(57)【要約】【課題】砥粒間隔を検出してワイヤソーの切断性能を良好に保つとともに、ワイヤソー表面の砥粒突き出し量を検出できるようにして、ワイヤソーの切味低下を未然に防止して、高い加工性能を有するワイヤソーを安定して製造することを可能とするワイヤソーの検査方法及び検査装置を提供する。【解決手段】芯線２１の周囲にボンド材によって砥粒２３を固着したワイヤソーの検査方法において、ワイヤソーの投影画像を撮影し、砥粒２３の個数、砥粒２３の間隔、砥粒２３の突き出し量を検出して、砥粒２３の固着状態を検査する。【選択図】  図２
2006095644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯線の周囲にボンド材によって砥粒を固着したワイヤソーの検査方法において、前記ワイヤソーの投影画像を撮影し、少なくとも前記砥粒の個数、砥粒間隔、砥粒の突き出し量を検出して、前記砥粒の固着状態を検査することを特徴とするワイヤソーの検査方法。
【請求項２】
前記砥粒の個数、砥粒間隔、砥粒の突き出し量の検出は、撮影されたワイヤソーの投影画像の明度に基づいてワイヤソーの輪郭を検知して砥粒の位置を検知することにより行うことを特徴とする請求項１記載のワイヤソーの検査方法。
【請求項３】
前記砥粒の突き出し量は、撮影されたワイヤソーの投影画像の明度に基づいて検知されたワイヤソーの輪郭データを移動平均処理して得られる輪郭線のピーク値とボトム値とから求められることを特徴とする請求項１または２記載のワイヤソーの検査方法。
【請求項４】
ワイヤソーの長手方向に対して略垂直に配置された光源と、この光源からワイヤソーに照射された光を用いてワイヤソーの投影画像を撮影するカメラと、前記画像に基づいて少なくとも砥粒の個数、砥粒間隔、砥粒の突き出し量を検出してワイヤソーの良否判定を行う演算装置とを備えたワイヤソーの検査装置。
【請求項５】
請求項４記載のワイヤソーの検査装置を備えた切断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤソー表面における砥粒の付着状態を検査するためのワイヤソーの検査方法及び検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン、ガラス、磁性体、水晶、サファイアなどのインゴットスライス加工において、近年固定砥粒ワイヤソーが使用され始めている。
固定砥粒ワイヤソーは高強度な芯線にボンド材にて砥粒を固着した構成のものであり、ボンド材の主な種類としては、感光性樹脂や熱硬化性樹脂等を使用したレジンタイプ、Ｎｉなどのメッキを使用した電着タイプ、銀ろう等を使用したろう付けタイプがある。
【０００３】
固定砥粒ワイヤソー表面においては、一定量の砥粒がほぼ等しい間隔で規則的に付着していることが理想的であるが、製造上の誤差によって砥粒の付着状態が乱れる場合がある。ワイヤソーは高速で製造されるため、製造途中での検査は困難であり、ワイヤソー表面の砥粒付着状態の検査は、製造後に目視か顕微鏡による観察によって行われていた。しかし、この方法では、検査員によって合否判定基準が変わりやすいため、ワイヤソーの品質を一定水準で管理することが難しく、また、検査に長時間を有するため、生産性の点で問題があった。
このような状況を改善するために、ワイヤソーの表面状態を検査するための装置が、特許文献１に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特許第３４７５９４２号公報
【０００５】
この検査装置は、硬質砥粒がコーティングされたワイヤソーの製造工程の終端において、コーティングされた砥粒部の輝度と素線表面地肌部の輝度の差が最も大きくなるようにワイヤソーの全周に斜めから複数のスポット照明を当て、全周に均等に配置した複数のＣＣＤカメラによって、ワイヤソーの表面の静止画像を撮像し、その信号を演算装置に入力して砥粒数、砥粒面積等を連続的に計数し、予め設定された閾値と比較してワイヤソーの表面状態の合否判定を行うものである。
【０００６】
この装置を用いることによって、ワイヤソーの製造後の目視検査を排し、検査精度の向上と検査工程の高速化を実現できるとともに、製造ロット毎にワイヤソーの表面における砥粒のコーティング状態を記憶させたものを基準に、その後の製造条件の修正を容易にすることができるとされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、この装置では、ワイヤソー表面の砥粒数と砥粒が占める面積については検査できるものの、砥粒の間隔や砥粒突き出し量について検査することはできない。ワイヤソーの切断性能は砥粒間隔や砥粒突き出し量によって左右されることが多いが、砥粒間隔や砥粒突き出し量を検査することができなければ、ワイヤソーの切断性能を良好に保つことはできない。
【０００８】
また、上記の検査装置では砥粒の脱落による砥粒数の変化を検出して砥粒の摩耗状態を知ることはできるが、砥粒脱落前であれば摩耗していても砥粒が残存しているため、砥粒が存在していると判定してしまい、砥粒の摩耗状態（砥粒摩滅や偏摩耗）を知ることはできない。
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、砥粒間隔を検出してワイヤソーの切断性能を良好に保つとともに、ワイヤソー表面の砥粒突き出し量を検出できるようにして、ワイヤソーの切味低下を未然に防止して、高い加工性能を有するワイヤソーを安定して製造することを可能とするワイヤソーの検査方法及び検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の課題を解決するために、本発明のワイヤソーの検査方法は、芯線の周囲にボンド材によって砥粒を固着したワイヤソーの検査方法において、前記ワイヤソーの投影画像を撮影し、少なくとも前記砥粒の個数、砥粒間隔、砥粒の突き出し量を検出して、前記砥粒の固着状態を検査することを特徴とする。
ワイヤソーの切断性能は砥粒間隔によって左右されることが多いが、本発明によると、砥粒間隔を検出することができるため、切断性能に問題を生じるワイヤソーが製造されることを防止することができ、ワイヤソーの品質を高めることができる。
また、砥粒数と砥粒の突き出し量を検出できるため、砥粒の脱落を検出できるばかりでなく、砥粒の摩滅状態を検出することができ、切味低下を未然に防止することができる。
【００１０】
前記砥粒の個数、砥粒間隔、砥粒の突き出し量の検出は、撮影されたワイヤソーの投影画像の明度に基づいてワイヤソーの輪郭を検知して砥粒の位置を検知することにより行うことができる。
【００１１】
前記砥粒の突き出し量は、撮影されたワイヤソーの投影画像の明度に基づいて検知されたワイヤソーの輪郭データを移動平均処理して得られる輪郭線のピーク値とボトム値とから求められる。移動平均処理を行うことにより、ワイヤソー表面の細かい凹凸やフィラーなどによる凹凸による影響を取り除いて、正確に砥粒突き出し量を検出することができる。
【００１２】
本発明のワイヤソーの検査装置は、ワイヤソーの長手方向に対して略垂直に配置された光源と、この光源からワイヤソーに照射された光を用いてワイヤソーの投影画像を撮影するカメラと、前記画像に基づいて少なくとも砥粒の個数、砥粒間隔、砥粒の突き出し量を検出してワイヤソーの良否判定を行う演算装置とを備えたことを特徴とする。
この検査装置では、砥粒の個数、砥粒間隔、砥粒の突き出し量を精度よく検出することができ、砥粒の分布を適正なものとして切断性能に優れたワイヤソーを得ることができるとともに、砥粒の脱落や摩耗状態を検知してワイヤソーの切味低下を防止することが可能なワイヤソーの検査装置を実現することができる。
【００１３】
本発明の切断装置は、上記のワイヤソーの検査装置を備えたことを特徴とし、この検査装置によって検出された砥粒の摩耗状態にあわせた切断条件を設定して切断することが可能となるため、切断効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、砥粒数と砥粒の突き出し量を検出できるため、砥粒の脱落を検出できるばかりでなく、砥粒の摩滅状態を検出することができ、切味低下を未然に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明をその実施の形態に基づいて説明する。
図１を用いて、本発明のワイヤソーの検査装置について説明する。
図１において、ワイヤソー１の長手方向に対して垂直な２軸方向に、ＣＣＤカメラ２が配置され、このＣＣＤカメラ２に対向してワイヤソー１を挟んでＬＥＤ光源３が配置されている。ＣＣＤカメラ２にはカメラ用電源４が接続され、ＬＥＤ光源３にはＬＥＤ光源用電源５が接続されている。２つのカメラ用電源４にはカメラ切替器６が接続され、カメラ切替器６と２つのＬＥＤ光源３は制御装置７に接続され、制御装置７は演算装置８に接続されている。演算装置８には、その周辺機器としてのディスプレイ９、キーボード１０，およびマウス１１が接続されている。
【００１６】
この検査装置においては、ＣＣＤカメラ２によってワイヤソー１の静止画像が撮影されるが、この際にＬＥＤ光源３によってワイヤソー１に対して光が照射される。従って、ＣＣＤカメラ２はワイヤソー１に照射された光を用いてワイヤソー１の投影画像を撮影する。カメラ切替器６によって、２つのＣＣＤカメラ２のうちいずれを選択するかが切り替えられ、制御装置７によってカメラ用電源４、ＬＥＤ光源用電源５のオン／オフと、カメラ切替器６の切替が制御される。ワイヤソー１の投影画像は演算装置８に取り込まれ、そのデータが処理されてワイヤソーの良否が判定される。
【００１７】
上記の検査装置を用いたワイヤソーの検査方法について以下に説明する。
図２（ａ）に、ＣＣＤカメラ２によって撮影されたワイヤソー１の投影画像の一例を示す。ワイヤソー１は、芯線２１の周囲にボンド材を用いて砥粒２３を固着してなるものであるが、この検査方法においてはまず、画像の明度を読み取って、画像の明るさを表す曲線Ｉを引く。この曲線Ｉの立ち上がり部をワイヤソー１の両端と定義し、この両端から等距離の点を通ってワイヤソー１の長手方向に直線Ｉを引き、この直線Ｉをワイヤソー１の中心線とする。
【００１８】
次に、ワイヤソー１の輪郭部の明るさに設定して、この明るさの点を繋いでワイヤソー１の輪郭線である曲線ＩＩを引く。
砥粒の突き出し量を正確に検出するためには、ワイヤソー表面の細かい凹凸やフィラーなどによる凹凸による影響を取り除く必要がある。そのため、曲線ＩＩをフィルタによる移動平均処理によって滑らかにする処理を施す。図４に、移動平均処理の手順を示す。（ａ）は平均処理前のワイヤソーの輪郭線である曲線ＩＩであり、（ｂ）は平均処理後の曲線ＩＩである。（ａ）においては、測定点Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４、Ｘ５、Ｘ６等における明度の測定値である、Ｆ（Ｘ１）、Ｆ（Ｘ２）、Ｆ（Ｘ３）、Ｆ（Ｘ４）、Ｆ（Ｘ５）、Ｆ（Ｘ６）等を繋いで、関数Ｆ（Ｘ）によって曲線ＩＩが表わされる。
【００１９】
これらの測定値に基づいて、
Ｇ（Ｘ３）＝（Ｆ（Ｘ１）＋Ｆ（Ｘ２）＋Ｆ（Ｘ３）＋Ｆ（Ｘ４）＋Ｆ（Ｘ５））／５
Ｇ（Ｘ４）＝（Ｆ（Ｘ２）＋Ｆ（Ｘ３）＋Ｆ（Ｘ４）＋Ｆ（Ｘ５）＋Ｆ（Ｘ６））／５
Ｇ（ＸＮ）＝（Ｆ（ＸＮ−２）＋Ｆ（ＸＮ−１）＋Ｆ（ＸＮ）＋Ｆ（ＸＮ＋１）＋Ｆ（ＸＮ＋２））／５
として移動平均値を求め、この移動平均値による関数をＧ（Ｘ）として、平均化された輪郭線とする。
【００２０】
次に、砥粒の突き出し量を検出するために、砥粒のピークとボトムを検出する。
図５に、平均化された輪郭線の一例を示す。平均化された輪郭線であるＧ（Ｘ）の微分値（Ｇ（Ｘ＋１）−Ｇ（Ｘ））が最後に正になった位置（Ｘ３）をピークスタートとし、最初に微分値（Ｇ（Ｘ＋１）−Ｇ（Ｘ））が負になった位置（Ｘ５）をピークエンドとする。このピークスタートとピークエンドの中点をもってピーク（Ｘ４）とする。
このピークの数によって砥粒数を検出することができ、また隣り合うピークの間隔によって砥粒間隔を検出することができる。
【００２１】
次に、平均化された輪郭線であるＧ（Ｘ）の微分値（Ｇ（Ｘ＋１）−Ｇ（Ｘ））が最後に負になった位置（Ｘ７）をボトムスタートとし、最初に微分値（Ｇ（Ｘ＋１）−Ｇ（Ｘ））が正になった位置（Ｘ９）をボトムエンドとする。このボトムスタートとボトムエンドの中点をもってボトム（Ｘ８）とする。
図２（ｂ）に、砥粒のピーク位置を直線ＩＩで表し、砥粒のボトム位置を直線ＩＩＩで表す。
以上の方法で検出されたピーク（Ｘ４）におけるピーク値Ｇ（Ｘ４）と、ボトム（Ｘ８）におけるボトム値Ｇ（Ｘ８）に基づいて、ピーク値とボトム値との差を求めることによって、砥粒の突き出し量を求めることができる。
以下に、検査内容をステップを追って説明する。
【００２２】
ステップ１
まず、砥粒数が閾値以上であるかについて判定する。図３に、砥粒２３の固着状況の一例として、ワイヤソー１の長手方向について長さＬの部分に、左右それぞれに砥粒２３が５個ずつ固着されているものを示しており、たとえば、長さＬの部分に固着されている砥粒数が５個以上であるものを良品と判定する。この判定は、ワイヤソーの左側、右側のいずれについても行い、
左側の砥粒数≧５
右側の砥粒数≧５
のとき良と判定してステップ２に進み、それ以外のときは不可と判定して砥粒数を赤で表示して検査を終了する。
【００２３】
ステップ２
右側と左側での砥粒２３の砥粒数の偏りについて判定する。左側の砥粒数と右側の砥粒数との比が０．９以上であれば良と判定し、０．６以上０．９未満であれば可と判定してステップ３に進む。すなわち、
左側の砥粒数≧右側の砥粒数のとき、
右側の砥粒数／左側の砥粒数≧０．９：良の判定
０．６≦右側の砥粒数／左側の砥粒数＜０．９：可の判定
左側の砥粒数≦右側の砥粒数のとき、
左側の砥粒数／右側の砥粒数≧０．９：良の判定
０．６≦左側の砥粒数／右側の砥粒数＜０．９：可の判定
とし、それ以外のときは不可と判定してその数値を赤で表示して検査を終了する。
【００２４】
ステップ３
図２における直線ＩＩの間隔を検出することによって得られる砥粒間隔の標準偏差について判定を行い、砥粒の分散状態についての良否を判定する。
砥粒間隔の標準偏差は、芯線を挟んで右側の砥粒と左側の砥粒のいずれもが良と判定される条件を満たしているときに良と判定される。すなわち、図３において、左側の砥粒間隔を総称してＬLとし、右側の砥粒間隔を総称してＬRとしたときに、
ＬLの標準偏差≦１２０μｍ、かつＬRの標準偏差≦１２０μｍ
のときに良と判定し、この範囲を除いて
ＬLの標準偏差≦２００μｍ、かつＬRの標準偏差≦２００μｍ
のときに可と判定し、ステップ４に進む。それ以外のときは不可と判定してその数値を赤で表示して検査を終了する。
なお、以上の標準偏差における数値は、投影画像における画素数から算出することができる。
【００２５】
ステップ４
図２におけるピーク値とボトム値との差を検出することによって得られる砥粒突出し量について良否判定を行う。１個の砥粒について、そのピーク値から、その砥粒の両端のボトム値を引くことによって、２つの砥粒突出し量が算出される。このようにして算出される砥粒突出し量について、画像上の全砥粒についての平均砥粒突出し量を求め、この平均砥粒突出し量が平均砥粒粒径の２５％以上４０％以下であれば、良と判定する。また、１５％以上２５％未満、あるいは４０％を超え７０％以下であれば可と判定する。すなわち、
０．２５≦平均砥粒突出し量／平均砥粒粒径≦０．４０：良の判定
０．１５≦平均砥粒突出し量／平均砥粒粒径＜０．２５：可の判定
０．４０＜平均砥粒突出し量／平均砥粒粒径≦０．７０：可の判定
とし、それ以外のときは不可と判定してその数値を赤で表示して検査を終了する。
【００２６】
以上のステップによって良と判定された場合には、そのままワイヤソーの製造が続けられる。可と判定された場合には、あらかじめ設定された回数だけ「可」の判定が連続した場合は、警報を鳴らし、装置停止等の処置がなされる。また、不可と判定されたときには、検査終了後に、警報を鳴らし、装置停止の処置がなされる。
なお、上記の説明における数値は一例であって、上記のものに限定されず、必要に応じて適宜定めることができる。
【００２７】
上記の測定に使用される光として、例えば可視光の波長領域（波長４００ｎｍ〜７００ｎｍ）の光を用いることができる。また、測定に使用できる光源としては、蛍光灯、ハロゲンランプ、ＬＥＤ等を用いることができる。
【００２８】
図６に、上述したワイヤソーの検査装置を用いた切断装置の構成の一例を示す。
切断装置３０において、巻出しボビン３１から供給されたワイヤソー１は、プーリー３２により進行方向及び通過位置が変えられて、クーラントノズル３３を備えた２つのガイドローラ３４に巻き取られる。その結果、２つのガイドローラ３４の間にその長手方向に沿ってワイヤソー１が間隔をおいて複数箇所に張られた状態となる。
【００２９】
この構成によってワイヤソー１は、２つのガイドローラ３４間で揺動し、このワイヤソー１に対して、被切断材３５を固定するためのブロック３６によって固定された被切断材３５が押し付けられることによって、被切断材３５が複数箇所で切断される。
【００３０】
ガイドローラ３４を通過したワイヤソー１に対して、ワイヤソー検査装置３７が配置されてワイヤソー１の砥粒の状態が検査された後、ワイヤソー１はプーリー３２によって、進行方向及び通過位置が変えられて巻取りボビン３８によって巻き取られて回収される。
【００３１】
ワイヤソー１は巻出しボビン３１から順次新線が供給されて被切断材３５を切断するため、巻取りボビン３８に近い側ほどワイヤソー１の摩耗が激しくなる。この実施形態においては、ワイヤソー検査装置３７を、ガイドローラ３４より巻取りボビン３８側に配置することにより、被切断材３５の切断によって生じたワイヤソー１の摩耗状態を検査することができ、摩耗による切味の低下や断線を未然に防止することができる。
【００３２】
また、ワイヤソー１の摩耗状態は、巻出しボビン３１からの新線の供給速度によって影響を受け、供給速度が小さいとワイヤソー１の摩耗が激しくなる。そのため、ワイヤソー検査装置３７の検査結果に基づいて供給速度を調整することで、ワイヤソー１の摩耗状態にあわせた切断条件を設定して切断することが可能となるため、切断効率を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、砥粒間隔を検出してワイヤソーの切断性能を良好に保つとともに、ワイヤソー表面の砥粒突き出し量を検出できるようにして、ワイヤソーの切味低下を未然に防止して、高い加工性能を有するワイヤソーを安定して製造することを可能とするワイヤソーの検査方法及び検査装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明のワイヤソーの検査装置の一例を示す図である。
【図２】ＣＣＤカメラによって撮影されたワイヤソーの投影画像の一例を示す図である。
【図３】芯線の周囲に複数の砥粒が固着されてワイヤソーが形成されている様子を模式的に示す図である。
【図４】ワイヤソーの輪郭線の移動平均処理を示す図である。
【図５】砥粒のピークとボトムを検出する方法を示す図である。
【図６】本発明の切断装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  ワイヤソー
２  ＣＣＤカメラ
３  ＬＥＤ光源
４  カメラ用電源
５  ＬＥＤ光源用電源
６  カメラ切替器
７  制御装置
８  演算装置
９  ディスプレイ
１０  キーボード
１１  マウス
２１  芯線
２３  砥粒
３０  切断装置
３１  巻出しボビン
３２  プーリー
３３  クーラントノズル
３４  ガイドローラ
３５  被切断材
３６  ブロック
３７  ワイヤソー検査装置
３８  巻取りボビン
【図１】
2006095644.tif 000003
【図２】
2006095644.tif 000004
【図３】
2006095644.tif 000005
【図４】
2006095644.tif 000006
【図５】
2006095644.tif 000007
【図６】
2006095644.tif 000008