石文

摘要：21世紀以來，科學(xué)技術(shù)的進步在推動各行各業(yè)高速發(fā)展，也對劃片機技術(shù)的更新起到了不可磨滅的作用。本文將對應(yīng)用在劃片機中的刀體破損檢測技術(shù)進行探究，并在一定的理論分析和計算的基礎(chǔ)上制定合理的檢測方案，以足夠的數(shù)據(jù)為支撐對數(shù)據(jù)進行處理，進而設(shè)計出具備強抗干擾性的數(shù)字濾波器，實現(xiàn)降低系統(tǒng)誤報率和提高設(shè)備穩(wěn)定性的目的，最終推動刀體破損檢測技術(shù)完美融入到劃片機中。

關(guān)鍵詞：刀體破損檢測;劃片機;實時檢測

引言

作為半導(dǎo)體后封裝的重要設(shè)備，劃片機通過強力磨削來對目標進行有效切割。值得一提的是，刀片是強力磨削的主要執(zhí)行部分，而劃片機的刀片主要采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，安裝部位在劃片機的主軸電機上。當劃片機正常工作時，主軸電機驅(qū)動高速旋轉(zhuǎn)的刀片對目標進行劃切動作。

考慮到劃片機刀片工作性質(zhì)的特殊性，在進行實際的劃切操作時經(jīng)常會出現(xiàn)刀片磨損的情況，倘若不對刀片進行合理檢測而繼續(xù)工作，就會對劃切質(zhì)量產(chǎn)生一定影響，甚至?xí)η懈罴斐蓳p傷。要想保證切割件的劃切質(zhì)量，防止切割件被損壞，就必須在實際的劃切過程中及時檢測刀片，一旦刀片出現(xiàn)破損情況就需要盡快停止劃切動作。在發(fā)現(xiàn)刀片破損位置時，應(yīng)該進行科學(xué)的刀體更換工作。

1.劃片機刀片概述

考慮到刀具在劃片機中扮演的重要角色，刀具的性能對劃切質(zhì)量影響很大。試驗研究表明劃切刀中金剛石的粒度、濃度、大小、結(jié)合劑類型、刀片露出量、刀片厚度等對劃切過程中切割道的寬度和邊緣破裂的大小都有影響。全自動劃片機劃切是使用超薄砂輪刀片件進行切割的磨削加工方法。切割過程中，超薄砂輪刀片的受力包括磨削力、離心力和摩擦力等。砂輪刀片的性能特性直接影響劃切效果。高速磨削時，砂輪刀片將產(chǎn)生很大的離心力，而產(chǎn)生的離心力是刀具磨損的重要因素，因此對劃切過程中離心力分析非常重要。切削力直接影響劃切效果，對劃切過程中切削力影響因素分析有利于劃切工藝參數(shù)的選擇。

與此同時，由于劃片機被應(yīng)用于切割單晶硅、藍寶石和工程陶瓷等硬脆材料，上述材料都存在高硬度、高熔點和韌性低等物理特性，在實際的劃切過程中經(jīng)常會出現(xiàn)崩邊、毛刺、微裂紋和劃傷等缺陷。同時劃切過程中產(chǎn)生磨削熱不易快速傳導(dǎo)出去，易導(dǎo)致刀具中的金剛石顆粒高溫碳化及熱破裂導(dǎo)致刀具磨損嚴重。對硬脆材料劃切去除機理進行理論分析，分析劃切過程中砂輪刀片力學(xué)性能，對影響劃切質(zhì)量因素進行分析，并對劃片機的刀體進行有效的破損檢測，有利于選擇最優(yōu)劃切工藝條件，在提高劃切質(zhì)量的同時降低生產(chǎn)成本。

2.刀體破損檢測原理

為了實現(xiàn)正常的刀體損傷檢測，發(fā)光光纖頭和接收光纖頭應(yīng)通過機械裝置固定在刀片外圓邊緣的兩側(cè)。刀片在進行劃切動作時會不斷出現(xiàn)磨損導(dǎo)致刀片變小，一旦刀片不能對外界光線進行有效遮擋時，就要求技術(shù)人員對刀片位置進行調(diào)節(jié)，從而使刀片正常遮擋光線以繼續(xù)進行劃切動作。除此之外，在劃片機正常工作時，刀片會高速旋轉(zhuǎn)對切割件進行有效劃切，光纖傳感器也會對光接收部的光信號進行實時檢測。

在完成上述工作以后，光纖傳感器通過放大器將接收光纖的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，然后通過數(shù)據(jù)采集電路將信號從模擬轉(zhuǎn)換成數(shù)字，并將模擬轉(zhuǎn)換成數(shù)字的結(jié)果輸出到上位機交由算法進行處理。最后判斷葉片是否損壞，倘若刀片出現(xiàn)損壞情況，機器會立即停止并報警，提示技術(shù)人員應(yīng)該及時更換刀片。否則刀片將繼續(xù)工作，檢測程序?qū)⒎祷財?shù)據(jù)采集電路進行下一次數(shù)據(jù)采集和處理。

3.刀體檢測理論分析

3.1傳感器的響應(yīng)時間

通過分析劃片機的技術(shù)參數(shù)可以得出，全自動劃片機的主軸電機能夠?qū)崿F(xiàn)每秒鐘1000轉(zhuǎn)，這就要求光纖傳感器的響應(yīng)時間必須少于1毫秒。一旦傳感器的響應(yīng)時間長于缺口出現(xiàn)的周期時間，那么傳感器就沒有辦法實現(xiàn)對周期信號的精確檢測，也就不能講缺口處的透光度有效反映在輸出的電信號中。由此可知，光線傳感器的響應(yīng)時間應(yīng)該小于劃片機的每秒鐘旋轉(zhuǎn)速度。

3.2A/D轉(zhuǎn)換分析

光信號經(jīng)光纖放大器轉(zhuǎn)換成電信號后，需要對電信號進行采集和處理，其中一個重要環(huán)節(jié)是模數(shù)轉(zhuǎn)換及其定量分析。所選光纖傳感器的輸出光直徑為1毫米，輸出電壓為0-5伏，假設(shè)缺口的最小直徑為30微米，光束的輸出電壓為5伏，沒有遮擋。此時，缺口處的透射率為接收光總能量的0.09%，相應(yīng)的缺口處的透射率轉(zhuǎn)換為4.5毫伏電壓。

可以看出，A/D轉(zhuǎn)換器電路的量化誤差應(yīng)小于4.5毫伏，轉(zhuǎn)換器電路的位數(shù)必須大于10位，以滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換的精度要求，因此刀具破損檢測通常采用12位A/D轉(zhuǎn)換。

3.3濾波器的選取

檢測系統(tǒng)通常采用硬件濾波和軟件濾波。硬件濾波器由RC濾波器或具有特定電阻和電容規(guī)格的模擬濾波器組成，例如具有電感和電容的LC濾波器。軟件濾波器又稱數(shù)字濾波器，通過一定的計算和判斷，減少或消除信號噪聲的影響。數(shù)字濾波器具有可靠性高、穩(wěn)定性好、靈活性強、使用方便、功能強大等特點。針對自動刮刀刀體損傷檢測環(huán)境惡劣、噪聲復(fù)雜的特點，采用數(shù)字濾波器設(shè)計。根據(jù)其信號特性，采用改進的限幅濾波器對Xi和Xi-1連續(xù)采樣兩次的偏差值進行判斷。如果偏差值大于某一設(shè)定值A(chǔ)，則采樣有效。如果有效值占取樣總數(shù)的百分比大于某一設(shè)定值B，則可以判斷葉片是否損壞。該方法的優(yōu)點是能有效地克服偶然因素引起的脈沖干擾。

4.實驗驗證

在采用DISCO 25毫米刀片的全自動劃片機平臺上進行了實驗。當主軸以50000r/min的速度旋轉(zhuǎn)時，當葉片完好時，輸出波形較為平穩(wěn)。缺口直徑小于1毫米的受損刀片光纖放大器的輸出波形會出現(xiàn)若干個峰值，峰值波形周期為4.5毫秒。

光纖放大器的輸出信號會被轉(zhuǎn)換為A/D信號，進而被發(fā)送到上位機進行數(shù)字過濾。根據(jù)數(shù)字濾波器的算法和刀破數(shù)據(jù)的規(guī)律，經(jīng)過數(shù)字濾波后，在10個連續(xù)采樣點中，連續(xù)出現(xiàn)正1后又連續(xù)出現(xiàn)負1的一組數(shù)據(jù)為真正的刀破信息，只有正1或負1時就說明是干擾信號。

結(jié)論

本文通過對劃片機的工作機理和刀具的注意事項進行簡要介紹，并對自動切片機大量試驗數(shù)據(jù)的分析和對數(shù)字濾波器的嚴格驗證，利用切割算法可以準確檢測切片機的切割信息，在一定程度上為劃片機的切割質(zhì)量和質(zhì)量率提供技術(shù)保證，從而提高切片機的系統(tǒng)穩(wěn)定性，推動半導(dǎo)體切割行業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。

參考文獻

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（作者單位：沈陽和研科技有限公司）