JP6021261B2 - 多軸加工ワイヤソーシステム - Google Patents

Description

本発明は、多軸制御可能な産業用ロボットによりワークを保持し、ワークの方位・方向を特定した後に、ワークをワイヤソーに対して位置決めし、ワイヤソーのワイヤによりワークを切断加工または溝加工するシステムに関する。

ワイヤソーは、脆弱性材料、例えばセラミックスや半導体などのワークの加工に多用されている。それらの加工時に、ワークは、ワイヤソーの加工送り装置によって走行中のワイヤに対し加工送りされるようになっている。このときの加工送り方向は、通常、１軸方向となっているため、多様な加工に対応できない。

一方、特許文献１は、ワイヤソーに被加工物を間欠回転装置によって順次に供給し、間欠回転装置の被加工物移動装置によって、被加工物を走行中のワイヤに押し当て、被加工物を切断する、ことを開示している。特許文献１の間欠回転装置は、複数の機能、すなわち加工位置への被加工物の供給、加工位置に対する被加工物の位置決め、被加工物の加工送り、加工後の被加工物の加工位置からの取り出し、加工後の被加工物の排出などを行っている。

しかし、特許文献１の技術において、被加工物は、間欠回転装置により保持された状態で加工送り方向の１軸方向に移動するだけであるから、加工前のワークの方位・方向性の設定、各種のワークや多様な加工態様に柔軟に対応できない。

特開平７−３１４４３５号公報

したがって、本発明の課題は、ワイヤソーよるワークの加工に際して、ワークの方位・方向を特定して、ワークの種類や、多様な加工態様に柔軟に対応できるようにすることである。

上記の課題のもとに、本発明は、産業用ロボット、ワイヤソーおよび方位・方向の測定器およびロボット制御装置を有機的に組み合わせてシステムを構成し、ワイヤソーよる加工に際して、ワークの方位・方向を特定し、ワークの種類や、多様な加工態様に柔軟に対応できるようにしている。

すなわち、本発明に係る多軸加工ワイヤソーシステムは、ロボットアームの先端でワークを保持するチャックを有し、前記ロボットアームの運動により前記チャックを移動自在かつ回転自在に有する多軸制御可能な産業用ロボットと、前記産業用ロボットの動作範囲内に設けられ、ワイヤの走行により前記ワークを加工するワイヤソーと、前記産業用ロボットの動作範囲内に設けられ、前記ワークの方位・方向を測定する測定器と、前記産業用ロボットの運動を制御すると共に、前記測定器からの出力信号にもとづいて前記ワークの方位・方向を識別するロボット制御装置とを含み、前記ワークの加工時に、前記チャックで前記ワークを保持し、前記ロボットアームの運動によって前記ワークを前記測定器の測定位置に移動させて、前記ワークの方位・方向を測定し、前記ロボットアームの運動によって前記ワークを前記ワイヤソーの加工域に移動させ、前記ワイヤソーの加工域で前記ワークの方位・方向を前記ワイヤに対して特定の方向に設定してから、前記ワイヤに対して前記ワークを加工送りし、前記ワークの加工を行うことを特徴とする（請求項１）。

前記ワイヤソーは、シングル型ワイヤソーまたはマルチ型ワイヤソーの何れかにより構成される（請求項２）。また、前記ワイヤソーに対する産業用ロボットの位置決めは、連続経路制御方式またはポイントツーポイント制御の何れかにより行う（請求項３）。

前記測定器は、前記結晶体製のワークにＸ線を照射し、反射Ｘ線の状態から結晶方位を測定する方式の結晶方位測定器により構成される（請求項４）。

本発明に係る多軸加工ワイヤソーシステムによると、産業用ロボットアームの運動によって測定器によりワークの方位・方向を特定できるから、ワイヤソーに対するワークの位置決め設定が容易となり、ワイヤソーによるワークの加工時にも産業用ロボットの運動機能によってワークの姿勢を加工態様に合わせて制御できるから、ワイヤに対するワークの加工送り方向を規制しながら、ワークの多様な加工に柔軟に対応できる（請求項１）。

前記多軸加工ワイヤソーシステムにおいて、ワイヤソーがシングル型ワイヤソーであれば、１本の切断や溝加工、さらにワークの一部の切り抜き加工が可能となり、またマルチ型ワイヤソーであれば、多数本の溝加工や、ワークから多数のウエーハのスライス加工が可能となる（請求項２）。また、前記ワイヤソーに対する産業用ロボットの位置決めが加工経路の態様によって加工経路に適切に対応できる（請求項３）。

前記測定器が結晶方位測定器であれば、結晶体製のワークに対してその方位を特定しながら、ワイヤソーによる加工ができる（請求項４）。

本発明に係る多軸加工ワイヤソーシステムにおいて、ワークの方位測定の状態を示す側面図である。 本発明に係る多軸加工ワイヤソーシステムにおいて、ワークの加工状態を示す側面図である。 本発明に係る多軸加工ワイヤソーシステムにおいて、ワークの切断加工状態を示す側面図である。 本発明に係る多軸加工ワイヤソーシステムにおいて、ワークの溝加工状態を示す側面図である。 本発明に係る多軸加工ワイヤソーシステムにおいて、ワークの一部の切り抜き加工状態を示す側面図である。

図１および図２は、本発明に係る多軸加工ワイヤソーシステム１の代表的な構成例を示している。図１および図２において、多軸加工ワイヤソーシステム１は、多軸制御可能な産業用ロボット２、ワイヤソー３、測定器４、およびロボット制御装置５を含み、これらを有機的に機能させて、ワーク６の方位・方向を特定してからワーク６に切断加工または溝加工を施す。

産業用ロボット２は、多軸制御可能な例えば関節型産業用ロボットであり、ロボットアーム７、８、９、１０の先端でワーク６を保持するチャック１１を有し、ロボットアーム７、８、９、１０の運動によってチャック１１を移動自在かつ回転自在に具備している。チャック１１は、操作部２４によって操作される。

ロボットアーム７、８、９、１０は、一例として互いに平行な関節軸１２、１３、１４を有し、またロボットアーム７、９、１０は、それぞれ中間位置で回転機構１５、１６、１７を備えている。これらの関節軸１２、１３、１４および回転機構１５、１６、１７はそれぞれ駆動モータ１８、１９、２０、２１、２２、２３によって駆動されるようになっている。そして、基端側のロボットアーム７は、ベース２５に取り付けられており、ベース２５は、下部設置位置または上部設置位置に取り付けられるようになっている。

ワイヤソー３は、加工域で多数のワイヤ２６の巻き掛け列からなるマルチ型ワイヤソーまたは加工域で１本のワイヤ２６からなるシングル型ワイヤソーにより構成され、ワイヤ２６は、一対の溝付きローラ２９の間に多数本または１本として巻き掛けられている。マルチ型ワイヤソーでは、ワイヤ２６は、一対の溝付きローラ２９の間に螺旋状として巻き掛けられ、溝付きローラ２９の間で平行な巻き掛け列からなる加工域を形成している。これに対して、シングル型ワイヤソーでは、ワイヤ２６は、一対の溝付きローラ２９の間に１本だけ巻き掛けられ、溝付きローラ２９の間で加工域を形成している。なお、ワイヤ２６は、好ましくは固定砥粒式ワイヤであるが、遊離砥粒式ワイヤも利用でき、加工時に往復走行または連続走行によってワーク６の加工を行う。

測定器４は、ワイヤソー３でワーク６を加工するときに、ワーク６の結晶方位または構造方向もしくは材料方向を測定する機器であり、産業用ロボット２の動作範囲に設置される。例えばワーク６が結晶体製の半導体であれば、ワーク６が産業用ロボット２の回転機構１７で回転させているときに、測定器４は、ワーク６の表面にＸ線を照射し、反射Ｘ線を受光し、反射Ｘ線の波長や強度から、結晶体の方位の測定を行う。

そして、ロボット制御装置５は、ワーク６の目標の加工のために、加工プログラムを内蔵しており、測定器４からの出力信号にもとづいてワーク６の方位を特定し、ワーク６の加工時に、産業用ロボット２に必要な運動を行わせ、ワイヤソー３に対するワーク６の姿勢を設定し、位置決めして、ワーク６の目標の加工に備える。具体的には、産業用ロボット２の運動制御のときに、ロボット制御装置５は、産業用ロボット２の駆動モータ１８、１９、２０、２１、２２、２３の回転量、回転方向を制御して、ワーク６の位置や姿勢を制御し、また操作部２４でチャック１１の開閉を行う。

加工プログラムは、表示器付き入力器３０によって入力される。ワイヤソー３に対する産業用ロボット２によるワーク６の位置決め方式は、加工内容に応じて連続経路制御方式またはポイントツーポイント制御の何れかにより行われ、運動経路のデータは、テーチングプレイバックまたはプログラムインプットにより設定される。

ワーク６の加工時に、ロボット制御装置５は、図１に示すように、産業用ロボット２の運動を制御し、チャック１１でワーク６を保持し、ロボットアーム７、８、９、１０の運動によってワーク６を測定器４の測定位置に移動させ、ワーク６の測定面を測定器４の測定域に対向させ、回転機構１７の回転運動によってワーク６を回転させ、反射Ｘ線の波長や強度から、結晶体製のワーク６の方位の測定を行う。

この後に、ロボット制御装置５は、図２に示すように、ロボットアーム７、８、９、１０の運動によって、ワーク６をワイヤソー３の加工域に移動させ、ワイヤソー３の加工域でワーク６の方位をワイヤ２６に対して特定の方向に設定してから、走行するワイヤ２６に対してワーク６を加工送りする。加工が終了したときに、産業用ロボット２は、ワーク６をワイヤソー３から取り出し、所定の位置に供給する。

この加工過程で、産業用ロボット２は、多軸方向すなわちＸＹＺ直交座標軸の方向の移動のほか、回転機構１５、１６、１７の回転軸を中心とする回転によって、多軸方向に制御可能であるから、ワイヤソー３の加工域に対してワーク６の姿勢を任意に設定でき、しかも、ワイヤ２６に対するワーク６の加工送り方向も自由に設定できる。このため、多軸加工ワイヤソーシステム１は、複雑な加工に柔軟に対応できる。

図３ないし図５は、ワーク６の加工態様を例示している。図３は、マルチ型のワイヤソー３の多数本のワイヤ２６に対する産業用ロボット２の加工送りによって、ワーク６を矢印方向に加工送りして、ワーク６の切断加工（スライス加工）の状態を示す。このスライス加工時に、ワーク６は、加工台２７に接着により固定されている。スライス加工の終期にワイヤ２６は、加工台２７の中程まで切り込み、そこで切り込みを終了させるから、スライス後のウエーハ２８は、加工台２７から離れず、加工台２７の部分でチャック１１に保持され、産業用ロボット２の運動によって搬送でき、所定の位置に供給できる状態となっている。

図４は、シングル型のワイヤソー３の例えば１本のワイヤ２６に対し、ワーク６を矢印の方向に加工送りして、ワーク６に切り込みを形成した状態を示す。この切り込み時に、ワーク６に対する矢印の加工送り方向を変えないままで、ワイヤ２６の位置を中心としてワーク６を回動させれば、滑らかな曲線の切り込み形成も可能となる。

図５は、シングル型のワイヤソー３の加工域で１本のワイヤ２６に対し、最初にワーク６を矢印ａの方向に加工送りして、ａ方向に対して平行な切り込みを形成し、つぎにワイヤ２６を中心としてワーク６を９０度旋回させ、矢印ｂの方向に加工送りして、直前の切り込み方向に対し直角でｂ方向に対して平行な切り込みを形成し、最後にワイヤ２６を中心としてワーク６を９０度旋回させ、矢印ｃの方向に加工送りして、直前の切り込み方向に対し直角でｃ方向に対して平行な切り込みを形成し、ワーク６の一部を短冊状に切り抜いた加工状態を示す。この加工で、ワーク６は、１８０度の旋回運動をするから、産業用ロボット２は、この旋回運動をできる状態として、ワーク６を支持することになる。

以上の加工において、安定な加工、ワイヤ外れ防止のために、ａ方向、ｂ方向およびｃ方向の加工送り方向は、一対の溝付きローラ２９に対する加工域のワイヤ２６の外接位置で、常に溝付きローラ２９の半径方向と平行になる方向に規制される。

産業用ロボット２は、関節型の産業用ロボットに限らず、ワーク２の形状や加工態様に応じて、極座標型の産業用ロボット、円筒座標型の産業用ロボット、直交座標型の産業用ロボットにより構成することもできる。

本発明は、ワーク６として結晶体に限らず、ハニカムコアパネルなどの材料や構造の観点から方向性のある構造材の加工にも適用できる。このため、測定器４は、ワーク６に応じ、ワーク６の方向や方位に適合する測定原理のものとなる。

１ 多軸加工ワイヤソーシステム
２ 産業用ロボット
３ ワイヤソー
４ 測定器
５ ロボット制御装置
６ ワーク
７、８、９、１０ ロボットアーム
１１ チャック
１２、１３、１４ 関節軸
１５、１６、１７ 回転機構
１８、１９、２０、２１、２２、２３ 駆動モータ
２４ 操作部
２５ ベース
２６ ワイヤ
２７ 加工台
２８ ウエーハ
２９ 溝付きローラ
３０ 表示器付き入力器

Claims (4)

1. ロボットアームの先端でワークを保持するチャックを有し、前記ロボットアームの運動により前記チャックを移動自在かつ回転自在に有する多軸制御可能な産業用ロボットと、前記産業用ロボットの動作範囲内に設けられ、ワイヤの走行により前記ワークを加工するワイヤソーと、前記産業用ロボットの動作範囲内に設けられ、前記ワークの方位・方向を測定する測定器と、前記産業用ロボットの運動を制御すると共に前記測定器からの出力信号にもとづいて前記ワークの方位・方向を識別するロボット制御装置とを含み、前記ワークの加工時に、前記チャックで前記ワークを保持し、前記ロボットアームの運動によって前記ワークを前記測定器の測定位置に移動させて、前記ワークの方位・方向を測定し、前記ロボットアームの運動によって前記ワークを前記ワイヤソーの加工域に移動させ、前記ワイヤソーの加工域で前記ワークの方位・方向を前記ワイヤに対して特定の方向に設定してから、前記ワイヤに対し前記ワークを加工送りし、前記ワークの加工を行う、ことを特徴とする多軸加工ワイヤソーシステム。
2. 前記ワイヤソーをシングル型ワイヤソーおよびマルチ型ワイヤソーの何れかにより構成する、ことを特徴とする請求項１記載の多軸加工ワイヤソーシステム。
3. 前記測定器を、結晶体製の前記ワークにＸ線を照射し、反射Ｘ線の状態から結晶方位を測定する方式の結晶方位測定器により構成する、ことを特徴とする請求項１記載の多軸加工ワイヤソーシステム。
4. 前記ワイヤソーに対する産業用ロボットの位置決めを連続経路制御方式およびポイントツーポイント制御の何れかにより構成する、ことを特徴とする請求項１記載の多軸加工ワイヤソーシステム。

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