DE102007039768A1

DE102007039768A1 - Verfahren zur Bearbeitung von Leiterplatten und Vorrichtung zur Bearbeitung von Leiterplatten

Info

Publication number: DE102007039768A1
Application number: DE102007039768A
Authority: DE
Inventors: Hirofumi Ebina Kado; Katsunori Ebina Nagasawa
Original assignee: Hitachi Via Mechanics Ltd
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 2006-09-27
Filing date: 2007-08-22
Publication date: 2008-04-03
Anticipated expiration: 2027-08-23
Also published as: TW200821085A; CN101152698A; CN101152698B; JP4311686B2; KR20080028761A; KR101420259B1; TWI411492B; JP2008080434A; DE102007039768B4

Abstract

Ein Verfahren zur Bearbeitung von Leiterplatten und eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Leiterplatten werden geschaffen, welche die Bearbeitungspräzision (die Tiefenpräzision der Löcher) auch bei variierender Temperatur einer Spindel zu verbessern vermögen. Das Verfahren umfasst einen Schritt der Ermittlung im Voraus eines Verhältnisses zwischen einer Spindelbetriebszeit und einer Versetzung delta einer Spitze eines von der Spindel gehaltenen Bohrers in Achsrichtung nach der Anzahl der Umdrehungen der Spindel und einen Schritt der Korrektur einer Schnitttiefe des Werkzeugs nur durch die im Voraus auf der Grundlage der zur Bearbeitung eingestellten Anzahl der Umdrehungen der Spindel und einer nach dem Beginn der Bearbeitung verstrichenen Zeit ermittelte Versetzung delta.

Description

1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung von Leiterplatten und eine dieses Verfahren anwendende Vorrichtung zur Bearbeitung von Leiterplatten.
2. Stand der Technik
In 2 ist eine Konfiguration einer Vorrichtung zur Bearbeitung von Leiterplatten dargestellt.
In der Figur wird ein Tisch 3, der beweglich an linearen, auf einem Bett 1 befestigten Führungen 2 aufliegt, von einem Motor 4 über einen Schneckenmechanismus angetrieben. An dem Bett 1 ist eine Säule 5 dermaßen befestigt, dass sie den Tisch 3 überspreizt. Ein an einer linearen, an der Säule 5 befestigten Führung 6 beweglich aufliegender Querschlitten 7 wird über einen Schneckenmechanismus von einem Motor 8 angetrieben. Ein Sattel 9 wird beweglich von einer (nicht dargestellten) linearen, am Querschlitten 7 befestigten Führung getragen und über einen Schneckenmechanismus von einem Motor 10 angetrieben. Am Sattel 9 ist eine Spindeleinheit 11 befestigt, die eine (nicht dargestellte) Spindel trägt, welche rotierend ein (nicht dargestelltes) Werkzeug hält. Ein Drückerfuß 12 wird von einem Ende der Spindeleinheit 11 so getragen, dass er in Achsrichtung der Spindel beweglich ist. Der Drückerfuß 12 ist über eine Staubsammlerleitung 13 mit einem Staubsammler 14 verbunden. Eine Kühleinheit 15 ist über die Leitungen 16 mit der Spindel 11 verbunden, um ein flüssiges Kühlmittel zu Kanälen zu zirkulieren, die in der Spindeleinheit 11 ausgebildet sind, um die Spindeleinheit 11 zu kühlen.
Wenn die das erforderliche Werkzeug haltende Spindel sodann mit einer verlangten Drehzahl gedreht wird, nimmt der Staubsammler 14 den Betrieb auf, um Staub im Drückerfuß 12 über die Leitung 13 anzusaugen. In dieser Phase werden der Tisch 3, auf dem ein Werkstück montiert ist, und der Querschlitten 7 relativ zueinander in die X- bzw. Y-Richtung bewegt, so dass das Werkzeug einer Bearbeitungsposition des Werkstücks zugewandt ist. Dann wird der Sattel 9 gesenkt. Dadurch tritt der Drückerfuß 12 in Kontakt mit dem Werkstück W und übt Druck auf dieses aus. Wenn der Sattel 9 weiter gesenkt wird, bewegen sich die Spindeleinheit 11 und der Drückerfuß 12 relativ zueinander, so dass das Werkzeug in das Werkstück W schneidet und mit dessen Bearbeitung beginnt.
Da die Temperatur der Spindeleinheit 11 aufgrund der von dem die Spindel drehenden Motor erzeugten Wärme steigt, nimmt in bestimmten Zeitintervallen (5 bis 15 Minuten) die Kühleinheit 15 den Betrieb auf, um das Kühlmittel in der Spindeleinheit 11 zu zirkulieren und die Temperatur der Spindeleinheit 11 innerhalb eines eingestellten Temperaturbereichs zu halten.
Wenn jedoch die Kühleinheit bei häufigen Bohrerwechseln in Betrieb ist, kommt es zu einer Situation, in der die Spindeleinheit übermäßig abgekühlt wird, dadurch vom erforderlichen Temperaturbereich abweicht und die Positionsgenauigkeit und Bearbeitungsqualität leiden (z.B. Oberflächenrauheit einer Innenfläche eines bearbeiteten Lochs). Es wurde vorgeschlagen, in solchen Fällen, anstatt der Kühleinheit eine Technologie anzuwenden, bei der eine Mehrzahl von Luftkanälen ausgebildet werden, die mit einem Staubsammler in einem eine Spindel tragenden Gehäuse verbunden sind, und zwischen den Kanälen und dem Staubsammler einen Durchflussregler anzubringen, wie in der Japanischen Patentschrift Nr. 1995-328889 offenbart. Damit wird die Temperatur der Spindeleinheit in einem relativ engen Band geregelt, indem eine Durchflussrate der während der Spindelrotation durch die Kanäle strömenden Luft erhöht wird, um zu verhindern, dass die Temperatur einen festgelegten Wert der Spindeleinheitstemperatur überschreitet, und indem eine Durchflussrate der durch die Kanäle strömenden Luft während einer zum Wechseln von Werkstücken oder Werkzeugen angehaltenen Rotation der Spindeleinheit verringert wird, um ein übermäßiges Abkühlen der Spindeleinheit zu verhindern.
Ebenfalls vorgeschlagen wurde eine Technologie zur Regelung der Temperaturänderungen einer Leiterplatten-Bohrmaschine durch Abdecken der Maschine mit einer Abdeckung und Zufuhr temperaturgeregelter Luft gemäß Offenbarung in der Japanischen Patentschrift Nr. 1994-023647 .
Obwohl nun zwar die in der Japanischen Patentschrift Nr. 1995-328889 beschriebene Technologie geeignet sein mag, die Bandbreite der Temperaturänderungen zu verringern, ist eine Verbesserung der Bearbeitungsgenauigkeit doch nicht immer möglich, da die Temperatur der Spindeleinheit sich nicht sofort ändert, auch wenn die Durchflussrate der Luft geregelt wird.
Auch im Fall der Japanischen Patentschrift Nr. 1994-023647 ist eine Verbesserung der Bearbeitungsgenauigkeit nicht immer möglich, weil die Temperatur der Spindeleinheit sich aus dem selben Grund wie bei der Technologie der Japanischen Patentschrift Nr. 1995-328889 nicht sofort ändert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist demnach ein Ziel der vorliegenden Erfindung, das oben erwähnte Problem zu lösen und zu diesem Zweck ein Verfahren zur Bearbeitung von Leiterplatten und eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Leiterplatten zu schaffen, mit denen sich die Bearbeitungsgenauigkeit (Tiefenpräzision der Löcher) auch bei variierenden Temperaturen der Spindeleinheit verbessern lässt.
Zur Lösung des erwähnten Problems wird nach einem ersten Aspekt der Erfindung ein Verfahren zur Bearbeitung von Leiterplatten geschaffen, das einen Schritt umfasst, mit dem im voraus ein Verhältnis zwischen einer Spindelbetriebszeit und einer Versetzung einer Spitze eines von der Spindel gehaltenen Bohrers in Achsrichtung nach der Zahl der Umdrehungen der Spindel ermittelt wird, und einen Schritt, mit dem eine Schnitttiefe des Werkzeugs nur durch die Versetzung korrigiert wird, die im voraus auf der Grundlage der für die Bearbeitung eingestellten Anzahl der Umdrehungen der Spindel und einer verstrichenen Zeit nach dem Beginn der Bearbeitung festgestellt wird.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Bearbeitung von Leiterplatten geschaffen, wenn eine Anzahl der Umdrehungen der Spindel von einer ersten Anzahl von Umdrehungen auf eine zweite Anzahl von Umdrehungen geändert wird, wobei das Verfahren einen Schritt umfasst, bei dem ein Verhältnis zwischen einer Betriebszeit der Spindel nach der Änderung und einer Versetzung der Spitze des von der Spindel gehaltenen Bohrers in Achsrichtung im voraus nach erster und zweiter Anzahl der Umdrehungen ermittelt wird, und einen Schritt, bei dem eine Schnitttiefe des Werkzeugs nur durch die Versetzung korrigiert wird, die im voraus auf der Grundlage der zweiten Anzahl von Umdrehungen und einer verstrichenen Zeit nach dem Wechsel auf die zweite Anzahl von Umdrehungen ermittelt wird.
Nach einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Leiterplatten geschaffen, die eine Spindel zur Rotation eines Werkzeugs und eine Bewegungsvorrichtung zur Bewegung der Spindel in einer Richtung einer Achse des Werkzeugs umfasst, um ein Werkstück durch Bewegung des Werkzeugs in Achsrichtung des Werkzeugs über eine Distanz auf Basis eines Befehlswerts zu bearbeiten. Die Vorrichtung umfasst des weiteren eine Speichereinheit zum Speichern eines Verhältnisses zwischen einer Betriebszeit der Spindel und einer Versetzung in Achsrichtung der Spitze des von der Spindel gehaltenen Bohrers im voraus nach der Anzahl der Umdrehungen der Spindel, eine arithmetische Einheit und einen Zeitgeber. Nach Beginn der Bearbeitung korrigiert die Vorrichtung eine Schnitttiefe des Werkzeugs nur durch die Versetzung, die im voraus auf der Grundlage der für die Bearbeitung eingestellten Anzahl der Umdrehungen der Spindel und einer nach dem Beginn der Bearbeitung vom Zeitgeber gemessenen, verstrichenen Zeit ermittelt wird.
Es ist demnach gemäß der Erfindung möglich, die Tiefengenauigkeit der Löcher zu verbessern, weil die Vorrichtung die Schnitttiefe des Werkzeugs adäquat in Entsprechung zum Temperaturanstieg der Spindeleinheit korrigiert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 stellt die Daten tatsächlich gemessener Verlängerungen einer Kante einer Spindel dar.
2 ist eine perspektivische Darstellung zur Illustration einer Konfiguration einer Vorrichtung zur Bearbeitung von Leiterplatten.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1 sind Messdaten, die durch die tatsächliche Messung bewegter Distanzen (im weiteren als "Versetzungen" bezeichnet) einer Spitze eines von einer Spindel gehaltenen Bohrers ermittelt wurden, wobei eine Achse der Abszisse die Zeit und eine Achse der Ordinate die Versetzung δ repräsentiert. Es wird festgestellt, dass eine Gesamtlänge einer Spindeleinheit etwa 300 mm beträgt und innerhalb der Spindeleinheit Kanäle für ein Kühlmedium vorgesehen sind. Zudem steht die Versetzung δ = 0 für die Position der Bohrerspitze, wenn die Temperatur 20°C beträgt.
Wenn die Spindel mit 200'000 UpM rotiert und das Kühlmedium mit 17°C (zum Zeitpunkt T0) wie in der Figur dargestellt zugeführt wird, wird die Spitze des Bohrers, obwohl sie aufgrund der Kontraktion der Spindeleinheit unmittelbar nach diesem Punkt auf die Minusseite versetzt wird, innerhalb einer Minute auf die Plusseite versetzt. Dann ist zum Zeitpunkt T1 nach Verstreichen von etwa fünf Minuten die Versetzung beinahe gesättigt.
Wenn die Anzahl der Umdrehungen als nächstes auf 30'000 UpM reduziert wird (zum Zeitpunkt T2), nimmt die Versetzung δ im Laufe der Zeit ab und ist zum Zeitpunkt T4 (nachdem etwa acht Minuten verstrichen sind) gesättigt, obwohl die Versetzung δ zwischendurch zunimmt, weil die Temperatur der Spindeleinheit bei Zuführung eines Bremsstromwerts größer als ein Normalstromwert steigt. In diesem Fall wird die Position im Vergleich mit dem Fall einer Temperatur von 20°C auf die Minusseite versetzt, zumal eine signifikante Kühlwirkung stattfindet.
Wenn die Spindel im Zeitraum von Zeitpunkt T0 bis zum Zeitpunkt T2 angehalten wird und dann beim Zeitpunkt T2 mit 30'000 UpM rotiert, erweist sich die Versetzung der Bohrerspitze so wie von einer Zweipunktlinie in der Figur angezeigt.
Hier wird die Versetzung δ der Spitze des Bohrers beinahe durch die Anzahl der Umdrehungen der Spindel bestimmt, und deren Variation ist sehr gering. Es ist demnach möglich, eine Bearbeitung mit ausgezeichneter Tiefenpräzision durchzuführen, indem im voraus ein Verhältnis zwischen einer Betriebszeit und der Versetzung δ der Bohrerspitze ermittelt und eine Schnitttiefe des zugeteilten Werkzeugs durch die im voraus ermittelte Versetzung δ der Bohrerspitze in Entsprechung zur Betriebszeit (d.h. einer nach dem Start der Bearbeitung verstrichenen Zeit) mittels Bezugnahme auf die Anzahl der Umdrehungen des zur Bearbeitung verwendeten Werkzeugs korrigiert wird.
Es ist zu beachten, dass wenn das Werkzeug beispielsweise ein Bohrer ist, eine Anzahl der anzuwendenden Umdrehungen nach dessen Durchmesser festgelegt wird. Das heißt, wenn der Durchmesser 0,3 mm oder weniger ist, wird die Anzahl der Umdrehungen auf 160'000 bis 200'000 UpM eingestellt, und wenn der Durchmesser 0,4 mm bis 1 mm ist, wird die Anzahl der Umdrehungen auf 60'000 bis 80'000 UpM eingestellt. Es ist demnach nicht nötig, Daten pro Durchmesser der Bohrer zu sammeln.
Übrigens ist eine Leiterplatten-Bohrmaschine beinahe kontinuierlich in Betrieb, ausgenommen zu den Zeitpunkten, zu denen das Nutzleben des Bohrers, also des Werkzeugs, ausläuft oder wenn der Bohrer ersetzt werden muss, um Löcher unterschiedlicher Durchmesser zu bohren.
Wenn dann die Anzahl der Umdrehungen von einer ersten Anzahl der Umdrehungen auf eine zweite Anzahl der Umdrehungen geändert wird (im Fall des Zeitpunkts T2 in 1), ist eine Bearbeitung mit exzellenter Tiefenpräzision im Vergleich zu dem Fall möglich, in dem eine Schnitttiefe einfach durch die Anzahl der Umdrehungen und Betriebszeit der Spindel korrigiert wird, indem im voraus ein Verhältnis zwischen einer Betriebszeit und einer Versetzung δ der Bohrerspitze nach dem Wechseln der Anzahl der Umdrehungen ermittelt und indem die Schnitttiefe des zugeteilten Werkzeugs nur durch die im voraus ermittelte Versetzung δ der Bohrerspitze in Entsprechung zur Betriebszeit der zweiten Anzahl der Umdrehungen korrigiert wird.
Die Vorrichtung der Erfindung zur Bearbeitung von Leiterplatten wird weiter unter Bezugnahme auf 1 und 2 erklärt. Die Vorrichtung zur Bearbeitung von Leiterplatten, welche mit der Spindel zur Rotation des Werkzeugs und einer Bewegungsvorrichtung 10 zur Bewegung der Spindel in eine Richtung einer Achse des Werkzeugs ausgerüstet ist, besitzt ferner eine Speichereinheit 20 zum Speichern des Verhältnisses zwischen der Betriebszeit der Spindel und der Versetzung δ in Achsrichtung der Spitze des von der Spindel gehaltenen Bohrers im voraus nach der Anzahl der Umdrehungen der Spindel, des weiteren eine arithmetische Einheit 21 und einen Zeitgeber 22. Nach Beginn des Arbeitsvorgangs führt die Vorrichtung eine Bearbeitung mit ausgezeichneter Tiefenpräzision durch, indem die Schnitttiefe des Werkzeugs nur durch die Versetzung δ korrigiert wird, die im voraus auf der Grundlage der für die Bearbeitung eingestellten Umdrehungen der Spindel und der vom Zeitgeber gemessenen Zeit nach dem Beginn der Bearbeitung ermittelt wurde. Es ist zu beachten, dass die Speichereinheit 20, die arithmetische Einheit 21 und der Zeitgeber 22 mit einer NC-Einheit 23 ausgestattet sind.

Claims

Verfahren zur Bearbeitung von Leiterplatten, das Folgendes umfasst: einen Schritt der Feststellung im voraus eines Verhältnisses zwischen einer Spindelbetriebszeit und einer Versetzung einer Spitze eines von der Spindel gehaltenen Bohrers in Achsrichtung nach der Anzahl der Umdrehungen der Spindel; und einen Schritt der Korrektur einer Schnitttiefe des Werkzeugs nur durch die im voraus auf der Grundlage der für die Bearbeitung eingestellten Anzahl der Umdrehungen der Spindel ermittelte Versetzung und eine nach dem Beginn der Bearbeitung verstrichene Zeit.
Verfahren zur Bearbeitung von Leiterplatten, wenn eine Anzahl der Umdrehungen der Spindel von einer ersten Anzahl der Umdrehungen auf eine zweite Anzahl der Umdrehungen geändert wird, das Folgendes umfasst: einen Schritt der Ermittlung im voraus eines Verhältnisses zwischen einer Betriebszeit der Spindel nach dem Wechsel und einer Versetzung einer Spitze eines von der Spindel gehaltenen Bohrers in Achsrichtung nach der ersten und zweiten Anzahl der Umdrehungen; und einen Schritt der Korrektur einer Schnitttiefe des Werkzeugs nur durch Versetzung, die im voraus auf der Grundlage der zweiten Anzahl der Umdrehungen und der nach dem Wechsel auf die zweite Anzahl der Umdrehungen verstrichenen Zeit ermittelt wurde.
Vorrichtung zur Bearbeitung von Leiterplatten, die eine Spindel zur Rotation eines Werkzeug und eine Bewegungsvorrichtung zur Bewegung der Spindel in eine Richtung einer Achse des Werkzeugs und zur Bearbeitung eines Werkstücks durch Bewegung des Werkzeugs in die Achsrichtung des Werkzeugs um eine auf einem Befehlswert basierende Distanz umfasst, und die des weiteren eine Speichereinheit zum Speichern eines Verhältnisses zwischen einer Betriebszeit der Spindel und einer Versetzung in Achsrichtung der Kante des von der Spindel gehaltenen Werkzeugs im voraus nach der Anzahl der Umdrehungen der Spindel sowie eine arithmetische Einheit und einen Zeitgeber umfasst, wobei nach Beginn der Bearbeitung die Vorrichtung eine Schnitttiefe des Werkzeugs nur durch die Versetzung korrigiert, die im voraus auf der Grundlage der Anzahl der zum Bearbeiten eingestellten Umdrehungen der Spindel und der nach dem Beginn der Bearbeitung verstrichenen, von dem Zeitgeber gemessenen Zeit ermittelt wurde.