CN111847856A - 划线装置以及控制方法 - Google Patents

Abstract

技术问题：使划线装置的控制高速化。解决方案：划线装置(100)具备：切割部件(37)、第一移动机构(11)、第二移动机构(5)、第三移动机构(33)、转动机构(35)、第一控制装置(6)以及第二控制装置(7)。切割部件(37)在基板上形成划分线。第一移动机构(11)使基板沿Y方向移动。第二移动机构(5)使切割部件(37)沿X方向移动。第三移动机构(33)使切割部件(37)沿Z方向移动。转动机构(35)使切割部件(37)绕Z轴转动。第一控制装置(6)计算切割部件(37)的预定加工轨迹，并基于预定加工轨迹控制第一移动机构(11)。第二控制装置(7)基于预定加工轨迹控制第二移动机构(5)、第三移动机构(33)、以及转动机构(35)。

Description

划线装置以及控制方法

技术领域

本发明涉及一种对玻璃基板等基板进行加工的划线装置以及该划线装置的控制方法。

背景技术

当前已知用于切出玻璃基板的划线装置。例如，已知一种使金刚石笔等固定刀片相对于基板移动，而在该基板上形成划分线的装置(例如，专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开2017-65245号公报

发明内容

(一)要解决的技术问题

在使固定刀片相对于基板移动的现有的装置中，关于形成划分线时的固定刀片的朝向未做任何控制。但是，近年来，为了进行更先进的加工，正在研究不仅对固定刀片的移动进行控制，也对朝向进行控制的方案。

在对固定刀片的移动和朝向双方进行控制的情况下，用于控制划线装置(尤其是固定刀片)所需要的计算量变多，有可能无法进行高速划线装置的控制。其结果为，有可能无法对基板适当地形成划分线。

本发明的目的在于，在控制固定刀片的移动及朝向的划线装置中，能够使划线装置的控制高速化。

(二)技术方案

下文说明多个方式作为用于解决问题的手段。这些方式能够根据需要任意组合。

本发明的一个方面的划线装置具备：切割部件、第一移动机构、第二移动机构、第三移动机构、转动机构、第一控制装置以及第二控制装置。切割部件在作为加工对象的基板上形成划分线。第一移动机构使基板沿第一方向移动。第二移动机构使切割部件沿第二方向移动。第二方向是垂直于第一方向的方向。第三移动机构使切割部件沿第三方向移动。第三方向是垂直于第一方向及第二方向的方向。转动机构使切割部件绕沿第三方向延伸的轴转动。

第一控制装置计算切割部件的预定加工轨迹，并基于加工轨迹控制第一移动机构。第二控制装置基于预定加工轨迹控制第二移动机构、第三移动机构、以及转动机构。

在上述划线装置中，第一控制装置执行预定加工轨迹的计算及第一移动机构的控制，第二控制装置执行基于预定加工轨迹的第二移动机构、第三移动机构、以及转动机构的控制。这样，通过使划线装置的控制分散到多个控制装置，而能够降低各控制装置的计算负载，因此能够高速地控制划线装置。

第一控制装置可以计算预定加工轨迹作为假想坐标中的切割部件的位置及旋转角。假想坐标是至少具有与第一方向对应的第一假想轴、和与第二方向对应的第二假想轴的坐标系。

由此，能够更高速地计算切割部件的实际位置及旋转角。

第一控制装置在第一假想轴的坐标值上加上假想坐标的原点与基板的原点在第一方向上的偏移量，而计算第一方向上的切割部件的实际的位置。另外，第二控制装置在第二假想轴的坐标值上加上假想坐标的原点与基板的原点在第二方向上的偏移量，而计算第二方向上的切割部件的实际的位置。而且，第二控制装置可以将假想坐标中的切割部件的旋转角作为实际的旋转角。

由此，第一控制装置及第二控制装置能够更高速地计算自身控制的机构的控制量。

本发明的另一方面的控制方法是划线装置的控制方法。划线装置具备：切割部件、第一移动机构、第二移动机构、第三移动机构、转动机构、第一控制装置以及第二控制装置。切割部件在作为加工对象的基板上形成划分线。第一移动机构使基板沿第一方向移动。第二移动机构使切割部件沿第二方向移动。第三移动机构使切割部件沿第三方向移动。转动机构使切割部件绕沿第三方向延伸的轴转动。该控制装置的控制方法具备以下的步骤：

◎第一控制装置计算切割部件的预定加工轨迹。

◎第一控制装置基于预定加工轨迹控制第一移动机构。

◎第二控制装置基于预定加工轨迹控制第二移动机构、第三移动机构、以及转动机构。

在上述的划线装置的控制方法中，第一控制装置执行预定加工轨迹的计算及第一移动机构的控制，第二控制装置执行基于预定加工轨迹的第二移动机构、第三移动机构、以及转动机构的控制。这样，通过使划线装置的控制分散到多个控制装置，从而能够降低各控制装置的计算负载，因此能够高速地控制划线装置。

(三)有益效果

通过使划线装置的控制分散到多个控制装置而降低各控制装置的计算负载，从而能够高速地控制划线装置。

附图说明

图1是表示第一实施方式的划线装置的立体图。

图2是表示头部的详细结构的图。

图3是表示划线装置的控制结构的图。

图4是表示划线装置的整体动作的流程图。

图5是表示划线装置的划线形成动作的流程图。

图6是表示划线装置的其它实施方式的图。

附图标记说明

100、100’-划线装置；1-工作台；11-第一移动机构；2-基座；3-头部；31-主体；33-第三移动机构；34-固定部件；35-转动机构；36-联接器部；37-切割部件；37a-保持部件；37b-固定刀片；4-架桥部件；5-第二移动机构；6-第一控制装置；7-第二控制装置；8-交换集线器；9-上位计算机；O、O’-原点；θ、θ’-旋转角；21-第四移动机构。

具体实施方式

1.第一实施方式

(1)划线装置

下文使用图1对第一实施方式的划线装置100进行说明。图1是表示第一实施方式的划线装置的立体图。划线装置100是对玻璃基板等基板利用金刚石笔等固定刀片形成划分线的装置。划线装置100主要具备工作台1、头部3。

工作台1是载置形成划分线的加工对象即基板的部件。工作台1能够利用第一移动机构11沿Y方向(图1)(第一方向的一例)移动。第一移动机构11例如是沿Y方向延伸的直线电动机。此外，第一移动机构11设置于基座2上。

头部3以能够沿X方向(图1)(第二方向的一例)滑动的方式设置于架桥部件4(图1)。头部3能够通过设置于架桥部件4的第二移动机构5而沿X方向移动。第二移动机构5例如是沿X方向延伸的直线电动机。

(2)头部

下文使用图2对上述的头部3进行更具体地说明。图2是表示头部的详细结构的图。头部3具有主体31、第三移动机构33、转动机构35、切割部件37。

主体31是形成头部3的主体的框体。第三移动机构33是沿着主体31的宽度方向(X方向)并列配置且在Z方向上延伸的直线电动机。在第三移动机构33上固定有固定部件34。也就是说，固定部件34能够通过第三移动机构33沿Z方向(第三方向的一例)移动。

转动机构35是固定于联接器部36的上部、并且其驱动轴***角轴承(固定于联接器部36的上部)的电动机。联接器部36通过联接器将上述转动机构35的驱动轴与保持部件37a(后述)的从动轴连结，该保持部件37a***固定于联接器部36的下部的角轴承。

利用上述结构，联接器部36能够将转动机构35与保持部件37a的从动轴牢固地连结。即，本实施方式的联接器部36能够在没有“游隙”的状态下将上述驱动轴与从动轴连结。由此，能够没有损失、延迟地向保持部件37a传递转动机构35的驱动轴的旋转。

切割部件37具有保持部件37a、固定刀片37b。保持部件37a是对固定刀片37b进行保持的部件。如上所述，保持部件37a经由联接器部36与转动机构35的驱动轴连结。保持部件37a随着转动机构35的驱动轴的转动而转动，从而固定刀片37b能够绕Z轴转动。

固定刀片37b是用于在作为加工对象的基板(工作台1上的基板)上形成划分线的刀片。固定刀片37b是例如在前端具有金刚石笔的部件。

在具有上述结构的头部3中，第三移动机构33通过使固定部件34沿Z方向移动，从而能够使切割部件37(固定刀片37b)沿Z方向(高度方向)移动。另外，保持部件37a经由联接器部36而与转动机构35的驱动轴连结，从而转动机构35能够使保持于保持部件37a的固定刀片37b绕Z轴转动。

(3)控制结构

接着使用图3对第一实施方式的划线装置100的控制结构进行说明。图3是表示划线装置的控制结构的图。划线装置100的控制结构具有第一控制装置6、第二控制装置7、交换集线器8。

第一控制装置6是具有CPU、存储装置(RAM、ROM等)、各种输入输出接口等的计算机***。第一控制装置6例如是包含PLC、电动机控制器的***。第一控制装置6与第一移动机构11连接。即，第一控制装置6通过控制第一移动机构11而能够控制工作台1(基板)的Y方向的移动。

第二控制装置7是具有CPU、存储装置(RAM、ROM等)、各种输入输出接口等的计算机***。第二控制装置7例如是包含PLC、电动机控制器的***。第二控制装置7与第二移动机构5、第三移动机构33、转动机构35连接。即，第二控制装置7通过控制第二移动机构5、第三移动机构33、以及转动机构35，从而能够控制切割部件37(固定刀片37b)的X方向及Z方向的移动、和切割部件37的转动(固定刀片37b的旋转角)。

交换集线器8连接第一控制装置6与第二控制装置7，对第一控制装置6与第二控制装置7之间的通信(发送接收数据)进行转接(仲介)。

如图3所示，在交换集线器8上连接有上位计算机9。上位计算机9是具有CPU、存储装置(RAM、ROM、SSD、硬盘等)、各种接口等的计算机***，执行关于划线装置100的各种设定、在加工对象即基板上预定形成的划分线形状的设定等。上位计算机9例如是由用户操作的个人计算机。

在上述的控制结构中，第一控制装置6不仅执行第一移动机构11的控制，也执行划线装置100中的各种控制。具体而言，第一控制装置6根据表示预定形成的划分线的形状的数据(例如CAD数据)，计算正在形成划分线的切割部件37相对于基板的每个控制周期的位置及旋转角。下文，将上述切割部件37的每个控制周期的位置及旋转角称为“预定加工轨迹”。除此之外，第一控制装置6负责来自传感器等的数据的输入输出。

另一方面，第二控制装置7仅执行与第二移动机构5、第三移动机构33、以及转动机构35的控制相关的简单的运算。究其原因，是因为第二移动机构5、第三移动机构33、以及转动机构35需要高速的控制，第二控制装置7为了进行这些控制而需要使用计算负载。

这样，通过使划线装置100的控制分散到多个控制装置(第一控制装置6及第二控制装置7)，从而能够降低各控制装置的计算负载，因此能够高速地控制划线装置100。

(4)划线装置的动作

(4-1)整体动作

下文使用图4对本实施方式的划线装置100的动作进行说明。图4是表示划线装置的整体动作的流程图。下文说明的划线装置100的动作通过存储于第一控制装置6及第二控制装置7的存储装置的程序来实现。

为了在基板上形成划分线，首先，在步骤S1中，在工作台1上固定作为加工对象的基板。工作台1上的基板的固定能够通过例如抽吸固定来实现。

当将基板固定于工作台1后，在步骤S2中，第一控制装置6及第二控制装置7控制第一移动机构11、第二移动机构5、第三移动机构33、转动机构35，而使切割部件37移动到切割部件37的原点位置。

而且，在步骤S3中，第一控制装置6及第二控制装置7使切割部件37移动到基板的原点位置。由于作为加工对象的基板的每一个的尺寸不同等理由，工作台1上的基板的固定位置(也就是说，工作台1上的基板的原点位置)不固定。因而，在本实施方式中，第一控制装置6及第二控制装置7根据传感器(未图示)有无检测到基板来确定基板的原点位置。另外，第一控制装置6及第二控制装置7预先存储步骤S2中的切割部件37的原点位置与在步骤S3中确定的基板的原点位置的偏移量。

接着，在步骤S4中，执行向基板形成划分线。在步骤S4中，第一控制装置6控制当向基板形成划分线时的切割部件37的移动量及旋转角(即，预定加工轨迹)的计算、以及基于第一移动机构11的工作台1的Y方向的移动。

另一方面，第二控制装置7控制基于第二移动机构5的头部3的X方向的移动、基于第三移动机构33的切割部件37的Z方向(高度方向)的移动、以及基于转动机构35的切割部件37的转动。步骤S4中的第一控制装置6及第二控制装置7的动作将会在后面详细说明。

当向基板形成划分线后，在步骤S5中，划线装置100执行形成划分线后的结束处理。具体而言，作为结束处理而执行使切割部件37返回到其原点位置的动作、和解除基板相对于工作台1的固定的动作。

(4-2)形成划分线时的控制装置的动作

下文使用图5来说明在上述的步骤S4中执行的形成划分线时的第一控制装置6及第二控制装置7的控制。图5是表示划线装置的划线形成动作的流程图。

例如，当从上位计算机9等接收表示要向基板形成的划分线的数据时，第一控制装置6在步骤S11中根据接收数据计算预定加工轨迹。具体而言，第一控制装置6根据接收数据而计算假想坐标上的切割部件37(固定刀片37b)的位置(X’、Y’)和旋转角θ’。假想坐标是由与实际空间的Y方向对应的第一假想轴(称为Y’轴)和与实际空间的X方向对应的第二假想轴(称为X’轴)定义的平面坐标。此外，在假想坐标中，可以定义与实际空间的Z方向(高度方向)对应的第三假想轴(Z’轴)。

在本实施方式中，第一控制装置6输出形成划分线时的每个控制周期的位置(X’、Y’)和旋转角θ’作为预定加工轨迹。也就是说，第一控制装置6按照每个控制周期(例如1ms)计算使切割部件37直线性地移动的预定加工轨迹。其结果为，第一控制装置6计算利用多边形表现曲线状的划分线的预定加工轨迹。

因而，第一控制装置6以使每个控制周期(控制指令所进行的每个周期)的切割部件37的移动量及转动量尽可能地小的方式计算切割部件37的假想坐标的位置(X’、Y’)及旋转角θ’。例如，以切割部件37的每个控制周期的移动量为μm级别的方式计算位置(X’、Y’)及旋转角θ’。

由此，第一控制装置6能计算能够更忠实地再现任意形状的划分线的预定加工轨迹。特别地，通过减小每个控制周期的移动量并用具有更多顶点的多边形表现曲线，从而能够更忠实地再现曲线形状的划分线。

另外，通过减小每个控制周期的移动量及转动量，也具有第一控制装置6及第二控制装置7能够易于进行第一移动机构11、第二移动机构5、第三移动机构33、转动机构35的反馈控制的效果。特别地，如果第一移动机构11使具有重量的工作台1在一个控制周期期间过量地移动，则即使进行反馈控制也无法高精度地控制工作台1的位置。因而，通过减小每个控制周期的工作台1等的移动量，从而能够增大反馈控制的效果，并能够高精度地控制工作台1等的位置。

此外，第一控制装置6一边对第一移动机构11执行在下文说明的追随动作，一边继续计算上述步骤S11中的预定加工轨迹，并向第二控制装置7输出在规定的时机计算出的预定加工轨迹(预定加工轨迹的X’坐标值和旋转角θ’)。

在第一控制装置6中开始计算预定加工轨迹，当计算出预定加工轨迹的至少一部分后，第一控制装置6在步骤S12中命令第二控制装置7控制第二移动机构5、第三移动机构33、以及转动机构35，以追随假想坐标上的切割部件37的位置及旋转角。下文将第一移动机构11、第二移动机构5、第三移动机构33、以及转动机构35追随假想坐标上的切割部件37的位置及旋转角的动作称为“追随动作”。

当输出步骤S12中的追随动作开始指示时，第一控制装置6向第二控制装置7发送其它的设定条件等。

当在步骤S12中第一控制装置6向第二控制装置7输出追随动作开始指示后，在步骤S13中，开始控制切割部件37的位置及旋转角。具体而言，在第一控制装置6及第二控制装置7中执行以下的控制。

首先，假想坐标上的切割部件37的位置(X’、Y’)及旋转角θ’转换为实际空间的切割部件37的位置(X、Y)及旋转角θ。

在步骤S131中，第一控制装置6在当前的控制周期中的预定加工轨迹的Y’坐标值上加上Y方向上的假想坐标的原点O’与基板的原点O的偏移量(设定为ΔY)，而能够将实际空间的Y方向上的切割部件37的位置计算为Y’+ΔY。

在步骤S132中，第一控制装置6向第一移动机构11输出控制量，该控制量使切割部件37相对于载置于工作台1的基板的Y方向的位置为Y’+ΔY。

另一方面，在步骤S133中，第二控制装置7在当前的控制周期中的预定加工轨迹的X’坐标值上加上X方向上的假想坐标的原点O’与基板的原点O的偏移量(设定为ΔX)，而能够将实际空间的X方向上的切割部件37的位置计算为X’+ΔX。另外，第二控制装置7将当前的控制周期中的预定加工轨迹的旋转角θ’直接作为实际空间中的旋转角θ(即，θ＝θ’)。而且，实际空间的Z方向上的切割部件37的位置设定为从在上述的步骤S2及S3中确定的Z方向的原点稍微向下方推进的位置。该位置例如能够根据使固定刀片37b以怎样程度的力与基板表面接触来更适当地确定。

在步骤S134中，第二控制装置7向第二移动机构5输出控制量，该控制量使切割部件37相对于载置于工作台1的基板的X方向的位置为X’+ΔX。另外，向转动机构35输出控制量，该控制量使切割部件37的旋转角θ为旋转角θ’。在伴随Z方向的切割部件37的移动的情况下，向第三移动机构33输出对应的控制量。

在完成当前的控制周期中的第二移动机构5、第三移动机构33、以及转动机构35的控制后，在步骤S135中，第二控制装置7向第一控制装置6通知完成了上述机构的控制。

对作为预定加工轨迹计算出的所有的位置(X’、Y’)及旋转角θ’重复执行上述的步骤S13(步骤S131～S135)。

这样，在本实施方式的划线装置100中，第一控制装置6执行预定加工轨迹的计算及第一移动机构11的控制，第二控制装置执行基于预定加工轨迹的第二移动机构5、第三移动机构33、以及转动机构35的控制。这样，通过使划线装置100的控制分散到多个控制装置，从而能够降低各控制装置的计算负载，因此能够高速地控制划线装置100。

通过使第二控制装置7控制需要特别高速且高精度的控制的转动机构35、第二移动机构5、第三移动机构33，而能够在不产生控制延迟等不适当的控制的情况下控制切割部件37的位置(X、Y)及旋转角θ。其结果为，能够在基板上适当地形成任意形状的划分线。

另外，在本实施方式中，第一控制装置6在第一假想轴(Y’轴)的坐标值上加上假想坐标的原点O’与基板的原点O的Y方向上的偏移量，而计算Y方向上的切割部件的实际位置。另外，第二控制装置7在第二假想轴(X’轴)的坐标值上加上假想坐标的原点O’与基板的原点O的X方向上的偏移量，而计算X方向上的切割部件37的实际位置。

这样，通过计算切割部件37的位置及旋转角作为假想坐标上的位置及旋转角，第一控制装置6及第二控制装置7能够通过加法等单纯的运算来计算自身控制的机构的控制量。其结果，第一控制装置6及第二控制装置7能够更高速地控制切割部件37的位置及旋转角。

(5)实施方式的共通事项

上述第一实施方式共通地具有下述的结构及功能。

划线装置(例如，划线装置100)具备：切割部件(例如，切割部件37)、第一移动机构(例如，第一移动机构11)、第二移动机构(例如，第二移动机构5)、第三移动机构(例如，第三移动机构33)、转动机构(例如，转动机构35)、第一控制装置(例如，第一控制装置6)、第二控制装置(例如，第二控制装置7)。

切割部件在作为加工对象的基板上形成划分线。第一移动机构使基板沿第一方向(例如，Y方向)移动。第二移动机构使切割部件沿第二方向(例如，X方向)移动。第三移动机构使切割部件沿第三方向(例如，Z方向)移动。转动机构使切割部件绕沿第三方向延伸的轴(例如，Z轴)转动。

第一控制装置计算切割部件的预定加工轨迹，并基于预定加工轨迹控制第一移动机构。第二控制装置基于预定加工轨迹控制第二移动机构、第三移动机构、以及转动机构。

在划线装置中，第一控制装置执行预定加工轨迹的计算及第一移动机构的控制，第二控制装置执行基于预定加工轨迹的第二移动机构、第三移动机构、以及转动机构的控制。这样，通过使划线装置的控制分散到多个控制装置，而能够降低各控制装置的计算负载，因此能够高速地控制划线装置。

2.其它实施方式

以上对本发明的一个实施方式进行了说明，但本发明不限于上述实施方式，可以在不脱离发明的主旨的范围内进行各种变更。特别是本说明书所记载的多个实施方式及变形例可以根据需要任意地组合。

只要不脱离发明的主旨，则上述图4及图5的流程图示出的控制动作可以适当变更各步骤的处理内容、各步骤的执行顺序。

(A)划线装置100可以具备多个头部3(切割部件37)。在这种情况下，第二控制装置7设置于每个头部3上。另外，向所有的第二控制装置7输出由第一控制装置6计算的预定加工轨迹，各第二控制装置7在预定加工轨迹上加上自身控制的切割部件37的原点与基板的原点O的偏移量，而计算自身控制的切割部件37的实际空间中的位置及旋转角。由此，能够从一个基板切出相同形状的多个小片。

(B)如图6所示，使头部3能够沿X方向滑动的架桥部件4可以利用设置于工作台1上的第四移动机构21而能够沿Y方向移动(龙门驱动方式的划线装置100’)。第四移动机构21是例如沿Y方向延伸的直线电动机。图6是表示划线装置的其它实施方式的图。

工业实用性

本发明能够广泛适用于在基板上形成划分线的划线装置。

Claims (4)

1.一种划线装置，其具备：

切割部件，其在作为加工对象的基板上形成划分线；

第一移动机构，其使所述基板沿第一方向移动；

第二移动机构，其使所述切割部件沿垂直于所述第一方向的第二方向移动；

第三移动机构，其使所述切割部件沿垂直于所述第一方向及所述第二方向的第三方向移动；

转动机构，其使所述切割部件绕沿所述第三方向延伸的轴转动；

第一控制装置，其计算所述切割部件的预定加工轨迹，并基于所述预定加工轨迹控制所述第一移动机构；以及

第二控制装置，其基于所述预定加工轨迹控制所述第二移动机构、所述第三移动机构、以及所述转动机构。

2.根据权利要求1所述的划线装置，其特征在于，

所述第一控制装置计算所述预定加工轨迹作为假想坐标上的所述切割部件的位置及旋转角，其中，所述假想坐标至少具有与所述第一方向对应的第一假想轴、以及与第二方向对应的第二假想轴。

3.根据权利要求2所述的划线装置，其特征在于，

所述第一控制装置在所述第一假想轴的坐标值上加上所述假想坐标的原点与所述基板的原点在所述第一方向上的偏移量，而计算所述第一方向上的所述切割部件的实际位置，

所述第二控制装置在所述第二假想轴的坐标值上加上所述假想坐标的原点与所述基板的原点在所述第二方向上的偏移量，而计算所述第二方向上的所述切割部件的实际位置，并将所述假想坐标上的所述切割部件的旋转角作为实际的旋转角。

4.一种控制方法，其为划线装置的控制方法，所述划线装置具备：

切割部件，其在作为加工对象的基板上形成划分线；第一移动机构，其使所述基板沿第一方向移动；第二移动机构，其使所述切割部件沿垂直于所述第一方向的第二方向移动；第三移动机构，其使所述切割部件沿垂直于所述第一方向及所述第二方向的第三方向移动；转动机构，其使所述切割部件绕沿所述第三方向延伸的轴转动；第一控制装置；以及第二控制装置，

其中，所述控制方法具备以下步骤：

所述第一控制装置计算所述切割部件的预定加工轨迹；

所述第一控制装置基于所述预定加工轨迹控制所述第一移动机构；

所述第二控制装置基于所述预定加工轨迹控制所述第二移动机构、所述第三移动机构、以及所述转动机构。

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