刀体破损检测技术在划片机中的应用

石文

摘要：21世纪以来，科学技术的进步在推动各行各业高速发展，也对划片机技术的更新起到了不可磨灭的作用。本文将对应用在划片机中的刀体破损检测技术进行探究，并在一定的理论分析和计算的基础上制定合理的检测方案，以足够的数据为支撑对数据进行处理，进而设计出具备强抗干扰性的数字滤波器，实现降低系统误报率和提高设备稳定性的目的，最终推动刀体破损检测技术完美融入到划片机中。

关键词：刀体破损检测;划片机;实时检测

引言

作为半导体后封装的重要设备，划片机通过强力磨削来对目标进行有效切割。值得一提的是，刀片是强力磨削的主要执行部分，而划片机的刀片主要采用环形结构，安装部位在划片机的主轴电机上。当划片机正常工作时，主轴电机驱动高速旋转的刀片对目标进行划切动作。

考虑到划片机刀片工作性质的特殊性，在进行实际的划切操作时经常会出现刀片磨损的情况，倘若不对刀片进行合理检测而继续工作，就会对划切质量产生一定影响，甚至会对切割件造成损伤。要想保证切割件的划切质量，防止切割件被损坏，就必须在实际的划切过程中及时检测刀片，一旦刀片出现破损情况就需要尽快停止划切动作。在发现刀片破损位置时，应该进行科学的刀体更换工作。

1.划片机刀片概述

考虑到刀具在划片机中扮演的重要角色，刀具的性能对划切质量影响很大。试验研究表明划切刀中金刚石的粒度、浓度、大小、结合剂类型、刀片露出量、刀片厚度等對划切过程中切割道的宽度和边缘破裂的大小都有影响。全自动划片机划切是使用超薄砂轮刀片件进行切割的磨削加工方法。切割过程中，超薄砂轮刀片的受力包括磨削力、离心力和摩擦力等。砂轮刀片的性能特性直接影响划切效果。高速磨削时，砂轮刀片将产生很大的离心力，而产生的离心力是刀具磨损的重要因素，因此对划切过程中离心力分析非常重要。切削力直接影响划切效果，对划切过程中切削力影响因素分析有利于划切工艺参数的选择。

与此同时，由于划片机被应用于切割单晶硅、蓝宝石和工程陶瓷等硬脆材料，上述材料都存在高硬度、高熔点和韧性低等物理特性，在实际的划切过程中经常会出现崩边、毛刺、微裂纹和划伤等缺陷。同时划切过程中产生磨削热不易快速传导出去，易导致刀具中的金刚石颗粒高温碳化及热破裂导致刀具磨损严重。对硬脆材料划切去除机理进行理论分析，分析划切过程中砂轮刀片力学性能，对影响划切质量因素进行分析，并对划片机的刀体进行有效的破损检测，有利于选择最优划切工艺条件，在提高划切质量的同时降低生产成本。

2.刀体破损检测原理

为了实现正常的刀体损伤检测，发光光纤头和接收光纤头应通过机械装置固定在刀片外圆边缘的两侧。刀片在进行划切动作时会不断出现磨损导致刀片变小，一旦刀片不能对外界光线进行有效遮挡时，就要求技术人员对刀片位置进行调节，从而使刀片正常遮挡光线以继续进行划切动作。除此之外，在划片机正常工作时，刀片会高速旋转对切割件进行有效划切，光纤传感器也会对光接收部的光信号进行实时检测。

在完成上述工作以后，光纤传感器通过放大器将接收光纤的光信号转换成电信号，然后通过数据采集电路将信号从模拟转换成数字，并将模拟转换成数字的结果输出到上位机交由算法进行处理。最后判断叶片是否损坏，倘若刀片出现损坏情况，机器会立即停止并报警，提示技术人员应该及时更换刀片。否则刀片将继续工作，检测程序将返回数据采集电路进行下一次数据采集和处理。

3.刀体检测理论分析

3.1传感器的响应时间

通过分析划片机的技术参数可以得出，全自动划片机的主轴电机能够实现每秒钟1000转，这就要求光纤传感器的响应时间必须少于1毫秒。一旦传感器的响应时间长于缺口出现的周期时间，那么传感器就没有办法实现对周期信号的精确检测，也就不能讲缺口处的透光度有效反映在输出的电信号中。由此可知，光线传感器的响应时间应该小于划片机的每秒钟旋转速度。

3.2A/D转换分析

光信号经光纤放大器转换成电信号后，需要对电信号进行采集和处理，其中一个重要环节是模数转换及其定量分析。所选光纤传感器的输出光直径为1毫米，输出电压为0-5伏，假设缺口的最小直径为30微米，光束的输出电压为5伏，没有遮挡。此时，缺口处的透射率为接收光总能量的0.09%，相应的缺口处的透射率转换为4.5毫伏电压。

可以看出，A/D转换器电路的量化误差应小于4.5毫伏，转换器电路的位数必须大于10位，以满足模数转换的精度要求，因此刀具破损检测通常采用12位A/D转换。

3.3滤波器的选取

检测系统通常采用硬件滤波和软件滤波。硬件滤波器由RC滤波器或具有特定电阻和电容规格的模拟滤波器组成，例如具有电感和电容的LC滤波器。软件滤波器又称数字滤波器，通过一定的计算和判断，减少或消除信号噪声的影响。数字滤波器具有可靠性高、稳定性好、灵活性强、使用方便、功能强大等特点。针对自动刮刀刀体损伤检测环境恶劣、噪声复杂的特点，采用数字滤波器设计。根据其信号特性，采用改进的限幅滤波器对Xi和Xi-1连续采样两次的偏差值进行判断。如果偏差值大于某一设定值A，则采样有效。如果有效值占取样总数的百分比大于某一设定值B，则可以判断叶片是否损坏。该方法的优点是能有效地克服偶然因素引起的脉冲干扰。

4.实验验证

在采用DISCO 25毫米刀片的全自动划片机平台上进行了实验。当主轴以50000r/min的速度旋转时，当叶片完好时，输出波形较为平稳。缺口直径小于1毫米的受损刀片光纤放大器的输出波形会出现若干个峰值，峰值波形周期为4.5毫秒。

光纤放大器的输出信号会被转换为A/D信号，进而被发送到上位机进行数字过滤。根据数字滤波器的算法和刀破数据的规律，经过数字滤波后，在10个连续采样点中，连续出现正1后又连续出现负1的一组数据为真正的刀破信息，只有正1或负1时就说明是干扰信号。

结论

本文通过对划片机的工作机理和刀具的注意事项进行简要介绍，并对自动切片机大量试验数据的分析和对数字滤波器的严格验证，利用切割算法可以准确检测切片机的切割信息，在一定程度上为划片机的切割质量和质量率提供技术保证，从而提高切片机的系统稳定性，推动半导体切割行业的持续健康发展。

参考文献

[1] 孙彬，郎小虎，王宏智，等. 刀体破损检测技术在划片机中的应用[J]. 电子工业专用设备，2014（5）：38-40.

[2] 秦江.吕超.崔岳.王宏智.划片机防水系统的设[J].计电子工业专业设备.2016（09）：21-23.

（作者单位：沈阳和研科技有限公司）