丝锯及用于丝锯的丝线监控系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于丝锯的丝线监控系统和丝锯。所述用于丝锯的丝线监控系统包括：传感器装置；第一丝线定位系统，用于将第一丝线从所述第一丝线的第一位置移动到所述第一丝线的第二位置；第一丝线保持布置，被配置为用于将所述第一丝线保持在所述第二位置处，以便使用所述传感器装置测量所述第一丝线的物理特性。
【专利说明】丝锯及用于丝锯的丝线监控系统
【技术领域】
[0001]本案的实施方式涉及用于丝锯的丝线监控系统、丝锯。现有丝锯可加装根据本案的丝线监控系统。更具体而言，本案涉及用于测量丝线的物理特性的丝线监控系统。本案具体而言涉及多丝的丝锯。本案的丝锯特别适合于切割或锯切诸如硅块或石英块的硬质材料。
【背景技术】
[0002]丝锯被用于从诸如硅的一块硬质材料切割块或砖、薄片，例如，半导体晶片。在这种装置中，从绕线管馈送丝线且丝线由丝线导向筒导向并张紧。用于锯切的丝线可设置有研磨材料。作为一种选择，所述研磨材料可设置为浆料。这可在丝线接触待切割的材料之前不久进行。由此，研磨剂通过用于切割材料的丝线被携带到切割位置。作为另一种选择，研磨剂可使用涂层而提供在丝线上，例如如同用金刚线一样。例如，金刚石颗粒可利用涂层而提供在金属丝线上，其中金刚石颗粒嵌入丝线的涂层中。由此，研磨剂与丝线紧固地连接。
[0003]丝线由丝线导向器导向并/或张紧。这些丝线导向器通常被覆盖有一层合成树月旨，且这些丝线导向器被刻划有凹槽，所述凹槽具有精确的几何形状和尺寸。丝线围绕丝线导向器缠绕且形成网或丝网。在锯切工艺期间，丝线以相当大的速度移动。通常，将待锯切的块件，例如连接到支撑梁或支持件保持的锭料，朝所述丝网推动。在锯切期间，待锯切的块件移动通过丝网，其中此移动的速度决定切割速度和/或可在给定量的时间之内锯切的有效切割面积。
[0004]通常，存在使用较细丝线以减小切割厚度且由此减少浪费的材料的倾向。还希望使用金刚线。这些较细丝线和金刚线通常更容易受到损坏，且在高应力之下，所述丝线可能更容易断裂。此外，存在增加切割速度以便提高丝锯产量的期望。用于使块件移动通过丝网的最大速度以及在给定量的时间之内的最大有效切割面积受到若干因素的限制，所述因素包括丝线速度、待锯切的材料的馈送速度、待锯切的材料的硬度、干扰影响、期望精确度，等等。当速度增加时，在丝线上的应力通常也增加。避免丝线的损坏、过度磨损、故障或断裂的上述问题在更高的锯切速度下甚至更加关键。
[0005]重要的是以一种方式操作丝锯，以避免或减少变化的锯切质量、变化的锯切宽度、丝线的振动，乃至丝线的断裂。在最坏的情况下，如果丝线断裂，则不希望的结果可能出现。丝线的松动端可能在机器周围以不可控制的方式移动，这可能损害丝线导向器系统或所述机器的其他部分。此外，如果丝线断裂而继续移动，那么丝线将从待锯切的物体扯出。
实用新型内容
[0006]鉴于上文，本案提供一种克服本技术中的至少一些问题的丝锯。此目的至少在某种程度上通过如本实用新型所述的用于丝锯的丝线监控系统和丝锯来实现。本案的其它方面、优点和特征从权利要求书、说明书和附图显而易见。
[0007]鉴于上文，本实用新型提供了一种用于丝锯的丝线监控系统。所述丝线监控系统包括:传感器装置；第一丝线定位系统，用于将第一丝线从所述第一丝线的第一位置移动到所述第一丝线的第二位置；第一丝线保持布置，被设置以用于将所述第一丝线保持在所述第二位置处，以便使用所述传感器装置测量所述第一丝线的物理特性。
[0008]根据本案的一个方面，现有丝锯可加装如本文所述的丝线监控系统。
[0009]根据本案的另一方面，提供了包括至少两个丝线导向筒和如本文所述的丝线监控系统的丝锯。
[0010]进一步为了更好的理解，描述了用于监控至少一个丝线的物理特性的方法，其中所述方法包括:将至少一个丝线从第一位置移动到第二位置；保持所述至少一个丝线的第二位置；以及在所述第二位置处测量所述至少一个丝线的物理特性。
[0011]本案还针对用于进行所描述的方法的设备且包括用于执行所描述的各方法步骤的设备部件。
[0012]本案的其它方面、优点和特征从从属权利要求、说明书和附图显而易见。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]以可详细理解本案上述特征的方式，通过参考实施方式可对上文所简要总结的本案作更具体的描述。附图涉及本案的实施方式且附图描述在下文中。典型的实施方式描绘于附图中且详述在以下的描述中。在所述附图中:
[0014]图1示出根据本文所述的实施方式的包括丝线监控系统的丝锯的示意侧视图；
[0015]图2示出根据本文所述的实施方式的丝线监控系统的示意侧视图，其中第一丝线处于第一位置；
[0016]图3示出根据图2的丝线监控系统的示意侧视图，其中所述第一丝线处于第二位置；
[0017]图4示出根据本文所述的实施方式的丝线监控系统的示意侧视图；其中所述第一丝线处于第一位置且第二丝线处于第一位置；
[0018]图5示出根据图4的丝线监控系统的示意侧视图，其中所述第一丝线处于第二位置且所述第二丝线处于第二位置；
[0019]图6示出根据本文所述的实施方式的丝线监控系统的示意侧视图，其中在所述第一丝线的第二位置中的第一丝线通过第一保持布置保持，且在所述第二丝线的第二位置中的第二丝线通过第二保持布置保持；
[0020]图7为了对本文所述的丝线监控系统和丝锯有更好的理解，描述了用于监控至少一个丝线的物理特性的方法。
【具体实施方式】
[0021]现将对各种实施方式进行详细参考，所述实施方式的一个或多个示例图示于各图中。各示例作为说明而提供且并不意味作为限制。例如，图示或描述为一个实施方式一部分的特征可用于任何其他实施方式或结合任何其他实施方式一起使用，以产生另一实施方式。本案旨在包括这样的修改和变化。
[0022]在附图的以下描述中，相同标号代表相同或类似元件。通常，仅描述相对于各实施方式的差异。除非另外说明，否则在一个实施方式中的部分或方面的描述也可应用在另一实施方式中的相应部分或方面。
[0023]如图1中示意性示出地，根据本文所述的实施方式的丝锯100的监控系统10包括传感器装置50、第一丝线定位系统21以及第一丝线保持布置41。根据实施方式，可应用第一丝线定位系统21将第一丝线31从第一丝线的第一位置移动到第一丝线的第二位置。根据实施方式，第一丝线保持布置41可被配置用于将第一丝线31保持在第二位置。在第一丝线31的第二位置处，可通过传感器装置50测量第一丝线31的物理特性。
[0024]根据实施方式，监控系统10可定位于其中单个丝线横跨在两个辊、绕线管或圆筒之间的丝锯的区域中。例如，如图1中示例性地示出，监控系统10可定位在供应绕线管134之间，单个丝线从所述供应绕线管134供应至导向筒112。虽然没有明确示出，但是监控系统10也可替代地定位在导向筒118之间，单个丝线由收紧绕线管138从导向筒118接收。或者，监控系统10可被定位在垂直丝网处，例如定位于在图1中所示的导向筒114和导向筒116之间的丝网处或导向筒112和导向筒118之间的丝网处。根据实施方式，可提供两个或超过两个的监控系统，例如在供应绕线管134之间的第一监控系统和在另一个导向筒118之间的第二监控系统，单个丝线从所述供应绕线管134供应至导向筒112，单个丝线从所述导向筒118由收紧绕线管138接收。
[0025]根据实施方式，提供了如本文所述的包括至少两个丝线导向筒和丝线监控系统的丝锯100。根据实施方式，如图1中示例性地示出，丝锯100可包括例如用于输送和导向丝线的四个丝线导向筒112、114、116和118。导向筒112、114、116和118可以恒定或渐进的间距开槽，以便形成平行丝线层。在本案中，在两个导向筒之间的丝线层也被称为丝网200。在丝网的相邻丝线之间的间距可由在丝线导向筒112、114、116和118的周边上的刻槽界定，所述刻槽决定锯切切片的厚度。
[0026]如本文所理解的丝锯可以是截断器、裁方器、或晶片切割丝锯。根据实施方式，所述丝锯是多丝丝锯。多丝丝锯允许对于半导体和光生伏打工业的硅晶片的高生产率和高质量切片。多丝丝锯可包括高强度钢丝线，所述高强度钢丝线可被单向(即，仅在向前方向)或双向(即，向后和向前)移动以执行切割动作。所述丝线可在丝线的表面上设置有金刚石。
[0027]根据本文所述的实施方式，丝锯是用于以高速切割诸如半导体材料的硬质材料，所述半导体材料例如，硅、石英、等等。作为丝线移动穿过丝锯的速度的丝线速度可例如为10m/s或甚至更高。丝线速度可在10m/s至15m/s的范围中。然而,诸如20m/s、25m/s或30m/s的更高的丝线速度也可以是理想的。根据实施方式，丝线的移动可仅为单向的，S卩，总是在向前方向中。根据其他实施方式，所述移动可包括向后方向的移动，特别地，所述移动可为丝线的往返移动，其中丝线的移动方向被反复地修改。
[0028]根据可与本文所述的其他实施方式结合的实施方式，丝线可根据装置类型而具有不同直径。在关于裁方器的实施方式中，丝线直径可为约250 μ m到约450 μ m,例如，从300 μ m到350 μ m。在关于晶片切割丝锯的实施方式中，丝线直径可为80μπι到180μπι，更具体而言从120 μ m到140 μ m。
[0029]在本案中，将术语“丝线直径”理解为丝线的表面外部直径。例如，在使用其中在丝线上提供研磨剂作为涂层的(例如如同金刚线一样的)丝线的情况下，将“丝线直径”理解为丝线芯的直径加上在所述直径上的涂层的厚度。例如，金刚石颗粒可用涂层提供在金属丝线上，其中金刚石颗粒嵌入丝线的涂层中。因此，金刚线的“丝线直径”可根据嵌入在涂层中的金刚石砂粒的密度和形状而在圆周周围局部地变化。
[0030]根据实施方式，为切割而应用的丝线可以是金刚线。与传统钢线相比，通过使用金刚线，产量可增加2倍或甚至更多倍。
[0031]根据实施方式，丝线可包括高强度钢以便以理想的约300 μ m或更少的切片，锯切具有硬质材料的锭料或更具体而言锯切组合物，诸如硅、陶瓷、III 一 V族和I1- VI族元素的化合物、GGG (钆镓石榴石)、蓝宝石等等，或例如为下一代基板锯切厚度为180 μ m、80 μ m或更少的切片。可使用研磨剂，所述研磨剂可为商业产品，诸如金刚石、碳化硅、矾土、或用于改进锭料锯切工艺的其他有用材料。研磨剂可被固定到丝线，或可处于在诸如浆料的液体(例如，PEG)中悬浮的自由形式，所述浆料用作研磨颗粒的输送。
[0032]根据实施方式，示例性地参考图1，丝线供应绕线管134可设置有储线器。丝线供应绕线管134 (如果仍然完整)可保持数百公里长的丝线。根据实施方式，丝线可从馈线绕线管134馈送给导向筒112、114、116和118且丝线可围绕导向筒112、114、116和118缠绕以在丝线导向筒之间形成平行丝线层。然后，丝线可返回到诸如收紧绕线管138的适当接收装置。
[0033]根据实施方式，至少一个丝线导向筒112、114、116和118可被连接到电动机或驱动器122、124、126和128(在图1中以虚线示出)。各驱动器可适合于执行丝线的往返移动。丝线的往返移动以图1中的标号225表示。丝线导向器可通过驱动器而旋转，所述驱动器弓I起丝网中的各丝线以,例如,5m/s至20m/s的相对高速而移动。驱动丝线的电动机可以是具有小动量的电动机，以便在很短的时间段内停止和加速。这在提供往返移动的本案的实施方式中特别有用。例如，丝线移动的方向可至少每10秒、至少每30秒、或至少每I分钟发生变化。
[0034]根据实施方式，丝线导向筒112、114、116和118可通过一个或多个轴承支撑，所述一个或多个轴承可耦接至可适于提供所期望张紧力的丝线张紧系统(未示出)。根据实施方式，丝锯控制系统可提供丝线张紧力的控制。
[0035]在切割动作期间，可将一个或多个锭料304、306推过丝网以将锭料切片。这由图1中在锭料304和306之下指向丝网200的箭头示例性地指示。根据实施方式，一个或多个锭料可由可以特定速度移动的工作台(未示出)支持。在本案中，待锯切的材料(例如锭料)相对于移动丝线移动的速度也被称为材料馈送速率。在本文所述实施方式中的材料馈送速率可在650 μ m/min到800 μ m/min、具体而言约750 μ m/min到900 μ m/min、更具体而言约850到1050 μ m/min的范围中。或者,在本文所述实施方式中的材料馈送速率可高于1000 μm/min。
[0036]或者，锭料304、306可为固定的，而推动丝网穿过锭料。根据实施方式，可将一个或多个锭料切片成大量晶片，诸如至少500个或甚至更多个晶片。根据实施方式，特别在多晶硅的情况下，锭料的长度可在达到250mm的范围中，且特别在单晶硅的情况下，锭料的长度可在达到500mm的范围中。
[0037]根据实施方式，如图1中示例性地示出，可提供四个丝网200。锯切使用至少一个丝网，例如同时使用两个丝网而发生(如图1中所示)。平行丝线的数目可对应于切片工艺的数目。例如，丝线可以所得丝网包括平行布置的100个丝线部分的方式缠绕。被推动穿过此100个丝线的丝网的晶片被切片成101个块件。根据实施方式，示例性地参考图1，锯切有可能在上部工作区域和下部工作区域处同时进行。在本案中，将术语“工作区域”理解为由丝锯的丝线横跨的区域，例如，丝线网也被称为丝线层。根据实施方式，工作区域是其中待锯切的例如为锭料的单个块件在切割期间与丝锯的丝线相互作用的区域。
[0038]根据实施方式，如图1中示例性地示出，丝锯可包括两个垂直布置的丝网。根据实施方式，垂直布置的丝网可用于在水平定向的工作区域之间输送丝线。在工作区域之间的输送期间，丝线可冷却。根据其他实施方式，工作区域可被垂直地定向。
[0039]在穿过丝锯之后，与锯切工艺之前的丝线的初始直径相比，丝线可以减小的直径退出丝锯的操作区域。丝线的磨损取决于工艺。特别地，切割速率越高，所得温度越高，丝线磨损也越高。因此，随着切割丝线的直径和由此丝线的机械性能可在切割工艺期间应变于时间和温度而变化，通过丝线作用于锭料上的切割力和因此丝线的磨损性质在切割工艺期间变化，产生了锭料的不希望的非均匀切割表面。因为在一方面，丝线磨损增加丝线断裂概率，而另一方面，丝线的使用增加晶片的制造成本。通过提供用于丝锯100的丝线监控系统10，可监控丝线的物理特性且可使用物理特性的测量数据来优化切割工艺。由此，可将总工艺成本最小化。
[0040]常规地，为了测量丝线特性，诸如在锯切工艺期间的磨损，使用朝向丝线移动用于测量例如丝线直径的传感器。然而，对诸如丝线磨损的丝线特性的确定，特别是对于具有小于500 μ m直径的细丝线，需要对传感器进行高度精确测量且由此的准确定位。常规地，传感器接近用于测量例如丝线直径的位置是固定的预先选定的位置。已证明将传感器定位在固定的预先选定的位置具有以下问题:当丝线的直径或丝线相对于传感器的位置在切割工艺期间改变时，测量变得不准确。丝线相对于传感器的位置的改变可例如由丝线导向筒的磨损决定，丝线在晶片切割期间在所述丝线导向筒上行进。此外，丝线的振动也可导致不准确的测量。因此，可能无法检测临界丝线直径(低于所述临界丝线直径，有可能发生丝线断裂)，或虽可以检测但所述直径仍然厚到足以继续切割工艺。在如上所述的第一种情况下，可能发生对丝锯和晶片的严重损坏。在第二种情况下，丝线的使用未充分发挥它的能力。因此，用于监控丝线特性的常规系统在经济上是不利的。
[0041]根据实施方式，可在切割工艺期间测量丝线的物理特性。可在可选时间间隔进行丝线的物理特性的测量。特别地，为了进行丝线的至少一个物理特性的测量，可诸如在可选时间间隔之后停止切割工艺。可使用如本文所述的丝线监控系统10来测量丝线的物理特性，以获得测量数据。
[0042]然后，所获得的测量数据可用于调整切割工艺参数。例如，当丝线已经历导致直径减小的某种程度的磨损时，可将丝线直径的测量数据用于计算与新丝线相比具有减小直径的已使用丝线的机械特性。由此，可根据由于磨损而导致的丝线变化的机械特性来调整切割工艺参数。可检测临界丝线直径(低于所述临界丝线直径，丝线断裂很可能发生)，以使得在由于丝线断裂而发生损害之前，使用的丝线可由新的丝线替代。
[0043]示例性地参考图1，本文所述的实施方式提供包括丝线监控系统10的丝锯100，所述丝线监控系统10能够在切割工艺期间测量丝线的物理特性。特别地，如图2中所示例性地示出，根据实施方式，本文所述的丝线监控系统10包括:传感器装置50 ;第一丝线定位系统21，用于将第一丝线从第一丝线31的第一位置移动到第一丝线的第二位置；第一丝线保持布置41，被设置以用于将第一丝线保持在第二位置处，以便使用传感器装置50测量第一丝线的物理特性。
[0044]根据实施方式，如本文所述的丝线定位系统可被理解为能够将丝锯的丝线的至少一部分从第一位置转移到第二位置的系统。在本案中，表述“丝线轨迹”可被理解为丝线以空间描述的轮廓。根据实施方式，丝线的第一位置可以是在第一丝线轨迹上的位置，且第二位置可以是在第二丝线轨迹上的位置。根据实施方式，第一丝线轨迹可以是移动丝线或非移动丝线的轨迹。根据实施方式，第二丝线轨迹可以是移动丝线或非移动丝线的轨迹。在本案中，将丝线轨迹理解为丝线定向所沿着的曲线。
[0045]根据实施方式，如本文所述的丝线定位系统能够通过执行移动，特别地沿着不平行于第一丝线轨迹的轨迹，而将丝线的至少一部分从第一位置转移到第二位置。例如，用于将丝线的至少一部分从第一位置转移到第二位置的丝线定位系统的移动可大体上垂直于第一丝线轨迹。
[0046]根据实施方式，示例性地参考图2，丝线监控系统的第一丝线定位系统21可包括两个第一丝线导向滑轮22、23，用于在第一丝线31的第一位置中的所述两个第一丝线导向滑轮之间导向第一丝线31。至少一个第一可移动定位滑轮24可布置在两个第一丝线导向滑轮22、23之间。所述至少一个第一可移动定位滑轮24可适于将第一丝线31从第一丝线31的第一位置携带到第一丝线31的第二位置，如图3中示例性地示出。所述至少一个第一可移动定位滑轮24可被耦接至致动器以便执行移动，特别地沿着轨迹(特别地，直线轨迹)执行移动。
[0047]根据实施方式，如图3中由箭头241示例性地指示，所述至少一个第一可移动定位滑轮24可在第一可移动定位滑轮24的第一位置和第一可移动定位滑轮24的第二位置之间移动。如图3中所示，当将所述至少一个第一可移动定位滑轮24从第一可移动定位滑轮24的第一位置移动到第一可移动定位滑轮24的第二位置时，可使第一丝线从第一丝线的第一位置被携带到第一丝线的第二位置。根据实施方式，丝线的第一位置可以是第一丝线轨迹上的位置，如图2中示例性地示出，而第二位置可以是第二丝线轨迹上的位置，如图3中示例性地示出。
[0048]根据实施方式，如图2和图3中示例性地示出，与第一可移动定位滑轮24相比，两个第一丝线导向滑轮22、23可被布置在第一丝线31的相对侧上。例如，所述两个第一丝线导向滑轮可被布置在第一丝线的一侧上，而第一可移动定位滑轮可被布置在第一丝线的相对侧上。可将所述两个第一丝线导向滑轮固定在可选位置。
[0049]根据实施方式，当第一可移动定位滑轮处于第一可移动定位滑轮的第一位置时，第一丝线可在第一丝线的第一位置，在两个第一丝线导向滑轮之间形成接线。当第一可移动定位滑轮处于第一可移动定位滑轮的第二位置时，第一丝线的至少一部分从第一丝线的第一位置转移到第一丝线的第二位置。如图3中示例性地示出，当第一可移动定位滑轮朝向第一可移动定位滑轮的第二位置移动时，可形成具有不同倾斜丝线定向的第一丝线的至少两个部分。特别地，通过将第一可移动定位滑轮移动到第一可移动定位滑轮的第二位置而形成的第一丝线的至少两个倾斜部分可形成三角形的侧边，其中三角形的底边可视为在两个第一丝线导向滑轮之间的假想线，且三角形的顶端为具有不同定向的两个倾斜部分会合的假想位置。
[0050]根据实施方式，示例性地参考图3，第一保持布置41被设置和布置以使得当第一可移动定位滑轮24已将第一丝线31的至少一部分从第一丝线的第一位置转移到第一丝线的第二位置时，在第一丝线的第二位置的第一丝线的至少两个倾斜部分中的至少一个可通过第一保持布置41保持。在本案中，将表述“丝线通过保持布置保持”理解为丝线与保持布置接触。进一步，可将表述“丝线通过保持布置保持”理解为丝线通过保持布置转向。根据实施方式，在第一丝线的第二位置，第一丝线可由第一保持布置41接收，以使得可形成第一丝线31的第一丝线测量部分311。
[0051]根据实施方式，如图3中示例性地示出，当第一可移动定位滑轮24已将第一丝线携带到第一丝线的第二位置时，第一保持布置41可保持第一丝线31的第二位置。第一丝线保持布置41可包括第一保持元件43和第二保持元件44。第一保持元件43和第二保持元件44可被配置用于接收第一丝线31。特别地，不限于所示的实施方式，第一保持元件43和第二保持元件44可被配置具有用于接收第一丝线和/或第二丝线的V形凹部，如图5中示例性地示出。
[0052]根据实施方式，第一丝线31在第一保持元件43和第二保持元件44之间的部分的长度可被称为第一测量部分311。在本案中，将术语“测量部分”理解为丝线的部分，其中在保持布置的保持元件之间的丝线部分的至少一部分被测量。根据实施方式，第一测量部分311的长度可由传感器装置50的宽度W来限制。随着测量部分的长度减少，可更加有效地抑制测量部分的丝线振动。根据实施方式，测量部分可低于60mm，尤其低于50mm，更尤其低于 40mmο
[0053]根据实施方式，未明确地不于附图中，第一保持布置41的第一保持兀件43和第二保持元件44可为滑轮。滑轮可以可旋转地安装在第一保持布置上，以使得丝线的至少一个物理特性的测量可以在无需停止切割工艺的情况下进行。因此，可提供这样的丝线监控系统，使得具备所述丝线监控系统可在丝锯的切割操作期间测量丝线的物理性质。
[0054]根据本文所述的丝线监控系统的实施方式，如图2至图6中示例性地示出，传感器装置50可被配置且布置以使得可在第一丝线31的第二位置测量第一丝线的物理特性。根据实施方式，传感器装置可被配置且布置用于测量在测量部分311中的丝线的至少一部分的丝线特性。
[0055]如图2至图6中示例性地示出，根据实施方式，传感器装置50可包括辐射源51和例如光学传感器的传感器52。根据实施方式,福射源51和光学传感器52可彼此相对地布置。根据实施方式，辐射源51和光学传感器52可彼此相对且互相平行地布置，在所述辐射源51和光学传感器52之间具有低于30cm、尤其低于20cm、更尤其低于15cm的距离。同样未明确地示出，第一测量部分311可导向通过传感器装置，S卩，在光学传感器52和辐射源51之间导向通过，大体上垂直于在光学传感器52和福射源51之间的光程。
[0056]根据实施方式，丝线监控系统的传感器装置可包括辐射源和光学传感器。光学传感器可包括处理可见辐射的性能。根据实施方式，光学传感器可适于处理超光学范围中的福射，诸如红外福射、紫外福射、X射线、α粒子福射、电子粒子福射，和/或Y射线。根据实施方式，所列辐射类型中的一个或多个的辐射源可以是丝线监控系统的一部分。例如，在可适于处理光学范围(400nm-800nm)中的辐射的光学传感器的情况下，环境光或LED的使用可充当各个光源。光学传感器可以光传感器或CCD传感器(电荷耦合装置)的形式应用。
[0057]根据实施方式，光学传感器可经由电缆或无线连接连接到数据处理单元(未示出)。数据处理单元可适于在丝锯操作期间检查和分析光学传感器的信号。如果丝线呈现被定义为异常的任何物理状态，那么数据处理单元可检测所述变化且触发反应。数据处理单元可被连接到丝锯的控制单元或为所述控制单元的一部分，以便控制锯切工艺。
[0058]根据实施方式，光学传感器可适于通过分析由传感器装置获取的所获数据来检测所述丝线的至少一个物理特性中的变化，所述传感器装置例如具有比如相机的光学传感器。在丝线呈现变细的情况下，数据处理单元检测所述变化且当在测量丝线的物理特性之后继续切割工艺时数据处理单元可引发反应。这种反应可以是丝线速度的增加或减小、材料馈送速率和丝线张紧力的减小、冷却剂供给速率的变化、或与在切割期间的丝线的向后移动部分相比丝线的向前移动部分的增加。如果检测到丝线的不可接受的变细，即，达到丝线的临界直径(低于所述临界直径，可能发生断裂)，那么在继续切割工艺之前，由数据处理单元引发的反应可从供应绕线管提供新的丝线。
[0059]例如，根据由光学传感器获取的所获数据，丝线可呈现诸如磨损、丝线直径、丝线均匀性、金刚石浓度和/或金刚石再分配的物理特性，所述物理特性超过或低于第一阈值。例如，可对丝锯控制系统编程以将丝线速度提高一可选值，诸如提高至少10%，将丝线的张紧力增大一可选值(用于降低断裂概率)，诸如增大至少10%，且将丝线的向后移动增加一可选值，诸如增加至少20%。附加或替代地，可对丝锯控制系统编程以将材料馈送速率减小一可选值，诸如减小至少10%。由此，可大体上避免丝线断裂的风险。通过精确确定丝线的物理特性，可以确保丝线的使用充分发挥它的全部能力，从而提高切割工艺的效率和成本有效性。
[0060]根据实施方式，示例性地参考图4，如本文所述的丝线监控系统10可包括第一丝线定位系统21和第二丝线定位系统25。第二丝线定位系统25可被配置为用于将第二丝线32从第二丝线的第一位置移动到第二丝线的第二位置。图示于图4中的示例性实施方式的第一丝线定位系统21可对应于结合示例性地示于图2和图3中的实施方式所解释的第一丝线定位系统21。
[0061]根据实施方式，第二丝线定位系统25可类似于如上所述的第一丝线定位系统21而进行配置。第二丝线32的第一位置可对应于第二丝线32的一个位置，在所述一个位置，第二丝线32可平行于在第一丝线的第一位置的第一丝线31。或者，第二丝线32的第一位置可非平行于在第一丝线31的第一位置的第一丝线31。根据实施方式，如图4和图5中示例性地示出，第二丝线定位系统25可包括两个第二丝线导向滑轮26、27，用于在第二丝线的第一位置在所述两个第二丝线导向滑轮26、27之间导向第二丝线。根据实施方式，至少一个第二可移动定位滑轮28可被布置在两个丝线导向滑轮26、27之间。所述至少一个第二可移动定位滑轮28可适于将第二丝线32从第二丝线32的第一位置携带到第二丝线32的第二位置。
[0062]根据实施方式，所述至少一个第二可移动定位滑轮28可被耦接至致动器以便执行移动，特别地沿着轨迹(特别地，直线轨迹)执行移动。两个第二丝线导向滑轮26、27和第二可移动定位滑轮28的配置、布置和功能可类似于如上文相对于两个第一丝线导向滑轮
22、23和第一可移动定位滑轮24的配置、布置和功能所描述的配置、布置和功能。根据实施方式，如图5中由箭头281所示例性指示地，所述至少一个第二可移动定位滑轮28可在第二可移动定位滑轮28的第一位置和第二可移动定位滑轮28的第二位置之间移动。如图5中所示，当将所述至少一个第二可移动定位滑轮28从第二可移动定位滑轮28的第一位置移动到第二可移动定位滑轮28的第二位置时，将第二丝线32从第二丝线32的第一位置携带到第二丝线32的第二位置。
[0063]根据实施方式，如图5中示例性地示出，第一丝线保持布置41可被配置为用于在第二丝线32的第二位置保持第二丝线32，以便当第二丝线处于第二丝线32的第二位置时测量第二丝线32的物理特性。第一丝线保持布置41可将第一丝线31保持在第一丝线31的第二位置和/或将第二丝线32保持在第二丝线32的第二位置，如图5中示例性地示出。在第二丝线的第二位置，第二丝线可由第一保持布置41接收，以使得可形成第二丝线32的第二丝线测量部分322。
[0064]根据实施方式，如图5中示例性地示出，丝线监控系统的第一丝线保持布置41包括第一保持元件43和第二保持元件44，用于将第一丝线31和/或第二丝线32保持在所述第一丝线31和/或第二丝线32的第二位置，以便使用传感器装置50测量第一丝线和/或第二丝线32的物理特性。第一保持元件和第二保持元件可被配置为用于将第一丝线保持在第一丝线的第二位置和/或将第二丝线保持在第二丝线的第二位置。第一保持元件和第二保持元件确保第一丝线和/或第二丝线可被精确定位在预定位置处，以使得在第一丝线和/或第二丝线与光学传感器之间的距离为可选的。根据实施方式，在第一丝线和/或第二丝线与光学传感器之间的距离是从辐射源到光学传感器的距离的一半。根据实施方式，在第一丝线和/或第二丝线与光学传感器之间的距离低于15cm，特别地低于10cm，更特别地低于7.5cm。由此，可以实现第一丝线和/或第二丝线的物理特性的可再现和精确的测量。
[0065]根据实施方式，示例性地参考图5，第一保持元件43和第二保持元件44可被配置为用于接收第一丝线31和/或第二丝线32。特别地，第一保持元件和第二保持元件可被配置为具有用于接收第一丝线和/或第二丝线的V形凹槽。根据实施方式，当第一丝线和/或第二丝线处于第一丝线和/或第二丝线的第二位置时，所述第一丝线和/或第二丝线施加一个力到凹槽的顶点。由此，在第一保持元件与第二保持元件之间的第一丝线和/或第二丝线的丝线部分可被张紧。
[0066]根据实施方式，未明确地不出在图5中且不限于本文详细描述的任何实施方式，第一保持元件43和第二保持元件44可以是经配置以用于接收第一丝线31和/或第二丝线32的滑轮。根据实施方式，可以可旋转地安装第一保持布置的滑轮，以使得第一丝线31和/或第二丝线32的至少一个物理特性的测量可在无需停止切割工艺的情况下进行。因此，可提供丝线监控系统，使得具有所述丝线监控系统后可在丝锯的切割操作期间测量丝线的物理性质。根据实施方式，第一保持布置的滑轮可被配置为具有围绕所述滑轮圆周的V形凹槽，以便接收第一丝线和/或第二丝线。根据实施方式，当第一丝线和/或第二丝线处于第一丝线和/或第二丝线的第二位置时，所述第一丝线和/或第二丝线施加一个力到凹槽。由此，在第一保持布置的滑轮之间的第一丝线和/或第二丝线的丝线部分可被张紧。
[0067]根据实施方式，如图5中示例性地示出，第一丝线和/或第二丝线的物理性质可在第一保持元件43和第二保持元件44之间在所述第一丝线和/或第二丝线的丝线部分中测量，所述丝线部分也被分别地称为第一丝线311的测量部分和第二丝线322的测量部分。根据实施方式，第一保持元件和第二保持元件可被布置以使得第一丝线和/或第二丝线的测量部分的长度最小化。由此，可大体上消除由于丝线振动所带来的测量不准确性。根据实施方式，第一丝线和/或第二丝线的测量部分的长度的下限由传感器装置的宽度决定。根据实施方式，传感器装置的宽度可以是约40mm,具体而言约35mm,更具体而言低于30mm。
[0068]如图5中所示，当第二可移动定位滑轮28已将第二丝线32携带到第二丝线32的第二位置，第一保持布置41保持第二丝线32的第二位置。如上文相对于图3中所示的示例性实施方式所解释地，当第一可移动定位滑轮24已将第一丝线携带到第一丝线的第二位置时，第一保持布置41保持第一丝线41的第二位置。第一保持布置41可被配置为用于保持第一丝线31和/或第二丝线32。在第一保持元件43和第二保持元件44之间的第二丝线32的部分的长度可被称为第二测量部分322。根据实施方式，如图5中示例性地示出，第一保持布置41和传感器装置50可如上文相对于图3中所示的实施方式所解释地进行布置和配置。
[0069]图6示出根据本文所述实施方式的丝线监控系统的示意侧视图。特别地，图6示出的示例性实施方式中，丝线监控系统10可包括第一丝线定位系统21和第二丝线定位系统25，以及第一丝线保持布置41和第二丝线保持布置42。图示在图6中的示例性实施方式的第一丝线定位系统21可对应于结合图2至图4中所示的示例性实施方式所解释的第一丝线定位系统21。图示在图6中的示例性实施方式的第二丝线定位系统25可对应于结合图4和图5中所示实施方式所解释的第二丝线定位系统25。
[0070]根据实施方式，如图6中示例性地示出，包括第二丝线保持布置42的丝线监控系统10包括用于保持第二丝线32的第三保持元件45和第四保持元件46。第三保持元件45和第四保持元件46可被相应地配置到第一保持元件43和第二保持元件44。然而，与第一保持元件43和第二保持元件44相比，第三保持元件45和第四保持元件46可被布置在不同的平面中。具体而言，第三保持元件45和第四保持元件46可相对于第一保持元件43和第二保持元件44进行布置，以使得当第一丝线31和第二丝线32处于所述第一丝线31和第二丝线32的第二位置时，第一测量部分311和第二测量部分322形成交叉点33。
[0071]根据实施方式，交叉点33可位于传感器装置50之前。具体而言，第一丝线31和第二丝线32的交叉点33可位于在光学传感器52和辐射源51之间的测量点处。在本案中，将“测量点”理解为对于给定感测技术和传感器模型而言相对于传感器的最佳位置。根据实施方式，测量点可位于光学传感器52和福射源51之间的中间处或在相对于传感器的任何其他位置处，所述位置对于进行测量是最佳的。
[0072]根据实施方式，未明确地示出在附图中，保持布置41、42的保持元件43、44、45和46可以是滑轮。滑轮可以可旋转地安装在保持布置上，以使得丝线的至少一个物理特性的测量可以在无需停止切割工艺的情况下进行。因此，可提供丝线监控系统，使得具有所述丝线监控系统后可在丝锯的切割操作期间测量丝线的物理性质。
[0073]根据实施方式，如图6中示例性地示出，包括用于将第二丝线32从第二丝线的第一位置移动到第二丝线的第二位置的第二丝线定位系统25的丝线监控系统10可包括第二丝线保持布置42。根据实施方式，第二保持布置42可被配置为用于在第二丝线32的第二位置保持第二丝线32，以便当第二丝线处于第二丝线的第二位置时测量第二丝线的物理特性。第二保持布置42可类似于如本文中更详细描述的第一保持布置41而进行配置。
[0074]以下，特别参考图7，为了对根据本案的丝线监控系统和丝锯有更好的理解，将描述用于监控至少一个丝线的物理特性的示例。典型地，监控至少一个丝线的物理特性包括:将至少一个丝线从第一位置移动501到第二位置；保持502所述至少一个丝线的第二位置；以及在第二位置处测量503所述至少一个丝线的物理特性。
[0075]在监控至少一个丝线的物理特性期间，丝线的至少一个物理特性可以可选的时间间隔进行测量。在这方面中的“物理特性”主要关于丝线是否显示大的磨损或不均匀性，或丝线是否在丝线的金相结构(诸如粒度等等)中有任何类型的缺陷、小裂缝、破裂和变化，使用的高程度(例如，大大的变细)等等的问题。
[0076]可以进行如下的操作:在用于进行丝线的至少一个物理特性的测量的可选时间间隔之后可停止切割工艺。在丝线的物理条件超过阈值的情况下，可将操作的模式修改为操作模式的反应，或可从供应绕线管提供新的丝线以便继续切割工艺。
[0077]在监控至少一个丝线的物理特性期间，移动至少一个丝线可包括:通过移动第一丝线定位系统的第一定位滑轮，而通过将第一丝线从第一丝线的第一位置携带到第一丝线的第二位置来移动第一丝线。所述至少一个第一可移动定位滑轮可被耦接至致动器以便执行移动，特别地沿着轨迹(特别地，直线轨迹)执行移动。
[0078]根据实施方式，致动器可通过将能量转换为运动的电流、液压流体压力或气压形式的能量源来进行操作。根据一些实施方式，用于移动至少一个第一可移动定位滑轮的致动器可以是电动机、线性电动机、气动致动器、液压致动器或压电致动器。
[0079]在监控至少一个丝线的物理特性期间，保持至少一个丝线的第二位置可包括将第一丝线保持在第一丝线的第二位置。将第一丝线保持在第二位置可包括张紧第一丝线的至少一部分。
[0080]在监控至少一个丝线的物理特性期间，移动至少一个丝线可进一步包括:通过移动第二丝线定位系统的第二定位滑轮，而通过将第二丝线从第二丝线的第一位置携带到第二丝线的第二位置来移动第二丝线。根据实施方式，保持至少一个丝线的第二位置可进一步包括将第二丝线保持在第二丝线的第二位置，以使得第一丝线和第二丝线可定位在光学传感器之前。
[0081]可以进行如下操作:监控至少一个丝线的物理特性可进行第一丝线的保持和第二丝线的保持，以使得第一丝线和第二丝线形成丝线交叉点。测量至少一个丝线的物理性质可包括测量在丝线交叉点处的第一丝线和第二丝线的物理性质。
[0082]可以进行如下操作:监控至少一个丝线的物理特性可通过计算机程序、软件、计算机软件产品和相互关联的控制器进行，所述控制器可具有CPU、存储器、用户界面，和与丝锯的相应元件通信的输入和输出装置。这些元件可为以下元件中的一个或多个:电动机、丝线断裂检测单元、丝线跟踪装置，等等。
[0083]虽然前述内容针对本实用新型的实施方式，但是可在不背离本实用新型的基本范围的情况下设计本实用新型的其他和进一步的实施方式，且本实用新型的范围是由所附权利要求书决定的。
【权利要求】
1.一种用于丝锯的丝线监控系统(10)，包含: 传感器装置(50)； 第一丝线定位系统(21)，用于将第一丝线(31)从第一丝线(31)的第一位置移动到第一丝线(31)的第二位置；和 第一丝线保持布置(41)，被配置为用于将所述第一丝线(31)保持在所述第二位置处，以便使用所述传感器装置(50)测量所述第一丝线(31)的物理特性。
2.如权利要求1所述的用于丝锯的丝线监控系统(10)，其特征在于， 所述第一丝线定位系统(21)包含两个第一丝线导向滑轮(22，23)，所述两个第一丝线导向滑轮(22，23)用于在所述第一丝线(31)的所述第一位置在所述两个丝线导向滑轮(22，23)之间导向所述第一丝线(31)，和 至少一个第一可移动定位滑轮(24)，布置在所述两个第一丝线导向滑轮(22，23)之间， 其中所述至少一个第一可移动定位滑轮(24)适于将所述第一丝线(31)从所述第一丝线(31)的所述第一位置携带到所述第一丝线(31)的所述第二位置。
3.如权利要求1所述的用于丝锯的丝线监控系统(10)，其特征在于，所述丝线监控系统(10)进一步包含: 第二丝线定位系统(25)，用于将第二丝线(32)从第二丝线(32)的第一位置移动到第二丝线(32)的第二位置， 其中所述第一丝线保持布置(41)被配置为用于将所述第二丝线(32)保持在所述第二位置，以便当所述第二丝线(32)处于所述第二丝线(32)的所述第二位置时测量所述第二丝线(32)的物理特性。
4.如权利要求2所述的用于丝锯的丝线监控系统(10)，其特征在于，所述丝线监控系统(10)进一步包含: 第二丝线定位系统(25)，用于将第二丝线(32)从所述第二丝线(32)的第一位置移动到所述第二丝线(32)的第二位置， 其中所述第一丝线保持布置(41)被配置为用于将所述第二丝线(32)保持在所述第二位置，以便当所述第二丝线(32)处于所述第二丝线(32)的所述第二位置时测量所述第二丝线(32)的物理特性。
5.如权利要求1所述的用于丝锯的丝线监控系统(10)，其特征在于，所述丝线监控系统(10)进一步包含: 第二丝线定位系统(25)，用于将第二丝线(32)从所述第二丝线(32)的第一位置移动到所述第二丝线(32)的第二位置，和 第二丝线保持布置(42)，被配置为用于将所述第二丝线(32)保持在所述第二位置，以便当所述第二丝线(32)处于所述第二丝线(32)的所述第二位置时测量所述第二丝线(32)的物理特性。
6.如权利要求2所述的用于丝锯的丝线监控系统(10)，其特征在于，所述丝线监控系统(10)进一步包含: 第二丝线定位系统(25)，用于将第二丝线(32)从所述第二丝线(32)的第一位置移动到所述第二丝线(32)的第二位置，和第二丝线保持布置(42)，被配置为用于将所述第二丝线(32)保持在所述第二位置，以便当所述第二丝线(32)处于所述第二丝线(32)的所述第二位置时测量所述第二丝线(32)的物理特性。
7.如权利要求6所述的用于丝锯的丝线监控系统(10)，其特征在于，所述第二丝线保持布置(42)和所述第一丝线保持布置(41)被布置，以使得当所述第一丝线处于所述第一丝线的所述第二位置且所述第二丝线处于所述第二丝线的所述第二位置时，所述第一丝线(31)和所述第二丝线(32)相交。
8.如权利要求4所述的用于丝锯的丝线监控系统(10)，其特征在于，所述第二丝线定位系统(25)包含:两个第二丝线导向滑轮(26，27)，用于在所述第二丝线的所述第一位置处在所述两个第二丝线导向滑轮(26，27)之间导向所述第二丝线(32);和至少一个第二可移动定位滑轮(28)，被布置在所述两个第二丝线导向滑轮(26，27)之间，其中所述至少一个第二可移动定位滑轮(28)适于将所述第二丝线(32)从所述第二丝线(32)的所述第一位置携带到所述第二丝线(32)的所述第二位置。
9.如权利要求6所述的用于丝锯的丝线监控系统(10)，其特征在于，所述第二丝线定位系统(25)包含:两个第二丝线导向滑轮(26，27)，用于在所述第二丝线的所述第一位置处在所述两个第二丝线导向滑轮(26，27)之间导向所述第二丝线(32);和至少一个第二可移动定位滑轮(28)，被布置在所述两个第二丝线导向滑轮(26，27)之间，其中所述至少一个第二可移动定位滑轮(28)适于将所述第二丝线(32)从所述第二丝线(32)的所述第一位置携带到所述第 二丝线(32)的所述第二位置。
10.如权利要求7所述的用于丝锯的丝线监控系统(10)，其特征在于，所述第二丝线定位系统(25)包含:两个第二丝线导向滑轮(26，27)，用于在所述第二丝线的所述第一位置处在所述两个第二丝线导向滑轮(26，27)之间导向所述第二丝线(72);和至少一个第二可移动定位滑轮(28)，被布置在所述两个第二丝线导向滑轮(26，27)之间，其中所述至少一个第二可移动定位滑轮(28)适于将所述第二丝线(32)从所述第二丝线(32)的所述第一位置携带到所述第二丝线(32)的所述第二位置。
11.如权利要求1至4和8中任一项所述的用于丝锯的丝线监控系统(10)，其特征在于，所述传感器装置(50)包含辐射源(51)和光学传感器(52)。
12.如权利要求11所述的用于丝锯的丝线监控系统(10)，其特征在于，所述辐射源(51)与所述光学传感器(52)相对地进行布置。
13.如权利要求5— 7和9 一 10中任一项所述的用于丝锯的丝线监控系统(10)，其特征在于，所述传感器装置(50)包含辐射源(51)和光学传感器(52)。
14.如权利要求13所述的用于丝锯的丝线监控系统(10)，其特征在于，所述辐射源(51)与所述光学传感器(52)相对地进行布置。
15.如权利要求1至4和8中任一项所述的用于丝锯的丝线监控系统(10)，其特征在于，所述第一丝线保持布置(41)包含第一保持元件(43)和第二保持元件(44)，所述第一保持元件(43)和第二保持元件(44)用于将所述第一丝线(31)保持在所述第二位置，以便使用所述传感器装置(50)测量所述第一丝线(31)的物理特性。
16.如权利要求5— 7和9 一 10中任一项所述的用于丝锯的丝线监控系统(10)，其特征在于，所述第一丝线保持布置(41)包含第一保持元件(43)和第二保持元件(44)，所述第一保持元件(43)和第二保持元件(44)用于将所述第一丝线(31)保持在所述第二位置，以便使用所述传感器装置(50)测量所述第一丝线(31)的物理特性。
17.如权利要求12或14所述的用于丝锯的丝线监控系统(10)，其特征在于，所述第一丝线保持布置(41)包含第一保持元件(43)和第二保持元件(44)，所述第一保持元件(43)和第二保持元件(44)用于将所述第一丝线(31)保持在所述第二位置，以便使用所述传感器装置(50)测量所述第一丝线(31)的物理特性。
18.如权利要求5至10中任一项所述的用于丝锯的丝线监控系统(10)，其特征在于，所述第二丝线保持布置(42)包含用于保持所述第二丝线(32)的第三保持元件(45)和第四保持元件(46)。
19.如权利要求14所述的用于丝锯的丝线监控系统(10)，其特征在于，所述第二丝线保持布置(42)包含用于保持所述第二丝线(32)的第三保持元件(45)和第四保持元件(46)。
20.如权利要求16所述的用于丝锯的丝线监控系统(10)，其特征在于，所述第二丝线保持布置(42)包含用于保持所述第二丝线(32)的第三保持元件(45)和第四保持元件(46)。
21.—种丝锯(100)，包含至少两个丝线导向筒，其特征在于，所述丝锯(100)还包含如权利要求1至10中任一项所述的丝线监控系统(10)。
22.—种丝锯(100)，包含至少两个丝线导向筒，其特征在于，所述丝锯(100)还包含如权利要求19所述的丝线监 控系统(10)。
23.—种丝锯(100)，包含至少两个丝线导向筒，其特征在于，所述丝锯(100)还包含如权利要求20所述的丝线监控系统(10)。
【文档编号】G05B19/048GK203792545SQ201320488174
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2013年8月9日 优先权日:2013年6月21日
【发明者】C·佐米尼, A·施密特 申请人:应用材料瑞士有限责任公司