特許 7379064 切削装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-06

(45)【発行日】2023-11-14

(54)【発明の名称】切削装置

(51)【国際特許分類】

   B24B 27/06 20060101AFI20231107BHJP

   H01L 21/301 20060101ALI20231107BHJP

   B24B 49/10 20060101ALI20231107BHJP

   B23Q 17/09 20060101ALI20231107BHJP

   G01H 17/00 20060101ALI20231107BHJP

【ＦＩ】

B24B27/06 M

H01L21/78 F

B24B49/10

B23Q17/09 G

G01H17/00 Z

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2019184693

(22)【出願日】2019-10-07

(65)【公開番号】P2021058966

(43)【公開日】2021-04-15

【審査請求日】2022-08-24

(73)【特許権者】

【識別番号】000134051

【氏名又は名称】株式会社ディスコ

(72)【発明者】

【氏名】津野 貴彦

【審査官】マキロイ 寛済

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－２１９７５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１９２５１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１７６３９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２２６０２７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２４Ｂ ２７／０６

Ｈ０１Ｌ ２１／３０１

Ｂ２４Ｂ ４９／１０

Ｂ２３Ｑ １７／０９

Ｇ０１Ｈ １７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被加工物を保持する保持手段と、該保持手段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、該切削ブレードに切削水を供給する切削水供給手段と、該切削ブレードと該保持手段とを相対的に切削送り方向に移動させる切削送り手段と、該切削手段または該保持手段に配設され切削加工により該切削ブレードから発生される弾性波を検知するＡＥセンサと、制御手段と、を備える切削装置であって、
該制御手段は、該切削ブレードが被加工物を切削加工する際に発生した複数の周波数成分を含む弾性波を該ＡＥセンサで検知し、該ＡＥセンサが検知した弾性波信号をフーリエ変換して、該切削ブレードから発生されているであろう該弾性波信号の周波数帯域を２つ以上特定し、該特定の周波数帯域で測定された弾性波信号を継続して記録し、所定の時間内で記録された該弾性波信号の周波数帯域の値の集合から、近似値を表す多項式を求め、被加工物を切削したときに測定されるであろう該弾性波信号の周波数帯域の値の予測値を得て、所定の時間内で記録された該弾性波信号の周波数帯域の値の予測値と該弾性波信号の周波数帯域で実際に測定された実測値の差分の集合における、被加工物を切削したときに測定された２つ以上の該弾性波信号おのおのの該予測値と該実測値の差分のマハラノビス汎距離を求め、該マハラノビス汎距離があらかじめ設定した閾値を越えたら、該切削ブレードで被加工物を切削したカーフにチッピングが発生し切削加工に異常があると判断する、切削装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被加工物を切削加工する切削装置に関する。

【背景技術】

【0002】

チャックテーブルに保持された被加工物を切削ブレードで切削する切削装置は、切削ブレードに切削水を供給しながら、切削ブレードと被加工物とを接触させて被加工物を切削加工している。切削加工においては、切削ブレードの目詰まりや、目つぶれ、欠け等の発生により、または切削送り速度の設定間違いなどにより、切削ブレードが通常よりも大きく振動して被加工物の表面にチッピングが発生する可能性がある。

【0003】

そのため、発生したチッピングを検知するために、特許文献１及び特許文献２に開示されているように、切削加工中に切削ブレードの振動をＡＥセンサで検知して切削ブレードの振動の大きさ（ＡＥ値）が閾値を超えた場合に被加工物にチッピングが発生していると判断する手法がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１５－１７０７４５号公報

【文献】特開２０１８－１１７０９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、上述した切削ブレードは、切削加工によって磨耗する。切削ブレードの摩耗量に応じてＡＥセンサが検知する弾性波信号の大きさ（ＡＥ値）は変化し、また変化量および変化率は周波数帯域によって異なる。そのため、切削加工中に切削ブレードに負荷がかかり大きな振動が発生するなどのような加工異常が発生していないにも関わらずＡＥ値が切削ブレードの摩耗に従って増大して、あらかじめ設定された閾値を超えてしまい、加工異常と誤判定してしまう場合がある。

【0006】

上記とは逆に、該特徴量が切削ブレードの摩耗に従って減少してしまうことにより、実際に加工異常が発生しているにもかかわらず、ＡＥ値があらかじめ設定された閾値を超えることができず、正常な加工であると誤判定してしまう場合がある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、被加工物を保持する保持手段と、該保持手段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、該切削ブレードに切削水を供給する切削水供給手段と、該切削ブレードと該保持手段とを相対的に切削送り方向に移動させる切削送り手段と、該切削手段または該保持手段に配設され切削加工により該切削ブレードから発生される弾性波を検知するＡＥセンサと、制御手段と、を備える切削装置であって、該制御手段は、該切削ブレードが被加工物を切削加工する際に発生した複数の周波数成分を含む弾性波を該ＡＥセンサで検知し、該ＡＥセンサが検知した弾性波信号をフーリエ変換して、該切削ブレードから発生されているであろう弾性波信号の周波数帯域を２つ以上特定し、所定の時間内における弾性波信号の該特定の該周波数帯域のＡＥ値を記録し、該記録したＡＥ値から切削加工中の弾性波信号の該周波数帯域のＡＥ値を予測し、実際に測定された弾性波信号の該周波数帯域のＡＥ値との差分に基づいてチッピングなどの加工異常を検知する制御手段を具備している。

【0008】

該制御手段では、弾性波信号から周波数帯域を２つ以上特定し、該特定の該周波数帯域で測定されたＡＥ値を継続して記録する。
また、該制御手段では所定の時間内で記録された弾性波信号から最小二乗法により近似値を表す多項式を求めることで、切削ブレードの摩耗に応じたＡＥ値を予測する。

【0009】

該制御手段では所定の時間内で記録された弾性波信号全てにおいても、該時間内の弾性波信号から近似値を表す多項式により予測された該特定周波数帯域のＡＥ値（予測ＡＥ値）と該時間内で実際に記録された該特定周波数帯域のＡＥ値（実測ＡＥ値）との差分を求めることで、切削ブレードの摩耗による変動の影響を受けずに弾性波信号のばらつきの大きさを求めることができ、２つ以上の該周波数帯域で測定された弾性波信号のばらつきの大きさを用いることで、分散共分散行列を求めることができる。
また、該制御手段では上述の分散共分散行列と、２つ以上の周波数帯域の予測ＡＥ値と実測ＡＥ値との差分値から、該時間内で記録された全ての予測ＡＥ値と実測ＡＥ値の差分同士の相関関係を考慮した平均からの外れ度合い（マハラノビス汎距離）を求めることができる。
該マハラノビス汎距離をあらかじめ設定した閾値等と比較することで、切削加工に異常があると判断することができる、切削装置。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】切削装置全体を表す斜視図である。

【図2】切削手段を構成する要素を表した斜視図である。

【図3】切削手段を表す断面図である。

【図4】弾性波信号の時間軸波形を表すグラフである。

【図5】弾性波信号の周波数軸波形を表すグラフである。

【図6】弾性波信号の変化の傾向を表すグラフである。

【図7】弾性波信号の相関関係と外れ値を表すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

１ 切削装置の構成
切削装置１は、図１に示すように、保持手段１５において保持された被加工物Ｗの表面Ｗａに切削手段４０に備える切削ブレード４３を切り込ませて、被加工物Ｗを切削加工する切削装置である。図１に示す切削装置１は、二つの切削手段４０を備えるデュアルダイサーであるが、切削装置はこれに限定されるものではなく、一つの切削手段を備えた切削装置でもよい。半導体ウェーハ等である被加工物Ｗの表面Ｗａに形成された分割予定ラインＬによって区画された領域には、各々デバイスＤが備えられており、分割予定ラインＬに沿って切削ブレード４３を切り込ませることで被加工物Ｗを個々のデバイスＤに分割することができる。被加工物Ｗの裏面Ｗｂには貼着テープＴが貼着されており、被加工物Ｗに貼着された貼着テープＴの端部が環状のフレームＦに貼着されることで、被加工物ＷがフレームＦに支持されている。切削装置１には、ベース１０とベース１０上における－Ｘ側に立設された門型コラム１３とが備えられている。

【0012】

ベース１０の上における中央には、円形の板状テーブルである保持手段１５と、保持手段１５を下から囲繞するカバー１１と、カバー１１に連結された蛇腹カバー１２とが備えられている。保持手段１５は、吸引部１５０と吸引部１５０を支持する枠体１５１とを備え、吸引部１５０の上面は被加工物Ｗが載置される保持面１５０ａとなっている。保持手段１５の下方には、吸引手段８０が配設されており、保持面１５０ａと吸引手段８０とが接続されている。保持面１５０ａに被加工物Ｗが載置された状態で、吸引手段８０によって生み出される吸引力を吸引部１５０に伝達することで、保持面１５０ａに被加工物Ｗを吸引保持することができる。

【0013】

また、保持手段１５に隣接された位置には、保持手段１５を四方から囲むようにして四つのクランプ１７が配設されており、保持面１５０ａに環状のフレームＦに支持された状態の被加工物Ｗを載置して、フレームＦを四つのクランプ１７を用いて四方から挟持することで、被加工物Ｗを保持手段１５に固定することができる。さらに、保持手段１５の下側には、有底筒状のケーシング８３が接続されており、ケーシング８３の内部には、保持手段１５をＺ軸方向の回転軸８２のまわりに回転させる回転手段８１が配設されている。

【0014】

ベース１０の内部には、被加工物Ｗを保持する図示しないカセットを収容するカセット収容エリア２０が備えられている。カセット収容エリア２０の上面は、ステージ２２となっており、被加工物Ｗを保持したカセットが載置された状態のステージ２２がカセット昇降手段２１により昇降移動して、カセットの高さ位置が調整される。

【0015】

ベース１０の上における保持手段１５を挟んでカセット昇降手段２１と対向する位置には洗浄手段２４が配設されている。洗浄手段２４には、スピンナーテーブル２５と、洗浄水ノズル２６とが備えられている。図示しない昇降手段によって被加工物Ｗを保持したスピンナーテーブル２５をベース１０の内部に降下させ、図示しない回転手段によってスピンナーテーブル２５を回転させながら、洗浄水ノズル２６から洗浄水を噴きつけることで被加工物Ｗを洗浄することができる。また、被加工物Ｗを洗浄した後、洗浄水の噴射を停止し、引き続き被加工物Ｗを回転させることで、表面Ｗａに付着している水滴が、表面Ｗａの外側に向かって飛ばされる。これにより被加工物Ｗの表面Ｗａを乾燥させることができる。

【0016】

ベース１０の内部には、切削送り手段１８が配設されている。切削送り手段１８は、Ｘ軸方向の回転軸１８４を有するボールネジ１８０と、ボールネジ１８０に平行に配設された一対のガイドレール１８１と、ボールネジ１８０の一端に接続されたモータ１８２と、内部のナット構造がボールネジ１８０に螺合し底部がガイドレール１８１に摺接する可動板１８３とを備える。また、可動板１８３は、ケーシング８３を介して保持手段１５を支持している。モータ１８２により駆動されてボールネジ１８０がＸ軸方向の回転軸１８４のまわりに回転すると、可動板１８３がガイドレール１８１に案内されてＸ軸方向である切削送り方向に移動し、これに伴いケーシング８３を介して可動板１８３に支持された保持手段１５が可動板１８３とともにＸ軸方向に移動する構成となっている。なお、保持手段１５がＸ軸方向に移動する際には、保持手段１５を囲繞するカバー１１がＸ軸方向に保持手段１５と一体的に移動し、カバー１１がＸ軸方向に移動すると、蛇腹カバー１２が伸縮することとなる。

【0017】

門型コラム１３の左右の側壁には、二つの切削手段４０がそれぞれ配設されている。二つの切削手段４０は同様に構成されており、その構成要素には同じ符号を付す。

【0018】

切削手段４０には、切削ブレード４３と、切削ブレード４３を支持するスピンドル４２と、スピンドル４２を収容する四角筒状のスピンドルハウジング４１とが備えられている。スピンドルハウジング４１には、ブレードカバー４５が取り付けられている。ブレードカバー４５の中央部には、切削ブレード４３を取り付けるための開口部が備えられており、切削ブレード４３の外周縁の上方から側方にかかる領域を覆っている。また、ブレードカバー４５の下部には、被加工物Ｗを切削する際に切削ブレード４３や、被加工物Ｗと切削ブレード４３とが接触する部分に切削水を供給するノズルを備えた切削水供給手段４６が上下動可能に取り付けられており、切削加工時には、図示しない切削水供給源から切削水供給手段４６に給水がなされて、切削水供給手段４６から切削ブレード４３や、被加工物Ｗと切削ブレード４３とが接触する部分に切削水を供給しながら被加工物Ｗを切削することとなる。

【0019】

図２及び図３に示すように、スピンドルハウジング４１の先端面４１ａには、スピンドル４２の先端側をカバーするカバー部材４７が取り付けられている。カバー部材４７には一対のブラケット４８が配設されており、スピンドル４２の先端部分をカバー部材４７の開口４９から突出させた状態で、カバー部材４７がブラケット４８を介してスピンドルハウジング４１にねじ止めされて、カバー部材４７とスピンドル４２とが連結されている。

【0020】

ブレードマウント５１は、円板状のフランジ部５６とフランジ部５６の表面５６ａ（－Ｙ方向側）に形成されたボス部５３とを備えている。フランジ部５６の背面５６ｂ（＋Ｙ方向側）には、図３に示すように、スピンドル４２の先端に装着される嵌合穴５２が形成されている。ボス部５３には、円形凹部５４が形成され、円形凹部５４の底面には、嵌合穴５２に連なる貫通穴５５が形成されている。ブレードマウント５１の貫通穴５５からスピンドル４２の先端面４２ａが露出した状態で、ブレードマウント５１にスピンドル４２がはめ込まれ、スピンドル４２の先端面４２ａのネジ穴４４に固定ボルト５９がワッシャ５８を介して締め付けられることで、スピンドル４２にブレードマウント５１が固定されている。

【0021】

切削ブレード４３は円形のハブ基台６１と、ハブ基台６１の外周縁に環状に配設された切り刃６２とを備えるハブブレードであり、ハブ基台６１の円の内側には挿入穴６３が形成されている。この挿入穴６３がボス部５３に押し込まれて、ハブ基台６１からボス部５３が突出される。そして、ボス部５３の突出部分に形成された雄ネジ５７に固定ナット６５が締め付けられてブレードマウント５１に切削ブレード４３が固定される。

【0022】

切り刃６２は、金属や樹脂等の結合材にダイヤモンドやＣＢＮ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４３は、切り刃６２のみによって構成されたワッシャブレードを用いてもよい。

【0023】

図３に示すように、ブレードマウント５１のフランジ部５６には、ＡＥセンサ７１が配設されている。ＡＥセンサ７１は圧電素子を有しており、切削加工時に切削ブレード４３から発生してブレードマウント５１に伝わった弾性波を、電気的な検出信号である弾性波信号に変換して出力することができる。

【0024】

ブレードマウント５１とカバー部材４７との境界領域において、ブレードマウント５１側では、ＡＥセンサ７１に第１のコイル手段７３が接続されており、さらに、カバー部材４７側では、第１のコイル手段７３に第２のコイル手段７４が接続されている。ＡＥセンサ７１により弾性波が検知されると、ＡＥセンサから弾性波信号が第１のコイル手段７３に送信され、さらに、第１のコイル手段７３から磁気的な相互誘導作用によって第２のコイル手段７４に伝達されることとなる。

【0025】

第１のコイル手段７３に磁気的に結合されている第２のコイル手段７４には、制御手段７５が接続されている。制御手段７５には、ＡＥセンサ７１で検出された時間軸波形を周波数解析する解析手段７６と、周波数解析の結果からチッピングが形成されているかどうかを判断する判断手段７７とが備えられている。ＡＥセンサ７１で検出された弾性波信号が、第１のコイル手段７３及び第２のコイル手段７４を介して制御手段７５に伝達された後、その時間軸波形が解析手段７６においてフーリエ変換されて周波数軸波形に変換されることとなる。

【0026】

また、制御手段７５には、判断手段７７によってチッピングが発生していると判断された場合にオペレータ等にその旨を報知する報知手段７８が備えられている。

【0027】

図１に示すように、門型コラム１３には、上記の構成の二つの切削手段４０をそれぞれ、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動させる割り出し送り手段３０及び切込み送り手段３５が備えられている。

【0028】

割り出し送り手段３０には、Ｙ軸方向の軸心を有するボールネジ３３と、ボールネジ３３をＹ軸に平行な回転軸３３０のまわりに回動させるモータ３４と、ボールネジ３３に平行に配設されたガイドレール３１と側部のナットがボールネジ３３に螺合してガイドレール３１に摺接する可動板３２とが備えられている。モータ３４によって駆動されて、ボールネジ３３が回転軸３３０のまわりに回転すると、これに伴い可動板３２がガイドレール３１に案内されてＹ軸方向に移動する構成となっている。

【0029】

また、切込み送り手段３５には、Ｚ軸方向の軸心を有するボールネジ３８と、ボールネジ３８をＺ軸に平行な回転軸３８０のまわりに回動させるモータ３９と、ボールネジ３８と平行に配設されたガイドレール３６と、側部のナットがボールネジ３８に螺合してガイドレール３６に摺接する支持部材３７とを備えている。モータ３９により駆動されてボールネジ３８が回転すると、支持部材３７がガイドレール３６に案内されてＺ軸方向に移動する。

【0030】

支持部材３７の下端には、スピンドルハウジング４１が連結されており、支持部材３７がＹ軸方向及びＺ軸方向に移動すると、これに伴い切削手段４０が同じくＹ軸方向及びＺ軸方向に移動する。

【0031】

スピンドルハウジング４１の側面にはアライメント手段９が配設されている。アライメント手段９は、被加工物Ｗを撮像するカメラ９０を備えており、カメラ９０は、例えば、被加工物Ｗに光を照射する光照射部と、被加工物Ｗからの反射光を捕らえる光学系および反射光に対応した電気信号を出力する撮像素子（ＣＣＤ）とを備えている。アライメント手段９は、カメラ９０によって取得した画像に基づいて、被加工物Ｗの切削すべき分割予定ラインＬを検出することができる。アライメント手段９と切削手段４０とは一体となって構成されており、両者は連動してＹ軸方向及びＺ軸方向へと移動する。
２ 切削装置の動作

【0032】

（切削加工）
上記の切削装置１によって被加工物Ｗを切削加工する際の切削装置１の動作について説明する。なお、被加工物Ｗには貼着テープＴが貼着されており、その状態で貼着テープＴが環状のフレームＦに把持されることで被加工物ＷがフレームＦによって固定されている。

【0033】

まず、カセット収容エリア２０において、カセット昇降手段２１によってステージ２２を上昇させ、フレームＦに固定された被加工物Ｗが載置されたカセットをベース１０の上方に位置付けた後、図示しないアーム等によって環状のフレームＦを把持して保持手段１５の保持面１５０ａの上に載置させ、吸引手段８０によって生み出される吸引力を保持面１５０ａに伝達させて保持面１５０ａの上で被加工物Ｗを吸引保持する。そして、四つのクランプ１７でフレームＦを四方から挟持して固定する。

【0034】

その後、切削送り手段１８のモータ１８２の駆動力によりボールネジ１８０を回転軸１８４のまわりに回転させることで、ガイドレール１８１に沿って可動板１８３及び可動板１８３に支持された保持手段１５を－Ｘ方向に移動させ、保持手段１５に吸引保持されている被加工物Ｗをアライメント手段９の下方に位置付ける。被加工物Ｗをアライメント手段９の下方に位置付けた後、カメラ９０によって被加工物Ｗの表面Ｗａを撮像する。カメラ９０によって撮像された被加工物Ｗの表面Ｗａの画像に、アライメント手段９によるパターンマッチング等の画像処理が行われ、二つの切削ブレード４３を切り込ませるべき分割予定ラインＬが検出される。

【0035】

アライメント手段９によって分割予定ラインＬが検出されるのに伴って、切削手段４０が割り出し送り手段３０によってＹ軸方向に駆動され、切削すべき分割予定ラインＬと切削ブレード４３とのＹ軸方向における位置合わせが行われる。分割予定ラインＬと切削ブレード４３とのＹ軸方向の位置合わせにおいては、上記のパターンマッチングの結果を基に、割り出し送り手段３０のモータ３４によってボールネジ３３を回転軸３３０のまわりに回転させることで、これに伴い可動板３２がガイドレール３１に沿ってＹ軸方向に移動し、可動板３２に接続された支持部材３７及び、支持部材３７に支持された切削手段４０がＹ軸方向に移動する。

【0036】

Ｙ軸方向の位置合わせが完了した後、切削手段４０のスピンドル４２を図示しないモータにより回動させ、スピンドル４２に接続された切削ブレード４３を回転させる。切削ブレード４３が回転している状態で、切込み送り手段３５のモータ３９によってボールネジ３８を駆動させてボールネジ３８を回転軸３８０のまわりに回転させ、切削ブレード４３をＺ軸方向に降下させる。これにより、切削ブレード４３が切削加工を開始するための高さ位置に位置付けられる。

【0037】

上記のように、切削ブレード４３を切り込ませるべき分割予定ラインＬの位置に位置付け、さらに、切削加工開始のための高さ位置に位置付けた後、切削加工を開始する。その際は、被加工物Ｗを保持する保持手段１５が所定の切削送り速度でさらに－Ｘ方向に送り出されることで、保持手段１５と切削ブレード４３とが相対的に所定速度で切削送り方向（Ｘ軸方向）に移動し、切削ブレード４３が高速回転しながら被加工物Ｗの検出された分割予定ラインＬに切り込み、その分割予定ラインＬが切削される。

【0038】

次に、隣り合う分割予定ラインＬの間隔だけ切削手段４０をＹ軸方向に割り出し送りし、同様の切削を行うことにより、切削済みの分割予定ラインＬの隣の分割予定ラインＬを切削する。このようにして、割り出し送りと切削とを繰り返し行うことにより、同方向の分割予定ラインＬがすべて切削される。そして、回転手段８１により保持手段１５を９０度回転させてから同様の切削を行い、すべての分割予定ラインＬが縦横に切削され、被加工物Ｗを個々のチップに分割できる。

なお、切削加工は、下記の様な加工条件が用いられる。
切削ブレード：砥粒径 ＃２０００～＃３０００
切削ブレード幅（カーフ幅）：２０～３０μｍ
被加工物材質：シリコン
切削送り速度：５０～１００ｍｍ／ｓｅｃ
スピンドル回転数：２００００ｍｉｎ－１～３００００ｍｉｎ－１

【0039】

（チッピング検出）
上記のように切削装置１を作動させて被加工物Ｗを切削加工する間、切削手段４０のブレードマウント５１に取り付けられているＡＥセンサ７１によって切削中に発生する複数の周波数成分を含む弾性波を検知し、検知された弾性波を第１のコイル手段７３及び第２のコイル手段７４に磁気的に伝達して制御手段７５に電気信号として送信する。制御手段７５では、例えば図４に示す情報を取得する。図４においては、横軸を時間（ｔ）、縦軸を切削加工時にＡＥセンサ７１が検知する弾性波信号の値であるＡＥ値（Ｖ）として、弾性波のＡＥ値の時間的変化のデータである時間特性データを表した時間軸波形のグラフが描画されている。

【0040】

この弾性波信号の時間特性データに対して、解析手段７６を用いて、サンプリング時間Ｔｏを例えば１ミリ秒としてフーリエ変換（例えばＦＦＴ）を行う。これにより、周波数毎に分解された弾性波信号のスペクトルである周波数特性データを得る。図５は、横軸を周波数（ｆ）、縦軸を周波数毎に分解された弾性波のスペクトルの大きさ（強さ）として、弾性波信号の周波数特性データをプロットした周波数軸波形のグラフである。

【0041】

切削加工において切削ブレード４３と被加工物Ｗとの接触によって発生する弾性波の周波数帯域は、２００ｋＨｚから６００ｋＨｚという特定の周波数帯域であることが知られている。なお、２００ｋＨｚよりも小さな周波数の振動は切削水供給手段４６から供給される切削水の音や駆動部の音等によるものであり、６００ｋＨｚよりも大きな周波数の振動はモータドライバ等のノイズによるものである。そこで、解析手段７６において、図５に示すように、周波数軸波形へと変換された弾性波信号の２００ｋＨｚから６００ｋＨｚの周波数帯域を特定して１００ｋＨｚごと４つに分割し、それぞれの周波数帯域におけるＡＥ値を記録する。

【0042】

それぞれの周波数帯域におけるＡＥ値は、切削ブレード４３の摩耗などの理由により、加工が進むに従って変化する。図６の実線グラフに示すように、周波数帯域によって増加する場合もあれば減少する場合もあるが、ランダムなノイズ成分に加えて、特定の傾向が現れる。

【0043】

周波数帯域ごとのＡＥ値の増加または減少の傾向は、図６の破線グラフに示すように近似値のグラフを描くことができる。この近似値のグラフは、周波数帯域ごとのＡＥ値の集合を用いて最小二乗法により多項式表現で求めることができる。求める多項式が一次式の場合は近似直線あるいは近似平面となり、二次以上の式の場合は近似曲線あるいは近似曲面となる。

【0044】

近似値を表す多項式を求めるための説明変数として切削ブレードが加工した切削距離や被加工物の加工済み数量、または装置パラメータなどを用いることができる。これらの説明変数は、加工結果との因果関係が認められるものであることが望ましい。

【0045】

近似値を表す多項式を求めるための目的変数はそれぞれの周波数帯域のＡＥ値である。つまり図５に示すように２００ｋＨｚから６００ｋＨｚまでを４つの周波数帯域に分割してＡＥ値を得た場合、近似値を表す多項式も４つ得ることができる。

【0046】

このようにして近似値を表す多項式が得られたのちに、この多項式に、切削ブレードが加工した切削距離や被加工物の加工済み数量、加工パラメータなどを説明変数として入力することで、目的変数である各周波数帯域幅のＡＥ値の予測値を得ることができる。この値はあくまで予測であり、実際に測定される各周波数帯域幅のＡＥ値とは異なる。この予測値と実際に得られた各周波数帯域幅のＡＥ値との差分を計算することで、加工パラメータなどから得られる予測値との差違を得ることができる。

【0047】

この予測値との差違は、加工パラメータの変動の影響を受けないＡＥ値の偏差と見なすことができ、偏差の絶対値の大きさを参照することで、切削装置が想定する加工状況からの相違を判断することができる。

【0048】

ただし、この偏差は周波数帯域ごとに異なる値となるが、ＡＥ値の大きさは加工負荷のばらつきによっても一様に変動するため、図７に示すように複数の周波数帯域間で一定の相関関係をもつ。そのため、単に一つの周波数帯域のＡＥ値の偏差が大きいという事実から、加工異常が発生していると見なすことはできない。

【0049】

そこで、２つ以上の周波数帯域から得られたＡＥ値の偏差の集合から相関係数を求めて、分散共分散行列を得ることで、切削加工毎のＡＥ値の偏差のマハラノビス汎距離を得ることができる。

【0050】

このマハラノビス汎距離はＡＥ値の偏差同士の相関係数から推測される母集団の傾向から離れるほど大きくなる。そのため、図７に示す異常値の例のようなＡＥ値は、破線の集合で示す正常と見なす空間から離れているためマハラノビス汎距離の値は大きくなる。

【0051】

このようにして得られたマハラノビス汎距離があらかじめ設定された閾値を越えた場合には、単なる加工負荷の変動だけでは説明しきれない切削加工の異常が発生していると判断することができる。

【0052】

上記のように定められたマハラノビス汎距離の値を用いることで、チッピングなどの加工異常が発生しているかどうかをより精度よく判断することができる。

【符号の説明】

【0053】

１：切削装置 １０：ベース １１：カバー １２：蛇腹カバー
１３：門型コラム
１５：保持手段 １５０：吸引部 １５０ａ：保持面 １５１：枠体
１７：クランプ １８：切削送り手段 １８０：ボールネジ １８１：ガイドレール
１８２：モータ １８３：可動板 １８４：回転軸
２０：カセット収容エリア ２１：カセット昇降手段 ２２：ステージ
２４：洗浄手段 ２５：スピンナーテーブル ２６：洗浄水ノズル
３０：割り出し送り手段 ３２：可動板 ３１：ガイドレール
３３：ボールネジ ３３０：回転軸 ３４：モータ ３５：切削送り手段
３６：ガイドレール ３８：ボールネジ ３８０：回転軸 ３９：モータ
４０：切削手段 ４１：スピンドルハウジング
４１ａ：スピンドルハウジングの先端面 ４２：スピンドル
４３：切削ブレード ４４：ネジ穴 ４５：ブレードカバー ４６：切削水供給手段
４７：カバー部材 ４８：ブラケット ４９：開口
５１：ブレードマウント ５２：篏合穴 ５３：ボス部 ５４：円形凹部
５５：貫通穴 ５６：フランジ部 ５７：雄ネジ ５８：ワッシャ ５９：固定ボルト
６１：ハブ基台 ６２：切り刃 ６３：挿入穴 ６５：固定ナット
７１：ＡＥセンサ ７３：第１のコイル手段 ７４：第２のコイル手段
７５：制御手段 ７６：解析手段 ７７：判断手段 ７８：報知手段
８０：吸引手段 ８１：回転手段 ８２：回転軸 ８３：ケーシング
９：アライメント手段 ９０：カメラ
Ｗ：被加工物 Ｗａ：被加工物の表面 Ｗｂ：被加工物の裏面 Ｔ：貼着テープ
Ｆ：フレーム
Ｔｏ：サンプリング時間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】