JP6860416B2

JP6860416B2 - 加工装置

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Publication number: JP6860416B2
Application number: JP2017098958A
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Inventors: 真司吉田
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Publication date: 2021-04-14
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Description

本発明は、加工具の加工面の面状態を測定することができる加工装置に関する。

研磨装置は、砥粒を含む研磨パッドで被加工物を研磨している。研磨パッドに含まれる砥粒の量を多くして形成される研磨パッドは、脆く欠けやすいため、欠けがあると被加工物の被研磨面に軌跡が形成されて、研磨不良となることがある。そのため、研磨パッドの加工面（研磨面）に欠けが発生していないか確認する必要がある。また、研削装置は、被加工物の被加工面を鏡面に仕上げるために小さい砥粒を多く含んだ研削砥石が配設された研削ホイールを用いることがあるが、この研削砥石は従来よりも砥粒を固めるボンドの量が少なく欠けが生じやすい。この場合も研磨装置と同様に、欠けが生じると被研削面に研削砥石の軌跡が形成されて、研削不良となることがあるため、研削砥石の加工面（研削面）に欠けがないかどうかを確認する必要がある（例えば、下記の特許文献１を参照）。

欠けとは別に、被加工物を研削した際に生じる研削屑が研削砥石の研削面に付着し、研削面が目詰まりして研削力が低下することがある。被加工物が例えば金属電極を備えたシリコンウエーハである場合、研削砥石でシリコンウエーハを研削して金属電極を削ると金属が研削面に入り込んで目詰まりが起こりやすい。そのため、研削面の目詰まりを防止するために、定期的にドレッシングを行う研削装置がある（例えば、下記の特許文献２を参照）。また、被加工物の研磨加工においても、研磨パッドの研磨面に研磨屑が入り込んで目詰まりが生じるため、定期的にドレッシングを行っている。

特開２０１６−７８１４７号公報特開２０１１−１８９４５６号公報

上記のように、定期的にドレッシングを行うと、加工具の加工面の目詰まりを解消することができるが、ドレッシングすることにより研磨パッドや研削ホイールの消耗量が大きくなる。つまり、ドレッシングを過度に実施することで研磨パッドや研削ホイールの寿命が短くなり、研磨パッドや研削ホイールの交換作業が増えるという問題が生じている。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、過度なドレッシングの実施を防止し、被加工物の加工品質を安定させるとともに、加工具の消耗を小さくできるようにすることを目的している。

本発明は、被加工物を保持する保持テーブルと、該保持テーブルが保持した被加工物を研削または研磨する加工具を装着して回転する回転手段を有する加工手段と、該加工手段を該保持テーブルに対して接近および離間する方向に移動させる移動手段と、を備えた加工装置であって、該加工具の加工面に対して垂直方向から該加工面を撮像する撮像手段と、該撮像手段が該加工面を撮像可能な撮像位置に進入または該撮像手段を該撮像位置から離れた退避位置に退避させる進退手段と、を備え、該加工具は、複数のセグメント砥石が環状に配設された研削ホイールまたは複数のセグメント研磨パッドが環状に配設された研磨パッドを備え、該撮像手段は、環状に配設された該セグメント砥石または環状に配設された該セグメント研磨パッドの該加工面の半径において径方向に延在し該加工面に対して垂直方向から撮像するラインセンサと、該ラインセンサと平行に延在して該ラインセンサの近傍に配設され該加工面に対して該ラインセンサの近傍の位置から光を照射する第１の照明と、該加工面の外周接線方向で該ラインセンサの位置から遠ざけて配設され該加工面に対して斜めから光を照射する第２の照明と、該第１の照明と該第２の照明とを切り換える切換手段と、該第１の照明と該第２の照明とを切り換えて該撮像手段によって該加工面を撮像した撮像画を用いて、該加工面が加工続行可能か否かを判断する判断手段と、を備える。

また、本発明は、上記加工具を回転させながら上記切換手段により切り換えた上記第１の照明で上記加工面を照らしながら上記撮像手段で該加工面を撮像し、上記判断手段は、被加工物を加工した後の該加工具の加工面を撮像した撮像画を用いて、上記セグメント砥石または上記セグメント研磨パッド毎に明るく光る部分の数が予め設定した数以上または該セグメント砥石または該セグメント研磨パッド毎に明るく光る部分の面積を合計した面積が予め設定した面積以上であったら該加工面が異常であると判断し、該セグメント砥石または該セグメント研磨パッド毎に明るく光る部分の数が予め設定した数より少ないか、または明るく光る部分の面積を合計した面積が予め設定した面積より小さかったら該加工面が正常であると判断する第２の判断部を備えることが好ましい。

さらに、本発明は、上記加工具を回転させながら上記切換手段により切り換えた上記第２の照明で上記加工面を照らしながら上記撮像手段で該加工面を撮像し、上記判断手段は、欠けが発生していない上記セグメント砥石または上記セグメント研磨パッドの該加工面を撮像した画像を記憶する記憶部と、該記憶部に記憶された該画像と被加工物を該加工具で加工した後の該加工面を撮像した撮像画とを比較して、形状が一致したら加工を続行し、形状が一致しなかったら上記研削ホイールまたは上記研磨パッドの交換を要求する第１の判断部とを備えることが好ましい。

本発明は、加工具の加工面に対して垂直方向から加工面を撮像する撮像手段と、撮像手段が加工面を撮像可能な撮像位置に進入または撮像手段を撮像位置から離れた退避位置に退避させる進退手段とを備え、加工具は、複数のセグメント砥石が環状に配設された研削ホイールまたは複数のセグメント研磨パッドが環状に配設された研磨パッドを備え、撮像手段は、環状に配設されたセグメント砥石または環状に配設されたセグメント研磨パッドの加工面の半径において径方向に延在し加工面に対して垂直方向から撮像するラインセンサと、ラインセンサと平行に延在してラインセンサの近傍に配設され加工面に対してラインセンサの近傍の位置から光を照射する第１の照明と、加工面の外周接線方向でラインセンサの位置から遠ざけて配設され加工面に対して斜めから光を照射する第２の照明と、第１の照明と該第２の照明とを切り換える切換手段と、第１の照明と第２の照明とを切り換えて撮像手段によって加工面を撮像した撮像画を用いて、加工面が加工続行可能か否かを判断する判断手段とを備えたため、加工具の加工面の面状態を確認でき、過度にドレッシングを実施するのを防止でき、加工具の消耗を小さくすることができる。これにより、加工具の寿命が長くなり、加工具の交換頻度を少なくすることが可能となる。また、本発明によれば、撮像画を用いて加工具の加工面の面状態を観察できるため、加工に悪影響を与える状態の加工面であるか、または、加工続行できる程度の状態の加工面であるかを判断できるため、被加工物の加工不良を防止することができる。

また、本発明は、加工具を回転させながら上記切換手段により切り換えた上記第１の照明で上記加工面を照らしながら上記撮像手段で加工面を撮像し、上記判断手段は、被加工物を加工した後の加工具の加工面を撮像した撮像画を用いて、上記セグメント砥石または上記セグメント研磨パッド毎に明るく光る部分の数が予め設定した数以上またはセグメント砥石またはセグメント研磨パッド毎に明るく光る部分の面積を合計した面積が予め設定した面積以上であったら加工面が異常であると判断し、セグメント砥石またはセグメント研磨パッド毎に明るく光る部分の数が予め設定した数より少ないか、または明るく光る部分の面積を合計した面積が予め設定した面積より小さかったら加工面が正常であると判断する第２の判断部を備えたため、撮像画を画像解析して明るく光る部分の数や明るく光る部分の面積を算出して加工面の面状態を確認でき、加工面に異物がどの程度付着しているかどうかを検出することができる。

さらに、本発明は、上記加工具を回転させながら上記切換手段により切り換えた上記第２の照明で上記加工面を照らしながら上記撮像手段で該加工面を撮像し、上記判断手段は、欠けが発生していない上記セグメント砥石または上記セグメント研磨パッドの該加工面を撮像した画像を記憶する記憶部と、該記憶部に記憶された該画像と被加工物を該加工具で加工した後の該加工面を撮像した撮像画とを比較して、形状が一致したら加工を続行し、形状が一致しなかったら上記研削ホイールまたは上記研磨パッドの交換を要求する第１の判断部とを備えたため、撮像画を画像解析してセグメント砥石またはセグメント研磨パッドに欠けが発生しているかどうかを確認することができる。

加工装置の第１例の構成を示す斜視図である。研磨パッドの構成を示す断面図である。研磨パッドの構成を示す底面図である。撮像手段の構成を説明するとともに、撮像手段が撮像位置に位置づけられた状態を示す断面図である。撮像手段によりセグメント研磨パッドの加工面を撮像する状態を示す断面図である。欠けが発生していないセグメント研磨パッドの加工面を撮像した画像である。第２の照明で被加工物を加工後のセグメント研磨パッドの加工面を照らしながら撮像手段により撮像した撮像画である。加工装置の第２例の構成を示す斜視図である。研削ホイールの構成を示す底面図である。撮像手段によりセグメント砥石の加工面を撮像する状態を示す断面図である。第１の照明で被加工物を加工後のセグメント砥石の加工面を照らしながら撮像手段により撮像した撮像画である。第２の照明で被加工物を加工後のセグメント砥石の加工面を照らしながら撮像手段により撮像した撮像画である。

１加工装置の第１例
図１に示す加工装置１は、被加工物に乾式の研磨加工（ドライポリッシュ）を施す加工装置の一例であり、Ｙ軸方向に延在する装置ベース１ａと、装置ベース１ａのＹ軸方向後部側に立設されたコラム１ｂとを有している。装置ベース１ａの上面には、被加工物を保持する保持テーブル２が配設されている。保持テーブル２の上面は、被加工物を吸引保持する保持面２ａとなっている。保持テーブル２の下方には、保持テーブル２を水平方向（Ｙ軸方向）に加工送りする図示しない加工送り手段が配設されている。

コラム１ｂの前方には、保持テーブル２が保持した被加工物を研磨する加工具を装着して回転する回転手段を有する加工手段３と、加工手段３を保持テーブル２に対して接近及び離間する方向（Ｚ軸方向）に移動させる移動手段４とを備えている。移動手段４は、Ｚ軸方向に延在するボールネジ４０と、ボールネジ４０の一端に接続されたモータ４１と、ボールネジ４０と平行に延在する一対のガイドレール４２と、一方の面が加工手段３に固定された昇降板４３とを備えている。一対のガイドレール４２には昇降板４３の他方の面が摺接し、昇降板４３の内部に形成されたナットにはボールネジ４０が螺合している。モータ４１によってボールネジ４０を回動させることにより、昇降板４３とともに加工手段３をＺ軸方向に移動させることができる。

加工手段３は、鉛直方向（Ｚ軸方向）の軸心を有するスピンドル３０と、スピンドル３０を回転可能に囲繞するスピンドルハウジング３１と、スピンドル３０の一端に接続されスピンドル３０を鉛直方向の軸心を中心として回転させる回転手段であるモータ３２と、スピンドルハウジング３１を保持するホルダ３３と、スピンドル３０の下端に装着されたマウンタ３４と、マウンタ３４の下面に着脱可能に装着された加工具である研磨パッド３５とを備えている。モータ３２には、図示していないが、スピンドル３０の回転原点や回転角度を検出するためのロータリエンコーダが接続されている。そして、モータ３２がスピンドル３０を回転させることにより、研磨パッド３５を所定の回転速度で回転させることができる。

図２に示すように、マウンタ３４は、例えば円板状に形成されている。マウンタ３４の下面は研磨パッド３５が装着される自由端３４ａとなっており、自由端３４ａは鉛直方向と直交する水平方向に平行な平坦面となっている。マウンタ３４には、研磨パッド３５を締結するためのボルト３８が挿入される複数の取り付け孔３６０が周方向に等間隔で離間して形成されている。取り付け孔３６０は、マウンタ３４の上下面を貫通して形成されている。

研磨パッド３５は、円板状の基台３６と、基台３６の装着面３６ａに接着された複数のセグメント研磨パッド３７とを備えている。基台３６の装着面３６ａは、セグメント研磨パッド３７の上面と平行な平坦面に形成されている。装着面３６ａには、ボルト３８が螺合する複数の雌ねじ孔３４０が形成されている。雌ねじ孔３４０は、マウンタ３４に形成された複数の取り付け孔３６０の位置と対応して周方向に等間隔で離間して複数形成されている。

セグメント研磨パッド３７は、例えばウレタンや不織布により形成されている。セグメント研磨パッド３７は、例えば、図３に示すように、研磨パッド３５の回転中心Ｏ側から半径方向の中央に向けて拡大するとともに、該中央から外周に向けて縮小した幅を有し、花びらの形状の如く形成されている。研磨パッド３５は、研磨パッド３５の回転中心Ｏを中心として円周方向に等角度を設けて、例えば５つのセグメント研磨パッド３７が基台３６において隣接して環状に配設された構成となっている。基台３６に環状に配設された各セグメント研磨パッド３７の下面が被加工物を研磨する加工面３７ａとなっている。このように構成される研磨パッド３５の外径は、図２に示すマウンタ３４の外径と略同径に設定されており、例えばφ４５０ｍｍである。なお、本実施形態に示す研磨パッド３５の外径や、セグメント研磨パッド３７の形状及び個数は、一態様にすぎず、適宜変更可能である。

図１に示す加工装置１は、セグメント研磨パッド３７の加工面３７ａに対して垂直方向から加工面３７ａを撮像する撮像手段１０と、撮像手段１０が加工面３７ａを撮像可能な撮像位置に進入または撮像手段１０を撮像位置から離れた退避位置に退避させる進退手段２０とを備えている。進退手段２０は、Ｚ軸方向に延在する軸部材２１と、軸部材２１の上端に連結され軸部材２１の延在方向と直交する方向に延在するアーム２２と、軸部材２１の下端に連結され軸部材２１を回転させるモータ２３とを備えている。図１の例では、アーム２２に撮像手段１０が搭載されている。撮像位置は、撮像手段１０でセグメント研磨パッド３７の加工面３７ａを撮像可能な位置であればよく、例えば二点鎖線に示す研磨パッド３５の直下の位置である。退避位置は、撮像位置から離れた位置で、かつ、被加工物の研磨時にセグメント研磨パッド３７が接触しない位置であればよい。そして、進退手段２０は、モータ２３が駆動されて軸部材２１が回転することによりアーム２２を水平方向に旋回させ、撮像手段１０を撮像位置に進入させたり、撮像手段１０を撮像位置から退避位置に退避させたりすることができる。

撮像手段１０は、基台３６に環状に配設されたセグメント研磨パッド３７の加工面３７ａの半径において径方向に延在し加工面３７ａに対して垂直方向から撮像するラインセンサ１１と、ラインセンサ１１と平行に延在してラインセンサ１１の近傍に配設され加工面３７ａに対してラインセンサ１１の近傍の位置から光を照射する第１の照明１２と、加工面３７ａの外周接線方向でラインセンサ１１の位置から遠ざけて配設され加工面３７ａに対して斜めから光を照射する第２の照明１３と、第１の照明１２と第２の照明１３とを切り換える切換手段１４と、第１の照明１２と第２の照明１３とを切り換えて撮像手段１０によって加工面３７ａを撮像した撮像画を用いて、加工面３７ａが加工続行可能か否かを判断する判断手段１５とを備えている。加工面３７ａの外周接線方向とは、図３に示した各セグメント研磨パッド３７の外周縁の中心点を通る接線の接線方向である。

ラインセンサ１１は、ＣＣＤイメージセンサまたはＣＭＯＳイメージセンサが直線状に配置された構成となっている。図４に示すように、ラインセンサ１１は、セグメント研磨パッド３７の加工面３７ａに対して垂直方向の光軸１１０を有している。ラインセンサ１１によって加工面３７ａを撮像する場合には、図５に示すように、進退手段２０によってラインセンサ１１を撮像位置に位置づけた状態で、研磨パッド３５を回転させながら、ラインセンサ１１がセグメント研磨パッド３７の加工面３７ａを連続撮像することにより、加工面３７ａの面状態が写し出された撮像画を撮像することができる。

図４に示す第１の照明１２及び第２の照明１３は、例えば複数のＬＥＤで構成されている。本実施形態に示す第１の照明１２は、セグメント研磨パッド３７の加工面３７ａに対して垂直に近い入射角度α１の光軸１２０を有しており、いわゆる明視野により加工面３７ａを照らすことができる。一方、第２の照明１３は、セグメント研磨パッド３７の加工面３７ａに対して傾斜した入射角度α２の光軸１３０を有しており、いわゆる暗視野により加工面３７ａを照らすことができる。入射角度α２は、ラインセンサ１１の光軸１１０に対して入射角度α１よりも大きく傾斜した角度となっており、入射角度α２＞入射角度α１となるように構成されている。なお、入射角度α１，入射角度α２は、特に限定されず、光が照射される加工面３７ａとの間隔によって任意に設定される。

切換手段１４は、第１の照明１２と第２の照明１３とをそれぞれ切り換えて点灯させることができる。すなわち、明視野で加工面３７ａを照らす場合は、切換手段１４によって第１の照明１２を選択して点灯させるとともに第２の照明１３を消灯させる。一方、暗視野で加工面３７ａを照らす場合は、切換手段１４によって第２の照明１３を選択して点灯させるとともに第１の照明１２を消灯させる。切換手段１４によれば、撮像位置に位置づけられた撮像手段１０で加工面３７ａを撮像する際に、第１の照明１２または第２の照明１３を選択して点灯させて加工面３７ａを照らすことができるため、明視野と暗視野との切り換えを容易に行える。

研磨パッド３５を回転させながら切換手段１４により切り換えた第１の照明１２で加工面３７ａを照らしながら撮像手段１０で加工面３７ａを撮像する場合（明視野で撮像する場合）、第１の照明１２からセグメント研磨パッド３７の加工面３７ａに光を入射させると、加工面３７ａにおいて鏡面反射する割合が強くなるため、撮像画には加工面３７ａは黒く写る。一方、加工面３７ａの周りの部分や、加工面３７ａに研磨屑などの異物が付着した部分は拡散反射する割合が強くなるため、加工面３７ａの周りの部分や異物が付着した部分は白く写る。

図１に示す判断手段１５は、上記明視野によって撮像された撮像画を解析するために、セグメント研磨パッド３７毎に明るく光る部分の数が予め設定した数以上またはセグメント研磨パッド３７毎に明るく光る部分の面積を合計した面積が予め設定した面積以上であったら加工面３７ａが異常であると判断し、セグメント研磨パッド３７毎に明るく光る部分の数が予め設定した数より少ないか、または明るく光る部分の面積を合計した面積が予め設定した面積より小さかったら加工面３７ａが正常であると判断する第２の判断部１５２を備えている。ここで、明るく光る部分とは、明視野で撮像された撮像画に黒く写し出された加工面３７ａのうち、異物が付着した部分である。加工面３７ａに異物が付着した部分は、拡散反射する割合が強く、ラインセンサ１１で検出される光量が増えるため、白いコントラストで明るく光って写し出される。このように、第２の判断部１５２では、明るく光る部分の数や面積に基づいて、セグメント研磨パッド３７の加工面３７ａに異物がどの程度付着しているかどうかを検出することができる。

また、研磨パッド３５を回転させながら切換手段１４により切り換えた第２の照明１３で加工面３７ａを照らしながら撮像手段１０で加工面３７ａを撮像する場合（暗視野で撮像する場合）、第２の照明１３からセグメント研磨パッド３７の加工面３７ａに光を入射させると、加工面３７ａにおいて拡散反射する割合が強くなるため、撮像画には加工面３７ａは白く写り、加工面３７ａの周りの部分は黒く写る。また、セグメント研磨パッド３７の外周に欠けが生じていると、その欠けた部分が影となって黒くなる。

判断手段１５は、上記暗視野による撮像画を解析するために、欠けが発生していないセグメント研磨パッド３７の加工面３７ａを撮像した画像を記憶する記憶部１５０と、記憶部１５０に記憶された画像と被加工物を加工した後の加工面３７ａを撮像した撮像画とを比較して、セグメント研磨パッド３７の形状が一致したら加工を続行し、セグメント研磨パッド３７の形状が一致しなかったら研磨パッド３５の交換を要求する第１の判断部１５１とを備えている。セグメント研磨パッド３７の形状とは、セグメント研磨パッド３７の外形を意味する。暗視野で撮像された撮像画には、加工面３７ａは白く写り、加工面３７ａの周りの部分は黒く写ることから、セグメント研磨パッド３７の外形を認識できる。そして、第１の判断部１５１では、記憶部１５０に記憶された画像と被加工物を加工した後の加工面３７ａを撮像した撮像画とを比較することにより、セグメント研磨パッド３７に欠け等の異常が発生しているかどうかを検出することができる。

次に、加工装置１を用いて、被加工物を研磨加工する動作例について説明する。まず、図１に示した保持テーブル２の保持面２ａに被加工物を載置したら、図示しない吸引源の吸引力を保持面２ａに作用させ被加工物を吸引保持する。保持テーブル２を回転しながらＹ軸方向に移動させて加工手段３の下方に移動させる。

移動手段４によって研磨パッド３５を保持テーブル２に対して接近する方向に研磨送りしながら、スピンドル３０が回転して研磨パッド３５を回転させる。下降しながら回転するセグメント研磨パッド３７の加工面３７ａを回転する被加工物の上面の全面に接触させ、セグメント研磨パッド３７と被加工物とを相対的に摺動させる。このようにして、被加工物の研磨加工を行い、被加工物が所望の厚みに達したら、移動手段４によって加工手段３を保持テーブル２から離間する方向に上昇させ、研磨加工を終了する。

次いで、研磨パッド３５によって被加工物を研磨加工した後にセグメント研磨パッド３７の加工面３７ａの面状態を測定する動作例について説明する。第１例では、１枚または複数枚の被加工物に対して研磨加工を実施した後、例えば、第２の照明１３でセグメント研磨パッド３７の加工面３７ａを照らしながら撮像手段１０で加工面３７ａを撮像し、判断手段１５によって加工面３７ａの面状態を測定する場合について詳述する。この場合、記憶部１５０には、図６に示すセグメント研磨パッド３７の外形に欠けが発生していない状態の研磨パッド３５を撮像した画像１００があらかじめ記憶されている。画像１００は、研磨パッド３５で被加工物を加工する前にあらかじめ暗視野によって加工面３７ａを撮像したものである。画像１００には、研磨パッド３５の部分が白く写し出され、研磨パッド３５の周りは黒く写し出されている。図示の例では、白く写し出された研磨パッド３５のうち、基台３６と、基台３６に環状に配設された各セグメント研磨パッド３７の加工面３７ａとの濃淡が異なっており、５つのセグメント研磨パッド３７の外形が確認できる程度に写し出されている。

図５に示した進退手段２０のモータ２３が駆動することにより、軸部材２１が回転しアーム２２を旋回させて撮像手段１０を撮像位置に進入させ、ラインセンサ１１をセグメント研磨パッド３７の加工面３７ａの直下において水平に位置づける。次いで、加工手段３は、スピンドル３０を回転することにより、回転中心Ｏを中心として研磨パッド３５を例えば４ｒｐｍで矢印Ａ方向に回転させる。

図４に示す切換手段１４により第２の照明１３を選択して点灯させることにより、セグメント研磨パッド３７の加工面３７ａに向けて斜めから光を入射させ、暗視野により加工面３７ａを照明する。ロータリエンコーダで回転角度を検出しつつ、第２の照明１３の光で加工面３７ａを照らしながらラインセンサ１１でセグメント研磨パッド３７毎に加工面３７ａを撮像して、例えば図７の左方に示す帯状の撮像画１０１を撮像する。撮像時間は、例えば１５秒に設定されている。撮像画１０１には、研磨パッド３５の部分が白く写し出され、研磨パッド３５の周りは黒く写し出されている。撮像画１０１には、白く写し出された各セグメント研磨パッド３７が一列に整列しており、画像１００と同様に、加工面３７ａの外形が確認できる程度に写し出されている。この撮像画１０１には、最も下側に位置するセグメント研磨パッド３７に欠け３９（黒色が施された部分）が発生している。

次いで、撮像画１０１は、図示しない画像処理手段によって、図７の右方に示す撮像画１０２に変換される。ここで、図１に示した第１の判断部１５１は、記憶部１５０に記憶された画像１００と、撮像画１０２とを比較して画像解析を行う。撮像画１０２から１つのセグメント研磨パッド３７に欠け３９が確認できる。そのため、画像１００に写し出されたセグメント研磨パッド３７の加工面３７ａと欠け３９が発生したセグメント研磨パッド３７の加工面３７ａとの面積に差があり、画像１００に写し出されたセグメント研磨パッド３７と撮像画１０２に写し出されたセグメント研磨パッド３７の形状が一致しない。この場合、第１の判断部１５１は、加工面３７ａに異常があるものとして研磨加工を続行が不可能である判断し、研磨パッド３５の交換を要求する。交換の要求は、例えば加工装置１の図示しないモニターに表示される。一方、画像１００に写し出されたセグメント研磨パッド３７と撮像画１０２に写し出されたセグメント研磨パッド３７の形状が一致している場合、第１の判断部１５１は、加工面３７ａが正常であるものとして研磨加工を続行可能である判断する。

このように、第１例の加工装置１は、切換手段１４によって第２の照明１３を選択してセグメント研磨パッド３７の加工面３７ａを照らしながら撮像手段１０で加工面３７ａを撮像することができるため、記憶部１５０に記憶された画像１００と、暗視野によって撮像された撮像画１０２とを比較して、セグメント研磨パッド３７に欠け３９が発生しているかどうかを確認できる。したがって、研磨パッド３５の適切な交換時期を判断でき、被加工物の加工不良を防止することができる。
また、加工装置１では、切換手段１４によって第１の照明１２を選択して加工面３７ａを照らしながら撮像手段１０で加工面３７ａを撮像することができるため、明視野による撮像画を撮像することができ、加工面３７ａに異物がどの程度付着しているかどうかを検出することができる。このように、本発明によれば、セグメント研磨パッド３７の加工面３７ａの面状態を測定して、過度なドレッシングの実施を防止でき、研磨パッド３５の消耗を小さくすることができるため、研磨パッド３５の寿命が長くなり、研磨パッド３５の交換頻度を少なくすることが可能となる。

２加工装置の第２例
図８に示す加工装置５は、被加工物に研削加工を施す加工装置の一例であり、Ｙ軸方向に延在する装置ベース５ａと、装置ベース５ａのＹ軸方向後部側に立設されたコラム５ｂとを有している。装置ベース５ａの上面には、被加工物を保持する保持テーブル６が配設されている。保持テーブル６の上面は、被加工物を吸引保持する保持面６ａとなっている。保持テーブル６の下方には、保持テーブル６を水平方向（Ｙ軸方向）に加工送りする図示しない加工送り手段が配設されている。

コラム５ｂの前方には、保持テーブル６が保持した被加工物を研削する加工具を装着して回転する回転手段を有する加工手段７と、加工手段７を保持テーブル６に対して接近及び離間する方向（Ｚ軸方向）に移動させる移動手段８とを備えている。移動手段８は、加工装置の第１例の移動手段４と同様であり、Ｚ軸方向に延在するボールネジ８０と、ボールネジ８０の一端に接続されたモータ８１と、ボールネジ８０と平行に延在する一対のガイドレール８２と、一方の面が加工手段７に固定された昇降板８３とを備え、一対のガイドレール８２には昇降板８３の他方の面が摺接し、昇降板８３の内部に形成されたナットにはボールネジ８０が螺合している。モータ８１によってボールネジ８０を回動させることにより、昇降板８３とともに加工手段７をＺ軸方向に移動させることができる。

加工手段７は、鉛直方向（Ｚ軸方向）の軸心を有するスピンドル７０と、スピンドル７０を回転可能に囲繞するスピンドルハウジング７１と、スピンドル７０の一端に接続されスピンドル７０を鉛直方向の軸心を中心として回転させる回転手段であるモータ７２と、スピンドルハウジング７１を保持するホルダ７３と、スピンドル７０の下端に装着されたマウンタ７４と、マウンタ７４の下面に着脱可能に装着された加工具である研削ホイール７５とを備えている。研削ホイール７５の下部には環状に配設された複数のセグメント砥石７６を備えている。モータ７２には、図示していないが、スピンドル７０の回転原点や回転角度を検出するためのロータリエンコーダが接続されている。そして、モータ７２がスピンドル７０を回転させることにより、研削ホイール７５を所定の回転速度で回転させることができる。

本実施形態に示す研削ホイール７５は、例えば、図９に示すように、研削ホイール７５の下部において等間隔をあけて複数のセグメント砥石７６が例えば接着剤によって環状に接着固定されている。セグメント砥石７６の個数は、特に限定されるものではないが、例えば２８個である。研削ホイール７５の外径は、マウンタ７４の外径と略同径に設定されており、例えばφ３００ｍｍである。研削ホイール７５に環状に配設されたセグメント砥石７６の下面が被加工物を研削する加工面７６ａとなっている。なお、本実施形態に示す研削ホイール７５の外径や、セグメント砥石７６の形状及び個数は、一態様にすぎず、適宜変更可能である。また、隣り合うセグメント砥石７６の間の間隔は、被加工物の材質・大きさやセグメント砥石７６の材質等に応じて適宜設定するとよい。

図８に示す加工装置５は、上記加工装置１と同様に、セグメント砥石７６の加工面７６ａに対して垂直方向から加工面７６ａを撮像する撮像手段１０Ａと、撮像手段１０Ａが加工面７６ａを撮像可能な撮像位置に進入または撮像手段１０Ａを撮像位置から離れた退避位置に退避させる進退手段２０Ａとを備えている。進退手段２０Ａの構成は、第１例と同様であるため、共通の符号を付している。第２例においても、アーム２２において撮像手段１０Ａが搭載されている。撮像手段１０Ａでセグメント砥石７６の加工面７６ａを撮像可能な位置であればよく、例えば二点鎖線に示す研削ホイール７５の直下の位置である。退避位置は、撮像位置から離れた位置で、かつ、被加工物の研削時にセグメント砥石７６が接触しない位置であればよい。

撮像手段１０Ａの構成は、第１例と同様に、研削ホイール７５に環状に配設されたセグメント砥石７６の加工面７６ａの半径において径方向に延在し加工面７６ａに対して垂直方向から撮像するラインセンサ１１と、ラインセンサ１１と平行に延在してラインセンサ１１の近傍に配設され加工面７６ａに対してラインセンサ１１の近傍の位置から光を照射する第１の照明１２と、加工面７６ａの外周接線方向でラインセンサ１１の位置から遠ざけて配設され加工面７６ａに対して斜めから光を照射する第２の照明１３と、第１の照明１２と第２の照明１３とを切り換える切換手段１４Ａと、第１の照明１２と第２の照明１３とを切り換えて撮像手段１０Ａによって加工面７６ａを撮像した撮像画を用いて、加工面７６ａが加工続行可能か否かを判断する判断手段１５Ａとを備えている。加工面７６ａの外周接線方向とは、図９に示した各セグメント砥石７６の外周縁の中心点を通る接線の接線方向である。

判断手段１５Ａは、第１例の判断手段１５と同様である。すなわち、判断手段１５Ａは、セグメント砥石７６毎に明るく光る部分の数が予め設定した数以上またはセグメント砥石７６毎に明るく光る部分の面積を合計した面積が予め設定した面積以上であったら加工面７６ａが異常であると判断し、セグメント砥石７６毎に明るく光る部分の数が予め設定した数より少ないか、または明るく光る部分の面積を合計した面積が予め設定した面積より小さかったら加工面７６ａが正常であると判断する第２の判断部１５２を備えている。明るく光る部分とは、明視野で撮像された撮像画に黒く写し出された加工面７６ａのうち、研削屑などの異物が付着した部分である。また、判断手段１５Ａは、第１例と同様、欠けが発生していないセグメント砥石７６の加工面７６ａを撮像した画像を記憶する記憶部１５０と、記憶部１５０に記憶された画像と被加工物を加工した後の加工面７６ａを撮像した撮像画とを比較して、セグメント砥石７６の形状が一致したら加工を続行し、セグメント砥石７６の形状が一致しなかったら研削ホイール７５の交換を要求する第１の判断部１５１とを備えている。セグメント砥石７６の形状とは、セグメント砥石７６の外形を意味する。

次に、加工装置５を用いて、被加工物を研削加工する動作例について説明する。まず、図８に示した保持テーブル６の保持面６ａに被加工物を載置したら、図示しない吸引源の吸引力を保持面６ａに作用させ被加工物を吸引保持する。保持テーブル６を回転しながらＹ軸方向に移動させて加工手段７の下方に移動させる。

移動手段８によって研削ホイール７５を保持テーブル６に対して接近する方向に研削送りしながら、スピンドル７０が回転して研削ホイール７５を回転させる。下降しながら回転するセグメント砥石７６の加工面７６ａで回転する被加工物の上面を押圧しながら所定の厚みに至るまで研削する。このようにして、被加工物の研削加工を行い、被加工物が所望の厚みに達したら、移動手段８によって加工手段７を保持テーブル６から離間する方向に上昇させ、研削加工を終了する。

次いで、研削ホイール７５によって被加工物を研削加工した後にセグメント砥石７６の加工面７６ａの面状態を測定する動作例について説明する。第２例では、１枚または複数枚の被加工物に対して上記研削加工を実施した後、例えば、第１の照明１２でセグメント砥石７６の加工面７６ａを照らしながら撮像手段１０Ａで加工面７６ａを撮像し、判断手段１５Ａによって加工面７６ａの面状態を測定する場合について詳述する。

図８に示す進退手段２０Ａのモータ２３が駆動することにより、軸部材２１が回転しアーム２２を旋回させて撮像手段１０Ａを撮像位置に進入させ、図１０に示すように、ラインセンサ１１をセグメント砥石７６の加工面７６ａの直下において水平に位置づける。加工手段７は、スピンドル７０を回転することにより、回転中心Ｏを中心として研削ホイール７５を例えば６０ｒｐｍで矢印Ｂ方向に回転させる。

図８に示す切換手段１４により第１の照明１２を選択して点灯させ、明視野により加工面７６ａを照明する。ロータリエンコーダで回転角度を検出しつつ、第１の照明１２の光で加工面７６ａを照らしながらラインセンサ１１でセグメント砥石７６毎に加工面７６ａを撮像して、例えば、図１１に示す撮像画２００を撮像する。撮像時間は、例えば１秒に設定されている。撮像画２００は、明視野によって１個のセグメント砥石７６が写し出された拡大画像を図示しているが、実際の撮像画には、図９に示した２８個のセグメント砥石７６が写し出される。撮像画２００には、セグメント砥石７６の加工面７６ａが黒く写し出され、セグメント砥石７６の加工面７６ａの周り（研削ホイール７５など）が白く写し出されている。撮像画２００に黒く写し出された加工面７６ａのうち、白いコントラストで光る部分は異物７７が付着した部分である。

ここで、例えば暗視野によってセグメント砥石７６の加工面７６ａを撮像すると、図１２に示す撮像画２０１を撮像することができるが、かかる撮像画２０１には、セグメント砥石７６の加工面７６ａが白く写し出され、加工面７６ａの周りが黒く写し出されるため、撮像画２０１からセグメント砥石７６の外形は確認できるものの、加工面７６ａに付着した異物７７のコントラストが明確とならず、異物７７を確認することが難しい。そのため、図１１に示した撮像画２００には、撮像画２０１と比べて、セグメント砥石７６の加工面７６ａに付着した異物７７が顕著に写し出されるため、加工面７６ａの面状態を確認することができる。

図８に示した第２の判断部１５２は、撮像画２００を画像解析することにより、セグメント砥石７６毎に異物７７の数をカウントするか、または、セグメント砥石７６毎に異物７７の面積の合計値を算出する。第２の判断部１５２は、各加工面７６ａに付着した異物７７の数が、予め加工装置５に設定した数以上または異物７７の面積の合計値が予め加工装置５に設定した値以上であったら、加工面７６ａが異常であると判断する。異物７７の数をカウントする場合には、最適な加工条件を選定するために、異物７７の大きさによって異物７７を分級しておくとよい。なお、加工条件には、加工手段７の研削送り速度、スピンドル７０の回転数、研削水の水量、研削ホイール７５の外径、セグメント砥石７６の形状及び個数等が含まれる。

第２の判断部１５２によってセグメント砥石７６の加工面７６ａに異常があると判断されたら、研削加工の続行が不可能となるため、セグメント砥石７６のドレッシングを実施してもよいし、研削ホイール７５の交換を要求してもよい。また、異物７７の大きさを分級している場合は、被加工物の加工条件の設定を変更してもよい。例えば、加工面７６ａに大きな異物が多く付着している場合は、移動手段８による加工手段７の研削送り速度を遅くするとともにスピンドル７０の回転数を大きく設定変更するとよい。これにより、被加工物の研削後にセグメント砥石７６の加工面７６ａに付着する異物を小さくすることができる。また、加工面７６ａに小さな異物が多く付着している場合は、研削時に使用する研削水の水量を多くする設定に変更するとよい。これにより、セグメント砥石７６と被加工物との接触面に流れ込む研削水が増えるため、小さい異物は排出されやすくなる。

一方、第２の判断部１５２は、撮像画２００を画像解析することにより、セグメント砥石７６毎に異物７７の数をカウントするか、または、セグメント砥石７６毎に異物７７の面積の合計値を算出した結果、各加工面７６ａに付着した異物７７の数が予め加工装置５に設定した数よりも少ないか、または異物７７の面積の合計値が予め加工装置５に設定した値よりも小さかったら、加工面７６ａが正常であると判断する。この場合は、研削加工の続行が可能となる。

このように、第２例の加工装置５は、上記加工装置１と同様に、切換手段１４によって第１の照明１２を選択してセグメント砥石７６の加工面７６ａを照らしながら撮像手段１０Ａで加工面７６ａを撮像することができるため、明視野による撮像画２００を撮像することができ、撮像画２００を画像解析して明るく光る部分の数や明るく光る部分の面積を算出して加工面７６ａに異物７７がどの程度付着しているかどうかを検出することができる。このように、本発明によれば、セグメント砥石７６の加工面７６ａの面状態を測定して、過度なドレッシングの実施を防止でき、研削ホイール７５の消耗を小さくすることができるため、研削ホイール７５の寿命が長くなり、研削ホイール７５の交換頻度を少なくすることができる。
また、第２例の加工装置５においても、切換手段１４によって第２の照明１３を選択して加工面７６ａを照らしながら撮像手段１０Ａで加工面７６ａを撮像することができるため、第１例と同様の暗視野による撮像画を撮像することができ、記憶部１５０に記憶された画像と、暗視野によって撮像された撮像画とを比較して、セグメント砥石７６に欠けが発生しているかどうかを確認できる。したがって、研削ホイール７５の適切な交換時期を判断でき、被加工物の加工不良を防止することができる。

１：加工装置１ａ：装置ベース１ｂ：コラム２：保持テーブル
３：加工手段３０：スピンドル３１：スピンドルハウジング３２：モータ
３３：ホルダ３４：マウンタ３５：研磨パッド３６：基台
３７：セグメント研磨パッド３７ａ：加工面３８：ボルト３９：欠け
４：移動手段４０：ボールネジ４１：モータ４２：ガイドレール４３：昇降板
５：加工装置５ａ：装置ベース５ｂ：コラム６：保持テーブル
７：加工手段７０：スピンドル７１：スピンドルハウジング７２：モータ
７３：ホルダ７４：マウンタ７５：研削ホイール７６：セグメント砥石
７６ａ：加工面７７：付着物
８：移動手段８０：ボールネジ８１：モータ８２：ガイドレール８３：昇降板
１０，１０Ａ：撮像手段１１：ラインセンサ１２：第１の照明１３：第２の照明
１４：切換手段１５，１５Ａ：判断手段１５０：記憶部１５１：第１の判断部
１５２：第２の判断部
２０，２０Ａ：進退手段２１：軸部材２２：アーム２３：モータ

Claims

被加工物を保持する保持テーブルと、該保持テーブルが保持した被加工物を研削または研磨する加工具を装着して回転する回転手段を有する加工手段と、該加工手段を該保持テーブルに対して接近および離間する方向に移動させる移動手段と、を備えた加工装置であって、
該加工具の加工面に対して垂直方向から該加工面を撮像する撮像手段と、
該撮像手段が該加工面を撮像可能な撮像位置に進入または該撮像手段を該撮像位置から離れた退避位置に退避させる進退手段と、を備え、
該加工具は、複数のセグメント砥石が環状に配設された研削ホイールまたは複数のセグメント研磨パッドが環状に配設された研磨パッドを備え、
該撮像手段は、環状に配設された該セグメント砥石または環状に配設された該セグメント研磨パッドの該加工面の半径において径方向に延在し該加工面に対して垂直方向から撮像するラインセンサと、
該ラインセンサと平行に延在して該ラインセンサの近傍に配設され該加工面に対して該ラインセンサの近傍の位置から光を照射する第１の照明と、
該加工面の外周接線方向で該ラインセンサの位置から遠ざけて配設され該加工面に対して斜めから光を照射する第２の照明と、
該第１の照明と該第２の照明とを切り換える切換手段と、
該第１の照明と該第２の照明とを切り換えて該撮像手段によって該加工面を撮像した撮像画を用いて、該加工面が加工続行可能か否かを判断する判断手段と、を備える加工装置。
前記加工具を回転させながら前記切換手段により切り換えた前記第１の照明で前記加工面を照らしながら前記撮像手段で該加工面を撮像し、
前記判断手段は、被加工物を加工した後の該加工具の加工面を撮像した撮像画を用いて、前記セグメント砥石または前記セグメント研磨パッド毎に明るく光る部分の数が予め設定した数以上または該セグメント砥石または該セグメント研磨パッド毎に明るく光る部分の面積を合計した面積が予め設定した面積以上であったら該加工面が異常であると判断し、
該セグメント砥石または該セグメント研磨パッド毎に明るく光る部分の数が予め設定した数より少ないか、または明るく光る部分の面積を合計した面積が予め設定した面積より小さかったら該加工面が正常であると判断する第２の判断部を備える請求項１記載の加工装置。
前記加工具を回転させながら前記切換手段により切り換えた前記第２の照明で前記加工面を照らしながら前記撮像手段で該加工面を撮像し、
前記判断手段は、欠けが発生していない前記セグメント砥石または前記セグメント研磨パッドの該加工面を撮像した画像を記憶する記憶部と、
該記憶部に記憶された該画像と被加工物を該加工具で加工した後の該加工面を撮像した撮像画とを比較して、形状が一致したら加工を続行し、形状が一致しなかったら前記研削ホイールまたは前記研磨パッドの交換を要求する第１の判断部とを備える請求項１記載の加工装置。