CN103180095B - 加工装置 - Google Patents

Abstract

将绝缘的电极部件（17e）接近转子轴（16）的受压部（16a）地配置，在受压部（16a）和电极部件（17e）之间形成电容器（C）。若从逆变电源（20）向定子（19b）供给电流，则在转子轴（16）上感应出轴电压，该轴电压经由电容器（C）也感应在电极部件（17e）上，并且在电极部件（17e）上连接有探测轴电压的探测装置（29）。探测装置（29）在因主轴下降、钻头（5）的前端与接地状态的工件抵接而不再能够探测至今探测到的轴电压时，向NC装置（30）输出探测信号。NC装置（30）在被输入探测信号后判断钻头（5）已与工件抵接，将钻头（5）从该位置加工到规定的深度而穿设出孔。

Description

加工装置

技术领域

本发明涉及一种例如对印刷电路板等工件进行加工的加工装置，详细地说，与检测工具与工件的接触的传感器结构。

背景技术

一般来说，公知有通过马达使转子轴旋转，通过设在该转子轴的前端的钻头在印刷电路板（工件）上开孔的印刷电路板开孔机。这种印刷电路板开孔机为了将形成在不同层上的回路彼此连接而在印刷电路板上穿设出多个通孔（贯通孔）或盲孔（有底孔），但近年来，由于印刷电路板越来越薄，并且持续更进一步的多层化，所以要求更高的加工精度。

更详细地说，由于上述印刷电路板开孔机在印刷电路板的表面加工出仅从钻头的前端所到达的位置至预定深度的孔，所以为了提高其加工精度，重要的是正确地探测钻头的前端已到达印刷电路板的表面。为此，以往提出了将印刷电路板以绝缘的状态载置在加工台上，并且将检测转子轴上感应出的轴电压内的规定电压的比较器与压脚相连的方案（参照专利文献1）。

上述专利文献1所记载的印刷电路板开孔加工机在印刷电路板上开孔之际，首先从逆变电源向定子线圈供给交流电压而使转子轴旋转，在该转子轴旋转的状态下使保持器下降。当保持器开始下降时，最初是压脚的衬垫与印刷电路板的表面抵接。之后，在因气缸收缩而压脚与印刷电路板抵接的状态下仅主轴下降，钻头的前端到达印刷电路板的表面。当钻头与达印刷电路板抵接时，轴电压经由印刷电路板表面的铜箔、压脚的衬垫向比较器输出。并且NC装置从该比较器接收表示已探测到规定电压的探测信号，印刷电路板开孔加工机探测出钻头已到达印刷电路板的表面。

专利文献1：日本专利第4184575号公报。

这样，若使用基于交流电压向定子线圈供给而在转子轴上感应出的轴电压，则能够正确地探测钻头与印刷电路板的抵接。但是，由于工件通常是以被金属制的基准销或夹具等固定的状态载置在加工台上，所以处于与框架接地的状态，但在上述专利文献1所记载的印刷电路板开孔机中，为了检测经由钻头、印刷电路板以及压脚的衬垫外加在转子轴上的轴电压，所以需要将印刷电路板与加工台绝缘，不能够使用上述金属性的销等，而必须要特意制作出由绝缘材料（例如陶瓷）构成的销等。而且，必须要用导电性材料形成比较器所连接的压脚的衬垫，并且用绝缘性材料形成保持该衬垫的保持器。

发明内容

为此，本发明的目的在于提供一种加工装置，不必特意使工件与加工台绝缘，能够使用轴电压正确地检测工件表面与钻头的前端的抵接。

本发明的加工装置具备：转子轴，前端安装有对工件进行加工的工具，以绝缘的状态旋转自如地受到支撑；马达，具有设在该转子轴上转子；定子，与该转子一同形成马达；电源，向设在上述定子或转子上并用于产生旋转磁场的绕组供给交流电压；以及加工台，将工件以接地的状态载置；通过上述马达使上述转子轴旋转，对工件进行加工，其特征在于，还具备：

电极部件，在绝缘的状态下与上述转子轴接近地配置，在与该转子轴之间形成电容器；

探测装置，与上述电极部件相连，探测通过向上述绕组供给交流电压而在上述转子轴上感应出的电压；

控制部，在上述探测装置不再探测到之前所探测到的电压之际，判断上述工具的前端已与工件接触。

这样一来，通过在转子轴和以绝缘的状态与该转子轴接近地配置的电极部件之间形成电容器，将探测装置与该电极部件相连，能够不经由工件地探测加工时旋转的转子轴上感应出的电压（轴电压）。这样一来，能够通过金属制的销等容易地将工件固定在加工台上，并且能够基于探测装置不再探测到轴电压而高精度地检测出工具与工件的抵接。

而且，具体地说，优选地是通过空气轴承支撑上述转子轴旋转自如，通过由绝缘部件将上述空气轴承的上端部绝缘而形成上述电极部件。

这样一来，通过由空气轴承支撑转子轴，能够不与空气轴承相接触地以绝缘状态支撑该转子轴，并使其以少的摩擦损失高转速地旋转。而且，通过由绝缘部件将空气轴承的上端部绝缘而作为电极部件，不必改变加工装置的基本构造即能够探测轴电压，能够谋求零部件的通用化。

附图说明

图1是本发明的实施方式所涉及的加工装置的主视图；

图2是表示本发明的实施方式所涉及的加工台的工件固定方法的示意图；

图3是表示本发明的实施方式所涉及的加工装置的接触式传感器构造的示意图。

附图标记说明：

1：加工装置（印刷电路板开孔机），2：工件（印刷电路板），3：加工台，5：工具（钻头），16：转子轴，17：空气轴承，17e：电极部件，19：马达，19a：转子，19b：定子，19c：绕组，20：电源（逆变电源），27：绝缘部件，29：探测装置，30：控制部（NC装置），C：电容器，V₀：电压（轴电压）。

具体实施方式

[加工装置的大致结构]

以下，对本发明所涉及的实施方式进行说明。如图1所示，作为对工件进行加工的加工装置的印刷电路板开孔机1具有：载置作为工件的印刷电路板2的加工台3，前端保持钻头（工具）5的主轴6，以及与该主轴6的前端嵌合、先于钻头5与印刷电路板2抵接并将该印刷电路板2按压在加工台3上的压脚7。上述印刷电路板2是通过绝缘层和电气回路交互地叠层而形成的，在其表面张贴有用于形成回路图案的铜箔2a，如图2所示，通过两根基准销9a、9b固定在加工台上。具体地说，在加工台3的表面上形成有方形的槽10和一侧面形成为V字型的槽11，通过一方的基准销9a插入方形的槽10中并由夹板12固定（图2中双点划线的状态），印刷电路板2向Y轴方向的移动受到限制。而且，通过另一方的基准销9b插入一侧面形成为V字型的槽11中，该基准销9b被夹板13固定在V字部分11a处，印刷电路板2向X轴方向的移动受到限制。

另一方面，如图1所示，与上述加工台3对向地配置的主轴6具备：圆筒形状的主体部15，前端安装有对印刷电路板2进行加工的钻头5的转子轴16，支撑该转子轴16旋转自如的空气轴承17，以及使转子轴16旋转的马达19，该空气轴承17通过径向空气轴承17a在径向上支撑转子轴16，通过推力空气轴承17b在上下方向上支撑转子轴16。该径向空气轴承17a由沿着径向从空气轴承的主体部17c朝向转子轴16喷出压缩空气的多个喷出口构成，并且，推力空气轴承17b由在设在转子轴16的上端部的圆环状的受压部16a嵌插在其中的空气轴承主体部17c的间隙部17d从上下向受压部16a喷出压缩空气的多个喷出口构成。

而且，上述马达19由将铜材在转子轴16的中央部形成为端环状的转子19a，和装配在与主轴的主体部15的转子19a对向的位置的定子19b构成，若从逆变电源20向定子19b的绕组19c供给交流电压则产生变动的磁场（旋转磁场），使转子19a（转子轴16）旋转。另外，逆变电源20将从三相电源21输入的商用交流电压变换成高频的交流电压。

上述主轴6的主体部15固定在相对于横向滑板22能够上下方向（Z轴方向）移动自如的鞍架23上，该横向滑板22由横跨加工台3地设在基座25上的横向轨道（未图示）支撑并能够左右方向（Y轴方向）移动自如。而且，上述加工台3设在基座25上并在相对于横向滑板22正交的方向（X轴方向）上移动自如，印刷电路板开孔机1通过横向滑板22使主轴6在Y轴方向上移动，并且通过使加工台3在X轴方向上移动而对加工位置进行定位。并且若加工位置被定位，则通过鞍架23使主轴下降，在印刷电路板上穿设出孔。另外，若使鞍架23在Z轴方向上下降，则压脚7的衬垫7a先于钻头5与印刷电路板2接触，但该压脚7由一对的气缸26支撑，通过该气缸26伸缩而能够与主轴6相对移动。

[接触式传感器的结构]

接着，基于图1以及图3对检测钻头5到达了印刷电路板2的表面的传感器构造（以下称为接触式传感器）31进行说明。穿设上述喷出口17a、17b的空气轴承17的主体部17c是其上端部17e通过绝缘部件27以相对于主轴6的主体部15和空气轴承17的下方部17f绝缘的状态固定。该上端部17e在与作为位于其下方一侧的空气轴承17的主体部17c的空气轴承的下方部17f之间设有间隙，形成装配转子轴16的受压部16a的上述间隙部17d，并成为对地阻抗高的电极部件，在与该主轴16的受压部16a之间形成电容器C。

上述转子轴16由空气轴承17支撑而以悬浮于周围的状态旋转自如。即，转子轴16以相对于周围（主轴的主体部15、空气轴承17）电绝缘的状态受到支撑，但若从逆变电源20向定子19b的绕组19c供给三相的交流电压，则产生稍许所谓的零相电压，通过该零相电压，经由马达19的绕组19c或框架（例如空气轴承17的下方部17f）等与转子19a之间的杂散电容在转子19a上感应出感应电压（以下称为轴电压）V₀（数伏的程度）。并且若感应出轴电压V₀，则在与转子轴16之间形成电容器的上述电极部件17e上也感应出电压，该电极部件17e上连接有探测该轴电压V₀的探测装置29。

但是，固定着上述印刷电路板2的基准销9a、9b是铁等金属制成的，加工台3也同样是钢材等金属制成的，印刷电路板2以其表面的铜箔2a经由基准销9a、9b与框体连接（接地）。因此，若钻头5的前端与印刷电路板2的表面接触则转子轴16的电位为零，电极部件上不再感应电压。上述探测装置29与控制印刷电路板开孔机的NC装置（控制部）30相连，探测轴电压V₀，并且当不再探测到钻头5到达印刷电路板2的表面所探测到的轴电压V₀时，向NC装置30输出探测信号。并且NC装置30基于该来自探测装置29的探测信号判断钻头5的前端已到达印刷电路板2的表面，将此时的主轴位置作为开孔加工的基准位置（O点位置）。

接触式传感器31由转子轴16，电极部件17e，探测装置29，以及NC装置30构成，通过在转子轴16与电极部件17e之间形成电容器C，能够不经由其它的部件（例如印刷电路板）而探测旋转的转子轴16上感应出的轴电压V₀，并且由于该轴电压V₀的变化而检测出钻头5前端与印刷电路板2表面的接触，所以能够正确地获知钻头5前端的位置。

而且，主轴6上下方向（Z轴方向）上的移动范围受到限制，在使主轴6开始下降后经过了规定的时间、例如主轴6从上端位置移动到印刷电路板2表面所需要的时间，仍未从探测装置29输入探测信号的情况下，NC装置30判断钻头5已折损。

接着，对本发明的实施方式所涉及的印刷电路板开孔装置1的作用进行说明。在作业者在印刷电路板2上进行开孔之际，首先将印刷电路板2载置在加工台3上，并且通过由铁等导电性材料制成的基准销9a、9b将印刷电路板2固定在加工台3上。

当印刷电路板2载置在加工台3上后，使逆变电源20动作，向定子19b的绕组19c供给交流电压，使转子轴16旋转。若定子19b的绕组19c中供给了交流电压，则在转子轴16上感应出轴电压V₀，并且该轴电压V₀经由电容器C被探测装置29探测。

并且在完成了加工的准备后，NC装置30使加工台3以及横向滑板22移动，对加工位置进行定位，若钻头5位于加工位置上则使鞍架23下降。若鞍架23下降则压脚7以及主轴6双方开始下降，首先，印刷电路板2被压脚7按压在加工台3上。

并且若鞍架23从该状态进一步下降，则气缸23收缩，仅主轴从压脚7与印刷电路板2抵接的状态下降，钻头5的前端到达印刷电路板2的表面。若钻头5的前端与印刷电路板2的表面相接触则转子轴16的电位为零，探测装置19不再能够探测到轴电压V₀。若轴电压V₀不再能够探测，则探测装置29相对于NC装置30输出探测信号，该探测信号输入其中的NC装置30判断钻头5的前端已到达印刷电路板2的表面，将此时的主轴6的位置作为加工的基准位置。并且从该基准位置使钻头6仅下降被程控的所希望的距离，在印刷电路板2上穿设出孔。

这样，根据本实施方式，通过将与周围绝缘的电极部件17e接近转子轴16地配置，形成电容器C，能够不经由其它的部件探测在旋转的转子轴16上感应出的轴电压V₀。尤其是通过空气轴承17形成转子轴16，将该空气轴承17的一部分（在本实施方式中是构成推力空气轴承17b的上端部）作为电极部件17e，越减小与转子轴16的间隙17d，空气轴承的性能以及轴电压V₀的探测性能越提高。

而且，由于无需变更加工装置的基本构造，所以能够谋求零部件与其它的加工装置之间的通用化，并且构造简单，无需准备用于检测钻头的特别的电压源。进而，由于无需将印刷电路板2绝缘，所以能够通过金属制的销将印刷电路板2固定在加工台3上，并且没有加工精度因印刷电路板2的绝缘不充分而降低的顾虑。

另外，在本实施方式中，探测装置29从不再能够探测一直探测到的轴电压V₀开始向NC装置30输出探测信号，但也可以在探测到轴电压V₀时向NC装置30输出探测信号，在该探测信号不再输出之际，NC装置30判断钻头5已与印刷电路板2抵接。即，若已知探测装置不再能够探测轴电压V₀，则探测信号的输出方式可以是任何方式。而且，还可以是探测装置29经由过滤器探测轴电压V₀的规定的电压。

进而，电极部件17e只要是接近转子轴地配置则可以设在任何位置，不必一定要与空气轴承17为一体。而且，电极部件17e也可以不是像本实施方式那样经由陶瓷等绝缘部件安装在主轴上，而是用绝缘部件包覆其整体而绝缘。而且，转子轴16也可以是以被陶瓷制的轴承支撑而以绝缘的状态旋转自如。

进而，印刷电路板2不仅是通过金属制的销固定在加工台3上，也可以通过金属制的夹具等固定在加工台3上。而且，在本实施方式中，对印刷电路板2的开孔加工机进行了说明，但只要是对至少表面为导电性的工件进行加工的加工装置，则可以是任意的装置，对工件进行加工的工具并不仅限于钻头，也可以是端铣刀等其它的工具。

另外，在本实施方式中，表示了向设在定子上并用于产生旋转磁场的绕组供给三相逆变器输出而进行驱动的感应马达中，由零相电压在转子轴上感应出的轴电压的例子，但这在转子使用永久磁铁或电磁铁（激磁）的磁铁同步马达中也同样，而且使用电刷等向设在转子上的电枢绕组供给交流电压（在绕组中流动的电流的朝向逆转这一意义上而言为交流电压）进行驱动的直流马达等中，由于经由电枢绕组与转子轴之间的杂散电容而在转子轴上感应出轴电压，所以本发明也是有效的。

本发明涉及通过马达使工具旋转而对工件进行加工的加工装置，例如能够利用于在使用钻头或端铣刀等工具在印刷电路板等上实施加工的加工装置中。

Claims (2)

1.一种加工装置，具备：

转子轴，前端安装有对工件进行加工的工具，以绝缘的状态旋转自如地受到支撑；

马达，具有设在上述转子轴上的转子和定子，使该转子轴旋转；

电源，向用于产生旋转磁场的绕组供给交流电压；

加工台，将工件以接地的状态载置；

探测装置，探测通过向上述绕组供给交流电压而在上述转子轴上感应出的电压；

控制部，判断上述工具的前端与工件的接触，

其特征在于，

由上述电源供给交流电压的上述绕组是设置在上述定子或转子上的绕组，

上述加工装置还具备电极部件，上述电极部件在绝缘的状态下与上述转子轴接近地配置，在与该转子轴之间形成电容器，

上述探测装置与上述电极部件相连，

在上述探测装置不再探测到之前所探测到的电压之际，上述控制部判断上述工具的前端已与工件接触。

2.如权利要求1所述的加工装置，其特征在于，

通过空气轴承支撑上述转子轴旋转自如，

通过由绝缘部件将上述空气轴承的上端部绝缘而形成上述电极部件。