KR102422909B1 - 가공 장치 - Google Patents

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Abstract

가공 중의 이상(異常)을 적절하게 검출 가능한 가공 장치를 제공한다.
가공 공구(50)의 진동에 대응한 진동 신호를 생성하는 진동 신호 생성 수단(58)과, 진동 신호 생성 수단에서 생성한 진동 신호에 기초하여 가공 공구의 상태를 판정하는 제어 수단(38)을 구비하고, 진동 신호 생성 수단은, 공구 마운트(48)에 배치되며, 가공 공구의 진동에 대응한 진동 신호가 되는 전압을 생성하는 초음파 진동자(60)와, 초음파 진동자와 접속되며, 전압을 제어 수단에 전송하는 전송 수단(62)을 포함하고, 제어 수단은, 스핀들(42)의 회전에 따른 가공 공구의 진동에 기인하는 진동 신호에 대응한 기준 신호와, 피가공물(11)의 가공에 따른 가공 공구의 진동에 기인하는 진동 신호에 대응한 판정 대상 신호를 기억하는 기억 수단(38a)과, 판정 대상 신호로부터 기준 신호를 제거하여 얻어지는 신호에 기초하여 가공 공구의 상태를 판정하는 판정 수단(38c)을 구비한다.

Description

가공 장치{MACHINING DEVICE}
본 발명은 판형의 피가공물을 가공하는 가공 장치에 관한 것이다.
IC, LSI 등으로 대표되는 반도체 디바이스의 제조 공정에서는, 원반형의 베이스에 복수의 지석(砥石)이 고정된 연삭 공구를 이용하여, 실리콘 등의 반도체 재료로 이루어지는 반도체 웨이퍼 등을 얇게 가공(연삭)하는 경우가 있다. 또한, 원반형의 베이스에 절단날(바이트)이 고정된 절삭 공구를 이용하여, 반도체 웨이퍼의 범프 전극이나 패키지 기판의 밀봉 수지 등을 평탄하게 가공(절삭, 선회 절삭)하는 경우도 있다.
이러한 가공에 있어서, 공구의 마멸이나, 돌발적인 가공 부하의 변화, 그 외의 이상(異常)이 발생하면, 피가공물을 적절하게 가공할 수 없게 되어 버린다. 그 때문에, 숙련된 작업자가 가공 시의 소리를 들어서 구별하는 방법이나, 공구를 회전시키기 위한 모터의 전류를 모니터하는 방법 등에 의해, 이상의 발생을 판단하고 있었다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2011-143516호 공보
그러나, 가공 시의 소리를 들어서 구별하는 방법은, 숙련된 작업자를 요하기 때문에 범용성에 어려움이 있고, 또한, 감각에 기초하기 때문에 판단에 불균일이 있다. 한편, 모터의 전류를 모니터하는 방법은, 가공 시의 소리를 들어서 구별하는 방법에 비해서 판단의 불균일을 작게 할 수 있지만, 어느 정도의 측정 오차가 있기 때문에 약간의 이상의 검출에는 적합하지 않다.
본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 가공 중의 이상을 적절하게 검출 가능한 가공 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 피가공물을 유지하는 척 테이블과, 상기 척 테이블에 유지된 피가공물을 가공하는 가공 수단을 포함하고, 상기 가공 수단은, 단부에 공구 마운트가 고정되며 스핀들 하우징에 회전 가능하게 지지된 스핀들과, 하면측에 연삭 지석, 연마포, 또는 바이트가 배치되며 상기 공구 마운트에 장착되는 가공 공구를 갖는 가공 장치로서, 상기 가공 공구의 진동에 대응한 진동 신호를 생성하는 진동 신호 생성 수단과, 상기 진동 신호 생성 수단에서 생성한 진동 신호에 기초하여 상기 가공 공구의 상태를 판정하는 제어 수단을 구비하고, 상기 진동 신호 생성 수단은, 상기 공구 마운트에 배치되며, 상기 가공 공구의 진동에 대응한 상기 진동 신호가 되는 전압을 생성하는 초음파 진동자와, 상기 초음파 진동자와 접속되며, 상기 전압을 상기 제어 수단에 전송하는 전송 수단을 포함하고, 상기 전송 수단은, 상기 공구 마운트측에 마련된 제1 코일 수단과, 상기 제1 코일 수단과 간격을 갖고 대향하여 상기 스핀들 하우징측에 마련된 제2 코일 수단을 포함하고, 상기 제어 수단은, 상기 스핀들의 회전에 따른 상기 가공 공구의 진동에 기인하는 진동 신호에 대응한 기준 신호와, 피가공물의 가공에 따른 상기 가공 공구의 진동에 기인하는 진동 신호에 대응한 판정 대상 신호를 기억하는 기억 수단과, 상기 판정 대상 신호로부터 상기 기준 신호를 제거하여 얻어지는 신호에 기초하여 상기 가공 공구의 상태를 판정하는 판정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 가공 장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 진동 신호의 시간 변화에 상당하는 파형을 푸리에 변환하여, 진동을 주파수 성분으로 나누는 해석 수단을 더 구비한 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 기억 수단은, 가공에 이상이 생길 때의 상기 가공 공구의 진동에 기인하는 진동 신호에 대응하는 이상 판정 신호를 더 기억하고, 상기 판정 수단은, 상기 판정 대상 신호로부터 상기 기준 신호를 제거하여 얻어지는 신호를, 상기 이상 판정 신호와 비교함으로써, 가공의 이상의 유무를 판정하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 가공 장치는, 가공 공구의 진동에 대응한 진동 신호를 생성하는 진동 신호 생성 수단과, 진동 신호 생성 수단에서 생성한 진동 신호에 기초하여 가공 공구의 상태를 판정하는 제어 수단을 구비하기 때문에, 가공 공구의 진동을 수반하는 이상을 적절하게 검출할 수 있다.
도 1은 연삭 장치의 구성예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 연삭 유닛의 구조를 모식적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 연삭 유닛의 구조를 모식적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 4는 연삭 유닛의 단면 등을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 5의 (A)는 제어 장치에 전송되는 전압의 파형(시간 영역의 파형)의 예를 나타내는 그래프이고, 도 5의 (B)는 푸리에 변환 후의 파형(주파수 영역의 파형)의 예를 나타내는 그래프이다.
도 6의 (A)는 기준 신호의 예를 나타내는 그래프이고, 도 6의 (B)는 판정 대상 신호의 예를 나타내는 그래프이며, 도 6의 (C)는 판정 대상 신호로부터 기준 신호를 제거하여 얻어지는 신호의 예를 나타내는 그래프이다.
도 7은 선삭(旋削) 장치의 구성예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다. 도 1은 본 실시형태에 따른 연삭 장치의 구성예를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 연삭 장치(가공 장치)(2)는, 각 구조를 지지하는 베이스(4)를 구비하고 있다. 베이스(4)의 상면 전단측에는, 개구(4a)가 형성되어 있고, 이 개구(4a) 내에는, 가공 대상의 피가공물(11)(도 4 참조)을 반송하는 반송 기구(6)가 마련되어 있다.
또한, 개구(4a)의 전방 위쪽의 영역에는, 피가공물(11)을 수용 가능한 카세트(8a, 8b)가 배치되어 있다. 피가공물(11)은, 예컨대, 원반형으로 형성된 반도체 웨이퍼나 수지 기판, 세라믹스 기판, 패키지 기판 등이다. 단, 피가공물(11)은 이것에 한정되지 않고, 임의의 재질, 형상의 판형물을 피가공물(11)로서 이용할 수 있다.
카세트(8a)가 배치되는 배치 영역 및 개구(4a)의 후방에는, 피가공물(11)의 위치 맞춤을 행하는 위치 맞춤 기구(10)가 마련되어 있다. 위치 맞춤 기구(10)는, 예컨대, 카세트(8a)로부터 반송 기구(6)로 반송되어, 위치 맞춤 기구(10)에 배치된 피가공물(11)의 중심을 위치 맞춤한다.
위치 맞춤 기구(10)의 후방에는, 피가공물(11)을 흡인 유지(吸引保持)하여 선회 가능한 반입 기구(12)가 마련되어 있다. 반입 기구(12)의 후방에는, 수직 방향(Z축 방향)에 평행한 회전축의 둘레로 미리정해진 각도 범위로 회전하는 턴 테이블(14)이 배치되어 있다. 턴 테이블(14)의 상면에는, 피가공물(11)을 흡인 유지하는 복수(본 실시형태에서는, 3개)의 척 테이블(16)이 대략 등각도 간격으로 마련되어 있다.
위치 맞춤 기구(10)로 위치 맞춤된 피가공물(11)은, 반입 기구(12)에 의해, 전방의 반입 반출 위치에 위치 부여된 척 테이블(16)에 반입된다. 턴 테이블(14)은, 미리정해진 회전 방향으로 회전하여, 척 테이블(16)을, 반입 반출 위치, 제1 연삭 위치, 및 제2 연삭 위치의 순서로 위치 부여한다.
각 척 테이블(16)은, 모터 등의 회전 구동원(도시하지 않음)과 연결되어 있고, 수직 방향으로 평행한 회전축의 둘레로 회전한다. 각 척 테이블(16)의 상면은, 피가공물(11)을 흡인 유지하는 유지면(16a)으로 되어 있다. 이 유지면(16a)은, 척 테이블(16)의 내부에 형성된 유로(도시하지 않음)를 통하여 흡인원(도시하지 않음)과 접속되어 있다. 척 테이블(16)에 반입된 피가공물(11)은, 유지면(16a)에 작용하는 흡인원의 부압(負壓)으로 흡인된다.
턴 테이블(14)의 후방에는, 기둥형으로 형성된 2개의 지지 구조(18)가 대략 수직으로 세워져 있다. 각 지지 구조(18)의 전면측에는, Z축 이동 기구(20)가 마련되어 있다. Z축 이동 기구(20)는, 지지 구조(18)의 전면에 배치되며 Z축 방향으로 평행한 한쌍의 Z축 가이드 레일(22)을 구비하고 있다. Z축 가이드 레일(22)에는, Z축 이동 플레이트(24)가 슬라이드 가능하게 배치되어 있다.
Z축 이동 플레이트(24)의 후면측(이면측)에는, 너트부(도시하지 않음)가 마련되어 있고, 이 너트부에는, Z축 가이드 레일(22)과 평행한 Z축 볼나사(26)가 나사 결합되어 있다. Z축 볼나사(26)의 일단부에는, Z축 펄스 모터(28)가 연결되어 있다. Z축 펄스 모터(28)로 Z축 볼나사(26)를 회전시킴으로써, Z축 이동 플레이트(24)는 Z축 가이드 레일(22)을 따라 Z축 방향으로 이동한다.
각 Z축 이동 플레이트(24)의 전면(표면)에는, 지지구(30)가 고정되어 있다. 각 지지구(30)에는, 피가공물(11)을 연삭하는 연삭 유닛(가공 수단)(32)이 지지되어 있다. 척 테이블(16)과 함께 제1 연삭 위치 또는 제2 연삭 위치에 위치 부여된 피가공물(11)은, 각 연삭 유닛(32)으로 연삭된다. 연삭 유닛(32)의 상세에 대해서는 후술한다.
반입 기구(12)와 인접하는 위치에는, 연삭 후의 피가공물(11)을 흡인 유지하여 선회 가능한 반출 기구(34)가 마련되어 있다. 반출 기구(34)의 전방, 또한 개구(4a)의 후방에는, 연삭 후의 피가공물(11)을 세정하는 세정 유닛(36)이 마련되어 있다. 세정 유닛(36)으로 세정된 피가공물(11)은, 반송 기구(6)로 반송되어, 예컨대, 카세트(8b)에 수용된다.
반송 기구(6), 위치 맞춤 기구(10), 반입 기구(12), 턴 테이블(14), 척 테이블(16), Z축 이동 기구(20), 연삭 유닛(32), 반출 기구(34), 세정 유닛(36) 등의 각 구성 요소는, 제어 장치(제어 수단)(38)에 접속되어 있다. 제어 장치(38)는, 피가공물(11)을 적절하게 연삭할 수 있도록 각 부의 동작을 제어한다.
도 2 및 도 3은 연삭 유닛(32)의 구조를 모식적으로 나타내는 분해 사시도이고, 도 4는 연삭 유닛(32)의 단면 등을 모식적으로 나타내는 도면이다. 또한, 도 2, 도 3 및 도 4에서는, 연삭 유닛(32)의 구성의 일부를 생략하고 있다.
연삭 유닛(32)은, 원통형의 스핀들 하우징(40)을 구비하고 있다. 스핀들 하우징(40)의 내부에는, Z축의 둘레로 회전하는 스핀들(42)이 수용되어 있다. 스핀들(42)의 하단부는, 스핀들 하우징(40)으로부터 외부로 돌출하고 있다. 스핀들(42)의 상단측에는, 스핀들(42)을 회전시키는 모터 등의 회전 구동원(도시하지 않음)이 연결되어 있다.
스핀들 하우징(40)의 하단부에는, 파스너(44)를 통해 원반형의 커버 유닛(46)이 고정되어 있다. 커버 유닛(46)의 중앙에는, 연직 방향으로 관통하는 원형의 개구(46a)가 형성되어 있고, 이 개구(46a)에는, 스핀들(42)의 하단부가 삽입 관통되어 있다.
스핀들(42)의 하단에는, 원반형의 휠 마운트(공구 마운트)(48)가 착탈 가능하게 고정되어 있고, 이 휠 마운트(48)의 하면(48b)측에는, 연삭 휠(가공 공구)(50)이 장착된다. 연삭 휠(50)은, 알루미늄, 스테인레스 등의 금속 재료로 형성된 원통형의 휠 베이스(52)와, 휠 베이스(52)의 하면(52b)측에 있어서 환상형(環狀)으로 배치된 복수의 지석(연삭 지석)(54)을 포함한다.
휠 베이스(52)의 상면(52a)측에는, 오목부의 내주면에 나사(나사홈)가 깍인 복수(본 실시형태에서는 4개)의 암나사부(52c)가 형성되어 있다. 한편, 휠 마운트(48)의 암나사부(52c)에 대응하는 위치에는, 휠 마운트(48)를 상면(48a)으로부터 하면(48b)까지 관통하는 복수(본 실시형태에서는 4개)의 개구(48c)가 형성되어 있다. 이 개구(48c)를 통하여 수나사(56)를 암나사부(52c)에 단단히 조임으로써, 연삭 휠(50)은 휠 마운트(48)의 하면(48b)측에 착탈 가능하게 고정된다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 피가공물(11)을 척 테이블(16)에 흡인 유지시킨 상태로, 척 테이블(16)과 연삭 휠(50)을 상호 회전시켜, 순수(純水) 등의 연삭액을 공급하면서 피가공물(11)의 상면에 지석(54)을 접촉시킴으로써, 피가공물(11)을 연삭할 수 있다.
이 연삭 유닛(32)에는, 연삭 휠(50)의 진동을 검출하기 위한 진동 검출 기구가 마련되어 있다. 진동 검출 기구는, 연삭 휠(50)의 진동에 대응한 진동 신호를 생성하는 진동 신호 생성 장치(진동 신호 생성 수단)(58)(도 4)를 포함하고 있다.
진동 신호 생성 장치(58)는, 휠 마운트(48)의 내부에 고정된 복수(본 실시형태에서는 4개)의 초음파 진동자(60)를 구비하고 있다. 이 초음파 진동자(60)는, 예컨대, 티탄산바륨(BaTiO3), 티탄산지르콘산연(Pb(Zi,Ti)O3), 리튬나이오베이트(LiNbO3), 리튬탄탈레이트(LiTaO3) 등의 재료로 형성되어 있으며, 연삭 휠(50)의 진동을 전압(진동 신호)으로 변환한다.
초음파 진동자(60)는, 미리정해진 주파수의 진동에 대하여 공진하도록 구성되어 있다. 그 때문에, 초음파 진동자(60)의 공진 주파수에 따라, 진동 검출 기구로 검출할 수 있는 진동의 주파수가 결정된다. 따라서, 초음파 진동자(60)를 휠 마운트(48)와 함께 교환함으로써, 연삭 휠(50)이나 피가공물(11)의 종류(재질, 크기, 중량 등), 발생 빈도가 높은 이상의 양태 등에 맞추어 진동 검출 기구를 최적화할 수 있다.
예컨대, 초음파 진동자(60)의 공진 주파수가 50 ㎑∼100 ㎑, 100 ㎑∼300 ㎑, 300 ㎑∼500 ㎑ 중 어느 하나인 경우, 3종류의 휠 마운트(48)를 적절하게 교환함으로써, 50 ㎑∼500 ㎑의 주파수 범위의 진동을 적절하게 검출할 수 있다.
또한, 휠 마운트(48)를 교환하는 일없이 넓은 주파수 범위의 진동을 검출할 수 있도록, 공진 주파수가 상이한 복수의 초음파 진동자(60)를 1개의 휠 마운트(48)에 마련하여도 좋다. 예컨대, 공진 주파수가 50 ㎑∼100 ㎑, 100 ㎑∼300 ㎑, 300 ㎑∼500 ㎑인 3종류의 초음파 진동자(60)를 1개의 휠 마운트(48)에 마련하면, 휠 마운트(48)를 교환하는 일없이 50 ㎑∼500 ㎑의 주파수 범위의 진동을 검출할 수 있다.
여기서, 복수의 초음파 진동자(60)는, 스핀들(42)의 축심에 관해서 대칭으로 배치되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 연삭 휠(50)의 진동을 고정밀도로 검출할 수 있다. 또한, 초음파 진동자(60)의 수, 배치, 형상 등은, 도 3 및 도 4에 나타내는 양태에 한정되지 않는다. 예컨대, 휠 마운트(48)가 구비하는 초음파 진동자(60)는 1개여도 상관없다.
초음파 진동자(60)에는, 초음파 진동자(60)에서 생성된 전압을 전송하기 위한 비접촉형의 전송로(전송 수단)(62)(도 4)가 접속되어 있다. 이 전송로(62)는, 초음파 진동자(60)에 접속된 제1 인덕터(제1 코일 수단)(64)와, 제1 인덕터(64)에 대하여 미리정해진 간격으로 대향하는 제2 인덕터(제2 코일 수단)(66)를 포함한다.
제1 인덕터(64) 및 제2 인덕터(66)는, 대표적으로는, 도선이 권취된 원환형의 코일이며, 각각, 휠 마운트(48)의 상면(48a)측 및 커버 유닛(46)의 하면측에 고정되어 있다.
전술한 바와 같이 제1 인덕터(64)와 제2 인덕터(66)는 대향하고 있으며, 자기적으로 결합되어 있다. 그 때문에, 초음파 진동자(60)에서 생성된 전압은, 제1 인덕터(64)와 제2 인덕터(66)의 상호 유도에 의해, 제2 인덕터(66)측에 전송된다.
제2 인덕터(66)에는, 배선 등을 통해 제어 장치(38)가 접속되어 있다. 제어 장치(38)는, 제2 인덕터(66)로부터 전송되는 전압에 기초하여 연삭 휠(50)의 진동 상태를 판정한다.
구체적으로, 제어 장치(38)는, 제2 인덕터(66)로부터 전송된 전압(진동 신호) 등의 정보를 기억하는 기억부(기억 수단)(38a)와, 임의의 단위 시간당 전송되는 전압(진동 신호)의 시간 변화에 상당하는 파형(시간 영역의 파형)을 푸리에 변환(예컨대, 고속 푸리에 변환)에 의해 스펙트럼 해석하는 해석부(해석 수단)(38b)와, 연삭 휠(50)의 상태를 판정하는 판정부(판정 수단)(38c)를 포함한다.
또한, 스펙트럼 해석의 단위 시간으로서는, 피가공물(11)의 임의의 두께를 연삭하는 데 요하는 시간(연삭 두께마다), 1장의 피가공물(11)의 연삭에 요하는 시간(1워크마다) 등의 양태가 구상가능하다. 제어 장치(38)의 각 부의 상세에 대해서는 후술한다.
도 5의 (A)는 제어 장치(38)에 전송되는 전압의 파형(시간 영역의 파형)의 예를 나타내는 그래프이고, 도 5의 (B)는 푸리에 변환 후의 파형(주파수 영역의 파형)의 예를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 5의 (A)에서는, 종축이 전압(V)을, 횡축이 시간(t)을 각각 나타내고, 도 5의 (B)에서는, 종축이 진폭을, 횡축이 주파수(f)를 각각 나타낸다.
진동 신호 생성 장치(58)로부터의 전압(진동 신호)의 파형을 제어 장치(38)의 해석부(38b)에서 푸리에 변환하면, 도 5의 (B)에 나타내는 바와 같이, 연삭 휠(50)의 진동을 주요한 주파수 성분으로 나누어, 연삭 중에 발생하는 이상을 용이하게 해석할 수 있다. 이에 의해, 연삭 중의 이상을 리얼 타임으로 정밀도 좋게 검출할 수 있다.
이하, 본 실시형태에 따른 연삭 장치(2)로 실시되는 이상의 검출 흐름에 대해서 설명한다. 처음에, 검출의 전처리로서, 백그라운드 레벨에 상당하는 기준 신호를 취득하는 기준 신호 취득 단계를 실시한다. 이 기준 신호 취득 단계에서는, 우선, 각 부에 이상이 없는 상태로 연삭 휠(50)을 회전시킨다.
그 결과, 초음파 진동자(60)로부터, 스핀들(42)의 회전에 따른 연삭 휠(50)의 진동에 기인하는 전압(진동 신호)이 생성된다. 생성된 전압의 시간 변화에 상당하는 파형(시간 영역의 파형)은, 제어 장치(38)의 기억부(38a)에 기억된다.
다음에, 제어 장치(38)의 해석부(38b)가, 기억부(38a)에 기억된 상기 전압의 파형을 읽어내어, 푸리에 변환(고속 푸리에 변환)한다. 그 결과, 시간 영역에 있어서의 전압(진동 신호)의 파형은, 기준 신호(주파수 영역의 파형)로 변환된다. 도 6의 (A)는 기준 신호의 예를 나타내는 그래프이다. 얻어진 기준 신호는, 기억부(38a)에 기억된다.
기준 신호 취득 단계의 후에는, 실제의 검출 단계가 개시된다. 실제의 검출 단계에서는, 처음에, 피가공물(11)을 연삭하여 판정의 대상이 되는 판정 대상 신호를 취득하는 판정 대상 신호 취득 단계를 실시한다. 이 판정 대상 신호 취득 단계에서는, 우선, 연삭 휠(50)을 회전시켜 피가공물(11)을 연삭한다.
그 결과, 초음파 진동자(60)로부터, 피가공물(11)의 연삭에 따른 연삭 휠(50)의 진동에 기인하는 전압(진동 신호)이 생성된다. 생성된 전압의 시간 변화에 상당하는 파형(시간 영역의 파형)은, 제어 장치(38)의 기억부(38a)에 기억된다.
다음에, 제어 장치(38)의 해석부(38b)가, 기억부(38a)에 기억된 상기 전압의 파형을 읽어내어, 푸리에 변환(고속 푸리에 변환)한다. 그 결과, 시간 영역에 있어서의 전압(진동 신호)의 파형은, 판정 대상 신호(주파수 영역의 파형)로 변환된다. 도 6의 (B)는 판정 대상 신호의 예를 나타내는 그래프이다. 얻어진 판정 대상 신호는, 기억부(38a)에 기억된다.
판정 대상 신호 취득 단계의 후에는, 판정 대상 신호를 기준 신호와 비교하여 연삭 휠(50)의 상태를 판정하는 비교 판정 단계를 실시한다. 이 비교 판정 단계에서는, 우선, 판정부(38c)가, 기억부(38a)에 기억된 기준 신호 및 판정 대상 신호를 읽어내어, 판정 대상 신호로부터 기준 신호를 제거한다.
구체적으로는, 검출 대상의 전체 주파수 범위에서, 판정 대상 신호의 신호 강도(진폭)로부터 기준 신호의 신호 강도(진폭)를 뺀다(감산한다). 이 때, 판정 대상 신호 중 기준 신호를 적절하게 제거할 수 있도록, 판정 대상 신호 또는 기준 신호의 신호 강도(진폭)에 임의의 값을 곱하여도 좋다.
도 6의 (C)는 판정 대상 신호로부터 기준 신호를 제거하여 얻어지는 신호의 예를 나타내는 그래프이다. 이와 같이, 판정 대상 신호로부터 기준 신호를 제거함으로써, 연삭 휠(50)의 상태를 적절히 판정하여, 연삭 중의 이상을 검출할 수 있다.
구체적으로는, 예컨대, 판정 대상 신호로부터 기준 신호를 제거하여 얻어지는 신호를, 기억부(38a)에 미리 기억해 둔 이상 판정 신호와 비교함으로써, 연삭 중의 이상의 유무를 판정할 수 있다. 즉, 이상 판정 신호 중 진동 모드(진동 성분)의 일부 또는 전부와, 판정 대상 신호로부터 기준 신호를 제거하여 얻어지는 신호 중 진동 모드가 일치하는 경우에, 판정부(38c)는, 상기 진동 모드에 대응하는 이상이 발생하였다고 판정한다.
또한, 이상 판정 신호는, 연삭에 이상이 생길 때의 연삭 휠(50)의 진동에 기인하는 전압(진동 신호)의 파형을, 해석부(38b)에 있어서 푸리에 변환(고속 푸리에 변환)함으로써 얻어진다.
이상과 같이, 본 실시형태에 따른 연삭 장치(가공 장치)(2)는, 연삭 휠(50)의 진동에 대응한 진동 신호를 생성하는 진동 신호 생성 장치(진동 신호 생성 수단)(58)와, 진동 신호 생성 장치(58)에서 생성한 진동 신호에 기초하여 연삭 휠(50)의 상태를 판정하는 제어 장치(제어 수단)(38)을 구비하기 때문에, 연삭 휠(50)의 진동을 수반하는 이상을 적절하게 검출할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 연삭 장치(2)에서는, 전압(진동 신호)의 시간 변화에 상당하는 파형(시간 영역의 파형)을 푸리에 변환하기 때문에, 전압(진동 신호)을 직접적으로 해석하는 경우와 비교하여, 연삭 중에 발생하는 이상의 해석이 용이해진다. 이에 의해, 연삭 중의 이상을 높은 정밀도로 검출할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시형태의 기재에 한정되지 않고, 여러가지 변경하여 실시 가능하다. 예컨대, 상기 실시형태에서는, 전압(진동 신호)을 푸리에 변환하고 있지만, 전압을 푸리에 변환하지 않고 해석하여도 좋다.
또한, 상기 실시형태에 따른 구성을 이용함으로써, 연삭 휠(가공 공구)(50)의 기준 높이를 산출하는 셋업을 자동화할 수도 있다. 이 셋업에서는, 예컨대, 제어 장치(38)는, 연삭 휠(50)을 서서히 하강시켜, 연삭 휠(50)의 하단을 척 테이블(16)의 유지면(16a)에 접촉시킨다.
또한, 제어 장치(38)는, 초음파 진동자(60)에서 생성되는 전압(진동 신호)에 기초하여, 연삭 휠(50)과 척 테이블(16)의 접촉을 검출하여, 그 때의 연삭 휠(50)의 높이를 기준 높이로 설정한다. 또한, 연삭 휠(50)과 척 테이블(16)의 접촉이 검출되면, 제어 장치(38)는, 연삭 휠(50)의 하강을 정지시킨다.
또한, 상기 실시형태에서는, 피가공물(11)을 연삭하는 연삭 장치(2)에 대해서 설명하고 있지만, 본 발명에 따른 가공 장치는, 피가공물(11)을 연마하는 연마 장치여도 좋다. 연마 장치(가공 장치)의 기본적인 구성은, 연삭 장치(2)와 동일하다. 단, 연마 장치에서는, 하면측에 연마포를 마련한 연마 패드(가공 공구)를 연삭 휠(50) 대신에 이용한다.
또한, 본 발명에 따른 가공 장치는, 피가공물(11)을 선삭(선회 절삭)하는 선삭 장치여도 좋다. 도 7은 선삭 장치의 구성예를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 선삭 장치(가공 장치)(70)는, 피가공물(11)을 흡인 유지하는 척 테이블(72)을 구비하고 있다. 척 테이블(72)의 하방에는, 수평 이동 기구(도시하지 않음)가 마련되어 있고, 척 테이블(72)은, 수평 이동 기구에 의해 수평 방향으로 이동한다.
척 테이블(72)의 상면은, 피가공물(11)을 흡인 유지하는 유지면(72a)으로 되어 있다. 이 유지면(72a)은, 척 테이블(72)의 내부에 형성된 유로(도시하지 않음)를 통하여 흡인원(도시하지 않음)과 접속되어 있다. 척 테이블(72)에 반입된 피가공물(11)은, 유지면(72a)에 작용하는 흡인원의 부압으로 흡인된다.
척 테이블(72)의 상방에는, 피가공물(11)을 선삭(선회 절삭)하는 선삭 유닛(가공 수단)(74)이 배치되어 있다. 이 선삭 유닛(74)의 구성은, 상기 실시형태에 따른 연삭 유닛(32)의 구성에 유사하다.
선삭 유닛(74)은, 원통형의 스핀들 하우징(76)을 구비하고 있다. 스핀들 하우징(76)의 내부에는, Z축의 둘레로 회전하는 스핀들(78)이 수용되어 있다. 스핀들(78)의 하단부는, 스핀들 하우징(76)으로부터 외부로 돌출하고 있다. 스핀들(78)의 상단측에는, 스핀들(78)을 회전시키는 모터 등의 회전 구동원(도시하지 않음)이 연결되어 있다.
스핀들 하우징(76)의 하단부에는, 원반형의 커버 유닛(80)이 고정되어 있다. 커버 유닛(80)의 중앙에는, 수직 방향으로 관통하는 원형의 개구(80a)가 형성되어 있고, 이 개구(80a)에는, 스핀들(78)의 하단부가 삽입 관통되어 있다.
스핀들(78)의 하단에는, 원반형의 휠 마운트(공구 마운트)(82)가 착탈 가능하게 고정되어 있고, 이 휠 마운트(82)의 하면측에는, 선삭 휠(가공 공구)(84)이 장착된다. 선삭 휠(84)은, 알루미늄, 스테인레스 등의 금속 재료로 형성된 원통형의 휠 베이스(86)와, 휠 베이스(86)의 하면측에 고정된 다이아몬드 등으로 이루어지는 바이트(절단날)(88)를 포함한다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 피가공물(11)을 척 테이블(72)에 흡인 유지시킨 상태로 선삭 휠(84)을 회전시켜, 척 테이블(72)을 수평 방향으로 이동시키면서 피가공물(11)의 상면에 바이트(88)를 접촉시킴으로써, 피가공물(11)을 선삭할 수 있다.
선삭 유닛(74)에는, 선삭 휠(84)의 진동을 검출하기 위한 진동 검출 기구가 마련되어 있다. 진동 검출 기구는, 선삭 휠(84)의 진동에 대응한 진동 신호를 생성하는 진동 신호 생성 장치(진동 신호 생성 수단)(90)를 포함하고 있다.
진동 신호 생성 장치(90)는, 휠 마운트(82)의 내부에 고정된 복수의 초음파 진동자(92)를 구비하고 있다. 또한, 휠 마운트(82)가 구비하는 초음파 진동자(92)는 1개여도 좋다.
초음파 진동자(92)에는, 초음파 진동자(92)에서 생성되는 전압을 전송하기 위한 비접촉형의 전송로(전송 수단)(94)가 접속되어 있다. 이 전송로(94)는, 초음파 진동자(60)에 접속된 제1 인덕터(제1 코일 수단)(96)와, 제1 인덕터(96)에 대하여 미리정해진 간격으로 대향하는 제2 인덕터(제2 코일 수단)(98)를 포함한다.
제1 인덕터(96) 및 제2 인덕터(98)는, 대표적으로는, 도선이 권취된 원환형의 코일이며, 각각, 휠 마운트(82)의 상면측 및 커버 유닛(80)의 하면측에 고정되어 있다.
전술한 바와 같이 제1 인덕터(96)와 제2 인덕터(98)는 대향하고 있으며, 자기적으로 결합되어 있다. 그 때문에, 초음파 진동자(92)에서 생성된 전압은, 제1 인덕터(96)와 제2 인덕터(98)의 상호 유도에 의해, 제2 인덕터(98)측에 전송된다.
제2 인덕터(98)에는, 배선 등을 통해 제어 장치(100)가 접속되어 있다. 제어 장치(100)는, 제2 인덕터(98)로부터 전송되는 전압에 기초하여, 선삭 휠(84)의 진동 상태를 판정한다.
구체적으로, 제어 장치(100)는, 제2 인덕터(98)로부터 전송된 전압(진동 신호) 등의 정보를 기억하는 기억부(기억 수단)(100a)와, 임의의 단위 시간당 전송되는 전압(진동 신호)의 시간 변화에 상당하는 파형(시간 영역의 파형)을 푸리에 변환(예컨대, 고속 푸리에 변환)에 의해 스펙트럼 해석하는 해석부(해석 수단)(100b)와, 선삭 휠(84)의 상태를 판정하는 판정부(판정 수단)(100c)를 포함한다. 또한, 기억부(100a), 해석부(100b) 및 판정부(100c)의 기능은, 상기 실시형태에 따른 기억부(38a), 해석부(38b) 및 판정부(38c)의 기능과 동일하다.
이와 같이 구성된 선삭 장치(가공 장치)(70)도, 선삭 휠(가공 공구)(84)의 진동에 대응한 진동 신호를 생성하는 진동 신호 생성 장치(진동 신호 생성 수단)(90)와, 진동 신호 생성 장치(90)에서 생성한 진동 신호에 기초하여 선삭 휠(84)의 상태를 판정하는 제어 장치(제어 수단)(100)을 구비하기 때문에, 선삭 휠(84)의 진동을 수반하는 이상을 적절하게 검출할 수 있다.
그 외, 상기 실시형태에 따른 구성, 방법 등은, 본 발명의 목적의 범위를 일탈하지 않는 한에 있어서 적절하게 변경하여 실시할 수 있다.
2 연삭 장치(가공 장치)
4 베이스
4a 개구
6 반송 기구
8a, 8b 카세트
10 위치 맞춤 기구
12 반입 기구
14 턴 테이블
16 척 테이블
16a 유지면
18 지지 구조
20 Z축 이동 기구
22 Z축 가이드 레일
24 Z축 이동 플레이트
26 Z축 볼나사
28 Z축 펄스 모터
30 지지구
32 연삭 유닛(가공 수단)
34 반출 기구
36 세정 유닛
38 제어 장치(제어 수단)
38a 기억부(기억 수단)
38b 해석부(해석 수단)
38c 판정부(판정 수단)
40 스핀들 하우징
42 스핀들
44 파스너
46 커버 유닛
46a 개구
48 휠 마운트(공구 마운트)
48a 상면
48b 하면
48c 개구
50 연삭 휠(가공 공구)
52 휠 베이스
52a 상면
52b 하면
52c 암나사부
54 지석(연삭 지석)
58 진동 신호 생성 장치(진동 신호 생성 수단)
60 초음파 진동자
62 전송로(전송 수단)
64 제1 인덕터(제1 코일 수단)
66 제2 인덕터(제2 코일 수단)
70 선삭 장치(가공 장치)
72 척 테이블
72a 유지면
74 선삭 유닛(가공 수단)
76 스핀들 하우징
78 스핀들
80 커버 유닛
80a 개구
82 휠 마운트(공구 마운트)
84 선삭 휠(가공 공구)
86 휠 베이스
88 바이트(절단날)
90 진동 신호 생성 장치(진동 신호 생성 수단)
92 초음파 진동자
94 전송로(전송 수단)
96 제1 인덕터(제1 코일 수단)
98 제2 인덕터(제2 코일 수단)
100 제어 장치(제어 수단)
100a 기억부(기억 수단)
100b 해석부(해석 수단)
100c 판정부(판정 수단)
11 피가공물

Claims (3)

  1. 피가공물을 유지하는 척 테이블과, 상기 척 테이블에 유지된 피가공물을 가공하는 가공 수단을 포함하고,
    상기 가공 수단은, 단부(端部)에 공구 마운트가 고정되며 스핀들 하우징에 회전 가능하게 지지된 스핀들과, 하면측에 연삭 지석, 연마포, 또는 바이트가 배치되어 상기 공구 마운트에 장착되는 가공 공구를 갖는 가공 장치로서,
    상기 가공 공구의 진동에 대응한 진동 신호를 생성하는 진동 신호 생성 수단과,
    상기 진동 신호 생성 수단에서 생성한 진동 신호에 기초하여 상기 가공 공구의 상태를 판정하는 제어 수단을 구비하고,
    상기 진동 신호 생성 수단은,
    상기 공구 마운트에 배치되며, 상기 가공 공구의 진동에 대응한 상기 진동 신호가 되는 전압을 생성하는 초음파 진동자와,
    상기 초음파 진동자와 접속되며, 상기 전압을 상기 제어 수단에 전송하는 전송 수단을 포함하고,
    상기 전송 수단은, 상기 공구 마운트측에 마련된 제1 코일 수단과, 상기 제1 코일 수단과 간격을 갖고 대향하여 상기 스핀들 하우징측에 마련된 제2 코일 수단을 포함하고,
    상기 제어 수단은,
    피가공물을 가공하지 않은 상태에서 상기 스핀들의 회전에 따른 상기 가공 공구의 진동에 기인하는 진동 신호에 대응한 기준 신호와, 피가공물의 가공에 따른 상기 가공 공구의 진동에 기인하는 진동 신호에 대응한 판정 대상 신호를 기억하는 기억 수단과,
    상기 판정 대상 신호로부터 상기 기준 신호를 제거하여 얻어지는 신호에 기초하여 상기 가공 공구의 상태를 판정하는 판정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 가공 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 진동 신호의 시간 변화에 상당하는 파형을 푸리에 변환하여, 진동을 주파수 성분으로 나누는 해석 수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 가공 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기억 수단은 또한, 가공에 이상(異常)이 생길 때의 상기 가공 공구의 진동에 기인하는 진동 신호에 대응하는 이상 판정 신호를 기억하고,
    상기 판정 수단은, 상기 판정 대상 신호로부터 상기 기준 신호를 제거하여 얻어지는 신호를, 상기 이상 판정 신호와 비교함으로써, 가공의 이상의 유무를 판정하는 것을 특징으로 하는 가공 장치.
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