CN111300147A - 钻头加工装置以及钻头加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于在使用由如金刚石被膜的绝缘体覆盖刃尖部整体的钻头的钻头加工中可靠地检测钻头破损。钻头加工装置具备马达一体型的心轴，借助安装于该心轴的转子轴的钻头对被载置于工作台上的被加工物进行开孔，其特征在于，具备：电极，被设置在前述心轴的定子侧而与前述转子轴静电结合；电容值变化检测部，检测用前述电极检测的与地线之间的电容器的电容值的变化；控制部，在通过该电容值变化检测部检测到前述电容值的变化的时间点判定为前述钻头破损。

Description

钻头加工装置以及钻头加工方法

技术领域

本发明涉及借助钻头在例如印刷基板上进行开孔的钻头加工装置以及钻头加工方法。

背景技术

作为钻头加工装置中的钻头破损检测功能，以往存在被称为DBDD（Direct BrokenDrill Detection 直接破损钻头检测）的方式，所述DBDD在加工时钻头与加工物即将接触之前的时间点直接地检测钻头的物理性破损。这是下述方式：例如像专利文献1中公开的那样，在用于推压印刷基板的构造体内，安装投射光的发光部和接收来自发光部的光的光传感器，利用位于连结上述两者的光轴上的钻头所导致的对光传感器的遮光程度而检测钻头破损。

作为本方式的缺点有下述问题，在其构造上，在从钻头的尖端以一定量靠上的位置形成发光部和光传感器之间的光轴，所以钻头破损为在尖端产生的微小破碎时无法检测到，会在破损状态下实施开孔动作，会将印刷基板的表面粗糙化、产生未贯通孔。

作为解决上述方式缺点的方式，存在被称为TBDD(Touch Broken DrillDetection 接触破损钻头检测)的方式，所述TBDD在加工时工具与加工物接触的时间点检测工具的物理性破损。这是下述方式：例如像专利文献2中公开的那样，在钻头接触加工对象的印刷基板的时间点，产生于心轴的转子轴的轴电压从导电性的钻头被传递到工件而检测，通过比较该检测位置和基准位置的差而检测钻头的破损。

此外，例如专利文献3公开了下述方式：检测由与转子轴静电结合的电极检测的与地线之间的电容器的电容值的变化，将钻头与被加工物抵接的位置的正常性与基准位置比较，判定钻头破损的方式。

在该方式时，需要每次将钻头安装于心轴时都事先掌握该钻头中的正常的基准位置的操作，钻头破损的判定处理变得复杂。此外，在该方式时，作为基准位置需要设定既定的幅度，该幅度也成为误判的原因。

专利文献1：美国专利第3912925号说明书

专利文献2：日本特开2001-341052号公报

专利文献3：日本特开2015-223685号公报

专利文献4 ：日本特开2003-1509号公报。

最近，为了使钻头寿命提高，将钻头刃尖部的整体由为绝缘体的金刚石被膜覆盖的情况增多。在使用该钻头时，即使钻头与印刷基板接触，产生于心轴的转子轴的轴电压也不会向工件传递，因此不能够使用专利文献2的方式。

发明内容

因此本发明的目的在于，在钻头加工中可靠地检测钻头破损，所述钻头加工使用由如金刚石被膜的绝缘体覆盖钻头刃尖部的整体的钻头。

为了解决上述问题，在本申请中公开的技术方案之中，代表性的钻头加工装置具备马达一体型的心轴，借助安装于该心轴的转子轴的钻头对被载置于工作台上的被加工物进行开孔，其特征在于，具备：电极，被设置在前述心轴的定子侧而与前述转子轴静电结合；电容值变化检测部，检测由前述电极检测的与地线之间的电容器的电容值的变化；控制部，在由该电容值变化检测部检测到前述电容值的变化的时间点判定为前述钻头破损。

此外，在本申请中公开的技术方案之中，代表性的钻头加工方法是借助被安装于马达一体型的心轴的转子轴的钻头对被载置在工作台上的被加工物进行开孔的钻头加工方法，其特征在于，在前述钻头破损而该破损部的金属部分与被加工物接触时，在检测到被设置在前述心轴的定子侧与前述转子轴静电结合的电极与地线之间的电容器的电容值的变化的时间点判定为前述钻头破损。

另外，在本申请中公开的技术方案的代表性的特征如以上所述，但关于在此没有说明的特征，适用于以下说明的实施例，此外如权利要求书中所示。

根据本发明，在使用由如金刚石被膜的绝缘体覆盖整体的钻头的钻头加工中，能够可靠地检测钻头破损。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施例的钻头加工装置的构造的图。

图2是表示在图1的钻头加工装置中使用的钻头的构造的剖视图。

图3是用于说明图1的钻头加工装置中的与心轴的电气系统有关系的部分的图。

图4是用于说明图3的共振检测部的电路图。

图5是表示本发明的一个实施例中破损后的钻头与工件接触的状态的图。

附图标记说明

1：印刷基板、2：加工工作台、3a：导电性片材、4：钻头、

4a：金属部、4b：金刚石被膜、5：工作台驱动部、6：心轴、

7：变换器、8：心轴单元、9：心轴垂直驱动部、

12：压力脚、14：移位检测器、17：共振检测部、18：整体控制部、

19：心轴驱动控制部、20：工作台驱动控制部、21：表面高度存储部、

22：转子轴、23：电极、25：电容器、26：变量器、

27：振荡电路、28：共振检测电路。

具体实施方式

图1是表示基于本发明的钻头加工装置的构成的图。在图1中的各构成要素或连接线主要示出了被认为用于说明本实施例而必需的内容，没有示出作为钻头加工装置必需的所有内容。

在图1中，1是应进行开孔加工的印刷基板，2是载置印刷基板1的加工工作台，4是钻头。加工工作台2被工作台驱动部5沿水平方向驱动而被定位，以便在将要在印刷基板1开孔的位置处朝向钻头4。6是使钻头4旋转的心轴。心轴6呈与由变换器7驱动的马达一体型的构造。8是保持心轴6的心轴单元，通过心轴垂直驱动部9而被沿垂直方向驱动。

另外，在此的钻头4如图2所示，钻头刃尖部的金属部4a的表面整体由为绝缘体的金刚石被膜4b覆盖。

回到图1，3a是被载置在印刷基板1上的导电性片材，起到改善钻头4的对印刷基板1的咬入、防止毛刺等的产生的作用。3b是下板，所述下板起到防止钻头4穿透印刷基板1而与加工工作台2接触的作用。作为此处的被加工物，是印刷基板1和将其夹入的导电性片材3a和下板3b，但导电性片材3a以及下板3b不是必需的。

在心轴6的下方侧，在开孔加工时用于将包含导电性片材3a的被加工物向加工工作台2推压的压力脚12经由柱塞13而与心轴单元8卡合。若开始开孔加工，则设置加工工作台2的位置以使该孔位置能够进行加工，从图中的状态使心轴单元8下降。

心轴单元8和压力脚12在垂直方向保持既定的间隔而卡合，在心轴单元8下降时，压力脚12与心轴单元8一起下降直到与导电性片材3a的表面抵接。

若压力脚12与导电性片材3a的表面抵接，则之后压力脚12停留在该位置，卡合状态移位而仅心轴单元8下降，能够用钻头4进行开孔。

若一个开孔结束，则使心轴单元8上升，此时也使压力脚12上升。在加工下一个孔位置时，设置加工工作台2的位置以使该孔位置能够加工，使心轴单元8下降，此时和之前同样地，压力脚12也一起下降。

14是移位检测器，所述移位检测器由被固定于心轴单元8的传感器15和被固定于压力脚12的杆16构成。该移位检测器14在使轴单元8下降时，压力脚12与导电性片材3a的表面抵接，仅压力脚12变得不能够进一步下降，在检测到心轴单元8和压力脚12的卡合状态在垂直方向中互相地移位时，输出移位检测信号S。

17在之后详细叙述，17是共振检测部，所述共振检测部检测在存在于心轴6内的电容器引起了共振的情况，来自于此的共振检测信号R被发送到整体控制部18。

整体控制部18是控制钻头加工装置的整体的部件，在其内部设置有：心轴驱动控制部19，一边借助来自心轴垂直驱动部9的进给位置信息而识别钻头4的尖端的当前的高度位置一边控制心轴垂直驱动部9；工作台驱动控制部20，一边借助来自工作台驱动部5的进给位置信息而识别加工工作台2的二维位置一边控制工作台驱动部5；以及表面高度存储部21，基于由移位检测器14检测到移位检测信号S时的来自心轴垂直驱动部9的进给位置信息而检测导电性片材3a的表面高度，并将其存储。

心轴驱动控制部19以检测到的导电性片材3a的表面高度为基准，控制开设有底孔时的深度、采用专利文献4（段落0004）中公开的技术从而在钻头4与导电性片材3a接触的前后切换心轴单元8的进给速度。

整体控制部18具有在此说明的以外的控制功能，还与未图示的模块连接。整体控制部18例如以程序控制的处理装置作为中心而构成，令其中的各构成要素、连接线包含理论上的元件。此外各构成要素的一部分也可以与整体控制部18分别设置。

图3是用于说明图1中的与心轴6的电气系统相关的部分的图。

在图3中，使钻头4旋转的心轴6与由变换器7驱动的马达为一体型，马达的转子为安装钻头4的转子轴22。23是电极，所述电极为了与转子轴22静电结合而在心轴6的定子侧与转子轴22接近而安装，也是在与地线之间被检测的电容器的端子。共振检测部17通过电极23而检测在电容器引起的共振。

图4是用于说明图3中的共振检测部17的电路图。

在图4中，25是在电极23与地线间被检测的电容器；26是次级侧经由电极23而与电容器25连接的变量器；27是使电容器25的电容值较小时会引起并联共振的频率的交流电起振的振荡电路；28是检测在电容器25发生并联共振而变量器26的初级侧的电压较大变化的情况并将共振检测信号R输出的共振检测电路。

电容器25的电容值在钻头刃尖部的金属部4a的表面整体由为绝缘体的金刚石被膜4b覆盖的没有破损的正常的钻头4与导电性片材3a接触的状态下较大，但如图5所示在破损部的金刚石被膜4b被剥离而金属部4a与导电性片材3a接触的状态下变小。

在以上的构造中，在开孔动作中，心轴单元8下降而钻头4与导电性片材3a接触从而进行开孔动作。在该情况下，钻头刃尖部的金属部4a的表面整体由为绝缘体的金刚石被膜4b覆盖的没有破损的正常的钻头4即使与导电性片材3a接触，以电极23检测的电容器25也没有成为引起共振的电容值，因此没有检测到异常。

但是，在钻头4存在破损时，钻头4的金属部4a与导电性片材3a接触，因此电容器25的电容值变小而引起共振，用共振检测电路28对引起了共振的情况进行检测，共振检测信号R被向整体控制部18送出。

整体控制部18若接收来自共振检测部17的共振检测信号R，则判定为钻头4破损，使心轴6上升而使开孔动作停止。

根据以上的实施例，不用说钻头破损在钻头刃尖部的中央部发生的情况，即使在顶端产生的微小破碎中，钻头4的金属部4a也与导电性片材3a接触而电容值变化，因此能够马上判定为钻头破损。

此外，不需要在事先掌握每次将钻头安装在心轴上时该钻头中的正常的基准位置的额外的动作，因此钻头破损的判定处理变得简单。

进而，不需要与既定的幅度的基准位置进行比较，因此不用担心引起误判。

在将钻头与被加工物抵接的位置的正常性与基准位置比较的以往方式中，在钻头被插入到被加工物的加工状态下的钻头破损的检测是不可能的。由此，存在用破损后的钻头继续进行加工而加工不良部分扩大的缺点。

根据上述实施例，也取决于被加工物的构造，但在加工状态下若钻头破损则电容值变化，因此能够在该时间点使开孔动作停止。因而不会继续用破损后的钻头进行加工，能够防止加工不良部分的扩大。

以上，基于实施例的方式具体地说明了本发明，但本发明不被限定于前述实施方式，在不脱离其主旨的范围内当然能够进行各种变更，包含各种变形例。

例如，在上述实施例中，共振检测部17使用将次级侧与电容器25连接的变量器26，但也可以将电感与电容器25串联地连接而形成串联共振电路，对通过钻头4的金属部4a与导电性片材3a的接触而其电容值下降而引起了串联共振的情况进行检测。

此外，在上述实施例中，是在电容器25引起共振而检测电容值的变化，但也可以用不引起共振的方法检测电容值的变化。

例如，也可以向电容器25施加交流电而监视其两端电压，对通过钻头4和导电性片材3a的接触而电容器25的电容值下降、两端电压下降的情况进行检测。

此外，在上述实施例中，是导电性片材3a载置在印刷基板1上的情况，但即使不载置导电性片材3a而在印刷基板1的内层形成导电层，若钻头4的金属部4a与印刷基板1接触则电容器25的电容值变化，也能够检测钻头破损。

Claims (10)

1.一种钻头加工装置，具备马达一体型的心轴，利用安装于该心轴的转子轴的钻头对被载置在工作台上的被加工物进行开孔，其特征在于，具备：电极，被设置在前述心轴的定子侧而与前述转子轴静电结合；电容值变化检测部，检测由前述电极检测的与地线之间的电容器的电容值的变化；控制部，在由该电容值变化检测部检测到前述电容值的变化的时间点判定为前述钻头破损。

2.如权利要求1所述的钻头加工装置，其特征在于，具备移位检测部，所述移位检测部检测压力脚与心轴单元的卡合状态的移位，在由该移位检测部检测到了移位时检测前述被加工物的表面高度，所述压力脚用于将前述被加工物向前述工作台推压，所述心轴单元保持前述心轴。

3.如权利要求1所述的钻头加工装置，其特征在于，前述电容值变化检测部在前述钻头破损而破损部的金属部与前述被加工物接触时，在包含前述电容器的电路引起共振而检测电容值的变化。

4.如权利要求1所述的钻头加工装置，其特征在于，在检测到前述电容值的变化的时间点停止开孔动作。

5.如权利要求1所述的钻头加工装置，其特征在于，在用于将被加工物向前述工作台推压的压力脚与前述被加工物抵接时，检测该被加工物的表面位置。

6.一种钻头加工方法，借助被安装于马达一体型的心轴的转子轴的钻头对被载置在工作台上的被加工物进行开孔，其特征在于，在前述钻头破损而破损部的金属部与被加工物接触时，在检测到被设置于前述心轴的定子侧与前述转子轴静电结合的电极与地线之间的电容器的电容值的变化的时间点判定为前述钻头破损。

7.如权利要求6所述的钻头加工方法，其特征在于，在检测到压力脚和心轴单元的卡合状态的移位时检测前述被加工物的表面高度，所述压力脚用于将前述被加工物向前述工作台推压，所述心轴单元保持前述心轴。

8.如权利要求6所述的钻头加工方法，其特征在于，在前述钻头破损而该破损部的金属部与前述被加工物接触时，在前述电容器引起共振而检测电容值的变化。

9.如权利要求6所述的钻头加工方法，其特征在于，在检测到前述电容值的变化的时间点停止开孔动作。

10.如权利要求6所述的钻头加工方法，其特征在于，前述钻头的刃尖部整体由金刚石被膜覆盖。

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