JP2005107854A - ラップ盤のシミュレーションのためのシステム及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 コンピュータのシミュレーションプログラムが、入力設定されたラップ盤のシミュレーション条件(運転条件、構造条件など)101、102に基づいて、ラップ盤の動作中の各時点におけるワークピース及び各種ギアの座標、ワークピースの加工量、定盤の磨耗量を計算し、計算結果をラップ盤の平面画像105、ワークピースの加工量分布画像107、定盤の磨耗量分布画像106を用いてとしてグラフィカルに表示する。運転条件の設定は、ユーザが手動で行っても、実際のラップ盤から入力してもよい。オペレータ基準、上定盤基準、下定盤基準などの観察基準に応じた平面画像105が表示できる。
【選択図】 図4
Description
「サンとインターナルギヤ回転数差」=「サンギア回転数[地盤]」−「インターナルギア回転数[地盤]」
「キャリア公転数[地盤]」=「サンとインターナルギヤ回転数差」×「サンギヤ歯数」/(「サンギヤ歯数」+「インターナルギヤ歯数」)+「インターナル回転数[地盤基準]」
「キャリア自転数[キャリア公転]」=−「サンとインターナルギヤ回転数差」×「インターナルギヤ歯数」/「キャリア歯数」×「サンギヤ歯数」/(「サンギヤ歯数」+「インターナルギヤ歯数」)
「キャリア自転数[地盤]」=「キャリア公転数[地盤]」+「キャリア自転数[キャリア公転]」
「キャリア公転数[地盤]」=「キャリア公転数の入力値」
「キャリア自転数[地盤]」=「キャリア自転数の入力値」
「キャリア自転数[キャリア公転]」=「キャリア自転数[地盤]」−「キャリア公転数[地盤]」
「サンとインターナルギヤ回転数差」=−「キャリア自転数[キャリア公転]」/「インターナルギヤ歯数」×「キャリア歯数」/「サンギヤ歯数」×(「サンギヤ歯数」+「インターナルギヤ歯数」)
「インターナルギヤ回転数[地盤]」=「キャリア公転数[地盤]」−「サンとインターナルギヤ回転数差」×「サンギヤ歯数」/(「サンギヤ歯数」+「インターナルギヤ歯数」)
「サンギヤ回転数[地盤]」=「サンとインターナルギヤの回転数差」+「インターナルギヤ回転数[地盤]」
「サンギヤ有効直径」=「サンギヤ歯数」×「ギヤモジュール」
「インターナルギヤ有効直径」=「インターナルギヤ歯数」×「ギヤモジュール」
「キャリア有効直径」=「キャリア歯数」×「ギヤモジュール」
「キャリア歯数」=(「インターナルギヤ歯数」−「サンギヤ歯数」)/2
「各ギヤ回転数[OP]」=「各ギヤ回転数の入力値」
「キャリア公転数[下盤]」=「キャリア公転数[地盤]」−「下盤回転数[地盤]」
「サンギヤ回転数[下盤]」=「サンギヤ回転数[地盤]」−「下盤回転数[地盤]」
「インターナルギヤ回転数[下盤]」=「インターナルギヤ回転数[地盤]」−「下盤回転数[地盤]」
「下盤回転数[下盤]」=0
「上盤回転数[下盤]」=「上盤回転数[地盤]」−「下盤回転数[地盤]」
「キャリア公転数[上盤]」=「キャリア公転数[地盤]」−「上盤回転数[地盤]」
「サンギヤ回転数[上盤]」=「サンギヤ回転数[地盤]」−「上盤回転数[地盤]」
「インターナルギヤ回転数[上盤]」=「インターナルギヤ回転数[地盤]」−「上盤回転数[地盤]」
「下盤回転数[上盤]」=「下盤回転数[地盤]」−「上盤回転数[地盤]」
「上盤回転数[上盤]」=0
「キャリア自転数[観察基準]」=「キャリア自転数[キャリア公転]」+「キャリア公転数[観察基準]」
「ウェハ自転数[観察基準]」=「入力されたウェハ自転数」+「キャリア自転数[キャリア公転基準]」+「キャリア公転数[地盤]」
「キャリア角度(定盤中心を原点とした極座標系での角度)」=「キャリア公転数[観察基準]」×π×2×t/60
「キャリア中心X座標:xC」=「定盤中心とキャリア中心間の距離」×cos(「キャリア角度」)
「キャリア中心Y座標:yC」=「定盤中心とキャリア中心間の距離」×sin(「キャリア角度」)
2. ウェハ座標の計算
「ウェハ角度(キャリア中心を原点とした極座標系での角度)」=「キャリア自転数[観察基準]」×π×2×t/60
「ウェハ中心X座標:xW」=「キャリア中心X座標:xC」+「ウェハ中心とキャリア中心間の距離」×cos(「ウェハ角度」)
「ウェハY中心座標:yW」=「キャリア中心Y座標:yC」+「ウェハ中心とキャリア中心間の距離」×sin(「ウェハ角度」)
「ノッチ角度」=「ウェハ自転数[観察基準]」×π×2×t/60
「ノッチX座標:xN」=「ウェハ中心X座標:xW」+「ウェハ半径」×cos(「ノッチ角度」+「ノッチ位置」×π/180)
「ノッチY座標:yN」=「ウェハ中心Y座標:yW」+「ウェハ半径」×sin(「ノッチ角度」+「ノッチ位置」×π/180)
ここで、上記「ノッチ位置」とは、ノッチが配置されるウェハの角度位置であり、任意に指定することができるが、典型的には0である。
「キャリア公転数[下盤]」=「キャリア公転数[地盤]」−「下盤回転数[地盤]」
「キャリア自転数[下盤]」=「キャリア自転数[キャリア公転]」+「キャリア公転数[下盤]」
「ウェハ自転数[下盤]」=「ウェハ自転数[キャリア基準]+「キャリア自転数[下盤]」
「キャリア中心X座標:xC[下盤]」=(「サンギヤ有効直径」+「キャリア有効直径」)/2×cos(「キャリア公転数[下盤]」×π×2×t/60)
「キャリア中心Y座標:yC[下盤]」=(「サンギヤ有効直径」+「キャリア有効直径」)/2×sin(「キャリア公転数[下盤]」×π×2×t/60)
「ウェハ角度[下盤]」=「キャリア自転数[下盤]」×π×2×t/60
「ノッチ角度(ウェハ回転によるノッチ位置の変化の角度)[下盤]」=「ウェハ自転数[下盤]」×π×2×t/60
「ウェハ中心X座標:xW[下盤]」=「キャリア中心x座標:xC[下盤]」+「ウェハ中心とキャリア中心間距離」×cos(「ウェハ角度[下盤]」)
「ウェハ中心Y座標:yW[下盤]」=「キャリア中心y座標:yC[下盤]」+「ウェハ中心とキャリア中心間距離」×sin(「ウェハ角度[下盤]」)
「ノッチX座標:xN[下盤]」=「キャリア中心X座標:xC[下盤]」+「ウェハ中心とキャリア中心間距離」×cos(「ウェハ角度[下盤]」)+「ウェハ半径」×cos(「ノッチ角度[下盤]」+「ノッチ位置」×π/180)
「ノッチY座標:yN[下盤]」=「キャリア中心Y座標:yC[下盤]」+「ウェハ中心とキャリア中心間距離」×sin(「ウェハ角度[下盤]」)+「ウェハ半径」×sin(「ノッチ角度[下盤]」+「ノッチ位置」×π/180)
「代表点(k、m)X座標:x(k、m)[下盤]」=「キャリア中心X座標:xC[下盤]」+「ウェハ中心とキャリア中心間距離」×cos(「ウェハ角度[下盤]」)+(「ウェハ半径−(k+0.5)×「ウェハ半径」/50)×cos(「ノッチ角度[下盤]」+(「ノッチ位置」+10×m)×π/180)
「代表点(k、m)Y座標:y(k、m)[下盤]」=「キャリア中心Y座標:yC[下盤]」+「ウェハ中心とキャリア中心間距離」×sin(「ウェハ角度[下盤]」)+(「ウェハ半径」−(k+0.5)×「ウェハ半径」/50)×sin(「ノッチ角度[下盤]」+(「ノッチ位置」+10×m)×π/180)
「時点tでのウェハ中心(xW、yW)の走行量増分:Δd(t)[下盤]」
=√((「時点tでのウェハ中心X座標:xW(t)[下盤]」−「Δt前のウェハ中心X座標:xW(t−Δt)[下盤]」)^2+(「時点tでのウェハ中心Y座標:yW(t)[下盤]」−「Δt前のウェハ中心Y座標:yW(t−Δt)[下盤]」)^2)
「時点tでの代表点(k、m)の走行量増分:Δd(k、m)(t)[下盤]」
=√((「時点tでの代表点X座標:x(k、m)(t)[下盤]」−「Δt前の代表点X座標:x(k、m)(t−Δt)[下盤]」)^2+(「時点tでの代表点Y座標:y(k、m)(t)[下盤]」−「Δt前の代表点Y座標:y(k、m)(t−Δt)[下盤]」)^2)
ただし、代表点がオーバーハング(定盤外で出ること)したときには、そのときの当該代表点の走行量増分はゼロとする。
「時点tでの代表点(k、m)の総走行量:d(k、m)(t)[下盤]」
=「時点t−Δtでの代表点(k、m)の総走行量:d(k、m)(t−Δt)[下盤]」+「時点tでの代表点(k、m)の走行量増分:Δd(k、m)(t)[下盤]」
「時点tでのウェハ中心(xW、yW)の走行速度:Δv(t)[下盤]」
=「時点tでのウェハ中心(xW、yW)の走行量増分:Δd(k、m)(t)[下盤]」/Δt
「時点tでの半径方向座標(k)における平均総走行量」=Σ[m](「時点tでの代表点(k、m)の総走行量:d(k、m)(t)[下盤]」)/36
ここで、演算記号Σ[m]()は、座標値mのとり得る全値にそれぞれ対応する括弧()内の変数値を全部加算することを意味する。
定盤をその盤幅(定盤外周と内周間の距離)において微小幅(dr)の区間に分割し、任意の半径位置(r)の微小幅区間のウェハ13との接触長(s)を、例えば次式で求める。
「接触長:c」=2×√((「ウェハ半径:R2」)^2−(「半径位置:r」−「定盤中心とウェハ中心間距離:R1」)^2)
半径位置(r)の微小幅区間内の各点に対するウェハ13の走行量増分を算出する。例えば、既に求まっている現在時点tでの時間増分Δtにおけるウェハ13の中心の走行量増分Δdを、その微小幅区間内の各点に対するウェハ13の走行量増分とみなす。厳密には、微小幅区間の半径位置(r)に対応するウェハ13内の代表点の走行量増分を求めるべきであるが、前述したようにウェハ13が定盤3、5に比べてサイズ的に非常に小さいことに鑑み、ウェハ中心の走行量増分を近似的に当該ウェハ面内の全点について用いる。なお、ウェハ全面の走行量を別途計算して、それを用いることもできる。ただし、オーバーハングしている部分の走行量はウェハ全面の走行量に算入しない。
半径位置(r)の微小幅区間に対するウェハの走行量増分と、その微小幅区間のウェハとの接触長に基づいて、微小幅区間の被走行量(磨耗量)の増分を計算する。ここでは、定盤3、5に対するウェハの走行量が長い程、定盤3、5の摩耗が多くなること、定盤3,5とウェハとの接触長が長い程、定盤3、5の摩耗が多くなること、及び、定盤3、5の外周に行く程、円周が長く面積が大きくなって摩耗量が分散されることの3つの原理に鑑み、例えば次式により、現在時刻tでの定盤3、5の半径位置(r)の微小幅区間の被走行量増分(磨耗量増分)が計算される。
「時刻tでの下盤5の半径位置(r)の微小幅区間の被走行量増分(磨耗量増分)」
=「ウェハ中心の走行量増分[下盤」」×「半径位置(r)における微小幅区間のウェハとの接触長:s」/「半径位置(r)における円周長」
「時刻tでの上盤3の半径位置(r)の微小幅区間の被走行量増分(磨耗量増分)」
=「ウェハ中心の走行量増分[上盤]」×「半径位置(r)の微小幅区間のウェハとの接触長:s」/「半径位置(r)における円周長」
「時刻tでの下盤5の半径位置(r)の微小幅区間の被走行量(磨耗量)」
=「時刻t−Δtでの下盤5の半径位置(r)の微小幅区間の被走行量(磨耗量)」+「時刻tでの下盤5の半径位置(r)の微小幅区間の被走行量増分(磨耗量増分)」
「時刻tでの上盤3の半径位置(r)の微小幅区間の被走行量(磨耗量)」
=「時刻t−Δtでの上盤3の半径位置(r)の微小幅区間の被走行量(磨耗量)」+「時刻tでの上盤3の半径位置(r)の微小幅区間の被走行量増分(磨耗量増分)」
以上の計算を、定盤3、5の最内周から最外周まで各半径位置(r)毎に行ない、その結果にウェハ13の枚数を乗ずることで、現在時時点tにおける定盤3、5の被走行量(磨耗量)の半径に沿った分布が得られる。
定盤3、5の盤幅を半径方向に微小幅区間dLに分割し、任意の半径Lの微小幅区間dLに重なる修正キャリア17の部分を微小部分dAとする。上記微小幅区間dLの中央線と修正キャリア17の外周との交点(X1、Y1)、及び、上記中央線と修正キャリア17の内周との交点(X2、Y2)を求め、それらの中点(X3、Y3)を求める。この中点(X3、Y3)を、修正キャリア17の微小部分dAの速度ベクトルの計算基準位置とする。なお、上記の交点は、修正キャリア17の中心と定盤3、5の中心間の距離Rcと、修正キャリア17の内外周の半径Rs1、Rs3から円の方程式により求めることができる。
ここでは、修正キャリア17の公転を基準とした速度を考える。定盤3、5の回転数による速度ベクトルVkを、定盤回転数及びキャリア公転数と上述した微小幅区間の半径Lから求める。定盤3、5に対する修正キャリア17の相対的な自転(キャリア相対自転)による速度ベクトルVjを、修正キャリア17の相対自転数とキャリア径より求める。上記キャリア相対自転による速度ベクトルVjを、円周方向と中心方向の速度成分VjkとVjjに分解する。これら速度成分は、上記中点(X3、Y3)と定盤中心との位置関係から決まる角度による求めることができる。定盤回転とキャリア公転による速度ベクトルVkと、キャリア相対自転数による円周方向の速度成分Vjkとの差を求め、これを円周方向の合成速度ベクトルVkkとする。こうして得られた速度ベクトルVkk(円周方向)とVjj(中心方向)の合成速度ベクトルVを求める。この合成速度ベクトルVが、上記微小部分dAの走行の方向と速度を表す。
修正キャリア17の微小部分dAの走行速度Vから、微小部分dAによる定盤3、5の半径Lの微小幅区間dLの被走行量を求める。定盤内周から外周まで半径L毎に、この計算を行い、且つ修正キャリア17の図中左側部分だけでなく右側部分についても同様の計算を行って、修正キャリア17の全体による定盤3、5の被走行量を半径L毎に求める。さらに、定盤3、5は外周に行くほど面積が大きくなって磨耗量が分散することを考慮して、半径L毎の被走行量を半径Lで割り、更に、その結果に修正キャリア17の個数を乗ずることにより、定盤3、5の被走行量(研磨量)の半径Lに応じた分布が得られる。こうして求まった分布をプロットすることで、図13に例示したように、メンテナンスプロセスによる定盤3、5の予測形状の画像106U、106Lがメインウィンドウに表示される。
ラップ盤1から、例えば、
・加工経過時間:t
・下盤回転数[地盤]
・上盤回転数[地盤]
・サンギヤ回転数[地盤]
・インターナルギヤ回転数[地盤]
などのデータを取得する。上記各種ギアの回転数は、例えばサーボモータ等から取得することができる。或いは、例えば、インバータモータ駆動方式のギヤや定盤については、回転指令値を回転数として取得することができるし、或いは、ギア駆動機構の適当な回転軸に回転数計を取りつけて回転数を測定して測定値を入力するようにしてもよい。もちろん、減速比を考慮して回転数を決定する。或いは、多くの実機では、装置を制御するシーケンサから減速比を考慮した回転数で指令が出されているので、その指令の回転数を用いても良い。上記データを所定のサンプリング間隔dt秒ごとに取得し、これに基づいて、前の実施形態で説明したような計算方法で、ウェハ13や各種ギヤの座標、ウェハ13の加工量、定盤3、5の磨耗量又は研磨量などを計算する。
ラップ盤1から、例えば、
・加工経過時間:t
・各種回転角[地盤]
・下盤回転角[地盤]
・上盤回転角[地盤]
・サンギヤ回転角[地盤]
・インターナルギヤ回転角[地盤]
などのデータを取得する。上記の回転角は、加工開始から現在時点までの総回転角である。これらの回転角は、サーボモータから得ることができる。或いは、例えば、インバータモータ駆動方式のギヤや定盤については、別途に回転角の検出機構を設ければよい。シミュレーションにおいては、前の実施形態で説明したウェハや各種ギアの座標計算式に、ラップ盤1から取得した回転角を代入することで、ウェハや各種ギアの座標を計算することができる。上記データを所定のサンプリング間隔dt秒ごとに取得し、これに基づいて、ウェハ13や各種ギヤの座標、ウェハ13の加工量、定盤3、5の磨耗量又は研磨量などを計算する。
3 上定盤(上盤)
5 下定盤(下盤)
7 サンギヤ
9 インターナルギヤ
11 ワークキャリア(キャリア)
13 ウェハ
15 回転軸
17 修正キャリア
200 シミュレーションシステム
Claims (7)
- ラップ盤(1)の運転条件を含むシミュレーション条件を入力する条件入力手段(101、102、S1)と、
前記入力されたシミュレーション条件に基づいて、前記ラップ盤の加工プロセス中の各時点における定盤(3、5)、所定ギア(7、9,11)及びワークピース(13)の座標を計算する座標計算手段(S5)と、
前記計算された定盤、所定ギア及びワークピースの座標に基づいて、前記ラップ盤の運動を表す平面画像(105)を表示する平面画像表示手段(S6)と
を備えたラップ盤のシミュレーションシステム。 - 前記条件入力手段は、所定の複数の観察基準の中から一つの観察基準を選択する手段を含み、
前記座標計算手段は、前記選択された観察基準による定盤、所定ギア及びワークピースの座標を計算し、
前記平面画像は、前記選択された観察基準による前記ラップ盤の運動を表すようになった請求項1記載のシミュレーションシステム。 - 前記計算された定盤、所定ギア及びワークピースの座標に基づいて、前記ワークピースの各部の前記定盤に対する走行量を計算し、前記計算した走行量に基づいて、前記ワークピースの各部の加工量を計算する加工量計算手段(S8)と、
前記計算された前記ワークピースの各部の加工量に基づいて、前記ワークピースの加工量の分布を表す加工量画像(107U、107L)を表示する加工量画像表示手段(S9)と
を更に備えた請求項1記載のシミュレーションシステム。 - 前記計算された定盤、所定ギア及びワークピースの座標に基づいて、前記定盤の各部に対する前記ワークピースの走行量を計算し、前記計算した走行量に基づいて、前記定盤の各部の磨耗量を計算する磨耗量計算手段(S11)と、
前記計算された前記定盤各部の磨耗量に基づいて、前記定盤の加工量の分布を表す磨耗量画像(106U、106L)を表示する磨耗量画像表示手段(S12)と
を更に備えた請求項1記載のシミュレーションシステム。 - 前記ラップ盤に修正キャリア(15)がセットされた場合における、前記ラップ盤のメンテナンスプロセス中の各時点における前記修正キャリアを含む所定ギア(7、9、15)及び前記定盤の座標を計算する第2の座標計算手段(S5)と、
前記計算された所定ギア及び定盤の座標に基づいて、前記定盤の各部に対する前記修正キャリアの走行量を計算し、前記計算した走行量に基づいて、前記定盤の各部の研磨量を計算する研磨量計算手段(S11)と、
前記計算された前記定盤各部の研磨量に基づいて、前記定盤の研磨量の分布を表す研磨量画像(106U、106L)を表示する研磨量画像表示手段(S12)と
を更に備えた請求項1記載のシミュレーションシステム。 - 前記条件入力手段が、実際のラップ盤の動作中に前記実際のラップ盤から所定のギアの回転数又は回転角に関するデータを入力する手段を有し、それにより、前記実際のラップ盤の動作をリアルタイムで再現できるようになった請求項1記載のシミュレーションシステム。
- ラップ盤(1)の運転条件を含むシミュレーション条件を入力するステップ(S1)と、
前記入力されたシミュレーション条件に基づいて、前記ラップ盤の加工プロセス中の各時点における定盤(3、5)、所定ギア(7、9,11)及びワークピース(13)の座標を計算するステップ(S5)と、
前記計算された定盤、所定ギア及びワークピースの座標に基づいて、前記ラップ盤の運動を表す平面画像(105)を表示するステップ(S6)と
をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。
Priority Applications (1)
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