76 are typically annular coils around which conductive wires are wound, and are fixed to the first flange member 46 and the housing cover 40, respectively.

図4は、超音波振動子70及び第1のインダクタ74の配置を模式的に示す図である。本実施の形態では、図4に示すように、Y軸方向(スピンドル42の軸心Oの方向)から見て第1のインダクタ74と重なる位置に、2個の同じ超音波振動子70が配置されている。   FIG. 4 is a diagram schematically showing the arrangement of the ultrasonic transducer 70 and the first inductor 74. In the present embodiment, as shown in FIG. 4, two identical ultrasonic transducers 70 are arranged at a position overlapping with the first inductor 74 when viewed from the Y-axis direction (the direction of the axis O of the spindle 42). Has been.

2個の超音波振動子70は、スピンドル42の軸心Oに関して対称に配置されている。このように、複数の超音波振動子70をスピンドル42の軸心Oに関して対称に配置することで、切削ブレード60の振動を高精度に検出できる。なお、超音波振動子70の数、配置、形状等は、図4に示す態様に限定されない。   The two ultrasonic transducers 70 are arranged symmetrically with respect to the axis O of the spindle 42. Thus, by arranging the plurality of ultrasonic transducers 70 symmetrically with respect to the axis O of the spindle 42, the vibration of the cutting blade 60 can be detected with high accuracy. Note that the number, arrangement, shape, and the like of the ultrasonic transducers 70 are not limited to the mode illustrated in FIG.

第1のインダクタ74と第2のインダクタ76とは対向しており、磁気的に結合されている。そのため、超音波振動子70で発生した電圧は、第1のインダクタ74と第2のインダクタ76との相互誘導によって、第2のインダクタ76側に伝送される。   The first inductor 74 and the second inductor 76 face each other and are magnetically coupled. Therefore, the voltage generated in the ultrasonic transducer 70 is transmitted to the second inductor 76 side by mutual induction between the first inductor 74 and the second inductor 76.

第2のインダクタ76には、制御装置(制御手段)78が接続されている。この制御装置78は、第2のインダクタ76から伝送される電圧に基づいて切削ブレードの振動状態を判定する。   A control device (control means) 78 is connected to the second inductor 76. The control device 78 determines the vibration state of the cutting blade based on the voltage transmitted from the second inductor 76.

具体的に、制御装置78は、第2のインダクタ76から伝送された電圧(振動信号)等の情報を記憶する記憶部(記憶手段)78aと、任意の単位時間あたりに伝送される電圧(振動信号)の時間変化に相当する波形(時間領域の波形)をフーリエ変換(例えば、高速フーリエ変換)によってスペクトル解析する解析部(解析手段)78bと、切削ブレード60の状態を判定する比較判定部(比較判定手段)78cと、を含む。なお、スペクトル解析の単位時間としては、1本のラインの切削に要する時間(1カットライン毎)、1枚の被加工物の切削に要する時間(1ワーク毎)、任意の距離を切削するのに要する時間(カット距離毎)等、様々な態様が考えられる。各部の詳細は後述する。   Specifically, the control device 78 includes a storage unit (storage unit) 78a for storing information such as a voltage (vibration signal) transmitted from the second inductor 76, and a voltage (vibration) transmitted per arbitrary unit time. (Analysis means) 78b for performing spectrum analysis of a waveform (time domain waveform) corresponding to a time change of the signal) by Fourier transform (for example, fast Fourier transform), and a comparison determination unit for determining the state of the cutting blade 60 ( 78c. The unit time for spectral analysis is the time required for cutting one line (for each cut line), the time required for cutting one workpiece (for each workpiece), and cutting an arbitrary distance. Various modes such as the time required for each (cut distance) can be considered. Details of each part will be described later.

図5(A)は、制御装置78に伝送される電圧の波形(時間領域の波形)の例を示すグラフであり、図5(B)は、フーリエ変換後の波形(周波数領域の波形)の例を示すグラフである。なお、図5(A)では、縦軸が電圧(V)を、横軸が時間(t)をそれぞれ示し、図5(B)では、縦軸が振幅を、横軸が周波数(f)をそれぞれ示す。   FIG. 5A is a graph showing an example of a waveform of a voltage (waveform in the time domain) transmitted to the control device 78, and FIG. 5B shows a waveform after Fourier transform (a waveform in the frequency domain). It is a graph which shows an example. 5A, the vertical axis represents voltage (V) and the horizontal axis represents time (t). In FIG. 5B, the vertical axis represents amplitude and the horizontal axis represents frequency (f). Each is shown.

振動信号発生装置68からの電圧(振動信号)の波形を制御装置78の解析部78bでフーリエ変換すれば、図5(B)に示すように、切削ブレード60の振動を主要な周波数成分に分けて、切削中に発生する異常を容易に解析できる。これにより、切削中の異常をリアルタイムに精度よく検出できる。   If the waveform of the voltage (vibration signal) from the vibration signal generator 68 is Fourier-transformed by the analysis unit 78b of the controller 78, the vibration of the cutting blade 60 is divided into main frequency components as shown in FIG. Thus, it is possible to easily analyze abnormalities that occur during cutting. Thereby, the abnormality during cutting can be detected accurately in real time.

以下、本実施の形態に係る切削装置2で実施される異常の検出フローについて説明する。初めに、検出の前処理として、バックグラウンドレベルに相当する基準信号を取得する基準信号取得ステップを実施する。この基準信号取得ステップでは、まず、各部に異常のない状態で切削ブレード60を回転させる。   Hereinafter, an abnormality detection flow performed by the cutting apparatus 2 according to the present embodiment will be described. First, as a pre-processing for detection, a reference signal acquisition step for acquiring a reference signal corresponding to the background level is performed. In this reference signal acquisition step, first, the cutting blade 60 is rotated with no abnormality in each part.

その結果、超音波振動子70から、スピンドル42の回転に伴う切削ブレード60の振動に起因する電圧(振動信号)が発生する。発生した電圧の時間変化に相当する波形(時間領域の波形)は、制御装置78の記憶部78aに記憶される。   As a result, a voltage (vibration signal) resulting from the vibration of the cutting blade 60 accompanying the rotation of the spindle 42 is generated from the ultrasonic vibrator 70. A waveform (time domain waveform) corresponding to the time change of the generated voltage is stored in the storage unit 78 a of the control device 78.

次に、制御装置78の解析部78bが、記憶部78aに記憶された上記電圧の波形を読み出し、フーリエ変換(高速フーリエ変換)する。その結果、時間領域における電圧(振動信号)の波形は、基準信号(周波数領域の波形)に変換される。図6(A)は、基準信号の例を示すグラフである。得られた基準信号は、記憶部78aに記憶される。   Next, the analysis unit 78b of the control device 78 reads the waveform of the voltage stored in the storage unit 78a and performs Fourier transform (fast Fourier transform). As a result, the waveform of the voltage (vibration signal) in the time domain is converted into a reference signal (waveform in the frequency domain). FIG. 6A is a graph illustrating an example of the reference signal. The obtained reference signal is stored in the storage unit 78a.

基準信号取得ステップの後には、実際の検出ステップが開始される。実際の検出ステップでは、初めに、被加工物を切削して判定の対象となる判定対象信号を取得する判定対象信号取得ステップを実施する。この判定対象信号取得ステップでは、まず、切削ブレード60を回転させて被加工物を切削する。   After the reference signal acquisition step, an actual detection step is started. In the actual detection step, first, a determination target signal acquisition step of cutting a workpiece and acquiring a determination target signal to be determined is performed. In this determination target signal acquisition step, first, the workpiece is cut by rotating the cutting blade 60.

その結果、超音波振動子70から、被加工物の切削に伴う切削ブレード60の振動に起因する電圧(振動信号)が発生する。発生した電圧の時間変化に相当する波形(時間領域の波形)は、制御装置78の記憶部78aに記憶される。   As a result, a voltage (vibration signal) resulting from the vibration of the cutting blade 60 accompanying the cutting of the workpiece is generated from the ultrasonic vibrator 70. A waveform (time domain waveform) corresponding to the time change of the generated voltage is stored in the storage unit 78 a of the control device 78.

次に、制御装置78の解析部78bが、記憶部78aに記憶された上記電圧の波形を読み出し、フーリエ変換(高速フーリエ変換)する。その結果、時間領域における電圧(振動信号)の波形は、判定対象信号(周波数領域の波形)に変換される。図6(B)は、判定対象信号の例を示すグラフである。得られた判定対象信号は、記憶部78aに記憶される。   Next, the analysis unit 78b of the control device 78 reads the waveform of the voltage stored in the storage unit 78a and performs Fourier transform (fast Fourier transform). As a result, the waveform of the voltage (vibration signal) in the time domain is converted into a determination target signal (frequency domain waveform). FIG. 6B is a graph illustrating an example of the determination target signal. The obtained determination target signal is stored in the storage unit 78a.

判定対象信号取得ステップの後には、判定対象信号を基準信号と比較して切削ブレードの状態を判定する比較判定ステップを実施する。この比較判定ステップでは、まず、比較判定部78cが、記憶部78aに記憶された基準信号及び判定対象信号を読み出して、判定対象信号から基準信号を除去する。   After the determination target signal acquisition step, a comparison determination step is performed in which the determination target signal is compared with the reference signal to determine the state of the cutting blade. In this comparison determination step, first, the comparison determination unit 78c reads the reference signal and the determination target signal stored in the storage unit 78a, and removes the reference signal from the determination target signal.

具体的には、検出対象の全周波数範囲で、判定対象信号の信号強度(振幅)から基準信号の信号強度(振幅)を減じる(減算する)。この時、判定対象信号中の基準信号を適切に除去できるように、判定対象信号又は基準信号の信号強度(振幅)に任意の値を乗じても良い。   Specifically, the signal strength (amplitude) of the reference signal is subtracted (subtracted) from the signal strength (amplitude) of the determination target signal in the entire frequency range of the detection target. At this time, the signal strength (amplitude) of the determination target signal or the reference signal may be multiplied by an arbitrary value so that the reference signal in the determination target signal can be appropriately removed.

図6(C)は、判定対象信号から基準信号を除去して得られる信号の例を示すグラフである。このように、判定対象信号から基準信号を除去することで、切削ブレード60の状態を適切に判定して、切削中の異常を検出できる。   FIG. 6C is a graph illustrating an example of a signal obtained by removing the reference signal from the determination target signal. In this manner, by removing the reference signal from the determination target signal, it is possible to appropriately determine the state of the cutting blade 60 and detect an abnormality during cutting.

具体的には、例えば、判定対象信号から基準信号を除去して得られる信号を、記憶部78aにあらかじめ記憶しておいた異常判定信号と比較することで、切削中の異常の有無を判定できる。すなわち、異常判定信号中の振動モード(振動成分)の一部又は全部と、判定対象信号から基準信号を除去して得られる信号中の振動モードとが一致する場合に、比較判定部78cは、当該振動モードに対応する異常が発生したと判定する。   Specifically, for example, the presence or absence of an abnormality during cutting can be determined by comparing a signal obtained by removing the reference signal from the determination target signal with an abnormality determination signal stored in advance in the storage unit 78a. . That is, when a part or all of the vibration mode (vibration component) in the abnormality determination signal matches the vibration mode in the signal obtained by removing the reference signal from the determination target signal, the comparison determination unit 78c It is determined that an abnormality corresponding to the vibration mode has occurred.

なお、異常判定信号は、切削に異常が生じる際の切削ブレード60の振動に起因する電圧(振動信号)の波形を、解析部78bにおいてフーリエ変換(高速フーリエ変換)することで得られる。   The abnormality determination signal is obtained by performing Fourier transform (fast Fourier transform) on the waveform of the voltage (vibration signal) resulting from the vibration of the cutting blade 60 when abnormality occurs in cutting.

以上のように、本実施の形態に係る切削装置2は、切削ブレード60の振動に対応した振動信号を発生する振動信号発生装置(振動信号発生手段)68と、振動信号発生装置68で発生した振動信号に基づいて切削ブレード60の状態を判定する制御装置(制御手段)78と、を備えるので、切削ブレード60の振動を伴う切削中の異常を適切に検出できる。   As described above, the cutting device 2 according to the present embodiment is generated by the vibration signal generator (vibration signal generator) 68 that generates a vibration signal corresponding to the vibration of the cutting blade 60 and the vibration signal generator 68. Since the control device (control means) 78 that determines the state of the cutting blade 60 based on the vibration signal is provided, it is possible to appropriately detect an abnormality during cutting accompanied by vibration of the cutting blade 60.

また、本実施の形態に係る切削装置2では、電圧(振動信号)の時間変化に相当する波形(時間領域の波形)をフーリエ変換するので、電圧(振動信号)を直接に解析する場合と比較して、切削中に発生する異常の解析が容易になる。これにより、切削中の異常を高い精度で検出できる。   Further, in the cutting device 2 according to the present embodiment, the waveform (time domain waveform) corresponding to the time change of the voltage (vibration signal) is Fourier-transformed, which is compared with the case of directly analyzing the voltage (vibration signal). Thus, it becomes easy to analyze an abnormality that occurs during cutting. Thereby, the abnormality during cutting can be detected with high accuracy.

なお、本発明は上記実施の形態の記載に限定されない。例えば、電圧(振動信号)をフーリエ変換せずに解析しても良い。その他、上記実施の形態に係る構成、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。   The present invention is not limited to the description of the above embodiment. For example, the voltage (vibration signal) may be analyzed without Fourier transform. In addition, the configurations, methods, and the like according to the above-described embodiments can be changed as appropriate without departing from the scope of the object of the present invention.

2 切削装置
4 基台
4a 開口
6 X軸移動テーブル
8 防水カバー
10 チャックテーブル
10a 保持面
12 クランプ
14 切削ユニット(切削手段)
16 支持構造
18 切削ユニット移動機構
20 Y軸ガイドレール
22 Y軸移動テーブル
24 Y軸ボールネジ
26 Z軸ガイドレール
28 Z軸移動テーブル
30 Z軸ボールネジ
32 Z軸パルスモータ
34 カメラ
36 スピンドルハウジング
38 ハウジング本体
38a ネジ孔
40 ハウジングカバー
40a 開口
40b ネジ孔
40c 係止部
42 スピンドル
42a 開口
44 ネジ
46 第1のフランジ部材
46a 開口
48 フランジ部
48a 当接面
50 第1のボス部
50a 外周面
52 第2のボス部
56 ワッシャー
58 ボルト
58a 外周面
60 切削ブレード
60a 開口
62 支持基台
64 切り刃
66 第2のフランジ部材
66a 開口
66b 当接面
68 振動信号発生装置(振動信号発生手段)
70 超音波振動子
72 伝送路(伝送手段)
74 第1のインダクタ(第1のコイル手段)
76 第2のインダクタ(第2のコイル手段)
78 制御装置(制御手段)
78a 記憶部(記憶手段)
78b 解析部(解析手段)
78c 比較判定部(比較判定手段)
O 軸心
2 Cutting device 4 Base 4a Opening 6 X-axis moving table 8 Waterproof cover 10 Chuck table 10a Holding surface 12 Clamp 14 Cutting unit (cutting means)
16 Support structure 18 Cutting unit moving mechanism 20 Y-axis guide rail 22 Y-axis moving table 24 Y-axis ball screw 26 Z-axis guide rail 28 Z-axis moving table 30 Z-axis ball screw 32 Z-axis pulse motor 34 Camera 36 Spindle housing 38 Housing body 38a Screw hole 40 Housing cover 40a Opening 40b Screw hole 40c Locking part 42 Spindle 42a Opening 44 Screw 46 First flange member 46a Opening 48 Flange part 48a Contact surface 50 First boss part 50a Outer peripheral face 52 Second boss part 56 Washer 58 Bolt 58a Outer peripheral surface 60 Cutting blade 60a Opening 62 Support base 64 Cutting blade 66 Second flange member 66a Opening 66b Abutting surface 68 Vibration signal generating device (vibration signal generating means)
70 Ultrasonic vibrator 72 Transmission path (Transmission means)
74 First inductor (first coil means)
76 Second inductor (second coil means)
78 Control device (control means)
78a Storage unit (storage means)
78b Analysis unit (analysis means)
78c Comparison determination unit (comparison determination means)
O axis

Claims (3)

被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を切削する切削ブレードを備えた切削手段と、を含み、
該切削手段は、スピンドルハウジングに回転可能に支持されたスピンドルと、該スピンドルの端部に装着され、該切削ブレードを挟持する第1のフランジ部材及び第2のフランジ部材と、を具備する切削装置において、
該切削ブレードの振動に対応した振動信号を発生する振動信号発生手段と、
該振動信号発生手段で発生した振動信号に基づいて該切削ブレードの状態を判定する制御手段と、を具備し、
該振動信号発生手段は、
該第1のフランジ部材に配設され、該切削ブレードの振動に対応した該振動信号に相当する電圧を発生する超音波振動子と、
該超音波振動子と接続され、該電圧を該制御手段に伝送する伝送手段と、からなり、
該伝送手段は、該第1のフランジ部材に装着された第1のコイル手段と、該第1のコイル手段と間隔を持って対向し該スピンドルハウジングに配設された第2のコイル手段と、を含み、
該制御手段は、
該スピンドルの回転に伴う該切削ブレードの振動に起因する振動信号に対応した基準信号と、被加工物の切削に伴う該切削ブレードの振動に起因する振動信号に対応した判定対象信号と、を記憶する記憶手段と、
該判定対象信号から該基準信号を除去して得られる信号に基づき該切削ブレードの状態を判定する比較判定手段と、を備えることを特徴とする切削装置。
A chuck table for holding a workpiece, and a cutting means including a cutting blade for cutting the workpiece held on the chuck table,
The cutting means includes a spindle rotatably supported by a spindle housing, and a first flange member and a second flange member that are attached to an end portion of the spindle and sandwich the cutting blade. In
Vibration signal generating means for generating a vibration signal corresponding to the vibration of the cutting blade;
Control means for determining the state of the cutting blade based on the vibration signal generated by the vibration signal generating means,
The vibration signal generating means includes
An ultrasonic transducer that is disposed on the first flange member and generates a voltage corresponding to the vibration signal corresponding to the vibration of the cutting blade;
A transmission means connected to the ultrasonic transducer and transmitting the voltage to the control means;
The transmission means includes a first coil means mounted on the first flange member, a second coil means disposed on the spindle housing so as to face the first coil means with a space therebetween, Including
The control means includes
A reference signal corresponding to a vibration signal caused by vibration of the cutting blade accompanying rotation of the spindle and a determination target signal corresponding to the vibration signal caused by vibration of the cutting blade accompanying cutting of the workpiece are stored. Storage means for
And a comparison / determination unit that determines a state of the cutting blade based on a signal obtained by removing the reference signal from the determination target signal.
前記制御手段は、前記振動信号の時間変化に相当する波形をフーリエ変換して、振動を周波数成分に分ける解析手段をさらに備えたことを特徴とする請求項1記載の切削装置。   2. The cutting apparatus according to claim 1, wherein the control unit further includes an analysis unit that Fourier-transforms a waveform corresponding to a time change of the vibration signal and divides the vibration into frequency components. 前記記憶手段は、切削に異常が生じる際の前記切削ブレードの振動に起因する振動信号に対応する異常判定信号を記憶し、
前記比較判定手段は、前記判定対象信号から前記基準信号を除去して得られる信号を、該異常判定信号と比較することで、切削の異常の有無を判定することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の切削装置。
The storage means stores an abnormality determination signal corresponding to a vibration signal caused by vibration of the cutting blade when abnormality occurs in cutting;
The comparison determination unit determines whether there is a cutting abnormality by comparing a signal obtained by removing the reference signal from the determination target signal with the abnormality determination signal. The cutting device according to claim 2.
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