JP7246827B2 - 自己診断機能を備える加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、自己診断機能を備え変化の有無を自ら診断できる加工装置に関する。

シリコンやサファイア等からなる被加工物から半導体デバイスや光デバイスを含むデバイスチップを形成する工程では、様々な加工装置が使用される。例えば、被加工物をデバイス毎に分割する切削装置や、レーザ加工するレーザ加工装置、該被加工物を研削して所定の厚みに薄化する研削装置等が使用される。

これらの加工装置は、被加工物を保持する保持テーブルと、被加工物を加工する加工ユニットと、を備える。そして、モータ等により保持テーブル及び加工ユニットを回転させる機構や、モータ等によりボールねじを回転させることで保持テーブル及び加工ユニットが固定されたスライダを移動させる機構が知られている（特許文献１及び特許文献２参照）。

加工装置を長年使用すると、該加工装置の各構成要素において損耗が徐々に進行する。例えば、ナットに緩みが生じる、または、ボールねじの溝が深くなる等の変化が生じる。これらの変化により保持テーブル及び加工ユニット等の回転や移動の様子にも変化が生じ、加工装置における加工において所定の結果が得られなくなる場合がある。

例えば、保持テーブルの加工送りに使用されるボールねじの溝が削れて深くなると、保持テーブルを載せたスライダが比較的軽い力で動くようになり、保持テーブルが移動しやすくなる。加工装置では、保持テーブルの過剰な移動を抑制するためにモータの出力が適宜制御されるが、軽い力でスライダが動くようになると、オーバーシュートが発生しやすく、位置を制御する際にオーバーシュートした分を逆方向に移動させる制御が繰り返され、保持テーブルが移動しながら前後方向に振動してしまう場合がある。

特開昭６２－１７３１４７号公報 特開２０１２－１６１８６１号公報

このような加工装置の各構成要素の損耗等の変化に起因する問題が生じると、加工結果に直接的に影響が及ぶため、加工装置の各構成要素の変化の傾向を検知し、問題が発生する前の段階で対策を施したいという課題がある。

しかしながら、各構成要素の変化の傾向を検知するのは、非常に能力の高い一部の限られた作業者を除き容易には実施できない。そのため、変化の程度が加工結果に影響を及ぼすような許容されない大きさとなるまで対策を実施できない場合が多いのが実情である。

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、各構成要素の変化の有無を判定できる自己診断機能を備える加工装置を提供することである。

本発明の一態様によれば、被加工物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被加工物を加工する加工ユニットと、を備える加工装置であって、該加工装置の各構成要素を制御する制御ユニットと、該加工ユニットによる加工が行われていない状態で該加工装置の状態を診断する自己診断ユニットと、を備え、該自己診断ユニットは、該加工装置に所定範囲の振動数の振動を付与する振動源と、該振動源により発せられ該加工装置中を伝播した振動を観測し、振動波形を取得する振動センサと、を備え、該自己診断ユニットは、さらに、該制御ユニット中に、該加工装置の該各構成要素が正常な状態である際に、該加工装置中を伝播する振動が該振動センサで観測されることで取得された振動波形から該振動の周波数特性を算出し、該加工装置の該各構成要素に共振が生じる振動数を固有振動数として記録する固有振動数記録部と、該振動センサが取得した振動波形から算出される該振動の周波数特性を蓄積する周波数特性記憶部と、該振動の周波数特性に含まれる振動ピークの振動数と、該振動ピークが帰属する該構成要素の該固有振動数記録部が記録する該固有振動数と、の差が所定の範囲を超える場合、該振動ピークが帰属する該構成要素に変化があると判定する判定部と、を備え、該制御ユニットには、該固有振動数記録部が該固有振動数を記録する際の該振動波形の取得時の該加工装置の該各構成要素の状態に関する情報が記憶され、該制御ユニットは、該加工装置の該稼働後に該周波数特性記憶部が該周波数特性を蓄積するとき該加工装置の該各構成要素の状態に関する該情報を基に該各構成要素を制御してから該振動源に振動を生じさせることを特徴とする自己診断機能を備える加工装置が提供される。

好ましくは、該振動源は、サーボモータを備えるアクチュエータであり、該サーボモータの回転の反転を繰り返して該所定範囲の振動数の振動を発生させる。さらに、好ましくは、該サーボモータは、該保持テーブル又は該加工ユニットを移動させるボールねじ、又は、該保持テーブルを回転させる。

また、好ましくは、該振動センサは、加速度センサである。

本発明の一態様に係る加工装置は、自己診断ユニットを備える。該自己診断ユニットは、振動源と、振動センサと、を備える。該振動源は、加工装置中を伝播する振動を発生でき、該振動センサは、該振動源で発せられ該加工装置中を伝播した振動を観測し、振動波形を取得できる。

該加工装置の各構成要素に特定の振動が伝播したとき、各構成要素に該振動に起因する共振が生じる。振動センサで取得される振動波形から振動の周波数特性を算出すると、該振動の周波数特性には各構成要素で生じた共振による振動ピークが現れる。各構成要素で共振が生じる振動数は固有振動数と呼ばれ、各構成要素はそれぞれ異なる固有振動数を有する。

そのため、該振動の周波数特性に現れた各振動ピークはその振動数を固有振動数とする構成要素の共振に帰属できる。なお、各構成要素に損耗等の変化が生じると、該振動の周波数特性に現れる振動ピークの振動数はシフトする。

該自己診断ユニットは、各構成要素に共振が生じる振動数を固有振動数として記録する固有振動数記録部と、判定部を備える。該判定部は、該振動の周波数特性に含まれる振動ピークの振動数と、該振動ピークが帰属する構成要素の該固有振動数と、を比較し、その差の大きさから該構成要素の変化の有無を判定する。すなわち、その差が所定の範囲を超えている場合、該振動ピークが帰属する該構成要素に変化があると判定する。

このように、本発明の一態様に係る加工装置では、各構成要素に変化が発生した際に自己診断ユニットにより該変化の発生を検出できる。そのため、該変化が大きくなり加工結果に問題を生じさせるようになる前に、該変化への対策を検討し実施できる。

したがって、本発明の一態様によると、各構成要素の変化の有無を判定できる自己診断機能を備える加工装置が提供される。

加工装置を模式的に示す斜視図である。 移動機構の一例を模式的に示す側面図である。 図３（Ａ）は、洗浄ユニットによる洗浄を模式的に示す側面図であり、図３（Ｂ）は、洗浄ユニットでの振動の発生を模式的に示す側面図である。 図４（Ａ）は、各構成要素に変化のない正常な状態における振動の周波数特性を模式的に示すチャートであり、図４（Ｂ）は、Ｘ軸ボールねじに変化がある場合における振動の周波数特性を模式的に示すチャートである。 図５（Ａ）は、各構成要素に変化のない正常な状態における振動の周波数特性を模式的に示すチャートであり、図５（Ｂ）は、テーブルベースに変化がある場合における振動の周波数特性を模式的に示すチャートである。

添付図面を参照して、本発明の一態様に係る実施形態について説明する。本実施形態に係る加工装置は、シリコンやサファイア等からなる被加工物から半導体デバイスや光デバイスを含むデバイスチップを形成する工程で使用される加工装置である。該加工装置は、例えば、被加工物をデバイス毎に分割する切削装置、レーザ加工するレーザ加工装置、該被加工物を研削して所定の厚みに薄化する研削装置、または、バイト切削するバイト切削装置等である。

図１は、本実施形態に係る加工装置を模式的に示す斜視図である。図１に示す加工装置は、被加工物を切削する切削装置である。以下、本実施形態では、該加工装置が切削装置２である場合を例に説明する。

切削装置２は、各構成要素を支持する基台４を備える。該基台４の前方の角部には、矩形の開口４ａが形成されており、この開口４ａ内には、昇降するカセット支持台６が設けられる。カセット支持台６の上面には、複数のフレームユニット１を収容するカセット８が載せられる。なお、図１では、説明の便宜上、カセット８の輪郭のみを示している。

フレームユニット１は、環状のフレーム３と、該環状のフレーム３の開口に張られたテープ５と、該テープ５の上面に支持された被加工物７と、を有する。被加工物７は、例えば、シリコン等の半導体材料でなる円形のウェーハであり、その表面側は、中央のデバイス領域と、デバイス領域を囲む外周余剰領域とに分けられる。デバイス領域は、格子状に配列された分割予定ライン（ストリート）でさらに複数の領域に区画されており、各領域には、ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが形成される。

被加工物７の裏面側には、被加工物７よりも径の大きいテープ５が貼付されている。テープ５の外周部分は、環状のフレーム３に固定される。すなわち、被加工物７は、テープ５を介して環状のフレーム３に支持される。

なお、被加工物７はシリコン等の半導体材料でなる円形のウェーハ以外でもよく、被加工物７の材質、形状、構造等に制限はない。例えば、セラミックス、樹脂、金属等の材料でなる矩形の基板を被加工物７として用いることもできる。デバイスの種類、数量、配置等にも制限はない。

切削装置２には、カセット支持台６に載せられたカセット８に収容されたフレームユニット１を取り出して、該フレームユニット１を後述の保持テーブル１４の上に載せる搬送機構（不図示）が設けられる。該搬送機構によると、切削加工が終了した後に該フレームユニット１を該カセット８に収容することもできる。

カセット支持台６の側方には、Ｘ軸方向（前後方向、加工送り方向）に長い矩形の開口４ｂが形成される。この開口４ｂ内には、Ｘ軸移動テーブル１０、Ｘ軸移動テーブル１０をＸ軸方向に移動させるＸ軸移動機構５８（図２参照）及びＸ軸移動機構５８を覆う防塵防滴カバー１２が設けられる。

Ｘ軸移動テーブル１０の上方には、フレームユニット１を保持するための保持テーブル１４が設けられる。保持テーブル１４の上面には多孔質部材が配設されており、該多孔質部材の上面がフレームユニット１を保持する保持面１４ａとなる。該保持テーブル１４は、該保持面１４ａ上に載せられたフレームユニット１を挟持するクランプ１４ｂを外周部に備える。

該多孔質部材は、保持テーブル１４の内部に形成された吸引路（不図示）を介して吸引源（不図示）に接続される。該保持面１４ａの上にフレームユニット１を載せ、吸引源を作動させて該吸引路及び該多孔質部材を通じて該フレームユニット１に負圧を作用させると、フレームユニット１が保持テーブル１４に吸引保持される。

開口４ｂに近接する位置には、上述したフレームユニット１を保持テーブル１４へと搬送する搬送ユニット（不図示）が設けられる。搬送ユニットで搬送されたフレームユニット１は、例えば、上面側が上方に露出するように保持テーブル１４の保持面１４ａに載せられる。また、該搬送ユニットは、切削加工後のフレームユニット１を後述の洗浄ユニット５０に搬送する。

基台４の上面には、２組の切削ユニット２２ａ，２２ｂを支持するための門型の支持構造２４が、開口４ｂを跨ぐように配置される。支持構造２４の前面上部には、Ｙ軸方向に平行な一対のＹ軸ガイドレール２８が配設される。Ｙ軸ガイドレール２８には、２組の切削ユニット２２ａ，２２ｂをそれぞれ支持する２つのＹ軸移動プレート３０がスライド可能に取り付けられる。

各Ｙ軸移動プレート３０の裏面側（後面側）には、ナット部（不図示）が設けられ、このナット部には、Ｙ軸ガイドレール２８に平行なＹ軸ボールねじ３２がそれぞれ螺合される。各Ｙ軸ボールねじ３２の一端部には、Ｙ軸パルスモータ３４が連結される。Ｙ軸パルスモータ３４でＹ軸ボールねじ３２を回転させれば、Ｙ軸移動プレート３０は、Ｙ軸ガイドレール２８に沿ってＹ軸方向に移動する。

各Ｙ軸移動プレート３０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３６が設けられる。Ｚ軸ガイドレール３６には、Ｚ軸移動プレート３８がスライド可能に取り付けられる。

各Ｚ軸移動プレート３８の裏面側（後面側）には、ナット部（不図示）が設けられており、このナット部には、Ｚ軸ガイドレール３６に平行なＺ軸ボールねじ４０がそれぞれ螺合される。各Ｚ軸ボールねじ４０の一端部には、Ｚ軸パルスモータ４２が連結される。Ｚ軸パルスモータ４２でＺ軸ボールねじ４０を回転させれば、Ｚ軸移動プレート３８は、Ｚ軸ガイドレール３６に沿ってＺ軸方向に移動する。

各Ｚ軸移動プレート３８の下部には、それぞれ切削ユニット２２ａ，２２ｂが設けられる。この切削ユニット２２ａ，２２ｂは、回転軸となるスピンドルの一端側に装着された円環状の切削ブレードを備える。切削ユニット２２ａ，２２ｂは、該切削ブレード及び保持テーブル１４に保持されたフレームユニット１に切削液を供給する切削液供給手段を備える。該切削液は、例えば、純水である。

また、切削ユニット２２ａ，２２ｂに隣接する位置には、被加工物７等を撮像するカメラユニット（撮像ユニット）４８が設けられる。Ｙ軸移動プレート３０をＹ軸方向に移動させると、切削ユニット２２ａ，２２ｂ及びカメラユニット４８は、Ｙ軸方向に割り出し送りされる。また、Ｚ軸移動プレート３８をＺ軸方向に移動させると、切削ユニット２２ａ，２２ｂ及びカメラユニット４８は、昇降する。

保持テーブル１４をＸ軸方向に移動させるＸ軸移動機構について図２を用いて説明する。図２は、Ｘ軸移動機構を模式的に示す側面図である。図２では、環状のフレーム３、テープ５、Ｘ軸移動テーブル１０、防塵防滴カバー１２、及びクランプ１４ｂ等が省略されている。

Ｘ軸移動機構５８は、切削装置２の基台４の内部の底のベース５６の上に配設される。Ｘ軸移動機構５８は、Ｘ軸サーボモータ６０と、一端がＸ軸サーボモータ６０に接続されたＸ軸ボールねじ６２と、を備える。Ｘ軸ボールねじ６２には保持テーブルスライダ６４のナット部が螺合されており、Ｘ軸サーボモータ６０によりＸ軸ボールねじ６２を回転させると、保持テーブルスライダ６４がＸ軸方向に移動する。

保持テーブルスライダ６４の上方には、テーブルベース６６が載り、保持テーブル１４はθ軸モータ６６ａを介してテーブルベース６６に支持される。θ軸モータ６６ａは、保持テーブル１４を保持面１４ａに垂直な方向に沿った軸のまわりに回転させる。

被加工物７を切削する際には、保持テーブル１４にテープ５を介して被加工物７を保持させ、θ軸モータ６６ａを作動させカメラユニット４８を使用して被加工物７の方向と、加工送り方向と、を合わせる。そして、切削ユニット２２に装着された環状の切削ブレードを回転させ、切削ユニット２２を所定の高さに下降させ、Ｘ軸移動機構５８を作動させて保持テーブル１４を加工送りし、切削ブレードを被加工物７に切り込ませる。

開口４ｂに対して開口４ａと反対側の位置には、円形の開口４ｃが形成される。開口４ｃ内には、被加工物７の切削後にフレームユニット１等を洗浄加工するための洗浄ユニット５０が設けられる。開口４ｃの内部に設けられた洗浄ユニット５０は、フレームユニット１を保持する保持テーブルとして機能する洗浄テーブル５２と、該洗浄テーブル５２に保持されたフレームユニット１の上方から該フレームユニット１に洗浄液を吐出する洗浄ノズル５４と、を備える。該洗浄液は、例えば、純水である。

洗浄ユニット５０について図３（Ａ）を用いて詳述する。図３（Ａ）は、洗浄ユニット５０による洗浄加工を模式的に示す側面図である。図３（Ａ）には、洗浄ユニット５０に搬入されたフレームユニット１の断面図が示されている。

図３（Ａ）に示す通り、洗浄ユニット５０は、洗浄テーブル５２の回転駆動源となるサーボモータ７０ｂと、洗浄テーブル５２を支持し該サーボモータ７０ｂによる回転力を洗浄テーブル５２に伝達する回転軸７０ａと、を備える。サーボモータ７０ｂの外周には、例えば、昇降機構を備える複数の脚が装着される。該昇降機構は、洗浄テーブル５２を昇降できる。

切削後の被加工物７の洗浄ユニット５０による洗浄加工時には、まず、洗浄テーブル５２上にフレームユニット１を載せ、フレームユニット１を洗浄テーブル５２に吸引保持させる。次に、サーボモータ７０ｂを作動させて洗浄テーブル５２を回転させる。そして、洗浄ノズル５４から下方に洗浄液６４ａを噴出させながら、洗浄ノズル５４をフレームユニット１の上方でサーボモータ７０ｂの回転軸に垂直な面内に移動させる。

切削装置２は、図１に示す通り、該切削装置２の各構成要素を制御する制御ユニット１６を備える。制御ユニット１６が制御する構成要素は、例えば、カセット支持台６、保持テーブル１４、切削ユニット２２ａ，２２ｂ、Ｙ軸パルスモータ３４、Ｚ軸パルスモータ４２、カメラユニット４８、洗浄ユニット５０、及びＸ軸移動機構５８等である。ただし、該制御ユニット１６が制御する構成要素はこれに限定されない。

切削装置２を長年使用すると、切削装置２の各構成要素の損耗が徐々に進行して各構成要素が変化し、切削装置２における加工において所定の結果が得られなくなる場合がある。例えば、Ｘ軸ボールねじ６２の溝が削れて深くなると、保持テーブル１４を載せた保持テーブルスライダ６４が比較的軽い力で動くようになり、保持テーブル１４が移動しやすくなる場合がある。

そこで、保持テーブル１４の過剰な移動を抑制するために、Ｘ軸サーボモータ６０の出力が適宜制御される。しかし、軽い力で保持テーブルスライダ６４が動くようになると、オーバーシュートが発生しやすく、位置を制御する際にオーバーシュートした分を逆方向に移動させる制御が繰り返される場合がある。そして、その結果、保持テーブル１４が移動しながら前後方向に振動してしまい、加工結果に悪影響を及ぼす場合がある。このように損耗等の変化により問題が生じると加工結果に直接的に影響が及ぶため、切削装置２は、切削装置２の状態を診断する自己診断ユニットをさらに備える。

該自己診断ユニットは、例えば、切削装置（加工装置）２に所定範囲の振動数の振動を付与する振動源と、該振動源により発せられ該切削装置２中を伝播した振動を観測し、振動波形を取得する振動センサと、を備える。

該振動源は、例えば、該振動を発生させるためだけに切削装置２の任意の位置に設けられてもよい。また、切削装置２には、各構成要素を回転または移動させるための多数のアクチュエータが備えられており、該アクチュエータを自己診断ユニットの振動源として使用してもよい。

例えば、振動源として使用されるアクチュエータは、Ｘ軸移動機構５８が備えるＸ軸サーボモータ６０である。Ｘ軸サーボモータ６０を作動させ回転の反転を繰り返すと、Ｘ軸ボールねじ６２が反転を繰り返しながら回転し、保持テーブルスライダ６４がＸ軸方向に前後に移動する。この移動に伴って振動が生じ、該振動が切削装置２の内部を伝播する。

このとき、Ｘ軸サーボモータ６０の回転の反転の頻度を変化させることで、該振動の振動数を調整できる。そして、所定範囲の振動数の振動を発生させて、切削装置２の内部に該振動を伝播させる。

該振動を観測する振動センサは、変位センサ、速度センサ、又は加速度センサ等から適宜選択される。例えば、圧電素子、ＡＥセンサ、または、ＭＥＭＳセンサ等である。図１及び図２に振動センサの設置個所の例を示す。図１に示す通り、振動センサ１８は、例えば、切削ユニット２２ａ，２２ｂ、支持構造２４の前面、または、支持構造２４の上面等に設置される。さらに、図２に示す通り、ベース５６、または、テーブルベース６６等に設置される。

振動センサは、該振動センサに振動が伝播したとき、例えば、振動の強度（変位、速度、または、加速度等）と、時間と、の関係を振動波形として取得する。そして、該振動波形を、例えば、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）等の方法で解析すると、振動の強度と、該振動の振動数（周波数）と、の関係が周波数特性として算出される。または、振動源から発せられる振動の振動数を走査し、振動センサで観測された振動の強度と、振動源から発せられる振動の振動数と、の関係をプロットすることで算出されてもよい。

振動源及び振動センサ１８は、切削装置２の制御ユニット１６に接続されており、該制御ユニット１６により制御される。該振動源は制御ユニット１６の指示により振動を発し、振動センサ１８は制御ユニット１６の指示により該振動を観測することで取得された振動波形を制御ユニット１６に送る。

切削装置２の各構成要素に該振動が伝播するとき、該振動の振動数が特定の値であると該構成要素で共振が生じる。この共振が生じる際の振動の振動数は固有振動数と呼ばれる。固有振動数は、構成要素の形状、材質、質量等により決定され、各構成要素はそれぞれ異なる固有振動数を有する。各構成要素では、固有振動数以外の振動数の振動は減衰しやすく、固有振動数の振動は共振により減衰が抑制される。

そのため、振動源により所定の範囲の振動数の振動を発生させ、振動センサで該振動を観測して振動波形を取得し、横軸が振動数、縦軸が振動強度で表される振動の周波数特性を算出すると、該振動の周波数特性には該固有振動数に対応する振動数の振動ピークが現れる。該振動ピークは、それぞれ帰属される構成要素に損耗等の変化が生じると振動数がシフトする。該自己診断ユニットは、該振動の周波数特性に現れる振動ピークの振動数の固有振動数からのずれの大きさを用いて各構成要素の変化の有無を判定する。

まず、各構成要素が正常な状態である際に振動源に振動を生じさせ切削装置２中を伝播する振動を振動センサで観測して振動波形を取得し、該振動の周波数特性を算出し、振動ピークの振動数を各構成要素の固有振動数として記録する。その後、切削装置２を稼働させた後、再び振動源に振動を生じさせ該振動の周波数特性を算出する。そして、該振動の周波数特性に現れる振動ピークの振動数が該固有振動数からシフトしていた場合、その振動ピークが帰属する構成要素に正常な状態からの変化があったことが検出される。

該自己診断ユニットは、さらに、固有振動数記録部と、周波数特性記憶部と、を制御ユニット１６中に備える。固有振動数記録部１６ａは、切削装置（加工装置）２の各構成要素に共振が生じる振動数を固有振動数として記録する。

各構成要素の固有振動数を知るには、例えば、各構成要素に物理的に衝撃を与えて振動させるハンマリング試験を実施するとよい。固有振動数を割り出したい対象の構成要素に所定の方法で衝撃を与え、生じる振動をいずれかの振動センサ１８で観測する。この場合、振動の周波数特性には、主に該対象の構成要素の固有振動数の振動ピークが現れる。そのため、該振動ピークの振動数を該構成要素の固有振動数として固有振動数記録部１６ａに記録させる。周波数特性記憶部１６ｂは、振動センサ１８が取得した振動波形から算出された該振動の周波数特性を記録し蓄積する。

切削装置２に振動を伝播させる際、いずれのアクチュエータを振動源として作動させるかと、いずれの振動センサ１８で振動を観測するかと、により振動波形は大きく変化する。例えば、変化の有無を監視する対象である構成要素に比較的近い振動源及び振動センサ１８を使用して振動波形を取得すると、振動の周波数特性に該構成要素における共振に帰属されるピークが明確に現れやすく、該構成要素の変化の有無を捉えやすい。

そこで、周波数特性記憶部１６ｂには、該振動の周波数特性とともに、該振動の振動源として使用されたアクチュエータと、観測に使用された振動センサ１８と、が記憶されてもよい。

該自己診断ユニットは、さらに、判定部を制御ユニット１６中に備える。判定部１６ｃは、切削装置２の各構成要素に損耗等の変化が生じているか否かを判定する機能を備える。判定部１６ｃは、算出された該振動の周波数特性に含まれる振動ピークの振動数と、該振動ピークが帰属する該構成要素の該固有振動数と、の差が所定の範囲を超える場合、該振動ピークが帰属する該構成要素に変化があると判定する。

次に、自己診断ユニットにおける判定について説明する。ここでは、振動源となるアクチュエータをＸ軸移動機構５８のＸ軸サーボモータ６０（図２参照）とし、テーブルベース６６に固定された振動センサ１８（図２参照）を振動の観測に使用してＸ軸ボールねじ６２の変化の有無を判定する場合を例に説明する。この場合、Ｘ軸サーボモータ６０を繰り返し反転駆動させて、保持テーブルスライダ６４にＸ軸方向に沿った振動６８ａを生じさせる。

図４（Ａ）は、各構成要素が正常な状態である場合における振動の周波数特性を模式的に示すチャートである。すなわち、図４（Ａ）には、Ｘ軸ボールねじ６２に変化が生じる前の周波数特性７２ａが示されている。該周波数特性７２ａは、例えば、切削装置２の稼働前や、メンテナンス実施直後等の所定のタイミングに取得された振動波形から算出される。

本実施形態で示される各周波数特性は、横軸が振動数（Ｈｚ）の対数軸、縦軸が振動強度（任意単位）のチャートで表される。図４（Ａ）に示された通り、周波数特性７２ａには、複数の振動数（Ｈｚ）に振動ピークが現れる。各振動ピークは、該振動ピークが帰属される構成要素で共振が生じたことを示す。

例えば、ハンマリング試験によりＸ軸ボールねじ６２の固有振動数が４００Ｈｚ程度であるとの情報が取得され、固有振動数記録部１６ａに該情報が登録される。この場合、周波数特性７２ａにおいてＸ軸ボールねじ６２の固有振動数７４である４００Ｈｚ近傍に現れる振動ピーク７６ａは、Ｘ軸ボールねじ６２に帰属される。

次に、切削装置２の稼働を繰り返した後に取得される、一部の構成要素に変化がある場合の周波数特性を図４（Ｂ）に示す。図４（Ｂ）は、Ｘ軸ボールねじ６２に変化がある場合における振動の周波数特性を模式的に示すチャートである。図４（Ｂ）に示された周波数特性７２ｂと、図４（Ａ）に示された周波数特性７２ａと、を比較すると、周波数特性７２ｂではＸ軸ボールねじ６２に帰属される振動ピーク７６ｂが、固有振動数７４から高振動数側にシフトしていることがわかる。

このとき、Ｘ軸ボールねじ６２の変化が許容される範囲内であり、振動ピーク７６ｂの振動数と、固有振動数７４と、の差８２ｂが許容される所定の範囲に収まる場合、判定部１６ｃは、Ｘ軸ボールねじ６２に変化があるとは判定しない。その一方で、Ｘ軸ボールねじ６２の変化が許容される範囲を超えており、該差８２ｂが該所定の範囲を超えている場合、判定部１６ｃは、振動ピーク７６ｂの帰属されるＸ軸ボールねじ６２に変化があると判定する。

なお、変化の有無の判定に使用される該差８２ｂの所定の範囲は、各構成要素に対して適宜設定されてもよい。例えば、切削装置（加工装置）２における加工に不具合を生じさせる程に該構成要素の変化が大きい場合に現れる該差８２ｂの範囲に設定される。または、間もなく加工に不具合を生じさせることが見込まれ、不具合が生じる前に該構成要素に対する是正措置が必要であると認められる程に該構成要素の変化が大きい場合に現れる該差８２ｂの範囲に設定される。

判定部１６ｃによる判定の他の例について図５を用いて説明する。ここでは、テーブルベース６６の変化の有無を判定する場合の例を説明する。上述の例と同様に、振動源となるアクチュエータをＸ軸移動機構５８のＸ軸サーボモータ６０とし、テーブルベース６６に固定された振動センサ１８を振動の観測に使用する。この場合においても、Ｘ軸サーボモータ６０を繰り返し反転駆動させて、保持テーブルスライダ６４にＸ軸方向に沿った振動６８ａを生じさせる。

図５（Ａ）は、各構成要素が正常な状態における振動の周波数特性を模式的に示すチャートである。すなわち、図５（Ａ）には、テーブルベース６６に変化が生じる前の周波数特性７２ｃが示されている。例えば、ハンマリング試験によりテーブルベース６６の固有振動数が１８０Ｈｚ程度であるとの情報が取得され、固有振動数記録部１６ａに該情報が登録される。この場合、周波数特性７２ｃにおいてテーブルベース６６の固有振動数７８である１８０Ｈｚ近傍に現れる振動ピーク８０ａは、テーブルベース６６に帰属される。

次に、切削装置２の稼働を繰り返した後に取得される、一部の構成要素に変化がある場合の振動の周波数特性を図５（Ｂ）に示す。図５（Ｂ）は、テーブルベース６６に変化がある場合における振動の周波数特性を模式的に示すチャートである。図５（Ｂ）に示された周波数特性７２ｄと、図５（Ａ）に示された周波数特性７２ｃと、を比較すると、周波数特性７２ｄではテーブルベース６６に帰属される振動ピーク８０ｂが、固有振動数７８から高振動数側にシフトしていることがわかる。

このとき、テーブルベース６６の変化が許容される範囲を超えており、振動ピーク８０ｂの振動数と、テーブルベース６６の固有振動数７８と、の差８２ｂが該所定の範囲を超えている場合、判定部１６ｃは振動ピーク８０ｂに変化があると判定する。

判定部１６ｃによる判定時には、振動源としてＸ軸サーボモータ６０以外の構成要素を使用して振動を発生させてもよい。例えば、保持テーブル１４を保持面１４ａに垂直な方向に沿った軸の周りに回転させるθ軸モータ６６ａを振動源として使用してもよい。その場合、図２に示す通り、反転駆動を繰り返して所定の範囲の振動数で振動６８ｂを発生させる。

なお、該制御ユニット１６には、振動波形の取得時の切削装置２の各構成要素の状態に関する情報が記憶されてもよく、振動の観測時には、記憶された該情報を基に制御ユニット１６が各構成要素を制御してもよい。例えば、Ｘ軸ボールねじ６２に対する保持テーブルスライダ６４の相対位置により振動波形が変化する。そのため、切削装置２の稼働前後の各構成要素の変化の有無を判定する際には、振動の測定を一定の条件で実施するために、該相対位置についても測定毎に同じでなければならない。

そこで、該制御ユニット１６には、Ｘ軸ボールねじ６２やテーブルベース６６の状態に関する情報として、Ｘ軸ボールねじ６２に対する保持テーブルスライダ６４の相対位置が記憶される。そして、該変化の有無の判定時には、制御ユニット１６は、該情報に基づいて保持テーブルスライダ６４を所定の位置に移動させてから振動源に振動を発生させ振動センサ１８に振動波形を取得させる。

また、判定部１６ｃによる判定を実施する際には、切削ユニット（加工ユニット）による切削（加工）や洗浄ユニット５０による被加工物７の洗浄加工が実施されていない間に実施される。各構成要素で共振により生じる振動は、被加工物７の加工や洗浄で切削装置２に生じる振動よりも微弱である傾向にある。そのため、被加工物７の加工や洗浄を実施している間に判定部１６ｃによる判定を実施しようとすると、加工や洗浄により生じる振動波形に共振による振動が埋もれてしまう場合があるからである。

さらに、振動源により発せられる振動の振動数を走査して振動の周波数特性を算出する場合、判定部１６ｃによる判定を実施する際に、振動の振動源等に劣化が生じ、判定部１６ｃによる判定時に予定された振動を発することができない場合がある。例えば、Ｘ軸ボールねじ６２が大きく劣化して、所定の振動数の振動を発生させるためにＸ軸サーボモータ６０を作動させても、目的の振動数の振動が発生しない場合がある。

そのため、該振動源が目的の振動数の振動を発せられる状態であるか予め点検がされてもよい。例えば、保持テーブルスライダ６４に振動の振動数を検出できる振動センサを装着し、該振動源に所定の振動数の振動を発生させるよう指令を出し、該振動センサに該所定の振動数の振動が検出されるか否か試験するとよい。この場合、該指令と、検出された振動と、の関係からＸ軸サーボモータ６０の変化の有無を判定することもできる。

以上に説明する通り、本実施形態に係る加工装置は、自己診断機能を実現する自己診断ユニットを備える。そのため、高い能力の作業者が加工装置を点検しなくても、各構成要素に変化が発生した際に該変化の発生を検出できる。ここで、自己診断ユニットとは、振動源と、振動センサと、固有振動数記録部と、周波数特性記憶部と、判定部と、等を備え、これらが協働して加工装置の状態を診断するユニットである。したがって、本実施形態により、自己診断機能を備える加工装置が提供される。

なお、本発明は上記実施形態の記載に限定されず、種々変更して実施可能である。例えば、上記実施形態では、自己診断ユニットの判定部１６ｃによりＸ軸移動機構５８に属する構成要素の変化の有無が判定部１６ｃにより判定される場合について説明したが、本発明の一態様はこれに限定されない。例えば、判定部１６ｃにより洗浄ユニット５０に属する構成要素の変化の有無が判定されてもよい。図３（Ｂ）は、洗浄ユニット５０での振動の発生を模式的に示す側面図である。

洗浄ユニット５０に属する構成要素の変化の有無を判定する際に自己診断ユニットの振動源として、例えば、洗浄テーブル５２を回転させるサーボモータ７０ｂが使用される。この場合、反転を繰り返しながらサーボモータ７０ｂを作動させて振動６８ｃを生じさせる。すると、例えば、洗浄テーブル５２、または、回転軸７０ａ等の変化の有無を判定できる。

その他、上記実施形態に係る構造、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。

１ フレームユニット
３ フレーム
５ テープ
７ 被加工物
２ 切削装置
４ 基台
４ａ，４ｂ，４ｃ 開口
６ カセット支持台
８ カセット
１０ Ｘ軸移動テーブル
１２ 防塵防滴カバー
１４ 保持テーブル
１４ａ 保持面
１４ｂ クランプ
１６ 制御ユニット
１６ａ 固有振動数記録部
１６ｂ 周波数特性記憶部
１６ｃ 判定部
１８ 振動センサ
２２，２２ａ，２２ｂ 切削ユニット
２４ 支持構造
２８ Ｙ軸ガイドレール
３０ Ｙ軸移動プレート
３２ Ｙ軸ボールねじ
３４ Ｙ軸パルスモータ
３６ Ｚ軸ガイドレール
３８ Ｚ軸移動プレート
４０ Ｚ軸ボールねじ
４２ Ｚ軸パルスモータ
４８ カメラユニット
５０ 洗浄ユニット
５２ 洗浄テーブル
５４ 洗浄ノズル
５４ａ 洗浄液
５６ ベース
５８ Ｘ軸移動機構
６０，７０ｂ サーボモータ
６２ Ｘ軸ボールねじ
６４ 保持テーブルスライダ
６６ テーブルベース
６６ａ θ軸モータ
６８ａ，６８ｂ，６８ｃ 振動
７０ａ 回転軸
７２ａ，７２ｂ 振動波形
７４，７８ 固有振動数
７６ａ，７６ｂ，８０ａ，８０ｂ ピーク
８２ａ，８２ｂ 差

Claims (4)

1. 被加工物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被加工物を加工する加工ユニットと、を備える加工装置であって、
   該加工装置の各構成要素を制御する制御ユニットと、
   該加工ユニットによる加工が行われていない状態で該加工装置の状態を診断する自己診断ユニットと、を備え、
   該自己診断ユニットは、
   該加工装置に所定範囲の振動数の振動を付与する振動源と、
   該振動源により発せられ該加工装置中を伝播した振動を観測し、振動波形を取得する振動センサと、を備え、
   該自己診断ユニットは、さらに、該制御ユニット中に、
   該加工装置の該各構成要素が正常な状態である際に、該加工装置中を伝播する振動が該振動センサで観測されることで取得された振動波形から該振動の周波数特性を算出し、該加工装置の該各構成要素に共振が生じる振動数を固有振動数として記録する固有振動数記録部と、
   該振動センサが取得した振動波形から算出される該振動の周波数特性を蓄積する周波数特性記憶部と、
   該振動の周波数特性に含まれる振動ピークの振動数と、該振動ピークが帰属する該構成要素の該固有振動数記録部が記録する該固有振動数と、の差が所定の範囲を超える場合、該振動ピークが帰属する該構成要素に変化があると判定する判定部と、を備え、
   該制御ユニットには、該固有振動数記録部が該固有振動数を記録する際の該振動波形の取得時の該加工装置の該各構成要素の状態に関する情報が記憶され、
   該制御ユニットは、該加工装置の稼働後に該周波数特性記憶部が該周波数特性を蓄積するとき該加工装置の該各構成要素の状態に関する該情報を基に該各構成要素を制御してから該振動源に振動を生じさせることを特徴とする自己診断機能を備える加工装置。
2. 該振動源は、サーボモータを備えるアクチュエータであり、該サーボモータの回転の反転を繰り返して該所定範囲の振動数の振動を発生させることを特徴とする請求項１記載の自己診断機能を備える加工装置。
3. 該サーボモータは、該保持テーブル又は該加工ユニットを移動させるボールねじ、又は、該保持テーブルを回転させることを特徴とする請求項２記載の自己診断機能を備える加工装置。
4. 該振動センサは、加速度センサであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の自己診断機能を備える加工装置。

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